CN116916849A - 机器人器械驱动控制 - Google Patents
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Abstract
一种机器人系统包括医疗器械，该医疗器械包括细长轴和控制电路，该细长轴的尺寸被设定成至少部分地设置在进入护套内，该控制电路被配置为使该细长轴至少部分地在该进入护套内缩回，确定该细长轴的远侧端部相对于该进入护套的位置，以及基于该细长轴的该远侧端部相对于该进入护套的所确定的位置来修改该细长轴的回缩速度。
Description
相关申请
本申请要求于2020年12月31日提交的名称为“POSITION-BASED INSTRUMENTFEEDER CONTROL”的美国临时申请63/132771号和于2021年2月17日提交的名称为“POSITION-BASED INSTRUMENT FEEDER CONTROL”的美国临时申请63/150277号的优先权，其公开内容据此全文以引用方式并入。
背景技术
本公开涉及机器人医疗系统。某些机器人医疗规程可涉及使用轴型器械(诸如内窥镜)，该轴型器械可通过孔口(例如，自然孔口)插入患者体内并被推进到目标解剖部位。医疗器械可以是可控制的且可铰接的以有利于在患者解剖结构内进行导航以及在没有患者解剖结构情况下进行导航。器械进送器装置和系统可在医疗规程期间控制轴型医疗器械的轴向移动。
附图说明
出于说明性目的在附图中描绘了各种实施方案，并且绝不应被解释为限制本发明的范围。另外，可组合不同的所公开的实施方案的各种特征以形成作为本公开的部分的附加实施方案。在整个附图中，可重复使用附图标记以指示参考元件之间的对应关系。
图1示出了根据一个或多个实施方案的机器人医疗系统的实施方案，该机器人医疗系统包括能够通过机器人臂接口控制的器械进送器装置。
图2示出了根据一个或多个实施方案的被布置用于诊断和/或治疗性支气管镜检查的机器人系统。
图3示出了根据一个或多个实施方案的基于台的机器人系统。
图4示出了根据一个或多个实施方案的可在图1至图3的医疗系统中的任一个医疗系统中实施的医疗系统部件。
图5示出了根据一个或多个实施方案的可在图1至图3的医疗系统中的任一个医疗系统中实施的医疗系统部件。
图6示出了根据一个或多个实施方案的设置在患者的泌尿系统的部分中并与器械进送器驱动接合的输尿管镜，该输尿管镜包括在其工作通道中的装篮装置。
图7示出了根据一个或多个实施方案的设置在患者的泌尿系统的部分中并与器械进送器驱动接合的输尿管镜，该输尿管镜包括在其工作通道中的装篮装置。
图8示出了根据一个或多个实施方案的与机器人臂相关联的器械操纵器组件的分解图。
图9是根据一个或多个实施方案的机器人臂的透视图，该机器人臂具有分别耦接到其上的内窥镜和器械进送器装置。
图10是根据一个或多个实施方案的器械进送器的俯视图，该器械进送器被配置为驱动医疗器械的细长轴的轴向运动。
图11示出了根据一个或多个实施方案的窥镜位置确定图像识别架构。
图12是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于捕获、缩回和收集结石碎片的过程的流程图。
图13-1、图13-2、图13-3和图13-4示出了说明根据一个或多个实施方案的用于自动修改医疗器械的轴向驱动速度的过程的流程图。
图14-1、图14-2、图14-3和图14-4示出了根据一个或多个实施方案的分别对应于与图13-1、图13-2、图13-3和图13-4的过程相关联的各种框、状态和/或操作的特定图像。
图15示出了根据一个或多个实施方案的机器人系统，该机器人系统包括附接到相应机器人端部执行器的器械和器械驱动器/进送器。
图16示出了器械驱动器/进送器装置和进入护套组件的组件，其中根据一个或多个实施方案标识了某些速度区。
图17示出了器械驱动器/进送器装置和进入护套组件的组件，其中根据一个或多个实施方案标识了某些速度区。
图18是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于确认护套位置的过程的流程图。
图19是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于插入器械的过程的流程图。
图20是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于缩回器械的过程的流程图。
图21是说明用于使用横向窥镜基部平移来去除样本的过程的流程图。
图22A和图22B分别示出了根据本公开的各方面的包括一个或多个机器人端部执行器的机器人系统的俯视图和侧视图，该一个或多个机器人端部执行器被配置为在某些区内平移以实施器械缩回。
图23-1、图23-2和图23-3示出了根据一个或多个实施方案的在与窥镜缩回相关的各种旋转状态下的窥镜基部/柄部的俯视图。
图24-1、图24-2和图24-3示出了根据一个或多个实施方案的在与窥镜缩回相关的各种旋转和横向平移状态下的窥镜基部/柄部的俯视图。
图25-1和图25-2示出了根据一个或多个实施方案的在与器械缩回和/或插入相关的各种旋转和平移状态下的器械基部的俯视图。
具体实施方式
本文提供的标题仅出于方便起见，并且不一定影响要求保护的发明的范围或含义。尽管下文公开了特定优选实施方案和示例，但是本发明主题超出具体公开的实施方案延伸到其他替代实施方案和/或用途以及其修改和等同物。因此，本文可能出现的权利要求的范围不受下文描述的特定实施方案中的任一特定实施方案限制。例如，在本文公开的任何方法或过程中，方法或过程的动作或操作可以任何合适的序列执行，并且不一定限于任何特定公开的序列。继而可通过可能有助于理解特定实施方案的方式将各种操作描述为多个分立的操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作依赖于顺序。另外，本文描述的结构、系统和/或装置可体现为集成部件或单独部件。出于比较各种实施方案的目的，描述了这些实施方案的特定方面和优点。不一定通过任何特定实施方案实现所有此类方面或优点。因此，例如，可通过实现或优化本文教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文也可能教导或提出的其他方面或优点的方式来执行各种实施方案。
尽管在本文中使用特定空间相对术语，诸如“外部”、“内部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”和类似术语，来描述一个装置/元件或解剖结构与另一装置/元件或解剖结构的空间关系，但是应理解，在本文中是出于描述方便起见而使用这些术语，以描述元件/结构之间的位置关系，诸如相对于附图的所示的取向。应当理解，空间相对术语旨在涵盖元件/结构在使用中或操作中的除了附图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，描述为在另一元件/结构“上方”的元件/结构可表示相对于受试者患者或元件/结构的替代取向在此类其他元件/结构下方或旁边的位置，且反之亦然。应当理解，空间相对术语，包括上文列出的那些，可相对于参考附图的相应图示取向来理解。
为了方便具有在一个或多个方面类似的特征的装置、部件、系统、特征和/或模块，在本公开的附图组的不同附图中重复使用特定参考标号。然而，关于本文公开的实施方案中的任一个实施方案，在附图中重复使用共同的参考标号并不一定指示此类特征、装置、部件或模块是相同或类似的。相反，本领域普通技术人员可通过上下文被告知关于共同的参考标号的使用可暗示所引用的主题之间的相似性的程度。特定附图的描述的上下文中的特定参考标号的使用可被理解为涉及该特定附图中所识别的装置、部件、方面、特征、模块或系统，并且不一定涉及另一附图中由相同参考标号识别的任何装置、部件、方面、特征、模块或系统。此外，用共同的参考标号识别的单独附图的方面可被解释为共享特性或完全彼此独立。
本公开提供了用于使用器械进送器相对于轴型器械的轴向移动实施自动暂停、减慢和/或其他速度控制/修改的系统、装置和方法，其中此类速度控制/修改至少部分地基于器械和/或由器械进送器接合或驱动的其部件或部分的位置的确定。例如，一些实施方式涉及在相关器械从体腔或从提供对相关治疗部位的进入的导引器/进入护套退出时器械进送器致动器机构的自动暂停、减慢或加速的实施。关于与本公开相关的器械进送器装置和其他医疗装置，术语“装置”根据其广泛且普通的含义使用，并且可指任何类型的工具、器械、组件、系统、子系统、设备、部件等。在本文的一些上下文中，术语“器械”可与术语“装置”基本上可互换地使用。
尽管本文中在肾、泌尿和/或肾脏规程(诸如肾结石去除/治疗规程)的背景下描述了本公开的特定方面，但是应当理解，提供此类背景是出于方便和清楚起见，并且本文公开的轴向驱动控制、器械位置确定/检测和样本收集概念适用于任何合适的医疗规程，诸如机器人支气管镜检查。然而，如所述，下文呈现了对肾/泌尿解剖结构和相关联的医疗问题和规程的描述，以辅助描述本文公开的发明概念。
在某些医疗规程(诸如输尿管镜检查规程)中，可利用通过进入护套进入治疗部位的细长医疗器械来从治疗部位去除碎屑(诸如肾结石和结石碎片或其他废弃物或污染物)。肾结石病(也称为尿石病)是一种医学病症，其涉及在尿路中形成固体物质块，称为“肾结石”(kidney stone、renal calculi、renal lithiasis或nephrolithiasis)或“尿结石”(urinary stone)。可在肾、输尿管和膀胱(称为“膀胱结石”)中形成和/或发现尿结石。此类尿结石可由于尿液中的矿物质浓度而形成，并且一旦此类结石达到足以阻止尿液流过输尿管或尿道的大小便可引起显著的腹痛。尿结石可由钙、镁、氨、尿酸、胱氨酸和/或其他化合物或它们的组合形成。
若干方法可用于治疗患有肾结石的患者，包括观察、医学治疗(诸如排石疗法)、非侵入性治疗(诸如体外冲击波碎石术(ESWL))、微创或外科手术治疗(诸如输尿管镜检查术和经皮肾镜取石术(“PCNL”))等。在一些方法(例如，输尿管镜检查和PCNL)中，医师获得对结石的接近，结石被破碎成较小块或碎片，并且使用装篮装置和/或抽吸从肾取出相对小的结石碎片/微粒。
在一些规程中，外科医生可通过尿道将内窥镜(例如，输尿管镜)插入尿路中以从膀胱和输尿管去除尿结石。通常，输尿管镜包括在其远侧端部处的相机，该相机被配置为使得尿路能够可视化的。输尿管镜还可包括或允许将碎石术装置放置在输尿管镜的工作通道中，该碎石术装置被配置为捕获或打碎尿结石。在输尿管镜检查规程期间，一位医师/技术人员可控制输尿管镜的位置，同时另一位医师/技术人员可控制碎石装置。
在一些规程(诸如用于去除相对大的结石的规程)中，医师可使用经皮肾镜取石术(“PCNL”)技术，该PCNL技术涉及将肾镜插入穿过皮肤(即，经由皮肤)并且干预组织以提供对用于打碎和/或去除结石的治疗部位的进入。用于向目标解剖部位(和/或直接进入内窥镜)提供进入通道的经皮进入装置(例如，肾镜、护套、护套组件和/或导管)可包括用于向目标部位提供冲洗流体流和/或从目标部位抽吸流体(例如，通过被动流出和/或主动吸出)的一个或多个流体通道。
对于输尿管镜检查规程，医师可实施规程以将相对大的肾结石破碎成相对小的碎片以促进其提取。例如，某些器械可用于将结石破碎成更小的碎片，诸如通过激光作用或通过对肾结石施加其他切割力。根据一些规程，可使用装篮装置/系统来捕获相对较小的结石碎片并将它们从患者的治疗部位提取出。通常，当结石被捕获时，外科医生可能希望在打开篮状物以将结石存放/落入到样本收集结构或区域中之前通过输尿管进入护套快速地提取结石，之后，篮状物可被闭合并且通过进入护套被重新插入(例如，在内窥镜/输尿管镜的工作通道内)以便提取剩余的结石或结石碎片(如果有的话)。
机器人辅助式输尿管镜规程可结合各种医疗规程(诸如肾结石去除规程)来实施，其中机器人工具可使医师/泌尿科医师能够执行内窥镜目标进入以及经皮进入/治疗。有利地，本公开的各方面涉及用于以机器人方式控制内窥镜/输尿管镜的轴向插入和/或缩回以提高规程效率和功效的系统、装置和方法。对于一些输尿管镜规程，可能需要捕获和提取多达30个结石碎片或更多，每个结石碎片需要推进、捕获和缩回顺序/行程。通过进入护套缩回篮状物和窥镜、落下/存放所捕获的结石碎片以及将窥镜/篮状物重新插入并通过进入护套的过程将理想地以有效方式重复。然而，此类过程可能需要医师在缩回期间监测窥镜照相机图像/视图，以确认何时窥镜清除进入护套的近侧开口，使得结石碎片和篮状物被提取到进入护套外部。然后，可能需要或期望与另一技术人员协调以确认何时打开和关闭篮状物以落下/存放所捕获的结石碎片。随后，将窥镜/篮状物插入进入护套中可能需要谨慎的操作以防止窥镜高速推进到进入护套外部，这可能导致对患者生理和/或外科手术结构/装置的伤害或损坏。
在本文所述的示例中的若干示例中，对象去除规程涉及用于从肾去除结石的机器人系统和医疗器械/装置的使用。然而，本公开不仅限于肾结石治疗。例如，以下描述也适用于用于诊断或治疗的其他外科手术/医疗操作或医疗规程(诸如涉及从患者体内去除对象(包括可经由内窥镜和/或经皮进入从治疗部位或患者腔(例如，食道、输尿管、肠道、眼睛等)或其他解剖部位去除的任何对象)的规程)，诸如例如胆囊结石去除、肺(肺部/经胸廓)肿瘤活检或白内障去除。本公开的某些实施方案有利地避免了与使用器械进送器的窥镜或其他细长轴的缩回相关联的关于窥镜的缩回速度和/或缩回停止/暂停的位置的问题。
医疗系统
图1示出了根据本公开的各方面的用于执行各种医疗规程的示例性医疗系统100。医疗系统100可用于例如内窥镜(例如，输尿管镜)规程。如上文所提及和描述的，特定输尿管镜规程涉及肾结石的治疗/去除。在一些实施方式中，肾结石治疗可受益于某些机器人技术/装置的辅助。完全手动的规程相比，机器人医疗解决方案可提供相对于特定器械的相对较高的精度、较优异的控制和/或较优异的手眼协调。例如，根据一些规程对肾的机器人辅助式输尿管镜进入可有利地使得泌尿科医师能够单独地执行内窥镜控制和装篮控制两者。
尽管图1的系统100是在输尿管镜规程的背景下呈现的，但是应当理解，本文公开的原理可在任何类型的内窥镜规程中实现。此外，本文所述的示例中的若干示例涉及对象去除规程，该对象去除规程涉及从肾去除肾结石。然而，本公开不会仅限于肾结石去除。例如，以下描述也可适用于涉及从患者体内去除对象的其他外科手术或医疗操作或医疗规程，包括可经由经皮和/或内窥镜进入从治疗部位或患者腔(例如，食道、尿管、肠、眼睛等)去除的任何对象，例如，胆囊结石去除、肺(肺部/经胸廓)肿瘤活组织检查或白内障去除。
医疗系统100包括机器人系统10(例如，移动机器人推车)，该机器人系统被配置为接合和/或控制医疗器械40(例如，输尿管镜)以对患者7执行直接进入规程。术语“直接进入”在本文中根据其广泛且普通的含义使用，并且可指通过患者身体中的自然或人工开口的器械化的任何进入。例如，参考图1，窥镜40可经由尿道65直接进入患者7的尿路中。
应当理解，直接进入器械40可以是任何类型的医疗器械，包括内窥镜(诸如输尿管镜)、导管(诸如可转向或不可转向导管)、肾镜、腹腔镜或其他类型的医疗器械。关于与用于通过输尿管进入护套(例如，输尿管进入护套90)去除肾结石的输尿管镜规程的本公开的实施方案也适合于用于通过经皮进入(诸如通过经皮进入护套)去除对象的解决方案。例如，器械可通过例如经皮进入护套来经皮进入肾以捕获和去除肾结石；根据本公开的各方面，可基于器械位置来修改/控制此类器械的插入和缩回速度。术语“经皮进入”在本文中根据其广泛且普通的含义使用，并且可指诸如通过刺穿和/或小切口使器械通过患者的皮肤以及到达与规程相关联的目标解剖位置(例如，肾70的盏网络)所必需的任何其他身体层进入。
医疗系统100包括控制系统50，该控制系统被配置为与机器人系统10介接，提供关于规程的信息以及/或者执行多种其他操作。例如，控制系统50可包括一个或多个显示器56，该一个或多个显示器被配置为呈现特定信息来辅助医师5和/或其他技术人员或个体。医疗系统100可包括被配置为保持患者7的台15。系统100还可包括电磁(EM)场发生器18，该电磁场发生器可由机器人系统10的机器人臂12中的一个或多个机器人臂保持，或者可以是独立装置。尽管各种机器人臂被示为处于各种位置并且耦接到各种工具/装置，但是应当理解，此类配置是为了方便和说明的目的而示出的，并且此类机器人臂可随时间推移和/或在医疗规程期间的不同点处具有不同配置。此外，机器人臂12可耦接到与图1所示的装置/器械不同的装置/器械，并且在一些情况或时间段中，臂中的一个或多个臂可不被利用或耦接到医疗器械(例如，器械操纵器/耦接件)。
在示例性使用情况下，如果患者7具有位于肾70中的肾结石(或结石碎片)80，则医师可执行规程以通过尿路(63,60,65)去除结石80。在一些实施方案中，医师5可与控制系统50和/或机器人系统10交互以使得/控制机器人系统10将医疗器械40(例如，窥镜)从尿道65，穿过膀胱60，沿输尿管63向上推进和导航进入到肾盂71和/或结石80所在的肾70的盏网络中。医师5还可与控制系统50和/或机器人系统10交互以致使/控制装篮装置30通过器械40的工作通道的推进，其中装篮装置30被配置为促进肾结石的捕获和去除。控制系统50可经由显示器56提供与医疗器械40和/或系统100的其他器械相关联的信息，诸如由该医疗器械捕获的实时内窥镜图像，以辅助医师5导航/控制此类器械化。
在本文参考与本发明概念的方面相关的特定医疗规程来描述肾解剖结构。大致在图1中的典型解剖位置示出的肾70一般包括在腹膜后腔中分别位于左侧和右侧的两个豆形器官。在成年人类中，肾的高度/长度一般是约11cm。肾从成对肾动脉69接收血液；血液经由成对肾静脉67离开肾。每个肾70流体地耦接到相应输尿管63，该相应输尿管一般包括将分泌出的尿液从肾70载运到膀胱60的管子。
肾70通常在腹腔中相对高地定位并且以轻微斜角位于腹膜后位置。一般由肝的位置引起的腹腔内的不对称性通常导致右肾(在图1中详细示出)略微低于且小于左肾，并且放置成比左肾略微更靠中间。每个肾的顶部是肾上腺(未示出)。肾70的上部部分被第11根肋骨和第12根肋骨(未示出)部分地保护。每个肾及其肾上腺一般被两层脂肪包围：存在于肾筋膜与肾小囊之间的肾周脂肪和在肾筋膜之上的肾旁脂肪。
肾70参与控制各种体液隔室、流体渗透压、酸碱平衡、各种电解质浓度和毒素去除的量。肾70通过分泌特定物质以及再吸收其他物质来提供过滤功能。分泌到尿液中的物质的示例是氢、铵、钾和尿酸。另外，肾还执行各种其他功能，诸如激素合成等。
肾70的凹边界上的凹入区域是肾门81，肾动脉69(在肾70的详细视图中未示出)在此进入肾70，并且肾静脉67(在详细视图中未示出)和输尿管63离开此处。肾70被坚韧的纤维组织包围，肾小囊74本身被肾周脂肪、肾筋膜和肾旁脂肪包围。这些组织的前(前方)表面是腹膜，而后(后方)表面是腹横筋膜。
肾70的功能物质或实质分为两个主要结构：外部肾皮质77和内部肾髓质87。这些结构呈多个一般锥形肾瓣的形状，每个锥形肾瓣包含包围被称为肾锥体72的髓质的一部分的肾皮质。在肾锥体72之间是被称为肾柱73的皮质突起。肾元(图1中未详细示出)(肾的尿液产生功能结构)跨越皮质77和髓质87。肾元的初始过滤部分是肾小体，其位于皮质中并且之后是从皮质深入髓质锥体的肾小管。肾皮质的部分，即髓质射线，是排入单个集尿管中的肾小管集合。
每个肾锥体的顶端/顶点或乳头79将尿液排空到相应的小盏75中；小盏75排空到大盏76中，并且大盏76排空到肾盂71中，其转变到输尿管63。小盏和大盏的歧管型集合在本文中可称为肾的“盏网络”。在肾门81处，输尿管63和肾静脉67离开肾并且肾动脉69进入。肾门脂肪和具有淋巴结的淋巴组织包围这些结构。肾门脂肪与被称为肾窦的充满脂肪的腔邻接。肾窦共同包含肾盂71和肾盏75、76并将这些结构与肾髓质组织分离。与盏相关联的漏斗状/管状解剖结构可称为漏斗(infundibulum/infundibula)。也就是说，漏斗一般导致盏的终止，在那里乳头暴露于盏内。
进一步参考医疗系统100，医疗器械40(例如，窥镜、直接进入器械等)可通过尿路推进到肾70中。具体地说，输尿管进入护套90可在尿路内设置到肾70附近的区域。医疗器械40可穿过输尿管进入护套90以进入肾70的内部解剖结构，如图所示。一旦在肾结石80的部位处(例如，在通过其可接近结石80的肾70的目标盏75内)，便可使用医疗器械40将装篮装置30输送/引导到目标位置。一旦结石80已被捕获在装篮装置30的远侧篮状部分35中，就可使用所利用的输尿管进入路径从患者7提取肾结石80。
本文所公开的各种窥镜型器械(诸如系统100的窥镜40)可被配置为在人类解剖结构内导航，诸如在人类解剖结构的自然孔口或内腔内导航。术语“窥镜”和“内窥镜”在本文中根据其广泛和普通含义来使用，并且可指具有图像生成、查看和/或捕获功能并且被配置为引入到身体的任何类型的器官、腔、内腔、腔室或空间中的任何类型的细长医疗器械。窥镜可包括(例如)输尿管镜(例如，用于进入尿路)、腹腔镜、肾镜(例如，用于进入肾)、支气管镜(例如，用于进入气道，诸如支气管)、结肠镜(例如，用于进入结肠)、关节镜(例如，用于进入关节)、膀胱镜(例如，用于进入膀胱)、结肠镜(例如，用于进入结肠和/或直肠)、管道镜等。在一些情况下，窥镜/内窥镜可包括至少部分地刚性和/或柔性管，并且尺寸可被设定成在外护套、导管、导引器或其他内腔类型装置内通过，或者可在没有此类装置的情况下使用。
系统100可有利地被配置为基于所确定的/检测到的窥镜位置来实施特定的窥镜缩回速度控制/修改，如本文详细公开的。此类窥镜速度控制可有利地提供有效的结石去除以及防止在窥镜插入和缩回期间对组织和/或器械的损坏或降低在窥镜插入和缩回期间对组织和/或器械的损坏的风险。
图2示出了根据一个或多个实施方案的被布置用于诊断和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人系统101。在支气管镜检查期间，机器人系统10的臂12可被配置为将医疗器械诸如可操纵内窥镜52(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)驱动通过自然孔口进入点(例如，在本示例中定位在台15上的患者7的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，机器人系统10(例如，推车)可被定位为靠近患者的上躯干，以便提供到对进入点的进入。类似地，可致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜52。当利用胃镜(用于肠胃(GI)规程的专用内窥镜)执行GI规程时，也可利用图2中的布置。
一旦机器人系统10被正确定位，机器人臂12就可机器人地、手动地或以它们的组合将可操纵内窥镜52插入患者体内。可操纵内窥镜52可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦接到来自一组器械进送器11的分离的器械进送器，每个器械进送器耦接到相应的机器人臂12的远侧端部。器械进送器11的这种线性布置产生“虚拟轨道”103，该“虚拟轨道”可通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或位置而在空间中被重新定位。本文描述的虚拟轨道/路径在附图中使用一般不描绘系统的任何物理结构的虚线来描绘。器械进送器19中的一个或多个器械进送器沿着虚拟轨道103的平移可推进内窥镜52或从患者7缩回该内窥镜。另外地或另选地，器械进送器11中的一个或多个器械进送器的一个或多个轴向驱动致动器的实施可引起窥镜52的轴向移动。
在插入之后，内窥镜52可使用来自机器人系统10的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标手术部位。单独的器械进送器19的使用可允许独立驱动内窥镜/组件52的分离部分。例如，可引导内窥镜52以将活检针递送到目标，诸如例如患者的肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样品。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。例如，当结节被识别为恶性时，内窥镜52可通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜52也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。
在系统101中，患者导引器102经由端口(未示出；例如，外科手术用管)附接到患者7。导引器102的曲率可使得机器人系统10能够从不与患者进入端口直接轴向对准的位置操纵器械52，从而允许机器人系统10在室内的放置更加灵活。此外，导引器102的曲率可允许机器人系统10的机器人臂12与患者导引器102基本上水平对准，这可促进机器人臂12的手动移动(如果需要的话)。控制系统50和/或机器人推车10可包括控制电路，该控制电路被配置为根据本文所公开的发明构思基于窥镜52或其一部分的当前位置来实施窥镜速度控制/修改。
图3示出了根据本公开的一个或多个实施方案的基于台的机器人系统104。系统104将机器人部件105与台147结合，从而与一些基于推车的机器人系统相比允许手术室内减少量的资本设备，这在一些情况下可允许更多地接近患者7。与基于推车的系统非常类似，与系统104的机器人臂212相关联的器械装置操纵器组件通常可包括器械和/或器械进送器，这些器械和/或器械进送器被设计成沿着虚拟轨道或路径操纵细长医疗器械，诸如导管等。
如图所示，机器人使能的台系统104可包括耦接到一个或多个托架141(例如，环形可移动结构)的柱144，一个或多个机器人臂212可从该柱伸出。托架141可沿着沿柱144的长度的至少一部分延伸的竖直柱接口平移，以提供不同的有利点，机器人臂212可从这些有利点定位以到达患者7。在一些实施方案中，托架141可使用定位在柱144内的机械马达围绕柱144旋转，以允许机器人臂212进入台104的多个侧面。托架141的旋转和/或平移可允许系统104将医疗器械诸如内窥镜和导管对准到患者上的不同进入点中。通过提供竖直调整，机器人臂212可有利地被配置为紧凑地存放在台系统104的平台147下方，并且随后在规程期间升高。
机器人臂212可通过可包括一系列关节的一个或多个臂支座145安装在托架141上，这些关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂212提供附加的可配置性。柱144在结构上为台平台147提供支撑，并且为托架141的竖直平移提供路径。柱144还可将功率和控制信号传送到托架141和/或安装在其上的机器人臂212。系统104可包括某个控制电路，该控制电路被配置为使用器械进送器211来控制器械148的轴向驱动，该器械进送器可被耦接到臂212中的一个臂的端部执行器，其中器械进送器211被控制成基于器械148的远侧端部的所确定的位置来自动地修改相对于细长器械(例如，内窥镜)148的轴向驱动速度。例如，当器械148的远侧端部定位在预先确定的自动暂停位置处时，器械进送器211可被控制/驱动以自动地暂停/停止轴向缩回以允许样本收集，如本文详细描述的。
术语“端部执行器”在本文中根据其广义和普通含义使用，并且可指任何类型的机器人操纵器装置、部件和/或组件。在适配器(诸如无菌适配器)耦接到机器人端部执行器或其他机器人操纵器的情况下，术语“端部执行器”可指适配器(例如，无菌适配器)或与端部执行器相关联和/或耦接到端部执行器的任何其他机器人操纵器装置、部件或组件。在一些上下文中，机器人端部执行器和适配器的组合可称为器械操纵器组件，其中此类组件还可包括或可不包括物理地耦接到适配器和/或端部执行器的医疗器械(或器械柄部/基部)。术语“机器人操纵器”和“机器人操纵器组件”根据它们的广泛和普通含义来使用，并且可指机器人端部执行器和/或无菌适配器或(共同地或单独地)耦接到端部执行器的其他适配器部件。例如，“机器人操纵器”或“机器人操纵器组件”可指包括一个或多个驱动输出部的器械装置操纵器(IDM)，无论实现在机器人端部执行器、无菌适配器和/或其他部件中。术语“机器人操纵器”和“机器人操纵器组件”还可指与端部执行器相关联的机器人臂或其他机器人平移器。如本文所用，术语“端部执行器”可被理解为是指任何类型的机器人操纵器。
参考图1至图3和图4，图4示出了图1至图3中的任一者的控制系统的示例性实施方案，相关的控制系统50可以被配置为提供各种功能来辅助执行医疗规程。在一些实施方案中，控制系统50可联接到机器人系统10并且与该机器人系统协同操作以对患者7执行医疗规程。例如，控制系统50可经由无线或有线连接与机器人系统10通信(例如，以控制机器人系统10)。此外，在一些实施方案中，控制系统50可与机器人系统10通信以从其接收与窥镜40的远侧端部、进入护套90或装篮装置30的位置相关的位置数据。与窥镜40、进入护套90或装篮装置30的位置有关的此类位置数据可使用与相应部件、窥镜图像处理功能相关联的一个或多个电磁传感器和/或至少部分地基于机器人系统数据(例如，臂位置数据、各种系统部件的已知参数/尺寸等)来导出。此外，在一些实施方案中，控制系统50可与台15通信以将台15定位成特定取向或以其他方式控制台15。在一些实施方案中，控制系统50可与EM场发生器18通信以控制患者7周围和/或器械进送器11周围的区域中的EM场的生成。
图4还示出了图1至图3中的任一者的机器人系统的示例性实施方案。机器人系统10可被配置为至少部分地促进执行医疗规程。机器人系统10可按照多种方式布置，这取决于特定规程。机器人系统10可包括一个或多个机器人臂12，该一个或多个机器人臂被配置为接合和/或控制例如窥镜40和/或装篮系统30以执行规程的一个或多个方面。如图所示，每个机器人臂12可包括耦接到关节24的多个臂段23，该多个臂段可提供多个移动度/自由度。在图1的示例中，机器人系统10被定位为靠近患者的腿，并且机器人臂12被致动以接合并定位窥镜40以便进入到进入开口中，诸如患者7的尿道65。当机器人系统10被正确定位时，可通过机器人使用机器人臂12、由医师5手动地或它们的组合将窥镜40插入患者7体内。窥镜驱动器器械耦接件11(即，器械装置操纵器(IDM))可附接到臂12b中的一个臂的远侧端部执行器22以促进窥镜40的机器人控制/推进。臂中的另一个臂12a可具有与其相关联的器械耦接件/操纵器19，该器械耦接件/操纵器被配置为促进装篮装置30的推进和操作。器械耦接器19还可提供用于窥镜40的柄部31，其中窥镜40在窥镜40的近侧端部处物理地耦接到柄部31。窥镜40可包括一个或多个工作通道，诸如碎石机、装篮装置、镊子等的附加工具可通过该一个或多个工作通道引入到治疗部位中。
机器人系统10可耦接到医疗系统100的任何部件，诸如控制系统50、台15、EM场发生器18、窥镜40、装篮系统30和/或各种类型的经皮进入器械(例如，针、导管、肾镜等)。在一些实施方案中，机器人系统10通信地耦接到控制系统50。例如，机器人系统10可被配置为从控制系统50接收控制信号以执行某些操作，诸如以便以特定方式定位机器人臂12中的一个或多个机器人臂、操纵窥镜40、操纵装篮系统30等。作为响应，机器人系统10可使用机器人系统10的特定控制电路211、致动器217和/或其他部件来控制机器人系统10的部件以执行操作。例如，控制电路211可通过致动耦接到器械进送器11的端部执行器22的驱动输出部402来控制窥镜40的轴向运动。在一些实施方案中，机器人系统10和/或控制系统50被配置为从窥镜40接收图像和/或图像数据，这些图像和/或图像数据表示患者7的内部解剖结构和/或进入护套或其他装置部件的各部分。
机器人系统10一般包括细长支撑结构14(也称为“柱”)、机器人系统基部25和在柱14的顶部处的控制台13。柱14可包括用于支撑一个或多个机器人臂12(在图1中示出三个)的部署的一个或多个臂支撑件17(也称为“托架”)。臂支撑件17可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿垂直轴线旋转以调整机器人臂12的基座以便相对于患者期望地定位。
臂支撑件17可被配置为沿柱14竖直地平移。在一些实施方案中，臂支撑件17通过狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导臂支撑件17的竖直平移。狭槽20包含竖直平移接口以将臂支撑件17相对于机器人系统基座25定位并保持在各种竖直高度处。臂支撑件17的竖直平移允许机器人系统10调整机器人臂12的范围以满足多种台面高度、患者体形和医师偏好。类似地，臂支撑件17上的可单独配置的臂支座可允许机器人臂12的机器人臂基座21以多种构型成角度。
机器人臂12一般可包括被一系列连杆23分隔的机器人臂基座21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列链接臂段24连接，每个关节包括一个或多个独立的致动器217。每个致动器可包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节24可提供或表示机器人臂可用的独立自由度。在一些实施方案中，臂12中的每个臂具有七个关节，并且因此提供七个自由度，包括“冗余”自由度。冗余的自由度允许机器人臂12使用不同的连杆方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师使臂接头运动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。
机器人系统基座25在地板上平衡柱14、臂支撑件17和臂12的重量。因此，机器人系统基座25可容纳某些相对较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及选择性地使该机器人系统能够移动和/或固定的部件。例如，机器人系统基座25包括可允许机器人系统在规程之前容易地围绕手术室移动的轮形脚轮28。在到达适当位置之后，可使用轮锁将脚轮28固定，以在规程期间将机器人系统10保持在适当位置。
定位在柱14的上端处的控制台13可提供用于接收用户输入的用户界面和向医师/用户提供术前和术中数据的显示屏16(或两用装置，诸如触摸屏)两者。控制台/显示器16或显示器56上的潜在术前数据可包括从术前计算机化断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台13可被定位和倾斜成允许医师从柱14的与臂支撑件17相对的侧面接近控制台。从这个位置，医师可在从机器人系统10后面操作控制台13的同时查看控制台13、机器人臂12和患者。如图所示，控制台13还可包括辅助操纵和稳定机器人系统10的柄部27。
机器人臂12中的每个机器人臂的端部执行器22可包括器械装置操纵器(IDM)29或可被配置为将IDM与其耦接，该器械装置操纵器在某些情况下可使用无菌适配器部件来附接。端部执行器22和相关联的IDM以及任何干预机构或耦接器(例如，无菌适配器)的组合可称为操纵器组件111。在一些实施方案中，可去除IDM 29并且替换成不同类型的IDM，例如，第一类型11的IDM可被配置为操纵内窥镜，而第二类型19的IDM可操纵装篮装置和/或支撑内窥镜的近侧端部。另一种类型的IDM可被配置为保持电磁场发生器18。IDM可提供电力和控制接口。例如，接口可包括用于将气动压力、电力、电信号和/或光学信号从机器人臂12传递到IDM的连接器。IDM 29可被配置为使用包括(例如)直接驱动、谐波驱动、齿轮驱动、皮带和滑轮、磁驱动等的技术操纵诸如窥镜40的医疗器械(例如，外科手术工具/器械)。在一些实施方案中，装置操纵器29可附接到机器人臂12中的相应机器人臂，其中机器人臂12被配置为将相应的耦接医疗器械插入到治疗部位中或从治疗部位向外缩回。
如以上参考的，系统100可包括被配置为执行本文描述的特定功能的特定控制电路，包括机器人系统10的控制电路211和控制系统50的控制电路251。也就是说，系统100、101、104的控制电路可以是机器人系统10、控制系统50或它们的某种组合的一部分。因此，本文对控制电路任何提及可指体现在机器人系统、控制系统或医疗系统(诸如在图1至图3中示出的医疗系统100、101、104)的任何其他部件中的电路。术语“控制电路”在本文中根据其广泛和普通含义而使用，并且可指以下各项的任何集合：处理器、处理电路、处理模块/单元、芯片、管芯(例如，包括一个或多个有源和/或无源装置和/或连接性电路的半导体管芯)、微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机(例如，硬件状态机)、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或基于电路和/或操作指令的硬编码来操纵信号的任何装置。本文提及的控制电路还可包括一个或多个电路衬底(例如，印刷电路板)、导电迹线和通孔和/或安装垫、连接器和/或部件。本文提及的控制电路还可包括一个或多个存储装置，该一个或多个存储装置可体现在单个存储器装置、多个存储器装置和/或装置的嵌入式电路中。此类数据存储装置可包括只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、缓存、数据存储寄存器和/或存储数字信息的任何装置。应当注意，在控制电路包括硬件和/或软件状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的实施方案中，存储任何相关联的操作指令的数据存储装置/寄存器可嵌入在包括该状态机、该模拟电路、该数字电路和/或该逻辑电路的电路内或在该电路外部。
控制电路211、251可包括计算机可读介质，该计算机可读介质存储和/或被配置为存储硬编码和/或操作指令，这些硬编码和/或操作指令对应于在本图中的一个或多个图中示出的和/或在本文中描述的步骤和/或功能中的至少一些步骤和/或功能。在一些情况下，此类计算机可读介质可包括在制品中。控制电路211/251可完全在本地维护/设置，或者可至少部分地远程定位(例如，经由局域网和/或广域网间接地通信地耦接)。控制电路211、251中的任一者可被配置为执行本文中公开的各种过程的任何方面，包括图12和图13所示的过程，如下文所描述。
关于机器人系统10，控制电路211的至少一部分可与机器人系统10的基座25、柱14和/或控制台13集成，并且/或者与通信地耦接到机器人系统10的另一系统集成。关于控制系统50，控制电路251的至少一部分可与控制系统50的控制台基座51和/或显示单元56集成。应当理解，本文对功能控制电路或相关功能的任何描述可理解为体现在机器人系统10、控制系统50或它们的任何组合中，并且/或者至少部分地体现在一个或多个其他本地或远程系统/装置中。
进一步参考图4，控制系统50可包括各种I/O部件258，这些I/O部件被配置为辅助医师5或其他人执行医疗规程。例如，输入/输出(I/O)部件258可被配置为允许用户输入在患者7体内控制/导航窥镜40和/或装篮系统。在一些实施方案中，例如，医师5可向控制系统50和/或机器人系统10提供输入，其中响应于此类输入，可将控制信号发送到机器人系统10以操纵窥镜40和/或导管装篮系统30。控制系统50可包括一个或多个显示装置56以提供关于规程的各种信息。例如，显示器56可提供关于窥镜40和/或装篮系统30的信息。例如，控制系统50可接收由窥镜40捕获的实时图像并经由显示器56显示这些实时图像。另外地或另选地，控制系统50可从与患者7相关联的医疗监测器和/或传感器接收信号(例如，模拟信号、数字信号、电信号、声学/声信号、气动信号、触觉信号、液压信号等)，并且显示器56可呈现关于患者7的健康或环境的信息。此类信息可包括经由医疗监测器显示的信息，包括例如与心率(例如，ECG、HRV等)、血压/血率、肌肉生物信号(例如，EMG)、体温、血氧饱和度(例如，SpO2)、CO2、脑波(例如，EEG)、环境和/或局部或核心体温等相关的信息。
为了促进控制系统50的功能，该控制系统可包括各种部件(有时称为“子系统”)。例如，控制系统50可包括控制电子器件/电路251，以及一个或多个电源/接口259、气动装置、光源、致动器、数据存储装置和/或通信接口254。在一些实施方案中，控制系统50是可移动的，而在其他实施方案中，控制系统50是基本上静止的系统。尽管将各种功能和部件讨论为由控制系统50实施，但是此类功能和/或部件中的任一者都可集成到其他系统和/或装置(诸如机器人系统10、装篮系统30、台面15等)中和/或由这些其他系统和/或装置执行。
进一步参考图1，医疗系统100可提供多种益处，诸如提供引导以辅助医师执行规程(例如，器械跟踪、器械对准信息等)，使得医师能够从人体工程学位置执行规程而不需要不方便的手臂运动和/或位置，使得单个医师能够用一个或多个医疗器械执行规程，避免辐射暴露(例如，与荧光镜检查技术相关联的辐射暴露)，使得能够在单个操作环境中执行规程，提供连续吸力以更高效地去除对象(例如，去除肾结石)等。例如，医疗系统100可提供指导信息以辅助医师使用各种医疗器械进入目标解剖特征，同时使出血和/或对解剖结构(例如，关键器官、血管等)的损伤最小化。此外，医疗系统100可提供不基于辐射的导航和/或定位技术，以减少医师和患者的辐射暴露和/或减少手术室中的设备的数量。此外，医疗系统100可提供分布在控制系统50与机器人系统10之间的功能，该功能能够独立地移动。功能和/或移动的此类分布可使得控制系统50和/或机器人系统10能够放置在对于特定医疗规程最佳的位置处，这可使患者7周围的工作区域最大化并且/或者为医师5执行规程提供最佳位置。
系统100的各种部件可在网络上彼此通信地耦接，该网络可包括无线网络和/或有线网络。示例网络包括一个或多个的个域网(PAN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网区域网(IAN)、蜂窝网、互联网、个域网(PAN)、体域网(BAN)等。例如，图4的系统的各种通信接口可被配置为诸如通过无线和/或有线网络连接与一个或多个装置/传感器/系统通信。在一些实施方案中，各种通信接口可实现诸如蓝牙、Wi-Fi、近场通信(NFC)等的无线技术。此外，在一些实施方案中，系统100的各种部件可经由一个或多个支撑电缆、管等连接以用于数据通信、流体交换、电力交换等。
控制系统50、装篮系统30(参见图5)和/或机器人系统10包括特定用户控件(例如，控件55)，这些特定用户控件可包括任何类型的用户输入(和/或输出)装置或装置接口，诸如一个或多个按钮、键、操纵杆、手持式控制器(例如，视频游戏类型控制器)、计算机鼠标、触控板、跟踪球、控制垫和/或捕获手势和手指姿势的传感器(例如，运动传感器或相机)、触摸屏和/或针对它们的接口/连接器。此类用户控件通信地和/或物理地耦接到相应控制电路。
在一些实施方案中，用户可在不使用电子用户控件的情况下手动地操纵机器人系统10的机器人臂12。例如，在外科手术手术室中的设置期间，用户可移动机器人臂12和/或任何其他医疗器械以提供对患者的期望的进入。机器人系统10可依赖来自用户的力反馈和惯性控制来确定机器人臂12和相关联的器械的适当配置。
图5示出了根据一个或多个实施方案的可在图1至图3的医疗系统中的任一个医疗系统中实施的医疗系统部件，该医疗系统部件包括窥镜和/或装篮组件519和器械进送器组件511。窥镜/篮状物系统519包括各种硬件和控制部件。在一些实施方案中，窥镜/篮状物系统519包括耦接到内窥镜40的柄部31。例如，内窥镜(即，窥镜)可包括细长轴，该细长轴包括一个或多个灯49和一个或多个相机或其他成像装置48。窥镜40还可包括一个或多个工作通道44，该一个或多个工作通道可行进窥镜40的长度。在一些实施方案中，此类通道可用于提供细长装篮线/尖齿穿过窥镜40的通路。
窥镜/篮状物系统519可包括由一个或多个线尖齿36形成的篮状物35。例如，装篮系统30可包括在装篮护套37内设置在其长度上的四个线尖齿，其中尖齿从护套37的远侧端部突出以形成篮状物形式35。尖齿36进一步从护套37的近侧端部延伸。尖齿36可被配置为可在装篮护套37内滑动，经受一定量的摩擦阻力。尖齿36和护套37可耦接到篮状物仓部件32的相应致动器75。篮状物仓32可物理地和/或通信地耦接到窥镜/篮状物系统519的柄部部分/部件31。柄部部件31可被配置为用于手动地或通过机器人控制来辅助装篮和/或窥镜控制。
可通过电源接口79为窥镜/篮状物系统519供电和/或通过控制接口78控制该装篮系统，该电源接口和该控制接口中的每一者或两者可与机器人系统10的机器人臂/部件介接。窥镜/篮状物系统519还可包括一个或多个传感器72，诸如压力和/或其他力读取传感器，其可被配置为生成指示在致动器75中的一个或多个致动器和/或窥镜/篮状物系统519的其他耦接件处经受/由其经受的力的信号。此类传感器读数可用于确定卡住篮状物状况，如本文详细描述的。
图5还示出了器械进送器/驱动器组件511，该器械进送器/驱动器组件包括器械进送器/驱动器11和进入护套组件92，该进入护套组件可物理地耦接到器械进送器11。术语“进送器”和“驱动器”在本文的一些上下文中基本上可互换地使用。因此，本文中对窥镜或器械进送器的引用可被理解为指代任何类型的窥镜或器械驱动器，且反之亦然，其中此类装置/系统被配置为在轴向维度上致动轴型器械或引起轴型器械的致动。器械进送器组件511可包括通道39，该通道的尺寸被设定成和/或被配置为用于将诸如内窥镜等的轴型器械的至少一部分放置在其中。例如，当放置窥镜等以允许器械进送器11轴向地驱动此类器械时，器械可至少部分地嵌套在通道39内。尽管被示出为具有通道39，但是在一些实施方案中，根据本公开的各方面的器械进送器装置和组件可不包括此类通道。
在一些实施方案中，致动器38可包括进送辊。如本文所用，术语“进送辊”可包括被配置为实现与其接合的轴的轴向移动的任何数量的辊/轮。“进送辊”还可包括轴通道39以及与器械进送器11相关联的任何输入或输出驱动器，这些输入或输出驱动器直接或间接地引起辊/轮的移动。
在一些实施方案中，进入护套92不对接到器械进送器11，而是耦接到机器人臂、支架或其他结构。尽管本文所述的某些实施方案涉及包括端口/导引器结构和护套部件的进入护套组件，但是应当理解，本公开的实施方案可实施具有集成的端口和护套部件的进入护套。因此，本文中对“进入护套”或简称“护套”的引用可指进入护套/组件的护套部分、端口部分或两者。也就是说，本文中对进入护套组件的任何部件或部分的引用可被理解为指护套部分/部件、端口/导引器部分/部件或两者。此外，本文所述的进入护套组件可以是单一装置、形式或结构，而不是分离的部件的组件。
器械进送器组件511还包括轴向致动器装置或机构38，该轴向致动器装置或机构可包括一个或多个轴接合轮、传送带、齿轮、轨道或其他致动器。致动器38被配置为使得与其接合放置的轴型器械相对于器械的轴线移动。致动器38可通过与一个或多个驱动输入部83的接合来控制，这可允许与致动致动器装置/机构38的器械进送器11的机械部件的物理接合并且/或者可直接致动致动器装置/机构38。
器械进送器组件511还包括护套夹具47，该护套夹具可与器械进送器11相关联并且被配置为将进入护套组件92的至少一部分固定或保持就位。例如，如图所示，夹具47可被配置为夹持在进入护套组件92的漏斗状端口结构91的至少一部分上或上方。进入护套组件92包括进入护套管或导管90，该进入护套管或导管可在其近侧端部处物理地耦接到漏斗状端口结构91，该漏斗状端口结构可提供到进入护套90中的至少部分锥形的导引器开口，其中端口91的近侧开口具有比进入护套90的横截面积或直径更大的面积或直径。夹具47可由一个或多个夹具支撑臂94支撑。
在一些实施方案中，器械进送器组件511包括样本收集器结构85，该样本收集器结构可至少部分地固定到器械进送器组件511和/或器械进送器11的一个或多个部件。样本收集器85可包括杯状结构或其他结构，该杯状结构或其他结构被配置为允许将肾结石或通过进入护套组件92缩回的其他样本或碎屑放置或落入其中。在一些实施方案中，样本收集器85设置在通道39的远侧开口与漏斗状端口结构91之间，其中器械可缩回到样本收集器上方的位置，使得结石/样本可落入或放置在样本收集器85中。
窥镜/进送器控件
图6示出了根据一个或多个实施方案的设置在患者的泌尿系统的各部分的输尿管镜40，该输尿管镜包括在其工作通道中的装篮装置30。如上文所提及，可实施输尿管镜规程以检查人体输尿管的异常和/或治疗该异常。例如，可实施输尿管镜规程以治疗和/或去除肾结石。此类规程可至少部分地手动实现，并且/或者至少部分地使用机器人技术来执行。例如，与完全手动的规程相比，将机器人装置和/或系统用于特定内窥镜规程可提供相对较好的精度、控制和/或协调。在一些实施方案中，窥镜40包括用于将装篮装置30(例如，篮状部件35)部署到窥镜的远侧端部处的操作区域的工作通道44。
除了在对象/结石的尺寸不太大时捕获在篮状物35中的对象之外，内窥镜40穿过其以进入目标解剖结构的进入护套90可有利地具有足以在其中拉动内窥镜40的直径。进入护套90可通过输尿管63推进到肾盂71和/或输尿管肾盂接合部71附近的位置。进入护套90的远侧端部可停放在输尿管63和/或肾盂71中的一定位置处，其中此类停放位置可至少部分地取决于解剖结构。也就是说，进入护套90可被放置成尽可能远地进入肾解剖结构，如尿路路径所允许的那样，该尿路路径在其某些部分中可能有些曲折。通常，进入护套90的铰接性可能无法达到可使窥镜40进行铰接的程度，并且因此将进入护套90导航/驱动到肾中可能并不合乎实际。
窥镜40可以是可铰接的(诸如相对于该窥镜的至少远侧部分)，使得可在人体解剖结构内使窥镜转向。在一些实施方案中，窥镜40被配置为以例如五个自由度进行铰接，包括XYZ坐标移动，以及俯仰和偏航。在一些实施方案中，窥镜40可以六个自由度进行铰接，包括XYZ坐标移动以及俯仰、偏航和滚转。窥镜40的某种位置传感器(例如，电磁传感器)(在实施的情况下)可同样地相对于该位置传感器生成/提供的位置信息具有类似的自由度。本文所公开的位置传感器数据可包括由/使用定位在细长轴的远侧端部处的电磁位置传感器或设置在细长轴的至少一部分内的光纤形状传感器生成的数据。
对于机器人实施方式，机器人系统的机器人臂可被配置为/能够被配置为操纵窥镜40。例如，器械装置操纵器可耦接到机器人臂的端部执行器并且可使用细长移动构件操纵窥镜40。该细长移动构件可包括一根或多根拉线(例如，拉线或推线)、缆线、纤维和/或柔性轴。例如，机器人臂可被配置为致动耦接到窥镜40的多根拉线(未示出)以使窥镜40的末端42偏转。拉线可包括任何合适的或期望的材料，诸如金属和非金属材料，诸如不锈钢、Kevlar、钨、碳纤维等。在一些实施方案中，窥镜40被配置为响应于由细长移动构件施加的力而表现出非线性行为。该非线性行为可基于窥镜的刚度和压缩系数，以及不同的细长移动构件之间的松弛度或刚度的变化性。
如图6所示，在包括内窥镜型器械19(例如，包括柄部31和细长轴40)的实施方案中，篮状物35可被认为是器械19的远侧端部。例如，本文中对窥镜器械的远侧端部的引用可指窥镜轴的远侧端部、从窥镜轴的远侧端部突出的篮状物或装篮器械的远侧端部、组合式窥镜轴和装篮器械的远侧端部或与窥镜/轴相关联和/或从其突出和/或设置在其工作通道内的任何其他类型的器械或工具的远侧端部。
窥镜(例如，内窥镜/输尿管镜)40可包括管状且柔性医疗轴/器械，该管状且柔性医疗轴/器械被配置为插入到患者的解剖结构中以捕获该解剖结构的图像并且使用其一个或多个工作信道来执行某些任务。在一些实施方案中，窥镜40可容纳电线和/或光纤以传输去往/来自光学组件和窥镜40的远侧端部42的信号，该远侧端部可包括成像装置48，诸如光学相机。窥镜40还可包括光源49，诸如LED或光纤光源/透镜。
相机/成像装置48可用于捕获内部解剖空间的图像，诸如肾70的内部肾盏。窥镜40还可被配置为容纳光纤，以将来自位于近侧的光源(诸如，发光二极管)的光载送到该窥镜的远侧端部42。窥镜40的远侧端部42可包括在使用相机/成像装置时供光源照亮解剖空间的端口。在一些实施方案中，窥镜40被配置为由机器人系统控制，该机器人系统在一个或多个方面类似于在图1、图2和图3中分别示出的机器人系统100、101和104。成像装置48可包括光纤、光纤阵列和/或镜头。光学部件与窥镜40的顶端一起移动，使得该窥镜的该顶端的移动导致由成像装置48捕获的图像的变化。
在一些实施方案中，医疗器械(例如，窥镜)40包括传感器，该传感器被配置为生成传感器位置数据和/或将传感器位置数据发送到另一装置或产生电磁场中的可检测的扭曲或特征。传感器位置数据可指示医疗器械40(例如，其远侧端部42)的位置和/或取向，以及/或者可用于确定/推断该医疗器械的位置/取向。例如，传感器(有时称为“位置传感器”)可包括具有导电材料线圈或天线的其他形式/实施方案的电磁(EM)传感器。在一些实施方案中，窥镜40包括封装在窥镜40的远侧端部42中的电磁传感器。电磁传感器(未示出)可包括线的终端或其他导电元件，其被配置为在存在电磁场的情况下感应出电流。此外，医疗器械/窥镜40和/或装篮装置30可包括其他类型的传感器，诸如形状感测光纤、加速度计、陀螺仪、射频收发器等。在一些实施方案中，医疗器械上的传感器可向控制系统提供传感器数据，该传感器数据然后用于确定医疗器械的位置和/或取向。根据本公开的各方面，使用与窥镜40或装篮装置30相关联的一个或多个位置传感器导出的位置数据可用于确定窥镜和/或篮状物35何时处于自动窥镜暂停位置和/或与自动窥镜插入或缩回速度修改相关联的另一位置阈值/区域内或附近。
本公开的实施方案涉及使用器械进送器装置/系统来实施器械/窥镜的轴向驱动速度的修改/改变，这可至少部分地基于器械相对于一个或多个其他结构、解剖结构或装置的当前位置。例如，根据本公开的各方面的机器人器械进送器可被配置为基于器械的位置以增大或减小器械的驱动速度的方式操作，该器械的位置由与器械进送器、机器人系统和/或其他部件、装置或系统相关联的控制电路确定。图7示出了根据一个或多个实施方案的设置在患者的泌尿系统的各部分中的输尿管镜40，其中窥镜40被控制以基于窥镜位置而缩回和/或推进通过不同的区/区域和/或以变化的速度缩回和/或推进。
与图6一样，图7的所示的系统700包括进入护套90，该进入护套已经被插入到患者的尿路解剖结构中并且提供导管，医疗器械19(例如，内窥镜器械操纵器/柄部)的轴40可通过该导管插入。医疗器械19包括器械基部/柄部31，该器械基部/柄部耦接到轴40的近侧部分(例如，内窥镜)。轴40可从基部/柄部31延伸或延伸穿过该基部/柄部。根据一些实施方案，器械19可支撑多个医疗器械，并且驱动装置11可被配置为驱动多个医疗器械中的任一个或多个医疗器械的运动。例如，器械19可支撑具有工作通道的第一医疗器械(诸如内窥镜或导管)和第二医疗器械(其可以是在工作通道内延伸的工作通道器械，诸如活检工具、装篮工具、激光光纤工具、消融工具或被配置为操纵患者解剖结构内的目标或与患者解剖结构内的目标相互作用的其他工具)。
器械基部/柄部31可被配置为附接、安装或以其他方式连接或耦接到机器人臂(未示出)。机器人臂可包括器械驱动机构，并且器械基部/柄部31可附接到器械驱动机构。器械驱动机构可包括驱动输出部，该驱动输出部被配置为接合和致动器械基部/柄部31上的对应的驱动输入部，以操纵医疗器械19。机器人臂还可被配置为移动以操纵器械基部/柄部31在空间中的位置。
轴40可与驱动装置11接合。在所示的实施方案中，驱动装置11包括可与轴40接合或接触的辊38。在一些实施方案中，辊38可包括(comprise或include)可变形材料，该可变形材料在辊38和轴40之间提供抓握、摩擦、牵引或压力。在一些实施方案中，该可变形材料包括硅橡胶。在所示的实施方案中，当辊38旋转时，轴40可以通过驱动装置11被拉动、推动或以其他方式轴向驱动。在第一方向上旋转辊38可导致轴40的插入(例如，沿朝向患者的远侧方向)，并且在第二相反方向上旋转辊38可导致轴40的缩回(例如，在远离患者的近侧方向上)。在此，辊40的方向指的是辊8或接合轴40的其他轴向致动器装置/机构的部分的方向。例如，用于插入轴40的在第一方向上的旋转是指辊38的接合部分在远侧方向上的旋转，并且用于缩回的旋转是指辊38的接合部分在近侧方向上的旋转。关于如图7中所见的辊38的视图，这意味着左辊701逆时针旋转而右辊702顺时针旋转以使辊38在远侧方向上旋转，并且反之亦然以使辊38在近侧方向上旋转。如上所述，可使用其他致动器装置/机构来代替辊38或者除了辊之外还使用其他致动器装置/机构。
轴40可穿过驱动装置11的通道39。通道39包括闭合通道或开放通道。使用开放通道(如图7所示)可有助于将医疗器械19的轴40装载到驱动装置11中，这可简化装置的使用并减少操作时间。例如，开放通道可有助于在手术中或在医疗规程期间装载和/或卸载医疗器械19，以允许用户对医疗器械19进行手动调节，而不必将轴40从患者体内完全缩回。在一些实施方案中，驱动装置11可包括机器人致动的覆盖件，该覆盖件允许通道39被选择性地打开或关闭，以便于根据需要将轴装载到驱动装置上或将轴保持在驱动装置上。
驱动装置11可附接、安装或以其他方式连接或耦接到第二机器人臂(未示出)。第二机器人臂可包括器械驱动机构，该器械驱动机构包括驱动输出部，该驱动输出部被配置为接合和致动驱动装置上的对应的驱动输入部(参见例如图8中的驱动输入部334、338)以致动或操作驱动装置11。机器人臂还可被配置为移动以操纵驱动装置11在空间中的位置。如图7所示，在一些实施方案中，驱动装置11可被配置为附接到进入护套组件92(例如，使用夹具47)。将驱动装置300附接到进入护套组件92可通过驱动装置11或相关联的机器人臂204的移动或重新定位来促进进入护套根据需要的移动或重新定位。
进入护套组件92的进入护套90部分可包括管或其他结构，轴40可插入通过该管或其他结构。在一些实施方案中，进入护套90可包括细长且柔性的进入护套，该进入护套被配置为插入到解剖内腔中。在一些实施方案中，不使用进入护套，并且医疗器械19的细长轴40可直接插入到患者体内(例如，通过自然患者孔口或其他外科进入端口或切口)。
图7还示出了驱动装置11可包括收集器结构85。使用医疗器械19从患者去除的物体可存放到收集器85中。例如，在输尿管镜检查的情况下，医疗器械19可包括被配置为从患者体内捕获和取出结石或结石碎片的装篮装置30。一旦结石碎片被捕获，轴40可缩回直到远侧端部42被定位在收集器85上方。然后可打开篮状物35，从而使结石落入收集器85中。收集器85不需要定位在驱动装置上。
医疗器械19的轴40可直接在器械基部/柄部31与驱动装置11之间延伸。在此类配置中，当驱动装置11驱动细长轴的轴向运动时，支撑基部/柄部31的机器人臂可以以对应于轴40的轴向运动的速率的速率和方向移动基部/柄部31。因此，轴40的插入速度可被限制为耦接到基部/柄部31的机器人臂可移动的速度。这可能适合于相对慢的速度。
在一些配置中，医疗器械19的细长轴40被布置成在医疗器械19与器械进送器14之间和/或在相关联的机器人臂之间形成服务回路49。服务回路49可包括器械基部/柄部31与驱动装置11之间的一定长度的轴40。当轴40的长度超过器械基部/柄部31与驱动装置11之间的距离时，轴40可向下(和/或向侧部)悬挂，从而在器械基部/柄部31与驱动装置11之间形成服务回路49。服务回路49可在轴40中提供松弛，这可用于允许更快的插入和/或缩回。例如，在插入期间，服务回路49中的松弛可被吸收(缩短或收缩服务回路49)。在缩回期间，可生成服务回路49(长度方面增加或膨胀)。如本文所用，膨胀或收缩服务回路49可涉及增加或减少服务回路49中可用于提供柔性轴的轴向自由度的额外长度的量。作为示例，利用服务回路49，驱动装置11能够以比耦接到器械19的机器人臂能够移动的速率更快的速率驱动插入。
在一些实施方案中，使用服务回路49可允许器械进送器11被配置为以介于每秒约100mm至300mm之间的速率(诸如以每秒130mm至190mm之间的速率)相对快速地插入和/或缩回轴40。在这些范围之外的用于相对快速插入或缩回的其他速度也是可能的。例如，当轴40的远侧末端42定位在进入护套90内时，这种类型的快速插入或缩回可以是合适的，因为进入护套90可保护患者的周围组织。在一些实施方案中，当轴40的远侧末端42延伸超过进入护套90/在该进入护套外部时，控制器械进送器11的操作的相关控制电路能够自动地转变到相对较慢的插入或缩回速率。例如，根据本公开的各方面的相对较慢的插入和/或缩回速率可以是约每秒5mm至80mm的速率，诸如介于每秒20mm至50mm之间。在这些范围之外的用于缓慢插入或缩回的其他速度也是可能的，其中缓慢插入/缩回速率比相对快速插入/缩回速率更慢。更慢的插入/缩回速率可例如如以下关于图12和图13所描述地进行操作。
在缩回期间，当轴40的远侧末端被定位成超过进入护套(如被示出为窥镜位置705)时，驱动装置11能够以相对慢的速度驱动窥镜40的缩回。当轴220的末端42进入进入护套90时，诸如相对于窥镜位置706，器械进送器11可自动转变为以更快的速率缩回窥镜。驱动装置11的协调操作和耦接到器械19的机器人臂的以较低速度进行的移动可帮助减轻轴屈曲，如果轴40的轴向运动仅由机器人臂运动执行，则轴屈曲可能导致不准确的驱动响应。
关于机器人输尿管镜规程，手术医师通常不必握住输尿管镜柄部19并且手动地缩回窥镜40以从患者抽出窥镜40。然而，根据一些解决方案，某些用户控制件可被接合以实现/启动窥镜40的缩回。例如，在一些实施方式中，悬垂的缩回操纵杆59可以某种方式接合，诸如通过在向下或其他方向上拉动和/或保持(例如，如图7所示)，以便使器械柄部19向近侧移动和/或通过器械进送器11的轴向致动器装置38(例如，轴接合轮/辊)使窥镜40向近侧轴向致动。
当以机器人的方式引起窥镜40的缩回时，医师可能需要或期望监测窥镜摄像机图像，以允许窥镜40以相对高的速度通过进入护套90缩回，同时防止窥镜40缩回得太远。例如，可能期望防止窥镜40的远侧端部42(诸如从窥镜40的远侧端部42突出的篮状物35)被拉入轴向致动器机构/装置38(例如轮/辊)中。例如，可能期望防止窥镜40的远侧端部42和/或篮状物35到达驱动器窥镜通道39的开口/阈值33，并且进一步到达通道39内的轴向致动器装置38。然而，如果医师过度谨慎地缩回窥镜40，则他或她可能倾向于比理想情况更早地停止窥镜40的缩回，或者可能在窥镜40的远侧端部42在进入护套90内的同时不期望地减慢窥镜缩回，从而导致增加的总规程时间。此外，如果医师没有对缩回给予足够近的注意，或者在缩回过程期间变得分心，则窥镜40可能缩回得太远以及/或者结石/篮状物可能卡在驱动通道39内部，潜在地导致器械损坏和/或规程时间的延长。
本公开的实施方案有利地允许实施自动缩回(和/或插入)速度修改，如由器械进送器相对于细长轴的驱动所实施的，诸如输尿管镜或其他装置。例如，在一些实施方案中，本公开提供了在从进入护套组件离开时窥镜/导管缩回的自动机器人暂停，该窥镜/导管通过进入护套组件缩回。此类暂停可被实施为在相关进入护套外部的区域中的软止动件，该软止动件为执行规程动作(诸如与相关医疗规程结合捕获的样本(例如，从肾提取的肾结石碎片)的落下/存放)提供了窥镜/导管的方便位置。应当理解，除非另外说明，否则本文中对窥镜缩回速度修改的引用可被理解为涉及窥镜推进速度修改。
细长器械的缩回速度方面的自动暂停和/或其他修改可至少部分地基于与相关机器人系统相关联的某些条件和/或信息。例如，在其中器械进送器11和器械19可操作地耦接到机器人系统的机器人臂的相应端部执行器的实施方案中，系统(例如，机器人推车和/或通信地耦接的塔)可被配置为确定和/或生成某些机器人系统参数，这些机器人系统参数可提供用于窥镜位置确定的基础，该窥镜位置确定可用于确定何时以及以何种方式改变窥镜缩回/插入速度。例如，此类参数可包括当前窥镜插入位置、当前窥镜和/或器械进送器尺寸以及进入护套长度。
如图7中的肾解剖结构的详细图像所示，可首先将观察篮状物35缩回到进入护套90的远侧开口93中。关于缩回到进入护套90中，可实施确认过程或子过程以确认窥镜40的远侧端部42和/或篮状物30在进入护套90内的位置或存在。例如，用户界面可警告用户以请求来自用户的窥镜40和/或篮状物35在进入护套90内部的确认。用户可基于相机图像和/或其他可用的位置信息来确定窥镜40和/或其远侧端部42的位置。
一旦已经确认窥镜40在进入护套90内的位置，与机器人器械进送器系统(例如，机器人推车、控制塔/系统和/或器械进送器11)相关联的控制电路可被配置为启用快速缩回模式。在一些实施方式中，由用户以指示缩回命令(例如，通过在操纵杆59上下拉)的方式接合某些用户控制件55(诸如悬挂式操纵杆59等)，相对快速的缩回可被实施以通过护套以相对快速速度自动地缩回窥镜，直到确定窥镜已经到达预先确定的自动暂停位置101，在该预先确定的自动暂停位置，相关控制电路可实施窥镜40的轴向移动/缩回的自动暂停/停止。
在一些实施方式中，一旦已经实施了自动暂停，医师/用户就可释放用户控件的缩回信令操纵杆，并且通过相机视图或直接观察进入护套组件92和/或器械进送器11的近侧端部来检查，以确认或确定窥镜40是否处于用于结石碎片收集的期望位置。如果是这样，则用户可接合某些用户控件以命令篮状物35以使得其中捕获的结石碎片从篮状物落下的方式打开。在一些实施方式中，一旦用户释放缩回操纵杆，自动暂停功能可被停用，使得用户可实施对窥镜的位置的精细调节以到达期望的结石收集位置。窥镜的此类精细位置调节可使用悬挂式插入操纵杆操纵来实施。
图8示出了根据一个或多个实施方案的与机器人臂12相关联的器械装置操纵器组件150的分解图。器械装置操纵器组件150包括与机器人臂12的远侧端部相关联的端部执行器6。器械操纵器组件150还包括器械进送器11。器械进送器11可包含用于致动器械40的机电装置，诸如内窥镜或其他轴型器械。本文对朝上和朝下的表面、板、面、部件和/或其他特征或结构的描述可参考图8所示的器械装置操纵器组件150的特定取向来理解。也就是说，尽管端部执行器6通常可能够被配置为面向一系列方向和取向和/或沿一系列方向和取向定向，但是为了方便起见，本文对此类部件的描述可在图10所示的端部执行器6的大体竖直面向取向的背景下进行。
在一些实施方案中，器械装置操纵器组件150还包括适配器部件8，该适配器部件被配置为在端部执行器6和器械进送器11之间提供驱动器接口。在一些实施方案中，适配器8和/或器械进送器11可以是能够从机器人臂12去除或拆卸的，并且可没有任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分灭菌。因此，器械进送器11和/或适配器8可被设计成从端部执行器6(并且因此从系统)拆卸、去除和互换，以便单独灭菌或处置。相比之下，端部执行器6在一些情况下不需要被改变或灭菌，并且可被覆盖(例如使用盖布301)以便进行保护。
适配器8可包括用于将气动压力、电力、电信号和/或光学信号从机器人臂12和/或端部执行器6传递到器械进送器11的连接器。机器人臂12可使所耦接的器械进送器11推进/插入治疗部位中或从治疗部位向外缩回。在一些实施方案中，可去除器械进送器11并且替换成不同类型的器械。机器人臂12的端部执行器6可包括被配置为连接到适配器8、器械进送器11、进入护套组件92和/或器械40的部件和/或与这些部件对准的各种部件/元件。例如，端部执行器6可包括用于控制/铰接医疗器械的驱动输出部302(例如，驱动样条、齿轮或具有接合特征的可旋转盘)、用于从医疗器械读取数据的读取器304(例如，用于从医疗器械读取序列号的射频识别(RFID)读取器)、用于将器械进送器11和/或适配器8附接到器械进送器6的一个或多个紧固件306、用于与手动附接到患者的器械(例如，进入护套90)对准和/或用于限定装置操纵器组件150的前表面的标志308。在一些实施方案中，适配器8的一部分(例如，板)315可被配置为当耦接到端部执行器6时独立于适配器8和/或端部执行器6的一个或多个其他部件旋转/自旋。
在一些配置中，无菌盖布301(诸如塑料片等)可设置在端部执行器6与适配器8之间，以在机器人臂12和器械进送器11之间提供无菌屏障。例如，盖布301可以允许机械扭矩从端部执行器6转移到适配器8的方式耦接到适配器8。适配器8一般可被配置为保持围绕其致动部件的密封，使得适配器8本身提供无菌屏障。使用耦接到适配器8和/或装置操纵器组件19的更多个其他部件的盖布301可在机器人臂12和外科手术区域之间提供无菌屏障，从而允许在无菌的外科手术区域中使用与臂12相关联的机器人推车。端部执行器6可被配置为耦接到各种类型的无菌适配器，这些无菌适配器可被装载到机器人臂12的端部执行器6上和/或从机器人臂的驱动器去除。在臂12覆盖在塑料中的情况下，医师和/或其他技术人员可在规程期间与臂12和/或机器人推车的其他部件(例如，屏幕)交互。覆盖还可防止设备生物危害污染和/或最小化规程后的清理。
器械进送器11可包括在器械进送器11的壳体的下表面336上的多个驱动输入部334、338。在所示的实施方案中，器械进送器11包括三个驱动输入部334、338，尽管在其他实施方案中可以包括其他数量的驱动输入部。驱动输入部可在沿着器械进送器11的下配合表面336间隔开的固定位置，这有助于将驱动输入部334、338耦接到端部执行器6的对应的驱动输出部302，驱动输入部可在沿着被设计成用于模块化使用并且附接到各种其他器械的对应配合表面间隔开的固定位置。
器械进送器11内的机械组件可允许驱动输入部334、338用于驱动相对的辊或用于医疗器械轴的轴向运动的其他致动器装置/机构的旋转以及用于允许轴的装载或允许其他使用情况的相对的辊的位置方面的改变。在所示的实施方案中，三个驱动输入部包括两个辊驱动输入部334和打开/关闭驱动输入部338。驱动输入部334、338中的每一者可被配置为与机器人臂12上的对应的驱动输出部302接合。例如，每个驱动输入部可包括被配置为与被配置为样条的驱动输出部配合的接收器。驱动输入部和驱动输出部可被配置为接合以在其间传递运动。因此，驱动输出部可被旋转以引起驱动输入部334、338的对应的旋转，从而控制器械进送器11的各种功能。
本文对“器械装置操纵器组件”、“器械操纵器组件”、“操纵器”、“操纵器组件”以及它们的其他变型的引用可指图8中示出的组件150的部件的任何子集，包括机器人臂、机器人臂的端部执行器、被配置为耦接到机器人端部执行器的适配器、被配置为耦接到端部执行器和/或适配器的器械进送器、器械进送器的致动器(例如，进送辊、轴通道和/或与器械进送器相关联的其他致动器部件、装置和/或机构)。此外，应当理解，本文中对“致动器”的引用可指图8中示出的组件150的直接或间接影响或导致与器械进送器接合、耦接到器械进送器或以其他方式可由器械进送器致动的器械的移动的任何部件。例如，根据本文所公开的实施方案，“致动器”可包括以下装置或部件的任何组或子集：进送辊、轴致动轮/辊、进送辊通道、器械进送器驱动输入部、适配器驱动输出部、适配器驱动输入部、端部执行器驱动输出部和/或被配置为引起其致动的控制电路。
图9是根据一个或多个实施方案的机器人臂的透视图，该机器人臂具有分别耦接到其上的内窥镜和器械进送器装置。如本文详细描述的，机器人医疗系统(诸如以上参照图1至图8描述的那些)可用于涉及从患者去除物体、样本或样品的机器人医疗规程，诸如肾结石碎片去除。在机器人肾结石取出规程中，医师可使用控制器和/或某个控制电路来操作各种机器人医疗器械(例如，上述内窥镜和腹腔镜)。医师可控制系统以利用设置在内窥镜的工作通道中的装篮装置来捕获肾结石。当结石碎片已经被捕获时，机器人输尿管镜可被缩回以从患者体内去除肾结石。一旦定位在患者体外，可以将装篮装置打开以释放结石。如果必要的话，可以将机器人输尿管镜再次插入体内以取出更多的结石。
样本收集器85可被配置为使得机器人医疗系统可以以机器人的方式将样本存放在其中，这可以使得人工或物理相互作用最小化。样本收集器85可以与机器人医疗系统的部件(诸如器械进送器11)集成和/或被配置为由机器人医疗系统的部件支撑在机器人控制的医疗器械可以快速且有效地存放样本的位置。样本/结石可存放在进入护套导引器91中的开口与轴向致动器38之间的位置101处，诸如大约在导引器91或护套90的开口和与轴向致动器38相关联的器械进送通道的远侧端部43之间的中间的位置处。在一些实施方案中，样本收集器85可与无菌盖布901集成，该无菌盖布被配置为覆盖系统的各种机器人部件。例如，当装篮装置从患者和/或进入护套导引器91向外缩回时，样本收集器可定位在机器人控制的装篮装置正下方的位置。在此类位置，可以将装篮装置轻松地打开，以将取出的物体落入样本收集器85中。样本收集器可以被配置有至少一个多孔部分85，该至少一个多孔部分允许流体通过其排出，同时保留放置在其中的物体。
图9的系统900包括医疗器械19，该医疗器械包括器械基部/柄部31和细长轴40。对于所示的实施方案，细长轴40的近侧端部从器械基部31延伸。在一些实施方案中，细长轴40包括柔性轴和/或铰接轴。细长轴40的远侧端部被配置为插入到进入护套导引器91中。与本公开的其他附图一样，器械进送器11被配置为驱动细长轴40的插入和/或缩回，使得细长轴40的远侧端部能够插入到进入护套90中和从该进入护套缩回。在所示的实施方案中，器械19被示出为处于其中细长轴40的远侧端部已经从进入护套90向外缩回的位置。尽管本文描述的示例涉及肾结石去除，但是医疗器械19可被配置为从患者体内收集和取出其他类型的物体、样本或样品。例如，在一些实施方案中，医疗器械19被配置为从患者解剖结构取出活检样品。
器械进送器11与医疗器械19的细长轴40接合，并且被配置为驱动细长轴40的远侧末端轴向运动(例如，插入和/或缩回)进入进入护套90中或者从该进入护套离开。例如，如图9所示，器械进送器11包括可接合或接触细长轴40的辊38或其他轴向致动器装置/机构。在一些实施方案中，辊38可包括可变形材料，该可变形材料在辊38和细长轴40之间提供抓握。在一些实施方案中，该材料包括硅橡胶。在所示的实施方案中，在辊38旋转时，细长轴40可通过器械进送器11被拉动、推动或以其他方式轴向驱动。在第一方向上旋转辊38可以引起细长轴40的插入，并且在相反的第二方向上旋转辊38可以引起细长轴40的缩回。在一些实施方案中，可以使用其他驱动机构来代替辊38或者除了辊之外还使用其他驱动装置/机构。在所示的实施方案中，细长轴40穿过器械进送器11的通道39。通道39包括闭合通道和/或开放通道。在所示的实施方案中，无菌适配器8a、8b定位在机器人臂12a、12b与相应的耦接器械/装置19、11之间。
虽然系统900的所示的实施方案包括用于驱动医疗器械204的细长轴40的轴向运动的器械进送器11，但是在其他实施方案中，可以使用其他类型的机器人操纵器来驱动轴向运动。例如，在一些实施方案中，通过移动医疗器械19的基部/柄部31附接到其上的机器人臂12a来驱动轴向运动。因此，本文对基于器械位置的器械缩回/插入速度修改的描述可涉及对直接或间接耦接到器械的机器人臂在空间中的移动的速度的修改。
样本收集器85提供可将样本存放到其中的接收器、容器、器皿或储存库。样本收集器85可包括柔性材料，诸如塑料片。在一些实施方案中，收集器85包括柔性袋。样本收集器85可被定位在无菌区内。收集器85可附接到无菌适配器8b、附接到进入护套导引器91或附接到器械进送器11。在所示的实施方案中，当远侧末端42从进入护套导引器91中抽出时，样本收集器85被定位在医疗器械19的细长轴40的远侧末端42下方(例如，正下方)的位置。在这个位置，可通过释放样本(例如，打开装篮装置)并允许样本由于重力而落入收集器85中来实现将样本存放到收集器85中。样本收集器85的这个位置还可保持细长轴40与进入护套90之间的对准，使得在样本被存放到收集器85中之后，细长轴40的远侧末端42可被快速地重新插入到进入护套90中以继续规程。这可以减少整个手术的长度，改善患者结果。
在所示的实施方案中，预先确定的自动窥镜暂停/停止位置设定在样本收集器85的正上方的位置处。例如，此类自动暂停/停止位置101可定位在器械进送器11和/或轴向致动器38的远侧(即，面向患者的)侧部43上。这个位置可有利地最小化将轴40的远侧末端42定位在样本收集器85上方所需的移动量。同样，这可以减少整个手术的长度。样本收集器85和自动暂停/停止位置(其可以是沿着轴40的行进的轴线的在空间中的可标识位置)恰好定位在进入护套90和/或进入护套导引器91的近侧。
图10是图9中示出的器械进送器11的实施方案的俯视图，其中器械进送器被配置为驱动医疗器械的细长轴的轴向运动。图10示出了器械进送器11和进入护套90，并标识了某些参数特征，这些参数特征可提供如本文所述的自动缩回速度和/或暂停功能的基础。图9和图10示出了在进入护套导引器91的近侧开口和与其相关联的轴向致动器38和/或驱动通道39之间的自动暂停位置101处暂停的窥镜40的远侧末端42。图10示出了通常定位在自动暂停/停止位置101下方的收集器85。在一些实施方案中，收集器85耦接到附接突片89。附接突片89可被配置为附接到支撑样本收集器85的器械进送器11和/或系统900的部件上。
图10示出了可用作根据如本文所公开的窥镜缩回/插入速度修改的窥镜位置确定的基础的各种尺寸。例如，第一尺寸d1可对应于窥镜通道39的开口43和与器械进送器11相关联的夹具部件47的近侧端部或中心之间的距离，该近侧端部或中心配置为将进入护套组件92的近侧开口/漏斗状部件91保持并固定在适当位置。在一些实施方式中，期望的自动暂停位置101可被确定为夹具47的近侧端部与通道43的开口之间的中间的位置，如图10所示。也就是说，本公开的实施方案提供关于缩回窥镜在进入护套夹具和窥镜通道和/或轴向致动器机构/装置之间的轴向移动的自动暂停执行。在确定用于自动暂停和/或其他速度修改功能的窥镜位置时，窥镜40相对于其远侧端部42的位置可用作某些位置确定/计算的基础。例如，图10示出了表示到窥镜通道39的开口43与进入护套90的远侧端部93之间的距离的尺寸d3，该尺寸可用于计算窥镜的位置。在一些实施方式中，通道开口43和夹具47之间的距离d1可至少部分地通过从表示进入护套末端93处的窥镜插入长度的尺寸d3减去已知或所选择的进入护套长度d2来确定。在一些系统中，距离d1可直接从器械进送器11的机械尺寸导出。暂停位置101还可通过减去夹具47与通道43的开口之间的距离d1的一半来确定。例如，自动窥镜暂停位置(position/location)101可根据下面列出的等式(1)来确定：
PauseLocation＝SheathTip-d2-0.5*d1 (1)
其中“PauseLocation”表示自动窥镜暂停/停止位置101，“SheathTip”表示当窥镜40的末端42处于进入护套90的末端93处时的窥镜插入配置，其中d1和d2表示图10中示出的这些参数的可能尺寸中的任一个可能尺寸。当窥镜40的末端42定位在进入护套90的远侧末端93处时，考虑到窥镜的辊致动和/或窥镜服务长度，“SheathTip”可指示窥镜柄部19的相对插入/位置。在一些实施方式中，上面的等式(1)还包括根据尺寸d1和d2如何被定义来减去等式的右侧上的尺寸d4，以便确定如针对自动暂停位置所示的位置101。
根据本公开的各方面的自动插入或缩回速度修改可基于指示相对于一个或多个其他系统部件(诸如进入护套、样本收集器和/或其他部件)的窥镜位置的任何类型的机器人系统数据。例如，指示窥镜的当前窥镜插入的数据可用于确定/检测窥镜或其部件的当前位置。当前窥镜插入数据可指示窥镜从某一经校准位置平移的程度。例如，在窥镜长度已知的情况下(例如，基于与窥镜相关联的RFID标识)，当前窥镜插入可基于分别耦接到器械进送器11和窥镜柄部19的机器人臂的端部执行器之间的距离来确定。例如，图1、图7和图9包括表示两个机器人臂的端部执行器的中心点之间的距离的尺寸标注Da，其中机器人臂中的一个机器人臂被固定到窥镜基部/柄部19。因此，触发自动窥镜插入或缩回速度修改或停止/暂停可至少部分地基于在相关医疗规程中使用的两个或更多个机器人臂之间的已知相对距离。
在一些实施方案中，自动窥镜缩回/插入速度修改可至少部分地基于辊/轮38的中心与护套夹具47的中心之间的预先确定的距离，其中此距离在图10中被示出为距离d1的变体。此外，也可预先确定夹具47的中心与护套90的近侧端部之间的距离，其中此距离在图10中被示出为距离d4。此类数据点可诸如与进入护套90的已知长度d2一起用来确定护套90的远侧端部93相对于器械进送器11的位置，其中此类位置信息可用作用于确定窥镜40的位置的基础，以便触发根据本公开的各方面的自动速度修改。通常，窥镜40的位置的确定还可基于支撑器械进送器11和窥镜19的相应机器人臂之间的当前距离DA。
在一些实施方案中，窥镜位置的确定/检测至少部分地基于进入护套长度d2，其中此类长度通常可理解为进入护套90的远侧末端93与护套90的近侧端部、夹具47的中心或漏斗状端口/导引器结构91的近侧端部之间的长度。在一些实施方案中，护套90具有约55cm的长度，而漏斗状端口/导引器结构91具有约2cm的长度。然而，应当理解，根据本公开的各方面，可利用任何长度的护套、窥镜、端口或系统的其他部件。
在一些情况下，进入护套90的长度d2还可以是已知的。例如，此类长度数据点可由医师/用户在相关校准或初始化过程期间的某个点输入。在一些实施方案中，进入护套90的长度d2可由与其相关联的一个或多个传感器(诸如磁性标签或传感器等)指示。在器械进送器11物理地耦接到进入护套组件92的情况下，如图6、图7和图10所示，进入护套90的远侧端部93的位置可从与耦接到器械进送器11的机器人臂有关的位置数据和进入护套长度d2以及与护套夹具47和/或漏斗状端口结构91的位置和/或尺寸有关的信息来确定/导出，根据本公开的各方面，它们中的每一者可用作用于自动缩回或插入速度修改的基础。
在一些实施方式中，通过初始地校准机器人臂中的一个或多个机器人臂的位置和窥镜末端42的位置来确定窥镜40的末端42的当前位置，其中机器人臂的随后相对或绝对移动可基于与机器人臂的初始位置的偏差和/或辊38的致动的量/程度来指示窥镜末端42的当前位置。特别地，连接窥镜的机器人臂12a的移动可被监测以确定窥镜位置，因为耦接器械驱动器的臂12b在被夹持到输尿管进入护套90时通常可以是静止的。将进入护套组件92夹持到器械进送器11可有利地减小由于撕裂或进入护套90与相邻解剖结构之间的其他摩擦或钝接触而引起的对患者的伤害的风险。
在一些实施方式中，与漏斗状端口结构91的近侧端部处的阈值相关联的点153可在校准过程期间相对于窥镜40的末端42被配准。在一些实施方案中，暂停位置101可相对于保持窥镜19的机器人臂12a的位置配准，其中在窥镜40的远侧末端42处于自动暂停/停止区域101中的位置处的窥镜19的位置可通过视觉确认和/或其他装置或机构来确定。在此类配准/校准之后，可至少部分地基于配准位置信息来确定窥镜的位置。
除了使用机器人系统数据来确定/检测窥镜的至少一部分的位置以便于触发由器械进送器组件/装置进行的自动或插入速度修改之外，或作为其替代性方案，可实施缩回其他机构来确定窥镜和/或篮状物位置以便于触发速度修改，包括如本文详细描述的自动缩回暂停/停止。例如，在一些实施方式中，由一个或多个位置传感器生成的信号可用于检测窥镜、篮状物和/或窥镜组件的其他部件何时到达特定位置，其中根据本公开的各方面的速度修改由此类确定/检测到的位置触发。例如，相关系统(例如，图1中示出的系统100的实施方案)可包括一个或多个传感器(例如，电磁位置传感器等)，该一个或多个传感器被配置为生成指示当前时间的窥镜的远侧末端的位置、进入护套的进入和/或离开位置等的数据，其中系统的控制电路被配置为响应于位置检测/确定来实施速度修改(例如，缩回暂停)。在一些实施方式中，所检测/确定的位置可基于指示窥镜的一个或多个部件或部分相对于进入护套或进入护套组件的一个或多个部件或部分的相对位置的数据。
如结合本公开的各种实施方案所描述的，根据本公开的各方面的器械进送器装置/工具对窥镜的缩回和/或插入速度的修改可基于由装置/工具驱动的窥镜的部分的位置的确定，如本文详细描述的。例如，此类位置确定可涉及确定窥镜的远侧端部已经从进入护套的近侧开口向近侧抽出。此类确定/检测可涉及确定何时窥镜的远侧端部和/或从窥镜的远侧端部突出的装篮装置已经清除进入护套轴中的开口和/或与护套组件的近侧端部相关联的漏斗状端口结构的近侧端部开口。
在一些实施方式中，窥镜或其他轴型器械的轴向驱动速度的修改可基于窥镜和/或装篮装置/组件的部件或部分已被推进到进入护套组件中的确定/检测，此时可触发快速插入模式，其中窥镜的远侧端部可通过进入护套以相对高的速率推进。此类确定/检测可涉及确定或检测这个窥镜的远侧端部和/或从其突出的装篮装置已经进入与进入护套组件相关联的漏斗状端口结构，或进入护套的物理地耦接到漏斗状端口结构的近侧开口。
图16示出了器械进送器11和夹持到其上的相关联的进入护套组件92，其中标识与进入护套组件92和器械进送器11相关联的不同窥镜插入/缩回速度区Z0至Z3。各种区域是在护套90和/或护套组件92内的和/或没有该护套和/或护套组件的区域，其中不同的缩回和/或插入速度可根据本公开的各方面被自动地实施/触发。当由器械进送器11驱动的窥镜装置(未示出)的末端在护套90的快速缩回区Z2内时，窥镜可以被配置为以相对高的速度缩回。例如，此类快速缩回可在用户按下相关用户输入装置的控制操纵杆以缩回窥镜的同时实施，其中缩回速度可响应于窥镜末端在快速缩回区Z2内的确定而增加。
在一些实施方式中，在快速缩回模式期间，系统的一个或多个部件的控制电路可被配置为将当前的窥镜插入/位置与所确定的自动暂停位置101进行比较，以确定是否启动镜缩回的自动暂停/停止。在一些实施方案中，缓慢缩回区Z3可与进入护套组件92的近侧部分相关联，使得当在暂停位置101处暂停/停止之前朝近侧离开进入护套90时，窥镜的缩回首先减慢。在一些实施方式中，除非当前窥镜位置与暂停位置101之间的比较匹配或者在足够接近度内，否则可自动地继续快速缩回。一旦确定窥镜末端处于或靠近暂停位置101，相关控制电路可有利地通过驱动机构的控制启动/执行窥镜在该位置处的自动暂停/停止。
进一步参照图16，在一些实施方式中，可实施缓慢缩回区Z3，其中一旦确定/检测到从其突出的窥镜和/或篮状物的远侧端部已经到达护套进入位置151，窥镜的缩回速度就减慢，该护套进入位置可定位在护套90的近侧端部处、夹具47的中心点处或漏斗状端口结构91的近侧端部处或任何其他位置处。也就是说，在一些实施方式中，在到达自动暂停/停止区域或位置101时被完全停止/暂停之前，当在缓慢缩回区Z3中时，窥镜的缩回可首先被减慢。在一些实施方案中，在窥镜和/或篮状物仍在进入护套90内、在护套90的近侧端部的紧邻远侧的区域中的同时，可自动地触发缓慢缩回。应当理解，本文中对窥镜或其部件的位置的确定/检测的任何参考或描述可指示从窥镜的远侧端部突出的篮状物形式/装置的位置的确定/检测。
当通过护套90向远侧推进/插入窥镜40时，可触发轴向插入/推进的速度修改以在确定/检测到窥镜(和/或相关联的篮状物)到达护套90的远侧区域中的位置152时减慢此类窥镜速度。例如，插入/推进速度可自动地减小经过阈值152，以减小在从护套90离开时对组织的损坏的风险。在一些实施方式中，此类速度降低可通过确定大于预先确定的阈值插入力的插入力来触发。此类力可由与致动器或器械进送器11的其他部件相关联的一个或多个扭矩传感器上的读数来指示。在一些实施方案中，位置152距进入护套90的轴向端93约20mm或更小。
在将窥镜40插入进入护套90期间，当窥镜末端42和/或篮状物经过临界点151或护套90的近侧区域中的另一点时，快速插入模式可被自动触发和启动。在一些实施方案中，窥镜末端和/或篮状物已经进入快速插入/缩回区Z2的确定可基于窥镜和/或篮状物的从其突出的远侧端部42已经经过将进入护套组件92固定到器械进送器11的夹具47的确定。例如，进入到进入护套90中和/或快速插入/缩回区Z2的确定可基于指示漏斗状端口/导引器结构91的轴向长度和/或漏斗状端口结构91的远侧端部的已知距离的信息。例如，可能有利的是，在窥镜和/或篮状物在漏斗状端口结构91的内部通道内的同时保持缓慢的插入速度，直到窥镜和/或篮状物的末端越过阈值进入进入护套组件92的管状结构90中。
关于图1中的所示的系统100以及本文所公开的其他系统，其中所实施的电磁场发生器18被配置为广播电磁场，该电磁场覆盖器械进送器11设置在其中的区域，可依赖此类电磁场以基于本文所述的电磁定位来确定窥镜40的末端42的位置。在一些实施方式中，电磁位置传感器用于确定窥镜末端45在进入护套90的末端93处的位置，其中如上文详细描述的与护套组件和/或器械进送器11相关的预先确定的数据点中的一个或多个预先确定的数据点可用于确定窥镜40的远侧末端42相对于自动暂停/停止位置101的位置。也就是说，电磁位置传感器信息可用于校准窥镜的末端42相对于护套组件92和/或器械进送器11的位置，其中此类校准可用于基于耦接到窥镜组件19的致动器38和/或机器人臂12a的校准后移动来确定窥镜相对于自动停止/暂停位置101的位置。如图16所示，当它们越过其他速度阈值点时，此类校准进一步可用于确定窥镜位置。在一些实施方案中，窥镜40的末端42可包括电磁传感器，该电磁传感器可用于此类目的。
在一些实施方式中，通过器械进送器装置/组件对窥镜的轴向驱动的修改涉及响应于窥镜(例如，窥镜的远侧端部)和/或从其突出的篮状物已经到达样本收集区、区域、位置等的确定/检测而停止或暂停窥镜的轴向移动。例如，此类位置可以是位于进入护套的近侧开口和/或相关联的漏斗状端口结构与远侧开口之间的近似中间点处的区域或位置101，或和窥镜通道和/或与器械进送器装置/组件相关联的轴向致动器(例如，辊)相对于窥镜的驱动轴线的接口。图7、图10和图15中示出的所示的自动暂停/停止区域/位置101表示示例位置，其中在此类位置处检测到窥镜和/或相关联的篮状物的一部分可触发与本公开的实施方案相关的自动缩回暂停。可使用任何类型的传感器来确定窥镜位置，包括电、光或其他类型的传感器。此外，在一些实施方案中，可使用多个传感器来提供位置确定/检测的增加的准确性。可依赖传感器信息来解决可影响本文所述的位置确定的意外问题(诸如窥镜40与驱动器致动器38之间的相对滑动)。
进一步参照图10，器械进送器11可包括辊38或其他轴向致动器装置，这些辊或其他轴向致动器被配置为驱动医疗器械的轴的轴向运动。如上所述，辊38可定位在通道39的相对侧上，以便当轴40装载到器械进送器11中时定位在医疗器械19的轴40的相对侧上。因此，辊38可被认为是相对的辊。辊38可在第一方向上旋转以驱动医疗器械的轴的插入，并且可在第二方向上旋转以驱动医疗器械的轴的缩回。
在一些实施方案中，器械进送器11包括弹簧88，这些弹簧被配置为朝向闭合位置偏置辊38，在该闭合位置这些辊与细长轴40接合。除了向内朝向通道39偏置辊38之外，弹簧88还可被配置为提供使辊38与医疗器械的轴40接合所必需的压力或摩擦力。例如，弹簧88确定辊38压入医疗器械的轴40中的有力程度。可选择弹簧88的力，以便提供对医疗器械的轴40的期望压力或摩擦。在一些实施方案中，弹簧88的弹簧力可用于控制或限制医疗器械的轴在插入和缩回期间可施加在患者的解剖结构上的压力或力。这可通过选择或设定弹簧力(该弹簧力对应于辊38的摩擦驱动力)使得辊38将在规定载荷下开始在医疗器械的轴上滑动来实现。通过调谐这个驱动力，系统可维持被认为或限定为对于患者是可容忍或安全的所施加的力的水平。在一些实施方案中，系统的控制电路被配置为确定辊38与轴40之间的滑动何时已经发生以便于确定窥镜位置。
基于视觉的窥镜位置确定
如贯穿全文所提及的，可通过在插入或缩回过程期间确定或检测当前窥镜位置来触发用于窥镜插入和/或缩回的自动速度修改。在一些实施方式中，当前窥镜位置的确定(例如，远侧末端位置检测/确定)可基于由和/或使用窥镜的一个或多个相机生成的相机数据。例如，系统的控制电路可被配置为实施图像处理功能，以识别窥镜相对于进入护套和/或进入护套组件和/或器械进送器的其他部件的环境。在一些实施方案中，在缩回或插入期间由窥镜相机捕获的相机图像可彼此比较和/或与某些参考图像比较，以相对于窥镜是在进入护套内还是没有进入护套和/或窥镜定位在进入护套的什么部分内或附近来分类/确定窥镜的位置。根据本公开的各方面，此类位置确定可用作用于触发自动速度修改或停止/暂停的基础。
在一些实施方案中，某些标记可被施加和/或形成在进入护套的各种表面或部分/部件上，这些标记可使用由系统的控制电路实施的图像识别功能来标识。例如，可实施某些颜色编码以基于此类颜色编码特征的标识向系统控制电路指示窥镜的位置，此类颜色编码特征可与进入护套或系统的其他部件的某些结构和/或部分/部件相关联。例如，视觉标记可施加和/或存在于器械进送器11的漏斗状端口结构91和/或支撑臂/结构96的内侧上。
在一些实施方案中，位置确定/检测可基于图像识别功能，该图像识别功能可至少部分地基于来自由系统的控制电路实施的神经网络框架的输出。例如，内窥镜相机图像可提供窥镜位置确定的基础。此类基于视觉的窥镜位置确定功能可通过使用某些图像处理技术的医疗系统的控制电路来实施。
图11示出了根据一个或多个实施方案的窥镜位置确定图像识别架构1100。根据本公开的一个或多个实施方案，架构1100提供用于标识内窥镜相机图像中的一个或多个器械和/或解剖特征以基于相机图像的特性动态地确定窥镜位置的框架。框架1100可体现在特定控制电路中，该特定控制电路包括一个或多个处理器、数据存储装置、连接性特征、衬底、无源和/或有源硬件电路装置、芯片/管芯等。例如，框架1100可至少部分地体现于在图4中示出并且在上文描述的控制电路251和/或控制电路211中。框架1100可采用机器学习功能以对例如内部肾解剖结构的输尿管镜图像、进入护套部件的内部等执行自动窥镜位置确定/检测。
框架1100可被配置为对特定图像类型数据结构进行操作，诸如表示与一种或多种医疗规程相关联的治疗部位的至少一部分和/或在此类规程中使用的器械部件的图像数据。可通过与框架1100的图像处理部分相关联的特定变换电路1120以某种方式操作此类输入数据/数据结构。变换电路1120可包括任何合适或期望的变换和/或分类架构，诸如任何合适或合意的人工神经网络架构。
可根据已知图像数据来训练变换电路1120。例如，图像数据可包含作为输入/输出对的医疗器械部件以及对应于相应图像1112的目标标记1132的表示，其中变换/分类框架1120被配置为调整与其相关联的一个或多个参数或权重以使已知的输入和输出图像数据相关。例如，可使用标记的数据集和/或机器学习来训练变换电路1120(例如，卷积神经网络)。机器学习框架可被配置为以任何合适或期望的方式执行学习/训练。
已知目标标记1132可至少部分地通过手动将图像标记为与某些窥镜位置相关联来生成。例如，手动标签可由相关的医疗专家或其他技术人员确定和/或应用于例如在已知的窥镜图像/数据中窥镜的远侧端部相对于进入护套组件的标签。已知的输入/输出对可指示变换电路1120的参数，该参数能够在一些实施方案中动态地更新。
框架1100可被进一步配置为使用变换电路1120的训练过的版本来生成与实时窥镜图像1115相关联的实时目标标记1135。例如，在医疗规程期间的医疗器械(例如，窥镜)的缩回期间，可使用变换电路1120来处理示出医疗器械的实时窥镜图像以生成实时目标标记1135，即，当捕获实时图像时窥镜的位置。例如，在一些实施方式中，可由变换电路1120处理输尿管镜图像以识别窥镜位置。可响应于实时窥镜位置标记确定1135来提供窥镜位置的用户通知。在一些实施方式中，来自框架1100的输出可触发由器械进送器对窥镜的缩回或插入速度方面的改变。器械进送器可被配置为至少部分地基于输出来修改速度或暂停/停止缩回或插入。在一些实施方案中，框架1100可被配置为以二进制方式指示特定图像是否指示窥镜被定位在自动暂停/停止位置的方式来生成实时目标标签1135。
变换框架1120可包括人工神经网络，诸如卷积神经网络。例如，框架1120可实施接受输入图像的深度学习架构，将可学习的权重/偏差分配给图像中的各个方面/对象以将彼此区分。框架1120的过滤器/特性可以是手工设计的或可通过机器学习来学习。
框架1120可包括对应于覆盖输入图像的视觉区域的输入图像的重叠区域的多个神经元1125(例如，神经元层，如图11所示)。框架1120还可操作以某种方式使输入图像或其部分整平。框架1120可被配置为通过应用特定过滤器来捕获输入图像1115中的空间和/或时间相依性。此类过滤器可在各种卷积操作中执行以实现期望的输出数据。此类卷积操作可用于提取特征，诸如边缘、轮廓等。框架1120可包括任何数目个卷积层，其中更多的层可提供对更高级特征的识别。框架1120还可包括一个或多个合并层，该一个或多个合并层可被配置为减小卷积特征的空间大小，这可用于提取旋转和/或位置不变的特征，如特定解剖特征。一旦通过整平、合并和/或其他过程制备，便可通过多级感知器和/或前馈神经网络处理图像数据。此外，可将反向传播应用于训练的每次迭代。框架可能够在输入图像中的主要和特定低级特征之间进行区分，并且使用任何合适或合意的技术对它们进行分类。在一些实施方案中，神经网络架构包括以下已知的卷积神经网络架构中的任一卷积神经网络架构：LeNet、AlexNet、VGGNet、GoogLeNet、ResNet或ZFNet。
可利用足够量的驱动数据(诸如内窥镜图像数据)来训练框架1100，其中可基于窥镜位置状况的已知标记来生成真值表。在操作期间，实时图像1115和/或其他驾驶信息可用作系统1120的输入以提供实时窥镜位置确定结果作为输出1135。
结石取出过程
图12是说明根据本公开的一个或多个实施方案的结合输尿管镜检查规程的用于捕获、缩回和收集结石碎片的过程1200的流程图。在框1202处，过程1200涉及将结石破碎工具推进到存在肾结石的内部解剖部位，诸如在内部盏网络或肾的其他解剖结构内。例如，破碎工具可包括碎石术工具或被配置为用于破碎相对大的结石或其他物体的其他工具。破碎工具可被推进通过进入护套，诸如本文所述的尿道进入护套。破碎工具可与细长的轴型器械相关联，诸如导管、内窥镜等；破碎工具可与此类器械的远侧端部相关联和/或可设置在其工作通道内。
在框1202处，过程1200涉及使用破碎工具将结石破坏成两个或更多个更小的结石碎片。例如，过程1200可涉及利用激光爆破结石、对结石进行钻孔或者以其他方式对结石进行劈裂或损坏以从其产生相对较小的碎片。在框406处，过程1200涉及将结石捕获装置插入到肾中并且插入到结石碎片中的一个或多个结石碎片位于的区域。在一些实施方式中，篮状物可通过内窥镜(例如，输尿管镜)的工作通道插入到捕获部位，其中该篮状物包括用于将结石碎片捕获在其中的装置，诸如被配置为如本文详细描述的膨胀和收缩的线形篮状物。在框1208处，过程1200涉及利用篮状物捕获目标结石碎片。篮状物可从窥镜的远侧末端/端部突出并且膨胀以允许篮状物放置在目标结石碎片上方，其中篮状物的收缩可将结石碎片固定在篮状物内以允许将其在篮状物内去除。
在框1210处，过程1200涉及将篮状物和窥镜的远侧端部缩回到进入护套中，在一些实施方式中，该进入护套可定位/设置在输尿管肾盂接合部处或其附近。本公开的一些实施方案提供在进入护套的远侧端部远侧的区域中的自动缓慢缩回。也就是说，相关系统的控制电路可被配置为在进入到进入护套中之前限制窥镜和篮状物的缩回速度。
在框1212处，过程1200涉及使篮状物和窥镜通过进入护套缩回。例如，根据一些实施方式，相对快速的缩回速度可响应于确定或检测到窥镜的远侧端部和/或篮状物已经进入到进入护套中或者已经插入/缩回到进入护套中阈值距离而被自动触发和实施。
在框1214处，过程1200涉及通过进入护套的近侧开口抽出/缩回窥镜的远侧端部和/或篮状物。根据一些实施方案，确定或检测到窥镜的远侧端部和/或篮状物已经越过与进入护套组件的近侧开口/端部相关联的阈值点可触发窥镜/篮状物的缩回速度的减慢。此类阈值位置/点可与进入护套的近侧端部、耦接到进入护套的漏斗状端口结构的近侧端部、漏斗状端口结构的中点或进入护套内靠近进入护套的近侧端部的某个点相关联。
在框1216处，过程1200涉及在收集器结构中收集所捕获的结石碎片。例如，收集器可以某种方式设置在用于缩回窥镜的器械进送器装置/组件的一部分下方，其中篮状物的打开导致所捕获的结石碎片落入到收集器中。在判定框1218处，过程1200涉及确定附加结石碎片是否仍然有待从治疗部位去除。如果是，则该过程循环回到框1206，其中将窥镜和/或篮状物插回到肾脏内的治疗部位以用于附加结石碎片捕获和去除。
图13-1、图13-2、图13-3、图13-4和图13-5示出了说明根据一个或多个实施方案的用于对准医疗器械的过程的流程图。图14-1、图14-2、图14-3、图14-4和图14-5示出了根据一个或多个实施方案的分别对应于与图13-1、图13-2、图13-3、图13-4和图13-5的过程相关联的各种框、状态和/或操作的特定图像。
在框1302处，过程1300涉及利用装篮装置30的篮状物35捕获结石碎片80，如图14-1的图像1401所示。例如，装篮装置30可通过内窥镜40的工作通道接近目标治疗部位，如本文详细描述的。目标结石碎片80可设置在患者的肾解剖结构内，该肾解剖结构经由尿道65、膀胱60、输尿管63和输尿管肾盂接合部78进入，如本文所述。进入护套90最初可被放置在尿路解剖结构内，以提供对通向窥镜40的治疗部位的进入，其中窥镜40通过进入护套90被插入和缩回。进入护套90的远侧端部93可设置在输尿管肾盂接合部中，如图所示。
在框1304处，过程1300涉及将窥镜40缩回到进入护套90的远侧端部/开口93。在一些实施方式中，确定窥镜在输尿管肾盂接合部内和/或在进入护套90的开口93的远侧可引起自动速度调整或修改，以确保在进入到进入护套90中之前的缩回速度以某种方式被限制或减小，以防止对装备和/或解剖结构的损伤或损坏。
在框1306处，过程1300涉及确认窥镜40和/或篮状物35在进入护套90的远侧端部93处的位置。例如，此类确认可指示窥镜的远侧端部42和/或篮状物35恰好设置在进入护套90的远侧端部93外部、进入护套的远侧端部93处或进入护套90的远侧端部93内。可通过用户输入来提供确认，其中医师/用户可通过由与窥镜40相关联的相机生成的窥镜图像或者通过诸如CT等的其他成像技术/模态来可视地确认窥镜40和/或篮状物的位置。另选地，可根据本文中描述的位置确定/检测过程或机构中的任一者来基本上自动地确定/检测窥镜末端42和/或篮状物35的位置。
确定/检测到窥镜末端42和/或篮状物35设置在进入护套90内或设置在靠近其的区域中可自动触发窥镜的缩回速度方面的修改。例如，在一些实施方式中，确定窥镜和/或篮状物设置在进入护套内可触发相对高的缩回速度的实现。在框1308处，过程1300涉及通过进入护套快速缩回窥镜40，如通过确认窥镜和/或篮状物的位置所实现的。在一些实施方式中，当窥镜在进入护套的外部时，用户可接合缩回控制机构以提供缩回命令，其中响应于此类命令，相关系统控制电路被配置为使器械进送器以第一相对较慢的速度缩回窥镜40，直到确定/检测到窥镜40已经进入到进入护套中，此时控制电路可修改缩回速度以增加用于通过护套90快速缩回速度。也就是说，在一些实施方式中，由用户对缩回控制机构的单次接合(例如，在操纵杆上向下拉动)可启动缩回，其中根据沿着缩回路径的位置确定来修改缩回速度。另选地，进入护套90内的快速缩回可通过由用户分离地接合缩回控制输入机构来启动。也就是说，在确认窥镜和/或篮状物的位置之后，用户可随后接合缩回控制机构以发送命令以与进入护套一起缩回，其中可基于进入护套内的所确认的位置使缩回速度能够达到相对高的速率。
可通过驱动器装置11的轴向致动器机构38(例如，一个或多个轮)来控制如本文详细描述的窥镜的缩回。在缩回期间，过程1300可涉及将所确定/检测到的当前窥镜位置与预先确定的收集暂停/停止位置101进行比较，以确定窥镜和/或篮状物当前是否处于预先确定的暂停/停止位置101，如判定框1310所示。例如，预先确定的暂停位置(location/position)101(参见图14-2的图像1407)可以是进入护套组件的开口(例如，进入护套90和/或漏斗状端口结构91的开口)与窥镜致动机构38和/或通道39之间的点。当前窥镜位置可根据本文所公开的位置确定/检测装置、机构和/或过程中的任一者来确定。
如果窥镜还没有处于预先确定的暂停位置101处，则过程1300涉及与框1308相关地继续通过进入护套快速缩回窥镜，并且与框1310相关地进一步确定当前位置并将当前位置与预先确定的暂停位置进行比较以确定窥镜末端42和/或篮状物35是否处于暂停位置101处。在一些实施方式中，在到达预先确定的暂停位置101之前，系统控制电路可被配置为实施缩回速度修改以在到达预先确定暂停位置101之前将缩回速度从快速缩回速度减小到较慢速度。例如，此类修改速度可通过确定窥镜末端42和/或篮状物35已经越过与进入护套组件的近侧部分相关联的阈值而自动触发。例如，阈值可与进入护套90的近侧部分、漏斗状端口结构91的内部或漏斗状端口结构91的近侧端部的近侧的区域相关联。在此类实施方式中，框1310处的位置比较步骤可涉及确定当前窥镜位置是否指示窥镜和/或篮状物已经越过缩回减慢阈值。
如果确定窥镜当前在预先确定的暂停位置101处，则过程1300涉及与框1312相关地在窥镜末端42和/或篮状物35在暂停位置/区域101中/上方的情况下自动暂停/停止缩回，如图14-2的图像1409所示。例如，系统控制电路可响应于位置确定/检测而使致动器38自动停止缩回。自动暂停/停止位置或区域101可定位在样本收集器结构85上方，使得当窥镜末端42和/或篮状物35定位在自动暂停位置101处时，打开篮状物35可导致所捕获的结石碎片落入收集器85中。
在一些实施方式中，在窥镜已经在自动暂停位置101处暂停之后，过程1300可涉及用户释放缩回控制机构(例如，操纵杆)，如框1313所示。也就是说，系统控制电路可接收指示缩回控制/命令的脱离或释放的信号(或检测到信号的损失)。缩回控制机构的释放可使得能够由用户对窥镜进行调谐/定位。在一些实施方式中，可在与框1308相关联的缩回命令的第一次停止之后接收新的缩回命令。作为响应，相关控制电路能够被配置为恢复窥镜的缩回。
在判定框1314处，过程1300涉及确定当前窥镜位置是否适合于结石收集。例如，用户可在视觉上确认窥镜末端42和/或篮状物35是否处于用于结石碎片收集的适当位置。如果当前窥镜位置不适合，则过程1300涉及在框1315处由用户实施对窥镜位置的微小调节，这可基于视觉监测/确认。如果窥镜和/或篮状物的位置是合适的(例如，在框1315处的调节之后)，则过程1300进行到框1316，其中捕获在篮状物中的结石碎片被收集在样本收集器85中，如图14-3的图像1413所示。
在将结石碎片80存放在收集器85中之后，如果如在判定框1318所确定的，附加结石碎片仍然有待收集，则过程1300进行到框1319，在该框中，窥镜相对缓慢地插入进入护套90中。例如，过程1300可涉及自动限制窥镜40的插入速度，直到确定或检测到窥镜在进入护套90和/或漏斗状端口结构91内的位置，其中此类确定/检测可触发插入速度方面的自动增加。例如，如过程1300的框1320所示，在进入护套90中，窥镜可相对快速地插入以允许过程1300的高效执行。当将窥镜40插入并穿过进入护套90时，篮状物35可从窥镜40的远侧末端42突出，如图所示，或者可在窥镜的工作通道内被拉动。
进一步的自动插入速度修改可通过确定或检测到窥镜末端42和/或篮状物35已经越过与进入护套90的远侧端部部分相关联的阈值来触发。例如，此类阈值可与进入护套90内部在其远侧部分中的位置相关联，或者可与紧接在进入护套90远侧和外部的区域相关联。一旦已经越过阈值，系统控制电路可自动地将插入速度减小和/或限制到相对较慢的速度，以避免对器械和/或解剖结构的损伤或损坏。
通过提供响应于窥镜位置确定的自动窥镜缩回和/或插入速度修改，本公开的各方面有利地可要求相对较少的认知负荷以便用户/医师确定窥镜的样本落下位置。例如，本公开的实施方案提供了全自动/或半自动解决方案，其允许用户保持缩回/插入输入控制以启动窥镜的缩回和/或插入，其中此类缩回/插入速度方面的修改可在不需要来自用户的进一步输入的情况下自动地实施，以防止对装备和/或患者解剖结构的损坏和/或提高某些规程的有效性。当窥镜到达相对于实施规程的机器人系统的一个或多个部件的预先确定的位置时，一些实施方案有利地提供窥镜插入或缩回的自动停止/暂停。一些实施方案还允许用户在自动速度修改(例如，自动暂停/停止)之后微调窥镜位置，以向用户提供相对于自动停止/暂停位置调节位置的灵活性。通过在实施与医疗规程相关的窥镜的缩回和/或插入时需要医师的较少的认知负荷，可使得医师能够专注于与例如肾结石捕获和/或其他过程相关的相对更复杂的任务。此外，本公开的实施方案可减少与在医疗规程期间减缓、停止和/或加速窥镜移动有关的用户错误。
如上所述，在输尿管镜检查规程中，医师可通过例如激光作用或其他手段将相对大的结石破碎成相对小的碎片，之后可使用装篮装置/系统来捕获每个小的碎片并将其从患者中提取出。在捕获肾结石碎片之后，医师可能希望通过输尿管进入护套相对快速地提取结石/碎片，并且打开篮状物以将结石落下到收集结构中。在收集之后，可封闭该篮状物，并且将该窥镜重新插入该进入护套内以提取更多的结石/碎片。通常，在结石提取过程期间花费的大部分时间可能与结石捕获相关联；一旦窥镜末端被安全地缩回到进入护套的远侧端部中，而没有由于结石大小而被卡在进入护套开口处的任何问题，则通过进入护套的缩回过程能够以几乎瞬时的方式实施。
在某些机器人输尿管镜检查规程中，窥镜/轴进送器和窥镜附接到的机器人端部执行器(例如，机器人臂的远侧端部)两者均可用于平移窥镜/轴。图15示出了包括第一医疗器械19(例如，内窥镜/输尿管镜等)的机器人系统1500，该第一医疗器械包括与第一机器人臂12a相关联的细长轴40。在图15的描述中，如同本文所公开的任何其他实施方案一样，为方便起见描述了机器人臂；应当理解，机器人臂和与机器人臂的远侧端部相关联的端部执行器的描述可以是能够在空间中(诸如沿着插入/缩回路径/轨道)平移的任何类型的机器人操纵器(例如端部执行器)。因此，本文中对机器人臂的引用可被理解为指代任何类型的机器人操纵器，诸如任何类型的机器人插入机构、线性致动器/平移器、轨道驱动器等。
器械19可包括柄部31，该柄部可附接或安装到端部执行器6a和/或与机器人臂12a相关联的适配器部件8a。系统1500还包括器械进送器装置11，该器械进送器装置被配置为当如图15所示配置时轴向地缩回和/或插入器械19的细长轴40。器械进送器11与第二机器人臂12b相关联。例如，器械进送器11可附接或安装到与机器人臂12b相关联的端部执行器6b和/或适配器部件8b，如本公开中所描述和示出的。
系统1500可被配置为将细长轴40缩回并插入穿过进入护套组件92的护套90和/或至少部分地缩回并插入其内。进入护套组件92可包括导引器端口91，该导引器端口可被固定到夹具47或器械进送器11的其他特征。为了实现此类插入和/或缩回，器械进送器11的致动器装置/机构38(例如，进送辊轮、轨道、带等)可相对于进送器装置11轴向地移动细长轴40。此外，可通过机器人臂12a和/或端部执行器6a在平行于护套90的轴线1501和/或细长轴40的至少一部分的方向上的移动来促进插入和/或缩回，如图15所指示那样。例如，当缩回细长轴40时，进送器装置11的轴向致动器装置/机构38可使轴40沿近侧方向上缩回。另外，或作为替代性方案，机器人臂12a可被致动以沿轴线/轨道1501在近侧方向上移动端部执行器6a以向近侧缩回轴40的至少一部分，从而减少轴40中在进送器11与柄部31之间的服务回路49的量，否则如果进送器11缩回轴40而不增加机器人臂12a与12b之间的距离Da，则该服务回路的量可能形成。此外，在插入期间，可能需要或期望机器人臂12a朝向进送器11向远侧移动，以避免当器械进送器11插入轴40时服务回路49中的松弛耗尽，如如果在没有机器人臂12a、12b之间的距离Da方面的任何增加的情况下由器械进送器实施插入可能发生的。在插入期间服务回路49中的松弛被完全耗尽并且距离Da不相应地减小的情况下，松弛的不存在可能限制进送器装置11进一步插入轴40的能力。此外，当试图进一步的插入而在器械进送器11与器械柄部31之间的轴40中没有任何可用松弛时，可对轴40、致动器装置/机构38、器械19、机器人臂12a/12b和/或其他仪器造成损坏。
如果器械进送器11(例如，窥镜驱动器)和器械端部执行器6a在整个结石插入或过程中以相同速度操作，则由于相对于进送器的轴致动器的操作速度，端部执行器平移的相对有限的操作速度，该过程可能会不期望地减缩回慢。此类平移速度限制可能是由于关于患者和/或仪器的安全和/或损坏问题，或者可能是基于其他物理和/或环境约束；快速的机器人端部执行器移动(例如，对于器械臂12a)可被感知为相对危险的并且可引起与其他物体的碰撞。同时，大的缩回距离/长度可能需要相对大的工作空间用于臂/端部执行器运动，这可能难以实现。鉴于此类考虑，在插入或缩回过程的一个或多个阶段期间以不同速度驱动进送器致动器和窥镜/器械端部执行器6a可有利地使规程更有效、安全和/或可维持。关于结石提取/过程，在结石提取期间以相对高的速度驱动缩回进送器致动器38可提高效率。然而，在没有由于在空间中平移端部执行器6a(和/或端部执行器6b)而引起的机器人臂之间的距离Da方面的相称增加的情况下，相对大的曲率可在器械/窥镜进送器11与器械端部执行器6a之间的服务回路49中形成，这可导致窥镜损坏。因此，在结石提取(例如，插入和/或缩回)期间，进送器操作与器械柄部平移(例如，经由机器人端部执行器6a的平移)之间的协调对于提供改善的效率并且避免对与本文所公开的各种实施方案相关的器械的损坏可能是重要的。
在一些系统中，可能有必要或期望基于工作空间限制来限制机器人臂12a和/或端部执行器6a的移动/平移的近侧或远侧速度和/或距离。例如，在机器人系统的物理参数内臂12a可具有有限的运动范围。也就是说，臂12a和/或端部执行器6a可仅允许沿轨道1501的有限的移动范围，该轨道可以是虚拟轨道，端部执行器6a被配置为沿该虚拟轨道被致动以保持轴40基本上轴向和/或与进送器装置11和/或进入护套90的通道39成直线。此外，机器人臂12a的移动速度可由机械约束限制和/或作为维持机器人系统的安全操作的手段。例如，当机器人臂12a和/或端部执行器6a以过高的速度平移时，移动和/或位置方面的精确性可能被损害。
通常，器械驱动器11的轴向致动器装置/机构38可被配置为以大于机器人臂12a、端部执行器6a和/或器械柄部31的最大远侧和/或近侧平移速度的速度轴向地移动(例如，插入和/或缩回)细长轴40。可能期望的使在缩回和/或插入过程的某些部分期间以此类相对高的速度插入和/或缩回轴40，以便为规程的执行提供期望的和/或改进的效率。也就是说，可能不期望将由器械进送器11进行轴40的轴向致动限制到与器械柄部31相关联的机器人臂12a的最大缩回和/或插入速度。因此，本文所公开的过程可涉及在插入和/或缩回期间维持和/或利用某些服务回路配置和/或状况作为允许利用器械进送器11的相对高的缩回/插入速度来快速地插入和/或缩回细长轴40的手段。
本文公开了涉及某些医疗/外科手术器械的细长轴的插入和/或缩回的某些实施方案，其中此类插入/缩回使用器械进送器装置和/或其致动器部件来实施。然而，应当理解，本文对细长轴或其他器械的插入或缩回的任何描述可使用器械进送器致动和/或机器人臂/端部执行器平移来实现/执行，如图15中的示例实施方式所示。此外，尽管本公开的图15和其他图示出了附接到与机器人臂的远侧端部相关联的端部执行器的器械柄部和驱动器/进送器，但是应当理解，与器械插入和/或缩回过程/功能相关的机器人端部执行器平移可使用任何类型的端部执行器来实施，无论是否与机器人臂相关联。例如，一些系统可包括设置在轨道或其他结构上的机器人端部执行器，其中此类端部执行器的平移可通过沿着轨道或其他结构滑动/运行来实现。
作为结合本公开的各种实施方案促进安全性和效率的手段，依据根据本文公开的位置确定装置/机构中的任一者的对轴40的远侧端部的当前位置的确定，器械轴40可有利地以不同速度缩回或插入。例如，轴末端42相对于进入护套90的末端93和/或自动暂停位置101(图15中未示出)的位置可用于管控进送器致动器38和/或端部执行器6a平移的操作的速度。在一些实施方案中，位置确定和/或缩回/插入速度控制基于某些系统数据，该系统数据可由用户以某种方式输入到系统中。例如，与窥镜长度d4、护套长度d2、窥镜臂端部执行器6a与窥镜进送器端部执行器6b之间的距离Da相关的数据可从系统获得和/或由用户输入。此类信息可用于确定/计算护套90的远侧端部93相对于轴40的远侧端部的位置的位置。在收集位置(例如，自动暂停位置)被设定为在进入护套组件92的近侧端部外部(例如，具有一定量的缓冲)的情况下，一旦进入护套的位置被确定，收集位置可至少部分地基于此类信息来计算。
尽管端部执行器平移(例如，对于与医疗器械(诸如内窥镜)相关联的端部执行器)在本文中被公开为大致沿着与进送器通道和/或护套轴线成直线的轨道，但此类平移不需要沿着此类轨道，而是可沿着相对于此类参考线成角度的路径。此外，可结合本文所公开的各种过程实施上下平移，以实现端部执行器/器械之间的期望距离。另外，端部执行器或端部执行器适配器的板或其他部件可被旋转以提供用于轴服务回路的期望距离和/或减小存在于此类服务回路中的曲率。
图16示出了器械驱动器/进送器装置11和进入护套组件92的组件，其中根据一个或多个实施方案标识了某些窥镜缩回速度区。关于用于将窥镜40到进入护套组件92中并且穿过该进入护套组件的过程，诸如可在插入之后已经收集了结石碎片之后实施，缩回插入和缩回过程可有利地在单个外科手术环境中重复多次。将窥镜40缩回到进入护套组件92的护套90中可能需要医师密切注意和/或以相对低的速度操作缩回，以便避免对患者、窥镜组件92和/或其他器械的可能由在护套的远侧端部93外部的过度侵入性缩回导致的损害。
根据本公开的一些基于位置的缩回速度控制方案，相关器械轴40的远侧端部的总行进路径可被分成两个、三个、四个或更多个不同的区，其中缩回速度可基于轴末端当前处于哪个区而不同地执行/确定。例如，此类区域可包括缓慢缩回区Z1、Z3、正常/快速缩回缓冲区ZB1、ZB2、快速缩回区Z2和/或暂停/停止区/位置101中的一者或多者，其中在相应区域中实施的缩回速度可自动实施。
最初，当将窥镜或其他细长轴器械40的远侧端部缩回到进入护套90中时，缩回涉及将窥镜的远侧端部42带入到进入护套90的远侧端部开口93中。根据图16的方案，进入护套90的紧邻远侧的区域可在缓慢缩回区Z1内。系统控制电路可被配置为以相对慢的速度控制轴40的缩回速度，以允许轴40的远侧端部42缩回到进入护套90的远侧端部93中，并且提供确认轴的远侧端部42和/或篮状物35或与其相关联的其他工作器械的成功进入的确认输入。根据一些实施方式，护套进入确认区Z0表示在护套90的远侧端部93的远侧并且也覆盖护套90的远侧部分的区域，在该区域中，一旦轴40的远侧末端42已经成功地进入进入护套90，操作者/可提供确认成功地进入到进入护套90中的指示。当轴40在确认区Z0中时，可生成弹出窗口或其他图形界面和/或将其呈现给操作者/技术员以确认进入护套90的远侧端部93的位置。例如，为了确保安全性，可仅在用户已经确认护套末端93位置(例如，如在器械相机的相机图像上可见的)之后启用/允许快速缩回模式。在确认护套90的末端93的位置和/或轴40成功进入护套90中之前，可以相对较低的速度(例如，“正常”速度)实施轴40的缩回。如使用系统的任何控制电路实施的轴40的缩回速度的控制可基于轴40的末端42在图16(和图17，下文描述)中示出的各种区中的任一者内的存在/位置确定。
在窥镜末端42已到护套末端93中之后，窥镜末端42可进入“正常”或“缓冲”缩回区(ZB1和/或ZB2；为了方便和/或清楚起见，在一些上下文中也称为“缩回快速缩回缓冲区”)。可实施缩回快速缓冲区以确保从轴40突出的篮状物末端35(或其他工作器械)也安全地缩回到护套90中而不会卡住。作为附加考虑，当启动快速缩回时，与器械柄部相关联的机器人端部执行器(例如，机器人臂端部执行器)和与器械进送器11相关联的端部执行器之间的距离也可能需要大于某一阈值距离，以确保与轴的服务回路相关联的曲率不会太紧，这可能导致对器械轴40的损坏。结果，取决于进入护套90的长度d2，一旦轴末端42经过与快速缩回区Z2的远侧边界相关联的阈值152，就可启动快速缩回。在一些实施方式中，附加快速缩回缓冲区ZB2可存在于初始快速缩回缓冲区ZB1与快速缩回区Z2之间，其中轴缩回速度以比第一缓冲区ZB1中相对更高的速度但比快速缩回区更低的速度被驱动，以便增加进送器与器械柄部之间的距离，直到其达到开始快速缩回所需的最小距离。在窥镜末端42到快速缩回区(Z2)中之后，缩回器械进送器致动器可加速到最大操作速度。在一些实施方案中，一旦已经启动快速缩回，器械轴可以快速缩回速度缩回直到达到自动暂停位置101。在缩回过程期间，如果器械柄部端部执行器达到缩回工作空间极限，则器械端部执行器的缩回平移可被暂停，使得缩回仅通过由器械进送器11进行轴40的轴向致动来实现。
在一些实施方式中，护套进入确认区Z0可与缓慢缩回区Z1重叠，该缓慢缩回区可跨越进入护套90远侧的区域以及进入护套90的远侧部分。在一些实施方式中，缓慢缩回区Z1仅包括进入护套90的远侧端部93远侧的区域，而进入护套90的远侧端部93表示进入另一更近侧区域的阈值过渡。在缓慢缩回区Z1内，缩回速度可限于相对慢的速度(诸如约5mm/s)，或与结合与图16相关联的缩回方案和/或本公开的任何其他实施方案实施的其他缩回速度相比相对慢的其他速度。
根据一些缩回(和/或插入)方案，缩回(或插入)的控制可结合多个速度来实施，包括例如缓慢的插入/缩回速度可表示相关缩回/插入方案的最慢速度或速度限制。根据本公开的各方面的“缓慢”插入或缩回速度可以是10mm/s或更小的速度，诸如介于5mm/s和10mm/s之间、约5mm/s、3mm/s至5mm/s或小于3mm/s的速度。“正常”插入/缩回速度可表示大于缓慢速度的缩回/插入速度，并且可表示默认缩回/插入速度，或者插入或缩回过程的某些规程阶段典型的其他速度。正常插入/缩回速度可介于大约10mm/s至30mm/s之间，诸如介于20mm/s至30mm/s之间或介于10mm/s至20mm/s之间的速度。例如，在一些实施方式中，正常的缩回/插入速度可以是约11mm/s。“中等”速度(也称为“中等-快速”)可表示大于正常速度的缩回/插入速度。中等插入/缩回速度可介于大约30mm/s至100mm/s之间，诸如介于50mm/s至100mm/s之间或介于30mm/s至50mm/s之间的速度。例如，在一些实施方式中，缩回/插入的中等速度可以是约30mm/s。在一些实施方式中，缩回/插入的中等速度可对应于最大期望或允许的机器人端部执行器平移速度，诸如机器人臂平移速度，如上所述。“快速”插入/缩回速度可表示大于中等速度的缩回/插入速度，并且可表示最大可能或允许的缩回/插入速度。例如，此类快速缩回/插入速度可严格地在进入护套内实施以避免对器械和/或患者解剖结构的损坏。快速插入/缩回速度可介于大约100mm/s至200mm/s之间，诸如介于100mm/s至150mm/s之间或介于150mm/s至200mm/s之间的速度。例如，在一些实施方式中，快速的缩回/插入速度可以是约170mm/s。
根据图16的缩回速度区方案，缓慢缩回区Z1的一部分可被认为是进入护套90内的快速缩回缓冲区ZB1。例如，轴40的远侧端部42在进入护套90的远侧端部93与距进入护套的远侧端部93一定距离的阈值155之间的位置确定可指示轴40在进入护套90内，但在进入护套90内没有足够远的距离以确保与轴40相关联的篮状物35或其他工作器械也已被带入进入护套90内。在一些实施方案中，与快速缩回缓冲区ZB1的近侧边界相关联的阈值155可对应于与缓慢缩回区Z1的近侧端部相关联的阈值152。在一些实施方式中，缓慢缩回区Z1和/或快速缩回缓冲区ZB1内的缩回速度可被限制为正常缩回速度(例如，约11mm/s的速度)。
护套90内的缓慢缩回区Z1和/或快速缩回缓冲区ZB1近侧的区域一个可被认为是快速缩回区Z2，其中缩回速度可增加至相对快速速度，诸如约170mm/s或其他速度，其可表示系统的最大缩回速度。在一些实施方案中，区ZB2可存在于缓慢缩回区Z1的近侧阈值152与快速缩回区Z2的远侧阈值之间。在此类实施方案中，区ZB2中的缩回可在比正常速度快但小于快速缩回速度的中等速度下实施。例如，中等(也称为中等-快速)速度可以是约30mm/s，并且在一些实施方案中可对应于与附接到正被缩回的器械的柄部或基部的机器人端部执行器相关联的最大机器人平移速度。
在一些实施方案中，快速缩回区Z2可向近侧延伸超过护套90的近侧端部和/或进入护套92的导引器部件91。例如，快速缩回区Z2可延伸至自动暂停/停止位置101，如本文详细描述的。例如，系统控制电路可被配置为通过进入护套组件92的近侧端部实施快速缩回，并在位置101处自动停止/暂停。在一些实施方案中，可在进入护套组件92的近侧部分与自动暂停位置101之间实施缓慢缩回区Z3，使得窥镜的缩回可通过快速缩回区Z2以最大速度进行，但在最终在自动暂停位置101处停止/暂停之前减慢到相对较慢的速度(例如，如上文所定义的中等速度、正常速度或缓慢速度)。
图17示出了器械进送器装置11和进入护套组件92的组件，其中根据一个或多个实施方案标识了某些窥镜插入速度区。关于用于将窥镜40插入并穿过进入护套组件92的过程，诸如可在缩回之后已经存放结石碎片之后实施，插入和缩回过程可有利地在单个外科手术环境中重复多次。将窥镜40重新插入到护套90中可能需要医师密切注意窥镜相机视野，以便引导医师在靠近进入护套90的远侧端部出口93时减慢窥镜的插入，从而避免可能由于过度侵入性地插入到护套的远侧端部93外部而造成的组织损伤。
对于医师/操作者使用悬挂式操纵杆或其他用户输入控件来插入窥镜/轴40的机器人系统，医师可将控件保持在插入位置/接合以实施通过进入护套90的快速插入。如果医师太小心，他/她可能过早地在进入护套90内减速，从而导致总规程时间方面的增加。如果医师在插入过程期间不是非常小心或者被转移注意力，则他/她冒着过度插入的风险并且可能潜在地导致组织损伤。除了需要使定时正确以从快速插入速度/模式转变到相对较慢的插入速度/模式之外，医师还可受益于指示/何时在镜末端处/上存在相对高的插入力的反馈。在其中不向医师提供来自窥镜的手动反馈的系统中，诸如关于其中窥镜通过器械进送器辊插入而不是由医生的手保持的某些机器人解决方案，系统向医师提供指示何时从驱动辊感测到高力的指示(这可指示窥镜/轴正撞到阻塞并且在末端处经历高力)可能是有利的。
在操作者/医师收集了自动暂停位置101附近的样本(例如，结石碎片)之后，操作者可通过将轴40重新插回到护套90中来继续进行。由于护套入口通常相对较窄，过早开始快速插入可能导致操作者错过入口，从而可能导致对器械和/或解剖结构的损坏。因此，可能期望在护套90近侧的区Z4中以正常插入速度驱动轴40(和/或覆盖护套90内的近侧部分)。在轴末端42插入通过护套90的近侧端部161时，它进入快速插入区Z5，在该区域中，窥镜加速到其最大速度。
通常，在具有进入护套90的支撑的情况下，轴的铰接区段(例如，轴40的远侧部分)可不完全暴露在进入护套90的远侧端部93的紧邻远侧的区域中。也就是说，轴40可以是相对刚性的，并且当轴40的远侧端部42被推进到进入护套90的端部93之外时不太可能屈曲。因此，进入护套90的端部93的紧邻远侧端部的区域可被认为是导致输尿管撕脱的高风险区域，并且由此，快速的插入速度可造成不期望的风险。为了限制窥镜插入力并防止对患者的伤害，护理人员通常应当注意不要以较高速度插入通过进入护套90的远侧端部93。以相对慢的速度驱动/插入轴40穿过护套90的远侧出口93(如根据本公开的各方面通过由窥镜位置确定/检测触发的自动速度修改所实现的)可帮助医师在感测到来自驱动的任何阻塞时及时停止插入以避免撕脱。
为了防止轴40以快速速度从护套90中插出，在护套90的远侧端部93处或附近设置过渡到缓慢插入区Z6的阈值162。到缓慢插入区Z6的过渡可提供用于缓慢插入的缓冲，帮助防止器械端部执行器和进送器端部执行器之间的距离减小到太近的距离，从而防止轴服务回路中的太紧的曲率。在快速插入期间，可监测轴末端42和器械端部执行器位置两者，其中当轴40的末端42到达快速插入区Z5的远侧边界时，可自动暂停与器械40的基部/柄部相关联的端部执行器的平移，直到不再有(或阈值量的)服务回路剩余。在一些实施方式中，当在进送器11和器械基部/柄部(图17中未示出；参见图15)之间的轴40中不再有服务回路剩余时，快速插入可自动结束并且操作可过渡到较慢的插入速度(例如，在缓慢插入区Z6中)。也就是说，快速插入区Z5的远侧边界可基于服务回路何时被(或预计被)耗尽而动态地改变。取决于护套90的长度d2，可实施相对较高的插入速度区以用于在快速插入区Z5的端部162b与缓慢插入区Z6的起点162a之间的插入。当轴末端40进入护套远侧端部末端93附近的缓慢插入区Z6时，插入速度可下降，使得操作者可相对缓慢且安全地将轴40驱动出护套末端93，在该时间期间可监测插入力以防止组织损伤。
本文提出的用于确定当前杆身位置的各种解决方案可被实施以确定杆身末端42何时进入缓慢插入区Z6。例如，除了使用机器人数据来确定轴40的远侧末端42的位置之外，其他解决方案可涉及使用其他传感器来检测轴40何时到达进入护套90的远侧末端93。可实施用于确定轴何时进入缓慢插入区Z6的任何机构。如本文详细公开的，在一些实施方案中，器械40的相机可被利用来检测轴40的末端42的位置。例如，可利用计算机视觉算法来识别靠近护套90的末端93的环境。在一些实施方案中，电磁传感器可用于其中轴40的远侧末端42包括电磁传感器并且定位在由电磁场发生器生成的电磁场内的系统中。例如，在轴插入期间，系统的控制电路可被配置为将电磁传感器位置数据相对于进入护套90的末端93的位置(例如，电磁传感器确定的位置)进行比较，并且当进入缓慢插入区Z6时自动启动到相对较慢的插入速度的过渡。在一些实施方案中，来自多个传感器的信号/数据可被组合/利用以提供窥镜位置确定。
关于缓慢插入区Z6中的插入速度控制，本公开的一些实施方案提供基于一个或多个参数的动态速度调节。例如，不是在驱动通过缓慢插入区Z6的同时实施固定速度，而是系统的控制电路可以被配置为基于在器械进送器11的轴向致动器(例如，辊)上或相对于该器械进送器的轴向致动器(例如，辊)感测/确定的力的量来调节插入(或缩回)速度。在一些实施方案中，轴40首先从相对较快的插入速度过渡到相对较慢的插入速度，其中如果驱动致动器辊上的力保持低于预先确定的阈值，则此类相对较低的速度可保持通过进入护套90的端部93。如果驱动致动器辊上的力增加超过预先确定的阈值，则插入(或)速度可自动地进一步降低以允许更多时间来检测潜在的高力并对其作出反应，并且避免力方面的相对突然的峰值。
在一些实施方案中，轴40的末端42可包括力传感器或与力传感器相关联。在此类实施方案中，如果轴40被插入通过某个插入机构(例如，进入护套组件92)，则在插入机构处的力感测也可用于检测由于相对高的末端42插入力而引起的力分布的变化，如由来自末端力传感器的信号所指示。在一些实施方式中，形状感测可被实施以检测相对高的插入力。例如，在轴40的铰接部分的至少一部分设置在进入护套90的远侧端部93的远侧的情况下，当遇到相对高的力时，轴40可能具有屈曲的趋势。此类屈曲可通过屈曲的窥镜部分的形状感测来捕获。形状感测可使用窥镜相机图像或任何类型的成像或位置检测模态(诸如计算机断层摄影(CT)、超声、电磁位置感测等)来实施。
在一些实施方式中，器械进送器11被配置为当轴末端42离开进入护套90或靠近进入护套90中的出口/开口时，诸如当轴末端42离开护套90的远侧端部93时，自动地减慢轴插入速度。减速插入/缩回区Z6可被设置为使得其近侧阈值162在护套90的远侧部分内部的一定距离。减速插入/缩回区Z6的远侧阈值163可以是护套端部93外部的远侧的某个距离。根据一些实施方式，图16和图17中示出的可用作根据本公开的实施方案的自动范围速度修改的基础的各种阈值可分别仅是活动的或用作插入或缩回(但不是两者)的速度修改触发器。对于插入，可将缓慢插入区Z6的入口/阈值152设置在从快速插入过渡到缓慢插入时允许医师在窥镜相机图像上目视看见护套90的前端93的位置。缓慢插入区Z6的出口可设置在用于覆盖轴40的铰接部分的至少一部分的位置。在插入期间离开缓慢插入区Z6之后，窥镜的铰接部分可完全在护套90外部。在此类位置处，轴40可不再基本上由进入护套90支撑，并且因此轴40的被暴露部分可比当窥镜铰接部分大部分设置在护套90内时相对更具柔性，并且不太可能在末端42处引起高插入力。因此，在阈值163的远侧，器械进送器11可被配置为自动地增加窥镜的插入速度，诸如增加至正常插入速度模式。
当用户激活插入控件(例如，在向上/向前方向上移动操纵杆或其他控件)以发送窥镜插入命令时，器械进送器11可被配置为将轴40插入穿过进入护套90，其中系统控制电路被配置为在插入期间监测轴末端42位置。可使用某些已知参数(诸如器械进送器的插入距离、进入护套长度、窥镜/轴长度和/或连接器械的机器人臂与连接器械进送器的机器人臂之间的距离)从系统确定相对于进入护套末端93的轴末端42位置，其中此类参数/尺寸在上文关于图10和其他图详细描述。当轴末端42位置被确定为在缓慢插入区内时Z6，系统控制电路和/或器械进送器11可被配置为对于窥镜将插入速度自动地降低到低于正常驱动速度的速度。
在一些实施方案中，还可在插入期间监测器械进送器轴向致动器(例如，辊)上的扭矩。例如，在轴40被驱动通过进送器11的致动器辊时，如果存在由轴40在轴末端42处经受的相对高的力，则该末端力的一部分可被检测到/平移回到器械进送器11的轴向致动器机构的驱动轴。在一些实施方案中，此类力可使用与器械进送器11的驱动轴相关联的一个或多个扭矩传感器来检测。在具有相对慢的驱动速度的情况下，轴40的末端42上的力可相对逐渐地增加，而不是呈现为力方面的尖峰，这可在力变得足够高而成有问题之前为系统提供相对更多的时间来检测高插入力并对其作出反应。对于其中器械进送器11的轴向致动器/驱动器装置包括两个辊的实施方案，如本文详细描述的，在轴40的插入期间，两个驱动辊上的力的总和可连续地、周期性地或零星地确定。当驱动辊/轮力的总和越过预先确定的力阈值时，系统控制电路和/或器械进送器11可使轴40停止或减慢。在此类情况下，高插入力故障可被抛出以通知用户关于所检测到的高末端力。此类实施方式可有利地在特定人工规程期间为用户提供与在窥镜轴上感测的纺织品相比的替代性反馈机构。
本公开的实施方案可提供优于其他窥镜插入和/或缩回解决方案的某些优点。例如，本文所公开的系统、装置和方法可提供用于将窥镜和其他轴型器械插入和缩回穿过进入护套和离开进入护套的相对有效、舒适和安全的手段。此外，本文提出的器械插入/缩回速度修改解决方案的自动性质对于用户可需要相对较少的认知负荷以确定何时在进入护套和/或进入护套组件的远侧和/或近侧端部/开口处减慢。根据本公开的各方面从相对较快的插入/缩回速度到相对较慢的插入/缩回速度的自动过渡可允许在驱动通过进入护套的主要部分时实施最大/高插入/缩回速度，并且还可模拟通常与关于当在进入护套外部插入/缩回窥镜时小心地减速和驱动的人工规程相关联的自然用户行为。
关于由本公开的实施方案提供的安全优点，在与例如输尿管撕脱的相对高风险相关联的区域相关联的预先确定和检测到的区中以相对慢的速度驱动窥镜可向相关机器人系统提供更多/足够的时间来检测/确定与正被驱动的轴的部分相关联的相对高力信号的存在，并且足够快速地反应以防止任何潜在的损坏。此外，可使得相关用户/医师能够通过例如经由机器人系统对接的悬挂式操纵杆控制来控制插入/缩回过程。这可减少通过在相对长时间段内手动保持窥镜而引起的疲劳，并且可便于医师聚焦于与规程相关联的其他任务。此外，本公开的实施方案可允许医师/用户经历反馈以确认存在于窥镜末端上的相对高的插入力。例如，本公开的机器人系统可允许用户/医师将窥镜器械移除以便以在一个或多个方面类似于某些人工规程的方式保持和手动地操控窥镜器械。
图18是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于确认护套位置的过程1800的流程图。例如，根据本公开的各方面，护套位置确认可被实施为用于实现用于结石碎片取出循环的快速缩回和/或插入速度的手段。过程1800可至少部分地由相关系统的控制电路和/或由医师和/或其他用户/技术人员执行。
过程1800可至少在用户与外科手术规程相关地将器械缩回到进入护套中的第一次时实施。如本文所述，可响应于器械相对于进入护套的所确定的位置来实施各种器械插入/缩回速度修改。此类位置确定可基于某些系统/机器人数据。由于实际护套长度/尺寸方面的潜在变化，可能需要或期望用户确认(例如，视觉地)进入护套的远侧端部的位置(和/或其他部分)。此类确认可通过用户输入/输出机构(例如，电子显示器接合/交互)来获得。
在框1802处，过程1800涉及指示与相关进入护套相关联的一个或多个参数，诸如长度、品牌和/或进入护套的其他特性。例如，可实施用户界面以允许指示这些参数的用户输入。作为示例，图1中示出的医疗系统100的控制系统50可用于与框1802相关地实施用于护套参数配准的相关用户输入/输出。与框1802相关联的操作可在将轴型器械和/或器械进送器连接到相应的机器人端部执行器之前执行。
在框1804处，过程1800涉及加载和/或配置要在相关医疗规程中使用的某些器械。例如，此类器械可包括医疗器械，该医疗器械包括如本文详细描述的细长轴(诸如内窥镜等)以及器械进送器装置等。此类装载可涉及将器械附接到相应的机器人端部执行器，如本文所述。在一些实施方案中，与框1804相关联的操作可涉及将篮状物仓/系统附接到机器人端部执行器并且将其一个或多个部件装载到医疗器械轴的工作通道中。框1804还可涉及将医疗器械的细长轴装载到器械进送器装置的致动通道中，如本文详细描述的。
在框1806处，过程1800还可涉及指示一个或多个器械速度修改阈值，该一个或多个器械速度修改阈值可对应于医疗器械(例如，轴末端)相对于进入护套的某些相对位置。例如，可指示与快速缩回/插入区的近侧和/或远侧边界相关联的一个或多个阈值。
在框1808处，过程涉及将医疗器械(例如，轴)至少部分地插入穿过进入护套。例如，诸如内窥镜的细长轴可与医疗规程(诸如肾结石去除规程)相关地插入通过护套。此类器械插入过程的各方面可包括以下结合图19描述的特征。
在框1810处，过程1800涉及捕获要通过进入护套提取的生物样本，诸如肾结石或肾结石碎片。此类捕获可使用从轴的远侧端部突出并且至少部分地设置在其工作通道内的篮状物装置来实现。在框1812处，过程1800涉及使医疗器械轴朝向进入护套的远侧端部与所捕获的样本一起缩回。例如，进入护套的远侧端部可定位在内部导管、血管、腔室或其他解剖区域内，诸如患者的输尿管、膀胱、尿道和/或输尿管肾盂接合部。朝向进入护套的此类缩回可有利地以相对慢的速度实施，以避免对进入护套和/或周围解剖结构的损伤。
在框1814处，过程1800涉及确定医疗器械轴的远侧端部在进入护套的远侧端部内的位置是否已经被确定或确认。例如，此类位置的确认可在轴的远侧端部在确认区(例如图16中示出的诸如区Z0)内的同时执行。当轴的远侧端部在确认区内时，如从判定框1816发出的流动路径所指示的，可呈现用户输出以请求来自操作者的确认指示，如框1824处所示。用于确认轴的远侧端部在进入护套内的位置的任何其他合适的或期望的装置或机构可结合过程1800实施。用户确认输出可包括在电子显示器上呈现的弹出窗口。用户可与确认输入特征(例如，按钮)接合以确认护套的长度。
一旦轴的远侧端部在进入护套的远侧端部内的位置已被确认，则可实现快速缩回速度，如框1822所指示的。例如，在一些实施方式中，轴在进入护套的远侧端部/开口处的位置的确认可指示进入护套的远侧端部的位置，其中进入护套的远侧端部的此类所确定的位置可用于至少部分地基于器械轴远侧端部在进入护套内的确定的缩回和/或插入速度的后续控制。
在实现快速缩回速度的情况下，过程1800可进行到用于器械缩回通过进入护套并且到达进入护套组件近侧的样本收集区域的子过程1820。在下文结合图20描述此类缩回过程的各方面。在护套长度/位置未被确认并且器械轴的远侧端部在确认区之外的情况下，快速缩回速度可被禁用或者可保持禁用，如框1818所示。在此类情况下，过程1800可返回到框1812，或者器械可继续朝向进入护套的远侧端部开口缩回。
过程1800为用户提供了用于通过护套信息(诸如长度)的用户输入来获取护套信息的装置/机构，并且还允许用户在轴被定位在护套内时确认护套长度。在一些实施方式中，系统控制电路可向用户提供请求用户在护套的末端处停止缩回的输出，并且提供确认输入(例如，按钮或其他用户接口特征接合)以标记护套的远侧端部的位置。在一些实施方式中，系统控制电路被配置为通过实施计算机视觉算法以基于相机图像标识护套末端来自动确认护套位置。
图19是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于插入器械的过程1900的流程图。过程1900可至少部分地由相关系统的控制电路和/或由医师和/或其他用户/技术人员执行。过程1900可从医疗器械的轴的被设置或定位在进入护套的近侧开口或端部近侧的远侧端部开始，如框1902所指示那样。
在框1904处，过程1900涉及以正常速度将器械轴的远侧端部插入到进入护套的近侧端部/开口中。例如，正常速度可以是大于缓慢插入速度(例如，约5mm/s或更小)但小于最大/快速插入速度(例如，大于150mm/s；约170mm/s)的速度。例如，在一些实施方式中，正常插入速度可以是约11mm/s。结合图19(和图20)描述的各种速度可根据以上相对插入和/或缩回速度的描述来解释。为了以正常速度插入轴，过程1900可涉及以正常速度操作器械进送器装置的轴向致动器机构/装置。另外，医疗器械的基部/柄部附接到的机器人端部执行器还可在远侧方向上以正常速度操作/平移。例如，端部执行器可以是机器人臂的远侧端部部件，或任何其他类型的机器人端部执行器。
在判定框1906，过程1900可涉及确定轴的远侧端部是否在快速插入区内。例如，与框1906相关联的确定可涉及本文中所描述或所属领域的技术人员已知的任何位置确定过程或功能。此外，快速插入区可对应于与进入护套相关联的区域或空间，诸如图17所示和上文所述(例如，快速插入区可以是进入护套的内部的一部分)。
如果器械轴在快速插入区内，则过程1900可进行至框1908，在该框中，过程1900涉及以快速速度插入器械轴。为了执行此类快速插入，器械进送器可被操作为使得其轴向致动器机构/装置以快速速度推进/插入轴，在一些实施方案中，该快速速度进送器和/或可以是轴向致动器的最大操作速度。通常，快速插入速度可大于正常插入速度。在一些实施方式中，快速插入速度可大于约150mm/s，诸如约170mm/s。此外，为了提供足够的松弛以便以快速速度插入，耦接到器械基部/柄部的端部执行器可以大于正常速度的中等速度平移/推进。例如，中等速度可以是正常速度和快速速度之间的速度，并且在一些实施方案中可对应于端部执行器的最大平移速度。在一些实施方案中，中等速度为约30mm/s。与过程1900的其他部分一样，端部执行器平移的操作可仅在端部执行器的平移由于工作空间限制和/或其他约束而未被暂停的情况下实施。
如果在判定框1906处确定器械轴不在快速插入区中，则该过程可涉及确定与器械基部/柄部相关联的机器人臂或端部执行器是否被定位在暂停位置处和(/或)轴的服务回路是否存在于器械进送器与机器人端部执行器之间。关于服务回路是否存在的确定，与框1910相关联的决策可涉及确定某个长度或量/程度的服务回路是否存在。也就是说，器械轴中的一定量的服务回路的存在可能不一定导致框1910处的肯定确定，而仅导致关于插入速度和/或其他考虑因素存在阈值量的服务回路的确定。如果与框1910相关联的确定是肯定的，则过程1900可涉及暂停机器人端部执行器平移(例如，暂停器械基部/柄部耦接到的机器人臂)，使得机器人端部执行器的进一步插入平移被禁用。例如，在存在大于某个预先确定的阈值长度或程度的服务回路的情况下，可能不需要平移端部执行器以便促进轴的插入。此外，在端部执行器相对靠近器械进送器的情况下，可能期望或必须暂停端部执行器平移以避免可能由当存在一定量的服务回路时将机器人端部执行器带到与器械进送器过于紧密地靠近而导致的与器械进送器碰撞和/或对器械轴的不期望的扭结或其他损坏。暂停端部执行器平移还可促进或确保在快速插入停止时的点，轴末端仍可停留在护套内部。
尽管在图19的流程图中的特定点处示出了判定框1910，但是应当理解，确定是否和/或何时暂停端部执行器平移可在过程1900中的任何点处发生。例如，此类确定可在插入的任何启动和/或插入速度方面的改变之前进行。
在判定框1914处，过程1900涉及确定器械轴是否在缓慢插入区内。例如，缓慢插入区可在快速插入区的远侧，诸如在进入护套的远侧端部处的和/或进入护套的远侧端部的远侧的区域处。
如果轴未被确定在缓慢插入区内，则过程1900可涉及以中等速度插入器械，该中等速度可在正常速度与快速速度之间。在一些上下文中，由于速度比正常插入速度更快，所以中等速度可称为中等-快速速度。在一些实施方案中，中等速度可为约30mm/s，并且可对应于或可不对应于机器人端部执行器的最大平移速度。假设端部执行器不暂停(在这种情况下，可不实施端部执行器平移)，当以中等速度插入器械轴时，器械进送器可被配置为以中等速度致动轴，其中端部执行器可同样地被配置为以中等速度平移。
如果在框1914处确定器械轴在缓慢插入区内，则过程1900可进行到框1918，在该框中，器械轴可以比正常速度更慢的缓慢速度插入。例如，缓慢速度可小于约10mm/s。可实施缓慢速度以便降低对仪器和/或进入护套远侧端部的远侧的解剖结构的损伤或损坏的风险。当以缓慢速度插入器械轴时，器械进送器可实施轴向致动器装置/机构从而以缓慢速度推进轴，其中如果先前与框1912相关地未暂停，则机器人端部执行器可同样地以缓慢速度平移。在一些实施方式中，在护套的端部之间还可存在一定量的缓冲，以便用户缓慢地插入到护套远侧管中。
在框1920处，过程1900可涉及捕获样本，诸如在患者的肾的盏网络内的肾结石或结石碎片。在已经诸如通过使用至少部分地设置在器械轴的工作通道内的装篮装置捕获样本之后，过程1900可进行到器械缩回子过程1922，其可涉及与图20中示出并且在下面描述的缩回过程2000相关联的一个或多个动作。
图20是说明根据本公开的一个或多个实施方案的用于缩回器械的过程2000的流程图。过程2000可至少部分地由相关系统的控制电路和/或由医师和/或其他用户/技术人员执行。过程2000可在从患者的解剖结构的内部腔室、血管或区域内(诸如在患者的肾内)捕获样本之后实施。例如，过程2000可在实施以上描述的图19的过程2000的一个或多个方面之后实施。过程2000开始于器械轴的远侧端部已经缩回到被定位和/或固定在患者解剖结构(例如，患者的解剖结构的尿道、膀胱、输尿管、肾盂接合部的输尿管)内的进入护套的远侧端部的内部。
在框2004处，过程2000涉及确定耦接到与轴相关联的医疗器械的基部或柄部的机器人端部执行器是否处于平移限制。例如，此类限制可由与机器人系统相关联的可操作工作空间和/或机器人系统的范围或其他边界来限定。例如，机器人端部执行器的限制可以是机器人臂沿着缩回路径/轨道的移动的物理限制。如果机器人端部执行器处于工作空间限制，则过程2000可涉及暂停和/或禁用机器人端部执行器的平移。
如果机器人端部执行器不在工作空间限制处，则过程2000可涉及在判定框2008处确定器械轴的远侧端部是否在正常缩回区内，为了方便或清楚起见，该正常缩回区在一些上下文中可称为“缓冲区”、“缓冲缩回区”或“快速缩回缓冲区”。例如，正常缩回区(即，“快速缩回缓冲区”)可参照图16来理解。此外，参照图16中示出且在上面详细描述的方案，可理解图20中示出的和在相关联的书面描述中描述的其他缩回速度区。在一些实施方案中，正常缩回/快速缩回缓冲区可覆盖进入护套的远侧端部的远侧的和/或在进入护套的远侧部分内的区域。
如果器械轴在正常缩回区内，则过程2000可涉及以正常速度缩回器械，这可根据本文缩回插入速度的相关描述来理解。例如，正常速度可以是约11mm/s。以正常速度缩回器械轴可涉及以正常速度操作器械进送器的致动器装置/机构，从而以正常速度通过器械进送器缩回轴。另外，如果端部执行器平移尚未暂停，则以正常速度缩回器械轴也可涉及以正常速度平移机器人端部执行器。
如果器械轴不在正常缩回区内，则过程2000可涉及在判定框2012处确定器械轴是否在正常缩回区(例如，在正常缩回区的近侧)与快速缩回区之间；在正常缩回区(即，快速缩回缓冲区)与快速缩回区之间的此类中间区在本文的一些上下文中可称为“中等缩回区”。也就是说，在框2012处，过程2000可涉及确定器械轴的远侧端部是否在正常缩回区的近侧、但在快速缩回区的远侧，其中在此类情况下，过程可进行至框2014，其中器械轴以中等速度缩回。在一些实施方式中，中等速度可比正常速度更快，但不超过最大端部执行器平移速度。当以中等速度缩回轴时，器械进送器可操作以便以中等速度轴向致动轴。此外，如果先前没有暂停，则端部执行器可类似地以中等速度平移。中等缩回区可帮助确保任何篮状物或其他工作器械在快速缩回之前完全在护套内部。
如果在判定框2012处未确定器械轴在中等缩回区中，则过程2000可涉及确定器械轴当前是否设置在快速缩回区内，如判定框2016处所指示那样。如果是，则过程2000可进行至框2018，在该框，器械轴的缩回可以快速缩回速度执行，该快速缩回速度可比正常速度和中等速度更快。例如，快速缩回速度可大于150mm/s，诸如约170mm/s。为了实施快速缩回，器械进送器可以快速速度操作轴向致动器装置/机构。相反地，如果没有暂停，则机器人端部执行器可以中等速度向近侧缩回，该中等速度可表示根据与物理能力和/或损伤/损坏预防相关的约束的端部执行器的最大平移速度。进送器的快速缩回速度可在进送器的近侧的轴中建立服务回路。与器械柄部相关联的端部执行器的平移可帮助减少服务回路建立的量。可期望确保在器械端部执行器和进送器端部执行器之间存在足够的距离，使得服务回路的曲率不会太大，如果快速缩回开始得太早，则这可导致对器械轴的损坏。一旦在两个端部执行器/臂之间存在足够的安全游隙，就可实现快速缩回。
过程2000可涉及继续以快速速度缩回器械轴，直到判定框2016结果是否定的，从而指示器械轴的远侧端部已达到快速缩回区的近侧阈值。此时，过程2000可进行至框2020，其中器械轴的缩回可被减慢或暂停。例如，当离开快速缩回区时可实施自动暂停，如以上详细描述的。在一些实施方案中，快速缩回区域的近侧阈值可在进入护套组件的近侧开口与其中器械轴在进送器中被轴向致动的通道的远侧开口之间的点处，其中此类位置可被认为是自动暂停/停止位置，如上文详细描述的。另外地或另选地，在框2020处，可将缩回速度减慢至缓慢速度，诸如5mm/s或更小(例如，3mm/s)，以用于最终缩回至样本收集位置和/或用于实施器械轴的微调定位以便进行收集。
在框2022处，过程2000涉及在收集器结构或其他装置或结构中收集所捕获的样本。在收集之后，如果附加样本(例如，结石碎片)仍然待收集，则过程2000可进行到框2026处的器械插入子过程，其可在一个或多个方面类似于图19的过程1900。如果没有附加样本待收集，则过程2000可结束。
本公开的实施方案可有利地使得机器人结石提取过程相对安全和有效。例如，将从护套远侧末端到结石落下位置的可操作区域划分成多个子区域可至少部分地基于临床需要并且可确保安全的器械驱动。此外，利用从系统和/或用户获取的信息来标识窥镜末端在什么区域中并且协调器械端部执行器和器械进送器以不同速度驱动使得快速缩回和插入速度可被及时激活和停用，可防止对患者或器械的损坏。本文所公开的轴致动速度修改中的任一个轴致动速度修改可自动实施。在一些实施方案中，用户能够按压结石提取按钮以使系统自动地实施快速缩回、结石落下和/或快速插入过程而无需附加输入。
使用横向器械基部平移的器械应力减小
返回参照上文详细描述的图15，窥镜或其他器械的快速缩回的一些实施方式涉及耦接到窥镜柄部/基部31的机器人端部执行器6a(例如，机器人臂的远侧端部执行器)在大致平行于与进入护套90、器械/窥镜进送器通道39的轴线对准的虚拟轨道1501和/或与其成直线的方向上的平移、和/或端部执行器6a和与窥镜驱动器/进送器11相关联的端部执行器8b之间的对准。也就是说，臂12a和/或端部执行器6a的机器人移动/平移在窥镜40的快速缩回和/或插入期间通常可在该方向/维度1502(在参考坐标系中也标识为“x”维度)上，其中此类移动可有利地促进相对快速的缩回/插入和/或减小形成在窥镜40中的服务回路49的大小和/或与服务回路49相关联的形成在窥镜40中的弯曲部的半径。
端部执行器6a在窥镜缩回期间在近侧方向上的平移可有利地增加窥镜驱动器/进送器11与窥镜基部31之间的距离Db，从而相对于其中不发生近侧窥镜柄部/基部平移的实施方式减小倾斜以聚束从而形成服务回路49的窥镜的长度。在端部执行器6a的近侧平移被约束到线性对准/维度1502/1501(为了方便起见，该线性对准/维度在本文中在一些上下文中被称为“x”维度)的情况下，由端部执行器6a的平移导致的窥镜驱动器11与窥镜40的基部31之间的距离Db方面的增加可大致等于“x”/线性维度上的平移距离。在“x”/线性维度上的此类平移可受到端部执行器6a和/或相关联的机器人臂/系统的机械约束的限制。因此，由如图15所示的窥镜柄部31的线性(即，x维度)平移提供的应变消除的量也受到此类机械约束限制。
如上所述，当设置在窥镜驱动器/进送器11和窥镜柄部/基部31之间的窥镜40的长度由于窥镜驱动器11以大于窥镜端部执行器6a的缩回平移速度的速度缩回而增加时，服务回路49可形成。如图所示，服务回路49可倾斜以形成U形弯曲部形式，包括在顶点弯曲部99b的任一侧上的基部弯曲部99a、99c。通常，形成服务回路49的窥镜的长度越大，服务回路49的横向偏转dt越大。随着服务回路49的偏转dt增大，通常形成在窥镜中的弯曲部99的曲率半径减小，从而导致窥镜轴40中的相对更尖锐/更紧的弯曲部。
可能期望避免在窥镜40中形成相对紧密/尖锐的弯曲部，以避免由于机械应力引起的对窥镜的损坏，如本文详细描述的。图15示出了形成三个弯曲部99的服务回路49，包括在窥镜驱动器/进送器11与服务回路49的顶点1504之间的第一弯曲部99a，其中此类弯曲部90a被示出为具有曲率半径r1，该曲率半径在其中相对于窥镜端部执行器6a的近侧缩回的进送辊缩回速度不期望地高的一些实施方式中可能不期望地较短。顶点弯曲部99b被示出为具有标记为r2的曲率半径，而在窥镜40的基部62与服务回路49的顶点1504之间的第三弯曲部具有标记为r3的曲率半径。由于在窥镜驱动器缩回期间的横向和/或近侧窥镜基部平移，本公开的实施方案可有利地减小此类弯曲部的曲率半径。
如本文中更详细地描述的，在缩回过程的时段期间由窥镜驱动器(例如，进送辊)11实施的缩回速度可大于150mm/s，诸如约170mm/s。另一方面，窥镜端部执行器6a沿着虚拟轨道路径1501的线性平移在此类时段期间可小于约30mm/s，诸如约20mm/s或10mm/s。通常，窥镜驱动器11的缩回速度与端部执行器6a沿虚拟轨道1501的线性平移速度之间的差异可导致窥镜40形成服务回路49，其中由服务回路49的各种弯曲部施加的机械应力/应变的严重性可至少部分地取决于在窥镜驱动器11的缩回进送期间所经过的近侧平移距离。
通常，可能期望实施使形成在作为服务回路49的一部分的窥镜中的弯曲部的弯曲半径最大化的窥镜缩回解决方案，其中鉴于与机器人系统/配置相关联的特定工作空间约束和缩回速度来实现此类弯曲半径最大化。在一些实施方案中，对于窥镜/器械的某些实施方案，可能期望防止与窥镜服务回路相关联的弯曲部的弯曲半径下降到70mm以下。在一些实施方式中，可利用可适应小于50mm(诸如约45mm)的弯曲半径的窥镜器械，而不会导致对窥镜的损坏和/或超过器械的应变限制。
虽然图15示出了沿着虚拟轨道1501在“x”维度上的线性窥镜平移，但是在一些实施方式中，与本公开相关联的窥镜缩回解决方案可涉及在相对于虚拟轨道1501横向/成角度的方向/维度上的窥镜端部执行器平移。例如，在所示的“y”和/或“z”维度上分离地或彼此组合和/或与“x”维度上的平移组合的窥镜基部平移可增加窥镜基部31与窥镜驱动器11之间的距离Db(在图15和图25-1中示出)和/或产生窥镜40的各部分的减小与服务回路相关联的一个或多个区域中的弯曲部曲率半径的角/取向位置。
图21是说明用于使用横向窥镜基部平移从患者的目标解剖结构去除样本的过程2100的流程图。例如，当在为此目的而缩回和/或插入窥镜期间去除样本(诸如结石碎片等)时，可实施过程2100。如本文所用，“横向”平移可被理解为在远离虚拟轨道和/或窥镜部分的轴线偏转的方向/角度上的平移，该平移通过窥镜驱动器(例如，进送辊)和/或通过其驱动窥镜的进入护套/导引器进送。例如，相对于图15的所示的坐标参考的横向平移可与至少部分地在“y”和/或“z”维度上而不是仅在“x”维度1502上投影的向量相关联。
在框2102处，过程2100可涉及在患者的目标解剖区域中(诸如在患者的肾的盏网络内)捕获结石和/或其碎片，如本文所述。可根据本文所公开的任何实施方案来实施捕获结石/碎片，诸如通过使用装篮工具，其中在一些实施方式中，此类装篮工具可以机器人的方式控制。如本文所述，可从内窥镜(例如，输尿管镜)的远侧端部部署装篮工具的篮状物，其中一旦被捕获，结石和篮状物可朝向窥镜的远侧端部向近侧拉动并且保持在其附近以便缩回。
在框2104处，过程2100涉及将具有篮状物和所捕获的结石的窥镜缩回到进入护套的远侧开口，如本文详细描述的。此类缩回可由外科医生/技术人员手动执行和/或可使用根据本公开的各方面的自动机器人缩回来实施。
在框2106处，过程2100涉及实施如本文所述的快速缩回，以使窥镜、篮状物和所捕获的样本相对快速地缩回通过进入护套的至少一部分，这可跨越患者的尿路或其他解剖结构到达进入护套的近侧开口。通过进入护套的快速缩回可能是期望的，以减少与样本收集相关联的总往返时间。此类速度可通过以相对高的速度驱动缩回进送辊致动器以实现快速缩回来实现。然而，如上文所提及那样，在进送辊(或其他窥镜驱动器机构)缩回速度超过与窥镜的基部相关联的机器人端部执行器的平移速度的情况下，由于窥镜柄部/基部与窥镜驱动器之间的距离相对于设置在此区域中的窥镜的长度的减小，服务回路弯曲部可形成于窥镜基部与驱动器/进送辊通道之间的窥镜的部分中。如果形成服务回路的窥镜长度的量和/或窥镜驱动器和窥镜柄部/基部的相对位置和/或取向没有以防止窥镜中的相对尖锐的弯曲部和/或剪切应力出现的方式进行管理，则可能导致对窥镜和/或其他器械的损坏的不期望的风险。
为了管理窥镜柄部/基部与窥镜驱动器之间的相对距离和取向以减小在服务回路形成的区域中的窥镜上的剪切应力，而不是简单地沿着线性虚拟轨道平移窥镜基部和/或相关联的机器人端部执行器，与过程2100的框2106相关联的操作可涉及在相对于线性虚拟轨道成角度(例如，正交)的一个或多个维度上实施横向平移(参见例如图15中的线性虚拟轨道1501)。例如，此类横向平移可在与虚拟轨道相同的竖直平面中(例如，在平行于地面的平面中)并且在远离虚拟轨道的方向上，诸如朝向从其伸出机器人臂/端部执行器的机器人推车，其中此类平面内偏转(例如，正交)的平移可被认为是至少部分地在“y”方向/维度上(参见例如图15中的所示得坐标系的“y”维度)，“y”方向/维度与由虚拟轨道限定的“x”方向/维度正交和/或与虚拟轨道平行。另外地或另选地，窥镜柄部/基部的横向平移可呈在虚拟轨道的竖直平面上方竖直上升的形式，其中此类竖直平移在本文中可被描述为在“z”方向/维度上。
在一些实施方式中，过程2100涉及在与框2106相关联的横向平移的同时围绕竖直轴线(即，相对于图15的所示的取向离开页面)旋转与窥镜相关联的端部执行器(参见框2107)并且因此旋转柄部/基部，其中此类旋转可用于减小窥镜/服务回路中的一个或多个应力点/弯曲部处的应变。例如，此类旋转通常可在与“y”方向/维度上的横向平移方向相反的方向上。例如，关于图15的所示的透视图，向左的横向平移可与端部执行器的顺时针旋转耦接，而向右的横向平移可与逆时针旋转耦接。
在框2108处，过程2100涉及将所捕获的结石/样本从装篮装置释放到收集器或其他结构中。在框2110处，过程2100涉及将窥镜快速插回通过进入护套，以将窥镜和/或篮状物返回到目标解剖结构，以便进行附加结石/碎片收集。在一些实施方式中，与框2110相关联的快速插入操作可涉及有效地逆转结合框2106和/或2107实施的窥镜柄部/基部的平移和/或旋转，从而使窥镜和相关联的端部执行器沿着虚拟轨道返回到与窥镜驱动器(例如，进送辊)的成直线配置。
在框2112处，过程2100可涉及将窥镜和/或篮状物重新插入到目标解剖区域中，其中过程2100可重复任何次数，以便从目标解剖结构成功地取出/去除期望数量的结石/碎片。
图22A和图22B分别示出了根据本公开的各方面的包括一个或多个机器人端部执行器的机器人系统的俯视图和侧视图，该一个或多个机器人端部执行器被配置为在某些区内平移以实施器械缩回。特别地，图22A示出根据本公开的各方面的被配置为实施快速窥镜缩回的多个机器人臂12。图22A的图像示出了某些运动学空间区域2201和2203，其可对应于其中系统的机械属性可允许与窥镜柄部/基部31相关联的端部执行器6a的平移/移动的区域。具体而言，运动学工作空间区域2201表示此类区域，在该区域中，机器人端部执行器6a可沿着虚拟轨道1501平移，该虚拟轨道大致与以下中的至少一者同轴：进入护套90的近侧部分、窥镜在进送辊通道39内的部分和/或对准轴线，端部执行器6a、6b沿着该对准轴线以图22A中的配置对准。也就是说，对于其中窥镜基部平移被限制到相对于图22A的图像的所标记的坐标系的“x”方向/维度的器械缩回的实施方式，端部执行器6a在器械缩回期间的平移可被限制到工作空间2201内的区域。工作空间区域2201在“x”维度上的界限可基于相关机器人奇点和/或与机器人系统相关联的临床工作空间限制。例如，机器人系统的所示的工作空间的限制可表示此类区域，在该区域之外，在机器人臂部件之间和/或在机器人臂与推车10之间存在不期望的碰撞风险。此类限制还可基于相关机器人臂的物理长度。
如上所述，在窥镜基部平移限于虚拟轨道维度1501的情况下，在相对高速的窥镜驱动器缩回期间的服务回路形成49可导致弯曲部在器械驱动器11(例如，进送辊)与窥镜基部/柄部31之间的器械轴中形成。因此，在此类实施方式中，窥镜驱动器缩回速度可能受到窥镜机械轴设计的相关弯曲半径兼容性限制。为了增加此类窥镜驱动器速度限制，本公开的实施方案允许非线性/横向窥镜基部平移。例如，此类平移可在运动学工作空间2203内，其在“y”维度/方向上朝向机器人系统/推车10延伸。通常，图22A中示出的横向工作空间2203可与线性工作空间2201处于共同的竖直平面中。
在一些实施方式中，根据本公开的各方面的横向窥镜基部/端部执行器平移可在竖直/“z”维度上。例如，图22B示出了机器人推车10的侧视图，包括运动学工作空间2205的表示，在该运动学工作空间中，窥镜端部执行器6a可竖直地平移，以便进行如本文所述快速缩回窥镜轴应力释放。尽管根据图22A和本文的其他图的所示的坐标系的“z”维度在一些上下文中被描述为竖直维度，但是应当理解，此类术语是为了方便而使用的，并且在其他机器人系统中此类维度可能不是真正的竖直维度。也就是说，本文中对竖直维度的引用应当被理解为是指大致正交于如所示的线性运动学工作空间2201的维度。
应当理解，本文中对横向/非线性窥镜基部/柄部平移的任何描述可在“y”维度和/或“z”维度上。通常，竖直/“z”维度的窥镜基部平移可以以使得窥镜端部执行器6a上升(即，相对于图22B的所示的取向向上移动)的方式实施，其中窥镜基部/柄部和/或端部执行器6a的降低可由机械约束进行约束和/或被避免以防止干扰可能存在于操作环境中的无菌屏障。例如，无菌屏障可存在于患者设置在其上的床/平台的大约高度处，其中端部执行器6a下降到此类水平以下可能是不期望的或不可维持的。
在其中在快速窥镜缩回期间实施竖直/“z”维度的窥镜柄部/基部平移的实施方案中，端部执行器6a可一致地倾斜，使得端部执行器6a的平面P1朝向窥镜驱动器11向下倾斜，以便在窥镜柄部/基部31升高到虚拟轨道1501的平面上方时减小窥镜40中的弯曲部应力。当端部执行器上升到虚拟轨道1501的平面上方时，可逐渐实施此类倾斜。
如图22B所示，窥镜轴40的服务回路49可在任何维度上形成和/或突出，诸如相对于所示的坐标系在“z”维度上和/或在“y”维度上。也就是说，服务回路49可包括U形弯曲部形式，其具有以任何角度和/或在任何维度/矢量上总体上远离虚拟轨道/轴线1501突出的顶点。
图23-1、图23-2和图23-3示出了根据一个或多个实施方案的在与窥镜缩回相关的各种旋转状态下的窥镜基部/柄部31的俯视图。窥镜基部/柄部31耦接到机器人臂12a的端部执行器6a，其中基部/柄部31耦接到通过窥镜驱动器11进送的窥镜轴40的近侧端部。窥镜驱动器11耦接到机器人臂12b的端部执行器6b。如上所提及那样，在窥镜的缩回期间，除了或作为在线性/成直线和/或横向维度上的窥镜基部平移的替代性方案，窥镜基部旋转可被实施以提供用于器械的应变消除。例如，图23-1至图23-3示出了窥镜柄部/基部31围绕横向于虚拟轨道1501的轴线A1旋转的顺序状态。在窥镜驱动器/进送器11沿近侧方向上缩回窥镜40时，基部/柄部31可旋转。在一些实施方式中，90°旋转θb可在窥镜缩回期间逐渐实施。例如，图23-3示出了相对于图23-1中示出的窥镜基部的开始位置的90°旋转下的窥镜柄部31的最终旋转状态。尽管在图23-1至图23-3中实施的特定旋转方案示出了窥镜基部31的旋转，使得窥镜40的基部62旋转远离机器人臂12a和/或相关联的机器人系统/推车，但是应当理解，旋转可在任何方向上(例如，相对于所示的取向逆时针或顺时针)。
根据图23-1至图23-3和/或结合所公开的实施方案中的任一个所公开的实施方案的窥镜基部31的旋转可有利地在缩回过程期间产生比如果不实施此类旋转时可能存在的更大的曲率半径ra、rb。因此，窥镜基部/柄部31围绕横向轴线A1的旋转能够减小在快速缩回期间对窥镜40的损坏风险。
图24-1、图24-2和图24-3示出了根据一个或多个实施方案的在与窥镜缩回相关的各种旋转和横向平移状态下的窥镜基部/柄部31的俯视图。窥镜基部/柄部31耦接到机器人臂12a的端部执行器6a，其中基部/柄部31耦接到窥镜40的近侧端部，该窥镜通过耦接到机器人臂12b的端部执行器6b的窥镜驱动器11进送。在图24-1至图24-3中示出的实施方式中，窥镜基部/柄部31围绕横向轴线A1的旋转以类似于结合图23-1至图23-3示出和描述的方式进行。另外，24-1至24-3中示出的实施方式涉及在使窥镜基部31旋转的同时的端部执行器6a得同时横向平移。
将窥镜旋转与横向平移相结合可有利地导致在快速缩回期间窥镜的大于在没有窥镜基部旋转或横向平移的情况下可形成的曲率半径的曲率半径rc。端部执行器6a的横向平移通常可在考虑到机器人系统的某些机械约束而限定的运动学工作空间2203的边界内，如本文详细描述的。横向平移2401可被认为是在根据在与图24-1至图24-3相关联的图纸上所标识的特定坐标系的“y”维度上，其中通过窥镜驱动器/进送辊11的窥镜的缩回通常是在与“y”方向基本上正交的轴线维度/方向上。
尽管被示出为涉及在“y”方向上的横向平移，但是应当理解，所示出的横向平移可附加地或替代地至少部分地在“z”维度上实施，“z”维度表示相对于所示出的取向离开页面的方向，此类维度与“x”和“y”维度正交，如所示出的参考系中所标识的。也就是说，在使窥镜柄部/基部31旋转的同时，使窥镜端部执行器6a可被竖直提升到水平面2203上方。在一些实施方案中，此类“z”维度平移可与“y”维度平移同时实施。此外，在一些实施方案中，“x”维度平移可结合一些量的“y”维度和/或“z”维度平移来实施。也就是说，窥镜端部执行器平移可在窥镜缩回期间以任何方向组合和/或在任何运动工作空间组合内实施。
图25-1和图25-2示出了根据一个或多个实施方案的在与器械缩回和/或插入相关的各种旋转和平移状态下的器械基部31的俯视图。图25-1示出了窥镜基部31根据如结合本文的各种实施方案所描述的快速缩回过程而平移的动画。特别地，图25-1示出了对应于连续时间时段的平移/缩回过程的四个阶段，在该连续时间时段上，耦接到窥镜/器械的基部31的端部执行器6a在与机器人系统相关联的运动学工作空间2503内在横向维度“y”(和/或在一些实施方式中在“z”维度上)平移距离Dy。除了端部执行器6a和/或器械基部31的横向平移之外，端部执行器6a和/或基部31围绕端部执行器6a的轴线A1的旋转可与横向和/或成直线(例如，沿着虚拟轨道1501)的平移同步地实施。
如本文所述，快速缩回窥镜基部平移可在成直线的“x”和横向(“y”和/或“z”)维度/方向上。因此，此类平移可导致相对于虚拟轨道1501和/或“x”维度成角度的平移路径2505。例如，在所示出的实施方式中，平移路径2505遵循具有平移的“x”向量Dx以及平移的“y”向量Dy的路径。也就是说，初始状态/位置2501a与最终状态/位置2501d之间的平移可跨越“x”维度距离Dx和横向/“y”维度距离Dy两者。此类平移矢量可导致路径2505相对于虚拟轨道1501具有偏转角θ1。作为示例实施方式，平移路径2505的偏转角θ1可以是大约15°(或更小)、35°、45°、60°、75°、90°(在此类情况下不实施“x”维度平移)或任何一对所列数字之间的任何偏转角值。在图25-1的特别的示出的实施方式中，平移路径2505的偏转角θ1近似为45°，使得平移距离Dx和Dy相似和/或相同。
尽管示出了直线平移路径2505，其中在从初始位置2501a到最终位置2501d的整个平移过程中，在“x”维度和“y”维度两者上的行进/平移的相对速度是成比例的，但是应当理解，在一些实施方案中可实施非恒定/直线平移路径。例如，图25-1示出了第一弯曲的平移路径2506，该第一弯曲的平移路径表示此类路径，在该路径中，“x”维度上的相对于“y”维度的平移速度在平移的初始时段中较大，并且随着平移靠近最终状态2501d而减小。另选地，示出了另一示例非恒定/直线平移路径2507，其中在“x”维度上相对于“y”维度的相对平移速度在平移的初始时段中相对较小，并且随着平移靠近最终位置/配置2501d而增大。本文中对平移的初始时段的引用可指初始状态25与一个或多个后续状态2501b和/或25013之间的平移。在一些上下文中，初始平移时段可被理解为参考从初始状态2501a启动平移之后的即刻时刻。
成角度的平移路径2505可具有大于在“x”维度上的平移距离Dx的长度，从而增加窥镜的近侧端部62与窥镜驱动器11(和/或驱动器通道39)之间的距离Db。通过窥镜基部31的旋转，距离Db进一步增加，在没有横向平移2505和窥镜滚动的情况下，窥镜的近侧端部62与窥镜驱动器11之间的距离Db将近似等于组合距离D0和Dx，其小于图25-1中示出的距离Db。
被选择用于缩回过程的特殊的偏转角θ1可基于关于横向(“y”或“z”)维度上的平移距离和/或端部执行器6a的可用平移速度的机械约束或限制。例如，在横向平移距离Dy由某些机械约束限制的情况下，偏转角θ1可基于和/或被选择成允许端部执行器6a的最大期望/可维持平移速度在窥镜驱动器11的缩回的停止的同时达到限制“y”，从而提供窥镜40的相对均匀的平移和缩回。在一些实施方案中，例如，“y”维度限制Dy可以是约3英寸(约7cm至8cm)、5英寸(约12cm至13cm)、7英寸(约17cm至18cm)或这些量之间或大于这些量的其他距离。
在一些实施方式中，端部执行器6a的旋转可以以穿过平移路径(例如，路径2505)的恒定的旋转速度实施。在此类实施方式中，在该点处端部执行器6a已经精确地穿过平移路径的一半距离的状态/位置(例如，位置2501c)可与端部执行器6a的旋转相关联，该旋转表示在初始位置/状态2501a与最终位置/状态2501d之间实施的总旋转角度的大约一半。也就是说，对于如图25-1所示的90°旋转，平移路径2505的中途点处的旋转角θc可以是大约45°。
在一些实施方式中，另选地，旋转的速度非恒定的，并且最初可在平移路径的第一半的至少部分中比在平移时段的第二半的至少可以是部分中更大。例如，在图25-1中示出的特定实施方式中，旋转速度可使得在沿着平移路径2505的距离的约三分之一处，角旋转θb大约为45°，而在沿着平移距离的约一半处，如由状态2501c表示的，角旋转可大约为60°，其中在初始状态2501a和最终状态2501d之间实施总共90°的旋转。在平移的此类初始时段中的相对较高的旋转速度可能是期望的，以通过减小在缩回期间形成在窥镜轴40中的一个或多个弯曲部中的曲率半径来在窥镜轴40上提供减小的剪切。将端部执行器/窥镜基部的旋转限制到小于或等于90°的某个角度可以是有益的，因为超过90°的旋转可在窥镜的近侧端部62的区域中在窥镜轴40中引入相对尖锐的角度/剪切应力。此外，在一些实施方式中，相对更严重的服务回路弯曲半径可在窥镜驱动器/进送器11的快速的缩回开始/初始时段中形成。因此，旋转速度和/或横向平移速度可有利地在平移过程/距离中较早地以相对较高的速度实施。在一些实施方式中，总缩回时间时段可以是约三秒，并且在此类时段期间的窥镜驱动器/进送器缩回速度可以是约50mm/s。进一步可期望将旋转的速度限制到不导致窥镜轴40在窥镜驱动器11的通道39内的不期望的滑动的速度。
虽然图25-1中示出了端部执行器/基部的横向平移和旋转，但是应当理解，在一些实施方式中，根据本公开的各方面的缩回过程可包括横向平移或旋转，但不是两者。
在一些实施方案中，窥镜基部/柄部可耦接到机器人端部执行器，诸如机器人臂的器械操纵器，使得基部/柄部的质心偏离端部执行器的轴向中心。例如，如图25-1所示，在窥镜40的基部62处与窥镜轴40成直线的虚拟轨道1501向端部执行器6a的中心A1的一侧偏移距离d0。因此，当在最终旋转状态2501d下逆时针旋转窥镜柄部/基部至90°旋转时，窥镜偏移d0可相对于“x”维度朝向窥镜驱动器11的侧部。图25-2示出了快速缩回窥镜基部横向平移过程的替代性实施方式。特别地，在图25-2中，窥镜基部31的旋转(在所示的图示中顺时针)导致窥镜的偏移位置d0相对于轴向中心A1远离窥镜驱动器11，这可有利地增加窥镜基部62与窥镜驱动器11之间的距离，从而潜在地减小窥镜轴40中的弯曲部曲线半径和/或剪切应力。
通常，被实施用于窥镜基部/柄部31的期望的旋转方向可使得当实施窥镜基部/柄部的横向平移时，窥镜40的基部62朝向虚拟轨道1501移动和/或被定位在端部执行器6a的朝向该虚拟轨道的侧部上，这可有利地减小窥镜轴40上的剪切。例如，关于图25-1和图25-2的所示的取向/透视图，向右的横向平移可与窥镜的逆时针旋转相关联，而向左的平移(如图25-2中)可与顺时针旋转相关联。顺时针或逆时针旋转相对于端部执行器6a的轴向中心A1在“x”维度上朝向还是远离窥镜驱动器11定位镜的偏移对准1501通常可取决于在初始位置2501a、2502a窥镜基部31机械耦接到端部执行器6a的中心A1的哪一侧。鉴于图25-1和图25-2，应当理解，窥镜旋转可在顺时针或逆时针方向上实施，并且进一步与本公开的任何实施方案相关联的窥镜基部/柄部还可相对于端部执行器的中心在任何侧或取向上以偏移配置安装到相应的机器人端部执行器。
附加实施方案和描述
本文描述了用于促进通过控制与某些医疗规程相关的器械进送器装置/系统来有效且安全地轴向驱动轴型医疗器械的系统、装置和方法。特别地，根据本公开的一个或多个方面的系统、装置和方法可促进器械进送器控件响应于器械位置确定/检测来实施自动轴向速度修改和/或暂停/停止，这可有利地降低对患者解剖结构和/或医疗装备的损坏的风险并且提高规程效率。
在一些实施方式中，本公开涉及一种包括医疗器械的机器人系统，该医疗器械包括细长轴和控制电路，该细长轴的尺寸被设定成至少部分地设置在进入护套内。控制电路被配置为使细长轴至少部分地在进入护套内缩回，确定细长轴的远侧端部相对于进入护套的位置，以及基于细长轴的远侧端部相对于进入护套的所确定的位置来修改细长轴的缩回速度。
控制电路可被配置为通过使被配置为轴向地移动细长轴的致动器缩回细长轴并且使医疗器械附接到其上的机器人操纵器远离进入护套移动而使细长轴至少部分地缩回。例如，控制电路可被进一步配置为确定机器人操纵器的位置并且至少部分地基于机器人操纵器的所确定的位置来暂停机器人操纵器的移动。
在一些实施方案中，细长轴的远侧端部的位置在进入护套的远侧缓冲部分内，其中修改细长轴的缩回速度涉及使致动器以第一速度缩回细长轴并且使机器人操纵器以第一速度移动。在一些实施方案中，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的在进入护套的远侧缓冲部分的近侧的进入护套的快速缩回部分内时，修改细长轴的缩回速度涉及使致动器以大于第一速度的第二速度缩回细长轴并且使机器人操纵器以大于第一速度但小于第二速度的第三速度移动。例如，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的快速缩回部分与远侧缓冲部分之间时，修改细长轴的缩回速度可涉及使致动器以第三速度缩回细长轴并且使机器人操纵器以第三速度移动。在一些实施方案中，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的近侧端部的近侧时，修改细长轴的缩回速度涉及使致动器停止细长轴的缩回。例如，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的近侧端部的近侧时，修改细长轴的缩回速度还可涉及停止机器人操纵器的移动。
当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的快速缩回部分内时，修改细长轴的缩回速度可包括使致动器以第一速度缩回细长轴并且使机器人操纵器以小于第二速度的第二速度移动。
在一些实施方案中，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的远侧缓冲部分内时，修改细长轴的缩回速度可涉及使细长轴的缩回速度增加至第一速度。例如，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的在进入护套的远侧缓冲部分的近侧的快速缩回部分内时，修改细长轴的缩回速度可涉及使致动器以大于第一速度的第二速度缩回细长轴。例如，当细长轴的远侧端部的位置在进入护套的快速缩回部分与远侧缓冲部分之间时，修改细长轴的缩回速度可涉及使致动器以大于第一速度但小于第二速度的第三速度缩回细长轴。
在一些实施方式中，本公开涉及一种包括医疗器械的机器人系统，该医疗器械包括细长轴和控制电路，该细长轴的尺寸被设定成在进入护套内被推进。控制电路被配置为使细长轴至少部分地在进入护套内插入，确定细长轴的远侧端部相对于进入护套的位置，以及基于细长轴的远侧端部相对于进入护套的所确定的位置来修改细长轴的插入速度。
控制电路可被配置为通过使被配置为轴向地移动细长轴的致动器插入细长轴并且使医疗器械附接到其上的机器人操纵器朝向进入护套移动而使细长轴至少部分地插入。
控制电路可被进一步配置为确定机器人操纵器的位置并且至少部分地基于机器人操纵器的所确定的位置来暂停机器人操纵器的移动。例如，在一些实施方案中，控制电路被进一步配置为至少部分地基于机器人操纵器的位置来确定服务回路存在于细长轴中，并且暂停机器人操纵器的移动至少部分地基于服务回路存在的确定。
在一些实施方案中，当细长轴的远侧端部的位置在与进入护套的一部分相关联的快速插入区内时，修改细长轴的插入速度涉及使致动器以第一速度插入细长轴并且使机器人操纵器以比第一速度更慢的第二速度移动。例如，当细长轴的远侧端部的位置在包括进入护套的远侧端部的远侧缓慢插入区内时，修改细长轴的插入速度可涉及使致动器以比第一速度和第二速度两者更慢的第三速度插入细长轴并且使机器人操纵器以第三速度移动。当细长轴的远侧端部的位置在快速插入区与缓慢插入区之间时，修改细长轴的缩回速度可涉及使致动器以第二速度缩回细长轴并且使机器人操纵器以第二速度移动。
在一些实施方式中，本公开涉及一种机器人系统，该机器人系统包括：医疗器械平移装置，该医疗器械平移装置物理地耦接到医疗器械的柄部；致动器装置，该致动器装置被配置为轴向地致动医疗器械的细长轴；以及控制装置，该控制装置被配置为使致动器装置将细长轴至少部分地缩回到进入护套内，确定细长轴的远侧端部相对于进入护套的位置，以及基于细长轴的远侧端部相对于进入护套的所确定的位置来修改细长轴的缩回速度。
出于概括本公开的目的，已经描述了特定方面、优点和新颖特征。将理解，根据任何特定实施方案，可实现不一定所有此类优点。因此，可通过实现或优化本文教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文可教导或提出的其他优点的方式执行所公开的实施方案。
依据实施方案，可按照不同的顺序执行、可添加、合并或完全忽视本文描述的过程或算法中的任一者的特定动作、事件或功能。因此，在特定实施方案中，不是所有描述的动作或事件对于过程的实践都是必要的。
除非另外特别说明或在所使用的上下文内以其他方式理解，否则本文所用的条件语言，诸如“可”、“能够”、“可能”、“可以”、“例如”等，是指其普通意义，并且一般旨在传达特定实施方案包括而其他实施方案不包括特定特征、元件和/或步骤。因此，此类条件语言一般不旨在暗示一个或多个实施方案无论如何都需要特征、元件和/或步骤，或者一个或多个实施方案一定包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或步骤是否包括在任何特定实施方案中或者是否将在任何特定实施方案中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的，并且在它们的普通意义上使用，并且以开放式方式包含性地使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作等。而且，术语“或”在其包含性意义上(而不是在其排他性意义上)使用，使得当用于例如连接一系列元件时，术语“或”是指该系列的元件中的一个、一些或全部。除非另有特别说明，否则诸如措辞“X、Y和Z中的至少一者”的结合语言在一般使用的背景下被理解为传达项目、术语、元件等可以是X、Y或Z。因此，此类结合语言一般不旨在暗示特定实施方案需要X中的至少一者、Y中的至少一者和Z中的至少一者各自都要存在。
应当理解，在以上对实施方案的描述中，为了简化本公开并辅助理解各种发明方面中的一个或多个发明方面，有时将各种特征在单个实施方案、图或其描述中分组在一起。然而，本公开的此方法不应理解为反映了以下意图：任何权利要求要求比那项权利要求中所明确叙述的特征更多的特征。此外，本文的特定实施方案中说明和/或描述的任何部件、特征或步骤可应用于任何其他实施方案或与任何其他实施方案一起使用。此外，对于每个实施方案，没有部件、特征、步骤或部件、特征或步骤的组是必需的或不可缺少的。因此，期望本文公开和下文要求保护的本发明的范围不受上文描述的特定实施方案限制，而是应仅通过公正地阅读随附权利要求书来确定。
应当理解，为了便于参考，可提供特定序数术语(例如，“第一”或“第二”)，并且不一定暗示物理特性或排序。因此，如本文所用，用于修改诸如结构、部件、操作等元件的序数术语(例如，“第一”、“第二”、“第三”等)不一定指示该元件相对于任何其他元件的优先级或顺序，而是可大体上将该元件与具有类似或相同名称(但是用于使用序数术语)的另一元件区分开来。另外，如本文所用，不定冠词(“一个(a)”和“一个(an)”)可指示“一个或多个”而不是“一个”。此外，“基于”某一条件或事件而执行的操作还可基于未明确叙述的一个或多个其他条件或事件来执行。
除非另有定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与示例性实施方案所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，术语，诸如在常用字典中定义的术语，应当被解释为具有与它们在相关领域的背景下的含义一致的含义，并且不以理想化或过于正式的意义进行解释，除非本文明确如此定义。
为了便于描述，在本文中可使用空间相对术语“外部”、“内部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“竖直”、“水平”和类似术语来描述在附图中绘示的一个元件或部件与另一元件或部件之间的关系。应当理解，空间相对术语旨在涵盖装置在使用中或操作中的除附图中描绘的取向之外的不同取向。例如，在附图中示出的装置被翻转的情况下，位于另一装置“下方”或“之下”的装置可放置在另一装置“上方”。因此，说明性术语“下方”可包括下部位置和上部位置两者。装置还可在另一方向上定向，并且因此空间相对术语可根据取向进行不同解释。
除非另有明确说明，否则比较和/或定量术语，诸如“更少”、“更多”、“更大”等，旨在涵盖等式概念。例如，“更少”可不仅是指在最严格的数学意义上的“较少”，而且可指“小于或等于”。
Claims (33)
1.一种机器人系统，包括：
医疗器械，所述医疗器械包括细长轴，所述细长轴的尺寸被设定成至少部分地设置在进入护套内；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
使所述细长轴至少部分地在所述进入护套内缩回；
确定所述细长轴的远侧端部相对于所述进入护套的位置；以及
基于所述细长轴的所述远侧端部相对于所述进入护套的所确定的位置来修改所述细长轴的缩回速度。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述控制电路被配置为通过以下步骤使所述细长轴至少部分地缩回：
使被配置为轴向地移动所述细长轴的致动器缩回所述细长轴；以及
使所述医疗器械附接到其上的机器人操纵器远离所述进入护套移动。
3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，所述控制电路被进一步配置为通过使所述机器人操纵器相对于所述致动器使所述细长轴进行的轴向移动的轴线在横向方向上移动而使所述细长轴至少部分地缩回。
4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，所述横向方向是朝向所述机器人系统的机器人推车的方向，所述机器人操纵器与所述机器人推车相关联。
5.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，所述横向方向是在竖直方向上。
6.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，所述控制电路被进一步配置为：
确定所述机器人操纵器的位置；以及
至少部分地基于所述机器人操纵器的所确定的位置来暂停所述机器人操纵器的移动。
7.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的远侧缓冲部分内时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及：
使所述致动器以第一速度缩回所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以所述第一速度移动。
8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的在所述进入护套的所述远侧缓冲部分的近侧的快速缩回部分内时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及：
使所述致动器以大于所述第一速度的第二速度缩回所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以大于所述第一速度但小于所述第二速度的第三速度移动。
9.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的所述快速缩回部分与所述远侧缓冲部分之间时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及：
使所述致动器以所述第三速度缩回所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以所述第三速度移动。
10.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的近侧端部的近侧时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及使所述致动器停止所述细长轴的缩回。
11.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的所述近侧端部的近侧时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度进一步涉及停止所述机器人操纵器的移动。
12.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的快速缩回部分内时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及：
使所述致动器以第一速度缩回所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以小于所述第二速度的第二速度移动。
13.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的远侧缓冲部分内时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及使所述细长轴的所述缩回速度增加至第一速度。
14.根据权利要求13所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的在所述进入护套的所述远侧缓冲部分的近侧的快速缩回部分内时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及使所述细长轴以大于所述第一速度的第二速度缩回。
15.根据权利要求14所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述进入护套的所述快速缩回部分与所述远侧缓冲部分之间时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及使所述致动器以大于所述第一速度但小于所述第二速度的第三速度缩回所述细长轴。
16.一种机器人系统，包括：
医疗器械，所述医疗器械包括细长轴，所述细长轴的尺寸被设定成在进入护套内被推进；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
使所述细长轴至少部分地在所述进入护套内插入；
确定所述细长轴的远侧端部相对于所述进入护套的位置；以及
基于所述细长轴的所述远侧端部相对于所述进入护套的所确定的位置来修改所述细长轴的插入速度。
17.根据权利要求16所述的机器人系统，其中，所述控制电路被配置为通过以下步骤使所述细长轴至少部分地插入：
使被配置为轴向地移动所述细长轴的致动器插入所述细长轴；以及
使所述医疗器械附接到其上的机器人操纵器朝向所述进入护套移动。
18.根据权利要求17所述的机器人系统，其中，所述控制电路被进一步配置为：
确定所述机器人操纵器的位置；以及
至少部分地基于所述机器人操纵器的所确定的位置来暂停所述机器人操纵器的移动。
19.根据权利要求18所述的机器人系统，其中：
所述控制电路被进一步配置为至少部分地基于所述机器人操纵器的所述位置来确定服务回路存在于所述细长轴中；并且
所述暂停所述机器人操纵器的移动至少部分地基于所述服务回路存在的所述确定。
20.根据权利要求17所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在与所述进入护套的一部分相关联的快速插入区内时，所述修改所述细长轴的所述插入速度涉及：
使所述致动器以第一速度插入所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以比所述第一速度更慢的第二速度移动。
21.根据权利要求20所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在包括所述进入护套的远侧端部的远侧缓慢插入区内时，所述修改所述细长轴的所述插入速度涉及：
使所述致动器以比所述第一速度和所述第二速度两者更慢的第三速度插入所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以所述第三速度移动。
22.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，当所述细长轴的所述远侧端部的所述位置在所述快速插入区与所述缓慢插入区之间时，所述修改所述细长轴的所述缩回速度涉及：
使所述致动器以所述第二速度缩回所述细长轴；以及
使所述机器人操纵器以所述第二速度移动。
23.一种机器人系统，包括：
医疗器械平移装置，所述医疗器械平移装置物理地耦接到医疗器械的柄部；
致动器装置，所述致动器装置被配置为轴向地致动所述医疗器械的细长轴；和
控制装置，所述控制装置被配置为：
使所述致动器装置至少部分地在进入护套内缩回所述细长轴；
确定所述细长轴的远侧端部相对于所述进入护套的位置；以及
基于所述细长轴的所述远侧端部相对于所述进入护套的所确定的位置来修改所述细长轴的缩回速度。
24.一种机器人系统，包括：
机器人端部执行器，所述机器人端部执行器被配置为耦接到医疗器械的基部，所述医疗器械包括轴，所述轴被配置为由驱动器装置在第一维度上轴向地驱动；和
控制电路，所述控制电路被配置为在所述驱动器装置在所述第一维度上缩回所述医疗器械的所述轴的同时：
使所述机器人端部执行器在相对于所述第一维度横向的第二维度上平移。
25.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述控制电路被进一步配置为在所述机器人端部执行器在所述第二维度上平移的同时，使所述机器人端部执行器在所述第一维度上远离所述驱动器装置平移。
26.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述控制电路被进一步配置为在所述机器人端部执行器在所述第二维度上平移的同时，使所述机器人端部执行器在与所述第一维度和所述第二维度两者正交的第三维度上平移。
27.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述第二维度与所述第一维度处于共同的竖直平面中。
28.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述第二维度是竖直维度。
29.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述控制电路被进一步配置为在所述机器人端部执行器在所述第二维度上平移的同时，使所述机器人端部执行器围绕轴线旋转。
30.根据权利要求29所述的机器人系统，其中，所述轴线相对于所述第一维度是横向的。
31.根据权利要求29所述的机器人系统，其中，所述轴线是竖直轴线。
32.根据权利要求29所述的机器人系统，其中，所述旋转所述机器人端部执行器是以使所述医疗器械的所述轴的近侧端部朝向在所述第一维度上与所述驱动器装置对准的虚拟轨道移动的方向。
33.根据权利要求32所述的机器人系统，其中，所述机器人端部执行器的平移相对于所述虚拟轨道成介于30°至60°之间的角度。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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