CN118116571A - 用于机器人介入过程的远程通信和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于机器人介入过程的远程通信和控制系统。本发明公开了一种用于使用远程站点处的控制中心控制本地站点处的机器人医疗设备系统的操作的方法,这种方法包括:从控制中心向机器人医疗设备系统发送控制信号;确定控制信号在传输过程中的延迟;将延迟与阈值延迟值进行比较;以及基于延迟与阈值延迟值的比较来操作机器人医疗设备系统。
Description
本申请是国家申请号为201980033240.2的发明专利申请的分案申请,该发明专利申请的申请日为2019年5月17日,发明名称为“用于机器人介入过程的远程通信和控制系统”。
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求享有2018年8月20日提交的题为《Remote CommunicationsSystem And Control System For Robotic Medical Devices》(《用于机器人医疗设备的远程通信系统和控制系统》)的第62/719,757号美国专利申请以及2018年5月18日提交的题为《Remote Communications System And Control System For Robotic MedicalDevices》(《机器人医疗设备的远程通信系统和控制系统》)的第62/673,307号美国专利申请的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及机器人医疗过程(procedure)系统的技术领域,并且具体地,涉及用于机器人介入过程中的设备的远程通信和控制系统。
背景技术
导管(和其他延长的医疗设备)可用于许多微创医疗过程,以诊断并治疗各种血管系统的疾病,这些疾病包括:也被称为神经介入手术的神经血管介入治疗(NVI)、经皮冠状动脉介入治疗(PCI)和外周血管介入治疗(PVI)。这些过程通常涉及:引导导引线穿过脉管系统,并通过导引线使工作导管前进以进行(deliver)治疗。其中,可用标准的经皮技术使鞘管或导引管进入适当的血管(如动脉或静脉)进而开始进行导管插入过程。然后,将鞘管或导引管通过诊断导引线推进至主要位置,上述主要位置诸如,对NVI而言的颈内动脉,对PCI而言的冠状动脉口或对PVI而言的股浅动脉。然后,可通过鞘管或导引管将适于脉管系统的导引线引导至脉管系统中的目标位置。在某些情况下,例如在曲折的解剖结构中,将支撑导管或微导管插入到导引线上,借以对导引线的引导进行辅助。医生或操作人员可以使用成像系统(例如,荧光检查器)通过注射造影剂而获得影像(cine)并选择用作路线图的固定框架以将导引线或导管引导至目标位置,例如病灶。在医生递送导引线或导管设备的同时,还可以获得对比度增强的影像,以便医生可以查证该设备是否沿着正确的路径移动到目标位置。在使用荧光检查法观察解剖结构的同时,医生操纵导引线或导管的近端,以将远端引导至朝向病灶的适当血管中并避免远端进入侧支。
目前,已经开发出了一些机器人导管过程系统,这些机器人导管过程系统可用于帮助医生执行诸如NVI、PCI和PVI的导管插入过程。神经血管介入(NVI)导管过程的示例包括:动脉瘤的弹簧圈栓塞治疗、动静脉畸形的液体栓塞治疗以及在急性缺血性卒中的情况下大血管闭塞的机械性血栓切除术。在NVI中,医生通过操纵神经血管导引线和微导管来使用机器人系统来访问病灶,以恢复正常的血流。这种访问是通过鞘管或导引管来实现的,但是可能还需要用于更多远端区域的中间导管或为微导管和导引线提供足够的支撑。依据病灶的类型和治疗方式,将导引线的远端引导到病灶中或经过病灶。为了治疗动脉瘤,将微导管推进到病灶处并移除导引线,并且通过微导管将多个弹簧圈部署到动脉瘤中并用于使动脉瘤产生栓塞。为了治疗动静脉畸形,通过微导管将液体栓塞注入发生畸形处。而机械性血栓切除术可通过进行抽吸或使用支架取出器来实现血管阻塞的治疗。抽吸可以直接通过微导管进行,也可以通过较大口径的抽吸导管进行。一旦抽吸导管位于病灶处,就施加负压以通过导管去除血块。而在另一种方式中,或者,可通过微导管部署支架取栓器而去除凝块。一旦凝块被整合到支架取栓器中,并通过将支架取栓器和微导管缩回到导引管中来回收凝块。
在PCI中,医生通过操纵冠状动脉导引线来使用机器人系统来访问病灶,以进行治疗并恢复正常的血流。可通过将导引管放置在冠状动脉口中以进行上述访问。导引线的远端被引导经过病灶,并且,对于复杂的解剖结构而言,可以用微导管为导引线提供足够的支撑。通过在病灶处递送并部署支架或球囊来恢复血流。病灶可能需要在支架植入之前进行准备,方法是递送球囊用于病灶的预扩张,或者使用例如激光或旋转斑块切除术导管和球囊在导引线上进行斑块切除术。可以通过使用成像导管或血流储备分数(FFR)测量来执行诊断成像和生理测量,以确定适当的治疗方法。
在PVI中,医生使用机器人系统通过类似于NVI的技术来进行治疗并恢复血流。导引线的远端被引导经过病灶,并且微导管可用于为复杂的解剖结构提供足够的支撑。通过将支架或球囊输送到病灶部位并部署支架或球囊来恢复血流。与PCI一样,也可以使用病灶准备和诊断成像。
通常,用于医疗过程的机器人系统的操作者与患者和机器人系统位于同一房间或相邻的房间中。但是,人们期望使位于远程位置(例如,不同建筑物,不同城市)的操作人员可操作机器人系统以执行医疗过程。一种系统可使位于远处的操作人员控制并操作机器人医疗过程系统,借以使患者(例如在较小的社区中的患者)可以与当地可能没有的医疗专家联系。另外,需要紧急医疗过程的患者可以由身在远处的专家在当地医院进行治疗,这可以减少执行介入过程之前的时间。例如,这有利于尽快完成介入过程以治疗由于大血管闭塞(LVO)导致的急性缺血性中风的患者,或治疗患有ST段抬高的心肌梗塞(STEMI)的患者。目前,已经开发出了通常用于,血管、心脏和泌尿外科过程的各种远程过程系统。例如,远程过程系统已经用于腹腔镜过程。而在一种用于操作人员远程执行医疗过程的系统的开发中却存在许多挑战。其中,必须建立并维护通过网络(例如互联网)的安全网络连接。控制信号和图像传输中的延迟和抖动会影响过程的安全性以及系统的稳定性。在本地和远程位置之间也可能产生涉及本地医疗过程系统控制的死锁。同时,提供多对多配置以允许多个远程位置连接并操作本地医疗过程系统也可能存在挑战。
发明内容
依据本发明实施例,本发明公开了一种用于使用远程站点的控制中心控制本地站点的机器人医疗设备系统的操作的方法,这种方法包括:从控制中心向机器人医疗设备系统发送控制信号;确定控制信号在传输过程中的延迟;将延迟与阈值延迟值进行比较;以及基于延迟与阈值延迟值的比较来操作机器人医疗设备系统。
依据本发明另一实施例,本发明公开了一种用于使用远程站点的控制中心控制本地站点的机器人医疗设备系统中延长的医疗设备的操作的方法,这种方法包括:从控制中心接收控制信号;确定控制信号在传输过程中的延迟;基于机器人医疗设备系统的至少一个参数确定阈值延迟值;将延迟与阈值延迟值进行比较;以及基于延迟与阈值延迟值的比较结果调节延长的医疗设备的操作。
依据本发明另一实施例,本发明公开了一种用于使用远程站点的控制中心控制本地站点的机器人医疗设备系统的操作的方法,这种方法包括:从控制中心接收控制信号;确定控制信号在传输过程中的延迟;将延迟与阈值延迟值进行比较;如果延迟小于阈值延迟值,则基于延迟调节机器人医疗设备系统的医疗设备的速度;以及如果延迟大于阈值延迟值,则将医疗设备的速度设置为零。
依据本发明另一实施例,本发明公开了一种用于控制医疗设备的系统,这种系统包括:位于远程站点的控制中心,控制中心包括:控制台;第一命令和控制模块,耦合第一命令和控制模块与控制台相耦合;及第一时钟,第一时钟用精确时间协议与第一命令和控制模块相耦合,第一时钟被配置为从参考时间源接收时间数据;以及位于本地站点的机器人医疗设备系统,机器人医疗设备系统与控制中心通信并包括:至少一个医疗设备;第二命令和控制模块,第二命令和控制模块与至少一个医疗设备相耦合,并且,第二命令和控制模块与第一命令和控制模块进行通信;并且其中,控制中心和远程医疗设备系统通过安全隧道进行通信;并且其中,控制中心的控制台配置为与至少一个医疗设备进行通信并对至少一个医疗设备进行控制。
依据本发明另一实施例,本发明公开了一种用于通过远程站点和本地站点对至少一个医疗设备的控制进行管理的系统,这种系统包括:位于远程站点处的控制中心;位于本地站点处的机器人医疗设备系统,机器人医疗设备系统与控制中心进行通信;以及虚拟控制令牌,用于确定控制中心和机器人医疗设备系统的控制状态,其中虚拟控制令牌的位置确定控制状态。
依据本发明另一实施例,本发明公开了一种用于减少从本地站点处的机器人医疗设备系统到远程站点处的控制中心的数据传输带宽的方法,控制中心配置为控制机器人医疗设备系统的操作,这种方法包括:在机器人医疗设备系统处生成数据的显示,其中数据包括至少一个图像及非图像患者信息;对所生成的显示的一部分进行选择;将显示的被选择的部分传送到控制中心;以及在控制中心的显示器上显示被选择的部分。
附图说明
下面,将结合本发明说明书附图对本发明进行更为详尽的描述,其中,附图标记指代相同的部件,其中:
图1是根据本发明实施例的示例性导管过程系统的透视图;
图2是根据本发明实施例的示例性导管过程系统的示意性框图。
图3是根据本发明实施例的用于机器人医疗设备系统的通信和控制系统的框图;
图4是根据本发明实施例的用于机器人医疗设备系统的通信和控制系统的框图;
图5示出了根据本发明实施例的用于控制机器人医疗设备系统的操作的方法;以及
图6示出了根据本发明实施例的用于控制中心的示例性图形用户界面;
图7示出了根据本发明实施例的用于机器人医疗设备系统的示例性图形用户界面;
图8示出了根据本发明实施例的用于机器人医疗设备系统在本地站点的数据和图像的示例性显示;
图9示出了根据本发明实施例的具有血液动力学数据的远程站点的控制中心的示例性显示;
图10示出了根据本发明实施例的用于远程站点的控制中心的示例性显示;
图11示出了根据本发明实施例的当控制中心或机器人医疗设备系统都不控制机器人医疗设备时的示例性用户界面;
图12示出了根据本发明实施例的当机器人医疗设备系统控制机器人医疗设备时的示例性用户界面;以及
图13示出了根据本发明实施例的当控制中心控制机器人医疗设备时的示例性用户界面;
图14示出了根据本发明实施例的用于远程站点的控制中心的示例性显示;
图15示出了根据本发明实施例的用于远程站点的控制中心的示例性显示;以及
图16是根据本发明实施例的多个控制中心和多个机器人医疗设备系统的多对多配置的框图。
具体实施方式
图1为根据一个实施例的示例性导管过程系统的透视图。在图1中,导管过程系统100可以用于执行基于导管的医疗过程,例如经皮介入过程,诸如经皮冠状动脉介入(PCI)、神经血管介入过程(例如,以治疗大血管闭塞(LVO))、用于ST段抬高型心肌梗塞的PCI、外周血管介入治疗过程等。基于导管的医疗过程可包括诊断导管插入过程,在诊断导管插入过程中,使用一个或更多个导管(或其他细长的医疗设备)来辅助对患者的疾病进行诊断。例如,在基于导管的诊断过程的一个实施例中,通过导管将造影剂注入到一个或更多个冠状动脉上,并获取患者心脏的影像。基于导管的医疗过程还可以包括:基于导管的治疗过程(例如,血管成形术、放置支架、周围血管疾病的治疗等),在该过程中可用导管(或其他细长的医疗装置)治疗疾病。但是,应当指出的是,本领域技术人员可以认识到,可根据将要进行的过程类型来选择某些特定的经皮介入设备或部件(例如,导引线的类型,导管的类型等)。导管过程系统100能用细微的调节执行任何数量的基于导管的医疗过程,以适应将在该过程中使用的特定经皮介入设备。具体地,尽管本发明说明书中本文所述的导管过程系统100的实施例主要关于冠状动脉疾病的诊断和/或治疗,但这种导管过程系统100也可用于通过基于导管的过程诊断和/或治疗或者用可改变的条件进行诊断和/或治疗。
导管过程系统100包括:实验室单元106和工作站116。导管过程系统100包括位于与患者102相邻的实验室单元106内的机器人导管系统,图中将这种机器人导管系统示为床旁系统110。患者102被支撑在工作台108上。通常,床旁系统110可以配备适当的经皮介入设备或其他部件(例如,导引线、导引管、诸如球囊导管和支架输送系统的工作导管、造影剂导管、药物导管、诊断导管等),借以令使用者可以通过操作诸如位于工作站116的控件等各种控件来通过机器人系统执行基于导管的医疗过程。床旁系统110可以包括任何数量的组件和/或组件的组合,以为床旁系统110提供本发明说明书所述的功能。除其他元件外,床旁系统110还包括由机械臂112支撑的驱动组件111。驱动组件111包括安装在机械驱动器113上的盒114,这种盒可用于驱动诸如导管或导引线的细长的医疗设备115。例如,驱动组件111可以用于将导引线自动地送入位于患者102的动脉中的导引管中。
床旁系统110与工作站116进行通信,从而允许将工作站116的用户输入所生成的信号传输到床旁系统110,以控制床旁系统110的各种功能。床旁系统110还可以将反馈信号(例如,操作条件、警告信号、错误代码等)发送到工作站116。床旁系统110可以通过通信链路140(如图2所示)连接到工作站116,该通信链路可以是无线连接、有线连接或能在工作站116和床旁系统110之间进行通信的任何其他装置。
工作站116包括用户界面126,该用户界面126被配置为接收用户输入以操作导管过程系统100的各种组件或系统。用户界面126包括控件118,该控件118允许用户控制床旁系统110执行基于导管的医疗过程。例如,控件118可以被配置为使用床旁系统110可用所配备的各种经皮介入设备执行各种任务(例如,使导引线前进、缩回或进行转动,使工作导管前进、缩回或进行转动,使导引管前进、缩回或进行转动,使位于导管上的球囊充气或放气,定位和/或部署支架,将造影剂注入导管,将药物注入导管或者执行可由基于导管的医疗过程的一部分执行的任何其他功能)。驱动组件111包括各种驱动机构,借以使包括经皮介入设备在内的床旁系统110的部件产生运动(例如,轴向运动和旋转运动)。
在一个实施例中,控件118包括:触摸屏124;一个或更多个操纵杆128;以及按钮130,按钮132。操纵杆128可以被配置为使各种部件和诸如导引线、导引管或工作导管的经皮介入设备前进、缩回或进行转动。例如,按钮130与按钮132可以包括紧急停止按钮和倍增按钮。当按下紧急停止按钮时,延迟被触发以切断床旁系统110的电源。倍增按钮的作用是响应于对控件118的操纵来增大或减小相关组件的移动速度。在一个实施例中,控件118可以包括在触摸屏124上显示的一个或更多个控件或图标(未示出),当上述控件或图标被激活时,可使导管过程系统100的组件进行工作。控件118还可以包括球囊控件或支架控件,上述球囊控件或支架控件被配置使球囊和/或支架充气或放气。每个控件可以包括:一个或更多个按钮、操纵杆、触摸屏等,其中可期望这些控件对此控件所专用的特定组件进行控制。另外,触摸屏124可以显示与控件118的各个部件或导管过程系统100的各个组件有关的一个或更多个图标(未示出)。
用户界面126可以包括:第一监视器120或显示器;以及第二监视器122或显示器。在其他实施例中,用户界面126可以包括一个显示器或两个以上显示器。第一监视器120和第二监视器122可以被配置为向位于工作站116的用户显示信息或患者特定数据。例如,第一监视器120和第二监视器122可以被配置为显示图像数据(例如,X射线图像、MRI图像、CT图像、超声图像等),血液动力学数据(例如血压、心率等),患者记录信息(例如,病史、年龄、体重等)。另外,第一监视器120和第二监视器122可以被配置为显示特定于过程的信息(例如,过程的持续时间、导管或导引线的位置、所输送的药物或造影剂的量等)。监测器120和监测器122可以被配置为显示关于导引管位置的信息。此外,监视器120和监视器122可以被配置为显示信息以提供与控制器134相关联的功能(如图3所示)。在另一实施例中,用户界面126包括单一屏幕,这种单一屏幕的大小足以显示本发明说明书中所讨论的显示组件和/或触摸屏组件中的一个或更多个。
导管过程系统100还包括位于实验室单元106内的成像系统104。成像系统104可以是与基于医学过程的导管结合使用的任何一种医学成像系统(例如,非数字化X射线、数字化X射线、CT、MRI、超声等)。在一个示例性实施例中,成像系统104是与工作站116进行通信的数字X射线成像设备。在一个实施例中,成像系统104可以包括C形臂(未示出),该C形臂可使成像系统104部分地或完全地围绕患者102进行转动,借以在相对于患者102在不同角度位置获得图像(例如矢状面图、坐位图、前后位图等)。
成像系统104可以被配置为在特定过程中拍摄患者102的适当区域的X射线图像。例如,成像系统104可以被配置为拍摄心脏的一个或更多个X射线图像以诊断心脏状况。成像系统104还可以被配置为在基于导管的医疗过程期间拍摄一个或更多个X射线图像(例如,实时图像),以辅助工作站116的用户适当地放置导引线、导引管、支架等。图像可以显示在第一监视器120和/或第二监视器122上。具体地,图像可以显示在第一监视器120和/或第二监视器122上,借以令使用者准确地将导引管移动至正确的位置中。
参考图2,该图示出了根据本发明示例性实施例的导管过程系统100的框图。导管过程系统100可以包括控制器134。控制器134可以是(在图1中示出的)工作站116的一部分。控制器134通常可以是适于为导管过程系统100提供本发明说明书所述各种功能的电子控制单元。例如,控制器134可以是嵌入式系统、专用电路、具有本发明说明书所描述的功能编程的通用系统等。控制器134与一个或更多个床旁系统110、控件118、监视器120和监视器122、成像系统104及患者传感器136(例如,心电图(“ECG”)设备、脑电图(“EEG”)设备、血压监视器、温度监视器、心率监视器、呼吸监视器等)进行通信。在一个实施例中,控制器134还可以与造影剂注射系统152和血管内超声(IVETS)系统154通信。控制器156还可以与诸如OCT系统、FFR系统或吸液泵的附加医疗系统156进行通信。在各个实施例中,控制器134被配置为基于用户与控件118的交互和/或基于控制器134可访问的信息来生成控制信号,进而可使用导管过程系统100来执行医疗过程。此外,控制器134可以与医院数据管理系统或医院网络142和一个或更多个附加输出设备138(例如打印机、磁盘驱动器,CD/DVD刻录机等)进行通信。
导管过程系统100的各个部件之间的通信可以通过通信链路140完成。通信链路140可以是专用线或无线连接。通信链路140也可以代表通过网络的通信。可通过对导管过程系统100进行连接或配置,借以使其包括图中并未明确示出的任何其他系统和/或设备。例如,导管过程系统100可以包括:图像处理引擎、数据存储和存档系统、自动球囊和/或支架充气系统、药物注射系统、药物跟踪和/或记录系统、用户日志、加密系统、限制导管过程系统100的访问或使用的系统等。
如上所述,控制器134可与床旁系统110进行通信并可向床旁系统110提供控制信号,以控制用于驱动经皮介入设备(例如,导引线、导引管等)。例如,床旁系统110可包括:用于推进和/或缩回引导线的导引线轴向驱动机构,用于推进和/或缩回工作导管的工作导管轴向驱动机构,以及用于使导引线绕其纵轴进行转动的导引线旋转驱动机构。在一实施例中,上述各种驱动机构容纳于(图1所示的)驱动组件114中。
可对诸如结合图1与图2所描述的示意性导管过程系统的机器人医疗设备系统进行远程控制。图3是根据一个实施例的用于机器人医疗设备系统的通信和控制系统的透视图。通信和控制系统10包括:位于远程站点或位置的控制中心12,和位于本地站点或位置的机器人医疗设备系统14。在此处的使用中,本地站点是机器人医疗设备系统和患者或受试者所处的位置,而远程站点是操作人员(例如医生)和用于远程控制机器人医疗设备系统的控制中心所处的位置。控制中心12和机器人医疗设备系统14通过诸如互联网之类的网络16进行通信。在一实施例中,远程站点和本地站点是彼此远离的,例如,处于同一建筑物的不同房间中、处于同一城市不同的建筑物中、处于不同的城市或者并未在物理上接近本地机器人医疗设备系统或患者的远程站点的其他不同位置。控制中心12和机器人医疗设备系统14通过网络16交流信号(例如,数据信号、图像信号、命令信号和控制信号)。远程站点的操作人员可以使用控制中心12来控制和操作位于本地的机器人医疗设备系统14,借以执行医疗过程。在一个实施例中,多个控制中心12可以经由网络16与一个机器人医疗设备系统14通信,并且每个控制中心12可以用于从独立的位置控制机器人医疗设备系统14。在另一个实施例中,多个控制中心12可以经由网络16与多个机器人医疗设备系统14通信,其中每个控制中心12可以用于控制每个机器人医疗设备系统14。
例如,机器人医疗设备系统14可以是导管过程系统或可进行远程控制以执行过程的其他医疗设备系统。在一个实施例中,网络16是安全网络,例如虚拟专用网络。例如,控制中心12可以包括具有用户界面的工作站。在一个实施例中,控制中心12包括用户界面,上述用户界面类似于机器人医疗设备系统14中提供的用户界面。例如,如果机器人医疗设备系统14是诸如结合图1与图2所描述系统的导管过程系统,类似于导管过程系统100的工作站116、用户界面126和控件118,控制中心12可以包括:具有用户界面与控件的工作站。在另一个实施例中,控制中心12包括作为远程站点上的机器人医疗设备系统一部分的工作站或用户界面。控制中心12被配置借以使操作人员可以从远程站点操作机器人医疗设备系统14的各种组件。诸如数据、图像以及命令信号和控制信号之类的信息通过网络16从控制中心12传输到机器人医疗设备系统14,并且诸如数据和图像之类的信息通过网络16从机器人医疗设备系统14传输到控制中心12。
图4是根据一个实施例的用于机器人医疗设备系统的通信和控制系统的框图。通信和控制系统200包括:位于远程站点的控制中心202和位于本地站点的机器人医疗设备系统204。控制中心202和机器人医疗设备系统204通过网络206进行通信。在一个实施例中,网络206是由控制中心202中的远程防火墙208和机器人医疗设备系统204中的本地防火墙210建立的安全网络。例如,网络206可以是虚拟专用网(VPN)。网络206被配置为接收和发送数据、图像、命令信号和控制信号。在图4所示的系统200中,示出了一个控制中心202和一个机器人医疗设备系统204。在一个实施例中,多个控制中心202可以经由网络206与一个机器人医疗设备系统204进行通信,并且每个控制中心202可从独立的位置通过机器人医疗设备系统204中的机器人系统245来控制一个或更多个医疗设备246。机器人系统245可以是诸如机器人臂、机器人驱动器和/或可用于驱动医疗设备的其他机器人设备。在其中机器人医疗设备系统是导管系统的实施例中,机器人系统245可以是上文中结合图1所描述的机器人臂112和驱动组件111。在另一实施例中,多个控制中心202可以经由网络206与多个机器人医疗设备系统204进行通信,其中,每个控制中心202可以使用每个机器人医疗设备系统204中的机器人系统245来控制一个或更多个医疗设备246。
控制中心202还包括:远程命令和控制模块212,以及耦合到远程防火墙208并与其通信的远程控制器216。在一个实施例中,远程防火墙208、远程命令和控制模块212和远程计算机控制器216在独立的硬件(例如,计算机系统)上实现。在另一个实施例中,远程防火墙208、远程命令和控制模块212以及远程控制器216被实现为同一计算机系统上的独立的软件组件或逻辑子系统组件。可以使用例如采用实时扩展的微内核、虚拟机或常规操作系统来实现软件组件或逻辑子系统组件。在另一个实施例中,遥控器216和远程防火墙208可以被实现为在远程命令和控制模块212上执行的软件程序。远程命令和控制模块212从控制中心控制台236接收命令信号和控制信号。控制台236被配置为从远程站点的操作人员接收用户输入,以用于本地站点的机器人医疗设备系统204以及其他系统和设备的操作。例如,控制台236可包括:显示器和控件,诸如触摸屏、一个或更多个操纵杆和按钮。控制中心202中的第一显示器240耦合至远程命令和控制模块212,并且第一显示器240可以用于显示从机器人医疗设备系统204接收的数据和图像。远程命令和控制模块212可以被配置为对从机器人医疗设备系统204所接收到的图像进行解压缩。
远程命令和控制模块212还耦合至诸如远程参考时钟220的时间同步参考时钟并从远程参考时钟220接收时间信息。例如,远程参考时钟220可以是一个主时钟。如下面所进一步讨论的,时间信息可以用于计算在远程站点和本地站点之间的信号和数据(例如,命令信号和控制信号以及图像)的传输中的延迟。远程参考时钟220耦合到天线232,以从外部时间源(例如,基于卫星的时间源或外部网络)接收时间信息,并将时间戳信息提供给远程命令和控制模块212。在一个实施例中,时间信息是从全球定位系统(GPS)提供的。在另一个实施例中,从卫星时间和位置(STL)系统提供时间信息。远程开关224可以耦合到远程参考时钟220。在一个实施例中,远程参考时钟220、远程开关224以及远程命令和控制模块212使用精确时间协议(PTP)网络。远程命令和控制模块212使用来自远程参考时钟220的时间戳信息来对从控制台236接收的命令信号和控制信号进行时间戳记。带有时间戳的命令信号和控制信号可以经由网络206传输到机器人医疗设备系统204中的本地命令和控制模块214。本地命令和控制模块214被配置为通过网络206将命令信号和控制信号提供给例如机器人医疗设备系统204中的机器人系统245,以控制医疗设备246的运行。由远程命令和控制模块212基于来自远程参考时钟220的信息在命令信号和控制信号上提供的时间戳可用于在使用医疗设备246执行的医疗过程期间监视和控制命令信号和控制信号传输中的延迟。如本发明说明书将结合图5进行讨论的,本地命令和控制模块214被配置为基于时间戳来确定从控制中心202接收命令信号和控制信号的延迟,并且基于延迟量来采取适当的动作。
本地命令和控制模块214和本地控制器218耦合到本地防火墙210并与本地防火墙210进行通信。在一个实施例中,本地防火墙210、本地命令和控制模块214以及本地控制器218实现于独立的硬件(例如计算机系统)上。在另一个实施例中,本地防火墙210、本地命令和控制模块214以及本地控制器218被实现为同一计算机系统上的独立的软件组件或逻辑子系统组件。例如,可以使用微内核、虚拟机或具有实时扩展的常规操作系统来实现软件组件或逻辑子系统组件。在另一个实施例中,本地控制器218和本地防火墙210可以被实现为在本地命令和控制模块214上执行的软件程序。本地命令和控制模块214还可以从机器人医疗设备系统的控制台238接收命令信号和控制信号。控制台238被配置为从本地站点的操作人员接收用户输入,以用于机器人医疗设备系统204在本地站点的操作。例如,控制台238可包括诸如触摸屏、一个或更多个操纵杆和按钮的显示器和控件。显示器241耦合到本地命令和控制模块214,并且显示器241可以用于显示数据和图像。本地命令和控制模块214还接收来自成像系统248的图像和来自患者传感器250的血液动力学数据。在一个机器人医疗设备系统204是如上文结合图2与图3所描述的导管过程系统的实施例中,本地控制器218可以耦合到显示器120、显示器122或触摸屏124。可以使用第一视频捕获和缩放设备242捕获并缩放来自成像系统248的图像,并且可以使用第二视频捕获和缩放设备244捕获并缩放血液动力学数据。本地命令和控制模块214可以配置为在将图像数据传输到控制中心202之前对图像数据进行压缩,本地控制器218可以配置为在将血液动力学数据传输到控制中心202之前对血液动力学数据进行压缩。在另一个实施例中,本地命令和控制模块214耦合到血管内超声(IVUS)系统254并从其接收数据。来自IVUS系统254的数据可以被发送到控制中心202。
本地命令和控制模块214还耦合到诸如本地参考时钟226的时间同步参考时钟并从本地参考时钟226接收时间信息。例如,本地参考时钟可以是一个主时钟。时间信息可用于计算信号和数据(例如,命令信号和控制信号以及图像)在远程站点和本地站点之间的传输中的延迟。本地参考时钟226耦合到天线234,以从外部时间源(例如,基于卫星的时间源)接收时间信息,并将时间戳信息提供给本地命令和控制模块214。在一个实施例中,时间信息是从全球定位系统(GPS)提供的。在另一个实施例中,时间信息是从卫星时间和位置(STL)系统提供的。本地开关230可以耦合到本地参考时钟226。在一个实施例中,本地参考时钟226、本地开关230以及本地命令和控制模块212使用精确时间协议网络。本地命令和控制模块214使用来自本地参考时钟226的时间戳信息来对从第一视频捕获和缩放设备242接收的图像数据进行时间标记。在另一实施例中,本地控制器218可以使用来自本地参考时钟226的时间戳信息对从第二视频捕获和缩放设备244接收的血液动力学数据进行时间标记。可以将带有时间戳的图像和血液动力学数据通过网络206传输到控制中心202中的远程命令和控制模块212。远程命令和控制模块212配置为将图像提供给控制中心202中的显示器240并将血液动力学数据提供给显示器240或控制中心202中的另一显示器。这种本地命令和控制模块214基于自本地参考时钟226的信息而提供到图像和血液动力学数据上的时间戳可用于在使用控制中心202执行的医疗过程期间对通过网络206传输图像和血液动力学数据的过程中的延迟进行监视和控制,以控制机器人系统245和医疗设备246。基于图像和/或血液动力学数据的传输延迟可以暂停或是停止系统200的各个组件或者在控制中心202和机器人医疗设备系统204之间对系统进行控制。
如上所述,控制中心202可以包括可使用精确时间协议的远程参考时钟220,并且机器人医疗设备系统204包括可以使用精确时间协议的本地参考时钟226。远程参考时钟220和本地参考时钟226可以与公共外部时间源进行通信,具体而言,诸如GPS或STL的基于卫星的时间源,以接收时间信息。该实施例有利于使得控制中心202和机器人医疗设备系统204能通过网络206(例如,互联网)上的安全隧道进行通信,并计算命令延迟和往返延迟,以确保安全的安全操作。每个站点使用专用参考时钟(例如,分别为参考时钟220、参考时钟226)和独立的以太网网络以进行时间同步。可以将NTP(网络时间协议)或PTP中的任何一个用于在该实施例中的同步过程。但是,PTP网络可能比NTP具有更好的同步性。在隔离的网络上的每个站点上使用专用参考时钟的另一个优点是,可以消除针对互联网可以访问的时间参考的网络攻击的攻击面。这类漏洞包括,但不限于,使GMC不可用的拒绝服务(DoS),将命令和控制模块置于对手控制下的堆栈溢出。如下面结合图16所进一步讨论的,在一个实施例中,防火墙可以被用来建立IPSec加密信道,这种具有在具有私有密钥的两个节点之间的专用硬件,借以在通信上使用高级别的安全性并受到最小的延迟影响。
在另一个实施例中,控制中心202和机器人医疗设备系统204可能不包括它们自己的参考时钟。而是,机器人医疗设备系统204中的控制中心202被配置为利用NTP并与独立的网络主时钟进行通信,借以接收时间信息。如上所述,时间信息可用于生成命令信号、控制信号及其他数据(例如,图像和血液动力学数据)的时间戳。在一个实施例中,时间戳由公共时间源(例如,GPS或STL)提供,以确定命令信号和控制信号之和的传输中的延迟。在另一个实施例中,由单个时间源(例如,网络主时钟或内部时钟)提供时间戳,以确定命令信号和控制信号之和的传输中的延迟。在该实施例中,将使用来自“远程”站点的时间戳,然后,当从来自“本地”站点的图像传输接收返回的时间戳时,将计算往返命令信号、控制信号以及图像延迟。
如上所述,位于远程地点的操作人员可以使用控制中心202来操作并控制位于本地地点机器人医疗设备系统204、其他系统和设备。在一个实施例中,控制中心202可以通过网络206向成像系统248或造影剂递送系统252提供命令信号和控制信号。例如,控制中心202可以用于控制成像系统248的图像捕获。而在另一个实例中,控制中心202可用于控制造影剂注射系统252进行的造影剂注射。在其他示例中,控制中心202可用于控制抽吸泵的致动或支架取栓器的部署。
控制中心202包括远程呈现(telepresence)模块260,并且机器人医疗设备系统204包括远程呈现模块262。远程呈现模块260与远程呈现模块262中的每个配置为在位于远程站点的操作人员和位于本地站点上的用户或本地人员之间提供音频和视频通信(例如,远程呈现、电话会议)。在一个实施例中,如图4所示,远程呈现模块260与远程呈现模块262是独立的模块并可以分别耦合到远程防火墙208和本地防火墙210。在另一个实施例中,远程呈现模块260与远程呈现模块262的元件可以是分别在遥控器216或本地控制器218上执行的软件程序。例如,远程呈现模块260和262可以包括:摄像机、监视器、扬声器和麦克风。在一个实施例中,可以在远程站点的远程呈现模块260与本地站点的远程呈现模块262之间建立视频会议,以便远程站点的操作人员利用控制中心202操作医疗设备246,这种医疗设备246可在本地站点使用机器人系统245进行过程时查看过程室和设备并可通过音频和视频与在本地站点支持的人员(例如,作为技术员、医生等)进行通信。在一个实施例中,可以使用专用音频和视频通信系统在位于远程站点的远程呈现模块260和位于本地站点的远程呈现模块262之间建立音频和视频通信,该专用音频和视频通信系统在计算机网络(例如,云网络)上建立安全的通信。例如,位于远程站点的远程呈现模块260可配置为以加密格式(例如SRTP/AES-128)传输来自远程站点的音频(例如,语音)和视频,并可配置为在本地站点对来自远程呈现模块262的音频(例如,语音)和视频进行接收并解密。位于本地站点的远程呈现模块262可以被配置为以加密格式(例如SRTP/AES-128)传输来自本地站点的音频(例如,语音)和视频,并可配置为对来自位于远程站点的远程呈现模块260的音频(例如,语音)和视频进行接收并解密。可以使用云网络在远程呈现模块260和远程呈现模块262之间建立信令和路由。在一个实施例中,可以在远程防火墙208和本地防火墙210之间传输加密的音频和视频数据而无需进一步的加密(例如,可以将音频数据和视频数据列入白名单)。
图5示出了根据一个实施例的用于控制机器人医疗设备系统的操作方法。举例而言,参考图4和图5,在框302处,通过位于本地站点的控制模块214从远程站点的控制中心202接收命令信号和控制信号。举例而言,在框304处,由本地命令和控制模块214基于时间戳信息来确定接收命令信号和控制信号过程中的延迟。在框306处,将延迟与阈值进行比较。举例而言,在一个实施例中,阈值是基于用户可感知的预定值,如250ms。在下面进一步讨论的另一实施例中,基于机器人医疗设备系统的至少一个参数在框316处来确定阈值,上述参数诸如:由机器人医疗设备系统执行的过程、患者解剖结构、医疗设备的类型以及医疗设备的位置。在框308处,如果延迟大于阈值,则可以在方框314执行校正动作。在一个实施例中,可以暂停或中止医疗设备246和系统204的其他组件。在暂停的一个示例中,如果延迟先是大于阈值而后又低于阈值,则可以先暂停设备或组件,进而,一旦延迟超过阈值,就可以再次开始移动。在另一个示例中,如果延迟过大,则可以暂停设备或组件的移动,直到延迟变得足够低以恢复操作为止。在另一个实施例中,(例如,在前进、缩回或旋转期间)可以减慢机器人医疗设备系统的部件的速度或速率。如果网络连接已失败或网络206的速度已降至预定速率以下,则控制中心202可以将对机器人系统245和医疗设备246的控制权交还给机器人医疗设备系统204。还可以设置紧急停止,以便本地站点的用户可以停止紧急过程。在一个实施例中,阈值是多个阈值的范围。如果控制中心202控制了机器人系统245和医疗设备246并且命令信号和控制信号的延迟大于第一阈值且小于第二阈值,则可以禁用控制中心202的控制台236(例如,操纵杆),但控制台236保持对机器人系统245和医疗设备246的控制。如果控制中心202对机器人系统245和医疗设备246进行控制,并且命令信号和控制信号的延迟大于第二阈值,则可以被禁用控制中心202。
在框308处,当控制中心202具有对机器人系统245和医疗设备246的控制时,如果命令信号和控制信号的延迟小于阈值,则在框310处控制中心202的控制台236可用于控制和操作包括机器人系统245和医疗设备246的机器人医疗设备系统204。在框312处,可以基于命令信号和控制信号的延迟调节由控制中心202控制的医疗设备246的速度。如果控制中心202控制机器人系统245和医疗设备246,并且命令信号和控制信号的延迟(tdelay)小于预定量(tpredetermined)且大于零,则改变从控制台236(例如,操纵杆)接收的命令信号和控制信号的命令速度(vcommand)的大小,进而使设备246的速度(vdevice)随着延迟朝预定量增加而减小。设备的速度可以通过以下方式给出:
vdevice=vcommand×max(tpredetermined-tdetay,0)/tpredetermined (1)
例如,如果延迟tdelay等于预定量tpredetermined的一半,则设备的速度vdevice会是命令速度vcommand的一半。随着延迟tdelay的增加而减慢设备246的速度可用于确保系统的稳定性并减轻与设备控制相关的风险,例如,用于避免过度地推进或收回设备。如果延迟tdelay大于预定量tpredetermined(方框308),则设备的速度vdevice为零,并且设备246的移动停止(方框314)。在另一个实施例中,可以基于整体网络延迟来调节设备的速度vdevice。整体网络延迟包括:命令信号和控制信号的延迟tdelay;以及从机器人医疗设备系统204接收的图像延迟timagedelay。设备的速度可以通过以下方式给出:
vdevice=vcommandmax(tpredetermined-(tdelay+timagedelay),0)/tpredetermined (2)
基于整体网络延迟ttotal=(tdelay+timagedelay)对设备命令速度vcommand的控制可确保稳定的操作和针对设备位置鲁棒性能。同时,无论任意的整体延迟,上文所给出的用于控制命令速度大小的各种实施例都可确保稳定性。如果延迟是未知的,则延迟过大可能会导致不稳定。对于固定的整体延迟而言,开环系统的频率响应可以如下所示:
根据Nyquist稳定判据,为了确保单位比例反馈的稳定性,整体网络延迟需要满足以下约束:秒。在使用上述公式(2)对大小进行的控制中,/>得出频率响应:
在其他实施例中,可以计算tpredetermined的其他最优值,并将其用于方程式(2)的对大小的控制。根据等式(4),由于对于单位比例反馈而言增益裕度是无穷大的,所以可以确保比例单位反馈的稳定性。而在知道反馈延迟的情况下,可以类似的方式使用其他方法确保稳定性。而在使用速度命令来控制设备的位置的同时使用波形变量确保稳定性的实例记载于N.Kottensetette、J.F.Hall、X.Koutsoukos、J.Sztipanovits和P.Antsaklis在2013年5月《IEEE Transactions on Control Systems Technology》
(《IEEE控制系统技术学报》)第21卷第3期第649-665页的“利用被动性的对联网控制系统的设计(Design ofNetworked Control Systems Using Passivity)”,并且上述文献全文引用于本申请中。
如上所述,在框316处,可以基于机器人医疗设备系统204的至少一个参数来确定延迟阈值,例如,这种参数包括由机器人医疗设备系统执行的过程。例如,机器人医疗设备系统204可以是控制延长的医疗设备(例如,导管、导引线、球囊导管、微导管等)的运动和操作的导管过程系统。可接受的延迟量可以根据导管过程系统的各种参数而变化。例如,延迟阈值的数值(即,可接受的延迟量)可以基于:所执行的过程的类型、患者的解剖结构、延长的医疗设备的类型(例如,导管、球囊导管、导引管、导引线微导管)、延长的医疗设备的位置,延长的医疗设备(例如,设备的尖端或远端)与目标位置之间的距离或移动类型开始由延长的医疗设备执行(例如,前进、旋转、后退)。例如,当延长的医疗设备(例如,延长的医疗设备的尖端)进一步远离目标位置时、当延长的医疗设备被缩回时或者如果延长的医疗设备是可以在导线(例如,微导管或球囊导管)或导引线上移动行进的设备时,可容许更多的延迟。
在一个实施例中,遥控器216(如图4所示)和本地控制器218(如图4所示)均生成并显示相似的图形用户界面。图6示出了根据实施例的用于控制中心的示例性图形用户界面,并且图7示出了根据一个实施例的用于机器人医疗设备系统的示例性图形用户界面。在图6和图7中,所示的图形用户界面460、图形用户界面462用于控制示例性导管过程系统。例如,用于控制中心的图形用户界面460和用于机器人医疗设备系统的图形用户界面462被配置为显示相同的测量值、速度、已保存的设置以及控制台正在激活的控制站点(即,远程站点的控制中心或本地站点的机器人医疗设备系统)。每个图形用户界面460、462显示从机器人医疗设备系统到控制台的传输图像的延迟464、466并显示从控制中心到机器人医疗设备系统的命令信号和控制信号的延迟468、470。
如以上结合图4所讨论的,控制中心202的显示器240可以用于显示通过网络206从机器人医疗设备系统204接收的数据和图像。图8示出了根据一个实施例的用于机器人医疗设备系统的数据和图像的示例性的显示器。显示器500包括在机器人医疗设备系统204处所捕获的数据和图像,例如,与机器人医疗设备的操作有关的血液动力学数据502、参考图像506和实时图像508。具体地,在图8所示的实施例中,上述数据和图像涉及导管过程。机器人医疗设备系统204可以配置为选择显示器500的感兴趣部分或区域,以传输到远程站点的控制中心202。因此,显示器500可以被截取(crop),借以分别传送例如血流动力学数据502、参考图像506和实时图像508。所选的感兴趣部分或区域可以具有任何形状,借以获取用于进行传送的感兴趣的信息。对显示器500进行截取,可以减少传输图像和数据所需的带宽。图9示出了根据一个实施例的用于远程站点的控制中心的示例性的显示器,这种显示器具有包括了依据本发明实施例的包括血液动力学数据的所选定的感兴趣区域。在图9中,显示器600包括:从机器人医疗设备系统204接收的血液动力学数据。而在另一个实施例中,遥控器216和显示器240可以被配置为允许操作人员选择性地对如图10所示的现场图像数据(例如,用于导管过程的荧光镜图像数据)进行达到预定时间(例如10秒)的循环缓冲。例如,用户可以启用控件以开始捕获,并在预定时间创建循环缓冲器以进行回放。在图10所示的实施例中,可对显示器700中所示的回放图像的大小进行调节,借以使回放图像与现场图像704具有相同的比例。回放702可以以每秒预定帧数的速度实时进行。在一个实施例中,提供了使操作人员可对回放图像702进行暂停、前进和后退的控件。例如,回放图像可以用于促进路线图的生成并具体情况(case)的捕获进程。
在另一实施例中,远程站点(例如,在图4所示的显示器240上)图像的显示器可以被配置为显示如图14所示的图像延迟时间以及命令信号和控制信号延迟时间。在图14中,显示器1100包括:回放图像1102和现场图像1104。对于现场图像的显示包括:对于从机器人医疗设备系统到控制台所传输图像的延迟1106的显示;以及对于从控制中心到机器人医疗设备系统的命令和控制信号的延迟1108的显示。在另一个实施例中,(例如,在图4所示的显示器240上)对于远程站点上图像的显示可以被配置为显示整体延迟,如图15所示。整体延迟是图像延迟时间与命令信号和控制信号延迟时间之和。在图15中,显示器1200包括:回放图像1202和现场图像1204,回放图像1202和现场图像1204可以包括关于过程的附加实时信息,例如,由与机器人医疗设备系统204相关联的成像系统在本地站点所获取图像的整体延迟和帧频。在一个实施例中,可以在捕获图像后将回放图像1202滚动到所关注的区域。实况图像1204的显示包括:对于整体延迟1206和帧率1208的显示。可以根据每秒接收的帧来计算帧率1208。上述整体延迟1206和帧速率1208可以是实时更新的和/或经过滤至合适的带宽的,借以改善观看者对这些数值的感知。
如以上结合图4所提到的,通信和控制系统200被配置为使得位于远程站点的操作人员(例如,医生)对位于本地站点的机器人医疗设备系统204进行控制和操作。系统200还被配置为使得位于本地站点的操作人员对机器人医疗设备系统204进行控制和操作。控制管理程序用以对是控制中心202还是机器人医疗设备系统204具有对机器人系统245和一个或更多个医疗设备246的控制权进行管理。控制管理系统被配置为例如防止远程站点和本地站点之间出现死锁(deadlock)。在一个实施例中,控制令牌用于确定控制中心202还是机器人医疗设备系统204具有对执行过程操作的控制权。控制令牌是在软件中实现的虚拟令牌。拥有控制令牌的系统(例如,控制中心202或机器人医疗设备系统204)被授予对机器人医疗设备系统204的机器人系统245和一个或更多个医疗设备246的控制权,同时禁用其他系统并防止其他系统对机器人系统245与一个或更多个医疗设备246进行控制。在第一状态中,控制令牌处于“空闲”(free)状态并可由控制中心202或机器人医疗设备系统204获取。图11示出了在依据实施例控制机器人医疗设备的过程中当控制中心或机器人医疗设备系统时示例性的用户界面。图中所示的图形用户界面802、804用于控制示例性导管过程系统(例如,图2和图3所示的导管过程系统100)。当控制令牌处于“空闲”状态,机器人医疗设备系统没有控制令牌,并且机器人医疗设备系统可以通过诸如触发用于机器人医疗设备系统的图形用户界面802中的“全部启用”按钮来获取控制令牌,进而得到控制权。控制中心也没有控制令牌,并且可以通过例如在控制中心的图形用户界面804中触发用于机器人医疗设备系统的“禁用RCL”按钮来得到控制权。在一个实施例中,图形用户界面804的“全部启用”按钮可用指示控制中心没有控制权的背景或颜色来显示,例如,按钮的文本和背景可以变为灰色。
在第二状态中,控制令牌已由机器人医疗设备系统204获取。图12示出了一个实施例中当机器人医疗设备系统控制机器人医疗设备时的示例性用户界面。所示的图形用户界面902、904用于控制示例性导管过程系统(例如,图2和图3所示的导管过程系统100)。当机器人医疗设备系统已取得控制令牌时,将控制权授予机器人医疗设备系统,并且可用机器人医疗设备系统操作机器人医疗设备。在图12中,当机器人医疗设备系统已经用控制令牌得到控制权时,使用于机器人医疗设备系统的图形用户界面902中的“全部启用”按钮被禁用并变成“全部禁用”。操作人员可以通过激活“全部禁用”按钮将控制令牌回到“空闲”状态。在控制中心的图形用户界面904中,机器人医疗设备系统的“禁用”按钮被禁用。在一个实施例中,图形用户界面904中的“全部启用”按钮和“启用RCL”按钮可以用提示控制中心没有控制权的背景或颜色示出,例如,按钮的文本和背景可以变为灰色。
在第三状态中,控制中心202已取得控制令牌。图13示出了根据一个实施例的当控制中心控制机器人医疗设备时的示例性用户界面。所示的图形用户界面1002、1004用于控制示例性导管过程系统(例如,图2和图3所示的导管过程系统100)。当控制中心已获取控制令牌时,控制中心将获得控制权并可用于操作机器人医疗设备。在图13中,当控制中心已经使用控制令牌进行控制时,在用于控制中心的图形用户界面1004中启用“全部启用”按钮。此外,启用了用于控制中心的图形用户界面1004中的“禁用RCL”。在一个实施例中,图形用户界面1004的可以用指示控制中心具有控制权的高亮、背景或颜色示出“禁用RCL”按钮。例如,在图形用户界面1004中用下划线示出“禁用RCL”。在另一个实施例中,“禁用RCL”按钮以诸如绿色的颜色示出。在用于机器人医疗设备系统的图形用户界面1002中,“全部启用”按钮被禁用,并且机器人医疗设备系统无法获取控制令牌。在一个实施例中,可以用背景或颜色示出图形用户界面1002的“全部启用”按钮,该背景或颜色指示机器人医疗设备系统没有控制权,例如,按钮的文本和背景可以变为灰色。
在一个实施例中,在第二状态和第三状态下,当控制中心或机器人医疗设备系统中的一个具有控制令牌时,没有控制令牌的站点可以具有请求令牌或强制请求令牌。请求令牌或强制请求令牌是以软件实现的虚拟令牌。请求令牌和强制请求令牌可用于请求控制或在控制中强行地做出变更。例如,如果控制中心具有控制令牌,则机器人医疗设备系统可以将请求令牌发送到控制中心,以请求使控制令牌“空闲”并可使机器人医疗设备系统获取控制令牌。例如,响应于接收到请求令牌,控制中心可以使控制令牌“空闲”、选择保持控制令牌或是使控制令牌超时并保持此控制令牌。在另一个示例中,如果控制中心具有控制令牌,则机器人医疗设备系统可以向控制中心发送强制请求令牌,以请求将控制令牌设为“空闲”并可供机器人医疗设备系统获取控制令牌。响应于强制请求令牌,控制中心可以例如使控制令牌“空闲”、选择保持控制令牌或是使控制令牌超时并丢弃此控制令牌。
正如上文中结合图3与图4所讨论的,多个控制中心202可以经由网络206与多个机器人医疗设备系统204通信(例如,多对多配置)。图16是根据一个实施例的多个控制中心和多个机器人医疗设备系统的多对多配置的框图。在图16中,第一控制中心1302、第二控制中心1304、第一机器人医疗设备系统1306和第二机器人医疗设备系统1308通过网络1350进行通信。在一个实施例中,每个站点(即,第一控制中心1302、第二控制中心1304、第一机器人医疗设备系统1306和第二机器人医疗设备系统1308)可以位于不同的位置并相互远离。其中,第一控制中心1302位于第一远程站点,第二控制中心1304位于第二远程站点,第一机器人医疗设备系统1306位于第一本地站点,第二机器人医疗设备系统1308位于第二本地站点。第一控制中心1302可用于控制第一机器人医疗设备系统1306或第二机器人医疗设备系统1308。第二控制中心1304可用于控制第一机器人医疗设备系统1306或第二机器人医疗设备系统1308。第一控制中心1302包括第一远程防火墙1310,第二控制中心1304包括第二远程防火墙1312,第一机器人医疗设备系统1306包括第一本地防火墙1314,第二机器人医疗设备系统1308包括第二本地防火墙1316。第一远程防火墙1310耦合到第一遥控器1318,第二远程防火墙1312耦合到第二遥控器1320,第一本地防火墙1314耦合到第一本地控制器1322,并且第二本地防火墙1316耦合到第二本地控制器1324。第一远程防火墙1310包括:LAN端口1334和WAN端口1336。第二远程防火墙1312包括:LAN端口1332和WAN端口1330。第一本地防火墙1314包括:LAN端口1340和WAN端口1338。第二本地防火墙1316包括:LAN端口1326和WAN端口1328。
防火墙1310、1312、1314和1316配置为与另一个站点建立安全连接并断开与另一个站点的安全连接。优选地,建立安全连接和断开安全连接的控制和管理由每个防火墙自动处理并与每个站点的其他硬件和软件功能保持分开。在一个实施例中,命令行界面(CLI)和安全外壳(SSH)协议用于在两个站点之间建立安全连接。在该实施例中,防火墙1310、防火墙1312、防火墙1314和防火墙1316中的各防火墙具有唯一的静态IP地址。以下讨论将对在第二控制中心1304和第二机器人医疗设备系统1308之间建立的安全连接进行描述,但本发明说明书所描述的方法可以用于在多对多站点中的站点的任何组合之间以多对多配置建立和断开连接。在一个实施例中,使用集中式方法。在上述集中式方法中,可开启第二控制中心1304的WAN端口1330和第二机器人医疗设备系统1308的WAN端口1328,以用于SSH登录。在这种配置中,每个站点(例如,第二控制中心1304和第二机器人医疗设备系统1308)可以经由其本地防火墙的LAN端口和另一站点的WAN端口创建隧道。例如,第二机器人医疗设备系统1308的第二本地控制器1324可以通过SSH进入第二本地防火墙1316的本地LAN端口1326,第二本地控制器1324可以通过SSH进入第二控制中心1304的第二远程防火墙1312的WAN端口1330,借以建立隧道。在另一个集中化方法的示例中,第二控制中心1304的第二遥控器1320可以通过SSH进入第二机器人医疗设备系统1308的第二本地防火墙1316的WAN端口1328,并且第二控制中心1304的第二遥控器1320可以通过SSH进入第二远程防火墙1312的本地LAN端口1332。在另一个实施例中,可使用分散式方法。在上述分散式方法中,第二控制中心1304的WAN端口1330和第二机器人医疗设备系统1308的WAN端口1328不允许进行SSH登录。在这种实施例中,每个站点都通过其各自的本地防火墙的LAN端口建立其对应的隧道连接,借以使WAN端口可以保持对SSH登录的关闭,进而增强安全性。例如,第二本地控制器1324可以通过SSH进入LAN端口1326,第二远程控制器1320可以通过SSH进入LAN端口1332。
在另一个实施例中,可以使用配线架直接路由(patch panel direct routing)建立安全连接,其中在配线架上的所有站点(或节点)之间使用物理直接布线。而当需要连接到特定站点时,可以切换连接的端口。在又一个实施例中,可以通过令所有站点(或节点)使用两个静态IP地址来建立安全连接。路由器上为所有站点保留了相同的两个静态IP地址。只有在使用站点时,才(由用户)将其插入系统,而在不使用站点时,则(由用户)将其从以太网端口拔出。在另一个实施例中,可以为所有站点(或节点)使用相同的静态IP地址,进而建立安全连接。其中,可以在路由器上以手动的方式对静态IP地址和以太网端口映射进行重新配置。
在另一个实施例中,在两个防火墙之间建立的安全隧道是安全虚拟专用网络,例如IPSec隧道。在一个示例中,为了建立IPSec隧道,第一控制中心1302和第一机器人医疗设备系统1306具有共享密钥。第一机器人医疗设备系统1306的第一本地防火墙1314打开指向第一控制中心1302的第一远程防火墙1310的隧道。然后,第一远程防火墙1310打开指向第一本地防火墙1314的隧道。在此示例中,两个站点都未打开其广域网端口以接受SSH登录。在另一个示例中,为了建立IPSec隧道,第一本地防火墙1314允许通过SSH登录。第一远程防火墙1310使用SSH登录到第一本地防火墙1314。然后,第一远程防火墙1310打开指向第一本地防火墙1314一端的隧道,以指向第一远程防火墙1310。第一远程防火墙1310将其隧道指向第一本地防火墙1314。然后,第一远程防火墙1310可以确定这两个网站的密钥。在一个实施例中,存在先验网络拓扑图,使得所有本地和远程站点都知道它们的网络位置。
在另一个实施例中,可以使用云计算来管理多对多配置中的多个系统和连接。例如,基于云的基础架构管理解决方案可用于管理每个站点(或节点)处的防火墙。每个防火墙(例如,图16所示的第一远程防火墙1310、第二远程防火墙1312、第一本地防火墙1314和第二本地防火墙1316)连接到互联网和用于管理的云。基于云的管理使操作人员可以在一个站点或与各个站点不同的位置对防火墙进行监视与管理。
根据上述方法的用于通信和控制系统的计算机可执行指令可以存储在计算机可读介质的形式上。计算机可读介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息的任何方法或技术实现的易失性介质、非易失性介质、可移除介质和不可移除介质。计算机可读介质包括,但不限于,随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或其他存储技术、光盘ROM(CD-ROM)、数字通用磁盘(DVD)或其他光学存储设备、磁带盒、磁带、磁盘存储设备或其他磁性存储设备,或任何其他可用于存储所需指令且可由系统10(如图1所示)访问的介质,系统10包括通过Internet或其他计算机网络形式的访问。
以上书面描述使用了包含有最佳模式的示例公开了本发明,并且还可使任何本领域技术人员可以制造并使用本发明。本发明的专利保护范围由权利要求书限定,并且可以包括本领域技术人员可预见到的其他示例。如果上述其他示例具有与权利要求的书面语言没有差异的结构元件,或者如果上述其他示例包括了与权利要求的书面语言没有实质性差异的等效结构元件,则这些示例也包含在权利要求的范围内。同时,根据替代性实施例,任何程序或方法步骤的次序和顺序都是可以改变的或是可以重新排序的。
在不脱离本发明主旨的情况下,可以对本发明进行许多其他改变和修改。而从说明书所附的权利要求书中可以显而易见地得到本发明及其变化所要保护的范围。
Claims (15)
1.一种通过远程站点和本地站点对至少一个医疗设备的控制进行管理的系统,所述系统包括
位于所述远程站点处的控制中心;
位于所述本地站点处的机器人医疗设备系统,所述机器人医疗设备系统包括至少一个医疗设备并与所述控制中心进行通信;
虚拟控制令牌,用于确定所述控制中心和所述机器人医疗设备系统的控制状态,其中,所述虚拟控制令牌的位置确定所述控制状态;以及
其中,所述控制中心或所述机器人医疗设备系统根据所述控制状态控制所述至少一个医疗设备。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,在第一控制状态下,所述虚拟控制令牌位于所述控制中心处,以及所述控制中心控制至少一个医疗设备。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,当所述虚拟控制令牌位于所述控制中心时,禁用在所述机器人医疗设备系统处对所述至少一个医疗设备的控制。
4.根据权利要求2所述的系统,其中,所述机器人医疗设备系统配置为向所述控制中心发送请求令牌,以请求对所述至少一个医疗设备的控制。
5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述控制中心配置为响应于接收到所述请求令牌而释放所述虚拟控制令牌。
6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述机器人医疗设备系统配置为获取释放的虚拟控制令牌以获得对所述至少一个医疗设备的控制。
7.根据权利要求4所述的系统,其中,所述请求令牌是虚拟请求令牌或虚拟强制请求令牌。
8.根据权利要求1所述的系统,其中,在第二控制状态中,所述虚拟控制令牌位于所述机器人医疗设备系统处,且所述机器人医疗设备系统控制至少一个医疗设备。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,当所述虚拟控制令牌位于机器人医疗设备系统时,禁用所述控制中心对所述至少一个医疗设备的控制。
10.根据权利要求8所述的系统,其中,所述控制中心配置为向所述机器人医疗设备系统发送请求令牌,以请求对所述至少一个医疗设备的控制。
11.根据权利要求10所述的系统,其中,所述机器人医疗设备系统配置为响应于接收到所述请求令牌而释放所述虚拟控制令牌。
12.根据权利要求11所述的系统,其中,所述控制中心配置为获取释放的虚拟控制令牌以获得对所述至少一个医疗设备的控制。
13.根据权利要求10所述的系统,其中,所述请求令牌是虚拟请求令牌或虚拟强制请求令牌。
14.根据权利要求1所述的系统,进一步包括以下之一:
用于请求对所述至少一个医疗设备进行控制的虚拟请求令牌,或
用于请求对所述至少一个医疗设备进行控制的虚拟强制请求令牌。
15.根据权利要求1所述的系统,其中,所述控制中心和所述机器人医疗设备系统配置为交换所述虚拟控制令牌,以便在所述控制中心和所述机器人医疗设备系统之间传递对所述至少一个医疗设备的控制。
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