CN118175971A - 用于外科手术系统的控制的系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于外科手术系统的控制的系统和方法。相应地，参考医疗器械的限定的受限操作状况来检测器械的当前操作状况。基于器械的当前操作状况来确定力反馈系数。基于力反馈系数和标称触觉反馈来确定受限触觉反馈。在器械的当前操作状况从处于受限操作状况之外变为处于所述受限操作状况之内的第一事件中，向外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈被提供给或可用于被提供给输入装置的指示。

Description

用于外科手术系统的控制的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求在2021年10月29日提交的题为“Systems and Methods for Controlof a Surgical System(用于外科手术系统的控制的系统和方法)”的美国临时申请第63/273,667号的优先权和权益，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本文描述的实施例涉及外科手术系统，并且更具体地涉及远程操作的外科手术系统。更具体地，本文所述的实施例涉及用于控制外科手术系统的系统和方法，所述外科手术系统包括可以提供给系统操作者的力反馈。
背景技术
已知的微创外科手术(MIS)技术采用可以手动控制或经由手持或机械接地的远程操作的医疗系统(“远程外科手术系统”)控制的器械来操纵组织，该医疗系统至少部分在计算机辅助下操作。许多已知的MIS器械包括治疗或诊断性末端执行器(例如，镊子，切割工具或烧灼工具)，该末端执行器安装在轴的远端处的可选腕机构上。在MIS程序中，通常将末端执行器、腕机构和轴的远端插入患者的小切口或自然孔口中，以将末端执行器放置在患者体内的工作部位处。可选的腕机构可以用于改变末端执行器相对于轴的方位和取向，以在工作部位处执行期望的程序。在已知的器械中，器械作为整体的运动为末端执行器的移动提供机械自由度(DOF)，并且腕机构通常为末端执行器相对于器械的轴的移动提供期望的DOF。例如，对于镊子或其他抓取(grasp)工具，已知的腕机构能够相对于轴改变末端执行器的俯仰和偏转。腕可以可选地为末端执行器提供滚转自由度，或者可以通过滚动轴来实现滚转自由度。末端执行器可以可选地具有额外的机械自由度，诸如夹持(grip)或刀片运动。在一些实例中，腕和末端执行器机械自由度可以结合。例如，美国专利号5,792,135(1997年5月16日提交)公开了一种机构，在该机构中腕和末端执行器夹持自由度结合在一起。
力感测外科手术器械是已知的，并且与相关联的远程外科手术系统一起可以在MIS程序期间向执行该程序的外科医生传递触觉反馈。触觉反馈可以增加程序的沉浸感、真实感和直观性。为了有效的触觉呈现和准确性，力传感器可以被放置在医疗器械上，并尽可能靠近解剖组织的相互作用。一种方法是在医疗器械轴的远端包括具有电应变传感器(例如应变计)的力传感器单元，以测量给予医疗器械的应变。测量的应变可以用于确定给予医疗器械的力，并作为可产生期望触觉反馈的输入。
图1A示出了已知的力传感器单元的一个示例，该力传感器单元包括附接在器械远侧尖端部件510(例如，在一些用例中，U形夹或其他腕或末端执行器部件)与器械轴410之间的悬臂梁(cantilever beam)810，该器械轴410延伸回机械结构。如图所示，应变传感器830被耦连到所述梁以测量X方向和Y方向(相互正交并与所述梁和器械轴的纵向轴线正交的任意笛卡尔方向)上的应变。例如，应变传感器可以包括全惠斯通电桥(全电桥)。在一些用例中，应变传感器分为两组，一组位于梁的远端，另一组位于梁的近端，以抑制共模。因为梁被固定到器械轴的远侧部分，所以应变传感器感测梁上与轴的纵向轴线正交的应变。正交于梁施加的力F(图1B)(即，X或Y力)是通过减去由梁侧面的近端和远端部分处的全桥确定的应变测量值来确定的。
然而，在采用医疗器械期间，可能会遇到某些操作状况，在这些状况下，力传感器单元的输出可能不能准确地反映给予医疗器械的力。操作状况可以例如对应于医疗器械的定位、由医疗器械执行的操作和/或故障状况。可能遇到的不精确性可能限制远程外科手术系统向执行程序的外科医生传递精确触觉反馈的能力。
例如，在某些位置，由应变传感器指示的应变可以小于将响应于施加到远侧尖端部件510的力F而给予医疗器械的预期应变。更具体地，一些已知的力感测医疗器械可以包括至少部分地外接梁810的基本上刚性的结构901或与之一起使用。例如，一些已知的力感测医疗器械可以包括保护罩，该保护罩在使用期间覆盖应变传感器830及其相关联的导线。此外，一些已知的力感测器械可以包括用于促进将力感测器械传递到外科手术部位的套管。换句话说，结构901可以是不偏转到与梁810相同程度的结构。为了确保梁810保持悬臂式以用于准确的力感测，结构901(例如，保护罩和/或套管)可以不直接地耦连到远侧尖端部件510。相反，结构901可以与远侧尖端部件分离，以允许梁在施加力F时偏转(参见图1B)。然而，在某些情形中，结构901的远端可以接触梁(或外接梁的医疗器械的一部分)或远侧尖端部件，从而限制梁的弯曲。图1B示出了一个示例，在该示例中，梁810在X方向上移位，使得其接触结构901的远端(例如，护罩)的一侧，这限制或防止梁810在X方向上进一步弯曲一个量，该量取决于例如结构901的刚性程度以及结构901和梁810之间的相对刚度。
尽管限制梁的移位可以有利地防止梁810和/或应变传感器830的过载，但我们已经发现，在单个点处接合梁的这种已知系统可以引起应变分布在梁810的长度上的变化。换句话说，梁810不再起悬臂梁的作用。结果，应变传感器830产生的信号不能准确地表示施加到远侧尖端部件的力F。具体地，我们已经发现，在某些情形中，结构901的远端(例如，保护罩和/或套管)与梁810(或远侧尖端部件510)之间的接触可能引起应变传感器830产生的信号的失真。在某些情形中，变形会引起应变传感器830感测到的力与实际施加到远侧尖端部件510的力F的方向相反(这种现象可以称为“力反转”)。
图2A和图2B示出了图1A和图1B的示例已知力感测医疗器械的自由体图，以进一步示出力失真的该示例。如图2A所示，护罩和梁之间的接触可以被建模为单点接触(在GND 2处)。在图2A中，距离L表示从梁810的基部(点GND 1)到护罩901接触梁810的点(点GND 2)的距离。距离D表示护罩901与梁810接触的点(点GND 2)与力F被施加到远侧尖端部件510或由远侧尖端部件510施加力F的点之间的距离。图2B是梁的自由体图，示出了由于在点GND 2处的接触而在这种情况下梁的放大偏转。如图所示，我们已经发现沿着梁的顶表面的应变分布从压缩区域转变为拉伸区域，这导致来自应变传感器830的信号不准确地表示所施加的力F。图2C示出了梁在点GND 2处被“切割”时的建模力，以用于分析梁的力和弯区力矩。图2C示出了由单点接触产生的反作用力FR、有效力FE和由耦连到轴的悬臂所产生的有效力矩ME。通过对接触点(GND 2处)处的梁进行建模，可以将附加偏转(即，超过该接触点)视为零。使用静态和挠度方程表明，在整个梁长度上存在两种不同的应变分布。梁长度l在0和L之间时，梁顶侧的应变分布(ε)由方程(1)给出，其中E是梁的弹性模量，并且I是梁的X-Y横截面的惯性矩：
方程(1)梁长度l在L和L+d之间时，梁顶侧的应变分布(ε)由方程(2)给出：
方程(2)
因此，在沿着梁810的某些位置处，应变传感器830产生与FE而不是实际力F相关联的信号。因为FE在与实际力F相反的方向上作用，这是由于FR大于F，所以结果是测得力的失真(甚至力方向的反转)。图3A是示出对于梁810在单个接触点(GND 2)处接触结构901的情况，基于方程(1)和方程(2)的沿着梁810的长度沿着梁的顶部的应变的曲线图。为了进一步说明力失真，图3B是示出测得的力(基于应变信号)作为施加的实际力的函数的曲线图。如图所示，当梁810不与护罩和/或套管(例如，基本上刚性的结构901)接触时，例如，当施加的实际力没有引起梁810的足够弯曲以致使梁810的移位受到套管901的影响时，测得的力和实际力之间的关系是线性的，这允许精确的校准(即基于线的斜率)。然而，在梁810与护罩/套管接触的情况下(如图1B所示)，测得的力随着实际力的增加而减小。
当测得的力被用于为(例如，在主控制器处)操作包括梁的器械的人产生触觉反馈时，该测得的力失真/力反转问题可能导致不期望的正反馈回路，这可能导致主控制器处的不期望或不理想的移动。这一发现在题为“Hard Stop that Produces a Reactive MomentUpon Engagement for Cantilever-Based Force Sensing(用于基于悬臂的力感测的接合时产生反作用力矩的硬止挡)”的美国专利申请第US 63/026,320号(2020年5月18日提交)中得到了更全面的描述，该专利申请出于所有目的通过引用整体并入本文。
鉴于上述情况，本领域不断寻求用于外科手术系统的控制的新的和改进的系统和方法。
发明内容
该发明内容介绍了本文描述的实施例的某些方面以提供基本的理解。该发明内容不是本发明主题的广泛概述，并且不旨在标识关键或重要元素或描绘本发明主题的范围。
在一个方面中，本公开涉及一种用于外科手术系统的控制的方法。所述外科手术系统可以包括控制器、输入装置和医疗器械，该医疗器械经由控制器可操作地耦连以由输入装置控制。该方法可以包括，经由控制器，参考所限定的器械的受限操作状况来检测器械的当前操作状况。控制器还可以基于器械的当前操作状况来确定力反馈系数。此外，控制器可以基于标称触觉反馈和力反馈系数来确定受限触觉反馈。在器械的当前操作状况处于器械的受限操作状况之外的第一状况期间，控制器可以向输入装置提供标称触觉反馈。此外，在器械的当前操作状况从处于器械的受限操作状况之外变为处于器械的受限操作状况之内的第一事件中，控制器可以向外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈被提供给或可用于被提供给输入装置的指示。
在一个实施例中，在器械的当前操作状况处于器械的受限操作状况之内的第二状况期间，该方法可以包括经由控制器向输入装置提供受限触觉反馈。
在一个附加的实施例中，在当前操作状况处于受限操作状况之内的第二状况期间，以及在控制器处接收到操作者认可受限反馈的指示的输入的第二事件中，该方法可以包括经由控制器向输入装置提供受限触觉反馈。
在进一步的实施例中，受限操作状况可以是器械的操作范围的一部分，其中控制器对作用在器械上的力的确定偏离了作用在器械上的实际力。同样地，在一个实施例中，检测器械的当前操作状况包括经由控制器确定器械的一部分与外科手术系统的套管上的限定的参考位置之间的距离。
在又一个实施例中，确定力反馈系数可以包括经由控制器基于增益函数来限定力反馈系数。此外，在一个实施例中，控制器可以基于器械的一部分的加速度、外科手术系统产生的功率或力的变化方向中的至少一个来确定增益函数。
在一个实施例中，提供受限触觉反馈被提供或可用的指示可以包括经由控制器生成受限触觉反馈与标称触觉反馈的偏差的图形指示。当器械处于受限操作状况之内时，图形指示可以被维持在操作者的视场内。
在一个附加的方面中，本公开涉及一种用于外科手术系统的控制的方法。外科手术系统可以包括控制器、输入装置和医疗器械，该医疗器械经由所述控制器可操作地耦连以由所述输入装置控制。该方法可以包括，经由所述控制器，参考器械的限定的受限操作状况来检测器械的当前操作状况。在器械的当前操作状况处于器械的受限操作状况之外的第一状况期间，控制器可以向输入装置提供标称触觉反馈。该方法还可以包括启动第一事件转变，在第一事件转变中，器械的当前操作状况从处于器械的受限操作状况之外改变为处于器械的受限操作状况之内。控制器可以确定：与第一事件转变相关联的标称触觉反馈的调整速率。在器械的当前操作状况处于器械的受限操作状况之内的第二状况期间，控制器可以基于调整速率和标称触觉反馈向输入装置提供受限触觉反馈。此外，控制器可以向外科手术系统的操作者受限触觉反馈被提供的指示。
在一个实施例中，受限操作状况可以与外科手术系统的通电的医疗器械的激活相关联。因此，第一事件转变可以在接收到来自外科手术系统的操作者的命令信号时启动，该命令信号启动利用通电的医疗器械的操作。
在一个附加实施例中，提供受限触觉反馈可以包括根据反馈受限间隔建立触觉反馈。反馈受限间隔可以基于通电的医疗器械的激活的标称持续时间。
在一个进一步的实施例中，确定标称触觉反馈的调整速率可以包括经由控制器基于增益函数来限定调整速率。在一个实施例中，控制器可以基于器械的一部分的加速度、外科手术系统产生的功率或力的变化方向中的至少一个来确定增益函数。
在又一个实施例中，该方法可以包括启动第二事件转变，在第二事件转变中，器械的当前操作状况从第二状况改变为第一状况。在这样的一个实施例中，控制器可以确定与第二事件转变相关联的受限触觉反馈的调整速率。此外，控制器可以根据调整速率将受限触觉反馈转变为标称触觉反馈。
在一个附加的方面，本公开涉及一种用于外科手术系统的控制的方法。外科手术系统可以包括控制器、输入装置和医疗器械，该医疗器械经由控制器可操作地耦连以由输入装置控制。该方法可以包括，经由控制器，参考器械的限定的受限操作状况来检测器械的当前操作状况。在器械的当前操作状况处于器械的受限操作状况之外的第一状况期间，控制器可以向输入装置提供标称触觉反馈。在器械的当前操作状况从处于器械的受限操作状况之外变为处于器械的受限操作状况之内的第一事件中，控制器可以暂停外科手术系统的至少一个操作。在第一事件中，控制器可以向外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈可用于被提供给输入装置的指示。控制器可以接收操作者认可受限触觉反馈可用性的指示的第一确认输入。在当前操作状况处于受限操作状况之内的第二状况期间，并且在接收到确认输入时，控制器可以向输入装置提供受限触觉反馈。此外，在第二状况期间并且在接收到确认输入时，可以恢复外科手术系统的至少一个操作。
在一个实施例中，在器械的当前操作状况从处于所述器械的受限操作状况之内改变为处于器械的受限操作状况之外的第二事件中，控制器可以暂停外科手术系统的(一个或多个)操作。在第二事件中，控制器可以向外科手术系统的操作者提供标称触觉反馈可用于被提供给输入装置的指示。控制器可以接收操作者认可标称触觉反馈可用性的指示的第二确认输入。在第一状况期间并且在接收到第二确认输入时，控制器可以向输入装置提供标称触觉反馈。此外，在第一状况期间并且在接收到第二确认输入时，经由控制器恢复外科手术系统的至少一个操作。
在一个附加实施例中，受限操作状况可以对应于故障状况。在这样的一个实施例中，该方法可以包括经由控制器接收与故障状况相关联的通信信号，故障状况是传感器故障、通信故障或触觉系统故障中的至少一个。
在一个进一步的实施例中，确认输入可以包括操作者手势、操作者的头部与外科手术系统的用户界面之间的接合、触摸板输入、按钮激活、踏板激活、按钮和踏板激活组合、或触觉屏障的跨越中的至少一个。
在又一个实施例中，提供受限触觉反馈可以包括将受限触觉反馈限制为标称触觉反馈水平的百分比，该百分比小于100％。这样的一个实施例可以包括基于增益函数动态地减小标称触觉反馈水平的百分比。
在附加方面，本公开涉及外科手术系统的多个实施例。外科手术系统包括控制器。该控制器可操作地耦连到输入装置。外科手术系统还包括经由控制器可操作地耦连到输入装置的操纵器单元。医疗器械由操纵器单元支撑，并且还可操作地耦连到控制器。控制器包括至少一个处理器和触觉反馈模块，该触觉反馈模块被配置为执行多个操作。多个操作可以包括本文描述的任何方法、程序和/或操作。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
图1A和图1B是包括处于第一配置(图1A)和第二配置(图1B)中的力传感器单元的已知医疗装置的一部分的示意图。
图2A和图2B是图1A和图1B中所示的医疗装置的一部分在第一配置(图2A)中的自由体图，并且示出了放大的弯曲(图2B)。
图2C是在接触点处分析的图1A和图1B所示的医疗装置的一部分的自由体图。
图3A是示出当出现单个接触点时沿着力传感器单元的梁的长度的表面应变的曲线图。
图3B是示出作为实际力(X轴)的函数的测得力(Y轴)的曲线图，以展示力失真。
图4是根据一个实施例的用于执行诸如外科手术的医疗程序的微创远程操作医疗系统的平面图。
图5是用于执行诸如外科手术的医疗程序的图4的微创远程操作医疗系统的平面图。
图6是根据一个实施例的图5所示的微创远程操作外科手术系统的用户控制台的透视图。
图7是根据一个实施例的图6所示的用户控制台的输入控制装置的透视图。
图8示出了根据一个实施例的由图6中所示的用户控制台呈现给微创远程操作外科手术系统的操作者的外科手术部位的显示视图。
图9是图5所示的微创远程操作外科手术系统的可选辅助单元的透视图。
图10是图5所示的微创远程操作外科手术系统的包括多个器械的操纵器单元的正视图。
图11是包括力传感器单元的医疗装置的一部分的示意图。
图12是根据一个实施例的医疗装置的透视图。
图13是根据一个实施例的图12的医疗装置的一部分的侧视图。
图14是根据一个实施例的与图12的医疗装置一起使用的套管的横截面视图。
图15是根据一个实施例的用于外科手术系统的控制的方法的流程图。
图16是根据一个实施例的微创远程操作外科手术系统的医疗装置的一部分的操作范围的示意图。
图17是描绘根据一个实施例的触觉反馈水平相对于医疗装置的一部分的方位的修改的曲线图。
图18是描绘根据一个实施例的触觉反馈水平相对于医疗装置的一部分的方位的修改的曲线图。
图19是根据一个实施例的用于外科手术系统的控制的方法的流程图。
图20是描绘根据一个实施例的触觉反馈水平相对于时间的修改的曲线图。
图21是根据一个实施例的用于外科手术系统的控制的方法的流程图。
图22是根据一个实施例的与微创远程操作外科手术系统一起使用的控制器的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例都是通过解释本发明而非限制本发明的方式提供的。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明中进行各种修改和变化，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，本发明旨在涵盖在所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变化。
本文描述的实施例可以有利地用于与微创外科手术相关联的各种抓取、切割和操纵操作。本申请的医疗器械或装置能够以三个或更多个自由度(DOF)运动。例如，在一些实施例中，医疗器械的末端执行器可以在三个机械DOF中相对于器械的主体移动，例如，俯仰、偏转和滚转(轴滚转)。在末端执行器本身中也可能存在一个或多个机械DOF，例如，两个钳口，每个钳口相对于U形夹旋转(2个DOF)，以及可以相对于近侧U形夹旋转(1个DOF)的远侧U形夹。因此，在一些实施例中，本申请的医疗器械或装置可以实现在六个DOF中的运动。本文所述的实施例可以进一步用于响应于在某些操作状况下的使用期间施加在器械的远端部分上(或由其施加)的力而将修改的力反馈传递给系统操作者。
通常，本公开涉及用于控制外科手术系统(诸如微创远程操作外科手术系统)的系统和方法。特别地，本公开可以包括系统和方法，该系统和方法可以有利于传递给外科手术系统的操作者的触觉反馈相对于外科手术系统的受限反馈状况的修改。受限反馈状况可以对应于外科手术系统的状况，其中基于测得的力产生的触觉反馈可能不能准确地反映作用在器械上的力。例如，受限反馈状况可以对应于医疗装置的操作范围的一部分，在该操作范围中，由外科手术系统测得的力偏离施加在医疗装置的远端上(或由其施加)的实际力。受限反馈状况也可以对应于医疗装置的特定操作，诸如医疗装置的通电(例如，在某些切割和/或烧灼程序期间)。作为附加示例，受限反馈状况可以对应于故障状况，诸如传感器故障、通信故障和/或触觉系统故障。
如本文所公开的，当外科手术系统的医疗装置的方位、状况和/或操作处于受限反馈状况时，传递给外科手术系统的操作者的力反馈(例如，触觉反馈)可以相对于标称触觉反馈被减少/限制。触觉反馈的减少/限制(例如，禁用)可以有利于操作者在触觉反馈可能不准确和/或不可靠的状况下对外科手术系统的连续、准确控制。
除了影响提供给外科手术系统的操作者的触觉反馈之外，本文公开的系统和方法还可以在处于或接近受限反馈状况和非受限反馈状况之间的转变时暂停(例如，冻结或将其保持在适当位置)外科手术系统的操作。转变的指示可以被呈现给操作者。在操作者确认后，可以恢复外科手术系统的操作，并且可以向操作者提供适当的触觉反馈。例如，当从非限制反馈状况转变到限制反馈状况时，在确认后，可以减少(例如，禁用)传递给操作者的触觉反馈。类似地，当从受限反馈状况转变到非受限反馈状况时，在确认后，可以将标称触觉反馈传递给操作者。应当理解，暂停外科手术系统的操作直到接收到对触觉反馈的修改的确认可以利于反馈状况之间的转变，并因此利于对外科手术系统的连续、准确的控制。
如本文所使用的，术语“约”当与参考数值指示结合使用时，是指该参考数值指示加减该参考数值指示的高达百分之十。例如，措辞“约50”涵盖45至55的范围。同样，措辞“约5”涵盖4.5至5.5的范围。
与诸如机械结构、部件或部件组件的零件相关联的术语“柔性”应该被广义地解释。本质上，该术语表示零件可以反复弯曲并恢复为原始形状而不会损坏零件。某些柔性部件也可以为弹性的。例如，如果部件(例如，弯曲部分)具有在弹性变形时吸收能量然后在卸载时释放存储的能量(即返回其原始状态)的能力，则该部件称为具有弹性。由于材料特性，许多“刚性”对象具有轻微的固有弹性“弯曲度”，尽管在本文中使用该术语时，这些对象不被认为是“柔性的”。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，词语“远侧”是指朝向工作部位的方向，而词语“近侧”是指远离工作部位的方向。因此，例如，最接近靶组织的工具的端部将是工具的远端，而与远端相反的端部(即，由用户操纵或耦连至致动轴的端部)将是该工具的近端。
此外，选择用来描述一个或多个实施例以及可选元件或特征的特定词语并不旨在限制本发明。例如，空间相对术语，诸如“在......下方”、“在下面”、“下部”、“在......上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”和类似用语可以用于描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。这些在空间上相对的术语除了图中所示的方位和取向之外，还旨在涵盖使用或操作中的装置的不同方位(即平移放置)和取向(即旋转放置)。例如，如果图中的装置被反转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将在其他元件或特征“上面”或“上方”。因此，术语“在下面”可以包括在上面和在下面的方位和取向。装置可以以其他方式定向(例如，旋转90度或在其他取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。同样，沿着(平移)和围绕(旋转)各种轴线的移动的描述包括各种空间装置方位和取向。身体的方位和取向的组合限定了身体的姿势。
类似地，除非上下文另外指出，否则诸如“平行”、“垂直”、“圆形”或“正方形”的几何术语并不旨在要求绝对的数学精度。相反，这样的几何术语允许由于制造或等效功能而引起的变化。例如，如果一个元件被描述为“圆形”或“大致圆形的”，则该描述仍然涵盖并非精确地为圆形的部件(例如，稍微长圆形或为多边的多边形的部件)。
另外，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“具有”和类似用语规定了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件等的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件或组的存在或添加。
除非另有说明，否则术语“仪器”、“医疗装置”、“器械”及其变体可以互换使用。
本发明的各方面主要根据使用da外科手术系统的实施方式来描述，该外科手术系统由加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术公司(Intuitive Surgical.Inc)商售，诸如，例如da Vinci/>外科手术系统(型号IS4000)和da Vinci />外科手术系统(型号IS4200)。然而，本领域技术人员将理解，可以以各种方式来体现和实现本文公开的各发明方面，包括计算机辅助的实施例和实施方式、非计算机辅助的实施例和实施方式以及手动的和计算机辅助的实施例和实施方式的混合组合。关于da />外科手术系统(例如，型号为IS4000，型号为IS2000，型号为IS1200)的实施方式仅作为示例呈现，并且不应视为限制本文公开的各发明方面的范围。如适用，各发明方面可以在相对较小的、手持的、手动操作的装置以及具有附加机械支撑的相对较大的系统中体现和实现。
图4和图5是在至少部分计算机辅助下操作的远程操作外科手术系统1000(“远程外科手术系统”)的平面图。远程外科手术系统1000及其部件都被认为是医疗装置。远程外科手术系统1000可以是用于对躺在外科手术台1010上的患者P执行微创诊断或外科手术程序的微创机器人外科手术(MIRS)系统。该系统可以具有任意数量的部件，诸如在程序期间由外科医生或其他熟练的临床医生S(例如，外科手术系统的操作者)使用的用户控制单元1100。MIRS系统1000可以进一步包括操纵器单元1200(通常称为外科手术机器人)和可选的辅助设备单元1150。操纵器单元1200可以包括臂组件1300和可移除地耦连至臂组件的外科手术器械工具组件。在外科医生S观察外科手术部位并通过控制单元1100在控制器1800的帮助下控制器械1400的移动的同时，操纵器单元1200可以通过在患者P的身体中的微创切口或自然孔口来操纵至少一个可移除地耦连的器械1400。下面参考图22描述控制器1800的进一步细节。外科手术部位的图像由诸如立体内窥镜的内窥镜1600获得，该内窥镜可以由操纵器单元1200操纵以使内窥镜定向。辅助设备单元1150可以用于处理外科手术部位的图像，以便随后经由用户控制单元1100的显示系统1110显示给外科医生S。一次使用的器械1400的数量通常将取决于诊断或外科手术程序以及手术室内的空间约束以及其他因素。如果有必要在程序期间更换正在使用的一个或多个器械1400，则助手将器械1400从操纵器单元1200移除，并且用来自手术室中的托盘1020的另一种器械1400更换它。尽管示出为与器械1400一起使用，但是本文描述的任何器械都可以与MIRS1000一起使用。
用户控制单元1100在图4和图5中被示为与患者在同一房间中，以便外科医生S可以直接监测所述程序，必要时可以物理存在，并且可以直接与助手通话，而不是通过电话或其他通信介质。然而，在其他实施例中，用户控制单元1100和外科医生S可以与患者在不同的房间、完全不同的建筑物或远离患者的其他位置，从而允许远程外科手术程序。
图6为控制单元1100的透视图。用户控制单元1100可以包括一个或多个输入控制装置1116，该输入控制装置被配置成由外科医生S接合，这继而使得操纵器单元1200操纵一个或多个工具(例如，医疗装置/外科手术器械)。输入控制装置1116提供至少与和其相关联的器械1400相同的自由度，从而为外科医生S提供远程呈现/临场感(telepresence)，或者输入控制装置1116与器械1400成一体(或直接连接至器械1400)的感知。以这种方式，用户控制单元1100为外科医生S提供直接控制器械1400的强烈感觉。为此，可以通过一个或多个输入控制装置1116将方位、力、应变或触觉反馈传感器(未示出)或这些感觉的任何组合的印象(例如，触觉反馈)从器械1400传递回给外科医生S。
图7示出了根据一个实施例的输入控制装置1116的透视图，该输入控制装置被配置用于经由外科医生S的至少一只手的一部分接合。在这样的配置中，输入控制装置1116可以包括第一连杆1118(其用作第一万向节连杆)、第二连杆1120(其用作第二万向节连杆)、第三连杆1122(其用于第三万向节连杆)和输入手柄1124。输入控制装置1116可以安装到基座部分1126，基座部分1126可以是用户控制单元的一部分，诸如本文描述的用户控制单元1100。输入手柄1124可以包括手柄部分1128、第一手柄输入1130、第二手柄输入1132和手柄输入轴1134。在一个实施例中，手柄输入轴1134可以限定第一旋转轴线A1(其可以用作滚转轴线；术语滚转是任意的)并且可以可旋转地耦连到第一连杆1118。手柄部分1128被支撑在手柄输入轴1134上，并且被配置为相对于第一连杆1118绕第一旋转轴线A1旋转。输入轴1134至少部分地在第一连杆1118内延伸。第一手柄输入1130和第二手柄输入1132可以被操纵以在末端执行器(未示出)处产生期望的动作。例如，在一些实施例中，第一手柄输入1130和第二手柄输入1132可以被挤压在一起以在末端执行器处产生夹持移动。第一手柄输入1130和第二手柄输入1132可以类似于(在2019年6月14日提交的)题为“Actuated Gripsfor Controller(控制器的驱动夹具)”的美国专利申请公开号US2020/0015917 A1中描述的，该专利申请出于所有目的通过引用以其整体并入本文。例如，然而，在其他实施例中，输入手柄1124不需要包括手柄输入。
如图6所示，在一个实施例中，输入控制装置1116中的至少一个可以被配置为经由外科医生S的至少一只脚的一部分接合。在这样的配置中，输入控制装置1116可以包括至少一个踏板组件1136和/或至少一个脚致动开关组件1138。每个踏板组件1136和/或脚致动开关组件1138可以包括由相应组件致动的至少一个开关(未示出)。(一个或多个)开关可以是任何合适的开关类型，诸如拨动开关(在打开和闭合开关状态之间切换)、常开瞬时闭合开关或常闭瞬时打开开关。此外，开关产生的信号类型可以被转换、编码或适配到适当的电压，以控制各种类型的医疗设备。
在一个实施例中，踏板组件/脚致动开关组件1136、1138可以由控制器1800分配以控制器械1400的操作。由每个踏板组件/脚致动开关组件1136、1138控制的功能可以是背景敏感的，并且取决于被控制的器械1400的类型而变化。例如，在一个实施例中，踏板组件/脚致动开关组件1136、1138可以被分配为响应于一个或多个电外科手术工具(诸如烧灼器具)来控制电外科手术工具。相应地，外科手术系统1000可以检测到一个或多个电外科手术工具被安装到操纵器单元1200，并且可以将适当的控制功能分配给被配置为经由外科医生S的脚的部分接合的输入控制装置1116。
在一个实施例中，用户控制单元1100可以包括一个或多个触摸板1140，其被配置为接收来自外科医生S的输入。(一个或多个)触摸板114O可以例如是液晶显示器(LCD)屏幕。如图6所示，(一个或多个)触摸板1140可以被安装在用户控制单元1100的扶手中。外科医生S可以利用(一个或多个)触摸板1140来访问外科手术系统1000的各种操作、协议和/或设置，诸如用户帐户、人体工程学设置、偏好、设备配置、操作状态命令和/或其他类似过程。此外，外科医生S可以使用(一个或多个)触摸板1140来确认各种系统消息、警报和/或警告。
如图6中进一步描述的，用户控制单元1100可以包括显示系统1110。如图8所示，显示系统1110可以限定操作者S的视场1142。在一个实施例中，显示系统1110可以包括左眼显示器1112和右眼显示器1114，以用于向外科医生S呈现能够实现深度感知的外科手术部位的协调立体视图。应当理解，外科手术部位可以例如在患者P的身体的至少一部分内。
图9是辅助设备单元1150的透视图。辅助设备单元1150可以与内窥镜1600耦连，并且可以包括一个或多个处理器以处理所捕获的图像以用于随后的显示，诸如经由用户控制单元1100的显示系统1110，或者在位于本地(例如，如图所示，在单元1150本身上，在壁挂式显示器上)和/或远程的另一适当显示器上显示。例如，在使用立体内窥镜的情况下，辅助设备单元1150可以处理所捕获的图像，以经由左眼显示器1112和右眼显示器1114向外科医生S呈现外科手术部位的协调立体图像。这样的协调可以包括相对图像之间的对准，并且可以包括调整立体内窥镜的立体工作距离。作为另一个示例，图像处理可以包括使用先前确定的相机校准参数来补偿图像捕获装置的成像误差，诸如光学像差。
图10示出了操纵器单元1200的透视图。操纵器单元1200包括用于操纵器械1400的部件(例如，臂，连杆机构，马达，传感器和诸如此类)和用于捕获程序的部位的图像的成像装置(例如，内窥镜1600)。具体地，可以通过具有一个或多个机械关节的远程操作机构来操纵器械1400和成像装置。此外，器械1400和成像装置以如下方式通过患者P中的切口或自然孔口被定位和操纵，即该方式使得远离操纵器并且通常位于沿着器械轴的位置处的运动中心通过运动学机械约束或软件约束而维持在切口或孔口处。以这种方式，可以使切口尺寸最小化。
图11是根据一个实施例的外科手术器械2400的远端部分的示意图。如图所示，外科手术器械2400的一部分可以由套管结构2600外接。套管结构2600可以具有近端2620和远端2640。套管结构2600具有在近端2620和远端2640之间延伸的中心通道2660，外科手术器械2400可以在医疗程序期间插入通过该中心通道。套管结构2600可以是如图所示的直套管。然而，在附加的实施例中，套管结构2600例如可以是具有线性区段和非线性区段的组合的弯曲套管、具有多个非平行线性区段的套管、带有具有不同特征的多个曲线区段的套管和/或具有线性和非线性区段的其他组合的套管。
外科手术器械2400可以包括轴2410、包括梁2810的力传感器单元2800、沿着梁2810安装在表面上的一个或多个应变传感器(例如，应变计)2830。在一些实施例中，护罩2420可以外接梁2810的至少一部分，并且末端执行器2460可以被耦连在外科手术器械2400的远端部分2824处。末端执行器2460可以包括例如可铰接的钳口、烧灼器械和/或耦连到连杆2510(例如，近侧U形夹销)的任何其他合适的外科手术工具。在一些实施例中，连杆2510可以被包括在具有多个铰接连杆的腕组件内。在一些实施例中，连杆2510被包括作为末端执行器2460的一部分。轴2410可以包括远端部分2412，该远端部分耦连到梁2810的近端部分2822。在一些实施例中，轴2410的远端部分2412经由另一耦连部件(诸如锚定件或耦连器，未示出)耦连到梁的近端部分2822。轴2410还可以在近端部分处耦连到机械结构(未示出)，该机械结构被配置为移动外科手术器械的一个或多个部件，诸如例如末端执行器2460。
在一个实施例中，梁2810可以包括中间部分2820(其用作梁的用于力感测的活动部分)、近端部分2822和远端部分2824。梁2810限定了梁中心轴线AB，其可以在器械轴2410的中心轴线(未示出)内对齐。梁2810的远端部分2824可以经由连杆2510耦连到末端执行器2460。在一些实施例中，连杆2510可以是例如末端执行器2460的U形夹。应当理解，梁2810可以包括各种布置的任何数量的应变传感器2830。
通常，在医疗程序期间，末端执行器2460接触解剖组织，这可能产生给予末端执行器2460的X、Y或Z方向的力，并且可能产生力矩，诸如绕Y方向轴线的力矩MY，如图11所示。(一个或多个)应变传感器2830可以是应变仪，其可以测量梁2810中的应变，该应变可以用于确定在X和Y轴方向上给予末端执行器2460的力。X轴和Y轴力横向于(例如，垂直于)Z轴(其与中心轴线AB平行或共线)。作用在末端执行器2460上的这种横向力可以引起梁2810的弯曲(围绕X轴或Y轴中的一个或两个)，这可以产生给予梁2810的一侧的拉伸应变和给予梁2810的相对侧的压缩应变。梁2810上的应变传感器2830可以测量这种拉伸应变和压缩应变。应当理解，力传感器单元2800的输出可以由控制器(诸如上述系统1000的控制器1800)用来确定要经由(一个或多个)输入控制装置1116传递给外科医生S的触觉反馈。
尽管示出为仅包括力传感器单元2800，但在一些实施例中，器械2400(或本文所述的任何器械)可以包括额外的力传感器单元，以测量给予末端执行器2460的(即，在平行于梁中心轴线AB的Z轴方向上的)(一个或多个)轴向力。示例外科手术器械中的轴向力传感器单元可以包括响应于力而偏转的可偏转平面隔膜传感器。可替代地，例如，可以在感应线圈内使用可偏转铁氧体磁芯，或者可以使用在光纤内形成的光纤布拉格光栅。其他轴向力传感器单元可以用于感测轴2410的弹性轴向移位(例如，相对于近侧安装的机械结构，未示出)。给予末端执行器2460的轴向力FZ可以引起轴2410在沿着轴的中心轴线的方向(基本上平行于梁中心轴线AB)上的轴向移位。轴向力FZ可以在近侧方向上(例如，由用末端执行器推压组织而产生的反作用力)，或者可以在远侧方向上(例如，由拉动用末端执行器抓取的组织所产生的反作用力)。
在一个实施例中，当梁2810相对于梁2810的中心轴线AB并且因此相对于轴2410的中心轴线移位(例如，弯曲)时，给予末端执行器2460的X和Y力可以产生梁2810中的应变。换句话说，梁2810的远端部分2824可以相对于梁2810的近端部分2822弯曲，使得梁2810的末端部分2824相对于中心轴线AB移位偏转距离。
在一些实施例中，护罩2620和/或套管结构2600可以限制梁2810的移位并在其中产生反作用力矩。在梁2810的移位受护罩2620和/或套管结构2600限制的实施例中，梁2810的长度上的应变分布可以相对于梁2810不受限制的移位而偏离。结果，(一个或多个)应变传感器2830可能产生不能准确地表示施加到末端执行器2460的力F的信号。例如，当作用在末端执行器2460上的力实际增加时(例如，可能存在力反转状况)，来自(一个或多个)应变传感器2830的信号可以指示正在减小的力。就控制器1800可以利用来自(一个或多个)应变传感器2830的信号来生成传递给外科医生S的触觉反馈而言，导致不准确的触觉反馈的力F的不准确表示可能是不希望的。因此，应当理解，减轻不准确的触觉反馈的影响可能有利于外科手术系统1000的操作。
图12和图13示出了根据一个实施例的医疗器械3400和套管3600的透视图和侧视图(为了清楚起见，移除了外轴和护罩)。在一些实施例中，器械3400或其中的任何部件可选地是执行外科程序的外科手术系统的零件。外科手术系统可以包括操纵器单元、一系列运动学连杆机构、一系列套管或诸如此类。器械3400(以及本文所述的任何器械)可以用于任何合适的外科手术系统，诸如上文所示和描述的MIRS系统1000。
器械3400可以包括近侧机械结构(未示出)、外轴3910、轴3410、包括梁3810的力传感器单元3800、腕组件3500和末端执行器3460。如图12所示，在一个实施例中，护罩3420可以外接梁3810的至少一部分。尽管未示出，但是器械3400还可以包括将机械结构耦连到腕组件3500和末端执行器3460的数个线缆。器械3400被配置为使得线缆的选择移动产生腕组件3500绕旋转轴线(其用作俯仰轴线，术语俯仰是任意的)的旋转(即俯仰旋转)、末端执行器3460绕附加旋转轴线(其用作偏转轴线，术语偏转是任意的)的偏转旋转、末端执行器3460的工具构件的切割旋转或这些移动的任何组合。改变器械3400的俯仰或偏转可以通过以类似于题为“具有固体表面线缆通道的四个线缆腕”的(2008年7月16日提交)美国专利号US 8,821,480 B2中所述的方式操纵所述线缆来执行，该专利通过引用整体并入本文。
在一个实施例中，末端执行器3460可以包括至少一个工具构件3462，该工具构件具有配置成在外科手术程序期间接合或操纵靶组织的接触部分。例如，在一些实施例中，接触部分可以包括接合表面，该接合表面起到夹持器、切割器、组织操纵器或类似物的作用。在其他实施例中，接触部分可以是用于烧灼或电外科手术程序的通电工具构件。末端执行器3460可以可操作地耦连到机械结构，使得工具构件3462相对于轴3410旋转。以此方式，工具构件3462的接触部分可以被致动以在外科手术程序期间接合或操纵靶组织。工具构件3462(或本文所述的任何工具构件)可以是任何合适的医疗工具构件。此外，尽管如图所示仅标识出一个工具构件3462，但是器械3400可以包括协同执行夹持或剪切功能的两个工具构件。在其他实施例中，末端执行器可以包括两个以上的工具构件。
在一个实施例中，力传感器单元3800可以包括安装在梁3810上的一个或多个应变传感器3830。应变传感器3830可以是例如应变计，并且可以用于测量在外科手术程序期间给予外科手术器械的力，如下面更详细描述的。在一个实施例中，梁3810可以限定彼此尖锐地设置的至少三个侧表面。在一个附加的实施例中，梁3810可以限定彼此垂直设置的至少四个侧表面。应变传感器3830可以在适当的位置安装到侧表面。力传感器单元3800通信地耦连到外科手术系统的控制器(例如，图22的控制器1800)。
在使用中，末端执行器3460可以接触解剖组织，这可能导致给予末端执行器3460的X、Y或Z方向上的力(参见图11)。这种接触也可能导致围绕各种轴线的力矩。应变传感器3830可以用于测量由于给予末端执行器3460的这种力而造成的梁3810中的应变。更具体地，应变传感器3830可以测量给予末端执行器3460的横向于(例如，垂直于)梁3810的中心轴线的力，因为这些力在X和Y方向上传递到梁3810(参见图11)。具体地，作用在末端执行器3460上的横向力可以引起梁3810的轻微弯曲，这可以产生给予梁3810的一侧的拉伸应变和给予梁3810的相对侧的压缩应变。应变传感器3830可以耦连到梁3810以测量这种张力和压缩力，并且所得测量值被传送到控制器。
更具体地，当力F沿X或Y方向(参见图11以参考X、Y和Z方向)被给予医疗装置3400的远侧部分(例如，在末端执行器3460处)时，这种横向力可以引起梁3810弯曲(围绕X轴或Y轴的任一个或某个组合)，这可以导致给予梁3810的一侧的拉伸应变和给予梁3810的相对侧的压缩应变。梁3810上的应变传感器3830可以测量这种拉伸应变和压缩应变。例如，当力F被施加到末端执行器3460时，梁3810单独地或与护罩3420组合地可以在力F的方向上向下弯曲，使得拉伸应变将被给予梁3810的顶侧TS，而压缩应变将被给予梁3810的底侧BS。
套管3600和/或护罩3420可以具有大于梁3810的刚度的刚度。因此，在一些实施例中，梁3810与护罩3420和/或套管3600之间的接触可以限制梁3810的移位，并致使在梁3810内产生反作用力矩。在梁3810的移位由护罩3620和/或套管3600限制的实施例中，梁3810的长度上的应变分布可以相对于梁3810不受限制的移位而偏离。结果，(一个或多个)应变传感器3830可能产生不能准确地表示施加到末端执行器3460的力F的信号。在一个实施例中，当作用在末端执行器3460上的力F实际增加时(例如，可能存在力反转状况)，来自(一个或多个)应变传感器3830的信号可以指示正在减小的力。
例如，在一个实施例中，距离D对应于器械3400的指定部分3450相对于套管3600的插入距离。指定部分3450例如可以位于腕组件3500的近侧U形夹销3510处。如图所示，距离D在指定部分3450和套管3600上的限定的参考位置RL(例如，远端3640)之间确定。在某些距离(例如，插入距离)处，当梁3810响应于力F而弯曲时，梁3810与护罩3420和/或套管3600之间的接触可能发生。例如，在距离D可能小于25mm(例如，17mm或更小)的实施例中，梁3810的弯曲可以导致接触，因此，可以导致力反转的情况。当这种情况发生时，外科手术系统的控制的下述方法提供了对提供给医疗器械的用户的触觉反馈的各种操作控制。
图14示出了套管3600的横截面视图，其中器械3400没有被插入套管3600中。如图所示，套管3600可以被配置为外接器械3400的至少一部分，以利于末端执行器3460进入外科手术部位。因此，套管3600可以具有近端3620和远端3640。中心通道3660可以在近端3620和远端3640之间延伸。同样地，套管3600可以形成通道或通路，器械3400可以通过该通道或通路插入以进入外科手术部位。如图所示，套管3600可以是直套管。此外，套管3600的刚度可以大于梁3810和/或护罩3420的刚度。
图15是根据一个实施例的用于外科手术系统的控制的方法20的流程图。在一个实施例中，方法20可以经由远程操作系统来执行，诸如参考图4-图10和图22描述的系统1000。然而，应当理解，在各种实施例中，方法20的各方面可以经由系统1000或其部件的附加实施例来实现，诸如本文所述的器械2400、器械3400和/或器械4400。因此，方法20可以在本文所述的任何合适的装置上实现。图16-图18是医疗器械4400的示意图，该图示出了医疗器械的各种操作状况，诸如本文所述的医疗器械1400、2400和/或3400。医疗装置4400包括耦连到末端执行器4460的轴4410，并且示出为从套管4600向远侧延伸。方法20可以至少部分地经由系统1000的控制器1800来实现(如图4-图10和图22所述)。因此，下面参考图4-图10和图22中所示的系统1000的医疗器械4400和控制器1800来描述方法20，但是应当理解，可以使用本文所述的任何医疗装置/器械和控制器来使用方法20。
如图15中的22处所描绘的，控制器1800检测医疗器械4400的当前操作状况。器械4400的当前操作状况可以参考器械4400的限定的受限操作状况来确定，如下面更详细描述的。
如图16所示，在一些实施例中，器械4400的受限操作状况可以是医疗器械4400的操作范围RO的至少一部分(描绘为阴影区域RC1和RC2)。该(一个或多个)部分可以是医疗器械4400的操作范围RO的一节段，其中控制器1800对作用在器械4400上的力的确定可能偏离实际作用在器械4400上的力。例如，操作范围RO可以对应于器械4400的可能插入距离的范围，该范围被限定在最小插入距离(例如，从套管4600出现的点)和最大插入距离之间。例如，最大插入距离可以由轴4410(例如，轴2410和/或轴3410)或器械4400的其他部件的长度机械地限制。
因此，为了检测器械4400的当前操作状况，在一个实施例中，控制器1800可以确定器械4400的指定部分4450与外科手术系统1000的套管4600(例如，套管2600和/或套管3600)上的限定的参考位置RL之间的距离D。例如，指定部分4450可以对应于医疗器械4400的腕组件(例如，腕组件3500)的部件，诸如旋转点(例如，连杆机构2510和/或近侧U形夹销3510)，但是在附加的实施例中，可以对应于器械4400的其它合适的特征。套管4600上的限定的参考位置RL可以例如对应于套管4600的远端(例如，远端3640)。
作为说明，在一个实施例中，受限操作状况可以对应于由阴影区域RC1标识的操作范围RO的部分。在这样的一个实施例中，受限操作状况可以对应于25mm或更小(例如，17mm或更小)的距离D(例如，插入距离)。当距离D为25mm或更小时，作用在器械4400上的力F可以致使器械4400的一部分与套管4600之间的接触。就套管可以基本上是刚性的而言，这种接触可以致使至少一个传感器(例如，(一个或多个)应变传感器2830)产生不能准确地表示力F的信号。例如，来自(一个或多个)传感器的信号(例如，如图22所示的传感器接口模块1810所接收的)可以指示当力F实际增加时正在减小的力。结果，可能存在力反转状况。就控制器1800可以利用来自(一个或多个)传感器的信号来生成传递给外科医生S的触觉反馈而言，导致不准确的触觉反馈的力F的不准确表示可能是不希望的。因此，应该理解，当距离D为25mm或更小时，最小化对应变传感器信号的依赖和/或利用，同时以其他方式维持器械4400的操作能力，可能是期望的。
如图15中的步骤24处所描绘的，控制器1800可以基于器械4400的当前操作状况来确定力反馈系数(例如，经由触觉反馈模块1820(图22))。力反馈系数可以利于所传递的触觉反馈幅度/水平与作用在器械4400上的力F的相关性。换句话说，力反馈系数是在0到1的范围内的值，其调整所传递的触觉反馈。在一个实施例中，等于1的力反馈系数对应于标称触觉反馈HFN(图17)。换句话说，当力反馈系数等于1时，所传递的触觉反馈与基于力F的感测值的标称触觉反馈相同(即，触觉反馈不受限制或减少)。类似地，在一个实施例中，小于1的力反馈系数对应于受限触觉反馈HFR(图17)。当力反馈系数为零时，受限触觉反馈HFR对应于外科手术系统1000的禁用触觉反馈状况。同样地，如步骤26处所示，可以基于标称触觉反馈HFN和力反馈系数来确定受限触觉反馈HFR。因此，力反馈系数有助于向外科医生S传递是标称触觉反馈HFN的百分比的触觉反馈水平，包括传递标称触觉反馈的0％(例如，至少暂时禁用触觉反馈系统)。
在一些实施例中，受限触觉反馈HFR对应于标称触觉反馈HFN的完全受限。在这样的实施例中，沿着x轴、y轴和z轴中的每一个(参见例如图11)的受限触觉反馈HFR的幅度均小于对应的标称触觉反馈HFN的幅度。然而，在一些实施例中，受限触觉反馈HFR对应于标称触觉反馈HFN的部分限制。例如，在这样的实施例中，沿x轴和y轴的受限触觉反馈HFR的幅度可以小于对应的标称触觉反馈HFN的幅度，而沿z轴的幅度不受影响。
在一些实施例中，如图17和图18所示，力反馈系数可以由控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)基于增益函数f(G)和/或饱和函数来限定。增益函数f(G)或饱和函数可以限定描述力反馈系数相对于变量(诸如距离D和/或最大触觉力)的变化率的曲线(例如，反馈转变曲线)。以这种方式，该方法可以在产生标称触觉反馈HFN和禁用触觉反馈之间产生平滑过渡。在一个实施例中，如图17所示，增益函数f(G)可以描述S形曲线。例如，当器械4400的指定部分4450处于方位IP2时，力反馈系数可以由增益函数f(G)和/或饱和函数(例如，可以位于如图所示的S形曲线上)来限定。
在采用增益函数f(G)来修改标称触觉反馈HFN的一些实施例中，控制器1800将(例如，如力传感器单元2800或力传感器单元3800的输出所指示的)感测到的力乘以作为变量(例如距离D)的函数的因子。然而，在一些实施例中，饱和函数可以用于通过将最大触觉反馈幅度乘以作为变量(诸如距离D和(例如，如由力传感器单元2800或力传感器单元3800的输出所指示的)感测到的力的幅度)的函数的因子来修改标称触觉反馈HFN。换句话说，饱和函数可以用于将触觉反馈系统可以传递给操作者S的最大力减小到标称最大触觉反馈幅度的一小部分。
作为附加说明，在一个实施例中，增益函数f(G)可以描述线性斜面。然而，在一个实施例中，如图18所示，增益函数f(G)可以描述指数曲线。例如，当器械4400的指定部分4450处于方位IP4时，力反馈系数可以由增益函数f(G1)(例如，可以位于如图所示的指数曲线上)来限定。在进一步的实施例中，增益函数f(G)和/或饱和函数可以限定其他合适的曲线。因此应当理解，标称触觉反馈HFN可以根据增益函数f(G)通过力反馈系数来修改，使得当器械4400遇到对应的变量(例如，处于对应的距离D处)时，可以将一部分提供给外科医生S。
为了基于增益函数f(G)和/或饱和函数来限定力反馈系数，控制器1800可以基于器械4400的或影响器械4400的操作状况来确定增益函数f(G)和/或饱和函数。在一个实施例中，操作状况可以对应于器械4400的指定部分4450的加速度。例如，当指定部分4450具有相对高的加速度时，可能希望力反馈系数的相对高的变化率，以便影响触觉反馈的相对快速的变化。然而，当指定部分4450具有相对低的加速度时，可能希望力反馈系数的相对低的变化率，以便影响触觉反馈中比在力反馈系数较高的变化率下观察到的更平缓的变化。在附加的实施例中，增益函数f(G)和/或饱和函数可以由外科手术系统(例如，对于烧灼器械)产生的电功率和/或力的变化方向来限定。增益函数f(G)和/或饱和函数可以被定制为以对器械4400的操作状况最有利的速率实现触觉反馈的改变。
在一个实施例中，可以在器械4400的指定部分4450的不同距离D处使用不同的增益/饱和函数f(G)。例如，如图18所示，当指定部分4450位于方位IP4时，力反馈系数可以由第一增益函数f(G1)(例如，指数曲线)来限定。然而，当指定部分4450位于方位IP5时，力反馈系数可以由第二增益函数f(G2)(例如，S形曲线)来限定。这可以允许一个函数控制限制触觉反馈的速率(斜面下降)，并且允许第二不同的函数控制从受限反馈状况返回到完全触觉反馈的速率。
参考图15中的步骤28，在第一状况下，器械4400的当前操作状况可以在器械4400的受限操作状况(例如，方位IP3和IP6)之外。此外，在步骤28处，在当前操作状况处于受限操作状况之外时，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)可以向系统1000的输入装置1116提供标称触觉反馈HFN(如图4-图10和图22中所述)。当不存在器械4400的操作状况的受限时，标称触觉反馈HFN可以对应于传递给外科医生S的设计/预期触觉反馈特性和/或幅度。提供标称触觉反馈HFN可以包括将力反馈系数建立在等于1的值，使得100％的设计/预期触觉反馈被提供给外科医生S。
如步骤30处所描绘的，在第一事件中，器械4400的当前操作状况可以从处于器械4400的受限操作状况之外(例如，方位IP3和IP6)改变/转变为处于器械4400的受限操作状况之内(例如，方位IP1、IP2、IP4和IP5)。在检测到这种变化/转变时，控制器1800可以向操作者/外科医生S提供受限触觉反馈被提供或可用于被提供给系统1000的输入装置1116的指示。换句话说，在第一事件中，操作者/外科医生S可以接收提供给输入装置1116的触觉反馈正在偏离或将偏离标称触觉反馈HFN的指示。
应当理解，第一事件可以由(例如，经由装置控制模块1814(图22))对器械4400的指定部分4450的重新定位造成。例如，在一个实施例中，如图18所示，器械4400的近侧移动可以致使指定部分4450从方位IP6(例如，在受限操作状况之外)转变到方位IP5(例如，在受限操作状况之内)。然而，在一个附加的实施例中，第一事件可以与指定部分4450从套管4600上的限定的参考位置RL的露出相一致，诸如可以在将器械4400插入患者P内或从患者取出器械4400期间发生。在这样的一个实施例中，器械4400可以保持在受限操作状况中，直到指定部分4450已经推进了足够的距离D。
在一些实施例中，当器械4400的当前操作状况(例如，指定部分4450与限定的参考位置RL的距离D)对应于器械4400在器械4400的受限操作状况之内的定位时，可以存在第二状况。当存在第二状况时，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)可以向输入装置1116提供受限触觉反馈HFR。换句话说，每当器械4400的当前操作状况在受限操作状况之内时，标称触觉反馈HFN都可以被减少和/或禁用。在一个实施例中，受限触觉反馈HFR的传递可以在(例如，经由指示器模块1812(图22))通知操作者/外科医生S后自动完成(例如，无需图22所示的操作者S的输入)。例如，在一个实施例中，控制器1800可以被配置为在插入器械时自动向输入装置1116提供受限触觉反馈HFR，并且维持受限触觉反馈HFR直到指定部分4450已经推进足够的距离D。
在可能存在第二状况的附加实施例中，在可能提供受限触觉反馈HFR之前，可能需要来自操作者S的确认输入。在这样的实施例中，操作者/外科医生S的输入可以对应于第二事件。在第二事件期间，操作者/外科医生S的输入可以确认受限反馈的指示。该确认可以在控制器1800处(例如，经由控制输入模块1808(图22))被接收。在这样的实施例中，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)可以向输入装置1116(例如，向操作者/外科医生S)提供受限触觉反馈HFR。换句话说，在一些实施例中，在控制器1800没有从操作者/外科医生S接收到确认输入的情况下，可以不修改标称触觉反馈HFN。应当理解，要求确认输入可以有利于操作者/外科医生S认识到，将会感觉到的触觉反馈的幅度将小于在受限操作状况之外执行类似动作/操作时预期的触觉反馈的幅度。
在一些实施例中，提供标称触觉反馈HFN包括基于在控制器1800处接收到的来自器械4400的(例如，诸如，可以从力传感器单元2800或力传感器单元3800接收到的)第一应变传感器信号来生成标称触觉反馈HFN。
提供受限触觉反馈HFR可以包括提供小于标称触觉反馈水平的触觉反馈水平。换句话说，提供给外科医生S的触觉反馈的幅度/强度可以小于标称触觉反馈水平的100％。提供给外科医生S的触觉反馈水平的降低可以由小于1的反馈系数引起。在一个实施例中，当器械4400的当前操作状况在受限操作状况之内时，触觉反馈水平可以降低到零，以便禁用外科手术系统1000的触觉反馈系统。因此，在禁用触觉反馈系统的实施例中，只要器械4400的指定部分4450在受限操作状况之内，力传感器单元的输出就被过滤/减弱(mute)，以阻止其使用。
受限触觉反馈HFR正在被提供或可用的指示可以是视觉指示、触觉指示和/或听觉指示。例如，在一个实施例中，控制器1800可以被配置为生成受限触觉反馈HFR与标称触觉反馈HFN的偏差的图形指示(例如，经由指示器模块1812)。当器械4400处于受限操作状况之内(例如，只要当前操作状况与受限操作状况一致)时，控制器1800可以(例如，经由显示系统1110)将图形指示维持在操作者/外科医生S的视场1142(参见图8)内。
参考方法20，图17描绘了医疗器械4400的指定部分4450通过与操作范围RO的一部分(例如区域RC1)对应的受限操作状况的插入和/或抽出，该操作范围RO的一部分从外科手术系统1000的套管4600上的限定的参考位置RL向远侧延伸。例如，该区域可以从限定的参考位置RL向远侧延伸25mm或更小。同样地，当器械4400的指定部分4450处于IP1时，器械4400的当前操作状况处于在受限操作状况之内的第二状况。在所描绘的实施例中，力反馈系数被设置为零，并且触觉反馈被禁用。当指定部分4450从IP1转变到IP2时，力反馈系数的值可以根据增益函数f(G)而增加，从而致使提供给输入装置1116的受限触觉反馈HFR的幅度增加。器械4400的进一步向远侧移动可以致使根据增益函数f(G)的力反馈系数的额外增加，直到实现为1的力反馈系数为止。如在方位IP3处所描绘的，当前操作状况可以在器械4400的受限操作状况之外。因此，力反馈系数可以是1，并且标称触觉反馈HFN可以被提供给输入装置1116。
参考方法20，图18描绘了医疗器械4400的指定部分4450通过与操作范围RO的一部分(例如，区域RC2)对应的受限操作状况的向近侧或远侧平移。如图18所描绘的，器械4400的指定部分4450的向近侧平移可以从方位IP6处的第一状况开始，直到当前操作状况从处于器械1400的受限操作状况之外变为处于受限操作状况之内。在改变之后，力反馈系数可以根据第二增益函数f(G2)从1减小，并且经过方位IP5。器械4400的指定部分4450的进一步向近侧移动可以致使力反馈系数减小到零。在完成受限操作状况(例如，区域RC2)的转变时，力反馈系数可以根据第一增益函数f(G1)增加，并且经过方位IP4。器械4400的指定部分4450的持续的向近侧移动可以致使当前操作状况再次处于受限操作状况之外，从而促进标称触觉反馈HFN的传递。
尽管方法20在上面被示出和描述为基于所述装置相对于受限操作状况(即，上述距离D)的方位来确定力反馈系数，但是在其他实施例中，方法可以包括基于任何其他合适的参数，诸如已经检测到受限反馈状况的时间、医疗器械的一部分的速度、医疗器械一部分的加速度、烧灼器械产生的能量或其他合适的参数，来提供受限触觉反馈。因此，在一些实施例中，一种方法可以包括应用标称触觉反馈的调整速率。例如，图19是根据一个实施例的用于外科手术系统的控制的方法40的流程图。在一个实施例中，方法40可以经由参考图4-图10和图22所描述的系统1000来执行。然而，应当理解，在各种实施例中，方法40的各方面可以经由系统1000或其部件的附加实施例来实现，诸如本文所述的器械2400、器械3400和/或器械4400。同样地，方法40可以至少部分地经由图4-图10和图22中描述的系统1000的控制器1800来实现。因此，下面参考图4-图10和图22中描绘的系统1000的医疗器械4400和控制器1800来描述方法40，但是应当理解，可以使用本文所述的任何医疗装置/器械和控制器来使用方法40。例如，如步骤42处所描绘的，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)可以检测医疗器械4400(例如，器械1400、2400和/或3400)的当前操作状况。器械4400的当前操作状况可以参考器械4400的限定的受限操作状况来确定。
受限操作状况可以与外科手术系统1000的通电的医疗器械的激活(例如，经由装置控制模块1814(图22))相关联。例如，在一个实施例中，通电的医疗器械的激活可以对应于器械4400的一部分(诸如末端执行器4460)的激活，该器械的一部分被配置为烧灼外科手术部位的区域。在附加的实施例中，通电的医疗器械的激活可以对应于感测器具(例如，超声换能器)、切割/消融器具(例如超声和/或基于热的切割器具)和/或其他类似器具的激活，这些器具至少部分地经由递送到器械4400的一部分的电流被激活。应当理解，在某些状况下，通电的医疗器械的激活可以影响由至少一个传感器(例如，(一个或多个)应变传感器2830)产生的信号，并且因此可以影响作用在医疗器械4400上或通过医疗器械4400的力的确定。这继而可能限制控制器1800向外科医生S提供准确触觉反馈的能力。因此，可能希望减轻通电的医疗器械的激活对触觉反馈的影响。
如图19中的步骤44处进一步所示，在第一状况下，器械4400的当前操作状况可以在器械4400的受限操作状况之外(例如，方位CO1和CO2(图20))。此外，在步骤44处，在当前操作状况处于受限操作状况之外时，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820(图22))可以向输入装置1116提供标称触觉反馈HFN。当不存在器械4400的操作状况的受限时，标称触觉反馈HFN可以对应于传递给外科医生S的设计/预期触觉反馈特性和/或幅度。
如步骤46处所描绘的，可以启动第一事件转变T1。在第一事件转变T1的情况下，器械1400的当前操作状况可以从处于器械4400的受限操作状况之外(例如，方位CO1和CO2(图20))改变为处于之内(例如，方位CO3(图20))。例如，当控制器1800接收到来自外科手术系统1000的操作者/外科医生S的命令信号(例如，经由控制输入模块1808(图22))时，可以启动第一事件转变T1。命令信号可以启动利用通电的医疗器械的操作，诸如在外科手术部位处的烧灼。
响应于第一事件转变T1，控制器1800可以在步骤48处(例如，经由触觉反馈模块1820)确定与第一事件转变T1相关联的标称触觉反馈HFN的调整速率。调整速率可以减轻第一事件转变T1的影响。同样地，调整速率可以对应于力反馈系数的变化速率。如本文中以其他方式描述的，力反馈系数可以由控制器1800用来修改与第一事件转变T1相关联的标称触觉反馈HFN。例如，调整速率可以在相对短的时间间隔内将传递到输入装置1116的触觉反馈从标称触觉反馈水平降低到受限触觉反馈水平，以便减轻受限操作状况的影响。
在一个实施例中，可以由控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)基于增益函数f(G)和/或饱和函数来限定调整速率，从而限定力反馈系数。增益函数f(G)和/或饱和函数可以限定描述力反馈系数相对于诸如时间/持续时间之类的变量的变化速率的曲线(例如，反馈转变曲线)。在一个实施例中，如图20所描绘的，增益函数f(G)可以描述S形曲线(例如，增益函数f(G2))。
如前一实施例所述，在采用增益函数f(G)来修改标称触觉反馈HFN的一些实施例中，控制器1800将感测到的力(例如，如力传感器单元2800或力传感器单元3800的输出所指示的)乘以作为变量(诸如距离D)的函数的因子。然而，在一些实施例中，饱和函数可以用于通过将最大触觉反馈幅度乘以作为变量(诸如距离D和(例如，如由力传感器单元2800或力传感器单元3800的输出所指示的)感测到的力的幅度)的函数的因子来修改标称触觉反馈HFN。换句话说，饱和函数可以用于将触觉反馈系统可以传递给操作者S的最大力减小到标称最大触觉反馈幅度的一小部分。
作为附加说明，在一个实施例中，增益函数f(G)可以描述线性斜面。然而，在一个实施例中，诸如在图20中进一步描绘的，增益函数f(G)(上面参考图17和图18描述的)可以描述指数曲线(例如，增益函数f(G1))。在进一步的实施例中，增益函数f(G)和/或饱和函数可以限定其他合适的曲线。因此应当理解，标称触觉反馈HFN可以根据增益函数f(G)通过力反馈系数来修改，使得当器械4400遇到对应的变量(例如，处于对应的时间间隔处)时，可以将一部分提供给外科医生S。
为了基于增益函数f(G)和/或饱和函数来限定调整速率，控制器1800可以基于器械4400或影响器械4400的操作状况来确定增益函数f(G)和/或饱和函数。在一个实施例中，操作状况可以对应于通电的医疗器械的功率水平。例如，烧灼、切割和/或消融操作可能需要相对高的功率水平。同样地，力反馈系数的相对高的变化速率可能是期望的，以便影响触觉反馈的相对快速的变化，从而减轻相对高功率操作的影响。然而，当通电的医疗器械被用于执行相对低功率的操作时，那么力反馈系数的相对低的变化速率可能是期望的，以便影响触觉反馈中的更平缓的变化，然后这将以更高的力反馈系数变化速率被观察到。在附加的实施例中，增益函数f(G)和/或饱和函数可以由器械4400的一部分的加速度和/或力的变化方向来限定。增益函数f(G)和/或饱和函数可以被定制为以对器械4400的操作状况最有利的速率实现触觉反馈的改变。
如图20所示，在一个实施例中，不同的增益/饱和函数f(G)可以用于诸如转变到受限操作状况或从受限操作状况转换的目的。例如，当在方位CO1和CO3处的当前操作状况之间转变时，调整速率可以由第一增益函数f(G1)(例如，指数曲线)来限定。然而，当在方位CO3和CO2处的当前操作状况之间转变时，调整速率可以由第二增益函数f(G2)(例如，S形曲线)来限定。
如图19所示，在步骤50处，当器械1400的当前操作状况(例如，方位CO3)在器械4400的受限操作状况之内时，第二状况可能存在。相应地，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)可以在步骤50处向输入装置1116提供受限触觉反馈HFR。换句话说，每当器械4400的当前操作状况在受限操作状况之内时，标称触觉反馈HFN都可以被减少和/或禁用。受限触觉反馈HFR可以例如基于调整速率和标称触觉反馈HFN。
受限触觉反馈HFR可以例如基于标称触觉反馈HFN和调整速率来确定。因此应当理解，力反馈系数可以有利于将触觉反馈水平传递给外科医生S，该触觉反馈水平是小于100％的标称触觉反馈HFN的百分比。这可以包括传递0％的标称触觉反馈(例如，至少暂时禁用触觉反馈系统)。
如步骤52处所示，结合提供受限触觉反馈HFR，控制器1800可以向操作者/外科医生S提供受限触觉反馈被提供给输入装置1116的指示(例如，经由指示器模块1812(图22))。换句话说，在第一事件转变T1中，操作者/外科医生S可以接收提供给输入装置1116的触觉反馈偏离标称触觉反馈HFN的指示。
在一个实施例中，受限触觉反馈HFR的传递可以与向操作者/外科医生S的通知一致地自动完成(例如，在没有操作者S输入的情况下)。例如，在一个实施例中，控制器1800可以被配置为根据反馈限制间隔自动将受限触觉反馈HFR提供给输入装置1116。反馈限制间隔可以基于所述通电的医疗装置的激活的标称持续时间。例如，通电的医疗装置的激活可以启动具有预设持续时间的烧灼操作。
在一个实施例中，如图20所示，步骤48的调整速率可以是第一调整速率。在这样的一个实施例中，可以启动第二事件转变T2。对于第二事件转变T2，器械1400的当前操作状况可以从第二状况(例如，当前操作状况处于受限操作状况之内，诸如在通电的医疗器械的激活期间)改变为第一状况(例如，当前操作状况处于受限操作状况之外)。换句话说，其中，第一事件转变T1可以指示与通电的医疗器械的激活对应的标称操作状况的偏离，第二事件转变T2可以指示通电操作的完成以及从受限操作状况返回到标称操作状况。
与第二事件转变T2相关联，控制器1800(例如，触觉反馈模块1820)可以确定对应的调整速率。根据调整速率，控制器1800可以将受限触觉反馈HFR转变为标称触觉反馈HFN。在其中对应于第一事件转变T1的调整速率是基于第一增益函数f(G1)的一个实施例中，对应于第二事件转变的调整速率可以基于第二增益函数f(G2)。应当理解，采用与不同增益函数对应的不同调整速率可以有利于将传递到输入装置1116的触觉反馈定制为外科手术系统1000的不同操作。
图21是根据一个实施例的用于外科手术系统的控制的方法60的流程图。在一个实施例中，方法60可以经由参考图4-图10和图22所描述的系统1000来执行。然而，应当理解，在各种实施例中，方法60的各方面可以经由系统1000或其部件的附加实施例来实现，诸如本文所述的器械2400、器械3400和/或器械4400。同样地，方法60可以至少部分地经由图4-图10和图22中描述的系统1000的控制器1800来实现。因此，下面参考图4-图10和图22中所示的系统1000的医疗器械4400和控制器1800来描述方法40，但是应当理解，可以使用本文所述的任何医疗装置/器械和控制器来使用方法40。例如，如62处所描绘的，控制器1800可以检测医疗器械4400(例如，器械2400和/或器械3400)的当前操作状况。器械1400的当前操作状况可以参考器械1400的限定的受限操作状况来确定。
如以上参考图16-图17所示的实施例类似地描述的，在一个实施例中，受限操作状况可以对应于器械4400的指定部分4450的定位。具体地，受限操作状况可以对应于受限操作区域。受限操作区域可以对应于器械4400的指定部分4450和外科手术系统1000的套管上的限定的参考位置RL之间的限定距离。然而，在一个附加的实施例中，并且也如上所述，受限操作状况可以与外科手术系统1000的通电的医疗器械的激活相关联。
在一个进一步的实施例中，受限操作状况可以对应于故障状况。同样地，在一个实施例中，控制器1800可以被配置为接收与故障状况相关联的通信信号。故障状况可以是传感器故障、通信故障和/或触觉系统故障。应当理解，当存在上述故障中的至少一个时产生触觉反馈可能是不希望的。因此，减轻故障状况对提供给操作者S的触觉反馈的影响可能是期望的。
如图21中的步骤64处所示，在第一状况下，器械4400的当前操作状况可以在器械4400的受限操作状况之外。此外，在步骤64处，在当前操作状况处于受限操作状况之外时，控制器1800(例如，经由触觉反馈模块1820)可以向输入装置1116提供标称触觉反馈HFN。当器械4400的操作状况没有限制时，标称触觉反馈HFN可以对应于传递给外科医生S的设计/预期触觉反馈特性和/或幅度。
如步骤66处所示，在第一事件发生时，器械4400的当前操作状况可以从处于器械4400的受限操作状况之外改变/转变为处于器械4400受限操作状况之内。在检测到这种改变/转变时，控制器1800可以在步骤66处暂停外科手术系统1000的至少一个操作。例如，在第一事件发生时，控制器1800可以停止或冻结影响器械4400的外科手术系统1000的所有移动和/或操作。应当理解，在转变到受限操作状况时停止或冻结外科手术系统1000的移动/操作可以在存在受限/退化的触觉反馈的情况下阻止外科手术系统的操作。因此，暂停至少一个外科手术可以有利于外科手术系统1000的有效利用。
在暂停外科手术系统1000的至少一个操作的同时，在步骤68处，控制器1800可以向操作者/外科医生S提供可用于向输入装置1116提供受限触觉反馈HFR的指示。换句话说，在第一事件中，操作者/外科医生S可以接收外科手术系统1000的至少一个操作被暂停并且可用于提供给输入装置1116的触觉反馈可能偏离标称触觉反馈HFN的指示。
受限触觉反馈HFR是可用的指示可以是视觉指示、触觉指示和/或听觉指示。例如，在一个实施例中，控制器1800可以被配置为生成受限触觉反馈HFR与标称触觉反馈HFN的偏差的图形指示。当器械4400处于受限操作状况之内(例如，只要当前操作状况与受限操作状况一致)时，控制器1800可以(例如，经由显示系统1110)将所述图形指示维持在操作者/外科医生S的视场1142内。
在将至少一个操作维持为暂停的同时，在步骤70处，控制器1800可以被配置为接收操作者S(例如，经由控制输入模块1808(图22))的第一确认输入(confirmation input)。第一确认输入可以认可(acknowledge)受限触觉反馈HFR可用性的指示。在一个实施例中，确认输入可以包括操作者手势、操作者头部与外科手术系统1000的用户界面之间的接合、触摸板输入、按钮激活、踏板激活、按钮和踏板激活组合、和/或触觉屏障的跨越。例如，响应于在视场1142内显示的指示(参见图8)，外科医生S可以经由踏板组件1136和/或脚致动开关组件1138(这两者都在图6中示出)输入该确认。
如72处所描绘的，控制器1800(例如，触觉反馈模块1820)可以被配置为向输入装置1116提供受限触觉反馈HFR。受限触觉反馈HFR可以在当前操作状况处于受限操作状况之内的第二状况期间并且在接收到确认输入时提供。在一个实施例中，提供受限触觉反馈HFR可以包括将受限触觉反馈HFR限制为标称触觉反馈水平的百分比。在实施例中，该百分比可以小于100％。在一个附加的实施例中，该百分比可以是0％。
此外，在第二状况期间并且在接收到确认输入时，控制器1800可以被配置为在步骤74处恢复外科手术系统1000的至少一个操作。换句话说，外科手术系统1000的暂停操作可以保持在暂停状态，直到从外科医生S接收到确认输入。应当理解，当可以向操作者/外科医生S提供降级的触觉反馈时，将外科手术系统1000维持在暂停状态可以阻止器械4400的操作。因此，操作的暂停可以利于标称操作状况和受限操作状况之间的有效转变。
在一个实施例中，将受限触觉反馈HFR限制为标称触觉反馈水平的百分比可以包括基于增益函数和/或饱和函数动态地减小标称触觉反馈水平的百分比。如前所述，增益函数可以限定描述力反馈系数相对于变量(诸如距离和/或时间)的变化率的曲线(例如，反馈转变曲线)。同样如上所述，控制器1800可以基于器械4400或影响器械4400的操作状况来确定增益函数f(G)和/或饱和函数。
如以上针对先前实施例所述，在采用增益函数f(G)来修改标称触觉反馈HFN的一些实施例中，控制器1800将(例如，如力传感器单元2800或力传感器单元3800的输出所指示的)感测到的力乘以作为变量(例如距离D)的函数的因子。然而，在采用饱和函数来修改标称触觉反馈HFN的一些实施例中，控制器1800将最大触觉反馈幅度乘以作为变量(诸如距离D和(例如，如由力传感器单元2800或力传感器单元3800的输出所指示的)感测到的力的幅度)的函数的因子。换句话说，饱和函数可以用于将触觉反馈系统可以传递给操作者S的最大力减小到标称最大触觉反馈幅度的一小部分。
除了从标称操作状况转变到受限操作状况之外，在一个实施例中，器械4400还可以从受限操作状况转变为标称操作状况。因此，在器械1400的当前操作状况从处于器械4400的受限操作状况之内改变为处于受限操作状况器械之外的第二事件中，控制器1800可以暂停外科手术系统1000的至少一个操作。外科手术系统1000的至少一个操作可以是与第一事件一起暂停的(一个或多个)相同操作。换句话说，在将反馈水平返回到标称反馈水平之前，可以暂停(一个或多个)操作以确保操作状况之间的有效转变。
同样在第二事件中，控制器1800可以向外科手术系统1000的操作者S提供标称触觉反馈HFN可用于提供给输入装置1116的指示。同样地，控制器1800可以接收由操作者S认可标称触觉反馈可用性的指示的第二确认输入。一旦接收到第二确认并且在第一状况期间，控制器1800(例如，触觉反馈模块1820)可以向输入装置1116提供标称触觉反馈HFN，并且恢复外科手术系统1000的至少一个操作。在一个实施例中，提供标称触觉反馈可以包括经由控制器1800(例如，触觉反馈模块1820)根据如前所述的增益函数将触觉反馈水平从受限触觉反馈水平增加到标称触觉反馈水平。
特别如图22所示，图22示出了可以包括在控制器1800内的适当部件的一个实施例的示意图。在一些实施例中，控制器1800被定位在外科手术系统1000的部件内，诸如用户控制单元1100和/或可选的辅助设备单元1150。然而，控制器1800也可以包括分布式计算系统，其中控制器1800的至少一个方面位于与外科手术系统1000的其余部件不同的位置，例如，控制器1800的至少一部分可以是在线控制器。
如图所示，控制器1800包括被配置为执行各种计算机实现的功能(例如，执行本文公开的方法、步骤、计算和诸如此类并且存储相关数据)的(一个或多个)处理器1802和(一个或多个)相关联的存储器设备1804。此外，在一些实施例中，控制器1800包括通信模块1806，以利于控制器1800与外科手术系统1000的各种部件之间的通信。
如本文所用，术语“处理器”不仅指本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其他可编程电路。此外，(一个或多个)存储器设备1804通常可以包括(一个或多个)存储器元件，该一个或多个存储器元件包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其他合适的存储器元件。这样的(一个或多个)存储器设备1804通常可以被配置为存储适当的计算机可读指令，当由(一个或多个)处理器1802实现时，这些指令将控制器1800配置为执行各种功能。
在一些实施例中，控制器1800包括触觉反馈模块1820。触觉反馈模块1820可以被配置为基于从器械1400的力传感器单元(例如，力传感器单元3800，包括应变传感器3830(图13))接收到的输入将触觉反馈传递给操作者S。在一些实施例中，触觉反馈模块1820可以是控制器1800的独立模块。然而，在一些实施例中，触觉反馈模块1820可以被包括在一个或多个存储器设备1804内。
通信模块1806可以包括控制输入模块1808，该控制输入模块被配置为诸如经由用户控制单元1100的输入装置1116从操作者/外科医生S接收控制输入。通信模块还可以包括指示器模块1812，该指示器模块被配置为生成各种指示以便提醒操作者S。
通信模块1806还可以包括传感器接口1810(例如，一个或多个模数转换器)，以允许将从一个或多个传感器(例如，力传感器单元2800(图11)的应变传感器2830)传输的信号转换成可由处理器1802理解和处理的信号。传感器可以使用任何合适的手段通信地耦连到通信模块1806。例如，传感器可以经由有线连接和/或经由无线连接耦连到通信模块1806，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。此外，在一些实施例中，通信模块1806包括装置控制模块1814，该装置控制模块被配置为修改器械1400(和/或本文所述的任何器械(例如2400、3400、4400))的操作状态。因此，通信模块通信地耦连到操纵器1200和/或器械1400。例如，通信模块1806可以将(一个或多个)应变传感器的激励电压、方位传感器的握手和/或激励电压(例如，用于检测指定部分相对于套管的方位)、烧灼控件、方位设定点、和/或末端执行器操作设定点(例如，夹持、切割和/或由末端执行器执行的其他类似操作)传送给操纵器1200和/或器械1400。
尽管以上已经描述了各种实施例，但是应当理解，它们仅通过示例而非限制的方式来呈现。在上述方法和/或示意图指示以某些顺序发生的某些事件和/或流模式的情况下，可以修改某些事件和/或操作的顺序。尽管已经具体示出和描述了实施例，但是应当理解，可以进行形式和细节上的各种改变。
例如，本文所述的任何器械(及其中的部件)可选地为执行微创外科外科手术程序的外科手术组件的一部分，并且可以包括操纵器单元、一系列运动学连杆机构、一系列套管或诸如此类。因此，本文描述的任何器械都可以用在任何合适的外科手术系统中，诸如以上示出和描述的MIRS系统1000。此外，本文示出和描述的任何器械都可以在外科手术程序期间用于操纵靶组织。这样的靶组织可以为癌细胞、肿瘤细胞、病变、血管阻塞、血栓形成、结石、子宫肌瘤、骨转移、子宫腺肌病或任何其他身体组织。呈现的靶组织的示例不是详尽的列表。此外，靶结构还可以包括在人体内部或与人体相关联的人造物质(或非组织)，诸如例如，支架，人造管的一部分，人体内部的紧固件或类似物。
例如，本文所述的外科手术器械的任何部件都可以由任何材料，诸如医用级不锈钢、镍合金、钛合金或类似物构造。此外，本文所述的连杆、工具构件、梁、轴、线缆或其他部件中的任一个都可以由随后接合在一起的多个部件构成。例如，在一些实施例中，可以通过将单独构造的部件连接在一起来构造连杆。然而，在其他实施例中，连杆、工具构件、梁、轴、线缆、或本文所述的部件中的任一个都可以整体构造。
尽管已经将各种实施例描述为具有特定特征和/或部件的组合，但是其他实施例也可以具有来自如上所述的任何实施例的任何特征和/或部件的组合。虽然已经在医疗装置，更具体地说是外科手术器械的一般背景下描述了各方面，但是本发明方面不必限于在医疗装置中使用。

Claims (56)

1.一种用于外科手术系统的控制的方法，所述外科手术系统包括控制器、输入装置和医疗器械，所述医疗器械经由所述控制器可操作地耦连以由所述输入装置控制，所述方法包括：
经由所述控制器，参考所述器械的限定的受限操作状况来检测所述器械的当前操作状况；
经由所述控制器基于所述器械的所述当前操作状况来确定力反馈系数；
经由所述控制器基于标称触觉反馈并且基于所述力反馈系数来确定受限触觉反馈；
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之外的第一状况期间，经由所述控制器向所述输入装置提供所述标称触觉反馈；并且
在所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之外改变为处于所述器械的所述受限操作状况之内的第一事件中，经由所述控制器向所述外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈被提供给或能够用于被提供给所述输入装置的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之内的第二状况期间，所述方法包括经由所述控制器向所述输入装置提供所述受限触觉反馈。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述当前操作状况处于所述受限操作状况之内的第二状况期间，以及在所述控制器处接收到所述操作者认可所述受限反馈的所述指示的输入的第二事件中，所述方法包括经由所述控制器向所述输入装置提供所述受限触觉反馈。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中：
向所述输入装置提供所述受限触觉反馈包括提供小于标称触觉反馈水平的触觉反馈水平。
5.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中：
所述受限操作状况是所述器械的操作范围的一部分，其中所述控制器对作用在所述器械上的力的确定偏离了作用在所述器械上的实际力。
6.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中：
检测所述器械的所述当前操作状况状态包括经由所述控制器确定所述器械的一部分与所述外科手术系统的套管上的限定的参考位置之间的距离。
7.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中：
确定所述力反馈系数包括经由所述控制器基于增益函数来限定所述力反馈系数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
基于所述增益函数来限定所述力反馈系数包括经由所述控制器基于所述器械的一部分的加速度、由所述外科手术系统产生的功率或力的变化方向中的至少一个来确定所述增益函数。
9.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中：
提供受限触觉反馈被提供或可用的所述指示包括：
经由所述控制器生成所述受限触觉反馈与所述标称触觉反馈的偏差的图形指示，并且
当所述器械处于所述受限操作状况之内时，经由所述控制器将所述图形指示维持在所述操作者的视场内。
10.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中：
提供所述标称触觉反馈包括基于在所述控制器处接收到的来自所述器械的应变传感器信号来生成所述标称触觉反馈。
11.一种用于外科手术系统的控制的方法，所述外科手术系统包括控制器、输入装置和医疗器械，所述医疗器械经由所述控制器可操作地耦连以由所述输入装置控制，所述方法包括：
经由所述控制器，参考所述器械的限定的受限操作状况来检测所述器械的当前操作状况；
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之外的第一状况期间，经由所述控制器向所述输入装置提供标称触觉反馈；
启动第一事件转变，其中，所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之外改变为处于所述器械的所述受限操作状况之内；
经由所述控制器确定与所述第一事件转变相关联的所述标称触觉反馈的调整速率；
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之内的第二状况期间，经由所述控制器基于所述调整速率和所述标称触觉反馈来向所述输入装置提供受限触觉反馈；并且
经由所述控制器向所述外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈被提供的指示。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述受限操作状况与所述外科手术系统的通电的医疗器械的激活相关联。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中：
启动所述第一事件转变包括经由所述控制器接收来自所述外科手术系统的所述操作者的命令信号，所述命令信号启动利用所述通电的医疗器械的操作。
14.根据权利要求12所述的方法，其中：
提供所述受限触觉反馈包括根据反馈限制间隔建立所述触觉反馈，所述反馈限制间隔基于所述通电的医疗器械的所述激活的标称持续时间。
15.根据权利要求11、12或14中任一项所述的方法，其中：
确定所述标称触觉反馈的所述调整速率包括经由所述控制器基于增益函数来限定所述调整速率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
基于所述增益函数来限定所述调整速率包括经由所述控制器基于所述器械的一部分的加速度、由所述外科手术系统产生的功率或力的变化方向中的至少一个来确定所述增益函数。
17.根据权利要求11、12或14中任一项所述的方法，其中：
建立传递给所述操作者的所述触觉反馈包括以小于标称触觉反馈水平的值建立传递给所述操作者的所述触觉反馈的水平。
18.根据权利要求11、12或14中任一项所述的方法，其中：
所述调整速率是第一调整速率；以及
所述方法进一步包括：
启动第二事件转变，其中所述器械的所述当前操作状况从所述第二状况改变为所述第一状况，
经由所述控制器确定与所述第二事件转变相关联的所述受限触觉反馈的调整速率，并且
经由所述控制器，根据所述调整速率将所述受限触觉反馈转变为所述标称触觉反馈。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述增益函数是第一增益函数；以及
确定所述标称触觉反馈的所述第二调整速率包括经由所述控制器基于第二增益函数来限定所述第二调整速率。
20.根据权利要求11、12或14中任一项所述的方法，其中：
提供所述标称触觉反馈包括基于在所述控制器处接收到的来自所述器械的应变传感器信号来生成所述标称触觉反馈。
21.一种用于外科手术系统的控制的方法，所述外科手术系统包括控制器、输入装置和医疗器械，所述医疗器械经由所述控制器被可操作地耦连以由所述输入装置控制，所述方法包括：
经由所述控制器，参考所述器械的限定的受限操作状况来检测所述器械的当前操作状况；
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之外的第一状况期间，经由所述控制器向所述输入装置提供标称触觉反馈；
在所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之外变为处于所述器械的所述受限操作状况之内的第一事件中，经由所述控制器暂停所述外科手术系统的操作；
在所述第一事件中，经由所述控制器向所述外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈能够用于提供给所述输入装置的指示；
经由所述控制器接收所述操作者认可所述受限触觉反馈可用性的所述指示的第一确认输入；
在所述当前操作状况处于所述受限操作状况之内的第二状况期间，并且
在接收到所述确认输入时，经由所述控制器向所述输入装置提供所述受限触觉反馈；并且
在所述第二状况期间并且在接收到所述确认输入时，经由所述控制器恢复所述外科手术系统的所述操作。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：
在所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之内改变为处于所述器械的所述受限操作状况之外的第二事件中，经由所述控制器暂停所述外科手术系统的所述操作；
在所述第二事件中，经由所述控制器向所述外科手术系统的所述操作者提供所述标称触觉反馈能够用于提供给所述输入装置的指示；
经由所述控制器接收所述操作者认可所述标称触觉反馈可用性的所述指示的第二确认输入；
在所述第一状况期间并且在接收到所述第二确认输入时，经由所述控制器向所述输入装置提供所述标称触觉反馈；并且
在所述第一状况期间并且在接收到所述第二确认输入时，经由所述控制器恢复所述外科手术系统的所述操作。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
在所述第二事件中，提供所述标称触觉反馈包括经由所述控制器根据增益函数将触觉反馈水平从受限触觉反馈水平增加到标称触觉反馈水平。
24.根据权利要求21、22或23中任一项所述的方法，其中：
当所述器械的指定部分的方位在受限操作区域内时，所述器械的所述当前操作状况在所述受限操作状况之内；并且
所述受限的操作区域对应于所述器械的所述指定部分和所述外科手术系统的套管上的限定的参考位置之间的限定距离。
25.根据权利要求21、22或23中任一项所述的方法，其中：
所述受限操作状况与所述外科手术系统的通电的医疗器械的激活相关联。
26.根据权利要求21、22或23中任一项所述的方法，其中：
所述受限操作状况对应于故障状况；
所述方法进一步包括经由所述控制器接收与所述故障状况相关联的通信信号；并且
所述故障状况是传感器故障、通信故障或触觉系统故障中的至少一个。
27.根据权利要求21、22或23中任一项所述的方法，其中：
所述确认输入包括操作者手势、操作者的头部与所述外科手术系统的用户界面之间的接合、触摸板输入、按钮激活、踏板激活、按钮和踏板激活组合、或触觉屏障的跨越中的至少一个。
28.根据权利要求21、22或23中任一项所述的方法，其中：
提供受限触觉反馈包括将所述受限触觉反馈限制为小于标称触觉反馈水平的100％。
29.根据权利要求28所述的方法，其中：
将所述受限触觉反馈限制为所述标称触觉反馈水平的百分比包括基于增益函数动态地减小所述标称触觉反馈水平的所述百分比。
30.根据权利要求21、22或23中任一项所述的方法，其中：
提供所述标称触觉反馈包括基于在所述控制器处接收到的来自所述器械的应变传感器信号来生成所述标称触觉反馈。
31.一种外科手术系统，包括：
控制器；
可操作地耦连到所述控制器的输入装置；
操纵器单元，所述操纵器单元经由所述控制器可操作地耦连到所述输入装置；以及
医疗器械，所述医疗器械由所述操纵器单元支撑并且可操作地耦连到所述控制器；
其中所述控制器包括至少一个处理器和被配置为执行多个操作的触觉反馈模块；并且
其中所述多个操作包括：
参考所述器械的限定的受限操作状况来检测所述器械的当前操作状况，
经由所述触觉反馈模块基于所述器械的所述当前操作状况来确定力反馈系数，
经由所述触觉反馈模块基于标称触觉反馈并基于所述力反馈系数来确定受限触觉反馈，
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之外的第一状况期间，经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供所述标称触觉反馈；并且
在所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之外变为处于所述器械的所述受限操作状况之内的第一事件中，向所述外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈被提供给或能够被提供给所述输入装置的指示。
32.根据权利要求31所述的系统，其中：
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之内的第二状况期间，所述多个操作进一步包括经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供所述受限触觉反馈。
33.根据权利要求31所述的系统，其中：
在所述当前操作状况处于所述受限操作状况之内的第二状况期间，以及在所述控制器处接收到所述操作者认可所述受限反馈的所述指示的输入的第二事件中，所述多个操作进一步包括经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供所述受限触觉反馈。
34.根据权利要求32或33中任一项所述的系统，其中：
向所述输入装置提供所述受限触觉反馈包括提供小于标称触觉反馈水平的触觉反馈水平。
35.根据权利要求31、32或33中任一项所述的系统，其中：
所述受限操作状况是所述器械的操作范围的一部分，其中所述控制器对作用在所述器械上的力的确定偏离了作用在所述器械上的实际力。
36.根据权利要求31、32或33中任一项所述的系统，其中：
检测所述器械的所述当前操作状况包括确定所述器械的指定部分与所述外科手术系统的套管上的限定的参考位置之间的距离。
37.根据权利要求31、32或33中任一项所述的系统，其中：
确定所述力反馈系数包括经由所述触觉反馈模块基于增益函数来限定所述力反馈系数。
38.根据权利要求32或33中任一项所述的系统，其中：
提供受限触觉反馈被提供或可用的所述指示包括：
生成所述受限触觉反馈与所述标称触觉反馈的偏差的图形指示，并且
当所述器械处于所述受限操作状况之内时，将所述图形指示维持在所述操作者的视场内。
39.根据权利要求31、32或33中任一项所述的系统，其中：
所述医疗器械包括力传感器单元，所述力传感器单元通信地耦连到所述控制器；并且
其中所述力传感器单元包括梁，所述梁具有耦连到其上的应变传感器。
40.一种外科手术系统，包括：
控制器；
可操作地耦连到所述控制器的输入装置；
操纵器单元，所述操纵器单元经由所述控制器可操作地耦连到所述输入装置；以及
医疗器械，所述医疗器械由所述操纵器单元支撑并且可操作地耦连到所述控制器；
其中所述控制器包括至少一个处理器和被配置为执行多个操作的触觉反馈模块；并且
其中所述多个操作包括：
经由所述触觉反馈模块，参考所述器械的限定的受限操作状况来检测所述器械的当前操作状况，
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之外的第一状况期间，经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供标称触觉反馈，
启动第一事件转变，在所述第一事件转变中所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之外改变为处于所述器械的所述受限操作状况之内，
经由所述触觉反馈模块确定与所述第一事件转变相关联的所述标称触觉反馈的调整速率，
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之内的第二状况期间，基于所述调整速率和所述标称触觉反馈经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供受限触觉反馈，并且
向所述外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈被提供的指示。
41.根据权利要求40所述的方法，其中：
所述受限操作状况与所述外科手术系统的通电的医疗器械的激活相关联。
42.根据权利要求40或41中任一项所述的方法，其中：
提供所述受限触觉反馈包括根据反馈受限间隔建立所述触觉反馈，所述反馈受限间隔基于所述通电的医疗器械的所述激活的标称持续时间。
43.根据权利要求40或41中任一项所述的方法，其中：
确定所述标称触觉反馈的所述调整速率包括经由所述触觉反馈模块基于增益函数来限定所述调整速率。
44.根据权利要求40或41中任一项所述的方法，其中所述调整速率是第一调整速率，所述多个操作进一步包括：
启动第二事件转变，其中所述器械的所述当前操作状况从所述第二状况改变为所述第一状况；
经由所述触觉反馈模块确定与所述第二事件转变相关联的所述受限触觉反馈的调整速率；并且
根据所述调整速率，经由所述触觉反馈模块将所述受限触觉反馈转变为所述标称触觉反馈。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述增益函数是第一增益函数，并且其中：
确定所述标称触觉反馈的所述第二调整速率包括经由所述触觉反馈模块基于第二增益函数来限定所述第二调整速率。
46.根据权利要求40或41中任一项所述的系统，其中：
所述医疗器械包括力传感器单元，所述力传感器单元通信地耦连到所述控制器；并且
其中，所述力传感器单元包括梁，所述梁具有耦连到其上的应变传感器。
47.一种外科手术系统，包括：
控制器；
可操作地耦连到所述控制器的输入装置；
操纵器单元，所述操纵器单元经由所述控制器可操作地耦连到所述输入装置；以及
医疗器械，所述医疗器械由所述操纵器单元支撑并且可操作地耦连到所述控制器；
其中所述控制器包括至少一个处理器和被配置为执行多个操作的触觉反馈模块；并且
其中所述多个操作包括：
经由所述触觉反馈模块，参考所述器械的限定的受限操作状况来检测所述器械的当前操作状况，
在所述器械的所述当前操作状况处于所述器械的所述受限操作状况之外的第一状况期间，经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供标称触觉反馈，
在所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之外变为处于所述器械的所述受限操作状况之内的第一事件中，暂停所述外科手术系统的至少一个操作，
在所述第一事件中，向所述外科手术系统的操作者提供受限触觉反馈能够用于提供给所述输入装置的指示，
接收所述操作者认可所述受限触觉反馈可用性的所述指示的第一确认输入，
在所述当前操作状况处于所述受限操作状况之内的第二状况期间，并且
在接收到所述确认输入时，经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供所述受限触觉反馈，并且
在所述第二状况期间并且在接收到所述确认输入时，恢复所述外科手术系统的所述至少一个操作。
48.根据权利要求47所述的方法，进一步包括：
在所述器械的所述当前操作状况从处于所述器械的所述受限操作状况之内变为处于所述器械的所述受限操作状况之外的第二事件中，暂停所述外科手术系统的所述至少一个操作；
在所述第二事件中，向所述外科手术系统的所述操作者提供所述标称触觉反馈能够用于提供给所述输入装置的指示；
接收由所述操作者认可所述标称触觉反馈可用性的所述指示的第二确认输入；
在所述第一状况期间并且在接收到所述第二确认输入时，经由所述触觉反馈模块向所述输入装置提供所述标称触觉反馈；并且
在所述第一状况期间并且在接收到所述第二确认输入时，恢复所述外科手术系统的所述至少一个操作。
49.根据权利要求48所述的方法，其中：
在所述第二事件中，提供所述标称触觉反馈包括经由所述触觉反馈模块根据增益函数将触觉反馈水平从受限触觉反馈水平增加到标称触觉反馈水平。
50.根据权利要求47、48或49中的任一项所述的方法，其中：
当所述器械的一部分的方位在受限操作区域内时，所述器械的所述当前操作状况处于所述受限操作状况之内，所述受限操作区域对应于所述器械的所述一部分与所述外科手术系统的套管上的限定的参考位置之间的限定距离。
51.根据权利要求47、48或49中任一项所述的方法，其中：
所述受限操作状况与所述外科手术系统的通电的医疗器械的激活相关联。
52.根据权利要求47、48或49中任一项所述的方法，其中所述受限操作状况对应于故障状况，所述方法进一步包括：
接收与所述故障状况相关联的通信信号，所述故障状况是传感器故障、通信故障或触觉系统故障中的至少一个。
53.根据权利要求47、48或49中任一项所述的方法，其中：
所述确认输入包括操作者手势、操作者的头部与所述外科手术系统的用户界面之间的接合、触摸板输入、按钮激活、踏板激活、按钮和踏板激活组合、或触觉屏障的跨越中的至少一个。
54.根据权利要求47、48或49中任一项所述的方法，其中：
提供所述受限触觉反馈包括将所述受限触觉反馈限制为标称触觉反馈水平的百分比，所述百分比小于100％。
55.根据权利要求54所述的方法，其中：
将所述受限触觉反馈限制为所述标称触觉反馈水平的百分比包括基于增益函数动态地减小所述标称触觉反馈水平的所述百分比。
56.根据权利要求47、48或49中任一项所述的系统，其中：
所述医疗器械包括力传感器单元，所述力传感器单元通信地耦连到所述控制器；并且
其中所述力传感器单元包括梁，所述梁具有耦连到其上的应变传感器。
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