DE112019005019T5

DE112019005019T5 - Systeme und Verfahren der Vorrichtungssteuerung mit Bediener- und Bewegungserfassung

Info

Publication number: DE112019005019T5
Application number: DE112019005019.2T
Authority: DE
Inventors: Nicola Diolaiti; Benjamin L. Lee; Shu-Wen Yu
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-07-08
Also published as: US20210349559A1; US11934594B2; WO2020072272A1

Abstract

Systeme und Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Vorrichtung können mindestens zwei Sensoren umfassen, um zu bestätigen, dass ein Bediener absichtlich einen Befehl zur Steuerung eines medizinischen Instruments erteilt. Die Systeme können einen Bedienererfassungssensor umfassen, der einer Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung zu erfassen. Die Systeme können auch einen Bewegungssensor umfassen, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen. Eine Steuereinheit kann einen Verschiebungsschwellenwert für die Eingabevorrichtung verwenden und kann dafür konfiguriert sein, die Erzeugung von Steuersignalen basierend auf der Rückmeldung von mindestens zwei Sensoren zuzulassen oder zu verhindern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung 62/741,222 , eingereicht am 4. Oktober 2018, die sich auf die PCT-Patentanmeldung PCT/US2018/044419 (ISRG10760/PCT; 70228.619WO01) bezieht, die beide durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Hier beschriebene Beispiele beziehen sich auf Systeme und Verfahren zum sicheren Betreiben einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer lenkbaren länglichen medizinischen Vorrichtung, unter Verwendung einer Eingabesteuerkonsole.
HINTERGRUND
Minimalinvasive medizinische Verfahren können dazu dienen, die Menge an Gewebe zu verringern, die während medizinischer Eingriffe beschädigt wird, wodurch die Erholungszeit des Patienten, Beschwerden und/oder schädliche Nebenwirkungen verringert werden. Solche minimalinvasiven Verfahren können durch natürliche Öffnungen in der Anatomie eines Patienten oder durch einen oder mehrere chirurgische Einschnitte durchgeführt werden. Durch diese natürlichen Öffnungen oder Einschnitte können Ärzte minimalinvasive medizinische Instrumente (einschließlich chirurgischer, diagnostischer, therapeutischer und/oder Biopsie-Instrumente) einsetzen, um einen Zielgewebeort zu erreichen. Bei einem minimalinvasiven Verfahren kann eine flexible und/oder lenkbare längliche Vorrichtung wie ein Katheter verwendet werden, die in anatomische Durchgänge eingeführt und in Richtung eines interessierenden Bereichs innerhalb der Patientenanatomie navigiert werden kann. Die Steuerung der länglichen Vorrichtung durch medizinisches Personal kann die Verwaltung mehrerer Freiheitsgrade umfassen, einschließlich mindestens der Verwaltung des Einführens und Zurückziehens der länglichen Vorrichtung sowie der teleoperierten Steuerung der Vorrichtung unter Verwendung einer Hauptanordnung. Darüber hinaus können auch verschiedene Betriebsarten unterstützt werden.
Der Betrieb einer medizinischen Vorrichtung, beispielsweise einer flexiblen und/oder lenkbaren länglichen Vorrichtung im Körper eines Patienten, unter Verwendung einer Hauptanordnung kann Risiken für den Patienten darstellen, wenn die Hauptanordnung versehentlich oder zufällig betätigt wird.
Dementsprechend wäre es vorteilhaft, Systeme und Verfahren bereitzustellen, die dazu beitragen, unerwünschte Schäden an Materialien des Subjekts, wie z. B. dem Gewebe eines Patienten, zu begrenzen, wenn die Bewegung einer Vorrichtung geboten ist.
Das Folgende stellt eine vereinfachte Zusammenfassung verschiedener hier beschriebener Beispiele dar und soll keine Schlüssel- oder kritischen Elemente identifizieren oder den Umfang der Ansprüche abgrenzen.
In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen umfasst ein Steuersystem für eine Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist. Der Prozessor kann dafür konfiguriert sein, unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren den Bedienerkontakt mit einer ersten Eingabesteuerung einer mit dem System gekoppelten Eingabesteuerkonsole zu bestimmen.
In einigen beispielhaften Aspekten ist die vorliegende Offenbarung auf Folgendes gerichtet: ein System, das eine Eingabevorrichtung umfassen kann, die dafür konfiguriert ist, von einem Bediener zur Steuerung einer medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden, einen Bedienererfassungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet ist, und der dafür konfiguriert sein kann, eine Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung zu erfassen, und einen Bewegungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet ist, und der dafür konfiguriert sein kann, eine Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen. Eine Steuereinheit kann die Erzeugung von Steuersignalen zulassen oder verhindern, basierend darauf, ob die erfasste Verschiebungsdistanz einen Verschiebungsschwellenwert für die Eingabevorrichtung überschreitet, während erfasst wird, dass ein Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist.
In einigen Aspekten kann der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätsensor umfassen, der dafür dafür konfiguriert ist, zu erfassen, wann der Bediener in physischem Kontakt mit der Eingabevorrichtung ist. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit den Verschiebungsschwellenwert für die darin gespeicherte Eingabevorrichtung umfassen. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit so konfiguriert sein, dass sie die Erzeugung von Steuersignalen verhindert, wenn die erfasste Verschiebungsdistanz den Verschiebungsschwellenwert überschreitet, während der Bedienererfassungssensor erfasst, dass der Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit eine darin gespeicherte Geschwindigkeitsbegrenzung umfassen. Die Steuereinheit kann dafür konfiguriert sein, eine vom Bewegungssensor erfasste Bewegung mit dem Verschiebungsschwellenwert zu vergleichen und die Bewegung der medizinischen Vorrichtung auf eine Geschwindigkeit bei oder unter der Geschwindigkeitsbegrenzung zu begrenzen. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit eine akkumulierte Bewegungsdistanz der Eingabevorrichtung zurücksetzen, wenn ein Bediener-anwesend-Signal nicht erfasst wird. In einigen Aspekten kann die Eingabevorrichtung ein oder mehrere rollbare Scrollräder oder rollbare Trackballs umfassen. In einigen Aspekten kann der Bewegungssensor einen Codierer umfassen, der dafür konfiguriert ist, die Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen. In einigen Aspekten ist der Verschiebungsschwellenwert kleiner oder gleich einer freiliegenden Oberflächendistanz der Eingabevorrichtung. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit mehrere Verschiebungsschwellenwerte speichern, die den Verschiebungsschwellenwert umfassen. Die Steuereinheit wählt den Verschiebungsschwellenwert der mehreren Verschiebungsschwellenwerte basierend auf einem Kontext eines durchzuführenden medizinischen Verfahrens aus. In einigen Aspekten kann der Kontext des durchzuführenden medizinischen Verfahrens mindestens Folgendes berücksichtigen: eine Art der durchzuführenden Operation, eine zu behandelnde Operationsstelle, das Vorhandensein einer Sichtsonde, eine Position der medizinischen Vorrichtung relativ zu empfindlichem Gewebe in einem Patientenkörper oder einen bestimmten Kraftwiderstand gegen die medizinische Vorrichtung. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit einen darin gespeicherten Verschiebungsgrenzwert umfassen. Der Verschiebungsgrenzwert kann die Erzeugung von Steuersignalen verhindern, die die medizinische Vorrichtung um eine Verschiebungsdistanz bewegen würden, die größer als der Verschiebungsgrenzwert ist, wenn die medizinische Vorrichtung innerhalb eines Patienten angeordnet ist. In einigen Aspekten kann der Verschiebungsgrenzwert die Erzeugung von Steuersignalen verhindern, wenn eine Anforderung zur Verschiebung der medizinischen Vorrichtung von mehr als 4 mm an der Eingabevorrichtung eingegeben wird und wenn die medizinische Vorrichtung innerhalb eines Patienten angeordnet ist. In einigen Aspekten kann der Verschiebungsgrenzwert die Erzeugung von Steuersignalen verhindern, wenn eine Anforderung zur Verschiebung der medizinischen Vorrichtung von mehr als 2 mm an der Eingabevorrichtung eingegeben wird und wenn die medizinische Vorrichtung innerhalb eines Patienten angeordnet ist. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit die Erzeugung von Steuersignalen ermöglichen, um die medizinische Vorrichtung als Reaktion auf eine Eingabe an der Eingabevorrichtung während eines Zeitraums zu verschieben, in dem der Bedienererfassungssensor erfasst, dass der Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit die Erzeugung der Steuersignale ermöglichen, nachdem bestimmt wurde, dass die Eingabe an der Eingabevorrichtung ein Befehl zum Verschieben der medizinischen Vorrichtung ist. Der Befehl kann für eine Verschiebung gelten, die unter dem Verschiebungsschwellenwert liegt. In einigen Aspekten kann das System eine Ausgabevorrichtung umfassen, der Bedienererfassungssensor kann einen Kapazitätsensor umfassen, der dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners basierend auf einem Kapazitätspegel zu erfassen, der einen Befehlskapazitätspegel überschreitet, und die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Ausgabevorrichtung anweist, eine Nachricht an den Bediener auszugeben, die Eingabevorrichtung während der Kalibrierung des Befehlskapazitätspegels nicht zu berühren. In einigen Aspekten kann die Ausgabevorrichtung eine Anzeigevorrichtung umfassen. Die Nachricht kann eine visuelle Nachricht umfassen, und die Steuereinheit kann die Anzeigevorrichtung anweisen, die visuelle Nachricht während der Kalibrierung des Befehlskapazitätspegels anzuzeigen. In einigen Aspekten kann der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätsensor umfassen, der dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners basierend auf einem Kapazitätspegel zu erfassen, der einen Befehlskapazitätspegel überschreitet. Die Steuereinheit kann für Folgendes konfiguriert sein: während der Kalibrierung des Befehlskapazitätspegels, Erfassen, über den Bewegungssensor, der freiwilligen Bewegung der Eingabevorrichtung durch den Bediener; und basierend auf der Erfassung der freiwilligen Bewegung der Eingabevorrichtung, Einleiten einer Neukalibrierung des Befehlskapazitätspegels. In einigen Aspekten kann das System eine Anzeigevorrichtung umfassen, und die Steuereinheit kann für Folgendes konfiguriert sein: basierend auf der Erfassung der freiwilligen Bewegung der Eingabevorrichtung, Anweisen der Anzeigevorrichtung, dem Bediener eine Nachricht anzuzeigen, dass die Eingabevorrichtung nicht berührt werden soll. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit die Neukalibrierung basierend auf einer Bestimmung einleiten, dass die freiwillige Bewegung der Eingabevorrichtung unter einer Schwellenbewegung der Eingabevorrichtung liegt. In einigen Aspekten kann die Bestimmung, dass die freiwillige Bewegung der Eingabevorrichtung unter der Schwellenbewegung liegt, eine Bestimmung umfassen, dass eine Geschwindigkeit der freiwilligen Bewegung unter einer Schwellengeschwindigkeit liegt. In einigen Aspekten kann die Bestimmung, dass die freiwillige Bewegung der Eingabevorrichtung unter der Schwellenbewegung liegt, eine Bestimmung umfassen, dass eine Dauer der freiwilligen Bewegung unter einer Schwellendauer liegt. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit die Neukalibrierung basierend auf der erfassten Bewegung der Eingabevorrichtung über einen Zeitraum zwischen 0,5 und 5 Sekunden einleiten. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit die Kalibrierung eines Befehlszeilenpegels für den Bedienererfassungssensor basierend auf Folgendem einleiten: Erfassen einer freiwilligen Bewegung des Bedieners über den Bewegungssensor und Erfassen über den Bedienererfassungssensor, dass der Bediener nicht an der Eingabevorrichtung anwesend ist.
In einigen beispielhaften Aspekten ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren gerichtet, das das Erfassen einer Anwesenheit eines Bedieners an einer Eingabevorrichtung umfassen kann, die dafür konfiguriert ist, von einem Bediener zum Steuern einer medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden. Das Verfahren kann darüber hinaus Folgendes umfassen: Erfassen einer Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung über einen Bewegungssensor, und Zulassen oder Verhindern der Erzeugung eines Steuersignals zum Verschieben der medizinischen Vorrichtung basierend darauf, ob die erfasste Verschiebungsdistanz einen vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwert überschreitet, während die Anwesenheit des Bedieners erfasst wird.
In einigen Aspekten kann das Erfassen der Anwesenheit des Bedieners das Erfassen umfassen, dass der Bediener mit der Eingabevorrichtung in Kontakt steht, indem eine Kapazität der Eingabevorrichtung mit einem Kapazitätssensor gemessen wird. In einigen Aspekten kann das Zulassen oder Verhindern der Erzeugung des Steuersignals das Verhindern der Erzeugung des Steuersignals umfassen, wenn die erfasste Verschiebungsdistanz den vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwert überschreitet, während die Anwesenheit des Bedieners erfasst wird. In einigen Aspekten kann das Verfahren das Vergleichen der vom Bewegungssensor erfassten Bewegung mit dem vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwert und das Begrenzen der Bewegung der medizinischen Vorrichtung auf eine Geschwindigkeit bei oder unter einer Geschwindigkeitsbegrenzung basierend auf der erfassten Bewegung umfassen. In einigen Aspekten kann das Erfassen der Verschiebungsdistanz das Erfassen der Verschiebungsdistanz auf einer Oberfläche einer rollbaren Eingabevorrichtung umfassen. In einigen Aspekten kann das Verfahren das Auswählen des vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwerts aus mehreren Verschiebungsschwellenwerten umfassen, basierend auf einem Kontext eines durchzuführenden medizinischen Verfahrens.
In noch weiteren beispielhaften Aspekten ist die vorliegende Offenbarung auf ein System gerichtet, das Folgendes umfassen kann: eine Eingabevorrichtung, die dafür konfiguriert ist, von einem Bediener zur Steuerung einer medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden, einen Bedienererfassungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung zu erfassen, und einen Bewegungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen. Eine Steuereinheit kann basierend auf der erfassten Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung unterhalb eines Verschiebungsschwellenwerts und der erfassten Anwesenheit eines Bedieners eine Geschwindigkeitsbegrenzung mit einer ersten Geschwindigkeit aktivieren. Die Steuereinheit kann auch basierend auf der erfassten Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung, die über dem Verschiebungsschwellenwert liegt, und der erfassten Anwesenheit eines Bedieners die Geschwindigkeitsbegrenzung auf eine zweite Geschwindigkeit modifizieren, die höher als die erste Geschwindigkeit ist.
In einigen Aspekten kann der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätssensor umfassen, der dafür konfiguriert ist, den physischen Kontakt des Bedieners mit der Eingabevorrichtung zu erfassen. In einigen Aspekten kann der Verschiebungsschwellenwert in der Steuereinheit gespeichert sein. In einigen Aspekten kann der Bewegungssensor einen Encoder umfassen. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit, wenn der Bedienererfassungssensor die Abwesenheit des Bedieners erfasst, verhindern, dass Befehlssignale zum Verschieben der medizinischen Vorrichtung gesendet werden.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung veranschaulichenden und erläuternden Charakter haben und ein Verständnis der vorliegenden Offenbarung vermitteln sollen, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. In dieser Hinsicht werden Fachleuten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusätzliche Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ersichtlich.
Figurenliste

1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Systems gemäß einigen Ausführungsformen.
2A ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Instrumentensystems gemäß einigen Ausführungsformen.
2B ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Instruments mit einem erweiterten medizinischen Werkzeug gemäß einigen Ausführungsformen.
3A und 3B sind vereinfachte Diagramme von Seitenansichten eines Patientenkoordinatenraums, einschließlich eines medizinischen Instruments, das gemäß einigen Ausführungsformen auf einer Einführanordnung montiert ist.
4A und 4B sind vereinfachte perspektivische Diagramme einer Eingabesteuerkonsole gemäß einigen Ausführungsformen.
4C ist ein vereinfachtes perspektivisches Diagramm einer Eingabesteuerkonsole mit entfernbaren Eingabevorrichtungen in einer teilweise explodierten Konfiguration gemäß einigen Ausführungsformen.
5 ist ein vereinfachter Teilquerschnitt einer Eingabesteuerkonsole gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist ein vereinfachtes Teilquerschnittsdiagramm einer Eingabesteuerkonsole gemäß einigen Ausführungsformen.
7 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Steuersystems gemäß einigen Ausführungsformen.
8 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer gesteuerten Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
9 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer gesteuerten Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
10 ist ein Graph, der ein Geschwindigkeitsbegrenzungsprofil zeigt, das verwendet wird, um eine Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen zu steuern.
11 ist ein Graph, der die Kapazität über die Zeit gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
12 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer gesteuerten Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
13 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer gesteuerten Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorteile werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung verstanden. Es versteht sich, dass gleiche Referenznummern verwendet werden, um gleiche Elemente zu identifizieren, die in einer oder mehreren der Figuren dargestellt sind, wobei Darstellungen darin zum Zwecke der Veranschaulichung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und nicht zum Zwecke der Einschränkung derselben dienen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details dargelegt, die einige Ausführungsformen beschreiben, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen. Zahlreiche spezifische Details werden dargelegt, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen zu ermöglichen. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass einige Ausführungsformen ohne einige dieser spezifischen Details praktiziert werden können. Die hier offenbarten spezifischen Ausführungsformen sollen veranschaulichend, aber nicht einschränkend sein. Fachleute können andere Elemente realisieren, die, obwohl hier nicht speziell beschrieben, im Umfang und im Geist dieser Offenbarung liegen. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, können zusätzlich ein oder mehrere Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform gezeigt und beschrieben werden, in andere Ausführungsformen integriert werden, sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben oder wenn das eine oder die mehreren Merkmale eine Ausführungsform funktionsunfähig machen würden.
In einigen Fällen wurden bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um Aspekte der Ausführungsformen nicht unnötig zu verschleiern.
Diese Offenbarung beschreibt verschiedene Instrumente und Teile von Instrumenten hinsichtlich ihres Zustands im dreidimensionalen Raum. Zum Beispiel bezieht sich der Begriff Position auf die Position eines Objekts oder eines Teils eines Objekts in einem dreidimensionalen Raum (z. B. drei Freiheitsgrade der Translation entlang kartesischer x-, y- und z-Koordinaten). Der Begriff Orientierung bezieht sich auf die Rotationsplatzierung eines Objekts oder eines Teils eines Objekts (z. B. einen oder mehrere Rotationsfreiheitsgrade wie Rollen, Neigen und Gieren). Der Begriff Pose bezieht sich auf die Position eines Objekts oder eines Teils eines Objekts in mindestens einem Grad an Translationsfreiheit und auf die Ausrichtung dieses Objekts oder Teils des Objekts in mindestens einem Grad an Rotationsfreiheit (z. B. bis zu insgesamt sechs Freiheitsgrade). Der Begriff Form bezieht sich auf eine Reihe von Posen, Positionen oder Ausrichtungen, die entlang eines Objekts gemessen werden.
1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Systems 100 (z. B. eines medizinischen Robotersystems) gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen kann das medizinische System 100 zur Verwendung beispielsweise in chirurgischen, diagnostischen, therapeutischen oder Biopsie-Verfahren geeignet sein. Während hier einige Ausführungsformen in Bezug auf solche Verfahren bereitgestellt werden, ist jede Bezugnahme auf medizinische oder chirurgische Instrumente und medizinische oder chirurgische Verfahren nicht einschränkend. Die hier beschriebenen Systeme, Instrumente und Verfahren können in Robotersystemen für Tiere, menschliche Leichen, Tierkadaver, Teile der menschlichen oder tierischen Anatomie, eine nicht-chirurgische Diagnose sowie für industrielle Systeme und/oder andere allgemeine Robotersysteme verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt, kann das medizinische System 100 eine Manipulatoranordnung 102 zum Betreiben eines medizinischen Instruments 104 zum Durchführen verschiedener Verfahren an einem Patienten P umfassen. Das medizinische Instrument 104 kann sich über eine Öffnung im Körper des Patienten P in eine innere Stelle innerhalb des Körpers von Patient P erstrecken. Die Manipulatoranordnung 102 kann teleoperiert, nicht teleoperiert oder eine hybride teleoperierte und nicht teleoperierte Anordnung mit ausgewählten Bewegungsfreiheitsgraden sein, die motorisiert und/oder teleoperiert sein können und ausgewählten Bewegungsfreiheitsgraden, die nicht motorisiert und/oder nicht teleoperiert sein können. Die Manipulatoranordnung 102 kann an einem Operationstisch T montiert und/oder in dessen Nähe positioniert sein. Eine Hauptanordnung 106 ermöglicht es einem Bediener O (z. B. einem Chirurgen, einem Kliniker oder einem Arzt, wie in 1 dargestellt), die Interventionsstelle anzuzeigen und die Manipulatoranordnung 102 zu steuern.
Die Hauptanordnung 106 kann sich an einer Bedienerkonsole befinden, die sich in demselben Raum wie der Operationstisch T befinden kann, beispielsweise an der Seite eines Operationstisches, auf dem sich der Patient P befindet. Es versteht sich jedoch, dass sich der Bediener O in einem anderen Raum oder einem völlig anderen Gebäude als der Patient P befinden kann. Die Hauptanordnung 106 umfasst im Allgemeinen eine oder mehrere Steuervorrichtungen zum Steuern der Manipulatoranordnung 102. Die Steuervorrichtungen können eine beliebige Anzahl einer Vielzahl von Eingabevorrichtungen umfassen, wie z. B. Joysticks, Trackballs, Scrollräder, Steuerkreuze, Tasten, Datenhandschuhe, Abzugskanonen, handbetätigte Steuerungen, Spracherfassungsvorrichtungen, Körperbewegungs- oder Anwesenheitssensoren und/oder dergleichen.
Die Manipulatoranordnung 102 unterstützt das medizinische Instrument 104 und kann Folgendes umfassen: eine kinematische Struktur einer oder mehrerer nicht servogesteuerter Verbindungen (z. B. einer oder mehrerer Verbindungen, die manuell positioniert und an Ort und Stelle verriegelt werden können, was allgemein als Aufbaustruktur bezeichnet wird), eine oder mehrere servogesteuerte Verbindungen (z. B. eine oder mehrere Verbindungen, die als Reaktion auf Befehle vom Steuersystem gesteuert werden können) und/oder einen Manipulator. Die Manipulatoranordnung 102 kann mehrere Aktuatoren oder Motoren umfassen, die Eingaben am medizinischen Instrument 104 als Reaktion auf Befehle des Steuersystems (z. B. eines Steuersystems 112) ausführen. Die Aktuatoren können Antriebssysteme umfassen, die, wenn sie mit dem medizinischen Instrument 104 gekoppelt sind, das medizinische Instrument 104 in eine natürliche oder chirurgisch erzeugte anatomische Öffnung befördern können. Andere Antriebssysteme können den distalen Teil des medizinischen Instruments 104 in mehreren Freiheitsgraden, die drei Grade linearer Bewegung umfassen können (z. B. lineare Bewegung entlang der kartesischen X-, Y-, Z-Achsen), und in drei Graden der Rotationsbewegung (z. B. Rotation um die kartesischen X-, Y-, Z-Achsen) bewegen. Zusätzlich können die Aktuatoren verwendet werden, um einen artikulierbaren Endeffektor des medizinischen Instruments 104 zum Ergreifen von Gewebe in den Klemmbacken einer Biopsievorrichtung und/oder dergleichen zu betätigen.
Das medizinische System 100 kann ein Sensorsystem 108 mit einem oder mehreren Teilsystemen zum Empfangen von Informationen über die Manipulatoranordnung 102 und/oder das medizinische Instrument 104 umfassen. Solche Subsysteme können Folgendes umfassen: ein Positions-/Ortssensorsystem (z. B. ein elektromagnetisches (EM) Sensorsystem); ein Formsensorsystem zum Bestimmen der Position, Orientierung, Drehzahl, Geschwindigkeit, Pose und/oder Form eines distalen Abschnitts und/oder eines oder mehrerer Segmente entlang eines flexiblen Körpers, aus dem das medizinische Instrument 104 bestehen kann; ein Visualisierungssystem zum Erfassen von Bildern aus dem distalen Teil des medizinischen Instruments 104; und/oder Aktuator-Positionssensoren wie Resolver, Encoder, Potentiometer und dergleichen, die die Drehung und Ausrichtung der Motoren beschreiben, die das Instrument 104 steuern.
Das medizinische System 100 kann ein Anzeigesystem 110 zum Anzeigen eines Bildes oder einer Darstellung der Operationsstelle und des medizinischen Instruments 104 umfassen. In einigen Beispielen kann das Anzeigesystem 110 präoperative oder intraoperative Bilder einer Operationsstelle unter Verwendung von Bildmodalitäten darstellen, wie z. B. Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT), Fluoroskopie, Thermographie, Ultraschall, optische Kohärenztomographie (OCT), Wärmebildgebung, Impedanzbildgebung, Laserbildgebung, Nanoröhren-Röntgenbildgebung und/oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann das medizinische Instrument 104 ein Visualisierungssystem umfassen, das eine Bilderfassungsanordnung umfasst, um ein gleichzeitiges oder Echtzeitbild einer Operationsstelle aufzuzeichnen und das Bild dem Bediener O über eine oder mehrere Anzeigen des Anzeigesystems 110 bereitzustellen.
In einigen Beispielen kann das medizinische System 100 die angezeigten Darstellungen, das medizinische Instrument 104 und die Steuerungen der Hauptanordnung 106 so konfigurieren, dass die relativen Positionen der medizinischen Instrumente den relativen Positionen der Augen und/oder Hände des Betreibers O ähnlich sind. Auf diese Weise kann der Bediener O das medizinische Instrument 104 und die Handsteuerungen so manipulieren, als würde er den Arbeitsbereich im Wesentlichen in tatsächlicher Gegenwart betrachten.
In einigen Beispielen, beispielsweise zum Zwecke bildgesteuerter medizinischer Verfahren, kann das Anzeigesystem 110 ein virtuelles Navigationsbild anzeigen, in dem der tatsächliche Ort des medizinischen Instruments 104 mit den präoperativen oder gleichzeitigen Bildern bzw. dem Modell registriert ist (z. B. dynamisch referenziert ist). Dies kann erfolgen, um dem Bediener O ein virtuelles Bild der internen Operationsstelle aus Sicht des medizinischen Instruments 104 zu präsentieren.
Das medizinische System 100 kann auch ein Steuersystem 112 umfassen. Das Steuersystem 112 umfasst mindestens einen Speicher und mindestens einen Computerprozessor (nicht gezeigt) zum Bewirken einer Steuerung zwischen der Manipulatoranordnung 102, dem medizinischen Instrument 104, der Hauptanordnung 106, dem Sensorsystem 108 und/oder dem Anzeigesystem 110. Das Steuersystem 112 umfasst auch programmierte Anweisungen (z. B. ein nicht vorübergehendes maschinenlesbares Medium, das die Anweisungen speichert), um einige oder alle der gemäß den hier offenbarten Aspekten beschriebenen Verfahren zu implementieren, einschließlich Anweisungen zum Bereitstellen von Informationen zum Anzeigesystem 110. Während das Steuersystem 112 in dem vereinfachten Schema von 1 als ein einzelner Block gezeigt ist, kann das System zwei oder mehr Datenverarbeitungsschaltungen umfassen, wobei ein Teil der Verarbeitung optional in oder neben der Manipulatoranordnung 102 ausgeführt wird. Ein anderer Teil der Verarbeitung wird an der Hauptanordnung 106 und/oder dergleichen ausgeführt. Die Prozessoren des Steuersystems 112 können Anweisungen ausführen, die den hier offenbarten und nachstehend ausführlicher beschriebenen Prozessen entsprechen. In einigen Implementierungen unterstützt das Steuersystem 112 möglicherweise drahtlose Kommunikationsprotokolle wie Bluetooth, Infrared Data Association-Protokolle (IrDA), Heimfunkfrequenz (HomeRF), das Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) 802.11, Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT)) und drahtlose Telemetrie.
In einigen Beispielen kann das Steuersystem 112 eine Kraft- und/oder Drehmomentrückmeldung vom medizinischen Instrument 104 erhalten. Als Reaktion auf die Rückmeldung kann das Steuersystem 112 Signale an die Hauptanordnung 106 senden. In einigen Beispielen kann das Steuersystem 112 Signale senden, die einen oder mehrere Aktuatoren der Manipulatoranordnung 102 anweisen, das medizinische Instrument 104 zu bewegen.
Das Steuersystem 112 kann Sensordaten von dem Sensorsystem 108 erhalten, die verwendet werden, um einen ungefähren Ort des medizinischen Instruments 104 in Bezug auf die Anatomie des Patienten P zu berechnen. Das System kann das Sensorsystem 108 implementieren, um das medizinische Instrument zusammen mit präoperativ oder intraoperativ aufgezeichneten medizinischen Bildern zu registrieren und anzuzeigen. Zum Beispiel offenbart die PCT-Veröffentlichung WO 2016/191298 (veröffentlicht am 1. Dezember 2016 mit dem Titel „Systems and Methods of Registration for Image Guided Surgery"), auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird, beispielhafte Systeme.
Das medizinische System 100 kann ferner Betriebs- und Unterstützungssysteme wie Beleuchtungssysteme, Gelenk- (z. B. Lenk-) Steuersysteme, Bewässerungssysteme und/oder Saugsysteme (nicht gezeigt) umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das medizinische System 100 mehr als eine Manipulatoranordnung und/oder mehr als eine Hauptanordnung umfassen. Die genaue Anzahl der Manipulatoranordnungen kann unter anderem vom medizinischen Verfahren und den Platzbegrenzungen im Operationssaal abhängen. Die Hauptanordnung 106 kann sich am selben Ort befinden oder an verschiedenen Orten positioniert sein. Mehrere Hauptanordnungen können es mehr als einem Bediener ermöglichen, eine oder mehrere Manipulatoranordnungen in verschiedenen Kombinationen zu steuern.
2A ist ein vereinfachtes Diagramm eines medizinischen Instrumentensystems 200 gemäß einigen Ausführungsformen. Das medizinische Instrumentensystem 200 umfasst eine längliche Vorrichtung 202, wie beispielsweise einen flexiblen Katheter, der mit einer Antriebseinheit 204 gekoppelt ist. Die längliche Vorrichtung 202 kann einen flexiblen Körper 216 mit einem proximalen Ende 217 und einem Spitzenabschnitt oder einem distalen Ende 218 umfassen.
2B ist ein vereinfachtes Diagramm eines flexiblen Körpers 216 mit einem medizinischen Instrument 226, das gemäß einigen Ausführungsformen erweitert wurde. Der flexible Körper 216 kann einen Kanal 221 umfassen, der so bemessen und geformt ist, dass er das medizinische Instrument 226 aufnimmt. In einigen Ausführungsformen kann das medizinische Instrument 226 für Verfahren wie Diagnostik, Operation, Biopsie, Ablation, Beleuchtung, Spülung, Absaugung usw. verwendet werden. Das medizinische Instrument 226 kann durch den Kanal 221 des flexiblen Körpers 216 eingesetzt und an einem Zielort innerhalb der Anatomie verwendet werden. Das medizinische Instrument 226 kann beispielsweise eine Bilderfassungssonde, ein Biopsieinstrument, eine Laserablationsfaser und/oder ein anderes chirurgisches, diagnostisches oder therapeutisches Werkzeug sein. Medizinische Werkzeuge können Endeffektoren mit einem einzelnen Arbeitselement umfassen, wie beispielsweise ein Skalpell, eine stumpfe Klinge, eine optische Faser, eine Elektrode und/oder dergleichen. Andere Endeffektoren können beispielsweise Pinzetten, Greifer, Scheren, Clip-Applikatoren und/oder dergleichen umfassen. Andere Endeffektoren können ferner elektrisch aktivierte Endeffektoren wie elektrochirurgische Elektroden, Wandler, Sensoren und/oder dergleichen umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das medizinische Instrument 226 ein Biopsieinstrument sein, das zum Entfernen von Probengewebe oder einer Probenahme von Zellen von einem anatomischen Zielort verwendet wird. Das medizinische Instrument 226 kann von der Öffnung des Kanals 221 zur Durchführung des Verfahrens vorgeschoben und dann nach Abschluss des Verfahrens wieder in den Kanal 221 zurückgezogen werden. Das medizinische Instrument 226 kann vom proximalen Ende 217 des flexiblen Körpers 216 oder von einem anderen optionalen Instrumentenanschluss (nicht gezeigt) entlang des flexiblen Körpers 216 entfernt werden.
Das medizinische Instrument 226 kann Kabel, Verbindungen oder andere Betätigungssteuerungen (nicht gezeigt) aufnehmen, die sich zwischen seinem proximalen und distalen Ende erstrecken, um das distale Ende des medizinischen Instruments 226 kontrollierbar zu biegen. Lenkbare Instrumente sind ausführlich im US-Patent Nr. 7,316,681 (mit dem Titel „Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity“) und im US-Patent Nr. 9,259,274 (mit dem Titel „Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments“) beschrieben, auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
Der flexible Körper 216 kann auch oder alternativ Kabel, Verbindungen oder andere Lenkungssteuerungen (nicht gezeigt) aufnehmen, die sich zwischen der Antriebseinheit 204 und dem distalen Abschnitt 218 erstrecken, um den distalen Abschnitt 218 steuerbar zu biegen, wie beispielsweise durch gestrichelte Linien 219 des distalen Teils 218 dargestellt. In einigen Beispielen werden mindestens vier Kabel verwendet, um eine unabhängige Auf-Ab-Lenkung zur Steuerung einer Steigung des distalen Abschnitts 218 und eine Links-Rechts-Lenkung zur Steuerung eines Gierens des distalen Endes 281 bereitzustellen. Lenkbare längliche Vorrichtungen sind ausführlich im US-Patent Nr. 9,452,276 (mit dem Titel „Catheter with Removable Vision Probe“) beschrieben, auf das hier in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird. In Ausführungsformen, in denen das medizinische Instrumentensystem 200 durch eine Teleoperationsanordnung betätigt wird, kann die Antriebseinheit 204 Antriebseingänge umfassen, die entfernbar mit Antriebselementen wie Aktuatoren der Teleoperationsanordnung gekoppelt sind und Energie von diesen empfangen. In einigen Beispielen kann das medizinische Instrumentensystem 200 Greiffunktionen, manuelle Aktuatoren oder andere Komponenten zum manuellen Steuern der Bewegung des medizinischen Instrumentensystems 200 umfassen. Die längliche Vorrichtung 202 kann lenkbar sein oder alternativ kann das System ohne integrierten Mechanismus zur Bedienersteuerung des Biegens des distalen Abschnitts 218 nicht lenkbar sein. In einigen Beispielen können ein oder mehrere Lumen, durch die medizinische Instrumente an einem anatomischen Zielort eingesetzt und verwendet werden können, durch die Wände des flexiblen Körpers 216 definiert werden. In einigen Beispielen kann das medizinische Instrumentensystem 200 innerhalb des medizinischen Systems 100 von 1 teleoperiert werden. In einigen Beispielen kann die Manipulatoranordnung 102 von 1 durch eine direkte Bedienersteuerung ersetzt werden.
3A und 3B sind vereinfachte Diagramme von Seitenansichten eines Patientenkoordinatenraums, einschließlich eines medizinischen Instruments, das gemäß einigen Ausführungsformen auf einer Einführanordnung montiert ist. Wie in 3A und 3B gezeigt, kann eine chirurgische Umgebung 300 einen Patienten P umfassen, der auf der Plattform 302 positioniert ist. Der Instrumentenwagen 306 kann an einer Einführungsstufe 308 montiert sein, die in der chirurgischen Umgebung 300 befestigt ist. Alternativ kann die Einführungsstufe 308 beweglich sein, jedoch einen bekannten Ort (z. B. über einen Verfolgungssensor oder eine andere Verfolgungsvorrichtung) innerhalb der chirurgischen Umgebung 300 aufweisen. Der Instrumentenwagen 306 kann eine Komponente einer Manipulatoranordnung (z. B. der Manipulatoranordnung 102) sein, die mit dem Punktsammelinstrument 304 gekoppelt ist, um die Einführbewegung (d. h. die Bewegung entlang der A-Achse) und gegpegelnfalls die Bewegung eines distalen Abschnitts 318 einer länglichen Vorrichtung 310 in mehreren Richtungen, einschließlich Gieren, Neigen und Rollen, zu steuern. Der Instrumentenwagen 306 oder die Einführungsstufe 308 können Aktuatoren wie Servomotoren (nicht gezeigt) umfassen, die die Bewegung des Instrumentenwagens 306 entlang der Einführungsstufe 308 steuern. Die längliche Vorrichtung 310 ist mit einem Instrumentenkörper 312 gekoppelt. Der Instrumentenkörper 312 ist relativ zum Instrumentenwagen 306 gekoppelt und fixiert. Eine Positionsmessvorrichtung 320 liefert Informationen über die Position des Instrumentenkörpers 312, wenn er sich auf der Einführungsstufe 308 entlang einer Einführachse A bewegt. Die Positionsmessvorrichtung 320 kann Resolver, Codierer, Potentiometer und/oder andere Sensoren umfassen, die die Drehung und/oder Ausrichtung der Aktuatoren bestimmen, die die Bewegung des Instrumentenwagens 306 und folglich die Bewegung des Instrumentenkörpers 312 steuern. In einigen Ausführungsformen ist die Einführungsstufe 308 linear. In einigen Ausführungsformen kann die Einführungsstufe 308 gekrümmt sein oder eine Kombination aus gekrümmten und linearen Abschnitten aufweisen.
Die längliche Vorrichtung 310 kann auch einen oder mehrere Sensoren umfassen (z. B. Komponenten des Sensorsystems 108). In einigen Beispielen kann ein Gelenksensor 314, wie beispielsweise ein faseroptischer Formsensor, am Instrumentenkörper 312 befestigt sein. Der Artikulationssensor 314 kann eine Form vom proximalen Ende zu einer anderen Stelle messen, beispielsweise zu einem distalen Abschnitt der länglichen Vorrichtung 310. Der Artikulationssensor 314 kann mit der flexiblen länglichen Vorrichtung 310 ausgerichtet sein (z. B. innerhalb eines inneren Kanals (nicht gezeigt) vorgesehen oder extern montiert).
3A zeigt den Instrumentenkörper 312 und den Instrumentenwagen 306 in einer zurückgezogenen Position entlang der Einführungsstufe 308. Mit dieser zurückgezogenen Position des Instrumentenkörpers 312 und des Instrumentenwagens 306 kann der distale Abschnitt 318 der länglichen Vorrichtung 310 direkt innerhalb einer Eintrittsöffnung des Patienten P positioniert sein. In 3B sind der Instrumentenkörper 312 und der Instrumentenwagen 306 entlang der linearen Spur der Einführungsstufe 308 vorgerückt, und der distale Abschnitt 318 der länglichen Vorrichtung 310 ist in den Patienten P vorgerückt.
Die Steuerung einer flexiblen länglichen Vorrichtung (z. B. einer länglichen Vorrichtung 202 mit einem flexiblen Körper 216, einer länglichen Vorrichtung 310 und/oder einem flexiblen Katheter) kann die gleichzeitige Steuerung mehrerer Freiheitsgrade umfassen. Um das Einführen und/oder Zurückziehen der länglichen Vorrichtung und entsprechend eine Einführungstiefe des distalen Abschnitts der länglichen Vorrichtung, wie des distalen Abschnitts 218 und/oder 318, zu steuern, werden in einigen Beispielen ein oder mehrere Aktuatoren, wie der eine oder die mehreren Aktuatoren, die die Position des Instrumentenwagens 306 entlang der Einführungsstufe 308 steuern, verwendet. Befehle an den einen oder die mehreren Aktuatoren können vom Bediener O unter Verwendung einer Eingabesteuerung mit einem einzigen Freiheitsgrad empfangen werden, wie z. B. einem Hebel, einem Joystick und/oder dergleichen. In einigen Beispielen kann zur Steuerung der Lenkung des distalen Abschnitts die Lenkeinheit für den distalen Abschnitt, wie beispielsweise die Antriebseinheit 204, sowohl mit Neigungs- als auch mit Gieranweisungen versehen sein. Die Neigungs- und Gieranweisungen können vom Bediener O unter Verwendung einer Eingabesteuerung mit zwei Freiheitsgraden, z. B. eines Joysticks, empfangen werden. Da die Steuerung der länglichen Vorrichtung das gleichzeitige Bereitstellen von Anweisungen zum Einführen und/oder Zurückziehen zusammen mit Lenkanweisungen umfassen kann, können die Eingabesteuerungen zum Einführen und/oder Zurückziehen und Lenken voneinander getrennt sein.
Für bestimmte Verfahren kann die Verwendung von Hebeln und/oder Joysticks als Eingabesteuerung für die länglichen Vorrichtungen von 2A, 3A und/oder 3B weniger als ideal sein. Dies liegt daran, dass Hebel und Joysticks Eingabesteuerungen mit einer begrenzten Bewegungslänge sind, die im Verhältnis zur Länge des Einführwegs und/oder zum Lenkbereich, der für den Zugriff auf bestimmte Anatomien erforderlich ist, unverhältnismäßig kurz sein können. Daher kann die Verwendung der Hebel und/oder Joysticks als Positionseingabevorrichtungen, die eine begrenzte Einführungstiefe, Neigungseinstellung und/oder Giereinstellung bieten, unzureichend sein. Eingabesteuerungen mit endlicher Bewegungslänge können als Geschwindigkeitseingabevorrichtungen verwendet werden, bei denen die Bewegung einer der Eingabesteuerungen drei Geschwindigkeitseinstellungen (Rückwärts, Leerlauf und Vorwärts) für Eingabesteuerungen vom Schaltertyp oder variable Geschwindigkeitseinstellungen für Eingabesteuerungen vom proportionalen Typ angibt. Eine geschwindigkeitsbasierte Steuerung der Einführungstiefe, der Neigungseinstellung und/oder der Giereinstellung kann jedoch für eine hochpräzise Manipulation der länglichen Vorrichtung unbefriedigend sein, weil die Steuerung der Geschwindigkeit des distalen Endes möglicherweise nicht intuitiv dem Wunsch entspricht, kleine hochpräzise Änderungen der Einführungstiefe, der Neigungseinstellung und/oder der Giereinstellung vorzunehmen, die für teleoperierte minimalinvasive medizinische Verfahren erforderlich sein können.
Alternativ können Eingabesteuerungen mit unendlicher Bewegungslänge als Eingabesteuerungen für die längliche Vorrichtung verwendet werden, wenn auf bestimmte Anatomien zugegriffen wird. Eingabesteuerungen mit unendlicher Bewegungslänge können Eingabesteuerungen entsprechen, die eine fortgesetzte Bewegung der Eingabesteuerungen in eine bestimmte Richtung ermöglichen, in der kein Stopp, wie z. B. ein mechanischer Stopp, die weitere Bewegung einschränkt. Ein Beispiel für eine Eingabesteuerung mit einem einzelnen Freiheitsgrad und unendlicher Bewegungslänge ist ein rollbares Scrollrad, das endlos in beide Richtungen gedreht werden kann. Ein Beispiel für eine Eingabesteuerung mit mehreren Freiheitsgraden und unendlicher Bewegungslänge ist ein Trackball, der endlos um eine beliebige Anzahl von Achsen gedreht werden kann, die in der Praxis in Kombinationen aus Links- und Rechtsdrehung, Vorwärts- und Rückwärtsdrehung und Drehung an Ort und Stelle zerlegt werden können. Andere Beispiele für Eingabesteuerungen, die eine scheinbar unendliche Bewegungslänge unterstützen, sind Eingabesteuerungen, die Richtungswischbewegungen ohne Bewegung der Eingabesteuerung unterstützen. Beispiele für Steuerelemente zur Eingabe von Richtungswischbewegungen sind Touchpads, Touchscreens und/oder dergleichen.
4A und 4B sind vereinfachte perspektivische Diagramme einer Eingabesteuerkonsole 400 gemäß einigen Ausführungsformen. 4A zeigt eine Draufsicht auf die Eingabesteuerkonsole 400, und 4B zeigt eine Unteransicht der Eingabesteuerkonsole 400. Eine obere Oberfläche 405 der Eingabesteuerkonsole 400 kann verschiedene Eingabesteuerungen umfassen, einschließlich einer Kamerareinigungstaste 430, einer Einführungs-/Rückzugssteuerung 440, einer passiven Steuertaste 450 und einer Lenksteuerung 460. Obwohl 4A und 4B Konfigurationen der verschiedenen Eingabesteuerungen für eine längliche Vorrichtung zeigen, versteht es sich, dass die Eingabesteuerkonsole 400 eine Vielzahl von Instrumenten und Vorrichtungen steuern kann und die genaue Platzierung, Ausrichtung, relative Positionierung und/oder dergleichen der verschiedenen Eingabesteuerungen nur zur Veranschaulichung dienen. Es versteht sich, dass andere Konfigurationen von Eingabesteuerungen, unterschiedliche Anzahlen von Eingabesteuerungen und/oder dergleichen möglich sind. In einigen Ausführungsformen kann die Eingabesteuerkonsole 400 als patientenseitige Eingabesteuereinheit für die längliche Vorrichtung verwendet werden und kann beispielsweise in der Nähe der Einführungsstufe 308 montiert sein.
Obwohl in 4A und 4B nicht gezeigt, kann die Eingabesteuerkonsole 400 optional eine oder mehrere Leiterplatten, Logikplatinen und/oder dergleichen umfassen, die verwendet werden können, um Strom, Signalkonditionierung, Schnittstellen und/oder andere Schaltungen für die Eingabesteuerkonsole 400 bereitzustellen. In einigen Beispielen können die eine oder mehreren Leiterplatten, Logikplatinen und/oder dergleichen verwendet werden, um eine Schnittstelle mit der Eingabesteuerkonsole 400 und ihren verschiedenen Eingabesteuerungen zu einer Steuereinheit für die längliche Vorrichtung herzustellen. In einigen Beispielen entspricht die Steuereinheit der länglichen Vorrichtung der Steuervorrichtung der Hauptanordnung 106, des Steuersystems 112 und/oder dergleichen. In einigen Beispielen können die eine oder mehreren Leiterplatten, Logikplatinen und/oder dergleichen Speicher und einen oder mehrere Prozessoren (z. B. Mehrkernprozessoren, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs)) und/oder dergleichen umfassen. In einigen Beispielen kann der Speicher einen oder mehrere Arten von maschinenlesbaren Medien umfassen. Einige gängige Formen von maschinenlesbaren Medien können Disketten, flexible Datenträger, Festplatten, Magnetbänder, andere magnetische Medien, CD-ROMs, andere optische Medien, RAMs, PROMs, EPROMs, FLASH-EPROMs und andere Speicherchips oder Kassetten und/oder jedes andere Medium, von dem ein Prozessor oder Computer lesen kann, umfassen.
In einigen Beispielen kann die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 ein einzelner Freiheitsgrad und eine unendliche Eingabesteuerung der Bewegungslänge sein, die eine unendliche Bewegungslänge entlang einer ersten Achse bereitstellt. Die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 kann vom Bediener zur Steuerung der Einführungstiefe des distalen Teils der länglichen Vorrichtung verwendet werden. Die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 ist als Scrollrad dargestellt, es sind jedoch auch andere Arten von Eingabesteuerungen möglich, einschließlich nicht unendlicher Eingabesteuerungen der Bewegungslänge. In einigen Beispielen kann das Scrollen des Scrollrades vom Bediener weg nach vorne die Einführungstiefe (z. B. das Einführen) des distalen Teils der länglichen Vorrichtung erhöhen, und das Scrollen des Scrollrades nach hinten zum Bediener kann die Einführungstiefe (z. B. Zurückziehen) des distalen Teils der länglichen Vorrichtung verringern. In einigen Beispielen kann der Bediener die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 verwenden, um den Instrumentenwagen 306 entlang der Einführungsstufe 308 hinein und heraus zu bewegen, um die Einführungstiefe des distalen Abschnitts 318 zu steuern.
Wenn die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 eine unendliche Eingabesteuerung der Bewegungslänge ist, kann das Betreiben der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 in einem positionsspezifizierenden Modus es dem Bediener ermöglichen, eine präzise Einführungstiefensteuerung des distalen Teils der länglichen Vorrichtung über die gesamte Bewegungslänge der länglichen Vorrichtung auszuüben. In einigen Beispielen kann die Bewegung der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 von der einen oder den mehreren Leiterplatten, Logikplatinen und/oder dergleichen der Eingabesteuerkonsole 400 unter Verwendung eines oder mehrerer Bewegungssensoren wie Codierer, Resolver, optischer Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und/oder dergleichen (nicht gezeigt) erfasst werden. In einigen Beispielen kann eine Rückmeldung, die über einen oder mehrere elektromagnetische Aktuatoren und/oder dergleichen angelegt wird, optional verwendet werden, um eine haptische Rückmeldung auf die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 anzuwenden. In einigen Beispielen kann ein Bediener einen Skalierungsfaktor zwischen einem Bewegungsbetrag der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und einem Betrag der Einführungs- und/oder Rückzugsbewegung durch die längliche Vorrichtung einstellen oder anpassen. In einigen Implementierungen kann die Einstellung des Skalierungsfaktors durch die Steuerungssoftware der länglichen Vorrichtung vorgenommen werden. Diese Einstellbarkeit kann einer Einführungs-/Rückzugsgeschwindigkeit der länglichen Vorrichtung ermöglichen, entweder schnell ein- und auszufahren, wenn dies gewünscht wird, und langsamer, präziser ein- und auszufahren, wenn eine größere Steuergenauigkeit gewünscht wird. In einigen Ausführungsformen kann die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 optional berührungsempfindlich sein (z. B. über eine kapazitive Berührungserfassung) und/oder eine Druckempfindlichkeit aufweisen, so dass die Eingabesteuerkonsole 400 in der Lage ist, zwischen der beabsichtigten Bewegung der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 durch den Bediener und einer unbeabsichtigten Bewegung aufgrund eines versehentlichen Kontakts, Herunterfallens der Eingabesteuerkonsole 400 und/oder dergleichen zu unterscheiden.
In einigen Beispielen kann die Lenksteuerung 460 eine Eingabesteuerung mit unendlicher Bewegungslänge mit mehreren Freiheitsgraden sein, die eine unendliche Bewegungslänge um eine beliebige Anzahl von Achsen bereitstellt, die in der Praxis in Kombinationen einer Links- und Rechtsdrehung, einer Vorwärts- und Rückwärtsdrehung und einer Drehung an Ort und Stelle zerlegt werden kann. Die Lenksteuerung 460 ist als Trackball dargestellt, es sind jedoch auch andere Arten von Eingabesteuerungen möglich, einschließlich nicht unendlicher Eingabesteuerungen der Bewegungslänge. Die Lenksteuerung 460 kann vom Bediener verwendet werden, um gleichzeitig die Steigung und das Gieren des distalen Endes der länglichen Vorrichtung zu steuern. In einigen Beispielen können Komponenten der Trackball-Rotation in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verwendet werden, um eine Steigung des distalen Endes der länglichen Vorrichtung zu steuern, und Komponenten der Trackball-Rotation in der linken und rechten Richtung können verwendet werden, um ein Gieren des distalen Endes der länglichen Vorrichtung zu steuern. In einigen Beispielen können andere Rotationskomponenten des Trackballs verwendet werden, um die Neigung und/oder das Gieren zu steuern, wobei der Bediener optional steuern kann, ob die Drehrichtung normal und/oder in Bezug auf die auf die Lenkung angewendete Richtung umgekehrt ist (z. B. vorwärts drehen, um sich abwärts zu neigen, und rückwärts drehen, um sich aufwärts zu neigen, und rückwärts, um sich abwärts zu neigen, und vorwärts, um sich aufwärts zu neigen). In einigen Beispielen kann die Lenksteuerung 460 vom Bediener verwendet werden, um die Abstände zu manipulieren, die jedes der Kabel, die sich zwischen dem proximalen und dem distalen Teil der länglichen Vorrichtung erstrecken, gedrückt und/oder gezogen wird.
Wenn die Lenksteuerung 460 eine unendliche Eingabesteuerung der Bewegungslänge ist, kann die Bedienung der Lenksteuerung 460 in einem positionsspezifizierenden Modus es dem Bediener ermöglichen, das distale Ende der länglichen Vorrichtung sowohl in Neigungs- als auch in Gierrichtung gleichzeitig präzise zu lenken, um eine präzise Kontrolle über eine Ausrichtung des distalen Endes zu erreichen. In einigen Beispielen kann die Bewegung der Lenksteuerung 460 von einer oder mehreren Leiterplatten, Logikplatinen und/oder dergleichen der Eingabesteuerkonsole 400 unter Verwendung eines oder mehrerer Bewegungssensoren wie Codierer, Resolver, optischer Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und/oder dergleichen (nicht gezeigt) erfasst werden. In einigen Beispielen kann eine Rückmeldung, die an einen oder mehrere elektromagnetische Aktuatoren und/oder dergleichen angelegt wird, optional verwendet werden, um eine haptische Rückmeldung auf die Lenksteuerung 460 anzuwenden. In einigen Beispielen kann der Bediener und/oder die Steuersoftware der länglichen Vorrichtung einen Skalierungsfaktor zwischen einem Betrag der Bewegung der Lenksteuerung 460 und einem Betrag der Neigung und/oder des Gierens, der dem distalen Ende der länglichen Vorrichtung verliehen wird, einstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Lenksteuerung 460 optional berührungsempfindlich sein (z. B. über kapazitive Berührungserfassung) und/oder eine Druckempfindlichkeit aufweisen, so dass die Eingabesteuerkonsole 400 in der Lage ist, zwischen der beabsichtigten Bewegung der Lenksteuerung 460 durch den Bediener und einer unbeabsichtigten Bewegung aufgrund eines versehentlichen Kontakts, eines Herunterfallens der Eingabesteuerkonsole 400 und/oder dergleichen zu unterscheiden.
In einigen Ausführungsformen kann die Eingabesteuerkonsole 400 optional einen Sperrbetriebsmodus unterstützen. Wenn die Eingabesteuerkonsole 400 im Sperrbetriebsmodus den Verlust des affirmativen Kontakts durch den Bediener mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460 bestimmt (z. B. über die kapazitiven berührungs- oder druckempfindlichen Merkmale der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460), kann eine Festigkeit der länglichen Vorrichtung zunehmen und/oder das Einführen und/oder Zurückziehen verhindert werden. Im Verriegelungsmodus kann eine Position und/oder Ausrichtung des distalen Endes der länglichen Vorrichtung an der Position und/oder Ausrichtung beibehalten werden, die erfasst wurde, bevor ein Verlust des affirmativen Kontakts bestimmt wurde.
Die Eingabesteuerkonsole 400 wird als repräsentatives Beispiel möglicher Eingabesteuerkonsolen für eine computergestützte medizinische Vorrichtung bereitgestellt, wie beispielsweise die längliche Vorrichtung von 1 bis 3B. Weitere Variationen und/oder Konfigurationen von Eingabesteuerkonsolen sind in der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US2017/039808, eingereicht am 28. Juni 2017 mit dem Titel „Systems and Methods of Steerable Elongate Device“ und der am 30. Juli 2018 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 16/049,640 mit dem Titel „Systems and Methods for Steerable Elongate Device“ und veröffentlicht als US 2019/0029770 zu finden, die beide in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
4C ist ein vereinfachtes perspektivisches Diagramm der Eingabesteuerkonsole 400, beispielsweise in einem Reinigungszustand, wobei einige der entfernbaren Eingabesteuerungen gemäß einigen Ausführungsformen entfernt sind. Im Gegensatz dazu zeigt 4A die Eingabesteuerkonsole 400 in einem Betriebszustand. Die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und die Lenksteuerung 460 können entfernbar in den Aussparungen 485 bzw. 490 angeordnet sein, wie in 4C gezeigt. Das Entfernen kann die Reinigung und Sterilisation der Eingabesteuerungen sowie der Aussparungen 485 und 490 weiter vereinfachen.
In einigen Ausführungsformen kann die vollständige Eingabesteuerkonsole 400 eine versiegelte Einheit sein. In einigen Ausführungsformen kann die Eingabesteuerkonsole 400 eine flüssigkeitsbeständige Einheit sein, bei der Komponenten, Aussparungen oder Spalten ganz oder teilweise gegen Flüssigkeitsleckage abgedichtet sein können. Dementsprechend kann die Eingabesteuerkonsole 400 vor verschütteten Flüssigkeiten geschützt sein und kann zur Reinigung und Sterilisation besprüht und leicht abgewischt werden. In einigen Ausführungsformen können die Aussparungen 485 und 490 mit der oberen Oberfläche 405 der Eingabesteuerkonsole 400 abgedichtet sein, um eine durchgehende, ungebrochene Oberfläche zu bilden. Die passive Steuertaste 450 und/oder die Kamerareinigungstaste 430 können unter Verwendung herkömmlicher Dichtungen wie einer Silikondichtung abgedichtet werden. In einigen Ausführungsformen können die passive Steuertaste 450 und/oder die Kamerareinigungstaste 430 aus einem Touchpad oder einer leitenden Taste gebildet sein, um mit und einem Teil der oberen Oberfläche 405 bündig zu sein. Dies kann die Reinigung der oberen Oberfläche 405 der Eingabesteuerkonsole 400 weiter vereinfachen.
Die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 kann Teil einer entfernbaren Steueranordnung 492 sein, die die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 als Scrollrad, eine Aussparungshalterung 494 und eine integrierte Achse 496 umfasst. Die Aussparungshalterung 494 kann so bemessen sein, dass sie entlang der Kante der Aussparung 485 passt und die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 für den Betrieb in Position hält. Die Aussparungshalterung 494 kann auch die Achse 496 tragen, um die sich die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 dreht. Die Steueranordnung 492 kann in die entsprechende Aussparung 485 passen und kann zur Reinigung oder zum Austausch entfernt werden.
Ein Ring oder eine Lippe 498 kann sich um eine Kante der Aussparung 490 erstrecken. Dieser bzw. diese kann an der Oberfläche 405 versiegelt sein und/oder einen Teil davon bilden oder kann entfernbar an der Oberfläche 405 angebracht sein. Die abnehmbare Lenksteuerung 460 kann durch den Ring oder die Lippe 498 und in die Aussparung 490 passen. In einigen Ausführungsformen können die Hälfte oder mehr der Lenksteuerung 460 über die obere Oberfläche 405 hinausragen. Obwohl der Ring oder die Lippe 498 und die Aussparungshalterung 494 in 4C so gezeigt sind, dass sie über die obere Oberfläche 405 hinausragen, können in einigen Ausführungsformen der Ring oder die Lippe 498 und die Aussparungshalterung 494 bündig mit der oberen Oberfläche 405 sein. In noch anderen Ausführungsformen können der Ring oder die Lippe 498 und die Aussparungshalterung 494 unter der oberen Oberfläche 405 versenkt sein. In der Aussparung 490 kann die Lenksteuerung 460 auf einem oder mehreren Lagern und/oder erhöhten Vorsprüngen zum Aufhängen der Lenksteuerung 460 schweben, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird. Das Lager oder die angehobenen Vorsprünge können Rollenlager, Punktkontaktlager oder andere Lager oder Vorsprünge sein, die die Lenksteuerung 460 durch Rollen oder Nicht-Rollen von Vorsprungskontakten unterstützen, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Eine Magnetbefestigung (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um das Entfernen der Lenksteuerung 460 aus der Aussparung 490 zu vereinfachen. Die Magnetbefestigung kann Magnete umfassen, die stark genug sind, um das Gewicht der Lenksteuerung 460 und andere Kräfte, die die Lenksteuerung 460 in der Aussparung 490 halten, zu überwinden. Die Magnethalterung kann verwendet werden, um die Lenksteuerung 460 aus der Aussparung zu heben.
In einigen Implementierungen kann jede Aussparung 485 und 490 einen undurchsichtigen Becher umfassen oder daraus gebildet sein. Der undurchsichtige Becher kann versiegelt sein und einen oder mehrere transparente Bereiche oder Fenster umfassen. Einige Ausführungsformen umfassen eine vollständig transparente Tasse. Die transparenten Bereiche oder Fenster oder der vollständig transparente Becher können einem oder mehreren Bewegungssensoren zugeordnet sein, wie beispielsweise Codierern, optischen Sensoren, magnetischen Hall-Effekt-Sensoren oder anderen Arten von Sensoren zum Erfassen und Verfolgen der Bewegung der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460, wie hierin beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann der Ring oder die Lippe 498 die Oberkante des undurchsichtigen oder transparenten Bechers sein und kann bündig mit der oberen Oberfläche 405 sein. In einigen Ausführungsformen können Retentionsmagnete innerhalb oder neben den Aussparungen 485 und 490 angeordnet sein, um das Halten der Lenksteuerung 460 und/oder der entfernbaren Steueranordnung 492 darin zu unterstützen. In einigen Beispielen können die Aussparungen 485 und 490 einem oder mehreren Kontaktsensoren zugeordnet sein, um einen affirmativen Kontakt des Bedieners mit der Lenksteuerung 460 und/oder der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 zu erfassen. Einige Beispiele der Eingabesteuerkonsole 400 umfassen einen oder mehrere elektromagnetische Aktuatoren und/oder dergleichen, um eine haptische Rückmeldung auf die Lenksteuerung anzuwenden.
5 ist eine vereinfachte vordere Teilschnittansicht der Eingabesteuerkonsole 400 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 5 gezeigt, ist der Ausschnitt eines Konsolenkörpers 410 nahe einer Mittellinie der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440, die als Scrollrad dargestellt ist, der passiven Steuertaste 450 und der Lenksteuerung 460, die als Trackball dargestellt ist, gezeigt, obwohl unterschiedliche Ausrichtungen der Steuerelemente, unterschiedliche Stile der Steuerelemente und/oder unterschiedliche Platzierungen der Steuerelemente möglich sind, wie dies im Stand der Technik zu verstehen wäre.
Der Konsolenkörper 410 umfasst die Aussparung 485, die ein oder mehrere transparente Fenster 502 umfassen kann, die einem oder mehreren Bewegungssensoren 504, wie Encodern, Resolvern, optischen Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und/oder dergleichen zum Erfassen und Verfolgen der Bewegung einer Einführungs-/Rückzugssteuerung, wie beispielsweise einer Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 zugeordnet sind. Obwohl das Fenster 502 am unteren Rand der Aussparung 485 angezeigt wird, kann es optional an anderen Stellen innerhalb der Aussparung 485 angeordnet sein, um die Einführungs-/Rückzugssteuerung zu überwachen. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren Bewegungssensoren nicht optisch sein (z. B. ein magnetischer Hall-Effekt-Sensor) und das Fenster 502 kann optional sein. Beispielsweise kann der Bewegungssensor 504 direkt auf der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 angeordnet sein. In einigen Implementierungen kann der Bewegungssensor 504 auf der Achse 496 angeordnet sein oder auf andere Weise um die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 angeordnet sein.
In einigen Beispielen kann die Aussparung 485 ausreichend tief sein, so dass sich weniger als die Hälfte der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 über eine obere Oberfläche des Konsolenkörpers 410 erstreckt. Die Aussparung 485 kann versiegelt werden, um die Reinigung und/oder Sterilisation der Eingabesteuerkonsole 400 zu unterstützen. Die Aussparung 485 kann zusätzlich einem oder mehreren Kontaktsensoren (nicht gezeigt) zugeordnet sein, um einen affirmativen Kontakt des Bedieners mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung zu erfassen. Der eine oder die mehreren Kontaktsensoren können einen oder mehrere kapazitive Berührungs-, Druck- und/oder ähnliche Sensoren umfassen. Ein oder mehrere elektromagnetische Aktuatoren und/oder dergleichen (nicht gezeigt) können optional verwendet werden, um eine haptische Rückmeldung auf die Einführungs-/Rückzugssteuerung anzuwenden.
Die Eingabesteuerkonsole 400 kann die passive Steuertaste 450 umfassen. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist die passive Steuertaste 450 über dem Konsolenkörper 410 hervorstehend gezeigt, es ist jedoch auch eine bündig montierte oder versenkte Taste oder eine andere Steuerung möglich.
Der Konsolenkörper 410 kann die zweite Aussparung 490 umfassen. Die Aussparung 490 kann ein oder mehrere transparente Fenster 510 umfassen, die einem oder mehreren Bewegungssensoren 512, wie beispielsweise Codierern, Resolvern, optischen Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und/oder dergleichen zum Erfassen und Verfolgen der Bewegung einer Lenksteuerung, wie z. B. der Lenksteuerung 460, zugeordnet sind. Obwohl das Fenster 510 am unteren Rand der Aussparung 490 gezeigt ist, kann es optional an anderen Stellen innerhalb der Aussparung 490 angeordnet sein, um die Lenksteuerung zu überwachen. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren Bewegungssensoren 512 nicht optisch sein (z. B. ein magnetischer Hall-Effekt-Sensor) und das Fenster 510 kann optional sein. Beispielsweise kann der Bewegungssensor 512 direkt an der Lenksteuerung 460 angeordnet sein. In einigen Implementierungen kann der Bewegungssensor 512 auf der Innenfläche der zweiten Aussparung 490 oder anderswo um die Lenksteuerung 460 angeordnet sein. In Implementierungen, in denen der Bewegungssensor 512 ein Codierer ist, kann der Codierer auf dem Formteil angeordnet sein, das den Ring oder die Lippe 498 bildet.
Die Aussparung 490 kann ausreichend tief sein, so dass sich in dem gezeigten Beispiel weniger als die Hälfte der Lenksteuerung 460 über eine obere Oberfläche des Konsolenkörpers 410 erstreckt. In einigen Beispielen kann die Aussparung 490 Retentionsmagnete (nicht gezeigt) umfassen, so dass eine entsprechende Lenksteuerung, wie die Lenksteuerung 460, magnetisches oder ferromagnetisches Material umfassen kann, das dabei hilft, die Lenksteuerung innerhalb der Aussparung 490 zu halten. Die Aussparung 490 kann versiegelt werden, um die Reinigung und/oder Sterilisation der Eingabesteuerkonsole 400 zu unterstützen. Die Aussparung 490 kann zusätzlich einem oder mehreren Kontaktsensoren (nicht gezeigt) zugeordnet sein, um einen affirmativen Kontakt des Bedieners mit der Lenksteuerung zu erfassen. Der eine oder die mehreren Kontaktsensoren können einen oder mehrere kapazitive Berührungs-, Druck- und/oder ähnliche Sensoren umfassen. Ein oder mehrere elektromagnetische Aktuatoren und/oder dergleichen (nicht gezeigt) können optional verwendet werden, um eine haptische Rückmeldung auf die Lenksteuerung anzuwenden.
5 zeigt ferner ein integriertes Formteil 540 zum Aufnehmen der Lenksteuerung 460, die in die Aussparung 490 oben in der Eingabesteuerkonsole 400 einführbar ist. Das Formteil 540 kann dafür konfiguriert sein, die beweglichen Teile der Lenksteuerung 460 aufzunehmen. Abhängig von der Ausführungsform kann der bewegliche Teil der Lenksteuerung optional einen oder mehrere Haltemechanismen umfassen, um ihn im Formteil 540 angeordnet zu halten. Beispielsweise kann der rollbare Trackballabschnitt der Lenksteuerung 460 magnetisch in dem Formteil 540 und der Aussparung 490 gehalten werden. Die beweglichen Teile der Lenksteuerung 460 können optional auch unter Verwendung anderer Mechanismen gehalten werden. Das Formteil 540 kann einen oder mehrere Schlitze oder Öffnungen 542 umfassen, die mit dem einen oder den mehreren Fenstern 510 in der Aussparung 490 ausgerichtet sind. Wie das eine oder die mehreren Fenster 510 können sich die eine oder die mehreren Öffnungen 542 an anderen Positionen als dem Boden des Formteils 540 befinden.
Das Formteil 540 kann ferner den Ring oder die Lippe 498 umfassen, die sich über die Kanten der Aussparung 490 hinaus erstreckt. Ein oder mehrere Rückhaltemagnete 544 können in Abständen entlang des Formteils 540 angeordnet sein, um das Positionieren und Ausrichten des Formteils 540 relativ zur Aussparung 490 zu unterstützen. Der eine oder die mehreren Rückhaltemagnete 544 können von einem oder mehreren entsprechenden Magneten auf der Oberseite des Konsolenkörpers 410 um die Kanten der Aussparung 490 angezogen werden.
Das Formteil 540 kann ferner ein oder mehrere Lager und/oder erhabene Vorsprünge 546 umfassen, um die Trackball-Lenksteuerung 460 über dem Formteil 540 aufzuhängen und eine weniger eingeschränkte Drehbewegung der Trackball-Lenksteuerung 460 relativ zum Formteil 540 zu ermöglichen.
Wie in 5 zu sehen ist, kann die Lenksteuerung 460 einen freiliegenden Abschnitt umfassen, der sich über die Oberfläche 405 der Eingabesteuerkonsole 400 erstreckt. Dieser freiliegende Teil kann im Allgemeinen eine maximale Drehdistanz definieren, die die Lenksteuerung zurücklegen darf, bevor ein Benutzer seine Hände neu positionieren muss, um die Vorrichtung weiter zu steuern. Diese maximale Distanz ist mit DS1 bezeichnet und repräsentiert die freiliegende Oberflächendistanz der Trackball-Lenksteuerung 460. 6 ist ein vereinfachter Querschnitt der Eingabesteuerkonsole 400 entlang der Linien 6-6 in 5 durch die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440. Die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 kann einen freiliegenden Abschnitt umfassen, der sich über die Oberseite 405 der Eingabesteuerkonsole 400 erstreckt. Dieser freiliegende Abschnitt kann im Allgemeinen die maximale Drehdistanz definieren, um die sich die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 drehen darf, bevor ein Benutzer seine Hände neu positionieren soll, um die längliche Vorrichtung weiter vor- oder zurückzuziehen. Diese maximale Distanz ist mit DS2 bezeichnet und repräsentiert die freiliegende Oberflächendistanz der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440. Die Relevanz der maximalen Abstände DS1 und DS2 wird weiter unten erläutert.
7 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Steuersystems 600 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Steuersystem 600 kann dafür konfiguriert sein, zwischen einer beabsichtigten Eingabe und einer unbeabsichtigten Eingabe an einer Eingabevorrichtung zu unterscheiden, wie beispielsweise einer Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460 zum Steuern eines medizinischen Instruments (z. B. der länglichen Vorrichtung 202). Einige Beispiele für unbeabsichtigte Eingaben an einer Eingabevorrichtung können ein versehentliches Bewegen der Eingabevorrichtung aufgrund eines versehentlichen Kontakts, ein Anstoßen der Eingabevorrichtung mit einem Werkzeug, einer Hülse oder einem Teil des Körpers des Bedieners, ein Kippen des Steuervorrichtung 610 oder eine andere unbeabsichtigte Bewegung der Eingabevorrichtung umfassen. Die Eingabevorrichtung kann Bedienererfassungssensoren wie Kapazitätsensoren umfassen. Über die Eingabesteuerung können verschüttete Flüssigkeiten oder andere Materialien die kapazitive Empfindlichkeit eines menschlichen Bedieners nachahmen und falsche Eingabesignale von der Eingabevorrichtung senden.
Das hier beschriebene Steuersystem 600 kann auf eine Weise arbeiten, in der überprüft wird, ob eine Eingabe an der Eingabevorrichtung beabsichtigt war und von einem Bediener gewünscht wurde. Dies kann geschehen, indem erfasst wird, wann Eingaben an einer Eingabevorrichtung möglicherweise unbeabsichtigt waren. Dementsprechend kann das Steuersystem 600 dafür ausgelegt sein, die Wahrscheinlichkeit eines versehentlichen Kontakts zu verringern, der zur Bewegung einer medizinischen Vorrichtung führt, die in einen Patienten eingeführt ist und/oder einen Patienten behandelt. Wie in einigen Implementierungen hierin beschrieben, können einige unbeabsichtigte Eingaben dazu führen, dass ein erzeugtes Befehlssignal vollständig gestoppt wird. Andere unbeabsichtigte Eingaben können zur Erzeugung eines Befehlssignals führen, um das medizinische Werkzeug zu bewegen. Sie können jedoch auf einer niedrigen Geschwindigkeit gehalten werden, um dem Bediener Zeit zu geben, die medizinische Vorrichtung anzuhalten oder umzuleiten, um das Risiko zu verringern, dass ein Patient ein unerwünschtes Trauma erleidet.
Einige hier beschriebene Implementierungen können ein Multi- (z. B. Dual-) Erfassungssystem verwenden, um genauer vorherzusagen, wann eine Eingabe an der Eingabevorrichtung beabsichtigt ist und durchgeführt werden sollte (oder unbeabsichtigt ist und ignoriert werden sollte). Zu diesem Zweck kann das Steuersystem 600 die Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung erfassen und eine von der Eingabevorrichtung zurückgelegte Strecke messen. Wenn beispielsweise die Anwesenheit eines Bedieners nicht erfasst wird oder die Eingabevorrichtung zum Zurücklegen einer unerwarteten Strecke verwendet wird, kann das Steuersystem Maßnahmen ergreifen, um unerwünschte Bewegungen der medizinischen Vorrichtung zu verringern. Die Verwendung eines Dual-Erfassungssystems zur Begründung einer Eingabe an einer Eingabevorrichtung kann die Zuverlässigkeit und Vorhersagbarkeit von Eingaben an der Eingabevorrichtung erhöhen.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 600 einem oder mehreren Teilen des Sensorsystems 108, des Anzeigesystems 110 und/oder des Steuersystems 112 von 1 entsprechen. Wie in 7 gezeigt, umfasst das Steuersystem 600 eine Steuereinheit 610. Die Steuereinheit 610 umfasst einen Prozessor 620, der mit dem Speicher 630 verbunden ist. Der Betrieb der Steuereinheit 610 kann durch den Prozessor 620 gesteuert werden. Und obwohl die Steuereinheit 610 nur mit einem Prozessor 620 gezeigt ist, versteht es sich, dass der Prozessor 620 aus einer oder mehreren Zentraleinheiten, Mehrkernprozessoren, Mikroprozessoren, Mikrocontrollern, digitalen Signalprozessoren, feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) und/oder dergleichen bestehen kann. Die Steuereinheit 610 kann optional als eigenständiges Subsystem und/oder als Leiterplatte, die einer Computervorrichtung hinzugefügt wird, oder als virtuelle Maschine implementiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 610 optional als Teil einer Bedienerarbeitsstation (nicht gezeigt) enthalten sein und/oder getrennt von, jedoch in Abstimmung mit der Bedienerarbeitsstation betrieben werden.
Der Speicher 630 kann verwendet werden, um von der Steuereinheit 610 ausgeführte Software und/oder eine oder mehrere Datenstrukturen zu speichern, die während des Betriebs der Steuereinheit 610 verwendet werden. Der Speicher 630 kann einen oder mehrere Arten von maschinenlesbaren Medien umfassen. Einige gängige Formen von maschinenlesbaren Medien können Folgendes umfassen: Diskette, flexible Diskette, Festplatte, Magnetband, jedes andere magnetische Medium, CD-ROM, jedes andere optische Medium, Lochkarten, Papierband, jedes andere physische Medium mit Lochmustern, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, jeder andere Speicherchip oder jede andere Kassette, und/oder jedes andere Medium, von dem ein Prozessor oder Computer lesen kann.
Wie gezeigt, kann der Speicher 630 eine Steueranwendung 640 umfassen, die eine autonome, halbautonome und/oder teleoperierte Steuerung einer gesteuerten Vorrichtung 650 unterstützt, die mit der Steuereinheit 610 gekoppelt ist. In einigen Beispielen kann die gesteuerte Vorrichtung 650 eine computergestützte medizinische Vorrichtung sein, wie beispielsweise die längliche Vorrichtung von 2A, 2B, 3A und 3B. Die Steueranwendung 640 kann ein oder mehrere Steuermodule zum Steuern der Antriebseinheiten und/oder Aktuatoren der gesteuerten Vorrichtung 650 umfassen, um beispielsweise eine Einführungstiefe der gesteuerten Vorrichtung 650 zu steuern, die gesteuerte Vorrichtung 650 zu steuern und ein Instrument am distalen Ende der gesteuerten Vorrichtung 650 zu betreiben und/oder dergleichen. Die Steueranwendung 640 kann auch ein oder mehrere Module und/oder Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) zum Empfangen von Positions-, Bewegungs- und/oder anderen Sensorinformationen von der gesteuerten Vorrichtung 650 umfassen. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Registrierungsmarkierungen, Passermarken und/oder dergleichen, die an der gesteuerten Vorrichtung 650 angebracht sind, unter Verwendung eines oder mehrerer Verfolgungssensoren, wie einer Abbildungsvorrichtung, eines Formsensors und/oder dergleichen, verfolgt werden.
Die Steueranwendung 640 kann ferner ein oder mehrere Module zur Schnittstelle mit einer Eingabesteuerkonsole 660 umfassen, die von einem Bediener wie dem Bediener O betrieben wird. In einigen Beispielen kann die Eingabesteuerkonsole 660 mit der Eingabesteuerkonsole 400 konsistent sein. Die Steueranwendung 640 kann Steuereingaben von einer oder mehreren Eingabesteuerungen 670 empfangen, die die Kamerareinigungstaste 430, die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440, die passive Steuertaste 450, die Lenksteuerung 460, die Not-Aus-Taste 470 und/oder dergleichen umfassen können. Die Steueranwendung 640 kann ferner ein oder mehrere Module zum Senden von Statusinformationen, Bildern, haptischem Rückmeldung und/oder dergleichen zur Eingabesteuerkonsole 660 umfassen. In einigen Beispielen können die Statusinformationen, Bilder und/oder dergleichen an die Eingabesteuerkonsole 660 zur Anzeige auf einem integrierten Anzeigebildschirm, wie beispielsweise dem Bildschirm 420, gesendet werden.
Die Steueranwendung 640 kann ferner ein oder mehrere Module zur Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren 680 der Eingabesteuerkonsole 660 umfassen. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren Sensoren 680 eine oder mehrere Möglichkeiten umfassen, um zu erfassen, ob Befehle von der einen oder den mehreren Eingabesteuerungen 670, wie Einführungs-, Rückzugs- und/oder Lenkbefehle, über eine affirmative Steuerung vom Bediener, der die eine oder mehreren Eingabesteuerungen 670 verwendet, oder durch versehentliche Bewegung der einen oder mehreren Eingabesteuerungen 670, z. B. aufgrund eines versehentlichen Kontakts, Herunterfallen der Steuereinheit 610, Umkippen der Steuereinheit 610 und/oder dergleichen, empfangen werden. Der eine oder die mehreren Sensoren 680 können unter anderem mögliche Sensoren, Bewegungssensoren 682 und Bedienerfassungssensoren 684 umfassen. Der Bewegungssensor 682 kann die Bewegungssensoren 504 und 512 in 5 umfassen, die die Bewegung der Eingabevorrichtungen überwachen, wie beispielsweise die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und die Lenksteuerung 460. In einigen Implementierungen können die Bewegungssensoren 682 beispielsweise Codierer oder andere Sensoren sein. Die Bedienerfassungssensoren 684 können kooperativ mit den Eingabevorrichtungen, wie beispielsweise der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und der Lenksteuerung 460, auf eine Weise verbunden sein, die erfasst, wenn ein Bediener anwesend ist oder eine oder mehrere der Eingabevorrichtungen mit seiner Hand affirmativ und absichtlich berührt. Die Bedienerfassungssensoren 684 können beispielsweise kapazitive Berührungssensoren mit affirmativem Kontakt oder andere Sensoren umfassen. Obwohl die Steueranwendung 640 als Softwareanwendung dargestellt ist, kann die Steueranwendung 640 unter Verwendung von Hardware, Software und/oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Die Steueranwendung 640 kann auf einen oder mehrere vertrauenswürdige Verschiebungsschwellwerte, Geschwindigkeitsbegrenzungen und/oder andere Schwellenwerte und Begrenzungen zugreifen und/oder diese umfassen, um die hier beschriebenen Steuerfunktionen auszuführen. In einigen Implementierungen sind die Schwellenwerte vorgespeicherte Schwellenwerte innerhalb der Steueranwendung 640. Beispielsweise können die Verschiebungsschwellenwerte einen Grenzwert darstellen, der sich auf eine Distanz bezieht, die die Eingabevorrichtung physisch zurücklegen kann, bevor die Steueranwendung bestimmt, ob eine Eingabe an der Eingabevorrichtung beabsichtigt oder unbeabsichtigt war. Die Verschiebungsschwellenwerte können Messungen von Zoll, Zentimetern oder einer beliebigen Einheit sein und können spezifisch für eine Eingabevorrichtung sein, wie beispielsweise die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder die Lenksteuerung 460. In einigen Implementierungen kann der Verschiebungsschwellenwert auf der freiliegenden Oberflächendistanz DS1 und DS2 basieren, der in 5 und 6 markiert und identifiziert ist. Abhängig von der Ausführungsform kann der Verschiebungsschwellenwert gleich den freiliegenden Oberflächenabständen DS1 und DS2 sein oder größer oder kleiner als die freiliegenden Oberflächenabstände sein. In einigen Implementierungen kann der vorgespeicherte Distanzschwellenwert in einem Bereich von ungefähr zwei Vollhubabständen des Scrollrades oder des Trackballs liegen. Beispielsweise kann der vorgespeicherte Distanzschwellenwert etwa der doppelten freiliegenden Oberflächendistanz DS1 oder DS2 entsprechen. In einigen Implementierungen kann der Schwellenwert für die vorgespeicherte Distanz weniger als drei vollständige Hubabstände (die freiliegenden Oberflächenabstände) der Eingabevorrichtung, wie z. B. Scrollrad oder Trackball, betragen. In einigen Implementierungen kann der vorgespeicherte Distanzschwellenwert in einem Bereich von etwa 1 bis 2,5 Vollhubabständen des Scrollrades oder des Trackballs liegen. Da die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und die Lenksteuerung 460 unterschiedliche Durchmesser haben oder in unterschiedlichen Tiefen in der Eingabesteuerkonsole angeordnet sein können, kann der vorgespeicherte Distanzschwellenwert für jeden Fall unterschiedlich sein.
In einigen Implementierungen kann die Steueranwendung mehrere Verschiebungsschwellenwerte verwenden und/oder umfassen. Während des Gebrauchs kann das Steuersystem 600 unter Verwendung eines ersten Verschiebungsschwellenwerts während eines ersten Szenarios und eines zweiten anderen Verschiebungsschwellenwerts während eines zweiten Szenarios arbeiten. In einigen Implementierungen können diese Verschiebungsschwellenwerte vom Kontext der Verwendung des medizinischen Instruments abhängen. Zum Beispiel kann der Verschiebungsschwellenwert von der Art der durchgeführten Operation, der zu behandelnden Operationsstelle, dem Vorhandensein anderer Instrumente wie einer Sichtsonde, der Position der medizinischen Vorrichtung relativ zu empfindlichem Gewebe in einem Patientenkörper und dem bestimmten Kraftwiderstand gegen die medizinische Vorrichtung als einige nicht einschränkende Beispiele abhängen.
In einigen Implementierungen einer Steueranwendung mit mehreren Verschiebungsschwellenwerten kann der zu jedem Zeitpunkt angewendete Verschiebungsschwellenwert von der Art der durchgeführten Operation und/oder der zu behandelnden Operationsstelle abhängen. Beispielsweise kann sich der Verschiebungsschwellenwert, der während eines Bypasses der Koronararterie verwendet wird, von einem Verschiebungsschwellenwert unterscheiden, die zum Entfernen der Gallenblase verwendet wird. Ein weiterer Verschiebungsschwellenwert kann für die Durchführung einer Biopsie verwendet werden. Der Verschiebungsschwellenwert für jedes Verfahren kann auf der Empfindlichkeit des Gewebes, der Größe der Operationsstelle und anderen Faktoren beruhen, die von der Art des durchgeführten Verfahrens abhängen können. Dementsprechend kann die Steueranwendung auf mehrere verschiedene Verschiebungsschwellenwerte zugreifen und/oder diese speichern, und der Verschiebungsschwellenwert kann von einem Bediener zur Verwendung während einer bestimmten Operation ausgewählt werden. In einigen Implementierungen können die verschiedenen Verschiebungsschwellenwerte unter Verwendung des integrierten Anzeigebildschirms 420 ausgewählt werden, der auswählbare Verschiebungsschwellenwerte oder auswählbare Operationstypen umfassen kann.
In einigen Implementierungen kann die Steueranwendung mehrere Schwellenwerte verwenden und/oder umfassen, die vom Vorhandensein anderer Instrumente abhängen können. Beispielsweise kann ein erster Schwellenwert verwendet werden, wenn ein Biopsiewerkzeug verwendet wird, während ein anderer zweiter Schwellenwert verwendet werden kann, wenn eine Ablation durchgeführt wird. In anderen Implementierungen können je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Sichtsonde oder eines Typs einer Sichtsonde unterschiedliche Schwellenwerte verwendet werden.
In einigen Implementierungen kann die Steueranwendung mehrere Schwellenwerte umfassen, die davon abhängen können, wo sich die medizinische Vorrichtung relativ zu empfindlichem Gewebe in einem Patientenkörper befindet. Die Spitze der medizinischen Vorrichtung kann beim Einführen in den Patienten verfolgt oder berechnet werden. Wenn die Spitze der medizinischen Vorrichtung durch weniger empfindliches Gewebe verläuft, kann der ausgewählte Schwellenwert größer sein als wenn die Spitze der medizinischen Vorrichtung durch empfindlicheres Gewebe verläuft.
In einigen Implementierungen können die Sensoren 680 einen Kraftrückmeldungsmesssensor umfassen. Basierend auf der erfassten Rückmeldung kann die Steueranwendung einen Verschiebungsschwellenwert aus mehreren Verschiebungsschwellenwerten auswählen. Wenn der Kraftrückmeldungssensor anzeigt, dass relativ höhere Kräfte erforderlich sind, um das Instrument durch einen Patienten zu bewegen, kann der ausgewählte Verschiebungsschwellenwert niedrig sein. Wenn der Kraftrückmeldungssensor jedoch anzeigt, dass relativ geringere Kräfte erforderlich sind, um das Instrument durch den Patienten zu bewegen, kann der ausgewählte Verschiebungsschwellenwert höher sein.
In einigen Implementierungen kann die Steueranwendung 640 auch ein Geschwindigkeitsprofil verwenden und/oder umfassen, das eine oder mehrere maximale Geschwindigkeitsbegrenzungen oder - begrenzungen definiert. Die Geschwindigkeitsbegrenzungen können verwendet werden, um die Geschwindigkeit einer Reaktion auf eine Eingabe an der Eingabevorrichtung zu begrenzen. Beispielsweise kann eine Begrenzung mit niedriger Geschwindigkeit verwendet werden, wenn das Steuersystem weniger sicher ist, dass eine Eingabe an der Eingabevorrichtung beabsichtigt war, und eine Obergrenze mit höherer Geschwindigkeit kann verwendet werden, wenn das Steuersystem sicherer ist, dass die Eingabe an der Eingabevorrichtung beabsichtigt war. Die Entscheidung, ob eine Begrenzung mit niedriger oder hoher Geschwindigkeit verwendet werden soll, kann vom erfassten Zustand der Eingabevorrichtung und der tatsächlichen Eingabe an der Eingabevorrichtung abhängen.
Die Steuereinheit 610 kann über eine Eingabe/Ausgabe- (E/A) Schnittstelle (nicht gezeigt), die einen oder mehrere Treiber, Signalaufbereiter, Empfänger, Ports und/oder dergleichen umfassen kann, mit der gesteuerten Vorrichtung 650 und der Eingabesteuerkonsole 660 gekoppelt sein. Die E/A-Schnittstelle kann optional ein oder mehrere Kabel, Anschlüsse, Ports und/oder Busse umfassen, und sie kann optional ein oder mehrere Netzwerke mit einer oder mehreren Netzwerk-Switch- und/oder Routingvorrichtungen umfassen. In einigen Beispielen kann die E/A-Schnittstelle optional drahtlose Schnittstellen umfassen.
Wie oben angegeben, kann der Betrieb der gesteuerten Vorrichtung 650 einige Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Sicherheit der gesteuerten Vorrichtung 650 und/oder eines Materials wie Gewebe eines Patienten aufwerfen, das von der gesteuerten Vorrichtung 650 manipuliert wird. In einigen Beispielen können diese Sicherheitsbedenken erhöht werden, wenn die gesteuerte Vorrichtung 650 robotergesteuert und/oder ferngesteuert wird, beispielsweise unter Verwendung der Steuereinheit 610 und der Eingabesteuerkonsole 660, und/oder wenn eine oder mehrere Eingabesteuerungen mit unendlicher Bewegungslänge verwendet werden, z. B. das Scrollrad und/oder der Trackball einer Eingabesteuerkonsole. In einigen Beispielen können diese Sicherheitsbedenken in geeigneter Weise gemindert werden, indem dem Bediener eine haptische Rückmeldung gegeben wird, dem Bediener Livebilder und/oder Verfolgungsdaten angezeigt werden (z. B. unter Verwendung des Bildschirms 420) und/oder dergleichen. Die Verwendung dieser Arten von Rückmeldungen kann jedoch auf Fälle beschränkt sein, in denen der Bediener aktiv mit der Eingabesteuerkonsole 660 beschäftigt ist und diese verwendet, sie kann jedoch von begrenzter Wirksamkeit sein, wenn die Operationen, die unter Verwendung der Eingabesteuerkonsole vorgegeben werden, auf eine versehentliche Bewegung der einen oder mehreren Eingabesteuerungen 670 zurückzuführen sind (z. B. durch versehentlichen Kontakt mit der einen oder den mehreren Eingabesteuerungen 670, Fallenlassen und/oder Kippen der Eingabesteuerkonsole 660 und/oder dergleichen verursacht werden). Dementsprechend kann eine verbesserte Sicherheit beim Betrieb der gesteuerten Vorrichtung 650 erhalten werden, indem der eine oder die mehreren Sensoren 680 verwendet werden, um zwischen einer affirmativen und gewünschten Steuerung der einen oder mehreren Eingabesteuerungen 670 durch den Bediener und einer unbeabsichtigten Steuerung aufgrund anderer Ursachen zu unterscheiden.
Ansätze zur Bereitstellung dieser verbesserten Sicherheit werden in dem Kontext diskutiert, in dem die gesteuerte Vorrichtung 650 eine längliche Vorrichtung ist (z. B. die längliche Vorrichtung von 1 bis 3B), und die Eingabesteuerkonsole 660 der Eingabesteuerkonsole 400 ähnlich ist und eine Einführungs-/Rückzugssteuerung (z. B. Einführungs-/Rückzugssteuerung 440) und eine Lenksteuerung (z. B. Lenksteuerung 460) umfasst. Es versteht sich jedoch, dass die verbesserten Sicherheitsmerkmale leicht an andere gesteuerte Vorrichtungen und/oder andere Eingabesteuerkonsolen angepasst werden können. Einige gesteuerte Vorrichtungen und/oder Eingabesteuerkonsolen können Eingabesteuerungen umfassen, die den hier beschriebenen ähnlich sind, während andere gesteuerte Vorrichtungen und/oder andere Eingabesteuerkonsolen andere Eingabesteuerungen umfassen können. Die gesteuerten Vorrichtungen und/oder andere Eingabesteuerkonsolen können mehrere Vorrichtungen beim Einführen/Zurückziehen, Lenken, Rollen, Endeffektorbetätigen und/oder dergleichen steuern, indem sie entweder dieselbe Steuerkonsole wie hierin offenbart mit mehreren Eingabesteuerungen oder mehrere Steuerkonsolen mit mehreren Eingabesteuerungen verwenden.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuern der Bewegung einer länglichen Vorrichtung drei Arten von Bewegung umfassen: Einführbewegung, bei der das distale Ende der länglichen Vorrichtung weiter in ein Material oder einen Durchgang (von proximal nach distal) vorgeschoben wird, Rückzugsbewegung, bei der das distale Ende der länglichen Vorrichtung entlang des Weges des Körpers der länglichen Vorrichtung zurückgezogen wird (eine Richtung von distal nach proximal), und Lenkbewegung, bei der das distale Ende der länglichen Vorrichtung in Neigungs- oder Gierrichtung gebogen ist. In einigen Beispielen kann das Einführen und Zurückziehen unter Verwendung einer kombinierten Einführungs-/Rückzugssteuerung gesteuert werden, und die Lenkung kann durch eine separate Lenksteuerung gesteuert werden. In einem Beispiel kann die Erfassung eines affirmativen Kontakts mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung eine Einführungs-/Rückzugssteuerung ermöglichen, während die Erfassung eines affirmativen Kontakts mit der Lenksteuerung eine Lenksteuerung ermöglichen kann. Von den drei Bewegungsarten kann die Einführbewegung strengeren Sicherheitsverfahren unterliegen, abhängig von der Art des durchzuführenden Verfahrens und/oder der Anatomie, innerhalb derer das Verfahren durchgeführt wird. Sicherheitsverfahren können jedoch auch zum Zurückziehen oder Lenken verwendet werden, basierend auf der Anatomie und/oder dem Verfahrenstyp. In einigen Beispielen können diese strengeren Sicherheitsverfahren Folgendes umfassen: a) Erfassen der Anwesenheit des Bedieners, einschließlich Erfassen eines affirmativen Kontakts und b) Erfassen einer Eingabeverschiebungsdistanz, die sich innerhalb einer erwarteten Distanz befindet, sowohl in Bezug auf die Einführungs-/Rückzugssteuerung als auch auf die Lenksteuerung durch den Bediener. Das Erfassen sowohl der Anwesenheit des Bedieners als auch der Eingabeverschiebungsdistanz vor dem weiteren Einführen oder Vorschieben der medizinischen Vorrichtung in einen Patientenkörper kann die Wahrscheinlichkeit eines Traumas verhindern oder verringern, das durch einen versehentlichen Befehl an der Eingabevorrichtung verursacht wird. In einigen Implementierungen ist das Zurückziehen der medizinischen Vorrichtung jedoch möglicherweise weniger geschützt, da das Zurückziehen normalerweise nicht das gleiche Trauma-Potenzial für einen Patienten aufweist. Dementsprechend kann das Zurückziehen der medizinischen Vorrichtung lediglich die Erfassung der Anwesenheit eines Bedieners verwenden, beispielsweise das Erfassen eines affirmativen Kontakts mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung, bevor das Zurückziehen zugelassen wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuern der Bewegung der länglichen Vorrichtung eine oder mehrere zusätzliche Bewegungsarten beinhalten. Die eine oder mehreren zusätzlichen Bewegungsarten können Rollen, Drehen eines distalen Endes der länglichen Vorrichtung, Artikulieren eines distalen Endes der länglichen Vorrichtung unabhängig von der Einführungs- und/oder Lenksteuerung, Betätigen eines Endeffektors am distalen Ende der länglichen Vorrichtung und/oder dergleichen umfassen. In einigen Beispielen können die eine oder mehreren zusätzlichen Bewegungsarten mithilfe einer oder mehrerer zusätzlicher Eingabesteuerungen gesteuert werden. In einigen Beispielen kann die Steuerkonsole drei oder mehr Eingabesteuerungen umfassen, die den hier beschriebenen Sicherheitsmerkmalen unterliegen.
Die Bewegungssensoren 682 können verwendet werden, um zu bestätigen, ob ein Bediener absichtlich eine längliche Vorrichtung vorschiebt, zurückzieht oder lenkt, basierend auf der Annahme, dass ein Bediener irgendwann während der Bewegung seinen Finger anheben müsste, nachdem er eine bestimmte Distanz angewiesen hat. Da die Eingabevorrichtungen eine begrenzte Distanz zur freiliegenden Oberfläche aufweisen, wie in 5 und 6 durch DS1 und DS2 dargestellt, müsste der Bediener seinen Finger anheben, um die Vorrichtung von einem Hub zum anderen zu bewegen. Unter dieser Annahme kann eine Eingabeverschiebung, die die exponierte Distanz überschreitet, ohne einen Anfang und ein Ende eines Hubs aufgrund des Bedienerkontakts mit der Eingabevorrichtung zu erfassen, auf eine unbeabsichtigte Verschiebung der Eingabevorrichtung hinweisen. Dementsprechend umfassen einige Implementierungen die voreingestellte Bewegungsdistanz als den Distanzschwellenwert, der für die Steuereinheit 610 darstellt, dass eine empfangene Eingabe an einer Eingabevorrichtung unbeabsichtigt war. Die voreingestellte maximale Bewegungsdistanz oder der Distanzschwellenwert kann der exponierten Oberflächendistanz DS1 und DS2 entsprechen oder als Verhältnis der exponierten Oberflächendistanz DS1 oder DS2 bestimmt werden. In einigen Implementierungen kann der Distanzschwellenwert einen Bruchteil der freiliegenden Oberflächendistanz betragen. In anderen Implementierungen kann der Distanzschwellenwert ein Vielfaches der freiliegenden Oberflächendistanz betragen. Dementsprechend kann der Distanzschwellenwert größer oder kleiner als die freiliegende Oberflächendistanz sein. Dies kann Fälle ausgleichen, in denen ein Bediener mehrere längliche Vorrichtungen verwendet, um eine längliche Vorrichtung mithilfe der Eingabevorrichtungen vorzuschieben, zurückzuziehen oder zu steuern.
Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um eine Eingabeverschiebungsdistanz durch einen Bediener zu erfassen, die innerhalb einer erwarteten Distanz durch einen Bediener liegt. Zum Beispiel können Distanzsmessungen an einer verschobenen Eingabevorrichtung über die Bewegungssensoren 682 überwacht werden. Bewegungssensoren können beispielsweise und ohne Einschränkung Codierer, Resolver, optische Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren und/oder andere Mechanismen umfassen. Die Bewegungssensoren können neben Eingabevorrichtungen, an den Eingabevorrichtungen oder getrennt von den Eingabevorrichtungen angeordnet sein. Die Bewegungssensoren können Bewegungen überwachen, z. B. die Drehung der Eingabevorrichtungen. In einem Beispiel kann ein optischer Sensor verwendet werden, um die von einer Eingabevorrichtung zurückgelegte Drehflächendistanz zu verfolgen, wie beispielsweise die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder die Lenksteuerung 460. Wie hierin angegeben, umfassen Beispiele der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460 das Scrollrad und/oder den Trackball. Dementsprechend kann die Steuereinheit 610 dafür konfiguriert sein, basierend auf dem Distanzschwellenwert zu bestimmen, ob die Verschiebung mit einer erwarteten Verschiebung übereinstimmt oder nicht mit der erwarteten Verschiebung übereinstimmt. Wenn die Verschiebung nicht mit der erwarteten Verschiebung basierend auf dem Distanzschwellenwert übereinstimmt, kann die Steuereinheit 610 bewirken, dass eine potenziell nachteilige Auswirkung auf einen Patienten, der sich einer Behandlung unterzieht, minimiert wird.
Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, um die Anwesenheit eines Bedieners an den Eingabevorrichtungen zu erfassen. In einigen Implementierungen umfasst das Erfassen der Anwesenheit des Bedieners an der Eingabevorrichtung das Erfassen eines affirmativen Kontakts mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung und/oder der Lenksteuerung durch den Bediener. In einigen Beispielen können ein oder mehrere Bedienererfassungssensoren 684, die der Einführungs-/Rückzugssteuerung und/oder der Lenksteuerung zugeordnet sind, verwendet werden, um den tatsächlichen Bedienerkontakt mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung und/oder der Lenksteuerung unter Verwendung von affirmativen Kontaktsensoren zu erfassen. Solche affirmativen Kontaktsensoren können beispielsweise kapazitive Berührungssensoren umfassen, die beispielsweise dem Scrollrad und/oder dem Trackball zugeordnet sind, und die in der Lage sind, zwischen Berührung durch die Finger des Bedieners und Kontakt mit Fremdkörpern, einschließlich Boden, Instrumenten, Vorrichtungen, Werkzeugen und/oder dergleichen, zu unterscheiden. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren affirmativen Kontaktsensoren, die die Bedienerfassungssensoren 684 bilden, Drucksensoren sein, wie beispielsweise ein Kontaktschalter, ein Dehnungsmessstreifen und/oder dergleichen zwischen dem Scrollrad und/oder dem Trackball und dem Formteil, in dem das Scrollrad und/oder der Trackball sitzen und/oder zwischen dem Formteil und dem Körper der Eingabesteuerkonsole. Wenn ein ausreichender Druck nach unten auf das Scrollrad und/oder den Trackball bestimmt wird, z. B. durch die Finger des Bedieners, kann ein affirmativer Kontakt bestimmt werden.
Andere Arten von Bedienererfassungssensoren 684 können verwendet werden, um die Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung zu erfassen. Beispielsweise können ein oder mehrere Näherungssensoren verwendet werden, um das Vorhandensein von Fingern und/oder Händen über und/oder in der Nähe der Eingabesteuerungen zu erfassen und/oder um Finger, Hände, Handgelenke und/oder Vorderarme über oder in der Nähe der Oberseite der Eingabesteuerkonsole zu erfassen. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren Näherungssensoren einen oder mehrere Ultraschallsensoren, einen oder mehrere Vision-Sensoren, eine oder mehrere Lichtwände und/oder dergleichen umfassen. In einigen Beispielen können Daten von den Näherungssensoren unter Verwendung einer oder mehrerer Muster- und/oder Bildverarbeitungsverfahren ausgewertet werden, um den Bediener von anderen Fremdkörpern in der Nähe der Eingabesteuerkonsole zu unterscheiden. In einigen Beispielen können ein oder mehrere Druck- und/oder Berührungssensoren, die sich in einer Handballenauflage vor jeder der Eingabesteuerungen befinden, verwendet werden, um das Vorhandensein eines Handgelenks und einer entsprechenden Hand in der Nähe der einen oder der mehreren Eingabesteuerungen zu erfassen. In einigen Beispielen kann die Eingabesteuerkonsole optional einen oder mehrere Beschleunigungsmesser umfassen, um zu bestimmen, ob kürzlich eine plötzliche Bewegung der Eingabesteuerkonsole aufgetreten ist, die Eingabesteuerkonsole nicht in einer ausreichend aufrechten Ausrichtung ausgerichtet ist (z. B. wie die Ausrichtungen, die von einem oder mehreren Schaufelhebeln der Eingabesteuerkonsole 400 zugelassen sind) und/oder dergleichen.
In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere affirmative Kontaktaktivitäten verwendet werden, um einen affirmativen Kontakt des Bedieners mit der einen oder den mehreren Eingabesteuerungen zu erfassen. In einigen Beispielen können ein oder mehrere Drucksensoren, die den Eingabesteuerungen zugeordnet sind, verwendet werden, um eine Aufweckaktivität zu erfassen, z. B. ein Doppeldrücken/Doppelklicken der entsprechenden Eingabesteuerung, ein Drücken und Halten für eine Mindestdauer von die entsprechende Eingabesteuerung und/oder dergleichen. In einigen Beispielen kann die Aufweckaktivität als Vorläuferaktion verwendet werden, bevor die durch die entsprechende Eingabesteuerung angezeigte Bewegung an die gesteuerte Vorrichtung weitergeleitet werden kann. In einigen Beispielen können andere aufweckähnliche Vorläuferativitäten Folgendes umfassen: eine oder mehrere minimale affirmative Kontaktdauern (z. B. 0,05 bis 0,5 Sekunden oder mehr und/oder eine andere Zeitspanne, die keine unangemessene Verzögerung für den Bediener darstellt, die Steuerung der gesteuerten Vorrichtung beginnen zu können, nachdem der Bediener einen affirmativen Kontakt hergestellt hat), eine minimale affirmative Kontaktdauer (z. B. 0,05 bis 0,5 Sekunden oder mehr und/oder eine andere Zeitspanne, die keine unangemessene Verzögerung für den Bediener darstellt, die Steuerung der gesteuerten Vorrichtung beginnen zu können, nachdem der Bediener einen affirmativen Kontakt hergestellt hat) ohne Bewegung der entsprechenden Eingabesteuerung über einen Schwellenwert, ein Wackeln oder ein anderes spezifiziertes Muster in der entsprechenden Eingabesteuerung, Einschalten einer sekundären Steuerung (z. B. eines Fußpedals), und/oder dergleichen, bevor die entsprechende Eingabesteuerung verwendet werden kann.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Betreiben einer gesteuerten Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Das Verfahren kann mehrere Prozesse oder Blöcke umfassen, um zwischen absichtlichen Steuereingaben eines Bedieners und unbeabsichtigten Steuereingaben zu unterscheiden, die von Zeit zu Zeit auftreten können. Wie oben angegeben, können unbeabsichtigte Steuereingaben auftreten, wenn eine Eingabevorrichtung unbeabsichtigt gestoßen, verschoben, fallen gelassen oder auf andere Weise aktiviert wird, um ein Eingabesignal ohne aktive Absicht eines Bedieners zu erzeugen. Einer oder mehrere der Blöcke des Verfahrens 700 können zumindest teilweise in Form von ausführbarem Code implementiert werden, der auf nicht-flüchtigen, greifbaren, maschinenlesbaren Medien gespeichert ist, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren (z. B. dem Prozessor 620 in der Steuereinheit 610) ausgeführt werden, dazu führen können, dass der eine oder die mehreren Prozessoren einen oder mehrere der Blöcke ausführen. Zur Veranschaulichung wird das Verfahren 700 in einem Kontext beschrieben, in dem die gesteuerte Vorrichtung eine computergestützte medizinische Vorrichtung ist, wie die längliche Vorrichtung von 1 bis 3B unter Verwendung einer Eingabesteuerkonsole, wie eine Eingabesteuerkonsole 400 mit einer Einführungs-/Rückzugssteuerung und einer Lenksteuerung.
Wie hierin beschrieben, kann das Steuersystem 600 so konfiguriert sein, dass es kooperativ auf Doppelsensormessungen beruht, um zu bestimmen, ob eine Eingabe an der Eingabevorrichtung eine beabsichtigte Eingabe von einem Bediener ist. Das Steuersystem 600 kann auf den Bedienererfassungssensoren 684 beruhen, um die Anwesenheit eines Bedieners zu erfassen, und kann zusätzlich auf dem Bewegungssensor 682 beruhen, um zu bestätigen, dass die tatsächliche Eingabe (Bewegung) an der Eingabevorrichtung innerhalb eines erwarteten und akzeptablen Bereichs liegt.
Das Verfahren 700 kann an einem Startblock 705 beginnen. Bei 710 kann der Prozess bestimmen, ob ein Bediener als an der Eingabevorrichtung anwesend erfasst wird. Ob ein Bediener anwesend ist, kann basierend auf dem Bedienererfassungssensor 684 bestimmt werden. Wie oben beschrieben, ist in einigen Implementierungen der Bedienererfassungssensor 684 ein kapazitiver Berührungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet ist. Der kapazitive Berührungssensor kann dafür konfiguriert sein, zu identifizieren, wann die Eingabevorrichtung in physischem Kontakt mit einer Struktur mit einer Kapazität im Bereich der menschlichen Haut steht. Dementsprechend kann die Hand eines Bedieners an der Eingabevorrichtung vom kapazitiven Berührungssensor erfasst werden. Wie hierin beschrieben, können andere Arten von Sensoren die Anwesenheit eines Bedieners anzeigen und können von der Steuereinheit 610 des Steuersystems 602 verwendet werden, um die Anwesenheit eines Bedieners zu erfassen. Wenn bei 710 ein Bediener vom Bedienererfassungssensor 684 nicht erfasst wird, ergreift das Steuersystem möglicherweise keine Maßnahmen, überwacht jedoch möglicherweise weiterhin ein Signal, das anzeigt, dass ein Bediener anwesend ist.
Wenn bei 710 der Bedienererfassungssensor 684 erfasst, dass ein Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist, kann das Steuersystem 600 mit Block 715 fortfahren. In Block 715 kann das Steuersystem eine Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung mit dem Bewegungssensor 682 erfassen und bestimmen, ob die erfasste Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung einen Distanzschwellenwert (z. B. einen vorgespeicherten Distanzschwellenwert) überschreitet. In einigen Implementierungen misst das Steuersystem die akkumulierte Bewegungsdistanz der Eingabevorrichtung mit dem Bewegungssensor 682 während des gesamten Zeitraums, in dem ein Bediener an der Eingabevorrichtung erfasst wird. Zum Beispiel kann der Bewegungssensor 682 eine Verschiebungsdistanz von dem 1,5-fachen der freiliegenden Oberflächendistanz der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 erfassen, während der Bediener affirmativ mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 in Kontakt steht. Wie oben angegeben, kann der Distanzschwellenwert in dem Speicher 630 gespeichert und von der Steuereinheit 610 mit der tatsächlich gemessenen Verschiebungsdistanz der Eingabesteuerungen 670 verglichen werden. Wie oben angegeben, können einige Implementierungen des Distanzschwellenwerts in der Distanz zur Hubdistanz DS1 und/oder DS2 der Eingabevorrichtung im Wesentlichen gleich sein. Da die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und die Lenksteuerung 460 unterschiedliche Durchmesser haben oder in unterschiedlichen Tiefen in der Eingabesteuerkonsole angeordnet sein können, kann der Distanzschwellenwert jeweils unterschiedlich sein. In einigen Ausführungsformen ist der Distanzschwellenwert größer oder kleiner als die Hubdistanz der Eingabevorrichtung. In einigen Implementierungen liegt der Distanzschwellenwert im Bereich von etwa zwei Vollhubabständen des Scrollrades oder des Trackballs.
In einigen Implementierungen kann bei 710 das Steuersystem 600 dafür konfiguriert sein, zu messen, ob eine Geschwindigkeit einen Geschwindigkeitsschwellenwert für eine bestimmte Dauer überschreitet, anstatt zu bestimmen, ob die Verschiebungsdistanz den Distanzschwellenwert überschreitet. In einem solchen System kann das Steuersystem anstelle des Bewegungssensors 682 Geschwindigkeitssensoren verwenden, die in der Lage sind, eine Drehgeschwindigkeit oder eine Geschwindigkeit einer Eingabe an der Eingabesteuerung 670 des Steuersystems 600 zu erfassen. Oder alternativ kann das Steuersystem 600 die Drehgeschwindigkeit und/oder die Geschwindigkeit einer Eingabe durch Bestimmen der Verschiebungsdistanz (z. B. erfasst durch den Bewegungssensor 682) über einen Zeitraum bestimmen.
Wenn bei 715 die Verschiebungsdistanz den Distanzschwellenwert nicht überschreitet, kann das Steuersystem 600 bei 720 dem Steuersystem erlauben, ein Steuersignal zum Steuern der Vorrichtung 650 (die der länglichen Vorrichtung 202 entsprechen kann) gemäß Anweisung von der Eingabesteuerung 670 (die der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460 entsprechen kann) zu erzeugen.
Wenn bei 715 die Verschiebungsdistanz den Distanzschwellenwert überschreitet, kann das Steuersystem 600 alle angewiesenen Bewegungen bei 725 stoppen. Dies kann das Verhindern der Signalerzeugung von Steuerelementen umfassen. Wenn die erfasste Verschiebungsbewegungsdistanz den Distanzschwellenwert überschreitet, kann die angewiesene Bewegung eine unbeabsichtigte und unerwünschte Eingabe an den Eingabesteuerungen sein. Durch Stoppen einer angewiesenen Bewegung bei 725 kann das Steuersystem 600 ein unerwünschtes Trauma des Gewebes eines Patienten verhindern. Wie hierin verwendet, kann das Stoppen einer angewiesenen Bewegung das Verhindern umfassen, dass ein Steuersignal an der Steueranwendung 640 erzeugt und an die gesteuerte Vorrichtung 650 übertragen wird. Dementsprechend wird die Steuervorrichtung (die der länglichen Vorrichtung 202 entsprechen kann) nicht weiter in den Patienten vorgeschoben. In einigen Implementierungen verhindert das Stoppen oder Verhindern einer angewiesenen Bewegung möglicherweise nur Befehle, die sich auf das Einführen der gesteuerten Vorrichtung beziehen. In anderen Implementierungen kann das Stoppen oder Verhindern einer angewiesenen Bewegung Befehle zum Einführen und Zurückziehen verhindern. In noch anderen Implementierungen kann das Stoppen oder Verhindern einer angewiesenen Bewegung verhindern, dass sämtliche Befehle in Bezug auf das Einführen, Zurückziehen und Lenken (z. B. Neigungs- und Gierbewegungen) verhindert werden. Andere Anordnungen werden ebenfalls in Betracht gezogen.
Ein Vorteil des hier beschriebenen dualen Erfassungssystems besteht darin, dass das Befehlssignal möglicherweise nicht erzeugt wird, ohne dass ein Bediener an der Eingabevorrichtung bei 710 erfasst wurde, und möglicherweise nicht erzeugt wird, wenn die Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung den Distanzschwellenwert überschreitet (z. B. eine vorab festgelegte Distanzsschwelle). Das duale System kann die Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Befehls im Falle eines falsch positiven Ergebnisses vom Bedienererfassungssensor 684 bei 710 verringern. Dies kann nützlich sein, wenn bestimmte Arten von Material oder Flüssigkeit (z. B. Kochsalzlösung) versehentlich auf die Eingabesteuerkonsole verschüttet werden. Solche Materialien oder Flüssigkeiten können von einem Kapazitätssensor erfasst werden, der einen Teil des Bedienererfassungssensors 684 bildet, und können einen falschen Messwert verursachen, der anzeigt, dass ein Bediener anwesend ist, wenn er oder sie nicht anwesend ist. Selbst im Falle eines falschen Positivs der Anwesenheit eines Bedieners kann das Steuersystem 600 eine weitere angewiesene Bewegung bei 725 verhindern, wenn die Bewegungsdistanz an der Eingabevorrichtung den Distanzschwellenwert bei 715 überschreitet.
Ferner kann das Steuersystem die Erzeugung von Bewegungsbefehlen bis zu einer Zustandsänderung verhindern, die umfassen kann, dass ein Bediener an der Eingabevorrichtung nicht erfasst wird. Dementsprechend kann die Eingabe erforderlich sein, um eine Änderung gegenüber dem falsch positiven Ergebnis vorzunehmen. Wenn dementsprechend die angewiesene Bewegung bei 725 gestoppt wird, kann das Verfahren versuchen zu erfassen, ob ein Bediener bei 730 anwesend ist. Wenn ja, verhindert das System möglicherweise weiterhin die angewiesene Bewegung bei 725. Das Erfassen, dass ein Bediener bei 730 anwesend ist, nachdem eine Eingabe einen Bewegungsdistanzschwellenwert bei 715 überschritten hat, kann auf ein falsches Positiv hinweisen. Dementsprechend kann eine angewiesene Bewegung bei 725 verhindert werden, bis bei 730 kein Bediener-anwesend-Signal erfasst wird. In einigen Implementierungen kann beispielsweise das falsche Positiv eines Bedieners, der bei 730 als anwesend erfasst wird, möglicherweise nicht geändert werden, bis ein Material oder eine Flüssigkeit wie Kochsalzlösung gereinigt oder vom Kontakt mit der Eingabevorrichtung entfernt wird, wodurch der Bedienererfassungssensor 684 zeigen kann, dass kein Bediener anwesend ist, wodurch das System zurückgesetzt werden kann.
Wenn somit bestimmt wird, dass ein Bediener bei 730 nicht anwesend ist, kann die verfolgte und akkumulierte Bewegungsdistanz bei 735 auf Null zurückgesetzt werden, und das Steuersystem kann zurückgesetzt werden, um die Steuerung bereitzustellen, die an einer Eingabevorrichtung angewiesen wurde. Das Verfahren kann zu 710 zurückkehren, wo das System den Bedienererfassungssensor auf die Anwesenheit eines Bedieners überwacht. Wie hier verwendet, ist die verfolgte Bewegungsdistanz die akkumulierte Bewegungsdistanz der Eingabevorrichtung seit dem letzten Zeitpunkt, zu dem ein Bediener-anwesend-Signal erfasst wurde. Die Verwendung sowohl von Bedienererfassungssensoren 684 als auch von Bewegungssensoren 682 kann ein zuverlässigeres System zum Erfassen absichtlicher Bedienereingaben und zum Verhindern einer übermäßigen unbeabsichtigten Verschiebung einer medizinischen Vorrichtung bereitstellen.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres beispielhaftes Verfahren 800 zum Betreiben einer gesteuerten Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Wie das Verfahren 700 führt das Verfahren 800 mehrere Prozesse oder Blöcke aus, um zwischen absichtlichen Steuereingaben eines Bedieners und unbeabsichtigten Steuereingaben zu unterscheiden, die von Zeit zu Zeit auftreten können. Wie das Verfahren 700 kann das Verfahren 800 von einem oder mehreren Prozessoren (z. B. dem Prozessor 620 in der Steuereinheit 610) ausgeführt werden und kann dazu führen, dass der eine oder die mehreren Prozessoren einen oder mehrere der Blöcke ausführen.
Das Verfahren 800 umfasst eine Geschwindigkeitsbegrenzung, um eine Situation anzugehen, in der ein Bediener versehentlich Kontakt mit der Eingabevorrichtung aufnimmt. Wenn ein Bediener mit ausreichender Kraft oder Kontakt gegen die Eingabevorrichtung schlägt oder diese berührt, kann der Bedienererfassungssensor 684, der einen kapazitiven Berührungssensor enthalten kann, die Anwesenheit eines Bedieners erfassen, und der Bewegungssensor 682 kann eine Bewegung mit hoher Geschwindigkeit erfassen. Ohne geeignete Sicherheitsvorkehrungen kann das Steuersystem ein unerwünschtes Steuersignal erzeugen, das möglicherweise den Patienten schädigt. Das Verfahren 800 stellt eine Geschwindigkeitsbegrenzung bereit, die auf einen niedrigen Wert begrenzt werden kann, wenn die Anwesenheit eines Bedieners nicht erfasst wird. Wenn also die Anwesenheit eines Bedieners mit Sicherheit erfasst wird, kann die Geschwindigkeitsbegrenzung auf eine höhere Geschwindigkeitsbegrenzung erhöht werden. Bei fortgesetzter Erfassung der Anwesenheit eines Bedieners kann die Geschwindigkeit bei der höheren Geschwindigkeitsbegrenzung oder Obergrenze bleiben. Wenn jedoch der Bedienererfassungssensor 684 die Anwesenheit eines Bedieners nicht mehr erfasst, kann die Geschwindigkeitsbegrenzung oder die Obergrenze auf die anfängliche Obergrenze für niedrige Geschwindigkeit zurückgesetzt werden. Wenn die Eingabevorrichtung versehentlich berührt wurde, kann die resultierende angewiesene Bewegung mit einer sehr geringen Geschwindigkeit ausgeführt werden, was zu einem minimalen Risiko für die Anatomie des Patienten führt. Wenn die Eingabe jedoch beabsichtigt war und der Bediener die Eingabevorrichtung aktiv betätigte, kann das Steuersystem anfänglich einen Befehl mit einer niedrigen Geschwindigkeit erzeugen, kann jedoch auf eine Arbeitsgeschwindigkeit ansteigen, die in einigen Implementierungen für den Bediener relativ nahtlos erscheint.
Das Verfahren in 9 wird unter Bezugnahme auf das Diagramm in 10 beschrieben, das ein beispielhaftes Geschwindigkeitsprofil mit einer niedrigeren Geschwindigkeitsbegrenzung V1 und einer höheren Geschwindigkeitsbegrenzung V2 zeigt.
Das Verfahren beginnt bei 805. Bei 810 und 815 kann das System bestimmen, ob sich die Eingabevorrichtung in einem berührungslosen Zustand befindet. Zu diesem Zweck kann das Steuersystem 600 bei 810 bestimmen, ob ein Bediener für einen Zeitraum an der Eingabevorrichtung nicht erfasst wurde. In einigen Implementierungen kann der Zeitraum ein vorab festgelegter Zeitraum sein, der in der Steueranwendung 640 des Steuersystems 600 vorgespeichert sein kann. Das Fehlen eines Bedieners an der Eingabevorrichtung kann dem System Zeit geben, sich zurückzusetzen und neu zu starten, wenn Signale erfasst werden. In einigen Implementierungen kann der Zeitraum oder der Schwellenwert beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,1 Sekunden bis ungefähr 5 Sekunden liegen. In einigen Implementierungen kann der Zeitraum zwischen 0,25 und 1,0 Sekunden liegen. Die Bereiche hier sind die Beispielbereiche, wobei sowohl größere als auch kleinere Grenzwerte und Bereiche berücksichtigt werden.
Wenn bei 810 ein Bediener länger als der Zeitraum nicht anwesend war (oder abwesend war), kann das Steuersystem bei 820 die Vorwärtsgeschwindigkeit auf einen unteren Grenzwert V1 begrenzen. Wenn bei 810 ein Bediener länger als der Zeitraum anwesend war (nicht abwesend war), kann das Steuersystem bei 815 eine Eingabebewegung (z. B. Verschiebungsdistanz) der Eingabevorrichtung erfassen und mit einem Distanzschwellenwert (z. B. einem voreingestellten Distanzschwellenwert) vergleichen. Wenn bei 815 das Steuersystem bestimmt, dass die erfasste Bewegung nicht unter einem Distanzschwellenwert liegt (z. B. über dem Distanzschwellenwert liegt), kann das System eine Bewegung bei 825 verhindern. Dieses Szenario kann auftreten, wenn ein Bediener basierend auf dem Bedienererfassungssensor anwesend zu sein scheint, die gemessene Bewegung der Eingabevorrichtung jedoch größer ist als erwartet. Eine größere Bewegungsentfernung als erwartet kann ein Hinweis darauf sein, dass die erkannte Bewegung der Eingabevorrichtung versehentlich war.
Bei 825 kann eine Bewegung verhindert werden, indem verhindert wird, dass die Steuereinheit 610 einen Bewegungsbefehl zum Vorschieben, Zurückziehen oder Lenken der gesteuerten Vorrichtung 650 erzeugt. Das System kann weiterhin Bewegungen verhindern, bis es bei 810 bestimmt, dass ein Bediener-anwesend-Signal für den voreingestellten Zeitraum nicht vorhanden war.
Wenn bei 815 die erfasste Eingabebewegung unter der Distanzschwellenwert liegt, kann der Befehl ausgeführt werden und die Vorwärtsgeschwindigkeit kann auf die untere Geschwindigkeitsbegrenzung V1 begrenzt werden.
10 zeigt das Geschwindigkeitsprofil mit der Geschwindigkeitsbegrenzung als V1 für den Zeitraum zwischen t0 und t1. Wie zu sehen ist, kann in einigen Implementierungen die Begrenzung wie gezeigt auf die untere Geschwindigkeitsbegrenzung V1 ansteigen, während in anderen Implementierungen die Begrenzung abgestuft ist. Der Betrieb kann mit der auf V1 begrenzten Vorwärtsgeschwindigkeit bis zu einer Zustandsänderung fortgesetzt werden.
In 9 können die Prozesse 830 und 835 dem Steuersystem 600 anzeigen, ob das System in einem freiwilligen Kontaktzustand arbeiten soll, in dem die begrenzte Geschwindigkeit von der unteren Geschwindigkeitsbegrenzung V1 auf eine höhere Geschwindigkeitsbegrenzung V2 erhöht werden kann, wie in 10 gezeigt.
Bei 830 kann das Steuersystem bestimmen, ob ein Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist. Dies kann das Erfassen umfassen, ob die Eingabevorrichtung oft genug berührt wurde, um Geräusche von den Bedienererfassungssensoren 684 auszuschließen.
Wenn der Bediener bei 830 nicht als anwesend erfasst wird, kann die Geschwindigkeit weiterhin auf den unteren Grenzwert V1 begrenzt werden. Wenn der Bediener bei 830 als an der Eingabevorrichtung anwesend erfasst wird, kann das System bei 835 bestimmen, ob die erfasste Eingabebewegung (z. B. die gemessene Verschiebungsdistanz) über einem Distanzschwellenwert liegt. Wenn die erfasste Eingabebewegung bei 835 nicht über einem Distanzschwellenwert liegt, besteht ein mögliches Szenario darin, dass eine kleine Eingabe an der Eingabevorrichtung nicht beabsichtigt war und die Vorwärtsgeschwindigkeit möglicherweise auf der unteren Geschwindigkeitsbegrenzung V1 begrenzt bleibt.
Wenn bei 835 die erfasste Eingabebewegung über dem Distanzschwellenwert liegt, besteht ein mögliches Szenario darin, dass eine größere Eingabe an der Eingabevorrichtung beabsichtigt war, und bei 840 kann die Vorwärtsgeschwindigkeit auf den oberen Grenzwert V2 erhöht werden. 10 zeigt die Geschwindigkeitsbegrenzung, die von t1 auf t2 ansteigt und dann bei V2 gehalten wird. In einigen Implementierungen erfolgt der Übergang von der unteren Geschwindigkeitsbegrenzung V1 zur oberen Geschwindigkeitsbegrenzung V2 progressiv. In einem solchen System ist der Vorwärtsgeschwindigkeitsgrenzwert bis zur oberen Geschwindigkeitsbegrenzung V2 umso höher, je länger das System bei 830 und 835 positiv ist. In anderen Implementierungen erfolgt der Übergang von der unteren Geschwindigkeitsbegrenzung V1 zur oberen Geschwindigkeitsbegrenzung V2 in einem einzigen Schritt. Zurück zu 9: die Vorwärtsgeschwindigkeit kann bei 840 an der oberen Geschwindigkeitsbegrenzung V2 begrenzt werden, bis das Bediener-anwesend-Signal für einen Zeitraum fehlt, der länger als die Zeitschwellenwert bei 810 ist.
In einigen Implementierungen werden die hier beschriebenen Systeme und Verfahren auf Einführungsbefehle von der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 angewendet, aber Grenzwerte können möglicherweise nicht auf Rückzugsbefehle angewendet werden. In anderen Implementierungen können die Systeme und Verfahren sowohl auf Einführungs- als auch auf Rückzugsbefehle angewendet werden.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem den Bewegungsumfang der medizinischen Vorrichtung innerhalb des Patienten begrenzen, der als Ergebnis eines vorübergehenden, unwillkürlichen Kontakts mit der Eingabevorrichtung auftreten kann. Dementsprechend kann das Steuersystem einen Bewegungsschwellenwert umfassen oder im Speicher gespeichert haben, der eine Distanz sein kann, die für die Bewegung innerhalb des Patienten klinisch akzeptabel ist. Eine angewiesene Bewegung, die den klinisch akzeptablen Bewegungsschwellenwert überschreitet, wenn die medizinische Vorrichtung in einem Patienten angeordnet wird, kann verhindert werden. In einigen Implementierungen kann der klinisch akzeptable Bewegungsschwellenwert etwa 6 mm oder weniger betragen, z. B. zwischen etwa 0 und 6 mm. Das heißt, eine Eingabe an der Eingabevorrichtung kann ausgeführt werden, solange sie unter einem Bewegungsschwellenwert liegt, noch bevor das Steuersystem bestimmt, ob die Eingabe beabsichtigt oder unbeabsichtigt war. Wenn die Eingabe an der Eingabevorrichtung einen Befehl auslöst, der den Bewegungsschwellenwert überschreitet, kann die Bewegung verhindert werden. In anderen Implementierungen kann der klinisch akzeptable Bewegungsschwellenwert etwa 4 mm oder weniger betragen, beispielsweise zwischen etwa 0 und 4 mm, und in anderen Implementierungen 2 mm oder weniger, beispielsweise zwischen etwa 0 mm und 2 mm. In noch anderen Implementierungen kann der klinisch akzeptable Bewegungsschwellenwert etwa 1 mm oder weniger betragen, beispielsweise zwischen etwa 0 und 1 mm. Da eine Eingabebewegung ausgeführt wird, wenn der Befehl unter den klinisch akzeptablen Bewegungsschwellenwert liegt, kann die Umkehrung auch so sein, dass der Befehl möglicherweise nicht ausgeführt wird, wenn er den klinisch akzeptablen Bewegungsschwellenwert überschreitet oder darüber liegt. Wenn beispielsweise die Eingabe an der Eingabevorrichtung einen Befehl auslöst, der einen Bewegungsschwellenwert von 4 mm überschreitet, kann die Bewegung verhindert werden.
In einigen Implementierungen kann der Bewegungsschwellenwert eine Bedingung zum Auswählen der oben beschriebenen Geschwindigkeitsbegrenzung sein. Dementsprechend kann der Bewegungsschwellenwert nicht nur davon abhängen, ob die medizinische Vorrichtung innerhalb eines Patienten angeordnet ist, sondern auch davon, wo die medizinische Vorrichtung innerhalb des Patienten angeordnet ist. Befindet sich die medizinische Vorrichtung beispielsweise in der Nähe von hochempfindlichem Gewebe oder Organen, kann der Bewegungsschwellenwert kleiner sein als wenn sich die medizinische Vorrichtung in der Nähe von Gewebe oder Organen mit geringerer Empfindlichkeit befindet. Darüber hinaus kann der Bewegungsschwellenwert von dem durchgeführten medizinischen Eingriff abhängen. Beispielsweise kann der Bewegungsschwellenwert größer sein, wenn das medizinische Verfahren einen größeren Bewegungsbereich der medizinischen Vorrichtung erwarten würde, während der Bewegungsschwellenwert kleiner sein kann, wenn das medizinische Verfahren einen kleineren Bewegungsbereich der medizinischen Vorrichtung erwarten würde. In einigen Implementierungen werden mehrere Faktoren, wie die Position der medizinischen Vorrichtung im Patienten und die Art des durchgeführten Verfahrens, zusammen verwendet, um den Bewegungsschwellenwert zu bestimmen. Dementsprechend kann der Bewegungsschwellenwert dynamisch sein und sich im Laufe der Zeit während des medizinischen Verfahrens ändern. In einigen Implementierungen ist der Bewegungsschwellenwert mit dem hier beschriebenen Geschwindigkeitsschwellenwert korreliert.
In einigen Implementierungen ist das Steuersystem so konfiguriert, dass die Systemreaktivität auf kleine freiwillige Bewegungen erhalten bleibt, die während der Erfassungszeit auftraten und die der Algorithmus benötigt, um zu bestimmen, ob sie freiwillig oder unfreiwillig waren. Dies kann dazu beitragen, dass das Steuersystem die medizinische Vorrichtung fein und empfindlich steuert und dem Bediener eine gute Teleoperationserfahrung bietet. Das heißt, selbst während das Steuersystem die Anwesenheit eines Bedieners bestimmt oder bestimmt, ob eine Eingabe beabsichtigt oder unbeabsichtigt war, kann das Steuersystem weiterhin Steuersignale erzeugen, um die medizinische Vorrichtung zu bewegen. Wie oben angegeben, können diese Steuersignale durch den Bewegungsschwellenwert temperiert oder begrenzt werden. Diese feine und empfindliche Steuerung kann hilfreich sein, wenn die medizinische Vorrichtung eine Katheterspitzensteuerung ist, um beispielsweise eine Biopsie durchzuführen. Das heißt, die Steuereinheit kann dafür konfiguriert sein, die Steuersignale während des Zeitraums zu erzeugen, in dem die Steuereinheit erfasst, ob der Bediener anwesend ist, solange die Eingabe an der Eingabevorrichtung eine Verschiebung der medizinischen Vorrichtung um eine Distanz unter einem Verschiebungsschwellenwert anfordert.
Wie hierin beschrieben, wird in einigen Implementierungen die Anwesenheit des Bedieners in 7 unter Verwendung des erfassten Kapazitätspegels der Eingabesteuerungen 670, wie beispielsweise der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460, erfasst. Zum Beispiel können die Eingabesteuerungen 670 die Anwesenheit des Bedieners erfassen, indem sie den Kapazitätspegel der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 und/oder der Lenksteuerung 460 erfassen oder messen. Der Kapazitätspegel kann jedoch auch aufgrund von Umgebungsbedingungen variieren, wie beispielsweise Temperaturänderungen in dem Raum, in dem sich die Eingabesteuerungen 670 befinden, und Feuchtigkeitspegel, einschließlich Feuchtigkeit oder das Vorhandensein von Flüssigkeiten auf den Eingabesteuerungen 670. Dementsprechend umfassen einige Implementierungen einen Kalibrierungsprozess, um die Wahrscheinlichkeit eines Fehllesens eines Befehls an den Eingabesteuerungen 670 zu verringern. Die Kalibrierung kann durchgeführt werden, wenn das medizinische System 100 eingeschaltet ist, beispielsweise bei einem Initialisierungsvorgang. Die Kalibrierung kann auch durchgeführt werden, wenn das medizinische System 100 verwendet wurde und ein unerwartetes Ereignis auftritt. Dementsprechend kann in einigen Implementierungen eine Kalibrierung auftreten, wenn eine Eingabe empfangen wird, die aufgrund der ausgeführten Aufgabe unerwartet war.
In einigen Implementierungen identifiziert und bestimmt die Kalibrierung des medizinischen Systems 100 Kapazitätsbetriebspegel, die verwendet werden können, um einen gewünschten Eingabebefehl zu identifizieren und von einem unaufmerksamen oder unbeabsichtigten Befehl zu unterscheiden. Diese Kapazitätsbetriebspegel werden hier als Grundlinienpegel und Befehlszeilenpegel bezeichnet. Der Grundlinienpegel kann der Kapazitätspegel sein, wenn ein Bediener die Eingabesteuerungen 670 nicht berührt. Der Befehlszeilenpegel kann der Kapazitätspegel sein, bei dem das System einen positiven Befehl zum Bewegen der länglichen Vorrichtung als Reaktion auf eine Eingabe an den Eingabesteuerungen 670 erzeugt. Die Befehlszeilenpegel kann hier auch als Befehlskapazitätspegel bezeichnet werden.
11 ist ein beispielhafter Graph 900, der einen beispielhaften Grundlinienpegel 902, einen beispielhaften Befehlspegel 904 und eine erfasste Kapazitätsstufe 906 zeigt, die über die Bedienererfassungssensoren 684 erfasst werden können (7). Das Kalibrierungsverfahren kann verwendet werden, um den Grundlinienpegel 902 und den Befehlspegel 904 festzulegen. Die erfasste Kapazität kann an den Eingabesteuerungen 670 erfasst oder gemessen werden und kann den Kontakt eines Bedieners mit den Eingabesteuerungen 670 darstellen.
Bezugnehmend auf 11 kann der Grundlinienpegel 902 als Kapazitätspegel festgelegt werden, wenn der Bediener die Eingabesteuerungen 670 nicht berührt. Dieser Grundlinienpegel 902 kann als gleitender Durchschnitt eines Rohkapazitätssensors über einen bestimmten Zeitraum, z. B. ein Zeitfenster, festgelegt werden. Der Sensor, der die Rohkapazität erfasst, kann ein Bedienererfassungssensor 684 sein, der unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ist. In einigen Implementierungen wird der Grundlinienpegel 902 so festgelegt, dass er einem gleitenden Durchschnitt der Rohkapazität über eine Fenstergröße zwischen ungefähr 1 und ungefähr 5 Sekunden entspricht. In einigen Implementierungen beträgt das Zeitfenster etwa drei Sekunden. Andere Zeitfenster werden berücksichtigt.
Sobald der Grundlinienpegel 902 eingerichtet ist, kann der Befehlszeilenpegel 904 basierend auf einem festgelegten Kapazitätsversatz von dem Grundlinienpegel 902 eingerichtet werden. Wenn beispielsweise der Grundlinienpegel auf drei Kapazitätseinheiten festgelegt ist und der Befehlszeilenpegel um zwei Einheiten von dem Grundlinienpegel verschoben ist, beträgt der Befehlszeilenpegel fünf Einheiten. Der feste Versatz kann auf einem festen Wert basieren, z. B. zwei Einheiten über der Grundlinie, oder kann ein fester Pegel sein, der auf einer festen Berechnung unter Berücksichtigung des Grundlinienpegelwerts basiert. Eine Versatzberechnung, die den Grundlinienpegel berücksichtigt, kann beispielsweise der Grundlinienpegelwert plus 50% des Grundlinienpegelwerts sein. Andere Gleichungen zur Ermittlung des Versatzes werden in Betracht gezogen.
Mit dem in 11 festgelegten Grundlinienpegel und den Befehlszeilenpegeln kann die Steuereinheit 610 Befehlssignale ausgeben, wenn die erfasste Kapazität den Befehlszeilenpegel 904 überschreitet oder größer als dieser ist. In 11 repräsentiert die gekrümmte Linie den erfassten Kapazitätspegel 906 über die Zeit in einem bestimmten Szenario. Der erfasste Kapazitätspegel 906 wird durch einen schmalen Linienabschnitt unterhalb des Befehlszeilenpegels 904 und einen dicken oder fettgedruckten Linienabschnitt oberhalb des Befehlszeilenpegels 904 dargestellt. Wenn der erfasste Kapazitätspegel 906 unter dem Befehlszeilenpegel 904 liegt, gibt die Steuereinheit 610 möglicherweise keinen Befehl zum Verschieben der gesteuerten Vorrichtung 650 aus, selbst wenn der erfasste Kapazitätspegel über dem Grundlinienpegel 902 liegt. Im Gegensatz dazu kann die Steuereinheit 610, wenn der erfasste Kapazitätspegel 906 über dem Befehlszeilenpegel 904 liegt, einen Befehl ausgeben, um die gesteuerte Vorrichtung 650 zu verschieben, wenn ein solcher Befehl an den Eingabesteuerungen 670 angefordert wird.
Umgebungsfaktoren können den durchschnittlichen Kapazitätswert im Laufe der Zeit beeinflussen und dazu führen, dass sich der durchschnittliche Kapazitätswert ändert. Dies kann beispielsweise auf Temperaturänderungen, Feuchtigkeitsänderungen oder andere Umgebungsänderungen zurückzuführen sein. In diesen Fällen kann der durchschnittliche Kapazitätswert, während ein Bediener die Eingabesteuerung 670 nicht berührt, beginnen, von der Grundlinie 902 abzuweichen. Wenn der Bediener während einer Grundlinienkalibrierung die Eingabesteuerung 670 berührt, ist der Grundlinienpegel 902 möglicherweise zu hoch eingestellt, was zu einem zu hohen Befehlszeilenpegel 904 führt. Dies kann dazu führen, dass das Steuersystem 600 keinen Benutzerkontakt erfasst, was dazu führen kann, dass das medizinische System 100 nicht mehr reagiert.
Wenn diese Ereignisse auftreten, kann ein Kalibrierungsprozess verwendet werden, um den Grundlinienpegel und den Befehlszeilenpegel zurückzusetzen oder zu verschieben. Dieser Beispielprozess kann auch während der Initialisierung oder des Starts verwendet werden, um den Grundlinienpegel und den Befehlszeilenpegel festzulegen.
In einigen Implementierungen kann der Kalibrierungsprozess einen Teil der Steueranwendung 640 in dem in 7 gezeigten Speicher 630 bilden. Die Steueranwendung 640 kann ein oder mehrere Kalibrierungsmodule zum Einrichten oder Zurücksetzen des Grundlinienpegels 902 und des Befehlszeilenpegels 904 umfassen, die verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Steuersystem 600 Steuersignale zur Steuerung der gesteuerten Vorrichtung 650 ausgeben kann. Dementsprechend kann die Steueranwendung 640 einen oder mehrere Schwellenwerte, Prozesse oder Verfahren umfassen, auf die sich das Kalibrieren des medizinischen Systems 100 stützt. Zusätzlich können die Kalibrierungspegel unter Verwendung der hier beschriebenen Bedienererfassungssensoren 684 erfasst werden. In einigen Implementierungen erfassen die Bedienererfassungssensoren 684 den tatsächlichen Bedienerkontakt mit der Einführungs-/Rückzugssteuerung und/oder der Lenksteuerung unter Verwendung von affirmativen Kontaktsensoren, die beispielsweise kapazitive Berührungssensoren umfassen können. Wie hierin beschrieben, kann der Bedienererfassungssensor 684 jedoch auch aus Drucksensoren oder anderen Sensoren bestehen.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 920 zum Kalibrieren oder Neukalibrieren des Steuersystems 600 gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Das Verfahren 920 führt mehrere Prozesse oder Blöcke aus, die eingerichtet werden sollen, und passt dann die Grundlinienpegel an. Wie andere hierin beschriebene Verfahren kann das Verfahren 920 von einem oder mehreren Prozessoren (z. B. dem Prozessor 620 in der Steuereinheit 610) ausgeführt werden und kann dazu führen, dass der eine oder die mehreren Prozessoren einen oder mehrere der Blöcke ausführen. Zur Veranschaulichung wird das Verfahren 920 in einem Kontext beschrieben, in dem die gesteuerte Vorrichtung eine computergestützte medizinische Vorrichtung ist, wie die längliche Vorrichtung von 1 bis 3B unter Verwendung einer Eingabesteuerkonsole, wie die Eingabesteuerkonsole 400 mit einer Einführungs-/Rückzugssteuerung und einer Lenksteuerung.
Bei 922 kann sich das medizinische System 100 in einem Antriebsmodus befinden. Der Antriebsmodus kann einen Modus darstellen, in dem das medizinische System 100 betriebsbereit ist und auf Eingaben eines Bedieners reagiert. Das Verfahren kann auch mit dem medizinischen System in einem Initialisierungsmodus beginnen, der den Beginn eines Startvorgangs oder eines Initialisierungsprozesses darstellt, der auftreten kann, wenn das medizinische System 100 aus einem nicht eingeschalteten Zustand eingeschaltet oder hochgefahren wird.
Bei 924 kann das System abfragen oder prüfen, ob ein auslösendes Ereignis aufgetreten ist, das anzeigt, dass die Kapazitätserfassung der Eingabevorrichtung steckengeblieben ist oder auf andere Weise nicht funktionsfähig ist. Einige Beispiele für mögliche auslösende Ereignisse werden hier unter Bezugnahme auf 8 beschrieben, wobei die Steuereinheit 610 bestimmt, ob die Verschiebungsdistanz der Eingabesteuerung 670 eine nicht akzeptable Verschiebungsdistanz überschreitet oder ob eine Geschwindigkeit einen Geschwindigkeitsschwellenwert für eine bestimmte Zeitdauer überschreitet. Andere auslösende Ereignisse werden berücksichtigt.
Zurück zu 12: wenn bei 924 ein auslösendes Ereignis nicht erfasst wird, kann das medizinische System 100 im Antriebsmodus weiterarbeiten (z. B. in 922). In dem Antriebsmodus können Bedienerbefehle, die über die Eingabesteuerung 670 ausgegeben werden, von der Steuereinheit 610 in entsprechende Bewegungen der länglichen Vorrichtung 202 (z. B. Einführungs-, Rückzugs- und/oder Lenkbewegungen) übersetzt werden. Wenn jedoch solche Ereignisse, wie die unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen, bei 924 entdeckt werden, kann bei 926 eine Bewegungssperre aktiviert werden. Eine Bewegungssperre kann das Steuersystem 600 daran hindern, Signale für angewiesene Bewegungen auszugeben. Diese Bewegungssperre entspricht möglicherweise dem Bewegungsblock mit Stoppbefehl bei 725 in 8.
Nach dem Aktivieren der Bewegungssperre bei 926 kann das Steuersystem 600 eine Hände-entfernen-Nachricht für einen Bediener erzeugen, um Hände von einer oder mehreren der Eingabesteuerungen 670 zu entfernen, bevor erneut eine regelmäßige Steuerung der länglichen Vorrichtung ermöglicht wird. Diese Nachricht kann spezifische Anweisungen zum Entfernen von Händen oder zum sonstigen Nichtkontaktieren der Einführungs-/Rückzugseingabesteuerung und/oder der Lenkeingabesteuerung umfassen. In einigen Implementierungen kann die Nachricht an einen Bediener, die Hände von den Eingabesteuerungen zu entfernen, eine visuelle Nachricht sein, z. B. blinkende Anzeigelampen oder Text, der auf einem für den Bediener lesbaren Display angezeigt wird. In anderen Implementierungen kann die Nachricht an einen Bediener eine akustische Anweisung an den Bediener sein, die über Lautsprecher erreicht wird. In noch anderen Implementierungen kann die Nachricht sowohl visuell als auch akustisch sein.
Bei 930 kann das Steuersystem 600 bestimmen, ob das auslösende Ereignis gelöscht wird, wenn der Bediener bei 928 die Hände entfernt. In einigen Implementierungen kann das Steuersystem 600 dies tun, indem es eine Änderung des erfassten oder ermittelten Kapazitätspegels als Reaktion auf die Hände-entfernen-Nachricht bei 928 erfasst. Wenn beispielsweise der erfasste Kapazitätspegel 906 in 11 unmittelbar unter die Befehlszeile 904 fällt, kann das Steuersystem 600 die reguläre Steuerung im Antriebsmodus bei 922 reaktivieren, wie in 12 gezeigt. Wenn jedoch bei 930 das auslösende Ereignis nicht gelöscht wird, kann das Steuersystem 600 die Bewegungssperre bei 932 beibehalten und bei 934 eine Servicenachricht erzeugen.
Bei 934 kann das Steuersystem 600 eine Servicenachricht für den Bediener erzeugen. In einigen Implementierungen kann die Servicenachricht eine Aufforderung umfassen, die Eingabesteuerungen 670 zu entfernen, die Steuerungen oder die Steuerkonsole zu reinigen und die Eingabesteuerungen 670 in ihre betriebsfähigen Positionen zurückzubringen. Wie bei der Hände-entfernen-Nachricht 928 kann die Servicenachricht 934 eine visuelle Nachricht oder eine akustische Nachricht oder beides sein. Durch Reinigen der Eingabesteuerungen 670 und/oder der Konsole können einige Situationen behoben werden, die zu einem unerwünschten ermittelten Kapazitätspegel führen. Zum Beispiel kann auf der Konsole angeordnete Flüssigkeit die erfassten Kapazitätsmesswerte der Eingabesteuerungen 670 unerwünscht verändern.
Bei 936 kann das Steuersystem bestimmen, ob die Eingabesteuerungen neu installiert wurden. Das Steuersystem kann dies mithilfe von Näherungssensoren, Drucksensoren oder anderen Sensoren vornehmen, die zur Anzeige des Montagezustands der Konsole verwendet werden können. In anderen Implementierungen kann das Steuersystem 600 auf eine Eingabe des Bedieners warten, die angibt, dass die Steuervorrichtung installiert wurde. Wenn bei 936 die Steuervorrichtung(en) nicht installiert ist/sind, kann das Steuersystem 600 die Bewegungssperre bei 932 beibehalten und die Servicenachricht weiterhin bei 934 anzeigen. Sobald die Steuervorrichtung bei 936 installiert ist, kann der Kalibrierungsprozess bei 938 erneut gestartet werden.
Bei 938 kann das Steuersystem 600 einen neuen Grundlinienpegel einleiten. Zum Beispiel kann das Steuersystem 600 den Grundlinienpegel durch Bestimmen eines gleitenden Durchschnitts von Rohkapazitätssensorablesungen über einen Zeitraum festlegen. Wie oben beschrieben, kann in einigen Implementierungen der Zeitraum zwischen ungefähr 1 Sekunde und ungefähr 5 Sekunden betragen. In einigen Implementierungen kann der Zeitraum etwa 3 Sekunden betragen. Während dieses Grundlinieninitiierungsprozesses kann das Steuersystem 600 dem Benutzer eine Nachricht übermitteln, dass bei 939 eine Grundlinie eingerichtet wird. In einigen Implementierungen kann die Nachricht an den Benutzer, dass eine Grundlinie erstellt wird, Anweisungen für den Bediener umfassen, z. B. dass der Benutzer eine oder mehrere der Eingabesteuerungen nicht berühren soll. Wie bei den anderen in dem Verfahren 920 beschriebenen Nachrichten kann die Nachricht für die Grundlinie bei 939 in irgendeiner Form von Kommunikation vorliegen, einschließlich visuell und/oder akustisch.
Bei 940 kann das Steuersystem 600 die eine oder mehreren Eingabesteuerungen auf freiwillige Bewegung durch den Bediener überwachen. Wenn bei 940 das Steuersystem 600 eine freiwillige Bewegung an der Eingabesteuerung durch den Bediener erfasst, kann das Steuersystem zu 938 zurückkehren und den Initialisierungsprozess für den neuen Grundlinienpegel neu starten. Das heißt, wenn der Bediener eine freiwillige Bewegung an der Eingabevorrichtung eingibt, wird der Initiierungsprozess für den Grundlinienpegel neu gestartet, sodass der Grundlinienpegel ohne Störung des Bedieners festgelegt werden kann. Wenn bei 940 das Steuersystem 600 keine freiwillige Bewegung durch einen Bediener erfasst, kann das Steuersystem fortfahren, den neuen Grundlinienpegel festzulegen.
Nach dem Zeitraum von 938 und 939 ohne freiwillige Bewegung des Bedieners kann der Grundlinienpegel 902 hergestellt werden. Sobald der Grundlinienpegel 902 eingerichtet ist, kann der Befehlszeilenpegel 904 bei 941 erzeugt oder eingerichtet werden. In einigen Implementierungen kann der Befehlszeilenpegel als berechneter Versatz basierend auf dem Grundlinienpegel festgelegt werden. Wenn der Grundlinienpegel und der Befehlszeilenpegel festgelegt sind, kann der Antriebsmodus bei 922 reaktiviert werden.
Der Grundlinienpegel und/oder der Befehlszeilenpegel können für eine Eingabesteuerung (z. B. die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 oder die Lenksteuerung 460) oder für mehrere Eingabesteuerungen (z. B. sowohl die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 als auch die Lenksteuerung 460) festgelegt werden. Die in 939 generierte Grundlinienpegelnachricht kann dem Bediener anzeigen, welche Eingabesteuerung(en) neu kalibriert wird/werden. Wenn beispielsweise nur der Grundlinienpegel für die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 neu kalibriert werden soll, kann die in 939 erzeugte Grundlinienpegelmeldung den Bediener auffordern, die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 während der Kalibrierung nicht zu berühren. Wenn nur der Grundlinienpegel für die Lenksteuerung 460 neu kalibriert wird, kann die in 939 erzeugte Grundlinienpegelmeldung den Bediener auffordern, die Lenksteuerung 460 nicht zu berühren. Wenn der Grundlinienpegel sowohl für die Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 als auch für die Lenksteuerung 460 neu kalibriert werden, kann die in 939 erzeugte Grundlinienpegelmeldung den Bediener auffordern, die Eingabesteuerkonsole 400 nicht zu berühren.
Das Beispielverfahren in 12 umfasst auch einen anderen Pfad zum Initiieren einer neuen Grundlinienpegel. Während des Betriebs im Antriebsmodus bei 922 kann das Steuersystem 600 bei 942 Bewegungsbefehle überwachen (z. B. kontinuierlich überwachen), die erfasst werden, ohne die Anwesenheit eines Bedieners zu erfassen (z. B. freiwillige Bewegungsbefehle, während die erfasste Kapazität bei oder unterhalb der Befehlszeile ist). Mit anderen Worten, eine freiwillige Bewegungsanforderung kann erfasst werden, selbst wenn das Steuersystem die Anwesenheit eines Bedieners nicht erfasst. Dieses Szenario weist möglicherweise auf einen Grundlinienpegel hin, der auf einen Pegel festgelegt wurde, der mit einer Bedienereingabe nicht kompatibel ist. Wenn beispielsweise der Grundlinienpegel zuvor festgelegt wurde, während der Bediener Kontakt mit den Eingabesteuerelementen 670 hatte, ist der Grundlinienpegel möglicherweise zu hoch. Wenn der Bediener dann eine Bewegung durch Berühren und Bewegen der Eingabesteuerung(en) 670 anfordert, liegt die erfasste Kapazität möglicherweise unter dem Befehlszeilenpegel. Somit reagiert das Steuersystem 600 möglicherweise nicht auf tatsächliche Befehle, die vom Bediener eingegeben werden.
Wenn eine freiwillige Bewegung erfasst wird, ohne die Anwesenheit eines Bedieners bei 942 zu erfassen, kann das Verfahren 920 zu 938 übergehen und versuchen, eine neue Grundlinie festzulegen. Das Verfahren kann wie oben beschrieben fortgesetzt werden, wobei bei 939 eine neue Nachricht auf Grundlinienpegel erzeugt wird, bei 940 eine freiwillige Bewegung durch einen Bediener überwacht wird und bei 941 ein Befehlszeilenpegel eingerichtet wird und dann der Antriebsmodus bei 922 reaktiviert wird.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem 600 auf Bewegungsbefehle überwachen, die ohne einen erfassten Bediener (z. B. in Operation 942) erfasst wurden, indem die Dauer der Bewegungsanforderung überwacht wird. In einigen Beispielen kann dies das Überwachen der Bewegungsdistanz einer Eingabesteuerung 670 umfassen, wie beispielsweise der Einführungs-/Rückzugssteuerung 440 (z. B. eines Scrollrads) oder der Lenksteuerung 460 (z. B. eines Trackballs). Wenn beispielsweise die Bewegungsdistanz der Eingabesteuerung hoch ist, wie dies durch schnelles Drehen eines Trackballs oder eines Scrollrades mit der erfassten Kapazität unterhalb des Befehlszeilenpegels 904 auftreten kann, kann das Steuersystem 600 dies als unerwartete oder unbeabsichtigte Eingabe statt eines freiwilligen Bewegungsbefehls erkennen. Da die Eingabe (z. B. ein schnelles Drehen) nicht mit einer erwarteten Steuereingabe übereinstimmt, kann das Steuersystem 600 dies als unbeabsichtigte Eingabe erkennen. Wenn im Gegensatz dazu die Bewegungsdistanz der Eingabesteuerung 670 eine langsame, länger andauernde freiwillige Bewegung ist, kann das Steuersystem 600 bestimmen, dass die Eingabe mit einem erwarteten Eingabe- oder freiwilligen Bewegungsbefehl bei 942 übereinstimmt, und das Steuersystem kann fortfahren, um bei 938 eine neue Grundlinie festzulegen.
In einigen Beispielen kann der Unterschied zwischen einer freiwilligen Bewegung (z. B. einer für einen Bediener erwarteten Steuereingabe) und einer Bewegung der Eingabevorrichtung, die nicht als eine von einem Bediener ausgeführte Befehlsbewegung erfasst wurde (z. B. eine für einen Bediener nicht erwartete Steuereingabe) bei 942 auf einer Dauer der Bewegung und/oder der Distanz, um die sich die Eingabesteuerung über die Zeit bewegt (z. B. Geschwindigkeit), basieren. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit der Bewegung größer als eine Schwellengeschwindigkeit ist, kann das Steuersystem 600 bestimmen, dass die Bewegung nicht mit einer atypischen oder freiwilligen Bewegung eines Bedieners vereinbar ist und daher unbeabsichtigt ist. Im Gegensatz dazu kann das Steuersystem 600 bestimmen, dass die Bewegung eine freiwillige Bewegung ist (z. B. eine erwartete Steuereingabe), wenn der Bediener die Eingabesteuerung um eine Strecke langsamer bewegt (z. B. liegt die Geschwindigkeitsbewegung unter einer Schwellengeschwindigkeit), und das Verfahren kann in 12 von 942 auf 938 fortschreiten. In einigen Implementierungen kann die Steuereinheit 610 eine freiwillige Bewegung eines Bedieners basierend auf der Dauer der Bewegung erfassen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 610 bestimmen, dass eine Bewegung freiwillig ist (z. B. Operation 942: Ja), wenn die Dauer der Bewegung unter einer Schwellendauer liegt, und mit Operation 938 fortfahren. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuereinheit 610 dafür konfiguriert sein, zu bestimmen, dass eine Bewegung freiwillig ist (z. B. Operation 942: ja) und die Neukalibrierung (z. B. in Operation 938) basierend auf der erfassten Bewegung zu initiieren, die sich über eine Zeitspanne zwischen ungefähr 0,5 Sekunden und 5 Sekunden und in einigen Implementierungen zwischen ca. 0,5 Sekunden und 3 Sekunden erstreckt.
Das Beispielverfahren in 12 umfasst auch einen weiteren Pfad zum Initiieren eines neuen Grundlinienpegels. Beispielsweise kann das Steuersystem 600 während des Betriebs im Antriebsmodus bei 922 Änderungen des Winkels oder der Steigung erfasster Kapazitätsänderungen bei 944 überwachen (z. B. kontinuierlich überwachen). Unter Bezugnahme auf 11 kann beispielsweise eine abrupte oder sofortige Änderung des erfassten Kapazitätspegels (z. B. dargestellt durch 908) einen Benutzerkontakt anzeigen. Alternativ kann eine allmähliche Änderung des erfassten Kapazitätspegels (z. B. dargestellt durch 910) ein Kriechen anzeigen, das sich aus Umgebungsbedingungen ergibt. Ein solches Kriechen kann im Laufe der Zeit die Versatzdistanz zwischen der tatsächlich erfassten Kapazität 906 und dem Befehlszeilenpegel 904 ändern, selbst wenn ein Bediener die Eingabesteuerungen nicht berührt. Dieses Kriechen könnte daher das Steuersystem 600 entweder übermäßig ansprechbar oder übermäßig nicht-ansprechbar machen, wenn ein Bediener die Eingabesteuerungen berührt, um die gesteuerte Vorrichtung 650 zu steuern.
Dementsprechend kann in einigen Implementierungen das Steuersystem 600 die Steigung der erfassten Kapazität über die Zeit überwachen, um zu bestimmen, wann sich die erfasste Kapazität aufgrund von Umgebungsbedingungen ändert. Wenn zum Beispiel die Steigung unter einem bestimmten Schwellenwert liegt (z. B. eine flache Steigung), wie z. B. eine Änderung einer Einheit über 20 Sekunden, kann, wenn kein Bediener anwesend ist, das Steuersystem 600 bestimmen, dass ein Kriechen aufgetreten ist und eine neue Grundlinie festgelegt werden sollte. In diesem Fall beginnt das Verfahren 920 möglicherweise, bei 938 eine neue Grundlinie festzulegen. Das Verfahren kann wie oben beschrieben fortgesetzt werden, wobei nach dem Grundlinienpegel ein Befehlszeilenpegel festgelegt und dann der Antriebsmodus bei 922 reaktiviert wird. Wenn bei 944 die Änderung der Steigung der erfassten Kapazität über einem Schwellenwert liegt (z. B. eine steile Steigung), kann das Steuersystem dies als eine Änderung aufgrund der Berührung eines Bedieners erfassen. Dementsprechend kann das Steuersystem bei 922 im Antriebsmodus arbeiten.
13 zeigt ein vereinfachtes beispielhaftes Verfahren 960 zum Kalibrieren gemäß einigen Ausführungsformen. 13 umfasst viele Schritte, die den unter Bezugnahme auf 12 beschriebenen ähnlich sind, jedoch so geändert wurden, dass ein Benutzer die Eingabesteuerungen und/oder die Eingabekonsole jedes Mal warten kann, wenn ein Triggerereignis erfasst wird. Das Verfahren von 13 umfasst das Betreiben des Steuersystems 600 in einem Antriebsmodus bei 922 wie oben beschrieben. Das Steuersystem 600 kann auf ein auslösendes Ereignis überwachen, wie oben unter Bezugnahme auf 924 beschrieben, und wenn ein auslösendes Ereignis erfasst wird, kann die Bewegung wie bei 926 gesperrt werden. In dem Verfahren 960 kann das Verfahren, wenn die Bewegung gesperrt ist, die Servicenachricht dem Bediener bei 934 präsentieren. Dementsprechend kann der Bediener aufgefordert werden, die Eingabesteuerungen jedes Mal zu entfernen und zu reinigen, wenn ein auslösendes Ereignis auftritt. Sobald die Eingabesteuerungen bei 936 neu installiert wurden, fährt der Prozess wie oben beschrieben mit Schritt 938 fort. Bei 938 wird der Grundlinienpegel festgelegt. Da der Grundlinienpegel bei 938 festgelegt ist, kann je nach Implementierung eine Grundliniennachricht an den Bediener übermittelt werden oder nicht. Bei 940 kann das Steuersystem 600 auf freiwillige Bewegungen des Bedieners überwachen. Wenn bei 940 freiwillige Bewegungen vorhanden sind, kann das Steuersystem zu 938 zurückkehren, um die Initiierung auf Grundlinienpegel neu zu starten. Wenn bei 940 keine freiwilligen Bewegungen vorhanden sind, generiert das Verfahren möglicherweise den neuen Befehlszeilenpegel bei 941, wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
In einigen Implementierungen kann das Steuersystem 600 während des Zeitraums, in dem die Grundlinie erstellt wird, vorübergehend nicht auf Bewegungsanforderungen reagieren. Sobald der Grundlinienpegel und der Befehlszeilenpegel festgelegt sind, kann das Steuersystem 600 wieder in den Antriebsmodus geändert werden und die Steuerung des medizinischen Instruments kann fortgesetzt werden.
Ein oder mehrere Elemente in Ausführungsformen dieser Offenbarung können in Software implementiert sein, um auf einem Prozessor eines Computersystems, wie beispielsweise einem Steuerungsverarbeitungssystem, ausgeführt zu werden. Bei der Implementierung in Software können die Elemente der Ausführungsformen dieser Offenbarung Codesegmente sein, um die verschiedenen Aufgaben auszuführen. Die Programm- oder Codesegmente können auf einem nicht-flüchtigen maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, einschließlich aller Medien, auf denen Informationen gespeichert werden können, einschließlich eines optischen Mediums, eines Halbleitermediums und/oder eines magnetischen Mediums. Beispiele für maschinenlesbare Speichermedien umfassen eine elektronische Schaltung; eine Halbleitervorrichtung, eine Halbleiterspeichervorrichtung, einen Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM), einen Flash-Speicher, einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (Erasable Programmable Read Only Memory, EPROM); eine Diskette, eine CD-ROM, eine optische Platte, eine Festplatte oder eine andere Speichervorrichtung. Die Codesegmente können über Computernetzwerke wie das Internet, das Intranet usw. heruntergeladen werden. Wie hierin beschrieben, können Operationen zum Zugreifen, Erfassen, Initiieren, Registrieren, Anzeigen, Empfangen, Erzeugen, Bestimmen, Verschieben von Datenpunkten, Segmentieren, Abgleichen usw. zumindest teilweise von dem Steuersystem 112 oder seinen Prozessoren ausgeführt werden.
Es ist zu beachten, dass die dargestellten Prozesse und Anzeigen möglicherweise nicht inhärent mit einem bestimmten Computer oder einer anderen Vorrichtung zusammenhängen. Darüber hinaus versteht es sich, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die hier beschriebenen Beispiele zu implementieren.
Während bestimmte Beispiele in den beigefügten Zeichnungen beschrieben und gezeigt wurden, versteht es sich, dass solche Beispiele lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend sind und dass die beschriebenen Beispiele nicht auf die gezeigten und beschriebenen spezifischen Konstruktionen und Anordnungen beschränkt sind, da Fachleuten verschiedene andere Modifikationen ersichtlich sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/741222 [0001]
WO 2016/191298 [0029]
US 7316681 [0033]
US 9259274 [0033]
US 9452276 [0034]
US 16/049640 [0048]
US 2019/0029770 [0048]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

1. Dezember 2016 mit dem Titel „Systems and Methods of Registration for Image Guided Surgery” [0029]

Claims

System, das Folgendes umfasst: eine Eingabevorrichtung, die dafür konfiguriert ist, von einem Bediener zur Steuerung einer medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden; einen Bedienererfassungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung zu erfassen; einen Bewegungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen; und eine Steuereinheit, die für Folgendes konfiguriert ist: Ermöglichen oder Verhindern der Erzeugung von Steuersignalen basierend darauf, ob die erfasste Verschiebungsdistanz einen Verschiebungsschwellenwert für die Eingabevorrichtung überschreitet, während erfasst wird, dass ein Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätsensor umfasst, der dafür konfiguriert ist, zu erfassen, wann der Bediener in physischem Kontakt mit der Eingabevorrichtung ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit den Verschiebungsschwellenwert für die darin gespeicherte Eingabevorrichtung umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Erzeugung von Steuersignalen zu verhindern, wenn die erfasste Verschiebungsdistanz den Verschiebungsschwellenwert überschreitet, während der Bedienererfassungssensor erfasst, dass der Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit eine darin gespeicherte Geschwindigkeitsbeschränkung umfasst und wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, eine vom Bewegungssensor erfasste Bewegung mit dem Verschiebungsschwellenwert zu vergleichen und die Bewegung der medizinischen Vorrichtung auf eine Geschwindigkeit bei oder unter der Geschwindigkeitsbeschränkung zu begrenzen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, eine akkumulierte Bewegungsdistanz der Eingabevorrichtung zurückzusetzen, wenn ein Bediener-vorhanden-Signal nicht erfasst wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Eingabevorrichtung ein oder mehrere rollbare Scrollräder oder einen rollbaren Trackball umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bewegungssensor einen Codierer umfasst, der dafür konfiguriert ist, die Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verschiebungsschwellenwert kleiner oder gleich einer freiliegenden Oberflächendistanz der Eingabevorrichtung ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit mehrere Verschiebungsschwellenwerte einschließlich dem Verschiebungsschwellenwert speichert und wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, den Verschiebungsschwellenwert der mehreren Verschiebungsschwellenwerte basierend auf einem Kontext eines durchzuführenden medizinischen Eingriffs auszuwählen.
System nach Anspruch 10, wobei der Kontext des durchzuführenden medizinischen Verfahrens mindestens eines der Folgenden berücksichtigt: eine Art der durchzuführenden Operation, eine zu behandelnde Operationsstelle, das Vorhandensein einer Sichtsonde, eine Position der medizinischen Vorrichtung relativ zu empfindlichem Gewebe in einem Patientenkörper oder einen bestimmten Kraftwiderstand gegen die medizinische Vorrichtung.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit einen darin gespeicherten Verschiebungsgrenzwert umfasst und wobei der Verschiebungsgrenzwert die Erzeugung von Steuersignalen verhindert, die die medizinische Vorrichtung um eine Verschiebungsdistanz bewegen würden, die größer als der Verschiebungsgrenzwert ist, wenn die medizinische Vorrichtung in einem Patienten angeordnet ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Verschiebungsgrenzwert die Erzeugung von Steuersignalen verhindert, wenn eine Anforderung zur Verschiebung der medizinischen Vorrichtung größer als 4 mm an der Eingabevorrichtung eingegeben wird und wenn die medizinische Vorrichtung innerhalb eines Patienten angeordnet ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Verschiebungsgrenzwert die Erzeugung von Steuersignalen verhindert, wenn eine Anforderung zur Verschiebung der medizinischen Vorrichtung größer als 2 mm an der Eingabevorrichtung eingegeben wird und wenn die medizinische Vorrichtung innerhalb eines Patienten angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Erzeugung von Steuersignalen zu ermöglichen, um die medizinische Vorrichtung als Reaktion auf eine Eingabe an der Eingabevorrichtung während eines Zeitraums zu verschieben, in dem der Bedienererfassungssensor erfasst, dass der Bediener an der Eingabevorrichtung anwesend ist.
System nach Anspruch 15, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Erzeugung der Steuersignale zu ermöglichen, nachdem bestimmt wurde, dass die Eingabe an der Eingabevorrichtung ein Befehl zum Verschieben der medizinischen Vorrichtung ist, wobei der Befehl für eine Verschiebung kleiner als der Verschiebungsschwellenwert ist.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Ausgabevorrichtung umfasst, wobei der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätsensor umfasst, der dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners basierend auf einem Kapazitätspegel zu erfassen, der einen Befehlskapazitätspegel überschreitet, und wobei die Steuereinheit für Folgendes konfiguriert ist: Anweisen der Ausgabevorrichtung, eine Nachricht an den Bediener auszugeben, die Eingabevorrichtung während der Kalibrierung des Befehlskapazitätspegels nicht zu berühren.
System nach Anspruch 17, wobei die Ausgabevorrichtung eine Anzeigevorrichtung umfasst, wobei die Nachricht eine visuelle Nachricht umfasst, und wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Anzeigevorrichtung anzuweisen, die visuelle Nachricht während der Kalibrierung des Befehlskapazitätspegels anzuzeigen.
System nach Anspruch 1, wobei der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätsensor umfasst, der dafür konfiguriert ist, das Vorhandensein eines Bedieners basierend auf einem Kapazitätspegel zu erfassen, der einen Befehlskapazitätspegel überschreitet, und wobei die Steuereinheit für Folgendes konfiguriert ist: während der Kalibrierung des Befehlskapazitätspegels, Erfassen, über den Bewegungssensor, der freiwilligen Bewegung der Eingabevorrichtung durch den Bediener; und basierend auf der Erfassung der freiwilligen Bewegung der Eingabevorrichtung, Einleiten einer Neukalibrierung des Befehlskapazitätspegels.
System nach Anspruch 19, das ferner eine Anzeigevorrichtung umfasst, wobei die Steuereinheit für Folgendes konfiguriert ist: basierend auf der Erfassung der freiwilligen Bewegung der Eingabevorrichtung, Anweisen der Anzeigevorrichtung, dem Bediener eine Nachricht anzuzeigen, dass die Eingabevorrichtung nicht berührt werden soll.
System nach Anspruch 19, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Neukalibrierung basierend auf einer Bestimmung zu initiieren, dass die freiwillige Bewegung der Eingabevorrichtung unter einer Schwellenbewegung der Eingabevorrichtung liegt.
System nach Anspruch 21, wobei die Bestimmung, dass die freiwillige Bewegung der Eingabevorrichtung unter der Schwellenbewegung liegt, eine Bestimmung umfasst, dass eine Geschwindigkeit der freiwilligen Bewegung unter einer Schwellengeschwindigkeit liegt.
System nach Anspruch 21, wobei die Bestimmung, dass die freiwillige Bewegung der Eingabevorrichtung unter der Schwellenbewegung liegt, eine Bestimmung umfasst, dass eine Dauer der freiwilligen Bewegung unter einer Schwellendauer liegt.
System nach Anspruch 19, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Neukalibrierung basierend auf einer erfassten Bewegung der Eingabevorrichtung über einen Zeitraum zwischen 0,5 und 5 Sekunden zu initiieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Kalibrierung eines Befehlszeilenpegels für den Bedienererfassungssensor basierend auf Folgendem zu initiieren: Erfassen, über den Bewegungssensor, einer freiwilligen Bewegung durch den Bediener und Erfassen, über den Bedienererfassungssensor, dass der Bediener nicht an der Eingabevorrichtung anwesend ist.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Erfassen einer Anwesenheit eines Bedieners an einer Eingabevorrichtung, die dafür konfiguriert ist, von einem Bediener zum Steuern einer medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden; Erfassen, über einen Bewegungssensor, einer Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung; und Zulassen oder Verhindern der Erzeugung eines Steuersignals zum Verschieben der medizinischen Vorrichtung basierend darauf, ob die erfasste Verschiebungsdistanz einen vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwert überschreitet, während die Anwesenheit des Bedieners erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Erfassen der Anwesenheit des Bedieners das Erfassen, dass der Bediener mit der Eingabevorrichtung in Kontakt steht, durch Messen einer Kapazität der Eingabevorrichtung mit einem Kapazitätssensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Zulassen oder Verhindern der Erzeugung des Steuersignals das Verhindern der Erzeugung des Steuersignals umfasst, wenn die erfasste Verschiebungsdistanz den vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwert überschreitet, während die Anwesenheit des Bedieners erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 26, das ferner Folgendes umfasst: Vergleichen der vom Bewegungssensor erfassten Bewegung mit dem vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwert, und Begrenzen der Bewegung der medizinischen Vorrichtung auf eine Geschwindigkeit bei oder unter einer Geschwindigkeitsbeschränkung basierend auf der erfassten Bewegung.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Erfassen der Verschiebungsdistanz das Erfassen der Verschiebungsdistanz auf einer Oberfläche einer rollbaren Eingabevorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, das das Auswählen des vorgespeicherten Verschiebungsschwellenwerts aus mehreren Verschiebungsschwellenwerten basierend auf einem Kontext eines durchzuführenden medizinischen Verfahrens umfasst.
System, das Folgendes umfasst: eine Eingabevorrichtung, die dafür konfiguriert ist, von einem Bediener zur Steuerung einer medizinischen Vorrichtung verwendet zu werden; einen Bedienererfassungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, die Anwesenheit eines Bedieners an der Eingabevorrichtung zu erfassen; einen Bewegungssensor, der der Eingabevorrichtung zugeordnet und dafür konfiguriert ist, eine Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung zu erfassen; und eine Steuereinheit, die für Folgendes konfiguriert ist: basierend auf der erfassten Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung, die unter einem Verschiebungsschwellenwert liegt, und der erfassten Anwesenheit eines Bedieners, Aktivieren einer Geschwindigkeitsbegrenzung mit einer ersten Geschwindigkeit und basierend auf der erfassten Verschiebungsdistanz der Eingabevorrichtung, die über dem Verschiebungsschwellenwert liegt, und der erfassten Anwesenheit eines Bedieners, Modifizieren der Geschwindigkeitsbeschränkung auf eine zweite Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist.
System nach Anspruch 32, wobei der Bedienererfassungssensor einen Kapazitätssensor umfasst, der dafür konfiguriert ist, den physischen Kontakt des Bedieners mit der Eingabevorrichtung zu erfassen.
System nach Anspruch 32, wobei der Verschiebungsschwellenwert in der Steuereinheit gespeichert ist.
System nach einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei der Bewegungssensor einen Codierer umfasst.
System nach einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei die Steuereinheit für Folgendes konfiguriert ist: wenn der Bedienererfassungssensor die Abwesenheit des Bedieners erfasst, Verhindern, dass Befehlssignale zum Verschieben der medizinischen Vorrichtung gesendet werden.