[发明专利]具有包含修整和翻转算法的横滚、俯仰和偏转重新对准的机器人手术系统

说明书

一种机器人手术系统或模拟器包含输入装置、显示装置和处理单元。所述显示装置包含以可操作方式与所述输入装置相关联的手术工具的表示。所述处理单元与所述输入装置通信且与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转而使所述表示围绕第一移动轴线旋转。在对准配置中，所述输入装置与所述表示围绕所述第一旋转轴线对准。当所述输入装置与所述表示未对准时，所述处理单元改变所述输入装置的所述缩放旋转以使所述输入装置返回到第一对准配置，直到所述输入装置围绕所述第一旋转轴线偏离所述对准配置达第一预定偏移。

背景技术

机器人手术系统已用于微创医疗程序。在医疗程序期间，机器人手术系统由与用户接口介接的外科医生控制。用户接口允许外科医生操控作用于患者的末端执行器。用户接口包含输入控制器或手柄，所述手柄可通过外科医生移动来控制机器人手术系统。

机器人手术系统通常使用缩放因子来按比例缩小外科医生手部的运动以确定末端执行器在患者体内的所要位置，使得外科医生可在患者体内更精确地移动末端执行器。然而，缩放因子越大，外科医生就不得不越远地移动输入装置手柄以使末端执行器移动相同距离。由于输入装置手柄具有固定运动范围，因此这意味着对于较大缩放因子，外科医生可能较频繁地达到输入手柄的运动范围末端。

另外，在医疗程序期间，外科医生需要使末端执行器围绕横滚轴线、俯仰轴线和偏转轴线旋转以适当地定位末端执行器，从而作用于组织。此外，在医疗程序期间，输入手柄相对于输入手柄的移动的离合可能导致输入手柄变得在围绕横滚轴线、俯仰轴线和/或偏转轴线中的一个或多个轴线上与末端执行器对不准。

一直需要一种在医疗程序期间将输入手柄与末端执行器重新对准的机器人手术系统。

发明内容

本公开大体上涉及在手术程序期间围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的一个或多个轴线的用户接口的输入装置的移动到机器人系统的工具的移动的缩放，包含“修整(trim)”和/或“翻转(flip)”算法。

在本公开的一方面，一种机器人手术系统或模拟器包含输入装置、显示装置和处理单元。所述输入装置可围绕第一旋转轴线旋转。所述显示装置包含以可操作方式与所述输入装置相关联的手术工具的表示。所述处理单元与所述输入装置通信，并且以可操作方式与手术工具的表示相关联，以基于所述输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转来使手术工具的表示围绕第一移动轴线旋转。所述输入装置具有对准配置，其中所述输入装置与手术工具的表示围绕第一旋转轴线对准。当输入装置与手术工具的表示围绕第一旋转轴线未对准时，处理单元改变输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转，以使输入装置返回到第一对准配置，直到输入装置围绕第一旋转轴线偏离所述对准配置达第一预定偏移。所述第一预定偏移可在约5°到约45°的范围内。

在各方面，所述输入装置可围绕垂直于第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。所述处理单元可与所述输入装置通信，并且能以可操作方式与手术工具的表示相关联，以基于所述输入装置围绕第二旋转轴线的缩放旋转来使手术工具的表示围绕第二移动轴线旋转。在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的表示围绕第二旋转轴线对准。当输入装置与手术工具的表示围绕第二旋转轴线未对准时，处理单元改变输入装置围绕第二旋转轴线的缩放旋转，以使输入装置返回到所述对准配置，直到输入装置围绕第二旋转轴线偏离所述对准配置达第二预定偏移。所述第一预定偏移可等于所述第二预定偏移。或者，所述第一预定偏移可大于或小于所述第二预定偏移。例如，所述第一预定偏移可在约16°到约45°的范围内，且所述第二预定偏移可在约5°到约15°的范围内。

在一些方面，所述输入装置可围绕垂直于第一和第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转。所述处理单元可与所述输入装置通信，并且能以可操作方式与手术工具的表示相关联，以基于所述输入装置围绕第三旋转轴线的缩放旋转来使手术工具的表示围绕第三移动轴线旋转。在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的表示围绕第三旋转轴线对准。当输入装置与手术工具的表示围绕第三旋转轴线未对准时，处理单元改变输入装置围绕第三旋转轴线的缩放旋转，以使输入装置返回到所述对准配置，直到输入装置围绕第三旋转轴线偏离所述对准配置达第三预定偏移。