專利名稱：用于機器人手術的基于工具存儲器的軟件更新的制作方法
技術領域：
0001本發(fā)明一般涉及醫(yī)療和/或機器人裝置、系統(tǒng)和方法。例如，本發(fā)明允許在手術或其他應用中使用的機器人系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件，通過在工具的存儲器中包括更新數(shù)據(jù)來修訂，該工具可以安裝在機器人手臂上。軟件更新可以有助于在安裝該機器人系統(tǒng)軟件時不可用的工具的使用。在另一個例子中，具有可拆卸組件和可重用處理器的醫(yī)療裝置系統(tǒng)，可以通過利用可拆卸儀器更新處理器軟件，由此允許該儀器用于治療組織和更新系統(tǒng)程序設計。
背景技術：
0002微創(chuàng)醫(yī)療技術旨在減少診斷或外科手術程序中損傷的無關組織的量，由此減少病人康復時間、不舒服以及有害副作用。雖然在美國每年進行的許多外科手術可能會以微創(chuàng)方式執(zhí)行，但由于微創(chuàng)手術儀器及控制它們所需的附加的手術訓練的限制，當前也只有一部分外科手術利用了這些有優(yōu)勢的技術。
0003已經(jīng)開發(fā)出用于手術中的微創(chuàng)遠程手術系統(tǒng)，以增加外科醫(yī)生的靈活性，并避免某些在傳統(tǒng)微創(chuàng)技術中的局限性。在遠程手術系統(tǒng)中，外科醫(yī)生利用某些形式的遠程控制器(諸如伺服機構(gòu)等等)以操縱手術儀器的運動，而不是直接通過手握住和運動儀器。在遠程手術系統(tǒng)中，外科醫(yī)生可以看到在手術工作臺上的手術部位的圖像。當在顯示屏上觀察手術位置的二維或三維圖像時，外科醫(yī)生通過操縱主控制裝置對病人執(zhí)行外科手術，主控制裝置又以伺服機構(gòu)的方式控制被操作的儀器進行運動。
0004用于遠程手術的伺服機構(gòu)通常接受來自兩個主控制器(外科醫(yī)生的每只手中一個)的輸入，并可包括兩個或更多個機器人手臂。改變圖像獲取設備的位置通常是有利的，以便使外科醫(yī)生能夠從另外的位置觀察手術部位。映射手臂運動到從圖像獲取設備所顯示的圖像，可以幫助外科醫(yī)生對手術儀器的運動提供更直接的控制。
0005雖然新的遠程手術系統(tǒng)和設備已經(jīng)證明了高效率和優(yōu)勢，但仍然需要進一步改進。例如，可以改進或開發(fā)更寬范圍內(nèi)的手術儀器，以安裝在這些新的機器人手臂上，用于執(zhí)行現(xiàn)有的和新的微創(chuàng)手術程序。通過使其靈活性可將寬范圍的具有新的手術末端執(zhí)行器(endeffector)的新儀器附加到現(xiàn)有的遠程手術系統(tǒng)中，外科醫(yī)生可以利用微創(chuàng)技術執(zhí)行更多的外科手術程序?，F(xiàn)有系統(tǒng)，包括它們的軟件、處理器、以及操縱致動結(jié)構(gòu)，已經(jīng)在全國和全世界的外科手術室中應用。不幸的是，隨著新機器人手術儀器的開發(fā)成功，更新現(xiàn)有固定設備的這個基礎將是緩慢昂貴的、并且是難于統(tǒng)一實現(xiàn)的，特別是對于那些已經(jīng)部署在其他國家的機器人手術系統(tǒng)。
0006因為上面所列的原因，提供用于機器人手術的改進設備、系統(tǒng)和方法將是有利的。提供對其他機器人應用的改進也是有利的。同樣地，隨著具有可重用固定設備(具有可編程處理器)以及可拆卸組件的醫(yī)療儀器系統(tǒng)不斷擴展，提供用于更新固定設備的改進設備、系統(tǒng)和方法，以及提供利用遠程手術、機器人、醫(yī)療儀器以及許多其他領域的系統(tǒng)來供應市場的編程代碼方法也將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
0007本發(fā)明一般提供用于機器人手術和其他機器人應用中的改進的機器人設備、系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還提供改進的醫(yī)療儀器設備、系統(tǒng)和方法，以利用這些改進的醫(yī)療系統(tǒng)，特別是對于包括可重編程的處理器以及限制使用的醫(yī)療探測器。本發(fā)明也可以提供編程代碼方法，以便利用具有相關外圍組件和限制使用組件的固定設備來供應市場。在某些實施例中，本發(fā)明可以把存儲器并入限制使用的組件中，諸如機器人手術工具。機器可讀代碼可以存儲在工具存儲器中，其數(shù)據(jù)和/或程序設計指令將被系統(tǒng)處理器執(zhí)行。這使得系統(tǒng)處理器的程序設計能夠通過裝載新的手術機器人工具或其他可拆卸部件被有效更新?？蛇x地，一旦處理器從工具中下載了更新的數(shù)據(jù)或程序設計指令，則后續(xù)工具可以利用這個更新的處理器程序設計，而不需要重復下載新軟件。這可以避免延遲和費用，例如當在一個或多個手術治療中，需要將手術儀器重復移除和連接到機器人手臂上時。
0008第一方面，發(fā)明人提供了一個包括機器人手臂的機器人系統(tǒng)，該機器人手臂具有工具固定器和信號接口。多個機器人工具中的每一個都可以被固定器容納，以便由機器人手臂操縱。處理器具有存儲器，并且耦合于機器人手臂。處理器存儲器包括關聯(lián)于所述多個工具的機器人工具數(shù)據(jù)。處理器利用來自處理器存儲器的關聯(lián)工具數(shù)據(jù)，指引或指揮機器人工具運動。第一附加工具具有存儲器，存儲器中有附加工具數(shù)據(jù)或代碼。在第一附加工具耦合于機器人手臂之前，處理器的存儲器可以缺少這個附加工具數(shù)據(jù)或代碼。第一工具通過工具信號接口，將附加工具數(shù)據(jù)或代碼傳送給處理器。處理器存儲附加數(shù)據(jù)或代碼到處理器存儲器中，以便從工具固定器中移除了第一附加工具之后，用于指引機器人手臂運動。在所述第一附加工具仍然安裝在手臂上時，也可以使用該附加數(shù)據(jù)和代碼。
0009在示例性實施例中，所述工具包括外科手術機器人工具，其具有多個不同的外科手術末端執(zhí)行器，這樣，所述機器人系統(tǒng)包括外科機器人系統(tǒng)。
0010第一附加工具可以具有一個工具類型標識。第二附加工具也可以具有相同的工具類型標識。處理器可以將來自第一附加工具的附加工具數(shù)據(jù)存儲在所述存儲器中，并且可以響應于第二附加工具的工具類型標識器，在第二附加工具容納在工具固定器中時，利用來自處理器存儲器的附加工具數(shù)據(jù)指引機器人手臂運動。通過利用來自存儲器的附加工具數(shù)據(jù)，而不是每次有新工具連接到系統(tǒng)時都下載這種新數(shù)據(jù)，從而可以避免工具變更期間的系統(tǒng)延遲。
0011處理器可將附加工具數(shù)據(jù)存儲在處理器存儲器的一個更新列表中。該更新列表可以包括關聯(lián)于多個不同類型附加工具的數(shù)據(jù)。處理器存儲器還可以包括關聯(lián)于多個工具的本地列表。
0012當更新列表和本地列表中都包含類似的工具標識時，處理器可以給予更新列表的附加工具數(shù)據(jù)優(yōu)于本地列表工具數(shù)據(jù)的優(yōu)先權，以使已知工具的工具數(shù)據(jù)能夠被有效修訂。處理器還可以包括一二拒絕工具列表，處理器禁止使用帶有拒絕工具標識的附加工具，所述拒絕工具標識包括在拒絕工具列表中。
0013處理器可以包括用于指引工具運動的機器可讀代碼。機器可讀代碼可包含通常為軟件修訂版標識形式的軟件能力標識，并且附加工具數(shù)據(jù)可以指定最小軟件能力和/或修訂版。如果軟件修訂版比最小軟件修訂版更老，處理器可以禁止使用第一附加工具。這使得，例如如果想要使用新的工具，那么該工具的發(fā)行人可以指定最小處理器軟件能力，例如從而使得，需要特定子程序的工具將只能用于其處理器包括這種子程序的系統(tǒng)中。
0014第二工具可以包括包含工具數(shù)據(jù)的機器可讀代碼，包括工具運動指引數(shù)據(jù)以及最大軟件修訂版。當處理器的軟件修訂版標識比第二工具的最大指定軟件修訂版更老時，處理器可以利用來自處理器的存儲器中的工具數(shù)據(jù)指引第二工具運動。這允許處理器有選擇地使用處理器存儲器中存儲的工具數(shù)據(jù)，而不用花費時間從附加工具中下載相同的信息，該附加工具已經(jīng)設定了若干月或若干年，處理器軟件更新后很長時間，以及可能是在更新了工具存儲器中的數(shù)據(jù)之后。
0015多個工具中的至少一些可以包括缺少某些或所有附加工具數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)工具。該附加工具數(shù)據(jù)可以包括一個指示符或標記，以便通知處理器應該利用附加工具數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)工具中，可以關閉或取消這種指示符或標記。
0016可選地，輸入設備可以耦合于處理器以便接收輸入運動，處理器對應于該輸入運動來影響工具固定器容納的工具的輸出運動，這樣，該機器人系統(tǒng)包括了主從機器人系統(tǒng)。第一配置時間可以對應于配置處理器從而利用來自存儲器的工具數(shù)據(jù)指引運動，以及第二配置時間可以對應于配置處理器從而利用從安裝工具下載的附加工具數(shù)據(jù)指引運動。第二配置時間可以比第一配置時間更長。通過將來自第一工具的附加工具數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，并對第一附加工具(在移除和連接之后)、第二附加工具、和/或其他類似工具利用所存儲的附加數(shù)據(jù)，可使處理器適于限制累積配置時間。
0017另一方面，本發(fā)明提供了包括多個醫(yī)療儀器的醫(yī)療儀器系統(tǒng)。每個儀器具有組織治療傳遞表面(tissue treatment delivery surface)和接口。處理器具有順序耦合于儀器接口的接口。處理器具有一個存儲代碼或數(shù)據(jù)的存儲器，并利用所存儲的代碼或數(shù)據(jù)，控制由儀器的組織治療傳遞表面?zhèn)鬟f的治療。第一附加儀器具有組織治療傳遞表面、儀器存儲器、以及耦合于儀器存儲器的接口，以便當附加儀器接口耦合于處理器接口時，提供儀器存儲器和處理器之間的通信。處理器被配置成將來自儀器存儲器的更新代碼或數(shù)據(jù)存儲在處理器的存儲器中。第二附加工具具有組織治療傳遞表面以及接口。處理器利用從第一附加儀器的儀器存儲器中傳送的更新代碼或數(shù)據(jù)，控制由第二附加工具的組織治療傳遞表面?zhèn)鬟f的治療。
0018在許多實施例中，所述多個醫(yī)療儀器將包括多種醫(yī)療儀器類型。每個醫(yī)療儀器可以具有耦合于所述接口的儀器存儲器。存儲器可以包括類型標識，每個儀器類型具有包含在機器可讀代碼中的關聯(lián)儀器類型數(shù)據(jù)。處理器響應于所耦合的儀器的類型標識，可以利用關聯(lián)的儀器數(shù)據(jù)，通過耦合于處理器的儀器的組織治療表面來指導治療。第二附加儀器具有和第一附加儀器相同的類型標識。
0019另一方面，本發(fā)明提供了一種機器人方法，其包括將多個不同類型的機器人工具順序安裝至機器人手臂。處理器利用關聯(lián)于所安裝的機器人工具類型的數(shù)據(jù)或代碼，來指引每個順序安裝的機器人工具的運動。用于所述多個工具的數(shù)據(jù)或代碼存儲在處理器的存儲器中。第一附加機器人工具安裝在機器人手臂中。更新工具數(shù)據(jù)或代碼從第一工具的存儲器中傳輸?shù)教幚砥髦?。處理器利用更新工具?shù)據(jù)或代碼來指引機器人手臂的運動。
0020工具可以包括具有多個手術末端執(zhí)行器的手術機器人工具。手術末端執(zhí)行器的運動可以由外科醫(yī)生運動輸入設備來指引，以便執(zhí)行外科手術程序。因此，機器人手臂和輸入設備可以是主從外科手術機器人系統(tǒng)的組件。
0021在處理器從安裝工具中下載附加工具數(shù)據(jù)時，通常會有一段配置時間或下載延遲。這個配置時間基本上可比配置該處理器以指引工具運動的時間更大，當所需時間已經(jīng)存儲在處理器的存儲器中時。為了限制總的配置時間，并避免在工具變更期間的延遲，處理器可以存儲從安裝工具中下載的附加工具數(shù)據(jù)，以用于其他類似類型的工具中。附加工具數(shù)據(jù)可以存儲在存儲器的更新列表中，而關聯(lián)于已知工具類型的工具數(shù)據(jù)可以存儲在處理器的存儲器的本地列表中。當工具標識在兩個本地存儲器中都有存儲時(例如當處理器軟件修訂版被下載到處理器中時，該工具是已知的)，但后來該工具數(shù)據(jù)被更新了(例如，當在本領域中使用該工具時，根據(jù)經(jīng)驗要降低握緊力量限制以增加安全余量)，則這兩個列表中可包括相同的工具類型。在這種情況下，有優(yōu)勢的是將優(yōu)先權賦予更新列表，例如，通過首先檢查更新列表，如果在其中發(fā)現(xiàn)了該工具標識，則利用這個信息，而不再繼續(xù)檢查本地列表。這使得可通過部署合適的具有更新工具數(shù)據(jù)的附加工具來有效更新工具數(shù)據(jù)。附加選擇包括一個拒絕列表，其處于處理器存儲器中，處理器禁止使用其工具標識被包含在拒絕工具列表中的工具。
0022本發(fā)明可以有助于意欲與現(xiàn)有機器人系統(tǒng)和其他固定設備一起使用的工具的部署，而且工具在這些系統(tǒng)安裝好后開發(fā)的。但是，不是所有的之前安裝的系統(tǒng)都能夠利用新開發(fā)的工具。例如，安裝的機器人手術系統(tǒng)可以具有軟件，該軟件沒有被配置成適應在末端執(zhí)行器處具有滑動關節(jié)。如果利用這樣的滑動關節(jié)開發(fā)了一種新工具，利用磁性或光學記錄介質(zhì)、網(wǎng)絡、或其他傳統(tǒng)工具，更新安裝的機器人手術系統(tǒng)的軟件可以是比較容易的，而不用在手術過程中，通過耦合于機器人手術系統(tǒng)的手術機器人工具，花費時間去下載擴展的軟件修訂版。類似地，如果開發(fā)了一種新工具，其需要某些未安裝在機器人系統(tǒng)上的硬件，諸如用于超聲工具的超聲驅(qū)動器。有利地，處理器存儲器可以存儲系統(tǒng)能力數(shù)據(jù)，附加工具數(shù)據(jù)可以識別最小系統(tǒng)能力。如果系統(tǒng)能力數(shù)據(jù)與第一附加工具的最小系統(tǒng)能力不兼容，處理器可以禁止對第一附加工具的使用。例如，存儲器中的處理器可以存儲軟件修訂版標識，并且附加工具數(shù)據(jù)可以包括最小軟件修訂版。
0023在將工具部署到本領域中的系統(tǒng)很長一段時間后，出于各種原因，可以在所安裝系統(tǒng)上實現(xiàn)軟件修訂版。如果處理器的程序設計將要更新，通過包括具有系統(tǒng)軟件修訂版的附加工具數(shù)據(jù)，避免包括在下載工具數(shù)據(jù)至處理器存儲器中的任何時間延遲通常是有利的。處理器的存儲器可以存儲軟件修訂版標識，第二工具可以具有工具存儲器，其工具數(shù)據(jù)包括最大軟件修訂版。雖然工具存儲器還可以包括用于指引工具運動的數(shù)據(jù)，但處理器可響應于比第二工具的最大軟件修訂版更老的處理器的軟件修訂版標識，利用來自處理器存儲器的工具數(shù)據(jù)，來指引第二工具的運動。例如，這可以避免使用舊工具存儲器中所存儲的過時的工具數(shù)據(jù)。
0024所述多個工具中的至少一些可以包括傳統(tǒng)工具。如果工具對于機器人系統(tǒng)是未知的時，這樣的傳統(tǒng)工具并不是必須包括一個具有足夠用來使用工具的工具數(shù)據(jù)的工具存儲器。不過，工具類型標識可以從每個安裝在手臂上的傳統(tǒng)工具中傳輸至處理器。處理器可以利用所傳輸?shù)墓ぞ哳愋蜆俗R，識別在處理器存儲器中的工具數(shù)據(jù)?？蛇x地，基于從工具傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，處理器可以區(qū)分傳統(tǒng)工具和具有完全可下載附加工具數(shù)據(jù)的工具。理想地，在傳統(tǒng)工具之后賣出的系統(tǒng)仍然可與之前部署的傳統(tǒng)工具兼容，同時許多具有可下載工具數(shù)據(jù)的新部署的工具將仍然與較舊的系統(tǒng)兼容，即使這些較舊的系統(tǒng)不能完全利用可下載的數(shù)據(jù)。
0025另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，其包括將第一機器人工具安裝至機器人手臂。，處理器利用第一工具數(shù)據(jù)來指引所安裝的第一工具的運動。在安裝第一工具之前，第一工具數(shù)據(jù)存儲在處理器的存儲器中。將第二機器人工具安裝于機器人手臂。該第二機器人工具具有存儲器，其存有關聯(lián)于第二機器人工具的數(shù)據(jù)。第二工具數(shù)據(jù)從第二工具傳輸至處理器。處理器利用所傳輸?shù)牡诙ぞ邤?shù)據(jù)來指引所安裝的第二工具的運動。
0026在安裝第二工具之前，不需要將第二工具數(shù)據(jù)存儲在處理器的存儲器中?？蓪⒌谌龣C器人工具安裝至機器人手臂。第三機器人工具具有對應于第二工具的工具標識的工具標識。第三工具的運動可以由處理器利用所傳輸?shù)牡诙ぞ邤?shù)據(jù)來指引。這可以避免從相同類型的工具中下載類似的工具數(shù)據(jù)至處理器中所造成的重復延遲。
0027在安裝第二工具之前，可將第三工具安裝至機器人手臂。在安裝第二工具之前，可以利用第三工具數(shù)據(jù)來指引第三工具的運動。當?shù)诙ぞ甙惭b之后，對于具有與第二工具相同的工具類型標識的工具，第二工具數(shù)據(jù)可以代替第三工具數(shù)據(jù)。
0028另一方面，本發(fā)明提供了一種醫(yī)療儀器系統(tǒng)修訂方法，其包括將多個醫(yī)療儀器順序耦合至處理器，每個儀器具有組織治療傳遞表面和接口。有順序耦合的儀器的組織治療傳遞表面所傳遞的治療可以利用存儲在處理器的存儲器中的數(shù)據(jù)來控制。第一附加儀器可以耦合于處理器。第一附加儀器可以具有組織治療傳遞表面和儀器存儲器。更新數(shù)據(jù)可以從附加儀器的存儲器中傳輸?shù)教幚砥髦?。所傳輸?shù)母聰?shù)據(jù)可以存儲在處理器的存儲器中，第二附加工具的組織治療傳遞表面?zhèn)鬟f的治療可以利用所存儲的更新數(shù)據(jù)來控制。
0029可選地，更新數(shù)據(jù)可以定義機器可讀代碼，其包含用于實現(xiàn)利用一個工具的組織治療傳遞表面來治療組織的方法步驟的程序指令?？蛇x地，更新數(shù)據(jù)可以包括代表治療工具類型的物理參數(shù)的數(shù)據(jù)。例如，當與手術機器人系統(tǒng)一起使用時，更新數(shù)據(jù)可以代表幾何關節(jié)位置、工具強度限制、偏移量等等。
0030附加儀器可以從處理器中解耦合，之后又重新耦合于處理器。治療傳遞可以由解耦合的附加儀器利用所存儲的更新數(shù)據(jù)來控制，以便避免從附加儀器的存儲器中重復下載更新數(shù)據(jù)。
0031另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，其包括提供多個系統(tǒng)。每個系統(tǒng)具有處理器，并且這些系統(tǒng)被提供給多個客戶。多個外圍或限制使用的設備被部署至客戶。每個設備可以耦合于系統(tǒng)，以便執(zhí)行主要功能。利用耦合的設備來更新處理器的編程代碼或數(shù)據(jù)，以便這些設備從系統(tǒng)中解耦合后改變主要功能的性能。


0032圖1A和1B是透視圖，其分別說明了用于輸入外科手術程序或過程的主外科醫(yī)生控制臺，和用于在手術位置自動化地移動手術儀器的機器人病人端推車(robotic patient-side cart)。
0033圖2是側(cè)視圖，其示出了一個與圖1A中的主控制臺一起使用的示例性輸入設備。
0034圖3是一個具有存儲器和數(shù)據(jù)接口的示例性機器人手術儀器或工具的透視圖。
0035圖4示出了一個方框圖，其表示響應于圖2中輸入設備的運動、在影響圖3工具的末端執(zhí)行器的運動中、微創(chuàng)手術機器人裝置的控制系統(tǒng)所進行的控制步驟。
0036圖5是一個功能方框圖，其示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明原理的機器人手術系統(tǒng)的組成。
0037圖6A和6B分別示意性說明了附加的或“新的”工具數(shù)據(jù)以及傳統(tǒng)工具數(shù)據(jù)，其存儲于機器人手術工具的存儲器中以用于圖5的系統(tǒng)中。
0038圖7是流程圖，其說明的程序軟件包含了使用圖5系統(tǒng)的方法，其中工具或手術儀器可以用來更新機器人手術系統(tǒng)的軟件。
0039圖8是流程圖，其說明的程序軟件包含了使用圖5系統(tǒng)的替代性方法。
0040圖8A-8F是多個對應于不同類型工具的不同末端執(zhí)行器的透視圖。
具體實施例方式
0041本發(fā)明一般提供了機器人和/或醫(yī)療儀器系統(tǒng)、設備和方法。本發(fā)明對于更新機器人和醫(yī)療儀器處理器的可重配置的控制系統(tǒng)特別有用，通常允許在具有處理器(其被編程為與各種儀器或工具一起使用)的系統(tǒng)中進行升級。通過在新儀器或工具中包括存儲器，以及通過在儀器或工具和系統(tǒng)處理器之間的耦合裝置中包括數(shù)據(jù)接口，所述儀器或工具可以用作軟件更新分發(fā)或部署裝置。這使系統(tǒng)制造商可以提高賣給全國和/或全世界客戶的機器人或醫(yī)療儀器系統(tǒng)的軟件能力，而不需要支持人員親自接觸所安裝的儀器，而且也不必完全依靠遠程通信鏈路，諸如因特網(wǎng)。
0042雖然本發(fā)明的大多數(shù)直接應用可以包括機器人手術系統(tǒng)，但也可找到本文所描述的發(fā)明在其他機器人系統(tǒng)中的應用?？梢栽诟嗟膫鹘y(tǒng)自主工業(yè)機器人等中找到本發(fā)明隨同主從遠程機器人系統(tǒng)在一起的應用。本發(fā)明還可以找到用于其他醫(yī)療儀器系統(tǒng)的有優(yōu)勢的應用，特別是那些具有可重編程的處理器以及一次性或其他限制使用的治療探測器。本發(fā)明可以在計算和通信系統(tǒng)中找到應用，以允許利用具有某些其他主要目的外圍的或一次性的元件更新程序設計，包括利用噴墨(或者其他)打印盒的存儲器等來更新打印機或電腦的軟件。
0043用于對所述系統(tǒng)軟件重編程的工具或儀器有時候被稱為更新工具或儀器、“附加”工具或儀器、和/或“新”工具或儀器。本文所用術語“工具”包括機器人工具，其具有用來耦合于機器人系統(tǒng)的機器人末端執(zhí)行器。術語“儀器或器械”包括醫(yī)療儀器，其包括那些具有醫(yī)學治療表面的儀器(諸如抓緊器、解剖刀、電子手術探測器等形式的手術末端執(zhí)行器)。在該示例性實施例中，機器人手術系統(tǒng)，由機器人手臂支持一系列可運動和可回位的末端執(zhí)行器，這樣，所述末端執(zhí)行器裝置既是一個工具也是一個儀器。在用于非手術應用中的機器人實施例中，末端執(zhí)行器裝置可以包括不是醫(yī)療儀器的機器人工具。類似地，在非機器人的醫(yī)療儀器實施例中，具有治療表面的儀器裝置不需要是活動連接的機器人工具。但是，本領域技術人員應該明白，非醫(yī)療的機器人系統(tǒng)和非機器人的醫(yī)療儀器系統(tǒng)可以包括本文描述的許多組件、程序設計和交互作用。
0044數(shù)據(jù)、可重編程的軟件、程序方法步驟，以及本文描述的方法步驟可以包括在或具體化為機器可讀代碼，并被存儲為寬范圍的不同配置的有形介質(zhì)，包括隨機存取存儲器、非易失性存儲器、一次寫入存儲器、磁性記錄介質(zhì)、光學記錄介質(zhì)等等。因此，術語“代碼”可以包括程序設計指令和數(shù)據(jù)兩者。和軟件一起，程序設計和數(shù)據(jù)中的至少一些可以被具體化為硬件或固件的形式。術語“附加數(shù)據(jù)”包括修訂的、校正的、或者不同的參數(shù)或其他信息，以及新的參數(shù)等等。
0045參考附圖1A，微創(chuàng)遠程手術系統(tǒng)的操作者工作站或外科醫(yī)生控制臺總體上標示為參考數(shù)字200。工作臺200包括觀察器202，在使用時在這里顯示手術部位的圖像。提供了支持工具204，在該支持工具上，操作者(通常為外科醫(yī)生)可以把他或她的前臂放在上面，同時一手一個地握住兩個主控制器(見圖2)。主控制器或輸入設備位于向內(nèi)越過支持物204的空間206中。當使用控制器工作臺200時，外科醫(yī)生通常坐在控制臺前的凳子上，注視著觀察器202的前方，并一手一個地握住控制器，同時把他或她的前臂放在支持物204上。
0046在附圖1B中，遠程手術系統(tǒng)的手推車或手術臺總體上標示為參考數(shù)字300。使用時，手推車300位于鄰近待手術的病人位置，并且手推車的底部則被保持在固定位置，直到手術程序完成。手推車300典型地具有輪子或小腳輪以使它能夠運動。工作臺200典型地位于離開手推車300一段距離處，在操作空間內(nèi)可選地被分開幾英尺，雖然手推車300和工作站200可以替代性地被分開相當大的距離。
0047手推車300典型地帶有三個機器人手臂裝置。機器人手臂裝置之一(標示為參考數(shù)字302)，其被布置來固定圖像獲取設備304，例如內(nèi)窺鏡等。另外兩個手臂裝置10中每一個都包括手術儀器14。內(nèi)窺鏡304在延長軸的遠端具有觀察端306。內(nèi)窺鏡304具有延長軸，以允許觀察端306可以通過入口端插入到病人身體的內(nèi)部手術部位。內(nèi)窺鏡304可操作地連接于觀察器202，以在觀察器上顯示在觀察末端306所獲取的圖像。每個機器人手臂裝置10通?？刹僮鞯剡B接于主控制器之一。因此，機器人手臂裝置10的運動可以由主控制器的操縱所控制。機器人手臂裝置10的儀器14具有安裝在機械腕構(gòu)件上的末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器樞軸地安裝于儀器14的延長軸的遠端。儀器14具有延長的軸，以允許末端執(zhí)行器也可以通過進口端插入到病人身體內(nèi)的內(nèi)部手術部位。末端執(zhí)行器相對于儀器14的軸的末端的運動，也可以通過主控制器來控制。
0048通過建立關節(jié)聯(lián)接95的方式，機器人手臂10，302被安裝在支架97上。支架97可以調(diào)節(jié)來有選擇地改變它相對于手推車300的底部99的高度，如箭頭K所標示的。建立關節(jié)聯(lián)接95被布置來使能手臂10，302的側(cè)面位置和定位相對于手推車300的垂直延伸柱93可以改變。因此，手臂10、302的位置、定位和高度可以調(diào)整，以幫助儀器14的延長軸以及內(nèi)窺鏡304、通過入口端到達相對于手術部位的所需位置。當手術儀器14和內(nèi)窺鏡304也被這樣定位后，建立的聯(lián)合手臂95和支架97被典型地鎖定就位?；?00和手推車300在美國專利6,424,885中更詳細的描述，它的整個公開作為參考并入本文。
0049示例性輸入設備220和手術儀器14在圖2、3中分別說明。輸入設備220包括手臂222和機械腕224，其允許輸入手柄226相對于工作站200(見圖1A)的結(jié)構(gòu)進行位置的和取向的運動。手柄226一般地相對于工作臺結(jié)構(gòu)可以進行多個自由度運動，示例性輸入設備220給手柄226的運動提供6個自由度。支持手柄的連接可以包括比6個自由度更多或更少的自由度。
0050現(xiàn)在參考圖3，手術儀器14一般包括手術末端執(zhí)行器50，其相對于外殼53由延長軸14.1支持。末端執(zhí)行器50可以相對于軸由遠端或機械腕支持，以便幫助在內(nèi)部手術工作空間內(nèi)定位末端執(zhí)行器。近端外殼53可以典型地適合于由機器人手臂的固定器所支持。
0051如在美國專利6,331,181中更詳細描述的(其全部公開作為參考并入本文)，儀器14通常包括存儲器230，該存儲器典型地電子耦合于外殼53的固定器嚙合表面232的數(shù)據(jù)接口。這允許在存儲器232和工作臺200的機器人手術處理器之間的數(shù)據(jù)通信。更具體地，如可以參考圖1A到圖4理解的。圖1A所述的工作站200可以典型地包括處理器210。處理器210響應于輸入手柄226的運動，影響安裝在機器人手臂10上的手術機件14的相應的運動。
0052在示例性實施例中，處理器210包括軟件，其包含控制邏輯212(在圖4中示例性說明)。通過繞著微創(chuàng)插入點樞軸轉(zhuǎn)動儀器軸14.1，這個控制邏輯影響末端執(zhí)行器50在內(nèi)部手術部位的運動。處理器210所應用的控制邏輯212響應于輸入手柄運動產(chǎn)生電機驅(qū)動信號。這些電機驅(qū)動信號被傳送給機器人手臂，并致使影響對應于輸入手柄的運動的末端執(zhí)行器的運動，如在′885專利中更詳細描述的(在此通過引用結(jié)合這個專利的全文)。如可以通過參考圖4中說明的控制邏輯圖所能理解的，機器人手臂10和手術儀器14的關節(jié)運動學在控制器中模擬。
0053寬范圍的機器人手術儀器類型在專利文獻中描述了。這些不同的機器人工具類型經(jīng)常在機器人程序中移除和替代，以便允許外科醫(yī)生執(zhí)行不同的功能。例如，剪刀結(jié)構(gòu)可以移除并用電子手術解剖刀替換。這樣的不同工具類型可以具有不同幾何形狀的腕或其他工具關節(jié)，例如在關節(jié)軸之間具有不同的間隔距離。不同工具類型還可以具有關于每個軸的不同范圍的運動、不同關節(jié)接合位置或奇異性、和/或其他在它們的關節(jié)幾何形狀中的不同，這可以參考圖8A-8F理解。另外，兩個不同手術儀器末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)通常可以在關于它們的軸的運動和關聯(lián)的驅(qū)動元件的運動等之間，具有不同的強度、不同的慣量、不同有效傳動比。在不同工具類型之間的更進一步的不同，可以包括電子手術能力、工具的使用年限、替換末端執(zhí)行器元件的能力等等的呈現(xiàn)或缺乏。當關于當前被安裝至機器人手臂10的工具類型的信息對于處理器是可用的時候，處理器210的邏輯212可以適應這些不同工具運動學和性質(zhì)。
0054現(xiàn)在參考圖5，機器人手術系統(tǒng)500被示例性的說明，其作為包括耦合于副/從屬機器人手臂504的主控制器502，以便運動機器人工具506。工具506由機器人手臂504的工具固定器508所固定。多個替代性工具510能夠順序地替代工具506，通過把工具506從固定器508中分開，并且代替地，從多個工具中接合選擇的工具至機器人手臂。為了允許控制器處理器508的邏輯適合于當天耦合于從屬設備504的固定器508，來自所安裝的工具的數(shù)據(jù)可以通過固定器傳送至從屬設備并且傳送至處理器502。所傳送的工具數(shù)據(jù)典型地包括工具類型標識。
0055多個工具510可以包括兩個不同組的工具類型“已知的”或“傳統(tǒng)的”工具512以及“新的”或“附加”工具514。已知工具512可以包括，當主控制器處理器502被程序設計時，當下載至處理器503的最新的軟件修訂版被寫入后，被改進并且可以知道的工具類型。已知工具512包括具有工具類型標識(有時候稱為唯一工具標識(TUID))的工具，其被包括在處理器502的存儲器516中。在某些實施例中，需要部署即插即用或系統(tǒng)更新工具以及非即插即用工具。這可以減少工具成本，同時仍然能夠允許本文描述的許多能力。
0056有利地，當已知工具(諸如工具類型110)被安裝至從屬機器人手臂504時，通過工具固定器508從工具類型標識(TUID110)至主控制器502的傳送，可以提供足夠的信息給主控制器處理器，以重新配置它的軟件以便正確的控制從屬裝置、儀器、以及末端執(zhí)行器的運動。更具體地，工具標識對于處理器是足夠的，以便其從處理器存儲器516的本地列表518中查詢工具運動學數(shù)據(jù)。這可以很快地完成，而不會延遲外科醫(yī)生對機器人工具的使用。
0057相反，新工具514可以包括末端執(zhí)行器、驅(qū)動系統(tǒng)、工具強度、或者其他工具特性，這些工具特性因為處理器502的程序設計已經(jīng)開發(fā)或修訂了。為了允許這樣的新工具類型(工具TUID306)被處理器502控制，處理器可以從工具類型標識中確定所需的工具運動學數(shù)據(jù)在處理器的存儲器516中不可用。然后處理器可以通過固定器508(或者某些替代性數(shù)據(jù)接口)下載所需的工具運動學信息，并存儲這個新信息在處理器存儲器516的更新列表520中。這有效地允許處理器可重編程來適應新的工具。
0058包括在工具存儲器230中的關于新工具類型的信息示例性在在圖6A中說明。存儲在已知工具的存儲器中的傳統(tǒng)工具數(shù)據(jù)232在圖6B中示例性說明。如這里所用的，術語“即插即用”以及字母“PNP”包括機器人或醫(yī)療儀器和/或系統(tǒng)、從工具或儀器的存儲器中更新系統(tǒng)程序設計的能力。
0059在示例性實施例中，傳統(tǒng)工具數(shù)據(jù)232可以包括在儀器14的存儲器230中(見圖3和6B)，其中示例性存儲器包括Dallas部件DS2505。耦合儀器存儲器至儀器接口的電路，以及關于儀器接口的細節(jié)，可以在美國專利6,331,181中找到。替代性的儀器、電路以及接口也是公知的，包括那些在加拿大圣巴巴拉的COMPUTER MOTION公司出售的ZeusTM機器人手術系統(tǒng)(當前被商品化的)中所采用的。
0060示例性傳統(tǒng)工具數(shù)據(jù)包括具有工具標識的傳統(tǒng)信息，其可以連同工具類型標識數(shù)據(jù)一起用于識別特定工具。唯一的Dallas芯片號碼可以用作工具標識，并且工具標識允許，跟蹤特定工具在它整個使用期限中在多個不同機器人手臂和/或機器人系統(tǒng)中的、眾多不同手術程序中的使用。在所有傳統(tǒng)工具中一致的傳統(tǒng)信息的某些部分可以用作“否定PNP標記”，這樣使得機器人系統(tǒng)500可以確定傳統(tǒng)工具沒有包括附加工具信息。
0061現(xiàn)在參考圖6A，附加的或PNP工具數(shù)據(jù)230包括類似于圖6B中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)232的傳統(tǒng)信息。這有助于反向兼容性以及具有系統(tǒng)500的新工具的使用，系統(tǒng)500沒有即插即用能力。但是，新工具數(shù)據(jù)230的傳統(tǒng)信息將包括PNP標記。這允許具有即插即用能力的系統(tǒng)識別到新工具包括附加工具信息，從而利用這個信息。
0062連同傳統(tǒng)信息一起，新工具數(shù)據(jù)230一般將包括具有工具參數(shù)列表的工具更新信息234，該工具參數(shù)足夠系統(tǒng)500安全有效地指引新工具在手術程序中運動。可以列出幾個工具參數(shù)，通常包括大于10個參數(shù)，可選地，包括比100更多或甚至超過1000個參數(shù)。在示例性實施例中，新工具數(shù)據(jù)230可以包括2K、8K、或64K的數(shù)據(jù)或更多。附加工具數(shù)據(jù)230所存儲的示例性存儲器包括DALLASSEMICONDUCTOR部件號碼DS2505、DS2505V、或者DS2505P。
0063除了傳統(tǒng)信息和工具更新信息234，新的工具數(shù)據(jù)230可以包括有限PNP信息，以便允許對于舊的機器人手術系統(tǒng)的有限即插即用能力。在這個示例性實施例中，如參考圖8描述的，信息可以包括有限數(shù)目的參數(shù)，其每一個參數(shù)對應于包括在完整新工具數(shù)據(jù)中的關聯(lián)工具參數(shù)，以便這些工具參數(shù)在工具存儲器中重復。舊機器人手術系統(tǒng)可以從該工具中、下載列在有限PNP數(shù)據(jù)中的任意參數(shù)，到處理器500的存儲器516中，可選地只和所安裝的工具一起使用。
0064現(xiàn)在參考圖5，處理器502的存儲器516可以存儲工具數(shù)據(jù)在許多個替代性的有形介質(zhì)中，包括磁性記錄介質(zhì)、光學記錄介質(zhì)、RAM、ROM等等。在這個示例性實施例中，工具數(shù)據(jù)可以至少部分地存儲在NVRAM中(對于更新列表)和閃存中(對于本地列表和拒絕列表)。在使用時，工具數(shù)據(jù)還可以至少部分地存儲在主控制器處理器502的隨機存取存儲器中。雖然安裝了工具，但避免對這個工具改變系統(tǒng)行為是有益的，即使相同工具類型的更新工具被安裝在系統(tǒng)的不同手臂上。一旦安裝工具被移除和重新安裝，系統(tǒng)可以利用新的數(shù)據(jù)。在美國專利6,424,885中更全面地描述了工具運動學和強度信息的使用，在此將該美國專利并入作為參考。
0065如本文中使用的，當所安裝工具被移除或用多個替代性工具510中任意一個替換時，當其包含在保持耦合于系統(tǒng)處理器的系統(tǒng)500的切實介質(zhì)中時，工具數(shù)據(jù)被存儲在處理器502的“存儲器”中。因此，從工具中下載下來的數(shù)據(jù)、記錄在磁性或光學記錄介質(zhì)上的數(shù)據(jù)，包含在EEPROM中的數(shù)據(jù)、或者臨時存儲在處理器502的RAM中的數(shù)據(jù)、或者處理器502的任何其他外圍存儲器設備中的數(shù)據(jù)被認為存儲在處理器的存儲器中。
0066處理器502將典型地包括軟件和/或硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)包含在機器可讀代碼中的程序設計步驟，以便影響本發(fā)明的方法。在示例性實施例中，處理器502包括控制器工作臺200的處理器210(見圖1A)，理想地包括具有多個可購買到的處理器的主板，包括可從ANALOGDEVICES公司獲得的Shacr處理器，可從摩托羅拉公司獲得的PowerPC處理器，以及存儲器等等。示例性編程代碼主要是用C程序設計語言編寫，但是寬范圍的其他語言也可以使用。處理器502還可以包括在整個機器人手術系統(tǒng)中分布的軟件和/或硬件，其中手臂10、手推車300、甚至固定器508(見圖5和1B)，通常在寬范圍分布處理布置中的任意一個中具有本地處理能力。替代性處理器結(jié)構(gòu)，其可以適合于利用本發(fā)明的方法和設備包括這些可從COMPUTER MOTION公司獲得的ZeusTM機器人手術系統(tǒng)。
0067現(xiàn)在參考圖7，包含本發(fā)明的方法600開始于工具存儲602或安裝至機器人系統(tǒng)的機器人手臂時。傳統(tǒng)信息從工具的存儲器下載，允許系統(tǒng)去確定工具存儲器是否具有更新工具信息604。從工具中首先下載的數(shù)據(jù)可以包括比只有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)更多。事實上，如果只有傳統(tǒng)信息是可用的，初始下載信息的剩余部分可以是空白的，其可以用作指示，指出工具是傳統(tǒng)工具?？梢栽诠ぞ咄ㄟ^工具固定器或接口的機械嚙合確認運動期間，執(zhí)行從工具下載這個初始信息到系統(tǒng)的處理器中，由此不需要延遲手術程序。所下載的傳統(tǒng)信息將足夠還允許系統(tǒng)識別工具類型606。在示例性系統(tǒng)中，工具類型標識從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中的一個或多個傳統(tǒng)區(qū)域計算。替代性系統(tǒng)可以簡單地從工具存儲器中讀取工具類型標識。
0068首先假設所安裝的工具是沒有包括附加工具信息的傳統(tǒng)工具，在處理器計算工具類型標識606之后，處理器確定工具是否是先前更新的類型608(例如，通過先前下載和已經(jīng)安裝到機器人手臂上的相同類型的即插即用工具更新的類型)。處理器可以確定工具類型數(shù)據(jù)是否已經(jīng)通過比較工具類型和處理器502的存儲器516中的更新列表更新了(見圖5)。如果工具類型確實包括在更新列表中了，處理器502可以利用已經(jīng)存在處理器存儲器516中的數(shù)據(jù)，控制機器人手臂和所安裝的工具的運動，由此支持所安裝的儀器610，而不用延遲下載附加工具數(shù)據(jù)。儀器的支持可以包括，例如，利用來自適合于工具的工具類型標識的存儲器516中參數(shù)工具數(shù)據(jù)，重新配置處理器的軟件。
0069如果工具類型沒有列在更新列表中，則在步驟612，處理器502可以確定工具類型標識是否已經(jīng)包括在處理器存儲器516的本地列表518中。如果工具標識包括在本地列表518中，處理器可以再次支持所安裝的儀器，而不用從工具下載附加數(shù)據(jù)。具體地，當工具安裝到機器人手臂時，利用再次在工具存儲器516中呈現(xiàn)的本地列表工具參數(shù)信息，重新配置處理器502。因此，又一次可以避免下載延遲。
0070相比本地列表，處理器502有效地給更新列表優(yōu)先權，以便使得工具參數(shù)信息可以有效地被現(xiàn)有工具類型(具有已知工具的工具標識)的分布工具修訂。例如，如果傳播扭距的在前強度被減少時，如果已知工具類型可以被用來更可靠地執(zhí)行，這允許更新這些現(xiàn)有工具怎樣在該領域使用?？蛇x地，制造商可以選擇不更新在前賣出工具的工具類型，以便避免在更新或即插即用工具用在系統(tǒng)中之前或之后，使得單工具(或同時兩個工具)具有不同的反應。因為在步驟604我們已經(jīng)在上面假設所安裝的工具是不能即插即用的，如果用于支持儀器的所需工具參數(shù)信息在處理器存儲器516中不可用(不管是在本地列表518還是在更新列表520中都不可用)，系統(tǒng)可以拒絕所安裝的儀器616，以便避免嘗試控制沒有足夠工具數(shù)據(jù)的工具的運動。注意，沿著假設儀器不能即插即用的流程圖的路徑，在檢查本地列表518上的工具標識之前，處理器502首先檢查更新列表520上的工具信息。
0071之前的討論在步驟604假設所安裝的工具不是能夠即插即用，也就是說，所安裝的工具是傳統(tǒng)工具。如果我們替代性的認為在機器人手臂上所安裝的工具602，具有可以用來更新系統(tǒng)處理器的附加工具數(shù)據(jù)，在步驟604系統(tǒng)處理器可以從工具下載的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中確定該工具具有即插即用能力。除了這個在工具的存儲器中的附加工具信息的呈現(xiàn)，避免下載一些或所有的附加工具數(shù)據(jù)是有利的，以便限制在工具交換期間的延遲。在方法600中，處理器確定所安裝的即插即用能力的工具是否包括在拒絕列表618中。被拒絕的工具可以，例如，包括不被機器人系統(tǒng)支持的類型的工具，以及不再被任何機器人系統(tǒng)支持的類型的工具，或者在部署出去后，已經(jīng)被指出不適合使用的特定工具。因此，工具拒絕可以基于工具類型標識的比較或在處理器502的存儲器516中具有拒絕列表522的特定工具標識。包括在拒絕列表522中的任何工具或工具類型可以被拒絕620，而且可選地，該系統(tǒng)提供指示給系統(tǒng)操作員和/或外科醫(yī)生，該系統(tǒng)禁止工具的運動或工具末端執(zhí)行器插入病人中等等。
0072如果所下載的即插即用工具不在拒絕列表上，在步驟622處理器502可以確定處理器502的系統(tǒng)軟件是否比工具存儲器更新。這可以通過，在新工具被第一次準備部署出去的時候，存儲大多數(shù)最近的系統(tǒng)處理器軟件修訂版，在工具存儲器中實現(xiàn)。任何后續(xù)軟件修訂版將在處理器存儲器的本地列表中包括給這個新工具的數(shù)據(jù)，所以比存儲在工具存儲器上的系統(tǒng)修訂版信息更新的任何系統(tǒng)軟件修訂版，不需要利用存儲在工具存儲器中的附加工具數(shù)據(jù)。有效地，這意味著，除了工具存儲器和工具即插即用能力，類似于已知工具512來處理該工具，并廢棄或使附加工具信息過時。在方法600中，如果在步驟622處理器確定在工具存儲器中的附加工具數(shù)據(jù)中是否過時，則工具作為沒有即插即用能力的工具處理。注意，包括在后續(xù)系統(tǒng)軟件修訂版中的工具參數(shù)信息，可以和存儲在工具本身的附加工具數(shù)據(jù)不同(并且比它更新)，所以這同時避免了下載附加工具信息的延遲和利用來自工具自身的過時工具信息的延遲。
0073如果處理器的軟件修訂版沒有比工具存儲器中的附加工具信息更老，則在步驟624中處理器檢查系統(tǒng)是否具有足夠的能力來使用這個工具。在某些實施例中，這可以通過確定處理器的當前軟件修訂版是否比工具存儲器中指出的最小軟件修訂版相同或更新。如果不是，該工具可以被設計來只被具有例如軟件子程序(當前其對于系統(tǒng)處理器不可用的)的系統(tǒng)使用。
0074附加工具數(shù)據(jù)通常會包括參數(shù)化的數(shù)據(jù)，諸如參數(shù)化的聯(lián)接長度、參數(shù)化的最大扭矩信息、參數(shù)化的運動范圍信息等等。如果完全新類型的運動學裝置包括在新工具中，在缺少新的子程序的時候，這種處理器軟件的參數(shù)的更新可以是不夠的。雖然可能在工具存儲器中下載這種新的子程序，限制附加工具數(shù)據(jù)至參數(shù)數(shù)據(jù)，限制了下載時間，以及因此限制了工具交換延遲。
0075在其他實施例中，在步驟624，基于比較來自工具存儲器的最小系統(tǒng)能力信息和機器人系統(tǒng)502的真實系統(tǒng)信息，系統(tǒng)可以確定系統(tǒng)的硬件能力是否足夠支持工具。例如，如果超聲波手術工具意于安裝在具有超聲波驅(qū)動器的機器人手臂上，工具與系統(tǒng)能力的不兼容性可以在步驟624中識別。如果所安裝的工具被發(fā)現(xiàn)是與系統(tǒng)能力不兼容的，方法600確定工具類型是否包括在更新列表中或在本地列表中(可能指出工具存儲器中的不兼容信息是過期的)，以及如果工具類型沒有列在其中任一個中，則所安裝的工具在步驟616中被拒絕。
0076假設系統(tǒng)的處理器確定當前軟件修訂版不比工具存儲器中的信息更新，以及系統(tǒng)具有正確使用工具所需的能力，則在步驟626處理器確定所安裝工具的工具類型是否已經(jīng)包括在更新列表中。如果工具類型在處理器存儲器516的更新列表520中，處理器可以利用這個在它的存儲器中的現(xiàn)有的附加工具數(shù)據(jù)來支持儀器610，而沒有從工具本身下載附加工具數(shù)據(jù)的延遲。注意，處理器存儲器的更新列表可以包括與工具上的附加工具數(shù)據(jù)相同的附加工具數(shù)據(jù)，或者可以包括更新的來自具有即插即用能力的相同類型的順序分布的工具的附加數(shù)據(jù)。
0077如果更新列表沒有包括所裝工具的工具類型，或者如果所裝工具數(shù)據(jù)比這個工具類型的更新列表數(shù)據(jù)更新，在步驟828系統(tǒng)處理器繼續(xù)檢查，本地列表518是否包括比來自工具存儲器的附加工具數(shù)據(jù)更新的數(shù)據(jù)。如果本地列表包括至少和來自工具存儲器的附加工具數(shù)據(jù)一樣新的工具類型的信息，系統(tǒng)利用本地列表數(shù)據(jù)支持所安裝的工具。如果當前附加工具信息還沒有在更新列表或本地列表中可用，系統(tǒng)處理器指引下載附加工具數(shù)據(jù)到更新列表630中。
0078在示例性實施例中，利用存儲在處理器502的存儲器中的工具數(shù)據(jù)，是變換到一個不同工具類型的工具的重新配置處理器的最快的方式。從工具的存儲器中下載附加工具數(shù)據(jù)將典型地包括比一秒鐘更長的延遲，在某些實施例中需要比10秒更大的延遲，以及在至少一個實施例中大約14秒的延遲(取決于系統(tǒng)狀態(tài))，相比利用已經(jīng)存儲在處理器存儲器中的信息。所安裝工具的運動利用六個由馬薩諸塞州ANALOG DEVICES公司銷售的SharcTM處理器來指引，理想地利用控制器轉(zhuǎn)換處理器(controller transform processor，CTP)。在圖7中說明的方法600被廣泛地利用Middleman代碼實現(xiàn)，利用通過Supervisor代碼數(shù)據(jù)初始化的方法。從所安裝的工具傳送的數(shù)據(jù)，可選地，在從屬機器人手臂的電路中預處理。寬范圍的特定實現(xiàn)可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。
0079現(xiàn)在參考圖8，一些處理器可以不包括上面關于方法600描述的每一方面的所有能力(或?qū)嵤┰诰哂懈鞣N需要的系統(tǒng)中)。在簡化地即插即用方法700中，工具被安裝到機器人手臂上，以及傳送至少某些來自工具存儲器的數(shù)據(jù)到系統(tǒng)處理器開始，以便允許處理器確定工具類型是否包括在已知工具列表704上。如果工具類型和/或工具標識被包括在已知列表中，以及如果工具不是能夠即插即用的706，則工具可以利用系統(tǒng)處理器708中的本地數(shù)據(jù)。
0080如果處理器確定704工具類型沒有在已知列表中，處理器可以簡單地拒絕儀器710。因此，本發(fā)明的方法可以不需要用來允許新工具類型的使用。替代地，如果系統(tǒng)處理器確定工具是已知類型的，但是工具具有即插即用能力，則處理器可以通過下載至少一部分附加工具信息來支持工具，并利用所下載的信息來配置處理器712，如果某些條件滿足的話。示例性系統(tǒng)下載了工具數(shù)據(jù)230的有限的PNP參數(shù)，如在圖6A中見到的。在步驟714處理器可以檢查所下載的數(shù)據(jù)完整性表現(xiàn)出通過核實報頭數(shù)據(jù)流(header stream)(包括有限的PNP數(shù)據(jù))可接受。然后在步驟716處理器可以核實處理器的當前軟件修訂版是否和每次下載的附加工具數(shù)據(jù)工具兼容。如果工具完整性不夠或者與當前軟件修訂版不兼容，則工具就被拒絕。如果數(shù)據(jù)完整性是可接受的并且軟件是兼容的，從工具的存儲器中所下載的附加工具數(shù)據(jù)被用來指引工具的運動。
0081在簡化的即插即用方法700中，不是工具存儲器上的所有的附加工具信息必需被下載和/或被系統(tǒng)利用。如上面參考圖6A所描述的，附加工具信息可以包括有限的PNP信息230。在示例性實施例中，有限的PNP信息包括一系列參數(shù)。如果系統(tǒng)具有有限的(而不是完全具有或沒有)即插即用能力，并且參數(shù)被列在有限的PNP數(shù)據(jù)中，系統(tǒng)將利用來自工具更新數(shù)據(jù)(而不是本地列表數(shù)據(jù))中的參數(shù)，通過利用這更新的參數(shù)重新配置處理器軟件。在示例性實施例中，有限PNP數(shù)據(jù)包括關于工具端長度、握住打開扭矩、握住關閉扭矩、以及握住角度等的參數(shù)值。
0082給替代性工具的許多個替代性末端執(zhí)行器在圖8A到8F中說明。這些末端執(zhí)行器中的幾個，包括DEBAKEY鉗子56i、微小鉗子56ii，Potts剪刀56iii，以及施夾鉗56iv，包括相對于彼此繞軸旋轉(zhuǎn)的第一和第二末端執(zhí)行器元件56a、56b，以便形成一對末端執(zhí)行器叉鉗。其他末端執(zhí)行器，包括解剖刀56v和電烙術探測器56vi，具有單端末端執(zhí)行器元件。
0083可選地，工具數(shù)據(jù)可與特定安裝工具和/或工具類型的可接受使用的限制相關聯(lián)。工具和/或工具類型標識可以存儲在一個或多個在系統(tǒng)存儲器中的工具列表中，并且處理器可以響應于使用列表和所下載的工具或工具類型標識的比較，改變或限制工具的使用。在一些實施例中，工具使用數(shù)據(jù)可以存儲在工具的存儲器中。無論如何，工具使用限制可以限制工具僅僅用來訓練/演示、用于工程或原型發(fā)展、用于臨床醫(yī)療試驗、或者可以用于對人的手術中。工具使用期限可以隨著這些不同的用途而改變，并允許可以通過修訂工具使用數(shù)據(jù)來改變工具的使用。工具限制可以通過拒絕非允許的工具來施加，或者通過在系統(tǒng)的顯示屏中顯示紅的或其他合適的圖標等等來施加。
0084雖然為了理解清楚以及作為例子，已經(jīng)詳細地描述了示例性實施例，但許多變化、改變和改進對于本領域技術人員是明顯的。例如，雖然示例性實施例參考改變機器人手術工具運動學等來描述的，但替代性實施例可以幫助具有現(xiàn)有超聲系統(tǒng)的更新的超聲波成像探測器、具有RF切除系統(tǒng)的替代性心臟切除導管、或者具有現(xiàn)有自動工業(yè)機器人的新機器人工具的使用。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求限制。
權利要求
1.一種機器人系統(tǒng)，包括機器人手臂，其具有工具固定器和信號接口；多個機器人工具，每個工具可容納在所述工具固定器中，以便所述機器人手臂操縱；處理器，其具有存儲器并耦合于所述機器人手臂，所述存儲器包括關聯(lián)于所述多個工具的機器人工具數(shù)據(jù)，并且所述處理器利用來自所述處理器存儲器的關聯(lián)工具數(shù)據(jù)，指引容納在所述工具固定器中的機器人工具運動；第一附加工具，所述第一附加工具具有存有附加工具數(shù)據(jù)或代碼的存儲器，所述第一工具通過所述工具信號接口將所述附加工具數(shù)據(jù)傳送給所述處理器，所述處理器將所述附加工具數(shù)據(jù)或代碼存儲在所述處理器存儲器中，并且在所述第一附加工具從所述工具固定器上移除之后，利用所述附加工具數(shù)據(jù)指引所述機器人手臂運動。
2.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中所述工具包括具有多個不同手術末端執(zhí)行器的手術機器人儀器，所述機器人系統(tǒng)包括手術機器人系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中所述第一附加工具具有工具類型標識，并進一步包括具有所述工具類型標識的第二附加工具，其中所述處理器將來自所述第一附加工具的所述附加工具數(shù)據(jù)在所述存儲器中，且其中所述處理器響應于所述第二附加工具的所述工具類型標識，當所述第二附加工具被所述工具固定器容納時，利用來自所述處理器存儲器的所述附加工具數(shù)據(jù)指引所述機器人手臂運動。
4.根據(jù)權利要求3所述的機器人系統(tǒng)，其中所述處理器將所述附加工具數(shù)據(jù)存儲在所述處理器存儲器的更新列表中，所述更新列表包括關聯(lián)于多個不同類型附加工具的數(shù)據(jù)，所述處理器存儲器還包括關聯(lián)于所述多個工具的本地列表數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的機器人系統(tǒng)，其中所述處理器響應于包括在所述更新列表和所述本地列表中的安裝工具標識，給予所述更新列表的附加工具數(shù)據(jù)優(yōu)于所述本地列表的所述工具數(shù)據(jù)的優(yōu)先權，以便允許對所述工具數(shù)據(jù)的有效修訂。
6.根據(jù)權利要求4所述的機器人系統(tǒng)，其中所述存儲器進一步包括拒絕工具列表，所述處理器禁止使用具有拒絕工具標識的第二附加工具，所述拒絕工具標識包括在所述拒絕工具列表上。
7.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中所述處理器包括用于指引所述工具運動的機器可讀代碼，所述處理器的所述機器可讀代碼比所述第一附加工具更早，并包含軟件修訂版標識，其中所述附加工具數(shù)據(jù)包括最小軟件修訂版，如果所述軟件修訂版比所述最小軟件修訂版更早，所述處理器禁止使用所述第一附加工具。
8.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中所述處理器包括用于指引所述工具運動的機器可讀代碼，所述機器可讀代碼包含軟件修訂版標識，其中第二工具具有包含工具數(shù)據(jù)的機器可讀代碼，其中所述工具數(shù)據(jù)包括工具運動指引數(shù)據(jù)和最大軟件修訂版，所述處理器響應于比所述第二工具的所述最大軟件修訂版更老的所述處理器的所述軟件修訂版標識，利用來自所述存儲器的所述工具數(shù)據(jù)指引所述第二工具運動。
9.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中所述多個工具中的至少一些包括傳統(tǒng)工具，所述附加工具具有工具指引數(shù)據(jù)，在所述傳統(tǒng)工具上對其并沒有存儲相應的工具指引數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中所述處理器響應于所述附加工具數(shù)據(jù)的標識來利用所述附加工具數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，進一步包括耦合于所述處理器并接收輸入運動的輸入設備，所述處理器對應于所述輸入運動來影響所述工具固定器容納的工具的輸出運動，以致所述機器人系統(tǒng)包括主從機器人系統(tǒng)。
12.根據(jù)權利要求1所述的機器人系統(tǒng)，其中第一配置時間對應于配置所述處理器、以利用來自所述存儲器的所述工具數(shù)據(jù)來指引運動，其中第二配置時間對應于配置所述處理器、以利用從所安裝的工具中下載的附加工具數(shù)據(jù)來指引運動，所述第二配置時間比所述第一配置時間更長，并且其中所述處理器適于限制累積配置時間，這是通過將來自所述第一工具的所述附加工具數(shù)據(jù)存儲在所述存儲器中，并利用所存儲的附加數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，所存儲的附加數(shù)據(jù)用于所述第一附加工具和一個第二附加工具的移除和后續(xù)重連接中的至少一種。
13.一種醫(yī)療儀器系統(tǒng)，包括多個醫(yī)療儀器，每個儀器具有組織治療傳遞表面和接口；處理器，其具有可順序耦合于所述儀器接口的接口，所述處理器具有存儲代碼或數(shù)據(jù)的存儲器，所述處理器利用所存儲的代碼或數(shù)據(jù)，控制由所述儀器的所述組織治療傳遞表面?zhèn)鬟f的治療；第一附加儀器，其具有組織治療傳遞表面、儀器存儲器、以及耦合于所述儀器存儲器的接口，以便當所述附加儀器接口耦合于所述處理器接口時，提供所述儀器存儲器和所述處理器之間的通信，所述處理器被配置成將來自所述儀器存儲器的更新代碼或數(shù)據(jù)存儲在所述處理器的存儲器中；以及第二附加工具，其具有組織治療傳遞表面和接口，所述處理器利用從所述第一附加儀器的所述儀器存儲器傳輸來的所述更新代碼或數(shù)據(jù)，控制由所述第二附加儀器的所述組織治療傳遞表面?zhèn)鬟f的治療。
14.根據(jù)權利要求13所述的醫(yī)療儀器系統(tǒng)，其中所述多個醫(yī)療儀器包括多種醫(yī)療儀器類型，其中每個醫(yī)療儀器具有耦合于所述接口的儀器存儲器，所述儀器存儲器存儲類型標識，每個儀器類型具有關聯(lián)的儀器類型，所述處理器響應于所述耦合的儀器的所述類型標識，利用關聯(lián)儀器數(shù)據(jù)，通過耦合于所述處理器的儀器的所述組織治療表面指導治療，其中所述第二附加儀器具有和所述第一附加儀器相同的類型標識。
15.一種機器人方法，包括順序地安裝多個不同類型的機器人工具至機器人手臂；利用關聯(lián)于所安裝的機器人工具類型的數(shù)據(jù)或代碼，通過處理器指引每個順序安裝的機器人工具運動，所述多個工具的所述數(shù)據(jù)或代碼存儲在所述處理器的存儲器中；安裝第一附加機器人工具至所述機器人手臂；將來自所述第一工具的存儲器中的更新工具數(shù)據(jù)或代碼傳送至所述處理器；以及利用所述更新工具數(shù)據(jù)或代碼通過所述處理器指引所述機器人手臂運動。
16.根據(jù)權利要求15所述的機器人方法，其中所述工具包括手術機器人工具，其具有多個不同的手術末端執(zhí)行器，且其中所述手術末端執(zhí)行器的運動通過外科醫(yī)生運動輸入設備來指引，以便執(zhí)行手術程序，所述機器人手臂和輸入設備是主從手術機器人系統(tǒng)的組件。
17.根據(jù)權利要求15所述的機器人方法，其中第一配置時間對應于配置所述處理器、以利用來自所述存儲器的所述工具數(shù)據(jù)指引運動，其中第二配置時間對應于配置所述處理器、以利用從所安裝工具下載的附加工具數(shù)據(jù)來指引運動，所述第二配置時間比所述第一配置時間更長，進一步包括從所述機器人手臂中分開所述第一附加工具，以及安裝第二附加工具至所述機器人手臂，所述第一附加工具和所述第二附加工具具有相同的工具類型，其中所述處理器將來自所述第一附加工具的所述附加工具數(shù)據(jù)存儲在所述處理器的存儲器中，且其中所述處理器利用來自所述處理器的存儲器中的所述附加工具數(shù)據(jù)，指引所速第二附加工具運動。
18.根據(jù)權利要求17所述的機器人方法，進一步包括將所述附加工具數(shù)據(jù)存儲在所述存儲器的更新列表中，所述更新列表包括關聯(lián)于多個附加工具類型的數(shù)據(jù)，所述存儲器還包括關聯(lián)于所述多個工具的類型的本地列表數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權利要求18所述的機器人方法，進一步包括，當所安裝的工具的標識被包括在所述更新列表和所述本地列表中時，給予所述更新列表的附加工具數(shù)據(jù)優(yōu)于所述本地列表的所述工具數(shù)據(jù)的優(yōu)先權，以便允許對所述工具數(shù)據(jù)的有效修訂。
20.根據(jù)權利要求15所述的機器人方法，進一步包括禁止使用第二附加工具，所述第二附加工具具有拒絕工具標識，所述拒絕工具標識包括在所述處理器存儲器中的拒絕工具列表中。
21.根據(jù)權利要求15所述的機器人方法，其中所述處理器包括存儲系統(tǒng)能力數(shù)據(jù)的存儲器，且其中所述附加工具數(shù)據(jù)包括最小系統(tǒng)能力，如果所述系統(tǒng)能力數(shù)據(jù)和所述第一附加工具的所述最小系統(tǒng)能力兼容，所述處理器禁止使用所述第一附加工具。
22.根據(jù)權利要求15所述的機器人方法，其中所述處理器的所述存儲器存儲軟件修訂版標識，其中第二工具具有一個帶有工具數(shù)據(jù)的工具存儲器，所述工具數(shù)據(jù)包括最大軟件修訂版，所述處理器響應于比所述第二工具的最大軟件修訂版更老的所述處理器的所述軟件修訂版標識，利用工具數(shù)據(jù)指引所述第二工具運動。
23.根據(jù)權利要求15所述的機器人方法，其中所述多個工具中的至少一些包括傳統(tǒng)工具，并且進一步包括將來自安裝在所述手臂上的每個傳統(tǒng)工具的工具類型標識傳送到所述處理器，其中所述處理器利用所傳送的工具類型標識，識別所述處理器存儲器中的關聯(lián)工具數(shù)據(jù)。
24.一種方法，包括安裝第一機器人工具至機器人手臂；由處理器利用第一工具數(shù)據(jù)指引所安裝的第一工具運動，在安裝所述第一工具之前，將所述第一工具數(shù)據(jù)存儲在所述處理器的存儲器中；安裝第二機器人工具至所述機器人手臂，所述第二機器人工具具有一個存儲器，其存有關聯(lián)于所述第二機器人工具的數(shù)據(jù)；將來自所述第二工具的所述第二工具數(shù)據(jù)傳輸至所述處理器，以及由所述處理器利用所傳輸?shù)牡诙ぞ邤?shù)據(jù)指引所安裝的第二工具運動。
25.根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，在安裝所述第二工具之前，所述第二工具數(shù)據(jù)沒有存儲在所述處理器的所述存儲器中。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，進一步包括安裝第三機器人工具至所述機器人手臂，確定所述第三機器人工具的工具標識對應于所述第二工具的工具標識，并由所述處理器利用所傳送的第二工具數(shù)據(jù)指引所安裝的第三工具運動。
27.根據(jù)權利要求26所述的方法，進一步包括，在安裝所述第二工具之前，將所述第三工具安裝至所述機器人手臂，并利用第三工具數(shù)據(jù)指引所述第三工具運動，其中在所述第二工具安裝之后，對于具有所述工具標識的工具，所述第二工具數(shù)據(jù)代替所述第三工具數(shù)據(jù)。
28.一種醫(yī)療儀器系統(tǒng)修訂方法，包括順序地將多個醫(yī)療儀器耦合至處理器，每個儀器具有組織治療傳遞表面和接口；利用存儲在所述處理器的存儲器中的數(shù)據(jù)，控制由所述順序耦合的儀器的所述組織治療傳遞表面?zhèn)鬟f的治療；將第一附加儀器耦合至所述處理器，所述第一附加儀器具有組織治療傳遞表面和儀器存儲器；將來自所述附加儀器的存儲器的更新數(shù)據(jù)傳送至所述處理器；將所傳送的更新數(shù)據(jù)存儲在所述處理器的存儲器中；以及利用所存儲的更新數(shù)據(jù)，控制來自第二附加工具的組織治療傳遞表面的治療傳遞。
29.根據(jù)權利要求28所述的醫(yī)療儀器系統(tǒng)，進一步包括從所述處理器解耦合所述附加儀器，以及將所述附加儀器重新耦合至所述處理器，并由重新耦合的附加儀器利用所存儲的更新數(shù)據(jù)，控制治療傳遞，以避免從所述附加儀器的存儲器重復下載所述更新數(shù)據(jù)。
30.一種方法，包括向多個客戶提供多個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)具有一個處理器；將多個外圍的或限制使用的設備部署至所述客戶，每個設備可耦合于系統(tǒng)，以便執(zhí)行主要功能；以及更新來自所述耦合設備的存儲器的所述處理器的編程代碼或數(shù)據(jù)，以便在所述設備從所述系統(tǒng)解耦合之后，改變所述主要功能的性能。
全文摘要
用于機器人手術和其他機器人應用中的機器人裝置、系統(tǒng)和方法，和/或醫(yī)療儀器裝置、系統(tǒng)和方法包括一個可重用處理器和一個限制使用的機器人工具或醫(yī)療探測器。一種存儲器限制使用組件包括具有數(shù)據(jù)和/或由處理器執(zhí)行的程序設計指令的機器可讀代碼。一旦新數(shù)據(jù)由所述處理器從一個組件中下載下來，處理器的程序設計可通過裝載新數(shù)據(jù)來更新，后續(xù)組件可利用所更新的處理器，而不用重復下載。
文檔編號G06F19/00GK1950037SQ200580014020
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權日2004年5月4日
發(fā)明者G·K·托特, N·斯瓦魯普, T·尼克松, D·Q·拉金, S·克爾頓 申請人:直觀外科手術公司