[发明专利]在机器人内窥镜的远侧尖端自动维持操作者选择的滚动取向的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年2月11日提交的名称为“在机器人内窥镜的远侧尖端自动维持操作者选择的滚动取向的方法和系统（METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATICALLY MAINTAINING AN OPERATOR SELECTED ROLL ORIENTATION AT A DISTAL TIP OF A ROBOTIC ENDOSCOPE）”的美国临时申请No.61/303,365（律师卷号ISRG02470PROV）的权益。

技术领域

本发明总体上涉及机器人内窥镜，并且特别地涉及在机器人内窥镜的远侧尖端自动维持操作者选择的滚动取向同时控制该机器人内窥镜尖端的操作者命令移动的方法和系统。

背景技术

内窥镜是允许医生通过将设备插入通过自然腔道亦或外科医生创建的开口并且将该设备引导到病人体内的靶部位来捕获内部身体器官的图像并且对其问题进行诊断的一种医疗设备。在一些情况下，还可以使用所述设备在内部身体器官上执行多种医疗程序。所述设备可以是可操控的，使得其远侧尖端出于导航目的被可控地取向和定位。可以将图像捕获设备（例如立体或单视场照相机）提供在其远侧尖端以使得来自该视角的由照相机捕获的图像可以在显示屏上被外科医生看到。为了在靶部位执行各种医疗程序，手术工具（例如用于切割、抓握、烧灼等的那些手术工具）可以延伸出内窥镜的远侧尖端。

内窥镜可以是刚性的（例如用于腹腔镜检查的那些内窥镜），或者其可以是柔性的，使得其能够遵循体腔的曲率。内窥镜还可以是可刚化的和/或机器人化的。可刚化的内窥镜是这样一种内窥镜，其柔性主体的至少一部分可以通过机械锁定机构而基本刚性地制造。机器人内窥镜是一种柔性内窥镜，该内窥镜具有在计算机控制的伺服机构下弯曲的至少一部分。

经自然腔道内窥镜手术（“NOTES”）可以使用一种可操控的内窥镜而在病人身上执行手术程序。作为一个示例，可以引导柔性内窥镜通过身体腔道中的一个，并且从病人内部而不是从外部通过微创切口进入腹部。例如，在“经胃的”手术中，仪器经过嘴部并且进入胃中。然后执行胃切开术，使得所述仪器可以进入腹部并且被外科医生用来在腹腔内执行医疗程序。一旦该程序完成，将所述仪器连同程序期间去除的任何组织一起取出，并且将进入点有支撑地闭合。因为在病人体内未产生用来容纳内窥镜的进入的外部切口，所以NOTES可能甚至比使用微创切口的手术的痛苦更少。而且，因为它使用自然身体腔道替代外部切口来进入身体，所以这可以引起全身麻醉的需要减少以及更快的恢复时间。

在操作内窥镜过程中，当朝向靶部位移动时，或当在靶部位执行医疗程序时，可以将内窥镜尖端多次和在不同方向上转动。结果，在内窥镜的远侧尖端捕获的图像的取向可能改变，并且当观察这些捕获的图像时，其操作者可能变得失去方向感。如果由于这种方向感缺失而使操作者意外地在错误方向上移动了内窥镜尖端，该尖端可能无意中刺穿或损害组织，造成对病人的伤害。即使通过小心地移动内窥镜尖端避免这类伤害，仍需要额外的时间来重复地确定内窥镜尖端相对于病人体内靶部位的正确取向。因此，执行该程序所需要的时间延长了，这增加了手术成本并且增加了健康安全顾虑。

授权给Schara等人（2006）的美国专利No.7,134,992（通过引用将其结合在此）公开了用于通过感测内窥镜的旋转并且在视频显示设备上显示该旋转图像之前相应地旋转内窥镜图像以补偿所感测的旋转而在参考重力的垂直取向上提供内窥镜图像的方法。

这类图像旋转技术的一个问题是当工具延伸出内窥镜的远端时，所述工具不能从为即将到来的任务捕获的图像的操作者的观点被正确地取向。而且，虽然使用重力作为定向该图像的参考可能是方便的，但消除专用于感测重力方向的额外硬件的成本和复杂度是期望的。另外，有时为操作者提供选择不同取向参考的装置可能是有用的。

发明内容

因此，本发明的一个或多个方面的一个目的是用于在机器人内窥镜的远侧尖端自动地维持期望的滚动取向同时将机器人内窥镜尖端朝向病人体内靶部位移动或在病人体内靶部位处移动的方法、以及用于实施该方法的系统。

本发明的一个或多个方面的另一个目的是用于在机器人内窥镜的远侧尖端自动地维持期望的滚动取向而不需要该远侧尖端处滚动角度传感器的一种方法、以及用于实施该方法的系统。

本发明的一个或多个方面中的又一个目的是为操作者提供选择期望的滚动取向的装置的方法，以及用于实施该方法的系统，所述滚动取向将被自动地维持在机器人内窥镜的远侧尖端。