ОЦЕНКА УСИЛИЯ ДЛЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МИНИМАЛЬНОГО ИНВАЗИВНОГО ВМЕШАТЕЛЬСТВА

1. Способ оценки усилия для медицинской системы минимального инвазивного вмешательства, содержащей манипулятор (10), имеющий исполнительный орган (12), оснащенный имеющим 6 степеней подвижности (6-DOF) датчиком (30) усилия/крутящего момента, и инструмент (14) минимального инвазивного вмешательства, имеющий первый конец (16), закрепленный на исполнительном органе, и второй конец (20), расположенный за внешним центром (23) вращения, который ограничивает инструмент в перемещении,
при этом способ содержит этапы:
определение положения инструмента относительно центра вращения, измерение посредством 6-DOF датчика усилия/крутящего момента усилия и крутящего момента, прилагаемых к исполнительному органу первым концом инструмента, и
вычисление посредством принципа наложения оценки усилия, прилагаемого ко второму концу инструмента, основанное на определенном положении, измеренном усилии и измеренном крутящем моменте.
2. Способ по п.1, содержащий также этап:
определение первоначального исходного положения инструмента относительно центра вращения, при этом определение положения инструмента относительно центра вращения основано на определенном первоначальном положении и на непрерывном обновлении, используя информацию о перемещении манипулятора.
3. Способ по п.2, содержащий также этап:
вычисление посредством принципа наложения оценки усилия, прилагаемого к центру вращения инструментом, основываясь на определенном положении, измеренном усилии и измеренном крутящем моменте.
4. Способ по п.1, в котором исполнительный орган оснащен имеющим 6 степеней подвижности (6-DOF) акселерометром, а способ содержит также этапы:
измерение посредством 6-DOF акселерометра гравитационной нагрузки и/или динамических нагрузок, прилагаемых к 6-DOF датчику усилия/крутящего момента, и
компенсация гравитационных или динамических нагрузок в измеренном усилии и измеренном крутящем моменте.
5. Способ оценки усилия по одному из пп.1-4, содержащий также процедуру калибровки, которая содержит этапы:
прохождение исполнительного органа через совокупность положений, распределенных по рабочей области манипулятора,
запись измеренного усилия и измеренного крутящего момента для каждого положения, и
определение отклонений измерений усилия и крутящего момента, основанное на записанных измерениях усилия и крутящего момента.
6. Способ оценки усилия по п.5, в котором исполнительный орган оснащен имеющим 6 степеней подвижности (6-DOF) акселерометром, а способ содержит также этапы:
измерение посредством 6-DOF акселерометра гравитационной нагрузки и/или динамических нагрузок, прилагаемых на 6-DOF датчик усилия/крутящего момента,
компенсация гравитационных или динамических нагрузок в измеренном усилии и измеренном крутящем моменте,
запись измеренного линейного ускорения и измеренного углового ускорения для каждого положения, и
определение отклонений измерений линейного и углового ускорений, основанное на записанных измерениях линейного и углового ускорений.
7. Способ оценки усилия по одному из пп.1-4, содержащий также этап:
использование линейного фильтра Кальмана для данных усилия и крутящего момента, измеренных 6-DOF датчиком усилия/крутящего момента, до вычисления оцененного усилия.
8. Способ оценки усилия по одному из пп.1-4, содержащий также этап: использование линейного фильтра Кальмана для вычисленной оценки усилия.
9. Способ оценки усилия по п.4, содержащий также этапы:
использование линейного фильтра Кальмана для данных усилия и крутящего момента, измеренных 6-DOF датчиком усилия/крутящего момента, и для данных линейного и углового ускорения, измеренных 6-DOF акселерометром, компенсация помех вследствие гравитационных и динамических нагрузок после использования линейного фильтра Кальмана,
использование вторичного линейного фильтра Кальмана для компенсированных данных усилия и крутящего момента.
10. Способ оценки усилия по п.7, в котором фильтр Кальмана, соответственно, первичный и/или вторичный фильтр Кальмана, включен каскадно и имеет первую ступень линейного фильтра Кальмана с параметром ковариации помех процесса, установленным на более высокое значение, предпочтительно в диапазоне между 0,1 и 1, и вторую ступень линейного фильтра Кальмана с параметром ковариации помех в процессе, установленным на более низкое значение, предпочтительно в диапазоне между 0,001 и 0,1.
11. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства, содержащая манипулятор (10), имеющий исполнительный орган (12), оснащенный имеющим 6 степеней подвижности (6-DOF) датчиком (30) усилия/крутящего момента и сконфигурированный для удержания инструмента (14) минимального инвазивного вмешательства, имеющего первый конец (16), установленный на исполнительном органе, и второй конец (20), расположенный за внешним центром (23) вращения, который ограничивает инструмент в перемещении,
при этом система содержит программируемое вычислительное устройство, запрограммированное для
определения положения инструмента относительно центра вращения, обработки осуществляемых посредством 6-DOF датчика усилия/крутящего момента измерений усилия и крутящего момента, прилагаемых к исполнительному органу первым концом инструмента, и
вычисления посредством принципа наложения оценки усилия, прилагаемого ко второму концу инструмента, основанного на определенном положении, измеренном усилии и измеренном крутящем моменте.
12. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по п.11, в которой программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
определения первоначального исходного положения инструмента относительно центра вращения, и
определения положения инструмента относительно центра вращения, основанного на определенном первоначальном исходном положении и на непрерывном обновлении, используя информацию о перемещении манипулятора.
13. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по п.12, в которой программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
вычисления посредством принципа наложения оценки усилия, прилагаемого к центру вращения инструментом, основанного на определенном положении, измеренном усилии и измеренном крутящим моментом.
14. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по п.11, в которой исполнительный орган оснащен 6-DOF акселерометром, а программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
обработки сделанных посредством 6-DOF акселерометра измерений гравитационных и/или динамических нагрузок, прилагаемых к 6-DOF датчику усилия/крутящего момента, и
компенсации гравитационной нагрузки и/или динамических нагрузок в измеренном усилии и измеренном крутящем моменте.
15. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по одному из пп.11-14, в которой программируемое вычислительное устройство осуществляет процедуру калибровки, будучи запрограммированным для
проведения исполнительного органа через совокупность положений, распределенных по рабочей области манипулятора,
записи измеренного усилия и измеренного крутящего момента для каждого положения, и
определения отклонений измерений усилия и крутящего момента, основанного на записанных измерениях усилия и крутящего момента.
16. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по п.15, в которой исполнительный орган оснащен 6-DOF акселерометром, а программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
обработки сделанных посредством 6-DOF акселерометра измерений гравитационных и/или динамических нагрузок, прилагаемых на 6-DOF датчик усилия/крутящего момента,
компенсации гравитационной нагрузки и/или динамических нагрузок в измеренном усилии и измеренном крутящем моменте,
записи измеренного линейного ускорения и измеренного углового ускорения для каждого положения, и
определения отклонений измерений линейного и углового ускорения, основанного на записанных измерениях линейного и углового ускорений.
17. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по одному из пп.11-14, в которой программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
использования линейного фильтра Кальмана для данных усилия и крутящего момента, измеренных 6-DOF датчиком усилия/крутящего момента, до вычисления оцененного усилия.
18. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по одному из пп.11-14, в которой программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
использования линейного фильтра Кальмана для вычисленной оценки усилия.
19. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по п.14, в которой программируемое вычислительное устройство также запрограммировано для
использования первичного линейного фильтра Кальмана для данных усилия и крутящего момента, измеренных 6-DOF датчиком усилия/крутящего момента, и для данных линейного и углового ускорения, измеренных 6-DOF акселерометром,
компенсации помех вследствие гравитационных и динамических нагрузок после использования первичного линейного фильтра Кальмана,
использования вторичного линейного фильтра Кальмана для компенсированных данных усилия и крутящего момента.
20. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по п.17, в которой фильтр Кальмана, соответственно, первичный и/или вторичный фильтр Кальмана включен каскадно и имеет первую ступень линейного фильтра Кальмана с параметром ковариации помех в процессе, установленным на более высокое значение, предпочтительно в диапазоне между 0,1 и 1, и вторую ступень линейного фильтра Кальмана с параметром ковариации помех в процессе, установленным на более низкое значение, предпочтительно в диапазоне между 0,001 и 0,01.
21. Медицинская система минимального инвазивного вмешательства по одному из пп.11-14, содержащая также бездатчиковый инструмент минимального инвазивного вмешательства.
22. Система по одному из пп.11-14, содержащая также бездатчиковый троакар, предпочтительно с воздушным клапаном на магнитной основе, и/или, предпочтительно без пластикового колпачка, при этом троакар, более предпочтительно, является троакаром без газового крана и, еще более предпочтительно, троакаром без газового крана, изготовленным, по существу, из пластмассы.