ES2381462T3

ES2381462T3 - Sistema cooperativo de telecirugía mínimamente invasiva.

Info

Publication number: ES2381462T3
Application number: ES09171392T
Authority: ES
Inventors: Michael J. Tierney; Kenneth J. Salisbury; William C. Nowlin; Gunter D. Niemeyer; Gary S. Guthart; Steven J. Blumenkranz; Andris D. Ramans; David J. Rosa; Frederick H. Moll
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2012-05-28
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: US20120130399A1; US8914150B2; WO2000030548A9; US20020082612A1; EP1131004B1; EP2444006A2; US6659939B2; US7865266B2; EP3042625B1; US8504201B2; WO2000030548B1; EP2444005B1; EP2444004B1; US20030013949A1; EP2444006A3; EP2298222A2; EP2138105B1; EP2444005A3; ATE547060T1; US20140195048A1

Abstract

Un sistema quirúrgico robótico (1) que comprende: una pluralidad de brazos manipuladores (416); una pluralidad de instrumentos quirúrgicos (100), montado cada instrumento (100) en un brazo asociado (416); un controlador maestro (200) que tiene una pantalla maestra (202) para su visualización por un operador, un primer dispositivo de entrada (404) para manipulación por una primera mano del operador, y un segundo dispositivo de entrada (404) para manipulación por una segunda mano del operador; un controlador de ayudante (205) que tiene un dispositivo de entrada de ayudante (404) para manipulación por la mano de un ayudante; y un procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE 1, CE2, CE3) configurado para conmutar asociaciones entre la pluralidad de brazos manipuladores (416) y los dispositivos de entrada (404) de los controladores maestro (200) y de ayudante (205) como respuesta a las entradas de selección recibidas del operador para acoplar funcionalmente los brazos manipuladores (416) seleccionados por el operador a los dispositivos de entrada seleccionados (404) por el operador de manera que el operador y el ayudante puedan realizar en cooperación un procedimiento de telecirugía.

Description

Sistema cooperativo de telecirugía mínimamente invasiva.

REFERENCIAS CRUZADAS A SOLICITUDES RELACIONADAS

[0001] La presente solicitud es una continuación en parte y reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud nº serie 09/399.457, presentada el 17 de septiembre de 1999 para un "Sistema cooperativo de telecirugía mínimamente invasiva"; la Solicitud nº serie 09/374.643, presentada el 16 de agosto de 1999 para un "Sistema cooperativo de telecirugía mínimamente invasiva"; y también reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud Provisional nº serie 60/116.891, presentada el 22 de enero de 1999, para "Asociación dinámica de maestro y esclavo en un sistema de telecirugía mínimamente invasiva"; la Solicitud Provisional nº serie 60/116.842, presentada el 22 de enero de 1999, para "Recolocación y reorientación de relación maestro/esclavo en telecirugía mínimamente invasiva"; y la Solicitud Provisional nº serie 60/109.359, presentada el 20 de noviembre de 1998, para "Aparato y procedimiento para seguimiento y control del movimiento cardiaco durante cirugía cardiaca sin cardioplejía".

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] La presente solicitud se dirige en general a dispositivos médicos, y sistemas. En una forma de realización en particular, la invención proporciona sistemas robóticos de telecirugía que acoplan de forma flexible y seleccionable dispositivos de entrada a brazos de manipulación robótica durante la cirugía.

[0003] Puede encontrarse una visión general del estado de la técnica con respecto a la tecnología de telecirugía en "Computer Integrated Surgery: Technology and Clinical Applications" (MIT Press, 1996). Por otra parte, los sistemas anteriores para telecirugía se describen en los documentos WO-98/25.666, WO-97/29.690, WO00/07.503, US-5.808.665, US-5.572.999 y US-5.784.542.

[0004] El documento WO-00/33.726 describe un sistema de telecirugía que permite la conmutación de la asociación operativa de partes que pueden asirse manualmente entre efectores finales y un endoscopio cuando un operador pisa un pedal, de manera que los efectores finales se mueven como respuesta al movimiento del operador de las partes que pueden asirse manualmente antes de pisar el pedal y el endoscopio se mueve como respuesta al movimiento del operador de las partes que pueden asirse manualmente después de pisar el pedal.

[0005] Los avances en tecnología quirúrgica mínimamente invasiva podrían aumentar espectacularmente el número de intervenciones quirúrgicas realizadas de manera mínimamente invasiva. Las técnicas médicas mínimamente invasivas pretenden reducir la cantidad de tejido extracutáneo que es dañada durante procedimientos diagnósticos o quirúrgicos, reduciendo con ello el tiempo de recuperación del paciente, las molestias y los efectos secundarios perjudiciales. La duración media de una estancia hospitalaria para una cirugía estándar puede abreviarse también significativamente mediante el uso de técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas. Así, una adopción mayor de técnicas mínimamente invasivas podría ahorrar millones de días en hospitales, y millones de dólares anualmente sólo en costes de estancia en hospitales. Los tiempos de recuperación de los pacientes, las molestias en los pacientes, los efectos quirúrgicos secundarios y el tiempo de ausencia en el trabajo también pueden reducirse con una cirugía mínimamente invasiva.

[0006] La forma más común de cirugía mínimamente invasiva puede ser la endoscopia. Probablemente la forma más común de endoscopia es la laparoscopia, que es la inspección y cirugía mínimamente invasivas en el interior de la cavidad abdominal. En la cirugía laparoscópica estándar, el abdomen del paciente se insufla con gas, y se hacen pasar manguitos de cánula a través de pequeñas incisiones (aproximadamente 1,27 cm (1/2 pulgadas o menos)) para proporcionar orificios de entrada para instrumentos quirúrgicos laparoscópicos. Los instrumentos quirúrgicos laparoscópicos incluyen generalmente un laparoscopio (para visualización del campo quirúrgico) y herramientas de trabajo. Las herramientas de trabajo son similares a las usadas en cirugía convencional (abierta), con la salvedad de que el extremo de trabajo o efector final de cada herramienta está separado de su mango por un tubo alargador. Según se usa en la presente memoria descriptiva, el término "efector final" se refiere a la parte de trabajo real del instrumento quirúrgico y puede incluir abrazaderas, pinzas, tijeras, grapas, lentes de captura de imágenes y portaagujas, por ejemplo. Para realizar procedimientos quirúrgicos, el cirujano hace pasar estas herramientas o instrumentos de trabajo a través de los manguitos de cánula hasta un sitio quirúrgico interno y los manipula desde el exterior del abdomen. El cirujano monitoriza el procedimiento por medio de un monitor que muestra una imagen del sitio quirúrgico tomada del laparoscopio. Se emplean técnicas endoscópicas similares, por ejemplo, en artroscopia, retroperitoneoscopia, pelviscopia, nefroscopia, cistoscopia, cisternoscopia, senoscopia, histeroscopia, uretroscopia, y similares.

[0007] Existen numerosos inconvenientes relativos a la tecnología actual de cirugía mínimamente invasiva (MIS). Por ejemplo, los instrumentos MIS existentes impiden al cirujano la flexibilidad de la colocación de las herramientas que es propia de la cirugía abierta. La mayoría de las herramientas laparoscópicas actuales tienen vástagos rígidos, de manera que puede ser difícil el abordaje al sitio de trabajo a través de la pequeña incisión. Además, la longitud y la construcción de muchos instrumentos endoscópicos reduce la capacidad del cirujano de sentir las fuerzas ejercidas por los tejidos y órganos en el efector final de la herramienta asociada. La ausencia de destreza y sensibilidad de las herramientas endoscópicas es un impedimento importante para la expansión de la cirugía mínimamente invasiva.

[0008] Se están desarrollando sistemas robóticos de telecirugía mínimamente invasiva para aumentar la destreza del cirujano cuando trabaja en el interior del sitio quirúrgico interno, así como permitir que un cirujano opere a un paciente desde un lugar remoto. En un sistema de telecirugía, el cirujano tiene a menudo a su disposición una imagen del sitio quirúrgico en una estación de trabajo informática. Mientras visualiza una imagen tridimensional del sitio quirúrgico en una pantalla o elemento de visualización adecuado, el cirujano realiza los procedimientos quirúrgicos en el paciente manipulando los dispositivos de entrada o de control del elemento maestro de la estación de trabajo. El maestro controla el movimiento de un instrumento quirúrgico accionado por medios servomecánicos. Durante el procedimiento quirúrgico, el sistema de telecirugía puede proporcionar accionamiento y control mecánicos de una diversidad de herramientas o instrumentos quirúrgicos que tienen efectores finales como, por ejemplo, pinzas para tejidos, guías de agujas, o similares, que realizan diversas funciones para el cirujano, por ejemplo, sujetando o dirigiendo una aguja, asiendo un vaso sanguíneo, o diseccionando tejido, o similares, como respuesta a la manipulación de los dispositivos de control del elemento maestro.

[0009] Mientras los sistemas de cirugía robótica propuestos ofrecen un potencial importante para aumentar el número de procedimientos que pueden realizarse de forma mínimamente invasiva, son deseables todavía mejoras adicionales. En particular, las propuestas previas de cirugía robótica ponen a menudo el acento en la sustitución directa de la conexión mecánica entre los mangos y los efectores finales de herramientas quirúrgicas mínimamente invasivas conocidas con un servomecanismo robótico. El trabajo en relación con la presente invención sugiere que la integración de capacidades robóticas en el quirófano puede beneficiarse de cambios importantes en este modelo de sustitución de uno por uno. La materialización del potencial completo de cirugía asistida robóticamente puede beneficiarse en su lugar de revisiones importantes en las interacciones y los roles de los miembros del equipo, en comparación con los roles asumidos por los miembros del equipo quirúrgico durante procedimientos quirúrgicos abiertos y mínimamente invasivos conocidos.

[0010] A la luz de lo anterior, sería beneficioso proporcionar dispositivos, sistemas y procedimientos quirúrgicos robóticos mejorados para realizar cirugía robótica. Sería beneficioso si estas técnicas mejoradas fomentaran las capacidades globales de la telecirugía reconociendo, acogiendo y facilitando los nuevos roles que pueden ser ejecutados por los miembros del equipo de un equipo de cirugía robótica. Sería beneficioso además que estas mejoras facilitaran intervenciones quirúrgicas robóticas complejas como injerto para derivación de la arteria coronaria, en particular a la vez que se reduce al mínimo el número total de personal (y, con ello, los costes) que interviene en estos procedimientos robóticos. Sería óptimo si estos beneficios pudieran proporcionarse a la vez que se fomenta el control global sobre los instrumentos quirúrgicos y la seguridad del procedimiento quirúrgico, a la vez que se evita la excesiva complejidad y redundancia en el sistema robótico. Parte o la totalidad de estas ventajas se proporcionan mediante la invención descrita a continuación.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0011] La presente invención proporciona un sistema quirúrgico robótico mejorado según se define en la reivindicación 1. Los sistemas quirúrgicos robóticos de la presente invención incluyen a menudo una pluralidad de dispositivos de entrada y/o una pluralidad de brazos de manipulación robótica para mover instrumentos quirúrgicos. A menudo un procesador acoplará de forma seleccionable un dispositivo de entrada seleccionado a un brazo manipulador seleccionado, y permite la modificación de la asociación operativa de manera que ese mismo dispositivo de entrada pueda acoplarse a un brazo manipulador diferente, y/o de manera que ese mismo brazo manipulador pueda ser controlado por un dispositivo de entrada diferente. Este acoplamiento selectivo permite, por ejemplo, al controlador asignar apropiadamente efectores finales quirúrgicos izquierdos y derechos a dispositivos de entrada izquierdos y derechos para su uso por un operador que visualiza el procedimiento por medio de un dispositivo de captura de imágenes. Cuando los dispositivos de captura de imágenes se mueven, las asociaciones operativas pueden revisarse. En algunas formas de realización, el dispositivo de captura de imágenes puede retirarse de uno de los brazos manipuladores y montarse en su lugar a otro de los brazos manipuladores, con los dispositivos de entrada izquierdos y derechos reasignados de manera que se evite un entorno quirúrgico incómodo para el operador del sistema que se sienta en la estación de control maestra.

[0012] Los sistemas de la presente invención incluirán a menudo más brazos manipuladores que serán movidos simultáneamente por un único cirujano. Además de un brazo imaginario (que soporta de forma móvil un dispositivo de captura de imágenes) y dos brazos manipuladores (que soportan de forma seleccionable herramientas quirúrgicas “izquierdas” y “derechas” para manipulación mediante la mano izquierda y derecha del operador del sistema, por ejemplo), se proporcionarán a menudo uno o más brazos manipuladores adicionales para colocar instrumentos quirúrgicos asociados). Al menos uno de los brazos manipuladores adicionales puede mantenerse en una configuración estacionaria para estabilizar o retraer el tejido mientras el operador mueve los dispositivos de entrada izquierdos y derechos con su mano izquierda y derecha para manipular los tejidos con las herramientas quirúrgicas asociadas. El uno o más brazos adicionales pueden usarse también para soportar otro dispositivo de captura de imágenes, a menudo un segundo endoscopio para visualizar el sitio quirúrgico interno a partir de un punto de mira alternativo. Brazos adicionales pueden proporcionar opcionalmente una o más herramientas quirúrgicas adicionales para manipular el tejido o ayudar al rendimiento de un procedimiento en un sitio quirúrgico. Para manipular este instrumento quirúrgico adicional, puede proporcionarse opcionalmente un dispositivo de entrada de un ayudante de manera que un ayudante (por ejemplo, un cirujano ayudante en otra estación de trabajo, un profesional de enfermería quirúrgica al lado del paciente, o similares) pueda colocar el o los brazos robóticos adicionales. Con independencia de la presencia o ausencia de dicho dispositivo de entrada de ayudante, los sistemas quirúrgicos robóticos de la presente invención permitirán preferentemente al operador del sistema asociar selectivamente los dispositivos de entrada derechos y/o izquierdos de la estación de trabajo quirúrgico con cualquiera de una pluralidad de instrumentos quirúrgicos.

[0013] En un primer aspecto, la invención proporciona un sistema quirúrgico robótico que comprende: una pluralidad de brazos manipuladores; una pluralidad de instrumentos quirúrgicos, montado cada instrumento en un brazo asociado; un controlador maestro que tiene una pantalla maestra para su visualización por un operador, un primer dispositivo de entrada para manipulación por una primera mano del operador, y un segundo dispositivo de entrada para manipulación por una segunda mano del operador; un controlador de ayudante que tiene un dispositivo de entrada de ayudante 4) para manipulación por la mano de un ayudante; y un procesador configurado para conmutar asociaciones entre la pluralidad de brazos manipuladores y los dispositivos de entrada de los controladores maestro y del ayudante como respuesta a las entradas de selección recibidas del operador para acoplar funcionalmente los brazos manipuladores seleccionados por el operador a los dispositivos de entrada seleccionados por el operador de manera que el operador y el ayudante pueden realizar en cooperación un procedimiento de telecirugía.

[0014] También se desvela en la presente memoria descriptiva un sistema quirúrgico robótico que comprende un primer dispositivo de entrada manipulable por la mano de un operador. Una primera estructura de brazo robótico incluye un primer brazo manipulador para mover un primer instrumento quirúrgico. Una segunda estructura de brazo robótico incluye un segundo brazo manipulador para mover un segundo instrumento quirúrgico. Un sistema de control acopla el primer dispositivo de entrada a las estructuras de brazos robóticos primera y segunda. El sistema de control permite la asociación operativa selectiva del primer dispositivo de entrada con la primera estructura de brazo robótico, y permite también la asociación operativa selectiva del primer dispositivo de entrada con la segunda estructura de brazo robótico.

[0015] Normalmente, el sistema de control tendrá una pluralidad de modos seleccionables, con manipulación del primer dispositivo de entrada que efectúa el movimiento correspondiente del primer instrumento quirúrgico en un modo, y con la misma manipulación del primer dispositivo de entrada que efectúa el movimiento correspondiente del segundo instrumento quirúrgico en un segundo modo. En algunas formas de realización, puede usarse un segundo dispositivo de entrada para efectuar el movimiento correspondiente de los segundos instrumentos quirúrgicos cuando el sistema de control está en el primer modo, y efectuar los movimientos correspondientes del primer instrumento quirúrgico cuando el sistema de control es el segundo modo, permitiendo intercambiar el control de los instrumentos quirúrgicos entre los dispositivos de entrada. Esto resulta especialmente útil cuando el operador del sistema está controlando los dispositivos de entrada primero y segundo usando las manos izquierda y derecha con referencia a una imagen de un sitio quirúrgico interno, ya que permite al operador del sistema conmutar las herramientas cuando el dispositivo de captura de imágenes que proporciona las imágenes se mueve a la que en caso contrario sería una posición incómoda.

[0016] También se desvela un sistema quirúrgico robótico que comprende una pluralidad de dispositivos de entrada y una pluralidad de brazos manipuladores, teniendo cada brazo manipulador un portainstrumentos. Es posible montar una pluralidad de instrumentos quirúrgicos en los portainstrumentos, incluyendo los instrumentos quirúrgicos un dispositivo de captura de imágenes y una herramienta que tiene un efector final quirúrgico para tratar el tejido. Un sistema de control acopla los dispositivos de entrada con los brazos manipuladores. El sistema de control asocia de forma seleccionable cada dispositivo de entrada con un brazo manipulador.

[0017] En algunos ejemplos, el dispositivo de captura de imágenes puede retirarse de un brazo manipulador y montarse en un brazo manipulador alternativo, a menudo siendo el sistema de control reconfigurable de manera que los dispositivos de entrada pueden asociarse funcionalmente con herramientas de sujeción de los brazos manipuladores para tratar el tejido. Se proporciona un sistema de control especialmente ventajoso que permite este emparejamiento flexible de dispositivos de entrada y brazos manipuladores.

[0018] También se desvela un sistema quirúrgico robótico mínimamente invasivo que comprende dos dispositivos de entrada y al menos dos estructuras de brazos robóticos de instrumentos médicos. Uno de los dispositivos de entrada se asocia funcionalmente con una de las estructuras de brazos robóticos para provocar el movimiento de la estructura de brazo robótico como respuesta a entradas en el dispositivo de entrada. El otro dispositivo de entrada se asocia funcionalmente con otra de las estructuras de brazos robóticos para provocar el movimiento de esa otra estructura de brazo robótico como respuesta a entradas en ese otro dispositivo de entrada. Un sistema de control acopla los dispositivos de entrada con las estructuras de brazos robóticos. El sistema de control permite el intercambio selectivo de manera que se provoque que el dispositivo de entrada esté asociado funcionalmente con la estructura de brazo robótico que se asoció funcionalmente con el otro dispositivo de entrada, y que se provoque que el otro dispositivo de entrada se asocie funcionalmente con la estructura de brazo robótico que se asoció funcionalmente con el dispositivo de entrada. Los sistemas relacionados permiten la asociación operativa selectiva entre al menos uno de los dispositivos de entrada y una estructura de captura de imágenes del brazo robótico para permitir cambiar la posición de un dispositivo de captura de imágenes usando el al menos un dispositivo de entrada.

[0019] También se desvela un procedimiento quirúrgico robótico que comprende el movimiento robótico de un primer instrumento quirúrgico usando un primer brazo manipulador mediante manipulación de un primer dispositivo de entrada con una mano. Un sistema de control se reconfigura introduciendo una orden. El sistema de control acopla el primer dispositivo de entrada con el primer brazo manipulador, y también con un segundo brazo manipulador. un segundo instrumento quirúrgico se mueve robóticamente usando el segundo brazo manipulador que manipula el dispositivo de entrada con la mano después de la etapa de reconfiguración.

[0020] En un procedimiento relacionado, un procedimiento quirúrgico robótico comprende el movimiento robótico de instrumentos quirúrgicos usando un brazo manipulador que manipula un primer dispositivo de entrada con una primera mano. Un sistema de control se reconfigura introduciendo una orden. El sistema de control acopla el primer dispositivo de entrada, y también un segundo dispositivo de entrada, con el brazo manipulador. El instrumento quirúrgico se mueve robóticamente usando el brazo manipulador que manipula el segundo dispositivo de entrada con una segunda mano después de la etapa de reconfiguración.

[0021] También se desvela un sistema quirúrgico robótico que comprende un sistema de imágenes que transmite una imagen desde un dispositivo de captura de imágenes a una pantalla. Los brazos manipuladores primero, segundo y tercero soportan cada uno un instrumento quirúrgico asociado. Se dispone un controlador maestro adyacente a la pantalla. El maestro tiene un primer dispositivo de entrada manipulable por una primera mano de un operador, y un segundo dispositivo de entrada manipulable por una segunda mano del operador. Un procesador acopla funcionalmente cada dispositivo de entrada del maestro a un brazo manipulador asociado de manera que el movimiento del dispositivo de entrada realiza el movimiento del instrumento quirúrgico asociado.

[0022] En algunos ejemplos, el instrumento quirúrgico asociado con el tercer brazo comprenderá otro dispositivo de captura de imágenes. Cuando se incluyen dos dispositivos de captura de imágenes en el sistema, el procesador transmitirá preferentemente señales de órdenes de movimiento del brazo a los brazos según diferentes transformaciones de sistemas de coordenadas dependiendo de que el dispositivo de captura de imágenes esté proporcionando la imagen mostrada actualmente en la pantalla. Esto permite que el procesador realice una correlación entre una dirección de movimiento del dispositivo de entrada y el movimiento del instrumento quirúrgico cuando conmuta entre dos endoscopios diferentes que tienen diferentes campos visuales.

[0023] Preferentemente, al menos el tercer brazo del instrumento robótico debería ser configurable para mantener una configuración estacionaria en ciertas circunstancias, con el brazo en la configuración estacionaria inhibiendo el movimiento del instrumento quirúrgico asociado a pesar del movimiento de los dispositivos de entrada. Dicha configuración estacionaria es especialmente útil cuando el instrumento quirúrgico montado en el tercer brazo comprende un estabilizador (como, por ejemplo, un estabilizador de tejido coronario usado para cirugía con corazón latiente) o un retractor (por ejemplo, para retirar tejido y dejar expuesta una zona deseada del conducto cístico ante el cirujano durante una colecistectomía). El tercer brazo comprenderá a menudo un mecanismo articulado que tiene una serie de articulaciones, y un sistema de freno acoplado a las articulaciones para inhibir de forma que pueda liberarse la articulación del mecanismo articulado. El mecanismo articulado del tercer brazo tendrá también preferentemente una configuración reubicable que permita la articulación manual del brazo, y al menos algunos de los brazos permanecerán a menudo estacionarios y/o serán reubicables como respuesta a una señal. Además de comprender un brazo manipulador robótico que tiene unas configuraciones accionadas, el tercer brazo puede comprender alternativamente un único mecanismo articulado pasivo con un sistema de freno pero sin accionadores.

[0024] Preferentemente, el sistema quirúrgico incluirá cuatro o más brazos de manipulación robótica. Uno de los brazos adicionales puede soportar un dispositivo de captura de imágenes del sistema de imágenes. Para permitir que el operador manipule selectivamente todos estos instrumentos quirúrgicos, incluyendo el dispositivo de captura de imágenes, el procesador tendrá un modo de funcionamiento en el que el primer brazo mueve su instrumento quirúrgico asociado al sitio quirúrgico como respuesta al movimiento al primer dispositivo de entrada, mientras que el segundo brazo mueve su instrumento quirúrgico asociado como respuesta al movimiento del segundo dispositivo de entrada. Como respuesta a una señal de selección de brazo de al menos una entrada de selector de brazo acoplada al procesador, el procesador puede cambiar selectivamente los modos de funcionamiento por desacoplamiento del primer brazo con respecto al primer dispositivo de entrada, y en su lugar acoplar funcionalmente el primer dispositivo de entrada con el segundo brazo, el tercer brazo o el cuarto brazo. El procesador mantendrá algunos (o idealmente la totalidad) de los brazos desacoplados en la configuración estacionaria en ciertas circunstancias, aunque un brazo desacoplado podría controlarse para moverse de una manera repetitiva o automatizada hasta que se reacople al dispositivo de entrada del cirujano. Un ejemplo de dicho movimiento automatizado de un brazo robótico desacoplado incluye seguimiento del movimiento de un corazón latiente.

[0025] El sistema quirúrgico robótico incluirá un dispositivo de entrada de ayudante. El procesador puede asociar selectivamente uno o más de los brazos con el dispositivo de entrada de ayudante, o con un dispositivo de entrada del cirujano, de manera que el brazo se mueva como respuesta al movimiento del dispositivo de entrada seleccionado. En consecuencia, el procesador puede “soltar” el control de al menos un brazo (y su instrumento quirúrgico asociado) entre las estaciones de trabajo del cirujano y el ayudante. Esto puede ser útil cuando el ayudante está retirando y sustituyendo el instrumento quirúrgico del brazo o cuando el ayudante en una segunda consola va a realizar una parte del procedimiento quirúrgico como, por ejemplo, el "cierre" de una parte del sitio quirúrgico. Esto permite también al cirujano asignar selectivamente el control directo sobre un instrumento basándose en la pericia requerida para usar el instrumento para una tarea dada, fomentando con ello la eficacia del equipo robótico. El ayudante puede estar trabajando opcionalmente en una estación de control del ayudante que puede establecer una correlación entre la dirección de movimiento del dispositivo de entrada de ayudante y una imagen del efector final mostrada en la pantalla del ayudante. La imagen del "ayudante" podría ser una imagen diferente de un segundo endoscopio o una imagen compartida del endoscopio de la consola primaria, permitiendo así al cirujano y su ayudante visualizar la misma imagen del sitio quirúrgico y manipular cada uno sus instrumentos asignados y acoplados para cooperar en la ejecución de un procedimiento quirúrgico. Alternativamente, puede proporcionarse al ayudante un simple monitor de vídeo y un dispositivo de entrada de ayudante (por ejemplo, un mango dentro del campo estéril), especialmente para un ayudante situado junto al paciente que realiza cambios de herramientas, irrigación intermitente, o similares. En otras formas de realización, la capacidad del cirujano para seleccionar entre tres o más instrumentos quirúrgicos, y asociar selectivamente cada instrumento con cada uno de los dispositivos de entrada, reducirá y/o eliminará la necesidad de ayudantes quirúrgicos. La reducción del recurso a ayudantes quirúrgicos (y el tiempo de dirigir continuamente y supervisar los movimientos del ayudante) puede disminuir significativamente el tiempo y los costes de un procedimiento quirúrgico.

[0026] Normalmente, un sistema que tiene cuatro brazos, por ejemplo, tres instrumentos quirúrgicos y el dispositivo de captura de imágenes, estará soportado por cuatro manipuladores, que comprenden cada uno un instrumento endoscópico que tiene un vástago alargado con un extremo proximal adyacente al manipulador y un extremo distal insertable en un sitio quirúrgico interno dentro del cuerpo de un paciente a través de una abertura quirúrgica mínimamente invasiva. Preferentemente, los manipuladores soportarán el instrumento quirúrgico de manera que los vástagos se extiendan radialmente hacia el exterior desde un patrón de aberturas (normalmente incisiones) en una configuración de tipo "rueda de rayos". En una configuración de ejemplo para realizar cirugía cardiaca, los cuatro vástagos serán suficientemente largos para entrar en las aberturas en el lado derecho del cuerpo del paciente, y para extenderse hacia el lado izquierdo del cuerpo del paciente para tratar el corazón. Durante al menos una parte del procedimiento, las aberturas superiores e inferiores del patrón pueden acoger los endoscopios primero y segundo para proporcionar flexibilidad en el campo visual, especialmente para las etapas separadas de recogida de una arteria de riego adecuada y formación de la anastomosis durante el injerto de derivación de arteria coronaria (IDAC). Los orificios adicionales pueden admitir herramientas quirúrgicas adicionales. Cuando se realiza un procedimiento IDAC sin cardioplejía en un corazón latiente, al menos una de las aberturas del patrón dará cabida a menudo a estabilizador de tejido durante al menos una parte del procedimiento.

[0027] También se desvela un sistema quirúrgico robótico que comprende una pluralidad de brazos manipuladores y una pluralidad de instrumentos quirúrgicos, con cada instrumento montado en un brazo asociado. Una estación de controlador maestro tiene una pantalla maestra para su visualización por un operador, un primer dispositivo de entrada para manipulación por una primera mano del operador, y un segundo dispositivo de entrada para manipulación por una segunda mano del operador. También se proporciona un dispositivo de entrada de ayudante para manipulación por la mano de un ayudante. Preferentemente, un procesador acopla funcionalmente de forma selectiva los controladores a los brazos para realizar el movimiento en los instrumentos quirúrgicos como respuesta al movimiento de los dispositivos de entrada.

[0028] También se desvela un procedimiento quirúrgico robótico que comprende el movimiento robótico de los instrumentos quirúrgicos primero y segundo en un sitio quirúrgico con brazos de manipulación robótica primero y segundo que manipulan dispositivos de entrada primero y segundo con las manos primera y segunda del operador, respectivamente. El primer dispositivo de entrada puede asociarse selectivamente con un tercer brazo manipulador, de manera que un tercer instrumento quirúrgico puede ser moverse robóticamente en el sitio quirúrgico con el tercer brazo manipulador manipulando el primer dispositivo de entrada con la primera mano del operador.

[0029] También se desvela un procedimiento quirúrgico robótico que comprende el movimiento robótico de instrumentos quirúrgicos primero y segundo en un sitio quirúrgico con brazos de manipulación robótica primero y segundo que manipulan dispositivos de entrada primero y segundo con las manos primera y segunda del operador, respectivamente. Se coloca un tercer instrumento quirúrgico en el sitio quirúrgico articulando un mecanismo articulado de un tercer manipulador. El movimiento del tercer instrumento quirúrgico colocado se ve impedido en el sitio quirúrgico por inhibición del movimiento del tercer manipulador.

[0030] También se desvela un procedimiento quirúrgico robótico que comprende la colocación robótica de un instrumento quirúrgico en un sitio quirúrgico con un brazo manipulador que manipula un primer dispositivo de entrada con la mano de un primer operador. El brazo manipulador se asocia selectivamente con un segundo dispositivo de entrada, y el instrumento quirúrgico se mueve robóticamente en el sitio quirúrgico con el brazo manipulador manipulando el segundo dispositivo de entrada con la mano de un segundo operador.

[0031] También se desvela un procedimiento quirúrgico robótico que comprende la visualización, en una pantalla, de una primera vista de un sitio quirúrgico desde un primer dispositivo de captura de imágenes. Se retira robóticamente un instrumento quirúrgico en el sitio quirúrgico con un brazo manipulador que manipula un dispositivo de entrada con la mano de un operador mientras el operador visualiza la primera vista del sitio quirúrgico en la pantalla. un segundo dispositivo de captura de imágenes se asocia selectivamente con la pantalla, y el instrumento quirúrgico es manipulado robóticamente en el sitio quirúrgico con el brazo manipulando el dispositivo de entrada mientras el operador visualiza una segunda vista del sitio quirúrgico desde el segundo dispositivo de captura de imágenes en la pantalla.

[0032] También se desvela un procedimiento robótico de injerto de derivación de arteria coronaria que comprende la introducción de un dispositivo de captura de imágenes en la cavidad torácica de un paciente a través de una abertura dispuesta a lo largo del lado derecho del paciente. Se visualiza la imagen de un sitio quirúrgico adyacente al corazón desde el dispositivo de captura de imágenes para un operador. Se realiza un procedimiento quirúrgico en el corazón moviendo un instrumento quirúrgico en el sitio quirúrgico con al menos un brazo manipulador robótico mientras el instrumento quirúrgico se extiende a través de otra abertura dispuesta a lo largo del lado derecho del paciente. Preferentemente, la manipulación del tejido durante el procedimiento quirúrgico será realizada principalmente mediante herramientas quirúrgicas que se extienden a través de un patrón de aberturas a lo largo del lado derecho del paciente.

[0033] En otro ejemplo desvelado, los manipuladores robóticos primero y segundo son controlados por un primer operador con controladores primero y segundo, y los manipuladores tercero y cuarto son controlados por un segundo operador con controladores tercero y cuarto. Los dos operadores visualizan una imagen del sitio operativo capturado por un único dispositivo de captura de imágenes, y los dos cooperan para realizar un procedimiento quirúrgico. Cada operador puede tener una estación de visualización dedicada separada para su uso. Dicha cooperación puede incluir ayuda mutua para realizar el procedimiento, pasarse objetos entre los manipuladores durante el procedimiento, y transferir el control de varios de los brazos manipuladores. Los dos conjuntos de manipuladores pueden compartir el mismo punto de referencia de manera que pueda transferirse el control sin pérdida de contexto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0034] A continuación se describirá la invención, mediante ejemplos, y con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que:

la fig. 1 es una vista en planta de un sistema y un procedimiento de telecirugía para realizar un procedimiento quirúrgico mínimamente invasivo robótico;

la fig. 2 muestra una vista tridimensional de una estación de control de un sistema de telecirugía de acuerdo con la invención;

las fig. 3A-C muestran vistas tridimensionales de un dispositivo de entrada que incluye un brazo y una muñeca articulados para su montaje en el brazo para su uso en la estación de control maestra de la fig. 2;

la fig. 4 muestra una vista tridimensional de un carro del sistema de telecirugía de acuerdo con la invención, llevando el carro tres brazos manipuladores controlados robóticamente, pudiendo controlarse el movimiento de los brazos de forma remota desde la estación de control mostrada en la fig. 2;

las fig. 5 y 5A muestran una vista lateral y una vista en perspectiva, respectivamente, de una estructura de brazo robótico e instrumento quirúrgico de acuerdo con la invención;

la fig. 6 muestra una vista tridimensional de un instrumento quirúrgico de la invención;

la fig. 7 muestra, en una escala ampliada, un miembro de muñeca y el efector final del instrumento quirúrgico mostrados en la fig. 6, estando el miembro de muñeca y el efector final montados de forma móvil en un extremo de trabajo de un vástago del instrumento quirúrgico;

las fig. 8A-C ilustran efectores finales alternativos que tienen superficies para estabilizar y/o retirar el tejido;

las fig. 9A-E ilustran otro carro que soporta un cuarto brazo manipulador robótico en el sistema de telecirugía de la fig. 1, y un soporte en escuadra para montar una herramienta en el brazo manipulador;

la fig. 10 muestra un dibujo tridimensional esquemático que indica las posiciones de los efectores finales con respecto al extremo de visualización de un endoscopio y las posiciones correspondientes de dispositivos de control de entrada maestros con respecto a los ojos de un operador, normalmente un cirujano;

la fig. 11 muestra un diagrama de bloques que indica una forma de realización de un sistema de control del sistema de telecirugía de la invención;

las fig. 11A-D ilustran esquemáticamente diagramas de bloques y líneas de tiempo de transmisión de datos de un controlador de ejemplo para acoplamiento flexible de pares maestro/esclavo;

la fig. 12 muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en el movimiento de la posición de uno de los controles maestros con respecto a su efector final asociado;

la fig. 13 muestra un diagrama de control que indica etapas de control que intervienen cuando el control maestro se mueve con respecto a su efector final asociado según se indica en el diagrama de bloques de la fig. 12;

la fig. 14 muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en el movimiento de la posición de uno de los efectores finales con respecto a su control maestro asociado;

la fig. 15 muestra un diagrama de control que indica las etapas de control que intervienen cuando el efector final se mueve con respecto a su control maestro asociado según se indica en la fig. 14; la fig. 16 muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en el movimiento de la posición de un extremo de visualización de un endoscopio del sistema de telecirugía mínimamente invasiva con respecto a los efectores finales;

la fig. 17 muestra un diagrama de control que indica las etapas de control que intervienen cuando el extremo del endoscopio se mueve con respecto a los efectores finales según se indica en la fig. 16;

la fig. 18 muestra un diagrama de bloques simplificado que indica las etapas que intervienen en la realineación de un dispositivo de control maestro con respecto a su efector final asociado;

la fig. 19 muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en la reconexión de un bucle de control entre un dispositivo de control maestro y su efector final asociado;

la fig. 19A muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en el reacoplamiento suave de un dispositivo de entrada con un efector final de manera que se eviten movimientos súbitos inadvertidos;

la fig. 20 muestra un diagrama esquemático que indica un operador del sistema de telecirugía mínimamente invasiva de la invención en la estación de control mostrada en la fig. 2;

la fig. 21 muestra un diagrama esquemático de una imagen capturada por un endoscopio del sistema de telecirugía mínimamente invasiva de la invención según se presenta en el visor del sistema;

la fig. 21A muestra un diagrama esquemático de otra imagen capturada por el endoscopio del sistema de telecirugía mínimamente invasiva de la invención según se presenta en el visor del sistema;

la fig. 22 muestra otra imagen capturada por el endoscopio del sistema de telecirugía mínimamente invasiva de la invención según se presenta en el visor del sistema;

la fig. 22A muestra un plano de referencia que indica una región en línea sombreada que corresponde a un área en la que no se desea una determinación automatizada de cuál de los dos dispositivos de control maestros del sistema debe asociarse con cuál de los dos esclavos del sistema;

la fig. 22B muestra un diagrama de bloques que indica etapas que intervienen en la determinación de una asociación sobre cuál de los dos dispositivos de control maestros debe asociarse con cuál de los dos esclavos del sistema; y

la fig. 22C muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en cuándo la asociación de uno de los dispositivos de control maestros con un esclavo debe conmutarse o cambiarse con la asociación de otro dispositivo de control maestro y esclavo;

las fig. 23A y 23B ilustran un sistema y un procedimiento para realizar injerto de derivación de arteria coronaria en un corazón latiente asociando selectivamente instrumentos quirúrgicos robóticos con dispositivos de entrada de control maestros;

la fig. 24 muestra un diagrama de bloques que indica las etapas que intervienen en un procedimiento para cesar en la manipulación del control de herramientas robóticas entre un cirujano y un ayudante;

la fig. 25A es una sección transversal, en dirección cefálica, a través del tórax del cuerpo del paciente, que ilustra un procedimiento endoscópico de injerto de derivación de arteria coronaria en el que el corazón es tratado por herramientas robóticas introducidas por medio de un patrón de aberturas en el lado derecho del paciente; y

la fig. 25B ilustra un patrón de ejemplo de cuatro aberturas para cuatro instrumentos endoscópicos robóticos según se usa en el procedimiento de la fig. 25A;

las fig. 26 y 27 ilustran esquemáticamente sistemas robóticos de telecirugía alternativos.

DESCRIPCIÓN DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN ESPECÍFICAS

[0035] Esta solicitud está relacionada con las siguientes patentes y solicitudes de patentes, publicación PCT internacional nº WO-99/50.721, titulada "Aparato robótico", presentada el 18 de septiembre de 1998 (Expediente de apoderado nº 17516-00551 OPC), solicitud de patente de EE.UU. nº serie 60/111.713, titulada "Herramientas robóticas quirúrgicas, arquitectura de datos y uso" (Expediente de apoderado nº 17516-003200), presentada el 8 de diciembre de 1998; solicitud de patente de EE.UU. nº serie 60/111.711, titulada "Desplazamiento de imagen para un sistema telerrobótico" (Expediente de apoderado nº 17516-002700), presentada el 8 de diciembre de 1998; solicitud de patente de EE.UU. nº serie 60/111.714, titulada "Sistema de visor estéreo para su uso en un sistema telerrobótico" (Expediente de apoderado nº 17516-001500), presentada el 8 de diciembre de 1998; solicitud de patente de EE.UU. nº serie 601111,710, titulada "Maestro que tiene grados de libertad redundantes " (Expediente de apoderado nº 17516-001400), presentada el 8 de diciembre de 1998, solicitud de patente de EE.UU. nº 60/116.891, titulada "Asociación dinámica de maestro y esclavo en un sistema de telecirugía mínimamente invasiva" (Expediente de apoderado nº 17516-004700), presentada el 22 de enero de 1999; y patente de EE.UU. nº 5.808.665, titulada "Instrumento quirúrgico endoscópico y procedimiento de uso", concedida el 15 de septiembre de 1998.

[0036] Según se usa en la presente memoria descriptiva, los objetos primero y segundo (y/o sus imágenes) aparecen "sustancialmente conectados" si una dirección de un movimiento posicional por incrementos del primer objeto se corresponde con la dirección de un movimiento posicional por incrementos del segundo objeto (a menudo según se ve en una imagen), con independencia de la escala entre los movimientos. Las direcciones de correspondencia no necesitan ser exactamente iguales, ya que los objetos (o el objeto y la imagen) pueden percibirse como conectados si la desviación angular entre los movimientos sigue siendo de menos de diez grados aproximadamente, siendo preferentemente menos que cinco grados aproximadamente. Análogamente, los objetos y/o las imágenes pueden percibirse como "conectadas sustancialmente y en orientación" si están sustancialmente conectadas y si la dirección de un movimiento de orientación por incrementos del primer objeto se corresponde con la dirección de un movimiento de orientación por incrementos del segundo objeto (a menudo según se ve en una imagen visualizada cerca del primer objeto), con independencia de la escala entre los movimientos.

[0037] Pueden proporcionarse niveles adicionales de conexión, aunque no es obligatorio. La "conexión de magnitud" indica una conexión sustancial y que la magnitud de movimientos de orientación y/o posicionales del primer objeto y el segundo objeto (normalmente según se ve en una imagen) están directamente relacionados. Las magnitudes no necesitan ser iguales, de manera que es posible dar cabida al cambio de escala y/o alabeo dentro de un sistema robótico conectado a la magnitud. La conexión de orientación de la magnitud implicará una conexión sustancial y de orientación así como magnitudes de movimientos de orientación relacionados, mientras que una conexión sustancial y de magnitud significa conexión sustancial con magnitudes posicionales que están relacionadas.

[0038] Según se usa en la presente memoria descriptiva, un primer objeto parece absolutamente conectado posicionalmente con una imagen de un segundo objeto si los objetos están conectados sustancialmente y la posición del primer objeto y la posición de la imagen del segundo objeto parecen corresponderse al menos sustancialmente, es decir, están en la misma localización, durante los movimientos. Un primer objeto parece absolutamente conectado en orientación con una imagen del segundo objeto si están conectados sustancialmente y la orientación del primer objeto y el segundo objeto se corresponden al menos sustancialmente durante el movimiento.

[0039] En referencia ahora a la fig. 1, una red quirúrgica robótica 10 incluye una estación de control maestra 200 y un carro esclavo 300, junto con cualquiera de varios otros componentes adicionales para fomentar la capacidad de los dispositivos robóticos de realizar procedimientos quirúrgicos complejos. Un operador O realiza un procedimiento quirúrgico mínimamente invasivo en un sitio quirúrgico interno con el paciente P usando instrumentos quirúrgicos mínimamente invasivos 100. El operador O trabaja en la estación de control maestra 200. El operador O visualiza una pantalla proporcionada por la estación de trabajo y manipula los dispositivos de entrada izquierdos y derechos. El sistema de telecirugía mueve los instrumentos quirúrgicos montados en los brazos robóticos del carro esclavo 300 como respuesta al movimiento de los dispositivos de entrada. Según se describirá en detalle más adelante, un instrumento designado de forma seleccionable como "izquierdo" está asociado al dispositivo de entrada izquierdo en la mano izquierda del operador O, y un instrumento designado de forma seleccionable como "derecho " está asociado con el dispositivo de entrada derecho en la mano derecha del operador.

[0040] Según se describe en más detalle en la patente de EE.UU. pendiente de tramitación 6.424.885 titulada "Control de referencia de cámara en un aparato quirúrgico mínimamente invasivo" y presentada el 13 de agosto de 1999 (Expediente de apoderado nº 17516-002110), un procesador de controlador maestro 200 coordinará preferentemente el movimiento de los dispositivos de entrada con el movimiento de sus instrumentos asociados de manera que las imágenes de las herramientas quirúrgicas 100, según las ve el operador, parecen conectadas al menos sustancialmente con los dispositivos de entrada en las manos del operador. A menudo se proporcionarán también niveles adicionales de conexión para fomentar la destreza del operador y facilitar el uso de los instrumentos quirúrgicos 100.

[0041] Introduciendo algunos de los otros componentes de red 10, un carro de ayudante 300A puede soportar una o más herramientas quirúrgicas adicionales 100 para su uso durante el procedimiento. Aquí se muestra una herramienta sólo con fines ilustrativos. Un primer ayudante A1 se sienta en una estación de control de ayudante 200A, de manera que el primer ayudante dirige normalmente los movimientos de uno o más instrumentos quirúrgicos que no están siendo manipulados activamente por el operador O por medio de la estación de control maestra 200. Un segundo ayudante A2 puede disponerse adyacente al paciente P para ayudar a intercambiar los instrumentos 100 durante el procedimiento quirúrgico. El carro de ayudante 300A puede incluir también uno o más dispositivos de entrada de ayudantes 12 (mostrados aquí como un único mando) para permitir al segundo ayudante A2 manipular selectivamente el uno o más instrumentos quirúrgicos mientras visualiza el sitio quirúrgico interno por medio de una pantalla del ayudante 14. Preferentemente, el primer ayudante A1 sentado en la consola 200A visualiza la misma imagen que el cirujano sentado en la consola 200. Preferentemente además, los dos instrumentos de carro 300 y los instrumentos del carro del "ayudante" 300A están controlados mediante el mismo punto de referencia de cámara, de manera que el cirujano y el ayudante puedan "sumergirse" en la imagen del campo quirúrgico cuando manipulan cualquiera de las herramientas.

[0042] Como se describirá más adelante, la estación de control maestra 200, el controlador de ayudante 200A, el carro 300, el carro de ayudante 300A, y la pantalla del ayudante 14 (o subconjuntos de estos componentes) pueden permitir intervenciones quirúrgicas complejas que se realizarán transfiriendo selectivamente el control de uno o más brazos robóticos entre el operador O y uno o más ayudantes. Alternativamente, el operador O puede controlar activamente dos herramientas quirúrgicas mientras un tercero permanece en una posición fija, por ejemplo, para estabilizar y/o retirar tejido, con el operador accionando selectivamente el retractor o el estabilizador sólo en momentos designados. En otras alternativas adicionales, un cirujano y un ayudante pueden cooperar para realizar una operación sin pasar el control de los instrumentos o ser capaces de pasar el control de los instrumentos, manipulando los dos en su lugar sus propios instrumentos durante la cirugía, según se describirá más adelante con referencia a la fig. 26. Aunque la fig. 1 representa dos consolas del cirujano que controlan las dos estructuras de carro, una forma de realización preferida comprende sólo una consola que controla cuatro o más brazos en dos carros. El endoscopio puede montarse opcionalmente en el carro de ayudante y pueden montarse tres brazos manipuladores de tejidos en el carro principal. Generalmente, el uso de sistemas robóticos que tienen cuatro o más brazos facilitará los procedimientos quirúrgicos robóticos complejos, lo que incluye procedimientos que se aprovechan de ángulos de visualización de endoscopio seleccionables. Los procedimientos para usar una red robótica 10 se describirán en más detalle después de las descripciones de los componentes de la red. Aunque en las fig. 1, 26 y 27 se ilustran esquemáticamente las conexiones de los componentes de red, debe entenderse que pueden proporcionarse interconexiones más complejas entre los diversos componentes de la red.

Descripciones de componentes

[0043] En referencia a la fig. 2 de los dibujos, la estación de control de un sistema de telecirugía mínimamente invasiva de acuerdo con la invención se indica generalmente por el número de referencia 200. La estación de control 200 incluye un visor o pantalla 202 en el que se presenta una imagen de un sitio quirúrgico en uso. Se proporciona un soporte 204 en el que un operador, normalmente un cirujano, puede apoyar los antebrazos mientras agarra dos controles maestros (fig. 3A y 3B), uno en cada mano. Los controles maestros están colocados en un espacio 206 hacia el interior más allá del soporte 204. Cuando se usa una estación de control 200, el cirujano se sienta normalmente en una silla delante de la estación de control 200, coloca los ojos delante del visor 202, y agarra los controles maestros, uno en cada mano, mientras apoya los antebrazos en el soporte 204.

[0044] En las fig. 3A-C se muestra un ejemplo de uno de los dispositivos de control de entrada maestros, y se indica generalmente por el número de referencia 210. El dispositivo de control maestro generalmente comprende un brazo de posicionamiento articulado 210A que soporta balancines de orientación 210B. Los balancines 210B (mostrados con mayor claridad en la fig. 3B) tienen una pluralidad de miembros o enlaces 212 conectados juntos mediante articulaciones 214, normalmente por articulaciones rotacionales. El cirujano agarra el control maestro 210 colocando el pulgar y el índice sobre un mango de accionamiento del agarre, en este caso en forma de un mango de agarre o de una formación de pinza 216. El pulgar y el índice del cirujano se sostienen normalmente en la formación de pinza mediante correas (no mostradas) roscadas a través de ranuras 218. Para mover la orientación del efector final, el cirujano simplemente mueve la formación de pinza 216 a la orientación del efector final deseada con respecto a la imagen visualizada en el visor 202, y se hace que la orientación del efector final siga la orientación de la formación de pinza. Los sensores posicionales colocados apropiadamente, por ejemplo, codificadores o potenciómetros, o similares, se acoplan a cada articulación de balancines 210B, de manera que se permite que las posiciones de articulación del control maestro se determinen según se describe también en mayor detalle en la presente memoria descriptiva más adelante.

[0045] Los balancines 210B se recolocan análogamente mediante el movimiento de formación de pinza 216, y este movimiento posicional se detecta generalmente mediante la articulación del brazo de entrada 210A según se muestra en la fig. 3A. Los números de referencia 1-3 indican grados de libertad de orientación de balancines 210B, mientras que el número 4 en las fig. 3A y 3B indica la articulación con la que se conectan entre sí el control maestro y el brazo articulado. Cuando se conectan entre sí, el control maestro 210 también puede desplazarse angularmente alrededor del eje 4.

[0046] El brazo articulado 210A incluye una pluralidad de enlaces 220 conectados entre sí en las articulaciones 222. El brazo articulado 210A ha colocado apropiadamente motores eléctricos para proporcionar realimentación según se describe en mayor detalle más adelante. Además, los sensores posicionales colocados apropiadamente, por ejemplo, codificadores, o potenciómetros, o similares, se colocan en las articulaciones 222 de manera que permitan determinar las posiciones de articulación del control maestro según se describe adicionalmente en la presente memoria descriptiva más adelante. Los ejes A, B y C indican los grados de libertad posicionales del brazo articulado 210A. En general, el movimiento alrededor de las articulaciones del control maestro 210B se acomoda principalmente y detecta el movimiento de orientación del efector final, y el movimiento alrededor de las articulaciones del brazo 210A se acomoda principalmente y detecta el movimiento traslacional del efector final. El control maestro 210 se describe en mayor detalle en la solicitud de patente provisional de EE.UU. nº serie 60/111.710, y en la patente de EE.UU. 6.714.839, presentada concurrentemente con el presente documento (Expediente de apoderado nº 17516-001410).

[0047] Según se describe de forma más completa en la patente de EE.UU. pendiente de tramitación

6.424.885 la orientación del visor con respecto a los dispositivos de control de entrada maestros se comparará generalmente con la posición y la orientación de los efectores finales con respecto a un campo visual del dispositivo de captura de imágenes. Las localizaciones relativas de los dispositivos de entrada pueden obtenerse a partir del conocimiento relativo a las configuraciones de articulación de mecanismo articulado del dispositivo de entrada (según lo detectan los sensores de articulación), la construcción y el diseño de la estructura del controlador maestro, y en algunos casos, medidas de calibración tomadas de un sistema específico de consola del control maestro después de la fabricación. Dichas medidas de calibración pueden almacenarse en una memoria no volátil de la consola.

[0048] En la fig. 4 de los dibujos, el carro 300 está adaptado para colocarse cerca de una plataforma quirúrgica en preparación para cirugía, y puede hacerse a continuación que permanezca estacionario hasta que se haya completado un procedimiento quirúrgico. El carro 300 tiene normalmente ruedas o ruedas pequeñas pivotantes para hacerlo móvil. La estación de control 200 puede colocarse opcionalmente remota desde el carro 300, pero a menudo estará en o adyacente al quirófano. El carro 300 transporta tres estructuras de brazos robóticos. Una de las estructuras de brazos robóticos, indicada por el número de referencia 302, está configurada para sostener un dispositivo de captura de imágenes 304, por ejemplo, un endoscopio, o similares. Cada una de las otras dos estructuras de brazos 310 está dispuesta para transportar un instrumento quirúrgico 100. Los brazos robóticos están sustentados por mecanismos articulados de posicionamiento 395, que pueden colocarse manualmente y después bloquearse en su lugar antes de (o recolocarse durante) el procedimiento.

[0049] Los mecanismos articulados de posicionamiento o "articulaciones de montaje" se describen en la Solicitud provisional nº serie 60/095.303.

[0050] Preferentemente, las articulaciones de montaje incluyen sensores de articulación que transmiten señales al procesador que indican la posición del centro de rotación remoto. Debe observarse que las estructuras del brazo manipulador no necesitan estar soportadas por un único carro. Algunos o todos los manipuladores pueden estar montados en una pared o en el techo de un quirófano, en carros separados, o similares. Con independencia de las estructuras específicas del manipulador o su configuración de montaje, generalmente es preferible proporcionar información al procesador relativa a la localización de inserción/puntos de giro de los instrumentos quirúrgicos en el cuerpo del paciente. Los mecanismos articulados de articulación de montaje no necesitan tener sistemas de accionamiento de articulación pero a menudo incluirán un sistema de freno de la articulación, ya que a menudo sostendrán los manipuladores en una posición fija durante parte o la totalidad de un procedimiento quirúrgico.

[0051] El endoscopio 304 tiene un extremo de visualización 306 en un extremo remoto de un vástago alargado. El vástago alargado de endoscopio 304 permite que se inserte en un sitio quirúrgico interno del cuerpo de un paciente. El endoscopio 304 está conectado funcionalmente al visor 202 para mostrar una imagen capturada en su extremo de visualización 306 en el visor 202.

[0052] Cada brazo robótico 302, 310 puede estar conectado funcionalmente a uno o más de los controles maestros 210 de manera que el movimiento de instrumentos montados en los brazos robóticos está controlado por la manipulación de los controles maestros. Los instrumentos 100 que se llevan en las estructuras de brazos robóticos 310 tienen efectores finales, indicados generalmente en 102, que están montados en miembros de muñecas, estando a su vez las muñecas montadas de forma pivotante en extremos distales de vástagos alargados de los instrumentos. Se observará que los instrumentos tienen vástagos alargados para permitirles su inserción en un sitio quirúrgico interno del cuerpo de un paciente. El movimiento de los efectores finales con respecto a los extremos de los vástagos de los instrumentos está controlado también por los controles maestros.

[0053] En las fig. 5 y 5A de los dibujos, se muestra en mayor detalle una de las estructuras del brazo manipulador robótico 310. La estructura 310 incluye un brazo robótico articulado 312, y un instrumento quirúrgico, esquemáticamente e indicado generalmente por el número de referencia 100, montado en el mismo.

[0054] La fig. 6 indica el aspecto general del instrumento quirúrgico 100 en mayor detalle. El instrumento quirúrgico 100 incluye un vástago alargado 104. El mecanismo de tipo muñeca, indicado generalmente por el número de referencia 106, está situado en un extremo de trabajo del vástago 104. Un alojamiento 108, dispuesto para acoplar de forma que pueda liberarse el instrumento 100 al brazo robótico 312, está situado en un extremo opuesto del vástago 104. En la fig. 6, y cuando el instrumento 100 está acoplado o montado en el brazo robótico 312, el vástago 104 se extiende a lo largo de un eje indicado en 109.

[0055] En referencia de nuevo a las fig. 5 y 5A, el instrumento 100 está montado normalmente de forma que pueda liberarse en un carro de transporte 314, que se acciona para traslación a lo largo de una formación de guía lineal 316 del brazo 312 en la dirección de las flechas P. El brazo robótico 312 está montado normalmente en una base por medio de un soporte en escuadra o una placa de montaje 317, que se fija a las articulaciones de montaje móviles pasivamente 395. Las articulaciones de montaje 395 están sostenidas en una configuración fija durante la manipulación de tejido mediante un sistema de freno de la articulación de montaje. La base puede definirse mediante el carro o carrito móvil 300, que se mantiene en una posición estacionaria durante un procedimiento quirúrgico.

[0056] El brazo robótico 312 incluye un bastidor, indicado generalmente en 318, una parte de brazo superior 320, una parte de antebrazo 322 y la formación de guía 316. El bastidor 318 se monta de forma pivotante en la placa 317 en forma de balancín para permitir el movimiento de vaivén del bastidor en la dirección de las flechas 326 según se muestra en la fig. 5, alrededor de un eje de giro 328. La parte de brazo superior 320 incluye miembros de enlace 330, 332 y la parte de antebrazo 322 incluye miembros de enlace 334, 336. Los miembros de enlace 330, 332 se montan de forma pivotante en el bastidor 318 y están conectados de forma pivotante a los miembros de enlace 334,

336. Mediante el uso de este mecanismo articulado, con independencia del movimiento del brazo robótico 312, un centro de giro 349 permanece en la misma posición con respecto a la placa 317 con la que está montado el brazo

312. En uso, el centro de giro 349 está colocado en una abertura o un orificio de entrada en el cuerpo de un paciente cuando debe realizarse un procedimiento quirúrgico interno.

[0057] Mientras esta configuración de tipo centro de movimiento "remoto" para la manipulación robótica se describe en conexión con las formas de realización preferidas de esta invención, el endoscopio de las invenciones desveladas en la presente memoria descriptiva no está limitado, sino que comprende otros tipos de configuraciones como, por ejemplo, brazos manipuladores que tienen centros de movimiento pasivos o naturales en el punto de inserción en el cuerpo de un paciente.

[0058] El brazo robótico 312 proporciona tres grados de libertad de movimiento al instrumento quirúrgico 100 cuando se monta en el mismo. Estos grados de libertad de movimiento son en primer lugar el movimiento de balancín indicado mediante las flechas 326, el movimiento pivotante según se indica mediante las flechas 327 y el desplazamiento lineal en la dirección de las flechas P. Estos tres grados de libertad de movimiento están acoplados principalmente a grados de movimiento traslacional del efector final, aunque puede estar presente algún acoplamiento rotacional. El movimiento del brazo según se indica mediante las flechas 326, 327 y P está controlado por motores eléctricos colocados apropiadamente que responden a las entradas de un control maestro asociado para accionar el brazo 312 hasta una posición requerida según lo dicta el movimiento del control maestro. Se proporcionan sensores colocados apropiadamente, por ejemplo, potenciómetros, o similares, en el brazo para determinar las posiciones de las articulaciones según se describe en mayor detalle en la presente memoria descriptiva más adelante.

[0059] En referencia ahora a la fig. 7 de los dibujos, se describirá a continuación en mayor detalle el mecanismo de muñeca 106. En la fig. 7, el extremo de trabajo del vástago 104 está indicado en 110. El mecanismo de muñeca 106 incluye un miembro de muñeca 112. Una parte de extremo del miembro de muñeca 112 se monta de forma pivotante en un broquilla, indicada generalmente en 117, en el extremo 110 del vástago 104 por medio de una conexión pivotante 114. El miembro de muñeca 112 puede girar en la dirección de las flechas 156 alrededor de la conexión pivotante 114.

[0060] Un efector final, indicado generalmente por el número de referencia 102, se monta de forma pivotante en un extremo opuesto del miembro de muñeca 127. El efector final 102 está en la forma, por ejemplo, de un aplicador de pinza para pinzas de anclaje durante un procedimiento quirúrgico. En consecuencia, el efector final 102 tiene dos elementos 102.1, 102.2 que definen conjuntamente una disposición de mordaza. Se observará que el efector final puede estar en la forma de cualquier herramienta quirúrgica que tenga dos miembros que giran alrededor de un eje pivotante común, por ejemplo, tijeras, alicates para su uso como guías de agujas, o similares. En su lugar, puede incluir un único miembro de trabajo, por ejemplo, un bisturí, un electrocauterio, o similares. También pueden usarse herramientas no articuladas alternativas, que incluyen herramientas para aspiración y/o irrigación, endoscopios, o similares. Cuando se requiere una herramienta distinta de un aplicador de pinza durante el procedimiento quirúrgico, la herramienta 100 simplemente se retira de su brazo asociado y se sustituye por un instrumento que lleva el efector final necesario, por ejemplo, unas tijeras, o alicates, o similares.

[0061] El efector final 102 se monta de forma pivotante en una broquilla, indicada generalmente por el número de referencia 119, en un extremo opuesto del miembro de muñeca 112, por medio de una conexión pivotante 160. Los elementos 102.1, 102.2 pueden desplazarse angularmente alrededor de la conexión pivotante 160 acercándose o alejándose entre sí según se indica mediante las flechas 162, 163. Se observará además que los elementos 102.1, 102.2 pueden desplazarse angularmente alrededor de la conexión pivotante 160 para cambiar la orientación del efector final 102 en su conjunto, con respecto al miembro de muñeca 112. Así, cada elemento 102.1,

102.2 puede desplazarse angularmente alrededor de la conexión pivotante 160 independientemente del otro, de manera que el efector final 102, en su conjunto, puede desplazarse angularmente alrededor de la pivotante 160 según se indica en las líneas discontinuas en la fig. 7. Además, el vástago 104 se monta de forma giratoria en el alojamiento 108 para rotación según se indica mediante las flechas 159. Así, el efector final 102 tiene tres grados de libertad de movimiento con respecto al brazo 112 además del accionamiento del efector final, preferentemente, rotación alrededor del eje 109 según se indica mediante las flechas 159, desplazamiento angular en su conjunto alrededor del punto de giro 160 y desplazamiento angular alrededor del punto de giro 114 según se indica mediante las flechas 156. Sin embargo, otras estructuras de muñecas y combinaciones de articulaciones se encuadran también en el endoscopio de las presentes invenciones. Por ejemplo, aunque se prefiere esta configuración y estos grados de libertad de movimiento resultantes, puede usarse también una muñeca que tenga menos grados de libertad de movimiento, como, por ejemplo, una articulación de articulación distal única, o una muñeca que tenga otras singularidades, según se desee.

[0062] Los tres grados de libertad de movimiento de instrumento 100 se acoplan principalmente a grados de libertad de movimiento de orientación del efector final. Esta es en cierto modo una simplificación, ya que el movimiento alrededor de estos ejes producirá un cierto cambio en la posición del efector final. Análogamente, el movimiento alrededor de los ejes de traslación descritos anteriormente puede causar algunos cambios de orientación. Se observará que el movimiento de orientación del efector final, como movimiento traslacional, está controlado mediante motores eléctricos colocados apropiadamente que responden a las entradas desde el control maestro asociado para accionar el efector final 102 hasta una posición deseada según viene dictado por el movimiento del control maestro. Además, se proporcionan sensores colocados apropiadamente, por ejemplo, codificadores, o potenciómetros, o similares, para determinar las posiciones de articulación según se describe en mayor detalle en la presente memoria descriptiva más adelante. En esta memoria descriptiva el accionamiento o movimiento de los efectores finales entre sí en las direcciones de las flechas 62, 63 no se contempla como un grado de libertad de movimiento separado.

[0063] En las fig. 8A-C se ilustran los efectores finales de los estabilizadores de tejidos 120a, b, y c, referidos generalmente como estabilizadores de tejidos 120. Los estabilizadores de tejidos 120 pueden tener uno o dos elementos de efectores finales 122 que preferentemente se fijan de forma pivotante al extremo distal del vástago o muñeca de un instrumento quirúrgico y pueden moverse entre sí, y que comprenden preferentemente superficies de ajuste de tejido 124. Las superficies de ajuste de tejido incluyen opcionalmente salientes, crestas, orificios de vacío, u otras superficies adaptadas de manera que inhiban el movimiento entre el tejido ajustado y el estabilizador, ya sea a través de la presión aplicada al tejido ajustado o del vacío aplicado para extraer el tejido en una posición estabilizada al menos parcialmente, o una combinación de presión y vacío. La superficie de ajuste de tejido ideal limitará y/o reducirá el movimiento del tejido ajustado en los dos ejes laterales (a veces referidos como X e Y), a lo largo de la superficie de ajuste de tejido, y la configuración del estabilizador y el ajuste con el tejido reducirán al menos parcialmente el movimiento normal en la superficie. Otras configuraciones para estabilizadores tradicionales son conocidas por los expertos en la materia, como, por ejemplo, el Octopus II de Medtronic, Inc. y diversos estabilizadores de HeartPort, Inc. y CardioThoracic Systems que tienen configuraciones con varias puntas o en anillo. Estas formas de contacto con el tejido permiten que los estabilizadores 120 se ajusten firmemente a tejido en movimiento como, por ejemplo, un corazón latiente de un paciente y reducen el movimiento del tejido adyacente al estabilizador.

[0064] Para facilitar la realización de un procedimiento en el tejido estabilizado, puede formarse una abertura 126 en un elemento estabilizador individual 122, y/o entre elementos de efectores finales móviles independientemente. Según se ilustra en la fig. 8B, el estabilizador 120b incluye superficies de agarre de tejidos en cooperación 128 dispuestas entre elementos de efectores finales del estabilizador 122. Esto permite que el estabilizador agarre los tejidos, proporcionando una doble función de estabilizador robótico/herramienta de pinza. El estabilizador 120b puede usarse, por ejemplo, como una pinza mientras se recoge y/o prepara una arteria mamaria interna (AMI) para un procedimiento de injerto de derivación de arteria coronaria (IDAC), y/o para sujetar la AMI durante la formación de la anastomosis en el corazón latiente estabilizado.

[0065] En general, los estabilizadores de tejidos 120 tendrán un perfil suficientemente pequeño, cuando se alineen con el vástago 104 del instrumento 100, para permitir que el estabilizador avance axialmente a través de una cánula. Pueden usarse efectores finales similares (o modificados) que tienen superficies de ajuste de tejido de alto rozamiento como retractores para sujetar tejido limpio de una línea visual del cirujano durante un procedimiento.

[0066] En referencia ahora a la fig. 8C, y generalmente para los estabilizadores endoscópicos robóticos desvelados en la presente memoria descriptiva, cada estabilizador puede comprender un orificio de irrigación 125, con el orificio preferentemente en comunicación fluida con una luz integrada en el vástago de la herramienta del estabilizador. Mientras una capacidad de irrigación y/o aspiración es especialmente beneficiosa cuando se incorpora en un estabilizador, dichas capacidades también pueden incorporarse en el vástago de cualquier herramienta quirúrgica robótica, según se desee. El sistema de orificios, que comprende una luz situada preferentemente en el interior del vástago del estabilizador y que se extiende fuera de una abertura u orificio en la parte distal del vástago, puede usarse para realizar una serie de tareas durante un procedimiento quirúrgico (por ejemplo, un procedimiento en un corazón latiente) en el que se desea la estabilización de tejido. Esas tareas pueden incluir la retirada del fluido no deseado del sitio quirúrgico (a través de succión hacia el exterior del cuerpo del paciente), insuflado del fluido en alguna otra parte del sitio quirúrgico, y/o suministro de fluido (por ejemplo, dióxido de carbono humidificado en aerosol) para despejar el sitio quirúrgico de material (por ejemplo, fluidos corporales que en caso contrario interferirían con la visión del cirujano). Preferentemente, al menos la parte distal del sistema de orificios es flexible para permitir la flexión. La estructura de orificios de ejemplo será maleable o deformable plásticamente lo suficiente para mantener su posición cuando se recoloque.

[0067] Para aprovechar el aspecto de irrigación de este estabilizador multifuncional, el estabilizador se inserta con la parte externa distal del dispositivo de irrigación preferentemente alineado con el vástago del estabilizador. Después de que el estabilizador haya alcanzado el sitio quirúrgico, el operador puede recolocar el extremo distal del orificio de irrigación con uno de los otros manipuladores quirúrgicos agarrando la estructura de los orificios y moviéndola a un lugar localización y/u orientación deseados con respecto al vástago 104, la muñeca 106 o el elemento de efector final 122 (dependiendo de la estructura en la que se monta el orificio). El dispositivo puede permanecer en ese lugar durante toda la cirugía, o puede moverse alrededor según se desee. Además de simplemente poderse mover en el sitio quirúrgico, el dispositivo también puede extenderse/retirarse en el vástago del estabilizador, de manera que el extremo distal pueda moverse acercándose o alejándose del sitio quirúrgico en sí, según se desee.

[0068] En las fig. 9A y B se ve en más detalle un ejemplo de un carro de ayudante preferido 300A. El carro de ayudante 300A incluye un sencillo mecanismo articulado 350 con articulaciones deslizantes 352 que pueden sostenerse de forma que puedan liberarse en una configuración fija mediante cerrojos 354. El mecanismo articulado 350 sostiene un brazo manipulador de centro remoto de ayudante 302A que tiene una estructura similar al brazo 302 usado como soporte del endoscopio en el carro 300. (Véase fig. 4). La estructura del mecanismo articulado de brazo de ayudante 302A se describe de forma más completa en la solicitud de patente de EE.UU. pendiente de tramitación nº serie 60/112.990, presentada el 16 de diciembre de 1998.

[0069] Generalmente, el brazo de ayudante 302A incluye eficazmente un mecanismo de mecanismo articulado en paralelo que proporciona un centro remoto de rotación esférica 349 en una localización fija con respecto a la base 317, similar a la descrita anteriormente con referencia al brazo 312 en la fig. 5, Aunque este brazo se describe preferentemente como de estructura diferente a otros brazos manipuladores del instrumento también descritos en la presente memoria descriptiva, debe entenderse que también puede usarse otro brazo manipulador bien como soporte de un endoscopio o bien para servir como cuarto brazo en el carro de ayudante 300A.

[0070] Las articulaciones deslizantes 352 y las ruedas 356 (que también pueden bloquearse de forma que puedan liberarse en una configuración fija mediante cerrojos 354) permiten que el centro remoto o punto de apoyo 349 se coloque en un punto de inserción en el cuerpo de un paciente usando un movimiento traslacional a lo largo de los ejes X, Y y Z. El brazo de ayudante 302A puede dirigirse opcionalmente de forma activa de manera que coloque traslacionalmente un vástago de un instrumento quirúrgico en el interior del cuerpo de un paciente. Alternativamente, el brazo de ayudante 302A puede usarse como un manipulador de brazo pasivo. El brazo de ayudante 302A (como todos los brazos manipuladores de la red robótica) incluye preferentemente un dispositivo de entrada o botón de configuración de recolocación 358, dispuesto idealmente en un mango de posicionamiento manual 360. Cuando se pulsa el botón de recolocación 358, las articulaciones del brazo de ayudante 302A se mueven libremente de manera que giren el brazo alrededor de un punto de apoyo 349 manualmente. Una vez que se libera el accionador 358, el brazo de ayudante 302A permanece en una configuración sustancialmente fija. El brazo se resistirá al movimiento hasta que el botón de recolocación 358 se apriete de nuevo, o hasta que el brazo reciba una señal de accionamiento de un dispositivo de entrada de control maestro asociado. Por ello, el carro de ayudante 300A puede usarse como soporte de un instrumento quirúrgico como, por ejemplo, un endoscopio, un estabilizador, un retractor, o similares, incluso si no se acciona activamente en la dirección de un dispositivo de entrada.

[0071] La recolocación manual del instrumento quirúrgico soportado se realizará generalmente por medio de un ayudante bajo la dirección de un cirujano a cargo del procedimiento quirúrgico. Normalmente, aun cuando las articulaciones de montaje 395, los mecanismos articulados del carro 350, los brazos 302, 312 y/u otras estructuras del sistema robótico soporten los efectores finales en una configuración fija, los sistemas de freno o accionamiento del motor que inhiben el movimiento de los instrumentos pueden cancelarse con seguridad usando fuerza manual sin dañar el sistema robótico. Esto permite recolocar y/o retirar los instrumentos si se produce un fallo.

Preferentemente, la fuerza de cancelación será suficiente para inhibir el movimiento inadvertido por un rebote accidental, interferencia entre manipuladores, y similares.

[0072] El brazo de ayudante 302A y el brazo 302 usados como soporte del endoscopio 304 no necesitan incluir necesariamente un sistema de accionamiento para articular una muñeca y/o efectores finales en el interior del cuerpo del paciente, salvo, por ejemplo, que se use una muñeca en conexión con un estabilizador para mejorar la colocación del tejido en particular que se estabilizará. Cuando se va a usar un carro de ayudante 300A para accionar activamente una herramienta articulada bajo la dirección de un operador O o un ayudante por medio de un procesador, el brazo 302 puede sustituirse opcionalmente por el brazo 312. Alternativamente, cuando el carro de ayudante va a usarse como una estructura pasiva para sostener un instrumento quirúrgico articulado en una posición fija y la configuración en el interior del cuerpo de un paciente, puede usarse un soporte en escuadra de la herramienta de articulación manual 370 para montar la herramienta 100 en el brazo de ayudante 302A. El soporte en escuadra de la herramienta manual 370 se ilustra en las fig. 9C-9E.

[0073] Como puede entenderse con referencias a las fig. 9C y 9D, el soporte en escuadra 370 comprende una placa 372 con paredes laterales que reciben de forma ajustada el alojamiento 108 de la herramienta 100. Los discos 374 tienen superficies de accionamiento que ajustan de forma recta el sistema de accionamiento de la herramienta 100 de manera que para hacer girar el vástago 104 alrededor de su eje, articulan el efector final alrededor de la muñeca, y mueven el primer y el segundo elemento del efector final, según se describe anteriormente.

[0074] Tal como se ve con mayor claridad en la fig. 9E, la posición de rotación de los discos 374 puede cambiarse haciendo girar manualmente los dientes de ajuste 376, que se acoplan de forma rotacional con los discos. Una vez que el instrumento 100 está en la configuración deseada, pueden apretarse tuercas de seguridad 378 contra las arandelas 379 para fijar rotacionalmente los dientes 376 y los discos 374. En la forma de realización de ejemplo, el soporte en escuadra 372 comprende un polímero, mientras los dientes 376 y las tuercas 378 pueden ser poliméricos y/o metálicos. La arandela 379 puede comprender un polímero de bajo rozamiento, idealmente que comprenda un PTFE como, por ejemplo, Teflón™, o similares. Aunque la descripción en la presente memoria descriptiva muestra una forma de realización preferida para manipulación manual de un estabilizador por un ayudante quirúrgico, debe ser evidente que el estabilizador puede ser controlado de forma sencilla desde una consola de control robótica remota, a partir de la cual el operador podría manipular el estabilizador y cualquier muñeca asociada de la misma forma que se controlan otros instrumentos, según se describe en la presente memoria descriptiva.

Procedimientos de telecirugía e interacciones de componentes

[0075] En uso, el cirujano visualiza el sitio quirúrgico a través del visor 202. Se hace que el efector final 102 llevado en cada brazo 312, 302, 302A realice movimientos y acciones como respuesta al movimiento y las entradas de acción de su control maestro asociado. Se observará que durante un procedimiento quirúrgico se capturan imágenes de los efectores finales mediante el endoscopio junto con el sitio quirúrgico y se muestran en el visor de manera que el cirujano vea los movimientos y acciones de los efectores finales mientras controla dichos movimientos y acciones por medio de los dispositivos de control maestros. La relación entre los efectores finales en el sitio quirúrgico con respecto a la punta del endoscopio según se visualiza a través del visor y la posición de los controles maestros en las manos del cirujano con respecto a los ojos del cirujano en el visor proporciona una apariencia de al menos una conexión sustancial entre los controles maestros y el instrumento quirúrgico para el cirujano.

[0076] Para proporcionar la conexión sustancial deseada entre las imágenes del efector final y los dispositivos de entrada del controlador maestro, el procesador de la estación de control maestra 200 y/o la estación de control del ayudante 200A mostrará generalmente el sitio de trabajo quirúrgico interno visualizado por el endoscopio en el espacio de trabajo del controlador maestro en el que el operador y/o ayudante mueve las manos. La posición de los brazos que sostienen las herramientas quirúrgicas con respecto al brazo que sostiene el endoscopio en uso puede usarse para obtener las transformaciones de coordenadas deseadas de manera que se proporcione el nivel deseado de conectividad sustancial, como se explica de forma más completa en la Solicitud Provisional de patente de EE.UU. pendiente de tramitación nº serie 60/128.160.

[0077] Cuando una herramienta se visualizará a través de un endoscopio, y la herramienta y el endoscopio se apoyan mediante estructuras de soporte independientes (por ejemplo, cuando se visualiza una herramienta soportada por el brazo 312 dentro del sitio quirúrgico interno por medio de un endoscopio soportado por el carro de ayudante 300A) es especialmente beneficioso tener una orientación conocida entre las dos estructuras de soporte independientes para permitir obtener las transformaciones deseadas. Esto puede proporcionarse, por ejemplo, asegurando que la estructura de base del carro 300 sea exactamente paralela a la estructura de base del carro de ayudante 300A. Como las transformaciones y modificaciones posicionales son relativamente sencillas cuando las orientaciones se alinean con precisión, esto permite que un procesador proporcione una conexión sustancial a pesar de los componentes de la red robótica montados por separado.

[0078] El funcionamiento de la red robótica de telecirugía 10 se explicará primero con referencia a la interacción entre la estación de control maestra 200 y el carro 300. Muchos de los aspectos de esta interacción aparecen en las interacciones entre los restantes componentes de la red.

Controlador maestro-esclavo

[0079] En la fig. 10, el sistema de coordenadas del espacio cartesiano se indica generalmente mediante el número de referencia 902. El origen del sistema se indica en 904. El sistema 902 se muestra en una posición retirada del endoscopio 304. En el sistema de telecirugía mínimamente invasiva de la invención, y con el fin de identificar las posiciones en el espacio cartesiano, el origen 904 se coloca convenientemente en el extremo de visualización 306. Uno de los ejes, en este caso el eje Z-Z, es coincidente con el eje de visualización 307 del endoscopio. En consecuencia, los ejes X-X e Y-Y se extienden hacia el exterior en direcciones perpendiculares con respecto al eje de visualización 307.

[0080] Se observará que en el caso de desplazamiento angular del endoscopio para variar la orientación de la imagen visualizada según se describe anteriormente, el plano de referencia definido por el eje X-X e Y-Y se desplaza angularmente junto con el endoscopio.

[0081] Según se menciona anteriormente, cuando los instrumentos quirúrgicos se montan en los brazos 112, se define un punto de apoyo 349 o punto de giro para cada estructura del brazo 310. Además, como se ha mencionado ya también, cada punto de apoyo 349 está colocado en un orificio de entrada en el cuerpo del paciente. Así, los movimientos de los efectores finales en el sitio quirúrgico son provocados por desplazamientos angulares alrededor de cada punto de apoyo 349. Según se describe anteriormente, la localización de los puntos de apoyo puede detectarse usando sensores de articulación de las articulaciones de montaje, o usando una diversidad de sistemas de detección de posición alternativos.

[0082] Cuando se determinan las posiciones del centro remoto o punto de apoyo con respecto al extremo de visualización 306 del endoscopio 304, se determinan las coordenadas en el plano X-X e Y-Y del sistema de coordenadas cartesiano 902. Se observará que estas coordenadas (X,Y) de cada punto de apoyo 349 pueden variar dependiendo de los orificios de entrada al sitio quirúrgico elegidos. La localización de estos orificios de entrada puede variar dependiendo del procedimiento quirúrgico que se realizará. Además se apreciará que las coordenadas (X,Y) de cada punto de apoyo 349 pueden determinarse fácilmente con referencia al sistema de coordenadas 902 por medio de los sensores de posición en los diversos puntos de giro en cada brazo robótico 112 ya que el endoscopio 304 y los brazos 310 se montan en el mismo carro 300. Naturalmente, el brazo del endoscopio 302 se proporciona también con sensores de posición colocados apropiadamente. Así, para determinar las coordenadas (X, Y) de cada punto de apoyo 349, con respecto al sistema de coordenadas 902, la posición del sistema de coordenadas 902 puede determinarse con respecto a cualquier punto arbitrario en el espacio por medio de los sensores de posición en el brazo del endoscopio 302 y las posiciones de cada punto de apoyo con respecto al mismo punto arbitrario pueden determinarse fácilmente por medio de los sensores de posición en cada brazo robótico 112. A continuación pueden determinarse las posiciones de cada punto de apoyo 349 con respecto al sistema de coordenadas 902 por medio de un cálculo rutinario.

[0083] Con referencia a la fig. 11, se indica esquemáticamente un sistema de control que define un bucle de control que enlaza las entradas del control maestro con las salidas del efector final, y a la inversa para realimentación, con el número de referencia 400. Las entradas del control maestro y las salidas correspondientes del efector final se indican mediante las flechas AB y las entradas de efector final y las salidas correspondientes del control maestro en el caso de realimentación se indican mediante las flechas BA.

[0084] En esta memoria descriptiva, con fines de mayor claridad, las posiciones detectadas por los codificadores en el maestro que se relacionan con las posiciones de articulación se refieren como posiciones de "espacio de articulaciones". Análogamente, para los sensores en las articulaciones del brazo robótico y el mecanismo de muñeca, las posiciones determinadas por estos sensores se refieren también como posiciones de "espacio de articulaciones". El brazo robótico y el mecanismo de muñeca se referirán como el esclavo en la descripción que se ofrece a continuación. Además, las referencias a las posiciones y las señales posicionadas pueden incluir orientación, localización y/o sus señales asociadas. Análogamente, las fuerzas y las señales de fuerzas pueden incluir generalmente tanto la fuerza como el par de torsión en sus señales asociadas.

[0085] Para mayor facilidad de la explicación, el sistema 400 se describirá a partir de una condición inicial en la que el maestro está en una posición inicial y el esclavo está en una posición inicial correspondiente. Sin embargo, en uso, el esclavo rastrea la posición del maestro de una manera continua.

[0086] En referencia al sistema de control 400, el maestro se mueve desde la posición inicial a una nueva posición correspondiente a una posición deseada del efector final según la visualiza el cirujano en la imagen mostrada en el visor 202. Los movimientos del control maestro son introducidos por un cirujano en 402, según se indica mediante la flecha AB1 aplicando una fuerza al control maestro en 404 para hacer que el control maestro se mueva desde su posición inicial a la nueva posición.

[0087] Cuando el maestro se mueve, las señales em de los codificadores en el maestro es son introducidas en un controlador de entrada del maestro en 406 según se indica mediante la flecha AB2. En el controlador de entrada del maestro 406, las señales em se convierten a una posición de espacio de articulaciones 8m correspondiente a la nueva posición del maestro. A continuación se introduce la posición del espacio de articulaciones 8m en un convertidor cinemático del maestro 408 según se indica mediante la flecha AB3. En 408 la posición de la articulación 8m se transforma en una posición equivalente en el espacio cartesiano xm. Esto es realizado opcionalmente por un algoritmo cinemático que incluye una matriz de transformada del jacobiano, jacobiano inverso (J-1), o similares. A continuación se introduce la posición equivalente en el espacio cartesiano xm en un controlador bilateral en 410 según se indica mediante la flecha AB4.

[0088] La comparación de posición y el cálculo de la fuerza pueden realizarse, en general, usando un algoritmo cinemático directo que puede incluir una matriz jacobiana. El algoritmo cinemático directo hace uso generalmente de una localización de referencia, que se selecciona normalmente como localización de los ojos del cirujano. La calibración apropiada o los sensores colocados apropiadamente en la consola 200 pueden proporcionar esta información de referencia. Además, el algoritmo cinemático directo hará uso generalmente de información relativa a las longitudes y desplazamientos angulares del mecanismo articulado del dispositivo de entrada maestro

210. Más específicamente, la posición cartesiana xm representa la distancia del mango de entrada desde, y la orientación del mango de entrada con respecto a, la localización de los ojos del cirujano. En consecuencia, xm se introduce en el controlador bilateral 410 según se indica mediante AB4.

[0089] En un procedimiento similar a los cálculos descritos anteriormente, la localización del esclavo se observa también generalmente usando sensores del sistema esclavo. En la forma de realización de ejemplo, la señal es del codificador se lee desde los sensores de articulación del esclavo en 416 según se indica por BA2, y a continuación se convierten al espacio de articulaciones en la etapa 414. Según se indica por BA3, la posición del espacio de articulaciones del esclavo se somete también a un algoritmo cinemático directo en la etapa 412. En este caso, el algoritmo cinemático directo se proporciona preferentemente con la localización referenciada de la punta 306 del endoscopio 304. Además, a través del uso de sensores, las especificaciones de diseño y/o la calibración apropiada, este algoritmo cinemático incorpora información relativa a las longitudes, desplazamientos, ángulos, etc., que describen la estructura del mecanismo articulado del carro del paciente 300, las articulaciones de montaje 395 y los brazos de manipulación robótica 310, de manera que la posición cartesiana del esclavo xs transferida en BA4 se mide y/o se define con respecto a la punta del endoscopio.

[0090] En el controlador bilateral 410, la nueva posición del maestro xm en el espacio cartesiano con respecto a los ojos del cirujano se compara con la posición inicial xs de la punta del instrumento en el espacio cartesiano con respecto a la punta de la cámara. Esta relación se representa en la fig. 10 que muestra el triángulo que conecta el ojo del cirujano y los controladores maestros en las manos del cirujano, así como la cámara de acoplamiento de la punta del triángulo 306 y los efectores finales de las herramientas 104. Ventajosamente, la comparación de estas relaciones relativas que tienen lugar en el controlador 410 puede tener en cuenta las diferencias en escala entre el espacio del controlador maestro en el que se mueve el dispositivo de entrada en comparación con el espacio de trabajo quirúrgico en el que se mueven los efectores finales. Análogamente, la comparación puede tener en cuenta posibles desplazamientos fijos, si las posiciones iniciales del maestro y el esclavo no guardan correspondencia.

[0091] En 410, se compara la nueva posición xm del maestro en el espacio cartesiano con la posición inicial del esclavo, también en el espacio cartesiano. Se observará que las posiciones del maestro y el esclavo en el espacio cartesiano se actualizan continuamente en una memoria. Así, en 410, la posición inicial del esclavo en el espacio cartesiano se descarga de la memoria de manera que se compare con la nueva posición del maestro en el espacio cartesiano. Así, la posición inicial del esclavo en el espacio cartesiano se dedujo a partir de la posición espacial conjunta del esclavo cuando tanto el maestro como el esclavo estaban en sus posiciones iniciales. Puede observarse además que, en 410, y cuando la posición del maestro en el espacio cartesiano se adecua con una posición correspondiente del esclavo en el espacio cartesiano, no se obtiene desviación posicional de la comparación en 410. En tal caso no se envían señales desde 410 para provocar el movimiento del esclavo o el maestro.

[0092] Dado que el maestro se ha movido a una nueva posición, una comparación de su correspondiente posición xm en el espacio cartesiano con la posición en el espacio cartesiano del esclavo correspondiente a su posición inicial produce una desviación posicional. A partir de esta desviación posicional en el espacio cartesiano, se calcula una fuerza fs en el espacio cartesiano en 410 que es necesaria para mover la posición del esclavo en el espacio cartesiano a una nueva posición correspondiente a la nueva posición del maestro xm en el espacio cartesiano. Este cálculo se realiza normalmente usando un controlador proporcional integral derivativo (P.I.D.). Esta fuerza fs se introduce a continuación en un convertidor cinemático esclavo 412 según se indica mediante la flecha AB5. Los pares de torsión 1s de articulación equivalentes se calculan en el módulo cinemático esclavo, usando normalmente un procedimiento de transposición jacobiana. Esto se realiza opcionalmente mediante un controlador de Transposición Jacobiana (JT).

[0093] A continuación se introducen los pares de torsión 1s en un convertidor de salida esclavo en 414 según se indica mediante la flecha AB6. En 414 se calculan las corrientes is. A continuación se envían estas corrientes a los motores eléctricos en el esclavo en 416 según se indica mediante la flecha AB7. A continuación se hace que el esclavo se accione en la nueva posición xe que corresponde a la nueva posición a la que se ha movido el maestro.

[0094] Las etapas de control que intervienen en el sistema de control 400 según se explica anteriormente se efectúan normalmente a aproximadamente 1.300 ciclos por segundo o más deprisa. Se observará que aunque se hace referencia a una posición inicial y a una nueva posición del maestro, estas posiciones son normalmente fases por incrementos de un movimiento del control maestro. Así, el esclavo está rastreando continuamente nuevas posiciones por incrementos del maestro.

[0095] El sistema de control 400 hace una provisión para realimentación de fuerza. Así, si el esclavo, normalmente el efector final, se sometiera a una fuerza del entorno fe en el sitio quirúrgico, por ejemplo, en el caso en que el efector final empuje el tejido, o similares, dicha fuerza se devuelve como realimentación al control maestro. En consecuencia, cuando el esclavo está rastreando el movimiento del maestro según se describe anteriormente y el esclavo empuja contra un objeto en el sitio quirúrgico con el resultado de una fuerza de empuje igual contra el esclavo, que insta al esclavo a moverse a otra posición, tienen lugar etapas similares a las descritas anteriormente.

[0096] El entorno quirúrgico se indica en 418 en la fig. 11. En el caso en el que se aplica una fuerza del entorno fe en el esclavo, dicha fuerza fe provoca el desplazamiento del efector final. Este desplazamiento es detectado por los codificadores en el esclavo 416 que generan señales es. Dichas señales es se introducen en el convertidor de entrada esclavo 414 según se indica por la flecha BA2. En la entrada del esclavo 414 se determina una posición 8s en el espacio de articulaciones resultante de las señales del codificador es. A continuación se introduce la posición del espacio de articulaciones 8s en el convertidor cinemático esclavo en 412 y según se indica mediante la flecha BA3. En 412 se calcula una posición en el espacio cartesiano xs correspondiente a la posición del espacio de articulaciones 8s y se introduce en el controlador bilateral en 410 según se indica mediante la flecha BA4. La posición en el espacio cartesiano xs se compara con una posición en el espacio cartesiano xm del maestro y se calcula una desviación posicional en el espacio cartesiano junto con una fuerza fm requerida para mover el maestro en una posición en el espacio cartesiano que se corresponde con la posición del esclavo xs en el espacio cartesiano. A continuación se introduce la fuerza fm en el convertidor cinemático maestro en 408 según se indica mediante la flecha BA5.

[0097] A partir de la entrada fm, se determinan los valores deseados del par de torsión 1m en 408. Esto se realiza normalmente mediante un controlador de transposición jacobiana (JT). A continuación se introducen los valores del par de torsión en el convertidor de salida maestro en 406 según se indica mediante la flecha BA6. En 406, se determinan las corrientes del motor eléctrico maestro im a partir de los valores del par de torsión 1m y se envían al maestro en 404 y según se indica mediante la flecha BA7 para hacer que los motores impulsen el maestro a una posición correspondiente a la posición del esclavo.

[0098] Aunque la realimentación se ha descrito con respecto a una nueva posición deseada por el maestro para rastrear el esclavo, se observará que el cirujano está agarrando el maestro de manera que el maestro no se mueve necesariamente. Sin embargo, el cirujano siente una fuerza resultante de los pares de torsión de realimentación en el maestro que contrarresta porque está sosteniendo el maestro.

[0099] La exposición anterior relativa al sistema de control 400 proporciona una breve explicación de un tipo de sistema de control que puede emplearse. Se observará que en lugar de usar un controlador de transposición jacobiana, puede usarse una configuración de controlador jacobiano inverso. Cuando se usa un controlador jacobiano inverso, el controlador bilateral 410 puede producir una posición cartesiana de la orden del esclavo xsd en AB5 al módulo cinemático 412, con la posición cartesiana de la orden del esclavo indicando la posición deseada del esclavo. El módulo de algoritmo cinemático 412 puede usar a continuación, por ejemplo, un algoritmo jacobiano inverso para determinar una posición deseada del espacio de articulaciones 8sd que puede compararse con la posición inicial del espacio de articulaciones del esclavo 8s. A partir de esta comparación, pueden generarse pares de torsión de articulación para compensar posibles errores de posicionamiento, con los pares de torsión de articulación pasados por medio de AB6 al módulo de entrada/salida del esclavo 414 según se describe anteriormente.

[0100] Debe observarse también que el sistema de control 400 puede acoplar el accionamiento del mango del maestro (en la forma de realización de ejemplo, variación del ángulo de agarre definido entre los miembros de agarre 218 según se muestra en la fig. 3B) a la articulación del efector final (en la forma de realización de ejemplo, apertura y cierre de las mordazas del efector final variando el ángulo del efector final entre los elementos del efector final 102.1, 102.2 según se ilustra en la fig. 7) en la cuestión descrita anteriormente, incluyendo la entrada de agarre del maestro y el accionamiento de la mordaza del efector final en la articulación y los efectores de posición cartesiana, los vectores de par de torsión equivalentes, y similares, en los cálculos que se han descrito.

[0101] Debe entenderse que pueden estar activos controladores o módulos de controladores adicionales, por ejemplo, para proporcionar compensación de rozamiento, compensación de gravedad, impulso activo de sistemas redundantes de mecanismo articulado de articulación de manera que se eviten singularidades, y similares. Estos controladores adicionales pueden aplicar corrientes a los sistemas de accionamiento de articulación del maestro y los esclavos. Las funciones adicionales de estos controladores añadidos pueden permanecer uniformes cuando se interrumpe el bucle de control maestro/esclavo, de manera que la terminación de la relación maestro/esclavo no significa necesariamente que no se apliquen pares de torsión.

[0102] En las fig. 11A-11D se muestra un diagrama de bloques de controlador de ejemplo y flujo de datos para acoplar flexiblemente pares de controladores maestros con brazos manipuladores. Según se describe anteriormente, el operador 402 manipula manipuladores 404, con lo que introduce fuerzas de accionamiento contra los manipuladores izquierdo y derecho del maestro fh (L, R). Análogamente, las posiciones izquierda y derecha de los dispositivos de entrada maestros también se alojarán mediante el sistema de control, al igual que las fuerzas y posiciones de cuatro o más brazos manipuladores esclavos fe (1, 2, 3 y 4), xe (1, 2, 3 y 4). En las fig. 11A-11D se aplican notaciones similares de elementos izquierdo, derecho y esclavo.

[0103] Todos los incrementos de codificador de cada articulación de los dispositivos de entrada maestros 404 y los manipuladores esclavos 416 se introducen en un preprocesador de entrada de servocontrol SCI. En parte o la totalidad de las articulaciones de las estructuras de maestro o esclavo, esta información puede proporcionarse en un formato alternativo, por ejemplo, con una señal analógica (proporcionando opcionalmente indicación de posición absoluta) de un transductor por efecto Hall, un potenciómetro, o similares.

[0104] Cuando al menos algunas de las señales transmitidas desde dispositivos de entrada maestros 404 o manipuladores esclavos 416 comprenden incrementos de codificador, el preprocesador SCI puede incluir uno o más acumuladores 1002 según se ilustra en la fig. 11B. Los incrementos de codificador positivos y/o negativos se cuentan entre solicitudes de transferencia de servociclo 1004, que se proporcionan desde un generador de servotemporización STG, se acumulan en un primer registro 1006. Después de la recepción de la solicitud de transferencia 1004, los incrementos de codificador acumulados de todo el servociclo se transfieren a un segundo registro 1008.

[0105] Según se ilustra esquemáticamente en la fig. 11C, la solicitud de transferencia se desplaza preferentemente desde un reloj de incremento de codificador de manera que se eviten errores de lectura inadvertidos del codificador durante la transferencia de datos del servociclo. En otras palabras, para evitar perder incrementos de codificador durante la transferencia de datos, se proporciona preferentemente una solicitud de transferencia asíncrona/velocidad de muestra de incremento de codificador, según se ilustra en la fig. 11C. La velocidad de muestra será a menudo superior a la velocidad en la que el codificador puede producir incrementos, y los acumuladores mantendrán generalmente información de posición por incrementos para todas las articulaciones móviles libremente equipadas con codificador de los manipuladores de entrada y esclavos durante un servociclo, teniendo el servociclo preferentemente una frecuencia de más de 900 Hz, teniendo más preferentemente una frecuencia de 1.000 Hz o más, teniendo a menudo una frecuencia de al menos aproximadamente 1.200 Hz, e idealmente teniendo una frecuencia de aproximadamente 1.300 Hz o más.

[0106] Preferentemente, se incluirá un acumulador 1002 en el preprocesador SCI para cada codificador de los dispositivos de entrada maestros 404 y manipuladores esclavos 416. Cada acumulador de codificador admitirá preferentemente al menos una señal de posición de articulación de 12 bits, y en muchos casos admitirá una señal de posición de 14 bits. Cuando se proporcionan señales de posición analógicas, normalmente se convertirán en señales digitales en o antes del almacenamiento en el preprocesador SCI, con 48 señales de articulación o más proporcionadas en el preprocesador de ejemplo.

[0107] En referencia ahora a las fig. 11A y 11D, y concentrándose primero en la transmisión a y desde un primer controlador bilateral CE1 durante un servociclo, la información de posición de articulación em, es para un par de dispositivo de entrada maestro 404/manipulador esclavo 416 en particular se recupera como respuesta para una señal de servointerrupción 1010 desde el generador de servotemporización STG. El procesador de control CTP puede transformar estas señales de posición de articulación en el marco de referencia de coordenadas deseado, o puede transferir alternativamente esta información en el espacio de articulaciones al controlador bilateral CE1 para conversión al marco de referencia deseado. Con independencia, la posición se transmite preferentemente desde el procesador de control CTP al controlador bilateral CE1 usando un controlador DMA de acceso a memoria directo u otro sistema de transmisión de datos de alta velocidad.

[0108] Una vez que se ha transferido la información de posición desde el procesador de control CTP al controlador CE1 en interrupción DMA 1012 (véase fig. 11D), el controlador procesa la información de posición, comparando las posiciones del efector final en el espacio de trabajo quirúrgico con las posiciones del dispositivo de entrada (que incluye localización y orientación) en el espacio de trabajo del controlador maestro.

[0109] Como se explica de forma más completa en la patente de EE.UU. pendiente de tramitación 6.424.885, presentada el 13 de agosto de 1999, los espacios de trabajo quirúrgico y del controlador se pueden someterse a escala y colocarse uno con respecto al otro según se desee, usando a menudo información de posición proporcionada por los sensores de las articulaciones de montaje, e incorporando información de calibración y/o estructura de la consola del control maestro de manera que se identifique la localización y/o la orientación del dispositivo de entrada maestro con respecto al visor. En general, como la estructura de soporte del dispositivo de captura de imágenes y los efectores finales en el lado del esclavo son conocidos, y dado que la localización del visor con respecto al dispositivo de entrada maestro pueden calcularse a partir de un conocimiento similar con respecto a las longitudes de la entrada del maestro, los ángulos de articulación del controlador maestro, y similares, puede deducirse una transformación de coordinación apropiada de manera que se acople matemáticamente el espacio del maestro de la estación de trabajo del control maestro y el espacio del esclavo en el entorno quirúrgico. La información en mecanismos articulados maestro y esclavo en la estructura puede basarse en un modelo de este mecanismo articulado y estructuras de soporte, en las especificaciones de diseño para el mecanismo articulado y las estructuras de soporte, y/o en medidas de mecanismos articulados individuales, que pueden almacenarse en una memoria no volátil del control esclavo y/o maestro, por ejemplo, mediante información de calibración en una memoria de la estructura apropiada.

[0110] Según se ilustra en la fig. 11D, buena parte del tiempo de servociclo es usada por el controlador CE1 para calcular instrucciones apropiadas de alto nivel para los sistemas maestro y esclavo. Los resultados de estos cálculos se transfieren al procesador de control CTP por medio de otra interrupción DMA 1014. Estas órdenes de alto nivel, normalmente en forma de fuerzas que se desea aplicar en el maestro y el esclavo fm, fs en un marco de referencia adecuado como, por ejemplo, un sistema de coordenadas cartesiano son convertidas por el procesador de control CTP en señales de corriente de motor deseadas, que se dirigen a los motores apropiados mediante el post-procesador SCO.

[0111] Aunque el preprocesador y el post-procesador, el generador de temporización, el procesador de control y los controladores se ilustran esquemáticamente en la fig. 11A como bloques separados, debe entenderse que parte o la totalidad de estos componentes funcionales pueden combinarse, por ejemplo, en una única placa de procesador, o que pueden usarse múltiples placas de procesador con las funciones de uno o más de estos componentes separados en procesadores separados.

[0112] Como puede entenderse con referencia a las fig. 11A y 11D, mientras el primer controlador CE1 está procesando la posición y otra información asociada con el primer par maestro/esclavo, el preprocesador y el postprocesador y el procesador de control están procesando y transfiriendo datos para su uso por los controladores segundo y tercero CE2, CE3. En consecuencia, los controladores individuales tienen tiempos de entrada y de salida asíncronos. Debe entenderse que pueden proporcionarse más de tres controladores para pares maestro/esclavo adicionales. En la forma de realización de ejemplo ilustrada en la fig. 11A, por ejemplo, los controladores primero y segundo CE1 y CE2 pueden dedicarse a las entradas de la mano izquierda y derecha del cirujano, mientras que el tercer controlador CE3 puede usarse para mover el endoscopio usando el dispositivo de entrada izquierdo y/o derecho, o cualquier otro sistema de entrada deseado.

[0113] En la forma de realización de la fig. 11A, el generador de servotemporización STG incluye una memoria que almacena las asignaciones de pares maestro/esclavo 1016. Estas asignaciones de pares son comunicadas al preprocesador y el post-procesador SCI, SCO, de manera que la información transferida a y desde el procesador de control CTP es apropiada para el controlador, y de manera que las órdenes del controlador apropiado son comprendidas y transmitidas adecuadamente al sistema de accionamiento para las articulaciones apropiadas. La reasignación de las asignaciones maestro/esclavo de pares se transmite al generador de temporización STG desde el procesador de control CTP, y a continuación se comunica desde el generador de temporización al preprocesador y el post-procesador durante una fase de inicialización intermitente, que también puede usarse para inicializar intervalos de tiempo de procesador apropiados. Alternativamente, los intervalos de tiempo pueden ser fijos.

[0114] Como deberían entender los expertos en la materia, el controlador de emparejamiento flexible maestro/esclavo de la fig. 11A sigue siendo una simplificación, y un controlador apropiado incluirá una serie de sistemas adicionales. Por ejemplo, es altamente beneficioso incluir un software de verificación de errores para asegurar que todos los codificadores u otros sensores de articulación sean leídos durante cada servociclo, y que los sistemas de accionamiento de cada articulación accionada del maestro y el esclavo se escriben durante cada servociclo. Si la verificación de errores no se completa con éxito, el sistema puede interrumpirse. Análogamente, el sistema de control puede verificar cambios en las asignaciones de pares, por ejemplo, durante transferencia de datos a y/o desde el controlador de cámara. Análogamente, las asignaciones de pares pueden revisarse durante y/o después de un cambio de herramienta, durante un cambio de herramienta izquierda/derecha, cuando se ceden herramientas entre dos controladores maestros diferentes, cuando el operador del sistema solicita una transferencia,

o similares.

[0115] Debe observarse que el sistema de control de las fig. 11A-11D puede admitir montajes flexibles de herramientas en los diversos manipuladores. Según se describe anteriormente, los controladores primero y segundo CE1, CE2 pueden usarse para manipular herramientas para tratar el tejido, mientras que el tercer controlador CE3 se dedica a movimientos de herramientas que usan entradas desde los dos dispositivos de entrada maestros. En procedimientos quirúrgicos generales, puede ser deseable retirar el endoscopio u otro dispositivo de captura de imágenes de un manipulador en particular y montarlo en su lugar en un manipulador que se usó inicialmente para soportar una herramienta de tratamiento. Mediante órdenes apropiadas enviadas por medio del procesador de control CTP al generador de servotemporización STG, las asignaciones de pares para los tres controladores pueden revisarse para reflejar este cambio sin alterar por lo demás el control del operador del sistema en el sistema.

[0116] Durante la reasignación de pares, pueden transmitirse al controlador conjuntos de datos apropiados y/o transformaciones que reflejen la cinemática de los pares maestro/esclavo, la relación del dispositivo de captura de imágenes con los efectores finales, y similares. Para facilitar el intercambio del dispositivo de captura de imágenes desde un manipulador a otro, puede ser beneficioso mantener una estructura de manipulador común en todo el sistema, de manera que cada manipulador incluya motores de accionamiento para articular herramientas, conectores de transferencias de imagen de endoscopio, y similares. Idealmente, el montaje de una herramienta en particular en un manipulador transmitirá automáticamente señales que identifiquen la herramienta al sistema de control, según se describe en la solicitud de patente de EE.UU. pendiente de tramitación nº serie 60/111.719, presentada el 8 de diciembre de 1998 (Expediente de apoderado nº 17516-003210) titulada "Herramientas quirúrgicas robóticas, arquitectura de datos y uso." Esto facilita el cambio de herramientas durante un procedimiento quirúrgico.

[0117] Para los expertos en la materia será evidente una diversidad de adaptaciones del sistema de control de ejemplo. Por ejemplo, aunque la forma de realización de ejemplo incluye un único bus maestro y un único bus esclavo, uno o ambos de estos buses individuales pueden sustituirse por una pluralidad de buses, o pueden combinarse en un único bus. Análogamente, aunque el tiempo de servociclo de ejemplo para un par de control individual es preferentemente de aproximadamente 1.000 mseg o menos, e idealmente de aproximadamente 750 mseg o menos, el uso de equipo de procesamiento de velocidad superior puede proporcionar tiempos de servociclo que son significativamente más rápidos.

[0118] La interacción maestro/esclavo entre la estación de control maestra 200 y el carro 300 se mantiene generalmente mientras el operador O está manipulando activamente tejidos con instrumentos quirúrgicos asociados con sus manos izquierda y derecha. Durante el curso de un procedimiento quirúrgico, esta interacción maestro/esclavo será interrumpida y/o modificada por una diversidad de razones. Las siguientes secciones describen interrupciones seleccionadas de la interacción de control maestro/esclavo, y son útiles para comprender de qué modo pueden proporcionarse interrupciones y reconfiguraciones similares de la red robótica de telecirugía para mejorar las capacidades del sistema robótico general. Las interrupciones de ejemplo incluyen "embrague" (recolocación de un control maestro con respecto a un esclavo), recolocación de un endoscopio, y un cambio de herramienta izquierda-derecha (en el que una herramienta asociada previamente con un dispositivo de control maestro de entrada en la mano derecha de un cirujano se asocia en su lugar con un dispositivo de entrada en la mano izquierda del cirujano, y a la inversa.) Debe entenderse que puede producirse una diversidad de interrupciones adicionales, que incluyen durante la retirada y reposición de una herramienta, durante recolocación manual de una herramienta, y similares.

Embrague

[0119] En el curso de la realización de un procedimiento quirúrgico, el cirujano puede desear volver a colocar en traslación uno o los dos controles maestros con respecto a la posición o posiciones de un efector o efectores finales correspondientes según se muestra en la imagen. La destreza del cirujano se mejora generalmente manteniendo una alineación de orientación ergonómica entre el dispositivo de entrada y la imagen del efector final. El cirujano puede recolocar el maestro con respecto al efector final simplemente interrumpiendo el bucle de control y reestableciendo el bucle de control en la posición deseada, pero puede dejar el efector final en una orientación incómoda, de manera que el cirujano abra repetidamente el bucle de control para reorientar los efectores finales para cada recolocación de traslación. Ventajosamente, la alineación rotacional ergonómica entre dispositivos de entrada y las imágenes de los efectores finales puede conservarse después de haber recolocado el control o controles maestros mediante un procedimiento de embrague modificado, que se describirá a continuación con referencia a las fig. 12 y 13.

[0120] En referencia a la fig. 12, un diagrama de bloques que indica la recolocación de uno de los controles maestros se indica generalmente por el número de referencia 450 y se describirá a continuación. Se observará que los dos controles maestros pueden recolocarse simultáneamente. Sin embargo, por facilidad de descripción, se describirá la recolocación de un solo control maestro. Para recolocar el control maestro con respecto a su esclavo asociado, el cirujano hace que se interrumpa el bucle de control 400 que une el movimiento del control maestro con el movimiento del esclavo correspondiente. Esto se consigue mediante la activación por el cirujano de un dispositivo de entrada adecuado, denominado "Pulsar botón de embrague maestro" en 452 en la fig. 12. Se ha encontrado que dicho dispositivo de entrada adecuado puede estar ventajosamente en la forma de un pedal según se indica en 208 en la fig. 2. Se observará que puede proporcionarse cualquier entrada adecuada como, por ejemplo, entrada de control de voz, un botón de dedo, o similares. Es ventajoso proporcionar un dispositivo de entrada que no necesite que el cirujano retire las manos de los controles maestros de manera que se conserve la continuidad de operación del control maestro. Así, el dispositivo de entrada puede incorporarse en el dispositivo de control maestro en sí en lugar de tener un pedal.

[0121] Una vez que se ha activado la entrada, por ejemplo, pulsando el pedal, el bucle de control 400 entre maestro y esclavo se interrumpe. El esclavo se bloquea entonces en su posición, en otras palabras, en la posición en la que estaba inmediatamente antes de pisar el pedal.

[0122] Como puede describirse con referencia a la fig. 11, al pisar el pedal, el enlace 410 en el sistema de control 400 entre maestro y esclavo se interrumpe. La posición en el espacio de articulaciones del esclavo inmediatamente antes de pisar el pedal se graba en la memoria de un controlador de articulación esclavo indicado en 420 con líneas discontinuas. Si a continuación se aplicara una fuerza al esclavo para hacerlo desplazarse a una nueva posición de articulación, los codificadores en el esclavo retransmiten señales a 414 en las que se calcula una nueva posición del espacio de articulaciones para el esclavo y se envía al controlador de articulación esclavo 420 según se indica mediante la flecha BA9. Esta nueva posición del espacio de articulaciones se compara con la posición del espacio de articulaciones en la memoria, y se determinan las desviaciones del espacio de articulaciones. A partir de esta desviación del espacio de articulaciones, se calculan pares de torsión para devolver el esclavo a la posición de articulación según el registro de la memoria. Estos pares de torsión se retransmiten a 414 según se indica mediante la flecha AB9 en el que se determinan las corrientes de motores eléctricos correspondientes que son enviadas a los motores esclavos para provocar su restauración a su posición de espacio de articulaciones. Así, la posición del esclavo se servobloquea.

[0123] En referencia de nuevo a la fig. 11, al pisar el pedal en 452, se hace que el movimiento traslacional del maestro flote mientras su orientación se bloquea, según se indica en 454 en la fig. 12. Esta etapa se consigue mediante un controlador cartesiano maestro con memoria según se indica en 422 en la fig. 11. A continuación se describirá el funcionamiento del controlador cartesiano maestro con memoria con referencia a la fig. 13.

[0124] Tras la activación del pedal y la recolocación del maestro, la entrada de posición del espacio de articulaciones del control maestro según se indica por 8a se convierte desde el espacio de articulaciones al espacio cartesiano en 406. A partir de esta conversión, se obtiene una posición en el espacio cartesiano xa del maestro. La posición en el espacio cartesiano del maestro inmediatamente antes de la activación del pedal se graba en una memoria en 424 y se indica por xd. La posición actual xa del maestro según se mueve a su nueva posición se compara con la posición grabada xd en 456 para obtener señales de error, que corresponden a desviaciones de posición de la posición del maestro actual en el espacio cartesiano cuando se compara con la posición grabada xd en el espacio cartesiano. Estas desviaciones o errores se introducen en un controlador de realimentación en 426 para determinar una fuerza de realimentación que devuelva el maestro a una posición correspondiente a la posición grabada xd. Los componentes de la fuerza de realimentación que corresponde al movimiento traslacional se ponen a cero en 428. Así, los componentes de la fuerza de realimentación de traslación se ponen a cero y sólo se envían los componentes de la fuerza de orientación desde 428. A continuación, los componentes de la fuerza de orientación se convierten a pares de torsión correspondientes en 408, que seguidamente se introducen en 406 (en la fig. 11) para determinar las corrientes para alimentar los motores eléctricos en el maestro y hacer que su orientación permanezca en un estado correspondiente a la orientación determinada por xd. Se observará que la orientación en la posición xd corresponde a la orientación del esclavo ya que el esclavo rastrea continuamente el maestro y las posiciones se grabaron en memoria al mismo tiempo. Como las fuerzas de traslación se pusieron a cero, se hace que el movimiento traslacional del maestro flote y permita al cirujano trasladar el maestro a una nueva posición deseada. Esta flotación de traslación puede proporcionarse alternativamente mediante una diversidad de otros procedimientos. Por ejemplo, las ganancias de traslación del controlador 426 pueden ponerse a cero. En algunas formas de realización, los elementos de memoria de traslación 424 pueden reinicializarse continuamente para ser iguales a los valores de entrada xa, de manera que la diferencia entre la posición medida y la posición almacenada es cero. Debe comprenderse también que a pesar de la puesta a cero de los términos de traslación, las funciones del controlador adicionales como compensación de rozamiento, compensación de gravedad, o similares, pueden permanecer inalteradas.

[0125] En referencia de nuevo a la fig. 12 de los dibujos, cuando los controles maestros se han movido a su posición deseada se suelta el pedal. Al soltarlo, las desviaciones de traslación relativas a la nueva posición del control maestro con respecto a su esclavo asociado se incorporan en 410 para definir una nueva posición en el espacio cartesiano en la que la posición del esclavo corresponde a la posición del maestro. En particular, las derivaciones de traslación pueden incorporarse en los desplazamientos fijos descritos anteriormente, preferentemente usando el algoritmo descrito en la presente memoria descriptiva para evitar movimientos o fuerzas repentinos inadvertidos.

[0126] Dado que la orientación del efector final se mantuvo en la misma posición, y como se hizo que la orientación del maestro permaneciera en una orientación correspondiente, la realineación del efector final y el maestro normalmente no es necesaria. La reconexión de maestro y esclavo tiene lugar al soltar el pedal según se indica en 456. A continuación se describirá la reconexión con referencia a la fig. 19.

[0127] En referencia a la fig. 19, un diagrama de bloques que ilustra las etapas que intervienen en la reconexión del sistema de control 400 entre el maestro y el esclavo se indica generalmente por el número de referencia 470.

[0128] La primera etapa que interviene en el control de reconexión entre el maestro y el esclavo, y según se indica en 472, consiste en determinar si la orientación del maestro está o no suficientemente cercana a la orientación del esclavo. Se observará que podría suceder que durante la recolocación del maestro según se describe anteriormente, el cirujano podría verse instado a la formación de pinza en el maestro fuera de su posición alineada en orientación con respecto al esclavo. Si se produjera la reconexión de control entre maestro y esclavo, podría producir un movimiento reactivo del esclavo que daría como resultado la aplicación de la fuerza de acción por el cirujano en la formación de pinza. Este movimiento reactivo del esclavo podría provocar un daño innecesario en los órganos, o el tejido, o similares, en el sitio quirúrgico y debería evitarse. En consecuencia, en 472 se compara la orientación de maestro y esclavo. Si la orientación del maestro no coincide con la orientación del esclavo o no se encuadra dentro de una desviación de orientación aceptable, no se permitirá la reconexión de control entre maestro y esclavo. En tal caso, normalmente se muestra el mensaje apropiado en el visor que indica al cirujano que se requiere una acción correctiva para hacer que la orientación del maestro esté dentro del intervalo de desviación aceptable con respecto a la orientación del esclavo. Un ejemplo de un mensaje semejante sería el que indicara al cirujano que relajara el agarre en la formación de pinza. Simultáneamente, el algoritmo de alineación del maestro puede ejecutarse según se describe posteriormente con referencia a la fig. 18.

[0129] Cuando las orientaciones de maestro y esclavo son suficientemente similares, la orientación del esclavo se desalinea opcionalmente con respecto a la orientación del maestro en el espacio cartesiano según se indica en 474. Una vez que se desalinea la orientación, se activa el controlador de jacobiano inverso en el esclavo según se indica en 476. Posteriormente, se descargan las órdenes de reflexión de fuerza cartesiana y las ganancias según se indica en 478.

[0130] Según se usa en la presente memoria descriptiva, la desalineación de la orientación del esclavo con respecto a la orientación del maestro significa que los desplazamientos de orientación en el controlador bilateral 410 se reinicializan a cero, de manera que las orientaciones del maestro y el esclavo empiezan a rastrearse entre sí. En sincronización con esta desalineación, el sistema de control 410 se reconfigura en control bilateral normal, usando preferentemente un jacobiano inverso, según se indica en la etapa 476. Las órdenes apropiadas y las ganancias se descargan según se indica en la etapa 478.

[0131] En muchas formas de realización, en lugar de desalinear instantáneamente el maestro y el esclavo, los desplazamientos de orientación en el controlador bilateral 410 pueden alternativamente reducirse a cero de forma lenta y suave, con lo que se proporciona una transición más suave entre modos operativos. Esto puede efectuarse, por ejemplo, filtrando los valores de desplazamiento de orientación a cero.

[0132] En general, parte y/o la totalidad de la transición del sistema de control 400 entre configuraciones o modos operativos, que incluyen los descritos con referencia a las etapas 454 y 456 del algoritmo de recolocación del maestro de la fig. 12, así como una variedad de las etapas similares descritas más adelante, pueden incluir potencialmente de forma sustancial cambios instantáneos de configuración o valores perimétricos del sistema de control. Por ejemplo, la interrupción o apertura del bucle de controlador bilateral 410, la habilitación del controlador cartesiano maestro 422, la reinicialización de la memoria 424 o las ganancias del controlador en el controlador P.I.D. 426 pueden realizarse cambiando instantáneamente de forma sustancial los valores perimétricos y/o las configuraciones. Dichos cambios instantáneos pueden ser fundamentalmente diferentes que el funcionamiento normal maestro/esclavo, en el sentido de que los cálculos se repiten continuamente usando valores perimétricos y configuraciones operativas fijos, con cambios sólo en las lecturas del sensor.

[0133] Cuando se imponen cambios sustancialmente instantáneos en valores perimétricos y/o configuración, es posible que se produzca un cambio repentino en las corrientes del motor, lo que provoca vibraciones en el sistema. Estos movimientos instantáneos inadvertidos del sistema pueden transmitirse al cirujano o a otro operador del sistema, y pueden resultar desconcertantes y/o reducir el tacto general de control que tiene el operador sobre el sistema. Además, los movimientos rápidos inesperados de un instrumento quirúrgico en un sitio quirúrgico preferentemente se minimizan y/o se evitan. En consecuencia, en lugar de efectuar estos cambios en valores perimétricos y/o configuración instantáneamente, los cambios se prepararán y organizarán preferentemente de una manera tal que eviten cambios instantáneos importantes en las corrientes del motor calculadas que se aplican antes, durante y después del cambio en la configuración. Este cambio suave de los valores perimétricos y/o las configuraciones del controlador pueden proporcionarse mediante un algoritmo de "no vibración" que se describirá con referencia a la fig. 19A.

[0134] Las transiciones de modo del sistema de control relevantes implican normalmente un cambio de configuración, un cambio en un valor de memoria fijo, o similares. En particular, el controlador bilateral 410 hace uso de desplazamientos fijos en su memoria. Los controladores 420, 422, y 560 contienen también órdenes fijas en sus memorias. El algoritmo de no vibración, que generalmente reduce y/o elimina el movimiento rápido inadvertido del maestro o el esclavo, utiliza lecturas conocidas de sensor, información de configuración y valores de memoria inmediatamente antes de la transición de modo operativo de un sistema de control. Suponiendo que las lecturas del sensor seguirán siendo predecibles, y que cambian sólo ligeramente durante la transición de modo del controlador, el algoritmo de no vibración calcula los valores de reinicialización de memoria deseados teniendo en cuenta también los valores o la configuración finales conocidos, y sincronizando el cambio en valores de manera que se promuevan cambios suaves de corriente de motor durante la transición de modo. Para algunos usos, el algoritmo de no vibración puede reducir o eliminar cambios repentinos en los pares de torsión del motor usando pretransición (y opcionalmente filtro) de las corrientes del motor o valores del par de torsión de articulación en lugar de o en combinación con la configuración del sensor de pretransición y los valores de memoria como entradas.

[0135] En referencia ahora a la fig. 19A, se usa configuración de pretransición, valores perimétricos y valores de memoria, junto con valores muestreados de sensor de pretransición 702 para calcular pares de torsión de articulación de pretransición en la etapa 704. Alternativamente, estos pares de torsión de articulación de pretransición pueden observarse directamente, opcionalmente con filtrado, en la etapa 706. De cualquier forma, los valores de pares de torsión de articulación de post-transición son obligados a corresponderse con los valores de pares de torsión de articulación de pretransición en la etapa 708. Entre tanto, usando configuración y valores perimétricos de post-transición conocidos 710, las ganancias de realimentación eficaz de post-transición pueden determinarse en la etapa 712. Estas ganancias de realimentación eficaces de post-transición pueden invertirse y usarse junto con los pares de torsión de articulación de post-transición para calcular una señal de error de posttransición deseada en la etapa 714. Los valores de sensor de post-transición pueden predecirse en la etapa 716. Estos valores de sensor de post-transición pueden estimarse suponiendo que se proporcionarán las lecturas de sensor suaves, y conociendo el tiempo que tarda en realizarse la transición.

[0136] La señal de error de post-transición deseada y los valores de sensor predichos pueden usarse para obtener una señal de orden de post-transición deseada en la etapa 718.

[0137] Basándose en la configuración de post-transición conocida, la señal de orden de post-transición determinará generalmente el valor deseado de memoria o desplazamiento a través de los cálculos realizados en la etapa 720. Este valor de memoria o desplazamiento post-transición se reinicializa en sincronización con la transición de la etapa 722. En consecuencia, una vez que se introduce el modo transición deseado, la información sobre la configuración del sistema antes y después de que tenga lugar el cambio permite suavizar la transición.

[0138] A continuación se describirá la recolocación de uno de los esclavos con respecto a uno de los maestros con referencia a 14 y 15. Debe apreciarse que los dos esclavos pueden recolocarse con respecto a sus maestros asociados simultáneamente. Sin embargo, para facilitar la explicación, se describirá a continuación la recolocación de un único esclavo con respecto a su maestro asociado.

[0139] En la fig. 14, un diagrama de bloques que indica etapas que intervienen en la recolocación de un esclavo con respecto a su maestro asociado se indica generalmente por el número de referencia 500. Cuando se desea mover el efector final de un esclavo a una nueva posición, se activa una entrada adecuada para interrumpir el bucle de control 400 entre el maestro y el esclavo. Dicha entrada adecuada puede estar en la forma de un botón en el brazo robótico según se indica en 480 en la fig. 5A. La pulsación de dicho botón para interrumpir el bucle de control 400 se indica por el término "Pulsar botón de embrague esclavo" en 504 en la fig. 14. Una vez que se pulsa el botón, el control entre maestro y esclavo se interrumpe para hacer que los movimientos de traslación del esclavo floten mientras la orientación del efector final se bloquea según se indica en 502 en la fig. 14.

[0140] En general, cuando se dejan flotar los movimientos de una o más articulaciones de un mecanismo articulado maestro o esclavo, las articulaciones de flotación pueden seguir teniendo opcionalmente algunas fuerzas impuestas contra la articulación por sus sistemas de impulso de articulación asociados. Más específicamente, según se describe de forma más completa en la patente de EE.UU. pendiente de tramitación 6.565.5540, el controlador puede imponer fuerzas de accionamiento en el maestro y/o esclavo de manera que se compense la gravedad, el rozamiento, o similares. Estas fuerzas de compensación pueden mantenerse en la articulación o articulaciones de flotación incluso cuando el enlace de control para accionar la articulación está abierto.

[0141] A continuación se describirá en mayor detalle la etapa indicada en 502 con referencia en particular a la fig. 15, y también con referencia a la fig. 11. Cuando se pulsa el botón 480, la posición 8d del esclavo en el espacio de articulaciones inmediatamente antes de pulsar el botón se registra en una memoria del controlador de articulación esclavo 420, y según se indica en 460. Cuando después el esclavo se mueve, su posición en el espacio de articulaciones indicada por 8a se compara con 8d en 462. Cuando 8a se desvía de 8d las señales de error correspondientes a la desviación posicional en el espacio de articulaciones se determinan en 462 y se pasan a 464. En 464 se determina que los pares de torsión requeridos para los motores eléctricos en el esclavo hagan que el esclavo retorne a la posición 8d. Los pares de torsión así determinados que se relacionan con los pares de torsión traslacionales de los esclavos se ponen a cero en 466 para permitir movimientos traslacionales del esclavo de flotación. Los pares de torsión correspondientes al movimiento de orientación no se ponen a cero. Así, cualquier fuerza del entorno en el efector final que promueva un cambio en la posición de orientación se devuelve al efector final para hacer que conserve su orientación. De esta forma la orientación del efector final con respecto al extremo del vástago del instrumento 104 se bloquea en su posición. Aunque la orientación del efector final no cambia con respecto al extremo del vástago, cambia de posición en el espacio cartesiano como consecuencia del cambio en la posición de traslación. Debe entenderse que la puesta a cero de los pares de torsión de la articulación externa en la etapa 466 puede efectuarse mediante diversos procedimientos, que incluyen puesta a cero de las ganancias apropiadas en el controlador P.I.D. 464, que actualiza continuamente los elementos apropiados en la memoria 460 de manera que calculen una señal de error cero en la comparación 462, o similares.

[0142] Debe entenderse también que puede implementarse una diversidad de configuraciones de funcionamiento adicionales que permiten movimientos de transición para que el esclavo flote libre del control maestro. Por ejemplo, las fuerzas de transición del esclavo pueden ponerse a cero en el espacio cartesiano (análogo al algoritmo de embrague del maestro descrito con referencia a las fig. 12 y 13). Alternativamente, el sistema de control 400 y/o el controlador bilateral 410 pueden interrumpirse sólo para movimientos traslacionales, bloqueando la posición traslacional del maestro y permitiendo que el esclavo flote en posición traslacional, todo ello mientras se conecta la orientación del maestro a la orientación del esclavo. Una vez que el esclavo está en la deseada, se suelta el botón según se indica en 510 en la fig. 14.

[0143] Cuando se suelta el botón, la orientación del maestro se realinea con la orientación del esclavo según se indica en 512. A continuación se describe la realineación de la orientación del maestro y esclavo con referencia a la fig. 18. Las etapas que intervienen en dicha realineación son indican generalmente por el número de referencia

550.

[0144] En 552 se lee la posición del esclavo 8s en el espacio de articulaciones. A continuación se convierte la posición 8s en una posición xs en el espacio cartesiano en 554 usando cinemática directa del esclavo. Posteriormente en 556, la orientación deseada del maestro se ajusta como igual a la orientación del esclavo en el espacio cartesiano. Así xm, la posición de orientación del maestro en el espacio cartesiano debe establecerse como igual a xs, la posición de orientación del esclavo en el espacio cartesiano. Posteriormente en 558, se emplea cinemática inversa del maestro para determinar la posición de articulación del maestro 8m en el espacio de articulaciones que corresponde a xm, la posición del maestro en el espacio cartesiano. Finalmente, se hace que el maestro se mueva a continuación 8m haciendo que se envíen las señales apropiadas a los motores en el maestro según se indica en 560. Se observará que el cirujano liberará generalmente el maestro para permitir moverlo en una orientación alineada con la orientación del esclavo.

[0145] En referencia de nuevo a la fig. 14, después de la etapa de realineación en 512, el maestro se reconecta al esclavo según se indica en 513. Se observará que la etapa 513 es la misma que se describe anteriormente con referencia a la fig. 19. La realineación del maestro se describe más en detalle en la solicitud nº serie 60/116.842.

Movimiento del endoscopio

[0146] En referencia ahora a las fig. 11, 16, y 17, a continuación se describirá la recolocación del endoscopio para capturar una vista diferente del sitio quirúrgico. Dado que el cirujano puede desear visualizar el sitio quirúrgico desde otra posición, puede hacerse que el brazo del endoscopio 302 varíe selectivamente de posición de manera que permita visualizar el sitio quirúrgico desde diferentes posiciones y orientaciones angulares. El brazo 302 incluye motores eléctricos controlables apropiadamente desde la estación de control 200. El brazo del endoscopio puede verse así como un esclavo y normalmente se controla en un bucle de control similar al mostrado en la fig. 11. En referencia al endoscopio as otro esclavo, el carro 300 tiene tres esclavos, las estructuras de brazos robóticos 310 y 304, y dos maestros 210.

[0147] Para variar la posición del endoscopio, el cirujano activa una entrada en la estación de control 200. La entrada puede generarse desde cualquier dispositivo de entrada apropiado, lo que puede incluir un botón que pueda pulsarse, o un sistema de control de voz, o similares. Tras dicha activación, los bucles de control entre maestro 210 y esclavos 310, uno de los cuales se indica en la fig. 11, son interrumpidos y las partes del bucle de control en los dos lados del maestro está vinculadas funcionalmente a una parte latente de bucle de control similar a la del esclavo en la fig. 11, pero que se dispone para controlar el movimiento del brazo del endoscopio. A continuación, el cirujano puede cambiar la posición del endoscopio para obtener una visualización diferente del sitio quirúrgico por medio de entradas manuales en los controles maestros 210. Cuando el endoscopio se ha movido a una posición deseada, el control entre maestro y esclavo se reestablece de acuerdo con los procedimientos descritos anteriormente que incluyen valoración automática de la asignación de la mano izquierda y derecha entre maestros y esclavos como ya se ha expuesto.

[0148] Se describe en más detalle un procedimiento y sistema de ejemplo para movimiento robótico del endoscopio usando los dos controladores maestros en la Solicitud nº serie 60/111.711, presentada el 8 de diciembre de 1998, y titulada "Desplazamiento de imagen para un sistema telerrobótico”.

[0149] En ocasiones, como, por ejemplo, cuando el endoscopio se mueve a una abertura mínimamente invasiva alternativa, o cuando se retira un endoscopio y se sustituye, el endoscopio puede colocarse manualmente. Las etapas que intervienen en la recolocación del endoscopio se indican mediante el número de referencia 600 en la fig. 16. Para hacer esto se activa un dispositivo de entrada adecuado.

[0150] El dispositivo de entrada adecuado está normalmente en la forma de un botón que puede pulsarse en el brazo del endoscopio 302. Sin embargo, pueden usarse en su lugar otros procedimientos, como control de voz o similares. El botón es similar al botón del brazo 312 según se describe anteriormente. La pulsación de dicho botón se indica en 602 en la fig. 16 y se denomina "Pulsar botón de embrague esclavo de cámara". Tras la activación del botón de entrada los esclavos y maestros de la herramienta se servobloquean en las posiciones en las que estaban inmediatamente antes de la activación del botón de entrada.

[0151] Cuando se pulsa el botón, se hace que todas las articulaciones en el brazo del endoscopio 302 floten según se indica en 609. Esto se describirá a continuación en mayor detalle con referencia a la fig. 17. En cuanto se pulsa el botón, la posición del endoscopio en el espacio de articulaciones inmediatamente antes de pulsar el botón se graba según se indica mediante 8d. Cuando a continuación se mueve el brazo del endoscopio 302 a una nueva posición deseada, su posición presente indicada por 8a en la fig. 17 se compara con 8d en 604 para determinar errores o desviaciones posicionales de la articulación. Estos errores se transmiten a 606. Los pares de torsión determinados a continuación se ponen a cero en 608 para hacer que las articulaciones en el brazo del endoscopio floten para permitir la recolocación.

[0152] Se observará que la flotación del brazo del endoscopio puede conseguirse también fijando las ganancias en 606 a cero o actualizando continuamente 8d para ver 8a de modo que se calcule una señal de cero en

604. Análogamente podría inhabilitarse el controlador del brazo del endoscopio en conjunto o poner a cero las órdenes del motor.

[0153] Se observará también que el endoscopio podría liberarse para moverse en translación mientras se bloquea en orientación, de forma análoga a los procedimientos descritos anteriormente. Además, podría controlarse la orientación para mantener la imagen alineada con la horizontal o la vertical, con lo que se mantiene la parte superior de la imagen mirando hacia arriba (por ejemplo, de manera que la gravedad apunte consistentemente hacia abajo en la imagen mostrada al operador del sistema), mientras flotan los grados de libertad traslacionales. De nuevo es análogo a los procedimientos descritos anteriormente, y puede usarse para inhabilitar y/o hacer flotar aspectos del endoscopio controlador en el espacio cartesiano.

[0154] Cuando el brazo del endoscopio se lleva a la posición requerida, se suelta el botón según se indica en 610 en la fig. 17. Posteriormente, los maestros se realinean con los esclavos según se indica en 612 y como ya se ha descrito con referencia a la fig. 18. Posteriormente en 614 se reestablece el control entre maestro y esclavo y como ya se ha descrito con referencia a la fig. 19.

[0155] Aunque los algoritmos anteriores para recolocación de maestros, esclavos y/o el brazo del endoscopio se describieron de forma aislada, pueden ejecutarse también en paralelo, permitiendo la recolocación simultánea de cualquier número de componentes del sistema.

Cambio de herramienta izquierda-derecha

[0156] En referencia ahora a la fig. 20 de los dibujos, en los se usan que números de referencia iguales para designar partes similares salvo que se indique lo contrario, una imagen según es visualizada por el cirujano, y capturada por el endoscopio, se indica generalmente por el número de referencia 800.

[0157] Durante el transcurso de un procedimiento quirúrgico, el cirujano está a menudo controlando las acciones y movimientos de los efectores finales introduciendo movimientos y acciones manuales en los controles maestros mientras visualiza los movimientos y acciones correspondientes de los efectores finales en la imagen mostrada en el visor. El control maestro de la mano izquierda está asociado normalmente funcionalmente con el efector final mostrado en el lado de la mano izquierda de la imagen y el control maestro de la mano derecha se asocia funcionalmente con el efector final mostrado en el lado derecho de la imagen.

[0158] Según se describe anteriormente, el cirujano puede desear realizar un desplazamiento de la imagen moviendo el extremo de visualización del endoscopio con respecto al sitio quirúrgico para visualizar el sitio quirúrgico desde una posición o un ángulo diferente. Podría suceder que durante la realización del procedimiento quirúrgico, por ejemplo después de un desplazamiento de la imagen, el efector final que estaba a la izquierda de la imagen visualizada esté ahora a la derecha, y análogamente el efector final que estaba a la derecha de la imagen visualizada esté ahora a la izquierda. Además, durante el curso, por ejemplo, de un entrenamiento, o similares, un operador del sistema mínimamente invasivo puede desear asociar funcionalmente los dos controles maestros con un único efector final de manera que se mejore el procedimiento de entrenamiento del sistema. Esta invención proporciona un sistema de telecirugía mínimamente invasiva que proporciona la asociación operativa selectivamente de uno cualquiera o más de una pluralidad de controles maestros con uno cualquiera o más de una pluralidad de efectores finales.

[0159] La imagen 800 se indica esquemáticamente en la fig. 21 en una escala ampliada. La imagen 800 indica los efectores finales 102 en los extremos de trabajo 110 de dos instrumentos quirúrgicos similares al instrumento quirúrgico 100 mostrado en la fig. 6. En la imagen, las partes de los vástagos 104 de los instrumentos quirúrgicos se extienden hacia fuera desde la imagen respectivamente en el lado derecho y el lado izquierdo de la imagen. En referencia de nuevo a la fig. 20 de los dibujos, el dispositivo de control maestro 210 en el lado derecho del cirujano se asocia funcionalmente con el esclavo que incluye el instrumento médico que define el vástago que se extiende hacia fuera hacia el lado derecho de la imagen 800. Análogamente, el dispositivo de control maestro 210 en el lado de la mano izquierda del cirujano se asocia funcionalmente con el esclavo que incluye el instrumento médico que define el vástago que se extiende hacia fuera hacia el lado de la mano izquierda de la imagen 800. En consecuencia, se crea un entorno quirúrgico antropomórfico o de inmersión en la estación de trabajo 200 y el cirujano experimenta una atmósfera de control directo de las acciones y movimientos de los efectores finales 102.

[0160] En la fig. 21A, los efectores finales se muestran en diferentes posiciones en la imagen. Sin embargo, sigue estando claro que el vástago 104 se extiende hacia fuera a la izquierda y la derecha de la imagen. En consecuencia, prevalece la misma asociación entre los dispositivos de control maestros y esclavos.

[0161] En referencia ahora a la fig. 22 de los dibujos, ha tenido lugar un desplazamiento de imagen. Esto puede suceder, por ejemplo, cuando el cirujano desea cambiar la orientación del sitio quirúrgico según se visualiza a través del visor. Esto puede conseguirse haciendo que el endoscopio se desplace angularmente alrededor de su eje de visualización. Se observará que puede hacerse que el endoscopio montado en el brazo robótico 302, como puede verse mejor en la fig. 5, se desplace angularmente alrededor de su eje de visualización desde la estación de control 200.

[0162] La nueva imagen 802 mostrada en la fig. 22 a modo de ejemplo, se consiguió mediante dicho desplazamiento angular del endoscopio. En consecuencia, la imagen 802 ha experimentado un desplazamiento angular, según se indica mediante la flecha 804. El vástago del instrumento médico que se extendía a la derecha de la imagen ahora se extiende a la izquierda de la imagen y el vástago del instrumento médico que se extendía a la izquierda de la imagen se extiende ahora a la derecha de la imagen. Si debía prevalecer la asociación entre maestros y esclavos que existía inmediatamente antes del desplazamiento de imagen, esto supondría un serio obstáculo para la capacidad del cirujano de realizar el procedimiento quirúrgico ya que el control de la mano izquierda se asociaría con las acciones de la mano derecha y los movimientos del efector final según se presenta en el visor, y a la inversa.

[0163] Para compensar dicha situación, el sistema quirúrgico mínimamente invasivo de la invención hace que prevalezca la asociación entre maestros y esclavos inmediatamente antes del desplazamiento de imagen, para interrumpirse y después conmutarse o cambiarse automáticamente. Una vez que esto ha tenido lugar, el control maestro en el lado de la mano derecha del cirujano se asocia con el esclavo que incluye el vástago que se extiende hacia fuera a la derecha de la nueva imagen y el control maestro en el lado de su mano izquierda se asocia con el esclavo que define el instrumento médico que tiene el vástago que se extiende hacia fuera a la izquierda de la nueva imagen. Así, se conserva el entorno quirúrgico antropomórfico en la estación de control 200.

[0164] En referencia ahora a la fig. 22B de los dibujos, se expondrán las etapas que intervienen en hacer que la asociación entre un maestro y un esclavo cambie con la asociación de otro maestro y otro esclavo.

[0165] La primera etapa, indicada por el número de referencia 900 en la fig. 22B de los dibujos, consiste en determinar las posiciones de los centros remotos o puntos de apoyo 349 de los esclavos con respecto a un sistema de coordenadas de un espacio cartesiano que tiene su origen en el extremo de visualización del endoscopio. A continuación esta etapa se describirá en mayor detalle y con referencia a la fig. 10 de los dibujos.

[0166] En otras palabras, en la exposición anterior, y durante el resto de la exposición siguiente, los centros remotos o puntos de apoyo 349 se consideran coincidentes con el orificio de entrada (como es típico en la forma de realización preferida). En otras formas de realización, sin embargo, estos puntos pueden no coincidir (o ni siquiera existir, por ejemplo, cuando una parte distal o una herramienta endoscópica tiene libertad para girar sobre el punto de inserción, confiando en la tendencia de la herramienta para girar en este punto sin ningún centro remoto impuesto), en cuyo caso todos los cálculos deberían basarse en la localización del orificio de entrada. También se observará que el sistema puede determinar estas localizaciones de orificios a partir de información de sensor y del conocimiento preexistente del carro 300, las articulaciones de montaje y los brazos manipuladores. Alternativamente, las localizaciones podrían determinarse mediante otros sensores o por el procesamiento de la imagen 800 directamente para observar y extrapolar los puntos de giro de los vástagos de herramienta mostrados.

[0167] Según se describe anteriormente con referencia a la fig. 10, las posiciones de cada punto de apoyo se determinan generalmente con respecto al sistema de coordenadas cartesiano 902, usando opcionalmente sensores de las articulaciones de montaje. Esto se indica en la etapa 911 en el procedimiento de la fig. 22B después de que (en la etapa 913) se realice una determinación para ver si las posiciones (X,Y) de cada punto de apoyo están o no suficientemente separadas entre sí para permitir que el sistema quirúrgico mínimamente invasivo de la invención determine una asignación de mano izquierda y de mano derecha para las estructuras de brazos robóticos o esclavos. A continuación esta etapa se describirá en mayor detalle.

[0168] Se observará que el carro o carrito 300 y las estructuras de brazos robóticos 395, 310 y 302 montadas en el mismo no son estructuras mecánicamente perfectas. Así, al calcular las coordenadas (X,Y) para cada punto de apoyo 349 pueden producirse errores de posición debidos, por ejemplo, a fuerzas externas como la gravedad, desalineaciones mecánicas, error de calibrado y similares. El intervalo de dichos errores de posición que pueden surgir se indica en la fig. 22A. La fig. 22A indica los ejes x-x y y-y del sistema de coordenadas 902. La parte circular de la parte sombreada en la fig. 22A representa un área correspondiente a un intervalo de error o margen resultante de dichos errores según se describe anteriormente. Las partes del área sombreada que divergen hacia el exterior a lo largo del eje x-x y desde la parte circular representan regiones en las que las posiciones de los puntos de apoyo están demasiado cerca del eje x-x para que se realice una asignación apropiada.

[0169] Para determinar si las posiciones (X,Y) de los puntos de apoyo 349 están o no dentro del área sombreada, se transforma un punto medio entre las posiciones (X,Y) en el eje x-x e y-y según se indica en la fig. 22A de manera que el punto medio coincida con el origen 904. Con referencia de nuevo a la fig. 22B de los dibujos, si las posiciones de los puntos de apoyo 349 se situaran fuera de la región de error sombreada, se realizaría la siguiente etapa según se indica por el número de referencia 915. En caso contrario, se aplica un procedimiento alternativo para asignar la posición izquierda y derecha según se indica por la etapa 917, como se describe adicionalmente en la presente memoria descriptiva más adelante.

[0170] La etapa 915 implica una selección o asignación de una posición derecha y mano izquierda a los esclavos. En consecuencia, el esclavo que define el punto de apoyo a la izquierda del eje x-x en la fig. 22A se asigna a la posición de la mano izquierda y análogamente el esclavo que define el punto de apoyo a la derecha del eje x-x se asigna a la posición de la mano derecha.

[0171] Cuando se ha realizado esta asignación se ejecuta la etapa indicada en 919. La etapa en 919 implica establecer una comparación entre las posiciones asignadas de mano izquierda y derecha con una asignación anterior de mano izquierda y derecha. Si esas asignaciones fueran la misma, la asociación entre maestros y esclavos permanece según se indica en 921. Si la asignación no fuera la misma, se realizaría la etapa indicada en

923.

[0172] La etapa 923 implica solicitar un cambio entre las asociaciones de maestro y esclavo y se describirá a continuación con referencia al diagrama de bloques mostrado en la fig. 22C.

[0173] Cuando se realiza un cambio, los bucles de control entre los maestros y los esclavos se interrumpen temporalmente según se indica en 925. Esto se describirá a continuación con referencia a la fig. 11 de los dibujos. Se observará que el bucle de control 400 indica un único bucle de control que asocia funcionalmente un único maestro con un único esclavo. El lado del esclavo del bucle se indica después de la línea de puntos en la fig. 11 y el lado del maestro del bucle se indica antes de la línea de puntos. Se observará que se proporciona un bucle de control similar para el otro par de maestro y esclavo. El bucle de control de cada par de maestro y esclavo es interrumpido en el controlador bilateral en la etapa 925. Tras dicha interrupción las posiciones de los maestros y los esclavos se bloquean en su posición por medio de los controladores de articulación respectivos maestro y esclavo 420, 560 en el caso de cada par de maestro y esclavo.

[0174] En referencia de nuevo a la fig. 22C, después de la interrupción de los bucles de control, el cirujano es informado de que acaba de tener lugar un cambio en la etapa 927. Esta etapa implica normalmente hacer que se muestre un mensaje en la imagen en el visor. El mensaje puede instar al cirujano a que proporcione una entrada en la que haga saber que ha comprendido que ha tenido lugar un cambio. Dicha entrada puede generarse de cualquier manera apropiada como, por ejemplo, al pulsar un botón, o por medio de control de voz, o similares. Cuando se genera dicha entrada, se establece a continuación la asociación operativa entre cada maestro y su nuevo esclavo asociado en la etapa 929. Así, en referencia de nuevo a la fig. 11 de los dibujos, el lado del maestro del sistema de control 400 está vinculado con el lado del esclavo del bucle de control externo y análogamente el lado del maestro del otro bucle de control está vinculado con el lado del esclavo del bucle de control 400.

[0175] Una vez que se han conectado los bucles de control, cada maestro se mueve en alineación con su nuevo esclavo asociado en la etapa 931, según se describe con referencia a la fig. 18. Cada maestro puede conectarse a continuación con su nuevo esclavo asociado en la etapa 933, según se describe con referencia a la fig. 19 de los dibujos. Una vez que estas etapas se han realizado, se establece completamente el control operativo entre cada maestro y su nuevo esclavo según se indica en 914 en la fig. 22B. [0176] En referencia ahora de nuevo a la fig. 22B de los dibujos, y cuando las posiciones de los puntos de apoyo 349 están dentro del margen de error según se indica en la fig. 22A según se determina en 911 en la fig. 22B, se describirá a continuación la etapa indicada en 917. En 917, se emplea un procedimiento alternativo para determinar las posiciones de los puntos de apoyo. Esta etapa implica la determinación de la orientación del endoscopio con respecto al carro 300. Para determinar la orientación del endoscopio con respecto al carro se emplean los sensores de posición para determinar si el extremo de visualización del endoscopio está dirigido acercándose o alejándose del carro. Si el extremo del endoscopio se dirigiera alejándose el carro, al esclavo de la derecha se le asignaría automáticamente una posición derecha posición y al esclavo de la izquierda se le asignaría automáticamente una posición izquierda en la etapa 935, de manera que esta asignación supone una dirección de visualización según se indica mediante la flecha K en la fig. 4. Si el extremo de visualización del endoscopio estuviera dirigido hacia el carro, al esclavo de la izquierda se le asignaría una posición derecha y al esclavo de la derecha se le asignaría una posición izquierda en la etapa 935. De nuevo, la asignación supone una dirección de visualización según se indica mediante la flecha K en la fig. 4. Este procedimiento se basa en la suposición de que las articulaciones establecidas, indicadas por los números de referencia 395 en la fig. 9, no se cruzan fácilmente entre sí.

[0177] Se observará que puede hacerse que el brazo del endoscopio 302 varíe selectivamente su posición de manera que permita visualizar el sitio quirúrgico desde diferentes posiciones y orientaciones angulares. El brazo 302 incluye motores eléctricos colocados apropiadamente desde la estación de control 200. El brazo del endoscopio puede verse así como un esclavo y normalmente puede controlarse en un bucle de control similar al mostrado en la fig. 11.

[0178] Los dos maestros pueden asociarse opcionalmente de forma operativa con un único esclavo, por ejemplo, para fines de formación. El empleo de los procedimientos descritos anteriormente también permitirá que un cirujano controle selectivamente uno cualquiera o más de estos múltiples brazos esclavos con sólo dos maestros. Además, dos estaciones de control pueden asociarse funcionalmente con un único carro 200. Así puede vincularse funcionalmente un maestro de cada estación de control con un único esclavo brazo y cada control maestro con otro brazo de esclavo único. Esto puede ser ventajoso, por ejemplo, con fines de formación, o similares.

[0179] Si se considera el endoscopio como otro esclavo, el sistema quirúrgico mínimamente invasivo de la invención tiene en consecuencia tres esclavos, las estructuras de brazos robóticos 310 y 304, y dos maestros 210. Según se describe en la presente memoria descriptiva, pueden incorporarse brazos de esclavos adicionales como una característica opcional.

[0180] Se observará que las etapas de asignación descritas anteriormente para asignar la asociación de maestros y esclavos se efectúan normalmente de forma automática al inicio de un procedimiento quirúrgico después de que los esclavos se hayan colocado en las posiciones iniciales de partida en el sitio quirúrgico. Naturalmente, además, o alternativamente, las etapas de asignación pueden iniciarse manualmente cuando resulte apropiado activando una entrada adecuara para inicializar las etapas de asignación. Las etapas se efectúan también automáticamente cuando se recolocan uno o los dos maestros con respecto a los esclavos, cuando uno o los dos esclavos se recolocan con respecto al maestro o maestros asociados y cuando se recoloca el endoscopio, según se describe anteriormente en esta memoria descriptiva. Se observará que cuando se requiere una entrada en esta memoria descriptiva y cuando resulte apropiado, dicha entrada puede obtenerse por medio de cualquier entrada adecuada, como, por ejemplo, botones, selección de cursor, pulsación de pedal, control de voz o cualquier otra forma de entrada adecuada.

[0181] Además se observará que la determinación de la asociación maestro-esclavo, que se calcula automáticamente según la fig. 22A y 22B, puede especificarse manualmente por medio de un dispositivo de entrada adecuado, por ejemplo, botones, un pedal, control de voz, entrada de ratón, o cualquier otra forma adecuada. Si la asociación se especifica manualmente, sólo es preciso realizar las etapas 911 y 916 para ejecutar la asociación.

[0182] En un sistema con más de dos maestros o más de dos brazos robóticos con instrumentos asociados, la asociación maestro-esclavo se introducirá preferentemente de forma manual. Esto puede conseguirse interrumpiendo la asociación actual para permitir que el maestro se traslade libremente según se describe anteriormente con referencia a las fig. 12 y 13, y después usando el maestro flotante a modo de un dispositivo de puntero de ratón para resaltar y/o seleccionar la imagen de uno de los esclavos. Para completar el procedimiento, el maestro se bloquea y se activa la nueva asociación usando las etapas 919 y 923. Cualquier esclavo 9 que no forme parte de una asociación existente se bloquea en el espacio de articulaciones usando el controlador 420. La localización del esclavo en el tiempo de desasociación se almacena en la memoria en 420, y se compara con las señales de sensor para proporcionar unos pares de torsión de realimentación apropiados.

[0183] Análogamente, en un sistema con más maestros que esclavos, sólo los maestros seleccionados mediante dispositivos de entrada apropiados se asocian con esclavos, mientras que el resto se bloquean usando un controlador como, por ejemplo, el controlador 560.

Red robótica

[0184] En referencia ahora a las fig. 1, 23A y 23B, muchas de las etapas anteriores pueden usarse para asociar selectivamente cualquiera de una pluralidad de herramientas con cualquiera de una pluralidad de dispositivos de entrada. El operador O puede iniciar una subrutina de selección de herramientas 910 accionando una entrada de selector de herramientas, por ejemplo, pulsando el botón activado con el pie 208a de la estación de trabajo 200 (ilustrada en la fig. 2). Suponiendo que el operador O está manipulando inicialmente las herramientas A y B con dispositivos de entrada 210L y 210R usando su mano izquierda o derecha LH y RH, respectivamente, el procedimiento selector de herramientas 910 se describirá con referencia a un cambio de asociación de manera que el dispositivo de entrada 210L se asocie en su lugar con una herramienta C, que comprende en este caso un estabilizador de tejido 120.

[0185] Una vez que se activa la subrutina del selector de herramientas, el operador seleccionará generalmente que las herramientas deseadas se accionen activamente mediante el sistema robótico. El cirujano pretende en este caso mantener el control sobre la Herramienta B, pero desea recolocar el estabilizador 120. Opcionalmente, el operador O seleccionará entre los dispositivos de entrada izquierdos y derechos para su asociación con la herramienta recién seleccionada. Alternativamente, el procesador puede determinar la asociación izquierda/derecha apropiada basándose en factores descritos de forma más completa en la solicitud de patente de EE.UU. pendiente de tramitación nº serie 60/116,891, presentada el 22 de enero de 1999, y titulada "Asociación dinámica de maestro y esclavo en un sistema de telecirugía mínimamente invasiva” (Expediente de apoderado nº 17516-004700).

[0186] Opcionalmente, el operador O puede seleccionar las herramientas deseadas para su uso pulsando en secuencia la entrada del selector 208a, con el procesador que indica secuencialmente selección de, por ejemplo, las Herramientas A y B, después B y C, después A y C, y similares. La estación del controlador 200 puede indicar que se seleccionen las herramientas en pantalla 800, de forma audible, o similares. Por ejemplo, la imagen de las herramientas seleccionadas visualizables por el cirujano puede colorearse en verde para designar el estado de manipulación activa, y/o las herramientas deseleccionada puede colorearse en rojo. Preferentemente, cualquier herramienta deseleccionada (por ejemplo, Herramienta A) se mantendrá en una posición fija mediante la etapa 914. Las herramientas pueden mantenerse en su posición usando un sistema de freno y/o proporcionando señales apropiadas a los motores de accionamiento de la herramienta y el sistema de accionamiento del brazo para inhibir el movimiento de la herramienta. La etapa de fijación de la herramienta 914 se iniciará preferentemente antes de que un dispositivo de entrada maestro se desacople de la herramienta, de manera que ninguna herramienta se mueva en ausencia de una instrucción desde un maestro asociado. La fijación de la herramienta puede producirse simultáneamente con selección de herramienta. Puede permitirse que el maestro seleccionado flote, en la etapa 916, durante y/o después de la fijación de herramientas y la selección de herramientas.

[0187] Una vez que se ha permitido que el maestro seleccionado flote, el maestro puede moverse en alineación con la herramienta seleccionada según se ilustra en la fig. 23A, como se describe anteriormente con referencia a la fig. 18. A menudo, esto sucederá mientras el cirujano mantiene una mano en el dispositivo de entrada, de manera que los motores de accionamiento del maestro deberían mover el maestro a un ritmo moderado y con una fuerza moderada para evitar daños en el cirujano. A continuación, el dispositivo de entrada maestro 210L puede acoplarse a la herramienta C (estabilizador 120 en nuestro ejemplo) mientras la herramienta A se mantiene en una posición fija. Esto permite que el operador recoloque el estabilizador 120 frente a una parte alternativa parte de la arteria coronaria CA. A continuación puede repetirse el procedimiento de selección de herramientas para volver a asociar los maestros con las herramientas A y B mientras la herramienta C permanece fija. Esto permite al cirujano controlar la recolocación de estabilizador 120 sin interrumpir significativamente la anastomosis de la arteria coronaria CA con la arteria mamaria interna AMI.

[0188] Puede usarse una serie de procedimientos específicos alternativos para implementar el procedimiento esbozado en la fig. 23B. Opcionalmente, la interfaz puede permitir al operador mover manualmente los dispositivos de entrada en alineación aparente con las herramientas deseadas mientras se pulsa el botón del selector de herramientas. En la fig. 23A, el cirujano puede mover manualmente el maestro 210L de la alineación con la herramienta B en alineación aproximada con la herramienta C. El procesador podría determinar a continuación las herramientas que se impulsarían basándose en la posición de los dispositivos de entrada cuando se suelta el botón, permitiendo así que el operador "agarre" las herramientas de interés. Algunas o todas las herramientas (Herramientas A, B y C) pueden mantenerse opcionalmente en una configuración fija cuando el operador está moviendo los controladores maestros para agarrar las herramientas.

[0189] Permitir que un operador controle secuencialmente más de dos herramientas robóticas usando las dos manos del operador puede proporcionar ventajas importantes. Por ejemplo, en referencia de nuevo a la fig. 1, si se permite al operador O la capacidad de seleccionar en tiempo real y controlar una o dos herramientas cualesquiera 100 entre el carro 300 y el carro de ayudante 300A, el cirujano será capaz a menudo de actuar como su propio ayudante.

[0190] Además de permitir al operador recolocar con seguridad un estabilizador 100 contra una arteria coronaria y el corazón latiente subyacente durante injerto de derivación de arteria coronaria en un corazón latiente, podría facilitarse también una diversidad de procedimientos alternativos mediante estas capacidades. Como otro ejemplo, en el procedimiento de extirpación de la vesícula biliar (colecistectomía), el cirujano generalmente querrá proporcionar primero exposición del órgano (retracción) para dejar al descubierto el área de interés. Esto generalmente implica guiar una herramienta de retracción (montada, por ejemplo, en un primer brazo manipulador) para dejar expuesta un área de interés. El área de interés puede dejarse expuesta visualizando a través de un endoscopio montado, por ejemplo, en un segundo brazo manipulador. El cirujano podría desear posteriormente usar las dos manos para dirigir las herramientas en la disección del tejido que cubre el conducto cístico y la arteria mientras el retractor permanece estacionario. Una de las dos herramientas (que pueden montarse en brazos manipuladores tercero y cuarto) puede usarse para estirar el tejido (tracción o agarre) mientras la otra herramienta se usa para cortar el tejido (disección afilada) para dejar expuesto el vaso y las estructuras del conducto. En consecuencia, la capacidad de controlar selectivamente cuatro manipuladores desde una única consola permite al cirujano controlar la manipulación, la retracción/estabilización y el ángulo de visualización del procedimiento, sin tener que dar instrucciones verbalmente a un ayudante.

[0191] En cualquier momento durante la disección, el cirujano podría tener la capacidad de ajustar el área expuesta del conducto cístico asociando de nuevo selectivamente un dispositivo de entrada maestro en su mano izquierda o derecha con el retractor. Una vez que se obtiene el cambio deseado en la exposición recolocando el retractor, el cirujano puede deseleccionar la herramienta de retracción, y seleccionar y mover entonces el endoscopio a un ángulo de visualización más apropiado para el trabajo en el tejido recién expuesto. Posteriormente, el cirujano puede seleccionar de nuevo la herramienta de agarre y corte para manipular los tejidos usando las dos manos.

[0192] La capacidad de controlar cuatro brazos quirúrgicos o más también da el cirujano la posibilidad de seleccionar entre herramientas alternativas basándose en la función de la herramienta y/o las limitaciones anatómicas. Por ejemplo, las herramientas A, B y C pueden tener efectores finales que comprenden pinzas universales. Si el cirujano puede conseguir un mejor abordaje para la disección del tejido usando los brazos manipuladores asociados con las herramientas A y B en ciertas partes de un procedimiento de disección con dos manos, pero preferiría usar las herramientas B y C para partes alternativas del procedimiento de disección con dos manos, el operador tiene libertad para cambiar entre las herramientas A y C usando la subrutina de selección de herramientas 910. Análogamente, si se desea un bisturí para electrocauterización intermitentemente durante una disección, el operador puede cambiar sucesivamente entre las herramientas A y C para diseccionar, y después cauterizar, y luego diseccionar, etc., sin tener que esperar a que un ayudante cambie repetidamente las herramientas.

[0193] Ventajosamente, proporcionar un manipulador “redundante” puede reducir la necesidad de un ayudante para cirugía laparoscópica que, en caso contrario, podría ser necesario para realizar funciones intermitentes manipulando manualmente un mango de herramienta que se extiende desde una abertura adyacente a los brazos manipuladores. Esto puede ayudar a evitar interferencias entre las herramientas manuales, el personal y los brazos manipuladores en movimiento, y puede tener ventajas económicas al limitar el número de personal altamente cualificado que interviene en un procedimiento quirúrgico robótico. El tiempo de procedimiento también puede reducirse al evitar el tiempo invertido generalmente para que el cirujano principal dirija verbalmente al ayudante.

Transferencia de herramientas

[0194] Muchas de las etapas descritas anteriormente se usarán también cuando se "transfiera" el control de una herramienta entre dos maestros en una subrutina de transferencia de herramientas 920, según se ilustra en la fig. 24. La transferencia de herramientas se inicia de nuevo accionando un dispositivo de entrada apropiado, por ejemplo, pisando el pedal 208b mostrado en la fig. 2.

[0195] La herramienta que se va a transferir se designará normalmente, usando de nuevo cualquiera de una serie de procedimientos o dispositivos de entrada de designación. La herramienta de transferencia puede acoplarse a cualquier dispositivo o dispositivos de entrada maestros, lo que incluye un dispositivo de entrada de estación de control maestra 200, una estación de control de ayudante 200A, o una entrada de ayudante 12 de carro de ayudante 300A (según se ilustra en la fig. 1). Opcionalmente, el dispositivo de entrada que asumirá el control de la herramienta designada se selecciona también en la etapa de designación 922, aunque la selección entre maestros izquierdo y derecho puede de nuevo dejarse en manos del procesador, si se desea.

[0196] Una vez que se han designado la herramienta y el maestro, la herramienta transferida (y cualquier herramienta asociada previamente con el maestro designado) se fija, y se permite que el maestro designado flote. A continuación se alinea el maestro y se conecta con la herramienta según se describe anteriormente.

Cambio de cámara y IDAC robótico de acceso derecho

[0197] Lo siguiente corresponde a un procedimiento de cirugía robótica de ejemplo que puede realizarse con los aparatos y procedimientos anteriores. En referencia ahora a las fig. 1, 25A, y 25B, una cirugía mínimamente invasiva compleja única implicará a menudo interacciones con tejidos que se visualizan y dirigen mejor desde diferentes ángulos de visualización. Por ejemplo, al realizar un procedimiento de injerto de derivación de arteria coronaria (IDAC) en el paciente P, una parte de la arteria mamaria interna AMI se recogerá a lo largo de la superficie interna de la pared abdominal. La arteria mamaria interna AMI puede usarse para irrigar sangre a la arteria coronaria CA corriente debajo de una oclusión, usando a menudo un acoplamiento de anastomosis extremo-lateral recogida de la AMI a una incisión en el lado de la arteria coronaria ocluida. Para proporcionar imágenes apropiadas al Operador O en la estación de control maestra 200, el operador puede seleccionar secuencialmente imágenes proporcionadas por un primer endoscopio 306a o por un segundo endoscopio 306b para mostrarlas en la pantalla 800 de la estación de trabajo. El procedimiento de cambio de cámara puede comprenderse a través de una descripción de un procedimiento IDAC de ejemplo en el que pueden usarse diferentes visualizaciones de cámara.

En la fig. 25A se muestran dos endoscopios con fines meramente ilustrativos. Sin embargo, si sólo se desea imagen, el procedimiento no necesita emplear dos endoscopios sino que, en su lugar, necesita usar uno junto con diversos instrumentos para realizar realmente el procedimiento.

[0198] Según se ve en las fig. 1 y 25A, en general puede ser beneficioso acceder al corazón H principalmente a través de un patrón de aberturas 930 dispuesto a lo largo de un lado derecho de paciente P. Aunque el corazón está dispuesto principalmente en el lado izquierdo de la cavidad torácica, el abordaje al corazón desde el lado izquierdo del tórax como se realiza normalmente para cirugía cardiaca mínimamente invasiva puede limitar la cantidad de volumen de trabajo disponible adyacente a los tejidos coronarios objeto. Esta ausencia de volumen de trabajo puede complicar los procedimientos robóticos toracoscópicos, ya que la falta de espacio puede hacer difícil obtener una visualización panorámica del corazón que rodea a los tejidos que son objeto de tratamiento, para insertar y retirar rápidamente herramientas, y retraer el corazón apropiadamente para casos de múltiples vasos.

[0199] Al introducir los vástagos alargados de los instrumentos 100 a través del lado derecho del paciente, las aberturas se alejarán más de la anatomía objeto, que incluye la arteria mamaria interna izquierda (AMII) y el corazón H. Este abordaje puede permitir que la cámara se separe de los tejidos objeto una mayor distancia, como, por ejemplo, cuando se desea una visualización panorámica o de "gran marco", mientras la resolución del movimiento robótico mantiene la destreza del cirujano cuando el endoscopio y las herramientas se extienden a través del tórax a los tejidos del corazón para visualizaciones y trabajo en primer plano. El abordaje en el lado derecho puede aumentar también la velocidad con la que puede cambiarse las herramientas, ya que la separación adicional entre la abertura y el corazón ayuda a asegurar que el corazón no está interpuesto cuando se suministran herramientas para recoger la AMI. Cuando se realizan casos de múltiples vasos con el abordaje del lado derecho, el corazón puede también retraerse y recolocarse repetidamente de manera que deje expuestas secuencialmente regiones objeto del corazón al volumen de trabajo importante disponible. En consecuencia, diferentes vasos coronarios pueden presentarse selectivamente al operador O para derivación.

[0200] Ventajosamente, el abordaje por el lado derecho facilita también la disección de la arteria mamaria interna izquierda (AMII) usando un abordaje medial a lateral. Este abordaje de disección puede proporcionar un plano de disección bien definido, puede aumentar la facilidad con que pueden verse las ramas, y puede proporcionar una visión que sea más familiar para los cirujanos acostumbrados a IDAC tradicional realizada por medio de una esternotomía mediana.

[0201] Como puede verse con la mayor claridad en las fig. 1 y 25B, el carro 300 soporta las herramientas primera y segunda 100a, 100b para manipular tejidos (pueden usarse más pero no se muestran) y el primer endoscopio 306a, mientras el carro de ayudante 300A soporta el segundo endoscopio 306b (y/u otras herramientas manipuladoras, no mostradas). Los brazos del carro 300 se extienden preferentemente sobre el paciente desde el lado izquierdo del paciente, y los instrumentos se extienden a través de un patrón de abertura 930. Los vástagos de instrumentos están generalmente inclinados para extenderse radialmente hacia fuera desde el patrón de abertura 930 en una configuración de "rueda con rayos" para reducir al mínimo la interferencia entre los manipuladores. La configuración de ejemplo tiene endoscopios 306a, 306b que se extienden a través de aberturas que definen las posiciones superior e inferior (anterior y posterior con respecto al paciente) del patrón de abertura 930, mientras los vástagos de las herramientas de manipulación definen las posiciones izquierda y derecha (inferior y superior con respecto al paciente). El segundo endoscopio 306b puede colocarse a través de una abertura inferior, más dorsal que la mostrada, con el paciente soportado opcionalmente en una camilla que tiene un RE de borde en rebaje adyacente al patrón de abertura 930 para evitar la interferencia entre el manipulador del carro de ayudante y la camilla.

[0202] Un procedimiento IDAC robótico con abordaje en el lado derecho puede esbozarse del modo siguiente:

1.: Se inicia anestesia general.

2.: Se prepara al paciente en una posición básica supina con un pequeño rollo bajo el omóplato y la espalda del paciente.

3.: Se envuelve al paciente de manera que la envoltura comience alrededor de la línea axilar posterior.

Disección AMII:

[0203]

4.: La abertura de la cámara para un segundo endoscopio 306b se corta en un espacio interno apropiado (habitualmente, el 5º espacio intercostal) en aproximadamente la línea axilar anterior. El primer orificio de la cámara puede colocarse más medialmente para dirigir la anastomosis, y similares. Si se proporciona o se desea, la abertura de la cámara para el primer endoscopio 306a se corta en un espacio interior apropiado (habitualmente el 4º o 5º espacio intercostal) ligeramente posterior a la línea medio-clavicular. Obviamente, la colocación del orificio para las

herramientas endoscópicas, así como otras partes de este procedimiento pueden variar dependiendo de la anatomía del paciente en particular en cuestión.

5.: Se inicia la insuflación en 10 mmHg aproximadamente.

6.: Las aberturas de las herramientas de manipulación se cortan en el lugar apropiado (habitualmente en el 3º y 6º o 7º espacio intercostal para los instrumentos de manipulación 100a, 100b) unos centímetros en posición medial a la línea axilar anterior. Se colocan orificios adicionales para herramientas según se desee.

7.: Se introducen los instrumentos robóticos 100a, 100b, 306a, 306b a través de aberturas y se inicia el sistema de control de telecirugía robótico.

8.: La recogida de la AMII se inicia localizando la línea media para establecer el inicio de la disección. La recogida puede visualizarse y dirigirse usando el segundo endoscopio 306b.

9.: La AMII se sitúa en movimiento lateral usando disección roma y cauterio según se desee.

10.: No debe penetrarse en la pleura izquierda, aunque la insuflación puede ayudar a mantener el pulmón izquierdo fuera de interferencia.

Disección de la AMID (si se desea) [0204] 11. La arteria mamaria interna derecha (AMID) puede recogerse usando etapas similares a las 1-10 anteriores, opcionalmente a través de aberturas dispuestas a lo largo del lado izquierdo del tórax del paciente.

Pericardiotomía

[0205] 12. Puede hacerse incisión a discreción del cirujano. Preferentemente, cualquier incisión será alta en el pericardio, de manera que la fijación del mediastino al tórax forme una elevación que mejore la exposición del corazón.

Preparación de la AMI

[0206] 13. La o las AMI pueden prepararse según las preferencias del cirujano, normalmente mientras siguen fijas al tórax.

Exposición de la aorta

[0207] 14. La aorta se deja al descubierto por extensión a la pericardiotomía en sentido cefálico según se desee. La arteria pulmonar y cualquier otra adhesión puede diseccionarse de manera que la aorta puede ser pinzarse para derivación cardiopulmonar y/o injertos proximales. Como puede entenderse con referencia a la descripción anterior de la fig. 23A, la cardioplejía puede evitarse usando un manual o estabilizador de tejido cardiaco robótico o manual montado, por ejemplo, en el carro de ayudante 300A durante la anastomosis.

Exposición de la arteria coronaria

[0208] 15. La arteria o arterias coronarias objeto pueden dejarse al descubierto para volumen de trabajo retirando y recolocando el corazón según se desee, y pueden usarse técnicas estándar para dejar al descubierto y realizar incisiones en las arterias coronarias expuestas.

Anastomosis

[0209] 16. La anastomosis puede realizarse usando herramientas de agujas 100a, 100b mientras se visualiza la pantalla 800, según se ilustra en la fig. 23A.

[0210] La sutura y la exposición de la aorta y la arteria o arterias coronarias pueden realizarse al menos en parte mientras se visualiza el campo visual más anterior-posterior proporcionado desde el primer endoscopio 306a, ya que puede realizarse como partes de todas las demás etapas en todo el procedimiento IDAC. Cuando el cirujano desea cambiar las visualizaciones entre los dispositivos de captura de imágenes primero y segundo, el cirujano puede iniciar el procedimiento de cambio de visualización activando un dispositivo de entrada de cambio de visualización, posiblemente en forma de otro conmutador de pie. Las herramientas de manipulación de tejidos se fijarán brevemente en su posición, y la pantalla cambiará entre los dispositivos de captura de imágenes, por ejemplo, desde la imagen proporcionada a partir del primer endoscopio 306a, a la imagen proporcionada desde el segundo endoscopio 306b.

[0211] Opcionalmente, el procesador puede reconfigurar las transformaciones de coordenadas entre los maestros y los efectores finales cuando se cambia entre dos dispositivos de captura de imágenes diferentes para restablecer una relación al menos sustancialmente conectada. Esta modificación de transformación es similar al procedimiento descrito anteriormente para un cambio en la posición del endoscopio, pero generalmente también dará cabida a las diferencias en la estructura de soporte de los dispositivos de captura de imágenes. En otras palabras, por ejemplo, la cinemática del maestro y/o del esclavo 408, 412 (véase fig. 11) puede redefinirse para mantener una correlación entre una dirección de movimiento del dispositivo de entrada 210 y una dirección de movimiento de una imagen del efector final 102 según se muestra en la pantalla 202 cuando se visualiza el efector final desde un endoscopio diferente. Análogamente, cuando se mueve el segundo endoscopio 306b (soportado por el carro de ayudante 300A) como un esclavo después de un cambio de endoscopio desde el endoscopio 306a (que está sustentado por el carro 300), las cinemáticas de esclavos 412, la entrada/salida del esclavo 414 y la geometría del manipulador esclavo 416 pueden ser todas diferentes, de manera que la lógica de control entre el maestro y esclavo puede revisarse del modo apropiado.

[0212] Abordajes más fáciles de implementar podrían permitir al operador O conmutar las visualizaciones entre los endoscopios 306a y 306b sin revisiones de software importantes. Usando el software desarrollado para realizar telecirugía con una única estación de control maestra 200 acoplada a un único carro de tres brazos 300 (véase fig. 1), la conmutación de la visualización al endoscopio 306b desde el endoscopio 306a puede conseguirse mientras se mantiene la relación sustancialmente conectada "engañando" el procesador de la estación de control maestra creyendo que todavía sigue visualizando la cirugía a través del endoscopio 306a. Más exactamente, pueden suministrarse señales al procesador que indiquen que la articulación de montaje media 395 y/o el brazo manipulador 302 del carro 300 están sosteniendo el endoscopio 306a en la orientación real del endoscopio 306b. Esto puede conseguirse desacoplando los circuitos de detección de posición de la articulación de montaje media y/o el manipulador del carro 300 desde el procesador, y acoplando en su lugar un circuito alternativo que transmite las señales deseadas. El circuito de "engaño" alternativo puede adoptar opcionalmente la forma de un sistema sensor de una articulación de montaje alternativa y/o un manipulador 302, que podría configurarse manualmente para sostener un endoscopio en la orientación del endoscopio 306b con respecto al carro 300, pero que en realidad no necesita ningún soporte. A continuación puede tomarse la imagen del endoscopio 306b sostenida por un carro de ayudante 300A, mientras se toman las señales de la posición del esclavo xs (véase fig. (11) de la articulación de montaje alternativa. Según se describe anteriormente, en la medida en que la orientación de los efectores finales con respecto al endoscopio se conozca con precisión, el sistema puede admitir fácilmente correcciones posicionales (como, por ejemplo, mediante el procedimiento de embrague traslacional descrito anteriormente).

[0213] En las fig. 26 y 27 se ilustran esquemáticamente redes de telecirugía alternativas. Según se ha mencionado anteriormente, un operador O y un ayudante A3 pueden cooperar para realizar una operación mediante el paso del control de los instrumentos entre los dispositivos de entrada, y/o manipulando cada uno su propio instrumento o instrumentos durante al menos una parte del procedimiento quirúrgico. En referencia ahora a la fig. 26, durante al menos una parte de un procedimiento quirúrgico, por ejemplo, el carro 305 está controlado por el operador O y soporta un endoscopio y dos instrumentos quirúrgicos. Simultáneamente, por ejemplo, el carro 308 podría tener un estabilizador y otros dos instrumentos quirúrgicos, o un instrumento y otro endoscopio A3. El cirujano u operador O y el ayudante A3 cooperan para realizar un procedimiento IDAC con corazón latiente estabilizado, por ejemplo, haciendo pasar una aguja u otro objeto entre los instrumentos quirúrgicos de los carros 305, 308 durante la sutura, o haciendo que los instrumentos de carro 308 que sostienen el tejido de los dos vasos se sometan a anastomosis mientras los dos instrumentos de carro 305 se usan para realizar la sutura real. Dicha cooperación ha sido difícil hasta ahora debido al espacio volumétrico requerido para que actúen las manos humanas. Como los efectores finales quirúrgicos robóticos requieren mucho menos espacio en el que operar, esta estrecha cooperación durante un procedimiento quirúrgico delicado en un espacio quirúrgico confinado es ahora posible. Opcionalmente, el control de las herramientas puede transferirse o compartirse durante una parte alternativa del procedimiento.

[0214] En referencia ahora a las fig. 26 y 27, también es posible la cooperación entre múltiples sistemas. La elección de cuántos maestros y cuántos esclavos correspondientes se deben permitir en un sistema quirúrgico en cooperación es en cierto modo arbitraria. Dentro del contexto de la presente invención, se puede construir un único sistema de arquitectura de telecirugía para manejar cinco o seis manipuladores (por ejemplo, dos maestros y tres o cuatro esclavos) o diez o doce manipuladores (por ejemplo, cuatro maestros y seis u ocho manipuladores), aunque es posible cualquier número. Para un sistema que tiene múltiples controles maestros, el sistema puede organizarse de manera que dos operadores puedan operar en el mismo sistema quirúrgico al mismo tiempo controlando manipuladores esclavos diferentes y cambiando los manipuladores según se ha descrito anteriormente.

[0215] Alternativamente, puede ser deseable tener un sistema de telecirugía un tanto modular que sea capaz de realizar una operación quirúrgica en particular con un único operador y, por ejemplo, cinco o seis manipuladores, y que sea capaz también de acoplamiento con otro sistema modular que tenga cinco o seis manipuladores para realizar un segundo procedimiento quirúrgico en cooperación con un segundo operador que acciona el segundo sistema. Para estos sistemas modulares, cinco o seis brazos manipuladores están sustentados preferentemente por la arquitectura, aunque puede incorporarse cualquier número en cada sistema. Una ventaja del sistema modular con respecto a un único sistema más grande es que cuando se desacoplan, los sistemas modulares pueden usarse para dos operaciones separadas simultáneas en dos localizaciones diferentes, por ejemplo, en quirófanos adyacentes, mientras que esto sería bastante difícil con un único sistema complejo de telecirugía.

[0216] Como puede entenderse con referencia a la fig. 26, una forma sencilla de tener dos sistemas quirúrgicos, cada uno con un operador, para cooperar durante un procedimiento quirúrgico consiste en tener un único dispositivo de captura de imágenes, como un endoscopio, para producir la imagen para los dos operadores. La imagen puede compartirse en las dos pantallas usando un único divisor de imagen. Si se desea pantalla de inmersión, los dos sistemas pueden compartir además un punto de referencia común, por ejemplo, la punta distal del endoscopio, desde el cual calcular todos los movimientos posicionales de los manipuladores esclavos, tal como se ha descrito previamente en la solicitud de EE.UU. nº 60/128.160. Con la excepción del sistema de imágenes, cada estación de control podría ser independiente de la otra, y podría acoplarse funcionalmente independientemente a herramientas de manipulación de tejidos asociadas. Según esta sencilla configuración cooperativa, no se proporcionaría cambio de manipuladores esclavos de un sistema a otro, y cada operador tendría control sólo sobre los manipuladores esclavos concretos fijos directamente a este sistema. Sin embargo, las dos operadores serían capaces de transferir ciertos objetos entre los manipuladores, como, por ejemplo, una aguja durante un procedimiento de anastomosis. Dicha cooperación puede aumentar la velocidad de dichos procedimientos una vez que los operadores establecen un ritmo de cooperación. Dicho escenario de configuración puede usarse, por ejemplo, para realizar un procedimiento IDAC típico, de manera que un operador controlaría el endoscopio y dos manipuladores de tejidos, y el otro operador controlaría dos o tres manipuladores para ayudar a la recogida de la AMI y a la sutura de la fuente de sangre arterial a la arteria bloqueada corriente abajo con respecto a la arteria bloqueada particular en cuestión. Otro ejemplo en el que podría ser útil sería durante cirugía de corazón latiente, de manera que el segundo operador podría controlar una herramienta de estabilizador además de otros dos manipuladores y podría controlar el estabilizador mientras el primer operador realizaba una anastomosis.

[0217] Una complicación de las configuraciones cooperativas simples es que si el primer operador deseara mover el dispositivo de captura de imágenes, el movimiento podría alterar la imagen del campo quirúrgico suficientemente de manera que el segundo operador dejaría de poder visualizar sus manipuladores esclavos. Así, podría emplearse cierta cooperación entre los operadores, por ejemplo, con comunicaciones audibles, antes de dicha maniobra.

[0218] Se produce una configuración ligeramente más complicada de manipuladores quirúrgicos en dos sistemas dentro del endoscopio de la presente invención, cuando se proporciona a los operadores la capacidad de "cambiar" el control de los brazos manipuladores. Por ejemplo, el primer operador puede procurarse el control sobre un brazo manipulador que está conectado directamente al sistema del segundo operador. Dicha configuración se representa en la fig. 26.

[0219] Con la capacidad de enganchar funcionalmente múltiples sistema de telecirugía entre sí puede plantearse una configuración análoga a una cadena de producción quirúrgica. Por ejemplo, en la fig. 27 se muestra una forma de realización preferida de la presente invención. En este caso, un único cirujano O maestro ocupa un quirófano central de control. Los quirófanos satélites (OR) 952, 954 y 956 están conectados cada uno funcionalmente con la consola maestra central por medio de una estructura de conmutación 958, que está controlada selectivamente por el Operador O. Mientras se opera a un primer paciente P1 en OR 956, los pacientes en los OR 954 y 952 están siendo preparados por los ayudantes A2 y A3, respectivamente. Durante el procedimiento en el paciente P1, el paciente P3 queda preparado totalmente para cirugía, y A3 empieza la cirugía en la consola de control maestro dedicada a OR 952 controlando la estructura del manipulador 964. Después de concluir con la operación en OR 956, el Operador O verifica la situación de A3 preguntando a través de una red de comunicaciones audio entre los OR si A3 requiere asistencia. OR 950 podría tener además un banco de monitores de vídeo que muestran el nivel de actividad en cada uno de los OR, permitiendo con ello que el cirujano principal determine cuándo sería mejor empezar a participar en las diversas intervenciones quirúrgicas en curso, o ceder el control a otros para que continúen o completen algunas de las intervenciones quirúrgicas.

[0220] De vuelta de nuevo al ejemplo, si A3 solicita asistencia, O selecciona OR 952 por medio de la estructura de conmutación 958, selecciona un montaje cooperativo en una estructura de conmutación dedicada a OR 960, y empieza a controlar la estructura del manipulador 962. Después de la terminación de la parte más difícil de la cirugía en OR 952, O cambia a OR 954, donde el paciente P2 está ya listo para la cirugía.

[0221] La descripción precedente es un simple ejemplo de las posibilidades ofrecidas por el acoplamiento cooperativo de maestros y esclavos y diversos sistemas y redes de telecirugía. Otras configuraciones serán evidentes para el experto en la materia a partir de la lectura de esta descripción. Por ejemplo, cabe imaginar múltiples salas de controles maestros en las que varios cirujanos principales van atendiendo a diversos pacientes dependiendo de la parte en concreto de un procedimiento en fase de realización. Las ventajas de realizar la cirugía de esta manera son innumerables. Por ejemplo, el cirujano principal O no tiene que entrar y salir de cada procedimiento. Además, el cirujano principal puede especializarse extraordinariamente en la realización de parte de un procedimiento quirúrgico, por ejemplo, recogida de una AMI, realizando sólo esa parte en un procedimiento una y otra vez en muchos más pacientes de lo que, en otras situaciones, podría permitirse tratar. Así, pueden realizarse procedimientos quirúrgicos particulares que tienen distintas partes mucho más rápidamente teniendo múltiples cirujanos, de manera que cada cirujano realiza una parte del procedimiento y después avanza a otro procedimiento, sin interferencias entre procedimientos. Por otra parte, si uno o más pacientes (por cualquier motivo) pudieran beneficiarse por tener un cirujano realmente presente, puede tenerse en comunicación a un cirujano alternativo (diferente del cirujano principal) para uno o más quirófanos, listo para participar en y ante las necesidades del paciente en persona, mientras el cirujano principal se desplaza para tratar a otro paciente. Debido a la creciente especialización, pueden conseguirse avances adicionales en la calidad de la atención médica.

[0222] Además de permitir una cirugía cooperativa entre dos o más cirujanos, acoplar funcionalmente dos o más estaciones de control del operador juntas en un sistema en red de telecirugía también puede ser útil para adiestramiento quirúrgico. Una primera característica útil para estudiantes o cirujanos en formación sobre cómo realizar procedimientos quirúrgicos se aprovecharía de un sistema de "reproducción" para que el estudiante aprenda a partir de una operación anterior. Por ejemplo, mientras se realiza un procedimiento quirúrgico de interés, un cirujano grabaría toda la información de vídeo y todos los datos relativos a manipulación de los controles maestros en un soporte tangible comprensible por la máquina. Los medios de grabación apropiados son conocidos en la técnica, e incluyen videocasete o Disco de Vídeo Digital (DVD) para las imágenes de vídeo y/o datos de control, y Disco Compacto (CD), por ejemplo, para los servodatos que representan los diversos movimientos de los controles maestros.

[0223] Si se usan dos soportes separados para grabar las imágenes y los servodatos, entonces sería deseable algún procedimiento de sincronización de los dos durante la realimentación, para asegurar que los movimientos del control maestro imitan sustancialmente los movimientos de los manipuladores esclavos en la imagen de video. Un procedimiento rudo pero funcional para la sincronización podría incluir un sencillo sello temporal y un reloj. Preferentemente, las imágenes de vídeo y los servodatos serían grabados simultáneamente en el mismo medio de grabación, de manera que la reproducción estuviera sincronizada automáticamente.

[0224] Durante la reproducción de la operación, el estudiante podría colocar las manos en los controles maestros y "experimentar" la cirugía, sin realizar en realidad ninguna manipulación quirúrgica, con las manos guiadas por los controles maestros a través de los movimientos de los manipuladores esclavos mostrados en la pantalla de vídeo. Dicha reproducción podría ser útil, por ejemplo, para enseñar a un estudiante movimientos repetitivos, por ejemplo, durante la sutura. En dicha situación, el estudiante experimentaría una y otra vez el modo en que los maestros pueden moverse para mover los esclavos con el fin de atar las suturas, y así es de esperar que aprendería a manejar el sistema de telecirugía antes de tener que realizar una operación.

[0225] Los principios que subyacen a esta característica de reproducción pueden aplicarse usando una mano en vivo de un segundo operador en lugar de simple reproducción de datos. Por ejemplo, pueden conectarse dos consolas de controles maestros entre sí de tal manera que los dos maestros sean asignados a un único conjunto de instrumentos quirúrgicos. Los controles maestros en la consola subordinada seguirían o cartografiarían los movimientos de los maestros en la consola principal, pero preferentemente no tendrían capacidad para controlar ninguno de los instrumentos o de influir en los maestros en la consola principal. Así, el estudiante sentado en la consola subordinada podría "experimentar" de nuevo una cirugía en vivo visualizando la misma imagen que el cirujano y experimentando el modo en que se mueven los controles maestros para conseguir la manipulación deseada de los esclavos.

[0226] Una versión avanzada de esta configuración de adiestramiento incluye el acoplamiento funcional de dos consolas maestras en el mismo conjunto de instrumentos quirúrgicos. Mientras en la versión más sencilla una consola estaba subordinada a la otra en todo momento, esta versión avanzada permite que los dos controles maestros controlen el movimiento de los manipuladores, aunque sólo uno podría controlar el movimiento en cualquier momento dado. Por ejemplo, si el estudiante estuviera aprendiendo a dirigir el sistema durante un procedimiento quirúrgico real, el instructor en la segunda consola podría ver la cirugía y seguir los movimientos del maestro en un papel subordinado. Sin embargo, si el instructor deseara retirar el control al estudiante, por ejemplo, si el instructor detectara que el estudiante estaba a punto de cometer un error, el instructor podría sustituir al operador estudiante asumiendo el control de los manipuladores quirúrgicos que estaban bajo el control del operador estudiante. La capacidad de esta interacción sería útil para un cirujano que supervisara a un estudiante o un segundo cirujano en el aprendizaje de una operación en particular. Como los maestros en la consola del instructor estaban siguiendo la cirugía como si la estuviera realizando, retirar el control es un sencillo asunto consistente en entrar en la cirugía y sustituir la información de control de la consola del estudiante. Una vez que el cirujano instructor hubiera resuelto el problema, ya fuera enseñando al estudiante cómo realizar cierta parte del procedimiento quirúrgico o realizándolo por sí mismo, el instructor podría desentenderse de la operación y dejar proseguir al estudiante.

[0227] Una alternativa a esta acción de “entrada-salida" en la que el cirujano instructor se subordina al estudiante o está a los mandos, sería una configuración de embrague variable. Por ejemplo, nuevamente el instructor está subordinado a la ejecución por el estudiante de un procedimiento, y hace que sus maestros sigan el movimiento de los controles maestros del estudiante. Cuando el instructor desea participar en el procedimiento, pero no desea retirar todo el control al estudiante, el instructor podría empezar por ejercer un cierto control en el procedimiento entrando parcialmente y guiando al estudiante a través de una etapa determinada. Si el control parcial fuera insuficiente para conseguir el resultado deseado por el instructor, el instructor podría obtener el control completo y mostrar el movimiento deseado, como anteriormente. Este embrague variable podría conseguirse ajustando un dispositivo de entrada, como, por ejemplo, un cuadrante o un pedal que tuviera una serie de ajustes discretos correspondientes al porcentaje de control deseado por el instructor. Cuando el instructor desea un cierto control, podría accionar el dispositivo de entrada para conseguir un ajuste, por ejemplo, del 50% de control, con el fin de empezar a guiar los movimientos del estudiante. Podría usarse software para calcular los movimientos de los efectores finales basándose en la influencia proporcional deseada de los movimientos del instructor sobre los del estudiante. En el caso de un control, por ejemplo, del 50%, el software podría promediar los movimientos de los dos conjuntos de controles maestros y mover a continuación los efectores finales de forma consiguiente, produciendo resistencia al movimiento deseado del estudiante, y haciendo con ello que el estudiante comprendiera su error. Cuando el cirujano desea más control, podría engranar el dispositivo de entrada en un porcentaje superior de control, para tomar finalmente el control completo cuando se desee.

[0228] Otros ejemplos de acoplamiento de múltiples estaciones de control de telecirugía conjuntamente para fines de formación serán evidentes para el experto en la materia con la lectura de esta descripción. Aunque estos escenarios de formación se describen en referencia a cirugía real, ya sea grabada o en vivo, podrían realizarse los mismos escenarios en un entorno quirúrgico virtual, en el que, en lugar de manipular el tejido del cadáver o el modelo de un paciente (humano o animal), los manipuladores esclavos podrían sumergirse, en un sentido virtual, en un software de simulación. El software podría así crear una operación quirúrgica virtual simulada en la que el instructor y/o el estudiante podrían practicar sin necesidad de un paciente vivo o de un costoso modelo o cadáver.

[0229] Aunque la presente invención se ha descrito en cierto detalle, por medio de ejemplos y para la claridad de su comprensión, para los expertos en la materia serán evidentes diversos cambios, adaptaciones y modificaciones. Por ejemplo y sin limitar el efecto, pueden proporcionarse sistemas robóticos que tengan más de cuatro manipuladores y/o más que dos endoscopios. Los brazos manipuladores pueden estar montados todos en una única base de soporte, o podrían estar dispuestos con dos brazos en cada una de dos bases de soporte separadas. En consecuencia, el ámbito de la presente invención está limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema quirúrgico robótico (1) que comprende:

una pluralidad de brazos manipuladores (416); una pluralidad de instrumentos quirúrgicos (100), montado cada instrumento (100) en un brazo asociado (416); un controlador maestro (200) que tiene una pantalla maestra (202) para su visualización por un operador, un primer dispositivo de entrada (404) para manipulación por una primera mano del operador, y un segundo dispositivo de entrada (404) para manipulación por una segunda mano del operador; un controlador de ayudante (205) que tiene un dispositivo de entrada de ayudante (404) para manipulación por la mano de un ayudante; y un procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE 1, CE2, CE3) configurado para conmutar asociaciones entre la pluralidad de brazos manipuladores (416) y los dispositivos de entrada (404) de los controladores maestro (200) y de ayudante

(205) como respuesta a las entradas de selección recibidas del operador para acoplar funcionalmente los brazos manipuladores (416) seleccionados por el operador a los dispositivos de entrada seleccionados (404) por el operador de manera que el operador y el ayudante puedan realizar en cooperación un procedimiento de telecirugía.
2. El sistema quirúrgico robótico (1) de la reivindicación 1, en el que el procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE1, CE2, CE3) está configurado para recibir una entrada de selector de brazo para seleccionar entre una pluralidad de modos, en el que un primer brazo (416) se asocia funcionalmente con el controlador de ayudante (205) cuando el procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE1, CE2, CE3) está en un primer modo, y en el que el primer brazo (416) se asocia funcionalmente con el controlador maestro (200) cuando el procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE1, CE2, CE3) está en un segundo modo, con el brazo asociado funcionalmente (416) moviendo el instrumento quirúrgico

(100) asociado como respuesta al movimiento del dispositivo de entrada (404) asociado funcionalmente.
3. El sistema quirúrgico robótico (1) de la reivindicación 2, en el que un segundo brazo (416) se asocia funcionalmente con el controlador maestro (200) cuando el procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE1, CE2, CE3) está en el primer modo, y en el que el segundo brazo (416) se asocia funcionalmente con el controlador de ayudante

(205) cuando el procesador (SC1, SC0, STP, CTP, CE1, CE2, CE3) está en el segundo modo.