提供延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的可鉸接器具的輔助視圖的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法【專利摘要】醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)(100)包括具有外科工具(231,241)和攝像機(jī)(211)的進(jìn)入引導(dǎo)器(200)，所述外科工具(231,241)和攝像機(jī)(211)延伸到所述進(jìn)入引導(dǎo)器(200)遠(yuǎn)端外。為了補(bǔ)充由攝像機(jī)獲取的圖像所提供的視圖，包括外科工具和/或攝像機(jī)的可鉸接臂的輔助視圖由感應(yīng)或另外確定的關(guān)于它們位置和方向的信息生成并且其特定觀察點(diǎn)的透視圖顯示在顯示屏(140)上?！緦＠f(shuō)明】提供延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的可鉸接器具的輔助視圖的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)[0001]本申請(qǐng)為分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2009年06月04日，申請(qǐng)?zhí)枮?00980124325.8(PCT/US2009/046234)，發(fā)明名稱為"提供延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的可鉸接器具的輔助視圖的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)"。發(fā)明領(lǐng)域[0002]本發(fā)明總體涉及醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，并具體涉及提供可鉸接器具（articulatableinstruments)的輔助視圖的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，所述可鉸接器具延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器（entryguide)遠(yuǎn)端外。[0003]發(fā)明背景[0004]醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，如用于進(jìn)行微創(chuàng)外科手術(shù)的遙操作系統(tǒng)（teleoperativesystem)，相對(duì)于常規(guī)的開(kāi)放式外科技術(shù)提供多種益處，包括較少的疼痛、較短的住院期、較快地恢復(fù)正?；顒?dòng)、最小化的疤痕、縮減的恢復(fù)期以及對(duì)組織較少的傷害。因此，對(duì)該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的需求是強(qiáng)烈并且增長(zhǎng)的。[0005]該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的其中一個(gè)實(shí)例是來(lái)自加利福尼亞州森尼韋爾的IntuitiveSurgical,Inc.的daVinci?手術(shù)系統(tǒng)，其為微創(chuàng)機(jī)器人外科系統(tǒng)。daVinci?外科系統(tǒng)具有多個(gè)機(jī)器人臂，所述機(jī)器人臂響應(yīng)于外科醫(yī)生觀察圖像獲取裝置獲取的手術(shù)位點(diǎn)的圖像而進(jìn)行的輸入裝置的移動(dòng)來(lái)移動(dòng)所連接的醫(yī)療裝置，如圖像獲取裝置和IntuitiveSurgical專有的EndoWristκ鉸接外科器具。每個(gè)醫(yī)療裝置穿過(guò)其自身的微創(chuàng)切口插入患者體內(nèi)并定位，以在手術(shù)位點(diǎn)進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)。所述切口位于患者身體周圍，以便所述外科器具可用于協(xié)助進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)，并且圖像獲取裝置可以觀察它，而它們的機(jī)器人臂在手術(shù)過(guò)程中不碰撞。[0006]對(duì)于進(jìn)行某些醫(yī)療手術(shù)，應(yīng)用單一進(jìn)入孔如微創(chuàng)切口或自然的身體腔口進(jìn)入患者來(lái)進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)可能是有利的。例如，可首先將進(jìn)入引導(dǎo)器插入、定位及保持在進(jìn)入孔中適當(dāng)?shù)奈恢?。然后可以將用于進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的器具，如可鉸接攝像機(jī)和多種可鉸接外科工具，插入進(jìn)入引導(dǎo)器的近端，以便延伸到其遠(yuǎn)端外。因此，進(jìn)入引導(dǎo)器為多種器具提供單一進(jìn)入孔，同時(shí)在引導(dǎo)器將它們向工作位點(diǎn)引導(dǎo)時(shí)保持所述器具捆綁在一起。[0007]由于進(jìn)入引導(dǎo)器一般具有相對(duì)小的直徑以便適合穿過(guò)微創(chuàng)切口或自然的身體腔口，當(dāng)遙控操作外科器具進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)以及遙控操作攝像機(jī)觀察醫(yī)療手術(shù)時(shí)，可能產(chǎn)生許多問(wèn)題。例如，因?yàn)閷z像機(jī)與外科工具捆綁，所以攝像機(jī)相對(duì)于外科工具的定位受限，從而其對(duì)外科工具的觀察受限。[0008]因此，雖然可鉸接外科工具的頂端可保持在攝像機(jī)的視野中，但有助于外科工具可鉸接性的可控聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（controllablelinkage)可能不在攝像機(jī)的視野中。所以，外科工具的可控聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)可能在醫(yī)療手術(shù)的進(jìn)行過(guò)程中不經(jīng)意地彼此（或與攝像機(jī)的連接）碰撞，結(jié)果對(duì)患者造成傷害或以其它方式不利地影響醫(yī)療手術(shù)的進(jìn)行。[0009]同樣，由于可鉸接攝像機(jī)一般不能觀察到其自身的可控聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，操作者對(duì)攝像機(jī)的移動(dòng)尤其重要一一其中與外科工具連接的碰撞將被避免。進(jìn)一步，當(dāng)提供直觀控制以協(xié)助操作者遙控操作移動(dòng)外科工具和攝像機(jī)時(shí)，產(chǎn)生所述工具和攝像機(jī)頂端的這類直觀移動(dòng)所需要的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)可能對(duì)于操作者不明顯或不直觀，從而使操作者避免攝像機(jī)視野外的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的碰撞更加困難。[0010]發(fā)明概述[0011]因此，本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的目的是向操作者提供輔助視圖以協(xié)助操作者使用醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)患者進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的方法，所述醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)具有延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的可鉸接器具，所述進(jìn)入引導(dǎo)器穿過(guò)單一進(jìn)入孔插入患者體內(nèi)。[0012]本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的另一目的是在這種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的、向操作者提供視覺(jué)指示的方法，所述視覺(jué)指示指示何時(shí)可鉸接器具的可控聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)可能碰撞。[0013]本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的另一目的是在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的、向操作者提供視覺(jué)指示的方法，所述視覺(jué)指示指示何時(shí)可鉸接器具的接頭（joints)和/或連桿（links)和/或其部分正接近不期望的或期望的事件或情況。[0014]本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的另一目的是在這種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的、增加操作者對(duì)攝像機(jī)視野之外的可鉸接器具的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)位置（configuration)了解的方法。[0015]通過(guò)本發(fā)明的各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)這些以及另外的目的，其中簡(jiǎn)而言之，一方面是提供計(jì)算機(jī)生成視圖的方法，包括：接收一個(gè)或多個(gè)延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的可鉸接器具的狀態(tài)信息；利用接收的信息和一個(gè)或多個(gè)可鉸接器具的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)（forwardkinematics)生成視圖；以及在顯示屏上顯示生成的視圖。[0016]另一方面是醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，包括：進(jìn)入引導(dǎo)器；延伸穿過(guò)進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端并且延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的多個(gè)器具；適于感應(yīng)多個(gè)器具的鉸接元件狀態(tài)的多個(gè)傳感器；顯示屏；以及控制器，其配置為接收包括從多個(gè)傳感器感應(yīng)的鉸接元件狀態(tài)的信息，利用所接收的信息生成視圖，并且在顯示屏上顯示生成的視圖。[0017]本發(fā)明各個(gè)方面的另外的目的、特征和優(yōu)勢(shì)從其優(yōu)選實(shí)施方式的下列描述來(lái)看將變得明顯，該描述應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖。[0018]附圖簡(jiǎn)述[0019]圖1圖解了手術(shù)室的俯視圖，該手術(shù)室使用了應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)。[0020]圖2圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中用于控制裝置操控器并將裝置操控器與可左手和右手操控的輸入裝置選擇性關(guān)聯(lián)的部件的方框圖。[0021]圖3-4分別圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的、延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)和一對(duì)可鉸接外科工具的俯視圖和側(cè)視圖。[0022]圖5圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的進(jìn)入引導(dǎo)器及其四自由度運(yùn)動(dòng)的透視圖。[0023]圖6圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的進(jìn)入引導(dǎo)器以及在其近端和遠(yuǎn)端之間延伸的、限定在其中的通道的橫截面視圖。[0024]圖7圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器的互作用型部件的方框圖。[0025]圖8圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的可鉸接器具操控器和可鉸接器具的互作用型部件的方框圖。[0026]圖9圖解了應(yīng)用本發(fā)明方面的、用于提供計(jì)算機(jī)生成輔助視圖的方法的流程圖。[0027]圖10圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所用的、利用器具接頭位置和正向運(yùn)動(dòng)學(xué)確定器具連桿位置和方向的數(shù)據(jù)和處理流程圖。[0028]圖11圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所用的、利用感應(yīng)的器具頂端位置和反向動(dòng)力學(xué)確定器具接頭位置的數(shù)據(jù)和處理流程圖。[0029]圖12-13分別圖解了通過(guò)在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法生成并顯示在顯示屏上的俯視和側(cè)視輔助視圖。[0030]圖14圖解了通過(guò)在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法生成并在顯示屏上單獨(dú)窗口中顯示的俯視和側(cè)視輔助視圖。[0031]圖15圖解了在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中在監(jiān)視器上鄰近可鉸接攝像機(jī)所獲取的圖像而顯示的輔助視圖。[0032]圖16圖解了通過(guò)在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法在顯示屏上生成和顯示的、具有截錐體的可鉸接攝像機(jī)的輔助側(cè)視圖。[0033]圖17圖解了來(lái)自攝像機(jī)觀察點(diǎn)的一對(duì)可鉸接外科工具的輔助視圖與攝像機(jī)所獲取的圖像的結(jié)合顯示，所述輔助視圖通過(guò)在應(yīng)用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法生成并顯示在顯示屏上。[0034]圖18圖解了應(yīng)用本發(fā)明方面的、用于提供輔助觀察模式的方法的流程圖，所述輔助觀察模式相應(yīng)于醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中的裝置控制模式。[0035]優(yōu)選實(shí)施方式的詳述[0036]圖1作為實(shí)例圖解了手術(shù)室的俯視圖，其中外科醫(yī)生20正在利用醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100對(duì)面朝上平躺在手術(shù)臺(tái)50上的患者40進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)。當(dāng)外科醫(yī)生20通過(guò)操控外科醫(yī)生控制臺(tái)10上的輸入裝置108、109遙控操作進(jìn)行手術(shù)時(shí)，一個(gè)或多個(gè)助手30可位于患者40附近協(xié)助手術(shù)。[0037]本實(shí)例中，將進(jìn)入引導(dǎo)器（EG)200穿過(guò)單一的進(jìn)入孔150插入患者40體內(nèi)。雖然本實(shí)例中進(jìn)入孔150是微創(chuàng)切口，但在進(jìn)行其它醫(yī)療手術(shù)中，其卻可以是自然的身體腔口。進(jìn)入引導(dǎo)器200通過(guò)機(jī)器人臂組件130進(jìn)行保持和操控。[0038]對(duì)于醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的其它部件，圖1中簡(jiǎn)化了機(jī)器人臂組件130的圖解。醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)例中，機(jī)器人臂組件130包括安置臂（setuparm)和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器（entryguidemanipulator)。安置臂用于將進(jìn)入引導(dǎo)器200定位在進(jìn)入孔150,以使其正確地進(jìn)入進(jìn)入孔150。然后進(jìn)入引導(dǎo)器操控器用于通過(guò)機(jī)器操作將進(jìn)入引導(dǎo)器200插入和撤出進(jìn)入孔150。其也可用于通過(guò)機(jī)器操作使進(jìn)入引導(dǎo)器200繞位于進(jìn)入孔150的樞軸點(diǎn)以傾斜、滾動(dòng)和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種進(jìn)入引導(dǎo)器操控器的實(shí)例是圖2的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202,并且圖5顯示了其操縱進(jìn)入引導(dǎo)器200四自由度運(yùn)動(dòng)的實(shí)例。[0039]控制臺(tái)10包括向外科醫(yī)生顯示手術(shù)位點(diǎn)3-D圖像的3-D監(jiān)視器104;可左手和右手操控的輸入裝置108、109;和處理器（本文中也被稱為"控制器")102。輸入裝置108、109可包括多種輸入裝置如操縱桿、手套、觸發(fā)槍（triggergun)、手動(dòng)操作的控制器或類似裝置中的任何一種或多種。為使外科醫(yī)生與醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100相互作用而提供的其它輸入裝置包括腳踏開(kāi)關(guān)（footpedal)105、常規(guī)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)160和圖形化用戶界面（GUI)170。[0040]將輔助顯示屏140與控制臺(tái)10(和處理器102)連接，用于向外科醫(yī)生提供輔助視圖，以補(bǔ)充監(jiān)視器104上顯示的視圖。同樣，將第二輔助顯示屏140'與控制臺(tái)10(和處理器102)連接，用于向助手（一個(gè)或多個(gè)）提供輔助視圖。同樣，將輸入裝置180與控制臺(tái)連接，以使助手（一個(gè)或多個(gè)）在顯示在第二輔助顯示屏140'上的可用輔助視圖間進(jìn)行選擇。[0041]通常將控制臺(tái)10置于與患者相同的房間內(nèi)，以便外科醫(yī)生可直接監(jiān)視手術(shù)、如有必要身體上接近助手（一個(gè)或多個(gè)）以及能夠與助手（一個(gè)或多個(gè)）直接交談而不是通過(guò)電話或其它交流媒介。然而，要理解的是，外科醫(yī)生也可位于不同的房間、完全不同的建筑物或其它允許遠(yuǎn)程外科手術(shù)的距患者遠(yuǎn)的位置。這種情況下，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或因特網(wǎng)將控制臺(tái)10與第二個(gè)輔助顯示屏140'和輸入裝置180連接。[0042]如圖3-4所示，進(jìn)入引導(dǎo)器200具有延伸到其遠(yuǎn)端外的可鉸接器具，如可鉸接外科工具231、241和可鉸接立體攝像機(jī)211。雖然僅顯示兩個(gè)工具231、241，但進(jìn)入引導(dǎo)器200可引導(dǎo)在患者的工作位點(diǎn)進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)所需的另外工具。例如，如圖4所示，通道351可用于延伸另一個(gè)可鉸接外科工具穿過(guò)進(jìn)入引導(dǎo)器200并從其遠(yuǎn)端穿出。各外科工具231/241以工具跟蹤模式與輸入裝置108、109其中一個(gè)關(guān)聯(lián)。外科醫(yī)生通過(guò)操縱輸入裝置108、109進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)，以便控制器102引起輸入裝置各自關(guān)聯(lián)的外科工具231、241的相應(yīng)移動(dòng)，同時(shí)隨著工作位點(diǎn)的圖像正在被可鉸接攝像機(jī)211獲取，外科醫(yī)生在控制臺(tái)監(jiān)視器104上觀察3-D工作位點(diǎn)。[0043]優(yōu)選地，輸入裝置108、109以至少與它們關(guān)聯(lián)的工具231、241相同的自由度被配置，以向外科醫(yī)生提供遠(yuǎn)程呈現(xiàn)（tel印resence)或者輸入裝置108、109與工具231、241成一體的感知，以便外科醫(yī)生具有直接控制工具231、241的強(qiáng)烈感覺(jué)。所以，監(jiān)視器104也位于外科醫(yī)生的雙手附近，以便其顯示被定向的投影圖像，這樣外科醫(yī)生感到他或她實(shí)際上正在工作位點(diǎn)上直接向下觀看并且工具231、241的圖像呈現(xiàn)基本位于外科醫(yī)生雙手所處的位置。[0044]此外，優(yōu)選將監(jiān)視器104上的實(shí)時(shí)圖像投影成透視圖像，以便外科醫(yī)生可通過(guò)工具231、241相應(yīng)的輸入裝置108、109操縱工具231、241的末端執(zhí)行器（endeffectors)331、341，好像在實(shí)質(zhì)上真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)中觀察工作位點(diǎn)一樣。真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)，其意思是圖像呈現(xiàn)的是模擬正在身體上操控末端執(zhí)行器331、341的操作者觀察點(diǎn)的真實(shí)透視圖像。因此，處理器102可將末端執(zhí)行器331、341的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成感知位置（perceivedposition)，這樣監(jiān)視器104上正顯示的透視圖像是假設(shè)外科醫(yī)生直接位于末端執(zhí)行器331、341后外科醫(yī)生會(huì)看到的圖像。[0045]在系統(tǒng)100中處理器102執(zhí)行各種功能。其執(zhí)行的一個(gè)重要的功能是通過(guò)控制總線（bus)110上的信號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)換和傳輸輸入裝置108、109的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以便外科醫(yī)生可有效地操控當(dāng)時(shí)選擇性地與輸入裝置108、109關(guān)聯(lián)的裝置，如工具231、241、攝像機(jī)211和進(jìn)入引導(dǎo)器200。另一個(gè)功能是執(zhí)行本文所述的各種方法和控制器功能。[0046]雖然被描述為處理器，但要理解的是，處理器102可以在實(shí)踐中通過(guò)硬件、軟件和固件（firmware)的任意組合實(shí)現(xiàn)。同樣，本文所述的其功能可以由一個(gè)單元執(zhí)行或分配在不同的組件中，每一功能進(jìn)而可通過(guò)硬件、軟件和固件的任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，雖然被顯示為控制臺(tái)10的一部分或與控制臺(tái)10物理上相鄰，但處理器102也可包括分布于整個(gè)系統(tǒng)中的多個(gè)分單元。[0047]對(duì)于如本文所述醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)各個(gè)方面的構(gòu)造和操作的另外細(xì)節(jié)，參見(jiàn)：例如，美國(guó)專利號(hào)6,493,608，"AspectsofaControlSystemofaMinimallyInvasiveSurgicalApparatus〃和美國(guó)專利號(hào)6,671，581，''CameraReferencedControlinaMinimallyInvasiveSurgicalApparatus〃，在此將其引入作為參考。[0048]圖2作為實(shí)例圖解了控制裝置操控器并選擇性地將裝置操控器與輸入裝置108、109關(guān)聯(lián)的框圖。各種外科工具如夾具（grasper)、切割器（cutter)和針（needle)可用于在患者的工作位點(diǎn)進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)。該實(shí)例中，兩個(gè)外科工具231、241用于通過(guò)機(jī)器操作進(jìn)行手術(shù)，并且攝像機(jī)211用于觀察手術(shù)。將工具231、241和攝像機(jī)211插入穿過(guò)進(jìn)入引導(dǎo)器200中的通道。如參考圖1所述，應(yīng)用機(jī)器人臂組件130的安置部分將進(jìn)入引導(dǎo)器200穿過(guò)進(jìn)入孔150插入患者體內(nèi)，并通過(guò)機(jī)器人臂組件130的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器（EGM)202移動(dòng)至將要進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的工作位點(diǎn)。[0049]每一裝置231、241、211、200通過(guò)其各自的操控器進(jìn)行操控。具體地，通過(guò)攝像機(jī)操控器（ECM)212操控?cái)z像機(jī)211，通過(guò)第一工具操控器（PSMl)232操控第一外科工具231，通過(guò)第二工具操控器（PSM2)242操控第二外科工具241，以及通過(guò)進(jìn)入引導(dǎo)器操控器(EGM)202操控進(jìn)入引導(dǎo)器200。為了不過(guò)度妨礙附圖，在附圖中沒(méi)有顯示裝置231、241、211、200,而僅顯示了其各自的操控器232、242、212、202。[0050]各器具操控器232、242、212是帶有致動(dòng)器并提供機(jī)械的、無(wú)菌接口以將動(dòng)作傳輸?shù)狡涓髯缘目摄q接器具的機(jī)械裝置。各器具231、241、211是接收來(lái)自其操控器的動(dòng)作并通過(guò)電纜傳輸將該動(dòng)作傳輸至其遠(yuǎn)端的鉸接（例如，接頭）的機(jī)械裝置。該接頭可以是棱柱形的（例如，線性動(dòng)作）或轉(zhuǎn)動(dòng)的（例如，其繞機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)）。此外，器具可具有內(nèi)部機(jī)械約束（例如，電纜、齒輪、凸輪、皮帶等），其迫使多個(gè)接頭以預(yù)定的方式一起移動(dòng)。每組機(jī)械約束的接頭實(shí)現(xiàn)了特定的運(yùn)動(dòng)軸，并且約束可被設(shè)計(jì)成匹配轉(zhuǎn)動(dòng)接頭（例如，嚙合接頭）。也要注意的是，這種方式下器具可能比可用的致動(dòng)器具有更多的接頭。[0051]相反，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202具有不同的構(gòu)造和操作。下面參考圖7描述了進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的部件和操作。[0052]該實(shí)例中，可選擇性地將各輸入裝置108、109與裝置211、231、241、200其中之一關(guān)聯(lián)，這樣可由輸入裝置通過(guò)其控制器和操控器來(lái)控制關(guān)聯(lián)的裝置。例如，通過(guò)在工具跟蹤模式"T2"和"T1"中分別安置轉(zhuǎn)換器258、259,可分別將左側(cè)和右側(cè)輸入裝置108、109與第一和第二外科工具231、241關(guān)聯(lián)，所述外科工具通過(guò)其各自的控制器233、243(優(yōu)選在處理器102中實(shí)現(xiàn)）和操控器232、242被遙控控制，這樣外科醫(yī)生可對(duì)患者進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)，同時(shí)將進(jìn)入引導(dǎo)器200鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?。[0053]當(dāng)攝像機(jī)211或進(jìn)入引導(dǎo)器200要被外科醫(yī)生重新定位時(shí)，可以將左側(cè)和右側(cè)輸入裝置108、109其中之一或兩者與攝像機(jī)211或進(jìn)入引導(dǎo)器200關(guān)聯(lián)，這樣外科醫(yī)生可通過(guò)其各自的控制器（213或203)和操控器（212或202)移動(dòng)攝像機(jī)211或進(jìn)入引導(dǎo)器200。這種情況下，由其控制器將外科工具231、241中未關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于進(jìn)入引導(dǎo)器200鎖定在恰當(dāng)?shù)奈恢蒙稀＠?，通過(guò)在攝像機(jī)定位模式"C2"和"C1"中分別安置轉(zhuǎn)換器258、259,可將左側(cè)和右側(cè)輸入裝置108、109與攝像機(jī)211關(guān)聯(lián)，所述攝像機(jī)通過(guò)其控制器213(優(yōu)選在處理器102中實(shí)現(xiàn)）和操控器212被遙控控制，這樣外科醫(yī)生可定位攝像機(jī)211，同時(shí)外科工具231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200通過(guò)其各自的控制器233、243、203鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?。如果將僅使用一個(gè)輸入裝置定位攝像機(jī)，那么僅安置轉(zhuǎn)換器258、259其中之一在其攝像機(jī)定位模式中，而轉(zhuǎn)換器258、259中另一個(gè)保持在其工具跟蹤模式中，這樣其各自的輸入裝置能繼續(xù)控制其關(guān)聯(lián)的外科工具。[0054]另一方面，通過(guò)在進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式"G2"和"G1"中分別安置轉(zhuǎn)換器258、259，可將左側(cè)和右側(cè)輸入裝置108、109與進(jìn)入引導(dǎo)器200關(guān)聯(lián)，所述進(jìn)入引導(dǎo)器通過(guò)其控制器203(優(yōu)選在處理器102中實(shí)現(xiàn)）和操控器202被遙控控制，這樣外科醫(yī)生可定位進(jìn)入引導(dǎo)器200,同時(shí)外科工具231、241和攝像機(jī)211通過(guò)其各自的控制器233、243、213相對(duì)于進(jìn)入引導(dǎo)器200鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?。?duì)于攝像機(jī)定位模式，如果僅應(yīng)用一個(gè)輸入裝置定位進(jìn)入引導(dǎo)器，那么僅安置轉(zhuǎn)換器258、259其中之一在其進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式中，而轉(zhuǎn)換器258、259中的另一個(gè)保持在其工具跟蹤模式中，這樣其各自的輸入裝置能繼續(xù)控制其關(guān)聯(lián)的外科工具。[0055]可以由外科醫(yī)生以常規(guī)方式應(yīng)用⑶1170或語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)160進(jìn)行輸入裝置108、109與該實(shí)例中其它裝置的選擇性關(guān)聯(lián)。可選地，可以由外科醫(yī)生按壓輸入裝置108、109之一上的按鈕或按壓腳踏開(kāi)關(guān)105,或應(yīng)用任何其它公知的模式轉(zhuǎn)換技術(shù)改變輸入裝置108、109的關(guān)聯(lián)。[0056]圖3-4作為實(shí)例分別圖解了進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端的俯視圖和右視圖，其中攝像機(jī)211和外科工具231、241向外延伸。如圖5中簡(jiǎn)化的（不按比例）進(jìn)入引導(dǎo)器200的透視圖所示，進(jìn)入引導(dǎo)器200的形狀為大致圓柱狀，并具有沿其長(zhǎng)度中心走向的縱軸X'。樞軸點(diǎn)，其也被稱為遠(yuǎn)中心（remotecenter)"RC"，用作所示的具有X、Y和Z軸的固定坐標(biāo)系統(tǒng)和所示的具有χ'、γ'和Ζ'軸的進(jìn)入引導(dǎo)器坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)100在進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式中時(shí)，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202能夠響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的輸入裝置的運(yùn)動(dòng)將進(jìn)入引導(dǎo)器200以偏轉(zhuǎn)（yaw)Φ在遠(yuǎn)中心"RC"繞Z軸（其在空間上保持固定）轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202能夠響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)輸入裝置的運(yùn)動(dòng)將進(jìn)入引導(dǎo)器200以傾斜（pitch)Θ繞Y'軸（其與進(jìn)入引導(dǎo)器200的縱軸X'垂直）轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的輸入裝置的運(yùn)動(dòng)將進(jìn)入引導(dǎo)器200以滾動(dòng)φ繞其縱軸X'旋轉(zhuǎn)，并使進(jìn)入引導(dǎo)器200在插入/撤回或進(jìn)/出"I/O"方向上沿其縱軸X'線性移動(dòng)。要注意的是，與空間上固定的Z軸不同，X'和Υ'軸隨進(jìn)入引導(dǎo)器200移動(dòng)。[0057]如圖7所示，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器（EGM)202具有四個(gè)致動(dòng)器701-704,用于致動(dòng)進(jìn)入引導(dǎo)器200的四自由度移動(dòng)（S卩，傾斜Θ、偏轉(zhuǎn)φ、滾動(dòng)φ和進(jìn)/出I/O)，以及用以實(shí)現(xiàn)它們的四個(gè)相應(yīng)的組件711-714。[0058]再參考圖3-4，可鉸接攝像機(jī)211延伸穿過(guò)通道321，并且可鉸接外科工具231、241分別延伸穿過(guò)進(jìn)入引導(dǎo)器200的通道431、441。攝像機(jī)211包括頂端311(其安裝與攝像機(jī)控制器相連的立體攝像機(jī)和與外部光源相連的光纖電纜）、第一、第二和第三連桿322、324、326、第一和第二接頭組件（本文中也簡(jiǎn)稱為"接頭"）323、325以及肘節(jié)組件（wristassembly)327。第一接頭組件323連接第一和第二連桿322、324,并且第二接頭組件325連接第二和第三個(gè)連桿324、326,這樣第二連桿324可繞第一接頭組件323以傾斜和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)第一和第三個(gè)連桿322、326保持彼此平行。[0059]第一和第二接頭323、325被稱為"嚙合接頭"，因?yàn)樗鼈円黄饏f(xié)同操作，這樣當(dāng)?shù)诙B桿324繞第一接頭323以傾斜和/或偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第三連桿326以互補(bǔ)方式（incomplementaryfashion)繞第二接頭325轉(zhuǎn)動(dòng)，以便第一和第三連桿322、326總是保持彼此平行。第一連桿322也可圍繞其縱軸以滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)以及穿過(guò)通道321移入和移出（例如，插向工作位點(diǎn)和撤離工作位點(diǎn)）。肘節(jié)組件327也具有傾斜和偏轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)能力，這樣攝像機(jī)的頂端311可以向上或向下和向左或向右以及其組合定向。[0060]工具231、241的接頭和連桿與攝像機(jī)211的接頭和連桿在構(gòu)造和操作上類似。具體地，工具231包括末端執(zhí)行器331(具有鉗夾338、339)、第一、第二和第三連桿332、334、336、第一和第二接頭組件333、335以及肘節(jié)組件337,它們由參考圖8所述的致動(dòng)器（加上用于致動(dòng)末端執(zhí)行器331的另外的致動(dòng)器）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。同樣，工具241包括末端執(zhí)行器341(具有鉗夾348、349)、第一、第二和第三連桿342、344、346、第一和第二接頭組件343、345以及肘節(jié)裝置347,它們也由參考圖8所述的致動(dòng)器（加上用于致動(dòng)末端執(zhí)行器341的另外的致動(dòng)器）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。[0061]圖8作為實(shí)例圖解了可鉸接器具的互作用型部件（interactingparts)(如可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241)及其相應(yīng)的器具操控器（如攝像機(jī)操控器212和工具操控器232、242)的圖。各器具包括多個(gè)可致動(dòng)組件821-823、831-833、870，用于完成器具（包括其末端執(zhí)行器）的鉸接，并且其相應(yīng)的操控器包括多個(gè)致動(dòng)器801-803、811-813、860，用于致動(dòng)可致動(dòng)組件。[0062]此外，也可以提供多個(gè)接口機(jī)構(gòu)。例如，在無(wú)菌操控器/器具接口中提供了傾斜/偏轉(zhuǎn)連接機(jī)構(gòu)840、850(分別用于嚙合接頭傾斜/偏轉(zhuǎn)和肘節(jié)傾斜/偏轉(zhuǎn)）及齒數(shù)比845、855(分別用于器具滾動(dòng)和末端執(zhí)行器致動(dòng)），以達(dá)到器具接頭在器具接頭空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)所需的范圍，同時(shí)既滿足了操控器致動(dòng)器空間中的緊湊約束，又保持了運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)接口的準(zhǔn)確傳輸。雖然顯示為單一的方框840,但嚙合接頭致動(dòng)器801、802(以#1和#2區(qū)分）和嚙合接頭傾斜/偏轉(zhuǎn)組件821、822之間的連接可包括一對(duì)連接機(jī)構(gòu)--無(wú)菌接口每一側(cè)一個(gè)（即一個(gè)在接口的操控器側(cè)，一個(gè)在接口的器具側(cè)）。同樣，雖然顯示為單一的方框850，但肘節(jié)致動(dòng)器812、813(以#1和#2區(qū)分）和肘節(jié)傾斜/偏轉(zhuǎn)接頭組件832、833之間的連接也可包括一對(duì)連接機(jī)構(gòu)--無(wú)菌接口每一側(cè)一個(gè)。[0063]嚙合接頭傾斜組件821和嚙合接頭偏轉(zhuǎn)組件822均共用第一、第二和第三連桿(例如，可鉸接攝像機(jī)211的連桿322、324、326)以及第一和第二接頭（例如，可鉸接攝像機(jī)211的接頭322、325)。除這些共用的部件外，嚙合接頭傾斜和偏轉(zhuǎn)組件821、822還包括將第一和第二接頭（通過(guò)嚙合連接840)與嚙合接頭傾斜和偏轉(zhuǎn)致動(dòng)器801、802連接的機(jī)械連接，以便第二連桿可以可控地繞這樣的線轉(zhuǎn)動(dòng)：所述線穿過(guò)第一接頭并沿著與第一連桿（例如，可鉸接攝像機(jī)211的連桿322)的縱軸呈橫向的軸，以及第二連桿可以可控地繞這樣的線轉(zhuǎn)動(dòng)：所述線穿過(guò)第一接頭并沿著與第一連桿的橫軸和縱軸均垂直的軸。[0064]進(jìn)/出（I/O)組件823包括第一連桿（例如，可鉸接攝像機(jī)211的連桿322)和穿過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)（drivetrain)的接口，所述傳動(dòng)系統(tǒng)將進(jìn)/出（I/O)致動(dòng)器803與第一連桿連接，這樣可通過(guò)I/O致動(dòng)器803的致動(dòng)將第一連桿可控地沿其縱軸線性移動(dòng)。滾動(dòng)組件831包括第一連桿和穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)齒輪（S卩，具有齒數(shù)比845)的接口，所述齒輪將滾動(dòng)致動(dòng)器811的轉(zhuǎn)動(dòng)元件（如電機(jī)的轉(zhuǎn)子）與第一連桿連接，這樣可通過(guò)滾動(dòng)致動(dòng)器811的致動(dòng)將第一連桿可控地繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。[0065]器具操控器（例如，攝像機(jī)操控器212)包括通過(guò)肘節(jié)連接850致動(dòng)肘節(jié)組件（例如，可鉸接攝像機(jī)211的肘節(jié)327)的傾斜和偏轉(zhuǎn)接頭832、833的肘節(jié)致動(dòng)器812、813,以便引起器具頂端（例如，攝像機(jī)頂端311)相對(duì)于肘節(jié)組件在上下（S卩，傾斜）和左右（S卩，偏轉(zhuǎn)）方向上可控地轉(zhuǎn)動(dòng)。夾具組件870包括末端執(zhí)行器（例如，外科工具231的末端執(zhí)行器331)和穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)齒輪（即，具有齒數(shù)比855)的接口，所述齒輪將夾具致動(dòng)器860與末端執(zhí)行器相連，以便可控地致動(dòng)末端執(zhí)行器。[0066]圖9作為實(shí)例圖解了在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的控制器102中實(shí)施的、用于提供計(jì)算機(jī)生成輔助視圖的方法的流程圖，所述輔助視圖包括延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接器具，如可鉸接攝像機(jī)211和/或一個(gè)或多個(gè)可鉸接外科工具231、241。為了本實(shí)例的目的，假定可鉸接攝像機(jī)211和外科工具231、241延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端外，并包括在輔助視圖中。但要理解的是，該方法可用于可鉸接器具的任何組合，包括那些沒(méi)有可鉸接攝像機(jī)的可鉸接器具和/或那些具有可選類型的圖像獲取裝置如超聲探針的可鉸接器具。[0067]在901中，該方法決定是否要生成輔助視圖。如果901中的決定是"否（NO)"，那么該方法返回，以定期檢查來(lái)看情況是否改變。另一方面，如果901的決定是"是（YES)"，那么該方法進(jìn)入902。要生成輔助視圖的指示可以程序化到控制器102中、自動(dòng)生成或由操作者的指令生成。[0068]在902中，該方法接收各器具211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200的狀態(tài)信息，如位置和方向。該信息可以由與其各自操控器212、232、242、202中的致動(dòng)器連接的編碼器提供。可選地，該信息可以由與器具211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的接頭和/或連桿連接的傳感器，或相應(yīng)操控器和器具之間接口的連接機(jī)構(gòu)、齒輪和傳動(dòng)系統(tǒng)提供，以便測(cè)量它們的運(yùn)動(dòng)。在此第二種情況下，器具211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202中可包括傳感器，如感應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器和感應(yīng)器具211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202中棱柱接頭線性運(yùn)動(dòng)的線性傳感器。也可應(yīng)用其它傳感器提供器具211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200的位置和方向信息，如感應(yīng)和追蹤可追蹤元件的外部傳感器，所述可追蹤元件可以是有源元件（例如，無(wú)線電頻率、電磁等）或無(wú)源元件（例如，磁等），其被置于器具211、231、241、進(jìn)入引導(dǎo)器200和/或進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的重要點(diǎn)（8壯&七68。？〇1拉）上（如它們的接頭、連桿和/或頂端上）。[0069]在903中，該方法利用902中接收的信息以及器具211、231、241、進(jìn)入引導(dǎo)器200和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和已知構(gòu)造生成延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241的三維計(jì)算機(jī)模型。該實(shí)例中生成的計(jì)算機(jī)模型可以參考圖5所示的遠(yuǎn)中心坐標(biāo)系統(tǒng)（X、Y、Z軸）?？蛇x地，生成的計(jì)算機(jī)模型可以參考在進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端所限定的坐標(biāo)系統(tǒng)。在此后者情況下，如果由該方法生成的輔助視圖中不需考慮進(jìn)入引導(dǎo)器200從遠(yuǎn)中心的方向和延伸，那么可在902中省略進(jìn)入引導(dǎo)器200的位置和方向信息。[0070]例如，參考圖10,如果902中接收的狀態(tài)信息是器具的接頭位置1001，那么可使用器具的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型1003將該信息應(yīng)用到器具的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)1002,以生成相對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)1004的器具的連桿位置和方向1005。如果902中接收的狀態(tài)信息是操控器/器具接口中嚙合連接和齒輪機(jī)構(gòu)的被感應(yīng)狀態(tài)，一般也可應(yīng)用同樣的方法。[0071]另一方面，參考圖11，如果902中接收的狀態(tài)信息是器具的頂端位置1101(在坐標(biāo)系統(tǒng)1004中），那么可使用器具的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型1003和傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)將該信息應(yīng)用到器具的反向運(yùn)動(dòng)學(xué)1102,以生成器具的接頭位置1001。然后如參考圖10所述可利用器具的接頭位置1001生成相對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)1004的器具的連桿位置和方向1005。[0072]可選地，同樣參考圖11，如果902中提供的狀態(tài)信息僅限于攝像機(jī)的頂端位置，那么可通過(guò)使用常規(guī)圖像處理技術(shù)確認(rèn)攝像機(jī)211獲取的圖像中的頂端，然后將它們的位置轉(zhuǎn)換至坐標(biāo)系統(tǒng)1004,來(lái)相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)確定外科工具231、241頂端的位置，這樣可以如參考圖1〇、11所述應(yīng)用攝像機(jī)和工具頂端的位置生成相對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)1004的器具的連桿位置和方向1005。[0073]在904中，該方法將延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241在坐標(biāo)系統(tǒng)的三維空間中的計(jì)算機(jī)模型視圖調(diào)整至特定的觀察點(diǎn)（其中在本文中將術(shù)語(yǔ)"觀察點(diǎn)"理解為包括位置和方向）。例如，圖12圖解了延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241的俯視圖，其相應(yīng)于在進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端上方且略后方的觀察點(diǎn)。作為另一個(gè)實(shí)例，圖13圖解了延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241的側(cè)視圖，其相應(yīng)于進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端右側(cè)且略前方的觀察點(diǎn)。要注意的是，雖然圖12-13所示的輔助視圖是二維的，但它們也可以是三維視圖，因?yàn)榭梢詮纳傻挠?jì)算機(jī)模型得到三維信息。在此后者情況下，正顯示它們的輔助顯示屏140將必須是像監(jiān)視器104-樣的三維顯示屏。[0074]觀察點(diǎn)可以設(shè)置在固定點(diǎn)，如提供圖12所示透視圖的等軸（三維）視圖的觀察點(diǎn)。當(dāng)工具231、241彎曲成所示的"抬肘（elbowsout)"（其為應(yīng)用外科工具231、241進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的典型方位）時(shí)，該透視圖向外科醫(yī)生提供可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241的清晰視圖。另一方面，當(dāng)正在應(yīng)用第三外科工具時(shí)（例如，插入圖6中所示的通道351)，圖13透視圖的側(cè)視圖可另有所用，因?yàn)榈谌饪乒ぞ呖赡茉诳摄q接攝像機(jī)211下方從而在圖12所示的透視圖中被可鉸接攝像機(jī)211遮掩。[0075]除將觀察點(diǎn)始終設(shè)置到固定點(diǎn)外，觀察點(diǎn)也可根據(jù)當(dāng)時(shí)運(yùn)行的控制模式（即，參考圖2所述的模式之一）自動(dòng)改變。作為實(shí)例，圖18圖解了根據(jù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100中正在運(yùn)行的控制模式自動(dòng)改變輔助視圖模式的方法。具體地，應(yīng)用這種方法，當(dāng)在1801中確定醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100在工具跟蹤模式中時(shí)，在1802中執(zhí)行第一輔助觀察模式，當(dāng)在1803中確定醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100在進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式中時(shí)，在1804中執(zhí)行第二輔助觀察模式，以及當(dāng)在1805中確定醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100在攝像機(jī)定位模式中時(shí)，在1806中執(zhí)行第三輔助觀察模式。選擇各控制模式的觀察模式，以便對(duì)外科醫(yī)生在該模式中執(zhí)行動(dòng)作最有益。例如，在工具跟蹤和攝像機(jī)定位模式中，外科工具231、241和攝像機(jī)211之一或兩者在那時(shí)正在被移動(dòng)，因此延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241的輔助視圖，如圖12和13所示，對(duì)避免攝像機(jī)211視野之外的連桿之間的碰撞是有用的。另一方面，在進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式中，可鉸接攝像機(jī)211和可鉸接外科工具231、241被鎖定在相對(duì)于進(jìn)入引導(dǎo)器200適當(dāng)?shù)奈恢茫虼巳鐖D16和17所示的提供關(guān)于其它情況的信息的輔助視圖可能是有用的。[0076]可選地，可提供用于在醫(yī)療手術(shù)進(jìn)行過(guò)程中改變觀察點(diǎn)的操作者可選擇設(shè)備(operatorselectablemeans)。例如，⑶I170或語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)160可適于向外科醫(yī)生提供交互設(shè)備（interactivemeans)，以選擇觀察模式和/或改變延伸到進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端外的可鉸接攝像機(jī)211和/或可鉸接外科工具231、241的輔助視圖的觀察點(diǎn)。輸入裝置108、109或腳踏開(kāi)關(guān)105上的按鈕也可用于外科醫(yī)生對(duì)觀察模式的選擇。對(duì)于助手（一個(gè)或多個(gè)），輸入裝置180可以與關(guān)聯(lián)于顯示屏140'的CTI-起用于觀察模式的選擇。因此，外科醫(yī)生和助手（一個(gè)或多個(gè)）當(dāng)時(shí)看到的觀察模式可以被優(yōu)化用于它們當(dāng)時(shí)的具體任務(wù)。圖12-17顯示了這種操作者可選擇觀察模式和觀察角度的實(shí)例。[0077]在905中，該方法渲染計(jì)算機(jī)模型。該情況下的渲染包括：向模型添加三維特征，如器具211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端的已知構(gòu)造特征；填充任何間隙以制作實(shí)體模型；以及提供自然的色彩和陰影。此外，渲染可包括改變器具211、231、241中一個(gè)或多個(gè)(或它們的接頭或連桿或其部分中的一個(gè)或多個(gè)）的顏色或亮度，以便突出器具（或接頭或連桿或其部分），用于識(shí)別目的。[0078]可選地，器具211、231、241(或它們的接頭、連桿或其部分）中一個(gè)或多個(gè)的顏色、亮度或閃爍（blinkingonandoff)(例如，閃光（flashing))頻率的改變可用作這樣的警告（warning):器具（或接頭或連桿或其部分）正接近不期望的事件或情況，如正接近其活動(dòng)范圍的極限或太靠近另一器具或?qū)⑴c另一器具碰撞。在顏色被用作警告的情況下，當(dāng)達(dá)到要避免的事件的警告閾（例如，活動(dòng)限制或碰撞的范圍）時(shí)，顏色可從第一顏色（例如，綠色）變成第二顏色（例如，黃色），當(dāng)要避免的事件到來(lái)時(shí)，從第二顏色變成第三顏色（例如，紅色）。在亮度用作警告的情況下，顏色的亮度隨器具（或其部分）越過(guò)警告閾向要避免的事件移動(dòng)而改變，在該事件到來(lái)時(shí)提供最大亮度。在顏色的閃爍用作警告的情況下，閃爍的頻率隨器具（或其部分）越過(guò)警告閾向需要避免的事件移動(dòng)而改變，在該事件到來(lái)時(shí)提供最高頻率。警告閾可基于器具（或其部分，如其接頭）的活動(dòng)范圍或器具（或其部分）與另一個(gè)可能與其碰撞的器具（或其部分）之間的距離。器具移動(dòng)的速度也可以是確定警告閾的因素。警告閾可以由操作者應(yīng)用例如GUI170程序化，或由處理器102中的程序化算法自動(dòng)確定，所述程序化算法考慮其它因素，如器具的移動(dòng)速度。[0079]可選地，器具211、231、241(或其接頭、連桿或其部分）中一個(gè)或多個(gè)的顏色、亮度或閃爍（例如，閃光）頻率的改變可用作這樣的提示（alert):器具（或接頭或連桿或其部分）正接近期望的事件或情況，如進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)或觀察醫(yī)療手術(shù)的最佳位置或方位。這種情況下，可限定提示閾，這樣器具211、231、241(或它們的接頭、連桿或其部分）中一個(gè)或多個(gè)的顏色、亮度和/或閃爍可以以類似于先前關(guān)于警告閾和不期望事件或情況所述的方式改變，所不同的是，在這種情況下，當(dāng)達(dá)到提示閾時(shí)所述改變開(kāi)始，并且當(dāng)期望的事件或情況到來(lái)時(shí)或另外實(shí)現(xiàn)時(shí)所述改變最大或另外終止。提示閾也可以以概念上與警告閾相似的方式由操作者程序化或由程序化算法自動(dòng)確定。[0080]作為以識(shí)別、警告或提示為目而突出器具的實(shí)例，圖15顯示了窗口1502中攝像機(jī)211和外科工具231、241的輔助視圖，其中突出了攝像機(jī)211。作為以識(shí)別、警告或提示為目的而突出器具接頭的實(shí)例，圖12顯示了被突出的外科工具231、241的接頭。作為以警告為目的而突出器具部件的實(shí)例，圖14顯示了被突出的外科工具241的部件1402和攝像機(jī)211的部件1403,以表明這些部件危險(xiǎn)地接近碰撞。[0081]渲染也可包括當(dāng)輔助圖像的觀察點(diǎn)與攝像機(jī)211觀察點(diǎn)相同或在攝像機(jī)211觀察點(diǎn)的正后方時(shí)將攝像機(jī)211獲取的圖像覆蓋于輔助視圖上。作為實(shí)例，圖17圖解了攝像機(jī)211獲取的圖像1700,其被渲染成覆蓋到外科工具231、241的輔助視圖，所述輔助視圖由攝像機(jī)211(或正后方）的觀察點(diǎn)生成。該實(shí)例中，在輔助顯示屏140(和/或輔助顯示屏140'）上顯示的外科工具231、241的輔助視圖包括在覆蓋獲取圖像1700中的部件（例如，1731U741)和在覆蓋獲取圖像1700外的部件（例如，1732、1742)。因此，在獲取圖像1700外的外科工具231、241的部件向外科醫(yī)生提供關(guān)于攝像機(jī)211視野外的它們各自的連桿或鉸接臂的額外信息。也可以以識(shí)別為目的或?yàn)榱吮砻魅缟纤龅木婊蛱崾厩闆r而進(jìn)行獲取圖像1700外的器具部件（例如，1732U742)的突出。在輔助視圖上覆蓋獲取圖像1700在顯示解剖結(jié)構(gòu)360的情況下也具有優(yōu)勢(shì)，所述解剖結(jié)構(gòu)在外科工具231、241的前方，一般不會(huì)在輔助視圖中。雖然該實(shí)例顯示了覆蓋輔助顯示屏140上的輔助視圖的獲取圖像1700，但在另一個(gè)渲染方案中，輔助視圖可覆蓋監(jiān)視器104上顯示的獲取圖像。[0082]除了覆蓋獲取圖像外，渲染也可包括通過(guò)僅顯示部分器具231、241將輔助視圖用于增加（augment)由攝像機(jī)211獲取的圖像，那部分器具231、241以同軸度（inproperalignment)在獲取圖像中看不到（S卩，圖17中器具231、241的虛線部分）并且以鑲嵌的方式鄰近獲取圖像。[0083]除將獲取圖像覆蓋在輔助視圖上或用輔助視圖增加獲取圖像外或取而代之，渲染也可包括提供輔助視圖中其它有用的信息。作為實(shí)例，圖16圖解了可鉸接攝像機(jī)211的輔助側(cè)視圖，其中截錐體1601被渲染在輔助視圖上，以便顯示在輔助顯示屏140上，所述截錐體從攝像機(jī)頂端311發(fā)出并且隨攝像機(jī)頂端311而移動(dòng)。要注意的是，雖然圖中顯示截錐體1601為截頭圓錐體，但其也可呈現(xiàn)截頭棱錐體，以相應(yīng)于在監(jiān)視器104上所顯示的獲取圖像。截錐體1601的邊表示攝像機(jī)211的觀察范圍，以及截錐體1601的底1602顯示由攝像機(jī)211獲取的圖像1650。要注意的是，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，該實(shí)例中去除了一般在輔助視圖中的外科工具231、241。作為另一個(gè)實(shí)例，圖14顯示了半透明的球體或泡體1401(優(yōu)選顯紅色），當(dāng)達(dá)到警告閾時(shí)其通過(guò)作為部分渲染處理的方法而顯示，以便指示操作者：外科工具241和攝像機(jī)211的被突出部件1402U403危險(xiǎn)地接近碰撞。這種情況下，被突出部件1402U403優(yōu)選位于球體中心。作為又一個(gè)實(shí)例，圖14也顯示了標(biāo)記或其它指示1410,表明攝像機(jī)頂端311觀察正在用來(lái)進(jìn)行醫(yī)療手術(shù)的外科工具231、241末端執(zhí)行器的最佳位置。例如，通過(guò)找到末端執(zhí)行器頂端與獲取圖像中心等距的位置可以確定該最佳位置。[0084]在906中，該方法使從所選觀察點(diǎn)的透視圖渲染的計(jì)算機(jī)模型（S卩，輔助視圖）顯示在一個(gè)或多個(gè)顯示屏（例如，140和140'）上。如圖12-14和16-17所示，在輔助顯示屏140上顯示輔助視圖。如圖14所示，一次可顯示一個(gè)以上輔助視圖（例如，在窗口1421和1422可分別同時(shí)提供俯視透視圖和側(cè)視透視圖）。如圖15所示，也可在主監(jiān)視器104上、窗口1502中顯示輔助視圖，其鄰近由可鉸接攝像機(jī)211獲取的、顯示在另一個(gè)窗口1501中的圖像。雖然窗口1501和1502在該實(shí)例中呈相同尺寸，但要理解的是，輔助視圖窗口1502的位置和尺寸可變化，并仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。同樣，如先前所述，輔助視圖可被窗口1501中的獲取圖像覆蓋，而不單獨(dú)顯示在窗口1502中。這種情況下，可由外科醫(yī)生開(kāi)啟或關(guān)閉被覆蓋的輔助視圖，以免在醫(yī)療手術(shù)進(jìn)行的過(guò)程中混亂獲取圖像?？赏ㄟ^(guò)按壓輸入裝置108、109其中之一上的按鈕或按壓腳踏開(kāi)關(guān)105進(jìn)行該情況下的開(kāi)啟和關(guān)閉?？蛇x地，其可以應(yīng)用語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)160通過(guò)語(yǔ)音激活或通過(guò)外科醫(yī)生與GUI170的交互作用或應(yīng)用任何其它常規(guī)功能轉(zhuǎn)換設(shè)備來(lái)進(jìn)行。[0085]完成906后，然后該方法返回至901，以重復(fù)901-906,進(jìn)行控制器102的下一處理循環(huán)。[0086]雖然圍繞優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的各個(gè)方面，但要理解的是，本發(fā)明擁有所附權(quán)利要求的全部范圍內(nèi)的全部保護(hù)物的權(quán)利。【權(quán)利要求】1.一種醫(yī)療系統(tǒng)，包括：進(jìn)入引導(dǎo)器；多個(gè)延伸穿過(guò)所述進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端并延伸到所述進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端外的器具，其中所述多個(gè)器具包括圖像獲取器具；多個(gè)適于通過(guò)感應(yīng)所述多個(gè)器具的鉸接元件狀態(tài)而生成狀態(tài)信息的傳感器；顯不屏；和處理器，其被程序化以接收所述狀態(tài)信息，應(yīng)用所述接收的狀態(tài)信息生成所述多個(gè)器具的計(jì)算機(jī)模型，接收選擇的觀察點(diǎn)的指示，所述選擇的觀察點(diǎn)是已經(jīng)從與所述圖像獲取器具當(dāng)前可獲取的圖像的觀察點(diǎn)均不同的多個(gè)預(yù)定的可選擇觀察點(diǎn)中選擇的，將所述計(jì)算機(jī)模型轉(zhuǎn)換成所述選擇的觀察點(diǎn)的透視圖，以及使所述轉(zhuǎn)換的計(jì)算機(jī)模型顯示在所述顯示屏上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述鉸接元件包括鉸接所述多個(gè)器具的致動(dòng)器，并且其中所述多個(gè)傳感器感應(yīng)所述致動(dòng)器的活動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述鉸接元件包括接頭，并且其中所述多個(gè)傳感器包括感應(yīng)所述接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，進(jìn)一步包括進(jìn)入引導(dǎo)器操控器，其用于在至少兩個(gè)垂直方向上操控所述進(jìn)入引導(dǎo)器的姿勢(shì)，其中所述鉸接元件包括接頭和連桿，并且其中所述多個(gè)傳感器中個(gè)別與所述接頭、連桿和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器的其中之一連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器中個(gè)別被布置于所述多個(gè)器具中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器在所述多個(gè)器具的外部，以便感應(yīng)位于所述多個(gè)器具上的點(diǎn)的可追蹤元件的狀態(tài)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述處理器被程序化以通過(guò)計(jì)算所述多個(gè)器具關(guān)于固定參考點(diǎn)的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)來(lái)生成所述計(jì)算機(jī)模型。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述固定參考點(diǎn)是遠(yuǎn)中心，所述進(jìn)入引導(dǎo)器在至少兩個(gè)垂直方向上可繞所述遠(yuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其中所述處理器被程序化以通過(guò)這樣來(lái)將所述計(jì)算機(jī)模型轉(zhuǎn)換成選擇的觀察點(diǎn)的所述透視圖：計(jì)算從所述固定參考點(diǎn)至選擇的觀察點(diǎn)的距離以及應(yīng)用所述計(jì)算的距離將所述計(jì)算機(jī)模型轉(zhuǎn)換和定向?yàn)檫x擇的觀察點(diǎn)的透視圖?！疚臋n編號(hào)】A61B19/00GK104490474SQ201410779062【公開(kāi)日】2015年4月8日申請(qǐng)日期:2009年6月4日優(yōu)先權(quán)日:2008年6月27日【發(fā)明者】T·莫斯塔發(fā),N·迪奧萊提,D·Q·拉克恩申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司