專利名稱：在機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端自動(dòng)維持操作者選擇的滾動(dòng)取向的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及機(jī)器人內(nèi)窺鏡，并且特別地涉及在機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端自動(dòng)維持操作者選擇的滾動(dòng)取向同時(shí)控制該機(jī)器人內(nèi)窺鏡尖端的操作者命令移動(dòng)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡是允許醫(yī)生通過將設(shè)備插入通過自然腔道亦或外科醫(yī)生創(chuàng)建的開口并且將該設(shè)備引導(dǎo)到病人體內(nèi)的靶部位來捕獲內(nèi)部身體器官的圖像并且對(duì)其問題進(jìn)行診斷的一種醫(yī)療設(shè)備。在一些情況下，還可以使用所述設(shè)備在內(nèi)部身體器官上執(zhí)行多種醫(yī)療程序。所述設(shè)備可以是可操控的，使得其遠(yuǎn)側(cè)尖端出于導(dǎo)航目的被可控地取向和定位?？梢詫D像捕獲設(shè)備(例如立體或單視場(chǎng)照相機(jī))提供在其遠(yuǎn)側(cè)尖端以使得來自該視角的由照相機(jī)捕獲的圖像可以在顯示屏上被外科醫(yī)生看到。為了在靶部位執(zhí)行各種醫(yī)療程序，手術(shù)工具(例如用于切割、抓握、燒灼等的那些手術(shù)工具)可以延伸出內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端。內(nèi)窺鏡可以是剛性的(例如用于腹腔鏡檢查的那些內(nèi)窺鏡)，或者其可以是柔性的，使得其能夠遵循體腔的曲率。內(nèi)窺鏡還可以是可剛化的和/或機(jī)器人化的?？蓜偦膬?nèi)窺鏡是這樣一種內(nèi)窺鏡，其柔性主體的至少一部分可以通過機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)而基本剛性地制造。機(jī)器人內(nèi)窺鏡是一種柔性內(nèi)窺鏡，該內(nèi)窺鏡具有在計(jì)算機(jī)控制的伺服機(jī)構(gòu)下彎曲的至少一部分。經(jīng)自然腔道內(nèi)窺鏡手術(shù)(“NOTES”)可以使用一種可操控的內(nèi)窺鏡而在病人身上執(zhí)行手術(shù)程序。作為一個(gè)示例，可以引導(dǎo)柔性內(nèi)窺鏡通過身體腔道中的一個(gè)，并且從病人內(nèi)部而不是從外部通過微創(chuàng)切口進(jìn)入腹部。例如，在“經(jīng)胃的”手術(shù)中，儀器經(jīng)過嘴部并且進(jìn)入胃中。然后執(zhí)行胃切開術(shù)，使得所述儀器可以進(jìn)入腹部并且被外科醫(yī)生用來在腹腔內(nèi)執(zhí)行醫(yī)療程序。一旦該程序完成，將所述儀器連同程序期間去除的任何組織一起取出，并且將進(jìn)入點(diǎn)有支撐地閉合。因?yàn)樵诓∪梭w內(nèi)未產(chǎn)生用來容納內(nèi)窺鏡的進(jìn)入的外部切口，所以NOTES可能甚至比使用微創(chuàng)切口的手術(shù)的痛苦更少。而且，因?yàn)樗褂米匀簧眢w腔道替代外部切口來進(jìn)入身體，所以這可以引起全身麻醉的需要減少以及更快的恢復(fù)時(shí)間。在操作內(nèi)窺鏡過程中，當(dāng)朝向靶部位移動(dòng)時(shí)，或當(dāng)在靶部位執(zhí)行醫(yī)療程序時(shí)，可以將內(nèi)窺鏡尖端多次和在不同方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果，在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端捕獲的圖像的取向可能改變，并且當(dāng)觀察這些捕獲的圖像時(shí)，其操作者可能變得失去方向感。如果由于這種方向感缺失而使操作者意外地在錯(cuò)誤方向上移動(dòng)了內(nèi)窺鏡尖端，該尖端可能無意中刺穿或損害組織，造成對(duì)病人的傷害。即使通過小心地移動(dòng)內(nèi)窺鏡尖端避免這類傷害，仍需要額外的時(shí)間來重復(fù)地確定內(nèi)窺鏡尖端相對(duì)于病人體內(nèi)靶部位的正確取向。因此，執(zhí)行該程序所需要的時(shí)間延長了，這增加了手術(shù)成本并且增加了健康安全顧慮。授權(quán)給Schara等人(2006)的美國專利No. 7，134，992 (通過引用將其結(jié)合在此)公開了用于通過感測(cè)內(nèi)窺鏡的旋轉(zhuǎn)并且在視頻顯示設(shè)備上顯示該旋轉(zhuǎn)圖像之前相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)內(nèi)窺鏡圖像以補(bǔ)償所感測(cè)的旋轉(zhuǎn)而在參考重力的垂直取向上提供內(nèi)窺鏡圖像的方法。這類圖像旋轉(zhuǎn)技術(shù)的一個(gè)問題是當(dāng)工具延伸出內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端時(shí)，所述工具不能從為即將到來的任務(wù)捕獲的圖像的操作者的觀點(diǎn)被正確地取向。而且，雖然使用重力作為定向該圖像的參考可能是方便的，但消除專用于感測(cè)重力方向的額外硬件的成本和復(fù)雜度是期望的。另外，有時(shí)為操作者提供選擇不同取向參考的裝置可能是有用的
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的一個(gè)目的是用于在機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端自動(dòng)地維持期望的滾動(dòng)取向同時(shí)將機(jī)器人內(nèi)窺鏡尖端朝向病人體內(nèi)靶部位移動(dòng)或在病人體內(nèi)靶部位處移動(dòng)的方法、以及用于實(shí)施該方法的系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的另一個(gè)目的是用于在機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端自動(dòng)地維持期望的滾動(dòng)取向而不需要該遠(yuǎn)側(cè)尖端處滾動(dòng)角度傳感器的一種方法、以及用于實(shí)施該方法的系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面中的又一個(gè)目的是為操作者提供選擇期望的滾動(dòng)取向的裝置的方法，以及用于實(shí)施該方法的系統(tǒng)，所述滾動(dòng)取向?qū)⒈蛔詣?dòng)地維持在機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖立而。這些和額外的目的是通過本發(fā)明不同方面來實(shí)現(xiàn)的，其中簡短地說，一個(gè)方面是一種計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法用于控制機(jī)器人內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)側(cè)尖端的操作者命令的移動(dòng)，同時(shí)維持該尖端處的滾動(dòng)取向，該方法包括從操作者可操縱的輸入控制設(shè)備接收控制輸入；從所述控制輸入確定機(jī)器人內(nèi)窺鏡尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)，其中該當(dāng)前命令的狀態(tài)包括當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度；根據(jù)由尖端的在前處理期間命令的狀態(tài)指示的滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)以及指示尖端處維持的滾動(dòng)取向的設(shè)置點(diǎn)而通過將當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度限制為修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度來修改當(dāng)前命令的狀態(tài)；以及命令機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端被驅(qū)動(dòng)到所述修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)。 另一方面是一種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人內(nèi)窺鏡，其具有包括一個(gè)或更多個(gè)可彎曲區(qū)段和遠(yuǎn)側(cè)尖端的細(xì)長主體；操縱器，該操縱器具有一個(gè)或更多個(gè)可驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)以用于在相應(yīng)的自由度移動(dòng)中操縱所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡；操作者可操縱的輸入控制設(shè)備；以及處理器，該處理器配置為從操作者可操縱的輸入控制設(shè)備接收控制輸入，從控制輸入確定該機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)，其中所述當(dāng)前命令的狀態(tài)包括當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度，根據(jù)由所述尖端的在前處理期間命令的狀態(tài)指示的滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)和指示該尖端處維持的滾動(dòng)取向的設(shè)置點(diǎn)而通過將當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度限制為修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度來修改該當(dāng)前命令的狀態(tài)，并且命令該機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端被驅(qū)動(dòng)到修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)。
從本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的以下說明，本發(fā)明的不同方面的額外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯然，這些說明應(yīng)當(dāng)與附圖相結(jié)合采用。


圖I說明了利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)。
圖2說明了利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人內(nèi)窺鏡的示意圖。圖3說明了在不同方向上定向而沒有滾動(dòng)取向補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端。圖4說明了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)方面在不同方向上定向且具有滾動(dòng)取向補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人內(nèi)規(guī)鏡的尖。圖5說明了如利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中包括的用于操作者選擇設(shè)置點(diǎn)以及控制機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的控制處理器的部件的框圖。圖6說明了一種顯示屏，該顯示屏顯示由照相機(jī)在機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端處捕獲的圖像，以及當(dāng)前滾動(dòng)角度和滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器的圖形表示(如利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的顯示器上所示)。圖7說明了利用本發(fā)明多個(gè)方面的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法的流程圖，該方法用于控制機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端的操作者命令的移動(dòng)，同時(shí)維持尖端處的滾動(dòng)取向。圖8說明了固定參考系以及與機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端相關(guān)聯(lián)的參考系，當(dāng)用于利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中時(shí)，所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)尖端在固定參考系中移動(dòng)。圖9說明了計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法的流程圖，該方法用于在利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中確定滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)。圖10說明了當(dāng)在利用本發(fā)明多個(gè)方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用時(shí)確定滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)的圖形描述。
具體實(shí)施例方式圖I作為一個(gè)示例說明了一種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100，該系統(tǒng)包括機(jī)器人內(nèi)窺鏡110、插入該內(nèi)窺鏡110中的多個(gè)光纖電纜120、具有存儲(chǔ)器135的控制處理器130、致動(dòng)系統(tǒng)140、圖像處理器150、顯示屏160以及輸入控制設(shè)備171、172?？刂铺幚砥?30和圖像處理器150 (以及在此所述的任何其他處理器或控制器)各自可以實(shí)現(xiàn)為硬件、固件、軟件或其組合，它們與一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)相互作用或?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)中。優(yōu)選地，顯示屏160包括結(jié)合在計(jì)算機(jī)顯示器中的左眼屏和右眼屏，從而能夠向系統(tǒng)100的操作者顯示三維圖像。然而，出于成本考慮，顯示屏可以是僅能夠顯示二維圖像的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)顯示器。雖然僅顯示出一個(gè)顯示屏，但可以提供額外的顯示屏，使得例如當(dāng)外科醫(yī)生觀看顯示屏160時(shí)，輔助人員可以觀看定位在該輔助人員附近的顯示屏。輸入控制設(shè)備171優(yōu)選地是能夠命令至少6個(gè)自由度(DOF)移動(dòng)(例如，三個(gè)平移自由度和三個(gè)定向自由度)的六維(6-D)控制桿(速率或位置型)。另一方面，輸入控制設(shè)備172可以是常規(guī)計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或鍵盤。機(jī)器人內(nèi)窺鏡110具有柔性的細(xì)長主體114，該主體優(yōu)選地具有至少兩個(gè)可控制可彎曲的區(qū)段。該主體具有在其遠(yuǎn)端111處產(chǎn)生可操控尖端112的至少一個(gè)可控制可彎曲的區(qū)段。該主體還具有耦接到其近端115的用于致動(dòng)內(nèi)窺鏡110的移動(dòng)及其可控制可彎曲的區(qū)段的致動(dòng)系統(tǒng)140?？刂齐娎|或其他常規(guī)控制裝置(未顯示)從致動(dòng)系統(tǒng)140延伸到該可操控尖端112的至少一個(gè)可控制可彎曲的區(qū)段，使得該尖端112可以可控制地彎曲或轉(zhuǎn)動(dòng)，如例如通過彎曲尖端112的虛線形式所示的。在這個(gè)示例中,其他電纜或其他常規(guī)控制裝置(未顯示)也可以延伸到其他可控制可彎曲的區(qū)段，使得它們可以被可控制地彎曲。被動(dòng)可彎曲的區(qū)段也可以包括在機(jī)器人內(nèi)窺鏡以及可彎曲的區(qū)段中，所述可彎曲的區(qū)段以某種方式被限制為與其他可彎曲的區(qū)段一起移動(dòng)。參考圖2，該致動(dòng)系統(tǒng)140包括內(nèi)窺鏡操縱器231以及一個(gè)或更多個(gè)彎曲致動(dòng)器232。該內(nèi)窺鏡操縱器231用來以兩個(gè)自由度致動(dòng)機(jī)器人內(nèi)窺鏡110。用將機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的近端115前后移動(dòng)的柱狀關(guān)節(jié)(prismatic joint)執(zhí)行的一個(gè)自由度是插入/抽出移動(dòng)(如通過虛線的雙頭箭頭標(biāo)記的“I/O”說明的)。另一個(gè)自由度是用圍繞其插入/抽出方向旋轉(zhuǎn)機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行的近側(cè)滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)(如通過虛線的雙頭箭頭標(biāo)記“小”說明的)。彎曲致動(dòng)器232致動(dòng)機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的彎曲區(qū)段201-203，因此所述區(qū)段在各自的螺距(pitch)旋轉(zhuǎn)(如通過虛線的雙頭弧線a 1-a 3說明的)和俯仰(yaw)旋轉(zhuǎn)(如 通過虛線的雙頭弧線￠1-0 3說明的)中均是可彎曲的。除了這些可彎曲的區(qū)段，機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的第一連桿211以其近端耦接到內(nèi)窺鏡操縱器231，并且以其遠(yuǎn)端耦接到主體114的剩余部分，使得該內(nèi)窺鏡操縱器231使得連桿211在I/O方向或滾動(dòng)方向(0 )上移動(dòng)，然后主體114的剩余部分(并且具體地是，所有可彎曲的區(qū)段201-203和與這些可彎曲的區(qū)段201-203耦接的耦接連桿212-215)與第一連桿211 —致地移動(dòng)。一個(gè)或更多個(gè)光纖電纜120 (圖I中所示)優(yōu)選地配置有彎曲或形狀傳感器，例如Fiber Bragg Grating (光纖布拉格光柵)(或其他應(yīng)力傳感器，例如使用瑞利(Rayleigh)散射的那些應(yīng)力傳感器)，使得通過光纖電纜的光被控制處理器130 (或分離的位置處理器)處理，從而確定內(nèi)窺鏡110的當(dāng)前位置和形狀，包括其遠(yuǎn)側(cè)尖端112的取向。除了延伸經(jīng)過內(nèi)窺鏡110的光纖電纜120，配置有應(yīng)力傳感器的一個(gè)或更多個(gè)額外的光纖電纜(未顯示)可以附連到該內(nèi)窺鏡110，從而提供附連點(diǎn)處的內(nèi)窺鏡110的位置信息。使用Fiber Bragg Grating確定內(nèi)窺鏡的位置和彎曲的額外細(xì)節(jié)可以例如在名稱為“RoboticSurgery System Including Position Sensors Using Fiber Bragg Gratings，，的美國專利申請(qǐng) 2007/0156019 Al;名稱為“Fiber Optic Position and/or Shape Sensing Basedon Rayleigh Scatter” 的美國專利申請(qǐng) 2008/0212082A1 ;名稱為 “Robotic SurgicalInstrument and Methods using Bragg Fiber Sensors，，的美國專利申請(qǐng) 2008/0218770Al ;以及名稱為“Fiber Optic Shape Sensor”的美國申請(qǐng)序列號(hào)為12/164，829的專利申請(qǐng)中找到；它們中的每一個(gè)通過引用結(jié)合在此。常規(guī)可操控的內(nèi)窺鏡的額外細(xì)節(jié)可以例如在名稱為 “Steerable Endoscope and Improved Method of Insertion” 的美國專利6, 869, 396 B2中找到，通過引用將其結(jié)合在此。雖然光纖傳感器是用于彎曲或形狀感測(cè)的優(yōu)選裝置，但還可以將其他傳感器用于實(shí)踐本發(fā)明，例如電磁傳感器、電位計(jì)等。在內(nèi)窺鏡110的遠(yuǎn)側(cè)尖端112處提供了立體或單視場(chǎng)照相機(jī)以用于捕獲圖像，這些圖像被傳送到圖像處理器150并且由該圖像處理器150進(jìn)行處理，并且以用于內(nèi)窺鏡的常規(guī)形式顯示在顯示屏160上。光纖電纜120之一能夠以其近端耦接到光源(未顯示)以用于在遠(yuǎn)側(cè)尖端112處的照明目的。當(dāng)照相機(jī)遠(yuǎn)離遠(yuǎn)側(cè)尖端112觀察時(shí)，通過照相機(jī)視野的深度軸ZTIP、水平軸Xtip以及垂直軸Ytip在遠(yuǎn)側(cè)尖端112處定義遠(yuǎn)側(cè)尖端參考系200。如圖3中簡單顯示的，當(dāng)遠(yuǎn)側(cè)尖端112在一個(gè)方向301或另一個(gè)方向302上彎曲時(shí)，它的水平取向300 (如由Xtip-Ztip平面定義的)可以相對(duì)于其環(huán)境而改變。如前面說明的，當(dāng)操作者從由遠(yuǎn)側(cè)尖端照相機(jī)捕獲并且顯示在顯示屏160上的圖像觀察區(qū)域時(shí)，相對(duì)于環(huán)境在水平取向上的這種改變可能使操作者迷失方向。為了防止這種方向感的缺失，理想的是，如圖4中所示，當(dāng)遠(yuǎn)側(cè)尖端112在任何方向上彎曲時(shí)，它的水平取向300保持與其環(huán)境相同。例如，可以期望 的是水平取向300總是垂直于重力。作為一個(gè)示例，圖5說明了控制處理器130的部件的框圖，該控制處理器130允許操作者選擇或改變?cè)O(shè)置點(diǎn)，該設(shè)置點(diǎn)指示在機(jī)器人內(nèi)窺鏡110遠(yuǎn)側(cè)尖端112處捕獲的照相機(jī)視圖的期望的滾動(dòng)取向，并且允許操作者命令該遠(yuǎn)側(cè)尖端112的移動(dòng)，同時(shí)該系統(tǒng)自動(dòng)地維持遠(yuǎn)側(cè)尖端112處的期望的滾動(dòng)取向。操作者使用適當(dāng)?shù)妮斎朐O(shè)備，例如輸入控制設(shè)備172，來選擇或改變?cè)撛O(shè)置點(diǎn)而與設(shè)置點(diǎn)處理器132相互作用，并且使用輸入控制設(shè)備171命令機(jī)器人內(nèi)規(guī)鏡110遠(yuǎn)側(cè)尖纟而112的移動(dòng)。在操作者干預(yù)或不干預(yù)下使用重力來產(chǎn)生參考可以建立初始或缺省的設(shè)置點(diǎn)。在這種情況下，可以定義指示該設(shè)置點(diǎn)的參考向量Ysp，使得它指向與重力向量相反的方向。隨后可以通過操作者與設(shè)置點(diǎn)處理器132相互作用來改變?cè)撛O(shè)置點(diǎn)(或如果缺省的設(shè)置點(diǎn)未被定義，則建立初始的設(shè)置點(diǎn))。例如，通過按下輸入控制設(shè)備171、172之一上的選擇按鈕，或使用通過聲音識(shí)別系統(tǒng)(未顯示)識(shí)別用于這種目的的聲音命令，或使用任何其他公知的交互裝置，操作者可以選擇設(shè)置點(diǎn)，使得其相應(yīng)于尖端112的當(dāng)前滾動(dòng)取向。在這種情況下，設(shè)置點(diǎn)處理器132定義了指示設(shè)置點(diǎn)的參考向量YSP，使得在這種操作者選擇輸入時(shí)，該參考向量Ysp指向與尖端的照相機(jī)視圖的Ytip軸線相同的方向。以常規(guī)方式從當(dāng)前尖端位置和取向確定尖端參考系(XTIP、YTIP、ZTIP)，所述當(dāng)前尖端位置和取向通過前向運(yùn)動(dòng)處理器136從致動(dòng)單元140的感測(cè)的關(guān)節(jié)位置138產(chǎn)生。作為另一個(gè)示例，操作者可以通過與圖形用戶界面(⑶I)相互作用來建立設(shè)置點(diǎn)。如圖6中說明的，設(shè)置點(diǎn)處理器132可以實(shí)現(xiàn)為包括該⑶I，該Gn包括顯示屏160，在該顯示屏160上與由遠(yuǎn)側(cè)尖端照相機(jī)捕獲的圖像350相鄰地顯示圖形圖像600。圖形圖像600包括當(dāng)前滾動(dòng)角度指示器601以及圖形可旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器602。⑶I允許例如輸入控制設(shè)備172等輸入控制設(shè)備與該圖形圖像600的可旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器602相互作用。例如，響應(yīng)于輸入控制設(shè)備172通過其操作者的移動(dòng)，滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器602可以從當(dāng)前滾動(dòng)角度指示器601旋轉(zhuǎn)到不同角度，如圖6中所示。同時(shí)，當(dāng)操作者使?jié)L動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器602旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸入管理器131使遠(yuǎn)側(cè)尖端滾動(dòng)角度(C^tip)和當(dāng)前滾動(dòng)角度指示器601跟蹤該移動(dòng)，使得當(dāng)遠(yuǎn)側(cè)尖端滾動(dòng)角度匹配該可旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器602指示的角度時(shí)，可選擇的滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)指示器602在顯示屏160上消失，并且保留當(dāng)前滾動(dòng)角度指示器601。再次參考圖5，通過移動(dòng)輸入控制設(shè)備171，操作者命令機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的遠(yuǎn)側(cè)尖端112的移動(dòng)。如果輸入控制設(shè)備171是位置類型設(shè)備，則它的移動(dòng)定義了平移和定向位置的6個(gè)自由度(D0F)。在這種情況下，通過用連續(xù)處理周期之間位置中相應(yīng)改變除以處理周期的持續(xù)時(shí)間能夠以常規(guī)方式來計(jì)算平移和定向速度的6個(gè)D0F。另一方面，如果該輸入控制設(shè)備171是速率類型設(shè)備，則它的移動(dòng)定義了平移和定向速度的6個(gè)D0F。在后一種情況下，能夠以常規(guī)方式通過將相應(yīng)速度和處理周期的持續(xù)時(shí)間的乘積添加到針對(duì)緊鄰的之前的處理循環(huán)計(jì)算的(或初始設(shè)置的)位置值，計(jì)算平移和定向位置的6個(gè)DOF中的每一個(gè)。在任何一種情況下，通過輸入處理器來執(zhí)行額外的速度或位置計(jì)算，為了簡化說明的目的，該輸入處理器被認(rèn)為是輸入控制設(shè)備171的一部分。輸入管理器處理器131處理輸入控制設(shè)備171的輸出，用來產(chǎn)生相對(duì)于固定笛卡爾X、Y、Z參考系(例如，圖8的固定系800)的遠(yuǎn)側(cè)尖端112的當(dāng)前命令的狀態(tài)，并且使用由設(shè)置點(diǎn)處理器132提供的設(shè)置點(diǎn)信息來修改當(dāng)前命令的狀態(tài)，從而產(chǎn)生遠(yuǎn)側(cè)尖端112的修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)。在此參考圖7-10說明通過輸入管理器處理器131執(zhí)行的處理的詳細(xì)說明。修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)考慮了操作者命令的遠(yuǎn)側(cè)尖端112的移動(dòng)和在遠(yuǎn)側(cè)尖端112處維持滾動(dòng)取向的要求(即維持由相對(duì)于與設(shè)置點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的參考向量Ysp由遠(yuǎn)側(cè)尖端照相機(jī)視圖的Xtip-Ztip平面定義的水平角度)。逆向運(yùn)動(dòng)處理器134從輸入管理器處理器131接收遠(yuǎn)側(cè)尖端112的命令的狀態(tài)并 且將它變換成相應(yīng)的關(guān)節(jié)命令，以便驅(qū)動(dòng)內(nèi)窺鏡操縱器231和彎曲致動(dòng)器232。通過以常規(guī)方式將命令的狀態(tài)應(yīng)用到包括內(nèi)窺鏡操縱器231和機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的組合的串行運(yùn)動(dòng)鏈的逆向運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)該變換。關(guān)節(jié)控制處理器135包括用于通過內(nèi)窺鏡操縱器231和彎曲致動(dòng)器232來致動(dòng)和控制每個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)。將逆向運(yùn)動(dòng)處理器134的輸出提供到關(guān)節(jié)控制處理器135，該處理器135通過致動(dòng)命令137來控制致動(dòng)單元140的操作，使得內(nèi)窺鏡操縱器231的可控關(guān)節(jié)和機(jī)器人內(nèi)窺鏡110的可控可彎曲的區(qū)段被驅(qū)動(dòng)到適當(dāng)位置，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人內(nèi)窺鏡110遠(yuǎn)側(cè)尖端112的命令的狀態(tài)。作為一個(gè)示例，圖7說明了在輸入管理器處理器131中實(shí)現(xiàn)的方法的流程圖，所述方法用來控制機(jī)器人內(nèi)窺鏡110遠(yuǎn)側(cè)尖端112的操作者命令的移動(dòng)，同時(shí)維持相應(yīng)于設(shè)置點(diǎn)的尖端112處的滾動(dòng)取向。在步驟701中，該方法從輸入控制設(shè)備171接收操作者輸入。在步驟702中，該方法以常規(guī)方式通過將例如從輸入控制設(shè)備171接收的平移和取向位置的6個(gè)DOF和速度應(yīng)用到已知變換從而以相應(yīng)的尖端112的平移和定向位置的6個(gè)DOF和速度產(chǎn)生當(dāng)前命令的狀態(tài)，將操作者輸入變換成內(nèi)窺鏡110遠(yuǎn)側(cè)尖端112的當(dāng)前命令的狀態(tài)。如在此使用的術(shù)語“當(dāng)前命令”是指針對(duì)當(dāng)前處理循環(huán)或周期(例如，時(shí)間“t”)提出的命令，并且如在此使用的術(shù)語“之前的處理命令”是指在前面的處理循環(huán)或周期中已經(jīng)提出的命令(例如，時(shí)間“t-1”)。在步驟703中，該方法使用尖端112和設(shè)置點(diǎn)緊鄰的之前的處理命令的狀態(tài)的信息而確定滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)(A (tTIPA)。滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)表示滾動(dòng)角度圍繞Ztip軸的改變，該Ztip軸需要用來維持在遠(yuǎn)側(cè)尖端112處照相機(jī)捕獲的視圖的水平Xtip軸具有由設(shè)置點(diǎn)來指示的滾動(dòng)取向。如前面參考圖5說明的，設(shè)置點(diǎn)可以是操作者選擇的，或設(shè)置點(diǎn)可以是使用例如重力感測(cè)機(jī)構(gòu)而自動(dòng)建立的，所述重力感測(cè)機(jī)構(gòu)例如前面結(jié)合參考美國專利7，134，992所述，在這種情況下，滾動(dòng)取向優(yōu)選地是垂直于向下指向的重力向量的水平線。用于執(zhí)行步驟703的方法的一個(gè)示例示于圖9中，其中在步驟901中，從設(shè)置點(diǎn)處理器132接收參考向量Ysp，該參考向量指示設(shè)置點(diǎn)并且該參考向量的生成在前面參考圖5進(jìn)行了說明。當(dāng)遠(yuǎn)側(cè)尖端112在不同方向上移動(dòng)并且取向時(shí)，它的遠(yuǎn)側(cè)尖端參考系200由此(具有如參考圖2定義的正交軸XTIP、Ytip和Ztip)移動(dòng)。例如，如圖8中所示，當(dāng)尖端112之前處于在固定參考系800中指示為200’的尖端參考系位置和取向時(shí),參考向量Ysp顯示為被t呆作者建立。尖端112隨后的移動(dòng)導(dǎo)致尖端參考系位直和取向如在固定參考系800中通過尖端參考系200指示的移動(dòng)。在步驟902中，將參考向量Ysp投影到包括尖端參考系的Ytip軸和Ztip軸的平面上，如圖10中所示。在這種情況下，可以從尖端112的前面的處理循環(huán)命令的狀態(tài)(例如圖5中所示的緊鄰的之前的處理周期)來提供尖端參考系200，或可以從由指示尖端112感測(cè)的狀態(tài)的前向運(yùn)動(dòng)處理器136接收的信息來提供所述尖端參考系200。在步驟903中，將滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)(A (^tipa)確定為參考向量Ysp與其在Ytip-Ztip平面上的投影Y’ SP之間的角度，同樣如圖10中所示。在步驟704中，判斷在步驟703中確定的滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)是否小于閾值。如果所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)小于閾值(即滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)相對(duì)小)，則該方法前進(jìn)到步驟705，否則，該方法前進(jìn)到步驟707。該閾值可以設(shè)置為一些固定值，例如5度或當(dāng)在顯示屏160上觀察捕獲的圖像350時(shí)導(dǎo)致遠(yuǎn)側(cè)照相機(jī)視圖的滾動(dòng)取向中的改變的其他一些角度，所述改變使操作者難以發(fā)現(xiàn)或至少不使操作者迷失方向。為了滿足操作者偏好，還可以通過添加允許操作者指定和/或調(diào)節(jié)閾值的一些裝置來修改參考圖6中說明的GUI。 在步驟705中，由于滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)已經(jīng)被確定為小于閾值，所以該方法將當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度C ^ipc )修改為零，并且在步驟706中，如果必要，該方法將當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置，即0Tirc(t)修改為其緊鄰的之前的處理周期命令的滾動(dòng)位置，即0Tirc(t-l)，使得遠(yuǎn)側(cè)尖端112處的當(dāng)前滾動(dòng)取向可以維持。另一方面，在步驟707中，當(dāng)滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)已經(jīng)被確定為等于或大于閾值時(shí)，該方法將當(dāng)前命令的滾動(dòng)角度速度()修改為某個(gè)值，該值是滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)的函數(shù)或是恒定值，這取決于本發(fā)明選擇的實(shí)施例，并且在步驟708中，使用例如下面的等式，所述方法修改了當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置，即0 HPC (t)，從而與修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度(4fc )一致^TIPC W —本TlPC (0 AT + ^TIPC (1—1)( I )其中“i>TIPC{tY’是修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度，“AT”是處理循環(huán)或周期的持續(xù)時(shí)間，而“ ^tipc(t-1) ”是緊鄰的之前的處理周期命令的滾動(dòng)位置(之前存儲(chǔ)在圖5中的存儲(chǔ)元件或存儲(chǔ)器133中并且當(dāng)前從中讀取)。步驟707中使用的函數(shù)和常數(shù)中的任一者或兩者可能與總命令的尖端速度的幅值按比例縮放，從而避免可能使操作者驚訝的較大和/或突然的改變。在該函數(shù)的一個(gè)示例中，可以構(gòu)造該函數(shù)，使得當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度(4 PC )隨著滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)的增大(具有某一最大值)而增大。當(dāng)將當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度(^tipc )設(shè)置為常數(shù)時(shí)，對(duì)當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度的幅值的這種限制可以延長到達(dá)當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置所需要的時(shí)間量，但是將防止較大的潛在危險(xiǎn)的尖端速度命令的發(fā)生。在步驟709中，該方法以如在步驟702中的常規(guī)方式將操作者輸入變換成內(nèi)窺鏡尖端112的修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)，除了此時(shí)該修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度被認(rèn)為是等于步驟705或步驟707中確定的數(shù)值并且該修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置被約束為等于步驟706或步驟708中確定的數(shù)值以外，這取決于步驟704的結(jié)果?？商鎿Q地，可以僅通過用修改的當(dāng)前滾動(dòng)位置替換當(dāng)前命令的狀態(tài)中的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置并且用修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置替換當(dāng)前命令的狀態(tài)中的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度，來簡單地形成內(nèi)窺鏡尖端112的修改的當(dāng)前命令狀態(tài)。在步驟710中，將遠(yuǎn)側(cè)尖端112的修改的命令的狀態(tài)提供給逆向運(yùn)動(dòng)處理器134，如前面參考圖5說明的。雖然已經(jīng)參考一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的不同方面進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明被完全保護(hù)在所附權(quán)利要求的全部范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于控制機(jī)器人內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)側(cè)尖端的操作者命令的移動(dòng)同時(shí)維持該尖端處的滾動(dòng)取向的方法，該方法包括 從操作者可操縱的輸入控制設(shè)備接收控制輸入； 確定來自所述控制輸入的所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)，其中所述命令的狀態(tài)包括當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度； 通過根據(jù)所述尖端的之前處理周期命令的狀態(tài)指示的滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)以及指示將在所述尖端處維持的滾動(dòng)取向的設(shè)置點(diǎn)將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度約束為修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度，從而修改所述當(dāng)前命令的狀態(tài)；并且 命令所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端被驅(qū)動(dòng)到所述修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中尖端參考系在所述內(nèi)窺鏡的尖端處定義，使得具有指示在所述尖端處捕獲的視圖的深度方向的Ztip軸，指示所述視圖的水平方向的Xtip軸，以及指示所述視圖的垂直方向的Ytip軸，該方法進(jìn)一步包括 接收指示所述設(shè)置點(diǎn)的參考向量； 將所述參考向量投影到包含所述Ytip軸和Ztip軸的平面上；以及 將所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)確定為所述參考向量和被投影的參考向量之間的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中只要所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)小于閾值，則通過將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度設(shè)置為零而對(duì)其進(jìn)行修改，并且通過將所述命令的滾動(dòng)位置設(shè)置為之前處理周期命令的滾動(dòng)位置而對(duì)其進(jìn)行修改。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中每當(dāng)所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)大于閾值時(shí)，通過將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度設(shè)定為固定值而對(duì)其進(jìn)行修改，并且將所述命令的滾動(dòng)位置調(diào)節(jié)到與所述修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度一致的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中每當(dāng)所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)大于閾值時(shí)，就將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度修改為所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)的函數(shù)，并且將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置調(diào)節(jié)到與所述修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度一致的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中建立所述設(shè)置點(diǎn)使得其與重力正交。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 接收來自操作者操縱的輸入設(shè)備的所述設(shè)置點(diǎn)的指示。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中當(dāng)從操作者接收到所述設(shè)置點(diǎn)的指示時(shí)，通過所述尖端處的滾動(dòng)取向來建立所述設(shè)置點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括 將所述設(shè)置點(diǎn)的圖形表示顯示在操作者可見的顯示屏上； 從操作者操縱的輸入設(shè)備接收輸入； 根據(jù)接收到的輸入對(duì)所述顯示屏上的設(shè)置點(diǎn)的圖形表示的取向進(jìn)行調(diào)節(jié)；以及 從所述設(shè)置點(diǎn)的所述圖形表示的調(diào)節(jié)的取向來確定所述設(shè)置點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中命令所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端被驅(qū)動(dòng)到所述修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)包括 確定操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)和所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的一個(gè)或更多個(gè)彎曲區(qū)段的彎曲角度的組合，從而實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)，所述操縱器以相應(yīng)的自由度移動(dòng)來操縱所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡，所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的一個(gè)或更多個(gè)彎曲區(qū)段彎曲所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的主體；以及 命令所述操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)被驅(qū)動(dòng)到確定的關(guān)節(jié)狀態(tài)，并且所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的所述一個(gè)或更多個(gè)彎曲區(qū)段被驅(qū)動(dòng)到確定的彎曲角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)包括用于沿著線性路徑前后移動(dòng)所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的近端的柱狀關(guān)節(jié)，以及用于圍繞所述線性路徑旋轉(zhuǎn)所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的近端的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中從控制輸入確定所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)包括 從所述控制輸入和針對(duì)一個(gè)或更多個(gè)之前的處理周期存儲(chǔ)的控制輸入的信息來確定平移和角度尖端狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中從所述控制輸入確定所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)包括 相對(duì)于固定的笛卡爾參考系，將所述控制輸入變換成所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的期望狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中確定所述操縱器一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)以及該機(jī)器人內(nèi)窺鏡的一個(gè)或更多個(gè)彎曲區(qū)段的彎曲角度包括 將修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)應(yīng)用到包括所述操縱器和所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的組合的串行運(yùn)動(dòng)鏈的逆向運(yùn)動(dòng)上。
15.—種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng),包括 機(jī)器人內(nèi)窺鏡，該機(jī)器人內(nèi)窺鏡具有細(xì)長主體，該細(xì)長主體包括一個(gè)或更多個(gè)可彎曲區(qū)段和遠(yuǎn)側(cè)尖端； 操縱器，該操縱器具有一個(gè)或更多個(gè)可驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，從而以相應(yīng)的自由度移動(dòng)來操縱所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡； 操作者可操縱的輸入控制設(shè)備；以及 處理器，該處理器被配置為從所述操作者可操縱的輸入控制設(shè)備接收控制輸入；從所述控制輸入確定機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)，其中所述當(dāng)前命令的狀態(tài)包括命令的滾動(dòng)位置和速度；根據(jù)由該尖端的之前處理周期命令的狀態(tài)指示的滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)以及指示將被維持在所述尖端處的滾動(dòng)取向的設(shè)置點(diǎn)通過將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度約束為修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度而修改所述當(dāng)前命令的狀態(tài)；并且命令所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端被驅(qū)動(dòng)到修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中尖端參考系被定義在所述內(nèi)窺鏡的尖端，從而具有指示在所述尖端捕獲的視圖的深度方向的Ztip軸，指示該視圖的水平方向的Xtip軸，以及指示該視圖的垂直方向的Ytip軸；并且其中所述處理器進(jìn)一步配置為接收指示所述設(shè)置點(diǎn)的參考向量，將該參考向量投影到包含所述Ytip軸和Ztip軸的平面上，并且確定所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)為所述參考向量和被投影的參考向量之間的角度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為只要所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)小于閾值，則通過將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度設(shè)置為零而對(duì)其進(jìn)行修改，并且通過將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置設(shè)置為之前處理周期命令的滾動(dòng)位置而對(duì)其進(jìn)行修改。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為每當(dāng)所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)大于閾值時(shí)，就通過將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度設(shè)置為固定值而對(duì)其進(jìn)行修改，并且將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置調(diào)節(jié)到與所述修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度一致的值。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為每當(dāng)所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)大于閾值時(shí)，就將所述當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度修改為所述滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)的函數(shù)，并且將所述命令的滾動(dòng)位置調(diào)節(jié)到與所述修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)速度一致的值。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中建立所述設(shè)置點(diǎn)從而與重力正交。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為從操作者操縱的輸入設(shè)備接收所述設(shè)置點(diǎn)的指示。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為在從操作者接收到所述設(shè)置點(diǎn)的指示時(shí)，通過所述尖端處的滾動(dòng)取向來建立所述設(shè)置點(diǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 顯示屏；以及 操作者可操縱的輸入設(shè)備； 其中所述處理器被配置為將該滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)的圖形表示顯示在所述顯示屏上，從所述操作者可操縱的輸入設(shè)備接收輸入，根據(jù)接收到的輸入在所述顯示屏上調(diào)節(jié)所述滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)的圖形表示的取向，并且從所述滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)的圖形表示的被調(diào)節(jié)的取向來確定所述滾動(dòng)設(shè)置點(diǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過確定操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)和所述細(xì)長主體的一個(gè)或更多個(gè)可彎曲區(qū)段的彎曲角度的組合來命令所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端被驅(qū)動(dòng)到所述修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的所述修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)；并且命令所述操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)被驅(qū)動(dòng)到確定的關(guān)節(jié)狀態(tài)，并且命令所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的一個(gè)或更多個(gè)可彎曲區(qū)段被驅(qū)動(dòng)到確定的彎曲角度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)包括用于沿著線性路徑前后移動(dòng)所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的近端的柱狀關(guān)節(jié)，以及用于圍繞該線性路徑旋轉(zhuǎn)所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的所述近端的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過從所述控制輸入和針對(duì)一個(gè)或更多個(gè)之前處理周期的控制輸入的存儲(chǔ)信息來確定平移和角度尖端狀態(tài)，從而從所述控制輸入確定該機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過相對(duì)于固定的笛卡爾參考系將所述控制輸入變換為所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的期望狀態(tài)，從而從所述控制輸入確定所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的尖端的命令的狀態(tài)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過將所述修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)應(yīng)用到包括所述操縱器和所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的組合的串行運(yùn)動(dòng)鏈的逆向運(yùn)動(dòng)上來確定所述操縱器的一個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)以及所述機(jī)器人內(nèi)窺鏡的所述一個(gè)或更多個(gè)可彎曲區(qū)段的彎曲角度。
全文摘要
在機(jī)器人內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，在機(jī)器人內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)側(cè)尖端捕獲并且顯示在可被內(nèi)窺鏡的操作者看到的屏幕上的照相機(jī)視圖的取向被自動(dòng)維持在與設(shè)置點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的滾動(dòng)取向，從而當(dāng)內(nèi)窺鏡移動(dòng)、彎曲并且其尖端在不同取向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不使操作者迷失方向。處理器從操作者輸入產(chǎn)生尖端的當(dāng)前命令的狀態(tài)，并且對(duì)其進(jìn)行修改以維持該設(shè)置點(diǎn)滾動(dòng)取向。為了產(chǎn)生修改的當(dāng)前命令的狀態(tài)，該當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度被約束為修改的當(dāng)前命令的滾動(dòng)位置和速度，其已根據(jù)由所述尖端和設(shè)置點(diǎn)的之前處理周期命令的狀態(tài)指示的滾動(dòng)角度調(diào)節(jié)進(jìn)行了修改。所述處理器之后命令機(jī)器人內(nèi)窺鏡被驅(qū)動(dòng)到修改的命令的狀態(tài)。
文檔編號(hào)A61M25/01GK102711586SQ201180006939
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者C·Q·登霍歐, G·M·普里斯科 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司