專利名稱：提供包括延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械的運(yùn)動(dòng)限制范圍的輔助視圖的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，并且尤其涉及提供輔助視圖的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，輔助視圖包括延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械(instrument)的運(yùn)動(dòng)限制范圍。
背景技術(shù)：
在執(zhí)行微創(chuàng)手術(shù)程序中使用的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，例如遙控操控系統(tǒng)，提供優(yōu)于傳統(tǒng)開放式手術(shù)技術(shù)的許多好處，包括痛苦較少、住院時(shí)間較短、恢復(fù)正?；顒?dòng)更快、疤痕最小、縮短康復(fù)時(shí)間、以及對(duì)組織損傷較少。因此，對(duì)該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的需求強(qiáng)并且在增加。該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)例子是美國加利福尼亞州森尼韋爾市IntuitiveSurgical公司的da Vinci 手術(shù)系統(tǒng),其為微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。da Vinci 手術(shù)系統(tǒng)具有許多機(jī)器人手臂，其響應(yīng)通過手術(shù)部位的圖像捕捉裝置捕捉的外科醫(yī)生觀察圖像對(duì)輸入裝置的移動(dòng)，而移動(dòng)所連接的醫(yī)療裝置，例如圖像捕捉裝置和Intuitive Surgical公司所有的Endo Wrist 可聯(lián)接手術(shù)器械。每個(gè)醫(yī)療裝置都被通過其自己的微創(chuàng)切口插入患者體內(nèi)并定位,從而執(zhí)行手術(shù)部位上的醫(yī)療程序。切口關(guān)于患者的身體定位，以便可使用多個(gè)手術(shù)器械共同執(zhí)行醫(yī)療程序，并且在程序期間，圖像捕捉裝置可觀察它，而不與其機(jī)器人手臂碰撞。為了執(zhí)行某些醫(yī)療程序，使用單進(jìn)入孔從而進(jìn)入患者體內(nèi)執(zhí)行醫(yī)療程序可有利，例如微創(chuàng)切口或自然身體口。例如，可首先將進(jìn)入引導(dǎo)器插入、定位并且保持在進(jìn)入孔中的適當(dāng)位置。然后可將這樣的器械插入進(jìn)入引導(dǎo)器的近端，以便從其遠(yuǎn)端伸出，該器械是諸如可聯(lián)接相機(jī)和多個(gè)可聯(lián)接手術(shù)工具，其可用于執(zhí)行醫(yī)療程序。因而，進(jìn)入引導(dǎo)器為多個(gè)器械提供單進(jìn)入孔，而同時(shí)隨著進(jìn)入引導(dǎo)器將多個(gè)器械朝著工作點(diǎn)引導(dǎo)，還這些器械捆在一起。進(jìn)入引導(dǎo)器可為剛性或柔性的。因?yàn)檫M(jìn)入引導(dǎo)器為了適合通過微創(chuàng)切口或自然身體口而通常具有相對(duì)小的直徑，所以在遙控操控手術(shù)工具以及遙控操控相機(jī)執(zhí)行醫(yī)療程序從而對(duì)其觀察時(shí)，可產(chǎn)生許多問題。例如，由于相機(jī)與手術(shù)工具捆綁，因此其相對(duì)于手術(shù)工具的定位受限，并且因此對(duì)手術(shù)工具的觀察受限。因而，雖然可將可聯(lián)接手術(shù)工具的尖端保持在相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)，但是促進(jìn)手術(shù)工具可聯(lián)接性的可控聯(lián)接可不在相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)。結(jié)果，手術(shù)工具的可控聯(lián)接可在執(zhí)行手術(shù)程序期間，不注意地相互碰撞(或與相機(jī)的鏈接碰撞)，并且結(jié)果，引起對(duì)患者的傷害，或者引起其他不利地影響醫(yī)療程序的執(zhí)行。同樣地，因?yàn)榭陕?lián)接相機(jī)通常不能觀察其自身的可控聯(lián)接，所以當(dāng)避免與手術(shù)工具鏈接的碰撞時(shí)，尤其關(guān)注相機(jī)的操作者運(yùn)動(dòng)。此外，當(dāng)提供直覺控制，從而幫助操作者遙控移動(dòng)手術(shù)工具和相機(jī)時(shí)，產(chǎn)生此工具尖端和相機(jī)的直覺運(yùn)動(dòng)所需的聯(lián)接運(yùn)動(dòng)對(duì)于操作者來說不明顯或不直覺，因而使操作者甚至更難避免相機(jī)視場(chǎng)外的聯(lián)接之間的碰撞。進(jìn)入引導(dǎo)器以及延伸出其遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械的良好定位布置允許器械無障礙運(yùn)動(dòng)并且大范圍運(yùn)動(dòng)，以便能夠使用這些器械在目標(biāo)點(diǎn)執(zhí)行醫(yī)療程序。然而，由于相機(jī)提供的受限觀察，操作者難以確定進(jìn)入引導(dǎo)器的良好定位布置，或者延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械的良好定位布置。此外，大部分由于相機(jī)器械的搖動(dòng)和傾斜能力，該捆綁器械布置傾向于在平常使用中進(jìn)入非最優(yōu)工具工作方向。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一個(gè)或多于一個(gè)方面的目標(biāo)是這樣一種方法，其向操作者提供輔助視圖，從而幫助操作者使用醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)患者執(zhí)行醫(yī)療程序操作者，該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)具有可聯(lián)接的器械，其延伸出經(jīng)患者身上的單進(jìn)入孔而插入的進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端。本發(fā)明一個(gè)或多于一個(gè)方面的另一目標(biāo)是一種在該醫(yī) 療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法，該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)向操作者提供視覺指示，其指示可聯(lián)接器械的可控接點(diǎn)何時(shí)接近其各自運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的限制。本發(fā)明一個(gè)或多于一個(gè)方面的另一目標(biāo)是一種在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法，該醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)向操作者提供視覺指示，其指示可聯(lián)接器械的接點(diǎn)和/或鏈接和/或其部分何時(shí)接近不良或期望事件或條件。通過本發(fā)明的各個(gè)方面完成這些及其他的目標(biāo)，其中簡(jiǎn)要說明，一個(gè)方面是這樣一種方法，其提供一種計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的視圖，該視圖指示一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的接點(diǎn)位置和運(yùn)動(dòng)限制范圍，該方法包含接收一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的狀態(tài)信息；通過包括一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的接點(diǎn)圖示以及一個(gè)或多于一個(gè)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示而產(chǎn)生視圖，其中，圖示和指示通過使用一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的接收信息和向前運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生；以及在顯示屏上顯示產(chǎn)生的視圖。醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的另一方面包含進(jìn)入引導(dǎo)器；可控延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的多個(gè)可聯(lián)接器械；顯示屏；以及處理器，其被配置成接收可聯(lián)接器械的狀態(tài)信息，通過包括可聯(lián)接器械的接點(diǎn)圖示以及一個(gè)或多于一個(gè)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示而產(chǎn)生視圖，其中，圖示和指示通過使用可聯(lián)接器械的接收信息和向前運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，以及在顯示屏上顯示產(chǎn)生的視圖。根據(jù)以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的說明書，其各個(gè)方面的其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其說明書應(yīng)結(jié)合附圖。


圖I示出使用利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的手術(shù)室的頂視圖。圖2示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中，用于控制和選擇性地關(guān)聯(lián)裝置操縱者操控左和右手可操縱的輸入裝置操控的組件的方框圖。圖3-4分別示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的，可聯(lián)接相機(jī)和延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的一對(duì)可聯(lián)接手術(shù)工具的頂視圖和側(cè)視圖。圖5示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的進(jìn)入引導(dǎo)器及其四個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的透視圖。圖6示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的，具有限定在其近端和遠(yuǎn)端之間延伸的通道的進(jìn)入引導(dǎo)器的橫截面圖。
圖7示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器的相互作用組件的方框圖。圖8示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器和可聯(lián)接器械的相互作用組件的方框圖。圖9示出利用本發(fā)明方面的，用于提供計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的輔助視圖的方法的流程圖。圖10示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的，使用器械接點(diǎn)位置和向前運(yùn)動(dòng)而確定器械鏈接位置和方向的數(shù)據(jù)和過程流程圖。
圖11示出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的，使用感測(cè)到的器械尖端位置和反向運(yùn)動(dòng)從而確定器械接點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)和過程流程圖。圖12-13分別示出通過在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法，在顯示屏上產(chǎn)生和顯示的頂部和側(cè)部輔助視圖。圖14示出通過在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法，在顯示屏上以單獨(dú)窗口產(chǎn)生和顯示的頂部和側(cè)部輔助視圖。圖15示出鄰近利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中的監(jiān)控器上的可聯(lián)接相機(jī)捕捉的圖像顯示的輔助視圖。圖16示出具有通過在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法在顯示器上產(chǎn)生和顯示的平截頭體的可聯(lián)接相機(jī)的輔助側(cè)視圖。圖17示出與利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)施的方法在顯示器上產(chǎn)生和顯示的由相機(jī)捕捉的圖像一起，在相機(jī)的視點(diǎn)的一對(duì)可聯(lián)接手術(shù)工具的輔助視圖的組合顯
/Jn o圖18示出一種提供相應(yīng)于利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中的裝置控制模式的輔助視圖模式的方法的流程圖。圖19示出延伸出利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中的進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械的側(cè)視圖。圖20示出利用本發(fā)明的方面，縮回至進(jìn)入引導(dǎo)器的可聯(lián)接器械及運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示的輔助視圖。圖21示出利用本發(fā)明的方面，延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器的可聯(lián)接器械及運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示的輔助視圖。圖22-25示出表示可聯(lián)接器械延伸出在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的各種圖形顯示。圖26示出在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的夾子的圖示。圖27示出在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中使用的可聯(lián)接相機(jī)的圖示。圖28示出在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中，關(guān)于延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械不良定位的進(jìn)入引導(dǎo)器的簡(jiǎn)化輔助視圖。圖29示出在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中，關(guān)于延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械再定位進(jìn)入引導(dǎo)器的簡(jiǎn)化輔助視圖。圖30示出在利用本發(fā)明方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中，延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器的可聯(lián)接器械及在監(jiān)控器中顯示的器械中的一個(gè)捕捉的圖像的輔助視圖。
具體實(shí)施例方式例如，圖I示出手術(shù)室的頂視圖，其中外科醫(yī)生20利用醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100，用于對(duì)面向上躺在手術(shù)臺(tái)50上的患者40執(zhí)行醫(yī)療程序。一個(gè)或多于一個(gè)助手30可位于患者40附近，從而在外科醫(yī)生20通過操控輸入裝置108在外科醫(yī)生控制臺(tái)10上遙控操控執(zhí)行程序時(shí)，幫助執(zhí)行程序。在該例子中，通過單進(jìn)入孔150將進(jìn)入引導(dǎo)器(EG) 200插入患者40體內(nèi)。雖然在該例子中，進(jìn)入孔150為微創(chuàng)切口，但是在其他醫(yī)療程序的執(zhí)行中，其可由自然身體口代替。進(jìn)入引導(dǎo)器200由機(jī)器人手臂組件130支持和操控。與醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的其他部分一樣，圖I中也只簡(jiǎn)化示出機(jī)器人手臂組件130。在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的一個(gè)例子中，機(jī)器人手臂組件130包括 裝配臂和進(jìn)入引導(dǎo)器操控器。裝配臂用于將進(jìn)入引導(dǎo)器200定位在進(jìn)入孔150，以便其能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)入該進(jìn)入孔150。然后，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器被用于將進(jìn)入引導(dǎo)器200自動(dòng)機(jī)械插入進(jìn)入孔150中和將其從中縮回。其也可用于將進(jìn)入引導(dǎo)器200關(guān)于位于進(jìn)入孔150的樞軸點(diǎn)縱傾、橫擺和橫傾/傾斜、滾動(dòng)和旋轉(zhuǎn)(pitch,roll and yaw)自動(dòng)機(jī)械樞軸運(yùn)動(dòng)。該進(jìn)入引導(dǎo)器操控器的例子是圖2中的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202，而圖5中示出其操控進(jìn)入引導(dǎo)器200的四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的例子?？刂婆_(tái)10包括3-D監(jiān)控器104，其用于向外科醫(yī)生顯示手術(shù)部位的3_D圖像；左和右手操控可操控的輸入裝置108、109;以及，處理器(在此也稱為“控制器”)102。輸入裝置108、109可包括多種輸入裝置中的任意一個(gè)或多個(gè)，例如操縱桿、手套、扳機(jī)-槍、手操作控制器等等。其他允許外科醫(yī)生與醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100相互作用的輸入裝置包括腳踏板105、傳統(tǒng)的聲音識(shí)別系統(tǒng)160和圖形用戶界面(GUI) 170。輔助顯示屏140耦合至控制臺(tái)10，用于向外科醫(yī)生提供輔助視圖以補(bǔ)充在監(jiān)控器104中顯示的視圖。第二輔助顯示屏140'也耦合至控制臺(tái)10(以及處理器102)，用于向助手提供輔助視圖。輸入裝置180也耦合至控制臺(tái)，從而允許助手在用于在第二輔助顯示屏140'上顯示的可用輔助圖像之間選擇?？刂婆_(tái)10通常與患者位于相同的房間，以便外科醫(yī)生可直接監(jiān)控程序，如果需要是身體可用的，并且能夠直接對(duì)助手說話，而非通過電話或其他通信媒體說話。然而，應(yīng)理解，外科醫(yī)生也能夠與患者位于不同的房間、完全不同的建筑、或者其他允許遙控手術(shù)程序的遠(yuǎn)程位置。在該情況下，控制臺(tái)10可通過通信連接，例如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或因特網(wǎng)，而連接至第二輔助顯示屏140'和輸入裝置180。如圖3-4中所示，進(jìn)入引導(dǎo)器200具有可聯(lián)接器械，如可聯(lián)接手術(shù)工具231、241，以及延伸出其遠(yuǎn)端的可聯(lián)接立體攝像機(jī)211。雖然僅示出兩個(gè)工具231、241，但是進(jìn)入引導(dǎo)器200還可引導(dǎo)在患者體內(nèi)工作點(diǎn)上執(zhí)行醫(yī)療程序所需的其他工具。例如，如圖4所示，能夠有通道351，其用于通過進(jìn)入引導(dǎo)器延伸另一個(gè)可聯(lián)接手術(shù)工具，并且通過其遠(yuǎn)端延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器的另一個(gè)可聯(lián)接手術(shù)工具。每個(gè)手術(shù)工具231、241都與工具跟蹤模式中的輸入裝置108、109中的一個(gè)關(guān)聯(lián)。外科醫(yī)生通過操控輸入裝置108、109執(zhí)行醫(yī)療程序，以便控制器102引起其各自關(guān)聯(lián)的手術(shù)工具231、241的相應(yīng)移動(dòng)，而同時(shí)隨著工作點(diǎn)的圖像由可聯(lián)接相機(jī)211捕捉，外科醫(yī)生在控制臺(tái)監(jiān)控器104上觀察3-D工作點(diǎn)。優(yōu)選，輸入裝置108、109將至少具有與其關(guān)聯(lián)的工具231、241相同的自由度，從而向外科醫(yī)生提供輸入裝置108、109與工具231、241集成的遠(yuǎn)程呈現(xiàn)或感知，以便外科醫(yī)生具有直接控制工具231、241的強(qiáng)烈感覺。為了該目的，監(jiān)控器104也在外科醫(yī)生的手附近定位，以便其將顯示定向的投射圖像，以便外科醫(yī)生感覺到，他或她實(shí)際上直接向下看手術(shù)部位，并且工具231、241的圖像看起來充分位于外科醫(yī)生的手所處的位置。另外，優(yōu)選將監(jiān)控器104中的實(shí)時(shí)圖像投射在透視圖像中，以便外科醫(yī)生就像觀察基本真實(shí)存在的工作點(diǎn)一樣，能夠通過其相應(yīng)的輸入裝置108、109而操控工具231、241的末端致動(dòng)器331、341。對(duì)于真實(shí)存在，其意思是，呈現(xiàn)的圖像是模擬正在物理操控末端致動(dòng)器331、341的操作者視點(diǎn)的真實(shí)透視圖像。因而，處理器102可將末端致動(dòng)器331、341的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為感知位置，以便在監(jiān)控器104上示出的透視圖像為這樣的圖像，S卩如果外科醫(yī)生直接位于末端致動(dòng)器331、341之后將看到的圖像。
處理器102執(zhí)行系統(tǒng)100中的各種功能。其執(zhí)行的一個(gè)重要功能是通過總線110上的控制信號(hào)而轉(zhuǎn)化和傳遞輸入裝置108、109的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以便外科醫(yī)生能夠有效地操控裝置，例如當(dāng)時(shí)選擇性地關(guān)聯(lián)輸入裝置108、109的工具231、241、相機(jī)211以及進(jìn)入引導(dǎo)器200。另一功能是執(zhí)行在此描述的各種方法和控制器功能。雖然作為處理器描述，但是應(yīng)明白，實(shí)際上處理器102可由硬件、軟件和固件的任何組合實(shí)施。同樣地，其在此描述的功能可由一個(gè)單元執(zhí)行，或被分割為不同組件，其每個(gè)都可依次由硬件、軟件和固件的任何組合實(shí)施。此外，雖然示出部分或物理鄰近控制臺(tái)10，但是處理器102也可包含貫穿該系統(tǒng)分布的許多子組。對(duì)于在此描述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的各個(gè)方面的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的另外細(xì)節(jié)，例如參考美國專利號(hào) 6，493，608, “Aspects of a Control System of a Minimally InvasiveSurgical Apparatus，，，以及美國專利號(hào) 6，671，581, “Camera Referenced Control in aMinimally Invasive Surgical Apparatus”,其被包含在此以供參考。圖2作為例子，示出用于控制并且選擇性地連接裝置操控器和輸入裝置108、109的組件的方框圖?？墒褂酶鞣N手術(shù)工具，例如夾子、切割器和手術(shù)針，從而在患者體內(nèi)的手術(shù)部位執(zhí)行醫(yī)療程序。在該例子中，使用兩個(gè)手術(shù)工具231、241從而自動(dòng)機(jī)械執(zhí)行該程序，并且使用相機(jī)211觀察程序。工具231、241和相機(jī)211被通過進(jìn)入引導(dǎo)器200的通道插入。如參考圖I所述，使用機(jī)器人手臂組件130的裝配部分將進(jìn)入引導(dǎo)器200通過進(jìn)入孔150插入患者體內(nèi)，并且由機(jī)器人手臂組件130的進(jìn)入引導(dǎo)器操控器(EGM) 202將其朝著將執(zhí)行手術(shù)程序的工作點(diǎn)機(jī)動(dòng)。每個(gè)裝置231、241、211、200都有其自身的操控器操控。特別地，相機(jī)211由相機(jī)操控器(ECM) 212操控、第一手術(shù)工具231由第一工具操控器(PSMl) 232操控、第二手術(shù)工具241由第二工具操控器(PSM2) 242操控、而進(jìn)入引導(dǎo)器200由進(jìn)入引導(dǎo)器操控器(EGM) 202操控。為了不過度拖累附圖，所以未示出裝置231、241、211、200，而僅在附圖中示出其各自的操控器 232、242、212、202。每個(gè)器械操控器232、242、212都是這樣的機(jī)械組件，其帶有致動(dòng)器，并且提供機(jī)械、無菌界面，從而向其各個(gè)可聯(lián)接器械傳送運(yùn)動(dòng)。每個(gè)器械操控器232、242、212都是這樣的機(jī)械組件，即通過其操控器接收運(yùn)動(dòng)，并且通過電纜傳輸，將該運(yùn)動(dòng)傳播至其遠(yuǎn)端聯(lián)接(例如，接點(diǎn))。該接點(diǎn)可為棱柱式(例如，直線運(yùn)動(dòng))或轉(zhuǎn)動(dòng)式(例如，其繞機(jī)械軸樞軸轉(zhuǎn)動(dòng))的。此外，器械可具有這樣的內(nèi)部機(jī)械約束(例如，電纜、傳動(dòng)裝置、凸輪、皮帶等等)，其迫使接點(diǎn)以預(yù)定方式一起移動(dòng)。每組機(jī)械約束接點(diǎn)都執(zhí)行特定軸運(yùn)動(dòng)，并且可將約束設(shè)計(jì)為對(duì)轉(zhuǎn)接點(diǎn)(例如，嚙合扣接點(diǎn))。也要注意，這樣，該器械可具有比可用致動(dòng)器多于一個(gè)的接點(diǎn)。相反，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202具有不同的構(gòu)造和操控。以下參考圖7描述進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的各部分和操控的說明。在該例子中，每個(gè)輸入裝置108、109都可選擇性地關(guān)聯(lián)裝置211、231、241、200其中之一，以便該關(guān)聯(lián)裝置可由輸入裝置通過其控制器和操控器控制。例如，通過將開關(guān)258、259分別放置在工具跟蹤模式“T2”和“Tl”，左和右輸入裝置可分別關(guān)聯(lián)第一和第二手術(shù)工具231、241，后者被通過其各自的控制器233、243(優(yōu)選在處理器102中實(shí)施)和操控器232,242遠(yuǎn)程自動(dòng)機(jī)械控制，以便外科醫(yī)生可對(duì)患者執(zhí)行醫(yī)療程序，同時(shí)進(jìn)入引導(dǎo)器200被鎖定在適當(dāng)位置。
當(dāng)相機(jī)211或進(jìn)入引導(dǎo)器200由外科醫(yī)生再定位時(shí)，左和右輸入裝置其中之一或其兩者可關(guān)聯(lián)相機(jī)211或進(jìn)入引導(dǎo)器200，以便外科醫(yī)生可通過其各自的控制器(213或203)和操控器(212、202)移動(dòng)相機(jī)或進(jìn)入引導(dǎo)器200。在該情況下，手術(shù)工具231、241中分離的一個(gè)被其控制器相對(duì)于進(jìn)入引導(dǎo)器200鎖定在適當(dāng)位置。例如，通過將開關(guān)258、259分別放置在相機(jī)定位模式“C2”和“Cl ”中，左和右輸入裝置108、109可關(guān)聯(lián)相機(jī)211，后者被通過其控制器213 (優(yōu)選在處理器102中實(shí)施)和操控器遠(yuǎn)程自動(dòng)機(jī)械控制，以便外科醫(yī)生可定位相機(jī)211，同時(shí)手術(shù)工具231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200被其各自的控制器233、243、203鎖定在適當(dāng)位置。如果僅使用一個(gè)輸入裝置定位相機(jī)，那么僅將一個(gè)開關(guān)258、259放置在其相機(jī)定位模式中，而同時(shí)另一個(gè)開關(guān)258、259保持為其工具跟蹤模式，以便其各自的輸入裝置可繼續(xù)控制其關(guān)聯(lián)的手術(shù)工具。另一方面，通過將開關(guān)258、259分別放置在進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式“G2”和“G1”中，左和右輸入裝置108、109可關(guān)聯(lián)進(jìn)入引導(dǎo)器200，后者被通過其控制器203 (優(yōu)選在處理器102中實(shí)施)和操控器202遠(yuǎn)程自動(dòng)機(jī)械控制，以便外科醫(yī)生可定位進(jìn)入引導(dǎo)器200，同時(shí)手術(shù)工具231、241和相機(jī)211被其各自的控制器233、243、213相對(duì)于進(jìn)入引導(dǎo)器200鎖定在適當(dāng)位置。與相機(jī)定位模式一樣，如果僅使用一個(gè)輸入裝置定位進(jìn)入引導(dǎo)器，那么僅將一個(gè)開關(guān)258、259放置在其進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式中，而同時(shí)另一個(gè)開關(guān)258、259保持為其工具跟蹤模式，以便其各自的輸入裝置可繼續(xù)控制其關(guān)聯(lián)的手術(shù)工具?？捎赏饪漆t(yī)生以傳統(tǒng)方式使用⑶I 170或聲音識(shí)別系統(tǒng)160執(zhí)行該例子中輸入裝置108、109和其他裝置的選擇性關(guān)聯(lián)。可替換地，輸入裝置108、109的關(guān)聯(lián)可由外科醫(yī)生通過以下方式改變，即通過按下一個(gè)輸入裝置108、109上的按鈕或踩下腳踏板105、或使用任何其他廣為人知的模式轉(zhuǎn)換技術(shù)。圖3-4作為例子，分別示出進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端的頂視圖和右側(cè)視圖，其中相機(jī)211和手術(shù)工具231、241延伸在外。如圖5中簡(jiǎn)化(未按比例)進(jìn)入引導(dǎo)器200的透視圖所示的一樣，進(jìn)入引導(dǎo)器200的形狀通常為圓柱形，并且具有沿其長度中心延伸的軸X'。也被稱為遙控中心“RC”的樞軸點(diǎn)用作以下兩者的原點(diǎn)，即具有示出的X、Y和Z軸的固定參考系，以及具有示出的X'、Y'和Z'軸的進(jìn)入引導(dǎo)器參考系的原點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)100處于進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式時(shí)，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202能夠響應(yīng)一個(gè)或多于一個(gè)關(guān)聯(lián)的輸入裝置的運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入引導(dǎo)器200關(guān)于Z軸(其保持空間固定)，在遙控中心“RC”以橫傾￥樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202能夠響應(yīng)一個(gè)或多于一個(gè)關(guān)聯(lián)的輸入裝置的運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入引導(dǎo)器200關(guān)于Y'軸(其垂直于進(jìn)入引導(dǎo)器200的縱軸X')以縱傾0樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠響應(yīng)一個(gè)或多于一個(gè)關(guān)聯(lián)的輸入裝置的運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)入引導(dǎo)器200關(guān)于縱軸X'以橫擺小轉(zhuǎn)動(dòng)，并且能夠沿其縱軸X'在插入/縮回或進(jìn)/出“I/O”方向直線移動(dòng)進(jìn)入引導(dǎo)器200。注意，與空間固定的Z軸不同，X'和Y'軸隨著進(jìn)入引導(dǎo)器200移動(dòng)。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以及四個(gè)相應(yīng)的組件711-714，前者用于致動(dòng)進(jìn)入引導(dǎo)器200的四個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)(即縱傾0、橫傾V、橫擺小以及進(jìn)/出1/0)，后者用于將其執(zhí)行。
重新參考圖3-4，可聯(lián)接相機(jī)211通過通道321延伸，并且可聯(lián)接手術(shù)工具231、241分別通過進(jìn)入引導(dǎo)器200的通道431、441延伸。相機(jī)211包括尖端311 (其容納連接至相機(jī)控制器的立體攝像機(jī)，以及連接至外部光源的光纖電纜)、第一第二和第三鏈接322、324、326、第一和第二接點(diǎn)組件(在此也簡(jiǎn)稱為“接點(diǎn)”)323、325，以及腕組件327。第一接點(diǎn)組件323耦合第一和第二鏈接322、324，而第二接點(diǎn)組件325耦合第二和第三鏈接324、326，以便第二鏈接324可關(guān)于第一接點(diǎn)組件323縱傾和橫傾，而第一和第三鏈接322、326彼此保持平行。第一和第二接點(diǎn)323、325被稱為“嚙合扣接點(diǎn)”，因?yàn)槠湟黄鸷献鬟\(yùn)行，以便隨著第二鏈接324繞第一接點(diǎn)縱傾和/或橫傾樞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，第三鏈接326繞第二接點(diǎn)325以互補(bǔ)方式樞軸旋轉(zhuǎn)，所以第一和第三鏈接322、326彼此始終保持平行。第一鏈接322也可在橫擺以及通過通道321的移進(jìn)移出(例如，朝著工作點(diǎn)插入以及從工作點(diǎn)縮回)中繞其縱軸旋轉(zhuǎn)。腕組件327也具有縱傾和橫傾角運(yùn)動(dòng)的能力，以便可將相機(jī)的尖端311向上或向下，以及向右或向左定向或其組合定向。工具231、241的接點(diǎn)和鏈接在構(gòu)造和運(yùn)行中與相機(jī)的接點(diǎn)和鏈接類似。特別地，工具231包括由例如參考圖8中描述的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的末端受動(dòng)器331 (具有夾子338、339)、第一、第二和第三鏈接332、334、336、第一和第二接頭組件333、335、以及腕組件337。(加上用于致動(dòng)末端受動(dòng)器331的另外的致動(dòng)器)同樣地，工具241包括由例如參考圖8中描述的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的末端受動(dòng)器341 (具有夾子348、349)、第一、第二和第三鏈接342、344、346、第一和第二接頭組件343、345、以及腕組件347。(加上用于致動(dòng)末端受動(dòng)器341的另外的致動(dòng)器)圖8作為例子，圖解可聯(lián)接器械(例如可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241)及其相應(yīng)的器械操控器(例如相機(jī)操控器212和工具操控器232、242)的相互作用部分圖。每個(gè)器械都包括用于完成器械(包括其末端受動(dòng)器)聯(lián)接的許多可致動(dòng)組件821-823、831-833、870，并且其相應(yīng)的操控器包括用于致動(dòng)該可致動(dòng)組件的許多致動(dòng)器801-803,811-813,860o另外，也可提供許多界面機(jī)構(gòu)。例如，在無菌操控器/器械界面中提供縱傾/橫傾耦合機(jī)構(gòu)840、850 (分別用于嚙合扣接點(diǎn)縱傾/橫傾和腕組件縱傾/橫傾)以及齒輪齒數(shù)比845、855(分別用于器械橫擺和末端受動(dòng)器致動(dòng))，從而在器械接點(diǎn)空間中實(shí)現(xiàn)器械接點(diǎn)的要求運(yùn)動(dòng)范圍，而同時(shí)滿足操控器致動(dòng)器空間緊湊約束，并且保持穿過該界面的運(yùn)動(dòng)的精確傳動(dòng)。雖然以單塊840示出，但是嚙合扣接點(diǎn)致動(dòng)器801、802(以#1和#2區(qū)分)以及嚙合扣接點(diǎn)縱傾/橫傾組件821、822之間的耦合可包括一對(duì)耦合機(jī)構(gòu)一在無菌界面每一側(cè)上都有一個(gè)(即一個(gè)處于界面的操控器側(cè)上，一個(gè)處于界面的器械側(cè)上)。同樣地，雖然以單塊850示出，但是腕致動(dòng)器812、813(以#1和#2區(qū)分)以及腕縱傾/橫傾接點(diǎn)組件832、833之間的稱合也可包含一對(duì)稱合機(jī)構(gòu)-在無菌界面每一側(cè)上都有一個(gè)。嚙合扣接點(diǎn)縱傾組件821和嚙合扣接點(diǎn)橫傾組件822兩者共用第一、第二和第三鏈接(例如，可聯(lián)接相機(jī)211的鏈接322、324、326)以及第一和第二接點(diǎn)(例如聯(lián)接相機(jī)211的接點(diǎn)322、325)。除了這些公用組件，嚙合扣接點(diǎn)縱傾和傾組件821、822也包括這樣的機(jī)械耦合，其耦合第一和第二接點(diǎn)(通過嚙合扣耦合840)及嚙合扣接點(diǎn)縱傾和橫傾致動(dòng)器801、802，以便第二鏈接可以可控地關(guān)于這樣的線樞軸旋轉(zhuǎn)，其穿過第一鏈接，并且沿對(duì)于第一鏈接(例如，可聯(lián)接相機(jī)211的鏈接322)的縱軸為緯度的軸，并且第二鏈接可以可控地關(guān)于這樣的線樞軸旋轉(zhuǎn)，其穿過第一鏈接，并且沿垂直于 第一鏈接的緯度和精度軸的軸。進(jìn)/出(I/O)組件823包括第一鏈接(例如，可聯(lián)接相機(jī)211的鏈接322)和界面，后者通過傳動(dòng)系統(tǒng)將進(jìn)/出(I/O)組件823耦合至第一鏈接，以便第一鏈接通過I/O組件823的致動(dòng)而可控地沿其縱軸直線運(yùn)動(dòng)。橫擺組件831包括第一鏈接和界面，通過一個(gè)或多于一個(gè)個(gè)將橫擺致動(dòng)器811 (例如馬達(dá)的轉(zhuǎn)子)的滾動(dòng)元件耦合至第一連接的齒輪(即具有齒輪齒比數(shù)845)，以便第一鏈接通過橫擺致動(dòng)器811的致動(dòng)，可控地繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。器械操控器(例如，相機(jī)操控器212)包括經(jīng)腕組件(例如，可聯(lián)接相機(jī)211的腕組件327)的腕耦合850縱傾和橫傾接點(diǎn)822、833致動(dòng)的腕致動(dòng)器812、813，以便引起器械尖端相對(duì)于腕組件可控地在上-下(即縱傾)和側(cè)至側(cè)(即橫傾)方向樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。把手組件870包括末端受動(dòng)器(例如，手術(shù)工具231的末端受動(dòng)器331)和界面，通過將把手組件860耦合至末端受動(dòng)器的一個(gè)或多于一個(gè)齒輪，以便可控地致動(dòng)末端受動(dòng)器。圖9作為例子，示出在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的控制器102中實(shí)施的方法的流程圖，其用于提供產(chǎn)生包括可聯(lián)接器械的輔助視圖的計(jì)算機(jī)，例如可聯(lián)接相機(jī)211和/或一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接手術(shù)工具231、241，其延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端。為了本例子的目的，假設(shè)可聯(lián)接相機(jī)211和手術(shù)工具231、241延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端，并且被包括在輔助視圖中。然而，應(yīng)明白，本方法適用于可聯(lián)接器械的任何組合，包括那些不具有可聯(lián)接相機(jī)和/或那些具有可替換類型的圖像捕捉裝置，例如超聲波探針的器械。應(yīng)進(jìn)一步明白，本方法適用于具有比在此描述的可控接點(diǎn)多于一個(gè)或更少接點(diǎn)的可聯(lián)接器械。特別地，本方法也適用于高度接合或相反可彎曲器械和/或進(jìn)入引導(dǎo)器，例如這樣的工具，其可用于可控地通過患者體內(nèi)的各種迂回曲折，到達(dá)執(zhí)行醫(yī)療程序的目標(biāo)點(diǎn)。在901，本方法確定產(chǎn)生或不產(chǎn)生輔助視圖。如果901中的確定為否，那么本方法就循環(huán)返回至周期性檢查，從而了解情況是否改變。另一方面，如果在901中的確定為是，那么本方法繼續(xù)進(jìn)入902。將產(chǎn)生輔助視圖的指示被編程在控制器102中，自動(dòng)產(chǎn)生或通過操作者命令產(chǎn)生。在902，本方法接收狀態(tài)信息，例如每個(gè)器械211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200的位置和方向。可通過被耦合至其各個(gè)操控器212、232、242、202中的致動(dòng)器的編碼器提供該信息。可替換地，可由傳感器提供該信息，該傳感器耦合至器械211、231、241以及進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的接頭和/或鏈接，或者耦合至相應(yīng)的操控器和器械之間的界面的耦合機(jī)構(gòu)、齒輪和傳動(dòng)系統(tǒng)，以便測(cè)量其運(yùn)動(dòng)。在該第二種情況下，可在器械211、231、241以及進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202中包括傳感器，例如轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器和直線傳感器，前者傳感回轉(zhuǎn)接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，后者傳感器械211、231、241以及進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202中棱柱接點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)。也可使用其他傳感器，用于提供器械211、231、241以及進(jìn)入引導(dǎo)器200的位置和方向信息，例如傳感和跟蹤可跟蹤元件的外部傳感器，該元件可為放置在器械211、231、241以及進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的關(guān)鍵點(diǎn)(例如在其接點(diǎn)、鏈接和/或尖端上)的主動(dòng)元件(例如，無線電頻率、電磁元件等等)或被動(dòng)元件(例如，磁性元件等等)。在903中，本方法使用在902接收的信息以及向前運(yùn)動(dòng)和器械211、231、241、進(jìn)入引導(dǎo)器200、以及進(jìn)入引導(dǎo)器操控器202的已知構(gòu)造，產(chǎn)生延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241的三維計(jì)算機(jī)模型。在該例子中產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)模型可參考圖5所示的遙控中心參考系(X、Y、Z軸) ?？商鎿Q地，產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)模型可參考在進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端定義的參考系。在后一種情況下，如果進(jìn)入引導(dǎo)器200從遙控中心的方向和延伸不需要在已通過本方法產(chǎn)生的輔助視圖中考慮，那么就可在902中省略進(jìn)入引導(dǎo)器200的位置和方向信息。例如，參考圖10，如果在902接收的狀態(tài)信息為器械的接點(diǎn)位置1001，那么就可使用器械的運(yùn)動(dòng)模型1003將該信息應(yīng)用于器械的向前運(yùn)動(dòng)1002,從而產(chǎn)生相對(duì)于參考系1004的器械鏈接位置和方向1005。如果在902中接收的的狀態(tài)信息為操控器/器械界面中的嚙合扣耦合和齒輪機(jī)構(gòu)的傳感狀態(tài)，那么一般也可應(yīng)用相同的過程。另一方面，參考圖11，如果在902接收的狀態(tài)信息為器械的尖端位置1101(在參考系1004中)，那么就可使用器械的運(yùn)動(dòng)模型1003和傳感器參考系將該信息用于至器械的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)1102，從而產(chǎn)生器械的接點(diǎn)位置1001。然后，可如參考圖10描述的，應(yīng)用器械的接點(diǎn)位置1001，從而產(chǎn)生相對(duì)于參考系1004的器械鏈接位置和方向1005?？商鎿Q地，也參考圖11，如果在902提供的狀態(tài)信息僅限于相機(jī)的尖端位置，那么就可通過使用傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)，并且然后將其位置轉(zhuǎn)化為參考系1004，經(jīng)識(shí)別相機(jī)211捕捉的圖像尖端而確定手術(shù)工具231、241的尖端相對(duì)于相機(jī)參考系的位置，以便可如參考圖10所述，應(yīng)用相機(jī)和工具尖端的位置，從而產(chǎn)生相對(duì)于參考系1004的器械鏈接位置和方向 1005。在904，本方法調(diào)整將兩者在參考系中的三維空間的計(jì)算機(jī)模型視圖調(diào)整至指定的觀察點(diǎn)(其中，在此應(yīng)將“觀察點(diǎn)”理解為包括位置和方向)，即延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241。例如，圖12圖解了延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241的頂視圖，其相應(yīng)于高于并且稍微在進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端之后的觀察點(diǎn)。作為另一個(gè)例子，圖13圖解了延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241的側(cè)視圖，其相應(yīng)于進(jìn)入引導(dǎo)器200右側(cè)并且稍微在其之前的觀察點(diǎn)。注意，雖然圖12-13中描述的輔助視圖為二維的，但是其也可為三維的，因?yàn)槟軌驈漠a(chǎn)生的計(jì)算機(jī)模型獲得三維信息。在后一種情況下，正在進(jìn)行顯示的輔助顯示屏140將肯定為與監(jiān)控器104 —樣的三維顯示屏。可將觀察點(diǎn)設(shè)為固定點(diǎn)，例如提供圖12所示透視圖的等大(三維)視圖的固定點(diǎn)。當(dāng)工具231、241如圖所示“肘向外”彎曲時(shí)(其為使用手術(shù)工具231、241執(zhí)行醫(yī)療程序的典型構(gòu)造)，該透視圖向外科醫(yī)生提供可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241的清晰視圖。另一方面，當(dāng)使用第三手術(shù)工具時(shí)(例如，如圖6所示，插入通道351)，圖13的透視圖的側(cè)視圖可另外有用，因?yàn)榈谌中g(shù)工具可在可聯(lián)接相機(jī)211之下，并且因此在圖12的透視圖中模糊。比將觀察點(diǎn)始終設(shè)置在固定點(diǎn)更好，也可取決于當(dāng)時(shí)可操控的控制模式(即參考圖2所述的模式之一)而自動(dòng)改變觀察點(diǎn)。作為例子，圖18圖解了這樣的方法，其用于取決于當(dāng)前在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100中操控的控制模式，自動(dòng)改變輔助視圖模式。特別地，使用本方法，當(dāng)在1801將醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100確定為工具跟蹤模式時(shí)，在1802執(zhí)行第一輔助視圖模式，而當(dāng)在1803將醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100確定為進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式時(shí)，在1804執(zhí)行第二輔助視圖模式，當(dāng)在1805將醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100確定為相機(jī)定位模式時(shí)，在1806執(zhí)行第三輔助視圖模式。選擇用于每種控制模式的視圖模式，以便在該模式期間，外科醫(yī)生執(zhí)行動(dòng)作最受益。例如，在工具跟蹤和相機(jī)定位模式下，當(dāng)時(shí)移 動(dòng)手術(shù)工具231、241和相機(jī)211其中之一或兩者，并且因此如圖12和圖13所述，延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241的輔助視圖對(duì)于避免相機(jī)211視場(chǎng)之外鏈接之間碰撞有用。另一方面，在進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式中，將可聯(lián)接相機(jī)211和可聯(lián)接手術(shù)工具231、241鎖定在相對(duì)于進(jìn)入引導(dǎo)器200的位置，并且因此提供如圖16和圖17所述的其他物品的信息的輔助視圖，或空間透視圖中的進(jìn)入引導(dǎo)器200的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生視圖可有用?？商鎿Q地，在執(zhí)行醫(yī)療程序期間，可提供改變觀察點(diǎn)的操作者可選擇裝置。例如，GUI 170或聲音識(shí)別系統(tǒng)160可適合向外科醫(yī)生提供交互式裝置，用于選擇和/或改變聯(lián)接相機(jī)211和/或可聯(lián)接手術(shù)工具231、241的觀察模式和/或觀察點(diǎn)，因?yàn)槠溲由斐鲞M(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端。外科醫(yī)生也可使用輸入裝置108、109上的按鈕或腳踏板105，從而選擇觀察模式。對(duì)于助手，可使用輸入裝置180以及管理顯示屏140'的⑶I，用于選擇觀察模式。因而，外科醫(yī)生和助手當(dāng)時(shí)觀看的觀察模式可被在當(dāng)時(shí)對(duì)于其特殊任務(wù)而優(yōu)化。在圖12-17以及圖20-30中示出該操作者可選觀察模式和觀察角度的例子。在905，本方法渲染計(jì)算機(jī)模型。在該情況下的渲染包括將三維性質(zhì)添加至本方法，例如器械211、231、241和進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的已知構(gòu)造特征，填充任何缺口從而制作立體模型，并且提供天然著色和遮蔽。另外，渲染可包括替換一個(gè)或多于一個(gè)器械211、231、241(或其一個(gè)或多于一個(gè)接點(diǎn)或鏈接或其部分)的顏色或亮度，以便器械(或接點(diǎn)或鏈接或其部分)用于識(shí)別目的而突出?？商鎿Q地，替換一個(gè)或多于一個(gè)器械(或其接點(diǎn)或鏈接或其部分)的顏色、強(qiáng)度、或閃亮或不亮(例如，閃光)的頻率可作為這樣的警告，即器械(或接點(diǎn)或鏈接或其部分)接近不良事件或條件，例如接近其運(yùn)動(dòng)范圍的限制，或太靠近或與另一器械碰撞。當(dāng)使用顏色作為警告時(shí)，當(dāng)達(dá)到將避免的事件的警告閾值時(shí)(例如，運(yùn)動(dòng)限制或碰撞范圍)，顏色可從第一顏色(例如，綠色)變?yōu)榈诙伾?例如，黃色)，并且當(dāng)達(dá)到將避免的事件時(shí)，從第二顏色變?yōu)榈谌伾?例如，紅色)。當(dāng)使用亮度作為警告時(shí)，顏色的強(qiáng)度隨著器械(或其部分)超過警告閾值朝著這樣的將避免的事件而變化，其中當(dāng)達(dá)到該事件時(shí)具有最大強(qiáng)度。當(dāng)使用顏色閃光作為警告時(shí)，顏色的閃光頻率隨著器械(或其部分)超過警告閾值朝著這樣的將避免的事件而變化，其中當(dāng)達(dá)到該事件時(shí)具有最大強(qiáng)度。警告閾值可基于器械(或其部分，例如其接點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)范圍，或基于器械(或其部分)和其可碰撞的另一器械(或其部分)之間的距離。確定警告閾值時(shí)，器械的運(yùn)動(dòng)速度也可為一個(gè)因素。例如可使用GUI170，由操作者編程警告閾值，或由處理器102中的可編程算法自動(dòng)確定警告閾值，其考慮其他因素，例如器械的運(yùn)動(dòng)速度?？商鎿Q地，替換一個(gè)或多于一個(gè)器械211、231、241(或其接點(diǎn)、鏈接、或其部分)的顏色、強(qiáng)度、或閃亮或不亮(例如，閃光)的頻率可作為一種警報(bào)，即器械(或接點(diǎn)或鏈接或其部分)接近期望事件或條件，例如執(zhí)行或觀察醫(yī)療程序的最佳位置或構(gòu)造。在該情況下，可定義警報(bào)閾值，以便可通過以上關(guān)于警告閾值和不良事件或條件所述的類似方式，改變一個(gè)或多于一個(gè)器械211、231、241(或其接點(diǎn)、鏈接、或其部分)的顏色、強(qiáng)度、和/或閃光，除了在該情況下，當(dāng)達(dá)到和最大化警報(bào)閾值時(shí)，該變化開始，或者另外當(dāng)達(dá)到或另外實(shí)現(xiàn)期望事件或條件時(shí)，其終止?？赏ㄟ^概念上類似于警告閾值的方式，由操作者編程警報(bào)閾值，或由可編程算法自動(dòng)確定該警報(bào)閾值。作為用于識(shí)別、警告或警報(bào)目的的該器械輔助照明的例子，圖15在窗口 1502中示出相機(jī)211和手術(shù)工具231、241的輔助視圖，其中已對(duì)相機(jī) 211進(jìn)行輔助照明。作為用于識(shí)別、警告或警報(bào)目的的該器械接點(diǎn)輔助照明的例子，圖12示出已對(duì)手術(shù)工具231、241的接點(diǎn)進(jìn)行輔助照明。作為用于警報(bào)目的的器械部分輔助照明的例子，圖14示出經(jīng)輔助照明的手術(shù)工具241的部分1402以及相機(jī)211的部分1403，從而指示這些部分危險(xiǎn)地接近于碰撞。當(dāng)輔助圖像的觀察點(diǎn)相同或直接在該相機(jī)211之后時(shí)，渲染也可包括將相機(jī)211捕捉的圖像覆蓋在輔助視圖上。作為例子，圖17圖解了作為覆蓋至手術(shù)工具231、241的輔助視圖渲染的相機(jī)211的捕捉圖像1700，其已由相機(jī)211的觀察點(diǎn)(或右后)產(chǎn)生。在該例子中，顯示在輔助顯示屏140(和/或輔助顯示屏140')上的手術(shù)工具231、241的輔助視圖包括覆蓋捕捉圖像1700中的部分(例如，1731、1741)以及蓋捕捉圖像1700外的部分(例如，1732,1742)。因而，手術(shù)工具231、232在捕捉圖像1700之外的部分向外科醫(yī)生提供關(guān)于其處于相機(jī)211的視場(chǎng)之外的各個(gè)鏈接或可聯(lián)接手臂的另外信息。也可做捕捉圖像1700之外的器械部分(例如，1732、1742)的輔助照明，用于上述識(shí)別目的或從而指示警告或警報(bào)條件。在該情況下，將捕捉圖像1700覆蓋在輔助視圖上對(duì)于示出解剖學(xué)結(jié)構(gòu)360也有利，后者在另外通常將不在輔助視圖中的手術(shù)工具231、241之前。雖然該例子示出覆蓋在輔助顯示屏140上的輔助視圖上的捕捉圖像1700，但是在另外的渲染方案中，輔助視圖可覆蓋顯示在監(jiān)控器104上的捕捉圖像。比覆蓋該捕捉圖像更好的是，渲染也可包括以下動(dòng)作，即通過僅將不在捕捉圖像中顯示的器械231、241的部分(即圖17中器械231、241的點(diǎn)線部分)，以適當(dāng)?shù)膶?duì)齊和以鑲嵌方式鄰近捕捉圖像，而使用輔助視圖放大經(jīng)相機(jī)211捕捉的圖像。除了或替代將捕捉圖像覆蓋在輔助圖像上，或通過輔助視圖放大該捕捉圖像，渲染也可包括在輔助視圖中提供其他有用信息。作為例子，圖16圖解了可聯(lián)接相機(jī)211的輔助側(cè)視圖，其中在輔助視圖上渲染平截頭體1601，以便作為從相機(jī)尖端311的反射并隨其一起移動(dòng)而在輔助顯示屏140上顯示。注意，雖然在附圖中示出的平截頭體1601為截頂圓錐體，其也可以相應(yīng)于監(jiān)視器104中所示的捕捉圖像的截棱錐出現(xiàn)。平截頭體1601的側(cè)面指示相機(jī)211的觀察范圍，而平截頭體1601的基礎(chǔ)1602顯示由相機(jī)211捕捉的圖像1650。注意，為了簡(jiǎn)化目的，在該例子中，已移除通常處于輔助視圖中的手術(shù)工具231、241。作為另一例子，圖14示出半透明球體或泡罩1401 (優(yōu)選為紅色)，當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，其由本方法作為渲染過程的一部分顯示，從而向操作者指示，手術(shù)工具241的輔助照明部分1402、1403和相機(jī)211接近于碰撞。在該情況下，輔助照明部分1402、1403優(yōu)選處于球體的中心。作為另一例子，圖14也示出標(biāo)記或其他指示物1401，其指示當(dāng)使用手術(shù)工具231、241執(zhí)行醫(yī)療程序時(shí)，相機(jī)尖端311觀察手術(shù)工具231、241的末端受動(dòng)器的最佳位置。例如，可通過末端受動(dòng)器的尖端與捕捉圖像的中心等距的位置而確定最佳位置。在906中，本方法引起渲染的計(jì)算機(jī)模型(S卩，輔助視圖)在一個(gè)或多于一個(gè)顯示屏(例如，140和140')上以選擇觀察點(diǎn)的透視圖顯示。如圖12-14和圖16-17所示，輔助視圖在輔助顯示屏140上顯示。如圖14所示，可一次顯示超過一幅輔助視圖(例如，可在相同的時(shí)間，分別在窗口 1421和1422中提供頂視圖和側(cè)視圖)。如圖15所示，可在鄰近可聯(lián)接相機(jī)211捕捉的圖像的窗口 1502中，在主監(jiān)控器104上顯示輔助視圖，其中可聯(lián)接相機(jī)211捕捉的圖像在另一窗口 1501中示出。雖然在該例子中，窗口 1501和1502以相同尺寸出現(xiàn)，但是應(yīng)明白，輔助視圖窗口 1502的位置和尺寸可變化并且始終處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。同樣地，如上所述，可在窗口 1501中，而非在 其單獨(dú)窗口 1502中，將輔助視圖覆蓋在捕捉圖像上。在該情況下，覆蓋輔助視圖可由外科醫(yī)生開關(guān)，以便在執(zhí)行醫(yī)療程序期間不混亂捕捉圖像。在該情況下，可通過壓輸入裝置108、109其中之一上的按鈕或踩下腳踏板105而執(zhí)行開和關(guān)。可替換地，可通過使用聲音識(shí)別系統(tǒng)160的聲音激活，或通過外科醫(yī)生與GUI 170交互作用，或使用任何其他傳統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)換裝置而完成該步驟。完成906之后，然后，本方法循環(huán)回901，從而重復(fù)901-906，用于處理器102的下一處理循環(huán)。為了幫助操作者確定進(jìn)入引導(dǎo)器200及其可聯(lián)接器械定位良好(S卩，當(dāng)在患者體內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)執(zhí)行醫(yī)療程序期間，器械具有寬運(yùn)動(dòng)范圍)，在一個(gè)或多于一個(gè)輔助顯示屏140和140'及監(jiān)控器104中，向操作者提供對(duì)其顯示的輔助視圖中的運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示有用。例如，圖19示出工具器械231右側(cè)視圖，其延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端，其具有用于確定可在輔助視圖中顯示的可聯(lián)接器械231的運(yùn)動(dòng)限制范圍指示而識(shí)別的角度、鏈接軸和長度。由于其嚙合扣構(gòu)造，器械的第一和第三鏈接332、336彼此保持平行關(guān)系。因而，當(dāng)?shù)谝唤狱c(diǎn)333轉(zhuǎn)動(dòng)至最大角度1902時(shí)，第二接點(diǎn)335和腕接點(diǎn)337 (分別在第三鏈接336的近端和遠(yuǎn)端)兩者都處于離第一鏈接332的縱軸1901的最大位移1903，其可通過第二鏈接334的長度乘以角1902的正弦函數(shù)計(jì)算。如果第一鏈接332關(guān)于其縱軸1901可充分轉(zhuǎn)動(dòng)，就可通過這樣的圓柱體定義第三鏈接336的邊界限制，以及隨后定義第二鏈接335和腕接點(diǎn)337的邊界限制，該圓柱體具有最大位移1903，因?yàn)槠浒霃胶烷L度由延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的第一鏈接332的最大延伸確定。因而，對(duì)于相應(yīng)于沿第三鏈接336 (或在其耦合接點(diǎn)335、337)的一點(diǎn)截取的圓柱體橫截面片的二維視圖，就可為器械231定義以圓形渲染的邊界限制，并且可為每個(gè)延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端的其他可聯(lián)接器械定義類似的邊界圓。雖然在本例子中，運(yùn)動(dòng)限制的接點(diǎn)范圍類似于圓形，也可與在此對(duì)邊界圓形描述類似的方式，提供橢圓形和其他接點(diǎn)約束邊界限制。作為例子，圖20圖解了計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的輔助視圖200，其描述了器械縮回至進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端中時(shí)的可聯(lián)接器械211、231、241、251的圖示(從沿進(jìn)入引導(dǎo)器200的縱軸V的有利點(diǎn)，從遠(yuǎn)端或直接在遠(yuǎn)端之后往外看的透視圖/視角(perspective))，以及分別相應(yīng)于器械211、231、241、251的運(yùn)動(dòng)限制的范圍2011、2031、2041、2051指示。
在該例子中，與參考圖19所述相同，確定工具器械231的邊界圓2031。以類似的方式確定其他器械的邊界圓。由于工具器械231、241、251的嚙合扣接點(diǎn)結(jié)構(gòu)相同，所以其各個(gè)邊界圓尺寸相同，但是彼此偏移，以便其每個(gè)圓都沿其第一鏈接的精度軸居中(即，在圖20中其各個(gè)圖示231、241、251的的中心)。然而，在該例子中，相機(jī)器械211的嚙合扣接點(diǎn)結(jié)構(gòu)不同，所以其引起更小的邊界圓2011。特別地，與工具器械231、241、251相比，相機(jī)器械211對(duì)于其第一接點(diǎn)323具有較小的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度，或者更短的第二鏈接324。然而，邊界圓2011也沿其相機(jī)器械211的第一鏈接322居中。將當(dāng)前由操作者控制的器械的邊界圓與當(dāng)前不由操作者控制的器械的邊界圓區(qū)分有用。為了該目的，以實(shí)線圓示出邊界圓2031、2041，因?yàn)槠涓髯缘目陕?lián)接器械231、241當(dāng)前由輸入裝置108、109控制(即，其處于工具跟蹤模式)，而以點(diǎn)線圓示出邊界圓2011、2051，因?yàn)槠涓髯缘目陕?lián)接器械211、251當(dāng)前不由輸入裝置108、 109控制。可替換地，分離器械的邊界圓可完全不在輔助視圖中顯示，以便不以不必要或不使用的信息使其過度復(fù)雜。當(dāng)轉(zhuǎn)換輸入裝置109的關(guān)聯(lián)，所以其控制工具251而非工具231時(shí)，邊界圓2051將變?yōu)閷?shí)線圓，而邊界圓2031將變?yōu)辄c(diǎn)線圓(或者將完全不顯示)，從而表示控制變化。類似地，當(dāng)將輸入裝置108、109的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換為相機(jī)定位模式時(shí)，相應(yīng)于相機(jī)211的邊界圓2011將變?yōu)閷?shí)線圓，而邊界圓2031、2041將變?yōu)辄c(diǎn)線圓(或者其將完全不顯示)，從而表示控制變化。作為使用實(shí)線、點(diǎn)線和不可見圓的替換，可通過使用不同顏色的圓或其他視覺可辨方法的方案指示控制模式，例如相應(yīng)于當(dāng)時(shí)未主動(dòng)控制的器械的邊界圓閃亮或不亮。作為例子，圖21圖解了輔助視圖2100，其為可聯(lián)接器械211、231、241、251提供另外的細(xì)節(jié)，其中示出一些器械延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端，并且示出相應(yīng)于該器械的其運(yùn)動(dòng)限制范圍2011、2031、2041、2051的指示。在該例子中，工具器械231、241由操作者在工具跟蹤模式中使用輸入裝置108、109控制，而當(dāng)時(shí)器械251、211不由操作者控制。特別地，工具器械251不在使用中，并且縮回至進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端，而相機(jī)工具211在上述移動(dòng)后備其控制器支持固定在某一位置，從而看起來稍微向左和向下。因此，在輔助視圖2100中，示出分別相應(yīng)于器械231、241的邊界限制2031、2041為實(shí)線圓，而分別相應(yīng)于器械211、251的邊界限制2011、2051為點(diǎn)線圓。因此，輔助視圖2100可在進(jìn)入引導(dǎo)器200遠(yuǎn)端的橫截面片上，對(duì)每個(gè)可聯(lián)接器械211、231、241、251覆蓋三個(gè)橫截面片，其中每個(gè)片都垂直于并且對(duì)齊進(jìn)入引導(dǎo)器的縱軸V。可在每個(gè)器械的第一接點(diǎn)(例如，圖19中用于工具231的第一接點(diǎn)333)取得第一切片，可在每個(gè)器械的腕接點(diǎn)(例如，圖19中用于工具231的腕接點(diǎn)337)取得第二切片，并且可在器械的遠(yuǎn)端(例如，圖19中用于工具231的末端受動(dòng)器遠(yuǎn)端338)取得第三切片。雖然可在輔助視圖2100中顯示每個(gè)可聯(lián)接器械211、231、241、251的第一接點(diǎn)、腕接點(diǎn)和遠(yuǎn)端的橫截面，但是也可替代提供物體形式的圖示，例如適當(dāng)定位的圓或橢圓，其中截取橫截面片。特別地，示出第一接點(diǎn)323、333、343、353的圖示為圓或橢圓(由其各自第一接點(diǎn)的相同標(biāo)識(shí)號(hào)識(shí)別)，其在輔助視圖2100中的位置指示當(dāng)其延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端時(shí)，其各個(gè)第一鏈接的位置；示出腕接點(diǎn)327、337、347的圖示為圓或橢圓(由其各自腕接點(diǎn)的相同標(biāo)識(shí)號(hào)識(shí)別)，其在輔助視圖2100中的位置指示器械211、231、241的嚙合扣接點(diǎn)的聯(lián)接；并且示出遠(yuǎn)端328、338、348的圖示為圓或橢圓(由其各自遠(yuǎn)端的相同標(biāo)識(shí)號(hào)識(shí)別)，其在輔助視圖2100中的位置指示其方向。作為確定遠(yuǎn)端方向的例子，可通過遠(yuǎn)端繞第一鏈接332的橫擺角度1907，以及分別為第三鏈接336和工具231的末端受動(dòng)器331之間的縱軸1904、1905之間的縱傾角度1906，確定圖19中工具231的遠(yuǎn)端338的方向。為了清晰地區(qū)分遠(yuǎn)端328、338、348的圖示和其各個(gè)腕接點(diǎn)327、337、347的圖示，可通過不同顏色或不同陰暗或以另一視覺可區(qū)別方式顯示遠(yuǎn)端。可替換地或另外，可顯示連接段，從而識(shí)別相同器械的對(duì)應(yīng)第一接點(diǎn)、腕接點(diǎn)和遠(yuǎn)端。例如，示出段2103連接第一接點(diǎn)333的圖示和腕接點(diǎn)337的圖示，而示出段2104連接腕接點(diǎn)337的圖示和工具231的遠(yuǎn)端338的圖示。也示出連接段2101、2102以類似的方式連接第一接點(diǎn)343、腕接點(diǎn)347以及工具241的遠(yuǎn)端348的圖示。
如圖21中的輔助視圖2100所示，工具器械231的腕接點(diǎn)337接近與其邊界限制2031。為了警告操作者腕接點(diǎn)337正在接近其運(yùn)動(dòng)限制范圍，可提供視覺指示，例如腕接點(diǎn)圖示的顏色或陰暗變化、最靠近腕接點(diǎn)的邊界限制2031的部分2110的顏色或陰暗變化、和/或相應(yīng)于腕接點(diǎn)337的段2103、2104其中之一或兩者的顏色或陰暗都變化。也可使用其他的視覺指示，例如閃光、箭頭或警告文字。以及也可提供音頻暗示或警告，或替代在此描述的任何該視覺指示。當(dāng)嚙合扣接點(diǎn)接近其邊界限制時(shí)，除了提供指示，也期望當(dāng)可聯(lián)接器械211、231、241,251達(dá)到其延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的最大延伸時(shí)提供指示?？稍谘a(bǔ)充輔助視圖中指示最大限制邊界，例如在圖30中，在輔助視圖2100的左側(cè)和右側(cè)分別提供工具241、251的側(cè)補(bǔ)充輔助視圖3001、3002中的延伸限制3011、3012，并且當(dāng)其各個(gè)第一鏈接靠近其延伸限制時(shí)，通過使用這樣的視覺指示提供警告，例如其各個(gè)可聯(lián)接器械的第一連接和/或任何其他部分的顏色或陰暗或其他變化。作為例子，圖22-25圖解了可用于輔助視圖2100中的圖示的各種更改，用于指示可聯(lián)接器械231伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的程度。可出于相同的目的，使用對(duì)其他器械211、241、251的圖示的類似更改。如圖22所示，從腕接點(diǎn)337的圖示發(fā)射的射線2201的長度用于指示第一鏈接332延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端(即，圖19中的長度1909)的程度?？商鎿Q地或另外，如圖23所示，從遠(yuǎn)端338的圖示發(fā)射的射線2301的長度可用于指示第一鏈接332延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的程度?？商鎿Q地或另外，如圖24所示，第一接點(diǎn)333、腕接點(diǎn)337和遠(yuǎn)端338的圖示的相對(duì)尺寸、顏色和/或陰暗可用于指示第一鏈接332延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的程度。作為例子，隨著第一鏈接332進(jìn)一步延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端，第一接點(diǎn)333、腕接點(diǎn)337和遠(yuǎn)端338的兩個(gè)或兩個(gè)以上圖示之間相對(duì)尺寸的差異可變得逐漸更大?？商鎿Q地或另外，段2501、2502的圖示的相對(duì)尺寸、顏色和/或陰暗可用于指示第一鏈接332延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的程度。除了輔助視圖2100中顯示指示可聯(lián)接器械211、231、241、251的嚙合扣接點(diǎn)聯(lián)接、延伸/縮回的圖示，以及指示器械的運(yùn)動(dòng)限制范圍的邊界的圖示之外，器械遠(yuǎn)端的圖示也可提供其工具或相機(jī)的其他狀態(tài)信息。作為例子，圖26圖解了工具231的遠(yuǎn)端338的圖示，其包括定義其中的角度2603的元件2601、2602，其指示末端受動(dòng)器331的夾子開啟或閉合多少。作為另一例子，圖27圖解了相機(jī)器械211的遠(yuǎn)端328 (包括相機(jī))的圖示，其描述了表示相機(jī)器械211的視場(chǎng)的區(qū)域2701。也可使用輔助視圖2100從而當(dāng)再定位進(jìn)入引導(dǎo)器200時(shí)幫助操作者，以便為了執(zhí)行醫(yī)療程序而更好地定位可聯(lián)接器械。作為例子，圖28圖解了進(jìn)入引導(dǎo)器不良位置的簡(jiǎn)化輔助視圖2100，其中每個(gè)腕接點(diǎn)327、337、347都接近其邊界限制2011、2031、2041。為了簡(jiǎn)化附圖，省略工具251和器械211、231、241的第一接點(diǎn)323、333、343的圖示，以便不通過細(xì)節(jié)而使其過度復(fù)雜化。通過轉(zhuǎn)換為參考圖2所述的進(jìn)入引導(dǎo)器定位模式，可由其各個(gè)控制器而將相機(jī)器械211的相機(jī)尖端311以及工具器械231、241的末端受動(dòng)器331、341的位置支持在適當(dāng)位置，同時(shí)，操作者使用輸入裝置108、109其中之一或其兩者再定位進(jìn)入引導(dǎo)器200。特別地，當(dāng)在定位進(jìn)入引導(dǎo)器時(shí)，通過使用其各個(gè)控制器將其腕接點(diǎn)327、337、347和遠(yuǎn)端328、338、348支持在適當(dāng)位置，而將相機(jī)尖端311和末端受動(dòng)器 331、341支持在適當(dāng)位置。然而，第一接點(diǎn)323、333、343以及器械211、231、241的邊界限制2011,2031,2041隨著進(jìn)入引導(dǎo)器200移動(dòng)而移動(dòng)。作為例子，圖29圖解了這樣的簡(jiǎn)化輔助視圖，即進(jìn)入引導(dǎo)器已移動(dòng)距離2901，而相對(duì)于腕接點(diǎn)327、337、347和器械211、231、241的遠(yuǎn)端328、338、348再定位之后，以便每個(gè)腕接點(diǎn)327、337、347都在其邊界限制2011、2031、2041內(nèi)更好地定位，用于改進(jìn)運(yùn)動(dòng)范圍?？捎煽刂破?02使用如參考圖9的901-905所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法產(chǎn)生圖20-29描述的輔助視圖2100，其中存在從進(jìn)入引導(dǎo)器遠(yuǎn)端往外看的透視圖產(chǎn)生和顯示嚙合扣接點(diǎn)橫截面片和邊界限制。然后，可在監(jiān)控器104和/或輔助顯示屏140、140'上單獨(dú)顯示計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的輔助視圖2100，或者可結(jié)合例如參考圖9所述的相機(jī)捕捉圖像和/或其他計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的視圖顯示。作為例子，圖30圖解了監(jiān)控器104的顯示屏，其中在主窗口中示出相機(jī)器械211捕捉的圖像1501，而在下部中心窗口中示出延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器的可聯(lián)接器械211、231、241的輔助視圖2100，而分別在下部側(cè)窗口中分別示出與視圖2100不同視角的工具241、251的補(bǔ)充輔助視圖3001、3002。在該視圖布置中，可如參考圖13-29所述，在下部中心窗口中提供嚙合扣接頭邊界限制的指示，并且可如上所述，在下部側(cè)圖中提供可聯(lián)接器械241、231的延伸限制指示。當(dāng)延伸出進(jìn)入引導(dǎo)器200的遠(yuǎn)端的可聯(lián)接器械接近其各自運(yùn)動(dòng)限制范圍和/或預(yù)示著彼此相互碰撞時(shí)，也可在此描述的輔助視圖中提供視覺線索或警告。雖然已關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明的各個(gè)方面，但是應(yīng)理解，本發(fā)明具有附加權(quán)利要求全部范圍內(nèi)的全部保護(hù)的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種提供指示一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的接點(diǎn)位置和運(yùn)動(dòng)限制范圍的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生視圖的方法，所述方法包含 接收所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的狀態(tài)信息； 通過包括所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的接點(diǎn)的圖示和一個(gè)或多于一個(gè)所述接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示而產(chǎn)生視圖，其中所述圖示和指示通過使用所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的接收信息和向前運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生；以及 在顯示屏上顯示所述產(chǎn)生的視圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述可連接器械延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端，并且所述視圖通過從所述進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端向外看的透視圖產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示包含一個(gè)或多于一個(gè)所述接點(diǎn)的邊界的圖示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)聯(lián)接器械包含 第一、第二和第三鏈接； 第一接點(diǎn)，其耦合所述第一鏈接的遠(yuǎn)端和所述第二鏈接的近端，以便所述第二鏈接可相對(duì)于所述第一鏈接在所述第一接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及 第二接點(diǎn)，其耦合所述第二鏈接的遠(yuǎn)端和所述第三鏈接的近端，以便所述第三鏈接可相對(duì)于所述第二鏈接在所述第二接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其與所述第一接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)以這樣的方式協(xié)同，即所述第一和第三鏈接的縱軸互相平行； 其中，所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端具有一個(gè)或多于一個(gè)孔，相應(yīng)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械可通過所述一個(gè)或多于一個(gè)孔延伸，所述產(chǎn)生的視圖包括所述進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端的輪廓，并且隨著第一物體定位，所述接點(diǎn)的所述圖示包括所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的第一接點(diǎn)的圖示，其中其相應(yīng)的孔與所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端的所述輪廓有關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)聯(lián)接器械包含 醫(yī)療裝置，其具有近端和遠(yuǎn)端；以及 第三接點(diǎn)，其耦合所述第三鏈接的遠(yuǎn)端和所述醫(yī)療裝置的近端，以便所述醫(yī)療裝置可相對(duì)于所述第三鏈接在所述第三接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)； 其中隨著第二物體在視圖中定位，所述接點(diǎn)的圖示包括所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第三接點(diǎn)的圖示，從而反映其相應(yīng)的第一接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、其相應(yīng)的第一鏈接繞其各自中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、以及其相應(yīng)的第二鏈接的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中隨著第三物體定位，所述產(chǎn)生的視圖包括所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的醫(yī)療裝置的遠(yuǎn)端的圖示，從而反映其相應(yīng)的第三接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、其相應(yīng)的第一鏈接繞其各自中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、以及其相應(yīng)的醫(yī)療裝置從其近端延伸到其遠(yuǎn)端的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的一個(gè)或多于一個(gè)所述接點(diǎn)的邊界的圖示包括視圖中所述第二物體的位置邊界。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述視圖中第二物體的位置邊界包含與相應(yīng)的第一物體共享公共中心的邊界圓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中相應(yīng)于所述操作者可操控的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械中的幾個(gè)的所述邊界圓通過實(shí)線在所述顯示屏上顯示，而相應(yīng)于所述操作者不可操控的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械中的幾個(gè)的所述邊界圓不在所述顯示屏上顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二物體隨著所述第二物體接近其相應(yīng)的邊界圓而改變顏色。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中至少一部分所述邊界圓隨著其相應(yīng)的第二物體接近所述邊界圓而改變顏色。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接可延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的射線長度指示，所述射線從其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一、第二或第三物體中至少其中之一上放射。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接可延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端，并且所述第一鏈接的延伸長度以這樣的顏色變化指示，所述顏色變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一、第二或第三物體中至少其中之一的顏色變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接可延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的相對(duì)尺寸變化指示，所述相對(duì)尺寸變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一、第二或第三物體中至少其中兩個(gè)之間的相對(duì)尺寸變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述視圖進(jìn)一步包含第一段和第二段的圖示，其中第一段連接所述第一和第二物體；第二段連接所述第二和第三物體；單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接能夠延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器，并且所述第一鏈接的延伸長度以這樣的顏色變化指示，所述顏色變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一段和第二段中至少其中之一的顏色變化。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述視圖進(jìn)一步包含第一段和第二段的圖示，其中第一段連接所述第一和第二物體；第二段連接所述第二和第三物體；單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接能夠延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的尺寸變化指示，所述尺寸變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一段和第二段中至少其中之一的尺寸變化。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述視圖進(jìn)一步包含第一段和第二段的圖示，其中第一段連接所述第一和第二物體；第二段連接所述第二和第三物體；單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接能夠延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的形狀變化指示，所述形狀變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一段和第二段中至少其中之一的形狀變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中一個(gè)所述可聯(lián)接器械的所述醫(yī)療裝置包括第一元件，其鉸鏈連接至第二元件，以便所述第一和第二元件可控地開啟和閉合，產(chǎn)生在所述第一和第二元件之間的一個(gè)角度，并且其相應(yīng)的第三物體具有兩個(gè)夾子，其被顯示從而指示所述第一和第二元件之間的所述角度。
19.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中一個(gè)所述可聯(lián)接器械的所述醫(yī)療裝置包括可聯(lián)接相機(jī)器械，并且顯示的視圖用于補(bǔ)充由可聯(lián)接相機(jī)器械捕捉的圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中相應(yīng)于包括所述可聯(lián)接相機(jī)器械的醫(yī)療裝置的第三物體具有這樣的區(qū)域，其在所述顯示屏上顯示，從而指示所述可聯(lián)接相機(jī)器械的視場(chǎng)。
21.—種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng),其包含 進(jìn)入引導(dǎo)器； 多個(gè)可聯(lián)接器械，其可控地延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端； 顯示屏；以及 處理器，其被配置成接收所述可聯(lián)接器械的狀態(tài)信息，通過包括所述可聯(lián)接器械的接點(diǎn)的圖示和用于一個(gè)或多于一個(gè)所述接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示而產(chǎn)生視圖，其中所述圖示和指示通過使用所述可聯(lián)接器械的接收信息和向前運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，并且將產(chǎn)生的視圖在所述顯示屏上顯示。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述視圖通過從所述進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端向外看的透視圖產(chǎn)生。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)限制范圍的指示包含一個(gè)或多于一個(gè)所述接點(diǎn)的邊界的圖示。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中單獨(dú)的所述聯(lián)接器械包含 第一、第二和第三鏈接； 第一接點(diǎn)，其耦合所述第一鏈接的遠(yuǎn)端和所述第二鏈接的近端，以便所述第二鏈接可相對(duì)于所述第一鏈接在所述第一接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及 第二接點(diǎn)，其耦合所述第二鏈接的遠(yuǎn)端和所述第三鏈接的近端，以便所述第三鏈接可相對(duì)于所述第二鏈接在所述第二接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其與所述第一接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)以這樣的方式協(xié)同，即所述第一和第三鏈接的縱軸互相平行； 其中，所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端具有多個(gè)孔，相應(yīng)的所述可聯(lián)接器械可通過所述孔延伸，所述產(chǎn)生的視圖包括所述進(jìn)入引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端的輪廓，并且隨著第一物體定位，所述接點(diǎn)的所述圖示包括所述可聯(lián)接器械的第一接點(diǎn)的圖示，其中其相應(yīng)的孔與所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端的所述輪廓有關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中單獨(dú)的所述聯(lián)接器械包含 醫(yī)療裝置，其具有近端和遠(yuǎn)端；以及 第三接點(diǎn)，其耦合所述第三鏈接的遠(yuǎn)端和所述醫(yī)療裝置的近端，以便所述醫(yī)療裝置可相對(duì)于所述第三鏈接在所述第三接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)； 其中隨著第二物體在視圖中定位，所述接點(diǎn)的圖示包括所述可聯(lián)接器械的所述第三接點(diǎn)的圖示，從而反映其相應(yīng)的第一接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、其相應(yīng)的第一鏈接繞其各自中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、以及其相應(yīng)的第二鏈接的長度。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中隨著第三物體定位，所述產(chǎn)生的視圖包括所述可聯(lián)接器械的醫(yī)療裝置的遠(yuǎn)端的圖示，從而反映其相應(yīng)的第三接點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、其相應(yīng)的第一鏈接繞其各自中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、以及其相應(yīng)的醫(yī)療裝置從其近端延伸到遠(yuǎn)端的長度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述可聯(lián)接器械的一個(gè)或多于一個(gè)所述接點(diǎn)的圖示包括視圖中所述第二物體的位置邊界。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述視圖中第二物體的位置邊界包含與相應(yīng)的第一物體共享公共中心的邊界圓。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中相應(yīng)于所述操作者可操控的所述可聯(lián)接器械中的幾個(gè)的所述邊界圓通過實(shí)線在所述顯示屏上顯示，而相應(yīng)于所述操作者不可操控的所述可聯(lián)接器械中的幾個(gè)的所述邊界圓不在所述顯示屏上顯示。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述第二物體隨著所述第二物體接近其相應(yīng)的邊界圓而改變顏色。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中至少一部分所述邊界圓隨著其相應(yīng)的第二物體接近所述邊界圓而改變顏色。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的所述第一鏈接可延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的射線長度指示，所述射線從其單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一、第二或第三物體中至少其中之一上放射。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的所述第一鏈接可延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端，并且所述第一鏈接的延伸長度以這樣的顏色變化指示，所述顏色變化為其單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一、第二或第三物體中至少其中之一的顏色變化。
34.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的所述第一鏈接可延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器的所述遠(yuǎn)端，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的相對(duì)尺寸變化指示，所述相對(duì)尺寸變化為其單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一、第二或第三物體中至少其中兩個(gè)之間的相對(duì)尺寸變化。
35.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述視圖進(jìn)一步包含第一段和第二段的圖示，其中第一段連接所述第一和第二物體；第二段連接所述第二和第三物體，單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的所述第一鏈接能夠延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器，并且所述第一鏈接的延伸長度以這樣的顏色變化指示，所述顏色變化為其單獨(dú)的所述可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一段和第二段中至少其中之一的顏色變化。
36.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述視圖進(jìn)一步包含第一段和第二段的圖示，其中第一段連接所述第一和第二物體；第二段連接所述第二和第三物體，單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接能夠延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的尺寸變化指示，所述尺寸變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一段和第二段中至少其中之一的尺寸變化。
37.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中所述視圖進(jìn)一步包含第一段和第二段的圖示，其中第一段連接所述第一和第二物體；第二段連接所述第二和第三物體，單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的所述第一鏈接能夠延伸出所述進(jìn)入引導(dǎo)器，并且所述第一鏈接的延伸長度由這樣的形狀變化指示，所述形狀變化為其單獨(dú)的所述一個(gè)或多于一個(gè)可聯(lián)接器械的其相應(yīng)的第一段和第二段中至少其中之一的形狀變化。
38.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中一個(gè)所述可聯(lián)接器械的所述醫(yī)療裝置包括第一元件，其鉸鏈連接至第二元件，以便所述第一和第二元件可控地開啟和閉合，產(chǎn)生所述第一和第二元件之間的一個(gè)角度，并且其相應(yīng)的第三物體具有兩個(gè)夾子，其被顯示從而指示所述第一元件和第二元件之間的所述角度。
39.根據(jù)權(quán)利要求26所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中一個(gè)所述可聯(lián)接器械的所述醫(yī)療裝置包括可聯(lián)接相機(jī)器械，并且顯示的視圖用于補(bǔ)充由可聯(lián)接相機(jī)器械捕捉的圖像。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)，其中相應(yīng)于包括所述可聯(lián)接相機(jī)器械的醫(yī)療裝置的第三物體具有這樣的區(qū)域，其在所述顯示屏上顯示，從而指示所述可聯(lián)接相機(jī)器械的視場(chǎng)。
全文摘要
一種醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)(100)，其包括具有手術(shù)工具(231、241)的進(jìn)入引導(dǎo)器(200)，以及延伸出其遠(yuǎn)端的相機(jī)(211)。為了補(bǔ)充由相機(jī)捕捉的圖像提供的視圖，包括手術(shù)工具的可聯(lián)接手臂和/或相機(jī)的輔助視圖根據(jù)從指定觀察點(diǎn)透視圖的傳感的或其他方式確定的關(guān)于其位置和方向的信息產(chǎn)生，其位置和取向的信息和運(yùn)動(dòng)限制范圍指示一起顯示在顯示屏(140)。
文檔編號(hào)A61B19/00GK102802550SQ201080028525
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者M·E·托尼亞奇尼, D·H·戈麥斯, N·迪奧拉伊蒂, T·穆斯塔法, P·米特拉, P·E·里拉岡 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司