[发明专利]提供延伸到进入引导器远端外的可铰接器具的辅助视图的医疗机器人系统

说明书

本申请为分案申请，原申请的申请日为2009年06月04日，申请号为200980124325.8(PCT/US2009/046234)，发明名称为“提供延伸到进入引导器远端外的可铰接器具的辅助视图的医疗机器人系统”。

发明领域

本发明总体涉及医疗机器人系统，并具体涉及提供可铰接器具(articulatable instruments)的辅助视图的医疗机器人系统，所述可铰接器具延伸到进入引导器(entry guide)远端外。

发明背景

医疗机器人系统，如用于进行微创外科手术的遥操作系统(teleoperative system)，相对于常规的开放式外科技术提供多种益处，包括较少的疼痛、较短的住院期、较快地恢复正常活动、最小化的疤痕、缩减的恢复期以及对组织较少的伤害。因此，对该医疗机器人系统的需求是强烈并且增长的。

该医疗机器人系统的其中一个实例是来自加利福尼亚州森尼韦尔的Intuitive Surgical,Inc.的da 手术系统，其为微创机器人外科系统。da 外科系统具有多个机器人臂，所述机器人臂响应于外科医生观察图像获取装置获取的手术位点的图像而进行的输入装置的移动来移动所连接的医疗装置，如图像获取装置和Intuitive Surgical专有的铰接外科器具。每个医疗装置穿过其自身的微创切口插入患者体内并定位，以在手术位点进行医疗手术。所述切口位于患者身体周围，以便所述外科器具可用于协助进行医疗手术，并且图像获取装置可以观察它，而它们的机器人臂在手术过程中不碰撞。

对于进行某些医疗手术，应用单一进入孔如微创切口或自然的身体腔口进入患者来进行医疗手术可能是有利的。例如，可首先将进入引导器插入、定位及保持在进入孔中适当的位置。然后可以将用于进行医疗手术的器具，如可铰接摄像机和多种可铰接外科工具，插入进入引导器的近端，以便延伸到其远端外。因此，进入引导器为多种器具提供单一进入孔，同时在引导器将它们向工作位点引导时保持所述器具捆绑在一起。

由于进入引导器一般具有相对小的直径以便适合穿过微创切口或自然的身体腔口，当遥控操作外科器具进行医疗手术以及遥控操作摄像机观察医疗手术时，可能产生许多问题。例如，因为将摄像机与外科工具捆绑，所以摄像机相对于外科工具的定位受限，从而其对外科工具的观察受限。

因此，虽然可铰接外科工具的顶端可保持在摄像机的视野中，但有助于外科工具可铰接性的可控联动机构(controllable linkage)可能不在摄像机的视野中。所以，外科工具的可控联动机构可能在医疗手术的进行过程中不经意地彼此(或与摄像机的连接)碰撞，结果对患者造成伤害或以其它方式不利地影响医疗手术的进行。

同样，由于可铰接摄像机一般不能观察到其自身的可控联动机构，操作者对摄像机的移动尤其重要——其中与外科工具连接的碰撞将被避免。进一步，当提供直观控制以协助操作者遥控操作移动外科工具和摄像机时，产生所述工具和摄像机顶端的这类直观移动所需要的联动机构的移动可能对于操作者不明显或不直观，从而使操作者避免摄像机视野外的联动机构之间的碰撞更加困难。

发明概述

因此，本发明一个或多个方面的目的是向操作者提供辅助视图以协助操作者使用医疗机器人系统对患者进行医疗手术的方法，所述医疗机器人系统具有延伸到进入引导器远端外的可铰接器具，所述进入引导器穿过单一进入孔插入患者体内。

本发明一个或多个方面的另一目的是在这种医疗机器人系统中实施的、向操作者提供视觉指示的方法，所述视觉指示指示何时可铰接器具的可控联动机构可能碰撞。

本发明一个或多个方面的另一目的是在医疗机器人系统中实施的、向操作者提供视觉指示的方法，所述视觉指示指示何时可铰接器具的接头(joints)和/或连杆(links)和/或其部分正接近不期望的或期望的事件或情况。

本发明一个或多个方面的另一目的是在这种医疗机器人系统中实施的、增加操作者对摄像机视野之外的可铰接器具的联动机构相对位置(configuration)了解的方法。

通过本发明的各个方面实现这些以及另外的目的，其中简而言之，一方面是提供计算机生成视图的方法，包括：接收一个或多个延伸到进入引导器远端外的可铰接器具的状态信息；利用接收的信息和一个或多个可铰接器具的正向运动学(forward kinematics)生成视图；以及在显示屏上显示生成的视图。