專利名稱：外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)。更確切地，本發(fā)明的實(shí)施例涉 及用于^^測外科醫(yī)生的頭部的方位并使用該信息來控制外科機(jī)構(gòu)的方位 檢測裝置。本發(fā)明的實(shí)施例包括外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)和外科腹腔鏡定位裝置。
背景技術(shù)：
相比于傳統(tǒng)的外科方法，微創(chuàng)外科因加快痊愈時(shí)間和降低感染風(fēng)險(xiǎn) 而優(yōu)選。內(nèi)窺鏡外科是微創(chuàng)外科的一種形式，而腹腔鏡外科是內(nèi)窺鏡外 科的子類，其主要涉及腹部內(nèi)窺鏡外科。
在內(nèi)窺鏡外科手術(shù)期間，在外科醫(yī)生使用 一個(gè)或多個(gè)內(nèi)窺鏡外科工 具來實(shí)施外科手術(shù)時(shí)，通常要求外科助理將內(nèi)窺鏡保持在所需位置。從 內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)端(即內(nèi)窺鏡的置于患者體內(nèi)并基本位于外科手術(shù)部位的端部) 拍攝的圖像被顯示在手術(shù)室中監(jiān)視器上供外科醫(yī)生利用。內(nèi)窺鏡外科手 術(shù)可能花費(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)而在手術(shù)持續(xù)期間外科助理必須將內(nèi)窺鏡保持在外 科醫(yī)生想要的位置(在外科醫(yī)生的指示下進(jìn)行任何位置調(diào)整)。
最近，已開發(fā)了外科機(jī)構(gòu)和機(jī)械人，其可將內(nèi)窺鏡保持在所需位置 并可根據(jù)外科醫(yī)生的指示自動移動內(nèi)窺鏡的位置。
由于外科醫(yī)生通常是使用兩只手來控制內(nèi)窺鏡外科工具，無論如何， 外科醫(yī)生必須保持其手無菌(而因此不能觸摸任何非無菌的控制機(jī)構(gòu))， 因而外科醫(yī)生的指示難以直接傳遞到外科機(jī)構(gòu)或機(jī)械人。
例如，US 6,239,874中已提出一種方位檢測裝置。該裝置使用自頭部 單元發(fā)出的四個(gè)發(fā)散波束。在使用者的頭部運(yùn)動時(shí)，波束之一可與檢測 器相交?？纱_定與檢測器相交的波束的標(biāo)識(identity),以及基于該信息 而確定使用者的頭部的方位(由于該信息而控制內(nèi)窺鏡)。然而，仍需要有待發(fā)展的替代裝置。
已經(jīng)開發(fā)了用于檢測例如飛機(jī)飛行員頭部的方位的其它裝置，使得 顯示給飛行員的信息可相應(yīng)改變。也存在用于基于使用者頭部的檢測方 位而控制在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中呈現(xiàn)給使用者的視圖的裝置。然而，這些裝 置不適于用在外科環(huán)境中。例如，在某些情況下，這些裝置既體積龐大
又昂貴；通常在現(xiàn)有技術(shù)中不利于使這種裝置(其已發(fā)展用于非外科應(yīng) 用)適于與外科機(jī)構(gòu)或機(jī)械人進(jìn)行關(guān)聯(lián)使用，原因在于殺菌、保持無菌 環(huán)境、過多的成本、手術(shù)室中有限的空間以及滿足適于將在外科手術(shù)中 使用的器材的嚴(yán)格的安全條例等意料之內(nèi)的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是尋求解決現(xiàn)有技術(shù)所涉及的一些問題。 因而，本發(fā)明的一方面提供一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束 發(fā)射器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成僅發(fā)射單個(gè)波束、并適于附接 于外科醫(yī)生；第一對分立的波束檢測器，所述第一對分立的波束檢測器 中每一個(gè)均適于檢測由所述波束發(fā)射器單元發(fā)射的入射波束，并在檢測
到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述控制單元 配置成接收由所述波束檢測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述 一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科^4勾。
優(yōu)選地，所述的系統(tǒng)還包括第二對分立的波束檢測器，所述第二對 分立的波束檢測器中每一個(gè)均適于檢測由所述波束發(fā)射器單元發(fā)射的入 射波束，并在檢測到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號。
本發(fā)明的另一方面提供一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括攝像機(jī)單 元，所述攝像機(jī)單元適于附接于外科醫(yī)生、并配置成拍攝圖像幀；至少 一個(gè)標(biāo)記，所述標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖像幀中可檢測到；處理單 元，所述處理單元配置成檢測所述或每一標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖 像幀中的位置，并根據(jù)檢測到的標(biāo)記在所拍攝的圖像幀中的位置輸出控 制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述處理單元輸出 的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并^^據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科^U勾。本發(fā)明的另一方面提供一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括攝像機(jī)單 元，所述攝像機(jī)單元適于附接于外科醫(yī)生、并配置成拍攝圖像幀；至少 一個(gè)標(biāo)記，所述標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖像幀中可檢測到；處理單 元，所述處理單元配置成檢測所述或每一標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖 像幀中的標(biāo)識，并根據(jù)檢測到的標(biāo)記在所拍攝的圖像幀中的標(biāo)識輸出控 制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述處理單元輸出 的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述或每一標(biāo)記是物理標(biāo)記。
有利地，所述的系統(tǒng)還包括視頻覆蓋單元，所述視頻覆蓋單元配置 成將標(biāo)記疊加在^L頻信號上。
優(yōu)選地，設(shè)有多個(gè)標(biāo)記，每一標(biāo)記完全是唯一可識別的。 本發(fā)明的另一方面提供一種外科內(nèi)窺鏡工具定位裝置，其包括適 于容納腹腔鏡的腹腔鏡接收模塊；至少一個(gè)發(fā)動機(jī)，所述發(fā)動機(jī)與所述 腹腔鏡接收模塊相連、并配置成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)移動所述腹腔鏡接收模塊；反射 器，所述反射器配置成反射預(yù)定頻率的電磁輻射、并適于附接于外科醫(yī) 生；檢測器單元，所述檢測器單元適于通過感測由所述反射器反射的所 述電磁輻射而監(jiān)控所述反射器的運(yùn)動；以及控制單元，所述控制單元配 置成接收由所述檢測器單元輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一 個(gè)或多個(gè)控制信號控制所述或每一發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以致控制所述腹腔鏡接 收模塊的運(yùn)動。
優(yōu)選地，所述的裝置還包括兩個(gè)附加反射器，所述兩個(gè)附加反射器 適于反射各自的基本獨(dú)立的預(yù)定頻率的電磁輻射、并適于附接于外科醫(yī) 生，其中所述檢測器單元適于檢測由所述反射器反射的電磁輻射的頻率 并利用該信息協(xié)助監(jiān)控所述反射器的運(yùn)動。
本發(fā)明的另一方面提供一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束發(fā)射 器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成發(fā)射兩個(gè)或更多平行波束，每一波 束是完全唯一可識別的，所述波束發(fā)射器單元適于附接于所述外科醫(yī)生； 第 一波束檢測器，所述第 一波束檢測器適于檢測由所述波束發(fā)射器單元 發(fā)射的兩個(gè)或更多入射波束，并在4企測到所述兩個(gè)或更多唯一可識別入射波束中預(yù)訂數(shù)量的波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述 控制單元配置成接收由所述波束才全測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并 根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的另一方面提供一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束發(fā)射 器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成僅發(fā)射兩個(gè)發(fā)散波束、并適于附接 于外科醫(yī)生；第一對分立的細(xì)長波束檢測器，所述第一對分立的細(xì)長波
并在檢測到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述 控制單元配置成接收由所述波束^r測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并 根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的另一方面提供一種外科位置檢測系統(tǒng)，其包括可附接至 外科醫(yī)生的兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記；立體檢測器，所述立體檢測器適 于基于所述兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記的檢測位置而檢測外科醫(yī)生的至少 一部分的運(yùn)動，并基于所檢測到的運(yùn)動而輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號；以 及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述立體檢測器輸出的一個(gè)或 多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括多個(gè)患者標(biāo)記，其中所述立體檢測器配 置成檢測所述患者標(biāo)記的位置并利用所檢測到的患者標(biāo)記的位置確定患 者在所述系統(tǒng)的參照系中的位置。
本發(fā)明的另一方面提供一種監(jiān)控外科醫(yī)生的運(yùn)動并提供控制信號的 方法，其包括提供可附接至外科醫(yī)生的兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記；將 所述兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記附接至所述外科醫(yī)生；提供立體檢測器， 所述立體檢測器適于基于所述兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記的檢測位置而檢 測外科醫(yī)生的至少一部分的運(yùn)動，并基于所檢測到的運(yùn)動而輸出一個(gè)或 多個(gè)控制信號；以及提供控制單元，所述控制單元配置成接收由所述立 體^^測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號 控制外科機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的另一方面提供一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括加速度或 方位檢測單元，所述加速度或方位檢測單元配置成響應(yīng)于檢測到所述單元的加速度和方位中之一而輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號，其中所述單元適
于附接于外科醫(yī)生；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述單 元輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外 科機(jī)構(gòu)。


現(xiàn)在將參照附圖通過示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖l示出了內(nèi)窺鏡和患者；
圖2示出了外科內(nèi)窺鏡定位裝置；
圖3示出了本發(fā)明一實(shí)施例的多個(gè)組件；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制器；
圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的多個(gè)組件；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的監(jiān)視器；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制器；
圖8示出了本發(fā)明一實(shí)施例多個(gè)的組件；
圖9示出了本發(fā)明一實(shí)施例的多個(gè)組件；
圖10示出了本發(fā)明 一 實(shí)施例的多個(gè)組件；
圖ll示出了本發(fā)明一實(shí)施例的多個(gè)組件；以及
圖12示出了本發(fā)明一實(shí)施例的一組件。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了患者1 (處于無菌罩下)。該圖也示出了內(nèi)窺鏡2 (這時(shí) 是腹腔鏡)，其中內(nèi)窺鏡已經(jīng)穿過患者1的切口 3。內(nèi)窺鏡2包括桿部2a 和攝像機(jī)2b。例如，攝像機(jī)2b與沿桿部2a的長度延伸至內(nèi)窺鏡2的遠(yuǎn) 端(即，內(nèi)窺鏡2的置于患者體內(nèi)并大體位于外科手術(shù)部位的端部)的 光纖(未示出)連接。可在內(nèi)窺鏡2的遠(yuǎn)端設(shè)置鏡頭(未示出)大體覆 蓋光纖的端部。也可在內(nèi)窺鏡2的遠(yuǎn)端設(shè)置照明設(shè)備。通過光纖由攝像 機(jī)2b接收位于內(nèi)窺鏡2的遠(yuǎn)端處的外科手術(shù)部位的圖像。該圖像從攝像 機(jī)2b傳遞至監(jiān)視器4,監(jiān)視器顯示供外科醫(yī)生利用的圖像。通過移動內(nèi)窺鏡2使內(nèi)窺鏡2的末端處于所需的位置可獲得外科手 術(shù)部位的任何相關(guān)部分的圖像。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)窺鏡2在三個(gè)自由度的運(yùn)動 (中心處于或橫切過切口 3)提供了可能的內(nèi)窺鏡2位置的基本全部范圍， 而無使切口 3過度變形(其可能對患者造成傷害)的風(fēng)險(xiǎn)。圖1中的雙 頭箭頭5a、 5b、 5c指示運(yùn)動的這三個(gè)自由度。
第一運(yùn)動自由度大體沿平行于內(nèi)窺鏡2的縱軸的方向，這是變焦運(yùn) 動(zoom movement )。 第二運(yùn)動自由度5b是傾斜運(yùn)動(tilt movement), 第三運(yùn)動自由度5c是搖攝運(yùn)動(搖攝和傾斜運(yùn)動中心處于切口 )。
圖2示出了外科內(nèi)窺鏡定位裝置6。該裝置6可控制連在裝置6上的 內(nèi)窺鏡2以上述方式(即以三個(gè)運(yùn)動自由度的方式)的送動，該裝置可 被外科醫(yī)生控制、易于使用并精確和實(shí)用。應(yīng)注意裝置6通常由固定臂 (未示出)支撐，該固定臂在聯(lián)接單元6a處連接于裝置6，出于清楚的目 的，圖2中省略了該固定臂。
如上所述，US 6,239,874中公開的定向裝置適用于控制圖2中所示的 裝置。US 6,239,874中所公開的裝置可適于使用腳踏開關(guān)(foot pedal)來 改變操作模式從而實(shí)現(xiàn)控制在所有三個(gè)運(yùn)動自由度上的運(yùn)動。需要另一 種定向檢測裝置，其適于控制諸如圖2中所示的這種裝置的外科裝置。
如將從下面提供的描述所理解的，本發(fā)明實(shí)施例的目的是尋求提供
一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可產(chǎn)生控制信號(優(yōu)選為6個(gè)不同的控制信號)來控 制外科機(jī)構(gòu)的運(yùn)動?？刂菩盘杻?yōu)選由探測外科醫(yī)生的身體的至少一部分 的運(yùn)動而產(chǎn)生。這樣允許外科醫(yī)生在控制內(nèi)窺鏡的位置的同時(shí)繼續(xù)例如 將內(nèi)窺鏡工具保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 圖3示出了本發(fā)明一實(shí)施例中的組件。組件包括頭部模塊7，該頭部 模塊包括頭部單元7a和用于將頭部模塊7固定于使用者的頭部(此處指 使用者的前額)的連接裝置7b (此處指綁帶)。組件還包括圍著監(jiān)視器 8e排列的四個(gè)檢測器單元8a、 8b、 8c、 8d和腳^t開關(guān)9，該腳P務(wù)開關(guān)具 有基部9a和致動件9b。
檢測器單元8a、 8b、 8c、 8d可以定位在監(jiān)視器8周圍，使得檢測器 單元8a、 8b、 8c、 8d包括兩對8a、 8b和8c、 8d檢測器，其中每一對檢測器包括橫跨監(jiān)視器8e的一部分而彼此對立排列的兩個(gè)檢測器。檢測器 8a、 8b、 8c、 8d是分立檢測器，例如，這些才企測器既不包括單個(gè)CCD的 兩個(gè)不同的部分也不包括構(gòu)成單個(gè)傳感器的CCD陣列。
頭部單元7a僅包括單波束發(fā)射器7c,該發(fā)射器被大體對準(zhǔn)而發(fā)射遠(yuǎn) 離頭部單元7a的波束。發(fā)射器7c優(yōu)選為電^f茲波束發(fā)射器(諸如光發(fā)射 器)，但也可以發(fā)射任何形式的可檢測波束。
檢測器單元8a、 8b、 8c、 8d中每一個(gè)包括波束檢測器8f,其被配置 成當(dāng)由頭部單元7a的單波束發(fā)射器7c發(fā)射的波束與各檢測器8a、 8b、 8c、 8d相交時(shí)4企測該波束。
檢測器單元8a、 8b、 8c、 8d每一個(gè)都包括開關(guān)裝置8g，當(dāng)該檢測器 單元8a、 8b、 8c、 8d的波束4企測器8f 4全測由頭部單元7a發(fā)射的波束時(shí)， 該開關(guān)裝置8g在截止模式和導(dǎo)通模式之間驅(qū)動。開關(guān)裝置8g被驅(qū)動到 導(dǎo)通模式使得相應(yīng)的控制信號被傳輸。在一實(shí)施例中，該控制信號被傳 輸?shù)娇刂破?0 (參見圖4)。
為了防止使用者(例如，外科醫(yī)生)意外驅(qū)動開關(guān)裝置8g,可以使 用腳踏開關(guān)9 (如下文中將描述)。來自腳踏開關(guān)的輸出(導(dǎo)通/截止)信 號被耦合至控制器10。
控制器IO接收輸入10a (例如來自檢測器8a、 8b、 8c、 8d),如果從 腳踏開關(guān)輸出端至控制器10的輸入10a也被檢測到(例如，因?yàn)槟_踏開 關(guān)驅(qū)動件9a已經(jīng)相對所述腳踏開關(guān)9的基部9a被壓下)，則根據(jù)該輸入 10a傳輸輸出10b。輸出10b可以是適用于外科內(nèi)窺鏡定位裝置6 (參見 圖2)的一部分的驅(qū)動信號。該驅(qū)動信號可以向外科內(nèi)窺鏡定位裝置6 中的發(fā)動機(jī)(未示出)提供電力，該發(fā)動機(jī)驅(qū)動所連的內(nèi)窺鏡2如上所 述的在三個(gè)運(yùn)動自由度之一上運(yùn)動。在一實(shí)施例中，控制器10包括一個(gè) 或多個(gè)電氣繼電器，所述電氣繼電器由可由檢測器單元8a、 8b、 8c、 8d 傳輸?shù)目刂菩盘柡蛠碜阅_踏開關(guān)9的輸出信號控制，致使用于外科內(nèi)窺 鏡定位裝置6的發(fā)動機(jī)的電源電路(三個(gè)發(fā)動機(jī)一一每個(gè)運(yùn)動自由度各 一個(gè)一一中每一個(gè)可設(shè)有兩個(gè)電源電路)截止。控制器10可以是不執(zhí)行 任何計(jì)算的控制單元?？蛇x地，腳踏開關(guān)9可以被連接至頭部單元7a，使得僅在腳踏開關(guān) 9被致動時(shí)波束發(fā)射器7a發(fā)射波束。這意味著腳踏開關(guān)9無需被連接至 控制器IO,這就潛在地筒化了系統(tǒng)。
四個(gè)檢測器8a、 8b、 8c、 8d提供四個(gè)控制信號。例如，如果需要控 制外科內(nèi)窺鏡定位裝置6在三個(gè)運(yùn)動自由度上的運(yùn)動(即，需要總共六 個(gè)控制信號-在每個(gè)運(yùn)動自由度上的每個(gè)運(yùn)動方向上各一個(gè))，則腳^"開關(guān) 9可被用以確定第二工作模式。例如，快擊腳踏開關(guān)9可以致動第二工作 模式，使得傳輸至控制器10的一個(gè)或多個(gè)控制信號被改向至控制器10 的不同部件(例如，不同的繼電器)。因而，同樣的一個(gè)或多個(gè)控制信號 可被用以控制來自控制器IO的不同輸出10b從而控制外科內(nèi)窺鏡定位裝 置6的不同的發(fā)動機(jī)或電源電路。
圖3的實(shí)施例的組件提供簡單控制機(jī)構(gòu)，與現(xiàn)有的用于控制外科內(nèi) 窺鏡定位裝置6的裝置相比，其更簡單并且成本更低。例如，上述的頭 部單元7a僅使用單波束(不同于四波束)。與頭部單元相比，設(shè)置在監(jiān) 視器8e周圍的檢測器單元8a、 8b、 8c、 8d更不易于受損，而因此可以具 有更長的工作壽命；同樣，與僅使用一個(gè)檢測器單元的系統(tǒng)相比，提供 四個(gè)檢測器單元在此情況下總體而言并不使裝置的成本和可靠性受損。 頭部單元7a輕于某些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的頭部單元7a(因?yàn)閮H僅使用單個(gè)波 束發(fā)射器)。實(shí)際上，根據(jù)本實(shí)施例的頭部單元7a的花費(fèi)可以低得足以 使頭部單元7a能夠提供作為一次性使用的物品，從而避免對頭部單元7a 進(jìn)行昂貴的殺菌。
頭部單元7a可以設(shè)置在基本密封的吸塑包裝(未示出)中。連接裝 置7b也可以設(shè)置在該吸塑包裝中，或者可以單獨(dú)設(shè)置并通過頭部單元7a 的夾件(未示出)固定至頭部單元7a。
圖5示出了本發(fā)明一實(shí)施例的組件。其中的許多組件與圖3中所示 出的相同，應(yīng)明白關(guān)于圖3描述的相似特征也應(yīng)用于圖5中所示的實(shí)施 例。為了便于讀者了解本發(fā)明實(shí)施例之間的相似處，在所描述的各實(shí)施 例中，相同的附圖符號用于指示相應(yīng)的特征。
在該實(shí)施例中，頭部單元7a包括攝像機(jī)7d。該攝像機(jī)7d優(yōu)選是基于電荷耦合器件(CCD)的數(shù)碼相機(jī)。
代替四個(gè)檢測器8a、 8b、 8c、 8d,提供并相對于監(jiān)視器8e排列一個(gè) 或多個(gè)標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k。
以圖5中組件形式示出的實(shí)施例以與上述的圖3的實(shí)施例相同的方 式工作。然而，代替檢測入射波束的檢測器8a、 8b、 8c、 8d，在該實(shí)施 例中，頭部單元7a的攝像機(jī)7d被配置成檢測(或者至少拍攝)相對于 監(jiān)視器8e排列的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k中的一個(gè)或多個(gè)(的圖 像)。 一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k在由頭部單元7a的攝像機(jī)7d拍攝 的圖Y象幀中的位置允許頭部單元7a確定頭部單元7a或連接至頭部單元 7a (由此連接至使用者的頭部)的控制單元10相對于監(jiān)視器8e的相對 方位。
單個(gè)標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k可用在本系統(tǒng)中來^r測頭部單元7a相對于 監(jiān)視器8e的相對方位。然而，在一實(shí)施例中，在監(jiān)視器8e周圍設(shè)置有 四個(gè)標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k。當(dāng)腳踏開關(guān)9被致動時(shí)，這些標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k中的一個(gè)或多個(gè)被拍才聶于頭部單元7a的攝像機(jī)7d的圖像幀中。如果 使用單個(gè)標(biāo)記，則由攝像機(jī)7d拍攝的圖像幀可以被處理裝置(未示出) 分成多個(gè)部分。該裝置4全測多個(gè)部分中哪一個(gè)包4舌該標(biāo)記，并從而輸出 控制信號。如果使用多于一個(gè)的標(biāo)記，則該裝置可檢測兩個(gè)或更多個(gè)的 各含一標(biāo)記的部分的預(yù)定組，從而輸出控制信號。
另一種方案，代替分離的標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k, —個(gè)或多個(gè)符號可以 被顯示在監(jiān)^L器8e本身上。圖6示出了該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例。在該實(shí)例 中，監(jiān)視器8e配置成顯示外科手術(shù)部位連同相應(yīng)的內(nèi)窺鏡工具的部件的 圖像。這是供外科醫(yī)生利用的由內(nèi)窺鏡2拍攝的圖像。四個(gè)符號8hh、 8ii、 8jj、 8kk疊加在圖像上。這優(yōu)選通過改變從內(nèi)窺鏡2發(fā)射到監(jiān)視器8e的 信號而用電子學(xué)方法實(shí)現(xiàn)。代替標(biāo)記8h、 8i、 8j、 8k的檢測，頭部單元 7a的攝像機(jī)7d檢測一個(gè)或多個(gè)符號8hh、 8ii、 8jj、 8kk?？梢曰谶@些 符號8hh、 8ii、 8jj、 8kk在由頭部單元7a的攝像機(jī)7d拍攝的圖像中的位 置(如上所述)產(chǎn)生控制信號?？梢蕴峁┧膫€(gè)這種符號8hh、 8ii、 8jj、 8kk; 其中每一個(gè)符號完全是唯一的，因?yàn)榕c其它符號相比時(shí)其可以被唯一識別。由攝像機(jī)7d拍攝的圖像幀可以小得足以僅拍攝單一符號8hh、 8ii、 8jj、 8kk。頭部單元7a可以確定四個(gè)符號8hh、 8ii、 8jj、 8kk中哪個(gè)已被 拍攝在幀中，因此將能夠確定外科醫(yī)生的頭部的方位并由此致動控制信 號。
在一實(shí)施例中，頭部單元7a執(zhí)行如下所述的所有處理步驟。在一實(shí) 施例中，控制器10執(zhí)行如下所述的部分或所有處理步驟。頭部單元7a 的攝像機(jī)7d只是拍攝圖像并將該圖像傳遞至控制器10,控制器10處理 所拍攝的圖像(如圖7中所示)以便確定，例如，哪個(gè)符號已被拍攝。 當(dāng)然，控制器IO的如此使用適用于其它關(guān)于圖5和6而描述的實(shí)施例。
應(yīng)明白，攝像機(jī)7d如此使用相對于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 例如，由攝像機(jī)7d拍攝的圖像可以被獨(dú)立存儲，以便稍后用于(例如) 訓(xùn)練將來的外科醫(yī)生或調(diào)查才喿作過程中事故的原因。此外，該系統(tǒng)沒有 使用上述實(shí)施例或某些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所用的檢測器。這大大簡化了操 作設(shè)置。實(shí)際上，在一實(shí)施例中，由于符號可以疊加在顯示在監(jiān)視器8e 上的圖像中，所以無需在監(jiān)視器8e周圍設(shè)置附加裝備。當(dāng)然，在本實(shí)施 例中，在內(nèi)窺鏡2和監(jiān)視器8e之間必須連接一單元(未示出)，以便疊 加一個(gè)或多個(gè)所述符號的圖像。
圖8示出了用于另一實(shí)施例的組件。在該實(shí)施例中，手術(shù)室中的外 科醫(yī)生12通常穿戴的外科口罩11或其它布質(zhì)物品(例如頭罩12a)包括 多個(gè)反射部、反射標(biāo)記或反射器lla、 llb。這些反射部lla、 llb可以分 組圍在口罩11的在使用時(shí)大體位于外科醫(yī)生12的面部的中心的部分的 周圍?？蛇x地或另外，口罩11的一個(gè)或多個(gè)外圍部可以包括反射器lla。
與前面的實(shí)施例相同，設(shè)有監(jiān)視器8e,其顯示由內(nèi)窺鏡2拍攝的圖 像。在該實(shí)施例中，提供檢測器8a，使其相對于監(jiān)視器8e設(shè)置。檢測器 8a包括信號檢測器81。該信號檢測器8I優(yōu)選對特定頻率的電磁輻射(諸 如特定頻率的光)敏感。檢測器8a優(yōu)選對與反射器lla、 llb反射尤其有 效的電磁波頻i普的一部分(即可檢測頻率) 一致的電》茲輻射的頻率l丈感。
一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器13可以相對于監(jiān)視器8e被設(shè)置，并且配置成發(fā) 射在與檢測器8a的可檢測頻率大體相關(guān)的頻率范圍中的電磁輻射。檢測器8a，尤其檢測器8a的信號檢測器81拍攝包括反射部lla、 lib 的外科醫(yī)生12的圖像。
當(dāng)外科醫(yī)生12希望控制內(nèi)窺鏡2的運(yùn)動時(shí)，外科醫(yī)生12可以直接 觀察監(jiān)視器8e (從而看檢測器8a)并壓下腳踏開關(guān)9的致動件9b;外科 醫(yī)生12接著可以向左或向右、向上或向下轉(zhuǎn)動其頭部?；谒腲^的圖 像，反射部lla、 11b的運(yùn)動被檢測器8a或被連接至檢測器8a的控制器 IO監(jiān)控；依照所檢測的運(yùn)動，相應(yīng)的控制信號被發(fā)送至外科內(nèi)窺鏡定位 裝置6。
在一實(shí)施例中，非中心組的反射器llb的一部分的反射器lla適于較 大程度地反射不同頻率的電磁輻射。因此，如果這些非中心反射器lla 每一個(gè)中的至少一個(gè)位于(在使用時(shí))外科醫(yī)生的面部(或適當(dāng)時(shí)其它 身體部分)的任一側(cè)——即反射器lla分立于口罩11的相對端——并且 這些反射器lla中每一個(gè)較大程度地反射不同(潛在獨(dú)立)頻率的電磁 輻射，則檢測器8a可使用來自反射器的輻射的檢測頻率來確定或確認(rèn)發(fā) 射哪個(gè)控制信號。
本裝置的優(yōu)勢是顯然的。例如，外科醫(yī)生12所戴的外科口罩11完 全是一次性的并且生產(chǎn)相對便宜。另外，外科口罩ll是在手術(shù)過程中已 經(jīng)被外科醫(yī)生12戴著的一塊布。因此，沒有為了使用該系統(tǒng)而必須被外 科醫(yī)生12戴著的另外的布或裝備。
根據(jù)外科醫(yī)生的喜好，外科醫(yī)生可以選擇戴設(shè)有反射部lla、 llb的 頭罩12a(或可以使用可由外科醫(yī)生穿戴的與使用所述系統(tǒng)無關(guān)而與手術(shù) 其它部分相關(guān)的其它裝備)而不是外科口罩ll。
在一實(shí)施例中，系統(tǒng)所使用的電磁輻射的頻率不在可見光范圍中， 因此不影響外科醫(yī)生看見手術(shù)室中任何部分的能力。
圖9示出了與針對上面的圖3描述的頭部模塊7大體類似的頭部模 塊7。頭部模塊7包括發(fā)射平行波束的兩個(gè)波束發(fā)射器。這兩個(gè)波束均是 唯一可識別的(例如，因?yàn)樗鼈兙蕴囟}沖碼傳輸)。
這種頭部模塊7與針對圖3所描述的類似的監(jiān)視器8e和一組檢測器 8a、 8b、 8c、 8d相關(guān)使用。然而在該實(shí)施例中，如果由頭部單元7a的兩個(gè)波束發(fā)射器7c發(fā)射的兩個(gè)波束均被檢測，則各檢測器8a、 8b、 8c、 8d 將僅致動各自的開關(guān)單元8g。
兩個(gè)平行波束的如此使用增強(qiáng)安防度和安全性并可用以克服某些干 擾問題。
在該實(shí)施例的可選形式中， 一對平行波束可用與基本如US6， 239, 874中描述的方位檢測裝置相同的方式使用，而具有與如上所述相同的優(yōu)勢。
如果必要則可使用不止兩個(gè)唯一可識別的平行波束，例如可使用三 個(gè)或更多的平行波束。該裝置可以使得當(dāng)預(yù)定數(shù)量的平行波束被檢測時(shí) 開關(guān)單元8g被致動。該預(yù)定數(shù)量可以不是特定平行波束組中的所有波束 (因此提供容錯度)。
圖10示出了另一實(shí)施例的組件。在該實(shí)施例中，頭部單元7a包括 被配置成發(fā)射發(fā)散波束的僅僅兩個(gè)波束發(fā)射器7c。
兩個(gè)細(xì)長檢測器8a、 8b被提供并相對于監(jiān)視器8e排列使得一個(gè)檢 測器8a鄰近監(jiān)視器8e的頂部，而另 一個(gè)檢測器8b鄰近監(jiān)視器8e底部。
沖全測器8a、 8b均包括細(xì)長波束4全測器8f并i殳有兩個(gè)開關(guān)單元8g, 其中波束檢測器8f可在沿其長度的任一點(diǎn)檢測入射波束。當(dāng)檢測到射向 檢測器8f的第一端的入射波束時(shí)，第一開關(guān)單元8g被致動；當(dāng)檢測到射 向檢測器8f的第二端(與其第一端相對)的入射波束時(shí)，第二開關(guān)單元 8g被致動；如果檢測到射向波束檢測器8f的中部的入射波束，則兩開關(guān) 單元8g都被致動。
當(dāng)外科醫(yī)生(戴著頭部單元7a)直接觀察監(jiān)視器8e時(shí)，檢測器8a、 8b和波束發(fā)射器7c被設(shè)置成使得由發(fā)射器7c發(fā)射的波束均入射于各自 的波束檢測器8f的中部。所有四個(gè)開關(guān)單元8g (每一檢測器8a、 8b兩 個(gè))都被致動，并且控制信號4皮發(fā)送至控制器10。該控制信號是中性控 制信號，不引發(fā)外科內(nèi)窺鏡定位裝置6運(yùn)動，但可用以啟動例如裝置的 上電或暖機(jī)程序(power-up or warm-up process )。
當(dāng)外科醫(yī)生向左或向右看時(shí)，那么每一檢測器8a、 8b的一個(gè)開關(guān)單 元8g將被致動(因?yàn)椴ㄊ肷溆诟鞑ㄊ鴻z測器8f的一端)，并發(fā)射相關(guān)控制信號(導(dǎo)致關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6的相應(yīng)運(yùn)動)。
當(dāng)外科醫(yī)生向上或向下看時(shí)，那么檢測器8a、 8b之一的兩個(gè)開關(guān)單 元8g都將被致動(因?yàn)閮H波束中之一入射于檢測器8a、 8b),并發(fā)射相 關(guān)控制信號(導(dǎo)致關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6的相應(yīng)運(yùn)動)。
頭部單元7a發(fā)射的波束可以是完全唯一可識別的，使得各檢測器8a、 8b將能夠確定兩個(gè)波束中哪個(gè)已被檢測到，并從而可以發(fā)射控制信號。 如果發(fā)射器7c之一故障，這增強(qiáng)附加安全度(因?yàn)榉駝t這會導(dǎo)致檢測器 8a、 8b之一的兩個(gè)開關(guān)單元8g都致動并引發(fā)關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置 6的相應(yīng)的千"l尤運(yùn)動)。
在一實(shí)施例(未描述)中，與監(jiān)視器相關(guān)提供單個(gè)檢測器。在該實(shí) 施例中，可以提供具有兩個(gè)發(fā)散波束發(fā)射器的頭部單元。該頭部單元和 檢測器被設(shè)置成使得當(dāng)外科醫(yī)生(戴著頭部單元)在直接看監(jiān)視器時(shí)， 兩個(gè)發(fā)散波束都不入射于監(jiān)視器。
由頭部單元的發(fā)射器發(fā)射的兩個(gè)波束是完全唯一可識別的。
當(dāng)頭部單元(由此外科醫(yī)生的頭部)按一對相反方向(例如，上和 下或左和右)中之一運(yùn)動時(shí)，則相應(yīng)的波束將被檢測到，并且檢測器的 第一開關(guān)單元將被致動(并且相應(yīng)的控制信號^皮發(fā)射)。當(dāng)頭部單元(由 此外科醫(yī)生的頭部)按與該方向相反的方向運(yùn)動時(shí)，則另一波束將祐:才企 測到，并且檢測器的第二開關(guān)單元將被致動(并且相應(yīng)的控制信號被發(fā) 射)。因此，在控制關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置一個(gè)運(yùn)動自由度是可能的。 不同的檢測器(見下文)可以被用以實(shí)現(xiàn)控制第二運(yùn)動自由度。腳踏開 關(guān)可以被用以實(shí)現(xiàn)控制第三運(yùn)動自由度(如上所述)或僅有一個(gè)檢測器 時(shí)控制第二和第三運(yùn)動自由度。
如圖11所示，手術(shù)室13可以包括被配置成檢測患者1身上一個(gè)或 多個(gè)標(biāo)記la的位置的裝置13a。例如， 一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記la可被固定 至患者1,并用以記錄之前獲得的患者1圖像(諸如MR或CT圖像)， 而患者1當(dāng)前位于手術(shù)室13中(即，在手術(shù)室參照系中一一可以是外科 才幾才成人參照系)。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，同樣的用以檢測附在患者1身上的標(biāo)記la的位置并記錄之前拍攝的在手術(shù)室參照系中的患者1圖像的裝置13a還 被用以檢測例如附在外科醫(yī)生12的頭部上的兩個(gè)或更多標(biāo)記12b的位置。
如上所述設(shè)置監(jiān)視器8e。外科醫(yī)生12起初使用裝置13a來記錄附在 外科醫(yī)生身體的一部分(諸如頭部)上的至少兩個(gè)標(biāo)記12b的位置。隨 后，在手術(shù)過程中，所述至少兩個(gè)標(biāo)記12b的運(yùn)動祐:^r測并且這些運(yùn)動 被轉(zhuǎn)換為適于關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6 (圖11未示出)的控制信號。
因此，裝置13a執(zhí)行兩種功能記錄在手術(shù)室參照系中的患者的手 術(shù)前圖像并向關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6提供控制信號。
外科醫(yī)生12的已附有標(biāo)記12b的部位的位置和方位不必要很精確； 而是，可檢測到外科醫(yī)生12的該部位的獨(dú)特運(yùn)動以便產(chǎn)生正確的控制信 號就足夠。與其它實(shí)施例一樣，控制信號的產(chǎn)生(以及外科醫(yī)生12的運(yùn) 動的4全測)可以僅基于腳踏開關(guān)9的致動而祐:4全測到。
應(yīng)明白，不止兩個(gè)標(biāo)記12b可以附于外科醫(yī)生12的身體部位——例 如，可以使用三個(gè)或四個(gè)標(biāo)記。裝置13a可以被配置成允許使用者編程
控制信號。因此，外科醫(yī)生12可以具有用戶配置文件(userprofile),該 用戶配置文件存儲在該裝置13a中并含有關(guān)于什么預(yù)定義運(yùn)動將產(chǎn)生哪 個(gè)適于關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6的控制信號的信息。使用該裝置， 使用特定裝置的每一外科醫(yī)生12可具有其自己的引起關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡 定位裝置6的相應(yīng)運(yùn)動的預(yù)定義的運(yùn)動組。
每次使用該系統(tǒng)之前，可以要求外科醫(yī)生12實(shí)施才交準(zhǔn)步驟——例如， 重復(fù)為產(chǎn)生每一控制信號所必需的運(yùn)動、并確認(rèn)想要的信號因每一運(yùn)動 已被產(chǎn)生。
頭部單元7a可以包括一個(gè)或多個(gè)加速度傳感器14 (參見圖12 )。所 述或每個(gè)加速度傳感器14可以致使致動關(guān)聯(lián)的開關(guān)單元14a。加速度傳 感器14可以是壓電傳感器。優(yōu)選地，所述或每個(gè)傳感器14被配置成檢 測特定方向的加速度。單個(gè)傳感器14可以被用以檢測一對相反方向上的 力口速度。因此，頭部單元7a可以被外科醫(yī)生戴著，并且可檢測該外科醫(yī)生的 頭部在特定方向(例如，上、下、左或右)的加速度并且從而致動開關(guān) 單元14a。開關(guān)單元14a致動引起控制信號被傳輸至控制器10, 4吏得關(guān) 聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6依照所檢測的頭部單元7a的運(yùn)動而被控制。
優(yōu)選地，提供四個(gè)加速度傳感器14 (一個(gè)用于檢測向上加速度、一 個(gè)用于檢測向下加速度、 一個(gè)用于檢測向右加速度、以及一個(gè)用于檢測 向左加速度)。如上已經(jīng)提及的，可以替代地使用兩個(gè)加速度傳感器14。
如有關(guān)其它實(shí)施例所描述的一樣，該實(shí)施例可以使用腳踏開關(guān)9。
所檢測的特定方向的加速度致使相應(yīng)的控制信號被傳輸。該控制信 號可以引發(fā)該關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6向特定方向運(yùn)動，直到檢測 到特定方向的第二加速度并傳輸另一控制信號?？蛇x地，頭部單元7a的 每一檢測的加速度可以引起關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6步進(jìn)式運(yùn)動預(yù) 定距離。
加速度傳感器14優(yōu)選具有關(guān)聯(lián)的閾加速度。低于該閾的加速度將不 引起關(guān)聯(lián)的開關(guān)單元14a啟動，而高于該閾的加速度將引起關(guān)聯(lián)的開關(guān) 單元14a啟動。因此，用戶可利用快速的頭部運(yùn)動致-使第一控制信號的 傳輸(從而來控制關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6在第一方向的運(yùn)動)，并 且接著可將其頭部返回到原始位置而不致使第二控制信號致動(例如， 來控制關(guān)聯(lián)的外科內(nèi)窺鏡定位裝置6在與第一方向相反的第二方向的運(yùn) 動)。閾的使用還減小了對頭部運(yùn)動和腳踏開關(guān)9 (如果一個(gè)在#皮4吏用) 的致動之間的仔細(xì)協(xié)調(diào)的需要。
系統(tǒng)已開發(fā)為追蹤使用者眼睛的運(yùn)動。本發(fā)明該實(shí)施例(未闡述) 使用這種系統(tǒng)來控制外科內(nèi)窺鏡定位裝置6的以類似于上述的裝置的方 式的運(yùn)動，但該運(yùn)動基于外科醫(yī)生的眼睛的被檢測的運(yùn)動。
在一個(gè)附圖未示出的實(shí)施例中，頭部單元包括方位檢測器。這種檢 測器可以包括置有搖錘的腔室。搖錘自由懸掛在該腔室中。當(dāng)戴著頭部 單元的外科醫(yī)生移動其頭部時(shí)，腔室將相對搖錘移動。搖錘相對腔室其 余部分的相對方位可被檢測——例如通過將導(dǎo)體固定至搖錘的自由端， 其中導(dǎo)體被配置成接觸設(shè)置在腔室內(nèi)壁周圍的導(dǎo)軌陣列而形成電路。通過檢測哪個(gè)導(dǎo)軌與搖錘導(dǎo)體在電通信，確定搖錘在腔室內(nèi)的相對位置是 可能的(如果導(dǎo)軌的位置是已知的)。
類似地，方位檢測器能夠包括局部充滿導(dǎo)電液的腔室。 一組陣列導(dǎo) 軌被設(shè)置在腔室的內(nèi)表面周圍，使得可確定由腔室內(nèi)液體的上表面確定 的水平面的方位。因此，外科醫(yī)生可以向后、向前或向左、向右傾斜其 頭部，從而通過使用導(dǎo)電液體實(shí)現(xiàn)四個(gè)或更多不同的電路中之一而致使 頭部單元中的四個(gè)開關(guān)單元的相應(yīng)致動。
由上所述應(yīng)明白，特別針對某些實(shí)施例描述的腳^"開關(guān)9實(shí)際上可
以被用于上述所有實(shí)施例。腳踏開關(guān)9的致動可被用以工作模式之間的
切換，使得另外僅能夠發(fā)射例如一個(gè)或兩個(gè)控制信號的裝置能夠控制外
科內(nèi)窺鏡定位裝置6在不止一個(gè)運(yùn)動自由度上的運(yùn)動。
腳踏開關(guān)9還可用以啟動導(dǎo)通和截止的狀態(tài)或模式，使得外科醫(yī)生 的意外運(yùn)動不引發(fā)裝置6的相應(yīng)運(yùn)動。
應(yīng)明白，根據(jù)具體的實(shí)施例和系統(tǒng)整體上的要求，控制器10可以在 控制信號的處理中起或多或少的作用。
本發(fā)明的各實(shí)施例允許組合運(yùn)動。也就是說，此文所述描述的各實(shí) 施例的裝置和系統(tǒng)可用以產(chǎn)生致使外科腹腔鏡定位裝置6中的不止一個(gè) 發(fā)動機(jī)或電源電路啟動的控制信號。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可使得裝置 在任何時(shí)候一次(即同時(shí))按不止一個(gè)運(yùn)動自由度運(yùn)動。這可以通過在 給定時(shí)段產(chǎn)生不止一個(gè)控制信號或通過提供預(yù)編程運(yùn)動庫來實(shí)現(xiàn)。使用 者可以選才奪正確的編程運(yùn)動，乂人而以上述的裝置和系統(tǒng);險(xiǎn)測到的特定的 運(yùn)動組合移動。
應(yīng)明白，此處描述的裝置和系統(tǒng)的各種不同組合是可能的。例如， 同樣的裝置中可使用兩種不同的系統(tǒng)和方法而使得外科腹腔鏡定位裝置 6在兩個(gè)不同的運(yùn)動自由度上運(yùn)動。
盡管術(shù)語"頭部單元，，等在上文一直頻繁使用，應(yīng)清楚該單元可以 連在外科醫(yī)生的身體的不同部位。
實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)或裝置可使用如上文所述的組成特征的任意組合。用在說明書和權(quán)利要求書中時(shí)，詞"包括"及其變體意味著包括指 定特征、步驟或組件。這些詞不應(yīng)被解釋為排除其它特征、步驟或組件 的存在。
適當(dāng)時(shí)，在上面的說明書或下面的權(quán)利要求書或附圖中所公開的以 特定形式或按照用于執(zhí)行所公開的功能的裝置、或用于獲得所公開的結(jié) 果的方法或步驟表示的特征可以獨(dú)立地或以這種特征的任意組合被用于 理解各種形式的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1、一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束發(fā)射器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成僅發(fā)射單個(gè)波束、并適于附接于外科醫(yī)生；第一對分立的波束檢測器，所述第一對分立的波束檢測器中每一個(gè)均適于檢測由所述波束發(fā)射器單元發(fā)射的入射波束，并在檢測到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述波束檢測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其還包括第二對分立的波束檢測器， 所述第二對分立的波束檢測器中每一個(gè)均適于檢測由所述波束發(fā)射器單 元發(fā)射的入射波束，并在^r測到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號。
3、 一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括攝像機(jī)單元，所述攝像機(jī)單元適于與附接于外科醫(yī)生、并配置成拍 攝圖像幀；至少 一個(gè)標(biāo)記，所述標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖像幀中可4全測到； 處理單元，所述處理單元配置成檢測所述或每一標(biāo)記在由所述4Hf象機(jī)拍攝的圖像幀中的位置，并根據(jù)所檢測到的標(biāo)記在所拍攝的圖像幀中的位置輸出控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述處理單元輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
4、 一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括攝像機(jī)單元，所述攝像機(jī)單元適于附接于外科醫(yī)生、并配置成拍攝 圖像幀；至少一個(gè)標(biāo)記，所述標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖像幀中可檢測到； 處理單元，所述處理單元配置成檢測所述或每一標(biāo)記在由所述攝像機(jī)拍攝的圖像幀中的標(biāo)識，并根據(jù)檢測到的標(biāo)記在所拍攝的圖像幀中的標(biāo)識輸出控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述處理單元輸出的一個(gè)或 多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科^L構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述或每一標(biāo)記 是物理標(biāo)記。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其還包括視頻覆蓋單元，所述 視頻覆蓋單元配置成將標(biāo)記疊加在^L頻信號上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有多 個(gè)標(biāo)記，每一標(biāo)記完全是唯一可識別的。
8、 一種外科內(nèi)窺鏡工具定位裝置，其包括 適于容納腹腔鏡的腹腔鏡接收模塊；至少一個(gè)發(fā)動機(jī)，所述發(fā)動機(jī)與所述腹腔鏡接收模塊相連、并配置 成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)移動所述腹腔鏡接收模塊；反射器，所述反射器配置成反射預(yù)定頻率的電磁輻射、并適于附接 于外科醫(yī)生；檢測器單元，所述檢測器單元適于通過感測由所述反射器反射的所 述電磁輻射而監(jiān)控所述反射器的運(yùn)動；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述檢測器單元輸出的一個(gè) 或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制所述或每一發(fā)動 機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以致控制所述腹腔鏡接收模塊的運(yùn)動。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其還包括兩個(gè)附加反射器，所述兩 個(gè)附加反射器適于反射各自的基本獨(dú)立的預(yù)定頻率的電磁輻射、并適于 附接于外科醫(yī)生，其中所述檢測器單元適于檢測由所述發(fā)射器反射的電 磁輻射的頻率并利用該信息協(xié)助監(jiān)控所述反射器的運(yùn)動。
10、 一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束發(fā)射器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成發(fā)射兩個(gè)或更多平行 波束，每一波束是完全唯一可識別的，所述波束發(fā)射器單元適于附接于 外科醫(yī)生；第 一波束檢測器，所述第一波束檢測器適于檢測由所述波束發(fā)射器 單元發(fā)射的兩個(gè)或更多入射波束，并在4全測到所述兩個(gè)或更多唯一可識別入射波束中預(yù)訂數(shù)量的波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述波束檢測器輸出的一個(gè) 或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
11、 一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束發(fā)射器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成僅發(fā)射兩個(gè)發(fā)散波束、 并適于附接于外科醫(yī)生；第 一對分立的細(xì)長波束檢測器，所述第一對分立的細(xì)長波束檢測器 中每一個(gè)均適于檢測由所述波束發(fā)射器單元發(fā)射的入射波束，并在^r測 到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述波束檢測器輸出的一個(gè) 或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
12、 一種外科位置檢測系統(tǒng)，其包括 可附接至外科醫(yī)生的兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記；立體^r測器，所述立體^r測器適于基于所述兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo) 記的檢測位置而檢測外科醫(yī)生的至少 一部分的運(yùn)動，并基于所檢測到的 運(yùn)動而輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述立體檢測器輸出的一個(gè) 或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述系統(tǒng)，其還包括多個(gè)患者標(biāo)記，其中所述立體檢測器配置成檢測所述患者標(biāo)記的位 置并利用所檢測到的患者標(biāo)記的位置確定患者在所述系統(tǒng)的參照系中的 位置。
14、 一種監(jiān)控外科醫(yī)生的運(yùn)動并提供控制信號的方法，其包括 提供可附接至外科醫(yī)生的兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記； 將所述兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記附接至所述外科醫(yī)生； 提供立體檢測器，所述立體檢測器適于基于所述兩個(gè)或更多外科醫(yī)生標(biāo)記的檢測位置而檢測外科醫(yī)生的至少 一部分的運(yùn)動，并基于所4企測 到的運(yùn)動而輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號；以及提供控制單元，所述控制單元配置成接收由所述立體檢測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
15、 一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括加速度或方位檢測單元，所述加速度或方位檢測單元配置成響應(yīng)于 檢測到所述單元的加速度和方位中之一而輸出 一個(gè)或多個(gè)控制信號，其 中所述單元適于附接于外科醫(yī)生；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述單元輸出的一個(gè)或多個(gè) 控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種外科機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其包括波束發(fā)射器單元，所述波束發(fā)射器單元配置成僅發(fā)射單個(gè)波束、并適于附接于外科醫(yī)生；第一對分立的波束檢測器，所述第一對分立的波束檢測器中每一個(gè)均適于檢測由所述波束發(fā)射器單元發(fā)射的入射波束，并在檢測到所述入射波束時(shí)輸出相應(yīng)的控制信號；以及控制單元，所述控制單元配置成接收由所述波束檢測器輸出的一個(gè)或多個(gè)控制信號，并根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)控制信號控制外科機(jī)構(gòu)。
文檔編號A61B19/00GK101683286SQ20091017617
公開日2010年3月31日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者莫拉維耶科·保羅 申請人:普羅蘇吉科斯有限公司