專利名稱：具有改進的控制器的自動化外科手術系統(tǒng)的制作方法
具有改進的控制器的自動化外科手術系統(tǒng)本發(fā)明涉及自動化外科手術系統(tǒng)，特別是用于微創(chuàng)手術例如內(nèi)窺鏡檢查的自動化外科手術系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術中，已提出了用于執(zhí)行外科手術，特別是腹腔鏡手術的自動化系統(tǒng)。這些自動化系統(tǒng)包括由外科醫(yī)生通過專門的操縱臺控制的一個或多個機械臂(robot arm)。所述操縱臺通常包括電視屏幕和合適的操縱器，在電視屏幕上顯示手術區(qū)的畫面(通常借助于內(nèi)窺鏡電視攝像機來記錄)，外科醫(yī)生借助于操縱器來執(zhí)行機械臂的運動。操縱器可以是“反應的”類型的，使得外科醫(yī)生也能夠用他/她的手來感覺由自動化外科手術器械施加在患者的組織上的力。通常，機械臂中的一個使電視攝像機移動，使得外科醫(yī)生能夠在手術期間改變其視角，同時一個或多個機械臂使手術器械(鑷子、剪刀、手術刀、吸引器等)移動，外科醫(yī)生用該手術器械來執(zhí)行預期手術?！?br> 由于可用的控制器的數(shù)量和外科醫(yī)生必須監(jiān)視的手術參數(shù)的數(shù)量，對于外科醫(yī)生來說，控制該系統(tǒng)是有些復雜的。除了機械臂的運動之外，外科醫(yī)生還必須操作安裝在臂上的外科手術器具(例如，控制鑷子或剪刀的打開及關閉)并控制電視攝像機鏡頭，以便根據(jù)任何一個時刻的需要而具有手術區(qū)的更近或更遠的畫面。通常，當正在看由電視攝像機顯示的畫面時，外科醫(yī)生必須同時操作帶有外科手術器具的兩個機械臂，使得他/她的雙手都被占用來控制相應的操縱器。這妨礙了外科醫(yī)生能夠使用其它系統(tǒng)功能，除非他/她從外科手術器具控制器移開他/她的手。也已提出其中某些功能可通過使用設置在操縱器上的踏板(pedal)或附加控制設備來激活使得其可以用手指來操作而無需放開操縱器本身的系統(tǒng)。然而，所有這些系統(tǒng)往往是不直觀的，并且在任何情況下，當用外科手術操縱器來執(zhí)行精確操縱時分散了外科醫(yī)生的注意力。另外的問題是由于某種原因(例如，為了執(zhí)行另外的功能或觀察在操縱臺上或在手術區(qū)外的其它器械上顯示的手術參數(shù))，外科醫(yī)生的注意力可能從手術區(qū)的畫面分散。在這些情況下，外科醫(yī)生可能沒有注意到自動化外科手術器械的不正確或危險的運動，該不正確或危險的運動也可能由他/她在緊握操縱器時不自覺地執(zhí)行。為了避免這樣的情況，已提出了使用外科醫(yī)生必須操作來使機械手(robot)的運動激活/去激活(deactivate)的踏板，以便能夠在從操縱器移開他/她的手和引導他/她的注意力離開手術區(qū)之前使運動去激活。然而，該踏板的及時操作取決于外科醫(yī)生。本發(fā)明的主要目的是提供一種自動化外科手術系統(tǒng)以及一種允許由外科醫(yī)生更好和更安全地控制的控制方法，從而除了其它方面，確保系統(tǒng)的更好的操作安全性。鑒于這個目標，已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的想法是提供一種自動化外科手術系統(tǒng)，其包括至少一個機械臂，該機械臂在預期用于外科醫(yī)生的控制系統(tǒng)的控制下動作，其特征在于，操縱臺包括用于檢測外科醫(yī)生的注視方向且用于依據(jù)檢測到的注視方向輸入指令的眼部跟S示系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另外的想法是提供一種用于控制自動化外科手術系統(tǒng)的方法，該自動化外科手術系統(tǒng)包括在預期用于外科醫(yī)生的操縱臺的控制下動作的至少一個機械臂，其中外科醫(yī)生的注視方向被檢測，且外科手術系統(tǒng)的功能依據(jù)檢測到的注視方向來控制。為了更清楚地說明本發(fā)明的創(chuàng)新性原理及其相比于現(xiàn)有技術的優(yōu)點，下面將借助于附圖
來描述應用這些原理的實施方式的實例。在附圖中-圖I示出了根據(jù)本發(fā) 明的外科手術系統(tǒng)的示意圖；-圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖。參照附圖，圖I以示意圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明提供的通常以10表示的自動化外科手術系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括至少一個機械臂11，其在由例如坐在舒適的工作位置中的外科醫(yī)生來管理的控制操縱臺12的控制下動作。操縱臺也可安裝在輪子上，以便其可以被容易地移位。機械臂將是適合于特定用途的實質(zhì)上已知的類型。在這里示出的系統(tǒng)10中，機械臂的數(shù)量是三個，然而無疑可以使用不同的數(shù)量。機械臂(或每個機械臂)終止在能夠支撐和操作用于在患者13上使用的外科手術器械的腕部件中。該器械通常將是用于內(nèi)窺鏡手術且特別是用于腹腔鏡手術的已知器械。有利地，器械中的一個是記錄手術區(qū)(在該特定情況下為患者的內(nèi)部)的電視攝像機14，同時其它器械可以是合適的已知外科手術工具15、16(鑷子、吸引器、手術刀等)。本文將不進一步描述和說明機械臂、器械以及用于操縱這些器械的致動器，因為其是已知的且可容易地被本領域技術人員想象到。本文也不進一步描述使用本系統(tǒng)而是可能的外科手術以及用于執(zhí)行外科手術的方法，因為其可容易地被本領域技術人員想象到。機械臂由合適的已知電子控制單元30來操作，以便執(zhí)行通過操縱臺12輸入的運動。單元30將接收高水平運動指令(例如，被機械手支撐的工具的期望位置和傾角)并將執(zhí)行這些高水平運動指令，將其轉變成被發(fā)送到機械臂關節(jié)的單獨電動機的相應的信號序列。機械臂也可設有已知的力傳感器，單元30使用力傳感器來防止由于臂與工作空間中的物體的碰撞而產(chǎn)生損害，且為了對操縱臺處的操作員提供合適的反饋，如將在下面闡明的。有利地，操縱臺和用于控制機械手的單元之間的連接可以是光纖類型的，以便減小與傳輸?shù)男盘柛蓴_的可能性。合適的機械臂和控制系統(tǒng)例如在W02007/088208、W02008/049898和W02007/088206 中描述。為了執(zhí)行外科手術器械的運動，操縱臺可有利地包括一對已知操縱器17、18，該一對已知操縱器17、18可以被外科醫(yī)生握住，并且其運動由外科手術器械借助于機械臂11的運動來合適地再現(xiàn)。有利地，操縱器可以是已知的“反應的”類型(即，具有提供加重運動和觸覺傳感的觸覺接口)，使得外科醫(yī)生也能夠在操縱器上感覺到由自動化外科手術器械施加在患者的組織上的力。合適的觸覺接口在自動化內(nèi)窺鏡外科手術的行業(yè)(sector)中是眾所周知的。通常，每個操縱器將操作一機械臂。有利地，在多于兩個臂的情況下，控制器將設置在操縱臺上，以便能夠根據(jù)需要為每個操縱器分配所需的機械臂，如將在下面進一步解釋的。還可設想例如也包括踏板設備20的鍵盤19和其它指令輸入設備。如果設想用于特定器械等，則設備20可包括用于激活，例如單極器械和雙極器械的動力供給、沖洗和抽吸功能的一個或多個踏板。操縱臺12還包括用于檢測外科醫(yī)生朝向操縱臺的注視方向以及用于也根據(jù)檢測到的注視方向控制外科手術系統(tǒng)的眼部運動跟蹤系統(tǒng)21或所謂的“眼部跟蹤器”。以這種方式，外科醫(yī)生可借助于眼睛的運動來控制系統(tǒng)的功能。有利地，操縱臺包括具有用于顯示手術區(qū)的圖像的至少一個區(qū)域23的電視屏幕22。該圖像由電視攝像機14提供，該圖像可以用由計算機化系統(tǒng)24所生成的人造畫面來補充(例如，以便為外科醫(yī)生提供額外的信息和/或提高他/她對手術區(qū)的理解)，計算機化系統(tǒng)24本身是已知的，用于管理操縱臺，這將在下面進一步描述。 如將在下面變得清楚的，計算機化系統(tǒng)24生成和管理人機界面(HMI)，人機界面允許外科醫(yī)生與外科手術系統(tǒng)相互作用。對于常見的二維觀察來說，由內(nèi)窺鏡提供的畫面可以直接在屏幕22上觀察到。然而，有利地，可設想用于觀察手術區(qū)的三維系統(tǒng)。在這種情況下，電視攝像機14可以是已知的立體類型，其提供代表兩個不同的“右手”和“左手”畫面的合適的信號25、26，該畫面被空間偏移地記錄。信號25、26由電子設備27處理，使得3D畫面可借助于立體觀察系統(tǒng)顯示給外科醫(yī)生。從各種已知的立體觀察系統(tǒng)中，已發(fā)現(xiàn)偏振過濾系統(tǒng)(polarized filtersystem)是特別有利的；在該系統(tǒng)中，電子設備27包括已知的立體聲調(diào)音器，其使從電視攝像機接收的右手畫面和左手畫面的行交替，以便將其交錯顯示在屏幕的觀察區(qū)域23中。因此，屏幕上的畫面的交替的奇數(shù)水平行和偶數(shù)水平行交替地代表由電視攝像機記錄的右手畫面和左手畫面的行。設有用于偶數(shù)交錯行掃描行和奇數(shù)交錯行掃描行的兩種不同的偏振模式的已知過濾器設置在用于觀察該交錯畫面的區(qū)域23中。為了觀察該畫面，外科醫(yī)生戴著具有兩種鏡片的眼鏡28，兩種鏡片以對應于過濾器在屏幕上的兩種偏振模式的方式來偏振，以便只將屬于由電視攝像機記錄的原始的右手畫面的畫面的行朝向右眼引導，同時左眼只接收屬于由電視攝像機記錄的原始的左手畫面的畫面的行。因此，將手術區(qū)的期望3D畫面顯示給外科醫(yī)生是可能的。如果需要的話，則使用類似的步驟，由計算機化系統(tǒng)24生成的人造立體畫面也可以3D形式顯示。在任何情況下，借助于跟蹤系統(tǒng)21來檢測外科醫(yī)生朝向屏幕22的注視方向并界定他/她正在看或沒看屏幕的哪個區(qū)域是可能的。使用具有偏振眼鏡的3D觀察系統(tǒng)，沒有對跟蹤系統(tǒng)的干擾。此外，可以容易地設計具有用于3D觀察的偏振鏡片的眼鏡，以便與正常的眼鏡兼容。已發(fā)現(xiàn)，當檢測到落在屏幕外或至少再現(xiàn)手術區(qū)的屏幕區(qū)域外的注視方向時，發(fā)送使機械臂不能運動的指令對于跟蹤系統(tǒng)來說是特別地有利的。以這種方式，提供了一種防止臂在沒有外科醫(yī)生的直接監(jiān)督的情況下運動的安全系統(tǒng)。因此，獲得了用于激活機械手并且在用戶正在看屏幕時保持機械手激活的所謂的“常閉(dead man)”功能。有利地，為了額外的安全性，可設置另外的控制裝置(例如在手柄上的按鈕31或踏板設備20)，其中需要給予用于使能運動指令的雙準許，使得為了重新激活運動，外科醫(yī)生必須看屏幕上的畫面并且還必須給出手動準許指令，同時運動可通過簡單地不看畫面來中斷。有利地，除了來自內(nèi)窺鏡的圖像之外，屏幕22還示出了人機界面的至少部分。提供該界面的計算機化系統(tǒng)24在屏幕上顯示了與系統(tǒng)指令相關的選擇區(qū)域29。有利地，選擇區(qū)域可設置在顯示手術區(qū)的圖像的同一屏幕22上。例如，這些選擇區(qū)域可設置在屏幕的底部部分中，底部部分在用于觀察手術區(qū)的區(qū)域23的下面。跟蹤系統(tǒng)估計外科醫(yī)生的注視方向，并且當其檢測到落在該區(qū)域內(nèi)的注視方向時，執(zhí)行與選擇區(qū)域相關的指令的選擇。與各種選擇區(qū)域相關的指令可以是被認為有用的任何類型。例如，這些指令可從在執(zhí)行自動化外科手術操作時經(jīng)常使用的那些指令中選擇。已發(fā)現(xiàn)，如果與選擇區(qū)域相關的指令包括用于將操縱器分配給機械臂的指令(特別是當操縱臺包括兩個操作操縱器以及多于兩個機械臂時)，則是特別有利的。因此，外科醫(yī)生可不放開操縱器而是僅僅看在相應的選擇區(qū)域處來交替控制兩個操縱器上的各種機械臂。例如，外科醫(yī)生可暫時切換到對具有電視攝像機的臂的控制，以便修改手術區(qū)的圖像，且然后迅速地返回到對他/她正在使用來操作的機械臂的控制。為了額外的安全性，有利地，操縱臺可包括用于輸入確認執(zhí)行與所看的選擇區(qū)域相關的指令的特殊指令的設備。有利地，該設備可以是按鈕31，按鈕31設置在一個或兩個操縱器上，以便例如使用握住操縱器的手的拇指來按壓。因此，通過眼部跟蹤系統(tǒng)來容易地確認被眼睛激活的動作是可能的，例如，以選擇與操縱器相關的機械手、打開/關閉外科手術器械和修改正被操作的機械手的設置。按鈕的另一用途還可以是控制器械(如果存在的話)上的扭轉運動的自由度的用途。也可能的是，有利地設想用于分配機械手的步驟可以通過在視覺上選擇待分配的新的機械手的畫面、借助于按鈕確認選擇以及然后將所選擇的畫面拖動到示出了當前分配給右手柄或左手柄的機械手的畫面的位置中來執(zhí)行。拖動通過保持按鈕按下并將人的注視朝向機械手位置引導來執(zhí)行。為了結束拖動操作，必須釋放按鈕，同時保持人的注視聚焦在以前指出的區(qū)域上。眼部跟蹤系統(tǒng)可以是本身是已知的許多類型中的一種。然而，已發(fā)現(xiàn)是特別地有利的眼部跟蹤系統(tǒng)是包括用于記錄至少外科醫(yī)生的眼睛的畫面的至少一個電視攝像機和用于依據(jù)所拍攝的畫面計算注視方向的裝置的系統(tǒng)。如在圖2中示意性地示出的，特別地，跟蹤系統(tǒng)21可包括兩個電視攝像機32、33，其以適當?shù)木嚯x相互并排地設置，以便記錄外科醫(yī)生的眼睛的兩個空間地偏移的畫面。因此，存在于跟蹤系統(tǒng)21中的計算裝置(例如，包括合適地編程的微處理器)可依據(jù)對兩個記錄畫面的比較來執(zhí)行對注視方向的三角測量。而且有利地，跟蹤系統(tǒng)還可包括用于對眼睛的紅外線照射的紅外光源34，這有助于其在記錄畫面中的檢測。有利地，眼部跟蹤系統(tǒng)可與監(jiān)視器整合，使得如果監(jiān)視器被移動，則眼部跟蹤器可以繼續(xù)正確地操作。仍然參照圖2，示意性地示出了操縱臺的可能的有利實施方式的框圖。在該實施方式中，為了清楚起見，系統(tǒng)被分成三個主要的功能塊或組。
以40標示的第一個塊包括直接參與在機械臂的運動中的部件。塊40包含本身已知的第一工業(yè)計算機41，第一工業(yè)計算機41設有用于在給定的可預定義時間內(nèi)執(zhí)行與機械手的控制相關的指令的實時操作系統(tǒng)(例如，RT-LINUX)。計算機41經(jīng)由通信網(wǎng)絡42連接到機械手控制單元(或多個單元)30。計算機41從操縱器17和18接收運動指令，將運動指令發(fā)送到機械手并發(fā)出用于操作觸覺反饋的操縱器的反應設備43的信號。需要即時系統(tǒng)響應的那些手動控制器，例如踏板20，如果除了其它方面還用來發(fā)送用于使機械手的運動停止的指令，則也被有利地連接到計算機41。以44標示的第二功能塊包括第二工業(yè)計算機45，第二工業(yè)計算機45生成并控制不需要嚴格地實時操作的人機界面(HMI)。眼部跟蹤系統(tǒng) 21、鍵盤19(需要時)和其它界面控制器連接到該第二計算機。計算機45還生成將被再現(xiàn)在屏幕22上(例如視覺控制區(qū)域31)的人造視頻畫面，并且可控制用于改變手術區(qū)畫面的放大的任何功能。計算機41和45形成用于控制操縱臺的計算機化系統(tǒng)24。計算機41和45以及機械手控制單元30可經(jīng)由網(wǎng)絡42彼此通信。由計算機45管理的HMI應用程序從而允許機械手被分配到操縱器以及顯示關于每個機械手的數(shù)據(jù)，例如當前安裝的器械、運動狀態(tài)、反饋狀態(tài)、插入患者體內(nèi)的器械的旋轉支點的位置、機械手狀況、機械手連接狀態(tài)、任何緊急情況等。以46標示的第三功能塊處理畫面在屏幕上的再現(xiàn)，提供例如使用由記錄手術區(qū)的電視攝像機14提供的信號和所生成的畫面信號47的PiP(畫中畫)功能，以便顯示HMI界面。第三塊還包括用于三維觀察的立體聲調(diào)音器27。有利地，為了 PiP功能，監(jiān)視器22設計有兩個分開的輸入端。主源在全屏模式下借助于例如DVI連接來顯示，然而同時另一個視頻輸入(例如VGA連接)顯示為嵌入窗口。主源(全屏)由從內(nèi)窺鏡系統(tǒng)接收的內(nèi)窺鏡的2維或3維的圖像構成。第二源來自于生成人機界面(HMI)的計算機45。在眼部跟蹤系統(tǒng)21的校準期間，全屏圖像也可(例如，借助于從HMI應用程序發(fā)送到監(jiān)視器的串行指令)動態(tài)地切換到由計算機45生成的視頻信號。有利地，操縱臺還可包括用于檢測屏幕和外科醫(yī)生的眼睛之間的距離的系統(tǒng)，以便依據(jù)檢測到的距離中的變化來改變顯示在屏幕上的手術區(qū)的畫面的放大。因此，外科醫(yī)生可通過簡單地朝著屏幕移動他/她的臉來直觀地進行畫面的放大，且反之亦然，通過移動他/她的臉遠離屏幕來增大手術區(qū)的觀察區(qū)域，從而減小放大。距離檢測系統(tǒng)可以以本身已知的各種方式來實現(xiàn)，例如使用遙測超聲測量設備來實現(xiàn)。然而，有利地，由于允許借助三角測量來計算外科醫(yī)生的臉部的距離的立體記錄系統(tǒng)，因此眼部跟蹤系統(tǒng)21可以被使用。這與眼部跟蹤系統(tǒng)的相關眼部檢測功能一起允許執(zhí)行對外科醫(yī)生的觀察點距屏幕的距離的準確的真實測量。除放大之外，系統(tǒng)還可產(chǎn)生畫面的移位，例如以便使畫面居中或者借助于注視使畫面向右、向左、向上或向下移位。當手術區(qū)由安裝在機械臂中的一個機械臂上的電視攝像機，優(yōu)選內(nèi)窺鏡電視攝像機來記錄時，已發(fā)現(xiàn)有利的是，注視檢測跟蹤系統(tǒng)還允許控制該電視攝像機的運動。當該功能被使能時(例如，通過借助于合適的區(qū)域29的視覺選擇而輸入相關的激活指令)，眼睛在手術區(qū)的畫面上的運動引起機械臂的運動，以便移位以及將聚焦的區(qū)域在屏幕上有利地居中。電視攝像機的實際運動控制也可以僅僅接著按壓確認踏板或按鈕來執(zhí)行，如上文已經(jīng)描述的。以這種方式，外科醫(yī)生可以在畫面上自由地移動他/她的眼睛而不使觀察框(viewing frame)移位，除非確認踏板或按鈕同時被按壓。如果上述運動和放大功能結合，則系統(tǒng)變得非常容易控制，注視運動使觀察框在屏幕上移位，同時眼睛朝向或遠離屏幕的運動使顯示的畫面放大或縮小。當使用對手術區(qū)的三維觀察時，距離檢測系統(tǒng)還可用來在外科醫(yī)生在離屏幕的最佳距離范圍內(nèi)時向該外科醫(yī)生發(fā)信號。實際上，通常，三維系統(tǒng)具有離屏幕的最佳距離間隔，在該情況下三維效果是最好的。
此外，3D和眼部跟蹤系統(tǒng)的結合增加了關于位置和離屏幕的距離的某些限制，所述限制取決于外科醫(yī)生、跟蹤器和觀察設備的位置。操縱臺的HMI應用程序可被設置，以便在外科醫(yī)生位于相對于屏幕的最佳位置中時借助于各種已知的聲學和/或光學系統(tǒng)指示給該外科醫(yī)生。此外，提供指示相對于眼部跟蹤器的距離是否足夠的功能也是可能的。當3D和眼部跟蹤器一起使用時，對于其二者來說，合適的工作空間可以是相同的，且同一個指示器可以執(zhí)行兩種功能。眼部跟蹤器21的工作區(qū)域將被大體上選擇為使得比用于三維畫面的最佳觀察的區(qū)域大得多。例如，位于40cm和75cm之間的跟蹤器的操作范圍已被發(fā)現(xiàn)是有利的，具有在+30°和-10°的垂直角度范圍內(nèi)跟蹤眼睛的可能性。最佳3D圖像在離屏幕60-70cm處獲得(在該范圍中，信息將在右眼和左眼之間完美地區(qū)分)，且因此正好落在跟蹤器的操作區(qū)域內(nèi)。然而，假如外科醫(yī)生遵守垂直限制，在該范圍外，在3D中觀察將仍然是可能的。如果超出屏幕的頂端和底端，就失去3D。在這一點上，預定義的目的已經(jīng)被如何實現(xiàn)是清楚的。使用所描述的控制系統(tǒng)和方法，控制具有觸覺傳感的機械臂、將由內(nèi)窺鏡以二維或三維的形式提供的圖像與HMI應用程序顯示在一起以及使用眼部運動跟蹤器激活某些功能，這是可能的。由于眼部跟蹤系統(tǒng)的使用，存在各種有趣的控制可能性。首先，在與眼部跟蹤系統(tǒng)相關的各種功能中，具有如果外科醫(yī)生沒在看手術區(qū)的畫面則能夠使機械臂的運動安全地停止的可能性，其中機械臂的運動在檢測到的注視方向未落在或落在屏幕的預定區(qū)域內(nèi)時被自動地阻止或允許。此外，HMI應用程序是直觀且易于使用的，因為其可由外科醫(yī)生的注視(連同或不連同激活確認設備)來控制。主要優(yōu)點是，外科醫(yī)生能夠使用他/她的眼睛來選擇機械臂并將機械臂分配給操縱器，而不從操縱器移開他/她的手。顯然地，對應用本發(fā)明的創(chuàng)新性原理的實施方式的以上描述通過這些創(chuàng)新性原理的實例的方式來提供，并且因此不能被視為限制本文所要求保護的權利的范圍。例如，操縱臺也使用經(jīng)由地理網(wǎng)絡或類似物的連接來形成用于自動化系統(tǒng)的遠程操作外科手術工作站，該自動化系統(tǒng)可能在相同的房間中或在某距離處。主控制操縱臺實際上是只要通信時間延遲有限那么也允許在手術室外部或在任何位置為患者動手術的遠程控制設備。遠程外科手術系統(tǒng)將適合于任何類型的腹腔鏡或類似手術。顯然，本文中的術語“外科醫(yī)生”被理解為意味著借助于操縱臺控制機械手系統(tǒng)的任何人。如現(xiàn)在可由本領域技術人員容易想象到的，必須注意，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)是模塊化的，且可以例如被配置成使用更多的機械手(例如多達五個機械手)且還有一個或兩個控制操縱臺?！?br> 權利要求
1.一種自動化外科手術系統(tǒng)(10)，包括在預期用于外科醫(yī)生的控制操縱臺(12)的控制下動作的至少一個機械臂(11)，其特征在于，所述操縱臺(12)包括眼部跟蹤系統(tǒng)(21)，所述眼部跟蹤系統(tǒng)(21)用于檢測外科醫(yī)生的注視方向并用于依據(jù)檢測到的注視方向來輸入指令。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操縱臺(12)包括具有用于觀察手術區(qū)的至少一個區(qū)域(23)的屏幕(22)，且當檢測到落在所述屏幕或所述屏幕的至少所述區(qū)域(23)外的注視方向時，所述跟蹤系統(tǒng)(21)生成用于使至少一個機械臂(11)不能運動的指令。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操縱臺(12)包括屏幕(22)和人機界面，所述屏幕(22)具有用于觀察手術區(qū)的至少一個區(qū)域，所述人機界面將與指令相關的選擇區(qū)域(31)顯示在所述屏幕上，所述跟蹤系統(tǒng)估計外科醫(yī)生的注視方向，并且當所述跟蹤系統(tǒng)檢測到落在所述選擇區(qū)域(31)中的一個區(qū)域內(nèi)的注視方向時，執(zhí)行對與所述選擇區(qū)域(31)中的所述一個區(qū)域相關的指令的選擇。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操縱臺包括用于操作所述機械臂的操縱器(17、18)，且與所述選擇區(qū)域(31)相關的所述指令包括用于使操縱器和機械臂相互分配的指令。
5.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述屏幕(22)形成用于在3D中觀察所述手術區(qū)的系統(tǒng)的部分。
6.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述眼部跟蹤系統(tǒng)包括用于記錄至少外科醫(yī)生的眼睛的畫面的至少一個電視攝像機(32、33)以及用于依據(jù)所拍攝的畫面計算所述注視方向的裝置(21)。
7.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括用于檢測外科醫(yī)生的眼睛和顯示所述手術區(qū)的畫面的屏幕(22)之間的距離的系統(tǒng)(21)，該距離檢測系統(tǒng)依據(jù)在檢測到的距離上的變化來執(zhí)行所述手術區(qū)的顯示在所述屏幕(22)上的所述畫面的放大和/或位置上的變化。
8.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操縱臺(12)包括具有用于觀察手術區(qū)的至少一個區(qū)域(23)的屏幕(22)，且當檢測到落在所述屏幕或所述屏幕的至少所述區(qū)域(23)內(nèi)的注視方向時，所述跟蹤系統(tǒng)(21)生成用于使至少一個機械臂(11)能夠運動的指令，該指令與用于確認使能夠的手動指令結合來激活所述機械臂的運動。
9.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述操縱臺(12)包括具有用于觀察手術區(qū)的至少一個區(qū)域(23)的屏幕(22)，所述手術區(qū)由被機械臂(11)移動的電視攝像機(14)來記錄，電視攝像機(14)優(yōu)選為內(nèi)窺鏡電視攝像機，依據(jù)檢測到的注視方向，所述指令包括用于使該機械臂移動以改變所述電視攝像機的觀察框的指令。
10.一種用于控制自動化外科手術系統(tǒng)的方法，所述自動化外科手術系統(tǒng)包括在預期用于外科醫(yī)生的控制操縱臺(12)的控制下動作的至少一個機械臂(11)，其中外科醫(yī)生的注視方向被檢測，且所述外科手術系統(tǒng)的功能依據(jù)檢測到的注視方向來控制。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中手術區(qū)的畫面顯示在屏幕的至少一個區(qū)域上，且當檢測到的注視方向未落在所述屏幕或至少所述屏幕區(qū)域內(nèi)時，所述至少一個機械臂的運動被阻止，和/或當檢測到的注視方向落在所述屏幕或至少所述屏幕區(qū)域內(nèi)時，使所述至少一個機械臂能夠運動，且優(yōu)選地，確認使能夠的另外的手動指令也被發(fā)送。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中與用于所述外科手術系統(tǒng)的指令相關的選擇區(qū)域顯示在屏幕上，且當檢測到落在所述選擇區(qū)域中的一個區(qū)域內(nèi)的注視方向時，與該區(qū)域相關的指令被選擇，且優(yōu)選地，所選擇的指令還借助于操作另外的手動確認設備來確認。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中從多個機械臂中選擇的新的機械臂通過使用人的注視來選擇所述新的臂顯示在屏幕上的畫面并借助于人的注視將該畫面拖動到屏幕位置中而被分配給控制操縱器，所述屏幕位置顯示被分配給該操縱器的所述機械手的所述畫面。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述手術區(qū)的畫面顯示在屏幕上，外科醫(yī)生的眼睛離所述屏幕的距離被檢測，且所述畫面的放大和/或位置依據(jù)檢測到的距離來改變，和/或用信號表示檢測到的距離是否在所述距離檢測系統(tǒng)的預定義工作空間內(nèi)和/或檢測到的距離是否在所述手術區(qū)的所述畫面的預定義觀察空間內(nèi)，優(yōu)選地在3D中。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述手術區(qū)的由被機械臂(11)移動的電視攝像機，優(yōu)選內(nèi)窺鏡電視攝像機記錄的畫面顯示在屏幕上，且所述機械臂依據(jù)在所述屏幕的畫面上檢測到的注視方向來改變所述電視攝像機的觀察框。
全文摘要
一種自動化外科手術系統(tǒng)(10)，包括在預期用于外科醫(yī)生的控制操縱臺(12)的控制下動作的至少一個機械臂(11)。操縱臺(12)包括用于檢測外科醫(yī)生的注視方向并用于依據(jù)檢測到的注視方向來輸入指令的眼部跟蹤系統(tǒng)(21)。有利地，操縱臺(22)包括具有用于觀察手術區(qū)的至少一個區(qū)域(23)的屏幕(23)，且在可依據(jù)注視方向來執(zhí)行的指令中，有利地具有用于在檢測到落在屏幕的所述區(qū)域(23)內(nèi)或外的注視方向時使機械臂(11)能夠運動或使機械臂(11)不能運動的自動指令。
文檔編號A61B3/113GK102958464SQ201180027369
公開日2013年3月6日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權日2010年4月7日
發(fā)明者埃米利奧·魯伊斯莫拉萊斯, 達米恩·布拉塞, 保羅·因韋爾尼齊 申請人:索發(fā)有限公司