機器人手術系統的輸入裝置的重定位方法與流程

2024-01-31 22:39:15

相關專利的交叉引用

本申請案主張2015年2月19日提交的第62/118,123號美國臨時專利申請案的權益和優先權，所述美國臨時專利申請案的內容以全文引用的方式併入本文中。

背景技術：

微創醫療操作中已經使用機器人手術系統。在醫療操作期間，通過外科醫生與用戶接口配合來控制機器人手術系統。所述用戶接口允許外科醫生操控作用於患者的末端執行器。用戶接口包含輸入控制器或可通過外科醫生移動來控制機器人手術系統的手柄。

機器人手術系統通常使用比例因子來按比例縮小外科醫生手部的動作以確定末端執行器在患者體內的期望位置，因此外科醫生可以在患者內部更精確地移動末端執行器。然而，比例因子越大，外科醫生就不得不越遠地移動輸入裝置手柄從而以相同距離移動末端執行器。由於輸入裝置手柄具有固定運動範圍，因此這意味著對於更大比例因子外科醫生可能已經更頻繁地到達輸入手柄的運動範圍盡頭。接著，外科醫生不得不「離合」手柄將輸入手柄的運動從末端執行器分離，使得外科醫生可以將手柄移動到用戶接口的工作空間內當儀器保持穩定時遠離運動範圍盡頭的新位置。一旦將輸入手柄充分遠離運動範圍盡頭移動，外科醫生「重新離合」輸入手柄與末端執行器，將輸入手柄的運動重新聯接到末端執行器的運動，從而完成末端執行器的期望移動。此離合過程耗時且會分散外科醫生注意力。

需要機器人手術系統，其能夠按比例縮小外科醫生的輸入手柄移動，同時還減少或消除對外科醫生在機器人外科手術期間遠離其運動範圍盡頭離合或移動輸入手柄的需要。

技術實現要素：

在本公開的一個方面中，一種機器人手術系統包含連杆機構、輸入手柄和處理單元。連杆機構相對於底座可移動地支撐手術器械。輸入手柄可在多個方向上移動。處理單元與輸入手柄連通，並且與連杆機構以操作方式相關聯，從而基於輸入手柄的按比例縮放的移動而移動手術器械。縮放比例取決於輸入手柄朝向工作空間的中心還是遠離工作空間的中心移動而改變。工作空間表示輸入手柄的移動範圍。

在各方面中，處理單元經配置以將輸入手柄朝向工作空間的中心的第一移動按比例縮放第一比例因子，並且將輸入手柄遠離工作空間的中心的第二移動按比例縮放不同於第一比例因子的第二比例因子。

在一些方面中，處理單元經配置以通過將第一移動的距離除以第一比例因子以及將第二移動的距離除以第二比例因子來按比例縮放輸入距離。第一比例因子和第二比例因子可以在約1.0到約10.0的範圍內，且第二比例因子可以大於第一比例因子。第一比例因子可以是第二比例因子的0.70倍與1.40倍之間。

在某些方面中，處理單元經配置以基於輸入手柄距工作空間的中心的距離而改變縮放比例。處理單元可經配置以基於輸入手柄距工作空間的中心和輸入手柄移動界限中的至少一項的距離而線性地或以指數方式按比例縮放輸入距離。處理單元可經配置以隨著輸入手柄的位置更遠離工作空間的中心而增大手術器械的移動。處理單元可經配置以在輸入手柄的位置更遠離工作空間的中心時減小手術器械的移動。

在特定方面中，工作空間包含位於距工作空間的中心預定距離的第一部分。當輸入手柄處於第一部分中時第一比例因子和第二比例因子可以是恆定的，而當輸入手柄在第一部分外側時第一比例因子或第二比例因子中的至少一個改變。

在本公開的另一方面中，一種機器人手術系統包含連杆機構、輸入手柄和處理單元。連杆機構相對於底座可移動地支撐手術器械。輸入手柄可在第一輸入方向上移動第一輸入距離且在與第一輸入方向相反的第二輸入方向上移動第二輸入距離。第二輸入距離不同於第一輸入距離。處理單元與輸入手柄連通並與連杆機構以操作方式相關聯從而移動手術器械。處理單元經配置以響應於第一輸入距離而使手術器械在第一輸出方向上移動一輸出距離，並且響應於第二輸入距離而使手術器械在與第一輸入方向相反的第二向外方向上移動相同的輸出距離。

在本公開的另一方面中，一種操作手術機器人的方法包含：檢測可在多個方向上移動的輸入手柄的多個移動；將輸入手柄朝向工作空間的中心的所檢測移動按比例縮放第一比例因子；將輸入手柄遠離工作空間的中心的所檢測移動按比例縮放不同於第一比例因子的第二比例因子；以及基於按比例縮放的所檢測移動而致動連杆機構來移動由連杆機構可移動地支撐的手術器械。

在各方面中，所述方法包含：將輸入手柄朝向工作空間的中心的所檢測移動的距離除以第一比例因子，以及將輸入手柄遠離工作空間的中心的所檢測移動的距離除以第二比例因子。

在一些方面中，所述方法包含基於輸入手柄距工作空間的中心的距離而改變所檢測移動的縮放比例。所述方法可以包含：基於輸入手柄距工作空間的中心和輸入手柄移動界限中的至少一項的距離而線性地或以指數方式改變所檢測移動的縮放比例。

在某些方面中，所述方法可以包含：隨著輸入手柄的位置更遠離工作空間的中心而調節連杆機構的致動來增大或減小手術器械的移動。所述方法可以包含：當輸入手柄處於工作空間的位於工作空間中心的預定距離內的一部分中時將第一比例因子和第二比例因子設定為恆定的，以及當輸入手柄在所述部分外側時改變第一比例因子和第二比例因子中的至少一個。

在本公開的另一方面中，一種機器人手術系統包含具有末端的臂、支撐在臂的末端上的器械、輸入手柄以及處理單元。輸入手柄可移動輸入距離，並且包含具有激活和去激活狀態的重定位控制件。處理單元與輸入手柄連通並與臂以操作方式相關聯從而移動器械。處理單元經配置以在重定位控制件處於激活狀態時將輸入手柄的輸入距離按比例縮放第一比例因子，並且在重定位控制件處於去激活狀態時將輸入距離按比例縮放第二比例因子。第一比例因子大於第二比例因子。

在各方面中，第一比例因子可以在約100到約1000的範圍內，並且第二比例因子可以在約1到約10的範圍內。處理單元可經配置以通過在重定位控制件處於激活狀態時將輸入距離除以第一比例因子並通過在重定位控制件處於去激活狀態時將輸入距離除以第二比例因子來按比例縮放輸入距離。

在本公開的另一方面中，一種重定位機器人手術系統的輸入手柄的方法包含：在輸入手柄的重定位控制件處於去激活狀態的情況下檢測所述機器人手術系統的輸入手柄移動的輸入距離；檢測輸入手柄的重定位控制件是處於激活狀態還是去激活狀態；取決於重定位控制件的狀態將輸入距離按比例縮放為第一輸出距離或不同的第二輸出距離；以及致動支撐在機器人手術系統的可移動臂的末端上的器械移動相應按比例縮放的第一輸出距離或第二輸出距離。

在各方面中，所述方法包含：作為將輸入距離按比例縮放為第一輸出距離的部分，將輸入距離除以1到10範圍內的第一比例因子；以及作為將輸入距離按比例縮放為第二輸出距離的部分，將輸入距離除以100到1000範圍內的第二比例因子。所述方法可以包含在輸入手柄的所檢測移動包含輸入手柄的所檢測定向改變時改變器械的定向作為致動移動的部分。

在本公開的另一方面中，一種機器人手術系統包含具有末端的臂、支撐在臂的末端上的器械、可移動輸入距離的輸入手柄、成像裝置以及處理單元。成像裝置經配置以捕捉在患者的手術部位內的器械的圖像。處理單元與輸入手柄連通。處理單元還與臂以操作方式相關聯從而移動器械並且與成像臂連通。處理單元經配置以基於成像裝置相對於患者的手術部位的位置將輸入手柄的輸入距離按比例縮放為輸出距離。

在各方面中，所述系統包含成像臂，其中成像裝置位於成像臂的末端。輸入手柄可以在具有中心和移動界限的工作空間內可移動。輸入距離可以由中心與移動界限之間的距離界定。成像裝置可經配置以隨著輸入手柄接近移動界限而縮小所捕捉圖像。處理單元可以與成像臂以操作方式相關聯，並且可經配置以使成像裝置遠離手術部位移動從而縮小所捕捉圖像。

在一些方面中，所述系統包含顯示器，其經配置以顯示來自成像裝置的所捕捉圖像。處理單元可經配置以將輸入距離按比例縮放為輸出距離，使得器械在顯示器上的移動大體上等於輸入距離。

在某些方面中，所述系統包含開關，其經配置以選擇性地切換輸入手柄在器械與成像臂之間的關聯。所述開關可以是腳踏開關或安置在輸入手柄上。

在本公開的另一方面中，一種基於成像裝置相對於手術部位的位置而按比例縮放支撐在臂的末端上的器械移動的方法包含：利用處理單元確定成像裝置相對於手術部位的位置，以及使機器人手術系統的輸入手柄移動一輸入距離從而使器械移動輸出距離。器械通過處理單元與輸入手柄以操作方式相關聯。處理單元基於成像裝置相對於手術部位的位置將輸入距離按比例縮放為輸出距離。

在各方面中，移動輸入手柄包含朝向輸入手柄的移動界限移動輸入手柄。所述方法可以包含：處理單元隨著輸入手柄接近移動界限而使成像裝置相對於手術部位移動。所述方法可以包含：處理單元隨著成像裝置相對於手術部位移動而改變比例因子。處理單元可以通過比例因子將輸入距離按比例縮放為輸出距離。

在本公開的另一方面中，一種機器人手術系統包含具有末端的臂、支撐在臂的末端上的器械、輸入手柄以及處理單元。輸入手柄可在第一輸入方向和與第一輸入方向相反的第二輸入方向上移動輸入距離。處理單元與輸入手柄連通並與臂以操作方式相關聯從而移動器械。處理單元經配置以響應於輸入手柄在第一輸入方向上的移動而將輸入手柄的輸入距離按比例縮放為器械的第一輸出距離，並且響應於輸入手柄在第二輸入方向上的移動而將輸入手柄的輸入距離按比例縮放為器械的第二輸出距離，第一輸出距離不同於第二輸出距離。

在各方面中，處理單元經配置以響應於輸入手柄在第一方向上的移動而將輸入手柄的輸入距離按比例縮放第一比例因子，並且響應於輸入手柄在第二方向上的移動而將輸入手柄的輸入距離按比例縮放第二比例因子。第二比例因子可以不同於第一比例因子。處理單元可經配置以通過將輸入距離除以第一比例因子或第二比例因子中的一個而按比例縮放輸入距離。第一比例因子可以在約1到約10的範圍內，並且第二比例因子可以在約1到約10的範圍內。

在一些方面中，輸入手柄可在具有中心和移動界限的工作空間內移動。輸入手柄在第一方向上的移動可以朝向移動界限，並且輸入手柄在第二方向上的移動可以朝向中心。處理單元可經配置以響應於輸入手柄在中心與移動界限之間的位置而進一步按比例縮放輸入距離。處理單元可經配置以響應於輸入手柄在中心與移動界限之間的位置而線性地或以指數方式按比例縮放輸入距離。處理單元可經配置以在輸入手柄的位置更遠離中心時增大第一輸出距離。處理單元可經配置以在輸入手柄的位置更遠離中心時減小第二輸出距離。

在某些方面中，輸入手柄經配置以響應於輸入手柄在第一方向上的移動而將輸入手柄的輸入距離按比例縮放第一比例因子，並且響應於輸入手柄在第二方向上的移動而將輸入手柄的輸入距離按比例縮放第二比例因子。第二比例因子可以不同於第一比例因子。工作空間可以包含在中心與移動界限之間的第一點，其中當輸入手柄在中心與第一點之間時第一比例因子和第二比例因子為恆定的。當輸入手柄在第一點與移動界限之間時，第一比例因子或第二比例因子中的一個可以基於手柄的位置而改變。

在本公開的另一方面中，一種機器人手術系統包含具有末端的臂、支撐在臂的末端上的器械、輸入手柄以及處理單元。輸入手柄可在第一輸入方向上移動第一輸入距離以及在與第一輸入方向相反的第二輸入方向上移動第二輸入距離，第二輸入距離不同於第一輸入距離。處理單元與輸入手柄連通並與臂以操作方式相關聯從而移動器械。處理單元經配置以響應於第一輸入距離而使器械在第一輸出方向上移動一輸出距離，並且響應於第二輸入距離而使器械在與第一輸入方向相反的第二輸出方向上移動所述輸出距離。

在本公開的又一方面中，一種操作手術機器人的方法包含：使機器人手術系統的輸入手柄在第一輸入方向上移動一輸入距離，從而使支撐在機器人手術系統的臂的末端上的器械響應於輸入手柄在第一輸入方向上的移動而移動第一輸出距離；以及使機器人手術系統的輸入手柄在與第一輸入方向相反的第二輸入方向上移動所述輸入距離，從而使所述器械響應於輸入手柄在第二輸入方向上的移動而移動第二向外距離，第二輸出距離不同於第一輸出距離。

在各方面中，使機器人手術系統的輸入手柄在第一輸入方向上移動包含使輸入手柄朝向工作空間的移動界限移動。使機器人手術系統的輸入手柄在第二輸入方向上移動可以包含使輸入手柄朝向工作空間的中心移動。

在一些方面中，使機器人手術系統的輸入手柄在第一方向上移動包含：向機器人手術系統的處理單元傳輸包含輸入手柄相對於工作空間的中心的位置的輸入信號。所述方法可以包含：處理單元基於輸入距離、第一輸入方向以及輸入手柄相對於工作空間的中心的位置控制第一輸出距離。

在某些方面中，使機器人手術系統的輸入手柄在第二方向上移動包含：向機器人手術系統的處理單元傳輸包含輸入手柄相對於工作空間的中心的位置的輸入信號。所述方法可以包含：處理單元基於輸入距離、第二輸入方向以及輸入手柄相對於工作空間的中心的位置控制第二輸出距離。

在本公開的再一方面中，一種操作手術機器人的方法包含：使機器人手術系統的輸入手柄遠離工作空間的中心移動第一輸入距離，從而使支撐在手術機器人的臂的末端上的器械在第一輸出方向上移動一輸出距離；以及使機器人手術系統的輸入手柄朝向工作空間的中心移動第二輸入距離，從而使所述器械在與第一輸出方向相反的第二輸出方向上移動所述輸出距離，第二輸入距離不同於第一輸入距離。

在本公開的其它方面中，機器人手術系統包含：具有末端的臂、支撐在臂的末端上的器械、輸入手柄以及處理單元。輸入手柄可移動輸入距離，並且包含具有激活狀態和去激活狀態的重定位控制件。處理單元可以與輸入手柄連通並與臂以操作方式相關聯從而移動器械。處理單元經配置以在重定位控制件處於激活狀態時將輸入手柄的輸入距離按比例縮放第一比例因子，並且在重定位控制件處於去激活狀態時將輸入距離按比例縮放第二比例因子。第一比例因子大於第二比例因子。

在各方面中，第一比例因子在約100到約1000的範圍內，並且第二比例因子在約1到約10的範圍內。處理單元可經配置以通過在重定位控制件處於激活狀態時將輸入距離除以第一比例因子並通過在重定位控制件處於去激活狀態時將輸入距離除以第二比例因子來按比例縮放輸入距離。

在本公開的另一方面中，一種重定位機器人手術系統的輸入手柄的方法包含：在輸入手柄的重定位控制件處於去激活狀態的情況下使機器人手術系統的輸入手柄移動一輸入距離，從而使支撐在機器人手術系統的末端上的器械移動第一輸出距離；以及在輸入手柄的重定位控制件處於激活狀態的情況下使機器人手術系統的輸入手柄移動所述輸入距離，從而使所述器械移動第二輸出距離。輸入手柄與處理單元連通，從而使機器人手術系統的器械與輸入手柄以操作方式相關聯。處理單元在輸入手柄處於去激活狀態時將輸入距離按比例縮放為第一輸出距離，並且在輸入手柄處於激活狀態時將輸入距離按比例縮放為第二輸出距離。

在各方面中，將輸入距離按比例縮放為第一輸出距離包含將輸入距離除以約1到約10範圍內的第一比例因子，並且將輸入距離按比例縮放為第二輸出距離包含將輸入距離除以約100到約1000範圍內的第二比例因子。在重定位控制件處於激活狀態的情況下使輸入手柄移動輸入距離可以包含輸入手柄的定向與器械的定向以操作方式相關聯。

下文參考附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例的另外細節和方面。

附圖說明

下文參考圖式描述本公開的各種方面，所述圖式併入本說明書中並且構成本說明書的一部分，其中：

圖1是根據本公開的用戶接口和機器人系統的示意性圖解；

圖2是在二維工作空間內圖1的用戶接口的臂的平面圖；

圖3是圖1的用戶接口的工作空間的平面圖；以及

圖4是根據本公開的用於按比例縮放用戶接口的移動的方法的示意圖。

具體實施方式

現在參考圖式詳細描述本公開的實施例，其中在若干視圖中的每一個中，類似參考標號指定相同或對應元件。如本文中所使用，術語「臨床醫生」指醫生、護士或任何其它醫護人員並且可以包含輔助人員。貫穿本說明書，術語「近端」指設備或其組件最接近於臨床醫生的部分，術語「遠端」指設備或其組件最遠離臨床醫生的部分。

參考圖1，根據本公開的機器人手術系統1大體上示出為機器人系統10、處理單元30以及用戶接口40。機器人系統10大體上包含連杆機構12和機器人底座18。連杆機構12可移動地支撐經配置以作用於組織的末端執行器或器械20。連杆機構12可以呈臂的形式，每個臂具有末端14，所述末端支撐經配置以作用於組織的末端執行器或器械20。另外，臂12的末端14可以包含用於使手術部位「s」成像的成像裝置16。用戶接口40通過處理單元30與機器人底座18連通。

用戶接口40包含顯示裝置44，其經配置以顯示三維圖像。顯示裝置44顯示手術部位「s」的三維圖像，所述三維圖像可以包含通過位於臂12的末端14上的成像裝置16捕捉的數據，和/或包含通過位於手術臺周圍的成像裝置(例如，位於手術部位「s」內的成像裝置、位於鄰近患者「p」的成像裝置、位於成像臂52的遠端處的成像裝置56)捕捉的數據。成像裝置(例如，成像裝置16、56)可以捕捉手術部位「s」的視覺圖像、紅外圖像、超聲圖像、x射線圖像、熱像和/或任何其它已知的實時圖像。成像裝置將所捕捉的成像數據傳輸到處理單元30，所述處理單元實時地根據成像數據創建手術部位「s」的三維圖像，並且將所述三維圖像傳輸到顯示裝置44進行顯示。

用戶接口40還包含輸入手柄42，所述輸入手柄允許臨床醫生操控機器人系統10(例如，移動臂12、臂12的末端14和/或器械20)。輸入手柄42中的每一個與處理單元30連通，從而向所述處理單元傳輸控制信號以及自其接收反饋信號。另外或替代地，輸入手柄42中的每一個可以包含控制接口(未示出)，所述控制接口允許外科醫生操控(例如，夾持、抓取、發射、打開、閉合、旋轉、推進、切開等)支撐在臂12的末端14處的器械20。

另外參考圖2，輸入手柄42中的每一個可移動通過預定義工作空間「w」從而使臂12的末端14在手術部位「s」內移動。應了解，雖然在圖2中呈二維示出工作空間「w」，但是工作空間「w」是三維工作空間。顯示裝置44上的三維圖像經定向使得如在顯示裝置44上觀看輸入手柄42的移動使臂12的末端14移動。應了解，顯示裝置上的三維圖像的定向可以相對於從患者「p」上方看成鏡像或旋轉。另外，應了解，顯示裝置44上的三維圖像的大小可以按比例縮放為比手術部位的實際結構更大或更小，從而允許外科醫生更好地觀看手術部位「s」內的結構。在移動輸入手柄42時，使器械20在手術部位「s」內移動，如下詳述。如本文中詳述，器械20的移動還可包含支撐器械20的臂12的末端14的移動。

對於機器人手術系統1的構造和操作的詳細論述，可以參考發明名稱為「醫療工作站(medicalworkstation)」的第2012/0116416號美國專利公開案，所述美國專利公開案的內容以全文引用的方式併入本文中。

相對於輸入手柄42的移動按比例縮放器械20的移動。當輸入手柄42在預定義工作空間「w」內移動時，輸入手柄42發送控制信號到處理單元30。處理單元30分析控制信號以響應於控制信號移動器械20。處理單元30將比例縮放控制信號傳輸到機器人底座18從而使器械20響應於輸入手柄42的移動而移動。處理單元30通過將輸入距離(例如，通過輸入手柄42中的一個移動的距離)除以比例因子sf來按比例縮放控制信號從而獲得按比例縮放的輸出距離(例如，使末端14中的一個移動的距離)。比例因子sf在約1與約10之間的範圍內(例如，3)。此縮放比例由以下等式表示：

輸出距離＝輸入距離/sf。

應了解，比例因子sf越大，器械20相對於輸入手柄42的移動而進行的移動就越小。

在外科手術期間，如果臨床醫生到達輸入手柄42的預定義運動範圍的邊緣或界限，那麼臨床醫生必須離合輸入手柄42(即，將輸入手柄42的運動從相應臂12的器械20的運動分離)，從而將輸入手柄42重定位回預定義工作空間「w」內，之後再繼續使輸入手柄42在相同方向上移動。當比例因子sf增大時，臨床醫生可能需要更頻繁地離合輸入手柄42，這增加了外科手術的步驟以及因此外科手術的時間和/或成本。

另外，當輸入手柄42從器械20離合時，器械20的定向(例如，滾動、傾斜和橫擺)也從輸入手柄42的定向分離。當輸入手柄42被解離合或分離時，處理單元30可經編程以使器械20的定向與輸入手柄42的定向對準，這可能在輸入手柄42重新聯接時導致器械20的非預期移動。替代地，當輸入手柄42重新離合或重新聯接時，處理單元30可以在輸入手柄42重新聯接到處理單元30的當前定向時再校準輸入手柄42的定向，這可能導致輸入手柄42的定向被器械20歪曲。

為了減少或消除對臨床醫生在外科手術期間離合輸入手柄42的需要，輸入手柄42中的每一個可以包含重定位控制件43，其發送信號到處理單元30以在程序化比例因子psf與重定位比例因子rsf之間切換比例因子sf。程序化比例因子psf在約1.0到約10.0的範圍內(例如，3.0)，並且重定位比例因子rsf在約100.0到約1000.0的範圍內明顯更大(例如，500.0)。所述兩個比例因子允許臨床醫生使用程序化比例因子psf執行外科手術，並且當輸入手柄42中的一個接近預定義工作空間「w」的移動邊緣或界限時，臨床醫生激活重定位控制件43以改變為重定位比例因子rsf，從而將輸入手柄42移動到預定義工作空間「w」內的期望位置而無需離合輸入手柄42。一旦輸入手柄42在預定義工作空間「w」內的期望位置處，臨床醫生就去激活重定位控制件43從而切換回至程序化比例因子psf來繼續外科手術。應了解，所述激活和去激活重定位控制件43將輸入手柄42重定位在預定義工作空間「w」內，輸入手柄42與臂12的末端14之間的定向關係得意保持。預期每個輸入手柄42上的重定位控制件43可獨立於另一輸入手柄42上的重定位控制件43而激活。雖然重定位控制件43表示為按鈕，但是預期可以通過但不限於開關、控制杆、觸發器、光學傳感器或語音命令來操作重定位控制件43。

另外或替代地，處理單元30可以基於輸入手柄42在預定義工作空間「w」內的移動方向而改變比例因子sf，從而保持輸入手柄42在預定義工作空間「w」內大體上居中。如下參考圖2到4詳述，相對於「x」軸詳述基於輸入手柄42的移動方向來改變比例因子sf的方法300；然而，應了解，此方法300也可應用於預定義工作空間「w」的「x」軸、「y」軸和「z」軸中的每一個。當輸入手柄42遠離預定義工作空間「w」的中心「c」朝向預定義工作空間「w」的移動界限移動(步驟330)時，處理單元30對輸入手柄42的移動分配第一比例因子sf1、記錄由箭頭「a」表示的移動方向，並且標識由工作空間「w」的邊界表示的移動界限。當輸入手柄42朝向預定義工作空間「w」的中心「c」移動(步驟335)時，處理單元30對輸入手柄42的移動分配大於第一比例因子sf1的第二比例因子sf2，並且記錄由箭頭「b」表示的移動方向。例如，第一比例因子sf1可以是約3.0，並且第二比例因子sf2可以是約4.5。預期第一比例因子sf1可以是第二比例因子sf2的大小的約0.70倍到約1.4倍。以此方式改變比例因子sf能保持輸入手柄42大體上居中，方法是通過與臨床醫生為使器械20在每個方向上移動相同距離而使輸入手柄42遠離中心「c」移動的距離相比，當使輸入手柄42朝向預定義工作空間「w」的中心「c」移動時要求臨床醫生使輸入手柄42移動更大距離。

因此，在外科手術期間預定義工作空間「w」的中心「c」相對於手術部位「s」(圖1)連續地移位。預期預定義工作空間「w」的中心「c」相對於手術部位「s」的移位可以是臨床醫生感覺不到的。具體參考圖3，應了解，如上文所詳述，箭頭「a」的方向表示輸入手柄42遠離中心「c」朝向點「f」的移動方向；然而，當輸入手柄42從中心「c」朝向點「h」移動時，箭頭「b」表示遠離中心「c」的移動。在實施例中，在每個軸(例如，「x」軸、「y」軸和「z」軸)上的第一比例因子sf1和第二比例因子sf2相同。在一些實施例中，在一個軸(例如，「x」軸)上的第一比例因子sf1和第二比例因子sf2不同於在其它軸(例如，「y」軸和「z」軸)上的第一比例因子sf1和第二比例因子sf2。

繼續參考圖2到4，所述方法可以包含處理單元30基於輸入手柄42在預定義工作空間「w」內的位置而改變第一比例因子sf1和第二比例因子sf2。(步驟350、355)。如下詳述，相對於「x」軸詳述基於輸入手柄42的位置改變比例因子sf的方法；然而，應了解，此方法也可應用於預定義工作空間「w」的「x」軸、「y」軸和「z」軸中的每一個。具體來說，通過區分輸入手柄42的移動來計算手柄速度而實施比例因子sf1、sf2。將此手柄速度乘以比例因子(例如，比例因子sf1、sf2)。接著將按比例縮放的此速度與器械20的當前位置整合來確定器械20的新位置使得器械20的移動平滑。連續地整合按比例縮放的速度使得即使比例因子改變(例如，如下詳述當比例因子平滑地或離散地改變)時器械20的移動也是平滑的。

根據此方法並且表示為步驟345和355，隨著輸入手柄42的位置遠離預定義工作空間「w」的中心「c」移動，第二比例因子sf2可以增大(例如，第二比例因子sf2可以在輸入手柄42處於點「d」時比在輸入手柄42處於中心「c」時更大，第二比例因子sf2可以在輸入手柄42處於點「e」時比在輸入手柄42處於點「d」時更大，並且第二比例因子sf2可以在輸入手柄42處於點「f」時比在輸入手柄42處於點「e」時更大)。例如，第二比例因子sf2可以基於輸入手柄42距離中心「c」的位置而以線性方式改變，使得在點「f」處，第二比例因子sf2約為4.5，在點「e」處，第二比例因子sf2約為4.0，在點「d」處，第二比例因子sf2約為3.5，並且在中心「c」處，第二比例因子sf2約為3.0。

替代地，第二比例因子sf2可以取決於輸入手柄42距離中心「c」的位置而改變。例如，第二比例因子sf2可以基於輸入手柄42距離中心「c」的位置而以指數方式改變，使得在點「f」處，第二比例因子sf2約為6.5，在點「e」處，第二比例因子sf2約為4.5，在點「d」處，第二比例因子sf2約為3.5，並且在中心「c」處，第二比例因子sf2約為3.0。

另外，預期當輸入手柄42在接近中心「c」的第一部分s1內時第二比例因子sf2可以為恆定的，並且當輸入手柄42的位置遠離中心「c」移動超出第一部分s1時線性地或以指數方式增大。

在本公開的範圍內，第二比例因子sf2可以隨著輸入手柄42的位置遠離中心「c」而基於線性或指數公式以相對平穩的方式增大，或第二比例因子sf2可以在多個點(例如，點「d」、「e」和「f」)中的每個點處離散地改變從而形成第二比例因子sf2的不連續性。

如上文詳述，當輸入手柄42相距中心「c」的位置增大時，增大第二比例因子sf2要求臨床醫生在與使輸入手柄42遠離中心「c」移動相比時使輸入手柄42朝向中心「c」移動更大距離從而使器械20在每個方向上移動相等距離，這使中心「c」相對於手術部位「s」移位以減少或消除對離合輸入手柄42的需要。

除了如步驟340和350中所表示的之外，隨著輸入手柄42的位置遠離預定義工作空間「w」的中心「c」移動，第一比例因子sf1可以減小(例如，第一比例因子sf1可以在輸入手柄42處於點「d」時比在輸入手柄42處於中心「c」時更小，第一比例因子sf1可以在輸入手柄42處於點「e」時比在輸入手柄42處於點「d」時更小，並且第一比例因子sf1可以在輸入手柄42處於點「f」時比在輸入手柄42處於點「e」時更小)。例如，第一比例因子sf1可以基於輸入手柄42距離中心「c」的位置而以線性方式改變，使得在中心「c」處，第一比例因子sf1約為3.0，在點「d」處，第一比例因子sf1約為2.75，在點「e」處，第一比例因子sf1約為2.5，並且在點「f」處，第一比例因子sf1約為2.25。

替代地，第一比例因子sf1可以取決於輸入手柄42距離中心「c」的位置而改變。例如，第一比例因子sf1可以基於輸入手柄42距離中心「c」的位置而以指數方式改變，使得在中心「c」處，第一比例因子sf1約為3.0，在點「d」處，第一比例因子sf1約為2.75，在點「e」處，第一比例因子sf1約為2.25，並且在點「f」處，第一比例因子sf1約為1.25。

另外，預期當輸入手柄42在中心「c」附近的位置處時第一比例因子sf1可以是恆定的，(例如，當輸入手柄在點「d」與點「g」之間時，第一比例因子sf1是恆定的)，並且當輸入手柄42的位置移動超出點「d」或點「g」時第一比例因子sf1線性地或以指數方式減小。在本公開的範圍內，第一比例因子sf1可以隨著輸入手柄42的位置遠離中心「c」移動而基於線性或指數公式以相對平穩的方式增大，或第一比例因子sf1可以在多個點(例如，點「d」、「e」和「f」)中的每個點處離散地改變從而形成第一比例因子sf1的不連續性。

如上文詳述，增大第一比例因子sf1允許臨床醫生在輸入手柄42相距中心「c」的位置增大時使輸入手柄42遠離中心「c」移動更小距離以促使器械20的相同移動，這反過來使中心「c」相對於手術部位「s」移位從而減少或消除對離合輸入手柄42的需要。

預期每個輸入手柄42可以類似方式改變相應比例因子sf1、sf2，或可以不同方式改變相應比例因子sf1、sf2(例如，一個輸入手柄42可以基於所述輸入手柄42的位置而改變其比例因子sf1、sf2，並且另一輸入手柄42可以基於所述另一輸入手柄相對於中心「c」的移動方向而改變其比例因子sf1、sf2，每個輸入手柄42可以使用不同的線性或指數公式改變其比例因子sf1、sf2)。此外，預期輸入手柄42可以改變比例因子sf1、sf2中的一個，並且比例因子sf1、sf2中的另一個可以是恆定的。雖然以均勻間隔開的方式示出點「f」到「j」，但是預期點「f」到「j」可以彼此不同的距離間隔開。例如，隨著點更接近移動界限，所述點彼此間隔更近。

返回參考圖1，機器人手術系統1包含成像臂52，所述成像臂通過處理單元30控制並且可以選擇性地通過用戶接口40控制。成像臂52包含安置在其遠端上的成像裝置56。成像裝置56位於手術部位「s」上方或手術部位「s」內，並且經配置以捕捉作用於患者「p」的手術部位「s」內的器械20並將所捕捉圖像傳輸到顯示器44。成像裝置56可以是三維(3d)攝像頭，並且顯示器44可以是3d顯示器，從而使臨床醫生能夠以三維形式觀察手術部位「s」。成像裝置56可相對於手術部位「s」或在手術部位「s」內以六個自由度移動，並且可以選擇性地通過輸入手柄42中的一個移動。手術系統1可以包含腳踏開關(未示出)，其在其中輸入手柄42與臂12中的一個相關聯在使器械20在手術部位「s」內移動的運行模式與其中輸入手柄42與成像臂52相關聯以使成像裝置56圍繞手術部位「s」移動的攝像頭模式之間切換輸入手柄42中的一個。此外，預期輸入手柄42中的一個可以包含攝像頭按鈕(未示出)，從而使輸入手柄42與成像臂52以操作方式相關聯。

處理單元30可以確定成像裝置56相對於手術部位「s」或在手術部位「s」內的位置，從而確定用於使輸入手柄42的移動相關聯到器械20在手術部位「s」內的移動的比例因子sf。如本文中詳述，處理單元30確定成像裝置56沿「z」軸相對於手術部位「s」的位置以確定比例因子sf；然而，處理單元30也可以基於在「x」軸、「y」軸和「z」軸中的每一個上成像裝置56相對於手術部位「s」或在手術部位「s」內的位置來確定比例因子sf。

繼續參考圖1，當成像裝置56處於第一位置「l」時比例因子sf具有第一值，當成像裝置56處於第二位置「m」時比例因子sf具有大於第一值的第二值。例如，當成像裝置56處於第一位置「l」時第一值可以約為「1」，隨著成像裝置56更接近手術部位「s」移動到第二位置「m」，第二值可以約為「2」。成像裝置持續移動到第三位置「n」可以使比例因子sf進一步增大到第三值(例如，約3)。應了解，通過隨著成像裝置56更接近手術部位「s」移動而增大比例因子sf，器械20在手術部位「s」內的移動相對於輸入手柄42在預定義工作空間「w」內的移動減小，使得如在顯示器44上顯示的器械20的移動對於輸入手柄42在預定義工作空間「w」內的移動相對恆定。

處理單元30可以與成像臂52以操作方式相關聯，使得隨著比例因子sf增大或減小，處理單元30使成像裝置56從手術部位「s」放大或縮小，從而使臨床醫生在顯示器44上觀看時輸入手柄42在預定義工作空間「w」內的移動與器械20在手術部位「s」內的移動匹配。可以通過操控成像裝置56的透鏡組件(未明確示出)或通過使成像裝置56朝向和遠離手術部位「s」移動來實現成像裝置56的放大和縮小。處理單元30可以在輸入手柄42中的一個接近預定義工作空間「w」的界限或邊緣時縮小成像裝置56從而將器械20保持在成像裝置56的視場內。另外，處理單元30可以重定位成像裝置56，使得輸入手柄42的中心「c」(圖2)在顯示裝置44上大體上居中。

預期可以在外科手術之前或在外科手術期間通過操作機器人手術系統1的臨床醫生選擇性地激活或去激活改變比例因子sf或移動成像裝置56的任何方法。

應了解，可以如上詳述基於輸入手柄42相對於預定義工作空間「w」的中心「c」的移動或位置改變通過處理單元30基於成像裝置56相對於手術部位「s」的位置而確定的比例因子sf。

儘管已經在圖式中示出了本公開的若干實施例，但是並不意圖將本公開限於這些實施例，因為希望本公開具有如本領域將允許的廣泛的範圍並且對說明書的理解也是如此。還設想以上實施例的任何組合併且所述組合在所附權利要求書的範圍內。因此，上文的描述不應解釋為限制，而僅僅是作為具體實施例的例證。所屬領域的技術人員將能設想在本文所附的權利要求書的範圍內的其它修改。