包括机械臂的装置和系统的制作方法
本申请根据35USC§119(e)要求2014年9月4日提交的美国临时专利申请号62/045,756和2014年9月4日提交的美国临时专利申请号62/045,802的优先权的权益，这些申请的内容以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本发明在其一些实施方案中涉及一种包括至少一个机械臂的装置，并且更具体地但不排他地，涉及包括用于插入体内的至少一个机械臂的机械装置。
背景技术：
背景技术包括：Claudio Quaglia等人的题为“用于单端口腹腔镜的紧凑型机器人操作器的设计(Design of a Compact Robotic Manipulator for Single-Port Laparoscopy)”，J.Mech.Des论文号：MD-13-1148，136(9)，095001(2014年6月13日)；Taku Komura等人的题为“一种用于具有运动数据的3D图的逆运动学方法(An inverse kinematics method for 3D figures with motion data)”国际计算机图形学学报(CGI'03)；
Hubens等人的题为“在消化外科手术中使用达芬奇机器人系统两年后我们学到了什么？(What Have we Learnt after Two Years Working with the Da Vinci Robot System in Digestive Surgery？)”，2004年，Acta chir belg；
Michael Irvine的题为“机器人辅助腹腔镜手术的麻醉(Anaesthesia for Robot-Assisted Laparoscopic Surgery)”，2009年，Cont Edu Anaesth Crit Care and Pain；
Jeong Rim Lee的题为“机器人手术的麻醉注意事项(Anesthetic considerations for robotic surgery)”，2014年，韩国麻醉学期刊；
Teljeur等人的题为“机器人辅助子宫切除术的经济评价：成本最小化分析(Economic evaluation of robot-assisted hysterectomy:a cost-minimisation analysis)”，2014，BJOG；
Box等人的题为“快速通讯：机器人辅助NOTES肾切除术：初步报告(Rapid co mmunication：robot-assisted NOTES nephrectomy：initial report)”，2008，J Endourol；
DR.Domigo的题为“当前子宫切除术趋势的概述(Overview of current hysterectomy trends”)，2009，产科学、妇科学专家评论；以及
DR.Kho的题为“阴道与腹腔镜子宫切除术(Vaginal versus laparoscopic hysterectomy)”，Contemporary OB/GYN Expert Advice，2013。
另外的背景技术包括美国专利号US 8224485、美国专利号US 8347754、美国专利号US 7833156、美国专利号US 8518024、国际专利申请公开号WO2010096580和国际专利申请公开号WO 2013116869。
技术实现要素：
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：
至少一个机械手臂，其包括：
支撑段；
第一柔性部段，其从支撑段延伸并终止于联接部段；以及
第二柔性部段，其从联接部段延伸并终止于工具或用于工具的连接器中；
其中柔性部段中的一个或多个的长轴在单个弯曲平面中是可弯曲的；
其中第一柔性部段的长轴长度为第一柔性部段的垂直于柔性部段长轴的最大范围的至少两倍；
其中第二柔性部段的长轴长度为第二柔性部段的垂直于柔性部段长轴的最大范围的至少两倍。
根据本发明的一些实施方案，联接部分是第一柔性部段的一部分。根据本发明的一些实施方案，第二柔性部段延伸穿过联接部段。
根据本发明的一些实施方案，第一柔性部段的长轴在单个第一柔性段弯曲平面中可独立弯曲；第二柔性部段的长轴在单个第二柔性段弯曲平面中可独立弯曲。
根据本发明的一些实施方案，至少一个柔性部段可围绕对应的柔性部段长轴旋转。
根据本发明的一些实施方案，柔性部段可各自围绕对应的柔性部段长轴旋转。
根据本发明的一些实施方案，至少一个柔性部段可围绕对应的柔性部段长轴旋转，一个柔性部段相对于另一柔性部段的旋转从而改变弯曲平面之间的角度。
根据本发明的一些实施方案，每个可弯曲柔性部段在围绕每个对应的弯曲平面的一个旋转方向上是可弯曲的。
根据本发明的一些实施方案，柔性部段的弯曲沿着柔性部段的长轴长度分布。
根据本发明的一些实施方案，手臂包括第一有效段和第二有效段，其中每个有效段由手臂的部分形成；
其中第一段的有效长轴长度比第二段的有效长轴长度长大约10-30％
其中第一段的有效长轴长度是从第一柔性部分的长轴中点到第二柔性部分的长轴中点测量的长度；
其中第二段的有效长轴长度是从第二柔性部分的长轴中点到第二柔性部分的远端测量的长度。
根据本发明的一些实施方案，手臂包括第一有效段和第二有效段，其中每个有效段由手臂的部分形成；
其中第一段的有效长轴长度比第二段的有效长轴长度长大约10-30％
其中第一段的有效长轴长度是从支撑段长轴与第一柔性部分的长轴之间的交叉点到第一柔性部分长轴与第二柔性部分长轴之间的交叉点测量的长度；
其中第二段的有效长轴长度是从第一柔性部分长轴与第二柔性部分长轴之间的交叉点到第二柔性部分的远端测量的长度。
根据本发明的一些实施方案，装置包括根据机械手臂的第一手臂和第二手臂。
根据本发明的一些实施方案，第一手臂支撑段和第二手臂支撑段被联接到基部，其中第一手臂支撑段和第二手臂支撑段的长轴是平行的。
根据本发明的一些实施方案，至少一个柔性部段的长轴长度是柔性部段的垂直于柔性部段长轴的最大范围的至少四倍。
根据本发明的一些实施方案，柔性部段的尺寸和可弯曲使得工具或工具附件与第一柔性部段之间的间距可减小到第一柔性部段的长轴长度的20％或更小。
根据本发明的一些实施方案，第一柔性部段可弯曲至少45°。
根据本发明的一些实施方案，第二柔性部段可弯曲至少45°。
根据本发明的一些实施方案，装置包括至少一个控制部分，其中一个或多个控制部分包括至少一个柔性扭矩传递部分；
其中至少一个柔性部段被联接到控制部分的远端，控制部分的远端的旋转从而使所述部分旋转。
根据本发明的一些实施方案，系统包括第一控制部分和第二控制部分；其中第一柔性部段被联接到第一控制部分的远端；其中第二柔性部段被联接到第二控制部分的远端；其中第二控制部分穿过第一柔性部段的中空部分；其中第二控制部分穿过第二控制部分的中空部分。
根据本发明的一些实施方案，第二控制部分包括可弯曲的扭矩传递部分；其中扭矩传递部分位于第二控制部分的穿过第一柔性部段的部分上。
根据本发明的一些实施方案，可弯曲扭矩传递部分包括：通过多个连接器互连的多个元件；其中多个元件可围绕扭矩传递部分长轴弯曲；其中连接器足够坚固以在元件之间传递扭矩。
根据本发明的一些实施方案，每个元件包括两个或更多个部分，这些部分在平行于扭矩传递部分长轴的方向上可独立地弹性压缩和扩张；
根据本发明的一些实施方案，每个元件在垂直于扭矩传递部分长轴的方向上是刚性的。
根据本发明的一些实施方案，至少一个柔性部段包括多个联接的链节；
其中链节围绕弯曲平面的枢转使柔性部段弯曲。
根据本发明的一些实施方案，工具具有打开和闭合构型。
根据本发明的一些实施方案，工具包括电外科尖端。
根据本发明的一些实施方案，第一手臂工具中的一个包括成像器，其用于收集至少一个装置手臂的至少一部分的图像。
根据本发明的一些实施方案，垂直于部分长轴的一个或多个部分最大范围是所述部分的长度的10％或更小。
根据本发明的一些实施方案，装置包括联接到第二柔性部分的一个或多个细长元件；
其中第二柔性部分的屈曲由一个或多个细长元件上的张力控制。
根据本发明的一些实施方案，一个或多个细长元件延伸到装置外部。
根据本发明的一些实施方案，一个或多个细长元件通过穿过一个或多个手臂部分的中空部分而延伸到装置外部。
根据本发明的一些实施方案，工具是抓紧器，其包括：
第一相对部分；
联接到第一相对部分的第二相对部分；以及
联接到第一相对部分和第二相对部分的扭矩元件；
其中在第一方向上将扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件朝向第一相对部分和第二相对部分移动，从而增加所述部分之间的间距；
其中在第二方向上将扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件远离第一相对部分和第二相对部分移动，从而减小所述部分之间的间距。
根据本发明的一些实施方案，扭矩元件被联接到抓紧器细长元件，并且细长元件的转动将扭矩施加到扭矩元件。
根据本发明的一些实施方案，抓紧器细长元件延伸到装置的外部。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：
至少一个机械手臂，其包括：
支撑段；
第一柔性部段，其从支撑段延伸并终止于联接部段；
第二柔性部段，其从联接部段延伸并终止于工具或用于工具的连接器中；以及
控制部分，其包括至少一个柔性扭矩传递部分并且被联接到第二柔性部段，控制部分的旋转从而使第二柔性部段旋转；
其中控制部分穿过第一柔性部段的中空部分，柔性扭矩传递部分被设置在第一柔性部分内，第一柔性部分的弯曲从而使扭矩传递部分弯曲。
根据本发明的一些实施方案，控制部分穿过支撑段的中空部分。
根据本发明的一些实施方案，装置包括第二控制部分；
其中第一柔性部段被联接到第二控制部分的远端，第二控制部分的旋转从而使第一柔性部段旋转；
其中第一控制部分穿过第二控制部分的中空部分。
根据本发明的一些实施方案，可弯曲扭矩传递部分包括：
通过多个连接器互连的多个元件；
其中多个元件可围绕扭矩传递部分长轴弯曲；
其中连接器足够坚固以在元件之间传递扭矩。
根据本发明的一些实施方案，每个元件包括两个或更多个部分，这些部分在平行于扭矩传递部分长轴的方向上可独立地弹性压缩和扩张；
根据本发明的一些实施方案，每个元件在垂直于扭矩传递部分长轴的方向上是刚性的。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：
至少一个机械手臂，其包括一部分，所述部分包括
支撑段；
第一柔性部段，其从支撑段延伸并终止于联接部段；以及
第二柔性部段，其从联接部段延伸；
其中第一柔性部段包括可弯曲的扭矩传递部分；
其中第二柔性部段的长轴在单个弯曲平面中是可弯曲的。
根据本发明的一些实施方案，第二柔性部段的长轴在单个弯曲平面中可独立地弯曲。
根据本发明的一些实施方案，第二柔性部段包括多个联接的链节；
其中链节围绕弯曲平面的枢转使柔性部段弯曲。
根据本发明的一些实施方案，可弯曲扭矩传递部分包括：
通过多个连接器互连的多个元件；
其中多个元件可围绕扭矩传递部分长轴弯曲；
其中连接器足够坚固以在元件之间传递扭矩。
根据本发明的一些实施方案，每个元件包括两个或更多个部分，这些部分在平行于扭矩传递部分长轴的方向上可独立地弹性压缩和扩张；
根据本发明的一些实施方案，每个元件在垂直于扭矩传递部分长轴的方向上是刚性的。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种抓紧器，包括：
在关节处联接的至少两个相对部分；
联接到相对部分的扭矩元件；
其中在第一方向上将扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件朝向第一相对部分和第二相对部分旋拧，从而增加所述部分之间的间距；
其中在第二方向上将扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件远离第一相对部分和第二相对部分旋拧，从而减小所述部分之间的间距。
根据本发明的一些实施方案，扭矩元件被联接到细长元件，并且细长元件的转动将扭矩施加到扭矩元件。
根据本发明的一些实施方案，细长元件延伸到装置的外部。根据本发明的一些实施方案，细长元件包括一个或多个扭矩传递部分。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种外科系统，其包括：
至少一个机械手臂，其大小和形状适于插入体内；
一个或多个马达，其被联接到手臂以用于移动手臂的一个或多个零部件；以及
处理器，其被配置来：
接收输入对象的移动的测量；
基于所测量的输入对象移动来产生马达控制信号；以及
将马达控制信号发送到一个或多个马达，从而控制至少一个机械手臂的移动。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：至少一个机械手臂，其包括：刚性支撑段；刚性第一段，其通过柔性第一连接部段联接到支撑段；刚性第二段，其通过柔性第二连接部段联接到第一段；其中，至少一个连接部段的长轴长度为连接部段垂直于连接部段长轴的最大范围的至少两倍。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：
至少两个机械手臂，其用于插入到常规切口中，每个手臂包括：通过第一连接部段联接到支撑段的第一段；通过第二连接部段联接到第一段的第二段；并且其中第一段和第二段的尺寸被设定并且第二连接部段是柔性的，以使得第二段的远端与第一连接部段之间的间隔可减小到第一段的长度的20％或更小。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的机械装置，其包括：至少一个机械手臂，其包括：刚性支撑段；刚性第一段，其通过柔性第一连接部段联接到支撑段；刚性第二段，其通过柔性第二连接部段联接到第一段；第三段，其通过柔性第三连接部段联接到第二段；其中每个连接部分可以围绕连接部分长轴旋转。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种抓紧器，其包括：至少两个相对部分，其在关节处联接；联接到相对部分的扭矩元件；其中在第一方向上将扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件朝向第一相对部分和第二相对部分移动，从而增加所述部分之间的间距；其中在第二方向上将扭矩施加到扭矩元件使扭矩元件远离第一相对部分和第二相对部分移动，从而减小所述部分之间的间距。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：
至少一个机械手臂，其包括：
支撑段；
第一柔性部段，其从支撑段延伸并终止于联接部段；以及
第二柔性部段，其从联接部段延伸并终止于工具或用于工具的连接器中；
其中柔性部段中的一个或多个可弯曲至少120°。
其中第一柔性部段的长轴长度为第一柔性部段的垂直于柔性部段长轴的最大范围的至少两倍；
其中第二柔性部段的长轴长度为第二柔性部段的垂直于柔性部段长轴的最大范围的至少两倍。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种尺寸和形状适于插入体内的装置，其包括：
至少一个机械手臂，其包括：
支撑段；
第一柔性部段，其从支撑段延伸并终止于联接部段；以及
第二柔性部段，其从联接部段延伸并终止于工具或用于工具的连接器中；
其中柔性部段中的一个或多个在单个弯曲平面中；
其中柔性部段中的一个或多个可弯曲至少120°。
根据本发明的一些实施方案，每个柔性部段具有：
柔性部段长轴长度；以及
垂直于长轴的最大柔性部段范围；
其中柔性部段长轴长度中的至少一个为垂直于柔性部段中的至少一个的长轴的最大柔性部段范围的至少两倍。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供一种治疗方法，其包括：
将机械手臂插入体内，其中手臂包括至少两个柔性部分；
在身体内使接合的机械手臂在两个或更多个柔性部段处弯曲以接触目标，以使得在至少一个三维平面中相邻的有效段长轴之间的角度的总和为至少120°，以及
用机械手臂治疗目标。
根据本发明的一些实施方案的一个方面，提供一种治疗方法，其包括：
通过身体内的进入点将机械手臂插入体内，其中手臂包括至少两个柔性部段；
在身体内使接合的机械手臂在两个或更多个柔性部段处弯曲以接触目标，以使得测量为手臂的部分的长轴长度的总和的身体内的手臂长度为目标与进入点之间的距离的至少两倍；
用机械手臂治疗目标。
根据本发明的一些实施方式的一个方面，提供一种子宫切除术的方法，其包括：
通过阴道腔中的切口将包括至少一个机械手臂的装置插入体内；
使至少一个机械手臂在身体内弯曲约为子宫的最大尺寸的30％，以从子宫外接近子宫；
使用机械手臂将子宫与周围组织分离；以及
通过切口移除子宫。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种用于切口的装置，其包括：
装置主体，其尺寸和形状适于在设置在装置主体上的切削刃处布置具有组织的期望切口区域的患者组织；以及
设置在装置主体上的出口，所述出口被联接到抽吸元件，以用于增加用户解剖结构与装置主体之间的压力
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种子宫操纵器，其包括：
其尺寸和形状适于插入子宫的部分；
细长装置主体，其被联接到所述部分以用于控制相对于细长装置主体的部分位置；
其中细长装置主体适于附接到子宫颈的一部分。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种外科系统，其包括：
至少一个机械臂；以及
牵开器工具；
其中牵开器工具可远离一个或多个机械臂延伸。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种外科系统，其包括：
尺寸和形状适于插入人体中的外科装置，其包括至少一个铰接手臂，所述手臂包括多个顺序联接的外科装置部分；
输入装置，其包括至少一个铰接手臂，所述手臂包括多个顺序联接的输入装置部分；以及
控制器，其控制外科装置铰接手臂的一个或多个零部件的移动；
其中输入装置手臂的至少一部分对应于外科装置手臂的一个或多个零部件；
其中控制器基于输入装置手臂的至少一个部分的移动来控制装置手臂的一个或多个零部件的移动。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种用于控制外科装置的输入装置，其包括：
至少一个铰接手臂，所述手臂包括多个顺序联接的部分；
至少一个传感器，其被配置来产生铰接手臂的至少一部分相对于铰接手臂的另一部分的相对位置的指示；
处理器，其被配置来从感测的位置产生马达控制信号，以用于控制外科装置。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种在身体内部接合装置移动的方法，其包括：
测量至少一个输入对象部分的移动；
将测量的输入对象部分移动映射到接合装置部分移动；
根据映射的测量移动来移动装置部分。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种用于控制外科装置的输入装置，其包括：
至少一个铰接手臂，所述手臂包括多个顺序联接的部分；
多个锁定机构，每个锁定机构用于防止两个顺序联接的部分之间的相对移动；
至少一个传感器，其提供与用户和输入装置的接触水平有关的信号；
处理器，其被配置来：
从信号检测不足水平的接触；
在检测到不足水平的接触时发送指示锁定多个锁定机构的单个控制信号。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种外科系统，其包括：
电路，其分析由成像器收集的图像以提供对用户手臂的关节的移动的测量；
尺寸和形状适于插入体内的装置，所述装置包括第一装置手臂；
至少一个控制器，其用于基于所测量的移动来移动装置手臂的关节。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种接合机构移动的方法，其包括：
同时测量用户手臂移动和用户手指移动；
将测量的用户手臂移动映射到装置手臂并且将测量的用户手指移动映射到装置手臂工具；
根据映射的移动来移动装置手臂；
根据用户手指移动来致动装置手臂工具；
其中移动和致动是同时的。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供一种控制包括外科装置的外科系统的方法，其包括：
测量至少一个用户身体部分的移动；
从所测量的移动中检测系统控制手势外科装置控制移动；
基于检测到的外科装置控制移动来控制外科装置，或者基于与检测到的控制手势相关联的存储的系统状态转变来改变外科系统的状态；
其中系统包括用于控制手术的移动的输入对象的测量的移动的多个状态。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和/或科学术语具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。尽管与本文所述的方法和材料类似或等同的方法和材料可用于本发明的实施方案的实践或测试，但是下文描述示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，以专利说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法以及示例仅是说明性的并且不意图进行必要限制。
本发明的实施方案的方法和/或系统的实现可涉及手动地、自动地或其组合地执行或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施方案的实际仪器和设备，通过使用操作系统，若干选择的任务可通过硬件、通过软件或者通过固件或者通过它们的组合来实现。
例如，用于执行根据本发明的实施方案的选择任务的硬件可实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的实施方案的选择任务可实现为由计算机使用任何适合的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施方案中，根据本文所述的方法和/或系统的示例性实施方案的一个或多个任务由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的计算平台。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储装置，例如磁硬盘和/或可移动介质。可选地，还提供网络连接。可选地还提供显示器和/或用户输入装置，诸如键盘或鼠标。
附图说明
本文仅通过举例并参考附图来描述本发明的一些实施方案。现在详细地具体参考附图，应强调的是所示细节通过举例并且用于本发明实施方案的说明性讨论的目的。在这点上，结合附图所进行的描述使本领域技术人员清楚本发明的实施方案可以如何被实施。
在附图中：
图1A是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂的外科装置的简化示意性侧视图；
图1B是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂的装置的简化示意图；
图1C至图1D是根据本发明的一些实施方案的机械臂的简化示意性侧视图；
图2A是根据本发明的一些实施方案的机械臂的简化示意性侧视图；
图2B是根据本发明的一些实施方案的通过关节连接的两个段的简化示意图；
图2C示出根据本发明的一些实施方案的可能的手臂位置和/或装置随时间的移动的图示；
图3是根据本发明的一些实施方案的手部段的简化示意性侧视图；
图4A是根据本发明的一些实施方案的装置的简化示意性侧视图，其中通过与人上身的简化示意图相比较来示出装置类人比例；
图4B是根据本发明的一些实施方案的机械臂的简化示意性侧视图；
图5A示出根据本发明的一些实施方案的可能的装置位置和/或装置随时间的移动的图示；
图5B至图5D是根据本发明的一些实施方案的机械臂的简化示意性侧视图；
图6是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂的装置的简化示意性侧视图；
图7是根据本发明的一些实施方案的包括多于两个臂的装置的简化示意性侧视图；
图8是根据本发明的一些实施方案的外科系统的简化示意性框图；
图9A是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂和摄像机的装置的简化示意图；
图9B是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂和摄像机的装置的简化示意图；
图9C是根据本发明的一些实施方案的包括在装置肩关节处弯曲的多个臂和摄像机的装置的简化示意图；
图9D是根据本发明的一些实施方案的包括在装置肩关节处弯曲的多个臂和摄像机的装置的简化示意图；
图10A是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂和摄像机的装置的简化示意图；
图10B是根据本发明的一些实施方案的用于致动包括多于两个臂的装置的马达单元的一部分的简化示意性侧视图；
图11A是根据本发明的一些实施方案的系统的简化示意图，其中装置由支撑件保持；
图11B是根据本发明的一些实施方案的系统的简化示意图，其中装置由支撑件保持；
图12是根据本发明的一些实施方案的系统的简化示意性侧视图，系统包括具有由支撑件保持并且联接到操作表面的两个臂的装置；
图13是根据本发明的一些实施方案的包括通过支撑件联接到操作表面的端口的系统的简化示意性侧视图；
图14是根据本发明的一些实施方案的包括端口支撑件和装置支撑件的系统的简化示意性侧视图；
图15是根据本发明的一些实施方案的由支撑件保持的装置的简化示意图；
图16是根据本发明的一些实施方案的装置的使用方法的流程图；
图17A是根据本发明的一些实施方案的患者体内单个切口的简化示意图；
图17B是根据本发明的一些实施方案的患者体内多个切口的简化示意图；
图17C是根据本发明的一些实施方案的患者体内切口的简化示意图；
图18是根据本发明的一些实施方案的通过执行手术的自然腔道插入的装置的简化示意图；
图19是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的臂的简化示意图；
图20是根据本发明的一些实施方案的臂的简化示意图，其包括具有可弯曲扭矩传递部分的段伸展部2024E；
图21是根据本发明的一些实施方案的扭矩传递元件的简化示意图；
图22是根据本发明的一些实施方案的扭矩传递部分伸展模式；
图23是根据本发明的一些实施方案的具有第一链节和第二链节的直的扭矩传递部分的简化示意性侧视图；
图24是根据本发明的一些实施方案的具有两个链节的弯曲扭矩传递部分的简化示意性侧视图；
图25是根据本发明的一些实施方案的具有多个链节的直的扭矩传递部分的简化示意性侧视图；
图26是根据本发明的一些实施方案的具有多个链节的弯曲扭矩传递部分的简化示意性侧视图；
图27是根据本发明的一些实施方案的包括两个链节的直关节的简化示意图；
图28是根据本发明的一些实施方案的包括两个链节的关节的简化示意图，其中链节围绕关节长轴旋转；
图29是根据本发明的一些实施方案的包括多个链节的关节的侧视图，其中链节围绕关节长轴旋转。
图30是根据本发明的一些实施方案的包括多个链节的关节的简化示意性侧视图，其中多个链节包括引导环。
图31A是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的臂的简化示意性截面图；
图31B是根据本发明的一些实施方案的臂的一部分的侧视图的简化示意图；
图31C是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的臂的简化示意性截面图；
图32是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的示例性臂的简化示意性截面图；
图33A是根据本发明的一些实施方案的联接到桡骨、联接到桡骨段伸展部的手持工具的简化示意图；
图33B是根据本发明的一些实施方案的桡骨伸展部的一部分的简化示意性截面图；
图33C是根据本发明的一些实施方案的桡骨伸展部的一部分的简化示意性截面图；
图34A是根据本发明的一些实施方案的包括联接到肱骨伸展部的肱骨的装置臂部分的简化示意性侧视图；
图34B是根据本发明的一些实施方案的联接到肱骨伸展部的肱骨的简化示意性截面图；
图35A是根据本发明的一些实施方案的联接到躯干的肩关节的简化示意性侧视图；
图35B是根据本发明的一些实施方案的联接到躯干的肩关节的简化示意性截面图；
图36A是根据本发明的一些实施方案的闭合的抓紧器手持工具的简化示意图；
图36B是根据本发明的一些实施方案的打开的抓紧器手持工具的简化示意图；
图37是根据本发明的一些实施方案的闭合的抓紧器手持工具的简化示意图；
图38是根据本发明的一些实施方案的夹具手持工具的简化示意图。
图39是根据本发明的一些实施方案的用于控制机械手臂关节的致动机构的简化示意性侧视图；
图40是根据本发明的一些实施方案的用于致动包括机械臂的装置的马达单元的简化示意性侧视图；
图41是根据本发明的一些实施方案的包括用于向末端执行器供电的元件的马达单元的一部分的简化侧视图。
图42A是根据本发明的一些实施方案的控制系统的简化示意性框图；
图42B是根据本发明的一些实施方案的控制装置臂的方法的流程图；
图43是根据本发明的一些实施方案的用户使用输入装置来控制外科装置的照片；
图44A是根据本发明的一些实施方案的示出外科系统的使用的简化示意图；
图44B和图44C是根据本发明的一些实施方案的外科系统的简化示意图；
图45A是根据本发明的一些实施方案的输入装置臂的简化示意性侧视图；
图45B是根据本发明的一些实施方案的外科装置臂的简化示意性侧视图；
图45C是根据本发明的一些实施方案的输入装置臂的简化示意性侧视图；
图45D是根据本发明的一些实施方案的包括手柄的输入装置臂的简化示意性侧视图；
图45E是根据本发明的一些实施方案的包括手柄的输入装置臂的简化示意性侧视图；
图45F是根据本发明的一些实施方案的包括伸展手柄的输入装置臂的简化示意性侧视图；
图45G是根据本发明的一些实施方案的输入装置的简化示意性侧视图；
图46A至图46C是根据本发明的一些实施方案的包括不同配置中的输入装置段之间的连接的输入装置臂的一部分的简化示意性侧视图；
图46D是根据本发明的一些实施方案的包括处于解锁配置的锁定元件的输入装置臂连接部分的简化示意性侧视图；
图46E是根据本发明的一些实施方案的包括处于锁定配置的锁定元件的输入装置臂连接部分的一部分的简化示意性侧视图；
图46F是根据本发明的一些实施方案的包括锁定机构的输入装置臂连接部分的简化示意性侧视图；
图47A是根据本发明的一些实施方案的示出用户和装置臂的移动的一系列摄影图示；
图47B示出根据本发明的一些实施方案的使用运动捕捉技术的装置臂的控制；
图48是根据本发明的一些实施方案的示例性系统模式的简化示意图；
图49A是根据本发明的一些实施方案的打开的用户手的简化示意图；
图49B是根据本发明的一些实施方案的包括手持工具的装置臂的一部分的简化示意图，其中手持工具处于打开位置；
图49C是根据本发明的一些实施方案的闭合的用户手的简化示意图；
图49D是根据本发明的一些实施方案的包括手持工具的装置臂的一部分的简化示意图，其中手持工具处于闭合位置；并且
图49E是示出根据本发明的一些实施方案的使用测量的用户手的位置的装置手的示例性控制的一系列摄影图示。
具体实施方式
综述
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及用于插入到患者体内的直观可控且柔性的机械装置(例如，外科装置)，其包括一个或多个手臂，其中直观控制与包括具有类人特征的至少一个手臂的装置相关：
在一些实施方案中，机械手臂包括至少两个联接的柔性部分，并且在一些实施方案中，第一柔性部分和第二柔性部分的移动(例如弯曲和/或旋转)是独立可控的。在一些实施方案中，一个或多个柔性部分可围绕对应的柔性部分长轴独立地旋转。在一些实施方案中，一个或多个柔性部分是独立柔性的和可伸展的(可弯曲的)。在一些实施方案中，围绕一个或多个柔性部分的柔性部分长轴的屈曲/伸展和旋转可同时控制。
在一些实施方案中，一个或多个柔性部分是单向柔性和可伸展的(可弯曲的)。例如，在一些实施方案中，柔性部分可以在一个平面(本文中为“弯曲平面”)中弯曲，例如其中此部分的中心长轴在一个平面中弯曲。例如，在一些实施方案中，柔性部分围绕一个或多个弯曲平面在一个旋转方向上弯曲。例如，在一些实施方案中，在一些实施方案中，柔性部分可围绕单个弯曲平面在一个旋转方向上弯曲。术语“单向可弯曲”在本文中是指在一个旋转方向上可弯曲和/或可围绕单个弯曲平面弯曲的部分。
在一些实施方案中，柔性部段的移动的自由度与人手臂的关节的自由度有关，例如，第一柔性部分对应于肩关节，并且第二柔性部分对应于肘关节。
在一些实施方案中，柔性部分通过第一段(例如，包括联接部段)联接，第一段在一些实施方案中是刚性的，第一段例如对应于肱骨。在一些实施方案中，第一柔性部分(例如在第一柔性部分的近端处)被联接到支撑段(例如，对应于躯干)。
在一些实施方案中，手臂支撑段例如相对于装置手臂的段较长，例如是一个或多个段的长度的2倍、或3倍、或4倍、或5倍、或10倍、或20倍。
在一些实施方案中，第一柔性部段是多方向可弯曲的，例如可在多于一个弯曲平面中弯曲(例如，对应于人类肩关节移动的自由度)。
在一些实施方案中，柔性部分的屈曲和旋转(例如在一些实施方案中对应于关节处的段的屈曲和旋转)是足够的，以使得柔性部分和/或段的可能位置的范围至少是人手臂的范围。
例如，在一些实施方案中，关节的可能位置包括对应的人手臂关节的可能位置。例如，在一些实施方案中，装置手臂段之间的可能角度的范围对应于对应的人手臂段之间的可能角度的范围。
在一些实施方案中，每个装置臂段是柔性的并且可围绕关节伸展。在一些实施方案中，每个段可围绕段长轴旋转，此旋转使臂的远离旋转段的一部分围绕段的长轴旋转。在一些实施方案中，关节屈曲/伸展和段旋转可以同时调节。
在一些实施方案中，装置机械臂的移动的自由度被限制，例如以匹配人手臂的移动的自由度的方面。例如，在一些实施方案中，一个或多个柔性部分(例如，每个柔性部分)是单向可弯曲的。
在机械臂包括通过柔性部分连接的刚性段的实施方案中，类似地可以在刚性段与人手臂段(例如肱骨和桡骨)之间以及在柔性部分与人手臂关节(例如肩、肘、手腕)之间形成。在一些实施方案中，段的长度比(例如中心长轴长度)大约是正常人的比例，例如在一些实施方案中，两个段长轴长度之间的比率大约是对应段的正常人类比率。例如，在一些实施方案中，机械臂肱骨长度比桡骨长度或更低或更高或中间范围长约5-40％或10-30％或约20％，或者更长的百分比。
在一些实施方案中，装置手臂段的有效长度之间的有效长度和/或比率对应于人手臂段的有效长度(例如肱骨与桡骨长度的比率)。
在一些实施方案中，装置关节较长，以使得对应于人体部分段(例如，肱骨、桡骨)的装置臂的一部分包括装置关节的部分。在一些实施方案中，人类段长度的比率对应于有效外科装置段长度的比率，其中有效段长度的不同定义在下文描述。
在一些实施方案中，机械手臂的不同部分的尺寸之间的一个或多个比率大约是对应尺寸的正常人类比率。例如，在一些实施方案中，装置的充当肱骨的部分的长度(有效肱骨长度)与装置的充当桡骨的部分的长度(有效桡骨长度)之间的比率为1:1至2:1、或1.1:1至1.5:1、或约1.2:1，或者更低或更高或中间的比例。
在一些实施方案中，装置的充当肱骨的一部分的长度与装置的充当肱骨的一部分的长度的比率在机械臂移动时保持固定。在一些实施方案中，装置的充当肱骨的一部分的长度与装置的充当肱骨的一部分的长度的比率在机械臂移动时固定改变。
在一些实施方案中，有效段长度之间的比率大约是对应段的正常人类比率。
在一些实施方案中，当机械臂处于不同构型(例如，一个或多个柔性部分弯曲)时，有效段长度的比率被维持在正常人类比率内(和/或在正常人类比率周围的范围内)。
在一些实施方案中，机械臂缺少联接柔性部分的一个或多个人手臂段(和/或包括与人手臂中的段数相比一个或更多个段)。例如，在一些实施方案中，机械臂缺乏腕关节。例如，在示例性实施方案中，第一柔性部分和第二柔性部分被直接联接(例如，第一柔性部分的远端被直接联接到第二柔性部分的近端)。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种包括类人结构特征的机械臂，其中机械臂的柔性部分较长并且与人手臂关节以及刚性(例如骨骼)人手臂段的部分(例如肱骨，例如桡骨)相关联。
在一些实施方案中，一个或多个装置臂包括设定大小的桡骨段和肱骨段，以及具有屈曲的肘关节和肩关节，以使得手和/或装置桡骨的远端可以移动到接近肩关节和/或臂躯干和/或轴向经过肩关节和/或臂躯干和/或与肩关节和/或臂躯干接触。潜在的好处是能够接近目标(例如用手持工具)靠近躯干。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种柔性装置，其中装置的弯曲部分例如是圆形的，其中一个或多个弯曲部分的曲率半径最小为至多15mm、或至多10mm、或至多8mm、或至多5mm。在一些实施方案中，内部骨架(例如，包括如本文的机械手臂)包括圆形弯曲部分。在一些实施方案中，覆盖机械手臂的覆盖件或鞘包括圆形弯曲部分。在一些实施方案中，装置机械臂的圆形弯曲部分是由于内部结构，并且不仅是由于覆盖件或鞘(例如保护覆盖件)的圆形弯曲部分。在一些实施方案中，机械臂具有与在装置柔性部分处的弯曲相关联的最小横向伸展。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种包括一个或多个铰接的机械手臂的装置，其中一个或多个关节(柔性部分)较长。例如，在一些实施方案中，一个或多个长关节的弯曲沿着关节在关节长轴的方向上分布。
在一些实施方案中，关节的长轴长度例如相对于关节的垂直于关节长轴的最大范围较长。在一些实施方案中，一个或多个关节相对于一个或多个段长度长轴长度较长，并且/或者和人类关节与段长度比率相比较长，和/或相对于机械臂的刚性段较长。
在一些实施方案中，长柔性部分包括此部分的中心长轴长度，其为柔性部段的垂直于此部分长轴的最大范围的至少两倍或1.5-5倍、或2-4倍、或至少4倍。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种包括联接元件链的关节，其中关节的弯曲是通过单独元件的枢转。在一些实施方案中，每个元件围绕元件弯曲平面枢转。在一些实施方案中，一个或多个元件(例如，所有元件)的弯曲轴线是共面的。在一些实施方案中，元件围绕弯曲轴线在一个方向上枢转。
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及机械臂的一部分围绕部分长轴的旋转，其中旋转是联接到此部分并且远离此部分伸展的部件的旋转。
在一些实施方案中，臂的细长部分(例如段、柔性部分)具有主中心轴线(其中主轴线是具有最大范围的装置的中心(例如对称)轴线)，其中主轴线在本文被称为“长轴”或“中心长轴”或“纵轴”或“中心纵轴”。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及细的机械手臂的致动。在一些实施方案中，机械手臂的一个或多个零部件通过旋转联接到手臂并且远离手臂伸展的部分而旋转。例如，在一些实施方案中，插入患者体内的机械手臂的部分通过延伸到患者体外的部分的旋转而旋转(例如使用患者外部的马达)。在一些实施方案中，顺序连接的部分由延伸穿过其他部分内的中空部分的部分而旋转。在一些实施方案中，缺少位于机械手臂内的马达有助于细的机械手臂。
在一些实施方案中，外科装置系统包括马达单元，所述马达单元包括多个马达，其用于驱动包括至少一个机械手臂的外科装置的多个零部件(例如，多于一个马达被用于驱动机械手臂的不同部分)。在一些实施方案中，机械手臂被插入患者体内，而马达单元保持在患者体外。
在一些实施方案中，机械臂的每个段通过位于段外部的部件而围绕段长轴旋转。
在一些实施方案中，机械臂的一个或多个部分通过联接到此部分的伸展部(本文中也称为“控制部分”)的旋转而旋转，其中伸展部在此部分和/或臂外延伸。
在一些实施方案中，伸展部包括一个或多个柔性扭矩传递部分，当此部分弯曲时，此扭矩传递部分能够沿着扭矩传递部分长轴传递扭矩，潜在的好处是当一个或多个臂关节屈曲和/或伸展时，远程地(例如从臂外)旋转部分的能力。
在一些实施方案中，一个或多个伸展部是嵌套的，其中伸展部穿过一个或多个臂元件(例如，通过其中空部分)，例如穿过一个或多个其他伸展部和/或一个或多个段和/或一个或多个连接部分。嵌套伸展部的潜在益处是机械臂和/或形成臂的外部形状的段的紧凑性。
在一些实施方案中，伸展部(控制部分)的柔性扭矩传递部分穿过装置的中空部分并且与装置的柔性部分对准。在一些实施方案中，柔性部分是单向可弯曲的。在一些实施方案中，外柔性部分的弯曲导致扭矩传递部分弯曲。在一些实施方案中，扭矩传递部分的长轴在可能的弯曲平面中不受约束。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及通过改变联接到部分的细长元件上的张力来控制机械手臂的一部分的屈曲/伸展，其中在一些实施方案中，一个或多个细长元件被联接到装置手臂的外表面。在一些实施方案中，细长元件延伸到装置外部(例如，当装置在患者体内时延伸到患者体外，例如延伸到由患者体外的马达单元致动的地方)。在一些实施方案中，细长元件被联接到一个或多个中空装置部分的内表面。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种包括第一端和第二端的可弯曲扭矩传递部分，其中当此部分弯曲时，此部分将施加到第一端的扭矩传递到第二端。
在一些实施方案中，扭矩传递部分包括通过多个连接器互连的多个元件。在一些实施方案中，连接器足够坚固以在元件之间传递扭矩。
在一些实施方案中，一个或多个元件(或者在示例性实施方案中，每个元件)包括两个或更多个部分，其中这些部分在平行于扭矩传递部分长轴的方向上可独立地弹性压缩和扩张。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种用于洞眼手术的外科系统，其包括具有用于插入体内的至少一个手臂的机械装置，其中所述装置包括(例如，如本文所述的)类人结构特征。在一些实施方案中，装置由未插入体内的马达单元致动。在一些实施方案中，装置包括一个或多个成像装置，以用于利用机械手臂插入体内。可选地，系统包括一个或多个外部成像装置(例如MRI、CT、超声)。可选地，在显示器上向用户显示从一个或多个装置收集的图像。可选地，在显示器上向用户显示(例如，来自一个或多个系统和/或装置传感器、来自数据库的)附加数据和/或处理的收集数据。
在一些实施方案中，向用户显示的数据包括可选地在显示之前处理的图像和/或测量，例如内部装置测量(例如，来自一个或多个装置传感器，例如与装置一起插入和/或安装在装置臂上)。
在一些实施方案中，可选地显示的图像(例如视频图像)由安装在装置上或与装置一起插入的摄像机收集，可选地在与臂相关的模拟人眼到臂定位的位置处。可选地，在使用装置期间改变摄像机的位置，例如摄像机靠近装置手的移动，以提供近距离视图(例如手术)。
在一些实施方案中，在向用户显示之前重新定向图像，例如将图像定向为用户的直观方向。例如，在一些实施方案中，从第一视点(例如，通过内部摄像机)收集的图像被定向到身体上方的用户视点。例如，在一些实施方案中，两组或更多组图像被定向成在相同的取向上(例如，图像叠加)，例如诸如来自内部摄像机和/或内部超声和/或外部超声的先前收集的图像(例如，CT、MRI)和实时图像。
本发明的一些实施方案的一方面涉及机械装置手臂的致动。在一些实施方案中，两个齿轮以相同的速度和方向被驱动，以提供旋转而没有装置手臂柔性部分的弯曲。在一些实施方案中，两个齿轮以不同的速度和/或方向被驱动，以提供装置手臂柔性部分的弯曲。
例如，在一些实施方案中，第一齿轮和螺旋机构被联接到中心轴。一个或多个细长元件被联接在柔性部分与螺旋机构之间，在细长元件不旋转的情况下螺旋机构的这种旋转导致细长元件沿着轴的长轴横向移动，从而产生柔性部分的屈曲或伸展。在一些实施方案中，细长元件被联接到第二齿轮。在一些实施方案中，当第一齿轮和第二齿轮以相同的方向和速度旋转时，柔性部分旋转并且柔性部分不改变屈曲/伸展。在一些实施方案中，当第一齿轮保持静止时，第二齿轮的旋转产生柔性部分的屈曲/伸展，但是不旋转。在一些实施方案中，当第一齿轮和第二齿轮差速旋转(例如在不同方向和/或在不同速度下的相同方向和/或第一齿轮旋转而第二齿轮保持静止)时，柔性部分旋转并且弯曲(屈曲/伸展)。在一些实施方案中，每个齿轮由马达驱动。在一些实施方案中，每个柔性部分由包括两个齿轮的上述机构驱动。
在示例性实施方案中，装置通过单个切口而插入体内。在一些实施方案中，装置被插入自然腔道(例如阴道，直肠，口腔和/或鼻孔)中。可选地，装置被通过自然腔道中的一个或多个切口而插入。
在一些实施方案中，机械臂具有小的横向尺寸，以使得在一些实施方案中，一个或多个臂被通过小切口插入体内和/或插入狭窄的自然腔道(例如阴道)中并且/或者被插入狭窄通道(例如自然腔道，例如食道内的通道)中。
可选地，在一些实施方案中，装置的一个或多个零部件包括电外科尖端，例如单极电外科尖端、双极电外科尖端。
在一些实施方案中，一个或多个附加部件或工具(例如，工作隧洞、抽吸工具、冲洗工具、充气工具)可选地通过单个切口与机械臂一起插入。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及包括多于一个可弯曲部分的机械手臂，其中至少一个部分的弯曲通过改变联接到此部分的细长元件的张力来控制，并且其中至少一个其他部分的弯曲是通过向联接到此部分的细长元件施加扭矩(例如螺旋机构)来控制。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种抓紧器，其中元件(例如通过马达)的用于控制抓紧器的致动的移动通过至少一段(例如至少在桡骨处对抓紧器的控制)与抓紧器分离。在一些实施方案中，抓紧器是通过联接到抓紧器的抓紧器伸展部的旋转而致动。
在示例性实施方案中，抓紧器致动被控制在臂的外部，例如在与抓紧器联接的机械臂的躯干中，例如在装置外部。
在一些实施方案中，抓紧器伸展部包括一个或多个抓紧器扭矩传递部分(例如，如本文件中别处所描述的)。
在一些实施方案中，抓紧器伸展部远离抓紧器延伸穿过一个或多个段和/或连接部段和/或扭矩传递部分中的一个或多个中空部分。
在一些实施方案中，抓紧器的致动是通过螺旋机构，其中抓紧器致动是通过转动联接到抓紧器并远离抓紧器延伸的抓紧器伸展部(例如细长元件)。在一些实施方案中，细长元件的连续旋转周期性地打开和闭合抓紧器。在一些实施方案中，在第一方向(例如顺时针)上旋转细长元件会闭合抓紧器，并且在第二方向(例如逆时针)上旋转细长元件会打开抓紧器。与通过拉动/释放延伸穿过至少一个段的细长元件来控制的抓紧器致动相比，通过螺旋机构的抓紧器致动的潜在益处在于，保持在抓紧器相对部分之间的对象上的抓紧器不受弯曲和/或细长元件行进通过的装置臂的移动的影响。
在一些实施方案中，一个或多个机械手臂柔性部分是可弯曲的，并且/或者段的尺寸被设定成使得手臂的远端(可选地包括末端执行器的长度)可定位在手臂支撑段处。在一些实施方案中，支撑段是管状的。
在一些实施方案中，机械手臂是可弯曲的，以使得手臂相对于手臂支撑段可弯曲180°或更多。
在一些实施方案中，柔性部分包括多个元件(例如，如本文所述的链节)。在一些实施方案中，术语柔性部分是指使用单个控制和/或作为单个单元弯曲的部分。
在详细解释本发明的至少一个实施方案之前，应理解的是本发明并不必须将其应用局限于在以下描述中阐述的和/或在附图和/或示例中展示的结构细节和部件布置和/或方法中。本发明能够具有其他实施方案或者以各种方式实践或执行。
在一些实施方案中，使用方法和/或设备和/或系统(例如，关于控制)来控制本文件中描述的装置和/或系统和/或方法，例如关于图42A至图49E所示和/或所描述的和/或用于如本文所述的治疗中。
其他控制技术可以与本文件中描述的装置和/或系统一起使用，并且本文件中描述的装置和/或系统可以用于其他治疗。
综述—示例性控制
本发明的一些实施方案的广义方面涉及使用一个或多个输入对象的所测量的移动来控制外科装置，其中外科装置和一个或多个输入对象包括连接部分的顺序结构，其中输入对象的一个或多个部分的移动控制外科装置的顺序对应部分的移动。
例如，在一些实施方案中，输入对象关节对应于外科装置的柔性部分，例如，每个输入对象关节对应于外科装置的单个柔性部分。
在一些实施方案中，输入对象包括用户身体部分，例如其中测量的用户手臂的移动控制外科装置手臂的移动。在一些实施方案中，输入对象包括由用户(例如手动地)移动的输入装置。在一些实施方案中，输入装置包括输入装置手臂，其中输入装置手臂的移动控制对应的外科装置手臂的移动。在一些实施方案中，通过用户身体的测量移动并且通过用户控制的输入装置的移动来控制外科装置。
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及一种直观可控的外科系统。
在一些实施方案中，系统包括具有与外科装置的结构类似的结构的输入对象，其中输入对象的移动控制外科装置的移动：
在一些实施方案中，输入装置段对(例如，两个相邻的输入装置段)的有效段长度之间的比率与对应的外科装置段对之间的有效段长度比率基本上相同。
在一些实施方案中，外科装置的每个驱动部分具有输入装置的对应部分。在一些实施方案中，外科装置臂和输入装置臂包括通过连接部分联接的段。在一些实施方案中，输入装置臂至少包括关节和/或段的数量，作为对应的铰接外科装置臂。在一些实施方案中，输入装置和外科装置包括相同数量的段和/或相同数量的连接部分。
在一些实施方案中，输入装置的一个或多个部分具有与外科装置的对应部分相同的自由度。例如，在一些实施方案中，输入装置部分可以弯曲大约与对应的外科装置部分相同的量。例如，可围绕外科装置部分长轴旋转的外科装置部分对应于可围绕输入装置部分长轴旋转的输入装置部分。
潜在地，输入对象和外科装置的类似结构提供对外科装置的直观控制。
综述—示例性输入装置运动控制
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及一种用于控制外科装置的输入装置，其中输入装置和外科装置都具有包括连接部分的顺序结构的至少一个零部件(例如手臂)，其中输入装置的一个或多个部分的移动控制外科装置的顺序对应部分的移动。在一些实施方案中，输入装置和/或外科装置的顺序结构包括通过连接部分(例如枢转关节和/或柔性部段)连接的段(例如刚性部分)。
在一些实施方案中，外科和/或输入装置的部分的顺序联接是线性顺序联接，其中例如，此部分的中心纵向轴线在联接部分处共线。
在一些实施方案中，输入装置手臂包括通过关节顺序地联接的段。在一些实施方案中，外科装置手臂包括顺序联接的柔性部分，可选地通过外科装置段联接。在一些实施方案中，输入装置段围绕关节的移动自由度与对应的外科装置柔性部分的移动自由度大约相同。例如，在一些实施方案中，柔性外科装置部分可弯曲与通过对应于柔性外科装置部分的关节联接的两个输入装置段之间的角度相同的角度。
在一些实施方案中，通过关节联接的输入装置段的长轴之间的角度控制对应的外科装置柔性部分的角度。其中，例如在柔性部分端部处的柔性部分的长轴切线之间限定外科装置柔性部分的角度。其中，例如外科装置柔性部分的角度被定义为有效段长轴(例如，其中本文描述的有效段轴线)之间的角度。
在示例性实施方案中，输入装置包括更多的角形状和/或具有比外科装置的相对横向范围更大的相对横向范围的形状。例如，在示例性实施方案中，输入装置连接部分是刚性段之间的枢轴连接部，而外科装置连接部分是较长的可弯曲部分(例如，如本文件题为“示例性长关节”的部分中所描述的)。在一些实施方案中，连接输入装置的部段的枢轴点不设置在有效输入装置手臂之间的交叉点处，从而例如潜在地减小输入装置与外科装置结构之间的差异。
在一些实施方案中，输入装置桡骨与输入装置肱骨之间的角度控制外科装置桡骨与外科装置肱骨之间的角度，其中输入装置桡骨和肱骨的有效长度之间的比率与外科装置桡骨和肱骨的有效长度之间的比率基本上相同。
在一些实施方案中，外科装置移动是缩放的用户手部移动。
例如，在一些实施方案中，用户通过选择抓握输入装置段的位置来选择用户手移动到输入装置(和外科装置)移动的缩放。
例如，在一些实施方案中，输入装置包括用于缩放用户手部移动的手柄(可选地可伸展)。
在一些实施方案中，输入装置包括从外科装置的部分放大的一个或多个部分(例如，输入装置的一部分是外科装置的放大部分)，这意味着较大的用户手移动转变成较小的外科装置移动，从而潜在地有助于用户(例如手)移动来精细地控制外科装置。
在一些实施方案中，输入装置和外科装置的对应部分具有不同数量的段和/或连接部分。例如，在一些实施方案中，输入装置段控制外科装置的多于一个部分(例如若干段)的移动。例如，在一些实施方案中，输入装置包括通过连接部分(例如枢轴)连接的两个段(例如，刚性段)，其控制外科装置的包括多于一个两部分和/或多于一个连接部分的部分。在一些实施方案中，输入装置包括由控制外科装置的一部分的连接部分(例如枢轴)连接的两个段(例如刚性段)，此连接部分控制外科装置的包括伸展的柔性部分(例如，包括内窥镜结构的外科装置)的部分。在一些实施方案中，其中多个输入装置部分控制不同数量的外科装置部分，映射包括识别有效段，例如其中有效输入装置段包括与对应的外科装置段不同数量的输入装置部分。
在一些实施方案中，外科装置包括一个或多个伸展部分(例如，在长轴长度上增加的一个或多个段和/或关节)。在一些实施方案中，输入装置包括对应的可伸展部分，其伸展范围控制对应的外科装置部分的伸展范围。
在一些实施方案中，用户手动移动输入装置的部分以控制外科装置的移动。在一些实施方案中，用户例如使用一只手同时控制装置的多于一个零部件的位置。在一些实施方案中，输入装置包括两个手臂(本文中也称为“臂”)，并且用户用一只手控制每个手臂。
在一些实施方案中，输入装置包括由通过关节互连的刚性部分构造的一个或多个臂。在一些实施方案中，输入装置具有少量的可自由移动的段。例如，小于10个或小于5个、或小于4个可同时自由移动的段。潜在地，少量的可自由移动的段有助于用户控制每个段的位置和/或移动，例如，用单个用户手抓住段。
在一些实施方案中，输入装置臂具有与人体臂类似的结构和/或移动自由度，从而潜在地对于人类用户直观地手动控制段的移动和/或定位。
在一些实施方案中，两个相邻输入装置段的长轴之间的角度控制两个对应的相邻外科装置段的长轴之间的角度。在一些实施方案中，一个或多个输入装置段的旋转控制对应的外科装置段的旋转。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种输入装置，其中当用户通过移动输入装置来控制外科装置时，联接装置的段的关节具有足够低的摩擦力，以使得输入装置可易于被用户移动。在一些实施方案中，输入装置抵抗不是由用户开始的移动，输入装置例如包括一个或多个锁定机构。例如，通过输入装置的不期望的移动来潜在地防止外科装置的意外移动。在本发明的一些示例性实施方案中，输入装置具有低阻力关节并且包括能够选择性地锁定关节的一个或多个元件。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种包括一个或多个锁定机构的输入装置，其中当处于锁定构型时，锁定机构防止段在关节处的移动。在一些实施方案中，当输入装置不在使用中时，装置被(例如自动地)锁定就位，例如防止外科装置的移动。
在一些实施方案中，输入装置锁定机构包括一个或多个元件(例如带齿元件)，其与联接到输入装置(例如在输入装置关节处)的部分的关节的齿轮互锁在适当位置。在一些实施方案中，输入装置锁定机构包括将输入装置的部分摩擦地保持在适当位置的元件。
在本文件中，其中使用术语“装置”而没有修饰语，此术语是指包括一个或多个铰接手臂的外科装置。
在一些实施方案中，装置的一个或多个部分通过由用户移动的对象(例如，化身，本文中也称为“输入装置”)的所测量移动来控制。在一些实施方案中，由用户操纵的化身是装置(例如装置臂)的至少一部分的(可选地小型化)表示。例如，一个或多个装置部分(例如，关节)由对应的化身部分(例如关节)的位置和/或移动来控制。
在一些实施方案中，使用运动捕捉技术来测量化身的移动。在一些实施方案中，化身的移动是使用例如安装在化身上和/或化身中的一个或多个传感器来测量的。
在一些实施方案中，用户相对于用户解剖结构的一个或多个部分的模型来定位装置化身，例如，用户移动化身以对解剖模型执行治疗，并且装置对患者的对应的解剖结构执行治疗。
综述—示例性外科装置工具控制
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及外科装置工具(例如，联接到外科装置手臂的远端的末端执行器)的控制。例如，控制包括两个或更多个相对部分(例如夹具)的外科装置工具的打开和/或闭合。
在一些实施方案中，输入装置包括一个或多个用户接口，例如用于控制外科装置末端执行器。在一些实施方案中，外科装置末端执行器由位于输入装置上的按钮控制。在一些实施方案中，输入装置包括例如外科装置末端执行器的表示，以使得用户可以通过查看输入装置来查看外科末端执行器的配置。
在一些实施方案中，通过用户手的映射移动和/或手腕移动和/或用户持有的工具的移动来控制一个或多个装置手持工具。在一些实施方案中，装置臂包括在腕关节处联接到桡骨段的一个或多个手持工具。在示例性实施方案中，每个装置臂包括手持工具。
在一些实施方案中，装置手持工具包括多于一个零部件并且具有打开和闭合构型，其中将零部件的远端分离会打开工具，并且将零部件的远端合在一起会闭合工具(例如，具有两个或更多个相对部分的剪刀、抓紧器)。在一些实施方案中，通过用户手、“用户工具致动”的打开和闭合来控制装置工具、“工具致动”的打开和闭合。
在一些实施方案中，装置工具由表示工具、由用户保持和/或移动的“工具化身”的对象的测量的移动来控制。例如，在一些实施方案中，包括剪刀工具的装置由持有一把剪刀的用户控制，例如通过打开和闭合化身剪刀“化身致动”来控制装置剪刀(工具致动)的打开和闭合。在一些实施方案中，工具化身未附接到支撑元件。在一些实施方案中，工具化身被联接到输入装置。在一些实施方案中，工具化身的旋转控制机械臂的自动(例如，机器人控制的)移动。
在一些实施方案中，通过测量用户手指位置(例如，使用运动捕捉技术和/或安装在用户手上的一个或多个传感器)来控制装置手和/或手持工具的旋转。在一些实施方案中，通过测量工具化身的取向(例如，使用运动捕捉技术和/或使用可选地安装在化身上的一个或多个传感器)来控制手的旋转。
在一些实施方案中，根据同步的用户臂移动和用户工具致动和/或化身工具致动，可选地对于多于一个臂和/或多于一个装置手持工具，装置臂移动和装置工具致动是同步的(例如同时发生)。在一些实施方案中，用户移动的同时测量控制装置臂移动和工具致动(例如，装置的打开和闭合)。
综述—示例性用户身体运动控制
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及对关节机械装置的控制，其中一个或多个装置部分的移动由对应的用户身体部分的所测量的映射移动来控制(例如，装置肘关节的移动由用户肘关节的测量的映射移动来控制)。在一些实施方案中，每个装置关节由对应的用户臂关节的测量的移动来控制。
在一些实施方案中，通过对应的用户臂部分的测量移动和/或对应输入装置的测量移动来控制一个或多个装置臂部分，并且使用机器人技术(例如，逆运动学)来控制剩余装置部分。例如，在一些实施方案中，装置臂被伸开，并且(例如为了向用户提供舒适的工作臂位置)用户肱骨段在用户侧保持向下。用户手、桡骨和手腕位置控制装置手的移动，桡骨和手腕位置以及肘和肩的位置和移动由逆运动学来控制。
在一些实施方案中，在3D空间中例如用运动捕捉技术来测量一个或多个用户身体部分(例如，段关节和/或段)的位置和/或移动。例如，从所捕获的图像(例如，视频图像)中提取用户段(例如手臂)关节的相对位置和/或移动。可替代地或此外，测量值由附接到用户的一个或多个运动传感器收集。在一些实施方案中，运动传感器被附接到待测量的每个用户段和/或关节。
在一些实施方案中，从测量的用户关节移动计算两个用户臂段之间的一个或多个变化的角度。在一些实施方案中，根据所测量的变化角度来移动对应的装置臂段。在一些实施方案中，通过测量值对用户骨架(例如，包括关节位置和段位置)进行建模。在一些实施方案中，建模的骨架用于控制外科装置手臂。
在一些实施方案中，控制是相对于装置的一个或多个部分，例如如果装置和用户起始角度与用户臂不同、如果装置具有与用户臂不同的解剖结构(例如，不同的段比率)，那么此装置根据对应的用户角度变化来改变两个段之间的角度。在一些实施方案中，装置角度改变大约相同的度数。在一些实施方案中，装置角度改变缩放的度数。
潜在地，使用测量的用户移动的装置控制提供以下各项中的一项或多项：物理上舒适的用户移动，并且/或者用户控制移动是直观的和/或容易学习的，从而例如导致低量的误差移动。
在一些实施方案中，用户使用用户腿部运动来控制一个或多个装置段。
综述—示例性系统模式
本发明的一些实施方案的一方面涉及系统在模式之间的转换。在一些实施方案中，通过检测用户手势来进行转换。例如，在一些实施方案中，用户通过用户执行手势(例如抬起用户腿)将系统从其中测量的用户移动被外科装置模仿的模式转换成其中模仿停止的暂停模式。
在一些实施方案中，装置(例如在单次治疗期间)以多于一种模式操作。在一些实施方案中，使用这种模式将装置移动到位置中，其中每个装置部分由对应的用户身体部分的移动来控制，并且随后例如一旦装置手就位以例如对组织动手术，那么用户就改变例如由用户移动(例如，如上所述)控制的较少装置部分的控制模式，以例如缩小移动来进行精细工作。
在一些实施方案中，一些用户身体移动和/或手势被用于控制外科装置的移动，并且其他用户身体移动和/或手势被用于改变系统的模式。
综述—总体
在一些实施方案中，一个或多个外科装置—用户臂对或外科装置—输入装置臂对(例如在用装置进行治疗之前)被初始化，其中外科装置臂位置(例如，段之间的角度)与用户和/或输入臂位置(例如，在初始化期间移动的装置臂和/或用户臂)对准。
在一些实施方案中，外科装置(例如外科装置臂)的一个或多个部分的移动与用户和/或输入装置臂的一个或多个部分的移动基本上同时。可替代地，在一些实施方案中，装置(例如装置臂)的移动被延迟，例如，用户进行移动(例如，与用户的身体和/或与输入装置一起)，随后可选地授权移动以用于控制装置的移动。在一些实施方案中，装置的一个或多个部分以用户控制的相同速度(例如，用户身体的移动和/或输入装置的用户移动)移动。可替代地，在一些实施方案中，装置以不同的、可选地用户定义的速度(例如更慢地)移动。在一些实施方案中，用户选择一个或多个定时选项。例如，在精细工作期间，用户选择其中用户移动被减慢和/或延迟以控制装置移动的模式。
在一些实施方案中，外科装置包括两个或更多个臂。在一些实施方案中，通过映射两个用户臂和/或两个输入装置臂的移动来控制两个外科装置臂的移动。在一些实施方案中，两个外科装置臂的移动根据两个用户臂和/或两个输入装置臂的同步移动而同步。装置臂的同步控制的潜在益处是两个或更多个装置臂一起工作的能力，例如以保持和/或拉伸组织并且同时切割组织，以将组织的一部分抓握在一起(例如，以使对象从一个手持工具到另一个手持工具经过)。
在一些实施方案中，用户选择将要通过输入对象手臂的映射移动(例如，如上所述使用用户移动和/或输入装置移动的控制)来控制的装置手臂。在一些实施方案中，用户选择外科装置手臂并选择用户和/或输入装置手臂，并且所选择的外科装置手臂由所选用户和/或输入装置手臂的映射移动来控制。在一些实施方案中，装置包括多于两个臂，并且用户选择两个装置臂，其中第一装置臂由第一用户臂和/或第一输入装置臂的映射移动来控制，并且第二装置臂由第二用户臂和/或第二输入装置臂的映射测量的移动来控制。在一些实施方案中，未选择的臂保持静止并且/或者以不同的控制方法(例如，使用用户腿部运动，由第二用户控制，例如通过机器人自动地控制)来移动。
在一些实施方案中，输入装置移动和用户身体移动都用于控制外科装置，例如第一外科装置手臂由输入装置臂的用户移动来控制，并且第二外科装置手臂由用户身体的部分的测量的移动来控制。
可选地，(例如，如本文所述的)系统自动分配用户臂外科装置臂对(和/或输入装置—外科装置臂对)，以用于外科装置的控制，其中分配是基于例如外科装置臂的位置(例如，在一些实施方案中，用户不指定哪个用户和/或输入臂将要控制哪个外科装置臂)。
在一些实施方案中，用户通过暂停一个或多个选定的外科装置臂的控制(例如，通过映射输入对象移动对外科装置臂的移动的控制)并且重新选择(如本文所述地选择)一个或多个外科装置臂来改变所选择的手术臂。在一些实施方案中，用户暂停并重新选择臂以通过左用户臂切换第一装置臂的控制，并且控制第二装置臂以利用用户右臂控制第二装置臂，并且通过用户左臂控制第二装置臂。
在一些实施方案中，用户将初始外科装置臂暂停在期望位置(例如，将用户解剖结构保持在适当位置)，并选择另一个外科装置臂(例如第三臂)以用于继续双臂移动。
在一些实施方案中，通过向用户(例如，在屏幕上)显示的视觉反馈来辅助用户控制，例如可选地关于实时成像和/或先前成像的患者解剖结构来显示描述外科装置的至少一部分的配置的数据(例如，图像)。在一些实施方案中，外科装置和/或解剖图像是视频图像和/或实时超声图像和/或CT图像和/或MRI图像。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种用于洞眼手术的外科系统，其包括具有用于插入体内的至少一个手臂的机械装置，其中控制器根据用户手臂的对应部分的测量的移动(由例如摄像机的测量装置所测量)来控制手臂的一个或多个零部件的移动。在一些实施方案中，装置包括一个或多个成像装置，以用于利用机械臂插入体内。可选地，系统包括一个或多个外部成像装置(例如MRI、CT、超声)。可选地，在显示器上向用户显示从一个或多个装置收集的图像。可选地，在显示器上向用户显示(例如，来自一个或多个系统和/或装置传感器、来自数据库的)附加数据和/或处理的收集数据。
可选地，在一些实施方案中，多于一个用户例如同时控制外科装置。在一些实施方案中，不同的用户可选地使用不同类型的控制来控制外科装置的不同部分。例如，在一些实施方案中，第一用户使用输入装置控制外科装置的部分，并且第二用户利用测量的用户身体移动来控制外科装置的部分。在一些实施方案中，多用户控制是顺序的，其中例如第一用户的控制移动以及随后第二用户的移动通过外科装置执行。可替代地或此外，在一些实施方案中，多用户控制移动通过外科装置同时执行
在一些实施方案中，输入对象部分与外科装置部分之间的映射使用段长度。在一些实施方案中，映射使用有效长度，例如如使用用于外科装置有效段和/或有效段长度的(例如，如本文件所述的)方法限定的。在一些实施方案中，有效长度针对输入对象的不同配置(例如，弯曲角度)而改变。在一些实施方案中，有效输入装置段被使用一种技术来定义，并且这些有效输入装置段和/或这些有效输入装置段之间的关系(例如，有效段之间的角度)被映射，以控制对应的外科装置段和/或有效段，其中使用相同或不同的技术来定义外科装置有效段。
在一些实施方案中，两个有效输入装置段(有效段，例如如关于图5A至图5D所述地定义的有效段)之间的角度被用于控制对应的有效外科装置段的弯曲。例如，在一些实施方案中，两个相邻输入装置段之间的测量角度(也称为连接段的关节的角度)被用于生成控制信号，以用于致动对应于输入装置段的柔性部分，例如柔性部分(围绕柔性部分长轴)的弯曲和/或旋转。
在一些实施方案中，输入装置部分对应于外科装置部分，其中基于输入装置部分的测量位置和/或相对(例如，相对于其他输入装置部分)位置来致动外科装置部分。
在一些实施方案中，如在本文件中描述的用于控制的控制技术和/或设备由如图中描述的装置和/或系统和/或方法执行，并且/或者用于如本文所述的治疗中。
可以使用如本文所述的控制技术和/或用于控制的设备来控制其他装置和/或系统和/或装置(例如本领域的外科装置)。
综述—示例性治疗
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及一种用于插入体内的外科装置，其包括至少一个机械手臂，其中手臂足够柔性，以使得此装置能够弯曲以从不同的方向到机械手臂的插入方向接近目标。
在一些实施方案中，外科装置手臂包括至少两个柔性部分，其中在一些实施方案中，至少一个部分可弯曲(屈曲/伸展)至少120°、或至少90°、或至少100°、或至少140°、或至少160°、或至少180°、或至少190°、或至少200°、或至少210°、或者更低或更高或中间的角度。在一些实施方案中，两个柔性手臂段的弯曲具有至少180°的组合角度。在一些实施方案中，一个或多个柔性部分最大可弯曲400°、350°、300°或270°。在一些实施方案中，手臂最大可弯曲400°、350°、300°或270°。
在一些实施方案中，装置手臂柔性部分较长，其中至少一个柔性部段的长轴长度为柔性部段的垂直于柔性部段长轴的最大范围的至少两倍、或至少1.5倍、或至少3倍、或至少4倍、或至少5倍、或至少8倍或至少10倍。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种包括用于插入体内的至少一个手臂的外科装置，其中手臂包括柔性部分，其是可单向弯曲的并且是高度可弯曲的(例如，屈曲和/或伸展的可能大的角度)。
在一些实施方案中，外科装置手臂包括至少两个独立单向可弯曲的柔性部分，其中在一些实施方案中，至少一个部分可弯曲(屈曲/伸展)至少120°、或至少90°至180°、或至少100°至120°、或者更低或更高或中间的角度。在一些实施方案中，两个柔性手臂段的弯曲具有至少180°的组合角度。其中，例如第一柔性部段的端部处的长轴切线之间的第一角度与第一柔性部段的端部处的长轴切线之间的第二角度之和为至少180°。其中，例如相邻段对的长轴之间的第一角度和不同段对的长轴之间的第二角度之和为至少180°。其中相邻的段对被定义为由柔性部段直接联接的段。
在一些实施方案中，每个柔性部分可围绕柔性部分长轴独立地旋转。
本发明的一些实施方案的广泛方面涉及一种治疗方法(例如内窥镜手术)，其中包括至少一个接合的机械手臂的装置可选地被通过切口插入身体(例如患者)中，其中手臂在身体内弯曲以接近并治疗目标(例如，身体器官)。在一些实施方案中，手臂在体内弯曲的能力被用于补偿插入方向亚最佳性。
在一些实施方案中，柔性手臂部分的弯曲使得装置接触和/或接近目标的方向不同于装置进入身体的方向(例如，在至少一个3D平面中比其至少大或小90°)。
在一些实施方案中，柔性手臂部分的弯曲是当至少两个关节角度各自大于0°时，其中关节角度被测量为联接的装置段(和/或有效段)长轴之间的角度。在一些实施方案中，手臂的弯曲使得所有手臂关节角度的总和大于0°、10°或更大、45°或更大、或90°或更大、或180°或更大、或360°或更大。
在一些实施方案中，手臂的弯曲使得装置进入身体的方向与将目标连接到切口的直线的方向不同(例如，大于或小于至少10°、大于或小于至少45°、至少大于或等于90°)。
在一些实施方案中，包括一个或多个手臂的装置通过围绕障碍物弯曲来接近目标。例如，一个或多个手臂在远离插入点与目标之间的直线(例如，没有穿过目标的路径)弯曲的路径中弯曲，例如其中障碍物在装置的插入点与目标之间。在一些实施方案中，装置包括多于一个手臂。在一些实施方案中，装置手臂从相同方向接近目标，在一些实施方案中，装置手臂从不同方向接近目标，例如具有高达20°、20°或更大、或45°或更大、或90°或更大、或180°或更大、或270°或更大的接近方向差异。
在一些实施方案中，目标是器官的一部分，并且障碍物是器官的不同部分。例如，在一些实施方案中，目标区域在器官的后方，并且此装置通过器官前方的切口而插入。当装置被引入时，装置的一个或多个零部件围绕器官弯曲，以在器官的后方接近目标、“拥抱”器官，例如装置接触和/或环绕器官圆周的10-100％或20-90％、或50-90％、或更低或更高或中间范围或百分比。
在一些实施方案中，包括一个或多个手臂的装置在身体内的弯曲将要接近障碍物下方(例如，身体内更深处)的目标，其中在目标与身体表面(例如皮肤表面)之间绘制的最短直线穿过障碍物。例如，在一些实施方案中，胸腔是障碍物(例如，胸腔下的器官的障碍物)，并且通过将装置通过腹部切口插入来执行胸部手术。在示例性实施方案中，插入到腹部切口中的装置沿循肋骨下方的路径，从肋骨下方的位置弯曲以接近胸腔内的目标。
在一些实施方案中，机械装置被从基本上不从上方的方向插入到患者体内，例如，其中装置相对于垂直线的插入角大于75°、或大于90°、75°至175°(其中超过90°的角度对应于当患者处于仰卧或俯卧位时从患者下方的方向插入的角度)。在一些实施方案中，机械装置被横向插入患者体内，例如在患者双腿之间，例如通过骨盆出口插入患者体内。
在一些实施方案中，图像指导执行治疗的用户。例如，通过与机械装置一起插入的摄像机来获取图像。在一些实施方案中，摄像机被安装在可弯曲机械手臂上(例如，在其远端)，其中例如摄像机结构和/或柔性如上文所述地用于机械装置手臂。在一些实施方案中，通过其他成像方法(例如MRI、CT、超声等)收集的图像(例如，先前获得的图像)被用于指导治疗。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种治疗方法，其中患者体内的一个或多个机械装置手臂沿循长路径，其中手臂在体内的长度(例如，测量手臂在体内的部分的长轴长度的总和)与目标和装置进入体内的插入点(本文称为“进入点”)之间的距离相比是较长的。在一些实施方案中，装置手臂在身体内的长度为目标与进入点之间的直线距离的至少1.2倍、或至少1.5倍、或至少两倍、或至少三倍、或至少四倍、或至少5倍。长路径的潜在益处是对于给定进入点(例如切口)访问宽范围的期望目标。长路径的潜在益处是对于给定目标，在大范围的进入点处插入装置的能力。
在一些实施方案中，装置包括多于一个手臂，其中手臂一起接近并治疗目标。在示例性实施方案中，装置包括两个手臂，其中可选地，两个手臂弯曲以接近并治疗目标。
装置在身体内弯曲的潜在益处是在从期望方向治疗目标时，在期望的进入点处和/或以期望的插入角度插入装置的能力。在一些实施方案中，对于给定的插入角度和/或对于给定的进入点，宽范围的治疗角度(装置手臂接近目标的角度)是可用的。
在一些实施方案中，治疗(例如外科手术)是通过从高于目标的方向接近目标(例如如通常在腹腔镜手术中的情况)，而装置的插入是通过位于目标下方的自然腔道。
例如，在示例性实施方案中，装置通过阴道插入体内(切口在子宫下方)，并且在体内弯曲以从下部方向(例如，标准腹腔镜方向，例如比标准腹腔镜方向更直接撞击目标区域的方向，例如在基本上后下的方向上)进入子宫的顶部(上部部分)处的目标区域。通过阴道中的切口从下方接近子宫的潜在益处是使用已建立的腹腔镜手术技术进行操作的能力，但是通过阴道中的切口，这潜在地比腹部切口的侵入性更小
在一些实施方案中，装置的弯曲通过当装置插入身体时使柔性装置部分弯曲而发生，例如，在插入时弯曲的段和/或在插入连续段时弯曲的先前插入的段。在一些实施方案中，直的装置被插入体内，并且一旦装置被插入，其就会例如通过致动装置部分和/或在装置与身体内的患者组织之间的摩擦下而弯曲。在一些实施方案中，具有一个或多个折叠部分的装置被插入体内并且弯曲以展开。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种通过阴道进行子宫切除术的方法。在一些实施方案中，装置通过在阴道中形成的切口而插入。在示例性实施方案中，将装置通过阴道后穹窿中的切口而插入道格拉斯陷凹中。在一些实施方案中，装置的一个或多个部分围绕子宫弯曲，以在子宫区域(例如子宫、阴道、子宫颈、子宫周围的组织、输卵管、卵巢)上进行外科手术。在一些实施方案中，例如当装置在远离子宫的方向上通过后穹窿进入时，装置的一个或多个部分弯曲以从子宫的外部进入子宫。在一些实施方案中，装置在子宫底部处进入腹腔，更靠近子宫颈而不是子宫底并且弯曲，以从至少部分下方向和/或从外腹部皮肤表面(例如肚脐)上的点到子宫的直线的方向(例如腹腔镜方向)来接近子宫。在一些实施方案中，一个或多个装置肩部被定位成更靠近子宫颈而不是子宫底。在一些实施方案中，一个或多个装置肩部被定位成更靠近子宫底而不是子宫颈。
在一些实施方案中，使用气腹针来形成后穹窿中的切口，随后通过气腹针可选地使腹腔充气。在一些实施方案中，在插入装置之前，切口被扩大和/或扩张。在一些实施方案中，使用套管针产生后穹窿中的切口。
在一些实施方案中，插入阴道中的端口密封腹腔和/或为外科装置(例如通过端口插入)和/或子宫操纵器(例如通过端口插入)提供支撑。
可替代地或此外，在一些实施方案中，端口被放置在切口中，从而密封切口和/或为装置提供支撑。可选地，端口被联接到子宫颈，例如为端口提供支持。可选地，端口被联接到子宫操纵器。
可选地，子宫操作器用于妇科手术(例如子宫切除术手术)。在一些实施方案中，子宫操纵器被固定，同时允许进入阴道后穹窿。可选地，在一些实施方案中，装置通过联接到端口而被支撑，端口例如被联接到子宫颈。可选地，端口被联接到子宫操纵器。通过联接到子宫颈的端口来支撑装置的潜在益处是通过薄组织层中的切口进入腹腔的能力，其中此层例如无法向端口(例如，阴道后穹窿中的切口)提供足够的支撑。
在一些实施方案中，在从阴道后穹窿中的阴道腔形成切口之前，将腹腔充气。潜在的益处是，通常充气增加器官之间的分离，从而潜在地降低导致对其他组织(例如直肠)损伤的切割的风险。在一些实施方案中，最初在腹部(例如脐带切口)中形成切口，通过此切口(例如用二氧化碳)使腹部充气。
在一些实施方案中，通过输卵管中的内部切口进行腹部的充气。在一些实施方案中，包括内腔和切削刃的装置被从子宫插入输卵管中。在一些实施方案中，切削刃刺穿输卵管到腹腔中。随后通过插入穿过装置内腔的气体来使腹腔充气。在一些实施方案中，当在输卵管中形成切口时，包括内腔的装置使用例如如上所述的抽吸和压力反馈。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及一种端口，其被联接到患者身体的一部分，包括机械臂的装置通过此端口而插入。在一些实施方案中，端口被插入和/或联接到自然腔道(例如阴道)。在一些实施方案中，子宫操纵器和/或其他可选工具被通过端口插入患者体内。潜在地，端口防止和/或减少穿过其而插入的工具(例如支撑部分)相对于患者的移动。可选地，在一些实施方案中，端口被联接到系统的一部分，例如患者支撑表面。
在一些实施方案中，治疗(例如子宫切除术)包括将端口插入自然腔道和/或将端口联接到自然腔道，并且随后通过端口将一个或多个机械装置手臂插入患者体内。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及形成切口，其中例如通过(例如使用抽吸)增加待切割的组织与切削刃之间的压力来使组织朝向切削刃(例如，将组织带到包括切削刃的元件)。在一些实施方案中，一旦形成切口，切削刃与组织之间的压力就会减小，从而防止进一步的切割。在一些实施方案中，一旦压力的测量减小指示已形成切口，那么(例如通过停止所施加的抽吸)进一步减小压力。
在一些实施方案中，用于切口的装置的尺寸和形状被设定成使得包括切削刃的装置端部与待切割的身体组织之间的增加的压力使得组织与装置接触。
例如，在一些实施方案中，使用包括具有凹部(例如入口和/或中空和/或凹陷和/或杯形)的切削刃的装置来在阴道后穹窿中形成切口，凹部的尺寸被设定成使得子宫颈配合到凹部中，并且凹陷中的压力的增加使后穹窿接触凹部的边缘。在一些实施方案中，凹部的边缘包括可以选的锋利的切削刃。在一些实施方案中，凹部被放置在子宫颈上，其中锋利的边缘部分位于阴道后穹窿处。将杯和/或组织放在一起，直到切削刃在阴道后穹窿中形成切口。潜在的益处是对切口的位置和/或范围的控制(例如，使用不同深度的凹部和/或不同长度的切削刃)。
在一些实施方案中，组织和凹部通过抽吸而放在一起。可选地，抽吸压力的降低被用来确定已成功地形成切口。使用抽吸的潜在益处是利用最小的力和/或对切割的速度和/或力的控制来进行切割，从而例如降低损伤直肠的风险。
在一些实施方案中，通过包括插入输卵管中的切削刃的装置来在输卵管中形成切口。在一些实施方案中，切削刃与输卵管之间的压力减小，从而使管塌缩，以使管的一部分与切削刃相接触。
本发明的一些实施方案的一个方面涉及例如通过推动和/或保持患者解剖结构远离外科区域和/或与外科区域屏蔽来保护用户组织。在一些实施方案中，包括机械臂(例如如本文所述)的系统包括牵开器工具(例如如本文所述)。
在一些实施方案中，工具被安装在支撑件上，并且包括机械臂的装置被安装在支撑件上。
在一些实施方案中，工具可以远离一个或多个机械臂(例如，在一个或多个方向上)伸展，其中工具通过扩张而伸展和/或(例如通过马达)被推动。
在一些实施方案中，机械装置臂和工具由同一个马达单元致动。
在一些实施方案中，牵开器工具被联接到机械臂，并且/或者机械臂包括牵开器工具末端执行器。
在一些实施方案中，插入到患者体内的工具包括可扩张部分。在一些实施方案中，工具被插入、扩张并且用于推动和/或保持用户组织远离患者身体的正在进行手术的部分。例如，在一些实施方案中，例如在子宫切除术期间，通过工具将肠远离子宫推开。在一些实施方案中，工具被插入相同的插入方向和/或通过与包括机械臂的装置相同的切口而插入。
在一些实施方案中，一个或多个机械臂以不同的角度插入和/或插入到不同的深度和/或通过不同的切口而插入。例如，有助于通过多于一个机械手臂(可选地从不同方向)来接近目标。
在一些实施方案中，外科装置机械手臂的至少一部分用覆盖件覆盖，例如无菌覆盖件，从而例如在装置臂与患者之间提供无菌分离。例如，电绝缘覆盖件。
在一些实施方案中，本文件中描述的装置和/或系统和/或方法被用于胸部治疗(例如甲状腺切除术)。
在一些实施方案中，本文件中描述的装置和/或系统和/或方法被用于脾切除术。
在一些实施方案中，本文件中描述的装置和/或系统和/或方法被用于生殖手术(例如不孕不育治疗、绝育术)。
在一些实施方案中，本文件中描述的装置和/或系统和/或方法被用于盆底重建手术。
在一些实施方案中，通过例如通过表面腹部切口和/或通过骨盆出口(例如通过天然生殖和/或排泄口)将装置臂插入腹部并且使臂弯曲以接近目标来执行对腹部目标的治疗。
在一些实施方案中，通过将一个或多个装置臂从胸腔上方或下方的切口插入胸腔下方来对胸部目标执行治疗，其中装置臂被弯曲以接近目标。在一些实施方案中，例如如本文所述，一个或多个装置臂被插入在相邻的肋骨之间。
在一些实施方案中，一个或多个装置臂包括通过柔性连接部段(本文中也称为“关节”)联接的至少两个刚性段的链。在一些实施方案中，至少两个刚性段较长，其中例如一个或多个长刚性段的长轴长度是所述段的垂直于所述长轴的最大范围的至少1.5倍、或至少两倍、或至少三倍、或至少5倍、或至少10倍或中间值。例如，与较大数量的较短部分相比，长刚性部分的潜在益处是移动和/或控制误差减小，因为移动和/或控制误差是每个关节的误差移动的总和。
在一些实施方案中，刚性(和/或由刚性段形成)的装置和/或装置手臂长轴长度的比例较高，例如20％或更多、40％或更多、60％或更多、或者80％或更多。在一些实施方案中，刚性段长轴长度之和的比例与总装置和/或手臂长轴长度相比更大，例如20％或更多、40％或更多、60％或更多、或者80％或更多。
在一些实施方案中，一种治疗方法包括插入包括一个或多个机械手臂(例如，如本文所述)和一个或多个腹腔镜工具的装置。在一些实施方案中，通过一个或多个机械手臂和腹腔镜工具同时和/或顺序地治疗目标。
具有臂的示例性装置
现在参考附图，图1是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂的装置100(例如，外科装置)的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，装置包括第一臂104和第二臂102。
在一些实施方案中，每个臂104、106包括通过第一连接部段108、110联接到第一段112、114的支撑段102、103，其中第一段112、114被通过第二连接部段120、122联接到第二段116、118，并且第三段124、126被通过第三连接部段128、130联接到第二段116、118。
在一些实施方案中，一个或多个支撑段102、103是刚性的。在一些实施方案中，一个或多个支撑段102、103是柔性的或者包括柔性部分。
在一些实施方案中，支撑段102、103被例如通过覆盖件102a联接。在一些实施方案中，支撑段仅在躯干长度的一部分处联接或者不联接：图1B是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂104、106的装置100的简化示意图。
在一些实施方案中，一个或多个臂包括类人结构。为了清楚起见，在本文件的一些部分中，装置段和连接部段被通过解剖名称来指代：支撑段102、103也称为第一躯干102和第二躯干，第一连接部段108、110也称为第一肩关节108、第二肩关节110，第一段112、114也称为第一肱骨112和第二肱骨114，第二连接部段120、122也称为第一肘关节120和第二肘关节122，第二段116、118也称为第一桡骨116和第二桡骨118，并且第三段124和126也称为第一手持工具124和第二手持工具126。
在一些实施方案中，一个或多个连接部段包括铰链。在一些实施方案中，一个或多个连接部段是柔性的并且/或者包括柔性部分。在示例性实施方案中，例如如下面更详细描述的，装置臂包括肘关节和肩关节，其中关节的弯曲在关节长轴的方向沿关节分布。
在一些实施方案中，躯干102、103靠近在一起，例如第一躯干102的长轴和第二躯干103的长轴彼此在5mm或3mm或1mm内。
在一些实施方案中，一个或多个装置段具有大致圆柱形的外部形状(例如桡骨、肱骨)。在一些实施方案中，关节具有圆形长轴横截面。可替代地，在一些实施方案中，一个或多个装置段和/或关节具有非圆形横截面外形，例如椭圆形、正方形、矩形、不规则形状。
在一些实施方案中，机械臂包括一个或多个短的和/或可调节的段。在一些实施方案中，柔性部分被直接连接。
图1C至图1D是根据本发明的一些实施方案的机械臂的简化示意性侧视图。图1C示出示例性实施方案，其中肱骨段212较短，例如此段包括1-50mm、或1-35mm、或10-20mm、或大约10mm或更低或更高或者中间范围或长度的长轴长度J。
在一些实施方案中，用户选择包括期望的段长度的臂，其中例如基于患者解剖结构和/或将要执行的过程来进行选择。例如，在一些实施方案中，当治疗孩子时，用户选择具有一个或多个较短段的一个或多个臂(例如，如图1C所示)。例如，在一些实施方案中，在治疗肥胖患者时，用户选择具有一个或多个较长段的臂，例如具有长肱骨段的标准臂(例如，如图1D所示)(例如，10-100mm、或20-35mm、或10-20mm，或更低或更高或者中间范围或长度的肱骨段长度J')。
在一些实施方案中，装置包括具有不同结构化臂(例如不同的段长度，例如不同的臂尺寸)的套件。
可替代地或此外，在一些实施方案中，一个或多个段长度例如在治疗期间和/或在装置的设置期间是可调节的。例如，在一些实施方案中，图1C所示的臂是可调节的，(例如通过肱骨段212的伸缩)可调节到图1D所示的构型。
在一些实施方案中，一个或多个段的伸展和/或回缩通过连接到相对于机械臂的其他部分移动的段(例如段伸展)的部分来实现。例如，在一些实施方案中，(例如，通过位于例如图40的马达单元4000的马达单元中的马达)移动段伸展部(例如图33B的伸展部3316E)，以增加段(例如图33B的段3316)的长度。在一些实施方案中，马达使用螺旋机构来移动段伸展部(例如，类似于用于致动夹具的螺旋机构的螺旋机构，例如如关于图36A至图36B所描述的)。
示例性移动自由、示例性移动人之自由
在一些实施方案中，装置手臂具有至少人体臂的移动自由。通常，人类手臂(例如，臂、腿)的段通过来自近端段关节的屈曲和伸展以及围绕近端段关节的旋转而移动。例如，人的桡骨屈曲并在肘部处伸展并且围绕肘部旋转。
本文中的术语近端关节是指最少远离段所联接到的躯干的关节，例如手近端关节是手腕，桡骨近端关节是肘关节，肱骨近端关节是肩关节。
术语近端段在本文中是指最少远离段(例如，通过近端段关节)所联接到的躯干的关段。例如，手近端段是桡骨，桡骨近端段是肱骨，肱骨近端段是躯干。
在一些实施方案中，一个或多个关节是可单向弯曲和可伸展的。在一些实施方案中，围绕段近端关节的段旋转是通过围绕近端段长轴的近端段的旋转来实现。例如，手围绕腕关节的旋转是通过围绕桡骨长轴的桡骨的旋转。
通常，人类臂的移动自由包括对旋转和屈曲角度的限制。可选地，在一些实施方案中，装置例如在一个或多个控制模式期间被限制于人类自由的移动。
图2A是根据本发明的一些实施方案的机械臂204的简化示意性侧视图。
在一些实施方案中，臂204的每个段可围绕段长轴旋转。例如，在一些实施方案中，躯干202可围绕躯干长轴202L旋转202R。例如，在一些实施方案中，肱骨212可围绕肱骨长轴212L旋转212R。例如，在一些实施方案中，桡骨216可围绕桡骨长轴216L旋转216R。
图3A是根据本发明的一些实施方案的手部段224的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，手部段324可围绕手长轴旋转。
在一些实施方案中，一个或多个段可在两个方向上旋转(例如围绕段长轴顺时针和逆时针地旋转)。可替代地，在一些实施方案中，一个或多个段可仅在一个方向上围绕段长轴旋转。
重新参见图2A，在一些实施方案中，例如类似于人类站立和/或蹲伏和/或跳跃的能力，装置在平行于躯干长轴202L的方向上是可移动的232。
在一些实施方案中，每个段屈曲并且在段近端关节处伸展。例如，在一些实施方案中，桡骨216屈曲并且在肘关节220处伸展。例如，在一些实施方案中，肱骨212屈曲并且在肩关节208处伸展。参考图3，例如，在一些实施方案中，手持工具324屈曲并且在手腕328处伸展。
在一些实施方案中，段在关节处的屈曲和伸展被测量为关节弯曲通过的角度。在一些实施方案中，段的屈曲和伸展被测量为屈曲段的长轴与近端段到屈曲段的长轴之间的角度。例如，屈曲桡骨长轴与肱骨长轴之间的角度。
在示例性实施方案中，柔性部分(例如肘关节220、肱骨212)均匀地弯曲，例如其中当部分弯曲时，曲率半径沿着柔性部分的弯曲是恒定的。在一些实施方案中，一个或多个柔性部分包括在具有不同尺寸的链节之间具有不同曲率半径的子部分(例如，其中形成柔性部分的多个链节的堆叠由具有不同尺寸(例如不同长度)和/或间隙(例如，图27的间隙2799)的链节组成)。
图2B是根据本发明的一些实施方案的通过关节220连接的两个段212、216的简化示意图。图2B示出作为第一段长轴216L与第二段长轴212L之间的角度θ的段216的屈曲的测量。
在一些实施方案中，θ大于180°，这是由于例如足够的关节长度(例如，关节的长轴长度比两个段的双组合直径/横截面最大长度更长)以及关节屈曲和/或伸展的能力。
图2C示出根据本发明的一些实施方案的可能的手臂位置和/或装置随时间的移动的图示。图2C示出示例性装置手臂的潜在柔性，包括180°和更大的关节弯曲的示例性角度。
重新参见图2A，在一些实施方案中，肱骨212在肩关节208处屈曲和伸展209(在本文中也称为肩部屈曲)，达到至少45度、或者达到至少90度、或者达到至少180度。在一些实施方案中，肩部屈曲大于180°。在一些实施方案中，肩部屈曲达到250°，或者达到300°。在示例性实施方案中，肩部屈曲为约200°。
在一些实施方案中，桡骨216屈曲并从肘关节220(本文也称为肘部屈曲)伸展达到至少45°、或达到至少90°，或达到至少180°。在一些实施方案中，肩部屈曲大于180°。在一些实施方案中，肩部屈曲达到250°，或者达到300°。在示例性实施方案中，肘部屈曲约为200°。
现在参考图3，在一些实施方案中，手部段324(例如手持工具)在腕关节328处屈曲并伸展329b。在一些实施方案中，手部段324可以例如在对应于人类桡骨和/或尺骨偏离的移动中在垂直于桡骨长轴329a的平面中(例如在包括剪刀刀片325a、325b的平面中)围绕腕关节旋转。在一些实施方案中，手部段324的屈曲和伸展是围绕垂直于桡骨316L的长轴的轴线329b。在一些实施方案中，桡骨和/或尺骨偏离围绕轴线329c。
在一些实施方案中，手部段224、324从腕关节228、328屈曲并伸展(本文也称为腕部屈曲)达到至少45°、或达到至少60°、或达到至少90°、或达到至少180°。在示例性实施方案中，腕部屈曲为90°(例如±45°)。
在一些实施方案中，机械臂包括比人类臂更少的结构复杂性(例如更少的部分)和/或更少的移动自由。
例如，在一些实施方案中，机械臂不包括腕关节。例如，在一些实施方案中，末端执行器的屈曲和伸展由对应于肘关节的柔性部段所控制。例如，在一些实施方案中，末端执行器被联接到刚性部分(例如对应于桡骨)，并且末端执行器和刚性部分的屈曲由连接到刚性部分的柔性部段所控制。
现在重新参见图1C，在一些实施方案中，机械臂104c包括被联接到第二段116的末端执行器124，其中联接是刚性联接(例如没有第三连接部段，例如没有腕关节)。在一些实施方案中，机械臂104c包括被联接到柔性第一部分108的支撑段102，其中柔性第一部分108被联接到柔性第二部分116。
在一些实施方案中，末端执行器124和第二段116是一件式和/或被刚性连接。
在一些实施方案中，末端执行器124可独立于第二段116旋转，例如末端执行器124可围绕末端执行器长轴124L旋转。
在一些实施方案中，手部段(例如图1A和图1B的124、126，图2A的224，图3的324)包括手持工具。在一些实施方案中，手持工具包括剪刀(例如图1A的124、图2A的224、图3的324)。手持工具在下面更详细地描述。
在一些实施方案中，装置包括至少两个柔性部分，其中每个柔性部分可弯曲至少120°。在一些实施方案中，两个柔性部分可一起弯曲达到180°。在一些实施方案中，两个柔性部分可一起弯曲超过180°。在一些实施方案中，一个或两个或更多个装置柔性部分中的每一个可弯曲180°或更多。在示例性实施方案中，组合屈曲提供装置的360°或更大的总弯曲。例如，装置关节被弯曲成使得装置在空间中形成圆形和/或圈形，例如如图2C所示。
在一些实施方案中，一个或多个臂段能够以超过人类自由的移动来移动：例如，在示例性实施方案中，围绕肱骨长轴的肱骨旋转和/或围绕桡骨长轴的桡骨旋转和/或围绕肱骨长轴的手旋转。
示例性装置灵活性
在一些实施方案中，装置例如在患者体内是高度灵活的。潜在的益处是例如装置在患者体内的路径和/或移动的灵活性(例如减少组织损伤)和/或以期望的方式(例如切口的位置、形成切口的角度)来执行外科手术的能力。
如前所述，在一些实施方案中，每个段(和/或有效段)相对于相邻段的角度例如通过段围绕联接关节的屈曲/伸展是可调节的。可选地，每个段是柔性的/可伸展的，并且可围绕段近端关节旋转。
在一些实施方案中，对于一个或多个段，段屈曲高达180°或更多，并且段围绕近端段关节可旋转高达180°或更多：在一些实施方案中，段远端的可能位置形成围绕段近端关节的圆柱体。潜在的益处是装置在空间中的可能位置的宽范围。
手到躯干的示例性距离，手臂桡骨之间的角度
在一些实施方案中，装置是柔性的，以使得装置的一只或多只手的位置和/或装置的桡骨的一个或多个远端可以基本上位于躯干和/或肩关节处。在一些实施方案中，当躯干靠近在一起(例如彼此在10mm内、5mm或3mm或1mm内)时，多于一个手和/或桡骨的远端可以基本上定位在躯干和/或肩关节处。潜在的益处是(例如，使用一个或多个手持工具)接近靠近躯干的目标的能力。
在一些实施方案中，桡骨的远端与肩关节之间的间隔可以减小到肱骨或桡骨的长度的40％、或20％、或10％、或5％、或1％。在一些实施方案中，桡骨的远端与躯干之间的间隔可以减小到肱骨或桡骨的长度的40％、或20％、或10％、或5％、或1％。
在一些实施方案中，第一臂桡骨长轴与第二臂桡骨长轴之间的角度(本文中为“桡骨角”)在基本上为零(臂在躯干前方平行伸出)到中间角度(例如其中手在躯干的前方并且在一起)以及高达180°(例如，其中肘部向外并且手在一起)之间可调节。
平行桡骨(以及其他低桡骨角度，例如小于20°)的潜在益处是装置在具有受限接近的区域上交互(例如操作)的能力，例如在一些实施方案中，装置通过狭窄通道接近目标。臂桡骨(例如超过45°)之间较大角度的潜在益处是臂(例如臂手)接近躯干附近的目标的能力。
示例性长装置
在一些实施方案中，身体内的装置的潜在长度(例如，包括手轴向长度、桡骨轴向长度、肱骨轴向长度和躯干轴向长度的长度)较长。
在一些实施方案中，人体内的装置相对于人体内的装置的最深范围的潜在长度较长。在一些实施方案中，肱骨段的长度为20-100mm、或40-80mm、或50-70mm、或约60mm。在一些实施方案中，桡骨段的长度为10-90mm、或20-70mm、或30-60mm、或约50mm。
例如，在一些实施方案中，装置弯曲和/或折叠的能力意味着装置在患者体内可选地与插入身体的最大深度相比(最大深度，例如测量为从皮肤表面和/或切口部位到装置的一部分的最长直线路径)行进较长路径。
示例性长关节
在一些实施方案中，一个或多个关节在轴向方向上较长。例如，在一些实施方案中，关节相对于一个或多个段长度较长。例如，在一些实施方案中，关节相对于一个或多个段最大横截面尺寸(例如，段直径)较长。
在一些实施方案中，装置关节相对于人体解剖关节长度(例如，相对于段长度和/或直径)较长。
在一些实施方案中，关节长轴长度为关节的最大横截面范围(例如关节直径)的至少1.5倍、或2倍、或3倍、或5倍。
长关节的潜在益处是增加了可能的屈曲和/或伸展，例如，在一些实施方案中，长关节意味着通过彼此接触的段不会防止屈曲和/或伸展。
包括一个或多个长关节(例如，与具有枢转关节和/或铰链的装置相反)的装置的潜在益处是能够在装置的较小横向范围的情况下使装置弯曲。另一潜在益处是关节的更圆和/或更不锋利的曲线，例如，潜在地减小侵入性和/或对组织的损害。例如，参考图5A，具有大曲率半径(例如，在一些实施方案中，关节的最小曲率半径是2-15mm、或4-12mm、或6-10mm或中间值)的长关节和/或关节具有较小的横向范围。例如，较小的横向范围与长关节的中点与有效段长轴的交点之间的长度L相关联，此长度为例如当关节弯曲45°或更多时关节远端的手臂的有效长度(例如，手臂长度B')的5-50％、或10-40％、或更低或更高或中间范围或百分比。
示例性结构、尺寸
在一些实施方案中，躯干厚度(例如直径)和/或肩关节厚度(例如直径)为1mm-20mm、或3mm-15mm、或5mm-10mm或中间值。在示例性实施方案中，躯干直径和/或肩关节直径为大约8mm。
在一些实施方案中，肱骨的厚度(例如直径)和/或肘关节厚度(例如直径)为1mm-15mm、或2mm-10mm、或4mm-8mm或中间值。在示例性实施方案中，肱骨的厚度(例如直径)和/或肘关节厚度(例如直径)约为6mm。
在一些实施方案中，桡骨厚度(例如直径)和/或肩关节厚度(例如直径)为0.5mm-10mm、或1mm-6mm、或3mm-4mm或中间值。在示例性实施方案中，桡骨厚度(例如直径)和/或腕关节厚度(例如直径)为约3-4mm。
在一些实施方案中，肱骨段的中心长轴长度为20-100mm、或40-80mm、或50-70mm、或约60mm或中间值。在一些实施方案中，桡骨段的中心长轴长度为10-90mm、或20-70mm、或30-60mm、或中间值或约50mm。
在一些实施方案中，关节的最小曲率半径为2-15mm、或4-12mm、或6-10mm或中间值。
在示例性实施方案中，关节的最小曲率半径为约10mm。在另一示例性实施方案中，关节的最小曲率半径为6mm。
在一些实施方案中，一个或多个段是细的。在一些实施方案中，细的段具有垂直于长轴长度的约20％或更短、或长轴长度的10％或更短、或长轴长度的8％或更短、或长轴长度的6％或更短或中间值的段长轴的最大范围。细的装置的潜在益处是装置在体内的侵入性降低，例如，与具有相同长度的更宽装置相比，装置移位和/或损伤较少的组织。
图4B是根据本发明的一些实施方案的机械臂404的简化示意性侧视图。在示例性实施方案中，
在一些实施方案中，支撑段和肩关节具有大致相同的厚度和/或横截面形状和/或尺寸。在一些实施方案中，肩关节和肱骨段具有大致相同的厚度和/或横截面形状和/或尺寸。在一些实施方案中，肘关节和桡骨段具有大约相同的厚度和/或横截面形状和/或尺寸。
在一些实施方案中，肘关节和/或桡骨段的厚度(例如，图4B的尺寸C)为1-20mm、或3-15mm、或7-11mm、或约9mm、或更低或更高或中间范围或厚度。在示例性实施方案中，尺寸C为9mm。
在示例性实施方案中，支撑段厚度(例如直径)、尺寸D为8mm。
在一些实施方案中，机械臂的包括肩关节、肱骨段、肘关节和包括末端执行器的长度的桡骨段的部分的中心长轴长度E为50-200mm、或80-150mm、或90-120mm、或约110mm、或更低或更高或中间范围或长度。在示例性实施方案中，长度E为111.7mm。
在一些实施方案中，包括两个或更多个机械手臂的装置的两个支撑段(躯干段)被配置(例如附接到基座)，以使得手臂支撑段的长轴基本上平行(例如在5°或10°或20°内平行)。在一些实施方案中，手臂支撑段的长轴被配置在不同方向上。
与人类臂的示例性结构差异和相似性
在一些实施方案中，两个或更多个段具有类似于人类段长度比的长度比。图4A是根据本发明的一些实施方案的装置400的简化示意性侧视图，其中通过与人上身401的简化示意图相比较来示出装置类人比例。在一些实施方案中，装置和/或臂的两个尺寸之间的比率基本上类似于等效平均人类比率。例如，在一些实施方案中，肱骨段中心长轴长度比桡骨段中心长轴长度长约20％。在一些实施方案中，肱骨段长轴长度比桡骨长度长约15％或约长25％。
在一些实施方案中，沿着柔性部段的中点之间的中心长轴测量有效段长度，或者如果段是最远端段，那么沿着段的远端与将段的近端附接到臂的柔性部段的中点之间的中心长轴测量有效段长度。
在一些实施方案中，装置缺少一个或多个段(例如，完全由柔性部分组成)。在一些实施方案中，有效段长度，在一些实施方案中，被沿着柔性部分中点之间的中心长轴(或者在一些实施方案中，作为直线的长度)来测量。在一些实施方案中，对于最远端柔性部分，有效段长度被沿着最远端柔性部分的远端到被联接到最远端柔性部分的近端的柔性部分中点之间的中心长轴(或者在一些实施方案中，作为直线的长度)来测量。
在一些实施方案中，有效段长度被测量为在相邻段的中心点处与长轴相切的轴的延伸(或者在没有段的情况下，与柔性部分所连接的柔性部分的长轴相切的轴的延伸)的交叉点之间的直线的长度。在一些实施方案中，其中最远端有效段的有效段长度被测量为在相邻段的中心点处与长轴相切的轴的长轴延伸(或者在没有段的情况下，与柔性部分所连接的柔性部分的长轴相切的轴的延伸)的交点到最远端段的远端(或者在没有最远端段的情况下，装置远端终止于柔性部分和/或末端执行器中，到最远端柔性部分的远端)之间的直线的长度。
在一些实施方案中，一个或多个段有效长度比与平均类人段长度比大约相同。例如，重新参见图4B，在一些实施方案中，有效桡骨长度为A，并且有效肱骨长度为B，其中长轴长度A与B的比率大约为人类桡骨与肱骨长度的比率(例如约1:1.2)。
在一些实施方案中，当装置臂处于不同构型(例如，不同柔性部分的不同弯曲程度)时，一个或多个有效段长度比保持在类似于对应的人类段比率的范围内。
图5A示出根据本发明的一些实施方案的可能的装置位置和/或装置随时间的移动的图示。例如，臂构型504示出这种配置，其中当装置臂是直的时，有效段长度A'、B'都从其长度增加。有效段长度从段的中心部分的延伸的中心长轴之间的交叉点测量，并且在最远端段的情况下(例如有效长度A')，从段的远端到交叉点测量。
在一些实施方案中，增加关节处的弯曲会增加单独的有效段长度。例如，有效长度B”小于有效长度B'。然而，有效长度之间的比率，例如有效肱部长度与有效桡骨长度之间的比率最大范围上从当臂处于一个关节弯曲并且另一关节是直的直线位置时的比率改变。例如，当装置臂在肩关节处弯曲并且在肘关节处笔直时，肱骨有效长度从当臂处于直线位置时的肱骨长度增加，而桡骨有效长度从当臂处于直线位置时的桡骨长度保持不变。
图5B至图5D是根据本发明的一些实施方案的机械臂的简化示意性侧视图。
可替代地，有效手臂被认为是连接柔性部段的中心点(纵向和/或径向)的直线。图5B和图5C示出有效手臂，其中具有长度C'的第一有效段是连接肩中点591和肘中点593的直线，并且具有长度D'的第二有效段是连接手腕中点595和肘中点593的直线。
在示例性实施方案中，长度A(图4B)为36.2mm，并且长度B为44mm(图4B)。在示例性实施方案中，长度C'(图5B)为48mm，长度D'(图5B)为40mm，长度C”(图5B)为44mm，并且长度D”(图5B)为36.6mm，并且第一有效段长度与第二有效段长度的比率保持大约相同，(例如，当肩关节保持静止时，对于肘关节的不同弯曲角度)大约为1.2。
可替代地，有效手臂被认为是沿着臂的部分的中心纵向长轴来测量，其中第一段有效长度是沿着从手腕中点到肘中点测量的纵向长轴测量的(例如图5D所示的长度E+F)，并且第二段有效长度是沿着从手腕中点到肘中点测量的纵向长轴(例如，图5D所示的长度G+H)测量的。在示例性实施方案中，长度E为31.3mm，长度F为18.3mm，长度G为18.3mm，并且长度H为23mm。
现在重新参见图4A，在一些实施方案中，装置比人体解剖结构更细。例如，在一些实施方案中，装置段轴向长度相对于最大装置段横截面面积的比率大于平均人体解剖比例，例如，大于1.5倍、或大于2倍、或大于4倍、或大于10倍。
细的装置的潜在益处是通过最小范围地移位组织和/或以最小的组织损伤来接近内部身体目标的能力。例如，在一些实施方案中，插入装置所需的切口尺寸较小。在一些实施方案中，装置包括一个臂并且切口尺寸是或小于17mm、或小于15mm、或小于10mm、或约8mm。在一些实施方案中，装置包括多于一个臂，并且切口尺寸是或小于30mm、或小于20mm、或约16mm。
在一些实施方案中，装置具有相对于装置段长度的比平均人肩部更窄的肩部，例如如在接近第一躯干的肱骨的第一臂端与接近第二躯干的肱骨的第二臂端之间测量的最大装置肩部相对于肱骨长度更小，小于平均人类比的75％、或小于50％、或小于25％。
在一些实施方案中，例如相对于一个或多个臂段长度的躯干长度比人躯干长度更长。长躯干的潜在益处是能够将装置插入患者体内以到达更大范围的所需深度。
示例性臂构型
在一些实施方案中，臂具有不同的几何形状和/或特征。例如，在一些实施方案中，不同的臂具有不同的手持工具：重新参见图1，第一臂104具有剪刀手持工具124，并且第二臂106具有夹具手持工具126。手持工具将在下面更详细地描述。
在一些实施方案中，不同的臂具有不同的段和/或关节几何形状。图6是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂的装置的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，第一臂604具有比第二臂肩关节610更长的肩关节608。可选地，在一些实施方案中，对于不同的臂，段尺寸和/或铰链尺寸和/或移动自由是不同的。
示例性数量的臂
在一些实施方案中，装置包括两个臂。在一些实施方案中，装置包括一个臂。在一些实施方案中，装置包括多于两个臂。图7是根据本发明的一些实施方案的包括多于两个臂的装置700的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，装置700包括第一臂704、第二臂706和第三臂705。
可选地，一个或多个臂具有不同的手持工具。在一些实施方案中，第一臂704具有剪刀手持工具724，并且第二臂706和第三臂705具有夹具手持工具726、725。下面更详细地描述手持工具。
可选地，两个或更多个躯干彼此联接。
在一些实施方案中，一个或多个装置机械手臂大于一个或多个其他手臂。在一些实施方案中，装置包括三个机械臂并且具有大约相同尺寸的第一臂和第二臂，例如段长轴长度和/或关节长轴长度，和/或垂直于段长轴的最大段范围，和/或垂直于关节长轴的最大关节范围。在示例性实施方案中，第三臂大于第一臂和第二臂。
在一些实施方案中，较大的臂具有一个或多个部分尺寸(其中尺寸包括段长轴，关节长轴，垂直于段长轴的段最大范围和垂直于关节长轴的关节最大范围)比对应的第一和/或第二臂段尺寸大1.5倍、或大2倍、或大5倍、或大10倍。较大臂的潜在益处是例如臂施加更大力(例如施加到组织)的能力和/或臂接触组织的更大表面积的能力。
在一些实施方案中，较大的臂(例如较大的第三臂)包括用于控制臂的移动的附加细长元件(例如，如下所述)。例如，在一些实施方案中，较大的臂包括两个细长元件、或多于两个细长元件、或四个细长元件。在一些实施方案中，第三臂包括比第一臂和第二臂更少的关节。在一些实施方案中，第三臂被用于保持和/或推动和/或重新定位患者解剖结构，例如以提供对目标区域的访问和/或增加目标区域上的张力。
在一些实施方案中，通过模拟腿部移动来控制第三臂。在一些实施方案中，通过模拟第一用户腿部的移动来控制第三臂，并且通过模拟第二用户腿部的移动来控制第四臂。
示例性附加工具
可选地，在一些实施方案中，装置700包括一个或多个附加部件，其中此部件被例如联接到机械手臂。在一些实施方案中，将部件插入体内，可选地插入与一个或多个机械装置手臂相同的切口中，例如此部件是附加工具。
在一些实施方案中，装置700包括工作隧洞740。在一些实施方案中，工作隧洞由装置臂内的开口和中空部分形成。在一些实施方案中，工作隧洞是单独的部件。在一些实施方案中，工作隧洞740提供对臂的位置的访问，例如用于传送缝合线。
在一些实施方案中，装置700包括用于抽吸和/或冲洗的管742。可选地，管742被插入穿过工作隧洞740。在一些实施方案中，抽吸管被用于在手术期间抽取流体(例如，血液)，如在外科领域中已知的。
在一些实施方案中，装置包括一个或多个成像装置(例如，摄像机、超声装置)，例如用于从患者体内提供图像。内部摄像机在下面更详细地描述。
在一些实施方案中，装置包括一个或多个传感器，例如以提供关于装置内和/或患者体内的状况的信息，所述传感器例如温度传感器、运动传感器、压力传感器。在一些实施方案中，一个或多个压力传感器被用于向用户提供力反馈。
在一些实施方案中，躯干和可选的附加工具并且被紧密地定位和/或联接在一起，例如彼此在20mm、或10mm或5mm内，潜在的益处是将装置插入小切口和/或小自然腔道中。
在一些实施方案中，使用附加工具来保持和/或推动用户组织，例如以保持组织远离切割，以向将要被切割的组织提供张力。可选地，用于保持组织的手持工具包括扩张部分，其表面可以通过一个或多个部分展开和/或充气和/或滑过其他部分(例如扇形结构)而扩张。
示例性系统
在一些实施方案中，包括多个臂的装置是外科和/或治疗系统的一部分。图8是根据本发明的一些实施方案的系统850的简化示意性框图。
在一些实施方案中，系统包括用户控制852，用户通过此控制852引导包括多个臂的装置800。
在一些实施方案中，装置800包括一个或多个成像装置856。
在一些实施方案中，装置800包括装置控制器855，例如马达(例如用于控制臂段的移动)。
可选地，装置控制的一个或多个零部件在装置外部。可选地，装置控制的一个或多个零部件是手动的，例如其中用户直接控制移动(例如通过将装置插入和/或提取到体内，例如通过拉动一个或多个细长元件，例如通过旋转一个或多个段伸展部)。
在一些实施方案中，系统850包括一个或多个成像装置858，例如外部成像装置(例如，超声波)。
在一些实施方案中，系统包括显示器854，例如以向用户显示信息和/或图像。
在一些实施方案中，系统850包括数据库860，例如用于存储由成像装置856、858采集的图像。
可选地，系统850包括一个或多个处理应用。在一些实施方案中，装置控制是自动的，其中处理应用例如控制马达和/或致动器移动。
在一些实施方案中，成像装置856和/或成像装置858和/或数据库860和/或显示器854中的一个或多个包括处理应用。在一些实施方案中，单个处理应用控制多于一个系统元件。例如，在一些实施方案中，用户控制852和显示器854是单个单元(例如，计算机和/或触摸屏)的一部分。
在一些实施方案中，系统850的一个或多个部分在不同的位置处。例如，在一些实施方案中，装置800在第一位置，并且用户控制852和显示器854在第二位置。例如，有助于患者由外科医生在不同位置进行操作，例如在不同的房间和/或数公里之外。
示例性外科装置控制系统
在一些实施方案中，使用输入装置来控制外科装置(例如，外科系统的移动)。可替代地或此外，在一些实施方案中，通过测量的用户身体移动来控制外科系统。
图42A是根据本发明的一些实施方案的控制系统4250的简化示意性框图。
在一些实施方案中，系统4250包括输入装置4200ip，其中输入装置4200ip包括一个或多个传感器4210。在一些实施方案中，一个或多个传感器4210基于输入装置的位置产生输出(例如，传感器在本文件的其他地方更详细地描述)。
可选地，在一些实施方案中，输入装置4200ip包括一个或多个用户接口4212，例如一个或多个按钮和/或触摸屏(例如安装到输入装置臂)。
可替代地或此外，在一些实施方案中，用户接口被安装到输入装置的另一部分，例如安装在外科装置支撑件上和/或安装在另一位置(例如病床)上。
可选地，在一些实施方案中，输入装置4200ip包括例如用于处理和/或存储由传感器4210和/或用户接口产生的信号的内部处理器和/或存储器(未示出)。
作为输入装置4200ip的替代或补充，在一些实施方案中，系统4250包括用户移动检测设备4256。在一些实施方案中，设备4256包括一个或多个运动检测传感器4758。在示例性实施方案中，运动检测传感器4758是一个或多个摄像机。在一些实施方案中，一个或多个运动检测传感器4758包括用于从收集的图像检测用户身体部分位置和/或移动的内部处理器，并且内部处理器将检测到的身体部分位置发送到处理器4716。在一些实施方案中，传感器4758将原始图像数据发送到处理器4216。
在一些实施方案中，系统4250包括处理器4216，其从输入装置4200ip(和/或用户运动检测设备4256)接收信号，并且基于接收到的信号产生控制一个或多个外科装置马达4214的控制信号。
在一些实施方案中，例如在生成控制信号时，对通过处理器从输入装置接收的信号(例如，如下面“示例性滤波”部分中所描述的)进行滤波。
可选地，在一些实施方案中，处理器4216与显示器4254通信。例如，在示例性实施方案中，显示器例如基于从输入装置4200ip和/或外科装置马达4214接收的信号来显示输入装置和/或外科装置的图形表示。
示例性控制方法
在一些实施方案中，装置手的移动和取向通过用户手的移动和/或输入装置的移动以及装置的其他部分的移动来控制，通过机器人来控制，例如通过如本领域已知的逆运动学来控制，其中逆运动学涉及在一些身体段在3D空间中的给定运动的情况下计算身体段的关节角度。
在一些实施方案中，使用机器人控制装置的一个或多个关节的移动和/或位置，例如逆运动学可选地具有移动约束。
在一些实施方案中，一个或多个关节(和/或段)的移动由对应的用户关节的测量的映射移动和/或对应的输入装置关节的测量的移动来控制，其中一个或多个其他关节被例如通过机器人自动地控制。用户控制一个或多个关节的潜在益处是用户控制装置的路径，从而例如避免障碍物(例如避免对例如器官的障碍物的损害)。
在一些实施方案中，装置臂末端执行器(例如手持工具)的移动通过对应的用户身体部分的测量的映射移动和/或对应的输入装置部分(例如，用户腕关节和/或手位置和/或桡骨远端)的测量的映射移动来控制，并且一个或多个其他关节的移动被例如通过机器人自动地控制。
在一些实施方案中，用户在期望的路径(例如，身体内)上(例如在障碍物周围)对装置进行导航(例如，由所显示的图像辅助)。当用户指定关节的路径和/或移动时，在一些实施方案中，装置的运动比使用机器人控制的装置的效率更低(例如，速度更慢，路径长度更长)，其中例如，自动地计算和/或优化末端执行器在期望位置中的位置的移动。
在一些实施方案中，一个或多个装置臂的控制是半机器人化的，其中用户身体部分的测量移动和/或输入装置的测量移动被用作机器人计算的起点，其中(例如使用逆运动学)计算装置的位置和/移动。在一些实施方案中，在映射测量的用户身体移动时，一个或多个装置部分的位置在用户身体位置的30％内或20％内或10％内。
图42B是根据本发明的一些实施方案的控制装置臂的方法的流程图。
在4302处，可选地，初始化(例如匹配)外科装置和/或用户臂和/或输入装置臂的位置。在一些实施方案中，在4302处，初始化外科装置臂位置(例如，段长轴之间的角度)和用户臂位置。
在4304处，测量用户关节移动和/或输入装置移动。
在一些实施方案中，一旦装置臂和用户臂(和/或输入装置臂)大致在相同位置(例如，在一些实施方案中，只有在用户装置臂位置之间的差异高于公差时才需要匹配)，那么在4304处，测量至少一个用户臂的位置。
在4306处，处理所测量的移动。在一些实施方案中，处理包括将测量的输入对象移动映射到外科装置关节移动，例如其中用户身体移动被例如使用用户解剖结构到关节解剖结构的映射来用于控制装置。
在一些实施方案中，输入装置移动到外科装置移动的映射包括将有效输入装置段之间的角度映射到有效外科装置段之间的角度。先前描述的是有效外科装置段的不同描述，在不同的实施方案中，在本文件中描述的确定和/或测量有效外科装置段的每种方法被用于将输入装置移动映射到外科装置移动。
在一些实施方案中，输入对象装置部分的映射中点(例如关节的中点)被用于控制外科装置(例如，通过将输入对象装置关节中点的移动映射到外科装置关节中点)。
在一些实施方案中，映射包括对输入对象结构与外科装置结构之间的差异的校正。
可选地，在一些实施方案中，处理包括对测量的移动进行过滤(例如，以移除不允许的移动)。在一些实施方案中，处理包括根据控制模式的处理，例如关于图48所描述的控制模式(例如，在定时模式中引入时间延迟)。
在4308处，根据处理的期望装置移动来移动一个或多个外科装置臂。
包括输入装置的示例性外科系统
在一些实施方案中，外科系统包括可通过输入装置的移动来控制的外科装置。在一些实施方案中，(例如在腹腔镜手术期间)将外科装置插入患者体内。
图43是根据本发明的一些实施方案的用户4464使用输入装置4400ip来控制外科装置4400的照片。
在一些实施方案中，输入装置包括输入装置第一臂4404ip和输入装置第二臂4406ip。在一些实施方案中，输入装置包括少于或多于两个臂，例如一个臂、三个臂、2至6个臂。
在一些实施方案中，每个输入装置臂控制对应的外科装置臂的移动，例如输入装置第一臂4404ip控制外科装置第一臂4404ip，并且输入装置第二臂4406ip控制外科装置第二臂4406。
在一些实施方案中，输入装置臂被用于控制外科装置的另一部分，例如插入有外科装置的成像器。在一些实施方案中，多于一个臂被用来控制外科装置的单个部分(例如臂)。
在一些实施方案中，外科装置包括第一手术臂4404和第二手术臂4406。在一些实施方案中，输入装置包括第一输入装置臂和第二输入装置臂，其中例如第一输入装置臂4404ip的移动控制第一手术臂的移动并且/或者第二输入装置臂的移动控制第二手术臂4406ip的移动。
在一些实施方案中，用户例如通过用用户的手抓住和/或引导输入装置的一部分来手动地移动输入装置。在一些实施方案中，用户用用户的手和/或臂引导输入装置臂的多于一个部分。例如，如图43所示，用户4464通过用用户的手4464h抓住和/或引导输入装置桡骨4424ip来控制输入装置臂桡骨，同时用用户的手腕和/或臂4464w引导输入装置肱骨4416ip。
在示例性实施方案中，用户抓握每只手中的一个输入装置臂的一部分。例如，如图43所示，用户通过抓握和/或引导输入装置桡骨来移动每个输入装置臂4404ip、4406ip。
图43是根据本发明的一些实施方案的用户4464使用输入装置4400ip来控制外科装置4400的照片。
在一些实施方案中，如前所述，外科系统使用测量的用户身体移动来控制外科装置。
图44A是根据本发明的一些实施方案的示出外科系统的使用的简化示意图。在一些实施方案中，(例如，通过切口4562)已插入患者4560体内的装置4500的移动通过模仿用户4564的移动来控制。
例如，如先前关于图42A所述，在一些实施方案中，系统包括运动检测设备。在示例性实施方案中，一个或多个传感器被安装在显示器上(其中显示器的示例性功能例如在本文件的其他地方进行描述)。
外科系统的部分的示例性定位
图44B和图44C是根据本发明的一些实施方案的外科系统的简化示意图。在一些实施方案中，需治疗(例如进行手术)的患者4760至少部分地由患者支撑表面4780(例如外科手术台和/或病床，术语患者支撑表面在本文中也可互换地称为“床”)支撑。在一些实施方案中，可选地安装到床4780的外科装置4700被用于对患者4760进行治疗(例如，对患者4760进行手术)。在一些实施方案中，外科装置4700的至少一部分例如通过自然腔道(例如阴道)和/或通过切口而插入患者4760体内。
在一些实施方案中，输入装置4700ip被定位在患者附近，例如安装在病床上和/或在此专利的1m或50cm或20cm内。在一些实施方案中，将用户(例如，外科医生)置于患者附近的能力使得用户能够在无菌区内，和/或潜在地减少用户在紧急情况下的响应时间，例如潜在地使得外科医生能够与患者和/或医疗团队的其他成员进行通信。
在一些实施方案中，输入装置4700ip被附接到病床和/或地板(例如，支撑件5101ip，图45D中被联接到病床和/或地板)。
在一些实施方案中，例如，如图44B所示，输入装置4700ip被定位成使得外科医生被定位在传统的腹腔镜手术位置，例如在患者躯干附近。
在一些实施方案中，例如如图44C所示，输入装置4700ip被定位在患者腿部之间(例如，输入装置4700ip的尺寸和/或形状被设定成使得其配合在患者腿部之间(例如，至少部分张开的)。例如，在一些实施方案中，输入装置手术覆盖区(例如，由输入装置占用的地板空间)为1cm2-1m2、或10cm2-50cm2、或20cm2-50cm2、或更低、或更高、或中间范围或区域。
例如，在示例性实施方案中(例如，如图44C所示)，患者4760的腿展开，例如其中腿由附接到床4780的镫形件(未示出)保持。外科装置4700例如被阴道插入专利4760中，并且输入装置4700ip和/或外科医生4764位于患者双腿之间。
在一些实施方案中，外科系统包括显示器4764(例如，如参考图8的显示器854所描述的)。在一些实施方案中，显示器4764被定位和/或成角度以在腹腔镜手术中复制显示器的位置，例如如图44B所示。在一些实施方案中，患者身体形成显示器，其中例如投射到患者身体上的是图像(例如来自插入患者体内的摄像机和/或由成像器(例如MRI、CT、超声等)收集)。
在一些实施方案中，显示器4764被定位和/或成角度以复制开放手术外科医生的治疗视点，即使治疗是腹腔镜手术，例如如图44C所示。
现在参考图44A，在一些实施方案中，此外或可替代地，通过用户的所测量的身体移动来控制装置。在一些实施方案中，为了用户利用测量的身体移动来控制装置移动，用户处于可允许的区域中，例如检测用户身体移动的摄像机的指定视野。在一些实施方案中，系统包括关于可允许区域的指示(例如，地板上的标记、标记的和/或指定的椅子)。在一些实施方案中，可允许区域可由用户调节(例如，在一些实施方案中，用户将运动检测设备移动到期望位置)。
使用输入装置的示例性控制
在一些实施方案中，用户通过移动对象(本文称为“输入对象”或“化身”)来控制装置。
在一些实施方案中，通过用户移动装置的一个或多个部分的化身来控制装置在患者体内的一个或多个部分的位置和/或移动。在一些实施方案中，化身是装置的一个或多个部分的模型，可选地是微型或放大的。可选地，化身包括一个或多个传感器，在一些实施方案中，此传感器测量化身的位置和/或移动。在一些实施方案中，使用运动捕捉技术来测量化身的移动。在一些实施方案中，化身包括标记和/或至少部分以反射材料进行涂覆，例如以帮助运动捕获。在一些实施方案中，化身是固定控制台的一部分。
在一些实施方案中，化身是手持的和/或可固定到桌子和/或书桌上。
输入装置移动到外科装置移动的示例性映射
图45A是根据本发明的一些实施方案的输入装置臂4804ip的简化示意性侧视图。图45A是根据本发明的一些实施方案的外科装置臂4804的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，输入装置臂4804ip控制外科装置臂4804。
在一些实施方案中，输入装置结构具有与外科装置的比率和/或尺寸(可选地缩放)基本相同(本文也称为“匹配”)的一个或多个比率和/或尺寸，以及可选地不与外科装置的尺寸和/或比率匹配的一个或多个其他尺寸和/或比率。
例如，在示例性实施方案中，输入装置和外科装置的两个有效段长度之间的长度比例基本上相同，例如具有0-5％、或0-1％、或0-0.5％或者较低或较高或中间范围或值的比率之间的差值。其中有效段长度是在其他段的长轴的交叉点之间和/或在轴交叉点与段的终点之间的段的中心长轴的长度。
例如，参考图45A：输入装置臂4800ip肱骨4812ip的有效长度是在肱骨长轴4813ip与支撑件(例如支撑长轴4803ip)和桡骨长轴4817ip的交叉点之间测量的长度Hip。输入装置臂4800ip桡骨4816ip的有效长度是在桡骨长轴4817ip与输入装置桡骨4816ip的终止点的交点之间测量的长度Rip。
潜在地，对应于不包括末端执行器的长度的有效外科装置桡骨长度的有效输入装置桡骨长度意味着对于具有不同末端执行器(例如，不同尺寸的末端执行器)的外科装置维持控制的精度。
在一些实施方案中，输入装置与外科装置之间的一个或多个匹配段长度比率使得例如尽管在装置之间存在结构差异，但是使用输入装置能够直观地控制外科装置。例如，在一些实施方案中，外科装置(例如，如本文件其他部分所描述的)包括长连接部分，而在一些实施方案中，(例如，如图43和/或图45A和/或图45G所示)输入装置臂关节包括枢轴。
在一些实施方案中，输入装置与外科装置之间的有效段长度比率匹配，但实际段长度比率不匹配。例如，在一些实施方案中，外科装置包括长连接部分(例如，如本文件题为“示例性长关节”的部分中所描述的)，并且能够控制外科装置的输入装置包括短连接部分，例如枢轴连接部(例如，如图45A所示)。潜在地，优点是易于控制输入装置(例如输入装置段围绕枢轴自由旋转，例如输入装置段不以不想要的自由度从长关节移动)和/或具有非角度形状(例如不太可能损坏患者组织)的外科装置。
在示例性实施方案中，一个或多个输入装置段的厚度(例如，圆柱形段的直径和/或最大段横截面尺寸的直径)不同于(例如大于)外科装置的直径。增加的输入装置段厚度潜在地为传感器和/或锁定装置提供空间(例如，如关于本文件中的其他地方的图46A、图46F所描述的)和/或为用户提供具有舒适和/或容易的尺寸的输入装置以用于调遣。
在示例性实施方案中，输入装置段厚度为20-26cm、或13-18cm、或13-26cm、或更低、或更高或中间范围或厚度。
在示例性实施方案中，外科装置段厚度为6-8cm、或4-8cm、或4-6cm或更低、或更高或中间范围或厚度。
在示例性实施方案中，外科装置段厚度与输入装置段厚度之间的比率为1:0.5至1:3、或更低、或更高或中间范围或比率。
在示例性实施方案中，外科装置段长度与输入装置段长度之间的比率为1:0.5至1:3、或更低、或更高或中间范围或比率。
外科装置段之间的角度的示例性控制
在一些实施方案中，两个输入装置段的长轴之间的测量角度和/或角度变化被用于控制和/或改变两个外科装置段的对应长轴之间的角度。
在一些实施方案中，测量是两个装置段的长轴之间的物理角度(例如角度α)。在一些实施方案中，测量是两个装置段的长轴之间的角度变化。
例如，在一些实施方案中，外科装置肱骨4812的长轴4813与外科装置支撑件4802的长轴4803之间的角度α'由输入装置肱骨4812ip的长轴4813ip与输入装置支撑件4802ip的长轴4803ip之间的角度α控制。
例如，在一些实施方案中，外科装置桡骨4816的长轴4817与外科装置肱骨4812的长轴4813之间的角度β'由输入装置桡骨4816ip的长轴4817ip与输入装置肱骨4812ip的长轴4813ip之间的角度β控制。
在示例性实施方案中，使用相邻输入装置段与对应的相邻外科装置段之间的角度的一对一映射来控制外科装置。
外科装置段的旋转的示例性控制
图45C是根据本发明的一些实施方案的输入装置臂4804ip的简化示意性侧视图。
在一些实施方案中，输入装置段围绕段的长轴的旋转被用于控制对应的外科装置段的旋转。
在一些实施方案中，测量是物理旋转角度。在一些实施方案中，测量是旋转角度的变化。
示例性输入装置结构
图45G是根据本发明的一些实施方案的输入装置的简化示意性侧视图。
在一些实施方案中，一个或多个输入装置臂段(例如，段)，其中相邻的段通过连接部段(例如关节)连接。在一些实施方案中，例如与外科装置的一些实施方案不同，一个或多个臂连接部段是枢轴关节。
在一些实施方案中，一个或多个输入装置臂(例如臂4904ip和/或臂4906ip)包括通过第一连接部段(例如4908、4910)联接到第一段(例如4912ip、4914ip)的支撑段(例如4902ip、4902aip)，其中第一段(例如4912ip、4914ip)被通过第二连接部段(例如4920ip、4922ip)联接到第二段(例如4916ip、4918ip)，并且第三段(例如4924ip、4926ip)被通过第三连接部段(例如4928ip、4930ip)联接到第二段(例如4916ip、4918ip)。
在一些实施方案中，一个或多个(例如，所有)输入装置段可围绕段长轴旋转。
在一些实施方案中，相邻段长轴(屈曲)之间的角度是可调节的。
在一些实施方案中，一个或多个支撑段4902ip、4904ip被连接到输入装置平台4960。
在一些实施方案中，支撑段相对于平台4960的角度是可调节的，其中例如在装置的设置期间(例如，由用户调节臂)和/或在输入装置的使用期间进行调节。在一些实施方案中，一个或多个输入臂支撑部段(例如，支撑部段4920ip)被在孔4982上的可调节点处连接到平台4960。在一些实施方案中，一个或多个输入臂支撑部段的角度例如被初始化以平行或垂直于地板。在一些实施方案中，输入臂支撑部段的可调节角度使得能够初始化臂位置，其中例如平台相对于地面成角度。
在一些实施方案中，输入装置支撑部段的角度的调节被用于改变外科装置支撑段的角度，例如外科装置(例如通过端口)进入患者体内的角度。在一些实施方案中，使用不同的控制方法来改变(例如，通过端口和/或自然腔道)进入患者体内的外科装置的一个或多个部分的进入角度。在一些实施方案中，外科装置的不同部分(例如不同的手臂)被以不同的角度插入患者体内。在一些实施方案中，支撑段是细长元件，例如其中连接到手臂支撑段的连接部分和段具有小于支撑结构长度的50％或者小于支撑结构长度的20％(例如，其中外科装置手臂包括与传统腹腔镜工具类似的结构)的最大长度。
在一些实施方案中，输入装置臂4904ip、4906ip之间的间隔可以例如通过将一个或多个输入装置臂可调节地附接到输入装置平台4960来进行调节。在一些实施方案中，一个或多个输入装置臂在装置平台上的位置可在一个或两个或三个尺寸上进行调节。
在示例性实施方案中，平台4960包括滑轨4962，并且每个臂被附接到滑块4964、4966，滑块4964、4966使用蝶形螺母4968紧固到滑轨上的位置中。
图49B是根据本发明的一些实施方案的包括手柄4960、4961的输入装置的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，一个或多个输入装置手臂包括手柄。在一些实施方案中，每个输入装置手臂包括手柄。
在一些实施方案中，输入装置很小，例如潜在地降低成本和/或有助于期望的定位(靠近患者，例如如关于图47A至图47B所描述的)。例如，在一些实施方案中，较小的输入装置手臂具有5-100cm、或10-50cm、或10-30cm、或更低或更高或中间范围或尺寸的最大尺寸(例如，当被拉直时)。
在一些实施方案中，输入装置被构造成使得连接部段枢轴点不在有效段之间的交叉处。例如，参考图45A，连接部段4820ip枢轴点4820piv不在轴线4813ip与4817ip之间的交叉处。在一些实施方案中，与段的轴线的交叉点(例如，轴线4813ip与4817ip之间的交叉点)相比，枢轴点(例如枢轴点)4820piv被设置成更靠近围绕枢轴点枢转的段(例如，段4av12ip、4816ip)的纵向中心点。潜在地，其中段之间的枢轴点被设置成更靠近围绕枢轴点旋转的段的纵向中心点的输入装置结构匹配外科装置结构，其中段之间的关节较长。在一些实施方案中，枢轴点实现180°和/或大于180°的弯曲。
在一些实施方案中，输入装置包括一个臂。在一些实施方案中，输入装置包括两个臂或多于两个臂。在一些实施方案中，输入装置包括用于每个插入的外科装置臂的臂。例如，在一些实施方案中，输入装置包括用于每个机械外科装置臂的臂和用于控制摄像机(例如，图10A的摄像机1078)的附加输入装置臂。
包括手柄的示例性输入装置
在一些实施方案中，输入装置臂包括一个或多个手柄。在一些实施方案中，移动输入装置臂(例如，为了控制外科装置的对应部分的移动)的用户抓握手柄。
图45D是根据本发明的一些实施方案的包括手柄5160的输入装置臂的简化示意性侧视图。
在一些实施方案中，用户用一只手抓握把手5160，例如，在一些实施方案中，用户控制两个输入装置臂，每只手一个。
在示例性实施方案中，手柄5160包括具有筒部5162和握持部5164的枪形(例如，手柄5160是腹腔镜工具手柄，在一些实施方案中，本领域的其他腹腔镜工具手柄被用于手柄5160)。其中，例如筒部5162具有与输入装置桡骨5116ip的长轴5117ip平行(例如共线)的筒长轴5166。
在一些实施方案中，握持部5164的长轴5168包括垂直于筒部长轴5166的部件，例如握持部长轴5168与筒部长轴成角度θ为45-135°、或70-110°或约90°、或更低或更高或中间范围。在一些实施方案中，筒部长轴和握持部分长轴是共面的。
在一些实施方案中，握持部分5164的尺寸和形状被设定成适于由用户的手舒适地握持，例如具有圆形截面，其中握持部的最大横截面尺寸为2-8cm。
手柄5160的潜在益处是舒适的用户控制，同时维持输入装置的几何形状与外科装置之间的直观关系(例如，输入装置的一个或多个手臂长度比率与外科装置的输入比率基本相同)。手柄5160的另一潜在益处是能够使输入装置较小，同时维持用户以期望的方式移动输入装置的能力(例如，与舒适和/或容易由用户控制移动相比更小)。
图52A是根据本发明的一些实施方案的包括手柄的输入装置臂的简化示意性侧视图。图52B是根据本发明的一些实施方案的外科装置臂的简化示意性侧视图。图52A和图52B示出输入装置对手术臂的控制，其中输入装置长轴的角度基本上匹配外科装置的段长轴。
示例性用户接口
在一些实施方案中，系统包括一个或多个用户接口，例如，在一些实施方案中，输入装置包括一个或多个用户接口。
在一些实施方案中，一个或多个输入装置用户接口被安装在输入装置臂上，例如以使得握持臂的用户在维持用户手部位置的同时使用用户接口。例如，重新参见图44，输入臂4404ip包括按钮4462，在图43中，用户4464在保持输入装置臂4404ip的同时正在使用按钮4462(用户的手指处于按压按钮4462的位置)。在示例性实施方案中，按钮4462被联接到弹簧加载的杆，其中按钮4462的按压导致联接部段旋转。在一些实施方案中，旋转传感器感测旋转的范围。
示例性用户接口包括按钮、滑动按钮、滚轮、触敏按钮和/或LCD显示器。
在一些实施方案中，安装在输入装置上的用户接口控制末端执行器，例如打开和/或闭合末端执行器(例如，打开和/或闭合具有相对部分的末端执行器，例如剪刀、夹具)。例如，在示例性实施方案中，来自与按钮4462相关联的旋转传感器的信号被用于控制对应的末端执行器。
例如，重新参见图43，在一些实施方案中，按钮4462控制外科装置末端执行器4424的打开和闭合。
在一些实施方案中，用户按下按钮4462以改变末端执行器4424配置(从打开到闭合或者从闭合到打开)。在一些实施方案中，按钮4462的按下范围控制末端执行器4424的打开范围。例如，在关于完全打开的末端执行器4424的按钮4462的完全按下和/或关于闭合的末端执行器4424的按钮4462的没有按下和/或关于末端执行器4424的打开程度的按钮4462的按下程度。在一些实施方案中，按钮
在图45A至图45B(按钮4862)、图45G(按钮4962、4964)和图45D(按钮5166、5164)中示出附加的示例性用户接口按钮。
在一些实施方案中，当用户停止对按钮施加压力(例如，弹簧加载按钮)时，用户接口按钮返回到原始状态。可选地，返回到原始状态的按钮将外科装置末端执行器返回到原始状态。可替代地，在一些实施方案中，按钮保持在适当位置(例如，按压和/或半按压位置)，直到用户释放按钮。
在示例性实施方案中，按钮5166的相对移动被用于控制末端执行器的致动。在一些实施方案中，用户按压按钮5166以打开和闭合对应的外科装置臂末端执行器。
在示例性实施方案中，滚动按钮5165被联接到棍，其中旋转传感器测量按钮5165的旋转。在一些实施方案中，滚动按钮5165被用于控制末端执行器的打开和/或闭合。在一些实施方案中，一个或多个按钮(例如滚动按钮5165)控制与机械臂一起插入的摄像机和/或收集图像的显示器。
在一些实施方案中，对应的外科装置末端执行器围绕末端执行器长轴和/或围绕末端执行器所联接到的段的长轴的旋转通过手柄5160围绕轴线5166的旋转来控制。可替代地或此外，在一些实施方案中，对应的外科装置末端执行器的旋转通过按钮5165的旋转来控制。在一些实施方案中，手柄5160围绕轴线5166和按钮5165的旋转控制对应的外科装置末端执行器的旋转，例如以使得用户能够避免和/或移出不舒服和/或不符合人体工程学的手柄位置。
在一些实施方案中，用户手动移动输入装置的一个或多个部分以操作末端执行器。例如，在一些实施方案中，输入装置包括剪刀，并且用户手动地打开和闭合剪刀，从而例如控制外科装置剪刀的打开和控制。在一些实施方案中，输入装置包括联接到输入装置手臂的远端的多个部分，并且例如，一个或多个部分的移动(例如手动移动)控制外科装置末端执行器的对应部分的移动。
使用输入装置的示例性缩放
在一些实施方案中，输入装置臂包括与外科装置臂尺寸相同或更大的部分。在示例性实施方案中，输入装置的段有效长度与外科装置的段有效长度的比率在5:1与1:1之间、或在3:1与1:1之间、或者更低或更高或中间范围或比率。潜在地，包括比手术臂更大的输入装置臂的系统有助于用户对外科装置的精细移动控制。
在一些实施方案中，外科系统包括不同尺寸的输入装置臂和/或不同尺寸的外科装置臂。例如，在一些实施方案中，用户根据手术(例如，手术中的手术移动的尺寸)和/或用户偏好来选择输入装置臂尺寸。例如，在一些实施方案中，输入装置包括不同尺寸的臂，例如臂控制相同尺寸的外科装置臂。例如，在一些实施方案中，用户(例如，从不同尺寸的输入装置臂的套件中)选择外科装置臂，并且随后选择输入装置尺寸。在一些实施方案中，用户在治疗(例如手术)期间改变输入装置，例如当需要精细的手术移动时将输入装置改变成更大的装置。
在一些实施方案中，用户手动控制用户手部在外科装置上的移动的缩放。在一些实施方案中，用户可以通过选择桡骨的一部分来抓握来对于相同的手部移动产生输入装置臂桡骨的远端(例如，与外科装置末端执行器的位置相关)的更大或更小的移动：例如，用户的手在输入装置桡骨的远端处和/或附近抓握输入装置臂的移动(例如，如图44所示)产生桡骨的远端部分的比当用户更近地(更接近桡骨与肱骨之间的连接)握住输入装置桡骨时的相同的手部移动更小的移动。
在一些实施方案中，附接到用户使用以移动输入装置的至少一部分(例如，如在前面的部分“包括手柄的示例性输入装置”中所描述的手柄)的段的手柄提供用户移动的缩放。例如，在一些实施方案中，手柄向输入装置段的远端伸展，这意味着较大的用户手部移动被转化为手柄所附接的段的近端的较小移动。
具有可调节缩放的示例性输入装置
在一些实施方案中，输入装置包括可调节缩放，其中例如用户移动(例如，用户手移动)被缩放不同的量。
手柄滑动以改变从手柄到夹具的距离。
图45E是根据本发明的一些实施方案的包括手柄5360的输入装置臂5304ip的简化示意性侧视图。图45F是根据本发明的一些实施方案的包括伸展的手柄5360的输入装置臂5304ip的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，手柄5360与段5316ip的间隔增加(例如从图45E中所示的间隔L到图45F中所示的间隔L')，这意味着手柄的用户移动转化成段5316ip的较小移动。
在一些实施方案中，手柄的可能间隔量从最小值连续到最大值，并且例如用户选择间隔量。可替代地，在一些实施方案中，手柄间隔的离散量由输入装置臂提供。
示例性输入装置连接部分
图54A至图54B是根据本发明的一些实施方案的包括不同配置中的输入装置段5412ip、5415ip之间的连接5408ip的输入装置臂5404ip的一部分的简化示意性侧视图。
如本文件中别处所述(例如如关于图45C、图45G所描述的)，在一些实施方案中，输入装置段可围绕段长轴旋转，例如第二段5412ip在方向D1上围绕段中心长轴的旋转将图46A中所示的输入装置臂5404ip的部分转移到图46B中所示的配置。
在一些实施方案中，相邻输入装置臂段之间的一个或多个连接包括枢轴连接。在一些实施方案中，相邻段相对于彼此的屈曲是围绕枢轴连接部进行的。例如，围绕枢轴连接5408ip在方向D2上旋转的第一段5412ip将图46B中所示的输入装置臂5404ip的部分转移到图46C中所示的配置。
输入装置移动的示例性测量
在一些实施方案中，安装在输入装置上和/或内部的传感器测量输入装置移动，并且此测量的移动被用于控制外科装置的移动。
在一些实施方案中，输入装置的一个或多个部分包括传感器。在一些实施方案中，一个或多个输入装置段包括测量段的旋转的传感器。在一些实施方案中，输入装置包括一个或多个传感器，其感测一个或多个输入装置关节的屈曲程度。
重新参见图46A，在一些实施方案中，运动传感器被安装在输入装置连接部分上。在一些实施方案中，一个或多个传感器感测第一段5412ip围绕枢转轴线5470的旋转，从而(例如传感器)产生对应于第一段5412ip相对于段5404ip的屈曲的信号。在一些实施方案中，一个或多个传感器感测第二段5412ip围绕段长轴(图46A中未示出)的旋转。
在一些实施方案中，连接部分包括两个托架，托架连接并与每个段一起屈曲，托架在枢轴点周围连接在一起。
在示例性实施方案中，连接部分5408ip包括联接到第一段5412ip的外部托架5472，其围绕内部托架5474枢转。在一些实施方案中，第二段5412ip被联接到内部托架5474并且可在内部托架5474内旋转。
在示例性实施方案中，段5404ip被联接到轴齿轮5476，其中轴齿轮5476在内部托架5474内与段5416ip一起旋转，例如当段10av16ip旋转时，轴齿轮5476在内部托架5474内滑动。外托架5472包括第一齿轮5478和第二齿轮5479。在一些实施方案中，第一齿轮5478和第二齿轮5479随着第二段5412ip相对于第一段5412ip的屈曲而旋转。
在一些实施方案中，轴齿轮5476与第一齿轮5478和第二齿轮5479接合，轴齿轮5476围绕段5404ip长轴的旋转致使第一齿轮5478和第二齿轮5479围绕轴线5470在不同的旋转方向上旋转。在一些实施方案中，段54121p、5414ip相对于彼此的屈曲导致第一齿轮5478和第二齿轮5479围绕轴线5470在相同的旋转方向上旋转。
在一些实施方案中，连接部分5408ip包括两个传感器。例如，在示例性实施方案中，连接到外托架5472(例如安装在外托架5472上和/或内)的第一传感器5482感测第一齿轮5478的旋转(例如，旋转方向和/或旋转量)，并且第二传感器5484感测第二齿轮5479的旋转。在一些实施方案中，两个传感器(每个传感器感测第一齿轮5478和第二齿轮5479之一的旋转)提供足够的信息来测量段相对于彼此的屈曲5412ip、5416ip(其中两个齿轮10av78、5479在相同方向上旋转)以及第二段5474围绕段长轴的旋转(其中齿轮10av78、5479在不同方向上旋转)。
可替代地，在一些实施方案中，每个输入装置臂段包括感测段的旋转的至少一个传感器和感测段之间的屈曲的附加传感器。
在示例性实施方案中，传感器5482、5484是磁差分编码器(例如，转子编码器)，其中例如传感器感测安装在齿轮上的磁体的位置。其他运动传感器(例如光学编码器)被设想和包含在本发明中。
在一些实施方案中，输入装置的每个相邻段对之间的每个连接包括如关于图46A所描述的连接部分。在一些实施方案中，来自多于一个连接部分的传感器输出被用于例如在段同时屈曲和旋转的情况下确定段处的屈曲和/或旋转。
重新参见图45D，在一些实施方案中，位置传感器包括电连接器5164。其中连接器5164例如从位置传感器(例如，无线地和/或使用导线和/或电缆连接连接器来)发送信号。
示例性输入装置锁定机构
在一些实施方案中，输入装置包括一个或多个锁定机构。在一些实施方案中，用户锁定输入装置的一个或多个部分。
例如，在一些实施方案中，在过程期间，用户期望一个或多个外科装置部分保持静止同时移动其他段，用户将对应的输入装置部分锁定在适当位置，并且随后继续使用输入装置移动外科装置的其他部分。
例如，在一些实施方案中，在安全警告时，用户手动和/或系统自动锁定输入装置的一个或多个部分，从而例如防止外科装置的进一步移动。在一些实施方案中，锁定到最后位置。在一些实施方案中，锁定到归位位置(例如输入装置移动到归位位置，并且随后锁定在此位置中)。
例如，在一些实施方案中，当用户放开和/或松开对控制输入装置的抓取和/或休息时，输入装置的一个或多个部分被手动和/或自动地锁定在适当位置。例如，在一些实施方案中，输入装置包括检测用户与输入装置(例如压力传感器)的接触的量(例如，接触面积和/或强度和/或接触压力)的一个或多个传感器。在一些实施方案中，在检测到(例如通过传感器信号与阈值的比较，其中阈值例如被存储在存储器中)失去接触和/或接触不足时，输入装置被自动锁定(例如，接收传感器信号的处理器生成和/或发送命令信号到输入装置以便锁定机构)。
在一些实施方案中，当处于锁定配置时，单个锁定机构防止段的旋转以及相邻段之间的屈曲。在一些实施方案中，锁定机构位于两个段之间的连接处。
在一些实施方案中，锁定机构包括防止齿轮5476、5478、5479中的一个或多个的旋转的一个或多个元件
图46D是根据本发明的一些实施方案的包括处于解锁配置的锁定元件的输入装置臂连接部分5508ip的简化示意性侧视图。图46E是根据本发明的一些实施方案的包括处于锁定配置的锁定元件的输入装置臂连接部分5508ip的一部分的简化示意性侧视图。
在示例性实施方案中，锁定元件5586锁定第一齿轮5578和第二齿轮5579，例如以防止齿轮5578、5579旋转。在一些实施方案中，锁定元件5586被连接到外托架5572。
参考图46E，其中锁定元件5586处于锁定配置。在一些实施方案中，锁定元件5586包括固定到外托架5572的齿轮，其防止第一齿轮5578和第二齿轮5579旋转。在一些实施方案中，固定的第一齿轮5578和第二齿轮5579防止轴齿轮5576(以及在一些实施方案中，段5516ip)旋转。
在一些实施方案中，锁定元件例如通过用户手动推动元件而手动地在锁定配置与解锁配置之间移动。在一些实施方案中，致动器(例如自动地和/或在接收到用户输入时)移动锁定元件5586。
在一些实施方案中，在每个连接部分处的单个锁定机构(例如5586)能够锁定所有输入装置段的旋转和屈曲。潜在的优点是减小输入装置臂的尺寸和/或复杂性。
可替代地，在一些实施方案中，每个连接部分包括多于一个锁定机构，例如用于防止段的旋转的机构和用于防止段的屈曲的另一个机构。
齿轮锁定元件的潜在益处是锁定的高阻抗能力，从而提供安全锁定。然而，在一些实施方案中，齿轮锁定提供离散数量的锁定位置。
图46F是根据本发明的一些实施方案的包括锁定机构的输入装置臂连接部分5608ip的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，锁定机构防止齿轮5676、5678、5679中的至少一个旋转。
在一些实施方案中，第一锁定元件5686被用于防止第一齿轮5678旋转。在一些实施方案中，第一锁定元件6286是围绕连接到第一齿轮5678的轴(在图46F中不可见)而紧固的元件，并且当例如锁定元件5686被围绕轴紧固时，锁定元件6286与轴之间的摩擦增加。
在示例性实施方案中，第一齿轮5678和第二齿轮5679中的每一个可分别使用第一锁定元件5686和第二锁定元件5688而锁定。锁定两个齿轮的潜在益处是增加锁定强度。在一些实施方案中，轴齿轮5676也通过锁定机构来锁定。
在示例性实施方案中，第二锁定元件5688具有部分地围绕连接到第二齿轮5679的轴的形状，并且通过朝向彼此拉动锁定元件端部5690、5692而将第二齿轮锁定就位，例如通过拉动附接到端部5690、5692的线材(未示出)。锁定元件5688、5690的潜在益处是将关节锁定在任何位置中(例如，连续锁定)的能力。然而，在一些实施方案中，锁定强度受到锁定元件(例如5688)与锁定元件被紧固的部分(例如，轴5691)之间的摩擦力的限制。
通过模仿用户身体移动的示例性控制
在一些实施方案中，装置臂的一个或多个部分(例如关节)的移动通过用户臂中的对应部分的测量移动(例如，装置关节移动控制对应装置关节的移动)来控制。在一些实施方案中，在本文件中用于装置部分的解剖名称是当用户移动被用于控制装置时用户体内的对应部分的名称。
在一些实施方案中，装置臂的段的相对于彼此的位置(段长轴之间的角度)由用户臂的段相对于彼此的位置来控制(例如装置臂与用户臂的位置相匹配)。
在一些实施方案中，装置和臂位置(段长轴之间的角度)在初始化过程中对准，并且通过移动控制维持位置匹配和/或控制。例如，如果装置臂和用户臂在相同位置开始并且用户移动被精确地映射到装置，那么臂保持在匹配位置。在示例性实施方案中，装置的移动和装置段的位置都通过测量的用户移动来控制。参考图47B，图像B1-B4示出装置臂，其中通过用户臂(图像A1-A4)的测量来控制臂和装置位置。
图47A是根据本发明的一些实施方案的示出用户和装置臂的移动的一系列摄影图示。
A1示出伸开的用户臂，并且B1示出模仿在装置肱骨的长轴与装置桡骨的长轴之间大约180°的此臂取向的装置臂。为了从A1中的位置移动到A2中的位置，用户在肘部处弯曲他们的手臂(肘部屈曲)。B2示出模拟在肱骨长轴与桡骨长轴之间大约90°此臂取向的装置臂。为了从A2中的位置移动到A3中的位置，用户在(用户的)向前方向上(内旋)旋转他们的肱骨。
B3示出通过将装置肱骨旋转大约90°来模拟此臂取向的装置臂。为了从A3中的位置移动到A4中的位置，用户旋转他们的手部，以使得他们的手掌面向用户的前方(手腕内翻)。B3示出通过顺时针旋转桡骨大约90°来模拟此臂取向的装置臂。
可选地，在一些实施方案中，例如相对于装置臂的装置摄像机位置由例如相对于用户臂的用户头部位置来控制。在一些实施方案中，装置摄像机位置由用户头部移动来选择性地控制，例如从而允许用户转动他们的头部以查看显示器，而不移动装置摄像机。在一些实施方案中，用户头部位置的模仿在位置范围内。在一些实施方案中，在用于控制摄像机之前，对头部移动进行过滤(例如，装置摄像机不会模仿快速和/或意外的用户头部位置)。
用户移动的示例性测量
在一些实施方案中，例如为了使用户控制装置，(例如通过重复地测量臂部分的位置和/或取向)测量用户臂移动。在一些实施方案中，测量使用运动捕捉技术(例如，使用一个或多个红外运动检测摄像机)。图47A示出根据本发明的一些实施方案的使用运动捕捉技术的装置臂的控制。在图47B中，测量的关节位置在图像A1-A4上示出为白圈。
在一些实施方案中，捕获一个或多个用户臂的图像。在一些实施方案中，测量包括提取关节的位置和/或移动，例如3D空间中的关节的位置和/或移动、关节相对于彼此的位置和/或移动。在一些实施方案中，关节被建模为空间中的点和/或区域，其例如从图像中提取。
可替代地或此外，在一些实施方案中，测量一个或多个其他臂参数，例如一个或多个段的移动、段之间的角度。例如，在一些实施方案中，一个或多个段通过空间中的段长轴线来建模，此线例如从图像中提取。例如，在一些实施方案中，测量(例如从图像中提取)段之间的角度和/或段之间的角度变化。
在一些实施方案中，通过在用户(例如反射标记)上放置标记(例如，在关节处)来帮助用户臂位置的测量，如运动捕获领域中已知的。在示例性实施方案中，标记是4mm的球形。在示例性实施方案中，使用kinectTM运动捕获技术。
此外或可替代地，在一些实施方案中，例如固定到用户的一个或多个传感器测量用户身体位置和/或运动(例如，位置传感器、运动传感器)。
在一些实施方案中，用户持有工具化身(例如剪刀、抓紧器)，并且(例如使用运动捕获)测量工具位置和/或取向和/或移动和/或致动(例如打开、闭合)的测量，并且用于控制装置工具(例如手持工具)。在一些实施方案中，工具化身的测量取向被用于测量用户手腕旋转。在一些实施方案中，工具化身包括反射涂层以辅助运动捕获。
示例性用户运动控制位置，例如就座或站立
在一些实施方案中，当用户处于就座位置时，用户利用用户身体运动来控制外科装置。在一些实施方案中，用户是站立的。其他示例性位置包括诸如靠在支撑件(例如桌子和/或墙壁)上。在一些实施方案中，根据用户位置(例如，如果用户就座或站立)来定制运动检测(例如，由处理器(例如，图42A的处理器4216)来实现)。
如下面更详细描述的，在一些实施方案中，就座与站立位置之间的过渡被用于改变系统的模式
在一些实施方案中，对用户是否就座或站立的检测是基于测量的脊柱位置之间的测量的高度差和/或臀部中心到脚之间的测量距离和/或其他身体部分之间的距离。
测量的用户移动的示例性映射
在一些实施方案中，用户手臂的测量被映射到用于控制装置的装置。在一些实施方案中，用户臂部分(例如，段和/或关节)被映射到对应的装置部分。在一些实施方案中，映射是自动的，并且部分的移动的所提取的测量被自动映射到解剖等效物(例如桡骨到桡骨，肱骨到肱骨)以便进行控制。可替代地，在一些实施方案中，在装置的使用之前和/或期间，由用户定义测量的用户段到装置段的映射。例如，在一些实施方案中，例如当肩关节靠近脆弱的组织部分时，用户通过用户手部段来设置对装置肩关节的控制，例如为了便于控制。
在一些实施方案中，例如一旦用户臂部分被映射到装置臂部分，那么映射用户部分的测量移动以用于控制装置部分的移动。
在一些实施方案中，装置臂段之间的一个或多个比率与人类比率大致相同(例如，桡骨段的长度比肱骨段的长度短20％)，并且例如测量的用户臂移动与装置臂移动之间的映射的一个或多个部分是比例。例如，在一些实施方案中，装置段长度近似是人类臂段长度的缩小版本，并且用户手臂移动例如缩小到用于控制装置的装置。
例如，在一些实施方案中，装置臂具有为用户臂长度(不包括躯干)的十分之一的长度(不包括躯干)，其中当笔直时长度被测量为臂的长轴长度(用户和装置)，从肱骨与躯干相交的位置到手持工具的远端尖端和/或桡骨。随后，在一些实施方案中，如果例如用户桡骨的远端在x方向上移动10cm，那么装置桡骨的远端在x方向上对应地移动1cm。
在示例性实施方案中，测量用户关节的移动。通过关节测量来计算用户段之间的角度和/或角度变化。在一些实施方案中，所计算的角度和/或角度变化被用于控制装置、段移动，例如两个用户臂段之间的角度的10°的增加对应于装置臂中的对应段之间的角度的10°的增加，由装置段移动的距离被正确地缩放。
在一些实施方案中，针对使用不同映射的装置控制来映射用户的不同部分的测量移动。例如，在一些实施方案中，用于控制装置末端执行器的映射是与用于控制其他装置部分的映射不同的映射，例如以用于减少一些装置部分的移动。
在一些实施方案中，例如当不同的人类臂在段之间具有不同的比率时，装置(例如在用户开始使用装置之前)被校准到单个用户。在一些实施方案中，当用户的臂是直的时，通过测量用户臂段的长度来测量用户臂长度。例如，当用户臂保持笔直时，(例如，在3D空间中)测量的关节位置提供关节之间的段的长度。在一些实施方案中，在治疗中使用装置之前，系统在用户臂(或臂)与装置臂(或臂)之间执行自动校准。
在一些实施方案中，人类臂和装置臂具有不同的段比率(例如，装置是螃蟹状的，具有比肱骨更长的桡骨)，并且例如装置随着相对移动(如别处所述)而移动。例如，在一些实施方案中，通过根据用户手部的位置和/或移动来移动装置末端执行器，同时使用测量的用户肘和肩关节位置和/或移动作为起始点来控制具有不同比率段的装置，以用于其他装置关节的机器人控制。
在一些实施方案中，装置控制包括多于一种映射模式。在第一模式中，例如对于粗略定位移动，装置以1:1的映射模拟用户段角度。在替代模式中，例如对于精细工作(例如，一旦装置被定位那么就进行手术)，较大的用户手势被用于控制精细的装置移动，例如在一些实施方案中，用户的肱骨围绕肩关节的20°偏转产生装置肱骨的2°的偏转。
在一些实施方案中，用户通过将臂移动到指定位置(例如，扶手)来选择精细工作模式。
示例性初始化
在一些实施方案中，在初始化期间，用户将用户臂和/或输入装置臂位置(例如如上所定义的臂位置)匹配到外科装置臂位置(可选地用于两个用户臂和两个装置臂，每个用户臂对应于装置臂)。
例如，在一些实施方案中，用户观看装置的图像，并且移动他们的臂(和/或输入装置臂)以复制外科装置臂的取向。在一些实施方案中，用户接收例如在显示器和/或音频上可视的反馈，以指导用户臂(和/或输入装置臂)与外科装置臂的匹配。在一些实施方案中，用户同时匹配两个臂。
在一些实施方案中，外科装置臂位置与用户臂位置(和/或输入装置臂位置)相匹配。例如，一旦用户臂(和/或输入装置臂)处于期望位置，外科装置臂(例如自动地)移动到外科装置臂关节的位置和/或段相对于彼此的角度和/或装置臂的取向模拟用户臂(和/或输入装置臂)的位置中。在一些实施方案中，当对装置—用户臂对进行初始化时，外科装置臂的一部分在空间中保持静止(例如，躯干和/或末端执行器)，并且其他部分移动以将外科装置初始化到用户位置(和/或输入装置位置)。在一些实施方案中，用户定义静态部分。
可选地，例如通过使用机器人(例如运动学和/或运动约束)自动地初始化外科装置臂。
在一些实施方案中，例如在将外科装置插入身体之前，将外科装置初始化为特定的用户解剖结构。例如，一个或多个段长度是可调节的。例如，在一些实施方案中，调节一个或多个段长度，例如以使得段比率与用户手臂的段比率相同。例如，在一些实施方案中，调节一个或多个段长度，例如以使得两个段长度的段和/或比率匹配输入装置的段和/或比率。
在一些实施方案中，例如如果在使用期间(例如在治疗和/或手术期间)外科装置的移动的映射不完全准确，那么在持续时间和/或多次移动和/或移动的距离之后重新初始化外科装置臂。
在一些实施方案中，设置用于测量用户取向和/或装置原点的用户原点(和/或输入装置原点)。例如，在一些实施方案中，空间中的装置取向与空间中的用户取向(和/或空间中的输入装置取向)相匹配。
在一些实施方案中，包括手术臂的系统能够识别手臂何时处于直的和/或初始位置。例如，臂包括传感器，并且接收传感器信号的处理器通过信号推断位置，从而在一些实施方案中识别臂是否是直的。
在一些实施方案中，例如在使用外科装置进行治疗之前，初始化外科装置和输入装置。在一些实施方案中，输入装置到外科装置的初始化包括对准输入装置和外科装置的结构构型(例如，段的长轴之间的角度)。在一些实施方案中，例如一旦对准结构构型(例如，在初始化和/或重新初始化期间)，就设置传感器初始点。
在一些实施方案中，外科装置臂被初始化为直线位置，段长轴是平行(例如共线)的。在一些实施方案中，外科装置臂被设置在直线位置，例如出厂校准到直线位置。在一些实施方案中，使用夹具来拉直外科装置臂。
在一些实施方案中，例如在使用外科系统(例如，图42A所示的系统4250)之前，使用夹具来初始化输入装置臂。例如，在示例性实施方案中，使用夹具来拉直输入装置臂以匹配直的外科装置臂。
示例性重新初始化
在一些实施方案中，外科装置不包括任何运动传感器和/或不提供关于外科装置的构型(例如，段之间的角度等)的反馈。
在一些实施方案中，外科装置臂和输入装置臂被重新初始化(例如，匹配长轴之间的角度)。在一些实施方案中，在系统错误的情况下，例如在外科和/或输入装置臂中的机械问题和/或(例如，在马达和/或传感器中的)电问题的情况下，执行重新初始化。
在一些实施方案中，检测外科装置的构型与输入对象(例如输入装置和/或用户身体部分)的构型之间的差异。
在一些实施方案中，用户检测差异，例如在视觉上识别手术臂的构型的差异(例如，如使用用外科装置插入的图像和/或显示器上显示的手术臂的模型所观察到的)。
在一些实施方案中，外科系统例如基于感测到的输入对象构型与外科装置构型的模型(例如，基于外科装置的马达移动)之间的差异来自动检测差异。
在一些实施方案中，一旦检测到输入对象与外科装置构型之间的差异(例如，超过阈值的差异，例如由图42A的处理器4216确定)，那么暂停输入装置对外科装置移动的控制，例如通过用户将“暂停”指令手动地输入用户接口中和/或(例如，由图42A的处理器4216发起)自动暂停。
在一些实施方案中，可选地在用户被显示的图像(例如，外科装置的实际和/或建模的图像)和/或指令所引导的情况下，对准是通过用户手动地移动输入对象(例如，用户手动地移动输入装置，用户移动用户的身体)。
在一些实施方案中，输入装置的至少一部分例如由输入装置上的致动器(例如由处理器控制)和/或由单独的对准装置自动地对准。
在一些实施方案中，输入装置被用于校准与外科装置和外科装置臂的致动相关联的处理器。例如，在一些实施方案中，在外科装置臂的真实取向与存储在存储器中的臂的取向(例如从例如致动控制信号导出的臂的取向)之间的错配(例如，由于机械问题和/或功率损失)时来执行校准。在一些实施方案中，用户使用输入对象(例如，输入装置)将外科装置臂与存储的臂构型进行对准。
在一些实施方案中，在输入装置和外科装置重新对准之后，恢复通过输入装置的移动来控制外科装置的移动。
在一些实施方案中，输入装置臂的初始化和/或对准用于改变哪个输入装置臂控制哪个外科装置臂。例如，在一些实施方案中，输入装置包括比手术臂更少的臂，例如，在一些实施方案中，使用具有两个臂的输入装置来控制五个外科装置臂。
在一些实施方案中，当用户改变由输入装置臂控制的外科装置臂时，在一些实施方案中，相应的臂被对准和/或初始化，例如，在一些实施方案中，输入装置臂自动移动到将要控制的新的外科装置的位置。
在一些实施方案中，使用输入装置控制多于一个外科装置并且/或者通过不同切口插入的机械臂由输入装置控制。例如，在一些实施方案中，控制经阴道插入患者体内的机械臂的移动的输入装置随后被用于控制已通过腹部中的切口(例如通过肚脐中的切口)插入同一患者(例如同时插入)体内的机械臂。
在一些实施方案中，使用多于一个输入装置(和/或输入对象，例如测量的用户身体移动)来控制一个或多个外科装置，例如以使得多于一个外科医生能够例如同时、例如顺序地对患者进行操作。
可替代地或此外，为了移动输入装置，在一些实施方案中，对准输入装置和外科装置包括移动外科装置的一个或多个部分。
此外或可替代地，在一些实施方案中，重新初始化(例如，如本部分中所描述的)在外科装置的一个或多个部分与用户身体的一个或多个部分之间进行(例如，用户身体的测量的移动被用来控制外科装置的部分的移动)。
示例性过滤
可选地，在一些实施方案中，在装置移动之前，过滤(例如，以移除不期望的和/或有害的移动)从用户移动映射的测量的用户移动和/或期望的装置移动。此外或可替代地，在一些实施方案中，例如在根据输入装置的移动来移动装置之前，对输入装置的测量的移动进行过滤。
在一些实施方案中，对移动进行过滤以移除较大移动。例如，在一些实施方案中，较大移动是使装置离开限定的工作区域(例如腹部)的移动和/或是超过肱骨和桡骨长轴长度的总和的移动。在一些实施方案中，移动被过滤以移除突然移动，例如，测量的突然移动被减慢和/或移除。在一些实施方案中，移除震动(例如快速小的移动，例如映射到桡骨长轴长度的小于20％、或10％或5％的移动，其中移动持续时间小于0.1s或小于0.05s或小于0.01s)。
在一些实施方案中，移动被过滤以移除到不允许和/或损坏区域的移动。例如，在一些实施方案中，防止装置移动到禁止区域，例如器官。在一些实施方案中，试图将装置移动到禁止区域中的用户接收到警报和/或警告，这例如通过显示器、音频警告，通过化身的力反馈，通过联接到用户的装置(例如，输入装置提供反馈)的反馈(例如，振动和/或视觉反馈(例如照明和/或闪光))来实现。
在一些实施方案中，例如在利用装置开始治疗(例如手术)之前，(例如，由用户)标记出禁止区域。
例如，在一些实施方案中，用户描绘禁止区域，例如通过指示外科装置移动以限定允许区域的边缘并且(例如在存储器中)保存所允许区域的指示。例如，在一些实施方案中，用户移动(例如使用输入装置和/或测量的用户移动)外科装置通过边界(和/或到个体边界点)，其中边界线和/或点被保存。
在一些实施方案中，在收集的图像中识别和/或标记禁止区域，例如由插入(例如，使用外科装置)患者体内的成像器(例如摄像机)收集的图像和/或由额外的成像器(例如CT、MRI、超声等)收集的图像。在一些实施方案中，从治疗之前的图像中识别的禁止区域被映射到在治疗期间收集的图像，以生成用于过滤的禁止区域。
例如，在示例性实施方案中，用户摔倒，过滤用户臂移动以移除摔倒，并且外科装置暂停移动。
在一些实施方案中，例如由用户指定和/或来自例如CT、MRI的成像的解剖图包括禁止区域。在一些实施方案中，如果用户试图将外科装置移动到禁止区域和/或将外科装置移动到禁止区域附近，那么就发起警报，例如音频警报、显示警报。
示例性系统模式
在一些实施方案中，系统(例如图42A的系统4250和/或图8的系统850和/或图45的系统4550)包括多种操作模式(本文也称为“状态”)。
图48是根据本发明的一些实施方案的示例性系统模式的简化示意图。
在一些实施方案中，系统包括装置移动控制模式6302，其中输入对象(例如输入装置和/或测量的用户身体移动)的移动控制外科装置的移动。在一些实施方案中，(例如，如下面更详细描述的)存在多于一种装置移动状态。在一些实施方案中，系统同时处于多于一种模式(例如，系统当前处于多于一个外科装置移动控制模式)，例如在一些实施方案中，精细运动模式和相对运动模式同时运行。
示例性外科装置移动控制模式6302在下面更详细地描述，并且包括例如缩放模式6304、其中外科装置的一个或多个部分被充电的电外科模式6306、相对控制模式6308、定时模式同步控制模式6310、禁止区域/模式6312、其中在被用于控制外科装置的移动之前映射和/或过滤输入对象移动的映射模式6318。
在一些实施方案中，模式由用户使用一个或多个用户接口来选择。在一些实施方案中，模式由用户使用手势来选择(例如，如下面更详细描述的)。
在一些实施方案中，系统包括暂停模式6320，其中暂停对外科装置的移动的控制。在一些实施方案中，在选择另一模式之前进入暂停模式6304，例如在一些实施方案中，在外科装置移动控制模式6302之间转换和/或选择和/或取消选择之前进入暂停模式。
在一些实施方案中，系统包括一个或多个恢复模式6322(例如，如下面更详细描述的)。
在一些实施方案中，系统包括一个或多个校准模式，其中例如系统的一个或多个部分被校准和/或初始化。
在一些实施方案中，系统包括一个或多个摄像机控制模式，其中6330(例如与外科装置臂一起插入的摄像机)被控制。在一些实施方案中，利用一个或多个外科装置移动控制模式6302来控制摄像机，例如利用相对控制模式和/或定时模式、禁止区域模式等来控制的摄像机位置。在一些实施方案中，摄像机控制模式6330包括成像模式，例如放大。
在一些实施方案中，系统包括用于不同用户姿势(例如用户就座或站立)的模式。可选地，在一些实施方案中，手势控制在不同的用户姿势中是不同的。
示例性外科装置运动控制模式
在一些实施方案中，系统包括用户运动控制模式，其中用户通过用户身体的运动来控制外科装置的移动。在一些实施方案中，系统包括输入装置控制模式，其中用户通过移动输入装置来控制外科装置的移动。在一些实施方案中，系统包括组合的用户运动控制和输入装置控制模式，其中例如外科装置的一个或多个部分的移动由输入装置的移动来控制，并且外科装置的一个或多个部分由测量的用户身体移动来控制。
示例性暂停模式
在一些实施方案中，存在其中模拟暂停和/或调节用户移动的装置的各种情况。
在一些实施方案中，系统包括暂停状态，其中例如用户身体移动和/或输入装置的移动不影响外科装置的移动。
在一些实施方案中，用户选择性地暂停模拟用户移动的外科装置和/或通过输入装置(例如通过用户接口)的移动控制。例如，如果用户想要休息(例如由于肌肉疲劳)和/或想要改变到更舒适的位置，那么用户通过输入装置暂停模拟用户移动和/或移动控制。在一些实施方案中，用户暂停装置以便例如在之前转换到不同模式。
在一些实施方案中，用户选择性地暂停一个或多个臂，并且随后使用用户臂移动(和/或通过输入装置的移动控制)来选择性地恢复对一个或多个臂的控制。在一些实施方案中，用户使用臂的暂停和选择来控制多于两个臂。例如，用户控制两个臂的移动(例如，使用用户臂移动)，暂停一个或两个臂，并且随后选择两个臂，两个臂中的一个或多个可选地不同于初始两个臂，以恢复移动。
在一些实施方案中，用户暂停装置的一部分，例如为了使用装置的移动自由度，此移动自由度大于人类的移动自由度(和/或使用大于正在使用的输入装置的移动自由度的装置移动自由度)。
例如，在一些实施方案中，用户旋转用户段，直到用户无法再旋转段。随后，用户暂停装置，重新定位段，以使得用户可以继续旋转段，例如转过段。
例如，在一些实施方案中，用户暂停模拟用户手部运动以使装置手部旋转通过比用户手部可能更多的角度，例如使用手作为钻头和/或螺丝刀。
在一些实施方案中，用户暂停与用户输入装置的控制，以便(例如，使用不同的缩放输入装置，例如使用具有不同数量的手臂的输入装置，例如在插入和/或移除装置工具和/或臂时)切换输入装置。
在一些实施方案中，用户暂停对一个或多个手臂的模拟，例如以便在控制方法之间切换(例如，如下所述)。
可选地，在恢复模拟之后，装置和/或用户臂被初始化，例如，如前所述。
示例性恢复模式
在一些实施方案中，在外科装置暂停之后，存在不同类型的恢复模式，其中恢复外科装置的移动控制。
例如，在一些实施方案中，在进入暂停模式时(和/或在离开暂停模式时恢复控制时)，外科装置臂和/或输入装置臂移动到归位位置(例如伸直)；系统处于归位模式。
例如，在一些实施方案中，为了系统移出暂停模式，用户身体部分和/或输入装置部分被与外科装置手臂对准。
例如，在一些实施方案中，在进入暂停模式之后，利用相对控制(例如，如在下面的“示例性相对移动模式”部分中所描述的)来恢复控制。可选地，为了在暂停模式之后进入相对控制模式，例如利用用户接口和/或利用用户手势选择相对移动模式。
示例性缩放模式
在一些实施方案中，系统具有不同的模式，由此相同大小的用户移动(测量的用户身体移动和/或输入装置的用户移动)导致不同大小的外科装置移动。在一些实施方案中，用户在不同的缩放模式(其中用户移动被缩放不同的量)之间转换。例如，在一些实施方案中，用户使用第一缩放模式执行大的初始手术移动(例如切口)，并且随后转换成精细工作模式，其中当由外科装置执行时用户移动按比例缩放，以便例如进行缝合。
示例性定时、延迟、模式
在一些实施方案中，系统包括用于导致外科装置的对应移动的控制移动(例如，用户装置主体部分的测量移动和/或输入装置的用户移动)的定时的不同模式。
在一些实施方案中，装置(例如装置臂)的移动基本上与用户臂和/或输入装置臂的移动同时(例如，延迟小于2秒、或小于1秒、或小于0.5秒、或小于0.1秒)。
可替代地，在一些实施方案中，装置(例如装置臂)的移动被延迟，例如用户进行移动，随后可选地授权移动以用于控制装置的移动。
在一些实施方案中，装置根据用户关节的测量以与用户移动相同的速度来进行移动。可替代地，在一些实施方案中，装置以不同的速度(例如较慢地)移动。
在一些实施方案中，用户(例如，通过用户接口和/或利用用户身体手势)选择延迟量和/或速度变化。
在一些实施方案中，用户执行控制移动(例如通过移动输入装置和/或用户身体移动)以控制外科装置的移动，但是在时间延迟后用户控制移动被存储并用于控制外科装置移动。
例如，在示例性实施方案中，用户记录用户控制移动(例如，在存储器中，例如其中存储器可由图42A的处理器4216访问)。在记录之后，在一些实施方案中，用户(或不同的用户)使用预先记录的移动来开始对外科装置的控制。
在一些实施方案中，用户通过从预编程的移动和/或移动顺序的列表中进行选择来控制外科装置的移动。
在一些实施方案中，记录控制移动的顺序的用户(例如，通过用户接口)选择顺序内的一个或多个断点。在一些实施方案中，当由外科装置执行包括一个或多个断点的控制移动顺序时，外科装置在每个断点处暂停(例如，持续一段时间和/或直到从用户接收到“恢复移动”命令)。
在一些实施方案中，向控制外科装置的用户(例如，使用输入装置和/或利用用户身体移动)显示所记录的移动和/或移动顺序的表示，以用于例如帮助和/或指示用户如何执行程序。在一些实施方案中，显示用户移动与记录的移动的偏差的表示。
示例性相对移动模式
可选地，用户身体的一个或多个部分和/或输入装置的一部分的测量移动控制外科装置的一部分，而外科装置的此部分不具有与测量部分相同的位置，其中外科装置位置是段相对于彼此的取向。
例如，在一些实施方案中，一个或多个段的相对移动由用户移动来控制(例如，装置臂的一个或多个部分未被初始化为用户臂位置)。例如，装置臂的一部分弯曲(例如，装置桡骨与装置肱骨之间的角度小于180°)，并且用户臂是直的(用户桡骨与用户肱骨之间的角度是180°)，但是用户桡骨相对于用户肱骨的弯曲导致装置桡骨相对于装置肱骨的移动(例如在一些实施方案中)相同的度数。
例如，在示例性实施方案中，一个或多个装置臂伸出(例如，以在体内接近目标)，例如在肱骨与支撑部段之间具有90°或更大的角度，并且(例如，为用户提供舒适的工作臂位置)，对应的用户肱骨段被(例如在用户侧)保持向下，例如在肱骨与支撑部段之间具有小于70°的角度。用户手和/或桡骨和/或手腕的相对运动随后分别控制装置手、桡骨和手腕的移动。
示例性同时移动模式
在一些实施方案中，用户关节的测量同时具有多于一个手臂(例如，用户臂、臂和腿、两个臂和一个或多个腿)。在一些实施方案中，多于一个输入装置手臂的移动的测量是同时的。
可选地，随后例如根据测量同时移动外科装置臂。潜在的优点是两个或更多个装置臂一起工作的能力，例如，将一部分组织抓紧在一起，例如将对象从一个手持工具传递到另一个手持工具等。
在一些实施方案中，同时测量用户手臂的移动和用户手和/或工具化身的移动。可选地，移动外科装置臂并且同时致动(例如打开、闭合)装置手持工具。对工具的位置和/或取向的用户控制以及同时使用工具的潜在益处例如类似于传统手术。
移动模式的自由的示例性限制
在一些实施方案中，在受限的移动模式自由中，输入装置和/或外科装置的移动受到限制，其中例如一个或多个关节的旋转在方向和/或量上受到限制，并且/或者一个或多个关节的屈曲受到限制。在一些实施方案中，用户指定一个或多个关节的移动自由的限制。在一些实施方案中，系统包括人类自由的移动模式，其中外科装置和/或输入装置的一部分的移动自由被限制为对应的身体部分的移动自由(例如外科装置臂和/或输入装置装置臂被限于人类臂的映射的移动自由)。
通常，人类(例如臂的)自由移动包括对段的旋转和屈曲角度的限制。可选地，在一些实施方案中，装置例如在一个或多个控制模式期间被限制于人类自由的移动。
模式之间的转换和/或模式选择的示例性控制
在一些实施方案中，系统在通过用户接口(例如，按钮和/或触摸屏和/或计算机终端和/或语音识别单元等)选择的模式和/或模式之间转换。
可替代地或此外，在一些实施方案中，用户通过执行由系统识别的手势来选择模式和/或从一种模式转换成另一种模式。
在一些实施方案中，手势是单个用户移动，例如用户举起用户腿部，例如用户(例如，在就座和站立之间)转换位置。在一些实施方案中，手势利用一个用户身体部分(例如手臂—例如抬起用户腿部)。在一些实施方案中，手势涉及多于一个身体部分的移动和/或定位，例如作为用户跨用户腿部的示例性手势。
在一些实施方案中，手势涉及多于一个顺序移动，例如，用户抬起用户腿部并且随后再次降低腿部。另一示例性顺序手势包括：抬起一只或两只手臂，以使得肱骨相对于地面呈大约45°的角度，并且随后将抬起的手臂向下降低到臀部(与同一肱骨呈90°的角度)。此手势例如用于启动和/或恢复腹腔镜臂的移动。
在一些实施方案中，用户通过将一个或多个身体部分移动到指定位置和/或移动到指定对象来改变模式(例如，启动暂停模式)。例如，在一些实施方案中，用户通过将用户臂搁置在扶手(例如指定的扶手)上来暂停对装置臂的控制。
移动控制的示例性启动，成为操作者
在一些实施方案中，系统为每个用户存储一个或多个标识符(例如存储在存储器中，例如其中存储器可由处理器(例如，图42A的处理器4216)访问)。在一些实施方案中，用户标识符包括用户身体尺寸(例如，通过相对关节位置构建的骨架)。在一些实施方案中，只有具有存储的和/或允许的骨架的用户能够操作此装置。例如，在一些实施方案中，用户进入系统摄像机的视野并且/或者执行初始手势(例如，启动手势)，并且系统在允许用户控制外科装置之前检查检测到的身体部分的位置是否匹配所存储的骨架。
在一些实施方案中，执行启动手势的用户变为操作者。
在一些实施方案中，用户在检测到用户就座时变为操作者，例如在控制椅上和/或就座在控制区中。
示例性确定手势
在一些实施方案中，在系统的用户使用中的一个或多个点处，例如在用户开始使用系统时，在用户改变位置(例如从就座到站立)时，测量并且(在一些实施方案中)记录一个或多个身体部分的一个或多个位置。
在一些实施方案中，手势识别使用记录的用户身体部分位置(和/或存储的身体部分的平均位置)。例如，在示例性实施方案中，当用户坐下时，测量和/或(例如在存储器中)记录一个或多个用户脚的高度。在一些实施方案中，记录的脚高度被用于确定测量的脚高度和/或脚高度的变化是否涉及操作者是否已执行“抬起脚”手势。在运动控制模式中，例如当使用腿和/或脚来控制外科装置(例如装置手臂)的一部分的运动时，使用预先记录的就座脚位置来确定用户的脚是否已移动和/或被用于量化用户的脚的移动量。
外科装置手持工具的示例性控制
例如，如上所述(例如，在标题为“示例性用户接口”的部分中)，用户使用用户接口来控制手持工具(本文中也称为末端执行器)。
在一些实施方案中，用户通过移动输入装置的一部分来控制手持工具，其中此部分对应于手持工具的部分。
可替代地或此外，在一些实施方案中，一个或多个手持工具(本文中也称为“末端执行器”)由用户手的测量移动来控制。在一些实施方案中，手持工具的致动(例如打开和闭合)由用户的手指和/或拇指的相对位置来控制。在一些实施方案中，工具的闭合是当工具的两个或更多个点和/或表面靠近在一起时(例如，剪刀刀片的平坦表面滑动接触和/或接近)。在一些实施方案中，工具的打开是当工具的两个或更多个点和/或表面移动得更远时。
在一些实施方案中，用户控制手持工具的位置和/或移动(例如通过使用用户臂移动来定位桡骨的远端，例如如上所述)，并且同时致动手持工具(例如控制手持工具的打开和闭合)。
在示例性实施方案中，当用户拇指和手指的远端放在一起时手持工具闭合并且/或者当用户拇指和手指的远端移动分开时手持工具打开。
图49A是根据本发明的一些实施方案的打开的用户手的简化示意图。图49B是根据本发明的一些实施方案的包括手持工具的装置臂的一部分的简化示意图，其中手持工具处于打开位置。
图49C是根据本发明的一些实施方案的闭合的用户手的简化示意图。图49D是根据本发明的一些实施方案的包括手持工具的装置臂的一部分的简化示意图，其中手持工具处于闭合位置。在一些实施方案中，装置手持工具从图64B所示的打开位置到图49D所示的位置的转换通过用户的手从图49A所示的位置移动到图49B所示的用户手位置来实现。
在一些实施方案中，通过检测用户拇指和/或一个或多个手指的远端的相对位置来测量用户手的旋转。在一些实施方案中，围绕手长轴旋转的装置手旋转由测量的映射的用户手旋转来控制。
在一些实施方案中，用户执行“快捷”运动以启动装置臂和/或手移动(例如手势)的移动或顺序，例如连接缝线结的移动，用于旋拧和/或钻孔的重复旋转。
图49E是示出根据本发明的一些实施方案的使用测量的用户手的位置的装置手的示例性控制的一系列摄影图示。在一些实施方案中，使用运动捕获技术捕获用户指尖和拇指的位置和/或移动，其中捕获的位置在图像A上示出为白色圆圈。
在一些实施方案中，由用户持有的工具化身的映射的测量取向和/或移动控制装置手持工具的取向和/或移动。在一些实施方案中，工具化身是用户手持工具的微型模型。在一些实施方案中，工具化身包括用户利用抓握化身的手来操纵的部分，以致动工具化身：例如，在一些实施方案中，剪刀手持工具由持有一把剪刀的用户来控制。
例如，在一些实施方案中，用户握住一把剪刀，此剪刀的运动和/或其打开和闭合由装置剪刀手持工具(例如使用剪刀的一个或多个零部件的运动捕获)来模仿。在一些实施方案中，手持工具化身包括标记和/或至少部分以反射材料进行涂覆，例如以帮助运动捕获。
在一些实施方案中，手持工具化身是如上所述的装置化身的一部分。
可选地，在一些实施方案中，化身向用户提供组织的力反馈。例如，剪刀化身抵抗对应于由装置手持工具剪刀切割的组织的阻力的打开和闭合。例如，执行电外科手术的剪刀或夹具。
在一些实施方案中，工具化身向用户提供力反馈，例如提供关于装置工具条件的用户信息。例如，此装置包括一个或多个压力传感器，来自其的数据被用于例如通过一个或多个致动器向用户提供反馈。例如，在示例性实施方案中，剪刀化身提供对用户打开和闭合剪刀的阻力，从而反映出正在切割对应于装置剪刀手持工具的组织的阻力。
示例性成像和显示
包括成像装置的示例性装置
可选地，在一些实施方案中，装置包括一个或多个成像装置(例如，摄像机、内窥镜、超声波等)，其被可选地与包括一个或多个机械手臂的装置一起插入患者体内。在示例性实施方案中，成像装置是摄像机。
在一些实施方案中，摄像机相对于装置手臂的定位大约是人头部到对应的人体臂的平均定位。
例如，在一些实施方案中，摄像机与机械臂的一个或多个部分的距离之间的比率大约与装置的一个或多个部分与等同的人体部分的比率相同。
在一些实施方案中，当人类眼睛来自人类臂和/或手时，摄像机相对于装置臂和/或手被定位在相同的位置处，例如摄像机位于肩关节上方的肱骨的对应(例如，缩放的)长度处。
在一些实施方案中，摄像机被定位成使得图像具有如对应的用户身体部分的人眼所具有的装置部分的视场(FOV)和/或角度。潜在的好处是摄像机提供使用用户身体移动来帮助用户控制的装置的直观视图。
图9A是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂904、906和摄像机978的装置900的简化示意图。图9B是根据本发明的一些实施方案的包括多个臂904、906和摄像机978的装置900的简化示意图。
在一些实施方案中，摄像机978相对于臂的位置是可调节的。例如，如图9B所示，在一些实施方案中，摄像机978例如移动靠近手持工具924、926，例如为近距离工作提供细节图像。这种移动类似于用于近距离工作的自然的人类定位，其中手和头通常靠近在一起用于精细工作。
可选地，用户控制摄像机的位置。在一些实施方案中，用户头部和/或颈部位置和/或移动被测量并且被用于控制摄像机。
在一些实施方案中，成像装置(例如摄像机)例如利用一个或多个装置关节而弯曲。图9C是根据本发明的一些实施方案的包括在装置肩关节处弯曲的多个臂904、906和摄像机978的装置900的简化示意图。
图9D是根据本发明的一些实施方案的包括在装置肩关节处弯曲的多个臂904、906和摄像机978的装置900的简化示意图。如图9D所示，在一些实施方案中，弯曲的成像装置例如相对于装置臂是可移动的。
在一些实施方案中，机械臂(例如，具有如本文件中别处所述的结构)包括摄像机。例如，在一些实施方案中，机械臂末端执行器和/或第三段包括一个或多个摄像机。例如，在一些实施方案中，机械臂包括具有由多于一个刚性部分连接的多于一个柔性部段的结构，其中摄像机被(例如在臂的远端处)设置在臂上。
如在本文件的其他地方(例如，关于图7)所述，在一些实施方案中，一个或多个臂包括比第一臂和第二臂更少的关节。
图10A是根据本发明的一些实施方案的包括机械臂1005的装置1000的简化示意性侧视图，机械臂1005包括摄像机1078。在一些实施方案中，机械臂1005包括通过第一柔性部段1010连接到摄像机1078的支撑部段1002。在一些实施方案中，摄像机1078被设置在臂1005的远端处。
在一些实施方案中，包括摄像机的机械臂的移动由用户头部的测量的移动来控制。例如，通过用户头部在空间中的移动和/或通过用户头部相对于一个或其他身体部分(例如躯干和/或颈部)的移动。
在一些实施方案中，包括摄像机的机械臂的移动由用户手臂(例如，臂)的测量的移动来控制。例如，臂包括至少第一柔性部分和第二柔性部分(例如，如本文件其他部分所述)，第一柔性部分和第二柔性部分的移动分别由用户肩关节和肘关节来控制)。
此外或可替代地，在一些实施方案中，包括摄像机的机械臂的移动通过输入装置的部分的移动来控制(例如，如本文件的其他部分所述)。
此外或可替代地，在一些实施方案中，插入患者体内的一个或多个工具(例如，摄像机，例如机械臂，例如图7的管742)的位置由一个或多个装置臂控制。例如，在一些实施方案中，工具由一个或多个装置臂抓住并移动到期望的位置。例如，在一些实施方案中，工具(例如摄像机，例如图13的摄像机1378)包括可弹性变形部分，以使得在定位工具时，工具保持就位直到工具被重新定位。例如，在一些实施方案中，通过移动管的手术臂来定位抽吸管(例如，图7的管742)。在一些实施方案中，工具(例如，管，例如图7的管742)包括一个或多个可弹性变形部分，以使得例如通过机械装置臂的移动将工具移动到期望位置，从而一旦工具被释放就会返回原始位置。
示例性外部成像装置
现在重新参见图8，可选地，在一些实施方案中，系统包括与装置800分离的成像装置858。在一些实施方案中，当装置800在患者体内移动(例如进行手术)时，成像装置858提供实时成像。例如，在一些实施方案中，使用外部超声来例如在体内提供装置800的图像。
在一些实施方案中，成像装置858(例如，MRI、CT、核成像，超声等)在插入装置800之前收集图像，例如以提供解剖图来有助于手术。在一些实施方案中，成像装置858在装置800在身体内使用期间和/或在装置被移除之后提供图像。
示例性显示器
在一些实施方案中，(例如，向用户)显示图像。例如，在一些实施方案中，显示来自内部成像装置的图像以提供关于装置在患者体内的位置的反馈。重新参见图8，在一些实施方案中，在显示器854上向用户显示一个或多个图像。
在一些实施方案中，显示器854是用户可见的屏幕(例如，计算机监视器)。在一些实施方案中，显示器864是虚拟现实(VR)环境的一部分，例如显示器864是VR眼镜内的一个或多个屏幕。
示例性显示图像
在一些实施方案中，显示器854示出患者体内的装置800的图像。在一些实施方案中，显示由一个或多个内部摄像机提供的图像，其中摄像机例如与显示装置800(例如图9A的摄像机978)一起插入。在一些实施方案中，图像由单独的成像器提供，例如外部超声成像器。在一些实施方案中，显示实时图像，例如来自患者体内的摄像机的实时图像、外部实时成像(例如，外部超声)。在一些实施方案中，预先获取所显示的图像，例如CT、MRI、核成像图像。在一些实施方案中，图像是计算的图像，例如解剖模型。
示例性图像处理
在一些实施方案中，显示收集的图像。例如，在一些实施方案中，直接显示由内部摄像机捕获的图像。例如，在图45中，由显示器4554显示的上部图像4554a是由摄像机4501提供的图像。
可替代地或此外，在一些实施方案中，在显示之前处理图像。
在一些实施方案中，组合和/或叠加图像以便进行显示。例如，在一些实施方案中，实时成像(例如，来自患者内的摄像机)与先前采集的图像或其他数据(例如，CT和/或MRI和/或解剖模型和/或装置传感器数据等等)叠加或同时显示。
在一些实施方案中，在显示之前重新定向图像。现在参考图45，例如在一些实施方案中，内部摄像机4501具有视场(FOV)4501a并且从一个方向查看身体部分，并且此器官的用户视图4564a来自另一个方向：在一些实施方案中，从摄像机捕获的图像被重新定向到用户视图，例如在显示器4554上显示的下部图像4554b，其显示由摄像机4501收集的图像，此图像已定向到患者4564a的用户视图。例如，在一些实施方案中，包括摄像机的装置被通过阴道插入，从而提供装置臂和子宫的近侧视图，但是患者处于手术床上的仰卧位置，并且例如子宫的用户视图是在后方向。在一些实施方案中，从摄像机捕获的图像(例如通过处理应用)被处理并且重新定向到用户视图。
在一些实施方案中，用户(例如，通过用户接口)控制所显示的视图，例如用户旋转和/或放大或缩小图像。在一些实施方案中，相对于患者的测量的用户视图(例如，用户头部相对于患者和/或装置的距离和取向)被用于重新定向所捕获的图像。
示例性装置支撑件，可选地，装置不需要来自用户的支撑
在一些实施方案中，装置是独立的，并且例如不需要用户支撑。在一些实施方案中，装置的一个或多个部分至少部分地由支撑件来支撑。在一些实施方案中，用户不直接与装置交互。在一些实施方案中，装置的移动基本上是自动的。
图11A是根据本发明的一些实施方案的系统1150的简化示意图，其中装置1100由支撑件1182保持。
在一些实施方案中，装置1100被联接到床1180。在一些实施方案中，患者1160位于床1180上，以便使用装置1100进行外科手术。在一些实施方案中，装置的一个或多个部件，例如装置控制(例如马达)的一个或多个零部件位于床的下面，例如在壳体1184中。在一些实施方案中，支撑件1182将装置1100连接到壳体1184。可选地，其他部件(例如变压器)到其他部件(例如显示器)的连接位于壳体1184中。
在示例性实施方案中，用于控制装置的移动的主马达单元位于壳体1184中，其中例如在一些实施方案中，扭矩传递元件将来自壳体1184内的马达的扭矩传递到装置1100，并且/或者用于实现装置关节的屈曲的细长元件被联接到壳体1184内的马达。
在一些实施方案中，使用位于床下方的马达单元来控制装置在床上方的移动是通过取向控制器进行的，例如使用平行四边形链节机构，例如如国际专利申请公开号WO2011/036626中所描述的链节机构，所述申请在本文通过引用以其整体并入本说明书中。
位于床下(例如，在壳体1184内)的一个或多个部件的潜在益处是系统在手术室中的占用面积减小。位于床下方而不是上方和/或床周围的部件的另一潜在益处是潜在地改善了对患者的接近(例如在紧急情况下)。
联接到床的装置的潜在益处是，例如在手术期间，当装置相对于床和/或患者保持在相同位置时，移动和/或改变床的角度的能力。可替代地或此外，在一些实施方案中，例如在用装置治疗之前和/或在手术期间，相对于患者和/或床的装置位置是可调节的。
可选地，在一些实施方案中，支撑件1182将装置移动到手术位置。在一些实施方案中，支撑件1182将装置移动到用于插入到患者1160体内的期望位置。在一些实施方案中，支撑件1182垂直地和/或水平地和/或横向地移动装置，并且/或者将装置1100插入患者1160体内和/或从患者抽回装置1100。
在图11A所示的实施方案中，支撑臂1182和壳体1184位于1584的足端处。这个位置的潜在益处是通过患者的底架(例如，通过阴道)较容易进行手术。在图11A中，患者1160被示出处于用于将装置插入阴道的合适位置，患者的双腿被抬高并分开(例如由未示出的镫形件保持)。
图11B是根据本发明的一些实施方案的系统1150的简化示意图，其中装置1500由支撑件1582保持。在图11B所示的实施方案中，支撑臂1182和壳体1184位于床1180的长轴中心处。此位置的潜在益处是使用此装置易于进行腹部和/或胸部手术。
在一些实施方案中，在床下方的壳体位置和/或围绕床的臂与壳体接触的位置是可调节的。例如，臂和/或壳体针对不同的手术进行移动。
图12是根据本发明的一些实施方案的系统1250的简化示意性侧视图，系统1250包括具有由支撑件1282保持并且联接到操作表面1280的两个臂1200的装置。
可选地，在一些实施方案中，装置支撑件1282将装置1200联接到操作表面1280(例如，通过其来支撑患者的台/床)。在一些实施方案中，装置支撑件1282例如沿着整个装置支撑件长度是柔性的。在一些实施方案中，装置支撑件1282包括联接段的链。在一些实施方案中，用于致动装置1200的马达1284位于支撑头部内。
柔性和/或可调节装置支撑件的潜在益处是在各种位置和/或角度下相对于操作表面来定位装置的能力。另外的潜在益处包括：小的系统占地面积，更短的准备时间，例如患者准备(例如麻醉)，容易的对接过程。另外的潜在益处包括，可选地在利用装置的治疗和/或手术期间改变患者下体相对于患者上身的位置的能力，例如可选地在治疗和/或手术期间调节特伦德伦伯卧位位置的能力。另外的潜在益处包括小成本和/或固定设备的尺寸和/或不需要专用手术室，例如因为装置和/或系统是可容易移动的(例如，小尺寸和/或重量和/或缺乏对特殊手术室基础设施的要求)。
在一些实施方案中，将装置从不在患者上方的方向(例如，横向地，例如在患者双腿之间)插入患者体内。在一些实施方案中，将装置附接到患者病床能够实现不是从上方的插入方向。
在一些实施方案中，外科系统包括端口，装置例如通过此端口插入患者体内。在一些实施方案中，端口被联接到患者，例如插入到自然腔道和/或切口中。
在一些实施方案中，端口被联接到支撑件。图13是根据本发明的一些实施方案的包括通过支撑件1382联接到操作表面1380的端口1312的系统1350的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，装置1300和端口1312被通过同一个支撑件1382联接。
在一些实施方案中，装置和端口由不同的支撑元件保持。图14是根据本发明的一些实施方案的包括端口支撑件1482b和装置支撑件1482a的系统1450的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，装置1400和端口1412都被联接到操作表面1480。可替代地或此外，在一些实施方案中，装置1400和/或端口1412由联接到一个或多个其他对象的支撑物(例如地板、天花板)保持。
支持件(例如，装置和/或端口支持件)的潜在益处是减少装置和/或端口的不期望的移动。
在一些实施方案中，支撑件是腹腔镜定位器，例如包括到支撑表面轨道的附接件。在一些实施方案中，商业可获得的手术定位臂适于与本发明的装置一起使用，例如由瑞士的出售的手术臂。
图15是根据本发明的一些实施方案的由支撑件1582保持的装置1500的简化示意图。
在一些实施方案中，支撑件1582被附接到患者手术表面的一部分，例如轨道1502。在一些实施方案中，支撑件1582在轨道1502上的附接的位置是可调节的，例如能够线性调节支撑件到患者手术表面的附接位置。
在一些实施方案中，支撑件1582被附接到端口1512和马达单元1514(在一些实施方案中，马达单元1514的操作例如如关于图40的马达单元4000所述)，装置1500通过附接到马达单元1514而得到支撑。
在一些实施方案中，支撑件1582包括多个关节，其中段之间的角度和/或段长度是可调节的，例如以使得能够调节包括机械手臂和/或端口1512和/或马达单元1514的装置1500的位置和/或角度(例如，其致动装置1500手臂)。
在一些实施方案中，一个或多个马达被用于相对于系统的一个或多个部分(例如，相对于端口1512和/或马达单元1514)将装置1500移入和/或移出患者体内。在一些实施方案中，马达单元1514包括用于一个或多个装置臂相对于马达单元的移动的一个或多个马达，其中例如一个或多个支撑段位置相对于马达单元而改变。在一些实施方案中，装置1500的移动由用户使用输入对象控制和/或用户接口来控制。
示例性用户握持装置
在一些实施方案中，装置由用户握持。
例如，在一些实施方案中，用户在控制装置的同时保持位置并且/或者插入装置，例如利用一个臂握持装置从而利用另一个臂来控制装置臂移动，例如手动地插入装置，一旦插入装置，就利用用户臂来控制装置臂移动。
例如，在一些实施方案中，第一用户支撑件和/或将装置插入患者体内，并且第二用户控制装置臂在患者体内的移动。
在一些实施方案中，装置通过支撑件和用户提供的附加手动支撑和/或装置引导而部分地支撑。
示例性使用方法
图16是根据本发明的一些实施方案的装置的使用方法的流程图。
在1686处，将包括多个臂的装置通过患者体内的切口而插入。在1688处，对象控制装置臂移动，例如测量的用户臂移动和/或测量的输入装置(例如由用户移动的)的移动在患者体内引导装置臂移动。在1690处，通过切口移除装置。
示例性切口和手术类型
在一些实施方案中，装置在使用单个切口的手术中使用。在一些实施方案中，装置用于腹腔镜手术，包括例如SILS(单切口腹腔镜手术)。图17A是根据本发明的一些实施方案的患者体内单个切口的简化示意图。在一些实施方案中，装置被通过单个切口而插入，如图17A所示，其示出单个肚脐切口。
在一些实施方案中，装置的不同部分被插入到多于一个切口中。图17B是根据本发明的一些实施方案的患者体内多个切口的简化示意图。例如，在一些实施方案中，第一装置臂被通过第一切口而插入，并且第二装置臂被插入第二切口中。在一些实施方案中，装置被通过单个切口而插入，并且附加工具(例如用于腹腔充气的工具)被通过一个或多个单独的切口而插入。
图17C是根据本发明的一些实施方案的患者体内切口的简化示意图。图17C中所示的切口大于将装置插入体内所需的切口和/或大于腹腔镜手术切口。例如，皮肤表面上的切口的最大范围大于1cm或更大、或2cm或更大、或10cm或更大、或20cm或更大。在一些实施方案中，使用此装置，其中插入的装置的至少一部分和/或装置的皮肤水平下的一部分对于用户是可见的。可选地，例如当装置至少部分可见时，系统缺乏插入体内的成像器并且/或者不向用户显示图像。
进入自然腔道中的示例性插入
在一些实施方案中，装置被用于NOTES(自然腔道内镜外科手术)。在一些实施方案中，包括至少一个机械手臂的装置(例如，如本文件中其他地方所述)被插入自然腔道中，例如阴道、直肠、口。在一些实施方案中，一旦装置被插入自然腔道中，装置就通过自然腔道中的切口进一步插入体内。在一些实施方案中，一旦装置插入自然腔道中，装置就通过自然通道(例如食道、结肠)并且随后可选地通过自然通道中的切口而进一步插入体内。
当执行NOTES时，使用装置的治疗和/或操作的潜在益处是装置在身体内弯曲的能力，从而潜在地提供接近目标(例如目标的手术和/或治疗)的宽范围的角度。
在一些实施方案中，包括一个或多个接合机械臂的装置在插入狭窄的孔和/或腔时提供大范围(例如比较不柔性的腹腔镜工具更大)的进入方向和/或治疗移动。
图18是根据本发明的一些实施方案的包括至少一个机械手臂(例如，如本文件中其他地方所描述的)的装置被通过执行手术的自然腔道而插入的简化示意图。在一些实施方案中，装置被插入患者阴道中，并且进一步通过(例如阴道中的)切口而插入患者体内。图18示出包括多个臂1804、1806的装置，多个臂1804、1806已从阴道穿过子宫颈插入子宫1892中。装置手持工具1824、1826在输卵管1894管上进行手术，其中通过子宫中的切口1862进入。
在示例性实施方案中，包括至少一个机械手臂的装置(例如，如本文其他部分所述)被通过阴道而插入，并且通过后穹窿中的切口而插入道格拉斯陷凹中，以例如对子宫进行手术(例如，进行子宫切除术)。在替代实施方案中，包括至少一个机械手臂(例如，如本文件中其他地方所描述的)的装置被通过鼻孔和/或口而插入鼻窦，以对鼻窦进行手术。在替代实施方案中，包括至少一个机械手臂(例如，如本文件中其他地方所描述的)的装置被通过食道而插入，以对胃进行手术。
远程定位的示例性机械臂控制器
在一些实施方案中，包括用于装置臂段的旋转和/或装置臂段的弯曲的元件(例如马达)的控制器被远程定位，例如在一些实施方案中，控制元件(例如马达)位于装置躯干中和/或位于装置支撑件中(例如，如前所述)。
屈曲和伸展的示例性远程控制
在一些实施方案中，借助于联接到每个段的细长元件(例如线、丝带、带、电缆)来远程控制段围绕关节的屈曲和/或伸展和/或弯曲(例如，有效段相对于彼此的屈曲和/或伸展)；联接到元件的段通过(例如牵拉、释放)改变一个或多个细长元件的张力而屈曲或伸展。在一些实施方案中，通过拉动第一细长元件(例如，联接到段的第一侧)而使段在一个方向上弯曲，并且通过拉动第二细长元件(例如，联接到段的第二侧(例如，与段的第一侧相反))而使段拉直。
在一些实施方案中，用于控制段和/或有效段的弯曲的一个或多个细长元件在装置的一个或多个中空部分内联接到装置。例如，如关于图34B的细长元件3480和/或图35B的细长元件3580和3581所描述的，其中例如细长元件被例如通过引导元件(例如图34的3486a、3486b、3486c，图35的3586a、3586b)联接到一个或多个中空装置部分的内表面。
在一些实施方案中，一个或多个细长元件被联接到一个或多个装置部分(例如中空装置部分)的外表面。例如，参考图31C，在一些实施方案中，细长元件(未示出)被通过翅片3181、3133联接到装置臂的部分的外表面。在一些实施方案中，外科装置手臂被覆盖(例如在鞘中)，从而例如潜在地保护外部联接的细长元件。
在示例性实施方案中，一个或多个细长元件是带形，例如包括扁平横截面形状(例如，细长元件横截面垂直于细长元件长轴)，其中例如最大范围的横截面为最小范围的横截面的1.25倍、或1.5倍、或2倍、或3倍、或4倍、或10倍。例如，与线状细长元件相比，带形细长元件的潜在益处是对于给定的最小横截面尺寸增加的强度。在一些实施方案中，带形细长元件在其中多个元件位于有限的横截面空间中的嵌套结构中是有利的。
在一些实施方案中，一个或多个段的屈曲和/或延伸是通过拉动(例如由镍钛诺，NiTi制成的)弹性细长部件来实现，其中当释放细长部件时，细长部件弹性地使段返回，例如如国际专利申请公开号WO2011/036626中所述。
旋转的示例性远程控制
在一些实施方案中，通过(例如通过连接器)联接到段的段的伸展的旋转来控制段的旋转，此伸展例如伸展到与段相距一定距离的位置处(例如伸展到装置外部)。在一些实施方案中，段的旋转通过弯曲段伸展部的旋转。
在一些实施方案中，段伸展部被嵌套(设置)在一个或多个近端段内部，例如手伸展部被嵌套在桡骨和/或肱骨和/或躯干内部，桡骨伸展部被嵌套在肱骨和/或躯干内部。
图19是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的臂2004的简化示意图。在一些实施方案中，联接到手伸展部2024E(阴影灰色)的手2024可通过手伸展部2024E的旋转而旋转，如由图19上的白色箭头所示。在一些实施方案中，手伸展部和桡骨伸展部2016E被嵌套在肱骨2012内部。在一些实施方案中，桡骨伸展部2016E被嵌套在肱骨2012内部。
在一些实施方案中，段伸展部包括扭矩传递部分，以使得当段伸展部弯曲时，段可使用段伸展部而旋转。图20是根据本发明的一些实施方案的臂2004的简化示意图，其包括具有可弯曲扭矩传递部分的段伸展部2024E。
示例性扭矩传递部分
在一些实施方案中，可弯曲扭矩传递部分包括多个联接的扭矩传递元件。
图21是根据本发明的一些实施方案的扭矩传递元件的简化示意图。在一些实施方案中，扭矩传递部分包括通过扭矩传递部分连接器联接的元件的堆叠。
在一些实施方案中，扭矩传递元件被成形和堆叠，以使得单个扭矩传递元件的旋转在相邻扭矩传递元件上产生在相同方向上的扭矩(例如通过连接器在元件之间传递)，从而导致相邻的扭矩传递元件旋转。
在示例性实施方案中，扭矩传递元件通过两个连接器2196a、2196b联接到上部扭矩传递元件，并且利用两个连接器2196c、2196d联接到下部元件。在一些实施方案中，每个元件包括四个梁：连接到上部相邻元件(未示出)的两个上部梁2198a、2198b和连接到下部相邻元件(未示出)的两个下部梁2198c、2198d。在一些实施方案中，元件之间的连接器在元件之间传递扭矩。在一些实施方案中，一个或多个梁沿着梁长轴是刚性的，从而例如抵抗梁的塌陷和/或扭矩传递部分的扭转。
在一些实施方案中，具有两个或更多个元件的扭矩传递部分(例如如图21所示)具有在扭矩传递部分周围以90°间隔的开放空间，这意味着扭矩传递部分可通过开放空间的压缩和扩张而从直线位置在垂直于扭矩传递部分长轴的任何方向上弯曲和/或偏转。
在一些实施方案中，链节包括多于四个梁和/或多于四个连接器，并且例如扭矩传递部分在扭矩传递部分周围具有以小于90°间隔的开放空间。
在一些实施方案中，扭矩传递部分的最大弯曲和/或偏转对应于内弯曲部上的开放空间闭合的位置。在一些实施方案中，扭矩传递部分的最小弯曲桡骨为15mm、或10mm、或8mm、或6mm、或4mm。在示例性实施方案中，扭矩传递部分的最小弯曲桡骨为10mm。在替代性示例性实施方案中，扭矩传递部分的最小弯曲桡骨为6mm。图22是根据本发明的一些实施方案的扭矩传递部分伸展模式。在图22中可见的是元件之间的连接部2296和梁之间的开放空间2299。
图23是根据本发明的一些实施方案的具有第一元件2397a和第二元件2397b的直的扭矩传递部分的简化示意性侧视图。图24是根据本发明的一些实施方案的具有两个元件的弯曲扭矩传递部分的简化示意性侧视图。在图23中，中点2402示出梁的示例性弹性弯曲。
在一些实施方案中，如图24所示，当扭矩传递部分弯曲时，弯曲扩张2499E的外侧上的元件之间的开放空间和/或弯曲收缩2499C的内侧上的开放空间。
在一些实施方案中，在弯曲期间，扭矩传递部分长度(例如，如图23和图24中的虚线所示)不改变长度(维持原始长度)。
在一些实施方案中，元件被通过激光切割中空管来构造。
在一些实施方案中，扭矩传递部分能够在100mm上传递100g(0.1Nm)。在一些实施方案中，扭矩传递部分能够传递0.01-1Nm或0.01-0.5Nm或更低或更高或中间范围或扭矩。在一些实施方案中，扭矩传递部分的扭矩传递能力与连接件(例如图22的连接件2292)的强度和/或对扭矩传递部分的塌陷的阻力相关联。
图25是根据本发明的一些实施方案的具有多个元件的直的扭矩传递部分的简化示意性侧视图。图26是根据本发明的一些实施方案的具有多个元件的弯曲扭矩传递部分的简化示意性侧视图。
示例性关节
在一些实施方案中，关节由一个或多个链节形成。在一些实施方案中，关节由多个链节的堆叠形成。图27是根据本发明的一些实施方案的包括两个链节2702的直关节2700的简化示意图。
图28是根据本发明的一些实施方案的包括两个链节的关节2800的简化示意图，其中链节围绕关节长轴旋转。
在一些实施方案中，链节包括一个或多个气隙2799、2899，从而例如允许在一个方向上偏转(例如，以使得屈曲和/或伸展是单向的)。在一些实施方案中，气隙2799、2899位于顺序链节的同一侧上。在一些实施方案中，气隙2799、2899不围绕链节伸展，从而限制关节的弯曲方向。
在一些实施方案中，一个或多个链节包括楔形物2760、2860，其例如防止例如当关节弯曲时链节拆解。在一些实施方案中，链节包括将链节联接到相邻链节的连接器2762、2862(例如链销)。
在示例性实施方案中，每个链节可从关节长轴旋转至多16°。在一些实施方案中，对于90°的屈曲使用6个链节，在一些实施方案中，对于180°的屈曲使用12个链节。
图29是根据本发明的一些实施方案的包括多个链节的关节的侧视图，其中链节围绕关节长轴旋转。
在一些实施方案中，引导元件(例如下文更详细描述的翅片或环)被联接到链节。在一些实施方案中，引导元件被联接到多于一个链节。图30是根据本发明的一些实施方案的包括多个链节的关节的简化示意性侧视图，其中多个链节包括引导元件3086。在图30所示的实施方案中，引导元件是环。
在一些实施方案中，引导元件通过环的穿过孔或狭槽的一部分联接到链节。重新参见图29，在一些链节中可以看到狭槽2994。
在示例性实施方案中，通过将环插入关节内部来将引导翅片和/或环安装到关节上。
示例性臂实施方案
图31A是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的臂3104的简化示意性截面图。图31B是根据本发明的一些实施方案的臂的一部分的侧视图的简化示意图。虚线示出图31A中所示的由图31B所示的臂的部分。
在一些实施方案中，臂3104包括被联接到腕关节3128处的桡骨3116的手持工具3124。
在一些实施方案中，桡骨3116被联接到包括两个扭矩传递部分的桡骨伸展部；设置在肘关节3120内部的肘部扭矩传递部分3116ETT和设置在肩关节3108内部的肩部扭矩传递部分3116STT。在一些实施方案中，桡骨3116被通过连接器3116C联接到肱骨3112。在一些实施方案中，部分3116C将桡骨3116连接到肱骨3112，同时允许肱骨3122自由旋转。在一些实施方案中，在图31A的区域A处，桡骨部分3116上的突起配合到部分3116C上的凹陷中。在示例性实施方案中，桡骨部分3116上的环形突起(例如，被连接(例如焊接)到桡骨部分3116的材料环)配合到部分3116C上的凹陷中。类似地，在一些实施方案中，部分3112C和3112通过匹配的突起和凹陷(例如，部分3112上的环形突起配合到部分3112C中的匹配凹陷)而连接。
在一些实施方案中，“连接部段”包括连接器和关节，例如肩关节3108和连接器3112C，例如肘关节3120和连接器3116C。
图31C是根据本发明的一些实施方案的臂的一部分的简化示意性截面图。在一些实施方案中，例如在A部分处包括配合到部分3116C上的凹陷中的环形突起。
在一些实施方案中，部分3116C提供到一个或多个细长元件的锚定：例如其中细长元件被连接/联接到部分3116Canc。
在一些实施方案中，一个或多个连接器联接若干部分，同时允许一个部分在连接器内围绕此部分的长轴旋转。例如，连接部分3116C允许桡骨3116在连接部分3116C内围绕桡骨长轴旋转。
在一些实施方案中，肱骨3112被联接到包括一个扭矩传递部分、设置在肩关节3108内部的肩部扭矩传递部分3112STT的肱骨伸展部。在一些实施方案中，肱骨被通过连接器3112C联接到躯干3102。
在一些实施方案中，机械臂包括通过短连接段(例如，联接肩关节和肘关节的肱骨部分较短)联接在一起的第一和第二柔性部分(例如肘关节和肩关节)。在一些实施方案中，柔性部分之间的联接是点连接(例如，肩关节和肘关节被直接连接)。
在一些实施方案中，刚性锚定部分(例如，部分3116C)连接两个柔性部分，其中锚定部分提供细长元件的锚定，其控制例如靠近细长部分的关节的屈曲和伸展。在一些实施方案中，锚定由关节中的一个的一部分(例如近端关节的远端部分)提供。
在一些实施方案中，不存在一个或多个刚性段：图32是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的臂3204的简化示意性截面图。在一些实施方案中，肘关节3220和肩关节3208被直接联接(例如臂3204缺少肱骨部分)。
图33A是根据本发明的一些实施方案的具有嵌套段伸展部的示例性臂3204的简化示意性截面图。
图33B是根据本发明的一些实施方案的联接到桡骨、联接到桡骨段伸展部3316E的手持工具3324的简化示意图。在一些实施方案中，桡骨段伸展部3316E包括肘部扭矩传递部分3316ETT和肩部扭矩传递部分3316STT。
如前所述，在一些实施方案中，细长元件被用于控制臂段在臂关节处的屈曲和伸展。在一些实施方案中，细长元件穿过段和/或关节和/或段伸展部和/或扭矩传递部分中的轴向空隙。
图33C是根据本发明的一些实施方案的桡骨延伸部的一部分的简化示意性截面图。在一些实施方案中，一个或多个细长元件3370被通过引导元件联接到扭矩传递部分链节3324STT、3324ETT。在一些实施方案中，引导元件是翅片3386。可替代地或此外，在一些实施方案中，引导元件是环。
在一些实施方案中，在段伸展部(和段)旋转期间，细长元件保持在元件内的适当位置，例如当它们被通过引导元件(例如，翅片3386)联接在适当位置时例如与元件一起旋转。
在一些实施方案中，供电电缆3371穿过桡骨段伸展部，例如以向(例如，用于电外科的)手持工具供电。
图34A是根据本发明的一些实施方案的包括联接到肱骨伸展部3412E的肱骨的装置臂部分的简化示意性侧视图。图34B是根据本发明的一些实施方案的联接到肱骨伸展部3412E的肱骨3412的简化示意性截面图。
在一些实施方案中，肘关节3420被联接到两个或更多个细长元件，第一细长元件3480被拉动以在一个方向上弯曲(屈曲或伸展)桡骨3416，并且第二细长元件(未示出)被拉动以使桡骨在相反方向上弯曲。在一些实施方案中，肘关节3420被联接到多于两个细长元件，从而潜在地增加元件移动的最大负荷(例如，由手持工具保持的桡骨、组织)。
在示例性实施方案中，细长元件3480被通过引导元件(例如，翅片3486a)联接到肘关节3420链节，并且通过引导元件(例如，翅片3486c)联接到肩部扭矩传递部分链节。在一些实施方案中，翅片3486各自将细长元件保持在间隙3488中，同时允许细长元件3480在间隙3488内滑动(例如被拉动、释放)。在一些实施方案中，一个或多个引导元件是环。在一些实施方案中，翅片和/或环将细长元件保持在中空区域(例如，段和/或关节和/或扭矩传递部分)的内边缘处。
类似地，在一些实施方案中，第二细长元件(未示出)被联接到中空区域的内边缘的不同部分。例如，第二细长元件被通过联接到肘关节3420的相对侧上的链节的第二细长元件翅片3486b而联接到肘关节3420的直径相对侧。在一些实施方案中，第一细长元件翅片3486a和第二细长元件翅片3486b被联接到不同的链节，例如替代的链节。在示例性实施方案中，第一细长元件翅片和第二细长元件翅片被联接到替代的链节，其中两个链节在每个第一细长元件翅片第二细长元件翅片对之间没有翅片。
在一些实施方案中，一个或多个细长元件3420被固定到部分3416C。例如，在一些实施方案中，细长元件3420的远端被固定到部分3416C。可替代地，在一些实施方案中，细长元件仅被可滑动地联接，例如环形穿过部分3416C中的间隙。
图35A是根据本发明的一些实施方案的联接到躯干3502的肩关节3508的简化示意性侧视图。图35B是根据本发明的一些实施方案的联接到躯干3502的肩关节3508的简化示意性截面图。在一些实施方案中，第一细长元件(例如，电缆、丝带、线、带)3580被通过翅片3586a联接到肩关节中的链节。在一些实施方案中，第二细长元件电缆被通过翅片3586b联接到肩关节中的链节。在一些实施方案中，一个或多个附加细长元件被联接到第一细长元件，从而潜在地提供增加的强度。在一些实施方案中，电缆和翅片具有如上所述的关于桡骨和桡骨伸展部的功能。
示例性马达致动
在一些实施方案中，包括一个或多个机械手臂的装置(例如，如本文件中其他地方所描述的)由联接到臂的近端的马达单元致动。
在示例性实施方案中，通过两个齿轮的移动来控制单个关节的弯曲(屈曲和伸展)和旋转。图39是根据本发明的一些实施方案的用于控制机械手臂关节的致动机构3901的简化示意性侧视图。
在一些实施方案中，旋转齿轮3902被联接到中心轴3904，其中中心轴3904被联接到伸展部(例如图33A的3316E)。在一些实施方案中，中心轴3904的远端部分(在旋转齿轮3902的方向D上)被联接到伸展部。在一些实施方案中，旋转齿轮3902的旋转引起中心轴3904的旋转，其继而旋转联接到中心轴的伸展部。
在一些实施方案中，弯曲齿轮3906被联接到包括螺纹3908的部分。弯曲齿轮3906的旋转引起螺纹3908的旋转。在一些实施方案中，第一螺母3910和第二螺母3912被联接到螺纹3908，以使得螺纹的旋转产生平行于中心轴3904的长轴3914的螺母的线性移动，其中第一螺母3910和第二螺母3912在不同的方向上移动。在一些实施方案中，第一螺母3910和第二螺母3912被分别连接到细长元件3910ee和3912ee，其中螺母的线性移动拉动一个细长元件同时释放和/或推动另一个细长元件，从而产生关节的屈曲/伸展。
在一些实施方案中，关节的旋转通过旋转齿轮3902和弯曲齿轮3904的旋转来实现。在一些实施方案中，关节的弯曲仅通过弯曲齿轮的旋转来实现。在一些实施方案中，关节的同时弯曲和旋转通过以不同程度和/或在不同方向上旋转旋转齿轮和弯曲齿轮来实现。例如，在一些实施方案中，通过在使旋转齿轮旋转的同时保持弯曲齿轮固定来实现关节的同时弯曲和旋转。
在一些实施方案中，覆盖件3916覆盖中心轴、螺纹和螺母，例如从而潜在地防止碎屑或其他材料进入机构。
在一些实施方案中，每个机械装置关节被(例如通过联接到关节的伸展部)联接到如上所述的致动机构。例如，在一些实施方案中，每个伸展部分(例如如上所述)被联接到中心轴，并且用于控制屈曲和伸展的细长部分(例如，如上所述)被联接到致动机构的螺母。在一些实施方案中，用于单个机械手臂的致动机构被线性地布置，其中中心轴被设置成嵌套构型，内部中心轴突出以用于由齿轮进行控制。
图40是根据本发明的一些实施方案的用于致动包括机械手臂的装置的马达单元4000的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，包括第一机械臂4002和第二机械臂4006的装置由马达单元4000控制。
在一些实施方案中，包括第一旋转齿轮4002a和第一弯曲齿轮4006a的第一致动机构4001a驱动肩关节的屈曲/伸展和旋转。现在参考图35A至图35B，例如在一些实施方案中，第一致动机构4001a通过旋转部分3502来旋转肩关节，并且通过附接到部分3512C的细长元件(例如图35B中的3581)的移动来实现关节3508的屈曲和伸展。
在一些实施方案中，包括第二旋转齿轮4002b和第二弯曲齿轮4006b的第二致动机构4001b驱动肘关节的屈曲/伸展和旋转。在一些实施方案中，联接到马达的一个或多个驱动齿轮被设置在马达单元4000下方。例如，在一些实施方案中，驱动第二弯曲齿轮4006b的齿轮(此齿轮被联接到马达)被设置在马达单元4000的下方。例如，齿轮4099驱动对应于第二机械臂4006的第二致动机构。现在参考图34A至图34B，例如在一些实施方案中，第二致动机构4001b通过旋转部分3412E来旋转肘关节，并且通过附接到部分3416C的细长元件(例如图34B中的3480)的移动来实现关节3508的屈曲和伸展。
在一些实施方案中，包括第三旋转齿轮4002c和第三弯曲齿轮4006c的第三致动机构4001c致动末端执行器(例如打开和闭合夹具)并且驱动腕关节的旋转。参考图1C，在一些实施方案中，第三致动机构4001b旋转并致动末端执行器124；例如，在一些实施方案中，第三旋转齿轮4006c的旋转打开和闭合末端执行器(例如，图1A的末端执行器124)。例如，在一些实施方案中，夹具包括旋转/旋拧打开-闭合机构(例如如关于图36B所述)，并且第三旋转齿轮4006c的旋转打开和闭合末端执行器。在一些实施方案中，旋转齿轮4006c的旋转使螺母3602旋转。
在装置臂还包括可以弯曲的腕关节(例如，如图33B至图33C所示)的实施方案中，马达单元包括用于致动腕关节的屈曲/伸展的附加机构。
在一些实施方案中，类似地，第二机械手臂4006由三个致动机构致动，包括例如6个马达。在示例性实施方案中，用于插入体内的装置包括由12个马达致动的两个机械手臂。
在一些实施方案中，一个或多个附加马达(例如，第13个马达)使装置臂朝向和/或远离马达单元移动。例如，在一些实施方案中，例如通过马达改变马达单元(例如，附接到支撑件和/或患者支撑表面)的附接位置。
例如，参考图15，在一些实施方案中，支撑件1582相对于轨道1502的附接位置被(例如通过位于支撑件1582上的马达)改变。例如，在一些实施方案中，(例如，通过位于支撑件1582上的马达)改变马达单元1514相对于支撑件1482的附接位置。
例如，例如当马达单元以固定构型支撑和/或使装置自动移动到患者体内时，将装置移入和/或移出患者身体。在一些实施方案中，位于马达单元4000内的马达将装置臂移入和/或移出患者身体。
在一些实施方案中，例如，使得关节的旋转还引起旋转关节的关节远端的旋转，在关节的旋转中驱动多于一个致动机构。例如，在一些实施方案中，对于肩关节的旋转，齿轮4002a、4006a、4002b、4006b、4002b、4006b在相同的方向上旋转。例如，在一些实施方案中，为了肘关节的旋转，齿轮4002b、4006b、4002b、4006b在相同的方向上旋转。例如，在一些实施方案中，对于末端执行器的旋转，齿轮4002b、4006b在相同方向上旋转。在一些实施方案中，具有外部部分的嵌套部分的同时旋转防止内部细长元件(例如，用于实现屈曲/伸展的细长元件，例如提供电源的细长元件)的应力和/或缠结。
在一些实施方案中，一个或多个致动机构被用于屈曲/伸展关节。例如，在一些实施方案中，为了使肩关节弯曲，移动用于使肩关节和肘关节弯曲的细长元件。在一些实施方案中，如果肘部的细长元件不移动和/或释放，那么与肘关节相关联的细长元件中的张力抵抗肩关节的移动。例如，肩关节的弯曲通过第一致动机构4001a中的齿轮的旋转来实现，并且第二致动机构4001b被旋转。
在一些实施方案中，马达单元包括一个或多个位置传感器，并且/或者由包括存储命令的存储器的处理器来控制。在一些实施方案中，来自位置传感器和/或来自控制存储器的数据被用于推断装置部分的位置。
在一些实施方案中，马达单元是小的，例如具有100-600mm、或200-400mm、或大约300mm长的轴长度，以及大约20-100mm、或30-80mm、或60mm的垂直于马达单元长轴的最大范围。
在一些实施方案中，马达单元4002包括例如用于将单极和/或双极能量递送到装置(例如，到装置末端执行器)的结构(例如，包括电触点)。图41是根据本发明的一些实施方案的包括用于向末端执行器供电的元件的马达单元的一部分的简化侧视图。
在一些实施方案中，部分4130被联接到末端执行器，以使得当4130旋转时，其旋转末端执行器，例如部分4120被联接到图33B的部分3316C。在一些实施方案中，齿轮4132致动末端执行器，例如齿轮4132的旋转打开和/或闭合抓紧器末端执行器的钳口。在一些实施方案中，触点4122和4124分别向环形部分4126和4128提供供电。在一些实施方案中，触点4122、4124中的一个提供正电压，并且另一个负极提供双极电源。在一些实施方案中，环形部分4126和4128中的每一个被(例如通过穿过4130的线)电连接到末端执行器，其中环形部分中的一个被联接到抓紧器的一侧，并且另一个被联接到抓紧器的另一侧。例如，参考图36B，在一些实施方案中，3624a和3624b被电联接到环形部分4126和4128。
在一些实施方案中，例如，参考图40，通过导线将电源供应到马达单元，在一些实施方案中，触点4020被连接到电源。
在一些实施方案中，马达单元驱动多于两个机械手臂并且/或者驱动附加的装置元件。例如，在一些实施方案中，马达单元驱动两个装置手臂和摄像机。图10B是根据本发明的一些实施方案的用于致动包括多于两个臂的装置的马达单元1050的一部分的简化示意性侧视图。在一些实施方案中，马达单元1050包括用于第三手臂的关节的致动装置。例如，在图10A所示的实施方案中，马达单元具有用于致动关节1010的单个致动单元。在一些实施方案中，马达单元包括例如中心轴穿过的一个或多个弯曲部分1052。在一些实施方案中，穿过弯曲部分1052的中心轴包括扭矩传递部分(例如，如本文件的其他部分所述)。
示例性手持工具
在一些实施方案中，一个或多个装置手臂最远端段(例如手部段)包括手持工具。
在一些实施方案中，工具直接治疗患者(例如切割、移动组织)，例如装置手臂的其他部分将工具定位在正确位置并且/或者移动工具。
在一些实施方案中，此外和/或可替代地，手持工具收集信息。例如，在一些实施方案中，手持工具是摄像机。例如，在一些实施方案中，手持工具包括一个或多个传感器。
在示例性实施方案中，手持工具被通过腕关节附接到桡骨段的远端。在一些实施方案中，装置手臂包括在除手臂的远端(例如，关节)之外的点处联接到手臂的一个或多个工具。例如，在一些实施方案中，手臂包括联接到肘关节或在桡骨和/或肱骨上的肘关节附近的工具，工具例如被用于保持组织远离手持工具。
在一些实施方案中，手臂不包括手持工具，并且例如桡骨(例如远端)推动或移动组织。在一些实施方案中，工具(例如，剪刀、抓紧器)被用作钝器，例如用于推动组织。
示例性剪刀
在一些实施方案中，装置臂包括剪刀手持工具。重新参见图3，剪刀手持工具324包括联接到第二部分325b的第一部分325a。在一些实施方案中，剪刀手持工具324由第一部分325a的平坦表面切割成滑动到紧邻和/或接触第二部分325b的平坦表面。可选地，一个或多个部分325a、325b包括锋利的边缘。在一些实施方案中，剪刀手持工具324切割组织。可替代地或此外，在一些实施方案中，剪刀手持工具324被用于例如当剪刀闭合时推动和/或保持患者组织。在一些实施方案中，剪刀手持工具324的一个或多个零部件带电以用于电外科手术，如下面更详细描述的。
示例性抓紧器
在一些实施方案中，装置臂包括抓紧器手持工具。在一些实施方案中，抓紧器包括两个或更多个相对部分，并且通过将两个或更多个相对部分放在一起来闭合抓紧器，例如以抓住对象(例如患者组织)。在一些实施方案中，相对部分移动分开以打开抓紧器。图36A是根据本发明的一些实施方案的闭合的抓紧器手持工具3624的简化示意图。图36B是根据本发明的一些实施方案的打开的抓紧器手持工具3624的简化示意图。
在一些实施方案中，第一抓紧器侧3624a被枢转地联接到第二抓紧器侧3624b。在一些实施方案中，在从打开的抓紧器构型移动到闭合的抓紧器构型时，第一抓紧器侧和第二抓紧器侧的相对表面朝向彼此移动。在一些实施方案中，如图36A所示，如果在抓紧器侧3624a、3624b之间没有对象，那么闭合抓紧器使侧的相对表面3624c相接触。
可选地，在一些实施方案中，抓紧器的一个或多个侧包括突起，例如一个或多个锯齿形边缘和/或一个或多个突出齿。潜在的突起在夹具所握持的组织上提供改善的夹持(例如，增加的夹持力)。
在一些实施方案中，夹具相对表面是平滑和/或平坦的(例如，如图36A和图36B所示)。在一些实施方案中，夹具相对表面是锯齿形的和/或互锁的和/或包括齿，从而潜在地增加压力和/或夹持力，例如如在外科夹具领域中已知的。
在一些实施方案中，用户组织被保持在相对表面3624c之间。在一些实施方案中，抓紧器手持工具在相对表面3624c之间握持组织，潜在的益处是拉动和/或撕开患者组织的能力。
在一些实施方案中，转动和/或旋拧机构打开和闭合抓紧器侧：在一些实施方案中，螺母3602被联接到第一梁3604和第二梁3606。第一梁3604被联接到抓紧器第一侧3624a，并且第二梁3606被联接到抓紧器第二侧3624b。在一些实施方案中，例如在一个方向上(例如顺时针)旋转螺母3602将螺母推向抓紧器侧，从而增加第一梁与第二梁之间的角度并且打开抓紧器侧，如图36A与图36B之间的转变所示。在一些实施方案中，螺母3602被通过转动联接到螺母的细长元件而转动，其中细长元件可选地伸展出手持工具和/或装置臂。在示例性实施方案中，细长元件是单个镍钛合金元件(例如电缆、带、线)。使用扭矩致动(打开和闭合)钳子侧的其他方法被设想并包括在本申请中。
使用扭矩和/或诸如螺母和/或螺钉的自锁机构的潜在益处是，与细长元件相互作用的臂的移动不会松开抓紧器的抓握。
可替代地或此外，在一些实施方案中，抓紧器手持工具的打开和闭合通过拉动和释放一个或多个细长元件来控制，如抓紧器控制领域中已知的。图37是根据本发明的一些实施方案的闭合的抓紧器手持工具3724的简化示意图。
在一些实施方案中，手持工具被(例如通过腕关节3628)联接到将手持工具联接到桡骨的连接部分3624Cou。在一些实施方案中，腕关节是枢轴。可替代地，在一些实施方案中，装置臂不包括可弯曲的腕关节，例如手持工具3624被直接联接到桡骨段。
具有类人结构的示例性抓紧器
在一些实施方案中，装置臂包括具有类人结构的抓紧器(夹具手持工具)。在一些实施方案中，抓紧器手持工具的一个或多个相对部分是铰接的。在一些实施方案中，一个或多个相对部分包括与人类手指相同数量的段和连接关节。图38是根据本发明的一些实施方案的夹具手持工具3824的简化示意图。具有类人结构的手持工具的潜在益处包括工具的直观移动、以与手动手术相同的方式执行手术移动(例如缝合)的能力。
其他示例性手持工具
在一些实施方案中，手持工具被用于保持和/或推动用户组织，例如以保持组织远离切割，以向将要被切割的组织提供张力。可选地，用于保持组织的手持工具包括扩张部分，其表面可以通过一个或多个部分展开和/或充气和/或滑过其他部分(例如扇形结构)而扩张。
在一些实施方案中，一个或多个手持工具例如是钻头、螺丝刀、针、解剖刀、抽吸装置、超声刀、如内窥镜手术领域中已知的其他装置(例如外科装置)。
示例性电外科手术
可选地，在一些实施方案中，一个或多个装置手持工具包括用于电外科手术的一个或多个带电部分。在一些实施方案中，装置手持工具包括用于单极电外科手术的单极带电部分。在一些实施方案中，手持工具的一部分带负电，并且手持工具的另一部分带正电，以便进行双极电手术。
在示例性实施方案中，参考图36A和图36B，第一抓紧器侧3624a与第二抓紧器侧3624b带相反电荷(例如，第一抓紧器侧3624a带正电，第二抓紧器侧3624b带负电、或反之亦然)，以便进行双极电外科手术。
在示例性实施方案中，参考图3，对于双极电外科手术，第一部分325a与第二部分325b带相反电荷(例如，第一部分325a带正电，第二部分325b带负电或反之亦然)，以便进行双极电外科手术。
在一些实施方案中，例如利用用户臂移动控制的装置的移动的用户使用附加的用户接口(例如脚踏板)激活电荷，以便进行电外科手术。
示例性一次性、可替换性、无菌性
在一些实施方案中，包括机械臂(例如如本文所述)的装置的一个或多个部分是无菌的和/或可灭菌的(例如装置手臂是无菌的)。在一些实施方案中，装置的一个或多个部分是可更换的，例如在一些实施方案中，更换一个或多个装置手臂并且/或者例如在治疗之间更换一个或多个工具。
在一些实施方案中，末端执行器经螺钉附接到机械臂，并且例如被拧开以将其从臂上移除。
在一些实施方案中，一个或多个机械臂被摩擦联接到马达单元，从而例如潜在地使能够移除和/或更换机械臂。
在一些实施方案中，机械臂包括无菌鞘并且/或者例如在利用装置开始治疗之前将无菌鞘放置在机械臂上。
总述
如本文所用，术语“大约”是指±20％。
术语“包括(comprises/comprising)”、“包含(includes/including)”、“具有(having)”以及它们的轭合物意味着“包括但是不限于”。
术语“由……组成”是指“包括并限于……”。
术语“基本上由……组成”是指组合物、方法或结构可以包括另外的成分、步骤和/或部分，但是仅当附加成分、步骤和/或部分不实质改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新颖特征。
如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”以及“所述(the)”包括复数参考。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
贯穿本申请，本发明的各种实施方案可以以范围格式呈现。应当理解，范围格式的描述仅仅是为了方便和简洁，并且不应被解释为对本发明的范围的不灵活的限制。因此，范围的描述应当被认为已具体公开了所有可能的子范围以及此范围内的单个数值。例如，对诸如1至6的范围的描述应当被认为已具体公开了子范围，诸如从1至3、从1至4、从1至5、从2至4、从2至6、从3到6等，以及此范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。不管范围的宽度如何均如此应用。
每当本文指示数值范围时，其意在包括在所示范围内的任何引用数字(分数或整数)。短语第一指示数字与第二指示数字之间的“测距/范围”和第一指示数字“至”第二指示数字的“测距/范围”在本文中可以互换使用，并且意味着包括第一指示数字和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数。
如本文所使用的，术语“方法”是指用于完成给定任务的方式、手段、技术和过程，包括但不限于已知的或者由化学、药理学、生物学、生物化学和医学领域的从业者从已知的方式、手段、技术和过程容易开发的方式、手段、技术和过程。
如本文所用，术语“治疗”包括消除、基本上抑制、减慢或逆转病症的进展，从而基本上改善病症的临床或美学症状或者基本上防止病症的临床或美学症状的出现。
应理解的是本发明的为清楚起见在分开的实施方案的上下文中进行描述的某些特征也可以在单个实施方案中被提供成组合。相反地，本发明的为简洁起见在单个实施方案的上下文中进行描述的不同特征也可以被分别地提供或者提供成任何适合的子组合，或者被提供成在本发明的任何其他描述的实施方案中都是适合的。在不同实施方案的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施方案的必要特征，除非实施方案在没有那些元素的情况下不起作用。
尽管本发明已结合本发明的具体实施方案进行描述，明显的是许多改变、修改和变化对本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，旨在包含落入所附权利要求书的精神和宽泛范围内的所有这种改变、修改、以及变化。
在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请在本文以引用的方式整体并入本说明书中，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指示通过引用并入本文。此外，本申请中的任何参考文件的引用或识别不应被解释为承认这些参考文件可用作本发明的现有技术。在使用章节标题的方面来说，它们不应被解释为必然的限制。
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