CN102743227B - 一种包含观察器具的手术装置、对这种手术装置的使用以及一种手术设施 - Google Patents

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Abstract

一种手术装置，特别可用于医疗手术区域，该手术装置包括支承件(24)、手术照明器具(18、22)和观察器具(16)，手术照明器具(18、22)具有安装在支承件(24)上以便进行枢转运动的照明支承臂(38、40)，观察器具(16)包括安装在支承件(24)上以便进行枢转运动的摄像机支承臂(30)，观察器具还包括摄像机模块(32)，摄像机模块(32)带有被安装成可相对摄像机支承臂(30)进行枢转运动的摄像机支承件(50)，及用于驱动摄像机支承件(50)的驱动装置，和用于控制该驱动装置的控制装置(42)，照明支承臂(38、40)和摄像机支承臂(30)做独立的枢转运动。摄像机模块(32)包括两台观察摄像机(56)，每台摄像机都具有视野轴线(X-X)和视野方向(S)，摄像机支承件(50)的每个末端都带有摄像机(56)，以便使摄像机(56)被布置在对称轴线的两侧，该对称轴线穿过摄像机支承件(50)的中部。

Description

一种包含观察器具的手术装置、对这种手术装置的使用以及一种手术设施
技术领域
本发明涉及一种手术装置，该手术装置包括沿中心轴线延伸的支承件、手术照明器具和观察器具，特别可用于观察医疗手术区域，手术照明器具具有安装在支承件上以便可绕枢轴轴线进行枢转运动的照明支承臂，该枢轴轴线平行于支承件的中心轴线延伸；观察器具包括在第一末端处安装在支承件上的摄像机支承臂，摄像机支承臂垂直于中心轴线并可绕枢轴轴线相对支承件进行枢转运动，该枢轴轴线平行于中心轴线延伸；照明支承臂和摄像机支承臂做独立的枢转运动；观察器具还包括摄像机模块，该摄像机模块包括安装在摄像机支承臂的与所述第一末端相反的末端的摄像机支承件，摄像机支承件可绕枢轴轴线相对摄像机支承臂进行枢转运动，该枢轴轴线平行于中心轴线延伸，还包括适用于使摄像机支承件相对支承件运动的驱动装置，以及用于控制驱动装置的控制装置。
背景技术
目前所知的手术装置包含用于观察医疗手术区域的装置，这样的装置包含支承件和支承臂，该支承臂被安装成能相对支承件运动，支承臂上还布置有摄像机，该种布置被设计用来拍摄手术区域。医疗团队在手术期间必须要操控这种布置在独立支承臂上的摄像机。因此该种类型的已知设备只能给远处的观摩者很有限的视野，而且使观摩者无法完整观看到其内布置有观察器具的手术室的全貌。
特别地，专利文件WO 00/69354公开了一种如上所述的手术装置，其被设计用于使学生能够通过观察器具远程观察手术。遗憾的是，该单摄像机组件只能提供很有限的远程观察的可能性。
专利文件US 7 224 472同样公开了一种包括支承件、手术照明器具和观察器具的手术装置。遗憾的是，该手术装置被设计用于以三维方式(3D)观看标示物，包括的摄像机与照明器具机械关联以使摄像机探测到的来自标示物的光学信号能在由照明器具照亮的无影区中被评定。因此该手术装置不可能促生良好的远程观察。
最后，欧洲专利文件EP 0 672 389公开了一种用于对病人进行定位的手术装置，该组件包括支承件、手术照明器具和观察器具。遗憾的是，在该手术装置中，照明支承臂和摄像机支承臂组成了单一、共铰式的支承臂，且摄像机支承臂不可驱动，因此限制了远程观察。
发明内容
本发明的目的是消除上述缺陷中的至少一点，并提出一种手术装置，该手术装置具有的观察器具能使手术区域在手术期间对远处的观摩者来说具有良好的可见性。更佳地是，该观察器具在手术期间几乎不会妨碍医疗团队，而且又易于操控。
另一个目的是使带有观察器具的手术装置价格低廉。
为了达到这些目的，本发明提供了一种手术装置，该手术装置包括沿中心轴线延伸的支承件、手术照明器具和观察器具，特别可用于观察医疗手术区域；手术照明器具具有安装在支承件上以便可绕枢轴轴线进行枢转运动的照明支承臂，该枢轴轴线平行于支承件的中心轴线延伸；观察器具包括安装在支承件上第一末端处以便垂直于中心轴线并以便可绕枢轴轴线相对支承件进行枢转运动的摄像机支承臂，该枢轴轴线平行于中心轴线延伸；照明支承臂和摄像机支承臂做独立的枢轴轴线运动；观察器具还包括摄像机模块，该摄像机模块包括安装在摄像机支承臂的与所述第一末端相反的末端摄像机支承件，摄像机支承件可绕枢轴轴线相对摄像机支承臂进行枢转运动，该枢轴轴线平行于中心轴线延伸，及适用于使摄像机支承件相对支承件运动的驱动装置，和用于控制驱动装置的控制装置；所述手术装置的特征在于：摄像机模块包括两台观察摄像机，每台观察摄像机都具有视野轴线和视野方向，且其中摄像机支承件是其中部紧固至摄像机支承臂末端的臂，及摄像机支承件的每个自由端都带有观察摄像机，以便使观察摄像机被布置在对称轴线的两侧，该对称轴线穿过摄像机支承件的中部。
在特别的实施例中，手术装置可以具有以下的一个或多个特征：
该手术装置还包括两部由控制装置控制的转向装置，每部装置都可适用于操纵观察摄像机中的一台绕至少第一枢轴轴线相对摄像机支承件运动；
每部转向装置都可适用于操纵观察摄像机绕垂直于第一枢轴轴线且垂直于视野轴线的第二枢轴轴线运动；
该控制装置包含适用于显示由至少一台观察摄像机检测到的图像的显示屏，较佳地，该显示屏显示由两台观察摄像机检测到的图像；
该观察器具还包括由控制装置控制的驱动装置，且该驱动装置适用于使摄像机支承臂相对支承件运动和/或使摄像机支承件相对摄像机支承臂运动；
该摄像机支承件被安装成能绕轴线相对摄像机支承臂在给定的角度范围内进行枢转运动；
该控制装置还包括控制单元，该控制单元适用于以三维方式再现由两台观察摄像机检测到的区域；
该手术装置具有的配置中，观察摄像机的视野轴线彼此平行，且视野方向彼此相反；
该控制装置还包括控制单元，该控制单元在两台观察摄像机共同观察同一关注点时，适用于对两台观察摄像机同时发送的图像进行同步，以便向观摩者传递三维的图像；
该观察器具界定中间平面，该中间平面垂直于含有两根第二枢轴轴线的平面并平行于该两根第二枢轴轴线延伸，且该中间平面位于两根第二枢轴轴线之间居中的位置，及所述观察器具具有的配置中，两台观察摄像机共同观察同一关注点，而该中间平面含有该共同关注点。
本发明还提供了对本发明中的手术装置的使用，其中控制装置具有的配置中，每部转向装置可独立于彼此地被控制装置所控制。
本发明还提供了对本发明中的手术装置的使用，其中观察摄像机的视野轴线彼此平行，且视野方向彼此相反。作为变体，摄像机支承臂也可以居于固定的位置。
本发明还提供了对本发明中的手术装置的使用，其中的装置界定了中间平面，该中间平面垂直于含有两根第二枢轴轴线的平面并平行于该两根第二枢轴轴线延伸，且该中间平面位于两根第二枢轴轴线之间居中的位置，及该装置具有的配置中，两台观察摄像机共同观察同一关注点，而该中间平面含有该共同关注点。
本发明还提供了一种手术设施，该手术设施包括医疗手术室和本发明中的手术装置，其中观察摄像机安设在医疗手术室内，特别地，其中至少有一些控制装置处于其内安设有观察摄像机的医疗手术室之外。
附图说明
以下，将仅通过举例并参照附图给出说明，通过阅读该说明可以更好地理解本发明，其中：
图1是手术设施的概略图，该手术设施包含本发明中的带有摄像机模块的观察器具；及
图2-4为图1所示的摄像机模块分别在第一、第二和第三种配置中的细节图。
具体实施方式
图1示出了本发明的手术设施，被赋予总标号为2。手术设施2包含手术室4和手术装置6。手术设施2还包含手术台8。
手术台8上躺有限定有医疗手术区域12的病人10。外科医生14站在病人10附近以便于对手术区域12实施手术。
手术装置6包含观察器具16和主手术照明器具18。手术装置6还包含显示装置20和辅手术照明器具22。
观察器具16包含支承件24，支承件24由具有紧固端26和自由端28的柱体构成。支承件24沿中心轴线A-A延伸。紧固端26紧固在固定结构上，例如紧固在手术室4的天花板或所述手术室4的墙上。
观察器具16配备有摄像机支承臂30及配备有下文会详细说明的摄像机模块32。摄像机支承臂30垂直于支承件24或垂直于中心轴线A-A延伸。
摄像机支承臂30被安装成可相对支承件24运动，较佳地，以使得摄像机支承臂30绕枢轴轴线进行枢转运动，该枢轴轴线平行于支承件24的中心轴线A-A延伸。较佳地，摄像机支承臂30仅可绕所述枢轴轴线作枢转运动，即，摄像机支承臂30相对支承件24不具有任何其他枢转运动的自由度。
摄像机支承臂30和支承件24之间安装的可枢转的连接通过铰接34形成。适合的驱动装置36使摄像机支承臂30相对支承件24运动成为可能。举例来说，这些驱动装置36可以由电动机构成。
主手术照明器具18和辅手术照明器具22分别包含各自的照明支承臂38和40，这些支承臂被安装成可相对支承件24运动，较佳地，绕枢轴轴线作枢转运动，该枢轴轴线平行于支承件24的中心轴线A-A延伸或与所述中心轴线A-A重合。
摄像机支承臂30被布置成与紧固端26最为靠近，支承主手术照明器具18的照明支承臂38被布置成与自由端28最为靠近，而支承辅手术照明器具22的照明支承臂40被布置在照明支承臂38和摄像机支承臂30沿中心轴线A-A的中间。由此，摄像机支承臂30不会妨碍照明器具18，22的运动。
此外，观察器具16包含适用于通过控制驱动装置36先控制摄像机模块32再控制摄像机支承臂30的运动的控制装置42。
控制装置42远离支承件24和摄像机支承臂30。
控制装置42包括控制单元44。控制单元44经由控制线连接到驱动装置36及连接到摄像机模块32。
控制装置42还包含显示屏46，显示屏46适用于显示或会显示摄像机模块32检测到的图像，摄像机模块32在下文中会有详细说明。较佳地，显示屏46被布置在其内安设有摄像机模块32的手术室4之外。
控制单元44经由适用于传输图像的链路连接而连接至显示屏46。
控制装置42还包含输入外围设备48，如键盘，适用于输入指令以控制摄像机模块32和/或摄像机支承臂30的运动。较佳地，输入外围设备48被布置在其内安设有摄像机模块32的手术室4之外。控制单元44经由连接器连接到输入外围设备48，该连接器适用于经由输入外围设备将输入的指令传输到控制单元44。
以下是关于摄像机模块32的说明。
摄像机模块32被布置在摄像机支承臂30的一端，该末端是连接至支承件24的末端的相对端。
如图2中所见，摄像机模块32包含摄像机支承件，在此实例中，该摄像机支承件是其中部紧固至摄像机支承臂30末端的臂50。臂50的每个自由端都带有视野装置52或53。视野装置52和53是完全相同的，以下只描述其中的一台。
每台视野装置都包括紧固至臂50的一端的外壳54、观察摄像机56及转向装置58；转向装置58适用于使观察摄像机56相对外壳54并因此相对臂50运动。
臂50被安装成可相对摄像机支承臂30运动，较佳地，绕轴线B-B作枢转运动，轴线B-B平行于支承件24的中心轴线A-A延伸并由此垂直于摄像机支承臂30。较佳地，臂50仅可绕所述枢轴轴线作枢轴轴线运动，即，臂50相对摄像机支承臂30不具有任何其他枢转运动的自由度。臂50和摄像机支承臂30之间安装的可枢轴轴线转动的连接通过铰接55形成。适合的驱动装置使臂50相对摄像机支承臂30运动成为可能。臂50在其主要部分绕轴线B-B铰接，较佳地，在其末端的中间位置。
为臂50界定中间位置，在该位置臂50垂直于摄像机支承臂30延伸。由此，臂50被安装成能在其中间位置的两侧以+90°至-90°为限的角度范围μ之内运动。
每个观察摄像机56被布置在对称轴线的两侧，该对称轴线穿过臂50的中部。
每个观察摄像机56都界定视野轴线X-X和与视野轴线X-X重合的视野方向S。
转向装置58适用于操纵观察摄像机56绕第一枢轴轴线Y-Y运动。为达此目的，转向装置58包含用于驱动摄像机绕轴线Y-Y运动的驱动马达。第一枢轴轴线Y-Y被布置成垂直于视野轴线X-X。转向装置58适用于操纵观察摄像机绕垂直于第一枢轴轴线Y-Y且垂直于视野轴线X-X的第二枢轴轴线Z-Z转动。为达此目的，转向装置58包含用于驱动摄像机绕轴线Z-Z转动的驱动马达。轴线X-X、Y-Y和Z-Z界定了共同交点。
臂50的中间位置，或者更一般地说，摄像机支承件的中间位置是由摄像机支承件的位置来限定的，在该位置，含有两根分属于视野装置52和53的第二枢轴轴线Z-Z的平面垂直于臂30延伸。
转向装置58为观察摄像机界定了中间位置。转向装置58适用于使观察摄像机相对轴线Y-Y在其中间位置的两侧以+180°至-180°为限的角度范围β之内转动。
相似地，转向装置58适用于使观察摄像机相对轴线Z-Z在其中间位置的两侧以+45°至-45°为限的角度范围γ之内转动。
每个观察摄像机56都有处于30°至90°范围内的视野角度α，且较佳地，处于40°至60°范围内。同样地，以焦距表示的观察摄像机56的最大变焦能力处于3mm至180mm范围内，特别是处于3.4mm至120mm范围内。
较佳地，观察摄像机56为互联网协议(IP)摄像机，即，适用于经由互联网协议(IP)/传输控制协议(TCP)的链路传输数据或传输所检测到的图像的摄像机。还可以经由IP/TCP链路控制观察摄像机56。特别地，观察摄像机56的变焦是可调节的和可控制的。相似地，较佳的是，经由IP/TCP链路控制用于驱动摄像机绕轴线Y-Y和Z-Z运动的驱动马达。
此外，摄像机模块32可以包含麦克风(未示出)，适用于检测在医疗手术室内的声音。较佳地，所述麦克风连接至控制装置42，且控制装置42适用于将检测到的声音传输至扬声器。为达此目的，该控制装置也经由IP/TCP链路传输声音。
在此观察器具的第一种配置和第一种使用模式中，分别属于视野装置52、53的两台观察摄像机56，彼此独立使用，由此，使看显示屏46的观摩者能观察到医疗手术室4的两幅不同的景象。
在这种配置和使用模式中，控制装置42适用于控制摄像机支承臂30的运动及控制支承视野装置52、53的臂50的运动。在这种配置中，一个观察摄像机56的指向和变焦及另一个观察摄像机56的指向和变焦是独立于彼此被控制的。
换而言之，经由输入外围设备48输入并且与观察摄像机之一关联的指令只对该摄像机有效，不会控制其他摄像机。
在这种模式中，显示屏46显示两幅独立的图像，每幅图像分别表现出对应的各台观察摄像机56传递来的图像。由此通过摄像机模块32可以观察到手术室的两幅不同的景象。
由此，观摩者可以从两个不同的视角更好地观看到医疗手术区域12。
在一台摄像机的视野被在医疗手术室4中的人员遮挡时，此两幅景象或视角特别具有优势。
在第二种配置和第二种使用模式中，分别属于视野装置52、53的两个观察摄像机56，要背靠背地指向以便于拍摄医疗手术室4反向的部分。
在这第二种配置中，两台观察摄像机56的视野轴线X-X彼此平行，且视野方向彼此相反。较佳地，两根视野轴线X-X重合并位于含有两根枢轴轴线Z-Z的平面内。
在这种使用模式中，仅有臂50可以相对摄像机支承臂30在角度范围μ内运动
较佳地，在这种配置中，摄像机支承臂30的位置是固定的，即，一旦确定，摄像机支承臂30的位置就不会再更改。相似地，一旦完成对焦，转向装置58就不会再更改，这也意味着在这第二种配置的实施过程中焦距始终保持不变。
在对焦过程中，观察摄像机56被设置成便于在相反方向上拍摄。为达此目的，一旦一台观察摄像机56被定位，控制装置42就能将另一台观察摄像机56正确地定位在期望的位置上。
此外，为了有效地使用所述第二种配置，控制单元44具有的软件要适用于在两台观察摄像机拍摄的图像的基础上以三维方式虚拟再现医疗手术室4，并生成二维图像。
通过这种使用模式，观摩者就可以虚拟地在医疗手术室4中到处“走动”而不必亲自到场。通过输入外围设备，观摩者可以在再现的医疗手术室4中到处走动。
在第三种配置和第三种使用模式中，以“立体视野”模式使用观察摄像机56。在这种使用模式中，两台观察摄像机56可以观察共同的关注点，特别地，可以是手术区域12或者所述手术区的部分。
为了产生给观摩者看的立体图像，观察摄像机56必须占据相对关注点能取得立体视野的位置。该装置界定中间平面PM，该中间平面垂直于含有轴线Z-Z的平面延伸，并平行于两根轴线Z-Z，且位于所述两根轴线Z-Z的中间位置。在能取得立体视野的位置，中间平面PM含有共同关注点。此状态可避免所传递的立体图像中的像差。
在这种配置中，用户使用输入外围设备48界定要观察的关注点。之后控制单元44要控制摄像机支承臂30和/或臂50和/或转向装置58，以便于观察摄像机56能被定位在上文指出的能取得立体视野的位置。
为了获取关注点的期望的景象，用户可以随时控制摄像机的变焦，或拉近或拉远。
控制单元44要适用于对从每台观察摄像机56处接收到的图像进行同步，以便于在显示屏46上显示单幅以三维方式示出关注点的立体图像。为达此目的，控制单元44配有的立体视野软件要适用于对从观察摄像机处同时接收到的图像进行结合。
立体图像可以是浮雕图像、偏振图像、时变图像或任何其他立体图像。
这三种配置和使用的模式也可以被单个观察器具所用并在单个观察器具中被实施，观摩者可选择他们想要的配置和模式来使用观察器具。
在变体中，本发明中的观察器具的摄像机支承件50可以直接紧固在支承件24上。然后，较佳地，摄像机支承件50被紧固在所述支承件24的自由端28的附近。在此实施例中，观察器具不具有如上所述的摄像机支承臂30。此变体也可以实施上文所述的三种配置和使用模式。
然后，摄像机支承件50也被安装成可以相对支承件24进行枢转运动，较佳地，绕着平行于中心轴线A-A的轴线B-B进行枢转运动。更具体地，枢轴轴线B-B与中心轴线A-A重合。此相对支承件的枢转运动性，再一次地，通过铰接55获得。
由此，本发明的观察器具也适用于使观摩者能够远程监看医疗手术区域，并适用于在不需要手术团队成员采取任何行动的情况下，使摄像机模块32或摄像机支承臂30能够独立运动，于是让所述手术团队专心于外科手术成为可能。

Claims (14)

1.一种手术装置，包括沿中心轴线(A-A)延伸的支承件(24)、手术照明器具(18、22)及观察器具(16)，特别地用于对医疗手术的区域进行观察，所述手术照明器具(18、22)具有安装在所述支承件(24)上的照明支承臂(38,40)，所述照明支承臂(38,40)可绕平行于所述支承件(24)的中心轴线(A-A)延伸的枢轴轴线进行枢转运动；所述观察器具(16)包括在第一末端处安装在所述支承件(24)上的摄像机支承臂(30)，所述摄像机支承臂(30)垂直于所述中心轴线(A-A)并可相对所述支承件(24)绕平行于所述中心轴线(24)延伸的枢轴轴线进行枢转运动；所述照明支承臂(38,40)和所述摄像机支承臂(30)的枢转运动是独立的；所述观察器具(16)还包括摄像机模块(32)，所述摄像机模块(32)包括摄像机支承件(50)、驱动装置和控制装置(42)，所述摄像机支承件(50)安装在所述摄像机支承臂(30)的与所述第一末端相反的末端，所述摄像机支承件(50)可相对所述摄像机支承臂(30)绕平行于所述中心轴线(A-A)延伸的枢轴轴线(B-B)进行枢转运动，所述驱动装置适用于使所述摄像机支承件(50)相对所述支承件(24)运动，而所述控制装置(42)用于控制所述驱动装置，所述手术装置的特征在于：所述摄像机模块(32)包括两台观察摄像机(56)，每台观察摄像机(56)都具有视野轴线(X-X)和视野方向(S)，其特征还在于所述摄像机支承件(50)是其中部被紧固至所述摄像机支承臂(30)末端的臂，所述摄像机支承件(50)的每个自由端都带有观察摄像机(56)，这样所述观察摄像机(56)被布置在穿过所述摄像机支承件(50)中部的对称轴线的两侧。
2.根据权利要求1所述的手术装置，其特征在于，还包括两部由所述控制装置(42)控制的转向装置(58)，每部所述转向装置(58)都可适用于操纵所述观察摄像机(56)中的一台绕垂直于所述视野轴线(X-X)的至少第一枢轴轴线(Y-Y)相对所述摄像机支承件(50)运动。
3.根据权利要求2所述的手术装置，其特征在于，每部转向装置(58)都可适用于操纵所述观察摄像机绕垂直于所述第一枢轴轴线(Y-Y)且垂直于所述视野轴线(X-X)的第二枢轴轴线(Z-Z)运动。
4.根据权利要求1所述的手术装置，其特征在于，所述控制装置(42)包括适用于显示由至少一台所述观察摄像机(56)检测到的图像的显示屏(46)。
5.根据权利要求1所述的手术装置，其特征在于，所述观察器具(16)还包括由所述控制装置(42)控制的所述驱动装置，且所述驱动装置适用于使所述摄像机支承臂(30)相对所述支承件(24)运动和/或使所述摄像机支承件(50)相对所述摄像机支承臂(30)运动。
6.根据权利要求1所述的手术装置，其特征在于，所述摄像机支承件(50)被安装成能绕所述枢轴轴线(B-B)相对所述摄像机支承臂(30)在给定的角度范围(μ)内进行枢转运动。
7.根据权利要求1所述的手术装置，其特征在于，所述控制装置(42)还包括控制单元(44)，所述控制单元(44)适用于以三维方式再现由两台所述观察摄像机(56)观察到的区域。
8.根据权利要求7所述的手术装置，其特征在于，所述手术装置被配置为：所述观察摄像机(56)的所述视野轴线(X-X)彼此平行，且所述视野方向(S)彼此相反。
9.根据权利要求3所述的手术装置，其特征在于，所述控制装置(42)还包括控制单元(44)，所述控制单元(44)在所述两台观察摄像机(56)共同观察同一关注点时，适用于对两台观察摄像机(56)同时发送的图像进行同步，以便向观摩者传递三维的图像。
10.根据权利要求9所述的手术装置，其特征在于，所述观察器具(16)界定中间平面(PM)，所述中间平面垂直于含有两根第二枢轴轴线(Z-Z)的平面并平行于所述两根第二枢轴轴线(Z-Z)延伸，且所述中间平面(PM)处于所述两根第二枢轴轴线(Z-Z)之间居中的位置，其特征还在于所述观察器具被配置为：所述两台观察摄像机(56)共同观察同一关注点，而所述中间平面含有所述共同关注点。
11.根据权利要求2或权利要求3所述的手术装置的使用，其中所述控制装置(42)具有的配置中，每部转向装置(58)可彼此独立地被所述控制装置(42)所控制。
12.根据权利要求7或权利要求8所述的手术装置的使用，其中所述观察摄像机(56)的所述视野轴线(X-X)彼此平行，且所述视野方向(S)彼此相反。
13.根据权利要求9或权利要求10所述的手术装置的使用，其中所述观察器具界定中间平面(PM)，所述中间平面垂直于含有两根第二枢轴轴线(Z-Z)的平面并平行于所述两根所述第二枢轴轴线(Z-Z)延伸，且所述中间平面(PM)处于所述两根第二枢轴轴线(Z-Z)之间居中的位置，其特征还在于所述器具被配置为：所述两台观察摄像机(56)共同观察同一个关注点，而所述中间平面含有所述共同关注点。
14.一种手术设施(2)，包括医疗手术室(4)和根据权利要求1至10中任一权利要求所述的手术装置，其中所述观察摄像机(56)安设在所述医疗手术室(4)中，特别地，其中至少有一些所述控制装置(42)处于其内安设有所述观察摄像机(56)的所述医疗手术室(4)之外。
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