CN107072728B - 用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在反应运动期间监测控制点的系统和方法包括计算机辅助医疗设备。该计算机辅助医疗设备包括一个或多个铰接臂以及控制单元，每个铰接臂具有控制点，并且控制单元联接到一个或多个铰接臂。该一个或多个铰接臂和对应的控制点被配置为跟踪手术台的运动。该控制单元通过确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差来监测该一个或多个控制点的空间配置。

Description

用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法
相关申请
本公开要求于2014年10月27日提交的标题为“用于集成手术台的系统和方法(System and Method for Integrated Operating Table)”的美国临时专利申请US62/069,245以及于2015年3月17日提交的标题为“用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法(System and Method for Monitoring Control Points During Reactive Motion)”美国临时专利申请US62/134,252的优先权，这两个申请通过引用以其全文合并在此。
技术领域
本公开总体上涉及具有铰接臂的设备的操作，并且更具体地涉及在反应运动期间监测控制点。
背景技术
越来越多的设备正在被自主和半自主电子设备取代。这在现今在手术室、介入套房、加强监护病房、急诊室等中找到大批自主的和半自主的电子设备的医院尤其如此。例如，玻璃和水银温度计由电子温度计取代，静脉滴注管线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式外科器械正由计算机辅助医疗设备所取代。
这些电子设备为操作它们的人员提供了优势和挑战。许多这些电子设备都可以使一个或多个铰接臂和/或末端执行器进行自主或半自主运动。一个或多个铰接臂和/或末端执行器各自包括支持该铰接臂和/或末端执行器的运动的连杆和铰接关节的组合。在许多情况下，对铰接关节进行操纵以获得位于对应铰接臂的连杆和铰接关节的远端处的对应器械的预期位置和/或定向(统称为期望姿态)。靠近该器械的每个铰接关节为相应的铰接臂提供至少一个自由度，该自由度可以用于操纵对应器械的位置和/或定向。在许多情况下，相应的铰接臂可以包括允许控制对应器械的X位置、Y位置和Z位置以及对应器械的侧倾、俯仰和偏摆定向的至少六个自由度。每个铰接臂进一步可以提供远程运动中心。在一些情况下，可以允许一个或多个铰接臂和对应的远程运动中心或这些铰接臂上的其他点进行移动，以便跟踪该电子设备的其他部分的移动。例如，当在外科手术期间将器械插入患者上的身体开口(诸如切口部位或身体孔口)中并且放置该患者的手术台正在进行移动时，重要的是该铰接臂能够将该器械的位置调整到该身体开口的位置的变化。根据铰接臂的设计和/或实施方式，患者上的身体开口可以对应于铰接臂的远程运动中心。
当一个或多个铰接臂中的每一个铰接臂跟踪潜在的移动时，该电子设备的对应的铰接臂和/或其他部分试图补偿身体开口中的移动。当铰接臂不能完全补偿身体开口点的移动时，这可能导致不期望的和/或不安全的后果。这种缺乏对切口点的运动的顺应性可能导致对患者的伤害、铰接臂的损坏和/或其他不希望的结果。
因此，希望的是监测铰接臂的能力以补偿控制点(诸如在身体开口)的潜在的移动。
发明内容
与一些实施例一致，一种计算机辅助医疗设备包括一个或多个铰接臂，每个铰接臂具有控制点，以及联接到该一个或多个铰接臂的控制单元。该一个或多个铰接臂和对应的控制点被配置为跟踪手术台的移动。控制单元通过确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差来监测该一个或多个控制点的空间配置。
与一些实施例一致，一种监测计算机辅助医疗设备的一个或多个控制点的空间配置的方法包括：确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差。该一个或多个控制点对应于一个或多个铰接臂，并且被配置为跟踪手术台的移动。
与一些实施例一致的是，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，这些机器可读指令在由与医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使该一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：确定在手术台的移动期间一个或多个控制点的预期空间配置、确定在该手术台的移动期间该一个或多个控制点的实际空间配置、并且确定该预期空间配置和该实际空间配置之间的差。该一个或多个控制点对应于一个或多个铰接臂，并且被配置为跟踪手术台的移动。
附图说明
图1是根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。
图2是示出根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。
图3是根据一些实施例的计算机辅助医疗系统的运动学模型的简化图。
图4是根据一些实施例的在手术台移动期间监测一个或多个控制点的方法的简化图。
图5是根据一些实施例的在仅高度模式下的手术台移动期间的控制点位置的简化图。
图6是根据一些实施例的在旋转手术台移动期间的控制点集群的简化图。
图7A-7G是示出结合了本文所述的集成计算机辅助设备和可移动手术台特征的各种计算机辅助设备系统架构的简化示意图。
在附图中，具有相同标号的元件具有相同或类似的功能。
具体实施方式
在以下描述中，阐明了具体细节以便描述与本公开一致的一些实施例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以实践一些实施例而无需这些特定细节中的一些或所有细节。本文公开的具体实施例是示例性的，而不是限制性的。尽管没有特别说明，本领域的技术人员可以实现落入本公开的范围和精神内的其他要素。此外，为了避免不必要的重复，示出和描述的与一个实施例相关的一个或更多个特征可以合并到其他实施例中，除非另外具体说明或者一个或更多个特征会使实施例无功能。术语“包括”意味着包括但不限于所包括的一个或更多个单独的项目中的每个应当被认为是可选的，除非另有说明。类似地，术语“可以”表示项目是可选的。
图1是根据一些实施例的计算机辅助系统100的简化图。如图1所示，计算机辅助系统100包括具有一个或更多个可移动臂或铰接臂120的设备110。一个或更多个铰接臂120中的每个支撑一个或更多个末端执行器。在一些实例中，设备110可以与计算机辅助外科设备一致。一个或更多个铰接臂120各自为安装到铰接臂120中的至少一个的远端的一个或更多个器械、外科器械、成像设备和/或诸如此类提供支撑。设备110可以进一步耦连到操作者工作站(未示出)，操作者工作站可以包括用于操作该设备110、一个或更多个铰接臂120和/或末端执行器的一个或更多个主控制装置。在一些实施例中，设备110和操作者工作站可以对应于由加利福尼亚州的Sunnyvale的直观外科手术公司(Intuitive Surgical,Inc.)商售的da
Figure GDA0001277019680000041
外科系统。在一些实施例中，具有其他配置、更少或更多铰接臂和/或类似装置的计算机辅助外科设备可以可选地与计算机辅助系统100一起使用。
设备110经由接口耦连至控制单元130。接口可以包括一个或更多个无线链路、线缆、连接器和/或总线，并且可以进一步包括具有一个或更多个网络交换和/或路由设备的一个或更多个网络。控制单元130包括耦连至存储器150的处理器140。控制单元130的操作由处理器140来控制。并且，尽管控制单元130显示只有一个处理器140，可以理解的是处理器140可以代表在控制单元130中的一个或更多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似设备。控制单元130可以被实现为加入到计算设备中的单机子系统和/或板，或是实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元可以作为操作者工作站的一部分被包括，和/或与操作者工作站分开但是协同操作。
存储器150用于存储由控制单元130执行的软件和/或在控制单元130的操作期间使用的一个或更多个数据结构。存储器150可以包括一种或多种类型的机器可读介质。一些普通形式的机器可读介质可以包括软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔洞图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或盒、和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
如所示的，存储器150包括支持设备110的自主和/或半自主控制的运动控制应用程序160。运动控制应用程序160可以包括一个或更多个应用程序编程接口(API)，用于从设备110接收位置、运动和/或其他传感器信息，与和其他设备(诸如手术台和/或成像设备)相关的其他控制单元交换位置、运动和/或避免碰撞信息，和/或规划和/或辅助设备110、铰接臂120和/或设备110的末端执行器的运动。并且，尽管运动控制应用程序160被描述为软件应用程序，运动控制应用程序160可以使用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实现。
在一些实施例中，可以在手术室和/或介入套房中找到计算机辅助系统100。并且，尽管计算机辅助系统100仅包括具有两个铰接臂120的一个设备110，但是普通技术人员将理解，计算机辅助系统100可以包括具有与设备110类似和/或不同设计的铰接臂和/或末端执行器的任何数量的设备。在一些示例中，这些设备中的每个可以包括更少或更多的铰接臂和/或末端执行器。
计算机辅助系统100进一步包括手术台170。类似于一个或更多个铰接臂120，手术台170支持台面180相对于手术台170的基座的铰接移动。在一些示例中，台面180的铰接移动可以包括用于改变台面180的高度、倾斜度、滑动、特伦德伦伯卧位(Trendelenburg)取向和/或类似方面的支撑件。尽管未示出，但手术台170可以包括一个或更多个控制输入装置，诸如用于控制台面180的位置和/或取向的手术台命令单元。在一些实施例中，手术台170可以对应于由德国Trumpf Medical Systems GmbH商售的一种或多种手术台。
手术台170也经由对应的接口耦连到控制单元130。该接口可以包括一个或更多个无线链路、线缆、连接器和/或总线，并且可以进一步包括具有一个或更多个网络交换和/或路由设备的一个或更多个网络。在一些实施例中，手术台170可以耦连到与控制单元130不同的控制单元。在一些示例中，运动控制应用程序160可以包括用于接收与手术台170和/或台面180相关联的位置、运动和/或其它传感器信息的一个或更多个应用程序编程接口(API)。在一些示例中，运动控制应用程序160可以规划和/或辅助手术台170和/或台面180的运动规划。在一些示例中，运动控制应用程序160可以有助于与碰撞避免相关联的运动规划，适应和/或避免关节和连杆中的运动范围限度、铰接臂、器械、末端执行器、手术台部件和/或诸如此类的移动来补偿铰接臂、器械、末端执行器、手术台部件和/或诸如此类中的其它运动，调整观察设备(诸如内窥镜)以在该观察设备的视场内维持和/或放置感兴趣的区域和/或一个或更多个器械或末端执行器。在一些示例中，运动控制应用程序160可以阻止手术台170和/或台面180的运动，诸如通过使用手术台命令单元来阻止手术台170和/或台面180的移动。在一些示例中，运动控制应用程序160可以帮助将设备110与手术台170配准，使得设备110和手术台170之间的几何关系是已知的。在一些示例中，该几何关系可以包括为设备110和手术台170维持的坐标系之间的平移和/或一次或多次旋转。
图2是示出根据一些实施例的计算机辅助系统200的简化图。例如，计算机辅助系统200可以与计算机辅助系统100一致。如图2所示，计算机辅助系统200包括具有一个或更多个铰接臂和手术台280的计算机辅助设备210。虽然在图2中未示出，但是计算机辅助设备210和手术台280使用一个或更多个接口和一个或更多个控制单元而耦连在一起，使得至少关于手术台280的运动学信息对于用于执行计算机辅助设备210的铰接臂的运动的运动控制应用程序是已知的。
计算机辅助设备210包括各种连杆和关节。在图2的实施例中，计算机辅助设备通常分为三组不同的连杆和关节。从具有移动推车215或患者侧推车215的近端开始的是装配结构220。耦连到装配结构的远端的是形成铰接臂的一系列连杆和装配关节240。并且耦连到装配关节240的远端的是多关节操纵器260。在一些示例中，一系列装配关节240和操纵器260可以对应于铰接臂120中的一个。并且，尽管计算机辅助设备仅示出具有一个系列的装配关节240和对应的操纵器260，但是普通技术人员将理解，计算机辅助设备可以包括多于一个系列的装配关节240和对应的操纵器260，使得计算机辅助设备配备有多个铰接臂。
如所示的，计算机辅助设备210被安装在移动推车215上。移动推车215使得计算机辅助设备210能够诸如在手术室之间或在手术室内从一个地点被运送到另一地点，以更好地将计算机辅助设备安置在手术台280附近。装配结构220被安装在移动推车215上。如图2所示，装配结构220包括两部分式柱，该柱包括柱连杆221和222。耦连到柱连杆222的上端或远端的是肩关节223。耦连到肩关节223的是包括吊杆连杆224和225的两部分式吊杆。在吊杆连杆225的远端处是腕关节226，并且耦连到腕关节226的是臂安装平台227。
装配结构220的连杆和关节包括用于改变臂安装平台227的位置和取向(即姿态)的各种自由度。例如，两部分式柱被用于通过沿着轴线232上下移动肩关节223来调整臂安装平台227的高度。臂安装平台227额外通过使用肩关节223来围绕移动推车215、两部分式柱和轴线232旋转。臂安装平台227的水平位置通过使用两部分式吊杆沿轴线234来被调整。并且，臂安装平台227的取向也可以通过使用腕关节226围绕臂安装平台取向轴线236的旋转来被调整。因此，受制于装配结构220中的连杆和关节的运动限度，臂安装平台227的位置可以通过使用两部分式柱在移动推车215上方竖直地被调整。臂安装平台227的位置也可以分别使用两部分式吊杆和肩关节223围绕移动推车215径向地或成角度地被调整。并且，臂安装平台227的角取向也可以通过使用腕关节226来被改变。
臂安装平台227被用作一个或更多个铰接臂的安装点。调整臂安装平台227围绕移动推车215的高度、水平位置和取向的能力提供了用于将一个或更多个铰接臂围绕将要进行操作或程序的位于移动推车215附近的工作空间进行安置和取向的灵活装配结构。例如，臂安装平台227可以安置在患者上方，使得各种铰接臂及其对应的操纵器和器械具有足够的运动范围以对患者执行外科程序。图2示出了使用第一装配关节242耦连到臂安装平台227的单个铰接臂。虽然仅示出了一个铰接臂，但是普通技术人员将理解，多个铰接臂可以通过使用附加的第一装配关节而被耦连到臂安装平台227。
第一装配关节242形成铰接臂的装配关节240部段的最近侧部分。装配关节240可以进一步包括一系列关节和连杆。如图2所示，装配关节240至少包括经由一个或更多个关节(未明确示出)耦连的连杆244和246。装配关节240的关节和连杆包括使用第一装配关节242使装配关节240围绕轴线252相对于臂安装平台227旋转、调整第一装配关节242和连杆246之间的径向或水平距离、沿着轴线254调整连杆246的远端处的操纵器安装件262相对于臂安装平台227的高度以及使操纵器安装件262围绕轴线254旋转的能力。在一些示例中，装配关节240可以进一步包括附加的关节、连杆和轴线，允许附加的自由度以改变操纵器安装件262相对于臂安装平台227的姿态。
操纵器260经由操纵器安装件262耦连到装配关节240的远端。操纵器260包括附加的关节264和连杆266，其中器械托架268被安装在操纵器260的远端。器械270被安装到器械托架268。器械270包括轴272，轴272沿着插入轴线对准。轴272通常是对准的，使得其穿过与操纵器260相关联的远程运动中心274。远程运动中心274的位置通常相对于操纵器安装件262维持固定的平移关系，使得操纵器260中的关节264的操作导致轴272围绕远程运动中心274旋转。根据实施例，使用操纵器260的关节264和连杆266中的物理约束、使用放置在允许用于关节264的运动上的软件约束和/或两者的组合来维持远程运动中心274相对于操纵器安装件262的固定平移关系。使用通过使用关节和连杆中的物理约束来维持的远程运动中心的计算机辅助外科设备的代表性实施例被描述在2013年5月13日提交的标题为“用于硬件约束的远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度(Redundant Axis and Degree ofFreedom for Hardware-Constrained Remote Center Robotic Manipulator)”的美国专利申请US13/906,888中，并且使用由软件约束维持的远程运动中心的计算机辅助外科设备的代表性实施例被描述在2005年5月19日提交的标题为“用于外科手术和其他应用的软件中心和可高度配置的机器人系统(Software Center and Highly Configurable RoboticSystems for Surgery and Other Uses)”的美国专利US8,004,229中，这些文献的说明书通过引用以其整体并入本文。在一些示例中，远程运动中心274可以对应于患者278中的身体开口(诸如切口部位或身体孔口)的位置，其中轴272被插入到患者278中。因为远程运动中心274对应于身体开口，所以当使用器械270时，远程运动中心274相对于患者278保持静止，以限制在远程运动中心274处的患者278的解剖结构上的应力。在一些示例中，轴272可以可选地穿过位于身体开口处的套管(未示出)。在一些示例中，具有相对较大的轴或引导管外直径(例如4-5mm或更大)的器械可以使用套管穿过身体开口，并且对于具有相对较小的轴或引导管外直径(例如2-3mm或更小)的器械可以可选地省略套管。
在轴272的远端处是末端执行器276。由于关节264和连杆266导致的操纵器260中的自由度可以允许至少控制轴272和/或末端执行器276相对于操纵器安装件262的滚转、俯仰和偏摆。在一些示例中，操纵器260中的自由度可以进一步包括使用器械托架268前进和/或撤回轴272的能力，使得末端执行器276可以相对于远程运动中心274沿着插入轴线前进和/或撤回。在一些示例中，操纵器260可以与用于与由加利福尼亚州Sunnyvale的直观外科手术公司(Intuitive Surgical,Inc.)商售的da
Figure GDA0001277019680000081
外科系统一起使用的操纵器一致。在一些示例中，器械270可以是诸如内窥镜的成像设备、夹具、诸如烧灼器或手术刀的外科器械和/或诸如此类。在一些示例中，末端执行器276可以包括附加的自由度，诸如滚转、俯仰、偏摆、抓握和/或诸如此类，其允许末端执行器276的各部分相对于轴272的远端的额外的定位操纵。
在外科手术或其他医疗程序期间，患者278通常位于手术台280上。手术台280包括台座282和台面284，其中台座282位于移动推车215附近，使得器械270和/或末端执行器276可以由计算机辅助设备210操纵，同时器械270的轴272在身体开口处插入到患者278体内。手术台280进一步包括铰接式结构290，该铰接式结构290包括台座282和台面284之间的一个或更多个关节或连杆，使得控制台面284相对于台座280的相对位置，并且因而控制患者278相对于台座282的相对位置。在一些示例中，铰接式结构290可以被配置成使得相对于可以位于台面284上方的点处的虚拟定义的台运动等中心点286来控制台面284。在一些示例中，等中心点286可以位于患者278的体内。在一些示例中，等中心点286可以在身体开口之一(诸如对应于远程运动中心274的身体开口部位)处或附近与患者的体壁并置。
如图2所示，铰接式结构290包括高度调整关节292，使得台面284可以相对于台座282升高和/或降低。铰接式结构290进一步包括关节和连杆，以改变台面284相对于等中心点286的倾斜度294和特伦德伦伯卧位296取向。倾斜度294允许台面284从一侧向另一侧倾斜，使得患者278的右侧或左侧相对于患者278的另一侧向上旋转(即围绕台面284的纵向轴线或头到脚(头-尾)轴线)。特伦德伦伯卧位296允许台面284旋转，使得患者278的足部抬高(特伦德伦伯卧位)或者患者278的头部抬高(反向特伦德伦伯卧位)。在一些示例中，可以调整倾斜度294和/或特伦德伦伯卧位296的旋转以产生围绕等中心点286的旋转。铰接式结构290进一步包括附加的连杆和关节298，以使台面284沿着纵向(头-尾)轴线相对于台座282滑动，通常具有如图2所示的左和/或右运动。
图7A-7G是示出结合了本文所述的集成计算机辅助设备和可移动手术台特征的各种计算机辅助设备系统架构的简化示意图。各种所示的系统部件依照本文所描述的原理。在这些图示中，为了清楚起见，这些部件被简化，并且没有示出各种细节，诸如各个连杆、关节、操纵器、器械、末端执行器等，但是它们应当被理解为结合在各种图示的部件中。
在这些架构中，没有示出与一个或更多个外科器械或器械组相关联的套管，并且应当理解，套管和其它器械引导设备可选地可以用于具有相对较大的轴或引导管外直径(例如4-5mm或更大)的器械或器械组，并且可选地对于具有相对较小的轴或引导管外直径(例如2-3mm或更小)的器械是可以省略的。
同样在这些架构中，远程操作的操纵器应当被理解为包括在外科手术期间通过使用硬件约束(例如固定的相交的器械俯仰轴线、偏摆轴线和滚转轴线)或软件约束(例如软件约束的相交的器械俯仰轴线、偏摆轴线和滚转轴线)来限定远程运动中心的操纵器。可以限定这种器械旋转轴线的混合(例如硬件约束的滚转轴线和软件约束的俯仰轴线和偏摆轴线)。此外，一些操纵器可以在程序期间不限定和约束任何外科器械旋转轴线，并且一些操纵器可以在程序期间限定和约束仅一个或两个器械旋转轴线。
图7A示出了可移动手术台1100和单器械计算机辅助设备1101a。手术台1100包括可移动的台面1102以及从机械接地的台座1104延伸以在远端处支撑台面1102的台支撑结构1103。在一些示例中，手术台1100可以与手术台170和/或280一致。计算机辅助设备1101a包括远程操作的操纵器和单器械组件1105a。计算机辅助设备1101a也包括支撑结构1106a，支撑结构1106a在近侧基座1107a处机械接地并且延伸以支撑远端处的操纵器和器械组件1105a。支撑结构1106a被配置成允许组件1105a关于手术台1100移动并保持在各种固定姿态中。基座1107a可选地关于手术台1100是永久固定的或是可移动的。手术台1100和计算机辅助设备1101a如本文所述一起操作。
图7A进一步示出了可选的第二计算机辅助设备1101b，其示出了可以包括两个、三个、四个、五个或更多个单独的计算机辅助设备，每个计算机辅助设备具有对应的单独的远程操作的操纵器以及由对应的支撑结构1106b支撑的(多个)单器械组件1105b。与计算机辅助设备1101a类似，计算机辅助设备1101b被机械接地，并且组件1105b被摆姿势。手术台1100和计算机辅助设备1101a和1101b一起形成多器械外科系统，并且如本文所述它们一起操作。在一些示例中，计算机辅助设备1101a和/或1101b可以与计算机辅助设备110和/或210一致。
如图7B所示，示出了另一个可移动手术台1100和计算机辅助设备1111。计算机辅助设备1111是多器械设备，其包括两个、三个、四个、五个或更多个单独远程操作的操纵器和单器械组件，如代表性的操纵器和器械组件1105a和1105b所示。计算机辅助设备1111的组件1105a和1105b由组合支撑结构1112支撑，组合支撑结构1112允许组件1105a和1105b关于手术台1100作为一组一起移动和摆姿势。计算机辅助设备1111的组件1105a和1105b也各自分别由对应的单独支撑结构1113a和1113b来支撑，这允许每个组件1105a和1105b关于手术台1100且关于一个或更多个其它组件1105a和1105b单独地移动和摆姿势。这种多器械外科系统架构的示例是由直观外科手术公司(Intuitive Surgical,Inc.)商售的da Vinci
Figure GDA0001277019680000111
外科系统和da
Figure GDA0001277019680000112
XiTM外科系统。如本文所述的，手术台1100和包括示例计算机辅助设备1111的外科操纵器系统一起操作。在一些示例中，计算机辅助设备1111与计算机辅助设备110和/或210一致。
图7A和7B的计算机辅助设备均示出为在地板处机械接地。但是，一个或更多个此类计算机辅助设备可以可选地在墙壁或天花板处机械地接地，并且关于这样的墙壁或天花板面是永久固定的或是可移动的。在一些示例中，计算机辅助设备可以通过使用轨道或网格系统而被安装到墙壁或天花板，该轨道或网格系统允许计算机辅助系统的支撑基座相对于手术台移动。在一些示例中，一个或更多个固定的或可释放的安装夹具可以用于将相应的支撑基座安装到轨道或网格系统。如图7C所示，计算机辅助设备1121a在墙壁处机械接地，并且计算机辅助设备1121b在天花板处机械接地。
此外，计算机辅助设备可以经由可移动手术台1100间接地机械接地。如图7D所示，计算机辅助设备1131a耦连到手术台1100的台面1102。计算机辅助设备1131a可以可选地耦连到手术台1100的其它部分，诸如台支撑结构1103或台座1104，如图7D所示的虚线结构所示。当台面1102关于台支撑结构1103或台座1104移动时，计算机辅助设备1131a同样关于台支撑结构1103或台座1104移动。然而，当计算机辅助设备1131a耦连到台支撑结构1103或台座1104时，计算机辅助设备1131a的基座在台面1102移动时关于地面保持固定。当台运动发生时，器械插入患者内的身体开口也可以移动，因为患者的身体可以相对于台面1102移动和改变身体开口位置。因此，对于计算机辅助设备1131a耦连到台面1102的实施例，台面1102用作局部机械接地，并且身体开口关于台面1102移动，并且因此关于计算机辅助设备1131a移动。7D还示出第二计算机辅助设备1131b，第二计算机辅助设备1131b可以被可选地添加，类似于计算机辅助设备1131a来进行配置以创建多器械系统。包括耦连到手术台的一个或更多个计算机辅助设备的系统如本文所公开的那样操作。
在一些实施例中，具有相同的或混合的机械接地的计算机辅助设备的其他组合是可能的。例如，系统可以包括在地板处机械接地的一个计算机辅助设备以及经由手术台机械接地到地板的第二计算机辅助设备。这种混合式机械接地系统如本文所公开的那样操作。
本发明的方面还包括单个身体开口系统，其中两个或更多个外科器械经由单个身体开口进入身体。这样的系统的示例在2010年8月12日提交的标题为“外科系统器械安装(Surgical System Instrument Mounting)”的美国专利US8,852,208和2007年6月13日提交的标题为“微创外科手术系统(Minimally Invasive Surgical System)”的美国专利US9,060,678中示出，这两个文献都通过引用并入。图7E示出了远程操作的多器械计算机辅助设备1141和如上所述的手术台1100。两个或更多个器械1142各自耦连到对应的操纵器1143，并且器械组1142和器械操纵器1143由系统操纵器1144一起移动。系统操纵器1144由支撑组件1145支撑，支撑组件1145允许系统操纵器1144移动到并固定在各种姿态。支撑组件1145与上述描述一致地在基座1146处机械接地。两个或更多个器械1142在单个身体开口处插入患者内。可选地，器械1142一起延伸通过单个引导管，并且引导管可选地延伸穿过套管，如以上引用的参考文献中所述。计算机辅助设备1141和手术台1100如本文所述一起操作。
图7F示出了可选地通过耦连到台面1102、台支撑结构1103或台座1104，经由手术台1100机械接地的另一个多器械单个身体开口计算机辅助设备1151。以上参照图7D的描述也适用于图7F中所示的机械接地选项。计算机辅助设备1151和手术台1100如本文所述一起工作。
图7G示出了一个或更多个远程操作的多器械单个身体开口计算机辅助设备1161和一个或更多个远程操作的单器械计算机辅助设备1162可以被组合以如本文所述与手术台1100一起操作。计算机辅助设备1161和1162中的每一个可以直接地或经由其他结构以如上所述的各种方式机械接地。
图3是根据一些实施例的计算机辅助医疗系统的运动学模型300的简化图。如图3所示，运动学模型300可以包括与许多源和/或设备相关联的运动学信息。运动学信息基于用于计算机辅助医疗设备和手术台的连杆和关节的已知运动学模型。运动学信息进一步基于与计算机辅助医疗设备和手术台的关节的位置和/或取向相关联的信息。在一些示例中，与关节的位置和/或取向相关联的信息可以通过测量棱柱形关节的线性位置和转动关节的旋转位置从一个或更多个传感器(诸如编码器)得到。
运动学模型300包括几个坐标系或坐标系统和变换(诸如齐次变换(homogeneoustransform))，用于将位置和/或取向从坐标系中的一个变换到坐标系中的另一个。在一些示例中，运动学模型300可以用于通过组合由包括在图3中的变换联动装置指出的前向变换和/或反向变换/逆变换来允许在任何其他坐标系中的坐标系之一中的位置和/或取向的前向和/或反向映射。在一些示例中，当这些变换被建模为矩阵形式的齐次变换时，使用矩阵乘法来完成组合。在一些实施例中，运动学模型300可以用于对图2的计算机辅助设备210和手术台280的运动学关系进行建模。
运动学模型300包括用于对手术台(诸如手术台170和/或手术台280)的位置和/或取向进行建模的台座坐标系305。在一些示例中，台座坐标系305可以用于相对于与手术台相关联的参考点和/或取向来对手术台上的其它点进行建模。在一些示例中，参考点和/或取向可以与手术台的台座(诸如台座282)相关联。在一些示例中，台座坐标系305可以适于用作计算机辅助系统的世界坐标系。
运动学模型300进一步包括台面坐标系310，其可以用于对表示手术台的台面(诸如台面284)的坐标系中的位置和/或取向进行建模。在一些示例中，台面坐标系310可以围绕台面的旋转中心或等中心点(诸如等中心点286)居中。在一些示例中，台面坐标系310的Z轴可以相对于其上放置手术台的地板或表面竖直取向和/或与台面的表面正交。在一些示例中，台面坐标系310的X轴和Y轴可以被取向成捕获台面的纵向(从头到脚)主轴线和侧向(从一侧到另一侧)主轴线。在一些示例中，台座到台面坐标变换315被用于映射台面坐标系310和台座坐标系305之间的位置和/或取向。在一些示例中，手术台的铰接式结构(诸如铰接式结构290)的一个或更多个运动学模型以及过去的和/或当前的关节传感器读数被用于确定台座到台面坐标变换315。在与图2的实施例一致的一些示例中，台座到台面坐标变换315对与手术台相关联的高度、倾斜度、特伦德伦伯卧位和/或滑动设置的组合效应进行建模。
运动学模型300进一步包括用于对计算机辅助设备(诸如计算机辅助设备110和/或计算机辅助设备210)的位置和/或取向进行建模的设备基座坐标系。在一些示例中，设备基座坐标系320可以用于相对于与计算机辅助设备相关联的参考点和/或取向来对计算机辅助设备上的其他点进行建模。在一些示例中，参考点和/或取向可以与计算机辅助设备(诸如移动推车215)的设备基座相关联。在一些示例中，设备基座坐标系320可以适于用作计算机辅助系统的世界坐标系。
为了跟踪手术台和计算机辅助设备之间的位置和/或取向关系，通常期望在手术台和计算机辅助设备之间进行配准。如图3所示，配准可以用于确定台面坐标系310和设备基座坐标系320之间的配准变换325。在一些实施例中，配准变换325可以是台面坐标系310和设备基座坐标系320之间的部分或全部变换。配准变换325基于手术台和计算机辅助设备之间的架构布置而被确定。
在计算机辅助设备被安装到台面1102的图7D和图7F的示例中，配准变换325根据台座到台面坐标变换315来确定，并且得知计算机辅助设备在哪里被安装到台面112。
在计算机辅助设备被放置在地板上或安装到墙壁或天花板上的图7A-7C、图7E和图7F的示例中，通过对设备基座坐标系320和台座坐标系305放置一些限制来简化配准变换325的确定。在一些示例中，这些限制包括设备基座坐标系320和台座坐标系305两者在相同的竖直向上的轴线或Z轴上相符合。假设手术台位于水平地板上，房间的墙壁(例如垂直于地板)和天花板(例如平行于地板)的相对取向是已知的，为设备基座坐标系320和台座坐标系305两者或适当的取向变换维持共同的竖直向上的轴或Z轴(或适当的取向变换)是可能的。在一些示例中，因为共同的Z轴，配准变换325可以可选地仅对设备基座相对于台座围绕台座坐标系305的Z轴的旋转关系(例如θZ配准)进行建模。在一些示例中，配准变换325还可以可选地对台座坐标系305和设备基座坐标系320之间的水平偏移(例如XY配准)进行建模。这是可能的，因为计算机辅助设备和手术台之间的竖直(Z)关系是已知的。因此，台座到台面的变换315中的台面的高度的变化类似于设备基座坐标系320中的竖直调整，因为台座坐标系305和设备基座坐标系320中的竖直轴线是相同的或接近相同的，使得台座坐标系305和设备基座坐标系320之间的高度的变化处于彼此的合理公差内。在一些示例中，通过了解台面(或其等中心点)的高度和θZ和/或XY配准，可以将台座到台面的变换315中的倾斜度调整和特伦德伦伯卧位调整映射到设备基座坐标系320。在一些示例中，配准变换325和台座到台面的变换315可以用于对计算机辅助外科设备进行建模，就好像计算机辅助外科设备被附接到台面，即使在架构上其并没有附接到台面上。
运动学模型300进一步包括臂安装平台坐标系330，其被用作与计算机辅助设备的铰接臂上的最近侧的点相关联的共享坐标系的合适模型。在一些实施例中，臂安装平台坐标系330可以与臂安装平台(诸如臂安装平台227)上的便利点相关联并且相对于臂安装平台上的便利点取向。在一些示例中，臂安装平台坐标系330的中心点可以位于臂安装平台取向轴线236上，其中臂安装平台坐标系330的Z轴与臂安装平台取向轴线236对准。在一些示例中，设备基座到臂安装平台的坐标变换335用于映射设备基座坐标系320和臂安装平台坐标系330之间的位置和/或取向。在一些示例中，计算机辅助设备在设备基座和臂安装平台之间的连杆和关节(诸如装配结构220)的一个或更多个运动学模型，连同过去的和/或当前的关节传感器读数一起，用于确定设备基座到臂安装平台的坐标变换335。在与图2的实施例一致的一些示例中，设备基座到臂安装平台的坐标变换335可以对计算机辅助设备的装配结构部分的两部分式柱、肩关节、两部分式吊杆和腕关节的组合效应进行建模。
运动学模型300进一步包括与计算机辅助设备的每个铰接臂相关联的一系列坐标系和变换。如图3所示，运动学模型300包括用于三个铰接臂的坐标系和变换，但是普通技术人员将理解，不同的计算机辅助设备可以包括更少和/或更多(例如，一个、两个、四个、五个或更多)铰接臂。与图2的计算机辅助设备210的连杆和关节的配置一致，根据安装到铰接臂的远端的器械的类型，通过使用操纵器安装件坐标系、远程运动中心坐标系以及器械或摄像机坐标系，对每个铰接臂进行建模。
在运动学模型300中，通过使用操纵器安装件坐标系341、远程运动中心(RC)坐标系342、器械坐标系343、臂安装平台到操纵器安装件的变换344、操纵器安装件到远程运动中心的变换345以及远程运动中心到器械的变换346来捕获铰接臂中的第一铰接臂的运动学关系。操纵器安装件坐标系341表示用于表示与操纵器(诸如操纵器260)相关联的位置和/或取向的适当模型。操纵器安装件坐标系341与对应的铰接臂的操纵器安装件(诸如操纵器安装件262)相关联。臂安装平台到操纵器安装件的变换344则基于在臂安装平台和对应的操纵器安装件之间的计算机辅助设备的连杆和关节(诸如对应的装配关节240)的一个或更多个运动学模型以及对应的装配关节240的过去的和/或当前的关节传感器读数。
远程运动中心坐标系342与安装在操纵器上的器械的远程运动中心(诸如对应的操纵器260的对应的远程运动中心274)相关联。操纵器安装件到远程运动中心的变换345则基于在对应的操纵器安装件和对应的远程运动中心之间的计算机辅助设备的连杆和关节(诸如对应的操纵器260的对应的关节264、对应的连杆266和对应的托架268)的一个或更多个运动学模型以及对应的关节264的过去的和/或当前的关节传感器读数。当对应的远程运动中心相对于对应的操纵器安装件正维持在固定的位置关系时，如在图2的实施例中，操纵器安装件到远程运动中心的变换345包括在操作操纵器和器械时不变的基本静态的平移分量以及在操作操纵器和器械时改变的动态旋转分量。
器械坐标系343与位于器械的远端的末端执行器(诸如对应的末端执行器276)相关联。远程运动中心到器械的变换346则基于移动和/或定向对应的器械、末端执行器和远程运动中心的计算机辅助设备的连杆和关节的一个或更多个运动学模型以及过去的和/或当前的关节传感器读数。在一些示例中，远程运动中心到器械的变换346考虑了轴(诸如对应的轴272)穿过远程运动中心的取向以及轴相对于远程运动中心前进和/或撤回的距离。在一些示例中，远程运动中心到器械的变换346可以被约束以反映器械的轴的插入轴线穿过远程运动中心，并且考虑了轴和末端执行器围绕由轴限定的轴线的旋转。
在运动学模型300中，通过使用操纵器安装件坐标系351、远程运动中心坐标系352、器械坐标系353、臂安装平台到操纵器安装件的变换354、操纵器安装件到远程运动中心的变换355以及远程运动中心到器械的变换356来捕获铰接臂中的第二铰接臂的运动学关系。操纵器安装件坐标系351表示用于表示与操纵器(诸如操纵器260)相关联的位置和/或取向的适当模型。操纵器安装件坐标系351与对应的铰接臂的操纵器安装件(诸如操纵器安装件262)相关联。臂安装平台到操纵器安装件的变换354则基于计算机辅助设备在臂安装平台和对应的操纵器安装件之间的连杆和关节(诸如对应的装配关节240)的一个或更多个运动学模型以及对应的装配关节240的过去的和/或当前的关节传感器读数。
远程运动中心坐标系352与安装在铰接臂上的操纵器的远程运动中心(诸如对应的操纵器260的对应的远程运动中心274)相关联。操纵器安装件到远程运动中心的变换355则基于计算机辅助设备在对应的操纵器安装件和对应的远程运动中心之间的连杆和关节(诸如对应的操纵器260的对应的关节264、对应的连杆266以及对应的托架268)的一个或更多个运动学模型以及对应的关节264的过去的和/或当前的关节传感器读数。当对应的远程运动中心相对于对应的操纵器安装件正维持在固定的位置关系时，诸如在图2的实施例中，安装件到远程运动中心的变换355包括在操作操纵器和器械时不变的基本静态的平移分量以及在操作操纵器和器械时改变的动态旋转分量。
器械坐标系353与位于器械的远端的末端执行器(诸如对应的器械270和/或末端执行器276)相关联。远程运动中心到器械的变换356则基于移动和/或定向对应的器械、末端执行器和远程运动中心的计算机辅助设备的连杆和关节的一个或更多个运动学模型以及过去的和/或当前的关节传感器读数。在一些示例中，远程运动中心到器械的变换356考虑了轴(诸如对应的轴272)穿过远程运动中心的取向以及轴相对于远程运动中心前进和/或撤回的距离。在一些示例中，远程运动中心到器械的变换356可以被约束以反映器械的轴的插入轴线穿过远程运动中心，并且考虑了轴和末端执行器围绕由轴限定的轴线的旋转。
在运动学模型300中，通过使用操纵器安装件坐标系361、远程运动中心坐标系362、摄像机坐标系363、臂安装平台到操纵器安装件的变换364、操纵器安装件到远程运动中心的变换365以及远程运动中心到摄像机的变换366，来捕获铰接臂中的第三铰接臂的运动学关系。操纵器安装件坐标系361表示用于表示与操纵器(诸如操纵器260)相关联的位置和/或取向的适当模型。操纵器安装件坐标系361与对应的铰接臂的操纵器安装件(诸如操纵器安装件262)相关联。臂安装平台到操纵器安装件的变换364则基于计算机辅助设备在臂安装平台和对应的操纵器安装件之间的连杆和关节(诸如对应的装配关节240)的一个或更多个运动学模型以及对应的装配关节240的过去的和/或当前的关节传感器读数。
远程运动中心坐标系362与安装在铰接臂上的操纵器的远程运动中心(诸如对应的操纵器260的对应的远程运动中心274)相关联。操纵器安装件到远程运动中心的变换365则基于计算机辅助设备在对应的操纵器安装件和对应的远程运动中心之间的连杆和关节(诸如对应的操纵器260的对应的关节264、对应的连杆266以及对应的托架268)的一个或更多个运动学模型以及对应的关节264的过去的和/或当前的关节传感器读数。当对应的远程运动中心相对于对应的操纵器安装件正维持在固定的位置关系时，诸如在图2的实施例中，安装件到远程运动中心的变换365包括在操作操纵器和器械时不变的基本静态的平移分量以及在操作操纵器和器械时改变的动态旋转分量。
摄像机坐标系363与安装在铰接臂上的成像设备(诸如内窥镜)相关联。远程运动中心到摄像机的变换366则基于移动和/或定向成像设备及对应的远程运动中心的计算机辅助设备的连杆和关节的一个或更多个运动学模型以及的过去的和/或当前的关节传感器读数。在一些示例中，远程运动中心到摄像机的变换366考虑了轴(诸如对应的轴272)穿过远程运动中心的取向以及轴相对于远程运动中心前进和/或撤回的距离。在一些示例中，远程运动中心到摄像机的变换366可以被约束以反映成像设备的轴的插入轴线穿过远程运动中心，并且考虑了成像设备围绕由轴限定的轴线的旋转。
如以上讨论并进一步强调的，图3仅仅是不应过度地限制权利要求书的范围的一个示例。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替换和修改。根据一些实施例，手术台和计算机辅助设备之间的配准可以通过使用替代配准变换在台面坐标系310和设备基座坐标系320之间确定。当使用替代配准变换时，通过将替代配准变换与台座到台面的变换315的逆变换/反向变换组合来确定配准变换325。根据一些实施例，用于对计算机辅助设备进行建模的坐标系和/或变换可以根据计算机辅助设备的连杆和关节、其铰接臂、其末端执行器、其操纵器和/或其器械的特定配置而不同地布置。根据一些实施例，运动学模型300的坐标系和变换可以用于对与一个或更多个虚拟器械和/或虚拟摄像机相关联的坐标系和变换进行建模。在一些示例中，虚拟器械和/或摄像机可以与先前存储的和/或锁存的器械位置、由运动导致的器械和/或摄像机的投影、由外科医生和/或其他人员定义的参考点和/或诸如此类相关联。
如前所述，当正在操作计算机辅助系统(诸如计算机辅助系统100和/或200)时，希望允许对器械和/或末端执行器进行连续控制，同时允许手术台(诸如手术台170和/或280)的运动。在一些示例中，这可以允许耗时较少的过程，因为可以在不必从患者上的身体开口中移除器械的情况下发生手术台运动。在一些示例中，这允许外科医生和/或其他医务人员在手术台运动发生时对器官移动进行监测，以获得最更加优化的手术台姿态。在一些示例中，这还允许在手术台运动期间主动继续外科手术。一些操作模式在将一个或多个器械插入到逐个患者上的身体开口的同时允许铰接式结构在手术台中的运动(即手术台移动)。在2015年3月17日提交的标题为“用于集成手术台的系统及方法(System and Method forIntegrated Surgical Table)”的美国临时专利申请US62/134,207以及同时提交的标题为“用于集成手术台的系统及方法(System and Method for Integrated Surgical Table)”的代理人案卷号为ISRG006930PCT/70228.498WO01的PCT专利申请中显示了在手术台运动期间允许主动继续外科手术的系统的示例，这两个申请都通过引用以其全文合并在此。在手术台移动期间，通常期望使对应于身体开口、身体孔口和/或器械通过患者上的切口部位插入的位置的远程运动中心或其他控制点与患者一起移动以限制切口点处患者的解剖结构上的应力和/或保持器械定位。在一些示例中，这可以使用器械拖动通过释放和/或解锁铰接臂的一个或多个关节并且允许患者的在身体开口处的体壁在该患者移动时拖动控制点及相关联的器械来实现。然而，铰接臂和/或末端执行器可能偶尔遇到导致不能自由跟踪手术台移动的干扰，使得控制点没有与这些身体开口保持一致。可能导致丧失跟踪能力的扰动的示例包括达到铰接臂的关节中的运动极限的范围、遇到阻碍(诸如缠结的线缆)、丧失套管的固位(即与控制点相关联的套管滑出身体开口处的体壁)、患者在手术台上的移动、制动器释放故障、两个臂之间和/或臂和患者身体之间的碰撞等等。因此，在一些示例中，可能希望的时在手术台运动期间监测控制点的配置，以确保其在给定时间的实际配置与其基于手术台运动的预期配置一致。当检测到控制点的实际配置和预期配置之间的偏差时，可以采取对应的补救措施，诸如禁用手术台移动、制动铰接臂、警告用户等。此外，根据一些实施例，可能希望的是检测和/或报告违规臂(即一个或多个铰接臂遇到引起警报的干扰和/或受其影响最大)，以利于校正措施。
图4是根据一些实施例的在手术台移动期间监测一个或多个控制点的方法400的简化图。可以以存储在非暂时性的、有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来至少部分地实现方法400的过程410-460中的一个或多个，该可执行代码在由一个或多个处理器(例如控制单元130中的处理器140)运行时可以导致该一个或多个处理器执行过程410-460中的一个或多个。在一些实施例中，方法400可以用于检测阻碍控制点(诸如位于患者中的身体开口、身体孔口或切口部位处的控制点)如预期的那样跟踪手术台移动的干扰。在与图2的实施例一致的一些示例中，该一个或多个控制点可以是远程运动中心274的实例，并且手术台移动可以对应于手术台280中的铰接式结构290的运动。普通技术人员将理解，方法400可以适于监测远程运动中心或预期由于手术台移动而可预测地移动的任何其他控制点的移动。
根据一些实施例，方法400支持优于在手术台移动期间不监测一个或多个控制点的方法的一个或多个有用的改进。在一些示例中，方法400可以通过检测阻碍控制点自由地跟踪手术台移动的干扰并允许采取对应的补救措施(诸如停止手术台移动和/或警告操作者有干扰)来减少在手术台运动期间对患者或设备造成损伤的可能性。在一些示例中，方法400可以通过报告遇到干扰和/或受干扰影响最严重的一个或多个违规臂来进一步促进操作者介入。在一些示例中，方法400可以通过监测控制点配置的几何属性的所选集合和/或通过设置准确地将常规像差与不安全的干扰区分开的阈值来降低优于其他方法的发出假警报的可能性。
在过程410，确定控制点的锁存配置。该锁存配置指定参考系中控制点(统称为控制点集群)的几何布置的一个或多个属性。在一些实施例中，几何属性可以包括控制点的位置、该控制点集群的定向、成对的控制点之间的点到点距离、三个控制点的集合之间形成的内角、控制点集群的曲率中心等等。在一些示例中，可以使用传感器读数和/或运动学模型(诸如运动学模型300)来确定锁存配置，以探明每个控制点的位置和/或导出控制点集群的对应的几何属性。参考系的选择取决于操作模式。在一些实施例中，参考系可以是相对于世界坐标系固定的任何坐标系。在这样的示例中，与图2和图3的实施例一致，设备基座坐标系320、臂安装平台坐标系330和/或台座坐标系305中的任何一个可以用作参考系。在一些操作模式中可以使用固定参考系来单独跟踪每个控制点的位置。在一些实施例中，参考系可以是动态坐标系，其中该参考系的原点位置和/或轴线的定向取决于控制点、台面和/或系统的其他移动部件的当前位置和/或定向。动态参考系的一个示例是重心参考系，其中该参考系的原点是当前时间下控制点的平均和/或加权平均位置，并且该参考系的定向相对于世界坐标系或台面坐标系固定。重心参考系可以可选地在一些操作模式中用于跟踪控制点相对于彼此的移动，在这种情况下控制点的共模平移运动(即平等地应用于所有控制点的平移运动)是不相关的。一旦过程410完成，则手术台移动可以开始。
在过程420，基于手术台移动来确定这些控制点的预期配置。该预期配置考虑相对于在过程410期间确定的锁存配置的控制点的基于手术台移动的位置和/或定向的预测变化。在一些实施例中，预期配置可以指定对应于由锁存配置指定的那些几何属性的几何属性的集合。在一些实施例中，该预期配置可以替代地和/或附加地指定相对于锁存配置定义的一个或多个差别属性，诸如位置变化、定向变化等等。在一些示例中，诸如当使用器械拖动时，控制点被预期随着手术台进行移动。在这样的实施例中，例如，当手术台的高度改变给定距离时，在固定参考系中每个控制点的垂直位置被预期改变相同的距离。类似地，当手术台旋转给定角度(诸如倾斜、特伦德伦伯卧位旋转和/或反向特伦德伦伯卧位旋转时)，在重心参考系中控制点集群的定向被预期旋转相同的角度。根据一些实施例，该控制点集群的一个或多个几何属性在手术台运动期间不被预期改变。例如，在手术台移动期间，内角、点到点距离、控制点集群的曲率中心等等被预期保持恒定。
在过程430，确定手术台运动期间控制点的实际配置。在一些示例中，可以使用位置传感器和/或运动学模型来确定实际配置，以探明在过程410的参考系中的每个控制点的位置和/或控制点集群的对应的几何属性。在一些实施例中，该实际配置指定对应于由过程410的锁存配置和/或由过程420确定的预期配置指定的那些几何属性的几何属性的集合。
在过程440，对控制点的实际配置和预期配置进行比较，以确定这些配置之间的差异是否超过一个或多个预定阈值。预定阈值的类型和/或值取决于被比较的几何属性。在一些示例中，当几何属性包括控制点位置时，预定阈值表示实际位置和预期位置之间的最大可允许距离。类似地，当几何属性包括控制点集群的定向时，预定阈值表示实际定向和预期定向之间的最大可允许角度。在一些示例中，当几何属性包括与控制点集群相关联的位置时(诸如质心位置)，该预定阈值表示实际位置和预期位置之间的最大可允许距离。在进一步的示例中，当几何属性包括控制点集群的曲率中心时，预定阈值表示曲率中心位于该控制点集群的质心之下的限制。预定阈值的各种其他类型和/或值可以可选地以与被比较的属性的潜在特征一致的方式应用于其他几何属性。
一般来说，根据精确地检测对控制点配置的不安全干扰同时使由实际配置和预期配置之间的常规偏差(例如，铰接臂的小振荡、由于器械拖动而导致的小的滞后、患者体壁中的可允许变形等等)造成的假警报最小化的期望来选择预定阈值的值。在一些实施例中，基于在手术台移动期间控制点相对于患者的身体可以移动的临床可接受的距离来选择一个或多个预定阈值的值。在一些实施例中，该临床可接受的距离为约12mm。因此，在一些实施例中，过程440可以包括执行一个或多个计算以确定与所维持的临床可接受距离一致的预定阈值的值。该计算取决于被比较的几何属性的特性。例如，当几何属性是角度时，该计算涉及将临床可接受的距离转换为参考系中的等效角度值。
将实际配置和预期配置进行比较以确定这些配置之间的差异是否超过一个或多个预定阈值可以用各种方式来实现。因此，如上所述的过程440仅仅是示例，并且不应当过度限制。根据一些示例，不同于将临床可接受距离转换成与被比较的几何属性一致的预定阈值，而是可以将被比较的几何属性转换为与该临床可接受距离一致的距离值。根据一些示例，不同于将实际配置和预期配置直接进行比较，而是可以基于预期配置和预定阈值来确定实际配置的几何属性的可允许值的范围。根据这样的示例，当实际配置的几何属性不在可允许值的范围内时，确定该预定阈值被超过。
在过程440期间，当确定没有超过一个或多个预定阈值时，则允许继续手术台移动，并且方法400返回到过程420以继续监测控制点配置。然而，当确定已经超过一个或多个预定阈值时，则发出警报，并且方法400进行到以下描述的过程450。
在过程450，确定在过程440处引起发出警报的一个或多个控制点及对应的臂(称为违规臂)。可以使用用于确定违规臂的一种或多种技术。在一些实施例中，当关节到达运动极限范围时，对应于该运动极限范围事件的铰接臂可以被识别为违规臂。在一些实施例中，确定与每个控制点相关联的误差值，并且具有最大误差值的对应的铰接臂(即最差的违规臂)和/或具有超过阈值的误差值的一个或多个对应的铰接臂被识别为一个或多个违规臂。在一些实施例中，当实际配置和预期配置指定每个控制点的实际位置和预期位置时，该误差值包括实际位置和预期位置之间的距离。在一些实施例中，该误差值包括实际路径长度和预期路径长度之间的差，其中路径长度指示每个控制点在运动期间行进的距离量。为了说明路径长度差如何起作用，提供以下示例。预期位置向右行进10个单位，并且然后向左行进5个单位，而实际位置向右行进7个单位，并且然后向左行进2个单位。该实际位置和预期位置都在移动后终止在起始位置右侧5个单位，因此实际位置和预期位置之间的距离为0个单位。然而，该预期位置沿着长度为15个单位的的路径行进，而实际位置行进了长度为9个单位的路径，因此该实际路径长度和预期路径长度之间的差为6个单位。因此，在一些实施例中，使用路径长度差来捕获当使用实际位置和预期位置之间的最终距离作为误差值时被掩盖的实际位置和预期位置之间的某些偏差。
在过程460，基于在过程440处发出的警报和/或基于在过程450处确定的违规臂采取一个或多个补救措施。在一些实施例中，补救措施包括以下的一个或多个：停止和/或禁用手术台移动、警告操作者有干扰、向操作者报告违规臂、对一个或多个铰接臂施加制动、对一个或多个铰接臂施加补偿、记录和/或调度错误报告等等。在一些实施例中，一旦发出警报，手术台移动就停止并且可选地被保持禁用，直到操作者执行一个或多个措施，诸如手动重新定位违规臂和/或执行检查以识别和校正干扰。在一些实施例中，可以可选地使用音频、视觉和/或触觉信令机制，诸如音频报警、闪烁的灯(例如LED)、显示屏上的消息、手术台命令单元的振动等等向操作者警报干扰。类似地，可以可选地使用任何适当的信令机制(如上述的音频、视觉和/或触觉信令机制)，向操作者报告违规臂。在一些实施例中，制动可以完全地和/或部分地施加到一个或多个铰接臂(包括违规臂和/或所有铰接臂)，以防止和/或减少控制点相对于台的进一步的运动。在一些实施例中，可以可选地将误差信号发送到铰接臂的一个或多个关节，以试图通过向该一个或多个关节施加反作用力来补偿实际配置和预期配置之间的偏差。在一些实施例中，可以对包括与所发出的警报相关的细节(诸如时间戳、系统标识符、操作者标识符、违规臂标识符等等)的错误报告进行记录和/或分发到本地和/或用于信息目的的远程计算机应用程序，和/或允许采取附加的补救措施。
如以上讨论并进一步强调的，图4仅仅是不应过度地限制权利要求书的范围的示例。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替换和修改。根据一些实施例，方法400可以省略过程410-460中的一个或多个。例如，一些实施例可以省略违规臂检测的过程450并且在不识别违规臂的情况下警告操作者有干扰。一些实施例可以省略确定预期配置的过程420(换句话说，该预期配置可以等同于在过程410确定的锁存配置)，特别是当预期在手术台运动期间不改变由锁存配置指定的几何属性时。预期在手术台运动期间不改变的几何属性可以包括：控制点之间的点到点的距离、由三个控制点的集合形成的内角、控制点集群在重心参考系中的曲率中心等等。例如，当没有关于手术台移动的信息可用时和/或当执行手术台移动而不使用配准变换将手术台移动转换到该控制点集群的参考系中时，可以使用这样的实施例。根据一些实施例，可以重新安排在方法400期间执行的过程410-460的顺序和/或可以同时执行过程410-460中的一个或多个。在一些示例中，可以在确定实际配置的过程430之前、同时或之后执行确定预期配置的过程420。在一些示例中，可以在发出警报的过程460之前、同时或之后执行确定违规臂的过程450。根据一些示例，可以在过程440期间检查多个预定阈值，以在过程460处触发不同严重性的补救措施。例如，当超过第一预定阈值时，该第一预定阈值可以在过程460处触发对该操作者的警告，但是允许继续进行手术台移动，并且当超过第二预定阈值时，该第二预定阈值可以在过程460处禁用手术台移动。
图5是根据一些实施例的在仅高度模式下手术台移动期间控制点位置500的简化图。图5描绘了垂直位置(Z轴)对时间(T轴)的轨迹。在与图4的实施例一致的一些实施例中，图5示出了方法400在仅高度模式下的手术台移动期间(即其中手术台移动被限制为在垂直方向上平移)的应用。在与图2和图3一致的一些示例中，当被监测的控制点的数量小于三个时和/或当手术台和计算机辅助设备之间的配准未被执行并且不知道台座到设备基座变换325时，可以实施仅该高度模式。
预期位置510和实际位置520是分别描绘控制点随时间的预期位置和实际位置的轨迹。预定阈值530是对应于预期位置510随时间的可允许位置的范围。阶段540包括预锁存阶段540a、跟踪阶段540b、未检测到干扰的阶段540c以及检测到干扰的阶段540d。在预锁存阶段540a期间，由于控制点监测尚未开始，因此不允许手术台移动。在预锁存阶段540a和跟踪阶段540b之间，确定控制点的锁存位置，并且随后允许仅高度手术台移动。在与图4一致的实施例中，使用过程410确定该锁存位置，其中控制点配置指定该控制点在固定参考坐标系中的位置。
在跟踪阶段540b期间，发生仅高度手术台移动，并且控制点自由地跟踪手术台移动。当台如图5所示被升高时，预期位置510随着该台升高。在跟踪阶段540b期间，实际位置520通常跟踪预期位置510，然而可以观察到实际位置和预期位置之间的一些小的、常规的偏差。在与图4一致的实施例中，使用过程420确定预期位置510，并且使用过程430确定实际位置520。预期位置510和实际位置520可以在锁存位置的参考系中表示和/或相对于锁存位置被不同地表示。并且，在跟踪阶段540b期间，将预期位置510和实际位置520进行比较，以确定实际位置520是否处于由预定阈值530给出的可允许范围内。在与图4一致的实施例中，使用过程440执行比较，其中该预定阈值的值被设为临床可接受距离(诸如12mm)。尽管为了简单起见，在图5中仅描绘了位置的可允许范围的垂直分量，但是应当理解，可以在高达三个维度上执行比较，使得可以在任何方向上检测预期位置510和实际位置520之间的偏差。因此，在一些实施例中，位置的可允许范围在三维中形成可允许位置球。如图5所描绘的，在跟踪阶段540b期间，预期位置510和实际位置520之间的差没有超过预定阈值530。
在跟踪阶段540b和未检测到干扰的阶段540c之间，发生阻碍控制点自由跟踪手术台移动的干扰550。干扰550可以包括以上参照图4讨论的干扰中的任何干扰，诸如遇到阻碍该控制点上升超过给定高度的障碍物，如图5所描绘的。因此，在未检测到干扰的阶段540c期间，实际位置520不再紧密地跟踪预期位置510。然而，实际位置520和预期位置510之间的距离尚未超过预定阈值530。因此，允许手术台移动继续，同时实际位置520和预期位置510之间的距离接近预定阈值530。
在未检测到干扰的阶段540c和检测到干扰的阶段540d之间，实际位置520和预期位置之间的距离达到预定阈值530，导致发出警报。在与图4一致的实施例中，使用过程450的违规臂检测和/或使用过程460的补救措施可以随后在检测到干扰的阶段540d开始时发生。在图5所描绘的实施例中，在干扰检测到的阶段540d期间禁用手术台移动，使得实际位置520和预期位置510之间的差不增加超过预定阈值530。此外，当监测多于一个控制点时，可以使用先前关于过程450所讨论的任何机制(诸如通过识别实际位置和预期位置之间的差最大的控制点和/或通过识别超过预定阈值530的所有控制点)来确定一个或多个违规臂。可选地，可以通过关于过程460所讨论的任何反馈机制(诸如指示检测到干扰的声音报警和/或指示违规臂的闪烁的等)向操作者警告所检测到的干扰和/或违规臂的识别。在一些实施例中，手术台移动可以保持禁用，直到操作者解决干扰，诸如通过手动重新定位一个或多个违规臂。
如以上讨论并进一步强调的，图5仅仅是不应过度地限制权利要求书的范围的一个示例。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替换和修改。根据一些实施例，图5的Z轴可以表示控制点集群的任何几何属性，包括垂直或水平位置、定向、点到点的距离、内角和/或等等。因此，过程500可以示出用于监测控制点集群的任何几何属性的方法。
图6是根据一些实施例的在旋转的手术台移动期间的控制点集群600的简化图。图6描绘了控制点集群在原点位于多个控制点的平均位置处的重心参考系中的三维布置。在与图4的实施例一致的一些实施例中，图6示出了方法400应用于处于允许旋转(诸如倾斜、特伦德伦伯卧位旋转和/或反向特伦德伦伯卧位旋转)的模式下的手术台移动。在与图2和图3一致的一些示例中，当配准变换325已知时(诸如当被监测的控制点的数量为至少三个时和/或在执行手术台和该计算机辅助设备之间的配准之后)，可以允许旋转的手术台移动。
预期配置610包括表示控制点集群600中的控制点随时间的预期位置的路径610a-610c，实际配置620包括表示该控制点随时间的实际位置的路径620a-620c，并且预定阈值630包括对应于预期配置610的随时间的可允许位置630a-630c的范围。参考系640表示用于确定控制点位置的重心参考系。在旋转台之前和/或在确定控制点集群的锁存配置之前，确定配准变换。在与图2和图3一致的一些实施例中，配准变换可以对应于配准变换325和/或可替换的配准变换325，并且可以使用θZ配准和/或XY配准来确定。因此，可以通过应用配准变换325将台相对于台座坐标305旋转给定角度转换成设备基座坐标320。
在台运动开始时，以及在θZ和/或XY配准之后，确定该控制点集群的锁存配置。在与图4的实施例一致的一些实施例中，在台旋转之前使用过程410在参考系640中确定该锁存配置。该锁存配置指定每个控制点的位置和/或该控制点集群的一个或多个几何属性，诸如在手术台旋转之前由控制点集群相对于参考系640形成的角度的大小。一旦确定了该锁存配置，则手术台移动期间的控制点监测就开始。在与图4的实施例一致的一些实施例中，使用过程420-440来执行控制点监测，以确定该控制点集群的实际配置是否已偏离该控制点集群的预期配置多于预定阈值630。因为参考系640是重心参考系，所以台的平移运动(诸如高度调整、滑动调整和/或对应于在不是等中心点的位置处的台的旋转运动的平移运动)不改变预期配置610。同时，台的旋转运动改变预期配置610的定向，其中使用检测到的手术台移动和配准变换来确定变化的方向和大小。应当注意，尽管控制点集群的实际中心可以平移，但是因为坐标系640是重心坐标系，所以仅仅考虑关于该控制点集群的中心的相对位置。
控制点集群600示出了导致预期配置的定向相对于参考系640改变的旋转。类似于图5所示的示例，实际配置620通常跟踪在预定阈值630内的预期配置610。为了简单起见，图6中描绘的几何属性是位置，但是应当理解，其他几何属性(诸如由实际配置620相对于参考系640形成的角度的大小)也可以与预期配置610进行比较并且相对于对应的阈值进行检查(即，旋转大小检查)。
控制点集群600还示出了导致控制点路径620c从预期路径610c偏离超出可允许范围630c的干扰650。在与图4的实施例一致的一些实施例中，超过阈值导致在过程440期间发出警报，使得执行违规臂识别450和/或补救措施460中的一个或多个过程。在一些实施例中，可以使用先前关于过程450所讨论的任何机制(诸如通过识别实际路径长度和预期路径长度之间的差最大的控制点)来确定对应于控制点路径620c的违规臂。在一些实施例中，诸如当执行旋转大小检查时，所有臂都可以被识别为违规臂。可以通过关于过程460所讨论的任何反馈机制(诸如指示检测到干扰的声音报警和/或指示违规臂的闪烁的灯)向操作者警告所检测到的干扰和/或违规臂的识别。
如以上讨论并进一步强调的，图6仅仅是不应过度地限制权利要求书的范围的一个实例。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替换和修改。根据一些实施例，控制点集群图600可以包括多于或少于所描绘的三个控制点。根据一些实施例，控制点可以近似共线(即，形成近乎直线而不是三角形等)，在这种情况下，对沿着一个或多个轴线的旋转移动的灵敏度可以降低。在这样的实施例中，当识别到低灵敏度布置时可以采取一个或多个补偿措施，诸如禁用旋转手术台移动、减小预定阈值、警告操作者降低灵敏度和/或增加监测的不确定性等等。
控制单元(诸如控制单元130)的一些示例可以包括非暂时性的、有形的机器可读介质，其包括当由一个或多个处理器(例如处理器140)运行时可导致该一个或多个处理器执行方法400的过程的可执行代码。可以包括方法400的步骤的一些普通形式的机器可读介质例如是软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔洞图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或盒、和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
尽管说明性实施例已被示出并描述，但在前面的公开中设想了许多的修改、变化和替换，并且在某些情况下，实施例的某些特征可以被采用而无需其他特征的对应使用。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替换和修改。因而，本发明的范围应仅受到以下权利要求书所限制，并且应领会到，应宽泛地并且是以一种与本文公开的实施例的范围相一致的方式来解释权利要求书。

Claims (40)

1.一种计算机辅助医疗设备，包括：
一个或多个铰接臂，所述一个或多个铰接臂具有对应的一个或多个控制点，所述一个或多个铰接臂中的每个铰接臂具有所述一个或多个控制点中的一个控制点，其中，所述一个或多个铰接臂及所述对应的一个或多个控制点被配置为跟踪独立的手术台的移动；以及
控制单元，所述控制单元联接到所述一个或多个铰接臂；
其中，所述控制单元通过以下操作来监测所述一个或多个控制点的空间配置：
确定在所述手术台的移动之前所述一个或多个控制点的锁存空间配置，所述锁存空间配置指定所述一个或多个控制点在参考坐标系中的一个或多个几何属性；
确定由于所述手术台的所述移动导致的所述一个或多个控制点的移动而产生的所述一个或多个控制点相对于所述锁存空间配置的预期空间配置；
确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的实际空间配置；以及
确定所述预期空间配置和所述实际空间配置之间的差。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个铰接臂及所述对应的一个或多个控制点被配置为使用器械拖动来跟踪所述手术台的移动，其中在器械拖动期间，所述一个或多个铰接臂中的每个铰接臂的一个或多个关节被解锁以允许患者的体壁在该患者移动时拖动所述一个或多个控制点。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制单元进一步利用一个或多个位置传感器和一个或多个运动学模型来确定所述实际空间配置。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述预期空间配置和所述实际空间配置的预期定向和实际定向。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置分别指定所述一个或多个控制点中的每个控制点的预期位置和实际位置。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述控制单元进一步在所述一个或多个控制点中的任意控制点的预期位置和实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述预定阈值是临床可允许距离。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述临床可允许距离为12mm。
9.如权利要求6所述的设备，其中，当所述手术台被配置为在仅高度模式下移动时，所述控制单元进一步通过将垂直距离加到所述一个或多个控制点中的每个控制点在所述参考坐标系中的位置上来确定每个控制点的预期位置，所述垂直距离匹配所述手术台在仅高度模式下的移动。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个铰接臂包括三个或更多个铰接臂及对应的控制点，所述对应的控制点形成描述所述对应的控制点的几何布置的集群。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群的预期定向和实际定向，并且其中当所述手术台的移动包括旋转时，所述控制单元通过将所述旋转应用于所述集群在所述参考坐标系中的定向来确定所述集群的所述预期定向，并且当所述集群的所述预期定向和所述实际定向之间的角度大于预定阈值时发出警报。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述旋转包括倾斜、特伦德伦伯卧位旋转或反向特伦德伦伯卧位旋转。
13.如权利要求11所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群在重心参考坐标系中的所述预期定向和所述实际定向，并且其中，使用配准变换将所述旋转转换到所述重心参考坐标系。
14.如权利要求10所述的设备，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群的预期位置、实际位置和锁存位置，并且其中，当所述手术台的移动包括平移时，所述控制单元通过将所述平移应用于所述集群的所述锁存位置来确定所述集群的所述预期位置，并且在所述预期位置和所述实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。
15.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述一个或多个控制点对应于所述铰接臂的远程运动中心，每个远程运动中心对应于一个点，该点相对于所述铰接臂中对应的一个铰接臂的操纵器安装件具有固定的平移关系。
16.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制单元还确定所述一个或多个铰接臂中的一个或多个违规臂。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述控制单元进一步通过确定与所述一个或多个控制点中每个控制点相关联的误差值并且将具有最大误差值的铰接臂或者具有超过阈值的误差值的一个或多个铰接臂识别为一个或多个违规臂来确定所述一个或多个违规臂。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述误差值对应于所述控制点的实际位置和预期位置之间的距离。
19.如权利要求17所述的设备，其中，所述误差值对应于所述控制点的实际路径长度和预期路径长度之间的差。
20.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述手术台的移动包括平移移动和旋转移动，所述平移移动包括滑动调整或高度调整中的一个或多个，并且所述旋转移动包括倾斜旋转、特伦德伦伯卧位旋转或反向特伦德伦伯卧位旋转中的一个或多个。
21.如权利要求20所述的设备，其中，所述控制单元在监测所述一个或多个控制点的所述空间配置的同时忽略所述手术台的所述平移移动。
22.一种包括多条机器可读指令的非暂时性机器可读介质，所述多条机器可读指令在由与医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使所述一个或多个处理器执行包括以下步骤的方法：
确定在独立的手术台的移动之前所述医疗设备的一个或多个铰接臂的一个或多个控制点的锁存空间配置，所述锁存空间配置指定所述一个或多个控制点在参考坐标系中的一个或多个几何属性；
确定由于所述独立的手术台的所述移动导致的所述一个或多个控制点的移动而产生的所述一个或多个控制点相对于所述锁存空间配置的预期空间配置；
确定所述手术台的移动期间所述一个或多个控制点的实际空间配置；并且
确定所述预期空间配置和所述实际空间配置之间的差；
其中，所述一个或多个控制点对应于一个或多个铰接臂，并且被配置为跟踪所述手术台的移动。
23.如权利要求22所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述手术台的移动包括平移移动和旋转移动，所述平移移动包括滑动调整或高度调整中的一个或多个，并且所述旋转移动包括倾斜旋转、特伦德伦伯卧位旋转或反向特伦德伦伯卧位旋转中的一个或多个。
24.如权利要求23所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述手术台的所述平移移动被忽略。
25.如权利要求22、23或24所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述一个或多个控制点被配置为使用器械拖动来跟踪所述手术台的移动，其中在器械拖动期间，所述一个或多个铰接臂中的每个铰接臂的一个或多个关节被解锁以允许患者的体壁在该患者移动时拖动所述一个或多个控制点。
26.如权利要求22、23或24所述的非暂时性机器可读介质，其中，利用一个或多个位置传感器和一个或多个运动学模型来确定所述实际空间配置。
27.如权利要求22、23或24所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置分别指定所述一个或多个控制点中的每个控制点的预期位置和实际位置。
28.如权利要求27所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述方法进一步包括当所述一个或多个控制点中的任意控制点的所述预期位置和所述实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。
29.如权利要求28所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述预定阈值是临床可允许距离。
30.如权利要求26所述的非暂时性机器可读介质，其中，当所述手术台被配置为在仅高度模式下移动时，确定所述一个或多个控制点中每个控制点的预期位置包括将垂直距离加到每个控制点在所述参考坐标系中的位置上，所述垂直距离匹配所述手术台在仅高度模式下的移动。
31.如权利要求26所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述一个或多个铰接臂包括三个或更多个铰接臂及对应的控制点，所述对应的控制点形成描述所述对应的控制点的几何布置的集群。
32.如权利要求31所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群的预期定向和实际定向，并且其中当所述手术台的移动包括旋转时，所述方法进一步包括通过将所述旋转应用于所述集群在所述参考坐标系中的定向来确定所述集群的所述预期定向，并且当所述集群的所述预期定向和所述实际定向之间的角度大于预定阈值时发出警报。
33.如权利要求32所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述旋转包括倾斜、特伦德伦伯卧位旋转或反向特伦德伦伯卧位旋转。
34.如权利要求32所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群在重心参考坐标系中的所述预期定向和所述实际定向，并且其中，使用配准变换将所述旋转转换到所述重心参考坐标系。
35.如权利要求31所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述预期空间配置和所述实际空间配置指定所述集群的预期位置、实际位置和锁存位置，并且其中，当所述手术台的移动包括平移时，所述方法进一步包括通过将所述平移应用于所述集群的所述锁存位置来确定所述集群的所述预期位置，并且在所述预期位置和所述实际位置之间的距离大于预定阈值时发出警报。
36.如权利要求22、23或24所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述一个或多个控制点对应于所述铰接臂的远程运动中心，每个远程运动中心对应于一个点，该点相对于所述铰接臂中对应的一个铰接臂的操纵器安装件具有固定的平移关系。
37.如权利要求22、23或24所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述方法进一步包括确定所述一个或多个铰接臂中的一个或多个违规臂。
38.如权利要求37所述的非暂时性机器可读介质，其中，确定所述一个或多个违规臂包括确定与所述一个或多个控制点中每个控制点相关联的误差值并且将具有最大误差值的铰接臂或者具有超过阈值的误差值的一个或多个铰接臂识别为一个或多个违规臂。
39.如权利要求38所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述误差值对应于所述控制点的实际位置和预期位置之间的距离。
40.如权利要求38所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述误差值对应于所述控制点的实际路径长度和预期路径长度之间的差。
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