CN110177517B - 具有包含修整和翻转算法的横滚、俯仰和偏转重新对准的机器人手术系统 - Google Patents

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Abstract

一种机器人手术系统或模拟器包含输入装置、显示装置和处理单元。所述显示装置包含以可操作方式与所述输入装置相关联的手术工具的表示。所述处理单元与所述输入装置通信且与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转而使所述表示围绕第一移动轴线旋转。在对准配置中，所述输入装置与所述表示围绕所述第一旋转轴线对准。当所述输入装置与所述表示未对准时，所述处理单元改变所述输入装置的所述缩放旋转以使所述输入装置返回到第一对准配置，直到所述输入装置围绕所述第一旋转轴线偏离所述对准配置达第一预定偏移。

Description

具有包含修整和翻转算法的横滚、俯仰和偏转重新对准的机 器人手术系统
背景技术
机器人手术系统已用于微创医疗程序。在医疗程序期间，机器人手术系统由与用户接口介接的外科医生控制。用户接口允许外科医生操控作用于患者的末端执行器。用户接口包含输入控制器或手柄，所述手柄可通过外科医生移动来控制机器人手术系统。
机器人手术系统通常使用缩放因子来按比例缩小外科医生手部的运动以确定末端执行器在患者体内的所要位置，使得外科医生可在患者体内更精确地移动末端执行器。然而，缩放因子越大，外科医生就不得不越远地移动输入装置手柄以使末端执行器移动相同距离。由于输入装置手柄具有固定运动范围，因此这意味着对于较大缩放因子，外科医生可能较频繁地达到输入手柄的运动范围末端。
另外，在医疗程序期间，外科医生需要使末端执行器围绕横滚轴线、俯仰轴线和偏转轴线旋转以适当地定位末端执行器，从而作用于组织。此外，在医疗程序期间，输入手柄相对于输入手柄的移动的离合可能导致输入手柄变得在围绕横滚轴线、俯仰轴线和/或偏转轴线中的一个或多个轴线上与末端执行器对不准。
一直需要一种在医疗程序期间将输入手柄与末端执行器重新对准的机器人手术系统。
发明内容
本公开大体上涉及在手术程序期间围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的一个或多个轴线的用户接口的输入装置的移动到机器人系统的工具的移动的缩放，包含“修整(trim)”和/或“翻转(flip)”算法。
在本公开的一方面，一种机器人手术系统或模拟器包含输入装置、显示装置和处理单元。所述输入装置可围绕第一旋转轴线旋转。所述显示装置包含以可操作方式与所述输入装置相关联的手术工具的表示。所述处理单元与所述输入装置通信，并且以可操作方式与手术工具的表示相关联，以基于所述输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转来使手术工具的表示围绕第一移动轴线旋转。所述输入装置具有对准配置，其中所述输入装置与手术工具的表示围绕第一旋转轴线对准。当输入装置与手术工具的表示围绕第一旋转轴线未对准时，处理单元改变输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转，以使输入装置返回到第一对准配置，直到输入装置围绕第一旋转轴线偏离所述对准配置达第一预定偏移。所述第一预定偏移可在约5°到约45°的范围内。
在各方面，所述输入装置可围绕垂直于第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。所述处理单元可与所述输入装置通信，并且能以可操作方式与手术工具的表示相关联，以基于所述输入装置围绕第二旋转轴线的缩放旋转来使手术工具的表示围绕第二移动轴线旋转。在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的表示围绕第二旋转轴线对准。当输入装置与手术工具的表示围绕第二旋转轴线未对准时，处理单元改变输入装置围绕第二旋转轴线的缩放旋转，以使输入装置返回到所述对准配置，直到输入装置围绕第二旋转轴线偏离所述对准配置达第二预定偏移。所述第一预定偏移可等于所述第二预定偏移。或者，所述第一预定偏移可大于或小于所述第二预定偏移。例如，所述第一预定偏移可在约16°到约45°的范围内，且所述第二预定偏移可在约5°到约15°的范围内。
在一些方面，所述输入装置可围绕垂直于第一和第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转。所述处理单元可与所述输入装置通信，并且能以可操作方式与手术工具的表示相关联，以基于所述输入装置围绕第三旋转轴线的缩放旋转来使手术工具的表示围绕第三移动轴线旋转。在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的表示围绕第三旋转轴线对准。当输入装置与手术工具的表示围绕第三旋转轴线未对准时，处理单元改变输入装置围绕第三旋转轴线的缩放旋转，以使输入装置返回到所述对准配置，直到输入装置围绕第三旋转轴线偏离所述对准配置达第三预定偏移。
在特定方面，所述第一预定偏移等于所述第二和第三预定偏移中的每一个。或者，所述第一预定偏移可大于或小于所述第二或第三预定偏移。另外，所述第二预定偏移可大于或小于所述第二预定偏移。所述第一、第二和/或第三预定偏移可由用户选择。另外或替代地，所述第一、第二和/或第三预定偏移可至少部分地基于工具的表示而确定。当输入装置与手术工具的表示围绕第一、第二和/或第三旋转轴线未对准的量大于预定未对准时，可将围绕第一、第二和/或第三旋转轴线中的相应一个的对准配置围绕相应旋转轴线翻转180°。
在本公开的另一方面，一种操作手术机器人或手术模拟器的方法包含：处理单元接收机器人手术系统的输入装置围绕第一旋转轴线的旋转，并将所述输入装置的旋转缩放到显示装置上的工具的表示围绕第一移动轴线的旋转。所述处理单元在输入装置远离对准配置移动时按比例缩小输入装置的旋转以重新对准输入装置与工具的表示，直到输入装置围绕第一旋转轴线与工具的表示处于预定偏移内。
在各方面，将输入装置的旋转缩放到显示装置上的工具的表示的旋转包含：当输入装置朝向对准配置移动时将处理单元的旋转按比例放大，以使输入装置与工具的表示重新对准，直到输入装置围绕第一旋转轴线与工具的表示处于预定偏移内。所述方法可包含选择所述预定偏移。另外或替代地，选择所述预定偏移可包含：处理单元基于工具的表示来确定预定偏移。
在一些方面，所述方法包含当输入装置与工具的表示未对准超过预定未对准时，将输入装置的对准配置围绕第一旋转轴线翻转180°。
本公开的示范性实施例的其它细节和方面将在下文参考附图更详细地描述。
附图说明
下文参考附图描述本公开的各个方面，所述附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分，其中：
图1是根据本公开的用户接口和机器人系统的示意性图解说明；
图2是图1的用户接口的支撑在控制臂的一端上的输入装置的透视图；
图3是图1的机器人系统的显示装置的视图，示出在处于第一位置时在手术部位内的工具的表示；以及
图4是图3的显示装置的视图，示出围绕其横滚轴线旋转约180°的图3的工具的表示。
具体实施方式
现在参考附图详细描述本公开的实施例，其中在若干视图中的每一个中，相同附图标号标示相同或对应元件。如本文中所使用，术语“诊治者”是指医生、护士或任何其他医护人员，且可包含辅助人员。贯穿本说明书，术语“近侧”是指装置或其组件最靠近诊治者的部分，术语“远侧”指装置或其组件最远离诊治者的部分。另外，如本文所用，术语“中性”应理解成意指未经缩放。
本公开大体上涉及在手术程序期间缩放用户接口的输入装置的移动以用于移动机器人系统的工具。具体地说，本公开涉及工具的围绕横滚轴线、俯仰轴线和偏转轴线的移动的缩放。机器人系统包含对准算法，所述对准算法配置成使用户接口的输入装置与工具的位置围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的一个或多个轴线重新对准。另外，所述机器人系统可包含“修整”算法，其允许输入装置在围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的一个或多个轴线的预定偏移处保持偏移，而非使输入装置围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的每个轴线完全对准。另外或替代地，所述机器人系统可包含“翻转”算法，其在输入装置围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的相应轴线的未对准超过预定未对准时使输入装置的对准配置相对于工具围绕横滚、俯仰和偏转轴线中的相应轴线旋转180°。
参考图1，根据本公开的机器人手术系统1大体上示为机器人系统10、处理单元30和用户接口40。机器人系统10大体上包含连接件12和机器人底座18。连接件12可移动地支撑配置成作用于组织的末端执行器或工具20。连接件12可呈臂的形式，每个臂具有末端14，所述末端支撑配置成作用于组织的末端执行器或工具20。另外，臂12的末端14可包含用于使手术部位“S”成像的成像装置16。用户接口40通过处理单元30与机器人底座18通信。
用户接口40包含配置成显示三维图像的显示装置44。显示装置44显示手术部位“S”的三维图像，所述三维图像可包含通过位于臂12的末端14上的成像装置16捕捉的数据，和/或包含通过位于手术现场周围的成像装置(例如，位于手术部位“S”内的成像装置、位于患者“P”附近的成像装置、位于成像臂52的远端处的成像装置56)捕捉的数据。成像装置(例如，成像装置16、56)可捕捉手术部位“S”的视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热像和/或任何其它已知的实时图像。成像装置将所捕捉的成像数据发送到处理单元30，所述处理单元从成像数据实时产生手术部位“S”的三维图像，且将所述三维图像传输到显示装置44以供显示。
用户接口40还包含支撑在控制臂43上的输入手柄42，所述输入手柄允许诊治者操控机器人系统10(例如，移动臂12、臂12的末端14和/或工具20)。输入手柄42中的每一个与处理单元30通信以向所述处理单元传输控制信号以及从所述处理单元接收反馈信号。另外或替代地，输入手柄42中的每一个可包含输入装置46(图2)，所述输入装置允许外科医生操控(例如，夹持、抓取、启动、打开、闭合、旋转、推进、切开等)支撑在臂12的末端14处的工具20。
另外参考图2，输入手柄42中的每一个可移动通过预定义工作空间以使臂12的末端14，例如工具20，在手术部位“S”内移动。显示装置44上的三维图像定向成使得输入手柄42的移动使臂12的末端14如在显示装置44上所见进行移动。在输入手柄42的移动缩放到三维图像内的臂12的末端14的移动时，所述三维图像保持静止。为了维持三维图像的定向，输入手柄42的运动学映射基于相对于臂12的末端14的定向的相机定向。显示装置44上的三维图像的定向可相对于患者“P”的俯视图成镜像或旋转。另外，显示装置44上的三维图像的大小可缩放成大于或小于手术部位的实际结构，从而准许诊治者更好地观察手术部位“S”内的结构。在输入手柄42移动时，工具20在手术部位“S”内移动，如下详述。工具20的移动还可包含支撑工具20的臂12的末端14的移动。
关于机器人手术系统1的构造和操作的详细论述可参考第8,828,023号美国专利，其全部内容以引用的方式并入本文中。
如上文详述，用户接口40与机器人系统10可操作地通信以对患者“P”执行手术程序；然而，设想用户接口40可与手术模拟器(未示)可操作通信以在模拟环境下虚拟致动机器人系统和/或工具。例如，手术机器人系统1可具有：第一模式，其中联接用户接口40以致动机器人系统10；以及第二模式，其中将用户接口40联接到手术模拟器以虚拟致动机器人系统。手术模拟器可以是独立单元或集成到处理单元30中。手术模拟器通过将视觉、听觉、力和/或触觉反馈通过用户接口40提供给诊治者来虚拟地响应于与用户接口40介接的诊治者。例如，当诊治者与输入手柄42介接时，手术模拟器使虚拟地作用于组织的表示性工具移动。设想手术模拟器可允许诊治者在对患者执行手术程序之前练习手术程序。另外，手术模拟器可用于在手术程序方面训练诊治者。此外，手术模拟器可模拟所提出手术程序期间的“并发症”，从而允许诊治者规划手术程序。
相对于输入手柄42的移动来缩放工具20的移动。当输入手柄42在预定义工作空间内移动时，输入手柄42发送控制信号到处理单元30。处理单元30分析控制信号以响应于控制信号而移动工具20。处理单元30将缩放的控制信号传输到机器人底座18以响应于输入手柄42的移动而移动工具20。处理单元30通过输入距离(例如一个输入手柄42移动的距离)除以缩放因子SF以得到缩放的输出距离(例如一个末端14移动的距离)来缩放控制信号。缩放因子SF在约1与约10之间的范围内(例如，3)。此缩放由下式表示：
输出距离＝输入距离/SF
应了解，缩放因子SF越大，工具20相对于输入手柄42的移动而进行的移动就越小。
对于将输入手柄42沿着X、Y和Z坐标轴的移动缩放到工具20的移动的详细描述，可参考2015年9月21日提交、标题为“用于机器人手术系统的控制的动态输入缩放(DynamicInput Scaling for Controls of Robotic Surgical System)”的共同拥有的第PCT/US2015/051130号国际专利申请以及2016年1月20日提交的第PCT/US2016/14031号国际专利申请，这些公开中的每一个的全部内容以引用的方式并入本文中。
还参考图2和3，可将输入装置46相对于X、Y和Z坐标轴中的每一个的旋转缩放到工具20围绕横滚轴线“R”、俯仰轴线“P”和偏转轴线“Y”(RPY)的旋转。横滚轴线“R”与例如工具20的工具的末端执行器对准，如在显示装置44上所显示，同时俯仰轴线“P”和偏转轴线“Y”如在显示装置44上所显示朝向相机框架定向，使得手柄42和/或输入装置46的运动与诊治者的显示装置44视图有关。具体地说，俯仰轴线“P”围绕X坐标轴，且偏转轴线“Y”围绕手柄的中性框架的Y坐标轴。输入装置46围绕RPY轴线中的每一个的旋转的缩放可以是按比例放大、按比例缩小或是中性方式。通过将旋转按比例放大，诊治者能够减少输入装置46围绕RPY轴线中的特定一个的旋转，以实现工具20围绕相应RPY轴线的所要旋转。这种放大可允许诊治者具有超过人体的自然移动的灵巧性。例如，诊治者可使工具20横滚超过在不释放输入装置46的情况下由诊治者的腕部可能移动的程度。相比之下，通过将旋转按比例缩小，诊治者能够响应于输入装置46的旋转而更精确地控制工具20围绕工具20的RPY轴线中的特定一个的旋转。
输入装置46围绕RPY轴线中的每一个的旋转可按不同方式缩放到工具20的旋转。例如，输入装置46围绕控制轴43的旋转，即，围绕横滚轴线“R”的旋转，可按比例放大，输入装置46围绕俯仰轴线“P”的旋转可以中性方式缩放，并且输入装置46围绕偏转轴线“Y”的旋转可按比例缩小。缩放的任何其它组合已涵盖于本文中并形成本公开的部分。
在手术程序期间，输入装置46的旋转可相对于工具20围绕RPY轴线的旋转“离合”。输入装置46相对于工具20的“离合”可由诊治者手动选择或可由机器人手术系统1自动选择。当输入装置46与工具20围绕RPY轴线的旋转重新关联或“分离”时，输入装置46可能与工具20的定向围绕RPY轴线中的一个或多个轴线未对准。
机器人手术系统1可改变RPY缩放因子而以使用输入装置46的诊治者不可感知的方式将输入装置46与工具20重新对准。为了使输入装置46与工具20重新对准，相比于诊治者朝向对准配置移动输入手柄46的情况，可更多地在远离对准或居中位置的方向上按比例缩小RPY缩放因子，直到所述工具与输入装置46对准。通过在输入手柄46朝向对准配置移动时按比例缩小输入手柄46的移动，机器人手术系统10允许输入装置46以使用输入装置46的诊治者不可辨识的方式“赶上”工具20的位置。例如，RPY缩放因子中的一个或多个可在输入装置46远离对准配置移动时在约5％到约200％的范围内(例如25％或50％)增大，且RPY缩放因子可在输入装置46朝向对准配置移动时保持不变。另外或替代地，RPY缩放因子中的一个或多个可在输入装置46朝向对准配置移动时在约5％到约200％的范围内(例如25％或50％)减小，这使得工具20赶上输入装置46的位置。当工具20与输入装置46对准时，RPY缩放因子返回到以对称方式操作，可以是放大、缩小或中性，例如具有相同的缩放因子。应了解，通过以此方式使输入装置46的移动相对于工具20缩放，工具20在输入装置46静止时保持静止，且工具20仅响应于诊治者移动输入装置46而移动。
在实施例中，RPY缩放因子可基于相应RPY轴线的未对准量而变化。例如，当横滚轴线“R”未对准约15度时，横滚轴线“R”的缩放因子可按比例缩小约10％以用于输入装置46朝向对准配置的移动，且当横滚轴线“R”未对准约30度时，横滚轴线“R”可按比例缩小约20％以用于输入装置46朝向对准配置的移动。预期缩放因子的变化可以是线性的、指数的、多项式、线性步长或其它数学关系。对于基于未对准距离或量来改变缩放因子的详细描述，可参考2016年1月20日提交的第PCT/US16/14031号国际专利申请，其全部内容特此以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，机器人手术系统1可改变RPY缩放因子以使输入装置46与工具20重新对准，直到输入装置46与工具20的未对准处于预定偏移或在预定偏移内。例如，输入装置46可能与工具20围绕横滚轴线未对准100°。机器人手术系统1可改变横滚缩放因子(例如在输入装置46远离对准配置移动时增大横滚缩放因子和/或在输入装置46朝向对准配置移动时减小横滚缩放因子)，直到输入装置46处于预定偏移或相对于输入装置46在约10°到约45°的范围内(例如约30°)“修整”。一旦输入装置46相对于输入装置46处于预定偏移，则机器人手术系统1停止改变横滚缩放因子以将输入装置46与工具20重新对准。
通过允许输入装置46保持围绕RPY轴线中的一个或多个轴线从工具20偏移，此位置可允许诊治者在手术程序期间维持更舒适的手和/或臂位置。所述预定偏移可围绕RPY轴线中的每一个相同或不同。例如，预定偏移可围绕RPY轴线中的每一个处于约5°到约45°(例如约15°)的范围内。或者，围绕横滚轴线的预定偏移可为约30°，且围绕俯仰和偏转轴线的预定偏移可为约15°。
所述预定偏移可由机器人手术系统1设置或可以是用户所选的。所述预定偏移可由机器人手术系统1基于连接到与输入装置46相关联的臂12的工具20的类型而设置，和/或可由机器人手术系统1基于手术程序的类型而设置。应了解，随着预定偏移增大，对工具20的控制可能变得更困难。因此，可存在对用户所选预定偏移的最大限值集的限制。
参考图3和4，如果未对准超过预定未对准，则“翻转”RPY轴线中的一个或多个轴线可有益处。当围绕相应轴线的对准配置围绕相应轴线旋转180°时，RPY轴线中的一个或多个被“翻转”。当工具20不对称或有方向性(例如钩、弯曲剪刀、弯曲解剖器等)时，围绕相应轴线的“翻转”可有利于工具20的控制。例如，当工具20是具有面向右侧的开口21的钩时，如图3中的显示装置44上所示，工具20可围绕横滚轴线“R”“翻转”，使得开口21面向左侧，如图4中所示的显示装置44上所示。预定未对准可在约125°到约195°的范围内(例如约135°)。另外或替代地，诊治者可使用按钮、语音命令或GUI输入来“翻转”RPY轴线中的一个或多个轴线。预期机器人手术系统1可并入有“修整”和“翻转”算法。
另外或替代地，机器人手术系统1可包含类似于“翻转”算法的“挪移”算法。当RPY轴线中的一个或多个轴线的未对准超过预定未对准时，将发生“挪移”。例如，当横滚轴线“R”未对准约45°时，横滚轴线“R”的修整可挪移到45°的偏移。挪移算法可包含多个顺序偏移，使得每当特定RPY轴线超过预定未对准，相应RPY轴线会“挪移”到与预定未对准相关联的偏移。例如，横滚轴线“R”可具有围绕横滚轴线“R”间隔开15、30或45度的预定挪移点。
返回参考图2，输入装置46包含按钮47以更改RPY缩放因子中的一个或多个的缩放。例如，当下压按钮47时，围绕横滚轴线“R”的缩放因子可按比例放大或按比例缩小到预定值。或者，当下压按钮47时，输入装置46可围绕横滚轴线“R”离合分离，而其它轴线保持与输入装置46的移动相关。
虽然已在图中示出本公开的若干实施例，但并非意在将本公开限于这些实施例，而是希望本公开具有如所属领域将允许的广泛的范围，且对说明书的理解也是如此。还设想以上实施例的任何组合，且所述组合处于所附权利要求书的范围内。因此，以上描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为特定实施例的范例。所属领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围内的其它修改。

Claims (30)

1.一种机器人手术系统，其包括：
输入装置，其能围绕第一旋转轴线旋转；
显示装置，其包含以可操作方式与所述输入装置相关联的手术工具的表示；以及
处理单元，其与所述输入装置通信并以可操作方式与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转而使手术工具的所述表示围绕第一移动轴线旋转，所述输入装置具有对准配置，其中所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第一旋转轴线对准，
其中当所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第一旋转轴线未对准时，所述处理单元通过在所述输入装置远离所述对准配置移动时增大缩放因子和/或在所述输入装置朝向所述对准配置移动时减小所述缩放因子来改变所述输入装置围绕所述第一旋转轴线的所述缩放旋转，以使所述输入装置朝向第一对准配置返回，直到所述输入装置围绕所述第一旋转轴线偏离所述对准配置达第一预定偏移。
2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，所述第一预定偏移在5°与45°的范围内。
3.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述输入装置能围绕垂直于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转，其中所述处理单元与所述输入装置通信且以可操作方式与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕所述第二旋转轴线的缩放旋转而使手术工具的所述表示围绕第二移动轴线旋转，其中在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第二旋转轴线对准，且其中当所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第二旋转轴线未对准时，所述处理单元改变所述输入装置围绕所述第二旋转轴线的所述缩放旋转以使所述输入装置返回到所述对准配置，直到所述输入装置围绕所述第二旋转轴线偏离所述对准配置达第二预定偏移。
4.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移等于所述第二预定偏移。
5.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移大于所述第二预定偏移。
6.根据权利要求5所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移在16°到45°的范围内，且所述第二预定偏移在5°到15°的范围内。
7.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中所述输入装置能围绕垂直于所述第一和第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转，其中所述处理单元与所述输入装置通信并以可操作方式与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕所述第三旋转轴线的缩放旋转而使手术工具的所述表示围绕第三移动轴线旋转，其中在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第三旋转轴线对准，且其中在所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第三旋转轴线未对准时，所述处理单元改变所述输入装置围绕所述第三旋转轴线的所述缩放旋转以使所述输入装置返回到所述对准配置，直到所述输入装置围绕所述第三旋转轴线偏离所述对准配置达第三预定偏移。
8.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移等于所述第二预定偏移和所述第三预定偏移中的每一个。
9.根据权利要求7所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移大于所述第二预定偏移和第三预定偏移中的每一个。
10.根据权利要求9所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移大于所述第三预定偏移。
11.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述第一预定偏移能由用户选择。
12.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中基于手术工具的所述表示来确定所述第一预定偏移。
13.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中当所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第一旋转轴线的未对准量大于预定未对准时，围绕所述第一旋转轴线将所述对准配置翻转180°。
14.一种模拟器，其包括：
输入装置，其能围绕第一旋转轴线旋转；
显示装置，其包含以可操作方式与所述输入装置相关联的手术工具的表示；以及
处理单元，其与所述输入装置通信并以可操作方式与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕第一旋转轴线的缩放旋转而使手术工具的所述表示围绕第一移动轴线旋转，所述输入装置具有对准配置，其中所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第一旋转轴线对准，
其中当所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第一旋转轴线未对准时，所述处理单元通过在所述输入装置远离所述对准配置移动时增大缩放因子和/或在所述输入装置朝向所述对准配置移动时减小所述缩放因子来改变所述输入装置围绕所述第一旋转轴线的所述缩放旋转，以使所述输入装置朝向第一对准配置返回，直到所述输入装置围绕所述第一旋转轴线偏离所述对准配置达第一预定偏移。
15.根据权利要求14所述的模拟器，所述第一预定偏移在5°与45°的范围内。
16.根据权利要求14所述的模拟器，其中所述输入装置能围绕垂直于所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转，其中所述处理单元与所述输入装置通信且以可操作方式与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕所述第二旋转轴线的缩放旋转而使手术工具的所述表示围绕第二移动轴线旋转，其中在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第二旋转轴线对准，且其中当所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第二旋转轴线未对准时，所述处理单元改变所述输入装置围绕所述第二旋转轴线的所述缩放旋转以使所述输入装置返回到所述对准配置，直到所述输入装置围绕所述第二旋转轴线偏离所述对准配置达第二预定偏移。
17.根据权利要求16所述的模拟器，其中所述第一预定偏移等于所述第二预定偏移。
18.根据权利要求16所述的模拟器，其中所述第一预定偏移大于所述第二预定偏移。
19.根据权利要求18所述的模拟器，其中所述第一预定偏移在16°到45°的范围内，且所述第二预定偏移在5°到15°的范围内。
20.根据权利要求16所述的模拟器，其中所述输入装置能围绕垂直于所述第一和第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转，其中所述处理单元与所述输入装置通信并以可操作方式与手术工具的所述表示相关联，以基于所述输入装置围绕所述第三旋转轴线的缩放旋转而使手术工具的所述表示围绕第三移动轴线旋转，其中在所述对准配置中，所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第三旋转轴线对准，且其中在所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第三旋转轴线未对准时，所述处理单元改变所述输入装置围绕所述第三旋转轴线的所述缩放旋转以使所述输入装置返回到所述对准配置，直到所述输入装置围绕所述第三旋转轴线偏离所述对准配置达第三预定偏移。
21.根据权利要求20所述的模拟器，其中所述第一预定偏移等于所述第二预定偏移和所述第三预定偏移中的每一个。
22.根据权利要求20所述的模拟器，其中所述第一预定偏移大于所述第二预定偏移和第三预定偏移中的每一个。
23.根据权利要求22所述的模拟器，其中所述第一预定偏移大于所述第三预定偏移。
24.根据权利要求14所述的模拟器，其中所述第一预定偏移能由用户选择。
25.根据权利要求14所述的模拟器，其中基于手术工具的所述表示来确定所述第一预定偏移。
26.根据权利要求14所述的模拟器，其中当所述输入装置与手术工具的所述表示围绕所述第一旋转轴线的未对准量大于预定未对准时，围绕所述第一旋转轴线将所述对准配置翻转180°。
27.一种操作手术机器人或手术模拟器的方法，所述方法包括：
利用处理单元接收机器人手术系统的输入装置围绕第一旋转轴线的旋转；以及
将所述输入装置的所述旋转缩放到显示装置上的工具的表示围绕第一移动轴线的旋转，所述处理单元在所述输入装置远离对准配置移动时按比例缩小所述输入装置的旋转和/或在所述输入装置朝向所述对准配置移动时按比例增大所述输入装置的旋转，以使所述输入装置与工具的所述表示重新对准，直到所述输入装置围绕所述第一旋转轴线与工具的所述表示处于预定偏移内。
28.根据权利要求27所述的方法，其还包括选择所述预定偏移。
29.根据权利要求28所述的方法，其中选择所述预定偏移包含：所述处理单元基于工具的所述表示而确定所述预定偏移。
30.根据权利要求27所述的方法，其还包括在所述输入装置与所述工具的所述表示的未对准超过预定未对准时，使所述输入装置的所述对准配置围绕所述第一旋转轴线翻转180°。
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