各项的组合：（i)参照 夹具115(图I)，其包括接头now及追踪接头110的运动的接头追踪器111; W及（ii)形状传 感器140,用于提供手术器械130的姿态信息。使用来自接头追踪器111的信息和来自形状传 感器140的信息，处理器模块182在固定的通用参照系内在位置Lref处产生了手术器械130 的绝对=维形状W及手术器械130的绝对=维姿态。
[0035] 如下面更全面地解释的，该固定的通用参照系的位置Lref对于具体的手术过程可 W固定在外科医生所希望的位置。例如，在位置Lref的该固定的通用参照系相对于进行手 术的病人是固定的、相对于遥控操作微创手术系统的操纵器是固定的，等等。在一些手术过 程中，位置LO和位置Lref可W是同一个位置。
[0036] 典型地，参照夹具115被安装在位置LO处。位置LO的姿态与该固定的通用参照系之 间的关系是已知的。因此，控制器180将位置LO的姿态映射到位置Lref处的固定的通用参照 系。
[0037] 在一个方面，在将参照夹具115在位置LO处固定就位后，位置Lref被指派给另一个 位置。例如，将位置Lref处的固定的通用参照系选择为在病人190的嘴处，其中X轴和Z轴位 于病人的矢状面内，Z轴垂直于手术台191向上，并且Z轴指向病人的脚。然后在一个记录步 骤中，使用手术器械130的尖端来接触病人190和手术台191上的若干个预定的参考点。该处 理器使用所测量的运些参考点相对于参照夹具115的位置来计算位置LO处的框架相对于该 固定的通用参照系Lref的位置和取向。
[0038] 在运个示例中，位置Lref是在病人的嘴处，并且位置LO的姿态，其是形状传输 (shape Sending)的开始，被映射到位置Lref处的固定的通用参照系。因此，将运些绝对测 量结果（下面相对于参照夹具115上的一个位置处的参照系进行更全面地描述)被映射到位 置Lref处的固定的通用参照系。在运个例子中，位于夹具115中位置LO处的参照系内的绝对 测量结果（如下面更全面地说明的）被自动映射为在病人上的位置Lref处的固定的通用参 照系内的绝对测量结果。
[0039] 当位置Lref处的固定的通用参照系相对于进行手术的病人被固定时，设备100提 供了手术器械130相对于病人的绝对=维形状和姿态的数据。运种绝对=维信息与来自传 统方法的信息形成了对比，该传统方法提供手术器械的多个元件之间的相对距离、多个手 术器械之间的相对距离、或进行医疗手术的病人体内的多个位置之间的相对距离。
[0040] 在固定的通用参照系内获得绝对的=维形状和姿态数据的能力在医疗手术中提 供了新水平的能力。此外，相对于该固定的通用参照系的该绝对的=维姿态数据(位置和取 向）允许记录，例如在该固定的通用参照系内的不同的图像并且叠加所需的运些图像W促 进一个更熟悉的手术过程。
[0041] 在图1的方面，参照夹具115包括具有至少一个自由度的接头110和接头追踪器 111。参照夹具115被适配为固定至感兴趣的位置上，例如手术台的一部分、遥控操作微创手 术系统上的一个位置，等等。用来固定该参照夹具115的手段是在使用期间将该参照夹具牢 固附着于所希望的位置的任何传统手段。
[0042] 系链120被连接在参照夹具115的接头110与手术器械130之间。在一个方面，系链 120具有近端，该近端连接在参照夹具115中的接头110上。系链120的远端连接到手术器械 130上。系链120的近端在该一个自由度上的运动导致了接头110在该一个自由度上的运动。 系链120的特性在下面更全面地描述。接头110的移动辅助了外科医生在该一个自由度上操 纵手术器械，因为接头120有助于系链120在运个自由度上的移动。
[0043] 系链120的近端的运动被传递至接头110。接头追踪器111测量了接头110的运动并 对控制器180提供信息。在运个例子中，考虑了具有单个自由度的接头并且在下面更全面地 描述的示例中，该接头是一个滚动接头。
[0044] 使用具有单个自由度的接头仅是示意性的并且不旨在进行限制。如下面更全面地 说明的，在该参照夹具处可W测量一个或多于一个自由度。使用滚动接头也只是示意性的。 可W使用的另一种接头是球和螺杆接头。鉴于本公开，本领域的普通技术人员可W在该参 照夹具中应用一个接头或接头组合，该接头具有适当数目的自由度W辅助在手术器械被连 接在系链上时使用该手术器械。
[0045] 手术器械130可W是多种不同的手术器械中的任何一种。例如，手术器械可W是在 腹腔镜检查手术中使用的器械、在天然孔口经腔内镜手术(NOTES)过程中使用的器械、插 管、蛇形机器人手术器械、用于建立参考位置的探针、或在该柔性医疗器械的绝对=维姿态 和形状信息很有用的医疗手术中使用的任何柔性器械。
[0046] 在图1的方面，手术器械130表示为在远端具有末端执行器的柔性手术器械。运仅 是示意性的并且并非旨在将手术器械130限制于仅仅柔性的手术器械。
[0047] 形状传感器140从参照夹具115延伸穿过接头110和接头追踪器111、穿过系链120 并且进入手术器械130而到达手术器械130的远端部分。在图1的方面，形状传感器140被展 示为穿过了参照夹具115、接头110和接头追踪器111、系链120W及手术器械130中每个之中 的内腔。运仅是示意性的并且不旨在限制于运个具体的例子。鉴于本公开，本领域的普通技 术人员可W相对于参照夹具115、穿过接头110和接头传感器111、穿过系链120和手术器械 130来定位该形状传感器140, W提供为了测定所用手术器械的绝对=维姿态和形状所必须 的信息。
[004引在一个例子中，形状传感器140是形状感知光纤并且在询问器170中使用了光频域 反射测量术。具体而言，形状感知光纤使用了光纤布拉格光栅。使用光纤布拉格光栅仅是示 意性的并且不旨在限制于运个具体的产生背散射的机制。鉴于本公开，可W使用其他的管 线形状感知技术，包括但不限于瑞利散射、拉曼散射W及布里渊散射。
[0049] 此外，使用形状感知光纤也仅是示意性的并且不旨在进行限制。对于一种具体类 型的形状传感器140,使用了用于该形状传感器的询问器。使用与下面更全面地描述的相同 的技术来处理来自该询问器的数据W获得绝对=维数据。因此，如之前描述的，运个示例展 示了使用形状感知光纤来产生绝对=维姿态信息并且不旨在限制于所描述的运种具体的 形状感知光纤。
[0050] 在一个方面，使用多忍的形状感知光纤来实现/实施该形状传感器140。在一个实 例中，该光纤是=忍的光纤，如下面更全面地说明的。在其他实施方案中，可W使用各种数 目的忍。
[0051] 询问器170询问该形状传感器140中的光纤并将形状信息提供给控制器180中的输 入/输出模块181。处理器模块182中的处理器使用形状信息处理模块184来处理该输入/输 出模块181所接收的信息。
[0052] 使用来自接头追踪器111的信息，确定了位置LO处该参照系的姿态。注意在运个例 子中，位置LO处该参照系的位置是固定的，但是位置LO处该参照系的取向可W随着接头110 的移动而改变。取决于接头110的类型，位置LO处该参照系的位置和取向的不同自由度随着 该接头的移动而改变。该处理器使用来自该形状传感器140的信息进行积分，如下面更全面 地说明的。该积分产生了位置Ll处的框架在位置LO处的参照系中的姿态信息。该处理器将 运个姿态信息与位置LO处的参照系的姿态进行组合而产生了位置Ll处的运个框架在位置 Lref处的固定的通用参照系中的姿态信息。
[0053] 类似地，来自传感器140的信息从位置LO到位置L2的积分产生了位置L2处的框架 在位置LO处的参照系中的姿态信息。将其与位置LO处的参照系的姿态进行组合产生了位置 L2处的该框架在位置Lref处的固定的通用参照系中的姿态信息。该积分还提供了位置Ll与 L2之间的手术器械130在位置Lref处的固定的通用参照系中的形状信息。
[0054] 在运个例子中，位置LO处的起始位置(xo，yo，zo)是固定的且已知的并且被映射到 位置Lref处的固定的通用参照系。运个在该固定的通用参照系中起始位置在下面更全面地 描述的例子中被用于偏移矢量^。中（见表达式（17))。该固定的通用参照系的取向（包括来 自接头追踪器111的测量结果)被用于坐标系矩阵中(见表达式(9))。
[0055] 用于获得曲线坐标L0+S1处（即在位置Ll处）的坐标(Xn，yn，Zn)的步骤的更详细说 明被描述于Giuseppe M.Prisco的，于2008年6月30日提交的，标题为"FIB邸OPTIC SHAPE SENSOR(光纤形状传感器r的美国专利申请号12/164,829的共同待审且共同受让的美国专 利申请公开号US 2009/0324161 Al中，将其通过引用W其全文结合在此。
[0056] 形状传感器140邻近接头110和接头追踪器111被固定就位。（此处，远端是朝向手 术器械130远离接头110和接头追踪器111并且近端是相反方向）。位置LO典型地在接头100 追踪器111的中线处，W便形状传感器140被固定在离开位置L0、即离开所感知的区域的一 个位置。
[0057] 用于将形状感知光纤固定就位的技术和方法被描述于共同受让的美国专利申请 号 12/164,297(标题为"FIXTURE FOR SHAPE-SENSING OPTICAL FI肥R IN A KI肥MATIC 畑AIN(用于运动链中的形状感知光纤的夹具r，发明人名字为化eodore W.Rogers和 Gius巧pe Prisco,并且于2008年6月30日提交）中，将其通过引用W其全文结合在此。而且， 可W使用在典型行业中用于在光纤中产生服务环的传统技术。
[005引在一个方面，形状传感器140在该形状传感器140进入手术器械130的位置Ll处具 有一个已知特征，如已知的几何形状。在一个方面，手术器械130中形状传感器140的远端能 自由移动。
[0059] 用于在手术器械130中的远端进入位置处实现形状传感器140中的一个已知特征 的适当技术被描述于共同受让的美国专利申请号12/618000,其标题为叩IBER