OPTIC SHA阳沈NSOR(光纤形状传感器r，发明人名字为Giuseppe M.Prisco,并且于2009年11月 13日提交）中，将其通过引用W其全文结合在此。而且还参见共同受让的美国专利申请号 12/618,082,其标题为"Method and System to Sense Relative 化rtial-Pose Information Using a Shape Sensor(使用形状传感器感知相对的局部姿态信息的方法和 系统r，发明人名字为Vincent Duindam等人，于2009年11月13日提交，将其通过引用W其 全文结合在此。
[0060] 在一个方面，该已知特征在几何中屯、位于位置Ll处的形状传感器140中是S曲线。 形状传感器140所在的内腔可W被成型为提供运个已知特征，或者替代地，可使用形状传感 器140上的一个夹子或多于一个夹子来产生该已知特征。
[0061] 在形状传感器140的进入点处使用已知特征是可选的。替代地，可W测量该系链的 长度W及在参照夹具115中从位置LO到该系链的近端的任何距离的长度W便确定位置L1。 在一些应用中，对位置Ll不感兴趣。典型地，对于柔性手术器械，感兴趣的是该手术器械的 远端的最后半米到一米的形状W及该手术器械的远端的形状。
[0062] 在形状传感器140是多忍的形状感知光纤的方面，要小屯、防止形状传感器140在系 链120和手术器械130中扭转，因为扭转使得所测量的形状信息歪曲了。事实上，在仅依赖于 一个形状传感器来确定=维姿态的一些传统系统中，扭转的存在导致了不正确的测定结 果。
[0063] 在一个方面，通过对系链120的本体W及手术器械130的本体使用扭转刚性的材料 来缓解该形状传感器140的扭转（围绕其切向轴线的转动）。适合用于运些本体的材料包括 在内窥镜本体中使用的材料。
[0064] 此处，扭转刚性的本体是在正常荷载和正常使用状态下使用时具有小于阔值的扭 转度的本体。该阔值是在外科医生使用手术器械130时可能干扰其的扭转量，因为由于该形 状传感器的扭转引起的测量误差，器械130的视觉图像没有跟随外科医生在操纵手术器械 130时所做出的运动。实验显示，阔值加上或减去十度的扭转对大多数外科医生是可接受 的。
[0065] 为了进一步限制形状传感器140的任何扭转，可W将扭转刚性的本体与该本体内 具有非圆形截面的内腔和具有同样的非圆形截面的形状传感器结合使用。运样的截面防止 了该形状传感器在该内腔内扭转并且因此任何扭转都是该扭转刚性的本体所传递的扭转。
[0066] 例如，在图2A中，扭转刚性的本体210A具有带有非圆形截面211A的内腔，并且形状 传感器240A具有相同的非圆形截面。在图2B中，扭转刚性的本体210B具有带有圆化的S角 形截面211B的内腔，并且形状传感器240B具有相同的圆化的=角形截面。
[0067] 图2A和2B中的截面仅是示意性的并且不旨在进行限制。当已知该形状传感器的截 面形状时，可W在该扭转刚性的系链中形成具有基本上相同截面形状的内腔。例如，如果该 形状传感器的截面是字母D的形状，则该系链中的内腔的截面将具有字母D的形状。
[0068] 在另一方面，通过将形状传感器140封闭在低摩擦的管路中来缓解形状传感器140 的扭转，W便形状传感器140在该管路的内腔中自由转动并且不扭转超过该阔值，而与管路 中的任何扭转无关。使该低摩擦的管路穿过该系链W及手术器械中的运些内腔。
[0069] 作为一个例子，该低摩擦的管路是由氣化聚合物形成的。氣化聚合物的一个例子 是聚四氣乙締(PTFE)。
[0070] 替代的，可W将扭转刚性的本体与插入该扭转刚性的本体的内腔中的低摩擦管路 结合使用。不管是否使用扭转刚性的系链本体，在该系链的内腔中使用低摩擦的管路，或使 用二者的组合，该形状传感器保持是基本上不扭转的。在此，基本上不扭转是指该形状传感 器的扭转小于W上对于该扭转刚性的系链所描述的阔值。
[0071] 图3是参照夹具315的一个例子的透视截面图。参照夹具315的本体350具有内腔 351，该内腔从第一边缘表面352到第二边缘表面353而延伸穿过本体350。本体350还包括多 个螺纹螺孔，运些孔从第一边缘表面352并且从第二边缘表面353而延伸进入本体350中。在 图3中，运多个螺纹螺孔中的螺纹螺孔363-1、363-3、364-1、364-3是可见的。运多个螺纹螺 孔被用来将滚动接头310固定到本体350上。
[0072] 滚动接头310包括安装在内腔351中的第一轴承361和第二轴承362。第一和第二轴 承361、362支撑空屯、杆360,该空屯、杆穿过内腔351。空屯、杆360延伸超过第一边缘表面352。
[0073] 系链320被夹子321连接到延伸超过第一边缘表面352的空屯、杆360的末端上。因 此，系链320的近端的滚动运动/横摇运动被传递至杆360。
[0074] 空屯、杆360也延伸超过第二边缘表面352并且穿过滚动接头追踪器311中的内腔， 该内腔被固定到空屯、杆360上。因此，当杆360转动时，滚动运动被传递至滚动接头追踪器 311并且由滚动接头追踪器311测量。滚动接头追踪器311是传统的光学接头追踪器并且因 此是本领域的普通技术人员已知的。
[0075] 使用光学接头追踪器仅是示意性的并且不旨在进行限制。选择一个接头或多个接 头时，可W选择适当的追踪机制。如果该接头没有自由度，则不使用接头追踪器。
[0076] 形状传感器340穿过空屯、杆360并且在形状传感器340邻近滚动接头追踪器311而 穿出杆360的末端之后被固定就位。形状传感器340如W上描述的被固定就位。
[0077] 在图3的例子中，夹具315限制了单个自由度。在其他实现方式中，该参照夹具可W 限制另外的自由度W改进该手术器械的可操纵性。
[0078] 在固定的通用参照系内获得=维形状和姿态测量结果的能力增强了微创手术过 程可获得的能力。考虑了两个例子。在第一个例子中，组合地使用了遥控操作微创手术系统 和腹腔镜检查系统。在第二个例子中，仅考虑了腹腔镜检查系统。
[0079] 第一个例子包括传统的遥控操作微创手术系统，如加利福尼亚州森尼维耳市直观 手术公司（Intuitive SurgicalJnc.)制造的daVinci⑩.手术系统，并且使用了该系统对于 其自身所具有的内部系统知识。第二个例子是一种总体上腹腔镜检查的形式，将所有信息 直接与腹腔镜定位系统汇集在一起。
[0080] 在关于微创机器人手术系统的该第一个例子中，图4A中仅展示了该系统的一部 分。推车405支撑多个操纵器。在运个例子中，展示了内窥镜相机操纵器406。
[0081] 安装在内窥镜相机操纵器406上的参照夹具415与参照夹具115相似，除了参照夹 具415是连接到多个系链上，运些系链在运个例子中包括系链421和系链422。而且在运个例 子中，位置Lref处的固定的通用参照系被限定在病人490上的一个位置处。穿过系链421的 形状传感器的参照系被限定在位置LO-I处并且穿过系链422的形状传感器的参照系被限定 在位置L0-2处。
[0082] W上面关于图1所描述的相类似的一种方式，位置LO-I处的参照系中的姿态被控 制器180映射到位置Lref处的固定的通用参照系。类似地，位置L0-2处的参照系中的姿态被 控制器180映射到位置Lref处的固定的通用参照系。
[0083] 在运个例子中，穿过系链421的形状传感器在离开系链421并且进入插管431中之 后具有一个已知特征，如S曲线。类似地，穿过系链423的形状传感器在离开系链422并且进 入插管432中之后具有一个已知特征。插管43U432是具体的手术器械的例子。
[0084] 在运个例子中，参照夹具415包括:第一接头追踪器，该第一接头追踪器追踪该连 接在系链421上的接头的运动，该系链进而连接至插管431上；W及第二接头追踪器，该第二 接头追踪器追踪该连接在系链422上的接头的运动，该系链进而连接至插管432上。
[0085] 然而，在一些方面，即使该系链是扭转刚性的，在不提供在参考结构中具有任何自 由度的接头的情况下，该手术器械的可操纵性可能是足够的。例如，插管在附接至扭转刚性 的系链上时可能是足够可移动的，从而不需要一个运动度的接头。在运种情况下，该参考结 构中的接头具有零个自由度并且不使用接头追踪器。
[0086] 在插管431中的形状传感器的已知特征提供信息，该信息经过处理W确定在位置 L3处插管431的姿态。来自传感器140的信息的积分(如下面更全面地描述的）是从位置LO-I 进行到位置L3而产生位置L3处的框架在位置LO-I处的参照系中的姿态信息。将其与位置 LO-I处的参照系的姿态进行组合产生了位置L3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。运个过程与W上关于图1的描述相同。使用同样的方法来获得位置L4 处的插管432在位置Lref处的固定的通用参照系内的=维姿态。
[0087] 其上安装了参照夹具415的运个操纵器的=维姿态信息在微创手术系统内部是已 知的。因此，在该固定的通用参照系内产生的插管43U432的姿态信息可W被映射到操纵器 的参照系。
[0088] 手动插入的手术器械（图4B)的插入深度通过在被拴住的插管432与手术器械433 之间增加第二系链423来进行测量。该形状传感器延伸穿过位置L0-2、穿过系链421到插管 432、并且从套管432穿过系链423到手术器械433中的一个已知部件/特征(fea化re)。在图 4B的例子中，在位置Lref处的固定的通用参照系内位置L5处的姿态W及在位置Lref处的固 定的通用参照系内位置L4处的姿态被用来确定该插入深度。运两个位置的姿态之间的距离 随着器械433被插入而减小。
[0089] -种使用遥控操作微创手术系统的系统具有的显著优点在于，对相机的参考可W 使用该系统已知的状态变量，如相机角度、相机尖端的插入深度W及焦点深度。在仅仅一个 腹腔镜检查系统中，所有运些变量都必须直接测量。
[0090] 系链回到相同参考点的所有插管位置的直接测量可W W