用于遙控操作的微創(chuàng)從手術(shù)器械的手控制系統(tǒng)本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年11月11日、發(fā)明名稱為“用于遙控操作的微創(chuàng)從手術(shù)器械的手控制系統(tǒng)”的中國專利申請(qǐng)201080050661.5(PCT/US2010/056383)的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)是美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/617,937(2009年11月13日提交的，披露了“Patient-SideSurgeonInterfaceForaMinimallyInvasiveTeleoperatedSurgicalInstrument(用于微創(chuàng)遙控操作的手術(shù)器械的病人側(cè)外科醫(yī)生界面)”)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，將其通過引用結(jié)合在此。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明的各方面涉及對(duì)微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的控制，并且更具體地涉及使用外科醫(yī)生的手運(yùn)動(dòng)來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
用于追蹤手的位置和手勢(shì)的方法和技術(shù)是已知的。例如，一些視頻游戲控制器利用了手追蹤輸入。例如，Nintendo游戲平臺(tái)支持無線位置和取向感測(cè)遠(yuǎn)程控件。(Wii是美國華盛頓州雷德蒙市的任天堂美國分公司(NintendoofAmericaInc)的注冊(cè)商標(biāo))手勢(shì)以及其他物理運(yùn)動(dòng)(像擺動(dòng)球棒或揮動(dòng)魔法杖)的使用為這個(gè)平臺(tái)提供了基本的游戲要素。SonyPlaystationMove具有與Nintendo游戲平臺(tái)相似的特征。來自CyberGloveSystems的無線運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)手套包括十八個(gè)數(shù)據(jù)傳感器，其中具有在每個(gè)手指上的兩個(gè)彎曲傳感器、四個(gè)外展傳感器以及測(cè)量拇指交叉、手指拱起、腕部彎曲以及腕部外展的傳感器。(是加拿大圣何塞的CyberGloveSystems公司的注冊(cè)商標(biāo)。)當(dāng)對(duì)于該運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)手套使用三維追蹤系統(tǒng)時(shí)，可獲得手的x、y、z、偏航、俯仰、滾動(dòng)位置以及取向信息。用于該運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)手套的運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)已經(jīng)用于數(shù)字原型評(píng)估、虛擬現(xiàn)實(shí)生物力學(xué)以及動(dòng)畫制作。帶有四十個(gè)傳感器的另一個(gè)數(shù)據(jù)手套是MeasurandInc.公司的ShapeHand數(shù)據(jù)手套。MeasurandInc.公司的ShapeClaw便攜式輕質(zhì)的手運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)包括柔性條帶系統(tǒng)，這些柔性條帶捕獲了食指和拇指運(yùn)動(dòng)以及手和前臂在空間上的位置和取向。在In-CheolKim和Sung-IlChien“使用基于沖程的復(fù)合隱馬爾可夫模型進(jìn)行3D手軌跡手勢(shì)的分析(Analysisof3DHandTrajectoryGesturesUsingStroke-BasedCompositeHiddenMarkovModel)”《應(yīng)用智能(AppliedIntelligence)》第15卷第2期第131-143頁(2001年9月至10月)中，Kim和Chien探索了將三維軌跡輸入用于Polhemus傳感器進(jìn)行手勢(shì)辨識(shí)。Kim和Chien提出這種輸入形式是因?yàn)槿S軌跡提供了比二維手勢(shì)更大的辨別能力，而在基于視頻的途徑中主要使用二維手勢(shì)。對(duì)于他們的試驗(yàn)，Kim和Chien利用了附接在FakespacePinchGlove背面的一個(gè)Polhemus磁性位置追蹤傳感器。該P(yáng)inchGlove提供了供使用者用信號(hào)報(bào)告一個(gè)手勢(shì)的開始和結(jié)束的手段，且同時(shí)該P(yáng)olhemus捕獲使用者的手的三維軌跡。在ElenaSanchez-Nielsen等人的“用于人機(jī)交互的手勢(shì)辨識(shí)(HandGestureRecognitionforHuman-MachineInteraction)”JournalofWSCG第12卷1-3期ISSN1213-6972,WSCG'2004(2003年2月2-6日，PlzenCzechRepublic)中，提出了一種實(shí)時(shí)視覺系統(tǒng)用于視覺交互環(huán)境中，其中通過使用通用目的的硬件和低成本傳感器(像個(gè)人計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī))來進(jìn)行手勢(shì)辨識(shí)。在PragatiGarg等人“基于視覺的手勢(shì)辨識(shí)(VisionBasedHandGestureRecognition)”49，世界科學(xué)院工程技術(shù)(WorldAcademyofScience,EngineeringandTechnology)，972-977(2009)中，記載了基于視覺的手勢(shì)辨識(shí)的綜述。提出的一個(gè)結(jié)論是大多數(shù)方法是依賴于可能在受控實(shí)驗(yàn)室設(shè)定中適合但不能推廣至任意設(shè)定的幾個(gè)基本假設(shè)。作者論述到：“用于手勢(shì)界面的計(jì)算機(jī)視覺方法必須在穩(wěn)健性和速度方面優(yōu)于現(xiàn)有性能以便實(shí)現(xiàn)交互和可用性”。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，手勢(shì)辨識(shí)已經(jīng)被認(rèn)為是放射學(xué)圖像的無菌瀏覽。參見JuanP.Wachs等人的“用于放射學(xué)圖像的無菌瀏覽的基于手勢(shì)的工具(AGesture-basedToolforSterileBrowsingofRadiologyImages)”美國醫(yī)學(xué)信息學(xué)會(huì)志(JournaloftheAmericanMedicalInformaticsAssociation)(2008；15:321-323，DOI10.1197/jamia.M24)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在一個(gè)方面，一種微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的手追蹤系統(tǒng)追蹤一部分人手的方位?；谌耸值倪@個(gè)部分的方位產(chǎn)生微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的系統(tǒng)控制參數(shù)。使用該系統(tǒng)控制參數(shù)來控制該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的操作。在一個(gè)方面，追蹤了被安裝在人手的一個(gè)部分上的多個(gè)傳感器元件以獲得人手的該部分的方位?；谠摲轿划a(chǎn)生了一個(gè)控制點(diǎn)的位置和取向?；谠摽刂泣c(diǎn)的位置和取向來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的一個(gè)裝置的遙控操作。在一個(gè)方面，該裝置是一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械/輔助手術(shù)器械。在另一方面，該裝置是在手術(shù)部位的視頻圖像中呈現(xiàn)的虛擬代理。虛擬代理的例子包括虛擬從手術(shù)器械、虛擬手以及虛擬的遠(yuǎn)程圖顯(telestration)裝置。在一個(gè)另外的方面，除了該控制點(diǎn)的位置和取向之外還產(chǎn)生了一個(gè)抓握閉合參數(shù)?；谠撟ノ臻]合參數(shù)來控制該遙控操作的從手術(shù)器械的一個(gè)末端執(zhí)行器的抓握。在另一方面，該系統(tǒng)控制參數(shù)是用于遙控操作該從手術(shù)器械的一個(gè)控制點(diǎn)的位置和取向。在又一個(gè)方面，該系統(tǒng)控制參數(shù)由兩只手確定。該系統(tǒng)控制參數(shù)是這兩只手中一只的一個(gè)控制點(diǎn)的位置和取向并且是這兩只手中另一只的一個(gè)控制點(diǎn)的位置和取向。這些控制點(diǎn)是用于遙控操作在微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中一個(gè)內(nèi)窺鏡相機(jī)操縱器。在又一個(gè)方面，除了在該人手的一個(gè)部分上的這些傳感器元件之外還追蹤安裝在第二人手的一個(gè)部分上的多個(gè)傳感器元件。基于該第二人手的一個(gè)部分的方位產(chǎn)生第二控制點(diǎn)的位置和取向。在這個(gè)方面，所述控制點(diǎn)和第二控制點(diǎn)均被用于遙控操作的控制中。在又一個(gè)方面，追蹤了安裝在人手指頭上的多個(gè)傳感器。確定這些指頭之間的運(yùn)動(dòng)，并且基于這種運(yùn)動(dòng)來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的遙控操作的從手術(shù)器械的取向。當(dāng)該運(yùn)動(dòng)是第一運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制包括使從手術(shù)器械腕部的尖端圍繞其指向方向滾動(dòng)。當(dāng)該運(yùn)動(dòng)是不同于該第一運(yùn)動(dòng)的第二運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制包括該從手術(shù)器械腕部的偏航運(yùn)動(dòng)。一種微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)包括手追蹤系統(tǒng)以及連接到該手追蹤系統(tǒng)的控制器。該手追蹤系統(tǒng)追蹤安裝在人手的一個(gè)部分上的多個(gè)傳感器元件的方位。該控制器將這些方位轉(zhuǎn)換成一個(gè)控制點(diǎn)的位置和取向。該控制器基于該控制點(diǎn)發(fā)出一個(gè)命令來移動(dòng)該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的一個(gè)裝置。而且在一個(gè)方面，該裝置是一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械，而在另一方面，該裝置是在手術(shù)部位的視頻圖像中呈現(xiàn)的一個(gè)虛擬代理。在一個(gè)方面，該系統(tǒng)還包括一個(gè)主要手指追蹤裝置，該裝置包括多個(gè)追蹤傳感器。該主要手指追蹤裝置進(jìn)一步包括一個(gè)可壓縮本體、固定到該可壓縮本體的第一指環(huán)以及固定到該可壓縮本體的第二指環(huán)。所述多個(gè)追蹤傳感器中的第一追蹤傳感器被附接到該第一指環(huán)。所述多個(gè)追蹤傳感器中的第二追蹤傳感器被附接到該第二指環(huán)。因此在一個(gè)方面，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)包括一個(gè)主要手指追蹤裝置。該主要手指追蹤裝置包括一個(gè)可壓縮本體、固定到該可壓縮本體的第一指環(huán)以及固定到該可壓縮本體的第二指環(huán)。第一追蹤傳感器被附接到該第一指環(huán)。第二追蹤傳感器被附接到該第二指環(huán)。該可壓縮本體包括第一末端、第二末端以及外部外表面。該外部外表面包括：在該第一與第二末端之間延伸的第一部分以及與該第一部分相反并從其去除、在該第一與第二末端之間延伸的第二部分。該可壓縮本體還具有一個(gè)長度。這個(gè)長度被選擇成限制人手的第一指頭與第二指頭之間的間隔。該第一指環(huán)在該第一末端附近被固定到該可壓縮本體并且圍繞該外部外表面的第一部分延伸。在將該第一指環(huán)放置在人手的第一指頭上之后，該外部外表面的第一部分的第一分段接觸到該第一指頭。該第二指環(huán)在該第二末端附近被固定到該可壓縮本體并且圍繞該外部外表面的第一部分延伸。在將該第二指環(huán)放置在人手的第二指頭上之后，該外部外表面的第一部分的第二分段接觸到該第二指頭。在該第一和第二指頭朝彼此移動(dòng)之后，該可壓縮本體被定位在這兩個(gè)指頭之間以致該可壓縮本體提供了對(duì)這種移動(dòng)的阻力。該可壓縮本體的厚度被選擇為使得在該第一指頭的尖端剛接觸到該第二指頭的尖端時(shí)，該可壓縮本體不被完全壓縮。該可壓縮本體被配置為提供與一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械的末端執(zhí)行器的抓握力相對(duì)應(yīng)的觸覺反饋。在一個(gè)方面，該第一和第二追蹤傳感器是無源電磁傳感器/被動(dòng)電磁傳感器。在另一個(gè)方面，每個(gè)無源電磁追蹤傳感器具有六個(gè)自由度。使用該主要手指追蹤裝置的方法包括追蹤安裝在人手的第一指頭上的傳感器的第一方位以及安裝在第二指頭上的另一個(gè)傳感器的第二方位。每個(gè)方位均具有N個(gè)自由度，其中N是大于零的整數(shù)。將該第一方位和第二方位映射到一個(gè)控制點(diǎn)方位。這個(gè)控制點(diǎn)方位具有六個(gè)自由度。這六個(gè)自由度小于或等于2*N個(gè)自由度。該第一方位和第二方位還被映射到具有單個(gè)自由度的一個(gè)參數(shù)?；谠摽刂泣c(diǎn)方位和該參數(shù)來控制一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的一個(gè)從手術(shù)器械的遙控操作。在第一方面，該參數(shù)是抓握閉合距離。在第二方面，該參數(shù)包括一個(gè)取向。在另一個(gè)方面，N是六，而在一個(gè)不同的方面，N是五。在又一個(gè)方面，追蹤安裝在人手的一個(gè)部分上的多個(gè)傳感器元件以獲得該人手部分的多個(gè)方位?；谶@多個(gè)方位來選擇來自多個(gè)已知手勢(shì)中的一個(gè)手勢(shì)?；谶@個(gè)手勢(shì)來控制一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的操作。這個(gè)手勢(shì)可以是手勢(shì)姿態(tài)、手勢(shì)軌跡或手勢(shì)姿態(tài)與手勢(shì)軌跡的組合中的任何一種。當(dāng)該手勢(shì)是一種手勢(shì)姿態(tài)并且多個(gè)已知手勢(shì)包括多個(gè)已知的手勢(shì)姿態(tài)時(shí)，該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的用戶界面是基于這個(gè)手勢(shì)姿態(tài)來控制的。此外在一個(gè)方面，當(dāng)該手勢(shì)是手勢(shì)姿態(tài)，該手勢(shì)的選擇包括從所追蹤的多個(gè)方位中產(chǎn)生一個(gè)觀測(cè)的特征集合。將這個(gè)觀測(cè)的特征集合與所述多個(gè)已知手勢(shì)姿態(tài)的特征集合進(jìn)行比較。這些已知手勢(shì)中的一個(gè)被選擇成手勢(shì)姿態(tài)。將選定的已知手勢(shì)姿態(tài)映射到一個(gè)系統(tǒng)命令，并在該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中觸發(fā)這個(gè)系統(tǒng)命令。在又一個(gè)方面，當(dāng)該手勢(shì)包括手勢(shì)軌跡時(shí)，該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的用戶界面是基于該手勢(shì)軌跡來進(jìn)行控制的。在具有這些手追蹤系統(tǒng)和該控制器的這種微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中，該控制器將這些方位轉(zhuǎn)換為一種手勢(shì)。該控制器基于該手勢(shì)而發(fā)出一個(gè)命令來修改該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的操作模式。在又一個(gè)方面，追蹤了安裝在人的一個(gè)部分上的一個(gè)傳感器元件以獲得該人手部分的方位?；谶@個(gè)方位，該方法確定該人手部分的位置距微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)主要工具夾具的位置是否處于一個(gè)距離閾值之內(nèi)。基于這種判定的結(jié)果來控制該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的操作。在一個(gè)方面，基于這種判定的結(jié)果來控制連接到該主要工具夾具的一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械的遙控操作。在另一個(gè)方面，基于這種判定的結(jié)果來控制一個(gè)用戶界面的顯示或一個(gè)代理視覺的顯示。在一個(gè)方面，該人手部分的位置由一個(gè)控制點(diǎn)位置指定。在另一個(gè)方面，該人手部分的位置是食指位置。一種微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)包括一個(gè)手追蹤系統(tǒng)。該手追蹤系統(tǒng)追蹤人手的一個(gè)部分的方位。一個(gè)控制器使用這個(gè)方位來確定外科醫(yī)生的手是否足夠靠近一個(gè)主要工具夾具以便允許該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的具體操作。一種微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)還包括連接至該手追蹤系統(tǒng)的一個(gè)控制器。該控制器將這個(gè)方位轉(zhuǎn)換成一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)并且基于該系統(tǒng)控制參數(shù)向該微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中注入一個(gè)命令。附圖說明圖1是包括一個(gè)手追蹤系統(tǒng)的一種遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的高級(jí)圖解視圖。圖2A至圖2G是用來控制圖1的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的遙控操作從手術(shù)器械的一個(gè)手追蹤主要工具夾具的不同構(gòu)型的示例。圖3A至圖3D是用來控制圖1的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的系統(tǒng)模式的手勢(shì)姿態(tài)的示例。圖4A至圖4C是也用來控制圖1的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的系統(tǒng)模式的手勢(shì)軌跡的示例。圖5是用于在基于相機(jī)的追蹤系統(tǒng)中進(jìn)行手追蹤的基準(zhǔn)標(biāo)記的布局展示。圖6A和圖6B是圖1的外科醫(yī)生控制臺(tái)的詳圖，并且包括在手追蹤中由圖1的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)使用的坐標(biāo)系的示例。圖7是對(duì)于一種套手式主要工具夾具以及在手追蹤中由圖1的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)使用的方位和坐標(biāo)系的更詳細(xì)展示。圖8是一個(gè)過程的流程圖，這個(gè)過程用在追蹤系統(tǒng)中用于追蹤手的指頭并且用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)以用于圖1的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的從手術(shù)器械的遙控操作。圖9是圖8的“將方位數(shù)據(jù)映射到控制點(diǎn)和抓握參數(shù)”過程的更詳細(xì)的流程圖。圖10是在該追蹤系統(tǒng)中用于辨識(shí)手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡的一個(gè)過程的流程圖。圖11是在該追蹤系統(tǒng)中用于手的存在性探測(cè)的一個(gè)過程的流程圖。圖12是一個(gè)主要手指追蹤裝置的一個(gè)例子的展示。圖13是呈現(xiàn)在一個(gè)顯示裝置上的視頻圖像的展示，包括一個(gè)代理視像(在本示例中包括一個(gè)虛擬幻影器械)以及一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械。圖14是呈現(xiàn)在一個(gè)顯示裝置上的視頻圖像的展示，包括多個(gè)代理視像(在本示例中包括一雙虛擬的手)以及多個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械。圖15是呈現(xiàn)在一個(gè)顯示裝置上的視頻圖像的展示，包括多個(gè)代理視像(在本示例中包括一個(gè)虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置和一個(gè)虛擬幻影器械)以及多個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械。在這些圖中，三個(gè)數(shù)字附圖標(biāo)記中的第一個(gè)數(shù)字代表具有這個(gè)附圖標(biāo)記的要素初次出現(xiàn)在其中的圖的圖號(hào)，并且四個(gè)數(shù)字附圖標(biāo)記中的前兩個(gè)數(shù)字代表具有這個(gè)附圖標(biāo)記的要素首次出現(xiàn)在其中的圖的圖號(hào)。具體實(shí)施方式如在此使用的，方位代表位置和取向。如在此使用的，手勢(shì)(有時(shí)也稱為姿勢(shì))包括手勢(shì)姿態(tài)、手勢(shì)軌跡、以及手勢(shì)姿態(tài)與手勢(shì)軌跡的組合。本發(fā)明的多個(gè)方面通過利用手的方位信息來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)從而強(qiáng)化了微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)(例如由加利福尼亞州森尼維耳市直觀外科手術(shù)公司(IntuitiveSurgical,Inc.)商售的da遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng))的控制能力。使用手的一個(gè)或多個(gè)指頭的被測(cè)方位來確定一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)，進(jìn)而使用這個(gè)參數(shù)來觸發(fā)該手術(shù)系統(tǒng)中的一個(gè)命令。這些系統(tǒng)命令取決于其手方位被追蹤的這個(gè)人的方位，即，這個(gè)人是否在外科醫(yī)生控制臺(tái)處。當(dāng)被測(cè)方位是針對(duì)一個(gè)不在外科醫(yī)生控制臺(tái)處的人的手指頭時(shí)，這些系統(tǒng)命令包括基于一只手的兩個(gè)指頭的手取向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合來改變一個(gè)遙控操作從手術(shù)器械的一個(gè)部分的取向的一個(gè)命令，以及移動(dòng)一個(gè)遙控操作從手術(shù)器械的尖端以使得該尖端的運(yùn)動(dòng)跟隨該手的一個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)命令。當(dāng)被測(cè)方位是針對(duì)在外科醫(yī)生控制臺(tái)處的一個(gè)人的手指頭時(shí)，這些系統(tǒng)命令包括允許或阻止一個(gè)從手術(shù)器械繼續(xù)運(yùn)動(dòng)以跟隨著一個(gè)主要工具夾具的運(yùn)動(dòng)的多個(gè)命令。當(dāng)被測(cè)方位是針對(duì)不在外科醫(yī)生控制臺(tái)處的一個(gè)人的手指頭或針對(duì)在外科醫(yī)生控制臺(tái)處的一個(gè)人的手指頭時(shí)，這些系統(tǒng)命令包括命令該系統(tǒng)或該系統(tǒng)的一個(gè)部分基于一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)采取行動(dòng)，并且命令該系統(tǒng)或該系統(tǒng)的一個(gè)部分基于一個(gè)手勢(shì)軌跡采取行動(dòng)。圖1是包括一個(gè)手追蹤系統(tǒng)的一種遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100(例如da手術(shù)系統(tǒng))的高級(jí)圖解視圖。存在與該da手術(shù)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其他部件、纜線等等，但這些在圖1中沒有展示出以避免從披露內(nèi)容中減去。關(guān)于微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)一步信息可以例如在美國專利申請(qǐng)?zhí)?1/762,165(2007年6月13日提交，披露了“微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)”)以及美國專利號(hào)6,331,181(于2001年12月18日授權(quán)，披露了“SurgicalRoboticTools,DataArchitecture,andUse(手術(shù)機(jī)器人工具、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及用途)”)中找到，通過引用將它們兩者結(jié)合在此。還參見例如美國專利號(hào)7,155,315(2005年12月12日提交，披露了“CameraReferencedControlInAMinimallyInvasiveSurgicalApparatus(微創(chuàng)手術(shù)設(shè)備中關(guān)于相機(jī)的控制)”)以及7,574,250(2003年2月4日提交，披露了“ImageShiftingApparatusAndMethodForATeleroboticSystem(用于遙機(jī)器人系統(tǒng)的圖像偏移設(shè)備和方法)”)，通過引用將它們兩者結(jié)合在此。在這個(gè)示例中，系統(tǒng)100包括一個(gè)推車110，該推車110帶有多個(gè)操縱器。每個(gè)操縱器和該操縱器所控制的遙控操作從手術(shù)器械能夠被連接到外科醫(yī)生控制臺(tái)185上的多個(gè)主要工具操縱器上并且能夠與其脫離連接，并且此外它們能夠被連接到機(jī)械未接地的未通電的主要手指追蹤夾具170(有時(shí)稱為主要手指追蹤夾具170)并且能夠與其脫離連接。安裝在操縱器113上的一個(gè)立體內(nèi)窺鏡112提供了病人111體內(nèi)的手術(shù)部位103的圖像，這個(gè)圖像顯示在顯示器187以及外科醫(yī)生控制臺(tái)185內(nèi)的顯示器上。這個(gè)圖像包括在立體內(nèi)窺鏡112的視場(chǎng)內(nèi)的任意從手術(shù)裝置的圖像。外科醫(yī)生控制臺(tái)185上的主要工具操縱器、從手術(shù)裝置以及立體內(nèi)窺鏡112之間的交互與公知系統(tǒng)中的相同并且因此是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在一個(gè)方面，外科醫(yī)生181移動(dòng)該外科醫(yī)生的手的至少一個(gè)指頭，這進(jìn)而致使主要手指追蹤夾具170中的一個(gè)傳感器改變方位。手追蹤發(fā)射器175提供了一個(gè)場(chǎng)，使得這個(gè)指頭的新的位置和取向被該主要手指追蹤夾具170感測(cè)到。新的被感測(cè)位置和取向被提供給手追蹤控制器130。在一個(gè)方面，如下面更全面地解釋的，手追蹤控制器130將被感測(cè)的位置和取向映射到外科醫(yī)生181的眼睛坐標(biāo)系中的一個(gè)控制點(diǎn)位置和一個(gè)控制點(diǎn)取向。手追蹤控制器130將這個(gè)方位信息發(fā)送給系統(tǒng)控制器140，該系統(tǒng)控制器140進(jìn)而對(duì)連接到主要手指追蹤夾具170的遙控操作從手術(shù)器械發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)命令。如下面更全面地解釋的，通過使用主要手指追蹤夾具170，外科醫(yī)生181能夠例如控制該遙控操作從手術(shù)器械的一個(gè)末端執(zhí)行器的抓握以及連接至該末端執(zhí)行器的一個(gè)腕部的滾動(dòng)和偏航。在另一方面，對(duì)于外科醫(yī)生181的手的至少一部分或外科醫(yī)生180的手的追蹤被手追蹤控制器130用來確定該外科醫(yī)生是否做出了一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)或者該外科醫(yī)生是否做出了一種手勢(shì)姿態(tài)與手勢(shì)軌跡的組合。每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)以及每個(gè)與手勢(shì)姿態(tài)組合的軌跡被映射到一個(gè)不同的系統(tǒng)命令。這些系統(tǒng)命令控制了例如系統(tǒng)模式的改變并且控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的其他方面。例如，代替使用如已知微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中所用的腳蹬和開關(guān)，使用手勢(shì)(手勢(shì)姿態(tài)或手勢(shì)軌跡)來(i)開始在該主要工具夾具以及相關(guān)聯(lián)的遙控操作從手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)之間的跟隨；(ii)用于主要抓取激活(這斷開了該從器械的主要件控制)；(iii)用于內(nèi)窺鏡相機(jī)的控制(這允許主要件來控制內(nèi)窺鏡的運(yùn)動(dòng)或特征，如焦點(diǎn)或電子變焦)；(iv)用于機(jī)器人臂的交換(使得特定的主要件控制在兩個(gè)從器械之間進(jìn)行交換)；并且(v)用于TILEPROTM交換(這切換了外科醫(yī)生顯示器上的輔助視頻窗口的顯示)。(TILEPRO是美國加利福尼亞州森尼維耳市直觀外科手術(shù)公司的商標(biāo)。)當(dāng)在系統(tǒng)100中只存在兩個(gè)主要工具夾具并且外科醫(yī)生180想要控制除了連接到這兩個(gè)主要工具夾具上的兩個(gè)遙控操作從手術(shù)器械之外的一個(gè)從手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)，則該外科醫(yī)生可以使用第一手勢(shì)來將這兩個(gè)遙控操作從手術(shù)器械之一或二者鎖定就位。然后外科醫(yī)生通過使用一種不同的手勢(shì)將這些主要工具夾具之一或二者與其他的操縱器臂所保持的其他從手術(shù)器械相關(guān)聯(lián)，該不同的手勢(shì)在這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中提供了該主要工具夾具與另一個(gè)遙控操作從手術(shù)器械的交換關(guān)聯(lián)。當(dāng)在系統(tǒng)100中只存在兩個(gè)主要手指追蹤夾具時(shí)，外科醫(yī)生181進(jìn)行一個(gè)等同的程序。在又一個(gè)方面，安裝在外科醫(yī)生控制臺(tái)185中的一個(gè)手追蹤單元186追蹤外科醫(yī)生180的手的至少一個(gè)部分并將被感測(cè)的方位信息發(fā)送給手追蹤控制器130。手追蹤控制器130確定外科醫(yī)生的手何時(shí)足夠接近主要工具夾具從而允許系統(tǒng)跟隨例如該從手術(shù)器械跟隨該主要工具夾具的運(yùn)動(dòng)。如下面更全面地解釋的，在一個(gè)方面，手追蹤控制器130確定該外科醫(yī)生的手的位置以及相應(yīng)的主要工具夾具的位置。如果這兩個(gè)位置之間的差在一個(gè)預(yù)定距離之內(nèi)，例如小于一個(gè)閾值間隔，則允許跟隨，否則將禁止跟隨。因此，使用距離作為該外科醫(yī)生的手相對(duì)于外科醫(yī)生控制臺(tái)185上的主要工具夾具的存在性的一種衡量。在另一方面，當(dāng)外科醫(yī)生的手的位置相對(duì)于該主要工具夾具的位置小于該閾值間隔時(shí)，禁止顯示器上顯示用戶界面，例如在顯示裝置上關(guān)閉用戶界面的顯示。相反，當(dāng)外科醫(yī)生的手的位置相對(duì)于該主要工具夾具的位置大于該閾值間隔時(shí)，用戶界面被顯示在顯示裝置上，例如被開啟。外科醫(yī)生的手的存在性探測(cè)已經(jīng)是一個(gè)長期存在的問題。已經(jīng)多次使用不同的接觸感測(cè)技術(shù)(如電容開關(guān)、壓力傳感器以及機(jī)械開關(guān))來嘗試存在性探測(cè)。然而，這些方法都存在固有問題，因?yàn)橥饪漆t(yī)生在如何以及在何處保持該主要工具夾具方面有不同的優(yōu)先傾向。使用距離作為存在性的一種衡量是有利的，因?yàn)檫@種類型的存在性探測(cè)允許外科醫(yī)生輕觸該主要工具夾具并接著立刻斷開物理接觸來調(diào)節(jié)該主要工具夾具，但它并不限制外科醫(yī)生如何用他/她的手指來保持該主要工具夾具。經(jīng)由手追蹤的手術(shù)器械控制在圖2A至圖2D中以不同的構(gòu)型展示了一種機(jī)械未接地的未通電的主要手指追蹤夾具270(有時(shí)稱為主要手指追蹤夾具270)的一種示例，這些構(gòu)型在下面更全面地進(jìn)行說明。主要手指追蹤夾具270包括安裝于指頭的傳感器211、212(有時(shí)稱為安裝于手指和拇指的傳感器211、212)，這些傳感器獨(dú)立地追蹤食指292B的尖端和拇指292A的尖端中每個(gè)的方位(在一個(gè)示例中是位置和取向)，即，追蹤外科醫(yī)生的手的兩個(gè)指頭的方位。因此，與在已知的微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中追蹤主要工具夾具的方位不同，追蹤的是手本身的方位。在一個(gè)方面，這些傳感器對(duì)于安裝了傳感器的手的每個(gè)指頭提供了六個(gè)自由度的追蹤(三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn))。在另一個(gè)方面，這些傳感器對(duì)于安裝了傳感器的手的每個(gè)指頭提供了五個(gè)自由度的追蹤(三個(gè)平移和兩個(gè)旋轉(zhuǎn))。在又一個(gè)方面，這些傳感器對(duì)于安裝了傳感器的手的每個(gè)指頭提供了三個(gè)自由度的追蹤(三個(gè)平移)。當(dāng)兩個(gè)指頭各自以三個(gè)自由度來追蹤時(shí)，總共六個(gè)平移自由度足夠控制一種不包括腕部機(jī)構(gòu)的從手術(shù)器械。一個(gè)墊塞的泡沫連接件210連接在安裝了傳感器211、212的手指與拇指之間。連接件210將拇指292A和食指292B(即手291R的指頭)限制在一個(gè)固定距離之內(nèi)，即，在安裝了主要手指追蹤夾具270的手291R的指頭之間有一個(gè)最大間隔距離。在拇指292A和食指292B從該最大間隔(圖2A)移動(dòng)至完全閉合構(gòu)型(圖2D)時(shí)，這種墊塞提供了正反饋來幫助外科醫(yī)生181控制連接到主要手指追蹤夾具170上的遙控操作的從手術(shù)器械的一個(gè)末端執(zhí)行器的抓握力。對(duì)于圖2A展示的位置(其中拇指292A和食指292B分隔了該主要手指追蹤夾具270所允許的最大距離)，該抓握力為最小值。相反，在圖2D展示的位置(其中拇指292A和食指292如連接件210所允許的那樣接近，即分隔了該主要手指追蹤夾具270所允許的最小距離)，該抓握力為最大值。圖2B和圖2C展示了被映射到中間抓握力的位置。如下面更全面地解釋的，圖2A至圖2D中的拇指292A和食指292B的方位(位置和取向)被映射到一個(gè)抓握閉合參數(shù)，例如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的抓握閉合值，這個(gè)值被用來控制連接到主要手指追蹤夾具270上的遙控操作的從手術(shù)器械的抓握。具體而言，拇指292A和食指292B的感測(cè)方位被手追蹤控制器130映射到抓握閉合參數(shù)。因此，追蹤了外科醫(yī)生181的手的一個(gè)部分的方位。基于所追蹤到的方位，手追蹤控制器130產(chǎn)生了微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)，即抓握閉合參數(shù)，并且該參數(shù)被供應(yīng)至系統(tǒng)控制器140。系統(tǒng)控制器140使用該抓握閉合參數(shù)產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)命令，該系統(tǒng)命令被發(fā)送給該遙控操作的從手術(shù)器械。該系統(tǒng)命令指示該遙控操作的手術(shù)器械將一個(gè)末端執(zhí)行器配置為呈現(xiàn)與該抓握閉合參數(shù)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)抓握閉合。因此，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100使用該抓握閉合參數(shù)來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的這個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械的操作。而且，圖2A至圖2D中的拇指292A和食指292B的方位(位置和取向)被手追蹤控制器130映射到一個(gè)控制點(diǎn)位置和一個(gè)控制點(diǎn)取向。該控制點(diǎn)位置和控制點(diǎn)取向被映射到外科醫(yī)生181的眼睛坐標(biāo)系中并且接著通過一個(gè)命令信號(hào)被提供給系統(tǒng)控制器140。該眼睛坐標(biāo)系中的控制點(diǎn)位置和控制點(diǎn)取向被系統(tǒng)控制器140用于連接至主要手指追蹤夾具170上的從手術(shù)器械的遙控操作。此外，追蹤了外科醫(yī)生181的手的一個(gè)部分的方位?；谒粉櫟降姆轿?，手追蹤控制器130產(chǎn)生了微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的另一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)，即控制點(diǎn)位置和取向。手追蹤控制器130向系統(tǒng)控制器140發(fā)出一個(gè)帶有該控制點(diǎn)位置和取向的命令信號(hào)。系統(tǒng)控制器140使用該控制點(diǎn)位置和取向來產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)命令，該系統(tǒng)命令被發(fā)送給該遙控操作的從手術(shù)器械。該系統(tǒng)命令指示該遙控操作的手術(shù)器械基于該控制點(diǎn)位置和取向來定位該遙控操作的手術(shù)器械。因此，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100使用該控制點(diǎn)位置和取向來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的這個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械的操作。除了基于傳感器211、212的位置來確定抓握閉合之外，使用食指292B與拇指292A之間的其他相對(duì)運(yùn)動(dòng)來控制該從手術(shù)器械的偏航運(yùn)動(dòng)和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。將手指292B和拇指292A交叉地一起摩擦，就像旋轉(zhuǎn)紡錘(由圖2E中的箭頭表示、圍繞一個(gè)假想的紡錘293)一樣，產(chǎn)生了從手術(shù)器械尖端的滾動(dòng)，而將食指和拇指沿著彼此來回縱向滑動(dòng)(由圖2F中的箭頭表示，沿著箭頭295表示的指向方向上的一個(gè)軸線)，產(chǎn)生了沿該從手術(shù)器械的X軸的偏航運(yùn)動(dòng)。這是通過將食指尖端與拇指尖端位置之間的向量進(jìn)行映射以限定控制點(diǎn)取向的X軸線而實(shí)現(xiàn)的。該控制點(diǎn)的位置保持相對(duì)靜止，因?yàn)樵撌种概c拇指各自沿軸線295以對(duì)稱的方式滑動(dòng)。雖然該手指與拇指的運(yùn)動(dòng)不是完全對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)，但該位置仍然保持足夠靜止不變，以致于使用者可以容易地改正可能發(fā)生的任何干擾。此外，追蹤了外科醫(yī)生181的手的一個(gè)部分的方位。基于所追蹤到的方位，該手追蹤控制器130產(chǎn)生了又一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)，即，外科醫(yī)生的手291R的兩個(gè)指頭之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。手追蹤控制器130將這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為連接到主要手指追蹤夾具170上的遙控操作的從手術(shù)器械的取向。手追蹤控制器130向系統(tǒng)控制器140發(fā)出一個(gè)帶有該取向的命令信號(hào)。雖然這種取向是一個(gè)絕對(duì)取向映射，但在一個(gè)方面，系統(tǒng)控制器140以與來自任何其他被動(dòng)萬向節(jié)主要工具夾具的取向輸入相同的情況來在遙控操作過程中使用這種具有棘輪效應(yīng)的輸入。棘輪效應(yīng)的一個(gè)例子描述于共同指定的美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/495,213(2009年6月30日提交，披露了“RatchetingForMasterAlignmentOfATeleoperatedSurgicalInstrument(遙控操作的手術(shù)器械的主要對(duì)準(zhǔn)的棘輪效應(yīng))”)中，將其通過引用以其整體結(jié)合在此。系統(tǒng)控制器140使用這個(gè)取向來產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)命令，該系統(tǒng)命令被發(fā)送給該遙控操作的從手術(shù)器械。該系統(tǒng)命令指示該遙控操作的手術(shù)器械基于這個(gè)取向來旋轉(zhuǎn)該遙控操作的手術(shù)器械。因此，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100使用這兩個(gè)指頭之間的運(yùn)動(dòng)來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的這個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械的操作。當(dāng)這種運(yùn)動(dòng)是一種第一運(yùn)動(dòng)時(shí)，例如手指292B和拇指292A交叉摩擦就像轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)紡錘，則取向是滾動(dòng)，并且系統(tǒng)命令導(dǎo)致了從手術(shù)器械腕部沿著其指向方向的尖端滾動(dòng)。當(dāng)這種運(yùn)動(dòng)是一種不同于該第一運(yùn)動(dòng)的第二運(yùn)動(dòng)時(shí)，例如食指和拇指沿彼此來回縱向滑動(dòng)(圖2F)，則取向是偏航，并且系統(tǒng)命令導(dǎo)致了該從手術(shù)器械的偏航運(yùn)動(dòng)。在又一個(gè)方面，當(dāng)外科醫(yī)生將系統(tǒng)操作模式改變至手勢(shì)辨識(shí)模式時(shí)，兩只手均被追蹤并且在一方面基于安裝在這兩只手上的傳感器的被感測(cè)位置和取向而產(chǎn)生了兩只手的控制點(diǎn)和取向。例如，如圖2G中展示的，每只手的拇指和食指的尖端碰觸在一起從而形成環(huán)狀形狀。手追蹤控制器130將每只手的被感測(cè)位置映射到一對(duì)控制點(diǎn)位置。這對(duì)控制點(diǎn)隨相機(jī)控制系統(tǒng)事件被發(fā)送至系統(tǒng)控制器140。因此，在這個(gè)方面，追蹤了外科醫(yī)生181的每只手的一個(gè)部分的方位?；谧粉櫟降姆轿?，手追蹤控制器130產(chǎn)生了微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的另一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)，即所述一對(duì)控制點(diǎn)位置。手追蹤控制器130將這對(duì)控制點(diǎn)位置隨一個(gè)相機(jī)控制系統(tǒng)事件發(fā)送至系統(tǒng)控制器140。響應(yīng)于該相機(jī)控制系統(tǒng)事件，系統(tǒng)控制器140基于這對(duì)控制點(diǎn)位置產(chǎn)生了一個(gè)相機(jī)控制系統(tǒng)命令。該相機(jī)控制系統(tǒng)命令被發(fā)送給微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100中的一個(gè)遙控操作的內(nèi)窺鏡相機(jī)操縱器。因此，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100使用這對(duì)控制點(diǎn)位置來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的這個(gè)遙控操作的內(nèi)窺鏡相機(jī)操縱器的操作。經(jīng)由手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡的系統(tǒng)控制在這個(gè)方面，在被置于手勢(shì)探測(cè)操作模式中之后，手追蹤控制器130探測(cè)手勢(shì)姿態(tài)或者手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡?？刂破?30將手勢(shì)姿態(tài)映射到某些系統(tǒng)模式控制命令，并且類似地控制器130將手勢(shì)軌跡映射到其他的系統(tǒng)模式控制命令。注意姿態(tài)與軌跡的映射是獨(dú)立的，并且因此這與例如手動(dòng)信號(hào)語言追蹤不相同。產(chǎn)生系統(tǒng)命令并使用手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡代替操縱多個(gè)開關(guān)、大量腳蹬等(如在已知的微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的)來控制系統(tǒng)100的能力對(duì)外科醫(yī)生使用系統(tǒng)100提供了更大的方便。當(dāng)外科醫(yī)生站立時(shí)，使用手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡來控制系統(tǒng)100使得該外科醫(yī)生在他想要改變系統(tǒng)模式時(shí)不必將他的視線離開病人和/或查看屏幕并尋找腳蹬或開關(guān)。最后，各種開關(guān)和腳蹬的省略減小了遙控操作的微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)所要求的地面空間。用來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡的特定集合不是關(guān)鍵的，只要每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡是清楚的即可。確切地說，一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)不應(yīng)該能被手追蹤控制器130解釋為姿態(tài)集合中的一個(gè)或多個(gè)其他的手勢(shì)姿態(tài)，并且一個(gè)手勢(shì)軌跡不應(yīng)該被解釋為軌跡集合中多于一個(gè)的手勢(shì)軌跡。因此，下面討論的手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。圖3A至圖3D分別是手勢(shì)姿態(tài)300A至300D的示例。圖4A至圖4C是手勢(shì)軌跡的示例。注意，例如圖2A中的構(gòu)型似乎與圖3A中的類似，但是在使用這兩種構(gòu)型時(shí)微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的操作模式是不相同的。在圖2A中，遙控操作的微創(chuàng)從手術(shù)器械聯(lián)接至主要手指追蹤夾具170，并且系統(tǒng)100處于跟隨模式，以致該遙控操作的微創(chuàng)從手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)跟隨外科醫(yī)生的手的被跟蹤運(yùn)動(dòng)。在圖3A至圖3D和圖4A至圖4C中，外科醫(yī)生將系統(tǒng)100置于手勢(shì)辨識(shí)模式、并且然后做出所示手勢(shì)姿態(tài)或手勢(shì)軌跡中的一種。手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡被用于控制系統(tǒng)模式并且不用于操作的跟隨模式。例如，這些用手勢(shì)姿態(tài)控制的系統(tǒng)模式將能夠使能、禁用視覺顯示以及在視覺顯示之間循環(huán)，從而抓取視覺顯示和且繪制/擦除遠(yuǎn)程圖示。在手勢(shì)姿態(tài)300A(圖3A)中，拇指292A與食指292之間分隔超過了主要抓取閾值，例如，手291R的這兩個(gè)指頭之間的跨度大于115mm。食指292B伸展且拇指292A卷曲的手勢(shì)姿態(tài)300B(圖3B)被用來對(duì)手追蹤控制器130報(bào)告信號(hào)，即外科醫(yī)生正在追蹤一個(gè)手勢(shì)軌跡(見圖4A和圖4B)。拇指292A向上并且食指292B卷曲的手勢(shì)姿態(tài)300C(圖3C)被用來打開一個(gè)用戶界面并在用戶界面的模式之間循環(huán)。拇指292A向下并且食指292B卷曲的手勢(shì)姿態(tài)300D(圖3D)被用來關(guān)斷用戶界面。其他手勢(shì)姿態(tài)可以包括“OK”手勢(shì)姿態(tài)、L形手勢(shì)姿態(tài)等等。在一個(gè)方面，手追蹤控制器130使用多維特征向量來辨識(shí)并識(shí)別一種手勢(shì)姿態(tài)。最初，規(guī)定了多個(gè)手勢(shì)姿態(tài)。接著，規(guī)定包括多個(gè)特征的一個(gè)特征集合。將這個(gè)特征集合設(shè)計(jì)成用于唯一地識(shí)別多個(gè)姿態(tài)中的每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)。使用一個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(trainingdatabase)來訓(xùn)練一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)辨識(shí)過程。這個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫包括每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的多個(gè)例子。這多個(gè)例子包括大量不同的人所作出的姿態(tài)的特征向量。針對(duì)該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)例子產(chǎn)生一個(gè)特征集合。這些特征集合被用于訓(xùn)練一個(gè)多維的貝葉斯分類器，如下面更全面地解釋的。當(dāng)外科醫(yī)生180想要進(jìn)入手勢(shì)操作模式時(shí)，該外科醫(yī)生啟動(dòng)一個(gè)開關(guān)，例如壓下一個(gè)腳蹬，并且然后用至少一只手做出一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)。注意，雖然這個(gè)示例需要單個(gè)腳蹬，它允許省略已知微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的腳踏板中的其他腳蹬并且因此仍具有以上描述的益處。手追蹤單元186將代表外科醫(yī)生的一只手或兩只手的拇指和食指的被感測(cè)位置和取向的信號(hào)發(fā)送給手追蹤控制器130。使用外科醫(yī)生的手指頭的追蹤數(shù)據(jù)，手追蹤控制器130產(chǎn)生了一個(gè)觀測(cè)的特征集合。然后，手追蹤控制器130使用被訓(xùn)練的多維貝葉斯分類器和一個(gè)馬哈拉諾比斯距離來確定所觀測(cè)的特征集合是所述多個(gè)姿態(tài)中的一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的特征集合的可能性(即，概率)。針對(duì)所述多個(gè)手勢(shì)中的每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)進(jìn)行這樣的過程。在所述多個(gè)手勢(shì)中被手追蹤控制器130選定為觀測(cè)的手勢(shì)姿態(tài)的這個(gè)手勢(shì)姿態(tài)是具有最小馬哈拉諾比斯距離的一個(gè)手勢(shì)，如果該馬哈拉諾比斯距離小于這個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中的最大馬哈拉諾比斯距離距離的話。將選定的手勢(shì)姿態(tài)映射到一個(gè)系統(tǒng)事件。手追蹤控制器130將這個(gè)系統(tǒng)事件注入系統(tǒng)控制器140。系統(tǒng)控制器140處理該系統(tǒng)事件并發(fā)布一個(gè)系統(tǒng)命令。例如，如果探測(cè)到手勢(shì)姿態(tài)300C(圖3C)，則系統(tǒng)控制器140對(duì)顯示控制器150發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)命令來打開用戶界面。響應(yīng)于此，顯示控制器150在處理器151上執(zhí)行用戶界面模塊155的至少一個(gè)部分以便在外科醫(yī)生控制臺(tái)185的顯示器上產(chǎn)生一個(gè)用戶界面。因此，在這個(gè)方面，微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100追蹤一只人手的一部分的方位。基于追蹤到的方位，產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)，例如，選擇一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)。該手勢(shì)姿態(tài)被用來控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的用戶界面，例如將該用戶界面顯示在外科醫(yī)生控制臺(tái)185的顯示器上。用戶界面控制僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。能夠使用一個(gè)手勢(shì)來在已知的微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中進(jìn)行任意的模式改變，例如，主要件抓取(masterclutch)、相機(jī)控制、相機(jī)聚焦、操縱器臂的交換等等。如果該手勢(shì)姿態(tài)辨識(shí)過程確定觀測(cè)到的手勢(shì)姿態(tài)是一個(gè)手勢(shì)軌跡的手勢(shì)姿態(tài)，則手追蹤控制器130并不基于這個(gè)姿態(tài)的辨識(shí)而注入一個(gè)系統(tǒng)事件。而是開始一個(gè)手勢(shì)軌跡辨識(shí)過程。在這個(gè)示例中，手勢(shì)姿態(tài)300B(圖3B)是用來產(chǎn)生一個(gè)手勢(shì)軌跡的姿態(tài)。圖4A和圖4B是使用手勢(shì)姿態(tài)300B做出的手勢(shì)軌跡400A和400B的二維示例。圖4C呈現(xiàn)了可以使用的手勢(shì)軌跡的其他二維示例。在一個(gè)方面，該手勢(shì)軌跡辨識(shí)過程使用了一種隱馬爾可夫模型Λ。為了產(chǎn)生隱馬爾可夫模型Λ的概率分布，需要一個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫。在獲得該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫之前，指定手勢(shì)軌跡的一個(gè)集合。在一個(gè)方面，選擇圖4C的十六種手勢(shì)軌跡。在一個(gè)方面，選擇多個(gè)測(cè)試主體來做出這些手勢(shì)軌跡中的每個(gè)。在一個(gè)示例中，每個(gè)測(cè)試主體將每個(gè)軌跡實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的次數(shù)。每個(gè)主體針對(duì)每個(gè)軌跡實(shí)現(xiàn)的位置和取向數(shù)據(jù)被保存在該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中。在一個(gè)方面，如下面更全面地解釋的，該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫被用來用迭代的波氏演算法(Baum-Welchmethod)來訓(xùn)練一個(gè)離散的左-右隱馬爾可夫模型。當(dāng)外科醫(yī)生做出一個(gè)軌跡時(shí)，則手追蹤控制器130將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)觀測(cè)序列O。利用觀測(cè)序列O和隱馬爾可夫模型Λ，手追蹤控制器130確定哪個(gè)手勢(shì)軌跡對(duì)應(yīng)于該觀測(cè)的符號(hào)序列。在一個(gè)方面，手追蹤控制器130使用向前遞歸算法與隱馬爾可夫模型Λ來產(chǎn)生該觀測(cè)的符號(hào)序列的總概率。選擇具有最高概率的手勢(shì)軌跡，如果該概率高于閾值概率的話。如果該最高概率小于該閾值概率，則不選擇手勢(shì)軌跡，并且進(jìn)程結(jié)束。將選定的手勢(shì)軌跡映射到一個(gè)系統(tǒng)事件。手追蹤控制器130將這個(gè)系統(tǒng)事件注入系統(tǒng)控制器140。系統(tǒng)控制器140處理該系統(tǒng)事件并發(fā)布一個(gè)系統(tǒng)命令。例如，如果選定的手勢(shì)軌跡被映射到改變手術(shù)部位上的照明水平的一個(gè)事件，則系統(tǒng)控制器140對(duì)照明器中的控制器發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)事件來改變照明水平。經(jīng)由手追蹤的存在性探測(cè)在一個(gè)方面，如以上指出的，追蹤了外科醫(yī)生的手291R、291L(圖6A)的位置以便確定是否允許遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100并在某些方面來確定是否向外科醫(yī)生顯示一個(gè)用戶界面。此外，手追蹤控制器130追蹤外科醫(yī)生180B的一只手的至少一個(gè)部分(圖6A)。手追蹤控制器130產(chǎn)生了一個(gè)主要工具夾具(例如，圖6B的主要工具夾具621，代表了圖6A的主要工具夾具621L、621R)的方位以及這個(gè)手的這個(gè)部分的方位。手追蹤控制器130將這兩個(gè)方位映射到一個(gè)公共坐標(biāo)系中并然后確定在這個(gè)公共坐標(biāo)系中這兩個(gè)方位之間的距離。這個(gè)距離是一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的、基于外科醫(yī)生的手的該部分的所追蹤方位的一個(gè)系統(tǒng)控制參數(shù)。如果這個(gè)距離小于一個(gè)安全閾值，即，小于手的該部分與主要工具夾具之間的最大允許間隔，則微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的遙控操作被允許，否則遙控操作被禁止。類似地，在使用存在性探測(cè)來控制一個(gè)用戶界面的顯示的方面，如果這個(gè)距離小于安全閾值，即，小于手的該部分與主要工具夾具之間的最大允許間隔，則在微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的顯示器上用戶界面的顯示被允許，否則用戶界面的顯示被禁止。因此，這個(gè)距離被用于控制微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)100的遙控操作。確切地說，手追蹤控制器130向系統(tǒng)控制器140發(fā)送了一個(gè)系統(tǒng)事件以指示是否允許遙控操作。響應(yīng)于這個(gè)系統(tǒng)事件，系統(tǒng)控制器140將系統(tǒng)100配置為要么允許要么禁止遙控操作。手方位的追蹤技術(shù)在更詳細(xì)地考慮以上描述的手追蹤的不同方面之前，對(duì)一種追蹤技術(shù)的一個(gè)示例進(jìn)行說明。這個(gè)示例僅是示意性的并且就以下說明而言，可以使用任何提供必須的手或手指方位信息的追蹤技術(shù)。在一個(gè)方面，用安裝在一只手的兩個(gè)指頭(例如，拇指和食指)上的傳感器來進(jìn)行脈沖式DC電磁追蹤，如圖2A至圖2D和圖7所示。每個(gè)傳感器測(cè)量六個(gè)自由度并且在一個(gè)方面具有八毫米乘兩毫米乘一點(diǎn)五毫米(8mm×2mm×1.5mm)的尺寸。該追蹤系統(tǒng)具有0.8m的半球體靈活工作空間以及0.5mm和0.1度的位置感測(cè)分辨率。更新速率為160赫茲并且具有四毫秒的感測(cè)延遲時(shí)間。當(dāng)整合到一個(gè)系統(tǒng)中時(shí)，可能由于通信和額外的濾波而遭受額外的延遲。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)最高達(dá)30毫秒的有效命令延遲時(shí)間是可接受的。在這個(gè)方面，一種追蹤系統(tǒng)包括一個(gè)電磁的手追蹤控制器、用于主要手指追蹤夾具中的多個(gè)傳感器以及一個(gè)手追蹤發(fā)射器。用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的追蹤系統(tǒng)可從美國佛蒙特州伯靈頓的AscensionTechnologyCorporation作為帶有Mid-RangeTransmitter的3DguidancetrakSTARTM系統(tǒng)獲得。(trakSTARTM是AscensionTechnologyCorporation的商標(biāo)。)該發(fā)射器產(chǎn)生了脈沖式DC磁場(chǎng)以用于在中值范圍內(nèi)進(jìn)行高精度追蹤，該范圍被限定為78厘米(31英寸)。這個(gè)系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)傳感器提供了240至420次更新/秒的動(dòng)態(tài)追蹤。這些小型無源傳感器的輸出不受電力線噪聲源的影響。不要求該發(fā)射器與這些傳感器之間的清晰視線。存在全角度追蹤并且沒有慣性漂移或光線干擾。有高的金屬抗擾性并且沒有來自非磁性金屬的扭曲。雖然在此使用了帶有指套的電磁追蹤系統(tǒng)，但這僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。例如，外科醫(yī)生可以持有一個(gè)筆狀裝置。該筆狀裝置是在該裝置的外表面上帶有三個(gè)或更多個(gè)非共線的基準(zhǔn)標(biāo)記/框標(biāo)的指狀物。典型地，為了使至少三個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記在任何視點(diǎn)可見，由于自遮擋的原因而使用更多個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記。這些基準(zhǔn)標(biāo)記足以確定該指狀物的六個(gè)自由度(三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn))的運(yùn)動(dòng)并因此確定持有該筆狀裝置的手的六個(gè)自由度(三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn))的運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)方面，該筆狀裝置還感測(cè)了抓握作用。具有已知參數(shù)的兩個(gè)或更多個(gè)相機(jī)來查看該筆狀裝置以便以三個(gè)維度來定位這些基準(zhǔn)標(biāo)記并且推斷出該指狀物的三維姿態(tài)。這些基準(zhǔn)標(biāo)記例如可以實(shí)施為1)具有靠近相機(jī)的照明的回歸反射球；2)具有靠近相機(jī)的照明的凹形或凸形半球；或3)有源標(biāo)記，如(閃光的)LED。在一個(gè)方面，使用了該指狀物的近紅外照明，并且使用濾光器來在相機(jī)處阻擋可見光譜以便將來自背景雜波的干擾最小化。在另一方面，使用了一個(gè)數(shù)據(jù)手套501(圖5)或裸手502，并且將基準(zhǔn)標(biāo)記511附接到外科醫(yī)生正要戴的手套501的拇指和食指(和/或該手套的其他指頭)上和/或直接附接到手502的皮膚上。此外，可以使用冗余的標(biāo)記來包容自遮擋。還可以將基準(zhǔn)標(biāo)記布置在其他手指上以便通過明確限定的手勢(shì)來獲得更多的用戶界面特征。這些基準(zhǔn)標(biāo)記的三維方位由具有公共視場(chǎng)的多個(gè)相機(jī)的三角測(cè)量來計(jì)算。使用基準(zhǔn)標(biāo)記的三維方位來推斷這只手的三維姿態(tài)(平移和取向)以及抓握的尺寸。這些標(biāo)記的方位需要在使用前被校準(zhǔn)。例如，外科醫(yī)生可以將處于不同姿態(tài)的具有標(biāo)記的手顯示給相機(jī)。然后在校準(zhǔn)中使用這些不同的姿態(tài)。在又一個(gè)方面，使用少標(biāo)記的手追蹤。通過使用從一個(gè)或多個(gè)相機(jī)觀察的圖像并且通過經(jīng)由執(zhí)行計(jì)算機(jī)軟件來處理這些圖像從而可以追蹤手的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行計(jì)算機(jī)軟件并不需要追蹤將使用的手的所有自由度。執(zhí)行軟件僅需要追蹤與一只手的將用于控制如此處說明的手術(shù)工具的這兩個(gè)指頭相關(guān)的部分。在基于相機(jī)的追蹤中，測(cè)量結(jié)果的精確度取決于這些標(biāo)記在圖像中的定位精確度；由于相機(jī)幾何形狀造成的三維重構(gòu)精確度；以及，例如多于一個(gè)最小數(shù)目(例如三個(gè))基準(zhǔn)標(biāo)記、多于一個(gè)最小數(shù)目(一個(gè)或兩個(gè))相機(jī)以及臨時(shí)的平均化和過濾的冗余數(shù)據(jù)。這個(gè)三維重構(gòu)精確度很大程度依賴于相機(jī)校準(zhǔn)的精確度。可以使用附接在外科醫(yī)生控制臺(tái)上的已知方位的一些基準(zhǔn)標(biāo)記來確定多個(gè)相機(jī)相對(duì)于外科醫(yī)生控制臺(tái)的外在參數(shù)(旋轉(zhuǎn)和平移)。這個(gè)過程可以自動(dòng)進(jìn)行?？梢允褂糜性椿鶞?zhǔn)標(biāo)記來校準(zhǔn)基準(zhǔn)標(biāo)記，因?yàn)檫@樣的標(biāo)記僅在校準(zhǔn)過程中并且在這個(gè)程序之前被通電。在這個(gè)程序過程中，將校準(zhǔn)用基準(zhǔn)標(biāo)記斷電以避免與用來定位外科醫(yī)生的手的基準(zhǔn)標(biāo)記混淆。這些相對(duì)的外在參數(shù)也可以通過在這些相機(jī)的公共視場(chǎng)中觀察一個(gè)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)記來計(jì)算。適合使用的其他追蹤技術(shù)包括但不限于：慣性追蹤、深度相機(jī)追蹤以及纖維彎曲傳感。如在此使用的，一個(gè)傳感器元件(有時(shí)稱為追蹤傳感器)可以是用于以上描述的任何手追蹤技術(shù)的傳感器，例如無源電磁傳感器、基準(zhǔn)標(biāo)記或用于任何其他技術(shù)的傳感器。坐標(biāo)系在進(jìn)一步詳細(xì)地考慮以上描述的不同方法之前，考慮外科醫(yī)生控制臺(tái)185B(圖6A)的一個(gè)示例，并且限定了不同的坐標(biāo)系來用于以下示例中。外科醫(yī)生控制臺(tái)185B是外科醫(yī)生控制臺(tái)185的一個(gè)示例。外科醫(yī)生控制臺(tái)185B包括一個(gè)三維查看器610(有時(shí)稱為查看器610)；帶有主要工具夾具621L、621R的主要工具操縱器620L、620R；以及一個(gè)底座630。主要工具夾具621(圖6B)是主要工具夾具621L、621R的更詳細(xì)圖解。外科醫(yī)生180B使用食指和拇指來夾持主要工具操縱器620L、620R的主要工具夾具621L、621R，以致尋靶和抓握涉及直觀的指向和捏緊運(yùn)動(dòng)。主要工具操縱器620L、620R和主要工具夾具621L、621R結(jié)合使用來以與已知的遙控操作微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)中的已知主要工具操縱器相同的方式來控制遙控操作的從手術(shù)器械、遙控操作的內(nèi)窺鏡等等。而且，主要工具操縱器620L、620R和主要工具夾具621L、621R的位置坐標(biāo)從控制從手術(shù)器械中使用的運(yùn)動(dòng)學(xué)中已知。在正常的查看操作模式中，查看器610顯示了來自立體內(nèi)窺鏡112的手術(shù)部位103的三維圖像。查看器610位于控制臺(tái)185B(圖6B)上在外科醫(yī)生的雙手附近，以致查看器610中看到的手術(shù)部位的圖像被取向成使得外科醫(yī)生180B感覺他或她實(shí)質(zhì)上正在直接注視著手術(shù)部位103。該圖像中的手術(shù)器械似乎基本上位于外科醫(yī)生的雙手所在之處并且被取向成基本上使得外科醫(yī)生180B基于其雙手的位置所期望的那樣。然而，在查看該查看器610中顯示的手術(shù)部位圖像時(shí)，外科醫(yī)生180B不能看到他的或她的雙手、也不能看到主要工具夾具621L、621R的位置或取向。在一個(gè)方面，主要工具操縱器620L、620R在外科醫(yī)生180B前面并且在查看器610下面直接移去，以致它們被定位在底座630上方，并且因此它們不再位于查看器610下面，即這些主要工具操縱器被放在不擋手勢(shì)的道。這在查看器610下面提供了一個(gè)不被阻擋的體積，其中外科醫(yī)生180B可以做出手勢(shì)，即手勢(shì)姿態(tài)或手勢(shì)軌跡之一或二者。在圖6A的方面中，相對(duì)于外科醫(yī)生控制臺(tái)185B限定了三個(gè)坐標(biāo)系：一個(gè)查看坐標(biāo)系660、一個(gè)世界坐標(biāo)系/全局坐標(biāo)系670以及一個(gè)追蹤器坐標(biāo)系650。注意對(duì)外科醫(yī)生181(圖1)限定了同樣的坐標(biāo)系，以致下面更全面描述的映射也可以用于從主要手指追蹤夾具170或從主要工具夾具621L、621R來追蹤數(shù)據(jù)。例如，參見美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/617,937(2009年11月13日提交，標(biāo)題為“Patient-SideSurgeonInterfaceForaMinimallyInvasiveTeleoperatedSurgicalInstrument(用于微創(chuàng)遙控操作的手術(shù)器械的病人側(cè)外科醫(yī)生界面)”)，之前已其通過引用結(jié)合在此。在查看坐標(biāo)系660中，外科醫(yī)生180B正看向Z軸線Z查看。Y軸線Y查看在顯示器中指向上。X軸線X查看在顯示器中指向左。在世界坐標(biāo)系670中，Z軸線Z世界是豎直軸線。世界X軸線X世界和世界Y軸線Y世界位于與Z軸線Z世界垂直的平面內(nèi)。圖6B是主要工具夾具621和主要工具操縱器620的更詳細(xì)圖解。下面關(guān)于圖11的方法1100更全面地討論坐標(biāo)系680、690。經(jīng)由手追蹤的手術(shù)器械控制的過程圖7是安裝在食指292B上的傳感器212(在追蹤坐標(biāo)系750中具有方位713)以及安裝在拇指292A上的傳感器211(在追蹤坐標(biāo)系750中具有方位711)的圖示。傳感器211和212是以上描述的電磁追蹤系統(tǒng)的一部分。拇指292A和食指292B是右手291R的指頭的例子。如之前提到的，人手的一個(gè)部分包括這只手的至少一個(gè)指頭。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，這只手的手指(有時(shí)稱為指頭或指骨)為拇指(第一個(gè)指頭)、食指(第二個(gè)指頭、次指)、中指(第三個(gè)指頭)、無名指(第四個(gè)指頭)以及小指(第五個(gè)指頭)。在此，以拇指和食指作為人手的兩個(gè)指頭的例子。這僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。例如，可以用拇指和中指來代替拇指和食指。此處的說明也可直接應(yīng)用于中指的使用。而且，使用右手也只是示意性的。當(dāng)在左手上戴上類似的傳感器時(shí)，此處的說明也可直接應(yīng)用于左手。纜線741、742將主要手指追蹤夾具270的傳感器211、212連接到手追蹤控制器130。在一個(gè)方面，纜線741、742將來自傳感器211、212的位置和取向信息帶給手追蹤控制器130。使用纜線來將所感測(cè)的位置和取向數(shù)據(jù)傳送給手追蹤控制器130僅是示意性的并且不旨在限制于這個(gè)具體的方面。鑒于本披露，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇一個(gè)機(jī)構(gòu)來將所感測(cè)的位置和取向數(shù)據(jù)從這個(gè)或這些主要手指追蹤夾具傳送至手追蹤控制器130(即，通過使用無線連接)。纜線741、742沒有禁止主要手指追蹤夾具270的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橹饕种缸粉檴A具270機(jī)械未接地，所以每個(gè)主要手指追蹤夾具對(duì)于外科醫(yī)生可達(dá)到的工作空間和該手追蹤發(fā)射器的工作空間之內(nèi)的位置和取向運(yùn)動(dòng)而言均不受限制(例如，笛卡爾坐標(biāo)系中的左右、上下、內(nèi)外、滾動(dòng)、偏航和俯仰)。在一個(gè)方面，如以上描述的，主要手指追蹤夾具270上的每個(gè)傳感器211、212感測(cè)到三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，即，六個(gè)自由度。因此，來自這兩個(gè)傳感器的感測(cè)數(shù)據(jù)代表了十二個(gè)自由度。在另一個(gè)方面，主要手指追蹤夾具270上的每個(gè)傳感器211、212感測(cè)到三個(gè)平移自由度和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度(偏航和俯仰)，即，五個(gè)自由度。因此，來自這兩個(gè)傳感器的感測(cè)數(shù)據(jù)代表了十個(gè)自由度。使用基于所追蹤方位的一個(gè)控制點(diǎn)位置和控制點(diǎn)取向來控制一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械，需要六個(gè)自由度(三個(gè)平移和三個(gè)取向)，如下面更全面地說明的。因此，在每個(gè)傳感器具有五個(gè)或六個(gè)自由度的這些方面，傳感器211、212提供了冗余的自由度。如以上說明的以及下面更全面地說明的，這些冗余的自由度被映射成為多個(gè)參數(shù)以用于控制該遙控操作的從手術(shù)器械的除位置和取向之外的方面。在又一個(gè)方面，每個(gè)傳感器211、212僅感測(cè)三個(gè)平移自由度并且因此一起表示了六個(gè)自由度。這足夠控制不包括腕部機(jī)構(gòu)的一個(gè)從手術(shù)器械的三個(gè)平移自由度、滾動(dòng)以及抓握閉合。以下說明是用于使用這六個(gè)自由度來產(chǎn)生控制點(diǎn)方位。將控制點(diǎn)取向當(dāng)做該從手術(shù)器械的取向。如下面說明的，使用控制點(diǎn)方位和控制點(diǎn)取向來確定抓握閉合參數(shù)。如上面說明的使用拇指和食指的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來確定滾動(dòng)。在傳感器感測(cè)六個(gè)自由度或傳感器感測(cè)五個(gè)自由度的方面，食指?jìng)鞲衅?12產(chǎn)生了一個(gè)代表追蹤坐標(biāo)系750中的食指位置p食指和食指取向R食指的信號(hào)。拇指?jìng)鞲衅?11產(chǎn)生了一個(gè)代表追蹤坐標(biāo)系750中的拇指位置p拇指和拇指取向R拇指的信號(hào)。在一個(gè)方面，位置p食指和p拇指被看作是與使用者食指指甲在食指292B上的中心以及使用者拇指指甲在拇指292A上的中心對(duì)齊。在這個(gè)示例中，位置p食指和p拇指各自被表示為追蹤坐標(biāo)系750中的一個(gè)三乘一階向量。位置p食指和p拇指位于追蹤器坐標(biāo)中。取向R食指和R拇指各自被表示為追蹤坐標(biāo)系750中的一個(gè)三乘三階矩陣，即一個(gè)控制點(diǎn)位置pcp居中在食指292B與拇指292A之間?？刂泣c(diǎn)位置pcp位于控制點(diǎn)坐標(biāo)系790中，但被指定成追蹤器坐標(biāo)?？刂泣c(diǎn)坐標(biāo)系790中的Z軸線在其指向方向上延伸穿過控制點(diǎn)位置pcp，如下面更全面地說明的。而且，如下面所解釋的，食指292B和拇指292A被映射到從手術(shù)器械的夾爪，但這兩個(gè)指頭比器械夾爪更靈巧?？刂泣c(diǎn)坐標(biāo)系790的Y軸線對(duì)應(yīng)于用于器械夾爪閉合的銷。因此，控制點(diǎn)坐標(biāo)系790的Y軸線垂直于食指292B和拇指292A之間的一個(gè)向量，如下面說明的。控制點(diǎn)位置pcp以追蹤坐標(biāo)系750中的追蹤器坐標(biāo)被表示為一個(gè)三乘一階向量?？刂泣c(diǎn)取向Rcp以追蹤器坐標(biāo)被表示為一個(gè)三乘三階矩陣，即圖8是一個(gè)流程圖，用于將一只手的一部分的方位映射到一個(gè)抓握閉合參數(shù)，該參數(shù)被用來控制一個(gè)從手術(shù)器械(例如，圖1的遙控操作的從手術(shù)器械之一)的抓握。這種映射還將這個(gè)方位的臨時(shí)改變映射到一個(gè)新的抓握閉合參數(shù)以及一個(gè)從器械尖端的對(duì)應(yīng)訪問和移動(dòng)至該方位的速度。最初，在進(jìn)入過程800時(shí)，“接收手方位數(shù)據(jù)”過程810接收食指的位置和取向(p食指,R食指)以及拇指的位置和取向(p拇指,R拇指)，這些在本示例中被儲(chǔ)存為數(shù)據(jù)811。食指的位置和取向(p食指,R食指)以及拇指的位置和取向(p拇指,R拇指)是基于來自追蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。過程810轉(zhuǎn)至“將方位數(shù)據(jù)映射到控制點(diǎn)和抓握參數(shù)”過程820?！皩⒎轿粩?shù)據(jù)映射到控制點(diǎn)和抓握參數(shù)”過程820使用食指的位置和取向(p食指,R食指)以及拇指的位置和取向(p拇指,R拇指)產(chǎn)生了一個(gè)控制點(diǎn)位置pcp、一個(gè)控制點(diǎn)取向Rcp以及一個(gè)抓握閉合參數(shù)g抓握?？刂泣c(diǎn)位置pcp、控制點(diǎn)取向Rcp以及抓握閉合參數(shù)g抓握被儲(chǔ)存為數(shù)據(jù)821。在一個(gè)方面，在過程820中進(jìn)行的控制點(diǎn)映射被限定成對(duì)已知的主要工具操縱器控制點(diǎn)布局的關(guān)鍵特性進(jìn)行仿真。因此，對(duì)拇指和食指運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)對(duì)于具有類似于外科醫(yī)生控制臺(tái)180B(圖6A)的一個(gè)外科醫(yī)生控制臺(tái)的已知遙控操作的微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的使用者而言是熟悉且直觀的。圖9是“將方位數(shù)據(jù)映射到控制點(diǎn)和抓握參數(shù)”過程820的一個(gè)方面的更詳細(xì)的流程圖。首先，在過程820中，“將手位置數(shù)據(jù)映射到控制點(diǎn)”過程910由食指位置p食指和拇指位置p拇指產(chǎn)生控制點(diǎn)位置pcp的一個(gè)方位，即pcp＝0.5*(p拇指+p食指)控制點(diǎn)位置pcp是食指位置p食指和拇指位置p拇指的平均值?！皩⑹治恢脭?shù)據(jù)映射到控制點(diǎn)”過程910轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生控制點(diǎn)取向”過程920。如以上指出的，控制點(diǎn)取向的Z軸線對(duì)齊于指向方向。在“產(chǎn)生控制點(diǎn)取向”過程920的這個(gè)方面，使用Rodriquez軸線/角度公式來將該控制點(diǎn)取向的Z軸線指向向量定義為食指指向向量與拇指指向向量之間的半旋度。根據(jù)拇指取向R拇指，拇指指向向量為：類似地，根據(jù)食指取向R食指，食指指向向量為：向量ω是與食指指向向量和拇指指向向量垂直的一個(gè)向量。向量ω被定義為食指指向向量和拇指指向向量的向量積，即角度θ是食指指向向量與拇指指向向量之間的角度的幅值。角度θ被定義為：已知軸線ω和角度θ，Z軸線指向向量為：因此，過程910已經(jīng)產(chǎn)生控制點(diǎn)位置pcp并且過程920的初始部分已經(jīng)產(chǎn)生控制點(diǎn)坐標(biāo)系790中Z軸線的近似指向?？梢蚤_始內(nèi)插食指和拇指取向向量以便以類似方式產(chǎn)生控制點(diǎn)單位向量軸線和并接著將它們?cè)俅握灰援a(chǎn)生一個(gè)控制點(diǎn)取向矩陣。然而，通過使用以下映射可以由所追蹤的指頭方位來實(shí)現(xiàn)更大的遙控操作靈巧度。這種映射使用食指和拇指的相對(duì)位置來有效地使該控制點(diǎn)滾動(dòng)和偏航就好像操縱這些手指之間的小的萬向節(jié)一樣。如下進(jìn)行過程920的剩余部分以產(chǎn)生正交的控制點(diǎn)單位向量軸線和的完整集合。根據(jù)這些向量，控制點(diǎn)取向Rcp為：現(xiàn)在關(guān)于過程910和920，過程820已經(jīng)將食指和拇指的位置和取向(p食指,R食指)、(pt拇指,R拇指)映射到控制點(diǎn)位置和取向(pcp,Rcp)。過程820必須還產(chǎn)生抓握閉合參數(shù)g抓握。因此，“產(chǎn)生控制點(diǎn)取向”過程920轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生抓握閉合參數(shù)”過程930。在過程930中，抓握閉合由食指位置p食指和拇指位置p拇指距控制點(diǎn)位置pcp和Z軸線方向所限定的中線軸線的距離來決定。這允許抓握閉合在拇指和食指碰觸時(shí)對(duì)于滑動(dòng)是不變的。因此，食指位置p食指和拇指位置p拇指被映射到坐標(biāo)系790中的Z軸線上。位置p食指_投影是食指位置p食指在坐標(biāo)系790的Z軸線上的投影，而位置p拇指_投影是拇指位置p拇指在坐標(biāo)系790的Z軸線上的投影。位置p食指_投影和位置p拇指_投影被用來估計(jì)一個(gè)估計(jì)抓握閉合距離d估，即d估＝||p食指-p食指_投影||+||p拇指-p拇指_投影||在此，這些雙平行線是2-范數(shù)歐幾里德距離的公知表示。估計(jì)抓握閉合距離d估由一個(gè)最大距離閾值d最大和一個(gè)最小距離閾值d最小界定。如圖7中展示的，傳感器211、212之間的墊塞的泡沫連接件210將這些指頭限制在一個(gè)固定的間隔之內(nèi)，即，在一個(gè)最大距離閾值d最大和一個(gè)最小距離閾值d最小之間。另外，一個(gè)中位距離d0對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)指頭剛碰觸時(shí)的間隔距離。對(duì)于多個(gè)傳感器與一個(gè)連接件的特定集合，最大距離閾值d最大、最小距離閾值d最小以及中位距離d0是以經(jīng)驗(yàn)確定的。在一個(gè)方面，對(duì)于小手、平均的手以及大手提供了多個(gè)傳感器與一個(gè)連接件的三種不同組合。每種組合均具有其自身的最大距離閾值d最大、最小距離閾值d最小以及中位距離d0，因?yàn)檫B接件210的長度在各組合中是不同的。過程930將距離d估與最小距離閾值d最小進(jìn)行比較。如果比較發(fā)現(xiàn)距離d估小于最小距離閾值d最小，則將抓握閉合距離d設(shè)定為最小距離閾值d最小。否則，過程930將距離d估與最大距離閾值d最大進(jìn)行比較。如果比較發(fā)現(xiàn)距離d估大于最大距離閾值d最大，則將抓握閉合距離d設(shè)定為最大距離閾值d最大。否則，將抓握閉合距離d設(shè)定為距離d估。為確定抓握閉合距離d而對(duì)距離d估進(jìn)行的測(cè)試被概述為：接著在過程930中，產(chǎn)生了抓握閉合參數(shù)g抓握：因此，在最大距離閾值d最大與距離d0之間的抓握閉合距離d被映射到零與一之間的一個(gè)值。在最小距離閾值d最小與距離d0之間的抓握閉合距離d被映射到負(fù)一與零之間的一個(gè)值。在食指292B和拇指292A分隔了連接件210所允許的最大程度時(shí)(圖2A)獲得抓握閉合參數(shù)g抓握為一的這個(gè)值。在食指292B的尖端與拇指292A的尖端剛剛碰觸時(shí)(圖2C)獲得抓握閉合參數(shù)g抓握為零的這個(gè)值。在零與一的范圍內(nèi)的值控制了一個(gè)從手術(shù)器械的末端執(zhí)行器的夾爪的打開/關(guān)閉。在食指292B和拇指292A相碰觸并且連接件210被彎曲壓縮在食指292B和拇指292A之間時(shí)(圖2D)獲得抓握閉合參數(shù)g抓握為負(fù)一的這個(gè)值。在零與負(fù)一的范圍內(nèi)的值控制了該末端執(zhí)行器的閉合夾爪的夾緊力。連接件210對(duì)夾爪的閉合提供了一種被動(dòng)的觸覺提示。這個(gè)將抓握閉合距離d映射到兩個(gè)范圍之一內(nèi)的一個(gè)值的例子僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。這個(gè)示例展示了當(dāng)抓握閉合距離d大于中位距離d0時(shí)，將抓握閉合距離d映射到在抓握閉合參數(shù)g抓握的第一范圍內(nèi)的一個(gè)值，以便控制從手術(shù)器械的末端執(zhí)行器的夾爪的打開/閉合。在此“打開/閉合”是指這些夾爪的打開和閉合。當(dāng)抓握閉合距離d小于中位距離d0時(shí)，該抓握閉合距離d被映射到在該抓握閉合參數(shù)g抓握的第二范圍內(nèi)的一個(gè)值，以便控制該末端執(zhí)行器的這些閉合夾爪的夾緊力。因此，過程820已經(jīng)將食指位置和取向(p食指,R食指)以及拇指位置和取向(pt拇指,R拇指)映射到一個(gè)控制點(diǎn)位置和取向(pcp,Rcp)以及抓握閉合參數(shù)g抓握，這被儲(chǔ)存為數(shù)據(jù)821。過程820進(jìn)行至“映射至世界坐標(biāo)”過程830(圖8)?！坝成渲潦澜缱鴺?biāo)”過程830接收數(shù)據(jù)821并將數(shù)據(jù)821映射至世界坐標(biāo)系。(參見世界坐標(biāo)系670(圖6A)。)確切地說，使用一個(gè)四乘四階齊次變換矩陣wcTtc將控制點(diǎn)位置和取向(pcp,Rcp)和抓握閉合參數(shù)g抓握映射到世界坐標(biāo)的控制點(diǎn)位置和取向(pcp_wc,Rcp_wc)，其中該矩陣將追蹤器坐標(biāo)系750(圖7B)中的坐標(biāo)映射到世界坐標(biāo)系670中的坐標(biāo)，例如其中wcRtc將追蹤器坐標(biāo)tc的取向映射到世界坐標(biāo)wc的取向，并且wcttc將追蹤器坐標(biāo)tc的位置變換為世界坐標(biāo)wc的位置。這種映射不改變抓握閉合參數(shù)g抓握。世界坐標(biāo)wc中的數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存為數(shù)據(jù)831。過程830進(jìn)行至“映射至眼睛坐標(biāo)”過程840?！坝成渲裂劬ψ鴺?biāo)”過程840接收世界坐標(biāo)wc中的數(shù)據(jù)831并將數(shù)據(jù)831映射至眼睛坐標(biāo)系(參見眼睛坐標(biāo)系660(圖6A))。確切地說，使用一個(gè)四乘四階齊次變換矩陣ecTwc將世界坐標(biāo)的控制點(diǎn)位置和取向(pcp_ec,Rcp_ec)以及抓握閉合參數(shù)g抓握映射到眼睛坐標(biāo)的控制點(diǎn)位置和取向(pcp_wc,Rcp_wc)，其中該矩陣將世界坐標(biāo)系670(圖6A)中的坐標(biāo)映射到眼睛坐標(biāo)系660中的坐標(biāo)，例如其中ecRwc將世界坐標(biāo)wc中的取向映射到眼睛坐標(biāo)ec中的取向，并且ectwc是世界坐標(biāo)wc中的位置到眼睛坐標(biāo)ec中的位置的變換。同樣，這種映射不改變抓握閉合參數(shù)g抓握。眼睛坐標(biāo)中的數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存為數(shù)據(jù)841。過程840進(jìn)行至“產(chǎn)生速度”過程850。在過程800中，僅僅為便于示意，將映射過程830和840描述為兩個(gè)不同的過程。在一個(gè)方面，映射過程830和840被結(jié)合成使得使用一個(gè)四乘四階齊次變換矩陣ecTtc將追蹤器坐標(biāo)tc中的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)直接映射到眼睛坐標(biāo)ec中的數(shù)據(jù)，其中該矩陣將追蹤器坐標(biāo)系650(圖6A)中的坐標(biāo)映射到眼睛坐標(biāo)系660中的坐標(biāo)，例如在這個(gè)方面，眼睛坐標(biāo)中的控制點(diǎn)位置pcp_ec為：pcp_ec＝ecTtcpcp_tc，并且，眼睛坐標(biāo)中的控制點(diǎn)取向Rcp_ec為：Rcp_ec＝ecRwcwcRtcRcp_tc在有些方面，可以省去這種世界坐標(biāo)映射。在此情況下，在不利用世界坐標(biāo)系的情況下將控制點(diǎn)數(shù)據(jù)從追蹤坐標(biāo)系直接映射到眼睛坐標(biāo)系中。對(duì)于遙控操作，需要位置、取向和速度。因此，“產(chǎn)生速度”過程850產(chǎn)生了所需速度。這些速度能以多種方式產(chǎn)生。某些實(shí)現(xiàn)方式(如慣性傳感器和陀螺儀傳感器)可以直接測(cè)量差分信號(hào)而產(chǎn)生控制點(diǎn)的線速度和角速度。如果這些速度不能被直接測(cè)量，則在一個(gè)方面，過程850由眼睛坐標(biāo)系中的方位測(cè)量結(jié)果來估計(jì)這些速度?？梢允褂醚劬ψ鴺?biāo)系中在抽樣間隔上的有限差分來估計(jì)這些速度。例如，線速度vcp_ec估算為：且角速度ωcp_ec估算為：RΔ＝Rcp_ec(t0)’*Rcp_ec(t1)在“產(chǎn)生速度”過程850的另一方面，以追蹤器坐標(biāo)系750(圖7)的追蹤器坐標(biāo)來感測(cè)控制點(diǎn)線速度vcp_tc和控制點(diǎn)角速度ωcp_tc。在這個(gè)方面，使用一個(gè)旋度ecRtc將直接感測(cè)的控制點(diǎn)線速度vcp_tc和直接感測(cè)的控制點(diǎn)角速度ωcp_tc從追蹤器坐標(biāo)系750旋轉(zhuǎn)至眼睛坐標(biāo)系600。確切地說，使用如以上定義的旋轉(zhuǎn)映射，ecRtc＝ecRwcwcRtcvcp_ec＝ecRtcvcp_tcωcp_ec＝ecRtcωcp_tc“產(chǎn)生速度”過程850進(jìn)行至“發(fā)送控制命令”過程860。過程860基于作為數(shù)據(jù)851儲(chǔ)存的位置、取向、速度和抓握閉合參數(shù)而將一個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)控制命令發(fā)送給從手術(shù)器械。在一個(gè)方面，過程810至850是通過手追蹤控制器130(圖1)實(shí)現(xiàn)的?？刂破?30在處理器131上執(zhí)行手指追蹤模塊135來實(shí)現(xiàn)過程810至850。在這個(gè)方面，手指追蹤模塊135被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器132中。過程850向系統(tǒng)控制器140發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)事件，該控制器進(jìn)而進(jìn)行過程860。應(yīng)了解的是，手追蹤控制器130和系統(tǒng)控制器140在實(shí)踐中可以通過硬件、處理器上執(zhí)行的軟件以及固件的任何組合來實(shí)施，而且，如在此描述的，這些控制器的功能可以通過一個(gè)單元來進(jìn)行或被分割到不同部件，這些部件中的每個(gè)都進(jìn)而可以通過硬件、處理器上執(zhí)行的軟件以及固件的任何組合來實(shí)施。當(dāng)被分割到不同部件時(shí)，這些部件可以被集中在一個(gè)方位或者被分布在系統(tǒng)100上以用于分布式處理的目的。手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡控制的過程圖10是系統(tǒng)100的手勢(shì)姿態(tài)和手勢(shì)軌跡控制的過程1000的一個(gè)流程圖。在以上描述的一個(gè)方面，手勢(shì)姿態(tài)辨識(shí)過程1050使用了一個(gè)多維的貝葉斯分類器，并且手勢(shì)軌跡辨識(shí)過程1060使用了一個(gè)離散的隱馬爾可夫模型Λ。如以上說明的，圖3A至圖3D是手勢(shì)姿態(tài)的例子。為了訓(xùn)練該手勢(shì)姿態(tài)辨識(shí)過程1050，指定了多個(gè)手勢(shì)姿態(tài)。所使用的這多個(gè)手勢(shì)姿態(tài)受到定義多個(gè)可以被辨識(shí)過程1050明確識(shí)別的唯一手勢(shì)的能力所限制并且受到外科醫(yī)生記住且可靠地再現(xiàn)這些不同的手勢(shì)姿態(tài)中每個(gè)的能力所限制。除了定義手勢(shì)姿態(tài)之外，定義了包括多個(gè)特征fi的一個(gè)特征集合，其中i的范圍從1至n。數(shù)目n是所使用的特征的數(shù)目。特征的數(shù)目和類型被選擇成使得許用姿態(tài)的集合中的每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)都可以被準(zhǔn)確地識(shí)別出。在一個(gè)方面，數(shù)目n為六。以下是具有n個(gè)特征的一個(gè)特征集合的示例。f2＝||p拇指-p食指||特征f1是食指292B的指向方向與拇指292A的指向方向的點(diǎn)積。特征f2是食指292B與拇指292A之間的距離。特征f3是拇指292A投影在食指292B的指向方向上的距離。特征f4是拇指292A距離沿食指292B的指向方向的軸線的距離。特征f5是拇指292A的指向方向的Z分量。特征fn是拇指292A的拇指法向量與食指292B的指向方向的點(diǎn)積。在使用方法1000之前，必須建立手勢(shì)姿態(tài)的一個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫。多個(gè)不同的使用者針對(duì)每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)產(chǎn)生至少一個(gè)，并且每個(gè)使用者的每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的位置和取向都使用追蹤系統(tǒng)被測(cè)量。例如，一組人中的每個(gè)人都做出這些許用手勢(shì)姿態(tài)中的每一個(gè)。針對(duì)這個(gè)組中的每個(gè)人的每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)，均將食指和拇指的位置和取向(p食指,R食指)、(pt拇指,R拇指)保存在訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中。使用該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫，針對(duì)每個(gè)使用者的每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)都產(chǎn)生一個(gè)特征集合{fi}。然后，每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的訓(xùn)練特征向量集合被用來計(jì)算一個(gè)平均值和一個(gè)協(xié)方差Σfi。因此，使用該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫來針對(duì)每個(gè)訓(xùn)練的手勢(shì)獲得一個(gè)特征向量平均值和協(xié)方差。此外，對(duì)于每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)，針對(duì)每個(gè)訓(xùn)練員產(chǎn)生一個(gè)馬哈拉諾比斯距離d(fi)(參見下面的討論)，并且將每個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的最大馬哈拉諾比斯距離d(fi)保存為這個(gè)手勢(shì)姿態(tài)的閾值。還可以使用這種馬哈拉諾比斯距離測(cè)量來驗(yàn)證所有訓(xùn)練的手勢(shì)對(duì)于所使用的給定特征集合而言是充分不同的并且清楚的。這可以通過測(cè)試給定手勢(shì)的特征向量平均值和所有其他許用手勢(shì)姿態(tài)的特征向量平均值的馬哈拉諾比斯距離而完成。這個(gè)測(cè)試距離應(yīng)該遠(yuǎn)大于用于該給定手勢(shì)的最大訓(xùn)練距離閾值。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，規(guī)定一種隱馬爾可夫模型要求規(guī)定兩個(gè)模型參數(shù)N、M以及三個(gè)概率測(cè)度A、B、π。隱馬爾可夫模型Λ表示為：Λ＝(A,B,π)模型參數(shù)N是該模型中的狀態(tài)數(shù)目，并且模型參數(shù)M是每種狀態(tài)的觀測(cè)符號(hào)的數(shù)目。這三個(gè)概率測(cè)度是狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率分布A、觀測(cè)手勢(shì)概率分布B以及初始狀態(tài)分布π。在離散隱馬爾可夫模型的一個(gè)方面，轉(zhuǎn)移概率分布A是一個(gè)N×N階矩陣。觀測(cè)手勢(shì)概率分布B是一個(gè)N×M階矩陣，并且初始狀態(tài)分布π是一個(gè)N×1階矩陣。如下面更全面地說明的，在給定了觀測(cè)序列O和隱馬爾可夫模型Λ的情況下，在過程1000中估算了給定隱馬爾可夫模型Λ的觀測(cè)序列O的概率，即P(O|Λ)。要產(chǎn)生隱馬爾可夫模型Λ的概率分布，需要一個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫。在獲得該訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫之前，指定手勢(shì)軌跡的一個(gè)集合。多個(gè)測(cè)試對(duì)象j被選擇來做出這些手勢(shì)軌跡中的每個(gè)。雖然在圖4C中，以二維投影形式呈現(xiàn)了十六個(gè)手勢(shì)軌跡，但在進(jìn)行各種手勢(shì)軌跡時(shí)，測(cè)試對(duì)象不受限制，這允許出現(xiàn)一些三維的變化。在一個(gè)方面，每個(gè)對(duì)象將每個(gè)手勢(shì)軌跡進(jìn)行k次，這樣就針對(duì)每個(gè)手勢(shì)軌跡產(chǎn)生了j*k個(gè)訓(xùn)練序列。在一個(gè)方面，使用一種離散的左-右隱馬爾可夫模型。隱馬爾可夫模型Λ被選擇成使得使用迭代的波氏演算法使概率P(O|Λ)局部最大化。例如參見LawrenceR.Rabiner“ATutorialonHiddenMarkovModelsandSelectedApplicationsinSpeechRecognition(隱馬爾可夫模型及其在語音識(shí)別中的選擇性應(yīng)用的教程)”，ProceedingsoftheIEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)報(bào))，第77卷第2期第257-286頁(1989年2月)，將其通過引用結(jié)合在此，作為對(duì)這些模型的技術(shù)人員的隱馬爾可夫模型的知識(shí)展示。在一個(gè)方面，當(dāng)針對(duì)三個(gè)依次迭代，該模型收斂在百分之0.1內(nèi)則停止該迭代法。對(duì)初始狀態(tài)概率π進(jìn)行設(shè)定，使得該模型總是以狀態(tài)一開始。使用隨機(jī)入口來初始化轉(zhuǎn)移概率矩陣A，這些隨機(jī)入口在逐行基礎(chǔ)上按降序儲(chǔ)存。為了強(qiáng)制獲得這種從左到右的結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)移概率矩陣A的下部對(duì)角區(qū)內(nèi)的所有入口設(shè)定為零。此外，通過將入口設(shè)定為零(其中所有行i和列j為(i–j)>2)而不允許大于兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。在結(jié)束時(shí)在逐行基礎(chǔ)上來標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)移概率矩陣A。對(duì)所觀測(cè)的概率矩陣B的初始化基于所希望的狀態(tài)數(shù)目均勻地劃分該觀測(cè)序列。因此，每種狀態(tài)可以基于局部頻率計(jì)數(shù)而初始地以一個(gè)概率觀測(cè)一個(gè)或多個(gè)符號(hào)。這個(gè)矩陣也在逐行基礎(chǔ)上被標(biāo)準(zhǔn)化。參見例如N.Liu,R.I.A.Davis,B.C.Lovell,P.J.Kootsookos，“EffectofInitialHMMChoicesinMultipleSequenceTrainingforGestureRecognition(初始HMM選擇在手勢(shì)辨識(shí)的多序列訓(xùn)練中的作用)”，InternationalConferenceonInformationTechnology(信息技術(shù)國際會(huì)議)，5-7，拉斯韋加斯，第608-613頁(2004年4月)，通過引用結(jié)合在此，作為對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的隱馬爾可夫模型的初始化程序的展示。對(duì)各個(gè)手勢(shì)軌跡建立了一個(gè)隱馬爾可夫模型?；氐椒椒?000，“手勢(shì)模式被使能”檢查過程1001確定外科醫(yī)生是否使能系統(tǒng)100的手勢(shì)辨識(shí)操作模式。在一個(gè)方面，為了使能手勢(shì)辨識(shí)模式，外科醫(yī)生將外科醫(yī)生控制臺(tái)185上的腳蹬壓下(圖1A)。如果使能手勢(shì)辨識(shí)模式，檢查過程1001轉(zhuǎn)向“接收手方位數(shù)據(jù)”過程1010，否則就通過“返回”1002而返回?！敖邮帐址轿粩?shù)據(jù)”過程1010接收了外科醫(yī)生正在做出的手勢(shì)的食指位置和取向(p食指,R食指)以及拇指位置和取向(p拇指,R拇指)。如以上指出的，食指位置和取向(p食指,R食指)以及拇指位置和取向(p拇指,R拇指)是基于來自該追蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。過程1010轉(zhuǎn)至“產(chǎn)生特征過程”1011。在“產(chǎn)生特征”過程1011中，食指位置和取向(p食指,R食指)以及拇指位置和取向(p拇指,R拇指)被用來產(chǎn)生在觀測(cè)的特征向量fi_o中的每個(gè)特征f1_o至fn_o?！爱a(chǎn)生特征”過程1011轉(zhuǎn)至“將特征與已知姿態(tài)進(jìn)行比較”過程1012?！皩⑻卣髋c已知姿態(tài)進(jìn)行比較”過程1012針對(duì)每個(gè)姿態(tài)將所觀測(cè)的特征向量fi_o與訓(xùn)練的特征集合{fi}進(jìn)行比較。這個(gè)過程確定了對(duì)于具體的手勢(shì)姿態(tài)而言，觀測(cè)的特征向量被包括在一個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫特征集合{fi}中(即，對(duì)應(yīng)于訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合)的可能性。這可以表示為P(fi_o|Ω)其中訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合特征集合{fi}是來自對(duì)象類別Ω。在這個(gè)示例中，概率P(fi_o|Ω)為：其中N是該特征向量的維數(shù)，例如以上示例中的n。用來表征這種可能性的統(tǒng)計(jì)量是馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)，其被定義為：其中馬哈拉諾比斯距離是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。參見例如，Moghadam,Babackh和Pentland,Alex,“ProbabilisticVisualLearningforObjectRepresentation(用于目標(biāo)表示的概率視覺學(xué)習(xí))”，IEEETransactionsOnPatternAnalysisandMachineIntelligence(IEEE模式分析與機(jī)器智能匯刊)，第19卷第7期第696至710頁(1997年7月)，將其通過引用結(jié)合在此。通過使用協(xié)方差Σfi的本征向量Φ和本征值Λ，以對(duì)角形式使用這樣馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)為：其中這種對(duì)角形式允許將馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)表示為和的形式：在這個(gè)示例中，這是為了確定馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)而估計(jì)的一種表示。因此，過程1011產(chǎn)生了馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)。完成之后，過程1012轉(zhuǎn)向“選擇姿態(tài)”過程1013。在“選擇姿態(tài)”過程1013中，選擇具有最小馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)的手勢(shì)姿態(tài)，如果馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)小于訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中該手勢(shì)姿態(tài)的最大馬哈拉諾比斯距離的話。如果馬哈拉諾比斯距離d(fi_o)大于訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中該手勢(shì)姿態(tài)的最大馬哈拉諾比斯距離，則不選擇手勢(shì)姿態(tài)?！斑x擇姿態(tài)”過程1012轉(zhuǎn)向“臨時(shí)過濾過程”1014?！芭R時(shí)過濾”過程1014確定過程1013的結(jié)果是否已經(jīng)將同樣的結(jié)果連續(xù)地提供了預(yù)定的次數(shù)。如果過程1013已經(jīng)將同樣的結(jié)果連續(xù)地提供了預(yù)定的次數(shù)，則“臨時(shí)過濾”過程1014轉(zhuǎn)向“手勢(shì)姿態(tài)”檢查過程1015，否則返回。這個(gè)預(yù)定次數(shù)被選擇成使得“臨時(shí)過濾”過程1014阻止在手勢(shì)姿態(tài)之間切換時(shí)的振蕩或瞬時(shí)探測(cè)?！笆謩?shì)姿態(tài)”檢查過程1015確定所選擇的手勢(shì)姿態(tài)是否是在手勢(shì)軌跡中使用的手勢(shì)姿態(tài)。如果所選擇的手勢(shì)姿態(tài)是在手勢(shì)軌跡中使用的手勢(shì)姿態(tài)，則“手勢(shì)姿態(tài)”檢查過程1015轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生速度序列”過程1020，否則的話就轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“姿態(tài)改變”檢查過程1016。“姿態(tài)改變”檢查過程1016確定該手勢(shì)姿態(tài)是否在上次經(jīng)過方法1000時(shí)改變。如果所選擇的手勢(shì)姿態(tài)與前一個(gè)臨時(shí)過濾的手勢(shì)姿態(tài)結(jié)果相同，則“姿態(tài)改變”檢查過程1016經(jīng)“返回”1003返回，否則就轉(zhuǎn)向“映射到系統(tǒng)事件”過程1030?！坝成涞较到y(tǒng)事件”過程1030將所選擇的手勢(shì)姿態(tài)映射到一個(gè)系統(tǒng)事件，例如查找被指定給該手勢(shì)姿態(tài)的系統(tǒng)事件。在找到系統(tǒng)事件之后，“映射到系統(tǒng)事件”過程1030轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“注入系統(tǒng)事件”過程1031。在一個(gè)方面，“注入系統(tǒng)事件”過程1031將該系統(tǒng)事件發(fā)送給系統(tǒng)控制器140中的一個(gè)事件處理程序/事件處理器(圖1)。響應(yīng)于這個(gè)系統(tǒng)事件，系統(tǒng)控制器140對(duì)系統(tǒng)100中的多個(gè)控制器和/或其他設(shè)備發(fā)送一個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)命令。例如，如果該手勢(shì)姿態(tài)被指定給一個(gè)接通用戶界面的事件，則系統(tǒng)控制器140對(duì)顯示控制器150發(fā)送一個(gè)命令來接通用戶界面。顯示控制器150在處理器150上執(zhí)行為接通該用戶界面所需的用戶界面模塊155的一部分。當(dāng)該手勢(shì)姿態(tài)是在做出軌跡時(shí)使用的手勢(shì)姿態(tài)時(shí)，方法1000中的處理從“手勢(shì)姿態(tài)”檢查過程1015轉(zhuǎn)向“產(chǎn)生速度序列”過程1020。在一個(gè)方面，用于手勢(shì)軌跡辨識(shí)的主要特征是一個(gè)單位速度向量。這個(gè)單位速度向量對(duì)于手勢(shì)的起始位置是無變化的。此外，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的速度向量考慮了手勢(shì)的尺寸或速度的改變。因此，在過程1020中，這些控制點(diǎn)樣品被轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的控制點(diǎn)速度序列，即轉(zhuǎn)換為單位速度向量的序列。vcp_ec(t)＝xcp_ec(t)-xcp_ec(t-1)＝[Δxcp_ec,Δycp_ec,Δzcp_ec]′對(duì)于t＝1,2,...,N-1在完成“產(chǎn)生速度序列”過程1020之后，過程1020轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“將速度序列轉(zhuǎn)換為符號(hào)序列”過程1021。如以上指出的，離散隱馬爾可夫模型Λ要求離散符號(hào)的一個(gè)序列作為輸入。在過程1021中，這些離散符號(hào)是由這些標(biāo)準(zhǔn)化的控制點(diǎn)速度序列通過向量量化而產(chǎn)生的。在一個(gè)方面，向量量化是使用修改過的K-均值聚類算法進(jìn)行的，且條件為當(dāng)聚類分配值停止改變時(shí)這個(gè)過程停止。在使用K-均值聚類算法時(shí)，這個(gè)過程利用了這些特征都為單位向量這個(gè)事實(shí)。在此情況下，在方向上類似的向量被聚類。這是通過使用每個(gè)單位特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化的聚類中心向量之間的點(diǎn)積作為相似度度量而進(jìn)行的。這種聚類通過將向量隨機(jī)分配給三十二個(gè)類而初始化并且整個(gè)過程被迭代多次，其中基于最大的總的類“之內(nèi)”成本度量來選擇最好的聚類結(jié)果。注意在此情況下，類“之內(nèi)”成本是基于對(duì)相似度的測(cè)量。對(duì)所得的每個(gè)類指派了一個(gè)唯一索引，其用作隱馬爾可夫模型的符號(hào)。然而一個(gè)輸入向量被映射到其最接近的聚類平均值并且使用這個(gè)類的對(duì)應(yīng)索引作為符號(hào)。以此方式，單位速度向量的一個(gè)序列可以轉(zhuǎn)換為索引或符號(hào)的一個(gè)序列。在一個(gè)方面，基于一種固定的八向二維的向量量化編碼法，給這些被聚類的向量指派一個(gè)符號(hào)。因此，過程1020產(chǎn)生了一個(gè)觀測(cè)的符號(hào)序列并且轉(zhuǎn)向“產(chǎn)生手勢(shì)概率”過程1023。在一個(gè)方面，為了確定該手勢(shì)是否對(duì)應(yīng)于所感測(cè)的符號(hào)序列，“產(chǎn)生手勢(shì)概率”過程1023對(duì)隱馬爾可夫模型使用向前遞歸算法來找到每個(gè)手勢(shì)與觀測(cè)的符號(hào)序列匹配的概率。向前遞歸算法在Rainer的“ATutorialonHiddenMarkovModelsandSelectedApplicationsinSpeechRecognition(隱馬爾可夫模型及其在語音識(shí)別中的選擇性應(yīng)用的教程)”中進(jìn)行了描述，之前已通過引用結(jié)合在此。完成“產(chǎn)生手勢(shì)概率”過程1023之后，進(jìn)程轉(zhuǎn)向了“選擇軌跡”過程1024。在“選擇軌跡”過程1024，具有最高概率的手勢(shì)軌跡在這些許用隱馬爾可夫模型軌跡手勢(shì)模式之中。這個(gè)概率還必須大于要接受的給定閾值。如果該最高概率不大于該閾值概率，則不選擇手勢(shì)軌跡。應(yīng)該對(duì)這個(gè)閾值進(jìn)行調(diào)諧以最大化辨識(shí)準(zhǔn)確度并同時(shí)避免錯(cuò)誤的辨識(shí)。完成之后，“選擇軌跡”過程1024轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“軌跡被發(fā)現(xiàn)”檢查過程1025。如果“選擇軌跡”過程1024選擇了一個(gè)手勢(shì)軌跡，“軌跡被發(fā)現(xiàn)”檢查過程1025轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“映射到系統(tǒng)事件”過程1030，否則通過“返回”1004返回?！坝成涞较到y(tǒng)事件”過程1030將選定的手勢(shì)軌跡映射到一個(gè)系統(tǒng)事件，例如查找指定給該手勢(shì)軌跡的系統(tǒng)事件。在找到該系統(tǒng)事件之后，“映射到系統(tǒng)事件”過程1030轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“注入系統(tǒng)事件”過程1031。在一個(gè)方面，“注入系統(tǒng)事件”過程1031將該系統(tǒng)事件發(fā)送給系統(tǒng)控制器140中的一個(gè)事件處理器(圖1)。響應(yīng)于這個(gè)系統(tǒng)事件，系統(tǒng)控制器140對(duì)這個(gè)或這些適當(dāng)?shù)目刂破骰蛟O(shè)備發(fā)送一個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)命令。例如，如果該系統(tǒng)事件被指派到用戶界面中的一個(gè)動(dòng)作，則系統(tǒng)控制器140向顯示控制器150發(fā)送一個(gè)命令來進(jìn)行用戶界面中的這個(gè)動(dòng)作，例如改變手術(shù)部位的查看模式。存在性探測(cè)的過程在又一個(gè)方面，如以上說明的，外科醫(yī)生180B的手的至少一個(gè)部分的追蹤到的位置被用來判斷這只手是否存在于一個(gè)主操縱器末端執(zhí)行器621上。圖11是在一個(gè)方面由系統(tǒng)100中的手追蹤控制器130進(jìn)行的存在性探測(cè)的過程1100的一個(gè)方面的流程圖。在一個(gè)方面，過程1100對(duì)于外科醫(yī)生的每只手單獨(dú)進(jìn)行。在“獲得接合角度”過程1110中，測(cè)量了主要工具操縱器620的接合角度(圖6B)?！矮@得接合角度”過程1110轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生前向運(yùn)動(dòng)學(xué)”過程1111。因?yàn)橹饕ぞ卟倏v器620中各種連接件的長度是已知的并且主要工具操縱器620的底座629的位置是已知的，所以使用幾何關(guān)系來產(chǎn)生主要工具夾具621在主要工作空間坐標(biāo)系680中的方位。因此，“產(chǎn)生前向運(yùn)動(dòng)學(xué)”過程1111使用來自過程1110的角度產(chǎn)生了主要工具夾具621在主要工作空間坐標(biāo)系680中的位置pmtm。“產(chǎn)生前向運(yùn)動(dòng)學(xué)”過程1111轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“映射到世界坐標(biāo)”過程1112?！坝成涞绞澜缱鴺?biāo)”過程1112將主要工作空間坐標(biāo)系680中的位置pmtm映射到世界坐標(biāo)系670中的位置pmtm_wc(圖6A)。確切地說，pmtm_wc＝wcTws*pmtm其中wcTws是一個(gè)四乘四階的齊次剛性變換矩陣，該矩陣將工作空間坐標(biāo)系680中的坐標(biāo)映射到世界坐標(biāo)系670中的坐標(biāo)。完成后，“映射到世界坐標(biāo)”過程1112轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生手至末端執(zhí)行器的間隔”過程1130。返回“接收手方位數(shù)據(jù)”過程1120，“接收手方位數(shù)據(jù)”過程1120接收(重新獲得)食指的位置和取向(p食指,R食指)以及拇指的位置和取向(p拇指,R拇指)。食指的位置和取向(p食指,R食指)以及拇指的位置和取向(p拇指,R拇指)是基于來自該追蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。“接收手方位數(shù)據(jù)”過程1120轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生手位置”過程1121?！爱a(chǎn)生手位置”過程1121將食指的位置和取向(p食指,R食指)以及拇指的位置和取向(p拇指,R拇指)映射到追蹤坐標(biāo)系中的一個(gè)控制點(diǎn)的位置和取向，如以上說明的并且這個(gè)說明通過引用結(jié)合在此。位置P手是以追蹤坐標(biāo)表示的控制點(diǎn)的位置。“產(chǎn)生手位置”過程1121轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“映射到世界坐標(biāo)”過程1122。在存在性探測(cè)中使用控制點(diǎn)位置僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。鑒于本披露，存在性探測(cè)可以例如使用食指尖端的位置并且使用拇指尖端的位置，或者使用這些位置中的僅僅一個(gè)來進(jìn)行。下面描述的過程對(duì)于與一只人手的一個(gè)部分相關(guān)聯(lián)的這些不同位置中的每個(gè)都是相同的?！坝成涞绞澜缱鴺?biāo)”過程1122將以追蹤坐標(biāo)表示的位置p手映射到世界坐標(biāo)系670中的位置p手_wc(圖6A)。確切地說，P手_wc＝wcTtc*p手其中wcTtc是一個(gè)四乘四階的齊次剛性變換矩陣，該矩陣將追蹤坐標(biāo)系650中的坐標(biāo)映射到世界坐標(biāo)系670中的坐標(biāo)。完成后，“映射到世界坐標(biāo)”過程1122轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“產(chǎn)生手至末端執(zhí)行器的間隔”過程1130?！爱a(chǎn)生手至末端執(zhí)行器的間隔”過程1130產(chǎn)生了世界坐標(biāo)系670中的位置pmtm_wc與世界坐標(biāo)系670中的位置p手_wc之間的一個(gè)間隔距離dsep。在一個(gè)方面，間隔距離dsep為：dsep＝||pmtm_wc-p手_wc||完成后，“產(chǎn)生手至末端執(zhí)行器的間隔”過程1130轉(zhuǎn)而進(jìn)行至“距離安全性”檢查過程1131?！熬嚯x安全”檢查過程1131將間隔距離dsep與一個(gè)安全距離閾值進(jìn)行比較。這個(gè)閾值應(yīng)該足夠小到是保守的/穩(wěn)健的(conservative)同時(shí)仍允許外科醫(yī)生改變抓握或操縱該末端執(zhí)行器的最遠(yuǎn)端。如果間隔距離dsep小于該安全距離閾值，則“距離安全”檢查過程1131轉(zhuǎn)向“手存在”過程1140。相反，如果間隔距離dsep大于該安全距離閾值，則檢查過程1131轉(zhuǎn)向“手不存在”過程1150?！笆执嬖凇边^程1140確定系統(tǒng)100是否處于遙控操作中。如果系統(tǒng)100是處于遙控操作中，則不要求任何動(dòng)作并且允許遙控操作繼續(xù)，并且因此過程1140轉(zhuǎn)向開始過程1100。如果系統(tǒng)100不是處于遙控操作中，則“手存在”過程1140向“注入系統(tǒng)事件”過程發(fā)送一個(gè)手存在事件，該過程進(jìn)而將該手存在事件發(fā)送給系統(tǒng)控制器140。“手不存在”過程1150確定系統(tǒng)100是否處于遙控操作中。如果系統(tǒng)100不是處于遙控操作中，則不要求任何動(dòng)作并且因此過程1150轉(zhuǎn)向重頭開始過程1100。如果系統(tǒng)100是處于遙控操作中，則“手不存在”過程1150向“注入系統(tǒng)事件”過程1160發(fā)送一個(gè)手不存在事件，該過程進(jìn)而將該手存在事件發(fā)送給系統(tǒng)控制器140。系統(tǒng)控制器140確定該手存在事件或手不存在事件是否要求對(duì)系統(tǒng)操作模式的任何改變并且發(fā)出一個(gè)適當(dāng)?shù)拿睢Ｔ谝粋€(gè)方面，系統(tǒng)控制器140響應(yīng)于一個(gè)手存在事件而使能遙控操作，例如允許遙控操作，并且響應(yīng)于一個(gè)手不存在事件而禁用遙控操作，即使一個(gè)遙控操作的微創(chuàng)手術(shù)器械聯(lián)接至主要工具夾具。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，一個(gè)遙控操作的微創(chuàng)手術(shù)器械可聯(lián)接至一個(gè)主要工具夾具以及可與之?dāng)嚅_聯(lián)接。在其他方面，系統(tǒng)控制器140將該手存在事件和手不存在事件與其他事件結(jié)合使用以判斷是否允許遙控操作。例如，可以將對(duì)于外科醫(yī)生的頭的存在性探測(cè)與對(duì)外科醫(yī)生的一只手或雙手的存在性探測(cè)結(jié)合起來用于判斷是否允許遙控操作。類似地，如以上說明的，系統(tǒng)控制器140使用該手存在事件和手不存在事件來控制一個(gè)用戶界面在微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的顯示器上的顯示。當(dāng)系統(tǒng)控制器140接收到手不存在事件時(shí)，如果用戶界面沒有接通，則系統(tǒng)控制器140向顯示控制器150發(fā)送一個(gè)命令來接通該用戶界面。顯示控制器150在處理器150上執(zhí)行為接通該用戶界面所需的用戶界面模塊155的一個(gè)部分。當(dāng)系統(tǒng)控制器140接收到該手存在事件時(shí)，如果用戶界面被接通，則系統(tǒng)控制器140對(duì)顯示控制器150發(fā)送一個(gè)命令來切斷該用戶界面。顯示控制器150在處理器150上執(zhí)行為切斷該用戶界面所需的用戶界面模塊155的一個(gè)部分。系統(tǒng)控制器140可以將該手存在事件和手不存在事件與其他事件結(jié)合使用以判斷是否顯示用戶界面。因此，用戶界面顯示控制和遙控操作控制是使用存在性探測(cè)進(jìn)行系統(tǒng)模式控制的例子并且不旨在限制于這兩種具體的系統(tǒng)控制模式。例如，存在性探測(cè)可以用于控制一個(gè)代理視像，如下面更全面地說明的。而且，這些不同模式(例如遙控操作與直觀顯示)的組合可以由系統(tǒng)控制器140基于該手存在事件和手不存在事件來進(jìn)行控制。而且，手的存在性探測(cè)可用于省去主要工具夾具621L、621R的兩用性，例如按下一個(gè)腳蹬并接著使用主要工具夾具621L、621R來控制在外科醫(yī)生控制臺(tái)185B中顯示的用戶界面。當(dāng)這些主要工具夾具被兩用，例如被用于控制手術(shù)器械和用戶界面二者時(shí)，外科醫(yī)生通常必須壓下腳蹬來切換為用戶界面操作模式。如果出于某種原因，外科醫(yī)生不能壓下腳蹬，但認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)切換為用戶界面操作模式，則主要工具夾具的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致手術(shù)器械的不希望的運(yùn)動(dòng)。使用存在性探測(cè)過程1100來防止這個(gè)問題并省去主要工具夾具的兩用性。關(guān)于存在性探測(cè)過程1100，在一個(gè)示例中，當(dāng)系統(tǒng)控制器140接收到手不存在事件時(shí)，系統(tǒng)控制器140發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)命令來將主要工具操縱器620L、620R(圖6A)鎖定就位，并且向顯示控制器150發(fā)送一個(gè)系統(tǒng)命令來將用戶界面呈現(xiàn)在外科醫(yī)生控制臺(tái)185B的顯示器上。外科醫(yī)生的手的運(yùn)動(dòng)被追蹤并且被用于控制用戶界面中的要素，例如移動(dòng)一個(gè)滑動(dòng)開關(guān)、改變顯示等等。如以上指出的，控制點(diǎn)被映射到眼睛坐標(biāo)系中并因此可以與用戶界面中的一個(gè)要素的方位相關(guān)聯(lián)。該控制點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)被用來操縱這個(gè)要素。這可以在外科醫(yī)生不必啟動(dòng)腳蹬的情況下完成并且使得外科醫(yī)生不會(huì)意外地移動(dòng)手術(shù)器械。因此，這消除了與使用主要工具夾具來控制手術(shù)器械和用戶界面二者有關(guān)的問題。在以上示例中，世界坐標(biāo)系是一種公共坐標(biāo)系的例子。使用世界坐標(biāo)系作為公共坐標(biāo)系僅是展示性的并且不旨在進(jìn)行限制。主要手指追蹤夾具圖12是一個(gè)主要手指追蹤夾具1270的一個(gè)例子的展示。主要手指追蹤夾具1270是主要手指追蹤夾具170、270的一個(gè)例子。主要手指追蹤夾具1270包括一個(gè)可壓縮本體1210以及兩個(gè)指環(huán)1220、1230。可壓縮本體1210具有第一末端1213和第二末端1214。一個(gè)本體區(qū)段1215在第一末端1213與第二末端1214之間延伸?？蓧嚎s本體1210具有外部外表面。該外部外表面包括第一部分1216和第二部分1217。第一部分1216(例如上部部分)在第一末端1213與第二末端1214之間延伸。第二部分1217(例如底部部分)在第一末端1213與第二末端1214之間延伸。第二部分1217與第一部分1216相反并且被從第一部分1216去除。在一個(gè)方面，該外部外表面是一個(gè)織物外殼的表面。該織物適合用于手術(shù)室中。該織物外殼包繞了可壓縮泡沫。該泡沫被選擇成提供抵抗壓縮以及壓縮被釋放時(shí)的膨脹。在一個(gè)方面，在該織物外殼中包括若干個(gè)泡沫條帶。該泡沫還必須能夠彎折，使得在第一指頭的尖端朝第二指頭的尖端移動(dòng)時(shí)第一部分1216被定位在一只人手的第一和第二指頭之間。本體區(qū)段1215具有在指環(huán)1220與指環(huán)1230之間的一個(gè)長度L。如以上解釋的，長度L被選擇成限制環(huán)1220中的第一指頭與環(huán)1230中的第二指頭之間的間隔(參見圖2A)。在一個(gè)方面，本體區(qū)段1215具有一個(gè)厚度T。如圖2C中所示，厚度T被選擇成使得當(dāng)主要手指追蹤夾具1270被配置為使得外部外表面的第二部分1217上與末端1214相鄰的區(qū)域1236以及第二部分1217上與末端1213相鄰的區(qū)域1226剛碰觸時(shí)，第二部分1217沿長度L不與自身完全接觸。第一指環(huán)1220在第一末端1213附近被固定到可壓縮本體1210。環(huán)1220圍繞可壓縮本體1210的外部外表面的第一部分1216的一個(gè)區(qū)域1225延伸。在將該第一指環(huán)1220放置在人手的第一指頭上之后，區(qū)域1225接觸到該第一指頭，例如該外部外表面的第一部分1216的第一分段接觸到拇指。在這個(gè)例子中，指環(huán)1220具有兩個(gè)末端：第一織物末端1221A和第二織物末端1221B。末端1221A和末端1221B是固定在本體1210內(nèi)的一個(gè)織物條帶的兩端。一個(gè)環(huán)形織物件1222B附接到末端1221B的內(nèi)表面，而一個(gè)環(huán)形織物件1222A附接到末端1221A的外表面。鉤狀織物和環(huán)形織物的例子是由兩個(gè)尼龍織物條帶組成的一種尼龍緊固帶，其中一個(gè)條帶具有很少的鉤狀螺紋而另一個(gè)具有粗糙表面。這兩個(gè)條帶在壓到一起時(shí)形成一種強(qiáng)力的結(jié)合。可商購的緊固帶的一個(gè)例子是緊固帶。(是維克洛工業(yè)公司(VelcroIndustriesB.V.)的注冊(cè)商標(biāo))。第二指環(huán)1230在第二末端1214附近被固定到可壓縮本體1210。環(huán)1230圍繞可壓縮本體1210的外部外表面的第一部分1216的一個(gè)區(qū)域1235延伸。在將該第二指環(huán)1230放置在人手的第二指頭上之后，區(qū)域1235接觸到該第二指頭，例如該外部外表面的第一部分1216的第二分段接觸到食指。第一部分的第二分段1235與第一部分的第一分段1225相反并且被從第一部分的第一分段1225去除。在這個(gè)例子中，指環(huán)1230也具有兩個(gè)末端：第一織物末端1231A和第二織物末端1231B。末端1231A和末端1231B是固定到本體1210的一個(gè)織物條帶的兩端。環(huán)形織物件1232B附接到末端1231B的內(nèi)表面，而環(huán)形織物件1232A附接到末端1231A的外表面。第一方位追蹤傳感器1211被附接到該第一指環(huán)1220。第二方位追蹤傳感器1212被附接到該第二指環(huán)1230。這些方位追蹤傳感器可以是以上說明的傳感器元件中的任何一個(gè)。在一個(gè)例子中，方位追蹤傳感器1211、1212是無源電磁傳感器。代理視像系統(tǒng)在一個(gè)方面，使用手追蹤控制系統(tǒng)來控制外科醫(yī)生可用來代理另一個(gè)外科醫(yī)生的多個(gè)代理視像中的任何一個(gè)。例如，當(dāng)外科醫(yī)生181使用主要手指追蹤夾具170來代理/監(jiān)導(dǎo)(proctor)外科醫(yī)生180(圖1A)時(shí)，外科醫(yī)生181使用主要手指追蹤夾具170來控制一個(gè)手術(shù)器械的代理視像，而外科醫(yī)生180使用該主要工具夾具來控制一個(gè)遙控操作的從手術(shù)器械。替代的，外科醫(yī)生181可以在顯示器中遠(yuǎn)程圖顯或可以控制在顯示器中的一只虛擬的手。而且，外科醫(yī)生181可以通過操縱主要工具夾具621被呈現(xiàn)在顯示器上的虛像從而在外科醫(yī)生控制臺(tái)上演示如何操縱該主要工具夾具。代理視像的這些例子僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。此外，不在外科醫(yī)生控制臺(tái)旁使用主要手指追蹤夾具170僅是示意性的并且不旨在進(jìn)行限制。例如，利用以上說明的存在性探測(cè)系統(tǒng)，在外科醫(yī)生控制臺(tái)旁的外科醫(yī)生可以從一個(gè)主要工具夾具移開一只手，并且接著這只手被手追蹤系統(tǒng)追蹤時(shí)使用這只手來代理另一個(gè)外科醫(yī)生。為了協(xié)助代理，在一個(gè)方面將一個(gè)代理視像模塊(未顯示)被處理為一個(gè)視覺處理子系統(tǒng)的一個(gè)部分。在這個(gè)方面，執(zhí)行模塊接收了代理的手的控制點(diǎn)的位置和取向并且生成立體圖像，這些圖像與內(nèi)窺鏡橡機(jī)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)復(fù)合并且顯示在外科醫(yī)生控制臺(tái)185、輔助顯示器以及病人側(cè)外科醫(yī)生界面顯示器187的任何組合上。當(dāng)外科醫(yī)生181開始通過采取一個(gè)預(yù)定的動(dòng)作(例如一個(gè)手勢(shì)姿態(tài))而進(jìn)行代理時(shí)，啟動(dòng)了一個(gè)代理視像系統(tǒng)回路，例如，在一個(gè)處理器模塊上執(zhí)行代理視像模塊。這個(gè)用作預(yù)定動(dòng)作的具體動(dòng)作(例如手勢(shì)姿態(tài))不是關(guān)鍵的，只要系統(tǒng)控制器140(圖1)被配置為辨識(shí)出這個(gè)動(dòng)作即可。在一個(gè)方面，代理視像是由主要手指追蹤夾具170控制的一個(gè)虛擬的幻影器械1311(圖13)，而遙控操作的從手術(shù)器械1310由外科醫(yī)生控制臺(tái)185的這些主要工具操縱器之一來控制。外科醫(yī)生181在顯示裝置187中看見了器械1310和1311二者，而外科醫(yī)生180在外科醫(yī)生控制臺(tái)185的立體顯示器中看見了器械1310和1311二者。使用虛擬的幻影器械1311作為代理視像僅是示意性的并且不旨在限制于這個(gè)具體的圖像。鑒于本披露，針對(duì)代理視像可以使用其他圖像，這有助于在代表代理視像的圖像與該遙控操作的從手術(shù)器械的實(shí)際末端執(zhí)行器的圖像之間進(jìn)行區(qū)分。虛擬的幻影器械1311似乎與實(shí)際器械1310類似，除了虛擬的幻影器械1311的顯示方式清楚地將虛擬的幻影器械1311與實(shí)際器械1310區(qū)分開(例如，透明的或半透明的幻影狀圖像、顏色清楚的圖像等等)。虛擬的幻影器械1311的控制和操作與以上對(duì)于實(shí)際的遙控操作的手術(shù)器械所描述的相同。因此，外科醫(yī)生181可以使用主要手指追蹤夾具170來操縱虛擬的幻影器械1311從而演示遙控操作的從手術(shù)器械1310的正確使用。外科醫(yī)生180可以用器械1310來模仿虛擬的幻影器械1311的運(yùn)動(dòng)。虛擬的幻影器械更全面地描述于共同指定的美國專利申請(qǐng)公開號(hào)US2009/0192523A1(2009年3月31日提交，披露了“SyntheticRepresentationofaSurgicalInstrument(手術(shù)器械的綜合表現(xiàn))”)中，將其通過引用以其整體結(jié)合在此。還參見美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/485,503(2009年6月16日提交，披露了“VirturalMeasurementToolforMinimallyInvasiveSurgery(用于微創(chuàng)手術(shù)的虛擬測(cè)量工具)”)；美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/485,545(2009年6月16日提交，披露了“VirtualMeasurementToolforMinimallyInvasiveSurgery(用于微創(chuàng)手術(shù)的虛擬測(cè)量工具)”)；美國專利申請(qǐng)公開號(hào)US2009/0036902A1(2008年8月11日提交，披露了“InteractiveUserInterfacesforRoboticMinimallyInvasiveSurgicalSystems(用于機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)的交互式用戶界面)”)；美國專利申請(qǐng)公開號(hào)US2007/0167702A1(2005年12月30日提交，披露了“MedicalRoboticSystemProvidingThree-DimensionalTelestration(提供三維遠(yuǎn)程圖顯的醫(yī)用機(jī)器人系統(tǒng))”)；美國專利申請(qǐng)公開號(hào)US2007/0156017A1(2005年12月30日提交，披露了“StereoTelestrationforRoboticSurgery(用于機(jī)器人手術(shù)的立體遠(yuǎn)程圖顯)”)以及美國專利申請(qǐng)公開號(hào)US2010/0164950A1(2009年5月13日提交，披露了“Efficient3-DTelestrationforLocalRoboticProctoring(用于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人代理的有效3D遠(yuǎn)程圖顯)”)，各自通過引用以其全文結(jié)合在此。在另一個(gè)方面，代理視像是由主要手指追蹤夾具170及第二主要手指追蹤夾具(在圖1中不可見)控制的一雙虛擬的手1410、1411(圖14)。遙控操作的從手術(shù)器械1420、1421由外科醫(yī)生控制臺(tái)185的主要工具操縱器控制。外科醫(yī)生181在顯示裝置187中看見了視頻圖像1400，而外科醫(yī)生180也在外科醫(yī)生控制臺(tái)185的立體顯示器中看見了視頻圖像1400。虛擬的手1410、1411的顯示方式清楚地將它們與視頻圖像1400中的其他物體區(qū)分開。使用抓握閉合參數(shù)g抓握來控制一只虛擬的手的拇指和食指的打開和閉合(如以上描述的)。這只虛擬的手的位置和取向由控制點(diǎn)的位置和取向來控制(如以上描述的)，它們被映射到眼睛坐標(biāo)空間中，這也是以上描述過的。因此，隨著外科醫(yī)生181在三維上移動(dòng)外科醫(yī)生的右手，虛擬的手1411在視頻圖像1400中跟隨這種移動(dòng)。外科醫(yī)生181可以滾動(dòng)虛擬的手1411來指示外科醫(yī)生180去滾動(dòng)該遙控操作的從手術(shù)器械1421。外科醫(yī)生181可以將虛擬的手1410移動(dòng)到一個(gè)特定方位并接著用拇指和食指的移動(dòng)來指示外科醫(yī)生180將遙控操作的從手術(shù)器械1420移動(dòng)至這個(gè)方位并抓握組織。當(dāng)外科醫(yī)生180用器械1420抓握組織時(shí)，外科醫(yī)生181可以使用虛擬的手1410告訴外科醫(yī)生180如何移動(dòng)該組織。這全都實(shí)時(shí)發(fā)生并且虛擬的手1410、1411在立體內(nèi)窺鏡圖像中是重疊的。然而，這些代理視像也可以用于單像系統(tǒng)中。在另一方面，外科醫(yī)生181使用一個(gè)手勢(shì)姿態(tài)來改變顯示模式，使得代理視像是一個(gè)虛擬的幻影器械1510和一個(gè)虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置1511，這些被呈現(xiàn)在視頻圖像1500中(圖15)。遠(yuǎn)程圖顯裝置1511由主要手指追蹤夾具170控制，而第二主要手指追蹤夾具(在圖1中不可見)控制虛擬的幻影器械1511。遙控操作的從手術(shù)器械1520、1521由外科醫(yī)生控制臺(tái)185的主要工具操縱器控制。外科醫(yī)生181在顯示裝置187中看見了視頻圖像1500，而外科醫(yī)生180也在外科醫(yī)生控制臺(tái)185的立體顯示器中看見了視頻圖像1500。虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置1511和虛擬的幻影器械1411的顯示方式清楚地將它們與視頻圖像1500中的其他物體區(qū)分開。為了用虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置1511進(jìn)行遠(yuǎn)程圖顯，外科醫(yī)生181將拇指和食指放置為就好像抓握一個(gè)假想的鋼筆或鉛筆并且接著以這個(gè)位置的拇指和食指來移動(dòng)右手以便在顯示的視頻圖像中進(jìn)行遠(yuǎn)程圖顯。在視頻圖像1500中，外科醫(yī)生181如此放置拇指和食指并且做出標(biāo)記1512，以展示使用手術(shù)器械1521來切割哪里的組織。在做出標(biāo)記1512之后，外科醫(yī)生1810分開拇指和食指并將虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置1511移動(dòng)至視頻圖像1500中顯示的位置。使用抓握閉合參數(shù)g抓握來控制虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置1511的做標(biāo)記能力(這是以上說明過的)。如以上指出的，當(dāng)拇指和食指剛好碰觸時(shí)，抓握閉合參數(shù)g抓握被映射到在第二范圍內(nèi)的一個(gè)初始值，并且因此當(dāng)抓握閉合參數(shù)g抓握位于該第二范圍內(nèi)時(shí)，針對(duì)遠(yuǎn)程圖顯裝置1511使能/激活遠(yuǎn)程圖顯?？刂泣c(diǎn)的位置和取向在被映射到眼睛坐標(biāo)系中之后被用來控制虛擬的遠(yuǎn)程圖顯裝置1511的運(yùn)動(dòng)。以上這些展示了本發(fā)明的多個(gè)發(fā)明和實(shí)施方案的說明和附圖不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，權(quán)利要求書限定了受保護(hù)的發(fā)明。可以進(jìn)行各種機(jī)械的、組成的、結(jié)構(gòu)的、電氣的以及操作的改變，而不偏離被說明書和權(quán)利要求書的精神和范圍。在一些情況下，為了避免使本發(fā)明不清楚，沒有對(duì)熟知的電路、結(jié)構(gòu)以及技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)地顯示或說明。另外，本說明的術(shù)語不旨在限制本發(fā)明。例如，空間相關(guān)術(shù)語，例如“之下”、“以下”、“下部”、“之上”、“上面”、“近側(cè)”、“遠(yuǎn)側(cè)”等，可以用于描述如在這些圖中展示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。這些空間相關(guān)術(shù)語旨在包括除了圖中所示的位置和取向之外，使用或操作中設(shè)備的不同位置(即，方位)以及取向(即，旋轉(zhuǎn)布局)。例如，如果這些圖中一個(gè)設(shè)備被翻轉(zhuǎn)，描述為在其他元件或特征“以下”或“之下”的元件則應(yīng)當(dāng)在這些其他元件或特征以上或之上。因此，示例性術(shù)語“之下”可以包括之上和之下的位置和取向兩者。另外地一個(gè)設(shè)備可以被其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或以其他方向)并且因此用在此使用的空間相關(guān)描述語進(jìn)行解釋。類似地，沿著并且環(huán)繞各個(gè)軸線移動(dòng)的說明包括各種特定的設(shè)備位置和取向。單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非在上下文中另外地指出。術(shù)語“包括”、“包括了”、“包含”等限定了所述特征、步驟、操作、元件和/或部件的存在但不排除一種或多種其他特征、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或加入。描述為聯(lián)接的部件可以是電性地或機(jī)械地直接聯(lián)接，或它們可以是通過一個(gè)或多個(gè)中間部件的間接聯(lián)接。存儲(chǔ)器是指易失性存儲(chǔ)器、非易失存儲(chǔ)器或這兩者的任何組合。一個(gè)處理器連接在一個(gè)含有該處理器所執(zhí)行的指令的存儲(chǔ)器上。這可以在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)或者替代地通過調(diào)制解調(diào)器和模擬線而連接到另一個(gè)計(jì)算機(jī)上或者通過數(shù)字接口以及數(shù)字進(jìn)位線來實(shí)現(xiàn)連接。在此，一個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括如下介質(zhì)：被配置來儲(chǔ)存這些關(guān)于手追蹤而描述的過程的任何一種或任何組合所需要的計(jì)算機(jī)可讀代碼或者在其中儲(chǔ)存了這些關(guān)于手追蹤而描述的過程的任何一種或任何組合所需要的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的一些例子有CD-ROM磁盤、DVD磁盤、閃存、ROM卡、軟盤、磁帶、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的代表計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的信號(hào)。一個(gè)非瞬時(shí)的實(shí)體計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括如下的非瞬時(shí)的實(shí)體介質(zhì)：被配置來儲(chǔ)存這些關(guān)于不同控制器而描述的過程的任何一種或任何組合所需要的計(jì)算機(jī)可讀代碼或者在其中儲(chǔ)存了這些關(guān)于不同控制器而描述的過程的任何一種或任何組合所需要的計(jì)算機(jī)可讀代碼。非瞬時(shí)的實(shí)體計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品有CD-ROM磁盤、DVD磁盤、閃存、ROM卡、軟盤、磁帶、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器以及其他非瞬時(shí)的實(shí)體儲(chǔ)存介質(zhì)。鑒于本披露，在關(guān)于手追蹤而描述的過程的任何一種或任何組合中使用的指令可以在多種多樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置中使用一個(gè)使用者感興趣的操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序語言來實(shí)施。圖1中不同存儲(chǔ)器和處理器的使用僅是展示性的并且不旨在進(jìn)行限制。在一些方面，可以使用單個(gè)硬件處理器并且在其他方面可以使用多個(gè)處理器。而且，對(duì)于每個(gè)圖示，這些不同的過程分布在一個(gè)手追蹤控制器與一個(gè)系統(tǒng)控制器之間。這也僅是展示性的并且不旨在進(jìn)行限制。這些不同的過程可以分布在多個(gè)控制器上或結(jié)合在一個(gè)控制器中而不改變?cè)撌肿粉欉^程的操作原理。所有例子和展示的參考文獻(xiàn)都是非限制性的并且不應(yīng)該被用來將權(quán)利要求限制為在此說明的具體的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施方案以及它們的等效物。這些標(biāo)題僅用于格式化并且不應(yīng)該被用來以任何方式限制其主題，因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)題下的文本可以交叉引用或應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)標(biāo)題下的文本。最后，鑒于本披露，關(guān)于一個(gè)方面或?qū)嵤┓桨杆f明的具體特征可以應(yīng)用于本發(fā)明的其他披露的方面或?qū)嵤┓桨?，即使它們并未在附圖中明確顯示出或以文本形式進(jìn)行說明。