CN109561934A - 用于医疗程序期间监测患者运动的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了监测医疗器械的方法。该方法可以包括：从与医疗器械通信的控制系统接收状态信息；检测医疗器械的至少一部分的运动并将医疗器械的该部分的运动与基于从控制系统接收到的状态信息的阈值运动值进行比较。该方法可以进一步包括基于该运动与阈值运动值的比较生成用于呈现给医疗器械的操作者的通信消息。本申请还提供了相应的系统。

Description

用于医疗程序期间监测患者运动的系统和方法
相关申请
本专利申请要求2016年8月23日提交的题为“用于医疗程序期间监测患者运动的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING PATIENT MOTION DURING A MEDICALPROCEDURE)”的美国临时专利申请62/378,389的申请日的优先权和权益，该临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及用于医疗程序期间监测患者的运动或医疗系统相对于患者的运动的系统和方法。
背景技术
微创医疗技术意图减少医疗程序期间损伤的组织量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。这种微创技术可以通过患者解剖结构的自然孔口或通过一个或更多个手术切口执行。通过这些自然孔口或切口，操作者可以插入微创医疗器械(包括手术、诊断、治疗或活检器械)以到达目标组织位置。一种这样的微创技术是使用柔性和/或可转向细长装置，诸如能够被插入到解剖通路内并且朝向患者解剖结构内的感兴趣区域被导航的柔性导管。其他微创技术可以包括在患者解剖结构内所操纵的相对刚性装置的使用者。医务人员对这种细长装置的控制涉及几个自由度的管理，包括至少管理细长装置的插入和缩回以及装置的转向。此外，还可以支持不同的操作模式。
在医疗程序期间，患者虽然可能被麻醉，但仍可能移动。例如，无意识的身体移动可能发生，或者患者可能被操作者或存在于外科手术环境中的其他人碰撞或以其他方式移动。另外，微创系统可以相对于患者移动。在微创手术程序(包括图像引导的医疗程序)期间，这种移动可能会引起并发症。
因此，提供用于医疗程序期间监测患者运动的改进方法和系统将是有利的。
发明内容
随附于说明书的权利要求最佳地概括了本发明的实施例。
根据一些实施例，公开了一种在涉及医疗器械的运动的医疗程序期间监测医疗器械的方法。该方法可以包括：从与该医疗器械通信的控制系统接收状态信息；检测该医疗器械的至少一部分的运动，并将该医疗器械的该部分的运动与基于从该控制系统接收到的该状态信息的阈值运动值进行比较。该方法可以进一步包括基于该运动与该阈值运动值的比较来生成用于在显示系统中呈现的通信消息。该方面的其他实施例包括相应计算机系统、设备和记录在一个或更多个计算机存储设备上的计算机程序，其中的每个被配置成执行方法的动作。
根据一些实施例，公开了一种远程操作的医疗系统。该远程操作的医疗系统可以包括远程操作的细长医疗器械、被配置成从系统操作者接收命令以操纵该医疗器械的主控组件，以及与该主控组件和该医疗器械通信的控制系统。该控制系统可以适合于执行操作，这些操作包括从与该医疗器械通信的控制系统接收状态信息、检测该医疗器械的至少一部分的运动，以及将该医疗器械的该部分的运动与基于从该控制系统接收到的该状态信息的阈值运动值进行比较。该控制系统可以适合于基于该运动与该阈值运动值的比较来生成用于呈现给操作者的通信消息。
应理解，以上大致描述和以下详细描述二者本质上是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而非限制本公开的范围。就此而言，根据下面的详细描述，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统的简化示意图。
图2A是根据一些实施例的医疗器械系统的简化示意图。
图2B是根据一些实施例的具有延伸的医疗工具的医疗器械系统的简化示意图。
图2C是根据一些实施例的具有运动链的医疗器械系统的示意图。
图3A和图3B是根据一些实施例的包括被安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间中的患者的侧视图的简化示意图。
图4是根据一些实施例的用于在医疗程序期间监测患者移动的方法的流程图。
图5A、图5B和图5C图示了根据一些实施例的在人肺内使用期间的图2A至图2C、图3A和图3B的医疗器械系统的远端。
图6A和图6B图示了根据一些实施例的可以用于识别患者运动的图像。
图7描绘了根据一些实施例的插入气管插管以便于使用医疗器械系统的患者的侧视图的简化示意图。
图8描绘了根据一些实施例的用户界面。
通过参考随后的详细描述，将最好地理解本公开的实施例及其优点。应认识到，同样的附图标记被用来识别在一个或多个附图中图示的同样的元件，其中的展示是用于图示本公开的实施例的目的，并不是用于限制本公开。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的特定细节。阐述了很多特定细节，以便提供对实施例的充分理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文中公开的特定实施例旨在是图示性的而不是限制性的。本领域技术人员可以实现尽管此处未具体描述但是在本公开的范围和精神内的其他元件。此外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出并描述的一个或更多个特征可以被并入到其他实施例内，除非另外具体描述或如果一个或更多个特征将会使实施例不能工作。
在一些实例中，公知的方法、程序、部件和电路未被详细描述，从而不会不必要地模糊实施例的各方面。
本公开就不同器械和器械部分在三维空间中的位置、取向和/或姿态对其进行描述。如本文所用，术语“位置”指代对象或对象的一部分在三维空间中的定位(例如，沿笛卡儿X、Y和Z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”指代对象或对象的一部分的旋转放置(三个旋转自由度——例如，滚转、俯仰和偏转)。如本文所用，术语“姿态”指代对象或对象的一部分在至少一个平移自由度上的位置以及对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度上的取向(多达总共六个自由度)。如本文所用，术语“形状”指代沿着对象测量的一组姿态、位置或取向。
本公开通常涉及用于监测经历医疗程序的患者的运动的方法和系统。在一些方法中，可以使用专用装置来监测患者P。本公开的实施例利用来自具有除监测患者运动之外的主要目的的组件和器械的信息。因此，本公开的实施例可以通过使其他系统和装置能够次要地提供患者运动监测手段来消除对专用患者运动监测装置的需要。本公开的原理还可以应用于专用装置，以提高其在监测患者运动中的准确性和性能。
图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化示意图。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以适合于在例如手术、诊断、治疗、或活检程序中使用。如图1所示，医疗系统100一般包括用于操作医疗器械104以对患者P执行各种程序的远程操作操纵器组件102。远程操作操纵器组件102被安装于操作台T或安装在操作台T附近。输入控制装置或主控组件106允许操作者O(例如，如图1所示的外科医生、临床医生或医师)控制远程操作操纵器组件102并在一些实施例中观看介入部位。
主控组件106可以位于医师控制台处，所述医师控制台通常与手术台T位于相同的房间中。然而，应当理解，操作者O可以与患者P位于不同的房间或完全不同的建筑中。主控组件106一般包括用于控制远程操作操纵器组件102的一个或更多个控制装置。所述控制装置可以包括任意数量的各种输入装置，诸如操纵杆、跟踪球、数据手套、触发枪、手动操作控制器、语音识别装置、身体动作或存在传感器和/或类似装置。为了为操作者O提供直接控制器械104的强烈感觉，控制装置可以被提供有与关联的医疗器械104相同的自由度。以此方式，控制装置为操作者O提供控制装置与医疗器械104为一体的远程呈现或感知。
在一些实施例中，控制装置可以比相关医疗器械104具有更多或更少的自由度，并且仍向操作者O提供远程呈现。在一些实施例中，控制装置可以可选地是手动输入装置，其以六个自由度移动并且还可以包括用于致动器械(例如，闭合抓爪、施加电势至电极、递送药物治疗和/或诸如此类)的可致动手柄。
远程操作操纵器组件102支撑医疗器械104并且可以包括一个或更多个非伺服控制的连杆的运动学结构(例如，可手动安置并锁定在适当位置的一个或更多个连杆，通常被称为装配结构)以及远程操作操纵器。远程操作操纵器组件102可以任选地包括响应于来自控制系统(例如，控制系统112)的命令而驱动医疗器械104上的输入的多个致动器或马达。致动器可以任选地包括驱动系统，当该驱动系统被耦接到医疗器械104时，该驱动系统将医疗器械104推进到自然的或外科手术创建的解剖孔口。其他驱动系统可以以多个自由度移动医疗器械104的远端，所述多个自由度可以包括三个线性运动自由度(例如，沿X、Y、Z笛卡尔坐标轴的线性运动)和三个旋转运动自由度(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔坐标轴的旋转)。此外，致动器可以被用于致动医疗器械104的可铰接末端执行器，以便将组织抓取在活检设备和/或类似设备的夹具中。致动器位置传感器(诸如解算器、编码器、电位计和其他机构)可以为医疗系统100提供描述马达轴的旋转和取向的传感器数据。这种位置传感器数据可以被用来确定由致动器操纵的对象的运动。
远程操作医疗系统100可以包括传感器系统108，该传感器系统108具有用于接收关于远程操作操纵器组件102的器械的信息的一个或更多个子系统。这些子系统可以包括：位置/定位传感器系统(例如，电磁(EM)传感器系统)；用于确定沿着可以组成医疗器械104的柔性主体的远端和/或一个或更多个节段的位置、取向、速度、速率、姿态和/或形状的形状传感器系统；和/或用于从医疗器械104的远端捕获图像的可视化系统。在一些实施例中，传感器系统108可以包括沿操纵器组件102的运动学链设置的多个传感器。
远程操作医疗系统100还包括显示系统110，用于显示由传感器系统108的子系统生成的外科手术部位和医疗器械104的图像或表示。显示系统100可以进一步用于渲染通信以便呈现给操作者O。显示系统110和主控组件106可以被取向，使得操作者O能够在远程呈现的感知的情况下控制医疗器械104和主控组件106。
在一些实施例中，医疗器械104可以具有可视化系统(在下面更详细地进行讨论)，所述可视化系统可以包括观察视镜(view scope)组件，所述观察视镜组件记录外科手术部位的一个或更多个同时的或实时的图像并且通过医疗系统100的一个或更多个显示器(诸如显示系统110的一个或更多个显示器)为操作者或操作者O提供(一个或更多个)图像。同时的图像可以是例如通过安置在外科手术部位内的内窥镜或其他医疗器械捕获的二维或三维图像。在一些实施例中，可视化系统包括可以被一体地或可移除地耦接到医疗器械104的内窥镜部件。然而，在一些实施例中，被附接到单独操纵器组件的单独内窥镜可以与医疗器械104一起被用来对外科手术部位进行成像。可视化系统可以被实现为与一个或更多个计算机处理器相互作用或另外由一个或更多个计算机处理器(其可以包括控制系统112的处理器)执行的硬件、固件、软件或其组合。
显示系统110也可以显示通过可视化系统捕获的外科手术部位和医疗器械的图像。在一些示例中，远程操作医疗系统100可以配置医疗器械104和主控组件106的控制件，使得医疗器械的相对位置类似于操作者O的眼睛和手的相对位置。以此方式，操作者O能够仿佛在基本真实存在的情况下观察工作空间来操纵医疗器械104和手动控制。通过真实存在感，意味着图像的呈现是模拟物理地操纵医疗器械104的操作者的视角的真实透视图像。
在一些示例中，显示系统110可以使用来自成像技术的图像数据呈现术前或术中记录的外科手术部位的图像，成像技术诸如计算机断层摄影术(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜检查、温度记录法、超声、光学相干断层摄影术(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等。术前或术中图像数据可以被呈现为二维、三维或四维(包括例如基于时间或基于速率的信息)图像，和/或被呈现为来自从术前或术中图像数据集产生的模型的图像。
在一些实施例中，通常为了成像引导的外科手术程序的目的，显示系统110可以显示虚拟的导航图像，在该虚拟的导航图像中医疗器械104的实际位置与术前或同时的图像/模型配准(即动态参考)。这可以被完成，以从医疗器械104的视角向操作者O呈现内部外科手术部位的虚拟图像。在一些示例中，视角可以是从医疗器械104的远侧尖端观看。一些实施例可以显示虚拟的导航图像和捕获图像二者，在手术程序期间虚拟的导航图像和捕获图像在模型被准确地配准时与患者对应。医疗器械104的尖端的图像和/或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上以帮助操作者O控制医疗器械104。在一些示例中，医疗器械104可以在虚拟图像中不可见。
在一些实施例中，显示系统110可以显示虚拟的导航图像，在该虚拟的导航图像中医疗器械104的实际位置与术前图像或同时的图像配准，以从外部视角向操作者O呈现在外科手术部位内的医疗器械104的虚拟图像。医疗器械104的一部分的图像或其他图形或字母数字指示符可以叠加在虚拟图像上以帮助操作者O控制医疗器械104。如本文所描述，数据点的视觉表示可以被渲染到显示系统110。例如，可以以视觉表示将测量的数据点、移动的数据点、配准的数据点以及本文描述的其他数据点显示在显示系统110上。可以通过显示系统110上的多个点或圆斑或作为渲染模型(诸如基于一组数据点所创建的网格或线模型)在用户界面上可视地表示数据点。在一些示例中，数据点可以根据它们表示的数据进行颜色编码。在一些实施例中，在每个处理操作已经被实现以改变数据点之后，视觉表示可以在显示系统110中被刷新。
远程操作医疗系统100还可以包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少一个计算机处理器(未示出)，用于实现医疗器械104、主控组件106、传感器系统108和显示系统110和/或医疗系统100的其他部件之间的控制。控制系统112还包括程序化指令(例如，非临时性机器可读介质存储这些指令)以实现根据本文公开的各方面描述的方法的一些或全部，包括用于向显示系统110提供信息的指令。虽然控制系统112在图1的简化示意图中被示出为单个方框，但该系统可以包括两个或更多个数据处理电路，其中一部分处理可选地在远程操作组件102上或邻近远程操作操纵器组件102执行，另一部分处理在主控组件106处执行和/或类似情况。控制系统112的处理器可以执行一些指令，包括对应于在本文中公开并且在下面更详细地描述的处理的指令。可以利用各种各样的集中式或分布式数据处理架构的任何一种。类似地，程序化指令可以被实现为若干独立的程序或子程序，或者它们可以被集成到本文所描述的远程操作系统的若干其他方面中。在一个实施例中，控制系统112支持无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。
在一些实施例中，控制系统112可以从医疗器械104接收力和/或扭矩反馈。响应于该反馈，控制系统112可以向主控组件106传输信号。在一些示例中，控制系统112可以传输指示远程操作操纵器组件102的一个或更多个致动器移动医疗器械104的信号。医疗器械104可以经由患者P的身体中的开口延伸到患者P的身体内的内部外科手术部位。可以使用任何合适的常规的和/或专门的致动器。在一些示例中，一个或更多个致动器可以与远程操作操纵器组件102分开，或者与远程操作操纵器组件102集成在一起。在一些实施例中，一个或更多个致动器和远程操作操纵器组件102被提供作为邻近患者P和操作台T安置的远程操作推车的一部分。
控制系统112可以可选地进一步包括虚拟可视化系统，以便当在图像引导的外科手术程序期间控制医疗器械104时为操作者O提供导航帮助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航可以基于对采集的解剖通路的术前或术中数据集的引用。虚拟可视化系统处理使用成像技术成像的外科手术部位的图像，成像技术诸如计算机化断层摄影术(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜检查、温度记录法、超声、光学相干断层摄影术(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等。可以与手动输入结合使用的软件被用来将记录的图像转换为局部或整体解剖器官或解剖区域的分段二维或三维复合表示。图像数据集与复合表示相关联。复合表示和图像数据集描述通路的各种位置和形状以及它们的连接性。被用来生成复合表示的图像可以在临床程序期间在术前或术中被记录。在一些实施例中，虚拟可视化系统可以使用标准表示(即，不是患者特定的)或者标准表示与患者特定数据的混合体。复合表示和由该复合表示生成的任何虚拟图像可以表示可变形解剖区域在一个或多个运动阶段期间(例如，在肺的呼吸循环期间)的静态姿势。
在虚拟导航程序期间，传感器系统108可以被用来计算医疗器械104相对于患者P的解剖结构的近似位置。该位置能够被用来产生患者P的解剖结构的宏观水平(外部)跟踪图像和患者P的解剖结构的虚拟内部图像两者。该系统可以实现一个或更多个电磁(EM)传感器、光纤传感器和/或其他传感器，以配准并显示医疗器具连同术前记录的外科手术图像，诸如来自虚拟可视化系统的那些图像是已知的。例如，美国专利申请号13/107,562(2011年5月13日提交)(公开“Medical System Providing Dynamic Registration of aModel of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”)公开了一种这样的系统，该申请通过引用以其整体并入本文。远程操作医疗系统100可以进一步包括可选的部件和支持系统(未示出)，诸如照明系统、转向控制系统、冲洗系统和/或抽吸系统。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以包括一个以上的远程操作操纵器组件和/或一个以上的主控组件。除了其他因素，远程操作操纵器组件的准确数目将取决于外科手术程序和手术室内的空间约束。主控组件106可以与操纵器组件/多个操纵器组件并置，或它们可以被安置在独立的位置中。多个主控组件允许一个以上的操作者以各种组合形式控制一个或更多个远程操作操纵器组件。
图2A是根据一些实施例的医疗器械系统200的简化示意图。在一些实施例中，医疗器械系统200可以在利用远程操作医疗系统100执行的图像引导的医疗程序中被用作医疗器械104。在一些示例中，医疗器械系统200可以被用于非远程操作探索性程序或用在涉及传统手动操作的医疗器械(诸如内窥镜)的程序中。可选地，医疗器械系统200可以被用来收集(即测量)对应于患者(诸如患者P)的解剖通路内的位置处的一组数据点。
图2A和图2B的医疗器械系统200包括被耦接到驱动单元204的细长装置202，诸如柔性导管。驱动单元204可以包括多个致动器，这些致动器能够被控制以转向细长装置的远侧部分。细长装置202包括柔性主体216，该柔性主体216具有近端217和远端218。在一些实施例中，柔性主体216具有大约3mm的外直径。其他柔性主体外直径可以更大或更小。
医疗器械系统200进一步包括跟踪系统230，所述跟踪系统230用于使用如在下面进一步详细描述的一个或多个传感器和/或成像装置来确定远端218和/或沿着柔性主体216的一个或更多个节段224的位置、取向、速度、速率、姿态和/或形状。远端218和近端217之间的柔性主体216的整个长度可以被有效地划分为(多个)节段224。如果医疗器械系统200与远程操作医疗系统100的医疗器械104一致，跟踪系统230可以作为控制系统112的子系统被包括。因此，跟踪系统230可以被可选地实现为与一个或更多个计算机处理器相互作用或由一个或更多个计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，所述一个或更多个计算机处理器可以包括图1中的控制系统112的处理器。
跟踪系统230可以可选地使用形状传感器222来跟踪远端218和/或一个或更多个节段224。形状传感器222可以可选地包括与柔性主体216对齐的光纤(例如，在内部通道(未示出)内提供或外部安装)。在一个实施例中，光纤具有大约200μm的直径。在其他实施例中，该尺寸可以更大或更小。形状传感器222的光纤形成用于确定柔性主体216的形状的光纤弯曲传感器。在一个替代方案中，包括光纤布拉格光栅(FBG)的多光纤芯被用于在一个或更多个维度上在结构中提供应变测量。在美国专利申请号11/180,389(2005年7月13日提交)(公开“Fiber optic position and shape sensing device and method relatingthereto”)；美国专利申请号12/047,056(2004年7月16日提交)(公开“Fiber-optic shapeand relative position sensing”)；以及美国专利号6,389,187(1998年6月17日提交)(公开“Optical Fibre Bend Sensor”)中描述了用于监测三维的光纤形状和相对位置的各种系统和方法，这些申请通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中，传感器可以采用其他合适的应变感测技术，诸如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。在一些实施例中，细长装置的形状可以使用其他技术来确定。例如，柔性主体216的远端姿态的历史能够被用来重建柔性主体216在该时段内的形状。在一些实施例中，跟踪系统230可以可选地和/或额外地使用位置传感器系统220来跟踪远端218。位置传感器系统220可以是EM传感器系统的部件，其中位置传感器系统220包括可以经受外部生成的电磁场的一个或更多个传导线圈。然后EM传感器系统220的每个线圈产生感应电信号，所述感应电信号具有取决于线圈相对于外部生成的电磁场的位置和取向的特性。在一些实施例中，位置传感器系统220可以被配置并且被安置为测量六个自由度(例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰、偏转和滚转的三个取向角)或五个自由度(例如，三个位置坐标X、Y、Z和指示基点的俯仰和偏转的两个取向角)。在美国专利号6,380,732(1999年8月11日提交)(公开“Six-Degree of FreedomTracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked”)中提供了位置传感器系统的进一步描述，该专利通过引用以其整体并入本文。
在一些实施例中，跟踪系统230可以替代地和/或额外地依赖于针对器械系统的已知点沿着交替生理运动(诸如呼吸)的周期所存储的历史姿态、位置或取向数据。该存储的数据可以被用来发展关于柔性主体216的形状信息。在一些示例中，一系列位置传感器(未示出)(诸如与位置传感器220中的传感器类似的电磁(EM)传感器)可以沿着柔性主体216进行安置，并且然后被用于形状感测。在一些示例中，在某一程序期间获取的来自这些传感器中的一个或更多个传感器的数据的历史可以被用来表示细长装置202的形状，特别是如果解剖通路是大致静态的。
柔性主体216包括尺寸和形状设计为接收医疗器械226的通道221。图2B是根据一些实施例的在医疗器械226被延伸的情况下的柔性主体216的简化示意图。在一些实施例中，医疗器械226可以被用于诸如外科手术、活检、消融、辐照、灌注或抽吸的程序。医疗器械226能够通过柔性主体216的通道221来部署，并且在解剖结构内的目标位置处被使用。医疗器械226可以包括例如图像捕获探头、活检器械、激光烧蚀纤维和/或其他手术、诊断或治疗工具。医疗工具可以包括具有单个工作构件的末端执行器，诸如解剖刀、钝刀片、光纤、电极和/或诸如此类。其他末端执行器可以包括例如镊子、抓紧器、剪刀、施夹器和/或诸如此类。其他末端执行器可以进一步包括电激活的末端执行器，诸如电外科电极、换能器、传感器和/或诸如此类。在各种实施例中，医疗器械226是活检器械，其可以被用来从目标结构位置移除样本组织或细胞的采样。医疗器械226可以与也在柔性主体216内的图像捕获探头一起使用。在各种实施例中，医疗器械226可以是图像捕获探头，其包括在柔性主体216的远端218处或附近具有用于捕获图像(包括视频图像)的立体摄像机或单视场摄像机的远端部分，该图像被可视化系统231处理以便显示和/或提供给跟踪系统230以支持对远端218和/或一个或更多个节段224的跟踪。图像捕获探头可以包括被耦接到照相机用于传输所捕获的图像数据的电缆。在一些示例中，图像捕获器械可以是耦接到可视化系统231的光纤束，诸如纤维镜。图像捕获器械可以是单光谱的或多光谱的，例如捕获在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或多个光谱中的图像数据。可替代地，医疗器械226本身可以是图像捕获探头。医疗器械226可以从通道221的开口被推进以执行程序，并且然后当该程序完成时被收回到通道内。医疗器械226可以从柔性主体216的近端217或从沿着柔性主体216的另一可选器械端口(未示出)被移除。
医疗器械226可以额外地容纳在其近端和远端之间延伸以便可控地弯曲医疗器械226的远端的电缆、联动装置或其他致动控制装置(未示出)。在美国专利号7,316,681(2005年10月4日提交)(公开“Articulated Surgical Instrument for Performing MinimallyInvasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”)和美国专利申请号12/286,644(2008年9月30日提交)(公开“Passive Preload andCapstan Drive for SurgicalInstruments”)中详细描述了可转向器械，该专利和专利申请通过引用以其整体并入本文。
柔性主体216也可以容纳在驱动单元204与远端218之间延伸以便如例如由远端218的虚线描绘219示出的那样可控地弯曲远端218的电缆、联动装置或其他转向控制装置(未示出)。在一些示例中，至少四个电缆被用来提供控制远端218的俯仰的独立的“上下”转向和控制远端281的偏转的“左右”转向。在美国专利申请号13/274，208(2011年10月14日提交)(公开“Catheter with Removable Vision Probe”)中详细地描述了可转向细长装置，该专利申请通过引用以其整体并入本文。在医疗器械系统200由远程操作组件致动的实施例中，驱动单元204可以包括可移除地耦接到远程操作组件的驱动元件(诸如致动器)并且从该驱动元件接收动力的驱动输入装置。在一些实施例中，医疗器械系统200可以包括夹紧特征件、手动致动器或用于手动控制医疗器械系统200的运动的其他部件。细长装置202可以是可转向的，或可替代地，该系统在没有用于操作者控制远端218的弯曲的集成机构的情况下可以是不可转向的。在一些示例中，一个或更多个腔被限定在柔性主体216的壁中，医疗器械能够通过所述一个或更多个腔在目标外科手术位置处被部署并且被使用。
在一些实施例中，医疗器械系统200可以包括柔性支气管器械，诸如用于在肺的检查、诊断、活检或治疗中使用的支气管镜或支气管导管。医疗器械系统200也适用于在各种解剖系统(包括结肠、肠、肾或肾盏、大脑、心脏、包括脉管系统的循环系统等)中的任一解剖系统中，经由自然的或外科手术建立的连接通道对其他组织进行导航和治疗。
来自跟踪系统230的信息可以被发送给导航系统232，其中它与来自可视化系统231的信息和/或术前获得的模型进行组合以便为操作者或其他操作者提供实时位置信息。在一些示例中，实时位置信息可以被显示在图1的显示系统110上以用于操作者O控制医疗器械系统200。在一些示例中，图1的控制系统112可以将位置信息用作反馈以便安置医疗器械系统200。2011年5月13日提交的公开“Medical System Providing DynamicRegistration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”的美国专利申请号13/107,562中提供了用于利用光纤传感器来配准和显示具有外科手术图像的外科手术器械的各种系统，该专利申请通过引用以其整体并入本文。
图2C图示了医疗器械系统250，所述医疗器械系统250可以在用远程操作医疗系统100执行的医疗程序中用作医疗器械系统104。图2C是控制臂的操纵器252的透视图，该操纵器252可以被安装到或结合到图1的操纵器组件102中。医疗器械系统250包括由多个关节构成的运动学链。该运动学链中的至少一些关节包括可以与图1的控制系统112通信的关节传感器或编码器以提供关节传感器数据以便于监测和控制医疗器械系统250。
操纵器252包括偏转伺服关节254、俯仰伺服关节256以及插入和撤回(“I/O”)致动器258。外科手术器械259被示出安装在包括安装托架261的器械翼梁260处。示例性直插管262被示出安装到插管安装件264。器械259的轴266延伸通过插管262。操纵器252受到机械约束，使得其使器械259围绕位于沿器械轴的运动的固定远程中心移动。偏转伺服关节254提供偏转运动270、俯仰关节256提供俯仰运动272，并且I/O致动器258提供通过远程中心的插入和撤回运动274。操纵器252可以包括用于跟踪与沿I/O致动器258的插入轴线的伺服位置相关联的位置和速率的编码器和用于跟踪偏转伺服关节254和俯仰伺服关节256的位置和速率的其他编码器。
安装托架261和器械力传递组件276中的匹配力传递盘将来自操纵器252中的致动器的致动力耦合，以移动器械259的各个零件，以便安置和取向安装在弯曲轴266的远端处的探头278。这种致动力通常可以使器械轴266滚动(因此提供通过远程中心的另一个DOF)。可以经由编码器跟踪滚动量。在替代实施例中，器械259可以包括在轴的远端处的腕部，该腕部提供额外的偏转和俯仰DOF。探头278可以是例如视觉探头，诸如具有立体摄像机的立体成像导管或可经由操纵器252引入和安置的三维结构光扫描仪。
在一些示例中，医疗器械系统200或医疗器械系统250可以在图1的医疗系统100的背景下作为操纵器组件102或其部件被远程操作。在一些实施例中，图1的远程操作操纵器组件102可以由直接操作者控制件来代替。在一些示例中，直接操作者控制件可以包括用于器械的手持操作的各种手柄和操作者界面。
图3A和图3B是根据一些实施例的包括被安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化示意图。如图3A和图3B所示，外科手术环境300包括患者P被安置在操作台T上。从通过镇静、约束和/或其他手段来限制总的患者移动的意义上讲，患者P在外科手术环境内可以是静止的。周期性解剖运动(包括患者P的呼吸和心脏运动)可以继续，除非告诉患者屏住他或她的呼吸以暂时中止呼吸运动。因此，在一些实施例中，数据可以在呼吸中的特定阶段(phase)处进行收集，并且利用该阶段来进行标记和识别。在一些实施例中，在其间收集数据的阶段可以根据从患者P收集的生理信息来推测。在外科手术环境300内，医疗器械304被耦接到器械托架306。医疗器械304可以由图2A和图2B的医疗器械系统200提供。在一些实施例中，医疗器械304可以使用EM传感器、形状传感器和/或其他传感器模态。器械托架306被安装到固定于外科手术环境300内的插入台308。可替代地，插入台308可以是可移动的，但是在外科手术环境300内具有已知的定位(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪装置来获知)。器械托架306可以是远程操作操纵器组件(例如，远程操作操纵器组件102)的部件，该部件耦接到医疗器械304以控制插入运动(即沿着A轴线的运动)并且可选地控制细长装置310的远端318沿多个方向的运动(包括偏航、俯仰和滚动)。细长装置310可以是柔性的、可转向的导管。器械托架306或插入台308可以包括控制器械托架306沿着插入台308的运动的致动器(未示出)，诸如伺服马达。
细长装置310被耦接到器械主体312。器械主体312相对于器械托架306被耦接并且被固定。在一些实施例中，光纤形状传感器314被固定在器械主体312上的近侧点316处。在一些实施例中，光纤形状传感器314的近侧点316可以是连同器械主体312一起可移动的，但是近侧点316的位置可以是已知的(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪装置来获知)。形状传感器314测量从近侧点316到另一点(诸如细长装置310的远端318)的形状。医疗器械304可以基本上类似于医疗器械系统200。
当器械主体312在插入台308上沿着插入轴线A移动时，位置测量装置320提供关于器械主体312的位置的信息。位置测量装置320可以包括解算器、编码器、电位计和/或确定控制器械托架306的运动并因此控制器械主体312的运动的致动器的旋转和/或取向的其他传感器。在一些实施例中，插入台308是线性的。在一些实施例中，插入台308可以是弧形的，或者具有弧形和线性区段的组合。
图3A示出了处于沿着插入台308的缩回位置的器械主体312和器械托架306。在该缩回位置中，近侧点316在轴线A上的位置L0处。在沿着插入台308的该位置中，近侧点316的位置的A分量可以被设置为零和/或另一参考值，以提供基本参考来描述器械托架306并且因此近侧点316在插入台308上的位置。通过器械主体312和器械托架306的该缩回位置，细长装置310的远端318可以被刚好安置在患者P的进入孔口内部。同样在该位置中，位置测量装置320可以被设置为零和/或另一参考值(例如，I＝0)。在图3B中，器械主体312和器械托架306已经沿着插入台308的线性轨道推进，并且细长装置310的远端318已经被推进到患者P内。在该推进位置中，近侧点316在轴线A上的位置L1处。在一些示例中，编码器和/或来自控制器械托架306沿着插入台308的移动的一个或更多个致动器的其他位置数据和/或与器械托架306和/或插入台308相关联的一个或更多个位置传感器被用来确定近侧点316相对于位置L0的位置Lx。在一些示例中，位置Lx可以进一步被用作细长装置310的远端318被插入到患者P的解剖结构的通路内的距离或插入深度的指示。
图4是在医疗程序期间监测患者运动以检测经历该程序的患者的运动的方法400的流程图。方法400可以使用具有除患者运动监测之外的主要目的的医疗器械。如图4所示，方法400包括几个列举的步骤或操作，这些步骤或操作可以以所示顺序执行。方法400的实施例可以包括在所列举的操作之前、之后、之间或作为所列举的操作的一部分的附加操作或替代操作。方法400的一些实施例可以省略一个或更多个所列举的操作。此外，方法400的实施例可以包括存储在计算机可读介质上并由处理器(诸如图1的控制系统112的处理器)执行以执行方法400的操作的可执行指令。
因此，方法400的实施例可以从操作402开始，其中可以从与医疗器械通信的控制系统接收状态信息。在操作404处，控制系统可以检测医疗器械的至少一部分的运动。在操作406处，控制系统可以将医疗器械的该部分的运动与基于从控制系统接收到的状态信息的阈值运动值进行比较，以确定患者运动。基于患者运动的确定(其是基于所检测到的运动与阈值运动值的比较)，控制系统可以提供一个或更多个系统响应。在操作408处，控制系统可以基于运动与阈值运动值的比较和患者运动的确定来生成通信用于在显示系统中渲染。并且在操作410处，控制系统可以基于该比较改变对医疗器械的控制。
为了更好地解释方法400的实施例，本文参考附加的图5A至图5C和图6A至图6B，图5A至图5C和图6A至图6B涉及图3A和图3B的细长装置310通过图1和图3的患者P的肺500的解剖通路502的安置。这些通道502包括气管和支气管气道。如图3A和图3B所示，当托架306沿插入台308移动时，细长装置310在肺500的解剖通路502内被推进。为了在肺500内导航细长装置310，操作者O可以在引导托架306沿插入轴线A的移动的同时转向细长装置310的远端318。在通过解剖通路502进行导航时(即在驱动状态下或驱动模式下)，细长装置310呈现出由在细长装置310内延伸的形状传感器314所测量的形状。当细长装置310处于停驻状态或停驻模式(在停驻模式下，没有移动命令经由主控组件106从操作者O被接收)时，控制系统112还可以询问形状传感器314和/或可以提供形状和/或位置信息的附加传感器(诸如电磁系统和/或关节传感器)。在操作402处，医疗系统100的状态可以由控制系统112根据指示当前实施的几种可能状态中的哪一种的状态信息而被接收。除了停驻状态和驱动状态之外，医疗系统100可以具有处理状态，在处理状态中医疗处理被施加到细长装置310的远端318附近的患者解剖结构。例如，医疗处理可以是插入活检针、消融过程、烧灼过程、成像过程、注射或药物输送过程，或任何其他医疗处理。
如本文所述，为了导航到期望的位置，远程操作医疗系统100可以向操作者O提供实时成像。实时图像可以是被捕获的图像。在一些实施例中，图像捕获设备被安置在细长装置310的远端318处。实时图像可以是基于从术前图像或术中图像所导出的计算机模型所渲染的模拟图像或虚拟图像。虚拟图像可以在示出患者P的外部透视图的图像中描绘细长装置310。另外，虚拟图像可以从由细长装置310的远端318的位置和取向所确定的透视图描绘肺500的通路502的内表面的表示。结合图6A和图6B更详细地讨论这种成像，下面进一步描述。
在操作404处，控制系统112可以检测细长装置310的至少一部分的运动。可以通过监测细长装置310的位置随时间的变化来检测运动。例如，细长装置310的位置可以每秒采样10次、每秒采样100次，或以其他合适的频率采样。如图5B所示，细长装置310的远端318已经从第一位置504A移动到第二位置504B。可以使用来自光纤形状传感器314、电磁位置传感器的信息或通过比较在解剖通路502内获得的光学图像来量化该运动。控制系统112可以将第一位置和第二位置504之间的移动与阈值移动值进行比较。该阈值移动值可以由控制系统112实现，以防止将远端318的移动错误识别为患者移动。例如，由于温度波动或其他微小变化，细长装置310的远侧尖端318或另一部分的所指示的位置中的变化可以被配准，而不会发生任何显著的位置变化或移动。
如图5B所图示，可以相对于移动的方向确定阈值移动值。如图所示，远侧尖端318的横向移动可以在横向方向上具有横向阈值移动值506A，而插入/撤回(I/O)移动可以沿细长装置的插入轴线的方向具有插入阈值移动值506B。如图示，在一些实施例中，横向阈值移动值506A可以小于I/O阈值移动值506B。另外，阈值移动值506的幅度可以取决于医疗系统100的状态。例如，在操作402处接收到的状态信息指示医疗系统100(或其操纵器组件102)处于停驻状态时，阈值移动值506的幅度可以小于状态信息指示驱动状态时的幅度。此外，在一些实施例中，阈值移动值可以实现为远侧尖端318周围的三维形状。因此，移动超出该三维阈值的远侧尖端318在笛卡尔X、Y和Z坐标中的给定移动将被控制系统112视为指示患者运动。形状可以是圆形、卵形、矩形、对称、不对称或其他形状。三维阈值形状可以部分地由阈值移动值506限定并且是其函数。在一些实施例中，可替代地或者除了检测到的移动和阈值移动的幅度之外，检测到的移动和阈值移动的频率可以被量化和比较，以确定患者的运动。
通常，细长装置310的实际移动可以在医疗系统100由于周期性生理运动(诸如肺500中的呼吸运动)而处于停驻状态时发生。在其他实施例中，心脏运动可以根据从细长装置310所获得的形状/位置信息来被检测。当识别患者运动时，这种预期的自然运动可以被控制系统112考虑。为了避免错误地触发控制系统112识别由于预期的生理移动导致的患者P的运动，与停驻状态相关联的阈值移动值506可以足以说明这种生理运动。在停驻状态期间从细长装置310所获得的形状/位置信息可以被用于识别和量化诸如来自心跳或呼吸的生理运动。例如，形状/位置信息可以在一段时间内被收集，并且当被识别为循环性或周期性时，可以被视为生理运动。周期性运动的频率和/或幅度可以被用于帮助确定用于建立患者运动的阈值移动值的值。在附加的实施例中，因为生理运动的影响可以取决于细长装置310的位置，所以阈值移动值506的幅度可以基于远侧尖端318的插入深度或三维位置。例如，因为在正常呼吸期间肺500的主支气管可能比肺500的下叶移动得小，所以当被监测的细长装置310的部分被安置在主支气管内时比其安置于肺500中的更深处时，阈值移动值可以更低。在替代实施例中，可以通过使用单独的传感器或设备(诸如呼吸监测器)，监测人工呼吸器、监测患者的心电图、使用运动垫监测患者的胸部移动等来检测生理运动。
如图5B所示，远侧尖端318已经移动大于横向阈值移动值506A的距离。因此，当在操作406处控制系统112将远侧尖端318的移动与横向阈值移动值506A进行比较时，控制系统112可以将该移动检测为指示患者P的显著移动。
现在参考图5C，也可以在驱动状态期间检测患者运动。如上所提到的，当医疗系统100处于驱动状态时，阈值移动值506可以与医疗系统100处于停驻状态时不同。另外，当医疗系统100处于如在操作402处接收到的状态信息指示的停驻状态时，控制系统112可以接收并分析经由主控组件106所提供的来自操作者O的移动命令。例如，在收到移动命令之前，细长装置310的远侧尖端318可以处于第一位置508A。接收到的移动命令可以由命令运动矢量510表示。换言之，从操作者O接收到的移动命令旨在并应指导远侧尖端318(以及细长装置310的尾部)按照矢量510所指示的那样移动，例如在支气管的第一个分支点处朝向壁移动。
相反，如图5C所示，远侧尖端318移动到第二位置508B。该移动可以由控制系统112计算为实际运动矢量512，该实际运动矢量512不同于命令运动矢量510。因为状态信息指示医疗系统100处于驱动状态，所以控制系统112可以比较命令运动矢量510与实际运动矢量512并确定它们之间的差。当命令运动矢量510和实际运动矢量512之间的差超过阈值运动值时，控制系统112可以确定患者P的某些运动已经发生。在一些实施例中，可以测量致动器电流或扭矩并将其与实际运动矢量512进行比较。该比较可以针对阈值致动器值而被评估以确定患者运动。例如，致动器可以施加一定量的扭矩以将细长装置310保持在期望位置处或将细长装置310移动到期望位置。如果细长装置310在患者运动期间与组织接触，则期望运动所需的扭矩量将被增加到指示患者移动的阈值致动器值之上。
现在参考图6A和图6B，其中示出了可由控制系统112用来确定细长装置310的远侧尖端318的运动的图像。图6A包括表示来自远侧尖端318的虚拟视图的图像600A。该虚拟视图是肺500的模型的内部视图，诸如从术前医疗图像或术中医疗图像(诸如CT扫描)导出的表面模型。图6B包括表示由安置在置于肺500内的细长装置310的远侧尖端318处的图像捕获装置获得的实际视图的图像600B。在一些实施例中，控制系统112可以基于由接收到的状态信息指示的状态来选择图像600A的虚拟视图。例如，当医疗系统100处于停驻状态时，细长装置310的远侧尖端318的位置和取向可以被用于从由该位置和取向所指示的透视图生成肺的三维表面模型的虚拟视图。当医疗系统100处于驱动状态时，控制系统112可以生成并使用远侧尖端318的预测透视图，使得实际图像600B可以与基于远侧尖端318的命令运动在给定时间应观看到的表面模型的部分进行比较。控制系统112可以利用图像处理技术来将图像600A的虚拟视图与图像600B的实际视图进行比较。根据图像600之间的关系，控制系统112能够估计它们之间的透视图的差别。
在一些实施例中，控制系统112可以搜索模型以找到最佳对应于实际图像600B的图像，然后计算它们之间的位置和取向的差。可以由控制系统112计算预期图像600A的位置和在模型中识别的与实际图像600B最佳对应的搜索图像的位置。另外，控制系统112可以将实际图像600B与虚拟图像600A进行比较，以确定它们之间的位置和/或取向的差。位置的差可以被控制系统112用来确定远侧尖端318的运动。然后可以将该运动与阈值运动值进行比较以确定患者P是否已经显著移动。
在一些实施例中，图像600A和图像600B二者都可以是实际图像。例如，图像600A可以是在检测到运动的程度之前获得的图像，而图像600B可以是在检测到运动的程度之后获得的图像。控制系统112可以将图像600与从肺500的模型获得的虚拟视图进行比较。例如，控制系统112可以利用图像600来搜索靠近远侧尖端318的区域中由虚拟视图提供的匹配图像。当识别出两个图像600的匹配图像时，肺500模型中与匹配图像相关联的位置之间的矢量可以被用于识别远侧尖端318的运动。可以将该识别的运动矢量与方法400的操作406的实施例中的阈值运动值进行比较，以确定显著的患者移动。
在一些附加的实施例中，一种以上的运动感测模态可以被用于检测患者运动以便提高准确性。例如，来自形状传感器314(第一运动检测模态)和图像处理(第二运动检测模态)两者的信息可以被用于确定患者运动已经发生。在一些实施例中，可以设置阈值，使得如果两个感测模态中的任一个指示运动，则控制系统112采取措施来减轻该运动。另外，其他实施例可以包括较低的阈值并且在控制系统112识别患者运动之前需要超过多个模态的阈值。
如本文所述，经常参考患者P的运动。本公开的一些实施例提供患者P相对于患者坐标系的运动的检测、患者P的一部分相对于另一部分的运动(例如，肺相对于气管的运动)的检测，和/或患者P相对于医疗系统100自身的运动的检测。本公开的一些其他实施例通过检测医疗系统100相对于患者P的运动来提供患者P的运动的检测。因此，本文使用的患者P的运动可以指的是患者P的身体和医疗器械104和/或操纵器组件102之间的相对运动，无论是患者P的身体移动还是医疗器械104或操纵器102移动。
在一些情况下，操作者O或存在于医疗器械104和/或操纵器组件102附近的其他人可能引起医疗器械104和/或操纵器组件102的运动。例如，操作者O可能意外地碰撞器械104，引起细长装置310的远侧尖端的运动。因此，器械104的这种意外碰撞可以被控制系统112解释为患者运动。控制系统112可以自动执行一个或更多个操作以防止由这种患者运动导致的伤害。例如，操作者O可能碰撞图2C的医疗器械系统250。伺服关节254和伺服关节256处的编码器可以向控制系统112报告运动或位置变化。该运动将与预期运动进行比较，无论是处于停驻状态还是驱动状态，以确定患者是否已经移动。因此，医疗系统100的部件相对于患者P的运动可以被控制系统112作为患者P的运动检测并响应。
现在参考图7，示例性气管(ET)插管700被示出为安置在患者P内以便于将细长装置310插入患者P的肺500中。横截面部分702示出了在ET插管700内延伸的细长装置310的一部分。ET插管700的几何形状可以被提供给控制系统112，使得控制系统112获知ET插管700的弯曲704。即使不精确地获知插管中的弯曲704，但弯曲度也足够明显，以在形状数据中识别为与上呼吸道和气管相对应，因为在ET插管700的近端处的细长装置310的部分形成相对于在ET插管700的远端处的细长装置300的部分的已知角度(接近90°)。细长装置310的近端的姿态由于在其中延伸的传感器(如在图示实施例中的光纤形状传感器314)而被获知。基于该形状信息和ET插管700的已知弯曲度，可以识别患者P的气管。在肺内的医疗程序期间，因为细长装置310的存在，患者P的气管不太可能移动。因此，可以监测在任何给定时间安置于ET插管700内的细长装置310的部分以便识别患者P的任何运动。当控制系统112检测到细长装置310的该部分的运动时，控制系统112可能将该运动解释为患者运动的指示。换言之，与气管插管700相关联的阈值运动值可以小于用于检测细长装置310的远侧尖端318处的患者运动的阈值运动值。
ET插管700的一些实施例可以包括已知形状特征，诸如在ET插管700的远端附近示出的扰动706。扰动706可以是小的波动或其他特征，其可以容易地由控制系统112根据从细长装置310接收到的形状信息检测到。在这样的实施例中，可以监测布置在扰动706内的细长装置310的部分以检测如本文所述的患者运动。图4的方法400的其他实施例可以依赖于其他结构来检测指示患者运动的医疗器械的至少一部分的运动。
再次回到图4，在医疗器械的该部分的运动与阈值运动值或若干阈值运动值相比较之后，控制系统112可以基于在操作406处执行的显著患者移动的比较和确定，生成用于在显示系统110中渲染或呈现的通信或消息。在操作408处，如图8所示，可以在显示器中生成并渲染消息。图8描绘了包括图形用户界面800的渲染的显示系统110的实施例。如图8所示，用户界面800包括肺500的渲染，该肺500的渲染可以是从术前或术中图像数据或图像数据本身的渲染导出的表面模型。在用户界面800的所示实施例中还渲染细长装置310的模型。示例性通信即患者运动消息802可以被覆盖在用户界面800上以向操作者O通知控制系统112确定患者P已经移动或者可能已经移动。例如，患者运动消息802可以包括文本(例如“警告：检测到患者运动！”)和/或图形元素以向操作者O通信。在一些实施例中，该消息可以被显示为在显示器的底部、中间或顶部的移动消息或图形。患者运动消息802可以包括与要呈现给操作者O的选项相关联的一个或更多个图形用户界面元素。例如，患者运动消息802可以包括与选项804A相关联的界面元素(例如，可选择按钮)，由此，操作者O可以请求控制系统112丢弃现有的配准并在肺500和肺500的模型之间执行新的配准。选择选项804A还可以包括更新现有配准的请求。消息802可以包括显示数值(或数值的图形表示)，该数值(或数值的图形表示)基于传感器测量和/或顺序图像中的差指示检测到的患者运动幅度。在一些实施例中，患者运动消息802可以包括与选项804B相关联的界面元素，选项804B的选择可以使控制系统112在不更新配准或执行新配准的情况下恢复操作。
其他通信或消息可以由控制系统112生成。例如，控制系统112可以使屏幕或屏幕上的元件闪烁或脉冲。该消息可以包括耦合到控制系统112的扬声器发出的声音，诸如警报声或口头消息。该消息可以是交互式的，并且提供操作者O可以采取或忽略检测到的运动的一些动作的选项(例如，请求更新配准或请求新配准)。在一些实现方式中，控制系统112可以忽略或过滤掉任何移动命令或末端执行器致动命令，直到医师O通过按下物理按钮、虚拟按钮或说出口头命令确认警报消息。
方法400的一些实现方式可以包括识别医疗器械的部分的运动与一个或更多个阈值运动值之间的差的幅度的操作。可以应用阈值控制值，使得仅当差低于阈值控制值时，控制系统112才允许通过选择选项804B忽略患者运动消息802。当差大于阈值控制值时，选项804B不被呈现给操作者O。因此，当检测到第一级别的差时，可以由控制系统112实施第一次干预，而当检测到第二较高级别的差时，可以由控制系统112实施第二次干预。另外，当差超过阈值控制值时，控制系统112可以在操作410处改变对医疗器械的控制。例如，控制系统112可以忽略从主控组件106接收的后续运动命令，直到新配准被执行或现有配准被更新。以这种方式，控制系统112可以防止操作者O依赖于由于患者P或医疗系统100的相对大的运动而导致的可能不可靠的配准。类似地，任何与处理的执行相关的命令(诸如用从远侧尖端318伸出的活检针执行活检)可以被忽略，直到提供可靠的配准以补偿患者P的运动。
本领域普通技术人员能够识别所公开的实施例的组合以及在本公开的范围内的额外特征。因此，通过参考随附的权利要求可以最好地理解本公开的精神和范围。

Claims (36)

1.一种在涉及医疗器械的运动的医疗程序期间监测所述医疗器械的方法，所述方法包括：
从与所述医疗器械通信的控制系统接收状态信息；
通过所述控制系统检测所述医疗器械的至少一部分的运动；以及
将所述医疗器械的所述部分的检测到的运动与基于从所述控制系统接收到的状态信息的阈值运动值进行比较；并且
基于所述检测到的运动与所述阈值运动值的所述比较提供系统响应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述检测到的运动与所述阈值运动值进行所述比较包括以下中的至少一个：
将所述检测到的运动的幅度与阈值运动幅度值进行比较；和
将所述检测到的运动的频率与阈值运动频率值进行比较。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统响应包括：当所述检测到的运动高于所述阈值运动值时，生成用于在显示系统中呈现的消息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述消息包括用以请求执行现有配准的更新的可选择选项。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将所述医疗器械的所述部分的所述检测到的运动与阈值控制值进行比较，其中所述阈值控制值高于所述阈值运动值；
当所述检测到的运动高于所述阈值运动值时，生成用于在显示系统中呈现的消息；以及
当所述检测到的运动高于所述阈值控制值时，忽略从主控组件接收到的运动命令。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统响应包括：基于所述检测到的运动与所述阈值运动值的所述比较，忽略经由与所述控制系统通信的主控组件从操作者接收的命令。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态信息包括以下信息中的至少一个：所述医疗器械处于停驻状态的指示、所述医疗器械处于驱动状态的指示、所述医疗器械处于治疗状态的指示以及来自沿着与所述医疗器械相关联的运动学链布置的传感器的传感器数据。
8.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述医疗器械的所述部分的运动包括监测所述医疗器械的位置的变化，其中使用光纤传感器或至少一个电磁传感器中的至少一个来确定所述位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述医疗器械的所述部分的运动包括使用布置在所述医疗器械的远侧尖端处的图像捕获装置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述医疗器械的所述部分的运动包括：
通过第一运动检测模态检测运动；和
通过第二运动检测模态检测运动，以及
该方法进一步包括将由所述第一运动检测模态检测到的运动与由所述第二运动检测模态检测到的运动进行比较。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述阈值运动值包括阈值第一检测模态值和阈值第二运动检测模态值。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一运动检测模态包括沿着所述医疗器械的长度延伸的光纤形状传感器，并且所述第二运动检测模态包括布置在所述医疗器械的远侧尖端处的图像捕获装置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述图像捕获装置捕获患者的解剖结构的内部的图像，并且其中所述控制系统将所述解剖结构的所述内部的所述图像与从所述解剖结构的模型导出的虚拟视图进行比较。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态信息包括所述医疗器械处于停驻状态的指示，并且所述阈值运动值进一步基于经历使用所述医疗器械的医疗程序的患者的预期自然运动。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述患者的所述预期自然运动是呼吸运动或心脏运动。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态信息包括所述医疗器械处于驱动状态的指示，并且其中所述阈值运动值进一步基于经由与所述控制系统通信的主控组件从操作者接收的命令。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述阈值运动值包括插入阈值运动值和阈值横向运动值。
18.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述医疗器械具有测量的形状；
所述医疗器械的部分延伸通过具有已知形状的结构；和
所述阈值运动值包括与测量的形状相关联的阈值运动值和与已知形状相关联的阈值运动值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中与所述已知形状相关联的所述阈值运动值小于与所述测量的形状相关联的所述阈值运动值。
20.一种医疗系统，其包括：
细长医疗器械；
主控组件，其被配置成接收来自操作者的命令以操纵所述医疗器械；和
控制系统，其与所述主控组件和所述医疗器械通信，所述控制系统适合于执行以下操作，这些操作包括：
接收状态信息；
检测所述医疗器械的至少一部分的运动；和
将所述医疗器械的所述部分的检测到的运动与基于所述状态信息的阈值运动值进行比较。
21.根据权利要求20所述的医疗系统，其进一步包括用于基于所述检测到的运动与所述阈值运动值的所述比较呈现消息的显示器。
22.根据权利要求21所述的医疗系统，其中所述显示器包括用以请求执行现有配准的更新的可选择选项。
23.根据权利要求21所述的医疗系统，其中所述操作进一步包括将所述医疗器械的所述部分的所述检测到的运动与阈值控制值进行比较，其中所述阈值控制值高于所述阈值运动值。
24.根据权利要求23所述的医疗系统，其中：
当所述检测到的运动高于所述阈值运动值时，所述消息被呈现；和
当所述检测到的运动高于所述阈值控制值时，所述主控组件被进一步配置成忽略来自所述操作者的所述命令。
25.根据权利要求20-24中任一项所述的医疗系统，其进一步包括第一运动检测模态和第二运动检测模态，所述第一运动检测模态和所述第二运动检测模态用于检测所述医疗器械的至少一部分的运动。
26.根据权利要求25所述的医疗系统，其中所述阈值运动值包括第一阈值运动检测值和第二阈值运动检测值。
27.根据权利要求25所述的医疗系统，其中：
所述第一运动检测模态包括沿着所述医疗器械的长度延伸的电磁传感器和光纤形状传感器中的至少一个；和
所述第二运动检测模态包括布置在所述医疗器械的远侧尖端处的图像捕获装置。
28.根据权利要求20-24中任一项所述的医疗系统，其中所述医疗器械包括位置传感器和用于控制所述医疗器械的至少一个致动器。
29.根据权利要求28所述的医疗系统，其中所述位置传感器包括沿着所述医疗器械的长度延伸的电磁传感器和光纤形状传感器中的至少一个。
30.根据权利要求28所述的医疗系统，其中检测所述医疗器械的所述部分的运动包括：
通过所述位置传感器检测运动；和
通过所述至少一个致动器检测运动，以及
所述操作进一步包括将由所述位置传感器检测到的运动与由所述至少一个致动器检测到的运动进行比较。
31.根据权利要求20-24中任一项所述的医疗系统，其中：
所述医疗器械包括布置在所述医疗器械的远侧尖端处的图像捕获装置；并且
所述图像捕获装置被配置为捕获患者的解剖结构的内部的图像。
32.根据权利要求31所述的医疗系统，其中检测所述医疗器械的所述部分的运动包括将所述解剖结构的所述内部的所述图像与从所述解剖结构的模型导出的虚拟图像进行比较。
33.根据权利要求20-24中任一项所述的医疗系统，其中所述状态信息包括以下信息中的至少一个：医疗器械停驻状态的指示、医疗器械驱动状态的指示、医疗器械处理状态的指示以及来自沿着与所述细长医疗器械相关联的运动学链布置的传感器的传感器数据。
34.根据权利要求33所述的医疗系统，其中所述阈值运动值进一步基于当所述状态信息指示所述医疗器械处于所述停驻状态时经历医疗程序的患者的预期自然运动。
35.根据权利要求33所述的医疗系统，其中所述阈值运动值进一步基于当所述状态信息指示所述医疗器械处于所述驱动状态时经由与所述控制系统通信的所述主控组件从操作者接收的命令。
36.一种机器可读存储装置，所述机器可读存储装置具有在其上编码的指令，所述指令被配置为使一个或更多个处理装置执行根据权利要求1-19中任一项所述的方法。
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