CN110831498B - 活检装置和系统 - Google Patents

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Abstract

某些方面涉及用于使用活检图案进行活检的活检装置、系统和技术。一些方面涉及将医疗器械的远端部分移动到活检图案的一个或更多个样本定位并且引导器械以从活检图案内的样本定位获得组织样本。一些方面涉及获得活检图案并且基于诸如解剖特征的各种因素调整活检图案内的样本定位。

Description

活检装置和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月12日提交的美国临时申请第62/505,777号的权益，该美国临时申请的全部内容据此通过引用并入本文。
技术领域
本文中所公开的系统和方法涉及医疗程序，并且更具体地涉及活检系统和装置。
背景技术
许多程序需要在患者的解剖结构内进行的导航以及与组织部位的某些相互作用。例如，支气管镜检查是允许医师检查患者肺气道例如支气管和细支气管的内部状况的医疗程序。在医疗程序期间，可以将被称为支气管镜的细的柔性管状工具插入患者的口腔中并且沿患者的喉部向下进入他的/她的肺气道来趋向所识别以进行随后诊断和治疗的靶组织部位。支气管镜可以具有提供到靶组织部位的通路的内腔(“工作通道”)，并且导管和各种医疗工具可以被插入穿过工作通道到达靶组织部位。在一些情况下，可以穿过工作通道插入工具以从靶组织部位进行活检。
发明内容
本公开内容的系统、方法和设备均具有若干创新方面，其中没有单一的一个方面单独地对本文公开的期望属性负责。
一个方面涉及一种被配置成帮助从组织部位获得一组一个或更多个活检样本的系统，该系统包括：器械，可以通过其收集一个或更多个活检样本；致动器，其被配置成控制器械的移动；至少一个计算机可读存储器，其上存储有可执行指令；以及一个或更多个处理器，其与至少一个计算机可读存储器通信并且被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：访问包括组织部位内的一个或更多个样本定位的活检图案；根据活检图案计算器械的移动；以及将器械移动到对应于一个或更多个样本定位的一个或更多个位置。
一些实现方式还可以包括用户输入设备，其被配置成从用户接收信息。一些实现方式还可以包括用户接口屏幕，其被配置成显示活检图案。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：基于来自用户的信息调整活检图案或表示器械向一个或更多个位置的移动的路径。
一些实现方式还可以包括一组一个或更多个定位传感器；并且其中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：基于来自一组定位传感器的数据信号计算(1)一组定位传感器的至少一个位置或(2)器械的远端的位置；以及基于所计算的位置控制向一个或更多个位置的移动。
在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括在器械的远端处的摄像装置。在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括在器械的远端处的超声换能器。在一些实现方式中，超声换能器包括径向扫描或线性扫描换能器。在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括在器械的远端处的电磁(EM)传感器。在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括X射线图像增强器和X射线成像设备。
在一些实现方式中，器械包括被配置成到达组织部位的观察仪器；其中致动器被配置成控制观察仪器的移动；并且其中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：根据活检图案计算观察仪器的移动；以及使致动器将观察仪器移动到对应于一个或更多个样本定位的一个或更多个位置。
在一些实现方式中，器械包括：观察仪器，其被配置成到达组织部位；以及收集设备，其被配置成(1)可移除地放置在观察仪器内或(2)穿过观察仪器并且收集一个或更多个活检样本。在一些实现方式中，观察仪器是内窥镜。在一些实现方式中，一个或更多个处理器还被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：将观察仪器定位到第一位置，确认接收到第一样本，以及响应于确认接收到第一样本而将观察仪器定位到第二位置。
在一些实现方式中，器械包括收集设备，该收集设备被配置成获得一个或更多个活检样本；其中，致动器被配置成控制收集设备的移动；并且其中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：根据活检图案计算收集设备的移动；以及将收集设备移动到对应于一个或更多个样本定位的一个或更多个位置。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器还被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：致动收集设备以从对应于一个或更多个样本定位的一个或更多个位置获得一个或更多个活检样本。在一些实现方式中，收集设备包括针。在一些实现方式中，收集设备还包括在收集设备的远端处的标记；并且其中，一个或更多个处理器还被配置成执行指令以使系统至少进行以下操作：根据标记的移动确定收集设备的移动；以及根据收集设备的移动来调整一个或更多个样本定位。
在一些实现方式中，活检图案包括以至少二维来布置的一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，活检图案包括以与组织部位的形状适配的形状布置一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，活检图案包括以其中心在组织部位内的形状布置的一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，活检图案包括一个或更多个样本位置，该一个或更多个样本位置中的至少一个样本位置与组织部位的中心对应。在一些实现方式中，活检图案包括布置成圆形或网格的一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，活检图案还包括对应于一个或更多个样本位置的一个或更多个采样力、一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度或一个或更多个采样间隔。
另一方面涉及一种被配置成帮助从组织部位获得一个或更多个活检样本的装置，该装置包括：至少一个计算机可读存储器，其上存储有可执行指令；以及一个或更多个处理器，其与至少一个计算机可读存储器通信并且被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：确定用于从组织部位获得一个或更多个活检样本的图案，该图案包括以至少二维来布置的一个或更多个样本位置；基于图案确定用于机器人医疗系统的器械的远端部分的移动的程序计划；以及将器械的远端部分引导到对应于至少二维的图案的一个或更多个定位。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器与至少一个计算机可读存储器进行通信并且被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：将程序计划保存到至少一个计算机可读存储器。在一些实现方式中，一个或更多个处理器与至少一个计算机可读存储器进行通信并且被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：将程序计划传送到机器人医疗系统以引导机器人医疗系统的器械的远端部分。在一些实施方式中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：基于来自一组定位传感器的数据信号计算(1)一组定位传感器的至少一个位置或(2)器械的远端部分的位置；以及基于所计算的位置控制器械的移动。
在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括在器械的远端部分处的超声换能器。在一些实现方式中，超声换能器包括径向扫描或线性扫描换能器。在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括在器械的远端部分处的EM传感器。在一些实现方式中，一组定位传感器中的至少一个包括X射线图像增强器和X射线成像设备。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：根据图案计算观察仪器的移动；以及将观察仪器的远端部分引导到对应于图案的一个或更多个定位。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：根据图案计算收集设备的移动；以及将收集设备的远端部分引导到对应于图案的一个或更多个定位。
在一些实现方式中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：致动收集设备以从对应于图案的一个或更多个定位获得一个或更多个活检样本。在一些实现方式中，一个或更多个处理器被配置成执行指令以使装置至少进行以下操作：响应于采集设备对活检样本的收集，基于标记的移动计算一个或更多个采样定位，在该一个或更多个采样定位处收集设备获得活检样本；将一个或更多个采样定位与活检图案的一个或更多个样本定位进行比较；以及基于一个或更多个采样定位调整活检图案的一个或更多个样本定位。
在一些实现方式中，图案包括以与组织部位的形状适配的形状布置的一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，图案包括以其中心在组织部位内的形状布置的一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，图案包括一个或更多个样本位置，该一个或更多个样本位置中的至少一个样本位置与组织部位的中心对应。在一些实现方式中，图案包括被布置成圆形或网格的一个或更多个样本位置。在一些实现方式中，图案还包括对应于一个或更多个样本位置的一个或更多个采样力、一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度或一个或更多个采样间隔。
又一方面涉及一种用于从患者的靶组织部位收集一个或更多个样本的方法，该方法包括：通过机器人医疗系统的用户接口，接收选择用于靶组织部位内的一个或更多个样本的图案的用户输入；将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到对应于图案内的第一样本定位的第一位置；引导器械以在图案内的第一样本定位处获得第一组织样本；将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到对应于图案内的第二样本位置的第二位置；以及引导器械以在图案内的第二样本定位处获得第二组织样本。
一些实现方式还包括在接收到用户输入之后针对第一样本定位或第二样本定位来调整用于一个或更多个样本的图案。在一些实现方式中，基于一个或更多个解剖特征来调整图案。在一些实现方式中，解剖特征包括一个或更多个血管。在一些实现方式中，调整图案包括测量器械的远端部分的初始定位，以及基于器械的远端部分的初始定位使图案适配于组织部位。
在一些实现方式中，对图案的适配包括计算器械的远端部分从初始定位至第一样本定位或第二样本定位的路线。在一些实现方式中，对图案的适配包括调整器械在第一样本定位或第二样本定位处的一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度、一个或更多个采样间隔或一个或更多个采样力。在一些实现方式中，对图案的调整包括使图案适配于组织部位的形状。在一些实现方式中，对图案的调整包括使图案适配于其中心在组织部位内的形状。在一些实现方式中，对图案的调整包括对图案进行调整使得图案的至少一个样本定位对应于组织部位的中心。
一些实现方式还包括：在引导器械以获得第一组织样本或第二组织样本时，基于患者的呼吸频率来调整器械的远端部分的移动。
在一些实现方式中，在接收到第一样本定位处收集到第一组织样本的通知之后，发生将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到第二位置。
一些实现方式还包括：将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到对应于图案内的第三样本定位的第三位置；以及引导器械以在图案内的第三样本定位处获得第三组织样本。在一些实现方式中，在接收到在第二样本定位处收集到第二组织样本的通知之后，发生将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到第三位置。
在一些实现方式中，将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到第一位置或第二位置包括：基于来自一组定位传感器的数据信号计算器械的远端部分的至少一个位置；以及基于所计算的至少一个位置来控制器械的移动。
一些实现方式还包括：致动器械以从图案内的第一相应样本定位获得第一组织样本。一些实现方式还包括：致动器械以从图案内的第二相应样本定位获得第二组织样本。一些实现方式由一个或更多个硬件处理器执行。
又一方面涉及一种其上存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：接收用于一个或更多个活检样本的图案，所述图案包括患者的靶组织部位内的以至少二维来布置的一个或更多个活检位置；以及将机器人医疗系统的器械的远端部分移动到一个或更多个采样位置，所述一个或更多个采样位置对应于以至少二维的图案布置的一个或更多个活检位置。
在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：基于来自一组定位传感器的数据信号计算器械的远端部分的至少一个位置；以及基于所计算的至少一个位置来控制器械的移动。在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：计算器械的远端部分从初始定位至一个或更多个采样位置的路线。
在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：根据图案计算器械的观察仪器的移动；以及将观察仪器的远端部位移动到一个或更多个采样位置。在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：根据图案计算器械的收集设备的移动；以及将收集设备移动到一个或更多个采样位置。
在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：基于组织部位的一个或更多个解剖特征或患者的呼吸率来调整用于一个或更多个活检样本的图案。在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：基于组织部位内的一个或更多个血管来调整用于一个或更多个活检样品的图案。
在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：测量器械的远端部分的初始定位；以及基于器械的远端部分的初始定位调整用于一个或更多个活检样本的图案，
在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：使图案适配于组织部位的形状。在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：使图案适配于其中心在组织部位内的形状。在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：对图案进行调整使得图案的至少一个采样位置对应于组织部位的中心。
在一些实现方式中，指令在被执行时使得至少一个计算设备至少进行以下操作：调整器械在一个或更多个样本位置处的一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度、一个或更多个采样间隔或一个或更多个采样力。
在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：致动器械的远端部分以从一个或更多个采样位置获得一个或更多个活检样本。在一些实现方式中，指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：接收一个或更多个收集定位，在该一个或更多个收集定位处器械获得一个或更多个活检样本；以及基于一个或更多个收集定位来调整图案。
附图说明
在下文中将结合附图和附加物来描述所公开的各方面，提供这些附图和附加物是为了说明而不是限制所公开的各方面，其中，相似的标记表示相似的元件。
图1A示出了用于实现活检装置和方法的实施方式的示例操作环境。
图1B示出了在图1A的环境中针对活检来导航的示例腔网络。
图1C示出了用于将器械引导到样本定位以在图1B的腔网络中进行活检的示例机器人臂。
图2示出了根据一个实施方式的用于示例外科机器人系统的示例命令控制台。
图3示出了如本文中所述的具有成像能力的示例内窥镜的远端。
图4描绘了如本文中所述的活检引导系统的实施方式的示意性框图。
图5A描绘了用于移动器械以如本文所述帮助从组织部位获得一组一个或更多个活检样本的示例过程的流程图。
图5B描绘了本文所述的用于将器械引导到样本定位以进行活检的示例过程的流程图。
图6A和图6B描绘了本文中所述的用于活检的示例图案。
图7A和图7B示出了用于将器械引导到样本定位以进行活检的另一示例机器人臂。
图8描绘了本文中所述的用于将示例器械引导到样本定位以进行活检的另一示例过程的流程图。
图9A至图9C描绘了可以用于图8的调整块的各种示例过程的流程图。
具体实施方式
引言
本公开内容的实施方式涉及通过接收包括收集活检样本的样本定位的活检图案和/或基于活检图案内的样本定位计算医疗器械的移动来将医疗器械引导到样本定位以在各个靶组织部位(例如，肺气管)进行活检的系统和技术。
当医师通过医疗器械插入活检工具以收集组织样本(例如，经由支气管镜检查)时，医师以可靠且系统的方式对若干不同的附近定位进行活检的能力可以增加收集的材料的量以及收集到可以用于诊断的组织样本的可能性。另外，医师在靶组织部位上以特定图案(例如，预定义图案或者用户定义图案)对组织样本进行活检的能力可以实现从靶组织部位策略性地收集活检样本并且增加收集到异质组织样本的可能性。然而，医疗器械的手动关节运动和/或手动活检会受到移动的可用自由度、控制、稳定性方面的约束的限制。
所公开的系统和技术可以为支气管镜检查活检引导系统和包括用于引导式活检的其他类型的内窥镜检查程序在内的其他应用提供益处。在解剖学中，“腔”可以是指诸如气道、血管或肠的器官的内部开放空间或腔室。如本文中所使用的，“腔网络”是指具有通向靶组织部位的至少一个腔的解剖结构，例如，肺的气道、循环系统和胃肠道系统。因此，尽管本公开内容提供了与支气管镜检查有关的活检引导系统的示例，但是应当理解，所公开的方面可应用于用于活检引导的其他医疗系统。此外，尽管本公开内容提供在靶部位处取得活检样本的示例，但是应当理解，所公开的方面也可应用于其中医疗器械按特定图案(例如，预定义的图案或用户定义的图案)的移动很有用的其他医疗程序。
如本文所使用的，“远端”是指在使用期间观察仪器、器械或工具的被放置得最靠近患者的端部，而“近端”是指观察仪器、器械或工具的被放置得最靠近操作者(例如，医师或机器人控制系统)的端部。换句话说，本文中从操作者的角度描述了观察仪器、器械、工具和/或机器人系统的部件的相对位置。
如本文所使用的，术语“约”或“近似”是指长度、厚度、量、时间段或其他可测量值的测量范围。这样的测量范围包括指定值的和从指定值的+/-10％或更小、优选+/-5％或更小、更优选+/-1％或更小、以及再更优选+/-0.1％或更小的变化，只要这样的变化是适当的以便在所公开的设备、系统和技术中起作用。
出于说明的目的，下面将结合附图描述各种实施方式。应当理解，所公开的构思的许多其他实现方式是可能的，并且利用所公开的实现方式可以实现各种优点。本文中包括标题以供参考，并且标题有助于定位各个部分。这些标题不旨在限制关于其所描述的构思的范围。这样的构思可以适用于整个说明书。
示例活检引导系统的概述
图1A示出了实现所公开的活检系统和技术的一个或更多个方面的示例操作环境100。操作环境100包括患者101、支承患者101的平台102、引导内窥镜115的移动的外科机器人系统110、用于控制外科机器人系统110的操作的命令中心105、电磁(EM)控制器135、EM场发生器120以及EM传感器125、130。图1A还示出了患者101内的腔网络140的区域的轮廓，该腔网络140在图1B中更详细地示出。
外科机器人系统110可以包括一个或更多个机器人臂，其用于定位和引导内窥镜115移动穿过患者101的腔网络140并且在一些情况下致动收集设备(例如，活检针、刷、钳等)。命令中心105可以通信地耦接至外科机器人系统110以用于接收位置数据和/或提供来自用户的控制信号。如本文中所使用的，“通信地耦接”是指任何有线和/或无线数据传输介质，包括但不限于无线广域网(WWAN)(例如，一个或更多个蜂窝网络)、无线局域网(WLAN)(例如，被配置用于一个或更多个标准，例如IEEE 802.11(Wi-Fi))、蓝牙、数据传输线缆等。关于图1C更详细地讨论外科机器人系统110，并且关于图2更详细地讨论命令中心105。
内窥镜115可以是管状且柔性的手术器械，其被插入患者的解剖结构中以捕获解剖结构(例如，身体组织、靶组织部位)的图像并且提供用于将其他医疗器械插入到靶组织部位的工作通道。在一些实现方式中，内窥镜115可以是支气管镜。内窥镜115可以包括在其远端处的一个或更多个定位传感器。一个或更多个定位传感器可以包括成像设备(例如，摄像装置或其他类型的光学传感器)、超声换能器、X射线设备(例如，X射线图像增强器、X射线成像设备和荧光镜检查设备)和/或EM传感器。成像设备可以包括一个或更多个光学部件，例如光纤、光纤阵列、光敏基板和/或透镜。光学部件随内窥镜115的末端一起移动使得内窥镜115的末端的移动引起由成像设备捕获的图像的视场的对应改变。内窥镜115的远端可以设置有一个或更多个超声换能器(例如，径向扫描或线性扫描超声换能器)或被配置成产生解剖结构(例如，身体组织)的图像的X射线设备。从成像设备、超声换能器和/或X射线设备产生的解剖结构的图像可以用于识别内窥镜115的远端的位置和/或取向。在一些实施方式中，可以将患者的解剖结构的一个或更多个模型与解剖结构的图像一起使用以识别内窥镜115的远端的位置和/或取向。作为示例，可以执行术前程序以对患者的肺部进行CT扫描，并且计算系统可以使用来自这些扫描的数据来建立患者的肺部的3D模型。这样的模型可以提供关于肺部腔网络的结构和连通性的3D信息，其在一些示例中包括患者气道的形貌和/或直径。一些CT扫描在屏气时执行使得患者的气道被扩张至其全直径。然后，可以将腔网络的该模型与来自在内窥镜115的远端处的一个或更多个定位传感器的图像一起使用以确定远端的位置和/或取向。
此外，内窥镜115的远端可以设置有一个或更多个EM传感器以用于跟踪远端在腔网络140周围产生的EM场内的位置。在下面参照图3进一步描述内窥镜115的远端。
EM控制器135可以控制EM场发生器120以产生变化的EM场。取决于实施方式，EM场可以是随时间变化的和/或随空间变化的。在一些实施方式中，EM场发生器120可以是EM场发生板。所公开的活检引导系统的一些实施方式可以使用位于患者与支承患者的平台102之间的EM场发生器板，并且EM场发生器板可以包括薄屏蔽件，该薄屏蔽件使由位于其下方的传导性或磁性材料引起的任何跟踪失真最小化。在其他实施方式中，EM场发生器板可以安装在例如与外科机器人系统110中所示的机器人臂类似的机器人臂上，这可以在患者周围提供灵活的设置选项。
并入命令中心105、外科机器人系统110和/或EM控制器135中的EM空间测量系统可以确定被嵌入或设置有诸如EM传感器125、130的EM传感器线圈的对象在EM场内的位置。当EM传感器被放置在如本文中所描述的受控的变化EM场内时，在传感器线圈中感应出电压。可以由EM空间测量系统使用这些感应电压来计算EM传感器的位置和/或取向并且从而计算具有EM传感器的对象的位置和/或取向。由于磁场具有低场强并且可以安全地穿过人体组织，因此可以在没有光学空间测量系统的视线约束的情况下进行对象的定位测量。
EM传感器125可以耦接至内窥镜15的远端以跟踪其在EM场内的定位。EM场相对于EM场发生器是静止的，并且腔网络的3D模型的坐标系可以被映射到EM场的坐标系。
图1B示出了可以在图1A的操作环境100中被导航以进行活检的示例腔网络140。腔网络140包括患者的气道150的分支结构以及可以如本文中所描述的被接近以进行活检的结节155(或病变)。如图所示，结节155位于气道150的外周处。内窥镜115具有第一直径并且因此其远端不能被定位成穿过结节155周围的较小直径气道。因此，可操纵导管145从内窥镜115的工作通道延伸剩余距离至结节155。可操纵导管145可以具有如下腔：诸如活检针、细胞刷和/或组织采样钳的器械可以穿过该腔至结节155的靶组织部位。在这样的实现方式中，内窥镜115的远端和可操纵导管145的远端都可以设置有EM传感器以用于跟踪它们在气道150内的位置。在其他实施方式中，内窥镜115的总直径可以足够小以在没有可操纵导管145的情况下到达所述外周，或者可以足够小以接近所述外周(例如，在2.5cm至3cm内)，从而通过非可操纵的导管(未示出)来部署医疗器械。通过内窥镜115部署的医疗器械可以配备有EM传感器。
在一些实施方式中，如本文中所描述的3D腔网络模型的2D显示或3D模型的截面可以类似于图1B。
图1C示出了用于引导器械移动进入穿过图1B的腔网络140的外科机器人系统110的示例机器人臂175。外科机器人系统110包括耦接至一个或更多个机器人臂例如机器人臂175的基座180。机器人臂175包括在关节165处耦接的多个臂段170，该多个臂段170为机器人臂175提供多个自由度。作为示例，机器人臂175的一个实现方式可以具有对应于七个臂段的七个自由度。在一些实施方式中，机器人臂175包括设置关节，该设置关节使用制动器和平衡件(counter-balance)的组合来维持机器人臂175的位置。平衡件可以包括气弹簧和/或螺旋弹簧。制动器，例如故障安全制动器，可以包括机械和/或电气部件。此外，机器人臂175可以是重力辅助的被动支承型机器人臂。
机械人臂175可以使用机构转换器接口(MCI)160耦接至器械设备操纵器(IDM)190。IDM 190可以被移除并且用不同类型的IDM——例如，被配置成操纵内窥镜的第一类型IDM或被配置成操纵腹腔镜的第二类型IDM——替换。MCI 160包括用于将气动压力、电功率、电信号和光信号从机器人臂175传送至IDM 190的连接器。MCI 160可以是固定螺钉或基座板连接器。IDM 190使用包括直接驱动、谐波驱动、齿轮驱动、带与轮、磁驱动等的技术来操纵诸如内窥镜115的手术器械。MCI 160可基于IDM 190的类型进行互换并且可针对特定类型的手术程序进行定制。机械人臂175可以包括关节级扭矩感测能力(例如，使用位于关节165处或其附近的一个或更多个扭矩传感器)和远端处的手腕。
外科机器人系统110的机械人臂175可以使用伸长移动构件操纵内窥镜115。伸长移动构件可以包括拉线，也被称为拉或推线、线缆、纤维或柔性轴。例如，机器人臂175可以致动耦接至内窥镜115的多个拉线以使内窥镜115的末端偏转。拉线可以包括金属材料和非金属材料两者，例如不锈钢、凯夫拉(Kevlar)、钨、碳纤维等。内窥镜15可以响应于由伸长移动构件施加的力而呈现非线性行为。非线性行为可以基于内窥镜115的刚度和压缩性，以及不同伸长运动构件之间的松弛或刚度的可变性。
基座180可以被定位成使得机器人臂175可以执行或辅助对患者的手术过程，同时诸如医师的用户可以乘着命令控制台的舒适性来控制外科机器人系统10。在一些实施方式中，基座180可以耦接至用于支承患者的手术操作台或床(例如，平台102)。基座180可以通信地耦接至图1A中所示的命令控制台105。
基座180可以包括电源182、气动压力186以及控制和传感器电子设备184——包括诸如中央处理单元、数据总线、控制电路和存储器的部件——以及诸如用于移动机器人臂175的马达的相关致动器。如本文所使用的，术语“致动器”可以是指用于物理地调节机械人臂175的位置和/或取向的机构。电子设备184可以实施本文中描述的活检引导技术。基座180中的电子设备184还可以处理和发送从命令控制台传送的控制信号。在一些实施方式中，基座180包括用于运输外科机器人系统110的轮188和用于轮188的轮锁/制动器(未示出)。外科机器人系统110的移动性有助于适应外科手术室中的空间约束以及便于外科设备的适当定位和移动。此外，移动性允许机器人臂175被配置成使得机器人臂175不会干扰患者、医师、麻醉师或任何其他装备。在程序期间，用户可以使用控制设备例如命令控制台来控制机器人臂175。
图2示出了可以例如用作示例操作环境100中的命令控制台105的示例命令控制台200。命令控制台200包括控制台基座201、显示模块202(例如，监视器)以及控制模块，例如键盘203和操纵杆204。在一些实施方式中，命令控制台200功能中的一个或更多个可以被集成到外科机器人系统110的基座180或通信地耦接至外科机器人系统110的另一系统中。用户205例如医师使用命令控制台200从符合人体工程学的位置远程地控制外科机器人系统110。
控制台基座201可以包括中央处理单元、存储器单元、数据总线和相关联的数据通信端口，其负责解释和处理诸如摄像装置图像的信号并且跟踪例如来自图1A至图1C所示的内窥镜15的传感器数据。在一些实施方式中，控制台基座201和基座180两者均执行用于负荷平衡的信号处理。控制台基座201还可以处理由用户205通过控制模块203和204提供的命令和指令。除了图2所示的键盘203和操纵杆204之外，控制模块可以包括其他设备，例如计算机鼠标、轨迹板、轨迹球、控制板、诸如手持式远程控制器的控制器、以及捕获手部姿势和手指姿势的传感器(例如，运动传感器或摄像装置)。控制器可以包括被映射到器械的操作(例如，接合、驱动、水冲洗等)的一组用户输入(例如，按钮、操纵杆、方向板等)。
使用命令控制台200，用户205可以输入包括一个或更多个样本定位的活检图案，在该样本定位处收集活检样本。在一些实施方式中，使用命令控制台200的用户205可以输入一个或更多个命令以访问活检图案或者输入一个或更多个命令以显示活检图案(例如，经由显示模块202)。在另一实施方式中，使用命令控制台200的用户205可以输入一个或更多个命令以计算医疗器械(例如，内窥镜115、机械人臂175)朝向样本定位的移动。在又一实施方式中，使用命令控制台200的用户205可以输入一个或更多个命令以朝向样本定位移动器械。
用户205可以使用命令控制台200以速度模式或位置控制模式控制诸如内窥镜115的手术器械。在速度模式下，用户205基于使用控制模块的直接手动控制来直接控制内窥镜115的远端的俯仰和偏航运动。例如，操纵杆204上的移动可以被映射到内窥镜115的远端中的偏航和俯仰运动。操纵杆204可以向用户205提供触觉反馈。例如，操纵杆204可以振动以指示内窥镜115不能在某个方向上进一步平移或旋转。命令控制台200还可以提供视觉反馈(例如，弹出消息)和/或音频反馈(例如，蜂鸣声)以指示内窥镜115已经达到最大平移或旋转。如下面更详细描述的，也可以由于系统在患者呼气期间以安全模式操作而提供触觉和/或视觉反馈。
在位置控制模式下，命令控制台200使用如本文中所述的患者腔网络的三维(3D)图和来自定位传感器的输入以控制手术器械，例如内窥镜115。命令控制台200向外科机器人系统110的机器人臂175提供控制信号以将内窥镜115操纵到靶定位。由于依赖于3D图，位置控制模式可能需要患者的解剖结构的准确映射。
在一些实施方式中，用户205可以在不使用命令控制台200的情况下手动操纵外科机器人系统110的机器人臂175。在外科手术室中的设置期间，用户205可以移动机器人臂175、内窥镜15(或多个内窥镜)和其他手术装备以进入患者。外科机器人系统110可以依赖于来自用户205的力反馈和惯性控制以确定机器人臂175和装备的适当配置。
显示器202可以包括一个或更多个用户接口屏幕，例如电子监视器(例如，LCD显示器、LED显示器、触敏显示器)、诸如护目镜或眼镜的虚拟现实观察设备和/或其他显示设备。在一些实施方式中，例如，显示模块202与控制模块集成为具有触摸屏的平板设备。在一些实施方式中，显示器202之一可以显示活检图案或活检图案内的一个或更多个样本定位的虚拟表示。在一些实施方式中，显示器202之一可以显示患者的腔网络的3D模型和虚拟活检信息(例如，靶组织部位中的活检图案的虚拟表示或者基于EM传感器位置在模型内内窥镜的朝向活检图案的样本定位的端部的路径的虚拟表示)，而其他显示器202可以显示从内窥镜115的端部处的摄像装置或另一感测设备接收到的图像信息。在一些实施方式中，用户205可以使用集成的显示器202和控制模块查看数据和将命令输入外科机器人系统110两者。显示器202可以使用诸如遮阳镜(visor)或护目镜(goggle)的立体设备显示3D图像和/或3D图像的2D渲染。3D图像提供了“内视图”(即，内窥镜视图)，内视图是图示患者的解剖结构的计算机3D模型。“内视图”提供了患者体内的虚拟环境以及内窥镜115在患者内部的预期定位。用户205将“内视图”模型与由摄像装置捕获的实际图像进行比较以帮助在心理上定向和确认内窥镜115处于患者内部的正确——或近似正确——的定位。“内视图”提供了与内窥镜115的远端周围的解剖结构(例如，患者的循环血管、肠或结肠、或者气道的形状)有关的信息。显示模块202可以同时显示内窥镜115的远端周围的解剖结构的3D模型和CT扫描。此外，显示模块202可以将内窥镜115的远端的已经确定的路径叠加在3D模型和CT扫描上。
在一些实施方式中，内窥镜115的模型与3D模型一起被显示以帮助指示外科手术的状态。例如，CT扫描识别解剖结构中的可能需要进行活检的结节。在操作期间，显示模块202可以示出由内窥镜115捕获的对应于内窥镜115的当前定位的参考图像。显示模块202可以根据用户设置和特定外科手术来自动地显示内窥镜115的模型的不同视图。例如，当内窥镜115接近患者的手术区域以及活检图案内的样本定位时，显示模块202示出内窥镜115的俯视荧光透视图。
图3示出了具有如本文所描述的成像和EM感测能力的示例内窥镜例如图1A至图1C的内窥镜115的远端300。如图3中所示，内窥镜的远端300包括成像设备315、照明源310并且可以包括EM传感器线圈305的端部。远端300还包括内窥镜的工作通道320的开口，外科器械例如活检针、细胞刷和钳可以沿着内窥镜轴被插入穿过该开口，从而允许接近内窥镜末端附近的区域。
照明源310提供光以照亮解剖空间的一部分。照明源可以各自是被配置成以发射选定波长或波长范围的光的一个或更多个发光设备。波长可以是任何合适的波长，例如可见光谱光、红外光、X射线(例如，用于荧光镜检查)，仅举几个例子。在一些实施方式中，照明源310可以包括位于远端300处的发光二极管(LED)。在一些实施方式中，照明源310可以包括一个或更多个纤维光纤，其延伸穿过内窥镜的长度以通过远端300发送来自远程光源例如X射线发生器的光。在远端300包括多个照明源310的情况下，这些照明源310可以各自被配置成发射彼此相同或不同波长的光。
成像设备315可以包括被配置成将表示接收到的光的能量转换成电信号的任何光敏基板或结构，例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。成像设备315的一些示例可以包括一个或更多个光纤，例如光纤束，其被配置成从内窥镜的远端300向内窥镜的近端处的目镜和/或图像传感器发送图像。成像设备315可以另外地包括根据各种光学设计所需的一个或更多个透镜和/或波长通过或截止滤光器。从照明源310发射的光允许成像设备315捕获患者的腔网络内部的图像。然后，可以将这些图像作为单独的帧或一系列相继帧(例如，视频)发送到计算机系统例如命令控制台200以用于进行本文所描述的处理。
位于远端300上的电磁线圈305可以与电磁跟踪系统一起使用以在内窥镜的远端300被设置在解剖系统内的同时检测内窥镜的远端300的位置和取向。在一些实施方式中，线圈305可以成角度以提供对沿不同轴线的电磁场的灵敏度，从而赋予所公开的导航系统测量全部6个自由度的能力：三个位置和三个角度。在其他实施方式中，可以将仅单个线圈设置在远端300上或设置在远端300内，其中该单个线圈的轴被沿着内窥镜的内窥镜轴定向。由于这样的系统的旋转对称性，其对绕其轴的滚动不敏感，因此在这样的实现方式中仅可以检测到5个自由度。
图4示出了如本文所描述的示例活检引导系统400的示意性框图。如以下更详细描述的，系统400在医疗程序期间组合并分析来自若干不同源的数据以提供医疗器械(例如，内窥镜115)在患者的解剖结构内的移动、定位和/或取向信息的估计，并且更具体地，以确定医疗器械(例如，医疗器械的远端和/或医疗器械的样本收集设备)朝向活检图案内的进行活检的样本定位的移动。系统400包括若干数据存储库，包括活检图案数据存储库405和定位传感器数据存储库415。在一些实施方式中，系统400可以包括呼吸传感器数据存储库425。尽管为了下面的讨论清楚起见在图4中被单独示出，但是将理解，数据存储库中的一些或全部可以一起存储在单个存储器或一组存储器中。系统400还包括若干处理模块，包括样本定位计算器410和器械定位计算器420。在一些实施方式中，系统400可以包括呼吸频率和/或呼吸期识别器430。每个模块可以表示存储器中存储的一组计算机可读指令，以及通过用于一起执行下面描述的特征的指令配置的一个或更多个处理器。活检引导系统400可以被实现为例如上述控制和传感器电子设备184和/或控制台基座201中的一个或更多个数据存储设备和一个或更多个硬件处理器。尽管活检引导系统400被描述为使用来自若干不同源的数据，但是应当理解，活检引导系统400可以使用比图4所示更多、更少和/或不同的数据源。
活检图案数据存储库405是存储表征一个或更多个活检图案的活检图案数据的数据存储设备。活检图案数据存储库405可以包括活检图案内的要收集活检样本的一个或更多个样本定位。一个或更多个样本定位可以以至少二维来布置。在示例实施方式中，样本定位可以以(x，y)的形式存储为元组，其中x和y表示一个或更多个样本定位相对于医疗器械(例如，内窥镜115)的远端在垂直于医疗器械的远端的纵轴的平面上的二维坐标。在另一示例中，活检图案数据的样本定位可以以(x，y，z)的形式存储为元组，其中x、y和z表示一个或更多个样本定位在三维坐标中的坐标。在一些实施方式中，活检图案数据可以表征活检图案的形状和/或中心定位。例如，活检图案可以包括被布置成圆形或网格的一个或更多个样本定位。在其中自动地控制医疗器械的收集设备的其他实施方式中，活检图案数据可以包括：表征医疗器械在一个或更多个样本定位处的一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度、一个或更多个采样间隔、或者一个或更多个采样力的数据。
可以由用户选择或修改由活检图案数据表征的活检图案。在示例实施方式中，用户能够通过例如单击鼠标或触摸触摸屏来与可以示出靶组织部位的解剖模型(例如3D模型)的表示的计算机显示器相互作用来选择活检图案在靶组织部位(例如，要进行活检的结节或病变)中的定位。在另一示例中，用户能够选择活检图案的形状或中心定位。在一些实施方式中，可以通过以下操作来以编程方式识别活检图案：分析解剖模型和所识别的靶组织部位以得到适合于靶组织部位的一个或更多个活检图案(例如，适配于靶组织部位的形状的活检图案)。自动识别的活检图案可以由医师修改。
定位传感器数据存储库415是数据存储设备，该数据存储设备存储表征医疗器械(例如，内窥镜115)的远端的位置和/或取向的定位传感器数据。可以通过来自一个或更多个定位传感器(例如，EM传感器、成像设备、超声换能器或X射线设备)的数据和/或机器人位置数据来确定医疗器械的远端的位置和/或取向。在医疗器械包括远端处的一个或更多个EM传感器(例如，EM传感器125和EM传感器线圈305)的实施方式中，来自EM传感器的数据可以用于识别传感器在EM场内的位置和/或取向。EM传感器的定位传感器数据可以以(x，y，z，tn)的形式存储为元组，其中x、y和z表示在时间tn处传感器在EM场中的坐标。一些实施方式还可以在EM传感器元组中包括器械的滚动、俯仰和偏航。定位传感器数据存储库415可以存储每个基于内窥镜的传感器的对应于若干不同时间的若干这样的元组。在医疗器械包括一个或更多个成像设备(例如，成像设备315或摄像装置)、一个或更多个超声换能器和/或一个或更多个X射线设备的实施方式中，图像数据可以是在各种实施方式中的视频序列中的离散图像或一系列图像帧。
机器人位置数据是从外科机器人系统110接收数据，例如与医疗器械或医疗器械的一部分(例如器械末端或远端)通过外科机器人系统110在患者的解剖结构内的物理移动有关的数据。示例机器人位置数据例如可以包括：指示器械末端到达指定解剖部位和/或改变其在患者的解剖结构内的取向(例如，利用内窥镜器械的引导器(leader)和护套(sheath)中的一者或两者的特定俯仰、滚动、偏航、插入和缩回)的命令数据；表示医疗器械的一部分(例如器械末端或护套)的插入移动的插入数据；IDM数据(例如，来自IDM 190的数据)；以及表示医疗器械的伸长构件的机械移动的机械数据，例如驱动内窥镜在解剖结构内的实际移动的内窥镜的一个或更多个拉线、腱或轴的运动。机器人位置数据可以由医疗器械的远端的一个或更多个控制器(例如，机器人臂175)跟踪。
在一些实施方式中，系统400可以包括呼吸传感器数据存储库425。呼吸传感器数据存储库425是存储从呼吸传感器得到的呼吸传感器数据的数据存储设备。呼吸传感器可以包括EM传感器130、声学呼吸传感器、具有被定位成捕获腔网络的图像的视场的图像传感器以及呼吸机充气/放气信息。在一些实施方式中，呼吸传感器可以包括若干EM传感器130，并且呼吸传感器数据存储库405中的数据可以包括针对每个传感器的表示传感器在EM场中随时间变化的位置的时间相关位置数据。例如，每个传感器的呼吸传感器数据可以以(x，y，z，tn)的形式存储为元组，其中x、y和z表示在时间tn处传感器在EM场中的坐标。呼吸传感器数据存储库425可以存储每个传感器的对应于若干不同时间的若干这样的元组。在内窥镜15是支气管镜并且活检样本将在肺中进行采集的实施方式中，呼吸传感器数据可以特别有用。
样本定位计算器410是被配置成从活检图案数据存储库405以及在一些实施方式中另外从定位传感器数据415和/或呼吸传感器数据425接收数据的模块，并且分析这样的数据以计算活检图案内的一个或更多个样本定位。在一些实施方式中，样本定位计算器410可以被配置成基于使用用户输入设备(例如，命令控制台200)的用户的一个或更多个输入来确定活检图案内的样本定位。例如，如上所述，用户输入可以包括样本定位、穿透深度、采样速度、采样间隔、在样本定位处的采样力、活检图案的形状和/或活检图案的中心定位。在其他实施方式中，样本定位计算器410还可以被配置成基于靶组织(例如，血管网络)的解剖特征来调整活检图案内的样本定位。在示例实施方式中，样本定位计算器410可以调整活检图案以避开血管网络内的在靶组织部位附近的血管。在示例实施方式中，样本定位计算器410可以调整活检图案以适配组织部位的形状。在另一示例中，样本定位计算器410可以调整活检图案以布置成其中心在组织部位内的形状。在又一示例中，样本定位计算器410可以调整活检图案使得活检图案内的样本定位中的至少一个对应于组织部位的中心。在示例实施方式中，在医疗器械收集一个或更多个活检样本之后，样本定位计算器410可以被配置成基于通过医疗器械远端的移动(例如，通过上述定位传感器)检测到的收集活检样本的实际定位来调整活检图案中的一个或更多个样本定位。在其他实施方式中，样本定位计算器410还可以被配置成基于来自用户的一个或更多个用户输入来调整活检图案内的样本定位。
器械定位计算器420是从定位传感器数据存储库415接收数据并且使用这样的数据来确定医疗器械(例如，内窥镜)的远端的定位和/或取向的模块。例如，器械定位计算器420可以被配置成将来自一个或更多个定位传感器的数据转换成医疗器械的远端的3D模型坐标和/或取向。
在一些实施方式中，可以将上述患者的解剖结构(例如，靶组织部位)的一个或更多个模型与来自定位数据存储库415的数据一起使用以识别医疗器械的远端的位置和/或取向。例如，可以执行术前程序以对患者的靶组织部位的解剖结构进行CT扫描，并且计算系统可以使用来自这些扫描的数据来构建解剖结构的3D模型。这样的模型可以提供与靶组织部位的结构和连通性有关的3D信息。然后，可以执行被称为“配准”的过程以执行从EM场发生器120的坐标系至模型的坐标系(例如，通过CT扫描生成的术前模型的坐标系)的几何变换，其中，被称为“配准”的过程查找在不同坐标系之间对准一个或更多个对象的几何变换。该配准过程在2016年9月17日提交的题为“Navigation of Tubular Networks”的美国申请第15/268,238中进行了描述，其公开内容据此通过引用并入本文。在一些实现方式中，用于执行几何变换的数据(例如，一个或更多个对象在不同坐标系中的定位)——也称为配准数据——可以连续或周期性地被更新。
在医疗器械包括在其远端处的一个或更多个EM传感器的实施方式中，器械定位计算器420可以被配置成将EM传感器坐标转换为3D模型坐标。器械定位计算器420计算EM传感器相对于EM场发生器的位置的初始位置。该位置还对应于3D模型内的定位。为了将EM传感器的初始位置从EM坐标系转换到模型坐标系，器械定位计算器420可以访问EM坐标系与模型坐标系之间的映射(例如，配准数据)。为了将器械的位置转换成3D模型坐标系，器械定位计算器420可以使用表示3D模型的形貌的数据、表示EM场与3D模型的坐标系之间的映射的数据和/或器械在EM场中的位置。
在医疗器械包括在器械的远端处的成像设备、X射线设备和/或超声换能器的实施方式中，器械定位计算器420可以被配置成基于来自定位数据存储库415的数据识别患者的一个或更多个解剖特征(例如，气管的主隆突)。在一些实现方式中，器械定位计算器420可以实现对象识别技术，通过该技术，器械定位计算器420可以检测图像数据的视场中存在的对象，例如分支开口、病变、结节或颗粒。使用对象识别，图像分析器可以输出指示关于何种对象被识别以及表示为概率的对象的位置、取向和/或大小的信息的对象数据。作为一个示例，对象识别可以用于检测可以指示腔网络中的分支点的对象并且然后确定其位置、大小和/或取向。在一些实施方式中，在腔网络内的给定图像中，每个分支通常将显示为暗的、近似椭圆形区域，并且这些区域可以由处理器使用区域检测算法例如最大稳定极值区域(MSER)作为对象来自动检测。器械定位计算器420可以使用与其他技术结合的光反射强度来识别气道。在一些实施方式中，器械定位计算器420还可以被配置成例如经由自动特征分析来识别内窥镜的远端何时已经到达解剖特征。在其他实施方式中，器械定位计算器420还可以被配置成基于器械的远端与解剖特征之间的相对关系来确定器械的远端的定位和/或取向。与基于EM的分析相比，这样的基于图像的分析可以对由于患者呼吸运动造成的噪声影响较小。如上所述的患者的解剖结构的一个或更多个模型可以与来自定位数据存储库415的数据一起使用以识别医疗器械的远端的位置和/或取向。
在一些实施方式中，器械定位计算器420可以使用从外科机器人系统110接收到的机器人位置数据来确定医疗器械的远端的位置和/或取向。例如，可以通过累积地跟踪指示医疗器械的远端的移动(例如，器械的俯仰、滚动、偏航、插入和缩回)的命令数据或表示器械远端的机械移动(例如，控制器、拉线、腱或轴的移动)的机械数据来计算医疗器械的远端的位置和/或取向。
在其他实施方式中，器械定位计算器420可以从定位传感器数据存储库415以及呼吸频率和/或呼吸期识别器430接收数据并且使用这样的数据来减少由于患者的腔网络的循环移动而引起的从定位传感器接收到的信号中的“噪声”。例如，在一些实现方式中，器械定位计算器420可以基于所确定的呼吸频率生成滤波器，并且将滤波器应用于来自定位传感器的数据。在另一实现方式中，器械定位估计器420可以识别一个或更多个呼吸传感器在呼吸期间的位移的大小，并且可以将位移值作为偏置应用于由定位传感器数据指示的位置。这可以例如通过以下操作来动态地执行：识别时间tn处的呼吸传感器位移并且将其作为偏置应用于时间tn处的器械位置，识别时间tn+1处的下一呼吸传感器位移并且将其作为偏置应用于时间tn+1处的器械位置，以此类推。在2017年3月31日提交的题为“RoboticSystems For Navigation of Luminal Networks that Compensate for PhysiologicalNoise,”的美国临时专利申请第62/480,257——其公开内容据此通过引用并入本文——中描述了针对患者的循环呼吸器移动来补偿定位数据的方法。
在一些实施方式中，系统400可以包括呼吸频率和/或呼吸期识别器430。呼吸频率和/或呼吸期识别器430是被配置成从呼吸传感器数据存储库425接收数据并且分析这样的数据以计算呼吸频率和/或呼吸期的模块。频率是指相继呼吸期之间——例如在吸气和呼气的相继循环之间——的时间间隔。呼吸期是指呼吸循环是吸气期(例如，当患者吸气时)还是呼气期(例如，当患者呼气时)。一些实施方式可以使用傅立叶变换以使用来自各种实施方式中的传感器中的一个或全部的数据来根据呼吸传感器数据提取呼吸频率。
器械移动计算器450是被配置成从样本定位计算器410和/或器械定位计算器420和/或在一些实施方式中另外从呼吸频率/呼吸期识别器430接收数据并且分析这样的数据以确定医疗器械向活检图案内的一个或更多个样本定位的移动(例如，医疗器械的远端的一个或更多个路线)的模块。医疗器械的移动可以由用户选择，或者可以由器械移动计算器450自动确定。在一些实施方式中，用户能够通过例如点击鼠标或触摸触摸屏与能够显示活检图案和/或3D模型的计算机显示器相互作用来选择靶的定位。在其他实施方式中，可以以编程方式(例如，通过分析模型和/或活检图案)识别移动以得到到活检图案内的样本定位的最短路径。路径可以由医师识别，或者自动识别的路径可以由医师修改。
在一些实施方式中，器械移动计算器450还可以被配置成基于来自用户的信息调整器械向一个或更多个位置的移动。例如，在调整的每个步骤之前和/或之后的医疗器械的移动可以经由用户输入设备(例如，命令控制台105或命令控制台200)向用户显示，以及/或者可以通过用户的输入来调整。在每次调整之后，医疗器械的移动可以保存在一个或更多个计算机可读存储器(例如，控制和传感器电子设备184中的存储器)中。在用户的命令下，器械移动计算器450可以将与器械的移动有关的数据传送到将在下面描述的器械控制器460以引导器械的远端。在另一示例中，在医疗器械收集一个或更多个活检样本之后，器械移动计算器450可以被配置成基于器械收集活检样本所采取的实际移动和/或通过医疗器械的移动(例如，通过上述定位传感器)检测到的器械收集活检样本的实际定位来调整移动。在一些实施方式中，数据可以直接或间接地指定器械的定位、取向、路线、位置等的变化。例如，数据可以包括医疗器械到达活检图案内的一个或更多个样本定位所采取的一个或更多个路径。替选地或另外地，数据可以包括医疗器械的远端的定位、取向、俯仰、滚动、偏航、插入、缩回和/或偏转角。
器械控制器460是从器械移动计算器450接收数据并且使用该数据来指导外科机器人系统110的操作以将器械的远端部分引导到活检图案内的一个或更多个样本定位的模块。器械控制器460可以被配置成指导医疗器械的伸长构件的机械移动(例如，器械的一个或更多个拉线、腱或轴的运动)。在一些实施方式中，器械控制器460可以将医疗器械的远端引导到活检图案内的第一样本定位，等待直到接收到确认在第一样本定位收集第一活检样本的用户输入，以及然后响应于确认收集到第一样品而将医疗器械的远端引导到第二样本定位。可以重复这些步骤以收集更多的活检样本。
根据本公开内容的一个或更多个方面，图5A描绘了用于移动器械以帮助如本文所述从组织部位获得一组一个或更多个活检样本的示例过程500的流程图。过程500可以在图4的活检引导系统400、图1的控制和传感器电子设备184、机器人医疗系统(例如，图1的外科机器人系统110)和/或图2的控制台基座201或其部件中实现。尽管示例过程500的块可以由如上所述的示例系统的一个或更多个部件执行，但是为了便于描述，示例过程500将被描述为由系统执行。在示例实现方式中，系统可以包括：器械，可以通过该器械收集一个或更多个活检样本；致动器，其被配置成控制器械的移动；至少一个计算机可读存储器，其上存储有可执行指令；以及一个或更多个处理器，其与至少一个计算机可读存储器进行通信并且被配置成执行指令。在一些情况下，示例过程500的一些块可以由系统的用户执行或者由系统基于经由用户输入设备从用户接收的命令来执行。
在块505处，系统可以访问包括组织部位内的一个或更多个样本定位的活检图案。在某些实施方式中，可以基于用户输入来访问活检图案，该用户输入通过用户接口识别用于靶组织部位内的一个或更多个样本的图案。系统可以基于接收到的使用输入从例如活检图案数据存储库405访问一个或更多个活检图案。
在块510处，系统可以根据活检图案来计算器械的移动。在某些实施方式中，计算器械的移动可以涉及基于来自一组定位传感器的数据信号来计算该组定位传感器的至少一个位置和/或器械的远端的位置。因此，系统可以计算器械的移动，该移动可以用于将器械从器械的远端的位置移动到一个或更多个样本定位中的每一个。在一些实施方式中，所计算的器械的移动可以直接或间接地指定器械的定位、取向、路线、位置等的变化。例如，所计算的移动可以包括器械的远端部分为到达活检图案内的一个或更多个样本定位可能采取的一个或更多个路线。替选地或另外地，数据可以包括器械的远端部分的定位、取向、俯仰、滚动、偏航、插入、缩回和/或偏转角。
在块515处，系统可以将器械移动到对应于一个或更多个样本定位的一个或更多个位置。这可以包括系统基于块510中计算出的器械移动来移动器械的远端部分。器械向一个或更多个位置的移动可以有助于从组织部位收集一个或更多个活检样本。在一些示例实施方式中，该器械可以包括：观察仪器，其被配置成到达组织部位；以及收集设备，其被配置成穿过该观察仪器以从组织部位收集一个或更多个活检样本。
根据本公开内容的一个或更多个方面，图5B描绘了用于引导器械以进行如本文中所述的对一个或更多个样本的活检的示例过程550的流程图。过程550可以在图4的活检引导系统400、图1的控制和传感器电子设备184、机器人医疗系统(例如，图1的外科机器人系统110)和/或图2的控制台基座201或其部件中实现。在一些情况下，示例过程550的一些块可以由系统的用户执行，例如块565。
在块555处，样本定位计算器410可以通过用户接口接收用户输入，该用户输入选择用于靶组织部位内的一个或更多个样本的图案。在某些实施方式中，系统可以基于接收到的使用输入从例如活检图案数据存储库405访问一个或更多个活检图案。如上所述，活检图案可以包括靶组织部位内的要在其处进行活检的一组一个或更多个样本定位。在一些实施方式中，可以基于关于如上所述的活检图案的一个或更多个用户输入来创建或调整活检图案数据。活检图案可以是患者的靶组织部位(或靶组织部位的一部分)内的进行活检的样本定位的任何二维或三维表示。此外，活检图案可以包括附加属性，例如对应于一个或更多个样本位置的一个或更多个采样力、穿透深度、一个或更多个采样速度或一个或更多个采样间隔。
在块560处，器械控制器460可以将器械的远端部分移动到对应于活检图案内的第一样本定位的第一位置。这可以包括器械控制器460接收关于器械的移动的数据(例如，从器械移动计算器450)并且基于接收到的数据来移动器械的远端部分。在一些实施方式中，关于器械移动的数据可以直接地或间接地指定器械的定位、取向、路径、位置等的变化。例如，数据可以包括器械的远端部分为到达活检图案内的一个或更多个样本定位可能采取的一个或更多个路径。替选地或另外地，数据可以包括器械的远端部分的定位、取向、俯仰、滚动、偏航、插入、缩回和/或偏转角。
如上所述，在一些实施方式中，可以基于来自样本定位计算器410、器械定位计算器420和/或呼吸频率/呼吸期识别器430的数据(例如，通过器械移动计算器450)计算器械朝向第一样本定位的移动。来自样本定位计算器410的数据与活检图案内的样本定位有关，并且可以从活检图案数据存储库405得到。来自器械定位计算器420的数据与器械的远端部分的定位和/或取向有关并且可以从器械传感器(例如，EM传感器、成像设备、X射线设备、超声换能器或器械控制器)和/或定位传感器数据存储库415得到。在一些实施方式中，来自呼吸频率/呼吸期识别器430的数据与由于呼吸引起的患者的解剖结构的移动有关并且可以从呼吸传感器和/或呼吸传感器数据存储库425得到。
在块565处，方法550可以涉及引导器械以在活检图案内的第一样本定位处获得第一组织样本。在一些实施方式中，器械(例如，内窥镜115)为收集设备提供引导或路径，该收集设备可以被插入穿过器械或沿着器械插入以在活检图案内的第一样本定位处收集第一组织样本。例如，在一些实施方式中，第一组织样本可以由用户经由收集设备手动收集，例如通过手动插入收集设备穿过内窥镜115的工作通道320。如上所述，在块560处，器械控制器460可以将器械放置在图案内的第一样本定位处，这又可以通过为收集设备提供路径或引导来帮助用户在第一样本定位处收集第一组织样本。在下面将描述的另一实施方式中，器械可以包括机器人控制的收集设备，并且器械控制器460可以控制收集设备的移动并且致动收集设备以在第一样本定位处收集第一组织样本。
块565可以断定何时器械控制器确定组织样本已经在第一样本定位处被收集。根据一些实施方式，器械控制器可以基于器械控制器经由用户输入设备(例如，命令控制台200)从用户接收到完成对组织样本(例如，第一组织样本)的收集的通知来确定组织样本已被收集。在一些情况下，用户输入设备可以提示用户指示收集步骤已完成。在一些实施方式中，器械控制器可以例如使用定位传感器(例如，成像设备、超声换能器、X射线设备和/或EM传感器)检测从样本定位(例如，第一样本定位)收集到组织样本(例如，第一组织样本)。
在块570处，器械控制器460将器械的远端部分移动到对应于活检图案内的第二样本定位的第二位置。这可以包括器械控制器460接收关于器械的移动的数据(例如，从器械移动计算器450)并且基于接收到的数据来移动器械的远端部分。如上所述，在一些实施方式中，可以基于来自样本定位计算器410、器械定位计算器420和/或呼吸频率/呼吸期识别器430的数据计算器械朝向第二样本定位的移动(例如，通过器械移动计算器450)。
在块575处，方法550可以涉及引导器械以在活检图案内的第二样本定位处获得第二组织样本。在一些实施方式中，如上关于块565所提及的，器械(例如，内窥镜115)为收集设备提供引导或路径，该收集设备可以被沿着器械插入或插入穿过器械以在活检图案内的第二样本定位处收集第二组织样本。例如，在一些实施方式中，通过经由内窥镜115的工作通道320手动地插入收集设备来手动地进行活检收集。如上所述，在块570处，器械控制器460可以将器械放置在图案内的第二样本定位处，这可以通过提供穿过器械或沿着器械(例如，穿过工作通道320)朝向第二样本定位的路径来帮助用户在第二样本定位处收集第二组织样本。在机器人控制活检收集的另一实施方式中，器械控制器460可以控制器械的收集设备的移动并且指导收集设备以在第二样本定位处收集第二组织样本。针对图案内的附加采样定位，可以重复上述块中的一个或更多个块。
根据本公开内容的一个或更多个方面，图6A和图6B描述了示例活检图案以及医疗器械的远端向活检图案内的样本定位的示例移动。
图6A描绘了一个示例活检图案数据600A，其包括活检图案605以及医疗器械的远端朝向样本定位的移动610，该活检图案605包括将在其处收集活检组织的一组样本定位。活检图案605包括在垂直于医疗器械的伸长构件的纵轴的平面上被布置成二维圆形的六个样本定位。医疗器械的远端的移动610示出了从医疗器械的远端(其取向指向圆形活检图案604的中心)到六个样本定位的最短线性路径。
图6B描绘了另一示例活检图案数据600B，其包括活检图案615以及医疗器械的远端朝向样本定位的移动620，该活检图案615包括一组样本定位。活检图案615包括在垂直于医疗器械的伸长构件的纵轴的平面上被布置成二维网格的九个样本定位。医疗器械的远端的移动620示出了从医疗器械的远端(其以垂直方式指向网格活检图案604的中心)到九个样本定位的最短线性路径。
活检图案605和/或615可以从用户输入得到，或者可以在活检图案数据存储库405中预定为默认的活检图案。活检图案605和/或615以及移动610和/或620可以经由用户输入/输出设备(例如，命令控制台105或命令控制台200)显示给用户和/或可以通过用户输入来调整。例如，用户可以经由用户输入设备来调整样本定位的数目或活检图案的形状的大小。在另一示例中，可以将活检图案605和/或615(例如，通过样本定位计算器410)调整成符合靶组织部位的形状和/或3D形貌。在一些实施方式中，移动610和/或620可以由用户和/或活检引导系统400修改。例如，可以将移动610和/或620显示给用户并且用户可以修改移动610和/或620以避开某些解剖特征。在一些实施方式中，可以将移动610和/或620和/或样本定位可视地显示给用户并且在一些实施方式中可以使其叠加在从器械115获得的图像上。
另一示例外科机器人系统的概述
图7A和图7B示出了本文中所述的外科机器人系统710的另一示例机器人臂775和/或795，其中外科机器人系统710包括器械(例如，内窥镜715)，该器械包括被配置成收集活检样本的机器人控制的收集设备717。在一些情况下，机器人控制的收集设备717可以由第二机器人臂(例如，机器人臂1775)控制，其中收集设备被插入穿过由第一机器人臂(例如，机器人手臂775)控制的内窥镜715的工作通道。此外，应当理解，可以在机器人系统710中使用一个或更多个附加臂来控制其他部件。作为一个示例，附加臂(例如，与臂775和1775分开的臂)可以控制护套。护套可以是具有内窥镜穿过的工作通道的可铰接器械。护套的目的可以是向内窥镜提供附加的关节连接点，并且另外地或替选地向内窥镜提供附加的结构支承。
在图7A和图7B中，可以与上面参照图1C的实施方式和上面的描述所描述的部件相似的部件由相似的附图标记标识，其中所使用的附图标记的前面是数字“7”和/或“17”而不是“1”。例如，部件702、704和706可以分别类似于部件102、104和106，而部件1702、1704和1706可以类似于部件102、104和106。对于可以与图7的实施方式一起使用的这些部件的附加描述和实施方式，可以参考上面的描述。
参照图7A，外科机器人系统710包括耦接至一个或更多个机器人臂(例如，机器人臂775和/或1775)的一个或更多个基座(例如，基座780和/或1780)。在一些实施方式中，一个或更多个机械人臂可以耦接至一个基座。在类似于图7A所示的实施方式的实施方式中，每个基座具有单个机械人臂。机械人臂775和/或1775包括在关节765和/或1765处耦接的多个臂段770和/或1770，其为机械人臂775和/或1775提供了多个自由度。机械人臂775和/或1775可以使用MCI 760和/或1760耦接至IDM790和/或1790。IDM 790和/或1790被配置成使用包括直接驱动、谐波驱动、齿轮驱动、带与轮、磁驱动等的技术来操纵医疗器械，例如内窥镜715。MCI 760和/或1760包括用于将气动压力、电功率、电信号和光信号从机械人臂775和/或1775传送至IDM 790和/或1790的连接器。外科机器人系统710的机械人臂775被配置成使用伸长移动构件来操纵内窥镜715。伸长移动构件可以包括拉线，也被称为拉或推线、线缆、纤维或柔性轴。
基座780和/或1780可以包括电源782和/或1782、气动压力786和/或1786、轮788和/或1788以及控制和传感器电子设备784和/或784——包括诸如中央处理单元、数据总线、控制电路和存储器的部件——以及诸如用于移动机器人臂775和/或1775的马达的相关致动器。电子设备784和/或1784可以实现本文所述的活检引导技术，并且还可以处理和发送从命令控制台传送的控制信号。
图7A的外科机器人系统710包括医疗器械(例如，内窥镜715)，该医疗器械包括被机器人控制并且被配置成收集活检样本的收集设备717。收集设备717被配置成穿过医疗器械(例如，通过内窥镜715的工作通道)并且被配置成可移除地放置在医疗器械内。这样，当外科机器人系统710将医疗器械移动到活检图案内的样本定位或靶组织部位时，医疗器械内部的收集设备717基于医疗器械的移动也间接地移动到样本定位。然后，外科机器人系统710可以致动收集设备717(例如，经由机器人臂1775)以从样本定位获得活检样本。外科机器人系统710的机器人臂1775被配置成操纵收集设备717。以该方式，收集设备的一些实施方式缺乏医疗器械的移动能力，从而降低了收集设备的成本和大小。然而，经由医疗器械，该系统为收集设备提供了针对给定结节移动(尽管是间接地移动)到多个样本定位的移动能力。
参照图7B，收集设备717可以包括针。在一些实施方式中，收集设备717还可以包括在收集设备717的远端处或远端附近的标记719。标记719可以是不透射线的，并且用于标记719的不透射线的材料的示例包括但不限于金、银、钨、铂、钽、铱或它们的合金，或不透射线的聚合化合物。
根据本公开内容的一个或更多个方面，图8描绘了用于引导医疗器械(例如，内窥镜715)以进行本文中所述的对一个或更多个样本的活检的示例过程800的流程图。过程800可以在控制图7的外科机器人系统710的可以类似于图4的活检引导系统400的活检引导系统中、图7的控制和传感器电子设备784或其部件中实现。
在块805处，活检引导系统(例如，类似于样本定位计算器410的样本定位计算器)可以访问一个或更多个活检图案(例如，来自类似于活检图案数据存储库405的活检图案数据存储库)。例如，活检图案可以包括要在其处收集活检样本的一个或更多个样本定位。在一些实施方式中，活检图案可以是患者的靶组织部位(或靶组织部位的一部分)内的进行活检的样本定位的任何二维或三维表示。在另一实施方式中，活检图案还可以包括医疗器械在一个或更多个样本定位处的一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度、一个或更多个采样间隔或者一个或更多个采样力。在一些实施方式中，可以预先确定活检图案数据中的至少一部分(例如，活检图案形状)并且将其保存在活检引导系统(例如，活检图案数据存储库)中。在其他实施方式中，可以基于关于如上所述的活检图案的一个或更多个用户输入来确定和/或调整活检图案数据。例如，用户输入可以确定活检图案的各个方面，包括但不限于：活检图案内的样本定位的数目；活检图案的大小和定位；或样本定位处的采样力、穿透深度、采样速度或采样间隔。
在块810处，活检引导系统(例如，样本定位计算器)可以在调整阶段基于患者的解剖特征来调整活检图案。在一些实施方式中，患者的解剖特征可以由从如上所述的定位传感器(例如，成像设备、超声换能器、X射线设备和/或EM传感器)得到的数据和/或3D模型数据来确定。关于下面描述的图9A至图9C更详细地描述了除了块810之外或代替块810可以进行的调整阶段的各种实现方式。
在块815处，在一些实施方式中，活检指导系统(例如，样本定位计算器)可以基于呼吸频率来调整活检图案以便补偿由于呼吸引起的患者的解剖结构的周期性移动。呼吸频率和/或呼吸期识别器(例如，与呼吸频率和/或呼吸期识别器410类似的呼吸频率和/或呼吸期识别器)可以从来自呼吸传感器的数据中提取呼吸的频率，例如通过使用傅里叶变换来提取呼吸的频率。在具有多个呼吸传感器的实施方式中，可以将傅里叶变换应用于来自一个或更多个传感器的数据，在一个示例实施方式中，可以通过活检引导系统确定呼吸频率并且在呼吸循环中的相同或相似点处致动收集设备来调整活检图案。以该方式，活检引导系统可以在呼吸循环中的跨多个样本一致的点处获取样本。
在块820处，活检引导系统(例如，类似于器械移动计算器450的器械移动计算器)可以计算医疗器械(例如，内窥镜715)朝向活检图案内的样本定位的移动，并且基于这样的数据可以将器械的远端移动到活检图案内的第一样本定位。后面的步骤可以例如通过类似于器械控制器460的器械控制器进行。如上所述，在一些实施方式中，可以基于来自样本定位计算器(例如，类似于样本定位计算器410的样本定位计算器)、器械定位计算器(例如，与器械定位计算器420类似的器械定位计算器)和/或呼吸频率/呼吸期识别器(例如，与呼吸频率/呼吸期识别器430类似的呼吸频率/呼吸期识别器)的数据来计算(例如，通过器械移动计算器)医疗器械朝向第一样本定位的移动。
在块825处，活检引导系统(例如，收集设备717的控制器或类似于器械控制器460的器械控制器)可以致动收集设备717(例如，针)以从活检图案内的第一样本定位收集第一组织样本。在一些实施方式中，活检引导系统可以将收集设备717远侧地移动穿过医疗器械的工作通道(例如，类似于工作通道320的工作通道)，使得收集设备717从医疗器械的远端滑出并且插入到靶组织部位以从第一样本定位收集第一组织样本。
在块830处，在一些实施方式中，活检引导系统(例如，收集设备控制器或器械控制器)可以检测从第一样本定位收集到第一组织样本。在一些实施方式中，活检引导系统可以经由用户输入设备(例如，类似于命令控制台200的命令控制台)从用户接收收集到第一组织样本的通知。在另一实施方式中，活检引导系统可以使用定位传感器(例如，成像设备、超声换能器、X射线设备和/或EM传感器)跟踪收集设备717的移动。例如，活检引导系统可以使用X射线设备(例如，X射线图像增强器和X射线成像设备)经由在收集设备717的远端处的不透射线的标记(例如，标记719)来跟踪收集设备(例如，针)的移动。
在块835处，活检引导系统(例如，器械控制器)可以接收关于医疗器械的移动的数据(例如，来自器械移动计算器)并且基于数据将器械的远端移动到活检图案内的第二样本定位。在一些实施方式中，数据可以直接或间接地指定器械的定位、取向、路线、位置等的变化。例如，数据可以包括医疗器械到达活检图案内的一个或更多个样本定位所采取的一个或更多个路径。替选地或另外地，数据可以包括医疗器械的远端的定位、取向、俯仰、滚动、偏航、插入、缩回和/或偏转角。
如上所述，在一些实施方式中，可以基于来自样本定位计算器、器械定位计算器和/或呼吸频率/呼吸期识别器的数据来(例如，通过器械移动计算器)计算医疗器械朝向第二样本定位的移动。
在块840处，活检引导系统(例如，收集设备控制器或器械控制器)可以致动收集设备717以从活检图案内的第二样本定位收集第二组织样本。在一些实施方式中，活检引导系统可以将收集设备717远侧地移动穿过医疗器械的工作通道(例如，类似于工作通道320的工作通道)，使得收集设备717从医疗器械的远端滑出并且插入到靶组织部位以从第二样本定位收集第二组织样本。
在块845处，在一些实施方式中，活检引导系统(例如，样本定位计算器)可以跟踪收集设备717的远端的移动以确定收集设备717(例如，针)获得活检样本的实际活检定位，并且基于实际活检定位调整活检图案内的一个或更多个样本定位。如上所述，可以通过使用X射线设备(例如，X射线图像增强器和X射线成像设备)跟踪收集设备717的远端处的不透射线的标记(例如，标记719)来确定收集设备717的远端的移动。
尽管本文中所述的过程800的实施方式与在两个样本定位处收集活检样本的处理有关，但是还可以针对任意数目的样本定位(例如，单个定位、第三样本定位、第四样本定位等)执行类似于块830、835和840的步骤。
图9A至图9C描绘了块810处的调整阶段的实现方式。参照图9A，描绘了可以除了块810之外或代替块810以基于医疗器械的实时定位将图案调整到靶组织部位的方式使用的一个示例过程900A。在块905处，活检引导系统(例如，类似于器械定位计算器420的器械定位计算器)确定医疗器械(例如，内窥镜715)的远端的初始定位。如上所述，可以通过从定位传感器(例如，成像设备、超声换能器、X射线设备和/或EM传感器)得到的数据、机器人位置数据和/或3D模型数据来确定医疗器械远端的定位。在块910处，活检引导系统(例如，类似于样本定位计算器410的样本定位计算器)接收关于医疗器械的远端的初始定位的数据，并且基于医疗器械的远端的初始定位和靶组织部位的定位使活检图案适配于靶组织部位。这样的适配可以包括调节偏转角使得当收集设备被致动时，收集设备的远端以活检图案所指定的方式位于靶组织部位内。
参照图9B，描绘另一示例过程900B，该示例过程900B可以除了块810之外或代替块810以基于关于组织部位的数据(例如形状、定位、大小等)来调整图案的方式被使用。在块915处，活检引导系统(例如，类似于样本定位计算器410的样本定位计算器)接收关于活检图案和靶组织部位的数据，并且使活检图案适配于靶组织部位的形状。在一些实施方式中，关于靶组织部位的数据(例如，术前模型内的定位、形状或密度)可以从用户输入(例如，经由用户输入设备或命令控制台)得到。在其他实施方式中，关于靶组织部位的信息可以基于从定位传感器(例如，成像设备、超声换能器和/或X射线设备)得到的数据和/或3D模型数据。作为示例而非限制，如果结节的形状是球形的，则实施方式可以接收指定该球形形状的形状数据，并且作为响应，活检引导系统可以对覆盖球形形状的活检图案进行适配。在一些情况下，图案可以包括若干期望的样本。在该情况下，活检引导系统然后可以对与球形形状适配的图案内的期望数目的样本进行适配。
参照图9C，描绘了另一示例过程900C，该示例过程900C可以除了块810之外或代替块810以基于患者的解剖特征来调整图案的方式被使用。在块920处，活检引导系统(例如，类似于样本定位计算器410的样本定位计算器)接收关于活检图案和靶组织部位的数据，并且调整器械在活检图案内的样本的定位处的穿透深度、采样速度、采样间隔或采样力。在一些实施方式中，调整可以基于患者的解剖特征(例如，血管)。例如，可以调节器械的穿透深度、采样速度或采样力，使得收集设备717不接近血管附近的区域。
除了块810之外或代替块810，过程800的一些实施方式可以使用过程900A、900B、900C中的一个或更多个来调整活检图案。
尽管本文中描述的实施方式将检测并补偿由患者的呼吸率造成的噪声，但是其他实施方式可以检测并补偿由患者的其他生理特性(例如，心率或任何其他可检测的特性)造成的噪声。在这样的情况下，在心率可以在EM数据中造成噪声的情况下，这些实施方式可以检测心率的频率并且使用上面讨论的技术来去除由心率造成的噪声。还可以检测在患者经受周期性震颤或物理移动的情况下可能出现的其他噪声伪像。
实现系统和术语
本文中公开的实现方式提供了用于组织样本的经引导活检的系统、方法和装置。
应当注意，术语“耦接(couple)”、“耦接(coupling)”、“耦接(coupled)”或本文中使用的词耦接的其他变型可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“耦接”至第二部件，则第一部件可以经由另一部件间接连接至第二部件或直接连接至第二部件。
本文中描述的方法可以作为一个或更多个指令存储在处理器可读介质或计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”是指可以由计算机或处理器访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备或者可以用于以指令或数据结构的形式存储所需的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当注意，计算机可读介质可以是暂态和非暂态的。如本文中所使用的，术语“代码”可以指能够由计算设备或处理器执行的软件、指令、代码或数据。
本文中公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或更多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法的步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非正在描述的方法的正确操作需要特定顺序的步骤或动作，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
如本文中使用的，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件表示两个或更多个部件。术语“确定”包含各种各样的动作，并且因此，“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、得到、调查、查找(例如，在表格、数据库或其他数据结构中查找)、查明等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解析、选择、挑选、建立等。
除非另有明确说明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换言之，短语“基于”描述了“仅基于”和“至少基于”两者。
提供了所公开的实现方式的先前描述，以使得本领域技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域技术人员而言，对这些实现方式的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中限定的一般原理可以应用于其他实现方式。例如，应当理解，本领域普通技术人员将能够采用若干相应的替代和等同的结构细节，如紧固、安装、耦接或接合工具部件的等效方式，以及用于产生特定的致动运动的等效机制。因此，本发明不旨在限于本文中所示的实现方式，而是与符合本文中公开的原理和新颖特征的最宽范围一致。

Claims (22)

1.一种被配置成帮助从腔网络的单一靶定位获得多个活检样本的系统，所述系统包括：
器械，其包括远端，通过所述远端能够收集所述多个活检样本；
致动器，其被配置成控制所述器械的移动；
至少一个计算机可读存储器，其上存储有可执行指令，并且具有被配置成存储活检定位图案的存储库；以及
一个或更多个处理器，其与所述至少一个计算机可读存储器进行通信并且被配置成执行所述指令以使所述系统至少进行以下操作：
驱动所述器械穿过所述腔网络到达提供到要被采样的结节的通路的组织部位，所述器械被配置成经由所述腔网络中的至少一个腔来接近所述组织部位；
基于用户输入确定活检定位图案，所述活检定位图案包括所述组织部位内的至少第一样本定位和第二样本定位；
基于所述器械的定位针对所述组织部位调整所述活检定位图案；
将经调整的活检定位图案保存到所述存储库；以及
响应于一个或更多个用户输入：
计算所述器械向所述第一样本定位的第一移动，所述第一移动包括所述器械的远端的位置的第一变化，
使所述致动器根据所述第一移动来控制所述器械的移动，
计算所述器械向所述第二样本定位的第二移动，所述第二移动包括所述器械的远端的位置的第二变化，以及
使所述致动器根据所述第二移动来控制所述器械的移动。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：用户输入设备，其被配置成接收所述活检定位图案、用于访问所述活检定位图案的命令或用于根据所述活检定位图案计算所述器械的移动的命令。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括：用户接口屏幕，其被配置成显示所述活检定位图案。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器被配置成执行所述指令以使所述系统至少进行以下操作：基于从用户接收到的信息调整所述活检定位图案或表示所述器械向所述第一样本定位的第一移动和所述器械向所述第二样本定位的第二移动的路线。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括：
一组一个或更多个定位传感器；并且
其中，所述一个或更多个处理器被配置成执行所述指令以使所述系统至少进行以下操作：
基于来自所述一组一个或更多个定位传感器的数据信号来计算以下两者的至少一个位置：(1)所述一组一个或更多个定位传感器；或者(2)所述器械的远端；以及
基于所计算的至少一个位置控制向多个位置的移动。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述器械包括：
观察仪器，其被配置成到达所述组织部位；以及
收集设备，其被配置成(1)可移除地放置在所述观察仪器内或(2)穿过所述观察仪器并且收集所述多个活检样本。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或更多个处理器还被配置成执行所述指令以使所述系统至少进行以下操作：将所述观察仪器定位到第一位置，确认接收到第一样本，以及响应于确认接收到所述第一样本而将所述观察仪器定位到第二位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述器械包括收集设备，其被配置成获得所述多个活检样本；其中，所述致动器被配置成控制所述收集设备的移动；其中，所述收集设备还包括在所述收集设备的远端处的标记；并且其中，所述一个或更多个处理器还被配置成执行所述指令以使所述系统至少进行以下操作：
根据所述标记的移动确定所述收集设备的移动；以及
根据所述收集设备的移动来调整所述第一样本定位和所述第二样本定位中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述活检定位图案包括以至少二维来布置的多个样本位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述活检定位图案包括以与所述组织部位的形状适配的形状布置的多个样本位置。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述活检定位图案还包括以下中的至少一个：对应于所述第一样本定位和所述第二样本定位的一个或更多个采样力、一个或更多个穿透深度、一个或更多个采样速度或者一个或更多个采样间隔。
12.一种被配置成帮助从腔网络的单个靶定位获得多个活检样本的装置，所述装置包括：
至少一个计算机可读存储器，其上存储有可执行指令，并且具有被配置成存储用于进行采样的活检定位图案的存储库；以及
一个或更多个处理器，其与所述至少一个计算机可读存储器进行通信并且被配置成执行所述指令以使所述装置至少进行以下操作：
驱动机器人医疗系统的器械穿过所述腔网络达到提供到要被采样的结节的通路的组织部位，所述器械被配置成经由所述腔网络的至少一个腔接近所述组织部位，所述器械包括远端，通过所述远端能够收集多个活检样本；
基于用户输入确定活检定位图案，所述活检定位图案包括所述组织部位内的至少第一样本定位和第二样本定位；
基于所述器械的定位针对所述组织部位调整所述活检定位图案；
将经调整的活检定位图案保存到所述存储库；以及
响应于一个或更多个用户输入：
计算所述器械向所述第一样本定位的第一移动，所述第一移动包括所述器械的远端的位置的第一变化，
使致动器根据所述第一移动来控制所述器械的移动，
计算所述器械向所述第二样本定位的第二移动，所述第二移动包括所述器械的远端的位置的第二变化，以及
使所述致动器根据所述第二移动来控制所述器械的移动。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述一个或更多个处理器被配置成执行所述指令以使所述装置至少进行以下操作：基于来自一组定位传感器的数据信号计算(1)所述一组定位传感器的至少一个位置或(2)所述器械的远端的位置；以及基于所计算的位置控制所述器械的移动。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述一个或更多个处理器被配置成执行所述指令以使所述装置至少进行以下操作：根据所述活检定位图案计算观察仪器的移动；以及将所述观察仪器的远端引导至所述第一样本定位和所述第二样本定位。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述一个或更多个处理器被配置成执行所述指令以使所述装置至少进行以下操作：
根据所述活检定位图案计算收集设备的移动；
将所述收集设备的远端引导至所述第一样本定位和所述第二样本定位；
响应于所述收集设备对所述活检样本的收集，基于位于所述收集设备上的标记的移动来计算所述收集设备在其处获得所述活检样本的多个采样定位；
将所述多个采样定位与所述第一样本定位和所述第二样本定位进行比较；以及
基于所述比较调整所述第一样本定位和所述第二样本定位中的至少一个。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，所述活检定位图案包括以与所述组织部位的形状适配的形状布置的多个样本位置。
17.一种其上存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令在被执行时使至少一个计算设备至少进行以下操作：
驱动器械穿过腔网络达到提供到要被采样的结节的通路的组织部位，所述器械被配置成经由所述腔网络中的至少一个腔接近所述组织部位，所述器械包括远端，通过所述远端能够收集多个活检样本；
基于用户输入确定活检定位图案，所述活检定位图案包括所述组织部位内的至少第一样本定位和第二样本定位；
基于所述器械的定位针对所述组织部位调整所述活检定位图案；
将经调整的活检定位图案保存到所述至少一个计算设备的存储库；以及
响应于一个或更多个用户输入：
计算所述器械向所述第一样本定位的第一移动，所述第一移动包括所述器械的远端的位置的第一变化，
使致动器根据所述第一移动来控制所述器械的移动，
计算所述器械向所述第二样本定位的第二移动，所述第二移动包括所述器械的远端的位置的第二变化，以及
使所述致动器根据所述第二移动来控制所述器械的移动。
18.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述指令在被执行时使所述至少一个计算设备至少进行以下操作：基于来自一组定位传感器的数据信号来计算所述器械的远端的至少一个位置；以及基于所计算的至少一个位置来控制所述器械的移动。
19.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述指令在被执行时使所述至少一个计算设备至少进行以下操作：基于所述组织部位的一个或更多个解剖特征或患者的呼吸率来调整所述活检定位图案。
20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述指令在被执行时使所述至少一个计算设备至少进行以下操作：基于所述组织部位内的一个或更多个血管来调整所述活检定位图案。
21.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述指令在被执行时使所述至少一个计算设备至少进行以下操作：使所述活检定位图案适配于所述组织部位的形状。
22.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述指令在被执行时使所述至少一个计算设备至少进行以下操作：接收所述器械在其处获得一个或更多个活检样本的一个或更多个收集定位；以及基于所述一个或更多个收集定位来调整所述活检定位图案。
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