CN114051403A - 用于机器人系统的患者导引器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了与医疗技术相关的系统和方法。例如，医疗机器人系统可包括第一机器人臂和第二机器人臂。导引器可耦接到该第一机器人臂。该导引器可包括第一开口、第二开口和连接该第一开口和该第二开口的通道。柔性的细长医疗工具可耦接到该第二机器人臂。该第二机器人臂可被配置为驱动该柔性的细长医疗工具穿过耦接到该第一机器人臂的导引器并进入患者体内。

Description

用于机器人系统的患者导引器

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请62/868,796的优先权的权益，该申请的全部内容以引用方式并入本文。本申请与2018年3月26日提交的美国非临时申请15/935,955相关，该非临时申请要求美国临时申请62/483,279的优先权的权益，这些申请中的每个申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

所公开的实施方案涉及医疗技术，诸如例如用于机器人系统的患者导引器。

背景技术

医疗程序诸如内窥镜检查(例如，支气管镜检查)可涉及出于诊断和/或治疗目的而进入患者的腔网络(例如，气道)的内部并使其可视化。外科机器人系统可用于控制外科工具(诸如例如在内窥镜程序期间的内窥镜)的插入和/或操纵。外科机器人系统可包括至少一个机器人臂，该至少一个机器人臂包括用于在程序期间控制外科工具的定位的操纵器组件。外科工具可经由患者导引器导入患者的腔网络中，该患者导引器可接收外科工具并将该外科工具从操纵器组件引导到患者的腔网络中。

附图说明

下文将结合附图和附录描述所公开的方面，这些附图和附录被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。

图1A示出了根据本公开的各方面的包括示例性外科机器人系统的示例性操作环境。

图1B示出了可在图1A的操作环境中导航的示例性腔网络。

图1C示出了机器人外科系统的用于引导外科工具移动穿过图1B的腔网络的示例性机器人臂。

图2示出了可在图1A的示例性操作环境中使用的示例性命令控制台。

图3A示出了根据本公开的一个或多个方面的示例性患者导引器。

图3B示出了根据本公开的各方面的用于将外科机器人系统推车与患者导引器对准的系统和方法的实施方案。

图4A示出了根据本公开的各方面的包括示例性外科机器人系统的示例性操作环境。

图4B至图4C示出了根据本公开的各方面的包括安装到机器人臂的示例性患者导引器的示例性外科机器人系统。

图5A至图5D各自示出了根据本公开的各方面的示例性患者导引器。

图6A和图6B示出了根据本公开的各方面的供在对准程序期间使用的对准构件的实施方案。

图7A至图7H示出了根据本公开的各方面的可用于帮助将操纵器组件与对准构件旋转对准的对准标记的实施方案。

图8提供了示出根据本公开的各方面的将外科机器人系统推车与患者导引器对准的示例性方法的流程图。

图9至图12提供了示出图8的对准方法的其他方面的示例的流程图。

图13提供了示出根据本公开的各方面的使用外科机器人系统的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本公开的实施方案涉及促进患者导引器与外科机器人系统的对准的系统和技术。患者导引器可用作外科工具(例如，内窥镜工具)的引导件，并且可将外科工具引导到端口(例如，气管内管)中以将内窥镜工具导入患者体内。如本文所用，“端口”可以是指可安装在患者身上以通过一个或多个医疗工具进入内部解剖结构的装置。例如，端口可以能够部分地插入患者的内腔中，使得端口被配置为将外科工具引导到外科部位中。端口的另外的示例包括但不限于气管内管、胃肠管、插管、膀胱镜护套等。患者导引器的某些实施方案可沿着弯曲路径引导外科工具，其中患者导引器的入口和出口点沿着弯曲路径而不是沿着直线形成。患者导引器的这种曲率使得外科机器人的臂能够定位在从端口延伸的直线的外部，从而提供了机器人臂所附接到的外科机器人系统推车的更实际和/或更方便的放置。也就是说，在没有由患者导引器提供的弯曲入口的情况下，为了适当控制外科工具，外科机器人系统的臂可能需要与端口的轴线基本上对准，这在某些情况下可能不实际。

根据一些实施方案，患者导引器可安装到机器人系统的机器人臂。机器人臂可用于将导引器定位成例如使导引器相对于患者对准，相对于端口对准或者相对于单独的机器人臂对准，该单独的机器人臂操纵医疗工具穿过导引器并进入患者体内。用于患者导引器的此种机器人臂安装可减少发起医疗程序所需的装配时间，改进机器人系统的可用性，增强各种系统部件的定位准确性，或允许在程序期间动态定位导引器。

根据一些实施方案，患者导引器可以可释放地附接到机器人臂的模块化附接接口，以允许机器人臂在未由患者导引器使用时用于其他目的。患者导引器可包括能够经由器械基部附接到机器人臂的导引器管，该导引器管可附接到机器人臂，而无需与机器人臂附接接口上的驱动机构的操作耦接。导引器管可以沿着器械基部能够移动到不同的位置或取向。器械基部可永久地固定到导引器管或可分离适配器。可附接适配器可允许导引器管从适配器器械基部移除，以允许导引器管重新定位在器械基部上的不同安装件上或允许其他装置附接到适配器器械基部。

出于说明的目的，下文将结合附图描述结合这些和其他特征的各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他实施方式是可能的，并且利用所公开的实施方式可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。

如本文所用，术语“大约”是指长度、厚度、数量、时间段或其他可测量值的测量范围。此类测量范围涵盖相对于指定值的+/-10％或更小、优选地+/-5％或更小、更优选地+/-1％或更小、并且还更优选地+/-0.1％或更小的变化，只要此类变化是适当的以便在所公开的装置、系统和技术中起作用。

示例性外科机器人系统的概述

尽管结合支气管镜检查实施方案描述本文所论述的实施方案，但本文所论述的实施方案还可覆盖可由外科机器人系统执行的其他类型的医疗或外科程序，诸如心脏病学、泌尿学、胃肠学、腹腔镜检查和/或其他相关或类似的外科程序，这些外科程序包括其中经由例如安装在患者身体上和/或部分插入患者身体内的端口将外科工具导入患者身体内的外科程序。

图1A示出了实施所公开的外科机器人系统和技术的一个或多个方面的示例性操作环境。操作环境100包括患者101、支撑患者101的平台102(还称为台或床)、引导外科工具115(例如，内窥镜工具，还简称为内窥镜115)的移动的外科机器人系统110(还称为医疗机器人系统或简称为机器人系统)和用于控制外科机器人系统110的操作的命令中心105。图1A还示出了患者101体内的腔网络140的区域的轮廓，该轮廓更详细地在图1B中示出。

外科机器人系统110可包括用于定位内窥镜115并且引导该内窥镜移动穿过患者101的腔网络140的一个或多个机器人臂。命令中心105可通信地耦接到外科机器人系统110，以用于接收位置数据和/或提供来自用户的控制信号。如本文所用，“通信地耦接”是指任何有线和/或无线数据传输介质，这些介质包括但不限于无线广域网(WWAN)(例如，一个或多个蜂窝网络)、无线局域网(WLAN)(例如，被配置用于一个或多个标准，诸如IEEE802.11(Wi-Fi))、蓝牙、数据传输电缆等。针对图1C更详细地讨论了外科机器人系统110，并且针对图2更详细地讨论了命令中心105。

内窥镜115可以是柔性的细长医疗工具，诸如例如，管状且柔性的外科器械，该外科器械在使用时被插入患者的解剖结构中以捕获解剖结构(例如，身体组织)的图像和/或提供用于将其他医疗器械插入目标组织部位的工作通道。在一些具体实施中，内窥镜115可以是支气管镜。内窥镜115可在该内窥镜的远侧端部处包括一个或多个成像装置(例如，相机或其他类型的光学传感器)。成像装置可包括一个或多个光学部件，诸如光纤、光纤阵列、可被配置用于使患者的内部解剖结构可视化的光敏衬底和/或透镜。光学部件可与内窥镜115的末端一起移动，使得内窥镜115的末端的移动导致由成像装置捕获的图像的视场的对应变化。

图1B示出了可在图1A的操作环境中导航的示例性腔网络。腔网络140包括患者101的气道150的分支结构和病灶155，该病灶可如本文所述可进入以用于诊断和/或治疗。如图所示，病灶155位于气道150的外围处。在一些实施方案中，内窥镜115具有带有第一直径的外部护套部分147，该第一直径小于气道外围处的分支的直径，并且因此外部护套部分147的远侧端部可能无法穿过病灶155周围的更小直径的气道定位。因此，内窥镜115可包括内部前导部分145，该内部前导部分与外部护套部分147相比具有更小的直径。内部前导部分145可以是可操控的细长工具，诸如可操控导管，该可操控导管从内窥镜115的外部护套部分147或从内窥镜115的工作通道延伸距离病灶155的剩余距离。可操控导管可具有内腔，器械例如活检针、细胞检查用刷和/或组织取样钳可穿过该内腔传到病灶155的目标组织部位。在此类具体实施中，内窥镜115的外部护套部分147的远侧端部和内部前导部分145的远侧端部中的任一者或两者可设置有用于跟踪这些远侧端部在气道150内的位置的电磁(EM)传感器。在一些实施方案中，内窥镜115的外部护套部分147和内部前导部分145中的每一者可经由单独的机器人臂独立地操控或驱动。前导部分145可被配置有内窥镜的光学部件(例如，如上所述)，这些光学部件被配置为提供患者的内部解剖结构的可视化。在一些实施方案中，内窥镜115的总直径可足够小以到达外围而无需可操控导管，或者可足够小以接近外围(例如，在2.5cm-3cm内)以通过不可操控导管部署医疗器械。

在一些实施方案中，如本文所述的3D腔网络模型的2D显示或3D模型的横截面可类似于图1B。

图1C示出了外科机器人系统的用于引导外科工具移动穿过图1B的腔网络的示例性机器人臂。外科机器人系统110可包括机器人基部180，例如，耦接到一个或多个机器人臂例如机器人臂175(还简称为臂)的外科机器人系统推车(还简称为推车)。机器人基部180可提供支撑结构，该支撑结构支撑安装到该支撑结构的机器人臂175，使得机器人基部180可在使用期间保持机器人臂175。尽管关于推车方法(例如，机器人基部是可移动推车，并且机器人臂175定位在外科机器人系统推车上)的具体实施方案描述了本文所论述的实施方案，但本公开的其他实施方案也可涉及其他方法，诸如例如，其中机器人基部180是台的台方法。在台方法中，患者101躺在台上(例如，患者由平台102支撑)并且机器人臂175也附接到台。

机器人臂175包括在接头165处耦接的多个臂段170，这为机器人臂175提供多个自由度。每个接头165可以是例如旋转接头或棱柱形接头，该接头允许一组耦接臂段之间的相对移动。例如，机器人臂175的一个具体实施可具有对应于七个臂段的七个自由度。在一些实施方案中，机器人臂175包括使用制动器和反向平衡装置的组合来保持机器人臂175的位置的装配接头。反向平衡装置可包括气弹簧或螺旋弹簧。制动器(例如故障保险制动器)可包括机械部件和/或电子部件。此外，机器人臂175可以是重力辅助被动支撑型机器人臂。

机器人臂175可包括操纵器或以其他方式耦接到操纵器。例如，机器人臂175可使用机构变换器接口(MCI)160耦接到操纵器组件(例如，器械装置操纵器(IDM)190)。如本文所用，“操纵器组件”可以是指IDM 190和与IDM 190连接或集成的任何其他器械。例如，无菌适配器可连接到IDM 190，以用于在操纵器组件需要无菌的情况下的某些外科程序。无菌适配器可以是例如无菌消毒盖布的一部分，该无菌消毒盖布覆盖外科机器人系统的一个或多个部件，并且可有利于保持IDM 190和机器人臂或外科工具115的一个或多个部件之间的无菌接口，从而在机器人系统的非无菌部件和无菌外科区或区域之间提供阻隔。无菌适配器可覆盖IDM 190上的某些标记，并且因此，在一些实施方案中，无菌适配器可包括在该无菌适配器上形成的标记。无菌适配器上的标记可位于对应于IDM 190上的标记的位置中。可移除IDM 190并且替换成不同类型的IDM，例如，被配置为操纵内窥镜的第一类型的IDM或被配置为操纵腹腔镜的第二类型的IDM。MCI 160包括用于将气动压力、电功率、电信号和/或光信号从机器人臂175传送到IDM 190的连接器。MCI 160可以是固定螺钉或基板连接器。IDM190可使用包括直接驱动、谐波驱动、齿轮驱动、皮带和滑轮、磁驱动等的技术操纵外科工具或器械例如内窥镜115。在某些具体实施中，MCI 160可基于IDM 190的类型互换，并且可针对某一类型的外科程序进行定制。机器人臂175可包括接头水平扭矩感测和位于远侧端部处的腕部。

外科机器人系统110的机器人臂175可使用细长运动构件来操纵内窥镜115。细长运动构件可包括拉线(也称为推拉线)、缆线、纤维或柔性轴。例如，机器人臂175可致动耦接到内窥镜115的多根拉线以使内窥镜115的末端偏转。拉线可包含金属材料和非金属材料两者，例如不锈钢、芳纶(Kevlar)、钨、碳纤维等。内窥镜115可响应于由细长运动构件施加的力而表现出非线性行为。该非线性行为可基于内窥镜115的刚度和可压缩性，以及不同细长运动构件之间的松弛度或刚度的可变性。

机器人基部180可被定位成使得机器人臂175能够进入以对患者执行外科程序或辅助外科程序，而用户诸如医师可根据命令控制台105的舒适度来控制外科机器人系统110。在一些实施方案中，机器人基部180可耦接到外科手术台或床以用于支撑患者101。机器人基部180可通信地耦接到图1A所示的命令控制台105。

机器人基部180可容纳功能部件，诸如电源、处理电路、存储器、电路、泵送单元、流体储存器和/或用于操作机器人臂或支撑医疗程序的其他操作部件。例如，机器人基部180可包括电源182、气动压力装置186和/或控制和传感器电子器件184—包括诸如例如中央处理单元(也简称为处理器)、数据总线、控制电路和/或存储器的部件—以及诸如马达的相关致动器以使机器人臂175运动。在一些实施方案中，此类功能部件中的一个或多个功能部件可被包括在单独的控制塔上，该单独的控制塔可通信地或可操作地耦接到机器人基部180。

电子器件184可实施导航控制技术、安全模式和/或数据过滤技术。机器人基部180中的电子器件184还可处理和传输从命令控制台105传达的控制信号。在一些实施方案中，机器人基部180包括用于运输外科机器人系统110的轮188以及用于轮188的轮锁/制动器(未示出)。外科机器人系统110的移动性帮助适应外科手术室中的空间约束以及有利于外科设备的适当定位和运动，以便将机器人基部180和/或IDM 190与患者对准。此外，移动性允许机器人臂175与患者101和/或平台102对准，使得机器人臂175在程序期间不干扰患者、医师、麻醉师或任何其他设备。用户可使用控制装置(例如，命令控制台)来控制机器人臂175以便执行各种程序。

图2示出了可用作例如示例性操作环境100中的命令控制台105的示例性命令控制台200。命令控制台200包括控制台基部201、显示模块202例如监视器、以及控制模块或输入装置例如键盘203和/或操纵杆204。在一些实施方案中，命令控制台200功能中的一个或多个功能可整合到外科机器人系统110的机器人基部180或通信地耦接到外科机器人系统110的另一个系统中。用户205例如医师可使用命令控制台200从人体工程学位置远程控制外科机器人系统110。

控制台基部201可包括中央处理单元、存储器单元、数据总线和相关联的数据通信端口，它们负责解释和处理信号诸如相机影像并且跟踪例如来自图1A至图1C所示的内窥镜115的传感器数据。在一些实施方案中，控制台基部201和机器人基部180两者都执行信号处理以实现负载平衡。控制台基部201还可处理由用户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之外或作为另选方案，控制模块还可包括诸如一个或多个计算机鼠标、触控板、轨迹球、控制盘、视频游戏控制器、捕获手姿势和手指姿势的传感器(例如，运动传感器或相机)、手持式控制器和/或平衡环的装置。

在一些实施方案中，用户205可使用命令控制台200在速度模式或位置控制模式下控制外科器械，诸如内窥镜115。在速度模式下，用户205使用控制模块基于直接手动控制来直接控制内窥镜115的远侧端部的俯仰和偏航运动。例如，可将操纵杆204上的运动标测到内窥镜115的远侧端部中的偏航和俯仰运动。操纵杆204可向用户205提供触觉反馈。例如，操纵杆204可振动以指示内窥镜115无法在某一方向上进一步平移或旋转。命令控制台200还可提供视觉反馈(例如，弹出消息)和/或听觉反馈(例如，哔哔声或其他可听警报)以指示内窥镜115已达到最大平移或旋转。由于系统在患者呼气期间在安全模式下操作，也可提供触觉和/或视觉反馈，如下文更详细地描述。

在位置控制模式下，命令控制台200使用如本文所述的患者腔网络的三维(3D)标测图和来自导航传感器的输入来控制外科工具或器械，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操纵到目标位置。由于依赖于3D标测图，位置控制模式可需要患者101的解剖结构的准确标测。

在一些实施方案中，用户205可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。例如，IDM 190、机器人臂和/或外科机器人系统110的另一个部分可包括导纳按钮410(在图4C和图6B的示例中示出)，用户可推动该导纳按钮以开始手动控制机器人臂175中的一个或多个机器人臂。在一个实施方案中，在用户连续按下导纳按钮410时，对应的机器人臂175可允许用户205通过向IDM 190和/或机器人臂175施加物理力来手动定位IDM 190。如上所述，机器人臂175可包括用于保持机器人臂175的位置和/或取向的制动器和/或平衡装置。在某些实施方案中，导纳按钮410当由用户致动时(例如，当接收来自用户的输入时)可至少部分地脱离制动器，以允许机器人臂175响应于施加到该机器人臂的外力而运动。在一些实施方案中，机器人臂175可包括致动器，该致动器被配置为向机器人臂175施加扭矩以保持机器人臂175的空间定位和取向。机器人臂175可被配置为响应于导纳按钮410接收到来自用户的输入而减小由致动器施加到机器人臂175的扭矩，以允许机器人臂175响应于施加到该机器人臂的外力而运动。

在外科手术室中的装配期间，用户205可使机器人臂175、内窥镜115和其他外科设备运动以进入患者体内。装配还可涉及将外科机器人系统110的部分与患者101、平台102和/或患者导引器对准的步骤，如下文详细论述。外科机器人系统110可依赖来自用户205的力反馈和惯性控制来确定机器人臂175和设备的适当配置。

显示器202可包括一个或多个电子监视器(例如，LCD显示器、LED显示器或触敏显示器)、虚拟现实观看装置(例如，护目镜或眼镜)和/或其他显示装置。在一些实施方案中，显示模块202与控制模块集成，例如集成为具有触摸屏的平板装置。在一些实施方案中，显示器202中的一个显示器可显示患者的腔网络的3D模型和虚拟导航信息(例如，内窥镜的端部基于EM传感器位置在模型内的虚拟表示)，而显示器202中的另一个显示器可显示从位于内窥镜115的端部处的相机或另一感测装置接收到的图像信息。在一些具体实施中，用户205可使用集成的显示器202和控制模块来查看数据并且将命令输入到外科机器人系统110。显示器202可使用立体装置(例如，面罩或护目镜)显示3D图像的2D渲染和/或3D图像。3D图像提供“内视图”(即，内窥镜视图)，它是示出患者的解剖结构的计算机3D模型。“内视图”提供患者内部的虚拟环境和内窥镜115在患者体内的预期位置。用户205将“内视图”模型与由相机捕获的实际图像进行比较，以帮助在精神上定向并且确认内窥镜115在患者体内处于正确—或大致正确—的位置。“内视图”提供关于内窥镜115的远侧端部周围的解剖结构的信息，例如患者的气道、循环血管或者小肠或结肠的形状。显示模块202可同时显示内窥镜115的远侧端部周围的解剖结构的3D模型和CT扫描。此外，显示模块202可将内窥镜115的已经确定的导航路径叠加在3D模型和/或CT扫描上。

在一些实施方案中，内窥镜115的模型与3D模型一起显示以帮助指示外科程序的状态。例如，CT扫描可识别可能需要进行活检的解剖结构中的病灶。在操作期间，显示模块202可示出对应于内窥镜115的当前位置的由内窥镜115捕获的参考图像。显示模块202可根据用户设置和特定外科程序自动显示内窥镜115的模型的不同视图。例如，显示模块202示出在导航步骤期间在内窥镜115接近患者的操作区域时的内窥镜115的顶部荧光镜视图。

患者导引器示例的概述

图3A示出了根据本公开的一个或多个方面的示例性患者导引器301。在图3A的示例中，患者导引器301经由端口320附接到患者101。在图3A所示的实施方案中，端口320可以是外科管。患者导引器301可经由患者导引器保持器325固定到平台102。患者导引器保持器325可固定患者导引器301相对于平台102的位置，并且还可通过支撑患者导引器301的重量的至少一部分来减小由患者导引器301施加到患者101的力。尽管患者导引器保持器325被示出为在平台102的与患者导引器301的同一侧上，但在一些实施方案中，患者导引器保持器325可位于平台102的相反侧或任何其他合适的位置(诸如平台102或来自悬挂在患者上方的另一个平台的头部)上。在某些程序期间，患者导引器保持器325在平台102的相对于患者导引器301的相反侧上的放置可以是期望的，因为这种放置可引起对机器人臂175的运动的较少限制。例如，当患者导引器保持器325如图3A所示定位时，可阻止机器人臂175移动到由患者导引器保持器325占据的空间。然而，患者导引器保持器325的所描述和示出的放置仅仅是示例性的，并且患者导引器保持器325可放置在任何位置处，在这些位置中，患者导引器301至少部分地由患者导引器保持器325支撑。

患者导引器301可包括近侧端部303和远侧端部305，以及位于该近侧端部和该远侧端部之间的导引器管307。患者导引器301的近侧端部303形成第一开口(也称为孔口)，该第一开口可被配置为接收外科工具115(例如，内窥镜工具)，并且患者导引器301的远侧端部305形成第二开口，该第二开口可被配置为将外科工具115引导到端口320中。导引器管307连接患者导引器301的近侧端部303和远侧端部305，并且将外科工具115从患者导引器301的近侧端部303引导到远侧端部305。导引器管307的内腔可提供延伸穿过导引器的通道，该通道连接位于导引器管的相反两端处的第一开口和第二开口，以提供穿过该导引器管引导一个或多个医疗工具的通路。导引器管307可被配置有多种形状或横截面中的任一种，以提供穿过该导引器管的引导通道。例如，导引器管307或通道可具有圆形、方形、矩形或其他横截面形状。导引器管307或通道可沿着笔直路径或包含一个或多个弯曲部的弯曲路径延伸。

在患者导引器301的近侧端部303处形成的第一开口和在患者导引器301的远侧端部305处形成的第二开口之间，导引器管307可具有限定的曲率以在外科工具115从导引器管307的近侧端部303推进到远侧端部305时沿着导引器管307引导外科工具115的远侧端部。例如，延伸穿过导引器管307的弯曲内腔可提供弯曲通道，该弯曲通道引导外科工具沿着弯曲通路穿过患者导引器301并且重新导向该外科工具。这可使得外科机器人系统110能够从不与端口320直接轴向对准的位置操纵外科工具115，从而允许外科机器人系统110的推车在室内的放置更加灵活。也就是说，在没有导引器管307的曲率的情况下，可需要将机器人臂与患者的头部上方的外科工具的长轴基本上对准。此外，导引器管307的曲率可允许外科机器人系统110的机器人臂175与患者导引器301基本上水平对准，这可促进机器人臂175的手动运动(如果需要的话)。

图3B示出了根据本公开的各方面的用于将被配置为外科机器人系统推车的系统或机器人基部180与患者导引器301对准的系统和方法的示例性实施方案。在该实施方案中，患者导引器301还包括对准构件309，该对准构件可帮助机器人系统推车和/或机器人臂175与患者导引器301对准。外科机器人系统110的机器人臂175可被配置为对准以形成虚拟导轨330，在图3B中通过虚线箭头概念性地示出。如本文所用，“虚拟导轨”是指可用于将机器人系统的部件彼此相关或与操作环境中的一个或多个对象相关的计算机生成的轴线。例如，任何两个或更多个机器人臂可使用机器人系统的位置感知或感测能力来限定三维空间中的轴线，并且将机器人系统的物理部件沿着轴线彼此对准或约束这些物理部件，而不必在此类部件之间具有物理导轨或物理引导特征部。位置感知可例如由系统的处理器基于每个臂的关节运动状态来确定。机器人臂的每个接头可(例如，用确定机器人臂中马达的位置的旋转编码器)编码，使得可基于每个接头的所编码的关节运动状态确定机器人臂的远侧端部的位置。虚拟导轨330可具有长轴，该长轴可与患者导引器301的近侧端部303中的第一开口对准(参见图3A)。另外，虚拟导轨可在如下空间中限定体积，在该空间中操纵器组件(例如，IDM 190)被配置为在操纵外科工具115期间(例如，在外科程序期间)进行布置。因此，由IDM 190限定的虚拟导轨330与患者导引器301的对准可改进在如上所限定的外科程序期间对外科工具115的操作控制。

如将结合本公开的各种实施方案所论述的，与不包括对准构件309的患者导引器相比，对准构件309为患者导引器301提供了多个优点。例如，相比于其他对准技术，IDM 190与对准构件309的物理对准可有利于提高准确度并加速对准。患者导引器301与IDM 190经由使用对准构件309而适当对准可防止在外科程序期间可能出现的问题，诸如例如，升高水平的摩擦力或在外科程序期间需要手动辅助的情况。另一种可以被防止的不对准的可能结果是，机器人臂175的行程长度可能受到限制，这可限制外科机器人系统110在整个期望的运动范围内控制外科工具115的远侧端部的能力。在没有全范围的活动的情况下，可防止外科工具115进入腔网络140内的目标位置，这可需要在再次执行外科程序之前将外科机器人系统推车与患者导引器301重新对准。

此外，如上所述，患者导引器301的对准构件309可被配置为帮助将外科机器人系统110的部件与患者导引器301对准。在至少一个实施方案中，对准构件309可被配置为物理地接触IDM 190中的一个IDM，并且/或者可包括标记(还称为标记物)，针对这些标记，可在至少一个IDM 190上形成互补标记以促进对准。

IDM 190与患者导引器301经由使用对准构件309或经由任何其他适当对准技术而对准可由主体在三维空间内的六个运动自由度来几何限定。也就是说，如果患者导引器301被认为是空间中的固定点，则IDM 190与患者导引器301的对准可通过提供IDM 190相对于患者导引器301的六个运动自由度的值来指定。这些自由度可包括IDM 190的位置(例如，向前/向后(X轴)、左/右(Y轴)、向上/向下(Z轴)，如图3B所示)和/或取向(例如，俯仰(围绕Y轴旋转)、偏航(围绕Z轴旋转)和滚转(围绕X轴旋转))。尽管位置轴线(X轴、Y轴和Z轴)可以各种不同的方式定义、定位和/或定向，但是本公开将在整个本公开中如图3B所示指代这些轴线。本公开的各方面涉及用于将IDM 190放置成处于相对于患者导引器301的对准位置/取向中以将IDM 190与患者导引器301对准的方法和技术。外科机器人系统110可在对准期间记录IDM 190的空间位置和/或取向，使得外科机器人系统110在外科程序期间知道患者导引器301的空间位置和/或取向。

IDM 190与患者导引器301的对准也可通过IDM 190的一个或多个轴线与患者导引器301的一个或多个轴线的对准来限定。例如，患者导引器301可限定轴线(该轴线在本文中可称为接收轴线)，患者导引器301被配置为沿着该轴线接收外科工具115。类似地，IDM 190可具有由虚拟导轨330(上文所论述)限定的轴线。在某些实施方案中，IDM 190与患者导引器301的对准可在患者导引器301的接收轴线与IDM 190的虚拟导轨330基本上对准时被限定。

图4A示出了根据本公开的一个或多个方面的患者导引器301的另一个示例。在图4A的示例中，患者导引器301安装到机器人臂175。如上文相对于图3A至图3B描述的患者导引器保持器325，机器人臂175可提供用于固定患者导引器301相对于平台102的位置的机构。机器人臂175还可通过支撑患者导引器301的重量的至少一部分来减小施加到患者101的力。

根据一些实施方案，相比于其他安装结构或导引器保持器，将患者导引器301安装到机器人臂175可提供与机器人臂的特定特性或能力相关联的其他益处。例如，机器人臂175的关节运动可用于使用自动、远程操作或手动控制(例如，导纳控制)使机器人臂进行关节运动来将患者导引器301定位在期望位置中。此类定位技术对于在三维空间中灵活地定位患者导引器301可为有用的，并且在将导引器定位在期望位置中时，机器人臂175的接头可被锁定以在此后将导引器保持在期望位置中。在一些实施方案中，机器人臂175的接头可在导纳控制模式的去激活时(诸如响应于导纳控制按钮的释放而)被锁定。相比于其他安装或定位技术，使用机器人臂175的关节运动来定位患者导引器301可减少装配时间、改进装配的方便性、改进定位准确性和/或改进患者导引器的定位精度。另选地或组合地，将患者导引器301安装到机器人臂175中的一个机器人臂可通过以下方式来促进导引器和穿过该导引器管导入的医疗工具之间的对准或定位：允许机器人臂175中的另一个机器人臂支撑医疗工具，以及允许机器人系统在机器人臂之间使用位置感测能力来将工具和导引器彼此对准。另选地或组合地，将患者导引器安装到机器人臂可允许机器人臂动态地对患者导引器的位置或取向进行手术中调整。在导引器在程序期间(例如，由于意外碰撞而)从期望位置偏转的情况下，此类能力对于例如在程序期间重新定位患者导引器可为有用的。另选地或组合地，机器人臂175与其他安装结构相比可设置有更高程度的刚度，因此在原本可能使患者导引器偏转错位的意外碰撞的情况下，增强了患者导引器在程序期间将导引器保持在期望位置中的稳定性。

图4B至图4C是根据本公开的一个或多个方面的患者导引器301在机器人系统110的背景下的三维视图。图4B至图4C示出了其中多个机器人臂175用于支撑患者导引器301和穿过患者导引器插入的医疗工具115的布置的示例。图4B是机器人系统110的正视图，该图示出了三个机器人臂175的布置，该三个机器人臂包括附接到机器人基部180的第一机器人臂175-a、第二机器人臂175-b和第三机器人臂175-c。图4C是示出了三个机器人臂的布置的后视图。

如例如图4B所见，机器人臂175中的每个机器人臂可具有附接到机器人基部180的近侧端部487和附接到由对应的机器人臂操纵的装置的远侧端部489。在各种实施方案中，待由机器人臂定位或操纵的任何医疗装置可安装到机器人臂的远侧端部489。医疗装置或医疗工具的示例包括患者导引器、内窥镜、相机、导管以及药物或植入物递送装置。在所示的示例中，患者导引器301安装到并附接到第一机器人臂175-a的远侧端部489，并且内窥镜115安装到并附接到第二机器人臂175-b和第三机器人臂175-c中的每一者的远侧端部489。机器人系统110可被配置为使用第一机器人臂175-a将患者导引器301保持在期望位置中，并且使用第二机器人臂175-b或第三机器人臂175-c中的一者或多者驱动柔性医疗工具穿过患者导引器301并进入患者体内。

在一些实施方案中，机器人系统110可被配置为使用形成在第一机器人臂175-a与第二机器人臂175-b或第三机器人臂175-c中的至少一者之间的虚拟导轨330将柔性医疗工具与患者导引器301的开口对准。虚拟导轨330在图4B和图4C中通过虚线示出。虚拟导轨330可在保持医疗工具115和导引器301的机器人臂之间提供计算机生成的线性轴线，机器人系统110沿着该线性轴线保持医疗工具115和导引器301之间的对准。通过将患者导引器301安装到用于形成虚拟导轨330的机器人臂中的一个机器人臂，由于由附接到医疗工具115和患者导引器301的机器人臂提供的该医疗工具和该患者导引器两者的固有位置感知能力，虚拟导轨330可更容易地将医疗工具115与患者导引器301的接收轴线对准。例如，患者导引器301在机器人臂175-a上的此种安装可避免为了在试图将医疗工具115与该患者引导器对准时确定不属于机器人系统的一部分的外部元件的位置而对虚拟导轨330的需要，从而导致更容易、更准确或更自动化的对准能力。另选地或组合地，机器人系统110可使用对准构件309(图3B)或任何其他适当的对准技术来将医疗工具与到附接到机器人臂175的导引器对准。

在各种实施方案中，患者导引器301可被配置为基于患者导引器301的固定形状或保持导引器的机器人臂175的取向而在任何期望方向上引导医疗工具115。例如，如图4B至图4C所见，该系统可被配置为使得患者导引器301的通道的至少一部分在与机器人臂175之间的虚拟导轨330的方向不同的方向上延伸，这允许患者导引器301重新引导内窥镜115以在不同方向上进入患者上的开口。因此，不需要以过高的高度布置保持被导入患者体内的内窥镜或其他工具的机器人臂，以将内窥镜以适当的角度导入患者上的竖直定向的端口中。在例示的示例中，导引器301的通道的远侧部分基本上垂直于虚拟导轨330并垂直于通道的近侧部分延伸，该通道的近侧部分限定内窥镜115进入导引器的接收轴线，从而致使内窥镜115在基本上平行于虚拟导轨的方向上退出患者导引器301的远侧端部。尽管示出了特定角度和取向，但预期在各种实施方案中可使用其他角度和取向。

如图4B至图4C所见，机器人系统110可被配置为利用第二机器人臂175-b和第三机器人臂175-c驱动内窥镜115穿过患者导引器301，而第一机器人臂175-a将患者导引器301保持在适当位置以将内窥镜的部件引导到患者(在图4B至图4C中不可见的患者)体内。在一些实施方案中，第二机器人臂175-b和第三机器人臂175-c可各自被配置为驱动内窥镜115的不同部件。例如，第二机器人臂175-b可被配置为驱动内部前导部分145穿过外部护套部分147、穿过患者导引器301并进入患者体内。在一些实施方案中，第二机器人臂175-b可被配置为独立于外部护套部分147驱动内部前导部分145。在一些实施方案中，第三机器人臂175-c可被配置为独立于内部前导部分145驱动外部护套部分147穿过患者导引器301并进入患者体内。尽管该示例使用一对机器人臂来驱动内窥镜115，并且每个臂可能够选择性地驱动内窥镜的相应部分，但在各种实施方案中，预期任何一个或多个臂可用于驱动任何一个或多个柔性的细长医疗工具穿过附接到机器人臂的患者导引器。

在所示的示例中，多个机器人臂175被示出为按行布置。例如，如图4B所见，三个机器人臂175的近侧端部487可各自沿着线性行耦接到机器人基部180。附接到患者导引器301的第一机器人臂175-a布置在行的端部处。此种布置可促进患者导引器301在患者的口部上的定位或与患者身体上的开口对准，而剩余的机器人臂可自由操纵内窥镜115而不会彼此交叉、与患者碰撞或与保持患者导引器301的机器人臂175-a碰撞。此种布置对于特定程序可以是有利的。然而，预期可利用机器人臂175的各种其他布置，这些布置包括其中多个机器人臂并非全部按行布置的布置或者其中具有附接到机器人臂175-a的患者导引器301的该机器人臂被布置在行内的任何其他位置处的布置。

图4C示出了导纳控件的示例，诸如可包括在机器人臂175上(例如，在这些机器人臂的远侧端部489处)以促进使用导纳控制模式定位器械的导纳按钮410。如图4C所见，机器人臂175中的每个机器人臂可包括对应的导纳按钮410，以允许对应的机器人臂由用户手动操纵到期望位置。经由例如按压导纳按钮410对导纳控件的操作可允许每个机器人臂的端部处的器械被手动定位在三维空间中。在一些实施方案中，在手动地使机器人臂移动时，来自机器人臂的马达的适当辅助或操作可促进各个臂段170围绕接头165的关节运动。机器人臂的导纳控制可用于例如将患者导引器301定位成与患者上的开口对准或定位到该患者导引器可附接到患者上的端口的位置。在所示的示例中，患者导引器301包括夹具498，该夹具被配置为可释放地附接到端口320(图3A至图3B)，以确保一旦患者导引器301运动到位置中，患者导引器的出口开口和患者身体上的端口320的入口开口之间就正确对准。

如图4B至图4C所见，第二机器人臂175-b和第三机器人臂175-c中的每一者可经由这些机器人臂的相应的IDM 190操作这些机器人臂所附接的医疗工具部件。IDM 190中的每个IDM可被包括在对应的机器人臂175的远侧端部489中或以其他方式耦接到该远侧端部。医疗工具中的每个医疗工具可经由器械基部465附接到对应的机器人臂175的IDM 190，该器械基部可经由附接接口能够可释放地附接到机器人臂175。每个工具和机器人臂之间的附接接口可以是模块化附接接口，该模块化附接接口允许根据需要在机器人系统110中附接多种其他医疗器械中的任一种，从而允许机器人系统灵活地适应多种不同的程序。附接接口可包括IDM 190和器械基部465中的每一者上的对应和互补部分，其中此类对应和互补部分被配置为配合在一起以将工具可释放地附接并固定到机器人臂。例如，IDM 190和器械基部465中的每一者可包括闩锁机构、夹具、磁性连接器或形成用于机械地附接器械的附接接口的任何其他适当的可释放固定机构。附接接口还可形成医疗工具和机器人臂之间的操作连接(例如，与IDM 190的操作连接)，从而允许机器人臂致动医疗工具的部件。在操作连接形成在机器人臂和所附接工具之间的一些实施方案中，器械基部465还可包括输入轴、齿轮、轨道或其他驱动传送机构，这些其他驱动传送机构被配置为当经由附接接口固定时与驱动轴、齿轮、链轮或IDM上的其他驱动机构配合。

机器人安装的患者导引器的示例性具体实施

患者导引器301的示例在图5A至图5D中示出。在图5A至图5D中的每一者中，患者导引器301可以可释放地安装到机器人臂。图5A至图5D是示出了处于分离配置的患者导引器301的示例的各种视图。

如图所见，患者导引器301可包括器械基部465和耦接到器械基部465的导引器管307。导引器管307可以是允许医疗工具(例如，内窥镜115)穿过该导引器管插入的引导构件，使得导引器管307将医疗工具从一个端部处的开口引导到该导引器管的相反两端处的开口。例如，导引器管307可包括具有第一开口304的近侧端部303，该第一开口被配置为接受医疗工具的插入，使得近侧端部303处的第一开口304用作工具的入口开口。导引器管307还可包括与近侧端部303相反的远侧端部305，其中远侧端部305具有第二开口306，该第二开口被配置为递送所插入的医疗工具，使得远侧端部305处的第二开口306用作插入到入口开口中的工具的出口开口。

导引器管307的内腔595可从近侧端部303延伸到远侧端部305并且连接近侧端部处的第一开口和远侧端部处的第二开口。内腔595可提供延伸穿过导引器的通道，该通道将医疗工具穿过导引器引导到该医疗工具的预期目的地。根据一些实施方案，例如如图5A至图5D所见，内腔595可被配置为弯曲内腔，并且延伸穿过导引器的通道可以是弯曲通道，以便重新导向所插入的医疗工具以在与医疗工具进入患者导引器的方向不同的方向上退出患者导引器。在该示例中，弯曲内腔被配置有大约90度弯曲部以重新导向所引导的医疗工具以在基本上垂直于医疗工具进入导引器的方向的方向上退出。当安装到机器人臂时(例如如在图4B至图4C所见)，通道的近侧部分和连接到入口开口的内腔595可基本上平行于虚拟导轨330延伸，而通道的远侧部分和连接到出口开口的内腔595相对于近侧部分并且相对于虚拟导轨成角度，使得远侧部分在基本上垂直于虚拟导轨330的方向上延伸。

根据一些实施方案，例如如图5A所见，患者导引器301可包括与患者导引器301的远侧端部305处的出口开口对准的夹具498。夹具498可被配置为附接到安装在患者身上的端口(例如，气管内管或其他外科管)，使得当夹具498附接到端口时，导引器管的远侧端部处的出口开口与端口的入口开口对准。图5A所示的夹具498被配置为圆形、基本上C形构件，该构件可扣合到患者身体上的端口的管状构件的外表面上。C形构件的开口与导引器通道的远侧端部处的第二开口306对准，以有利于当C形构件被夹紧到端口时导引器管的出口开口和端口的入口开口之间的对准。尽管夹具498被示出为C形夹具，但预期可将其他类型的夹具或附接构件与患者导引器301一起被包括以将导引器固定到端口。

患者导引器301的部件可由整体构造一体形成或以其他方式永久地固定在一起。另选地，患者导引器301的部件中的任何两个或更多个部件可能够相对于彼此分离或运动。例如，器械基部465、导引器管307或夹具498中的任何两者或更多者可被提供为可分开部分，这些可分开部分能够相对于彼此分离并且以不同的配置重新附接。此种可分离配置可有利于患者导引器对各种需求的更大适应性。附加地或另选地，此种可分离配置可基于具有不同的有用寿命的不同部件促进更高的使用效率，从而允许替换一个部件而无需替换整个工具。

如图5A至图5C所见，患者导引器301可包括一个或多个安装件550。安装件550中的每个安装件可以是器械基部465上的安装结构，该安装结构允许附接可分离部件。在图5A至图5C所示的配置中，安装件550被配置为附接到导引器管307，该导引器管被配置为与器械基部465分开的可分离部分。安装件550被配置为将导引器管307保持在相对于器械基部465的期望位置和取向中。导引器管307具有互补接合构件555，该互补接合构件被配置为与器械基部上的安装件550中的一个安装件配合以将导引器管307固定在安装件上的适当位置中。在所示的安装机构中，安装件550中的每个安装件具有被配置为接收接合构件555的对应突片的狭槽。在各种实施方案中，预期多种其他安装件和接合构件结构中的任一者可适当地用于附接器械基部465和导引器管307。

在所示的示例中，多个安装件550设置在沿着器械基部465的不同位置上，以允许导引器管307在任何特定使用实例中基于导引器管307和该导引器管的对应的导引器通道相对于机器人臂的期望位置附接到安装件550中的任何一个安装件。在各种实施方案中，可在器械基部465上包括任何适当数量的安装件550，其中安装件中的每个安装件在相对于器械基部465的位置或取向中的至少一者方面不同，以允许导引器管307在不同的使用实例中定位在不同的位置或取向中。更多数量的离散安装件可提供导引器管307的更多数量的可能位置或取向，以获得对不同程序或患者位置的更大适应性。尽管示出了多个安装件550，但在各种实施方案中，器械基部465可包括任何适当数量的安装件。例如，器械基部465可在该器械基部上具有一个安装件、两个安装件、三个安装件、四个安装件、五个安装件、六个安装件、八个安装件、十个安装件或任何合适数量的安装件。

图5A至5C是示出了在不同位置或取向中耦接到器械基部465的导引器管307的各种视图。这种定位灵活性对于以下可以是有用的：例如基于诸如机器人臂之间的碰撞避免、相对于各种程序的患者的身体部位的定位或医师偏好的考虑优化机器人臂和患者导引器的布置。

图5A是示出了用于患者导引器301的面向顶部配置的侧视图。器械基部465可包括第一侧560、第二侧570和第三侧580。第一侧560可以是被配置为与机器人臂配合的附接侧。第二侧570可以是与附接侧相反的相反侧。第三侧580可以是邻接第一侧560和第二侧570的横向侧。在图5A中，导引器管307附接到第二侧570，以便将导引器管307定位成与附接侧相反。导引器管307经由安装件550附接，该安装件被配置为将导引器管307保持在一位置中，在该位置中，导引器管307的入口开口(第一开口304)面向与附接侧所面向的方向相反的方向。

图5B是示出了用于患者导引器301的面向侧面配置的前视图。在该示例性配置中，导引器管307附接到第三侧580，该第三侧是邻接附接侧和相反侧的横向侧。另外，在该示例中示出的横向侧上的安装件550被配置为将导引器管307保持一位置中，在该位置中，导引器管307的入口开口相对于器械基部465面向横向方向。在例示的示例中，入口开口被配置为面向基本上平行于由附接侧限定的平面的方向。

图5C是示出了患者导引器301的另一个面向侧面配置的顶视图。在该示例中，导引器管307定位在与附接侧相反的第二侧570上。然而，导引器管307所安装到的安装件550被配置为将导引器管307保持一位置中，在该位置中，入口开口相对于器械基部465面向横向方向。

在图5A至图5C中，通过示例示出了导引器管307的不同位姿(例如，位置或取向)，并且通过将导引器管307附接到包括在器械基部上的多个安装件550中的不同的一个安装件来实现导引器管307的不同位姿。另选地或组合地，器械基部可设置有可相对于器械基部运动的可运动安装件。例如，可运动安装件可被配置为沿着器械基部465平移或旋转，以针对各种配置调节导引器管307的位置或取向，诸如图5A至图5C所示的配置中的任一个。还预期，导引器管307相对于器械基部465的多种不同位姿是可能的。在相关方面，导引器管307可经由可运动安装件附接到器械基部，该可运动安装件允许调整导引器管307和器械基部465之间的相对位置或取向中的至少一者。在另外的相关方面，安装件可以可运动地耦接到基部465，以允许医疗装置/工具相对于基部465的位置的变化。

图5D是示出了用于患者导引器301的附接侧560的底部透视图。附接侧560可包括附接接口，该附接接口被配置为与机器人臂的对应模块化附接接口配合。附接接口可包括固定机构511，该固定机构被配置为例如经由牢固地夹紧或闩锁到IDM上的对应附接接口来将器械基部465固定到机器人臂。在一些实施方案中，患者导引器301可以是附接到机器人臂的不可致动部件。机器人臂可具有驱动轴，该驱动轴被配置为当可致动器械与之耦接时驱动可致动部件(例如，机器人臂的驱动轴606例如在图6B中可见)。因此，患者导引器301的附接接口可包括一个或多个开口以用于容纳机器人臂的驱动器或其他部分的部件的。在图5D所示的示例中，患者导引器的在器械基部465的附接侧560上的附接接口包括多个驱动轴开口538，该多个驱动轴开口被配置为当器械基部465附接到其上时分别容纳机器人臂的IDM的多个驱动轴。因此，驱动轴开口538中的每个驱动轴开口可被配置为允许对应的驱动轴延伸穿过该驱动轴开口。当导引器可以是不可致动的部件时，导引器的器械基部465可被配置为当处于附接配置时将导引器管307与机器人臂的驱动轴的任何操作连接脱离或隔离。例如，器械基部可以是支撑导引器管307的中空壳体或与导引器管刚性耦接的任何其他部件，而不必在中空壳体内具有与机器人臂的任何驱动轴配合的任何运动部件。

如上所述，器械基部465可提供用于附接导引器管307的适配器。然而，预期器械基部465可用作适配器，以用于附接(例如，刚性或不可致动附接)期望安装到机器人臂的任何适当的医疗工具。例如，带有有一个或多个驱动轴开口538、安装件550、中空器械基部和/或形成驱动轴的非操作容纳的附接接口的如上所述配置的器械基部465可用作适配器，以用于在期望使用机器人臂相对于工具的定位或安装能力而无需致动工具的移动部分的情况下将任何工具耦接到机器人臂。此种适配器可为用于多个程序的装配提供节省成本且灵活的解决方案。

图5D还示出了根据一些实施方案的可被包括在患者导引器301中的对准构件309的示例。如本文进一步所述，对准构件309可用于相对于患者导引器301对准医疗工具。

对准构件的示例性具体实施

图6A至图6B和图7A至图7H示出了根据本公开的各方面的对准构件309和IDM 190的不同实施方案。图6A和图6B分别示出了对准构件309自身和在对准程序期间与IDM 190接触的对准构件309的实施方案。

本文关于安装到患者导引器保持器325的患者导引器301(图3A至图3B)描述对准的一些示例。然而，预期本文所述的对准系统或方法中的任一者可与安装到机器人臂的患者导引器(例如，如上文关于图4A至图4C所描述的)结合使用。

参考图6A和图6B，患者导引器301包括附接到患者导引器301的主体或支撑结构的对准构件309。对准构件309可被定位在导引器管307的近侧端部303的近侧。对准构件309的该位置可经由对准构件309和IDM 190之间的物理接触来促进在近侧端部303中限定的开口与IDM 190的对准。然而，在其他实施方案中，对准构件309可在其他位置处附接到患者导引器301，或者可附接到患者导引器保持器325。例如，当已知对准构件309和在导引器管307的近侧端部303中限定的开口之间的距离时，外科机器人系统110可以能够响应于IDM 190与对准构件309的对准而准确地计算IDM 190相对于由患者导引器301的近侧端部303限定的开口的定位。

对准构件309可包括物理特征部、标记和/或其他对准部件以帮助与IDM 190对准。在一个具体实施中，对准构件309可包括第一弯曲表面311和细长突出部313。由第一弯曲表面311和细长突出部313限定的形状可与IDM 190的外表面形成互补形状。这样，通过使IDM190与对准构件309紧密物理接触(例如，与该对准构件界面接触)，IDM 190可与对准构件309至少部分地对准，如图6B所示。例如，在IDM 190的外部弯曲表面接触第一弯曲表面311并且IDM 190的上表面接触细长突出部313之后，IDM 190在空间中相对于对准构件309的定位可通过限制IDM 190经过第一弯曲表面311和细长突出部313的进一步运动来限定。另外，如图6B所示，IDM 190的接触细长突出部313的上表面可以不是由IDM 190限定的最高表面，但可由凹陷部限定。在其他实施方案中，IDM 190的接触细长突出部313的上表面可由IDM190的上表面中的突出部限定，或者可与上表面的其余部分齐平。类似地，IDM 190的接触第一弯曲表面311的外部弯曲表面可与IDM的外表面齐平，形成为凹陷部，或形成为突出部。下文将详细讨论另外的示例性实施方案。

尽管对准构件309的第一弯曲表面311保持与IDM 190的外部弯曲表面接触(例如，第一弯曲表面311的大部分与外部弯曲表面接触或紧密接触)，但对准构件309与IDM 190的对准被限制在四个自由度上(例如，在X轴和Y轴上以及在俯仰和滚转取向上)。细长突出部313可用于限制对准构件309与IDM 190在Z轴自由度上的取向。

IDM 190和对准构件309之间的物理接触可足以限定IDM 190相对于对准构件309的空间定位；然而，在一些实施方案中，物理接触可能不足以使对准构件和IDM在旋转自由度中的每个旋转自由度上(例如，在偏航取向上)完全旋转对准。例如，在图6B的实施方案中，IDM 190可在保持与对准构件309接触时围绕Z轴自由旋转。因此，在一些实施方案中，对准构件309和/或IDM 190还可包括用于限定IDM 190与对准构件309的旋转对准的对准标记。图6B还示出了可被包括在机器人臂175的IDM 190上以致动附接到该IDM的器械的驱动轴606的示例。

图7A至图7H示出了可用于帮助操纵器组件(例如，IDM 190)与对准构件309的旋转对准的对准标记的多个实施方案。在图7A和图7B的实施方案中，对准构件309包括第一组对准标记505，并且IDM 190包括对应于第一组对准标记505的第二组对准标记510。在对准构件309已经与IDM 190接触之后(如图7B)，IDM 190和对准构件309可通过使第一组对准标记505和第二组对准标记510对准来相对于围绕Z轴的旋转(例如，IDM 190的偏航)旋转地对准。在图7A和图7B的实施方案中，第一组对准标记505和第二组对准标记510可形成为带。对准带可由各种不同的形状、大小、尺寸、公差等体现，以便帮助IDM 190与对准构件309的偏航取向对准。带的某些实施方案在图7A、图7B和图7E至图7H中示出；然而，带的设计不限于此，并且带可具有任何形状、大小、尺寸、公差等，以用于在偏航取向上对准。

在图7C和图7D的实施方案中，第一组对准标记505和第二组对准标记510可形成为相对的三角形。在该实施方案中，三角形的点可被匹配直至确认IDM 190和对准构件309之间的旋转对准完成。如图7C和图7D所示，对准标记505可形成在细长突出部313上。

如图7E和图7F所示，另一个实施方案包括单个第一对准标记505和单个第二对准标记510。在该实施方案中，第一对准标记505和第二对准标记510与在图7A和图7B的实施方案中的相比形成更宽的带。在此，当带的端部基本上彼此对准时，可实现IDM 190和对准构件309之间的旋转对准。在又一个实施方案中，如图7G和图7H所示，第一对准标记505可比第二对准标记510宽。在该实施方案中，当第二对准标记510处于由第一对准标记的带限定的宽度内时，IDM 190可与对准构件309旋转对准。在此，第一对准标记505和第二对准标记510之间的宽度的差值可对应于用于相对于围绕Z轴旋转的旋转对准的公差范围。由对准标记505和510的宽度限定的公差范围可确保外科机器人系统能够在限定在公差范围内的任何位置处完全操纵外科工具。另外，在其他实施方案中，形成在IDM 190上的第二对准标记510可比第一对准标记505宽。尽管已经结合其中公差范围由对准构件309上的对准标记505的宽度限定的实施方案论述了公差范围，但公差范围的指示可变化并且跨不同实施方案和标记而不同。例如，公差范围可由对准构件309上的第一对准标记505、由IDM 190上的第二对准标记510和/或由它们的组合等限定。此外，公差范围的指示可位于患者导引器301、IDM190、无菌适配器等上。

第一对准标记505和第二对准标记510在对准构件309和IDM 190上还可位于使得机器人外科系统的用户能够根据多个不同的有利视点目视确认旋转对准的位置处。例如，如图6B所示，IDM 190可具有从IDM 190的上表面突出的多个部件。这些突出部和/或其他对象诸如患者导引器本身可阻挡第一对准标记505和第二对准标记510中的一者或两者的视野，这取决于用户站立的位置。因此，第一对准标记505和第二对准标记510可被放置在对准构件309和IDM 190上的不同位置处，使得当从多个有利视点中的一个有利视点观看时，用户可观看到第一对准标记505和第二对准标记510中的每一者中的至少一个。这可使得用户能够目视确认IDM 190和对准构件309的旋转对准，而无需用户为了看到第一对准标记505和第二对准标记510而运动。

另外，当操纵器组件包括附接到IDM 190的另外的部件(诸如无菌适配器)时，可在另外的部件上形成第三组对准标记(未示出)，使得另外的部件可与对准构件对准。这些第三标记可以类似于图7A至图7H所示的第二标记510的方式形成在另外的部件上。在这些实施方案中，无菌适配器可包括具有与对准构件309的形状互补的表面的至少一部分。无菌适配器可以是如下适配器，该适配器被配置为物理地附接到IDM 190以用于需要IDM 190和机器人臂175之间的接口无菌的外科程序。在某些实施方案中，无菌适配器可具有外表面和/或外科工具接口，该外表面和/或外科工具接口与IDM 190和外科工具115之间的接口基本上相同或类似。

另外的对准技术

在本公开的某些方面，代替结合图6A至图6B和图7A至图7H论述的物理对准实施方案或者除了这些物理对准实施方案之外，可采用另外的对准技术。这些技术可帮助将IDM190与患者导引器301手动或自动对准。

在一个示例中，射频识别(RFID)读取器和RFID标签可用于帮助对准。患者导引器301可包括定位在对准构件309或患者导引器301上的另一位置上的RFID标签。IDM 190可包括被配置为读取从RFID标签发射的无线信号的RFID读取器。在其他实施方案中，RFID标签和RFID读取器的位置可交换。

RFID标签可以是无源装置，该RFID标签收集从RFID读取器发出的能量，并且可使用从RFID读取器收集的电力来发射RFID信号。通过检测从RFID标签发射的信号，RFID读取器可以能够确定RFID读取器相对于RFID标签的位置。另外，在RFID读取器运动得更靠近RFID标签时，由RFID读取器检测到的信号可变得更强。因此，当RFID读取器在从RFID标签接收的信号的强度中找到最大值(或峰值)时，RFID读取器可以能够推断RFID标签位于最接近RFID读取器的可能位置处。可例如经由显示模块202将所接收的RFID信号的强度显示给用户，以便帮助将IDM 190与患者导引器301手动对准。另选地，RFID信号可用作外科机器人系统的处理器的输入，以用于IDM 190与患者导引器301的自动对准。

又如，外科机器人系统110可包括激光跟踪系统以帮助对准。例如，IDM 190可包括激光发射器(还简称为激光器)和激光传感器，而激光反射器定位在患者导引器301上(例如，在对准构件309上)。激光器、激光反射器和激光传感器可被定位成使得当IDM 190与患者导引器301正确对准时，激光被反射到传感器上。这样，激光器和激光传感器相对于激光反射器的定位使得外科机器人系统110能够确定IDM 190已经与患者导引器301对准。

在另选的实施方案中，IDM 190包括至少一个激光器，并且患者导引器301或对准构件309包括对应于该激光器的至少一个对准标记。然后，外科机器人系统110的用户可通过目视确认激光落在至少一个对准标记上来确定IDM 190与患者导引器301对准。在这些实施方案中，激光器、激光反射器、激光传感器和至少一个标记的放置可在IDM 190和患者导引器301之间交换。在某些实施方案中，可存在至少三个激光器和三个标记/传感器，以便确保IDM 190和患者导引器301之间的对准以所有自由度限定。在某些实施方案中，可存在至少一个激光器和至少一个标记/传感器，以便确保IDM 190和患者导引器301之间的对准以所有自由度限定。

又如，对准构件309可包括被配置为基于LED相对于放置在IDM 190上的光电二极管的定位来发出光的发光二极管(LED)。例如，放置在IDM 190上的光电二极管可以能够感测从LED发出的光，以便确定IDM 190相对于对准构件309的对准。另外，在某些实施方案中，对准构件309可包括分别对应于定位在IDM 190上的多个光电二极管的多个LED。当光电二极管检测到从相应的LED接收的光时，IDM 190可以能够确定IDM 190已经与对准构件对准。此外，LED可具有不同的颜色，而光电二极管可具有对应的滤色器。因此，仅来自LED中的对应一个LED的光可由光电二极管检测。

又如，IDM 190与患者导引器301的对准可包括使用声反射。例如，IDM 190可包括声发射器和声传感器，而患者导引器301和/或对准构件309包括声反射器。然后可基于由声传感器检测到的信号来定位IDM 190，其中所测量信号的最大值指示IDM 190与患者导引器301对准。

又如，磁场传感器可放置在IDM 190上，其中磁体放置在患者导引器301和/或对准构件309上。由磁性传感器测量的信号可用于确定IDM 190与患者导引器的位置对准。这些元件的放置可在IDM 190和患者导引器301之间交换。

在一个具体实施中，IDM 190与患者导引器301的对准可进一步涉及EM发生器和一个或多个EM传感器的使用。例如，操纵器组件可包括EM传感器，并且EM发生器可布置在平台102上或与该平台相邻布置。外科机器人系统110可使用由EM传感器检测到的信号来确定IDM 190相对于EM发生器的位置。

在又一个实施方案中，对准构件309和IDM 190的物理形状可从结合图6A至图6B和图7A至图7H论述的实施方案改变。例如，患者导引器301上的三个点与IDM 190上的三个对应点的对准可足以限定该患者导引器和该IDM之间的对准。因此，在一个示例中，患者导引器301可包括三个细长突出部，而IDM 190可包括对应于该三个细长突出部的三个标记。当细长突出部与IDM 190上的对应标记接触时，患者导引器301可与IDM 190对准。另选地，细长突出部可形成在IDM 190上，其中标记位于患者导引器301上，或者IDM 190和患者导引器中的每一者可包括三个突出部，该三个突出部被配置为在空间中与相对元件上的对应突出部相接。

尽管可用于帮助用户将IDM 190与患者导引器301对准和/或将IDM 190与由外科机器人系统110执行的患者导引器301自动对准的不同传感器的多个示例，但除了本文所述的传感器之外或代替本文所述的传感器，也可使用其他类型的传感器。例如，可使用任何其他传感器模态来执行对准，该任何其他传感器模态包括但不限于使用光学传感器(例如，相机)、超声传感器、加速度计、电容耦接传感器等的视觉形状匹配。

用于患者导引器301和IDM 190之间的物理对准的另一种方法可以是使用突出部和中空腔体。因此，当突出部被插入中空腔体中时，患者导引器301和IDM 190可对准。由于简单的圆柱形突出部和中空腔体可不限定沿着突出部的长轴的旋转对准，因此突出部/中空腔体可被键控，使得突出部和中空腔体之间仅一个旋转对准将允许突出部被插入腔体中。

示例性方法

使用医疗机器人系统的示例性方法结合图8至图13所示的流程图进行描述，并且参考图1A至图7G所述的系统和装置进行描述。例如，用于将外科机器人系统推车与患者导引器对准的一些方法结合图8至图12进行描述。与机器人臂安装的患者导引器一起使用外科机器人系统的示例性方法结合图13进行描述。

图8根据一些实施方案提供系统推车与患者导引器的对准的概述。下文所公开的方法(例如方法600-1100)中的每种方法的各方面可由手动操纵IDM 190的人类操作员或外科机器人系统的其他部件、如由人类操作员指导或自主地机械地操纵IDM 190的外科机器人系统本身(诸如上文所述的系统110)或它们的组合来实施。

如图8所见，方法600在框601处开始。在框605处，将患者导引器301附接到端口320。端口320可先前已经由医务人员放置在患者101体内。在框610处，将机器人臂175放置成处于对准位姿。这可由外科机器人系统110响应于来自用户的输入命令而自动执行，或者用户可将机器人臂175手动引导成处于对准位姿。当由用户引导时，外科机器人系统可向用户提供指示机器人臂175何时处于对准位置的阈值距离中或内的反馈。

在框615处，用户可任选地使机器人基部180运动(例如，在利用系统推车作为机器人基部的实施方案中)，使得机器人臂175与患者导引器301相邻。此步骤可被认为是系统推车与患者导引器的粗略对准。由于机器人臂175具有有限的运动范围，因此如果系统推车在对准之前未充分接近患者导引器放置，则机器人臂175可能无法到达患者导引器以进行对准。框620涉及将机器人臂175的操纵器组件(例如，IDM 190)与患者导引器301的对准构件309(在空间上和/或旋转地)对准。该步骤可由用户手动完成，由外科机器人系统110自动完成，或通过手动和自动程序的组合来完成。外科机器人系统110可响应于IDM 190与患者导引器301对准而存储IDM 190的位置(例如，对准位置)。IDM 190的对准位置的存储可响应于外科机器人系统110从用户接收到IDM 190与患者导引器301对准的确认而执行。

在某些实施方案中，可使患者导引器301运动成与IDM 190对准。例如，支撑患者101的平台102在操作环境100内可以是可运动的(例如，具有可锁定/不可锁定的轮)和/或可调整的以促进与IDM 190的对准。因此，可使平台102运动到使得患者导引器301与IDM190对准的位置中。在一些实施方案中，IDM 190与患者导引器301的对准可涉及使IDM 190和患者导引器301两者运动。一旦操纵器组件190已经与患者导引器301对准，在框625处，用户就可任选地使外科机器人系统推车固定。另选地，如果外科机器人系统推车包括用于使推车运动的自动化制动器和/或致动器，则外科机器人系统110可自动地使系统推车固定。在一些实施方案中，诸如在机器人臂175未定位在系统推车上的情况下(例如，当机器人臂175定位在台上时)，可不执行框615和625。方法600在框630处结束。

图9提供示出了提供与图8的框605相关的另外方面的方法700的流程图。方法700在框701处开始。在框705处，将端口320安装到患者体内。框705可由医务人员在准备待由/使用外科机器人系统110执行的外科程序时执行。在框710处，医务人员可将患者导引器保持器325附接和/或固定到平台102的床导轨或其他固定部分。平台102的患者导引器保持器325可附接到的固定部分的示例包括：床框架、支撑柱、放置在患者101下方的垫等。这可固定患者导引器301，从而减少患者导引器301在对准或外科程序期间移位或以其他方式移动错位的机会。在框715处，医务人员将患者导引器301连接到患者导引器保持器325。在其他实施方案中，在框715处，将患者导引器301附接到患者导引器保持器325的步骤可利用医务人员将患者导引器301连接到机器人臂175来替换。在此类实施方案中，可省略在框710处将患者导引器保持器325附接到平台102的固定部分的步骤。

在框720处，医务人员将患者导引器301附接到端口320。该步骤可与框715同时执行，例如，可不设定所固定的患者导引器保持器325的最终位置或保持患者导引器301的机器人臂175的位置，直到患者导引器301已经连接到端口320之后。在其他实施方案中，患者导引器301可与端口320对准而不直接连接到该端口。例如，患者导引器301可被固定或以其他方式保持在与端口320相邻并与该端口对准的位置中。方法700在框725处结束。

图10是示出了提供与图8的框610相关的另外的方面的方法800的流程图。方法800在框801处开始。在框805处，用户将脐带电缆连接到外科机器人系统推车。脐带电缆可向外科机器人系统推车提供通信和/或电力。在框810处，用户使机器人外科系统推车通电。在框815处，用户可选择机器人外科系统推车的多个机器人臂175中的一个机器人臂，以用于与患者导引器301对准。所选择的机器人臂175可以是距离患者101和/或床102最近的臂175。在框820处，用户将所选择的机器人臂175放置成处于对准位姿。在其他实施方案中，用户可将命令输入到外科机器人系统110以使外科机器人系统110将机器人臂175自动定位成处于对准位姿。方法800在框825处结束。

图11提供了用于提供与图8的框620相关的另外方面的方法900的流程图。方法900在框901处开始。在框905处，用户和/或外科机器人系统110调整外科机器人系统推车的Z型提升。这可涉及将系统推车的高度调整到适用于平台102的高度的水平。在框910处，在手动实施方案中，用户将所选择的机器人臂175的操纵器组件(例如，IDM 190)放置成与患者导引器301的对准构件309接触。可需要用户按下导纳按钮以允许手动操纵机器人臂175。

根据实施方案，框910可由外科机器人系统110使用一个或多个传感器作为在对准期间反馈的输入来自动执行。在一些实施方案中，操纵器组件与患者导引器301的对准可不涉及该操纵器组件和该患者导引器之间的物理接触。例如，在IDM 190包括激光器和激光传感器的实施方案中，外科机器人系统110可使用从激光器发出，从对准构件309反射，并且在激光传感器处检测到的激光的检测来自动确定IDM 190是否与对准构件309对准。在包括LED的使用的实施方案中，当放置在IDM 190上的光电二极管检测到从LED接收的光时，机器人外科系统可确定IDM 190与对准构件309对准。在将患者导引器301安装到机器人臂的实施方案中，当多个机器人臂沿着基于多个机器人臂的位置感知能力确定的虚拟导轨对准时，机器人系统可确定机器人臂中的一个机器人臂(例如，保持内窥镜115的第二机器人臂175-b)的IDM 190与机器人臂中的另一个机器人臂(例如，保持患者导引器301的第一机器人臂175-a)对准。另外，上文所论述的对准特征部和/或传感器中的任一者还可用于通过外科机器人系统110将IDM190与患者导引器301自动对准。

在框915处，用户/外科机器人系统将操纵器组件上的标记与对准构件上的标记对准。在图7A至图7H的实施方案中，这可涉及使操纵器组件190相对于Z轴旋转直到标记被对准。在一些实施方案中，操纵器组件上的标记与对准构件309上的标记的对准可涉及使操纵器组件相对于对准构件309运动，直到操纵器组件的对准标记与对准构件309的对准标记对准。在框920处，用户/外科机器人系统将操纵器组件的顶部对准到对准构件309的细长突出部313。在某些实施方案中，框920可在框915之前或与框915同时执行。

在框925处，外科机器人系统110从用户接收对准过程已经完成的确认。在其他实施方案中，外科机器人系统110可自动确认对准已经完成，并且因此不需要来自用户的用户输入，或者外科机器人系统110可自动执行对准，而不需要任何用户输入来确认或执行对准。在框930处，外科机器人系统110将IDM 190的对准位置和取向(例如，在对准程序之后，限定IDM 190的最终位置的六个自由度)存储在存储器中。所存储的对准位置可由外科机器人系统110用来校准IDM 190在以下外科程序期间的控制和/或运动。方法900在框925处结束。

图12提供了用于提供与框625相关的另外方面的方法1000的流程图。方法1000在框1001处开始。在框1005处，用户调整患者导引器301以进一步固定患者导引器301的位置，从而防止患者导引器在对准程序之后移位。例如，可通过张紧患者导引器保持器325上的夹具(未示出)来固定患者导引器301。在框1010处，用户使机器人臂175运动到加载器械位置中。框1010还可由外科机器人系统110自动执行。在框1015处，用户将待在外科程序期间使用的器械加载到机器人臂175上。在框1020处，用户继续进行外科程序。方法1000在框1025处结束。

图13是示出了在患者导引器301的背景下使用医疗机器人系统110的示例性方法1100的流程图，该患者导引器可安装到系统的机器人臂。方法1100涵盖与使用机器人系统110相关联的各种步骤，这些步骤包括装配系统、将医疗工具115对准到患者导引器301，以及在装配时使用系统对患者执行医疗程序。

方法1100可在框1101处开始。在框1105处，将端口320附接到患者101。在一些实施方案中，端口320可安装在患者101中以提供对患者的腔内进入。例如，端口320可以是插入患者101的腔通路的入口(诸如提供患者101的肺的气道150的入口的口部)中的外科管，诸如气管内管。

在框1110处，将患者导引器301附接到机器人臂175。例如，患者导引器301可通过将患者导引器301的器械基部465安装到机器人系统110的第一机器人臂175-a的IDM 190的对应附接接口上来附接到该第一机器人臂175-a。

在框1115处，被配置用于插入穿过患者导引器301的一个或多个医疗工具附接到机器人系统110的一个或多个机器人臂。例如，内窥镜115可通过将内窥镜115的器械基部465安装到第二机器人臂175-b的IDM 190的对应附接接口上来附接到第二机器人臂175-b。在一些实施方案中，内窥镜115采用前导护套布置，如上文进一步所述。因此，在框1115处，医疗工具的一部分(诸如内窥镜115的内部前导部分145)可安装到第二机器人臂175-b，并且医疗工具的另一个部分(诸如内窥镜115的外部护套部分147)可安装到第三机器人臂175-c。

在框1120处，操纵保持患者导引器301的机器人臂以将患者导引器301耦接到患者上的端口320。例如，第一机器人臂175-a可例如使用导纳模式或以其他方式来进行关节运动，以使安装到该第一机器人臂的患者导引器301运动成紧密接近端口320，并且运动到患者导引器301可使用夹具498附接到端口320的位置中。第一机器人臂175-a可通过医务人员经由导纳控制模式的激活(例如，在按压导纳按钮410时)来手动进行关节运动，并且经由导纳控制模式的去激活(例如，在释放导纳控制按钮410时)锁定到三维空间中的期望位置中。另选地或组合地，患者导引器301与端口320的对准和/或耦接可经由机器人系统推车本身的运动来实现。

在框1125处，使保持其他医疗工具的一个或多个机器人臂进行关节运动以将其他医疗工具与患者导引器301对准。例如，第二机器人臂175-b可经由自动机器人控件或以其他方式进行关节运动，以使内窥镜115与患者导引器301的入口开口对准，并且有利于穿过该入口开口插入。在一些实施方案中，使第二机器人臂175和第三机器人臂175-c两者进行关节运动，以使内窥镜115的内部前导部分145和外部护套部分147运动成与患者导引器301的入口开口对准。

在框1130处，保持其他医疗工具的机器人臂操纵其他医疗工具以使其他医疗工具延伸穿过患者导引器301进入患者101体内。例如，第二机器人臂175-b可经由第二机器人臂175-b的IDM 190的一个或多个驱动轴606的操作来致动内窥镜115，以驱动内窥镜115穿过患者导引器301并进入患者101的腔通路中。另选地或组合地，第二机器人臂175-b可经由第二机器人臂175-b沿着形成在第一机器人臂175和第二机器人臂175-b之间的虚拟导轨330的关节运动来驱动内窥镜115穿过患者导引器301并进入患者体内。第一机器人臂175-a的接头165可被锁定以在其他机器人臂使内窥镜115穿过该患者导引器运动到患者体内外时将患者导引器301保持在固定位置。在一些支气管镜检查实施方案中，内窥镜115可穿过内腔595的入口(例如，导引器管307的第一开口304)插入、从内腔595的出口(例如，导引器管307的第二开口306)出来，穿过患者101的口部上的气管内管、穿过口部并进入患者的气管，并且进入患者的肺中的气道150。

在框1135处，机器人系统110可在程序期间以及在将内窥镜115初始插入患者体内之后监测系统的状态，以实现在程序期间的动态重新对准。例如，机器人系统110可使用机器人臂175的位置感知能力来监测患者导引器301和内窥镜115相对于彼此的位置。在检测到偏转(诸如第一机器人臂175-a和第二机器人臂175-b之间的意外碰撞或者第一机器人臂175-a或第二机器人臂175-b中的至少一者和周围环境中的医务人员或其他对象之间的意外碰撞)时，机器人系统110可使第一机器人臂175-a或第二机器人臂175-b中的至少一者以机器人方式进行关节运动以重新对准内窥镜115和患者导引器301，并且使内窥镜115和患者导引器301返回就位。通过将患者导引器301和穿过该患者导引器插入的内窥镜115两者安装在相应的机器人臂上，系统可具有检测在医疗程序期间可能出现的偏转或不对准的改进的能力。这种改进的能力可增强患者安全性或使机器人系统易于使用。方法1100在框1150处结束。

实施系统和术语

本文所公开的具体实施提供用于将外科机器人系统推车与患者导引器对准的系统、方法和设备。

应当指出的是，如本文所用，术语“联接(couple)”、“联接(coupling)”、“联接(coupled)”或词语联接的其他变型形式可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“联接”到第二部件，则第一部件可经由另一个部件间接连接到第二部件或直接连接到第二部件。

本文所述的机器人运动致动功能可作为一个或多个指令存储在处理器可读或计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”是指可由计算机或处理器访问的任何可用介质。通过示例但非限制，此种介质可包括RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、或可用于存储为指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，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。

如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。

除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。

提供对所公开的具体实施的前述具体实施方式以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、耦接或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。

Claims (38)

1.一种医疗机器人系统，包括：

第一机器人臂和第二机器人臂；

导引器，所述导引器耦接到所述第一机器人臂，所述导引器包括第一开口、第二开口以及连接所述第一开口和所述第二开口的通道；以及

柔性的细长医疗工具，所述柔性的细长医疗工具耦接到所述第二机器人臂，所述第二机器人臂被配置为驱动所述柔性的细长医疗工具穿过耦接到所述第一机器人臂的所述导引器并进入患者体内。

2.根据权利要求1所述的医疗机器人系统，其中，所述第一机器人臂被配置为基于所述第一机器人臂和所述第二机器人臂之间的虚拟导轨将所述柔性的细长医疗工具与所述导引器的所述第一开口对准。

3. 根据权利要求2所述的医疗机器人系统，其中：

所述虚拟导轨被配置为沿第一方向延伸，并且

所述通道的部分被配置为沿着相对于所述虚拟导轨成角度的路径延伸，以将所述柔性的细长医疗工具从所述导引器的所述第二开口沿不同于所述第一方向的第二方向引导出。

4.根据权利要求3所述的医疗机器人系统，其中：

所述通道是弯曲内腔，

所述通道的所述部分是所述弯曲内腔的远侧部分，所述远侧部分连接到所述第二开口，并且

所述弯曲内腔具有近侧部分，所述近侧部分连接到所述第一开口并且被配置为与沿所述第一方向延伸的所述虚拟导轨对准。

5.根据权利要求1所述的医疗机器人系统，还包括第三机器人臂，其中：

所述柔性的细长医疗工具是内窥镜的前导部分，所述前导部分具有用于使所述患者的内部解剖结构可视化的光学部件，

所述第三机器人臂被配置为操纵所述内窥镜的围绕所述前导部分的护套部分，并且

所述第二机器人臂被配置为独立于所述护套部分驱动所述前导部分穿过所述导引器。

6. 根据权利要求5所述的医疗机器人系统，其中：

所述第一机器人臂、所述第二机器人臂和所述第三机器人臂按行布置，并且

具有与之耦接的所述导引器的所述第一机器人臂布置在所述行的端部处。

7.根据权利要求1所述的医疗机器人系统，其中：

所述第二机器人臂被配置为经由耦接到所述患者的端口将所述柔性的细长医疗工具驱动到所述患者体内，

所述导引器还包括与所述第二开口对准的夹具，并且

所述夹具被配置为可释放地附接到所述端口。

8. 根据权利要求1所述的医疗机器人系统，还包括机器人基部，其中：

所述第一机器人臂具有附接到所述机器人基部的近侧端部和附接到所述导引器的远侧端部，并且

所述第二机器人臂具有附接到所述机器人基部的近侧端部和附接到所述柔性的细长医疗工具的远侧端部。

9.根据权利要求8所述的医疗机器人系统，其中，所述机器人基部是具有多个轮的推车。

10.根据权利要求8所述的医疗机器人系统，其中，所述机器人基部是具有平台的台，所述平台被配置为在所述平台上支撑所述患者。

11.根据权利要求1所述的医疗机器人系统，其中：

所述导引器的所述第一开口被配置为接收所述柔性的细长医疗工具，

所述导引器的所述第二开口被配置为将所述柔性的细长医疗工具递送到所述患者体内，并且

所述通道被配置为将所述柔性的细长医疗工具从所述第一开口沿着弯曲路径引导到所述第二开口。

12.根据权利要求1所述的医疗机器人系统，其中：

所述导引器还包括器械基部和耦接到所述器械基部的导引器管，

所述导引器的所述通道是所述导引器管的内腔，

所述器械基部可释放地附接到所述第一机器人臂的模块化附接接口，并且

所述第一机器人臂的所述模块化附接接口被配置为可释放地附接到不同于所述导引器的多种器械。

13.一种用于医疗机器人系统的导引器，所述导引器包括：

第一端部，所述第一端部形成被配置为接收柔性的细长医疗工具的第一开口；

第二端部，所述第二端部形成被配置为将所述柔性的细长医疗工具引导到端口中的第二开口；

导引器管，所述导引器管连接所述第一端部和所述第二端部，所述导引器管被配置为将所述柔性的细长医疗工具从所述第一端部引导到所述第二端部；以及

器械基部，所述器械基部耦接到所述导引器管，所述器械基部被配置为可释放地附接到机器人臂的模块化附接接口。

14. 根据权利要求13所述的导引器，其中：

所述器械基部包括被配置为与所述机器人臂的所述模块化附接接口配合的附接侧，并且

所述导引器管附接到所述器械基部的与所述器械基部的所述附接侧相反的一侧。

15. 根据权利要求13所述的导引器，

其中，所述器械基部包括被配置为与所述机器人臂的所述模块化附接接口配合的附接侧、与所述附接侧相反的相反侧、以及邻接所述附接侧和所述相反侧的横向侧，并且

其中，所述导引器管附接到所述器械基部的所述横向侧。

16. 根据权利要求13所述的导引器，其中：

所述器械基部包括被配置为与所述机器人臂的所述模块化附接接口配合的附接侧，并且

所述附接侧包括被配置为容纳所述机器人臂的驱动轴的开口。

17.根据权利要求13所述的导引器，其中，所述导引器管经由可运动安装件附接到所述器械基部，所述可运动安装件允许调整所述导引器管和所述器械基部之间的相对位置或取向中的至少一者。

18.根据权利要求13所述的导引器，其中，所述导引器管经由所述器械基部上的多个安装件中的一个安装件附接到所述器械基部，所述多个安装件中的每个安装件被配置为在相对于所述器械基部的不同位置或取向上将所述导引器管保持在所述器械基部上。

19.根据权利要求13所述的导引器，其中，所述器械基部的被配置为与所述机器人臂的所述模块化附接接口配合的附接侧包括多个开口，所述多个开口被配置为分别容纳所述机器人臂的多个驱动轴。

20.根据权利要求13所述的导引器，其中，所述导引器管永久地固定到所述器械基部。

21.根据权利要求13所述的导引器，其中，所述导引器管可释放地附接到所述器械基部。

22.一种使用医疗机器人系统的方法，所述方法包括：

使具有与之耦接的导引器的机器人臂进行关节运动；

经由所述机器人臂的所述关节运动将所述导引器与耦接到患者的端口对准；

在所述导引器与所述端口对准时，使医疗工具延伸穿过所述导引器并进入所述端口中；以及

在所述医疗工具延伸穿过所述导引器时，使所述医疗工具延伸穿过所述端口并进入所述患者体内。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：

在所述导引器的所述对准之前将所述端口耦接到所述患者；

在所述机器人臂的所述关节运动之前经由模块化附接接口将所述导引器耦接到所述机器人臂；以及

在所述导引器与所述端口对准时，将所述导引器耦接到所述端口。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述机器人臂的所述关节运动使用所述机器人臂的导纳模式来手动致动。

25. 根据权利要求22所述的方法，其中：

所述机器人臂是第一机器人臂，并且

所述医疗工具的所述延伸经由耦接到所述医疗工具的第二机器人臂的操作来执行。

26. 根据权利要求25所述的方法，还包括：

在所述导引器与所述端口对准时，经由处理器基于所述第一机器人臂的关节运动状态确定所述导引器的位置；以及

基于所述导引器的所确定位置，以机器人方式致动所述第二机器人臂以将所述医疗工具对准到所述导引器。

27. 根据权利要求25所述的方法，还包括：

检测使所述医疗工具脱离与所述导引器的对准的所述第一机器人臂或所述第二机器人臂中的至少一者的偏转；以及

在所述检测到所述偏转时，以机器人方式致动所述第一机器人臂或所述第二机器人臂中的至少一者以将所述医疗工具对准到所述导引器。

28.根据权利要求25所述的方法，其中：

所述端口是穿过所述患者的口部插入并进入所述患者的气管中的气管内管，

所述医疗工具是柔性支气管镜，并且

所述医疗工具穿过所述端口并进入所述患者体内的延伸包括：经由所述第二机器人臂的所述操作使所述柔性支气管镜延伸穿过所述气管内管并进入所述患者的肺中。

29.根据权利要求23所述的方法，其中，所述导引器与所述机器人臂的所述耦接包括：将所述导引器的夹具附接到所述端口。

30.根据权利要求22所述的方法，其中，所述机器人臂的所述关节运动是以机器人方式致动的。

31.一种用于医疗机器人系统的适配器，所述适配器包括：

基部，所述基部具有被配置为可释放地附接到机器人臂的第一侧、与所述第一侧相反的第二侧、以及邻接所述第一侧和所述第二侧的第三侧；

位于所述基部的所述第一侧上的开口，所述开口被配置为允许所述机器人臂的驱动轴延伸穿过其中；以及

安装件，所述安装件定位在所述基部的不同于所述第一侧的一侧上，所述安装件被配置为可释放地附接到医疗装置以将所述医疗装置保持在所述基部上。

32.根据权利要求31所述的适配器，其中，所述基部被配置为当所述附接侧附接到所述机器人臂时将所述医疗装置与到所述驱动轴的任何操作性耦接隔离。

33.根据权利要求31所述的适配器，其中，所述安装件定位在所述基部的与所述第一侧相反的所述第二侧上。

34.根据权利要求31所述的适配器，其中，所述安装件定位在所述基部的邻接所述第一侧和所述第二侧的所述第三侧上。

35.根据权利要求31所述的适配器，其中：

所述安装件是定位在所述基部的所述第二侧上的第一安装件，

所述适配器还包括定位在所述基部的所述第三侧上的第二安装件，并且

所述第二安装件被配置为可释放地附接到所述医疗装置以在与所述第一安装件不同的位置中将所述医疗装置保持在所述基部上。

36.根据权利要求31所述的适配器，其中：

所述安装件是第一安装件，

所述适配器还包括相对于所述第一安装件以不同取向定位在所述基部上的第二安装件，并且

所述第二安装件被配置为可释放地附接到所述医疗装置以在与所述第一安装件不同的取向上将所述医疗装置保持在所述基部上。

37.根据权利要求31所述的适配器，其中，所述安装件可运动地耦接到所述基部以允许所述医疗装置相对于所述基部的位置的变化。

38.根据权利要求31所述的适配器，其中，所述开口是第一开口，所述驱动轴是第一驱动轴，并且所述适配器还包括位于所述基部的所述第一侧上的多个其他开口，所述多个其他开口被配置为允许所述机器人臂的多个其他驱动轴分别延伸穿过所述多个其他开口。

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