CN114554930A - 具有多个弯曲节段的医疗装置 - Google Patents

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Abstract

某些方面涉及用于使内窥镜系统经由各种器官的自然孔口和管腔进入各种器官，使各种器官可视化和治疗各种器官的病状的系统和技术。在一个方面，该系统包括细长轴，该细长轴被配置用于插入患者的泌尿道中。该细长轴可包括近侧节段、远侧节段、末端部分和沿着该细长轴延伸并终止于该细长轴的该末端部分处的多根牵拉线。该多根牵拉线可包括第一牵拉线和第二牵拉线。该第一牵拉线可被配置成使该近侧节段和该远侧节段中的每一者沿第一方向进行关节运动。该第二牵拉线可被配置成使该远侧节段独立于该近侧节段而沿第二方向进行关节运动，该第二方向与该第一方向横向。

Description

具有多个弯曲节段的医疗装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月15日提交的美国临时申请号62/887,560的权益，该申请据此全文以引用方式并入。
技术领域
本文公开的系统和方法涉及医疗系统和规程，并且更具体地涉及具有多个弯曲节段的医疗装置。
背景技术
医疗规程诸如内窥镜检查可涉及出于诊断和/或治疗目的而进入患者的解剖结构的内部并使其可视化。例如，泌尿学或输尿管镜检查可涉及允许医师检查患者管腔(诸如输尿管)或器官(诸如肾)的医疗规程。在这些规程期间，将称为内窥镜的细的柔性管状工具或器械穿过孔口(诸如自然孔口)插入患者体内并且将其朝向识别用于后续诊断和/或治疗的组织部位推进。医疗器械可以是可控制的和可关节运动的以有利于导航通过解剖结构。
附图说明
下文将结合附图描述所公开的方面，该附图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1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人系统的实施方案。
图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。
图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。
图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。
图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
图6提供了图5的机器人系统的另选视图。
图7示出了被构造成收起机器人臂的示例性系统。
图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
图10示出了图5至图9的具有俯仰和倾斜调节的基于台的机器人系统的实施方案。
图11提供了图5至图10的台和基于台的机器人系统的柱之间的接口的详细图示。
图12示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。
图13示出了图12的基于台的机器人系统的端视图。
图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。
图15示出了示例性器械驱动器。
图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。
图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。
图18示出了具有基于器械的插入架构的器械。
图19示出了示例性控制器。
图20描绘了根据示例性实施方案的框图，该框图示出了估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如图16至图18的器械的位置)的定位系统。
图21示出了输尿管镜的示例性实施方案。
图22A示出了输尿管镜的另一示例性实施方案。
图22B示出了导航通过肾的自然管腔的输尿管镜。
图23是示出用于使输尿管镜进行关节运动以用于输尿管镜规程的示例性技术的流程图。
图24A示出了能够在一个平面内偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。
图24B示出了能够在两个平面内偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。
图25示出了输尿管镜的关节运动节段的示例性实施方案。
图26A示出了在一个平面内偏转的图25的输尿管镜。
图26B示出了在两个平面中偏转的图25和图26A的输尿管镜。
图27A示出了可在一个平面内偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。
图27B示出了可在两个平面内偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。
图28A示出了示例性内窥镜。
图28B示出了图28A的示例性内窥镜的内部部件中的一些内部部件。
具体实施方式
1.概述。
本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗系统中，该机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。
除了执行广泛的规程之外，系统可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该系统可以为医师提供从人体工程学方位执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和方位。另外，该系统可以为医师提供以改进的易用性执行规程的能力，使得系统的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。
出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他具体实施是可能的，并且利用所公开的具体实施可实现各种优点。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。
A.机器人系统–推车。
机器人使能的医疗系统可以按多种方式配置，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人使能的系统10的实施方案。在支气管镜检查期间，系统10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可以致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜。当利用胃镜(用于胃肠道(GI)规程的专用内窥镜)执行GI规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例性实施方案。
继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13插入患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦合到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器耦合到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟轨道”29，该“虚拟轨道”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟轨道在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘系统的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟轨道29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟轨道29的角度可以基于临床应用或医师偏好来调节、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟轨道29的角度和方位代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。
在插入之后，内窥镜13可以使用来自机器人系统的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，内窥镜13可被操纵以从外部护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28还允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。
例如，内窥镜13可被导向以将活检针递送到目标，诸如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。
系统10还可包括可运动塔30，该可运动塔可经由支撑缆线连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将这样的功能放置在塔30中允许可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调节和/或重新定位的较小形状因子的推车11。另外，在推车/台和支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置中被收起以在规程过程期间不挡道。
为了支持上述机器人系统，塔30可包括基于计算机的控制系统的部件，该基于计算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可以控制整个系统或其子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可致使机器人系统的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。
塔30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的缆线直接递送到内窥镜13。
塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到较小、更可运动的推车11。
塔30还可包括用于在整个机器人系统10中部署的传感器的支撑装备。例如，塔30可包括用于在整个机器人系统10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电装备。结合控制系统，此类光电装备可用于生成实时图像，以用于在整个系统中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(EM)传感器接收的信号的电子子系统。塔30还可用于容纳和定位EM场发生器，以便由医疗器械中或医疗器械上的EM传感器进行检测。
除了系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康状况或生命体征和系统10的操作，以及提供规程特定的数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台30被容纳在与塔30分开的主体中。
塔30可通过一个或多个缆线或连接物(未示出)耦合到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单根缆线向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可耦合在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单个缆线向推车11提供电力，但也可以通过单独的缆线提供对控件、光学器件、流体和/或导航的支持。
图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能的系统的推车11的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及在柱14的顶部处的控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿垂直轴线旋转以调节机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17还包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。
托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包括竖直平移接口以将托架17相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调节机器人臂12的到达范围以满足各种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独配置的臂安装件允许机器人臂12的机器人臂基部21以多种配置成角度。
在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴部署。盖在卷轴内盘绕，直到在托架17竖直地上下平移时被部署成从盖的盘绕状态延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以确保在托架17平移时盖的适当延伸和回缩。
柱14可在内部包括诸如齿轮和马达之类的机构，其被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。
机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂12可用的独立自由度。机器人臂12中的每个机器人臂可具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。具有冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连杆方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师使臂关节运动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。
推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和机器人臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车11能够运动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车11在规程之前容易地围绕房间运动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当方位之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当方位。
定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可以包括从术前计算机化断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台16。从该方位，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16还包括用以帮助操纵和稳定推车11的柄部27。
图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程特定的内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从台的脚部沿着虚拟轨道33将输尿管镜32通过尿道直接插入到患者的下腹部中。
在插入到尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可以被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。
图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的系统10的实施方案。在血管规程中，系统10可被配置成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送至患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可以被定位成朝向患者的腿部和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟轨道35。在插入到动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和插入医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。
B.机器人系统–台。
机器人使能的医疗系统的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的固定装备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能的系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的系统非常相似，系统36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟轨道41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的C形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。
图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统36的另选视图。如图所示，柱37可包括在系统36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可以使用定位在柱37内的机械马达围绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统36将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，系统36可包括具有可调式臂支撑件的病人检查台或病床，该可调式臂支撑件呈在病人检查台或病床旁边延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地存放在病人检查台或病床下方，并且随后在规程期间升高。
机器人臂39可通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架43上，该关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂39提供附加的可配置性。另外，臂安装件45可定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装件45可定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。
柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架43的竖直平移提供路径。在内部，柱37可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及用以机械化基于导螺杆的托架43的平移的马达。柱37还可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。
台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台面基部46还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部46的底部部署的脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当系统36需要运动时回缩。
继续图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔使系统36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供多种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可运动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部46中有更多的储存空间，以用于机器人臂39的潜在收起。塔还可以包括主控制器或控制台，其提供用于用户输入的用户界面(诸如键盘和/或挂件)以及用于术前和术中信息(诸如实时成像、导航和跟踪信息)的显示屏(或触摸屏)两者。在一些实施方案中，塔还可包括用于待用于注气的气罐的夹持器。
在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统47。在系统47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和机器人臂50，并且闭合以收起该托架、臂安装件和机器人臂，以便在不使用时保护它们。基部盖52可以利用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在闭合时灰尘和流体进入。
图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可以围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许C形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接插入到患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿部的方位，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。
在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的小切口，可将微创器械插入到患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者内的解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可以包括镜，诸如腹腔镜。图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。如图9所示，系统36的托架43可以被旋转并且竖直调整，以将成对的机器人臂39定位在台38的相对侧上，使得可以使用臂安装件45将器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。
为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台系统还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调整的机器人使能的医疗系统的实施方案。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件45可以旋转以匹配倾斜，使得机器人臂39与台38保持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与台基部46碰撞。
图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可以被配置成以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，可使用球形关节来在多个自由度上改变台38相对于柱37的俯仰角。
例如，当试图将台定位在头低脚高位(即，将患者的下腹部定位在比患者的上腹部距地板更高的方位)以用于下腹部手术时，俯仰调节特别有用。头低脚高位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜前列腺切除术。
图12和图13示出了基于台的外科机器人系统100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统100包括可被构造成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14)的一个或多个可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件105，但是附加的臂支撑件可设置在台101的相对侧上。可调式臂支撑件105可被构造，使得其可相对于台101运动，以调节和/或改变可调式臂支撑件105和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台101的方位。例如，可调式臂支撑件105可相对于台101被调节一个或多个自由度。可调式臂支撑件105为系统100提供高灵活性，包括容易地将一个或多个可调式臂支撑件105和附接到其的任何机器人臂收起在台101下方的能力。可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面下方的方位。在其他实施方案中，可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面上方的方位。
可调式臂支撑件105可提供若干自由度，包括提升、侧向平移、倾斜等。在图12和图13的例示实施方案中，臂支撑件105被构造成具有四个自由度，这些自由度在图12中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(“Z提升”)调节可调式臂支撑件105。例如，可调式臂支撑件105可包括托架109，该托架被配置成沿或相对于支撑台101的柱102向上或向下运动。第二自由度可允许可调式臂支撑件105倾斜。例如，可调式臂支撑件105可包括旋转接头，该旋转接头可允许可调式臂支撑件105在头低脚高位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件105“向上枢转”，这可用于调节台101的一侧与可调式臂支撑件105之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件105沿台的纵向长度平移。
图12和图13中的外科机器人系统100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。基部103和柱102相对于支撑表面支撑台101。地板轴线131和支撑轴线133在图13中示出。
可调式臂支撑件105可安装到柱102。在其他实施方案中，臂支撑件105可安装到台101或基部103。可调式臂支撑件105可包括托架109、杆或导轨连接器111以及杆或导轨107。在一些实施方案中，安装到轨道107的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和运动。
托架109可通过第一接头113附接到柱102，该第一接头允许托架109相对于柱102运动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线123上下运动)。第一接头113可向可调式臂支撑件105提供第一自由度(“Z提升”)。可调式臂支撑件105可包括第二接头115，该第二接头为可调式臂支撑件105提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件105可包括第三接头117，该第三接头可为可调式臂支撑件105提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加接头119(在图13中示出)，该附加接头机械地约束第三接头117以在导轨连接器111围绕第三轴线127旋转时保持导轨107的取向。可调式臂支撑件105可包括第四接头121，该第四接头可沿第四轴线129为可调式臂支撑件105提供第四自由度(平移)。
图14示出了根据一个实施方案的具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支撑件105A、105B的外科机器人系统140A的端视图。第一机器人臂142A附接到第一可调式臂支撑件105B的杆或导轨107A。第一机器人臂142A包括附接到导轨107A的基部144A。第一机器人臂142A的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构146A。类似地，第二机器人臂142B包括附接到导轨107B的基部144B。第二机器人臂142B的远侧端部包括器械驱动机构146B。器械驱动机构146B可被构造成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。
在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一者或多者包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一者或多者可包括八个自由度，包括插入轴线(包括插入的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和翻滚的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144A、144B(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，插入自由度可由机器人臂142A、142B提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的插入架构提供插入。
C.器械驱动器和接口。
系统的机器人臂的端部执行器可包括：(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合了用于致动医疗器械的机电装置；以及(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可以没有任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的固定装备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的固定装备进行充分灭菌。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从系统)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。
图15示出了示例器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，该一个或多个驱动单元以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可向医疗器械提供多个(例如，如图15所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。
对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入部，同时保持驱动轴与驱动输入部之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例性无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴和器械上的驱动输入部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖固定装备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的系统中)或台(在基于台的系统中)。覆盖件的使用将允许固定装备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要灭菌的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。
D.医疗器械。
图16示出了具有成对器械驱动器的示例医疗器械。与被设计成与机器人系统一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入部73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入部被设计成与延伸通过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出部74配合。当物理连接、闩锁和/或耦合时，器械基部72的配合的驱动输入部73可以与器械驱动器75中的驱动输出部74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出部74传递到驱动输入部73。在一些实施方案中，驱动输出部74可以包括花键，其被设计成与驱动输入部73上的插座配合。
细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包括柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可以连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可以基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。
使用沿着细长轴71的腱沿着细长轴71传递来自器械驱动器75的扭矩。这些单独的腱(例如，牵拉线)可以单独地锚定至器械柄部72内的单独的驱动输入部73。从柄部72，沿着细长轴71的一个或多个牵拉腔向下引导腱并且将其锚定在细长轴71的远侧部分处，或者锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科手术诸如腹腔镜、内窥镜或混合手术期间，这些腱可以耦合到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入部73上的扭矩将张力传递到腱，从而引起端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科手术期间，腱可以致使关节围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向运动。另选地，腱可以连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力致使抓握器闭合。
在内窥镜检查中，腱可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件耦合到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧端部时，施加在驱动输入部73上的扭矩将沿腱向下传递，从而引起较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或它们之间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下表现出较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起更大的轴压缩，但限制弯曲。在另一种情况下，可以平行于细长轴71的纵向轴线来导向牵拉腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控关节运动。
在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴71可以在轴71的远侧端部处包括用于部署外科工具(或医疗器械)、对手术区域进行冲洗和/或抽吸的工作通道。轴71还可以适应线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可以包括光学相机。轴71也可以适应光纤，以将来自位于近侧的光源(例如，发光二极管)的光载送到轴71的远侧端部。
在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工具、对手术部位进行冲洗和抽吸的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。
在图16的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入部轴线与细长轴71的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。在保持驱动输入部73静止的同时沿着其轴线使细长轴71滚动会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入到细长轴71内的牵拉腔时，腱的不期望的缠结。所得到的这样的腱的缠结可能破坏旨在在内窥镜规程期间预测柔性细长轴71的运动的任何控制算法。
图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器80的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来保持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。
与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，示出为具有透明的外部表层)，该器械基部包括被配置成接收器械驱动器80中的驱动输出部81的多个驱动输入部89(诸如插座、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入部89的轴线，而不是如图16的设计中那样正交。
当耦合到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转致使器械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入部89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出部81、驱动输入部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。
图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的器械。器械150可耦合到上文所述的器械驱动器中的任一个器械驱动器。器械150包括细长轴152、连接到轴152的端部执行器162和耦合到轴152的柄部170。细长轴152包括管状构件，该管状构件具有近侧部分154和远侧部分156。细长轴152沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽158。凹槽158被配置成接纳通过该凹槽的一根或多根线材或缆线180。因此，一根或多根缆线180沿着细长轴152的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线180也可穿过细长轴152。所述一根或多根缆线180的操纵(例如，经由器械驱动器)使得端部执行器162的致动。
器械柄部170(也可称为器械基部)通常可包括附接接口172，该附接接口具有一个或多个机械输入部174，例如插座、滑轮或卷轴，一个或多个机械输入部被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩耦合器往复地配合。
在一些实施方案中，器械150包括使得细长轴152能够相对于柄部170平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械150本身包括基于器械的插入架构，该架构适应器械的插入，从而使对机器人臂的依赖最小化以提供器械150的插入。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械插入。
E.控制器。
本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气、无线地和/或机械地)耦合，使得控制器的操纵例如经由主从控制而致使器械对应操纵。
图19是控制器182的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器182包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器182可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器182可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器182有利地在使用时可具有较低的感知惯性。
在例示的实施方案中，控制器182被配置成允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台188。
如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱接头196耦合到柱194的SCARA臂(选择顺应性装配机器人臂)198。棱柱接头196被配置成沿着柱194(例如，沿着导轨197)平移，以允许柄部184中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。SCARA臂198被构造成允许柄部184在x-y平面中运动，从而提供两个附加自由度。
在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器定位在控制器中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)定位在万向支架186中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器182的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台188被配置用于导纳控制，而万向支架186被配置用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架186被配置用于导纳控制，而定位平台188被配置用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台188的平移自由度或方位自由度可依赖于导纳控制，而万向支架186的旋转自由度依赖于阻抗控制。
F.导航和控制。
传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过C形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的装备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的方位。诸如术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。
图20是示出根据示例实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车11、图5至图14所示的床等中。
如图20所示，定位系统90可包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如EM场发生器)的参考系(参见下文对于EM场发生器的讨论)。
现在更详细地描述各种输入数据91-94。术前标测可以通过使用低剂量CT扫描的集合来完成。术前CT扫描被重建为三维图像，该三维图像被可视化，例如作为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以从CT图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据91(当仅使用术前CT扫描生成时也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请14/523,760中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从CT图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。
在一些实施方案中，器械可以配备有相机以提供视觉数据(或图像数据)92。定位模块95可处理视觉数据92以实现一个或多个基于视觉的(或基于图像的)位置跟踪模块或特征部。例如，术前模型数据91可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像连接到模型内的位置。在外科手术进行时，机器人系统可以参考该库，以便将在相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。
其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征可以识别术前模型数据91中的与解剖腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖腔，以及跟踪相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。
光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机运动。光流技术的示例可以包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的运动和位置。
定位模块95可以使用实时EM跟踪来生成内窥镜在全局坐标系中的实时位置，该全局坐标系可以被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在EM跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的EM传感器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态EM场发生器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的位置信息被存储为EM数据93。EM场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在EM传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定EM传感器与EM场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在外科手术进行时“配准”到患者解剖结构(例如，术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个方位(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式EM跟踪器可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。
机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的方位数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏航。在外科手术进行时，这些校准测量可以与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的方位。另选地，这些计算可以结合EM、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的方位。
如图20所示，定位模块95可使用多个其他输入数据。例如，尽管在图20中未示出，但是利用形状感测纤维的器械可以提供形状数据，定位模块95可以使用该形状数据来确定器械的位置和形状。
定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在EM数据可能不可靠(如可能存在EM干扰的情况)的情况下，由EM数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。
如上所讨论的，本文讨论的机器人系统可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人系统的基于计算机的控制系统可以将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时引起系统接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个系统的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的方位、解剖图等。
2.可偏转内窥镜。
本公开的实施方案涉及用于使柔性内窥镜经由用于输尿管镜检查的各种器官(诸如肾)的孔口和管腔进入各种器官、使各种器官可视化、诊断各种器官和/或治疗各种器官的病状的系统和技术。因为目标位置通常在内部，可能难以将医疗器械准确地引导至目标位置。例如，输尿管镜检查是用于治疗肾结石的医学规程。在该规程期间，可将细的柔性管状工具或医疗器械(诸如输尿管镜或内窥镜)穿过膀胱和输尿管插入尿道中，进入肾的肾盂中，并且进入肾的期望肾盏中。
为了导航通过各种器官(诸如肾)的孔口和管腔，内窥镜或输尿管镜应是柔性的并且可沿一个或多个方向偏转。输尿管镜应足够窄，使得其尺寸适当地设定成穿过狭窄的自然孔口和管腔(例如，尿道或输尿管)装配，足够柔性以适当地导航自然管腔的绞扭和转弯部或到达器官内的期望区域，并且足够稳定以在没有器官结构提供支撑的情况下保持期望的形状和偏转。输尿管镜可被配置成行进穿过解剖结构的具有不同直径、形状和配置的各个部分。输尿管镜的直径应足够小，以行进穿过解剖结构的各个部分，同时又足够大，以保持输尿管镜的稳定性和控制力。输尿管镜可被配置成在导航解剖约束部时执行各种量的关节运动。
输尿管镜检查的挑战之一可能是无法在输尿管镜的远侧末端或远侧端部附近(特别是在输尿管镜已显著弯曲或偏转后)提供精确的控制，以到达肾内的期望目标(诸如在特定肾盏内)。例如，当到达肾的中极或下极区域时存在显著偏转或弯曲半径时，使输尿管镜进行关节运动，然后选择特定肾盏(例如，指向前方或后方的肾盏)可能具有挑战性。
使输尿管镜的远侧节段或远侧端部进行精细和准确的关节运动可能是困难的，特别是当近侧节段已明显偏转时。正确控制远侧端部，同时不引起柔性输尿管镜的近侧或中间区域的不可预知的行为也可能是困难的。
输尿管镜可在第一平面内沿一个或两个方向偏转。输尿管镜也可在两个平面中的每个平面中沿一个或两个方向偏转。例如，输尿管镜可在第一平面中沿两个方向偏转，并且也可在第二平面中沿两个方向偏转，使得输尿管镜(或其至少一部分)可沿四个方向偏转。另外，可能期望至少远侧节段能够在多于一个平面中偏转以到达期望区域，诸如特定的指向前方或后方的肾盏。
图21示出了根据本公开的各方面的医疗器械或输尿管镜200的示例性实施方案。在图21所示的实施方案中，输尿管镜200可为机器人控制的器械，其可包括器械基部或柄部210、细长轴220和关节运动节段230。细长轴220可从器械基部或柄部210延伸。关节运动节段230可包括近侧节段240和远侧节段250。远侧节段250的远侧端部或远侧末端可包括末端部分272。近侧节段240也可称为第一或近侧关节运动节段、关节运动节段、弯曲节段或偏转节段以及双向偏转节段。远侧节段250也可称为远侧或第二关节运动节段、关节运动节段、弯曲节段或偏转节段以及四向偏转节段。关节运动节段230也可被认为是轴220的远侧端部并且也可称为关节运动节段、弯曲节段或偏转节段。
一根或多根缆线、牵拉线或牵拉线片段可沿着轴220的外表面和关节运动节段230运行。另外，一根或多根缆线可沿着轴220的中心管腔运行。一根或多根牵拉线片段可包括一根、两根、三根、四根、五根、六根或更多根牵拉线或片段。
一根或多根缆线的操纵导致关节运动节段230的致动或偏转。可经由定位在器械基部或柄部210内或连接到器械基部或柄部的一个或多个器械驱动器来控制一根或多根缆线的操纵。器械基部或柄部210通常可包括附接接口，该附接接口具有一个或多个机械输入部(例如，插座、滑轮或卷轴)，该一个或多个机械输入部被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩耦合器往复地配合。器械基部210可包括多个驱动输入部。多根控制缆线可耦合到多个驱动输入部并沿着柔性轴220延伸。多个驱动输入部被配置成响应于来自医疗机器人系统的驱动输出部(诸如图1至图20中所描述的驱动输出部)来控制多根牵拉线或控制缆线或向多根牵拉线或控制缆线施加张力。此外，医疗机器人系统的机器人臂可被配置成承载输尿管镜。机器人臂可被配置成向多个控制缆线施加张力以使关节运动节段230弯曲。
在图21所示的实施方案中，输尿管镜200包括四根牵拉线或牵拉线片段260、262、264、266。多根牵拉线或牵拉线片段260、262、264、266可沿着细长轴220延伸并终止于细长轴220的末端部分272处。在一些实施方案中，器械200包括一系列滑轮，一根或多根缆线260、262、264、266可操作地耦合到这些滑轮，使轴220能够相对于柄部210平移。根据特定器械200的具体实施，器械200可包括端部执行器(未示出)，该端部执行器可被实施为执行一个或多个不同的医疗任务和/或外科任务，这些任务可经由张紧一根或多根牵拉线或缆线260、262、264、266来实现。端部执行器可定位在器械200的远侧端部处。端部执行器可包括一个或多个工具，诸如例如篮子或能量发射工具。在一些示例中，器械200可包括延伸穿过细长轴220的工作通道270，允许穿过其插入至少一个工具(未示出)(诸如篮子或激光工具)以诸如在患者的泌尿道内与目标区域相互作用。激光工具可被配置成递送能量，该能量被配置成被施加到定位在患者的泌尿道内的肾结石，以便减小肾结石的大小。篮子工具可被配置成捕获位于患者的泌尿道内的肾结石或其部分。
图22A示出了医疗器械或输尿管镜200的示例性实施方案，其示出了输尿管镜200的各个部分(包括细长轴220和关节运动节段230)的偏转方向，该关节运动节段可包括近侧节段240和远侧节段250两者。这些如图22A所示的各种偏转方向可由图21中所示和所述的多根牵拉线260、262、264、266控制或致动。为了使输尿管镜200导航通过解剖结构，近侧节段240和远侧节段250两者都能够在第一平面内沿着弯型轴线232沿两个方向(例如，第一方向和第三方向)偏转，其中第一方向和第三方向沿着弯型轴线232彼此相反(例如，左/右或下/后)。远侧节段250能够进一步在第二平面内沿着弯型轴线234沿两个方向(例如，在第二平面中沿第二方向和第四方向)偏转，其中第二方向和第四方向沿着弯型轴线234彼此相反(例如，上/下或前/后)。第一平面可与第二平面正交或横向。第一方向可与第二方向正交或横向。第三方向可与第四方向正交或横向。因此，远侧节段250能够在两个平面中且沿四个方向偏转(例如，左/右和上/下)。
图21中示出的四根牵拉线260、262、264、266可被配置成使关节运动节段230沿各种方向偏转(例如，上、下、左、右)。如图21所示的第一牵拉线260可被配置成使关节运动节段230在第一平面中沿第一方向偏转。第二牵拉线262可被配置成使关节运动节段230在第二平面中沿第二方向偏转，该第二平面与第一平面横向或正交。第三牵拉线264可被配置成使关节运动节段230在第一平面内沿与第一方向相反的第三方向进行关节运动。第四牵拉线266可被配置成使关节运动节段230在第二平面内沿与第二方向相反的第四方向进行关节运动。
在一些实施方案中，输尿管镜200可在末端部分272中包括图像传感器或相机650(图26B)。第一牵拉线260可使关节运动节段230相对于相机的参照系而沿着水平轴线在第一平面内沿第一方向进行关节运动。第二牵拉线262可使关节运动节段230相对于相机的参照系而沿着竖直轴线在第二平面内沿第二方向进行关节运动。在一些实施方案中，末端部分272可包括照明器750(图26B)，诸如一个或多个光源(例如，发光二极管)或被配置成传送来自远程光源(例如，在塔中)的光的光纤。照明器750可被配置成照明目标解剖结构，以便于经由用相机获得的图像来进行可视化。
在一些实施方案中，第一牵拉线260被配置成使近侧节段240和远侧节段250两者在第一平面中沿着第一弯型轴线232沿第一方向偏转。在一些实施方案中，第二牵拉线262被配置成使近侧节段240和远侧节段250两者在第二平面内沿着第二弯型轴线234沿第二方向偏转。在一些实施方案中，第二牵拉线262被配置成使远侧节段250独立于近侧节段240而沿第二方向进行关节运动，沿着第二弯型轴线234的第二方向例如与沿着第一弯型轴线232的第一方向横向。
此外，近侧节段240和远侧节段250可各自具有不同的弯曲半径。在一些实施方案中，在向第一牵拉线260施加张力时，远侧节段250的远侧部分被配置成在第一平面内以比近侧节段240的近侧部分小的弯曲半径沿第一方向弯曲。在一些实施方案中，在向第一牵拉线260施加张力时，远侧节段250的近侧部分被配置成以与近侧节段240的远侧部分相同或大致相同的弯曲半径沿第一方向弯曲。在一些实施方案中，近侧节段240允许其在第一平面内沿第一方向弯曲并且抵抗其在第二平面内沿第二方向弯曲。在一些实施方案中，远侧节段250允许其沿第一方向和第二方向(例如，沿着相应的第一弯型轴线232和第二弯型轴线234)弯曲。
如图21所示，器械基部210可耦合到细长轴220。细长轴220可限定纵向轴线。细长轴220可被配置成相对于器械基部210围绕细长轴220的纵向轴线旋转。同样在图22A中示出，细长轴220可围绕细长轴220的纵向轴线沿方向222旋转或滚动。细长轴220相对于器械基部210的旋转能够操作为对准第一平面(其可为患者的下-上平面)内的第一方向和第二平面内(其可为患者的前-后平面)的第二方向两者。细长轴220的滚动方向222可被配置成沿期望的第一方向引导或对准关节运动节段230的第一方向。例如，当输尿管镜200被引导从末端部分272的角度进行右转和左转时，细长轴220可围绕纵向轴线沿方向222滚动，以沿不同方向(诸如上和下)引导偏转。
图22B示出了导航通过肾300的自然管腔的输尿管镜的示例性实施方案。尽管肾300在形状、尺寸和配置方面广泛变化，但它们大致可一般化为具有上极、中极和下极的平面结构。从这些极中的每个极发展出指向前方或后方的一系列肾盏。输尿管镜200可被配置用于插入患者的泌尿道中。可旋转输尿管镜200，由此细长轴220围绕细长轴220滚动，以将关节运动节段230沿正确的方向指向或对准。
输尿管镜200的组合偏转，其中关节运动节段230(包括近侧节段240和远侧节段250两者)的整个长度可用作双向偏转内窥镜。关节运动节段230可作为一个单元在第一平面内沿第一方向(例如，左和/或右)弯曲，以在输尿管镜200行进穿过尿道、进入膀胱和进入肾盂时操纵输尿管镜。双向偏转节段可被配置成横穿患者的输尿管。关节运动节段230的双向偏转节段可被配置成沿第一方向偏转以进入肾300的各个极。偏转节段可被配置成在第一平面内沿着第一弯型轴线232沿第一方向偏转以进入肾300的特定极，这可被认为是输尿管镜200的主要偏转或粗略偏转，因为偏转节段230可显著弯曲。在一些实施方案中，双向关节运动和4向关节运动两者都可用于导航到肾的各个极。
在进入期望的极之后，远侧节段250的4向弯曲节段或四向偏转可被配置成子选择指向前方和后方的肾盏。为了使输尿管镜200的远侧端部导航通过解剖结构(诸如子选择期望的肾盏)，可使远侧节段250沿与第一方向横向的第二方向偏转。4向弯曲节段的偏转可被认为是较小或精确的弯曲。近侧节段240可包括柔性细长轴的主要偏转或粗略偏转。远侧弯曲节段可包括柔性细长轴的次级或精细关节运动。精确的第二方向可沿着第二平面内的第二弯型轴线234，并且可允许输尿管镜200子选择指向前方和后方的肾盏，同时维持关节运动节段230的主要偏转曲线。在到达肾盏的漏斗部之后，可沿着第二弯型轴线234沿第二方向引导关节运动节段230的远侧节段250以选择期望的指向前方和指向后方的肾盏。
细长轴220、远侧节段250或近侧节段240的长度是可变的，使得可调谐长度以使输尿管镜200能够到达肾的肾盏或各个极的大部分。
图23是示出用于执行医学规程的方法400的实施方案的流程图，该医学规程包括使用于规程的医疗器械或输尿管镜偏转。方法400开始于框402，在框402处，将器械的远侧节段经由患者的输尿管插入肾或患者中。如本文所述，该器械可包括远侧节段和近侧节段。该器械可包括能够在第一平面和第二平面中进行关节运动的弯曲节段，该第二平面与该第一平面正交。该器械的近侧节段可包括被约束为在第一平面中进行关节运动的弯曲节段。该器械可为机器人控制的，例如使用上文参照图1至图22所述的机器人使能的医疗系统。该器械可为手动控制的。在一些实施方案中，初始进入是经皮获得的或穿过自然患者孔口插入，诸如通过尿道。
接下来，方法400移动到框404，在框404处，滚动器械以将弯曲节段的第一平面与肾的平面对准。在一些实施方案中，肾的平面可以是肾的主要平面或肾的冠状平面。
然后，方法400移动到框406，在框406处，使器械的关节运动节段在第一平面内进行关节运动。在一些实施方案中，近侧节段可被限制或约束为仅在第一平面内进行关节运动。
最后，方法400移动到框408，在框408处，使器械的远侧节段在第一平面和第二平面中的至少一者内进行关节运动。在一些实施方案中，器械的远侧节段可以是弯曲节段的可在第二平面内进行关节运动或偏转的唯一部分。在一些实施方案中，第二平面与第一平面正交或横向。在一些实施方案中，第一平面可为下-上平面。在一些实施方案中，第二平面可为前-后平面。
在一些实施方案中，方法400可被配置成将器械导航通过膀胱、输尿管、肾盂和期望肾盏的漏斗部。例如，在一些实施方案中，在框406处，使关节运动节段的近侧部分进行关节运动可被配置成实现主要偏转曲线。此外，在框408处，器械可被配置成使远侧部分进行关节运动，同时维持近侧部分的主要偏转曲线。另外，在一些实施方案中，在框408处，使远侧部分进行关节运动可被配置成导航通过远侧部分，通过漏斗部，并导航到期望肾盏以到达目标区域。
图24A示出了能够在单个平面内偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。该部分可以是输尿管镜中能够在第一平面内沿着一个或多个轴线232偏转的第一弯曲节段450。第一弯曲节段440可包括经由一系列对准铰链连接的一系列连接件442a至442c。如先前所述，第一弯曲节段440可以是输尿管镜的近侧部分。第一弯曲节段440可包括经由一系列对准铰链连接的一系列连接件442。第一弯曲节段440可包括多个连接件442，其中第一弯曲节段440的每个连接件442包括用于将连接件442b连接到近侧连接件442c的第一铰链构件和用于将连接件442b连接到远侧连接件442a的第二铰链构件。第一弯曲节段440可包括任何可变数量的多个连接件。
每个连接件442均可包括弯型表面、凹部或开口446，该弯型表面、凹部或开口在每个连接件442的近侧或底部表面上提供凹形铰链构件。每个连接件442均可包括突起444，该突起在连接件442的远侧或顶部表面上提供凸形铰链构件。突起444可从连接件442的远侧或顶部表面向远侧延伸。凹部446可被配置成接纳相邻连接件442的突起444或与该突起接合。凹部446可为杯形或u形。可在相邻连接件442(诸如442a和442b)之间形成铰链。铰链可通过第一连接件442b的凹部446接纳相邻连接件442a或442c的突起444形成。凹部446和突起444的对应形状可允许一个连接件442b相对于另一连接件442a或442c在第一平面内沿着第一弯型轴线232沿第一方向的旋转。近侧节段440的对准铰链中的每个对准铰链可围绕平行于相邻铰链的枢转轴线可旋转地连接一对相邻连接件442。每个连接件442可对准成使得铰链对准，其中突起444和凹部446在每个连接件442上彼此径向对准。对于第一弯曲节段440中的每个连接件442，第一铰链构件和第二铰链构件对准。
图24B示出了能够在两个不同平面内偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。能够在两个平面内(例如，沿着弯型轴线232、234)偏转的该部分可以是输尿管镜的第二弯曲节段450。第二弯曲节段450可包括经由一系列交错铰链连接的一系列连接件452。如先前所述，第二弯曲节段450可以是输尿管镜的远侧部分。第二弯曲节段450包括多个连接件452，其中每个连接件452包括被配置成将连接件452连接到相邻近侧定位的连接件(例如，将连接件452b连接到近侧连接件452c)的第一铰链构件和被配置成将连接件连接到相邻远侧定位的连接件(例如，将连接件452b连接到远侧连接件452a)的第二铰链构件。在相关方面，第二铰链构件可从第一铰链构件旋转地偏移(例如，约90度)。第二弯曲节段450可包括任意可变数量的多个连接件。
与近侧节段440的连接件442类似，第二弯曲节段450的每个连接件452可在每个连接件452的近侧或底部表面上包括弯型表面、凹部或开口456。每个连接件452可在连接件452的远侧或顶部表面上包括突起454。一个连接件452b的凹部456可被配置成接纳邻近或相邻连接件452a或452c的突起454或与该突起接合。可在相邻连接件452(诸如452a和452b)之间形成铰链。铰链可通过第一连接件452b的凹部456接纳相邻连接件452a或452c的突起454形成。应当理解，在各种实施方案中，凸形铰链构件和凹形铰链构件的定位可颠倒或修改。例如，凸形铰链构件可定位在每个连接件的近侧上，而凹形铰链构件可定位在每个连接件的远侧上。
在第二弯曲节段450中，连接每对相邻连接件452的铰链是交错的。铰链的这种交错可允许远侧节段450在第一平面中(例如，沿着第一弯型轴线232)以及在第二平面中(例如，沿着第二弯型轴线234)进行关节运动。远侧节段450的交错铰链中的每个交错铰链可围绕垂直于相邻铰链的枢转轴线可旋转地连接一对相邻连接件452。对于第二弯曲节段450中的每个连接件452a至452c，每个其他铰链构件可被定位成彼此偏移90度。第一铰链构件和第二铰链构件可定位成彼此偏移90度。
尽管在图24B和图25中示出了第二/远侧节段450中的连接件铰链的交错布置，其中每隔一个铰链构件彼此偏移，但铰链构件的交错可以是每三个、每四个或每五个铰链构件，或任何其他的图案或数量。例如，第二弯曲节段450可使得第一对(A-A)彼此对准，第二对(B-B)彼此对准并定位成与第一对(A-A)偏移90度，并且第三对(A-A)彼此对准并定位成与第二对(B-B)偏移90度。第三对(AA)将与第一对(A-A)对准。此交替对可称为A-A-B-B铰链图案。在一些实施方案中，此重复图案可以是三个、四个、五个或任何数量的铰链的交替组，而不是成对的。
交替的图案可具有相等的铰链数量比或不同的铰链构件比。例如，第一铰链构件(A)可与第二铰链构件(B)偏移90度。第三铰链构件(B)可与第二铰链构件(B)对准。然后，该图案将重复，其中第四铰链(A)构件可与第一铰链构件(A)对准，依此类推。这可称为A-B-B图案。
对准铰链和交错铰链的图案在整个第二弯曲节段450中可以是一致的。对准铰链和交错铰链的图案也可通过第二弯曲节段450变化。例如，第二弯曲节段450的近侧部分可具有先前描述的两个对准的交替铰链，并且第二弯曲节段450的远侧部分可具有如先前所描述的每隔一个交错铰链(如图24B所示)。
尽管示出了第二弯曲节段450中的交错铰链构件，使得铰链构件彼此偏移90度，但铰链构件可以任意数量的度数(诸如45度至90度、50度至75度、60度至80度、80度至90度之间的度数)彼此偏移。
在该第二弯曲节段450中，可在铰链的交错图案、范围或长度中创建各种图案。这允许第二弯曲节段250具有特定的弯曲半径或弯曲轮廓，该特定的弯曲半径或弯曲轮廓可根据期望的控制和待导航的特定患者的解剖结构进行定制。类似地，长度的不同变化(每个节段中的连接件数或各个连接件的长度)可改变特定的弯曲半径或弯曲轮廓，并且因此可改变第二弯曲节段可沿着其运动的第一弯型轴线232和/或第二弯型轴线的形状。
第一弯曲节段440的连接件442和第二弯曲节段的连接件452可包括从每个连接件442、452的远侧表面向远侧延伸的一系列柱形件472。该系列柱形件472的长度可比突起444短，并且围绕每个连接件442、452的半径定位。柱形件472可被配置成与远侧相邻连接件的底部或近侧表面接触并接合。这些柱形件472可在连接件沿期望方向偏转时提供支撑。
图25示出了处于未偏转状态的输尿管镜的关节运动节段430的示例性实施方案。输尿管镜可包括如图24A中所述的近侧节段440和如图24B中所述的远侧节段450。
近侧节段440的长度和远侧节段450的长度可变化。在一些实施方案中，近侧节段440的长度和远侧节段450的长度可相等。在其他实施方案中，近侧节段440的长度可比远侧节段450的长度长。在一些实施方案中，近侧节段440的长度与远侧节段550的长度的比率可为75:25、70:30、60:40、50:50、40:60、30:70、25:75或任何其他合适的比率。
第一弯曲节段440的各个连接件442的长度可变化。例如，该系列连接件442可具有沿远侧方向缩短的梯度长度(其中在第一弯曲节段440中，远侧连接件442的长度比近侧连接件442的长度短)。在另一示例中，第一弯曲节段440的近侧部分可具有连接件442，这些连接件的长度比第一弯曲节段440的远侧部分的连接件442长。类似地，第二弯曲节段450的各个连接件452的长度可以类似的方式变化。除此之外或另选地，可调谐相邻连接件相对于彼此弯曲的角度以确定弯曲半径。例如，相邻连接件之间的铰链构件或止动件可用于约束弯曲节段的最小弯曲半径。
图26A示出了在单个平面内进行关节运动的图25的关节运动节段430。第一弯曲节段440和第二弯曲节段450均在同一平面内弯曲。如图26A所示，第二弯曲节段450中的连接件452的长度比第一弯曲节段440中的连接件442的长度短，这产生了与第一弯曲节段440的弯曲半径相比，第二弯曲节段450的较小的弯曲半径。
图26B示出了在两个平面内进行关节运动的图25和图26A的输尿管镜。第一弯曲节段440在第一平面内沿第一方向偏转。第一弯曲节段404可被约束为在第一平面内弯曲。第二弯曲节段450在第二平面内(其与第一平面正交)沿第二方向偏转(离开第一平面或从第一方向沿横向方向偏转)。第二弯曲节段能够沿着第一平面弯曲并离开第一平面。
图27A示出了输尿管镜的能够在一个平面中偏转的一部分的另一示例性实施方案。该第一部分可以是输尿管镜中仅能够在一个平面中偏转的第一弯曲节段540。第一弯曲节段540可包括在第二平面中比在第一平面中具有较大弯曲刚度的可变形挠曲部。第一弯曲节段540的可变形挠曲部可包括第一管节段，该第一管节段具有空隙542的第一图案，这些空隙具有围绕其纵向轴线的二阶旋转对称性。柔性轴可以是管，其中第一弯曲节段540包括围绕管具有180度旋转对称性的一系列切口542。该系列切口或空隙542可沿着第一弯曲节段540的长度彼此对准，使得该系列切口或空隙542沿着第一弯曲节段540的长度径向位于相同的位置。该系列切口或空隙542可定位在纵向轴线的相对侧上，使得它们定位成彼此径向成180度。该系列切口或空隙542允许第一弯曲节段540增加柔韧性，这允许第一弯曲节段540在第一平面内弯曲。
图27B示出了能够在两个平面中偏转的输尿管镜的一部分的示例性实施方案。该第二部分可以是输尿管镜中能够在两个平面内偏转的第二弯曲节段550(例如，在第一平面和第二平面正交的情况下)。第二弯曲节段550可包括在第一平面和第二平面中具有相同弯曲刚度的可变形挠曲部。第二弯曲节段550的可变形挠曲部包括具有类似于第一弯曲节段540的第一图案的第二管节段，其中第二管节段具有空隙552的第一图案，以允许输尿管镜能够在一个平面内偏转。
与第一弯曲节段540中的空隙542的第一图案类似，第二弯曲节段550的可变形挠曲部可包括具有空隙552的第一图案的第二管节段，这些空隙具有围绕其纵向轴线的二阶旋转对称性。第二弯曲节段550的可变形挠曲部还可包括空隙554的第二图案，这些空隙具有围绕其纵向轴线的n阶旋转对称性，n是四的整数倍。
与第一弯曲节段540中的第一系列切口542类似，第二弯曲节段550可以是包括围绕管具有180度旋转对称性的一系列切口552的管。另外，第二弯曲节段550可具有第二系列切口554，该第二系列切口被径向定位成围绕管具有90度旋转对称性。
第一系列的切口或空隙552可沿着第二弯曲节段550的长度彼此对准，使得第一系列的切口或空隙552沿着第二弯曲节段550的长度径向位于相同位置。类似地，第二系列的切口或空隙554可沿着第二弯曲节段550的长度彼此对准，使得第二系列的切口或空隙554沿着第二弯曲节段550的长度径向位于相同的位置。第一系列的切口或空隙552可定位在纵向轴线的相对侧上，使得它们定位成彼此径向成180度。类似地，第二系列的切口或空隙554可定位在纵向轴线的相对侧上，使得它们定位成彼此径向成180度。
图28A示出了根据一种配置的示例性内窥镜1210的一部分的底视图，该示例性内窥镜可耦合到器械(诸如类似于上文参考图21和图22A至图22B描述的实施方案的器械200)并与该器械一起使用。如图所示，内窥镜1210包括内窥镜基部1211(或内窥镜柄部)和细长轴(未示出)。细长轴(如图21和图22A至图22B所示的细长轴220)可从内窥镜出口1242向远侧延伸。该细长轴被配置成在医疗规程期间插入患者中。该细长轴可被配置成能够进行关节运动和控制，使得细长轴可被导航和操控通过患者的解剖结构。例如，在一些实施方案中，该细长轴包括被配置成插入患者管腔诸如尿道、输尿管、胃肠道、食道、肺的气道(等)中并且引导通过这些患者管腔的细的柔性主体。如上所述，牵拉线(诸如牵拉线260、262、264、266)可包括在细长轴中或包括在细长轴上以控制细长轴的关节运动。该细长轴可在远侧端部与近侧端部之间延伸。该远侧端部可被配置成插入患者体内。该近侧端部可经由内窥镜出口1242附接到内窥镜基部211。该细长轴可包括工作通道(未示出)，附加器械或工具可穿过该工作通道以用于递送到远侧端部。内窥镜1210可包括被配置成允许进入工作通道的工作通道入口(未示出)。器械轴入口1256可允许将器械轴(下文描述)耦合到其中并且耦合到工作通道进入端口并进入工作通道。
内窥镜基部1211被配置成允许对内窥镜1210进行手动控制和机器人控制两者。例如，内窥镜基部1211被配置成被物理地保持和手动地操纵以提供手动控制，并且耦合到器械驱动机构以提供机器人控制。在一些实施方案中，无菌适配器可定位在内窥镜基部1211与器械驱动机构之间以在医疗规程期间保持无菌区。
如图所示，内窥镜基部1211包括外壳1212。如图所示，外壳1212还可成形为包括耦合到其的器械。内窥镜基部1211包括一个或多个内窥镜接收元件1276。内窥镜接收元件1276被配置成与另一器械(例如，上述器械200)的对应元件耦合。例如，内窥镜接收元件1276可与器械基部或柄部210(诸如图21所示)的对应元件(未示出)耦合。内窥镜基部1211的外壳1212可成形为为从业者手中的器械柄部和/或为另一器械的耦合提供符合人体工程学的配合。例如，外壳1212形状可允许内窥镜基部1211在手动控制期间被更容易地或更舒适地保持。另选地或除此之外，外壳1212形状可提供(或不会阻挡)到如下文所述的器械驱动机构上的一个或多个未使用的机器人驱动输出部的通路。内窥镜基部1211可包括用于连接到电力单元以便为医疗器械系统的一个或多个器械供电的电力通路1214。电力通路1214可配置成提供到内窥镜1210的电连接和/或视觉连接。在例示的实施方案中，电力通路1214被示出为用于通向塔处的连接器的脐带式缆线的应变消除件。
内窥镜基部1211可包括器械轴入口1256，该器械轴入口允许在其中插入器械(例如，上述器械200)。器械入口可包括器械入口致动器1229。器械入口致动器1229可允许手动控制器械的轴。在一些实施方案中，可拧紧器械入口致动器1229以改善器械轴与内窥镜1210之间的连接。器械入口致动器1229可包括鲁尔锁组件。在一些实施方案中，器械入口致动器1229可防止器械轴在器械轴入口1256内的意外滑动(例如，平移、旋转)。除此之外或另选地，器械入口致动器1229可被配置成允许从业者手动地旋转器械轴。
内窥镜基部1211可包括手动致动器1236。在例示的实施方案中，手动致动器1236被配置为杆件，但其他机械结构(诸如滑块或轮)也是可能的。如将在下文更详细地描述，手动致动器1236被配置成对内窥镜1210提供手动双向偏转控制。在例示的实施方案中，手动致动器1236被配置成被操纵或前后旋转。沿第一方向移动手动致动器1236可引起细长轴在第一平面内沿第一关节运动方向的关节运动，并且沿第二方向(与第一方向相反)移动手动致动器236可引起细长轴在第一平面内沿第三关节运动方向(与第一关节运动方向相反)的关节运动。第一关节运动方向和第三关节运动方向可基本上相反(例如，上和下)，但并非在所有实施方案中都需要如此。
内窥镜基部1211还可包括能够由内窥镜出口1242控制的手动滚动输入部。尽管未示出，但内窥镜1210的细长轴的远侧端部可附接到内窥镜出口1242。在一些实施方案中，细长轴延伸穿过内窥镜出口1242并进入内窥镜1210的外壳1212。内窥镜出口1242可被配置成允许细长轴相对于内窥镜基部1211旋转。如图所示，内窥镜出口1242可以是可相对于外壳1212旋转的绞扭器或可旋转柄部或夹持件。例如，内窥镜出口1242可以顺时针和/或逆时针运动旋转。在一些实施方案中，内窥镜出口1242沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转。细长轴可相对于内窥镜出口1242旋转地固定，使得内窥镜出口1242的旋转引起细长轴的旋转。细长轴的旋转可以是沿相同方向的并且可等于内窥镜出口1242的对应运动，但并非在所有实施方案中都需要如此。可允许细长轴沿两个旋转方向旋转(例如，滚动)至少90度、至少100度、至少110度、至少120度、至少130度、至少140度、至少150度、至少160度、至少170度、至少180度、至少190度、至少200度、至少210度、至少220度、至少230度、至少240度、至少250度、至少260度、至少270度、至少280度、至少290度、至少300度、至少310度、至少320度、至少330度、至少340度、至少350度或至少360度。这种滚动控制是任选的，并且在某些实施方案中，滚动可通过例如旋转内窥镜1210来手动控制。
继续参考图28A，内窥镜1210包括多个机器人内窥镜驱动输入部1262。在例示的实施方案中，内窥镜1210包括三个机器人内窥镜驱动输入部1262，但在其他实施方案中可使用其他数量的机器人内窥镜驱动输入部1262。机器人内窥镜驱动输入部1262被配置成在内窥镜基部1211附接到器械驱动机构时接合器械驱动机构上的对应的机器人驱动输出部。示例性机器人驱动输出部和器械驱动机构在图15至图17(如下所述)中示出。器械驱动机构的机器人驱动输出部接合机器人内窥镜驱动输入部1262并且将扭矩传递到该机器人内窥镜驱动输入部或使该机器人内窥镜驱动输入部旋转。在一些实施方案中，机器人内窥镜驱动输入部1262中的每个机器人内窥镜驱动输入部能够沿顺时针方向和逆时针方向两者旋转。在例示的实施方案中，机器人内窥镜驱动输入部1262被配置为沟槽状或带键凹部，并且被配置成接合被构造为凸出键齿的机器人驱动输出部。机器人驱动输出部可由马达驱动以沿顺时针方向和逆时针方向旋转。当机器人驱动输出部与机器人内窥镜驱动输入部1262接合时，机器人驱动输入部将旋转运动传递至机器人内窥镜驱动输入部1262。在一些实施方案中，机器人驱动输出部驱动机器人内窥镜驱动输入部1262。在一些实施方案中，这种布置可颠倒，或者可使用其他类型和构型的机器人驱动输入部和机器人驱动输出部。
内窥镜1210的例示实施方案被配置成至少用于机器人四向偏转控制和机器人滚动控制。在此实施方案中，机器人驱动输入部1262中的两个机器人驱动输入部可被配置用于偏转控制，并且机器人驱动输入部1262中的另一个机器人驱动输入部被配置用于滚动控制。机器人驱动输入部1262中的被配置用于偏转控制的两个机器人驱动输入部中的每个机器人驱动输入部可允许双向偏转控制，使得可一起实现四向偏转控制。
如将在下文更详细地所述，在一些实施方案中，机器人内窥镜驱动输入部1262中的一个机器人内窥镜驱动输入部的第一机器人驱动输入部的致动可被配置成引起细长轴的与手动驱动输入部的致动相同的关节运动。例如，第一机器人驱动输入部和手动致动器1236两者可被配置成引起细长轴沿上方向和下方向的关节运动。这可能是因为，如下所述，第一机器人驱动输入部和手动致动器1236两者可连接到内窥镜基部1211的外壳1212内的同一关节运动机构(例如，对应滑轮)。在一些实施方案中，由手动致动器1236提供的双向偏转控制与由第一机器人驱动输入部提供的双向偏转控制相同。
图28B示出了内窥镜基部211的内部部件中的一些内部部件。示出了内窥镜基部1211的第一侧视图，其中外壳1212的一部分被移除以便查看内部部件中的一些内部部件。如图所示，两个滑轮(或滑轮组件)(第一滑轮1310a和第二滑轮1310b)定位在外壳1212内。在此实施方案中，第一滑轮1310a和第二滑轮1310b中的每一者与细长轴的四个关节运动方向中的两个关节运动方向相关联。在一些实施方案中，每个关节运动平面(例如，上下或左右)可链接到一个滑轮组件。例如，细长轴的上关节运动和下关节运动可与第一滑轮1310a相关联，并且细长轴的左关节运动和右关节运动可与第二滑轮1310b相关联。
在例示的实施方案中，第一滑轮1310a可旋转地耦合到对应的第一机器人驱动输入部，并且第二滑轮1310b可旋转地耦合到对应的第二机器人驱动输入部。因此，第一机器人驱动输入部的旋转可引起第一滑轮1310a的对应旋转，并且第二机器人驱动输入部的旋转可引起第二滑轮组件1310b的对应旋转。如上所述，第一滑轮1310a的旋转可引起细长轴在第一平面内沿第一方向和第三方向(诸如沿上方向和下方向)的关节运动，并且第二滑轮1310b的旋转可引起细长轴在第二平面内沿第二方向和第四方向(诸如沿左方向和右方向)的关节运动。因此，对于一些实施方案，可利用第一机器人驱动输入部和第二机器人驱动输入部以及第一滑轮组件1310a和第二滑轮组件1310b来实现机器人四向偏转控制。另选地，四个单独的滑轮可与四个对应的机器人驱动输入部一起使用。
如上所示，手动致动器1236也可旋转地耦合到第一滑轮1310a，使得手动致动器1236可用于旋转第一滑轮1310a。第一滑轮1310a的旋转可引起细长轴在第一平面内沿第一方向和第三方向(诸如沿上方向和下方向)的关节运动。因此，在例示的实施方案中，手动致动器1236和第一机器人驱动输入部两者各自旋转地耦合到第一滑轮1310a，使得两者均可引起细长轴在第一平面内沿第一方向和第三方向(例如，沿上方向和下方向)的关节运动。在例示的实施方案中，手动致动器1236被配置为刚性地附接到第一滑轮1310a的杆件。例如，手动致动器1236的端部可附接到第一滑轮1310a的轴。因此，手动致动器1236的任何运动可直接地传递至第一滑轮1310a。因此，内窥镜1210被配置用于手动双向偏转控制(利用手动致动器1236)和四向偏转控制(利用第一机器人驱动输入部和第二机器人驱动输入部)。
在例示的实施方案中，第二滑轮1310b仅可与第二机器人驱动输入部进行关节运动。在一些实施方案中，第二手动致动器(未示出)可旋转地耦合到第二滑轮1310b，以进一步允许在第二平面内沿第二方向和第四方向(例如，沿左方向和右方向)手动地控制细长轴。
在一些示例中，手动致动器1236可引起关节运动节段230(包括近侧节段240和/或远侧节段250)的关节运动。例如，手动致动器1236可引起近侧节段240和远侧节段250两者的关节运动(诸如左/右或下/后)，使得关节运动节段230被控制在两方向偏转。在一些示例中，通过第一机器人驱动输入部或第二机器人驱动输入部，机器人臂可引起关节运动节段230的一个或多个节段(诸如近侧节段240和/或远侧节段250)的关节运动。在一些示例中，机器人臂可引起第一平面内(诸如左/右或前/后)和第二平面内(诸如上/向下或前/后)的关节运动，使得可控制远侧节段250以实现四方向偏转。在一些示例中，近侧节段240可响应于来自用户的手动输入或相互作用(诸如通过手动致动器1236)而弯曲，而远侧节段250可响应于机器人臂的控制(诸如通过第一机器人驱动输入部和第二机器人驱动输入部)而弯曲。在另一示例中，远侧节段250可基于手动输入或与用户的相互作用(诸如通过手动致动器1236)而在第一平面中弯曲；然后，远侧节段250可基于机器人臂的控制(诸如通过第一机器人驱动输入部、第二机器人驱动输入部和/或第三机器人驱动输入部)而弯曲离开第一平面弯曲并进入第二平面。
机器人轴滚动可通过第一锥齿轮1320和第二锥齿轮1330来实现。第一锥齿轮1320可附接到第三机器人驱动输入部，使得第三机器人驱动输入部的旋转可引起第一锥齿轮1320的旋转。第二锥齿轮1330可附接到内窥镜1210的细长轴的近侧端部，使得第二锥齿轮1330的旋转可引起细长轴相对于内窥镜基部1211的旋转。第一锥齿轮1320和第二锥齿轮1330可接合以将第三机器人驱动输入部的旋转移动传递至内窥镜1210的细长轴。例如，如图所示，驱动皮带1324可用于将第一锥齿轮1320从一定距离操作地耦合到第三机器人驱动输入部(未示出)。第三驱动输入部可位于第一锥齿轮1320的近侧。第三驱动输入部可设置在内窥镜1210的第一机器人驱动输入部与第二机器人驱动输入部之间。用于将第三机器人驱动输入部的旋转运动传递至内窥镜1210的细长轴的其他方法和机构也是可能的。在一些实施方案中，当细长轴滚动时，允许内部部件(诸如盘管、牵拉线、电线和光纤)绞扭，因为它们可固定到内窥镜1210的细长轴的近侧端部和远侧端部两者。内部部件的绞扭可在细长轴的大部分长度上实现，从而使施加到近侧终端和远侧终端的合力/扭矩最小化。
内窥镜1210还可包括电子控制器1328。电子控制器1328可经由电力通路1214耦合到电力装置。电子控制器1328可被配置成为设置在内窥镜1210的细长通道的工作通道内部的一个或多个元件提供电子控制。例如，内窥镜1210可包括相机、光源、麦克风、另一传感器和/或在医疗规程中使用的另一工具。电子控制器1328可为这些工具中的一个或多个工具提供电力和/或信号。除此之外或另选地，电子控制器1328可从这些工具中的一个或多个工具接收信号并将该信息传递给计算机(未示出)。例如，电子控制器1328可将视频和/或音频信号传递到远程显示器以在外科手术期间帮助从业者。
内窥镜1210可包括一个或多个引导元件1332。引导元件1332的位置和尺寸可设定成接纳穿过其的一根或多根牵拉线(诸如牵拉线260、262、264、266)并促进这些牵拉线通过内窥镜1210的细长轴的工作通道。引导元件1332可有利地减少摩擦对牵拉线(诸如牵拉线260、262、264、266)的破坏性影响，因为这些牵拉线使细长轴进行关节运动。引导元件1332可在第一滑轮组件1310a和/或第二滑轮组件1310b与内窥镜出口1242之间引导牵拉线(诸如牵拉线260、262、264、266)。第一级引导元件1332可被配置成引导来自第一滑轮1310a的牵拉线，并且第二级引导元件1332可被配置成引导来自第二滑轮1310b的牵拉线。第一级和第二级可彼此间隔开(例如，沿着大致平行于第一滑轮组件1310a和/或第二滑轮组件1310b中的一者或多者的旋转轴线的轴线)。
滑轮1310a、1310b中的一者或每个滑轮可包括对应的滑轮棘轮1314a、1314b和/或滑轮锁定机构1318a、1318b，诸如图28B所示。为清楚起见，将参考第一滑轮1310a，但相同的功能可适用于第二滑轮1310b。滑轮棘轮1314a、1314b可用于诸如在制造期间，向对应的滑轮1310a、1310b提供初始张力。因此，一旦牵拉线(诸如牵拉线260、262、264、266)通过旋转滑轮棘轮1314a、1314b适当地张紧，滑轮锁定机构1318a、1318b就防止滑轮棘轮1314a、1314b沿相反方向旋转。
3.实施系统和术语。
本文公开的具体实施提供了用于内窥镜检查的系统、方法和设备，其经由各种器官的自然孔口和管腔进入各种器官，使各种器官可视化和治疗各种器官的病状。
应当指出的是，如本文所用，术语“耦合(couple)”、“耦合(coupling)”、“耦合(coupled)”或词语耦合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“耦合”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。
本文所述的内窥镜系统的控制和使用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。通过示例而非限制，这样的介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、致密盘只读存储器(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，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以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描述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、耦合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 (30)

1. 一种输尿管镜，包括：
细长轴，所述细长轴被配置用于插入患者的泌尿道中，所述细长轴包括近侧节段、远侧节段和末端部分；和
多根牵拉线，所述多根牵拉线沿着所述细长轴延伸并终止于所述细长轴的所述末端部分，所述多根牵拉线包括第一牵拉线和第二牵拉线，
其中，所述第一牵拉线被配置成使所述近侧节段和所述远侧节段中的每一者沿第一方向进行关节运动，并且
其中，所述第二牵拉线被配置成使所述远侧节段独立于所述近侧节段而沿第二方向进行关节运动，所述第二方向与所述第一方向横向。
2.根据权利要求1所述的输尿管镜，进一步在所述末端部分中包括相机，其中所述第一方向沿着相对于所述相机的参照系的水平轴线，并且所述第二方向沿着相对于所述相机的所述参照系的竖直轴线。
3.根据权利要求1所述的输尿管镜，进一步包括：
器械基部，所述器械基部耦合到所述细长轴，其中，所述细长轴限定纵向轴线，并且其中所述细长轴被配置成相对于所述器械基部围绕所述纵向轴线旋转。
4.根据权利要求3所述的输尿管镜，其中，所述细长轴被配置成相对于所述器械基部旋转，所述旋转能够操作为沿着所述患者的上-下轴线对准所述第一方向和沿着所述患者的前-后轴线对准所述第二方向。
5. 根据权利要求1所述的输尿管镜，其中，所述多根牵拉线进一步包括：
第三牵拉线，所述第三牵拉线被配置成使所述近侧节段和所述远侧节段中的每一者沿与所述第一方向相反的第三方向进行关节运动；和
第四牵拉线，所述第四牵拉线被配置成使所述远侧节段独立于所述近侧节段而沿第四方向进行关节运动，所述第四方向与所述第二方向相反，
其中，所述第一方向与所述第二方向正交，
其中，所述第三方向与所述第四方向正交。
6.根据权利要求1所述的输尿管镜，其中，在向所述第一牵拉线施加张力时，所述远侧节段的远侧部分被配置成以比所述近侧节段的近侧部分小的弯曲半径沿所述第一方向弯曲。
7.根据权利要求6所述的输尿管镜，其中，在向所述第一牵拉线施加所述张力时，所述远侧节段的近侧部分被配置成以与所述近侧节段的远侧部分相同的弯曲半径沿所述第一方向弯曲。
8.根据权利要求1所述的输尿管镜，进一步包括：
工作通道，所述工作通道延伸穿过所述细长轴，所述工作通道允许穿过其插入篮子工具或激光工具中的至少一者以与所述患者的所述泌尿道中的目标相互作用。
9. 根据权利要求1所述的输尿管镜，其中：
所述近侧节段允许其沿所述第一方向弯曲并抵抗其沿所述第二方向弯曲；并且
所述远侧节段允许其沿所述第一方向和所述第二方向弯曲。
10. 根据权利要求1所述的输尿管镜，其中：
所述近侧节段包括经由一系列对准铰链连接的一系列连接件；并且
所述远侧节段包括经由一系列交错铰链连接的一系列连接件。
11. 根据权利要求10所述的输尿管镜，其中：
所述近侧节段的所述一系列对准铰链中的每个对准铰链围绕平行于相邻铰链的枢转轴线可旋转地连接一对相邻连接件；并且
所述远侧节段的所述一系列交错铰链中的每个交错铰链围绕垂直于相邻铰链的枢转轴线可旋转地连接一对相邻连接件。
12. 根据权利要求1所述的输尿管镜，其中：
所述近侧节段包括沿所述第二方向比沿所述第一方向具有更大弯曲刚度的可变形挠曲部；并且
所述远侧节段包括沿所述第一方向和第二方向具有相同弯曲刚度的可变形挠曲部。
13. 一种输尿管镜，包括：
器械基部，所述器械基部被配置成耦合到医疗机器人系统；和
柔性轴，所述柔性轴从所述器械基部延伸，所述柔性轴包括被配置成横穿患者的输尿管的第一关节运动节段和第二关节运动节段，
其中，所述第一关节运动节段允许其沿着第一平面弯曲并且抵抗其沿着与所述第一平面正交的第二平面弯曲，并且
其中，所述第二关节运动节段允许其沿着所述第一平面和第二平面弯曲。
14.根据权利要求13所述的输尿管镜，其中，所述第一关节运动节段和第二关节运动节段各自包括多个连接件，其中，所述第一关节运动节段和所述第二关节运动节段的每个连接件包括用于将所述连接件连接到近侧连接件的第一铰链构件和用于将所述连接件连接到远侧连接件的第二铰链构件。
15. 根据权利要求14所述的输尿管镜，其中：
对于所述第一关节运动节段中的所述多个连接件中的每个连接件，所述第一铰链构件和所述第二铰链构件对准；并且
对于所述第二关节运动节段中的所述多个连接件中的每个连接件，所述第一铰链构件和所述第二铰链构件被定位成彼此偏移90度。
16.根据权利要求13所述的输尿管镜，其中，所述第一关节运动节段比所述第二关节运动节段长。
17.根据权利要求13所述的输尿管镜，其中，所述第一关节运动节段与所述第二关节运动节段的长度的比率在60:40与50:50之间。
18.根据权利要求13所述的输尿管镜，其中：
所述柔性轴包括管；
所述第一关节运动节段包括被径向定位成围绕所述管具有180度旋转对称性的一系列切口；并且
所述第二关节运动节段包括被径向定位成围绕所述管具有90度旋转对称性的一系列切口。
19. 根据权利要求13所述的输尿管镜，进一步包括：
所述器械基部中的多个驱动输入部；和
多根控制缆线，所述多根控制缆线耦合到所述多个驱动输入部并沿着所述柔性轴延伸，
其中响应于来自所述医疗机器人系统的驱动输出部，所述多个驱动输入部被配置成向所述多根控制缆线施加张力以使所述第一关节运动节段和所述第二关节运动节段沿着所述第一平面弯曲，并且使所述第二关节运动节段沿着所述第一平面和所述第二平面弯曲。
20. 一种机器人医疗系统，包括：
医疗器械，所述医疗器械包括柔性细长轴和沿着所述柔性细长轴延伸的多根控制缆线，所述柔性细长轴具有近侧弯曲节段和远侧弯曲节段，所述近侧弯曲节段被约束为沿着第一平面弯曲，所述远侧弯曲节段能够沿着所述第一平面弯曲并离开所述第一平面；和
机器人臂，所述机器人臂被配置成承载所述医疗器械，所述机器人臂被配置成向所述多根控制缆线施加张力以使所述近侧弯曲节段和所述远侧弯曲节段中的每一者弯曲。
21.根据权利要求20所述的机器人医疗系统，其中，所述近侧弯曲节段包括所述柔性细长轴的粗略偏转，其中所述远侧弯曲节段包括所述柔性细长轴的精细关节运动。
22.根据权利要求20所述的机器人医疗系统，其中，所述柔性细长轴包括延伸穿过所述柔性细长轴的工作通道，所述工作通道允许穿过其插入工具以与患者的泌尿道中的目标相互作用。
23.根据权利要求22所述的机器人医疗系统，其中，所述工具包括激光工具，所述激光工具被配置成递送能量，所述能量被配置成被施加到定位在所述患者的所述泌尿道内的肾结石。
24.根据权利要求22所述的机器人医疗系统，其中，所述工具包括篮子工具，所述篮子工具被配置成捕获定位在所述患者的泌尿道内的肾结石或肾结石的部分。
25.根据权利要求20所述的机器人医疗系统，其中，所述近侧弯曲节段包括双向偏转节段，其中所述远侧弯曲节段包括四向偏转节段。
26.一种使用器械用于输尿管镜规程的方法，所述器械包括远侧节段和近侧节段，所述方法包括：
将所述器械的所述远侧节段经由所述患者的输尿管插入患者的肾中，所述器械的所述远侧节段包括能够在第一平面和第二平面中进行关节运动的弯曲节段，所述第二平面与所述第一平面正交，所述器械的所述近侧节段包括被约束为在所述第一平面中进行关节运动的弯曲节段；
使所述器械的所述近侧节段在所述第一平面内进行关节运动；以及
使所述器械的所述远侧节段在所述第一平面和所述第二平面中的至少一者内进行关节运动。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括滚动所述器械以使所述第一平面与所述肾的平面对准，其中，所述第一平面包括下-上平面，其中所述第二平面包括前-后平面。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，使所述近侧节段和所述远侧节段进行关节运动包括使所述近侧节段和所述远侧节段导航通过膀胱、输尿管、肾盂和期望肾盏的漏斗部。
29.根据权利要求26所述的方法，其中，使所述远侧节段进行关节运动包括使所述远侧节段导航通过漏斗部和期望肾盏以到达目标区域。
30.根据权利要求26所述的方法，其中，使所述近侧节段进行关节运动包括实现粗略偏转曲线以到达期望目标区域，其中使所述远侧节段进行关节运动包括维持所述近侧节段的所述粗略偏转曲线。
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