CN114901192A - 用于经皮进入的对准技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于对准医疗器械以经皮进入人体解剖结构内的位置的技术，该技术可包括：确定该医疗器械的取向，确定该人体解剖结构内的目标位置，以及确定包括该目标位置的平面。此外，该技术可包括：确定该医疗器械在该平面上的投影位置，以及生成界面数据，该界面数据指示该平面上的该投影位置与该目标位置之间的距离。

Description

用于经皮进入的对准技术

相关申请

本申请要求于2019年12月31日提交的名称为“用于经皮进入的对准技术(ALIGNMENT TECHNIQUES FOR PERCUTANEOUS ACCESS)”的美国临时申请号62/956,019的优先权，该美国临时申请的公开内容据此全文以引用方式并入。

背景技术

技术领域

本公开涉及医疗规程领域。

相关技术的描述

各种医疗规程涉及使用被配置成穿透人体解剖结构以到达治疗部位的一个或多个装置。某些操作过程可涉及将一个或多个装置插入穿过患者的皮肤和其他解剖结构以到达治疗部位并从患者体内取出对象(诸如尿结石)。

发明内容

在一些具体实施中，本公开涉及一种方法，该方法包括由医疗系统的控制电路：接收传感器数据，该传感器数据指示医疗器械的至少一部分的位置；至少部分地基于该传感器数据，确定该医疗器械的取向；确定该患者的器官内的目标位置；以及确定包括该目标位置的平面。该方法还包括：至少部分地基于该医疗器械的该取向，确定该医疗器械在该平面上的投影位置；生成界面数据，该界面数据表示一个或多个界面元素，该一个或多个界面元素指示该平面上的该投影位置与该目标位置之间的第一距离；以及至少部分地基于该界面数据，显示该一个或多个界面元素。

在一些实施方案中，该确定该平面包括确定该平面使得该医疗器械的前进方向垂直于该平面。该方法还可包括随着该医疗器械的该取向的变化，更新该平面的取向，使得该医疗器械的该前进方向保持垂直于该平面。

在一些实施方案中，该确定该平面包括：确定该医疗器械的远侧端部与该目标位置之间的线，以及确定该平面使得该线垂直于该平面。该方法还可包括随着该医疗器械的该取向的变化，维持该平面的取向。

在一些实施方案中，该确定该目标位置至少部分地基于来自窥视镜的附加传感器数据。此外，该确定该平面包括确定该平面使得该窥视镜的前进方向垂直于该平面。

在一些实施方案中，该显示该一个或多个界面元素包括在离该一个或多个界面元素中的第二界面元素的中心第二距离处显示该一个或多个界面元素中的第一界面元素。该第二距离可至少部分地基于该第一距离以及该医疗器械的尖端与该平面上的该目标位置之间的插入距离。

在一些实施方案中，该方法还包括：显示进度指示器，该进度指示器指示该医疗器械的尖端与该目标位置的接近度；将该进度指示器的进度变化参数设置为第一值，该进度变化参数指示该进度指示器相对于该医疗器械的移动单位的进度变化量；确定该医疗器械的该尖端已移动得更靠近该目标位置；以及至少部分地基于确定该医疗器械的该尖端已移动得更靠近该目标位置，将该进度变化参数设置为第二值。该第二值可与比该第一值更大的针对该医疗器械的该移动单位的该进度指示器的进度变化量相关联。

在一些具体实施中，本公开涉及一种医疗系统，该医疗系统包括：通信接口，该通信接口被配置成从医疗器械接收传感器数据，该医疗器械被配置成经皮进入人体解剖结构；和控制电路，该控制电路通信地耦接到该通信接口。该控制电路被配置成：至少部分地基于该传感器数据，确定该医疗器械的取向；确定该人体解剖结构内的目标位置；确定包括该目标位置的平面；至少部分地基于该医疗器械的该取向，确定该医疗器械在该平面上的投影位置；以及生成界面数据，该界面数据表示一个或多个界面元素，该界面元素指示该平面上的该投影位置与该目标位置之间的距离。

在一些实施方案中，该医疗系统还包括内窥镜，该内窥镜被配置成经由该人体解剖结构的内腔进入该目标位置。该内窥镜可包括传感器，该传感器被配置成向该通信接口提供附加传感器数据。该控制电路可被配置成至少部分地基于该附加传感器数据来确定该目标位置。

在一些实施方案中，该控制电路被配置成确定该平面使得该医疗器械的前进方向垂直于该平面。该控制电路还可被配置成随着该医疗器械的该取向的变化，更新该平面的取向，使得该医疗器械的该前进方向保持垂直于该平面。

在一些实施方案中，该控制电路被配置成通过以下方式来确定该平面：确定该医疗器械的远侧端部与该目标位置之间的线，以及确定该平面使得该线垂直于该平面。该控制电路可被进一步配置成随着该医疗器械的该取向的变化，维持该平面的取向。

在一些实施方案中，该医疗系统包括机器人系统，该机器人系统耦接到装置，该装置被配置成生成信号，并且该传感器数据至少部分地基于该信号。该控制电路可被进一步配置成：至少部分地基于该机器人系统的坐标系来确定该医疗器械的坐标系；以及致使该一个或多个界面元素在界面内沿与该医疗器械相对于该医疗器械的该坐标系的移动方向相关的方向移动。

在一些实施方案中，该控制电路被进一步配置成：将位置变化参数设置为第一值；确定该医疗器械已移动得更靠近该目标位置；以及将该位置变化参数设置为第二值。该位置变化参数可指示界面内的该一个或多个界面元素相对于该医疗器械的移动单位的位置变化量。该第二值可与比该第一值更大的针对该医疗器械的该移动单位的该界面内的该一个或多个界面元素的位置变化量相关联。

在一些实施方案中，该控制电路被进一步配置成：致使显示进度指示器，该进度指示器指示该医疗器械与该目标位置的接近度；将该进度指示器的进度变化参数设置为第一值；确定该医疗器械已移动得更靠近该目标位置；以及将该进度变化参数设置为第二值。该进度变化参数可指示该进度指示器相对于该医疗器械的移动单位的进度变化量。该第二值可与比该第一值更大的针对该医疗器械的该移动单位的该进度指示器的进度变化量相关联。

在一些具体实施中，本公开涉及一个或多个非暂态计算机可读介质，该一个或多个非暂态计算机可读介质存储计算机可执行指令，当由控制电路执行时，该计算机可执行指令致使该控制电路执行包括以下项的操作：确定医疗器械的取向，该医疗器械被配置成经皮进入人体解剖结构；确定该人体解剖结构内的目标位置；确定包括该目标位置的平面；至少部分地基于该医疗器械的该取向，确定该医疗器械在该平面上的投影位置；以及生成界面数据，该界面数据表示一个或多个界面元素，该一个或多个界面元素指示该平面上的该投影位置与该目标位置之间的第一距离。

在一些实施方案中，该医疗器械的前进方向垂直于该平面。该操作还可包括随着该医疗器械的该取向的变化，更新该平面的取向，使得该医疗器械的该前进方向保持垂直于该平面。

在一些实施方案中，该平面垂直于该医疗器械的远侧端部与该目标位置之间的线。该操作还可包括随着该医疗器械的该取向的变化，维持该平面的取向。

在一些实施方案中，该操作还包括在离该一个或多个界面元素中的第二界面元素的中心第二距离处显示该一个或多个界面元素中的第一界面元素。该第二距离可至少部分地基于该第一距离。该第二距离可进一步至少部分地基于该医疗器械的尖端与该平面上的目标位置之间的插入距离。

在一些实施方案中，该操作还包括：致使显示进度指示器，该进度指示器指示该医疗器械与该目标位置的接近度；至少部分地基于该医疗器械第一次以第一量移动得更靠近该目标位置，以第二量更新该进度指示器；以及至少部分地基于该医疗器械第二次以该第一量移动得更靠近该目标位置，以大于该第一量的第三量更新该进度指示器。

在一些实施方案中，该操作还包括：生成进度区域数据，该进度区域数据指示该医疗器械的环境的多个区域；至少部分地基于该第一传感器数据和该进度区域数据，从该多个区域中确定该医疗器械所位于的区域；至少部分地基于该区域确定该医疗器械的状态；以及致使显示该状态的指示。

在一些具体实施中，本公开涉及一种方法，该方法包括：由医疗系统的控制电路从针接收第一传感器数据，该针被配置成经皮插入患者体内；至少部分地基于该第一传感器数据，由该控制电路确定该针的姿态；由该控制电路从内窥镜接收第二传感器数据，该内窥镜至少部分地设置在该患者的解剖内腔内；至少部分地基于该第二传感器数据，由该控制电路确定该患者的器官内的目标位置；由该控制电路确定包括该目标位置的平面；至少部分地基于该针的该姿态，由该控制电路确定该针在该平面上的投影位置；以及生成界面数据，该界面数据表示一个或多个界面元素，该一个或多个界面元素指示该平面上的该投影位置与该目标位置之间的距离。

在一些实施方案中，该方法还包括：在界面中显示该一个或多个界面元素；识别该平面上表示的尺寸与该界面上表示的尺寸的缩放比；确定该针已移动得更靠近该目标位置；以及至少部分地基于确定该针已移动得更靠近该目标位置，更新该缩放比。

在一些实施方案中，该方法还包括：将位置变化参数设置为第一值；确定该医疗器械已移动得更靠近该目标位置；至少部分地基于确定该医疗器械已移动得更靠近该目标位置，将该位置变化参数设置为第二值。该位置变化参数可指示界面内的该一个或多个界面元素相对于该针的位置或取向变化单位的位置变化量。该第二值可与比该第一值更大的针对该针的该位置或取向变化单位的该界面内的该一个或多个界面元素的位置变化量相关联。

在一些实施方案中，该医疗系统包括机器人臂，该机器人臂耦接到电磁场发生器，并且该第一传感器数据至少部分地基于来自该电磁场发生器的电磁场。该方法还可包括：确定与该机器人臂相关联的机器人系统的世界坐标系；在该世界坐标系中表示该针的该姿态；在该世界坐标系中表示该平面；至少部分地基于该针在该世界坐标系内的该姿态来确定该世界坐标系中表示的该平面的目标坐标系；至少部分地基于该目标坐标系来确定该针的坐标系；以及使该一个或多个界面元素在界面内沿与该针相对于该针的该坐标系的移动方向相关的方向移动。

为了总结本公开，已描述了某些方面、优点和特征。应当理解，根据任何特定实施方案，不必实现所有这些优点。因此，可以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来执行所公开的实施方案，而不必实现本文所教导或建议的其他优点。

附图说明

出于说明的目的，在附图中描绘了各种实施方案，并且决不应将其解释为限制本公开的范围。此外，可组合所公开的不同实施方案的各种特征以形成附加实施方案，这些附加实施方案是本公开的一部分。在整个附图中，可重复使用参考号来指示参考元件之间的对应关系。

图1示出了根据一个或多个实施方案的被配置成实现本文讨论的技术的医疗系统的实施方案。

图2示出了根据一个或多个实施方案的用于提供关于医疗器械的位置和/或取向的信息的示例性界面。

图3示出了根据一个或多个实施方案的被布置成帮助将窥视镜插入患者体内的图1的医疗系统的顶视图。

图4示出了根据一个或多个实施方案的被布置成在患者体内导航窥视镜的图1的医疗系统的顶视图。

图5示出了根据一个或多个实施方案的被布置成帮助将针插入患者体内的图1的医疗系统的顶视图。

图6-1至图6-11示出了根据一个或多个实施方案的用于在规程期间提供关于医疗器械的对准和/或进度的信息的示例性界面。

图7示出了根据一个或多个实施方案的用于确定医疗器械相对于目标轨迹的对准并呈现关于该对准的信息的过程的示例性流程图。

图8示出了根据一个或多个实施方案的用于呈现关于医疗器械的取向的信息的过程的示例性流程图。

图9示出了根据一个或多个实施方案的用于呈现关于医疗器械与目标位置的接近度的信息的过程的示例性流程图。

图10示出了根据一个或多个实施方案的用于设置和/或更新与器械对准元素相关联的位置变化参数的过程的示例性流程图。

图11示出了根据一个或多个实施方案的图1的机器人系统的示例性细节。

图12示出了根据一个或多个实施方案的图1的控制系统的示例性细节。

图13-1至图13-3示出了根据一个或多个实施方案的将医疗器械的姿态映射到随着医疗器械的姿态的变化而保持固定的表示/平面上的示例性技术。

图14-1至图14-3示出了根据一个或多个实施方案的将医疗器械的姿态映射到随着医疗器械的姿态的变化而更新的表示/平面上的示例性技术。

图15-1至图15-3示出了根据一个或多个实施方案的将医疗器械的姿态映射到随着医疗器械的姿态的变化而更新的表示/平面上的另一示例。

图16-1至图16-3示出了根据一个或多个实施方案的将医疗器械的姿态映射到随着医疗器械的姿态的变化而更新的表示/平面上的另一示例。

图17示出了根据一个或多个实施方案的用于建立一个或多个坐标系以将医疗器械的移动与界面内的界面元素的移动相关联的示例性技术。

图18示出了根据一个或多个实施方案的用于界面的示例性自适应目标确定技术。

图19-1和图19-2示出了根据一个或多个实施方案的基于医疗器械的插入距离来缩放目标平面的示例性技术。

图19-3示出了根据一个或多个实施方案的目标平面相对于医疗器械到目标位置的距离的缩放的示例性曲线图。

图20示出了根据一个或多个实施方案的可经由界面提供以帮助用户导航医疗器械的示例性解剖可视化部。

图21示出了根据一个或多个实施方案的可被实现/生成以确定医疗器械的状态的示例性区域。

图22示出了根据一个或多个实施方案的相对于医疗器械到目标位置的距离的进度百分比的示例性曲线图。

图23示出了根据一个或多个实施方案的用于生成指示医疗器械在平面上的投影位置与该平面上的目标位置之间的距离的数据的过程的示例性流程图。

图24示出了根据一个或多个实施方案的用于更新针对医疗器械的移动单位指示的进度量的过程的示例性流程图。

图25示出了根据一个或多个实施方案的用于更新指示对于医疗器械的取向/移动变化单位，界面元素的位置变化量的位置变化参数的过程的示例性流程图。

图26是根据一个或多个实施方案的用于更新平面与界面的缩放比的过程的示例性流程图。

图27示出了根据一个或多个实施方案的用于确定医疗器械的坐标系和/或将界面元素的移动与医疗器械的移动相关联的过程的示例性流程图。

图28示出了根据一个或多个实施方案的用于基于医疗器械所位于的区域来确定医疗器械的状态的过程的示例性流程图。

具体实施方式

本文提供的标题仅为方便起见，并且不一定影响公开内容的范围或含义。尽管下文公开了某些优选实施方案和示例，但本主题超出了具体公开的实施方案，扩展到其他另选的实施方案和/或使用以及其修改和等效物。因此，在此可能出现的权利要求的范围不受下面描述的任何特定实施方案的限制。例如，在本文公开的任何方法或过程中，该方法或过程的行为或操作可以任何合适的顺序执行，并且不一定限于任何特定的公开序列。各种操作可以有助于理解某些实施方案的方式依次被描述为多个离散操作；然而，描述顺序不应被解释为暗示这些操作是顺序相关的。另外，本文所述的结构、系统和/或装置可实现为集成部件或单独部件。为了比较各种实施方案，描述了这些实施方案的某些方面和优点。并非所有这些方面或优点都必须通过任何特定实施方案来实现。因此，例如，可以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来执行各种实施方案，而不必实现本文所教导或建议的其他方面或优点。

关于优选实施方案，本文可使用某些标准的位置解剖学术语来指代动物*即人类)的解剖学。尽管本文使用某些空间相对术语，诸如“外部”、“内部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”和类似术语来描述一个装置/元素或解剖结构与另一装置/元素或解剖结构的空间关系，但应当理解，为了便于描述，本文使用这些术语来描述元件/结构之间的位置关系，如图所示。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了附图中描绘的取向之外，在使用或操作中的元件/结构的不同取向。例如，描述为在另一元素/结构“上方”的元素/结构可表示相对于受试患者或元素/结构的交替取向在此类其他元件/结构下方或旁边的位置，反之亦然。

概述

本公开涉及用于帮助医师或其他用户对准医疗器械以经皮进入人体解剖结构内的某个位置的系统、装置和方法。尽管本文在肾、泌尿和/或肾脏规程的背景下详细描述了本公开的某些方面(诸如肾结石移除/治疗规程)，但应当理解，提供此类背景是为了方便和清晰，并且本文所公开的概念适用于任何合适的医疗规程。然而，如所提及的，下文呈现了肾/泌尿解剖结构和相关联医疗问题和规程的描述，以帮助描述本文公开的概念。

肾结石病(也称为尿石病)是一种相对常见的医学病症，其涉及在尿路中形成固体物质块，称为“肾结石”(kidney stone、renal calculi、renal lithiasis或nephrolithiasis)或“尿结石”(urinary stone)。尿结石可在肾、输尿管和膀胱中形成和/或发现(称为“膀胱结石”)。此类尿结石是由浓缩矿物质形成的，一旦结石的大小足以阻碍尿液通过输尿管或尿道时，就会引起严重的腹痛。尿结石可由钙、镁、氨、尿酸、半胱氨酸和/或其他化合物形成。

为了从膀胱和输尿管中移除尿结石，外科医生可通过尿道将输尿管镜插入尿路中。通常，输尿管镜在其远侧端部处包括内窥镜，该内窥镜被配置成使得尿路能够可视化。输尿管镜还可包括取石机制，以捕获或打散尿结石。在输尿管镜检查规程期间，一名医师/技术人员可控制输尿管镜的位置，而另一名医师/技术人员可控制取石机制。

为了从肾中移除相对大的结石(即“肾结石”)，医师可使用经皮肾镜取石术(“PCNL”)技术，包括穿过皮肤插入肾镜来打碎和/或移除肾结石。可使用荧光透视来定位肾结石，为肾镜的插入提供目标。然而，由于荧光透视本身的成本以及技术人员操作荧光镜的成本，荧光透视增加了肾结石切开术的成本。荧光透视也会使患者长时间暴露在辐射中。即使使用荧光透视，准确地通过经皮切口进入肾结石也可能很困难，而且不太准确。此外，一些肾结石切除术需要住院两天或三天。总之，某些肾结石切除术对患者来说成本相对较高且存在问题。

在一些具体实施中，本公开涉及帮助对准医疗器械以用于经皮进入人体解剖结构内的目标位置的技术和系统。例如，为了执行医疗规程，医师或其他用户可使用医疗器械进入患者体内的目标位置，以便移除位于肾内的肾结石。目标位置可表示医疗器械进入患者解剖结构的期望位置，诸如期望的乳头或肾内的其他位置。本文讨论的技术和系统可提供关于医疗器械的取向/位置的信息，以帮助医师或其他用户将医疗器械对准适当的取向和/或将医疗器械插入患者体内以到达目标位置。例如，该技术和系统可提供指示医疗器械相对于目标轨迹/姿态的当前取向的视觉表示，指示医疗器械与目标位置的接近度的视觉表示，和/或关于医疗器械和/或规程的其他信息。目标轨迹可表示用于从患者身上的进入点(诸如从患者皮肤上的位置)进入目标位置的期望路径。通过提供此类信息，医师或其他用户可准确地操作/操纵医疗器械以到达目标位置并以对患者解剖结构的损伤最小化的方式执行医疗规程。

在许多实施方案中，这些技术和系统是在经皮规程的背景下讨论的，该经皮规程可包括通过在皮肤、粘膜和/或其他身体层中形成穿刺和/或切口而获得进入目标位置的通路的任何规程。然而，应当理解，这些技术和系统可在任何医疗规程的背景下实现，包括例如微创规程(例如腹腔镜检查)、非侵入性规程(例如，内窥镜检查)、治疗规程、诊断规程、经皮规程、非经皮规程或其他类型的规程。内窥镜检查规程可包括支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查、肾镜检查、肾结石切除术等。在一些实施方案中，在腹腔镜式规程或另一规程的背景下，可使用这些技术和系统将第一医疗器械对准第二医疗器械/解剖位置，诸如引导端口放置(例如，将第一套管针对准第二套管针/解剖位置)。此外，在一些实施方案中，在诊断规程的背景下，可使用这些技术和系统将配备有电磁传感器的超声探头对准解剖目标或将用户引导到一组目标取向以重建解剖结构，诸如三维(3D)肾解剖结构。此外，在一些实施方案中，在窥视镜检查规程的背景下，可使用这些技术和系统引导支气管镜的位置，同时在标记位置(诸如肿瘤位置)处执行活检。

医疗系统

图1示出了根据本公开的各方面的用于执行各种医疗规程的示例性医疗系统100。医疗系统100包括机器人系统110，该机器人系统被配置成与医疗器械120接合和/或控制该医疗器械以对患者130执行规程。医疗系统100还包括控制系统140，该控制系统被配置成与机器人系统110交互，提供关于规程的信息，和/或执行各种其他操作。例如，控制系统140可包括显示器142，以呈现某些信息来帮助医师160。医疗系统100可包括工作台150，该工作台被配置成保持患者130。系统100还可包括电磁(EM)场发生器180，该EM场发生器可由机器人系统110的一个或多个机器人臂112保持，或者可为独立装置。在示例中，医疗系统100还可包括成像装置190，该成像装置可被集成到C形臂中和/或被配置成在规程(诸如荧光透视式规程)期间提供成像。尽管在图1中示出，但在一些实施方案中省略了成像装置190。

在一些具体实施中，医疗系统100可用于执行经皮规程。例如，如果患者130的肾结石太大，无法通过尿路移除，则医师160可执行通过患者130身上的经皮进入点移除肾结石的规程。为了说明，医师160可与控制系统140交互，以控制机器人系统110将医疗器械120(例如，窥视镜)从尿道，穿过膀胱，沿输尿管向上推进并导航到结石所位于的肾中。控制系统140可经由显示器142提供关于医疗器械120的信息，以帮助医师160导航医疗器械120，诸如随其捕获的实时图像。

一旦到达肾结石的部位(例如，在肾盏内)，医疗器械120可用于指定/标记医疗器械170经皮进入肾的目标位置(例如，进入肾的期望点)。为了最小化对肾和/或周围解剖结构的损伤，医师160可指定特定乳头作为使用医疗器械170进入肾的目标位置。然而，可指定或确定其他目标位置。为了帮助医师将医疗器械170通过特定乳头插入患者130体内，控制系统140可提供器械对准界面144，该器械对准界面可包括用于指示医疗器械170的取向相对于目标轨迹(例如，期望进入路径)的对准的可视化部，用于指示将医疗器械170朝向目标位置插入的进度的可视化部，和/或其他信息。一旦医疗器械170到达目标位置，医师160可使用医疗器械170和/或另一医疗器械诸如通过经皮进入点，从患者130取出肾结石。

尽管在使用医疗器械120的背景下讨论了上述经皮规程和/或其他规程，但在一些具体实施中，可在没有医疗器械120的协助的情况下执行经皮规程。此外，医疗系统100可用于执行各种其他规程。

此外，尽管许多实施方案描述了医师160使用医疗器械170，但医疗器械170也可由医疗系统100的部件使用。例如，医疗器械170可由机器人系统110(例如，一个或多个机器人臂112)保持/操纵，并且可实现本文讨论的技术来控制机器人系统110以适当的取向插入医疗器械170以到达目标位置。

在图1的示例中，医疗器械120被实现为窥视镜，而医疗器械170被实现为针。因此，为了便于讨论，医疗器械120被称为“窥视镜120”或“基于内腔的医疗器械120”，而医疗器械170被称为“针170”或“经皮医疗器械170”。然而，医疗器械120和医疗器械170可各自实现为合适类型的医疗器械，包括例如窥视镜(有时称为“内窥镜”)、针、导管、导丝、碎石机、篮式取回装置、镊子、真空器、针、解剖刀、成像探针、钳口、剪刀、抓取器、持针器、显微解剖刀、施钉器、敲平头钉器、抽吸/冲洗工具、施夹器等。在一些实施方案中，医疗器械是可操纵装置，而在其他实施方案中，医疗器械是非可操纵装置。在一些实施方案中，外科工具是指被配置成穿刺或插入穿过人体解剖结构的装置，诸如针、解剖刀、导丝等。然而，外科工具也可指其他类型的医疗器械。

在一些实施方案中，医疗器械(诸如窥视镜120和/或针170)包括传感器，该传感器被配置成生成传感器数据，该传感器数据可被发送到另一装置。在示例中，传感器数据可指示医疗器械的位置/取向和/或可用于确定医疗器械的位置/取向。例如，传感器可包括电磁(EM)传感器，该EM传感器具有导电材料线圈。在此，EM场发生器(诸如EM场发生器180)可提供由医疗器械上的EM传感器检测到的EM场。磁场可在该M传感器的线圈中感应小电流，可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/或角度/取向。此外，医疗器械可包括被配置成生成传感器数据的其他类型的传感器，诸如相机、距离传感器、雷达装置、形状感测光纤、加速度计、陀螺仪、加速度计、基于卫星的定位传感器(例如，全球定位系统(GPS))、射频收发器等。在一些实施方案中，传感器定位在医疗器械的远侧端部上，而在其他实施方案中，传感器定位在医疗器械上的另一位置处。在一些实施方案中，医疗器械上的传感器可向控制系统140提供传感器数据，并且控制系统140可执行一种或多种定位技术以确定/跟踪医疗器械的位置和/或取向。

术语“窥视镜”(scope)或“内窥镜”(endoscope)在本文根据其广泛且普通的含义使用，并且可指具有图像生成、观察和/或捕获功能并且被配置成引入身体的任何类型的器官、腔、内腔、腔室和/或空间中的任何类型的细长医疗器械。例如，本文提及的窥视镜或内窥镜可指输尿管镜(例如，用于进入尿路)、腹腔镜、肾镜(例如，用于进入肾)、支气管镜(例如，用于进入气道，诸如支气管)、结肠镜(例如，用于进入结肠)、关节镜(例如，用于进入关节)、膀胱镜(例如，用于进入膀胱)、管道镜等。

窥视镜可包括管状和/或柔性医疗器械，该医疗器械被配置成插入患者的解剖结构中以捕获解剖结构的图像。在一些实施方案中，窥视镜可容纳电线和/或光纤，以向光学组件和窥视镜的远侧端部/从光学组件和窥视镜的远侧端部传输信号，该窥视镜的远侧端部可包括成像装置，诸如光学相机。相机/成像装置可用于捕获内部解剖空间的图像，诸如肾的目标盏/乳头。窥视镜可被进一步配置成容纳光纤，以将光从近距离定位的光源(诸如发光二极管)传送到窥视镜的远侧端部。窥视镜的远侧端部可包括用于光源的端口，以在使用相机/成像装置时照亮解剖空间。在一些实施方案中，窥视镜被配置成由机器人系统(诸如机器人系统110)控制。成像装置可包括光纤、光纤阵列和/或透镜。光学部件可与窥视镜的尖端一起移动，使得窥视镜的尖端的移动导致由成像装置捕获的图像发生变化。

窥视镜可以是能够进行关节运动的，诸如能够相对于窥视镜的至少远侧端部部分进行关节运动，使得窥视镜可在人体解剖结构内被操纵。在一些实施方案中，窥视镜被配置成以例如五个或六个自由度进行关节运动，包括X、Y、Z坐标移动以及俯仰、偏航和滚转。窥视镜的位置传感器相对于它们产生/提供的位置信息同样可具有类似的自由度。窥视镜可包括伸缩式零件，诸如内部引导件部分和外部护套部分，这些伸缩式零件可被操纵以伸缩地延伸窥视镜。在一些实例中，窥视镜可包括刚性或柔性管，并且其尺寸可被设定成在外部护套、导管、导引器或其他内腔式装置内通过，或者可在无此类装置的情况下使用。在一些实施方案中，窥视镜包括工作通道，该工作通道用于将医疗器械(例如，碎石机、篮式装置、镊子等)、冲洗和/或抽吸部署到窥视镜的远侧端部处的手术区域。

机器人系统110可被配置成至少部分地促进医疗规程的执行。机器人系统110可以多种方式配置，这取决于特定规程。机器人系统110可包括一个或多个机器人臂112，该一个或多个机器人臂被配置成与窥视镜120接合和/或控制该窥视镜以执行规程。如图所示，每个机器人臂112可包括耦接到关节的多个臂段，该多个臂段可提供多个移动度。在图1的示例中，机器人系统110靠近患者130的腿定位，并且机器人臂112被致动以与窥视镜120接合并定位该窥视镜以进入进入点，诸如患者130的尿道。当机器人系统110正确定位时，可使用机器人臂112、医师160手动或其组合将窥视镜120插入患者130体内。机器人臂112还可连接到EM场发生器180，该EM场发生器可定位在治疗部位附近，诸如定位在与患者130的肾的接近度内。

机器人系统110还可包括支撑结构114，该支撑结构耦接到一个或多个机器人臂112。支撑结构114可包括控制电子器件/电路、一个或多个电源、一个或多个气动装置、一个或多个光源、一个或多个致动器(例如，用于移动一个或多个机器人臂112的马达)、存储器/数据存储装置和/或一个或多个通信接口。在一些实施方案中，支撑结构114包括输入/输出(I/O)装置116，该I/O装置被配置成接收输入(诸如用于控制机器人系统110的用户输入)和/或提供输出(诸如图形用户界面(GUI)、关于机器人系统110的信息、关于规程的信息等)。I/O装置116可包括显示器、触摸屏、触摸板、投影仪、鼠标、键盘、麦克风、扬声器等。在一些实施方案中，机器人系统110是可移动的(例如，支撑结构114包括轮子)，使得机器人系统110可定位在适合或期望用于规程的位置。在其他实施方案中，机器人系统110为固定系统。此外，在一些实施方案中，机器人系统112集成到工作台150中。

机器人系统110可耦接到医疗系统100的任何部件，诸如控制系统140、工作台150、EM场发生器180、窥视镜120和/或针170。在一些实施方案中，机器人系统通信地耦接到控制系统140。在一个示例中，机器人系统110可被配置成从控制系统140接收控制信号以执行操作，以便以特定方式定位机器人臂112，操纵窥视镜120等。作为响应，机器人系统110可控制机器人系统110的部件来执行操作。在另一示例中，机器人系统110被配置成从窥视镜120接收描绘患者130的内部解剖结构的图像和/或将该图像发送到控制系统140，然后可在显示器142上显示该图像。此外，在一些实施方案中，机器人系统110耦接到医疗系统100的部件(诸如控制系统140)，以允许从其接收流体、光学器件、功率等。下面参考图11进一步详细讨论机器人系统110的示例性细节。

控制系统140可被配置成提供各种功能以帮助执行医疗规程。在一些实施方案中，控制系统140可耦接到机器人系统110并与机器人系统110合作操作，以对患者130执行医疗规程。例如，控制系统140可经由无线或有线连接与机器人系统110通信(例如，以控制机器人系统110和/或窥视镜120，接收由窥视镜120捕获的图像等)，经由一个或多个流体通道向机器人系统110提供流体，经由一个或多个电连接向机器人系统110提供电力，经由一个或多个光纤或其他部件向机器人系统110提供光学器件等。此外，在一些实施方案中，控制系统140可与针170和/或窥视镜170通信，以从针170和/或内窥镜120接收传感器数据(经由机器人系统110接收传感器数据和/或直接从针170和/或内窥镜120接收传感器数据)。此外，在一些实施方案中，控制系统140可与工作台150通信，以将工作台150定位在特定取向或以其他方式控制工作台150。此外，在一些实施方案中，控制系统140可与EM场发生器180通信，以控制患者130周围EM场的生成。

控制系统140包括各种I/O装置，该I/O装置被配置成帮助医师160或其他人员执行医疗规程。在该示例中，控制系统140包括I/O装置146，医师160或其他用户使用该I/O装置来控制窥视镜120，以便在患者130体内导航窥视镜120。例如，医师160可经由I/O装置146提供输入，并且作为响应，控制系统140可向机器人系统110发送控制信号以操纵窥视镜120。尽管在图1的示例中I/O装置146被示为控制器，但I/O装置146可被实现为多种类型的I/O装置，诸如触摸屏、触摸板、鼠标、键盘等。

另外如图1所示，控制系统140可包括显示器142，以提供关于规程的各种信息。如上所述，显示器142可呈现器械对准界面144，以帮助医师160操纵针170。显示器142还可提供(例如，经由器械对准界面144和/或另一界面)关于窥视镜120的信息。例如，控制系统140可接收由窥视镜120捕获的实时图像并经由显示器142显示实时图像。图2中示出了示例性器械对准界面。除此之外或另选地，控制系统140可从与患者130相关联的医疗监测器和/或传感器接收信号(例如，模拟信号、数字信号、电信号、声学/声信号、气动信号、触觉信号、液压信号等)，并且显示器142可呈现关于患者130的健康或环境的信息。此类信息可包括经由医疗监测器显示的信息，包括例如心率(例如，ECG、HRV等)、血压/速率、肌肉生物信号(例如，EMG)、体温、血氧饱和度(例如，SpO₂)、CO₂、脑波(例如，EEG)、环境和/或局部或核心体温等。

为了便于控制系统140的功能，控制系统140可包括各种部件(有时称为“子系统”)。例如，控制系统140可包括控制电子器件/电路，以及一个或多个电源、气动装置、光源、致动器、存储器/数据存储装置和/或通信接口。在一些实施方案中，控制系统140包括控制电路，该控制电路包括基于计算机的控制系统，该基于计算机的控制系统被配置成存储可执行指令，当被执行时，该可执行指令致使实现各种操作。在一些实施方案中，控制系统140是可移动的，如图1所示，而在其他实施方案中，控制系统140为固定系统。尽管讨论了由控制系统140实现的各种功能和部件，但这些功能和/或部件中的任何功能和/或部件都可集成到其他系统和/或装置中和/或由其他系统和/或装置执行，诸如机器人系统110、工作台150和/或EM发生器180(或者甚至是窥视镜120和/或针170)。下面参考图12进一步详细讨论控制系统140的示例性细节。

成像装置190可被配置成在规程期间捕获/生成患者130的一个或多个图像，诸如一个或多个x射线或CT图像。在示例中，可实时提供来自成像装置190的图像，以查看解剖结构和/或患者130体内的医疗器械(诸如窥视镜120和/或针170)，以帮助医师160执行规程。成像装置190可用于执行荧光透视(例如，在患者130体内使用对比染料)或其他类型的成像技术。尽管在图1中示出，但在许多实施方案中，未实现成像装置190来执行规程和/或去除成像装置190(包括C形臂)。

医疗系统100的各个部件可通过网络彼此通信地耦接，该网络可包括无线和/或有线网络。示例性网络包括一个或多个个人区域网络(PAN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网局域网(IAN)、蜂窝网络、互联网等。此外，在一些实施方案中，医疗系统100的部件经由一个或多个支撑电缆、管等连接，以用于数据通信、流体/气体交换、电力交换等。

医疗系统100可提供多种益处，诸如提供指导以帮助医师执行规程(例如，器械跟踪、器械对准信息等)，使医师能够从人体工程学位置执行规程而无需笨拙的手臂运动和/或位置，使单个医师能够使用一个或多个医疗器械执行规程，避免辐射暴露(例如，与荧光透视技术相关联)，使规程能够在单次手术环境中执行，提供持续抽吸以更有效地移除轴线(例如，移除肾结石)等。例如，医疗系统100可提供指导信息，以帮助医师使用各种医疗器械进入目标解剖特征，同时最小化出血和/或对解剖结构(例如，关键器官、血管等)的损伤。此外，医疗系统100可提供基于非辐射的导航和/或定位技术，以减少医师和患者对辐射的暴露和/或减少手术室中的装备数量。此外，医疗系统100可提供分布在至少控制系统140与机器人系统110之间的功能，这些系统可独立地移动。此类功能性和/或移动性的分布可使得控制系统140和/或机器人系统110能够放置在对于特定医疗程序最佳的位置处，这可最大化患者周围的工作区域和/或为医师执行规程提供最佳位置。

尽管各种技术和系统被讨论为实现为机器人辅助规程(例如，至少部分地使用医疗系统100的规程)，但这些技术和系统可在其他规程中实现，诸如在全机器人医疗规程、仅人规程(例如，无机器人系统)等中实现。例如，医疗系统100可用于在无医师握住/操纵医疗器械的情况下执行规程(例如，全机器人规程)。也就是说，在规程期间使用的医疗器械(诸如窥视镜120和针170)可各自由医疗系统100的部件(诸如机器人系统110的机器人臂112)保持/控制。

示例性界面

图2示出了根据一个或多个实施方案的用于提供关于医疗器械的位置和/或取向的信息和/或关于医疗规程的其他信息的示例性器械对准界面200。如图所示，器械对准界面200(有时称为“器械对准图形用户界面(GUI)200”)可包括：窥视镜节段210，以提供由第一医疗器械(诸如窥视镜)捕获的图像212；和对准节段220，以提供关于第二医疗器械(诸如针)的取向的信息。尽管窥视镜区段210和对准区段220被示为包括在同一器械对准界面200中，但在一些实施方案中，器械对准界面200包括区段210和区段220中的仅一者。例如，对准区段220可作为器械对准界面200的一部分被包括在内，并且窥视镜区段210可被包括在附加界面中。此外，在一些示例中，窥视镜区段210和/或对准区段220可在增强或虚拟现实界面内实现，诸如对准区段220覆盖在窥视镜区段212的至少一部分上，窥视镜区段212以与对准区段220不同的形式呈现对准信息等。在图2的示例中，器械对准界面200为使用窥视镜和另一医疗器械的规程提供信息。然而，器械对准界面200可用于其他类型的规程，诸如在无窥视镜的情况下执行的规程。在此类情况下，可不呈现图像212和/或可去除窥视镜区段210。

如上所述，窥视镜区段212为被配置成在内腔或其他解剖结构内导航的窥视镜提供图像212。在该示例中，图像212描绘了肾的内部部分，包括腔214和位于腔214中的一个腔内的肾结石216。在此，肾结石216位于盏内靠近乳头处。然而，图像212可根据窥视镜在患者体内的位置描绘任何人体解剖结构。图像212可包括实时图像，诸如视频。

对准区段220包括对准进度可视化部230，以指示医疗器械的取向与目标轨迹的对准和/或医疗器械与目标位置的接近度。如图所示，对准进度可视化部230包括：器械对准元素232(有时称为“器械对准图标232”或“针对准图标232”)，该器械对准元素表示医疗器械的取向；和对准标记234，该对准标记与目标轨迹相关联。在该示例中，器械对准元素232可基于医疗器械取向的变化在由对准标记234(C)(也称为“边界标记234(C)”)定义的区域内移动。例如，随着医疗器械的倾斜，器械对准元素232可改变在该区域内的位置。在示例中，对准标记234(A)可表示目标位置/轨迹/姿态。

在一些实施方案中，医疗器械沿一个方向的倾斜将致使器械对准元素232沿相反方向的移动，类似于靶心精神类型的水平仪。例如，如果医疗器械向右倾斜，则器械对准元素232可向左移动。在其他实施方案中，医疗器械的倾斜将致使器械对准元素232沿与倾斜相同的方向移动。例如，如果医疗器械向右倾斜，则器械对准元素232可向右移动。在任何情况下，当医疗器械的取向与目标轨迹对准时，器械对准元素232可以与对准标记234对准的布置显示(例如，以对准标记234为中心，诸如在对准标记234(A)内或以对准标记234(A)为中心)。

在一些实施方案中，对于医疗器械的取向变化单位，器械对准元素232的位置变化量(例如，器械对准元素232的灵敏度)基于医疗器械与目标位置的接近度。例如，随着医疗器械移动得更靠近目标位置，器械对准元素232可通过更大或更小的移动来实现，以使医疗器械的取向发生相同变化量。为了说明，当医疗器械离目标位置第一距离时，器械对准界面200可响应于医疗器械的取向变化单位而将器械对准元素232的位置变化第一量。当医疗器械离目标位置第二距离时(例如，更靠近目标位置)，器械对准界面200可响应于医疗器械的相同取向变化单位而将器械对准元素232的位置变化第二量(例如，更大或更小的量)。

在一些实施方案中，改变器械对准元素232的灵敏度可进一步帮助医师使用医疗器械到达目标位置。例如，在一些情况下，由于医疗器械离目标更远，因此可能需要较低的精度来定向医疗器械。随着医疗器械移动得更靠近目标位置，可能需要更高的精度来定向医疗器械。换句话讲，随着医疗器械移动得更靠近目标，医师可能需要更精确地调整医疗器械的取向以实际到达目标。因此，通过改变器械对准元素232的灵敏度，医师可更精确地操纵医疗器械以到达目标位置，该目标位置可能相对较小。

对准进度可视化部230还可包括进度条236，以指示医疗器械与目标位置的接近度。在图2的示例中，进度条236呈现在边界标记234(C)周围。然而，进度条236可呈现在器械对准界面200内的任何位置处，诸如呈现在对准进度可视化部230的一侧。进度条236可提供医疗器械相对于目标位置的当前位置信息。例如，可随着医疗器械移动得更靠近目标位置而填充进度条236，如下面的示例中所讨论的。在一些实施方案中，如果医疗器械已到达目标位置，则器械对准界面200可提供医疗器械已到达目标位置的指示，诸如进度条236上的指示。以类似的方式，在一些实施方案中，如果医疗器械被插入到目标位置之外，则器械对准界面200可提供医疗器械已被插入到目标位置之外的指示，诸如进度条236上的指示。在图2的示例中，进度条236指示医疗器械尚未被插入到患者体内(例如，医疗器械在患者的皮肤上或在患者体外)。

在一些实施方案中，对准进度可视化部230包括单个可视化部，以查看关于医疗器械的取向和进度信息。例如，关于医疗器械的取向和器械到目标位置的进度的信息可在组合的可视化部中显示。这种组合的可视化部可允许医师或其他用户在操纵医疗器械的同时维持与单个项目的视觉接触，并避免由于医师的眼睛或身体的移动而导致医疗器械的意外移动，以查看数个显示器、界面、可视化部等。因此，组合的可视化部可允许医师或其他用户更准确地操纵医疗器械以到达患者体内的目标位置。

在图2的示例中，对准进度可视化部230的各个部件呈现为圆形。然而，对准进度可视化部230的任何部件可采取多种形式，诸如任何其他形状。例如，对准标记234、器械对准元素232和/或进度条236可呈现为矩形或任何其他形状。在一些具体实施中，器械对准元素232包括气泡表示，该气泡表示用于表示气泡。

另外如图2所示，器械对准界面200可包括导航表示240，以在与规程的不同阶段/步骤相关联的不同可视化部之间导航。例如，与移除肾结石相关联的规程可包括多个阶段/步骤，其中一个阶段/步骤包括对准医疗器械并将医疗器械插入患者体内以到达目标位置。对于此阶段/步骤，器械对准界面200可显示图2所示的信息，以帮助医师执行此阶段/步骤。医师可通过选择导航表示240内的“后退”或“下一”文本，移动到上一个或下一个阶段/步骤的不同可视化部或界面。此外，器械对准界面200可包括用于访问菜单的视觉表示250，该菜单可允许访问与其他类型的规程或其他信息相关联的界面/信息。

尽管在包括二维(2D)表示的器械对准界面的背景下讨论和示出了许多实施方案，但在一些实施方案中，器械对准界面可包括三维(3D)表示。例如，器械对准界面可呈现平面和该平面上的扭曲线，以指示不对准，呈现平面的形状/形式被配置成扭曲/改变以指示不对准的平面等。

在一些实施方案中，器械对准界面200和/或本文讨论的任何其他界面基于目标确定数据和/或界面数据。例如，可生成指示医疗器械在平面上相对于该平面上的目标位置的投影位置的目标确定/界面数据。目标/界面数据可用于显示对准进度可视化部230，以便定位器械对准元素232，该器械对准元素表示医疗器械相对于与目标轨迹相关联的对准标记234的取向。

使用医疗系统进行的示例性规程

图3至图5示出了根据一个或多个实施方案的被布置成执行经皮规程的图1的医疗系统100的顶视图。在这些示例中，医疗系统100被布置在手术室中，以借助窥视镜120和针170从患者130体内移除肾结石。在此规程的许多实施方案中，患者130被定位在修改的仰卧位，患者130稍微向一侧倾斜，以接近患者130的背部或侧面，如图1所示。然而，患者130也可以其他方式定位，诸如仰卧位、俯卧位等。为了便于查看患者130的解剖结构，图3至图5示出了患者130处于仰卧位，双腿张开。此外，为了便于说明，成像装置190(包括C形臂)已被移除。

尽管图3至图5示出了使用医疗系统100来执行经皮规程以从患者130体内去除肾结石，但医疗系统100可用于以其他方式去除肾结石和/或执行其他规程。此外，患者130可根据规程的需要布置在其他位置。在图3至图5和整个公开中描述了由医师160执行的各种动作。应当理解，这些动作可由医师160、在医师指导下的用户、另一用户(例如，技术人员)、其组合和/或任何其他用户直接执行。

如在图3至图5中至少部分示出，在此描述肾解剖结构，以供参考与本概念的各方面相关的某些医疗规程。肾通常包括位于腹膜后间隙中的左右两侧的两个豆形器官。成年人的肾一般长约11cm。肾从成对肾动脉接收血液；血液流入成对的肾静脉。每个肾都附接到输尿管，该输尿管是将排泄的尿液从肾运送到膀胱的管。膀胱附接到尿道。

肾通常位于腹腔内相对较高的位置，位于腹膜后，呈略微倾斜的角度。由肝脏位置引起的腹腔内不对称，通常导致右肾略低于左肾，并且比左肾略偏中。每个肾的顶部是肾上腺。肾的上部由第11根肋骨和第根12肋骨部分地保护。每个肾及其肾上腺被两层脂肪包围：肾筋膜与肾包膜之间存在肾周脂肪，肾旁脂肪高于肾筋膜。

肾脏参与控制各种体液隔室的体积、液体渗透压、酸碱平衡、各种电解质浓度和毒素的去除。肾脏通过分泌某些物质并重新吸收其他物质来提供过滤功能。分泌到尿液中的物质的示例是氢、铵、钾和尿酸。此外，肾脏还执行各种其他功能，诸如激素合成等。

肾凹缘上的凹陷区域是肾门，肾动脉在此进入肾脏，肾静脉和输尿管离开此处。肾被坚韧的纤维组织、肾包膜包围，肾包膜本身被肾周脂肪、肾筋膜和肾旁脂肪包围。这些组织的前部(前)表面是腹膜，而后部(后)表面是横筋膜。

肾的功能性物质或实质分为两个主要结构：肾外皮质和肾内髓质。这些结构呈多个锥形肾叶的形状，每个肾叶包含围绕称为肾锥体的髓质部分的肾皮质。肾锥体之间是皮质的突起，称为肾柱。肾单位是肾脏产生尿液的功能结构，横跨皮质和髓质。肾单位的初始过滤部分是位于皮质中的肾小体。然后是肾小管，其从皮质深入髓质锥体。作为肾皮质的一部分，髓射线是肾小管的集合，这些肾小管排出到单个集合管中。

每个锥体的尖端或乳头将尿液排空到相应小盏中；小盏进入小盏，小盏进入肾盂，然后过渡到输尿管。在脐处，输尿管和肾静脉离开肾并且肾动脉进入。具有淋巴结的肺门脂肪和淋巴组织围绕这些结构。肺门脂肪与称为肾窦的脂肪填充腔相邻。肾窦共同包含肾盂和肾盏，并将这些结构与肾髓质组织分开。

图3至图5示出了患者130的解剖结构的各种特征。例如，患者130包括经由输尿管320流体地连接到膀胱330的肾脏310，以及流体地连接到膀胱330的尿道340。如肾310(A)的放大图所示，肾310(A)包括盏(包括盏312)、肾乳头(包括肾乳头314，也称为“乳头314”)和肾锥体(包括肾锥体316)。在这些示例中，肾结石318位于乳头314附近。然而，肾结石318可位于肾310(A)内的其他位置或其他地方。

如图3所示，为了在示例性经皮手术中移除肾结石318，医师160可将机器人系统110定位在工作台150的侧面/底部，以开始将窥视镜120(图3中未示出)递送到患者130中。具体地，机器人系统110可定位在工作台150的一侧，在患者130的脚附近，并对准以便直接线性地进入患者130的尿道340。在示例中，患者130的髋部用作定位机器人系统110的参考点。一旦定位，一个或多个机器人臂112(诸如机器人臂112(B)和112(C))可向外伸展以到达患者130的腿之间。例如，可控制机器人臂112(B)以延伸并提供到尿道340的线性通路，如图3所示。在该示例中，医师160沿着该直接线性进入路径(有时称为“虚拟轨道”)将医疗器械350至少部分地插入尿道340中。医疗器械350可包括内腔式装置，该内腔式装置被配置成接纳窥视镜130，从而帮助将窥视镜120插入患者130的解剖结构中。通过将机器人臂112(B)对准患者130的尿道340和/或使用医疗器械350，可减小该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和/或力。尽管医疗器械350在图3中示出，但在一些实施方案中，不使用医疗器械350(例如，窥视镜120可直接插入尿道340中)。

医师160还可将机器人臂112(A)定位在手术的治疗部位附近。例如，机器人臂112(A)可定位在患者130的切口部位和/或肾脏310附近。机器人臂112(A)可连接到EM场发生器180，以在规程期间帮助跟踪窥视镜120和/或针170的位置。尽管机器人臂112(A)被定位成相对靠近患者130，但在一些实施方案中，机器人臂112(A)被定位在其他地方和/或EM场发生器180被集成到工作台150中(这可允许机器人臂112(A)处于对接位置)。在该示例中，在该规程中的该点处，机器人臂112(C)保持在对接位置中，如图3所示。然而，在一些实施方案中，机器人臂112(C)可用于执行机器人臂112(A)和/或112(C)的上述任何功能。

一旦机器人系统110被适当地定位和/或医疗器械350被至少部分地插入尿道340中，窥视镜120可被以机器人方式、手动方式或其组合地插入患者130体内，如图4所示。例如，医师160可将窥视镜120连接到机器人臂112(C)和/或将窥视镜120至少部分地定位在医疗器械350和/或患者130体内。窥视镜120可在任何时间连接到机器人臂112(C)，诸如在规程之前或在规程期间(例如，在定位机器人系统110之后)。然后，医师160可与控制系统140(诸如I/O装置146)交互，以在患者130内导航窥视镜120。例如，医师160可经由I/O装置146提供输入，以控制机器人臂112(C)来导航窥视镜120通过尿道340、膀胱330、输尿管320(A)，并直至肾310(A)。

如图所示，控制系统140可经由显示器142呈现器械对准界面410(诸如图2的器械对准界面200)，以查看由窥视镜120捕获的实时图像412，从而帮助医师160控制窥视镜120。医师160可导航窥视镜120以定位肾结石318，如图像412所示。在一些实施方案中，控制系统140可使用定位技术来确定窥视镜120的位置和/或取向，这可由医师160通过显示器142(图4中的显示器142上未示出)来观察，从而也有助于控制窥视镜120。此外，在一些实施方案中，可通过显示器142呈现其他类型的信息，以帮助医师160控制窥视镜120，诸如患者130的内部解剖结构的x射线图像。

在定位肾结石318时，医师160可识别针170进入肾310(A)的位置，以便最终取出肾结石318。例如，为了尽量减少出血和/或避免撞击肾310(A)和/或肾310(A)周围的血管或其他不期望的解剖结构，医师160可尝试将针170与盏的轴线对准(例如，可尝试通过盏的中心迎面到达盏)。为此，医师160可将乳头识别为目标位置。在该示例中，医师160使用窥视镜120来定位肾结石318附近的乳头314，并将乳头314指定为目标位置。在将乳头314指定为目标位置的一些实施方案中，医师160可导航窥视镜120以接触乳头314，控制系统140可使用定位技术来确定窥视镜120的位置(例如，窥视镜120的端部的位置)，并且控制系统140可将窥视镜120的位置与目标位置相关联。在其他实施方案中，医师160可将窥视镜120导航到乳头314的特定距离内(例如，停放在乳头314前面)，并提供指示目标位置在窥视镜120的视场内的输入。控制系统140可执行图像分析和/或其他定位技术以确定目标位置的位置。在又一实施方案中，窥视镜120可传递基准以将乳头314标记为目标位置。

如图5所示，医师160可通过定位针170以插入目标位置而继续进行该规程。在一些实施方案中，医师160可使用他或她的最佳判断来将针170放置在患者130身上的切口部位处，诸如基于关于患者130的解剖结构的了解，来自先前执行该规程的经验，对患者130的CT/x射线图像或其他术前信息的分析等。此外，在一些实施方案中，控制系统140可提供关于将针170放置在患者130上的位置的信息。医师160可尝试避开患者130的关键解剖结构，诸如肺、胸膜、结肠、椎旁肌、肋骨、肋间神经等。在一些示例中，控制系统140可使用CT/x射线/超声图像来提供关于将针170放置在患者130上的位置的信息。

在任何情况下，控制系统140可确定插入针170以帮助医师160到达目标位置(即，乳头314)的目标轨迹502。目标轨迹502可表示用于进入目标位置的期望路径。目标轨迹502可基于医疗器械(例如，针170、窥视镜120等)的位置、人体解剖结构内的目标位置、患者的位置和/或取向、患者的解剖结构(例如，患者内的器官相对于目标位置的位置)等来确定。在该示例中，目标轨迹502包括穿过乳头314和针170的直线(例如，从针170的尖端延伸穿过乳头314，诸如乳头314的轴线上的点)。然而，目标轨迹502可采用其他形式(诸如曲线)，和/或可以其他方式定义。在一些示例中，针170被实现为柔性斜角尖端针，该柔性斜角尖端针被配置成在针170以直线方式插入时弯曲。这种针可用于围绕特定解剖结构(诸如肋骨或其他解剖结构)转向。在此，控制系统140可提供信息以指导用户，诸如补偿针轨迹的偏差或将用户维持在目标轨迹上。

尽管图5的示例示出了同轴地延伸穿过乳头314的目标轨迹502，但目标轨迹502可具有另一位置、角度和/或形式。例如，目标轨迹可使用下极进入点来实现，诸如通过图5所示的位于肾结石318下方的乳头来实现，该乳头具有非同轴角度，可用于避开髋部。

控制系统140可使用目标轨迹502来经由器械对准界面410提供对准进度可视化部504。例如，对准进度可视化部504可包括器械对准元素506，该器械对准元素指示针170相对于目标轨迹502的取向。医师160可查看对准进度可视化部504并将针170定向到适当的取向(即，目标轨迹502)。当对准时，医师160可将针170插入患者130体内以到达目标位置。对准进度可视化部504可提供进度可视化部508(也称为“进度条508”)，该进度可视化部指示针170与目标位置的接近度。因此，器械对准界面410可帮助医师160对准针170和/或插入针以到达目标位置。

一旦使用针170到达目标位置，医师160可将另一医疗器械(例如，动力导管、真空、肾镜等)插入由针170形成的路径中和/或针170上方。医师160可使用其他医疗器械和/或窥视镜120来从肾310(A)中粉碎并移除肾结石318的碎片。

在一些实施方案中，医疗器械的位置可用点/点集表示，和/或医疗器械的取向可表示为相对于轴线/平面的角度/偏移。例如，医疗器械的位置可用坐标系内的点/点集的坐标(例如，一个或多个X、Y、Z坐标)来表示，和/或医疗器械的取向可用相对于坐标系的轴线/平面的角度(例如，相对于X轴/平面，Y轴/平面和/或Z轴/平面的角度)来表示。在此，医疗器械的取向的变化可对应于医疗器械相对于轴线/平面的角度的变化。此外，在一些实施方案中，医疗器械的取向用偏航、俯仰和/或滚转信息来表示。

在一些实施方案中，轨迹是指姿态。例如，医疗器械的轨迹可指医疗器械的姿态，包括/指示医疗器械的位置和取向两者。类似地，目标轨迹可指目标姿态，包括/指示期望路径的位置和取向。然而，在其他实施方案中，轨迹是指取向或位置。

尽管机器人系统110的特定机器人臂在图3至图5的背景下被示为执行特定功能，但任何机器人臂112都可用于执行这些功能。此外，可使用任何附加的机器人臂和/或系统来执行该规程。此外，机器人系统110可用于执行规程的其他部分。例如，可控制机器人系统110以对准针和/或将针插入患者130体内。为了说明，机器人臂112中的一个机器人臂可与针170接合和/或控制针以将针170定位在适当位置，将针170与目标轨迹对准，和/或将针170插入到目标位置。控制系统140可使用定位技术来执行这种处理。因此，在一些实施方案中，可使用医疗系统100完全或部分地执行经皮规程(例如，在有或没有医师160的帮助下)。

示例性器械可视化部

图6-1至图6-11示出了根据一个或多个实施方案的用于在规程期间提供关于医疗器械的对准和/或进度的信息的示例性界面。在使用医疗系统100从患者130移除肾结石662的背景下示出了示例性界面。具体地，可提供可视化部以帮助医师160将针170插入患者130体内以取出肾结石662。然而，可显示可视化部以与其他医疗系统一起使用和/或执行其他医疗规程。为了便于说明，在图6-1至图6-11中未示出界面的一些特征。例如，图6-2至图6-11中未示出对准标记634(B)。

图6-1示出了示例性器械对准界面600，该示例性器械对准界面具有可视化部，以帮助医师160将针170与目标轨迹670对准。如图所示，器械对准界面600可包括：窥视镜节段610，以提供由位于患者130的肾660内的窥视镜120捕获的图像612；和对准节段620，以提供关于针170的取向和/或位置的信息。在此，图像612描绘肾660的内部部分和位于肾660内的肾结石662。对准节段620包括对准进度可视化部630，以指示针170的取向与目标轨迹670的对准和/或针170与目标位置664(例如，乳头上的位置)的接近度。如图所示，对准进度可视化部630包括：器械对准元素632，该器械对准元素表示针170相对于目标轨迹670的取向；和对准标记634，该对准标记表示目标轨迹670；以及进度条636(也称为“进度表示636”)，该进度条指示针170与目标位置664的接近度。器械对准界面600还可包括：导航表示640，以与规程的不同阶段/步骤相关联的不同可视化部之间导航；和/或视觉表示650，以访问菜单和/或其他选项。尽管器械对准元素632和对准标记634以特定形状和大小示出，但器械对准元素632和对准标记634可具有其他形状和/或大小。

在图6-1的示例中，医师将针170定位在患者130上，并尝试使用器械对准界面600将针170与目标轨迹670对准。具体地，医师160可使用一只或多只手680握住针170并调整针170的取向(例如，针170的倾斜)，同时经由控制系统140查看器械对准界面600。在此，针170的取向与目标轨迹670失准。因此，器械对准界面600示出器械对准元素632与中心对准标记634(A)失准(例如，器械对准元素632不位于中心对准标记634(A)内)。

在一些实施方案中，器械对准元素632可在边界对准标记634(C)的区域内移动(例如，在边界对准标记634(C)的限制范围内)。随着针170与目标轨迹670不太对准，器械对准元素632可移动得更靠近边界对准标记634(C)，而随着针170与目标轨迹670更加对准，该器械对准元素可移动得更靠近中心对准标记634(A)。在图6-1的示例中，器械对准界面600还提供文本“倾斜针以将气泡移动到中心”，指示针170与目标轨迹670失准。器械对准界面600的可视化部可帮助医师160倾斜针170，以将针170与适当的取向对准，以便将针170插入到目标位置664。

在一些实施方案中，如果针170与目标轨迹670基本上失准，则器械对准元素632可提供这种失准配置的指示，如图6-2所示。例如，如果针170与目标轨迹670失准超过阈值量(例如，不对准阈值)，则可以特定颜色/填充图案对进度条636进行高亮显示、轮廓描绘和/或部分/完全填充，以提供这种失准指示，如图所示。为了说明，可以红色填充进度条636(例如，闭合红色环)。除此之外或另选地，在一些实施方案中，器械对准元素632可显示为与具有变形形状的边界标记634(C)接触，如图6-2所示。在此，随着器械对准元素632在与边界标记634(C)的接近度内的移动，器械对准元素632可以其初始圆形形式显示，并且随着针170移动得更加失准并超过不对准阈值时，该器械对准元素转变为变形形状。这种转变可视化部可能看起来类似于液体内与表面接触的气泡。此外，在一些实施方案中，可在器械对准界面600内提供文本或另一指示，以指示针170与目标轨迹失准超过阈值量。在任何情况下，这种失准指示都可帮助医师160观察到针170与目标轨迹670基本上偏离轴线。尽管进度条636在图6-2中示出为具有特定高亮显示、轮廓描绘和/或填充图案以提供基本上失准指示，但在一些实施方案中，进度条636可在无此类变化的情况下实现。在此，器械对准元素632可显示为具有变形形状，以提供基本上失准指示。

当针170与目标轨迹670对准时，器械对准元素632可以与对准标记634对准的方式显示，如图6-3所示。例如，器械对准元素632可显示在中心对准标记634(A)内和/或与该中心对准标记同心。除此之外或另选地，可高亮显示中心对准标记634(A)(例如，使用辉光可视化、特定颜色等)，以指示针170与目标轨迹670对准。此外，器械对准界面600可显示文本以指示对准，诸如文本“对准”，如图6-3所示。尽管图6-3中呈现了高亮显示的对准标记634(A)和文本，但在一些实施方案中仅呈现了此类可视化部中的仅一个可视化部。此外，可使用其他可视化部来指示这种对准。

在该示例中，当针170与目标轨迹670对准时，医师160插入针170，如图6-4至图6-6所示。在此，进度条636提供针170相对于目标位置664的接近度(例如，距离)的指示。具体地，进度条636可围绕边界标记634(C)以顺时针方式填充。控制系统140可通过使用定位技术跟踪针170的位置和/或目标位置664/窥视镜120的位置来确定针170与目标位置664的接近度。

在一些实施方案中，随着针170移动得更靠近目标位置664，器械对准元素632的移动量可变化(例如，器械对准元素632的灵敏度可变化)。例如，当针170离目标位置664相对远时(例如，在到目标位置664的距离之外)，控制系统140初始可将器械对准元素632的位置变化参数设置为第一值。位置变化参数可指示器械对准元素632相对于针170的移动单位的位置变化量。随着针170移动得更靠近目标位置664，可将位置变化参数更新为第二值，诸如与比第一值更大或更小的针对针170的相同移动单位的位置变化量相关联的值。

在更新位置变化参数的一个图示中，当针170位于患者130的皮肤上时，位置变化参数可被设置为初始值。初始值可致使器械对准元素632响应于例如针170的取向变化5度而移动第一像素数。随着针170移动得更靠近目标位置664，可将位置变化参数更新为更大的值，其致使器械对准元素632响应于针170的取向变化5度而移动第二像素数，其中第二像素数大于第一像素数。随着针170移动得更靠近目标位置664，可将位置变化参数更新任意次数。在一些实施方案中，这可帮助医师对准针170以到达相对小的目标，诸如直径可为4mm至8mm的盏。

当针170已到达目标位置664时，器械对准界面600可显示已到达目标位置664的指示，如图6-7所示。例如，进度条636可完全围绕边界标记634(C)的周边填充。在一些实施方案中，可以特定颜色/填充图案对进度条636进行高亮显示、轮廓描绘和/或部分/完全填充，以指示已到达目标位置664。例如，可以绿色填充进度条636(例如，闭合绿色环)。除此之外或另选地，器械对准界面600可提供已到达目标位置664的文本，诸如提供文本“已到达目标”，也如图所示。在一些实施方案中，如图6-7所示，描绘肾660的内部部分的图像612还可提供针170已到达目标位置664的视觉确认。

在一些具体实施中，如果针170被插入到目标位置664之外，则器械对准界面600可提供针170被插入到目标位置664之外的指示，如图6-8所示。例如，可以特定颜色/填充图案对进度条636进行高亮显示、轮廓描绘和/或部分/完全填充，以指示针170被插入到目标位置664之外。为了说明，可以红色填充进度条636(例如，闭合红色环)和/或以与针170基本上失准的情况(例如，图6-2的情况)不同的颜色填充进度条。除此之外或另选地，器械对准界面600可提供针170被插入到目标位置664之外的文本，诸如提供文本“已插入到目标之外。请缩回。”在一些实施方案中，当针170在目标位置664之外超过阈值距离时和/或当针170在与窥视镜120的特定距离内时，控制系统140可确定针170被插入到目标位置664之外。

在一些实施方案中，如图6-8所示，描绘肾660的内部部分的图像612还可提供针170已被插入到目标位置664之外的视觉确认。在其他实施方案中，窥视镜120的视场可不包括针170进入肾660的位置(例如，针170可被插入窥视镜120的视场的上方或下方)。在此，进度条636可特别有助于通知医师160针170被插入到目标位置664之外。

在一些规程中，一旦针170已到达目标位置664，则可将医疗器械638可插入针170上方和/或代替针170，如图6-9所示。医疗器械638可包括帮助从肾脏660取出肾结石662的装置。例如，医疗器械638可包括导管(例如，动力导管)、真空管、肾镜或任何其他医疗器械。在一些实施方案中，一个或多个扩张器械(例如，线、管、护套等)可用于扩张到目标位置664的路径，以提供足够空间以便插入医疗器械638。

医疗器械638和/或窥视镜120(和/或针170，在一些情况下)可便于从肾660中取出肾结石662。例如，窥视镜120可部署工具(例如，激光器、切割器械等)以将肾结石662切成碎片，而医疗器械638可从肾660中吸出碎片，如图6-10所示。在一些具体实施中，窥视镜120(和/或医疗器械638)可提供冲洗，以帮助从肾660移除碎片。在图6-10的示例中，图像612提供了正从肾660中移除肾结石662的视觉确认。

在一些实施方案中，在返回到针170在患者130的皮肤上的对准时(例如，图6-2)，如果针170在其与目标轨迹670基本上失准时插入，则器械对准界面600可提供缩回针170的指示，如图6-11所示。例如，控制系统140可确定针与目标轨迹670失准超过阈值量(类似于参考图6-2所讨论的)。此外，当针170与目标轨迹670基本上失准时，控制系统140可确定针170被插入患者130体内超过特定距离。在一些实施方案中，可以特定颜色/填充图案对进度条636进行高亮显示、轮廓描绘和/或部分/完全填充，以指示针170已被插入并且基本上失准。为了说明，可以红色(例如，闭合红色环)填充进度条636和/或以与针170正好基本上失准的情况(例如，图6-2的情况)不同的颜色填充进度条。除此之外或另选地，在一些实施方案中，器械对准界面600可提供针170基本上失准并且需要缩回的文本，诸如提供文本“以适当的取向缩回并重新插入针”。在一些实施方案中，当确定无法调整针170以到达目标位置664时，可呈现图6-11的指示。

尽管图6-1至图6-11中以特定指示示出了对准和进度信息，但也可提供其他指示，包括听觉、视觉、触觉等。例如，控制系统140可经由与控制系统140相关联的I/O装置提供声音和/或触觉反馈，以指示针170的对准和/或进度(例如，当针170与目标轨迹670对准时的第一声音，当针170初始被插入时的第二声音、当针170在目标轨迹664的中途时的第三声音、当针170已到达目标位置664时的第三声音等)。此外，所讨论的任何指示都可以不同的形式(例如，不同的形状、大小、颜色等)示出和/或呈现在器械对准界面600内的不同位置处。

在一些具体实施中，进度条636可包括直线进度条，而不是围绕边界标记634示出的圆形条，该圆形条可定位在器械对准界面600内的任何位置处。此外，在一些实施方案中，代替填充进度条636以指示针170与目标位置664的接近度，可在进度条636上使用图标显示针170的当前位置(例如，图标位于顶部位置，指示针170尚未插入患者130体内和/或已到达目标位置664)。此外，在一些实施方案中，可经由器械对准界面600呈现到目标位置664的进度百分比。

此外，在一些实施方案中，中心对准标记634(A)、边界标记634(C)和/或器械对准元素632的大小可变化，以指示将针170插入到目标位置664的进度。例如，中心对准标记634(A)的直径可随着针170的插入而减小，直到中心对准标记634(A)达到与器械对准元素632相同的直径。

示例性流程图

图7至图10示出了用于执行本文讨论的一种或多种技术的过程的示例性流程图。与这些过程相关联的各种操作可由在本文讨论的任何装置/系统中实现的控制电路或其组合来执行，诸如控制系统140、机器人系统110、工作台150、EM场发生器180、窥视镜120和/或针170。

图7示出了根据一个或多个实施方案的用于确定医疗器械相对于目标轨迹的对准并呈现关于医疗器械与目标轨迹的对准的信息的过程700的示例性流程图。在框702处，过程700可包括从一个或多个医疗器械接收传感器数据。例如，根据某些使用情况，装置/系统的控制电路(诸如控制系统)可经由通信接口从一个或多个医疗器械(诸如窥视镜、针或任何其他医疗器械)接收传感器数据。传感器数据可指示一个或多个医疗器械的位置和/或取向。

在框704处，过程700可包括确定人体解剖内的目标位置。例如，根据某些使用情况，控制电路可确定患者体内的目标位置，诸如解剖界标、医疗器械的位置或任何其他位置/目标。在一些实施方案中，控制电路可至少部分地基于来自至少部分地设置在患者体内的医疗器械的传感器数据来确定目标位置。

在框706处，过程700可包括确定一个或多个医疗器械的位置和/或取向。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于来自一个或多个医疗器械的传感器数据来确定一个或多个医疗器械的位置和/或取向。在一些实施方案中，控制电路可使用一种或多种定位技术来确定一个或多个医疗器械的位置和/或取向。

在框708处，过程700可包括确定用于进入目标位置的目标轨迹。例如，根据某些使用情况，控制电路可确定用于经皮进入患者体内的目标位置的目标轨迹。在一些实施方案中，控制电路可至少部分地基于来自至少部分地设置在患者体内的医疗器械的传感器数据、来自位于患者体外(或部分地插入)的医疗器械的传感器数据、目标位置的位置等来确定目标轨迹。除此之外或另选地，可基于用户通过界面提供输入以指定目标轨迹来确定目标轨迹。在示例中，可相对于一个或多个解剖平面/轴线来定义目标轨迹。

在框710处，过程700可包括生成表示界面的用户界面数据，该界面包括指示医疗器械的取向与目标轨迹的对准的器械对准元素。例如，根据某些使用情况，控制电路可生成表示界面(例如，器械对准界面)的用户界面数据，该界面包括表示医疗器械取向的器械对准元素，诸如表示针取向的针对准图标。在一些实施方案中，器械对准元素在界面内的定位可指示医疗器械的取向与目标轨迹的对准。

在框712处，过程700可包括致使显示该界面。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过将用户界面数据发送到与控制系统相关联的显示装置，经由显示装置来显示界面。此外，根据某些使用情况，显示装置可至少部分地基于用户界面数据来显示界面。在任何情况下，界面可包括表示医疗器械取向的器械对准元素。

在框714处，过程700可包括至少部分地基于医疗器械的取向的变化来更新器械对准元素的位置。例如，根据某些使用情况，控制电路可确定医疗器械取向的变化，并且至少部分地基于医疗器械取向的变化来更新与医疗器械相关联的器械对准元素的位置。

在框714的一些实施方案中，控制电路可至少部分地基于医疗器械与目标位置的接近度来更新器械对准元素的位置。例如，响应于确定医疗器械的取向已变化测量单位并且确定医疗器械在目标位置的预定接近度之外，控制电路可将器械对准元素在界面内的位置更新第一量。此外，响应于确定医疗器械的取向已变化该测量单位并且确定医疗器械在与目标位置的预定接近度内，控制电路可将器械对准元素在界面内的位置更新第二量。

图8示出了根据一个或多个实施方案的用于呈现关于医疗器械的取向的信息的过程800的示例性流程图。在框802处，过程800可包括确定医疗器械的取向。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于来自医疗器械的传感器数据来确定被配置成经皮进入人体解剖结构的医疗器械的取向。在一些实施方案中，控制电路可使用一种或多种定位技术来确定医疗器械的取向。

在框804处，过程800可包括确定医疗器械的取向是否与目标轨迹对准。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于医疗器械的传感器数据来确定医疗器械的取向是否与被确定用于经皮进入目标位置的目标轨迹对准。在一些实施方案中，控制电路可将医疗器械的取向的一个或多个坐标和/或角度与目标轨迹的一个或多个坐标和/或角度进行比较，并且确定是否满足一个或多个阈值(例如，医疗器械的取向的一个或多个坐标和/或角度在目标轨迹的一个或多个坐标和/或角度的特定数量的坐标和/或度数内)。在示例中，可相对于位置误差和/或角度误差(例如，X、Y、Z、偏航、俯仰、滚转)和/或相对于任何坐标系来确定对准。

如果确定医疗器械的取向与目标轨迹对准，则过程800可前进到框806。相比之下，如果确定医疗器械的取向不与目标轨迹对准，则过程800可前进到框808。

在框806处，过程800可包括致使显示医疗器械的取向与目标轨迹对准的指示。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使在界面内显示医疗器械的取向与目标轨迹对准的指示。此外，根据某些使用情况，显示装置可在界面内显示医疗器械的取向与目标轨迹对准的指示。在一些实施方案中，器械对准元素以具有一个或多个对准标记(例如，以标记为中心)的对准布置来显示，以指示医疗器械的取向与目标轨迹对准。

在框808处，过程800可包括确定医疗器械的取向是否与目标轨迹失准超过阈值量。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于医疗器械的传感器数据来确定医疗器械的取向是否与目标轨迹失准超过阈值量。在一些实施方案中，控制电路可将医疗器械的取向的一个或多个坐标和/或角度与目标轨迹的一个或多个坐标和/或角度进行比较。

如果确定医疗器械的取向与目标轨迹失准超过阈值量，则过程800可前进到框810。相比之下，如果确定医疗器械的取向未与目标轨迹失准超过阈值量，则过程800可前进到框812。

在框810处，过程800可包括致使在边界标记处和/或以变形形式显示器械对准元素。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使在边界标记的预定接近度内和/或以变形形状显示器械对准元素。此外，根据某些使用情况，显示装置可在界面内在边界标记的预定接近度内和/或以变形形状显示器械对准元素。

在框812处，过程800可包括致使显示位置失准的器械对准元素。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使在不与对准标记对准的位置处显示器械对准元素。此外，根据某些使用情况，显示装置可在不与对准标记对准的位置处显示器械对准元素。

在框814处，过程800可包括确定医疗器械是否被插入人体解剖结构中。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于来自医疗器械的传感器数据和/或关于患者的位置和/或取向的信息来确定医疗器械是否至少部分地设置在患者体内。在一些实施方案中，控制电路可确定医疗器械是否以特定量插入患者体内。

如果确定医疗器械被插入人体解剖结构中，则过程800可前进到框816。相比之下，如果确定医疗器械未被插入人体解剖结构中，则过程800可前进到框818。

在框816处，过程800可包括致使显示缩回医疗器械的指示。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使显示缩回医疗器械的指示。此外，根据某些使用情况，显示装置可显示缩回医疗器械的指示。在一些实施方案中，控制电路可维持与框810和/或框812相关联的信息的显示(例如，器械对准元素)，以及提供缩回医疗器械的指示。

在框818处，过程800可包括维持信息的显示。例如，根据某些使用情况，控制电路可维持关于医疗器械的当前取向和/或位置的文本或其他可视化部的显示(例如，在框810和/或框812处呈现的信息)。尽管示出了框818，但在一些实施方案中，可执行另一操作或过程。

图9示出了根据一个或多个实施方案的用于呈现关于医疗器械与目标位置的接近度的信息的过程900的示例性流程图。在框902处，过程900可包括确定医疗器械与目标位置的接近度。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于来自医疗器械的传感器数据来确定医疗器械与患者体内的目标位置的接近度。在一些实施方案中，控制电路可使用一种或多种定位技术来确定医疗器械的位置。

在框904处，过程900可包括致使显示医疗器械与目标位置的接近度的指示。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使在界面内显示医疗器械与目标位置的接近度的指示。此外，根据某些使用情况，显示装置可在界面内显示医疗器械接近目标位置的指示。

在框906处，过程900可包括确定医疗器械是否已到达目标位置。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于来自医疗器械的传感器数据来确定医疗器械是否已到达患者体内的目标位置。

如果确定医疗器械已到达目标位置，则过程900可前进到框908。相比之下，如果确定医疗器械未到达目标位置，则过程900可返回到框902。

在框908处，过程900可包括致使显示该医疗器械已到达目标位置的指示。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使在界面内显示医疗器械已到达目标位置的指示。此外，根据某些使用情况，显示装置可在界面内显示医疗器械已到达目标位置的指示。

在框910处，过程900可包括确定医疗器械是否被插入到目标位置之外。例如，根据某些使用情况，控制电路可至少部分地基于来自医疗器械的传感器数据来确定医疗器械是否被插入到目标位置之外。

如果确定医疗器械被插入到目标位置之外，则过程900可前进到框912。相比之下，如果确定医疗器械未被插入到目标位置之外，则过程900可返回到框902。尽管在图9的示例中过程900被示为返回到框902，但在一些实施方案中，过程900可返回到框906、框908或另一框。

在框912处，过程900可包括致使显示该医疗器械被插入到目标位置之外的指示。例如，根据某些使用情况，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送数据，致使在界面内显示医疗器械被插入到目标位置之外的指示。此外，根据某些使用情况，显示装置可在界面内显示医疗器械插入到目标位置之外的指示。然后，过程900可返回到框902。

图10示出了根据一个或多个实施方案的用于设置和/或更新与器械对准元素相关联的位置变化参数的过程1000的示例性流程图。在框1002处，过程1000可包括设置与医疗器械的移动单位相关联的位置变化参数。例如，根据某些使用情况，控制电路可将位置变化参数设置为初始值，该初始值指示器械对准元素的特定位置变化量。位置变化参数可指示界面内的器械对准元素相对于医疗器械的移动单位(例如，取向变化单位)的位置变化量。在一些实施方案中，初始值包括与位于患者体外和/或目标位置的预定接近度之外的医疗器械相关联的预定值或默认值。例如，在将医疗器械插入患者体内之前对准医疗器械时，可将位置变化参数设置为初始值。

在框1004处，过程1000可包括使用位置变化参数来至少部分地基于医疗器械的取向的变化来改变器械对准元素的位置。例如，根据某些使用情况，控制电路可确定医疗器械的取向已变化，并且作为响应，使用位置变化参数来改变器械对准元素的位置(例如，使用位置变化参数的值来识别施加到器械对准元素的位置变化量)。

在框1006，过程1000可包括确定医疗器械是否更靠近目标位置。例如，根据某些使用情况，控制电路可确定与控制电路医疗器械的最后位置相比，医疗器械是否更靠近目标位置。这种确定可至少部分地基于来自医疗器械的传感器数据。在一些实施方案中，控制电路可确定医疗器械是否在与目标位置的预定接近度内。

如果确定医疗器械更靠近目标位置，则过程1000可前进到框1008。相比之下，如果确定医疗器械没有更靠近目标位置，则过程1000可返回到框1004并继续使用先前设置的位置变化参数。

在框1008处，过程1000可包括更新位置变化参数。例如，根据某些使用情况，控制电路可将位置变化参数更新为对于医疗器械的移动单位，与或多或少的位置变化相关联的另一值。在一些实施方案中，框1008可以任意次数实现，以随着医疗器械移动得更靠近目标位置，更新位置变化参数一次或多次。此外，在一些实施方案中，框1008可在医疗器械在与目标位置的预定接近度内时实现一次。在此，过程1000在实施框1008之后可能不会返回到框1004。

示例性机器人系统

图11示出了根据一个或多个实施方案的机器人系统110的示例性细节。在该示例中，机器人系统110被示为可移动的推车式机器人使能系统。然而，机器人系统110可实现为固定系统，集成到工作台中，等。

机器人系统110可包括支撑结构114，该支撑结构包括细长区段114(A)(有时称为“柱114(A)”)和基部114(B)。柱114(A)可包括一个或多个托架，诸如托架1102(另选地称为“臂支撑件1102”)，用于支撑一个或多个机器人臂112(图11中示出了三个)的展开。托架1102可包括可单独配置的臂安装件，这些臂安装件沿着垂直轴线旋转，以调整机器人臂112的基部，以便相对于患者进行定位。托架1102还包括托架接口1104，该托架接口允许托架1102沿柱114(A)竖直平移。托架接口1104通过狭槽(诸如狭槽1106)连接到柱114(A)，这些狭槽定位在柱114(A)的相对侧上，以引导托架1102的竖直平移。狭槽1106包括竖直平移接口，以将托架1102定位和保持在相对于基部114(B)的各种竖直高度。托架1102的竖直平移允许机器人系统110调整机器人臂112的触及范围，以满足各种工作台高度、患者体型、医师偏好等。类似地，托架1102上的可单独配置的臂安装件允许机器人臂112的机器人臂基部1108以多种配置成角度。柱114(A)可在内部包括机构(诸如齿轮和/或马达)，这些机构被设计成使用竖直对准的导螺杆来响应于控制信号而以机械化方式平移托架1102，这些控制信号是响应于用户输入(诸如来自I/O装置116的输入)而生成的。

在一些实施方案中，狭槽1106可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平和/或平行，以随着托架1102的竖直平移，防止灰尘和/或流体进入柱114(A)的内部腔室和/或竖直平移接口中。狭槽盖可通过定位在狭槽1106的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷筒展开。随着托架1102的竖直向上和向下平移，盖可在卷筒内卷绕，直到展开以从其卷绕状态伸出和缩回。当托架1102朝向卷筒平移时，卷筒的弹簧加载可提供将盖缩回到卷筒中的力，同时当托架1102远离卷筒平移时，也维持紧密密封。盖可使用例如托架接口1104中的支架连接到托架1102，以确保随着托架1102的平移，盖适当伸出和缩回。

基部114(B)可平衡柱114(A)、托架1102和/或臂112在诸如地板的表面上的重量。因此，基部114(B)可容纳较重的部件，诸如一个或多个电子器件、马达、电源等，以及使得机器人系统110能够移动和/或固定不动的部件。例如，基部114(B)可包括可滚动轮1116(也称为“脚轮1116”)，这些可滚动轮允许机器人系统110在房间内移动以进行规程。在到达适当位置之后，脚轮1116可使用轮锁固定，以在该规程期间将机器人系统110保持在适当位置。如图所示，机器人系统110还包括柄部1118，以帮助操纵和/或稳定机器人系统110。

机器人臂112一般可包括机器人臂基部1108和端部执行器1110，它们由一系列连杆1112分开，该连杆由一系列关节1114连接。每个关节1114可包括独立的致动器，并且每个致动器可包括独立可控的马达。每个独立可控的关节1114表示机器人臂112可用的独立自由度。例如，每个臂112可具有七个关节，从而提供七个自由度。然而，可以任何自由度实现任意数量的关节。在示例中，多个关节可产生多个自由度，从而允许“冗余”自由度。冗余自由度允许机器人臂112使用不同的连杆位置和/或关节角度将它们相应的端部执行器1110定位在空间中的特定位置、取向和/或轨迹上。在一些实施方案中，端部执行器1110可被配置成接合和/或控制医疗器械、装置、轴线等。臂112的移动自由度可允许机器人系统110从空间中的期望点定位和/或引导医疗器械，和/或允许医师将臂112移动到远离患者的临床上有利的位置以形成通路，同时避免臂碰撞。

如图11所示，机器人系统110还可包括I/O装置116。I/O装置116可包括显示器、触摸屏、触摸板、投影仪、鼠标、键盘、麦克风、扬声器、控制器、相机(例如，用于接收手势输入)，或用于接收输入和/或提供输出的另一I/O装置。I/O装置116可被配置成接收触摸、语音、手势或任何其他类型的输入。I/O装置116可定位在柱114(A)的竖直端部(例如，柱114(A)的顶部)和/或提供用于接收用户输入和/或用于提供输出的用户界面。例如，I/O装置116可包括触摸屏(例如，两用装置)，以接收输入并向医师提供术前和/或术中数据。示例性术前数据可包括从术前计算机断层扫描(CT)扫描得到的术前计划、导航和/或映射数据，和/或从术前患者访谈得到的记录。示例性术中数据可包括从工具/器械、传感器提供的光学信息，和/或来自传感器的坐标信息，以及重要的患者统计数据(诸如呼吸、心率和/或脉搏)。I/O装置116可被定位和/或倾斜以允许医师从各种位置访问I/O装置116，诸如柱114(A)的与托架1102相对的一侧。从这个位置，医师可在从机器人系统110的后面操作I/O装置116的同时查看I/O装置116、机器人臂112和/或患者。

机器人系统110可包括多种其他部件。例如，机器人系统110可包括一个或多个控制电子器件/电路、电源、气动装置、光源、致动器(例如，用于移动机器人臂112的马达)、存储器和/或通信接口(例如，用于与另一装置通信)。在一些实施方案中，存储器可存储计算机可执行指令，当由控制电路执行时，这些指令致使控制电路执行本文讨论的任何操作。例如，存储器可存储计算机可执行指令，当由控制电路执行时，这些计算机可执行指令致使控制电路接收关于机器人臂112的操纵的输入和/或控制信号，并且作为响应，控制机器人臂112以特定布置定位和/或导航连接到端部执行器1110的医疗器械。

在一些实施方案中，机器人系统110被配置成接合和/或控制医疗器械，诸如窥视镜120。例如，机器人臂112可被配置成控制窥视镜(例如，窥视镜的护套和/或引导件)的位置、取向和/或尖端关节运动。在一些实施方案中，机器人臂112可被配置成/被配置成能够使用细长移动构件来操纵窥视镜120。细长移动构件可包括一根或多根拉线(例如，拉线或推线)、电缆、纤维和/或柔性轴。为了说明，机器人臂112可被配置成致动耦接到窥视镜120的多根拉线以偏转窥视镜120的尖端。拉线可包括任何合适的或期望的材料，诸如金属材料和/或非金属材料，诸如不锈钢、凯夫拉尔(Kevlar)、钨、碳纤维等。在一些实施方案中，窥视镜120被配置成响应于由细长移动构件施加的力而表现出非线性行为。非线性行为可基于窥视镜120的刚度和可压缩性，以及不同细长移动构件之间的松弛或刚度的可变性。

示例性控制系统

图12示出了根据一个或多个实施方案的控制系统140的示例性细节。如图所示，控制系统140可分别地/单独地和/或组合地/共同地包括以下部件、装置、模块和/或单元(在本文称为“部件”)中的一者或多者：控制电路1202、数据存储装置/存储器1204、一个或多个通信接口1206、一个或多个电源单元1208、一个或多个I/O部件1210和/或一个或多个轮子1212(例如，脚轮或其他类型的轮子)。在一些实施方案中，控制系统140可包括壳体/外壳，该壳体/外壳被配置成和/或尺寸设定成容纳或包含控制系统140的一个或多个部件的至少一部分。在该示例中，控制系统140被示为推车式系统，其可与一个或多个轮子1212一起移动。在一些情况下，在到达适当位置之后，一个或多个轮子1212可使用轮锁固定，以将控制系统140保持在适当位置。然而，控制系统140可实现为固定系统，集成到另一系统/装置中，等。

尽管图12中示出了控制系统140的某些部件，但应当理解，在根据本公开的实施方案中可包括未示出的附加部件。此外，在一些实施方案中可省略某些示出的部件。尽管在图12的图示中控制电路1202被示为单独的部件，但应当理解，控制系统140的任何或所有剩余部件可至少部分地体现在控制电路1202中。也就是说，控制电路1202可包括各种装置(有源和/或无源)、半导体材料和/或其区域、层、区和/或部分、导体、引线、通孔、连接件等，其中控制系统140的一个或多个其他部件和/或其部分可至少部分地由此类电路部件/装置形成和/或实现。

控制系统140的各种部件可使用某些连接电路/装置/特征电耦接和/或通信地耦接，这些连接电路/装置/特征可为，或可不为控制电路1202的一部分。例如，连接特征可包括一个或多个印刷电路板，该一个或多个印刷电路板被配置成促进控制系统140的各种部件/电路中的至少一些部件/电路的安装和/或互连。在一些实施方案中，控制电路1202、数据存储装置/存储器1204、通信接口1206、电源单元1208和/或输入/输出(I/O)部件1210中的两者或更多这可彼此电耦接和/或通信地耦接。

如图所示，存储器1204可包括定位部件1214、目标/轨迹部件1216和用户界面部件1218，这些部件被配置成促进本文讨论的各种功能。在一些实施方案中，定位部件1214、目标/轨迹部件1216和/或用户界面部件1218可包括一个或多个指令，该一个或多个指令可由控制电路1202执行以执行一个或多个操作。尽管在包括可由控制电路1202执行的一个或多个指令的部件1214-1218的背景下讨论了许多实施方案，但部件1214-1218中的任何部件都可至少部分地实现为一个或多个硬件逻辑部件，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个程序特定标准产品(ASSP)、一个或多个复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。此外，尽管部件1214-1218被示为包括在控制系统140内，但部件1214-1218中的任何部件都可至少部分地在另一装置/系统内实现，诸如机器人系统110、工作台150或另一装置/系统。类似地，控制系统140的任何其他部件都可至少部分地在另一装置/系统内实现。

定位部件1214可被配置成执行一种或多种定位技术以确定和/或跟踪对象(诸如医疗器械)的位置和/或取向。例如，定位部件1214可处理输入数据(例如，来自医疗器械的传感器数据、关于患者解剖结构的模型数据、患者的位置数据、术前数据、机器人命令和/或运动学数据等)，以生成一个或多个医疗器械的位置/取向数据1220。位置/取向数据1220可指示一个或多个医疗器械相对于参照系的位置和/或取向。参照系可以是相对于患者解剖结构、已知对象(例如，EM场发生器)、坐标系/空间等的参照系。在一些具体实施中，位置/取向数据1220可指示医疗器械的远侧端部(和/或近侧端部，在一些情况下)的位置和/或取向。

在一些实施方案中，定位部件1214可处理术前数据以确定对象的位置和/或取向。可通过执行计算机断层摄影(CT)扫描(诸如低剂量CT扫描)来生成术前数据(有时称为“映射数据”)。来自扫描的术前CT图像可重建为三维图像，这些三维图像被可视化为例如患者内部解剖结构的剖视图的“切片”。当聚合分析时，可生成患者解剖结构的解剖腔、空间和/或结构的基于图像的模型(诸如患者肺网络)。可根据CT图像确定和/或估计中心线几何图形，以形成患者解剖结构的三维体积，称为模型数据(仅使用术前CT扫描生成时，也称为“术前模型数据”)。在美国专利申请号14/523,760中讨论了中心线几何形状的示例性使用，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。网络拓扑模型也可从CT图像中推导出来。

此外，在一些实施方案中，定位部件1214可执行基于视觉的技术来确定对象的位置和/或取向。例如，医疗器械可配备相机、距离传感器(有时称为“深度传感器”)、雷达装置等，以提供视觉数据形式的传感器数据。定位部件1214可处理视觉数据以促进医疗器械的基于视觉的位置跟踪。例如，可结合视觉数据使用术前模型数据，以使得能够对医疗器械(例如，内窥镜)进行基于计算机视觉的跟踪。在示例中，使用术前模型数据，控制系统140可基于窥视镜的预期行进路径生成预期窥视镜图像库，其中每个图像都链接到模型内的位置。在手术中，控制系统140可参考该库，以便将在窥视镜(例如，内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像和/或其他视觉数据与图像库中的那些图像和/或其他视觉数据进行比较，以帮助定位。

此外，在一些实施方案中，可执行其他类型的基于视觉的技术来确定对象的位置和/或取向。例如，定位部件1214可使用特征跟踪来确定图像传感器(例如，相机或其他传感器)的运动，并因此确定与图像传感器相关联的医疗器械的运动。在一些情况下，定位部件1214可识别术前模型数据中对应于解剖内腔的圆形几何形状，并跟踪这些几何形状的变化，以确定选择了哪个解剖内腔，以及医疗器械的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用还可增强基于视觉的算法或技术。此外，定位部件1214可使用光流(另一种基于计算机视觉的技术)来分析视觉数据中的视频序列中的图像像素的位移和/或平移，以推断相机移动。光流技术的示例可包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过在多次迭代中比较多个帧，定位部件1214可确定图像传感器(以及内窥镜)的移动和位置。

此外，在一些实施方案中，定位部件1214可使用电磁跟踪来确定对象的位置和/或取向。例如，定位部件1214可使用实时EM跟踪来确定医疗器械在坐标系/空间中的实时位置，该坐标系/空间可被配准到患者的解剖结构，该坐标系/空间可由术前模型或其他模型表示。在EM跟踪中，包括一个或多个传感器线圈的EM传感器(或跟踪器)可嵌入在医疗器械(例如，窥视镜、针等)中的一个或多个位置和/或取向。EM传感器可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传感器检测到的位置信息可被存储为EM数据。定位部件1214可处理EM数据以确定对象(诸如医疗器械)的位置和/或取向。可将EM场发生器(或发射器)放置在患者附近(例如，在预定距离内)，以产生EM传感器可检测到的低强度磁场。磁场可在EM传感器的传感器线圈中感应小电流，可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/或角度。这些距离和/或取向可在手术中“配准”到患者解剖结构(例如，术前模型)，以便确定将坐标系中的单个位置与患者解剖结构的术前模型中的位置对准的几何变换。一旦配准，位于医疗器械的一个或多个位置(例如，内窥镜的远侧尖端、针等)中的EM传感器(例如，嵌入式EM跟踪器)可提供穿过患者解剖结构的医疗器械的位置和/或取向的实时指示。

除此之外或另选地，在一些实施方案中，定位部件1214可使用机器人命令和/或运动学数据来确定对象的位置和/或取向。机器人命令和/或运动学数据可指示由关节运动命令产生的俯仰和/或偏航(例如，机器人臂的俯仰和/或偏航)，诸如在术前校准期间和/或在规程期间使用的那些。在手术中，校准测量可与已知插入深度信息结合使用，以估计医疗器械的位置和/或取向。另选地或除此之外，这些计算可结合EM、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械的位置和/或取向。

此外，在一些实施方案中，定位部件1214可使用其他类型的数据来确定对象的位置和/或取向。例如，定位部件1214可分析来自嵌入在医疗器械上的形状感测光纤(例如，其可提供关于医疗器械的位置/形状的形状数据)、加速度计、陀螺仪，基于卫星的定位传感器(例如，全球定位系统(GPS))、射频收发器等的传感器数据。此类数据可指示医疗器械的位置和/或取向。

在一些实施方案中，定位部件1214可组合地使用输入数据。例如，定位部件1214可使用概率方法，其中将置信度权重分配给从多种形式的输入数据确定的位置/取向。为了说明，如果EM数据不可靠(可能存在EM干扰的情况)，则EM数据可与相对低的置信度值相关联，并且可依赖于其他形式的输入数据，诸如视觉数据、机器人命令和运动学数据等。

目标/轨迹部件1216可被配置成确定目标位置在人类解剖结构和/或坐标空间/系统内的位置。目标位置可表示人体解剖结构和/或坐标空间/系统内的点/点集。例如，目标/轨迹部件1216可识别坐标系内的目标位置的一个或多个点，识别该一个或多个点的坐标(例如，每个点的X坐标、Y坐标、Z坐标)，并将这些坐标与目标位置相关联。在一些实施方案中，目标/轨迹部件1216可使用医疗器械的位置和/或取向来确定目标位置的位置。例如，可将窥视镜导航到接触目标位置或在与目标位置的接近度内(例如，停放在目标位置的前面)。定位部件1214可使用定位技术来确定窥视镜的位置(例如，窥视镜的端部的位置)和/或窥视镜的视场内对象的位置。目标/轨迹部件1216可将窥视镜的位置(例如，窥视镜的坐标)与目标位置相关联。除此之外或另选地，在一些实施方案中，窥视镜可提供基准点来标记目标位置，并且可确定基准点的位置。

目标位置可表示人体解剖结构和/或坐标空间/系统内的固定点或可移动点。例如，如果乳头初始被指定为目标位置，则可随着规程的进行和乳头的移动，确定和更新目标位置的坐标(例如，由于医疗器械的插入)。在此，可随时间推移跟踪窥视镜的位置(其可在与乳头的接近度内)，并使用该位置来更新目标位置的坐标。在一些实施方案中，目标/轨迹部件1216可估计/预测目标位置的位置。在此，目标位置可用预测位置来表示。例如，目标/轨迹部件1216可使用算法来随着人体解剖结构的移动，预测目标位置的坐标。预测的坐标可用于确定目标轨迹。

目标/轨迹部件1216还可被配置成确定医疗器械或另一对象的目标轨迹。目标轨迹可表示用于进入目标位置的期望路径。目标轨迹可基于多种信息来确定，诸如：医疗器械(例如，针、窥视镜等)的位置、人体解剖结构内的目标位置、患者的位置和/或取向、患者的解剖结构(例如，患者体内器官相对于目标位置的位置)等。例如，目标轨迹可包括从医疗器械的位置和/或患者皮肤上的位置延伸到/穿过患者内的目标位置的位置的线。在示例中，医师可分析人体解剖结构的图像或模型并提供输入以诸如通过在患者的内部解剖结构的图像上绘制线，指定目标轨迹。在一些实施方案中，目标/轨迹部件1216初始可计算目标轨迹和/或在整个规程中更新目标轨迹。例如，随着目标位置在规程期间的移动，可由于目标位置的位置变化而更新目标轨迹。在估计目标位置的示例中，目标轨迹可表示到达目标位置的估计路径。

在一些实施方案中，可相对于一个或多个解剖平面/轴线来定义/表示目标轨迹和/或医疗器械的轨迹。例如，轨迹可被定义/表示为相对于冠状平面/矢状平面/横向平面或另一平面/轴线的角度(例如，20度的头尾角、10度的内外角等)。为了说明，控制系统140可确定医疗器械相对于EM场发生器的姿态和/或目标相对于EM场发生器的位置。控制系统140还可基于机器人运动学来确定EM场发生器相对于机器人系统的姿态。在一些情况下，控制系统140可推断/确定机器人系统与床平行。基于此类信息，控制系统140可确定目标轨迹和/或医疗器械相对于解剖平面的轨迹，诸如床上患者相对于解剖平面的角度。

用户界面部件1218可被配置成促进一个或多个用户界面(也称为“一个或多个图形用户界面(GUI)”)。例如，用户界面部件1218可生成表示器械对准界面1224的用户界面数据1222，该器械对准界面包括一个或多个可视化部以指示医疗器械的取向和/或位置。用户界面部件1228可使用关于医疗器械的位置/取向数据1220、关于目标位置的信息和/或关于目标轨迹的信息来在器械对准界面1224内呈现一个或多个可视化部，该一个或多个可视化部指示医疗器械相对于目标轨迹的取向的对准和/或医疗器械与目标位置的接近度。此外，用户界面部件1228可使用视觉数据(诸如由窥视镜捕获的图像)来呈现器械对准界面1224内的信息。在示例中，信息可覆盖在来自窥视镜的图像上(例如，增强图像视图)。用户界面部件1228可将用户界面数据1222或其他数据提供给一个或多个显示器142和/或另一显示器，用于显示器械对准界面1224。

一个或多个通信接口1206可被配置成与一个或多个装置/传感器/系统通信。例如，一个或多个通信接口1206可通过网络以无线和/或有线方式发送/接收数据。根据本公开的实施方案的网络可包括局域网(LAN)、广域网(WAN)(例如，互联网)、个人局域网(PAN)、体域网(BAN)等。在一些实施方案中，一个或多个通信接口1206可实现无线技术，诸如蓝牙、Wi-Fi、近场通信(NFC)等。

一个或多个电源单元1208可被配置成管理控制系统140(和/或机器人系统110，在一些情况下)的电力。在一些实施方案中，一个或多个电源单元1208包括一个或多个电池，诸如锂基电池、铅酸电池、碱性电池和/或其他类型的电池。也就是说，一个或多个电源单元1208可包括一个或多个装置和/电路，该一个或多个装置和/电路被配置成提供功率源和/或提供功率管理功能。此外，在一些实施方案中，一个或多个电源单元1208包括主电源连接器，该主电源连接器被配置成耦接到交流电(AC)或直流电(DC)主电源。

一个或多个I/O部件1210可包括多种部件以接收输入和/或提供输出，以便与用户交互。一个或多个I/O部件1210可被配置成接收触摸、语音、手势或任何其他类型的输入。在示例中，一个或多个I/O部件1210可用于提供关于对装置/系统的控制的输入，以便控制机器人系统110，导航窥视镜或附接到机器人系统110的其他医疗器械，控制工作台150，控制荧光透视装置190等。如图所示，一个或多个I/O部件1210可包括一个或多个显示器142(有时称为“一个或多个显示装置142”)，该一个或多个显示器被配置成显示数据。一个或多个显示器142可包括一个或多个液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED显示器、等离子体显示器、电子纸显示器和/或任何其他类型的技术。在一些实施方案中，一个或多个显示器142包括一个或多个触摸屏，该一个或多个触摸屏被配置成接收输入和/或显示数据。此外，一个或多个I/O部件1210可包括一个或多个I/O装置146，该一个或多个I/O装置可包括触摸屏、触摸板、控制器、鼠标、键盘，可穿戴装置(例如，光学头戴式显示器)、虚拟或增强现实装置(例如，头戴式显示器)等。另外，一个或多个I/O部件1210可包括：一个或多个扬声器1226，该一个或多个扬声器被配置成基于音频信号输出声音；和/或一个或多个麦克风1228，该一个或多个麦克风被配置成接收声音并生成音频信号。在一些实施方案中，一个或多个I/O部件1210包括控制台或被实现为控制台。

尽管图12中未示出，但控制系统140可包括和/或可控制其他部件，诸如一个或多个泵、流量计、阀控制器和/或流体进入部件，以便向医疗器械(例如，窥视镜)、可通过医疗器械部署的装置等提供受控的冲洗和/或抽吸能力。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的电缆直接递送到医疗器械。此外，控制系统140可包括电压和/或电涌保护器，该电压和/或电涌保护器被设计成向另一装置(诸如机器人系统110)提供经滤波的和/或受保护的电力，由此避免在机器人系统110中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而形成更小、更可移动的机器人系统110。

控制系统140还可包括用于部署在整个医疗系统100中的传感器的支持装备。例如，控制系统140可包括用于检测、接收和/或处理从光学传感器和/或相机接收的数据的光电子装备。此类光电子装备可用于生成实时图像，以便在任何数量的装置/系统中显示，包括在控制系统140中显示。类似地，控制系统140可包括用于接收和/或处理从部署的电磁(EM)传感器接收的信号的电子子系统。在一些实施方案中，控制系统140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。

在一些实施方案中，控制系统140可通过一个或多个电缆或连接件(未示出)耦接到机器人系统110、工作台150和/或医疗器械(诸如窥视镜120和/或针170)。在一些具体实施中，来自控制系统140的支持功能可通过单个电缆来提供，从而简化和消除手术室的混乱。在其他具体实施中，特定功能可在单独的电缆和连接件中耦接。例如，虽然可通过单个电力电缆提供电力，但可通过单独的电缆提供对控制、光学、流体和/或导航的支持用于控制。

术语“控制电路”在本文根据其广泛且普通的含义使用，并且可指一个或多个处理器、处理电路、处理模块/单元、芯片、管芯(例如，半导体管芯，其包括一个或多个有源装置和/或无源装置和/或连接电路)、微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、图形处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机(例如，硬件状态机)、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或基于电路和/或操作指令的硬编码来操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置。控制电路还可包括一个或多个存储装置，该一个或多个存储装置可体现在单个存储器装置、多个存储器装置和/或装置的嵌入式电路中。此类数据存储装置可包括只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存存储器、高速缓存存储器、数据存储寄存器和/或存储数字信息的任何装置。应当指出的是，在控制电路包括硬件状态机(和/或实现软件状态机)、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的实施方案中，存储任何相关联操作指令的数据存储装置/寄存器可嵌入到包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路内或电路外。

术语“存储器”在本文根据其广泛且普通的含义使用，并且可指任何合适或期望类型的计算机可读介质。例如，计算机可读介质可包括一个或多个易失性数据存储装置、非易失性数据存储装置、可移动数据存储装置和/或不可移动数据存储装置，它们使用任何技术、布局和/或数据结构/协议实现，包括任何合适或期望的计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他类型的数据。

可根据本公开的实施方案实现的计算机可读介质包括但不限于相变存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器或其他存储器技术、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可用于存储信息以供计算装置访问的任何其他非暂态介质。如在本文的某些背景下所使用的，计算机可读介质一般可不包括通信介质，诸如调制数据信号和载波。因此，计算机可读介质一般应被理解为指非暂态介质。

示例性目标平面和投影位置

本文中的各种技术提供/生成关于医疗器械的取向/位置和/或目标轨迹/位置的信息。在许多示例中，此类技术在窥视镜的背景下讨论，该窥视镜与另一医疗装置(诸如针、导管等)会合，以便于从患者体内移除肾结石或另一对象。然而，这些技术可在其他背景下实现。为了便于讨论，许多示例将涉及针；尽管可使用其他医疗器械，如上所述。

在一个图示中，如在以上示例中类似地讨论的，医师可将窥视镜导航到肾内肾结石所在的位置。该窥视镜可被导航以接触乳头和/或以其他方式定位在乳头附近。然后，医师可提供输入，以将窥视镜的位置记录为针经皮进入肾的目标位置。针可配备有EM传感器或另一类型的传感器，以提供传感器数据，该传感器数据可用于确定针的取向/位置。针的位置/取向和/或目标(即，乳头)的位置可被映射到/投影到表示(诸如2D表示/平面、3D表示等)上。

映射可用于估计/确定当前针姿态与目标位置之间的误差/差异(有时称为“目标确定误差”或“轨迹对准误差”)。目标确定误差可包括表示相对于目标轨迹/姿态(例如，医疗器械的期望/理想轨迹/姿态)的角度误差的角度目标确定误差和/或表示相对于目标位置的位置误差的位置目标确定误差。在示例中，可在目标确定数据中表示/指示角度目标确定误差和/或位置目标确定误差。目标确定数据可用于生成/提供关于针相对于目标位置的对准/进度的信息。这可帮助用户插入针以到达目标位置。例如，目标确定数据可用于呈现本文讨论的任何用户界面。

在一些实施方案中，本文讨论的技术中的一种或多种可针对移动目标(有时称为“活动目标”)来实施，诸如在规程期间可能经历移动的目标位置。在示例中，当插入针时，设置为和/或基于窥视镜的位置和/或患者的解剖结构的目标位置可由于解剖运动和/或组织变形而移动。在一些实例中，可随着针插入更新目标(例如，乳头)的位置，诸如使用跟踪的窥视镜姿态和/或执行其他定位技术进行实时更新。

图13至图16示出了根据一个或多个实施方案的将针姿态映射到表示上并使用这种映射来提供界面数据的示例性技术。在这些示例中，左侧的图像描绘了患者的解剖结构(包括肾1302/1402/1502/1602)，以及目标位置1304/1404/1504/1604和针1306/1406/1506/1606的姿态。同时，右侧的图像描绘了一个或多个界面元素1308/1408/1508/1608，该一个或多个界面元素可经由界面来提供，以指示针1302/1402/1502/1602相对于目标位置1304/1404/1504/1604的姿态。例如，如图13-1至图13-3所示，一个或多个界面元素1308可包括表示针1306的器械对准元素1308(A)和表示目标位置1304的对准标记1308(B)。一般来讲，当针1306与目标位置1304对准时，器械对准元素1308(A)可以与对准标记1308(B)/1308(C)对准的布置显示(例如，在对准标记1308(B)内居中)。在图13-16中，目标位置1304/1404/1504/1604可由窥视镜1310/1410/1510/1610指定，该窥视镜可用于移除肾结石1312/1412/1512/1612。

图13-1至图13-3示出了将针1306的姿态映射到随着针1306的姿态的变化而保持固定的表示/平面1320(有时称为“目标平面1320”)上的示例性技术。如图13-1所示，用户可将针定位在初始位置1322处，诸如定位在患者皮肤上的插入部位上，或者以其他方式将针1306的远侧端部固定到位。然后，可在针1306的远侧端部(例如，针尖端)与目标位置1304之间确定线1324。可确定平面1320，使得线1324垂直于平面1320，并且平面1320包括目标位置1304。然后，可确定针1306在平面1320上的投影位置1326。例如，可基于针1306的当前取向/前进方向将针1306的位置投影到平面1320上。如果针1306以当前取向/前进方向插入到平面1320，则投影位置1326可表示针1306与平面1320的相交。如图所示，针1306的目标轨迹/姿态可包括线1324和/或线1328。目标轨迹/姿态可表示应遵循以成功到达/对准目标位置1304的轨迹/姿态。此外，在一些实例中，目标轨迹可包括窥视镜1310的前进方向，该前进方向可与线1324相同或不同。

投影位置1326可用于呈现一个或多个界面元素1308，使得用户可查看针1306相对于目标位置1304的对准。例如，对准标记1308(B)可表示平面1320上的目标位置1304，而器械对准元素1308(A)可表示针1306在平面1320上的投影位置1326。器械对准元素1308(A)相对于对准标记1308(B)的位置可指示针1306与目标位置1304的对准。例如，如图13-1至图13-3所示，随着针1306的取向的变化(例如，用户倾斜针1306)以与目标姿态1328对准，器械对准元素1308(A)移动得更靠近对准标记1308(B)或在对准标记内移动。图13-3示出了与目标姿态1328对准的针1306(即，与目标位置1304对准的投影位置1326)。在一些示例中，一个或多个界面元素1308的定位表示角度目标确定误差；即，针1306的取向与目标姿态1328之间的差异。

在一些情况下，为便于一个或多个界面元素1308在图13-1至图13-3的界面内的定位，可将平面1320映射到界面。也就是说，可将平面1320上的位置映射到界面内的位置。例如，平面1320上的特定位置可与外部对准标记1308(C)相关联，使得如果投影位置1326定位在平面1320上的特定位置附近，则器械对准元素1308(A)可定位在对准标记1308(C)附近。

如上所述，随着针1306的姿态的变化，平面1320的取向可保持固定。例如，在规程的针插入阶段期间(例如，在插入针1306以试图到达目标位置1304时)，平面1320的取向可保持相同，即使针1306的取向/位置变化。因此，平面1320通常表示基于针1306的初始固定位置形成的固定平面。在一些情况下，当针1306的远侧端部初始定位在相对固定位置处时，诸如定位在患者的皮肤上时，可确定平面1320。可基于指示位置是固定的用户输入(例如，切换到针对准界面、选择特定图标等)、小于针尖端处于相对固定位置处的针1320的取向移动的阈值量等来检测固定位置。然而，在实例中，可基于检测到针1306的新固定位置(例如，围绕固定尖端点的取向移动)、由用户提供的指示新固定针位置的输入等来更新平面1320。

图14-1至图14-3示出了根据一个或多个实施方案的将针1406的姿态映射到表示/平面1420上的示例性技术，该表示/平面随着针1406的姿态的变化而更新。在该示例中，用户改变针1406的取向而不改变针1406的尖端的位置。如图14-1所示，用户可将针定位在初始位置1422处。可确定平面1420，使得针1406的前进方向1424垂直于平面1420并且平面1420包括目标位置1404。然后，可基于针1406的当前取向/前进方向来确定针1406在平面1420上的投影位置1426。

针1406的目标轨迹/姿态可以多种方式确定。在一个图示中，目标轨迹/姿态可为/可包括针1406的远侧端部与目标位置1404之间的线1428。当使用线1428作为参考时，一个或多个界面元素1408可表示针1406的角度误差(例如，针1406的姿态与线1428之间的角度差)。在另一图示中，目标轨迹/姿态可为/可包括平行于针1406的初始前进方向并穿过目标位置1404的线1430(例如，线1430可垂直于平面1420)。当使用线1430作为参考时，一个或多个界面元素1408可表示针1406的位置误差(例如，在平面1420上针1406的投影位置1426与目标位置之间的位置差)。在示例中，目标轨迹/姿态包括窥视镜1410的前进方向/与窥视镜的前进方向对准。在任何情况下，目标轨迹可随着针1406的姿态的变化而更新。

投影位置1426可用于呈现一个或多个界面元素1408，使得用户可查看针1406相对于目标位置1404的对准。例如，对准标记1408(B)可表示目标位置1404，而器械对准元素1408(A)可表示针1406的投影位置1426。器械对准元素1408(A)相对于对准标记1408(B)的位置可指示针1406与目标位置1404的对准。在该示例中，用户将针1406的尖端固定在初始位置1422并改变针1406的取向。如图14-1至图14-3所示，随着针1406的取向的变化以与目标轨迹1428/1430对准(该目标轨迹随着针1406的移动而改变)，器械对准元素1408(A)移动得更靠近对准标记1408(B)/在该对准标记内。图14-3示出了与目标姿态1428/1430对准的针1406(即，投影位置1426与目标位置1404对准)。因此，尽管该界面通常提供针1406相对于目标轨迹的角度和位置误差两者，但用户正在使用该界面查看角度误差，因为用户正在改变针1406的取向而不改变尖端位置。

如以上参考图13-1至图13-3类似地讨论的，平面1420可被映射到界面，以在界面内的适当位置处和/或相对于彼此显示一个或多个界面元素1408。

图15-1至图15-3示出了将针1506的姿态映射到表示/平面1520上的另一示例，该表示/平面随着针1506的姿态的变化而更新。在该示例中，用户改变针1506的尖端的位置而不改变针1506的取向。如图15-1所示，平面1520可以与参考图14-1至图14-3所讨论的方式类似的方式确定。具体地，用户可将针定位在初始位置1522处。然后，可确定平面1520，使得针1506的前进方向1524垂直于平面1520，并且平面1520包括目标位置1504。可基于针1506的当前取向/前进方向来确定针1506在平面1520上的投影位置1526。

如以上在图14-1至图14-3中类似地讨论的，针1506的目标轨迹/姿态可被确定为/可包括(i)针1506的远侧端部与目标位置1504之间的线1528；和/或(ii)平行于针1506的初始姿态并穿过目标位置1504的线1530。目标轨迹可随着针1506的姿态的变化而更新。

投影位置1526可用于呈现一个或多个界面元素1508。例如，器械对准元素1508(A)相对于对准标记1508(B)的位置可指示针1506与目标位置1504的对准。在该示例中，用户改变针1506的尖端的位置而不改变针1506的取向。如图15-1至图15-3所示，随着针1506的位置的变化以与目标轨迹1530对准，器械对准元素1508(A)在对准标记1508(B)内移动。因此，尽管该界面通常提供针1506相对于目标轨迹1528/1530的角度和位置误差两者，但用户正在使用该界面查看针1506相对于目标轨迹1530的位置误差，因为用户正在改变位置而不改变取向。在此，用户可使用针1506来扫描目标位置1504。

如以上参考图14-1至图14-3类似地讨论的，平面1520可被映射到界面以在界面内的适当位置处和/或相对于彼此显示一个或多个界面元素1508。

图16-1至图16-3示出了将针1606的姿态映射到表示/平面1620上的另一示例，该表示/平面随着针1606的姿态的变化而更新。在该示例中，用户改变针1606的尖端的位置并改变针1606的取向。如图16-1所示，平面1620可以与参考图14-1至图14-3所讨论的方式类似的方式确定。具体地，用户可将针定位在初始位置1622处。然后，可确定平面1620，使得针1606的前进方向1624垂直于平面1620，并且平面1620包括目标位置1604。可基于针1606的当前取向/前进方向来确定针1606在平面1620上的投影位置1626。

如以上在图14-1至图14-3中类似地讨论的，针1606的目标轨迹/姿态可被确定为/可包括(i)针1606的远侧端部与目标位置1604之间的线1628；和/或(ii)平行于针1606的姿态并穿过目标位置1604的线1630。目标轨迹可随着针1606的姿态的变化而更新。

投影位置1626可用于呈现一个或多个界面元素1608。例如，器械对准元素1608(A)相对于对准标记1608(B)的位置可指示针1606与目标位置1604的对准。在该示例中，用户改变针1406的尖端的位置并改变针1606的取向。如图16-1至图16-3所示，随着针1606的位置的变化以与目标轨迹1628/1630对准，器械对准元素1608(A)在对准标记1608(B)内移动。因此，用户通常使用该界面查看针1406的位置误差和角度误差两者，因为用户正在改变位置和取向。

如以上参考图14-1至图14-3类似地讨论的，平面1620可被映射到界面以在界面内的适当位置处和/或相对于彼此显示一个或多个界面元素1608。

尽管在使用针的尖端作为参考点将针的位置投影到平面上的背景下讨论了各种示例，但在一些示例中，可将针的另一部分投影到平面上，诸如针的近侧端部/尖端、针的中间部分等。例如，在返回到图13-1的示例时，可将针1306的近侧端部投影到平面1320上(而不是针1306的尖端)，使得投影线包括针1306的近侧端部并且平行于目标轨迹1324。在此，针1306的近侧端部在平面1320上的投影位置将高于目标位置1304(并且界面元素1308(A)将位于图13-1中左上角的界面中)。在一些实施方案中，可使用一种或多种投影几何技术来确定针或另一医疗器械在平面上的投影位置。此外，尽管描绘了各种2D表示/平面，但也可实施其他类型的表示，诸如3D表示。

如本文所讨论的，可使用各种技术来确定目标平面。例如，目标平面可基于窥视镜的前进方向，使得窥视镜的前进方向垂直于该平面。在一些情况下，窥视镜的前进方向也可表示目标轨迹。因此，在一些实例中，这可帮助用户对准针或其他医疗器械，以与窥视镜前进方向同轴地进入目标位置。

示例性坐标系

如上所述，可实施医疗器械以到达目标位置。在一些使用针的解决方案中，可能无法很好地定义医疗器械的特定类型的运动，这可能是由于医疗器械的特性(例如，针的圆柱形式)、所使用的传感器的类型和/或跟踪医疗器械的姿态的系统的特性造成的。因此，可能难以以有效/直观的方式将针的移动与界面内界面元素的移动相关联。例如，当针相对于用户向右倾斜时，此类解决方案可导致针指示器在界面内向上移动。这会使用户在查看界面以操纵针时迷失方向。

图17示出了用于建立一个或多个坐标系以将医疗器械的移动与界面内界面元素的移动相关联的示例性技术。一般来讲，这些技术可使用关于机器人系统的信息来确定医疗器械的坐标系，并使用医疗器械的坐标系来提供关于医疗器械的对准/进度的信息。例如，这些技术可通过以与用户如何握住医疗器械相关的方式，将医疗器械移动映射到用户界面来帮助实现本能的手眼协调(例如，当针相对于用户向左/向右倾斜时，在界面内向左/向右移动针的界面图标，当针相对于用户向上/向下倾斜时，在界面内向上/向下移动界面图标等)。这可帮助用户对准医疗器械。

为了说明，如上所述，医师可实施机器人系统110以执行医疗规程。机器人系统110可耦接到EM场发生器180，诸如耦接到机器人臂112(A)。EM场发生器180可提供由医疗器械(诸如针(图17中未示出))上的EM传感器检测到的EM场。基于来自医疗器械的传感器数据，可确定医疗器械相对于EM场发生器180的坐标系1702的姿态。此外，可为机器人系统110(诸如固定到机器人臂112(A)的托架接口1104/基部)或机器人系统110的任何其他部件确定坐标系1704(也称为“世界坐标系1704”)。然后，可在世界坐标系1704内表示医疗器械的姿态。在示例中，基于坐标系1702与世界坐标系1704之间的变换(例如，齐次变换)，可使用机器人系统110(例如，机器人臂112(A))的正向运动学在世界坐标系1704中表示医疗器械的姿态。

此外，可使用本文讨论的任何技术，相对于EM场发生器180的坐标系1702来确定患者(未示出)体内的目标位置1706。然后，可基于目标位置1706确定平面1708(也称为“目标平面1708”)。然后，可在世界坐标系1704内，诸如以与在世界坐标系1704中表示医疗器械的姿态类似的方式表示平面1708。然后，可为目标平面1708确定坐标轴1710。例如，可假设/推断医疗器械将不平行于世界坐标系1704的z轴，该世界坐标系可用于定义目标平面1708上的坐标轴(例如，y轴)。可在世界坐标系1704的z轴与医疗器械的前进方向(z轴)之间执行叉积，以定义目标平面1708上的另一坐标轴(例如，y轴)。一旦定义了两个轴线，就可通过在新获得/新确定的轴线与医疗器械的前进方向之间执行叉积来定义第三轴线。图17示出了平面1708的3D表示(中间图像)和平面1708的2D表示(底部图像)。如图所示，医疗器械的投影位置1712在平面1708上显示为坐标轴1710的原点。此外，目标位置1706用目标平面1706上的气泡表示。

一旦为目标平面1708确定了坐标系1710，就可确定医疗器械的坐标系。例如，医疗器械的坐标系可直接从目标平面1708平移，因为医疗器械的前进方向和目标平面法线可以是彼此的镜像。因此，医疗器械的坐标系可以是目标平面1708的坐标系的逆坐标系。

在示例中，可执行以下一个或多个数学步骤来生成坐标系、轴和/或其他元素中的一者或多者：

world_Z＝[0，0，1]

^worldR_TP＝[^worldX_TP，^worldY_TP，^worldZ_TP]

^worldt_TP＝^worldP_target

[^BEP_bubble，1]＝(^worldT_TP)^-1[^worldP_bubble，1]

如果^worldR_needle[0∶2，2]＝^worldZ→^worldZ+＝eps

示例性自适应目标确定

图18和图19示出了根据一个或多个实施方案的各种示例性自适应目标确定技术(也称为“自适应缩放”)。在一些实施方案中，当医疗器械相对远离目标位置(例如，超出阈值)时，可容忍一定量的目标确定误差。然而，随着医疗器械移动得更靠近目标位置，目标确定误差可能需要更小(例如，解剖目标的大小(诸如乳头的大小)，小于解剖目标的大小，或另一大小)，以便于进入目标位置。因此，在示例中，可实现自适应目标确定技术，使得随着医疗器械移动得更靠近(或更远离)目标位置(例如，随着医疗器械的插入)，界面内的一个或多个界面特征可以不同的方式起作用。例如，当医疗器械尖端被定位成相对靠近目标位置时，与当医疗器械更远离目标位置时相比，与目标轨迹的相对轻微偏差可导致器械位置特征从界面中的目标中心发生相对更大的移动。当医疗器械离目标位置更远时，这可帮助医师以更大的容差量将医疗器械与目标位置对准，和/或随着医疗器械接近目标位置，帮助医师更精确地将医疗器械与目标位置对准。

图18-1示出了用户握住针1820或以其他方式将针维持在某一姿态1821，其中针1820以与姿态1821相关联的某一轴向取向进行取向。图18-1A的图像1824涉及一种医疗规程，其中用户插入针1820，试图推进针1820的尖端穿过肾锥体1825，到达目标位置1826(例如，盏穿刺位置)。例如，如本文详细描述的，相关系统的控制电路可被配置成基于针尖端的当前位置1828和/或针1820的取向确定目标针轨迹1822。在示例中，目标轨迹1822可与针尖端位置1828和目标位置1826之间的直接(或间接/曲折)路径相关联，如图所示。因此，相关医疗规程的理想具体实施可涉及用户以尽可能小地偏离目标针轨迹1822的方式将针1820插入目标位置1826。

图18-1B示出了可结合本文所述的医疗规程来实施的某些用户界面特征。例如，相关系统的控制电路可被配置成生成表示如本文所示和所述的某些视觉特征的界面数据，其中此类特征的某些特性被确定和/或至少部分地基于检测到的针位置、确定的针目标针轨迹、确定的目标位置和/或使用一个或多个位置传感器或其他位置确定装置/机构导出的其他信息。

图18-1B中所示的用户界面特征可包括对准可视化元素1830，该对准可视化元素包括某些特征，这些特征可响应于针位置、轨迹等的变化而相对于其一个或多个特性进行动态调整。在图18-1B所示的示例中，对准可视化元素1830包括器械位置特征1832(也称为“器械对准元素1832”)，该器械位置特征可具有气泡型形状或形式，或任何其他形状或形式。例如，器械位置特征1832可被配置成在视觉上唤起类似于气泡水平仪或其他水准测量仪器的图像。对准可视化元素1830还可包括对准目标特征1831(也称为“对准标记1831”)，该对准目标特征可被表示为定义围绕中心目标位置1836的边界的形状或形式，该中心目标位置可总体上与对准可视化元素1830的轴向中心和/或其一个或多个特征相关联。尽管示为整圆边界，但对准目标特征1831可为缺圆或在视觉上指示围绕目标中心1836的径向边界的任何其他形状或形式。

在一些实施方案中，该对准可视化元素1830还包括一个或多个十字线特征1833，该一个或多个十字线特征可用于向用户指示和/或在视觉上将用户引导到目标中心1836。在示例中，十字线特征1833在目标中心1836处相交。在一些实施方案中，对准可视化元素1830还包括外边界特征1834(也称为“边界标记1834”)，其中该外边界可为器械位置特征1832提供视觉和/或强制边界。控制电路可被配置成限制器械位置特征1832从目标中心1836到外边界特征1834的外边界或内边界的径向距离。然而，在一些具体实施中，可允许器械位置特征1832偏离外边界1834，其中外边界向用户提供与器械位置特征1832已偏离目标中心1836和/或对准目标边界1831的程度有关的视觉指示。

根据本公开的一些具体实施，器械位置特征1832可在离目标中心1836距离d_t处呈现，该距离基于和/或代表位于与目标位置1826相交的平面1827中的确定的针投影点1829之间的距离D_P。例如，平面1827可以是基本上垂直于针1820的前进方向/姿态的目标进入平面。然而，应当理解，投影位置1829与目标位置1826之间的距离D_P可相对于与目标位置1826相交的任何平面。如果针1820沿着当前轨迹1823插入，直到其与目标平面1827相交，则投影针位置1829可表示针对针1820的尖端投影的定位/位置。然而，应当理解，本公开中与从目标位置的投影偏离距离相关的方面可表示针或其他器械从目标位置的任何投影距离。参考图18-1B，器械位置特征1832与目标中心1836之间的距离d_t可至少部分地基于投影偏差距离D_P。

结合本文公开的一些实施方案，诸如参考图18-1B和/或本公开的其他图，参考器械位置特征1832与目标中心之间相对于用户界面的对准可视化元素的距离d_t。应当理解，距离d_t可被解释/表示为相对于对准可视化元素1830的一个或多个其他视觉特征的大小的相对尺寸。也就是说，在本文描述了器械位置特征与目标中心1836之间的距离d_t的变化的情况下，应当理解，此类参考距离可指在用户界面显示器上所表示的实际距离的变化，和/或可指器械位置特征1832与目标中心1836之间的距离相对于对准可视化元素1830的一个或多个其他视觉特征的尺寸的变化。例如，可通过改变器械位置特征1832与目标中心1836之间的实际距离d_t和/或通过改变与对准可视化元素1830的一个或多个特征相关联的尺寸(诸如对准目标特征1831的直径/尺寸d₁、器械位置特征1832的直径/尺寸d₂、外边界特征1834的直径/尺寸d₃和/或十字线特征1833的长度和/或位置)来在视觉上表示器械位置特征1832与目标中心1836之间的距离d_t的变化。因此，本文对器械位置特征与对准可视化用户界面元素的目标中心之间的距离的改变/变更的描述可被理解为包括改变器械位置特征1832与目标中心1836之间的距离d_t，和/或诸如以成比例的方式收缩或放大图18-1B中所示的任何其他尺寸。

图18-2A示出了用户将针1820保持在变更的位置/姿态1821b。例如，图18-2A的图像1837可以姿态1821b表示针1821，该姿态与针1820朝向目标位置1826的进一步插入相关联。也就是说，在图18-2A中，针尖位置1828b与目标位置1826之间的距离D_I-2可比图18-1A所示的距离D_I短。图18-2B示出了对准可视化元素1830的修改版本，其中器械位置特征1832的距离d_tb已修改为表示针1820的当前位置/姿态1821b。

如图18-2A所示，控制电路可确定目标针轨迹1822b和/或在针尖端位置1828b与目标位置1826之间的当前插入距离D_I-2。控制电路可被配置成确定目标偏差距离D_P-2，该目标偏差距离表示投影针位置1829b与目标位置1826之间的当前投影偏差。

关于图18-2B的图像，在一些示例中，对准可视化元素1830可被配置成在离中心目标位置1836的距离d_tb处呈现器械位置特征1832，其中这种距离d_tb可至少部分地基于当前投影偏差距离D_P-2。在一些具体实施中，距离d_tb可与图18-1B的距离d_t有关系，该关系与投影偏差距离D_P-2相对于投影偏差距离D_P之间的差值成比例。也就是说，相对于姿态1821与姿态1821b之间的投影偏差距离的变化，器械位置特征1832离目标中心1836的距离变化通常可以是线性的。

在一些具体实施中，相对于姿态1821与姿态1821b之间的投影偏差距离的变化，器械位置特征1832离目标中心1836的距离变化通常可以是非线性的。例如，投影偏差距离的变化导致器械位置特征1832与目标中心1836之间的距离变化的程度可至少部分地基于插入距离D_I/D_I–2。也就是说，当确定距离d_t/d_tb时，控制电路可至少部分地基于距离D_I/D_I-2进行此类确定。例如，距离d_tb可基于投影偏差距离D_P-2和插入距离D_I-2的乘积以及可能的其他乘数来确定。在一些具体实施中，这种器械位置特征距离d_tb确定可由控制电路使用一个或多个插入距离参数来执行。例如，对于相对较短的插入距离，此类参数可具有较大值(例如，导致器械位置特征距离的较大增加/减小)。也就是说，插入距离参数可与插入距离呈大致反比关系，使得随着插入距离的减小，参数对器械位置特征距离d_t的确定具有更大的影响。在此，当用户将针尖端插入到相对靠近目标位置1826的位置时，与目标针轨迹的相对轻微偏差可导致器械位置特征1832从目标中心1836发生相对较大的移动。应当理解，图18-1A和图18-2A中所示的各种距离可为直接矢量距离，或者可为相对于任何合适或期望参考平面或轴的矢量分量尺寸/距离。

在一些示例中，器械位置特征1832呈现在对准可视化元素1830内，而不呈现在这种元素1830外。例如，由对准可视化元素1830表示的尺寸可作为针1820与目标位置1826之间的距离的函数而线性地变化，其中即使对于相对大的对准误差，器械位置特征1832的位置也可定位在对准可视化元素1830内。为了说明，当对准误差相对较大时，器械位置特征1832的位置对于不同距离可以是相同的，因为器械位置特征1832仅显示在对准可视化元素1830内(在一些情况下)，并且如果将该器械位置特征定位在对准可视化元素1830外，则将该器械位置特征裁剪。因此，在一些实例中，随着针1820移动得更靠近目标位置1826，与对准可视化元素1830相关联的物理表示变得更小，即使对准可视化元素1830看起来相同。在示例中，用户界面(例如，对准可视化元素1830和/或其他元素)不变化。随着针1820移动得更靠近目标位置1826，素空间中的误差或距离可对应于较小的误差。为了说明，当针1820相对远离目标位置1826时，针1820相对于目标轨迹的2mm误差可能不明显，但随着针1820移动得更靠近目标位置1826，该误差变得明显。

图19-1至图19-3示出了基于医疗器械的插入距离来缩放目标平面的示例性技术。在图19-1和图19-2中，左侧的图像1902和1904描绘了患者的解剖结构(包括肾1906)，以及目标位置1908和针1910的姿态。此外，中间的图像1912和1914描绘了平面1916(也称为“目标平面1916”)上的目标表示(例如，对应于随距目标的距离缩放的物理尺寸)。目标平面1916可与具有定义直径的圆相关联/包括具有定义直径的圆，其中圆可以目标位置1908为中心。图像1912和1914通常不呈现给用户，但在此为了便于讨论而提供。此外，右侧的图像1918和120描绘一个或多个界面元素1922(例如，对应于固定的用户界面尺寸)，以指示针1910的当前姿态。界面元素1922(A)可表示针1910，界面元素1922(B)可表示目标位置1908，并且界面元素1922(C)可表示边界。图19-1和19-2还示出了窥视镜1924，用于帮助移除肾结石1926。

如图19-1所示，当针1910的尖端离目标位置1908更远时，目标平面1916上的目标表示可相对较大。目标表示可表示一个或多个界面元素1922(例如，一个或多个界面元素1922的尺寸)。为便于讨论，将目标表示示为关联/投影到目标平面1916上；然而，目标表示的特征也可以其他方式实现，而无需将目标表示关联/投影到目标平面1916上。

如图19-2所示，随着针1910的尖端移动得更靠近目标位置1908，目标表示的大小可改变，如图像1914所示。例如，可减小目标平面1916上的目标表示的一个或多个尺寸，使得目标平面1916上的较小区域对应于一个或多个界面元素1922。因此，可调整目标平面1916中所表示的尺寸与界面中所表示的尺寸的缩放比。在一些实施方案中，目标表示的中心元素1928可改变为与解剖目标的大小(诸如乳头的大小)相同或小于解剖目标的大小。例如，当针1910的尖端在到目标位置1908的阈值距离内时，可将中心元素1928更新为与解剖目标大小相同(或小于解剖目标)。

图19-3示出了目标平面1916相对于针1910到目标位置1908的距离(例如，插入距离)的缩放的示例性曲线图1930。具体地，y轴表示针1910的尖端与目标位置1908之间的距离，而x轴表示目标平面1916上的目标表示的大小(即，目标平面1916上的距离与界面上的距离的缩放比)。如图所示，随着针1910移动得更靠近目标位置1908，可更新目标平面1916上的距离与界面中的相应距离之间的关系(例如，缩放比)。尽管在图19-3中示出了线性关系，但可实现另一种类型的关系(例如，非线性，阶跃等)。

在一些实例中，在图19-1至图19-3的背景下(以及本文其他地方)讨论的缩放技术可实施自适应目标确定，以帮助用户准确地插入针1910以到达目标位置1908(该目标位置可能相对较小)。例如，当针1910离目标位置更远时，此类缩放技术可引起与目标轨迹的相对轻微的偏差，以导致器械位置特征从界面中的目标中心发生较小移动，并且当针1910定位成相对靠近目标位置时，引起与目标轨迹的相对轻微的偏差，以导致器械位置特征从目标中心发生相对较大的移动。在示例中，随着针1910的插入，一个或多个界面元素1922的尺寸可能不会在界面内变化(例如，每个界面元素1922可维持相同的大小/形状)。然而，在其他示例中，一个或多个界面元素1922的尺寸可能会在界面内变化。

在一些实施方案中，本文讨论的一种或多种技术可诸如通过提供包括指示医疗器械相对于目标轨迹和/或目标位置的对准/位置的元素的界面，降低经皮进入目标位置的复杂性。在示例中，该界面可帮助医师或其他用户手动操纵医疗器械。与诸如荧光透视或超声波等其他技术相比，此类技术可增强医师或另一用户使用医疗器械准确到达目标位置的能力。

示例性解剖可视化部

图20示出了根据一个或多个实施方案的可经由界面提供以帮助用户导航医疗器械的示例性解剖可视化部2000。在该示例中，医疗器械被实现为针；然而，该医疗器械可实现为其他器械。在一些实例中，可视化部2000可帮助用户将针对准适当取向以同轴地接近目标位置，诸如与肾锥体/乳头同轴地对准，这可避免损伤周围的解剖结构(例如，这可能由于针的超出而发生)和/或为插入通路的器械(例如，导管或另一器械)提供更大的灵活性。

如图所示，可视化部2000包括针的针表示2002和患者解剖结构的解剖表示2004，诸如盏网络和/或与患者相关联的其他解剖结构。解剖表示2004可呈现为界面内的2D表示或3D表示，诸如本文讨论的任何界面。可视化部2000还包括目标区域表示2006，该目标区域表示用于表示针应停留在其中以到达目标位置的目标区域(由目标位置表示2008表示)。目标区域表示2006可呈现为2D表示或3D表示，诸如2D视锥(如图所示)、3D视锥等。可基于窥视镜和/或另一元素(在可视化部200中用元素2010表示)的取向/位置来确定目标位置和目标区域。在该示例中，目标区域与窥视镜的远侧端部对准，该远侧端部定位在肾内以指定目标位置，使得垂直于窥视镜的远侧端部的线2012(例如，表示窥视镜的前进方向的线)穿过目标区域和目标位置的中心。在一些实例中，线2012可表示目标轨迹，该目标轨迹可在或可不在可视化部2000中呈现。在示例中，随着窥视镜的移动，可更新目标区域表示2006和/或目标位置表示2008，以维持与窥视镜的远侧端部对准。目标位置表示2008可呈现为2D表示或3D表示，诸如2D线(如图所示)、3D球体/表面等。在示例中，目标位置表示2008与解剖目标相关联(例如，缩放至/表示乳头大小，其可为4mm或6mm)。此外，可视化部2000可包括表示针的前进方向的线2014。

尽管在可视化部的背景下讨论了各种元素，但在一些实例中，可不呈现这些元素，而是可仅确定/生成这些元素以用于评估针2000相对于目标位置2008的当前姿态。例如，可确定目标区域和/或解剖表示/模型并使用其来评估针的当前姿态，而无需显示目标区域可视化部2006和/或解剖表示2004。

示例性器械状态和区域

图21示出了根据一个或多个实施方案的可被实现/生成以确定医疗器械的状态(有时称为“进度状态”)的示例性区域2102。如图所示，在针2104进入肾2106以帮助移除肾结石2108的背景下讨论区域2102。在此，实现窥视镜2110以指定针2104经皮进入的目标位置2112。然而，也可在其他情况/医疗规程的背景下实现区域2102。在示例中，针2104的状态可指示针2104相对于目标位置2112的位置/进度。例如，状态可包括：正在进行状态，其指示针2104正被插入并且尚未到达/通过目标位置2112；正在进行且对准状态，其指示针2104正被插入并且与目标轨迹/姿态对准；目标不可到达状态，其指示在给定针2104的当前取向的情况下目标位置2112不可到达；目标到达状态，其指示针2104已到达目标位置2112；目标通过状态，其指示针2104已被插入到目标位置2112之外，等等。针2104的状态可用于各种目的，诸如经由界面提供指示和/或执行其他处理。

在一些实施方案中，基于目标位置2112和/或窥视镜2110的位置/取向来确定区域2102。例如，可基于目标平面和/或窥视镜2110的位置/取向来确定第一区域2102(A)。在此，区域2102(A)包括与垂直于窥视镜2110的远侧端部的线2114对准的锥形区域。然而，区域2102(A)可包括其他形式/形状。在该示例中，针2104也与线2114对准。区域2102(A)可与可能到达目标位置2112的状态(例如，正在进行状态、正在进行且对准状态等)相关联。例如，当针2104被定位在区域2102(A)内时(例如，相对于针2104的尖端和/或任何其他部分)，可经由界面提供指示，其指示可以将针2104与目标位置2112对准。此外，如果针与线2114对准(例如，目标姿态/轨迹)，则针2104可与指示针2104与目标位置2112对准的状态(例如，正在进行且对准状态)相关联。在示例中，当针2104定位在区域2102(A)内时，进度指示器可指示针2104相对于目标位置2112的接近度和/或可指示针2104正处于被插入的进度中。

此外，第二区域2102(B)可与窥视镜2110的远侧端部对准并从该窥视镜的远侧端部延伸。在此，区域2102(B)包括特定形式；即，半圆，其直线与目标平面对准(在图21中部分示出)。然而，区域2102(B)可包括其他形式/形状。区域2102(B)可与到达目标位置2112的状态相关联。例如，当针2104的尖端位于区域2102(B)内时，可确定到达目标位置2112。在示例中，可经由指示这种状态的界面来显示指示。在一个图示中，可显示指示针2104已到达目标位置2112的进度指示器。在示例中，区域2102(B)可允许目标位置2112的一定量的过冲。此外，在示例中，区域2102(B)的尺寸和形状可基于与目标位置相关联的人体解剖结构的尺寸和/或形状来确定，诸如乳头的平均大小(具有一定量的公差)、另一器官/解剖特征的大小/形状等。在示例中，区域2102(A)和/或2102(B)表示目标区域(例如，针2104应停留在其中以到达目标位置2112的区域)。

此外，也如图21所示，第三区域2102(C)可涵盖第一区域2102(A)和第二区域2102(B)之外的区域。区域2102(C)可与目标位置2112不可到达、目标位置2112已通过或针2104未位于目标区域内的状态相关联。例如，当针2104的尖端位于区域2102(C)内时，可以确定在给定针2104的当前姿态的情况下目标位置2112不可到达，目标位置2112已通过(例如，针2104已基本上超出目标位置2112)，或者针2104未位于目标区域内。在示例中，可经由指示这种状态的界面来显示指示。这可指示医师应停止插入和/或回缩针2104，因为医师可能无法在该点校正针轨迹和/或医师已超出目标位置2112特定量。在一个图示中，如果针2104跨越到区域2102(C)中，则可以变形状态显示器械对准元素和/或可提供另一指示。

示例性自适应进度指示

如本文的各种示例中所讨论的，可在用户界面中或以其他方式指示医疗器械到目标位置的接近度/进度。在一些实施方案中，此类信息以线性方式指示，使得针对离目标位置更近/更远的移动单位所指示的进度量可通过特定进度变化量一致地表示。为了说明，医疗器械的尖端与目标位置之间的距离的每10mm变化可对应于界面内显示的5％的进度变化(例如，指示将医疗器械插入到目标位置的进度)。在此，可针对每10mm变化实现这种进度变化，直到医疗器械到达目标位置。

在其他实施方案中，可执行一种或多种自适应进度指示技术以调整针对移动单位指示的进度量。在一个图示中，如图22的曲线图2200所示，针对位置变化单位指示的进度变化量可基于医疗器械与目标位置之间的距离。在该图示中，150mm至75mm范围内的插入距离可与非线性进度指示相关联。例如，与目标位置的接近度的在150mm至75mm范围内的每1mm变化可致使指示增加的进度量(例如，从150mm至140mm的变化可与1％的进度变化相关联，从140mm至130mm的变化可与2％的进度变化相关联，等等)。此外，在该图示中，对于从75mm到目标位置和/或经过目标位置的变化，进度变化可变为线性。通过实施此类自适应技术，当医疗器械离目标位置相对较远时，界面内的进度变化可以最小，这可能允许医师重新定位或以其他方式选择插入部位，而不会看到很大的进度变化。此外，这可致使医师随着医疗器械接近目标位置减慢插入速度，从而在到达目标位置之前实现更精确的针对准。

图22和以上图示描述了用于自适应进度指示的许多示例性技术中的一种技术。因此，可实现其他线性或非线性进度指示，诸如分段线性函数、指数函数等。

尽管本文讨论了各种技术来确定/呈现进度/对准信息，但除了此类技术之外或者作为此类技术的替代，可使用各种其他技术。在一些实施方案中，可将窥视镜定位在目标位置附近，诸如停放在感兴趣的乳头前面。在此，可通过界面呈现由窥视镜捕获的图像，以提供已到达目标位置的视觉确认，诸如在解剖运动最小和/或窥视镜停放在适当视场的情况下。在示例中，可分析来自窥视镜的图像以确定医疗器械的进度状态。此外，在一些实施方案中，除了由窥视镜捕获的图像之外或作为该图像的替代，可呈现本文讨论的任何进度信息，以帮助确认已到达目标位置。当存在实质性的解剖运动、乳头或其他解剖结构被压贴窥视镜的相机等时，此类进度信息尤其有用。在示例中，此类进度信息可扩充由窥视镜获得的图像。此外，此类进度信息可避免将窥视镜导航到肾内进行搜索以确认医疗器械是否已被插入到肾中。除此之外或另选地，在一些实施方案中，医疗器械(例如针)的当前位置可覆盖在窥视镜的图像视图上。除此之外或另选地，在一些实施方案中，医疗器械可配备有阻抗感测电极，并且阻抗信号可用于对医疗器械电极所接触的介质进行分类。在示例中，如果阻抗信号被分类为尿液，则可确定到达目标(例如，可确定目标到达状态)。

示例性流程图

图23至图28示出了用于执行本文讨论的一种或多种技术的过程的示例性流程图。与这些过程相关联的各种操作/框可由在本文讨论的任何装置/系统中实现的控制电路或其组合来执行，诸如控制系统140、机器人系统110、工作台150、EM场发生器180、窥视镜120和/或针170。

图23示出了根据一个或多个实施方案的用于生成指示医疗器械在平面上的投影位置与平面上的目标位置之间的距离的数据的过程2300的示例性流程图。

在框2302处，过程2300可包括从一个或多个医疗器械接收传感器数据。例如，根据某些使用情况，装置/系统的控制电路(诸如控制系统)可经由通信接口从一个或多个医疗器械(诸如窥视镜、针或任何其他医疗器械)接收传感器数据。传感器数据可指示和/或可用于确定一个或多个医疗器械的位置和/或取向。

在框2304处，过程2300可包括确定人体解剖结构内的目标位置。例如，控制电路可确定患者体内的目标位置，诸如解剖界标、医疗器械的位置或任何其他位置/目标。在一些实施方案中，控制电路可基于来自至少部分地设置在患者体内的医疗器械(例如，窥视镜或另一医疗器械)的传感器数据来确定目标位置。

在框2306处，过程2300可包括确定一个或多个医疗器械的位置和/或取向。例如，控制电路可基于来自一个或多个医疗器械的传感器数据来确定一个或多个医疗器械的位置和/或取向。在一些实施方案中，控制电路可使用一种或多种定位技术来确定位置和/或取向。在示例中，医疗器械的位置和取向可被称为医疗器械的姿态。

在2308处，过程2300可包括确定包括目标位置的平面。在一个示例中，控制电路可基于医疗器械的传感器数据来确定平面使得医疗器械的前进方向垂直于该平面。在另一示例中，控制电路可基于医疗器械的传感器数据来确定医疗器械的远侧端部与目标位置之间的线，以及确定平面使得该线垂直于该平面。在又一示例中，控制电路可基于来自窥视镜的传感器数据来确定平面使得窥视镜的前进方向垂直于该平面。

在2310处，过程2300可包括随着医疗器械的取向的变化，更新该平面的取向或维持该平面的取向。在一个示例中，控制电路可随着针的取向的变化，更新平面的取向，使得针的前进方向保持垂直于该平面。在另一示例中，控制电路可随着针的取向的变化，维持平面的恒定/固定取向。在又一示例中，控制电路可随着窥视镜的取向的变化，更新平面的取向，使得窥视镜的前进方向保持垂直于该平面。

在2312处，过程2300可包括确定医疗器械在平面上的投影位置。例如，控制电路可基于医疗器械的取向/位置来确定医疗器械在平面上的投影位置。在示例中，该投影位置可相对于医疗器械的尖端；然而，投影位置可相对于医疗器械的其他部分，诸如医疗器械的后端/近侧端部、医疗器械的中间部分或另一部分。

在框2314处，过程2300可包括生成界面数据，该界面数据表示一个或多个界面元素，该一个或多个界面元素指示平面上的投影位置与目标位置之间的距离(例如，投影偏差距离)。例如，控制电路可生成用户界面数据，该用户界面数据表示：器械对准元素，该器械对准元素表示医疗器械的取向；和/或对准标记，该对准标记表示目标位置。在一些实施方案中，器械对准元素相对于对准标记和/或界面中的其他特征的定位可指示医疗器械与目标轨迹的对准。

在框2316处，过程2300可包括基于界面数据致使显示一个或多个界面元素。例如，控制电路可致使诸如通过将用户界面数据发送到与控制系统相关联的显示装置，经由显示装置显示界面。此外，显示装置可基于界面数据显示界面。在一些情况下，界面呈现距第二界面元素的中心一定距离的第一界面元素，其中该距离基于平面上的投影位置与目标位置之间的距离和/或医疗器械的尖端与平面上的目标位置之间的插入距离。

图24示出了根据一个或多个实施方案的用于更新针对医疗器械的移动单位指示的进度量的过程2400的示例性流程图。

在框2402处，过程2400可包括致使显示进度指示器，该进度指示器指示医疗器械的尖端与目标位置和/或医疗器械的另一其他部分与目标位置的接近度。例如，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送界面数据，经由显示装置显示进度指示器。此外，显示装置可基于界面数据显示进度指示器。

在框2404处，过程2400可包括将进度指示器的进度变化参数设置为第一值。例如，控制电路系统可将进度变化参数设置为第一值，其中该进度变化参数指示进度指示器相对于医疗器械的移动单位的进度变化量(例如，医疗器械的尖端相对于目标位置的接近度的变化单位)。

在框2406处，过程2400可包括确定医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置。例如，控制电路可基于来自医疗器械的传感器数据确定(第一时间/实例)医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置。在示例中，控制电路可确定医疗器械以第一量移动得更靠近目标位置。

在框2408处，过程2400可包括更新进度指示器。例如，控制电路可基于进度变化参数和/或确定医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置来更新(第一时间/实例)进度指示器。

在框2410处，过程2400可包括将进度变化参数设置为第二值。例如，控制电路可基于确定医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置来将进度变化参数设置为第二值。该第二值可与比该第一值更大的针对该医疗器械的该移动单位的该进度指示器的进度变化量相关联。

在框2412处，过程2400可包括确定医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置。例如，控制电路可基于来自医疗器械的传感器数据确定(第二时间/实例)医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置。在示例中，控制电路可确定医疗器械以第一量移动得更靠近目标位置。

在框2414处，过程2400可包括更新进度指示器。例如，控制电路可基于进度变化参数和/或确定医疗器械的尖端已移动得更靠近目标位置来更新(第二时间/实例)进度指示器。在示例中，可更新进度指示器以指示与框2408中所指示不同的进度变化量。

图25示出了根据一个或多个实施方案的用于更新位置变化参数的过程2500的示例性流程图，该位置变化参数指示对于医疗器械的取向/移动变化单位，界面元素的位置变化量。

在框2502处，过程2500可包括将位置变化参数设置为第一值。例如，控制电路可将位置变化参数设置为第一值，其中位置变化参数可指示界面内的一个或多个界面元素相对于医疗器械的移动/取向变化单位的位置变化量。

在框2504处，过程2500可包括确定医疗器械已移动得更靠近目标位置。例如，控制电路可基于来自医疗器械的传感器数据确定医疗器械的尖端(例如，针)已移动得更靠近目标位置。

在框2506处，过程2500可包括将位置变化参数设置为第二值。例如，控制电路可将位置变化参数设置为第二值，其中该第二值与比第一值更大的针对医疗器械的移动/取向变化单位的界面内的一个或多个界面元素的位置变化量相关联。在示例中，基于确定医疗器械已移动到更靠近目标位置，可将位置变化参数设置为第二值。

图26是根据一个或多个实施方案的用于更新平面(例如，目标平面)与界面的缩放比的过程2600的示例性流程图。

在框2602处，过程2600可包括识别平面上表示的尺寸与界面上表示的尺寸的缩放比。例如，控制电路可确定目标平面的尺寸与界面的尺寸的缩放比。

在框2604处，过程2600可包括确定医疗器械已移动得更靠近目标位置。例如，控制电路可基于来自医疗器械的传感器数据确定医疗器械的尖端(例如，针)已移动得更靠近目标位置。

在框2606处，过程2600可包括更新缩放比。例如，控制电路可基于确定医疗器械已移动得更靠近目标位置来更新缩放比。缩放比可减小或增大。缩放比可用于在界面内移动/表示一个或多个界面元素。

图27示出了根据一个或多个实施方案的用于确定医疗器械的坐标系和/或使界面元素的移动与医疗器械的移动相关联的过程2700的示例性流程图。

在框2702处，过程2500可包括确定与机器人臂相关联的机器人系统的世界坐标系。例如，医疗系统可包括耦接到电磁场发生器的机器人臂，并且包括针或被配置成基于对来自电磁场发生器的电磁场的检测来生成传感器数据的其他医疗器械。控制电路可确定机器人系统的坐标系。

在框2704处，过程2700可包括在世界坐标系中表示医疗器械的姿态。例如，控制电路可基于来自针的传感器数据确定针的姿态和/或在世界坐标系内表示针的姿态。

在框2706处，过程2700可包括在世界坐标系中表示平面。例如，控制电路可基于目标位置和/或针的姿态确定目标平面和/或在世界坐标系内表示目标平面。

在框2708处，过程2700可包括确定世界坐标系中所表示的平面的目标坐标系。例如，控制电路可基于针在世界坐标系内的姿态来确定目标平面的目标坐标系。

在框2710处，过程2700可包括确定医疗器械的坐标系。例如，控制电路可基于目标坐标系确定针的坐标系。

在框2712处，过程2700可包括使一个或多个界面元素在界面内沿与医疗器械相对于医疗器械的坐标系的移动方向相关的方向移动。例如，控制电路可致使一个或多个界面元素在界面内移动/更新，使得一个或多个界面元素沿与针相对于针的坐标系的移动方向相关的方向移动。在示例中，当针相对于用户向左/向右倾斜时，这可允许用户查看界面元素在界面内向左/向右移动，当针相对于用户向上/向下倾斜时，这可允许用户查看界面元素在界面内向上/向下移动，等等。

图28示出了根据一个或多个实施方案的用于基于医疗器械所位于的区域来确定医疗器械的状态的过程2800的示例性流程图。

在框2802处，过程2800可包括生成指示医疗器械的环境的多个区域的进度区域数据。例如，控制电路可基于来自针的传感器数据和/或来自窥视镜的传感器数据生成进度区域数据。该进度区域数据可指示环境内的多个区域，其中每个区域均可与状态相关联。

在框2804处，过程2800可包括从多个区域中确定医疗器械所位于的区域。例如，控制电路可基于来自针的传感器数据和/或进度区域数据来确定针所位于的区域。

在框2806处，过程2800可包括基于该区域确定医疗器械的状态。例如，控制电路可基于针所位于的区域来确定针的状态。这种状态可指示针是否在目标区域内(例如，与到达目标位置相关联)，针是否与目标轨迹/姿态对准，针是否在目标区域之外，针是否已到达目标位置，针是否已经过目标位置等。

在框2808处，过程2800可包括致使显示状态的指示。例如，控制电路可诸如通过向与控制系统相关联的显示装置发送用户界面数据，经由显示装置显示进度/对准指示。此外，显示装置可基于界面数据显示进度/对准指示。在示例中，医疗器械的状态和/或经由界面提供的这种状态的指示可随着医疗器械改变位置/取向，诸如通过移动到不同的区域中进行更新。

附加实施方案

取决于实施方案，本文所述的任何过程或算法的某些行为、事件或功能可以不同的序列执行，可被添加、合并或完全省略。因此，在某些实施方案中，并非所有描述的行为或事件都是过程实践所必需的。

除非另外特别说明或在所使用的背景下以其他方式理解，否则本文使用的条件语言，诸如“可”、“能够”、“可能”、“可以”、“例如”等，预期处于其普通意义，并且通常旨在传达某些实施方案包括某些特征部、元件和/或步骤而其他实施方案不包括某些特征部、元件和/或步骤。因此，此类条件语言通常不旨在暗示特征、元件和/或步骤以任何方式是一个或多个实施方案所必需的，或者不旨在暗示一个或多个实施方案在有或没有作者输入或提示的情况下，必须包括用于决定这些特征、元件和/或步骤是否包括在任何特定实施方案中或者是否将在任何特定实施方案中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，以其普通意义使用，并且以开放式方式包含性地使用，并且不排除另外的元素、特征、行为、操作等。另外，术语“或”以其包含性意义(而不是以其排他性意义)使用，使得当用于例如连接一系列元件时，术语“或”是指该系列的元件中的一个、一些或全部。除非另外特别说明，否则诸如短语“X、Y和Z中的至少一者”的连接词用语在一般使用的背景下被理解为传达项目、术语、元素等可为X、Y或Z。因此，这种连接词用语一般不旨在暗示某些实施方案要求X中的至少一者、Y中的至少一者和Z中的至少一者各自存在。

应当理解，在以上对实施方案的描述中，为了简化公开内容并帮助理解各种发明方面中的一个或多个发明方面，有时将各种特征组合在单个实施方案、附图或其描述中。然而，该公开方法不应被解释为反映任何权利要求需要比该权利要求中明确阐述的特征更多特征的意图。此外，本文的特定实施方案中示出和/或描述的任何部件，特征或步骤可应用于任何其他实施方案或与任何其他实施方案一起使用。此外，对于每个实施方案，没有部件、特征、步骤或部件、特征或步骤组是必要的或必不可少的。因此，本公开的范围不应受上述特定实施方案的限制，而应仅通过公平阅读下面的权利要求来确定。

应当理解，某些序数术语(例如，“第一”或“第二”)可能是为了便于参考而提供的，并不一定暗示物理特性或顺序。因此，如本文所用，用于修饰诸如结构、部件、操作等元素的序数术语(例如，“第一”、“第二”、“第三”等)不一定指示元素相对于任何其他元素的优先级或顺序，而是通常可将该元素与具有类似或相同名称的另一元素区分开来(但使用序数术语)。此外，如本文所用，词语“一个/种”可指示“一个/种或多个/种”而不是“一个/种”。此外，“基于”条件或事件执行的操作也可基于未明确阐述的一个或多个其他条件或事件来执行。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例性实施方案所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还应当理解，术语(诸如在常用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关技术的背景下的含义一致的含义，并且不被解释为理想化或过于正式的意义，除非在本文明确地如此定义。

为了便于描述，在本文可使用空间相对术语“外部”、“内部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“竖直”、“水平”和类似术语来描述一个元素或部件与另一元素或部件之间的关系，如附图所示。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了附图中所示的取向之外，在使用或操作中的不同取向。例如，在附图中所示的装置被翻转的情况下，定位在另一装置“下方”或“下面”的装置可被放置在另一装置“上方”。因此，例示性术语“下方”可包括下部位置和上部位置两者。该装置也可沿另一方向取向，因此空间相对术语可根据取向进行不同的解释。

除非另外明确说明，比较和/或定量术语(诸如“更少”、“更多”、“更大”等)旨在涵盖等同的概念。例如，“更少”不仅可表示最严格的数学意义上的“更少”，而且可表示“小于或等于”。

Claims (30)

1.一种方法，包括：

由医疗系统的控制电路：

接收传感器数据，所述传感器数据指示医疗器械的至少一部分的位置；

至少部分地基于所述传感器数据，确定所述医疗器械的取向；

确定患者的器官内的目标位置；

确定包括所述目标位置的平面；

至少部分地基于所述医疗器械的所述取向，确定所述医疗器械在所述平面上的投影位置；

生成界面数据，所述界面数据表示一个或多个界面元素，所述一个或多个界面元素指示所述平面上的所述投影位置与所述目标位置之间的第一距离；以及

至少部分地基于所述界面数据，显示所述一个或多个界面元素。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述平面包括确定所述平面使得所述医疗器械的前进方向垂直于所述平面。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

随着所述医疗器械的所述取向的变化，更新所述平面的取向，使得所述医疗器械的所述前进方向保持垂直于所述平面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述平面包括：确定所述医疗器械的远侧端部与所述目标位置之间的线，以及确定所述平面使得所述线垂直于所述平面。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

随着所述医疗器械的所述取向的变化，维持所述平面的取向。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述目标位置至少部分地基于来自窥视镜的附加传感器数据，并且确定所述平面包括确定所述平面使得所述窥视镜的前进方向垂直于所述平面。

7.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述一个或多个界面元素包括在离所述一个或多个界面元素中的第二界面元素的中心第二距离处显示所述一个或多个界面元素中的第一界面元素，所述第二距离至少部分地基于所述第一距离以及所述医疗器械的尖端与所述平面上的所述目标位置之间的插入距离。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

显示进度指示器，所述进度指示器指示所述医疗器械的尖端与所述目标位置的接近度；

将所述进度指示器的进度变化参数设置为第一值，所述进度变化参数指示所述进度指示器相对于所述医疗器械的移动单位的进度变化量；

确定所述医疗器械的所述尖端已移动得更靠近所述目标位置；以及

至少部分地基于确定所述医疗器械的所述尖端已移动得更靠近所述目标位置，将所述进度变化参数设置为第二值，所述第二值与比所述第一值更大的针对所述医疗器械的所述移动单位的所述进度指示器的进度变化量相关联。

9. 一种医疗系统，包括：

通信接口，所述通信接口被配置成从医疗器械接收传感器数据，所述医疗器械被配置成经皮进入人体解剖结构；以及

控制电路，所述控制电路通信地耦接到所述通信接口并且被配置成：

至少部分地基于所述传感器数据，确定所述医疗器械的取向；

确定所述人体解剖结构内的目标位置；

确定包括所述目标位置的平面；

至少部分地基于所述医疗器械的所述取向，确定所述医疗器械在所述平面上的投影位置；以及

生成界面数据，所述界面数据表示一个或多个界面元素，所述一个或多个界面元素指示所述平面上的所述投影位置与所述目标位置之间的距离。

10.根据权利要求9所述的医疗系统，还包括：

内窥镜，所述内窥镜被配置成经由所述人体解剖结构的内腔进入所述目标位置，所述内窥镜包括传感器，所述传感器被配置成向所述通信接口提供附加传感器数据；

其中所述控制电路被配置成至少部分地基于所述附加传感器数据来确定所述目标位置。

11.根据权利要求9所述的医疗系统，其中所述控制电路被配置成确定所述平面使得所述医疗器械的前进方向垂直于所述平面。

12.根据权利要求11所述的医疗系统，其中所述控制电路被进一步配置成：

随着所述医疗器械的所述取向的变化，更新所述平面的取向，使得所述医疗器械的所述前进方向保持垂直于所述平面。

13.根据权利要求9所述的医疗系统，其中所述控制电路被配置成通过以下方式来确定所述平面：确定所述医疗器械的远侧端部和所述目标位置之间的线，以及确定所述平面使得所述线垂直于所述平面。

14.根据权利要求13所述的医疗系统，其中所述控制电路被进一步配置成：

随着所述医疗器械的所述取向的变化，维持所述平面的取向。

15. 根据权利要求9所述的医疗系统，其中所述医疗系统包括机器人系统，所述机器人系统耦接到装置，所述装置被配置成生成信号，所述传感器数据至少部分地基于所述信号，并且所述控制电路被进一步配置成：

至少部分地基于所述机器人系统的坐标系来确定所述医疗器械的坐标系；以及

致使所述一个或多个界面元素在界面内沿与所述医疗器械相对于所述医疗器械的所述坐标系的移动方向相关的方向移动。

16.根据权利要求9所述的医疗系统，其中所述控制电路被进一步配置成：

将位置变化参数设置为第一值，所述位置变化参数指示界面内的所述一个或多个界面元素相对于所述医疗器械的移动单位的位置变化量；

确定所述医疗器械已移动得更靠近所述目标位置；以及

将所述位置变化参数设置为第二值，所述第二值与比所述第一值更大的针对所述医疗器械的所述移动单位的所述界面内的所述一个或多个界面元素的位置变化量相关联。

17.根据权利要求9所述的医疗系统，其中所述控制电路被进一步配置成：

致使显示进度指示器，所述进度指示器指示所述医疗器械与所述目标位置的接近度；

将所述进度指示器的进度变化参数设置为第一值，所述进度变化参数指示所述进度指示器相对于所述医疗器械的移动单位的进度变化量；

确定所述医疗器械已移动得更靠近所述目标位置；以及

将所述进度变化参数设置为第二值，所述第二值与比所述第一值更大的针对所述医疗器械的所述移动单位的所述进度指示器的进度变化量相关联。

18.一个或多个非暂态计算机可读介质，所述一个或多个非暂态计算机可读介质存储计算机可执行指令，当由控制电路执行时，所述计算机可执行指令致使所述控制电路执行包括以下项的操作：

确定医疗器械的取向，所述医疗器械被配置成经皮进入人体解剖结构；

确定所述人体解剖结构内的目标位置；

确定包括所述目标位置的平面；

至少部分地基于所述医疗器械的所述取向，确定所述医疗器械在所述平面上的投影位置；以及

生成界面数据，所述界面数据表示一个或多个界面元素，所述一个或多个界面元素指示所述平面上的所述投影位置与所述目标位置之间的第一距离。

19.根据权利要求18所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述医疗器械的前进方向垂直于所述平面。

20.根据权利要求19所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述操作还包括：

随着所述医疗器械的所述取向的变化，更新所述平面的取向，使得所述医疗器械的所述前进方向保持垂直于所述平面。

21.根据权利要求18所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述平面垂直于所述医疗器械的远侧端部与所述目标位置之间的线。

22.根据权利要求21所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述操作还包括：

随着所述医疗器械的所述取向的变化，维持所述平面的取向。

23.根据权利要求18所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述操作还包括：

在离所述一个或多个界面元素中的第二界面元素的中心第二距离处显示所述一个或多个界面元素中的第一界面元素，所述第二距离至少部分地基于所述第一距离。

24.根据权利要求23所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述第二距离进一步至少部分地基于所述医疗器械的尖端与所述平面上的所述目标位置之间的插入距离。

25.根据权利要求18所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述操作还包括：

致使显示进度指示器，所述进度指示器指示所述医疗器械与所述目标位置的接近度；

至少部分地基于所述医疗器械第一次以第一量移动得更靠近所述目标位置，以第二量更新所述进度指示器；以及

至少部分地基于所述医疗器械第二次以所述第一量移动得更靠近所述目标位置，以大于所述第一量的第三量更新所述进度指示器。

26.根据权利要求18所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述操作还包括：

生成进度区域数据，所述进度区域数据指示所述医疗器械的环境的多个区域；

至少部分地基于所述第一传感器数据和所述进度区域数据，从所述多个区域中确定所述医疗器械所位于的区域；

至少部分地基于所述区域确定所述医疗器械的状态；以及

致使显示所述状态的指示。

27.一种方法，包括：

由医疗系统的控制电路从针接收第一传感器数据，所述针被配置成经皮插入患者体内；

至少部分地基于所述第一传感器数据，由所述控制电路确定所述针的姿态；

由所述控制电路从内窥镜接收第二传感器数据，所述窥视镜至少部分地设置在所述患者的解剖内腔内；

至少部分地基于所述第二传感器数据，由所述控制电路确定所述患者的器官内的目标位置；

由所述控制电路确定包括所述目标位置的平面；

至少部分地基于所述针的所述姿态，由所述控制电路确定所述针在所述平面上的投影位置；以及

生成界面数据，所述界面数据表示一个或多个界面元素，所述一个或多个界面元素指示所述平面上的所述投影位置与所述目标位置之间的距离。

28.根据权利要求27所述的方法，还包括：

在界面中显示所述一个或多个界面元素；

识别所述平面上表示的尺寸与所述界面上表示的尺寸的缩放比；

确定所述针已移动得更靠近所述目标位置；以及

至少部分地基于确定所述针已移动得更靠近所述目标位置，更新所述缩放比。

29.根据权利要求27所述的方法，还包括：

将位置变化参数设置为第一值，所述位置变化参数指示界面内的所述一个或多个界面元素相对于所述针的位置或取向变化单位的位置变化量；

确定所述医疗器械已移动得更靠近所述目标位置；以及

至少部分地基于确定所述医疗器械已移动得更靠近所述目标位置，将所述位置变化参数设置为第二值，所述第二值与比所述第一值更大的针对所述针的所述位置或取向变化单位的所述界面内的所述一个或多个界面元素的位置变化量相关联。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述医疗系统包括机器人臂，所述机器人臂耦接到电磁场发生器，并且所述第一传感器数据至少部分地基于来自所述电磁场发生器的电磁场，并且所述方法还包括：

确定与所述机器人臂相关联的机器人系统的世界坐标系；

在所述世界坐标系中表示所述针的所述姿态；

在所述世界坐标系中表示所述平面；

至少部分地基于所述针在所述世界坐标系内的所述姿态来确定所述世界坐标系中表示的所述平面的目标坐标系；

至少部分地基于所述目标坐标系来确定所述针的坐标系；以及

使所述一个或多个界面元素在界面内沿与所述针相对于所述针的所述坐标系的移动方向相关的方向移动。

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