CN115715174A - 医疗器械的控制方案校准 - Google Patents

Abstract

本文讨论了用于校准医疗器械的方法、系统和装置。例如，第一器械可被配置为经由第一进入路径进入解剖部位，并且第二器械可被配置为经由第二进入路径进入该解剖部位。该第二器械可包括成像部件，该成像部件被配置为提供表示该解剖部位和该第一器械的图像数据。可识别与该第一器械相关联的第一坐标框架和与该第二器械相关联的第二坐标框架之间的差值。可至少部分地基于该差值来更新与该第一器械相关联的控制参考框架。

Description

医疗器械的控制方案校准

相关申请

本申请要求2020年6月22日提交的名称为“CONTROL SCHEME CALIBRATION FORMEDICAL INSTRUMENTS”的美国临时申请63/042,457的优先权，该申请的公开内容在此以全文引用的方式并入。

背景技术

技术领域

本公开涉及医疗装置和医疗规程领域。

相关技术

各种医疗规程涉及使用一个或多个窥镜和/或经皮进入器械。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/或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)。此类装置的不当定位或前移可能导致特定生理和规程并发症。

发明内容

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：第一器械，该第一器械被配置为经由第一进入路径进入解剖部位；第二器械，该第二器械包括成像部件，该成像部件被配置为提供表示解剖部位和第一器械的图像数据；以及一个或多个计算机可读介质，该一个或多个计算机可读介质存储可执行指令，这些可执行指令在由控制电路执行时致使控制电路：识别与第一器械相关联的第一坐标框架和与第二器械相关联的第二坐标框架之间的差值，并且至少部分地基于该差值来更新与第一器械相关联的控制参考框架。第二器械被配置为经由第二进入路径进入解剖部位。

在一些实施方案中，第一坐标框架指示第一器械的远侧端部的滚动，并且第二坐标框架指示第二器械的远侧端部的滚动。

在一些实施方案中，一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，这些可执行指令在由控制电路执行时致使控制电路：致使显示对准指示器，该对准指示器表示第一坐标框架；并且接收包括对对准指示器的调节的输入。第一坐标框架与第二坐标框架之间的差值可至少部分地基于对对准指示器的调节来识别。在一些实施方案中，第一器械包括第一器械上的一个或多个标记，并且对准指示器表示一个或多个标记的取向。此外，在一些实施方案中，一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，这些可执行指令在由控制电路执行时致使控制电路：致使显示用户界面。用户界面可包括图像数据的图像表示和对准指示器。对准指示器可包括环和表示一个或多个标记的取向的一个或多个标记指示器。

在一些实施方案中，该医疗系统还包括机器人操纵器，该机器人操纵器被配置为连接到第一器械并且控制第一器械的移动。一个或多个计算机可读介质可还存储可执行指令，这些可执行指令在由控制电路执行时致使控制电路：基于机器人操纵器的位置或取向中的至少一者来确定第一坐标框架。

在一些实施方案中，一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，这些可执行指令在由控制电路执行时致使控制电路：从输入装置接收方向输入信号，并且至少部分地基于该方向输入信号和控制参考框架来控制第一器械的移动。方向输入信号可指示第一器械的移动方向。

在一些具体实施中，本公开涉及一种方法，该方法包括：由控制电路从位于目标解剖部位处的第一器械接收图像数据。图像数据表示第二器械的至少一部分。该方法还包括：显示图像数据的图像表示；接收指示第二器械在图像表示中的取向的输入；以及由控制电路至少部分地基于该输入来校准第二器械的控制方案。

在一些实施方案中，该方法还包括：接收指示第二器械的移动方向的方向输入；以及至少部分地基于方向输入和控制方案来控制第二器械的移动。

在一些实施方案中，校准控制方案包括：至少部分地基于该输入来确定第一器械的远侧端部相对于第二器械的滚动；以及至少部分地基于第一器械的远侧端部相对于第二器械的滚动来调节用于控制第二器械的控制参考框架。确定第一器械相对于第二器械的滚动可包括：确定第一器械的远侧端部相对于第二器械的远侧端部的滚动。

在一些实施方案中，该方法还包括：显示表示第二器械的取向的对准指示器。接收输入可包括：接收对对准指示器的调节。第二器械可包括第二器械的远侧端部上的一个或多个标记，并且对准指示器可表示一个或多个标记的取向。第一器械可以是内窥镜，并且第二器械可以是导管。

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，这些计算机可执行指令在由控制电路执行时致使控制电路执行操作，这些操作包括：从位于目标解剖部位处的直接进入器械接收图像数据。图像数据表示位于目标解剖部位处的经皮进入器械的至少一部分。这些操作还包括：至少部分地基于图像数据，生成指示直接进入器械的远侧端部相对于经皮进入器械的滚动的滚动数据；以及至少部分地基于滚动数据来控制经皮进入器械的移动。

在一些实施方案中，直接进入器械包括内窥镜，并且经皮进入器械包括导管。滚动数据可指示与直接进入器械相关联的坐标框架相对于与经皮进入器械相关联的坐标框架的取向。图像数据可表示经皮进入器械的包括一个或多个标记的远侧端部。

在一些实施方案中，这些操作还包括：致使显示图像数据的图像表示；致使显示对准指示器；以及接收包括对对准指示器的调节的输入。对准指示器可表示经皮进入器械的估计取向。滚动数据可至少部分地基于对对准指示器的调节来生成。这些操作还可包括：基于被配置为控制经皮进入器械的机器人操纵器的位置或取向中的至少一者来确定经皮进入器械的估计取向。

在一些实施方案中，这些操作还包括：从输入装置接收方向输入信号。方向输入信号可指示经皮进入器械的移动方向。控制经皮进入器械的移动可包括：至少部分地基于滚动数据，生成控制信号以控制经皮进入器械的移动。

在一些实施方案中，这些操作还包括：使用图像数据执行一种或多种图像处理技术；以及至少部分地基于一种或多种图像处理技术来确定经皮进入器械相对于直接进入器械的取向。滚动数据可至少部分地基于经皮进入器械相对于直接进入器械的取向来生成。

在一些实施方案中，这些操作还包括：致使经由用户界面显示图像数据的图像表示；致使经由用户界面显示指令，该指令指示选择输入装置上的特定方向控件；从输入装置接收方向输入信号，该方向输入信号与特定方向控件相关联；以及接收指示经皮进入器械相对于用户界面移动的方向的输入。滚动数据可至少部分地基于该输入来生成。

在一些实施方案中，这些操作还包括：致使经由用户界面显示图像数据的图像表示；致使经由用户界面显示指令，该指令指示相对于用户界面在特定方向上移动经皮进入器械；从输入装置接收方向输入信号；以及至少部分地基于方向输入信号控制经皮进入器械进行移动。滚动数据可至少部分地基于方向输入信号来生成。

在一些具体实施中，本公开涉及一种系统，该系统包括：第一机器人操纵器，该第一机器人操纵器被配置为操纵直接进入器械；第二机器人操纵器，该第二机器人操纵器被配置为操纵经皮进入器械；以及控制电路，该控制电路通信地耦接到第一机器人操纵器和第二机器人操纵器。控制电路被配置为执行操作，这些操作包括：从直接进入器械接收图像数据，该图像数据表示经皮进入器械的至少一部分；致使显示图像数据的图像表示；接收指示经皮进入器械在图像表示中的取向的输入；以及至少部分地基于该输入来校准经皮进入器械的控制方案。

在一些实施方案中，该系统还包括直接进入器械，该直接进入器械被配置为经由患者体内的天然内腔进入目标解剖部位。经皮进入器械可被配置为经由患者体内的经皮进入路径进入目标解剖部位。经皮进入器械可包括远侧端部上的一个或多个标记。该系统还可包括显示器，该显示器被配置为显示图像表示和对准指示器，该对准指示器包括表示一个或多个标记的取向的一个或多个标记指示器。该输入可包括对对准指示器的调节。直接进入器械可包括内窥镜，并且经皮进入器械可包括导管。

在一些实施方案中，校准控制方案包括：至少部分地基于该输入来确定直接进入器械的远侧端部相对于经皮进入器械的滚动；以及至少部分地基于直接进入器械的远侧端部相对于经皮进入器械的滚动来调节用于控制经皮进入器械的控制参考框架。

在一些实施方案中，这些操作还包括：接收指示经皮进入器械的移动方向的第一方向输入信号；以及至少部分地基于第一方向输入信号和控制方案来控制经皮进入器械的移动。

出于概括本公开的目的，已经描述了特定方面、优点和新颖特征。将理解，根据任何特定实施方案，可实现不一定所有此类优点。因此，可通过实现或优化本文教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文可教导或提出的其他优点的方式执行所公开的实施方案。

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。另外，可组合不同的所公开的实施方案的各种特征以形成作为本公开的部分的附加实施方案。在整个附图中，可重复使用附图标记以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用于执行各种医疗规程的示例性医疗系统。

图2示出了根据一个或多个实施方案的安置在患者的泌尿系统的部分中的示例性窥镜。

图3示出了根据一个或多个实施方案的安置在患者的肾中的示例性导管。

图4-1和图4-2示出了根据一个或多个实施方案的当导管以迎面方式面向窥镜时以直接控制模式对导管的驱动。

图5-1和图5-2示出了根据一个或多个实施方案的当导管和窥镜基本上面向相同方向时以直接控制模式对导管的驱动。

图6-1和图6-2示出了根据一个或多个实施方案的当导管以迎面方式面向窥镜时以反向控制模式对导管的驱动。

图7示出了根据一个或多个实施方案的用于控制/导航医疗器械的示例性界面。

图8示出了根据一个或多个实施方案的用于从另一医疗器械的视角控制医疗器械的过程的示例性流程图。

图9-1和图9-2示出了根据一个或多个实施方案的相对于医疗器械的坐标框架针对不同控制模式从第一人称视角驱动医疗器械的示例性具体实施。

图10-1和图10-2示出了根据一个或多个实施方案的相对于医疗器械的坐标框架和控制框架针对不同控制模式从第三人称视角驱动医疗器械的示例性具体实施。

图11-图12示出了根据一个或多个实施方案的用于校准医疗器械的控制方案的示例性界面。

图13示出了根据一个或多个实施方案的用于校准医疗器械的控制方案/控制参考框架的过程的示例性流程图。

图14-1至图14-4示出了根据一个或多个实施方案的校准医疗器械的控制框架的示例性具体实施。

图15示出了根据一个或多个实施方案的被布置成辅助将窥镜插入患者体内的图1的医疗系统的顶部。

图16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镜的图1的医疗系统的顶部。

图17示出了根据一个或多个实施方案的被布置成辅助将针插入患者体内的图1的医疗系统的顶部。

图18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导管的图1的医疗系统的顶部。

图19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20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21A和图21B示出了根据一个或多个实施方案的控制器的示例性细节。

具体实施方式

本文提供的标题仅为方便起见，并且不一定影响本公开的范围或含义。尽管下文公开了某些优选实施方案和示例，但是主题超出具体公开的实施方案延伸到其他替代实施方案和/或用途以及其修改和等同物。因此，本文可能出现的权利要求的范围不受下文描述的特定实施方案中的任一特定实施方案限制。例如，在本文公开的任何方法或过程中，方法或过程的动作或操作可以任何合适的序列执行，并且不一定限于任何特定公开的序列。继而可通过可能有助于理解特定实施方案的方式将各种操作描述为多个分立的操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作依赖于顺序。另外，本文描述的结构、系统和/或装置可体现为集成部件或单独部件。出于比较各种实施方案的目的，描述了这些实施方案的特定方面和优点。不一定通过任何特定实施方案实现所有此类方面或优点。因此，例如，可通过实现或优化本文教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文也可能教导或提出的其他方面或优点的方式来执行各种实施方案。

在本文中使用特定标准的位置解剖术语来指代动物的解剖结构，并且该动物相对于优选实施方案即为人类。尽管在本文中使用特定空间相对术语，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/元件或解剖结构与另一装置/元件或解剖结构的空间关系，但是应理解，在本文中是出于描述方便起见而使用这些术语，以描述元件/结构之间的位置关系，如附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖元件/结构在使用中或操作中的除了附图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，描述为在另一元件/结构“上方”的元件/结构可表示相对于受试者患者或元件/结构的替代取向在此类其他元件/结构下方或旁边的位置，且反之亦然。

概述

本公开涉及用于控制和/或校准医疗器械以帮助某些医疗规程的系统、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，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。

肾结石疾病，也称为尿石病，是相对常见的医疗病症，涉及在尿路中形成一块固体材料，该固体材料称为“肾结石(kidney stones)”、“尿结石”、“肾结石(renal calculi)”、“肾结石(renal lithiasis)”或“肾结石(nephrolithiasis)”。可在肾、输尿管和膀胱(称为“膀胱结石”)中形成和/或发现尿结石。此类尿结石由于浓缩矿物质而形成，并且一旦它们达到足以阻止尿液流过输尿管或尿道的大小便可引起显著的腹痛。尿结石可由钙、镁、氨、尿酸、半胱氨酸和/或其他化合物形成。

通常，存在若干用于治疗患有肾结石的患者的方法，包括观察、医学治疗(诸如排石疗法)、非侵入性治疗(诸如体外冲击波碎石术(ESWL))以及外科手术治疗(诸如输尿管镜检查术和经皮肾镜取石术(“PCNL”))。在外科手术方法中，医师能够接近病变(即，待移除的对象；例如，结石)，将结石破碎成更小的碎块或碎片，并且从肾中取出相对小的结石碎片/颗粒。

在一些情况下，医师可使用输尿管镜来从膀胱和/或输尿管移除尿结石。通常，输尿管镜包括在其远侧端部处的内窥镜，该内窥镜被配置为使该尿路能够可视化。该输尿管镜还可包括截石机构来捕获或打散尿结石。在输尿管镜检查规程期间，医师可通过尿道将输尿管镜插入尿路中。一位医师/技术人员可控制输尿管镜的位置，同时另一位医师/技术人员可控制截石机构。

在其他情况下，医师可使用经皮肾结石切除(“PCNL”)技术来移除过大或抵抗其他形式的治疗的结石。该技术涉及通过皮肤(即，经皮地)插入肾镜以打碎和/或移除结石。在一些具体实施中，在规程期间使用荧光镜透视检查来辅助引导肾镜和/或其他器械。然而，由于荧光镜本身的成本以及技术人员操作荧光镜的成本，荧光镜检查一般会增加肾镜取石术规程的成本。荧光镜检查还使患者在相对长时间内暴露于辐射。即使使用荧光镜检查，准确地形成经皮切口以接近肾结石也是很困难的，并且是不期望地不精确的。此外，一些肾镜取石术技术涉及两天或三天的住院。总之，特定肾镜取石术方案可能相对昂贵并且对患者而言是有困难的。

根据依据本公开的方面的某些医疗规程，医疗系统可实现多个医疗器械以从患者体内移除尿结石或执行另一医疗规程。医疗系统可包括机器人工具，这些机器人工具接合和/或控制一个或多个医疗器械以接近尿结石和/或从患者体内移除结石。例如，医师可操作医疗系统以驱动窥镜穿过患者体内的自然进入路径到达治疗部位，诸如穿过尿道并一直到达肾结石所在的肾。医师可使用窥镜来指定导管与窥镜会合的目标部位以辅助移除肾结石。医师可操作医疗系统以通过经皮进入路径插入导管并且将导管导航到窥镜所在的治疗部位。在一些实施方案中，医疗系统可提供辅助医师驱动导管和/或窥镜的功能性。例如，医疗系统可使得医师能够从窥镜的视角驱动导管。为了这样做，医疗系统可提供界面，该界面具有来自窥镜的视角的图像数据(例如，来自窥镜的图像)。图像数据可描绘治疗部位处的导管。当从医师接收到移动导管的输入时，医疗系统可确定窥镜相对于导管的取向，并且使用此类信息来相对于窥镜在适当方向上驱动导管。医师可通过界面观察导管的移动。

在一些实施方案中，医疗系统可促进一种或多种控制模式以辅助医师从窥镜的视角驱动导管。例如，医疗系统可实现反向控制模式，其中导管的移动方向是反向的(例如，当接收到向右输入时导管相对于导管向左移动，并且反之亦然)。这在导管相对于窥镜更迎面定位(例如，导管的尖端面向窥镜的尖端)的情况下可以是有用的。例如，如果导管面向窥镜并且接收到向左输入，则导管可相对于用于控制导管的界面向左移动。此外，医疗系统可实现直接控制模式，其中导管的移动方向不是反向的(例如，当接收到向左输入时导管相对于导管向左移动，并且当接收到向右输入时相对于导管向右移动)。这在导管相对于窥镜更平行定位(例如，导管的尖端和窥镜的尖端面向基本上相同方向)的情况下可以是有用的。例如，如果导管和窥镜面向相同方向并且接收到向左输入，则导管可相对于用于控制导管的界面向左移动。医疗系统可自动地、基于来自医师的输入或以其他方式选择控制模式。

此外，在一些实施方案中，医疗系统可提供校准医疗器械的控制方案的功能性。此类校准在医疗系统不准确地跟踪或以其他方式不知道医疗器械的取向(这在控制另一医疗器械时，诸如在从窥镜的视角控制导管时，可导致方向误差)的情况下可以是有用的。例如，为了校准从窥镜的视角控制的导管的控制方案，医疗系统可确定窥镜相对于导管的取向，诸如窥镜的远侧端部相对于导管的远侧端部的取向。在一些实施方案中，医疗系统可提供用户界面，该用户界面具有来自窥镜的视角的描绘导管的图像数据以及使得医师能够指定导管的取向的一个或多个界面元素。此外，在一些实施方案中，医疗系统可分析来自窥镜和/或导管的图像数据和/或其他传感器数据以识别窥镜相对于导管的取向。此外，可使用其他技术来识别窥镜相对于导管的取向。在任何情况下，医疗系统可使用取向信息来调节与控制导管相关联的控制方案。此类调节可使得导管能够在医师提供输入时相对于窥镜在适当方向上移动。

在一些具体实施中，本公开涉及机器人辅助的医疗规程，其中机器人工具可使得医师能够对目标解剖部位执行内窥镜和/或经皮进入和/或治疗。例如，机器人工具可接合和/或控制一个或多个医疗器械以进入患者体内的目标部位和/或在目标部位处执行治疗。在一些情况下，机器人工具由医师引导/控制。在其他情况下，机器人工具以自动或半自动方式操作。尽管许多技术是在机器人辅助的医疗规程的背景下讨论的，但这些技术可适用于其他类型的医疗规程，诸如不实现机器人工具或针对相对少(例如，小于阈值数目)的操作实现机器人工具的规程。

在本文所述示例中的若干示例中，对象移除规程涉及从肾中移除肾结石。然而，本公开不仅限于肾结石移除。例如，以下描述也适用于涉及从患者体内移除对象(包括可经由经皮和/或内窥镜进入从治疗部位或患者腔(例如，食道、尿管、肠道、眼睛等)移除的任何对象)的其他外科手术/医疗操作或医疗规程，诸如例如胆囊结石移除、肺(肺部/经胸廓)肿瘤活检或白内障摘除。

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为接合和/或控制医疗器械120、医疗器械130和/或另一医疗器械以对患者140执行规程。医疗系统100还包括控制系统150，该控制系统被配置为与机器人系统110介接，提供关于规程的信息和/或执行多种其他操作。例如，控制系统150可包括显示器152，以呈现某些信息来辅助医师160。医疗系统100可包括被配置为托住患者140的台面170。在一些实施方案中，医疗系统100还可包括成像装置180，该成像装置可被集成到C形臂中和/或被配置为在规程(诸如荧光镜透视检查式规程)期间提供成像。各种动作在本文中被描述为由医师160执行。应当理解，这些动作可由医师160、在医师160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。

在图1的示例中，医疗器械120被实现为窥镜，并且医疗器械130被实现为导管。因此，为了便于讨论，医疗器械120称为“窥镜120”或“直接进入(access/entry)器械120”，并且医疗器械130称为“导管130”或“经皮进入器械130”。然而，医疗器械120和医疗器械130可各自实现为类型的医疗器械，包括例如窥镜(有时称为“内窥镜”)、导管、针、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，医疗器械是可操控装置，而在其他实施方案中，医疗器械是非可操控装置。在一些实施方案中，外科手术工具是指被配置为穿刺或插入通过人类解剖结构的装置，诸如针、解剖刀、导丝等。然而，外科手术工具可指其他类型的医疗器械。

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。在一些情况下，窥镜/内窥镜可包括刚性或柔性管，并且尺寸可被设定成在外护套、导管、导引器或其他内腔类型装置内通过，或者可在没有此类装置的情况下使用。

术语“直接进入(direct entry)”或“直接进入(direct access)”在本文中根据它们广泛且普通的含义使用，并且可指仪器通过患者身体中的天然或人工开口的任何进入。例如，参考图1，并且如上所述，窥镜120可称为直接进入器械，因为窥镜120经由尿道进入患者140的尿路中。

术语“经皮进入(percutaneous entry)”或“经皮进入(percutaneous access)”在本文中根据它们广泛且普通的含义使用，并且可指仪器到达与规程相关联的目标解剖位置(例如，肾盏网络)所必需的穿过患者皮肤和任何其他身体层的进入，诸如通过刺穿和/或小切口的进入。因此，经皮进入器械可指被配置为刺穿皮肤和/或其他组织/解剖结构或穿过皮肤和/或其他组织/解剖结构插入的医疗器械、装置或组件，诸如针、解剖刀、导丝、护套、轴、窥镜、导管等。然而，应当理解，经皮进入器械在本公开的上下文中可指其他类型的医疗器械。在一些实施方案中，经皮进入器械指利用促进穿过患者皮肤的刺穿和/或小切口的装置插入或实现的器械/装置。例如，当导管130插入穿过已刺穿患者140的皮肤的护套/轴时，导管130可称为经皮进入器械。

在一些实施方案中，医疗器械诸如窥镜120和/或导管130包括被配置为生成传感器数据的传感器(有时称为位置传感器)。在示例中，传感器数据可指示医疗器械的位置和/或取向和/或可用于确定医疗器械的位置和/或取向。例如，传感器数据可指示窥镜的位置和/或取向，这可包括窥镜的远侧端部的滚动。医疗器械的位置和取向可称为医疗器械的姿态。传感器可定位在医疗器械的远侧端部和/或任何其他位置上。在一些实施方案中，传感器可向控制系统150和/或另一系统/装置提供传感器数据以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。

在一些实施方案中，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，传感器可包括另一类型的传感器，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。

医疗器械可与坐标框架相关联，该坐标框架可包括彼此成直角的一组两个或更多个矢量(或轴线)。例如，在三维空间中，坐标框架可包括彼此成直角的三个矢量(例如，x矢量、y矢量和z矢量)。尽管可使用各种惯例，但为了易于说明，本文中的描述将通常将“向前”方向(例如，插入/缩回)称为对应于正z，将“向右”方向称为对应于正x，并且将“向上”方向称为对应于正y。z矢量可沿着医疗器械的纵向轴线延伸。此类坐标系可称为“左手坐标系”。然而，本文的公开内容可类似地在右手坐标系的背景下讨论/实现。在示例中，坐标框架是基于医疗装置的一个或多个细长移动构件(例如，一根或多根拉线)的位置设定/关联的。此外，在示例中，坐标框架被设定/关联于/基于图像装置在医疗器械上的位置，诸如图像装置的远侧端部在窥镜的尖端上。因此，坐标框架可对应于相机参考框架。然而，坐标框架可在其他位置处关联/设定。在许多示例中，将相对于医疗器械的远侧端部(例如，治疗部位处的端部)来表示/讨论医疗器械的坐标框架。然而，坐标框架可定位在其他地方。

如上所述，控制系统150可被配置为提供各种功能性以辅助执行医疗规程。在一些实施方案中，控制系统150可耦接到机器人系统110并且与机器人系统110协同操作以对患者140执行医疗规程。例如，控制系统150可经由无线或有线连接与机器人系统110通信以控制连接到机器人系统110的窥镜120和/或导管130，接收由窥镜120捕获的图像等。附加地或另选地，控制系统150可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。在一些实施方案中，控制系统150可与窥镜120(和/或导管130)通信以接收传感器数据(经由机器人系统110和/或直接从窥镜120和/或导管130)。在示例中，传感器数据可指示或用于确定医疗器械的位置和/或取向。此外，在一些实施方案中，控制系统150可与台面170通信以将台面170定位成特定取向或以其他方式控制台面170。此外，在一些实施方案中，控制系统150可与EM场发生器通信以控制患者140周围的EM场的生成。

控制系统150包括各种I/O装置，这些I/O装置被配置为辅助医师160或其他人员执行医疗规程。在图1的示例中，控制系统150包括I/O装置156，医师160或其他用户采用这些I/O装置来导航或以其他方式控制医疗器械。例如，医师160可经由I/O装置156提供输入，并且作为响应，控制系统150可将控制信号发送到机器人系统110以操纵窥镜120/导管130。在示例中，医师160可使用相同I/O装置来控制窥镜120和/或导管130(例如，在装置之间切换控制)。在一些实施方案中，从第一人称视角(例如，从窥镜120的视点)驱动窥镜120和/或从第三人称视角(例如，从窥镜130的视点)驱动导管120，如下文进一步详细讨论的。尽管在图1的示例中I/O装置156被示出为控制器，但I/O装置156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150可包括显示器152，以提供关于规程的各种信息。例如，控制系统150可接收由窥镜120捕获的实时图像并且经由显示器152显示实时图像和/或这些实时图像的视觉表示。显示器152可呈现界面154，诸如本文所讨论的界面中的任一界面，该界面可包括来自窥镜120和/或另一医疗器械的图像数据。

在一些实施方案中，控制系统150可经由界面154以维持图像数据(有时称为“原始图像视图”)的恒定取向的方式提供图像数据。例如，界面154可维持与窥镜120的坐标框架的恒定关系(例如，使得界面154中的向上对应于窥镜120的坐标框架的正y矢量)。为了说明，假设在来自窥镜120的图像中描绘的肾结石最初在界面154中显示在左侧。如果窥镜滚动180度，则肾结石将在滚动期间在界面154内移动并且在滚动之后在界面154中显现在右侧。在此，控制系统将不调节通过界面154显示的图像数据的取向。因此，图像数据中的水平线可被感知为滚动。

在其他实施方案中，控制系统150可经由界面154以更新图像数据(有时称为“旋转图像或虚拟视图”)的取向的方式提供图像数据。例如，界面154可更新与窥镜120的坐标框架的关系(例如，使得界面154中的向上并不始终对应于窥镜120的坐标框架的正y矢量)。为了说明，假设在来自窥镜120的图像中描绘的肾结石最初在界面154中显示在左侧。如果窥镜滚动180度，则肾结石在滚动之后将仍然在界面154中显示左侧。在此，控制系统150可在窥镜120滚动180度时调节经由界面154显示的图像数据的取向以将图像数据中所描绘的对象维持在相同取向(例如，滚动校正图像数据)。因此，图像数据中的水平线可被感知为保持不变。

附加地或另选地，控制系统150可经由显示器152输出其他信息。例如，控制系统150可从与患者140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152可呈现关于患者140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/血率、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。

为了促进控制系统150的功能性，控制系统150可包括各种部件(有时称为“子系统”)。例如，控制系统150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150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为存储在被执行时致使实现各种操作的可执行指令。在一些实施方案中，控制系统150是可移动的，诸如图1所示，而在其他实施方案中，控制系统150是固定系统。尽管各种功能性和部件被讨论为由控制系统150实现，但这些功能性和/或部件中的任何功能性和/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，其他系统和/或装置诸如机器人系统110、台面170或甚至窥镜120和/或导管130。

机器人系统110可按照多种方式配置，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为接合和/或控制医疗器械以执行规程。如图所示，每个机械臂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，机器人臂112中的两个机器人臂被致动以与窥镜120接合以通过患者140的尿道进入目标部位，并且机器人臂112中的一个机器人臂被致动以与导管130接合以通过经皮进入路径进入目标部位。当机器人系统110被适当地定位时，可使用机器人臂112以机器人方式、由医师160以手动方式或其组合地将窥镜120和/或导管130插入和/或导航到患者140体内。尽管在图1中未示出，但机器人臂112还可连接到在规程期间可互换的其他医疗器械，诸如可在规程的特定阶段期间定位在治疗部位附近的电磁(EM)场发生器。此外，尽管机器人臂112被示出为处于各种位置并且耦接到各种仪器，但应当理解，此类配置是为了方便和说明的目的而示出的，并且此类机器人臂112可在医疗规程期间随时间推移具有不同配置。

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集成到台面170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150、台面170、窥镜120、导管130和/或其他装置/器械。在一个示例中，机器人系统110通信地耦接到控制系统150以从控制系统150接收控制信号以执行操作，诸如以特定方式定位机器人臂112、操纵窥镜120和/或导管130等。在另一示例中，机器人系统110被配置为从窥镜120接收描绘患者140的内部解剖结构的图像和/或将该图像发送到控制系统150，该图像然后可在显示器152上显示。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150，以允许从其接收流体、光学器件、电力等。

成像装置180可被配置为在规程期间捕获/生成患者140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180的图像，以观察解剖结构和/或患者140体内的医疗器械诸如窥镜120和/或导管130，以辅助医师160执行规程。成像装置180可用于执行荧光镜透视检查(例如，在患者140体内使用对比染料)或另一类型的成像技术。尽管在图1中示出，但在实施方案中，未实现成像装置180来执行规程和/或移除成像装置180(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。

如上所述，医疗系统100可使得医师160能够驱动医疗器械，以便在患者140体内导航医疗器械。例如，控制系统150可从I/O装置156接收指示医疗器械的移动方向的输入信号。控制系统150可确定医疗器械的取向/位置、提供医疗器械的图像数据的另一医疗器械的取向/位置(在一些情况下)和/或通过界面154显示的图像数据的取向。控制系统150可使用此类信息来生成控制信号以相对于医疗器械的坐标系/控制框架在适当方向上移动医疗器械。控制系统150可将控制信号发送到机器人系统110以操纵医疗器械。

在一些实施方案中，医疗系统100使得医师160能够从医疗器械的视角驱动医疗器械(也称为“第一人称驱动”)。该类型的驱动在医疗器械包括用于提供图像数据的成像装置的情形中和/或在其他情形中可以是有用的。例如，控制系统150可使得能够从窥镜120的视角驱动窥镜120。窥镜120可包括被配置为向控制系统150提供图像数据的成像装置。控制系统150可通过界面154显示图像数据以辅助医师160从器械120的视角驱动窥镜120。

在第一人称驱动的情况下，控制系统150通常可控制医疗器械来以与经由界面154显示的来自医疗器械的图像数据的取向关联的方式移动。例如，假设医师160正从窥镜120的视角驱动窥镜120，并且医师160经由I/O装置156提供用于相对于I/O装置156在向上方向上移动窥镜120的输入，诸如通过选择I/O装置156上的向上控件。控制系统150可确定窥镜120的取向/位置和/或经由界面154显示的来自窥镜120的图像数据的取向。控制系统150可使用此类取向/位置信息来在适当方向上移动窥镜120，该适当方向在界面154上显示为向上方向。

为了说明，如果界面154正在显示窥镜120的静态视图(例如，界面154中的向上对应于窥镜120的坐标框架的正y矢量)，则控制系统150可响应于I/O装置156上的向上输入而致使窥镜120沿着窥镜120的坐标框架的正y矢量移动。此外，如果界面154正在显示窥镜120的旋转图像视图(例如，界面154中的向上并不总是对应于窥镜120的坐标框架的正y矢量)，则控制系统150可确定图像数据的参考框架到窥镜120的坐标框架的偏移，以致使窥镜120在适当方向上移动，从而显现为窥镜120在界面154中向上移动。

此外，在一些实施方案中，医疗系统100可使得医师160能够从另一医疗器械的视角驱动医疗器械(也称为“第三人称驱动”)。该类型的驱动在医疗器械彼此会合和/或其中医疗器械中的一者不包括成像装置的情形中可以是有用的。例如，控制系统150可使得医师160能够从窥镜120的视角驱动导管130，这在导管130不包括成像装置的情形中可以是有用的。在此，窥镜120可提供图像数据，并且控制系统150可通过界面154显示图像数据。当导管130在窥镜120的视场内时，医师160可在界面154中观察导管130并且从窥镜120的视角驱动导管130。

在第三人称驱动的情况下，控制系统150通常可实现用于控制医疗器械的移动的控制方案。例如，假设医师160正在从窥镜120的视角驱动导管130，并且医师160经由I/O装置156提供用于相对于I/O装置156在向上方向上移动导管130的输入，诸如通过选择I/O装置156上的向上控件。控制系统150可实现导管130的控制方案，该控制方案考虑到窥镜120相对于导管130的取向。这可使得导管130能够在适当方向上移动，该适当方向在界面154上显示为向上方向。

控制方案可用于将输入控件映射到用于移动医疗器械的控制信号。在一些实施方案中，控制方案包括控制框架(有时称为“控制参考框架”)，该控制框架可包括用于控制医疗器械/装置的抽象坐标框架/一组矢量。例如，控制框架可包括彼此成直角的一组两个或更多个矢量(或轴线)。控制框架通常可与医疗器械的坐标框架关联。例如，医疗器械的控制框架可相对于医疗器械的坐标框架偏移(例如，关于轴线/矢量偏移30度)。在示例中，对于医疗器械，坐标框架保持静态(即，固定到医疗器械上的点)，而控制框架可诸如基于医疗器械的滚动、经由用户界面的图像数据的取向等而动态更新。在示例中，控制框架与医疗器械的尖端关联。然而，控制框架可在其他位置处关联/居中。

在一些实施方案中，控制方案/框架基于通过界面显示的图像数据的取向来确定。例如，控制框架的竖直/水平轴线可与界面内的图像数据的竖直/水平轴线关联/对准。为了说明，在从窥镜120的视角驱动导管130的情况下，导管130的控制框架可与如经由界面154显示的来自窥镜120的图像数据的取向关联。下文更详细地讨论示例性控制框架。尽管控制框架通常是在第三人称驱动的背景下讨论的，但控制框架可在其他背景下、诸如在第一人称驱动的情况下等使用。

在第三人称驱动的一些情形中，对于医师160而言，驱动医疗器械可能是具有挑战性的。例如，如果医师160从窥镜120的视角驱动导管130并且导管130以基本上迎面的方式面向窥镜120(例如，导管130的尖端面向窥镜120的尖端)，则医师160必须提供反向左右输入以相对于界面154在适当方向上移动导管130。例如，如果医师160希望相对于界面154向左移动导管130，则医师160可能需要经由I/O装置156提供向右输入，并且反之亦然。相反，当导管130和窥镜120面向基本上相同方向时(例如，导管130的尖端和窥镜120的尖端面向相同方向)，不需要此类反向输入。总之，第三人称驱动的某些情形可使得医师160难以驱动医疗器械，这可能导致伤害患者140(例如，当在不期望的方向上移动医疗器械时)、导致低效规程等。

因此，医疗系统100可促进一种或多种控制/驱动模式以辅助医师160驱动医疗器械。通过使用多种控制模式，可针对医疗器械相对于彼此的不同取向以有效方式驱动医疗器械。例如，如果导管130正从窥镜120的视角被驱动，则医师160能够观察到导管130在界面154上在更直观地对应于经由I/O装置156提供的输入的方向上移动。在一些示例中，医疗系统100可通过以下方式切换到不同控制模式：重新配置控制系统150(例如，以用不同方式处理来自I/O装置156的输入信号和/或生成用于机器人系统110的控制信号)、重新配置I/O装置156(例如，以发送不同输入控制信号)和/或重新配置机器人系统110(例如，以用不同方式控制机器人臂)。尽管多种控制模式通常是在第三人称驱动的背景下讨论的，但此类控制模式可在其他背景诸如第一人称驱动或任何其他驱动场景中使用。

在一些实施方案中，控制系统150可实现直接控制模式(也称为“平行模式”)以相对于医疗器械的坐标系/控制框架以对应方式驱动医疗器械。例如，当以直接控制模式从窥镜120的视角驱动导管130时，如果医师160选择I/O装置156上的向左输入，则控制系统150可控制导管130来相对于导管130向左移动。如果导管130面向与窥镜120基本上相同的方向，则医师160可观察到导管130在界面154中向左移动(例如，从第三人称视角)。相反，如果导管130以迎面方式面向窥镜120，则医师160可观察到导管130在界面154中向右移动。因此，当导管130和窥镜120基本上面向相同方向时，通常可实现直接控制模式。

附加地或另选地，控制系统150可执行反向控制模式(也称为“镜像模式”)以相对于医疗器械的坐标系/控制框架以反向方式驱动医疗器械。例如，当以反向控制模式从窥镜120的视角驱动导管130时，如果医师160选择I/O装置156上的向左输入，则控制系统150可控制导管130来相对于导管130向右移动。如果导管130以迎面方式面向窥镜120，则医师160可观察到导管130在界面154中向左移动(例如，从第三人称视角)。相反，如果导管130面向与窥镜120基本上相同的方向，则医师160可观察到导管130在界面154中向右移动。因此，当导管130和窥镜120以迎面方式基本上面向彼此时，通常可实现直接控制模式。

在一些实施方案中，反向控制模式与使医疗器械的水平移动而不是竖直移动反向相关联。例如，在反向控制模式中，控制系统150可致使坐标系/控制框架的水平分量而不是竖直分量反向(例如，使x值而不是y值的符号反向)。然而，在反向控制模式的一些情况下，也可以使竖直方向反向。

此外，在一些实施方案中，控制模式可指示是否使缩回和插入反向。例如，在直接控制模式中，I/O装置156上的向前输入控件可与将导管130更远地插入患者140体内相关联，并且I/O装置156上的倒退输入控件可与从患者140缩回导管130相关联。如果导管130正从窥镜120的视角被驱动并且器械以迎面方式面向彼此，则针对向前输入，医师160可观察到导管130移动成更靠近窥镜120，并且针对倒退输入，观察到导管移动远离窥镜120。此外，在反向控制模式中，向前输入控件可与缩回导管130相关联，并且倒退输入控件可与插入导管130相关联。如果导管130正从窥镜120的视角被驱动并且器械以迎面方式面向彼此，则针对向前输入，医师160可观察到导管130移动远离窥镜120，并且针对倒退输入，观察到导管移动成更靠近窥镜120。

可以多种方式选择控制模式。在一些实施方案中，医师160可诸如通过界面154、I/O装置156或以其他方式提供输入以选择控制模式。这可允许医师160根据医师160的偏好来配置医疗系统100。此外，在一些实施方案中，控制系统150可自动地选择适合于特定情形的控制模式。例如，控制系统150可执行一种或多种定位技术以确定和/或跟踪医疗器械和/或另一对象的位置和/或取向，如下文参考图20进一步详细讨论的。在一些情况下，控制系统150可在导管130和窥镜120以迎面方式面向彼此时自动地选择反向控制模式，和/或在导管130和窥镜120面向基本上相同方向时自动地选择直接控制模式。

在一些实施方案中，医疗系统100可学习自动地选择特定控制模式。例如，如果特定医师在窥镜120相对于导管130以迎面方式定向(例如，相对于彼此以一定角度定向)时选择反向控制模式超过阈值次数，则医疗系统100可学习来在将来每当窥镜120和导管130以类似方式定向时和/或在特定医师登录到医疗系统100时自动地选择反向控制模式。医疗系统100可使用多种参数来学习何时选择特定控制模式，诸如正在执行的规程的类型、正在实现的医疗器械的类型等。因此，医疗系统100可针对特定情形自动地选择控制模式。

此外，在一些实施方案中，作为实现控制模式的替代或补充，医疗系统100可实现其他技术以驱动医疗器械。在一个示例中，导管130可包括成像装置，并且界面154可提供来自导管130的图像数据以从第一人称视角驱动导管130。在另一示例中，导管130的尖端可包括一个或多个标记，并且I/O装置156可包括相同的一个或多个标记以指示输入控件到导管130的移动方向的映射。为了说明，导管130的尖端可包括在尖端的一侧(例如，尖端的一半)上的红色标记和在尖端的另一侧(例如，尖端的另一半)上的蓝色标记。在此，I/O装置156可包括具有红色标记的右输入控件，该右输入控件在被选择时致使导管130在导管130的尖端上的红色标记的方向上移动。此外，I/O装置156可包括具有蓝色标记的左输入控件，该左输入控件在被选择时致使导管130在导管130的尖端上的蓝色标记的方向上移动。因此，医师160可查看I/O装置156上的标记以确定要选择的输入控件。

在一些实施方案中，医疗系统100可提供校准医疗器械的控制方案的功能性。此类校准技术在医疗系统不知道或不准确地确定医疗器械的取向/位置的情况下可以是有用的。例如，当窥镜120安装在机器人系统110的臂112上时，医疗系统100可能不知道与窥镜120相关联的滚动量。在一些情况下，窥镜120包括与窥镜120的特定滚动相关联的锁定位置。锁定可与窥镜120上的机构和/或臂112的安装部件上的机构(例如，销、接收销的狭槽等)相关联。当放置在锁定位置中时，窥镜120不能滚动，直到放置在臂112的安装部件上(这释放锁定)。如果窥镜120安装在机器人系统110上，则医疗系统100通常可假设窥镜120在锁定位置中(例如，处于零滚动)。然而，如果窥镜120在非锁定位置中从机器人系统110移除和/或在位于机器人系统110之外时被手动地滚动到任意滚动位置，然后随后重新安装在机器人系统100上，则医疗系统100可能错误地假设窥镜120的滚动量(例如，错误地假设窥镜120在锁定位置中)。

此外，医疗系统100可能在规程期间失去对与窥镜120相关联的滚动量的跟踪。例如，在规程期间，由于窥镜120被放置在患者的各种解剖结构内，因此摩擦力或其他力可被施加到窥镜120。此类力可防止对窥镜120的近侧端部的操纵完全传播到窥镜120的远侧端部，从而导致窥镜120的尖端处的未检测到的滚动量。例如，如果机器人系统110操纵连接到窥镜120的机器人臂以使窥镜滚动80度，则窥镜120的尖端可能仅滚动60度，即使控制系统150可跟踪窥镜120为已滚动80度。此外，在规程的某些阶段期间，可实现EM场发生器以跟踪医疗器械的位置/取向。然而，在其他阶段期间，可能需要移除EM场发生器，以便将导管130或其他器械安装在同一臂上(如下文进一步详细讨论的)。在没有EM场发生器的情况下，可能难以跟踪医疗器械的位置/取向。此外，窥镜120可经历称为“曲线对准”的寄生滚动，这致使窥镜120的远侧端部不期望地旋转。

医疗器械诸如窥镜120的此类不明确的滚动可导致计时/滚动误差，这可使得难以控制窥镜120或另一医疗器械。例如，如果窥镜120被估计为具有特定滚动量，并且此类估计是不准确的，则医疗系统100可从窥镜120的视角不准确地驱动窥镜120和/或导管130(例如，窥镜120/导管130可相对于界面154在错误方向上移动)。

为了解决滚动误差的情形，医疗系统100可实现一种或多种校准技术以更新与医疗器械相关联的取向/位置信息。例如，医疗系统100可相对于导管130的远侧端部的取向确定窥镜120的远侧端部的取向，并且使用此类信息来调节与从窥镜120的视角控制导管130相关联的控制方案。例如，如果医疗系统100确定窥镜120相对于导管130的估计取向与窥镜120相对于导管130的实际取向偏离30度，则医疗系统100可将控制框架调节30度或基于30度偏移来调节控制框架。

在一些实施方案中，控制系统150可经由界面154提供信息，以使得医师160能够校准医疗器械的取向。例如，控制系统150可显示由窥镜120捕获的图像数据，该图像数据可描绘导管130。控制系统150还可显示表示导管130相对于窥镜120的取向(例如，导管130的坐标框架相对于窥镜130的坐标框架的估计取向)的对准指示器。在一些实施方案中，导管130可包括诸如在导管130的远侧端部上的一个或多个标记，并且对准指示器可表示导管130上的一个或多个标记的取向。如果对准指示器未在界面154中与如图像数据中所描绘的导管130上的一个或多个标记对准，则医师160可将对准指示器调节到适当取向，以指示导管130的尖端相对于窥镜120的尖端的实际取向。基于由医师160指示的取向，控制系统150可更新用于控制导管130的控制方案，如果需要的话，诸如通过更新与控制框架相关联的一个或多个参数(例如，一个或多个矢量的取向)。

此外，在一些实施方案中，控制系统150可执行一种或多种图像处理技术以校准医疗器械的取向。例如，控制系统150可处理由窥镜120捕获的描绘导管130的图像数据，以识别导管130相对于窥镜120(例如，导管130的坐标框架相对于窥镜130的坐标框架)的取向。此类处理可识别导管130的尖端上的一个或多个标记(如果包括的话)、导管130的弯曲量或弯曲方向、和/或导管130的其他特征。基于由图像处理识别的取向，控制系统150可更新导管130的控制方案，如果需要的话。

此外，在一些实施方案中，控制系统150可指示医师160执行特定动作。在一个示例中，控制系统150指示医师160选择I/O装置156上的特定方向控件(例如，选择向上输入控件)。响应于医师160选择特定方向控件，控制系统150可控制导管130进行移动，该移动可在任何方向上，这取决于与导管130相关联的控制框架/方案的准确度。控制系统150然后可接收来自医师160的指示导管130相对于界面154移动的方向的另外的输入。基于由医师160指示的导管130(相对于控制框架/坐标框架)移动的方向与控制系统150估计导管130(相对于控制框架/坐标框架)移动的方向之间的任何差值，控制系统150可更新导管的控制框架/方案，如果需要的话。在另一示例中，控制系统150可指示医师160相对于界面154在特定方向上移动导管130(例如，可经由界面154显示“向右移动导管”的文本、向右箭头等)。医师160可经由I/O装置156提供输入控制以相对于界面154在特定方向上移动导管130，这可进行多次尝试。在成功地在特定方向上移动导管130时，医师160可提供指示此类指令已完成的附加输入。基于当导管130成功地在界面154上在特定方向上移动时提供的输入控制、导管130相对于控制框架/坐标框架移动以获得成功移动的方向和/或控制系统150估计导管130(相对于控制框架/坐标框架)移动的方向，控制系统150可更新导管的控制框架/方案，如果需要的话。

尽管许多实施方案是在校准与第三人称驱动相关联的控制方案的背景下讨论的，但校准技术可在第一人称驱动和/或任何其他场景的背景下实现。此外，尽管许多实施方案是在校准导管的控制方案的背景下讨论的，但校准技术可附加地或另选地被实现来校准窥镜和/或另一医疗器械的控制方案。例如，在一些情况下，导管130可与滚动功能性相关联，并且此类校准技术可被实现来校正导管130的滚动误差。

在一些实施方案中，校准技术可被实现为故障诊断功能性的部分，诸如当医师160注意到医疗器械没有以与被提供来控制医疗器械的输入相关的方式移动时。在此，医师160可输入校准界面。然而，校准技术可自动地、周期性地或在任何时间和/或基于多种事件来实现。

在一些实施方案中，导管130包括某些特性或与某些特性相关联，这些特性辅助使用导管130作为用于校准的参考点。例如，导管130可能无法滚动，这可避免任何潜在滚动误差。此外，与窥镜120前进所沿着的路径相比，导管130可沿着基本上笔直的路径被插入。与窥镜120相比，这可使导管130的远侧端部处的传播误差最小化。此外，在一些示例中，与窥镜120相比，导管130可相对较短。导管130的此类特性可使得能够准确地确定/跟踪导管130的位置/取向，诸如基于附接到导管130的机器人臂112的取向/位置(例如，导管130的位置/取向可从导管130安装在机器人臂112上所处的平面偏移)。

附加技术可被实现来校准医疗器械和/或维持医疗器械的准确取向/位置信息。例如，控制系统150可使用机械臂112的取向/位置来确定导管130的位置/取向。控制系统150还可确定导管130在由窥镜120捕获的图像数据中显示的方式(例如，使用图像处理或接收用户输入来确定导管130被定位或进入图像数据的方向/角度)。基于导管130的位置/取向以及导管130在图像数据中显示的方式，控制系统150可确定导管130相对于窥镜120的取向并且校准控制方案。此外，控制系统150可基于包括在导管130上的传感器和/或窥镜120上的传感器诸如EM传感器、陀螺仪、加速度计等和/或基于本文所讨论的其他定位技术来确定/校准导管130相对于窥镜120的取向。此外，控制系统150可识别图像数据中所描绘的气泡(例如，基于图像处理、指示气泡的位置或气泡行进的方向的用户输入等)，并且使用此类信息(连同指示气泡通常在何处聚集/行进的信息)来校准医疗器械的取向/控制方案，诸如窥镜120的取向、导管130的控制方案等。此外，机器人系统110可实现机械键接配合，以要求在将窥镜120安装在机器人臂112上之前将其滚动到锁定位置。这可避免控制系统150不知道窥镜120在被安装之前的滚动的情形。附加地，控制系统150可实现滚动归位技术，其中每当将窥镜120安装在机器人臂112上时，窥镜120自动地(或手动地)滚动到硬停位置。这将辅助控制系统150识别窥镜120的初始滚动。

在示例中，医疗系统100可用于经皮和/或内窥镜(例如，输尿管镜)规程。某些输尿管镜规程涉及肾结石的治疗/移除。在一些具体实施中，肾结石治疗可受益于某些机器人技术/装置的辅助，这些机器人技术/装置可类似于图1所示并且在本文详细描述的那些。与严格的手动规程相比，机器人医疗解决方案可相对于某些器械提供相对更高的精度、更优异的控制和/或更优异的手眼协调。例如，根据一些规程对肾的机器人辅助的经皮进入可有利地使得泌尿科医师能够执行直接进入内窥镜肾进入和经皮肾进入两者。尽管本公开的一些实施方案是在导管、肾镜、输尿管镜和/或人体肾解剖结构的背景下呈现的，但应当理解，本文所公开的原理可在任何类型的内窥镜和/或经皮规程中实现。

在一个例示性经皮规程中，医疗系统100可用于通过经皮进入路径从患者140体内移除肾结石。例如，医师160可与控制系统150交互(例如，经由I/O装置156)以致使机器人系统110从尿道前移和/或导航窥镜120通过膀胱、沿输尿管向上并进入结石所在的肾中。控制系统150可经由显示器152提供关于窥镜120的信息，以辅助医师160导航窥镜120，诸如随其捕获的实时图像。在示例中，窥镜120可从第一人称视角(例如，从窥镜120的视点)驱动。一旦到达肾结石的部位(例如，在肾盏内)，窥镜120就可用于指定/标记导管130经皮进入肾的目标位置。为了使对肾和/或周围解剖结构的损伤最小化，医师160可指定特定乳头作为使用导管130经皮进入肾的目标位置。然而，可指定或确定其他目标位置。

医师160还可与控制系统150交互以致使机器人系统110前移和/或导航导管130通过经皮进入路径以到达由窥镜120指定的目标位置。在一些实施方案中，将针或另一医疗器械插入患者140体内以产生经皮进入路径。控制系统150可经由显示器152提供关于导管130的信息，以辅助医师160导航导管130。例如，界面154可提供来自窥镜120的视角的图像数据。图像数据可描绘导管130(例如，当在窥镜120的成像装置的视场内时)。在示例中，导管130可从第三人称视角(例如，从窥镜120的视点)驱动。

一旦窥镜120和/或导管130位于目标位置处，医师160就可使用窥镜120来打碎肾结石和/或使用导管130来从患者140体内取出肾结石的碎块。例如，窥镜120可部署工具(例如，激光器、切割器械等)以将肾结石碎裂成碎块，并且导管130可通过经皮进入路径从肾中吸出碎块。在示例中，导管130和/或窥镜120可提供冲洗和/或抽吸以促进肾结石的移除。例如，导管130可耦接到冲洗和/或抽吸系统。

医疗系统100可提供多种益处，诸如提供指导以辅助医师执行规程(例如，器械跟踪、器械导航、器械校准等)，使得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，使得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，与荧光镜检查技术相关联)，使得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物体(例如，移除肾结石)等。例如，医疗系统100可提供指导信息以辅助医师使用各种医疗器械进入目标解剖特征，同时使出血和/或对解剖结构(例如，关键器官、血管等)的损伤最小化。此外，医疗系统100可提供不基于辐射的导航和/或定位技术，以减少医师和患者的辐射暴露和/或减少手术室中的设备的数量。此外，医疗系统100可提供分布在至少控制系统150与机器人系统110之间的功能性，这些系统可能够独立地移动。功能性和/或移动性的此类分布可使得能够将控制系统150和/或机器人系统110放置在对于特定医疗规程最佳的位置处，这可使患者周围的工作区域最大化和/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。

此外，尽管许多技术和系统是在与导管130会合的窥镜120的背景下讨论的，但这些技术和系统可适用于其他类型的医疗器械，诸如可在治疗部位或其他地方与另一医疗器械相遇的任何类型的医疗器械，诸如腹腔镜或其他类型的规程。

示例性窥镜

图2示出了根据一个或多个实施方案的安置在患者的泌尿系统的部分中的示例性窥镜202(例如，内窥镜、输尿管镜等)。窥镜202可表示图1的窥镜120和/或本文所讨论的任何其他窥镜。窥镜202可在输尿管镜规程中用于调查人体输尿管中的异常和/或对这些异常进行治疗。例如，可实现输尿管镜规程以治疗和/或移除肾204内的肾结石。然而，窥镜202可用于其他类型的规程。如上所述，输尿管镜规程和/或其他类型的规程可至少部分地手动地实现和/或可至少部分地使用机器人技术、诸如利用图1所示的医疗系统100来执行。

窥镜202可包括成像装置206，该成像装置被配置为捕获图像数据，诸如表示患者的内部解剖结构的图像数据。成像装置206可包括相机，诸如光学相机和/或另一成像装置。成像装置206可包括光纤、光纤阵列和/或透镜。成像装置206的一个或多个光学部件可随窥镜202的尖端208一起移动，使得窥镜202的尖端208的移动导致由成像装置206捕获的图像的变化。在一些实施方案中，窥镜202可容纳电线和/或光纤以传输去往/来自光学组件和窥镜202的远侧端部208的信号。此外，窥镜202可被配置为容纳光纤以将光从近距离定位的光源诸如发光二极管载送到窥镜的远侧端部208。窥镜202的远侧端部208可包括在使用成像装置206时供光源照亮解剖空间的端口。

窥镜202还可包括用于将医疗器械(例如，碎石机、篮式装置、镊子、激光器等)、冲洗和/或抽吸部署到窥镜202的远侧端部208处的操作区域的工作通道210。在示例中，工作通道210偏移到窥镜202的一侧，诸如图2所示。在其他示例中，工作通道210定位在窥镜202的中心或另一位置处。

窥镜202可包括刚性或柔性管，和/或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。然而，在一些情况下，窥镜202可在没有此类装置的情况下使用。在一些实施方案中，窥镜202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镜202。

窥镜202可被配置为诸如相对于至少窥镜202的远侧端部208关节运动。例如，窥镜202可被配置为以各种自由度(DOF)移动，诸如3-DOF(例如，x、y和z移动)、4-DOF(例如，x、y、z和滚动移动)、6-DOF(例如，x、y、z、俯仰、偏航和滚动移动)等，这些自由度可通过窥镜202的弯曲特性来耦接。为了说明，尖端208可在偏航轴线212、俯仰轴线214和/或滚动轴线216(也称为“纵向轴线216”或“z轴线216”)上偏转。窥镜202的尖端208或主体218可沿纵向轴线216、x轴线220或y轴线222伸长或平移。在窥镜202配备有位置传感器的实施方案中，位置传感器可提供位置信息，诸如3-DOF位置信息(例如，x、y和z坐标)、5-DOF位置信息(例如，x、y和z坐标以及俯仰角和偏航角)、6-DOF位置信息(例如，x、y和z坐标以及俯仰角、偏航角和滚动角)等。

对于机器人具体实施，机器人系统的机器人臂可被配置为/能够被配置为使用一个或多个细长移动构件来操纵窥镜202。该细长移动构件可包括一根或多根拉线((例如，拉线或推线)、缆线、纤维或柔性轴。例如，机器人臂可被配置为致动耦接到窥镜202的多根拉线以使窥镜202的尖端208偏转。拉线可包括任何合适的或期望的材料，诸如金属和非金属材料，诸如不锈钢、Kevlar、钨、碳纤维等。在一些实施方案中，窥镜202被配置为响应于由细长移动构件施加的力而展现出非线性行为。该非线性行为可基于窥镜202的刚度和可压缩性，以及不同的细长移动构件之间的松弛度或刚度的变化性。

在一些实施方案中，窥镜202包括传感器(有时称为“位置传感器”)，该传感器被配置为生成传感器数据和/或将传感器数据发送到另一装置。传感器数据(有时称为“传感器位置数据”)可指示医疗器械202(例如，其远侧端部208)的位置和/或取向，和/或可用于确定/推断医疗器械202的位置/取向。在一些实施方案中，传感器可向控制系统提供传感器数据，该传感器数据然后用于确定窥镜202的位置和/或取向。传感器可定位在窥镜202的远侧端部208上和/或另一位置上。在一些实施方案中，传感器可包括具有导电材料线圈的电磁(EM)传感器或天线的另一形式/实施方案。图2示出了EM场发生器224，该EM场发生器被配置为广播EM场226，该EM场由窥镜202上的EM传感器检测。磁场226可在EM位置传感器的线圈中感应出小电流，该小电流可被分析以确定EM传感器与EM场发生器224之间的距离和/或角度/取向。另选地或附加地，窥镜202可包括其他类型的传感器，诸如形状感测光纤、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)传感器)、射频收发器等。

窥镜202可以是能够基于用户输入或自动地以任何合适或期望的方式控制的。控件228、230(也称为“I/O装置”)提供可用于接收用户输入的示例。在示例中，控件228位于窥镜202的近侧柄部上。此外，在示例中，控件230被实现为控制器，诸如在图2的示例中。在一些实施方案中，控件228和/或控件230在机器人技术诸如图1的医疗系统100的背景下使用。例如，控件230可接收来自用户的输入并且提供输入信号以控制连接到窥镜202的机器人系统。尽管控件228、230被示出为手持式控制器，但可使用任何类型的I/O装置诸如触摸屏/垫、鼠标、键盘、麦克风等接收用户输入。

示例性导管

图3示出了根据本公开的一个或多个实施方案的安置在患者的肾中的导管302。导管302可表示图1的导管130和/或本文所讨论的任何其他导管。例如，导管302可在输尿管镜规程中用于治疗和/或移除肾304内的肾结石。然而，导管302可在其他类型的规程中使用。如上所述，输尿管镜规程和/或其他类型的规程可至少部分地手动地实现和/或可至少部分地使用机器人技术、诸如利用图1所示的医疗系统100来执行。

在一些实施方案中，导管302被配置为向解剖部位提供冲洗和/或抽吸。例如，导管302可包括内腔306以实现抽吸流出通道以便从肾304移除一个或多个肾结石碎片，和/或实现冲洗流入通道以提供流体。在一些实施方案中，导管302与另一医疗器械308一起实现以向解剖部位提供冲洗/抽吸。例如，导管302可包括刚性或柔性管，该刚性或柔性管的尺寸被设定成在医疗器械308内通过，该医疗器械可包括外部护套、导引器、肾镜或另一内腔式装置。通道310可形成在导管302的外壁与医疗器械308的内壁/护套之间的空间中。通道310可提供抽吸(和/或在一些情况下提供冲洗)。在导管302安置在医疗器械308内的情况下，导管302和医疗器械308的轴/护套可以是大体同心的。导管302和医疗器械308在其至少一部分内可具有大体圆形横截面形状。尽管导管302和/或医疗器械308可提供抽吸和冲洗两者，但冲洗和抽吸可通过或可不通过相同器械提供。例如，窥镜可提供冲洗，而导管302/医疗器械308提供抽吸。在一些实施方案中，导管302被配置为经由经皮进入路径进入解剖部位和/或向解剖部位提供冲洗/抽吸。

导管302可包括导管302的尖端314上的一个或多个标记312(有时称为“一个或多个取向标记312”)。一个或多个标记312可用于校准导管302或以其他方式观察导管302的尖端314的取向。一个或多个标记312可包括变形(例如，压痕、孔、凹口、平坦区段等)、着色(例如，将尖端的一侧着色为第一颜色并且将另一侧着色为不同颜色、着色的罗马数字等)、图像(例如，数字、字母、形状或其他图像)等。在图3的示例中，一个或多个标记312以尖端314的一侧上的罗马数字I压痕和尖端314的相反侧上的罗马数字II压痕的形式来实现。在示例中，一个或多个标记312可在尖端314的外径和内径两者上实现。这可辅助针对尖端314的各种取向/位置观察一个或多个标记312的取向。在一些实施方案中，压痕标记可填充有物质以在尖端314上提供相对平滑的表面。在一些实施方案中，尖端314可包括实现一个或多个标记312的特定形状，诸如具有平坦部分的圆形横截面。此外，在一些实施方案中，一个或多个标记312以图像处理技术可更容易检测到的特定方式实现，诸如图案、图像(例如，QR码)等。尽管一个或多个标记312在导管302的外边缘/外径上实现，但一个或多个标记312可附加地或另选地在导管302的尖端314的内边缘/内径上实现。这可为导管302提供平滑外边缘，这在一些情况下对于导航导管302和/或避免损伤患者的解剖结构可以是有利的。尽管一个或多个标记312被例示为在导管302的尖端314上，但一个或多个标记312可位于其他位置诸如导管302的主体316处。

导管302还可包括导管302的主体上的一个或多个标记318(有时称为“一个或多个深度标记318”)。一个或多个标记318可用于确定导管302已经插入解剖结构中多远。例如，导管302可实现位于距导管302的尖端314不同距离处的多个标记318。如果医师/控制系统能够观察/检测相对于导管302的尖端314位于特定距离处的第一标记，则医师/控制系统可确定导管302插入患者体内至少该特定距离。一个或多个标记318可以与以上所讨论的一个或多个标记312类似的方式实现，诸如具有变形(例如，压痕、孔、凹口、平坦部分等)、着色、图像(例如，数字、字母、形状或其他图像)等。在图3的示例中，标记318被例示为具有围绕导管302的主体316的圆周延伸的着色标记。在示例中，一个或多个标记318(和/或一个或多个标记312)是利用荧光镜透视检查、超声相机等可检测到的/可见的。

导管302可被配置为诸如相对于至少导管302的远侧端部314关节运动。例如，导管302可被配置为以各种自由度(DOF)移动，诸如3-DOF(例如，x、y和z移动)、4-DOF(例如，x、y、z和滚动移动)、6-DOF(例如，x、y、z、俯仰、偏航和滚动移动)等，这些自由度可通过导管302的弯曲特性来耦接。为了说明，尖端314可在偏航轴线320、俯仰轴线322和/或滚动轴线324(也称为“纵向轴线324”或“z轴线324”)上偏转。在一些实施方案中，导管302被配置为在2个独立的DOF中移动(例如，利用偏航和俯仰拉线)和/或不被配置用于滚动移动。然而，在一些情况下，导管302可被配置用于滚动和/或其他类型的移动。导管302的尖端314或主体316可沿纵向轴线324、x轴线326或y轴线328伸长或平移。在导管302配备有位置传感器的实施方案中，位置传感器可提供位置信息，诸如3-DOF位置信息(例如，x、y和z坐标)、5-DOF位置信息(例如，x、y和z坐标以及俯仰角和偏航角)、6-DOF位置信息(例如，x、y和z坐标以及俯仰角、偏航角和滚动角)等。

对于机器人具体实施，机器人系统的机器人臂可被配置为/能够被配置为使用一个或多个细长移动构件来操纵导管302。该细长移动构件可包括一根或多根拉线((例如，拉线或推线)、缆线、纤维或柔性轴。例如，机器人臂可被配置为致动耦接到导管302的多根拉线以使导管302的尖端314偏转。拉线可包括任何合适的或期望的材料，诸如金属和非金属材料，诸如不锈钢、Kevlar、钨、碳纤维等。在一些实施方案中，导管302被配置为响应于由细长移动构件施加的力而展现出非线性行为。该非线性行为可基于导管302的刚度和可压缩性，以及不同的细长移动构件之间的松弛度或刚度的变化性。

在一些实施方案中，导管302的尖端314用避免在某些背景下劣化诸如灾难性劣化的材料来实现。例如，尖端314可用不锈钢(或其他类型的钢)、钛、钨和/或其他材料(其可具有相对高的熔点)来实现，当来自窥镜的激光束无意地和/或偶尔地接触导管302的尖端314时，该材料通常可维持其结构。然而，尖端314和/或导管302的任何其他部分可用其他材料来实现。

尽管一些实施方案是在导管302被实现为没有位置传感器的背景下讨论的，但在其他实施方案中，导管302包括被配置为生成传感器数据和/或将传感器数据发送到另一装置的位置传感器。传感器数据可指示导管302(例如，其远侧端部314)的位置和/或取向，和/或可用于确定/推断导管302的位置/取向。传感器可定位在导管302的远侧端部314上和/或另一位置上。在一些实施方案中，位置传感器包括具有导电材料线圈的电磁(EM)传感器或天线的另一形式/实施方案。另选地或附加地，位置传感器可包括其他类型的传感器，诸如形状感测光纤、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)传感器)、射频收发器等。

此外，尽管在图3中未示出，但在一些实施方案中，导管302可包括成像装置，该成像装置被配置为捕获图像数据，诸如表示患者的内部解剖结构的图像数据。例如，导管302可包括位于导管302的尖端314上的成像装置。在一些情况下，来自成像装置的图像数据可用于从导管302的视角驱动导管302。

导管302可以是能够基于用户输入或自动地以任何合适或期望的方式控制的。控件330、332(也称为“I/O装置”)提供可用于接收用户输入的示例。在示例中，控制器330位于导管302的近侧柄部上。此外，在示例中，控件332被实现为控制器，诸如在图2的示例中。在一些实施方案中，控件330和/或控件332在机器人技术诸如图1的医疗系统100的背景下使用。例如，控件332可接收来自用户的输入并且提供输入信号以控制连接到导管302的机器人系统。尽管控件330、332被示出为手持式控制器，但可使用任何类型的I/O装置诸如触摸屏/垫、鼠标、键盘、麦克风等接收用户输入。

示例性控制模式

图4至图6示出了根据一个或多个实施方案的用于从另一医疗器械的视角驱动医疗器械的控制/驱动模式的示例性具体实施。这些控制模式是在医师402使用I/O装置404从窥镜410的视角在肾408内驱动导管406以移除肾结石412的背景下讨论的。可呈现用户界面414以辅助医师402驱动导管406。如图所示，用户界面414可呈现来自窥镜410的视角的图像数据416(例如，由窥镜410捕获的图像数据)。在这些示例中，医师402可针对导管406相对于窥镜410的各种取向/位置来选择要实现的控制模式。然而，如本文所讨论的，可以多种方式选择控制模式。

图4至图6讨论了针对导管406相对于窥镜410的各种取向来导航导管406的直接控制模式和/或反向控制模式。尽管反向控制模式通常可在导管406面向窥镜410时使用，并且直接控制模式通常可在导管406和窥镜410面向相同方向时使用，但反向控制模式和/或直接控制模式可在任何背景诸如器械相对于彼此和/或相对于肾结石412的其他取向下实现。此外，在一些实施方案中，可在同一规程期间实现多种驱动模式，诸如通过医师402在规程期间重新定位导管406/窥镜410时在驱动模式之间进行切换。

这些示例示出了导管406可相对于肾结石412从多种位置进入肾408。例如，在图4-1和图4-2以及图6-1和602中，导管406相对于窥镜410在肾结石412后面进入肾408。在图5-1和图5-2中，导管406从与窥镜410基本上相同的方向接近肾结石412。然而，导管406可相对于肾408和/或窥镜410从多种其他位置/路径接近肾结石412。此外，窥镜410可定位在多种其他位置中。

图4-1和图4-2示出了当导管406以迎面方式面向窥镜410时以直接控制模式(也称为“平行模式”)对导管406的驱动。因此，图标418指示选择了直接控制模式。在该示例中，医师402选择I/O装置404上的与相对于I/O装置404的向右方向相关联的方向控件。由于实现了直接控制模式，因此可相对于导管406以对应方式控制导管406。也就是说，导管406相对于导管406的坐标系/控制框架向右移动。如图4-2所示，用户界面414将导管406示出为向左移动，因为导管406以迎面方式面向窥镜410。

图5-1和图5-2示出了当导管406和窥镜410基本上面向相同方向时以直接控制模式对导管406的驱动。在该示例中，医师402再次选择I/O装置404上的与相对于I/O装置404的向右方向相关联的方向控件。由于实现了直接控制模式，因此导管406相对于导管406的坐标系/控制框架向右移动。如图5-2所示，用户界面414将导管406示出为向右移动，因为导管406面向大体相同的方向。在示例中，可在其中导管406和窥镜410基本上从相同区域面向肾结石412的图5-1和图5-2的背景下更频繁地实现直接控制模式，因为它可经由用户界面414提供导管406的移动的更加用户友好的视图。

图6-1和图6-2示出了当导管406以迎面方式面向窥镜410时以反向控制模式(也称为“镜像模式”)对导管406的驱动。图标420指示选择了反向控制模式。在该示例中，医师402选择I/O装置404上的与相对于I/O装置404的向左方向相关联的方向控件。由于实现了反向控制模式，因此可相对于导管406以反向方式控制导管406。也就是说，导管406相对于导管406的坐标系/控制框架向左移动。为了这样做，可使坐标系/控制框架的移动方向的水平分量反向，如下文进一步详细讨论的。如图6-2所示，用户界面414将导管406示出为向左移动，因为导管406以迎面方式面向窥镜410。在示例中，可在其中导管406和窥镜410基本上面向彼此的图6-1和图6-2的背景下更频繁地实现反向控制模式，因为它可经由用户界面414提供导管406的移动的更加用户友好的视图。

示例性器械驱动界面

图7示出了根据一个或多个实施方案的用于控制/导航医疗器械的示例性界面702。例如，界面702可提供信息以辅助医师从窥镜的视角驱动窥镜、从窥镜的视角驱动导管704和/或使用另一医疗器械。如下所讨论，界面702可包括一个或多个界面元素(例如，图标)，该一个或多个界面元素可通过触摸屏、控制器、鼠标、触控板或另一类型的I/O装置来选择。

如图所示，界面702可呈现图像数据706，该图像数据通常可来自窥镜的视角。也就是说，图像数据706可描绘窥镜上的成像装置的视场的至少一部分。在一些实施方案中，图像数据706被呈现为原始图像视图(如上文所讨论)，而在其他实施方案中，图像数据706被呈现为旋转图像视图。尽管界面702通常呈现来自窥镜的视角的图像数据，但界面702可附加地或另选地呈现来自另一医疗器械的视角的图像数据。例如，在导管704正从导管704的视角被驱动的情况下，界面702可呈现来自导管704的视点的图像数据。

界面702可包括用于选择要控制的医疗器械的界面元素708、710、712。界面元素708使得能够控制窥镜，界面元素710使得能够控制与窥镜相关联的医疗器械(也称为“工具”)，并且界面元素712使得能够控制导管704。与窥镜相关联的医疗器械可包括激光器、切割器械、碎石机、篮式装置、镊子等。如本文所讨论，此类医疗器械可通过窥镜的工作通道部署，以便打碎肾结石714以通过导管704取出。

界面702可包括用于启用直接驱动/控制模式的界面元素716和用于启用反向驱动/控制模式的界面元素718。例如，当从窥镜的视角驱动导管704(即，选择了界面元素712)并且启用了直接控制模式(即，选择了界面元素716)时，可相对于导管704的视角以对应方式驱动导管704。相比之下，当从窥镜的视角驱动导管704(即，选择了界面元素712)并且启用了反向控制模式(即，选择了界面元素718)时，可相对于导管704的视角以反向方式驱动导管704。

界面702还可包括用于辅助用户控制医疗器械的其他信息。例如，可在图像数据706周围呈现关节运动条720、722以观察与所选择的医疗器械相关联的关节运动量。顶部/底部关节运动条722可指示竖直关节运动量(例如，医疗器械已经在竖直方向上移动了多远)。例如，顶部/底部关节运动条722可定位在图像数据706上方或下方和/或在长度上扩张/收缩以指示医疗器械的竖直关节运动。在图7的示例中，顶部/底部关节运动条722定位在图像数据706下方以指示导管704向下关节运动。右侧/左侧关节运动条720可指示水平关节运动量(例如，医疗器械已经在水平方向上移动了多远)。例如，右侧/左侧关节运动条720可定位在图像数据706右侧或左侧和/或在长度上扩张/收缩以指示医疗器械的水平关节运动。在图7的示例中，右侧/左侧关节运动条720定位在图像数据706左侧以指示导管704在镜像模式中向右关节运动。因此，当导管704被控制时，关节运动条720、722可指示导管704的移动量，诸如导管704已经相对于导管704的纵向轴线在界面704中向右、向左、向上或向下关节运动了多远。在一些情况下，当关节运动条被示出为具有最短所允许长度(和/或没有关节运动条)时，这可指示导管704与导管704的纵向轴线对准(例如，没有关节运动)。

在图7的示例中，关节运动条720、722在图像数据706上基本上居中并且随着相关联医疗器械进行关节运动而在长度上扩张/收缩。例如，当医疗器械在界面702中被向上/向下导航时，沿着图像数据706的底部边缘的关节运动条722可在长度上增大/减小，同时维持与穿过图像数据706的中心的竖直轴线对准。类似地，当医疗器械在界面702中被向右/向左导航时，沿着图像数据706的侧边缘的关节运动条720可在长度上增大/减小，同时维持与穿过图像数据706的中心的水平轴线对准。然而，在其他示例中，可以其他方式操纵关节运动条720、722以指示医疗器械的关节运动，其他方式诸如相对于界面702在竖直/水平方向上移动而不改变长度。

在一些实施方案中，可基于控制方案的校准来更新关节运动条720、722中的一者或多者。例如，如果关节运动条720、722最初指示导管在一个方向上关节运动，并且导管的控制方案被调节，则关节运动条720、722可被更新以指示导管在准确地反映导管相对于窥镜的实际取向的不同方向上关节运动。相比之下，在一些实施方案中，可在控制方案的校准之后维持图像数据706的取向。然而，在一些情况下，可更新图像数据706的取向以反映所更新的控制方案。

界面702还可呈现进度条724以指示正在控制的医疗器械相对于目标位置或另一界标的位置。例如，进度条724可指示窥镜与已经由窥镜标记/指定的目标位置的接近度，目标位置诸如被指定为供导管704进入肾的进入点的乳突。在一些情况下，当进度条724被完全填充时，这可指示窥镜在目标位置处。在其他情况下，进度条724可包括沿着该条的标记以指示目标位置的位置。附加地或另选地，进度条724可指示其他进度信息，诸如窥镜与导管704/肾结石714的接近度、导管704与窥镜/目标位置/肾结石714的接近度、工具与导管704/目标位置/肾结石714的接近度等。在一些实施方案中，进度条724可包括所选择的医疗器械(例如，当前正在驱动的医疗器械)的信息。

尽管图7未示出，但在一些实施方案中，界面702可呈现由外部成像装置捕获的图像数据，诸如一个或多个x射线图像、CT图像等。此类图像数据可描绘导管704、窥镜、另一医疗器械、患者的内部解剖结构等。在一些示例中，图像数据可作为荧光镜透视检查规程的一部分被捕获。

示例性流程图—器械控制过程

图8示出了根据一个或多个实施方案的用于从另一医疗器械的视角控制医疗器械的过程800的示例性流程图。与过程800相关联的各种操作可由在本文所讨论的装置/系统中的任何装置/系统或其组合中实现的控制电路来执行，装置/系统诸如控制系统150、机器人系统110、台面170、窥镜120、导管130和/或图1的另一装置。

在框802处，过程800可包括从第一器械接收图像数据。例如，控制电路可从第一器械接收图像数据，该第一器械被配置为经由第一进入路径进入解剖部位。图像数据可表示解剖部位和/或第二器械，该第二器械被配置为经由第二进入路径进入解剖部位。在一些实施方案中，第一器械是窥镜和/或第二器械是导管。

在框804处，过程800可包括致使显示图像数据的视觉表示。例如，控制电路可生成表示用户界面和/或图像数据的视觉表示的用户界面数据。控制电路可致使基于用户界面数据来显示用户界面和/或视觉表示。

在框806处，过程800可包括配置控制系统以控制第一器械或第二器械。例如，控制电路可从输入装置接收输入信号，该输入信号指示将控制从第二器械切换到第一器械，或者反之亦然。基于此类输入信号，控制电路可配置控制系统以控制第一器械或第二器械。因此，在一些实施方案中，同一输入装置可用于控制第一器械和第二器械。

在框808处，过程800可包括从输入装置接收方向输入信号。例如，用户可经由输入装置提供输入，该输入装置可包括各自与相对于输入装置的特定方向相关联的多个输入控件。输入装置可基于输入生成方向输入信号并且将方向输入信号发送到控制电路。方向输入信号可与相对于输入装置的方向相关联。该方向可与水平/竖直分量相关联。

在框810处，过程800可包括确定第一器械相对于第二器械的取向和/或位置。例如，控制电路可执行一种或多种定位技术以跟踪第一器械的取向/位置和第二器械的取向/位置。控制电路可使用此类信息来确定第一器械相对于第二器械的取向/位置。

在框812处，过程800可包括确定第一器械/第二器械的控制模式。例如，控制电路可确定与相对于所接收的输入以直接方式控制器械相关联的直接控制模式和/或与相对于所接收的输入以反向方式控制器械相关联的反向控制模式。在一个示例中，控制电路可接收指示来自多种控制模式当中的控制模式的输入信号。输入信号可从输入装置或另一I/O装置接收。在另一示例中，控制电路可基于第一器械相对于第二器械的取向/位置自动地确定来自多种控制模式当中的控制模式。例如，控制电路可选择与器械相对于彼此的特定取向相关联的预定控制模式。

在框812处，过程800可包括控制第一器械/第二器械的移动。例如，控制电路可基于控制模式和/或方向输入信号来生成控制信号。控制电路可将控制信号发送到机器人系统以致使机器人系统操纵第一器械/第二器械，从而导致第一器械/第二器械在解剖部位处移动。为了说明，如果接收到与相对于输入装置的第一方向相关联的方向输入信号，并且确定了反向控制模式，则第二器械可被控制为在相对于第二器械的参考框架的第二方向上移动。第二方向可与符号与第一方向相关联的水平/竖直分量相反的水平/竖直分量相关联。相比之下，如果接收到与相对于输入装置的第一方向相关联的方向输入信号，并且确定了直接控制模式，则第二器械可被控制为在相对于第二器械的参考框架的第二方向上移动。第二方向可与符号与第一方向相关联的水平/竖直分量相同的水平/竖直分量相关联。参考框架可包括控制框架和/或坐标框架。

在一些实施方案中，控制电路可基于所确定的控制模式来控制第一器械/第二器械的插入/缩回。为了说明，如果接收到与插入相关联的方向输入信号，并且确定了反向控制模式，则第二器械可被控制为被缩回。相反，如果接收到与缩回相关联的方向输入信号，并且确定了反向控制模式，则第二器械可被控制为被插入。

在一些实施方案中，框802-814中的一个或多个框可重复任意次数，以基于经由输入装置接收的输入在一种或多种控制模式中控制第一器械和/或第二器械。

示例性坐标/控制框架和控制具体实施

图9-1和图9-2示出了根据一个或多个实施方案的相对于医疗器械的坐标框架针对不同控制模式从第一人称视角驱动医疗器械的示例性具体实施。在这些图中，基本上从导管902的视角示出了导管902，其中坐标框架904与导管902的尖端相关联。尽管可针对坐标框架使用各种惯例，但为了易于说明，本文中的描述将通常将“向前”方向(例如，插入/缩回)称为对应于正z，将“向右”方向称为对应于正x，并且将“向上”方向称为对应于正y。z矢量可沿着医疗器械的纵向轴线延伸。为了易于说明，图9-1和图9-2中未示出坐标框架的z矢量。尽管在坐标框架的背景下讨论，但在一些情况下，坐标框架904可表示控制框架。

导管902可基于经由I/O装置906接收的输入、诸如通过选择I/O装置906上的方向控件来控制。在此，输入与相对于I/O装置906的方向/矢量908相关联，该方向/矢量相对于I/O装置906具有负x值(水平分量)和正y值(竖直分量)。水平/竖直分量可指示方向和/或量值。

如图所示，对于不同控制模式，导管902可以不同方式(相对于坐标框架904)移动。在直接控制模式中(如图9-1所示)，导管902被控制为在方向/矢量910上移动，该方向/矢量相对于坐标框架904具有负x值和正y值。相比之下，对于相同输入，在反向控制模式中(如图9-2所示)，导管902被控制为在方向/矢量912上移动，该方向/矢量相对于坐标框架904具有正x值和正y值。在此，方向/矢量912具有与方向908相同的量值(或按某一因数)，但具有符号与方向/矢量908的x值相反的x值。因此，对于反向控制模式，可使水平分量反向。

在一些实施方案中，诸如在第三人称驱动的情况或其他情况下，实现控制参考框架以促进医疗器械的移动。图10-1和图10-2示出了根据一个或多个实施方案的相对于医疗器械的控制框架针对不同控制模式从第三人称视角驱动医疗器械的示例性具体实施。在这些图中，来自图9-1和图9-2的导管902以与窥镜1002基本上迎面的方式定向。为了易于说明，导管902被示出为具有恰好尖端部分而不是主体部分。图10-1和图10-2示出了以在医疗规程期间可能发生的方式定位的导管902和窥镜1002。

在图10-1和图10-2中，导管902相对于与导管902相关联的控制框架1004(也称为“控制参考框架1004”)从窥镜1002的视角来控制。控制框架1004可包括用于控制导管902的抽象坐标框架/一组矢量，诸如x矢量、y矢量和z矢量。为了易于说明，在图10-1和图10-2中未示出控制框架1004的z矢量。控制框架1004可与通过用户界面显示以驱动导管902的图像数据的取向关联。例如，控制框架1004可表示如在界面内显示的从窥镜1002捕获的图像数据的取向(例如，控制框架1004的正y轴线与界面的y轴线对准)。也就是说，通过界面显示的图像数据描绘处于图10-1和图10-2所示的取向的导管902。控制框架1004可相对于导管902的坐标框架(图10-1和图10-2中未示出)对准或偏移多度。如上所述，坐标框架可相对于器械固定(例如，固定到导管902上的标记)，而控制框架可改变(例如，随着窥镜1002滚动和/或图像数据的取向在界面中改变而旋转)。

图10-1和图10-2还示出了与窥镜1002的尖端相关联的窥镜1002的坐标框架1006。坐标框架1006可与位于窥镜1002的尖端上的成像装置关联。

对于不同控制模式，导管902可被控制为相对于控制框架1004以不同方式移动。在图10-1和图10-2的示例中，经由I/O装置906接收与相对于I/O装置906的方向/矢量908相关联的输入，该方向/矢量具有负x值(水平分量)和正y值(竖直分量)。在直接控制模式中(如图10-1所示)，导管902被控制为在方向/矢量1008上移动，该方向/矢量相对于控制框架1004具有负x值和正y值。相比之下，对于相同输入，在反向控制模式中(如图10-2所示)，导管902被控制为在方向/矢量1010上移动，该方向/矢量相对于控制框架1004具有正x值和正y值。在此，方向1010与符号与方向908的x值相反(并且符号与来自图10-1的方向1008的x值相反)的x值相关联。因此，对于反向控制模式，可使水平分量反向。

在一些实施方案中，为了确定如何相对于控制框架1004控制导管902，可基于矢量908来针对控制框架1004确定矢量1008。例如，可基于矢量1008的方向/量值来确定矢量908的方向/量值。在实现反向控制模式的情况下，可通过使水平/竖直分量反向(例如，切换矢量908的x分量的符号)来确定矢量1008的方向。在一些实施方案中，使用一个或多个算法将矢量908间接地(或在一些情况下直接地)映射/平移到导管902的坐标框架和/或控制框架。

如上所述，经由I/O装置906接收的针对导管902的输入可驱动导管902的关节运动，诸如导管902的关节运动速率。例如，如果经由I/O装置906上的输入部件(例如，操纵杆)接收输入，则将使导管902关节运动。如果然后没有触碰输入部件，则导管902可维持其当前位置/取向(例如，留在其当前关节运动位置中)。因此，I/O装置906上的输入可致使通过增大/减小导管902的现有关节运动来控制导管902。

尽管来自图9-1、图9-2、图10-1和图10-2的示例的反向控制模式是在使水平分量(例如，x值)反向的背景下讨论的，但反向控制模式可另选地或附加地致使改变竖直分量(例如，改变与y值相关联的符号)和/或改变与插入/缩回相关联的分量(例如，改变与z值相关联的符号)。

示例性校准界面

图11-图12示出了根据一个或多个实施方案的用于校准医疗器械的控制方案的示例性界面1102。例如，界面1102可提供用于调节关于窥镜的远侧端部相对于导管1104的远侧端部的取向信息的信息。在一些实施方案中，当用户注意到医疗器械的移动不与经由输入装置提供的输入完全关联时，用户可导航到界面1102。例如，如果用户正在从窥镜的视角驱动导管1104并且注意到当经由输入装置提供向上输入时导管1104在器械驱动界面(例如，图7的界面702)中向右移动，则用户可导航到界面1102以校准导管1104和/或窥镜。然而，可在其他时间和/或以不同方式访问界面1102。

如图所示，界面1102可呈现来自接近导管1104的窥镜的视角的图像数据1106。也就是说，图像数据1106可描绘窥镜上的成像装置的视场的至少一部分。图像数据1106可在原始图像视图或旋转图像视图中呈现。尽管界面1102通常呈现来自窥镜的视角的图像数据，但界面1102可附加地或另选地呈现来自另一医疗器械的视角的图像数据。

界面1102还可呈现用于选择要校准/控制的医疗器械的界面元素1108、1110、1012。界面元素1108使得能够校准/控制窥镜，界面元素1110使得能够校准/控制与窥镜相关联的医疗器械(也称为“工具”)，并且界面元素1112使得能够校准/控制导管1104。在图11的示例中，界面元素1112被选择以使得可校准导管1104。例如，用户可校准与导管1104相关联的控制方案/控制参考框架。然而，界面元素1108/界面元素1110可另选地被选择以校准控制方案。

为了校准导管1102的控制方案/控制框架，界面1102可提供表示导管1104的尖端的取向的对准指示器1116。例如，对准指示器1116可表示相对于窥镜的坐标框架的导管1104的坐标框架。对准指示器1116可包括环1116(A)和一个或多个标记指示器1116(B)，该一个或多个标记指示器表示位于导管1104上的一个或多个标记1118相对于窥镜的估计取向。例如，控制系统(未示出)可尝试跟踪相对于彼此的窥镜的滚动和导管1104的滚动。基于此类信息，控制系统可呈现标记指示器1116(B)以指示相对于窥镜的尖端的估计滚动的导管1104的尖端的估计滚动。标记指示器1116(B)可围绕环1116(A)定位以指示导管1104的尖端上的标记1118的估计取向。

如果需要，用户可提供输入以调节对准指示器1116的取向，以更紧密地匹配导管1104的尖端上的标记1118的取向。例如，如图11所示，标记指示器1116(B)的取向不与导管1104上的标记1118对准。因此，用户可提供输入以旋转对准指示器1116，使得标记指示器1116(B)与如在图像数据1106内显示的标记1118的取向更加对准，如图12所示。用户可将对准指示器1116旋转任意度数至用户认为与导管1104上的标记1118对准的位置。

用户可经由任何类型的输入装置提供输入以旋转对准指示器1116。例如，用户可经由控制器上(或触摸屏上等)的向右方向控件来提供输入以按顺时针方式旋转对准指示器1116，该向右方向控件可与向右方向界面元素1120关联。此外，用户可经由控制器上(或触摸屏上等)的向左方向控件来提供输入以按逆时针方式旋转对准指示器1116，该向左方向控件可与向左方向界面元素1122关联。然而，可实现其他输入和/或旋转方式。当旋转时，用户可提供输入以指示标记指示器1116(B)与标记1118对准。对该对准指示器1116的调节可用于更新/校准导管1104的控制方案/控制参考框架。

尽管标记指示器1116(B)的取向通常最初基于导管1104的标记1118的估计取向来显示(如图11所示)，但标记指示器1116(B)可以另一取向显示。例如，标记指示符1116(B)可最初以预定取向、诸如在围绕环1116(A)的预定位置处显示。以与上述方式类似的方式，用户可调节标记指示器1116(B)以匹配导管1104上的标记1118的取向。控制系统然后可使用导管1104相对于窥镜的指定取向来调节/校准导管1104的控制方案/控制参考框架。

此外，尽管在图11-图12的背景下实现对准指示器1116，但可附加地或另选地实现其他视觉元素。例如，可呈现滑块以使得用户能够调节导管1104相对于窥镜的取向。

示例性流程图—器械校准过程

图13示出了根据一个或多个实施方案的用于校准医疗器械的控制方案/控制参考框架的过程1300的示例性流程图。与过程1300相关联的各种操作可由在本文所讨论的装置/系统中的任何装置/系统或其组合中实现的控制电路来执行，装置/系统诸如控制系统150、机器人系统110、台面170、窥镜120、导管130和/或图1的另一装置。

在框1302处，过程1300可包括接收表示解剖部位的图像数据。例如，第一器械可被配置为经由第一进入路径进入解剖部位，并且第二器械可被配置为经由第二进入路径进入解剖部位。第二器械可生成图像数据并且将图像数据发送到控制电路。控制电路可从第二器械接收图像数据。图像数据可表示解剖部位和/或第一器械。在一些实施方案中，第一器械是导管和/或第二器械是窥镜。

在框1304处，过程1300可包括执行框1306-1322中的一者或多者。例如，控制电路可并行地、串行地等执行框1306-1322中的一者或多者。

在框1306处，过程1300可包括致使显示图像数据。例如，控制电路可致使经由用户界面显示(在框1302处接收的)图像数据的图像表示。

在框1308处，过程1300可包括致使显示对准指示器。例如，控制电路可致使经由界面显示对准指示器，其中对准指示器表示第一器械(例如，相对于第二器械)的取向/第一坐标框架。在一些实施方案中，对准指示器包括环和/或表示第一器械的取向/第一坐标框架的一个或多个标记指示器。在一些实施方案中，对准指示器表示第一器械的远侧端部的估计滚动。

在框1310处，过程1300可包括接收指示第一器械的取向、诸如第一器械的远侧端部的滚动的输入。例如，控制电路可接收包括对该对准指示器的调节的输入。该输入可包括旋转对准指示器以将对准指示器的一个或多个标记指示器与第一器械的远侧端部上的一个或多个标记定向。另选地或附加地，控制电路可接收指示第一器械的取向的其他类型的输入，诸如指示如经由界面显示的第一器械的尖端上的一个或多个标记的度数/角度的文本/语音输入。

在框1312处，过程1300可包括致使显示图像数据。例如，控制电路可致使经由界面显示(在框1302处接收的)图像数据的图像表示。

在框1314处，过程1300可包括致使显示指令。该指令可请求用户执行特定动作。在一个示例中，该指令指示选择输入装置上的特定方向控件(例如，可经由界面呈现“选择向右方向”的文本)。在另一示例中，该指令指示相对于界面在特定方向上移动第一器械(例如，可经由界面显示“向右移动导管”的文本)。

在框1316处，过程1300可包括接收方向输入信号。在一个示例中，在用户被请求选择输入装置上的特定方向控件的情况下，控制电路可接收指示经由特定方向控件接收的输入的方向输入信号。在另一示例中，在用户被请求相对于界面在特定方向上移动第一器械的情况下，控制电路可接收致使第一器械相对于界面在特定方向上移动的方向输入信号。在此，用户可提供多个输入以尝试相对于界面在特定方向上移动第一器械。

在框1318处，过程1300可控制第一器械进行移动。例如，控制电路可至少部分地基于方向输入信号而致使第一器械移动。

在一些实施方案中，诸如在用户被请求选择输入装置上的特定方向控件的情况下，在框1320处，过程1300可包括接收指示移动方向的输入。例如，控制电路可响应于选择输入装置上的特定方向控件而接收指示第一器械在界面中移动的方向的输入。在此，用户可通过经由输入装置、诸如通过界面、控制器等提供输入来指定第一器械移动的方向。

在框1322处，过程1300可包括使用在框1302处接收的图像数据执行一种或多种图像处理技术。例如，控制电路可执行一种或多种图像处理技术以识别图像数据中描绘的第一器械。此类技术可识别第一器械的一个或多个特征，诸如第一器械的尖端、第一器械上的一个或多个标记等。

在框1324处，过程1300可包括确定第一器械的取向和/或第二器械的取向。例如，控制电路可至少部分地基于框1306-1322中的一者或多者来确定与第一器械相关联的第一坐标框架和/或与第二器械相关联的第二坐标框架。坐标框架可指示/表示器械的远侧端部的滚动。在一些实施方案中，控制电路可生成指示相对于第二器械的远侧端部的滚动的第一器械的远侧端部的滚动的滚动数据。例如，滚动数据可指示与第一器械相关联的坐标框架相对于与第二器械相关联的坐标框架的取向。

在框1326处，过程1300可包括校准第一器械的控制方案。例如，控制方案可包括第一器械的控制参考框架和/或用该控制参考框架表示。控制电路可识别与第一器械相关联的第一坐标框架和与第二器械相关联的第二坐标框架之间的差值，并且基于该差值更新与第一器械相关联的控制参考框架。

在框1328处，过程1300可包括从输入装置接收输入信号。例如，控制电路可从输入装置接收指示相对于输入装置的第一器械的移动方向的方向输入信号。

在框1330处，过程1300可包括基于控制方案和输入信号来控制第一器械的移动。例如，控制电路可使用在框1326处校准的控制方案基于在框1328处接收的输入信号来控制第一器械的移动。

示例性控制框架校准

图14-1至图14-4示出了根据一个或多个实施方案的校准医疗器械的控制框架的示例性具体实施。在这些图中，导管1402定位在窥镜1404附近以促进医疗规程。在此，导管1402以与窥镜1404基本上迎面的方式定向，其中导管1402被示出为具有恰好尖端部分而不是主体部分。图14-1至图14-4示出了导管1402和/或窥镜1404的各种坐标系/控制框架。尽管可使用各种惯例，但描述将通常将“向前”方向称为对应于正z，将“向右”方向称为对应于正x，并且将“向上”方向称为对应于正y。为了易于说明，图14-1至图14-4中未示出坐标系/控制框架的z矢量。

图14-1示出了导管1402相对于窥镜1404的估计取向。具体地，图14-1示出了相对于与窥镜1404相关联的坐标框架1408的与导管1402相关联的估计坐标框架1406。同时，图14-2示出了导管1402相对于窥镜1404的实际取向，即相对于窥镜1404的坐标框架1408的导管1402的实际坐标框架1410。在该示例中，导管1402相对于窥镜1404的估计取向(如图14-1所示)包括相对于导管1404相对于窥镜1404的实际取向(如图14-2所示)的一定量的误差。例如，坐标框架1406和1410彼此偏移。如上所述，此类误差可能是由于窥镜1404的未检测到的滚动、未完全传播到窥镜1404的远侧端部的对窥镜1404的近侧端部的操纵、或窥镜1404的其他不明确的滚动。

图14-1还示出了基于导管1402相对于窥镜1404的估计取向设定的导管1402的控制框架1412。控制框架1412可被实现以从窥镜1404的视角控制导管1402的移动。控制框架1412由相对于导管1402的估计坐标框架1406的偏移来表示/限定。然而，当控制框架1412利用导管1402的实际取向实现时，控制框架1412呈现为图14-3所示。如图所示，控制框架1412相对于导管1402的估计坐标框架1406的偏移(图14-2)与控制框架1412相对于导管1406的实际坐标框架1410的偏移(图14-3)相同。

由于控制框架1412是基于导管1402相对于窥镜1404的估计取向设定的，并且估计取向具有误差，因此控制框架1412不准确地表示用于控制导管1402的参考框架，如图14-3所示。例如，如果从输入装置接收到将导管1402直接向上移动的方向控制输入，则导管1402将被控制为相对于控制框架1410向上(即，在沿着控制框架1412的y轴线的正方向上)移动。在示出导管1402相对于窥镜1404的实际取向的图14-3的背景下，导管1402将向上且向右移动，而不是直接向上移动。因此，导管1402将被控制为相对于窥镜1404以不准确的方式移动。

为了解决导管1402相对于窥镜1404的估计取向与实际取向之间的相异性，可校准导管1402的控制框架1412。例如，可调节控制框架1412以准确地反映导管1402相对于窥镜1404的取向，如图14-4所示。在一些实施方案中，可将导管1402的估计坐标框架1406和窥镜1404的坐标框架1408平移到相同平面中。然后可确定坐标框架1406与1408之间的第一偏移/差值(例如，坐标框架1406的x/y轴线与坐标框架1408的x/y轴线之间的偏移)。附加地，可将导管1402的所确定的坐标框架(例如，通过用户对界面上的对准指示器的调节来确定、通过图像处理来确定等)和窥镜1404的坐标框架1408平移到相同平面中。可确定导管1402的所确定的坐标框架与窥镜1404的坐标框架1408之间的第二偏移/差值。可确定第一偏移与第二偏移之间的差值并且使用该差值来更新控制框架1412。例如，如果第一偏移与第二偏移之间存在15度的差值(例如，意味着导管1402相对于窥镜1404的估计取向是不准确的，相差15度)，则可将控制框架1412调节15度或基于15度调节一定量。

使用医疗系统进行的示例性规程

图15-图18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，以借助窥镜120(例如，输尿管镜)和导管130从患者140体内移除肾结石。在此类规程的许多实施方案中，患者140被定位在改变的仰卧位，使得患者140稍微向一侧倾斜，以接近患者140的背部或侧面，诸如图1所示。然而，患者140也可以其他方式定位，诸如仰卧位、俯卧位等。为了易于说明，成像装置180(包括C形臂)已经被移除。

尽管图15-图18示出了使用医疗系统100来执行经皮规程以从患者140体内移除肾结石，但医疗系统100可用于以其他方式移除肾结石和/或执行其他规程。此外，患者140可根据规程的需要布置在其他位置。各种动作在图15-图18和整个本公开中被描述为由医师160执行。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15-图18中至少部分地示出的，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。在成年人类中，肾的长度一般是约11cm。肾从成对的肾动脉接收血液；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。

肾通常在腹腔中相对高地定位并且以轻微斜角位于腹膜后位置。由肝的位置引起的腹腔内的不对称性通常导致右肾略微低于且小于左肾，并且放置成比左肾略微更靠中间。每个肾的顶部是肾上腺。肾的上部部分被第11根肋骨和第12根肋骨部分地保护。每个肾，其肾上腺被两层脂肪包围：存在于肾筋膜与肾小囊之间的肾周围脂肪和在肾筋膜之上的肾旁脂肪。

肾参与控制各种体液隔室、流体渗透压、酸碱平衡、各种电解质浓度和毒素去除的量。肾通过分泌某些物质并再吸收其他物质来提供过滤功能性。分泌到尿液中的物质的示例是氢、铵、钾和尿酸。另外，肾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(前方)表面是腹膜，而后(后方)表面是腹横筋膜。

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。肾元的初始过滤部分是位于皮质中的肾丝球体。这之后是从皮质深入到延髓锥体中的肾小管。肾皮质的部分，髓射线是排入单个集尿管中的肾小管集合。

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。肾门脂肪和具有淋巴结的淋巴组织包围这些结构。肾门脂肪与被称为肾窦的充满脂肪的腔邻接。肾窦共同包含肾盂和肾盏并将这些结构与肾髓组织分离。

图15-图18示出了患者140的解剖结构的各种特征。例如，患者140包括经由输尿管1506流体地连接到膀胱1504的肾1502，以及流体地连接到膀胱1504的尿道1508。如肾1502(A)的放大图所示，肾1502(A)包括盏(包括盏1510)、肾乳头(包括肾乳头1512，也称为“乳头1512”)和肾锥体(包括肾锥体1514)。在这些示例中，肾结石1516位于乳头1512附近。然而，肾结石1516可位于肾1502(A)内的其他位置或其他地方。

如图15所示，为了在示例性经皮规程中移除肾结石1516，医师160可将机器人系统110定位在台面170的侧面/底部，以开始将窥镜120(图15中未示出)递送到患者140体内。具体地，可将机器人系统110定位在台面170的一侧，在患者140的脚附近，并且对准以便直接线性地进入患者140的尿道1508。在示例中，患者140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140的腿之间。例如，可控制机器人臂112(B)以延伸并提供到尿道1508的线性通路，如图15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1518至少部分地插入尿道1508中。医疗器械1518可包括内腔式装置，该内腔式装置被配置为接收窥镜120，从而辅助将窥镜120插入患者140的解剖结构中。通过将机器人臂112(B)对准患者140的尿道1508和/或使用医疗器械1518，可减小对该区域中的敏感解剖结构的摩擦和/或力。尽管医疗器械1518在图15中示出，但在一些实施方案中，不使用医疗器械1518(例如，窥镜120可直接插入尿道1508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140的切口部位和/或肾310附近。机器人臂112(A)可连接到EM场发生器1520，以在规程期间辅助跟踪窥镜120和/或其他器械的位置。尽管机器人臂112(A)被定位成相对靠近患者140，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1520被集成到台面170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15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1518被至少部分地插入尿道1518中，窥镜120可被以机器人方式、手动方式或其组合地插入患者140体内，如图16所示。例如，医师160可将窥镜120连接到机器人臂112(C)和/或将窥镜120至少部分地定位在医疗器械1518内和/或患者140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150诸如I/O装置156交互，以在患者140体内导航窥镜120。例如，医师160可经由I/O装置156提供输入，以控制机器人臂112(C)来导航窥镜120通过尿道1508、膀胱1504、输尿管1506(A)，并直至肾1502(A)。

在一些实施方案中，控制系统150可经由显示器152呈现界面(未示出)，以观察由窥镜120捕获的实时图像，从而辅助医师160控制窥镜120。医师160可导航窥镜120以定位肾结石1516。在一些实施方案中，控制系统150可使用定位技术来确定窥镜120的位置和/或取向，这可由医师160通过显示器152进行观察，从而也有助于控制窥镜120。此外，在一些实施方案中，可通过显示器152呈现其他类型的信息，以辅助医师160控制窥镜120，诸如患者140的内部解剖结构的x射线图像。

在定位肾结石1516时，医师160可识别针17022进入肾1502(A)以便最终取出肾结石1516的位置。例如，为了使出血最小化和/或避免撞击肾1502(A)和/或肾1502(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17022与盏的轴线对准(例如，可尝试穿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使用窥镜120来定位肾结石1516附近的乳头1512，并且将乳头1512指定为目标位置。在将乳头1512指定为目标位置的一些实施方案中，医师160可导航窥镜120以接触乳头1512，控制系统150可使用定位技术来确定窥镜120的位置(例如，窥镜120的端部的位置)，并且控制系统150可将窥镜120的位置与目标位置相关联。在其他实施方案中，医师160可将窥镜120导航到乳头1512的特定距离内(例如，停放在乳头1512前面)，并且提供指示目标位置在窥镜120的视场内的输入。控制系统150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，窥镜120可递送基准点以将乳头1512标记为目标位置。

如图17所示，医师160(和/或机器人系统110)可通过定位针1702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1702放置在患者140身上的切口部位处，诸如基于关于患者140的解剖结构的了解，来自先前执行该规程的经验，对患者140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150可提供关于将针1702放置在患者140身上的位置的信息。医师160可尝试避开患者140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150可使用CT/x射线/超声图像来提供关于将针1702放置在患者140身上的位置的信息。在一些实施方案中，控制系统150可呈现信息以辅助医师160插入针1702。例如，控制系统150可显示指示针1702相对于目标轨迹的取向的器械对准元素，以辅助医师160并且将针1702定向到适当取向(即，目标轨迹)。此外，控制系统150可显示指示针1702与目标位置的接近度的进度信息。

如图18所示，一旦针1702已经到达目标位置，医师160和/或机器人系统110就可将另一医疗器械插入由针1702产生的路径中。在该示例中，机器人臂112(A)上的EM场发生器1520被导管130取代，该导管被配置为插入经皮进入路径中。医师160可与控制系统150(例如，I/O装置156)交互以导航导管130通过经皮进入路径到达目标位置。控制系统150可经由显示器152诸如本文所讨论的界面中的任一者提供信息，以协助医师160导航导管130。在示例中，导管130可从第三人称视角(例如，从窥镜120的视点)驱动。在一些实施方案中，医疗系统100可促进一种或多种控制/驱动模式和/或校准技术，以辅助医师160驱动和/或校准导管130、窥镜120和/或另一医疗器械。

当窥镜120和/或导管130位于适当位置处时，医师160可使用窥镜120来打碎肾结石1516和/或使用导管130来从患者140体内取出肾结石1516的碎块。例如，窥镜120可部署工具(例如，激光器、切割器械等)以将肾结石碎裂成碎块，并且导管130可通过经皮进入路径从肾1502(A)中吸出碎块。在一些情况下，医师160可在控制窥镜120与导管130之间切换。例如，医师160可使用相同I/O装置156来控制导管130和窥镜120。在示例中，I/O装置156包括用于在控制医疗器械之间切换的按钮。

在一些实施方案中，导管130和/或窥镜120可提供冲洗和/或抽吸以促进肾结石1516的移除。例如，导管130和/或窥镜120可连接到冲洗/抽吸系统1802。冲洗/抽吸系统1802可被配置为保持一个或多个流体袋/容器和/或控制来自其中的流体。例如，冲洗管线1804可耦接到袋/容器中的一个或多个袋/容器并且耦接到导管130的冲洗端口。冲洗流体可经由冲洗管线1804和导管130提供到目标解剖结构。冲洗/抽吸系统1802可包括某些电子部件，诸如显示器、流量控制机械部件和/或某些相关联的控制电路。在一些示例中，冲洗/抽吸系统1802被实现为流体管理推车。在示例中，冲洗/抽吸系统1802被配置为与医疗系统100的其他部件诸如控制系统150、机器人系统110和/或其他部件介接。

在一些实施方案中，诸如上文参考图18所讨论的示例，在驱动导管130时，EM场发生器1520从机器人臂112(A)被移除。在此类阶段期间，可不执行一种或多种基于EM的定位技术来确定窥镜120的位置/取向。因此，医疗系统100有时会失去对窥镜120和/或另一医疗器械的位置/取向的跟踪。因此，本文所讨论的技术中的一种或多种可被实现以校准窥镜120和/或用于从窥镜120的视角控制导管130的控制方案。

尽管机器人系统110的特定机器人臂在图15-图18的背景下被示出为执行特定功能，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。在一些实施方案中，可使用医疗系统100完全地或部分地执行经皮规程(例如，在有或没有医师160的辅助下)。

示例性机器人系统

图19示出了根据一个或多个实施方案的图1的机器人系统110的示例性细节。如图所示，机器人系统110可包括控制电路1902、通信接口1904(例如，被配置为与一个或多个部件/装置通信)、供电单元1906(例如，被配置为向机器人系统110的部件供应电力/管理该电力)、I/O部件1908(例如，显示器116和/或其他I/O装置/控件1910)、一个或多个机器人臂112、致动器/硬件1912和/或移动部件1914(例如，轮子)。在一些实施方案中，机器人系统110可包括壳体/外壳，该壳体/外壳被配置为和/或尺寸设定成容纳或包含机器人系统110的一个或多个部件的至少一部分。在该示例中，机器人系统110被示出为推车式系统，其可通过一个或多个轮子1914进行移动。在一些情况下，在到达适当位置之后，可使用轮锁将一个或多个轮子1914固定，以将机器人系统110保持在适当位置。然而，机器人系统110可被实现为固定系统、集成到另一系统/装置中等。

在一些实施方案中，机器人系统110的部件中的一个或多个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1902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为促进机器人系统110的各种部件/电路中的至少一些部件/电路的安装和/或互连。尽管图18中示出了机器人系统110的某些部件，但应当理解，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。

支撑结构114可包括基座1916、细长柱1918和/或位于柱1918顶部的控制台1920。柱1918可包括用于支持一个或多个机器人臂112(在图19中示出三个)的部署的一个或多个臂支架1922(也称为“托架”)。臂支架1922可包括可单独配置的臂支座，这些臂支座沿着竖直轴线旋转以调节机器人臂112的基座，以便相对于患者更好地定位。臂支架1922还包括柱接口1924，该柱接口允许臂支架1922沿着柱1916竖直地平移。在一些实施方案中，柱接口1922通过狭槽诸如狭槽1926连接到柱1918，这些狭槽定位在柱1918的相反侧上以引导臂支架1922的竖直平移。狭槽1926包含竖直平移接口以将臂支架1922相对于基座1916定位并保持在各种竖直高度处。臂支架1922的竖直平移允许机器人系统110调节机器人臂112的可达范围以满足多种台面高度、患者体形和/或医师偏好。类似地，臂支架1922上的可单独配置的臂支座可允许基座1916以多种构型成角度。

机器人臂112一般可包括由一系列连杆1932(也称为“臂段”)分隔的机器人臂基座1928和端部执行器1930，该一系列连杆由一系列关节1934连接，每个关节包括一个或多个独立的致动器1912。每个致动器可包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节1934可提供或表示机器人臂可用的独立自由度。在一些实施方案中，臂112中的每个臂具有七个关节，并且因此提供七个自由度，包括“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关节角度将它们相应的端部执行器1930定位在空间中的特定位置、取向和/或轨迹上。这允许机器人系统110从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师将臂关节移动到远离患者的临床有利位置，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。

每个端部执行器1930可包括器械装置操纵器(IDM)，该器械装置操纵器可使用机构转换器接口(MCI)附接。在一些实施方案中，可移除IDM并且替换成不同类型的IDM，例如，第一类型的IDM可操纵内窥镜，而第二类型的IDM可操纵腹腔镜。MCI可包括用于将气动压力、电力、电信号和/或光学信号从机器人臂112传递到IDM的连接器。IDM可被配置为使用包括例如直接驱动、谐波驱动、齿轮驱动、皮带和滑轮、磁驱动等的技术操纵医疗器械(例如，外科手术工具/器械)。

机器人系统基座1916可在地板上平衡柱1918、臂支架1920和/或臂112的重量。因此，机器人系统基座1916可容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、供电装置以及选择性地使得机器人系统110能够移动或固定的部件。在诸如图19所示示例的示例中，机器人系统基座1916包括允许机器人系统在规程之前容易地围绕房间移动的轮形脚轮1914。在到达适当位置之后，可使用轮锁将脚轮1914固定，以在规程期间将机器人系统110保持在适当位置。

定位在柱1918的上端处的控制台1920允许用于接收用户输入的用户界面和向医师/用户提供术前和/或术中数据的显示屏116(或两用装置，诸如例如触摸屏)两者。可能的术前数据可包括从术前计算机断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和映射数据，和/或从术前患者面谈得到的记录。术中数据可包括从工具、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信息，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台1920可被定位和倾斜成允许医师从柱1918的与臂支架1922相反的一侧访问控制台1920。从该位置，医师可在从机器人系统110后面操作控制台1920的同时观察控制台1920、机器人臂112和/或患者。如图所示，控制台1920还可包括辅助操纵和稳定机器人系统110的柄部1936。

示例性控制系统

图20示出了根据一个或多个实施方案的来自图1的控制系统150的示例性细节。如图所示，控制系统150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2002、数据存储装置/存储器2004、一个或多个通信接口2006、一个或多个供电单元2008、一个或多个输入/输出(I/O)部件2010和/或移动装置2012(例如，脚轮或其他类型的轮子)。在一些实施方案中，控制系统150可包括壳体/外壳，该壳体/外壳被配置为和/或尺寸设定成容纳或包含控制系统150的一个或多个部件的至少一部分。在该示例中，控制系统150被示出为推车式系统，其可通过一个或多个轮子2012进行移动。在一些情况下，在到达适当位置之后，可使用轮锁将一个或多个轮子2012固定，以将控制系统150保持在适当位置。然而，控制系统150可被实现为固定系统、集成到另一系统/装置中等。

尽管图20中示出了控制系统150的某些部件，但应当理解，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20的图示中控制电路2002被示出为单独的部件，但应当理解，控制系统150的任何或所有剩余部件可至少部分地体现在控制电路2002中。也就是说，控制电路2002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150的一个或多个其他部件和/或其部分可至少部分地在此类电路部件/装置中形成和/或实现/由此类电路部件/装置形成和/或实现。

控制系统150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2002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为促进控制系统150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2002、数据存储装置/存储器2004、通信接口1206、供电单元1208和/或I/O部件1210中的两者或更多者可彼此电耦接和/或通信地耦接。

如图所示，存储器2004可包括定位部件2014、用户界面部件2016、器械驱动部件2018和校准部件2020，这些部件被配置为促进本文所讨论的各种功能性。在一些实施方案中，定位部件2014、用户界面部件2016、器械驱动部件2018和/或校准部件2020可包括一个或多个指令，该一个或多个指令可由控制电路2002执行以执行一个或多个操作。尽管许多实施方案是在包括可由控制电路2002执行的一个或多个指令的部件2014-2020的背景下讨论的，但部件2014-2020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2014-2020被示出为包括在控制系统150内，但部件2014-2020中的任何部件都可至少部分地在另一装置/系统诸如机器人系统110、台面170或另一装置/系统内实现。类似地，控制系统150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2014可被配置为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2014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2022。在示例中，位置/取向数据2022可指示一个或多个医疗器械相对于参考框架的位置和/或取向。参考框架可以是相对于患者解剖结构、已知对象(例如，EM场发生器、机器人臂、另一医疗器械等)、坐标系/坐标空间、控制框架等的参考框架。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2014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(诸如患者肺网络、肾解剖结构等)的解剖腔、空间和/或结构的基于图像的模型。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”)。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2014可执行基于视觉的技术以确定对象的位置和/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2014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150可基于窥镜的预期行进路径生成预期内窥镜图像库，其中每个图像都链接到模型内的位置。在手术中，控制系统150可参考该库，以便将在窥镜(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，以辅助定位。

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2014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，并且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2014可识别术前模型数据中对应于解剖内腔的圆形几何形状，并且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2014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2014可确定图像传感器(以及因此内窥镜)的移动和位置。

此外，在一些实施方案中，定位部件2014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2014可使用实时EM跟踪来确定医疗器械在坐标系/坐标空间中(和/或相对于另一医疗器械)的实时位置，该坐标系/坐标空间可被配准到患者的解剖结构，该解剖结构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2014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，内窥镜的远侧顶端、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。

附加地或另选地，在一些实施方案中，定位部件2014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机器人臂的位置/取向(例如，俯仰、偏航等)，关节运动命令诸如在术前校准期间和/或在规程期间使用的那些。在示例中，定位部件2014可使用指示机器人臂的位置/取向的数据来确定附接到机器人臂的医疗器械的位置/取向。例如，基于附接到导管的机器人臂的位置/取向、发送来控制导管的命令和/或导管的特性(例如，导管的长度、导管的能力等)，定位部件2014可确定/估计导管的位置/取向。此外，在示例中，定位部件2014可基于控制医疗器械的命令、医疗器械上的指示距离的标记等使用机器人命令数据来确定医疗器械诸如在患者体内已经被插入/缩回多远。在一些术中实施方案中，可结合已知插入深度信息使用校准测量结果来估计医疗器械的位置和/或取向。另选地或附加地，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2014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2014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2014可组合地使用输入数据。例如，定位部件2014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。

用户界面部件2016可被配置为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2016可生成表示本文所讨论的界面诸如图7的界面702、图11-图12的界面1102等中的一个或多个界面的用户界面数据。用户界面部件2016可呈现一个或多个可视化或其他信息以辅助驱动医疗器械和/或校准控制方案。在示例中，用户界面部件2016可生成由窥镜捕获的图像数据的视觉表示。用户界面部件2016可将用户界面数据或其他数据提供给一个或多个显示器156和/或另一显示器以用于显示信息。

器械驱动部件2018可被配置为驱动医疗器械。例如，器械驱动部件2018可被配置为处理来自I/O装置156的方向输入信号、处理关于医疗器械的位置或/取向数据2022、生成控制信号、将控制信号发送到机器人系统110以控制连接到机器人系统110的器械的移动等。在一些实施方案中，器械驱动部件2018可促进从另一医疗器械的视角驱动医疗器械。此外，在一些实施方案中，器械驱动部件2018可促进一种或多种驱动/控制模式以辅助医师驱动医疗器械，诸如直接控制模式、反向控制模式等。

校准部件2020可被配置为校准医疗器械的控制方案/控制参考框架。例如，校准部件2020可确定第一器械相对于第二器械的取向，诸如导管的远侧端部相对于窥镜的远侧端部的取向。在一些实施方案中，用户界面部件2016可提供用户界面，该用户界面具有来自第二器械的视角的描绘第一器械的图像数据以及使得医师能够识别导管的取向的一个或多个界面元素。校准部件2020可处理来自医师的输入以识别器械相对于彼此的取向。此外，在一些实施方案中，校准部件2020可分析来自第一器械/第二器械的图像数据和/或其他传感器数据以识别器械相对于彼此的取向。此外，在一些实施方案中，可使用其他技术来识别器械相对于彼此的取向。基于器械的取向，校准部件2020调节与控制第一器械/第二器械相关联的控制方案。

尽管在图20中未示出，但在一些实施方案中，数据存储装置2004可包括被配置为确定目标位置在人体解剖结构和/或坐标空间/坐标系内的位置的目标部件。目标位置可表示人体解剖结构和/或坐标空间/坐标系内的点/点集。例如，目标部件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)，并且将这些坐标与目标位置相关联。在一些实施方案中，目标部件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2014可使用定位技术来确定窥镜的位置(例如，窥镜的端部的位置)和/或窥镜的视场内的对象的位置。目标部件可将窥镜的位置(例如，窥镜的坐标)与目标位置相关联。附加地或另选地，在一些实施方案中，窥镜可递送基准点以标记目标位置，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/坐标系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，目标部件可估计/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，目标部件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。

一个或多个通信接口2006可被配置为与一个或多个装置/传感器/系统通信。例如，一个或多个通信接口2006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2006可实现无线技术，诸如蓝牙、Wi-Fi、近场通信(NFC)等。

一个或多个供电单元2008可被配置为管理用于控制系统150(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，一个或多个供电单元2008(和/或任何其他供电单元)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，一个或多个供电单元2008可包括一个或多个装置和/电路，该一个或多个装置和/电路被配置为提供电源和/或提供电源管理功能性。此外，在一些实施方案中，一个或多个供电单元2008包括主电源连接器，该主电源连接器被配置为耦接到交流电(AC)或直流电(DC)主电源。

一个或多个I/O部件2010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2010可被配置为接收触摸、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2010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，导航附接到机器人系统110的医疗器械，控制台面170，控制荧光镜透视检查装置等。如图所示，一个或多个I/O部件2010可包括一个或多个显示器152(有时称为“一个或多个显示装置152”)，该一个或多个显示器被配置为显示数据。一个或多个显示器152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152包括一个或多个触摸屏，该一个或多个触摸屏被配置为接收输入和/或显示数据。此外，一个或多个I/O部件2010可包括一个或多个I/O装置/控件156，该一个或多个I/O装置/控件可包括触摸屏、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2010可包括：一个或多个扬声器2024，该一个或多个扬声器被配置为基于音频信号输出声音；和/或一个或多个麦克风2026，该一个或多个麦克风被配置为接收声音并且生成音频信号。在一些实施方案中，一个或多个I/O部件2010包括控制台或被实现为控制台。

尽管图20中未示出，但控制系统150可包括和/或可控制其他部件，诸如一个或多个泵、流量计、阀控件和/或流体进入部件，以便向医疗器械(例如，窥镜)、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/或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150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，从而产生更小、更可移动的机器人系统110。

控制系统150还可包括用于部署在整个医疗系统100中的传感器的支持设备。例如，控制系统150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设备。此类光电子设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150中显示。类似地，控制系统150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150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150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、台面170、医疗器械等。在一些具体实施中，来自控制系统150的支持功能性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”(例如，控制电路1902、控制电路2002和/或任何其他控制电路)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/或基于电路的硬编码和/或操作指令来操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置的任何集合。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一个或多个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I/O装置

图21A和图21B示出了根据一个或多个实施方案的控制器2102的示例性细节。在示例中，控制系统150的I/O装置156和/或本文所讨论的另一I/O装置被实现为控制器2102。然而，I/O装置156可被实现为其他类型的装置。图21A和图21B分别示出了根据某些实施方案的控制器2102的透视图和侧视图。

控制器2102可接收/促进轴线移动输入，诸如经由一个或多个操纵杆2104、2106和/或一个或多个方向垫2108。例如，用户可操纵一个或多个操纵杆2104、2106(和/或在一些情况下，一个或多个方向垫2108)以提供方向输入来控制医疗器械。在一些实施方案中，操纵杆2104、2106提供模拟输入，而方向垫2108提供数字输入。然而，操纵杆2104、2106和/或方向垫2108中的任一者可提供模拟和/或数字输入。在示例中，经由一个或多个方向垫2108接收的输入可用于控制用户界面，而经由一个或多个操纵杆2104、2106接收的输入可用于控制医疗器械的移动。控制器2102还可包括多个按钮2110以提供附加的控制输入。在图21B所示的示例中，控制器2102包括控制器的一侧上的四个按钮：R1 2112、R2 2114、L12116和L22118。其他实施方案可包括不同数量的按钮和/或不同的布局。在一些实施方案中，控制器2102可以是改换用途以与控制系统150一起工作的游戏类型的控制台控制器(和/或类似于游戏类型的控制台控制器)。例如，控制器游戏固件可被医疗装置固件覆盖和/或输入装置管理器可安装在医疗系统100的部件(例如，控制系统150)中，以将来自控制器2102的输入转换成机器人系统110能够理解的输入。

控制器2102可被实现为接收输入以控制/驱动医疗器械。例如，操纵杆2104、2104可接收指示移动医疗器械的方向(例如，向右、向左、对角、向上、向下、插入、缩回等)的方向输入。为了说明，用户可将操纵杆2106向左/向右倾斜以致使导管/窥镜相对于控制框架在向左/向右方向上移动(这可取决于控制模式)，如以上所讨论。在另一图示中，用户可相对于图21A将操纵杆2104向前/向后推动/倾斜以致使将导管/窥镜插入/缩回(这取决于控制模式)。尽管某些控件被讨论为映射到某些功能性，但控制器2102可以多种其他方式配置。在一些实施方案中，控制器2102可定制有允许将功能性分配给控制器2102上的特定控件的用户界面。

在一些实施方案中，控制器2102可实现用于促进在不同医疗器械之间切换的控件(例如，控件2104-2118和/或其他控件中的一者或多者)。例如，用户可选择按钮2110中的一个按钮以从驱动窥镜切换到驱动导管。此外，控制器2102可实现用于在医疗器械的控制/驱动模式诸如直接控制模式、反向控制模式等之间进行切换的控件。此外，控制器2102可实现用于导航到特定界面诸如驱动界面、校准界面的控件。

附加实施方案

依据实施方案，可按照不同的顺序执行、可添加、合并或完全忽视本文描述的过程或算法中的任一者的特定动作、事件或功能。因此，在特定实施方案中，不是所有描述的动作或事件对于过程的实践都是必要的。

除非另外特别说明或在所使用的上下文内以其他方式理解，否则本文所用的条件语言，诸如“可”、“能够”、“可能”、“可以”、“例如”等，是指其普通意义，并且一般旨在传达特定实施方案包括而其他实施方案不包括特定特征、元件和/或步骤。因此，此类条件语言一般不旨在暗示一个或多个实施方案无论如何都需要特征、元件和/或步骤，或者一个或多个实施方案一定包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、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”等是同义的，并且在它们的普通意义上使用，并且以开放式方式包含性地使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作等。而且，术语“或”在其包含性意义上(而不是在其排他性意义上)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，为了简化本公开并辅助理解各种方面中的一个或多个方面，有时将各种特征在单个实施方案、图或其描述中分组在一起。然而，本公开的此方法不应理解为反映了以下意图：任何权利要求要求比那项权利要求中所明确叙述的特征更多的特征。此外，本文的特定实施方案中说明和/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、特征或步骤的组是必需的或不可缺少的。因此，期望本文公开和下文要求保护的本公开的范围不受上文描述的特定实施方案限制，而是应当仅通过公正地阅读随附权利要求书来确定。

应当理解，为了便于参考，可提供特定序数术语(例如，“第一”或“第二”)，并且不一定暗示物理特性或排序。因此，如本文所用，用于修改诸如结构、部件、操作等元件的序数术语(例如，“第一”、“第二”、“第三”等)不一定指示该元件相对于任何其他元件的优先级或顺序，而是可大体上将该元件与具有类似或相同名称(但是用于使用序数术语)的另一元件区分开来。另外，如本文所用，不定冠词(“一个(a)”和“一个(an)”)可指示“一个或多个”而不是“一个”。此外，“基于”某一条件或事件而执行的操作还可基于未明确叙述的一个或多个其他条件或事件来执行。

除非另有定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科技术语)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。将进一步理解，术语，诸如在常用字典中定义的术语，应当被解释为具有与它们在相关领域的背景下的含义一致的含义，并且不以理想化或过于正式的意义进行解释，除非本文明确如此定义。

为了便于描述，在本文中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”和类似术语来描述在附图中绘示的一个元件或部件与另一元件或部件之间的关系。应当理解，空间相对术语旨在涵盖装置在使用中或操作中的除附图中描绘的取向之外的不同取向。例如，在附图中示出的装置被翻转的情况下，位于另一装置“下方”或“之下”的装置可放置在另一装置“上方”。因此，说明性术语“下方”可包括下部位置和上部位置两者。装置还可沿另一方向定向，并且因此空间相对术语可根据取向进行不同解释。

除非另有明确说明，否则比较和/或定量术语，诸如“更少”、“更多”、“更大”等，旨在涵盖等式概念。例如，“更少”可不仅是指在最严格的数学意义上的“较少”，而且可指“小于或等于”。

Claims (30)

1.一种医疗系统，包括：

第一器械，所述第一器械被配置为经由第一进入路径进入解剖部位；

第二器械，所述第二器械包括成像部件，所述成像部件被配置为提供表示所述解剖部位和所述第一器械的图像数据，所述第二器械被配置为经由第二进入路径进入所述解剖部位；以及

一个或多个计算机可读介质，所述一个或多个计算机可读介质存储可执行指令，所述可执行指令在由控制电路执行时致使所述控制电路：

识别与所述第一器械相关联的第一坐标框架和与所述第二器械相关联的第二坐标框架之间的差值；以及

至少部分地基于所述差值来更新与所述第一器械相关联的控制参考框架。

2.根据权利要求1所述的医疗系统，其中所述第一坐标框架指示所述第一器械的远侧端部的滚动，并且所述第二坐标框架指示所述第二器械的远侧端部的滚动。

3. 根据权利要求1所述的医疗系统，其中所述一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，所述可执行指令在由所述控制电路执行时致使所述控制电路：

致使显示对准指示器，所述对准指示器表示所述第一坐标框架；以及

接收包括对所述对准指示器的调节的输入；

其中所述第一坐标框架与所述第二坐标框架之间的所述差值至少部分地基于对所述对准指示器的所述调节来识别。

4.根据权利要求3所述的医疗系统，其中所述第一器械包括所述第一器械上的一个或多个标记，并且所述对准指示器表示所述一个或多个标记的取向。

5.根据权利要求4所述的医疗系统，其中所述一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，所述可执行指令在由所述控制电路执行时致使所述控制电路：致使显示用户界面，所述用户界面包括所述图像数据的图像表示和所述对准指示器，所述对准指示器包括环和表示所述一个或多个标记的所述取向的一个或多个标记指示器。

6.根据权利要求1所述的医疗系统，还包括：

机器人操纵器，所述机器人操纵器被配置为连接到所述第一器械并且控制所述第一器械的移动；

其中所述一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，所述可执行指令在由所述控制电路执行时致使所述控制电路：基于所述机器人操纵器的位置或取向中的至少一者来确定所述第一坐标框架。

7. 根据权利要求1所述的医疗系统，其中所述一个或多个计算机可读介质还存储可执行指令，所述可执行指令在由所述控制电路执行时致使所述控制电路：

从输入装置接收方向输入信号，所述方向输入信号指示所述第一器械的移动方向；以及

至少部分地基于所述方向输入信号和所述控制参考框架来控制所述第一器械的移动。

8.一种方法，包括：

由控制电路从位于目标解剖部位处的第一器械接收图像数据，所述图像数据表示第二器械的至少一部分；

显示所述图像数据的图像表示；

接收指示所述第二器械在所述图像表示中的取向的输入；以及

由所述控制电路至少部分地基于所述输入来校准所述第二器械的控制方案。

9. 根据权利要求8所述的方法，还包括：

接收指示所述第二器械的移动方向的方向输入；以及

至少部分地基于所述方向输入和所述控制方案来控制所述第二器械的移动。

10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述校准所述控制方案包括：

至少部分地基于所述输入来确定所述第一器械的远侧端部相对于所述第二器械的滚动；以及

至少部分地基于所述第一器械的所述远侧端部相对于所述第二器械的所述滚动，调节用于控制所述第二器械的控制参考框架。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定所述第一器械相对于所述第二器械的所述滚动包括：确定所述第一器械的远侧端部相对于所述第二器械的远侧端部的滚动。

12. 根据权利要求8所述的方法，还包括：

显示表示所述第二器械的所述取向的对准指示器；并且

其中所述接收所述输入包括：接收对所述对准指示器的调节。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二器械包括所述第二器械的远侧端部上的一个或多个标记，并且所述对准指示器表示所述一个或多个标记的取向。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一器械是内窥镜，并且所述第二器械是导管。

15.一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，所述计算机可执行指令在由控制电路执行时致使所述控制电路执行操作，所述操作包括：

从位于目标解剖部位处的直接进入器械接收图像数据，所述图像数据表示位于所述目标解剖部位处的经皮进入器械的至少一部分；

至少部分地基于所述图像数据，生成指示所述直接进入器械的远侧端部相对于所述经皮进入器械的滚动的滚动数据；以及

至少部分地基于所述滚动数据来控制所述经皮进入器械的移动。

16.根据权利要求15所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述直接进入器械包括内窥镜，并且所述经皮进入器械包括导管。

17.根据权利要求15所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述滚动数据指示与所述直接进入器械相关联的坐标框架相对于与所述经皮进入器械相关联的坐标框架的取向。

18.根据权利要求15所述的一个或多个非暂态计算机可读介质，其中所述图像数据表示所述经皮进入器械的包括一个或多个标记的远侧端部。

19.根据权利要求15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：

致使显示所述图像数据的图像表示；

致使显示对准指示器，所述对准指示器表示所述经皮进入器械的估计取向；以及

接收包括对所述对准指示器的调节的输入；

其中所述滚动数据至少部分地基于对所述对准指示器的所述调节来生成。

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：

基于被配置为控制所述经皮进入器械的机器人操纵器的位置或取向中的至少一者来确定所述经皮进入器械的所述估计取向。

21.根据权利要求15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：

从输入装置接收方向输入信号，所述方向输入信号指示所述经皮进入器械的移动方向；

其中所述控制所述经皮进入器械的移动包括：至少部分地基于所述滚动数据，生成控制信号以控制所述经皮进入器械的移动。

22. 根据权利要求15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：

使用所述图像数据执行一种或多种图像处理技术；以及

至少部分地基于所述一种或多种图像处理技术来确定所述经皮进入器械相对于所述直接进入器械的取向；

其中所述滚动数据至少部分地基于所述经皮进入器械相对于所述直接进入器械的所述取向来生成。

23.根据权利要求15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：

致使经由用户界面显示所述图像数据的图像表示；

致使经由所述用户界面显示指令，所述指令指示选择输入装置上的特定方向控件；

从所述输入装置接收方向输入信号，所述方向输入信号与所述特定方向控件相关联；以及

接收指示所述经皮进入器械相对于所述用户界面移动的方向的输入；

其中所述滚动数据至少部分地基于所述输入来生成。

24.根据权利要求15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：

致使经由用户界面显示所述图像数据的图像表示；

致使经由所述用户界面显示指令，所述指令指示相对于所述用户界面在特定方向上移动所述经皮进入器械；

从所述输入装置接收方向输入信号；以及

至少部分地基于所述方向输入信号来控制所述经皮进入器械进行移动；

其中所述滚动数据至少部分地基于所述方向输入信号来生成。

25.一种系统，包括：

第一机器人操纵器，所述第一机器人操纵器被配置为操纵直接进入器械；

第二机器人操纵器，所述第二机器人操纵器被配置为操纵经皮进入器械；以及

控制电路，所述控制电路通信地耦接到所述第一机器人操纵器和所述第二机器人操纵器，所述控制电路被配置为执行操作，所述操作包括：

从所述直接进入器械接收图像数据，所述图像数据表示所述经皮进入器械的至少一部分；

致使显示所述图像数据的图像表示；

接收指示所述经皮进入器械在所述图像表示中的取向的输入；以及

至少部分地基于所述输入来校准所述经皮进入器械的控制方案。

26.根据权利要求25所述的系统，还包括：

所述直接进入器械，所述直接进入器械被配置为经由患者体内的天然内腔进入目标解剖部位；

所述经皮进入器械，所述经皮进入器械被配置为经由所述患者体内的经皮进入路径进入所述目标解剖部位，所述经皮进入器械包括远侧端部上的一个或多个标记。

27.根据权利要求26所述的系统，还包括：

显示器，所述显示器被配置为显示所述图像表示和对准指示器，所述对准指示器包括表示所述一个或多个标记的取向的一个或多个标记指示器；

其中所述输入包括对所述对准指示器的调节。

28.根据权利要求26所述的系统，其中所述直接进入器械包括内窥镜，并且所述经皮进入器械包括导管。

29. 根据权利要求25所述的系统，其中所述校准所述控制方案包括：

至少部分地基于所述输入来确定所述直接进入器械的远侧端部相对于所述经皮进入器械的滚动；以及

至少部分地基于所述直接进入器械的所述远侧端部相对于所述经皮进入器械的所述滚动，调节用于控制所述经皮进入器械的控制参考框架。

30. 根据权利要求25所述的系统，其中所述操作还包括：

接收指示所述经皮进入器械的移动方向的第一方向输入信号；以及

至少部分地基于所述第一方向输入信号和所述控制方案来控制所述经皮进入器械的移动。

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