CN116686053A - 用于规划医疗环境的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统可以包括处理器和具有存储在其上的计算机可读指令的存储器。该计算机可读指令在由处理器执行时可以使系统：接收医疗环境的空间信息；确定用于在医疗环境中使用的部件；接收部件的操作模式的指示符；接收部件的针对操作模式的一组操作约束；并基于该组操作约束以及空间信息生成环境准备规划。

Description

用于规划医疗环境的系统和方法

交叉引用的申请

本申请要求2020年12月1日提交的美国临时申请63/120,140的权益，该申请通过引用其整体并入本文。

本申请通过引用2020年12月1日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FORGENERATING VIRTUAL REALITY GUIDANCE”的第63/120,175号美国临时申请和2020年12月1日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR GENERATING AND EVALUATING A MEDICALPROCEDURE”的第63/120,191号美国临时申请的整体而将其并入。

技术领域

本公开涉及用于机器人辅助医疗程序的系统和方法，并且更具体地涉及基于机器人辅助医疗系统的操作模式来开发医疗环境规划。

背景技术

用于远程操作机器人或机器人辅助系统的设置、操作、故障排除、维护和存储的规划工具通常是通用的，并且可能无法预测特定医疗环境的独特情况，包括操作空间的尺寸、环境中可用的机器人辅助系统装备、环境中可用的辅助装备、环境中公用设施的位置、环境中的人员以及与机器人辅助系统相关联的其他参数。需要通过提供针对特定医疗环境的部件和约束定制的特定于模式的医疗环境规划来辅助医务人员的系统和方法。

发明内容

本发明的实施例最佳地由遵循说明书的权利要求进行总结。

与一些实施例一致，一种系统可以包括处理器和具有存储在其上的计算机可读指令的存储器。该计算机可读指令在由处理器执行时可以使系统：接收医疗环境的空间信息；确定用于在医疗环境中使用的部件；接收部件的操作模式的指示符；接收部件的针对操作模式的一组操作约束；并基于该组操作约束以及空间信息生成环境准备规划。

应当理解，上述一般描述和以下详细描述两者在本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。在这方面，通过以下详细描述，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1是图示根据一些实施例的用于生成虚拟引导的方法的流程图。

图2A和图2B图示了根据一些实施例的医疗环境的空间信息。

图3A和图3B图示了用于在医疗环境中使用的部件菜单。

图4是根据一些实施例的机器人辅助医疗系统的示意图。

图5图示了部件操作模式的菜单。

图6图示了根据一些实施例的用于医疗环境的环境准备规划。

通过参考下面的详细描述，最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，类似的附图标记用于标识一个或多个图中所图示的类似元件，其中在此示出的目的是为了说明本公开的实施例，而不是为了限制本发明的实施例。

具体实施方式

规划工具可以辅助于在医疗环境中高效、安全和有效地使用机器人辅助系统。经良好规划的医疗环境可以预测在医疗环境内在各种使用模式的情况下与医疗部件相关联的运动范围、员工交互和公用设施访问需求。因此，医疗环境使用的持续时间可以变得更可预测，并可以促进更有效的空间和资源调度。如下所述，可以使用并入有医疗环境中的部件的物理参数和约束的基于模式的规划工具来生成更详细和定制的环境准备规划。图1是图示根据一些实施例的用于生成环境准备规划的方法100的流程图。本文描述的方法被图示为一组操作或过程，并且继续参考附图进行描述。并非所有图示的过程都可以在方法的所有实施例中执行。另外，未明确图示的一个或多个过程可以被包括在所图示过程之前、之后、之间或作为所图示过程的一部分。在一些实施例中，过程中的一个或多个可以至少部分地以存储在非临时、有形、机器可读介质上的可执行代码的形式实施，该可执行代码在由一个或多个处理器(例如，控制系统的处理器)运行时可以使一个或多个处理器执行过程中的一个或多个。在一个或多个实施例中，过程可以由控制系统执行。

在过程102处，接收医疗环境的空间信息。空间信息可以包括关于医疗环境的二维或三维大小、形状和配置的信息。空间信息可以被接收为线性尺寸(例如，长度、宽度、高度)、取向信息、坐标系位点(position)、二维或三维图像数据、二维或三维模型数据、绝对或相对位点/取向信息或关于医疗环境空间的其他类型的信息。在一些实施例中，空间信息可以从移动设备(诸如电话、平板电脑、相机、膝上型电脑或可以从医疗环境内或附近测量、扫描、成像或以其他方式记录关于医疗环境的空间信息的其他便携式测量设备)接收。移动设备可以包括提示用户记录或捕获空间信息的应用程序。在一个示例中，如图2A所示，医疗环境200可以具有墙201的长度尺寸L1、墙202的长度尺寸L2、墙203的长度尺寸L3、墙204的长度尺寸L4和门205的长度尺寸L5。可以使用三维深度映射系统测量尺寸L1-L5，该三维深度映射系统可以包括测距仪、光雷达系统、相机或可以是单一用途设备或者可以被并入移动设备(诸如手机、平板电脑或膝上型电脑)的其他测量工具。可以使用其他映射系统，包括用于跟踪医疗环境中的部件的静态或动态位置的传感器系统(例如电磁定位传感器、光学传感器)。任何三维映射技术都可以单独使用，或者可以与其他技术结合使用。图2A的医疗环境200可以基本上没有部件或辅助装备。在另一个示例中，如图2B所示，医疗环境250包括医疗部件256。医疗环境250可以具有墙251的长度尺寸L6、墙252的长度尺寸L7、墙253的长度尺寸L8、墙254的长度尺寸L9和门255的长度尺寸L10。可以使用如上所述的测量工具测量尺寸L1-L5。另外，测量工具可以记录医疗部件256的存在、位点和取向。在一些实施例中，空间信息可以由固定安装在医疗环境中的成像或测量系统接收。在一些实施例中，可以从存储的关于医疗环境的空间信息目录(诸如对应于预定设施内的预定房间的地图、模型或空间信息的数据库)接收空间信息。

再次参考图1，在过程104处，可以确定要在医疗环境中使用的一个或多个部件。例如，可以基于例如在移动设备上接收到的用户输入来进行确定。用户可以指示将位于医疗环境中的一个或多个部件。如图3A所示，用户显示器和输入设备300(诸如移动电话上的触摸屏显示器)可以提供联网医疗部件(诸如盖布覆盖的(draped)机器人辅助操纵器组件304和操作者控制台306)的菜单302，用户可以选择将这些部件部署在医疗环境中。如图3B所示，用户输入设备300可以提供辅助部件(诸如台324和麻醉推车326)的另一菜单322，用户可以选择将这些辅助部件部署在医疗环境中以支撑联网医疗部件。在一些实施例中，医疗环境可以是空的，并且可以将要使用的部件移动到医疗环境中。在一些实施例中，部件中的一个或多个可以存在于医疗环境内。可以基于对接收到的空间信息的分析来初步确定医疗环境中的部件。例如，可以分析来自相机的图像数据或来自光雷达扫描仪的光雷达数据，以在收集空间时识别医疗环境中的部件。还可以确定被确定在医疗环境中的部件是固定的还是可移动的。

医疗环境可以用于机器人辅助医疗系统的多种操作模式，包括例如，可以包括无菌准备模式或程序的准备模式。无菌准备模式可以包括例如盖布覆盖(draping)模式或程序。所述多种模式还可以包括医疗程序或临床模式、故障排除模式、维修模式(servicingmode)、检查模式、清洁模式和存储模式。取决于机器人辅助医疗系统的操作模式，各种部件、系统和人中的任何一个都可能占据医疗环境。图4图示了具有医疗环境参考系(X_M，Y_M，Z_M)的医疗环境400，其包括机器人辅助医疗系统402，该机器人辅助医疗系统402可以包括诸如机器人辅助操纵器组件404、操作者接口系统406和控制系统408的部件。在一个或多个实施例中，系统402可以是在外科医生的远程操作控制下的机器人辅助医疗系统。在替代实施例中，医疗系统402可以在编程为执行医疗程序或子程序的计算机的部分控制下。在其他替代实施例中，医疗系统402可以是完全自动化的医疗系统，其在编程为用医疗系统402执行医疗程序或子程序的计算机的完全控制下。可以用于实施本公开中描述的系统和技术的医疗系统402的一个示例是由加利福尼亚州桑尼维尔(Sunnyvale,California)的直观外科手术操作公司(Intuitive Surgical Operations,Inc.)制造的da外科手术系统。医疗环境400可以是手术室、外科手术间、医疗程序室或发生医疗程序或医疗培训的其他环境。

控制系统408可以包括至少一个存储器410以及处理单元，该处理单元包括至少一个处理器412，用于实现医疗环境中的部件之间的通信、控制和数据传输。控制系统408中可以采用各种集中式或分布式数据处理架构中的任何一种。类似地，编程指令可以被实施为多个单独的程序或子例程，或者它们可以被集成到本文所述系统(包括远程操作系统)的多个其他方面中。在一个实施例中，控制系统408可以支持各种有线通信协议或无线通信协议(诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测)中的任何一种。在一些实施例中，控制系统408可以处于部分或完全远离操纵器组件404和操作者接口系统406的不同环境(包括公共外科手术环境的不同区域、不同的房间或不同的建筑)中。

操纵器组件404可以被称为患者侧推车。一个或多个医疗器械414(也称为工具)被可操作地耦合到操纵器组件404。医疗器械414可以包括具有单个工作构件的末端执行器(诸如手术刀、钝刀片、针头、成像传感器、光纤、电极等)。其他末端执行器可以包括多个工作构件，并且示例包括镊子、抓取器、剪刀、施夹器、吻合器、双极电烙器械等。一次使用的医疗器械414的数量通常将取决于医疗程序和手术室内的空间约束以及其他因素。医疗器械414还可以包括成像设备。成像器械可以包括使用光学成像技术的内窥镜成像系统，或者包括使用其他技术(例如超声、荧光透视等)的另一类型的成像系统。操纵器组件404可以包括由一个或多个非伺服控制关节耦合的一个或多个连杆的运动学结构以及伺服控制机器人操纵器。在各种实施方式中，非伺服控制关节可以被手动定位或锁定，以允许或抑制物理耦合到非伺服控制关节的连杆之间的相对运动。操纵器组件404可以包括驱动医疗器械414上的输入的多个马达。这些马达可以响应于来自控制系统408的命令而移动。马达可以包括驱动系统，当耦合到医疗器械414时，驱动系统可以将医疗器械推进患者体内自然或手术创建的解剖孔中。其他电动驱动系统可以以多个自由度移动医疗器械的远端，所述多个自由度可以包括三个线性运动度(例如，沿着X，Y，Z笛卡尔轴线的线性运动)和三个旋转运动度(例如，围绕X，Y，Z笛卡尔轴线的旋转)。另外，马达可以用于致动器械的可铰接末端执行器，以抓取活检设备(或诸如此类)的钳口中的组织。关于操纵器组件404和/或器械414的运动学信息可以包括结构信息，诸如操纵器组件和/或医疗器械的部件的尺寸、关节布置、部件位点信息、部件取向信息和/或端口放置。运动学信息还可以包括动态运动学信息，诸如远程操作组件中的关节的运动范围、速度或加速度信息和/或阻力。结构或动态运动学约束信息可以由远程操作组件中的传感器生成，所述传感器测量例如操纵器臂配置、医疗器械配置、关节配置、部件位移、部件速度和/或部件加速度。传感器可以包括位点传感器(诸如电磁(EM)传感器)、形状传感器(诸如光纤传感器)和/或致动器定位传感器(诸如分解器、编码器和电位计)。

操作者接口系统406允许操作者(诸如外科医生或其他类型的临床医生)查看程序部位的图像或表示程序部位的图像，并控制医疗器械414的操作。在一些实施例中，操作者接口系统406可以在外科手术程序期间与患者位于同一房间。然而，在其他实施例中，操作者接口系统406可以位于与患者不同的房间或完全不同建筑中。操作者接口系统406通常可以包括用于控制医疗器械414的一个或多个控制设备。(一个或多个)控制设备可以包括任意数量的各种输入设备(诸如握柄、操纵杆、轨迹球、数据手套、触发枪、脚踏板、手动控制器、语音识别设备、触摸屏、身体运动或存在传感器和诸如此类)中的一个或多个。在一些实施例中，(一个或多个)控制设备将被提供有与机器人组件的医疗工具相同的自由度，以向操作者提供远程临场感；也就是说，操作者被提供有(一个或多个)控制设备与工具为一体的感知，使得操作者具有直接控制工具的感觉，就像在程序部位一样。在其他实施例中，(一个或多个)控制设备可以比相关联的医疗工具具有更多或更少的自由度，并且仍然为操作者提供远程临场感。在一些实施例中，(一个或多个)控制设备是以六个自由度移动并且还可以包括用于致动医疗工具(例如，用于闭合抓握钳口末端执行器、向电极施加电势、捕获图像、递送药物治疗以及诸如此类)的可致动手柄的手动输入设备。操纵器组件404可以支撑和操纵医疗器械414，同时操作者通过操作者接口系统406上的显示器查看程序部位。程序部位的图像可以通过可以由操纵器组件404操纵的成像器械(诸如单镜或立体内窥镜)获得。

可以可选地被布置在医疗环境400中的另一部件是显示系统416，该显示系统416可以被通信地耦合到控制系统408。显示系统416可以显示例如用于进行机器人辅助程序的图像、指令和数据。显示系统416上呈现的信息可以包括来自患者解剖结构内的内窥镜图像、引导信息、患者信息和程序规划信息。在一些实施例中，显示系统可以由允许显示系统的移动定位的电子推车支撑。

空间信息源417可以被通信地耦合到控制系统408。空间信息源417可以在空间信息被发送并且在过程102处被接收之前捕获和/或存储空间信息。在一些实施例中，空间信息源可以是移动设备，诸如电话、平板电脑、相机、膝上型电脑或可以从医疗环境内或附近测量、扫描、成像或以其他方式记录关于医疗环境的空间信息的其他便携式测量设备。移动设备可以包括提示用户记录或捕获空间信息的应用程序。空间信息源可以包括位于医疗环境400中或能够记录医疗环境400的图像的相机、扫描仪或其他成像设备。在一些实施例中，空间信息源417可以是由外科医生428或工作人员430支撑的便携式设备。附加地或替代地，空间信息源417可以被安装到医疗环境400中的墙、地板、天花板或其他组成部分。在一些实施例中，空间信息源可以包括光雷达扫描系统，该光雷达扫描系统可以扫描环境以使用反射的激光生成三维图像。空间信息源417可以记录和/或存储医疗环境的二维或三维大小、形状和配置数据。空间信息可以被接收为线性尺寸(例如，长度、宽度、高度)、取向信息、坐标系位点、图像数据、模型数据，和绝对或相对位点/取向信息，或关于医疗环境空间的其他类型的信息。

操作约束源418可以被通信地耦合到控制系统408，或者可以被存储在存储器410中。操作约束源418可以是存储在医疗环境400外部并由控制系统408访问的数据库。操作约束源418可以包括存储的信息，包括医疗环境400中的部件的每种操作模式的操作约束。例如，操作约束可以包括每个部件的运动学信息、关于操作模式所需的空间包络的大小和形状的信息、所需的辅助装备、所需的公用设施访问、所需的人员访问、所需的交通流访问、患者信息和要求和/或人员配置要求。例如，操作约束还可以包括关于公用设施约束的信息，包括插座(诸如环境中的AC插座)的位置、连接件(诸如电绳或缆线)的长度，以及通过物理互连件(例如缆线(例如光纤缆线、电力缆线、数据传输缆线、内窥镜缆线)和绳)连接的部件之间的距离。

引导源419可以被通信地耦合到控制系统408，或者可以被存储在存储器410中。引导源419可以包括存储的信息，包括用于为各种操作模式准备医疗环境的模型、最佳实践信息和历史程序信息。例如，引导源可以包括各种程序的样本医疗环境布局。附加地或替代地，引导源419可以包括实时人员咨询，包括顾问操作者，该顾问操作者可以包括专家、培训师、导师或可以支持用户体验的其他引导员工。顾问操作者可以是远程的，并且采取远程连接的培训师、导师、监督人或其他专家的形式，例如，所述培训师、导师、监督人或其他专家可以以指令、建议、选项、通告(advisories)和警告的形式提供引导。

医疗环境400中可以或不可以被通信地耦合到控制系统408的其他部件可以包括患者台420和辅助部件422，诸如器械台、器械盆、麻醉推车、供应推车、储藏柜和座椅。医疗环境400中可以或不可以被通信地耦合到控制系统408的其他部件可以包括公用设施端口424，诸如电、水和压缩空气出口。

在医疗环境400中或能够进入医疗环境400的人可以包括：可以被定位在患者台420上的患者426、可以访问操作者接口系统406的外科医生428以及可以包括例如外科手术员工或维护员工的工作人员430。

再次参考图1，在过程106处，可以接收用于将在医疗环境中使用的部件的操作模式的指示符。例如，如果被标识用于在医疗环境中使用的部件是机器人辅助操纵器组件404，则可以被指示的操作模式包括无菌准备模式，在该无菌准备模式中定义了医疗环境的无菌和非无菌区域。无菌和非无菌区域可以是医疗环境内的任何二维或三维区域。在无菌准备模式下，可以将操纵器组件布置成接收无菌盖布，并且可以将盖布覆盖布置在操纵器组件之上。在一些实施例中，盖布覆盖程序可以包括多个编排步骤。操作模式还可以包括程序模式，在该程序模式中，盖布覆盖的操纵器组件准备执行医疗程序。其他操作模式可以包括故障排除模式以及维修模式，在故障排除模式中，中间程序操纵器组件需要操作者注意更换器械或纠正操纵器组件的性能问题，在维修模式中，操纵器组件接受常规维护或修复维修。其他操作模式可以包括：检查模式，在检查模式中检查操纵器是否损坏以及是否符合制造商标准；清洁模式，在清洁模式中操作器组件被消毒、灭菌或以其他方式清洁；以及存储模式，在存储模式中操纵器组件在医疗程序之前和之后收起或以其他方式不使用。指示符可以由例如在移动设备上接收的用户输入生成。在一些示例中，用户可以通过从菜单中进行选择来指示一种或多种模式。如图5所示，用户输入设备500(诸如触摸屏显示器)可以提供机器人辅助操纵器组件404的操作模式的菜单502。如图所示，菜单选项包括部署模式504、收起模式506和盖布覆盖模式508。每种模式可以对应于机器人辅助操纵器组件的配置，包括操纵器臂的位点和取向、设置关节取向和耦合器械。模式还可以对应于要被定位在医疗环境内以支持机器人辅助操纵器组件的操作模式的部件的集合。模式还可以对应于在机器人辅助操纵器组件的操作模式期间可以位于医疗环境内的人，包括患者、外科医生和/或员工。

在过程108处，可以接收一组操作约束。例如，可以从操作约束源418、医疗环境中的部件、用户输入和/或具有关于所指示操作模式下的部件约束的信息的其他源接收操作约束。接收到的操作约束可以包括每个部件的运动学信息、关于操作模式所需的空间包络的大小和形状的信息、所需的辅助部件、所需的公用设施访问、所需的人员访问、所需的交通流访问、患者信息和/或人员配置要求。例如，如果操纵器组件404是要在医疗环境200中使用的部件并且所指示的模式是部署模式，则接收到的操作约束可以包括初始设置关节配置；操纵器臂运动范围；附接器械的类型和运动范围；医疗环境中所需的辅助部件，诸如麻醉推车、显示系统和家具；公用设施需求，包括电力、水、空气或Wi-Fi；患者信息，包括体重、年龄和病史；人员配置信息，包括护理者人数、护理者类型和访问要求；环境状况，包括医疗环境中的温度和/或湿度；以及交通信息，包括操纵器组件的部署期间的部件和人员的移动。

在过程110处，可以基于该组操作约束、空间信息以及可选地来自引导源的引导信息来生成环境准备规划。在一些示例中，生成环境准备规划可以包括针对操作模式确定医疗环境中包括哪些部件，针对操作模式确定部件之间所需的间隙距离，确定操作模式期间部件运动范围的二维或三维空间包络，确定操作者访问的方向，确定操作者与部件交互所需的空间，确定所需的公用设施访问和访问所需的任何外围设备(例如缆线、连接器)，确定所需互连件(例如缆线、连接器)的所需长度和优选的互连件松弛量；确定交通样式(traffic patterns)；和/或确定人员工作流程以及对应的对入口、出口、家具和部件的所需访问。生成环境准备规划可以包括例如，生成静态或动画规划(包括二维和/或三维模型或平面规划，用于在医疗环境中布置一个或多个部件和任何辅助部件)、医疗环境中无菌和非无菌区域的标识、用于设置的顺序指令，以及人员的交通和访问地图。环境准备规划可以包括指示人员的位置和移动的化身(avatars)或其他标记。生成环境准备规划可以包括生成医疗环境的模式或空间边界特有的警告，或者可以包括生成操作模式无法在医疗环境的空间边界内安全或有效执行的通知。在一些示例中，警告可以包括对非无菌人员的警告以避开环境中的无菌区域和/或可以标识有可能破坏的无菌区域或有可能破坏无菌区域的程序序列。

可以访问或参考来自引导源419的引导信息以准备环境准备规划。引导信息可以包括存储的信息，包括各种模式的模型医疗环境布局、用于执行各种模式的制造商说明、用于执行各种模式的专家引导、与部件在所指示使用模式下的先前操作相关的最佳实践，以及与部件在所指示使用模式下的先前操作中发现的问题相关的警报。

在一些示例中，生成环境准备规划包括确定在操作模式期间两个部件之间的阈值距离。例如，可以从引导源获得阈值距离。在环境准备规划中，所述两个部件可以被布置为使得它们至少相距最小阈值距离或相距不超过最大阈值距离。例如，如果没有满足阈值距离的部件布置，则生成的环境准备规划可以包括警告或可以生成错误以及为什么不可以生成环境准备规划的解释。例如，可以确定操纵器组件和器械推车之间或操纵器组件和患者台之间的阈值距离。在一些示例中，生成环境准备规划包括确定操作模式期间部件的访问方向，并将确定的访问方向与操作模式的预定访问方向(例如，由引导源提供)进行比较。

在一些示例中，环境准备规划可以由控制系统(例如控制系统408)或引导源(例如引导源419)生成。在一些示例中，引导信息可以由顾问操作者提供，该顾问操作者可以是个人顾问、顾问网络或顾问小组，以支持环境准备规划的生成。顾问操作者可以是远程的，并且采取远程连接的培训师、导师、监督人或其他专家的形式，例如，所述培训师、导师、监督人或其他专家可以为生成环境准备规划提供指令、建议、选项、通告和警告。顾问操作者可以为环境准备规划的生成提供实时输入，或者与医疗环境处的人员合作。替代地，可以以间隔的时间(包括数小时或数天)请求和交付环境准备规划。

在过程112处，可以在医疗环境中的显示器(诸如显示系统416)上显示环境准备规划。替代地或附加地，环境准备规划可以被显示在医疗环境中或医疗环境附近的移动设备上。移动设备可以包括显示环境准备规划的应用程序。在一些实施例中，显示环境准备规划的应用程序可以是提示用户记录或捕获空间信息的相同应用程序。环境准备规划可以以二维视图或三维视图显示。在一些实施例中，用户可以在二维和三维视图之间切换。图6图示了用户显示和输入设备300(诸如移动电话上的触摸屏显示器)，其显示用于墙201、202、203、204内的操纵器组件404的程序模式的环境准备规划600。在操纵器组件404的程序模式中使用的部件包括操作者接口系统406、显示器416、患者台420和包括麻醉推车602、器械推车604、台506和家具608的辅助部件。环境准备规划500可以图示针对墙提供的空间边界的所有环境部件的优化布置。优化布置可以包括例如，对在程序模式期间可能需要访问的所有部件区域的员工访问、靠近在程序模式期间使用的公用设施放置的部件、最小化员工行进时间和路径交叉点的交通样式，以及在程序模式期间允许操纵器和任何耦合器械的完整范围运动的空间。环境准备规划还可以包括虚拟工作人员、外科医生和/或患者的渲染(例如化身)，包括例如交通路线、无菌区域、访问路径、个性化指令或用于人员放置或移动的其他引导。环境准备规划可以包括注释或图形标记，诸如符号、颜色指示符、动画指示符，以提供附加引导。例如，方向指示符610可以用于指示操作模式期间的行进路径或部件移动。任何部件或指示符都可以制成动画或以人工颜色渲染，以吸引查看者的注意力或提供附加信息。还可以包括注释以提供附加信息或指令。

在一些实施例中，环境准备规划可以被显示给远程用户(例如，在与医疗环境不同的位置)，远程用户可以是远程导师、监督人、培训师、专家顾问团体，或者可能对规划和/或后续实施感兴趣的其他个人或团体。

在过程114(可以是可选的)处，评估环境准备规划的实施。例如，在医疗环境中的部件被布置以准备操作模式之后，可以执行评估以确定部件在医疗环境中的实际布置是否匹配或在多大程度上匹配环境准备规划。评估可以基于从布置的部件(包括例如操纵器组件)接收的运动学信息和/或在布置部件后接收的医疗环境的图像。附加地或替代地，评估可以由顾问操作者(诸如在过程110处涉及环境准备规划的生成的顾问操作者)执行。附加地或替代地，评估可以由外科医生、外科手术导师或监督小组或个人基于客观或主观标准执行。例如，在进行程序之后，外科医生可以保存程序规划并将其标识为与正面患者结果、有效的结果或任何其他正面或负面指示符相关联，这些可以被参考以用于开发后续准备规划。

附加地或替代地，可以基于性能指标来评估所实施的程序。性能指标可以在程序实施期间和/或之后生成。随着规划被实施，由于预期和意外的情况(诸如患者解剖结构中遇到的状况、操纵器性能、员工对患者或操纵器遇到的状况的反应和/或外科医生对患者或操纵器遇到的状况的反应)，可能会发生与所生成的规划的偏离。在程序的实施期间，性能指标可以包括关于机器人辅助操纵器组件和/或附接器械的生成的运动学信息，并且可以包括结构信息，诸如操纵器组件和/或医疗器械的部件的尺寸、关节布置、部件位点信息、部件取向信息和/或端口放置。运动学信息还可以包括动态运动学信息，诸如远程操作组件中的关节的运动范围、速度或加速度信息和/或阻力。结构或动态运动学约束信息可以由远程操作组件中的传感器生成，所述传感器测量例如操纵器臂配置、医疗器械配置、关节配置、部件位移、部件速度和/或部件加速度。传感器可以包括位点传感器(诸如电磁(EM)传感器)、形状传感器(诸如光纤传感器)和/或致动器位点传感器(诸如分解器、编码器和电位计)。

性能指标还可以包括整个程序的经过时间、程序的每个或多个离散子单元的经过时间、完成活动(诸如工具更换或维护活动)的经过时间、无菌区域的破坏或接近破坏(例如基于破坏距离阈值)的量和持续时间和/或与所规划的移动相比跟踪的人员移动。在一些示例中，性能质量指标可以包括人类响应在遵守指令方面的准确性。例如，如果针对第一操纵器臂指示更换工具，但工作人员改为在第二操纵器臂处更换工具，则性能指标可以指示未遵守指令。性能指标可以是二元指标，诸如遵守/未遵守，或者可以是连续的。例如，连续指标可以包括员工的总行进距离、程序期间的错误或非规划事件的数量、使用的器械数量、损坏的器械数量、更换的工具数量或描述所实施的程序期间所需的人为干预类型的严重程度指标。

性能指标还可以包括术后度量，包括患者结果质量指标，诸如程序期间和/或之后的失血量、患者康复时间、患者因相关并发症再次入院以及患者出院时间、患者术后感染。术后度量还可以包括操纵器组件上的任何损坏或磨损度量。

性能指标可以与专家外科医生和员工开发的标准、通过分析多个先前程序而开发的基准和/或所规划的程序提供的标准进行比较。例如，可以将来自所实施的程序的运动学信息与程序规划推荐的运动学信息进行比较，并且可以评估所实施的运动学信息是否以及在多大程度上匹配所规划的运动学信息。在一些示例中，评估可以生成分数。对性能指标(包括经过时间)的评估可以提供程序中发生延迟或错误的位置(例如，在哪个子单元)的指示。在一些实施例中，评估所实施的程序可以包括将性能指标与基准指标进行比较，并标识次优结果，诸如延迟或错误。在一些实施例中，评估所实施的程序可以包括将性能指标与基准指标进行比较，并标识与基准指标相比有利的模型结果。

过程114(包括初始准备规划)处的评估的结果可以被存储以供在同一外科医生或不同外科医生执行的后续程序中参考或选择。结果也可以交付给医院、医疗团体、顾问组织、系统制造商和/或其他个人或团体，这些个人或团体可以单独或综合使用评估用于各种目的，包括改善准备规划的生成中输入的质量。来自所实施的程序的评估的次优结果和模型结果两者都可以为改善后续程序提供有用的信息。

参考一个实施例、实施方式或应用详细描述的元件可选地可以被包括(只要可行)在没有具体示出或描述它们的其他实施例、实施方式或应用中。例如，如果参考一个实施例详细描述了元件而没有参考第二实施例描述该元件，则该元件仍然可以被声称为被包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，与一个实施例、实施方式或应用相关联地示出和描述的一个或多个元件可以被并入其他实施例、实施方式或方面中，除非另有特别描述，除非所述一个或多个元件将使实施例或实施方式不起作用，或者除非元件中的两个或多个提供冲突的功能。

对所描述的设备、系统、器械、方法的任何改变和进一步修改，以及本公开的原理的任何进一步应用，都是本公开所属领域的技术人员通常会设想的。特别地，完全可以设想的是，关于一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。此外，本文提供的尺寸是用于特定示例的，并且可以设想不同的大小、尺寸和/或比率可以用于实施本公开的概念。为了避免不必要的描述性重复，根据一个说明性实施例描述的一个或多个部件或动作在适用的情况下可以在其他说明性实施例中使用或省略。为了简洁起见，将不单独描述这些组合的多次迭代。

已经根据各种系统和系统的部分在三维空间中的状态描述了各种系统和系统的部分。如本文所用，术语“位点”是指物体或物体的一部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”是指物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度，例如滚转、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“姿态”是指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度上的位点，以及该物体或物体的一部分在至少一个旋转自由度上的取向(总共多达6个自由度)。

尽管本文所描述的示例中的一些提及外科手术程序或器械，或医疗程序和医疗器械，但所公开技术可选地应用于非医疗程序和非医疗器械。例如，本文所述的器械、系统和方法可以用于非医疗目的，包括工业用途、通用机器人用途以及感测或操纵非组织工件。其他示例应用涉及美容改善、人类或动物解剖结构的成像、从人类或动物解剖结构收集数据以及培训医疗或非医疗人员。附加示例应用包括用于对从人类或动物解剖结构移除的组织(不返回到人类或动物解剖结构)进行的程序以及在人类或动物尸体上执行程序。此外，这些技术也可以用于外科手术和非外科手术医疗治疗或诊断程序。

计算机是遵循编程指令对输入信息执行数学或逻辑函数以产生处理后的输出信息的机器。计算机包括执行数学或逻辑功能的逻辑单元，以及存储编程指令、输入信息和输出信息的存储器。术语“计算机”和类似的术语(诸如“处理器”或“控制器”或“控制系统”)是相似的。

虽然在所附附图中已经描述和示出了本发明的某些示例性实施例，但是应当理解，这样的实施例仅仅是对广义发明的说明而非限制，并且本发明的实施例不限于所示和描述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员可能会想到各种其他修改。

Claims (25)

1.一种系统，其包括：

处理器；以及

存储器，其具有存储在其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令在由所述处理器执行时使所述系统：

接收医疗环境的空间信息；

确定用于在所述医疗环境中使用的部件；

接收所述部件的操作模式的指示符；

接收所述部件的针对所述操作模式的一组操作约束；并且

基于所述一组操作约束以及所述空间信息生成环境准备规划。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述空间信息是从所述医疗环境中的相机接收的。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述空间信息是从三维深度映射系统接收的。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述空间信息是从传感器系统接收的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所确定的部件是机器人辅助操纵器组件。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作模式是准备模式。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作模式是程序模式。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作模式是存储模式。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作模式是维修模式。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括所述部件的运动范围的空间包络。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括所述部件的运动学信息。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括辅助部件要求。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括所述部件的公用设施访问要求。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括操作访问要求。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括所述操作模式的人员配置要求。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述一组操作约束包括所述操作模式的患者要求。

17.根据权利要求1所述的系统，其中生成所述环境准备规划包括将所述部件和第二部件之间的距离与阈值距离进行比较。

18.根据权利要求1所述的系统，其中生成所述环境准备规划包括将所述部件的访问方向与所述操作模式的预定访问方向进行比较。

19.根据权利要求1所述的系统，其中生成所述环境准备规划包括确定用于在所述医疗环境中使用的至少一个辅助部件。

20.根据权利要求1所述的系统，其中生成所述环境准备规划包括为所述医疗环境中的所述部件提供建议配置。

21.根据权利要求1所述的系统，其中生成所述环境准备规划包括接收来自远程顾问操作者的输入。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机可读指令在由所述处理器执行时使所述系统在显示系统上显示所述环境准备规划。

23.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机可读指令在由所述处理器执行时使所述系统通过与所述环境准备规划进行比较来评估所述医疗环境中的实施。

24.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机可读指令在由所述处理器执行时使所述系统存储所述环境准备规划，以供在生成第二环境准备规划时使用或参考。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述环境准备规划能够与基于实施的评估指示符一起存储。