CN117320655A - 用于机器人辅助手术的装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种系统包括：机器人臂，该机器人臂在机器人臂坐标系中；相机，该相机在导航坐标系中处于固定姿态；至少一个处理器；和存储器，该存储器包括指令，该指令在由该至少一个处理器执行时致使该至少一个处理器：确定该机器人臂在该导航坐标系内的姿态；基于该机器人臂的该姿态将该机器人臂坐标系映射到该导航坐标系；以及基于该相机的输出在该导航坐标系中控制该机器人臂。

Description

用于机器人辅助手术的装置、方法和系统

技术领域

本技术总体上涉及用于机器人辅助手术的装置、系统和方法。

背景技术

手术机器人可以辅助外科医生或其它医疗提供者实行手术规程，或者可以自主完成一个或多个手术规程。一些手术(例如，脊柱融合手术)涉及将一个或多个螺钉放入解剖结构的骨结构中。

发明内容

本公开的示例性方面包括：

一种系统，该系统包括机器人臂，该机器人臂在机器人臂坐标系中；相机，该相机在导航坐标系中处于固定姿态；至少一个处理器；和存储器，该存储器包括指令，该指令在由该至少一个处理器执行时致使该至少一个处理器：确定该机器人臂在该导航坐标系内的姿态；基于该机器人臂的该姿态将该机器人臂坐标系映射到该导航坐标系；以及基于该相机的输出在该导航坐标系中控制该机器人臂。

本文中的任一个方面，该系统进一步包括：第一支撑结构，其中该机器人臂的一部分在该第一支撑结构上的第一位置处固定到该第一支撑结构。

本文中的任一个方面，其中该相机固定到该第一支撑结构上的第二位置。

本文中的任一个方面，其中该指令包括致使该至少一个处理器基于该相机相对于该机器人臂的已知姿态的已知姿态确定该机器人臂在该导航坐标系内的该姿态的指令。

本文中的任一个方面，其中该第一支撑结构包括在医疗规程期间支撑患者的患者台。

本文中的任一个方面，该系统进一步包括第二支撑结构，该第二支撑结构与该第一支撑结构物理分离，其中该相机固定到该第二支撑结构。

本文中的任一个方面，该系统进一步包括第一机器人臂上的光学标记，其中该指令包括致使该至少一个处理器基于与该光学标记相关联的数据确定机器人臂在该导航坐标系内的该姿态的指令。

本文中的任一个方面，其中该相机的该输出包括基于至少一个光学标记生成的输出。

本文中的任一个方面，其中该至少一个光学标记包括经历医疗规程的患者身上的光学标记。

本文中的任一个方面，其中该至少一个光学标记进一步包括该机器人臂上的光学标记。

本文中的任一个方面，其中该指令包括致使该至少一个处理器基于与医疗规程相关联的一个或多个考虑因素在该导航坐标系内生成用于相对于该患者移动该机器人臂的路径的指令；以及在该医疗规程期间，基于该路径控制该机器人臂。

本文中的任一个方面，其中该一个或多个考虑因素包括防止该机器人臂进入该相机与该患者身上的该光学标记之间的视线。

本文中的任一个方面，该系统进一步包括附加的机器人臂，其中该一个或多个考虑因素包括防止该机器人臂和该附加的机器人臂彼此碰撞。

本文中的任一个方面，其中该一个或多个考虑因素包括防止该机器人臂和该附加的机器人臂进入该相机与该患者身上的该光学标记之间的视线。

一种方法，该方法包括跟踪机器人臂在导航坐标系内的当前姿态；在该导航坐标系内从相机接收与患者身上的标记相关联的数据；以及基于与该患者身上的该标记相关联的该数据和该机器人臂的该当前姿态，在该导航坐标系内控制多个机器人臂。

本文中的任一个方面，其中基于与该机器人臂上的标记相关联的数据跟踪该机器人臂的该当前姿态。

本文中的任一个方面，其中基于该机器人臂的坐标系到该导航坐标系的预定映射跟踪该机器人臂的该当前姿态。

本文中的任一个方面，其中该患者身上的该标记包括在与该患者身上的该标记相关联的该数据内可彼此区分的至少四个元素。

一种装置，该装置包括至少一个处理器；和存储器，该存储器包括指令，该指令在由该处理器执行时致使该处理器跟踪机器人臂在导航坐标系中的当前姿态；在该导航坐标系内从相机接收与患者身上的标记相关联的数据；以及基于与该患者身上的该标记相关联的该数据和该机器人臂的该当前姿态，在该导航坐标系内控制多个机器人臂。

本文中的任一个方面，其中该导航坐标系是与该多个机器人臂共享的全局坐标系。

任何方面与任一个或多个其他方面组合。

本文所公开特征中的任一个或多个。

本文大体上公开特征中的任一个或多个。

本文大体上公开的特征中的任一个或多个与本文大体上公开的任一个或多个其他特征组合。

方面/特征/实施方案中的任一个与任一个或多个其他方面/特征/实施方案组合。

使用本文所公开的方面或特征中的任一个或多个。

应当了解，本文所述的任何特征可与如本文所述的任何其他特征组合来要求保护，而不管特征是否来自同一描述的实施方案。

本公开的一个或多个方面的细节在以下附图和说明书中示出。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开中描述的技术的其他特征、目的和优点将显而易见。

短语“至少一个”、“一个或多个”以及“和/或”是在操作中具有连接性和分离性两者的开放式表述。例如，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”中一者意指仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或A、B和C一起。当上述表述中的A、B和C中的每一者都指诸如X、Y和Z的一个元素或诸如X₁-X_n、Y₁-Y_m和Z₁-Z_o的一类元素时，短语意图指选自X、Y和Z的单个元素、选自同一类的元素(例如，X₁和X₂)的组合以及选自两类或更多类的元素(例如，Y₁和Z_o)的组合。

术语“一”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以可互换地使用。还应当注意，术语“包括”、“包含”和“具有”可以可互换地使用。

前述内容是本公开的简化概述以提供对本公开的一些方面的理解。本发明内容既不是对本公开及其各个方面、实施方案和配置的广泛性概述也不是详尽性概述。其既不意图确定本公开的关键或重要元素，也不意图划定本公开的范围，而是以简化形式呈现本公开的选定概念，作为对下文呈现的更详细描述的介绍。如应当理解的，本公开的其他方面、实施方案和配置可能单独或组合地利用上文所阐述或下文所详细描述的特征中的一个或多个特征。

在考虑下文提供的实施方案描述之后，本发明的许多额外特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

附图并入并形成本说明书的一部分以示出本公开的几个示例。这些附图连同描述一起解释本公开的原理。附图仅示出如何实施和使用本公开的优选和替代示例，并且这些示例不应解释为仅将本公开限制于所示出和所描述的示例。另外的特征和优点将根据以下对本公开的各个方面、实施方案和配置的更详细的描述变得显而易见，如通过以下参考的附图所示出。

图1是根据本公开的至少一个实施方案的系统的框图；

图2示出了根据本公开的至少一个实施方案的图1中系统的各个细节；

图3示出了根据本公开的至少一个实施方案的图1中系统的各个其他细节；

图4是根据本公开的至少一个实施方案的流程图；并且

图5是根据本公开的至少一个实施方案的流程图。

具体实施方式

应当理解，本文所公开的各个方面可以与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合进行组合。还应当理解，取决于示例或实施方案，本文所述的任何过程或方法的某些动作或事件可以不同的顺序执行，和/或可添加、合并或完全省略(例如，根据本公开的不同实施方案，实行所公开技术可能不需要所有描述的动作或事件)。此外，虽然为了清楚起见，本公开的某些方面被描述为由单个模块或单元执行，但应当理解，本公开的技术可由与例如计算装置和/或医疗装置相关联的单元或模块的组合执行。

在一个或多个示例中，所描述的方法、过程和技术可在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实施。如果在软件中实施，则功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括非暂时性计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器，或可用于存储指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质)。

指令可由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器(例如，Intel Core i3、i5、i7或i9处理器；Intel Celeron处理器；Intel Xeon处理器；Intel Pentium处理器；AMD Ryzen处理器；AMD Athlon处理器；AMD Phenom处理器；Apple A10或10XFusion处理器；Apple A11、A12、A12X、A12Z或A13 Bionic处理器；或任何其他通用微处理器)、图形处理单元(例如，Nvidia GeForce RTX 2000系列处理器、NvidiaGeForce RTX 3000系列处理器、AMD Radeon RX 5000系列处理器、AMD Radeon RX 6000系列处理器或任何其他图形处理单元)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或离散逻辑电路系统。因此，如本文所用的术语“处理器”可指前述结构或适合于实施所描述的技术的任何其他物理结构中的任一种。另外，本技术可在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。

在详细地解释本公开的任何实施方案之前，应当理解，本公开在其应用方面不限于以下描述中阐述或附图中示出的构造细节和部件布置。本公开能够具有其他实施方案并且能够以各种方式实践或实行。另外，应当理解，本文所用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被视为是限制性的。本文中使用“包括”、或“具有”及其变化形式意在涵盖其后列出的项目及其等效物，以及额外项目。此外，本公开可使用示例来示出其一个或多个方面。除非另有明确说明，否则使用或列出一个或多个示例(其可由“例如”、“借助于示例”、“诸如”或类似语言指示)不意图且并不限制本公开的范围。

机器人辅助平台在脊柱手术中处于创新的前沿。由于多种原因，这种技术对于外科医生和患者两者都有吸引力，这些原因包括与历史徒手技术相比提高了椎弓根螺钉放置的准确度、微创规程(例如，小切口和较少的解剖、牵开、出血和感染)，与传统荧光镜辅助技术相比减少了对操作者的辐射暴露、和/或减少了包括疲劳、震颤和精确重复的人为误差。

示例性实施方案涉及在单个坐标系上组合执行(例如，自主地执行)手术规程的机器人臂系统与跟踪系统(例如，光学跟踪系统)，以实现各种手术规程的高度准确的性能。在至少一个实施方案中，除了存在将被放置在患者身上以保持系统相对于解剖结构恒定准确的标记之外，光学跟踪元件(例如，标记)将被放置在机器人臂上以实时确认它们的空间位置。对于坐标系统一有两个选项：局部准确度系统，其中相机被随机地放置在手术室区域中(见图2和所附描述)；和全局准确度系统，其中相机被放置在机器人系统上的准确位置，并且系统元件将相对于已知坐标系被跟踪(见图3和所附描述)。在局部准确度系统中，坐标系的统一可使用允许相对于已知坐标系(例如，导航坐标系或具有附接到其的相机和机器人臂的结构的坐标系)跟踪系统元件的参考系执行。本文中，应当理解，与全局准确度系统相比，局部准确度系统可使用附加的硬件(例如，标记、相机的支撑结构、图像处理资源和/或类似物)，因为用全局准确度系统，相机可定位在与机器人臂相同的结构上并且在规程期间不移动，这使得全局准确度系统能够跟踪导航坐标系中的一切并且直接执行到机器人臂坐标系的变换。在一些情况下，全局坐标系可以比局部准确度系统更准确，因为全局准确度系统不像局部准确度系统那样执行附加的坐标变换。换句话说，全局准确度系统可以执行单个变换(例如，工具到机器人空间)，而局部准确度系统执行两个变换(例如，工具到参考空间到机器人空间)。

首先转向图1，示出了根据本公开的至少一个实施方案的系统100的框图。系统100可用于辅助自主地执行手术或其他医疗规程和/或实行本文中公开的一个或多个方法的一个或多个其他方面。系统100包括计算装置102、一个或多个成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130和/或云或其它网络134。根据本公开的其他实施方案的系统可包括比系统100更多或更少的部件。例如，系统100可以不包含成像装置112、机器人114、导航系统118、计算装置102中的一个或多个部件、数据库130和/或云134。

计算装置102包括处理器104、存储器106、通信接口108和用户接口110。根据本公开的其他实施方案的计算装置可包括比计算装置102更多或更少的部件。

计算装置102的处理器104可为本文所述的任何处理器或任何类似的处理器。处理器104可以被配置为执行存储在存储器106中的指令，这些指令可以使处理器104利用或基于从成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130和/或云134接收的数据来实行一个或多个计算步骤。

存储器106可为或包括RAM、DRAM、SDRAM、其他固态存储器、本文所述的任何存储器或用于存储计算机可读数据和/或指令的任何其他有形的非暂时性存储器。存储器106可以存储用于完成例如本文所描述的方法400和500或任何其它方法的任何步骤的信息或数据。存储器106可以存储例如一个或多个图像处理算法120、一个或多个分割算法122、一个或多个变换算法124、一个或多个配准算法128、一个或多个校正算法132(例如，见图2至图5)和/或一个或多个机器人控制算法136。在一些实施方案中，此类指令或算法可被组织成一个或多个应用、模块、包、层或引擎。算法和/或指令可以使处理器104操纵存储在存储器106中的和/或从或经由成像装置112、机器人114、数据库130和/或云134接收的数据。

计算装置102也可包括通信接口108。通信接口108可用于从外部源(例如成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130、云134和/或不是系统100的部分的任何其它系统或部件)接收数据或信息，和/或用于将指令、图像或其它信息传输到外部系统或装置(例如，另一计算装置102、成像装置112、机器人114、导航系统118、数据库130、云134和/或不是系统100的部分的任何其它系统或部件)。通信接口108可以包括一个或多个有线接口(例如，USB端口、以太网端口、火线端口)和/或一个或多个无线收发器或接口(被配置为例如经由诸如802.11a/b/g/n、蓝牙、NFC、ZigBee等一个或多个无线通信协议发射和/或接收信息)。在一些实施方案中，通信接口108可用于使得装置102能够与一个或多个其他处理器104或计算装置102通信，无论是减少完成计算密集型任务所需的时间还是出于任何其他原因。

计算装置102也可包括一个或多个用户接口110。用户110可以是或包括键盘、鼠标、轨迹球、监测器、电视、屏幕、触摸屏和/或用于从用户接收信息和/或用于向用户提供信息的任何其他装置。用户接口110可用于例如接收关于本文所描述的任何方法的任何步骤的用户选择或其他用户输入。尽管如此，本文所描述的任何方法的任何步骤的任何所需输入可由系统100(例如，由处理器104或系统100的另一部件)自动生成或由系统100从系统100外部的源接收。在一些实施方案中，用户接口110可用于允许外科医生或其他用户根据本公开的一个或多个实施方案修改待由处理器104执行的指令，和/或修改或调整显示在用户接口110上或与其相对应的其他信息的设置。

尽管用户接口110被示出为计算装置102的一部分，但在一些实施方案中，计算装置102可利用与计算装置102的一个或多个剩余部件分开容纳的用户接口110。在一些实施方案中，用户接口110可以位于计算装置102的一个或多个其他部件附近，而在其他实施方案中，用户接口110可以位于远离计算机装置102的一个或多个其他部件之处。

成像装置112可用于对解剖特征(例如，骨骼、静脉、组织等)和/或患者解剖结构的其他方面进行成像以产生图像数据(例如，描绘或对应于骨骼、静脉、组织等的图像数据)。本文所使用的“图像数据”指代由成像装置112生成或捕获的数据，包含呈机器可读形式、图形/视觉形式和呈任何其他形式的数据。在不同示例中，图像数据可包括与患者的解剖特征或其一部分相对应的数据。图像数据可以是或包括手术前图像、手术期间图像、手术后图像、或独立于任何手术规程拍摄的图像。在一些实施方案中，第一成像装置112可用于在第一时间获得第一图像数据(例如，第一图像)，并且第二成像装置112可用于在第一时间之后的第二时间获得第二图像数据(例如，第二图像)。成像装置112可能够拍摄2D图像或3D图像以产生图像数据。成像装置112可以是或包括例如超音波扫描仪(其可以包括例如物理分离的换能器和接收器，或单个超音波收发器)、O形臂、C形臂、G形臂或使用基于X射线成像的任何其他装置(例如，荧光镜、CT扫描仪或其他X射线机)、磁共振成像(MRI)扫描仪、光学相干层析成像(OCT)扫描仪、内窥镜、显微镜、光学相机、热成像相机(例如，红外相机)、雷达系统(其可包括例如传输器、接收器、处理器和一个或多个天线)，或任何其他适于获得患者解剖特征的图像的成像装置112。成像装置112可以完全包含在单个外壳内，或可以包括在单独外壳中或以其他方式物理分离的传输器/发射器和接收器/检测器。

在一些实施方案中，成像装置112可包括多于一个成像装置112。例如，第一成像装置112可以提供第一图像数据和/或第一图像，并且第二成像装置112可以提供第二图像数据和/或第二图像。在又其他实施方案中，同一成像装置可用于提供第一图像数据和第二图像数据两者和/或本文所描述的任何其他图像数据。成像装置112可用于生成图像数据流。例如，成像装置112可以被配置成使用打开的快门操作，或者使用在打开与关闭之间连续交替的快门操作，以便捕获连续的图像。出于本公开的目的，除非另外规定，否则如果图像数据表示每秒两个或更多个帧，则可以将图像数据视为连续的和/或提供为图像数据流。

在操作期间，导航系统118可以为外科医生和/或手术机器人提供导航。导航系统118可以是任何已知的或未来开发的导航系统，包括例如美敦力公司(Medtronic)StealthStation^TMS8手术导航系统或其任何后续产品。导航系统118可以包含一个或多个相机或其他传感器，用于跟踪手术室或系统100的部分或全部所在的其他房间内的一个或多个参考标记、导航跟踪器或其他对象。一个或多个相机可以是光学相机、红外相机或其他相机。在一些实施方案中，导航系统可以包括一个或多个电磁传感器。在各种实施方案中，导航系统118可以用于跟踪成像装置112、机器人114和/或机器人臂116和/或一个或多个手术工具的位置和取向(即，姿态)(或更具体地说，用于跟踪直接或间接以固定关系附接到前述中的一个或多个的导航跟踪器的姿态)。导航系统118可以包括用于显示来自外部源(例如，计算装置102、成像装置112或其他源)的一个或多个图像或用于显示来自导航系统118的一个或多个相机或其他传感器的图像和/或视频流的显示器。在一些实施方案中，系统100可以在不使用导航系统118的情况下操作。导航系统118可被配置成向外科医生或系统100的其他用户或其部件、向机器人114或系统100的任何其他元件提供关于例如一个或多个解剖元素的姿态、工具是否处于恰当轨迹中和/或如何根据手术前或其他手术规划将工具移动到恰当轨迹中以实行手术任务的引导。

机器人114可以是任何手术机器人或手术机器人系统。机器人114可以是或包括例如Mazor X^TM隐形版机器人引导系统。机器人114可以被配置成将成像装置112定位在一个或多个精确位置和取向，和/或将成像装置112返回到稍后时间点的同一位置和取向。机器人114可以另外地或可替代地被配置为操纵手术工具(无论是否基于来自导航系统118的引导)以完成或辅助手术任务。在一些实施方案中，机器人114可以被配置成在手术规程期间或结合手术规程而保持和/或操控解剖元素。机器人114可包括一个或多个机器人臂116。在一些实施方案中，机器人臂116可以包括第一机器人臂和第二机器人臂，但机器人114可以包括多于两个机器人臂。在一些实施方案中，机器人臂116中的一个或多个机器人臂可以用于保持和/或操纵成像装置112。在成像装置112包括两个或更多个物理分离的部件(例如，传输器和接收器)的实施方案中，一个机器人臂116可以保持一个此类部件，并且另一机器人臂116可以保持另一此类部件。每个机器人臂116可独立于另一个机器人臂定位，和/或一个机器人臂116的位置可取决于或指示另一个机器人臂116的位置。可以在单个共享坐标空间中或在单独坐标空间中控制机器人臂。

机器人114连同机器人臂116可具有例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个自由度。进一步地，机器人臂116可以以任何姿态、平面和/或焦点定位或可定位。该姿态包含位置和取向。因此，由机器人114保持的(或更具体地说，由机器人臂116保持的)成像装置112、手术工具或其他对象可以被精确定位在一个或多个所需且特定的位置和取向。

机器人臂116可以包括一个或多个传感器，其使得处理器104(或机器人114的处理器)能够确定机器人臂(以及由机器人臂保持或固定到机器人臂的任何对象或元件)在空间中的精确姿态。结果，机器人臂116可以是准确的机器人臂，或其在空间中的精确姿态(例如，相对于机器人臂坐标系)总是已知机器人臂。

在一些实施方案中，参考标记(即，导航标记)可以放置在机器人114(包括例如在机器人臂116上)、成像装置112或外科手术空间中的任何其他对象上。参考标记可由导航系统118跟踪，并且跟踪的结果可由机器人114和/或由系统100或其任何部件的操作者使用。在一些实施方案中，导航系统118可以用于跟踪系统的其他部件(例如，成像装置112)，并且系统可以在不使用机器人114的情况下操作(例如，外科医生例如基于由导航系统118生成的信息和/或指令手动操控成像装置112和/或一个或多个手术工具)。

图2示出了系统100a的各个细节，该系统可用于例如辅助对患者200的手术(例如，脊椎手术)或另一医疗规程。至少一个示例性实施方案涉及用于将机器人臂116a和116b放置到导航坐标系204(例如，导航系统118的导航坐标系204，其中导航坐标系204可以包括成像装置112a的坐标系和/或与在规程期间导航机器人臂116相关联的其他装置(例如，导航系统118内的装置)的坐标系)中的校正方法。至少一个附加的示例性实施方案涉及机器人臂116a和116b在导航坐标系204中的后续控制(例如，自主或半自主控制)。在校正系统100a之前，机器人臂116a和116b可以存在于它们各自的坐标系中(例如，相对于它们各自的坐标系是可控制的)。例如，在校正之前，机器人臂116a可以在机器人臂坐标系208中。

图2示出了具有用户接口110的计算装置102、成像装置112a和112b以及机器人臂116a和116b。尽管示出了两个机器人臂116a和116b，但是可以仅参考一个机器人臂116a或116b讨论与校正和后续控制相关的示例性实施方案。然而，针对一个机器人臂描述的相同概念也适用于另一机器人臂和任何附加的机器人臂。

成像装置112a可以包括一个或多个相机(例如，光学相机、红外相机和/或类似物)以用于跟踪系统100a内的各个元件，例如，机器人臂116a和116b、患者200以及一个或多个标记(以下更详细地讨论)。成像装置112a的输出可由计算装置102处理以控制(例如，自主地控制)机器人臂116a和116b以对患者200执行手术。成像装置112a可与计算装置102通信并且可由其控制。

成像装置112b可以包括能够进行2D和/或3D成像的O臂。例如，O臂能够产生患者200的x射线图像、CT图像和/或MRI图像。这些图像可用于在手术期间控制机器人臂116a和116b。成像装置112b可与第一支撑结构212集成。在图2中，机器人臂116a的一部分在第一支撑结构212上的第一位置216处固定到第一支撑结构212。第一支撑结构212进一步可以包括在医疗规程期间支撑患者200的患者台220。替代地，患者台220作为与第一支撑结构212物理分离的结构存在。在一些实施方案中，成像装置112a和/或112b被认为是导航系统118的一部分。

图2进一步示出了与第一支撑结构212物理分离的第二支撑结构224。在图2中，成像装置112a固定到第二支撑结构224。例如，成像装置112a在第二支撑结构224上处于固定姿态。(如上所述，“姿态”是指元件的位置和取向。)

系统100a可以包括标记228和232。在至少一个示例性实施方案中，标记228和232在针对系统100a的配准或其他校正操作期间是有用的，以在导航坐标系204内定位机器人臂116a和116b以及患者200和/或将机器人、患者和导航坐标系相关在一起。然后可以在使用系统100a的手术期间使用配准的或以其他方式相关的坐标系，以使用单个坐标系(例如，导航坐标系)相对于患者200控制机器人臂116a、116b。标记228可以以固姿态固定到患者200身上的位置236。在这个示例中，位置236在接受背部手术(例如，脊椎手术)的患者200的背部上。标记228可以紧固地固定(例如，经由销或螺钉)到患者200的骨盆或其他骨骼，或者以任何其他方式固定到患者。一旦固定到位置236，标记228可相对于患者200的患者坐标系240定位或以其他方式限定。换句话说，患者解剖结构上或内的点(例如，相对于手术规程的点)可以相对于标记228限定或可限定。

标记232可以在机器人臂116a的尖端处或附近以固定姿态粘着或以其他方式附连到机器人臂116a(和/或机器人臂116b，尽管标记232未示出在机器人臂116b上)。因为机器人臂116a、116b中的每个机器人臂附连到第一支撑结构212，并且因为机器人臂116a、116b中的每个机器人臂是准确的机器人臂(例如，包括一个或多个传感器的机器人臂，该传感器使得能够始终知道每个机器人臂116a、116b相对于机器人臂坐标系208的姿态)，所以跨机器人臂116a、116b和第一支撑结构212(以及可以附连到其上的任何附加的机器人臂)仅需要一个标记232。换句话说，一旦确定了一个机器人臂116的姿态(例如，相对于导航坐标系)，假定每个机器人臂116具有经由第一支撑结构212与每个其他机器人臂116的已知关系，则可以确定每个剩余机器人臂的姿态。连同使用准确的机器人臂，使用单个固定结构(第一固定结构212)支撑每个机器人臂116，从而有益地简化了配准或其他校正过程，因为仅需要一个标记228。

标记228和232可以是光学标记并且包括由成像装置112a可检测的一个或多个元素。例如，标记228包括四个元素228a至228d，并且标记232可以具有与标记228基本上相同的结构。每个标记228和232和/或每个标记228和232的元素可以包括一个或多个发光二极管(LED)、红外发射二极管(IRED)、反射球或带、QR码或其他几何图案、唯一颜色和/或能够被成像装置112a检测并且与系统100a的其他元件区分的任何其他工具、装置或特征。

如下面更详细地论述，成像装置112a可放置在系统100a中在标记228和/或232的视线内的任何地方。只要成像装置112a保持处于固定姿态并且机器人臂116a和116b保持附接到它们在支撑结构212上的相应位置，系统100a就可操作以用于用单次校正(例如，现场校正)的多个手术。如果成像装置112a移动，则可以重新校正系统100a以确保机器人臂116a和116b准确地放置在导航坐标系204中。

本文中，应当理解，可以包括患者200和/或机器人臂116a(和机器人臂116b)上附加的成像装置112和/或附加的标记，无论是否增加系统100a的准确度或以其他方式。然而，本公开的实施方案明确地包括系统100、100a的变型，其中需要不多于两个标记(一个在机器人臂116上，一个在患者200身上)在自主或半自主的手术规程之前将机器人、患者和成像坐标空间相关(例如，使得可以在导航坐标系中控制机器人臂116以在精确指定的位置和取向与患者200交互)。

图3示出了系统100b的各个细节，该系统可用于例如辅助对患者200的手术。系统100b包括许多与系统100a相同的元件，因此，本文中不重复这些元件的描述。系统100b与系统100a的不同在于，成像装置112a以固定且准确的姿态附接到第一支撑结构212上的第二位置244，而不是固定到第二支撑结构224。因为系统100b中的成像装置112a和机器人臂116各自安装到第一支撑结构212，所以成像装置112a和机器人臂116能够共享单个全局坐标系，使得不需要对应于成像装置112a和机器人臂116中每一者的单独坐标系之间的配准。替代地，成像装置112a和机器人臂116最初(例如，在制造时)可具有单独坐标系，并且那些坐标系可在制造时(和/或以正常维护间隔)彼此配准，使得当系统100b用于手术或其它医疗规程时，导航坐标系204与机器人坐标系208之间不必要配准。实际上，只要成像装置112a保持处于固定姿态并且机器人臂116a和116b保持附接到支撑结构212上的相应位置，系统100b就可操作以用于用单次配准或校正(例如，在支撑结构212的制造商或组装商处的校正)的多个手术。

本文中，应当理解，由于成像装置112a和(准确的)机器人臂116a和116b处于同一支撑结构212上的固定位置，并且成像装置112a相对于机器人臂116a和116b保持固定姿态，所以机器人臂116a和116b以及成像装置112a可以共享全局坐标系，使得可控制机器人臂116以辅助对患者200的手术，而不使用与标记232相关联的数据(例如，图像数据)。换句话说，成像装置112a相对于机器人臂116a和116b在任何给定时间点的(变化的)姿态的固定姿态是已知的，这可以避免成像装置112a在对患者200的手术期间跟踪标记232的需要。然而，如果需要的话，标记232可以在初始配准或校正过程期间(例如，在制造时和此后的正常维护期间)和/或手术期间使用。即使如此，本公开的实施方案明确地包括系统100、100b的变型，其中在自主或半自主手术规程之前需要不多于一个标记(即，患者200身上的单个标记)配准或以其他方式将机器人、患者和成像坐标空间相关(例如，使得可以在导航坐标系中控制机器人臂116以例如根据手术计划在精确指定的位置和取向与患者200交互)。在至少一些此类实施方案中，从系统中完全省略标记232。

系统100(以及下面讨论的系统100a和100b)或类似的系统可用于例如实行本文中描述的方法400和500中任一方法的一个或多个方面。系统100或类似系统还可用于其他目的。

图4描绘了可用于例如校正系统100、100a和/或100b并且使用校正的系统对患者执行手术的方法400。

方法400(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航系统(诸如导航系统118)的一部分。除本文所描述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法400。至少一个处理器可通过执行存储在诸如存储器106的存储器中的指令执行方法400。该指令可对应于下面所描述的方法400的一个或多个步骤。该指令可以致使处理器执行一个或多个算法，诸如图像处理算法120、分割算法122、变换算法124、配准算法128、校正算法132和/或机器人控制算法136。参照图1至图3讨论图4。

下面的步骤404和408可用于配准或以其他方式校正系统100、100a和/或100b以使得能够使用导航坐标系控制机器人臂。同时，步骤412和416可以在配准或校正操作之后实行，例如在对患者200的手术或另一医疗规程期间实行。

方法400包括确定机器人臂在导航坐标系内的姿态(步骤404)。例如，步骤404涉及确定机器人臂116a在导航坐标系204中的位置和取向(即，姿态)。本文中，应当理解，参考机器人臂116a讨论的任何步骤也可以针对机器人臂116b或系统内的任何其他附加机器人臂实行。更具体地，因为系统的每个机器人臂116共享公共机器人臂坐标系，所以任一个机器人臂116(例如，机器人臂116a或116b)的配准(例如，通过完成方法400的步骤404和408)足以将机器人臂坐标系与导航坐标系相关，以便能够使用导航坐标系控制每个机器人臂116。在至少一个实施方案中，可针对系统100a和系统100b不同地确定机器人臂116a的姿态。

例如，对于系统100a，步骤404可以包括基于与标记232相关联的数据(例如，图像数据)确定机器人臂116a在导航坐标系204内的姿态。与标记232相关联的数据可以基于成像装置112a的输出。也就是说，成像装置112a感测标记232(例如，通过捕获由标记232和/或其元素反射或发射的光波)并且生成与标记232相关联的图像数据。然后，计算装置102或另一处理器可用于基于其元件在图像数据内的相对位置确定标记232在导航坐标系204中的姿态，并且关于标记232相对于机器人臂116a的姿态的姿态的信息可用于确定机器人臂116相对于导航坐标系204的姿态。换句话说，计算装置102使用感测的标记232的姿态计算(或估计)机器人臂116a的实际姿态。

本文中，应当理解，与标记232相关联的图像数据对于校正系统100a是有用的(例如，通过将导航坐标系204配准到机器人臂坐标系208)，因为例如如果在系统100a内在支撑结构224上移动成像装置112a之后实行步骤404，则成像装置112a相对于机器人臂116a的姿态的姿态可能不是初始已知的。因此，标记232提供关于如由成像装置112a感测的机器人臂116a的姿态的信息，计算装置102使用该信息确定机器人臂116a的当前姿态。

对于系统100b，步骤404可以包括基于机器人臂116a在机器人臂坐标系208内的已知姿态确定机器人臂116a在导航坐标系204内的姿态。机器人臂116a在机器人臂坐标系208中的已知姿态可以基于与成像装置112a和机器人臂116a安装或固定到的结构(例如，支撑结构212)相关联的知识而确定。例如，在系统100b的制造或组装阶段，成像装置112a和机器人臂116a可以以已知姿态和/或已知相对姿态安装到支撑结构212。在这种情况下，确定机器人臂116a在导航坐标系204内的姿态可包括计算装置102(例如，从存储器或用户输入)检索或接收关于机器人臂116a和成像装置112a在导航坐标系204内的已知姿态和/或已知相对姿态的信息。例如，机器人臂116a包括固定到位置216的部分，并且当在位置216处安装到支撑结构212时，机器人臂116a可以组装为或控制成处于与成像装置112a相关的预定姿态。已知位置216、成像装置112a的已知姿态和/或机器人臂116a的预定姿态可用于确定机器人臂116a在导航坐标系204中的姿态。换句话说，在成像装置112a和机器人臂116安装到公共支撑结构(例如，第一支撑结构212)的情况下，可以在不使用由成像装置112a生成的图像数据的情况下确定机器人臂116a相对于导航坐标系204的姿态。

此后，该方法可以进行到操作408。示例性实施方案不限于上述用于在系统100b中执行步骤404的方法。例如，在至少一个实施方案中，成像装置112a可基于与标记232相关联的图像数据以与以上针对系统100a所论述的相同方式确定机器人臂116a在导航坐标系204内的姿态。

方法400可以包括基于机器人臂的姿态将机器人臂坐标系映射或以其他方式配准到导航坐标系(或将导航坐标系映射或以其他方式配准到机器人臂坐标系，这实现了基本上相同的结果)(步骤408)。例如，对于每个系统100a和100b，步骤408包括基于在步骤404中确定的机器人臂116a的姿态将机器人臂坐标系(或机器人臂参考系)208映射或以其他方式配准到导航坐标系(或相机参考系)204。该映射还可利用关于机器人臂116a在机器人臂坐标系208中的姿态的信息，使得导航坐标系204中的特定点可与机器人臂坐标系208中的特定点对准。该映射可涉及确定合适的变换算法124以将一个坐标系(例如，机器人臂坐标系208)中的任何给定坐标变换成另一坐标系(例如，导航坐标系204)中的对应坐标，使得机器人臂116a在相机坐标系204内可控制。例如，变换算法124可以采用基于成像装置112a和机器人臂116a的已知姿态的变换矩阵描述机器人臂116a在导航坐标系204中的实际或计划的姿态。

方法400还包括将患者坐标系映射到导航坐标系(或将导航坐标系映射到患者坐标系，这实现了基本上相同的结果)的操作412。该映射基于对应于标记228的图像数据以及关于标记228相对于对应于患者200的坐标系的姿态的信息。后一信息可以是或包括例如，描绘标记228以及患者200的相关解剖结构(例如，与要对患者实行的手术或其他医疗规程相关的患者200的解剖结构)的一个或多个图像(由成像装置112a或另一成像装置112捕获的)。该映射可包括例如确定标记228在导航坐标系204中的姿态，这可与结合步骤404确定标记232在导航坐标系204中的姿态相同的方式完成，如上文所描述。该映射可进一步包括利用确定的标记228在导航坐标系204中的姿态连同关于标记228相对于患者200的坐标系的姿态的信息将患者坐标系映射或以其他方式配准到导航坐标系204。这也可以以类似于以上结合用于将机器人臂坐标系208映射到导航坐标系204的步骤408所描述的方式实现。一旦机器人臂坐标系和患者坐标系两者都已映射到导航坐标系，就可以使用导航坐标系相对于患者200精确地控制机器人臂116。此外，如果患者200移动，则成像装置112a可检测此类移动，并且可根据当前的移动后的患者姿态精确地控制机器人臂116。因此，本公开的实施方案有利地避免了由于患者的移动(不管是预期的还是非预期的)而将患者坐标空间重新配准到导航坐标系和/或机器人臂坐标系中一者或两者的需要。

患者坐标系到导航坐标系的映射可以在除了标记228之外没有任何标记的情况下完成。换句话说，步骤412可以仅用附接到患者的单个标记完成。

方法400包括基于相机的输出在导航坐标系中控制机器人臂(步骤416)。例如，在系统100a和100b两者中，方法400基于由成像装置112a生成的图像数据在导航坐标系204中控制(例如，自主地或半自主地控制)机器人臂116a。可以在导航坐标系204中控制机器人臂116a(以及固定到第一支撑结构212的任何其他机器人臂116)，以辅助对患者200的手术。如参考图5更详细讨论的，成像装置112a的输出可以包括与标记228和/或标记232相关联的数据(例如，图像数据)。

例如，在系统100a中，成像装置112a的输出包括与患者200身上的标记228相关联的数据以及与机器人臂116a上的标记232相关联的数据。对于系统100b，相机112的输出可以包括与患者200身上的标记228相关联的数据，而不包括与标记232相关联的数据(因为成像装置112a和机器人臂116a共享公共坐标系，使得不需要标记232)。示例性实施方案不限于此，并且系统100b的成像装置112a的输出可以包括与系统100a的成像装置112a的输出基本上相同类型的数据。

在任何情况下，步骤416可以包括一个或多个子步骤以用于控制机器人臂116a和116b(以及任何其他机器人臂116)以辅助对患者200的手术或另一医疗规程。例如，步骤416可以包括基于与医疗规程相关联的一个或多个考虑因素在导航坐标系204内生成用于相对于患者200移动机器人臂116a和/或机器人臂116b的路径，并且在医疗规程期间基于该路径控制机器人臂116a和/或机器人臂116b。

在至少一个示例性实施方案中，一个或多个考虑因素包括防止机器人臂116a和/或机器人臂116b进入成像装置112a与患者200身上的光学标记228之间的视线。防止机器人臂阻挡相机112到光学标记228的视线对于提高手术的准确度和速度可以是有用的，因为被阻挡的视线可能阻止一个或多个机器人臂116相对于患者200的姿态的准确确定，并且因此必须暂停规程。

在至少一个示例性实施方案中，一个或多个考虑因素包括防止机器人臂116a和至少一个附加的机器人臂116b彼此碰撞和/或与系统100的其他元件碰撞，从而提高医疗规程的整体安全性和有效性。在此类实施方案中，当计划和/或实现机器人臂116的任何移动时，可以识别(无论是由成像装置112a、经由用户接口110提供的输入，还是以任何其他方式)并且考虑定位在机器人臂116的工作体积内的任何物理障碍(例如，手术工具、外科医生自己)。在此类实施方案中，从成像装置112a到光学标记228的视线可被编码或以其它方式被视为机器人臂116的工作体积内的物理障碍，并且用于确定移动路径以使得机器人臂116能够从当前姿态移动到计划的姿态的任何路径计划算法可被配置为避免与视线的“接触”，正如将避免与任何其它障碍的实际物理接触一样。

本公开涵盖方法400的实施方案，这些实施方案包括比以上所描述的步骤更多或更少的步骤和/或与以上所描述的步骤不同的一个或多个步骤。此外，方法400的一个或多个步骤可以以不同的顺序执行或同时执行。

图5描绘了方法500，该方法可例如用于使用已映射到相机的坐标系的一个或多个机器人臂对患者执行医疗规程。

方法500(和/或其一个或多个步骤)可例如由至少一个处理器实行或以其他方式执行。至少一个处理器可与上文所述的计算装置102的处理器104相同或相似。至少一个处理器可以为机器人(诸如机器人114)的一部分或导航系统(诸如导航系统118)的一部分。除了本文所描述的任何处理器之外的处理器也可用于执行方法500。至少一个处理器可通过执行存储在诸如存储器106的存储器中的指令执行方法500。该指令可对应于下面所描述的方法500的一个或多个步骤。该指令可以致使处理器执行一个或多个算法，诸如图像处理算法120、分割算法122、变换算法124、配准算法128、校正算法132和/或机器人控制算法136。参照图1至图4讨论图5。

本文中，应当理解，图5示出了可以在对患者200的手术或其它医疗规程期间执行的步骤。

方法500包括跟踪机器人臂在导航坐标系内的当前姿态(步骤504)。在一些实施方案中，跟踪可以包括确定机器人臂116a在导航坐标系204内的初始姿态并且此后在手术或另一医疗规程期间跟踪机器人臂116a的当前姿态。在此类实施方案中，机器人臂116a的初始姿态可以以与以上在步骤404中描述的相同方式确定。例如，在系统100a中，机器人臂116a的初始姿态可以基于与标记232相关联的图像数据确定，计算装置102使用该图像数据计算或估计机器人臂116a在导航坐标系204中的初始姿态。同时，在系统100b中，机器人臂116a的初始姿态可以基于成像装置112a和机器人臂116a(或任何其他机器人臂116)的已知相对姿态以及关于机器人臂116a的实际姿态的感测信息确定。在这种情况下，在步骤504中确定的机器人臂116的初始姿态可以与在操作404和408中用于校正系统100b的机器人臂116a的姿态基本上相同。

在其他实施方案中，步骤504不涉及确定机器人臂116a在导航坐标系204内的初始姿态，而是简单地使用图像数据(在系统100a中)或感测的机器人臂姿态数据(在系统100b中，其中成像装置112a和机器人臂116共享全局坐标系)跟踪机器人臂116a的姿态，这依赖于机器人臂坐标系208与导航坐标系204之间的现有配准。

在确定机器人臂116a的初始姿态之后或者一旦导航坐标系204与机器人臂坐标系208之间的配准完成，则可以在整个手术或其他医疗规程中跟踪机器人臂116a的当前姿态。例如，在系统100a中，基于与标记232相关联的数据在导航坐标系204中跟踪机器人臂116a的姿态。在这种情况下，计算装置102使用感测的标记232的姿态(如由成像装置112a感测的)基于感测的标记232的姿态计算或估计机器人臂116a的实际姿态。在系统100b中，可在没有与标记232相关联的数据的情况下使用关于准确机器人臂的姿态的已知信息(例如，从监测机器人臂116a的传感器获得的信息)跟踪机器人臂116a的姿态。更具体地，在系统100b中，机器人臂116和成像装置112a可以共享公共的全局坐标系。结果，机器人臂116a可以由计算系统102在这个公共坐标系内容易地跟踪(基于例如从被配置为监测机器人臂116a的姿态的传感器获得的数据)。替代地，在机器人臂116和成像装置112a不共享公共坐标系并且单独的机器人和导航坐标系彼此配准(例如，在制造系统时或在定期维护期间)的情况下，计算装置102在导航坐标系204内跟踪机器人臂116a。换句话说，在此类实施方案中，基于机器人臂116a的坐标系208到导航坐标系204的预定映射跟踪机器人臂116a的当前姿态。在系统100b中，如果需要的话，可以基于与标记232相关联的数据附加地或替代地跟踪机器人臂116a的姿态。

方法500还包括将患者坐标系映射到导航坐标系(步骤508)。步骤508与上述方法400的步骤412相同或基本上类似。在至少一个实施方案中，操作508将导航坐标系映射到患者坐标系，这实现了与将患者坐标系映射到导航坐标系基本上相同的结果。

方法500包括从相机接收与患者身上的标记相关联的数据(步骤512)。例如，成像装置112a通过在手术或另一医疗规程期间感测/跟踪标记228(例如，捕获该标记的图像)产生与患者200身上的标记228相关联的图像数据。与标记228相关联的数据可以由计算装置102接收和处理(例如，在步骤504中跟踪机器人臂的同时接收和处理)。步骤512可以针对系统100a和100b两者发生，因为标记228附接到可能非静止的患者200。因此，成像装置112a可用于生成关于标记228的图像数据，并且计算装置102或任何其它处理器可用于评估图像数据并且监测(例如，持续监测)标记228以检测任何患者移动或其它中断。

方法500包括基于与标记228相关联的数据和机器人臂的当前姿态在导航坐标系内控制机器人臂(516)。例如，基于在操作512中接收的与标记228相关联的数据并且基于如在跟踪步骤504中确定的机器人臂116a的当前姿态，在导航坐标系204内控制机器人臂116a。步骤516可以与来自图4的步骤416相同或类似的方式实行。

步骤516还可以包括基于手术计划控制一个或多个机器人臂116。例如，步骤516可以包括使用由成像装置112a生成的图像数据控制机器人臂116移动至相对于患者200的精确位置以确保机器人臂116相对于患者200的准确移动，以完成在手术计划中指定的手术任务。此类手术计划可以由处理器104或任何其他处理器从和/或经由例如通信接口108、用户接口110、数据库130和/或网络(诸如云134)接收或在其处接收。

本公开涵盖方法500的实施方案，这些实施方案包括比上文所描述的步骤更多或更少的步骤和/或与上文所描述的步骤不同的一个或多个步骤。此外，方法500的一个或多个步骤可以以不同的顺序执行或同时执行。

本公开的实施方案有益地减少了在手术或其他医疗规程期间跟踪多个机器人臂的姿态以及患者所需标记(诸如例如，本文中描述的标记228和232)的数量。例如，本公开的一些实施方案使得能够使用多个机器人臂中的一个机器人臂上的仅一个标记以及患者身上的仅一个标记配准导航坐标系、对应于多个机器人臂的机器人臂坐标系以及患者坐标系。本公开的其它实施方案使得能够仅使用紧固地固定到患者的单个标记配准由多个机器人臂和相对于多个机器人臂以准确姿态安装的相机共享的全局坐标系以及患者坐标系。此外，本公开的实施方案有益地使得能够将相机定位在手术室中具有到患者身上的标记和多个机器人臂中的一个机器人臂上的标记的视线的任何地方，或能够替代地使用安装到与多个机器人臂相同的支撑结构的相机，从而避免对单独的相机支撑结构的需要并且减少手术室中的混乱。

前述内容并不意图将本公开限于本文所公开的一种或多种形式。在前述的具体实施方式中，例如，出于简化本公开的目的，将本公开的各种特征一起分组在一个或多个方面、实施方案和/或配置中。本公开的方面、实施方案和/或配置的特征可组合在除了上文所论述的那些之外的替代方面、实施方案和/或配置中。本公开的方法不应被解释为反映以下意图：权利要求需要比每项权利要求中明确叙述的特征更多的特征。相反，如以下权利要求书所反映，本发明方面在于少于单个前述公开的方面、实施方案和/或配置的全部特征。因此，以下权利要求特此并入这个具体实施方式中，其中每项权利要求作为本公开的单独的优选实施方案而独立存在。

此外，尽管前述已经包含对一个或多个方面、实施方案和/或配置以及某些变化和修改的描述，但在理解了本公开之后，其他变化、组合和修改在本公开的范围内，例如，可在本领域技术人员的技能和知识范围内。意图在准许的范围内获得包括替代方面、实施方案和/或配置的权利，包括所要求保护的那些的替代、可互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而不管这些替代、可互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，而且不意图公开用于任何可获专利的主题。

Claims (20)

1.一种系统，所述系统包括：

机器人臂，所述机器人臂在机器人臂坐标系中；

相机，所述相机在导航坐标系中处于固定姿态；

至少一个处理器；和

存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时致使所述至少一个处理器：

确定所述机器人臂在所述导航坐标系内的姿态；

基于所述机器人臂的所述姿态将所述机器人臂坐标系映射到所述导航坐标系；以及

基于所述相机的输出在所述导航坐标系中控制所述机器人臂。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：

第一支撑结构，其中所述机器人臂的一部分在所述第一支撑结构上的第一位置处固定到所述第一支撑结构。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述相机固定到所述第一支撑结构上的第二位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述指令包括致使所述至少一个处理器进行以下操作的指令：

基于所述相机相对于所述机器人臂的已知姿态的已知姿态，确定所述机器人臂在所述导航坐标系内的所述姿态。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一支撑结构包括在医疗规程期间支撑患者的患者台。

6.根据权利要求2所述的系统，所述系统进一步包括：

第二支撑结构，所述第二支撑结构与所述第一支撑结构物理分离，其中所述相机固定到所述第二支撑结构。

7.根据权利要求6所述的系统，所述系统进一步包括：

所述第一机器人臂上的光学标记，其中所述指令包括致使所述至少一个处理器基于与所述光学标记相关联的数据确定所述机器人臂在所述导航坐标系内的所述姿态的指令。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述相机的所述输出包括基于至少一个光学标记生成的输出。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个光学标记包括经历医疗规程的患者身上的光学标记。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个光学标记进一步包括所述机器人臂上的光学标记。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述指令包括致使所述至少一个处理器进行以下操作的指令：

基于与医疗规程相关联的一个或多个考虑因素，在所述导航坐标系内生成用于相对于所述患者移动所述机器人臂的路径；以及

在所述医疗规程期间，基于所述路径控制所述机器人臂。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个考虑因素包括防止所述机器人臂进入所述相机与所述患者身上的所述光学标记之间的视线。

13.根据权利要求12所述的系统，所述系统进一步包括：

附加的机器人臂，其中所述一个或多个考虑因素包括防止所述机器人臂和所述附加的机器人臂彼此碰撞。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个考虑因素包括防止所述机器人臂和所述附加的机器人臂进入所述相机与所述患者身上的所述光学标记之间的所述视线。

15.一种方法，所述方法包括：

跟踪机器人臂在导航坐标系内的当前姿态；

在所述导航坐标系内从相机接收与患者身上的标记相关联的数据；

基于与所述患者身上的所述标记相关联的所述数据和所述机器人臂的所述当前姿态，在所述导航坐标系内控制多个机器人臂。

16.根据权利要求15所述的方法，其中基于与所述机器人臂上的标记相关联的数据跟踪所述机器人臂的所述当前姿态。

17.根据权利要求15所述的方法，其中基于所述机器人臂的坐标系到所述导航坐标系的预定映射跟踪所述机器人臂的所述当前姿态。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述患者身上的所述标记包括在与所述患者身上的所述标记相关联的所述数据内可彼此区分的至少四个元素。

19.一种装置，所述装置包括：

至少一个处理器；和

存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述处理器执行时致使所述处理器：

跟踪所述机器人臂在导航坐标系中的当前姿态；

在所述导航坐标系内从相机接收与患者身上的标记相关联的数据；以及

基于与所述患者身上的所述标记相关联的所述数据和所述机器人臂的所述当前姿态，在所述导航坐标系内控制多个机器人臂。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述导航坐标系是与所述多个机器人臂共享的全局坐标系。