用于伴随规程的系统、方法和工作流程与流程

用于伴随规程的系统、方法和工作流程
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年4月8日提交的美国临时申请62/831,064的权益，该申请据此全文以引用方式并入。
技术领域
3.本文所公开的系统和方法涉及用于执行医学规程的系统和方法，并且更具体地涉及伴随规程。


背景技术：

4.可使用机器人医疗系统执行各种医学规程以控制一个或多个医疗器械的插入和/或操纵。对于某些医学病症，可执行两个或更多个医学规程以完全治疗医学病症。机器人医疗系统可以包括一个或多个机器人臂或任何其他器械定位装置。机器人医疗系统还可以包括控制器，该控制器用于在这些规程的每个规程期间经由操纵机器人臂和/或器械定位装置来控制器械的定位。


技术实现要素：

5.本公开的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，这些创新方面中没有一个独自负责本文所公开的期望属性。
6.在一个方面，提供了一种外科方法，包括：使用机器人系统的第一机器人臂操纵柔性器械；使用机器人系统的第二机器人臂操纵刚性器械；显示来自柔性器械的反馈；以及显示来自刚性器械的反馈。
7.在另一方面，提供了一种外科方法，包括：使用机器人系统的第一机器人臂操纵柔性器械；使用机器人系统的第二机器人臂操纵刚性器械；将来自柔性器械的第一反馈显示为观察屏幕上的主视图；以及将来自刚性器械的第二反馈显示为同一观察屏幕上的辅助视图。
8.在又一方面，提供了一种外科方法，包括：使用机器人系统的第一机器人臂通过患者的自然孔口操纵柔性器械；使用机器人系统的第二机器人臂通过在患者体内形成的切口操纵刚性器械；以及显示来自柔性器械和刚性器械的反馈信息。
9.在又一方面，提供了一种外科方法，包括：经由患者的自然孔口将柔性器械引入患者体内；以及使用机器人系统的第一机器人臂通过自然孔口操纵柔性器械；响应于经由用户输入装置接收输入信号，将机器人系统的第二机器人臂从存放位置部署到设置位置；使用机器人系统的第二机器人臂通过在患者体内形成的切口操纵刚性器械；以及显示来自柔性器械和刚性器械中的至少一者的反馈。
10.在又一方面，提供了一种机器人系统，包括：柔性器械；刚性器械；第一机器人臂，该第一机器人臂被配置成操纵柔性器械；第二机器人臂，该第二机器人臂被配置成操纵刚性器械；以及显示器，该显示器被配置为显示来自柔性器械和刚性器械的视觉数据。
11.在又一方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，这些指令在被执行时致使至少一个计算装置：使用机器人系统的第一机器人臂操纵柔性器械；使用机器人系统的第二机器人臂操纵刚性器械；显示来自柔性器械的反馈；以及显示来自刚性器械的反馈。
附图说明
12.下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。
13.图1示出了被布置用于诊断和/或治疗支气管镜检查规程的基于推车的机器人系统的实施方案。
14.图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。
15.图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。
16.图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。
17.图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
18.图6提供了图5的机器人系统的替代视图。
19.图7示出了被配置成收起机器人臂的示例性系统。
20.图8示出了被配置用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
21.图9示出了被配置用于腹腔镜式规程的基于台的机器人系统的实施方案。
22.图10示出了图5至图9的具有俯仰和倾斜调节的基于台的机器人系统的实施方案。
23.图11提供了图5至图10的台和基于台的机器人系统的柱之间的接口的详细图示。
24.图12示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。
25.图13示出了图12的基于台的机器人系统的端视图。
26.图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。
27.图15示出了示例性器械驱动器。
28.图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。
29.图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。
30.图18示出了具有基于器械的插入架构的器械。
31.图19示出了示例性控制器。
32.图20描绘了根据示例性实施方案的框图，该框图示出了估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如图16至图18的器械的位置)的定位系统。
33.图21示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的实施方案。
34.图22示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的另一个实施方案。
35.图23示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的机器人系统的又一个实施方案。
36.图24和图25示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的另一个实施方案的两种配置。
37.图26是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于执行伴随医学规程的示例性方法的流程图。
38.图27a和图27b提供了流程图，其示出了可由机器人系统或其部件操作的用于执行根据本公开的各方面的伴随内窥镜式规程和胸腔镜式规程的另一示例性方法。
39.图28是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于执行伴随医学规程(包括规程升级)的示例性方法的流程图。
40.图29示出了根据本公开的各方面的包括用于控制机器人臂的一种或多种类型的界面的示例性控制台。
41.图30示出了根据本公开的各方面的图29所示的控制器的近距离视图。
42.图31示出了根据本公开的各方面的图29和图30所示的柄部中的一个柄部的近距离视图。
43.图32示出了根据本公开的各方面的图29所示的吊塔的近距离视图。
44.图33是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于经由单个用户界面执行伴随医学规程的示例性方法的流程图。
45.图34和图35是根据本公开的各方面的可由观察器在伴随医学规程期间显示的示例性视图。
46.图36是根据本公开的各方面的可由观察器在伴随医学规程期间显示的另一示例性视图。
47.图37是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于在执行伴随医学规程时在显示的图像之间来回切换的示例性方法的流程图。
48.图38a和图38b是示出根据本公开的各方面的用于执行组合内窥镜式和腹腔镜式外科手术(cels)的示例性工作流程的流程图。
49.图39示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的实施方案。
50.图40是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的另一个示例性工作流程的流程图。
51.图41示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的机器人系统的另一个实施方案。
52.图42是根据本公开的各方面的在结肠直肠介入期间从伴随系统的视频屏幕拍摄的示例性静止图像。
53.图43是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性患者准备规程的流程图。
54.图44是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性注气规程的流程图。
55.图45是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性成像规程的流程图。
具体实施方式
56.1.概述。
57.本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗系统中，该机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两
者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。
58.除了执行广泛的规程之外，系统可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该系统可以为医师提供从人体工程学方位执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和方位。另外，该系统可以为医师提供以改进的易用性执行规程的能力，使得系统的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。
59.出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他实施方式是可能的，并且利用所公开的实施方式可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。
60.a.机器人系统
–
推车。
61.机器人使能的医疗系统可以按多种方式配置，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断和/或治疗支气管镜检查规程的基于推车的机器人使能系统10的实施方案。在支气管镜检查期间，系统10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程特定的支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可以致动机器人臂12以相对于进入点定位支气管镜。当用胃镜(用于胃肠道(gi)规程的专用内窥镜)执行gi规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例性实施方案。
62.继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13插入患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦合到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器(也称为器械驱动机构(idm))，每个器械驱动器耦合到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟轨道”29，该“虚拟轨道”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或方位而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟轨道在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘系统的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟轨道29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟轨道29的角度可以基于临床应用或医师偏好来调整、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟轨道29的角度和方位代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。
63.在插入之后，内窥镜13可以使用来自机器人系统的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，内窥镜13可被操纵以从外部护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28还允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。
64.例如，内窥镜13可被导向以将活检针递送到目标，诸如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，
诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。
65.系统10还可包括可移动塔30，该可移动塔可经由支撑缆线连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将这样的功能放置在塔30中允许可以由操作医师和他/她的工作人员更容易地调整和/或重新定位的更小形状因子的推车11。另外，在推车/台和支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置中被收起以在规程过程期间不挡道。
66.为了支持上述机器人系统，塔30可包括基于计算机的控制系统的部件，该基于计算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可以控制整个系统或其子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可致使机器人系统的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。
67.塔架30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的缆线直接递送到内窥镜13。
68.塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小、更可移动的推车11。
69.塔30还可包括用于在整个机器人系统10中部署的传感器的支撑设备。例如，塔30可包括用于在整个机器人系统10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电设备。结合控制系统，此类光电设备可用于生成实时图像，以用于在整个系统中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(em)传感器接收的信号的电子子系统。塔30还可用于容纳和定位em场发生器，以便由医疗器械中或医疗器械上的em传感器进行检测。
70.除了系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康或生命体征和系统的操作，以及提供规程特定的数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台30容纳在与塔30分开的主体中。
71.塔30可通过一个或多个缆线或连接件(未示出)耦合到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单根缆线向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可耦合在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单根缆线向推车提供电力，但也可以通过单独的缆线提供对控制、光学、流体和/或导航的支持。
72.图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能的系统的推车的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及柱14顶部处的
控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿着垂直轴线旋转以调整机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17还包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。
73.托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，该狭槽定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包含竖直平移接口以将托架相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调整机器人臂12的到达范围以满足各种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独配置的臂安装件允许机器人臂12的机器人臂基部21以多种构型成角度。
74.在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴部署。盖在卷轴内盘绕，直到在托架17竖直地上下平移时被部署成从盖的盘绕状态延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以有利于盖随着托架17平移而适当延伸和回缩。
75.柱14可在内部包括诸如齿轮和马达之类的机构，其被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。
76.机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂可用的独立自由度。臂12中的每个臂具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连杆方位和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定方位、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师将臂关节移动到远离患者的临床有利方位，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。
77.推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车能够运动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车在规程之前容易地围绕房间运动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当方位之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当方位。
78.定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可以包括从术前计算机断层摄影(ct)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台。从该方位，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16还包括用以帮助操纵和稳定推车11的柄部27。
79.图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程特定的内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从台的脚部沿着虚拟轨道33将输尿管镜32通过尿道直接插入患者的下腹部中。
80.在插入尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可以被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。
81.图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的系统的实施方案。在血管规程中，系统10可被配置成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送至患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可以被定位成朝向患者的腿和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟轨道35。在插入动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和插入医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。
82.b.机器人系统
–
台。
83.机器人使能的医疗系统的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的资本设备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的系统非常相似，系统36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟轨道41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的c形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。
84.图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统36的另选视图。如图所示，柱37可包括在系统36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可以使用定位在柱37内的机械马达围绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者身上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，系统36可包括具有可调式臂支撑件的病人检查台或病床，该可调式臂支撑件呈在病人检查台或病床旁边延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地存放在病人检查台或病床下方，并且随后在规程期间升高。
85.臂39可以通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架上，该关节可以单独地旋转和/或伸缩地延伸，以向机器人臂39提供附加的可配置性。另外，臂安装架45可以定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装架45可以定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。
86.柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架的竖直平移提供路径。在内部，柱37可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及用以机械化基于导螺杆的所述托架的平移的马达。柱37还可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。
87.台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台面基部46还可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。从台基部46的底部部署的脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当系统36需要移动时回缩。
88.继续图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔使系统36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供各种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可移动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部中有更多的储存空间，以用于机器人臂的潜在收起。塔架还可包括主控制器或控制台，该主控制器或控制台提供用于用户输入的用户界面诸如键盘和/或吊塔，以及用于术前和术中信息诸如实时成像、导航和跟踪信息的显示屏(或触摸屏)。在一些实施方案中，塔还可包含用于待用于注气的气罐的夹持器。
89.在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统47。在系统47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和臂50，并且关闭以收起该托架、该臂安装件和该臂，以便在不使用时保护它们。基部盖52可以利用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在关闭时灰尘和流体进入。
90.图8示出了被配置用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可以围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许c形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟轨道57将输尿管镜56直接插入患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿的方位，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。
91.在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的小切口，可将微创器械插入患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者体内解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可以包括镜，诸如腹腔镜。图9示出了被配置用于腹腔镜式规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。如图9所示，系统36的托架43可以被旋转并且竖直调整，以将成对的机器人臂39定位在台38的相对侧上，使得可以使用臂安装件45将
器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。
92.为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台系统还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调整的机器人使能的医疗系统的实施方案。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件45可以旋转以匹配倾斜，使得臂39与台38保持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与基部46碰撞。
93.图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可以被配置成以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，可使用球形关节来在多个自由度上改变台38相对于柱37的俯仰角。
94.例如，当试图将台定位在特伦德伦伯格卧位(即，将患者的下腹部定位在比患者的下腹部距地板更高的方位)以用于下腹部手术时，俯仰调节特别有用。头低脚高位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜前列腺切除术。
95.图12和图13示出了基于台的外科机器人系统100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统100包括可被配置成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14)的一个或多个可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件105，但是附加的臂支撑件可设置在台101的相对侧上。可调式臂支撑件105可被配置成使得其可相对于台101运动，以调整和/或改变可调式臂支撑件105和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台101的方位。例如，可调式臂支撑件105可相对于台101被调节一个或多个自由度。可调式臂支撑件105为系统100提供高灵活性，包括容易地将一个或多个可调式臂支撑件105和附接到其的任何机器人臂收起在台101下方的能力。可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面下方的方位。在其他实施方案中，可调式臂支撑件105可从收起方位升高到台101的上表面上方的方位。
96.可调式臂支撑件105可提供若干自由度，包括提升(例如，竖直平移)、侧向平移、倾斜等。在图12和图13的例示实施方案中，臂支撑件105被配置具有四个自由度，这些自由度在图12中用箭头示出。第一自由度允许在z方向上(“z提升”)调节可调式臂支撑件105。例如，可调式臂支撑件105可包括托架109，该托架被配置成沿着或相对于支撑台101的柱102向上或向下运动。第二自由度可允许可调式臂支撑件105倾斜。例如，可调式臂支撑件105可包括旋转接头，该旋转接头可允许可调式臂支撑件105在头低脚高位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件105“向上枢转”，这可用于调节台101的一侧与可调式臂支撑件105之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件105沿着台的纵向长度平移。
97.图12和图13中的外科机器人系统100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。基部103和柱102相对于支撑表面支撑台101。地板轴线131和支撑轴线133在图13中示出。
98.可调式臂支撑件105可安装到柱102。在其他实施方案中，臂支撑件105可安装到台101或基部103。可调式臂支撑件105可包括托架109、杆或导轨连接件111以及杆或导轨107。
在一些实施方案中，安装到轨道107的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和运动。
99.托架109可通过第一接头113附接到柱102，该第一接头允许托架109相对于柱102运动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线123上下运动)。第一接头113可向可调式臂支撑件105提供第一自由度(“z提升”)。可调式臂支撑件105可包括第二接头115，该第二接头为可调式臂支撑件105提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件105可包括第三接头117，该第三接头可为可调式臂支撑件105提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加接头119(在图13中示出)，该附加接头机械地约束第三接头117以在导轨连接件111围绕第三轴线127旋转时保持导轨107的取向。可调式臂支撑件105可包括第四接头121，该第四接头可沿着第四轴线129为可调式臂支撑件105提供第四自由度(平移)。
100.图14示出了根据一个实施方案的具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支撑件105a、105b的外科机器人系统140a的端视图。第一机器人臂142a附接到第一可调式臂支撑件105b的杆或导轨107a。第一机器人臂142a包括附接到导轨107a的基部144a。第一机器人臂142a的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构146a。类似地，第二机器人臂142b包括附接到导轨107b的基部144b。第二机器人臂142b的远侧端部包括器械驱动机构146b。器械驱动机构146b可被配置成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。
101.在一些实施方案中，机器人臂142a、142b中的一者或多者包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂142a、142b中的一者或多者可包括八个自由度，包括插入轴线(包括插入的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和翻滚的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144a、144b(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，插入自由度可由机器人臂142a、142b提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的插入架构提供插入。
102.c.器械驱动器和接口。
103.系统的机器人臂的端部执行器包括(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合用于致动医疗器械的机电装置，以及(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可不含任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分灭菌。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从系统)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。
104.图15示出了示例性器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，其以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可向医疗器械提供多个(例如，如图15所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭
矩。
105.对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入部，同时保持驱动轴与驱动输入部之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例性无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴和器械上的驱动输入部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖资本设备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的系统中)或台(在基于台的系统中)。覆盖件的使用将允许资本设备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要灭菌的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。
106.d.医疗器械。
107.图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。与被设计成与机器人系统一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入部73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入部被设计成与延伸通过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出部74配合。当物理连接、闩锁和/或耦合时，器械基部72的配合的驱动输入73可以与器械驱动器75中的驱动输出74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出74传递到驱动输入73。在一些实施方案中，驱动输出部74可以包括花键，其被设计成与驱动输入部73上的插座配合。
108.细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包含柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可以连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可以基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。
109.来自器械驱动器75的扭矩使用腱沿着轴71向下传递到细长轴71。这些单独的腱(例如，拉线)可以单独地锚定至器械柄部72内的单独的驱动输入部73。从柄部72，沿着细长轴71的一个或多个牵拉腔向下引导腱并且将其锚定在细长轴71的远侧部分处，或者锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科手术诸如腹腔镜式、内窥镜式或混合手术期间，这些腱可以耦合到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入部73上的扭矩将张力传递到腱，从而致使端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科手术期间，腱可以致使关节围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向移动。另选地，腱可以连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力致使抓握器闭合。
110.在内窥镜检查中，腱可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件耦合到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧
端部时，施加在驱动输入73上的扭矩将沿腱向下传递，从而致使较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或其间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下呈现较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起更大的轴压缩，但也呈现限制弯曲。在另一种情况下，可以平行于细长轴71的纵向轴线来导向牵拉腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控关节运动。
111.在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴可包括用于将外科工具(或医疗器械)、冲洗件和/或抽吸件部署到轴71的远侧端部处的操作区域的工作通道。轴71还可以容纳线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可以包括光学相机。轴71也可以容纳光纤，以将来自位于近侧的光源(例如，发光二极管)的光载送到轴的远侧端部。
112.在器械70的远侧端部处，远侧末端还可以包括用于递送用于诊断和/或治疗的工具、对手术部位进行冲洗和抽吸的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。
113.在图16的示例中，驱动轴的轴线以及因此驱动输入轴线与细长轴的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。在保持驱动输入部73静止的同时沿着其轴线使细长轴71滚动会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入到细长轴71内的牵拉腔时，腱的不期望的缠结。此类腱的所得缠结可破坏旨在预测柔性细长轴在内窥镜式规程期间的运动的任何控制算法。
114.图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来维持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。
115.与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，示出为具有透明的外部表层)，该器械基部包括被配置成接收器械驱动器80中的驱动输出部81的多个驱动输入部89(诸如插座、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本上平行于驱动输入部89的轴线，而不是如图16的设计中那样正交。
116.当耦合到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转致使器
械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，当器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入部89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出部81、驱动输入部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。
117.图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的器械。器械150可耦合到上文所述的器械驱动器中的任一个器械驱动器。器械150包括细长轴152、连接到轴152的端部执行器162和耦合到轴152的柄部170。细长轴152包括管状构件，该管状构件具有近侧部分154和远侧部分156。细长轴152沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽158。凹槽158被配置成接收穿过该凹槽的一根或多根线材或缆线180。因此，一根或多根缆线180沿着细长轴152的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线180也可穿过细长轴152。所述一根或多根缆线180的操纵(例如，经由器械驱动器)使得端部执行器162的致动。
118.器械柄部170(也可称为器械基部)通常可包括附接接口172，该附接接口具有一个或多个机械输入件174，例如插孔、滑轮或卷轴，所述一个或多个机械输入件被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩耦合器往复地配合。
119.在一些实施方案中，器械150包括使得细长轴152能够相对于柄部170平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械150本身包括基于器械的插入架构，该架构适应器械的插入，从而使对机械臂的依赖最小化以提供器械150的插入。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械插入。
120.e.控制器。
121.本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气、无线地和/或机械地)耦合，使得控制器的操纵例如经由主从控制引起器械的对应操纵。
122.图19是控制器182的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器182包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器182可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器182可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器182有利地在使用时可具有较低的感知惯性。
123.在例示的实施方案中，控制器182被配置成允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台188。
124.如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱接头196耦合到柱194的scara臂(选择顺应性装配机械臂)198。棱柱接头196被配置成沿着柱194(例如，沿着导轨197)平移，以允许柄部184中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。scara臂198被配置成允许柄部184在x-y平面中运动，从而提供两个附加自由度。
125.在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器定位在控制器中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)定位在万向支架186中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器182的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台188被配置用于导纳控制，而万向支架186被配置用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架186被配置用于导纳控制，而定位平台188被配置用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台188的平移自由度或方位自由度可依赖于导
纳控制，而万向支架186的旋转自由度依赖于阻抗控制。
126.f.导航和控制。
127.传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过c形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的设备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的方位。诸如术前标测、计算机视觉、实时em跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时em跟踪和机器人命令数据，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。
128.图20是示出根据示例性实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是被配置成执行一个或多个指令的一组一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可位于图1所示的塔架30、图1至图4所示的推车、图5至图14所示的床等中。
129.如图20所示，定位系统90可以包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如em场发生器)的参考系(参见下文对于em场发生器的讨论)。
130.现在更详细地描述各种输入数据91-94。术前标测可以通过使用低剂量ct扫描的集合来完成。术前ct扫描被重建为三维图像，该三维图像被可视化，例如作为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以从ct图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据91(当仅使用术前ct扫描生成时也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请14/523,760中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从ct图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。
131.在一些实施方案中，器械可以配备有相机以提供视觉数据92。定位模块95可处理视觉数据以实现一个或多个基于视觉的位置跟踪。例如，术前模型数据可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像连接到模型内的位置。在操作中，机器人系统可以参考该库，以便将在摄像相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。
132.其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征可以识别术前模型数据91中的与解剖腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖腔，以及跟踪相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。
133.光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图
像像素的位移和平移以推断相机运动。光流技术的示例可以包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的运动和位置。
134.定位模块95可以使用实时em跟踪来生成内窥镜在全局坐标系中的实时位置，该全局坐标系可以被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在em跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的em传感器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态em场发生器产生的em场的变化。由em传感器检测的位置信息被存储为em数据93。em场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在em传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定em传感器与em场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在手术中“配准”到患者解剖结构(例如，手术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的手术前模型中的方位对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个方位(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式em跟踪器可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。
135.机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的方位数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏。在手术中，这些校准测量可以与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的方位。另选地，这些计算可以结合em、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的方位。
136.如图20所示，定位模块95可以使用多个其他输入数据。例如，尽管在图20中未示出，但是利用形状感测纤维的器械可以提供定位模块95可以用来确定器械的位置和形状的形状数据。
137.定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在em数据可能不可靠(如可能存在em干扰的情况)的情况下，由em数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。
138.如上所讨论的，本文讨论的机器人系统可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人系统的基于计算机的控制系统可以将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时致使系统接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个系统的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的方位、解剖图等。
139.2.对机器人辅助伴随规程的介绍。
140.某些医学病症的治疗可涉及执行两次或更多次医学规程以完全治疗医学病症。例如，肺部病变的诊断和管理可涉及多个治疗阶段(episode)以执行医学规程，包括灵活的内窥镜检查和胸腔镜检查。在从放射摄影研究发现病变之后，诸如经由ct扫描的分析，医师可在多次治疗阶段的过程中执行内窥镜式诊断和后续治疗。在一个示例中，如果医师怀疑他或她的患者患有早期癌症，则医师可命令患者首先经历内窥镜规程以进行癌症的诊断。在内窥镜式规程期间，节结可被活检，并且如果医师确定节结的移除是必要的，则医师可命令
患者经历第二治疗阶段以用于节结的外科切除。
141.执行多个治疗阶段存在缺点。对于这种诊断和治疗患者病症的多阶段方法，护理者和患者两者的临床成本和时间需求都增加了。另外，在外科切除规程期间，可能需要重复执行规程(例如，内窥镜检查)以有助于准确地定位肿瘤并为外科切除提供手术目标。此外，当在多个治疗阶段对医学规程进行分阶段时，患者可能必须经历多个麻醉阶段，这可能对患者带来增加的风险和不便。并且多个治疗阶段可利用增加的术前资源(例如，术前处理、术后恢复以及可能的过夜住院时间)，从而导致患者和医师两者的增加的时间和成本。
142.医师可选择在单个治疗阶段期间以连续方式执行多个规程，而不是跨多个治疗阶段对医学规程进行分阶段。此类单个治疗阶段可以通过调集另外的临床提供者来执行，以帮助并行地执行作为单个治疗阶段的一部分的规程。
143.然而，对于多个治疗阶段，存在与当前执行的单个治疗阶段相关联的缺点。如上所述，多个临床提供者可能需要帮助执行单个治疗阶段，从而导致成本增加和手术室空间过度拥挤。此外，为了在单个治疗阶段连续地执行多个规程，医师可在各种方法之间进行交替，这可涉及在无菌技术和非无菌技术之间进行切换。在无菌和非无菌技术之间切换还可涉及将注意力从一个外科手术部位改变到另一个外科手术部位、重穿手术衣(regowning)以及显著中断的临床工作流。
144.在单个治疗阶段期间协调多个医疗服务提供者和/或医师以并行执行规程是昂贵的，并且对于某些规程可能成本过高。在执行作为单个治疗阶段的一部分的并行规程中使用多个临床提供者的一个示例是组合内窥镜和腹腔镜手术(cels)，其是执行结肠息肉切除的手动方法。息肉可基于其尺寸、类型和位置通过内窥镜方式评估它们是否可被移除。当息肉不能通过内窥镜方式移除时，它们可经由节段性结肠切除术去除，这伴随着相对高的并发症率和增加的恢复时间。cels被建议作为一种能够使结肠的腔外活动化(利用腹腔镜器械)以使息肉更容易腔内切除(利用内窥镜器械)的方法。cels通常需要至少两位医师(分别控制腹腔镜器械和内窥镜器械)和两位助手(分别保持腹腔镜和结肠镜)。当一个医师正在运动器械时，其余提供者可保持他们的器械静止，这在延长的时间段内可能是身体上苛刻的。在房间中可以有另外的工作人员来帮助进行器械更换、递缝合线或纱布、在移除后处理标本以及控制腹腔镜器械等。
145.本公开的实施方案涉及用于作为单个治疗阶段的一部分伴随地(例如，由单个用户或团队)执行两种或更多种类型/模式的规程的系统和方法。本文所述的系统和方法改善了上述单个和多个治疗阶段。在一些实施方案中，可以借助新型机器人医疗系统执行作为单个治疗阶段的一部分的并行规程，从而减少对与非机器人辅助的并行医学规程(例如，现有cels)一样多的医疗服务提供者和/或医师的需要。
146.除了癌性肿瘤的内窥镜诊断和手术切除的上述示例之外，其他示例性医学程序可受益于本文所述的系统和方法，包括肺癌的支气管镜定位与同时胸腔镜式切除、胃肠癌的内窥镜定位与腹腔镜式切除、在腹腔镜辅助下对胃肠癌进行内窥镜定位和切除，对胃肠重建规程进行内窥镜成像或可视化，诸如胃切除术、胃旁路术(roux-en-y-gastric bypass)等、输尿管镜下结石/肿瘤定位和经皮移除/切除。在一些实施方案中，此类规程可在单个治疗阶段中执行。在一些实施方案中，此类规程可由最少数量的临床医生执行，并且在一些情况下，可由单个医师执行。此外，在一些实施方案中，可使用单个类型的控制台来控制同时
规程以执行同时规程。
147.根据本公开的方面，在伴随/并行医学规程期间执行的第一类型的规程可涉及将一个或多个柔性装置递送到患者体内，而第二类型的规程可涉及将一个或多个刚性装置递送到患者体内。例如，在一个实施方案中，两个伴随规程可涉及内窥镜式规程(例如，使用柔性镜)结合腹腔镜式规程(例如，使用刚性镜)。在涉及支气管道中的肿瘤的医学治疗中，第一内窥镜工具(例如，柔性支气管镜)可通过支气管道插入，而第二腹腔镜工具(例如，刚性相机或切割器)可通过提供进入肿瘤的通路的切口插入。
148.在一些实施方案中，第一类型的规程可通过自然孔口执行，而第二类型的规程可通过切口执行。例如，在涉及移除肾结石的医学规程中，可将第一工具(例如，激光器)通过尿道的自然孔口插入以破碎肾盂中的结石，同时可将第二工具(例如，真空)经由皮肤通过切口插入以抽吸和移除破碎的肾结石。
149.a.用于执行伴随规程的系统和方法。
150.在一些实施方案中，单个机器人医疗系统可以作为单个治疗阶段的一部分伴随地执行两种或更多种类型的医学规程。图21示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的实施方案。如图21所示，机器人医疗系统200包括第一组一个或多个机器人臂205和第二组一个或多个机器人臂210。系统200还包括平台215，该平台可包括患者可定位在其上的床，其中第一组机器人臂205和第二组机器人臂210相对于平台215定位在双侧臂支撑件或导轨上。第一组机器人臂205可耦合到第一可调式臂支撑件220，而第二组机器人臂210可耦合到第二可调式臂支撑件225，该第二可调式臂支撑件位于平台215的相对于第一可调式臂支撑件220的相对侧上。平台215的床可包括头部部分和脚部部分。第一臂支撑件220和第二臂支撑件225可定位在头部部分和脚部部分之间。
151.在某些实施方案中，作为内窥镜式规程的一部分，第一组臂205可被配置成控制一个或多个柔性器械230，诸如结肠镜、支气管镜或输尿管镜(例如，具有内导管和外导管)。作为腹腔镜式规程的一部分，第二组臂210可被配置成控制一个或多个刚性器械235，诸如刚性相机、血管密封器、组织切割器、缝合器、针驱动器等。在本实施方案中，根据一些实施方案，第一组臂205在虚拟轨道中对准以递送柔性输尿管镜。第二组臂210通过腹腔镜端口递送一个或多个腹腔镜器械。在一些实施方案中，腹腔镜器械中的至少一个腹腔镜器械可以是刚性的，但在一些实施方案中，第二组臂210可被配置成递送刚性器械和柔性器械的组合，诸如刚性切割器和柔性关节运动腹腔镜。如图21所示，第一组臂205被配置成从与第二组臂210不同的方向接近患者。例如，第一组臂205可从平台215的基部接近患者，而第二组臂210可从平台215的一侧接近患者。在一些实施方案中，内窥镜器械或腹腔镜器械中的一者或多者可部分地或完全地经由em或荧光镜式导航来导航。在一些实施方案中，第一组臂205是能够被锁定的，而第二组臂210是可移动的。在其他实施方案中，第一组臂205是可移动的，而第二组臂210是锁定的。
152.如图21所示，第一组臂205耦合到第一可调式臂支撑件220，而第二组臂210耦合到第二可调式臂支撑件225。第一可调式臂支撑件220可独立于第二可调式臂支撑件225进行调节。在一些实施方案中，第一可调式臂支撑件220处于与第二可调式臂支撑件225不同的高度，而在其他实施方案中，第一可调式臂支撑件220处于与第二可调式臂支撑件225相同的高度。在一些实施方案中，臂支撑件220、225和/或臂205、210可收起在平台215下方。在一
些实施方案中，臂支撑件220、225和/或臂205、210中的一个或多个可升高到平台的基部上方，从而避免“拖把脏水(mop slop)”和意外污垢落到这些部件上。在一些实施方案中，一个或多个臂支撑件220、225和/或臂205、210可从收起位置升高到高于床或平台215的顶表面的高度。
153.在本实施方案中，一对臂205耦合到第一可调式臂支撑件220，而三个臂210耦合到第二可调式臂支撑件225。在其他实施方案中，这些可调式臂支撑件的每个可调式臂支撑件上的臂的数量可以是相等的。在其他实施方案中，臂的数量可大于或小于图21所示的臂的数量。
154.图22示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的另一个实施方案。类似于图21的实施方案，图22所示的实施方案包括第一组一个或多个机器人臂205、第二组一个或多个机器人臂210、平台215，其中多个机器人臂205和210相对于平台215定位在双侧臂支撑件上。这些双侧臂支撑件包括第一可调式臂支撑件220和第二可调式臂支撑件225。
155.与图21所示的实施方案相比，在图22的实施方案中，第一组机器人臂205包括被配置成控制通过患者经由皮肤的刚性腹腔镜器械235的单个机器人臂，而第二组机器人臂210包括被配置成控制柔性内窥镜器械230的一对机器人臂。在其他实施方案中，机器人臂205和210可位于床的相同侧(或床的相邻侧)，并且可被配置成分别控制柔性内窥镜器械230和刚性腹腔镜器械235。在其他实施方案中，包括位于平台215的每一侧上的至少一个臂的一组机器人臂205和210可被配置成控制第一医疗器械(例如，柔性内窥镜器械230)、包括位于平台215的每一侧上的至少一个臂的另一组机器人臂205和210可被配置成控制第二医疗器械(例如，刚性腹腔镜器械235)。
156.在图21和图22所示的实施方案的每个实施方案中，具有附接到其的机器人臂的单个基于床的系统可被配置成执行涉及一个或多个柔性器械230的内窥镜式规程以及涉及一个或多个刚性器械235的腹腔镜式规程。内窥镜式规程可通过自然孔口(例如，喉咙)执行，而腹腔镜式规程可通过切口(例如，胸部)执行。这些规程可有利地由单个用户经由单个控制台(其附加细节在下文中提供)同时/伴随地(部分地或完全地)执行。在一些实施方案中，如果需要，机器人医疗系统200也可被配置成串行地执行两种类型的医学规程。例如，可对患者执行第一类型的规程。如果这种规程本身无效，则可执行第二类型的规程以取代或补充第一类型的规程作为“规程升级”的一部分。
157.在图21和图22的每一个中，机器人臂205和210可以被收起并且随后从平台215的下面部署。机器人臂205和210被配置成基于从用户接收的命令定位在多个位置，例如，患者240的脚部附近和/或患者240的右侧附近。机器人臂205和210被配置成能够沿着可调式臂支撑件220和225平移。机器人臂205、210能够具有多个自由度，包括两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个自由度。在一些实施方案中，机器人臂205、210包括一个或多个冗余自由度。机器人臂205、210耦合到可调式臂支撑件220、225，这些可调式臂支撑件被配置成提供机器人臂205和210的垂直、侧向和纵向调节。独立于机器人臂205和210的运动，在一些实施方案中，可调式臂支撑件被配置成在三个自由度上进行调节。在某些实施方案中，可调式臂支撑件220和225可为杆或导轨的形式，机器人臂的基部可沿杆或导轨平移。基部可将机器人臂205和210耦合到可调式臂支撑件220和225。
158.参考图21所示的机器人系统的具体配置，已经水平地调节第一可调式臂支撑件220，使得其在平台215的基部下方延伸并超过该基部，从而允许第一机器人臂205作为内窥镜式规程的一部分定位在患者240的脚部附近。第二可调式臂支撑件225已经保持与平台215基本上对准，但是已经垂直调节，使得附接到其的第二机器人臂210可以作为腹腔镜式规程的一部分被定位在患者240上方。第一可调式臂支撑件220和第二可调式臂支撑件225允许机器人臂205和210从不同的方向(包括不同的高度和侧向位置)接近。
159.虽然机器人臂205和210已经被描述为分成第一组机器人臂205和第二组机器人臂210，但是机器人臂205和210可以被分成其他分组(包括一个或多个臂的组)，每个分组被配置成执行作为伴随医学规程的一部分的不同规程。在一些实施方案中，可使用少至两个臂(一个臂用于保持柔性相机，另一个臂用于保持器械)来执行伴随规程(例如，用于诊断)。在一些实施方案中，可利用两个臂或三个臂执行伴随规程(例如，用于治疗)。在一些实施方案中，可提供四个或更多个机器人臂205和210。
160.取决于伴随地执行的医学规程的组合，机器人臂205和210可被配置和/或操作以控制各种医疗器械。机器人臂205和210中的一个或多个机器人臂可以使用机器人医疗系统200实现的用途的示例包括：(i)被配置成控制引导器或护套的机器人臂，该引导器或护套提供通向自然身体孔口的通路，该自然身体孔口为诸如鼻部、口部、阴道、尿道、直肠或耳朵；(ii)被配置成在具有或不具有前述引导器或护套的情况下控制内窥镜和/或内窥镜器械(例如，柔性器械)通过自然孔口进入身体的机器人臂；(iii)被配置成保持并命令胸腔镜相机或腹腔镜相机(例如，柔性或刚性装置)的机器人臂，该胸腔镜相机或腹腔镜相机在相关解剖空间(例如，胸部、腹部、腹膜外和/或腹膜后空间)中提供腔外可视化；以及/或者(iv)被配置成保持并命令胸腔镜器械或腹腔镜器械(例如，刚性装置)的一个或多个机器人臂。这些仅仅是示例性用途，并且本领域的技术人员将会知道，本文所述的系统不限于这些实践。
161.使用单个系统(诸如图21和图22中的一者的机器人医疗系统)利用柔性和刚性工具来执行伴随的内窥镜式规程和腹腔镜式规程具有许多优点。首先，使用单个系统通过在手术室中具有较少的设备/资本而节省了系统的部件所占据的空间量。第二，使用单个系统使得单个临床医生/医师更容易同时执行两种类型的规程，而不借助手术室内的其他临床医生/医师的帮助。第三，通过使用单个系统，系统的每个机器人可控制部件可以被绑定到相同的全局参考系，例如，内窥镜器械的位置和/或取向可以容易地相对于腹腔镜器械的位置和/或取向被参考。换句话讲，单个系统提供了所有器械和操纵器相对于单个坐标系的位置和/或取向相关数据的知识，从而实现诸如碰撞预防和/或避免和/或器械相对于彼此的计算机生成显示的特征。
162.图23示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的机器人系统的又一个实施方案。机器人医疗系统300包括基于平台的机器人系统301和基于推车的机器人系统303两者。基于平台的机器人系统301包括第一组一个或多个机器人臂305、第二组一个或多个机器人臂310以及床或平台315，其中多个机器人臂305和310相对于平台315双侧定位。系统300还包括耦合到第一组一个或多个机器人臂305的第一可调式臂支撑件320，以及耦合到第二组一个或多个机器人臂310的第二可调式臂支撑件325。基于推车的机器人系统303包括耦合到第三可调式臂支撑件335的第三组一个或多个机器人臂330。在本实施方案
中，基于平台的机器人系统301和基于推车的机器人系统303被有利地集成以作为单个治疗阶段的一部分执行伴随规程。
163.作为对患者350执行的腹腔镜式规程的一部分，第一组机器人臂305和第二组机器人臂310被配置成控制一个或多个刚性器械340，诸如相机、血管密封器、组织切割器、缝合器、针驱动器等。作为内窥镜式规程的一部分，第三组机器人臂330被配置控制一个或多个柔性器械345，诸如结肠镜、支气管镜或输尿管镜(例如，具有内导管和外导管)。然而，在其他配置中，第一机器人臂305、第二机器人臂310和第三机器人臂330的任何组合或子集可以被配置成控制刚性器械340和/或柔性器械345。在一些实施方案中，机器人系统300可包括两个或更多个基于推车的系统303，这些基于推车的系统中的每个系统可被配置成控制一个或多个医疗器械。
164.图24和图25示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的另一个实施方案的两种配置。如图24和图25所示，机器人医疗系统400包括第一组一个或多个机器人臂405、第二组一个或多个机器人臂410、平台415、可调式臂支撑件420、一个或多个柔性医疗器械425和一个或多个刚性医疗器械430。在本实施方案中，第一组一个或多个机器人臂405和第二组一个或多个机器人臂410共享相同的可调式臂支撑件420。成像装置(例如，ct、荧光镜等)定位在平台415的与臂支撑件420相对的一侧上。系统400还包括电磁场发生器418，该电磁场发生器用于帮助经由em传感器导航一个或多个器械。
165.在图24所示的机器人医疗系统的第一配置中，第一组机器人臂405可以被配置成控制待通过患者440支气管道插入的柔性医疗器械405。第二组机器人臂410可以在不控制医疗器械的情况下收起在平台415下方。在图25所示的第二配置中，第一组机器人臂410可以被配置成在第二组机器人臂410已经从收起位置升高以控制一个或多个刚性器械430时控制柔性器械425，一个或多个刚性器械可以通过在患者440中形成的切口插入。机器人臂可经由可调式臂支撑件420升高。如图25所示，扶手422可耦合到平台和/或可调式臂支撑件420中的一个或多个可调式臂支撑件，以允许患者的手臂在规程期间休息。如图24和图25所示，可选择机器人臂405和410的不同子集以根据机器人医疗系统400如何配置或利用来控制医疗器械425和430。具体地讲，可包括两个机器人臂405作为第一组机器人臂405的一部分以控制处于图24的配置的柔性器械，而可包括单个机器人臂405作为第一组机器人臂405的一部分以控制处于图25的配置的柔性器械。如图24和图25所示，示出了给定的可调式臂支撑件420上的机器人臂405、410的不同组合。
166.图26是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于至少部分地或完全地执行伴随医学规程的示例性方法的流程图。例如，图26中所示的方法500的步骤可以由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者上述机器人医疗系统200、300或400中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。为方便起见，方法500被描述为由“系统”结合方法500的描述来执行。
167.方法500在框501处开始。在框505处，系统可以控制第一机器人臂以将第一医疗器械通过患者的第一开口插入。在框510处，系统可以控制第二机器人臂以将第二医疗器械通过患者的第二开口插入。第一机器人臂和第二机器人臂可以是第一平台的一部分，并且第一开口和第二开口可以定位在患者的两个不同解剖区域处。方法500在框515处结束。
168.作为方法500的示例性实施方式并且参考图21的实施方案，在框505处，机器人医疗系统200可以控制第一组机器人臂205以将柔性医疗器械230通过患者240的第一开口插入。类似地，在框510处，机器人医疗系统200可以控制第二组机器人臂210以将刚性医疗器械230通过患者240的第二开口插入。在一些实施方案中，第一开口可以是患者的自然孔口，并且第二开口可以是在患者体内形成的切口。
169.在一些实施方案中，第一医疗器械可包括第一图像捕获装置(例如，内窥镜)，并且第二医疗器械可包括第二图像捕获装置(例如，腹腔镜)。通过将第一医疗器械和第二医疗器械(各自具有相机或其他成像部件)通过定位在患者的两个不同解剖区域处的不同开口插入，可以提供患者的一个或多个解剖区域的不同视图。例如，当柔性器械通过患者的结肠插入并且刚性器械插入患者的腹腔中时，柔性器械能够从结肠内提供结肠息肉的视图，而刚性器械能够从腹腔(例如，从结肠的外部)提供相同结肠息肉的视图。本文所述的系统有利地允许用户在查看显示器时在不同相机视图之间切换。在一些实施方案中，来自第一图像捕获装置的视图可在显示器上覆盖在来自第二图像捕获装置的视图上。在一些实施方案中，第一图像捕获装置的视图可以在显示器上以平铺视图与第二图像捕捉装置并排放置。下文描述了关于相机视图操纵的附加细节。
170.本公开的各方面(包括图26的方法500)可实现独立的内窥镜式规程、经皮规程、腹腔镜式规程以及它们的同时组合。当在单个规程期间利用所有三种模态时，一个或多个机器人臂的子集可以被分配以驱动和控制柔性内窥镜和器械，以提供对体内管腔的直接可视化和访问，一个或多个机器人臂的另一子集可以被分配以驱动和控制腹腔镜/胸腔镜相机，以提供各种体腔内部的直接可视化，而一个或多个机器人臂的另一子集可以被分配以驱动和控制体腔内部的刚性、半刚性或柔性器械。机器人臂可根据需要针对任何情况进行配置和部署。
171.图27a和图27b提供了流程图，其示出了可由机器人系统或其部件操作的用于执行根据本公开的各方面的伴随内窥镜式规程和胸腔镜式规程的另一示例性方法。例如，图27a和图27b中所示的方法600的步骤可以由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者机器人医疗系统200、300或400中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。为方便起见，方法600被描述为由“系统”结合方法600的描述来执行。
172.方法600在框601处开始。在框605处，基于床的平台可被配置成接收由手术室工作人员转移到床上的患者。在框610处，系统可从床或集成的基于推车的系统部署第一臂，以为内窥镜器械做准备。在框615处，第一机器人臂接收柔性器械，该柔性器械可由手术室人员装载到第一机器人臂上。在框620处，在医师的控制下，系统可经由自然身体孔口将柔性器械驱动到患者体内。
173.在框625处，系统可使用柔性器械定位目标病理。在肺部病变的情况下，框620和625可以涉及将柔性器械引入气道中并且在医师的控制下将柔性器械驱动到目标(例如，感兴趣的病变)。
174.在框630处，系统可部署第二机器人臂以执行腹腔镜式切除。在一些实施方案中，可响应于确定病理是癌性的而执行框630。在框645处，第二机器人臂可以接收胸腔镜器械，该胸腔镜器械可以由手术室人员装载到第一机器人臂上。手术室工作人员还可创建胸腔镜端口，胸腔镜器械被配置成通过该胸腔镜端口插入患者体内。胸腔镜器械可包括刚性相机
(在这种情况下为胸腔镜)和胸腔镜器械。胸腔镜端口可包括提供进入患者胸腔的通路的插管。
175.在框640处，系统可在医师的控制下使用胸腔镜器械执行目标的腹腔镜式切除。柔性器械和胸腔镜可分别从气道内部和外部提供目标的单独视图，从而帮助医师执行切除。一旦切除完成，医师和/或手术室工作人员可移除胸腔镜器械并关闭胸腔镜端口，并且从患者移除柔性装置。方法600在框645处结束。
176.b.规程升级。
177.能够从单个平台(或混合式基于床的平台和基于推车的系统)控制内窥镜器械和腹腔镜器械两者的一个益处是能够根据需要升级外科手术的侵入性水平。不同规程具有不同程度的侵入性。例如，第一类型的规程可以是纯内窥镜式切除。第二类型的规程可以是具有腹腔镜辅助的内窥镜式切除。并且第三类型的规程可以是腹腔镜式切除。本文所述的系统和方法可有利地使医师能够容易地将规程从一种类型的规程升级到另一种类型的规程，诸如从第一类型的规程升级到第二类型的规程、从第二类型的规程升级到第三种规程的手术、或从第一类型的规程升级到第三类型的规程。
178.在一些实施方案中，医师可预期执行第一类型的规程(例如，纯内窥镜式切除)，并且升级治疗以包括第二类型的规程(例如，具有腹腔镜辅助的内窥镜式切除)。在一些实施方案中，第一类型的规程的侵入性可小于第二类型的规程。例如，在第一类型的规程中，医师可尝试通过内窥镜方式执行切除，而不必在患者体内形成切口。在第二类型的规程中，侵入性程度随着端口和孔被引入患者腹腔中而增加，以便提供腹腔镜辅助。可提供端口和孔以引入腹腔镜和/或其他腹腔镜器械，例如用于观察组织和定位；然而，切除仍然是内窥镜式的，这使并发症率和恢复时间相对最小。本文所述的系统和方法可有利地使医师能够容易地将规程从第一类型的规程升级到第二类型的规程。
179.在一些实施方案中，医师可预期执行第二类型的规程(例如，具有腹腔镜辅助的内窥镜式切除)，并且升级治疗以包括第三类型的规程(例如，腹腔镜式切除)。在一些实施方案中，第二类型的规程的侵入性可小于第三类型的规程。例如，在第二类型的规程中，医师可尝试具有腹腔镜辅助的内窥镜式切除。在第三类型的规程中，侵入性程度随着通过腹腔镜方式执行切除而增加。相对于第一类型的规程和第二类型的规程，此类切除(诸如节段性结肠切除术)可涉及更高的风险和恢复时间。本文所述的系统和方法可有利地使医师能够容易地将规程从第二类型的规程升级到第三类型的规程。
180.可执行规程升级的一个示例性治疗是结肠息肉切除。医师可通过尝试纯内窥镜式切除结肠息肉来开始治疗。如果纯内窥镜式切除失败，则医师可在腹腔镜器械的辅助下快速升级以执行结肠息肉的内窥镜式切除。在一些实施方案中，可以在不将额外的人员或资本设备带入房间的情况下执行升级。如果内窥镜式切除尽管借助腹腔镜器械仍不足以进行切除，则医师可将规程升级至完全腹腔镜规程并继续进行腹腔镜式切除。在该示例中，在腹腔镜器械的辅助下执行内窥镜式切除可具有比执行纯内窥镜式切除更高的侵入性水平，而执行腹腔镜式切除可具有比在腹腔镜器械辅助下执行内窥镜式切除更高的侵入性水平。给定规程的侵入性水平可基于许多因素来确定，包括但不限于患者的期望或预期恢复时间、不存在或存在用于递送器械的切口、将医疗器械递送到患者体内所需的切口的尺寸、规程后的预期发病率、预期并发症风险等。
181.通过使用规程升级来执行治疗，医师可在尝试执行更具侵入性的规程之前尝试首先执行侵入性最小的规程。例如，通过使用规程升级来治疗结肠息肉，医师可有利地能够使用完全内窥镜式切除来切除结肠息肉中的一些或全部，然后可能继续进行更具侵入性的规程，从而潜在地减少患者的相关恢复时间，而不延长多个阶段的治疗。尽管上文结合结肠息肉示例描述了规程升级，但规程升级也可应用于其他医学规程，包括例如癌性结节的诊断和切除。
182.图28是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于执行伴随医学规程(包括规程升级)的示例性方法的流程图。例如，图28中所示的方法700的步骤可以由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者机器人医疗系统200、300或400中的一者)或相关联的系统的一个或多个处理器和/或其他部件执行。为方便起见，方法700被描述为由“系统”结合方法700的描述来执行。
183.方法700在框701处开始。方法700可在用于执行图26所示的伴随医学规程的方法500期间执行，例如，在框505和510之间执行。然而，执行方法700的时序不受限制，并且可在框505之前、框510之后或与框505和框510中的一者或多者伴随地执行。在框705处，系统可控制第一机器人臂以执行第一医学规程。第一医学规程可涉及定位目标部位。该系统还可基于目标部位的定位来选择切口的部位。切口可用于递送在框710的第二医学规程中使用的第二医疗器械。
184.在框710处，响应于确定第一医学规程未能完全治疗患者的医学病症，系统可控制第二医学规程以执行第二医学规程从而完全治疗患者的医学病症。第二医学规程可具有比第一医学规程更高的侵入性水平。第一医学规程和第二医学规程在单个医疗阶段期间伴随地执行。在一些实施方案中，第一医学规程和相对更具侵入性的第二医学规程使用单个平台(诸如基于推车的平台或具有多个臂的基于床的平台)来执行。在其他实施方案中，第一医学规程和相对更具侵入性的第二医学规程使用多个集成平台(诸如与基于推车的平台结合的基于床的平台或与另一个基于推车的平台结合的基于推车的平台)来执行。在一些实施方案中，响应于确定患者的解剖结构内的目标部位满足经由第二医学规程治疗的条件，系统还可控制第二机器人臂以执行第二医学规程。方法700在框715处结束。
185.c.用于控制多个医疗仪器的用户界面。
186.本公开的另一方面涉及一种用户界面，该用户界面可以使单个用户能够在伴随规程期间控制所有机器人臂。换句话讲，本公开的各方面涉及新型单个界面的使用，该新型单个界面可用于使用一个或多个柔性装置执行内窥镜式干预，以及使用一个或多个刚性装置执行腹腔镜式干预。
187.图29示出了根据本公开的各方面的包括用于控制机器人臂的一种或多种类型的界面的示例性控制台。如图29所示，控制台800包括观察器805、包括被配置为从用户的左手和右手接收输入的两个柄部(也称为定位平台)815的控制器810、吊塔820、扶手825以及一个或多个脚踏开关830。
188.图30示出了根据本公开的各方面的图29所示的控制器的近距离视图。图30的控制器810可类似于图19所示的控制器182。图31示出了根据本公开的各方面的图29和图30所示的柄部中的一个柄部的近距离视图。在一些实施方案中，柄部815包括按钮835和手指抓握部840。按钮835提供用户界面，该用户界面允许用户致动对应医疗器械的端部执行器。手指
抓握部840可提供界面，该界面允许用户抓握柄部815并且在六个自由度上操纵柄部815的位置。柄部815还可充当万向支架，从而允许用户在三个取向自由度(例如，俯仰、偏航和翻滚)上操纵柄部。
189.图32示出了根据本公开的各方面的图29所示的吊塔的近距离视图。吊塔820包括插入/回缩操纵杆845、菜单按钮850、快速动作按钮855、暂停按钮860、关节运动和放松操纵杆865、快照、灯和一个可编程按钮870以及五按钮群按钮875。吊塔820可被配置成驱动柔性器械，诸如图21的柔性器械230。
190.尽管图29至图32包括两种或更多种类型的用户界面(例如，基于万向支架的界面和基于吊塔的界面)，但是在一些实施方案中，控制台800可以包括单一类型的界面(诸如柄部815)，以执行本文公开的伴随规程。例如，在一些实施方案中，左手柄部815可被配置成控制内窥镜器械，而右手柄部815可被配置成控制腹腔镜器械。在其他实施方案中，左手和右手柄部815可用于两种不同模式：第一模式，该第一模式被配置为控制一个或多个柔性内窥镜器械；以及第二模式，该第二模式被配置为控制一个或多个刚性腹腔镜器械。脚踏开关830或控制台800上的其他按钮可被配置为接收来自用户的输入以在两种模式之间切换。使用单一类型的界面来控制两个不同的器械(例如，柔性内窥镜和刚性腹腔镜)是高度新颖的，因为医师通常将使用两个不同类型的界面来控制此类不同的器械。
191.虽然控制器810(诸如图30的具有左手柄部和右手柄部815的控制器810)可以用于控制腹腔镜器械，但是通常不将这种类型的控制器810与涉及一个或多个柔性装置的伴随内窥镜式规程一起使用。然而，可能期望向用户提供单个用户界面以通过相同界面控制两个或更多个医疗器械(包括内窥镜器械和腹腔镜器械)，使得当在两个医疗器械的控制之间切换时，用户不必在不同的用户输入装置之间连续地切换。因此，为了提供医师可通过其控制两者的单个界面，除了腹腔镜器械之外，控制器810还可适于控制内窥镜器械。
192.图33是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于经由单个用户界面执行伴随医学规程的示例性方法的流程图。例如，图33中所示的方法900的步骤可以由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者机器人医疗系统200、300或400中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。为方便起见，方法900被描述为由“系统”结合方法900的描述来执行。
193.方法900在框901处开始。在框905处，系统可使用用户界面经由第一机器人臂操作通过患者的第一开口插入的第一器械。在框910处，系统可使用用户界面经由第二机器人臂操作通过患者的第二开口插入的第二器械。第一开口和第二开口定位在患者的两个不同解剖区域处。在一些实施方案中，第一开口可以是患者的自然孔口，并且第二开口可以是在患者体内形成的切口。第一器械可为柔性的，而第二器械可为刚性的。方法900在框915处结束。
194.在一个实施方案中，响应于系统接收到来自用户的用于控制内窥镜器械的选择，柄部815中的一个柄部被映射成控制内窥镜器械的插入和回缩，而另一个柄部815被映射成控制内窥镜器械的关节运动和滚动。控制插入和回缩的柄部815可被触觉地约束成沿直线移动，并且控制器810可以包括离合器，该离合器被配置成允许用户调节可用于将内窥镜器械平移到患者体内或平移出患者体外的行程长度。控制关节运动和滚动的柄部815可被触觉地约束，使得柄部815不以平面方式移动。另一个关节运动/滚动柄部815的位置可固定在
坐标平面中，但允许旋转、俯仰和偏航。关节运动/滚动柄部815上的附件按钮835可被配置成允许用户冲洗或抽吸内腔，以及将能量递送到内窥镜器械。
195.在第二实施方案中，柄部815中的一个柄部可被映射成控制内窥镜器械的插入和回缩，而另一个柄部815被映射成如在第一实施方案中的控制内窥镜器械的关节运动和滚动，但用户的驱动体验可被略微修改。一个柄部815可被触觉地约束成沿直线移动，但是不需要用户抓持，用户控制器810可以被配置为使得用户简单地将他或她的手远离或朝向规程目标移动，从而远离或朝向关注点平移内窥镜器械。用户移动他或她的手的量值可被映射到内窥镜器械平移到患者体内或平移出患者体外的速度。剩余柄部815可被配置成以与第一实施方案中所述类似的方式进行控制。
196.第三实施方案可包括控制器810，该控制器除了图29至图31所示的主柄部815之外还具有辅助界面组(未示出)。主左柄部和主右柄部815可被配置成类似于腹腔镜控制界面或胸腔镜控制界面。左界面和右界面的辅助组可被配置成驱动内窥镜器械。辅助界面中的一个辅助界面可包括安装在两个轮上的内窥镜状插入管的环。插入管的环可被配置成沿轴线平移并且左右滚动。插入管可提供基于位置或速度的控制。在控制器810上可存在切换按钮，以允许用户循环通过需要在患者体内平移或滚动的同心器械。另一个辅助界面可包括用一系列按钮增强的仿制(mock)内窥镜尖端。仿制内窥镜尖端可被配置成由用户操纵以命令机器人控制的内窥镜器械的远侧端部的期望形状。可以利用仿制内窥镜尖端上的按钮在内腔内进行冲洗或抽吸，以及将能量递送到内窥镜器械。仿制内窥镜尖端可采取被控制的内窥镜器械的当前位置，并且保持该位置直到用户另外命令，或者行为更像传统的内窥镜器械并且仅在用户主动命令时保持位置。另一个辅助界面可包括位于柄部815中的一个或多个柄部上的“操纵杆”型按钮，该“操纵杆”型按钮可用于以与吊塔820上的输入类似的方式控制一个或多个柔性器械。在一些实施方案中，柄部815将自身重新定位成另选配置(例如，诸如向上指向)以有利于辅助界面操纵杆按钮的人体工程学控制。
197.在第四实施方案中，控制器810可包括如第三实施方案所述的用于平移和滚动内窥镜器械的辅助界面，但两个主左手界面或主右手界面中的一个可被配置成控制内窥镜器械关节运动和其他功能。
198.在第五实施方案中，控制器810可包括辅助界面，该辅助界面包括如图32所示的吊塔820。在该实施方案中，用户必须在左柄部和右柄部815外科控制之间来回通过身体进行切换，并且吊塔820在腹腔镜器械和内窥镜器械的控制之间移动。由观察器805显示的当前视图可由控制器810控制。
199.在一些实施方案中，控制台800被配置成限制可同时控制的机器人臂的数量，同时约束其他机器人臂的运动。例如，在一些实施方案中，界面可用于驱动所选择的机器人臂，同时约束其他机器人臂(例如，两个、三个、四个或更多个)的运动。
200.d.查看和切换图像显示。
201.参考图29至图32，在一些实施方案中，观察器805可被配置为显示来自内窥镜成像传感器和腹腔镜成像传感器的图像，以及已加载到系统或其他实时视频源(诸如超声探头)上的任何术前计划或扫描。用户可以各种方式在不同视图之间来回切换，包括但不限于：使用位于左手界面或右手界面上的附件按钮835；使用附件脚踏开关830或由用户的脚、膝盖、脚趾或肘部激活的开关；使用支持触觉的命令结合器械离合来使用基于手的手势经由左手
界面和右手界面在多个视图之间来回切换或循环；使用附接到控制台的控制吊塔825；或任何组合。辅助视图可经由画中画、并列、分割帧或循环查看模式来显示。
202.图34和图35是根据本公开的各方面的可由观察器在伴随医学规程期间显示的示例性视图。具体地讲，图34示出了胸腔镜视图1000，而图35示出了内窥镜视图1050。
203.在一些实施方案中，当前选择的医疗器械的控制与由观察器805显示的主视图的坐标系同步。系统可考虑源自显示为主器械的主视图的接近的器械，然而，系统可允许用户相对于主视图控制系统上的任何器械。换句话讲，在其中用户处于胸腔镜观察模式1000的情况下，胸腔镜器械是主器械。如图34的胸腔镜观察模式1000所示，可看到第一胸腔镜器械1005和第二胸腔镜器械1010。
204.用户可能想要调节定位在肺内的内窥镜。为此，用户可显示适当的辅助视图(在这种情况下为内窥镜视图1050)，并且利用上文在“部分c”中所述的界面中的一个界面来从主左手器械或主右手器械切换到辅助左手器械或辅助右手器械，并且根据需要调节内窥镜器械。如图35所示，内窥镜视图1050可包括内窥镜上的相机的第一视图1055和示出内窥镜的尖端相对于术前模型的位置的第二视图1060。除了在胸腔镜视图1000和内窥镜视图1050之间来回切换之外，系统还能够在胸腔镜视图1000、内窥镜视图1050和经由患者的术前扫描获得的第三视图之间来回切换。
205.图36是根据本公开的各方面的可由观察器在伴随医学规程期间显示的另一示例性视图。在一些实施方案中，该系统可被配置为具有一个图像在另一个图像顶部上的计算机生成的叠加，如图36所示。事实上，在图36所示的实施方案中，示出了两个单独的视图上视图(view-on-view)实施方案。首先，来自柔性镜的内窥镜视图(右上角)覆盖在来自刚性镜的腹腔镜视图1090(基础图像)上。第二，柔性镜的图形或虚拟表示1095(以轮廓示出)也覆盖在来自刚性镜的腹腔镜视图1090上。通过提供此类视图中视图(view-in-view)功能，这有助于医师伴随地执行多个规程，并且使对执行各个规程的不必要人员的需要最小化。
206.图37是示出根据本公开的各方面的可由机器人系统或其部件操作的用于在执行伴随医学规程时在显示的图像之间来回切换的示例性方法的流程图。例如，图37中所示的方法1100的步骤可以由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者机器人医疗系统200、300或400中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。为方便起见，方法1100被描述为由“系统”结合方法1100的描述来执行。
207.方法1100在框1101处开始。在框1105处，系统可经由第一机器人臂通过患者的第一开口递送第一镜以获得第一图像。在框1110处，系统可经由第二机器人臂通过患者的第二开口递送第二镜以获得第二图像。在框1115处，系统可在显示器上的第一图像和第二图像之间来回切换。在一些实施方案中，系统可被进一步配置为切换到其中第一图像覆盖在显示器上的第二图像上的视图。在其他实施方案中，系统可被配置为在第一图像、第二图像和从患者的术前扫描(例如，计算机断层摄影(ct)扫描或荧光镜扫描)获得的第三图像之间来回切换。系统可被进一步配置为将虚拟图像叠加在显示器上的第一图像或第二图像中的任一者上，如图36所示。方法1100在框1120处结束。
208.3.伴随规程的示例性方法和工作流程。
209.存在能够由本文所述的机器人医疗系统实现的多个示例性方法和工作流程。可使用机器人医疗系统执行的一个特定示例性医疗规程是结肠直肠介入。在结肠直肠介入规程
中，医师可尝试执行微创介入以解决结肠直肠疾病，这可能是非常复杂的规程。在一些情况下，结肠直肠疾病的治疗可涉及去除结肠息肉。虽然本公开的各方面可能使用结肠直肠介入作为具体示例，但本文所述的系统和方法也可用于其他规程，诸如胃肠介入和胸腔介入。
210.cels可用于诸如例如结肠直肠介入和胃肠介入的规程。例如，某些结肠息肉(诸如大的无蒂息肉或相对于结肠的管腔处于困难位置的那些结肠息肉)不能使用当前方法通过纯内窥镜式方法来切除。这些息肉可借助腹腔镜器械以内窥镜方式切除。在这些情况下，可使用腹腔镜器械重新定位结肠，以实现息肉的内窥镜式切除。除此之外或作为另选的规程，内窥镜工具可用于息肉的定位，以实现息肉的靶向和/或保留组织的腹腔镜式切除。
211.由于腹腔镜辅助内窥镜式切除和内窥镜辅助腹腔镜式切除与纯腹腔镜式切除相比各自的侵入性可能较小(例如，它们可能具有较短的患者恢复时间)，因此使用内窥镜式规程和组合内窥镜式/腹腔镜式规程可潜在地促成具有息肉的患者使用cels得到更好结果。
212.然而，在实践中实施cels可能存在许多挑战。一个挑战是，cels通常可能需要大量资源和多位人员，诸如需要至少四位医师来执行以下操作：(i)控制腹腔镜相机，(ii)控制腹腔镜器械，(iii)控制内窥镜相机，以及(iv)控制内窥镜器械。除了四位医师之外，cels还可能需要多位临床医生和助手来支持病例。因此，cels尚未被广泛采用，并且限于可能针对单个规程支持多个临床提供商的特定设施(例如，高端学术中心)。
213.图38a和图38b包括示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性工作流程的流程图。例如，图38a和图38b中所示的工作流程1200的步骤可由一位或多位医师、临床医生和/或助手执行。为方便起见，cels工作流程1200被描述为由四位医师结合工作流程1200的描述来执行。
214.参考图38a，工作流程1200在框1201处开始。在框1205处，工作流程1200涉及一位或多位医师将内窥镜(例如，结肠镜)和一个或多个其他内窥镜器械引入患者结肠中。在框1210处，工作流程1200涉及一位或多位医师使用内窥镜和一个或多个其他内窥镜器械来识别和表征目标解剖结构。在框1215处，工作流程1200涉及一位或多位医师将多个腹腔镜端口放置在患者身上并且将腹腔镜和一个或多个腹腔镜器械引入患者体内。这些医师帮助在无菌区(例如，腹腔镜端口)和非无菌区(例如，内窥镜进入点，例如，患者肛门)之间建立无菌边界。腹腔镜和一个或多个腹腔镜器械可插入患者腹腔中。
215.参考图38b，在框1220处，工作流程1200涉及可互换地使用内窥镜相机和器械以及腹腔镜相机和器械来定位目标解剖结构以进行介入。医师可观察用于内窥镜视图和腹腔镜视图的不同屏幕。在其他实施方案中，同一屏幕可观察内窥镜视图和腹腔镜视图两者。在框1225处，工作流程1200涉及任选地交换内窥镜器械和腹腔镜器械中的一者或多者。在框1230处，工作流程1200涉及使用内窥镜器械和腹腔镜器械中的一者或多者在目标解剖结构处执行介入。在框1235处，工作流程1200涉及移除全部内窥镜相机和器械以及腹腔镜相机和器械以及闭合腹腔镜端口。工作流程在框1240处结束。
216.本公开的各方面涉及能够执行cels的伴随系统。该系统能够执行内窥镜式规程(例如，涉及使用一个或多个柔性器械的规程)和腹腔镜式规程(例如，涉及使用一个或多个刚性器械的规程)两者。内窥镜式能力和腹腔镜式能力有利地以相对紧凑的形状因数集成到伴随系统中。除了紧凑的形状因数之外，该系统还可由单个控制单元控制，从而有利地减
少对手术室中的大量医师和助手的依赖。通过在执行cels时减少对大量医师和助手的依赖，这使得该系统能够在全世界医院中的大量手术室和急诊室中普遍使用，且没有上述传统cels的缺点中的至少一些。
217.图39示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的基于床的机器人系统的实施方案。例如，可在执行cels规程的方法中使用系统1300。该系统可类似于结合图21所述的系统。
218.如图39所示，系统1300包括患者平台1305，该患者平台包括床1307，该床具有附接到可调式臂支撑件1311和1316的多个机器人臂1310和1315。系统1300还包括显示器1321，该显示器可被配置为显示实时视频流。在本实施方案中，显示器1321包括电视屏幕。在其他实施方案中，显示器1321可为作为塔监视器的部分的屏幕，并且视频流还可经由hdmi、sdi或类似装置输送到外部房间监视器。
219.第一组一个或多个机器人臂1310被配置成操纵一个或多个柔性器械。在一些实施方案中，柔性器械包括柔性镜诸如内窥镜，以及一个或多个内窥镜器械。在图39的实施方案中，第一组机器人臂1310包括两个臂；然而，在其他实施方案中，可使用更多或更少的机器人臂1310来控制内窥镜和/或内窥镜器械。第二组一个或多个机器人臂1315被配置成操纵一个或多个刚性器械。在一些实施方案中，刚性器械包括刚性镜诸如腹腔镜，以及一个或多个腹腔镜器械。在图39的实施方案中，第二组机器人臂1315包括三个臂；然而，在其他实施方案中，可使用更多或更少的机器人臂1315来控制腹腔镜和/或腹腔镜器械。
220.显示器1321可包括被配置为显示来自柔性镜和/或刚性镜的反馈的大视频屏幕。在一些实施方案中，反馈可包括来自腹腔镜和/或内窥镜的实时视频流。在其他实施方案中，反馈可包括腹腔镜器械和内窥镜器械相对于患者解剖结构的模型的位置的虚拟表示。在图39的实施方案中，系统1300被配置为同时显示来自腹腔镜和内窥镜的两种实时流。例如，来自柔性镜的反馈和来自刚性镜的反馈可以画中画视图显示在视频屏幕上。在另一个示例中，来自柔性镜的反馈和来自刚性镜的反馈可以并列视图显示在视频屏幕上。
221.虽然图39示出了其中机器人臂1310和1315中的每个机器人臂附接到平台1305的实施方案，但在另选的实施方案中，系统1300可包括一个或多个推车，每个推车包括一个或多个机器人臂。推车可彼此通信，使得医师可从中心位置控制柔性器械和刚性器械。在一个实施方案中，被配置成操纵柔性器械的机器人臂1310可附接到第一推车，而被配置成操纵刚性器械的机器人臂1315可附接到第二推车。包括基于推车的机器人臂的系统的示例在以下附图中示出但不限于以下附图：图1、图3、图4和图23。
222.图40是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的另一个示例性工作流程的流程图。例如，图40所示的工作流程1400的步骤可由一位或多位医师、临床医生和/或助手执行。图40中所示的方法1400的步骤中的一些步骤可由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者上述机器人医疗系统200、300、400、1300或1500中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。方法1400的某些步骤也可由系统响应于经由输入装置(例如，如图29至图32所示)从例如医师接收的命令来执行，或者可由系统自动执行而无需用户干预。
223.参考图40，工作流程1400在框1401处开始。在框1405处，工作流程1400涉及使用机器人系统的第一机器人臂操纵柔性器械。例如，医师可将第一命令输入图39的伴随系统1300以操纵柔性器械。在一些实施方案中，医师可使用第一机器人臂通过患者的自然孔口
操纵柔性器械。在框1410处，工作流程1400涉及使用机器人系统的第二机器人臂操纵刚性器械。医师可将第二命令输入伴随系统以操纵刚性器械。在一些实施方案中，医师可使用第二机器人臂通过在患者体内形成的切口操纵刚性器械。医师能够在柔性器械的控制和刚性器械的控制之间切换。在其他实施方案中，医师可使用单独的输入装置来控制柔性器械和刚性器械。可由医师使用的示例性输入装置和接口在图29至图32中示出。
224.在框1415处，工作流程1400涉及显示来自柔性器械的反馈。来自柔性器械的反馈可例如由图39的显示器1321显示。在框1420处，工作流程1400涉及显示来自刚性器械的反馈。如下文所详述，来自柔性器械的反馈和来自刚性器械的反馈可以画中画视图、并列视图显示，和/或可一次显示仅来自柔性器械和刚性器械中的一者的反馈。医师能够控制反馈的显示方式。医师还能够选择来自柔性器械和刚性器械中的一者的反馈作为主视图，并且选择另一个反馈作为辅助视图。系统可在显示器的同一观察屏幕上显示主视图和辅助视图。方法1400在框1425处结束。
225.图41示出了根据本公开的各方面的被配置用于执行伴随规程的机器人系统的另一个实施方案。具体地讲，图41的系统1500可被配置为使用cels规程执行结肠直肠介入。
226.系统1500包括定位在一对可调式臂支撑件1411和1416上的机器人臂1510和1515，从而允许机器人臂1510和1515在双侧接合患者1503。可调式臂支撑件1411和1416可耦合到平台1507或床。第一对机器人臂1510用于控制一个或多个柔性器械，例如，一个或多个内窥镜和/或内窥镜工具。在本实施方案中，第一对机器人臂1510中的一者控制具有一个或多个工作通道的内窥镜1525，而第一对机器人臂1510中的另一者通过内窥镜1525控制内窥镜工具1530。
227.内窥镜工具1530可包括但不限于：一个或多个息肉移除器或接收器，包括圈套器(例如，息肉圈套器)、夹钳、网、抓紧器、篮、球囊；注射器(例如，染料、标记物或治疗剂的注射器)；消融探针；以及线材，所有这些工具能够或不能够递送介入能量，诸如电外科能量。此外，内窥镜工具1530可涵盖成像模态，诸如超声或荧光成像。在一些实施方案中，内窥镜1525和/或内窥镜工具1530可用于例如经由安装在内窥镜1525和/或内窥镜工具1530的远侧端部处的一个或多个相机来查看和辅助移除一个或多个息肉。在其他实施方案中，内窥镜1525和/或内窥镜工具1530可用于定位，以实现靶向和/或保留组织的腹腔镜式切除。
228.在图41所示的实施方案中，第二组四个机器人臂1515用于控制一个或多个刚性器械，例如，一个或多个腹腔镜和/或腹腔镜工具。例如，第二组机器人臂1515中的一个机器人臂控制腹腔镜1535以观察患者1503的腹部，而第二组控制腹腔镜工具1540的其他三个机器人臂1515各自通过放置在患者1503身上的腹腔镜端口(未示出)递送。腹腔镜工具1540可包括但不限于：一个或多个各种抓紧器、牵开器和/或用于总体操纵组织的其他工具；解剖和切割工具，例如桨形钳、maryland钳、剪刀、钩等，这些工具能够或不能够递送电外科能量；以及结扎和缝合工具，诸如缝合器、血管闭合器、针驱动器和自动缝合装置。在一些实施方案中，腹腔镜1535和/或腹腔镜工具1540可用于查看和辅助移除一个或多个息肉。在其他实施方案中，腹腔镜1535和/或腹腔镜工具1540可用于重新定位结肠，以更好地实现内窥镜式切除。
229.在某些实施方案中，机器人臂1510和1515在不使用时被置于存放位置。例如，cels规程可从在初始阶段或规程期间使用由第一机器人臂1510控制的柔性器械开始。在一些实
施方案中，系统可经由患者的自然孔口将柔性器械引入患者体内。系统可使用机器人系统的第一机器人臂通过自然孔口操纵柔性器械。
230.在纯内窥镜式切除不能成功地完全治疗病症(例如，结肠息肉)的情况下，系统可经由用户输入装置接收输入信号来部署第二机器人臂1515。响应于接收输入信号，系统可将机器人系统的第二机器人臂1515从存放位置部署到设置位置。附加机器人臂的部署可作为规程升级的一部分来执行(例如，在“2.b.规程升级”部分中有所描述)。
231.系统可随后使用机器人系统的第二机器人臂1515通过在患者体内形成的切口操纵刚性器械。系统还可在cels规程期间显示来自柔性器械和刚性器械中的至少一者的反馈。
232.图42是根据本公开的各方面的在模拟结肠直肠介入期间从伴随系统的视频屏幕拍摄的示例性静止图像。静止图像1600包括来自腹腔镜的实时馈送1605以及来自内窥镜的实时馈送1610，格式为画中画视图。来自腹腔镜的实时馈送1605示出了来自患者腹部的结肠1615以及分别附接到腹腔镜工具的一对腹腔镜端部执行器1620的视图。来自内窥镜的实时馈送1610示出了结肠的内部视图。
233.有利地，操作者(例如，医师、助手等)可切换显示在视频屏幕上的视图和/或显示视图的格式。在其他实施方案中，不是在视频屏幕上提供两个不同的实时馈送1605和1610，而是用户可提供指令以冻结实时馈送1605和1610中的一者以变成静止图像，同时另一个实时馈送1605和1610可保持实时。在其他实施方案中，不是提供两个不同的实时馈送1605和1610，而是用户可选择显示图像中的一者来呈现虚拟视图(例如，目标解剖结构的虚拟表示，其可基于目标解剖结构的术前成像生成)，同时另一个图像可为实时馈送1605和1610中的一者。在一些实施方案中，虚拟视图可包括基于机器人臂和操纵器的测量的关节和编码器位置的内窥镜相机和/或器械或腹腔镜相机和/或器械的视图。在图42的实施方案中，来自腹腔镜的实时馈送1605突出显示并且可被视为“主要”馈送，而来自内窥镜的实时馈送1610显示在拐角区域并且可被视为“辅助”馈送。用户能够切换主视图和辅助视图，使得来自内窥镜的实时馈送1610包括主视图并且来自腹腔镜的实时馈送1605包括辅助视图。
234.本文所述的伴随系统可用于为伴随cels提供多个改善的方法和工作流程。下面的各部分描述了可使用由伴随系统启用的工作流程来实现的优点和改善中的一些优点和改善。本文所述的工作流程可连续和/或同时执行，取决于正在被执行的特定cels规程(例如，基于规程的类型、患者等)。
235.a.患者准备
236.在使用本文所公开的伴随系统执行cels规程之前，医师、临床医生和/或助手可执行多个术前准备规程。一种此类规程可涉及患者准备。
237.患者准备可包括与在执行外科手术之前(例如，在形成切口之前)准备患者相关的任何步骤。这可包括例如临床医生、助手和/或医师识别患者的无菌部位和非无菌部位。例如，在结肠介入的准备中，医师可识别无菌部位(例如，患者腹部的放置腹腔镜端口的区域)和非无菌部位(例如，肛门)，并且可应用无菌覆盖件以在无菌部位和非无菌部位之间形成无菌边界。
238.使用本文所述的伴随系统可极大地改善用于进行患者准备的方法。图43是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性患者准备规程的流程图。例如，图43所示的方
法1700的步骤可由一位或多位医师、临床医生和/或助手执行。图43中所示的方法1700的步骤中的一些步骤可由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者上述机器人医疗系统200、300、400、1300或1500中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。方法1700的某些步骤也可由系统响应于经由输入装置(例如，如图29至图32所示)从例如医师接收的命令来执行，或者可由系统自动执行而无需用户干预。
239.参考图43，方法1700在框1701处开始。在框1705处，方法1700涉及建立无菌边界。在一些实施方案中，系统的处理器可用于界定和识别无菌边界。在框1710处，方法1700涉及处理器识别无菌区和非无菌区。在一些实施方案中，处理器还可识别无菌区和非无菌区之间的过渡区。在一些实施方案中，可经由视觉分界线来识别不同的区。
240.在框1715处，方法1700涉及处理器将第一机器人臂保持在无菌区内并且将第二机器人臂保持在非无菌区内。因此，处理器可防止机器人臂或器械横穿到不期望的区中(例如，从无菌区到非无菌区，或反之亦然)。在一些实施方案中，处理器可将第一机器人臂识别为可保持在无菌区中的“无菌”机器人臂并且将第二机器人臂识别为可保持在非无菌区中的“非无菌”机器人臂，从而防止这些机器人臂横穿到不期望的区域中。在一些实施方案中，处理器可防止第一机器人臂和第二机器人臂移动到过渡区中，由此在区之间留下缓冲区。在一些实施方案中，处理器可通过视觉或听觉提示使用户意识到机器人臂移动到过渡区或非无菌区中。在一些实施方案中，处理器可提示用户确认，以便继续移动到过渡区或非无菌区中。方法1700在框1720处结束。
241.b.注气
242.在cels规程期间，可能有利的是对患者身体的一个或多个区域进行注气。例如，腹部可注气或膨胀(例如，经由泵送空气穿过放置在腹部中的一个或多个插管/端口的管)。此外，结肠可注气或膨胀(例如，经由泵送空气穿过内窥镜的工作通道的管)。在结肠介入规程中，在两个注气区域之间保持适当平衡可能是具有挑战性的。例如，腹部注气可导致器官(例如，诸如结肠)压缩，从而使得难以可视化结肠。两个不同区域(此处为腹部和结肠)的注气通常可能彼此竞争。
243.图44是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性注气规程的流程图。例如，图44所示的方法1800的步骤可由一位或多位医师、临床医生和/或助手执行。图44中所示的方法1800的步骤中的一些步骤可由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者上述机器人医疗系统200、300、400、1300或1500中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。方法1800的某些步骤也可由系统响应于经由输入装置(例如，如图29至图32所示)从例如医师接收的命令来执行，或者可由系统自动执行而无需用户干预。
244.参考图44，方法1800在框1801处开始。在框1805处，处理器操纵柔性器械穿过患者的第一区域并且操纵刚性器械穿过患者的第二区域。在一些实施方案中，柔性器械通过第一孔口(例如，自然孔口，诸如患者的肛门)操纵，并且刚性器械通过第二孔口(例如，人造切口，其可形成于患者的腹部中)操纵。
245.在框1810处，处理器可在患者的第一区域和患者的第二区域中的至少一者中对患者注气。在一些实施方案中，处理器可对患者的第一区域和患者的第二区域两者注气。
246.在框1815处，处理器可基于对第一区域的注气的测量结果可选地调节第二区域的注气，或反之亦然。例如，处理器可确定何时在两个不同区域中实现足够的注气，从而在区
域之间建立适当的注气平衡。在一些实施方案中，被配置成将空气泵送到患者体内的管中的一根或多根管还可包括压力传感器，该压力传感器被配置为对患者的对应区域内的当前注气进行测量。因此，处理器能够基于来压力传感器的测量结果来确定第一区域和第二区域中的每一者中的注气。此外，由于系统可包括具有实时馈送的视频，医师可命令cels系统实时增加多个区域中的任一个区域中的膨胀量。方法1800在框1820处结束。
247.利用上述改善的cels系统，可以有利地将注气机构和技术整合到本发明的系统中，从而更容易对整个患者进行膨胀管理。与其中第一临床医生可能必须使用所述注气规程来管理一个区域(例如，腹部)的注气并且另一位临床医生可能必须管理另一个区域(例如，结肠)的膨胀的传统cels规程相反，cels系统可使得用户能够动态控制多个患者区域(例如，腹部和/或结肠两者)中的注气量，从而改善内窥镜和腹腔镜可视化。
248.c.成像
249.如前所述，来自柔性器械和刚性器械中的一者或多者的反馈可在cels规程期间显示在视频屏幕上。在一些情况下，不同解剖区域和目标区域(例如，癌性部位)的内部图像可能难以与显示在视频屏幕上的患者的解剖结构的其他部分区分开。通过引入可视或荧光标记物可帮助观察这些解剖区域和目标区域。例如，可将可视或荧光标记物(诸如靛蓝胭脂红溶液、亚甲蓝、吲哚菁绿或其他化合物)注射到患者体内以更好地识别和表征病灶。
250.图45是示出根据本公开的各方面的用于执行cels的示例性成像规程的流程图。例如，图45所示的方法1900的步骤可由一位或多位医师、临床医生和/或助手执行。图45中所示的方法1900的步骤中的一些步骤可由医疗机器人系统(例如，机器人使能系统10，或者上述机器人医疗系统200、300、400、1300或1500中的一者)或相关联的系统的处理器和/或其他部件执行。方法1900的某些步骤也可由系统响应于经由输入装置(例如，如图29至图32所示)从例如医师接收的命令来执行，或者可由系统自动执行而无需用户干预。
251.参考图45，方法1900在框1901处开始。在框1905处，处理器可使用柔性器械和刚性器械中的一者将标记物引入患者的目标区域中。在一些实施方案中，通过静脉将标记物递送给患者。标记物的示例包括可视或荧光标记物(例如靛蓝胭脂红溶液、亚甲蓝、吲哚菁绿或其他化合物)。在框1910处，处理器可在视频屏幕上显示包括来自柔性器械和刚性器械中的一者的目标区域的反馈。因此，医师能够经由视频屏幕上显示的图像观察目标区域。方法1900在框1915处结束。
252.上文提供的改善的cels系统可提供多种益处，诸如能够在不同治疗模态(例如，内窥镜式模态和腹腔镜式模态)之间传送和传输信息。例如，在一个实施方案中，内窥镜可用于通过显示来自内窥镜和腹腔镜中的一者或多者的实时视频流来可视化传统上可能仅通过腹腔镜观察的荧光染色区域，并且反之亦然。在另一个实施方案中，可通过静脉递送荧光染料，使得内窥镜和腹腔镜两者均可观察相同的染色区域。因此，改善的cels系统更易于使用内窥镜和腹腔镜两者观察荧光染色或标记区域。除了使用荧光成像之外，系统还可采用窄带成像，这也可受益于具有集成内窥镜和/或腹腔镜以识别和表征病灶。
253.d.导航
254.本文所述的伴随系统的导航的使用可涉及驱动一个或多个镜和/或使器械穿过患者的解剖结构。可使用本文所述的伴随系统以新颖的方式驱动柔性内窥镜及其相关联的内窥镜器械。在一些实施方案中，柔性器械被配置成被驱动穿过例如柔性结肠镜的外部护套。
柔性器械可包括被配置成有利于穿过其递送外科器械的一个或多个工作通道。例如，在结肠直肠介入中，柔性结肠镜可被视为“母器械”，并且其中穿过结肠镜的工作通道的任何器械可被视为从属的“子器械”，可一起导航此类母器械和子器械。
255.在另一个实施方案中，外部护套可被视为“母器械”，并且结肠镜和穿过其的任何器械可被视为行进穿过外部护套的从属“子器械”。换句话讲，改善的cels系统允许执行细长构件(例如，外部护套、镜和工作器械)的导航。
256.e.柔性器械和刚性器械的集成
257.本文所述的改善的cels系统以独特方式集成了柔性器械和刚性器械。该系统允许导航和控制这两种类型的器械，从而允许进行新型规程，包括涉及规程升级的那些规程，如本文所述。
258.在涉及控制柔性器械和刚性器械两者的规程的一个示例中，柔性器械(例如，此类外部护套、内部护套和工作器械)可由机器人臂驱动以初始尝试执行目标解剖结构的切除。在初始尝试之后，可根据需要提供腹腔镜端口和器械以根据需要执行切除。在一些实施方案中，腹腔镜端口可在约3mm至14mm之间(例如，以容纳12mm腹腔镜、8mm器械和小至3mm的器械)。在一些实施方案中，可使用较大的手部或凝胶端口来代替或补充标准腹腔镜端口。当使用内窥镜式和腹腔镜式镜和工具两者时，本文所述的改善的cels系统可在内窥镜式和腹腔镜式镜和工具中的每一者之间切换控制，从而允许用户使用例如一个或多个控制器来控制两者。
259.有利地，在一些实施方案中，可使用同一控制器(例如，图31所示的一个或多个柄部815，或单个输入装置，诸如图32所示的吊塔820)来控制内窥镜式和腹腔镜式镜和工具两者。单个输入装置可为任何类型的控制器，包括具有万向支架或游戏手柄型装置(例如，吊塔820)的多自由度(例如，7个自由度)主控制器(例如，参见图30所示的主控制器810)。单个输入装置可用于在内窥镜、柔性内窥镜器械、腹腔镜和刚性腹腔镜器械的控制之间进行切换。
260.在其他实施方案中，可使用多个控制器来控制内窥镜式和腹腔镜式镜和工具。具有多个控制器的优点在于，如果需要，可以使多个用户(例如，一对医师)同时控制cels系统的不同方面。此外，具有多个控制器的另一个优点在于，它们可定位在不同位置处，例如，一个控制器可位于外科医生控制台处，而另一个控制器位于床边处。在一个实施方案中，一组用户可同步控制刚性器械和柔性器械，由此一个用户可从外科医生控制台处的多自由度(例如，7个自由度)主控制器控制刚性器械，并且另一个用户可从床边的吊塔控制柔性器械。在另一个实施方案中，一组用户可同步控制刚性器械和柔性器械，由此一个用户可使用一种类型的控制器控制刚性器械，并且另一个用户可使用相同类型的控制器控制柔性器械。
261.然而，在其他实施方案中，单个用户可经由吊塔和主控制器输入用于控制刚性器械和柔性器械的命令。例如，单个用户可使用一种类型的控制器输入用于控制刚性器械的命令，并且使用另一种类型的控制器输入用于控制柔性器械的命令。这可使得用户能够通过将命令输入到单独的装置中而不是改变系统的输入模式在内窥镜器械和腹腔镜器械的控制之间切换。
262.f.ui/ux
263.在传统cels规程中，一位或多位外科医生可在第一屏幕上观察来自内窥镜的图像并且在单独的第二屏幕上观察来自腹腔镜的图像。外科医生通常会回转动其头部，以分析来自内窥镜和腹腔镜的不同视图。
264.本文所述的改善的cels系统可使得能够通过单个视频流水线建立来自腹腔镜和内窥镜(例如，结肠镜)中的一者或两者的实时视频流。为了实现这一点，系统可包括两个独立的视频处理器，这些视频处理器将从内窥镜和腹腔镜接收的视频输送到图像输出通路中。图像输出通路可在塔监视器上输出和/或输出到手术室监视器。使用单个cels系统来控制两个视频流使得用户能够确定给定监视器是否应显示腹腔镜视图、内窥镜视图或两者(例如，画中画或并列)。因此，系统可被配置为以画中画视图和/或并列视图显示来自腹腔镜和内窥镜的反馈。
265.改善的cels系统可被配置为在任何连接的显示单元上切换腹腔镜视图和内窥镜视图，由此显示单元可为塔监视器、手术室监视器、医师控制台显示器或另选的第三人床边可视化单元中的任一者。在一些实施方案中，处理器可将来自内窥镜的反馈和来自腹腔镜的反馈中的一者识别为主视图并且将另一者识别为辅助视图。处理器可随后基于从用户接收的输入来切换主视图和辅助视图。
266.在所连接的显示单元中的任一者上切换视图可包括：(i)在单个监视器上的全屏腹腔镜视图和内窥镜视图之间切换；(ii)在全屏腹腔镜视图或内窥镜视图与画中画或并列(或这些的任何组合)之间切换；以及(iii)切换哪些监视器正在显示哪些内容(例如，将监视器a从腹腔镜视图切换到内窥镜视图并且将监视器b从内窥镜视图切换到腹腔镜视图，或反之亦然)。因此，系统能够在每个显示单元上独立地显示视图的任何组合。
267.g.示例性优点和改善
268.使用机器人臂控制内窥镜器械、腹腔镜器械或两者的上述系统提供若干益处。一个益处包括实现一种或两种工具类型(柔性/内窥镜式和刚性/腹腔镜式)的机器人控制，这减少了需要大量医师和人员来执行特定规程的需要。例如，机器人臂可使静态器械保持静止，而不是在第四位医师操纵器械时使四位医师中的三位保持静止。在这种情况下，可操纵柔性器械以圈套息肉，同时腹腔镜器械、腹腔镜和结肠镜保持静止。
269.此外，系统可利用机器人臂控制器械，这允许对器械轴和尖端的位置进行运动学和基于传感器的确定。该信息可允许用户始终看到机器人臂和器械的位置和定位的基于图形的呈现。这可包括机器人和器械的3d体积呈现、机器人和器械的2d线图、或来自刚性腹腔镜内的柔性器械的视觉重叠(或反之亦然，如图36所示)。
270.4.实施系统和术语。
271.本文所公开的实施方式提供了用于执行伴随医学规程的系统、方法和设备。
272.应当指出的是，如本文所用，术语“耦合(couple)”、“耦合(coupling)”、“耦合(coupled)”或词语耦合的其他变型形式可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“耦合”到第二部件，则第一部件可经由另一个部件间接连接到第二部件或直接连接到第二部件。
273.与用于执行本文所述的伴随规程的系统、方法和工作流程相关联的功能可作为一个或多个指令存储在处理器可读介质或计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”是指可由计算机或处理器访问的任何可用介质。通过示例而非限制，这样的介质可包括随机存取
存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪存储器、致密盘只读存储器(cd-rom)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。
274.本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
275.如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。
276.除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。
277.提供对所公开的具体实施的前述具体实施方式以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、耦合或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。