CN110891469B - 用于定位传感器的配准的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于定位传感器的配准的系统和方法。在一方面，系统包括器械和处理器，该处理器被配置成提供用于沿着内腔网络的第一分支驱动器械的第一组命令，第一分支位于到模型内的靶的路径之外。处理器还被配置成在沿着第一分支驱动器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数，并且确定该组配准参数满足配准标准。处理器还被配置成基于在沿着第一分支和第二分支驱动器械期间从一组定位传感器接收到的定位数据来确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。

Description

用于定位传感器的配准的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月28日提交的美国临时申请第62/649,513号的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本文公开的系统和方法涉及用于定位传感器的配准的系统和方法，并且更具体地涉及将定位传感器坐标系配准到另一坐标系。

背景技术

诸如内窥镜检查(例如，支气管镜检查)的医疗过程可以涉及将医疗工具插入到患者的内腔网络(例如，气道)中以用于诊断和/或治疗目的。手术机器人系统可以用于在医疗过程期间控制医疗工具的插入和/或操纵。手术机器人系统可以包括至少一个机器人臂，其包括操纵器组件，该操纵器组件可以用于在医疗过程之前和期间控制医疗工具的定位。手术机器人系统还可以包括(一个或更多个)定位传感器，其被配置成生成指示医疗工具的远端相对于定位传感器坐标系的位置的定位数据。

手术机器人系统还可以利用患者的内腔网络的模型，该模型可以相对于模型坐标系来限定。定位传感器坐标系可以不与模型坐标系配准，并且因此系统可以执行实现定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准的处理，使得从(一个或更多个)定位传感器接收到的定位数据可以用于确定医疗工具的远端相对于模型的位置。

发明内容

本公开内容的系统、方法和装置均具有若干创新方面，其中没有一个方面单独地负责本文中公开的期望属性。

在一方面，提供了一种系统，该系统包括：器械，其包括一组一个或更多个定位传感器，该组定位传感器被配置成生成指示该组定位传感器在定位传感器坐标系中的位置的定位数据；一组器械操纵器，其被配置成控制器械的远端的移动；一组处理器；以及至少一个计算机可读存储器，其与该组处理器通信并且其上存储有患者的内腔网络的模型，该模型包括模型坐标系内的靶和到靶的路径。存储器还可以存储有用于使该组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：向该组器械操纵器提供用于沿着内腔网络的第一分支驱动器械的第一组命令，第一分支位于到靶的路径之外；在沿着第一分支驱动器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数；确定该组配准参数满足配准标准；向该组器械操纵器提供用于使器械返回到路径以及沿着第二分支驱动器械的第二组命令，第二分支是到靶的路径的一部分；以及基于在沿着第一分支和第二分支驱动器械期间从该组定位传感器接收到的定位数据来确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。

在另一方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作：向一组器械操纵器提供用于沿着内腔网络的第一分支驱动器械的第一组命令，器械包括一组一个或更多个定位传感器，该组定位传感器被配置成生成指示该组定位传感器在定位传感器坐标系中的位置的定位数据，一组器械操纵器被配置成控制器械的远端的移动，存储器上存储有患者的内腔网络的模型，该模型包括模型坐标系内的靶和到靶的路径，第一分支位于到靶的路径之外；在沿着第一分支驱动器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数；确定该组配准参数满足配准标准；向该组器械操纵器提供用于使器械返回到路径以及沿着第二分支驱动器械的第二组命令，第二分支是到靶的路径的一部分；以及基于在沿着第一分支和第二分支驱动器械期间从该组定位传感器接收到的定位数据来确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。

在又一方面，提供了一种配准一组一个或更多个定位传感器的方法，该方法包括：向一组器械操纵器提供用于沿着内腔网络的第一分支驱动器械的第一组命令，器械包括一组定位传感器，该组定位传感器被配置成生成指示该组定位传感器在定位传感器坐标系中的位置的定位数据，一组器械操纵器被配置成控制器械的远端的移动，存储器上存储有患者的内腔网络的模型，该模型包括模型坐标系内的靶和到靶的路径，第一分支位于到靶的路径之外；在沿着第一分支驱动器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数；确定该组配准参数满足配准标准；向该组器械操纵器提供用于使器械返回到路径以及沿着第二分支驱动器械的第二组命令，第二分支是到靶的路径的一部分；以及基于在沿着第一分支和第二分支驱动器械期间从该组定位传感器接收到的定位数据来确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。

在再一方面，提供了一种系统，该系统包括：一组一个或更多个处理器和至少一个计算机可读存储器，其与该组处理器通信并且存储有患者的内腔网络的模型，该模型包括模型坐标系内的靶和到靶的路径，存储器上还存储有用于使一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：提供用于经由显示装置显示内腔网络的指令；接收靶在模型坐标系内的定位的指示；识别内腔网络中的第一分支和第二分支，第一分支位于到靶的路径之外，第二分支是到靶的路径的一部分；生成用于沿着第一分支、从第一分支回到该路径并且沿着第二分支驱动器械的远端的一组指令，其中，在根据指令驱动器械期间从一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据有利于定位数据的定位坐标系与模型坐标系之间的配准；以及确定针对在沿着第一分支驱动器械期间跟踪的一个或更多个配准参数的配准标准。

在又一方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作：提供用于经由显示装置显示内腔网络的指令；该内腔网络存储在非暂态计算机可读存储介质上，并且该模型包括模型坐标系内的靶和到靶的路径；接收靶在模型坐标系内的定位的指示；识别内腔网络中的第一分支和第二分支，第一分支位于到靶的路径之外，第二分支是到靶的路径的一部分；生成用于沿着第一分支、从第一分支回到该路径并且沿着第二分支驱动器械的远端的一组指令，其中，在根据指令驱动器械期间从一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据有利于定位数据的定位坐标系与模型坐标系之间的配准；以及确定针对在沿着第一分支驱动器械期间跟踪的一个或更多个配准参数的配准标准。

在另一方面，提供了一种手术前规划的方法，该方法包括：提供用于经由显示装置显示内腔网络的指令；该内腔网络存储在非暂态计算机可读存储介质上，并且该模型包括模型坐标系内的靶和到靶的路径；接收靶在模型坐标系内的定位的指示；识别内腔网络中的第一分支和第二分支，第一分支位于到靶的路径之外，第二分支是到靶的路径的一部分；生成用于沿着第一分支、从第一分支回到该路径并且沿着第二分支驱动器械的远端的一组指令，其中，在根据指令驱动器械期间从一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据有利于定位数据的定位坐标系与模型坐标系之间的配准；以及确定针对在沿着第一分支驱动器械期间跟踪的一个或更多个配准参数的配准标准。

附图说明

在下文中将结合附图来描述所公开的方面，提供这些附图是为了说明而不是限制所公开的方面，其中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了被布置成用于诊断和/或治疗支气管镜检查过程的基于推车的机器人系统的实施方式。

图2描绘了图1的机器人系统的另外的方面。

图3示出了被布置成用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方式。

图4示出了被布置成用于血管过程的图1的机器人系统的实施方式。

图5示出了被布置成用于支气管镜检查过程的基于台的机器人系统的实施方式。

图6提供了图5的机器人系统的替选视图。

图7示出了被配置成收放机器人臂的示例系统。

图8示出了被配置成用于输尿管镜检查过程的基于台的机器人系统的实施方式。

图9示出了被配置成用于腹腔镜检查过程的基于台的机器人系统的实施方式。

图10示出了具有俯仰或倾斜调整的图5至图9的基于台的机器人系统的实施方式。

图11提供了图5至图10的基于台的机器人系统的台与柱之间的接口的详细图示。

图12示出了示例性器械驱动器。

图13示出了具有配对的器械驱动器的示例性医疗器械。

图14示出了器械驱动器和器械的替选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的伸长轴的轴线。

图15描绘了示出根据示例实施方式的估计图1至图10的机器人系统的一个或更多个元件的定位(例如，图13和图14的器械的定位)的定位系统的框图。

图16A示出了实现所公开的导航系统和技术的一个或更多个方面的示例操作环境。

图16B示出了可以在图16A的操作环境中导航的示例内腔网络。

图16C示出了用于引导器械移动通过图16B的内腔网络的机器人系统的示例机器人臂。

图17示出了可以例如用作示例操作环境中的命令控制台的示例命令控制台。

图18示出了如本文所述的具有成像和EM感测能力的示例器械(例如，图16A至图16C的器械)的远端。

图19示出了根据本公开内容的各方面的可以执行定位传感器配准的示例内腔网络。

图20A是示出根据本公开内容的各方面的能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作的用于对侧配准定位传感器坐标系的示例方法的流程图。

图20B是示出根据本公开内容的各方面的能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作的用于确定是否已经接收到用于有利于对侧配准的足够的定位数据的示例方法的流程图。

图21是示出根据本公开内容的各方面的关于内腔网络的模型的定位数据的图。

图22是示出根据本公开内容的各方面的在不执行对侧配准处理的情况下配准定位数据的示例的图。

图23是示出根据本公开内容的各方面的能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作的用于手术前规划的示例方法的流程图。

具体实施方式

1.概述.

本公开内容的各方面可以被集成到能够执行各种医疗过程的机器人使能医疗系统中，医疗过程包括诸如腹腔镜检查的微创过程以及诸如内窥镜检查的无创过程二者。在内窥镜检查过程中，系统能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。

除了执行广泛的过程之外，系统可以提供附加的益处，例如增强的成像和引导以帮助医师。此外，该系统可以为医师提供从人体工程学位置执行过程的能力，而不需要棘手的臂运动和定位。更进一步地，该系统可以为医师提供以改进的易用性执行过程的能力，使得系统的器械中的一个或更多个器械可以由单个用户控制。

出于说明的目的，下面将结合附图描述各种实施方式。应当理解的是，所公开的构思的许多其他实现方式是可能的，并且利用所公开的实现方式可以实现各种优点。本文中包括标题以供参考，并且有助于查找各个部分。这些标题不旨在限制关于标题所描述的构思的范围。这些构思可以在整个说明书中具有适用性。

A.机器人系统-推车.

取决于具体过程，可以以各种方式配置机器人使能的医疗系统。图1示出了被布置成用于诊断和/或治疗支气管镜检查过程的基于推车的机器人使能系统10的实施方式。在支气管镜检查期间，系统10可以包括推车11，推车11具有一个或更多个机器人臂12，以将医疗器械(例如，可操纵的内窥镜13，其可以是用于支气管镜检查的过程专用支气管镜)递送到自然孔口进入点(即，在本示例中为位于台上的患者的口腔)，以递送诊断和/或治疗工具。如所示出的，推车11可以被定位在患者的上躯干附近，以便提供进入该进入点。类似地，机器人臂12可以被致动以相对于进入点定位支气管镜。当利用胃镜(一种用于胃肠(GI)过程的专用内窥镜)执行GI过程时，也可以利用图1中的布置。图2更详细地描绘推车的示例实施方式。

继续参照图1，一旦推车11被正确定位，机械臂12就可以自动地、手动地或以其组合方式将可操纵内窥镜13插入到患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可以包括至少两个伸缩部分，例如内引导件部分和外护套部分，每个部分耦接至来自该组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器耦接至单独的机器人臂的远端。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，“虚拟轨道”29可以通过将一个或更多个机器人臂12操纵到不同角度和/或位置而在空间中重新定位。在图中使用虚线描绘了本文描述的虚拟轨道，并且因此虚线不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相对于患者前进或缩回。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，所示的虚拟轨道29的角度和位置代表了在提供医师接近内窥镜13的同时使由于将内窥镜13弯曲到患者的口腔中而产生的摩擦最小化之间的折衷。

可以在插入之后使用来自机器人系统的精确命令沿着患者的气管和肺引导内窥镜13，直到到达靶目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的靶，内窥镜13可以被操纵成从外护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的接合和更大的弯曲半径。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。

例如，内窥镜13可以被引导以将活检针递送至靶，例如，患者肺内的病变或结节。可以沿着工作通道部署针以获得要由病理学家分析的组织样本，其中该工作通道沿着内窥镜的长度延伸。根据病理学结果，可以沿着内窥镜的工作通道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可以以内窥镜方式递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可能需要在分开的过程中递送。在那些情况下，内窥镜13也可以用于递送基准以也“标记”靶结节的定位。在其他情况下，诊断和治疗处理可以在相同的过程期间被递送。

系统10还可以包括可移动塔30，该可移动塔30可以经由支持线缆连接至推车11以向推车11提供对控制、电子、流控、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。此外，在推车/台与支持塔30之间的功能划分减少了手术室的混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可以定位成靠近患者，但是塔30可以被收放在远程位置中以在过程期间不挡道。

为了支持上述机器人系统，塔30可以包括基于计算机的控制系统的部件，基于计算机的控制系统例如在非暂态计算机可读存储介质(例如，永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内存储计算机程序指令。这些指令的执行——无论是在塔30中还是在推车11中发生执行——都可以控制整个系统或其(一个或更多个)子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可以使机器人系统的部件致动相关的托架和臂安装件，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以将臂定位成特定姿势。

塔30还可以包括泵、流量计、阀控制器和/或流体入口，以便向可以通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可以使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方式中，冲洗和抽吸能力可以通过(一个或更多个)单独的线缆直接递送至内窥镜13。

塔30可以包括电压和浪涌保护器，其被设计成向推车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，从而引起更小、更可移动的推车11。

塔30还可以包括用于部署在整个机器人系统10中的传感器的支持设备。例如，塔30可以包括用于检测、接收和处理从遍及机器人系统10中的光学传感器或摄像装置接收到的数据的光电子设备。与控制系统结合，这样的光电子设备可以用于生成实时图像以显示在部署在整个系统中的任何数量的控制台中(包括显示在塔30中)。类似地，塔30还可以包括用于接收和处理从部署的电磁(EM)传感器接收到的信号的电子子系统。塔30还可以用于容纳和定位EM场生成器，以用于由医疗器械中或医疗器械上的EM传感器进行检测。

除了在系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部的控制台)之外，塔30还可以包括控制台31。控制台31可以包括用于医师操作员的用户接口和显示屏，例如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及过程的手术前信息和实时信息，例如，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，控制台31可以由诸如护士的第二操作者使用，以监测患者的健康或生命体征以及系统的操作，以及提供过程专用数据，例如，导航和定位信息。

塔30可以通过一个或更多个线缆或连接(未示出)耦接至推车11和内窥镜13。在一些实施方式中，来自塔30的支持功能可以通过单个线缆被提供至推车11，从而简化手术室并且使手术室不杂乱。在其他实施方式中，特定功能可以耦接在单独的线缆和连接中。例如，尽管可以通过单个电力线缆向推车提供电力，但也可以通过单独的线缆提供对控制、光学、流控学和/或导航的支持。

图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能系统的推车的实施方式的详细图示。推车11通常包括伸长支承结构14(通常称为“柱”)、推车基部15和在柱14的顶部的控制台16。柱14可以包括用于支承一个或更多个机器人臂12(图2中示出三个)的部署的一个或更多个托架，例如托架17(替选地“臂架”)。托架17可以包括可单独配置的臂安装件，其沿着垂直轴旋转以调整机器人臂12的基部，以获得相对于患者的更好的定位。托架17还包括托架接口19，其允许托架17沿着柱14竖直平移。

托架接口19通过诸如槽20的槽连接至柱14，所述槽被定位在柱14的相对侧以引导托架17的竖直平移。槽20包含用于将托架定位和保持在相对于推车基部15的各种竖直高度处的竖直平移接口。托架17的竖直平移允许推车11调整机器人臂12的可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以各种配置成角度。

在一些实施方式中，槽20可以补充有槽盖，槽盖与槽表面齐平且平行，以防止在托架17竖直平移时灰尘和流体进入竖直平移接口和柱14的内部腔室。可以通过位于槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴来部署槽盖。盖盘绕在卷轴内直到随着托架17竖直地上下平移而被部署成从盖的盘绕状态延伸和缩回。当托架17向卷轴平移时，卷轴的弹簧加载提供了将盖缩回到卷轴中的力，同时当托架17平移离开卷轴时也保持紧密密封。盖可以使用例如托架接口19中的支架连接至托架17，以确保盖在托架17平移时适当地延伸和缩回。

柱14可以在内部包括诸如齿轮和马达的机构，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)而生成的控制信号而以机械化方式平移托架17。

机器人臂12通常可以包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆23由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括独立可控的马达。每个独立可控的关节表示机器人臂可用的独立自由度。臂12中的每一个具有七个关节，因此提供七个自由度。多个关节带来多个自由度，从而允许“冗余”自由度。冗余自由度允许机器人臂12使用不同的连杆位置和关节角度将它们各自的端部执行器22定位在空间中的特定位置、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点来定位和引导医疗器械，同时允许医师将臂关节移动到离开患者的临床有利位置以产生更好的接近，同时避免臂碰撞。

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，例如电子器件、马达、电源以及使得推车能够移动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车在过程之前容易地在室中移动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当位置之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在过程期间将推车11保持在适当位置。

安置在柱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接口和显示屏(或两用装置，例如触摸屏26)两者向医师用户提供手术前和手术中数据两者。触摸屏26上的潜在手术前数据可以包括从手术前计算机化断层层析成像(CT)扫描得出的导航与映射数据、手术前规划和/或来自手术前患者面谈的注释。显示器上的手术中数据可以包括从工具提供的光学信息和来自传感器的传感器与坐标信息以及重要患者统计，例如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可以被安置和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧接近控制台。从该位置，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。如所示出的，控制台16还包括用于帮助操纵和稳定推车11的手柄27。

图3示出了被布置成用于输尿管镜检查的机器人使能系统10的实施方式。在输尿管镜检查过程中，推车11可以被安置成将输尿管镜32——被设计成横穿患者的尿道和输尿管的过程专用内窥镜——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。如所示出的，推车11可以在台的脚部处对准，以允许机器人臂12安置输尿管镜32而获得对患者的尿道的直接线性接近。从台的脚部，机器人臂12可以沿着虚拟轨道33将输尿管镜32通过尿道直接插入患者的下腹部。

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，可以将输尿管镜32导航到膀胱、输尿管和/或肾中以进行诊断和/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着输尿管镜32的工作通道部署的激光或超声碎石装置打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿着输尿管镜32部署的篮移除所产生的结石碎片。

图4示出了类似地被布置用于血管过程的机器人使能系统的实施方式。在血管过程中，系统10可以被配置成使得推车11可以将诸如可操纵导管的医疗器械34递送至患者腿部的股动脉中的进入点。股动脉提供用于导航的较大直径以及到患者心脏的相对较少迂回和曲折路径(这简化了导航)两者。如在输尿管镜检查过程中，推车11可以被安置成朝向患者的腿和下腹部，以允许机器人臂12提供具有对患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的直接线性进入的虚拟轨道35。在插入动脉后，可以通过平移器械驱动器28来引导和插入医疗器械34。替选地，推车可以被安置在患者的上腹部周围，以到达替选的血管进入点，例如，肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。

B.机器人系统-台.

机器人使能医疗系统的实施方式还可以包含患者的台。包含台通过移除推车而减少手术室内的资本设备的量，这允许对患者的更好的接近。图5示出了被布置成用于支气管镜检查过程的这样的机器人使能系统的实施方式。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支承在地板上的支承结构或柱37。非常像在基于推车的系统中，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来操纵伸长医疗器械，例如图5中的支气管镜40。实际上，可以通过将发射器和检测器放置在台38周围将用于提供荧光透视成像的C形臂安置在患者的上腹部区域上方。

图6提供了出于讨论的目的而没有患者和医疗器械的系统36的替选视图。如所示出的，柱37可以包括在系统36中示出为环形的一个或更多个托架43，一个或更多个机器人臂39可以基于该一个或更多个托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利位点，机器人臂39可以从这些有利位点被安置以到达患者。托架43可以使用位于柱37内的机械马达绕柱37旋转，以允许机器人臂39接近台38的多个侧，例如患者的两侧。在具有多个托架的实施方式中，托架可以分别地安置在柱上，并且可以独立于其他托架而平移和/或旋转。尽管托架43不需要围绕柱37或甚至不需要是圆形的，但所示的环形形状有利于托架43绕柱37旋转并且同时保持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统将诸如内窥镜和腹腔镜的医疗器械对准到患者身上的不同进入点。

臂39可以通过一组臂安装件45安装在托架上，该组臂安装件包括一系列关节，这些关节可以单独地旋转和/或可以伸缩地延伸，从而为机器人臂39提供附加的可配置性。此外，臂安装件45可以被安置在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装件45可以被安置在台38的同一侧(如图6所示)，在台38的相对侧(如图9所示)，或在台38的相邻侧(未示出)。

柱37在结构上为台38提供支承并且为托架的竖直平移提供路径。在内部，柱37可以装备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆，以及基于导螺杆使所述托架的平移机械化的马达。柱37还可以将电力和控制信号传送至托架43和安装在托架上的机器人臂39。

台基部46起到与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，即，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台基部46也可以包括刚性脚轮以用于在过程期间提供稳定性。在从台基部46的底部部署的情况下，脚轮可以在基部46的两侧沿相反方向延伸，并且当系统36需要移动时缩回。

继续参照图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔将系统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。如在较早公开的实施方式中那样，塔可以为台提供各种支持功能，例如处理、计算和控制能力、电力、流控学以及/或者光学和传感器处理。塔还可以是可移动的，以被安置成离开患者，从而改善医师的接近并且使手术室不杂乱。此外，将部件放置在塔中可以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放。塔还可以包括控制台，该控制台提供用于用户输入的用户接口(例如，键盘和/或悬架式操纵台(pendant))以及用于手术前和手术中信息(例如，实时成像、导航和跟踪信息)的显示屏(或触摸屏)。

在一些实施方式中，台基部可以将机器人臂在不使用时收放和储存。图7示出了在基于台的系统的实施方式中收放机器人臂的系统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收放在基部49内。基部盖52可以平移和缩回成打开以将托架48、臂安装件51和臂50展开在柱53周围，并且可以关闭以收放以在托架、臂安装件和臂不使用时保护它们。基部盖52可以用膜54沿着该基部盖的开口的边缘密封，以防止在关闭时灰尘和流体进入。

图8示出了被配置成用于输尿管镜检查过程的机器人使能的基于台的系统的实施方式。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者安置成与柱37和台基部46成偏角的转动部分55。转动部分55可以绕枢转点(例如，位于患者头部下方)旋转或枢转，以将转动部分55的底部部分安置成离开柱37。例如，转动部分55的枢转允许C形臂(未示出)被安置在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)争夺空间。通过绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以将输尿管镜56沿着虚拟轨道57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，也可以将镫58固定至台38的转动部分55，以在过程期间支承患者的腿的位置，并且允许对患者的腹股沟区域的无阻碍接近。

在腹腔镜检查过程中，通过在患者腹壁的(一个或更多个)小切口，可以将微创器械(形状伸长以适应一个或更多个切口的尺寸)插入患者的解剖结构中。在患者腹腔充气之后，可以引导通常称为腹腔镜的器械以执行手术任务，例如抓取、切割、摘除、缝合等。图9示出了被配置成用于腹腔镜检查过程的机器人使能的基于台的系统的实施方式。如图9所示，可以将系统36的托架43旋转和竖直调整以将成对的机器人臂39安置在台38的相对侧，使得可以使用臂安装件45将腹腔镜59安置成穿过患者两侧的最小切口以到达他/她的腹腔。

为了适应腹腔镜检查过程，机器人使能台系统还可以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医疗系统的实施方式。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分安置在比另一部分距地面更远的距离处。此外，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60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。

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可以通过在柱台接口处定位正交轴线1、2来实现，每个轴由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令来致动。沿着一个螺杆5的旋转将使得能够进行沿一个轴1的倾斜调整，而沿着另一螺杆6的旋转将使得能够进行沿着另一轴2的倾斜调整。

例如，当为了进行下腹部手术而试图将台安置在头低脚高(Trendelenburg)位置(即，患者的下腹部处在比患者的下腹部距地面更高位置的位置)时，俯仰调整特别有用。头低脚高位置使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹，从而清空腹腔以供微创工具进入并且执行下腹部手术过程，例如腹腔镜前列腺切除术。

C.器械驱动器和接口.

系统的机器人臂的端部执行器包括：(i)器械驱动器(替选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，其结合了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，其可以没有诸如马达的任何机电部件。该二分法可以是由对医疗过程中使用的医疗器械进行消毒的需要以及由于昂贵资本设备的复杂机械组件和敏感电子器件而引起的无法对昂贵资本设备进行充分消毒所驱动的。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消毒或处置。相比之下，器械驱动器不需要改变或消毒，并且可以用披盖覆盖以获得保护。

图12示出了示例器械驱动器。安置在机器人臂的远端处的器械驱动器62包括一个或更多个驱动单元63，其被以平行轴线进行布置以经由驱动轴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、用于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可以向医疗器械提供多个(如图12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测量的产生的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。

对于需要无菌环境的过程，机器人系统可以结合位于器械驱动器与医疗器械之间的驱动接口，例如连接至无菌披盖的无菌适配器。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，同时保持驱动轴与驱动输入之间的物理分离并且因此保持无菌性。因此，示例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配合的一系列旋转输入和输出。连接至无菌适配器的情况下，由薄的柔性材料组成的无菌披盖(例如，透明或半透明塑料)被设计成覆盖资本设备，例如器械驱动器、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)。使用该披盖将允许把资本设备安置在患者附近，同时仍然位于不需要消毒的区域(即，非无菌区)。在无菌披盖的另一侧，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即无菌区)与患者对接。

D.医疗器械.

图13示出了具有配对的器械驱动器的示例医疗器械。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包括伸长轴71(或伸长本体)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“器械手柄”的器械基部72通常可以包括诸如插口、滑轮或卷轴的可旋转驱动输入73，其被设计成与延伸通过机器人臂76的远端处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出74配合。当被物理连接、闩锁和/或耦接时，器械基部72的经配合的驱动输入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。在一些实施方式中，驱动输出74可以包括花键，其被设计成与驱动输入73上的插口配合。

伸长轴71被设计成通过解剖结构开口或内腔(例如，在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，在腹腔镜检查中)被递送。伸长轴66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。当设计用于腹腔镜检查时，刚性伸长轴的远端可以连接至端部执行器，该端部执行器包括由具有旋转轴的U形夹形成的关节腕和手术工具(例如，抓握器或剪刀)，当驱动输入响应于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而旋转时，该端部执行器可以基于来自腱部的力被致动。当被设计成用于内窥镜检查时，柔性伸长轴的远端可以包括可操纵或可控制的弯曲部分，该弯曲部分可以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而被接合和弯曲。

使用轴71内的腱部沿着伸长轴71传递来自器械驱动器75的扭矩。这些单独的腱部(例如，牵引线)可以单独地锚定至器械手柄72内的单独的驱动输入73。从手柄72沿着伸长轴71内的一个或更多个牵引内腔引导腱部并且将其锚定在伸长轴71的远侧部分处。在腹腔镜检查中，这些腱部可以耦接至远侧安装的端部执行器，例如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入73上的扭矩会将张力传递到腱部，从而使端部执行器以某种方式致动。在腹腔镜检查中，腱部可以使关节绕轴旋转，从而使端部执行器沿一个方向或另一方向移动。替选地，腱部可以连接至伸长轴71的远端处的抓握器的一个或更多个爪部(jaw)，其中来自腱部的张力使抓握器闭合。

在内窥镜检查中，腱部可以经由粘合剂、控制环或其他机械固定件而耦接至沿着伸长轴71安置(例如，在远端处)的弯曲或接合区段。当固定地附接至弯曲区段的远端时，施加在驱动输入73上的扭矩将沿着腱部被传递，从而使较软的弯曲区段(有时称为可接合区段或区域)弯曲或接合。沿着非弯曲区段，有利的会是使沿着内窥镜轴的壁(或在内窥镜轴的壁的内部)引导单独的腱部的单独的牵引内腔螺旋或盘旋，以平衡由牵引线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计其间的间隔和/或螺旋的角度，其中较紧的螺旋在负载力下呈现较小的轴压缩，而较小的螺旋量在负载力下引起较大的轴压缩，但也呈现限制弯曲。另一方面，牵引内腔可以被定向成平行于伸长轴71的纵向轴线以允许在期望的弯曲或可接合区段中的受控接合。

在内窥镜检查中，伸长轴71容置有多个部件以辅助机器人过程。轴可以包括用于将手术工具、冲洗和/或抽吸部署到轴71的远端处的手术区域的工作通道。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，其中光学组件可以包括光学摄像装置。轴71也可以容纳光纤，以将光从位于近端的光源(例如，发光二极管)传送到轴的远端。

在器械70的远端处，远侧末端还可以包括用于将用于诊断和/或治疗、冲洗和抽吸的工具递送至手术部位的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于捕获内部解剖空间的图像的诸如纤维镜或数字摄像装置的摄像装置的端口。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，其中光源用于在使用摄像装置时照亮解剖空间。

在图13的示例中，驱动轴轴线以及因此驱动输入轴线与伸长轴的轴线正交。然而，该布置使伸长轴71的滚动能力复杂化。当腱部延伸离开驱动输入73并且进入到伸长轴71内的牵引内腔时，在保持驱动输入73静止的同时使伸长轴71沿着其轴线滚动会引起腱部的不期望的缠结。腱部的这样的作为结果的缠结可能破坏旨在预测柔性伸长轴在内窥镜检查过程期间的移动的任何控制算法。

图14示出了器械驱动器和器械的替选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的伸长轴的轴线。如所示出的，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容置在由组件83内的驱动单元中的一个驱动的器械驱动器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连接至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，电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来维持。在其他实施方式中，旋转组件83可以响应于集成到非旋转部分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使驱动单元及其相应驱动输出81作为单个单元绕器械驱动器轴线85旋转。

与较早公开的实施方式类似，器械86可以包括伸长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，以透明外表示出)，该器械基部87包括被配置成接纳器械驱动器80中的驱动输出81的多个驱动输入89(例如，插口、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方式不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，其中轴线基本上平行于驱动输入89的轴线，而不是如图13的设计中那样正交。

当耦接至器械驱动器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结合绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被安置在器械基部87的中心，因此器械轴88在被附接时与器械驱动器轴线85共轴。因此，旋转组件83的旋转使器械轴88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，连接至器械基部87中的驱动输入89的任何腱部在旋转期间都不会缠结。因此，驱动输出81、驱动输入89和器械轴88的轴线的平行允许在不使任何控制腱部缠结的情况下进行轴旋转。

E.导航和控制.

传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视检查(例如，如可以通过C形臂递送)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引导。相比之下，本公开内容所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位手段，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的设备的数量。如本文所使用的，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的位置。诸如手术前映射、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手术前映射、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。

图15是示出根据示例实施方式的估计机器人系统的一个或更多个元件的定位(例如，器械的定位)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更多个指令的一组一个或更多个计算机装置。计算机装置可以由以上讨论的一个或更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实现。作为示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车、图5至图10所示的床等中。

如图15所示，定位系统90可以包括定位模块95，其处理输入数据91至94以生成用于医疗器械的远侧末端的定位数据96。定位数据96可以是表示器械的远端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的解剖结构或相对于已知对象——例如EM场生成器(参见下文关于EM场生成器的讨论)——的参考系。定位数据96在本文中也可以称为“状态数据”，其描述医疗器械的远侧末端相对于患者的解剖结构的模型(例如，骨骼模型)的当前状态。状态数据可以包括诸如针对给定采样时段期间的医疗器械的远侧末端的位置和取向的信息。例如，当使用基于内腔网络的中点的骨骼模型来建模患者的解剖结构时，位置可以采取段ID和沿着该段的深度的形式。

现在更详细地描述各种输入数据91至94。手术前映射可以通过使用低剂量CT扫描的集合来完成。手术前CT扫描被重建成三维(3D)图像，其被可视化，例如，作为患者内部解剖结构的剖面图的“切片”。当整体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(例如，患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以根据CT图像确定和近似诸如中心线几何结构的技术，以形成患者的解剖结构的三维体积，该三维体积被称为手术前模型数据91。中心线几何结构的使用在美国专利申请第14/523,760号中进行了讨论，该美国专利申请的全部内容并入本文中。网络拓扑模型也可以根据CT图像来得出，并且特别适合于支气管镜检查。

在一些实施方式中，器械可以配备有摄像装置以提供视觉数据92。定位模块95可以处理视觉数据以实现一个或更多个基于视觉的定位跟踪。例如，可以将手术前模型数据与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或通过内窥镜的工作通道前进的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用手术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的预期行进路径根据模型来生成预期内窥镜图像的库，每个图像链接至模型内的定位。在手术中，机器人系统可以参考该库，以将在摄像装置(例如，在内窥镜远端处的摄像装置)处捕获的实时图像与图像库中的图像进行比较，以辅助定位。

其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定摄像装置的运动，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手术前模型数据91中的与解剖内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内腔，以及摄像装置的相对旋转和/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。

光流——另一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摄像装置移动。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。通过利用多次迭代对多帧的比较，可以确定摄像装置(并且因此内窥镜)的移动和定位。

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定位，其中全局坐标系可以被配准到由手术前模型表示的患者的解剖结构。在EM跟踪中，包括以一个或更多个定位和取向嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或更多个传感器线圈的EM传感器(或跟踪器)测量由安置在已知定位处的一个或更多个静态EM场生成器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的定位信息被存储为EM数据93。EM场生成器(或发送器)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场生成器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在手术中被“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定位与患者的解剖结构的手术前模型中的位置对准的几何变换。一旦经配准，在医疗器械的一个或更多个位置(例如，内窥镜的远侧末端)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。

定位模块95也可以使用机器人命令和运动学数据94来提供用于机器人系统的定位数据96。可以在手术前校准期间确定由接合命令引起的装置俯仰和偏航。在手术中，可以将这些校准测量与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的位置。替选地，可以结合EM、视觉和/或拓扑建模对这些计算进行分析，以估计医疗器械在网络内的位置。

如图15所示，定位模块95可以使用若干其他输入数据。例如，尽管在图15中未示出，但是利用形状感测光纤的器械可以提供形状数据，定位模块95可以使用该形状数据来确定器械的定位和形状。

定位模块95可以组合地使用输入数据91至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至94中的每一个确定的定位分配置信度权重。因此，在EM数据可能不可靠(在存在EM干扰的情况下即是这样的)的情况下，通过EM数据93确定的定位的置信度可能降低，并且定位模块95可能更大程度上依赖于视觉数据92以及/或者机器人命令和运动学数据94。

如以上所讨论的，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个或更多个的组合。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例如存储在诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等的非暂态计算机可读存储介质内，其中计算机程序指令在被执行时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，以及显示导航和定位数据，例如器械在全局坐标系、解剖图等内的位置。

2.对定位传感器的配准的介绍.

本公开内容的实施方式涉及用于将由一个或更多个定位传感器使用的坐标系与另一坐标系(例如，由解剖模型使用的坐标系)配准的系统和技术。配准可以指可以应用于定位传感器数据以将定位传感器数据映射到解剖模型的坐标系中的变换。因此，配准可以由系统用以基于定位传感器数据来确定一个或更多个定位传感器相对于解剖模型的定位。(一个或更多个)定位传感器可以用于在医疗过程期间将器械的远端定位到解剖定位。(一个或更多个)定位传感器可以安置在器械的远端处或附近，或者可以安置成远离器械的远端。可以被安置在器械的远端处或附近的定位传感器的示例包括EM传感器、基于视觉的定位传感器(例如，摄像装置)、形状感测光纤等。可以安置成远离器械的远端的定位传感器的示例包括荧光镜成像装置、用于经由一个或更多个器械操纵器控制器械的位置的机器人数据等。

定位传感器可以被配置成生成指示器械的远端相对于定位传感器坐标系的定位的定位数据。当定位传感器与器械的远端并置时，定位数据可以表示定位传感器本身的定位，其然后可以用于确定器械的远端的位置。在某些实施方式中，定位传感器坐标系可以包括可以基于用于实现定位传感器的特定技术来限定的一组轴线和原点。

例如，位于仪器中或仪器上的EM传感器可以被配置成测量由EM场生成器生成的EM场。EM场的特性以及因此由EM传感器测量的EM值可以相对于EM场生成器的定位和取向来限定。因此，EM场生成器的定位可以影响由EM传感器测量的值，并且还可以限定EM坐标系的定位和取向。

如上所述，可以使用例如低剂量CT扫描手术前映射患者的内腔网络以产生内腔网络的模型。由于可以经由与用于定位器械的远端的技术不同的技术产生该模型，因此模型坐标系可能不与定位传感器坐标系对准。因此，为了使用定位传感器坐标系来跟踪器械相对于模型的定位，本公开内容的某些方面涉及将定位传感器坐标系“配准”到模型坐标系。该配准可以包括例如平移和/或旋转，其可以应用于定位数据，以便将定位数据从定位传感器坐标系映射到模型坐标系中。

由于内腔网络的模型提供了患者内腔网络的映射，因此该模型坐标系是相对于患者“锚定”或限定的。即，模型坐标系的参考系基于患者在过程期间的定位和/或取向。将定位传感器坐标系配准到模型坐标系的一个挑战是定位传感器坐标系的参考系可能不是相对于患者“锚定”或预限定的。例如，当定位传感器被实现为EM传感器时，EM坐标系的参考系可以是EM场生成器。然而，在某些实现方式中，EM场生成器可以自由地置于某个区域内，使得EM场生成器可以置于机器人手术系统的其他元件(例如，机器人臂、C形臂等)的路径之外。由于EM场生成器的位置以及因此EM坐标系的参考系未被预限定，因此该系统可以被配置成执行将EM坐标系配准到模型坐标系的处理。

一种用于将EM坐标系配准到模型坐标系的技术可以包括识别手术前模型内的多个定位的手术前步骤以及向用户提供用于将器械驱动到这些定位中的每个定位的指令的手术中步骤。系统可以指示用户依赖于其他形式的导航(例如，摄像装置反馈)将器械驱动到每个定位，并且系统还可以被配置成从用户接收确认器械何时位于每个所识别的定位处的输入。通过使用从用户接收到的确认、EM数据和模型内的识别定位，系统可以确定将EM数据映射到识别定位的配准。然后，这种配准可以用于将表示器械的远端的定位的EM数据映射到模型以用于过程的其余部分。

然而，上述配准处理对于用户而言可能是复杂且耗时的。例如，为了提供足够鲁棒的配准，可能需要系统识别空间上不同(例如，可能需要所识别的定位彼此相距至少一定距离)的相对大量定位(例如，6个或更多定位)。因此，本公开内容的某些方面涉及可经由简化处理提供定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准的系统和技术。

A.EM导航引导支气管镜检查.

在下文中，将关于在EM导航引导的支气管镜检查过程中使用的EM传感器的配准的实施方式来描述定位传感器的配准。然而，本公开内容的各方面还可以应用于可以在对应的定位传感器坐标系内产生定位数据的其他定位传感器，以及其他医疗类型的医疗过程。

支气管镜可以包括允许医师检查患者的气管和气道的小型摄像装置和光源。如果支气管镜在患者气道内的精确定位是未知的，则可能发生患者创伤。为了确定支气管镜的定位，基于图像的支气管镜检查引导系统可以使用来自支气管镜摄像装置的数据在患者气道的分叉处执行局部配准(例如，内腔网络内的特定定位处的配准)，并且因此可以有利地更不易受由于患者呼吸运动引起的位置误差的影响。然而，由于基于图像的引导方法依赖于支气管镜视频，因此基于图像的引导方法可能受到由患者咳嗽或黏液阻塞等引起的支气管镜视频中的伪影(artifacts)的影响。

EM导航引导的支气管镜检查是一种实现EM技术以定位和引导内窥镜工具或导管通过肺的支气管通路的支气管镜检查过程。EM导航引导的支气管镜检查系统可以使用EM场生成器，EM场生成器发射低强度、变化的EM场并且建立患者的内腔网络周围的跟踪体积(tracking volume)的位置。EM场是由带电对象产生的物理场，其影响场附近的带电对象的行为。当被定位在生成的场内时附接至器械的EM传感器可以用于跟踪器械在EM场内的定位和取向。通过变化的电磁场在EM传感器中感应小电流。这些电信号的特性取决于传感器与EM场生成器之间的距离和角度。因此，EM导航引导的支气管镜检查系统可以包括：EM场生成器、在其远端处或其远端附近具有一个或更多个EM传感器的可操纵器械、以及引导计算系统。EM场生成器在患者的要被导航的内腔网络例如气道、胃肠道或循环通路周围生成EM场。可操纵通道通过支气管镜的工作通道被插入并且经由EM传感器在EM场中被跟踪。

在开始EM导航引导的支气管镜检查过程之前，可以例如从手术前CT胸部扫描获得针对患者的特定气道结构的虚拟3D支气管模型。使用该模型和EM导航引导的支气管镜检查系统，医师可以导航到肺内的期望定位以进行活检病变、分期淋巴结、插入标记以引导放射治疗或引导近距离放射治疗导管。例如，可以在过程开始时执行配准，以生成EM坐标系与模型坐标系之间的映射。因此，当在支气管镜检查期间跟踪器械时，基于来自EM传感器的位置数据，器械在模型坐标系中的位置名义上已知。

图16A示出了实现所公开的导航系统和技术的一个或更多个方面的示例操作环境100。操作环境100包括患者101、支承患者101的平台102、引导器械115的移动的手术或医疗机器人系统110、用于控制机器人系统110的操作的命令中心105、EM控制器135、EM场生成器120以及EM传感器125、130。图16A还示出了患者101体内的内腔网络140的区域的轮廓，该内腔网络140在图16B中被更详细地示出。

系统110可以包括用于定位和引导器械115通过患者101的内腔网络140的移动的一个或更多个机器人臂。命令中心105可以通信地耦接至机器人系统110以用于接收位置数据和/或提供来自用户的控制信号。如本文中所使用的，“通信地耦接”是指任何有线数据传送介质和/或无线数据传送介质，包括但不限于无线广域网(WWAN)(例如，一个或更多个蜂窝网络)、无线局域网(WLAN)(例如，被配置用于诸如IEEE 802.11(Wi-Fi))、蓝牙、数据传送线缆等的一个或更多个标准。机器人系统110可以是以上关于图1至图15描述的系统中的任一个。关于图16C更详细地讨论系统110的实施方式，并且关于图17更详细地讨论命令中心105。

器械115可以是管状且柔性的手术器械，其插入患者的解剖结构中以捕获解剖结构(例如，身体组织)的图像，并且提供用于将其他医疗器械插入靶组织部位的工作通道。如上所述，器械115可以是手术专用内窥镜，例如支气管镜、胃镜或输尿管镜，或者可以是腹腔镜或血管可操纵导管。器械115可以在其远端处包括一个或更多个成像装置(例如，摄像装置或其他类型的光学传感器)。成像装置可以包括一个或更多个光学部件，例如光纤、光纤阵列、光敏基板和/或(一个或更多个)透镜。光学部件与器械115的末端一起移动，使得器械115的末端的移动引起由成像装置捕获的图像的视场的对应变化。器械115的远端可以设置有用于跟踪远端在内腔网络140周围生成的EM场内的位置的一个或更多个EM传感器125。以下关于图18进一步描述器械115的远端。

EM控制器135可以控制EM场生成器120以产生变化的EM场。取决于实施方式，EM场可以是随时间变化的和/或随空间变化的。在一些实施方式中，EM场生成器120可以是EM场生成板。所公开的患者导航系统的一些实施方式可以使用被定位在患者与支承患者的平台102之间的EM场生成器板，并且EM场生成器板可以包括薄屏蔽物，薄屏蔽物使由位于其下方的导电或磁性材料引起的任何跟踪失真最小化。在其他实施方式中，EM场生成器板可以安装在例如与机器人系统110中示出的机器人臂类似的机器人臂上，这可以在患者周围提供灵活的设置选项。

图16B示出了可以在图16A的操作环境100中被导航的示例内腔网络140。内腔网络140包括患者101的气道150的分支结构、通向主隆突156(通常是在支气管镜检查导航期间遇到的第一分叉)的气管154、以及可以如本文所述接近以诊断和/或治疗的结节(或病变)155。如所示的，结节155位于气道150的外周处。器械115可以包括具有第一直径的护套141，并且因此护套141的远端可能不能够被定位成通过结节155周围的较小直径气道。因此，观察镜145从器械115的工作通道延伸并且跨剩余距离到达结节155。观察镜145可以具有如下内腔：器械例如活检针、细胞刷和/或组织取样钳可以通过该内腔传递到结节155的靶组织部位。在这样的实现方式中，护套141的远端和观察镜145的远端均可以设置有用于跟踪其在气道150内的相应位置的EM传感器。

在一些实施方式中，如本文中所述的3D内腔网络模型的二维(2D)显示或者3D模型的截面可以类似于图16B。可以将估计的位置信息叠加到这样的表示上。

图16C示出了用于引导器械移动通过图16B的内腔网络140的机器人系统110的示例机器人臂175。机器人臂175可以包括以上在一些实施方式中描述的机器人臂12、39，并且耦接至基部180，基部180在各种实施方式中可以包括推车基部15、患者平台38的柱37或基于天花板的安装件。如上所述，机器人臂175包括在关节165处耦接的多个臂段170，这为机器人臂175提供多个自由度。

机器人臂175可以例如使用机构变换器接口(MCI)160耦接至器械操纵器190例如上述的器械操纵器62。器械操纵器190可以被移除并且用不同类型的器械操纵器(例如，被配置成操纵内窥镜的第一类型的器械操纵器或被配置成操纵腹腔镜的第二类型的器械操纵器)来代替。MCI 160包括将气动压力、电功率、电信号和光信号从机器人臂175传送至器械驱动器190的连接器。MCI 160可以是固定螺钉或基础板连接器。器械操纵器190使用包括直接驱动、谐波驱动、齿轮传动、带和滑轮、磁驱动等的技术来操纵器械例如器械115。MCI160能够基于器械操纵器190的类型互换并且可以针对特定类型的手术过程进行定制。机器人臂175可以包括关节级扭矩感测和远端处的腕部。

机器人系统110的机器人臂175可以使用如上所述的腱部来操纵器械115，以使器械115的末端偏斜。器械115可以响应于由伸长移动构件施加的力而呈现非线性行为。非线性行为可以基于器械115的刚度和可压缩性，以及不同伸长移动构件之间的松弛或刚度的可变性。

基部180可以被定位成使得机器人臂175可以执行或辅助对患者的手术过程，同时用户例如医师可以根据命令控制台的舒适性来控制机器人系统110。基部180可以通信地耦接至图16A中示出的命令控制台105。

基部180可以包括动力源182、气动压力186以及控制和传感器电子装置184——包括诸如中央处理单元、数据总线、控制电路和存储器的部件——以及用于移动机器人臂175的相关致动器例如马达。电子装置184可以实现本文中描述的导航控制技术。基部180中的电子装置184还可以处理和传输从命令控制台传送的控制信号。在一些实施方式中，基部180包括用于运输机器人系统110的轮188以及用于轮188的轮锁/制动器(未示出)。机器人系统110的移动性有助于适应手术操作室中的空间限制以及有利于手术设备的适当定位和移动。此外，移动性允许机器人臂175被配置成使得机器人臂175不会干扰患者、医师、麻醉师或任何其他设备。在过程期间，用户可以使用控制装置例如命令控制台来控制机器人臂175。

图17示出了可以例如用作示例操作环境100中的命令控制台105的示例命令控制台200。命令控制台200可以包括控制台基部201、一个或更多个显示器202(例如，监视器)以及一个或更多个控制模块(例如，键盘203和操纵杆204)。在一些实施方式中，命令控制台200功能中的一个或更多个可以被集成到机器人系统110的基部180中或集成到通信地耦接至机器人系统100的另一系统中。用户205例如医师使用命令控制台200从人体工程学位置远程控制机器人系统110。

控制台基部201可以包括中央处理单元、存储器单元、数据总线和相关联的数据通信端口，其负责解释和处理诸如摄像装置图像的信号并且跟踪例如来自图16A至图16C中示出的器械115的传感器数据。在一些实施方式中，控制台基部201和基部180两者均执行信号处理以实现负载平衡。控制台基部201还可以通过控制模块203和204处理由用户205提供的命令和指令。除了图17中示出的键盘203和操纵杆204以外，控制模块还可以包括其他装置，例如，计算机鼠标、轨迹板、轨迹球、控制板、诸如手持式远程控制器的控制器以及捕获手部姿势和手指姿势的传感器(例如，运动传感器或摄像装置)。控制器可以包括映射或链接到器械的操作(例如，接合、驱动、水冲洗等)的一组用户输入(例如，按钮、操纵杆、方向垫等)。

显示器202可以包括电子监视器(例如，LCD显示器、LED显示器，触敏显示器)、诸如护目镜或眼镜的虚拟现实观看装置和/或其他显示装置。在一些实施方式中，显示模块202与控制模块集成，例如集成为具有触摸屏的平板装置。在一些实施方式中，显示器202中之一可以显示患者的内腔网络的3D模型和虚拟导航信息(例如，基于EM传感器位置的内窥镜的端部在模型内的虚拟表示)，而显示器202中的另一个可以显示从器械115的端部处的摄像装置或另一感测装置接收的图像信息。在一些实现方式中，用户205既可以使用集成显示器202和控制模块查看数据，又可以向系统110输入命令。显示器202可以使用例如护目罩或护目镜的立体装置显示3D图像的2D渲染和/或3D图像。3D图像提供示出患者的解剖结构的计算机3D模型的“内视图”(即，内窥镜视图)。“内视图”提供患者内部的虚拟环境和器械115在患者内部的期望定位。用户205将“内视图”模型与由摄像装置捕获的实际图像进行比较，以有助于在心理上定向并且确认器械115在患者体内的正确——或近似正确——的定位。“内视图”提供关于器械115的远端周围的解剖结构(例如，患者的气道、循环血管或肠或结肠的形状)的信息。显示模块202可以同时显示器械115的远端周围的解剖结构的3D模型和CT扫描。此外，显示模块202可以在3D模型和CT扫描上叠加器械115的已经确定的导航路径。

在一些实施方式中，器械115的模型与3D模型一起被显示以有助于指示手术过程的状态。例如，CT扫描识别解剖结构中可能需要活检的病变。在操作期间，显示模块202可以示出由器械115捕获的与器械115的当前定位对应的参考图像。显示模块202可以根据用户设置和特定手术过程来自动显示器械115的模型的不同视图。例如，显示模块202在导航步骤期间随着器械115接近患者的操作区域示出器械115的俯视荧光透视视图。

图18示出了如本文所述的具有成像和EM感测能力的示例器械(例如图16A至图16C的器械115)的远端300。在图18中，器械的远端300包括成像装置315、照明源310和EM传感器线圈305的端部。远端300还包括到内窥镜的工作通道320的开口，其中手术器械例如活检针、细胞刷和镊子可以通过该开口沿内窥镜轴插入，从而允许进入内窥镜末端附近的区域。

位于远端300上的EM线圈305可以与EM跟踪系统一起使用，以在内窥镜的远端300被设置在解剖系统内时检测内窥镜的远端300的位置和取向。在一些实施方式中，线圈305可以沿不同轴线成角度以提供EM场的灵敏度，给予所公开的导航系统测量如下完整的6个自由度的能力：三个位置自由度和三个角度自由度。在其他实施方式中，仅单个线圈可以被设置在远端300上或远端300内，其中，单个线圈的轴线沿器械的内窥镜轴定向。由于这样的系统的旋转对称性，其对绕其轴线滚动不敏感，因此在这样实现方式中可以检测到仅5个自由度。

B.用于定位传感器配准的技术.

如以上所讨论的，可以使用定位传感器来跟踪器械的一部分(例如，器械的远端)相对于在医疗过程期间驱动器械通过的、患者的解剖结构模型的定位。应当认识到，可以基于手术前测量来生成模型，并且定位传感器可以基于独立的坐标系来起作用。为了使用定位传感器准确地确定器械的定位，定位传感器坐标系被配准到提供转换的模型坐标系，该转换可以应用于来自定位传感器的测量结果以到达模型坐标系内的对应位置。图17示出了可以例如用作示例操作环境100中的命令控制台105的示例命令控制台200。命令控制台200可以包括控制台基部201、一个或更多个显示器202(例如，监视器)以及一个或更多个控制模块(例如，键盘203和操纵杆204)。在一些实施方式中，命令控制台200功能中的一个或更多个可以被集成到机器人系统110的基部180中或集成到通信地耦接至机器人系统100的另一系统中。用户205例如医师使用命令控制台200从人体工程学位置远程控制机器人系统110。

在某些实现方式中，可以基于在患者的解剖结构内驱动器械时获取的定位传感器数据将定位传感器坐标系配准到模型坐标系。将定位传感器坐标系配准到解剖结构的模型的坐标系所需的数据的量和类型可以取决于给定解剖结构的形状。例如，用于将定位传感器坐标系配准到模型坐标系的一种技术涉及维持从(一个或更多个)定位传感器接收的数据历史并且将由定位数据历史形成的形状与器械可以基于解剖结构的模型沿其行进候选路径匹配。该技术可以更成功地找到具有一定量的不对称的解剖结构的定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。

图19示出了根据本公开内容的各方面的可以执行定位传感器配准的示例内腔网络。在图19的实施方式中，示出的内腔网络400与患者的气道对应，并且包括在主隆突410处分支成两个第二代气道415和420(例如，主支气管)第一代气道405(例如，气管)。还示出了系统可以在医疗过程期间将器械驱动到其的靶425(例如，内腔网络400内的病变或结节)。靶路径430提供器械可以沿其被驱动到达靶425的规划路线。取决于实施方式，系统可以基于内腔网络400的手术前扫描模型和靶425的定位自动生成靶路径425。在其他实施方式中，靶路径425可以由用户在手术前规划期间选择。系统可以在显示器上显示靶路径430相对于模型的图示，以向用户提供驱动器械到达靶425的方向的指示。在某些实施方式中，靶路径430可以包括到靶425的、并不多于一次地横穿内腔网络的相同部分(即，横穿靶路径425不涉及沿内腔网络的段推进并且沿相同段缩回器械)的仅直接路径。

应当认识到，由第二代分支415和420限定的气道可以不是对称的，而是具有不同的长度并且形成与第一代气道405不同的角度。在根据本公开内容的某些配准技术中，所谓的对侧配准利用分支415与分支420之间的该不对称性来改进器械配准。实施方式可以通过沿对侧路线435驱动器械来利用不对称性，沿对侧路线435驱动器械可以包括：将器械驱动到与靶路径430上的气道对侧的第二代气道415中，缩回到第一代气道405，并且然后驱动到路径430上的第二代气道。如下面所讨论的，实施方式还可以包括有利于对侧配准的特征，例如，自动检测对侧分支415以及自动确定由器械沿对侧分支415横穿的距离何时足够。

为了更好地解释对侧路线435的使用，可以将在配准过程期间从定位传感器输出的数据所限定的路线或迹线(包括对侧路线435)与由内腔网络400的模型所限定的各种形状进行比较。由于由内腔网络400形成的不对称形状，在配准过程期间由定位传感器数据限定的路线可以唯一地与内腔网络400的模型的单个部分(即，由第一代气道405以及第二代气道415和420中的每个限定的形状)对应。因此，可以基于在配准过程期间由定位传感器数据限定的路线或迹线(例如，对侧路线435)与由第一代气道405以及第二代气道415和420中的每个限定的形状之间的变换来限定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。

尽管图19提供了作为内腔网络的实施方式的患者的气道的示例，但是本公开内容的各方面也可以应用于用于导航其他内腔网络并且尤其是至少部分不对称的内腔网络的定位传感器的配准。例如，本公开内容的各方面可以应用于胃肠网络、泌尿道、血管网络等。因此，本公开内容的各方面涉及基于在沿内腔网络内的不对称路径的至少一部分驱动器械时接收的定位数据的对定位传感器的配准。

图20A是示出根据本公开内容的各方面的能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作的用于对侧配准定位传感器坐标系的示例方法的流程图。应当认识到，图20A中示出的方法500的步骤可以由手术机器人系统的处理器执行。出于方便起见，方法500被描述为由系统的处理器执行。当与方法500的各个步骤的描述相关时，将参照图19中示出的内腔网络400来描述以下方法500的一个实施方式。

处理器可以被包括作为包括具有一组一个或更多个定位传感器的器械的系统的一部分。该组定位传感器可以被配置成生成指示该组定位传感器在定位传感器坐标系中的位置的定位数据。定位传感器可以位于器械的远端(例如，见图18)处或其附近，并且因此，定位数据可以指示器械的远端的定位。系统还可以包括被配置成控制器械的远端的移动的一组器械操纵器以及与处理器通信并且其上存储有患者的内腔网络的模型的至少一个计算机可读存储器。模型可以包括模型坐标系内的靶以及到靶的路径。存储器还可以在其上存储有使得该组处理器执行方法500的计算机可执行指令。

方法500在块501处开始。在块505处，处理器向该组器械操纵器提供用于沿着内腔网络的第一分支(例如，对侧分支415)驱动器械的第一组命令。在一些实施方式中，可以基于从一组一个或更多个用户输入装置接收的用户输入来生成第一组命令。因此，处理器可以使得用户指令被提供给用户，其中用户指令包括跟随与配准处理相关联的该组移动的指令(例如，沿对侧配准路线435的第一部分驱动器械)。然后，系统可以接收与用户指令对应的用户输入，并且生成用于沿第一分支移动器械的第一组命令。如图19所示，第一分支415位于到靶430的靶路径430之外。因此，第一组命令可以使器械操纵器沿对侧配准路线435的第一部分沿对侧分支415向下驱动器械。

在块510处，处理器在沿第一分支驱动器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数。配准参数可以是能够由系统跟踪并且用于确定是否已经由系统收集了足够的数据以执行定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准的任何数据。在块515处，处理器确定该组配准参数满足配准标准。满足配准标准的配准参数可以指示器械沿对侧分支415行进足够的距离，并且在器械被缩回到靶路径430的情况下配准处理可以继续。下面结合图20B提供用于跟踪配准参数并且确定配准参数是否满足配准标准的更详细的实施方式。

在块520处，处理器向该组器械操纵器提供使器械返回到靶路径430并且沿第二分支(例如，横向分支420)驱动器械的第二组命令。如图19所示，分支420被定位成沿到靶425的靶路径430。处理器可以沿对侧配准路线435的剩余部分驱动器械，继续沿横向分支420进行。

在块525处，处理器基于在沿着第一分支和第二分支(例如，沿对侧配准路线435)驱动器械期间从该组定位传感器接收到的定位数据来确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。通过在提供将器械缩回到横向分支420的命令之前在块515中确认配准参数满足配准标准，处理器可以确保收集了足够的定位数据以确定配准。方法500在块530处结束。

在某些实施方式中，定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准还可以基于在步骤505中引用的第一组命令以及来自步骤520的第二组命令。即，第一组命令和第二组命令可以是提供给(一个或更多个)器械操纵器以控制器械的移动的机器人数据。由于第一组命令和第二组命令用于控制器械的移动，因此处理器能够基于第一组命令和第二组命令确定器械在移动时的定位。因此，处理器能够基于用于驱动器械的机器人数据来确定器械的远端相对于模型的定位。作为示例，如果器械的远端位于隆突(见图19中示出的隆突410)处或其附近并且被定位成沿第一分支(例如，对侧分支415)驱动，则在向器械提供插入命令之后，处理器可以确定器械的远端已经插入到第一分支中该插入命令中指示的量。

处理器还可以被配置成基于从一组一个或更多个用户输入装置接收的用户输入来生成被提供给器械操纵器的第一组命令和第二组命令。因此，可以基于由系统接收的用户输入手动执行器械的驱动。

如上所讨论的，配准可以包括能够将数据从定位传感器坐标系映射到模型坐标系的变换。变换可以包括能够应用于定位传感器数据的平移和/或旋转。为了帮助确定将数据从定位传感器坐标系正确地映射到模型坐标系的配准，处理器可以识别两个坐标系中的每个中的可以用作定位传感器坐标系与模型坐标系之间的锚的已知定位。参照图19，可以从内腔网络的模型自动识别隆突410，并且用户可以容易地将器械导航到隆突410并且向处理器提供指示隆突410的定位的反馈。

在某些实施方式中，系统还可以生成用于确定在定位传感器和模型坐标系中的每个中的已知定位处的锚点的引导指令。引导指令可以包括给至用户的用于驱动器械的远端以接触隆突410并且然后在接触隆突410之后缩回器械的指令。基于用户输入，处理器可以提供将器械驱动到隆突410并且在到达隆突410之后缩回器械的命令。因此，通过识别器械正好在缩回之前的定位，处理器可以确定在定位传感器坐标系内的识别的定位与隆突410的定位对应。然后，可以将隆突410在两个坐标系中的每个中的定位用作确定将定位传感器坐标系映射到模型坐标系的变换的一次数据。

在另一示例实施方式中，处理器可以使用器械的远端上包括的摄像装置来确定器械相对于模型的定位，而不是要求用户通过缩回器械来指示隆突410的定位。用户可以使用由摄像装置捕获并且提供给显示器的图像来导航通过内腔网络。在一个实施方式中，可以将由摄像装置获得的图像实时地显示给用户。处理器可以被配置成基于对从摄像装置接收的图像的分析来确定器械的远端的位置。可以使用能够确定内腔网络内部的特征的任何图像处理技术来确定器械的远端相对于模型的位置。处理器还可以基于所确定的器械的远端的位置来确定器械的远端的远端在距第一定位(例如，隆突410)的阈值距离内。

图20B是示出根据本公开内容的各方面的能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作的用于确定是否已经接收到有利于对侧配准的足够的定位数据的示例方法的流程图。应当认识到，图20A中示出的方法550的步骤可以由手术机器人系统的处理器执行。出于方便起见，方法550被描述为由系统的处理器执行。方法550的步骤可以作为图20A的(一个或更多个)块510和515的实现方式来执行。

方法550在块551处开始。在块555处，处理器接收原始定位数据和状态数据。如本文中所使用的，“原始定位数据”可以是指指示定位传感器坐标系内的位置的定位数据。因此，“原始定位数据”可以是表示器械坐标系而不是模型坐标系内的定位的定位数据。在执行配准处理并且确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准之前，处理器不能将定位传感器数据映射到模型坐标系。因此，将认识到，在完成配准处理之前接收的定位数据是未配准或原始定位数据。

状态数据可以是指由处理器产生的指示器械在模型内的定位的数据。例如，可以使用图15中示出的定位系统90来产生可以用于方法500和550的定位数据96(也被称为状态数据)。状态数据可以包括深度信息，例如，器械在给定区段中的当前深度或在解剖模型内的插入深度。状态数据还可以包括器械的远端在模型坐标系中的取向。在某些实施方式中，处理器可以在图20A中示出的整个配准处理500中接收原始定位数据和状态数据。

在块560处，处理器可以存储在配准处理例如经由方法500执行的配准处理期间收集的定位数据和状态数据。配准处理可以包括可以与内腔网络的形状相关的器械的经设计的一组移动。该组移动还可以基于模型内到靶425的限定的靶路径430。配准处理可以涉及向该组器械操纵器提供沿内腔网络的第一分支驱动器械的第一组命令，其中，第一分支在对侧分支415上并且因此在到靶425的靶路径430之外。配准处理还可以涉及提供将器械带回并且继续沿到靶部位425的靶路径430的命令。经设计的一组移动可以包括沿由对侧配准路径435限定的路径驱动器械的远端所需的一组或更多组命令。处理器可以在沿第一分支驱动器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数例如深度信息。

在块565处，处理器可以基于正被跟踪的配准参数来确定是否已经收集足够的定位传感器数据作为配准处理的对侧相的一部分。在一个实施方式中，处理器可以使用诸如深度信息(例如，器械的插入深度)的配准参数来确定器械是否已经沿对侧路线435的对侧分支415被驱动了足够的距离。在某些实施方式中，在满足一个配准标准之后，处理器可以向该组器械操纵器提供使器械返回到靶路径430并且沿第二分支朝向靶部位驱动器械的第二组命令。随着器械沿靶部位继续，处理器可以继续跟踪用于配准处理的器械定位数据和状态数据。

通过确定器械是否已经沿对侧分支415被驱动了足够的距离，系统能够减少需要用户提供的输入量，从而减少用户出错的机会。例如，某些配准处理可能需要用户驱动到多个限定的定位，并且向系统提供指示器械已经被驱动到限定的定位的输入。通过消除该类型的所需用户输入，本公开内容的各方面可以提高配准处理的容易度并且减少用户出错的潜在源。

在块570处，处理器可以使用在配准处理期间跟踪的定位数据和状态数据(例如，沿对侧路线435和靶路径430跟踪的定位数据和状态数据)将定位坐标系配准到模型坐标系。如上所讨论的，这可以包括将由使用定位传感器跟踪的器械所采取的路径的形状与由模型的骨架结构限定的内腔网络的形状进行匹配。在某些实施方式中，具有与所跟踪的路径最低差异的模型的形状被选择并且用于确定定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准。应当认识到，因为所跟踪的路径包括对侧分支415，所以实施方式可以减少所跟踪的路径与模型中其他候选路径匹配的可能性。方法550在块575处结束。

在确定配准时，处理器还可以被配置成匹配由定位传感器数据和机器人数据的历史限定的形状。因此，在某些实现方式中，处理器可以被配置成在沿对侧配准路线驱动器械时生成表示器械的远端相对于定位坐标系的定位的一组定位数据点。处理器还可以在沿对侧配准路线驱动器械时生成表示器械的远端相对于模型坐标系的定位的一组模型点。处理器可以基于机器人数据的历史和模型来生成模型点。处理器可以使用两组点来确定定位坐标系与模型坐标系之间的配准是基于确定将定位坐标系中的一组定位数据点映射到模型坐标系中的第二组模型点的配准。

图21是示出根据本公开内容的各方面的关于内腔网络的模型的定位数据的图。在图21的示例中，图600包括内腔网络的手术前扫描的模型602，模型602还可以包括由沿由模型602限定的气道中的每个的中点限定的骨架605。特别地，骨架605包括一系列区段，每个区段位于内腔网络中对应内腔的中点处。还示出了表示器械的远端在相对于解剖结构的对侧配准处理期间的实际或真实定位的标定真值(ground truth)数据610。图21中示出的标定真值数据610可能已经由在突出对侧配准处理的准确性的过程期间不通常使用的测试工具生成。在示出的示例中，靶625可以位于图的左侧。因此，在配准过程期间，器械可以从第一代气道630被驱动到对侧第二代气道635中。此后，器械可以被缩回到第一代气道630中并且推进到沿到靶625的路径定位的横向第二代气道640中。

系统还可以跟踪表示器械沿模型605的骨架的定位的状态数据615。如上所讨论的，处理器可以基于从指示器械的远端的定位的数据的一个或更多个不同源接收(例如，经由图15的定位模块95)的数据来确定状态数据。一旦在配准处理期间接收到足够的数据，就可以将配准变换应用于原始定位数据以生成经配准的定位数据620。如图21所示，配准定位数据620可以紧密跟踪标定真值数据610。在已经配准定位数据之后，处理器可以使用经配准的定位数据620作为确定状态数据615的输入。

图22是示出根据本公开内容的各方面的在不执行对侧配准处理的情况下配准定位数据的示例的图。在该示例中，当不执行对侧配准处理(例如，器械不沿对侧分支驱动)时，原始定位数据705可以基本上匹配模型内的两个不同候选路径710和715。即，两个候选路径710和715中的每个可以具有类似的形状，以使得原始定位数据705的旋转和/或平移可以基本上匹配路径710和715两者。然而，由于两个路径710和715分叉，选择不正确的路径715用于配准可能导致当器械被驱动经过两个路径即路径710与路径715之间的分叉时，定位数据提供器械的定位的不正确指示。相反，通过根据本公开内容的各方面执行对侧配准处理，由于基于不正确候选配准路径715的配准不会提供沿器械采取的对侧路线的形状匹配(见例如图21)，因此可以从该组候选配准移除不正确候选配准路径715。

如上所讨论的，当第一分支和第二分支不对称(例如，第二代区段)时，对侧配准过程可以提供更准确和更鲁棒的配准。因此，在某些实施方式中，处理器可以选择内腔网络的非对称分支用于对侧配准过程。对内腔网络内的定位的该选择还可以减少定位数据与模型之间的匹配的可能解决方案的数目，从而导致更鲁棒的配准过程。在支气管镜检查示例中，在沿到靶的路径行进之前将器械驱动到对侧分支中可以提供足够的有利于将定位传感器配准到模型坐标系的原始定位数据。因此，在某些实施方式中，第一分支位于内腔网络的相对于靶的对侧上。

C.定位传感器配准规划.

本公开内容的各方面还涉及手术前规划，手术前规划可以涉及确定与定位传感器配准过程有关的指令和/或标准。图23是示出根据本公开内容的各方面的能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作的用于手术前规划的示例方法的流程图。根据本公开内容的各方面，用于手术前规划的过程800能够由手术机器人系统或其(一个或更多个)部件操作以用于手术前规划。例如，用于手术前规划的方法800的各方面能够由例如图17中示出的命令控制台200的命令控制台执行，或者可以由可以被包括作为命令控制台的一部分的手术机器人系统的处理器(或一组处理器)执行。出于方便起见，用于手术前规划的方法被描述为由系统的处理器执行。在某些实施方式中，系统还可以包括与该组处理器通信并且在其上存储有患者的内腔网络的模型的至少一个计算机可读存储器。模型可以包括模型坐标系内的靶以及到靶的路径。存储器还可以存储使得该组处理器执行方法800的计算机可执行指令。

方法800在块801处开始。在块905处，处理器提供经由显示装置显示内腔网络的指令。特别地，处理器可以提供经由显示装置显示内腔网络的指令。这可以涉及例如处理器从存储器检索内腔网络的模型并且显示要由用户查看的模型。模型的显示可以涉及显示例如骨架和/或基于内腔网络的手术前扫描生成的更详细的分段图像(如图19、图21和图22所示)。

在块810处，处理器接收靶在模型坐标系内的定位的指示。例如，处理器可以经由用户输入装置从用户接收模型的在其处要执行医疗过程的至少一部分的靶部分的指示。例如，靶可以是用于引导放射治疗或引导近距离放射治疗导管的、肺内的活检病变、分期淋巴结、插入标记的期望定位。在其他实施方式中，系统可以基于检测手术前扫描中指示肿瘤的特征来自动检测或以其他方式确定靶定位425。

在块815处，处理器识别内腔网络中的第一分支(例如，位于内腔网络的对侧的分支例如图19的对侧分支415)和第二分支(位于内腔网络的横向侧的分支例如图19的横向分支420)。由于所识别的第一分支和第二分支分别位于内腔网络的相对于靶的定位的对侧和横向侧上，因此第一分支可以位于到靶的路径之外，并且第二分支可以沿到靶的路径被定位。

在某些实施方式中，基于模型和所选择的靶，处理器可以自动识别模型的可以被器械穿过以帮助配准定位传感器的某些区段。这可以包括处理器将第一分支识别为位于内腔网络的对侧上的分支，并且将第二分支识别为位于内腔网络的横向侧上的分支。在某些实施方式中，第一分支和第二分支可以是内腔网络的第二代分支，例如图19中示出的分支415和420。处理器还可以被配置成确定由第一分支和第二分支形成的形状在内腔网络内足够唯一，使得当沿由第二代分支限定的对侧配准路线驱动器械时，模型内没有其他形状将匹配器械在对侧配准处理期间采取的路径。可以通过将第一分支和第二分支的形状与模型中的其他可能形状进行比较以确定在形状中是否存在任何可能冲突来执行该确定。

如上所讨论的，某些配准处理可能需要用户将器械驱动到内腔网络内的多个限定定位，并且当器械位于限定定位时向系统提供指示。该技术还可以要求用户在手术前规划阶段期间识别限定定位。然而，由于处理器可以自动识别可以用于配准处理的对侧路线，因此可以减少用户在手术前规划阶段期间的必要步骤。

在块820处，处理器生成用于沿第一分支、从第一分支返回到路径、并且沿第二分支驱动器械的远端的一组引导指令。因此，该组指令可以限定对侧配准路线例如图19的对侧配准路线435。引导指令可以在存储器中存储，以在医疗过程期间被提供给用户。在医疗过程期间，在根据指令驱动器械期间从一组一个或更多个定位传感器接收的定位数据可以有利于定位数据的定位坐标系与模型坐标系之间的配准。配准可以包括定位坐标系与模型坐标系之间的平移和旋转中的至少之一。在块825处，处理器确定在沿第一分支驱动器械期间跟踪的一个或更多个配准参数的配准标准。方法800在块830处结束。

配准标准可以涉及将定位传感器坐标系配准到模型坐标系所需的定位数据的量。例如，标准可以指定在器械可以从第一分支返回到路径之前器械沿对侧分支行进的所需距离。配准标准还可以取决于患者的解剖结构的特定形状。例如，一些患者的气道在第一分支与第二分支之间形成的形状与角度之间可能具有比其他患者更大的差异。当第一分支与第二分支之间的差异更明显时，器械可能不需要沿第一分支行进那么远以接收用于配准的足够数据。在其他实施方式中，可以基于阈值来设置配准标准，阈值被确定成针对将被执行的特定过程为大多数患者提供足够的用于配准的定位数据。

配准参数可以包括器械插入对侧分支的插入深度。在该实施方式中，响应于插入第一分支的插入深度大于阈值插入深度，该组配准参数满足配准标准。例如，配准标准可以包括在返回到路径上的第一代分支之前沿对侧分支的至少50％驱动器械的指令。具体值可以取决于医疗过程中涉及的特定解剖结构和/或基于对普通人群中解剖结构的形状变化的分析而不同。

取决于特定医疗过程，处理器还可以确定第一分支和第二分支是否不对称。处理器可以响应于确定第一分支和第二分支不对称来识别第一分支和第二分支。如上所讨论的，配准处理对于非对称路径和/或非对称形状的内腔网络可以更准确。因此，处理器可以选择内腔网络中对于要在其处执行配准处理的定位具有不对称形状的分叉。在某些实施方式中，例如对于气道，可以在其处执行配准处理的一个分支是从气管到主支气管的分支。因此，处理器还可以响应于确定第一分支位于内腔网络的相对于靶的对侧上而识别第一分支。

在某些实施方式中，该组指令包括将器械驱动到内腔网络内的第一定位的指令。第一定位可以是在医疗过程期间能够由用户识别的定位，该定位可以提供定位传感器坐标系和模型坐标系中的每个内的已知定位。例如，在支气管镜检查过程期间，第一定位可以与患者的隆突对应。可以基于隆突在主支气管之间的分支处的定位在模型内识别隆突，并且用户能够在定位数据的配准之前驱动到隆突。在该实施方式中，第一分支和第二分支可以与患者的主支气管对应。定位传感器坐标系与模型坐标系之间的配准还可以基于在器械的远端在距第一定位的阈值距离内时从该组定位传感器接收的定位数据。通过将第一定位用作定位坐标系与模型坐标系之间的已知参考点，可以限制用于配准的置换的数目。另外，用户指令可以包括在触摸隆突之后缩回器械的指令。该缩回可以被解释为隆突位置的指示，可以将隆凸位置用作配准过程期间的第一定位。

3.实现系统和术语.

本文中公开的实现方式提供了用于将定位传感器配准到模型坐标系的系统、方法和设备。

应当注意，术语“耦接(couple)”、“耦接(coupling)”、“耦接(coupled)”或词耦接的如本文中使用的其他变型可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“耦接”至第二部件，则第一部件可以经由另一部件间接连接到第二部件或者直接连接到第二部件。

本文中描述的功能可以作为一个或更多个指令存储在处理器可读或计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”是指可以由计算机或处理器访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的介质可以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，或可以用于存储以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。应当注意，计算机可读介质可以是有形的且非暂态的。如本文中所使用的，术语“代码”可以是指能够由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文中公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或更多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，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。

如本文中所使用的，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”包含各种各样的动作，并且因此，“确定”可以包括计算、电脑运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、查明等。“确定”还可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解析、选择、挑选、建立等。

除非另有明确说明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换言之，短语“基于”描述了“仅基于”和“至少基于”两者。

提供了所公开的实现方式的先前描述，以使得本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实现方式的各种修改对于本领域技术人员来说将是明显的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中限定的一般原理可以应用于其他实现方式。例如，应当认识到，本领域普通技术人员将能够采用许多对应的替选和等同的结构细节，例如，紧固、安装、耦接或者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，以及用于传送电能的等同机构。因此，本发明不旨在限于本文中示出的实现方式，而是符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (22)

1.一种系统，包括：

器械，其包括一组一个或更多个定位传感器，所述一组一个或更多个定位传感器被配置成生成指示所述一组一个或更多个定位传感器在定位传感器坐标系中的位置的定位数据；

一组器械操纵器，其被配置成控制所述器械的远端的移动；

计算机系统的一组处理器；以及

所述计算机系统的至少一个计算机可读存储器，其与所述一组处理器通信，并且所述至少一个计算机可读存储器上存储有：(i)患者的内腔网络的模型，所述模型包括模型坐标系内的靶和到所述靶的路径，以及(ii)配准路线，所述配准路线包括所述内腔网络的、在到所述靶的路径之外的第一分支和所述内腔网络的、作为到所述靶的路径的一部分的第二分支，所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：

向所述一组器械操纵器提供用于根据所述配准路线沿着所述内腔网络的所述第一分支驱动所述器械的第一组命令；

在沿着所述第一分支驱动所述器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数；

确定所述一组一个或更多个配准参数满足配准标准；

向所述一组器械操纵器提供用于使所述器械返回到所述路径以及根据所述配准路线沿着所述第二分支驱动所述器械的第二组命令；以及

基于在沿着所述第一分支和所述第二分支驱动所述器械期间从所述一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据来确定所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述配准包括所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的平移和旋转中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一分支和所述第二分支是不对称的。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一分支位于所述内腔网络的相对于所述靶的对侧。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于所述第一组命令和所述第二组命令。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：

一组一个或更多个用户输入装置，

其中，所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：基于从所述一个或更多个用户输入装置接收到的用户输入来生成所述第一组命令和所述第二组命令。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：

向所述一组器械操纵器提供用于将所述器械驱动到所述内腔网络内的第一定位的第三组命令，

其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于在所述器械的远端在距所述第一定位的阈值距离内时从所述一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：

向所述一组器械操纵器提供用于在到达所述第一定位之后缩回所述器械的第四组命令；以及

基于所述第三组命令和所述第四组命令来确定所述第一定位在所述模型坐标系内的位置，

其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于在从所述第一定位缩回所述器械之前接收到的定位数据。

9.根据权利要求7所述的系统，其中：

所述器械还包括摄像装置，

其中，所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：

基于对从所述摄像装置接收到的图像的分析来确定所述器械的远端的位置；以及

基于所确定的所述器械的远端的位置来确定所述器械的远端在距所述第一定位的阈值距离内。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：

在沿着所述第一分支和所述第二分支驱动所述器械时，生成表示所述器械的远端相对于所述定位传感器坐标系的定位的一组定位数据点；以及

基于所述第一组命令和所述第二组命令来生成表示所述器械的远端相对于所述模型坐标系的定位的一组模型点，

其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于所述定位传感器坐标系中的所述一组定位数据点到所述模型坐标系中的所述一组模型点的映射。

11.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述一组一个或更多个配准参数包括到所述第一分支中的插入深度，

所述存储器上还存储有用于使所述一组处理器执行以下操作的计算机可执行指令：

响应于到所述第一分支中的插入深度大于阈值插入深度来确定所述一组一个或更多个配准参数满足所述配准标准。

12.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

向一组器械操纵器提供用于沿着内腔网络的第一分支驱动器械的第一组命令，所述器械包括一组一个或更多个定位传感器，所述一组一个或更多个定位传感器被配置成生成指示所述一组一个或更多个定位传感器在定位传感器坐标系中的位置的定位数据，所述一组器械操纵器被配置成控制所述器械的远端的移动，存储器上存储有：(i)患者的内腔网络的模型，所述模型包括模型坐标系内的靶和到所述靶的路径，以及(ii)配准路线，所述配准路线包括所述内腔网络的、在到所述靶的路径之外的第一分支和所述内腔网络的、作为到所述靶的路径的一部分的第二分支；

在根据所述配准路线沿着所述第一分支驱动所述器械期间跟踪一组一个或更多个配准参数；

确定所述一组一个或更多个配准参数满足配准标准；

向所述一组器械操纵器提供用于使所述器械返回到所述路径以及根据所述配准路线沿着所述第二分支驱动所述器械的第二组命令；以及

基于在沿着所述第一分支和所述第二分支驱动所述器械期间从所述一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据来确定所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准。

13.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述配准包括所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的平移和旋转中的至少一个。

14.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述第一分支和所述第二分支是不对称的。

15.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述第一分支位于所述内腔网络的相对于所述靶的对侧。

16.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于所述第一组命令和所述第二组命令。

17.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其上还存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

使一组处理器基于从一组一个或更多个用户输入装置接收到的用户输入来生成所述第一组命令和所述第二组命令。

18.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其上还存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

向所述一组器械操纵器提供用于将所述器械驱动到所述内腔网络内的第一定位的第三组命令，

其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于在所述器械的远端在距所述第一定位的阈值距离内时从所述一组一个或更多个定位传感器接收到的定位数据。

19.根据权利要求18所述的非暂态计算机可读存储介质，其上还存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

向所述一组器械操纵器提供用于在到达所述第一定位之后缩回所述器械的第四组命令；以及

基于所述第三组命令和所述第四组命令来确定所述第一定位在所述模型坐标系内的位置，

其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于在从所述第一定位缩回所述器械之前接收到的定位数据。

20.根据权利要求18所述的非暂态计算机可读存储介质，其中：

所述器械还包括摄像装置，

其中，所述非暂态计算机可读存储介质上还存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

基于对从所述摄像装置接收到的图像的分析来确定所述器械的远端的位置；以及

基于所确定的所述器械的远端的位置来确定所述器械的远端在距所述第一定位的阈值距离内。

21.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其上还存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

在沿着所述第一分支和所述第二分支驱动所述器械时，生成表示所述器械的远端相对于所述定位传感器坐标系的定位的一组定位数据点；以及

基于所述第一组命令和所述第二组命令来生成表示所述器械的远端相对于所述模型坐标系的定位的一组模型点，

其中，所述定位传感器坐标系与所述模型坐标系之间的配准还基于所述定位传感器坐标系中的所述一组定位数据点到所述模型坐标系中的所述一组模型点的映射。

22.根据权利要求12所述的非暂态计算机可读存储介质，其中：

所述一组一个或更多个配准参数包括到所述第一分支中的插入深度，

其中，所述非暂态计算机可读存储介质上还存储有在被执行时使至少一个计算装置执行以下操作的指令：

响应于到所述第一分支中的插入深度大于阈值插入深度来确定所述一组一个或更多个配准参数满足所述配准标准。

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