CN120358999A - 用于在医疗过程中规划和/或导航到治疗区的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于规划医疗过程和/或在医疗过程期间导航的系统和方法。在一个方面，基于柔性伸长装置的位姿来确定能够从柔性伸长装置延伸的治疗工具的预期轨迹。基于治疗工具的插入距离和预期轨迹，相对于表示内部患者解剖结构和目标病变的模型来确定计划消融区。使显示装置显示描绘预期工具轨迹和计划消融区的图形用户界面。在另一方面，相对于表示目标病变的模型来确定柔性伸长装置的位置。基于目标病变的位置和柔性伸长装置的位置来确定治疗工具能够沿着其接近目标病变的轨迹。

Description

用于在医疗过程中规划和/或导航到治疗区的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年12月14日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR PLANNINGAND/OR NAVIGATING TO TREATMENT ZONESIN AMEDICAL PROCEDURE”的临时美国专利申请第63/477,752号的优先权和申请日权益。该临时申请的全部内容通过引用明确地并入本文中。

技术领域

所公开的示例涉及规划和/或导航微创医疗过程，并且更具体地涉及用于在这样的过程中规划和/或引导用户到治疗区的系统和方法。

背景技术

微创医疗技术旨在减少在医疗过程期间受损的组织的量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。这样的微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或更多个手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，医生可以插入微创医疗器械(包括手术、诊断、治疗和/或活检器械)以到达目标组织位置。一种这样的微创技术是使用柔性和/或可操纵的(steerable)伸长装置，例如柔性导管，该柔性和/或可操纵的伸长装置可以插入至解剖通道中并朝向患者解剖结构内的感兴趣区域导航。

机器人辅助的微创医疗系统已经越来越多地提供图形用户界面(GUI)来辅助用户(例如，医生)利用柔性/可操纵的医疗器械导航以到达期望的治疗部位(例如，病变)。例如，这样的机器人辅助系统可以用于将机械可操纵的导管引导至要使用从导管延伸的工具执行治疗的病变。由于成像、建模和感测技术的最新进展，由这样的导航工具提供的GUI使用户能够“看到”微创医疗器械相对于患者解剖结构以及相对于目标病变的位置。此外，规划工具可以使用模型和/或图像来使用户能够提前规划过程的进程。然而，当前的导航和/或规划工具在实际过程期间可能仍然需要大量的试错，其具有诸如未能治疗(例如，消融)整个目标病变、对患者体内的关键结构(例如，器官)的损伤和/或由延长的过程时间(例如，由于不确定性和/或多次治疗尝试引起的延迟)导致的并发症的风险。

发明内容

以下呈现了本文中描述的各种示例的简要概述，并且不旨在标识关键或重要元素或者描绘权利要求的范围。

在一些示例中，一种用于规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法包括：由一个或更多个处理器获得表示患者的内部解剖结构和目标病变的模型；以及由一个或更多个处理器并且基于柔性伸长装置的位姿来确定能够从柔性伸长装置延伸的治疗工具的预期工具轨迹。该方法还包括：由一个或更多个处理器并且基于治疗工具的插入距离和预期工具轨迹来相对于模型确定计划治疗区(projected treatment zone)；以及由一个或更多个处理器使显示装置显示图形用户界面，该图形用户界面相对于模型描绘(i)预期工具轨迹和(ii)计划治疗区。

在其他示例中，一种用于规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法包括：由一个或更多个处理器获得表示患者体内的目标病变的模型；以及由一个或更多个处理器确定柔性伸长装置相对于模型的位置。该方法还包括：由一个或更多个处理器并且基于目标病变的位置和柔性伸长装置的位置来确定多个轨迹，能够从柔性伸长装置延伸的治疗工具能够沿着所述多个轨迹接近目标病变，以共同提供跨目标病变的至少一个维度的治疗覆盖。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述两者本质上都是示例性和说明性的，并且旨在提供对本公开内容的理解，而不限制本公开内容的范围。在这方面，根据以下详细描述，本公开内容的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员而言将是明显的。

附图说明

图1描绘了根据一些示例的可以生成并向用户显示的图形用户界面。

图2A至图2C描绘了根据一些示例的用户操作图1的图形用户界面的示例场景。

图3是根据一些示例的用于使用图形用户界面、例如图1的图形用户界面规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法的流程图。

图4描绘了根据一些示例的表示目标病变的点的示例投影，其用于确定建议轨迹，能够从柔性伸长装置延伸的治疗工具能够沿着所述建议轨迹接近目标病变，以共同提供跨目标病变的至少一个维度的治疗覆盖。

图5描绘了根据一些示例的由建议轨迹产生的预期治疗覆盖的示例表示。

图6是根据一些示例的用于通过确定轨迹来规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法的流程图。

图7是根据一些示例的其中可以实现本文中公开的技术的医疗系统的简化图。

图8A是根据一些示例的医疗器械系统的简化图，该医疗器械系统包括柔性伸长装置，其可以与本文中公开的技术结合使用。

图8B是根据一些示例的图8A的柔性伸长装置内的医疗工具的简化图。

图9A和图9B是根据一些示例的包括安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。

通过参照以下详细描述，会最好地理解本公开内容的示例及其优点。应当理解，相似的附图标记用于标识一个或更多个附图中所示的相似元件，在附图中，其中的示出是出于说明本公开内容的示例的目的，而不是出于限制本公开内容的示例的目的。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了描述与本公开内容一致的一些示例的具体细节。为了提供对示例的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员而言将明显的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些示例。本文中公开的具体示例旨在是说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以实现在本公开内容的范围和精神内的其他元件，尽管在此没有具体描述。另外，为了避免不必要的重复，与一个示例相关联地示出和描述的一个或更多个特征可以并入到其他示例中，除非另外具体描述或者如果所述一个或更多个特征将使示例不起作用。在一些情况下，没有详细地描述公知的方法、过程、部件和电路，以免不必要地模糊示例的各方面。

本公开内容根据各种器械和器械的部分在三维空间中的状态来描述所述各种器械和器械的部分。如本文中所使用的，术语“位置”是指对象或对象的一部分在三维空间中的位置(例如，沿着笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文中所使用的，术语“取向”是指对象或对象的一部分的旋转放置(例如，一个或更多个旋转自由度，诸如滚动、俯仰和偏航)。如本文中所使用的，术语“位姿”是指对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置、以及该对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(例如，最多六个总自由度)。如本文中所使用的，术语“形状”是指沿着对象测量的位姿、位置和/或取向的集合。如本文中所使用的，术语“远侧”是指更靠近过程部位的位置，并且术语“近侧”是指离过程部位更远的位置。因此，当器械如设计的那样用于执行过程时，器械的远侧部分或远端比器械的近侧部分或近端更靠近过程部位。

本公开内容总体上涉及便于用户(例如，外科医生或内科医生)规划医疗过程(诸如但不限于腔内治疗过程)和/或在医疗过程(诸如但不限于腔内治疗过程)期间导航的系统和方法。

在一个方面，系统和方法提供图形用户界面(GUI)，该GUI使用户能够在术前规划阶段和/或在手术过程中相对于患者内部解剖结构的显示模型可视化和标记一个或更多个治疗(例如，消融)部位/区。GUI描绘了解剖模型，包括目标病变(例如，目标肿瘤、脓肿或已经产生或以其他方式受损伤或疾病影响的器官或组织的其他区域)，并且描绘了在模型的管腔(例如，肺气道)内处于规划或当前/实时位姿的柔性伸长装置(例如，导管)。基于柔性伸长装置的位姿，系统确定从柔性伸长装置延伸的治疗工具(例如，电穿孔探头、诸如针、球囊或其他结构，或执行不同类型消融的探头，或注射工具等)的预期轨迹，并且GUI相对于模型描绘预期轨迹。然后，系统沿着该轨迹在特定虚拟/潜在插入距离处确定计划治疗区(例如，基于消融设备的已知特性和/或设置而预期被消融的病变和/或组织的区域)，并且经由GUI描绘计划治疗区。如果工具是手动控制的工具，则用户可以经由由GUI提供的控件(例如，滑块)调整虚拟插入距离，以及/或者(例如，在术中导航期间经由控件)调整柔性伸长装置的位姿，直到计划治疗区处于期望位置。使用通过与GUI的交互确定的信息(例如，插入距离)，用户可以手动调整工具，然后施加治疗。然后，用户可以例如使用由GUI提供的另一控件来“标记”计划治疗区。标记治疗区可以改变区的外观(例如，颜色、图案、纹理等)，并且将区固定在GUI上，使得插入距离的进一步调整不会使标记的治疗区移动。在替选示例中，插入距离不是虚拟插入距离，而是治疗工具的实际插入距离，例如，如在过程期间由柔性伸长装置的插入传感器测量/检测的插入距离。在这些场景中，用户可能不需要注意期望的插入距离并手动调整工具，因为这可以自动完成。在一些示例中，针插入也可以被自动致动。

在另一方面，系统和方法确定用于使用经由导管或其他柔性伸长装置递送的治疗工具(例如，电穿孔针或其他治疗探头)接近目标病变的最佳或接近最佳的轨迹集合。轨迹可以通过将表示目标病变的点投影到由柔性伸长装置的远端限定的平面(例如，垂直于柔性伸长装置的指向方向并且位于其远端处的平面，或者垂直于柔性伸长装置的远端处的点与目标病变的质心之间的向量的平面等)上来确定。在一些示例中，假设用户将想要跨一系列不同的装置角度扫动治疗工具，以相对于柔性伸长装置的远端的当前位置跨越目标病变的最大尺寸(主轴)。在这些示例中，识别由投影点限定的形状的主轴，并且确定柔性伸长装置的一系列轨迹(例如，建议的角度或轴线)以在由主轴和由柔性伸长装置的位置或位姿限定的另一向量限定的平面(例如，由主轴和柔性伸长装置的指向方向限定或由主轴和柔性伸长装置的远端处的点与目标病变的质心之间的向量限定的平面等)内跨越目标病变。初始轨迹和后续轨迹可以通过下述假设来确定：用户将从柔性伸长装置的角度范围的一个极端开始，并且例如仅在一个方向上连续地改变角度，直到整个目标病变的尺寸在有任何期望的边缘的情况下被跨越(例如，而不是从更靠近中心点开始并且在相反的方向上逐渐向外移动)。轨迹/角度/轴线的增量变化可以基于目标病变距柔性伸长装置的最远距离和预定/期望的治疗区交叠量来确定，以确保治疗区在该最远距离处充分交叠。此外，在一些示例中，系统和方法确定术中成像装置的视角，该视角将允许术中成像装置跨所有确定/建议的轨迹捕获过程的最佳或接近最佳图像。例如，所确定的视角可以是提供二维图像的视角，该二维图像对应于由投影点的主轴和柔性伸长装置的指向方向限定的平面(或由主轴和在柔性伸长装置的远端处的点与目标病变的质心之间限定的向量限定的平面等)。可以经由GUI向用户指示视角以支持手动重新定向，以及/或者可以自动重新定向术中成像装置以提供所确定的视角。

本文中描述的方面、系统和方法可以提供与医疗过程的规划和/或在医疗过程期间的导航相关的许多改进。例如，本文中公开的系统和方法可以使用户能够更高效、准确和/或精确地治疗(例如，消融)目标病变。特别地，所公开的系统和方法可以提供对病变加上任何期望边缘的更完整的覆盖，同时减少所需治疗区的数目和期望边缘之外的关键结构(例如，健康器官或组织)的无意治疗。将理解的是，这样的改进不构成穷举列表，并且根据本文中讨论的各种示例，其他改进将是清楚的。

首先参照图1，向用户(或多个用户)提供示例GUI 100以促进机器人辅助医疗过程。具体地，GUI 100使用户能够可视化、考虑和决定用于在患者的解剖结构内移动/引导和/或操作微创医疗器械(例如，柔性伸长装置和能够从其延伸的治疗工具)的动作。柔性伸长装置可以是可使用各种控件(例如，由用户物理操纵的控件，诸如轨迹球、滚轮、鼠标等、或GUI 100或另一GUI上的虚拟控件)而进行操纵的。在图1的示例中，医疗过程是针对患者肺内的病变的腔内消融过程，并且柔性伸长装置是携带/包含能够从导管延伸的消融探头的导管。消融探头(例如，针、球囊和/或其他结构)可以使用射频消融、微波消融、冷冻消融、电穿孔治疗、热或任何其他合适的消融技术来执行消融。下面参照图7至图9B更详细地讨论用于腔内消融过程的示例系统和装置/工具。应当理解，类似于GUI 100的GUI可以替代地用于患者解剖结构的其他部分(例如，胃肠手术、心脏手术等)，以及/或者替代地用于除了消融以外的医疗过程，例如涉及到目标病变中的注射的治疗。

GUI 100可以由一个或更多个计算装置和/或系统(例如，一个或更多个中央处理单元(CPU)和/或一个或更多个图形处理单元(GPU))的一个或更多个处理器生成，这进而可以使显示装置(例如，专用或通用监视器、或头戴式显示单元等)显示GUI 100。例如，处理器可以渲染GUI 100并将对应的信号/数据发送至显示装置以供显示。为了便于说明，下面的描述通过“系统”来提及操作，所述系统可以是任何合适的系统(控制器等)或(共同地)包括一个或更多个处理器的系统。下面参照图7和图8A讨论这样的系统(包括可以生成和呈现诸如GUI 100的GUI的系统或子系统)的具体示例。

如图1所示，示例GUI 100通常包括可视化部分102和控制部分104。可视化部分102描绘了患者体内的肺气道的模型110，其中模型110包括目标病变的视觉表示112。为了便于说明，视觉表示112在本文中也被简称为目标病变112。虽然在本文中以单数提及，但是应当理解，模型110可以仅由单个模型组成，或者可以是多个模型的混合体。例如，系统可以单独地(可能基于不同的成像模态)对肺气道和目标病变进行建模，并且将两个模型彼此配准以用于在可视化部分102内的适当的相对放置。

系统可以基于术前成像数据和/或术中成像数据来生成模型110。可以使用任何合适的一种或更多种成像技术/模态、例如计算机断层扫描(CT)、锥形束计算机断层扫描(CBCT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜术、热成像、超声、光学相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等来捕获术前成像数据和/或术中成像数据。在一些示例中，系统基于术前成像数据来生成初始模型110，然后基于术中成像数据来验证或更新模型110(例如，以校正初始模型110中的不准确性，例如肺气道的构造或病变尺寸和/或位置，这可能是由于自捕获术前图像以来发生的变化所致)。更新初始模型110的过程可以包括将术中成像数据与术前成像数据和/或与模型110本身配准。在一些示例中，使用不同的成像模态来捕获术前和术中成像数据。例如，可以使用CT成像装置来捕获术前成像数据，并且可以使用CBCT或荧光镜术成像装置来捕获术中成像数据。

在GUI 100用于实时导航的示例中，可视化部分102还相对于模型110描绘了患者肺气道内的实际导管的位姿的视觉表示120。为了便于说明，视觉表示120在本文中也被简称为导管120。系统可以使用任何合适的技术(例如将来自(在实际导管内的)光纤或电磁形状传感器的数据配准到模型110，或者将相机图像数据配准到模型110)在GUI 100上相对于模型110定位导管120。下面结合图7更详细地讨论用于将实际导管的部分的位置配准到模型110和/或用于获得/生成模型110的成像数据的可能技术。在替选示例中，GUI 100用于过程前规划，并且视觉表示120是规划的或潜在的导管位姿(即，虚拟导管的位姿)而不是实际/实时位姿。在导航示例和规划示例两者中，GUI 100可以描绘到目标病变112的规划路线128，其基于较早的术前规划(在导航或规划示例中)或在当前正在生成路线128(在规划示例中)时生成。

可视化部分102还描绘了可以辅助用户利用导管的消融探头接近目标病变的各种动态图形元素。特别地，可视化部分102将预期工具轨迹(在这种情况下，为预期消融探头轨迹)描绘为从导管120的远端132处开始并在导管120的指向方向上延伸的路径130。路径130可以是任何颜色或阴影(例如，白色)的点划线(如所示)，或者是虚线、实线等。在一些示例中，路径130延伸直至治疗工具(在此，为消融探头)的已知/预定的最大插入距离，例如工具在完全延伸时可以延伸超过远侧导管端部的最大距离。系统可以将由用户输入/设置的插入距离限制为最大延伸距离，而无论路径130的长度是否反映或对应于该最大距离。

可视化部分102还描绘了计划治疗区136(在此，为计划消融区)，该计划治疗区136可以是围绕沿着路径130的特定位置(以该特定位置为中心)的球体。计划治疗区136的位置和/或形状可以取决于治疗工具本身的特性以及这些特性如何影响治疗区相对于导管远端的位置和/或范围。由于显示器的(潜在的)二维性质，区136可以在任何给定时间在GUI 100上显示为圆形，而无论观察视角如何改变。系统可以将计划治疗区136放置在沿着路径130的与导管的工具/探头的虚拟插入距离对应的位置处。在实时导航示例和术前规划示例两者中，虚拟插入距离可以由用户经由控制部分104中的控件140输入。虽然图1将控件140示出为用户可以通过触摸控件140并向左或向右移动他/她的手指来操作的虚拟滑块，但是其他控件类型也是可能的(例如，虚拟旋钮或用户可以使用键盘输入插入距离的字段等)，或者GUI 100可以使用户能够通过直接使用他/她的手指拖放计划治疗区136等来改变虚拟插入距离。在GUI 100用于实时导航的其他示例中，系统可以将计划治疗区136放置在与治疗工具(在此，为消融探头)的实际、当前(实时)插入距离对应的插入距离处。例如，导管或治疗工具可以包括插入传感器，该插入传感器检测实际/实时插入距离，并且将指示插入距离的数据发送至系统以用于相对于模型110定位计划消融区136。无论插入距离是实际插入距离还是虚拟插入距离，控制部分104都可以包括(感测到的或用户输入的)插入距离的指示142。用户可以观察指示142(例如，“23”对应于23毫米)，并且当用户期望将实际柔性伸长装置的插入距离与所显示/指示的值匹配时(并且如果所显示的值在导管/治疗工具的能力内)，用户可以手动调整实际设备/装置的控件或设置以匹配所指示的值。

如果用户触摸或以其他方式激活控制部分104中的控件144，则系统通过改变计划治疗区136的视觉外观和其他特性，将计划治疗区136改变为“标记”治疗区。替选地，用户可以通过激活用于另一目的的控件、例如包括或耦接至柔性伸长装置的设备的消融或活检按钮来标记治疗区136。例如，用户可以在患者体内的对应区/区域处实际执行治疗(例如，消融)之后标记给定的计划治疗区(例如，以提供该区域不再需要治疗的指示/提醒)。在图1的示例场景中，用户已经操作控件144以标记三个先前的计划治疗区，使得系统将这些区改变为标记治疗区146A、146B和146C。虽然图1示出了用于将计划治疗区与标记治疗区区分开的不同内部图案，但是系统可以使用任何合适的技术、例如使用不同的颜色(例如，绿色对应于投影，红色对应于标记)、不同的阴影(例如，较暗对应于标记，较亮对应于投影)和/或不同的图案(例如，如所示)来在视觉上区分两种类型的区。在计划治疗区和标记治疗区交叠的情况下(和/或在标记治疗区彼此交叠的情况下)，系统可以使用任何合适的算法或规则来确定如何显示交叠部分(例如，混合两者的颜色，或总是在计划治疗区周围显示特定区域/形状的绿色等)。

除了当用户标记计划治疗区时改变该区的物理外观以外，系统还可以固定标记治疗区相对于模型110的位置，使得该位置不再响应于经由插入距离控件140的进一步用户输入而移动(相对于模型110)。在一些示例中，在用户标记特定的计划治疗区之后，经由控件140的下一个用户输入可以使新的计划治疗区(类似于区136)出现在可视化部分102中(例如，在与刚刚标记的区如果没有被标记的话将位于的位置相同的位置处)。

为了在相对于目标病变112(并且更一般地，相对于模型110)的不同期望位置处创建计划治疗区，用户可以使用控件140来改变插入距离，这使计划治疗区136响应地沿着路径130移动相应的距离，以及/或者用户可以改变导管120的位姿。在实时导航示例中，用户可以通过使用物理或虚拟控件操纵实际导管的位姿(例如，通过推进导管和/或改变导管的指向方向)来改变导管120的位姿。在术前规划示例中，用户可以通过使用物理或虚拟控件模拟导管移动来改变导管120的位姿。

为了确保实际目标病变被充分覆盖/治疗，用户可以标记计划消融区(例如区136)，直到目标病变112(加上任何期望的边缘)被完全覆盖。如果目标病变周围的期望边缘由用户输入或以其他方式对系统已知，则可视化部分102可以在视觉上描绘该边缘。为了确保实际目标病变在所有维度/方向上被充分覆盖，用户可以使用控件148来改变用户观察模型110和导管120的虚拟视角，这进而使系统相应地重新定位计划区136和标记区146A至146C(即，使得这些区相对于旋转/重新定向的模型110和导管120仍处于其相同的位置)。在一些实时导航示例中，经由控件148对视角的用户调整还使术中成像装置(例如，CBCT或荧光镜术成像装置)重新定向至相同的视角。

GUI 100还可以包括用于辅助用户的附加控件。在图1的示例中，GUI 100包括控件152，用户可以激活/操纵该控件152以在(1)与导管120一起显示模型110的肺气道和目标病变112(即，如图1的可视化部分102所示)或者替代地(2)仅显示导管120(可能仍然具有目标病变112，但没有肺气道)之间切换。示例GUI 100还包括使用户能够在示出或不示出计划消融区136之间切换的控件154、以及使用户能够切换“内窥(endo)”视图打开或关闭的控件156，其中该内窥视图省略了任何当前计划治疗区(例如，区136)和任何/所有标记治疗区(例如，区146A至146C)。例如，如果当前显示太杂乱，则诸如控件152、154和/或156的控件可以帮助用户理解可视化部分102中描绘的内容。

虽然图1(与下面讨论的图2A至图2C一样)将计划治疗区和标记治疗区描绘为球体或圆形(其可以被部分遮挡)，但是应当理解，基于由消融探头或其他治疗工具递送的治疗的已知或预期特性，其他形状是可能的(例如，非球形椭球体、椭圆等)。附加地，可以基于所使用的工具来调整相对于导管远端的治疗区。在一些示例中，系统基于由治疗工具递送的治疗的已知或预期特性或基于与治疗工具相关联的当前和/或输入的设备设置(例如，消融功率和/或持续时间、或注射量等)来自动确定/设置每个区的尺寸和范围(例如，球体半径)。在一些示例中，系统基于一个或更多个因素、例如治疗区是否与患者体内的任何关键结构(例如，器官或健康组织，如由模型110表示的，或如由用户经由GUI 100指示的，等等)交叠来自动改变给定治疗区的颜色、阴影和/或图案(例如，仅在计划治疗区时，或者可能地，不管该区是否已经被标记)。例如，如果插入距离被设置(或感测)使得计划消融区136将与关键结构交叠(或在关键结构的某个阈值距离内等)，则系统可以将计划治疗区136从绿色改变为白色，以及/或者使区136闪光等。这样的特征可以假设默认治疗参数(例如，默认消融功率和/或消融持续时间)，或者可以考虑实际当前设置。

在一些示例中，GUI 100使用户能够在对区136进行标记之前改变计划治疗区136的尺寸(例如，通过在显示GUI 100的触摸屏上执行“拖动”操作，或经由GUI 100的另一虚拟控件)。响应于用户对治疗区尺寸的这些改变，系统可以自动修改治疗设备(例如，消融装置)的功率和/或持续时间以对应于由用户设置的尺寸(例如，较高功率和/或较长持续时间对应于较大尺寸，以及较低功率和/或较短持续时间对应于较小尺寸)。系统可以基于预定阈值(例如，对应于预设的最大功率和/或持续时间设置/值)来限制这样的用户改变，以及/或者可以使GUI 100显示当用户选择/设置治疗区尺寸时应当避免的患者的关键结构(器官等)。

在一些示例中，系统使GUI 100示出和/或使GUI 100在允许的部署范围内限制用户对导管120和/或治疗工具进行重新定向。在一些规划示例中，例如，系统和GUI 100可以仅允许用户在某个预定范围内改变导管120的位姿。作为另一示例，在一些导航示例中，GUI100可以将部署范围示出为围绕导管120的当前实时位置(例如，围绕远端132)的视觉指示符。

在一些实时导航示例中，系统使可视化部分102在治疗之后(例如，响应于以特定功率和持续时间执行的每个消融)自动描绘完成治疗区，而不需要用户标记这些区。例如，当检测到用户执行/触发治疗时，作为响应，系统可以使可视化部分102相对于模型110描绘标记治疗区(例如，区146A)。标记/完成治疗区可以以上面针对用户标记的治疗区所讨论的方式和/或基于其他因素被设置/指示/描绘等。例如，系统可以基于各种因素、例如治疗参数(例如，治疗的功率和/或持续时间)、与患者的一个或更多个关键结构的接近度、组织在治疗部位处的一个或更多个已知或预期特性(例如，阻抗)和/或与治疗部位处的治疗相关联的实际(例如，检测到/感测到的)尺寸和/或形状来设置所描绘的完成治疗区的尺寸和/或形状。

现在参照图2A至图2C描述示例导航和规划工作流程。

在示例消融导航工作流程中，在导管在患者解剖结构内的情况下，在术中使用GUI100以在消融过程期间创建消融治疗规划。最初，成像装置(例如，CT成像装置)在导管在患者体内之前捕获患者的术前成像数据。基于术前成像数据，系统生成模型110，并且识别目标病变(基于使用术前成像数据的用户分割或自动分割)以作为目标病变112包括在模型110中。当导管在患者体内时，系统将导管配准到模型110。可选地(例如，在导管在患者体内之前)，用户(或其他人)可以使用模型110来规划到目标病变的路线/路径(例如，如路线128所反映的)。在一些情况下，用户可以使用导管执行活检，并且导管可以被重新定位在目标病变附近，或者如果已经在目标病变附近，则留在原位。

然后，用户可以使用GUI 100(例如，在选择消融模式之后)来在术中规划消融。最初(图2A至图2C中未示出)，GUI 100可以显示具有目标病变112的模型110，并且显示反映实际导管的实时(例如，感测到的)位姿的导管120。用户可以将导管操纵/驱动到目标附近的位置(例如，使用路线128)，并且将导管朝向目标病变瞄准(例如，使得导管120的远端132指向目标病变112)。系统可以使用术中成像装置(例如，CBCT成像装置)捕获附加成像数据，并且使用术中成像数据来验证和/或更新模型110内的目标病变112以及还可能的导管120的位姿。系统可以使用分割和/或用户识别根据术中成像数据确定导管120和/或目标病变112位姿。

如果与初始病变位置不同，用户可以在机器人辅助下(例如，如下面参照图7至图9B所讨论的)改变实际导管的位姿以指向更新的目标病变112。系统可以使用导管和目标病变的相对位置来更新目标病变位置。用户可以尝试定位导管以将消融探头轨迹(由路径130表示)沿着/在目标病变的轴之一的平面内对准。特别地，对于用户而言可能有益的是，将轨迹在位于目标病变的主轴(例如，沿着最长病变范围/尺寸的轴线)上的平面内对准，以使得用户能够(例如，以一系列不同的角度)将消融探头扫动通过该平面，从而用相对较少数目的治疗/消融覆盖全部或大部分目标病变。用户可能更愿意从目标病变112的一个边缘处开始，并且仅在一个方向上改变角度(在每个角度处具有一个或更多个插入距离/治疗)，直到跨越整个目标病变112。

对于探头轨迹的每个接近方向/角度(其中一个可能的方向/角度由路径130表示)，用户可以(1)使用控件140来选择消融探头的不同插入距离(例如，如图2A和图2B所示)，(2)决定计划消融区何时提供目标病变112的适当覆盖(加上期望的边缘)和/或与任何先前标记的消融区充分交叠，(3)根据所显示的插入距离(以及可能地，期望的功率、持续时间和/或其他参数)设置器械并执行消融，以及(4)将治疗/消融区标记为完成(例如，如图2C所示)。然后，用户可以将消融探头撤回到导管中，将导管操纵到平面内的新接近角度，并且重复这四个步骤中的一个或更多个步骤。然后可以设置随后的接近角度，并且在每个角度处重复四个步骤中的一个或更多个步骤，直到目标病变112的整个尺寸沿着主轴被跨越。在一些示例中，系统自动地确定模型110中的目标病变112的主轴和/或确定将提供包含目标病变的主轴的平面的最佳或接近最佳视图的建议的视平面或视角(例如，使得术中成像方向与该平面正交)，并且在GUI 100上相对于模型110显示主轴和/或建议的视平面或视角以供用户指导。下面结合图4至图6进一步详细讨论用于确定主轴的示例计算。用户可以具有生成覆盖整个目标病变112和任何期望边缘的球体(对应于标记/完成消融区)的目标。用户可以使用术中成像(例如，荧光镜术装置)来确认扫动(sweep)/覆盖，并且确认治疗工具的插入和收回。

在示例消融规划工作流程中，GUI 100在术前用于创建消融过程的消融治疗规划。最初，成像装置(例如，CT成像装置)在导管在患者体内之前捕获患者的术前成像数据。基于术前成像数据，系统生成模型110，并且还可能识别目标病变(基于使用术前成像数据的用户分割或自动分割)以包括在模型110中。然后，用户可以使用GUI 100来在术前规划到目标病变的路径(例如，路线128)，包括使用GUI 100来识别到目标病变的气道出口以及导管的部署位置(或停放位置)。

最初，GUI 100可以显示具有目标病变112的模型110以及具有朝向目标病变112定位的探头轨迹的虚拟导管120。例如，虚拟导管120可以以反映来自先前规划步骤的规划部署位置的位姿定位/定向。然后，用户可以改变虚拟导管120的位置或位姿，以便将预期探头轨迹(路径120)与目标病变112的主轴对准。在一些示例中，GUI 100使用户能够(经由触摸屏或诸如虚拟按钮的其他虚拟控件)将虚拟导管120拖动至相对于模型110的新位置以及/或者在不同位姿之间切换虚拟导管120。

然后，用户可以使用控件140将计划消融区136沿着路径130放置在期望的插入位置处(例如，如图2A和2B所示)，同时(经由指示142)监测虚拟插入距离以确保其值在实际装置/工具的限制内(例如，在系统不会自动将虚拟插入距离限制到允许范围的示例中)。当满足时，用户可以使用控件144来将计划消融区136改变为标记消融区(例如，类似于区146A至146C中的一个)，如图2C所示。用户可以根据需要重复重新定位/搁置虚拟导管120、设置虚拟插入距离以及标记消融区的这些步骤，例如，直到目标病变112和任何期望的边缘被充分覆盖(例如，使用上面结合导航工作流程讨论的扫动技术来覆盖)。类似于导航工作流程，用户可以具有生成覆盖整个目标病变112和任何期望边缘的球体(对应于标记消融区)的目标。然后，用户可以根据规划路线128和标记消融区来执行实际的消融过程。

图3描绘了根据一些示例的用于使用图形用户界面、例如图1的图形用户界面规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法300。方法300可以由执行存储在一个或更多个计算机可读介质(例如，非易失性存储器)中的指令的一个或更多个处理器来执行，例如，诸如下面结合图7至图9B讨论的系统或子系统的各种处理器。

在框302处，获得(例如，根据如上面讨论的术前和/或术中成像数据生成)表示患者的内部解剖结构和目标病变的模型(例如，模型110)。框302可以包括接收模型、生成模型、或者最初接收或生成模型并且然后在术中更新该模型。

在框304处，基于柔性伸长装置(例如，导管)的位姿来确定预期工具轨迹。工具可以是可以从柔性伸长装置延伸(并且在柔性伸长装置内收回)的治疗工具(例如，消融探头或注射工具等)。柔性伸长装置可以是实际装置，其中基于如上面讨论的传感器或成像数据来确定位姿或者通过接收已经指示根据适当坐标系的位姿的数据来确定位姿。替选地，柔性伸长装置可以是虚拟装置(例如，其中位姿由经由GUI的用户输入控制/确定)。

在框306处，基于治疗工具的插入距离和在框304处确定的预期工具轨迹，相对于模型来确定计划治疗区。插入距离可以是虚拟插入距离(例如，由用户经由诸如控件140的控件输入的值)或实际插入距离(例如，如由柔性伸长装置的插入传感器检测到的，或如经由术中成像确定的)。

在框308处，使显示装置显示GUI(例如，类似于GUI 100)，该GUI相对于模型描绘预期工具轨迹和计划治疗区(例如，区136)。

在一些示例中，方法300包括图3中未示出的一个或更多个附加框。例如，GUI可以将预期工具轨迹描绘为延伸超过用户指示的/虚拟插入距离的路径(例如，路径130)，并且方法300可以包括附加框，在该附加框中，使计划治疗区响应于经由虚拟控件(例如，控件140)的用户输入而沿着GUI上的路径移动，诸如图2A和2B所示。方法300还可以包括将用户指示的/虚拟插入距离限制为治疗工具的已知最大插入距离。

作为另一示例，方法300可以包括附加框，在该附加框中，使GUI将计划治疗区改变为标记治疗区(例如，区146A至146C中的一个)，该标记治疗区具有固定位置，而不管对插入距离的进一步调整(例如，进一步的用户调整)。

作为另一示例，方法300可以包括附加框，在该附加框中，使GUI响应于检测到在治疗部位处实际执行治疗(例如，检测到用户激活控件以执行治疗)而描绘该治疗部位处的完成治疗区(相对于模型)。方法300还可以包括一个或更多个附加框，在所述一个或更多个附加框中，基于治疗部位与患者的一个或更多个关键结构的接近度、患者在治疗部位处的一个或更多个组织特性和/或与治疗部位处的治疗相关联的实际尺寸和/或形状(例如，如使用阻抗传感器或其他传感器检测到的)来确定完成治疗区的尺寸和/或形状。

作为另一示例，方法300可以包括确定目标病变的主轴的第一附加框(例如，使用如下面讨论的投影技术)、以及使GUI描绘目标病变的主轴的第二附加框。方法300还可以或替选地包括附加框，在该附加框中，确定用于使用术中成像装置观察医疗过程的视角，以及/或者使GUI显示这样的视角。

在其他示例中，方法300可以包括附加框，在所述附加框中，使GUI(1)基于计划治疗区与患者体内的一个或更多个结构(例如，关键结构)的接近度来调整计划治疗区的尺寸和/或形状，(2)基于计划治疗区与患者体内的一个或更多个结构之间的交叠来调整计划治疗区的颜色、阴影和/或图案，以及/或者(3)基于用户输入来调整计划治疗区的尺寸和/或形状(并且还可能响应于用户输入，将医疗设备的功率和/或持续时间参数设置为与计划治疗区的经调整的尺寸和/或形状对应的值)。

在其他示例中，方法300可以包括附加框，在该附加框中，(1)基于医疗设备的已知限制来限制计划治疗区的最大尺寸，以及/或者(2)确定用于下一治疗部位的建议探头轨迹，并且使GUI描绘建议探头轨迹。

在本公开内容的一个方面，系统(例如，上面结合GUI 100讨论的系统)可以执行计算以基于柔性伸长装置(例如，导管)相对于模型(例如，模型110)的位置来确定下述轨迹，柔性伸长装置及其治疗工具(例如，消融探头)可以沿着上述轨迹接近目标病变，以共同提供跨目标病变的至少一个维度的治疗覆盖。

在一些示例中，为了确定适当的轨迹，系统不仅考虑目标病变的位置，而且还考虑柔性伸长装置的位置(例如，对应于远端位置的停放位置)，并且可能还考虑柔性伸长装置的位姿(例如，指向方向)。在示例导航工作流程中，用户将柔性伸长装置驱动到期望位置，即，使得装置的远端位于目标病变附近的期望停放位置处。用户可以查阅术中图像(例如，CBCT图像)以确认如在GUI(例如，GUI 100)上表示的停放位置和建模的目标病变位置是正确的。如果不正确，系统可以根据需要自动地或响应于用户输入来更新位置(例如，经由x-y-z移位)。

然后，系统可以使用投影技术基于柔性伸长装置的位置或位姿(例如，停放位置，以及还可能地，指向方向)来确定“扫动”轴线或方向。图4中相对于坐标系400示出一个示例投影技术。在图4中，点402表示目标病变，并且位置404表示柔性伸长装置的停放位置。例如，点402可以是由系统生成或以其他方式获得的模型中的目标病变的表示(例如，模型110的目标病变112)。例如，位置404可以是导管的圆形远端的中心点(例如，当消融探头或其他治疗工具完全收回时)、或者在导管的远端处或附近的另一点。

为了找到/确定跨其使治疗工具扫动的适当轴线/平面，系统可以将点402投影到包括位置404的平面上。更具体地，投影平面可以被限定为穿过位置404并且与向量406正交的平面，其中向量406可以是(1)在位置404和与点402相关联的另一位置(例如，点402的质心)之间延伸的向量，或者(2)在柔性伸长装置的指向方向上从位置404延伸的向量。至少在后一种情况下，系统使用柔性伸长装置的位姿而不仅仅是停放位置/位置来确定投影。

系统将表示目标病变的点402投影到平面上，以确定投影点410。然后，系统可以确定由投影点410形成的形状的主轴414。系统可以使用主成分分析或任何其他合适的技术来确定主轴414。在一些示例中，系统将投影点410近似为椭圆，并且将主轴414确定为椭圆的主轴(并且还可能确定正交的副轴416)。

然后，系统可以使用主轴414来确定轨迹。如上面结合GUI 100所指出的，对于用户而言，在平面内跨不同角度“扫动”柔性伸长装置和治疗工具可能是有益的/高效的，其中该平面包含目标病变的主轴/长轴。因此，不同轨迹可以是柔性伸长装置在由所识别的主轴414和向量406限定的“扫动平面”内的不同接近角度或轴线。系统可以使GUI(例如，GUI100)显示/指示轨迹(例如，作为接近角度或轴线)。附加地或替选地，系统确定并使GUI指示术中成像装置(例如，荧光镜术或CBCT成像装置)的最佳(或接近最佳)视角，以在治疗工具沿着所确定的轨迹/角度扫动时观察过程。例如，视角可以是提供与由主轴414和向量406限定的扫动平面正交/垂直的成像方向的角度。在一些示例中，GUI包括虚拟控件(例如，按钮)，用户可以使用(选择、激活、操纵等)该虚拟控件以旋转所描绘的模型(例如，模型110)以对应于GUI上指示的视角。

在GUI上描绘的信息(例如，轨迹角度和/或轴线)的辅助下，用户可以使用所确定/指示的轨迹来扫动柔性伸长装置和治疗工具，例如，从目标病变的一个极端边缘开始并前进到相反边缘来扫动。在一些示例中，系统确定并使GUI指示所确定的轨迹中的一些或全部的排序。例如，系统可以基于位置404，并且进一步基于投影点410中的哪个沿着主轴414或靠近主轴414距位置404最远(例如，以识别一个方向上的最极端扫动角度)来确定建议初始轨迹。在一些示例中，系统还确定要建议的一个或更多个后续轨迹。例如，系统可以基于计划治疗区(例如，类似于区146)的预定/期望交叠以及位置404与目标病变距位置404的最远点之间的距离来确定一个或更多个后续轨迹。在一些示例中，系统可以通过将点402中的至少一些点投影到向量406上并且然后将最远点限定为投影到向量406上的点中的距位置404最远的点来确定到目标病变的该“最远”点的距离。

系统可以使用该最远点距位置404的距离来确保连续轨迹的角度或轴线足够接近在一起，以确保在柔性伸长装置和治疗工具的整个扫动范围上的期望/预定量的治疗区交叠，甚至在最大的所需插入距离处也是如此。图5在坐标系500内描绘了所得治疗区502的示例，所得治疗区502被系统充分紧密地堆积以确保目标病变的完全覆盖，甚至在最大插入距离处也是如此。在一些示例和/或场景中，随着距停放位置404的距离减小，这导致治疗区(例如，球体)的更紧密堆积(更多交叠)。在一些示例中，系统还可以在所确定的轨迹中的每一个处确定(并使GUI显示)确保目标病变在至少第二维度上(例如，在向量404的方向上)的完全覆盖的插入距离。在其他示例中，用户通过观察GUI(例如，使用上面结合图1至图3描述的计划治疗区和标记治疗区)完全负责设置插入距离。

在一些示例中，除了相对于第一停放位置确定轨迹以外，系统还可以相对于一个或更多个其他停放位置确定/建议轨迹(例如，如果目标病变太大而不能从一个停放位置完全治疗/覆盖)。

在一些示例中，系统自动地(例如，响应于确定轨迹或者在经由虚拟GUI控件的用户确认之后)使机器人系统在与所确定的轨迹和沿着每个轨迹的所确定的插入距离对应的治疗区处执行治疗(例如，消融)。

图6是根据一些示例的用于通过确定治疗工具轨迹来规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法600的流程图。方法600可以由执行存储在一个或更多个计算机可读介质(例如，非易失性存储器)中的指令的一个或更多个处理器、例如诸如下面结合图7至图9B讨论的系统或子系统的各种处理器执行。

在框602处，获得(例如，如上所讨论的，从术前和/或术中成像数据)表示目标病变(例如，目标病变112，可能作为模型110的一部分)的模型。框602可以包括接收模型、生成模型、或者最初接收或生成模型，并且然后在术中更新该模型。

在框604处，确定柔性伸长装置的位置。框604可以包括确定柔性伸长装置的远端的位置(“停放”位置)。在一些示例中，框604包括确定柔性伸长装置的位姿(例如，柔性伸长装置的远端的停放位置和指向方向)。柔性伸长装置可以例如是导管，并且包含可以从柔性伸长装置延伸(并在其中收回)的治疗工具(例如，消融探头或注射工具等)。柔性伸长装置可以是实际装置(例如，其中，位置或位姿如上面讨论的那样基于传感器或成像数据来确定，或者通过接收已经根据适当的坐标系指示位置或位姿的数据来确定)或者虚拟装置(例如，其中，位置或位姿通过经由GUI的用户输入控制/确定)。

在框606处，基于目标病变的位置和柔性伸长装置的位置(以及可能地还有取向)确定多个轨迹。所述轨迹(例如，表示为柔性伸长装置可以被操纵以形成或与之对准的角度和/或轴线)是柔性伸长装置的治疗工具可以沿其接近目标病变以共同提供跨目标病变的至少一个维度(例如，主轴)的治疗覆盖的轨迹。例如，框606可以包括使用诸如以上结合图4所述的投影技术的投影技术来确定主轴和相应的轨迹。轨迹可以包括建议的初始轨迹和一个或更多个建议的后续轨迹(例如，如以上结合图4所讨论的)。

在一些示例中，方法600包括图6中未示出的一个或更多个附加框。例如，方法600可以包括附加框，在附加框中，使显示装置在GUI(例如，类似于GUI 100)上相对于模型显示所确定的轨迹。作为另一示例，方法600可以包括：第一附加框，在该第一附加框中，针对医疗过程确定视角(例如，基于如以上所讨论的主轴414和向量406)；第二附加框，在该第二附加框中，使显示装置向用户指示视角，以及/或者第三附加框，在该第三附加框中，使术中成像装置根据视角(自动或响应于用户输入)重新定向。

图7至图9B描绘了在一些示例中可以用于根据上述方法和系统中的任何方法和系统操纵包括柔性伸长装置的医疗器械的医疗系统的图。例如，以上对“系统”的每次提及可以指下面讨论的系统(例如，系统700)或其子系统。

图7是根据一些示例的医疗系统700的简化图。医疗系统700可以适于用于例如手术过程、诊断(例如，活检)过程或治疗(例如，消融、电穿孔等)过程。虽然本文中提供了关于这样的过程的一些示例，但对医疗器械或手术器械以及医疗方法或手术方法的任何提及都是非限制性的。本文中所述的系统、器械和方法可以用于动物、人体尸体、动物尸体、人体或动物解剖结构的部分、非手术诊断、以及用于工业系统、通用或专用机器人系统、通用和专用远程操作系统或机器人医疗系统。

如图7所示，医疗系统700可以包括操纵器组件702，该操纵器组件702在对患者P执行各种过程时控制医疗器械704的操作。医疗器械704可以经由患者P的身体中的开口延伸到患者P的身体内的内部部位中。操纵器组件702可以是远程操作的、非远程操作的、或者混合远程操作和非远程操作的组件，其具有可以电动化的一个或更多个运动自由度和/或可以非电动化(例如，手动操作)的一个或更多个运动自由度。操纵器组件702可以安装到患者台T和/或定位在患者台T附近。主组件706允许操作者O(例如，外科医生、临床医生、内科医生或其他用户)控制操纵器组件702。在一些示例中，主组件706允许操作者O查看过程部位或其他图形或信息显示。在一些示例中，操纵器组件702可以被排除在医疗系统700之外，并且器械704可以由操作者O直接控制。在一些示例中，操纵器组件702可以由操作者O手动控制。直接操作者控制可以包括用于器械704的手持操作的各种手柄和操作者界面。

主组件706可以位于外科医生的控制台处，该外科医生的控制台靠近患者P所在的患者台T(例如，与患者台T在同一房间中)，例如在患者台T的侧面。在一些示例中，主组件706远离患者台T，例如在与患者台T不同的房间或不同的建筑物中。主组件706可以包括用于控制操纵器组件702的一个或更多个控制装置。控制装置可以包括任何数目的各种输入装置，例如操纵杆、轨迹球、滚轮、方向垫、按钮、数据手套、扳机枪、手动控制器、语音识别装置、运动或存在传感器等。

操纵器组件702支承医疗器械704，并且可以包括提供设置结构的连杆的运动学结构。连杆可以包括一个或更多个非伺服控制连杆(例如，可以手动定位和锁定在适当位置的一个或更多个连杆)和/或一个或更多个伺服控制连杆(例如，可以响应于例如来自控制系统712的命令控制的一个或更多个连杆)。操纵器组件702可以包括多个致动器(例如，电机)，所述多个致动器响应于诸如来自控制系统712的命令来驱动对医疗器械704的输入。致动器可以包括驱动系统，该驱动系统在耦接至医疗器械704时使医疗器械704以各种方式移动。例如，一个或更多个致动器可以将医疗器械704推进到自然或手术创建的解剖孔口中。致动器可以例如通过使医疗器械704的远端(或任何其他部分)以多个自由度移动来控制医疗器械704的接合。这些自由度可以包括三个线性运动(例如，沿X、Y、Z笛卡尔轴的线性运动)的度和三个旋转运动(例如，围绕X、Y、Z笛卡尔轴的旋转)的度。一个或更多个致动器可以控制医疗器械围绕纵轴的旋转。致动器还可以用于使医疗器械704的可接合端部执行器移动，例如以用于在活检装置等的钳口中抓取组织，或者可以用于移动或以其他方式控制插入到医疗器械704内的治疗工具(例如，成像工具、消融工具、活检工具、电穿孔工具等)。

医疗系统700可以包括传感器系统708，该传感器系统708具有用于接收关于操纵器组件702和/或医疗器械704的信息的一个或更多个子系统。这样的子系统可以包括：位置传感器系统(例如，使用电磁(EM)传感器或检测位置或定位的其他类型的传感器)；形状传感器系统，其用于确定医疗器械704的远端和/或沿医疗器械704的柔性体的一个或更多个区段的位置、取向、速度、速率、位姿和/或形状；可视化系统，(例如，使用彩色成像装置、红外成像装置、超声成像装置、x射线成像装置、荧光镜成像装置、计算机断层扫描(CT)成像装置、磁共振成像(MRI)成像装置或某种其他类型的成像装置)，该可视化系统用于例如从医疗器械704的远端或从某个其他位置捕获图像；和/或致动器位置传感器(例如，旋转变压器、编码器、电位计等)，该致动器位置传感器用于描述控制医疗器械704的致动器的旋转和/或取向。

医疗系统700可以包括用于显示过程部位和医疗器械704的图像或表示的显示系统710。显示系统710和主组件706可以被定向成使得医生O可以通过远程呈现的感知来控制医疗器械704和主组件706。在一些示例中，尽管显示系统710和主组件706在图7中被描绘为单独的部件，但显示系统710和主组件706可以是同一装置和/或操作控制系统(例如，包括触摸屏的显示装置)的一部分。

在一些示例中，医疗器械704可以包括可视化系统，该可视化系统可以包括图像捕获组件，该图像捕获组件记录过程部位的同时发生或实时图像，并通过显示系统710的一个或更多个显示器将图像提供给操作者O。图像捕获组件可以包括各种类型的成像装置。同时发生的图像可以是例如由定位在解剖过程部位内的内窥镜捕获的二维图像或三维图像。在一些示例中，可视化系统可以包括可以集成地或可移除地耦接至医疗器械704的内窥镜部件。附加地或替选地，附接至单独的操纵器组件的单独内窥镜可以与医疗器械704一起用于对过程部位进行成像。可视化系统可以被实现为硬件、固件、软件或其组合，所述硬件、固件、软件或其组合与(例如，控制系统712的)一个或更多个计算机处理器交互或者以其他方式由所述一个或更多个计算机处理器执行。

显示系统710还可以显示过程部位和医疗器械的图像，该图像可以由可视化系统捕获。在一些示例中，医疗系统700向操作者O提供远程呈现的感知。例如，由在医疗器械704的远侧部分处的成像装置捕获的图像可以由显示系统710呈现，以向操作者O提供处于医疗器械704的远侧部分处的感知。由操作者O提供的对主组件706的输入可以以与输入性质对应的方式使医疗器械704的远侧部分移动(例如，当轨迹球向右滚动时，远侧尖端向右转动)，并且导致由在医疗器械704的远侧部分处的成像装置捕获的图像的视角的相应变化。因此，当使用主组件706使医疗器械704移动时，操作者O的远程呈现感知得以保持。操作者O可以操纵医疗器械704和主组件706的手动控件，就像在基本真实存在的情况下查看工作空间一样，模拟操作者从患者解剖结构内物理地操纵医疗器械704的体验。

在一些示例中，显示系统710可以呈现使用术前(例如，在由医疗器械系统800执行过程之前)或术中(例如，与由医疗器械系统800执行的过程同时)记录的图像数据创建的过程部位的虚拟图像，上述图像数据例如是使用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)、荧光镜术、热影像、超声、光学相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像等创建的图像数据。虚拟图像可以包括二维、三维或更高维度(例如，包括例如基于时间或基于速率的信息)的图像。在一些示例中，根据术前或术中图像数据集创建一个或更多个模型，并且使用所述一个或更多个模型生成虚拟图像。

在一些示例中，出于成像引导医疗过程的目的，显示系统710可以显示基于跟踪医疗器械704的位置而生成的虚拟图像。例如，医疗器械704的跟踪位置可以与使用术前或术中图像生成的模型进行配准(例如，动态引用)，其中，模型的不同部分与患者解剖结构的不同位置对应。当医疗器械704移动通过患者解剖结构时，配准用于确定模型的与医疗器械704的位置和/或视角对应的部分，并且使用所确定的模型的部分生成虚拟图像。这样做是可能为了从与医疗器械704的跟踪位置对应的医疗器械704的视角向操作者O呈现内部过程部位的虚拟图像。

医疗系统700还可以包括控制系统712，该控制系统712可以包括实现本文中讨论的方法或功能中的一些或所有方法或功能的处理电路系统。控制系统712可以包括至少一个存储器和至少一个处理器，所述至少一个处理器用于控制操纵器组件702、医疗器械704、主组件706、传感器系统708和/或显示系统710的操作。控制系统712可以包括指令(例如，存储指令的非暂态机器可读介质)，所述指令在由至少一个处理器执行时将一个或更多个处理器配置成实现本文中讨论的方法或功能中的一些或所有方法或功能。虽然控制系统712在图7中被示出为单个框，但控制系统712可以包括两个或更多个单独的数据处理电路，其中处理的一部分在操纵器组件702处执行，处理的另一部分在主组件706处执行，等等。在一些示例中，控制系统712可以包括其他类型的处理电路系统，例如专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)。控制系统712可以使用硬件、固件、软件或其组合来实现。

在一些示例中，控制系统712可以接收来自医疗器械704的反馈，例如力和/或扭矩反馈。响应于反馈，控制系统712可以向主组件706发送信号。在一些示例中，控制系统712可以发送指示操纵器组件702的一个或更多个致动器使医疗器械704移动的信号。在一些示例中，控制系统712可以将关于反馈的信息显示发送至显示系统710以用于呈现或者基于反馈执行其他类型的动作。

控制系统712可以包括虚拟可视化系统，以在图像引导医疗过程期间控制医疗器械704时向操作者O提供导航辅助。使用虚拟可视化系统的虚拟导航可以基于所获取的患者P的解剖通道的术前或术中数据集。控制系统712或单独的计算装置可以单独使用编程指令或与操作者输入结合将记录的图像转换为患者解剖结构的模型。模型可以包括部分或整个解剖器官或解剖区域的分割二维或三维合成表示。图像数据集可以与合成表示相关联。虚拟可视化系统可以从传感器系统708获得用于计算医疗器械704相对于患者P的解剖结构的(例如，近似)位置的传感器数据。传感器系统708可以用于将医疗器械704与术前或术中记录的图像一起进行配准并显示。例如，PCT公开WO 2016/161298(2016年12月1日公布并且题为“Systems and Methods of Registration forImage Guided Surgery”)公开了示例系统，该PCT公开的全部内容通过引用并入本文中。

在虚拟导航过程期间，传感器系统708可以用于计算医疗器械704相对于患者P的解剖结构的(例如，近似)位置。该位置可以用于产生患者P的解剖结构的宏观层面(例如，外部)跟踪图像和患者P的解剖结构的虚拟内部图像两者。系统可以包括一个或更多个电磁(EM)传感器、光纤传感器和/或其他传感器，以用于将医疗器械与术前记录的医疗图像一起配准并显示。例如，美国专利第8,300,131号(2011年5月13日提交并且题为“MedicalSystem Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure forImage-Guided Surgery”)公开了示例系统，该美国专利的全部内容通过引用并入本文中。

医疗系统700还可以包括操作和支持系统(未示出)，诸如照明系统、转向控制系统、冲洗系统和/或抽吸系统。在一些示例中，医疗系统700可以包括多于一个操纵器组件和/或多于一个主组件。操纵器组件的确切数目可以取决于医疗过程和手术室内的空间限制以及其他因素。多个主组件可以位于同一位置，或者它们可以定位在不同的位置中。多个主组件可以允许多于一个操作者以各种组合控制一个或更多个操纵器组件。

图8A是根据一些示例的医疗器械系统800的简化图。医疗器械系统800包括柔性伸长装置802(也称为伸长装置802)、驱动单元804和医疗工具826，它们共同作为医疗系统700的医疗器械704的示例。如参照图7所说明的，医疗系统700可以是远程操作系统、非远程操作系统或者混合远程操作和非远程操作系统。在图8A中还示出了可视化系统831、跟踪系统830和导航系统832，并且可视化系统831、跟踪系统830和导航系统832是医疗系统700的控制系统712的示例部件。在一些示例中，医疗器械系统800可以用于非远程操作的探查过程或者用于涉及传统手动操作的医疗器械的过程(例如，内窥镜检查)中。医疗器械系统800可以用于收集(例如，测量)与患者(例如，患者P)的解剖通道内的位置对应的数据点的集合。

伸长装置802耦接至驱动单元804。伸长装置802包括通道821，医疗工具826可以通过该通道插入。伸长装置802在患者解剖结构内导航，以将医疗工具826递送至过程部位。伸长装置802包括具有近端817和远端818的柔性体816。在一些示例中，柔性体816可以具有约3mm的外径。其他柔性体外径可以更大或更小。

医疗器械系统800可以包括跟踪系统830，该跟踪系统830用于确定柔性体816在远端818处和/或沿柔性体816的一个或更多个区段824的位置、取向、速度、速率、位姿和/或形状，如将在下面进一步详细描述的。跟踪系统830可以包括一个或更多个传感器和/或成像装置。柔性体816(例如，远端818与近端817之间的长度)可以包括多个区段824。跟踪系统830可以使用硬件、固件、软件或其组合来实现。在一些示例中，跟踪系统830是图7中所示的控制系统712的一部分。

跟踪系统830可以使用形状传感器822跟踪柔性体816的远端818和/或一个或更多个区段824。形状传感器822可以包括与柔性体816对准的光纤(例如，设置在柔性体816的内部通道内或者沿柔性体816安装在外部)。在一些示例中，光纤可以具有约800μm的直径。在其他示例中，直径可以更大或更小。形状传感器822的光纤可以形成用于确定柔性体816的形状的光纤弯曲传感器。包括光纤布拉格光栅(FBG)的光纤可以用于在一个或更多个维度上提供结构中的应变测量。在美国专利申请公开第8006/0013523号(8005年7月13日提交并且题为“Fiber optic position and shape sensing device and method relatingthereto”)；美国专利第7,772,541号(8008年3月12日提交并且题为“Fiber OpticPosition and/or Shape Sensing Based on Rayleigh Scatter”)；以及美国专利第8,773,350号(2010年9月2日提交并且题为“Optical Position and/or Shape Sensing”)中描述了可以适用于一些示例的用于在三个维度上监测光纤的形状和相对位置的各种系统和方法，所述美国专利的全部内容通过引用全部并入本文中。在一些示例中，传感器可以采用其他合适的应变感测技术，例如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。

在一些示例中，可以使用其他技术来确定柔性体816的形状。例如，可以使用柔性体816的远端818的位置和/或位姿的历史来在一段时间间隔内(例如，当柔性体816在患者解剖结构内推进或收回时)重建柔性体816的形状。在一些示例中，跟踪系统830可以替选地和/或附加地使用位置传感器系统820来跟踪柔性体816的远端818。位置传感器系统820可以是EM传感器系统的部件，其中位置传感器系统820包括一个或更多个位置传感器。尽管位置传感器系统820被示出为靠近柔性体816的远端818以跟踪远端818，但是位置传感器系统820的位置传感器的数目和位置可以变化以跟踪沿柔性体816的不同区域。在一个示例中，位置传感器包括可以经受外部产生的电磁场的导电线圈。位置传感器系统820的每个线圈可以产生具有取决于与外部产生的电磁场有关的线圈的位置和取向的特性的感应电信号。位置传感器系统820可以测量与柔性体816的一个或更多个部分相关联的一个或更多个位置坐标和/或一个或更多个取向角。在一些示例中，位置传感器系统820可以被配置和定位成测量六个自由度，例如三个位置坐标X、Y、Z以及指示基点的俯仰、偏航和滚动的三个取向角。在一些示例中，位置传感器系统820可以被配置和定位成测量五个自由度，例如三个位置坐标X、Y、Z以及指示基点的俯仰和偏航的两个取向角。在美国专利第6,380,432号(1999年8月11日提交并且题为“Six-Degree of Freedom Tracking System Having a PassiveTransponder on the Object Being Tracked”)中提供了可以适用于一些示例的位置传感器系统的进一步描述，该美国专利的全部内容通过引用并入本文中。

在一些示例中，跟踪系统830可以替选地和/或另外地依赖于在交替运动(例如，呼吸)的一个或更多个周期期间捕获的、针对伸长装置802和/或医疗工具826的点存储的位姿、位置和/或取向数据的集合。该存储的数据可以用于开发关于柔性体816的形状信息。在一些示例中，一系列位置传感器(未示出)(例如，诸如位置传感器820中的传感器的EM传感器或者一些其他类型的位置传感器)可以沿柔性体816定位并且用于形状感测。在一些示例中，在过程期间获取的来自这些位置传感器中的一个或更多个位置传感器的数据历史可以用于表示伸长装置802的形状，特别是在解剖通道通常是静态的情况下。

图8B是根据一些示例的伸长装置802内的医疗工具826的简化图。伸长装置802的柔性体816可以包括尺寸和形状被设计成容纳医疗工具826的通道821。在一些示例中，医疗工具826可以用于诸如诊断、成像、手术、活检、消融、照明、冲洗、抽吸、电穿孔等的过程。医疗工具826可以部署通过柔性体816的通道821，并且在解剖结构内的过程部位处操作。医疗工具826可以是例如图像捕获探头、活检工具(例如针、抓握器、刷子等)、消融工具(例如，激光消融工具、射频(RF)消融工具、冷冻消融工具、热消融工具、加热液体消融工具等)、电穿孔工具和/或另一手术、诊断或治疗工具。在一些示例中，医疗工具826可以包括具有单个工作构件的端部执行器，例如手术刀、钝刀片、光纤、电极等。端部执行器的其他端部类型可以包括例如镊子、抓握器、剪刀、缝合器、施夹器等。其他端部执行器还可以包括电激活的端部执行器，例如电外科电极、换能器、传感器等。

医疗工具826可以是用于从目标解剖位置移除样本组织或细胞采样的活检工具。在一些示例中，活检工具是柔性针。活检工具还可以包括护套，当活检工具在通道821内时，该护套可以包围柔性针以保护针和通道821的内表面。医疗工具826可以是图像捕获探头，该图像捕获探头包括具有立体或单视场摄像装置的远侧部分，该摄像装置可以放置在柔性体816的远端818处或其附近，以用于捕获图像(例如，静止图像或视频图像)。捕获的图像可以由可视化系统831处理以用于显示和/或提供给跟踪系统830，以支持对柔性体816的远端818和/或柔性体816的区段824中的一个或更多个区段的跟踪。图像捕获探头可以包括用于传输捕获的图像数据的线缆，该线缆耦接至图像捕获探头的远侧部分处的成像装置。在一些示例中，图像捕获探头可以包括耦接至可视化系统831的更近侧的成像装置的光纤束，例如纤维镜。图像捕获探头可以是单光谱或多光谱的，例如捕获可见光谱、近红外光谱、红外光谱和/或紫外光谱中的一个或更多个中的图像数据。图像捕获探头还可以包括提供照明以促进图像捕获的一个或更多个光发射器。在一些示例中，图像捕获探头可以使用超声、x射线、荧光镜术、CT、MRI或其他类型的成像技术。

在一些示例中，图像捕获探头插入到伸长装置802的柔性体816内，以促进伸长装置802到过程部位的视觉导航，并且然后在柔性体816内用执行过程的另一种类型的医疗工具826替换该图像捕获探头。在一些示例中，图像捕获探头可以与另一类型的医疗工具826一起位于伸长装置802的柔性体816内，以促进同时进行图像捕获和组织干预，例如在同一通道821内或在单独的通道中。医疗工具826可以从通道821的开口推进以执行过程(或一些其他功能)，并且然后在过程完成时收回到通道821中。医疗工具826可以从柔性体816的近端817或者沿柔性体816从另一可选器械端口(未示出)移除。

在一些示例中，伸长装置802可以包括集成成像能力，而不是利用可移除图像捕获探头。例如，成像装置(或光纤束)和光发射器可以位于伸长装置802的远端818处。柔性体215可以包括在远端818与可视化系统831之间承载线缆和/或光纤的一个或更多个专用通道。此处，医疗器械系统800可以执行同时成像和工具操作。

在一些示例中，医疗工具826能够进行可控接合。医疗工具826可以容纳在其近端与远端之间延伸以可控地使医疗工具826的远端弯曲的线缆(其也可以被称为牵引线)、联动装置或其他致动控件(未示出)，例如本文中针对柔性伸长装置802所讨论的。医疗工具826可以耦接至驱动单元804和操纵器组件702。在这些示例中，伸长装置802可以排除在医疗器械系统800之外，或者可以是不具有可控接合的柔性装置。在美国专利第7,916,681号(于2005年10月4日提交并且题为“Articulated Surgical Instrument for PerformingMinimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”)和美国专利第9,259,274号(2008年9月30日提交并且题为“Passive Preload and Capstan Drivefor SurgicalInstruments”)中进一步详细描述了适用于一些示例的可操纵器械或工具，所述美国专利的全部内容通过引用并入本文中。

伸长装置802的柔性体816还可以或者替选地容纳在驱动单元804与远端818之间延伸以可控地使远端818弯曲的线缆、联动装置或其他操纵控件(未示出)，如例如由图8A中的远端818的虚线描绘819所示。在一些示例中，至少四个线缆用于提供独立的上下操纵以控制远端818的俯仰以及左右操纵以控制远端281的偏航。在一些示例中，柔性伸长装置802可以是可操纵导管。在PCT公开WO 2019/018436(2019年1月24日公布并且题为“FlexibleElongate Device Systems and Methods”)中详细描述了适用于一些示例的可操纵导管的示例，该PCT公开的全部内容通过引用并入本文中。

在伸长装置802和/或医疗工具826由远程操作组件(例如，操纵器组件702)致动的示例中，驱动单元804可以包括驱动输入，该驱动输入可移除地耦接至远程操作组件的驱动元件(例如，致动器)并从该驱动元件接收动力。在一些示例中，伸长装置802和/或医疗工具826可以包括抓握特征件、手动致动器或用于手动地控制伸长装置802和/或医疗工具826的运动的其他部件。伸长装置802可以是可操纵的，或者替选地，伸长装置802可以是不可操纵的，没有用于操作者控制远端818的弯曲的集成机构。在一些示例中，一个或更多个通道821(其也可以被称为管腔)可以由伸长装置802的柔性体816的内壁限定，医疗工具826可以部署通过上述通道821并在目标解剖位置处使用。

在一些示例中，医疗器械系统800(例如，伸长装置802或医疗工具826)可以包括用于肺的检查、诊断、活检和/或治疗的柔性支气管器械，例如支气管镜或支气管导管。医疗器械系统800还可以适用于在各种解剖系统中的任何解剖系统中经由自然或手术创建的连接通道导航和治疗其他组织，上述解剖系统包括结肠、肠、肾脏和肾盏、脑、心脏、包括脉管系统的循环系统等。

来自跟踪系统830的信息可以被发送至导航系统832，在导航系统832中，该信息可以与来自可视化系统831的信息和/或术前获得的模型结合，以向内科医生、临床医生、外科医生或其他操作者提供实时位置信息。在一些示例中，实时位置信息可以显示在显示系统710上，以用于控制医疗器械系统800。在一些示例中，导航系统832可以利用位置信息作为用于定位医疗器械系统800的反馈。在美国专利第8,300,131号(2011年5月13日提交并且题为“Medical System Providing Dynamic Registration of aModelof an AnatomicStructure forImage-Guided Surgery”)中提供了适用于一些示例的用于使用光纤传感器来配准和显示手术器械以及手术图像的各种系统，该美国专利的全部内容通过引用并入本文中。

图9A和图9B是根据一些示例的包括安装在插入组件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。如图9A和图9B所示，手术环境900可以包括定位在患者台T上的患者P。患者P在手术环境900内可以是静止的，因为患者的总体运动受到镇静、约束和/或其他手段的限制。患者P的周期性解剖运动(包括呼吸和心脏运动)可以继续。在手术环境900内，医疗器械904用于执行医疗过程，该医疗过程可以包括例如手术、活检、消融、照明、冲洗、抽吸或电穿孔。医疗器械904还可以用于执行其他类型的过程，例如用于将由传感器系统708捕获的位置、取向和/或位姿数据与期望的(例如，解剖或系统)参考系相关联的配准过程。医疗器械904可以是例如医疗器械704。在一些示例中，医疗器械904可以包括耦接至器械体912的伸长装置910(例如，导管)。伸长装置910包括尺寸和形状被设计成容纳医疗工具的一个或更多个通道。

伸长装置910还可以包括一个或更多个传感器(例如，传感器系统708的部件)。在一些示例中，形状传感器914可以固定在器械体912上的近侧点916处。形状传感器914的近侧点916可以随器械体912移动，并且近侧点916相对于期望参考系的位置可以是已知的(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪装置)。形状传感器914可以测量从近侧点916到另一点(例如，伸长装置910的远端918)的形状。形状传感器914可以与伸长装置910对准(例如，设置在内部通道内或安装在外部)。在一些示例中，形状传感器914可以使用光纤来生成伸长装置910的形状信息。

在一些示例中，位置传感器(例如，EM传感器)可以并入医疗器械904中。一系列位置传感器可以沿柔性伸长装置910定位，并且用于形状感测。位置传感器可以替选形状传感器914使用，或者与形状传感器914一起使用，例如以提高形状感测的准确性或验证形状信息。

伸长装置910可以容纳在器械体912与远端918之间延伸以可控地使远端918弯曲的线缆、联动装置或其他操纵控件。在一些示例中，至少四个线缆用于提供独立的上下操纵以控制远端918的俯仰和左右操纵以控制远端918的偏航。器械体912可以包括驱动输入，该驱动输入可移除地耦接至操纵器组件的驱动元件(例如，致动器)并从该驱动元件接收动力。

器械体912可以耦接至器械托架906。器械托架906可以安装至固定在手术环境900内的插入台908。替选地，插入台908可以是可移动的，但是在手术环境900内具有已知位置(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪装置)。器械托架906可以是操纵器组件(例如，操纵器组件702)的部件，其耦接至医疗器械904以控制插入运动(例如，沿插入轴A的运动)和/或伸长装置910的远端918在多个方向(例如偏航、俯仰和/或滚动)上的运动。器械托架906或插入台908可以包括控制器械托架906沿插入台908的运动的致动器，例如伺服马达。

传感器装置920(其可以是传感器系统708的部件)可以在器械体912沿插入轴A相对于插入台908移动时提供关于器械体912的位置的信息。传感器装置920可以包括测量控制器械托架906的运动的致动器的旋转和/或取向的一个或更多个旋转变压器、编码器、电位计和/或其他传感器，从而指示器械体912的运动。在一些示例中，插入台908具有如图9A和图9B所示的线性轨道。在一些示例中，插入台908可以具有弯曲轨道或者具有弯曲轨道区段和线性轨道区段的组合。

图9A示出了沿插入台908处于收回位置的器械体912和器械托架906。在该收回位置中，近侧点916位于插入轴A上的位置L0处。近侧点916的位置可以被设置为零值和/或其他参考值，以提供基本参考(例如，对应于期望参考系的原点)来描述器械托架906沿插入台908的位置。在收回位置中，伸长装置910的远端918可以刚好定位在患者P的进入孔口内。同样在收回位置中，由传感器装置920捕获的数据可以被设置为零值和/或其他参考值(例如，I＝0)。在图9B中，器械体912和器械托架906已经沿插入台908的线性轨道推进，并且伸长装置910的远端918已经推进到患者P中。在该推进位置中，近侧点916在插入轴A上的位置L1处。在一些示例中，由指示器械托架906沿插入台908的移动的传感器装置920以及/或者与器械托架906和/或插入台908相关联的一个或更多个位置传感器测量的致动器的旋转和/或取向可以用于确定近侧点916相对于位置L0的位置L1。在一些示例中，位置L1还可以用作伸长装置910的远端918插入到患者P的解剖结构的通道中的距离或插入深度的指示器。

如上所述，在一些实现方式中，以上参照图1至图6描述的方法或技术中的任何可以由医疗系统700或其部件/子系统执行。例如，控制系统712可以执行以上参照图1至图6所述的任何处理、计算和/或确定，传感器系统708可以执行(或者用于执行)以上参照图1至图6所述的任何感测或检测操作，并且/或者控制系统712和/或可视化系统831可以使显示系统710显示和/或修改以上参照图1至图6所述的任何GUI(例如，GUI 100)。在GUI(例如，GUI100)提供输入能力和输出能力两者的示例中，显示系统710和主组件706可以至少部分地集成(例如，包括触摸屏)。以上结合图1至图6中的任何一个提及的柔性伸长装置和治疗工具可以分别是图8A和/或图8B的柔性伸长装置802和医疗工具826。

本公开内容中讨论的示例的一个或更多个部件(例如控制系统712)可以以软件实现，以在计算机系统的一个或更多个处理器上执行。该软件可以包括代码，代码在由一个或更多个处理器执行时将一个或更多个处理器配置成执行本文中所讨论的各种功能。代码可以存储在非暂态计算机可读存储介质(例如，存储器、磁存储装置、光存储装置、固态存储装置等)中。计算机可读存储介质可以是例如电子电路、半导体装置、半导体存储器装置、只读存储器(ROM)、闪存、可擦除可编程只读存储器(EPROM)；软盘、CD-ROM、光盘、硬盘或其他存储装置的计算机可读存储装置的一部分。代码可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络下载，以存储在计算机可读存储介质上。代码可以由各种集中式或分布式数据处理架构中的任何执行。代码的编程指令可以实现为多个单独的程序或子程序，或者它们可以集成至本文中所述的系统的多个其他方面中。本文中讨论的计算系统的部件可以使用有线连接和/或无线连接来连接。在一些示例中，无线连接可以使用无线通信协议，例如蓝牙、近场通信(NFC)、红外数据关联(IrDA)、家庭射频(HomeRF)、IEEE 502.11、数字增强无绳通信(DECT)和无线医疗遥测服务(WMTS)。

可以使用各种通用计算机系统来执行本文中所述的一个或更多个处理、方法或功能。附加地或替选地，可以使用各种专用计算机系统来执行本文中所述的一个或更多个处理、方法或功能。此外，可以使用各种编程语言来实现本文中所述的一个或更多个处理、方法或功能。

虽然以上已经描述并在附图中示出某些示例和示例，但是应当理解，这些示例和示例仅是说明性的，并且不限于所示出和所描述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员将理解各种其他替选方案、修改方案和等同方案。

Claims (79)

1.一种用于规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法，所述方法包括：

由一个或更多个处理器获得表示患者的内部解剖结构和目标病变的模型；

由所述一个或更多个处理器并且基于柔性伸长装置的位姿来确定能够从所述柔性伸长装置延伸的治疗工具的预期工具轨迹；

由所述一个或更多个处理器并且基于所述治疗工具的插入距离和所述预期工具轨迹来相对于所述模型确定计划治疗区；以及

由所述一个或更多个处理器使显示装置显示图形用户界面，所述图形用户界面相对于所述模型描绘(i)所述预期工具轨迹和(ii)所述计划治疗区。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述插入距离包括由用户指示的虚拟插入距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述虚拟插入距离由所述用户经由所述图形用户界面上的虚拟插入距离控件来指示。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述虚拟插入距离控件包括虚拟滑块。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述图形用户界面将所述预期工具轨迹描绘为延伸超过所述虚拟插入距离的路径，并且其中，所述方法还包括：

由所述一个或更多个处理器响应于经由所述虚拟插入距离控件的用户输入而使所述计划治疗区沿着所述图形用户界面上的所述路径移动。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器将由所述用户指示的所述虚拟插入距离限制为所述治疗工具的已知最大插入距离。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柔性伸长装置包括实际柔性伸长装置，所述方法还包括：

基于使用所述实际柔性伸长装置的形状传感器生成的形状传感器数据来确定所述柔性伸长装置的所述位姿。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述形状传感器包括光纤形状传感器。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述形状传感器包括多个电磁传感器。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述插入距离包括实际插入距离。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使用所述柔性伸长装置的插入传感器来确定所述实际插入距离。

12.根据权利要求7所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器并且响应于检测到在治疗部位处执行治疗，使得所述图形用户界面相对于所述模型描绘所述治疗部位处的完成治疗区。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器基于与所述治疗相关联的功率或持续时间中的一个或更多个来确定所述完成治疗区的尺寸或形状中的一个或更多个。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器基于下述中的一个或更多个来确定所述完成治疗区的尺寸或形状中的一个或更多个：(i)所述治疗部位与所述患者的一个或更多个关键结构的接近度，或者(ii)所述患者在所述治疗部位处的一个或更多个组织特性。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器基于与所述治疗部位处的所述治疗相关联的实际尺寸或形状中的一个或更多个来确定所述完成治疗区的尺寸或形状中的一个或更多个。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柔性伸长装置包括虚拟柔性伸长装置，并且其中，所述方法还包括：

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面描绘所述虚拟柔性伸长装置的规划位姿。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于用户输入，由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面将所述计划治疗区改变为标记治疗区，所述标记治疗区具有固定位置，而不管对所述插入距离的进一步调整。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述标记治疗区具有与所述计划治疗区不同的视觉外观。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述标记治疗区具有与所述计划治疗区不同的颜色、不同的阴影或不同的图案中的一种或更多种。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述用户输入由用户经由所述图形用户界面上的虚拟标记控件做出。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述插入距离包括由所述用户经由所述图形用户界面上的虚拟插入距离控件指示的虚拟插入距离，并且其中，所述方法还包括：

响应于在所述计划治疗区改变为所述标记治疗区之后发生的对所述虚拟插入距离控件的用户操纵，由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面相对于所述模型显示新治疗区。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面描绘所述柔性伸长装置的至少一部分。

23.根据权利要求1至211中任一项所述的方法，其中，所述计划治疗区包括围绕沿着所述预期工具轨迹的位于所述插入距离处的位置的椭球体。

24.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器确定所述目标病变的主轴；以及

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面描绘所述目标病变的所述主轴。

25.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器确定用于使用术中成像装置观察所述医疗过程的视角。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面描绘所述视角，

其中，所述图形用户界面包括使用户能够调整所述模型的视角的虚拟控件。

27.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面基于所述计划治疗区与所述患者体内的一个或更多个结构的接近度来调整所述计划治疗区的尺寸或形状中的一个或更多个。

28.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面基于所述计划治疗区与所述患者体内的一个或更多个结构之间的交叠来调整所述计划治疗区的颜色、阴影或图案中的一个或更多个。

29.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面基于用户输入来调整所述计划治疗区的尺寸或形状中的一个或更多个。

30.根据权利要求21所述的方法，还包括：

响应于所述用户输入，由所述一个或更多个处理器将医疗设备的功率参数或持续时间参数中的一个或更多个设置为与所述计划治疗区的经调整的尺寸或形状中的一个或更多个对应的值。

31.根据权利要求29所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器基于所述医疗设备的已知限制来限制所述计划治疗区的最大尺寸。

32.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器确定用于下一治疗部位的建议探头轨迹；以及

由所述一个或更多个处理器使所述图形用户界面描绘所述建议探头轨迹。

33.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述柔性伸长装置包括包含所述治疗工具的导管。

34.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述医疗过程包括消融过程，所述治疗工具包括消融探头，并且所述计划治疗区包括计划消融区。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述消融探头包括电穿孔探头。

36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述消融探头包括射频消融探头、微波消融探头、冷冻消融探头或热消融探头中的一个或更多个。

37.根据权利要求33所述的方法，其中，所述治疗工具包括注射工具。

38.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述模型包括肺气道模型。

39.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，获得所述模型包括基于术前成像数据来获得初始模型。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，获得所述模型还包括：

基于术中成像数据来更新所述初始模型。

41.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，获得所述模型包括基于术中成像数据来获得模型。

42.一种系统，包括：

一个或更多个处理器；

显示装置；以及

一个或更多个非暂态计算机可读介质，所述一个或更多个非暂态计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器：

获得表示患者的内部解剖结构和目标病变的模型；

基于柔性伸长装置的位姿来确定能够从所述柔性伸长装置延伸的治疗工具的预期工具轨迹；

基于所述治疗工具的插入距离和所述预期工具轨迹来相对于所述模型确定计划治疗区；以及

使显示装置显示图形用户界面，所述图形用户界面相对于所述模型描绘(i)所述预期工具轨迹和(ii)所述计划治疗区。

43.根据权利要求42所述的系统，所述系统被配置成执行根据权利要求2至41中任一项所述的方法。

44.一种或更多种非暂态计算机可读介质，所述一种或更多种非暂态计算机可读介质存储指令，所述指令在由一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器：

获得表示患者的内部解剖结构和目标病变的模型；

基于柔性伸长装置的位姿来确定能够从所述柔性伸长装置延伸的治疗工具的预期工具轨迹；

基于所述治疗工具的插入距离和所述预期工具轨迹来相对于所述模型确定计划治疗区；以及

使显示装置显示图形用户界面，所述图形用户界面相对于所述模型描绘(i)所述预期工具轨迹和(ii)所述计划治疗区。

45.根据权利要求44所述的一种或更多种非暂态计算机可读介质，其中，所述指令在由所述一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器执行根据权利要求2至41中任一项所述的方法。

46.一种用于规划医疗过程或在医疗过程期间导航的方法，所述方法包括：

由一个或更多个处理器获得表示患者体内的目标病变的模型；

由所述一个或更多个处理器相对于所述模型确定柔性伸长装置的位置；以及

由所述一个或更多个处理器并且基于所述目标病变的位置和所述柔性伸长装置的所述位置来确定多个轨迹，能够从所述柔性伸长装置延伸的治疗工具能够沿着所述多个轨迹接近所述目标病变，以共同提供跨所述目标病变的至少一个维度的治疗覆盖。

47.根据权利要求46所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使显示装置相对于所述模型指示所述多个轨迹。

48.根据权利要求46所述的方法，其中，所述多个轨迹包括能够操纵所述柔性伸长装置以形成的角度。

49.根据权利要求46所述的方法，其中，所述多个轨迹包括能够操纵所述柔性伸长装置以与其对准的轴线。

50.根据权利要求46所述的方法，其中，所述模型包括表示所述目标病变的第一多个点，并且其中，确定所述多个轨迹包括：

通过将所述第一多个点投影到平面上来计算第二多个点，所述平面至少部分地由所述柔性伸长装置的所述位置限定；

识别由所述第二多个点限定的二维形状的主轴；以及

基于所述主轴来确定所述多个轨迹。

51.根据权利要求50所述的方法，其中，识别所述主轴包括使用主成分分析来确定所述主轴。

52.根据权利要求50所述的方法，其中，确定所述多个轨迹包括确定用于所述医疗过程的所述柔性伸长装置的建议初始轨迹。

53.根据权利要求52所述的方法，其中，确定所述建议初始轨迹包括基于所述第二多个点中的距所述柔性伸长装置的远侧部分处的点最远的投影点来确定所述建议初始轨迹。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，确定所述建议初始轨迹包括基于(i)所述第一多个点中的对应于所述投影点的点以及(ii)所述柔性伸长装置的所述远端处的所述点来确定所述建议初始轨迹。

55.根据权利要求52所述的方法，其中，确定所述多个轨迹包括确定用于所述医疗过程的所述柔性伸长装置的建议的一个或更多个后续轨迹。

56.根据权利要求55所述的方法，其中，确定所述建议的一个或更多个后续轨迹包括基于计划治疗区的预定交叠以及(i)所述柔性伸长装置的远端与(ii)所述目标病变距所述柔性伸长装置的所述远端最远的点之间的距离来确定所述建议的一个或更多个后续轨迹。

57.根据权利要求56所述的方法，其中，确定所述多个轨迹包括：

通过下述来确定所述柔性伸长装置的所述远端与所述目标病变的所述最远的点之间的距离：(i)通过将所述第一多个点中的至少一些投影到向量上来计算第三多个点，所述向量至少部分地由所述柔性伸长装置的所述位置限定，以及(ii)选择所述第三多个点中的距所述柔性伸长装置的远端最远的点。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述向量包括所述柔性伸长装置的指向方向。

59.根据权利要求57所述的方法，其中，所述向量被限定在(i)所述柔性伸长装置的所述远端处的点与(ii)如由所述第一多个点表示的所述目标病变的质心之间。

60.根据权利要求58所述的方法，其中，所述平面垂直于所述向量。

61.根据权利要求57所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器基于所述主轴和所述向量来确定用于所述医疗过程的视角。

62.根据权利要求61所述的方法，其中，所述视角提供与由所述主轴和所述向量限定的平面正交的成像轴。

63.根据权利要求61所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器使显示装置指示所述视角。

64.根据权利要求63所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器并且响应于用户激活控件，使术中成像装置根据所述视角重新定向。

65.根据权利要求61所述的方法，还包括：

由所述一个或更多个处理器并且响应于确定所述视角，使术中成像装置根据所述视角重新定向。

66.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，所述柔性伸长装置包括实际柔性伸长装置，并且其中，确定所述柔性伸长装置的所述位置包括基于使用所述实际柔性伸长装置的形状传感器生成的形状传感器数据来确定所述位置。

67.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，所述柔性伸长装置包括虚拟柔性伸长装置。

68.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，所述柔性伸长装置包括包含所述治疗工具的导管。

69.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，所述医疗过程包括消融过程，并且所述治疗工具包括消融探头。

70.根据权利要求69所述的方法，其中，所述消融探头包括电穿孔探头。

71.根据权利要求69所述的方法，其中，所述消融探头包括射频消融探头、微波消融探头、冷冻消融探头或热消融探头中的一个或更多个。

72.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，所述模型包括肺气道模型。

73.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，获得所述模型包括基于术前成像数据来获得初始模型。

74.根据权利要求73所述的方法，其中，获得所述模型还包括：

基于术中成像数据来更新所述初始模型。

75.根据权利要求46至65中任一项所述的方法，其中，获得所述模型包括基于术中成像数据来获得模型。

76.一种系统，包括：

一个或更多个处理器；以及

一个或更多个非暂态计算机可读介质，所述一个或更多个非暂态计算机可读介质存储指令，所述指令在由所述一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器：

获得表示患者体内的目标病变的模型；

相对于所述模型确定柔性伸长装置的位置；以及

基于所述目标病变的位置和所述柔性伸长装置的所述位置来确定多个轨迹，能够从所述柔性伸长装置延伸的治疗工具能够沿着所述多个轨迹接近所述目标病变，以共同提供跨所述目标病变的至少一个维度的治疗覆盖。

77.根据权利要求76所述的系统，所述系统被配置成执行根据权利要求47至75中任一项所述的方法。

78.一种或更多种非暂态计算机可读介质，所述一种或更多种非暂态计算机可读介质存储指令，所述指令在由一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器：

获得表示患者体内的目标病变的模型；

相对于所述模型确定柔性伸长装置的位置；以及

基于所述目标病变的位置和所述柔性伸长装置的所述位置来确定多个轨迹，能够从所述柔性伸长装置延伸的治疗工具能够沿着所述多个轨迹接近所述目标病变，以共同提供跨所述目标病变的至少一个维度的治疗覆盖。

79.根据权利要求78所述的一种或更多种非暂态计算机可读介质，其中，所述指令在由一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器执行根据权利要求47至75中任一项所述的方法。