CN115052545A - 协助用户相对患者身体定位自动化医疗设备的方法和*** - Google Patents

Abstract

提供了***、设备和方法，其用于通过在受试者的一个或更多个图像上模拟自动化医疗设备的位置和取向，并基于模拟的位置和取向向用户提供关于该医疗设备的实际定位和/或实际定位的校正的指令，来协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近。

Description

协助用户相对患者身体定位自动化医疗设备的方法和***

技术领域

本公开涉及医疗程序领域，且具体涉及用于协助和引导用户相对于受试者的身体定位自动化医疗设备的方法、设备和***。

背景

临床实践中使用的各种诊断和治疗程序涉及将诸如针头(needle)和导管的医疗器械经皮***受试者的身体，并且在许多情况下进一步涉及在身体内操纵医疗器械以到达目标区域。目标区域可以是任何体内区域，包括病变、肿瘤、器官或血管。需要***和操纵这类医疗器械的程序的示例包括接种疫苗、血液/流体取样、局部麻醉、组织活检、导管***、低温消融、电解消融、流体输送、流体引流、近距离放射治疗、神经外科手术、深部脑刺激、各种微创手术等。

在软组织中引导和操纵医疗工具(诸如针头)是一项复杂的任务，需要良好的三维协调、对患者解剖结构的了解和高水平的经验，因此近年来越来越多地使用自动化(例如机器人)***来执行这些功能。一些自动化***基于操纵机械臂，而一些则使用可安装在身体上的机器人设备。自动化***通常协助医生选择***点并将医疗器械与***点对准以及将医疗器械与目标对准。更先进的***还自动***器械和/或朝向目标操纵器械。

在患者身体上和/或相对于患者身体准确地定位和/或定向自动化设备以使医疗器械能够成功地到达目标可能是具有挑战性的，尤其是当目标位于难以导航到的区域(例如肝穹窿部)中时。在这种情况下，自动化设备的正确定位可能需要几次迭代，其中必须在每两次连续迭代之间启动将设备配准到图像空间的扫描，以验证设备的位置。多次迭代和扫描不仅耗时，而且它们还会导致医护人员和患者的辐射暴露量增加。另外，由于自动化设备的定位是基于医生(或医务人员的另一成员)的估计的测量值，因此设备的最终位置和/或取向仍可能偏离其被要求的位置和取向。

因此，需要用于协助和引导用户(例如，医生)相对于患者身体定位和/或定向医疗设备的***和方法。

在本部分中和在说明书的其他部分中提到的每个出版物的公开内容在此各自以其整体通过引用并入。

概述

根据一些实施例，本公开涉及用于通过使用虚拟医疗设备在受试者的一个或更多个图像上模拟医疗设备相对于受试者身体的位置和取向来协助用户(例如医疗保健提供者)将医疗设备定位在受试者身体上或其附近的***、设备和方法。该***、设备和方法还允许基于模拟的位置和取向向用户提供关于医疗设备的实际(物理)定位和/或实际(物理)定位的校正的指令。

根据一些实施例，如本文所公开的用于协助用户定位自动化医疗设备的***、设备和方法是有利的，因为它们最终允许更安全、更有效且更准确的医疗程序，其中针对每个特定医疗程序和针对打算经历该医疗程序的每个特定受试者来执行定位模拟和根据该模拟引导用户关于实际医疗设备相对于受试者身体的定位。

根据一些实施例，提供了一种协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法，该方法可以包括：

显示受试者的身体中的感兴趣区域的一个或更多个图像；

在一个或更多个图像上定义目标和入口点；

计算医疗器械从入口点到目标的轨迹；

在一个或更多个图像上模拟自动化医疗设备在受试者的身体上或受试者的身体附近的位置和取向；

确定自动化医疗设备的模拟的位置和取向是否有效；和

如果自动化医疗设备的模拟的位置和取向以及计算的轨迹被确定为有效，则向用户提供关于自动化医疗设备在受试者的身体上或受试者的身体附近的定位的定位指令。

根据一些实施例，如果自动化医疗设备的模拟的位置和取向被确定为无效，则该方法可以包括提示用户在一个或更多个图像上定义新的入口点和/或新的目标。

根据一些实施例，如果自动化医疗设备的模拟的位置和取向被确定为无效，则该方法可以包括在一个或更多个图像上模拟自动化医疗设备的一个或更多个附加位置和取向，并确定自动化医疗设备的一个或更多个附加的模拟的位置和取向中的至少一个是否有效。

根据一些实施例，如果自动化医疗设备的模拟的位置和取向被确定为无效，则该方法可以包括向用户推荐自动化医疗设备的替代的模拟的位置和取向。

根据一些实施例，确定自动化医疗设备的模拟的位置和取向是否有效可以包括确定模拟的位置和取向是否确保医疗器械的尖端与入口点以***角对准，该***角使得能够根据计算出的轨迹从入口点到目标***和操纵医疗器械。

根据一些实施例，确定自动化医疗设备的模拟的位置和取向是否有效可以包括确定对于自动化医疗设备的模拟的位置和取向，计算出的轨迹是否有效。

根据一些实施例，确定计算出的轨迹是否有效可以包括确定计算出的轨迹的曲率是否超过预定阈值。

根据一些实施例，确定自动化医疗设备的模拟的位置和取向是否有效可以包括确定自动化医疗设备的末端执行器所需的旋转角度是否在末端执行器的可行旋转范围内。

根据一些实施例，该方法可以包括在一个或更多个图像上定义医疗器械要避开的一个或更多个障碍物。

根据一些实施例，在一个或更多个图像上模拟自动医疗设备的位置和取向可以包括在一个或更多个图像上显示虚拟医疗设备。

根据一些实施例，在一个或更多个图像上模拟自动化医疗设备的位置和取向可以借助于至少一个处理器来自动执行。

根据一些实施例，自动模拟自动化医疗设备的位置和取向可以使用图像处理技术(方法)来执行。

根据一些实施例，自动模拟自动化医疗设备的位置和取向可以使用一个或更多个机器学习和/或深度学习算法来执行。

根据一些实施例，模拟自动化医疗设备的位置和取向可以包括接收关于显示在一个或更多个图像上的虚拟医疗设备的位置和取向的用户输入。

根据一些实施例，模拟自动化医疗设备的位置和取向可以包括旋转一个或更多个图像以模拟至少一个备选的患者姿态，以及模拟自动化医疗设备在该至少一个备选的患者姿态上的位置和取向。

根据一些实施例，该方法可以包括调整自动化医疗设备的模拟的位置和取向。该调整可以由处理器自动执行，或者由用户手动执行。根据一些实施例，该方法可以包括接收关于调整自动医疗设备的模拟的位置和取向的用户输入。

根据一些实施例，向用户提供定位指令可以包括在监视器上显示定位指令和提供音频定位指令中的至少一个。

根据一些实施例，提供给用户的定位指令可以包括移动、旋转、抬高或倾斜自动化医疗设备或者以上这些项的组合的指令。

根据一些实施例，向用户提供定位指令可以包括提供关于附接装置在受试者的身体上的定位的定位指令，该附接装置被配置用于固定到受试者的身体并用于将自动化医疗设备联接到受试者的身体。

根据一些实施例，自动化医疗设备是自动化***设备，该自动化***设备被配置为根据计算出的轨迹朝向目标***和操纵医疗器械。

根据一些实施例，提供了一种用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的***，该***可以包括：

至少一个处理器，其被配置为执行如本文公开的协助用户定位自动化医疗设备的方法；和

监视器，其被配置为显示以下中的至少一项：一个或更多个图像、计算出的轨迹以及自动化医疗设备的模拟的位置和取向。

根据一些实施例，该***可以包括用户接口。

根据一些实施例，自动化医疗设备被配置为使用附接装置附接至受试者的身体。

根据一些实施例，附接装置可以包括平行提升构件和斜角提升构件(angularlifting member)中的一个或更多个，该平行提升构件被配置为相对于患者身体的表面抬高自动化医疗设备，该斜角提升构件被配置为相对于患者身体的表面倾斜自动化医疗设备。

根据一些实施例，该***可以包括辅助定位机构，该辅助定位机构被配置成基于所提供的定位指令来协助用户进行以下中的至少一项：定位和定向自动化医疗设备。

根据一些实施例，辅助定位机构可以包括定向构件，该定向构件被配置成模拟医疗器械和自动化医疗设备的末端执行器中的一个或更多个。

根据一些实施例，辅助定位机构可以包括机电机构，并且辅助定位机构可以被配置成由处理器控制以自动地执行定位指令。

根据一些实施例，辅助定位机构可以是独立的设备。

根据一些实施例，辅助定位机构可以是附接装置或瞄准装置的一部分或可联接到附接装置或瞄准装置，该附接装置被配置用于固定到患者的身体并用于在附接装置上接收自动化医疗设备，该瞄准装置被配置用于可移除地联接到附接装置并用于协助确保医疗器械的尖端与标记在患者的身体上的入口点之间的对准。

根据一些实施例，提供了一种协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法，该方法可以包括：

显示受试者的身体中的感兴趣区域的一个或更多个第一图像，该一个或更多个图像示出自动化医疗设备和附接装置中的一个或更多个，该附接装置被配置为固定到患者的身体并在附接装置上接收自动化医疗设备，自动化医疗设备以初始位置和取向定位在受试者的身体上；

在一个或更多个图像上定义目标和入口点；

计算医疗器械从入口点到目标的轨迹；

在一个或更多个图像上模拟自动化医疗设备在受试者的身体上或受试者的身体附近的位置和取向；

将自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向与自动化医疗设备的模拟的位置和取向进行比较；

如果自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向偏离自动化医疗设备的模拟的位置和取向，则向用户提供关于对所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向的所需校正的校正指令；

显示感兴趣区域的一个或更多个第二图像，该一个或更多个第二图像示出自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个以校正后的位置和取向定位在受试者的身体上；

确定自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向是否有效；和

如果自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向被确定为是有效的，则通知用户。

根据一些实施例，如果自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向被确定为是无效的，则该方法可以包括模拟自动化医疗设备在受试者的身体上或受试者的身体附近的新的位置和取向。

根据一些实施例，该方法可以包括在将自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向与自动化医疗设备的模拟的位置和取向进行比较之前，确定医疗设备的模拟的位置和取向是否有效。

根据一些实施例，确定医疗设备的模拟的位置和取向是否有效可以包括确定模拟的位置和取向是否确保医疗器械的尖端与入口点以***角对准，该***角使得能够根据计算出的轨迹***和操纵医疗器械。

根据一些实施例，确定自动化医疗设备和附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向是否有效可以包括确定校正后的位置和取向是否确保医疗器械的尖端与入口点以***角对准，该***角使得能够根据计算出的轨迹***和操纵医疗器械。

根据一些实施例，提供了一种用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的***，该***可以包括：至少一个处理器，其被配置为执行如本文所公开的协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法；和监视器，其被配置为显示以下中的至少一项：一个或更多个图像、计算出的轨迹以及自动化医疗设备的模拟的位置和取向。

根据一些实施例，该***可以包括用户接口。

根据一些实施例，该***可以包括辅助定位机构，该辅助定位机构被配置为协助用户执行所提供的校正指令。

本公开的某些实施例可包括上述优势中的一些、全部或不包括上述优势。根据本文包括的附图、说明书和权利要求，本领域的技术人员可以容易地清楚一个或更多个其他技术优势。此外，尽管上文已经列举了特定优势，但是各种实施例可以包括所列举的优势的全部、一些或者不包括所列举的优势。

附图简述

在本文中参考附图描述了本公开的一些实施例。该描述与附图一起使得可以如何实践一些实施例对本领域的普通技术人员来说是明显的。附图是为了说明性描述的目的，并且没有试图以比基本理解本公开所必需的细节更详细地示出实施例的结构细节。为了清楚起见，附图中描绘的一些对象不是按比例的。

图1示出了根据一些实施例的用于将医疗器械***受试者体内的***的示意图；

图2A-图2B示出了根据一些实施例的用于将医疗器械***受试者体内和操纵医疗器械的示例性设备(图2A)和示例性控制单元(图2B))的透视图；

图3示出了根据一些实施例的用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法中的步骤的流程图；

图4A示出了根据一些实施例的从受试者的身体中的入口点到目标的示例性计算的轨迹；

图4B示出了根据一些实施例的在受试者的CT图像上显示的虚拟自动化医疗设备；

图4C示出了根据一些实施例的在受试者的CT图像上显示的自动化医疗设备的位置和取向的示例性模拟；

图4D示出了根据一些实施例的自动化医疗设备的位置和取向的示例性模拟，其中虚拟配准元件穿透受试者的身体；

图4E示出了根据一些实施例的在受试者的CT图像上显示的自动化医疗设备的位置和取向的示例性的调整后的模拟；

图4F示出了根据一些实施例的在受试者的CT图像上显示的带有示例性计算的轨迹的自动化医疗设备的位置和取向的示例性的调整后的模拟；

图5示出了根据一些实施例的被配置为与身体可安装的医疗设备一起使用的示例性附接装置；

图6A示出了根据一些实施例的示例性医疗设备和示例性附接装置在联接之前的后视图；

图6B示出了根据一些实施例的定位在示例性附接框架上的示例性医疗设备；

图7示出了根据一些实施例的联接到附接框架的示例性瞄准装置；

图8A-图8B示出了根据一些实施例的具有定向机构的示例性瞄准装置；

图9示出了根据一些实施例的用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法中的步骤的流程图；

图10A-图10B示出了受试者的CT图像和给用户的关于受试者身体上的附接框架的定位的校正的示例性指令的示意性图示；

图11示出了根据一些实施例的用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法中的步骤的流程图。

详细描述

参考所附描述和附图可以更好地理解本文中的教导的原理、用途和实现方式。在熟读本文呈现的描述和附图后，本领域的技术人员将能够实现本文的教导而无需过多的努力或实验。在附图中，相同的附图标记始终指代相同的部分。

在以下描述中，将会描述本发明的各个方面。出于解释的目的，具体细节被阐述以提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域的技术人员来说还将明显的是，本发明可以在没有本文呈现的具体细节的情况下被实施。此外，可以省略或简化公知的特征，以便不模糊本发明。

图1示出了用于将医疗器械(例如，针头或导引器)***受试者体内的***10的示意图。***10包括自动化医疗设备，例如自动化***设备100，其可以被配置用于朝向受试者的身体15中的目标***和操纵器械11。器械11可以可移除地联接到***设备100，使得***设备100可以与新的器械一起重复使用。在一些实施例中，自动化设备是一次性设备，即，打算在单次使用后被丢弃的设备。在一些实施例中，医疗器械是一次性的。在一些实施例中，医疗器械是可重复使用的。

***10可以包括成像***或者被配置为与成像***一起操作，使得***程序被图像引导。所使用的成像方式可以是X射线荧光透视、CT、锥束CT、CT荧光透视、MRI、超声或任何其他合适的成像方式中的任何一种。

在一些实施例中，***设备100可以是被配置用于安装在受试者的身体15上的机器人设备，如图1所示。在其他实施例中，***设备100可以被配置为机械臂或机器人设备，该机械臂或机器人设备被配置用于使用专用的臂或基座在受试者的身体上或受试者的身体附近进行定位，该专用的臂或基座被固定到患者的床、被固定到邻近患者的床定位的手推车或被固定到成像设备，例如，如在Glozman等人的第10,507,067号和第10,639,107号美国专利中所描述的，这两个专利均通过引用以其整体并入本文。

***10还可以包括控制器120，例如机器人控制器，其控制***设备100的移动和使医疗器械11朝向受试者的身体15内的目标(例如，病变或肿瘤)的操纵。在一些实施例中，控制器120可以进一步被配置成控制在***10中实现的传感器(未示出)的操作，诸如力传感器和/或加速度传感器。例如，在Shochat等人的共同拥有的公开号为2018/250,078的美国专利申请中描述了使用一个或更多个传感器(例如力传感器)来感测与医疗器械和身体组织之间的相互作用相关联的参数，并利用传感器数据来指导器械的***和/或启动成像，该专利通过引用以其整体并入本文。控制器120可以是单独的部件，如图1所示。替代地，控制器120的至少一部分可以嵌入在***设备100内，和/或嵌入在***10的计算机130内。计算机130可以包括一个或更多个处理器(未示出)和显示器/监视器131，该一个或更多个处理器被配置用于图像处理、计算最佳***轨迹等，在该显示器/监视器131上可以显示使用成像***获得的图像或从一组图像创建的图像视图、计算出的***轨迹等。计算机130可以是个人计算机(PC)、膝上型计算机、平板计算机、移动电话或任何其他基于处理器的设备。计算机130还可以包括用户接口132，其可以是按钮、开关、键、键盘、计算机鼠标、操纵杆、触敏屏幕等的形式。显示器131和用户接口132可以是两个单独的部件，或者它们可以一起形成单个部件，诸如触敏屏幕(“触摸屏”)。在一些实施例中，用户可以使用踏板或激活按钮来操作***设备。在一些实施例中，***可以包括远程控制单元(未示出)，其可以使用户能够从远程位置(诸如邻近手术室的控制室、医疗设施中的不同位置或医疗设施外的位置)激活***设备。

除其他外，计算机130可以被配置为接收、处理和在监视器131上可视化从成像***获得的图像(例如，DICOM格式)，以计算医疗器械的最佳轨迹，并控制使器械朝向目标的操纵。在一些实施例中，器械的操纵可以以闭环方式执行，即，处理器可以经由控制器120生成对***设备100的运动命令，并接收关于器械的实际位置的反馈，该反馈随后用于实时轨迹校正，如例如在Glozman等人的第8,348,861号美国专利中所公开的那样，该专利通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中，可以基于来自用户的输入来计算最佳轨迹，该输入诸如目标、入口点以及可选地在行进中要避开的区域(也称为“障碍物”)，用户可以在所获得的图像中的至少一个上(或者在从一组图像生成的图像视图上)标记目标、入口点以及可选地在行进中要避开的区域。在其他实施例中，处理器可以进一步被配置成自动识别和标记目标、障碍物和最佳入口点中的一个或更多个。最佳轨迹可以在二维平面中或在三维空间中被计算，例如，如在上面提到的第8,348,861号美国专利和共同拥有的第PCT/IL2020/051219号国际专利申请中所描述的，该国际专利申请通过引用以其整体并入本文。

现在参考图2A，其示出了用于在受试者的身体中***和操纵医疗器械的示例性自动化(即，机器人)设备的示意性透视图。如图2A所示，***和操纵设备2可以包括在其中容纳操纵机构的至少一部分的壳体(也称为“盖”)12。操纵机构可以包括可移动平台(未示出)和可移动臂6A和6B，该可移动臂6A和6B被配置成允许或控制末端执行器(也称为“控制头”)4以任何一个所期望的移动角度或轴的移动，例如，如在Arnold等人的共同拥有的公开号为2019/290,372的美国专利申请中公开的那样。可以直接或借助于合适的***模块将合适的医疗器械(未示出)连接到控制头4的端部8上，例如在Galili等人的共同拥有的公开号为2017/258,489的美国专利申请中公开的***模块，该申请通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中，医疗器械可以可移除地联接到控制头4，使得设备2可以与新的医疗器械一起重复使用。医疗器械可以是一次性的或可重复使用的，并且它可以是能够在受试者的身体内被***和操纵以到达指定目标的任何合适的器械，其中对医疗器械的操作和移动的控制由控制头4执行。如本文详述的，控制头4可以由合适的控制***控制。

根据一些实施例，医疗器械可以选自但不限于：针头、探针(例如，消融探针)、端口、导引器、导管(例如，引流针导管)、套管、外科手术工具、流体输送工具或被配置为***到受试者体内以用于诊断和/或治疗目的的任何其他合适的可***工具。在一些实施例中，医疗器械包括在其远端(即，被***到受试者体内的端部)处的尖端。

在一些实施例中，设备2可以具有多个自由度(DOF)来经由可以与医疗器械联接的末端执行器操作和控制医疗器械沿一个或更多个轴的移动。例如，该设备可以有多达六个自由度。例如，该设备可以有至少五个自由度。例如，该设备可以有五个自由度，包括：向前-向后线性平移和左-右线性平移，前-后旋转和左-右旋转，以及朝向受试者的身体的纵向平移(***)。在一些实施例中，该设备可以具有六个自由度，该六个自由度可以包括上述的五个自由度，以及另外的医疗器械围绕其纵轴的旋转。

在一些实施例中，设备2还可以包括基座9，基座9允许将设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近。在一些实施例中，设备可以直接或经由合适的安装单元(诸如下文将描述的附接装置(也称为“附接框架”或“介体板(mediator plate)”))附接到受试者的身体。可以使用诸如闩锁7A和7B的专用闩锁来执行设备2到附接框架的附接。在一些实施例中，设备2可以联接到专用臂或基座，该专用臂或基座被固定到患者的床上、被固定到邻近患者的床定位的手推车上或被固定到成像设备上，并在受试者的身体上或在受试者的身体附近被保持。

在一些实施例中，设备2包括电子部件和马达(未示出)，允许设备2在***和操纵医疗器械时的受控操作。在一些实施例中，壳体12被配置成覆盖和保护设备2的机械部件和电子部件免受损坏或其他损害。在一些实施例中，壳体12可以包括至少一个可调节盖，并且它可以被配置成保护设备不被污物以及血液和/或其他体液弄脏，从而防止/最小化患者之间的交叉污染风险，如例如在共同拥有的第PCT/IL2020/051220号国际专利申请中所公开的，该专利申请通过引用以其整体并入本文。

在一些示例性实施例中，设备还可以包括设置在设备2上的特定位置处的基准标记(也称为“配准元件”)，诸如配准元件10A和10B，用于在图像引导程序中将设备2配准到图像空间。

在一些实施例中，设备2是用于基于预先计划的和实时更新的医疗器械的尖端的3D轨迹在受试者的身体中***和操纵医疗器械的***的一部分，例如，如在上面提到的第PCT/IL2020/051219号国际申请中所公开的。在一些实施例中，该***包括如本文所公开的操纵和***设备2以及控制单元(或“工作站”或“控制台”)20，该控制单元20被配置为允许控制设备2的操作参数，如图2B所示。

现在参考图2B，其示出了示例性工作站20的透视图。工作站20可以包括显示器22和用户接口(未示出)。监视器和用户接口可以是两个单独的部件，或者它们可以一起形成(例如，以触摸屏的形式的)单个部件。工作站20可以包括一个或更多个合适的(例如，以PC的形式的)处理器和一个或更多个合适的控制器，该一个或更多个合适的处理器和一个或更多个合适的控制器被配置为在物理上和/或功能上与***和操纵设备交互，以确定和控制***和操纵设备的操作。工作站可以是便携式的(例如，通过具有可移动平台24或被放置在可移动平台24上)。

在一些实施例中，处理器(例如，作为计算机的一部分)可以被配置为执行以下操作中的一个或更多个：确定(规划)医疗器械到达目标的轨迹(路径)；实时更新轨迹，例如由于医疗器械在患者体内的推进导致的目标从其初始识别位置的移动而实时更新轨迹；呈现规划的和/或更新的轨迹；通过(直接或经由一个或更多个控制器)向设备提供可执行指令，基于规划的和/或更新的轨迹来控制医疗器械的移动(操纵和***)；通过执行所需的补偿计算，确定医疗器械的尖端的实际位置；接收、处理和可视化从成像***获得的监视器图像或从一组图像创建的图像视图；以及类似操作，或以上项的任何组合。

现在参考图3，其示出了流程图30，流程图30示出了示例性方法的步骤，该方法用于在将医疗设备(例如，自动化***设备)定位和定向在受试者的身体上或受试者的身体附近方面给用户提供协助，使得在将医疗设备(例如，针头、探针)联接到设备上时，器械将相对于受试者皮肤上的所选入口点被精确地定位和定向，并且将能够遵循计算出的轨迹直到它到达受试者身体中的目标。根据一些实施例，图3中所示的一个或更多个步骤可以是可选的，并且可以重复一个或更多个步骤。

在步骤300处，在监视器上显示感兴趣区域的一个或更多个图像。在一些实施例中，通过紧接在医疗程序的启动之前启动的成像来获得图像。在其他实施例中，从受试者的医疗记录中获得图像，诸如在执行医疗程序的前几天或甚至前几周拍摄的图像。在这种情况下，图3中所示的方法可以独立于患者的存在而被执行，并且作为独立的软件应用对用户(例如，医生)可用。

在步骤302处，在所显示的一个或更多个图像上标记目标和入口点，例如在从一组图像(或“切片(slice)”或“图像帧”)生成的一个或更多个图像视图上标记目标和入口点。这样的图像视图可以是例如关于不同的平面或取向的图像视图(例如，轴向、矢状、冠状、伪轴向、伪矢状、伪冠状等视图)或另外生成的视图(例如，轨迹视图、工具视图、3D视图等)。在一些实施例中，也可以在一个或更多个图像上标记在前往目标的路线上应该避开的区域。这些区域可以包括例如骨骼、血管、神经、内脏器官和/或植入的医疗设备。在一些实施例中，用户可以在一个或更多个图像上标记目标和入口点，以及可选地还有一个或更多个障碍物。在其他实施例中，处理器可以被配置为自动识别和标记目标、最佳入口点和障碍物中的至少一个，并且可以可选地要求用户确认或调整处理器的建议的标记。在这样的实施例中，可以基于所显示的感兴趣区域的图像使用已知图像处理技术来识别/建议目标、一个或更多个障碍物和最佳入口点，和/或可以基于使用机器学习和/或深度学习算法从先前类似程序获得的数据来识别/建议目标、一个或更多个障碍物和最佳入口点。

在步骤304处，计算从入口点到目标的轨迹。如果障碍物被标记在一个或更多个初始图像上，则计算轨迹，使得它避开障碍物。尽管直线轨迹通常是优选的，但由于目标的物理位置、障碍物的存在等原因，可能并不总是可以规划直线轨迹，因此规划的轨迹可能是非直线的并具有一定程度的曲率。可以确定最大可允许曲率水平，并且该水平可以取决于例如打算在程序中使用的器械的类型及其特性(例如，直径(口径(gauge)))。在一些实施例中，如果计算出的轨迹的曲率不超过预定阈值，则认为该计算出的轨迹有效。在一些实施例中，基于所显示的感兴趣区域的图像以及入口点、目标和可选地一个或更多个障碍物的标记位置来计算轨迹。在一些实施例中，也可以基于使用机器学***面轨迹。在一些实施例中，所计算的轨迹是3D轨迹。在一些实施例中，可以通过确定两个二维(2D)平面中的每一个上的路径并将两个平面轨迹叠加以形成三维轨迹来计算3D轨迹，例如，如在上面提到的第PCT/IL2020/051219号国际专利申请中所公开的。在一些实施例中，两个平面彼此垂直。在一些实施例中，两个平面轨迹中的每一个的规划和器械的受控操纵可以基于作为柔性梁的医疗器械模型，该柔性梁具有横向连接到其上的多个虚拟弹簧以模拟由组织施加在器械上的横向力，根据多个虚拟弹簧对器械的影响计算穿过组织的轨迹，并利用应用于虚拟弹簧模型的逆运动学解来计算为了遵循规划的轨迹而要赋予器械的所需运动，如上面提到的第8,348,861号美国专利中所述。

图4A示出了在CT图像上显示的从受试者身体中的入口点到目标的计算的轨迹40，左侧是轴向平面图，右侧是矢状平面图。

在图3的步骤306处，使用虚拟医疗设备在监视器上模拟并显示医疗设备在受试者身体上或其附近的位置和取向。在一些实施例中，医疗设备是机械臂，并且模拟可以是关于机械臂的近端(例如其末端执行器)的位置和取向的。在一些实施例中，医疗设备可以是身体可安装的机器人设备，并且设备的末端执行器和/或设备的基座(或设置在其上的配准元件)的虚拟表示可以形成所显示的虚拟医疗设备。在一些实施例中，虚拟设备可以在一个或更多个图像视图上在任意位置处显示，然后用户可以移动和/或旋转虚拟设备，并确定医疗设备相对于受试者身体的模拟位置和取向(“手动定位选项”)。在一些实施例中，虚拟设备可以在一个或更多个图像视图上在基于处理器的计算或“有根据的推测(educatedguess)”的位置和取向处显示(“自动定位选项”)。在一些实施例中，可以向用户提供手动定位选项和自动定位选项之间的选择。

在自动定位选项中，由处理器建议的模拟位置和取向可以基于所显示的感兴趣区域的图像和计算的轨迹和/或基于使用机器学习和/或深度学习算法从以前类似程序中获得的数据。在一些实施例中，由处理器推荐的位置和取向可以基于以下参数中的一个或更多个：扫描/配准限制(诸如关于X、Y和Z轴中的一个或更多个的最大定向角)；设备工作空间限制(诸如可行的末端执行器旋转角度)；与患者身体有关的参数，诸如，如本文别处所述的可以被自动检测或手动标记的身体的形状和/或其轮廓、(例如使用外部视觉***获得的)患者的身体表面的延伸；用户可配置的约束，诸如：设备面向的方向、在患者的皮肤表面上方的最大器械长度(以便不损害器械的准确操纵(假使操纵算法基于位于组织内部的器械)，以及以防止“浪费”器械长度)等；设备设置考虑，诸如避免将设备定位在目标正上方等。在一些实施例中，用于定位设备的推荐可以考虑将设备和/或安装单元(诸如附接框架)附接到患者对患者身体所产生的影响。例如，设备和/或安装单元的附接可能将压力施加到身体上，使得患者的身体表面、组织层和包括目标的内脏器官可能移位、被向下推和/或被“挤压”靠得更近。在一些实施例中，机器学习模块可以包括针对将设备和/或附接框架附接至患者对患者身体所产生的影响的学习模型，并相应地输出推荐。不同患者的身体类型、内部解剖结构等可以是被包括在学习模型中的一些参数。在一些实施例中，推荐的设备定位可以包括基于将设备和/或附接框架附接到患者身体的预期“挤压”影响的可见安全裕度。

在手动定位选项中，根据一些实施例，可以借助于“拖放”的方式提供用户的输入，即，用户可以使用用户接口(诸如计算机鼠标、操纵杆或他/她自己的手指(在监视器是触摸屏的情况下))移动和/或旋转显示在监视器上的虚拟设备，并且一旦达到所期望的位置和取向，就释放他/她对虚拟设备的“握持”。在一些实施例中，用户接口可以包括用于分别或同时在X、Y和Z轴中的每一个中移动虚拟设备的虚拟按钮(例如，dx、dy和dz按钮)，和/或用于分别或同时围绕X、Y和Z轴中的每一个旋转虚拟设备的虚拟按钮。

在一些实施例中，模拟设备的位置和取向可以包括通过旋转图像来调整患者的姿态，以模拟不同的患者姿态(例如，俯卧、仰卧、卧位等)。在自动定位选项中，如果处理器的计算确定不同的患者姿态对于特定程序来说将会更可取，则可以自动旋转图像。在手动定位选项中，用户可以旋转图像并在旋转后的一个或更多个图像上模拟不同的设备位置。

图4B示出了如借助于虚拟设备(例如，机器人)在CT图像上显示的身体可安装的机器人设备。在图4B中，在用户移动和旋转虚拟设备以模拟实际设备的位置和取向(手动定位选项)之前，虚拟设备被定位在图像视图上的任意位置。图4C示出了在CT图像上显示的设备的模拟位置和取向，该模拟位置和取向或者在自动定位选项中由处理器自动确定，或者在手动定位选项中基于用户的输入(例如在移动和旋转图4B中显示的虚拟设备之后)来确定。在一些实施例中，虚拟设备可以由诸如虚拟控制头42的虚拟控制头(末端执行器)以及由一个或更多个虚拟配准元件(诸如配准元件44a和44b)来表示，该虚拟配准元件模拟位于例如设备的基座上的实际配准元件。虚拟控制头42和虚拟配准元件44a和44b之间的相对位置有利地对应于它们在实际自动化设备中的相对位置。

在图3的可选步骤308处，可以调整医疗设备在受试者身体上(或其附近)的模拟位置和取向。在自动定位选项中，调整可以基于用户输入。在一些实施例中，如果应该考虑对处理器来说不可获得的数据，例如如果模拟位置使得若设备应该相应地定位在身体上，它可能会对内脏器官(例如，胃)施加不希望的压力和/或给患者带来不希望的疼痛(例如，如果设备直接放置在骨头上)，则用户可以决定调整推荐的模拟位置和/或取向。此外，在一些实施例中，处理器可能无法考虑在扫描区域之外的身体部位和/或其他外部解剖学限制，并且可能在物理上阻止如模拟的那样放置设备(例如女性患者的***)。可以认识到，在自动定位选项利用机器学习和/或深度学习算法的实施例中，在计算设备的推荐的位置时可能已经考虑了上述参数中的一些。在一些实施例中，可能存在可能需要调整自动模拟的设备位置的额外的患者特定的考虑，例如皮肤状况(例如，皮疹、瘀伤)和/或其他患者特定的敏感性。在一些实施例中，如上所述，用户的调整可以借助于“拖放”和/或虚拟按钮的方式来提供。

在一些实施例中，在手动定位选项中，或在自动定位选项中已经基于用户在自动定位选项中的输入调整了处理器所模拟的设备的位置和/或取向之后，可能需要***处理器进行微调。由于处理器可以一起“看到”所有获得的图像(例如，CT扫描/切片)，而用户(例如，医生)在监视器上一次只可以看到一个图像(或显示同一位置的不同视图(例如，不同平面)的多个图像)，因此可能存在只有处理器可以考虑的参数，诸如会影响设备稳定性的周围区域中的皮肤表面/轮廓。此外，设备的模拟位置可以使得虚拟设备的一部分(诸如其基座的一部分)穿透患者的身体，这只能在某些图像视图中被识别。图4D示出了模拟的设备位置的示例，其中在3D视图(左侧)上和在轴向视图(右上侧)上示出了虚拟配准元件之一、即元件44b穿透患者身体，而在伪轴向视图(右下侧)中，虚拟元件44a似乎位于患者的皮肤表面上方。由于虚拟配准元件44b对应于例如定位在自动化设备的基座上的实际配准元件，因此模拟的设备位置实际上无法实现。在一些实施例中，***软件可以在一个或更多个图像上自动检测和标记患者身体的表面，使得模拟位置(在自动定位选项中)和/或模拟位置的微调(在手动定位选项中，或在自动定位选项中遵循用户发起的调整)避免穿越被标记的身体表面。替代地，可选地在设备的位置和取向的初始模拟之前，可以由用户在一个或更多个图像上手动标记患者的身体表面。在一些实施例中，处理器可以确定需要对设备的位置和/或取向进行轻微调整，以便实现或更好地适合所规划的轨迹。在一些实施例中，处理器对由用户确定的模拟位置和取向的调整可以被限制到距由用户手动确定的模拟位置和取向的最大距离/角度。图4E示出了显示在CT图像上的虚拟设备的调整后的位置和取向。

在图3的步骤310处，确定医疗设备的模拟位置和取向是否有效。在一些实施例中，确定模拟的位置和取向是否有效包括确定模拟的位置和取向是否确保器械的尖端与***点以期望的***角对准，使得通过器械(例如，其尖端)遵循规划的轨迹，它将到达目标(基于它在显示的一个或更多个图像中的位置)。在一些实施例中，为了确定医疗设备的模拟位置和取向是否有效，在给定医疗设备的模拟位置和取向的情况下，可能需要验证如在步骤304中计算出的轨迹仍然有效。在一些实施例中，处理器可以检查与“机器人可行性”有关的参数，例如，末端执行器所需的角度在末端执行器的可行旋转范围内。在一些实施例中，处理器可以验证设备的模拟位置不包括穿透患者身体的设备的任何部分，诸如设备的基座的一部分，以便确定模拟的位置和取向是有效的。附加参数可以是与配准限制相关的定位限制，诸如医疗设备围绕X、Y和Z轴(例如以患者床为参考)中的一个或更多个轴的最大定向角。附加参数可以是用户可配置的参数，诸如设备与患者皮肤表面的最大距离、避免将机器人定位在目标正上方等。图4F示出了在设备的模拟位置和取向以及计算出的轨迹都被确定为有效后，显示在CT图像上的设备的模拟位置和取向以及计算出的轨迹。

如果确定模拟的位置和取向是有效的，则在图3的步骤312中，基于医疗设备的最终模拟的位置和取向，指示用户如何将医疗设备物理地定位在受试者的身体上(或在其附近)。在一些实施例中，对用户的指令可以显示在监视器上和/或例如经由一个或更多个扬声器作为音频指令提供。在一些实施例中，指令可以包括移动和/或旋转指令，即距离和/或角度值。用于移动/旋转指令的参考可以是绝对参考，例如患者床、成像设备等，或者它可以是患者本身，例如患者的身体表面、特定的患者器官等。在一些实施例中，移动和/或旋转指令可以包括以平行或斜角的方式将医疗设备从患者身体的表面抬高。该抬高可以使用如下文将描述的专用机构或借助于垫子/垫枕来执行，可以指示用户将垫子/垫枕放置在医疗设备下面或在附接框架下面的某些位置处。在一些实施例中，如果患者姿态与在步骤300处显示的图像中的患者姿态不同，以及如果对设备的位置和取向的模拟需要通过旋转图像视图改变姿态，则指令可以包括推荐的患者姿态(例如，俯卧、仰卧、卧位等)。在一些实施例中，对用户的指令可以进一步包括用于将医疗设备配准到图像空间的推荐的扫描范围。

在一些实施例中，辅助定位机构可以用于基于所提供的定位指令来协助用户定位和/或定向医疗设备。辅助定位机构可以是自动化医疗设备或安装单元(例如，附接框架)的一部分或者与自动化医疗设备或安装单元(例如，附接框架)一起提供，安装单元被配置成附接到患者的身体上，并且医疗设备随后被联接到该安装单元上，如下文将要描述的。在一些实施例中，辅助定位机构可以是独立的设备。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以被配置为供用户手动使用，即，可以要求用户根据所提供的定位指令移动/调整定位设备的某些元件。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以是自动化的，即，它可以包括电子或机电机构，该电子或机电机构可以由处理器/控制器控制，使得所提供的定位指令可以自动执行。

在一些实施例中，在基于所提供的指令将医疗设备和/或安装单元(例如，附接框架)定位在受试者的身体上(或其附近)之后，获得一个或更多个图像，以确保医疗设备和/或安装单元被正确地/准确地定位，并且其实际定位是有效的，例如，如在下文的图9中所述的。

在一些实施例中，如果确定模拟的位置和取向无效，则在步骤314处，可以提示用户选择新的入口点和/或调整目标的标记。在一些实施例中，处理器可以在一个或更多个图像视图上显示患者皮肤上用于选择新入口点的推荐的范围(或区域)。推荐的范围可以基于目标的位置和/或基于设备的模拟的位置和取向。然后重复步骤304至310，直到找到有效的模拟位置。在一些实施例中，如果没有找到有效的模拟位置和取向，则处理器可以通知用户医疗设备不能在即将到来的程序中使用。

在手动定位选项的一些实施例中，如果确定模拟的位置和取向无效，则在前进到步骤314之前，处理器可以向用户建议替代的模拟的位置和取向，该替代的模拟的位置和取向对于给定的计算出的轨迹来说可以是有效的。在自动定位选项的一些实施例中，如果确定模拟的位置和取向无效，则在前进到步骤314之前，可以由处理器自动重复步骤308和310(即，迭代计算)。在一些实施例中，步骤308和310可以重复有限次数的迭代，例如多达10次迭代、多达5次迭代、多达3次迭代或任何数量的可接受的迭代，或者步骤308和310可以在有限的时间段(例如多达60秒、多达45秒、多达30秒或任何可接受的时间段)内重复。在一些实施例中，如果在最后一次迭代之后仍然确定模拟的位置和取向是无效的，则该算法前进到上面描述的步骤314。在一些实施例中，每次重复步骤308时，步骤308是相对于虚拟设备的当前位置和取向(即，相对于在步骤308的前一迭代处调整的虚拟设备的位置和取向)而重复的。在其他实施例中，相对于原始的模拟位置和取向执行步骤308的每次重复，即，一旦确定模拟的位置和取向无效，就将虚拟设备的位置和取向返回到由处理器建议的初始位置和取向(自动定位选项)或由用户在处理器微调或不微调的情况下确定的初始位置和取向(手动定位选项)。

虽然图4A-图4F中显示的图像视图是从CT扫描生成的，但可以替代地利用其他成像方式，例如MRI和超声。此外，可以理解，尽管在图4A-图4F中示出了特定的图像视图，但可以使用不同的平面(例如，轴向、矢状、冠状、伪轴向、伪矢状、伪冠状等)或其他视图(例如，轨迹视图、工具视图、3D视图)来执行和/或显示上述方法步骤中的任何一个。

在一些实施例中，辅助定位机构可以用于基于由处理器提供的定位指令来协助用户定位实际医疗设备。辅助定位机构可以是自动化医疗设备的一部分，或者与自动化医疗设备一起提供。在一些实施例中，辅助定位机构可以是独立的设备。在一些实施例中，辅助定位设备可以是安装单元(例如，附接框架)的一部分，或者被配置用于联接到安装单元(例如，附接框架)。在一些实施例中，辅助定位设备可以是瞄准装置的一部分，或者被配置用于联接到瞄准装置，瞄准装置可以可移除地联接到安装单元(例如，附接框架)，如下文将要描述的。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以由用户手动使用，即，可以要求用户根据所提供的定位指令手动地移动定位设备的某些元件。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以是自动机构/设备，即，它可以包括可由处理器/控制器控制的机电机构，使得定位指令可以在指令生成之后立即自动执行，或者在获得用户对执行指令的确认之后自动执行。在一些实施例中，机械机构、电气机构和/或机电机构可以对医疗设备和/或附接框架施加准确的移动和/或旋转。在一些实施例中，机械机构、电气机构和/或机电机构可以对表示/模拟医疗设备的一个或更多个元件的一个或更多个物理元件施加准确的移动和/或旋转，然后要求用户对医疗设备本身施加这些移动和/或旋转。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以被配置成自动地或经由用户的手动操纵将医疗设备从患者的身体抬高。该抬高可以平行于患者身体的表面和/或附接框架的表面，或者它可以相对于患者身体的表面和/或附接框架的表面成一定角度，如下文将要描述的。

在一些实施例中，医疗设备(例如，上文在图2A中示出的***和操纵设备2)是身体可安装的。在一些实施例中，医疗设备可以例如使用一个或更多个条带直接附接到受试者的身体。在其他实施例中，医疗设备可以使用安装单元(诸如附接框架)附接到受试者的身体，该安装单元被配置成例如使用一个或更多个条带固定到受试者的身体，并且在该安装单元上接收医疗设备。图5示出了示例性附接装置，该附接装置被配置为围绕开口的框架，该开口允许在将医疗设备固定到附接框架并将医疗器械联接到医疗设备时医疗器械进入受试者的身体。

如图5所示，附接框架50可以包括一个或更多个延伸构件(“伸长件(crane)”)52，一个或更多个条带(未示出)可以联接到该延伸构件52。伸长件可以远离附接框架50延伸(或被延伸)，允许条带在大体上垂直于框架50的平面的方向上拉拽框架50，从而使安装力最大化，同时使条带与患者的皮肤的接触面积最小化。在一些实施例中，伸长件52可以是可移除地联接到附接框架50的单独的单元。在其他实施例中，伸长件52可以与附接框架50成一体。伸长件52可以设置在(或可联接到)附接框架50的两端，或者它们可以仅设置在框架50的一端，如图5所示。为了适应具有不同周长的不同身体类型、以及受试者身体上的具有不同周长的不同位置，伸长件52可以具有固定的长度，并且附接框架50可以设置有用户可以从中选择的具有不同长度的多个伸长件52。替代地，至少一个伸长件52可以被配置为延长构件，例如被配置为伸缩构件。在一些实施例中，如图5所示，伸长件52可以从形成在框架50中的专用通道53内展开。框架50可以包括用于每个伸长件52的单独通道53，或者单个通道可以容纳一组伸长件(例如，从框架50的相同端部沿彼此相反的方向延伸的两个伸长件)。在一些实施例中，每个伸长件52可以与锁定旋钮54相关联，一旦伸长件52被移出(或移入)通道至其期望的位置，即其从附接框架50向外延伸了期望的长度，则锁定旋钮54被用于锁定伸长件52在其对应的通道53内的位置。伸长件进出通道的移动可以是自动的或是手动的。使用带有可展开的伸长件52的附接框架50可以通过使安装面积最大化和使捆扎力损失最小化，来使受试者身上的总捆扎负载最小化，例如，如在Galili等人的共同拥有的公开号为WO 2019/234,748的国际专利申请中所述的，该专利申请通过引用以其整体并入本文。

在一些实施例中，伸长件52的远侧端部(即当伸长件52展开时离框架50最远的端部)可以包括伸长件连接器525，条带可以联接到该伸长件连接器525，以将附接框架50固定到患者的身体。在框架50的仅一个端部设置有一个或更多个伸长件52的情况下，例如如图5所示，附接框架50的相对的端部可以包括框架连接器505，附加的条带可以联接到该框架连接器505。可以理解的是，伸长件连接器525和框架连接器505可以是类似的连接器或不同类型的连接器。此外，两个相对的伸长件连接器525可以彼此类似或者它们可以彼此不同，并且两个相对的框架连接器505可以彼此类似或者它们可以彼此不同。

附接框架50还可以包括一个或更多个凹槽507，该一个或更多个凹槽被设定尺寸和成形为接纳位于医疗设备的底部处的对应的突出部(图5中未示出)，以在将医疗设备定位在附接框架50上时促进并确保医疗设备和附接框架50之间的对准。凹槽507以及因此对应的突出部可以以不对称的方式分布，以更好地确保医疗设备和附接框架50之间的正确对准，并防止医疗设备在框架50上的无意的反向放置。在一些实施例中，医疗设备的底部可以包括凹槽，而附接框架可以包括对应的突出部。

附接框架50还可以包括一个或更多个凹口509，以用于接纳医疗设备的对应的一个或更多个闩锁(图5中未示出)并与这些闩锁接合，从而在医疗设备已经被正确地定位到附接框架50上之后将医疗设备固定到附接框架50。

在一些实施例中，可以使用附加的元件(例如，止动件(未示出))来确保医疗设备在附接框架50上的正确定位，以及防止医疗设备在它已经被定位在框架50上之后并且在它已经被固定到附接框架50之前相对于附接框架50移动。

在一些实施例中，所利用的安装单元(例如，附接框架)可以被配置成允许在附接框架的平面内或在与附接框架的平面平行的平面内调整医疗设备的位置和取向，如例如在Arnold等人的共同拥有的公开号为2019/125,397的美国专利申请中所公开的，该专利申请通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中，附接框架可以包括静止板和可移动板，该可移动板联接到静止板，使得它可以相对于静止板进行移动。在一些实施例中，附接框架还可以包括联接到可移动板的旋转板，以使医疗设备能够围绕垂直轴旋转(偏航)。旋转范围可以是360度，或者可以以其他方式加以限制。在一些实施例中，可移动板的移动和/或可旋转板的旋转可以由用户手动执行或由处理器/控制器自动执行。

在一些实施例中，附接框架可以包括平行提升构件(或机构)，或斜角提升构件(或机构)，例如，如在上面提到的公开号为WO 2019/234,748的国际专利申请中所公开的。提升构件可以包括至少一个轨道和至少一个固定器，该固定器被配置成沿着至少一个轨道固定医疗设备的位置。提升构件可以可移除地联接到附接框架、刚性地联接到附接框架或者是附接框架的组成部分。这样的提升构件可以使医疗设备相对于患者身体的表面和/或相对于附接框架的表面抬高和/或倾斜。

在一些实施例中，一个或更多个配准元件(未示出)可以定位在附接框架50上，用于在图像引导的程序期间确定附接框架(以及因此确定医疗设备)在图像空间中的位置和/或取向，例如，如Roth等人的共同拥有的第10,806,523号美国专利中所公开的，该专利通过引用以其整体并入本文。

在一些实施例中，附接框架50可以是可重复使用的，使得同一框架可以在对不同患者执行的数个医疗程序中重复使用。在其他实施例中，附接框架50可以是一次性的，使得在每个医疗程序中使用新框架，并且在完成该程序后丢弃该框架。

图6A示出了在将医疗设备60定位在附接框架65上之前，示例性医疗设备60和示例性附接框架65的后视图。在一些实施例中，医疗设备壳体64可以包括闩锁，诸如设置在壳体64的相对的侧上的闩锁66，用于将设备60联接到附接框架65。图6A示出了处于打开状态的闩锁66。闩锁66可以是设备壳体64的组成部分，或者它们可以是刚性地连接到壳体64的单独的单元。设备壳体64和/或闩锁66可以具有突出部68，该突出部68被设定尺寸和成形为接纳在位于附接框架的上表面上的对应的凹槽内，例如，如上面在图5中所讨论的，以促进并确保医疗设备60和附接框架65之间在联接时的正确对准。在一些实施例中，医疗设备与附接框架的联接可以通过其他手段来促进，诸如通过磁性连接、或任何其他适当的联接机构。

在一些实施例中，医疗设备60至少部分地是可重复使用的。在这样的实施例中，只有在医疗设备60已经被无菌盖布(a sterile drape)(未示出)覆盖之后，才可以将医疗设备60定位在附接框架65上。

图6B示出了在使用附接框架65的对应凹口652关闭闩锁66之前被定位在附接框架65上的医疗设备60。在一些实施例中，闩锁66可以包括弹簧(未示出)，当闩锁66没有被框架65的凹口652抓持住时，该弹簧将这些闩锁保持在打开位置。在一些实施例中，医疗设备60(例如，其闩锁66)和/或附接框架65可以包括至少一个视觉指示器或听觉指示器(未示出)，以向用户指示医疗设备60被正确地定位在附接框架65上和/或被正确地固定到附接框架65。指示器可以是机械激活的和/或电子激活的。

图7示出了联接到附接框架70的示例性瞄准装置(也称为“瞄准夹具”或“对准装置”)75。在一些实施例中，要联接到附接框架70的医疗设备是用于将医疗器械(诸如针头或导引器)***到受试者的身体中的设备，以便执行活检、将流体输送到身体内的目标处、执行消融等。在将医疗器械***到受试者的身体中之前，无论***是由医生手动完成还是由***设备自动完成，医生通常都会在受试者的身体上标记入口点。因此，附接框架70应当附接到受试者的身体，使得一旦***设备联接到附接框架70，医疗器械的尖端就位于入口点的正上方，或者可以容易地与入口点对准。在一些实施例中，瞄准装置75可以联接到附接框架70，以促进附接框架70相对于所标记的入口点的正确定位。一旦实现正确定位，医生就可以移除瞄准夹具75并将***设备联接到附接框架70。

如图7所示，瞄准装置75可以包括板752，在一些实施例中，板752可以以类似于将医疗设备联接到附接框架70的方式可联接到附接框架70，例如，如上面在图6A-图6B中所示的。在一些实施例中，瞄准装置75可以包括与附接框架70的凹口(未示出)接合的闩锁754，用于确保瞄准装置75与附接框架70的连接。瞄准装置75还可以包括在其基板752中的开口756，该开口位于对应于当***设备联接到附接框架70时医疗器械的尖端相对于附接框架70的预期位置的位置处。开口756可以设置有十字(cross)或任何其他标记，以进一步指向医疗器械的尖端的预期位置。因此，用户应该将附接框架70和与之联接的瞄准装置75一起放置在受试者的身体上，并且例如使用条带将附接框架70固定到身体，同时保持瞄准装置75的开口756与被标记在受试者的身体上的入口点对准。一旦附接框架70牢固地附接到受试者的身体，用户就可以打开瞄准装置75的闩锁754或打开可以使用的任何替代的联接机构，从附接框架70移除瞄准装置75，然后将***设备联接到附接框架70。

图8A-图8B示出了包括辅助定位机构的示例性瞄准装置。所示出的瞄准装置不仅可以用于确保医疗器械的尖端与标记的入口点对准，还可以用于根据例如在图3所示的方法的步骤310中由处理器确定为有效的模拟位置和取向，协助用户定位附接框架并因此定位医疗设备。

图8A示出了包括辅助机构(例如定向机构850)的示例性瞄准装置800，该辅助机构可以可移除地联接到瞄准装置800的基座810或瞄准装置800的组成部分。在一些实施例中，瞄准装置可以被配置成例如借助形成在附接框架中的导轨，相对于附接框架在前-后和/或左-右方向上以平行的方式移动，来协助用户定位医疗设备。在一些实施例中，形成在附接框架中的导轨还可以允许相对于附接框架以平行的方式移动医疗设备。在一些实施例中，瞄准装置可以包括平行提升构件(或机构)或斜角提升构件(或机构)，例如，如在上面提到的公开号为WO 2019/234,748的国际专利申请中所公开的。当需要相对于患者身体的表面和/或相对于附接框架的表面抬高和/或倾斜医疗设备时，这种提升构件可以进一步协助用户定位医疗设备。在一些实施例中，定向机构850可以包括定向构件852，其可以模拟医疗器械或***装置(诸如图2A所示的***设备)的末端执行器。在一些实施例中，定向机构850还可以包括锚定基座854，该锚定基座854刚性地或可移除地联接到基座810。在一些实施例中，旋转臂856可以联接到静止的锚定基座854，使得旋转臂856可以围绕其轴线旋转。旋转臂856可以包括上拱形件857或联接到上拱形件857，该上拱形件857具有沿着拱形件的长度的至少一部分延伸的细长凹槽8572。上拱形件857可以被配置成与旋转臂856一起旋转。在一些实施例中，定向构件852的下部部分8522可以通过铰链联接到旋转臂856的远侧端部8562、位于与瞄准装置的基座810的开口812并置处的上方，并且定向构件852的顶部部分8524可以联接到拱形件857，使得顶部部分8524的突出部8525定位在凹槽8572内。在这样的实施例中，可以通过以下方式来调节定向构件852的取向：例如使用旋钮8568使旋转臂856绕其轴线旋转(模拟末端执行器的左-右旋转能力)；或者通过使定向构件852围绕铰链的轴线枢转，其中定向构件的突出部8525在拱形件的细长凹槽8572内移动(模拟末端执行器的前-后旋转能力)；或者它们的组合(模拟末端执行器的整个旋转范围)。在一些实施例中，定向构件852可以被配置为中空构件，其横截面可以是圆形的、椭圆形的、矩形的或者是任何其他合适的横截面。在一些实施例中，定向构件852可以被配置为圆柱体，例如，具有沿着定向构件852的长度在其顶部部分8524和其下部部分8522之间形成的细通道，以允许例如使用细杆、激光束等从定向构件852的顶部部分8524、穿过定向构件852的长度并穿过瞄准装置的板810的开口812观察入口点或者接近入口点。在其他实施例中，并且如图8A-图8B中示出的，定向构件852的顶部部分8524和下部部分8522可以由单个壁连接，其中顶部部分8524具有开口8529并且下部部分具有与顶部部分8524的开口8529对准的开口(未示出)，以允许例如使用细杆、激光束等从定向构件852的顶部部分8524、穿过定向构件852的长度并穿过瞄准装置的板810的开口812观察入口点或者接近入口点。可以认识到，定向构件852的顶部部分8524和下部部分8522可以通过多于一个的壁(例如两个壁、三个壁等)连接。在一些实施例中，细杆或任何其他细长构件(其可以被***穿过定向构件852的顶部部分8524直到其到达被标记在患者身体上的入口点)可以包括标记(刻度)，使得当杆到达入口点时，用户可以测量从入口点到定向构件852的顶部部分8524的距离，并将其转换为将从入口点延伸到上文提到的公开号为2017/258,489的美国专利申请中公开的***模块的顶端的医疗工具的长度，例如，假如末端执行器的定位和定向与瞄准装置的定向构件852的定位和定向一样。给定具有固定长度的器械在身体内的深度的情况下，这种测量将使用户能够确定特定的位置和取向是否将允许该器械到达目标。

在一些实施例中，定向机构850可以被配置成使得旋转臂856的旋转角度和定向构件852相对于旋转臂856的旋转角度受限于***设备(例如，***设备的末端执行器)可以达到的最大角度。因此，在根据期望的***角度使用瞄准装置800对准附接框架的尝试失败的情况下，用户可以例如使用一个或更多个垫子来调节附接框架相对于患者的身体的位置和/或角度。在一些实施例中，附接框架可以包括平行提升构件(或机构)或斜角提升构件(或机构)，例如，如在上面提到的公开号为WO 2019/234,748的国际专利申请中所公开的。这种提升构件可以使得能够手动或自动地相对于患者的身体表面抬高和/或倾斜联接到该提升构件的医疗设备。

在一些实施例中，锚定基座854可以设置有凹口/标记8545，并且旋转臂856的近侧端部可以设置有指示器8565，该指示器8565定位成邻近凹口8545，以向用户指示旋转臂856的旋转程度并协助他/她控制旋转臂856的旋转程度。在一些实施例中，拱形件857可以设置有沿着拱形件857的至少一部分设置的凹口/标记8575，以向用户指示定向构件852相对于旋转臂856的枢转程度并协助他/她控制定向构件852相对于旋转臂856的枢转程度。

在一些实施例中，一旦已经达到了定向构件852的期望的定向，用户就可以使用一个或更多个锁定机构将定向构件852锁定在期望的定向处。在一些实施例中，旋转臂856可以包括旋钮8568，该旋钮8568可以例如顺时针旋转，以通过与锚定基座854的摩擦来锁定旋转臂856的取向，并防止旋转臂856围绕其轴线进一步旋转。类似地，在一些实施例中，定向构件852可以包括旋钮8528，该旋钮8528可以例如顺时针旋转，以通过与拱形件857的摩擦来锁定定向构件852相对于旋转臂856的取向(即，通过锁定突出部8525在细长凹槽8572内的位置)，并防止定向构件852沿着拱形件857进一步移动。

图8B示出了在定向构件852已经相对于板810中的开口812设定在期望的取向之后的瞄准装置800。在一些实施例中，将定向构件852相对于开口设定为期望的角度允许用户在将***设备联接到附接框架之前验证：使医疗器械遵循所规划的从标记的入口点到标记的目标的轨迹所需的***角度是由设备(具体地，由其末端执行器)可实现的。在一些实施例中，定向构件852可以协助用户调整***设备的取向。如果确定所需的***角度不能由***设备实现，和/或如果所需的患者姿态(例如，卧位)不能使附接框架平行于身体表面进行定位，则可能需要这种调整。医疗设备相对于患者的身体表面的取向的调整可以通过调整附接框架相对于患者的身体表面的取向和/或通过激活附接框架的斜角提升机构(在附接框架包括这样的机构的情况下)来实现。在一些实施例中，用户可以将定向构件852设定在与将定向构件和开口812以期望的角度对准的取向相反的取向上，即，如果所需的取向使得定向构件852要向后和向右旋转，如图8B所示，则通过将定向构件852向前和向左旋转相对于图8A所示的定向构件的“零”位置的相同角度来设置相反的取向。一旦定向构件852被设定为相反的取向，就可以(上-下(俯仰)和/或左-右(横滚))调整附接框架的取向和/或附接构件的斜角提升机构的取向，直到定向构件被垂直地定位在入口点正上方，使得可以通过沿着定向构件852的长度形成的细通道看到入口点。医疗设备的这种取向将允许将医疗器械从入口点***到目标点，而末端执行器定向在其“零”位置，即基本上垂直于***设备的基座。

在一些实施例中，在附接框架已经与入口点对准、固定到患者的身体之后，并且当瞄准装置800仍然联接到附接框架时，可以启动对包括入口点和目标两者的感兴趣区域的成像，以在将瞄准装置800从附接框架移除和将***设备联接到附接框架之前，验证设定的进入角度与根据规划的轨迹的期望的进入角度相匹配。

在一些实施例中，定向构件852可以包括一个或更多个配准元件，例如基准标记，使得可以确定定向构件852相对于图像空间的位置。在一些实施例中，定向构件852相对于图像空间的确定的位置然后可以例如被******的软件使用，以便将医疗器械或与医疗器械联接的***设备的末端执行器自动定位在医疗程序起始所期望的位置和取向。

在一些实施例中，附接框架可以包括多个可视标记，例如凹口、网格线，以在需要重新定位附接框架时协助用户。标记可以被配置为配准(例如，基准)元素，使得它们可以由成像***例如在CT图像中检测到。在一些实施例中，标记可以由外部视觉装置(例如相机)可检测，该外部视觉装置可以在定位过程期间使用，使得从相机获得的数据可以被整合到定位算法中。

可以认识到，可以使用替代的定位和/或定向机构。例如，在一些实施例中，可以利用球窝式机构(ball and socket mechanism)(未示出)，例如，具有穿过其形成的中空通道的球(串珠状构型(bead-like configuration))可以联接到瞄准装置的板810的开口812，使得该球可以在开口812中旋转并锁定在期望的取向上。

现在参考图9，其示出了流程图90，流程图90显示了用于协助用户定位和/或定向医疗设备的示例性方法中的步骤。根据一些实施例，图9中所示的一个或更多个步骤可以是可选的，并且可以重复一个或更多个步骤。

在步骤900处，在用户基于他/她的知识和先前经验将医疗设备和/或附接框架定位在受试者身上或其附近之后，显示感兴趣区域的一个或更多个图像。在利用附接框架的情况下，可以在附接框架已经定位在受试者的身体上之后，但在将医疗设备联接到框架之前，获得一个或更多个图像。此外，可以在瞄准夹具(诸如图8A-图8B中描述的瞄准夹具)已联接到附接框架之后获得一个或更多个图像，以及可选地，在辅助定位机构(或设备)(例如瞄准夹具的定向构件)已被定位并旋转到医生基于他/她的知识和先前经验估计的取向之后获得一个或更多个图像，该辅助定位机构(或设备)将医疗器械的尖端与***点以***角对准，该***角将使得器械能够由医疗设备操纵直到它到达目标。

在步骤902处，在所显示的一个或更多个图像上标记目标和入口点。在一些实施例中，在到达目标的路线上应该避开的区域(例如，骨骼、血管、神经等)也可以被标记在一个或更多个图像上。在一些实施例中，该标记由用户完成。在这样的实施例中，对于给定的目标位置和/或医疗设备/附接框架的给定位置，入口点在患者皮肤上的位置的可行(可实现)范围可以由处理器指示，例如，被标记在一个或更多个图像视图上。在其他实施例中，处理器可以被配置为识别和标记目标、入口点和一个或更多个障碍物中的至少一个，并且可以可选地要求用户确认和/或调整处理器的建议的标记。在这样的实施例中，可以使用已知的图像处理技术来识别目标(和一个或更多个障碍物)，并且可以基于所获得的感兴趣区域的图像和/或基于使用机器学习和/或深度学习能力从先前类似程序中获得的数据来建议最佳入口点。

在步骤904处，计算从入口点到目标的轨迹。如果障碍物被标记在一个或更多个初始图像上，则计算轨迹使得它避开障碍物。尽管直线轨迹通常是优选的，但由于目标的物理位置、障碍物的存在等原因，可能并不总是可以规划直线轨迹，因此规划的轨迹可能具有一定程度的曲率。可以确定最大可允许曲率水平，且它可以取决于在程序中打算使用的器械的类型及其特性(例如，直径(口径))。在一些实施例中，如果计算的轨迹的曲率不超过预定阈值，则该计算的轨迹是有效的。在一些实施例中，基于所显示的感兴趣区域的图像以及入口点、目标和一个或更多个障碍物的标记位置来计算轨迹。在一些实施例中，也可以基于使用机器学习和/或深度学习能力从先前类似程序中获得的数据来计算轨迹。

在步骤906处，确定医疗设备的当前(实际)位置和取向和/或附接框架的当前(实际)位置和取向是否有效，即，如用户在执行步骤900之前所设定的设备的当前位置和取向以及可选地还有辅助定位机构/设备的当前位置和取向是否确保器械的尖端与***点以期望的***角对准，使得通过尖端跟随规划的轨迹，它将到达目标(基于目标在所获得的一个或更多个图像中的位置)。在一些实施例中，为了确定医疗设备的模拟位置和取向是否有效，可能需要验证如在步骤904中计算的轨迹仍然是有效的。在一些实施例中，可以在步骤906处检查与“机器人可行性”有关的参数，例如，末端执行器所需的角度在末端执行器的可行旋转范围内等。附加参数可以是与扫描/配准限制有关的定位限制，诸如医疗设备围绕X、Y和Z轴中的一个或更多个的最大定向角。附加参数可以是用户可配置的参数，诸如设备离患者的皮肤表面的最大距离、避免将机器人定位在目标正上方等。

如果确定医疗设备的当前位置和取向或附接框架的当前位置和取向(以及因此要在附接框架的当前位置处与该框架联接的设备的当前位置和取向)是有效的，则在步骤908处，通知用户。在一些实施例中，通知可以是主动形式的，即，可以在监视器上显示诸如“位置有效”的通知和/或可以经由扬声器提供类似的音频通知。在一些实施例中，通知可以是被动形式的，即，程序流程将自动地继续到下一步骤(例如，如果医疗设备被直接附接到或使用附接框架附接到患者的身体，则可以指示用户将器械尖端转向入口点)，表示设备(或附接框架)的当前位置和取向已被确定为有效。

如果确定设备(或附接框架)的当前位置和取向是无效的，则在步骤910处，使用虚拟设备在监视器上模拟并显示医疗设备在受试者身体上(或其附近)的新位置和取向。在一些实施例中，医疗设备是机械臂，并且模拟可以是关于机械臂的近端(例如其末端执行器)的位置和取向的。在一些实施例中，医疗设备可以是身体可安装的机器人设备，并且模拟可以是关于设备的末端执行器和/或设备的基座的，该基座旨在用于直接地或借助于中间元件(例如图5的附接框架)而定位在受试者的身体上。在一些实施例中，虚拟设备可以在图像视图上在任意位置处显示，然后用户可以移动和/或旋转虚拟设备，并确定医疗设备相对于受试者身体的模拟位置和取向(“手动定位选项”)。在一些实施例中，虚拟设备可以在图像视图上在基于处理器的计算或“有根据的推测”的位置和取向处显示(“自动定位选项”)。处理器的推荐可以基于所显示的感兴趣区域的图像和所计算出的轨迹，和/或基于使用机器学习和/或深度学习能力从先前类似程序中获得的数据。在一些实施例中，用户可以在手动定位选项和自动定位选项之间选择。在一些实施例中，除其他外，自动定位选项中的模拟/推荐的位置和取向可以基于扫描/配准限制(例如，以防止成像伪影)、与患者身体有关的参数(例如，身体形状等)、用户可配置的约束(例如，设备面向的方向)、设备设置考虑(例如，避免目标位于设备正下方)、将设备和/或附接框架进行附接对患者身体的“挤压”影响等，所有这些都如上文关于图3的步骤306所述的那样。在手动定位选项中，根据一些实施例，可以借助于“拖放”方式来提供用户的输入，即，用户可以使用用户接口(诸如计算机鼠标、操纵杆或他/她自己的手指(在监视器是触摸屏的情况下))移动和/或旋转显示在监视器上的虚拟设备，并且一旦达到所期望的位置和取向，就释放他/她对虚拟设备的“握持”。在一些实施例中，用户接口可以包括用于分别或同时在X、Y和Z轴中的每一个中移动虚拟设备的虚拟按钮(例如，dx、dy和dz按钮)，和/或用于分别或同时围绕X、Y和Z轴中的每一个旋转虚拟设备的虚拟按钮。在一些实施例中，模拟设备的位置和取向可以包括通过旋转图像来调整患者的姿态，以模拟不同的患者姿态，例如俯卧、仰卧、卧位等。在自动定位选项中，如果处理器的计算确定不同的患者姿态对于特定程序来说将会更可取，则可以自动旋转图像。在手动定位选项中，用户可以旋转图像并在旋转后的一个或更多个图像上模拟不同的设备位置。

在可选步骤912处，如果需要的话，调整医疗设备在受试者身体上(或其附近)的模拟位置和取向。在自动定位选项中，调整可以基于用户输入，如上所述，用户输入可以借助于“拖放”和/或虚拟按钮来提供。在一些实施例中，调整可以由处理器自动完成。在手动定位选项中，在用户已经确定了设备的模拟位置和取向之后，可能需要自动调整(例如，用于微调)，和/或在自动定位选项中，如果在处理器已经确定了设备的模拟位置和/或取向之后，用户调整了模拟位置和取向，则可能需要自动调整(例如，用于微调)，如上文所述。

在步骤914处，将医疗设备和/或附接框架的实际位置和取向与(最终的)模拟位置和取向进行比较。在一些实施例中，在将医疗设备和/或附接框架的实际位置和取向与医疗设备的模拟位置和取向进行比较之前，确定模拟位置和取向的有效性，使得只有当模拟位置和取向被确定为有效时，才将医疗设备和/或附接框架的实际位置和取向与模拟位置和取向进行比较。在一些实施例中，如果模拟位置和取向被确定为无效，则生成设备的新的模拟位置和取向，然后在将实际位置和取向与该新的模拟位置和取向进行比较之前确定该新的模拟位置和取向的有效性。在一些实施例中，新的模拟位置和取向的计算可以被限制到设定的时间段和/或预定的迭代次数。在一些实施例中，如果在最后一次迭代之后模拟位置和取向仍然被确定为无效，则可以提示用户选择新的入口点和/或调整目标的标记。

在一些实施例中，如果实际位置和取向偏离模拟位置和取向，则提供关于如何校正当前定位以使其与模拟定位相匹配的指令。在一些实施例中，校正指令可以涉及设备(或附接框架)本身的位置和/或取向，即如何(哪个方向)移动和/或旋转设备以及移动和/或旋转设备多少(距离/角度)。在一些实施例中，校正指令可以涉及设备的末端执行器的位置和/或取向。在一些实施例中，校正指令可以是与设备本身的位置和/或取向有关的指令和与设备的末端执行器的位置和/或取向有关的指令的组合。校正指令可以作为相对于当前位置和取向的校正或作为相对于已知参考(例如，患者床或成像设备)的绝对期望定位而给出。在一些实施例中，校正指令可以是与设备本身的位置和/或取向有关的指令和与设备的末端执行器的位置和/或取向有关的指令的组合。

在一些实施例中，辅助定位机构可以用于协助用户将由处理器提供的校正指令应用于医疗设备的位置和/或取向。辅助定位机构可以是自动化医疗设备或附接框架的一部分，或者与自动化医疗设备或附接框架一起提供。在一些实施例中，辅助定位机构可以是独立的设备。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以被配置为供用户手动使用，即，可以要求用户根据所提供的校正指令移动/调整辅助定位设备的某些元件。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以是自动化的，即，它可以由处理器/控制器控制，使得所提供的校正指令可以被自动执行。

图10A示意性地示出了例如当使用附接框架150时给用户的关于对框架的位置和取向的校正的示例性指令。如图10A所示，指令是围绕Y轴顺时针旋转附接框架二十(20)度，并且围绕X轴顺时针旋转框架(即，提升框架的远侧端部)五(5)度。在一些实施例中，指令可以涉及设备的末端执行器的位置和/或取向。指令可以作为相对于当前位置的校正或作为相对于已知参考的绝对期望定位而给出，例如，围绕某个轴的定向角，而与当前位置无关。图10B示意性地示出了例如当附接框架150以及辅助定位机构155(例如图8A-图8B所示的瞄准夹具的定向构件)时，给用户的关于对辅助定位机构的一个或更多个部件的取向的校正的示例性指令，该辅助定位机构可以模拟设备的末端执行器)。如图10B所示，指令是逆时针旋转辅助定位机构155的一个或更多个部件，使得辅助定位机构155相对于Z轴以45度定向。在一些实施例中，指令可以是与设备本身的位置和/或取向有关的指令和与设备的末端执行器的位置和/或取向有关的指令的组合。

在步骤916处，在位置和/或取向校正指令已经由用户执行或已经由处理器/控制器自动执行之后，显示感兴趣区域的一个或更多个新图像。然后，重复步骤906至916，直到确定设备的实际位置和取向是有效的为止。在一些实施例中，可以限制迭代的次数，即步骤906-916可以仅重复有限的次数(迭代)和/或在有限的时间段内重复。在一些实施例中，如果在最后一次迭代之后仍然确定实际位置和取向是无效的，则可以提示用户选择新的入口点和/或调整目标的标记，然后可以重复步骤904到916，直到确定设备的实际位置和取向是有效的。在一些实施例中，处理器可以在一个或更多个图像视图上呈现患者皮肤上用于选择新入口点的推荐的范围。推荐的范围可以基于目标的位置和/或基于设备的模拟位置和取向。在一些实施例中，步骤904-916可以在有限次数的迭代和/或在有限的时间段内以替代的入口点和/或调整后的目标位置进行重复。如果没有找到有效的位置和取向，则处理器可以通知用户医疗设备不能在即将到来的程序中使用。

现在参考图11，其示出了流程图110，流程图110显示了用于协助用户将医疗设备正确地定位在患者身体上或其附近的另一示例性方法中的步骤。根据一些实施例，图11中所示的一个或更多个步骤可以是可选的，并且可以重复一个或更多个步骤。

在步骤1100处，显示感兴趣区域的一个或更多个图像。在一些实施例中，经由紧接在医疗程序的启动之前启动的成像来获得图像。在其他实施例中，从受试者的医疗记录中获得图像，诸如在执行医疗程序的前几天或甚至前几周拍摄的图像。

在步骤1102处，目标和入口点以及可选地障碍物被标记/限定在显示的一个或更多个图像上，例如被标记/限定在从一组图像(或“切片”或“图像帧”)生成的一个或更多个图像视图上。这样的图像视图可以是例如关于不同平面或取向的图像视图(例如，轴向、矢状、冠状、伪轴向、伪矢状、伪冠状等视图)或其他创建的视图(例如，轨迹视图、工具视图、3D视图等)。标记可以由用户(或基于用户输入)完成，或者由处理器自动完成，其中可选地要求用户确认和/或调整处理器的建议的标记。在后一种情况下，可以基于所获得的感兴趣区域的图像使用已知图像处理技术，和/或基于使用机器学习和/或深度学习能力从先前类似程序获得的数据，来识别/建议目标(和可选地一个或更多个障碍物)和/或最佳入口点。

在步骤1104处，计算从入口点到目标的轨迹。如果障碍物被标记在一个或更多个初始图像上，则应该计算轨迹，使得它避开障碍物。尽管直线轨迹通常是优选的，但由于目标的物理位置、障碍物的存在等原因，可能并不总是可以规划直线轨迹，因此规划的轨迹可能具有一定程度的曲率，该曲率可能受到最大可允许曲率水平的限制。在一些实施例中，如果计算的轨迹的曲率不超过预定阈值，则认为该计算的轨迹是有效的。在一些实施例中，基于所显示的感兴趣区域的图像以及入口点、目标和一个或更多个障碍物的标记位置，和/或基于使用机器学习和/或深度学习能力从先前类似程序中获得的数据，来计算轨迹。

在步骤1106处，使用虚拟医疗设备/机器人在监视器上模拟并显示医疗设备在受试者身体上或其附近的位置和取向。在一些实施例中，模拟的位置和取向是任意确定的。在一些实施例中，虚拟设备可以在一个或更多个图像视图上在任意位置处显示，然后用户可以移动和/或旋转虚拟设备，并确定医疗设备相对于受试者身体的模拟位置和取向(“手动定位选项”)。在一些实施例中，虚拟设备可以在一个或更多个图像视图上在基于处理器的计算的位置和取向处显示(“自动定位选项”)。处理器的推荐可以基于所显示的感兴趣区域的图像和所计算出的轨迹，和/或基于使用机器学习和/或深度学习算法从先前类似程序中获得的数据。在一些实施例中，用户可以在手动定位选项和自动定位选项之间选择。在一些实施例中，除其他外，自动定位选项中的模拟位置和取向可以基于扫描/配准限制、与患者身体有关的参数(例如，身体形状等)、用户可配置的约束(例如，设备面向的方向)、设备设置考虑(例如，避免目标位于设备正下方)、将设备和/或附接框架进行附接对患者身体的“挤压”影响，所有这些都如上文关于图3的步骤306所述的那样。在手动定位选项中，根据一些实施例，可以借助于“拖放”来提供用户的输入，即，用户可以使用用户接口(诸如计算机鼠标、操纵杆或他/她自己的手指(在监视器是触摸屏的情况下))移动和/或旋转显示在监视器上的虚拟设备，并且一旦达到所期望的位置和取向，就释放他/她对虚拟设备的“握持”。在一些实施例中，用户接口可以包括用于分别或同时在X、Y和Z轴中的每一个中移动虚拟设备的虚拟按钮(例如，dx、dy和dz按钮)，和/或用于分别或同时围绕X、Y和Z轴中的每一个旋转虚拟设备的虚拟按钮。在一些实施例中，模拟设备的位置和取向可以包括通过旋转图像来调整患者的姿态，以模拟不同的患者姿态，例如俯卧、仰卧、卧位等。在自动定位选项中，如果处理器的计算确定不同的患者姿态对于特定程序来说将会更可取，则可以自动旋转图像。在手动定位选项中，用户可以旋转图像并在旋转后的一个或更多个图像上模拟不同的设备位置。

在可选步骤1108处，如果需要的话，调整医疗设备在受试者身体上或其附近的模拟位置和取向。在自动定位选项中，调整可以基于用户输入，例如使用“拖放”方法和/或虚拟按钮，如上文所述。在一些实施例中，步骤1108可以包括由处理器执行的调整。在手动定位选项中，在用户已经确定了设备的模拟位置和取向之后，可能需要自动调整(例如，用于微调)，和/或在自动定位选项中，如果在处理器已经确定了设备的模拟位置和/或取向之后，用户调整了模拟位置和取向，则可能需要自动调整(例如，用于微调)，如上文所述。

在一些实施例中，其中经由紧接在医疗程序的启动之前启动的成像来获得一个或更多个图像，可以紧接在医疗程序之前执行步骤1102-1108。在一些实施例中，其中从患者的医疗记录获得一个或更多个图像，步骤1102-1108可以提前(例如，甚至在患者到达用于进行该程序的医院/诊所之前)被执行，并且被保存在***的存储器或基于云的储存器中，直到该程序的时间。在一些实施例中，步骤1102-1108可以作为独立的软件应用对用户(例如，医生)可用，该软件应用可以与临床软件应用(即，用于控制医疗器械的***和操纵的软件应用)通信，或者其输出可以自动地或由用户手动地整合到临床SW应用中。

在步骤1110处，在用户已经基于他/她的知识和经验将附接框架和/或医疗设备定位在受试者身上或其附近之后，显示感兴趣区域的一个或更多个新图像。在利用附接框架的情况下，可以在附接框架已经被定位在受试者的身体上之后，但在将医疗设备联接到框架之前获得一个或更多个图像。此外，可以在辅助定位机构(或设备)(例如图8A-图8B中描述的瞄准夹具的定向构件)已被定位并旋转到医生基于他的知识和经验估计的取向之后获得一个或更多个图像，该辅助定位机构(或设备)将医疗器械的尖端与***点以一定的角度对准，该角度将使器械能够由医疗器械操纵直到它到达目标。

在步骤1100中显示的一个或更多个图像是从受试者的医疗记录中获得的并且步骤1102至1108被预先执行的一些实施例中，步骤1110在步骤1108之后执行。替代地，当一个或更多个图像是经由紧接在医疗程序的启动之前启动的成像而获得的时，步骤1106和1108可以与步骤1110同时执行，或者紧接在步骤1110之后执行，从而在步骤1110处显示的图像上执行设备的位置和取向的模拟(以及可选地对设备的位置和取向的调整)。

在步骤1112处，将医疗设备和/或附接框架的实际位置和取向与(最终的)模拟位置和取向进行比较。在一些实施例中，在将医疗设备和/或附接框架的实际位置和取向与医疗设备的模拟位置和取向进行比较之前，确定模拟位置和取向的有效性，使得只有当确定模拟位置和取向是有效的时，才将医疗设备和/或附接框架的实际位置和取向与模拟位置和取向进行比较。在一些实施例中，如果确定模拟位置和取向是无效的，则生成设备的新的模拟位置和取向，然后在将实际位置和取向与新的模拟位置和取向进行比较之前确定新的模拟位置和取向的有效性。在一些实施例中，新的模拟位置和取向的计算可以被限制到设定的时间段和/或预定的迭代次数。在一些实施例中，如果在最后一次迭代之后仍然确定模拟位置和取向是无效的，则可以提示用户选择新的入口点和/或调整目标的标记。在一些实施例中，如果实际位置和取向偏离模拟位置和取向，则提供关于如何校正当前定位以使其与模拟定位相匹配的指令。在一些实施例中，指令可以涉及设备(或附接框架)本身的位置和/或取向，即如何(哪个方向)移动和/或旋转设备以及移动和/或旋转设备多少(距离/角度)。在一些实施例中，指令可以涉及设备的末端执行器的位置和/或取向。在一些实施例中，指令可以是与设备本身的位置和/或取向有关的指令和与设备的末端执行器的位置和/或取向有关的指令的组合。指令可以作为相对于当前位置和取向的校正或作为相对于已知参考的绝对期望定位而给出，例如，围绕某个轴的定向角，而与当前位置无关。

在一些实施例中，辅助定位机构可以用于协助用户将由处理器提供的校正指令应用于医疗设备的位置和/或取向。辅助定位机构可以是自动化医疗设备或附接框架的一部分，或者与自动化医疗设备或附接框架一起提供。在一些实施例中，辅助定位机构可以是独立的设备。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以被配置为供用户手动使用，即，可以要求用户根据所提供的校正指令移动/调整辅助定位设备的某些元件。在一些实施例中，辅助定位机构/设备可以是自动化的，即，它可以由处理器/控制器控制，使得所提供的校正指令可以自动执行。

在步骤1114处，在位置和/或取向校正指令已经由用户执行或已经由处理器/控制器自动执行之后，显示感兴趣区域的一个或更多个新图像，这些图像示出了重新定位的附接框架和/或医疗设备。

在步骤1116处，确定医疗设备(或附接框架)的当前(校正后的)位置和取向是否是有效的，即，如用户在执行步骤1100之前所设定的设备的当前位置和取向以及可选地还有辅助定位机构/设备的当前位置和取向是否确保器械的尖端与***点且以期望的***角对准，使得通过尖端跟随规划的轨迹，它将到达目标(基于目标在一个或更多个图像中的位置)。在一些实施例中，为了确定医疗设备的模拟位置和取向是否是有效的，可能需要验证如在步骤1104中计算出的轨迹仍然是有效的。在一些实施例中，可以在步骤1116处检查与“机器人可行性”有关的参数，例如，末端执行器所需的角度在其可行旋转范围内等。附加参数可以是与配准限制有关的定位限制，诸如医疗设备围绕X、Y和Z轴中的一个或更多个的最大定向角。附加参数可以是用户可配置的参数，诸如设备离患者的皮肤表面的最大距离、避免将机器人定位在目标正上方等。

如果确定设备的当前位置和取向是有效的，则在步骤1118通知用户。在一些实施例中，通知可以是主动形式的，即，可以在监视器上显示诸如“位置有效”的通知和/或可以经由扬声器提供类似的音频通知。在一些实施例中，通知可以是被动形式的，即程序流程将自动地继续到下一步骤(例如，如果医疗设备被直接附接到或使用附接框架附接到患者的身体上，则将会指示用户将器械尖端转向入口点)，表示设备(或附接框架)的当前位置和取向已被确定为是有效的。

如果确定设备的当前位置和取向和/或计算出的轨迹是无效的，则重复步骤1106至1116，直到确定设备的实际位置和取向是有效的。在一些实施例中，可以限制迭代的次数。在一些实施例中，可以在有限的时间段内重复步骤1106-1116。在一些实施例中，如果在最后一次迭代之后仍然确定实际位置和取向和/或计算出的轨迹是无效的，则可以提示用户选择新的入口点和/或调整目标的标记，然后可以重复步骤1104到116，直到确定设备的实际位置和取向是有效的。在一些实施例中，处理器可以例如通过在一个或更多个图像视图上标记患者皮肤上用于选择新入口点的范围/区域来向用户推荐。推荐的范围可以基于目标的位置和/或基于设备的模拟位置和取向。在一些实施例中，步骤1104-1116可以在有限次数的迭代和/或在有限的时间段内以替代的入口点和/或调整后的目标位置进行重复。如果没有找到有效的位置和取向，则处理器可以通知用户医疗设备不能在即将到来的程序中使用。

尽管本文已经详细公开了特定的实施方式，但是这仅仅是为了说明的目的而通过示例的方式进行的，并且不意图关于随附的所附权利要求的范围进行限制。具体而言，设想的是，在不脱离由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种替换、变更和修改。其他方面、优点和修改被认为在所附权利要求的范围内。所提出的权利要求代表了本文公开的实施方式和特征。也设想了其他未要求保护的实施方式和特征。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。

应当理解，尽管在整个本公开中使用的一些示例涉及相对于受试者的身体定位自动化***设备，但所公开的设备、***和方法不限于仅与***设备一起使用，并且可以与旨在用于定位在受试者身体上或附近的任何医疗设备一起使用。

此外，应当理解的是，尽管在整个本公开中使用的涉及自动化***设备的一些示例涉及将针头***到受试者的身体中，但是这仅是出于简化的原因而进行的，并且本公开的范围不限于用于仅***针头的设备，而是可以包括用于***旨在被***到受试者的身体中以用于诊断和/或治疗目的的任何医疗器械(包括针头、端口、导引器、探针(例如消融探针)、导管(例如引流针导管)、套管、外科手术工具、流体输送工具或任何其他的医疗可***工具)的设备。

在一些实施例中，医疗设备到受试者身体的术语“附接”应被解释为包括直接附接到身体和经由诸如附接框架、垫子等的中间元件附接到身体两者。

在一些实施例中，医疗设备的术语“定位”应被解释为设定设备的位置和取向两者。此外，在一些实施例中，“位置”通常可以指设备的位置和取向两者。

术语“图像”、“图像帧”、“扫描”和“切片”可以在整个本公开中互换使用。术语“医疗器械”和“医疗工具”可以在整个本公开中互换使用。

术语“用户”、“医师”、“医生”、“临床医生”、“技术员”、“医务人员”和“医务工作者”在整个本公开中可互换使用，并可指参与所执行的医疗程序的任何人员。

在本申请的说明书和权利要求中，表述“A和B中的至少一个”(例如，其中A和B是元素、方法步骤、权利要求限制等)等同于“只有A、只有B，或者A和B两者”。特别地，表述“A和B中的至少一个”、“A或B中的至少一个”、“A和B中的一个或更多个”和“A或B中的一个或更多个”是可互换的。

在本申请的说明书和权利要求中，词语“包括”和“具有”及其各种形式不限于可能与这些词语相关联的列表中的成员。

除非另有限定，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同意思。如发生冲突，以专利说明书(包括定义)为准。

除非另外具体声明，否则如根据本公开明显的，应理解，根据一些实施例，诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”、“估计”、“评估”、“测量”等的术语可以指计算机或计算***或类似的电子计算设备的动作和/或过程，该动作和/或过程将被表示为计算***的寄存器和/或存储器内的物理(例如电子的)量的数据操纵和/或变换成类似地被表示为计算***的存储器、寄存器或其它此类信息存储装置、传输或显示设备内的物理量的其它数据。

本公开中描述的实施例可以在数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，或者在它们的组合中实现。所公开的实施例可以被实现为一个或更多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或更多个模块，该计算机程序指令被编码在计算机存储介质上用于供一个或更多个数据处理装置执行或用于控制一个或更多个数据处理装置的操作。替代地或附加地，计算机程序指令可以被编码在人工生成的传播信号(例如机器生成的电信号、光信号或电磁信号)上，该信号被生成以对信息进行编码以传输到适当的接收机装置以供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是或被包括在计算机可读存储设备、计算机可读存储衬底、随机或串行存取存储器阵列或设备或上述任何一个或更多个的组合中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但计算机存储介质可以是被编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是或被包括在一个或更多个单独的物理部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储设备)中。

本公开中描述的操作可以被实现为由数据处理装置对存储在一个或更多个计算机可读存储设备上或从其他源接收的数据执行的操作。

如本文使用的术语“数据处理装置”可以包括用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，例如包括可编程处理器、计算机、一个或更多个片上***或其组合。数据处理装置可以包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，该装置还可以包括为所考虑的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构建处理器固件、协议栈、数据库管理***、操作***、跨平台运行时环境、虚拟机或其组合的代码。装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础架构，诸如web服务、分布式计算基础架构和网格计算基础架构。

计算机程序(又称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)能够以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言、声明性语言或过程语言)编写，且它能够以任何形式部署，包含作为独立的程序或作为模块、组件、子例程、对象或适合在计算环境中使用的其他单元而部署。计算机程序可以但不是必须对应于文件***中的文件。计算机程序可在保存其他程序或数据的文件的一部分中、在专用于所考虑的程序的单个文件中或在多个协调文件(例如，存储一个或更多个模块、子程序或代码部分的文件)中存储。计算机程序可以被部署成在一台计算机上或在位于一个站点或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多台计算机上执行。

本文中所描述的过程和逻辑流程可由一个或更多个可编程处理器实现，可编程处理器执行一个或更多个计算机程序，以便通过对输入数据进行操作和产生输出来执行动作。这些过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路(例如，FPGA或ASIC)来执行，并且装置也可以被实现为专用逻辑电路(例如，FPGA或ASIC)。适用于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或更多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元素是用于根据指令执行动作的处理器以及用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。可选地，计算机还可以包括用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或者被可操作地联接以从用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或向其传递数据或两者兼有。此外，计算机可以嵌入到另一设备中，例如移动电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)、游戏控制台、全球定位***(GPS)接收器或便携式存储设备(例如USB闪存驱动器)。适于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如，内部硬盘或可移动盘；磁光盘；CD ROM和DVD-ROM盘；固态驱动器(SSD)；和基于云的存储装置。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或结合在专用逻辑电路中。

本文描述的过程和逻辑流程可以全部或部分地在云计算环境中执行。例如，一些或全部的给定公开的过程可以由包括共同定位和/或地理上分布的服务器***的安全的基于云的***执行。术语“云计算”通常用于描述一种计算模型，该模型使得能够对计算资源(例如，计算机网络、服务器、软件应用和服务)的共享池进行按需访问，并且允许以最小的管理努力或服务提供商交互来快速地供应和释放资源。

应当理解，为了清楚起见而在单独的实施例的上下文中描述的、本公开的某些特征也可以在单个实施例中以组合方式提供。相反，为了简洁起见而在单个实施例的上下文中描述的、本公开的各种特征也可以分开地提供或以任何合适的子组合提供，或适合于本公开的任何其他所描述的实施例。在实施例的上下文中描述的特征不被认为是该实施例的必要特征，除非明确地如此指定。

尽管根据一些实施例的方法的步骤可能以特定顺序被描述，但是本公开的方法可以包括以不同顺序执行的、所描述步骤中的一些或全部。本公开的方法可以包括所描述的步骤中的一些或者所描述的步骤的全部。所公开的方法中的特定步骤不被认为是该方法的必要步骤，除非明确地如此指定。

本文中所采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。在本申请中对任何参考资料的引用或识别不应被解释为承认此类参考资料可用作本公开的现有技术。本文所使用的章节标题是为了便于理解该说明书，而不应被解释为必要的限制。

Claims (37)

1.一种协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法，包括：

显示所述受试者的身体中的感兴趣区域的一个或更多个图像；

在所述一个或更多个图像上定义目标和入口点；

计算医疗器械从所述入口点到所述目标的轨迹；

在所述一个或更多个图像上模拟所述自动化医疗设备在所述受试者的身体上或所述受试者的身体附近的位置和取向；

确定所述自动化医疗设备的模拟的位置和取向是否是有效的；和

如果所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向以及计算出的轨迹被确定为是有效的，则向所述用户提供关于所述自动化医疗设备在所述受试者的身体上或所述受试者的身体附近的定位的定位指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向被确定为是无效的，则所述方法包括提示所述用户在所述一个或更多个图像上定义新的入口点和/或新的目标。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，如果所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向被确定为是无效的，则所述方法包括在所述一个或更多个图像上模拟所述自动化医疗设备的一个或更多个附加位置和取向，并确定所述自动化医疗设备的所述一个或更多个附加的模拟的位置和取向中的至少一个是否是有效的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向被确定为是无效的，则所述方法还包括向所述用户推荐所述自动化医疗设备的替代的模拟的位置和取向。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向是否是有效的包括确定所述模拟的位置和取向是否确保所述医疗器械的尖端与所述入口点以***角对准，所述***角使得能够根据所述计算出的轨迹从所述入口点到所述目标***和操纵所述医疗器械。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向是否是有效的包括确定对于所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向，所述计算出的轨迹是否是有效的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述计算出的轨迹是否是有效的包括确定所述计算出的轨迹的曲率是否超过预定阈值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向是否是有效的包括确定所述自动化医疗设备的末端执行器所需的旋转角度是否在所述末端执行器的可行旋转范围内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在所述一个或更多个图像上定义所述医疗器械要避开的一个或更多个障碍物。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述一个或更多个图像上模拟所述自动化医疗设备的位置和取向包括在所述一个或更多个图像上显示虚拟医疗设备。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述一个或更多个图像上模拟所述自动化医疗设备的位置和取向借助于至少一个处理器来自动执行。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，自动模拟所述自动化医疗设备的位置和取向使用图像处理技术来执行。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中，自动模拟所述自动化医疗设备的位置和取向使用一个或更多个机器学习和/或深度学习算法来执行。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，模拟所述自动化医疗设备的位置和取向包括接收关于显示在所述一个或更多个图像上的虚拟医疗设备的位置和取向的用户输入。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，模拟所述自动化医疗设备的位置和取向包括旋转所述一个或更多个图像以模拟至少一个备选的患者姿态，以及模拟所述自动化医疗设备在所述至少一个备选的患者姿态上的位置和取向。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括调整所述自动化医疗设备的所述模拟的位置和取向。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述用户提供定位指令包括：在监视器上显示所述定位指令和提供音频定位指令中的至少一个。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供给所述用户的所述定位指令包括移动、旋转、抬高或倾斜所述自动化医疗设备中的一项或更多项。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述用户提供定位指令包括提供关于附接装置在所述受试者的身体上的定位的定位指令，所述附接装置被配置用于固定到所述受试者的身体并用于将所述自动化医疗设备联接到所述受试者的身体。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述自动化医疗设备是自动化***设备，所述自动化***设备被配置为根据所述计算出的轨迹朝向所述目标***和操纵所述医疗器械。

21.一种用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的***，包括：

至少一个处理器，其被配置为执行根据权利要求1至20中任一项所述的方法；和

监视器，其被配置为显示以下中的一项或更多项：一个或更多个图像、计算出的轨迹以及所述自动化医疗设备的模拟的位置和取向。

22.根据权利要求21所述的***，还包括用户接口。

23.根据权利要求21或22中任一项所述的***，其中，所述自动化医疗设备被配置为使用附接装置附接到所述受试者的身体。

24.根据权利要求23所述的***，其中，所述附接装置包括平行提升构件和斜角提升构件中的一个或更多个，所述平行提升构件被配置为相对于患者身体的表面抬高所述自动化医疗设备，所述斜角提升构件被配置为相对于患者身体的所述表面倾斜所述自动化医疗设备。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的***，还包括辅助定位机构，所述辅助定位机构被配置为基于所提供的定位指令，协助所述用户进行以下中的至少一项：定位和定向所述自动化医疗设备。

26.根据权利要求25所述的***，其中，所述辅助定位机构包括定向构件，所述定向构件被配置成模拟以下中的一个或更多个：所述医疗器械，和所述自动化医疗设备的末端执行器。

27.根据权利要求25或26中任一项所述的***，其中，所述辅助定位机构包括机电机构，并被配置为由所述处理器控制以自动执行所述定位指令。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的***，其中，所述辅助定位机构是独立的设备。

29.根据权利要求25至28中任一项所述的***，其中，所述辅助定位机构是附接装置或瞄准装置的一部分或能够联接到所述附接装置或所述瞄准装置，所述附接装置被配置用于固定到患者的身体并在所述附接装置上接收所述自动化医疗设备，所述瞄准装置被配置用于可移除地联接到所述附接装置并用于协助确保所述医疗器械的尖端与标记在患者的身体上的入口点之间的对准。

30.一种协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的方法，包括：

显示所述受试者的身体中的感兴趣区域的一个或更多个第一图像，所述一个或更多个图像示出所述自动化医疗设备和附接装置中的一个或更多个，所述附接装置被配置为固定到患者的身体并在所述附接装置上接收所述自动化医疗设备，所述自动化医疗设备以初始位置和取向定位在所述受试者的身体上；

在所述一个或更多个图像上定义目标和入口点；

计算医疗器械从所述入口点到所述目标的轨迹；

在所述一个或更多个图像上模拟所述自动化医疗设备在所述受试者的身体上或所述受试者的身体附近的位置和取向；

将所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向与所述自动化医疗设备的模拟的位置和取向进行比较；

如果所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向偏离所述自动化医疗设备的模拟的位置和取向，则向所述用户提供关于对所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向的所需校正的校正指令；

显示所述感兴趣区域的一个或更多个第二图像，所述一个或更多个第二图像示出所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个以校正后的位置和取向定位在所述受试者的身体上；

确定所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向是否是有效的；和

如果所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向被确定为是有效的，则通知所述用户。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，如果所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向被确定为是无效的，则所述方法包括模拟所述自动化医疗设备在所述受试者的身体上或所述受试者的身体附近的新的位置和取向。

32.根据权利要求30或31中任一项所述的方法，还包括在将所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的实际位置和取向与所述自动化医疗设备的模拟的位置和取向进行比较之前，确定所述医疗设备的模拟的位置和取向是否是有效的。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，确定所述医疗设备的模拟的位置和取向是否是有效的包括确定所述模拟的位置和取向是否确保所述医疗器械的尖端与所述入口点以***角对准，所述***角使得能够根据计算出的轨迹***和操纵所述医疗器械。

34.根据权利要求30至33中任一项所述的方法，其中，确定所述自动化医疗设备和所述附接框架中的所述一个或更多个的校正后的位置和取向是否是有效的包括确定所述校正后的位置和取向是否确保所述医疗器械的尖端与所述入口点以***角对准，所述***角使得能够根据计算出的轨迹***和操纵所述医疗器械。

35.一种用于协助用户将自动化医疗设备定位在受试者的身体上或受试者的身体附近的***，包括：

至少一个处理器，其被配置为执行根据权利要求30至34中任一项所述的方法；和

监视器，其被配置为显示以下中的至少一项：一个或更多个图像、计算出的轨迹以及所述自动化医疗设备的模拟的位置和取向。

36.根据权利要求35所述的***，还包括用户接口。

37.根据权利要求35或36中任一项所述的***，还包括辅助定位机构，所述辅助定位机构被配置为协助所述用户执行所提供的校正指令。

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