用于在医疗程序期间确定弯折和患者移动的系统的制作方法

用于在医疗程序期间确定弯折和患者移动的系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年3月15日提交的美国临时专利申请no.62/818,920的权益，该临时专利申请通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于在医疗程序(procedures)期间监测细长器械的弯折(buckling)和患者的运动或医疗系统相对于患者的运动的系统和方法。


背景技术：

4.微创医疗技术旨在减少医疗程序期间受到损伤的组织的量，从而减少患者的恢复时间、不适感和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖体(anatomy)中的自然孔口或通过一个或多个外科手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，医师可以插入微创医疗工具以到达目标组织位置(location)。微创医疗工具包括诸如治疗、诊断、活检和手术器械等器械。一种这样的微创技术是使用柔性和/或可转向(steerable)的细长设备，诸如柔性导管，该设备可以插入解剖通道中并朝向患者解剖体内的感兴趣区域导航。其他微创技术可包括使用在患者解剖体内操纵的相对刚性的设备。这种细长设备的控制涉及多个自由度的管理，至少包括对细长设备的插入和缩回以及设备的转向的管理。
5.在医疗程序期间，患者可能会移动，和/或微创医疗工具可能弯折，尤其是在医疗工具是柔性的情况下。例如，可能发生无意识的身体移动，诸如呼吸或心脏移动，无意识的身体移动可能发生在患者移动的地方，或者患者可能被医师或出现在外科手术环境中的其他人撞击或以其他方式移动。此外，微创系统可能意外地相对于患者移动。在其他示例中，细长设备的一部分可能在器械的插入期间弯折。这种患者移动和细长的设备弯折可能在微创程序(包括图像引导的医疗程序)期间引起并发症。
6.因此，提供改善的方法和系统以用于在医疗程序期间监测患者运动和器械弯折将是有利的。提供改善的方法和系统以用于确定医疗程序期间微创系统的任何变化是否是由患者运动或器械弯折所致也是有利的。


技术实现要素：

7.随附于说明书的权利要求最佳地概括了本发明的实施例。
8.与一些实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括将第一模型与第二模型进行比较。该方法还包括确定第一模型和第二模型之间的差异。该方法还包括表征第一模型和第二模型之间的差异。该方法还包括基于第一模型和第二模型之间的差异的表征来确定器械弯折的状态。
9.与其他实施例一致，提供了一种医疗系统。该系统包括具有传感器系统的细长器械。传感器系统包括用于测量细长器械的形状的一个或多个传感器。该系统还包括与传感
器系统通信的控制系统。控制系统适于生成细长器械的第一模型。控制系统还适于至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。控制系统还适于将第一模型与第二模型进行比较。控制系统还适于确定第一模型和第二模型之间的差异。控制系统还适于表征第一模型和第二模型之间的差异。控制系统还适于基于第一模型和第二模型之间的差异的表征确定系统配置的状态。
10.与其他实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括将第一模型与第二模型进行比较。该方法还包括确定当第一模型与第二模型的比较指示与第二模型的偏差时的第一时间。该方法还包括确定当第一模型与第二模型的比较满足或超过第一模型和第二模型之间的阈值差异时的第二时间。该方法还包括确定第一时间和第二时间之间的测量时间间隔。该方法还包括基于测量时间间隔确定系统配置的状态。
11.与其他实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括检测第一模型与第二模型至少相差阈值差异。该方法还包括将第一模型和第二模型之间的检测到的差异与接收到的插入命令相关。该方法还包括基于相关性确定系统配置的状态。
12.与其他实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括将第一模型与第二模型进行比较。该方法还包括确定沿着细长器械的一部分，第一模型与第二模型的比较超过阈值差异。该方法还包括基于细长器械的该部分沿着细长器械的长度的位置来确定系统配置的状态。
13.与其他实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括确定第一模型和第二模型之间的差异并且该差异超过阈值。该方法还包括表征第一模型和第二模型之间的差异在其中差异超过阈值处的方向。该方法还包括基于所表征的方向确定系统配置的状态。
14.与其他实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括将第一模型与第二模型进行比较。该方法还包括确定沿着细长器械的长度的第一位置，在该第一位置处，第一模型与第二模型的比较超过第一模型和第二模型之间的第一阈值差异。该方法还包括确定沿着细长器械的长度的第二位置，在该第二位置处，第一模型与第二模型的比较超过第一模型和第二模型之间的第二阈值差异。该方法还包括基于确定第一模型与第二模型的比较超过第一阈值差异和第二阈值差异，确定系统配置的状态。
15.与其他实施例一致，提供了一种由控制系统执行的方法。该方法包括生成细长器械的第一模型。该方法还包括至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。该方法还包括将第一模型与第二模型进行比较。该方法还包括确定细长器械的状况(status)。该方法还包括确定第一模型与第二模型的比较超过阈值差异。该方法还包括基
于细长器械的状况并且基于确定第一模型与第二模型的比较超过阈值差异来确定系统配置的状态。
16.其他实施例包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的计算机系统、装置和计算机程序，每个都被配置为执行方法的动作。
17.应理解，前面的一般性描述和下面的详细描述本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。对此，根据下面的详细描述，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
18.图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统的简化图。
19.图2a是根据一些实施例的医疗器械系统的简化图。
20.图2b是根据一些实施例的具有延伸的医疗工具的医疗器械系统的简化图。
21.图3a和图3b是根据一些实施例的包括安装在插入组装件上的医疗器械的患者坐标空间中患者的侧视图的简化图。
22.图4a和图4b是根据一些实施例的用于表征医疗程序期间医疗器械的测量模型和预测模型之间的差异的方法的流程图。
23.图5a和图5b图示说明了根据一些实施例的与测量模型相关联的医疗器械的系统配置。
24.图6a是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测漂移来确定医疗器械的系统配置的状态的方法的流程图。
25.图6b是根据一些实施例的医疗器械的测量模型与医疗器械的预测模型偏离并跨越由患者运动导致的阈值差异的时间长度的图形说明。
26.图6c是根据一些实施例的医疗器械的测量模型与医疗器械的预测模型偏离并跨越由医疗器械的弯折导致的阈值差异的时间长度的图形说明。
27.图7是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测插入命令来确定医疗器械的弯折的方法的流程图。
28.图8是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械的测量模型和医疗器械的预测模型之间的偏差的位置来确定医疗器械的弯折的方法的流程图。
29.图9是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械的测量模型和医疗器械的预测模型之间的偏差的方向来确定医疗器械的弯折的方法的流程图。
30.图10是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械的测量模型和医疗器械的预测模型之间的偏差的位置和偏差的方向来确定医疗器械的弯折的方法的流程图。
31.图11是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械的状况来确定医疗器械的弯折的方法的流程图。
32.图12a和图12b图示说明了根据一些实施例的可以比较以确定医疗器械的弯折的医疗器械的测量模型和预测模型的表示。
33.通过参考下面的详细描述，可以最佳理解本公开的实施例及其优点。应当理解，同样的附图标记用于标识在一个或多个附图中图示说明的同样的元件，其中在这些图中示出
是出于图示说明本公开的实施例的目的而不是为了限制本公开的目的。
具体实施方式
34.在以下描述中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的具体细节。阐述了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，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实施例。本文公开的具体实施例意旨说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以实现尽管本文没有具体描述但是其在本公开的范围和精神内的其他元件。另外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出和描述的一个或多个特征可以结合到其他实施例中，除非另外特别描述或者如果一个或多个特征使得实施例不起作用。
35.在某些情况下，未详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊实施例的各方面。
36.本公开根据其在三维空间中的状态描述了各种器械和器械的部分。如本文所使用的，术语“方位(position)”是指物体或物体的一部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文所使用的，术语“取向”是指物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度—例如，滚转、俯仰和偏航)。如本文所使用的，术语“姿势”是指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度中的方位以及该物体或该物体的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(最多总共六个自由度)。如本文所使用的，术语“形状”是指沿物体测量的一组姿势、方位或取向。
37.本公开总体上涉及用于在医疗程序期间确定医疗器械的弯折的方法和系统。本公开的实施例还监测经历医疗程序的患者的运动并且可以确定医疗器械的散开(divergent)移动是患者运动的结果还是医疗器械的弯折的结果。本公开的实施例利用来自组装件和器械的信息，这些组装件和器械的主要目的不是监测患者运动和医疗器械的弯折。因此，本公开的实施例可以通过使其他系统和设备能够辅助提供患者运动和/或器械弯折监测装置来消除对专用患者运动和/或器械弯折监测设备的需要。本公开的原理还可以应用于专用设备以改善它们在监测患者运动和/或器械弯折方面的准确性和性能。虽然本文提供的一些实施例主要关于医疗程序进行讨论，但对医疗或外科手术器械和医疗或外科手术方法的任何提及都是非限制性的。本文所述的系统、器械和方法可用于动物、人体尸体、动物尸体、从人体或动物解剖体中取出且不得返回到此类人体或动物解剖体的人体或动物组织、非外科手术治疗、诊断或美容改善。本文描述的系统、器械和方法也可以用于工业系统和通用机器人或远程操作系统，包括用于操纵不包括人类或动物组织的工件或以其他方式与之交互的工业系统和通用机器人或远程操作系统。
38.如图1所示，医疗系统100通常包括操纵器组装件102，用于对定位在台t上的患者p执行各种程序时，操作医疗器械104。操纵器组装件102可以是远程操作组装件、非远程操作组装件，或混合远程操作和非远程操作组装件，其具有可以机动和/或远程操作的选择运动自由度，和可以非机动和/或非远程操作的选择运动自由度。主控(master)组装件106通常包括用于控制操纵器组装件102的一个或多个控制设备。操纵器组装件102支撑医疗器械104并且可以可选地包括响应于来自控制系统112的命令而驱动医疗器械104上的输入的多个致动器或马达。致动器可以可选地包括驱动系统，该驱动系统在耦接到医疗器械104时可
以将医疗器械104推进到自然或外科手术产生的解剖孔口中。致动器方位传感器(诸如解析器、编码器、电位计和其他机构)可以向医疗系统100提供描述马达轴的旋转和定向的传感器数据。该方位传感器数据可用于确定由致动器操纵的物体的运动。
39.医疗系统100还包括显示系统110，用于显示由传感器系统108的子系统生成的外科手术部位和医疗器械104的图像或表示。显示系统110和主控组装件106可以被定向，使得操作者o可以利用远程呈现的感知来控制医疗器械104和主控组装件106。
40.医疗系统100还可包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少一个计算机处理器(未示出)，用于实现医疗器械104、主控组装件106、传感器系统108和显示系统110之间的控制。控制系统112还包括编程指令(例如，存储指令的非暂时性机器可读介质)以实施根据本文公开的方面描述的一些或全部方法，包括用于向显示系统110提供信息的指令。图2a是根据一些实施例的医疗器械系统200的简化图。医疗器械系统200包括耦接到驱动单元204的细长设备202，诸如柔性导管。细长设备202包括具有近端217和远端或尖端部分218的柔性主体216。医疗器械系统200还包括跟踪系统230，用于使用如下文更详细描述的一个或多个传感器和/或成像设备来确定远端218和/或沿着柔性主体216的一个或多个区段224的方位、取向、速度、速率、姿势和/或形状。
41.跟踪系统230可以可选地使用形状传感器222来跟踪远端218和/或一个或多个区段224。形状传感器222可以可选地包括与柔性主体216对准的光纤(例如，设置在内部通道(未示出)内或安装在外部)。形状传感器222的光纤形成用于确定柔性主体216的形状的光纤弯曲传感器。在一种替代方案中，包括光纤布拉格光栅(fbg)的光纤被用于在一个或多个维度上提供结构中的应变测量。用于监测在三个维度上的光纤的形状和相对方位的各种系统和方法被描述在美国专利申请no.11/180,389(于2005年7月13日提交)(公开了“fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto(光纤方位和形状感测设备及其相关方法)”)；美国专利申请no.12/047,056(于2004年7月16日提交)(公开了“fiber
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optic shape and relative position sensing(光纤形状和相对方位感测)”)；以及美国专利no.6,389,187(于1998年6月17日提交)(公开了“optical fibre bend sensor(光纤弯曲传感器)”)中，上述专利申请通过引用整体并入本文。一些实施例中的传感器可以采用其他合适的应变感测技术，诸如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射和荧光散射。在一些实施例中，细长设备的形状可以使用其他技术来确定。例如，柔性主体216的远端姿势的历史可用于重建柔性主体216在一定时间间隔内的形状。在一些实施例中，跟踪系统230可以可选地和/或另外地使用方位传感器系统220来跟踪远端218。方位传感器系统220可以是em传感器系统的部件，其中方位传感器系统220包括可以经受外部生成的电磁场的一个或多个导电线圈。em传感器系统220的每个线圈然后产生感应电信号，该感应电信号具有取决于线圈相对于外部生成的电磁场的方位和取向的特性。在一些实施例中，方位传感器系统220可以被配置并定位成测量六个自由度，例如，三个方位坐标x、y、z和指示基点的俯仰、偏航和滚转的三个取向角，或者五个自由度，例如，三个方位坐标x、y、z和指示基点的俯仰、偏航的两个取向角。方位传感器系统的进一步的描述被提供在美国专利no.6,380,732(于1999年8月11日提交)(公开了“six
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degree of freedom tracking system having a passive transponder on the object being tracked(具有在被跟踪物体上的被动转调器的六自由度跟踪系统)”)中，该专利通过引用整体并入本文。
42.柔性主体216包括通道221，通道221的尺寸和形状被设计成接收医疗器械226。在各种实施例中，上述任何天线器械和护套可以插入穿过柔性主体216的通道221。图2b是根据一些实施例的具有延伸的医疗器械226的柔性主体216的简化图。在一些实施例中，医疗器械226可用于诸如外科手术、活检、消融、照明、冲洗或抽吸的程序。医疗器械226可以部署穿过柔性主体216的通道221并且在解剖体内的目标位置处使用。医疗器械226可包括例如图像捕获探针、活检器械、激光消融纤维和/或其他外科手术、诊断或治疗工具。医疗器械226也可以与同在柔性主体216内的成像器械(例如，图像捕获探针)一起使用。
43.柔性主体216也可以容纳在驱动单元204与远端218之间延伸以便如例如通过远端218的虚线描绘219示出的那样可控地弯曲远端218的线缆、联动装置或其他转向控件(未示出)。在一些示例中，至少四个线缆用于提供独立的“上下”转向以控制远端218的俯仰和“左右”转向以控制远端218的偏航。美国专利申请no.13/274,208(2011年10月14日提交)(公开了“catheter with removable vision probe(具有可移动视觉探针的导管)”)中详细描述了可转向的细长设备，该申请通过引用整体并入本文。
44.来自跟踪系统230的信息可以被发送到导航系统232，其中它与来自图像处理系统231的信息和/或术前获得的模型进行组合以向操作者提供实时方位信息。在一些示例中，实时方位信息可以显示在图1的显示系统110上以用于医疗器械系统200的控制。在一些示例中，图1的控制系统112可以将方位信息用作反馈以便定位医疗器械系统200。2011年5月13日提交的公开“medical system providing dynamic registration of a model of an anatomic structure for image
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guided surgery(为图像引导的外科手术提供解剖结构的模型的动态配准的医疗系统)”的美国专利申请no.13/107,562中提供了用于利用光纤传感器来配准和显示外科手术设备与外科手术图像的各种系统，该专利申请通过引用整体并入本文。
45.在一些示例中，医疗器械系统200可以在图1的医疗系统100内远程操作。在一些实施例中，图1的操纵器组装件102可以由直接操作者控件代替。在一些示例中，直接操作者控件可以包括用于器械的手持操作的各种手柄和操作者界面。
46.图3a和图3b是根据一些实施例的包括安装在插入组装件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。如图3a和图3b所示，外科手术环境300包括位于手术台t上的患者p。在外科手术环境300内，医疗器械304耦接到器械托架306。医疗器械304可由图2a和图2b的医疗器械系统200提供。在一些实施例中，医疗器械304可以使用em传感器、形状传感器和/或其他传感器模态。器械托架306安装到固定在外科手术环境300内的插入台308。替代地，插入台308可以是可移动的，但在外科手术环境300内具有(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪设备)已知位置。器械托架306可以是远程操纵器组装件(例如，远程操作操纵器组装件102)的部件，其耦接到医疗器械304以控制插入运动(即，沿a轴线的运动)以及可选地控制细长设备310的远端318在包括偏航、俯仰和滚转的多个方向上的运动。细长设备310可以是柔性的、可转向的导管。器械托架306或插入台308可以包括控制器械托架306沿着插入台308的运动的致动器，例如伺服马达(未示出)。
47.细长设备310耦接到器械主体312。器械主体312耦接到器械托架306并且相对于器械托架306固定。在一些实施例中，光纤形状传感器314固定在器械主体312上的近侧点316处。在一些实施例中，光纤形状传感器314的近侧点316可以与器械主体312一起可移动，但
是近侧点316的位置可以是已知的(例如，经由跟踪传感器或其他跟踪设备)。形状传感器314测量从近侧点316到另一点(诸如细长设备310的远端318)的形状。医疗器械304可以基本类似于医疗器械系统200。
48.方位测量设备320提供关于器械主体312沿插入轴线a在插入台308上移动时的方位的信息。方位测量设备320可包括解析器、编码器、电位计和/或确定控制器械托架306的运动并因此控制器械主体312的运动的致动器的旋转和/定向的其他传感器。在一些实施例中，插入台308是线性的。在一些实施例中，插入台308可以是弯曲的或具有弯曲节段和线性节段的组合。
49.图3a示出了沿着插入台308处于缩回方位的器械主体312和器械托架306。在该缩回方位，近侧点316位于轴线a上的方位l0处。在图3b中，器械主体312和器械托架306已经沿着插入台308的线性轨道推进并且细长设备310的远端318已经推进到患者p中。在这个推进方位中，近侧点316在轴线a上的方位l1处。在一些示例中，编码器和/或来自控制器械托架306沿插入台308的移动的一个或多个致动器和/或与器械托架306和/或插入台308相关联的一个或多个方位传感器的其他方位数据用于确定近侧点316相对于方位l0的方位l
x
。在一些示例中，方位l
x
还可用作细长设备310的远端318插入患者p的解剖体的通道中的距离或插入深度的指示符。
50.图3a和图3b还描绘了抗弯折引导件322，其是可延伸机构，诸如格子或其他可展开结构，其在插入和缩回期间支撑细长设备310的近端。示例性可延伸机构的附加细节被包括在2017年7月7日提交的题为“guide apparatus for delivery of an elongate device and methods of use(用于递送细长设备的引导装置和使用方法)”的pct/us17/41160的公开内容中，其全部内容并入本文。
51.图4a图示说明了用于确定细长器械(例如，医疗器械104，其也可以被称为细长设备)是否处于弯折状态的方法400。该方法可以包括确定细长器械的系统配置的状态，该方法可包括确定细长器械的系统配置的状态，这可包括确定患者的状态，包括识别患者是否已移动或识别患者的移动类型，诸如咳嗽或预期的周期性运动，诸如呼吸运动，并区分患者的状态与器械的弯折状态。
52.在过程402处，生成细长器械(例如，医疗器械104)的第一模型。第一模型也可以被称为医疗器械104的测量模型或当前测量模型。第一模型可以对应于当前时间在解剖体的第一插入方位处的医疗器械104。在一个实施例中，第一模型可以被理解为表征医疗器械104的当前测量状态。
53.在一些情况下，医疗器械104的第一模型可以被理解为表示医疗器械104的状态(例如，姿势、形状或运动)的数据集，其可以包括描述图2a和图2b的细长设备202和/或图3a和图3b的托架306和插入台308的状态的数据。数据集可包括与沿导管的长度的点相关联的测量数据。作为示例，医疗器械104的第一模型可由控制系统112使用来自旋转或平移传感器的指示图2a的驱动单元204或操纵器组装件102中的绞盘、旋转驱动元件或线性驱动元件的旋转或平移方位(例如，使用编码器或其他方位传感器数据)、速度或加速度的数据来生成。作为另一个示例，控制系统112可以使用张力传感器，该张力传感器监测延伸穿过医疗器械(例如，细长设备202)以控制其远端的线缆上的张力。替代地或附加地，控制系统可以使用光纤形状传感器，像图3a和图3b的形状传感器314，或者一组电磁线圈，该电磁线圈设
置在沿着医疗器械的长度的方位处以生成用于产生第一模型的至少一些数据。在一些情况下，医疗器械的第一模型可以对医疗器械系统的所有移动部件进行建模，使得医疗器械可以在已知参考系中完全建模。在某些情况下，第一模型可以仅描述医疗器械的一部分。例如，在一些实施例中，在第一模型中仅包括细长设备202(图2a和图2b)的柔性主体216的远侧部分或更近侧部分。
54.在过程404处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。第二模型可以由控制系统112产生并且可以基于与第一模型不同的数据源、并入第一模型中的源的子集、或者不同数据源和并入第一模型中的源的子集的组合。第二模型可以理解为表征医疗器械104的预测/预期状态(例如，姿势、形状或运动)，并且也被称为预测模型和/或预期模型。
55.预测模型指示在给定某些假设的情况下的测量模型的预期状态(例如，姿势、形状或运动)。假设可包括许多因素，诸如医疗器械104在一个或多个时间的测量状态。医疗器械104在不同时间的测量状态可以在不同时间被测量并由处理设备(例如，控制系统112中的处理设备)记录。基础(underlying)假设还可以包括来自图2的驱动单元204中的一个或多个旋转或平移传感器的数据。基础假设可以包括假设的组合。例如，第二模型可以在指定时间(例如，第一时间、第二时间等)将医疗器械104的(一个或多个)测量状态(例如，使用一个或多个对应的参考模型)与来自图2的驱动单元204中的一个或多个旋转或平移传感器(例如插入)的数据相结合。
56.假设还可以包括医疗器械104的机械行为(例如细长设备202的柔性主体216的远端218基于近端的测量运动的预期运动)的知识。除了近端217的测量运动之外，该预期运动还可以基于构成细长设备202的部件的物理尺寸和属性。基础假设还可以包括患者p的组织的知识，其在使用时提供围绕医疗器械104的环境。例如，可以对ct扫描进行分段和处理，以对工作部位周围的组织类型进行分类并定义它们的尺寸。控制系统112可以包括与每个组织类型相关联的物理属性的表并且可以使用患者解剖体的三维模型和组织类型的物理属性以便预测组织将如何影响医疗器械104。例如，患者解剖体可以在一个方向或另一个方向上推动医疗器械104，使得控制系统112基于解剖体及其属性(例如，其用以特定的力在特定方向上推动医疗器械104的属性)预测医疗器械104的被推动部分的位置。
57.图4b是根据一些实施例的用于生成细长器械的第二模型的过程404的流程图。如图4b所示，在一些实施例中，过程404包括过程405a
‑
1，其中处理设备基于细长器械在第一参考插入方位处的测量状态生成细长器械的第一参考模型。过程405a
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1的第一参考插入方位可以与过程402的第一插入方位相同或不同。过程404还包括过程405a
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2，其中处理设备基于细长器械在第二参考插入方位处的测量状态生成细长器械的第二参考模型。过程405a
‑
2的第二参考插入方位可以与过程405a
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1的第一参考插入方位和/或过程402的第一插入方位相同或不同。过程405a
‑
1和405a
‑
2的医疗器械104的测量状态可以在医疗器械104处于第一插入方位的时间(也称为第一时间)测量。过程405a
‑
1和405a
‑
2的医疗器械104的测量状态也可以在医疗器械104处于第二插入方位的时间(也称为第二时间)测量。在一些实施例中，第一时间在第二时间之前，并且第一插入位置在第二插入位置的近侧。在其他实施例中，第一时间在第二时间之前，并且第一插入位置在第二插入位置的远侧。第一时间和第二时间之间的时间间隔可以短，例如毫秒或秒，但也可以较长。注意，虽然描述了来自过
程405a
‑
1和405a
‑
2的两个参考模型，但过程404可以包括生成与相互相同或不同的参考插入方位关联的任意数量的(例如，一个、两个、...、n个)参考模型的过程。
58.在一些实施例中，过程404包括过程405b，其中处理设备基于过程405a
‑
1和405a
‑
2的一个或多个参考模型生成细长器械的预测模型(例如，在过程402的第一插入方位处)。例如，可以使用过程402的第一模型的第一插入方位和/或过程405a
‑
1和405a
‑
2的参考模型的参考插入方位来生成预测模型。在一些实施例中，预测模型可以包括医疗器械104的可能预期状态的概率分布，包括例如平均值和标准偏差。
59.参考5a和图5b，图5a图示说明了根据一些实施例的包括医疗器械104的预测模型500和医疗器械104的测量模型512的肺450a的表示。在图5a所示的实施例中，系统的状态指示医疗器械104的弯折状态。图5b图示说明了根据一些实施例的包括医疗器械104的预测模型500和医疗器械104的测量模型510的肺450b的表示。在图5b所示的实施例中，系统的状态指示患者p的移动状态。在两个表示450a、450b中，在肺l的上下文中示出模型。
60.再次参考图4a，在过程406处，控制系统112将第一模型(例如，测量模型)与第二模型(例如，预测模型)进行比较。在过程408处，控制系统112确定第一模型和第二模型之间的差异或偏差。
61.在过程410处，第一模型和第二模型之间的差异由控制系统112表征。例如，第一模型可以随着时间的推移而与第二模型不同，并且该差异可以表征为漂移偏差(drifting deviation)。在其他示例中，第一模型可以与第二模型很快不同，并且该差异可以表征为突然偏差(abrupt deviation)。在另一示例中，第一模型和第二模型之间的差异与诸如来自用户的输入命令之类的事件同时发生。该差异可以表征为沿着器械的长度均匀或非均匀。在其他示例中，差异发生在沿着器械的长度的特定位置处、在特定方向中(例如，在正交于预测模型的方向上或在沿着预测模型的纵向轴线的方向上)，和/或在不同方向沿器械的长度的多个位置处。
62.第一模型和第二模型之间的差异的表征可用于确定器械的弯折的状态，如过程412中所示。差异的表征可用于指示在医疗器械104弯折期间而不是在患者移动期间更可能发生的行为。例如，通过比较测量模型512和预测模型500并确定模型512、500相差阈值，可以确定系统配置的状态。可以在不表征测量模型512和预测模型500之间的差异以帮助确定系统配置的状态是否包括由于患者p已经移动而导致的患者运动或识别患者p的移动类型(诸如咳嗽或预期的周期性运动(例如呼吸运动))的情况下实施各种方法。此类方法的详细信息在2018年8月14日提交的pct申请号pct/us2018/046685(公开了“systems and methods for monitoring patient motion during a medical procedure(用于在医疗程序期间监测患者运动的系统和方法)”)中描述，其通过引用整体并入本文。当在没有表征的情况下观察测量模型512和预测模型500的差异时，在一些实施例中可能难以区分偏差是患者运动还是器械弯折的结果。通过识别不仅在测量模型512和预测模型500之间发现差异而且表征差异，特别是差异在哪里/何时/如何在阈值之外，可以建立系统状态的更准确确定，包括检测器械弯折状态。
63.弯折可以由于若干不同的原因而发生，诸如，医疗器械104在被限制在解剖体内或受解剖体限制时插入(例如，插入到小分支中)、当医疗器械104的远侧尖端面与气道壁接触时插入、围绕解剖体内的紧密弯曲插入等。因此，插入命令期间模型之间的偏差可以是弯折
的指示符，而在没有插入命令(即医疗器械104不会在插入方向上向前驱动)的情况下模型之间的偏差将是患者运动的指示符。
64.在一些实施例中，当发生器械弯折时，测量模型可以沿医疗器械104的整个长度以大体非均匀的偏差与预测模型500偏离。然而，沿着医疗器械104的长度的均匀偏差可以指示整个患者解剖体的移动，例如，整个肺偏移，由于有意识或无意识的患者移动。在大多数情况下，由于医疗器械104从医疗器械104的近端被致动并由此被插入，因此在医疗器械104的被捕捉在患者解剖体中的节段的近侧发生弯折。因此，在医疗器械104的近侧节段识别的偏差比在医疗器械104的远侧节段识别的偏差更能指示弯折，后者可指示弯折和/或患者移动。当医疗器械104弯折时，在一些实施例中，医疗器械104的弯折节段更可能在轴向方向上偏离，导致测量模型512和预测模型500之间在轴向方向上的偏差。患者移动更可能表现为沿医疗器械104的长度在径向方向上偏差。
65.在一些实施例中，方法400可以包括对各种表征类型的偏差(诸如漂移偏差、突然偏差、与用户输入命令同时发生的偏差、均匀或非均匀偏差、在医疗器械104的一个或多个特定位置处的偏差、在一个或多个特定方向上的偏差等)进行加权的可选过程。控制系统112可以为每个表征类型的偏差分配不同的权重。但是，某些表征类型的权重可以相同。一些权重可以指示器械可能发生弯折，并且这些表征类型的偏差可称为弯折的高因素概率指示符。弯折的示例性高因素概率指示符包括漂移偏差、与用户输入命令同时发生的偏差、非均匀偏差、医疗器械104的近侧部分处的偏差和轴向方向上的偏差。其他权重可以指示可能发生患者运动，并且这些表征类型的偏差可以被称为患者运动的高因素概率指示符。患者运动的示例性高因素概率指示符包括突然偏差、均匀偏差、医疗器械104的远侧部分处的偏差和径向方向上的偏差。在对各种表征类型的偏差进行加权之后，控制系统112可以组合一些或所有加权的表征类型的偏差以确定系统的状态。
66.图6a图示说明了根据一些实施例的方法600a，其用于通过在医疗程序期间监测漂移(即，当测量模型和预期模型之间的偏差被表征为漂移时)来确定细长器械(例如，医疗器械104，其也可以被称为细长设备)的系统配置的状态。为了确定导致预测模型和测量模型之间的偏差的系统配置的状态，控制系统112可以分析连续测量模型上的器械漂移率。当预测模型和测量模型之间的偏差突然出现时，系统配置的状态可能是患者运动，例如，由患者坐起、咳嗽或突然碰撞患者台引起。当预测模型和测量模型之间的偏差渐变时，系统配置的状态可能是弯折，例如，随着器械的连续插入，测量的器械姿势逐渐偏离预测模型。
67.在过程602处，生成细长器械(例如，医疗器械104)的第一模型(例如，测量模型512)。在过程604处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型(例如，预测模型500)。在过程606处，控制系统112将第一模型与第二模型进行比较。过程602、604和606分别与上面关于图4a讨论的过程402、404和406基本相似。过程402、404和406的讨论类似地适用于过程602、604和606。
68.在过程608处，当第一模型与第二模型的比较指示与第二模型的偏差时，控制系统112确定第一时间。图6a和图6b分别包括图表600b和图表600c，其图示说明了医疗器械的预测模型(例如，模型500)和一系列测量模型(例如，模型510或模型512)之间的测量差异随时间的变化。竖直轴线表示医疗器械的预测模型和测量模型之间的测量差异。水平轴线表示捕获测量模型的时间。如图6a和图6b所示，预测模型和测量模型之间的偏差开始于时间t
d
(例如，测量差异从近似为零增加的时间)。在一些示例中，当测量模型510、512的纵向轴线与预测模型500的纵向轴线不匹配时，测量模型510、512可以偏离预测模型500。
69.在过程610处，当第一模型与第二模型的比较满足或超过第一模型和第二模型之间的阈值差异d
t
时，控制系统112确定第二时间t
dt
。阈值差异d
t
可以是指示系统配置的状态由于例如患者移动或器械弯折而发生显著变化的测量差异的量。在一些示例中，阈值差异d
t
被设置在距预测模型500的纵向轴线一定的径向距离处。例如，阈值可以从预测模型500的纵向轴线偏移一毫米、两毫米、三毫米或任何其他期望的距离。
70.在过程612处，控制系统112确定第一时间和第二时间之间的测量时间间隔。因此，控制系统112可以确定测量模型510、512和预测模型500之间的偏差从初始偏差点t
d
改变到满足或超过阈值差异d
t
的点所花费的时间量。在图6a中，时间t
d
和t
dt
之间的时间间隔δt1比图6b中时间t
d
和t
dt
之间的时间间隔δt2短。换言之，在图6a中，医疗器械104向阈值差异d
t
的移动相对快速地发生，但在图6b中，医疗器械104到阈值差异d
t
的漂移发生得较慢。在一些实施例中，时间t
d
和t
dt
之间的时间可以近似为零，指示测量模型从与预测模型的零偏差到阈值差异d
t
的突然移动。
71.在过程614处，控制系统112基于测量时间间隔确定系统配置的状态。系统配置的状态可以基于测量时间间隔(例如，δt1、δt2)与状况阈值间隔δts的比较。状况阈值间隔δts可以被设置为任何期望的时间量(例如，五毫秒、十毫秒、一秒、两秒、十秒或任何其他期望的时间量)。在图6a和图6b的实施例中，状况阈值间隔δts与患者移动的指示相关联。在图6a中，当测量时间间隔δt1短于状况阈值间隔δts时，控制系统112确定系统配置的状态指示患者p移动。图6a可以是预测模型500和连续测量模型510之间的测量差异随时间变化的图表。在该实施例中，测量模型510和预测模型500之间的突然偏差可归因于患者运动。在图6b中，当测量时间间隔δt2长于状况阈值间隔δts时，控制系统112确定系统配置的状态指示偏差的另一个原因，诸如器械弯折。图6b可以是预测模型500和连续测量模型512之间的测量差异随时间变化的图表。在该实施例中，测量模型512和预测模型500之间的偏差的漂移可归因于比患者运动更平缓的事情，诸如器械弯折。
72.作为过程610和/或过程614的结果，控制系统112可以可选地采取诸如经由显示系统110和/或通过改变对医疗器械104的控制向操作者发出警报的动作。在一些实施例中，控制系统112可以在显示屏上显示患者运动消息。在一些实施例中，用户可以忽略或解除警报或消息，或者用户可能无法解除消息直到采取动作。控制系统112可以忽略、忽视或不实施从操作者接收到的任何移动命令或末端执行器致动命令，直到消息被确认。例如，控制系统112可以防止细长器械的纵向移动。在其他示例中，控制系统112可以防止细长器械的弯曲移动。在一些实施例中，控制系统112可以主动尝试保持医疗器械104的实际位置或者可以允许医疗器械104松弛并且顺从地屈服于由组织和周围环境施加的压力和力。在另一个实施例中，控制系统112可以禁用对可以在方法400中用于治疗患者p的通电器械(诸如消融探针)的能量供应。另外，当控制系统112确定患者p已经移动时，控制系统112可以指导用户执行配准过程或更新医疗器械104、患者解剖体的模型和实际患者解剖体之间的现有配准。这是因为患者p的移动可能导致这些特征的现有配准变得不可靠并且不适合操作者使用。在其他实施例中，当控制系统112确定器械已弯折时，控制系统112可指导用户将细长器械缩回指定距离以将器械解弯折。在替代实施例中，控制系统112可以在没有任何用户动作的情
况下缩回器械。
73.在一些实施例中，如果第一模型和第二模型之间的偏差在阈值内，则控制系统112可以调整预测模型500以减少任何假阳性器械弯折确定的量。减少假阳性确定可以消除医疗程序中不必要的延迟。因此，在若干实施例中，控制系统112可以调整预测模型500以考虑测量模型510、512和预测模型500之间的任何检测到的偏差。例如，如果模型之间出现任何偏差，则控制系统可以重新生成预测模型500以遵循测量模型510、512。这种重新生成可以减少测量模型510、512超过测量模型510、512和预测模型500之间的阈值差异的机会。然而，在控制系统112确定医疗器械104已经弯折之前，预测模型500可以仅被调整某个预定量。作为示例，预测模型500的调整可以包括单独的阈值，当超过该阈值时，可以向控制系统112指示医疗器械104正在弯折。因此，虽然调整预测模型500可以减少假阳性弯折确定的机会，但是可以实施上述对预测模型520调整的限制以确保控制系统112在适用时仍然做出适当的器械弯折确定。
74.图7是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测插入命令来确定细长器械(例如，医疗器械104)的弯折的方法700的流程图。在过程702处，生成细长器械的第一模型(例如，测量模型512)。在过程704处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型(例如，预测模型500)。过程702和704分别与上面关于图4a讨论的过程402和404基本相似，过程402和404的讨论类似地适用于过程802和804。
75.在过程706处，控制系统112检测到第一模型与第二模型至少相差阈值差异。在一些示例中，控制系统112通过比较第一模型与第二模型来检测第一模型和第二模型之间的差异。在这样的示例中，过程706基本上类似于上面关于图4a讨论的过程406，并且过程406的讨论类似地适用于过程706。
76.在过程708处，控制系统112将第一模型和第二模型之间的检测到的差异与接收到的插入命令相关。在一些实施例中，插入命令可由控制系统112接收。在其他实施例中，插入命令可由医疗器械104接收。在一些实施例中，插入命令响应于用户输入而由控制系统112生成。例如，控制系统112可以从医师o接收如经由主控组装件106提供的输入，诸如移动命令。用户输入可以根据输入设备(诸如主控组装件106)的操纵和/或按照操纵到用于致动器(例如绞盘，其在线缆上施加张力以便移动或以其他方式致动医疗器械104)的控制信号的转变来限定。在一些实施例中，作为接收到的插入命令的结果，医疗器械104可以从第一插入距离移动到第二插入距离。在一些示例中，第二插入距离在第一插入距离的远侧。在若干实施例中，控制系统112将第一模型和第二模型之间的检测到的差异与测量插入相关，该测量插入可以是插入测量结果。可以使用形状传感器222以外的传感器来测量插入。例如，可以使用插入轴线传感器、插入马达编码器等来测量插入。在其他实施例中，可以使用形状传感器222和一个或多个附加传感器(例如，插入轴线传感器、插入马达编码器等)来测量插入。
77.在一些情况下，控制系统112通过确定检测到的差异是作为接收到的插入命令的结果而发生的，而将测量模型512和预测模型500之间的检测到的差异相关。在一些示例中，当作为接收到的插入命令的结果在医疗器械104的插入之后和/或期间(例如，从第一插入距离到第二插入距离)检测到差异时，存在这种相关性。作为一个示例，在第一插入距离处，测量模型512可以在测量模型和预测模型的阈值差异之内，并且在第二插入距离处，测量模
型512可以超过测量模型和预测模型的阈值差异。
78.在过程710处，控制系统112基于相关性确定系统配置的状态。在这样的示例中，测量模型512和预测模型500之间的偏差可归因于器械弯折。这是因为在接收到的插入命令期间、紧随其后和/或不久之后的测量模型512和预测模型500之间的任何偏差更可能是由于器械弯折而不是患者运动。在一些实施例中，确定在接收到插入命令后的时间处测量模型512偏离预测模型500(例如，超过其阈值)结合被表征为弯折的高因素概率指示符的其他检测到的偏差是赞成确定偏差可归因于器械弯折的因素。
79.如上面关于图4a所讨论的，作为过程708和/或710的结果，控制系统112可以可选地采取诸如经由显示系统110和/或通过改变对医疗器械104的控制向操作者发出警报的动作。
80.图5a图示说明了根据一些实施例的包括医疗器械104的预测模型500和医疗器械104的测量模型512的肺450a的表示。图5b图示说明了根据一些实施例的包括医疗器械104的预测模型500和医疗器械104的测量模型510的肺450b的表示。在这两种表示中，在肺l的上下文中示出模型。
81.图8是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械104的第一模型(例如，图5a中的测量模型512)和第二模型(例如，图5a中的预测模型500)之间的偏差的位置来确定系统配置状态(例如，细长器械(例如，医疗器械104)的弯折)的方法800的流程图。在过程802处，生成细长器械的第一模型。在过程804处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。在过程806处，控制系统112将第一模型与第二模型进行比较。过程802、804和806分别与上面关于图4a讨论的过程402、404和406基本相似，并且过程402、404和406的讨论类似地适用于过程802、804和806。
82.在过程808处，控制系统112确定沿着细长器械的一部分第一模型与第二模型的比较超过阈值差异。控制系统112可以表征沿着医疗器械104的长度偏差超过阈值差异的位置。例如，在一些实施例中，测量模型512可以在医疗器械104的近侧部分和/或医疗器械104的远侧部分偏离预测模型500。控制系统112可以确定测量模型512和预测模型500之间的偏差是非均匀的。例如，控制系统112可以确定模型512、500之间的偏差发生在医疗器械104的一个部分而不是另一部分。控制系统112然后可以确定沿着医疗器械104的长度发生偏差的特定位置。控制系统112可以在做出偏差非均匀的确定之后或同时做出该确定。在一些实施例中，其中测量模型512与预测模型500的比较超过测量模型512和预测模型500之间的阈值差异的医疗器械104的部分处于对应于细长器械的比远侧节段550更远侧的部分560的位置。在其他实施例中，测量模型512与预测模型500的比较超过测量模型512和预测模型500之间的阈值差异的医疗器械104的部分处于对应于细长器械的比远侧节段550更近侧的部分540的位置。
83.在过程810处，控制系统112基于细长器械的部分沿着细长器械的长度的位置(在过程808确定)确定系统配置的状态。在一些实施例中，当超过模型512、500之间的阈值差异的医疗器械104的部分的位置在医疗器械104的近侧部分处时，系统配置的状态包括医疗器械104的弯折状态。在一些实施例中，确定超过模型512、500之间的阈值差异的医疗器械104的部分的位置在医疗器械104的近侧部分结合被表征为弯折的高因素概率指示符的其他检测到的偏差是赞成确定该偏差可归因于器械弯折的因素。
84.在其他实施例中，当超过模型512、500之间的阈值差异的医疗器械104的部分的位置在医疗器械104的远侧部分时，系统配置的状态包括患者p的移动状态。在一些实施例中，确定超过模型512、500之间的阈值差异的医疗器械104的部分的位置在医疗器械104的远侧部分结合被表征为患者运动的高因素概率指示符的其他检测到的偏差是赞成确定该偏差可归因于患者运动的因素。
85.如上面关于图4a所讨论的，作为过程808和/或810的结果，控制系统112可以采取诸如经由显示系统110和/或通过改变对医疗器械104的控制向操作者发出警报的动作。
86.图9是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械104的第一模型(例如，图5a中的测量模型512)和第二模型(例如，图5a中的预测模型500)之间的偏差的方向来确定细长器械(例如，医疗器械104)的弯折的方法900的流程图。在过程902处，生成细长器械的第一模型。在过程904处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。过程902和904分别与上面关于图4a讨论的过程402和404基本相似，并且过程402和404的讨论类似地适用于过程902和904。
87.在过程906处，控制系统112确定第一模型和第二模型之间的差异，并且该差异超过阈值。过程906基本上类似于以上关于图4a讨论的过程408，并且过程408的讨论类似地适用于过程906。
88.在过程908处，控制系统112表征第一模型和第二模型之间的差异在差异超过阈值的地方的方向。在一些实施例中，测量模型512可以在径向方向和/或轴向方向上偏离预测模型500。在一些示例中，可以在从预测模型500的纵向轴线的径向方向上测量阈值。径向方向可以大体垂直于预测模型500的纵向轴线。在其他示例中，可以在沿着预测模型500的纵向轴线的轴向方向上测量阈值。轴向方向可以大体平行于预测模型500的纵向轴线。
89.在过程910处，控制系统112基于表征的方向确定系统配置的状态。返回到参考图5a，测量模型512在轴向方向上偏离预测模型500超过阈值542，这可以指示医疗器械104的弯折的状态。参考图5b，测量模型510在径向方向上偏离预测模型500超过阈值552。径向方向上的偏差可以指示患者运动的状态。因此，在一些实施例中，当测量模型510和预测模型500之间的偏差的方向是在径向方向(其可以大体垂直于预测模型500的纵向轴线)上测量时，系统配置的状态包括患者p的移动状态。在一些实施例中，确定测量模型510和预测模型500之间的偏差的方向是在径向方向上测量结合被表征为患者运动的高因素概率指示符的其他检测到的偏差是赞成确定该偏差可归因于患者移动的因素。
90.在其他实施例中，当测量模型512和预测模型500之间的偏差的方向是在轴向方向(其可以大体平行于预测模型500的纵向轴线)上测量时，系统配置的状态包括医疗器械104的弯折状态。在一些实施例中，确定测量模型512和预测模型500之间的偏差的方向在轴向方向上测量结合被表征为弯折的高因素概率指示符的其他检测到的偏差是赞成确定该偏差可归因于器械弯折的因素。
91.如上面关于图4a所讨论的，作为过程908和/或910的结果，控制系统112可以采取诸如经由显示系统110和/或通过改变对医疗器械104的控制向操作者发出警报的动作。
92.图10是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测第一模型(例如，图5a中的测量模型512)和第二模型(例如，图5a中的预测模型500)之间的偏差的位置和偏差的方向两者来确定细长器械(例如，医疗器械104)的弯折的方法1000的流程图。在过程1002处，
生成细长器械的第一模型。在过程1004处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型。在过程1006处，控制系统112将第一模型与第二模型进行比较。过程1002、1004和1006分别与上面关于图4a讨论的过程402、404和406基本相似，并且过程402、404和406的讨论类似地适用于过程1002、1004和1006。
93.在过程1008处，控制系统112确定沿着细长器械的长度的其中第一模型与第二模型的比较超过第一模型和第二模型之间的第一阈值差异的第一位置。在过程1010处，控制系统112确定沿着细长器械的长度的其中第一模型与第二模型的比较超过第一模型和第二模型之间的第二阈值差异的第二位置。如上所述，在一些实施例中，测量模型512可以在医疗器械104的一部分处在径向方向上偏离预测模型500，并且在医疗器械104的一部分处在轴向方向上偏离预测模型500。如上面进一步讨论的，在一些示例中，可以在从预测模型的纵向轴线的径向方向上测量第一阈值差异。径向方向可以大体垂直于预测模型或测量模型的纵向轴线。在一些示例中，可以在沿着预测模型的纵向轴线的轴向方向上测量第二阈值差异。轴向方向可以大体平行于预测模型的纵向轴线。在图5a所图示说明的示例中，沿着医疗器械104的第一位置可以是医疗器械104的远侧部分，该第一位置对应于测量模型512与预测模型500的比较超过测量模型512和预测模型500之间的第一阈值差异的地方。沿着医疗器械104的第二位置可以是医疗器械104的近侧部分，该第二位置对应于测量模型512与预测模型500的比较超过测量模型512和预测模型500之间的第二阈值差异的地方。
94.在替代实施例中，测量模型512可以在医疗器械104的近侧部分处在轴向方向上偏离预测模型500，并且在医疗器械104的远侧部分处在径向方向上偏离预测模型500。在替代示例中，可以在沿着预测模型500的纵向轴线的轴向方向上测量第一阈值差异。在这样的示例中，可以在从预测模型500的纵向轴线的径向方向上测量第二阈值差异。在若干替代实施例中，测量模型512与预测模型500的比较超过测量模型512和预测模型500之间的第一阈值差异处的医疗器械104的第一位置可以是医疗器械的近侧部分104。在进一步的实施例中，测量模型512与预测模型500的比较超过测量模型512和预测模型500之间的第二阈值差异处的医疗器械104的第二位置可以是医疗器械104的远侧部分。
95.如上所述，控制系统112可以确定模型512、500之间的任何识别到的偏差是否超过阈值差异。根据被比较的模型512、500的部件或被比较的模型512、500的特定部分，阈值差异可以不同。用于确定患者p是否移动或医疗器械104是否弯折的阈值可取决于医疗器械104相对于工作部位或医疗器械104周围环境的大致位置。例如，用于气管的区域中的偏差的阈值可以不同于肺内部或可能在肺内部的区域中的偏差的阈值。根据正在执行的任务或所需的准确度水平，阈值也可以不同。例如，如果医疗器械104正在被用于访问特定的小区域，如果目标区域靠近敏感的身体结构(例如血管或胸膜)，或者如果任务的性质(例如消融)需要更高的准确性，则阈值可设置为更严格。控制系统112可以包括这样的信息并且在比较和确定操作期间利用它。
96.模型512、500的比较可以在第一时间处超过第一阈值差异。模型512、500的比较可以在第二时间处超过第二阈值差异。在一些实施例中，第一时间可以在第二时间之前发生。在替代实施例中，第一时间可以在第二时间之后发生。在其他实施例中，第一时间和第二时间可以是大体相同的时间。
97.在过程1012处，控制系统112基于确定第一模型和第二模型之间的比较超过第一
阈值差异和第二阈值差异来确定系统配置的状态。在一些实施例中，当测量模型512与预测模型500的比较在第一位置处超过模型512、500之间的第一阈值差异时，并且当测量模型512与预测模型500的比较在第二位置处超过模型512、500之间的第二阈值差异时，系统配置的状态包括医疗器械104的弯折状态。换言之，当模型512、500在医疗器械104的远侧部分处在径向方向上超过阈值并且在医疗器械104的近侧部分处在轴向方向上超过阈值时，系统配置的状态包括医疗器械104的弯折状态。
98.在其他实施例中，当模型512、500在医疗器械104的远侧部分和近侧部分处在径向方向上超过阈值时，系统配置的状态可以包括患者p的移动状态。在一些实施例中，当模型512、500在医疗器械104的远侧部分和近侧部分处在轴向方向上超过阈值时，系统配置的状态可以包括患者p的移动状态。
99.如上面关于图4a所讨论的，作为过程1008、1010和/或1012的结果，控制系统112可以采取诸如经由显示系统110和/或通过改变对医疗器械104的控制向操作者发出警报的动作。
100.图12a和图12b图示说明了根据一些实施例的医疗器械的测量模型512a和预测模型500a的表示，该测量模型512a和预测模型500a可以被比较以确定医疗器械的弯折。在这些表示中，在肺l的上下文中示出预测模型500a和测量模型512a。
101.图11是根据一些实施例的用于通过在医疗程序期间监测医疗器械104的状况来确定细长器械(例如，医疗器械104)的弯折的方法1100的流程图。在过程1102处，生成细长器械的第一模型(例如，测量模型512a)。在过程1104处，至少部分地基于细长器械的参考姿势生成细长器械的第二模型(例如，预测模型500a)。在过程1106处，控制系统112将第一模型与第二模型进行比较。过程1102、1104和1106分别与上面关于图4a讨论的过程402、404和406基本相似，并且过程402、404和406的讨论类似地适用于过程1102、1104和1106。
102.在过程1108处，控制系统112确定细长器械的状况。在一些实施例中，医疗器械104的状况可以包括医疗器械104处于弯曲形状(其可以包括急弯曲(见图12a))。在一些实施例中，控制系统112识别急弯曲的存在和形状。可以至少部分地通过使用跟踪系统230跟踪形状传感器222来识别急弯曲，该形状传感器222可以与医疗器械104对准。也可以至少部分地通过分析患者解剖体的术前模型来识别急弯曲。例如，来自跟踪系统230的信息可被发送到导航系统232并与来自图像处理系统231和/或术前获得的(一个或多个)模型的信息组合以向操作者提供医疗器械104的实时方位信息。在其他实施例中，医疗器械104的状况可以包括医疗器械104的远端在轴向方向上接触患者解剖体的部分(见图12b)。医疗器械104的状况可以包括更可能导致医疗器械104弯折的任何其他配置(其可以被称为易于弯折的配置)。
103.再次参考图12a和图12b，图12a图示说明了根据一些实施例的当医疗器械104在患者解剖体中处于急弯曲1210时的测量模型512a和预测模型500a的表示1200。如图12a所示，测量模型512a在患者解剖体的急弯曲1210处偏离预测模型500a。图12b图示说明了根据一些实施例的测量模型512a和预测模型500a的表示1205，其中医疗器械104的远端1220接触患者解剖体的部分。如图12b所示，在医疗器械104的远端1220接触患者解剖体的区域附近，测量模型512a偏离预测模型500a。远端1220可以基本上类似于远端218(图2a和图2b)。
104.回到图11，在过程1110处，控制系统112确定第一模型与第二模型的比较超过阈值
差异。在过程1112处，控制系统112基于细长器械的状况并基于确定第一模型与第二模型的比较超过阈值差异来确定系统配置的状态。在一些实施例中，当医疗器械104的状况指示医疗器械104处于易弯折配置(其可包括上述配置中的一种或多种)并且当测量模型512a超过预测模型500a的阈值时，系统配置的状态可以包括医疗器械104的弯折状态。这是因为当医疗器械104处于易弯折配置时，测量模型512a和预测模型500a之间的任何偏差更可能是由于器械弯折而不是患者运动引起的。在一些实施例中，确定测量模型512a偏离预测模型500a(例如，超过其阈值)同时医疗器械104处于易弯折配置中是赞成确定该偏差可以归因于器械弯折的因素。
105.如上面关于图4a所讨论的，作为过程1110和/或1112的结果，控制系统112可以采取诸如经由显示系统110和/或通过改变对医疗器械104的控制向操作者发出警报的动作。
106.上面讨论的方法400、600a、700、800、900、1000和1100中的每一个被图示说明为一组操作或过程。并非所有所图示说明的过程都可以在方法400、600a、700、800、900、1000和1200的所有实施例中执行。此外，在图4a、图4b、图6a、图7、图8、图9、图10和图11中未明确图示说明的一个或多个过程可以被包括在图4a、图4b、图6a、图7、图8、图9、图10和图11的过程之前、之后、之间或作为其一部分。在一些实施例中，一个或多个过程可以至少部分地以存储在非暂时性有形机器可读介质上的可执行代码的形式来实施，可执行代码当由一个或多个处理器(例如，控制系统的处理器)运行时，可导致一个或多个处理器执行一个或多个过程。在一个或多个实施例中，过程可由控制系统(例如，控制系统112)执行。
107.本公开的实施例中的一个或多个元素可以用软件实施以在计算机系统的处理器(诸如控制处理系统)上执行。当以软件实施时，本发明的实施例的元素基本上是执行必要任务的代码段。程序(program)或代码段可以存储在处理器可读存储介质或设备中，该程序或代码段可以已经通过体现在载波中的计算机数据信号通过传输介质或通信链路下载。处理器可读存储设备可以包括可以存储信息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁介质。处理器可读存储设备示例包括：电子电路、半导体器件、半导体存储器器件、只读存储器(rom)、闪速存储器、可擦除可编程只读存储器(eprom)、软盘、cd
‑
rom、光盘、硬盘或其他存储设备。代码段可以经由诸如互连网、内联网等计算机网络下载。可以采用多种集中式或分布式数据处理架构中的任何一种。编程指令可以实施为多个单独的程序或子例程，或者它们可以被集成到本文描述的系统的多个其他方面中。在一个实施例中，控制系统支持无线通信协议，诸如蓝牙、irda、homerf、ieee802.11、dect和无线遥测。
108.可以通过本文公开的柔性细长设备或导管递送的医疗工具可以包括例如图像捕获探针、活检器械、激光消融纤维和/或其他外科手术、诊断或治疗工具。医疗工具可以包括具有单个工作构件的末端执行器，诸如手术刀、钝刀片、光纤、电极和/或类似物。其他末端执行器可以包括例如镊子、抓紧器、剪刀、施夹器和/或类似物。其他末端执行器可以进一步包括电激活的末端执行器，诸如电外科手术电极、换能器、传感器和/或类似物。医疗工具可以包括图像捕获探针，其包括用于捕获图像(包括视频图像)的立体或单视场相机。医疗工具可以另外容纳在其近端和远端之间延伸以可控地弯曲器械的远端的线缆、联动装置或其他致动控制器(未示出)。在美国专利no.7,416,681(于2005年10月4日提交)(公开了“articulated surgical instrument for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity”)和美国专利申请no.12/286,644(于2008年
9月30日提交)(公开了“passive preload and capstan drive for surgical instruments”)中详细描述了可转向(steerable)的器械，该专利和专利申请通过引用其整体并入本文。
109.本文所描述的系统可以适用于在多种解剖系统(包括肺、结肠、肠、肾和肾盏、大脑、心脏、包括脉管系统的循环系统和/或诸如此类)中的任一个中经由自然或外科手术建立的连接通路对解剖组织进行导航和治疗。
110.应当注意的是，所呈现的过程和显示可能本质上不涉及任何特定的计算机或其他装置。各种通用系统可以与根据本文的教导的程序一起使用，或者构造更专用的装置来执行所描述的操作可以证明是方便的。各种这些系统所需的结构将作为权利要求中的元素出现。此外，不参考任何特定的编程语言来描述本发明的实施例。应当理解的是，可以使用各种编程语言来实施如本文所述的本发明的教导。
111.尽管已经在附图中描述和示出了本发明的某些示例性实施例，但应当理解的是，此类实施例仅是对广义发明的说明而不是限制，并且本发明的实施例不限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可以想到各种其他修改。
112.在以下编号的示例中阐述了本文描述的主题的各个方面。
113.示例1：一种医疗系统，其包括：具有传感器系统的细长器械，其中所述传感器系统包括用于测量所述细长器械的形状的一个或多个传感器；以及与传感器系统通信的控制系统，所述控制系统适于：生成细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；比较所述第一模型与所述第二模型；确定所述第一模型和所述第二模型之间的差异；表征所述第一模型和所述第二模型之间的所述差异；以及基于所述第一模型和所述第二模型之间的所述差异的表征确定系统配置的状态。
114.示例2：根据示例1所述的系统，还包括用于测量所述细长器械的插入的一个或多个传感器。
115.示例3：根据示例1所述的系统，其中：表征所述第一模型和所述第二模型之间的所述差异包括将所述差异表征为漂移偏差、非均匀偏差或将偏差的检测与接收插入命令相关的相关偏差；并且系统配置的状态包括细长器械的弯折状态。
116.示例4：根据示例1所述的系统，其中表征所述第一模型和所述第二模型之间的所述差异包括将所述差异表征为突然偏差或均匀偏差，并且其中所述系统配置的所述状态包括患者的移动状态。
117.示例5：根据示例1所述的系统，其中表征所述第一模型和所述第二模型之间的所述差异包括确定相对于所述细长器械的纵向轴线，差异超过阈值的方向。
118.示例6：根据示例5所述的系统，其中当所述方向大体平行于所述细长器械的所述纵向轴线时，所述系统的状态包括所述细长器械的弯折状态。
119.示例7：根据示例5所述的系统，其中当所述方向大体垂直于所述细长器械的所述纵向轴线时，所述系统的状态包括患者的移动状态。
120.示例8：根据示例1所述的系统，其中表征所述第一模型和所述第二模型之间的差异包括确定沿着所述细长器械的长度的所述差异的位置。
121.示例9：根据示例1所述的系统，其中所述第一模型和所述第二模型之间的差异包括多个偏差，并且表征所述差异包括表征所述多个偏差中的每一个并且对所表征的偏差中
的每一个进行加权。
122.示例10：根据示例1所述的系统，其中控制系统还适于基于系统配置的确定状态发出警报。
123.示例11：根据示例10所述的系统，还包括显示器，其中发出所述警报包括在所述显示器上显示患者运动消息。
124.示例12：根据示例10所述的系统，其中发出所述警报包括改变对所述细长器械的控制。
125.示例13：根据示例1所述的系统，其中所述控制系统还适于基于所述系统配置的确定状态防止所述细长器械的插入移动。
126.示例14：一种医疗系统，其包括：细长器械；以及控制系统，所述控制系统适于：生成所述细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；比较所述第一模型和所述第二模型；当所述第一模型与所述第二模型的比较指示与所述第二模型有偏差时，确定第一时间；当所述第一模型与所述第二模型的比较满足或超过所述第一模型和所述第二模型之间的阈值差异时，确定第二时间；确定所述第一时间和所述第二时间之间的测量时间间隔；并且基于测量时间间隔确定系统配置的状态。
127.示例15：根据示例14所述的系统，其中当所述测量时间间隔短于第一阈值时间间隔时，所述系统配置的状态包括患者的移动状态。
128.示例16：根据示例14所述的系统，其中当所述测量时间间隔大于第一阈值时间间隔时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
129.示例17：根据示例14所述的系统，其中预期模型基于所述第二模型。
130.示例18：根据示例14所述的系统，其中所述第二模型在所述第一时间之后根据所述第一模型的配置来适应性调整。
131.示例19：根据示例14所述的系统，其中所述控制系统还适于基于所述系统配置的确定状态发出警报。
132.示例20：根据示例19所述的系统，其中发出所述警报包括在显示器上显示患者运动消息。
133.示例21：根据示例19所述的系统，其中发出所述警报包括改变对所述细长器械的控制。
134.示例22：根据示例14所述的系统，其中所述控制系统进一步适于基于所述系统配置的确定状态防止所述细长器械的插入移动。
135.示例23：一种医疗系统，其包括：细长器械；以及控制系统，所述控制系统适于：生成所述细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；检测所述第一模型与所述第二模型至少相差阈值差异；将所述第一模型和所述第二模型之间的检测到的差异与接收到的插入命令相关；并且基于相关性确定系统配置的状态。
136.示例24：根据示例23所述的系统，其中所述控制系统还适于将所述细长器械从第一插入距离插入到第二插入距离以作为所述接收到的插入命令的结果。
137.示例25：根据示例24所述的系统，其中所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
138.示例26：根据示例23所述的系统，其中所述控制系统还适于基于所述系统配置的确定状态发出警报。
139.示例27：根据示例26所述的系统，其中发出所述警报包括在显示器上显示患者运动消息。
140.示例28：根据示例26所述的系统，其中发出所述警报包括改变对所述细长器械的控制。
141.示例29：根据示例23所述的系统，其中所述控制系统还适于基于所述系统配置的确定状态防止所述细长器械的插入移动。
142.示例30：一种医疗系统，其包括：细长器械；以及控制系统，所述控制系统适于：生成所述细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；比较所述第一模型与所述第二模型；确定沿着所述细长器械的一部分所述第一模型和所述第二模型的比较超过阈值差异；并且基于所述细长器械的部分沿着所述细长器械的长度的位置确定系统配置的状态。
143.示例31：根据示例30所述的系统，其中当在所述第一模型与所述第二模型的比较超过所述第一模型和所述第二模型之间的阈值差异处的所述细长器械的部分的位置处于所述细长器械的远侧部分时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
144.示例32：根据示例30所述的系统，其中当在所述第一模型与所述第二模型的比较超过所述第一模型和所述第二模型之间的阈值差异处的所述细长器械的部分的位置处于所述细长器械的近侧部分时，所述系统配置的状态包括患者的移动状态。
145.示例33：一种医疗系统，其包括：细长器械；以及控制系统，所述控制系统适于：生成所述细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；确定所述第一模型和所述第二模型之间的差异并且所述差异超过阈值；表征所述第一模型和所述第二模型之间差异在差异超过阈值的地方的方向；并基于所表征的方向确定系统配置的状态。
146.示例34：根据示例33所述的系统，其中表征所述差异的方向包括确定在大体平行于所述细长器械的纵向轴线的方向上所述差异超过阈值。
147.示例35：根据示例34所述的系统，其中当在大体平行于所述细长器械的纵向轴线的方向上所述差异超过阈值时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
148.示例36：根据示例33所述的系统，其中表征所述差异的方向包括确定在大体垂直于所述细长器械的纵向轴线的方向上所述差异超过阈值。
149.示例37：根据示例36所述的系统，其中当在大体垂直于所述细长器械的纵向轴线的方向上所述差异超过阈值时，所述系统配置的状态包括患者的移动状态。
150.示例38：一种医疗系统，其包括：细长器械；以及控制系统，所述控制系统适于：生成所述细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；比较所述第一模型与所述第二模型；确定所述第一模型与所述第二模型的比较超过所述第一模型和所述第二模型之间的第一阈值差异处的沿着所述细长器械的长度的第一位置；确定所述第一模型与所述第二模型的比较超过所述第一模型和所述第二模型之间的第二阈值差异处的沿着所述细长器械的长度的第二位置；以及基于确定所述第一模型与所述第二模型的比较超过所述第一阈值差异和所述第二阈值差异，确定系统配置的状
态。
151.示例39：根据示例38所述的系统，其中当在与所述第二阈值差异不同的方向上测量所述第一阈值差异时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
152.示例40：根据示例39所述的系统，其中在大体垂直于所述细长器械的纵向轴线的方向上测量所述第一阈值差异。
153.示例41：根据示例39所述的系统，其中在大体平行于所述细长器械的纵向轴线的方向上测量所述第二阈值差异。
154.示例42：根据示例39所述的系统，其中所述第一位置在所述第二位置的远侧。
155.示例43：根据示例38所述的系统，其中当所述第一模型与所述第二模型在所述第一位置处的比较在第一时间超过第一阈值差异，并且所述第一模型与所述第二模型在所述第二位置处的比较在第二时间超过第二阈值差异时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
156.示例44：根据示例43所述的系统，其中所述第一位置在所述第二位置的远侧。
157.示例45：根据示例44所述的系统，其中所述第一位置在所述细长器械的远侧部分处，并且所述第二位置在所述细长器械的近侧部分处。
158.示例46：根据示例43所述的系统，其中所述第一阈值差异是在大体垂直于所述细长器械的纵向轴线的方向上测量的，并且所述第二阈值差异是在大体平行于所述细长器械的纵向轴线的方向上测量的.
159.示例47：示例43的系统，其中第一时间发生在第二时间之前。
160.示例48：一种医疗系统，其包括：细长器械；以及控制系统，所述控制系统适于：生成所述细长器械的第一模型；至少部分地基于所述细长器械的参考姿势生成所述细长器械的第二模型；比较所述第一模型与所述第二模型；确定所述细长器械的状况；确定所述第一模型与所述第二模型的比较超过阈值差异；并且基于所述细长器械的状况并且基于确定所述第一模型与所述第二模型的比较超过所述阈值差异来确定系统配置的状态。
161.示例49：根据示例48所述的系统，其中确定所述细长器械的状况包括确定所述细长器械处于弯曲形状。
162.示例50：根据示例49所述的系统，其中当所述细长器械处于弯曲形状时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
163.示例51：根据示例48所述的系统，其中确定所述细长器械的状况包括确定所述细长器械的远端正在接触患者解剖体的部分。
164.示例52：根据示例51所述的系统，其中当所述细长器械的所述远端接触所述患者解剖体的部分时，所述系统配置的状态包括所述细长器械的弯折状态。
165.示例53：根据示例48所述的系统，其中所述控制系统还适于基于所述系统配置的确定状态发出警报。
166.示例54：根据示例53所述的系统，其中发出所述警报包括在显示器上显示患者运动消息。
167.示例55：根据示例53所述的系统，其中发出所述警报包括改变对所述细长器械的控制。
168.示例56：根据示例48所述的系统，其中所述控制系统还适于基于所述系统配置的
所述确定状态防止所述细长器械的插入移动。