控组织的运动。该方法可以在理论上允许每3-4ms地采集投 影，从而允许监控多个地点的运动。
[0067]还提供相关的用于手术机器人的自动制导和操作的方法，以及用于经由专用的触 觉装置而引导手动操作机器人的方法，该触觉装置使用MR数据而不是力传感器。机器人安 装的从一处到另一处的区域性生物感测使用如本文描述的光学方法和超声方法的组合。能 够实现可弯曲手术工具的超快3D/体积MRI成像。
[0068]另外，提供一种能够执行本文描述的方法和过程的软件，例如用于控制MR数据的 采集，用于重构根据上述的方法而采集的原始数据，以及用于基于真实数据和非建模地生 成虚拟现实环境，以及用于显示和制导手术。此外，提供一种软件，该软件用于处理和利用 成像设备提取的信息，该信息可用于机器人的自主或半自主控制，用于一般地通过经由触 觉装置或力反馈装置而向操作员提供专业建议而建立操作员和机器人以及手术区域之间 的界面。
[0069]如此，本发明提供一种通用的多用医疗机器人平台和软件系统。该系统包括独立 模式的耐用平台，从而用于收集、融合和展现原始数据的方法可以被重构为用于不同的当 前的医疗模式和新兴的医疗模式。该系统使用真实的和实时的数据并且最小化对环境的 参数化和/或抽象的假设，由此能够原位地实时成像制导。通过将成像传感器包含在机器 人上并且使用机器人致动可进行多模式感测，从而生成被内在地共同配准的多模式时空数 据。
[0070] 更具体地，该系统使用MRI数据采集方案，该方案经由用于交叉模式数据说明和 基于事件的特征的方法而将原始图像转换为做出的决定。该系统将高信息含量的操作前数 据优化为低信息含量的手术期间的动态数据，由此能够收集所需要的全部信息以计划和制 导手术。如此，该系统包括计算核心，该计算核心生成和使基于成像的信息成一体，该基于 成像的信息清楚地表示和考虑到物理或环境因素。还提供了显现多模式数据的界面，并且 提供了可全面感知的环境，并且利用很少的工作并且在能使人类操作员不分心的情况下完 成了手动控制或人在回路中的控制。
[0071] 在优选的实施例中，提供一种用于通用医学用途的机器人平台。该平台包括与手 术区域的访问相符合的通用的、可弯曲的机械臂。机械臂必须是模块化的并且可重构的，可 应用于大范围内的操作和应用场景，并且能够形成用于其他系统可以被构建在其上的基本 构架的基础。
[0072] 医疗平台也包括基于信息的机器人控制方法，该信息被动态地提取自实时多模式 成像。该数据通过机器人末端器处的并且被分布在该机器人主体上的传感器阵列而收集， 从而用于在动态改变的环境中的安全和精确操作。这能使操作员可以引导和直觉观察到 AoP，同时最小化耗时的建模、假设和计算层。
[0073] 医疗平台还包括手术期间的、机器人辅助的、在线诊断工具，该工具使用机器人作 为传感器阵列以用于评估能够制导手术和评估其结果的病理生理特征。除了诸如MRI和US 的传统成像之外，传感器被构造为原位地询问组织的分子特征。机器人包括智能传感器平 台，该平台被构造为有利于时空的、多模式共同配准，以用于微调控制并且融合以与人类操 作员配合。
[0074] 如下所述，本发明提供很多优点和用途，然而此种优点和用途不受说明书的限制。 本发明的实施例参考附图被更好地示出，然而，此种参考并不意味着以任何方式限定本发 明。本文详细描述的实施例和变体可以被所附权利要求和其等价物解释。
[0075] 图1示出了例如利用MRI在用于机器人控制的全局水平上进行多模式感测，并且 利用用于感测分子水平的例如MR传感器、US传感器或光学传感器带有机器人的传感器在 局部水平上进行多模式感测。所有的模式是固有地与MR扫描仪的坐标系共同配准，简化了 机器人控制、多模式数据融合和可显示装置/FFI。
[0076] 表1示出了手术期间的全局跟踪和局部组织病理。
[0077] 表 1
[0078]
【主权项】
1. 一种在手术期间用于机器人的原位实时成像制导的计算机系统，在具有存储器、处 理器和至少一个网络连接器的至少一个计算机中，包括： 多个模块，所述模块被构造为经由与成像设备、医疗机器人和所述成像设备及医疗机 器人的操作员连接的多个界面在手术进行时联接成像设备、医疗机器人和所述操作员。
2. 根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述多个模块至少包括： 被构造为在手术过程期间控制所述成像设备的模块； 被构造为跟踪机器人或与所述机器人共同配准的介入工具的模块； 被构造为跟踪感兴趣的组织的模块； 被构造为处理从所述成像设备和所述机器人采集的数据的模块； 被构造为生成用于机器人在患者的体外和体内安全和精确运动的动态路径或通道的 丰吴块； 被构造为显示所述机器人和根据所采集的数据生成的手术区域的模块；以及 被构造为使用力反馈装置或触觉装置以实现人机界面的模块。
3. 根据权利要求2所述的计算机系统，还包括被构造为共同配准多个多模式传感器与 所述机器人和所述成像设备的模块。
4. 根据权利要求2所述的计算机系统，其中，成像设备控制模块在手术过程期间启动 处理器能够执行的指令以： 处理与组织和机器人的状态有关的数据； 计算与组织和机器人的状态有关的数据的改变； 识别触发数据采集的改变的事件； 选择对所述事件做出的反应并且基于该反应而设计图像采集方案；以及 将所述图像采集方案传输到所述成像设备。
5. 根据权利要求4所述的计算机系统，其中，经由在算法上将所述改变与范围形式的 值的列表作比较的指令而识别触发事件。
6. 根据权利要求2所述的计算机系统，其中，组织跟踪模块启动处理器能够执行的指 令以： 利用成像设备选择成像序列并且设定参数以生成所述组织中的对比度差； 根据一个或多个信号强度或在成像期间获得的图像投影生成至少一个感兴趣的可观 察组织边界；以及 在手术过程期间动态地监测所述组织边界的运动。
7. 根据权利要求6所述的计算机系统，其中，所述组织边界包括围绕手术区域中的所 述组织的边界，或者围绕靠近医疗机器人的访问路径的组织的边界，或者所述两个边界。
8. 根据权利要求7所述的计算机系统，其中，所述组织跟踪模块还启动处理器能够执 行的指令以在所选择的指令之前或在所选择的指令期间将外生对比剂注入到组织中。
9. 根据权利要求2所述的计算机系统，其中，所述机器人跟踪模块启动处理器能够执 行的指令以： 探测被设置为靠近所述机器人并且被耦合到所述成像设备的多个标记中的一个或多 个标记；以及 提取所述标记相对于所述成像设备的坐标系的坐标以确定机器人的位置。
10. 根据权利要求2所述的计算机系统，其中，显示模块启动处理器能够执行的指令 以： 在所述机器人的每个定位步骤中仅探测单个标记位置。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个界面中的一个界面允许医疗机器人和 所述成像设备的操作员手动控制。
12. 根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述多个模块动态地操作。
13. 根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述成像设备是核磁共振成像或光谱 成像或二者的组合、超声成像、X-射线计算机断层成像、X射线乳房成像、光学成像、或者视 频。
14. 一种在手术过程期间用于机器人的原位实时成像制导的计算机执行方法，包括如 下的步骤： 在根据权利要求1所述的计算机系统中，在手术进行时： 处理数据以获得组织和医疗机器人的当前状态； 生成至少一个组织边界，该组织边界包括手术区域，或者靠近机器人的访问路径的区 域，或者所述两个区域； 动态地监测手术区域上的组织边界的运动；以及 基于被设置为靠近所述机器人并且被耦合到所述成像设备的多个标记的各个可视度， 跟踪机器人或者包括该机器人的介入工具的相对于手术区域的位置。
15. 根据权利要求14所述的计算机执行方法，还包括： 在手术区域和机器人被监视和跟踪的同时，为系统的操作员生成手术区域和机器人的 显不O
16. 根据权利要求15所述的计算机执行方法，其中，显示包括可视图像、模型、虚拟现 实场景、增强现实