场景或者它们的叠加或组合。
17. 根据权利要求15所述的计算机执行方法，还包括根据与机器人和成像设备的坐标 系共同配准的多个多模式传感器中的一个或多个多模式传感器而生成手术区域的视图。
18. 根据权利要求14所述的计算机执行方法，其中，所述处理步骤包括： 计算组织和机器人的状态的改变； 识别触发数据采集的改变的事件； 在算法上将所述改变与范围形式的值的列表进行比较； 基于值的比较来选择对所述事件做出的反应；以及 基于该反应而设计被传输到所述成像设备的图像采集方案。
19. 根据权利要求14所述的计算机执行方法，其中，所述生成步骤包括： 利用成像设备选择成像序列； 设定参数以生成所述组织中的对比度差；以及 根据在成像期间获得的一个或多个图像投影生成至少一个感兴趣的组织边界。
20. 根据权利要求19所述的计算机执行方法，还包括在生成组织边界之前或者在生成 组织边界期间将外生对比剂注入到组织中。
21. 根据权利要求14所述的计算机执行方法，其中，所述跟踪步骤包括： 提取所述机器人或介入工具上的标记相对于所述成像设备的坐标系的坐标以在定位 步骤期间探测所述标记的位置；其中，在机器人跟踪期间，对于定位步骤仅探测单个标记位 置。
22. 根据权利要求21所述的计算机执行方法，其中，对于定位步骤仅探测单个标记位 置。
23. -种永久性计算机能够读取的数据存储介质，所述存储介质存储计算机能够执行 的指令，当所述指令被执行时，执行计算机系统中的动作以实现根据权利要求14所述的方 法步骤。
24. -种计算机程序产品，所述产品能够有形地在根据权利要求23所述的永久性计算 机能够读取的介质中实现。
25. -种核磁共振成像制导和机器人辅助手术系统，包括： 至少一个计算机处理器； 至少一个计算机存储器； 一个或多个机器人结构，所述结构包括系统能够配准的机器人或者包括该机器人的介 入工具； 与所述机器人配准的核磁共振扫描仪； 多个模块，所述多个模块被构造为用于与计算机处理器和存储器一起动态操作，从而 启动处理器能够执行的指令以： 描述与机器人以及患者的感兴趣组织相关的所有MR(核磁共振）生成数据； 在过程区域中建立组织边界；经由MR扫描仪或者经由包括机器人并且被设置在患者 体内或体外的一个或多个多模式传感器而动态地监测组织边界的运动；跟踪机器人相对于 手术区域的位置；将生成的数据传送到系统的操作员；根据所生成的数据生成指令以用于 机器人控制和跟踪；在操作员的手术过程期间生成手术区域和机器人的视图；以及在机器 人、扫描仪、各个模块和操作员之间建立多个界面。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，多个模块还被构造为启动处理器能够执行的 指令以根据经由多模式传感器所获取的数据而生成并且显示过程区域的4D视图。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，多个多模式传感器与包括核磁共振扫描仪的 坐标系共同配准。
28.根据权利要求25所述的系统，其中，描述所有的MR生成数据的指令进行操作以： 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； 经由将改变与范围形式的值的列表进行比较的指令，在算法上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MR图像采集方案；以及 将所述MR图像采集方案传输到所述MR扫描仪。
29.根据权利要求25所述的系统，其中，建立组织边界的指令进行操作以： 根据需要选择性地将外生对比剂注入到组织中； 选择MR成像序列并且设定参数以生成组织中的对比度差；以及 利用在核磁共振成像期间获得的一个或多个图像投影产生组织边界。
30.根据权利要求25所述的系统，其中，跟踪机器人的位置的指令进行操作以： 基于被设置为靠近机器人并且与MR扫描仪的坐标系共同配准的多个标记的开/关状 态而跟踪机器人相对于手术区域的位置；以及 施加运动滤波以约束机器人运动。
31. 根据权利要求30所述的系统，其中，跟踪机器人的位置的指令进行操作以提取多 个标记相对于MR扫描仪的坐标系的坐标以探测所述多个标记的位置；其中，在跟踪机器人 期间，对于定位步骤仅探测单个标记位置。
32. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述多个界面中的至少一个界面允许机器人 和所述MR扫描仪的操作员手动控制。
33. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述多个模块还被构造为启动处理器能够执 行的指令以生成至少一个信号强度投影以监测组织到组织的边界或者组织到机器人的边 界。
34. 根据权利要求25所述的系统，其中，生成至少一个信号强度的指令进行操作以： 经由射频脉冲沿着投影所选择的方向刺激包含在至少3D柱体中的组织；以及 操作磁场梯度； 获取来自于MR扫描仪的原始数据；以及 根据原始数据生成信号强度的ID投影。
35. 根据权利要求34所述的系统，其中，如果一个以上的3D柱体包括平面，那么模块启 动指令发出多个射频脉冲，由此增大采集速率。
36. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述多个模块还被构造为对包括患者身体的 自然管状结构和包括机器人或者介入工具的人造管状结构进行成像。
37. 根据权利要求36所述的系统，其中，对自然管状结构和人造管状结构进行成像的 指令进行操作以： 将对比剂注入或加载到所述结构中； 利用对比剂获取包含所述结构的3D体积的至少一个2D投影；以及 利用2D投影生成3D图像。
38. 根据权利要求37所述的系统，其中，当至少两个2D投影被采集时，所述投影相对于 彼此成任意角度。
39. 根据权利要求37所述的系统，其中，被用于采集2D投影的射频脉冲和磁场梯度脉 冲的选择顺序至少降低来自于非对比结构的信号。
40. 根据权利要求25所述的系统，其中，用于机器人控制的指令进行操作以在MR成像 制导下实现手动操作和机器人的自动控制以用于采集2D投影。
41. 根据权利要求40所述的系统，其中，用于机器人控制的指令进行操作以： 经由手动操作控制： 选择至少一个平面、至少一个投影轴线和投影宽度；以及伴随地选择3D投影柱体以及 组合所述3D投影柱体；以及 经由自动控制： 计算包括脉冲梯度和梯度强度的核磁共振采集参数；以及，依次地 更新采集参数； 动态地采集和分析投影；以及 生成动态组织模型；以及 计算控制机器人所通过的动态通道和轨迹；计算触觉装置的动态显现；以及据此生成 成像制导的增强现实。
42. -种永久性计算机能够读取的数据存储介质，所述存储介质存储包括根据权利要 求25所述的多个模块的计算机能够执行的指令。
43. -种计算机程序产品，所述产品有形地在根据权利要求41所述的永久性计算机能 够读取的介质中实现。
【专利摘要】本发明提供一种在手术期间用于机器人的原位实时成像制导的系统、模块和使用该系统和模块的方法。该系统包括多个模块，所述模块经由多个界面在手术进行时联接成像设备、医疗机器人和所述成像设备及医疗机器人的操作员。模块被构造为在至少一个具有存储器、处理器和网络连接器的计算机中操作，以使得指令总体上控制成像设备、跟踪机器人、跟踪手术区域中的感兴趣的组织、处理从成像设备和机器人采集的数据，并且显示机器人和所述区域。还提供一种永久性计算机可读取数据存储介质，所述存储介质存储计算机可执行指令并且包括多个模块，以及一种计算机程序产品，所述产品可有形地在存储介质中实现。
【IPC分类】A61B17-00, G06T3-00, G06T1-00, A61B5-055, A61B19-00
【公开号】CN104780849
【申请号】CN201380055516
【发明人】尼克拉斯·特泽科斯, 尼克希尔·V·纳乌卡
【申请人】休斯顿大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2013年8月27日
【公告号】CA2883469A1, EP2887884A1, US20140058407, WO2014036034A1