设计介入程序的系统和方法
【专利说明】设计介入程序的系统和方法发明领域
[0001]本公开涉及穿过患者解剖结构实施微创程序的系统和方法，更具体地涉及设计布置介入器械的程序的系统和方法。
[0002]发明背景
[0003]微创医疗技术意图减少介入程序过程中损伤的组织量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。这种微创技术可通过患者解剖学的自然孔口或通过一个或多个外科切口进行。通过这些自然孔口或切口，临床医生可插入介入器械(包括外科、诊断、治疗、或活组织检查器械)到达目标组织位置。为到达目标组织位置，微创介入器械可穿过解剖学系统如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统、或类似物中的自然或外科生成的通道。为协助临床医生使器械穿过通道，利用术前或操作间成像来制备通道的模型。当前用于布置介入器械的系统将器械布置位置鉴定为模拟通道中最接近目标组织位置的点。鉴于介入器械或解剖结构的限制，这种最接近点布置位置可能难以到达。需要改进的系统和方法来确定用于对目标组织位置实施程序的设计器械布置位置。
[0004]发明概述
[0005]所附权利要求概括了本发明的实施方式。
[0006]在一个实施方式中，设计布置介入器械的程序的方法包括接收解剖学结构的模型。该解剖学结构包括多个通道。方法进一步包括在模型中鉴定目标结构，和接收关于介入器械在多个通道内的操作能力的信息。方法进一步包括基于介入器械的操作能力，鉴定用于定位介入器械的远端以对目标结构执行程序的设计布置位置(planned deploymentlocat1n)。
[0007]在另一实施方式中，系统包括非临时性计算机可读介质，其包含用于设计布置介入器械的程序的计算机可执行指令。计算机可执行指令包括接收包括多个通道的解剖学结构的模型的指令、和在模型中鉴定目标结构的指令。计算机可执行指令还包括接收关于介入器械在多个通道内的操作能力的信息的指令、和基于介入器械的操作能力鉴定用于定位介入器械远端以对目标结构执行程序的设计布置位置的指令。
[0008]附图简述
[0009]本公开的方面通过结合附图阅读下文详细描述将得到最充分的理解。注意，根据工业标准实践，各种要件没有按比例绘制。事实上，各种要件的尺寸可能为了讨论清楚而任意增加或减少。另外，本公开可在不同的实施例中重复参考编号和/或字母。这样的重复其目的是简单和清楚，而非本身表示所述不同实施方式和/或配置之间的关系。
[0010]图1是根据本公开实施方式的远程操作的介入系统。
[0011]图2示例采用本公开方面的介入器械系统。
[0012]图3示例具有伸长介入工具的图2的介入器械系统的远端。
[0013]图4示例解剖学模型图像，其中介入器械远端处于布置位置。
[0014]图5是图4的部分的视图。
[0015]图6示例解剖学模型图像，其中介入器械远端处于基于传感器反馈修正的布置位置。
[0016]图7是描述鉴定介入器械的设计布置位置的方法的流程图。
[0017]图8是描述基于传感器反馈修正设计布置位置的方法的流程图。
[0018]图9是描述利用成像系统鉴定目标结构的方法的流程图。
[0019]图10和11是图9的方法的示例。
[0020]发明详述
[0021]在下文对本发明方面的详细描述中，提出了很多具体细节以提供对本公开实施方式的充分理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，本公开实施方式的实践可无需这些具体细节。在其他实例中，公知的方法、程序、部件、和电路未被详细描述，从而不会不必要地使本发明实施方式的方面难以理解。而且，为避免不必要的重复描述，根据一个示例性实施方式描述的一个或多个部件或动作在适用于其他示例性实施方式时可被使用或省略。
[0022]下文实施方式将就其在三维空间中的状态而言描述不同器械和器械部分。如本文所用，术语“定位”指代对象或对象的部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡儿X、Y、Z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“定向”指代对象或对象的部分的旋转布置(三个旋转自由度一一例如，滚转、俯仰、和偏转)。如本文所用，术语“姿态”指代对象或对象的部分的至少一个平移自由度的定位和对象或对象的部分的至少一个旋转自由度的定向(上至总共六个自由度)。如本文所用，术语“形状”指代沿对象测量的一组姿态、定位、或定向。
[0023]参考附图的图1，用于例如外科、诊断、治疗、或活组织检查程序的远程操作介入系统总体上由参考编号100表示。如图1所示，远程操作系统100总体上包括介入操纵器组件102，用于操作介入器械104对患者P进行不同程序。组件102安装于操作台O或安装在操作台O附近。主组件106允许外科医生S观看外科位点和控制从操纵器组件102。
[0024]主组件106可位于外科医生控制台C，外科医生控制台C通常与操作台O位于相同房间。然而，应理解，外科医生S可与患者P位于不同的房间或完全不同的建筑。主组件106总体上包括任选的载体108和一个或多个控制装置112，该控制装置112用于控制操纵器组件102。控制装置(一个或多个)112可包括任意数量的多种输入装置，如操纵杆、转球、数据手套、触发枪、手动操作控制器、语音识别装置、身体动作或存在传感器、或类似物。在一些实施方式中，控制装置(一个或多个)112被提供以与关联的介入器械104相同的自由度，以提供给外科医生远程呈现、或控制装置(一个或多个)112与器械104—体的感知，使得外科医生有直接控制器械104的强烈感觉。在其他实施方式中，控制装置(一个或多个)112可具有比相关介入器械104更多或更少自由度，并且仍提供给外科医生远程呈现。在一些实施方式中，控制装置(一个或多个)112是手动输入装置，其以六个自由度运动，并且还可包括致动手柄，用于致动器械(例如，闭合抓爪、施加电势至电极、递送药物治疗、或类似作用)。
[0025]在可选的实施方式中，远程操作系统可包括多于一个从操纵器组件和/或多于一个主组件。操纵器组件的确切数量将取决于外科程序和操作室内的空间限制、以及其他因素。主组件可并置，或其可定位在单独的位置。多个主组件允许多于一个操作人员控制不同组合的一个或多个从操纵器组件。
[0026]任选的可视化系统110可包括内窥镜系统，使得外科位点同时(实时)图像被提供给外科医生控制台C。同时图像可以是例如定位在外科位点内的内窥镜探头拍摄的二维或三维图像。在此实施方式中，可视化系统110包括内窥镜部件，其可一体化或可拆卸地偶联于介入器械104。然而，在可选的实施方式中，可利用附接于独立的操纵器组件的独立的内窥镜来成像外科位点。可选地，独立的内窥镜组件可直接由使用者操作，无远程操作控制。内窥镜组件可包括主动转向结构(例如，通过远程操作转向丝)或被动转向结构(例如，通过导丝或使用者直接导航)。可视化系统110可作为硬件、固件、软件、或其组合实施，其与一个或多个计算机处理器相互作用或被一个或多个计算机处理器执行，该计算机处理器可包括控制系统116的处理器(一个或多个)。
[0027]显示系统111可显示可视化系统110拍摄的外科位点和介入器械的图像。显示器111和主控制装置(一个或多个)112可定向使得显示器组件中的成像装置和介入器械的相对定位类似于外科医生眼和手(一个或多个)的相对定位，因此操作人员可操纵介入器械104和主控制装置(一个或多个)112，如同观看基本上真实呈现的工作空间。真实呈现意为显示的组织图像呈现给操作人员，如同操作人员亲身存在于成像器位置并且从成像器角度直接观看组织。
[0028]可选地或另外地，显示系统111可呈现利用成像技术术前记录和/或模拟的外科位点图像，该成像技术如计算机断层(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视、温度记录法、超声波、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、或类似技术。呈现的术前图像可包括二维、三维、或四维(包括，例如，基于时间或基于速度的信息)图像。
[0029]在一些实施方式中，显示系统111可显示虚拟可视化图像，其中通过来自模拟解剖结构的术前或同时图像定位(例如，动态参照)介入器械的实际位置，以呈现给外科医生S外科器械末端位置处的内部外科位点的虚拟图像。
[0030]在其他实施方式中，显示系统111可显示虚拟可视化图像，其中通过来自模拟解剖结构的已有图像(包括术前记录的图像)或同时图像定位介入器械的实际位置，以呈现给外科医生S外科位点处介入器械的虚拟图像。部分介入器械的图像可叠加在虚拟图像上，以协助外科医生控制介入器械。
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