使用定制套管针对机器人远程运动中心点的定位的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及医学仪器以及对该医学仪器的机器人控制，并且更具体而言，涉及定义针对用于医学流程的基于软件的机器人的远程运动中心。
【背景技术】
[0002]旋转X射线C型臂被用在各种介入和外科手术套件中以采集感兴趣解剖结构的2D和3D图像。使用通过小的端口被插入到患者身体内的细长仪器来执行微创外科手术。在机器人引导的微创外科手术中，关键是不对端口施加任何平移力，因为对端口施加平移力可能对患者造成损伤。远程运动中心(RCM)是使得末端执行器(医学设备)在患者内部的运动容易而在RCM点处具有零运动的点。RCM点需要与医学机器人的插入点一致。然而，常规方法要求对点的人工输入，所述点向系统指示期望的远程运动中心在机器人的参考系中的位置。
[0003]利用在机械设计中没有固有的远程运动中心的系统来执行机器人引导的外科手术的外科手术医师需要人工输入位置，以向机器人臂施加虚拟远程运动中心。然而，这能够导致错误，并转化为在外科手术期间的困难。
【发明内容】
[0004]根据本原理，一种用于提供针对机器人控制的远程运动中心的系统，包括标记物设备，所述标记物设备被配置为包括一种或多种形状，以指示所述标记物设备在由成像系统收集的图像中的位置和取向。所述标记物设备被配置为将仪器接收或者部分接收在其中，所述仪器是机器人引导的。配准模块被配置为使用所述标记物设备将图像的坐标系与机器人引导的仪器的坐标系进行配准，以定义虚拟远程运动中心存在于机器人坐标系中的位置。控制软件被配置为控制所述机器人引导的仪器的运动，其中，所述虚拟远程运动中心约束机器人的运动。
[0005]一种用于提供针对机器人控制的远程运动中心的标记物，包括:辐射可透过壁，其形成被配置为接收或者部分接收一个或多个仪器的内部腔；以及在所述壁上或者在所述壁中形成的辐射不透明材料，所述材料被配置为一种或多种几何形状，以指示所述标记物在X射线图像中的三维取向和位置，使得所述三维取向和位置提供用于针对所述一个或多个仪器的机器人控制的虚拟远程运动中心。
[0006]一种用于提供针对机器人控制的远程运动中心的方法，包括:将标记物放置在相对于对象的位置处，所述标记物被配置为包括一种或多种形状，以指示所述标记物在图像中的位置和取向；对所述标记物进行成像；使用所述标记物将图像的坐标系与机器人引导的仪器的坐标系进行配准，以定义虚拟远程运动中心存在于机器人坐标系中的位置；并且控制机器人控制的仪器的运动，其中，所述虚拟远程运动中心约束机器人的运动。
[0007]根据下文对例示性实施例的详细描述，并结合相应的附图进行解读，本公开的这些和其他目标、特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0008]本公开下文将参考如下附图详细介绍对优选实施例的描述，在附图中:
[0009]图1是示出了根据一个实施例的用于提供虚拟远程运动中心的系统的方框/流程图；
[0010]图2是示出了根据一个实施例的示出了针对医学仪器的远程运动中心点的方框/流程图的解剖剖视图；
[0011]图3是根据一个实施例的针对用在标记物设备上的辐射不透明材料的例示性配置；
[0012]图4是根据一个实施例的套管针标记物设备的透视视图；
[0013]图5是根据一个实施例的设置在套管针端口上的单独标记物设备的透视视图；并且
[0014]图6是示出了根据例示性实施例的用于定义针对机器人控制的虚拟远程运动中心的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]本文的实施例提供了用于确定和/或创建针对机器人控制的虚拟远程运动中心(RCM)的系统和方法。针对在其机械设计中不具有固有的远程运动中心的机器人设备，需要定义沿机器人末端执行器的空间中的虚拟点的软件能力，使得机器人控制软件能够计算机器人的必要运动，以避免在空间中的该点处施加平移力。一个特征包括集成在套管针、端口或其他仪器中或者附接到套管针、端口或其他仪器的辐射可透过标记物，其允许对由机器人把持的外科手术仪器(例如，腹腔镜仪器)的远程运动中心的基于X射线图像的检测。另一个特征包括用于计算远程运动中心在机器人坐标框架中的位置的方法。根据本原理，提供了根据单幅X射线图像对远程运动中心的快速且不依赖于操作者的检测。RCM的准确确定针对在仪器的机器人操纵期间的患者安全的一个重要方面。
[0016]本原理将例示性地集中于在X射线C型臂和/或内窥镜检查引导下执行机器人引导的微创外科手术的临床应用上。然而，这些范例应用是非限制性的，并且医学仪器其他成像技术可以获益，并且根据本原理加以采用。例如，在手术室或者包括心脏套件、肿瘤套件、神经外科套件等的别处执行的任何微创流程中都能够采用本实施例。
[0017]应当理解，将根据医学仪器来本描述发明；然而，本发明的教导要宽泛得多，并且能够应用于任何机器人控制的仪器。在一些实施例中，在跟踪或分析复杂生物学或机械系统的过程中采用本原理。具体而言，本原理能够应用于生物系统的内部跟踪流程，在诸如肺、胃肠道、排泄器官、血管等的身体的所有区域中的流程。附图中描绘的元件可以被实施在硬件和软件的各种组合中并且提供可以被组合在单个元件或多个元件中的功能。
[0018]能够通过使用专用硬件以及能够运行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供附图中示出的各种元件的功能。当由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个个体处理器(它们中的一些能够被共享)来提供所述功能。此夕卜，不应将术语“处理器”或“控制器”的明确使用解释为唯一地指代能够运行软件的硬件，而是能够固有地包括但不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。
[0019]此外，本文记载本发明的原理、各方面和实施例的所有陈述，以及其具体范例，旨在涵盖其结构和功能等价物两者。另外，这样的等价物旨在包括当前已知的等价物以及将来开发的等价物(即，不管结构如何，所开发的执行相同功能的任何元件)两者。因此，例如，本领域技术人员将意识到，本文呈现的方框图表示体现本发明的原理的例示性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，将意识到，任何流程表、流程图等表示基本上可以被表示在计算机可读存储介质中并且因此由计算机或处理器来运行的各种过程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。
[0020]此外，本发明的实施例能够采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品能够从计算机可用或计算机可读存储介质存取，所述计算机可用或计算机可读存储介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或者与计算机或任何指令运行系统结合来使用的程序代码。出于该描述的目的，计算机可用或计算机可读存储介质可以是包括、存储、通信、传播或运输程序的任何装置，所述程序用于由指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备结合来使用。所述介质能够是电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统(或者装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、刚性磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘-只读存储器(⑶-R0M)、压缩盘-读/写(⑶-R/W)、Blu-Ray?和 DVD。
[0021]现在参考附图，其中类似的附图标记表示相同或相似的元件，并且首先参考图1，示出了用于提供和/或确定远程运动中心(RCM)的系统100。系统100可以包括工作站或控制台112，从所述工作站或控制台对流程进行监督和/或管理。工作站112优选包括一个和多个处理器114以及用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储图像处理模块115，所述图像处理模块被配置为解释来自成像系统110的图像，以解译出标记物设备104的位置。图像处理模块115被配置为使用图像反馈(以及任何其他反馈，例如，电磁(EM)跟踪)来确定标记物设备104的位置和取向。设备104可以被定位在对象(例如，患者)160上，或者设备104可以包括医学设备或仪器102在其中进入对象160的其他设备的端口。设备104可以包括套管针或者其他端口，或者可以包括匹配在套管针或端口中或匹配在套管针或端口上的单独的部分。标记物设备104