設(shè)計介入程序的系統(tǒng)和方法
【專利說明】設(shè)計介入程序的系統(tǒng)和方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本公開涉及穿過患者解剖結(jié)構(gòu)實施微創(chuàng)程序的系統(tǒng)和方法，更具體地涉及設(shè)計布置介入器械的程序的系統(tǒng)和方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)意圖減少介入程序過程中損傷的組織量，從而減少患者恢復(fù)時間、不適和有害副作用。這種微創(chuàng)技術(shù)可通過患者解剖學的自然孔口或通過一個或多個外科切口進行。通過這些自然孔口或切口，臨床醫(yī)生可插入介入器械(包括外科、診斷、治療、或活組織檢查器械)到達目標組織位置。為到達目標組織位置，微創(chuàng)介入器械可穿過解剖學系統(tǒng)如肺、結(jié)腸、腸、腎、心臟、循環(huán)系統(tǒng)、或類似物中的自然或外科生成的通道。為協(xié)助臨床醫(yī)生使器械穿過通道，利用術(shù)前或操作間成像來制備通道的模型。當前用于布置介入器械的系統(tǒng)將器械布置位置鑒定為模擬通道中最接近目標組織位置的點。鑒于介入器械或解剖結(jié)構(gòu)的限制，這種最接近點布置位置可能難以到達。需要改進的系統(tǒng)和方法來確定用于對目標組織位置實施程序的設(shè)計器械布置位置。
[0004]發(fā)明概述
[0005]所附權(quán)利要求概括了本發(fā)明的實施方式。
[0006]在一個實施方式中，設(shè)計布置介入器械的程序的方法包括接收解剖學結(jié)構(gòu)的模型。該解剖學結(jié)構(gòu)包括多個通道。方法進一步包括在模型中鑒定目標結(jié)構(gòu)，和接收關(guān)于介入器械在多個通道內(nèi)的操作能力的信息。方法進一步包括基于介入器械的操作能力，鑒定用于定位介入器械的遠端以對目標結(jié)構(gòu)執(zhí)行程序的設(shè)計布置位置(planned deploymentlocat1n)。
[0007]在另一實施方式中，系統(tǒng)包括非臨時性計算機可讀介質(zhì)，其包含用于設(shè)計布置介入器械的程序的計算機可執(zhí)行指令。計算機可執(zhí)行指令包括接收包括多個通道的解剖學結(jié)構(gòu)的模型的指令、和在模型中鑒定目標結(jié)構(gòu)的指令。計算機可執(zhí)行指令還包括接收關(guān)于介入器械在多個通道內(nèi)的操作能力的信息的指令、和基于介入器械的操作能力鑒定用于定位介入器械遠端以對目標結(jié)構(gòu)執(zhí)行程序的設(shè)計布置位置的指令。
[0008]附圖簡述
[0009]本公開的方面通過結(jié)合附圖閱讀下文詳細描述將得到最充分的理解。注意，根據(jù)工業(yè)標準實踐，各種要件沒有按比例繪制。事實上，各種要件的尺寸可能為了討論清楚而任意增加或減少。另外，本公開可在不同的實施例中重復(fù)參考編號和/或字母。這樣的重復(fù)其目的是簡單和清楚，而非本身表示所述不同實施方式和/或配置之間的關(guān)系。
[0010]圖1是根據(jù)本公開實施方式的遠程操作的介入系統(tǒng)。
[0011]圖2示例采用本公開方面的介入器械系統(tǒng)。
[0012]圖3示例具有伸長介入工具的圖2的介入器械系統(tǒng)的遠端。
[0013]圖4示例解剖學模型圖像，其中介入器械遠端處于布置位置。
[0014]圖5是圖4的部分的視圖。
[0015]圖6示例解剖學模型圖像，其中介入器械遠端處于基于傳感器反饋修正的布置位置。
[0016]圖7是描述鑒定介入器械的設(shè)計布置位置的方法的流程圖。
[0017]圖8是描述基于傳感器反饋修正設(shè)計布置位置的方法的流程圖。
[0018]圖9是描述利用成像系統(tǒng)鑒定目標結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0019]圖10和11是圖9的方法的示例。
[0020]發(fā)明詳述
[0021]在下文對本發(fā)明方面的詳細描述中，提出了很多具體細節(jié)以提供對本公開實施方式的充分理解。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本公開實施方式的實踐可無需這些具體細節(jié)。在其他實例中，公知的方法、程序、部件、和電路未被詳細描述，從而不會不必要地使本發(fā)明實施方式的方面難以理解。而且，為避免不必要的重復(fù)描述，根據(jù)一個示例性實施方式描述的一個或多個部件或動作在適用于其他示例性實施方式時可被使用或省略。
[0022]下文實施方式將就其在三維空間中的狀態(tài)而言描述不同器械和器械部分。如本文所用，術(shù)語“定位”指代對象或?qū)ο蟮牟糠衷谌S空間中的位置(例如，沿笛卡兒X、Y、Z坐標的三個平移自由度)。如本文所用，術(shù)語“定向”指代對象或?qū)ο蟮牟糠值男D(zhuǎn)布置(三個旋轉(zhuǎn)自由度一一例如，滾轉(zhuǎn)、俯仰、和偏轉(zhuǎn))。如本文所用，術(shù)語“姿態(tài)”指代對象或?qū)ο蟮牟糠值闹辽僖粋€平移自由度的定位和對象或?qū)ο蟮牟糠值闹辽僖粋€旋轉(zhuǎn)自由度的定向(上至總共六個自由度)。如本文所用，術(shù)語“形狀”指代沿對象測量的一組姿態(tài)、定位、或定向。
[0023]參考附圖的圖1，用于例如外科、診斷、治療、或活組織檢查程序的遠程操作介入系統(tǒng)總體上由參考編號100表示。如圖1所示，遠程操作系統(tǒng)100總體上包括介入操縱器組件102，用于操作介入器械104對患者P進行不同程序。組件102安裝于操作臺O或安裝在操作臺O附近。主組件106允許外科醫(yī)生S觀看外科位點和控制從操縱器組件102。
[0024]主組件106可位于外科醫(yī)生控制臺C，外科醫(yī)生控制臺C通常與操作臺O位于相同房間。然而，應(yīng)理解，外科醫(yī)生S可與患者P位于不同的房間或完全不同的建筑。主組件106總體上包括任選的載體108和一個或多個控制裝置112，該控制裝置112用于控制操縱器組件102?？刂蒲b置(一個或多個)112可包括任意數(shù)量的多種輸入裝置，如操縱桿、轉(zhuǎn)球、數(shù)據(jù)手套、觸發(fā)槍、手動操作控制器、語音識別裝置、身體動作或存在傳感器、或類似物。在一些實施方式中，控制裝置(一個或多個)112被提供以與關(guān)聯(lián)的介入器械104相同的自由度，以提供給外科醫(yī)生遠程呈現(xiàn)、或控制裝置(一個或多個)112與器械104—體的感知，使得外科醫(yī)生有直接控制器械104的強烈感覺。在其他實施方式中，控制裝置(一個或多個)112可具有比相關(guān)介入器械104更多或更少自由度，并且仍提供給外科醫(yī)生遠程呈現(xiàn)。在一些實施方式中，控制裝置(一個或多個)112是手動輸入裝置，其以六個自由度運動，并且還可包括致動手柄，用于致動器械(例如，閉合抓爪、施加電勢至電極、遞送藥物治療、或類似作用)。
[0025]在可選的實施方式中，遠程操作系統(tǒng)可包括多于一個從操縱器組件和/或多于一個主組件。操縱器組件的確切數(shù)量將取決于外科程序和操作室內(nèi)的空間限制、以及其他因素。主組件可并置，或其可定位在單獨的位置。多個主組件允許多于一個操作人員控制不同組合的一個或多個從操縱器組件。
[0026]任選的可視化系統(tǒng)110可包括內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，使得外科位點同時(實時)圖像被提供給外科醫(yī)生控制臺C。同時圖像可以是例如定位在外科位點內(nèi)的內(nèi)窺鏡探頭拍攝的二維或三維圖像。在此實施方式中，可視化系統(tǒng)110包括內(nèi)窺鏡部件，其可一體化或可拆卸地偶聯(lián)于介入器械104。然而，在可選的實施方式中，可利用附接于獨立的操縱器組件的獨立的內(nèi)窺鏡來成像外科位點。可選地，獨立的內(nèi)窺鏡組件可直接由使用者操作，無遠程操作控制。內(nèi)窺鏡組件可包括主動轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)(例如，通過遠程操作轉(zhuǎn)向絲)或被動轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)(例如，通過導(dǎo)絲或使用者直接導(dǎo)航)?？梢暬到y(tǒng)110可作為硬件、固件、軟件、或其組合實施，其與一個或多個計算機處理器相互作用或被一個或多個計算機處理器執(zhí)行，該計算機處理器可包括控制系統(tǒng)116的處理器(一個或多個)。
[0027]顯示系統(tǒng)111可顯示可視化系統(tǒng)110拍攝的外科位點和介入器械的圖像。顯示器111和主控制裝置(一個或多個)112可定向使得顯示器組件中的成像裝置和介入器械的相對定位類似于外科醫(yī)生眼和手(一個或多個)的相對定位，因此操作人員可操縱介入器械104和主控制裝置(一個或多個)112，如同觀看基本上真實呈現(xiàn)的工作空間。真實呈現(xiàn)意為顯示的組織圖像呈現(xiàn)給操作人員，如同操作人員親身存在于成像器位置并且從成像器角度直接觀看組織。
[0028]可選地或另外地，顯示系統(tǒng)111可呈現(xiàn)利用成像技術(shù)術(shù)前記錄和/或模擬的外科位點圖像，該成像技術(shù)如計算機斷層(CT)、磁共振成像(MRI)、熒光透視、溫度記錄法、超聲波、光學相干斷層掃描(OCT)、熱成像、阻抗成像、激光成像、納米管X射線成像、或類似技術(shù)。呈現(xiàn)的術(shù)前圖像可包括二維、三維、或四維(包括，例如，基于時間或基于速度的信息)圖像。
[0029]在一些實施方式中，顯示系統(tǒng)111可顯示虛擬可視化圖像，其中通過來自模擬解剖結(jié)構(gòu)的術(shù)前或同時圖像定位(例如，動態(tài)參照)介入器械的實際位置，以呈現(xiàn)給外科醫(yī)生S外科器械末端位置處的內(nèi)部外科位點的虛擬圖像。
[0030]在其他實施方式中，顯示系統(tǒng)111可顯示虛擬可視化圖像，其中通過來自模擬解剖結(jié)構(gòu)的已有圖像(包括術(shù)前記錄的圖像)或同時圖像定位介入器械的實際位置，以呈現(xiàn)給外科醫(yī)生S外科位點處介入器械的虛擬圖像。部分介入器械的圖像可疊加在虛擬圖像上，以協(xié)助外科醫(yī)生控制介入器械。
[0031