外科手术端口定位制造技术

本发明专利技术提供一种用于相对于实时解剖数据对用于外科手术工具(20、30)的端口(12、22、32)进行放置的方法、装置和系统。所述方法包括：在标准端口(12)内放置内窥镜(10)；从来自所述内窥镜(10)的图像中确定实时解剖数据；使用端口定位设备(210)来识别用于器械端口的相对于来自内窥镜的图像最佳位置；以及，在所识别的位置处创建器械端口。

Surgical port positioning

The present invention provides a method, apparatus, and system for placing ports (12, 22, 32) for surgical instruments (20, 30) with respect to real-time anatomical data. The method includes: in the standard port (12) positioned in the endoscope (10); from the endoscope (10) image in real-time to determine anatomical data; use the port positioning device (210) to identify instruments for port optimal position relative to the image mirror from within and create a glimpse; the location of the port equipment identification.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外科手术端口定位
本专利技术涉及医学成像领域，更具体地，涉及一种用于对与内窥镜设备有关的外科手术端口进行定位的装置和方法。
技术介绍
如图1所示，微创手术是使用通过小端口12、22、32被插入患者体内的细长器械10、20、30来执行的。端口的数量可以从一个端口至三个或更多端口变化。在许多过程中，被插入患者体内的器械之一是内窥镜，其提供执行过程处的体腔的实时可视化。端口的放置对手术的结果起着重要作用。位于以次优位置被定位在端口内的器械可能无法到达所有感兴趣区域。在标准临床实践中，使用由专业协会、医院或外科手术装备制造商公布的指南定位这些端口。指南限定与某些众所周知的解剖学标志有关的进入点。例如，在心脏外科手术中，通过解剖学标志(诸如：肋骨、胸骨和乳头)以及与这些标志限定的距离来定位端口。这种指南未考虑解剖体的可变性(患者之间以及手术前与手术中的解剖体之间)、患者体型、患者疾病或病情的特异性等。更多患者特异性端口(patient-specificport)的放置会是有利的，使与进入相关的(access-related)组织创伤及过程时间最小化，同时改善结果。在将器械通过端口插入体腔之后，所述器械能够在四个自由度(DOF)上移动：绕端口(支点)枢转的两个角度旋转、插入以及关于器械纵轴的旋转。角度旋转是关于垂直于并且垂直于器械纵轴的假想轴的旋转。然而，旋转和插入是直观且易于使用的，角度旋转之间的映射和体腔的内窥镜视图是较不直观的，需要很长的时间来学习，并且正如研究表明的，是微创手术中的手眼协调的最大障碍。对改善端口放置的许多研究聚焦在开发计算机算法，以基于术前3D医学图像来计算用于器械的最佳端口。这些优化规划在手术室中的后续转换聚焦于使用外科手术导航中已知的标准工具跟踪技术。然而，在术前3D图像上的工具跟踪未考虑到解剖标志之间的空间关系可能显著地从术前图像改为手术中的情况。例如，在微创手术中，CO2被引入自然腔体(诸如，胸部或腹部)，以扩大患者并为器械提供较大的空间。引入CO2后，患者(如胸部)的外表面与器官(诸如心脏)之间的空间布置将改变。因此，端口放置的术前规划在新的布置中将不会有用。GiuseppeM.Prisco等人的公布专利申请号US2011//202069A1指出一种用于固定世界参考框架中的三维测量的装置。参考设备包括接头和用于跟踪接头运动的接头跟踪器。外科手术器械通过系绳被连接到参考设备。形状传感器从参考设备延伸，通过系绳，并进入外科手术器械。形状传感器基本上无扭曲。来自接头跟踪器和形状传感器的信息用于将三维信息与固定世界参考框架进行配准。DavidQ.Larkin等人的专利号US7,930,065指出一种机器人外科手术系统，其具有使用光纤布拉格光栅来确定可铰接臂的接头位置的位置传感器。
技术实现思路
提供一种用于相对于实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行放置的方法、设备和系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于相对于实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行放置的方法。所述方法包括以下步骤：在标准端口中放置内窥镜；从来自内窥镜的图像中确定实时解剖数据；使用端口定位装置来识别用于器械端口的相对于来自内窥镜的图像的最佳位置；以及，在所识别的位置处创建器械端口。根据一个实施例，端口定位装置在预定点处被固定至内窥镜，并且使用端口定位装置来识别用于器械端口的最佳位置的步骤包括如下步骤：定位潜在的端口位置；确定通过潜在端口位置的器械在内窥镜图像的平面上的虚拟投影；将器械的虚拟表示叠加到对应于潜在端口位置的内窥镜图像上；以及，接收对潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示。根据一个实施例，对潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示是由端口定位装置的用户提供的。根据一个实施例，对潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示由处理设备基于经叠加的器械的虚拟表示的位置来确定和提供的。根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：操纵定位和取向装置，以将器械的虚拟投影投影到内窥镜图像上。定位和取向装置捕获投影角度，并且由处理器执行的指令的端口定位程序确定虚拟投影在对应于所捕获的角度的内窥镜图像上的位置。根据一个实施例，端口定位装置是形状感测系绳，并且定位和取向装置是触针。形状感测系绳提供3D形式的系绳，使得指令的端口定位程序能够确定系绳的自由端在内窥镜坐标中的位置。然后，指令的建模程序将通过系绳的自由端处的潜在端口位置的虚拟工具投影在内窥镜图像上。触针允许外科手术医生像工具一样取向触针或者甚至像工具一样操纵触针，使得针对工具的取向和移动范围被投影在内窥镜图像上。工具取向和移动范围可以用于确定潜在端口位置是否是最佳的。根据一个实施例，端口定位装置为至少一个刚性构件，并且定位和取向装置为至少一个接头，所述至少一个接头被连接到至少一个刚性构件，并且具有测量接头角度的编码器。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于相对于来自内窥镜的实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行定位的设备。所述设备包括：端口定位装置，其在预定点处被固定至内窥镜，并且将端口定位在相对于内窥镜的已知位置处。根据一个实施例，所述设备还包括处理器，所述处理器：确定在内窥镜的图像空间中的端口位置，确定通过端口位置的器械在来自内窥镜的图像上的投影，以及将器械的虚拟表示叠加至对应于潜在端口位置的内窥镜图像上。根据一个实施例，所述设备还包括定位和取向装置，其被可操作地连接至端口定位装置。定位和取向装置适于被操纵以提供针对器械在内窥镜图像上的投影在端口位置处的投影的角度。定位和取向装置捕获投影角度并且确定投影在内窥镜图像上的位置。根据一个实施例，端口定位装置为形状感测系绳，并且定位和取向装置为触针。根据一个实施例，端口定位装置为至少一个刚性构件，并且定位和取向装置为至少一个接头，所述至少一个接头被连接到至少一个刚性部件，并且具有测量接头的角度的编码器。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于相对于内窥镜对用于外科手术工具的端口进行定位的系统。所述系统包括：处理器；存储器，其被可操作与处理器连接；内窥镜，其提供内窥镜图像；端口定位装置，其在预定点处被固定至内窥镜，并且将端口定位在相对于内窥镜的已知位置处；以及，指令的程序，其被编码在存储器上并由处理器执行以确定端口的位置。根据一个实施例，由处理器执行的指令的程序：确定在内窥镜的图像空间中的端口位置，确定通过端口位置的器械在来自内窥镜的图像上的投影，以及将器械的表示叠加至对应于潜在端口位置的内窥镜图像上。根据一个实施例，所述系统还包括定位和取向装置，其被可操作地连接至端口定位装置。定位和取向装置适于被操纵以提供用于器械在内窥镜图像上的投影在端口位置上的投影的角度。定位和取向装置捕获投影的角度，并且指令的端口定位程序确定投影在内窥镜图像上的位置。根据一个实施例，端口定位装置为形状感测系绳，并且定位和取向装置为触针。根据一个实施例，端口定位装置为至少一个刚性构件，并且定位和取向装置为至少一个接头，所述至少一个接头被连接至至少一个刚性构件，并且具有测量接头的角度的编码器。附图说明在结合附图进行阅读时，从对优选实施例的下述详细描述中将更清楚地理解本专利技术的特征和优点。在附图中包括如下附图：图1是根据现有技术的微创过程的等距视图；图2是使用根据本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相对于实时解剖数据来识别用于外科手术工具的端口的最佳位置的方法，包括以下步骤：从来自被放置在标准端口(12)中的内窥镜(10)的图像(16)中确定实时解剖数据；以及使用端口定位装置(210)来识别用于创建器械端口的相对于来自所述内窥镜的所述图像的所述最佳位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.03 US 61/566,6141.一种用于相对于实时解剖数据来识别用于外科手术工具的端口的最佳位置的方法，包括以下步骤：从来自被放置在标准端口(12)中的内窥镜(10)的图像(16)中确定实时解剖数据；以及使用端口定位装置(210)来识别用于创建器械端口的相对于来自所述内窥镜的所述图像的所述最佳位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述端口定位装置(210)在预定锚定点(112)处被固定至所述内窥镜(10)，并且其中，使用端口定位装置来识别用于器械端口的最佳位置的所述步骤包括以下步骤：定位潜在端口位置(112)；确定通过所述潜在端口位置(112)的器械在所述内窥镜图像的平面上的投影；将所述器械的表示(216)叠加至对应于所述潜在端口位置(112)的所述内窥镜图像(16)上；以及接收对所述潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示。3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：操纵定位和取向装置(270)，以将所述器械的所述投影(216)投影到所述内窥镜图像(16)上，所述定位和取向装置捕获投影角度，并且确定所述投影在对应于所捕获的角度的所述内窥镜图像上的位置。4.一种用于相对于来自内窥镜的实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行放置的设备，包括：内窥镜(10)；以及端口定位装置(210)，其在预定锚定点(212)处被固定至所述内窥镜；其特征在于，所述端口定位装置将用于端口的位置限定在与所述内窥镜的已知空间关系处。5.根据权利要求4所述的设备，还包括处理器(220)，所述处理器：确定在所述内窥镜的图像空间中的潜在端口位置；确定通过所述潜在端口位置的器械在来自所述内窥镜的图像(16)上的投影(216)；并且将所述器械的表示叠加至对应于所述潜在端口位置的所述内窥镜图像上。6.根据权利要求5所述的设备，还包括定位和取向装置(270)，其被可操作地连接至所述端口定位装置(210)，所述定位和取向装置适于被操纵以提供针对器械在所述内窥镜图像上的投影在所述潜在端口位置处的投影角度，所述定位和取向装置捕获所述投影角度，并且确定所述投影在所述内窥镜图像上的位置。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述端口定位装置为形状感测系绳，并且所述定位和取向装置为触针。8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述端口定位装置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·波波维奇，H·埃尔哈瓦林，R·陈，R·曼茨克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL