在图像引导的外科手术中的配准补偿的系统和方法技术方案

一种由计算系统执行的方法包括接收医疗器械的细长柔性部分的形状信息。该医疗器械包括可移动地耦连到在手术参考坐标系中具有已知位姿的固定装置的参考部分。该固定装置包括在手术参考坐标系中具有已知约束结构位置的约束结构。该细长柔性部分被耦连到参考部分并且尺寸被设计成穿过约束结构。该方法进一步包括接收在手术参考坐标系中的参考部分方位信息；根据参考部分方位信息和形状信息确定在手术参考坐标系中的估计的约束结构位置；通过比较估计的约束结构位置与已知约束结构位置，确定校正因子；以及基于校正因子修改形状信息。

System and method of registration compensation in image guided surgery

A method performed by a computing system includes the shape information of a slender flexible part that receives a medical device. The medical device includes a removable coupling to a reference section of a fixed device with a known position in the reference coordinate system of the operation. The fixer includes a constraint structure with a known constraint structure in the reference frame of the operation. The slender flexible part is coupled to the reference section and the size is designed to pass through a constraint structure. The method further includes receiving a reference part position information in the coordinate system in operation; according to the constraint structure of position reference coordinates in the estimation in the operation of the reference section of the azimuth information and shape information; through the constraint structure position and known constraints comparing the estimated structure position, determine the correction factor; and based on the correction factor to modify the shape information.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在图像引导的外科手术中的配准补偿的系统和方法相关申请本专利申请要求对2015年4月6日提交的题为“SYSTEMSANDMETHODSOFREGISTRATIONCOMPENSATIONINIMAGEGUIDEDSURGERY(在图像引导的外科手术中的配准补偿的系统和方法)”的美国临时专利申请62/143,405的提交日期的优先权和利益，该专利申请通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及用于实行图像引导程序的系统和方法，并且更具体地，涉及用于在图像引导程序期间补偿配准误差的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术意在减小在医疗程序期间损坏的组织的量，从而减少患者恢复时间、不舒适性和有害的副作用。此类微创技术可以穿过患者解剖体中的自然孔口或穿过一个或更多个手术切口执行。穿过这些自然孔口或切口，临床医生可以插入微创医疗器械(包括手术器械、诊断器械、治疗器械或活体组织检查器械)，以到达目标组织位置。为了协助到达目标组织位置，医疗器械的位置和移动可以用患者解剖体的术前或术中图像配准。用配准到图像的图像引导器械，所述器械可以导航解剖系统中的自然或手术产生的通道，诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等。一些图像引导的器械可以包括光纤形状传感器，其提供关于细长柔性器械的形状和关于器械的远端的位姿的信息。需要用于最小化与将器械的近端配准到术前图像或术中图像相关联的误差的系统和技术，以维持用于器械的远端的位姿估计的准确性。
技术实现思路
本专利技术的实施例由说明书随附的权利要求概括。在一个实施例中，一种由计算系统执行的方法包括接收医疗器械的细长柔性部分的形状信息。该医疗器械包括可移动地耦连到在手术参考坐标系(surgicalreferenceframe)中具有已知位姿的固定装置的参考部分。该固定装置包括在手术参考坐标系中具有已知约束结构位置的约束结构。该细长柔性部分被耦连到参考部分并且尺寸被设计成穿过约束结构。该方法进一步包括接收在所述手术参考坐标系中的参考部分方位信息；根据参考部分方位信息和形状信息确定在手术参考坐标系中的估计的约束结构位置；通过比较估计的约束结构位置与已知约束结构位置，确定校正因子；以及基于校正因子修改形状信息。在另一个实施例中，一种由计算系统执行的方法包括从医疗器械接收器械的形状信息。该医疗器械包括可移动地耦连到在手术参考坐标系中具有已知位姿的固定装置的参考部分。该固定装置包括约束结构和耦连到参考部分的细长柔性部分。该细长柔性部分的尺寸设计成在手术参考坐标系中的已知位置处穿过固定装置的约束结构。该方法进一步包括接收解剖模型信息和将器械形状信息配准到解剖模型信息。配准包括调整器械形状信息，以穿过手术参考坐标系中的已知位置。应当理解的是，前述总体描述和以下具体实施方式在本质上是示例性的和解释性的，并且意在提供对本公开的理解，而不限制本公开的范围。在那个方面，本公开的附加方面、特征和优点根据以下具体实施方式将对本领域的技术人员是显而易见的。附图说明当与附图一起阅读时，本公开的各方面从以下具体实施方式最好地理解。强调指出，根据本行业中的标准实践，各种特征件未按比例绘制。事实上，为了便于讨论，各种特征件的尺寸可以任意地增大或减小。此外，本公开可以在各种示例中重复参考标号和/或字母。此重复是为了简单和清楚的目的，并且本身不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。图1是根据本公开的实施例的远程操作的医疗系统。图2示出利用本公开的各方面的医疗器械系统。图3示出具有延伸的医疗工具的图2的医疗器械系统的远端。图4是示出根据本公开的实施例的用于在图像引导的手术程序中提供引导的方法的流程图。图5示出根据本公开的实施例的配准技术的配准显示台。图6示出包括安装在插入组件上的医疗器械的手术坐标空间的侧视图。图7a示出根据可替代实施例的图6的插入组件的一部分，其中两个自由度约束结构被安装在插入组件上。图7b示出图7a的约束结构的横截面视图。图8a示出根据可替代实施例的图6的插入组件的一部分，其中四自由度约束结构被安装在插入组件上。图8b示出图8a的约束结构的横截面视图。图9a是示出用于校正医疗器械与一组解剖模型信息的配准的方法的流程图。图9b是示出用于校正来自形状传感器的形状信息的方法的流程图。图10示出解剖模型信息与形状传感器信息的初始配准。图11示出基于形状传感器穿过约束结构而校正的最后配准。具体实施方式在本专利技术的各方面的下列详细描述中，详细阐述许多具体细节，以便提供对公开的实施例的全面理解。然而，对于本领域的技术人员来说将明显的是，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他情况下，众所周知的方法、程序、部件和电路未被详细描述，以便不会不必要地模糊本专利技术的实施例的各方面。并且为了避免不需要的描述性重复，根据一个说明性实施例描述的一个或更多个部件或动作可以被使用或由于从其他说明性实施例可应用而被省略。以下实施例将在各种器械和器械的各部分在三维空间中的状态方面描述各种器械和器械的各部分。如本文所用，术语“方位(position)”指物体或物体的一部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”指物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度，例如滚动、俯仰和偏转)。如本文所用，术语“位姿(pose)”指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度的方位和该物体或该物体的一部分在至少一个旋转自由度的取向(多达六个总自由度)。如本文所用，术语“形状”指沿物体测量的一组位姿、方位或取向。参照附图的图1，用于在例如手术程序、诊断程序、治疗程序或活体组织检查程序中使用的远程操作医疗系统通常由参考标号100指示。如图1中所示，远程操作系统100通常包括用于在对患者P执行各种程序时操作医疗器械104的远程操作操纵器组件102。组件102被安装到手术台O或被安装在手术台O附近。主控组件106允许临床医生或外科医生S观看介入部位并控制从动操纵器组件102。主控组件106可以位于外科医生的控制台处，外科医生的控制台通常位于与手术台O相同的房间中。然而，应该理解的是，外科医生S可以位于不同的房间或与患者P完全不同的建筑物中。主控组件106通常包括用于控制操纵器组件102的一个或更多个控制装置。控制装置可以包括任何数量的各种输入装置，诸如操控杆、跟踪球、数据手套、触发式手枪、手操作式控制器、声音识别装置、身体运动或存在传感器等。在一些实施例中，控制装置将被提供有与相关联医疗器械104相同的自由度，从而为外科医生提供远程呈现/远程现场感(telepresence)，或控制装置与器械104一体以便外科医生具有直接控制器械104的强烈感觉的感知。在其他实施例中，控制装置可以具有比相关联医疗器械104更多或更少的自由度，并且仍然为外科医生提供远程呈现。在一些实施例中，控制装置是以六个自由度移动的手动输入装置，并且也可以包括用于致动器械(例如，用于关闭抓取夹爪，将电势应用于电极，输送医药治疗或诸如此类)的可致动手柄。远程操作组件102支撑医疗器械系统104，并且可以包括一个或更多个伺服控制连杆的运动学结构(例如，可以被手动地安置和锁定在适当位置中的一个或更多个连杆，通常称为设置结构)和远程操作操纵器。远程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由计算系统执行的方法，所述方法包括：接收用于医疗器械的细长柔性部分的形状信息，所述医疗器械包括，参考部分，所述参考部分可移动地耦连到在手术参考坐标系中具有已知位姿的固定装置，所述固定装置包括在所述手术参考坐标系中具有已知约束结构位置的约束结构，其中所述细长柔性部分被耦连到所述参考部分并且其尺寸设计成穿过所述约束结构；接收在所述手术参考坐标系中的参考部分方位信息；根据所述参考部分方位信息和所述形状信息确定在所述手术参考坐标系中的估计的约束结构位置；通过比较估计的约束结构位置与所述已知的约束结构位置，确定校正因子；以及基于所述校正因子修改所述形状信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.06 US 62/143,4051.一种由计算系统执行的方法，所述方法包括：接收用于医疗器械的细长柔性部分的形状信息，所述医疗器械包括，参考部分，所述参考部分可移动地耦连到在手术参考坐标系中具有已知位姿的固定装置，所述固定装置包括在所述手术参考坐标系中具有已知约束结构位置的约束结构，其中所述细长柔性部分被耦连到所述参考部分并且其尺寸设计成穿过所述约束结构；接收在所述手术参考坐标系中的参考部分方位信息；根据所述参考部分方位信息和所述形状信息确定在所述手术参考坐标系中的估计的约束结构位置；通过比较估计的约束结构位置与所述已知的约束结构位置，确定校正因子；以及基于所述校正因子修改所述形状信息。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述形状信息从在所述医疗器械内延伸的光纤形状传感器接收。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述光纤形状传感器包括位于所述医疗器械的所述参考部分中的近端。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述形状信息包括所述器械的远侧尖端的位姿。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定装置是固定在所述手术参考坐标系中的远程操作的操纵器的部件。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述参考部分方位信息基于来自远程操作操纵器的至少一个自由度的传感器数据而被校准。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束结构约束所述器械的所述细长柔性部分在所述手术参考坐标系中的所述已知位置处的运动的至少两个自由度。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述约束结构包括刚性环。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束结构约束所述器械的所述细长柔性部分在所述手术参考坐标系中的所述已知位置处的运动的至少四个自由度。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述约束结构包括细长套管。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述已知位置是在所述手术参考坐标系中的固定位置。12.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括接收解剖模型信息；以及将修改的器械形状信息配准到所述解剖模型信息。13.根据权利要求1所述的方法，其中确定在所述手术参考坐标系中估计的约束结构位置包括确定相对于形状传感器参考坐标系中的参考部分的约束结构位置。14.根据权利要求1所述的方法，其中接收在所述手术参考坐标系中的所述参考部分方位信息包...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·巴巴格力，C·R·卡尔森，C·Q·登霍欧，V·多文戴姆，T·D·苏珀尔，T·赵，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US