用于图像引导外科手术的配准系统和方法技术方案

本文提供了配准解剖数据集以供外科手术期间使用的方法。该方法可以包括：对表示患者体内的一个或更多个通路的模型的第一模态图像数据的集合进行分段；以及基于表示一个或更多个通路的模型的第一模态图像数据的分段的集合来产生第一点集。该方法还可以包括：确定第二点集与第一点集之间的匹配集，其中通过第二模态获得第二点集；以及基于第一试探法丢弃匹配集的子集以产生修改的匹配集。然后可以基于修改的匹配集相对于第一点集移动第二点集，且第二点集被显示在显示器上。

Registration system and method for image guided surgery

This paper provides a registration anatomical dataset for use during surgery. The method may include: segmenting a set of first mode image data of a model representing one or more passages in the patient's body, and generating a first set of a set of segments based on the first mode image data of a model representing one or more passages. The method can also include: determining the matching set between the second point set and the first set, obtaining the second point set by the second mode, and discarding the subset of the matching set to produce the modified matching set based on the first exploration method. Then the second point set can be moved based on the modified matching set relative to the first point set, and the second point set is displayed on the display.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于图像引导外科手术的配准系统和方法相关专利申请本专利申请要求2015年8月14日提交的、标题为“SYSTEMSANDMETHODSOFREGISTRATIONFORIMAGE-GUIDEDSURGERY”的美国临时专利申请62/205,440的优先权和申请日权益，所述专利申请通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及用于进行图像引导手术的系统和方法，并且更具体地涉及用于显示在图像引导手术期间采样的组织的病理数据的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术旨在减小在医疗过程期间受损的组织的量，由此减小患者恢复时间、不适和有害的副作用。可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或更多个手术切口来执行此类微创技术。临床医生可以通过这些自然孔口或切口插入微创医疗仪器(包括外科手术仪器、诊断仪器、治疗仪器或活检仪器)以达到目标组织位置。为了辅助达到目标组织位置，可以使医疗仪器的位置和移动与患者解剖结构的术前图像或术中图像相关。在图像引导仪器与图像相关的情况下，仪器可以对解剖系统(诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等)中的自然或手术创建的通路进行导航。传统的仪器跟踪和参考系统可能需要在术前和手术成像期间使用患者垫，并且可能干扰临床环境或工作流程。需要用于以最小的临床干扰执行图像引导外科手术的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例由随附权利要求最好地总结。然而，示例性方法可以包括：对表示患者体内的一个或更多个通路的模型的第一模态图像数据的集合进行分段；以及基于表示一个或更多个通路的模型的分段第一模态图像数据的集合来产生第一点集。方法还可以包括：确定第二点集与第一点集之间的匹配集，其中通过第二模态获得第二点集；以及基于第一试探法丢弃匹配集的子集以产生修改的匹配集。另一个示例性方法可以包括：接收患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；以及接收从患者通路内收集的测量点集，每个点包括由患者占据的外科手术环境内的坐标。可以向一个或更多个测量点分配权重。方法还可以包括：将每个测量点与模型点匹配以产生匹配集，每个匹配的值取决于匹配中的测量点的分配权重；以及基于匹配集相对于模型点集移动测量点集。另一个示例性方法可以包括：接收从患者通路内收集的测量点集，每个点包括由患者占据的外科手术环境内的坐标；以及基于测量点集来识别患者通路的特征。方法还可以包括以下步骤或操作：在接收测量点集之前获得的患者通路的模型中识别与所识别的特征相对应的特征；以及执行测量点集与从模型获得的建模点集的初始配准。附加的示例性方法可以包括：访问患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；在从导管获得的数据中检测点收集条件；发起收集测量点集；以及使用模型点集和测量点集来执行点集配准算法。另一个附加的示例性方法可以包括：接收患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；以及接收从患者通路内收集的第一测量点集，每个点包括由患者占据的外科手术环境内的坐标。方法还可以包括以下操作：产生测量点集与模型点集之间的第一配准；产生第二测量点集与模型点集之间的第二配准；以及然后确定是否实现第二配准来代替第一配准。另一个示例性方法可以包括：接收患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；以及确定位于患者的一个或更多个通路内的导管的状态。当导管的状态满足条件时，方法还可以包括：从患者通路内收集测量点集，每个点包括由患者占据的外科手术环境内的坐标；以及然后产生测量点集与模型点集之间的配准。又另一个示例性方法可以包括：接收患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；以及接收从患者通路内收集的第一测量点集，每个点包括由患者占据的外科手术环境内的坐标。方法还可以包括：产生测量点集与模型点集之间的第一配准；检测患者的运动；以及产生第二测量点集与模型点集之间的第二配准。应理解，前述一般描述和以下详细描述本质上都为示例性和解释性的，并且意图提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。在这点来说，根据以下详细描述，本公开的其他方面、特征和优势对本领域技术人员将是显而易见的。附图说明当结合附图阅读时，根据以下具体实施方式，最好地理解本公开的各方面。应当强调的是，根据行业的标准规程，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论，可以任意增加或减小各种特征的尺寸。此外，本公开可重复各种示例中的参考数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚，并且其本身并不指示所论述的各种实施例和/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医疗系统。图2A示出了利用本公开的各方面的医疗仪器系统。图2B示出了根据本公开的实施例的具有延伸的医疗工具的图2A的医疗仪器系统的远端。图3示出了定位在人肺内的图2A的医疗仪器系统的远端。图4是示出根据本公开的实施例的用于在图像引导外科手术中提供引导的方法的流程图。图5A、图5B和图5C示出根据本公开的实施例的产生用于配准的人肺模型的分段过程中的步骤。图6A和图6B是根据本公开的实施例的包括安装在插入组件上的医疗仪器的患者坐标空间的侧视图。图6C是根据本公开的实施例的包括气管内管(endotrachealtube)的患者坐标空间中的患者的侧视图。图6D包括根据本公开的各方面的图6C的气管内管的内表面的图示。图7示出了根据本公开的实施例的图像引导外科手术的一部分的流程图。图8示出了根据本公开的实施例的表示解剖结构的两个点集，其将被配准为图像引导外科手术的一部分。图9示出了根据本公开的实施例的图像引导外科手术的散播(seeding)过程。图10示出了根据本公开的实施例的由配准技术产生的两个点集的配准。图11A、图11B、图11C、图11D、图11E、图11F、图11G和图11H示出了根据本公开的实施例的用于配准表示患者解剖结构的两个点集的各种方法。图12示出了根据本公开的实施例的配准技术的显示阶段。图13示出了根据本公开的实施例的存储在存储器中的点池(pointpool)。图14示出了根据本公开的实施例的图像引导外科手术的一部分的流程图。具体实施方式在本专利技术的各方面的以下具体实施方式中陈述了许多具体细节，以便提供对所公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将明白的是，本公开的实施例可在没有这些具体细节的情况下被实施。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，以免不必要地模糊本专利技术的实施例的各方面。并且，为了避免不必要的描述性重复，根据一个示意性实施例描述的一个或更多个部件或动作可以被使用或在根据其他示意性实施例可应用时省略。以下实施例将根据各种仪器和仪器部分在三维空间中的状态来描述所述仪器和仪器部分。如本文所使用的，术语“位置”是指对象或对象的一部分在三维空间中的位置(例如，沿着笛卡尔x坐标、y坐标和z坐标的三个平移自由度)。如本文所使用的，术语“定向”是指对象或对象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)。如本文所使用的，术语“姿态”是指对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置、以及对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的定向(最多达总共六个自由度)。如本文所使用的，术语“形状”是指沿着对象测量的一组姿态、位置或定向。参考附图中的图1，例如用于外科手术过程、诊断过程、治疗过程或活检过程的远程操作医疗系统大体由参考数字100指示。如图1所示，远程操作系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：访问患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；在从导管获得的数据中检测点收集条件；发起收集测量点集；使用所述模型点集和所述测量点集来执行点集配准算法以产生配准的模型点集；以及在由显示器提供的用户界面中显示所述配准的模型点集的视觉表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 US 62/205,4401.一种方法，其包括：访问患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；在从导管获得的数据中检测点收集条件；发起收集测量点集；使用所述模型点集和所述测量点集来执行点集配准算法以产生配准的模型点集；以及在由显示器提供的用户界面中显示所述配准的模型点集的视觉表示。2.根据权利要求1所述的方法，其中在从所述导管获得的图像数据中检测所述点收集条件。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述点收集条件是控制系统对主隆突的识别，并且从所述导管获得的所述图像数据包括所述主隆突的图像。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述点收集条件是对所述一个或更多个通路的颜色的识别，并且其中从所述导管获得的所述图像数据包括所述一个或更多个通路的颜色。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述点收集条件还包括对气管内管与所述一个或更多个通路之间的过渡的识别，并且其中从所述导管获得的所述图像数据包括含有所述过渡的图像。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述点收集条件是对从气管内管向外的过渡的识别。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述气管内管包括其上具有非自然存在的颜色的内表面。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述气管内管包括其上具有视觉图案的内表面。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述点收集条件是对导管已经离开气管内管的识别。10.根据权利要求9所述的方法，其中使用运动学信息来确定所述导管已经离开所述气管内。11.根据权利要求10所述的方法，其中从联接到所述导管的机器人获得所述运动学信息。12.根据权利要求10所述的方法，其中从所述导管的形状传感器获得所述运动学信息。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述点收集条件是对导管已经进入患者的气管的识别。14.一种方法，其包括：接收患者的一个或更多个通路的模型的模型点集；接收从所述患者通路内收集的第一测量点集，每个点包括由所述患者占据的外科手术环境内的坐标；产生所述测量点集与所述模型点集之间的第一配准；产生第二测量点集与所述模型点集之间的第二配准；以及确定是否实现所述第二配准来代替所述第一配准。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二测量点集包括所述第一测量点集以及从所述患者通路内收集的附加测量点中的至少一个。16.根据权利要求14所述的方法，其中确定是否实现所述第二配准来代替所述第一配准包括将所述第一配准的准确性度量标准与所述第二配准的准确性度量标准进行比较。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述准确性度量标准是与所述模型点匹配的测量点的百分比。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述准确性度量标准包括以下中的至少一个：所述测量点与所述模型点之间的平均距离以及与用于执行初始配准的种子相距的距离。19.根据权利要求14所述的方法，其还包括确定所述第一配准的准确性度量标准以及确定所述第二配准的准确性度量标准。20.根据权利要求14所述的方法，其中产生所述第二测量点集与所述模型点集之间的所述第二配准包括在预定时间段内收集附加测量点。21.根据权利要求14所述的方法，其中产生所述第二测量点集与所述模型点集之间的所述第二配准包括收集预定数量的附加测量点。22.根据权利要求14所述的方法，其还包括在实现所述第二配准之前通过用户界面请求来自临床医生的授权。23.根据权利要求14所述的方法，其还包括通过用户界面向临床医生提供所述第二配准可用于实现以替代所述第一配准的警报。...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·Q·唐贺维，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