用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法技术方案

技术编号:18090187 阅读:46 留言:0更新日期:2018-06-02 23:35
本发明专利技术涉及用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法。一种医疗机器人系统和操作所述医疗机器人系统系统的方法包含,获得患者解剖结构的术中的外部图像数据,以及利用该图像数据来产生针对医疗机器人系统的控制系统的建模调整(例如,更新解剖结构模型和/或细化器械配准)和/或调整程序控制方面(例如,调节物质或治疗递送、改善定向化、和/或跟踪性能)。

System and method for robot medical system integrated with external imaging

The invention relates to a system and method for robot medical system integrated with external imaging. A medical robot system and a method of operating the medical robot system including the external image data obtained from the operation of the anatomical structure of the patient, and the use of the image data to produce the modeling and adjustment of the control system for the medical robot system (for example, the updating of the anatomical structure model and / or the registration of the refined instrument). And / or adjust program control aspects (for example, regulating substances or treatment delivery, improving orientation, and / or tracking performance).

【技术实现步骤摘要】
用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法本申请为申请日为2014年05月16日、专利技术名称为“用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法”的中国专利申请201480027424.5(PCT/US2014/038411)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2013年5月16日提交的美国临时申请61/824,298的权益,其通过引用方式被完全并入本文。该专利文件还涉及并且以引用方式并入都在2011年10月14日提交的以下共同拥有且共同待决的专利申请:标题为“CatheterwithRemovableVisionProbe(具有可拆卸的视觉探头的导管)”的美国专利申请号13/274,208;标题为“CatheterswithControlModesforInterchangeableProbes(具有用于可互换探头的控制模式的导管)”的美国专利申请号13/274,198;标题为“VisionProbeandCatheterSystems(视觉探头和导管系统)”的美国专利申请号13/274,229;以及标题为“CatheterSensorSystems(导管传感器系统)”的美国专利申请号13/274,237。
本公开涉及用于在医疗程序期间跟踪医疗装置在患者解剖结构内的系统和方法,并且更具体地涉及用于将外部成像与机器人手术系统有效地集成的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术旨在减少在诊断或手术程序期间受损的组织量,从而缩短患者的恢复时间、减轻患者的不适并且减少有害的副作用。此类微创技术可以通过在患者解剖结构中的自然孔口,或通过一个或多个手术切口执行。通过这些自然孔口或切口,临床医生可以将手术器械插入到达目标组织位置。为了到达目标组织位置,微创手术器械可以在解剖系统中的自然的或手术创建的通道中导航,其中解剖系统诸如肺、结肠、肠、肾脏、心脏、循环系统等。导航辅助系统帮助临床医生按路线传送手术器械,并且避免对解剖结构的损伤。这些系统能够结合使用形状传感器以更准确地描述手术器械在真实空间中的形状、姿态和位置或手术器械相对于术前图像或者同步图像的形状、姿态和位置。在动态解剖系统中和/或在布满许多解剖通道的解剖区域中,将微创器械准确配准到解剖系统中是一项耗时且处理密集的任务。需要提高将微创器械配准到解剖系统的系统和方法的准确性和效率的改进的系统和方法。
技术实现思路
通过使来自外部成像系统的成像数据与术中的手术系统数据相关,能够实现手术系统相对于实际的患者解剖结构的更准确的配准和/或控制。一种医疗系统能够包括(一个或多个)机器人可控制的医疗器械,所述机器人可控制的医疗器械包括传感器系统(例如,位置传感器、形状传感器等),用于提供关于(一个或多个)器械的姿态和/或解剖结构的术中信息。如在本文中所使用的,术语“姿态”指的是对象的位置或对象在至少一个平移自由度的部分,并且指的是该对象的取向或对象在至少一个旋转自由度(多达六个总自由度)的部分。如在本文中所使用的,术语“形状”指的是沿对象测量的一组姿态、位置或取向。伴随着(一个或多个)医疗器械设置在患者内,外部成像系统(例如,计算机断层扫描术(CT)扫描仪、正电子发射型计算机断层显像(PET)扫描仪、荧光镜检查扫描仪(例如,C形臂、O形臂)、磁共振成像(MRI)扫描仪、锥形波束CT扫描仪,和/或超声系统、以及其他)提供(一个或多个)手术器械被定位在其中的解剖结构的术中图像。在一些实施例中,外部成像系统还能够被安装在铰接的(例如,机器人可控制的)支持结构上,以提供更大范围的成像取向。一种医疗机器人系统和用于操作该系统的方法能够涉及接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据,以及基于所述术中的外部图像数据(可选地从在处理目标位置或医疗机器人系统器械的相关部分(诸如远侧尖端或工具区段)周围的预定区域获得)至少半自动地(即,在没有用户手动介入的情况下至少部分地)控制所述医疗机器人系统。该系统能够利用从外部图像数据提取的数据进行控制,然后涉及:至少半自动地调节物质(例如,治疗剂、镇痛剂、植入物、或标记、以及其他)到目标位置的递送,将处理模式(例如,消融、辐射、超声、或电泳、以及其他)应用于目标位置,在目标位置处调整器械姿态,调整病灶性治疗参数(例如,辐射波束焦点或横截面、以及其他),和/或跟踪器械与组织在目标位置处的交互。一种医疗机器人系统和用于该系统的方法能够涉及接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据,以及基于所述术中的外部图像数据(可选地从在处理目标位置或医疗机器人系统器械的相关部分(诸如远侧尖端或工具区段)周围的预定区域获得)至少半自动地将建模调整应用于所述医疗机器人系统的控制系统。利用从外部图像数据提取的数据的建模调整能够涉及:基于术中的外部图像数据(例如,通过利用图像处理技术从术中的外部图像数据提取解剖结构特征和/或器械姿态数据)自动地或半自动地更新被用于术中导航的患者解剖结构的解剖结构模型,和/或细化(refine)患者、器械和/或解剖结构模型之间的配准(例如,通过从术中的外部图像数据提取对应于基准要素(诸如人造标记或已知的解剖界标/解剖结构)的数据以在适当情况下为患者、器械和/或解剖结构模型建立共同的参考系)。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中更好理解。要强调的是,依照在行业中的标准惯例,各种特征未按比例画出。实际上,为使讨论清晰,各种特征的尺寸可以随意增大或减小。此外,在各种示例中,本公开可以重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简单且清晰的目的,本身并不指定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。图1A是根据本公开的实施例的机器人医疗系统。图1B图示了利用本公开的方面的医疗器械系统。图2A示出了图1A和/或图1B的与外部成像系统相配合的机器人医疗系统。图2B-2F示出了图2A的机器人医疗系统的各种操作和控制方面。图3A-3D示出了用于涉及诸如在图2A-2F中示出的与外部成像相配合而使用机器人医疗系统的各种程序性方法的流程图。具体实施方式在本专利技术的实施例的下列具体实施方式中阐述许多具体细节,以便提供对公开的实施例的透彻理解。然而,对本领域中的技术人员显而易见的是,本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他实例中,未详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路,以便不会不必要地模糊本专利技术的实施例的各方面。以下实施例就各种器械和器械部分的三维空间下的状态而言对其进行描述。如在本文中所使用的,术语“位置”涉及对象或对象的一部分在三维空间(例如,沿着笛卡尔X、Y、Z坐标的三个平移自由度)中的位置。如在本文中所使用的,术语“取向”指的是对象或对象的一部分的旋转布置(三个旋转自由度——例如,滚动、俯仰和偏航)。如在本文中所使用的,术语“姿态”指的是对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置,并且指的是对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(多达六个总自由度)。如在本文中所使用的,术语“形状”指的是沿对象测量的一组姿态、位置或取向。参考附图中的图1A,机器人手术系统一般由参考数字100指示。注意,如在本文中所使用的,“手术”能够指任何对患者执行的医疗程序,包括但不限于操作程序(例如,组织提取或操本文档来自技高网
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用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法

【技术保护点】
一种用于操作医疗机器人系统的方法,所述方法包含:接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据;以及基于所述术中的外部图像数据至少半自动地控制所述医疗机器人系统。

【技术特征摘要】
2013.05.16 US 61/824,298;2014.05.15 US 14/278,8121.一种用于操作医疗机器人系统的方法,所述方法包含:接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据;以及基于所述术中的外部图像数据至少半自动地控制所述医疗机器人系统。2.根据权利要求1所述的方法,其中接收所述术中的外部图像数据包含:接收计算机断层扫描术扫描数据即CT扫描数据、磁共振成像数据即MRI数据、正电子发射型计算机断层显像扫描数据即PET扫描数据、荧光镜检查图像、热敏成像数据、超声数据、光学相干断层扫描术数据即OCT数据、热成像数据、阻抗成像数据、激光成像数据和纳米管X-射线成像数据中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法,其中所述术中的外部成像数据包含仅在所述医疗机器人系统的远端区域周围的预定区域内的所述患者解剖结构的数据。4.根据权利要求1所述的方法,其中所述术中的外部图像数据包括针对所述患者解剖结构中的目标位置的图像数据,并且其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统包含:利用所述医疗机器人系统将物质递送到所述目标位置。5.根据权利要求4所述的方法,其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统进一步包含:显示所述术中的外部图像数据以描绘在所述目标位置处的所述物质。6.根据权利要求4所述的方法,其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统进一步包含:识别在所述术中的外部图像数据中的针对所述物质的图像数据;以及基于针对所述物质的所述图像数据调整用于递送所述物质的控制参数。7.根据权利要求4所述的方法,其中所述物质包含治疗剂、诊断剂、麻醉剂、处理剂和成像剂中的至少一种。8.根据权利要求4所述的方法,其中所述物质包含植入物、基准和时间释放胶囊中的至少一种。9.根据权利要求1所述的方法,其中所述术中的外部图像数据包括针对所述患者解剖结构中的目标位置的图像数据,并且其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统包含:利用所述医疗机器人系统将处理模式应用于所述患者解剖结构中的目标位置。10.根据权利要求9所述的方法,其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统进一步包含:显示所述术中的外部图像数据以示出所述处理模式在所述目标位置处的效果。11.根据权利要求9所述的方法,其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统进一步包含:识别所述处理模式在所述术中的外部图像中的效果;以及基于识别的所述处理模式在所述术中的外部图像中的所述效果调整所述处理模式的参数。12.根据权利要求9所述的方法,其中所述处理模式包含消融、辐射和超声中的至少一种。13.根据权利要求1所述的方法,其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统包含:识别所述术中的外部图像数据中表示所述医疗机器人系统在所述患者解剖结构中的部分的第一部分;以及基于所述术中的外部图像数据的所述第一部分调整所述医疗机器人系统的所述部分的姿态。14.根据权利要求13所述的方法,其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统进一步包含:识别所述术中的外部图像数据中表示目标解剖结构区域的第二部分,并且其中调整所述医疗机器人系统的所述部分的所述姿态进一步基于所述术中的外部图像数据的所述第二部分。15.根据权利要求1所述的方法,其中所述医疗机器人系统包含病灶性治疗系统,并且其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统包含:识别所述术中的外部图像数据中表示所述患者解剖结构中的程序目标的目标部分;以及基于所述目标部分调整所述病灶性治疗系统的参数。16.根据权利要求15所述的方法,其中所述病灶性治疗系统包含用于产生辐射波束的外部波束放射疗法器械,并且其中调整所述病灶性治疗系统的所述参数包含:根据所述目标部分确定目标形状;以及基于所述目标形状限定所述辐射波束的波束形状。17.根据权利要求1所述的方法,其中所述医疗机器人系统包含手术器械,并且其中至少半自动地控制所述医疗机器人系统包含:显示所述术中的外部图像数据以示出所述手术器械的至少一种致动状态。18.根据权利要求17所述的方法,其中所述手术器械包含手术钳、骨钳、手术刀、活检工具、缝合工具、缝合器和血管闭合器中的至少一种。19.一种用于操作医疗机器人系统的方法,所述方法包含:接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据;以及基于所述术中的外部图像数据和所述患者解剖结构的现有模型至少半自动地应用术中的建模调整。20.根据权利要求19所述的方法,其中至少半自动地应用所述术中的建模调整包含:通过基于所述术中的外部图像数据调整所述现有模型以在术中产生所述患者解剖结构的更新的模型。21.根据权利要求20所述的方法,其中所述现有模型包括针对所述患者解剖结构中的一个或多个特征的模型数据,并且其中调整所述现有模型包含:从所述术中的外部图像数据提取针对所述一个或多个特征的特征图像数据;基于所述特征图像数据调整所述模型数据。22.根据权利要求20所述的方法,其中产生所述更新的模型包含调整仅所述现有模型的一部分。23.根据权利要求20所述的方法,其中所述医疗机器人系统包含器械,所述方法进一步包含接收针对被至少部分地设置在所述患者解剖结构内的所述器械的术中的姿态数据,并且其中产生所述更新的模型进一步包含:基于所述术中的姿态数据调整所述现有模型。24.根据权利要求19所述的方法,其中至少半自动地应用所述术中的建模调整包含:在所述术中的外部图像数据中识别参考要...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·潘埃斯库J·M·松格P·乔普拉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

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