用于图像引导的外科手术的连续配准的系统和方法技术方案

本文提供了将患者的一个或多个解剖通路的模型配准到患者空间的方法和系统。一种示例性方法可以包括：访问通路的模型的一组模型点，该模型点与模型空间相关联；沿插入患者的通路的导管的长度收集测量点，该测量点由导管的形状确定；以及将第一组的点分配给多个子集。该示例性方法可以进一步包括：配准每个子集与模型点以产生多个配准候选者；比较候选者以识别与多个候选者的最佳配准相关联的最佳子集，该最佳配准将该组模型点和多组测量点中的至少一组测量点转换到公共空间中。

System and method of continuous registration for image-guided surgery

This paper provides a method and system for registration of a patient's model of one or more anatomical pathways into patient space. An example method may include: a set of model points of the access path model associated with the model space; collection of measurement points along the length of the catheter inserted into the patient's path, which are determined by the shape of the catheter; and assignment of the first set of points to multiple subsets. The example method may further include: registration each subset with a model point to generate multiple registration candidates; comparing candidates to identify the best subset associated with the best registration of multiple candidates, which converts at least one set of model points and at least one set of measurement points from multiple sets of measurement points into a common space.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于图像引导的外科手术的连续配准的系统和方法相关申请本专利申请要求2016年11月2日提交的题为“用于图像引导的外科手术的连续配准的系统和方法(SystemsandMethodsofContinuousRegistrationForImage-GuidedSurgery)”的美国临时专利申请62/416,393的优先权和申请日的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本公开涉及用于进行图像引导的程序的系统和方法，并且更具体地涉及用于将患者解剖结构的模型配准到在医疗程序中使用的一个或多个器械的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术意图减少医疗程序期间损伤的组织量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。可以通过患者解剖结构的自然孔口或通过一个或多个手术切口进行这种微创技术。通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、诊断、治疗或活检器械)到达目标组织方位。为了帮助到达目标组织方位，医疗器械的方位和移动可以与患者解剖结构的术前或术中图像相关。利用与图像相关的图像引导器械，器械可以在解剖系统中导航自然或手术创建的通路，解剖系统诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统或诸如此类。需要用于以最小的临床干扰执行在图像引导的外科手术期间使用的配准模型的系统和方法。
技术实现思路
随附于说明书的权利要求最佳地概括了本专利技术的实施例。然而，一种将患者的一个或多个解剖通路的模型配准到患者空间的示例性方法可以包括：访问患者的一个或多个解剖通路的模型的模型空间中的一组模型点；沿插入患者的一个或多个解剖通路的导管的长度收集第一组测量点，在患者空间中测量点由导管的形状确定；以及将第一组测量点的点分配给测量点的多个第一子集。该示例性方法可以进一步包括：配准测量点的第一子集与一组模型点以产生第一多个配准候选者；比较配准候选者以识别与第一多个配准候选者的最佳配准相关联的最佳子集；以及在由显示器提供的用户界面中显示最佳配准的视觉表示。最佳配准将一组模型点和第一组测量点的至少一个子集转换到公共空间中。将患者的一个或多个解剖通路的模型配准到患者空间的另一种示例性方法可以包括：访问患者的一个或多个解剖通路的模型的一组模型点；沿着插入患者的一个或多个解剖通路的导管的长度收集一组测量点，在患者空间中测量点由导管的形状确定；以及配准一组测量点的子集与一组模型点，以产生多个配准候选者。该示例性方法可以进一步包括：选择多个配准候选者中的一个配准候选者以用于执行医疗程序，并且将所选择的配准候选者应用于模型的一组模型点以将模型配准到患者空间。一种示例性医学成像系统可以包括：运动检测器；柔性导管，其近端耦接到可沿插入台移动的器械托架；以及点收集器械，其沿着柔性导管的长度延伸。该示例性系统可以进一步包括跟踪系统，其被配置为将由点收集器械收集的一组测量点配准到一个或多个解剖通路的模型。跟踪系统可以访问模型空间中的一组模型点并且沿着插入患者的一个或多个解剖通路中的柔性导管的长度收集一组测量点，在患者空间中测量点由导管的形状确定。跟踪系统还可以根据由运动检测器监测的周期性生理功能将一组测量点分配到子集中；基于测量点的子集从多个配准候选者中选择第一配准候选者；以及将所选择的第一配准候选者应用于模型的一组模型点以将模型配准到患者空间。应理解，以上大致描述和以下详细描述二者本质上是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而非限制本公开的范围。就此而言，根据下面的详细描述，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员将是明显的。附图说明图1是根据本公开的实施例的远程操作医疗系统的简化示意图。图2A是利用本公开的各方面的医疗器械系统的简化示意图。图2B是根据一些实施例的具有延伸的医疗工具的医疗器械的简化示意图。图3A和图3B是根据本公开的一些实施例的包括被安装在插入组装件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图。图4A、图4B、图4C和4D图示了在插入人肺内期间图2、图3A、图3B的医疗器械系统的远端。图5是图示根据本公开的一个实施例的用于在图像引导的外科手术程序中提供引导的方法的流程图。图6A、图6B和图6C图示了根据本公开的一个实施例的生成用于配准的人肺模型的分段过程中的步骤。图7图示了根据本公开的一个实施例的图像引导的外科手术程序的一部分的流程图。图8A和图8B图示了根据本公开的一个实施例的用于收集患者解剖结构内的测量点的基于相位的分箱(binning)过程和基于幅度的分箱过程。图9图示了根据本公开的一个实施例的患者解剖结构内的测量点的基于相位和基于幅度的分箱。图10A、图10B、图10C和图10D图示了根据本公开的一个实施例的患者解剖结构内的测量点的基于插入深度的分箱。图11A和图11B图示了根据本公开的一个实施例的患者解剖结构的中心线模型和一组测量点之间的配准。图12A和图12B图示了根据本公开另一实施例的患者解剖结构的中心线模型与一组测量点之间的配准。图13A和图13B图示了根据本公开的一个实施例的配准技术的显示阶段。通过参考随后的详细描述，将最好地理解本公开的示例及其优点。应认识到，同样的附图标记被用来识别在一个或多个附图中图示的同样的元件，其中的标识是用于图示本公开的实施例的目的，并不是用于限制本公开。具体实施方式在以下描述中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的特定细节。阐述了很多特定细节，以便提供对实施例的充分理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文中公开的特定实施例旨在是图示性的而不是限制性的。本领域技术人员可以实现尽管此处未具体描述但是在本公开的范围和精神内的其他元件。此外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出并描述的一个或多个特征可以被并入到其他实施例内，除非另外具体描述或如果一个或多个特征将会使实施例不能工作。在一些实例中，公知的方法、程序、部件和电路未被详细描述，从而不会不必要地混淆实施例的多个方面。本公开就不同器械和器械部分在三维空间中的状态而言对其进行描述。如本文所用，术语“位置”指代对象或对象的一些部分在三维空间中的方位(例如，沿笛卡尔X、Y和Z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”指代对象或对象的一些部分的旋转布置(三个旋转自由度，例如，滚转、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“姿态”指代对象或对象的一些部分在至少一个平移自由度上的位置和对象或对象的一些部分在至少一个旋转自由度上的取向(多达总共六个自由度)。如本文所用，术语“形状”指代沿着对象测量的一组姿态、位置或取向。图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统100的简化示意图。在一些实施例中，远程操作医疗系统100可以适合于在例如手术、诊断、治疗、或活检程序中使用。如图1所示，医疗系统100一般包括用于操作医疗器械104以对患者P执行各种程序的远程操作操纵器组装件102。远程操作操纵器组装件102安装于操作台T或安装在操作台T附近。被称为主控组装件106的操作者输入系统允许如图1所示的操作者O(例如，外科医生、临床医生或医师)观看介入部位并控制远程操作操纵器组装件102。主控组装件106可以位于医师控制台处，所述医师控制台通常与手术台T位于相同的房间中，诸如在患者P位于其上的外科手术台的一侧。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将患者的一个或多个解剖通路的模型配准到患者空间的方法，所述方法包括：访问所述患者的一个或多个解剖通路的所述模型的一组模型点，所述模型点与模型空间相关联；沿插入所述患者的所述一个或多个解剖通路的导管的长度收集第一组测量点，在所述患者空间中所述测量点由所述导管的形状确定；将所述第一组测量点的点分配给测量点的多个第一子集；配准测量点的所述第一子集与所述一组模型点以产生第一多个配准候选者；比较所述配准候选者以识别与所述第一多个配准候选者的最佳配准相关联的最佳子集；以及在由显示器提供的用户界面中显示所述最佳配准的视觉表示，所述最佳配准将所述一组模型点和所述第一组测量点的至少一个子集转换到公共空间中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.02 US 62/416,3931.一种将患者的一个或多个解剖通路的模型配准到患者空间的方法，所述方法包括：访问所述患者的一个或多个解剖通路的所述模型的一组模型点，所述模型点与模型空间相关联；沿插入所述患者的所述一个或多个解剖通路的导管的长度收集第一组测量点，在所述患者空间中所述测量点由所述导管的形状确定；将所述第一组测量点的点分配给测量点的多个第一子集；配准测量点的所述第一子集与所述一组模型点以产生第一多个配准候选者；比较所述配准候选者以识别与所述第一多个配准候选者的最佳配准相关联的最佳子集；以及在由显示器提供的用户界面中显示所述最佳配准的视觉表示，所述最佳配准将所述一组模型点和所述第一组测量点的至少一个子集转换到公共空间中。2.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述第一组测量点包括询问所述导管的形状传感器。3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述点分配给所述多个子集包括：确定周期性生理运动；以及将收集的测量点分配给所述第一子集，每个所述第一子集与所述周期生理运动的限定部分相关联。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述限定部分与所述周期性生理运动的周期相关联。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述分段与所述周期性生理运动的幅度相关联。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中测量点的所述第一子集中的每个均与周期性生理运动的一部分相关联。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述点分配给测量点的所述多个第一子集包括：确定所述导管的插入深度；以及基于与每个点相关联的所述导管的一部分的所述插入深度，将所述点分配给所述第一子集中的一个子集。8.根据权利要求1或2-5中任一项所述的方法，进一步包括：沿所述导管的所述长度收集附加测量点；将所述附加测量点分配给测量点的所述多个第一子集，以产生测量点的多个第二子集；配准测量点的所述第二子集与所述模型点以产生第二多个配准候选者；以及比较每个所述第二配准候选者以从所述第二多个配准候选者识别与第二最佳配准相关联的最佳第二子集。9.根据权利要求1或2-5中任一项所述的方法，进一步包括：沿所述导管的所述长度收集附加的测量点；将所述附加的测量点分配给测量点的多个第二子集；配准测量点的所述第二子集与所述模型点以产生第二多个配准候选者；以及比较每个所述第二多个配准候选者以从所述第二多个配准候选者识别与第二最佳配准相关联的最佳第二子集。10.一种将患者的一个或多个解剖通路的模型配准到患者空间的方法，所述方法包括：访问患者的一个或多个解剖通路的所述模型的一组模型点，所述模型点与模型空间相关联；沿着插入所述患者的所述一个或多个解剖通路的导管的长度收集一组测量点，在所述患者空间中所述测量点由所述导...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·D·苏珀尔，V·多文戴姆，
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