用于使用形状感测的变形补偿的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于估计解剖结构变形的方法和医疗系统，其包括从描述患者解剖结构的解剖数据中生成至少一个解剖通道的第一模型，以及确定安置在分岔解剖通道内的设备的形状。该方法和医疗系统也包括通过相对于设备的确定形状调整第一模型而生成多个分岔解剖通道的第二模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于在医疗程序期间跟踪在患者解剖结构内的医疗设备的系统和方法，并且更具体地涉及使用形状传感器有效跟踪患者解剖结构内的医疗设备的系统和方法。
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靶组织位置。为到达靶组织位置，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。这些系统可以结合形状传感器的使用，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并行/同步(concurrent)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。需要改善的系统和方法，以便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。
技术实现思路
该专利技术的实施例由所附的权利要求概括。 在一个实施例中，方法包括从描述患者解剖结构的解剖数据中生成至少一个解剖通道的第一模型，以及确定安置在分岔解剖通道内的设备的形状。该方法也包括通过相对于设备的确定形状调整第一模型，生成多个分岔解剖通道的第二模型。 在另一个实施例中，医疗系统包括柔性设备，该柔性设备包括形状传感器、存储描述患者解剖结构的解剖数据的存储器；和处理器。处理器从描述患者解剖结构的解剖数据中生成多个分岔解剖通道的第一模型，并且接收来自形状传感器的信息以确定安置在分岔解剖通道内的设备的形状。通过相对于设备的形状调整第一模型，处理器也生成多个分岔解剖通道的第二模型。 在另一个实施例中，方法包括从描述患者解剖结构的解剖数据中生成多个分岔解剖通道的第一模型，其中解剖数据是在分岔解剖通道处于交替运动的第一状态时记录的。该方法也包括从描述患者解剖结构的解剖数据中生成多个分岔解剖通道的第二模型，其中解剖数据是在分岔解剖通道处于交替运动的第二状态时记录的。该方法也包括当所述分岔解剖通道处于第一状态时，生成以第一形状安置在分岔解剖通道内的设备的第一图像；以及当分岔解剖通道处于第二状态时，生成以第二形状安置在分岔解剖通道内的设备的第二图像。 【附图说明】 当与附图一起阅读时，本公开的各方面从以下详细描述中最优理解。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，本公开可以重复标识号和/或字母。这种重复是为了简单且清晰的目的，并不自身决定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。 图1为依照本公开的实施例的机器人手术系统。 图2示出利用本公开的方面的手术器械系统。 图3a为与微创器械的图像配准的人肺的图像。 图3b为从微创器械的角度描绘人肺区域的人肺的内部图像。 图4a为具有导管的肺的支气管通道模型的图示。 图4b为基于由导管施加的变形力而调整的图4a的模型的图示。 图5a示出支气管通道和导管的未变形模型的合成图像。 图5b_5d示出随着导管前进调整的支气管通道的模型的合成图像。 图6示出支气管通道和导管的变形模型的合成图像。 图7为示出用于基于导管的形状使支气管通道模型变形的方法的流程图。 图8为在呼气和吸气状态下的肺的支气管通道的模型的图示。 图9为示出使吸气和呼气状态的支气管通道的模型变形的方法的流程图。 图10包括根据该公开的另一个实施例的解剖通道的模型的图示。 图11为用于使图10的模型相配的直方图。 图12示出用于确定转换的点集。 【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，该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该专利技术的实施例的各方面。 以下实施例将在各种器械和器械部分的三维空间下的状态方面对其进行描述。如在此所使用，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。如在此所使用，术语“取向”指的是对象或对象的一部分的旋转布置(三个旋转自由度一例如，滚动、俯仰和偏摆)。如在此所使用，术语“取向”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，以及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)。如在此所使用，术语“形状”指的是沿着对象测量的一组姿态、位置或取向。 参考图中的图1，机器人手术系统一般由参考标记100指示。如图1所示，机器人系统100 —般包括对患者P执行各种程序时操作手术器械104的手术操纵器组件102。组件102被安装到或靠近操作台O。主控组件106允许外科医生S查看手术部位并且控制操纵器组件102。 在可替代的实施例中，机器人系统可以包括不止一个操纵器组件。除其他因素之夕卜，操纵器组件的确切数量将取决于手术室内的手术程序和空间限制。 主控组件106可以位于外科医生的控制台C，该控制台C通常位于与操作台O同一个房间中。然而，应该清楚，外科医生S可以位于与患者P不同的房间中或完全不同的建筑中。主控组件106 —般包括可选的支持物108和用于控制操纵器组件102的一个或多个控制设备112。控制设备112可以包括任何数量的各种输入设备，诸如操纵杆、跟踪球、手套、触发手枪、手动操作的控制器、语音识别设备等。在一些实施例中，(多个)控制设备112将具有与相关手术器械104 —样的自由度，以提供给外科医生远程呈现，或(多个)控制设备112与器械104成为一体的感知，从而使得外科医生具有直接控制器械104的强烈感觉。在一些实施例中，控制设备112为可以六个自由度移动的手动输入设备，并且其也可以包括用于致动器械的致动手柄(例如，用于关闭抓取钳、应用电势到电极、输送药物处理等)。 可视化系统110可以包括(在以下更详细描述的)可见范围组件，从而使得手术部位的并行/同步图像或实时图像被提供给外科医生控制台C。同步图像可以例如是由安置在手术部位内的内窥镜捕获的两维或三维图像。在该实施例中，可视化系统100包括可整体耦连到或可移除地耦连到手术器械104的内窥镜部件。然而，在可替代的实施例中，附接到单独的操纵器组件的单独的内窥镜可以和手术器械一起使用，以对手术部位成像。可视化系统110可以作为硬件、固件、软件或其组合实现，其与一个或多个计算机处理器交互，或由一个或多个计算机处理器另外执行，其中计算机处理器包括控制系统116(以下描述)的处理器。 显示系统111可以显示由可视化系统110捕获的手术部位和手术器械的图像。显示器111和主控制设备112可以被取向从而使得在范围组件和手术器械中的成像设备的相对位置与外科医生的眼睛和手的相对位置类似，因此操作者能够犹如观察在基本真实存在的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计解剖结构的变形的方法，其包括：从描述患者解剖结构的解剖数据中生成至少一个解剖通道的第一模型；确定安置在分岔的解剖通道内的设备的形状；以及通过相对于所述设备的确定形状调整所述第一模型，生成多个分岔的解剖通道的第二模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.14 US 61/646,6691.一种用于估计解剖结构的变形的方法，其包括: 从描述患者解剖结构的解剖数据中生成至少一个解剖通道的第一模型； 确定安置在分岔的解剖通道内的设备的形状；以及 通过相对于所述设备的确定形状调整所述第一模型，生成多个分岔的解剖通道的第二模型。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述设备的形状包括接收来自光纤形状传感器的信息。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述设备的形状包括接收来自电磁传感器的信息。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将沿着所述设备的所述形状的点的取样拟合到所述第一模型。5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括计算一组变形力，并且其中生成第二模型进一步包括响应于所述一组变形力调整所述第一模型。6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括计算一组恢复力，并且其中生成第二模型进一步包括响应于所述一组恢复力调整所述第一模型。7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括计算一组维持力，并且其中生成第二模型进一步包括响应于所述一组维持力调整所述第一模型。8.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括创建一组变形力、恢复力和维持力的加权和，并且其中生成所述第二模型的步骤包括以所述加权和来调整所述第一模型。9.根据权利要求1所述的方法，其中生成第二模型的步骤包括以所述关节处的总施加扭矩所确定的量来调整在描绘的解剖通道之间的关节。10.一种医疗系统，其包括: 包括形状传感器的柔性设备； 储存描述患者解剖结构的解剖数据的存储器；以及 处理器，其被配置用于 从描述所述患者解剖结构的存储的解剖数据中生成多个分岔的解剖通道的第一模型； 接收来自所述形状传感器的信息，以确定安置在所述分岔的解剖通道内的所述设备的形状；以及 通过相对于所述设备的形状调整所述第一模型，生成多个分岔的解剖通道的第二模型。11.根据权利要求10所述的医疗系统，其中所述形状传感器包括光纤形状传感器。12.根据权利要求10所述的医疗系统，其中所述形状传感器包括电磁传感器。13.根据权利要求10所述的医疗系统，其中所述处理器被进一步配置用于将沿着所述设备的所述形状的点的取样拟合到所述第一模型。14.根据权利要求10所述的医疗系统，其中所述处理器被进一步配置用于计算一组变形力，并且其中生成第二模型进一步包括响应于所述一组变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·多文戴姆，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