用于介入工具的虚拟导航的组织的非刚性变形的系统和方法技术方案

一种建模解剖变形的方法包括接收在参考状态下的分支解剖构造的参考三维模型。所述方法还包括：将三维变形场应用于所述参考三维模型，以创建所述分支解剖构造的变形状态的变形三维模型；以及动态地显示所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于导航患者解剖结构以进行微创手术的系统和方法，并且更具体地涉及用于动态地使用于显示的解剖通道模型变形的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术意在减少在介入手术期间受损的组织的量，从而减少患者恢复时间、不舒适性和有害的副作用。此类微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或者通过一个或多个手术切口实行。通过这些自然孔口或切口，临床医生可以插入介入仪器(包括手术仪器、诊断仪器、治疗仪器或活检仪器)，以到达目标组织部位。为了到达所述目标组织部位，微创介入仪器可以在诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等解剖系统中导航自然通道或手术创建的通道。远程操作的介入系统可以用于将所述介入仪器插入并定位在所述患者解剖结构内。在所述介入仪器的导航期间，由于例如解剖运动(例如，心脏运动、呼吸运动)或由所述介入仪器施加的力，所述解剖通道可以变形。在利用介入仪器导航实际患者解剖通道的同时，需要动态地使解剖通道模型变形显示给使用者的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的实施例由随附说明书的权利要求进行总结。在一个实施例中，建模解剖变形的方法包括接收处于参考状态中的分支解剖构造的参考三维模型。所述方法还包括：将三维变形场应用于所述参考三维模型，以创建所述分支解剖构造的变形状态的变形三维模型；以及动态地显示所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的图像。在另一实施例中，处理系统包括处理器和具有存储在其上的计算机可读指令的存储器。所述计算机可读指令在由所述处理器执行时引起所述系统接收处于参考状态中的分支解剖构造的参考三维模型。所述指令在由所述处理器执行时也引起所述系统将三维变形场应用于所述参考三维模型，以创建所述分支解剖构造的变形状态的变形三维模型。所述指令在由所述处理器执行时也引起所述系统动态地显示所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的图像。本公开的附加方面、特征和优点通过以下具体实施方式将变得显而易见。附图说明当结合附图阅读时根据以下的具体实施方式将最好地理解本公开的各方面。根据该行业中的标准惯例，应强调的是各种特征不按比例绘制。实际上，所述各种特征的尺寸为了便于讨论的清晰可以任意地增大或减小。另外，本公开可以在所述各种示例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，而其本身不是指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机器人介入系统。图2示出利用本公开的各方面的介入仪器系统。图3示出用于生成处于变形状态中的解剖通道的模型的动态显示的方法。图4示出在参考状态下的解剖通道的三维体表示。图5示出基于图4的所述参考模型的骨架树。图6示出基于图4的所述参考模型的几何模型。图7示出在变形的第一状态下的所述解剖通道的变形的测量。图8示出在变形的第二状态下的所述解剖通道的变形的测量。图9示出基于所述解剖通道的复合变形的骨架树。图10示出描述所述解剖通道的所述变形的变形场。图11示出带有所述复合变形的所述解剖通道的三维几何模型。图12示出呈现出所述复合变形的图4的解剖通道的所述三维体表示。图13示出带有所述介入仪器的图12的解剖通道的所述变形三维体表示。图14示出使用图形处理单元(GPU)的网格模型变形的方法。具体实施方式在本专利技术的各方面的下列具体实施方式中，详细阐述许多具体细节，以便提供对所公开的实施例的完全理解。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是，本公开的实施例可以在无这些具体细节的情况下实践。在另一些示例中，众所周知的方法、过程、组件和电路尚未详细描述，以便必要地使本专利技术的实施例的各方面模糊。并且为了避免不需要的描述性重复，当根据其他说明性实施例可应用时，可以使用或省略根据一个说明性实施例描述的一个或多个组件或动作。以下实施例将以各种仪器和仪器的各部分在三维空间中的形式来描述各种仪器和仪器的各部分。如本文所用，术语“位置”是指物体或物体的一部分在三维空间中的部位(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”是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“姿势”是指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度中的位置和该物体或该物体的一部分在至少一个旋转自由度中(高达总共六个自由度)的取向。如本文所用，术语“形状”是指沿细长物体测量的一组姿势、位置或取向。参照所述附图的图1，用于在例如外科手术过程、诊断过程、治疗过程或活检过程中的远程机器人介入系统大体由参考标号100标示。如将描述的，本公开的远程机器人介入系统通常在外科医生的远程操作控制下。然而，对于一些过程或子过程，所述远程机器人介入系统可以在经编程用来进行所述过程或子过程的计算机的部分或全部控制下。如图1中所示，所述远程机器人介入系统100通常包括安装到其中安置患者P的手术台O或安装在所述手术台O附近的机器人组件102。介入仪器系统104可操作地耦合到所述机器人组件102。操作者输入系统106允许外科医生或其他类型的临床医生S观看所述手术部位并且控制所述介入仪器系统104的操作。所述操作者输入系统106可以位于外科医生的控制台，所述控制台通常位于与手术台O相同的房间内。然而，应该理解的是所述外科医生S能够位于与所述患者P不同的房间或完全不同的建筑物内。操作者输入系统106通常包括用于控制所述介入仪器系统104的一个或多个控制装置。(一个或多个)所述控制装置可以包括任何数量的各种输入装置，如把手、操纵杆、追踪球、数据手套、触发枪、手动控制器、声音识别装置、触摸屏、身体运动或存在传感器等。在一些实施例中，(一个或多个)所述控制装置将提供有与所述机器人组件的介入仪器相同的自由度，以向所述外科医生提供远程监控或(一个或多个)控制设备与仪器集成的感知，从而使得外科医生具有直接控制仪器的强烈感觉。另一些实施例中，(一个或多个)所述控制装置可以具有比所相关联的介入仪器更多或更少的自由度，并且仍然向所述外科医生提供远程监控。在一些实施例中，(一个或多个)所述控制装置是手动输入装置，所述手动输入装置以六个自由度移动并且也可以包括用于致动仪器(例如，用于关闭抓紧的钳头、向电极施加电势、递送医疗治疗件等)的可致动手柄。所述机器人组件102支撑所述介入仪器系统104，并且可以包括：一个或多个非伺服控制的连杆(例如，可以手动定位并锁定在适当位置中的一个或多个连杆，其通常称为组合结构)的运动学结构；和机器人操纵器。所述机器人组件102包括驱动所述介入仪器104上的输入的多个致动器(例如，马达)。这些马达响应于来自所述控制系统(例如，控制系统112)的命令主动地运动。所述马达包括驱动系统，所述驱动系统在耦合到所述介入仪器104时可以推进所述介入仪器到自然孔口或手术创建的解剖孔口中并且/或者可以以多个自由度移动所述介入仪器的远端，所述多个自由度可以包括三个自由度的线性运动(例如，沿X、Y、Z笛卡尔坐标轴的线性运动)和三个自由度的旋转运动(例如，围绕所述X、Y、Z笛卡尔坐标轴的旋转运动)。此外，所述马达能够用于致动用于抓持活检装置等的钳头中的组织的所述仪器的可铰接的末端执行器。所述机器人介入系统100也包括传感器系统108，所述传感器系统108具有用于接收关于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：接收在参考状态下的分支解剖构造的参考三维模型；将三维变形场应用于所述参考三维模型，以创建所述分支解剖结构的变形状态的变形三维模型；以及动态地显示所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.04 US 61/935,5471.一种方法，其包括：接收在参考状态下的分支解剖构造的参考三维模型；将三维变形场应用于所述参考三维模型，以创建所述分支解剖结构的变形状态的变形三维模型；以及动态地显示所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述三维变形场应用于所述参考三维模型包括针对所述参考三维模型上的点进行所述三维变形场插值。3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述三维变形场应用于所述参考三维模型还包括将所述参考三维模型上的所述点转换为所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型上的点。4.根据权利要求1所述的方法，其中在图形处理单元中执行将所述三维变形场应用于所述参考三维模型。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述分支解剖构造的所述变形状态至少部分地由周期性解剖运动引起。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述分支解剖构造的所述变形状态至少部分地由定位在所述分支解剖构造内的介入仪器引起。7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：显示合成图像，所述合成图像包括定位在所述分支解剖构造内的所述介入仪器的图像和所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的图像。8.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述参考三维模型包括接收三维网格模型。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述变形三维模型包括变形三维网格模型。10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述三维变形场应用于所述参考三维模型以创建所述分支解剖构造的变形状态的变形三维模型包括创建一组变形的顶点，其中所述变形三维网格模型包括所述组变形的顶点。11.根据权利要求1所述的方法，其还包括通过以下创建所述三维变形场：为所述分支解剖构造的所述参考状态生成参考骨架树；为所述分支解剖构造的所述变形状态生成变形骨架树；以及生成描述从所述参考状态到所述变形状态的变形的三维阵列的场向量，其中所述三维变形场包括所述三维阵列的场向量。12.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述分支解剖构造的所述变形状态的所述变形三维模型的所述图像包括以每秒至少约30个连续变形图像的速率显示所述分支解剖构造的中间变形的一系列的图像。13.一种处理系统，其包括：处理器；和具有存储在其上的计算机可读指令的存...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·乔普拉，V·多文载姆，赵涛，L·徐，
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