用于在患者体内跟踪内窥镜的位置的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了在内窥镜手术期间在患者体内跟踪内窥镜的位置的系统和方法。所述装置和方法包括在所述内窥镜的坐标系中确定所述内窥镜在所述患者体内的位置，通过外部光学跟踪器在图像中捕获被附接至所述内窥镜的基准标记物，将所述捕获的基准标记物从所述内窥镜的坐标系变换至所述光学跟踪器的坐标系，在所述患者器官的模型上投射所述内窥镜的虚像，以及投射或显示所述组合的图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在患者体内跟踪内窥镜的位置的装置和方法相关申请的交叉引用本说明书依赖于在2015年10月28日提交的题为“用于在患者体内跟踪内窥镜的位置的装置和方法”的美国专利临时申请号62/247,232的优先权。本说明书涉及于2014年10月2日提交的题为“具有集成传感器的内窥镜”的美国专利申请号14/505,387以及在2015年4月28日提交的题为“使用多观察元件的内窥镜扫描体腔的系统和方法”的美国专利申请号14/697,933的申请。上述申请的全部内容通过引用并入本文。
本说明书一般涉及内窥镜，且更具体地涉及用于显示内窥镜在患者体内的位置的图像，该图像重叠在患者身体上或叠加在患者身体的图像上。
技术介绍
内窥镜是一种用于检查和处理内部体腔，诸如消化道、气道、胃肠系统和其他器官系统的医疗器械。传统的内窥镜通常是细长的管状轴，刚性的或柔性的，具有摄像机和用于将源于位于管的近端的外部光源的光指向远侧顶端的光纤光导。而且，大多数内窥镜设有一个或多个通道，医疗装置，诸如镊子、探针和其他工具可以通过该通道。此外，在内窥镜手术期间，通常经轴引入或排空流体，诸如水、盐水、药物、造影剂、染料或乳化剂。可以在轴内设置多个通道，其中每一个均用于引入和抽吸液体。内窥镜已在医学界获得了很高的认可，这是因为其提供了以最小的患者创伤执行手术，且同时使得医师能够观察到患者的内部解剖结构的工具。多年来，许多内窥镜已经根据特定应用进行了开发和分类，诸如膀胱镜检查、结肠镜检查、腹腔镜检查、上消化道(GI)内窥镜检查等。内窥镜可以被插入人体的自然孔口中或通过皮肤中的切口插入。一些内窥镜具有用于观察内部器官，诸如结肠的观察元件和用于对观察元件的视野进行照明的照明器。观察元件和照明器位于内窥镜的顶端中且被用于捕获被内窥镜扫描的体腔的内壁的图像。所捕获的图像经镜轴中存在的通道中的一个被发送至与内窥镜相联接的控制单元以显示在与控制单元相联接的屏幕上。在内窥镜手术期间，手术医师通过使用显示在与控制单元，诸如引导器相联接的屏幕上的所捕获的图像来在患者体内引导内窥镜。然而，医生不知道内窥镜在体内相对于患者的内部器官的准确位置。医生在很大程度上基于他/她对患者解剖结构的了解、经验和内部器官的显示图像来操纵内窥镜。通过在内窥镜手术期间显示内窥镜在体内的表示，传统的引导系统的内窥镜允许手术医师观察镜在患者体内的位置。然而，这样的表示描绘了相对于内窥镜坐标系，而不是相对于患者坐标的镜的位置。因此，手术者不能准确地了解镜相对于患者身体的位置。这可能导致手术者以导致患者不舒服或甚至疼痛的方式操纵镜。因此，需要一种通过将镜的坐标与患者的坐标相组合来显示内窥镜在患者体内的准确位置的装置和方法。需要一种组合患者和内窥镜的信息以提供清楚地突出显示了内窥镜相对于患者的内部器官的位置的增强现实环境的方法。
技术实现思路
结合系统、工具和方法来描述和说明下列实施例及其各方面，其旨在是示例性和说明性的，而不是限制范围。本说明书公开了一种具有内窥镜手柄和适于被插入患者胃肠道中的内窥镜本体的内窥镜系统，该系统包括：位于该内窥镜手柄上的多个定向标记物，其中该定向标记物是围绕该内窥镜手柄的圆周分布的；沿内窥镜本体的外表面纵向地位于不同位置上的多个传感器，其中该多个传感器中的每一个适于生成第一定向数据；位于该患者体外且适于检测该多个定向标记物中的一个或多个并生成第二定向数据的一个或多个相机；以及控制器，其适于接收该第一定向数据和第二定向数据并生成指示该内窥镜本体在患者的该胃肠道内的位置的数据。可选地，指示该内窥镜本体的位置的数据包括已进入患者的胃肠道的内窥镜本体的所有位置。可选地，传感器沿内窥镜本体的长度纵向分布且以至少0.1mm的预定距离分隔开。可选地，控制器适于基于指示该内窥镜本体的位置的数据生成该内窥镜本体的图像。可选地，控制器还适于通过执行内窥镜的定向至限定该患者的位置的坐标系的转换并向该图像施加该转换来使该图像定向。可选地，控制器还适于将该定向的图像叠加至该患者的胃肠道的一部分的图像上以生成该内窥镜本体的定向的叠加图像。可选地，第一定向数据指示内窥镜本体相对于内窥镜坐标系的位置。可选地，第二定向数据指示内窥镜手柄相对于患者坐标系的位置。可选地，内窥镜系统还包括投影仪，其适于从控制器接收该内窥镜本体的定向的叠加图像并将其投射至患者身上。可选地，多个定向标记物包括被置于内窥镜的手柄上的球体，每个球体具有范围是0.5至2cm的直径。可选地，多个定向标记物包括针点大小的激光束。可选地，多个定向标记物由反射或发射红外光的材料制成。可选地，多个传感器包括通过电光和机械方法中的一种或多种来测量内窥镜的插入管的弯曲和扭曲的加速度计、陀螺仪、磁力计和条带中的一个或多个。可选地，多个传感器包括沿内窥镜的细长轴和插入管中的一个放置的电感传感器、电容传感器、电容位移传感器、光电传感器、磁传感器和红外传感器中的一个或多个，其中传感器中的每一个基于传感器沿插入管的位置对应于唯一的识别符。可选地，内窥镜系统还包括距离传感器，其适于检测沿内窥镜本体的外表面纵向地位于不同位置处的距离标记并生成距离数据，其中距离传感器包括用于提供插入管在患者的胃肠道内已行进的距离的深度传感器和触摸传感器中的一个或多个。可选地，内窥镜系统包括两个立体校准的相机，其适于通过三角测量生成包括基准在相机自身的坐标系中的3D位置的第二定向数据。本说明书还公开了一种在内窥镜手术期间在患者的器官内跟踪内窥镜的位置的方法，该方法包括：在内窥镜的坐标系中确定内窥镜在器官内的位置；通过外部光学跟踪器在图像中捕获多个基准标记物；将捕获的基准标记物从内窥镜的坐标系变换至光学跟踪器的坐标系；在患者器官的模型上检测捕获的基准标记物；以及将具有基准标记物的内窥镜的图像投射至具有基准标记物的患者的图像上。可选地，外部光学跟踪器是被放置在执行内窥镜手术的内窥镜上方的相机。可选地，通过使用目标检测算法来检测在患者器官的模型上的所捕获的基准标记物。仍然可选地，通过使用霍夫变换来检测在患者器官的模型上的所捕获的基准标记物。可选地，该方法还包括通过使用校准的投影仪将内窥镜的位置直接投射至患者的身体上。本说明书还公开了一种用于在内窥镜手术期间在患者器官内跟踪内窥镜的位置的内窥镜检查系统，该系统至少包括联接有多个基准标记物的内窥镜；被置于内窥镜的外部的光学跟踪器和用于至少处理由光学跟踪器捕获的图像的计算单元，光学跟踪器在内窥镜手术期间在图像中捕获多个基准标记物和内窥镜，计算单元将所捕获的基准标记物从内窥镜的坐标系变换至光学跟踪器的坐标系并将具有基准标记物的内窥镜的图像投射至具有基准标记物的患者器官的图像上。可选地，外部光学跟踪器是被放置在执行内窥镜手术的内窥镜上方的相机。可选地，通过使用目标检测算法来将所捕获的基准标记物从内窥镜的坐标系变换至光学跟踪器的坐标系。仍然可选地，通过使用霍夫变换来将所捕获的基准标记物从内窥镜的坐标系变换至光学跟踪器的坐标系。可选地，该系统还包括用于将内窥镜的位置直接投射至患者的身体上的校准的投影仪。本说明书的上述和其他实施例将在下面提供的附图和具体实施方式中更详细地进行描述。附图说明由于当结合附图进行考虑时通过参考下列具体实施方式将更好地理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内窥镜系统，其具有内窥镜手柄和适于被插入患者的胃肠道中的内窥镜本体，所述系统包括：位于所述内窥镜手柄上的多个定向标记物，其中所述定向标记物是围绕所述内窥镜手柄的圆周分布的；沿所述内窥镜本体的外表面纵向地位于不同位置上的多个传感器，其中所述多个传感器中的每一个适于生成第一定向数据；位于所述患者体外且适于检测所述多个定向标记物中的一个或多个并生成第二定向数据的一个或多个相机；以及控制器，其适于接收所述第一定向数据和第二定向数据并生成指示所述内窥镜本体在所述患者的所述胃肠道内的位置的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.28 US 62/247,2321.一种内窥镜系统，其具有内窥镜手柄和适于被插入患者的胃肠道中的内窥镜本体，所述系统包括：位于所述内窥镜手柄上的多个定向标记物，其中所述定向标记物是围绕所述内窥镜手柄的圆周分布的；沿所述内窥镜本体的外表面纵向地位于不同位置上的多个传感器，其中所述多个传感器中的每一个适于生成第一定向数据；位于所述患者体外且适于检测所述多个定向标记物中的一个或多个并生成第二定向数据的一个或多个相机；以及控制器，其适于接收所述第一定向数据和第二定向数据并生成指示所述内窥镜本体在所述患者的所述胃肠道内的位置的数据。2.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中指示所述内窥镜本体的位置的所述数据包括已进入所述患者的所述胃肠道的所述内窥镜本体的所有位置。3.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述传感器沿所述内窥镜本体的长度纵向分布且以至少0.1mm的预定距离分隔开。4.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述控制器适于基于指示所述内窥镜本体的位置的数据生成所述内窥镜本体的图像。5.根据权利要求4所述的内窥镜系统，其中所述控制器还适于通过执行所述内窥镜的定向至限定所述患者的位置的坐标系的转换并向所述图像施加所述转换来使所述图像定向。6.根据权利要求5所述的内窥镜系统，其中所述控制器还适于将所述定向的图像叠加至所述患者的胃肠道的一部分的图像上以生成所述内窥镜本体的定向的叠加图像。7.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述第一定向数据指示所述内窥镜本体相对于内窥镜坐标系的位置。8.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述第二定向数据指示所述内窥镜手柄相对于患者坐标系的位置。9.根据权利要求6所述的内窥镜系统，其还包括投影仪，其适于从所述控制器接收所述内窥镜本体的所述定向的叠加图像并将其投射至所述患者身上。10.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述多个定向标记物包括被置于所述内窥镜的手柄上的球体，每个球体具有范围是0.5至2cm的直径。11.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述多个定向标记物包括针点大小的激光束。12.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述多个定向标记物由反射或发射红外光的材料制成。13.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述多个传感器包括通过电光和机械方法中的一种或多种来测量所述内窥镜的插入管的弯曲和扭曲的加速度计、陀螺仪、磁力计和条带中的一个或多个。14.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中所述多个传感器包括沿所述内窥镜的细长轴和插入管中的一个放置的电感传感器、电容传感器、电容位移传感器、光电传感器、磁传感器和红...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿齐亚·克朗曼，
申请(专利权)人：安多卓思公司，
类型：发明
国别省市：美国,US