用于导管放置的图像引导的机器人制造技术

一种机器人包括可操纵设备(402)，所述可操纵设备具有一个或多个机器人控制的关节，所述一个或多个机器人控制的关节用于操纵所述可操纵设备。一种设备控制系统(430)被配置为根据来自图像控制系统(406)的图像反馈或体积中的计划中的一种来调整可操纵设备的定位，使得向一个或多个机器人控制的关节发出控制命令以在与可操纵设备朝向目标的导航一致的方向上操纵所述可操纵设备。

Image-guided robots for catheter placement

A robot includes a maneuverable device (402), which has one or more robotic-controlled joints for manipulating the maneuverable device. A device control system (430) is configured to adjust the positioning of a maneuverable device according to one of the plans in the image feedback or volume from the image control system (406), so that control commands are issued to one or more robot-controlled joints to operate the station in a direction consistent with the navigation of the maneuverable device toward the target. Describe the controllable equipment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于导管放置的图像引导的机器人
本公开涉及医学仪器，并且更具体地涉及用于在医学应用中使用受控的关节来对设备进行机器人操纵的系统和方法。
技术介绍
气囊鼻窦成形术是将气囊导管插入阻塞的鼻窦以减轻患者鼻窦感染症状的流程。在此流程中，引导导管通过鼻插入鼻窦。引导导管可具有弯曲的端部以便于进入适当的鼻窦。将导丝放置在导管内，并且一旦导丝处于正确位置，引导导管就缩回。将气囊导管放置在导丝上，并且使气囊膨胀以打开空气通道。该流程在柔性内窥镜和X射线的引导下完成。X射线通常被采用以验证导丝是否放置在合适的鼻窦开口中。鼻窦的解剖结构非常复杂，并且可以包括多个急转弯以从鼻子到达窦腔。此外，为了治疗的成功，需要找到用于展开球囊的合适位置。以下描述的问题中的一些进一步阻碍了导航。例如，引导导管的控制是复杂的。外科医师需要针对弯曲的端部选择合适的角度，这是根据患者的计算机断层摄影(CT)扫描确定的。然后引导导管被枢转并旋转以将曲线定位在鼻窦入口点处。该流程在图像引导下执行，图像引导可包括通过引导导管插入的光纤内窥镜和/或采集解剖结构和设备的二维图像的C型臂X射线系统。由于2D图像不能捕获复杂的3D解剖结构，因此X射线引导可能具有挑战性。内窥镜引导仅在其位于导管前方时才能示出窦开口。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，一种机器人包括具有一个或多个机器人控制的关节的可操纵设备，所述一个或多个机器人控制的关节被配置为操纵所述可操纵设备。设备控制系统被配置为根据来自图像控制系统的图像反馈或体积中的计划中的一个来调整可操纵设备的定位，使得向一个或多个机器人控制的关节发出控制命令以在与可操纵设备朝向目标的导航一致的方向上操纵所述可操纵设备。一种引导系统包括具有可调节端部部分的可操纵设备，所述端部部分连接到机器人控制的关节。图像控制系统被配置为将术中图像与术前图像组合以评估可操纵设备在体积内的位置。设备控制系统被配置为从图像控制系统接收位置信息并使用运动学模型来评估可操纵设备在体积中的定位。设备控制系统向机器人控制的关节发出控制命令，以在与可操纵设备朝向目标的导航一致的方向操纵所述可操纵设备。一种引导方法包括：插入具有可调节的机器人控制的关节的可操纵设备，所述机器人控制的关节被配置为被操纵到体积内；提供所述体积内的所述可操纵设备的位置或图像反馈；并且使用被配置为接收反馈的设备控制系统，根据计划自动地将所述可操纵设备朝向目标导航，以评估所述可操纵设备在所述体积中的定位，并且向所述机器人控制的关节发出控制命令以操纵所述可操纵设备。根据以下对本公开的说明性实施例的详细描述，本公开的这些及其他目标、特征以及优点将变得显而易见，本公开的说明性实施例要结合附图进行阅读。附图说明本公开将参考下图而详细地呈现下面的优选的实施例的描述，其中：图1是示出根据一个实施例的引导系统的框图/流程图，所述引导系统采用具有机器人控制的关节的可操纵设备以在医学设备上形成可操纵的端部部分；图2是示出根据说明性实施例的用于引导(例如，机器人控制的)可操纵设备的方法的流程图；图3是示出根据一个实施例的具有三个旋转自由度和平移的说明性的关节的图；图4A是示出根据一个实施例的接近分支结构的可操纵设备的图；图4B是示出根据一个实施例的在被调整以选择所需路径之后的图4A的可操纵设备的图；并且图5是示出根据另一实施例的采用可操纵设备和设备控制系统的机器人的框图/流程图。具体实施方式根据本专利技术原理，提供了用于可操纵设备的系统和方法，所述可操纵设备可包括致动的机器人控制的关节，其被使用图像引导系统引导以将导丝放置在窦或其他复杂的腔或腔网络中。所述可操纵设备可以包括一个或多个关节并且可以被称为机器人。所述关节被配置为改变所述可操纵设备的形状以将所述设备引导到正确的通道中。导丝可以穿过所述可操纵设备的管腔放置。图像控制系统执行术前和术中图像的整合，并且根据图像中确定解剖结构中的必须引导可操纵端部的位置和转向的角度。应当理解，本专利技术将关于医学仪器来描述；然而，本专利技术的教导要宽得多，并且适用于在身体任何部位使用的任何可操纵仪器。在一些实施例中，在跟踪或分析复杂生物或机械系统中采用本原理。具体而言，本原理适用于生物系统的内部跟踪和手术流程，和身体中所有区域(例如肺、脑、心脏、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。附图中描绘的元件可以实现于硬件和软件的各种组合中并提供可以在单个元件或多个元件中进行组合的功能。可以利用专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件来提供附图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或者由多个独立处理器(其中一些可能是共享的)来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解读为仅仅指能够执行软件的硬件，并且能够隐含地包括，但不限于，数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。此外，本文中提到原理、方面和本专利技术实施例的所有陈述以及其具体范例都旨在涵盖其结构上和功能上的等价方案。此外，旨在使这样的等价方案既包括当前已知的等价方案，又包括未来开发的等价方案(即，开发出的执行相同的功能的元件，而不管其结构如何)。因而，例如，本领域技术人员将认识到，文中呈现的方框图表示体现本专利技术的原理的示范性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当认识到，流程图、程序框图、状态转移图、伪码等均表示实质上可以在计算机可读存储介质内表示，因而可由计算机或处理器执行的各种过程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。此外，本专利技术的实施例可以采取计算机程序产品的形式，可由提供程序代码的计算机可用或计算机可读介质访问所述计算机程序产品，以供计算机或者任何指令执行系统使用或者与之结合使用。就本说明书的目的而言，计算机可用或计算机可读介质可以是任何可以包括、存储、交换、传播或发送程序的设备，所述程序供指令执行系统、设备或装置使用或者与之结合使用。所述介质可以是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统(或者设备或装置)或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。当前的光盘的示例包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)、蓝光碟TM和DVD。在对本原理的“一个实施例”或“实施例”的说明中的引用以及其变型意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，出现在贯穿说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及任何其他变型的出现不一定全部参考相同实施例。应认识到，以下“/”、“和/或”和“……中的至少一个”(例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一个”的情况下)中的任一个的使用旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、仅选择第二列出项(B)、或者选择这两项(A和B)。作为另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的短语旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、或者仅选择第二列出项(B)、或者仅选择第三列出项(C)、或者仅选择第一列出项和第二列出项(A和B)、或者仅选择第一列出项和第三列出项本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人，包括：可操纵设备(402)，其具有一个或多个机器人控制的关节，所述一个或多个机器人控制的关节被配置为操纵所述可操纵设备；以及设备控制系统(430)，其被配置为根据计划或来自图像控制系统(406)的图像反馈中的一个来调整所述可操纵设备的定位，使得向所述一个或多个机器人控制的关节发出控制命令以在与所述可操纵设备朝向目标的导航一致的方向上操纵所述可操纵设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 US 62/315,7851.一种机器人，包括：可操纵设备(402)，其具有一个或多个机器人控制的关节，所述一个或多个机器人控制的关节被配置为操纵所述可操纵设备；以及设备控制系统(430)，其被配置为根据计划或来自图像控制系统(406)的图像反馈中的一个来调整所述可操纵设备的定位，使得向所述一个或多个机器人控制的关节发出控制命令以在与所述可操纵设备朝向目标的导航一致的方向上操纵所述可操纵设备。2.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述一个或多个机器人控制的关节(408)包括至少两个旋转度。3.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述图像控制系统(406)将术前图像与术中图像配准以在单个坐标系中定位所述可操纵设备的位置。4.根据权利要求3所述的机器人，其中，所述术中图像(144)包括相机图像或X射线图像中的一种。5.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述设备控制系统(430)控制所述一个或多个机器人控制的关节的旋转，以朝向通道操纵所述可操纵设备。6.根据权利要求1所述的机器人，其中，当所述可操纵设备接近分支结构时，所述设备控制系统(430)基于所述可操纵设备的位置、方向和速度来控制所述一个或多个机器人控制的关节的旋转的量。7.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述一个或多个机器人控制的关节(408)包括末端执行器，所述末端执行器包括多个可平移杆，使得所述杆的位置提供所述末端执行器相对于支撑所述杆的轴的纵向轴线的旋转。8.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述设备控制系统包括运动学模型(432)以评估动力学，从而控制所述一个或多个机器人控制的关节。9.一种引导系统，包括：可操纵设备(102)，其具有可调节端部部分，所述端部部分被耦合到机器人控制的关节(108)；图像控制系统(106)，其被配置为将术中图像与术前图像组合以评估所述可操纵设备在体积内的位置；以及设备控制系统(130)，其被配置为从所述图像控制系统接收位置信息并使用运动学模型(132)来评估所述可操纵设备的定位，所述设备控制系统向所述机器人控制的关节发出控制命令以在与所述可操纵设备朝向目标的导航一致的方向上操纵所述可操纵设备。10.根据权利要求9所述的引导系统，其中，所述机器人控制的关节(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·波波维奇，D·P·努南，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL