【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人导管和其他用途的用户界面和模拟系统的混合维增强现实和/或配准
关联申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2018年12月11日提交的美国临时专利申请序列第62/778,148号、于2019年9月5日提交的美国临时专利申请序列第62/896,381号和于2019年9月24日提交的美国临时专利申请序列第62/905,243号的权益。出于所有目的，它们通过引用其整体并入本文。
[0002]总体上，本专利技术提供了用于使用、培训使用、规划使用和/或模拟使用细长铰接体和其他工具(诸如导管、管道镜、连续机器人操纵器、刚性内窥镜机器人等)的改进的设备、系统和方法。在示例性实施例中，本专利技术提供了原位机器人导管运动规划和复杂轨迹之上的线性导管位置控制，特别是对于流体压力驱动的导管系统。
技术介绍
[0003]疾病的诊断和治疗通常涉及进入(access)人体的内部组织，且开放手术通常是获得至内部组织的入路的最直接的方法。尽管开放手术技术已经取得了很大的成功，但它们可能对侧支组织造成严重的创伤。
[0004]为了帮助避免与开放手术相关联的创伤，已经开发了数个微创手术入路和治疗技术，包括可沿着遍及全身延伸的血管腔的网络推进的细长的柔性导管结构。虽然通常限制对患者的创伤，但基于导管的腔内治疗可能是非常有挑战性的，其部分原因在于难以使用穿过曲折脉管系统的仪器进入目标组织(并且与目标组织对准)。可替代的微创手术技术包括机器人手术，并且先前也已经提出用于从患者体外操作柔性导管主体的机器人系统。这些现有的机器人...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将治疗工具或诊断工具与和患者体内的内部部位相邻的目标组织对准的方法，所述方法使用被插入到所述患者体内的细长体，所述细长体具有支撑所述工具的容器，并且所述容器定义所述内部手术部位内的第一姿态，所述方法包括：利用手术机器人系统的处理器从用户接收用于在所述内部手术部位内将所述容器的图像从所述第一姿态向第二姿态移动的输入；利用所述处理器接收移动命令以移动所述容器；以及响应于所述移动命令，从所述处理器向多个致动器发送驱动信号，以便沿着从所述第一姿态朝向所述第二姿态的轨迹推进所述容器。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入定义在所述第一姿态之后并且在所述第二姿态之前的中间输入姿态，并且其中所述轨迹独立于所述中间输入姿态。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动命令包括：沿着从所述第一姿态到所述第二姿态的轨迹的不完整空间部分移动并且在所述第一姿态与所述第二姿态之间的中间姿态处停止的命令；并且其中，响应于所述移动命令，所述处理器发送所述驱动信号，以便将所述容器朝向所述中间姿态移动。4.一种用于将治疗工具或诊断工具与和患者体内的内部部位相邻的目标组织对准的系统，所述系统包括：细长体，所述细长体具有近端和远端，在所述近端与所述远端之间具有轴，所述细长体具有被配置成支撑在所述内部手术部位内的所述工具的容器，使得所述工具定义第一姿态；多个致动器，所述多个致动器与所述细长体能驱动耦合，以在所述手术部位内移动所述容器；以及处理器，所述处理器与所述致动器能耦合，所述处理器具有第一模块和第二模块，所述第一模块被配置为接收来自用户的输入，以用于在所述内部手术部位内将所述容器的图像从所述第一姿态向所述第二姿态移动；所述第二模块被配置为接收移动命令，并且作为响应来驱动所述致动器，以便沿着从所述第一姿态到所述第二姿态的轨迹移动所述容器。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一模块被配置为使得所述输入定义在所述第一姿态与所述第二姿态之间的中间输入姿态，并且其中所述第二模块被配置为使得所述轨迹独立于所述中间输入姿态。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述输入定义所述第一姿态与所述第二姿态之间的输入轨迹，所述中间输入姿态沿着所述输入轨迹设置，并且其中所述多个致动器被通电，使得当所述容器沿着所述轨迹移动并且所述容器不被驱动到所述中间输入姿态时，所述细长体忽略所述输入轨迹。7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一模块被配置为在所述容器处于所述第一姿态之后从所述用户接收所述第二姿态；并且其中所述第二模块被配置成响应于所述移动命令，驱动所述致动器以便使所述容器沿着从所述第一姿态到所述第二姿态的所述轨迹的不完整空间部分移动，并且停止在所述第一姿态与所述第二姿态之间的中间姿态处。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置成计算：从所述第一姿态到所述第二姿态的所述轨迹；以及沿着在所述第一姿态与所述第二姿态之间的所述轨迹的、所述容器的一系列中间姿态，并且其中所述处理器被进一步配置成接收一系列附加移动命令，并且作为响应，驱动所述致动器以便沿着所述中间姿态之间的所述轨迹的一系列不完整部分以多个增量移动来移动所述容器，并且将所述容器停止在所述中间姿态中的一个或多个处；其中所述附加移动命令包括向后移动命令，并且响应于所述向后移动命令，所述处理器被配置成驱动所述致动器，以便沿着所述轨迹将所述容器移动远离所述第二姿态并且朝向所述第一姿态；并且其中，所述处理器被配置成接收所述移动命令作为与所述轨迹的一部分相对应的的一维输入信号，并且其中所述处理器被配置成使所述多个致动器通电，以便沿着所述轨迹在所述细长体的多个自由度中移动所述容器。9.如权利要求4
‑
8中任一项所述的系统，其特征在于，进一步包括：术中图像捕获系统，所述术中图像捕获系统被定向成对与所述内部手术部位相邻的组织成像，以便生成图像数据；显示器，所述显示器耦合到所述图像捕获系统，以便响应于所述图像数据而示出所述相邻组织和处于所述第一姿态的所述工具的图像；以及输入设备，所述输入设备与所述处理器耦合，并且被设置为促进由所述用户参照如由所述显示器所显示的所述相邻组织和所述工具的所述图像输入所述输入；其中，所述处理器具有模拟模块，所述模拟模块被配置成在所述显示器中将图形工具指示器与所述相邻组织的所述图像叠加，所述工具指示器的姿态随着所述输入而移动，以便促进将所述第二姿态与所述目标组织对准，所述图像包括所述工具指示器相对于所述目标组织的计算的姿态；并且其中所述处理器具有模拟输入模式，在所述模拟输入模式中，所述处理器使所述致动器通电，以便在所述用户输入用于所述第二姿态的输入时保持所述工具的所述第一姿态。10.如权利要求4至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述处理器具有主从模式，在所述主从模式中，所述处理器使所述致动器通电，以在所述用户输入用于所述第二姿态的所述输入时移动所述容器朝向所述第二姿态。11.如权利要求4至10中任一项所述的系统，其特征在于，进一步包括二维输入设备，所述二维输入设备能耦合至所述处理器，所述处理器具有：第一模式，所述第一模式被配置为定义所述容器相对于所述相邻组织的位置，第二模式，所述第二模式被配置为定义所述容器相对于所述相邻组织的取向，以及第三模式，所述第三模式被配置为操纵如所述显示器中所示的所述相邻组织的取向。12.如权利要求4至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述细长体包括柔性导管主体，所述柔性导管主体被配置为在所述容器的近端地被所述致动器弯曲，其中所述致动器包括沿着所述细长体设置的流体可膨胀主体，并且其中流体供应系统将所述处理器耦合到所述致动器，所述流体系统被配置为沿着所述细长体的通道将流体传输到所述致动器。13.一种用于将治疗工具或诊断工具与靠近患者体内的内部部位的目标组织对准的系
统，所述系统包括：细长柔性导管主体，所述细长柔性导管主体被配置为被远端地插入所述内部手术部位，所述工具能支撑在所述细长体的远端附近，以在所述内部手术部位内限定第一姿态；多个致动器，所述多个致动器能耦合至所述细长体；以及处理器，所述处理器能耦合至所述致动器，并且所述处理器被配置成：接收所述工具在所述内部手术部位内的所期望的第二位置；计算所述工具从所述第一位置到所述第二位置的工具轨迹和相关联的驱动信号，所述相关联的驱动信号用于所述致动器沿着从所述第一位置到所述第二位置的工具轨迹移动所述细长体；接收定义所述轨迹的所期望的部分的、具有单个自由度的输入信号；并且驱动所述致动器以便沿着由所述输入信号定义的所述轨迹的所述部分移动所述工具，所述部分具有多个自由度。14.一种用于在三维工作空间中操纵真实的和/或虚拟的细长工具的系统，所述工具具有轴，所述系统包括：输入/输出(I/O)系统，所述输入/输出(I/O)系统被配置以用于示出所述工具的图像并且用于接收来自用户的二维输入，所述I/O系统具有平面，并且如所述工具图像中所示的所述工具的所述轴具有沿着所述平面的显示斜率，所述输入的第一分量被定义为沿着与所述工具显示斜率相对应的第一轴，所述输入的第二分量被定义为沿着与所述工具显示斜率垂直的所述输入平面的第二轴；以及处理器，所述处理器耦合至所述I/O系统，所述处理器具有平移模式和取向模式，处于所述取向模式的所述处理器被配置为：响应于所述输入的所述第一分量，引起所述工具在所述三维工作空间中围绕第一旋转轴的旋转，所述第一旋转轴平行于所述显示平面并且垂直于所述工具轴，并且响应于所述输入的所述第二分量，引起所述工具图像围绕第二旋转轴的旋转，所述第二旋转轴垂直于所述工具轴和所述第一旋转轴。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴在旋转中心处与所述工具轴相交，其中所述处理器被配置成将所述工具的所述图像与和所述旋转中心同心的球形旋转指示器相叠加，其中旋转指示符包括有所述球形旋转指示器，所述旋转指示符随着所述输入而围绕所述旋转中心旋转，使得显示于所述用户附近的所述指示符的移动在与所述输入的取向对应的取向上移动。16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述旋转指示符在旋转开始时沿着所述球形旋转指示器的朝向所述用户的第一侧从所述旋转中心包围所述轴，其中所述旋转指示符与所述工具一起在所述三维空间中旋转，使得所述旋转指示符在所述旋转期间保持在所述球形旋转指示器的所述第一侧上，并且其中在所述旋转之后当所述球形旋转指示器的与所述第一侧相对的第二侧朝向所述用户时，所述处理器将所述旋转指示符重新定位至所述第二侧。17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，在处于所述平移模式时，处理器被配置成：响应于所述第一输入分量而沿着所述第一旋转轴平移所述工具，并且响应于所述第二输入分量沿着所述第二旋转轴平移所述工具。
18.如权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置为：响应于所述工具轴在垂直于所述成像平面的角度范围内，将所述第一轴和所述第二轴与所述横向显示轴和所述横垂显示轴对准，所述角度在5度到45度之间。19.一种用于将治疗工具或诊断工具与和患者体内的内部部位相邻的目标组织对准的系统，所述系统包括：细长体，所述细长体具有近端和远端，在所述近端与所述远端之间具有轴，所述细长体具有容器，所述容器被配置成支撑在所述内部手术部位内的所述工具，使得所述工具定义第一姿态；多个致动器，所述多个致动器与所述细长体能驱动耦合，以在所述手术部位内以多个自由度来移动所述容器；处理器，所述处理器与致动器能耦合，并且被配置为接收来自用户的输入，以用于使所述容器在所述内部手术部位内从所述第一姿态向第二姿态移动；以及远程图像捕获系统，所述远程图像捕获系统被定向为朝向所述内部手术部位并且被配置成通过所述患者的组织获取所述目标的图像；其中所述处理器被配置为通过协调关于所述自由度的铰接来将所述工具约束到与平面相邻的移动。20.一种用于与耦合输入设备的计算机一起使用的医疗机器人模拟系统，所述系统包括：包含机器可读代码的有形介质，所述有形介质具有指令以用于：在显示器上显示细长柔性主体的图像，所述主体具有近端、远端和工具容器，所述工具容器被配置成与和内部手术部位相邻的目标组织相对准地支撑治疗工具或诊断工具；利用所述输入设备来从用户接收移动命令，所述移动命令用于使所述容器从第一姿态朝向与所述内部手术部位内的所述目标组织对准的第二姿态移动；响应于所述移动命令并且从所述输入设备向所述计算机发送至少二维输入；利用所述计算机并且响应于所述输入，确定所述主体的铰接，以使所述容器朝向所述第二姿态移动；以及在所述显示器上显示所述主体的所确定的铰接和移动。21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述计算机包括与云端能耦合的现成计算机，并且所述输入设备包括具有被配置用于测量具有至少两个自由度的位置的变化的传感器系统的现成设备，并且其中所述主体包括虚拟柔性主体，并且进一步包括实际机器人系统，所述实际机器人系统包括：实际细长体，所述实际细长体具有实际的近端和实际的远端，所述实际的远端具有实际的容器，所述实际的容器被配置用于支撑实际的治疗工具或诊断工具；多个致动器，所述多个致动器与所述细长体耦合；实际的驱动系统，所述实际的驱动系统与所述致动器能耦合，以引起所述容器在患者体内的实际内部手术部位内的移动；以及临床输入设备，所述临床输入设备具有临床传感器系统，所述临床传感器系统被配置用于测量现成设备的具有至少两个自由度的位置的变化。22.一种用于将患者身体的目标组织的图像呈现给用户的方法，所述方法包括：
接收第一二维(2D)图像数据集，所述第一2D数据集定义包括所述目标组织和工具递送系统的设置在所述患者身体内的工具容器的第一图像，所述第一图像相对于所述容器具有第一取向；接收定义包括所述目标组织和所述工具递送系统的第二目标图像的第二2D图像数据集，所述第二图像相对于所述容器具有第二取向，所述第二取向从所述第一取向成角度地偏移；将混合2D/三维(3D)图像数据发送至显示设备，以呈现混合2D/3D图像供所述用户参考，所述混合图像包括3D图像空间中的2D图像分量并且包括：所述第一2D图像，所述第一2D图像相对于所述工具递送系统的3D模型具有所述第一取向；以及所述第二2D图像，所述第二2D图像相对于所述3D模型具有所述第二取向，所述第一2D图像和所述第二2D图像从所述模型在位置上偏移。23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述混合图像包括所述模型的3D虚拟图像，所述模型包括所述容器的计算的虚拟姿态。24.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述第一2D图像设置在所述混合图像中的第一平面上，所述第一平面沿着所述第一平面的第一法线从所述模型偏移；和/或其中所述第二2D图像设置在所述混合图像中的第二平面上，所述第二平面沿着所述第二平面的第二法线从所述模型偏移。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述混合图像包括叠加在所述第一2D图像上的所述模型的第一2D虚拟图像，所述第一2D虚拟图像相对于所述模型处于所述第一取向；和/或其中所述混合图像包括叠加在所述第二2D图像上的所述模型的第二2D虚拟图像，所述第二2D虚拟图像相对于所述模型处于所述第二取向。26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述模型包括体模，所述体模定义与所述虚拟容器姿态成角度地和/或在位置上地偏移的体模容器姿态，其中所述3D虚拟图像包括所述体模，并且其中所述混合图像包括叠加在所述第一2D图像上的具有所述第一取向的所述体模的第一2D增强图像，并且进一步包括：从所述用户的手部接收相对于所述显示器进行移动的移动命令；与所述移动命令相关地移动所述体模姿态；在所述第一2D图像和所述第二2D图像上显示移动的体模；以及计算所述虚拟工具与所述体模之间的轨迹，并且响应于来自所述用户的一维(1D)输入，通过铰接支撑所述工具的细长体来在所述患者体内移动所述工具。27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包括：相对于所述第一平面约束运动，使得所述容器的图像如下地移动：沿着所述第一平面；或垂直于所述第一平面。28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一2D图像包括基本上实时的视频图像，并且其中所述第二2D图像包括所述目标组织和所述工具系统的记录的图像。29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一2D图像和所述第二2D图像包括所
述目标组织和所述工具系统的超声图像或荧光镜图像。30.一种用于在具有显示平面的显示设备上将患者身体的目标组织的图像呈现给用户的方法，所述方法包括：接收第一二维(2D)图像数据集，所述第一2D数据集定义包括所述目标组织和工具递送系统的设置在所述患者身体内的工具容器的第一图像，所述第一图像相对于所述容器具有第一取向；将混合2D/三维(3D)图像数据发送至所述显示设备，以呈现混合2D/3D图像供用户参考，所述混合图像包括：所述第一2D图像，所述第一2D图像相对于所述工具递送系统的3D模型具有所述第一取向；以及所述3D模型的3D图像；其中所述第一2D图像在取向上相对于所述显示设备的所述显示平面偏移。31.一种用于向用户呈现图像以用于诊断或治疗患者身体的目标组织的系统，所述系统包括：第一图像输入，所述第一图像输入被配置成接收第一二维(2D)图像数据集，所述第一2D数据集定义示出所述目标组织和工具递送系统的工具容器的第一图像，所述工具容器设置于所述患者身体内，所述第一图像相对于所述第一工具具有第一取向；第二图像输入，所述第二图像输入被配置成接收第二2D图像数据集，所述第二2D图像数据集定义示出所述目标组织和所述工具递送系统的第二目标图像，所述第二图像相对于所述工具容器具有第二取向，...
【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：项目莫里股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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