规划和实时更新医疗器械的3D轨迹制造技术

所提供的是用于诊断和/或治疗目的的医疗器械在受试者的身体内自动转向的系统、设备和方法，其中医疗器械在受试者的身体内的转向基于规划的3D轨迹以及实时更新的3D轨迹，以便安全和准确地到达受试者的身体内的目标。全和准确地到达受试者的身体内的目标。全和准确地到达受试者的身体内的目标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】规划和实时更新医疗器械的3D轨迹
专利

[0001]本专利技术涉及用于规划和实时更新医疗器械的3D轨迹以促进医疗器械到达受试者的身体内的目标的方法、设备和系统，更具体地说，本专利技术涉及规划和实时更新医疗器械的3D轨迹并根据规划和/或更新的3D轨迹将医疗器械朝向目标转向。
[0002]背景
[0003]临床实践中使用的各种诊断和治疗程序涉及将诸如针和导管的医疗工具经皮插入受试者的身体，并且在许多情况下还涉及使医疗工具在身体内转向以到达目标区域。目标区域可以是任何身体内区域，包括病灶、肿瘤、器官或血管。需要插入这样的医疗工具和使这样的医疗工具转向的程序的示例包括疫苗接种、血液/流体取样、局部麻醉、组织活检、导管插入、低温消融、电解消融、近距离放射治疗、神经外科、深部脑刺激、各种微创手术等。
[0004]在软组织中引导医疗工具(例如，针)和使医疗工具转向是需要良好的三维协调、理解患者解剖结构和高水平的经验的复杂任务。已经提出了用于执行这些功能的图像引导自动化(例如，机器人)系统。
[0005]有些自动化插入系统是基于操纵机器人手臂，而有些则利用可安装在身体上的机器人设备。这些系统包括协助医生选择插入点并将医疗器械与插入点和目标对准的引导系统，以及还能自动地将器械朝向目标插入的转向系统。
[0006]然而，在本领域中仍然需要自动化插入和转向设备和系统，该设备和系统能够准确和可靠地实时确定、更新和控制医疗工具在受试者的身体内的3D轨迹转向，以最有效、准确和安全的方式到达目标区域。
[0007]概述
[0008]根据一些实施例，本公开涉及用于在受试者的身体中自动插入医疗器械/工具(例如，针)和使医疗器械/工具(例如，针)转向的系统、设备和方法，用于诊断和/或治疗目的，其中医疗器械在受试者的身体内的转向基于医疗器械(例如，其末端或尖端(tip))在受试者的身体内的规划的和实时更新的3D轨迹，以允许通过最有效和安全的路线安全和准确地到达受试者的身体内的目标区域。在另外的实施例中，本文公开的系统、设备和方法允许精确地确定和考虑医疗器械的尖端在身体内的实际位置，以增加医疗过程的有效性、安全性和准确性。
[0009]医疗器械(例如，针)在身体内的自动插入和转向，特别是利用实时轨迹更新，比在身体内手动转向这种器械有利。例如，通过利用实时的3D轨迹更新和转向，实现医疗器械到身体内目标的最有效的时空和安全路线。此外，实时3D轨迹更新和转向的使用增加了安全性，因为它减少了伤害受试者的身体内的非目标区域和组织的风险，因为3D轨迹更新可以考虑障碍物或沿路线的任何其他区域，而且，它可以考虑这些障碍物的实时位置的变化。此外，这种自动转向提高了过程的准确性，这使得能够到达小目标和/或位于身体内难以到达的区域中的目标。例如，这对于恶性肿瘤的早期发现特别重要。此外，它为患者提供了更高的安全性，因为人为错误的风险显著降低。此外，根据一些实施例，这样的过程可以远程执行(例如，从邻近的控制室或甚至从医疗设施外部)，这对医务人员来说更安全，因为它最小
化了他们在过程中暴露于辐射，以及他们暴露于患者可能携带的任何传染病，例如COVID
‑
19。此外，规划的和执行的和/或更新的轨迹的3D可视化极大地提高了用户监督和控制医疗过程的能力。由于自动设备可以从远程站点控制，甚至从医院外部控制，因此不再需要医生出现在程序室。
[0010]根据一些实施例，提供了用于在受试者的身体内插入医疗器械/工具和使医疗器械/工具转向的系统，其利用规划和实时更新医疗器械在受试者的身体内的3D轨迹，其中该系统包括自动插入和转向设备(例如，机器人)、处理器和可选的控制器。在一些实施例中，插入和转向设备被配置为基于医疗器械的规划的3D轨迹在受试者的身体内插入和转向/导航医疗器械，以到达受试者的身体内的目标区域，其中3D轨迹基于医疗器械和/或目标的实时位置被实时更新，并且其中，利用处理器促进3D轨迹的规划和更新，该处理器还被配置为将实时转向指令传送到插入和转向设备。根据一些示例性实施例，处理器可以被配置为计算医疗器械从进入点(也称为“插入点”)到目标的路径(例如，3D轨迹)，并基于医疗器械和/或目标的实时位置实时更新3D轨迹。在一些实施例中，处理器还可以被配置成实时地提供指令，以便根据规划的和/或更新的3D轨迹，(在3D空间中)将医疗器械转向目标。在一些实施例中，该转向可以通过适当的控制器由处理器控制。在一些实施例中，以闭环方式控制该转向，由此处理器通过适当的控制器生成到转向设备的运动命令，并接收关于医疗器械和/或目标的实时位置的反馈，该反馈随后用于3D轨迹的实时更新。
[0011]在一些实施例中，转向系统可以被配置为与成像系统结合操作。在一些实施例中，成像系统可以包括任何类型的成像系统(模态)，包括但不限于：X射线透视、CT、锥束CT、CT透视、MRI、超声波或任何其他合适的成像模态。在一些实施例中，系统的处理器可以进一步配置为处理并在显示器/监视器上示出来自成像系统(例如，CT，MRI)的图像、或由图像(或切片)集创建的图像视图，以确定/计算医疗器械从进入点到目标的最佳3D轨迹，并基于医疗器械(特别是其尖端)和目标的实时位置实时更新3D轨迹，同时避免不必要的障碍和/或到达期望的沿路线的检查点。在一些实施例中，进入点、目标和障碍物(例如，诸如骨骼或血管)由医生在所获得的图像或生成的图像视图中的一者或更多者上手动标记。
[0012]根据一些实施例，提供了一种将医疗器械转向受试者的身体内的目标的方法，该方法包括：
[0013]计算医疗器械从进入点到受试者的身体内的目标的规划的3D轨迹；
[0014]根据规划的3D轨迹将医疗器械转向目标；
[0015]确定目标的实时位置是否偏离先前的目标位置；
[0016]如果确定目标的实时位置偏离先前的目标位置，则更新医疗器械的3D轨迹，以促进医疗器械到达目标，以及
[0017]根据更新的3D轨迹将医疗器械转向目标。
[0018]根据一些实施例，先前的目标位置可以是在计算规划的3D轨迹之前确定或限定的目标的位置。根据一些实施例，先前的目标位置可以是在医疗器械的转向期间确定或限定的目标的位置。
[0019]根据一些实施例，更新3D轨迹包括计算在两个平面中的每一个平面上的2D轨迹修正；以及将所计算的两个2D轨迹修正叠加以形成一个3D轨迹修正。
[0020]根据一些实施例，两个平面彼此垂直。
[0021]根据一些实施例，可以利用逆运动学算法来计算每个2D轨迹修正。
[0022]根据一些实施例，医疗器械朝向身体内目标的转向可以利用自动化医疗设备来执行。
[0023]根据一些实施例，目标的实时位置由用户手动确定。
[0024]根据一些实施例，目标的实时位置由处理器使用图像处理和/或机器学习算法自动确定。
[0025]根据一些实施例，该方法还可以包括实时追踪目标在身体内的位置，以确定目标在身体内的实时位置。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种将医疗器械转向受试者的身体内的目标的方法，所述方法包括：计算用于所述医疗器械从进入点到所述受试者的所述身体内的目标的规划的3D轨迹；根据所述规划的3D轨迹将所述医疗器械转向所述目标；确定所述目标的实时位置是否偏离先前的目标位置；如果确定所述目标的实时位置偏离所述先前的目标位置，则更新所述医疗器械的3D轨迹，以促进所述医疗器械到达所述目标，以及根据更新的3D轨迹将所述医疗器械转向所述目标。2.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述3D轨迹包括：计算在两个平面中的每一个平面上的2D轨迹修正；和将所计算的两个2D轨迹修正叠加以形成一个3D轨迹修正。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述两个平面彼此垂直。4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，利用逆运动学算法计算所述2D轨迹修正中的每一个。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用自动化医疗设备执行所述医疗器械朝向所述身体内的所述目标的转向。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标的实时位置由用户手动确定。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述目标的实时位置由处理器使用图像处理和/或机器学习算法自动确定。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括实时追踪所述目标在所述身体内的位置，以确定所述目标在所述身体内的实时位置。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括确定所述医疗器械在所述身体内的实时位置。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述医疗器械的实时位置由用户手动确定。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述医疗器械的实时位置由所述处理器使用图像处理和/或机器学习算法自动确定。12.根据权利要求9所述的方法，还包括实时追踪所述医疗器械在所述身体内的位置以确定所述医疗器械在所述身体内的实时位置。13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，还包括确定所述医疗器械在所述身体内的实时位置是否偏离所述规划的3D轨迹。14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述医疗器械在所述身体内的实时位置是否偏离所述规划的3D轨迹是连续执行的。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述目标的实时位置是否偏离先前的目标位置是连续执行的。16.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述医疗器械在所述身体内的实时位置是否偏离所述规划的3D轨迹是在沿所述3D轨迹的检查点处执行的。17.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述目标的实时位置是否偏离先前的目标位置是在沿所述3D轨迹的检查点处执行的。18.根据权利要求16或17中任一项所述的方法，其中，如果确定所述医疗器械在所述身
体内的实时位置偏离所述规划的3D轨迹，则所述方法进一步包括沿所述3D轨迹添加和/或重新定位一个或更多个检查点。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算用于所述医疗器械从所述进入点到所述受试者的所述身体内的所述目标的所述规划的3D轨迹包括计算所述规划的3D轨迹，使得所述医疗器械避免与所述受试者的所述身体内的一个或更多个初始障碍物接触。20.根据权利要求19所述的方法，还包括识别所述受试者的所述身体内的所述一个或更多个初始障碍物和/或一个或更多个新障碍物的实时位置，并且其中，更新所述医疗器械的3D轨迹包括更新所述3D轨迹，使得所述医疗器械避免进入所述一个或更多个初始障碍物和/或所述一个或更多个新障碍物的实时位置。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果确定所述目标的实时位置偏离所述先前的目标位置，则所述方法进一步包括确定偏离是否超过预定阈值，并且其中，仅当确定所述偏离超过所述预定阈值时，才更新所述医疗器械的3D轨迹。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括通过成像系统获得所述受试者的所述身体内的感兴趣区域的一个或更多个图像，所述成像系统选自：CT系统、X射线透视系统、MRI系统、超声波系统、锥束CT系统、CT透视系统、光学成像系统和电磁成像系统。23.根据权利要求9至22中任一项所述的方法，其中，确定所述医疗器械在所述受试者的所述身体内的实时位置包括确定所述医疗器械的尖端在所述受试者的所述身体内的实际位置，并且其中，确定所述医疗器械的所述尖端在所述受试者的所述身体内的实际位置包括：在一个或更多个图像中检测所述医疗器械；限定所检测的医疗器械的末端；确定所述医疗器械的所述末端的补偿值；和基于所确定的补偿值确定所述医疗器械的所述尖端在所述受试者的所述身体内的实际位置。24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述补偿值是基于查找表确定的。25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算从所述进入点到所述目标的所述规划的3D轨迹包括：计算在两个平面中的每一个平面上的从所述进入点到所述目标的2D轨迹；和将所计算的两个2D轨迹叠加以形成单个3D轨迹。26.一种用于将医疗器械转向受试者的身体内的目标的系统，所述系统包括：自动设备，其被配置为将所述医疗器械转向所述目标，所述自动设备包括一个或更多个致动器和控制头，所述控制头被配置为将所述医疗器械连接到所述控制头；和处理器，其被配置为执行权利要求1到25中任一项所述的方法。27.根据权利要求26所述的系统，还包括控制器，所述控制器被配置为控制所述设备的操作。28.一种用于将医疗器械转向受试者的身体内的内部目标的系统，所述系统包括：自动设备，其被配置为执行所述医疗器械朝向所述受试者的所述身体内的所述目标的转向；至少一个处理器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：赞克特机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：