机器人支气管镜导航的系统和方法技术方案

提供了一种用于机器人内窥镜仪器的自动配准的方法。该方法包括：(a)至少部分地基于使用位置传感器采集的第一传感器数据集，在机器人内窥镜仪器的取向和位置传感器的取向之间生成第一变换；(b)至少部分地基于第一变换和第二传感器数据集，在机器人内窥镜仪器的坐标系和代表解剖管腔网络的模型的坐标系之间生成第二变换；和(c)至少部分地基于第三传感器数据集，使用更新算法更新第二变换。使用更新算法更新第二变换。使用更新算法更新第二变换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人支气管镜导航的系统和方法
引用
[0001]本申请要求于2019年12月19日提交的第62/950,740号美国临时专利申请和于2020年10月13日提交的第63/091,283号美国临时专利申请的优先权，其中每一个的全部内容特此通过引用并入本文。

技术介绍

[0002]肺癌的早期诊断至关重要。肺癌的五年生存率约为18％，明显低于接下来三种最常见的癌症：乳腺癌(90％)、结直肠癌(65％)和前列腺癌(99％)。2018年共有142,000人因肺癌死亡。
[0003]一般来说，典型的肺癌诊断和手术治疗过程可能会有很大差异，这取决于医疗保健提供者使用的技术、临床方案和临床地点。不一致的过程不仅会延迟癌症的诊断，而且会给患者和医疗保健系统带来高昂的费用。
[0004]这些医疗手术，诸如内窥镜检查(例如，支气管镜检查)可能涉及为了诊断和/或治疗目的的访问和可视化患者内腔(例如，气道)的内部。在手术过程中，例如，可以向患者体内插入诸如内窥镜的柔性管状工具，并且可以将仪器穿过内窥镜到达被识别用于诊断和/或治疗的组织部位。

技术实现思路

[0005]内窥镜在各种病症的诊断和治疗中有着广泛的应用，诸如医疗条件(例如，早期肺癌诊断和治疗)。内窥镜导航系统可以使用不同的传感模式(例如，相机成像数据、电磁(EM)位置数据、机器人位置数据等)，例如，通过自适应调整的概率建模。导航方法可能取决于内窥镜尖端与气道有关的位置的初始估计，以开始跟踪内窥镜尖端。一些内窥镜检查技术可能涉及患者解剖结构的三维(3D)模型，并使用EM场和位置传感器引导导航。在手术之前，3D模型的虚拟空间、由3D模型代表的患者解剖结构的物理空间和EM场之间的精确对齐(例如，配准)可能是未知的。因此，在生成配准之前，无法将患者解剖结构内的内窥镜位置精确地映射到3D模型内的相应位置。
[0006]由于配准不准确，支气管镜的导航可能具有挑战性。特别是，当前配准程序可能既耗时又笨拙，或者会产生受人工输入影响的不一致结果。当前配准程序可能涉及生成估计的初始配准，然后在程序期间精细或更新初始配准。例如，当前配准方法可以通过从实时传感器数据中采样来补偿导航系统的变化。然而，随着设备在长时间操作期间被驱动，并且随着系统采集更多的输入数据，计算时间急剧增加。此外，当前配准程序可能不具有令人满意的在线更新能力，这造成配准准确性受损。例如，当前配准程序可能无法适应可能引起配准算法不准确的本地变化。例如，采样的数据集通常用于对配准算法(例如变换)进行全局更新，这不能准确反映局部变化(例如，由于局部的、小型的机械偏转)。在另一个示例中，当内窥镜不沿着预定路径(例如，切割气道的中心线等)行进时，当前配准算法可能具有很差的变换精度。
[0007]本文认识到需要一种微创系统，该系统允许以提高可靠性和成本效率来执行外科手术或诊断操作。本文认识到另一个需要是改进的配准算法，其可以提高配准精度同时减少配准时间。本公开内容提供了允许以降低的成本进行标准化的早期肺癌诊断和治疗的系统和方法。本公开内容为癌症的早期诊断和治疗提供了可访问的、更具成本效益的方法和系统。在本专利技术的一些实施方式中，机器人支气管镜检查系统的至少一部分是一次性的。例如，导管部分可以设计成低成本一次性的，同时保持手术性能和功能性。而且，所提供的机器人支气管镜检查系统被设计成能够进入难以到达的组织，如支气管、肺，而不会增加额外成本。
[0008]自适应导航算法可能能够识别具有即时更新功能的3D模型的坐标系(例如，用于生成模型的CT扫描仪的坐标系)和EM场的坐标系(例如，EM场发生器的坐标系)之间的配准或映射。
[0009]在一个方面，提供了一种用于对机器人内窥镜仪器进行导航的方法。该方法包括：(a)至少部分地基于使用位置传感器采集的第一传感器数据集，在机器人内窥镜仪器的取向和位置传感器的取向之间生成第一变换；(b)至少部分地基于第一变换和第二传感器数据集，在机器人内窥镜仪器的坐标系和代表解剖管腔网络的模型的坐标系之间生成第二变换；和(c)至少部分地基于第三传感器数据集，使用更新算法更新第二变换。
[0010]在一些实施方式中，更新算法包括快速间隔重新计算操作和慢速间隔重新计算操作。在一些情况下，快速间隔重新计算操作包括(i)使用从第三传感器数据集中采样的数据子集来计算第一关联集(set of associations)和(ii)将第一关联集与计算用于生成(b)中的第二变换的第二关联集组合。例如，该方法还包括使用组合的第一关联集和第二关联集来计算点云。在一些情况下，慢速间隔重新计算操作包括最近邻算法。在一些情况下，慢速间隔重新计算操作包括仅使用第三传感器数据集来更新第二变换。
[0011]在一些实施方式中，位置传感器是电磁传感器。在一些实施方式中，代表解剖管腔网络的模型的坐标系是使用术前成像系统生成的。
[0012]在一些实施方式中，机器人内窥镜仪器包括一次性导管组件。在一些实施方式中，位置传感器位于机器人内窥镜仪器的远侧尖端。
[0013]在另一方面，提供了一种用于对机器人内窥镜仪器进行导航的系统。该系统包括：位置传感器，其位于机器人内窥镜仪器的远端；和一个或多个处理器，其与位置传感器和机器人内窥镜仪器通信并被配置成执行指令集以使系统：(a)至少部分地基于使用位置传感器采集的第一传感器数据集，在机器人内窥镜仪器的取向和位置传感器的取向之间生成第一变换；(b)至少部分地基于第一变换和第二传感器数据集，在机器人内窥镜仪器的坐标系和代表解剖管腔网络的模型的坐标系之间生成第二变换；和(c)至少部分地基于第三传感器数据集，使用更新算法更新第二变换。
[0014]在一些实施方式中，更新算法包括快速间隔重新计算操作和慢速间隔重新计算操作。在一些情况下，快速间隔重新计算操作包括(i)使用从第三传感器数据集中采样的数据子集来计算第一关联集和(ii)将第一关联集与计算用于生成(b)中的第二变换的第二关联集组合。例如，快速间隔重新计算操作还包括使用组合的第一关联集和第二关联集来计算点云。在一些情况下，慢速间隔重新计算操作包括最近邻算法。在一些情况下，慢速间隔重新计算操作包括仅使用第三传感器数据集来更新第二变换。
[0015]在一些实施方式中，位置传感器是电磁传感器。在一些实施方式中，代表解剖管腔网络的模型的坐标系是使用术前成像系统生成的。在一些实施方式中，机器人内窥镜仪器包括一次性导管组件。
[0016]根据本公开内容的一些方面，提供了一种机器人内窥镜仪器。该仪器可以包括一次性细长构件，该一次性细长构件包括近端和远端，并且近端可移除地附接到机器人臂。远端包括多根拉线并且拉线与细长构件的壁形成一体。细长构件也可称为支气管镜、导管，其在整个说明书中可互换使用。
[0017]在本公开内容的另一方面，提供了一种改进的配准算法或导航方法。配准算法可以允许以最少的用户交互进行自动配准，以及有益地提高配准准确性的在线配准更新。应当注意，所提供的机器人系统和/或配准算法可用于涉及各种类型组织的各种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对机器人内窥镜仪器进行导航的方法，包括：(a)至少部分地基于使用位置传感器采集的第一传感器数据集，在所述机器人内窥镜仪器的取向和所述位置传感器的取向之间生成第一变换；(b)至少部分地基于所述第一变换和第二传感器数据集，在所述机器人内窥镜仪器的坐标系和代表解剖管腔网络的模型的坐标系之间生成第二变换；和(c)至少部分地基于第三传感器数据集，使用更新算法更新所述第二变换。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述更新算法包括快速间隔重新计算操作和慢速间隔重新计算操作。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述快速间隔重新计算操作包括(i)使用从所述第三传感器数据集中采样的数据子集来计算第一关联集和(ii)将所述第一关联集与计算用于生成(b)中的所述第二变换的第二关联集组合。4.根据权利要求3所述的方法，还包括使用所述组合的第一关联集和第二关联集来计算点云。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述慢速间隔重新计算操作包括最近邻算法。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述慢速间隔重新计算操作包括仅使用所述第三传感器数据集来更新所述第二变换。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置传感器是电磁传感器。8.根据权利要求1所述的方法，其中代表所述解剖管腔网络的所述模型的所述坐标系是使用术前成像系统生成的。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器人内窥镜仪器包括一次性导管组件。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置传感器位于所述机器人内窥镜仪器的远侧尖端。11.一种用于对机器人内窥镜仪器进行导航的系统，包括：位置传感器，其位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯尔，
申请(专利权)人：诺亚医疗集团公司，
类型：发明
国别省市：