内窥镜系统以及使用内窥镜系统进行导引和成像的方法技术方案

本申请涉及内窥镜系统以及使用内窥镜系统进行导引和成像的方法。公开用于在目标解剖结构中以机器人方式操纵可操控细长器械以及控制对目标解剖结构的成像扫描的系统、装置及方法。一种内窥镜系统包括：可操控细长器械，其在目标解剖结构中以机器人方式定位和导引；以及控制器，其接收包括目标解剖结构的内窥镜图像的患者信息，将内窥镜图像应用于至少一个经过训练的机器学习(ML)模型，以识别目标解剖结构以及估计用于造影剂配给和成像扫描的一个或更多个造影和扫描参数。控制器电路可以向用户或过程提供估计出的一个或更多个造影和扫描参数。在示例中，控制器可以根据估计出的造影和扫描参数以机器人方式促进造影剂的注射或目标解剖结构的成像。或目标解剖结构的成像。或目标解剖结构的成像。

【技术实现步骤摘要】
内窥镜系统以及使用内窥镜系统进行导引和成像的方法


[0001]本文件总体上涉及内窥镜系统，并且更具体地，涉及用于在内窥镜处置中自动调整插管或内窥镜导引以及成像扫描的机器人内窥镜系统及技术。

技术介绍

[0002]内窥镜已用于多种临床处理，包括例如照明、成像、检测和诊断一种或更多种疾病状态，向解剖区域提供流体输送(例如，经由流体通道的盐水或其它制剂)，提供一个或更多个治疗装置或生物物质收集装置的用于对解剖区域进行采样或处置的通道(例如，经由工作通道)，以及提供用于收集流体(例如，盐水或其它制剂)的抽吸通道，以及其它处理。
[0003]这种解剖区域的示例可以包括消化道(例如，食道、胃、十二指肠、胰胆管、肠、结肠等)、肾区域(例如，肾脏、输尿管、膀胱、尿道)和其它内部器官(例如，生殖系统、窦腔、粘膜下区域、呼吸道)等。
[0004]在传统的内窥镜检查中，内窥镜的前端部分可以被配置为用于支撑和定向治疗装置，诸如使用升降器。在一些系统中，两个内窥镜可以一起工作，第一内窥镜借助升降器引导插入其中的第二内窥镜。这样的系统有助于将内窥镜引导到身体内难以到达的解剖位置。例如，某些解剖位置只能在通过迂回路径插入后用内窥镜接近。
[0005]经口胆管镜检查是允许使用微型内窥镜和通过十二指肠镜的附件端口插入的导管，直接进行内窥镜观察、诊断和处理患者胆管和胰腺导管系统的各种疾病的技术。可以如内窥镜逆行胰胆管造影术(ERCP)处理中使用的那样，通过使用经由十二指肠镜辅助通道推进的专用胆管镜进行经口胆管镜检查。ERCP是一种将内窥镜检查和透视检查结合使用，来诊断和处置胆胰管系统(包括，肝脏、胆囊、胆管、胰腺或胰管)的某些问题的技术。在ERCP中，可以将胆管镜(也称为辅镜或“子”镜)附接到十二指肠镜(也称为主镜或“母”镜)的工作通道并通过其推进。通常，两个独立的内窥镜医师操作“母子”镜中的每一个。虽然胆管插管可以直接用胆管镜的尖端实现，但大多数内窥镜医师偏好插管而非导丝。可以通过胆管镜插入组织取回装置以取回生物物质(例如，胆结石、胆管结石、癌组织)或管理胆管中的狭窄或堵塞。
[0006]诸如在直接经口胆管镜检查(DPOC)处理中，也可以通过将小直径专用内窥镜直接插入胆管来进行经口胆管镜检查。在DPOC中，细长的内窥镜(胆管镜)可以插入患者口中，穿过上GI道，进入胆总管，对胆胰管系统疾病进行观察、诊断和处置。
[0007]可操控器械(例如，内窥镜、导管或套管)的精确定位和导引对于成功进行如ERCP和DPOC的内窥镜处理非常重要。传统上，操作医师基于内窥镜图像和荧光透视图像以及他们的经验手动地定位和导引内窥镜或其它器械。在某些情况下，这对于缺乏经验的医师来说可能具有挑战性，尤其是在正在进行手术的患者已经过手术变动或者解剖有困难的情况下。

技术实现思路

[0008]本公开认识到传统内窥镜(诸如用于诊断和取回样本生物物质的十二指肠镜)要解决的若干技术问题。这样的问题之一是将内窥镜和插入其中的器械导引到患者体内深处的解剖区域中的位置的难度增加。例如，在ERCP处理中，由于十二指肠镜、胆管镜和组织取出装置因依次插入逐渐变小的管腔而逐渐变小，因此操纵和导引内窥镜穿过患者解剖结构，保持内窥镜稳定，并在狭窄的空间(例如，胆管)中保持正确的插管位置变得更加困难。由于镜升降器的自由度有限，也可能难以保持适当的插管角度。插管和内窥镜导引需要高超的手术技能和手动灵活性，这对于经验不足的操作医师(例如，外科医师或内窥镜医师)来说尤其具有挑战性。
[0009]传统内窥镜的另一挑战是患者解剖结构的高度可变性，尤其是手术改变或者以其它方式解剖困难的患者。例如，在ERCP处理中，一些患者可能已经改变了胰胆管系统(例如，壶腹)或GI道的一部分的解剖结构。在一些患者中，胰腺前方的狭窄会压迫胃和部分十二指肠，使得十二指肠镜难以在受压迫的十二指肠的有限腔内导引并且将胆管镜导引到达十二指肠乳头，即，胰管和胆管(Vater壶腹)的扩张交界处(junction)进入十二指肠的点。在另一示例中，一些患者具有交替的乳头解剖结构。由于十二指肠镜被设计为在十二指肠中是稳定的，因此在手术改变后的解剖结构中可能更难以到达十二指肠乳头。传统的内窥镜系统通常缺乏基于患者独特解剖结构提供插管和内窥镜导引指南的能力。
[0010]传统的内窥镜系统通常缺乏在处理期间自动进行内窥镜定位以及调整力和运动的能力。操作医师基于实时内窥镜图像和荧光透视图像及他们的经验手动地定位和导引内窥镜。这通常需要多年的广泛培训和经验，并且对于缺乏经验的医师来说可能具有挑战性，尤其是对于具有解剖困难或被手术改变的解剖结构的患者，如以上所讨论的。手动内窥镜操纵也可以是重体力的，因为操作医师(例如，外科医师或内窥镜医师)通常必须在整个处理期间握住内窥镜。手部震颤可能降低内窥镜定位导引的精度，导致内窥镜视野不稳定。这会降低处理的准确性、效率和成功率。
[0011]一些内窥镜处理(诸如ERCP)固有地需要荧光透视，并且通常包括标准射线摄影术和利用快速变化的辐射暴露水平的射线活动摄影术二者。尽管接受少量辐射的患者可能不会立即出现体征或症状，但由于其潜在的致癌作用，在处理期间过度暴露于辐射是非常令人担忧的。在目前的图像引导内窥镜处理(如ERCP)中，通常由操作者根据自己的偏好来管理荧光透视时间。在诸如ERCP之类的处理期间，对自动且有效地减少辐射暴露的需求尚未得到满足。
[0012]荧光透视通常伴随着配给射线透不过的造影剂，以增强正在研究的器官或结构的可视化，并帮助使患者的辐射暴露最小化。在一些患者中，配给造影剂可能带来诸如造影剂引起的急性肾损伤之类的不良反应的风险。为了减少肾毒性的发生，应该尽可能使造影剂的使用量最小化，并且不超过计算出的最大允许造影剂剂量。临床上，对于大多数有肾毒性风险的患者来说，生理盐水补液是合适的策略。另一方面，对于诸如ERCP之类的处理，由于解剖部位有限或受限，可能难以将造影剂注入胆管。包括确定造影剂的合适的量(体积)、流速、注射持续时间和注射部位的自动造影剂配给能够帮助降低造影剂引起的不良反应的风险，同时确保在荧光透视下足够的可视化。
[0013]本公开可以通过提供用于在以机器人方式辅助的内窥镜处理中的插管和内窥镜
导引以及自动成像扫描控制的系统、装置和方法，来帮助解决这些和其它问题。可以使用人工智能(AI)平台实现自动插管和内窥镜导引。根据一个示例，内窥镜系统包括可操控细长器械，该可操控细长器械被配置为经由诸如包括在机器人手臂中的致动器在患者的目标解剖结构中以机器人方式定位和导引。该系统包括控制器，以接收包括目标解剖结构的图像的患者信息，将目标解剖结构图像(可选地与其它患者和装置信息一起)应用于至少一个经过训练的机器学习(ML)模型，以识别目标解剖结构并估计一个或更多个插管或导引参数的值(例如，力、角度等)。控制器可以根据估计的插管或导引参数的值向致动器提供控制信号，来以机器人方式促进可操控细长器械在目标解剖结构中的操作(例如，定位或导引)。另外，可以基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内窥镜系统，该内窥镜系统包括：可操控细长器械，该可操控细长器械被配置为在患者的目标解剖结构中进行定位和导引；以及控制器电路，该控制器电路配置为：接收包括所述目标解剖结构的图像的患者信息；将所述目标解剖结构的图像应用于至少一个经过训练的机器学习ML模型，以识别所述目标解剖结构并估计用于对所述目标解剖结构进行成像扫描的一个或更多个造影和扫描参数；以及向用户或过程提供估计出的一个或更多个造影和扫描参数。2.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中，接收到的所述目标解剖结构的图像包括内窥镜图像。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的内窥镜系统，其中，所述至少一个经过训练的ML模型包括第一经过训练的ML模型和不同于所述第一经过训练的ML模型的第二经过训练的ML模型，并且其中，所述控制器电路被配置为将所述目标解剖结构的图像应用于所述第一经过训练的ML模型以识别所述目标解剖结构，并且将所述目标解剖结构的图像应用于所述第二经过训练的ML模型以估计用于对所述目标解剖结构进行成像扫描的所述一个或更多个造影和扫描参数。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的内窥镜系统，其中，所述控制器电路还被配置为根据所估计出的一个或更多个造影和扫描参数向致动器提供控制信号，来以机器人方式促进经由所述可操控细长器械配给造影剂或对所述目标解剖结构进行成像。5.根据权利要求4所述的内窥镜系统，其中，所述可操控细长器械包括内窥镜或可操控注射装置，所估计出的一个或更多个造影和扫描参数包括造影剂参数，并且所述控制器电路被配置为根据所述造影剂参数向所述致动器提供所述控制信号，来以机器人方式促进所述可操控细长器械配给所述造影剂的操作。6.根据权利要求5所述的内窥镜系统，其中，所述造影剂参数包括所述造影剂的体积、流速和注射持续时间中的一项或更多项。7.根据权利要求5至6中的任一项所述的内窥镜系统，其中，所述目标解剖结构包括所述患者的胰胆管系统的一部分，并且所述造影剂参数包括所述胰胆管系统的造影剂注射部位。8.根据权利要求4所述的内窥镜系统，其中，所估计出的一个或更多个造影和扫描参数包括用于对所述目标解剖结构进行成像的扫描参数，并且所述控制器电路被配置为根据所述扫描参数向所述致动器提供所述控制信号，来以机器人方式促进成像设备对所述目标解剖结构进行成像扫描的操作。9.根据权利要求8所述的内窥镜系统，其中，所述扫描参数包括扫描时机、扫描持续时间、扫描方向和相对于所述造影剂的配给的扫描延迟中的一项或更多项。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的内窥镜系统，其中，
所述目标解剖结构包括所述患者的胰胆管系统的一部分，并且所述控制器电路被配置为将所述目标解剖结构的图像应用于所述经过训练的ML模型，以识别所述胰胆管系统中的狭窄。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的内窥镜系统，该内窥镜系统包括训练模块，该训练模块被配置为使用训练数据集来训练所述ML模型，所述训练数据集包括来自对多个患者的过去内窥镜处理的处理数据，所述处理数据包括所述多个患者的目标解剖结构的内窥镜图像、以及用于产生所述内窥镜图像的相应造影和扫描参数的评估结果。12.根据权利要求11所述的内窥镜系统，其中，所述训练模块被配置为使用监督学习或深度学习来训练所述ML模...

【专利技术属性】
技术研发人员：美浓宏行，堀尾大和，坂口诚一郎，石掛真人，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：