基于动态图像的定位的系统技术方案

本文公开了用于执行医疗程序的装置、系统、方法和计算机程序产品。在一些实施例中，用于执行医疗程序的系统包括被配置为插入解剖区域内的医疗器械，该医疗器械包括图像捕获装置。该系统可以被配置为从图像捕获装置获得解剖区域内的解剖界标的图像数据。该系统可以基于图像数据来识别解剖界标与解剖区域的模型中的对应模型界标之间的关联。该系统可以基于识别的关联来确定医疗器械的定位状态，该定位状态包括估计的位置和与估计位置相关联的不确定性参数。该系统可以当医疗器械在解剖区域内导航时动态地更新定位状态。内导航时动态地更新定位状态。内导航时动态地更新定位状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于动态图像的定位的系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年1月4日提交的美国临时申请63/133,743的权益和优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。
[0003]本申请通过引用将题为“用于配准的基于图像的种子化和相关系统及方法(Image
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Based Seeding for Registration and Associated Systems and Methods)”的PCT申请(案卷号P06373
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WO)和题为“用于基于图像的配置的系统和相关方法(Systems for Image
‑
Based Registration and Associated Methods)”的PCT申请(案卷号P06374
‑
WO)整体并入。


[0004]本公开涉及用于在医疗程序期间监测医疗器械的定位状态的系统、方法和计算机程序产品。

技术介绍

[0005]微创医疗技术旨在减少在医疗程序期间受损的组织的量，从而减少患者恢复时间、不适和有害的副作用。这种微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或多个手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，操作者可以插入微创医疗工具以到达目标组织位置。微创医疗工具包括诸如治疗、诊断、活检和手术器械的器械。医疗工具可以插入解剖通道中，并朝向患者解剖结构内的感兴趣区域导航。可以使用解剖通道的图像来辅助导航。需要改进的系统和方法来精确地执行医疗工具和解剖通道的图像之间的配准。

技术实现思路

[0006]本文公开了用于执行医疗程序(包括监测医疗程序期间的医疗器械的定位状态)的装置、系统、方法和计算机程序产品。在一些实施例中，用于执行医疗程序的系统包括被配置为插入解剖区域内的医疗器械，该医疗器械包括图像捕获装置。该系统还可以包括可操作地耦连到图像捕获装置的处理器，以及可操作地耦连到处理器的存储器。存储器可以存储指令，这些指令在由处理器执行时使系统执行包括以下操作的操作：接收解剖区域的三维(3D)模型；从图像捕获装置获得解剖区域内的解剖界标的图像数据；并且基于图像数据来识别解剖界标与3D模型中的对应模型界标之间的关联。操作还可以包括至少部分地基于解剖界标和对应模型界标之间的关联来确定医疗器械的定位状态。定位状态可以包括医疗器械的估计位置和与估计位置相关联的不确定性参数。操作可以进一步包括在医疗器械穿过解剖区域时动态更新定位状态。
[0007]在这些和其他实施例中，非暂时性的计算机可读介质可以存储指令，这些指令当由计算系统的一个或多个处理器执行时，使得计算系统执行包括以下操作的操作：接收解剖区域的3D模型；从解剖区域内的医疗器械携带的图像捕获装置获得解剖区域内解剖界标的图像数据；并且基于图像数据来识别解剖界标与3D模型中的对应模型界标之间的关联。
操作还可以包括至少部分地基于解剖界标和对应模型界标之间的关联来确定医疗器械的定位状态。定位状态可以包括医疗器械的估计位置和与估计位置相关联的不确定性参数。操作可以进一步包括在医疗器械穿过解剖区域时动态更新定位状态。
[0008]在这些和其他实施例中，一种方法可以包括：接收解剖区域的3D模型；从解剖区域内的医疗器械携带的图像捕获装置获得解剖区域内解剖界标的图像数据；并且基于图像数据来识别解剖界标与3D模型中的对应模型界标之间的关联。方法还可以包括至少部分地基于解剖界标和对应模型界标之间的关联来确定医疗器械的定位状态。定位状态可以包括医疗器械的估计位置和与估计位置相关联的不确定性参数。方法可以进一步包括在医疗器械穿过解剖区域时动态更新定位状态。
附图说明
[0009]参考以下附图可以更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件不一定是按比例绘制的。相反，重点放在清楚地说明本公开的原理上。附图不应被视为将本公开限于所描绘的特定实施例，而仅用于解释和理解。
[0010]图1是图示出根据本技术的各个实施例的用于在医疗程序期间监测医疗器械的位置的方法的流程图。
[0011]图2图示出了根据本技术的各个实施例的患者肺部气道内的解剖界标的示例。
[0012]图3图示出了根据本技术的各个实施例的包括多个成像位置的患者气道的一部分。
[0013]图4A
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图4D图示出了根据本技术的各个实施例在图3的成像位置处获得的多个图像。
[0014]图5A图示出了根据本技术的各个实施例的包括多个模型界标的患者气道的模型。
[0015]图5B
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图5D图示出了根据本技术的各个实施例的可以与图5A的模型界标相关联的多个图像。
[0016]图6是根据本技术的各个实施例的用于显示医疗器械的定位状态的图形用户界面的示意图。
[0017]图7是根据本技术的各个实施例配置的机器人或远程操作医疗系统的示意表示图。
[0018]图8是根据本技术的各个实施例配置的操纵器组件、医疗器械系统和成像系统的示意表示图。
[0019]图9是根据本技术的各个实施例的在患者的解剖区域内延伸的图8的医疗器械系统的一部分的示意表示图。
[0020]图10图示出了形成点云的多个坐标点，该点云表示根据本技术的各个实施例配置的图9的医疗器械系统的一部分的形状。
[0021]图11图示出了根据本技术的各个实施例的从图9的医疗器械系统在图9的解剖区域内延伸的部分的视点来看的真实患者解剖体的真实导航图像。
[0022]图12图示出了根据本技术的各个实施例当图9的医疗器械系统的该部分在解剖区域内延伸时图9的解剖区域的一部分的术中图像。
[0023]图13是根据本技术的各个实施例的显示系统的显示器的示意表示图，该显示器显
示了其中图8和图9的医疗器械系统被配准到图9的解剖区域的解剖模型的合成虚拟导航图像、虚拟患者解剖体的虚拟导航图像和解剖区域内的真实患者解剖体的真实导航图像。
具体实施方式
[0024]本公开涉及用于在医疗程序期间监测患者的解剖区域中的医疗器械的定位状态的装置、系统、方法和计算机程序产品。在一些实施例中，图像引导的医疗程序使用解剖区域的3D模型来帮助操作者在患者内导航医疗装置或器械。3D模型通常在初始配准程序中被映射到患者解剖体，使得器械在患者内的位置可以被跟踪到模型内的对应位置。对医疗器械的精确跟踪对于在复杂、密集和/或曲折的解剖区域(诸如肺的气道)内进行的程序可能特别重要。然而，如果初始配准不够精确，则系统可能无法正确地映射和跟踪医疗器械的位置。此外，如果操作者将医疗器械驱动到解剖区域的未被3D模型覆盖的部分中和/或如果3D模型不能精确地表示实际的患者解剖体，则跟踪可能失败。
[0025]因此，本文公开的系统可以使用图像数据与初始配准相结合或作为初始配准的替代来监测和动态更新医疗器械的定位状态。在一些实施例中，例如，本文公开的系统被配置为使用由解剖区域内的医疗器械携带的图像捕获装置(例如，内窥镜相机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在患者的解剖区域内执行医疗程序的系统，所述系统包括：医疗器械，所述医疗器械被配置为插入所述解剖区域内，所述医学器械包括图像捕获装置；处理器，所述处理器可操作地耦连到所述图像捕获装置；以及存储器，所述存储器可操作地耦连到所述处理器并且存储指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述系统执行包括以下操作的操作：接收所述解剖区域的三维模型即3D模型；从所述图像捕获装置获得所述解剖区域内的解剖界标的图像数据；基于所述图像数据来识别所述解剖界标与所述3D模型中的对应模型界标之间的关联；至少部分地基于所述解剖界标和所述对应模型界标之间的所述关联来确定所述医疗器械的定位状态，所述定位状态包括所述医疗器械的估计位置和与所述估计位置相关联的不确定性参数；并且在所述医疗器械穿过所述解剖区域时动态地更新所述定位状态。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像数据包括表示所述解剖界标的不同视图的多个图像。3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中识别所述关联包括：生成所述模型界标的至少一个二维虚拟视图即2D虚拟视图；并且将所述图像数据与所述至少一个2D虚拟视图进行比较。4.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中识别所述关联包括：基于所述图像数据来生成所述解剖界标的3D表示图；并且将所述3D表示图与所述3D模型的包括所述模型界标的一部分进行比较。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述3D表示图是使用以下算法中的一个或多个算法从所述图像数据生成的：来自阴影的形状算法、来自运动的结构算法、单次拍摄深度估计算法或端到端深度估计算法。6.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述3D模型表示所述解剖区域的第一部分，并且所述操作进一步包括：基于所述图像数据来检测所述医疗器械在所述解剖区域的第二部分内，所述第二部分不同于所述第一部分；基于所述图像数据来生成所述解剖区域的所述第二部分的3D表示图；并且将所述3D表示图添加到所述3D模型。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，进一步包括方位传感器，所述方位传感器被配置为生成所述医疗器械的方位数据，其中所述定位状态至少部分地基于所述方位数据来确定。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述方位传感器是形状传感器或电磁位置传感器。9.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中确定所述定位状态包括：生成所述医疗器械的多个状态估计，每个状态估计包括相应的估计位置和相应的不确定性参数，其中所述状态估计包括从所述图像数据生成的至少一个状态估计；并且组合所述状态估计以确定所述定位状态。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个状态估计包括从以下各项中的一个或多
个生成的一个或多个状态估计：来自方位传感器的方位数据、所述3D模型和所述解剖区域之间的配准、所述医疗器械的控制信号、所述医疗器械的操作者的用户输入、由外部成像装置生成的外部图像数据或来自至少一个附加传感器的传感器数据。11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述定位状态是使用以下各项中的一个或多个来确定的：卡尔曼过滤器、因子图或粒子过滤器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述定位状态至少部分地基于所述医疗器械的一个或多个先前定位状态来确定。13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述定位状态以每秒至少30次的速率连续更新。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述定位状态是在不执行所述3D模型与所述解剖区域之间的初始配准的情况下确定的。15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，其中所述操作进一步包括向操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：