[发明专利]外科手术端口定位

说明书

技术领域

本发明涉及医学成像领域，更具体地，涉及一种用于对与内窥镜设备有关的外科手术端口进行定位的装置和方法。

背景技术

如图1所示，微创手术是使用通过小端口12、22、32被插入患者体内的细长器械10、20、30来执行的。端口的数量可以从一个端口至三个或更多端口变化。在许多过程中，被插入患者体内的器械之一是内窥镜，其提供执行过程处的体腔的实时可视化。端口的放置对手术的结果起着重要作用。位于以次优位置被定位在端口内的器械可能无法到达所有感兴趣区域。

在标准临床实践中，使用由专业协会、医院或外科手术装备制造商公布的指南定位这些端口。指南限定与某些众所周知的解剖学标志有关的进入点。例如，在心脏外科手术中，通过解剖学标志(诸如：肋骨、胸骨和乳头)以及与这些标志限定的距离来定位端口。这种指南未考虑解剖体的可变性(患者之间以及手术前与手术中的解剖体之间)、患者体型、患者疾病或病情的特异性等。更多患者特异性端口(patient-specific port)的放置会是有利的，使与进入相关的(access-related)组织创伤及过程时间最小化，同时改善结果。

在将器械通过端口插入体腔之后，所述器械能够在四个自由度(DOF)上移动：绕端口(支点)枢转的两个角度旋转、插入以及关于器械纵轴的旋转。角度旋转是关于垂直于并且垂直于器械纵轴的假想轴的旋转。然而，旋转和插入是直观且易于使用的，角度旋转之间的映射和体腔的内窥镜视图是较不直观的，需要很长的时间来学习，并且正如研究表明的，是微创手术中的手眼协调的最大障碍。

对改善端口放置的许多研究聚焦在开发计算机算法，以基于术前3D医学图像来计算用于器械的最佳端口。这些优化规划在手术室中的后续转换聚焦于使用外科手术导航中已知的标准工具跟踪技术。然而，在术前3D图像上的工具跟踪未考虑到解剖标志之间的空间关系可能显著地从术前图像改为手术中的情况。例如，在微创手术中，CO₂被引入自然腔体(诸如，胸部或腹部)，以扩大患者并为器械提供较大的空间。引入CO₂后，患者(如胸部)的外表面与器官(诸如心脏)之间的空间布置将改变。因此，端口放置的术前规划在新的布置中将不会有用。

发明内容

提供一种用于相对于实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行放置的方法、设备和系统。

根据本发明的一个方面，提供一种用于相对于实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行放置的方法。所述方法包括以下步骤：在标准端口中放置内窥镜；从来自内窥镜的图像中确定实时解剖数据；使用端口定位装置来识别用于器械端口的相对于来自内窥镜的图像的最佳位置；以及，在所识别的位置处创建器械端口。

根据一个实施例，端口定位装置在预定点处被固定至内窥镜，并且使用端口定位装置来识别用于器械端口的最佳位置的步骤包括如下步骤：定位潜在的端口位置；确定通过潜在端口位置的器械在内窥镜图像的平面上的虚拟投影；将器械的虚拟表示叠加到对应于潜在端口位置的内窥镜图像上；以及，接收对潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示。

根据一个实施例，对潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示是由端口定位装置的用户提供的。

根据一个实施例，对潜在端口位置是否是最佳端口位置的指示由处理设备基于经叠加的器械的虚拟表示的位置来确定和提供的。

根据一个实施例，所述方法还包括以下步骤：操纵定位和取向装置，以将器械的虚拟投影投影到内窥镜图像上。定位和取向装置捕获投影角度，并且由处理器执行的指令的端口定位程序确定虚拟投影在对应于所捕获的角度的内窥镜图像上的位置。

根据一个实施例，端口定位装置是形状感测系绳，并且定位和取向装置是触针。形状感测系绳提供3D形式的系绳，使得指令的端口定位程序能够确定系绳的自由端在内窥镜坐标中的位置。然后，指令的建模程序将通过系绳的自由端处的潜在端口位置的虚拟工具投影在内窥镜图像上。触针允许外科手术医生像工具一样取向触针或者甚至像工具一样操纵触针，使得针对工具的取向和移动范围被投影在内窥镜图像上。工具取向和移动范围可以用于确定潜在端口位置是否是最佳的。

根据一个实施例，端口定位装置为至少一个刚性构件，并且定位和取向装置为至少一个接头，所述至少一个接头被连接到至少一个刚性构件，并且具有测量接头角度的编码器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于相对于来自内窥镜的实时解剖数据对用于外科手术工具的端口进行定位的设备。所述设备包括：端口定位装置，其在预定点处被固定至内窥镜，并且将端口定位在相对于内窥镜的已知位置处。