[发明专利]根据解剖特征对内窥镜的机器人控制

说明书

一种机器人控制系统，采用机器人单元(10)和控制单元(20)。所述机器人单元(10)包括用于生成内窥镜图像(14)的内窥镜(12)，以及用于在解剖区域内移动所述内窥镜(12)的机器人(11)。所述控制单元(20)包括内窥镜控制器(22)，所述内窥镜控制器用于确定所述解剖区域内的内窥镜位姿以对在所述内窥镜图像(14)内的解剖特征进行术中可视化，其中，内窥镜路径是根据对在所述解剖区域的术前图像(43)内的所述解剖特征的体积坐标位置的描绘来导出的。所述控制单元(20)还包括机器人控制器(21)，所述机器人控制器用于命令所述机器人(11)在所述解剖区域内将所述内窥镜(12)移动到所述内窥镜位姿，以对在所述内窥镜图像(14)内的所述解剖特征进行可视化。

技术领域

本发明总体涉及在微创手术(例如微创冠状动脉旁路移植手术)期间对内窥镜的机器人控制。本发明尤其涉及基于对解剖区域内的内窥镜位姿的确定的机器人控制以对在内窥镜图像内的解剖特征进行可视化。

背景技术

微创手术是使用通过小的端口被插入患者身体中的细长器械来执行的。针对涉及内窥镜的手术，内窥镜相机被插入端口以提供对手术位点的可视化。例如，外科医生可以在手术期间持握并手动控制两个(2)腹腔镜器械，同时医师助理控制内窥镜并从外科医生接收在手术期间将内窥镜移动到特定位置的指令。

外科医生对医师助理关于内窥镜的确切期望位置的交流可能是困难的，尤其是考虑到要绕在到身体的入口处的枢轴点移动内窥镜和器械所要求的具有挑战性的手眼协调能力，以及考虑到外科医师、医师助理以及视频图像对手术位点的不同位置和参照系。例如，视频图像上的“左”在医师助理的手里可能意味着“右下”。为了克服这些困难，现有技术已提出了使用自动设备或机器人控制内窥镜，尤其在手术期间将医师助理从该任务解除。然而，考虑到外科医生两手控制两个(2)腹腔镜器械，医师能够控制机器人内窥镜的方法是重要的，并且许多命题已在现有技术中得到解决。

总体而言，用于引导机器人系统的现有技术的方法的前提是(1)使用不同的输入设备(例如头部运动传感器、操纵杆或语音控制)来引导机器人，(2)通过确定解剖特征关于内窥镜的三维位置使用实况内窥镜图像引导机械，并向该解剖特征移动内窥镜或手术器械，或者(3)根据使用实况图像和记录的术中图像的其他类型的图像来引导机器人。

更具体而言，现有技术中已知的人-机器人交互方法使用专用硬件或者实况和/或记录的术中图像将机器人移动到期望位置。这些方法假设用户知晓感兴趣解剖特征相对于内窥镜的位置，并且特定解剖特征在内窥镜视图中是可见的。由于解剖特征在内窥镜视图中可能被遮挡(例如冠状动脉可能被脂肪覆盖)或者可能在内窥镜视图之外，因此并不总是这样。

发明内容

本发明提供用于描绘解剖特征在解剖区域的术前图像内的体积坐标位置以方便在解剖区域的内窥镜图像内对解剖特征进行术中可视化的方法，特别是针对在内窥镜图像中部分或整体不可见的解剖特征(例如在内窥镜视图内被遮挡或在内窥镜视图以外)。

本文中使用的术语“可视化”或其任意变型被宽泛地定义为描述在解剖区域内对内窥镜的机器人控制，其中感兴趣的解剖特征或其(一个或多个)片段在内窥镜图像内部分或整体上可见，或者在内窥镜图像内被遮挡而不可见但对外科医生而言容易形成对解剖特征或其(一个或多个)片段的轮廓线部分或整体上在内窥镜图像内的心理图片。

本发明的一种形式为采用机器人单元和控制单元的机器人控制系统。所述机器人单元包括用于生成内窥镜图像的内窥镜，以及用于在解剖区域内移动所述内窥镜的机器人。所述控制单元包括内窥镜控制器，用于确定所述解剖区域内的内窥镜位姿以对解剖特征在所述内窥镜图像内进行术中可视化，其中，所述内窥镜位姿是根据在所述解剖区域的术前图像内对所述解剖特征的体积坐标位置的描绘来导出的。所述控制单元还包括机器人控制器，用于命令所述机器人将所述内窥镜移动到所述解剖区域内的所述内窥镜位姿以对所述内窥镜图像内的所述解剖特征进行可视化。