[发明专利]用于与外部成像集成的机器人医疗系统的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年5月16日提交的美国临时申请61/824,298的权益，其通过引用方式被完全并入本文。该专利文件还涉及并且以引用方式并入都在2011年10月14日提交的以下共同拥有且共同待决的专利申请：标题为“Catheter with Removable Vision Probe(具有可拆卸的视觉探头的导管)”的美国专利申请号13/274,208；标题为“Catheters with Control Modes for Interchangeable Probes(具有用于可互换探头的控制模式的导管)”的美国专利申请号13/274,198；标题为“Vision Probe and Catheter Systems(视觉探头和导管系统)”的美国专利申请号13/274,229；以及标题为“Catheter Sensor Systems(导管传感器系统)”的美国专利申请号13/274,237。

技术领域

本公开涉及用于在医疗程序期间跟踪医疗装置在患者解剖结构内的系统和方法，并且更具体地涉及用于将外部成像与机器人手术系统有效地集成的系统和方法。

背景技术

微创医疗技术旨在减少在诊断或手术程序期间受损的组织量，从而缩短患者的恢复时间、减轻患者的不适并且减少有害的副作用。此类微创技术可以通过在患者解剖结构中的自然孔口，或通过一个或多个手术切口执行。通过这些自然孔口或切口，临床医生可以将手术器械插入到达目标组织位置。为了到达目标组织位置，微创手术器械可以在解剖系统中的自然的或手术创建的通道中导航，其中解剖系统诸如肺、结肠、肠、肾脏、心脏、循环系统等。导航辅助系统帮助临床医生按路线传送手术器械，并且避免对解剖结构的损伤。这些系统能够结合使用形状传感器以更准确地描述手术器械在真实空间中的形状、姿态和位置或手术器械相对于术前图像或者同步图像的形状、姿态和位置。在动态解剖系统中和/或在布满许多解剖通道的解剖区域中，将微创器械准确配准到解剖系统中是一项耗时且处理密集的任务。需要提高将微创器械配准到解剖系统的系统和方法的准确性和效率的改进的系统和方法。

发明内容

通过使来自外部成像系统的成像数据与术中的手术系统数据相关，能够实现手术系统相对于实际的患者解剖结构的更准确的配准和/或控制。

一种医疗系统能够包括(一个或多个)机器人可控制的医疗器械，所述机器人可控制的医疗器械包括传感器系统(例如，位置传感器、形状传感器等)，用于提供关于(一个或多个)器械的姿态和/或解剖结构的术中信息。如在本文中所使用的，术语“姿态”指的是对象的位置或对象在至少一个平移自由度的部分，并且指的是该对象的取向或对象在至少一个旋转自由度(多达六个总自由度)的部分。如在本文中所使用的，术语“形状”指的是沿对象测量的一组姿态、位置或取向。

伴随着(一个或多个)医疗器械设置在患者内，外部成像系统(例如，计算机断层扫描术(CT)扫描仪、正电子发射型计算机断层显像(PET)扫描仪、荧光镜检查扫描仪(例如，C形臂、O形臂)、磁共振成像(MRI)扫描仪、锥形波束CT扫描仪，和/或超声系统、以及其他)提供(一个或多个)手术器械被定位在其中的解剖结构的术中图像。在一些实施例中，外部成像系统还能够被安装在铰接的(例如，机器人可控制的)支持结构上，以提供更大范围的成像取向。

一种医疗机器人系统和用于操作该系统的方法能够涉及接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据，以及基于所述术中的外部图像数据(可选地从在处理目标位置或医疗机器人系统器械的相关部分(诸如远侧尖端或工具区段)周围的预定区域获得)至少半自动地(即，在没有用户手动介入的情况下至少部分地)控制所述医疗机器人系统。

该系统能够利用从外部图像数据提取的数据进行控制，然后涉及：至少半自动地调节物质(例如，治疗剂、镇痛剂、植入物、或标记、以及其他)到目标位置的递送，将处理模式(例如，消融、辐射、超声、或电泳、以及其他)应用于目标位置，在目标位置处调整器械姿态，调整病灶性治疗参数(例如，辐射波束焦点或横截面、以及其他)，和/或跟踪器械与组织在目标位置处的交互。

一种医疗机器人系统和用于该系统的方法能够涉及接收针对患者解剖结构的至少一部分的术中的外部图像数据，以及基于所述术中的外部图像数据(可选地从在处理目标位置或医疗机器人系统器械的相关部分(诸如远侧尖端或工具区段)周围的预定区域获得)至少半自动地将建模调整应用于所述医疗机器人系统的控制系统。