基于动态图像的定位的系统的制作方法

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。

背景技术：

1、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

1、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。

2、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。

3、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。

技术特征：

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：

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：

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：

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：

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：

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者输出所述定位状态的图形表示图，所述图形表示图包括表示所述估计位置的第一视觉指示器和表示所述不确定性参数的第二视觉指示器。

16.一种在其上存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算系统的一个或多个处理器执行时使得所述计算系统执行包括以下操作的操作：

17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中识别所述关联包括：

18.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中识别所述关联包括：

19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述3d表示图是使用以下算法中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。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定所述定位状态包括：

21.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述多个状态估计包括从以下各项中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。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述操作进一步包括向操作者输出所述定位状态的图形表示图，所述图形表示图包括表示所述估计位置的第一视觉指示器和表示所述不确定性参数的第二视觉指示器。

23.根据权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述操作进一步包括当所述定位状态被动态更新时更新所述图形表示图。

24.根据权利要求22所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述第一视觉指示器和所述第二视觉指示器与所述解剖区域的所述3d模型一起显示。

25.根据权利要求16至24中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述操作进一步包括：

26.一种方法，包括：

技术总结
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。

技术研发人员：T·K·阿德巴,T•D•苏珀尔,K•X•普鲁克特尔
受保护的技术使用者：直观外科手术操作公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15