[发明专利]用于医学工具的位置规划和工具引导的解剖模型

说明书

一种用于执行包括物理地表示患者解剖结构的解剖模型(40)的解剖模型医学流程的解剖模型医学套件(10)。所述解剖模型(40)医学套件(10)采用用于控制如根据相对于所述解剖模型(40)对所述医学工具(20)和/或相对于所述解剖模型(40)对工具复制物(30)的位置规划和/或工具引导而导出的相对于所述患者解剖结构对所述医学工具(20)的位置规划和/或工具引导的医学流程控制器(90)。所述医学工具(20)用于执行对所述患者解剖结构的成像、诊断和/或处置。所述工具复制物(30)是所述医学工具(20)的物理表示。所述解剖模型医学套件(10)还可以采用成像系统(50)、跟踪系统(60)、机器人系统(70)和/或增强现实系统(300)。

技术领域

本公开总体涉及各种医学流程(例如，膝关节镜手术、神经外科、脊柱手术、经自然孔腔内镜手术、心脏病学、肺/支气管镜检查手术、活组织检查、消融和诊断介入)。本公开具体涉及一种用于在医学流程期间的位置规划和工具引导的解剖模型。

背景技术

常规手术依赖于外科医师的个体技术，具体地，外科医师的灵活性受限于外科医师的手和刚性器械。该问题特别在其中操作空间受进入点和解剖结构限制的微创手术或自然孔腔手术中被放大。为了解决该问题，外科机器人被设计为改善外科医师的在身体内部的灵活性。这样的外科机器人可以是多臂系统、柔性机器人和导管机器人的形式。

机器人系统由使用不同输入机构的外科医师来控制，所述输入机构可以包括操纵杆、触觉接口、头戴式显示器、计算机接口(例如，键盘、鼠标等)。在外科医师控制机器人系统时，操作部位的视觉反馈由内窥镜相机来提供或者是来自其他成像模态(例如，CT、MRI、X射线和超声)的所绘制的图像的表示。

更具体地，为了改善外科医师的灵活性，外科机器人通常可以具有使他们控制起来不直观的六(6)个或者更多个自由度。该问题在约束空间(诸如微创手术或自然孔腔手术)和超冗余度机器人(诸如蛇形机器人)中被放大。这些机器人的控制通常使用操作复杂并且通常与陡峭学习曲线相关联的手柄来执行。另外，在微创流程中，外科医师可能具有设备和解剖结构的非常有限的视觉反馈。例如，在心脏介入中，经食道超声心动图(TEE)探头和X射线图像被用于生成心脏和瓣膜的实时图像。在肿瘤学手术中，通过内窥镜提供图像。这些图像难以解读并且与解剖结构有关。该潜在问题被以下事实放大：图像被显示在二维(“2D”)屏幕上，并且对于获得全三维(“3D”)信息必需的与模型的交互(即，旋转、平移)中断工作流并且增加流程时间。

另外，3D打印在用于许多应用的流行性方面日益增长。在医学空间中，医生可以使用特定患者解剖结构的3D打印解剖模型以出于促进(一个或多个)医学流程的脑力规划的目的而使涉及患者解剖结构的(一个或多个)医学流程可视化。例如，主动脉瓣的3D打印解剖模型已经被用于使主动脉瓣的3D打印解剖模型内的经导管瓣膜的部署可视化，由此促进关于用于设定大小、定位和成功部署经导管瓣膜的适当的动作而由医生进行脑力规划。

此外，有时经由鼠标、键盘和2D显示器与3D图像、模型和数据进行交互可能是具挑战性的。增强现实可以被用于通过提供使3D信息可视化并且允许用户与3D图像、模型和数据直接交互的新方式来帮助该问题。

更具体地，增强现实通常指代何时利用额外的计算机生成的信息来补充实况图像流。所述实况图像流可以经由操作者眼睛、相机、智能电话、平板电脑等可视化。该图像流经由显示器向操作者增强，操作者可以经由眼镜、隐形眼镜、投影或者实况图像流设备自身(例如，智能电话、平板电脑等)来完成。同样地，在复杂的解剖结构中，在图像引导式介入期间得到最好图像常常是困难的，特别是鉴于以下事实：大多数成像系统不能到达每个可能的位置(即，位置和取向)并且可用的位置并不总是对于操作者是直观的。例如，机器人强度调制放射治疗(“IMRT”)机器(例如， System)可以是具有轻型线性加速器的受约束机器人操纵器。通过另外的范例，机器人C形臂(例如，Siemens Artis Zeego)可以被用于诊断2D和3D X射线成像。这样的系统在工作空间约束内操纵，其通过软件和硬件实施方案的组合来实现。

发明内容