[發明專利]確定醫療器械在分支解剖結構中的位置

在審

• 申請號: 201380053469.5
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN104736085A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: T·趙;G·M·普里斯科
• 申請（專利權）人: 直觀外科手術操作公司
• 主分類號: A61B17/94
• 分類號: A61B17/94;A61M25/095;A61B1/05;A61M25/092
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

技術領域

本發明一般涉及醫療系統，并且具體涉及用于通過將當醫療器械移動通過分支解剖結構時在其遠端處拍攝的圖像信息與從分支解剖結構的計算機模型提取的相應信息進行比較來確定醫療器械在分支解剖結構中的位置的系統和方法。

背景技術

圖像引導的外科手術有助于外科醫生將醫療器械導航至患者內的目標，以便可以對目標執行治療和/或診斷的醫療程序。為了引導，可以跟蹤醫療器械的遠端位置，并且其圖像連同與目標相關聯的解剖結構的計算機模型一起顯示或疊加在與目標相關聯的解剖結構的計算機模型上。可以由手術前和/或手術中患者解剖掃描數據諸如X-射線、超聲波、熒光檢查、計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)和其他成像技術生成計算機模型。醫療器械可以為內窺鏡、導管或具有可操縱的末端和能夠貼合通向患者的分支解剖結構中的目標的身體通道或腔的柔性主體的醫療器具。

醫療器械、解剖結構和該解剖結構的計算機模型關于彼此的適當配準是精確的圖像引導的外科手術所期望的。因此，通常在對患者執行醫療程序之前執行這些項目的配準。然而，由于解剖結構的運動和/或當醫療器械移動通過解剖結構時難于跟蹤醫療器械，在執行醫療程序期間，配準誤差可能出現。對于連續移動在其中柔性醫療器械被導航至目標區域的分支解剖結構，保持醫療器械的跟蹤位置和分支解剖結構之間的適當配準是特別有挑戰的。

U.S.2005/0182319描述了使用動態參比和/或選通技術跟蹤解剖結構的運動和使用電磁(EM)跟蹤設備跟蹤當醫療器械在解剖結構內部移動時醫療器械的運動。然而，由于至少部分歸因于動態參比、EM跟蹤設備和解剖運動的不準確性，當分支解剖結構內的多個腔停留在不確定的區域內時，由這樣的不準確造成移動通過分支解剖結構諸如肺或心臟的醫療器械的精確配準易于出錯。

Luo,Xiongbiao等人的“On?Scale?Invariant?Features?and?Sequential?Monte?Carlo?Sampling?for?Bronchoscope?Tracking,”Medical?Imaging?2011:Visualization,Image-Guided?Procedures,and?Modeling,由Kenneth?H.Wong,David?R.Homes?III編輯,Proc.Of?SPIE?Vol.7964,79640Q，描述了基于兩階段圖像的方法，用于確定當前支氣管鏡攝像機幀和生成的虛擬幀之間的最大相似性以確定支氣管鏡姿勢。第一階段使用尺度不變特征轉換(SIFT)特征和對極幾何分析預測支氣管鏡視頻的連續圖像之間的幀間運動參數。第二階段根據第一階段估計的結果遞歸地近似當前支氣管鏡攝像機姿勢的后驗概率密度。因為第二階段生成被定義為攝像機運動參數和虛擬支氣管鏡檢查的圖像和患者具體真實的支氣管鏡檢查的圖像之間的相似性的隨機樣本集，所以當前攝像機運動參數可以被確定為等于相應于樣本集內最大相似性的一個樣本的姿勢。盡管已經顯示該方法提供好的精確性，但其使用序貫蒙特卡羅(SMC)方法的計算的復雜性不適合具有大約3.0秒每幀的計算時間的實時應用。

Soper,Timothy?D.等人的“In?Vivo?Validation?of?a?Hybrid?Tracking?System?for?Navigation?of?an?Ultrathin?Bronchoscope?within?Peripheral?Airways,”IEEE?Transactions?on?Biomedical?Engineering,Vol.57,No.3,March?2010,pp.736-745，描述了混合方法，其中電磁跟蹤(EMT)和基于圖像跟蹤(IBT)兩者連同適應地估計兩種跟蹤輸入之間的定位誤差的誤差狀態卡爾曼濾波一起被采用。然而，當誤差變大時，系統不能自校正自身。因此，一旦跟蹤偏離解剖結構中支氣管鏡的真實路徑，操作員干預可能變得不可缺少。

US7,756,563描述了通過連續地對準實況攝像機視野與已經由計算機模型提出的相應視野執行支氣管鏡內攝像機姿勢估計的方法。它假設來自在先幀的估計精確到當前幀的迭代優化的種子。然而，該方法不能夠從非常可能出現在現實生活中的任何跟蹤失敗中恢復。

目的和概述

因此，本發明的一個或多個方面的一個目的為用于當醫療器械移動通過分支解剖結構時確定醫療器械在分支解剖結構中的位置的醫療系統和在其中實施的方法。