內(nèi)窺鏡手術(shù)中的超聲探頭的機(jī)器人引導(dǎo)的制作方法
【專利摘要】一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的系統(tǒng)和方法包括機(jī)器人系統(tǒng)(124)，所述機(jī)器人系統(tǒng)具有被配置為通過開口(134)通向靶的機(jī)器人(122)。所述機(jī)器人系統(tǒng)包括用于引導(dǎo)機(jī)器人沿一路徑通往一位置的視覺部件(102)。所述位置是根據(jù)機(jī)器人的位置和取向來定義的。超聲探頭(125)被機(jī)器人引導(dǎo)至所述位置，從而允許所述探頭進(jìn)行接合以在所述位置處收集超聲圖像。
【專利說明】內(nèi)窺鏡手術(shù)中的超聲探頭的機(jī)器人引導(dǎo)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及機(jī)器人引導(dǎo)，并且更具體而言，涉及用于手術(shù)成像的機(jī)器人引導(dǎo)的超 聲探頭。

【背景技術(shù)】
[0002] 冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)是采用從身體的別處移植的動(dòng)脈來橋接患病冠狀動(dòng)脈的過程。 在微創(chuàng)搭橋手術(shù)中，接近動(dòng)脈受到下述因素的限制：1)動(dòng)脈覆蓋著脂肪組織或者可能在心 肌內(nèi)延伸，這使得其在內(nèi)窺鏡圖像中是看不到的；2)由于通過開口所允許的運(yùn)動(dòng)是有限 的，因而難以手動(dòng)地通往心臟的特定區(qū)域。這些因素對在微創(chuàng)搭橋手術(shù)中采用術(shù)中US造成 了限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明的原理，一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的系統(tǒng)和方法包括機(jī)器人系統(tǒng)，所 述機(jī)器人系統(tǒng)具有被配置為通過開口通向靶的機(jī)器人。所述機(jī)器人系統(tǒng)包括用于引導(dǎo)機(jī)器 人沿一路徑通往一位置的視覺部件。所述位置是根據(jù)所述機(jī)器人的位置和取向來定義的。 超聲探頭被所述機(jī)器人引導(dǎo)至所述位置，從而允許所述探頭進(jìn)行接合以在所述位置處收集 超聲圖像。
[0004] 另一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的系統(tǒng)包括機(jī)器人系統(tǒng)，所述機(jī)器人系統(tǒng)具有被配置 為通過開口通向一位置的機(jī)器人。所述機(jī)器人系統(tǒng)包括超聲探頭，所述超聲探頭被機(jī)器人 引導(dǎo)至所述位置，從而允許探頭進(jìn)行接合以在所述位置處收集超聲圖像。無源臂被耦合至 視覺部件，并用于單獨(dú)地將所述視覺部件引導(dǎo)至所述位置。所述位置是根據(jù)機(jī)器人的位置 和取向來定義的。
[0005] -種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的方法包括：引入通過開口通向靶的具有視覺引導(dǎo)部件 的機(jī)器人；為所述機(jī)器人定義通向所述靶的一位置的路徑；并且根據(jù)所述機(jī)器人的位置和 取向，沿所述路徑引導(dǎo)超聲探頭以允許所探頭進(jìn)行接合以在沿所述路徑的各位置處收集超 聲圖像。
[0006] 另一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的方法包括：引入被配置為通過第一開口通向靶的機(jī) 器人；通過所述機(jī)器人將超聲探頭引導(dǎo)至一位置，從而允許所述探頭進(jìn)行接合以在所述位 置處收集超聲圖像；并且通過第二開口將視覺部件單獨(dú)地引導(dǎo)至所述位置，所述位置是根 據(jù)所述機(jī)器人的位置和取向來定義的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 本公開將參考以下附圖詳細(xì)介紹以下對優(yōu)選實(shí)施例的描述，其中：
[0008] 圖1的方框/流程圖示出了根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的系 統(tǒng)；
[0009] 圖2的示意圖示出了根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中，機(jī)器 人在分別的時(shí)間攜帶視覺部件和超聲探頭；
[0010] 圖3的圖像示出了根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的、沿血管的映射路徑以及在該路徑的 點(diǎn)上取得的示范性超聲圖像；
[0011] 圖4的示意圖示出了根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，機(jī)器人 同時(shí)攜帶照相機(jī)和超聲探頭；
[0012] 圖5的示意圖示出了根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例的、同時(shí)攜帶內(nèi)窺鏡和超聲探頭的機(jī) 器人系統(tǒng)外殼或固定裝置，其中，所述超聲探頭能夠伸展到或者能夠調(diào)節(jié)到手術(shù)位置；
[0013] 圖6的示意圖示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的由機(jī)器人攜帶超聲探頭和單獨(dú)攜帶視 覺部件的無源臂的機(jī)器人系統(tǒng)，所述機(jī)器人和所述無源臂從分別的開口部署；
[0014] 圖7的流程圖示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的、用于收集超聲圖像的手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo) 的方法；以及
[0015] 圖8的流程圖示出了根據(jù)另一示范性實(shí)施例的用于收集超聲圖像的手術(shù)機(jī)器人 引導(dǎo)的方法。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了一種系統(tǒng)、一種裝置和一種方法，它們使得能夠使用機(jī) 器人操縱的超聲探頭對腔內(nèi)血管（尤其是微創(chuàng)程序中的冠狀動(dòng)脈）進(jìn)行超聲（US)掃描。 通過這種方式，使用超聲探頭執(zhí)行對冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)中的血管再造的成功性進(jìn)行即時(shí)評 估。在微創(chuàng)手術(shù)中，鑒于通過開口對儀器進(jìn)行操縱的困難性，這一操作是非常復(fù)雜的。而且， 如果動(dòng)脈是心肌內(nèi)的或者覆蓋著纖維脂肪組織，那么是看不到它們的。單在美國每年就要 執(zhí)行500000次左右的冠狀動(dòng)脈搭橋程序。這些程序中大多數(shù)是在不只一條血管內(nèi)實(shí)施的。 本發(fā)明的原理提供了能夠?yàn)閮?nèi)窺鏡輔助機(jī)器人技術(shù)提供補(bǔ)充的超聲掃描。機(jī)器人提供了可 重復(fù)的儀器安裝位置，其將免受開口限制和其他條件的影響。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，將機(jī)器人內(nèi)窺鏡助手配置為允許使用US探頭來代替內(nèi)窺鏡。在 另一實(shí)施例中，具有US探頭的機(jī)器人在開口、儀器或者實(shí)際US探頭的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)使用照 相機(jī)提供視覺反饋。
[0018] 在又一實(shí)施例中，內(nèi)窺鏡和US探頭被置于機(jī)械固定裝置當(dāng)中，其允許沿所述固定 裝置致動(dòng)所述US探頭。在內(nèi)窺鏡模式中，US收回并停用。一旦用戶選擇了要檢查的區(qū)域 或動(dòng)脈，US探頭就從固定裝置中滑出，以實(shí)現(xiàn)超聲耦合并收集圖像數(shù)據(jù)。在又一實(shí)施例中， 在內(nèi)窺鏡不工作的情況下通過儀器開口引入超聲，并使機(jī)器人與內(nèi)窺鏡去耦并且附接到US 探頭上。在所有的這些示范性實(shí)施例中，用戶都能夠要么為US探頭選擇人工路徑，要么從 內(nèi)窺鏡圖像中的疊加圖選擇路徑（例如，動(dòng)脈）。
[0019] 應(yīng)當(dāng)理解，雖然將關(guān)于醫(yī)學(xué)儀器描述本發(fā)明；但是本發(fā)明的教導(dǎo)范圍要寬泛得多， 其適用于任何用于跟蹤或分析復(fù)雜的生物學(xué)或機(jī)械系統(tǒng)的儀器。具體而言，本原理適用于 生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤程序，即身體內(nèi)的所有區(qū)域中的程序，例如，肺、心臟、胃腸道、排泄器 官、腦、血管等中的程序。附圖中描繪的元件可以實(shí)現(xiàn)于硬件和軟件的各種組合中并提供可 以在單個(gè)元件或多個(gè)元件中組合的功能。
[0020] 可以利用專用硬件以及與適當(dāng)?shù)能浖Y(jié)合的能夠執(zhí)行軟件的硬件來提供附圖中 所示的各種元件的功能。在通過處理器提供功能時(shí)，可以通過單個(gè)專用處理器、單個(gè)共享處 理器或者多個(gè)個(gè)體處理器提供所述功能，其中所述多個(gè)處理器中的一些處理器可以是共享 的。此外，不應(yīng)將詞語"處理器"或"控制器"的字面使用理解為排他地指代能夠執(zhí)行軟件 的硬件，其能夠隱含地包括但不限于數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存 儲(chǔ)器（ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)、非易失性存儲(chǔ)器等。
[0021] 此外，本文中所有記載本發(fā)明的各原理、方面和實(shí)施例的陳述以及其具體實(shí)例都 旨在既包含其結(jié)構(gòu)等價(jià)方案，又包含其功能等價(jià)方案。此外，旨在使這樣的等價(jià)方案既包括 當(dāng)前已知的等價(jià)方案，又包括未來發(fā)展的等價(jià)方案（即，發(fā)展出的執(zhí)行相同的功能的元件， 而不管其結(jié)構(gòu)如何）。因而，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中提出的方框圖表示體現(xiàn) 本發(fā)明的原理的示范性系統(tǒng)部件和/或電路的概念圖。類似地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，流程圖、程序 框圖等均表示實(shí)質(zhì)上可以在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)表示，因而可由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行的 各種程序，不管是否明確示出了這樣的計(jì)算機(jī)或處理器。
[0022] 此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以采取計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，可由提供程序代碼的計(jì) 算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)訪問所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，以供計(jì)算機(jī)或者任何指令執(zhí)行 系統(tǒng)使用或者與計(jì)算機(jī)或者任何指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用。就本說明書的目的而言，計(jì)算機(jī) 可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何可以包括、存儲(chǔ)、交換、傳播或發(fā)送供所述程序供指 令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或者與所述程序供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用的程 序的裝置。所述介質(zhì)可以是電子、磁、光、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)（或者裝置或設(shè)備）或傳 播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移除計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器（RAM)、只讀存儲(chǔ)器（ROM)、剛性磁盤和光盤。當(dāng)前的光盤的例子包括光盤-只 讀存儲(chǔ)器（CD-ROM)、光盤-讀/寫（CD-R/W)、和DVD和藍(lán)光?。
[0023] 現(xiàn)在參考附圖并首先參考圖1，其中，相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件，示 意性地示出了用于執(zhí)行醫(yī)學(xué)程序的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺(tái)112,從工 作站或控制臺(tái)112可以對程序進(jìn)行監(jiān)督和/或管理。工作站112優(yōu)選地包括一個(gè)和多個(gè) 處理器114以及用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器116。存儲(chǔ)器116可以存儲(chǔ)機(jī)器人控制模塊 115,其被配置為對伺服設(shè)備、制動(dòng)器等加以控制，從而可重復(fù)地控制機(jī)構(gòu)或機(jī)器人系統(tǒng)122 的位置或取向。機(jī)器人系統(tǒng)122可以包括：一個(gè)或多個(gè)感測/跟蹤設(shè)備126,用于提供反饋 信號(hào)從而確保定位準(zhǔn)確度；機(jī)器人或聯(lián)動(dòng)設(shè)備124以及其他的用于機(jī)器人124的正確操作 的設(shè)備或傳感器。這樣的設(shè)備126可以包括光纖傳感器、編碼器、電磁跟蹤器等?？梢蕴峁?感測/跟蹤模塊128,以解釋來自所述一個(gè)或多個(gè)設(shè)備126的反饋。在一個(gè)實(shí)施例中，將感 測/跟蹤模塊128配置為使用來自感測設(shè)備126或機(jī)器人系統(tǒng)122的信號(hào)反饋來重建與機(jī) 器人124相關(guān)的形變、偏轉(zhuǎn)以及其他變化。
[0024] 如果采用成像系統(tǒng)110,那么工作站112可以包括用于查看對象的內(nèi)部圖像的顯 示器118。成像系統(tǒng)110可以包括（例如）磁共振成像（MRI)系統(tǒng)、熒光檢查系統(tǒng)、計(jì)算機(jī) 斷層攝影（CT)系統(tǒng)、超聲（US)等。顯示器118還可以允許用戶與工作站112及其部件和 功能進(jìn)行交互。可以通過接口 120進(jìn)一步方便所述交互，所述接口可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操 縱桿或任何其他允許與工作站112進(jìn)行用戶交互的外圍設(shè)備或控制。
[0025] 可以提供成像系統(tǒng)110,以收集術(shù)前成像數(shù)據(jù)或者實(shí)時(shí)術(shù)中成像數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏?程序之前預(yù)先在另一設(shè)施、位置等處執(zhí)行術(shù)前成像?？梢詫D像111存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器116內(nèi)， 圖像111可以包括患者或通路體系的術(shù)前3D圖像體積。
[0026] 醫(yī)學(xué)設(shè)備102優(yōu)選是細(xì)長的并且可以包括（例如）導(dǎo)管、導(dǎo)絲、內(nèi)窺鏡、探頭、機(jī)器 人、電極、過濾設(shè)備、球囊設(shè)備或其他醫(yī)學(xué)部件等。在一個(gè)實(shí)施例中，將內(nèi)窺鏡用于醫(yī)學(xué)設(shè)備 102,并使用機(jī)器人124將內(nèi)窺鏡引導(dǎo)到患者體內(nèi)的位置。在達(dá)到預(yù)期的位置時(shí)，可以存儲(chǔ) 來自機(jī)器人124的反饋，以確保能夠在后續(xù)的活動(dòng)中重新獲得所述位置。在一個(gè)實(shí)施例中， 采用內(nèi)窺鏡（102)來尋找位置；之后移除內(nèi)窺鏡（102)，并通過機(jī)器人124將超聲（US)探 頭125置于相同位置處。現(xiàn)在可以將US探頭125定位到與組織接觸的位置處，從而對對應(yīng) 于內(nèi)窺鏡確定位置的區(qū)域成像。由于使用了機(jī)器人124,因而可通過US探頭重復(fù)地獲得所 述位置。可以使用將動(dòng)脈樹疊加到內(nèi)窺鏡圖像上的方法來提供圖像中的動(dòng)脈的可視性?？?以將這些疊加圖用于機(jī)器人導(dǎo)航，以確?？蓮?fù)現(xiàn)的點(diǎn)定位。機(jī)器人124可以遵循內(nèi)窺鏡圖 像中的動(dòng)脈路徑。也可以使用其他機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)。
[0027] 在許多實(shí)施例中，通過開口 134,例如，通往胸腔的開口將設(shè)備102和探頭125引入 到患者130體內(nèi)?？梢栽谡Q狀動(dòng)脈|合橋手術(shù)中使用術(shù)中超聲（US)來評估血管功能。在完 成搭橋之前可以使用US來檢測動(dòng)脈斑塊的位置，或者在放置旁路之后，評估通過旁路、主 動(dòng)脈或其他冠狀動(dòng)脈的血流。超聲探頭125被置于無菌護(hù)套上或者其內(nèi)，并在心臟表面上 移動(dòng)以收集US圖像。通過小的開口 134(例如，處于針對完全內(nèi)窺程序的5mm和針對微創(chuàng) 直接搭橋手術(shù)的50-60mm之間）執(zhí)行微創(chuàng)搭橋手術(shù)。本發(fā)明的原理包括對US探頭125進(jìn) 行機(jī)器人操縱，從而對動(dòng)脈以及其他感興趣區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)的掃描。機(jī)器人124持有成像探 頭125,從而根據(jù)內(nèi)窺圖像或規(guī)劃通路進(jìn)行部署。機(jī)器人124可以是能夠圍繞胸部表面的支 軸點(diǎn)或者患者130體表的任何入口點(diǎn)移動(dòng)（例如，通過開口 134)的任何種類的致動(dòng)設(shè)備。 機(jī)器人124將US探頭125和視覺部件（例如，照相機(jī)、內(nèi)窺鏡等）中的一個(gè)或多個(gè)傳送至 靶132。通過這種方式，能夠從同一可重復(fù)獲得的位置對靶進(jìn)行視覺和超聲分析。機(jī)器人 124提供了高度精確的坐標(biāo)，可以由所述坐標(biāo)從同一個(gè)否則會(huì)模糊的位置獲得US成像和視 覺成像。
[0028] 參考圖2,示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有成像設(shè)備202的示范性機(jī)器人系統(tǒng)200。 在這一實(shí)施例中，機(jī)器人224對內(nèi)窺鏡（202)進(jìn)行操縱。通過使用超聲探頭（202)替代內(nèi) 窺鏡提供了額外的功能。從屬類上示出了成像設(shè)備202,其可以從機(jī)器人224(可以與圖1 的機(jī)器人124相同）上拆除。設(shè)備202可以是可拆除內(nèi)窺鏡或者可拆除US換能器。在使 用通過開口放置的內(nèi)窺鏡的情況下，外科醫(yī)生或用戶選擇內(nèi)窺鏡圖像上的路徑，例如，如圖 3所示。
[0029] 參考圖3,在內(nèi)窺鏡圖像302中識(shí)別出路徑300,并將疊加圖304置于所述路徑之 上?？梢圆捎糜脩艚涌?120用于路徑的選擇。外科醫(yī)生選擇可以是人工選擇的曲線、動(dòng)脈 /靜脈等的路徑。例如，路徑300可以包括在術(shù)前圖像中選擇的血管等。
[0030] 使用US探頭替代內(nèi)窺鏡，并使用收集一系列圖像的US探頭跟隨所述路徑。將每 幅圖像與路徑上的點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。在完成所述操作之后，用戶能夠在所述路徑上滑動(dòng)虛擬點(diǎn)306 以選擇不同的US圖像。插圖310示出了在虛擬點(diǎn)306處取得的US圖像。
[0031] 可以通過人工輸入，例如，使用計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)定義路徑300,或者可以將其選擇為來 自術(shù)前動(dòng)脈疊加圖的動(dòng)脈。此外，可以在術(shù)前圖像（111，圖1)上選擇路徑300(例如，選擇 動(dòng)脈或者一系列界標(biāo)），并將其轉(zhuǎn)移至當(dāng)前內(nèi)窺鏡圖像并用于對內(nèi)窺鏡進(jìn)行機(jī)器人控制?？?以在術(shù)前圖像（111，圖1)上選擇路徑300,之后將其映射至內(nèi)窺鏡圖像302。
[0032] 參考圖2,在選擇了路徑300之后，使用超聲探頭替代內(nèi)窺鏡。機(jī)器人224將探頭 202朝向靶移動(dòng)，以確保超聲耦合。這一操作可以由外科醫(yī)生使用某種輸入設(shè)備（例如，鼠 標(biāo)、操縱桿或用戶接口 120上的控制，圖1)來完成，或者可以使用與US圖像相關(guān)的力控制 或其他方法自動(dòng)完成。
[0033] -個(gè)范例使用了一種知曉US探頭是相對于機(jī)器人224的末端執(zhí)行器226按照預(yù) 先定義的具體方式了定位的深度的方法，因而定義了末端執(zhí)行器226和US探頭圖像之間 的關(guān)系，由此允許從US圖像獲得來自機(jī)器人224的結(jié)構(gòu)的深度。一旦將US探頭的位置準(zhǔn) 確地設(shè)置為接近心臟或其他靶，機(jī)器人224就使探頭沿預(yù)先定義的路徑移動(dòng)。隨著US探頭 (202)的移動(dòng)，相對于所述路徑的探頭（202)的位置是已知的。在收集到所有圖像之后，用 戶能夠利用路徑上的滑動(dòng)功能或者通過選擇具體的點(diǎn)（例如，使用具有顯示器118和接口 120的工作站112)來重放所述路徑（300)。此外，機(jī)器人224能夠使探頭（202)沿不同的 方向移動(dòng)，以獲得相對于解剖學(xué)結(jié)構(gòu)處于不同的平面內(nèi)的圖像。這允許對兩種截面都成像， 艮P，靶結(jié)構(gòu)的冠狀和矢狀圖像，等等。
[0034] 參考圖4,在另一實(shí)施例中，US探頭402被連接至機(jī)器人424的末端執(zhí)行器426。 此外，增加一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)410。可以在機(jī)器人402處于移動(dòng)中時(shí)提供US探頭402和手 術(shù)區(qū)域的視覺反饋。例如，可以通過將小型照相機(jī)410附接到US探頭402上而增加照相機(jī) 410,其可以提供與靶結(jié)構(gòu)的US圖像耦合的視覺反饋。機(jī)器人424固持US探頭402,并沿預(yù) 先定義的路徑移動(dòng)，從而使用照相機(jī)410來提供探頭402的視覺反饋，照相機(jī)410可以是附 接在探頭402上的。視覺412和超聲414圖像兩者可以用組合的方式或單獨(dú)的方式呈現(xiàn)給 外科醫(yī)生或用戶。
[0035] 參考圖5，示出了外殼或固定裝置502的三個(gè)視圖。第一視圖520示出了使用內(nèi)窺 鏡504的內(nèi)窺鏡模式。第二視圖522示出了擴(kuò)展超聲探頭508以收集US圖像的超聲模式。 第三視圖524示出了外殼502的前視圖。在這一實(shí)施例中，內(nèi)窺鏡504和超聲探頭508被 封裝在單個(gè)固定裝置502內(nèi)。在圖示的實(shí)施例中，允許探頭508沿固定裝置502的縱軸滑 動(dòng)。US探頭508和內(nèi)窺鏡504被置于固定裝置或外殼502內(nèi)，其中，探頭508能夠相對于外 殼502移動(dòng)，從而能夠與組織接觸以采集圖像。
[0036] 在內(nèi)窺鏡模式（視圖520)中，US探頭508收回并停用。隨著路徑被選定，使US探 頭508向外移動(dòng)（視圖522)，直到取得組織耦合。激活US探頭508并執(zhí)行圖像收集，如上 文所述。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在US圖像收集期間通過內(nèi)窺鏡504提供了視覺反饋。這一實(shí)施例 可能需要較大的開口來容納較大的外殼或固定裝置502。也有可能在不使用較大尺寸的開 口的情況下與非常小的US探頭一起引入內(nèi)窺鏡。
[0037] 參考圖6,另一實(shí)施例米用了兩個(gè)小的儀器開口 612和614。在這一實(shí)施例中，內(nèi) 窺鏡604是使用無源固持臂616來固定的，或者是通過儀器開口 612由人持有的。無源固 持臂616可以包括任何數(shù)量的設(shè)備，例如，導(dǎo)管、推桿、絲線等。機(jī)器人624配備有超聲探頭 602,并且是通過儀器開口 614引入的。獨(dú)立地提供內(nèi)窺鏡604和探頭602。使用內(nèi)窺鏡604 對機(jī)器人624和探頭602進(jìn)行視覺定位。這允許使用小的開口和視覺反饋。此外，機(jī)器人 624的位置是已知的，可以使用其精確定位US圖像的視角。
[0038] 盡管本發(fā)明的原理適用于任何介入程序，但是尤其有用的應(yīng)用包括冠狀動(dòng)脈搭橋 手術(shù)?？梢栽谄渌麅?nèi)窺鏡血管手術(shù)中，或者在微創(chuàng)手術(shù)程序中對結(jié)構(gòu)的US成像方便并且有 用的情況下使用所提出的實(shí)施例。
[0039] 參考圖7,示范性地示出了使用手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)收集超聲圖像的方法。在塊702 中，引入機(jī)器人，其具有要通過手術(shù)開口通往靶的視覺引導(dǎo)部件。在塊704中，為機(jī)器人定 義靶上的位置處的路徑或靶標(biāo)志?？梢允褂妙A(yù)先獲得的圖像或者使用在機(jī)器人部署程序中 收集的指示標(biāo)沿所述路徑引導(dǎo)機(jī)器人。此外，可以使用已知的跟蹤技術(shù)將機(jī)器人定位或引 導(dǎo)至靶。在塊705中，可以基于以下技術(shù)中的一種或多種來確定路徑?？梢宰裱蚋櫻?管以提供所述路徑，可以使用圖像中的點(diǎn)到點(diǎn)映射，之后將其提供給機(jī)器人系統(tǒng)以獲得控 制命令，可以在圖像上放置疊加圖并遵循所述疊加圖，等等。
[0040] 在塊706中，根據(jù)機(jī)器人的位置和取向，沿所述路徑引導(dǎo)超聲探頭，從而允許探頭 進(jìn)行接合以在沿所述路徑的各個(gè)位置處收集超聲圖像?？梢耘c視覺部件同時(shí)部署超聲探 頭，或者可以在不同的時(shí)間部署超聲探頭。在塊708中，視覺部件可以包括內(nèi)窺鏡，并且首 先部署內(nèi)窺鏡，之后部署超聲探頭，從而在不同的時(shí)間取得視覺圖像和超聲圖像。在塊710 中，內(nèi)窺鏡和探頭可從機(jī)器人上拆除，并在同一程序中單獨(dú)使用。在塊712中，視覺部件包 括照相機(jī)，并且同時(shí)部署照相機(jī)和超聲探頭。在塊714中，可以將照相機(jī)安裝到超聲探頭 上，并且從同一有利位置同時(shí)采集視覺圖像和超聲圖像。在塊716中，將外殼或固定裝置耦 合至機(jī)器人的末端執(zhí)行器，并將其配置為同時(shí)部署作為視覺部件的內(nèi)窺鏡和超聲探頭，其 中，可以從外殼內(nèi)對超聲探頭進(jìn)行致動(dòng)或部署，以接合組織進(jìn)行圖像采集。在塊718中，超 聲探頭沿所述外殼的縱軸移動(dòng)。也可以使用其他移動(dòng)或定位系統(tǒng)。
[0041] 在塊720中，執(zhí)行這樣的程序，即在所述程序中，由于機(jī)器人的原因位置是精確已 知的，因而可以在所述精確已知的位置處收集US圖像。這可以包括沿定義的路徑提供US 圖像。有利地，將視覺和US成像提供到一起。在心臟搭橋手術(shù)例子中，其能夠?qū)崿F(xiàn)在檢查 通過旁路的流動(dòng)特征（US)的同時(shí)查看用于通血的旁路（視覺）。也預(yù)期其他優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。
[0042] 參考圖8,示意性地示出了另一用于收集超聲圖像的手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)方法。在塊 802中，引入機(jī)器人，機(jī)器人被配置為通過第一開口通向靶位置。在塊804中，由機(jī)器人將超 聲探頭引導(dǎo)至所述位置，從而允許探頭進(jìn)行接合以在所述位置處收集超聲圖像。在塊805 中，可以基于以下技術(shù)中的一種或多種確定所述路徑?？梢愿S或跟蹤血管以提供所述路 徑，可以采用圖像中的點(diǎn)到點(diǎn)映射，之后將其提供機(jī)器人系統(tǒng)以獲得控制命令，可以在圖像 上放置疊加圖并遵循所述疊加圖，等等。
[0043] 在塊806中，通過第二開口將視覺部件單獨(dú)引導(dǎo)至所述位置。根據(jù)機(jī)器人的位置 和取向定義所述位置?？梢圆捎脕碜詸C(jī)器人的數(shù)據(jù)為所述視覺部件提供通往所述位置的引 導(dǎo)。所述引導(dǎo)將是視覺的，因?yàn)槟軌蛞曈X地跟隨機(jī)器人到達(dá)所述位置。例如，所述視覺部件 可以包括內(nèi)窺鏡或照相機(jī)。在塊808中，可以借助無源固持臂使用可視部件的單獨(dú)引導(dǎo)，從 而將視覺部件引導(dǎo)至所述位置。
[0044] 在塊812中，執(zhí)行這樣的程序，即在所述程序中，由于機(jī)器人的原因位置是精確已 知的，因而可以在所述精確已知的位置處收集US圖像。這可以包括沿定義的路徑提供US 圖像。在心臟搭橋手術(shù)范例中，這使得能夠在檢查通過旁路的流動(dòng)特征（US)的同時(shí)查看用 于通血的旁路（視覺）。也預(yù)期其他優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。
[0045] 在解釋權(quán)利要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解：
[0046] a) "包括"一詞不排除存在給定權(quán)利要求中列出的那些之外的其他元件或動(dòng)作；
[0047] b)元件前的限定詞"一"或"一個(gè)"不排除存在多個(gè)這樣的元件；
[0048] c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不限制權(quán)利要求的范圍；
[0049] d)可以通過相同的項(xiàng)目或者硬件或軟件實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)或功能表示幾個(gè)"器件";并且
[0050] e)旨在不要求任何特定的操作順序，除非專門指出。
[0051] 已經(jīng)描述了在內(nèi)窺鏡手術(shù)中對超聲探頭進(jìn)行機(jī)器人引導(dǎo)的優(yōu)選實(shí)施例（其旨在 進(jìn)行舉例說明而非限制），應(yīng)當(dāng)指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員在鑒于上述教導(dǎo)的情況下能夠做出修 改和變型。因此，應(yīng)當(dāng)理解可以對所公開的公開內(nèi)容的具體實(shí)施例做出改變，所述改變處于 權(quán)利要求所界定的本文中公開的實(shí)施例的范圍內(nèi)。因而，已經(jīng)描述了專利法要求的細(xì)節(jié)和 具體內(nèi)容，在權(quán)利要求中闡述了所主張的以及希望由專利證書保護(hù)的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的系統(tǒng)，包括： 機(jī)器人系統(tǒng)（122)，其具有被配置為通過開口（134)通向靶的機(jī)器人（124)，所述機(jī)器 人系統(tǒng)包括被用于引導(dǎo)所述機(jī)器人沿一路徑通往一位置的視覺部件（102)，所述位置是根 據(jù)所述機(jī)器人的位置和取向來定義的；以及 超聲探頭（125)，所述超聲探頭被所述機(jī)器人引導(dǎo)至所述位置，從而允許所述探頭進(jìn)行 接合以在所述位置處收集超聲圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺部件（102)包括內(nèi)窺鏡，并且所述機(jī)器 人首先部署所述內(nèi)窺鏡并且之后部署所述超聲探頭，使得視覺圖像和超聲圖像在不同的時(shí) 間但在相同的位置處被取得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)窺鏡（102)和所述探頭（125)能夠從所述 機(jī)器人（124)上拆除，并且被順序地使用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺部件（102)包括照相機(jī)（410)，并且所 述機(jī)器人同時(shí)部署所述照相機(jī)和所述超聲探頭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述照相機(jī)（410)被安裝到所述超聲探頭上，并 且視覺圖像和超聲圖像被同時(shí)采集。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括外殼（502)，所述外殼被耦合至機(jī)器人的末端執(zhí) 行器并且被配置為同時(shí)部署所述超聲探頭（504)和作為所述視覺部件的內(nèi)窺鏡（502)，其 中，所述超聲探頭能夠移動(dòng)以接合組織來采集圖像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭（504)沿所述外殼的縱軸移動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述路徑（300)是基于以下中的一個(gè)或多個(gè)來確 定的：術(shù)前圖像、血管圖像、圖像中的點(diǎn)到點(diǎn)映射以及圖像上的疊加圖。
9. 一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的系統(tǒng)，其包括： 機(jī)器人系統(tǒng)，其具有被配置為通過到一位置的開口（614)來通向靶的機(jī)器人（624)，所 述機(jī)器人系統(tǒng)包括超聲探頭（602)，所述超聲探頭被所述機(jī)器人引導(dǎo)至所述位置，從而允許 所述探頭進(jìn)行接合以在所述位置處收集超聲圖像；以及 無源臂￠16)，其被耦合至視覺部件（604)并且被用于單獨(dú)地將所述視覺部件引導(dǎo)至 所述位置，所述位置是根據(jù)所述機(jī)器人的位置和取向來定義的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺部件（604)包括內(nèi)窺鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺部件（604)包括照相機(jī)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人和所述無源臂被引入到分別的儀器 開口（612,614)內(nèi)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，路徑（300)是基于以下中的一個(gè)或多個(gè)來確定 的：術(shù)前圖像、血管圖像、圖像中的點(diǎn)到點(diǎn)映射以及圖像上的疊加圖。
14. 一種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的方法，包括： 引入（702)通過開口通向靶的具有視覺引導(dǎo)部件的機(jī)器人； 為所述機(jī)器人定義（704)通向所述靶的一位置的路徑；并且 根據(jù)所述機(jī)器人的位置和取向，沿所述路徑引導(dǎo)（706)超聲探頭，從而允許所述探頭 進(jìn)行接合以在沿所述路徑的各位置處收集超聲圖像。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述視覺部件包括內(nèi)窺鏡，并且所述方法還包 括首先部署（708)所述內(nèi)窺鏡并且之后部署所述超聲探頭，使得視覺圖像和超聲圖像在不 同的時(shí)間被取得。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述內(nèi)窺鏡和所述探頭能夠從所述機(jī)器人上 拆除（710)，并且在同一程序中被分別地使用。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述視覺部件包括照相機(jī)，并且所述方法還包 括同時(shí)部署（712)所述照相機(jī)和所述超聲探頭。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述照相機(jī)被安裝（714)到所述超聲探頭上， 并且視覺圖像和超聲圖像被同時(shí)采集。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括外殼，所述外殼被耦合至機(jī)器人的末端執(zhí)行 器并且被配置為同時(shí)部署作為所述視覺部件的內(nèi)窺鏡和所述超聲探頭，其中，所述方法包 括致動(dòng)（718)超聲探頭來接合組織以采集圖像。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述超聲探頭沿所述外殼的縱軸移動(dòng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述路徑是基于以下中的一個(gè)或多個(gè)來確定 的：術(shù)前圖像、血管圖像、圖像中的點(diǎn)到點(diǎn)映射以及圖像上的疊加圖。
22. -種用于手術(shù)機(jī)器人引導(dǎo)的方法，包括： 引入（802)被配置為通過第一開口通向靶的機(jī)器人； 由所述機(jī)器人將超聲探頭引導(dǎo)（804)至一位置，從而允許探頭進(jìn)行接合以在所述位置 處收集超聲圖像；并且 通過第二開口單獨(dú)地將視覺部件引導(dǎo)（806)至所述位置，所述位置是根據(jù)所述機(jī)器人 的位置和取向來定義的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述視覺部件包括內(nèi)窺鏡和照相機(jī)中的一個(gè)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，分別地引導(dǎo)包括使用（808)無源臂來引導(dǎo)所述 視覺部件。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述路徑是基于以下中的一個(gè)或多個(gè)來確定 的：術(shù)前圖像、血管圖像、圖像中的點(diǎn)到點(diǎn)映射以及圖像上的疊加圖。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK104105455SQ201280068844
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月3日
【發(fā)明者】A·波波維奇, H·埃爾哈瓦林, C·S·霍爾 申請人:皇家飛利浦有限公司