[发明专利]可调节的配准框架

说明书

一种用于在图像引导医疗过程期间确定医疗装置相对于图像空间的位置和定向的系统。该系统包括安装在受治疗者上的柔性垫，使得部件覆盖关注区域。该垫结合有可检测的配准构件。在该过程之前，将该装置联接到垫，然后该垫被硬化，使得配准构件相对于彼此以及相对于该装置不存在移动。该装置和配准构件之间的固定关系是通过初始图像确定的，例如，使用附接到该装置的可检测标记，从而即使该装置远离关注区域也启用该装置相对于稍后待确定的关注区域的图像的图像空间的姿态。这使受治疗者和医务人员对辐射的暴露最小化。

技术领域

本公开涉及图像引导介入术领域，并且具体地，涉及用于在图像引导过程期间确定自动化医疗装置相对于图像空间的位置和定向的系统和方法。

背景技术

现代临床实践中采用的许多常规治疗涉及经皮插入医疗工具(例如针和导管)，用于活检、药物递送及其它诊断和治疗过程。插入过程的目的是将适当的医疗工具的尖端安全且准确地放置在目标区域中，该目标区域可以是病变、肿瘤、器官或血管。需要插入这种医疗工具的治疗示例包括接种、血液/流体采样、局部麻醉、组织活检、导管插入、低温消融、电解消融、近距治疗、神经外科手术、深部脑刺激和各种微创手术。

针在软组织中的引导和转向是一项复杂的任务，其需要良好的三维协调、对患者解剖结构的了解以及极为丰富的经验。因此，已经提出了图像引导的自动化(例如，机器人)系统来执行这些功能。在这些系统中有在授予Stoianovici的美国专利No.7,008,373“荧光检查下的用于机器人瞄准的系统和方法(System and method for robot targetingunder fluoroscopy)”、授予Glozman等人的美国专利No.8,348,861“柔性针的受控转向(Controlled Steering of a Flexible Needle)”、授予Neubach等人的美国专利No.8,663,130“用于柔性针转向的超声引导的机器人(Ultrasound Guided Robot for FlexibleNeedle Steering)”、Gupta等人的美国申请公开文献No.2006/0229641“引导和插入系统(Guidance and Insertion System)”、Cleary等人的美国申请公开文献No.2014/0371584“介入术中用于针引导的患者安装的可MRI和CT兼容机器人(Patient Mounted MRI and CTCompatible Robot for Needle Guidance in Interventional Procedures)”以及Glozman等人的美国专利申请公开文献No.2016/0249990“通过轴操作的针转向(NeedleSteering by Shaft Manipulation)”中所描述的那些系统。

当使用自动插入装置时，必须知道该装置相对于图像空间的确切位置，以便将医疗工具(通常从远程位置)正确且准确地朝向目标转向。通常使用基准标记来完成该装置相对于图像空间的位置的确定，这些基准标记定位在该装置上的不同位置处并且由可在使用成像系统(例如，X射线、CT、MRI)获取的图像中检测到的材料制造而成。在获取的图像中检测和识别这些标记是将该装置配准到图像空间的处理过程中的关键步骤，这允许用户在整个过程中的任意时刻获知该装置相对于图像空间的确切位置和/或定向。

由于配准标记位于该装置自身上，因此为了能够进行配准处理，需要在手术期间获取的扫描中包括该装置的在其上包括标记的至少一部分。然而，在一些情况下，由于例如所需的插入角度，导致该装置与受治疗者的关注区域之间可能存在相当大的物理距离。因此，当在图像引导过程中利用诸如X射线和CT之类的成像模态时，扫描足够大的体积以包括关注区域和该装置的其上具有标记的至少一部分(通常是机器人末端执行器)，将患者和医务人员暴露于相当大的辐射量。

因此，需要这样的系统和方法，其可以在插入过程期间在任何给定时刻(实时)、在扫描的体积中确定插入装置相对于图像空间的位置和定向，而不需要包括该装置或其任何部分。

本专利说明书的本部分和其它部分中提及的每篇公开文献的公开内容被通过引用全部结合到本文中。