[发明专利]用于腔网络内的器械跟踪和导航的方法和系统

说明书

描述了用于器械跟踪和导航的方法和系统。在一个实施方式中，该系统可以被配置成从跟踪定位在腔网络内的器械的至少一个位置传感器接收位置传感器数据并且确定根据传感器数据得出的基于位置传感器的估计状态。系统可以被配置成基于位置传感器数据和至少一种其他类型的位置数据确定器械的组合估计状态。该系统可以被配置成基于组合估计状态和基于位置传感器的估计状态确定定位变换并且基于通过定位变换调整的基于位置传感器的估计状态输出器械的估计状态。

技术领域

本公开内容一般地涉及用于器械跟踪和导航的方法和系统，并且更具体地涉及用于在腔网络内跟踪和导航机器人使能的医疗器械的方法和系统。

背景技术

医疗过程诸如内窥镜检查(例如，支气管镜检查)可以涉及出于诊断和/或治疗目的而进入患者的腔网络(例如，气道)的内部并使其可视化。

支气管镜检查是允许医师检查患者的肺中的气道例如支气管和细支气管的医疗过程。在该过程期间，被称为支气管镜的细柔性管状工具或器械可以被插入到患者的口腔中，并且朝向被识别用于后续诊断和/或治疗的组织部位通过患者的喉部向下延伸进入到他或她的肺气道中。

在某些过程中，机器人使能的医疗系统可以用于控制器械的插入和/或操纵。机器人使能的医疗系统可以包括机器人臂或其他器械定位装置，其具有用于在过程期间控制器械的定位的操纵器组件。

发明内容

机器人使能的医疗系统可以被配置成用于在医疗或外科过程期间跟踪和导航器械。该系统可以用于执行各种过程，包括微创过程(例如，腹腔镜检查)和无创过程(例如，内窥镜检查)二者。在内窥镜检查过程中，该系统可以用于执行支气管镜检查、输尿管镜检查、肠胃病学等。在这样的过程期间，医师可以引导器械通过患者的腔网络。腔网络可以包括多个分支腔(诸如在支气管或肾网络中)或单个腔(诸如胃肠道)。

机器人使能的医疗系统可以包括用于在腔网络内定位和/或引导医疗器械的定位系统(也被称为导航系统)。在一些实施方式中，定位系统可以确定或估计器械的位置。定位系统可以接收和处理各种类型的定位或位置数据，以确定器械的位置。例如，定位系统可以处理位置传感器数据、机器人插入数据和/或视觉数据以确定器械的位置。定位系统可以根据这些数据输入中的一个或组合得出或估计器械的位置。

在一些情况下，定位系统可能在器械移动通过腔网络时更改用于确定器械的位置的数据输入的组合。例如，定位系统可以从使用数据输入中的一个或组合变为使用数据输入中的不同的一个、组合的子集或数据输入的不同的组合来确定位置。当发生这种情况时，器械的确定的位置可能由于定位系统所使用的数据输入更改而改变。如果确定的位置正被显示给医师，则当定位系统更改用于确定位置的数据输入时，医师可能会感觉到位置的突然改变或跳跃。这会是不期望的，因为这可能会使医师烦躁或迷惑。

定位系统可以更改用于确定器械的位置的数据输入的一个示例情况可以是当器械从腔网络的由术前模型表示的一部分移动到腔网络的未被术前模型表示的另一部分时。在一些情况下，定位系统可以至少部分地基于腔网络的术前模型来确定器械的位置。在一些情况下，当器械在腔网络的由术前模型表示的一部分内时，某些数据输入用于确定器械的位置。当器械定位在腔网络的未被术前模型表示的一部分中时，可以使用数据输入的子集或不同的数据输入来确定器械的位置。用于确定器械位置的数据输入的差异可能导致确定的位置的突然改变或跳跃。再者，如果将确定的位置显示给医师，则医师可能会将突然的改变或跳跃感觉为烦躁或迷惑。

本文中描述的跟踪和导航方法和系统可以例如用于减少或消除这种突然的改变或跳跃。例如，这可以通过在定位系统在其处更改用于确定位置的数据输入的转变点处确定定位变换来完成。定位变换可以用于调整未来确定的位置，以减少或消除位置的任何突然改变或跳跃。通过定位变换调整的确定的位置可以被显示给用户。这可以为医师提供改进的体验，从而实现对机器人使能的医疗系统的改进的控制。以下总结了跟踪和导航方法和系统的某些方面和特征；然而，本公开内容的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中的单个不全权负责本文中公开的期望属性。