[发明专利]实现将器件导航至目标组织位置的快速导航方法及系统

说明书

一种实现将器件导航至目标组织位置的快速导航方法：包括：规划在解剖结构内通向目标组织位置的路径，确定包括分岔路口和目标组织位置在内的关键节点及对应的图像信息；当器械需要导航至目标组织位置时，通过器械的柔性主体伸入所述通道的长度信息来初步确定所述器械到达每一关键节点相关的关键位置，实时获得柔性主体端部的内窥镜镜头采集当前关键位置的图像信息，提取关键位置所在图像的特征信息，配准所述特征信息与所述计算机模型对应的虚拟图像信息，匹配出器械在当前所述分岔路口需被路由的通道信息以引导所述器械走通道。可进一步通过超声探头超声探测，超声图像匹配虚拟图像，获得需被路由的通道或在此时刻器件的位置。本发明进行若干次关键节点相关的内窥镜或超声图像比对，更直接更有效地完成导航。

技术领域

本发明涉及实现将器件导航至目标组织位置的虚拟导航方法及系统，尤其涉及肺病患者的治疗过程中利用工具进行导航的技术领域，特别涉及用于在患者肺内部的工具导航。

背景技术

图像引导的外科手术有助于外科医生将医疗器械操纵到患者内的目标组织位置，以便可以对目标执行治疗和/或诊断医疗程序。为了引导，医疗器械的工作端的姿势(即，位置和方向)可以被跟踪，并且连同解剖结构的模型一起显示的或叠加在解剖结构的模型上的图像与目标关联。为了叙述方便，解剖结构以肺为例，说明现有技术中如何实现以器械通过肺部毛细管路导航至目标组织位置(比如，活检或者治疗部位)。

肺癌具有极高的死亡率，尤其是在其早期阶段没有被诊断出的情况中。国家肺癌筛检试验表明，如果对有身患这种疾病风险的人群使用诸如计算机断层扫描(CT)的诊断扫描进行早期检测，则可以降低死亡率。尽管CT扫描增大了能够检测肺中的小病变和结节的能力，但是在能够给出诊断结论和进行治疗之前仍然需要对这些病变和结节进行活检和细胞学检查。为了实施活检并给予多种治疗，需要在肺内将工具导航至活检或者治疗部位。因此，不断寻求针对导航系统和导航方法的改进。

医师或医生等医务人员可以利用导航系统实施任务，比如：规划通向目标组织位置的路径、将医疗器械导航至目标组织位置以及将多种工具，诸如可定位引导件(LG)和/或活检工具导航至目标组织位置。ENB(电磁导航)手术通常涉及至少两个阶段：(1)规划通向位于患者肺内或者毗邻患者肺的目标的路径；和(2)沿着规划路径将探头导航至目标。这些阶段通常称作(1)“规划”和(2)“导航”。

在规划阶段之前，通过例如计算机断层(CT)扫描为患者肺成像，不过本领域技人员了解其它可应用的成像方法。在CT扫描期间汇集的图像数据随后可以存储为例如医学数字影像和通讯(DICOM)格式，不过本领域技术人员了解其它可应用的格式。CT扫描图像数据然后可以装载到规划软件应用程序中(“应用程序”)，以在ENB手术的规划阶段中使用。应用程序可以使用CT扫描图像数据产生患者肺的三维(3D)模型。其中该3D模型可以包括模型气道树，所述模型气道树对应于患者肺的真实气道并且示出患者真实气道树的不同通道、分支以及分岔。另外，3D模型可以包括病变、标记物、血管和/或胸膜的3D渲染。尽管CT扫描图像数据可具有包括在图像数据中的间隙、遗漏和/或其它缺陷，但是3D模型是患者气道的平滑表示，其中，CT扫描图像数据中的这些间隙、遗漏和/或缺陷被填充或者被校正。

在开始ENB手术的导航阶段之前，将3D模型与患者的真实肺配准。一个可能的配对方法涉及将可定位引导件导航到患者肺的每一个肺叶中，以抵达该肺叶的气道的至少第二分岔。

专利号为201280034693.5中公开了一种用于配准解剖结构的计算机模型与医疗器械的方法，即如何将3D模型与患者的真实肺配准以引导到肺活检或者治疗部位。该方法包括：通过在医疗器械被布置在解剖结构(如肺部)的通道(如气道)中时确定医疗器械的姿势和形状并且通过匹配至少医疗器械的确定的形状与解剖结构的计算机模型中的一个或多个潜在通道的形状的最适合的一个，随后通过比较由图像捕获装置捕获的图像与解剖结构的计算机模型的多个虚拟视图执行计算机模型与医疗器械的局部配准，周期性地执行计算机模型与医疗器械的整体配准，其中多个虚拟视图由虚拟照相机的透视生成，该虚拟照相机的姿势被最初设置在医疗器械的远端的姿势，并且然后围绕该最初姿势扰动。