[发明专利]使用传感器融合的手术工具导航

说明书

一种用于管腔网络中的导管的系统和方法，其包含：经由光学传感器捕获图像；将捕获的图像与术前图像进行比较；在所述捕获的图像中识别与所述术前图像中的基准点相对应的基准点；以及描绘所述导管在从所述术前图像导出的三维(3D)模型或二维(2D)图像中的位置。

技术领域

本公开涉及导管和工具的导航领域，所述导管和工具在其中采用一个或多个传感器以改进导航结果且在患者体内提供更大的位置特异性。

背景技术

有关内部身体结构的手术工具位置的知识对于成功完成微创诊断和手术程序来说很重要。气管镜是最简单的导航形式，其中相机放置在导管的远侧尖端并用于查看患者的身体结构。通常，临床医生使用他们的解剖学知识来辨识气管镜的当前位置。在复杂的解剖学结构附近，临床医生可能会尝试将从计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)或超声扫描导出的术前患者图像与从相同成像技术导出的当前图像进行比较。另外，存在能够使用图像处理技术来辨识远侧尖端的当前位置的系统。这些系统可以减少临床医生在导航期间的工作量，但是由于缺乏诸如患者身体的朝向和相机的朝向之类的信息，因此只能获得混合的结果。

电磁(EM)导航是另一更复杂的系统，其利用附连到工具远侧尖端的小传感器来产生导航导管。当导航导管移动通过患者时，检测并跟踪EM传感器在患者身体周围的电磁场内的位置。

为了辅助EM导航且实现内窥镜检查，更确切地说，实现肺中的气管镜检查方法，已开发了支气管内导航系统，其使用先前获取的MRI数据或CT图像数据来产生特定身体部分(例如肺)的三维(3D)渲染、模型或体积。然后，利用从MRI扫描或CT扫描产生的所得体积来创建导航计划，以便于导航导管(或其它合适的医疗装置)通过支气管镜和患者的支气管的分支前进到感兴趣的区域。在将患者配准到导航规划之后，定位或跟踪系统(例如，EM跟踪系统)可结合导航规划而利用以促进将导航导管通过支气管的分支引导到感兴趣的区域。在某些情况下，导航导管可邻近于感兴趣的区域或在感兴趣的区域内定位在气道中的一个内以提供对例如活检针、消融装置等一个或多个医疗器械的接入。

尽管这些系统已被证明是成功的，并且确实改变了肺活检和治疗的实践标准，但始终需要改进。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于管腔网络的导航的系统，其包含：导航导管，所述导航导管包含护套、光学传感器和惯性测量单元(IMU)；计算机，其包含计算机可读记录介质，所述计算机可读记录介质上存储有应用程序，所述应用程序在由处理器执行时执行以下步骤：经由所述光学传感器捕获图像；将捕获的图像与存储在所述计算机可读记录介质中并且可由所述应用程序访问的术前图像进行比较；在所述捕获的图像中识别与所述术前图像中的基准点相对应的基准点；接收代表所述IMU的加速度和速度的信号；以及描绘包含从所述术前图像导出的三维(3D)模型或二维(2D)图像的用户界面上的所述导管的位置。

本公开的此方面的实现可以包含一个或多个以下特征。在所述系统中，所述处理器执行基于所述IMU的所接收信号而更新所述导管在所述3D模型或2D图像中的所描绘位置的步骤。在所述系统中，所述导管包含形状传感器，所述形状传感器可为光纤-布拉格光栅。所描述的技术的实现可包含硬件、方法或过程，或计算机可访问介质上的计算机软件，包含安装在系统上的软件、固件、硬件或它们的组合，所述软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包含指令来执行特定的操作或动作，当数据处理设备执行所述指令时，使所述设备执行所述动作。

本公开的另一方面涉及一种导航导管，其包含：外部护套；光学传感器，其用于捕获其中放置有所述护套的管腔网络的图像；以及惯性监测单元(IMU)，其形成在所述外部护套的远侧部分中，其中所述IMU被配置成输出一个或多个信号，所述信号表示所述外部护套的所述远侧部分在所述管腔网络中移动时的速度和加速度。