基于图像伺服的荧光透视下的机器人定标的系统和方法技术方案

用于图像导引仪器定标的系统和方法，包括与仪器连接的机器人单元、成像单元和第一控制单元，该第一控制单元与机器人单元连接，并且与成像单元连接。控制单元接收来自成像单元的与目标和仪器相关的成像数据，并基于成像数据控制机器人单元以正确取定仪器的插入方向。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仪器定标的机器人装置和方法。具体地说，涉及基于图像伺服的便携式X射线荧光透视下的计算机辅助基于图像的仪器定标的系统和方法。
技术介绍
极小创伤和无创伤外科手术正获得广泛的增长，这主要是因为它减少了对病人的损伤，并改进了恢复时间。极小创伤手术遇到的一个主要问题是，与开放式外科手术相反，外科医生的视觉感知能力明显减少。因此，在介入操作过程中采用微波、超声和磁共振成像技术来对解剖上的空间结构进行成像。用于图像引导仪器定标的系统和方法是公知的。手动和计算机辅助仪器定标也是公知的。一些已有的荧光透视下的计算机辅助仪器定标的方法采用复杂的机器人图像注册算法。但是，这些方法都是采用基准标记的静态图像来估测机器人图像坐标成像，然后用于定标。手动荧光透视引导介入通常基于反复试验，这需要相当多的外科技能和操作训练。自动定标能够减少在这种类型的手术过程中对外科医生的外科经验和应变能力的要求。便携式超声和荧光透视单元(通常称为C型臂)在现代化手术室中普遍存在。这两种可获得的成像设备均提供实时二维(2-D)造影。采用这些2-D成像设备的共同缺陷是缺少立体空间显示，这需要更深入的外科练习来达到对三维(3-D)的正确理解。在普通的C型臂上“花样翻新”计算机基于图像的3-D导航系统是一个复杂的问题，因为绝大多数便携式荧光透视系统不提供C型臂的位置和取向的代码。这在估计成像设备关于病人的姿态方面产生了困难，因此采用这种图像信息使计算机辅助过程复杂化。目前已提出了许多帮助外科医生进行荧光透视指导的解决方法。参见DesbatL.，Champlebous g.，Fleute M.，Komarek P.，Mennessier C.，MonteilB.，Rodet T.，Bessou Pl，Coulomb M.，Ferretti G.，“3D InterventionalImaging with 2D X-Ray Detectors”，Medical Image Computing andComputer-Assisted Intervention，September 1999，Cambridge，England；Lecture Notes in Computer Science，Springer-Verlag，Vol.1679，pp973-980，1999；Gueziec A.，Kazanzides P.，Williamson B.，Taylor R.H.，“Anatomy-Based Registration of CT-Scan and Intraoperative X-RayImages for Guiding a Surgical Robot”，IEEE Transactions on medicalImaging，17(5)715-728，1998；在此引入其内容作为参考例如，Navab，N.，Bani-Hashemi，A.，Nadar，M.S.，Wiesent，K.，Durlak，P.，Brunner，T.，Barth，K.，Graumann，R.“3D Reconstruction fromProjection matrices in a C-Arm Based 3D-Angiography system”，1998MICCAL，Lecture Notes in Computer Science，Springer-Verlag，Vol.1679，pp 688-705，1999的文章提供了一种有效的算法，能够采用多个2-D图像来完全重建解剖的空间结构(volumetric anatomy)；在此引入其内容作为参考。同一时期，其它研究者致力于开发用于各种荧光透视引导介入的图像引导与注册的技术。参见上述Desbat等人的文章；上述Gueziec等人的文章；Potamiakos，P.，Davies，B.L.；Hilbert R.D.“Intra-operativeimaging guidance for keyhole surgery methodology and calibration”，Proc.First Int.Symposium on Medical Robotics and Computer AssistedSurgery，Pittsburgh，PA.P.98-104；Stoianovivi，D.，Cadedu，J.A.，Demaree R.D.，Basile H.A.，Taylor，R.Whitcomb，L.L.，Sharpe，W.N.Jr.，Kavoussi，L.R.“An efficient Needle Injection Techniqueand Radiological Guidance Method for Percutaneous Procedures”，1997CVRMed-MrCas，Lecture Notes in Computer Science，Springer-Verlag，Vol.1205，pp.295-198，1997；在此引入其内容作为参考。大多数图像导引仪器定标过程，例如针经皮进入、微波和超声切除需要将特定仪器/探头精确定标于器官位置。这些过程的临床结果明显依赖于定标的精度。为了解决这一问题，目前已提出了基于特定图像注册算法的计算机辅助仪器定标系统。这种方法通常采用的是一个具有复杂空间结构、能阻隔射线的空间标记物，或者一系列以一定方式分布的一维标记的至少两个影像。参见Bzostek，A.，Schreiner，S.，Barnes，A.C.，Cadeddu，L.A.Boterts，W.，Anderson，J.H.，Taylor，R.H.，Kavoussi，L.R.“Anautomated system for precise percutaneous access of the renalcollecting system”，Lecture Notes in Computer Sceince，Springer-Verlag，Vol.1205，pp.299-308，1997；在此引入其内容作为参考。标记物的X射线投射用于估测仪器图像坐标映射，然后用于定标。这些算法计算有关仪器定标的精确位置和成像设备的几何参数，例如发射源位置、放大倍数等。在这些过程中，基于提高精度的需要而常常采用干扰校正和图像校准技术。这些解决途径被认为是“完全校准的”系统和方法。参见上述Bzostek等人的文章；Jao J.，Taylor，R.H.，Goldberg，R.P.，Kumar，R，Bzostek，A.，Van Vorhis，R.，Kazanzides，P.，Guezniec，A.，Funda，J.，“A progressive cut Refinement Scheme for Revision TotalHip Replacement Surgery Using C-arm Fluoroscopy”，lecture Notes inComputer Science，MICCAI 1999，pp.1010-1019；在此引入其内容作为参考。因此，需要一类新改进的基于图像的定标导向系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像导向仪器定标系统，包括：与仪器连接的机器人单元，成像单元；以及与所述机器人单元和所述成像单元连接的第一控制单元，所述控制单元接收来自所述成像单元的与定标和所述仪器有关的成像数据，并且基于所述成像数据控制所述机 器人单元以正确定位所述仪器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔斯托拉诺维奇，亚力桑德鲁帕奇修，路易斯让卡沃斯，
申请(专利权)人：丹尼尔斯托拉诺维奇，亚力桑德鲁帕奇修，路易斯让卡沃斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]