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CN111479507B - 用于机器人导航的自主x射线控制 - Google Patents

用于机器人导航的自主x射线控制 Download PDF

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CN111479507B
CN111479507B CN201880080568.5A CN201880080568A CN111479507B CN 111479507 B CN111479507 B CN 111479507B CN 201880080568 A CN201880080568 A CN 201880080568A CN 111479507 B CN111479507 B CN 111479507B
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Abstract

一种采用介入机器人(30)、介入成像模态(10)和介入控制器(70)的介入系统。在操作中，所述介入控制器(70)根据介入计划对患者的解剖区域的解剖路线图(82)进行导航，从而根据所述解剖路线图(82)来控制所述介入机器人(30)在所述解剖区域内的导航。在由所述介入控制器(70)检测到所述介入控制器(70)导航到接近所述解剖路线图(82)内的关键解剖位置时，所述介入控制器(70)暂停对所述介入机器人(30)在所述解剖区域内的所述导航并且自主控制对所述介入成像模态(10)的操作，以用于生成所述解剖区域的更新的解剖路线图(82)，由此所述介入控制器(70)根据所述介入计划对所述解剖区域的更新的解剖路线图(82)进行导航，从而控制对所述介入机器人(30)在所述解剖区域内的恢复的导航。

Description

用于机器人导航的自主X射线控制
技术领域
本公开内容总体上涉及机器人在解剖区域内的基于X射线图像的导航。本公开内容具体涉及用于机器人在解剖区域内的导航的有新颖性和创造性的自主X射线控制。
背景技术
如本公开内容的领域中已知的，许多介入系统在介入流程期间利用实况X射线来辅助临床医生对患者内的介入仪器进行导航。这不仅可能导致患者遭受辐射暴露，而且还可能导致临床医生和相关人员也遭受辐射暴露。通过使用试图阻止辐射暴露的辐射屏蔽，使得这一潜在问题变得明显可以解决。然而，辐射屏蔽有时已被证明会迫使患者和/或临床医生面临定位困难并且会进一步迫使临床医生佩戴铅围裙。这可能会导致临床医生产生慢性骨科疾病并且可能在临床医生的身体的手臂、头部，颈部和其他未屏蔽部位周围发生肿瘤。
在这样的基于X射线图像的手术器械导航的常见实践中，临床医生使用脚踏板来激活实况X射线成像，以便在临床医生对患者体内的介入器械进行导航时看到介入器械。在这种实践下，临床医生将趋向于连续地运行实况X射线工作，这加剧了与临床医生遭受潜在的辐射暴露相关联的前述问题。
WO 2012/077011 A1公开了一种包括介入装置和成像扫描器的系统。介入装置包括被配置为对患者执行图像引导的介入流程的介入仪器。介入装置包括位置检测器，该位置检测器检测介入仪器在患者的区域内的从感兴趣区域外部执行图像引导的介入流程的位置，并且生成指示检测到的位置的信号。成像扫描器包括控制器，该控制器基于移动信号来激活成像扫描器以在一个或多个数据采集循环内扫描感兴趣区域和该感兴趣区域内的介入器械。
其他现有技术能够在US 2015/164605 A1、US 2009/234444 A1和US 2007/167700A1中找到。
发明内容
本公开内容的发明通过提供介入控制器来减少在介入环境中的辐射暴露，该介入控制器用于基于单个静态解剖路线图对介入仪器进行机器人导航，当机器人到达解剖路线图内的关键导航位置时和/或当患者的生理状态处于关键状态时，该单个静态解剖路线图被介入控制器自动更新。
本公开内容的发明的一个实施例是一种采用介入机器人、介入成像模态和介入控制器的介入系统。所述介入机器人能操作用于在患者的解剖区域内被导航，并且所述介入成像模态能操作用于对所述患者的所述解剖区域进行成像。
为了控制通过所述介入机器人和所述介入成像模态对介入流程的运行，所述介入控制器被配置为：(1)根据介入计划对所述患者的所述解剖区域的解剖路线图进行导航，(2)根据由所述介入控制器对所述解剖区域的所述解剖路线图的所述导航来自主控制对所述介入机器人在所述患者的所述解剖区域内的导航，并且(3)检测所述介入控制器到达所述解剖路线图内的关键解剖位置的任何情况发生。
在由所述介入控制器检测到导航到接近所述解剖路线图内的所述关键解剖位置时，所述介入控制器还被配置为：(4)暂停对所述介入机器人在所述患者的解剖区域内的所述导航，(5)通过所述介入成像模态来自主控制对所述患者的所述解剖区域的介入成像，(6)根据对所述患者的所述解剖区域的所述介入成像来生成所述解剖区域的更新的解剖路线图，(7)根据所述介入计划对所述患者的所述解剖区域的所述更新的解剖路线图进行导航，(8)根据由所述介入控制器对所述解剖区域的所述更新的解剖路线图的所述导航来控制对所述介入机器人在所述患者的所述解剖区域内的恢复的导航。
本公开内容的发明的第二实施例是一种采用模态控制模块和机器人控制模块的介入控制器，所述模态控制模块与所述机器人控制模块交互以控制通过所述介入机器人和所述介入成像模态对介入流程的运行。
所述机器人控制模块被配置为：(1)根据介入计划对所述患者的所述解剖区域的解剖路线图进行导航，(2)根据由所述介入控制器对所述解剖区域的所述解剖路线图的所述导航来控制对所述介入机器人在所述患者的所述解剖区域内的导航，并且(3)检测所述介入控制器到达所述解剖路线图内的关键解剖位置的任何情况发生。
在由所述机器人控制模块检测到所述介入控制器导航到接近所述解剖路线图内的关键解剖位置时，所述机器人控制模块还被配置为(4)暂停对所述介入机器人在所述患者的解剖区域内的所述导航，并且所述模态控制模块被配置为：(5)通过所述介入成像模态来自主控制对所述患者的所述解剖区域的介入成像，并且(6)根据对所述患者的所述解剖区域的所述介入成像来生成所述解剖区域的更新的解剖路线图，由此，所述机器人控制模块还被配置为：(7)根据所述介入计划对所述患者的所述解剖区域的所述更新的解剖路线图进行导航，并且(8)根据由所述介入控制器对所述解剖区域的所述更新的解剖路线图的所述导航来控制对所述介入机器人在所述患者的所述解剖区域内的恢复的导航。
为了描述和要求保护本公开内容的发明的目的：
(1)本公开内容的领域的包括但不限于“介入流程”、“介入机器人”、“介入成像模态”和“解剖路线图”的术语被广义地解读为本公开内容的领域中已知的和在本公开内容中示例性描述的意义；
(2)更具体地，术语“介入流程”广义地涵盖如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的用于对患者的解剖结构进行成像、诊断和/或处置的所有介入流程；
(3)更具体地，术语“介入机器人”广义地涵盖如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的在介入流程期间利用的所有机器人系统。介入机器人的示例包括但不限于da机器人系统、Medrobotics机器人系统、MagellanTM机器人系统以及机器人系统所采用的串行关节式机器人臂；
(4)更具体地，术语“介入成像模态”广义地涵盖如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的在介入流程期间利用的所有介入成像模态。介入成像模态的示例包括但不限于：X射线介入成像模态、超声介入成像模态、计算机断层摄影介入成像模态以及磁共振介入成像模态等；
(5)更具体地，术语“解剖路线图”广义地涵盖如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的图示由介入机器人导航而通过患者的解剖结构的任何和所有自然路径的所有解剖路线图格式。解剖路线图的示例包括但不限于(一条或多条)血管或(一个或多个)支气管的整体或部分图示的术前或术中分段图像；
(6)术语“关键解剖位置”涵盖由本公开内容的介入系统定义的解剖路线图内的一种位置，该位置作为为了促进介入机器人在患者的解剖结构内的导航而生成更新的解剖路线图所必需的解剖路线图内的位置。关键解剖位置的示例包括但不限于解剖路线图内的与解剖分支(例如，患者的呼吸系统中的分支)相对应的位置、与解剖路线图的出口点相对应的位置、与解剖结构的表面相对应的位置、与解剖结构的运动范围相对应的位置、与根据介入计划的介入任务相对应的位置或与由介入机器人在解剖区域内的解剖结构上施加力相对应的位置；
(7)患者的术语“关键生理状态”涵盖在介入流程期间患者的一种生理状态，该生理状态被本公开内容的介入系统定义为为了促进对介入机器人在患者的解剖结构内的导航而生成更新的解剖路线图所必需的患者的生理状态。患者的关键生理状态的示例包括但不限于指示在介入流程期间在患者中发生焦虑、恐慌、幽闭恐惧的发作等的不可接受的风险的患者的基本生理参数(例如，呼吸、心率等)。
(8)术语“控制器”广义地涵盖如本公开内容的领域中理解的和在本公开内容中示例性描述的用于控制如在本公开内容中随后描述的本公开内容的各种发明原理的应用程序的专用主板或专用集成电路的所有结构配置。控制器的结构配置可以包括但不限于(一个或多个)处理器、(一个或多个)计算机可用/计算机可读存储介质、操作系统、(一个或多个)应用程序模块、(一个或多个)外围设备控制器、(一个或多个)插槽以及(一个或多个)端口。控制器可以被容纳在工作站内或者被链接到工作站。“工作站”的示例包括但不限于以独立计算系统、服务器系统的客户端计算机、台式电脑、便携式电脑或平板电脑的形式的一个或多个计算设备、显示器/监视器以及一个或多个输入设备(例如，键盘、操纵杆和鼠标)的组件。
(9)针对本文描述和要求保护的控制器的描述性标签促进在本文描述和要求保护的控制器之间进行区分，而无需指定或暗示对术语“控制器”的任何额外限制；
(10)术语“应用程序模块”广义地涵盖在包括用于运行特定应用程序的电子电路(例如，电子部件和/或硬件)和/或可执行程序(例如，在(一个或多个)非瞬态计算机可读介质和/或固件上存储的可执行软件)的控制器内包括的应用程序或能由该控制器访问的应用程序；
(11)针对本文描述和要求保护的应用程序模块的描述性标签促进在本文描述和要求保护的应用程序模块之间进行区分，而无需指定或暗示对术语“控制器”的任何额外限制；
(12)术语“信号”、“数据”和“命令”广义地涵盖如本公开内容的领域中理解的和在本公开内容中示例性描述的用于发送支持应用如在本公开内容中随后描述的本公开内容的各种发明原理的信息和/或指令的所有形式的可检测的物理量或脉冲(例如，电压、电流或磁场强度)。本公开内容的各个部件的信号/数据/命令的通信可以涉及本公开内容的领域中已知的任何通信方法，包括但不限于通过任何类型的有线或无线数据链进行的信号/数据/命令的发送/接收以及对被上传到计算机可用/计算机可读存储介质的信号/数据/命令的读取；并且
(13)针对本文描述和要求保护的信号/数据/命令的描述性标签促进在本文描述和要求保护的信号/数据/命令之间进行区分，而无需指定或暗示对术语“信号”、“数据”和“命令”的任何额外限制。
通过结合附图来阅读本公开内容的发明的各种实施例的以下详细描述，本公开内容的发明的前述实施例和其他实施例以及本公开内容的发明的各种结构和优点将变得更加明显。详细描述和附图仅仅是对本公开内容的发明的说明而不是限制，本公开内容的发明的范围由权利要求及其等同物来限定。
附图说明
图1图示了根据本公开内容的发明原理的介入系统的第一示例性实施例。
图2图示了表示根据本公开内容的发明原理的介入方法的示例性实施例的流程图。
图3图示了根据本公开内容的发明原理的介入控制器的第二示例性实施例。
具体实施方式
为了促进对本公开内容的各种发明的理解，下面对图1的描述教导了与包括X射线介入成像模态的本公开内容的介入系统相关联的基本发明原理。根据该描述，本领域普通技术人员将理解如何将本公开内容的发明原理应用于制造和使用包括任何类型的介入成像模态的本公开内容的介入系统的另外的实施例。
参考图1，本公开内容的介入系统采用X射线模态10(例如，如图所示的移动式C形臂)、患者传感器20、介入机器人30、介入工作站40以及用于在任何类型的介入流程期间部署介入工具31的控制网络50，介入工具31由介入机器人30保持在俯卧在操作台OT上的患者P的解剖区域内。
如本公开内容的领域中已知的，X射线模态10通常包括X射线生成器11、图像增强器12以及用于旋转X射线模态10的轴环13。在如本领域中已知的操作中，X射线控制器14控制X射线模态10对包含患者P的解剖区域(例如，在微创主动脉瓣置换术期间患者P的心脏)的X射线成像的信息的X射线成像数据15的生成。
在实践中，X射线控制器14可以被安装在X射线成像工作站(未示出)内，或者替代地被安装在介入工作站40内。
仍然参考图1，介入机器人30是本公开内容的领域中已知的用于介入流程的任何类型的机器人，例如，da机器人系统、Medrobotics机器人系统、MagellanTM机器人系统以及机器人系统。
患者传感器20是用于在介入流程期间生成包含患者P的一个或多个生理参数的信息的患者生理数据21的任何类型的传感器。生理参数的示例包括但不限于患者P的呼吸速率和心率。
介入机器人30包括介入工具31、一个或多个编码器33以及一个或多个机器人传感器33。
介入工具31是用于介入流程的任何类型的介入工具。介入工具31的示例包括但不限于人造心脏设备、闭合设备、抽吸设备、穿孔器、导管、球囊导管、消融导管、支架以及移植物。
(一个或多个)编码器32是本公开内容的领域中已知的用于生成机器人姿态数据34的任何类型的编码器，机器人姿态数据34包含介入机器人30的每个臂/链条相对于参考的位置和/或取向的信息，从而促进由介入控制器70确定由介入机器人30保持在患者P的解剖区域内的介入工具31的姿态。
(一个或多个)机器人传感器33是本公开内容的领域中已知的用于生成包含与介入机器人30相关联的参数的信息的机器人传感器数据35的任何类型的传感器。(一个或多个)机器人传感器33的示例包括但不限于如本公开内容的领域中已知的用于生成机器人传感器数据35的(一个或多个)力传感器，机器人传感器数据35包含由介入机器人30经由介入工具31或机器人30本身施加到患者P的解剖区域内的任何力的程度的信息。
仍然参考图1，介入工作站40被组装在采用监视器41、键盘42和计算机43的独立计算系统的已知布置中。
控制网络50被安装在计算机43上，并且采用监视器控制器60和介入控制器70。
当被安装在计算机43上时，控制网络50包括(一个或多个)处理器、存储器、用户接口、网络接口以及经由一条或多条系统总线互连的存储设备。
每个处理器可以是如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的能够运行在存储器或存储设备中存储的指令或以其他方式处理数据的任何硬件设备。在非限制性示例中，处理器可以包括微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其他类似设备。
存储器可以包括如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的各种存储器，包括但不限于L1、L2或L3高速缓冲存储器或系统存储器。在非限制性示例中，存储器可以包括静态随机存取存储器(SRAM)、动态RAM(DRAM)、闪速存储器、只读存储器(ROM)或其他类似的存储器设备。
用户接口可以包括如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的用于使得能够与诸如管理员之类的用户进行通信的一个或多个设备。在非限制性示例中，用户接口可以包括可以经由网络接口被呈现给远程终端的命令行接口或图形用户接口。
网络接口可以包括如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的用于使得能够与其他硬件设备进行通信的一个或多个设备。在非限制性示例中，网络接口可以包括被配置为根据以太网协议进行通信的网络接口卡(NIC)。另外，网络接口可以实施用于根据TCP/IP协议进行通信的TCP/IP栈。针对网络接口的各种替代或额外的硬件或配置将是明显的。
存储设备可以包括如本公开内容的领域中已知的或在下文中构思的一个或多个机器可读存储介质，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪速存储器设备或类似的存储介质。在各种非限制性实施例中，存储设备可以存储供处理器运行的指令或可以随处理器操作的数据。例如，存储设备可以存储用于控制硬件的各种基本操作的基本操作系统。存储设备以可执行软件/固件的形式存储一个或多个应用程序模块，该一个或多个应用程序模块用于实施如在本公开内容中进一步描述的监视器控制器60和介入控制器70的各种功能。
监控器控制器60和介入控制器70可以是分离的，或者可以被部分或完全集成在计算机43内。替代地，监视器控制器60和介入控制器70可以以任何方式被分布在两(2)个工作站40之间。
仍然参考图1，如在本公开内容的领域中已知的，监视器控制器60处理X射线图像数据15以生成X射线图像61并控制在监视器41上显示X射线图像61。监视器控制器60还控制在监视器41显示路线图82到X射线图像74上的叠加或融合86。
介入控制器70包括作为应用程序模块的用于实施对介入机器人30在患者P的解剖区域内的受控导航的模态控件80和机器人控件90。
模态控件80被配置为生成如本公开内容的领域中已知的解剖路线图82。在一个实施例中，模态控件80访问在介入工作站40内存储的或能由介入工作站40访问的介入计划81，该介入计划81描画了用于实施介入流程的通过患者P的解剖区域的分段X射线图像的机器人路径(例如，在微创主动脉瓣置换术期间在患者P的胸腔解剖区域的X射线图像内描画的机器人路径)。模态控件80还访问患者P的解剖区域的X射线图像61(例如，患者P的解剖区域的三维(3D)X射线图像或患者P的解剖区域的形成3D X射线图像的一系列空间二维X射线图像)，从而从X射线图像61中提取与由介入计划81描绘的患者P的解剖区域内的机器人路径相对应的解剖路线图82。
机器人控件90被配置为：生成当机器人控件90导航通过可以与X射线图像61叠加或融合的解剖路线图82时的机器人姿态91，并且将机器人致动命令92传达给介入性机器人30，由此机器人致动命令92以命令指示介入机器人30进行对应于机器人姿态91的致动。
在实践中，模态控件80和机器人控件90交互地运行本公开内容的路线图更新例程。为了促进对本公开内容的各种发明的进一步理解，图2的以下描述教导了与本公开内容的介入方法相关联的基本发明原理，该介入方法在由图1的介入系统实施的微创主动脉瓣置换术的背景中结合了路线图更新例程。根据该描述，本领域普通技术人员将理解如何将本公开内容的发明原理应用于制定和使用在任何介入流程的背景中结合路线图更新例程的本公开内容的介入方法的额外实施例。
参考图2，流程图100表示本公开内容的介入方法，该介入方法在微创主动脉瓣置换术的背景中结合了路线图更新例程。
参考图1和图2，流程图100的阶段S102涵盖在流程开始时的粗略的机器人导航，粗略的机器人导航涉及模态控件80(1)控制X射线模态10以在术前或术中根据介入计划81a来采集患者P的心脏的X射线图像61a，从而生成解剖路线图82a，优选是低分辨率的X射线图像61a，并且(2)如本公开内容的领域中已知的那样将X射线图像61a、解剖路线图82a和介入机器人30进行配准。在一个实施例中，通过应用本公开内容的领域中已知的图像处理技术来根据X射线图像61a生成路线图82a，该图像处理技术包括用于揭示解剖结构的边界的边缘检测、用于去除噪声和像素值中的微小变化的阈值化，以及用于识别连接的解剖结构的分割和分类。一旦揭示出解剖结构，就可以在语义上对解剖结构参考临床模型以确定机器人30在X射线图像61a内横穿的路径。在X射线图像61a的坐标系中确定路径，并且经由如本公开内容的领域中已知的配准技术将图像配准到机器人30，从而通知机器人的轨迹。
粗略的机器人导航还涉及机器人控件90(3)根据介入计划81a来导航解剖路线图82a，从而生成机器人致动命令92，由此介入机器人30相应地导航通过患者P的解剖区域。
该导航被认为是粗略的机器人导航，因为它旨在使解剖路线图82a的视场具有通过一个或多个解剖结构AS的更宽的路径范围，以促进对解剖路线图82a的较快但较不精确的导航。
当机器人控件90正在导航解剖路线图82a时，流程图100的阶段S104涵盖机器人控件90确定机器人控件90是否接近解剖路线图82a内的(一个或多个)非关键解剖位置。在一个实施例中，机器人控件90确定机器人控件90在解剖路线图82a内的位置是否处于关键解剖位置处或与关键解剖位置相距定义向量内。
解剖路线图82a的关键解剖位置是由介入系统定义的解剖路线图82a内的一种位置，该位置作为为了促进介入机器人30在患者P的解剖区域内的导航而生成更新的解剖路线图82所必需的解剖路线图82a内的位置。
关键解剖位置的示例包括但不限于解剖路线图82a内的与解剖分支(例如，患者的呼吸系统中的分支)相对应的位置、与解剖路线图82a的出口点相对应的位置、与解剖结构AS的表面相对应的位置、与解剖结构AS的运动范围相对应的位置、与根据介入计划81a的介入任务相对应的位置或与由介入机器人30在解剖结构AS上施加力相对应的位置。
在默认情况下，未被介入系统定义为关键解剖位置的任何解剖位置均被视为非关键解剖位置。
如果机器人控件90确定机器人控件90并未接近解剖路线图82a内的关键解剖位置，则机器人控件90继续进行到流程图100的阶段S106，以确定患者P的生理状态是否是关键生理状态。在一个实施例中，机器人控件90将患者的生理数据21(图1)与患者P的生理概况22(图1)进行比较，从而确定患者P的生理状态是否是关键生理状态。
患者P的关键生理状态由本公开内容的介入系统定义为为了促进对介入机器人30在患者的解剖结构内的导航而生成更新的解剖路线图82所必需的患者P的生理状态。
患者的关键生理状态的示例包括但不限于指示在介入流程期间在患者中发生焦虑、恐慌、幽闭恐惧的发作等的不可接受的风险的患者的基本生理参数(例如，呼吸、心率等)。
如果机器人控件90确定患者P的生理状态不是关键生理状态，则机器人控件90循环回到阶段S104和阶段S106，直到机器人控件90确定机器人控件90接近解剖路线图82a内的关键解剖位置或者机器人控件90确定患者P的生理状态是关键生理状态为止。
如果机器人控件90确定机器人控件90接近解剖路线图82a内的关键解剖位置或者如果机器人控件90确定患者P的生理状态是关键生理状态，则机器人控件90继续进行到流程图100的阶段S108，以(1)暂停机器人导航并通知模态控件80(1)生成X射线致动命令85以控制X射线模态10根据介入计划81a来采集患者P的心脏的新的X射线图像61b，从而生成更新的解剖路线图82b，优选是以相对于患者的相同或不同取向拍摄的比X射线图像61a具有更高分辨率的X射线图像61b，并且(2)如本公开内容的领域中已知的那样将X射线图像61b、解剖路线图82b和介入机器人30进行配准。
在一个实施例中，通过应用本公开内容的领域中已知的图像处理技术来根据X射线图像61b生成路线图82b，该图像处理技术包括用于揭示解剖结构的边界的边缘检测、用于去除噪声和像素值中的微小变化的阈值化，以及用于识别连接的解剖结构的分割和分类。一旦揭示出解剖结构，就可以在语义上对解剖结构参考临床模型以确定机器人30在X射线图像61b内横穿的路径。在X射线图像61b的坐标系中确定路径，并且经由如本公开内容的领域中已知的配准技术将图像配准到机器人30，从而通知机器人的轨迹。
阶段S108的精细的机器人导航还涉及机器人控件90(4)根据介入计划81a来导航更新的解剖路线图82ba，从而生成机器人致动命令92，由此介入机器人30相应地恢复通过患者P的解剖区域的导航。
该导航被认为是精细的机器人导航，因为它旨在使解剖路线图82a的视场具有通过一个或多个解剖结构AS更小的路径范围，以促进对解剖路线图82b的较慢但较精确的导航。
实际上，模态控件80对X射线模态10的控制可以处于一种或多种有利于生成更新的解剖路线图82b的模式。
在一种模式中，模态控件80可以控制对X射线成像模态10的激活和去激活以使患者P遭受的辐射暴露最小化。
在第二模式中，模态控件80可以控制X射线成像模态10的一个或多个操作参数，例如，对X射线帧率和辐射能量的调制。
在第三模式中，模态控件80可以控制使对X射线成像模态10的激活与患者的生理周期(例如，患者P的心跳)同步。
在第三模式中，模态控件80可以控制X射线成像模态相对于患者P的取向以采集解剖路线图的光学视点。
在第四模式中，模态控件80可以控制将造影剂注入患者P中，特别是基于介入机器人30在患者P的解剖区域内的位置来控制将造影剂注入患者P中。
为了支持阶段S108的图像采集，机器人控件90可以命令介入机器人30从X射线成像模态10的视场内移动，从而减少由介入机器人30引起的任何伪影进入X射线图像61b。更具体地，鉴于机器人控件90知晓在机器人控件90接近关键解剖位置或者患者P的生理状态被认为是关键生理状态之前运行的机器人姿态91，因此机器人控件在采集X射线图像61b之后会重现这样的机器人姿态91。
另外，如果在阶段S108期间模态控件80未能采集新的X射线图像61b，则机器人控件90可以运行先前机器人姿态91的相反操作，由此机器人控件90不接近关键解剖位置并且患者P的生理状态是非关键生理状态。
当根据介入计划81a将介入机器人30最终定位在患者P的解剖区域内时，流程图100终止。
为了促进对本公开内容的各种发明的进一步理解，图3的以下描述教导了与本公开内容的介入控制器相关联的基本发明原理，该介入控制器进一步控制感测模态和临床应用模态。根据该描述，本领域普通技术人员将理解如何将本公开内容的发明原理应用于制造和使用本公开内容的介入控制器的额外实施例。
介入控制器200采用如本公开内容先前描述的机器人控件90。如果机器人控件90确定机器人控件90接近解剖路线图82a内的关键解剖位置(例如，图2的阶段104)，则机器人控件90确定患者P的生理状态是关键生理状态(例如，图2的阶段S106)。然后，机器人控件将通知成像模态控件201、感测模态控件202和临床应用模态控件203。
响应于由机器人控件90向该流程通知关键情况，成像模态控件201生成图像致动命令204，以用于如本公开内容中先前描述的那样控制成像模态204采集患者的解剖区域的新的图像并生成更新的路线图。
响应于由机器人控件90向该流程通知关键情况，感测模态控件201生成感测致动命令204，以控制对感测模态220的激活和去激活并且/或者控制感测模态220的一个或多个操作参数。感测模态220的示例包括ECG监测器，其中，修改对ECG、SpO2、NIBP和CO2的显示以对患者P的设置提供更好的清楚程度。
响应于由机器人控件90向该流程通知关键情况，临床应用模态控件202生成应用致动命令206，以控制对临床应用模态230的激活和去激活并且/或者控制临床应用模态230的一个或多个操作参数。临床应用模态230的示例包括麻醉模态，其中，根据流程的关键情况来控制血压、心率控件、通气机等。
参考图1-3，本公开内容的领域的普通技术人员将理解本公开内容的发明的众多益处，包括但不限于对患者有益的在介入流程期间对患者的解剖区域的最小程度的成像，例如，在介入流程期间对患者的解剖区域的最小程度的X射线成像，从而显著减小了患者遭受的辐射暴露。
另外，如本领域普通技术人员鉴于本文中提供的教导将意识到的，本公开内容/说明书中描述的和/或在附图中描绘的结构、元件、部件等均可以被实施在硬件与软件的各种组合中，并提供可以被组合在单个元件或多个元件中的功能。例如，能够通过使用专用硬件以及能够运行与用于增加的功能的适当的软件相关联的软件的硬件来提供在附图中示出/图示/描绘的各个结构、元件、部件等的功能。当由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个个体处理器(它们中的一些能够被共享和/或多路复用)来提供。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够运行软件的硬件，并且能够隐含地包括而不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、存储器(例如，用于储存软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性储存器等)，以及实质上能够(和/或可配置为)执行和/或控制过程的任意单元和/或机器(包括硬件、软件、固件、它们的组合等)。
此外，本文中记载本发明的原理、各方面和实施例以及其特定示例的所有陈述，旨在涵盖其结构和功能上的等价物。额外地，这样的等价物旨在包括当前已知的等价物以及未来发展的等价物(即，能够执行相同或基本上相似的功能的所发展的任何元件而无论其结构如何)。因此，例如，鉴于本文中提供的教导，本领域普通技术人员应意识到，本文中呈现的任何框图能够表示实施本发明的原理的图示性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，鉴于本文中提供的教导，本领域普通技术人员应意识到，任意流程图表、流程图等均能够表示各种过程，所述各种过程基本上能被表示在计算机可读储存媒介中，并由具有处理能力的计算机、处理器或其他设备如此运行，而无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
已经描述了具有新颖性和创造性的对可操纵的引入器的图像引导以及结合了这样的对可操纵的引入器的图像引导的系统和方法的优选和示例性实施例(这些实施例旨在说明而不是限制)，应当注意，本领域技术人员能够根据本文所提供的教导(包括附图在内)做出各种修改和变化。因此，应当理解，能够对本公开内容的优选和示例性实施方式做出改变，这可以在本文公开的实施例的范围内。
此外，应预期到，包括和/或实施根据本公开内容的设备/系统或诸如能够在所述设备中/与所述设备一起使用/实施的对应的和/或有关的系统也被预期并且被认为在本发明的范围内。而且，用于制造和/或使用根据本公开内容的设备和/或系统的对应的和/或有关的方法也被预期并且被认为在本公开内容的范围内。

Claims (10)

1.一种介入控制器(70)，其能操作用于控制通过能操作用于在患者的解剖区域内被导航的介入机器人(30)和能操作用于对所述患者的所述解剖区域的介入成像的介入成像模态(10)对介入流程的运行，其中，所述介入控制器(70)被配置为：
根据介入计划对所述患者的所述解剖区域的解剖路线图(82)进行导航，
根据由所述介入控制器(70)对所述解剖区域的所述解剖路线图(82)的所述导航来控制对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的导航，并且
检测所述介入控制器(70)导航到接近所述解剖路线图(82)内的关键解剖位置的任何情况发生，并且
响应于由所述介入控制器(70)检测到导航到接近所述解剖路线图(82)内的所述关键解剖位置：
暂停对所述介入机器人(30)在所述患者的解剖区域内的所述导航，
通过所述介入成像模态(10)来自主控制对所述患者的所述解剖区域的介入成像，
根据对所述患者的所述解剖区域的所述成像来生成所述解剖区域的更新的解剖路线图(82)，
根据所述介入计划对所述患者的所述解剖区域的所述更新的解剖路线图(82)进行导航，并且
根据由所述介入控制器(70)对所述解剖区域的所述更新的解剖路线图(82)的所述导航来控制对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的恢复的导航。
2.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，其中，所述关键解剖位置是以下各项中的一项：
所述解剖路线图(82)内的与解剖分支相对应的位置；
所述解剖路线图(82)内的与所述解剖路线图(82)的出口点相对应的位置；
所述解剖路线图(82)内的与解剖结构的表面相对应的位置；
所述解剖路线图(82)内的与解剖结构的运动范围相对应的位置；
所述解剖区域内的与根据所述介入计划的介入任务相对应的位置；以及
所述解剖区域内的与由所述介入机器人在所述解剖区域内的解剖结构上施加力相对应的位置。
3.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，其中，所述介入控制器(70)被配置为通过所述介入成像模态(10)来自主控制对所述患者的所述解剖区域的所述介入成像，所述自主控制包括以下各项中的至少一项：
控制对所述介入成像模态(10)的激活和去激活；
控制所述介入成像模态(10)的至少一个操作参数；
控制通过所述介入成像模态(10)对所述解剖区域的所述成像与所述患者的生理周期同步；
基于所述介入机器人(30)在所述解剖区域内的位置来控制所述介入成像模态(10)相对于所述患者的取向；以及
基于所述介入机器人(30)在所述解剖区域内的位置来控制将成像剂注入所述患者中。
4.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，其中，所述介入控制器(70)还被配置为：
在对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的所述导航期间检测所述患者的关键生理状态，并且
响应于在对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的所述导航期间由所述介入控制器(70)检测到所述患者的所述关键生理状态：
暂停对所述介入机器人(30)在所述患者的解剖区域内的所述导航，
通过所述介入成像模态(10)来自主控制对所述患者的所述解剖区域的所述介入成像，
根据对所述患者的所述解剖区域的所述介入成像来生成所述解剖区域的更新的解剖路线图(82)，
根据所述介入计划对所述患者的所述解剖区域的所述更新的解剖路线图(82)进行导航，并且
根据由所述介入控制器(70)对所述解剖区域的所述更新的解剖路线图(82)的所述导航来控制对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的恢复的导航。
5.根据权利要求4所述的介入控制器(70)，其中，所述介入控制器(70)还被配置为：
接收包含所述患者的介入生理状态的信息的患者感测数据；并且
鉴于所述患者的生理概况来分析所述患者的所述介入生理状态；并且
基于由所述介入控制器(70)鉴于所述患者的生理概况对所述患者的所述介入生理状态的分析将所述患者的所述介入生理状态指定为所述患者的非关键生理状态或所述关键生理状态中的一个。
6.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，其中，所述介入成像模态(10)是X射线模态。
7.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，其中，具有以下各项中的至少一项：
响应于由所述介入控制器(70)检测到导航到接近所述解剖路线图(82)内的所述关键解剖位置，所述介入控制器(70)还被配置为自主控制对感测模态的操作；以及
响应于在对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的所述导航期间由所述介入控制器(70)检测到所述患者的关键生理状态，所述介入控制器(70)还被配置为自主控制对感测模态的操作。
8.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，其中，具有以下各项中的至少一项：
响应于由所述介入控制器(70)检测到导航到接近所述解剖路线图(82)内的所述关键解剖位置，所述介入控制器(70)还被配置为自主控制对临床应用模态的操作；以及
响应于在对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的所述导航期间由所述介入控制器(70)检测到所述患者的关键生理状态，所述介入控制器(70)还被配置为自主控制对临床应用模态的操作。
9.根据权利要求1所述的介入控制器(70)，包括：
模态控制模块(80)和机器人控制模块(90)，所述模态控制模块与所述机器人控制模块交互以控制通过所述介入机器人(30)和所述介入成像模态(10)对所述介入流程的运行，
其中，所述机器人控制模块(90)被配置为根据介入计划对所述患者的所述解剖区域的解剖路线图(82)进行导航，
其中，所述机器人控制模块(90)还被配置为根据由所述介入控制器(70)对所述解剖区域的所述解剖路线图(82)的所述导航来控制对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的导航，
其中，所述机器人控制模块(90)还被配置为检测所述介入控制器(70)导航到接近所述解剖路线图(82)内的关键解剖位置的任何情况发生，并且
其中，响应于由所述机器人控制模块(90)检测到导航到接近所述解剖路线图(82)内的所述关键解剖位置：
所述机器人控制模块(90)还被配置为暂停对所述介入机器人(30)在所述患者的解剖区域内的所述导航，
所述模态控制模块(80)被配置为通过所述介入成像模态(10)来自主控制对所述患者的所述解剖区域的介入成像，
所述模态控制模块(80)还被配置为根据对所述患者的所述解剖区域的所述介入成像来生成所述解剖区域的更新的解剖路线图(82)，所述机器人控制模块(90)还被配置为根据所述介入计划对所述患者的所述解剖区域的所述更新的解剖路线图(82)进行导航，并且
所述机器人控制模块(90)还被配置为根据由所述介入控制器(70)对所述解剖区域的所述更新的解剖路线图(82)的所述导航来控制对所述介入机器人(30)在所述患者的所述解剖区域内的恢复的导航。
10.一种介入系统，包括：
介入机器人(30)，其能操作用于在患者的解剖区域内被导航；
介入成像模态(10)，其能操作用于对所述患者的所述解剖区域的介入成像；以及
根据权利要求1至9中的任一项所述的介入控制器(70)。
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