用于经支气管介入诊疗的机器人系统

1.本发明涉及机器人领域。


背景技术：

2.根据globocan的数据，肺癌已经成为全球第二大癌症发病率和癌症死亡率最高的恶性肿瘤，在2020年约有180万人死于肺癌。据报道，肺癌i期1年生存率为81-85％，而v期仅为15-19％。肺癌早期诊断中通常呈现结节的形式，肺部结节是一种密度较高的近球形组织，但是肺部结节不一定就是肺癌，临床上很多疾病都可能表现为肺部结节，并且大部分结节都不是癌症，其良恶性是早期肺癌判断的重要依据，对肺结节进行活检可以提高结节的良恶性诊断准确性，能尽早地发现不确定的肺结节并及时诊断因此，肺结节良恶性的早期鉴别可有效提高检出率，降低死亡率。
3.本发明拟通过机器人实现经支气管活检采样手术，可达较小的外周肺结节，使经支气管手术更快速、更精确、更安全。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的目的在于提出一种用于经支气管介入诊疗的机器人系统，用于实现经支气管活检采样手术。
6.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于经支气管介入诊疗的机器人系统，包括：
7.执行器、定位臂、驱动器、定位跟踪系统、图像捕获系统、远程操作系统、显示系统、第一终端、第二终端；其中，所述执行器固定于所述定位臂上，第一终端用于根据所述定位跟踪系统和所述图像捕获系统显示手术引导界面，第二终端用于控制所述执行器运动，
8.控制所述执行器置于目标位置处；
9.根据所述图像捕获系统和所述定位跟踪系统的结果，结合术前医学影像诊断，提供实时可视化引导，显示于所述显示系统；
10.根据所述显示系统的引导，控制所述执行器到达结节位置；
11.通过对注射器施加压力，使球囊膨胀，将所述执行器固定，保持执行器姿态；
12.根据实际情况，通过工作通道将所述图像捕获系统替换为手术工具；
13.收缩球囊，控制所述执行器移出。
14.另外，根据本发明上述实施例的一种用于经支气管介入诊疗的机器人系统还可以具有以下附加的技术特征：
15.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述执行器用于在支气管通路内行进，所述执行器末端配有可充气球囊，以实现在目标位置的支撑何固定，所述执行器末端连接柔性导管，用于建立支气管通路内的诊疗通道；
16.所述驱动器用于驱动执行器实现自由度的电机，所述自由度包括旋转、平移、弯
曲。
17.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述定位跟踪系统用于执行器末端位置跟踪，通过使用电磁导航系统或光纤形状传感系统实现。
18.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述图像捕获系统用于实时图像采集，通过内窥镜模块或超声探头实现，所述内窥镜模块需集成照明系统。
19.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述远程操作系统用于对执行器运动进行控制，可通过主操作手、手柄摇杆或手势识别算法实现，或多种方式结合。
20.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述显示系统用于显示可视化导航图像，所述可视化导航图像通过导航规划算法给出，包括行进路线、内镜图像及位置信息。
21.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述术前医学影像诊断，包括：
22.对目标患者进行ct扫描，并重建出支气管三维计算机模型，对三维模型进行优化调整；
23.将优化后的三维模型导入规划软件，选取目标结节位置、导航起始点位置和手术目标位置，生成导航路径，然后将所述导航路径导入导航软件中，形成可视化结果。
24.本发明实施例的用于经支气管介入诊疗的机器人系统，利用柔性微创手术机器人经支气管自然腔道到达结节处并通过机器人末端的活检工具对小结节进行取样，进而完成小结节诊断，是临床上对微小结节微创或无创诊断的需求，具有广泛的应用前景，可以提升经支气管活检取样手术的成功率及治疗效果，进而提高肺癌早期诊断准确性。
附图说明
25.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1为本发明实施例提供的用于经支气管介入诊疗的机器人系统组成示意图。
27.图2为本发明实施例提供的系统术前阶段操作流程示意图。
28.图3为本发明实施例提供的系统术中阶段操作流程示意图。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.下面参考附图描述本发明实施例的用于经支气管介入诊疗的机器人系统。
31.图1为本发明实施例所提供的一种用于经支气管介入诊疗的机器人系统组成示意图。
32.如图1所示，该用于经支气管介入诊疗的机器人系统包括：
33.执行器、定位臂、驱动器、定位跟踪系统、图像捕获系统、远程操作系统、显示系统、第一终端、第二终端；其中，所述执行器固定于所述定位臂上，第一终端用于根据所述定位跟踪系统和所述图像捕获系统显示手术引导界面，第二终端用于控制所述执行器运动，
34.控制所述执行器置于目标位置处；
35.根据所述图像捕获系统和所述定位跟踪系统的结果，结合术前医学影像诊断，提
供实时可视化引导，显示于所述显示系统；
36.根据所述显示系统的引导，控制所述执行器到达结节位置；
37.通过对注射器施加压力，使球囊膨胀，将所述执行器固定，保持执行器姿态；
38.根据实际情况，通过工作通道将所述图像捕获系统替换为手术工具；
39.收缩球囊，控制所述执行器移出。
40.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述执行器用于在支气管通路内行进，所述执行器末端配有可充气球囊，以实现在目标位置的支撑何固定，所述执行器末端连接柔性导管，用于建立支气管通路内的诊疗通道；
41.所述驱动器用于驱动执行器实现自由度的电机，所述自由度包括旋转、平移、弯曲。
42.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述定位跟踪系统用于执行器末端位置跟踪，通过使用电磁导航系统或光纤形状传感系统实现。
43.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述图像捕获系统用于实时图像采集，通过内窥镜模块或超声探头实现，所述内窥镜模块需集成照明系统。
44.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述远程操作系统用于对执行器运动进行控制，可通过主操作手、手柄摇杆或手势识别算法实现，或多种方式结合。
45.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述显示系统用于显示可视化导航图像，所述可视化导航图像通过导航规划算法给出，包括行进路线、内镜图像及位置信息。
46.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述术前医学影像诊断，包括：
47.对目标患者进行ct扫描，并重建出支气管三维计算机模型，对三维模型进行优化调整；
48.将优化后的三维模型导入规划软件，选取目标结节位置、导航起始点位置和手术目标位置，生成导航路径，然后将所述导航路径导入导航软件中，形成可视化结果。
49.如图2所示，在术前阶段，首先对患者进行ct扫描，并重建出支气管三维计算机模型，对三维模型进行优化何调整。将三维模型导入规划软件，选取目标结节位置、导航起始点位置和穿刺手术目标位置，生成导航路径，然后将导航路径导入导航软件中，形成可视化结果。
50.如图3所示，在术中阶段，首先患者需要调整到合适的姿势。确认后，先部署图像捕获系统，并将执行器固定于定位臂上，外科医生手动放置执行器于主气道合适位置处。根据图像捕获系统和定位跟踪系统的结果，结合术前医学影像诊断，提供实时可视化引导，显示于显示系统，医生根据显示系统的引导，控制执行器到达目标结节位置。对注射器施加压力，使球囊膨胀，将执行器固定，保持执行器姿态。外科医生可以根据实际情况，通过工作通道将图像捕获系统替换为活检采样工具。收缩球囊，移出执行器。
51.使用时，执行器固定于定位臂上，由远程操作系统控制电机驱动器，进而控制执行器运动，此远程操作系统集成于下位机(pc2)，由医生操作。显示系统位于上位机(pc1)，可以呈现手术部位的2维或3维图像，并集成定位跟踪系统和图像捕获系统的结果，可视化执行器在患者支气管内的实时位置，为手术操作提供引导。定位跟踪系统主要由电磁传感器、磁场发生器，磁场发生器置于患者体外合适处，传感器固定于执行器末端，实时获取位置测量信息。图像捕获系统包括内窥镜相机模组，由图像传感器及光纤照明模块组成，实时采集
图像信息。
52.所述发明还包括一个导航规划软件，用于ct数据导入及支气管模型重建，路径生成及可视化导航，该软件集成于上位机(pc1)。
53.本发明实施例的用于经支气管介入诊疗的机器人系统，利用柔性微创手术机器人经支气管自然腔道到达结节处并通过机器人末端的活检工具对小结节进行取样，进而完成小结节诊断，是临床上对微小结节微创或无创诊断的需求，具有广泛的应用前景，可以提升经支气管活检取样手术的成功率及治疗效果，进而提高肺癌早期诊断准确性。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
56.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。