CN114767031A

CN114767031A - 内窥镜设备、内窥镜的位置引导设备、系统、方法和计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN114767031A
Application number: CN202210344126.5A
Authority: CN
Inventors: 吴昊晟; 马家骏; 刘弘毅
Original assignee: Changzhou Lunghealth Medtech Co ltd
Current assignee: Changzhou Lunghealth Medtech Co ltd
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2042-03-31
Also published as: CN114767031B

Abstract

本申请涉及内窥镜技术领域，提供了一种内窥镜设备、内窥镜的位置引导设备、系统、方法和计算机可读存储介质，内窥镜的位置引导方法包括如下步骤：确定设置有内窥镜的机械臂处于规避扫描装置的位置；令扫描装置自远离所述机械臂的方向，向着靠近所述机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离所述机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；构建基于计算机断层成像的三维模型，根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至最终目标位置。本申请所提供的内窥镜的位置引导方法能够简化操作，提高治疗效率。

Description

内窥镜设备、内窥镜的位置引导设备、系统、方法和计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及内窥镜技术领域，特别地涉及一种内窥镜设备、内窥镜的位置引导设备、系统、方法和计算机可读存储介质。

背景技术

内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器，其具有图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等，可以经口腔进入胃内、鼻腔进入肺内、或经其他天然孔道进入体内。利用内窥镜可以看到X射线不能显示的病变，而同时还可以配合活检工具做活体组织的钳检、刷检、针吸检查；配合操作工具切除肿瘤、息肉或是其他病灶。传统内窥镜十分考验操作者的操作技术与经验。例如传统支气管镜的外径较大，难以进入肺外周高级数的支气管中，并且控弯性能一般，操作较为困难。

在传统内窥镜的基础上，在已公布的申请号为2021103517486的专利《磁导航气管定位机器人》与申请号为2021100352778的专利《内窥镜手柄及驱动装置》中，介绍了一些通过医疗机器人操作的电动电子支气管镜，相较于传统支气管镜，可以到达更高级数的支气管，同时在到达目标位置后具有更优的抗位移性与稳定性。

通常来说，与支气管镜介入结合进行的活检方式在内窥镜影像系统下直视进行。但是对于人体自然腔道深处或腔道壁后内窥镜无法到达、目视的病灶，医生无法通过影像系统目视识别而导致活检工具无法准确定位。即使对于影像系统下可以直视的目标位置，在操作过程中由于受到体液的干扰，往往可能丢失视野，使得医生失去对已经过路径的感知，可能需要重新进行内窥镜的介入。多次介入不但延长了手术时间，提高了成本，而且给患者造成了极大的痛苦。

发明内容

为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种内窥镜的位置引导方法，包括如下步骤：

确定设置有内窥镜的机械臂处于规避扫描装置的位置；

令扫描装置自远离机械臂的方向，向着靠近机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；

构建基于计算机断层成像的三维模型，根据三维模型，引导机械臂上的内窥镜至最终目标位置。

可选地，根据三维模型，引导机械臂上的内窥镜至目标位置，包括：

根据三维模型，引导机械臂上的内窥镜至与三维模型所对应的预期目标位置；

重新扫描，判断内窥镜所在的实际位置是否位于最终目标位置；以及/或者，判断内窥镜的头端所朝方向是否正确；

若不位于最终目标位置，则修正内窥镜的位置至最终目标位置；

若头端所朝方向不正确，则修正内窥镜的头端所朝方向。

可选地，在扫描步骤之前，还包括：

将磁导航板移出与内窥镜的工作区域所对应的导航作业区域；

在归位扫描装置的步骤之后，还包括：

将磁导航板移至与已完成扫描的区域所对应的导航作业区域；

在引导机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置的步骤中，借助磁导航引导机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置。

可选地，

借助磁导航引导机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置，包括：

根据三维模型，借助磁导航引导机械臂上的内窥镜至与三维模型所对应的预期目标位置；

将磁导航板移出导航作业区域；

重新扫描内窥镜的工作区域，然后向着远离机械臂的方向归位扫描装置；

判断内窥镜所在的实际位置是否位于最终目标位置；

若否，则向着远离机械臂的方向归位扫描装置；

借助磁导航修正内窥镜至最终目标位置。

可选地，

在判断内窥镜所在的实际位置是否位于最终目标位置的步骤中，还包括：

判断内窥镜的头端指向方向是否与所需指向方向一致；

若否，则在向着远离机械臂的方向归位扫描装置的步骤之后，借助磁导航修正内窥镜的头端指向方向至与所需指向方向一致。

可选地，根据三维模型及电磁导航的系统设备，引导机械臂上的内窥镜至人体的目标位置，包括：

在三维模型中定义目标位置，规划内窥镜的行进路径；

将三维模型所在的空间系与患者实际所处的空间系进行配准；

根据所规划的行进路径，引导内窥镜至最终目标位置。

本申请的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序指令，程序指令被计算机执行时使得计算机执行前述的内窥镜的位置引导方法。

本申请的实施方式还提供了一种内窥镜的位置引导系统，包括：

位置确定单元，用于确定设置有内窥镜的机械臂处于规避扫描装置的位置；

扫描单元，用于令扫描装置自远离机械臂的方向，向着靠近机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；

模型构建单元，用于构建基于计算机断层成像的三维模型；

引导单元，用于根据三维模型，引导机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置。

本申请的实施方式还提供了一种内窥镜设备，可选地，包括内窥镜、机械臂、医疗床以及控制器，内窥镜设置在机械臂上；

医疗床包括：

床板，床板的第一侧用于设置机械臂，第二侧靠近外部设置的扫描装置设置，第一侧和第二侧相对；

调节装置，调节装置能够带动床板自第一侧的方向，向着第二侧的方向运动，以将床板上的承载物送入扫描装置中扫描；

内窥镜、机械臂、医疗床和扫描装置都与控制器通信连接；

其中，控制器用于确定设置有内窥镜的机械臂处于规避扫描装置的位置；

控制器还用于令扫描装置自远离机械臂的方向，向着靠近机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；

控制器还用于构建基于计算机断层成像的三维模型，根据三维模型，引导机械臂上的内窥镜至最终目标位置。

本申请的实施方式还提供了一种内窥镜的位置引导设备，包括扫描装置和前述的内窥镜设备。

本申请的实施方式还提供了一种医疗床，包括：

床板，床板的第一侧用于设置具有内窥镜的机械臂，第二侧靠近外部设置的扫描装置设置，第一侧和第二侧相对；

调节装置，调节装置能够带动床板自第一侧的方向，向着第二侧的方向运动，以将床板上的承载物送入扫描装置中扫描。

可选地，还包括：

磁导航板，磁导航板设置在导航作业区域，导航作业区域与的内窥镜的工作区域对应设置，磁导航板用于引导内窥镜的运动。

可选地，磁导航板的位置与扫描装置的位置相对固定。

可选地，还包括：

移动装置，与磁导航板连接，移动装置能够带动磁导航板在导航作业区域和待机区域之间来回移动，待机区域避开扫描装置处于扫描状态时的区域。

可选地，还包括：床板内预留有腔体；

磁导航板设置在腔体内，待机区域位于腔体的靠近第二侧的方向，导航作业区域位于腔体的靠近第一侧的方向；

移动装置包括动力源和传动机构，传动机构与动力源和磁导航板分别连接，动力源通过传动机构，带动磁导航板在导航作业区域和待机区域之间来回移动。

可选地，传动机构设置在腔体内，且传动机构能够在动力源的驱动之下改变自身的长度，磁导航板随传动机构改变自身长度时发生来回移动。

可选地，包括：传动机构为伸缩杆或剪叉式升降臂。

可选地，传动机构包括设置在床板的侧部的丝杠，以及安装在丝杠上的滑块，滑块与磁导航板连接。

可选地，还包括：

光学传感器，光学传感器设置在床板的一侧，用于检测具有内窥镜的机械臂是否处于规避扫描装置的位置。

本申请的实施方式还提供了一种内窥镜设备，包括内窥镜、机械臂和前述的医疗床，内窥镜设置在机械臂上，机械臂固定于医疗床的床板的第一侧。

本申请的实施方式还提供了一种内窥镜的位置引导设备，包括：计算机断层成像装置和前述的内窥镜设备。

本申请的实施方式通过将扫描装置与内窥镜的机械臂结合在同一张医疗床上，使得扫描装置所得到的三维模型在空间上的坐标系与机械臂执行动作时的坐标系得以简单对应。在实际使用时，仅需针对三维模型和患者人体的实际所在空间系进行单次配准，通过床体结构可记录磁导航板与人体的相对位置，免去了磁导航板移动后对三维模型与物理空间坐标系的反复配准工作，避免在每次扫描之后所需要的针对扫描装置和机械臂的相对位置的补偿计算，简化了操作，显著地提高了治疗效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。

图1为本申请实施方式所提供的一种内窥镜的位置引导方法的流程示意图；

图2为本申请实施方式所提供的一种内窥镜的位置引导设备的立体示意图；

图3为本申请实施方式所提供的一种内窥镜的位置引导设备的侧视示意图；

图4为本申请实施方式所提供的另一种内窥镜的位置引导设备的立体示意图；

图5为本申请实施方式所提供的另一种内窥镜的位置引导设备在进行扫描时的立体示意图；

图6为本申请实施方式所提供的另一种内窥镜的位置引导方法的流程示意图；

图7为本申请实施方式所提供的又一种内窥镜的位置引导方法的流程示意图；

图8为本申请实施方式所提供的又一种内窥镜的位置引导设备的立体示意图；

图9为本申请实施方式所提供的另一种内窥镜的位置引导设备在去除床板面板时的立体示意图；

图10为本申请实施方式所提供另一种内窥镜的位置引导设备在进行扫描时的去除床板面板时的立体示意图；

图11为本申请实施方式所提供又一种内窥镜的位置引导设备的俯视示意图；

图12为本申请实施方式所提供另一种内窥镜的位置引导设备的俯视示意图。

图中的附图标记及名称如下：

1、扫描装置；2、内窥镜设备；21、内窥镜；22、机械臂；23、医疗床；231、床板；232、调节装置；233、光学传感器；234、磁导航板；235、移动装置；2351、动力源；2352、传动机构；236、腔体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细说明。

本申请发明人发现，为了减少介入的次数，可以结合扫描设备，来明确内窥镜进入人体内的路径、当前位置和头端朝向。

实施方式一

本申请的第一实施方式提出了一种内窥镜的位置引导方法，参见图1所示，包括如下步骤：

确定设置有内窥镜21的机械臂22处于规避扫描装置1的位置；

令扫描装置1自远离机械臂22的方向，向着靠近机械臂22的方向发生相对移动直至到达内窥镜21的工作区域并扫描，然后向着远离机械臂22的方向相对移动以归位扫描装置1；

构建基于计算机断层成像的三维模型，根据三维模型，引导机械臂22上的内窥镜21至最终目标位置。

本申请的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序指令，程序指令被计算机执行时使得计算机执行前述内窥镜的位置引导方法。基于上述方法，本申请的实施方式还提供了一种内窥镜的位置引导系统，包括：

位置确定单元，用于确定设置有内窥镜21的机械臂22处于规避扫描装置1的位置；

扫描单元，用于令扫描装置1自远离机械臂22的方向，向着靠近机械臂22的方向发生相对移动直至到达内窥镜21的工作区域并扫描，然后向着远离机械臂22的方向相对移动以归位扫描装置1；

模型构建单元，用于构建基于计算机断层成像的三维模型；

引导单元，用于根据三维模型，引导机械臂22上的内窥镜21至人体的最终目标位置。

由于上述位置引导方法和位置引导系统依赖于实体装置才能得以进行，为了方便理解，接下来将给出一种基于该引导方法的内窥镜的位置引导系统。需要说明的是，本实施方式所给的内窥镜的位置引导系统仅仅只是示例性的，其并不能完全地构成对上述内窥镜的位置引导方法的必然限制。

本申请的第一实施方式提供的内窥镜的位置引导系统，参见图2所示，包括：

扫描装置1和内窥镜设备2。

其中，内窥镜设备2，包括内窥镜21、机械臂22、以及医疗床23，内窥镜21设置在机械臂22上。

医疗床23则包括：

床板231，床板231的第一侧用于设置机械臂22，第二侧靠近外部设置的扫描装置1设置，第一侧和第二侧相对。也就是说，床板231提供了一个平台，患者、机械臂22和内窥镜21可以同时固定于这一平台上，移动这一平台，即可使得扫描装置1和机械臂22发生相对运动，以完成针对全部工作区域的扫描。

调节装置232，调节装置232能够带动床板231自第一侧的方向，向着第二侧的方向运动，以将床板231上的承载物送入扫描装置1中扫描；

内窥镜的位置引导系统还可以包括控制器(图未示)，内窥镜21、机械臂22、医疗床23和扫描装置1都与控制器通信连接。

其中，扫描装置1优选为计算机断层成像装置。

在现有技术中，有多种扫描设备能够获得人体结构，例如X射线、CT、和核磁共振等等。目前，由于X射线影像设备的体积更小，移动更便捷，因此往往采用X射线作为确认支气管镜或活检工具头端位置的影像设备。然而，X射线的影像采集结果为二维图像，无法还原成三维模型，因此X射线影像难以用于明确内窥镜21进入人体内的路径，仅能用于确认气管镜头端是否到达目标位置，或是确认气管镜头端的所在方向。而且这一确认结果还存在一定的限制与误差。

相比于X射线影像设备而言，核磁共振的成本高昂，扫描时间长，强磁场对空间内的铁磁性物质的要求高，也不是很适合用于明确内窥镜21进入人体内的路径。

计算机断层成像，又称CT，可以获得其所扫描区域物体的三维图形，而且能够清晰直观地体现内窥镜21头端的具体位置，因此是相对较优的选择。

在本申请实施方式中，内窥镜设备2包括了内窥镜21、辅助设置内窥镜21的装置以及引导内窥镜21运动的装置等等的组合。其中，内窥镜21(Endoscope)泛指经各种管道进入人体，以观察人体内部状况的医疗仪器。内窥镜21同时还可以具备活检或是治疗功能，这些功能往往依赖于设置在内窥镜21上的各种附件工具来执行。本申请的内窥镜21可以是气管镜、胃镜、肠镜、阴道镜等诸多种类的内镜，内窥镜21上所设置的附件工具可以包括活检工具如活检钳、活检刷、活检针等等，或是诊疗工具如消融导管，套圈等等。

带有内窥镜21的机械臂22的结构在现有技术中已经得到了广泛的应用，以气管镜为例，在申请号为202110351748.6的中国发明专利中就公开了一种磁导航气管定位机器人，在申请号为202110035277.8的中国发明专利中则公开了内窥镜21手柄及驱动装置的一种实现原理。相关的现有技术堪称海量，因此本申请并不作具体的限定。

在本申请实施方式中，医疗床23可以是现有技术中常规的用于各种扫描装置1的医疗床23。医疗床23上可以设置轨道，轨道沿床板231的长度方向设置从而使医疗床23具备移动床板231的功能，调节装置232可以通过气缸、电机等方式驱动床板231运动。医疗床23的具体结构和配件可以根据内窥镜21的种类进行选择。与现有技术的一大不同点在于，在本申请中，可以将机械臂22直接地设置在医疗床23的床板231上。具体地，可以在床板231的第一侧上设置平台，并将机械臂22的底座以螺接的方式牢牢地固定在医疗床23的床板231上。

在现有技术中，扫描装置1与医疗床23结合时，可以有两种扫描方式。其一是医疗床23处于固定不动的状态，而扫描装置1则在医疗床23上遍历扫描。其二是扫描装置1处于固定不动的状态，而医疗床23则向着扫描装置1的所在方向前进或是后退，以实现扫描。参见图3所示，无论是哪一种扫描方式，都存在扫描装置1与机械臂22，以及机械臂22上所设置的内窥镜21的干涉问题。一旦机械臂22与扫描装置1发生干涉、碰撞，则后果不堪设想。

据此，在本申请实施方式中，通过将扫描装置1设置在医疗床23的床板231的第一侧，将扫描装置1靠近设置于床板231的相对的第二侧，为二者的彼此规避打下了物理基础。

在本申请实施方式中，控制器可以是计算机，也可以是结合在扫描装置1、内窥镜21的控制装置甚至于医疗床23的控制装置中的控制器。也就是说，控制器可以集成在内窥镜的位置引导系统的任意设备之中，也可以分立设置为单独的终端。通常来说，可以将控制器设置在治疗室之外的可直接观察到治疗室内情况的区域，医师可以通过控制器对本申请所提供的内窥镜的位置引导系统进行控制，内窥镜21的相关操作。也就是说，控制器可以用于确定设置有内窥镜21的机械臂22处于规避扫描装置1的位置；控制器还可以用于令扫描装置1自远离机械臂22的方向，向着靠近机械臂22的方向发生相对移动直至到达内窥镜21的工作区域并扫描，然后向着远离机械臂22的方向相对移动以归位扫描装置1；控制器还可以用于构建基于计算机断层成像的三维模型，根据三维模型，引导机械臂22上的内窥镜21至最终目标位置。

根据以上系统，本申请以从患者呼吸道介入的气管镜为例，对实际使用时可遵循的步骤，以及相关的注意事项进行说明：

S1：患者仰卧于医疗床23上，患者头部靠近床板231的第一侧，也就是靠近机械臂22的一侧，脚部则靠近床板231的第二侧，也就是靠近扫描装置1的一侧。

S2：在初始状态下，需要确定设置有内窥镜21的机械臂22是否处于规避扫描装置1的位置。这一步可以通过人工判断，但人工判断往往容易发生疏忽，且不具备防呆效果。因此，可以在机械臂22的控制程序中，对机械臂22和扫描装置1的运行逻辑作出关联，即一旦回到初始状态，则将机械臂22归位至规避扫描装置1的位置，而后才进行扫描。

然而，应当理解的是，根据不同的医疗需求，内窥镜21以及内窥镜21头端所附的工具的实际形状、大小都是有所不同的，仅依赖机械臂22的控制程序来实现规避，不够保险。

因此更进一步地，参见图4所示，医疗床23还可以包括：

光学传感器233，光学传感器233设置在床板231的一侧，用于检测具有内窥镜21的机械臂22是否处于规避扫描装置1的位置。光学传感器233的传感区域可以被设置为和扫描装置1在扫描过程中的所在区域一致。具体地，光学传感器233可以包括阵列设置的多个光学探头，这些光学探头可以阵列布置以提供足够的传感范围。

当机械臂22归位时，可以通过光学传感器233对机械臂22和扫描装置1的规避关系作二次验证，从而增加本申请的内窥镜设备2的安全系数。也就是说，一旦发现机械臂22或是机械臂22上设置的内窥镜21附件可能与扫描装置1发生碰撞，则依据光学传感器233所发出的信号，可以令扫描动作立即停止，以保障安全性。

S3：如前文所述，可以通过医疗床23的床板231和扫描装置1的相对运动来实现扫描过程，本实施方式以医疗床23发生动作为例。通过控制器控制调节装置232，可以使医疗床23向着第二侧的方向运动。参见图5所示，患者随床板231移动的过程中，其身体将被送入扫描装置1的检查区域，从而通过扫描装置1采集患者的身体影像，特别是肺部影像。在扫描完毕之后，可以归位医疗床23，待下一步动作。

S4：将影像导入控制器中，即可通过软件构建基于计算机断层成像的患者气管树三维模型。在这一三维模型中，可以标定目标位置，规划内窥镜21前往目标位置的路径。这一系列操作可以由计算机自动完成，或是在人工的有限介入下半自动地完成。

S5：在内窥镜21上安装提拉机构与导管、附件工具等等。做好内窥镜21的工作准备。根据基于三维模型所规划的路径，可以自动或是人工地操作并引导机械臂22和内窥镜21，对导管进行控弯、推进等操作，使其进入患者气道并到达目标位置。在此过程中，可以利用导管头端的摄像元件提供的实时影像，将其与重建的气管树三维模型对照，可利用人工智能图像识别达到光学导航的目的，提高自动化水平。其中，针对导管和导管上的工具的操作可以是手动操作，也可以如图4所示通过两个机械臂22配合操作。

如前文所述，采用计算机断层成像设备相比于X射线和核磁共振设备而言具有优势，但如果要联合使用内窥镜21和计算机断层成像设备，则存在一定困难。这是因为对于带有内窥镜21的机械臂22相较于传统的内窥镜21而言，其持镜端所设置的一个或多个机械臂22，都需要相应的设备，如机器人推车等，对机械臂22进行移动和高度抬升。这导致机械臂22及其相关设备的体积较大。而同时，计算机断层成像设备的体积也较大，二者在布置在同一内镜诊疗室中时，很难达到互不干扰的要求。

相比于现有技术而言，本申请的实施方式所提供的内窥镜的位置引导方法及其系统和装置，能够借助于扫描装置1所构建的基于计算机断层成像的三维模型，实现对内窥镜21的准确引导。在引导过程中，本申请所提供的内窥镜的位置引导系统能够对扫描装置1和带有内窥镜21的机械臂22之间的位置关系作出规避调整，避免二者发生碰撞或是干涉，提高了安全性。

显然，本申请的技术方案并不仅限于气管镜的应用，在胃镜、肠镜、阴道镜等领域也同样具有良好的技术效果。

进一步地，在根据所述三维模型，引导所述机械臂22上的内窥镜21至人体的目标位置的步骤中，还可以包括如下步骤：

在重建出的三维模型中定义目标位置，规划内窥镜21的行进路径；

将所述三维模型所在的空间系与患者实际所处的空间系进行配准；

根据所规划的行进路径，引导所述内窥镜21至所述最终目标位置。

也就是说，本申请的实施方式所提供的内窥镜的位置引导系统，还可以包括：

配准单元，用于将所述三维模型所在的空间系与患者实际所处的空间系进行配准；

规划单元，用于在重建出的三维模型中定义目标位置，规划内窥镜21的行进路径；

引导单元还用于根据所规划的行进路径，引导所述内窥镜21至所述最终目标位置。

据此，在前述的具体操作步骤举例中，还可以包括如下步骤：

S6：在步骤S5之前，利用气道的主要结构点，例如主隆突、各支气管分段的入口等部位的结构点，对三维模型所在空间系与患者气道所在的空间系进行配准。

配准完成后，操作气管镜机器人对导管进行控弯、推进的操作。根据配准结果，能够实现更精准的引导。

值得一提的是，本申请的实施方式通过将扫描装置1与内窥镜21的机械臂22结合在同一张医疗床23上，使得扫描装置1所得到的三维模型在空间上的坐标系与机械臂22执行动作时的坐标系得以简单对应。在实际使用时，仅需针对三维模型和患者人体的实际所在空间系进行单次配准，通过医疗床23的床体结构可记录磁导航板234与人体的相对位置，免去了磁导航板234移动后对三维模型与物理空间坐标系的反复配准工作，避免在每次扫描之后所需要的针对扫描装置1和机械臂22的相对位置的补偿计算，简化了操作，显著地提高了治疗效率。

实施方式二

由于设备体积的限制，在进行计算机断层成像设备的检查时，难以同时进行内窥镜21的操作。但是，在内窥镜21操作过程中，有时虽然到达了预期的目标位置，却又有可能因为患者身体发生移动，或是计算误差的原因而导致预期的目标位置与实际要到达的位置存在偏差。

有鉴于此，本申请的第二实施方式同样提出了一种内窥镜的位置引导方法、系统。第二实施方式的方法和装置是第一实施方式的方法和装置的进一步改进。其主要改进之处在于，在本申请的第二实施方式中，参见图6所示，内窥镜的位置引导方法在根据三维模型，引导机械臂22上的内窥镜21至目标位置的步骤中，包括：

根据三维模型，引导机械臂22上的内窥镜21至与三维模型所对应的预期目标位置；

重新扫描，判断内窥镜21所在的实际位置是否位于最终目标位置；若否，则修正内窥镜21的位置至最终目标位置。若是，则继续内窥镜21的操作。

也就是说，在内窥镜的位置引导系统中，引导单元还用于根据三维模型，引导机械臂22上的内窥镜21至与三维模型所对应的预期目标位置；

扫描单元还用于重新扫描；

修正单元，用于判断内窥镜21所在的实际位置是否位于最终目标位置；若否，则修正内窥镜21的位置至最终目标位置。若是，则继续内窥镜21的操作。

本实施方式所致的修正内窥镜21的位置至最终目标位置，可以包含多次的修正步骤。也就是说，如果第二次扫描和修正的步骤依然未能让内窥镜21到达最终目标位置，

据此，在第一实施方式的具体操作步骤举例的基础上，还可以包括如下步骤：

S7：当内窥镜21影像显示工具的头端尚未到达目标位置，需要通过操作机械臂22对内窥镜21进行微调时，在步骤S5之后，可以停止机械臂22和内窥镜21的动作，然后再次进行计算机断层成像采集。由于本次采集可以仅扫描预期目标位置附近的图像，因此扫描装置1不会与机械臂22或是内窥镜21发生干涉或冲突。

S8：将采集到的影像导入控制器中，重新构建新的气管树三维模型。在新的气管树三维模型中，可以确认内窥镜21的头端位置是否到达最终目标位置，或是确定与最终目标位置的距离和路径，从而进一步规划下一步动作。

在实际使用时，还有一些其他的需要在内窥镜21操作过程中用到扫描装置1的情形。例如，当内窥镜21已到达目标位置，但内窥镜21上的工具的头端朝向需要确认或是调整时，也同样可以调用计算机断层成像设备对其进行确认。

因此，参见图7所示，在上述的重新扫描步骤中，还包括：判断内窥镜21的头端所朝方向是否正确。若是，则继续内窥镜21的操作。若否，则修正内窥镜21的头端所朝方向。

由于在实际操作时，工具的朝向有可能和内窥镜21的光学镜头的朝向存在偏差，因此在以上表述中，内窥镜21的头端所朝方向，可以包括内窥镜21本身的朝向，更可以包括装设在内窥镜21上的各种工具的头端朝向，本领域技术人员可以根据实际需要来调整朝向。

相比于现有技术而言，本实施方式借助于扫描装置1的重新扫描，能够实现对内窥镜21的位置和方向进行二次或是多次修改，从而确保内窥镜21能够精准地到达最终目标位置并呈现正确的头端朝向，进一步地提高了内窥镜21的操作准确度。

实施方式三

在现有技术中，存在多种对内窥镜21的引导技术方案，如光学引导和磁导航引导。对于光学引导而言，在引导过程中介入扫描装置1进行二次扫描是没有问题的。但对于磁导航引导而言，由于磁导航引导采用的是电磁场，因此设置磁导航板234是一块金属板，金属板与计算机断层成像存在不兼容的问题。

我们知道，计算机断层成像(Computed Tomography，CT)是一种依据外部投影数据重建物体内部结构图像的无损检测技术，其能在非接触、不破坏被检测物体的条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，极佳地展示被检测物体内部结构。

但是，当计算机断层成像的扫描区域存在金属材料时，会因为射束硬化等现象产生金属伪影，这种伪影常见于具有两种及两种以上的组成材料，且材料之间具有较大密度差异的扫描对象，比如存在金属填充物的牙齿、带有假肢的关节等。金属伪影具体表现为，高密度材料四周会产生杂乱无章的发射状条形伪影，高密度材料与高密度材料之间会产生暗条纹带状伪影。金属伪影不仅降低了计算机断层成像的图像的对比度，而且会侵蚀扫描对象的真实结构，使图像质量严重下降，影响诊断结果的判别。

鉴于采用磁导航来执行介入手术在目前已经是一种较为成熟且广受欢迎的技术。在导航过程中，磁导航板234需要实时地设置在内窥镜21旁。因此，本申请的第三实施方式同样提出了一种内窥镜的位置引导方法、系统。第三实施方式的方法和装置是第一或第二实施方式的方法和装置的进一步改进。其主要改进之处在于，在本申请的第三实施方式中，内窥镜的位置引导方法在扫描步骤之前，还包括：

将磁导航板234移出与内窥镜21的工作区域所对应的导航作业区域，也就是扫描装置1的至少部分工作区域；

在归位扫描装置1的步骤之后，还包括：

将磁导航板234移至与已完成扫描的区域所对应的导航作业区域；

在引导机械臂22上的内窥镜21至人体的最终目标位置的步骤中，借助磁导航引导机械臂22上的内窥镜21至人体的最终目标位置。

也就是说，在内窥镜的位置引导系统中，还包括：

移动单元，用于将磁导航板234移出与内窥镜21的工作区域所对应的导航作业区域；也用于在归位扫描装置1的步骤之后，将磁导航板234移至与已完成扫描的区域所对应的导航作业区域。

引导单元还用于借助磁导航引导机械臂22上的内窥镜21至人体的最终目标位置。

本实施方式示例性地给出了一种改进的位置引导系统，参见图8所示，包括：

扫描装置1和内窥镜设备2。

医疗床23则包括：

床板231，床板231的第一侧用于设置机械臂22，第二侧靠近外部设置的扫描装置1设置，第一侧和第二侧相对；

内窥镜的位置引导系统还可以包括控制器(图未示)，内窥镜21、机械臂22、医疗床23和扫描装置1都与控制器通信连接；

除此之外，医疗床23还包括：磁导航板234，磁导航板234设置在导航作业区域，导航作业区域与的内窥镜21的工作区域对应设置，磁导航板234用于引导内窥镜21的运动。

由于磁导航板234和计算机断层成像存在的不兼容问题，因此磁导航板234的设置位置十分重要。在本实施方式中，可选地，参见图8所示，磁导航板234的位置与扫描装置1的位置相对固定。具体地，磁导航板234可以被设置在医疗床23的一侧，通过支架与地面或医疗床23连接，但不随着医疗床23的床板231运动。也就是说，在每次医疗床23的床板231通过调节装置232复位至靠近第一侧的初始位置时，可以利用磁导航板234对机械臂22上所设置的内窥镜21进行磁导航引导，而当需要扫描时，则借助调节装置232带动床板231自第一侧的方向，向着第二侧的方向运动，以将床板231上的承载物送入扫描装置1中扫描。如此一来，在一张医疗床23上能够同时实现针对内窥镜21的磁导航引导和针对患者的计算机断层成像扫描。由于在扫描和引导的过程中患者不会离开医疗床23，因此其空间系可以通过医疗床23的床板231的行程得以精确换算，十分便利。

易于理解的是，也可以将磁导航板234固定在扫描装置1上。如此一来，即便扫描装置1主动发生运动，磁导航板234也依然能够与扫描装置1保持相对固定的位置。

实施方式四

本申请的第四实施方式同样提出了一种内窥镜的位置引导系统及其装置。第四实施方式和第三实施方式有所不同。其主要不同之处在于，在本申请的第三实施方式中，磁导航板234的位置与扫描装置1的位置相对固定；而，在本申请的第四实施方式中，参见图9、图10所示，医疗床23，还包括：移动装置235，与磁导航板234连接，移动装置235能够带动磁导航板234在导航作业区域和待机区域之间来回移动，待机区域避开扫描装置1处于扫描状态时的区域。

其中，导航作业区域指的是磁导航板234引导内窥镜21工作时的所在区域，其可以位于床板231的侧部或是下方。待机区域则可以是任意的能够避开扫描装置1处于扫描状态时的区域。通过设置移动装置235，可以在扫描装置1扫描的过程中对扫描区域形成规避，避免磁导航板234影响扫描作业。

相比于第三实施方式的固定设置的方案而言，本实施方式所设置的移动装置235能够更灵活地对扫描区域形成规避，避免磁导航板234阻碍工作。

进一步可选地，参见图9所示，在医疗床23的床板231内预留有腔体236。

磁导航板234设置在腔体236内，待机区域位于腔体236的靠近第二侧的方向，导航作业区域位于腔体236的靠近第一侧的方向；

移动装置235包括动力源2351和传动机构2352，传动机构2352与动力源2351和磁导航板234分别连接，动力源2351通过传动机构2352，带动磁导航板234在导航作业区域和待机区域之间来回移动。

前文提及，在医疗室内同时设置计算机断层成像设备和带有内窥镜21的机械臂22，将占用较大的场地空间。将磁导航板234设置在腔体236内，相比于设置在外部而言，不但可以避免磁导航板234裸漏在外，对其起到很好的保护，而且还能够提高空间利用率，同时省去了搬动磁导航板所需的人力劳动。

然而，当磁导航板234设置在床板231所预留的腔体236内时，不可避免地，磁导航板234将进入扫描装置1的扫描范围。据此，本申请所设置的移动装置235能够带动磁导航板234来回移动，对扫描范围形成有效规避，彻底地避免磁导航板234对计算机断层成像设备的干扰。

值得一提的是，移动装置235可以有许多种的带动磁导航板234移动的方式。典型的移动装置235的设置方式如图9、图10、图11所示。在其中，传动机构2352设置在腔体236内，且传动机构2352能够在动力源2351的驱动之下改变自身的长度，磁导航板234随传动机构2352改变自身长度时发生来回移动。

具体地，传动机构2352可以为剪叉式升降臂。在图9的示例中，其借助于动力源2351，也就是电机的驱动运动，也就是说，电机旋转时驱动设置在电机轴上的滑块，使得滑块带动作为传动机构2352的剪叉式升降臂的两个臂发生相互靠近或是相互远离的运动。当两个升降臂相互靠近运动时，剪叉式升降臂的两臂彼此压缩，在各个连接支点的作用之下，升降臂的长度将得到伸长，这使得升降臂可以推动磁导航板234向着第一侧的方向运动。

反之，参见图10所示，当两个升降臂相互远离运动时，剪叉式升降臂的两臂彼此撑开，在各个连接支点的作用之下，升降臂的长度将被缩短，这使得升降臂可以拉动磁导航板234向着第二侧的方向运动。

当磁导航板234被拉到第二侧时，扫描装置1可以对靠近第一侧的患者部位进行扫描，而不受磁导航板234的干扰。据此，扫描装置1可以在机械臂22进行内窥镜21操作的过程中，对机械臂22进行位置的二次确认和头端方向的纠偏，十分方便。

传动机构2352也可以为伸缩杆。在图11的示例中，其可以通过类似于电机或气缸这样的动力源2351驱动运动。以气缸为例，气缸进气时驱动伸缩杆设置在电机轴上的滑块，使得滑块带动作为传动机构2352的伸缩杆伸出，从而推动磁导航板234向着第一侧的方向运动。

反之，当气缸抽气时，伸缩杆缩回，从而拉动磁导航板234向着第二侧的方向运动。

值得一提的是，动力源2351可以被设置在腔体236内，也可以被设置在腔体236外并接入腔体236内的传动机构2352。在以上的两个技术方案中，都将传动机构2352设置在了腔体236内。在传动机构2352采用金属材料制作时，无论何时在靠近第二侧的方向的腔体236内都会始终存在金属材料所构成的装置，因此无法对患者进行全身扫描。而采用金属以外的材料制作传动机构2352则存在寿命和成本问题。

据此，本申请更进一步地提供了一种移动装置235的可行结构，参见图12所示，其传动机构2352包括设置在床板231的侧部的丝杠，以及安装在丝杠上的滑块，滑块与磁导航板234连接。借助于丝杠的转动可以驱动滑块沿着丝杠直线运动，从而带动磁导航板234沿着床板231的长度方向运动。其中，丝杠可以有两根并分别设置在床板231的两侧，从而使磁导航板234的两侧受力均衡。

由于丝杠被设置在床板231的侧部，只要对扫描出的图像进行裁剪即可防止丝杠的存在影响到扫描的结果。在全身扫描过程中，可以通过暂停扫描并调动磁导航板234越过扫描装置1，实现针对扫描装置1的从始至终的规避，进而便于对患者的全身扫描。

实施方式五

本申请的第五实施方式同样提出了一种内窥镜的位置引导方法。第五实施方式基于第三实施方式的方法和第四实施方式系统装置作出了改进，具体地，在第五实施方式中，内窥镜的位置引导方法包括：

确定设置有内窥镜21的机械臂22处于规避扫描装置1的位置；

将磁导航板234移出与内窥镜21的工作区域所对应的导航作业区域；

构建基于计算机断层成像的三维模型；

根据三维模型，借助磁导航引导机械臂22上的内窥镜21至与三维模型所对应的预期目标位置；

将磁导航板234移出导航作业区域；

重新扫描内窥镜21的工作区域，然后向着远离机械臂22的方向归位扫描装置1；

判断内窥镜21所在的实际位置是否位于最终目标位置；若否，则将磁导航板234移至与已完成扫描的区域所对应的导航作业区域；

借助磁导航修正内窥镜21至最终目标位置。

上述将磁导航板234移出导航作业区域的技术手段，可以基于第四实施方式的方案进行操作，因此不再赘述。

如前文第二实施方式所提及的，在内窥镜21操作过程中，存在二次确认内窥镜21所在位置的需求。然而对于采用磁导航技术进行内窥镜21导航的方案中，由于磁导航和计算机断层成像存在不兼容问题。因此现有技术中通常不会将二者结合在一起，更不会在内窥镜21操作过程中进行临时性的扫描了。

本实施方式借助于将磁导航板234临时性地移出导航作业区域，使得导航作业区域被空出，以供扫描装置1进行扫描作业。因此本实施方式在基于磁导航的内窥镜21作业过程中，借助计算机体层成像的多次扫描工作，实现了内窥镜21位置的调整和确认，提高了内窥镜21的操作准确度。

进一步可选地，在判断内窥镜21所在的实际位置是否位于最终目标位置的步骤中，还可以包括：

判断内窥镜21的头端指向方向是否与所需指向方向一致；

若否，则在向着远离机械臂22的方向归位扫描装置1的步骤之后，借助磁导航修正内窥镜21的头端指向方向至与所需指向方向一致。

同样的，本实施方式在基于磁导航的内窥镜21作业过程中，借助计算机体层成像的多次扫描工作，实现了内窥镜21头端指向方向的调整和确认，更进一步地提高了内窥镜21的操作准确度。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种内窥镜的位置引导方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定设置有内窥镜的机械臂处于规避扫描装置的位置；

令扫描装置自远离所述机械臂的方向，向着靠近所述机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离所述机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；

构建基于计算机断层成像的三维模型，根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至最终目标位置。

2.根据权利要求1所述的内窥镜的位置引导方法，其特征在于，所述根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至目标位置，包括：

根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至与所述三维模型所对应的预期目标位置；

重新扫描，判断所述内窥镜所在的实际位置是否位于所述最终目标位置；以及/或者，判断所述内窥镜的头端所朝方向是否正确；

若不位于所述最终目标位置，则修正所述内窥镜的位置至所述最终目标位置；

若头端所朝方向不正确，则修正所述内窥镜的头端所朝方向。

3.根据权利要求1所述的内窥镜的位置引导方法，其特征在于，在所述扫描步骤之前，还包括：

将磁导航板移出与所述内窥镜的工作区域所对应的导航作业区域；

在所述归位扫描装置的步骤之后，还包括：

在所述引导所述机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置的步骤中，借助磁导航引导所述机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置。

4.根据权利要求3所述的内窥镜的位置引导方法，其特征在于，

所述借助磁导航引导所述机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置，包括：

根据所述三维模型，借助磁导航引导所述机械臂上的内窥镜至与所述三维模型所对应的预期目标位置；

将磁导航板移出所述导航作业区域；

重新扫描所述内窥镜的工作区域，然后向着远离所述机械臂的方向归位扫描装置；

判断所述内窥镜所在的实际位置是否位于所述最终目标位置；

若否，则将磁导航板移至与已完成扫描的区域所对应的导航作业区域；

借助磁导航修正所述内窥镜至所述最终目标位置。

5.根据权利要求4所述的内窥镜的位置引导方法，其特征在于，

在所述判断所述内窥镜所在的实际位置是否位于所述最终目标位置的步骤中，还包括：

判断所述内窥镜的头端指向方向是否与所需指向方向一致；

若否，则在所述向着远离所述机械臂的方向归位扫描装置的步骤之后，借助磁导航修正所述内窥镜的头端指向方向至与所需指向方向一致。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的内窥镜的位置引导方法，其特征在于，所述根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至人体的目标位置，包括：

在所述三维模型中定义目标位置，规划内窥镜的行进路径；

根据所规划的行进路径，引导所述内窥镜至所述最终目标位置。

7.一种计算机可读存储介质，存储有程序指令，其特征在于，所述程序指令被计算机执行时使得所述计算机执行权利要求1至6中任一项所述的内窥镜的位置引导方法。

8.一种内窥镜的位置引导系统，其特征在于，包括：

扫描单元，用于令扫描装置自远离所述机械臂的方向，向着靠近所述机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离所述机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；

模型构建单元，用于构建基于计算机断层成像的三维模型；

引导单元，用于根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至人体的最终目标位置。

9.一种内窥镜设备，其特征在于，包括内窥镜、机械臂、医疗床以及控制器，所述内窥镜设置在所述机械臂上；

所述医疗床包括：

床板，所述床板的第一侧用于设置所述机械臂，第二侧靠近外部设置的扫描装置设置，所述第一侧和所述第二侧相对；

调节装置，所述调节装置能够带动所述床板自所述第一侧的方向，向着所述第二侧的方向运动，以将所述床板上的承载物送入所述扫描装置中扫描；

所述内窥镜、所述机械臂、所述医疗床和所述扫描装置都与所述控制器通信连接；

其中，所述控制器用于确定设置有内窥镜的机械臂处于规避扫描装置的位置；

所述控制器还用于令所述扫描装置自远离所述机械臂的方向，向着靠近所述机械臂的方向发生相对移动直至到达内窥镜的工作区域并扫描，然后向着远离所述机械臂的方向相对移动以归位扫描装置；

所述控制器还用于构建基于计算机断层成像的三维模型，根据所述三维模型，引导所述机械臂上的内窥镜至最终目标位置。

10.一种内窥镜的位置引导设备，其特征在于，包括扫描装置和权利要求9所述的内窥镜设备。