РОБОТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ХИРУРГИЧЕСКОГО ВМЕШАТЕЛЬСТВА, НАПРАВЛЯЕМОГО ПО ИЗОБРАЖЕНИЮ И С ПРИМЕНЕНИЕМ РОБОТА

1. Компьютерная система для наведения робота по изображению в реальном времени in situ во время хирургической процедуры, содержащая, в по меньшей мере одном компьютере, который имеет память, процессор и по меньшей мере одно сетевое соединение:
множество модулей, выполненных с возможностью связывать во время операции модальность визуализации, медицинский робот и его оператора через множество интерфейсов, связывающих их.
2. Компьютерная система по п. 1, где множество модулей содержит по меньшей мере:
модуль, выполненный с возможностью управлять модальностью визуализации во время хирургической процедуры;
модуль, выполненный с возможностью отслеживать робот или интервенционные инструменты, совмещенные с ним;
модуль, выполненный с возможностью отслеживать ткань, представляющую интерес;
модуль, выполненный с возможностью обрабатывать данные, получаемые от модальности визуализации и от робота;
модуль, выполненный с возможностью генерировать динамические пути или коридоры для безопасного и точного перемещения робота снаружи и внутри организма пациента;
модуль, выполненный с возможностью визуализировать робот и область процедуры, генерируемые по полученным данным; и
модуль, выполненный с возможностью использовать обратную связь по усилию или тактильное устройство для того, чтобы сделать возможным человеко-машинный интерфейс.
3. Компьютерная система по п. 2, которая дополнительно содержит модуль, выполненный с возможностью совмещать множество мультимодальных датчиков с роботом и модальностью визуализации.
4. Компьютерная система по п. 2, где модуль управления модальностью визуализации делает возможной, во время хирургической процедуры, исполняемые процессором инструкции для того, чтобы:
обрабатывать данные о состоянии ткани и робота;
вычислять изменения в них;
идентифицировать события, которые запускают изменение в регистрации данных;
выбирать ответ на событие и разрабатывать стратегию регистрации изображения на его основе; и
передавать стратегию регистрации изображения в модальность визуализации.
5. Компьютерная система по п. 4, где запускающие события идентифицируют через инструкции для того, чтобы сравнивать изменения со списком значений диапазона форм алгоритмически.
6. Компьютерная система по п. 2, где модуль отслеживания ткани позволяет исполняемым процессором инструкциям:
выбирать визуализирующие последовательности модальностью визуализации и задавать параметры для того, чтобы генерировать различия в контрасте внутри ткани;
генерировать по меньшей мере одну поддающуюся наблюдению границу ткани, представляющую интерес, из одной или нескольких интенсивностей сигнала или проекций изображений, получаемых во время визуализации; и
динамически осуществлять мониторинг перемещения границы ткани во время хирургической процедуры.
7. Компьютерная система по п. 6, где граница ткани содержит границу около ткани в области процедуры или границу около ткани вблизи пути доступа медицинского робота или и то и другое.
8. Компьютерная система по п. 7, где указанный модуль отслеживания ткани позволяет дополнительным исполняемым процессором инструкциям осуществлять инфузию экзогенного контрастного средства в ткань до или во время инструкции выбора.
9. Компьютерная система по п. 2, где модуль отслеживания робота позволяет исполняемым процессором инструкциям:
обнаруживать один или несколько из множества маркеров, располагаемых близко к роботу и связанных с модальностью визуализации; и
извлекать координаты маркеров относительно системы координат модальности визуализации для того, чтобы определять местоположение робота.
10. Компьютерная система по п. 2, где модуль визуализации позволяет исполняемым процессором инструкциям:
обнаруживать только местоположение одного маркера для каждого этапа определения местоположения для робота.
11. Компьютерная система по п. 1, где один из множества интерфейсов делает возможным ручное управление оператором медицинского робота и модальности визуализации.
12. Компьютерная система по п. 1, где множество модулей работают в режиме реального времени.
13. Компьютерная система по п. 1, где модальность визуализации представляет собой магнитно-резонансную визуализацию или спектроскопию или их сочетание, ультразвуковую визуализацию, рентгеновскую компьютерную томографию, рентгеновскую маммографию, оптическую визуализацию или видео.
14. Реализованный на компьютере способ наведения робота по изображению в реальном времени in situ во время хирургической процедуры, включающий этапы:
в компьютерной системе по п. 1, во время операции:
обработка данных для того, чтобы получать текущее состояние ткани и медицинского робота;
генерация по меньшей мере одной границы ткани, которая содержит область процедуры или область, близкую к пути доступа робота, или и то и другое;
динамический мониторинг перемещения границы ткани по области процедуры; и
отслеживание положения робота или интервенционного инструмента, содержащегося в нем, по отношению к области процедуры на основе индивидуальных визуализаций множества маркеров, расположенных близко к роботу и связанных с модальностью визуализации.
15. Реализованный на компьютере способ по п. 14, который дополнительно включает получение визуализации области процедуры и робота для оператора системы, когда осуществляют их мониторинг и отслеживание.
16. Реализованный на компьютере способ по п. 15, где визуализация содержит визуальное изображение, модель, сцену виртуальной реальности, сцену расширенной реальности или их суперпозицию или сочетание.
17. Реализованный на компьютере способ по п. 15, который дополнительно включает генерацию вида области процедуры по одному или нескольким из множества мультимодальных датчиков, совмещенных с роботом и с системой координат модальности визуализации.
18. Реализованный на компьютере способ по п. 14, где этап обработки включает:
вычисление изменений в состоянии ткани и робота;
идентификацию событий, которые запускают изменение в регистрации данных;
сравнение, алгоритмически, изменения со списком значений диапазона форм;
выбор отклика на событие на основе сравнения значений; и
разработку стратегии регистрации изображения на основе отклика, который передают в модальность визуализации.
19. Реализованный на компьютере способ по п. 14, где этап генерации включает:
выбор визуализирующих последовательностей модальностью визуализации;
задание параметров для генерации различий в контрасте внутри ткани; и
генерацию по меньшей мере одной границы ткани, представляющей интерес, по одной или нескольким проекциям изображений, получаемым во время визуализации.
20. Реализованный на компьютере способ по п. 19, который дополнительно включает инфузию экзогенного контрастного средства в ткань до или во время генерации границы ткани.
21. Реализованный на компьютере способ по п. 14, где этап отслеживания включает:
извлечение координат маркеров на роботе или интервенционном инструменте относительно системы координат модальности визуализации для того, чтобы обнаруживать их местоположение во время этапа определения местоположения; где только местоположение одного маркера обнаруживают для этапа определения местоположения во время отслеживания робота.
22. Реализованный на компьютере способ по п. 21, где только местоположение одного маркера обнаруживают для этапа определения местоположения.
23. Постоянная запоминающая среда для машиночитаемых данных, которая хранит исполняемые компьютером инструкции, которые при исполнении выполняют действия в вычислительной системе, которые делают возможными этапы способа по п. 14.
24. Компьютерный программный продукт, воплощенный в постоянной машиночитаемой среде по п. 23.
25. Магнитно-резонансная хирургическая система, направляемая по изображению и с применением робота, которая содержит:
по меньшей мере один компьютерный процессор;
по меньшей мере одну компьютерную память;
одну или несколько роботизированных структур, которые содержат совмещаемый с системой робот или интервенционные инструменты, содержащиеся в нем;
магнитно-резонансный сканер, совмещенный с роботом;
множество модулей, выполненных с возможностью работы в режиме реального времени с использованием компьютерного процессора и памяти, которые позволяют исполняемым процессором инструкциям:
описывать все MR-генерируемые данные о роботе и ткани, представляющей интерес, у пациента;
устанавливать границу ткани в области процедуры;
осуществлять динамический мониторинг перемещения границы ткани посредством MR сканера или одного или нескольких мультимодальных датчиков, которые содержит робот и которые расположены внутри или снаружи организма пациента;
отслеживать местоположение робота по отношению к области процедуры;
передавать генерируемые данные оператору системы;
генерировать инструкции для управления роботом и отслеживания по генерируемым данным;
генерировать вид области процедуры и робота во время хирургической процедуры для оператора; и
создавать множество интерфейсов между роботом, сканером, модулями и оператором.
26. Система по п. 25, где множество модулей дополнительно выполнены с возможностью позволять исполняемым процессором инструкциям генерировать и визуализировать четырехмерный вид области процедуры по данным, получаемым через мультимодальные датчики.
27. Система по п. 26, где мультимодальные датчики совмещают с системой координат, содержащей магнитно-резонансный сканер.
28. Система по п. 25, где инструкции для того, чтобы описывать все MR-генерируемые данные, работают для того, чтобы:
обрабатывать данные о состоянии ткани и робота; вычислять изменения в них;
алгоритмически, идентифицировать события, которые запускают изменение в регистрации данных, через инструкции для того, чтобы сравнивать изменения со списком значений диапазона форм;
выбирать ответ на событие и разрабатывать стратегию регистрации MR изображения на его основе; и
передавать стратегию регистрации MR изображения в MR сканер.
29. Система по п. 25, где инструкции для того, чтобы устанавливать границу ткани, работают для того, чтобы:
осуществлять инфузию, необязательно, экзогенного контрастного средства в ткань, если необходимо;
выбирать MR визуализирующие последовательности и задавать параметры для того, чтобы генерировать различия в контрасте внутри ткани; и
генерировать границу ткани по одной или нескольким проекциям изображений, получаемым во время магнитно-резонансной визуализации.
30. Система по п. 25, где инструкции для того, чтобы отслеживать местоположение робота, работают для того, чтобы:
отслеживать положение робота по отношению к области процедуры на основе состояния включения/выключения множества маркеров, расположенных близко к нему и совмещенных с системой координат MR сканера; и
применять фильтрацию перемещения для того, чтобы ограничивать перемещение робота.
31. Система по п. 30, где инструкции для того, чтобы отслеживать положение робота, работают для того, чтобы извлекать координаты множества маркеров относительно системы координат MR сканера для того, чтобы обнаруживать их местоположения; причем только местоположение одного маркера обнаруживают для этапа определения местоположения во время отслеживания робота.
32. Система по п. 25, где по меньшей мере один из множества интерфейсов делает возможным ручное управление оператором робота и MR сканера.
33. Система по п. 25, где множество модулей дополнительно выполнено с возможностью позволять исполняемым процессором инструкциям генерировать по меньшей мере одну проекцию интенсивности сигнала для того, чтобы осуществлять мониторинг границ между тканью и тканью или между тканью и роботом.
34. Система по п. 25, где инструкции для того, чтобы генерировать по меньшей мере одну интенсивность сигнала, работают для того, чтобы:
возбуждать ткань, содержащуюся по меньшей мере в трехмерном столбце вдоль выбранного направления проекции с помощью радиочастотных импульсов; и
манипулировать градиентом магнитного поля;
получать исходные данные от MR сканера; и
генерировать одномерную проекцию интенсивности сигнала по исходным данным.
35. Система по п. 34, где если более чем один трехмерный столбец содержит плоскость, модуль позволяет инструкциям посылать множество радиочастотных импульсов, тем самым увеличивая скорость регистрации.
36. Система по п. 25, где множество модулей дополнительно выполнено с возможностью визуализировать естественные трубчатые структуры, содержащиеся в организме пациента, и искусственные трубчатые структуры, включая робот или интервенционные инструменты.
37. Система по п. 36, где инструкции для того, чтобы визуализировать естественные и искусственные трубчатые структуры, работают для того, чтобы:
осуществлять инфузию или загружать контрастное средство в структуру;
получать по меньшей мере одну двухмерную проекцию трехмерного объема, который содержит структуру с контрастным средством; и
генерировать трехмерное изображение по двухмерным проекциям.
38. Система по п. 37, где, когда получают по меньшей мере две двухмерные проекции, указанные проекции находятся под любым углом относительно друг друга.
39. Система по п. 37, где выбранный порядок радиочастотных импульсов и импульсов градиента магнитного поля, используемых для того, чтобы получать двухмерную проекцию, по меньшей мере уменьшает сигнал от неконтрастированных структур.
40. Система по п. 25, где инструкции для управления роботом работают для того, чтобы сделать возможным ручное управление оператора и автоматизированное управление роботом для регистрации двухмерных проекций при наведении по MR изображению.
41. Система по п. 40, где инструкции для управления роботом работают для того, чтобы:
посредством ручного управления оператора:
выбирать по меньшей мере одну плоскость, по меньшей мере одну ось проекции и при ширине проекции; и
выбирать, параллельно, трехмерные столбцы проекций и группировать их; и
посредством автоматического управления:
вычислять параметры регистрации магнитного резонанса, включая импульсный градиент и напряженность градиента; и, последовательно,
обновлять параметры регистрации;
получать, динамически, и анализировать проекции; и
генерировать динамическую модель ткани; и
вычислять динамический коридор и траекторию, посредством которой управляют роботом;
вычислять динамический рендеринг тактильного устройства; и
получать по ним расширенную реальность наведения по изображению.
42. Постоянная запоминающая среда для машиночитаемых данных, хранящая исполняемые компьютером инструкции, которые содержат множество модулей магнитно-резонансной хирургической системы, направляемой по изображению и с применением робота, по п. 25.