CN114098773A - 位置确定方法、用于控制x射线设备的方法和医学*** - Google Patents

位置确定方法、用于控制x射线设备的方法和医学*** Download PDF

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Abstract

为了在对医学对象的通过机器人***实施的机器人辅助的穿过身体的移动进行监测期间特别快速并且精确地拍摄VOI，规定一种用于控制具有拍摄***的X射线设备的方法，所述方法具有以下步骤：接收用于对拍摄区域进行拍摄的用户输入，提供至少一个身体部分的先前拍摄的三维体积图像，由机器人***的测量和/或控制数据确定对象移动经过的路程长度，基于三维体积图像通过使用对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定和/或计算对象的当前位置，自动地移动成像设备的拍摄***以便使包括对象的当前位置的拍摄区域等中心和/或显现，并且尤其以VOI体积图像的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄。

Description

位置确定方法、用于控制X射线设备的方法和医学***
技术领域
本发明涉及一种用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法、一种用于通过使用所述用于确定对象的当前位置的方法控制X射线设备的方法、一种用于控制X射线设备的方法和一种装置。
背景技术
在中空器官、例如人体的或者(身体)体模(Phantom)的血管***中的介入式医学过程要求将医学对象、例如设备或者仪器通过经皮的血管入口导入血管***中并且向待治疗的目标区域导引。在传统上操作者在成像、例如X射线透视的情况下通过导入鞘将对象、例如导引导管、微导管或者导丝导入血管***中并且随即借助用于使血管可见的造影剂注射将对象导航至目标区域中。在此，操作者在很多情况下通过他的助手辅助地直接站在患者台处，以便实施所述过程。
这种医学操作方式的一种扩展设计将机器人***连接在操作者的手与患者之间，其优点是，操作者不必再直接站在用于患者的支承台处，而是可以遥控地实施对所述对象的调整(旋转、向前和向后移动)。这种机器人***原则上是已知的，借助所述机器人***能够机器人辅助地作用产生对象、例如导管和/或导丝在患者的中空器官中的(半)自动的移动，例如由EP 3406291B1已知。为此为操作者提供用于遥控式移动的相应的用户界面。此外有利的是，为了必要的视觉反馈，拍摄、传输并且向操作者显示成像设备的透视图像。对医学对象的这种通过机器人的导引的优点主要在于操作者的舒适的工作位置、能够完全离开患者台处的辐射区域的可能性和由此通过避免辐射实现的更高的安全性。
尤其对于要求较高的血管情况，例如在慢性或者急性的完全梗阻的情况下，为了良好的疗效合理的是，3D地拍摄和显示在血管中移动的医学对象和在血管中靠近医学对象的周围环境。然而，对于成像设备的这种体积图像(例如DynaCT成像)，在完全打开的(准直器)X射线窗口中使用非常多的X射线剂量。由现有技术已知高分辨率的所谓的VOI显示(关注体积，Volume of interest)，其所基于的是X射线窗口在3D运行期间明显受限，即实施在所述对象和其紧邻的周围环境上的显现。为此，成像设备和/或支承台必须这样定位，使得所述对象尽可能居中地处于成像设备的拍摄***(例如C形臂)的等中心。手动地实施成像设备的这种定位是非常耗费时间的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于控制具有成像设备和用于移动医学对象的机器人***的医学***的方法，所述方法实现了尽可能快速和精确地等中心到VOI上；此外本发明所要解决的技术问题在于，提供一种适用于实施所述方法的医学***。此外本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种尽可能简单的用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法。
该技术问题按本发明通过用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法、用于通过使用所述用于确定对象的当前位置的方法控制X射线设备的方法、用于控制X射线设备的方法和用于实施上述方法的装置解决。
通过按照本发明的用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法能够以快速的方式非常精确地确定对象的位置，而不需要使用附加的X射线辐射，其中，所述对象能够借助机器人***机器人辅助地在身体中移动。为此进行以下步骤：提供至少一个身体部分的先前拍摄的三维体积图像(Pre-Volumenbild)，由机器人***的测量和/或控制数据确定(Ermittlung)所述对象移动经过的路程长度，并且基于三维体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定(Bestimmung)和/或计算所述对象的当前位置。在所述方法中也不需要使用其它的位置确定***、例如导航***。所述方法提供了非常简单的用于位置确定的可能性，因为在此只将所述对象沿纵向移动经过的路程长度和起点用于确定当前位置。
所述身体可以是人类或者动物的身体或者(身体)体模或者检测样本
Figure BDA0003231080270000021
所述对象例如可以导入人类/动物的身体或者体模的中空器官中或者检测样本的通道***中。
原则上例如由EP 3406291 B1已知机器人***，借助所述机器人***能够机器人辅助地作用使得对象、例如导管和/或导丝在患者的中空器官中(半)自动地移动。
按照本发明的一种设计方案，所述机器人***具有带有驱动器的驱动***，所述驱动***作用使得所述对象进给或者说产生所述对象的进给，并且将驱动***的测量和/或控制数据用于确定所述对象移动经过的路程长度。驱动***、例如步进电机例如可以根据其控制数据或者借助测量来说明，所述进给并且因此所述对象的路程长度已经包括了多少毫米或者厘米。
按照本发明的一种设计方案，可以使用先前尤其基于所述三维体积图像(Pre-Volumenbild)生成的路径计划数据，以便确定对象的位置。尤其将所确定的移动经过的路程长度与先前针对所述对象的移动所计划的路径相关联，以便确定当前位置。因此例如在假设对象跟随所计划的路径的情况下，可以在路径计划数据中显示准确的当前位置。因为路径计划数据通常以患者的坐标系配准，也可以简单地确定对象的当前绝对位置。
此外，本发明包括一种用于控制具有拍摄***的X射线设备的方法，所述方法使用按照本发明的用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法，其中，所述对象能够借助机器人***机器人辅助地在身体中移动，所述方法具有以下附加的步骤：自动地移动X射线设备的拍摄***以便使包括对象的当前位置的拍摄区域等中心(Isozentrierung)和/或显现(Einblendung)，并且尤其以准直的体积图像、例如VOI的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄。与之相关地，基于对所述对象的当前位置的确定这样控制和移动X射线设备的拍摄***，使得对象的当前位置处于拍摄***的等中心处并且在需要时实施附加的显现。由此获得的VOI接下来自动地借助3D拍摄、例如DynaCT被拍摄。按照本发明的方法可以自动地特别快速、简单并且以较少的X射线剂量实施。由此可以实现所需的拍摄区域的高质量的拍摄，而例如不会使身体不必要地受到附加辐射的负荷。通过高质量的拍摄能够实现特别好的诊断和改善的疗效。
以针对特别顺利地运行所述方法有利的方式，所述X射线设备以至少一个先前拍摄的三维体积图像和/或路径计划数据预配准(vorregistriert)。
按照本发明的另一设计方案，可以进行用户输入的接收，所述用户输入触发所述方法用于控制。用户输入可以用作针对所述方法的触发器，例如医生可以在需要时启动所述方法。
按照本发明的另一设计方案，所述X射线设备具有患者台，并且为了使拍摄区域等中心和/或显现，附加地移动所述患者台。
此外，本发明包括一种用于在对医学对象的通过机器人***实施的机器人辅助的穿过身体的移动进行监测期间控制具有拍摄***的X射线设备的方法，所述方法具有以下步骤：接收用于对拍摄区域进行拍摄的用户输入，提供至少一个身体部分的先前拍摄的三维体积图像，由机器人***的测量和/或控制数据确定所述对象移动经过的路程长度，基于三维体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定和/或计算对象的当前位置，自动地移动X射线设备的拍摄***以便使包括对象的当前位置的拍摄区域等中心和/或显现，并且尤其以准直的体积图像、例如VOI的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄。通过所述方法能够以快速的方式非常精确地确定对象的位置，而不必使用附加的X射线辐射。
所述方法提供了非常简单的用于位置确定的可能性，因为在此只将所述对象沿纵向移动经过的路程长度和起点用于确定当前位置。基于位置确定随即这样控制和移动X射线设备的拍摄***，使得对象的当前位置处于拍摄***的等中心处并且在需要时实施附加的显现。由此获得的VOI接下来自动地借助3D拍摄、例如DynaCT被拍摄。按照本发明的方法可以自动地特别快速、简单并且以较少的X射线剂量实施。由此可以实现所需的拍摄区域的高质量的拍摄，而不会使身体不必要地受到附加辐射的负荷。通过高质量的拍摄能够实现特别好的诊断和改善的疗效。
此外，本发明包括一种医学***，所述医学***具有机器人***，所述机器人***具有至少一个机器人控制单元和机器人辅助的驱动***，所述驱动***具有驱动器和驱动机构，其中，所述驱动***设计用于，借助机器人控制单元的控制信号基于路径计划数据在身体中移动医学对象，所述医学***具有计算单元，所述计算单元设计用于由驱动***的测量和/或控制数据确定所述对象移动经过的路程长度并且用于基于三维体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定和/或计算所述对象的当前位置，以及所述医学***具有X射线设备，所述X射线设备具有***控制单元和能移动的拍摄***，所述拍摄***用于拍摄能被成像的拍摄区域的图像，其中，***控制单元设计用于这样控制拍摄***以便移动和拍摄图像，使得拍摄***进行自动的移动，以便使包括对象的当前位置的拍摄区域等中心和/或显现，并且尤其以增大的体积图像的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄，所述医学***还具有用于接收用户输入的输入单元。所述拍摄***尤其由C形臂形成。所述医学***还可以具有能移动的患者台。
附图说明
以下根据附图中的示意性示出的实施例详细阐述本发明以及其它有利的设计方案，本发明不会由此局限于这些实施例。在附图中：
图1示出用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法的流程；
图2示出用于在对医学对象的机器人辅助的穿过患者的中空器官的移动进行监测期间控制X射线设备的方法的流程；
图3示出基于体积图像计算的对象的当前位置的视图；
图4示出按照本发明的医学***的视图；并且
图5示出借助按照本发明的方法拍摄的VOI体积图像的视图。
具体实施方式
在图1中示出用于确定导入身体中的对象的当前位置的方法的步骤，所述对象能够通过机器人***机器人辅助地移动通过中空器官。原则上例如由EP 3406291 B1已知机器人***，借助所述机器人***能够机器人辅助地作用使得对象、例如导管、支架和/或导丝在例如患者的中空器官中(半)自动地移动。在对象移动了一段时间之后，例如操作人员(例如医生)现在需要检验位置或者确定当前位置。
所述身体可以是人类或者动物的身体或者体模或者检测样本。所述对象例如可以导入人类/动物的身体或者体模的中空器官(即例如血管***、血管树状结构、支气管***等)中或者检测样本的通道***中。
在第一步骤30中，提供至少一个身体部分、例如中空器官或者通道***的先前拍摄的三维体积图像(“Pre-OP”)。这种体积图像通常被生成用于获得关于整个治疗区域的概览并且用于能够实施例如针对所述对象的移动的路径计划。先前拍摄的体积图像先前例如针对患者或者体模的坐标系被配准或者配准过。这种体积图像例如可以是通过CT(计算机断层扫描设备)、MR(磁共振设备)或者血管造影X射线设备生成的。
在第二步骤31中，由机器人***的测量和/或控制数据确定所述对象的借助机器人辅助的进给已经移动经过的路程长度。在此例如可以问询并且使用产生进给的步进电机的数据。数据能够被相应地处理或者换算，以便获得移动经过的路程长度。然而，由移动经过的路程长度通常只能确定距离，但不能确定准确的路径或者准确的位置。
因此，在第三步骤32中现在基于三维体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定或者计算对象的当前位置。为了说明，在图3中示出先前生成的体积图像Vpre，中空器官H成像在所述体积图像上。在先前生成的体积图像Vpre中，示出针对所述对象O的路程的先前计划的路径G。由对象O的原始位置A出发，现在将移动经过的路程长度L布置在计划的路径G上并且由此非常精确地获得对象O的当前位置P。这也可以在没有路径计划的情况下只基于先前生成的体积图像Vpre实施。为了例如能够在中空器官或者通道***的分支处理解真正选取的路程并且为了粗略定向，可以在此附加地使用来自透视拍摄(或称为荧光镜检查照片)的信息或者其它导航***的数据。
在图2中示出用于控制X射线设备的方法的流程，所述X射线设备以按照本发明的方式方法使用按照图1的位置确定方法。为此例如使用如图5所示的医学***1。所述医学***1具有机器人***和X射线设备10。机器人***设计用于使医学对象O、例如仪器、支架、导丝或者导管例如在患者15或者体模的中空器官或者检测样本的通道***中半自动或者自动地移动。在此，半自动的控制例如理解为能够通过输入单元17(例如操纵杆、触摸板、旋转调节器、…)从操作人员传输至机器人控制单元8的控制。机器人***具有至少一个机器人控制单元8和机器人辅助的驱动***7。所述驱动***7设计用于使得医学对象在进入点处导入之后基于机器人控制单元8的控制信号例如在患者15或者体模的中空器官中移动。驱动***7在此包括至少一个驱动器和驱动机构(未示出，例如由EP 3406291 B1已知)，所述驱动机构例如与导丝5可拆卸地耦连。借助驱动机构和驱动器可以纵向地将导丝5前推和回拉和/或附加地旋转移动。纵向进给的路程长度可以由驱动***(例如步进电机)的测量数据或者控制数据确定。机器人控制单元8与(例如远离(remote)患者布置的)输入单元17连接，操作人员、例如介入的心脏病专科医生或者放射科医生可以操作所述输入单元。控制信号从输入单元17(例如一个或多个操作杆、触摸板、控制按钮等)传输至机器人控制单元8并且以此方式半自动地控制对象的移动。备选地，操作人员也可以针对所述对象进行路径计划或者允许自动地生成路径计划。这个路径计划被传输至机器人控制单元8并且由此可以进行全自动的移动。路径计划也可以在半自动的移动时用作参考。
为了获得关于介入和移动的概览，设置有X射线设备10。所述X射线设备10例如具有C形臂13，所述C形臂固持X射线源12和X射线探测器11并且与***控制装置16连接。C形臂13能够相对于患者或者体模的身体或者检测样本移动地布置，在移动式X射线设备的情况下，也可以移动整个X射线设备。作为备选或补充，患者台19也可以相对于X射线设备或者拍摄***移动。借助X射线设备10可以生成可成像的拍摄区域的图像并且显示在显示单元18上。成像设备的机器人控制单元8和***控制装置16可以双向地交换数据并且相互通信。也可以设置共同的控制装置，所述控制装置包括机器人控制单元8和***控制装置16。此外，医学***1包括计算单元20，所述计算单元设计用于由驱动***的测量和/或控制数据确定所述对象移动经过的路程长度并且用于基于先前生成的体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定和/或计算对象的当前位置。可以已经在机器人***与X射线设备之间例如通过先前生成的3D图像数据进行了配准。
如果操作人员需要对象和其周围环境、例如在中空器官或者通道***的血管分支附近的、形式为VOI照片的准确的3D视图，则操作人员进行用户输入。用户输入例如可以由***控制装置16接收(第四步骤33)并且所述接收触发所述方法(参见图2)。接下来在第一步骤30中提供至少一个身体部分、例如中空器官或者通道***的先前拍摄的三维体积图像(“Pre-OP”)Vpre。先前拍摄的体积图像先前例如针对X射线设备的坐标系被配准或者配准过(或者已经直接由X射线设备生成)。在第二步骤31中，由机器人***的测量和/或控制数据确定所述对象的借助机器人辅助的进给已经移动经过的路程长度。为此，例如可以问询和使用产生进给的步进电机的数据。所述数据能够被相应地处理或者换算，以便获得移动经过的路程长度。然而，由移动经过的路程长度通常只能确定距离，但不能确定准确的路径。因此，在第三步骤32中现在基于三维体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定或者计算对象的当前位置。如果确定了对象的当前位置，则将所述当前位置传递至X射线设备1的***控制装置16以进行控制并且在第五步骤34中使X射线设备的拍摄***(和/或患者台19)这样自动地移动，使得对象的当前位置等中心。所述对象尤其成为拍摄区域的中心。此外，附加地实施显现(例如借助准直器)，因此只显现对象和其紧邻的周围环境、即VOI。VOI的准确尺寸可以是预设的或者自动选择的。VOI例如可以是完整图像的体积的四分之一或者更少。接下来在第六步骤35中拍摄所显现的拍摄区域的具有对象O和其紧邻的周围环境的VOI体积图像VVOI，参见图5。基于这种VOI体积图像，例如可以在对象移动时(例如在血管分支或者血管封闭处)更好地识别关键情况并且因此实现改善的诊断和治疗。通过所述方法的自动化可以快速并且无耗费地实施图像拍摄。
所述方法可以通过传感器件、例如导航***，针对所述对象的尖部或者中心(对于血管支架)、例如EM跟踪(EM-Tracking)变得更鲁棒。
所述方法的优点在于使拍摄***(并且可能将患者台)的耗费的定位自动化。以此方式可以产生VOI体积图像，即期望的拍摄区域的、也就是所述对象和其紧邻的周围环境的在X射线窗口方面明显受限的体积图像。通过受限的图像区域，X射线剂量相对于以完整格式的3D照片明显减小并且因此将对于身体的风险最小化。
本发明能够按照以下方式简短总结为：为了在对医学对象的通过机器人***实施的机器人辅助的穿过身体(例如患者或者体模的中空器官或者检测样本的通道***)的移动进行监测期间特别快速并且精确地拍摄VOI，规定一种用于控制具有拍摄***的X射线设备的方法，所述方法具有以下步骤：接收用于对拍摄区域进行拍摄的用户输入，提供至少一个身体部分的先前拍摄的三维体积图像，由机器人***的测量和/或控制数据确定对象移动经过的路程长度，基于三维体积图像通过使用对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定和/或计算对象的当前位置，自动地移动成像设备的拍摄***以便使包括对象的当前位置的拍摄区域等中心和/或显现，并且尤其以VOI体积图像的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄。

Claims (16)

1.一种用于确定导入身体中的对象(O)的当前位置(P)的方法，其中，所述对象(O)能够借助机器人***机器人辅助地在身体中移动，所述方法具有以下步骤：
·提供至少一个身体部分的先前拍摄的三维体积图像(Vpre)，
·由机器人***的测量和/或控制数据确定所述对象(O)移动经过的路程长度(L)，并且
·基于三维体积图像(Vpre)通过使用所述对象(O)的所确定的移动经过的路程长度(L)和原始位置(A)确定和/或计算所述对象(O)的当前位置(P)。
2.按权利要求1所述的方法，其中，使用先前尤其基于所述三维体积图像(Vpre)生成的路径计划数据。
3.按权利要求2所述的方法，其中，将所确定的移动经过的路程长度(L)与先前针对所述对象的移动所计划的路径(G)相关联，以便确定当前位置(P)。
4.按前述权利要求之一所述的方法，其中，所述机器人***具有带有驱动器的驱动***(7)，所述驱动***作用使得所述对象(O)进给，并且其中，将驱动***(7)的测量和/或控制数据用于确定所述对象(O)移动经过的路程长度(L)。
5.一种用于控制具有拍摄***的X射线设备(10)的方法，所述方法使用按权利要求1至4之一所述的用于确定导入身体中的对象(O)的当前位置(P)的方法，其中，所述对象(O)能够借助机器人***机器人辅助地在身体中移动，所述方法具有以下步骤：
·自动地移动X射线设备(10)的拍摄***以便使包括对象(O)的当前位置(P)的拍摄区域等中心和/或显现，并且
·尤其以VOI体积图像(VVOI)的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄。
6.按权利要求5所述的方法，其中，所述X射线设备(10)以至少一个先前拍摄的三维体积图像(Vpre)和/或路径计划数据预配准。
7.按权利要求5或6之一所述的方法，其中，进行用户输入的接收，所述用户输入触发所述方法用于控制。
8.按权利要求5至7之一所述的方法，其中，所述X射线***(10)具有患者台(19)，并且其中，为了使拍摄区域等中心和/或显现，附加地移动所述患者台(19)。
9.一种用于在对医学对象(O)的通过机器人***实施的机器人辅助的穿过身体的移动进行监测期间控制具有拍摄***的X射线设备(10)的方法，所述方法具有以下步骤：
·接收用于对拍摄区域进行拍摄的用户输入，
·提供至少一个身体部分的先前拍摄的三维体积图像(Vpre)，
·由机器人***的测量和/或控制数据确定所述对象(O)移动经过的路程长度(L)，
·基于三维体积图像(Vpre)通过使用所述对象(O)的所确定的移动经过的路程长度(L)和原始位置(A)确定和/或计算对象(O)的当前位置(P)，
·自动地移动X射线设备(10)的拍摄***以便使包括对象(O)的当前位置(P)的拍摄区域等中心和/或显现，并且
·尤其以VOI体积图像(VVOI)的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄。
10.按权利要求9所述的方法，其中，使用先前尤其基于所述三维体积图像生成的路径计划数据。
11.按权利要求10所述的方法，其中，将所确定的移动经过的路程长度与先前针对所述对象的移动所计划的路径相关联，以便确定当前位置。
12.按权利要求9至11之一所述的方法，其中，所述机器人***具有带有驱动器的驱动***，所述驱动***作用使得所述对象移动，并且其中，将驱动***的测量和/或控制数据用于确定所述对象移动经过的路程长度。
13.按权利要求9至12之一所述的方法，其中，所述成像***具有患者台，并且其中，为了使拍摄区域等中心和/或显现，附加地移动所述患者台。
14.一种用于实施按权利要求5至13之一所述的方法的医学***(1)，所述医学***具有机器人***，所述机器人***具有至少一个机器人控制单元(8)和机器人辅助的驱动***(7)，所述驱动***具有驱动器和驱动机构，其中，所述驱动***(7)设计用于，借助机器人控制单元(8)的控制信号基于路径计划数据在身体中移动医学对象，所述医学***具有计算单元(20)，所述计算单元设计用于由驱动***的测量和/或控制数据确定所述对象移动经过的路程长度并且用于基于三维体积图像通过使用所述对象的所确定的移动经过的路程长度和原始位置确定和/或计算所述对象的当前位置，以及所述医学***具有成像设备，所述成像设备具有***控制单元(16)和能移动的拍摄***(11；12；13)，所述拍摄***用于拍摄能被成像的拍摄区域的图像，其中，***控制单元(16)设计用于这样控制拍摄***(11；12；13)以便移动和拍摄图像，使得拍摄***进行自动的移动，以便使包括对象的当前位置的拍摄区域等中心和/或显现，并且尤其以VOI体积图像的形式对所述拍摄区域进行图像拍摄，所述医学***还具有用于接收用户输入的输入单元。
15.按权利要求14所述的医学***，其中，所述拍摄***由C形臂形成。
16.按权利要求14或15所述的医学***，所述医学***具有能移动的患者台。
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