介入式成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種介入式成像系統(tǒng)，包括用于拍攝身體的介入數(shù)據(jù)的成像設(shè)備，至少兩個可以利用成像設(shè)備拍攝的、用于標(biāo)記介入儀器的位置標(biāo)記，用于播放拍攝的介入數(shù)據(jù)和位置標(biāo)記的顯示裝置，與顯示裝置相連的導(dǎo)航裝置，用于加載其中包括了身體的介入位置的、身體的介入前數(shù)據(jù)并且用于介入前數(shù)據(jù)與介入數(shù)據(jù)的相互配準(zhǔn)，其中，導(dǎo)航裝置被構(gòu)造用于，將配準(zhǔn)后的介入前數(shù)據(jù)連同介入位置與位置標(biāo)記一起在顯示裝置上播放，其中位置標(biāo)記標(biāo)記了沿著介入儀器的縱軸的位置，特別是同軸的位置。由此描述了一種系統(tǒng)和方法，其允許簡單的手動預(yù)定位，容易地向著或離開患者臥榻移動，無需前面的校準(zhǔn)、配準(zhǔn)或定位系統(tǒng)就行了，并且實現(xiàn)極高的靈活性。
【專利說明】介入式成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種介入式醫(yī)學(xué)診斷和/或治療系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]如例如在放射學(xué)中應(yīng)用的介入過程目前在許多疾病的診斷和治療中已經(jīng)具有重要作用。例如利用一定的儀器，例如針，以便從外面穿過皮膚(經(jīng)皮)到達(dá)身體中或器官內(nèi)部的特定位置。這一點例如涉及穿刺術(shù)、活組織檢查、切除術(shù)或近程治療?；蛘卟捎霉潭ㄐg(shù)，例如上螺絲。
[0003]由于成像系統(tǒng)，即所謂的模態(tài)，諸如計算機(jī)斷層造影、磁共振斷層造影或血管造影的技術(shù)發(fā)展，可以在越來越早的階段中發(fā)現(xiàn)感染的或癌變的病變。為了對患者造成盡可能少的負(fù)擔(dān)，當(dāng)病變還相對小地在空間上伸展時，越來越通常地在非常早期進(jìn)行最小侵入的介入。此外開發(fā)了用于器官系統(tǒng)的穿刺術(shù)、插導(dǎo)管和探入的越來越細(xì)的儀器。由于利用越來越細(xì)的儀器解決身體中越來越小的目標(biāo)區(qū)域的問題，也需要越來越精確和極有把握的導(dǎo)航方法。
[0004]因為醫(yī)生不能直接看到患者身體中的儀器，所以他求助于成像方法的支持。理想地，介入前為醫(yī)生提供模態(tài)(例如磁共振斷層造影裝置、計算機(jī)斷層造影裝置、血管造影設(shè)備)的三維數(shù)據(jù)組，在所述三維數(shù)據(jù)組中他可以識別目標(biāo)區(qū)域并且根據(jù)生理學(xué)來規(guī)劃到達(dá)那里的理想路徑并且由此規(guī)劃儀器的進(jìn)入點。在一種較簡單的變形中，在介入期間例如借助可以建立CT拍攝的C形臂X射線設(shè)備來識別目標(biāo)區(qū)域并且根據(jù)從X射線設(shè)備的二維和三維數(shù)據(jù)的組合信息進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。利用該規(guī)劃確定身體上的進(jìn)入點和介入儀器，例如針的取向。
[0005]一般地，儀器的進(jìn)入通道的規(guī)劃通過醫(yī)生借助規(guī)劃系統(tǒng)，也就是虛擬地借助適合于此的軟件來進(jìn)行并且然后手動地傳輸?shù)娇梢詸C(jī)器人支持地進(jìn)行的介入式儀器。
[0006]介入規(guī)劃然后可以被傳輸?shù)脚c三維數(shù)據(jù)組配準(zhǔn)的導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)可以借助不同的手動或自動的方法來控制或支持儀器的取向。儀器的進(jìn)給在此可以透視地，即實時地在X射線透射或超聲波下被監(jiān)視。替換地，介入前的三維數(shù)據(jù)組可以與C形臂數(shù)據(jù)組共同配準(zhǔn)并且信息然后被用于導(dǎo)航。
[0007]對于肥胖或強(qiáng)壯的患者例如出現(xiàn)問題。由于C形臂X射線設(shè)備的技術(shù)實現(xiàn)，僅可以重建一個有限的身體體積。由此例如可以發(fā)生，身體表面沒有被包含在三維數(shù)據(jù)組中。在虛擬規(guī)劃的情況下在該情況下醫(yī)生不能識別，穿刺點位于何處并且規(guī)劃的入口路徑是否可能由于骨或肋骨的重疊而對于介入是不合適的。目前例如在肝臟中經(jīng)皮膚的細(xì)針活組織檢查或集群的腫瘤切除通常在CT控制下進(jìn)行。在此執(zhí)行醫(yī)生對于其入口規(guī)劃使用由CT截面圖、從外部在患者的皮膚表面上設(shè)置的標(biāo)記以及通過在CT機(jī)架上安裝的激光十字線的取向輔助構(gòu)成的組合。
[0008]實際的穿刺以及儀器的向前移動在該方法中基本上手動地通過醫(yī)生進(jìn)行。視經(jīng)驗程度的不同在此需要多次穿刺。該方法除了對于患者不舒適以外還帶來并發(fā)癥的高風(fēng)險，諸如出血、器官損傷或血腫。此外在該方法中穿刺精度，特別是在非常小的目標(biāo)區(qū)域的情況下是有限的。
[0009]為了達(dá)到更有針對的儀器導(dǎo)引，可以采用支持的不同其他導(dǎo)航輔助，例如光學(xué)或電磁定位系統(tǒng)或使用立體框架，該立體空間的空間位置是已知的并且具有用于儀器導(dǎo)引的裝置。但是該方法是開銷大的。此外儀器的遠(yuǎn)離患者的遠(yuǎn)端可以通過定位系統(tǒng)監(jiān)視。但是由此沒有被考慮儀器，例如針尖的可能的變形，該變形通過身體中的阻力引起并且可能導(dǎo)致穿刺路徑偏離。
[0010]從文獻(xiàn)DE102007045075A1中公知一種介入式導(dǎo)航系統(tǒng)，其具有用于引導(dǎo)其上固定的儀器的多軸機(jī)器人手臂。機(jī)器人手臂具有彈力調(diào)節(jié)器，通過該彈力調(diào)節(jié)器，該機(jī)器人手臂可以外部地，例如手動地，控制力作用地屈伸。由此儀器可以由使用者手動定位并且同時由導(dǎo)航系統(tǒng)自動保持在期望的方向和位置中或者在期望的路徑上。為此必須將患者的三維數(shù)據(jù)、機(jī)器人手臂以及手術(shù)中的成像設(shè)備相互配準(zhǔn)。
[0011]在DE102007045075A1中反映的現(xiàn)有技術(shù)例如允許，醫(yī)生在活組織檢查中將自動的針導(dǎo)引器手動地預(yù)定位并且機(jī)器人接管針的最終放置和取向。為此提到一系列用于位置識別的方法，這些方法全部基于外部的定位技術(shù)(光學(xué)的、電磁的導(dǎo)航)或固定的機(jī)械配準(zhǔn)。在機(jī)械配準(zhǔn)的情況下機(jī)器人應(yīng)當(dāng)關(guān)于C形臂系統(tǒng)固定地安裝。
[0012]但是如果在外科領(lǐng)域中應(yīng)用這樣的系統(tǒng)，則可能出現(xiàn)局限性。在用于固定脊柱的過程中例如將多個螺絲嵌入不同的脊椎體中。在儀器支架的固定的機(jī)械配準(zhǔn)中需要定期和開銷大的校準(zhǔn)，以確保在嵌入螺絲時的精確定位。該校準(zhǔn)是容易受干擾的，因為不能排除在手術(shù)中對儀器支架的隨機(jī)的機(jī)械影響。因為正確的和精確的校準(zhǔn)對于螺絲的精確嵌入來說是必需的，所以由此必須經(jīng)常重復(fù)校準(zhǔn)。這一點是費時的并且在手術(shù)場合是不現(xiàn)實的。
[0013]如果取而代之采用附加的外部定位技術(shù)(光學(xué)的、電磁的導(dǎo)航)，則必須首先將患者與手術(shù)規(guī)劃(例如規(guī)劃的螺絲位置)配準(zhǔn)。然后必須將患者和儀器支架利用定位技術(shù)配準(zhǔn)。多個配準(zhǔn)步驟是麻煩的。此外人們更愿意放棄附加的定位系統(tǒng)，因為其硬件經(jīng)常擋路并且此外還是容易受干擾的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種介入式成像系統(tǒng)和方法，其使得可以對要按照介入規(guī)劃執(zhí)行的介入通過連續(xù)的成像，特別是透視，進(jìn)行支持和監(jiān)督，其中同時將用于校準(zhǔn)和配準(zhǔn)的開銷保持為較小，并且無需附加的定位系統(tǒng)就可以解決。
[0015]本發(fā)明通過具有獨立權(quán)利要求的特征的成像系統(tǒng)和方法解決上述技術(shù)問題。
[0016]本發(fā)明的基本思路在于一種介入式成像系統(tǒng)，包括用于拍攝身體的介入數(shù)據(jù)的成像設(shè)備，至少兩個可以利用成像設(shè)備拍攝的、用于標(biāo)記介入儀器的位置標(biāo)記，用于播放拍攝的介入數(shù)據(jù)和位置標(biāo)記的顯示裝置，與顯示裝置相連的導(dǎo)航裝置，用于加載其中包括了身體的介入位置的、身體的介入前數(shù)據(jù)并且用于介入前數(shù)據(jù)與介入數(shù)據(jù)的相互配準(zhǔn)，其中導(dǎo)航裝置被構(gòu)造用于，將配準(zhǔn)后的介入前數(shù)據(jù)連同介入位置與位置標(biāo)記一起在顯示裝置上播放，其中，位置標(biāo)記這樣構(gòu)造并且可以布置在縱向的介入儀器上，使得其這樣標(biāo)記沿著介入儀器的縱軸的位置，特別是同軸的位置，使得當(dāng)在顯示裝置上位置標(biāo)記互相或與介入位置對齊時也將介入儀器的實際的縱軸與實際的介入位置對齊。通過僅將可很好拍攝的位置標(biāo)記連續(xù)拍攝并且在顯示裝置上進(jìn)行播放，可以在拍攝時節(jié)省劑量，在利用X射線成像系統(tǒng)拍攝的情況下也就是可以節(jié)省X射線劑量。關(guān)于目標(biāo)位置或介入位置的相關(guān)的位置信息在此從配準(zhǔn)的介入前數(shù)據(jù)中獲得。但是除了位置標(biāo)記之外還可以連續(xù)拍攝介入數(shù)據(jù)并且在顯示裝置上播放。
[0017]該基本思路的有利擴(kuò)展在于，介入數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)。
[0018]該基本思路的另一個有利擴(kuò)展在于，介入前數(shù)據(jù)是三維數(shù)據(jù)。
[0019]該基本思路的另一個有利擴(kuò)展在于，介入前數(shù)據(jù)也可以在介入期間就在各自的當(dāng)前部分介入之前被拍攝并且是三維數(shù)據(jù)(例如三維DynaCT)。
[0020]該基本思路的另一個有利擴(kuò)展在于，成像設(shè)備是X射線設(shè)備。
[0021]該基本思路的另一個有利擴(kuò)展在于，成像系統(tǒng)是可以拍攝三維數(shù)據(jù)的C形臂X射線系統(tǒng)，由此以有利的方式給出在二維和三維數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在配準(zhǔn)。
[0022]該基本思路的另一個有利擴(kuò)展在于，介入儀器可以是儀器、儀器支架或儀器導(dǎo)引
>J-U ρ?α裝直。
[0023]本發(fā)明的另一個基本思路在于，用于介入式成像的方法包括步驟:
[0024]-拍攝介入數(shù)據(jù)，
[0025]-將至少兩個位置標(biāo)記布置在縱向的介入儀器上，其中位置標(biāo)記這樣構(gòu)造并且布置在介入儀器上，使得其將沿著介入儀器的縱軸的位置，特別是同軸的位置這樣進(jìn)行標(biāo)記，使得當(dāng)在顯示裝置上位置標(biāo)記互相或與介入位置對齊時也將介入儀器的實際的縱軸與實際的介入位置對齊，
[0026]-拍攝位置標(biāo)記，
[0027]-加載介入前數(shù)據(jù)，其中包括了身體的介入位置，
[0028]-將介入數(shù)據(jù)和介入前數(shù)據(jù)互相配準(zhǔn)，
[0029]-將配準(zhǔn)后的介入前數(shù)據(jù)連同介入位置與位置標(biāo)記一起在顯示裝置上播放。
[0030]通過僅將可很好拍攝的位置標(biāo)記連續(xù)拍攝并且在顯示裝置上播放，可以在拍攝時節(jié)省劑量，在利用X射線成像系統(tǒng)拍攝的情況下也就是可以節(jié)省X射線劑量。關(guān)于目標(biāo)位置或介入位置的相關(guān)的位置信息在此從配準(zhǔn)后的介入前數(shù)據(jù)中獲得。但是除了位置標(biāo)記之外還可以連續(xù)拍攝介入數(shù)據(jù)并且在顯示裝置上播放。
[0031 ] 一種有利擴(kuò)展在于，介入數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)。
[0032]另一個有利擴(kuò)展在于，介入前數(shù)據(jù)是三維數(shù)據(jù)。
[0033]另一個有利擴(kuò)展在于，成像設(shè)備是X射線設(shè)備。
[0034]該基本思路的另一個有利擴(kuò)展在于，
[0035]-根據(jù)位置標(biāo)記自動識別介入儀器的當(dāng)前位置和取向，
[0036]-根據(jù)介入前數(shù)據(jù)和介入位置自動識別當(dāng)前位置和取向與介入儀器的目標(biāo)位置和目標(biāo)取向的偏差，并且
[0037]-將該偏差或從中形成的用于移動介入儀器的移動建議在顯示裝置上顯示。
[0038]本發(fā)明的一個基本思路按照前面的解釋也就是在于，使用連續(xù)的介入式成像(透視)，用于介入儀器的儀器支架或?qū)бb置的、按照預(yù)先給出的規(guī)劃的最終的和精確的定位。作為成像系統(tǒng)，優(yōu)選使用X射線系統(tǒng)，例如C形臂X射線系統(tǒng)。由此描述了一種系統(tǒng)和方法，其允許簡單的手動預(yù)定位，容易地向著或離開患者臥榻移動，無需前面的校準(zhǔn)、配準(zhǔn)或定位系統(tǒng)就行了，并且實現(xiàn)極高的靈活性。
[0039]為此，儀器導(dǎo)引裝置構(gòu)造為具有至少一個，更好的話是兩個可拍攝的，必要時是防X射線的標(biāo)記，作為位置標(biāo)記，所述標(biāo)記在其形狀和互相的方位方面是已知的。這些標(biāo)記可以構(gòu)造為類似于瞄準(zhǔn)凹槽/準(zhǔn)星目標(biāo)裝置。在介入式圖像中其借助圖像處理和圖像識別的手段來識別并且由此顯示其相對于介入式圖像的位置和取向。如果應(yīng)當(dāng)計算標(biāo)記或者說介入儀器的位置和取向，則作為計算參數(shù)例如可以使用其在介入圖像中的大小，其互相的位移，和/或其對稱/傾斜。在這樣的計算的結(jié)果中可以將介入儀器的當(dāng)前位置和取向與介入位置處的位置和取向進(jìn)行比較。比較結(jié)果又可以顯示給手術(shù)醫(yī)生，或者其可以確定并顯示介入儀器向著介入位置的移動建議，或者其可以將這樣的移動建議傳輸?shù)接糜谧詣右苿咏槿雰x器的控制裝置上。
[0040]如果采用如在透視中通常的二維圖像系統(tǒng)，則首先缺少關(guān)于導(dǎo)引裝置或介入儀器就成像系統(tǒng)或就介入位置來說的高度的信息。但是當(dāng)圖像探測器構(gòu)造為使得探測器法線與規(guī)劃的介入路徑一致時該信息的缺少不重要。于是可以由手術(shù)醫(yī)生自己來監(jiān)視并且必要時也由該手術(shù)醫(yī)生手動控制介入儀器相對于患者的高度或者說距離。
[0041]但是當(dāng)成像系統(tǒng)的取向改變時，在需要時導(dǎo)引裝置的高度也可以從另一個透視圖像中計算得到。當(dāng)探測器法線與規(guī)劃的介入路徑不一致時(例如如果探測器例如由于碰撞問題而不能到達(dá)該位置時)這一點可以是必需的。于是可以根據(jù)規(guī)劃和與之配準(zhǔn)的探測器位置來計算探測器圖像中標(biāo)記的方位、大小和形狀并且用作進(jìn)一步定位的基礎(chǔ)。
[0042]完全不需要配準(zhǔn)，因為在儀器支架并且由此在標(biāo)記的初始移動之后從介入圖像中的位置變化中可以計算出儀器支架的、與儀器支架的最終的規(guī)劃的對齊的相對移動。由此儀器的支撐裝置、例如機(jī)器人例如可以安裝在有輪小車上并且簡單地在需要時駛向患者臥榻。
[0043]相應(yīng)地，優(yōu)點在于，不需要機(jī)器人或介入儀器支架與成像系統(tǒng)、例如C形臂X射線系統(tǒng)的緊密集成。在沿著規(guī)劃的介入軌跡對齊了圖像探測器之后，機(jī)器人手臂可以僅基于介入圖像，例如透視圖像來確定介入儀器支架的期望的位置。這意味著，在成像系統(tǒng)中已經(jīng)規(guī)劃的軌跡本身不需要被傳輸?shù)浇槿雰x器支架系統(tǒng)，而是僅通過介入圖像來確定。
[0044]成像本身可以利用匹配的、低圖像速率進(jìn)行。因為標(biāo)記是可最佳拍攝的，在X射線系統(tǒng)的情況下也就是防X射線的，所以此外可以極大降低每幅圖像的透射劑量。
[0045]從成像系統(tǒng)或?qū)Ш窖b置向介入儀器控制裝置，例如機(jī)器人控制器的圖像傳輸/介入規(guī)劃的傳輸也可以無線地進(jìn)行。一般地，該概念也可以轉(zhuǎn)用到完全的手動定位。在此優(yōu)選使用機(jī)械的、手動可控的支架。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046]其他有利構(gòu)造從從屬權(quán)利要求中以及從以下結(jié)合附圖對實施例的描述中得到。附圖中:
[0047]圖1示出了介入成像系統(tǒng)，
[0048]圖2示出了未移動的位置標(biāo)記，
[0049]圖3示出了移動的位置標(biāo)記，
[0050]圖4示出了具有移動建議的位置標(biāo)記,和
[0051]圖5示出了在初始移動之前和之后的位置標(biāo)記。
【具體實施方式】
[0052]圖1示意性示出介入成像系統(tǒng)。其包括C形臂X射線系統(tǒng)3、患者支撐裝置2以及為介入目的而裝備的小車9。
[0053]C形臂X射線系統(tǒng)3包括在C形臂上布置的X射線輻射器4以及圖像探測器5。其與導(dǎo)航裝置6相連，該導(dǎo)航裝置用于支持介入，所述介入借助通過C形臂X射線系統(tǒng)3獲得的介入圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行。按照一種簡單的實施方式，按照二維的介入數(shù)據(jù)通過C形臂X射線系統(tǒng)3獲得。但是在一種稍復(fù)雜的實施方式中，也可以獲得三維數(shù)據(jù)，為此從C形臂的位置而得到的探測器法線必須被旋轉(zhuǎn)。
[0054]導(dǎo)航裝置6為了執(zhí)行介入而從相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器7加載介入前數(shù)據(jù)。介入前數(shù)據(jù)通常是在介入之前為了規(guī)劃該介入而對于待治療的身體獲得的三維數(shù)據(jù)。介入前數(shù)據(jù)可以利用不同的成像方法獲得，例如利用CT、MRT、PET。其也可以利用為介入而設(shè)置的C形臂X射線系統(tǒng)3本身獲得。同樣地，也可以采用不同模態(tài)的融合的數(shù)據(jù)組。介入前數(shù)據(jù)包括待治療的身體的至少一個包含了本來的介入位置的部分區(qū)域的顯示。根據(jù)介入前數(shù)據(jù)可以關(guān)于其精確的位置以及關(guān)于入口來規(guī)劃在介入位置上的介入。
[0055]導(dǎo)航裝置6將從數(shù)據(jù)存儲器7加載的介入前數(shù)據(jù)與由C形臂X射線系統(tǒng)3獲得的介入數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，所述介入數(shù)據(jù)例如可以是低劑量的透視數(shù)據(jù)。通過配準(zhǔn)確保了，在介入前數(shù)據(jù)中包含的介入位置可以在介入數(shù)據(jù)中被精確地定位。因此可以通過配準(zhǔn)將介入位置在介入數(shù)據(jù)中和由此在實際的患者身體中精確定位，以便能夠精確地在患者身體中的介入位置上進(jìn)行介入。配準(zhǔn)后的介入和介入前數(shù)據(jù)通過導(dǎo)航裝置6在顯示設(shè)備8上、例如在平板顯示器上播放。
[0056]待進(jìn)行介入的患者身體I位于患者支撐裝置2上。通過C形臂X射線系統(tǒng)3獲得透射的介入數(shù)據(jù)。特別地，將C形臂或患者身體I這樣對齊，使得患者身體的介入位置包含在介入數(shù)據(jù)中。因此將事先獲得的介入前數(shù)據(jù)與實時獲得的介入數(shù)據(jù)一起在顯示設(shè)備8上顯不O
[0057]為了利用介入儀器11盡可能精確地駛向并到達(dá)包含于在顯示設(shè)備8上顯示的配準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)中的、患者身體I上的介入位置，通過機(jī)器人手臂10引導(dǎo)介入儀器11。機(jī)器人手臂10可以包括彈力調(diào)節(jié)器，從而介入儀器11可以由手術(shù)醫(yī)生手動地引導(dǎo)。也可以遙控地操作機(jī)器人手臂，從而手術(shù)醫(yī)生通過遙控機(jī)器人手臂10來精確控制介入儀器11。此外可以考慮自動化的實施方式，在所述實施方式中根據(jù)介入前和介入圖像數(shù)據(jù)通過導(dǎo)航裝置6自動控制機(jī)器人手臂10。
[0058]為了傳輸規(guī)劃和圖像數(shù)據(jù)或為了傳輸其他命令可以使用在小車9和導(dǎo)航裝置6之間的數(shù)據(jù)連接。替換地，也可以在介入之前將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫≤?。在小車9和導(dǎo)航裝置6之間的數(shù)據(jù)連接可以如在圖1中通過虛線表示的那樣無線地進(jìn)行。
[0059]介入儀器11為了在介入數(shù)據(jù)中很好可見而具有位置標(biāo)記12、13。這些位置標(biāo)記如此來實現(xiàn)，使得其是可以利用介入成像設(shè)備很好拍攝的。如果介入成像設(shè)備構(gòu)造為X射線系統(tǒng)，則位置標(biāo)記12、13也就是實施為X射線可見的。位置標(biāo)記12、13在以下詳細(xì)解釋。
[0060]圖2中示意性示出了介入和介入前數(shù)據(jù)例如在顯示設(shè)備8上的顯示。根據(jù)介入前數(shù)據(jù)識別和標(biāo)記介入位置14。介入數(shù)據(jù)與介入前數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，使得介入位置14由此在介入數(shù)據(jù)中也在正確的位置上示出。圖像探測器中央地并且直接對齊介入位置14。
[0061]雖然介入儀器本身在介入數(shù)據(jù)中是不可識別的，但是位置標(biāo)記12、13是很好可見的。位置標(biāo)記12、13圓形地構(gòu)造并且沿著介入儀器與其縱軸同軸地布置。位置標(biāo)記12位于介入儀器的面向介入位置14的一側(cè)，位置標(biāo)記13位于相對的背向的一側(cè)。
[0062]介入儀器的縱軸相應(yīng)地是明顯可以識別的，不是精確地對齊介入位置14。通過位置標(biāo)記12、13的各自的中點延伸的虛擬的線相應(yīng)于介入儀器的縱軸并且顯然不是通過介入位置14延伸。此外從實際上圓形的位置標(biāo)記12、13的圖像投影的橢圓形變形可以識別，介入儀器不是垂直于圖像探測器，也就是說不是在探測器法線上對齊，而是傾斜的。
[0063]在圖3中示意性示出了在介入儀器定位改變的情況下前面解釋的介入前數(shù)據(jù)和介入數(shù)據(jù)連同位置標(biāo)記12、13。介入位置14繼續(xù)位于投影的中心。如前面那樣，圖像探測器中央地對齊介入位置14。位置標(biāo)記12、13同樣位于圖像中心。它們是對中心的，從而圓形標(biāo)記相互覆蓋。由此顯然介入儀器的縱軸同樣精確地當(dāng)中地并且對齊介入位置14地布置。因為介入儀器這樣地位于圖像的中心并且由此也自動垂直于圖像探測器，所以由此圓形的位置標(biāo)記12、13的投影同樣也是圓形的。
[0064]從位置標(biāo)記12、13的各自的投影的橢圓形形變中顯然可以確定，介入儀器按照哪個角度相對于圖像探測器法線傾斜。如果位置標(biāo)記12、13的互相的實際距離是已知的，則在相對于探測器法線傾斜的介入儀器的情況下從位置標(biāo)記12、13的橢圓形形變的投影的距離中附加地可以推導(dǎo)出介入儀器的空間位置。
[0065]當(dāng)進(jìn)行介入儀器的精確已知的任意移動并且然后拍攝兩個另外的位置和位置標(biāo)記12、13的形變時，可以實現(xiàn)這樣的位置確定的精度的提高。以這種方式可以借助位置標(biāo)記12、13在介入儀器的已知的幾何和布置，以及位置標(biāo)記12、13互相的必要時已知的距離，以及在兩個拍攝之間介入儀器的位置和取向的必要時已知的變化的情況下，確定介入儀器的不同的精確的位置數(shù)據(jù)。
[0066]圖4示出了重新的介入和介入前數(shù)據(jù)連同介入位置14和位置標(biāo)記12、13的各自的投影。介入位置14如前面那樣當(dāng)中地布置并且圖像探測器精確地與之對齊。位置標(biāo)記12,13如前面那樣不是當(dāng)中地布置并且其投影橢圓形地形變。介入儀器相應(yīng)地相對于探測器法線傾斜并且此外不與介入位置14對齊。通過箭頭a和b表示移動矢量，其應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致介入儀器與介入位置14的精確對齊。通過手動或自動按照移動矢量a、b控制介入儀器也就是可以逐漸地利用介入儀器移動到介入位置14。
[0067]圖5如前面那樣示出了介入位置14以及位置標(biāo)記12、13。位置標(biāo)記12、13相對于前面的拍攝布置在另外的位置上。這一點來源于相對于前面的位置進(jìn)行的、介入儀器的任意的預(yù)先已知的位置改變。在預(yù)先已知的任意的位置改變以及在介入儀器上的位置標(biāo)記12,13互相的已知距離的情況下可以從在任意移動之前和之后的位置標(biāo)記12、13的位置數(shù)據(jù)中獲得介入儀器的比較精確的位置數(shù)據(jù)。為此特別有在二維數(shù)據(jù)中不包含的z軸，也就是說，介入儀器與介入位置14的或與圖像探測器的距離。
[0068]借助獲得的介入儀器的數(shù)據(jù)以及從介入和介入前數(shù)據(jù)中可以看出的瞬時位置可以確定對于介入儀器的移動建議，通過該移動建議可以將介入儀器精確地對齊介入位置14。特別地，通過考慮關(guān)于介入儀器在Z軸上的位置的可能的信息，也就是，與介入位置14的距離，在此也可以遵守與介入位置14的或與患者身體的所需距離。
[0069]描述的實施例以鉆孔套管(BohrhUlse)為例在存在介入前規(guī)劃的情況下對于例如螺絲的定位實現(xiàn)了以下示例性工作流程A:
[0070]1.在患者臥榻附近手動定位具有鉆孔套管的機(jī)器人
[0071]2.手動粗略定位鉆孔套管
[0072]3.這樣定位C形臂X射線系統(tǒng)，使得探測器法線在介入位置示出，或者替換地計算透視圖上的標(biāo)記的目標(biāo)位置、大小和形狀
[0073]4.開始通過機(jī)器人自動定位
[0074]5.與規(guī)劃配準(zhǔn)
[0075]a.對介入透視圖中的標(biāo)記進(jìn)行透射拍攝和圖像識別
[0076]b.計算相對位置(X，y, z*)和初始的移動建議(delta_x, delta_y)
[0077]c.移動鉆孔套管
[0078]d.對介入透視圖中的標(biāo)記進(jìn)行透射拍攝和圖像識別
[0079]e.計算初始配準(zhǔn)的相對位置改變(dx, dy, dz)
[0080]6.定位/對齊套管
[0081]a.計算新的移動建議(dx, dy)
[0082]b.移動鉆孔套管
[0083]c.對透視圖中的標(biāo)記進(jìn)行透射拍攝和圖像識別
[0084]d.重復(fù)步驟6a.至6d.直到到達(dá)最終的位置/取向
[0085]7.可選:按照與對象的規(guī)劃的距離定位套管
[0086]對于第7)點，鉆孔套管在z方向上相對于對象的定位是關(guān)鍵的，因為必須避免患者由于套管的損傷。由此(例如從第5b點中標(biāo)記的放大)確定與探測器的初始距離和如果存在介入規(guī)劃和二維/三維配準(zhǔn)的話與患者的初始距離。該距離測量在定位的過程中利用許多數(shù)據(jù)持續(xù)得到改善。
[0087]—種替換解決方案在于，僅自動進(jìn)行X，y定位和對齊。如果進(jìn)行了所述定位和對齊，則醫(yī)生利用彈力調(diào)節(jié)的機(jī)器人手臂將套管靠近對象，其中機(jī)器人僅可以沿著探測器法線移動。
[0088]也可以考慮兩種方案的組合。醫(yī)生一直手動引導(dǎo)機(jī)器人或介入儀器，直到他獲得停止?目號。
[0089]對于總系統(tǒng)的實現(xiàn)可以設(shè)想不同的變形:
[0090]1.機(jī)器人手臂完全與C形臂系統(tǒng)集成并且也由其通過相應(yīng)的單元控制。
[0091]2.機(jī)器人手臂具有其本身的控制單元(圖像識別、圖像處理和移動規(guī)劃和控制)并且從C形臂系統(tǒng)得到介入前規(guī)劃數(shù)據(jù)和介入透視圖。
[0092]3.機(jī)器人手臂的控制包含全部的介入規(guī)劃、識別和控制。
[0093]4.兩種系統(tǒng)完全分離。規(guī)劃在C形臂系統(tǒng)處執(zhí)行。C形臂按照規(guī)劃對齊(探測器法線相應(yīng)于規(guī)劃的路徑)。機(jī)器人手臂的控制僅得到介入透視數(shù)據(jù)。利用關(guān)于C形臂的對齊的知識可以導(dǎo)航，無需傳輸三維數(shù)據(jù)或規(guī)劃數(shù)據(jù)。
[0094]總之工作流程可以如下表示:
[0095]1.利用醫(yī)學(xué)成像設(shè)備(通過醫(yī)生觸發(fā))建立患者的介入前三維圖像組
[0096]2.根據(jù)三維圖像組(通過醫(yī)生手動)確定患者的待治療的目標(biāo)區(qū)域/介入位置
[0097]3.規(guī)劃介入，例如在患者的脊柱中鉆孔，(也通過醫(yī)生手動地、可能通過治療規(guī)劃系統(tǒng)支持地)
[0098]4.將規(guī)劃傳輸給具有介入儀器的機(jī)器人
[0099]5.按照上面的A的工作流程定位介入儀器，例如鉆孔套管
[0100]6.通過手術(shù)醫(yī)生手動進(jìn)給介入儀器/鉆頭，可選地在進(jìn)給儀器期間(例如借助通過透視或另外的成像方法建立的介入圖像)進(jìn)行監(jiān)督。
【權(quán)利要求】
1.一種介入式成像系統(tǒng)，包括用于拍攝身體的介入數(shù)據(jù)的成像設(shè)備，至少兩個能夠利用成像設(shè)備拍攝的、用于標(biāo)記介入儀器的位置標(biāo)記，用于播放拍攝的介入數(shù)據(jù)和位置標(biāo)記的顯示裝置，與顯示裝置相連的導(dǎo)航裝置，用于加載其中包括了身體的介入位置的、身體的介入前數(shù)據(jù)并且用于介入前數(shù)據(jù)與介入數(shù)據(jù)的相互配準(zhǔn)，其中，所述導(dǎo)航裝置被構(gòu)造用于，將配準(zhǔn)后的介入前數(shù)據(jù)連同介入位置與位置標(biāo)記一起在顯示裝置上播放， 其特征在于， 所述位置標(biāo)記被這樣構(gòu)造并且能夠布置在縱向的介入儀器上，使得其這樣標(biāo)記沿著介入儀器的縱軸的位置，特別是同軸的位置，使得當(dāng)在顯示裝置上位置標(biāo)記互相或與介入位置對齊時也將介入儀器的實際的縱軸與實際的介入位置對齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)航裝置被構(gòu)造用于，除了介入前數(shù)據(jù)連同介入位置和位置標(biāo)記之外還將介入數(shù)據(jù)在所述顯示裝置上播放。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，所述介入數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，所述介入前數(shù)據(jù)是三維數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，所述成像設(shè)備是X射線設(shè)備。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的成像系統(tǒng)，其中，所述介入儀器可以是儀器、儀器支架或儀器導(dǎo)引裝置。
7.一種用于介入式成像的方法，包括步驟: -拍攝介入數(shù)據(jù)， -將至少兩個位置標(biāo)記布置在縱向的介入儀器上，其中，將所述位置標(biāo)記這樣構(gòu)造并且布置在介入儀器上，使得其將沿著介入儀器的縱軸的位置，特別是同軸的位置如下進(jìn)行標(biāo)記:使得當(dāng)在顯示裝置上位置標(biāo)記互相或與介入位置對齊時也將介入儀器的實際的縱軸與實際的介入位置對齊， -拍攝位置標(biāo)記， -加載介入前數(shù)據(jù)，在所述介入前數(shù)據(jù)中包括了身體的介入位置， -將介入數(shù)據(jù)和介入前數(shù)據(jù)互相配準(zhǔn)， -將配準(zhǔn)后的介入前數(shù)據(jù)連同介入位置與位置標(biāo)記一起在顯示裝置上播放。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，除了位置標(biāo)記之外還拍攝介入數(shù)據(jù)并且與位置標(biāo)記和介入前數(shù)據(jù)一起在顯示裝置上播放。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，所述介入數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的方法，其中，所述介入前數(shù)據(jù)是三維數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的方法，其中，所述成像設(shè)備是X射線設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的方法，其中， -根據(jù)位置標(biāo)記自動識別介入儀器的當(dāng)前位置和取向， -根據(jù)介入前數(shù)據(jù)和介入位置自動識別當(dāng)前位置和取向與介入儀器的目標(biāo)位置和目標(biāo)取向的偏差，并且 -將該偏差或從中形成的用于移動介入儀器的移動建議在顯示裝置上顯示。
【文檔編號】A61B6/03GK104274194SQ201310383214
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】T.哈特肯斯, T.雷德爾 申請人:西門子公司