本發(fā)明涉及用于對(duì)患者進(jìn)行機(jī)器人輔助的醫(yī)療處理的一種系統(tǒng)和一種方法。

背景技術(shù)：

利用醫(yī)療用可視設(shè)備(例如超聲波設(shè)備)輔助進(jìn)行醫(yī)療檢查或者說處理在目前被視為醫(yī)學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)。這種醫(yī)療處理的一個(gè)示例是專門的活組織檢查，這種活組織檢查通過超聲波來監(jiān)視，以便在疑似有腫瘤(例如霍奇金淋巴結(jié)瘤)時(shí)，借助細(xì)針從頸部的淋巴結(jié)中提取組織試樣，以進(jìn)行細(xì)胞檢查。在此過程中，執(zhí)行醫(yī)生需要一只手持活組織檢查針，另一只手持超聲波探測器，以便借助于超聲波圖像來監(jiān)視到達(dá)目標(biāo)部位(例如疑似腫瘤)，并在靠近目標(biāo)部位時(shí)不損害需要小心對(duì)待的組織(例如血管)。

這里的問題在于：能夠顯示出的超聲面(schallebene)僅有幾毫米厚。為了能夠在超聲面中看到器械，必須使器械準(zhǔn)確地處于該超聲面中。而重要的信息，即針尖相對(duì)于目標(biāo)部位所在的位置和方向，是相對(duì)難以顯現(xiàn)的。為此，超聲頭(schallkopf)必須以正確的位置和方向在身體表面上運(yùn)動(dòng)。在手術(shù)過程中，特別是對(duì)于不熟練的使用者而言，很難將超聲頭和針保持得能夠顯示出整個(gè)針或者在任何情況下都能夠精確示出針的尖端。

在現(xiàn)有技術(shù)中已知有多個(gè)方法用于借助操縱器、特別是機(jī)器人來引導(dǎo)超聲頭。例如由專利文獻(xiàn)us7753851可知一種機(jī)器人系統(tǒng)，其中，探針被安裝在機(jī)器人的手部法蘭上，并且通過機(jī)器人使探針運(yùn)動(dòng)。與手動(dòng)操作探針相比，這種機(jī)器人輔助的處理能夠使探針被特別準(zhǔn)確地定向。

在專利文獻(xiàn)us2004/0010190a1中描述了一種帶有醫(yī)療用可視設(shè)備(例如超聲探針或者說超聲頭)的機(jī)器人。這一應(yīng)用的目的在于顯示體內(nèi)所關(guān)注的組織。該系統(tǒng)允許使用者(醫(yī)生)在儀器尚在路上時(shí)改變儀器的位置，然后通過機(jī)器人控制器自動(dòng)調(diào)整儀器的方向，從而進(jìn)一步示出被關(guān)注的組織。

另外，由專利文獻(xiàn)us6425865可知一種針對(duì)患者的機(jī)器人輔助的超聲檢查，其中，超聲探針安裝在機(jī)器人上，操作者通過操縱桿等來手動(dòng)地控制機(jī)器人。

上述幾種方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于：雖然醫(yī)療設(shè)備是借助于機(jī)器人進(jìn)行定位，但是實(shí)現(xiàn)這種正確定位卻留給了使用者。當(dāng)使用者將儀器例如推到一邊時(shí)，這種由機(jī)器人負(fù)責(zé)對(duì)醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行重新定位的機(jī)器人輔助的方法是不太靈活的，因?yàn)闄C(jī)器人總是僅能瞄準(zhǔn)事先設(shè)定的點(diǎn)。原則上，特別是超聲波應(yīng)用的另一個(gè)問題在于：即使借助于機(jī)器人，使用者也并不總是能夠容易地正確對(duì)準(zhǔn)成像平面，以獲得必要的圖像信息。這里的原因在于超聲面是較薄的，因此即使超聲頭在身體表面上只是輕微地運(yùn)動(dòng)，超聲面本身也可能會(huì)劇烈地改變。將圖像信息轉(zhuǎn)換為補(bǔ)償性的運(yùn)動(dòng)對(duì)人而言是相對(duì)困難的，因?yàn)樵谘凼謪f(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)換過程中需要執(zhí)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)換步驟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提出一種更好的用于對(duì)患者進(jìn)行機(jī)器人輔助的醫(yī)療處理的系統(tǒng)和一種方法，通過該系統(tǒng)和方法能夠避免或減少現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的特別是在于簡化醫(yī)療用可視設(shè)備(例如超聲探針)的取向，以減輕醫(yī)生的負(fù)擔(dān)。

本發(fā)明的目的將通過下面的詳細(xì)說明變得更加清楚，這些目的通過獨(dú)立權(quán)利要求1和9的主題來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明涉及一種用于對(duì)患者進(jìn)行機(jī)器人輔助的醫(yī)療處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括操縱器、特別是多軸關(guān)節(jié)臂機(jī)器人以及醫(yī)療用可視設(shè)備，該可視設(shè)備被安裝在操縱器上，以便通過操縱器來運(yùn)動(dòng)。另外，還配有：醫(yī)療器械，其配設(shè)有至少一個(gè)標(biāo)記，以便醫(yī)療器械的位態(tài)能夠被檢測；以及控制裝置，其被設(shè)計(jì)為，借助于標(biāo)記來確定醫(yī)療器械的位態(tài)，并根據(jù)所確定的醫(yī)療器械的位態(tài)使帶有醫(yī)療用可視設(shè)備的操縱器運(yùn)動(dòng)。醫(yī)療器械(例如活組織檢查針、導(dǎo)管、輻射源等)優(yōu)選由醫(yī)生直接用手引導(dǎo)，但是也可以被安裝在另一操縱器上并借助于該另一操縱器來引導(dǎo)。醫(yī)療器械上的標(biāo)記例如通過合適的傳感器來檢測，從而能夠檢測出該標(biāo)記在空間中的位態(tài)，并且由于該標(biāo)記與器械的靜態(tài)偏差是已知的，因此也能夠檢測出器械的位態(tài)。傳感器在此被配屬于控制裝置，也就是說例如是控制裝置的一部分，因此可以通過控制裝置并借助于所檢測到的標(biāo)記的位態(tài)來確定器械的位態(tài)。在此，當(dāng)器械不是被手引導(dǎo)，而是借助于另一操縱器來引導(dǎo)時(shí)，術(shù)語“標(biāo)記”將以其最寬泛的意義來理解，并且也可以例如包括預(yù)先設(shè)定的操縱器的運(yùn)動(dòng)學(xué)。唯一重要的是，控制器能夠確定器械的位態(tài)。

控制器根據(jù)所確定的器械的位態(tài)使操縱器運(yùn)動(dòng)。在此，優(yōu)選操縱器這樣跟隨器械的運(yùn)動(dòng)：使得可視設(shè)備總是能夠呈現(xiàn)所期望的區(qū)域，或者說所期望的區(qū)域總是能夠通過可視設(shè)備呈現(xiàn)。醫(yī)療用可視設(shè)備自身在此僅被理解成一個(gè)器件或者說裝置，該器件/裝置提供用于可視化的數(shù)據(jù)。然后，這些數(shù)據(jù)被發(fā)送到計(jì)算機(jī)或者說計(jì)算機(jī)并被其相應(yīng)地處理，并顯示在人機(jī)界面或顯示器上，從而使主治醫(yī)生能夠明白/采用這些數(shù)據(jù)。在此，數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)選是無線的或有線的。

特別優(yōu)選地使操縱器如下地運(yùn)動(dòng)：使得醫(yī)療用可視設(shè)備檢測器械的至少一部分，例如活組織檢查針的尖端。在使用超聲頭時(shí)，例如該頭關(guān)于(活組織檢查)針的最優(yōu)位態(tài)在公差范圍內(nèi)是固定的。該公差范圍是通過(活組織檢查)針和超聲面的空間擴(kuò)展給出的。根據(jù)(活組織檢查)針和最優(yōu)的超聲面之間(相對(duì))固定的關(guān)系，可以確定超聲頭的最優(yōu)位置。該位置代表操縱器的目標(biāo)位置，并且當(dāng)(活組織檢查)針或器械運(yùn)動(dòng)時(shí)，操縱器進(jìn)一步優(yōu)選被如下地控制：調(diào)整(改變)該目標(biāo)位置。也就是說，該控制裝置優(yōu)選被設(shè)計(jì)用于使帶有醫(yī)療用可視設(shè)備的操縱器如下地運(yùn)動(dòng)：使醫(yī)療用可視設(shè)備跟隨(追蹤)器械的運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，為了能夠檢測醫(yī)療用可視設(shè)備的位態(tài)，為醫(yī)療用可視設(shè)備配設(shè)另一個(gè)標(biāo)記，并進(jìn)一步將控制裝置設(shè)計(jì)為，借助于該另一標(biāo)記來確定醫(yī)療用可視設(shè)備的位態(tài)?？梢曉O(shè)備的位態(tài)是已知的，因?yàn)樵撛O(shè)備在操縱器上的設(shè)置是已知的，并因此使得該設(shè)備的空間坐標(biāo)在任何時(shí)候都能夠根據(jù)操縱器位置來確定。已知的還有傳感器，利用傳感器能夠非常精確地確定標(biāo)記在空間中的位置，并由此確定與傳感器的關(guān)系。但是，更確切地說當(dāng)操縱器和/或用于檢測標(biāo)記的傳感器的位態(tài)彼此不固定時(shí)，一個(gè)附加的標(biāo)記有助于確定可視設(shè)備與器械彼此的相對(duì)空間布置。在這樣的情況下，使用兩個(gè)標(biāo)記，即可視設(shè)備上的標(biāo)記和器械上的標(biāo)記，使得能夠確定這兩個(gè)標(biāo)記(并由此確定設(shè)備和器械)彼此的相對(duì)位態(tài)。這點(diǎn)特別是在下述情況下更是如此：二者具有相同類型的標(biāo)記時(shí)并且這些標(biāo)記被相同的傳感器檢測。該系統(tǒng)檢測例如所述的標(biāo)記，并將標(biāo)記坐標(biāo)系的原點(diǎn)提供給控制裝置。然后，控制裝置可以執(zhí)行所需要的變換計(jì)算。

這些標(biāo)記特別優(yōu)選是光學(xué)標(biāo)記，并且為控制裝置配置照相裝置形式的傳感器，該傳感器被設(shè)計(jì)用于檢測所述光學(xué)標(biāo)記及其在空間中的位態(tài)。例如，這些標(biāo)記可以是紅外光反射球，并且照相裝置是立體相機(jī)。借助于該立體相機(jī)，可以確定器械和可能的可視設(shè)備(當(dāng)該可視設(shè)備同樣具有相應(yīng)的光學(xué)標(biāo)記時(shí))在空間中的位置和方向，由此可以計(jì)算位態(tài)。

優(yōu)選地，操縱器是多軸的關(guān)節(jié)臂機(jī)器人，其軸配置有用于檢測作用在軸上的力和/或轉(zhuǎn)矩的傳感器。借助于該傳感器，可以為操縱器定義力邊界值(kraft-grenzen)，當(dāng)操縱器例如相對(duì)于患者身體按壓可視設(shè)備時(shí)，操縱器不能超過該力邊界值。就此而言，特別優(yōu)選將控制裝置設(shè)計(jì)用于控制機(jī)器人或關(guān)節(jié)臂機(jī)器人，從而以限定的力相對(duì)于患者身體按壓醫(yī)療用可視設(shè)備。該限定的力在此優(yōu)選是一范圍，以確保盡管是以足夠的力將設(shè)備引向患者身體，但是不會(huì)超過特定的最大力。

醫(yī)療用可視設(shè)備通常優(yōu)選包括超聲探針或者是超聲探針。手術(shù)器械通常優(yōu)選包括針，特別是活組織檢查針，或者是針，并且特別是活組織檢查針。

本發(fā)明還涉及一種用于對(duì)患者實(shí)行機(jī)器人輔助的醫(yī)療處理的方法，該方法包括以下步驟：

-確定醫(yī)療用可視設(shè)備的位態(tài)，該可視設(shè)備被安裝在操縱器上、特別是多

軸的關(guān)節(jié)臂機(jī)器人上，以便通過操縱器來運(yùn)動(dòng)；

-相對(duì)于醫(yī)療用可視設(shè)備的位態(tài)，確定醫(yī)療器械的位態(tài)；

-根據(jù)醫(yī)療器械和醫(yī)療用可視設(shè)備的相對(duì)位態(tài)，使帶有醫(yī)療用可視設(shè)備的

操縱器運(yùn)動(dòng)。

以上給出的與系統(tǒng)相關(guān)的說明、技術(shù)解釋、示例和優(yōu)點(diǎn)全都不受限制地適用于該方法。因此，可視設(shè)備例如優(yōu)選包括超聲探針或者是超聲探針，并且醫(yī)療器械優(yōu)選包括(活組織)檢查針、導(dǎo)管、輻射源等或者是(活組織)檢查針、導(dǎo)管、輻射源等。

優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟：使操縱器根據(jù)醫(yī)療器械和醫(yī)療用可視設(shè)備的相對(duì)位態(tài)來運(yùn)動(dòng)，從而使得醫(yī)療用可視設(shè)備檢測器械的至少一部分并且跟隨該器械部分的運(yùn)動(dòng)。即，可視設(shè)備或者說操縱器“追蹤”器械。在此，器械不必完全從設(shè)備的成像平面中檢測到，在實(shí)踐當(dāng)中，當(dāng)器械的重要部件，例如針的尖端被可視設(shè)備檢測到并優(yōu)選被追蹤到時(shí)通常就足夠了。

優(yōu)選地，該方法還包括：

-在空間中定義目標(biāo)點(diǎn)，和

-當(dāng)醫(yī)療器械靠近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，使操縱器自動(dòng)地運(yùn)動(dòng)，從而使得醫(yī)療用可視設(shè)備被取向?yàn)?，檢測空間中的目標(biāo)點(diǎn)。目標(biāo)點(diǎn)可以例如是患者身體中待處理的特定部位，例如淋巴結(jié)或腫塊等。目標(biāo)點(diǎn)被檢測(定義)并被例如存儲(chǔ)在操縱器的控制裝置中，使得操縱器在任何時(shí)候都能夠按照命令將可視設(shè)備取向?yàn)?，檢測目標(biāo)點(diǎn)，即顯示或者可視化。這在針對(duì)患者的某些手術(shù)中是有利的，因?yàn)槔绠?dāng)器械充分靠近所期望的目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，對(duì)操作者而言，使可視設(shè)備聚焦于該目標(biāo)點(diǎn)要比聚焦(取向)于器械的一部分更加有用。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)在于，為操作者解除了對(duì)可視設(shè)備進(jìn)行取向和調(diào)校的負(fù)擔(dān)，因?yàn)檫@都被控制裝置和操縱器接管。由此，操作者或者醫(yī)生可以專注于其真正的任務(wù)，例如穿刺感興趣的組織。通過使用下述的操縱器，其保持有可視設(shè)備并使可視設(shè)備運(yùn)動(dòng)，從而總是能夠在圖像中看到所關(guān)注的信息，本發(fā)明提供了提高圖像輔助的導(dǎo)航活組織檢查的質(zhì)量的可能性。

附圖說明

下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中示出：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)患者實(shí)行機(jī)器人輔助處理的系統(tǒng)的示意圖；

和

圖2為根據(jù)圖1的系統(tǒng)在另一位置時(shí)的視圖，其具有操縱器和可視設(shè)備。

具體實(shí)施方式

在圖1和圖2中示意性和示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對(duì)患者50進(jìn)行機(jī)器人輔助處理的系統(tǒng)1。該系統(tǒng)包括控制裝置10，該控制裝置具有機(jī)器人控制器11、計(jì)算機(jī)12和立體相機(jī)14?；颊?0躺在手術(shù)臺(tái)55上，并且在所示附圖中51表示患者50的頸部的剖視圖。待檢查或者說待處理的目標(biāo)點(diǎn)52(例如腫塊等)位于頸部51中。該處理應(yīng)借助于手術(shù)器械40、特別是活組織檢查針40來進(jìn)行，其在所示示例中由操作者手動(dòng)引導(dǎo)。替代地，活組織檢查針40也可由另一操縱器來引導(dǎo)?；罱M織檢查針40應(yīng)被引導(dǎo)向目標(biāo)點(diǎn)52。為了使操作者易于或者說完全能夠引導(dǎo)活組織檢查針40，使用超聲探針30形式的醫(yī)療用可視設(shè)備30，在此，該超聲探針優(yōu)選與計(jì)算機(jī)/運(yùn)算單元和hmi或者說顯示器相連接，醫(yī)療用可視設(shè)備30所檢測到的(圖像)數(shù)據(jù)實(shí)際上是通過它們輸出的。

機(jī)器人控制器11用于控制多軸的關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20(或者說操縱器20)?？刂破?1和關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20通過數(shù)據(jù)線21彼此通信。另外的數(shù)據(jù)線21用于與控制裝置10的其他組件通信。關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20承載超聲探針30并使其運(yùn)動(dòng)。為了生成患者身體內(nèi)部的超聲圖像，超聲探針30被關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20壓在患者50的身體上。超聲圖像通過數(shù)據(jù)線21來傳輸，經(jīng)計(jì)算機(jī)12處理后顯示在顯示器13上。超聲探針30的投影面(超聲面)用附圖標(biāo)記32來表示。探針的投影面或者說超聲面通常僅幾個(gè)毫米厚，因此為了提供有意義的圖像，探針必須被非常準(zhǔn)確地取向。

對(duì)探針的取向和按壓是通過操縱器或者說關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20來實(shí)現(xiàn)的，從而將操作者從這些任務(wù)中解放出來。為此目的，優(yōu)選為機(jī)器人或者說關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20配置力傳感器，并且以力調(diào)節(jié)的方式工作，由此使得機(jī)器人能夠以限定的力將超聲探針30按壓在患者50的皮膚表面上。為此，機(jī)器人控制器11利用邊緣條件“以限定的力保持接觸皮膚”、“沒有與超聲針碰撞”、“沒有與標(biāo)記碰撞”等來計(jì)算用于目標(biāo)位置和目標(biāo)方向的軌跡。

在該實(shí)施例中，活組織檢查針40配置有光學(xué)標(biāo)記41?？刂蒲b置10的立體相機(jī)14檢測標(biāo)記41，并將標(biāo)記坐標(biāo)系的原點(diǎn)提供給機(jī)器人控制器11或者計(jì)算機(jī)12，以確定活組織檢查針40的位態(tài)。然后，機(jī)器人控制器11根據(jù)活組織檢查針40的位態(tài)來計(jì)算超聲探針30的最優(yōu)位態(tài)(目標(biāo)位置和方向)。由于超聲探針30的位態(tài)可以基于當(dāng)前的(關(guān)節(jié)臂)機(jī)器人位置或者操縱器位置來確定或由此計(jì)算得到，并且超聲面32的走向和方向同樣是已知的，因此能夠使探針30自動(dòng)地取向。在圖1中，探針30對(duì)準(zhǔn)活組織檢查針40的尖端，并且針尖(或者說活組織檢查針尖)通過超聲面32檢測到。操作者能夠在顯示器13上跟蹤針尖穿過患者50的身體的運(yùn)動(dòng)，并且相應(yīng)有針對(duì)性地將活組織檢查針40引導(dǎo)向目標(biāo)點(diǎn)52。

在圖2中，活組織檢查針40刺穿了目標(biāo)點(diǎn)52，以便例如在該部位提取組織試樣。操縱器20使探針30相應(yīng)地繞動(dòng)，以使超聲面32繼續(xù)對(duì)準(zhǔn)針尖并由此檢測針尖，從而能夠在顯示器13上示出活組織檢查針40的位置。這種繞動(dòng)通過機(jī)器人控制器11并根據(jù)活組織檢查針40的變化的位態(tài)自動(dòng)地進(jìn)行。立體相機(jī)14檢測標(biāo)記41并由此檢測活組織檢查針40的變化的位態(tài)，由此使控制裝置10操縱關(guān)節(jié)臂機(jī)器人20相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)。

在該示出的示例中，超聲探針30還具有另一標(biāo)記31，其優(yōu)選以與標(biāo)記41一樣的原理起作用。該另一標(biāo)記31使得能夠容易地確定活組織檢查針40與探測器30彼此相對(duì)的空間位態(tài)。

優(yōu)選地，該系統(tǒng)的更新速率類似于追蹤系統(tǒng)的更新速率(例如30-90hz或優(yōu)選為40至80hz)，由此使得關(guān)節(jié)臂機(jī)器人或者說操縱器能夠在整個(gè)手術(shù)期間保持在超聲面中示出活組織檢查針40。關(guān)節(jié)臂機(jī)器人由此也遵循活組織檢查針40的最小運(yùn)動(dòng)，也就是說，活組織檢查針40被關(guān)節(jié)臂機(jī)器人并由此被超聲探針追蹤。高更新速率的優(yōu)點(diǎn)在于，可期待關(guān)節(jié)臂機(jī)器人的只有較小的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槌鲇诎踩目紤]必須禁止出現(xiàn)劇烈運(yùn)動(dòng)。

附圖標(biāo)記列表：

1系統(tǒng)

10控制裝置

11機(jī)器人控制器

12計(jì)算機(jī)

13顯示器

14立體相機(jī)

20機(jī)器人

21數(shù)據(jù)線

30超聲探針

31標(biāo)記

32超聲面

40活組織檢查針

41標(biāo)記

50患者

51頸部橫截面

52目標(biāo)點(diǎn)

55手術(shù)臺(tái)。