用于在调整器械定向时进行配准的方法和机器人系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在借助器械(4)处理或加工对象(O)期间在调整器械(4)相对于对象(O)的定向时进行配准的方法。将工作图像与计划图像配准，其中工作图像以视向(BR)拍摄，该视向根据器械(4)的相关自由度这样选择，使得相关自由度是具有更高配准精度的自由度。此外，本发明专利技术提供了一种机器人系统(2)，其被设计用于执行该方法。

Method and Robot System for Registration in Adjusting Instrument Orientation

The invention provides a method for registration when adjusting the orientation of the device (4) relative to the object (O) during the processing or processing of the object (O) with the aid of the device (4). The working image is registered with the planned image, in which the working image is taken in the direction of view (BR), which is selected according to the degree of freedom of the device (4), so that the degree of freedom of the correlation is the freedom with higher registration accuracy. In addition, the invention provides a robot system (2) designed to perform the method.

【技术实现步骤摘要】
用于在调整器械定向时进行配准的方法和机器人系统
本专利技术涉及用于在调整器械定向时进行配准的方法和机器人系统。
技术介绍
借助器械对个别成型的对象的处理或加工通常需要使器械相对于对象同样个别地定向。因此，在实际的处理或加工之前通常发生计划阶段，在计划阶段中计划个别的行动方式。这在临床环境中在处理患者时特别重要，其中所述对象则是患者，所述处理或加工是手术或其他操作。在图像辅助的处理的情况下，在例如外科手术干预之前创建患者的或至少所涉及的身体区域的三维计划图像。然后根据该计划图像来计划要执行的处理。这通常包括多个工作步骤，例如，将器械放置在某一部位处或沿某一轨迹引导器械。为了按计划执行处理或加工，必须使计划图像与在处理或加工过程中实际存在的情况相一致，即必须使对象与器械建立一定的关系。这通常在所谓的配准的范围内完成，其中在放置对象之后并且在介入之前，生成一个或多个图像，然后将这些图像与计划图像进行比较并使其重合，即总体配准。然后，通过对器械与补充图像之间的关系的补充了解，可以对器械的定向进行校正，从而实际上还以最初计划的方式——即正如根据计划图像所意图的那样——执行接下来的处理或加工。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术要解决的技术问题是提供一种改进的用于配准的方法，该方法在器械相对于对象的定向方面导致尽可能高的精度，从而尽可能准确地和按原计划进行对所述对象的处理或加工。此外，应当提供一种机器人系统，其被构造为执行改进的方法。该技术问题通过根据本申请权利要求1所述的方法和根据本申请权利要求13所述的机器人系统来解决。有利的扩展设计、改进设计和变型是从属权利要求的内容。与该方法相关的解释说明也比照适用于机器人系统，反之亦然。该方法用于在借助器械处理或加工对象期间在调整器械相对于该对象的定向时进行配准。因此，该方法是一种配准方法。调整器械的定向以及处理或加工对象不属于配准方法，而是属于其他方法的组成部分。然而，配准方法的执行是与这些其他方法相关联、特别是相伴随的。接下来，代替术语组合“处理或加工”，也会没有普遍性限制地仅使用术语“处理”。该器械是可移动的并具有多个移动自由度。在处理中，预先设定至少一个工作步骤，在该工作步骤中预先设定器械相对于对象的定向。该工作步骤本身不属于配准方法。在该工作步骤中，仅需要关于部分数量的自由度来调整定向。这尤其应理解为，关于部分数量的自由度的定向调节需要比其余自由度有更高的精度。在该方法的范围内，确定那些需要关于其来调整定向的自由度并将其存储为相关自由度。首先，现在提供对象的三维计划图像。三维计划图像一般是三维图像，并且也称为3d计划图像或者仅简称为计划图像。计划图像优选地在该方法之外在单独的计划过程中生成，并且仅被提供用于该方法，然而在一个变型方案中，计划图像在作为该方法的一部分的计划步骤中生成。在与医学处理或加工有关的范围内，例如在一个手术中，计划图像是所谓的术前图像。在该方法中，然后借助成像系统生成对象的至少一个二维工作图像。二维工作图像一般是二维图像，并且也称为2d工作图像或者仅简称为工作图像。工作图像尤其是在处理期间生成，因此正好不在单独的计划过程中生成。在与医学操作有关的范围内，例如在一个手术中，工作图像是所谓的术中图像。结果，至少有两张图像。这两张图像具有不同的维数。二维工作图像具有图像平面并且是在这样的视向中、即采用这样的视角拍摄，所述视向或视角一般不与图像平面平行并且尤其是垂直于图像平面，因而也垂直于工作图像本身。另外，工作图像是在这样的拍摄方向上拍摄的，所述拍摄方向虽然在某些情况下与视向相同，例如在摄像机图像或X射线图像的情况下，然而取决于成像方法、由技术决定地可能与视向不同，例如在超声图像或被拍摄为截面图的特殊X射线图像的情况下。为了能够在某一视向上拍摄工作图像，将成像系统设置在相应的拍摄位置或者移动到这样的拍摄位置。在该方法的范围内，将工作图像与计划图像配准。这尤其应理解为意味着使这两个图像一致。特别地，由于这两个图像的维数不同，通过对一些自由度的配准获得了比其余自由度更高的配准精度。因此，自由度分别被配属于两组自由度中的一组，其中第一组的自由度具有比属于第二组的其余自由度更高的配准精度。特别地，现在重要的是，在视向上且相应地从拍摄位置拍摄工作图像，该拍摄位置根据相关自由度进行选择。因此，成像系统被移动到相应的拍摄位置，以便从期望的视向拍摄工作图像。在此这样选择视向和相应的拍摄位置，使得相关自由度是具有较高配准精度的自由度。因此，以特殊取向这样拍摄工作图像，使得正好对于相关自由度获得特别好的配准精度。换句话说，工作图像具有图像平面和相应的取向，该取向根据相关自由度这样选择，使得正好对于相关自由度获得尽可能好的配准精度。因此，最终在该方法中通过巧妙地选择视向并进而选择用于工作图像的图像平面，而改善了关于设定工作步骤中的相关自由度的配准精度，尤其是使其最大化。如已经指出的那样，器械定向的实际调整本身以及相应地还有该工作步骤不是该方法的组成部分。该工作步骤和任何进一步的工作步骤其实是处理的一部分，所述处理代表另外单独的方法。这里描述的配准方法仅用于通过配准对该定向的实际调整和该工作步骤加以准备。该方法的核心方面则相应地是将计划图像与工作图像配准。因此，在完成配准之后的定向调整对于该方法仅在根据所计划的定向调整来确定从哪一视向拍摄工作图像这方面具有意义。因此，器械的任何移动以及总体上借助器械对该对象的实际处理或加工都不是该方法的组成部分。“处理”优选是手术，即对作为处理对象的患者的医学干预或在该患者中的医学干预。代替术语“处理”和“加工”，也使用通用术语“操纵”。具体地在临床或医学的上下文中，尽可能高的配准精度是尤其值得期望的。作为替代，该对象也可以是在处理或加工过程中成型或变形并且一般加工的工件。一般地，该对象尤其是实际物体，即真实的对象，而恰好不是仅虚拟的对象。工作步骤通常是多个依次实施的、即一个接一个地实施的工作步骤中的一个。每个工作步骤因此均对应于一个处理或加工步骤。在各自的工作步骤中，器械因此一般地移动，即例如被引入位置中、置放(angesetzt)、定位、引导、移动或前进等。该器械通常适用于处理或加工，并且例如是针、钻孔器、切割工具或探针等。在一个变型方案中，器械是应当附接在对象上或插入到对象中的部件或构件。该部件例如是一个螺钉(或螺栓)。备选地，该器械还被称为工具。在当前情况下首先假设，对象的计划图像要么已经存在要么在第一步骤中生成。在此，计划图像在每种情况下都正好不是在本来的处理期间生成的，而是事先在计划过程中、即在计划阶段生成的。特别地，在计划阶段期间还没有对对象进行实际处理；计划阶段其实是仅用于事先确定该处理的起始情况和个别计划。计划阶段的一个基本特征尤其是对象此后还可以移动或改变其位置。计划阶段通常特别是直接在处理之前并因此在同一位点、但在空间上与后来的处理分开地进行。在临床意义上，将患者首先适当地在手术台上定位，然后生成计划图像。随后，在同一手术台上对患者进行处理或加工。由于在拍摄计划图像之后患者可能的移动而导致的错误通过在手术期间与工作图像的配准而被避免。计划图像是对象的三维图像，从而能够在多个维度上对处理进行详细计划。在一个合适的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在借助器械(4)处理或加工对象(O)期间调整器械(4)相对于对象(O)的定向时进行配准的方法，‑其中，器械(4)是可移动的并具有多个移动自由度，‑其中，在处理或加工期间，预先设定至少一个工作步骤，在所述工作步骤中预先设定器械(4)相对于对象(O)的定向，并且在所述工作步骤中仅需要关于部分数量的自由度进行定向调整，‑其中，将需要关于其进行定向调整的那些自由度确定并存储为相关自由度，‑其中，提供对象(O)的三维的计划图像，‑其中，通过成像系统(6)生成对象(O)的至少一个二维的工作图像，‑其中，将所述工作图像与所述计划图像配准，从而对于某些自由度比对于其余自由度获得更高的配准精度，‑其中，所述工作图像是在视向(BR)中拍摄的，所述视向根据所述相关自由度这样选择，使得相关自由度是具有更高的配准精度的自由度。

【技术特征摘要】
2017.12.21 DE 102017223598.51.一种在借助器械(4)处理或加工对象(O)期间调整器械(4)相对于对象(O)的定向时进行配准的方法，-其中，器械(4)是可移动的并具有多个移动自由度，-其中，在处理或加工期间，预先设定至少一个工作步骤，在所述工作步骤中预先设定器械(4)相对于对象(O)的定向，并且在所述工作步骤中仅需要关于部分数量的自由度进行定向调整，-其中，将需要关于其进行定向调整的那些自由度确定并存储为相关自由度，-其中，提供对象(O)的三维的计划图像，-其中，通过成像系统(6)生成对象(O)的至少一个二维的工作图像，-其中，将所述工作图像与所述计划图像配准，从而对于某些自由度比对于其余自由度获得更高的配准精度，-其中，所述工作图像是在视向(BR)中拍摄的，所述视向根据所述相关自由度这样选择，使得相关自由度是具有更高的配准精度的自由度。2.根据权利要求1所述的方法，其中针对当时的工作步骤拍摄仅一个二维的工作图像。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述处理或加工具有多个彼此相继的工作步骤，其中，分别在一个工作步骤之后和在后续工作步骤之前执行重新配准，方式是为后续工作步骤拍摄与所述计划图像配准的另一个二维的工作图像。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，执行初始的粗略配准，方式是当对象(O)处于处理位点期间生成计划图像。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述计划图像如所述工作图像那样借助同样的成像系统(6)生成。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，成像系统(6)是X射线设备。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，器械(4)和成像系统(6)在处理或加工期间彼此配准，方式是在生成所述工作图像时将器械(4)一同成像，随后根据所述工作图像确定器械(4)相对于成像系统(6)的位置。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P费希尔，T富克斯，P梅维斯，H蒙尼希，M鲁布，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE