用于检测快速移动的手术设备的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了一种可以被用于随时间跟踪具有嵌入式EM传感器的设备的电磁(EM)跟踪技术。如果这些目标移动太快，则由于运动感应电势差而丢失跟踪信号。因此，提出了添加并入额外处理算法的处理机构，以实现对EM传感器的跟踪。本发明专利技术的实施例用于使用活检枪来执行活检。所述额外处理算法并入关于从嵌入式EM传感器获得的期望信号的专用先验信息，并且被引入以允许处理来自移动的传感器的信号。所述先验信息可以被并入启发式模型或统计学模型中以处理EM信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于检测医学设备的医学系统和方法的领域，所述医学设备例如但不限于电磁跟踪活检设备。
技术介绍
电磁(EM)跟踪技术被越来越多地使用在图像引导介入和治疗(IGIT)的领域中。例如，EP 1504713A1公开了一种用于对患者的区域进行导航的图像引导导航系统，其包括成像设备、跟踪设备、控制器和显示器。成像设备生成患者的区域的图像。跟踪设备利用EM跟踪系统来跟踪仪器在患者的区域中的位置，并且控制器基于仪器的位置将表示仪器的图标重叠到从成像设备生成的图像上。EM空间测量系统基于电磁感应来确定医学目标的位置。这样的医学目标被嵌入有传感器线圈或其他EM传感器。当医学目标被放置在受控变化的磁场里面时，在EM传感器(例如线圈)中感应出电压(电势差)。由测量系统使用这些感应电压来计算医学目标的位置和取向。遗憾的是，当目标移动通过静态磁场时也发生电磁感应。在该场景中，感应电势差与磁通量的导数成正比，这进而与医学目标与静态磁场之间的相对运动的速度有关。EM空间测量系统可以单纯地基于观察到的电压来确定目标的位置和取向，并且因此不能在电势差的源之间进行区分。因此，与静态医学目标相比，对运动中的医学目标的定位(根据定义)是较不准确的。在大多数实际应用中，这不会引起问题，因为与由磁场变化生成的感应电势差相比，源于运动的感应电势差是相对小的。因此，与测量系统的噪声相比，所引入的测量误差是小的。然而，当医学目标的运动是快速的时，额外感应的电势差在定位中引入显著的误差。如果运动非常快，则由于磁场变化，电势差可能甚至超过期望的感应水平。在后者的场景中，EM系统报告来自EM传感器的丢失的信号。因此，EM系统不能够被用于跟踪快速移动的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够被用于检测快速移动的目标的EM目标检测方和系统。该目的是通过根据权利要求1所述的医学系统、通过根据权利要求14所述的检测方法以及通过根据权利要求15所述的计算机程序产品来实现的。因此，根据本专利技术的第一方面，提出了一种并入自动检测系统的医学系统，包括：-引导系统，其具有加速机构，所述加速机构用于生成对手术设备的加速移动来将所述手术设备驱动到对象的组织中；-电磁传感器，其被提供在所述手术设备上；-电磁空间测量系统，其适于检测所述电磁传感器的感应输出信号并且适于基于检测到的输出信号来确定所述手术设备的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；-信号处理单元，其适于基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器的输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的输出信号。而且，根据本专利技术的第二方面，提出了一种检测方法，包括：-通过使用加速机构来生成对手术设备的加速移动来将所述手术设备驱动到对象的组织中；-检测被提供在所述手术设备上的电磁传感器的感应输出信号；-基于检测到的输出信号来确定所述手术设备的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；-基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器的输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的输出信号。而且，根据本专利技术的第三方面，提出了一种包括代码单元的计算机程序产品，所述代码单元用于在计算机设备上运行时产生以上方法的步骤。因此，引入额外的信号处理以允许对来自快速移动的传感器的输出信号的重建。该额外的处理并入关于从快速移动的EM传感器获得的期望信号的专用先验知识。优选地，所述引导系统是活检枪，并且所述手术设备是活检针的套管针(内针)和/或套管(外针)。在这种情况下，所述加速机构可以是例如弹簧加载机构或以高速度将套管针和/或套管驱动到所述对象的所述组织中从而优选地减少变形和创伤的另一加速机构。备选地，优选的是，所述手术设备是针(例如放疗针)，其用于将治疗元件(例如辐射源)放置到所述对象的所述组织中。在这种情况下，所述加速机构也可以是弹簧加载机构、锤击机构或以高速度将所述针(例如放疗针)驱动到所述对象的所述组织中从而优选地减少变形和创伤的另一机构。在这两种情况下，优选的是，所述加速机构将所述手术设备加速到高于0.75m/s、优选地高于1.5m/s、最优选地高于5.0m/s的速度。根据第一选项，可以通过将所述先验信息并入启发式描述符中来处理所述输出信号。对所述启发式描述符的使用允许对丢失的信号或信号部分的快速的重建。在特定范例中，所述启发式描述符可以被参数化以覆盖至少一类相似的设备。这允许将恢复机制适配到其上提供有所述EM传感器的特定类型的手术设备。作为所述第一选项的特定范例，可以基于以下中的至少一项来处理所述输出信号：所述输出信号丢失的事实、所述输出信号丢失的样本的数量、在丢失所述输出信号之前和之后位置点之间的平移距离、以及在丢失所述输出信号之前和之后所述位置点之间的取向对齐。由此，能够容易地从传感器输出导出的信息能够被用于重建丢失的信号或信号部分。根据可以与以上第一选项组合的第二选项，可以提供用户接口或配置机构，并且所述用户接口或配置机构适于允许对所述启发式描述符的参数值的配置。由此，允许用户修改所述启发式描述符以优化系统性能。根据可以与以上第一选项或第二选项组合的第三选项，可以针对在所述加速机构被激活时所期望的所述输出信号来生成统计学模型。能够根据对所述加速机构的先前和/或稍后的激活获得该统计学模型，以允许基于所记录的系统行为的信号恢复。因此，所述统计学模型可以涉及在所述输出信号之前和之后所述输出信号的一个或多个样本，包括丢失的样本。更特别地，所述输出信号可以响应于对所述加速机构的所述激活而被记录多次，以便计算所述统计学模型。因此，能够根据先前的系统操作来获得可靠的统计学模型或描述符。根据可以与以上第三选项组合的第四选项，可以提供训练用户接口以用于根据不同类型的手术设备修改所述统计学模型。这允许基于用户偏好而将所述系统单独适配到各种类型的手术设备。根据可以与以上第一选项至第四选项中的任一项组合的第五选项，可以基于先前定义的运动模式来处理所述输出信号。因此，能够通过评估先前的运动行为来获得所述先验信息，例如从而填充丢失的样本。作为第五实施例的具体范例，能够基于预定义的模型来重建丢失的传感器输出信号，所述预定义的模型可以是启发式模型或统计学模型。该启发式模型或统计学模型是除了被用于检测击发(firing)的模型以外的另一实例。例如，当丢失的样本被用于检测时，检测启发性将包含丢失的样本，同时重建启发式模型将填充那些丢失的样本。根据可以与以上第一选项至第五选项中的任一项组合的第六选项，可以基于外部触发器信号来处理所述输出信号，因此将检测限制于特定的时间跨度。可以例如从机器人手术设备接收外部触发器。这允许机器人活检中对所提出的系统的使用。应当注意到，基于具有离散硬件部件、集成芯片或芯片模块的布置的离散硬件电路，或者基于由存储在存储器中、写在计算机可读介质上或从网络(例如因特网)下载的软件例程或程序所控制的信号处理设备或芯片，可以实现以上医学系统。应当理解，根据权利1所述的医学系统、根据权利要求14所述的检测方法和根据权利要求15所述的计算机程序产品具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中所限定的优选实施例。应当理解，本专利技术的优选实施例还可以是从属权利要求或以上实施例与相应的独立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并入自动检测系统的医学系统，包括：‑引导系统(38；506)，其具有加速机构，所述加速机构用于生成对手术设备(512、514)的加速移动来将所述手术设备(512、514)驱动到对象(45)的组织中；‑电磁传感器(504)，其被提供在所述手术设备(512、514)上；‑电磁空间测量系统(24)，其适于检测所述电磁传感器(504)的感应输出信号并且适于基于检测到的输出信号来确定所述手术设备(512、514)的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；以及‑信号处理单元(16)，其适于基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器(504)的输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 EP 14165081.21.一种并入自动检测系统的医学系统，包括：-引导系统(38；506)，其具有加速机构，所述加速机构用于生成对手术设备(512、514)的加速移动来将所述手术设备(512、514)驱动到对象(45)的组织中；-电磁传感器(504)，其被提供在所述手术设备(512、514)上；-电磁空间测量系统(24)，其适于检测所述电磁传感器(504)的感应输出信号并且适于基于检测到的输出信号来确定所述手术设备(512、514)的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；以及-信号处理单元(16)，其适于基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器(504)的输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的输出信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于通过将所述先验信息并入启发式描述符中来处理所述输出信号。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于基于以下中的至少一项来处理所述输出信号：所述输出信号丢失的事实、所述输出信号丢失的样本的数量、在丢失所述输出信号之前和之后位置点之间的平移距离、以及在丢失所述输出信号之前和之后所述位置点之间的取向对齐。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于将所述启发式描述符参数化以覆盖至少一类相似的设备。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统包括用户接口(18)或配置机构，所述用户接口或所述配置机构适于允许对所述启发式描述符的参数值进行配置。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于针对在所述加速机构被激活时所期望的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·L·T·F·豪特瓦斯特，G·J·P·M·埃根，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL