用于确定器械在管状结构内的位置的位置确定装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定器械在管状结构内的位置的位置确定装置。位置确定装置(5)包括：第一曲率值提供单元(6)，其用于提供第一曲率值，该第一曲率值指示管状结构在沿着管状结构的若干第一定位处的第一曲率；以及第二曲率值提供单元(7)，其用于提供第二曲率值，该第二曲率值指示器械(4)在沿着器械(4)的若干第二定位处的第二曲率。位置确定单元(8)基于第一曲率值和第二曲率值来确定器械(4)在管状结构内的位置。

A positioning device for determining the position of an instrument in a tubular structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定器械在管状结构内的位置的位置确定装置本专利技术涉及用于确定器械例如导管在管状结构内的位置的位置确定装置、方法和计算机程序。本专利技术还涉及包括位置确定装置的成像系统以及成像方法和成像计算机程序。在医疗应用中，已知使用电磁(EM)跟踪技术或光学形状感测(OSS)跟踪技术来确定介入器械在患者体内的位置的位置确定装置。然而，分别由于例如EM场的不均匀性以及对曲率信息进行插值和积分中的误差，EM跟踪技术和OSS跟踪技术可能相对不准确。因此，本专利技术的一个目的是提供位置确定装置、方法和计算机程序，其使对器械在管状结构内的位置的确定得到改善。本专利技术的另一个目的是提供包括位置确定装置的成像系统以及成像方法和成像计算机程序。在本专利技术的第一方面，提出了一种位置确定装置，用于确定器械在管状结构内的位置，其中，位置确定装置包括：第一曲率值提供单元，用于提供第一曲率值，该第一曲率值指示管状结构在沿着管状结构的若干第一定位处的第一曲率；第二曲率值提供单元，用于提供第二曲率值，该第二曲率值指示器械在沿着器械的若干第二定位处的第二曲率；位置确定单元，用于基于第一曲率值和第二曲率值来确定器械在管状结构内的位置。沿着管状结构的若干第一定位处的第一曲率和沿着器械的若干第二定位处的第二曲率是局部曲率。通过基于该局部信息而不是全局信息来确定器械在管状结构内的位置，可以显著提高确定位置的准确性，这是因为它对测量误差不太敏感。例如，确定位置的准确性可能对全局测量的误差例如漂移、场不均匀性等不太敏感，特别地，完全不敏感。此外，位置确定单元可以适于确定器械的位置，而不需要例如重建器械的形状。因此，局部第一曲率值集合和局部第二曲率值集合，即第一曲率值和第二曲率值，可以用于确定器械相对于管状结构的位置，而不需要基于第二曲率值来重建器械的形状。位置确定单元优选地适于：基于第一曲率值和第二曲率值来确定器械在管状结构内的定位以及器械相对于管状结构的旋转位置。特别地，位置确定单元可以适于：针对器械的若干段，基于第一曲率值和第二曲率值来确定相对于管状结构的旋转位置和相应定位。因此，术语“位置”优选地包括器械相对于管状结构的旋转位置或取向以及定位。第一曲率值提供单元可以是存储第一曲率值的存储单元，其中，第一曲率值提供单元可以适于提供存储的第一曲率值。然而，第一曲率值提供单元还可以是接收单元，其用于接收来自例如第一曲率值确定单元的第一曲率值并且用于提供所接收的第一曲率值。此外，第一曲率值提供单元还可以是第一曲率值确定单元本身。同样，第二曲率值提供单元可以是存储单元或接收单元。此外，第二曲率值提供单元可以是第二曲率值确定单元。优选地预先确定第一曲率值。它们可能已经基于管状结构的诊断图像例如计算机断层扫描图像或其他诊断图像被确定。第一曲率值也可以以其他方式确定。例如，在前面的过程中，可以在管状结构内移动一个或若干个曲率传感器，使得它们位于管状结构内的已知第一位置处，同时通过使用一个或若干个传感器测量管状结构的曲率。管状结构可以是例如血液的血管系统、呼吸系统、非医疗管道系统、非医疗供应线系统、非医疗隧道系统等。在优选实施方式中，曲率值是一维的。因此，可以在不使用方向相关的曲率信息的情况下确定器械在管状结构内的位置。特别地，在相应的定位处，可以在两个不同的方向上定义两个局部曲率，例如俯仰(pitch)曲率和横摆(yaw)曲率，并且这两个局部曲率可以组合成指示相应定位处的局部曲率的一维曲率值。例如，可以确定一维平均曲率值或一维总高斯曲率值。然而，曲率值也可以是二维的。例如，诸如俯仰曲率和横摆曲率的两个局部曲率可以被视为是在相应定位处的二维曲率值。在实施方式中，第一曲率值提供单元和第二曲率值提供单元适于提供一维第一曲率值和二维第一曲率值以及一维第二曲率值和二维第二曲率值，其中，位置确定单元适于基于一维第一曲率值和一维第二曲率值来确定器械在管状结构内的位置，其中，位置确定单元还适于基于二维第一曲率值和二维第二曲率值来确定由位置确定单元确定的器械的位置与器械的实际位置之间的旋转偏差。由于首先通过仅考虑一维曲率值来确定所确定的位置，该一维曲率值与方向无关即不包括旋转信息如扭转信息或扭曲信息，因此可以正确地确定器械在管状结构内的定位，但是在整个器械或器械的部分即段的实际旋转位置与确定的旋转位置之间可能存在偏差，这可能是由于例如器械的扭转造成的，其中，旋转位置与器械围绕其纵轴的旋转有关。可以通过考虑二维第一曲率值和二维第二曲率值来确定该旋转偏差。特别地，可以将偏差测量如均方根偏差测量应用于二维第一曲率值和二维第二曲率值以确定旋转偏差。如果旋转偏差大于偏差阈值，则这可以通过输出单元输出。例如，可以使用所确定的位置向用户或另一装置发出警告。优选地，位置确定单元还适于校正所确定的器械的位置，使得确定的旋转偏差减小。特别地，位置确定单元适于在其确定的位置中模拟地旋转整个器械和/或器械的部分，使得旋转偏差减小，特别是最小化。该器械优选地是要在医疗过程中在患者体内使用的介入器械。然而，器械也可以是要在管状结构内使用的其他器械，尤其是非医疗器械。优选地，器械包括在沿着器械的若干第二定位处的传感器，传感器适于测量指示器械在这些第二定位处的局部曲率的第二曲率值。这些传感器是例如OSS曲率传感器或EM或RFID传感器组。对于这些EM或RFID传感器组，相对于传感器组内的其他传感器的相对位置足以计算局部曲率。优选地，位置确定单元适于：a)针对器械在管状结构内的若干候选位置，基于第一曲率值和第二曲率值来确定位置值，该位置值指示器械被布置在相应候选位置处的可能性；以及b)将已经确定了最大位置值的候选位置确定为管状结构内的位置。特别地，每个候选位置定义哪个第一定位与哪个第二定位匹配，其中，位置确定单元适于针对每个候选位置确定位置值，使得该位置值取决于在匹配的第一定位和第二定位处相应的第一曲率值和第二曲率值相对于彼此的偏差。例如，位置确定单元适于针对每个候选位置确定位置值，该位置值取决于在匹配的第一定位和第二定位处的相应第一曲率值与第二曲率值之间的平方差之和。基于这些位置值确定器械在管状结构内的位置可以导致进一步提高确定该位置的准确性。位置确定单元可以适于对偏差进行加权并且针对每个候选位置确定位置值，使得该位置值取决于加权的偏差。特别地，位置确定单元适于对匹配的远端定位处的偏差进行加权，使得它们比其他匹配的定位处的偏差对位置值有更大的影响。因此，可以向器械的远端部分处的第二曲率值赋予比沿着器械的其他第二定位处的第二曲率值更高的影响。此外，沿着器械的某些第二定位处的第二曲率值的权重也可以为零。这可以特别有用，如果已知在一个或若干个第二定位处第二曲率值可能不正确。通过使用该加权，可以进一步提高确定器械在管状结构内的位置的准确性。在实施方式中，位置确定单元适于使用时变的权重来对偏差进行加权。相应的时变的权重可以取决于以下列表中的至少一个成员：a)相应第二定位处的第二曲率值；b)相邻第二定位处的一个或若干个第二曲率值；c)相应第二定位处的第二曲率值的历史；d)相邻的相应第二定位处的第二曲率值的历史。例如，最初所有权重可以具有相同的预定义值，其中，如果相应定位处的第二曲率值和一个或若干个相邻第二定位处的一个或若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位置确定装置，用于确定器械在管状结构内的位置，所述位置确定装置(5)包括：第一曲率值提供单元(6)，其用于提供第一曲率值，所述第一曲率值指示所述管状结构在沿着所述管状结构的若干第一定位处的第一曲率；第二曲率值提供单元(7)，其用于提供第二曲率值，所述第二曲率值指示所述器械(4)在沿着所述器械(4)的若干第二定位处的第二曲率；位置确定单元(8)，其用于基于所述第一曲率值和所述第二曲率值来确定所述器械(4)在所述管状结构内的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.13 DE 102016119579.01.一种位置确定装置，用于确定器械在管状结构内的位置，所述位置确定装置(5)包括：第一曲率值提供单元(6)，其用于提供第一曲率值，所述第一曲率值指示所述管状结构在沿着所述管状结构的若干第一定位处的第一曲率；第二曲率值提供单元(7)，其用于提供第二曲率值，所述第二曲率值指示所述器械(4)在沿着所述器械(4)的若干第二定位处的第二曲率；位置确定单元(8)，其用于基于所述第一曲率值和所述第二曲率值来确定所述器械(4)在所述管状结构内的位置。2.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述位置确定单元(8)适于：针对所述器械(4)在所述管状结构内的若干候选位置，基于所述第一曲率值和所述第二曲率值来确定指示所述器械(4)被布置在相应候选位置处的可能性的位置值；以及将已经确定了最大位置值的候选位置确定为所述管状结构内的位置。3.根据权利要求2所述的位置确定装置，其中，每个候选位置定义哪个第一定位与哪个第二定位匹配，其中，所述位置确定单元(8)适于：针对每个候选位置来确定位置值，使得该位置值取决于在匹配的第一定位和第二定位处相应的第一曲率值和第二曲率值相对于彼此的偏差。4.根据权利要求3所述的位置确定装置，其中，所述位置确定单元(8)适于：对所述偏差进行加权，并且针对每个候选位置来确定位置值，使得该位置值取决于经加权的偏差。5.根据权利要求4所述的位置确定装置，其中，所述位置确定单元(8)适于：使用时变的权重对所述偏差进行加权。6.根据权利要求2至5中任一项所述的位置确定装置，其中，所述管状结构是分支结构，使得存在通过所述管状结构的不同可能路线，其中，所述位置确定单元(8)适于：针对每条可能路线，a)针对所述器械(4)在所述管状结构内沿着相应可能路线的若干候选位置，基于所述第一曲率值和所述第二曲率值来确定指示所述器械(4)被布置在相应候选位置处的可能性的位置值，以及b)确定这些位置值中的最大位置值；将已经确定了针对所述可能路线确定的所述最大位置值中的总体最大位置值的候选位置确定为所述管状结构内的位置。7.根据权利要求2至6中任一项所述的位置确定装置，其中，所述位置值和相应的候选位置形成以所述候选位置作为输入并且以所述位置值作为输出的函数，其中，所述位置确定装置(5)还包括质量评估单元(9)，所述质量评估单元用于基于所述函数的最大峰的宽度和/或超过阈值的峰的数量来确定质量值，所述质量值指示对所述器械(4)在所述管状结构内的位置进行的确定的质量。8.根据权利要求7所述的位置确定装置，其中，所述质量评估单元(9)适于：基于所述函数的最大峰的宽度来确定第一质量值，所述第一质量值指示对所述器械(4)在所述管状结构内的位置进行的确定的准确度。9.根据权利要求7和8中任一项所述的位置确定装置，其中，所述质量评估单元(9)适于：基于超过所述阈值的峰的数量来确定第二质量值，所述第二质量值指示对所述器械(4)在所述管状结构内的位置进行的确定的稳健性。10.根据权利要求2至9中任一项所述的位置确定装置，其中，所述位置确定单元(8)适于：针对不同时间确定针对所述候选位置的位置值，使得针对相应时间确定对应于...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·哈恩，托本·佩茨，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国,DE