基于介入仪器加载的最佳成像视点制造技术

一种最佳成像POV介入系统采用介入仪器(30)、仪器引导(40)、一个或多个力/扭矩传感器和最佳成像POV控制器(20)。在操作中，仪器引导(40)建立所述介入仪器(30)的规划轨迹，并且(一个或多个)力/扭矩传感器感测当所述介入仪器(30)被定位在所述仪器引导(40)内时施加在所述介入仪器(30)和/或所述仪器引导(40)上的力和/或扭矩。所述最佳成像POV控制器(20)通过从如由(一个或多个)力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器(30)和/或所述仪器引导(40)上的力和/或扭矩的测量结果导出所述介入仪器(30)的成像轴控制所述介入仪器(30)的最佳成像POV的确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于介入仪器加载的最佳成像视点
本公开总体上涉及介入流程期间的成像视点。本公开特别地涉及基于施加到介入仪器的力和扭矩的新颖和专利技术最佳成像视点。
技术介绍
在图像引导式手术中，外科医师使用跟踪患者、仪器并且执行将手术计划带到患者坐标系中的配准的引导定位系统将手术前手术处置计划从三维(“3D”)虚拟模型直接地传送到患者的解剖结构。在许多流程中，被动或机器人仪器引导被用于使用引导定位系统反馈提供定位和将仪器与靶对准的稳定性和精确度。特别地，在微创手术(MIS)中要求导航辅助，其中，对介入部位的访问最小化以仅接受特殊仪器(常常管、或棒、或针)。MIS改进恢复时间，减少归因于感染的并发症，减少失血，改进美容结果，减少成本等。引导定位系统使得外科医师能够克服归因于该MIS方法的视觉阻塞和几何访问限制，并且提供仪器相对于解剖结构的放置的高准确度。例如，MIS脊柱融合手术是由手术导航启用的流程。用于螺钉放置的常规方法要求肌肉和其他组织的广泛操纵和移除以访问脊柱的表面，比较地，MIS允许用于锥弓根螺钉固定的经皮方法。特别地，外科医师规划患者的计算机断层摄影(“CT”)成像3D模型上的椎弓根螺钉的放置并且通过皮肤将仪器放置在脊椎的椎弓根中而不看到椎弓根自己。仪器引导系统(例如，基于光学跟踪器的、或机器人定位器)跟踪患者和仪器以在皮肤下面几厘米的靶椎弓根的位置上向外科医师提供视觉引导。几幅2D或3DX射线图像常常在流程中早期取得以利用跟踪仪器和基准标记将术前3D模型和手术计划与患者配准。仪器上的定位可以以徒手方式或利用手动或机器定位的仪器引导完成。定位臂和机器放置引导提供用于使仪器(例如，椎弓根开路锥、k线)通过皮肤、脂肪、肌肉并且最终骨层插入到患者中的稳定轨迹。机器人引导自动地将引导放置到规划位置中，从而减少对手眼协调的依赖以解释靶轨迹相对于当前仪器位置的位置。一些协议包括在螺钉被插入椎弓根中之前放置在患者中的仪器(即，针状的k线)的验证X射线。外科医师将试图如果未对准在X射线投射中可见，则重新插入k线。在螺钉被固定之后，在切口闭合之前取得额外验证图像。类似过程在许多图像引导式治疗中发现，诸如例如其中针状设备经皮插入到患者中以到达患者内的靶质量的活检或消融。然而，甚至利用导航和机器人引导，精确定位特别地针对通过小切口使用的长细仪器(针、钻头等)易于出错。这归因于通过由与仪器接触的组织(：皮肤、肌肉和骨骼)施加在仪器上的力以及由外科医师施加的力造成的仪器或组织位移。甚至利用刚性机器人引导系统(例如，MazorX)，这些力可以偏转靶组织、机器人操纵器和仪器自己，从而导致造成手术误差的预期靶路径的偏离。该偏离不总是容易立即检测或者校正。在许多情况下，轨迹在介入步骤完成之前利用额外成像(X射线)正确验证(例如，在椎弓根螺钉植入之前的验证的k线放置)，并且在许多情况下，该步骤在流程结束时执行以验证所有规划介入已经适当地执行，在这种情况下，校正不容易补救。因此，外科医师将受益于知道在仪器的放置期间或紧接之后，潜在位置误差由于仪器的加载是可能的。另外，该负载的方向可以指示潜在位置和角误差的方向。因此，需要一种用于在对患者成像时辅助外科医师以评估由导航/跟踪系统未检测到的任何位置误差的方法。
技术实现思路
为了改进由导航/跟踪系统未检测到的位置误差，本公开的专利技术提供用于检测在介入期间施加在介入仪器(例如，针、钻头、螺钉等)和/或仪器引导(例如，手持式、被动定位臂、或完全致动机器人定位器)上的力/扭矩的最佳成像POV介入系统和方法。针对归因于检测到的力/扭矩的介入仪器的定位误差的任何潜在性可以报告给外科医师，其中，所述外科医师可以针对潜在定位误差的最佳视图调节所述医学成像系统的POV，或者其中，本公开的控制器可以针对潜在定位误差的最佳视图自主调节医学成像的POV。本公开的系统和方法可以建议针对从检测到的力/扭矩的方向和/或幅度和介入仪器相对于所述解剖结构和/或处置计划的位置和取向导出的验证成像(例如，在C型臂的情况下的成像位置和轴角)的视点。本公开的专利技术的一个实施例是最佳成像POV介入系统采用介入仪器、仪器引导、一个或多个力/扭矩传感器和最佳成像POV控制器。在操作中，所述仪器引导建立所述介入仪器的规划轨迹，并且(一个或多个)力/扭矩传感器感测施加在所述介入仪器和/或所述仪器引导上的力和/或扭矩。所述最佳成像POV控制器通过从如由(一个或多个)力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器和/或所述仪器引导上的力和/或扭矩的测量结果导出所述介入仪器的成像轴控制所述介入仪器的最佳成像POV的确定。本公开的专利技术的第二实施例，一种最佳成像POV介入系统，包含：(1)由仪器引导建立介入仪器的规划轨迹，(2)由一个或多个力/扭矩传感器感测当所述介入仪器被定位在所述仪器引导内时施加在所述介入仪器和/或所述仪器引导上的力和/或扭矩，并且(3)由最佳成像POV控制器通过从如由(一个或多个)力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器和/所述仪器引导上的力和/或扭矩的测量结果导出所述介入仪器的成像轴来控制所述介入仪器的最佳成像POV的确定。通常，最佳POV基于任务(例如，将所述仪器应用在所述身体上)的过程中的力和/或扭矩的最大值(利用经验确定的相对重量)。备选地，可以采用一段时间内的平均力/扭矩的时间滤波器。在该模式下，最佳成像POV控制器建议对应于以下各项的多个视图：(1)具有高力/扭矩的短事件(诸如来自锤子的冲击)，(2)与在s秒时段内测量的恒定力/扭矩相关联的视图，(3)在s秒时段内的平均力/扭矩。另外，最佳成像POV控制器可以将力-扭矩链接到所述身体中的工具的位置并且考虑包括流程期间的仪器上的预期力和扭矩的手术计划。与该计划的偏离被用于生成如上文所描述的POV。其他最佳POV可以与所述身体中的特定感兴趣区域处的最大力和扭矩相关联，诸如深度(皮肤下面1cm)或接近于组织(在骨骼上)。在其中所述仪器能够表征所述组织(例如，使用谱感测)的情况下，对潜在POV选择(来自力/扭矩测量结果)的优先化可以通过所述身体内的组织类型和位置或相对于靶或仪器排序。最佳成像POV控制器还可以为外科医师选择从所述任务期间的外科医师选定的时间处的力/扭矩或所述任务期间的仪器的外科医师选定的预记录位置导出的POV提供接口。出于描述并且要求保护本公开的本专利技术的目的：(1)本公开的领域的术语包括但不限于“介入流程”、“介入仪器”、“仪器引导”、“介入成像系统”、“位置跟踪系统”、“引导定位系统”、“力传感器”、“扭矩传感器”、“力测量结果”和“扭矩测量结果”要被广泛地解释，如本公开的领域中已知并且在本公开中示范性描述的；(2)更特别地，术语“介入流程”广泛地涵盖用于患者解剖结构的成像、诊断和/或处置的如本公开的领域中已知或下文中设想的所有介入流程；(3)更特别地，术语“力/扭矩传感器”广泛地涵盖如本公开的领域中已知或在下文中构想的所有力传感器、扭矩传感器或其组合，以用于感测直接或间接地施加在所述介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种最佳成像POV介入系统，包括：/n介入仪器(30)；/n仪器引导(40)，其被配置为建立所述介入仪器(30)的规划轨迹；/n至少一个力/扭矩传感器，其被配置为感测当所述介入仪器(30)被定位在所述仪器引导(40)内时施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的力和扭矩中的至少一项；以及/n最佳成像POV控制器(20)，其能用于控制对所述介入仪器(30)的最佳成像POV的确定，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：/n根据由所述至少一个力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的测量结果来导出所述介入仪器(30)的成像轴。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180626 US 62/690,1271.一种最佳成像POV介入系统，包括：
介入仪器(30)；
仪器引导(40)，其被配置为建立所述介入仪器(30)的规划轨迹；
至少一个力/扭矩传感器，其被配置为感测当所述介入仪器(30)被定位在所述仪器引导(40)内时施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的力和扭矩中的至少一项；以及
最佳成像POV控制器(20)，其能用于控制对所述介入仪器(30)的最佳成像POV的确定，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
根据由所述至少一个力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的测量结果来导出所述介入仪器(30)的成像轴。


2.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述至少一个力/扭矩传感器被嵌入在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项中。


3.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，还包括：
引导定位系统，其被配置为对所述仪器引导(40)进行定位以建立所述介入仪器(30)的所述规划轨迹，
其中，所述引导定位系统包括所述至少一个力/扭矩传感器。


4.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)包括所述至少一个力/扭矩传感器。


5.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
将力测量结果和扭矩测量结果中的至少一项执行为施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的最大值。


6.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
将力测量结果和扭矩测量结果中的至少一项执行为在事件之后施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的感测的至少一项。


7.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
将力测量结果和扭矩测量结果中的至少一项执行为在一段时间内施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的平均。


8.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
将力测量结果和扭矩测量结果中的至少一项执行为当所述介入仪器(30)在所述仪器引导(40)内固定时施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的平均。


9.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
基于所述介入仪器(30)与所述规划轨迹的靶位置的接近度来执行施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的加权力测量结果和加权扭矩测量结果中的至少一项。


10.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
基于所述仪器引导(40)的运动学模型来执行施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的所述力和所述扭矩中的至少一项的加权力测量结果和加权扭矩测量结果中的至少一项。


11.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
将所述成像轴计算为由所述至少一个力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的至少一项上的力/扭矩向量的位置和由所述规划轨迹和所述力/扭矩向量的叉积形成的成像坐标系中的成像向量的函数。


12.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为：
将所述成像轴计算为由所述至少一个力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的所述至少一项上的力向量与由所述至少一个力/扭矩传感器感测的施加在所述介入仪器(30)和所述仪器引导(40)中的所述至少一项上的扭矩向量的平均。


13.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为执行以下各项中的至少一项：
控制所述成像轴到介入成像系统的传递；并且
控制根据所述成像轴对介入成像系统的重新定位。


14.根据权利要求1所述的最佳成像POV介入系统，其中，所述最佳成像POV控制器(20)被配置为执行以下各项中的至少一项：
控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·巴利茨基，
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