CN102342861A - 标记医疗器械的预先确定的引导路径的方法和定向设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于标记医疗器械的、特别是针的预先确定的引导路径的方法，其中通过至少一个可调节的指示装置，特别是通过光源指示具有相对于垂向的角度的至少一个引导路径，其中为在相对于垂向的角度方面调节指示装置或至少一个指示装置，使用一维或二维的倾斜测量器。

Description

标记医疗器械的预先确定的引导路径的方法和定向设备

技术领域

本发明涉及一种用于标记医疗器械(特别是针)的预先确定的引导路径的方法，其中通过至少一个可调节的指示装置(特别是光源)指示具有相对于垂向的角度的至少一个引导路径，本发明还涉及所属的定向设备。

背景技术

例如以医疗器械(如穿刺针或活组织检查针)执行的最小侵入的介入经常根据以计算机断层成像装置(CT装置)或磁共振装置(MR)拍摄的图像来计划待选择的介入点和介入方向、合称为引导路径。长期以来，通常情况是，操作人员在计划完成之后，根据其个人经验而无另外的辅助来执行实际的介入。如需要，为此首先仅将针引入一段距离，以通过另外的图像拍摄来检验轨迹是否与所计划的轨迹一致。但经常发生的是必须重复应用。

为消除此缺点开发了定向设备，所述定向设备应支持操作人员将计划的引导路径传递到实际的介入。这样的设备例如从DE 19501069A1中已知。在此建议使用至少两个发出相互交叉的辐射的电磁辐射源，其中辐射的交叉空间标记了所提供的引导路径。特别地，在此应使用激光扇面。为产生位于平面内的光束扇面，例如可使用圆柱透镜。

为了实际上可使用此类的定向设备，所述定向设备理想地应具有已知的、特别地与所使用的图像拍摄装置配准的方向。然后例如可计算，指示装置应如何定向，以便能够基于图像拍摄正确地给出引导路径。在此，应特别注意的是，经常地、特别在使用磁共振时不可能在图像拍摄装置内执行介入，从而经常例如通过可运动的患者台再次将患者从图像拍摄装置拉出以最后执行介入。

在已知的解决方法中也通常使用存在于图像拍摄装置内的激光标记，例如用于标记中央的矢状的层方向和轴向的层方向的标记，如十字线。将患者台移动使得已知的点在图像中处于轴向平面内是不难的，如通过激光进行标记的那样。操作人员经常利用此方法以确定所计划的介入点位于其内的轴向平面，且估计在轴向方向上沿患者皮肤必须经过的距离。但此过程是不精确的，因为仅估计了介入点应沿轴向平面位于何处。但特别地也仅以目测选择且徒手调节确定了介入方向的角度。

已知带有C弓臂的荧光镜系统，所述荧光镜系统带有整合的激光，所述荧光镜系统通过整合的激光的定向可指示预先确定的介入点且附加地还可以指示在皮肤的层面内的介入方向。然而，利用此系统不能指示关于垂向的角度。

此外，可在磁共振中使用可见的栅格或标记，以在皮肤上标记介入点，在此又只能通过目测来确定在介入方向上给出的角度。

此外还提出了导航系统，所述导航系统使用了各种摄像机或高频标记，以确定器械的正确位置和角度姿态，但此解决方法很昂贵。

在图像拍摄装置内使用的机械手也是如此，所述机械手除了高的实现成本之外，在介入过程中还引入了附加的硬件和复杂性且导致巨大的消毒难度。

但即使更有利地实现的定向设备，如在前述DE 19501069A1中提及的定向设备也具有缺点，即特别地可能容易发生的是，支承指示装置的支座特别地关于垂向不严格地定向。因为特别地使光学指示装置明显地与实际的介入位置成距离地布置，所以与垂向的很小的角度偏差在此就会导致明显的错误指示。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，给出一种用于标记预先确定的引导路径的方法和定向设备，其中最大程度避免或至少明显降低了标记中相对于垂向的误差。

为解决上述技术问题，在前述类型的方法中根据本发明，为调节指示装置或至少一个指示装置的相对于垂向的角度，使用一维或二维的倾斜测量器。

因此根据本发明建议，使用倾斜测量器，或者用于在错误姿态/错误对齐时修正所指示的角度、或者用于直接确定关于垂向的角度，所述倾斜测量器确定相对于垂向、即相对于重力方向的角度。这样的可配备给指示装置的倾斜测量器布置在指示装置近旁或至少以相对于该指示装置的确定已知的几何关系布置。以此方式，导致误差的错误姿态不再对于标记的精度具有影响，因为垂向总是已知的且可用作实际的参考。

作为倾斜测量器，虽然原则上可考虑使用传统的倾斜测量器，例如以液体中的气泡工作的水准器(Wasserwaage)，但根据本发明优选地使用加速度计(Accelerometer)，因为这样的设备是高度精确的且提供了精准的角度信息。有利地，这样的加速度计包括MEMS(Micro Electro-Mechanical System，即微型机电系统，德语也称Mikrosystem，即微型系统)，即例如可包括多个加速度传感器的微型组件。如已提及的，可特别有利地仅通过考虑倾斜测量器的测量数据来调节相对于垂向的角度。这意味着将所确定的垂向用作绝对参考，所述绝对参考因此与指示装置或支承指示装置的元件的实际定向完全无关。在指示装置的坐标系内的垂向总是已知的，从而也能够实现与定向设备的其他部件无关地的、必要时可自由运动的指示装置，尽管如此，所述指示装置可提供基本上正确的指示，所述指示用作相对于垂向的正确角度的标记。

例如，具体实现情况可以是将引导路径的事先确定的方向通过描述水平面中的旋转的角度和相对于垂向的角度来描述。在这样的次序中，也可最后进行定向设备的调节。然后例如可以首先在水平向内进行旋转，然后可对给出了相对于垂向的倾斜的另一个指示装置进行相应的匹配。

在根据本发明的方法的特别合适的扩展中，可使用提供在器械引导件(Instrumentenführung)上、特别地在针引导件(Nadelführung)上的倾斜测量器。这是示例性的构造，其中定向设备的部分可实现为可自由运动的部分而无需固定的配准。在这样的构造中可建议，例如通过激光系统等仅给出在皮肤层面内(通常基本上水平向)的预先确定的介入点和介入方向，例如通过到介入区域内患者皮肤的相应的投影。在器械引导件中、即特别地在针引导件中，现在含有倾斜测量器，所述倾斜测量器提供了相对于器械引导件且因此相对于器械的定向的垂向方向。根据器械引导件且因此根据器械相对于垂向的实际定向与希望的定向、即与相对于垂向的角度相比是被如何定向的，可控制例如也提供在器械引导件上的相应的指示装置。在此，不仅可考虑光学指示装置，而且当然也可考虑另外的指示装置，例如声学指示装置，其中操作人员从发出的音调可断定器械应如何运动以获得正确的预先确定的介入方向。如已提及，特别地当光学指示装置指示了器械的预先确定的介入点和/或在水平面内的方向时，与此类关于相对于垂向的角度的精确信息一起给出了完整的定向辅助。

替代地或补充地也可建议，使用在光学指示装置上布置的或与光学指示装置、特别是发出激光扇面的指示装置成几何关系或固定几何关系布置的倾斜测量器。在此方面，例如可有利地实现如下构造，其中可无关地调节至少两个光束扇面，特别是两个激光扇面。一个激光扇面在此可基本上垂直地定向，且通过在水平面内的旋转而被调节为使其给出在水平面内待选择的角度。第二扇面则可在考虑到倾斜测量器的数据的情况下这样被调节，使得指示相对于垂向的正确的倾斜。在两个扇面的重叠区域内得到了清晰地限定的线，所述线对应于引导路径。在此类调节中仅应注意，通过投射到患者皮肤上的十字所显示的介入点在第二扇面的调节中也不移动。为此，例如可提供补偿装置，特别地可实现在另外的自由度上的运动以补偿介入点的移动。

在根据本发明的方法中的可能的工作流程例如可见下文。首先，例如通过CT装置或MR装置拍摄患者的图像数据。在所述图像数据中现在通过确定引导路径来进行介入计划，所述引导路径最后通过介入点和介入方向限定。引导路径的坐标然后传输到与图像拍摄装置的坐标系配准的、所使用的定向设备的坐标系内。在此方面，也确定在水平面内的角度和相对于垂向、即相对于重力方向的角度。在此处注意到，也可考虑其中器械应具有两个不同的方向的器械轨迹或引导路径。这意味着方向在介入期间改变。然后必须相应地分别考虑两个角度。

现在将患者台和定向设备机械定位，使得介入点通过第一指示装置的激光被标记。激光标记在此可作为单个激光的简单的点，但也可考虑的是十字线，所述十字线例如可通过两个或多个激光扇面的交叉产生。当为了给出方向而在后面应使用带有第二激光扇面的第二指示装置时，这样的第一指示装置的第二扇面在此可在其扇面宽度上明显选择为更窄。

患者台相对于定向设备的正确的定位可通过患者台的通常是沿患者的头-脚方向的运动、通过定向设备和/或激光的运动、或通过前述可能性的组合实现。定向设备相对于患者台(且因此相对于所拍摄的图像数据的)的相对位置通常通过台的姿态给定器(Stellungsgeber)、其他的给定器(Geber)或借助激光自身的距离测量来确定，但也可考虑在台上或定向设备上物理地存在的被操作人员读取的标记。

然后通过第一指示装置的且因此通过激光扇面的旋转标记了沿角度在水平面内的方向。这可通过相应的角位置给定器/借助定向装置自身的距离测量来实现，但也可考虑在台上或定向设备上的物理地提供的可被操作人员读取且用于正确调节的标记。

相对于垂向的角度则总是借助于倾斜测量器正确地显示。操作人员的导向或者可通过也可发出激光扇面的第二指示装置来进行，其中倾斜测量器则测量第二指示装置相对于垂向的角度，或者也可通过使用器械引导件来进行，其中倾斜测量器确定器械引导件相对于垂向的角度。

在此处还应注意的是当使用多个光学指示装置时，当然可不同地选择光、特别是激光的颜色，以实现对于不同指示装置的光的区分。

此外应注意的是台位置的匹配和定向设备的部件或器械引导件的定向原则上可手动执行。当然，也可考虑可实现自动调节的其他执行机构，特别是步进马达等。在手动操作的情况中，操作人员可从定向设备或器械引导件自身或通过监视器得到反馈。反馈可以是数值反馈、色彩反馈、基于文本的反馈和/或甚至声学反馈。

最后还应注意的是在其中使用激光来指示相对于垂向的角度的情况中，激光束也可用于通过激光测距来确定距医疗器械的距离。这样的激光测距可实现大约0.5mm的精度或精确性，且最后给出关于医疗器械已推入到患者体内多深的良好的指示。

除方法外，本发明也涉及用于标记特别是针的医疗器械的预先给定的引导路径的定向设备，所述定向设备包括至少一个可调节的指示装置，特别是光源。根据本发明的定向设备的特征在于，提供了用于关于引导路径相对于垂向的角度来调节指示装置或至少一个指示装置的一维或二维倾斜测量器。根据本发明的定向设备因此适合于执行根据本发明的方法；特别地，关于本发明的方法做出的全部解释可类似地传递到根据本发明的定向设备上。因此，根据本发明的定向设备也提供了如下优点，即根据垂向即重力作用的方向的绝对可确定性，可最大程度地避免关于垂向的错误位置误差(Fehlstellungsfehler)。以此方式实现了引导路径的改进的标记，使得实现了医疗器械的改进的定向。

如已提及，倾斜测量器可包括水准器和/或加速度测量器，特别地包括MEMS。优选地，在此为加速度测量器，因为以此可获得高精度的角度作为测量数据。

特别有利地，倾斜测量器可布置在用作指示装置或包括指示装置的针引导件上。因为通过倾斜测量器基本上已知了相对于垂向的位置，所以也可使用独立的可运动的元件或定向设备，以实现相对于垂向的角度指示。

替代地或补充地，倾斜测量器布置在光学指示装置上，特别地布置在发出激光扇面的指示装置上。在此，特别合适的是，提供用于发出至少两个可独立调节的激光扇面的指示装置，其中倾斜测量器配备给一个指示装置。此类包括带有激光扇面的两个可独立调节的指示装置的定向设备可在如下情况下有利地实现，即它们包括带有水平的第一支架的支座，在所述支架的端部上通过在水平面内可旋转的旋转联接布置了可平移移动的第二支架和第一指示装置，其中第二支架相对于第一支架可围绕第一水平轴线翻转，且在第二支架上布置了可围绕与所述第一水平轴线平行的第二轴线翻转的第二指示装置和倾斜测量器。围绕水平轴线的两个翻转可能性最终用于能够再次补偿在围绕水平轴线翻转时出现的在患者的皮肤上显示的介入点的移动；即最终可将例如通过铰接联接可实现的围绕水平轴线的第二可翻转性理解为一种补偿装置。在此当第一指示装置已可明确地限定介入点时，是特别有利的，因为在手动调节第二指示装置使得既指示正确的介入方向又指示正确的介入点时，由此为操作人员给出正确的定向。如果进行正确的调节，则两个激光扇面的重叠线给出正确的引导路径；如果两个激光扇面是不同颜色的光，则操作人员也可立即识别，在哪个方向上必须进行修正，因为在器械或器械保持器上仅可见一个颜色。第一指示装置在此构造为标记一个点，使其发出两个以不同宽度扇面展开的相互垂直的扇面，所述两个扇面标记了一个点。在此构造中，另外也合适的是将发出扇面的指示装置的布置相互选择为使得第一指示装置的激光扇面和第二指示装置的激光扇面基本上相互垂直。

附图说明

本发明的另外的优点和细节从下文中描述的实施例中以及根据附图得到。各图为：

图1示出了根据本发明的定向设备的示意图，

图2示出了包括根据本发明的定向设备的操作设备，

图3至图5示出了用于解释根据本发明的方法的示意图，

图6示出了根据本发明的第二实施方式的定向设备的示意图，和

图7示出了使用定向设备的第二实施方式的根据本发明的方法的草图。

具体实施方式

图1示出了通过根据本发明的第一实施方式的定向设备1的垂向截面的示意图。在支座2上支承了第一支架3。所述第一支架3在其长度上可改变，见箭头4。在第一支架3上现在放入带有中心通孔6的转盘5，所述转盘5可围绕垂直轴线7旋转，见箭头8。转盘5现在一方面支承了第一指示装置9，另一方面也支承了第二支架10。

第二支架10保持为使其既可围绕水平轴线11翻转，见箭头12，又可在保持件中纵向移动，见箭头13。

在第二支架10上现在例如通过铰链还支承了带有倾斜测量器15的第二指示装置14，所述倾斜测量器15在此形成为基于MEMS技术的加速度测量器16。带有倾斜测量器15的第二指示装置14可围绕与第一水平轴线11平行的第二水平轴线17摆动，见箭头18。与在此仅示意性表示的患者台19的纵向运动一起，因此总体上得到了调节定向设备的六个自由度，使得可为使用者在空间上标记医疗器械的介入点及其介入方向、即合称医疗器械的引导路径。在此，构成分别包括二极管激光器的指示装置9、14，以发出相互垂直的激光扇面20、21。为生成激光扇面，例如以已知方式可提供圆柱透镜。

在本情况中，指示装置9、14使用不同颜色的光，即亮绿色和亮红色的光。如果两个扇面20、21相交，则它们标记出一条直线，即所提供的引导路径。在此，两个扇面20、21的光混合为黄色光。如果医疗器械(例如针)或器械引导件保持在扇面区域内，则可因此通过在医疗器械的表面或引导件的表面上的反射来观察器械/引导件是否定向在正确的介入方向上。

两个扇面在患者台19上的示意性表示的患者22的皮肤上的交点标记了预先确定的介入点。如从图1容易地看出，在调节第二支架10的垂直角度的情况下，所述交点可移动，使得有利地第一指示装置9除扇面20外还发出了与之垂直的窄得多的第二扇面23，且因此适合于也仅标记介入点且允许第二支架10的调整，使得保持获得正确的预先确定的介入点。

现在，图2示出了处理设备24，所述处理设备24包括仅示意性图示的定向设备1。定向设备1在此布置在图像拍摄装置26、特别是CT装置或MR装置的患者容纳部分25的外侧。带有布置在其上的患者22的患者台19可从患者容纳部分25移出到定向设备1的范围内。因此，可使得操作人员将医疗器械27、在此是将针28正确地放置在介入点上且在正确的介入方向上引入，如根据图3至图5更详细地解释的。

但首先以图像拍摄装置26获得患者22的图像数据。此图像数据被用于计划随即的介入，这意味着确定器械27的引导路径、特别是所计划的介入点29和介入方向。它们因此在图像拍摄装置26的用于配准或可配准定向设备1的坐标系中是已知的。

在此方面，在此处注意到接下来描述的调节步骤原则上可由操作人员手动执行，例如通过监视器或通过其他的辅助装置引导来手动执行。但也可以的是对于每个提供的运动自由度(这对于患者台19本来就提供大多数)提供在图中未详细示出的驱动装置，所述驱动装置可由中央控制装置控制，以实现患者台以及定向设备1的部件的自动定向。用于自动调节部件的结构在很大程度上是已知的，且因此在此不必详细阐述。

在第一步骤中现在首先移动患者台19，使得第一指示装置9的宽扇面20通过计划的介入点29走向。然后，调节第一支架3的长度，使得扇面20、23以十字线的方式来标记预先确定的介入点29。这通过图3中的箭头30示意。

在随后的步骤中，此时在水平面内调节角度，如通过图4进一步详细解释的。为此，通过转盘5将第一指示装置9在水平面内旋转，见箭头31。相应地，因此主扇面20和较小的扇面23也随同旋转。这在图4中也示意出；显见，它们还标记所计划的介入点29。

最后，如通过图5解释的，相对于垂向调节最后通过第二指示装置14的扇面21的角度所确定的角度。为此，不考虑配准数据，而是仅考虑倾斜测量器15的测量数据。它说明了重力方向如何相对于指示装置14。通过第二支架10的两个翻转可能性，将指示装置14调节为使得一方面扇面21此外还标记计划的介入点29，而另一方面使得相对于垂向的角度对应于预先确定的角度。然后，扇面20、21的重叠线标记了器械27的计划的引导路径，其中扇面20、21在患者22身上的交点标记了介入点29。操作人员现在容易地将器械27正确并精确地定向，特别是，因为由于倾斜测量器15，所以可严格地且与定向设备1上的误差位置无关地高精度地调节相对于垂向的角度。

图6示出了根据本发明的定向设备1’的第二实施方式。为简单起见，相应的部件提供以相应的附图标号。显见，在此第二实施方式中，不再需要具有第二指示装置14的第二支架10；第一指示装置9可直接布置在转盘5上或其他的旋转联接件上。取而代之，现在提供器械引导件32(在此为针引导件33)，所述引导件具有用于针28的容纳件34。此外，倾斜测量器15现在提供在器械引导件32之内或之上。

这点如下修改根据本发明的方法。最初的步骤直至在图4中所示在水平面内角度的调整都保持不变。然后，将在器械引导件32内引导的器械27安放在通过激光扇面20、23标记的介入点29上，且在通过扇面20标记的水平方向上定向。然后，根据倾斜测量器15的测量数据检验，是否给出了相对于垂向的正确的角度。如果并非如此，则操作人员通过输出装置、特别地通过光学和/或声学输出装置给出关于在哪个方向上翻转的信息，使得根据通常基于MEMS技术仍是实现为加速度测量器的倾斜测量器15的角度测量来逐步向正确的介入方向引导操作人员。

Claims (14)

1.一种用于标记医疗器械、特别是针的预先确定的引导路径的方法，其中通过至少一个能够调节的指示装置、特别是光源，指示具有相对于垂向的角度的至少一个引导路径，其特征在于，为在相对于垂向的角度方面调节指示装置或至少一个指示装置，使用一维或二维的倾斜测量器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述倾斜测量器，使用水准器和/或加速度测量器，特别是包括MEMS的加速度测量器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，仅通过考虑倾斜测量器的测量数据来调节相对于垂向的角度。

4.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，通过描述了水平面中的旋转的角度和相对于垂向的角度来描述引导路径的事先确定的方向。

5.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，使用在器械引导件、特别是针引导件上提供的倾斜测量器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，光学指示装置指示了器械的预先确定的介入点和/或在水平面内的方向。

7.根据前述权利要求中一项所述的方法，其特征在于，使用布置在光学指示装置上、特别是布置在发出激光扇面的指示装置上的倾斜测量器。

8.一种用于标记医疗器械(27)的、特别是针(28)的预先确定的引导路径的定向设备(1、1’)，所述定向设备(1、1’)包括至少一个能够调节的指示装置(9、14)、特别是光源，其特征在于，提供用于在引导路径的相对于垂向的角度方面调节指示装置或至少一个指示装置(14、32)的一维或二维倾斜测量器(15)。

9.根据权利要求8所述的定向设备，其特征在于，所述倾斜测量器(15)是水准器和/或加速度测量器(16)，特别是包括MEMS的加速度测量器(16)。

10.根据权利要求8或9所述的定向设备，其特征在于，所述倾斜测量器(15)布置在用作指示装置或包括指示装置的倾斜引导件(32)上，特别是布置在针引导件(33)上。

11.根据权利要求8至10中一项所述的定向设备，其特征在于，所述倾斜测量器(15)布置在光学指示装置(14)上，特别是布置在发出激光扇面(21)的指示装置(14)上。

12.根据权利要求11所述的定向设备，其特征在于，提供用于发出至少两个能够独立调节的激光扇面(20、21)的两个指示装置(9、14)，其中倾斜测量器(15)配备给一个指示装置(14)。

13.根据权利要求12所述的定向设备，其特征在于，所述定向设备包括带有水平第一支架(3)的支座(2)，在所述第一支架(3)的端部上通过能够在水平面内旋转的旋转联接布置了能够平移移动的第二支架(10)和第一指示装置(9)，其中第二支架(10)相对于第一支架(3)能够围绕第一水平轴线翻转，且在第二支架(10)上布置了能够围绕与所述第一水平轴线平行的第二轴线翻转的第二指示装置(14)和倾斜测量器(15)。

14.根据权利要求12或13所述的定向设备，其特征在于，所述第一指示装置(9)发出两个以不同宽度扇面展开的相互垂直的激光扇面(20、23)，所述两个激光扇面(20、23)标记了一个点。

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