CN103957814A - 仪器的辅助操纵的方法和关联的辅助组装件 - Google Patents

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Abstract

本发明关于在用于仪器操纵的辅助组装件中用于仪器的辅助操纵的方法，该辅助组装件包括：医学成像系统（11），其包括用于使意在要由所述系统成像或已经成像的患者的至少一个部位固定的支承（18）；用于意在在所述患者中使用的仪器（2）的辅助操纵的辅助装置（1），所述装置（1）包括：能由操作者操作的移动机械结构（3），在其上能够固定至少一个仪器（2），所述方法特征在于，它包括以下步骤：相对于成像系统（11）的位置来校准辅助装置（1）的位置，由此允许患者部位的位置在与辅助装置（1）有关的参考系内已知以在操纵患者中的仪器方面辅助操作者。

Description

仪器的辅助操纵的方法和关联的辅助组装件
技术领域
本发明关于对于意在在患者中使用的仪器的辅助操纵的装置和组装件。
背景技术
外科手术规程（特别是例如活检等最小侵入规程）需要由医生操纵仪器。这些仪器必须移动并且定位在精确区中用于正确实施规程。这些可以是例如要定位在患者中的精确位点处来执行活检的针。
这些仪器的操纵是细致且复杂的操作。
由于该目的，已知提供用于辅助仪器操纵的装置。
例如，在外科中，已知使用联接臂，其预先定位仪器铰接所在的臂的末端。一旦臂从而被预先定位，用户可以促使仪器执行特定平移或旋转移动同时臂仍保持在它的位置。
装置可以是更简单的装置，例如机械导向装置。
迄今为止用于辅助仪器操纵的装置具有许多缺点。
为了限定赋予仪器的轨迹，一些装置需要要研究的患者区中的解剖标记的识别。这些解剖标记的识别允许要相对于患者身体校准的装置的位置参考系。该定位是必要的，以便能够确定要给予仪器的轨迹。
有时，装置相对于患者身体的位置参考系的校准（其也叫作配准）通过使用器官的三维模型（3D）来执行。整形外科手术中的已知导航和辅助操纵系统尤其是这样的。在该情况下，一个或多个目标器官的3D模型可以在操作前构造，并且轨迹可以在外科手术之前在所谓的外科手术规划阶段期间关于这些模型而确定。在外科手术规程时，仪器（例如光学仪器或磁性仪器）用于使操作前3D模型与患者对准并且确定它相对于装置的位点。
在所有情况下，配准是复杂的并且有时是不精确的。另外，它并不总是能适用的。最后，它在患者或器官移动的情况下必须再次执行。
具有允许在精确的轨迹上引导仪器的机械导向装置，这通常也是必要的。这些机械导向装置例如用于针的定位。
该技术方案具有它需要额外部件这一劣势。为每个患者对该部件消毒，这也是必要的。最后，该部件不适应于所有仪器并且仅允许要限定的有限轨迹集。
本发明提出对迄今已知的用于辅助仪器操纵的装置的改进。
发明内容
本发明提出克服上面提到的劣势。
在一个实施例中，描述在用于辅助仪器操纵的组装件中用于仪器的辅助操纵的方法，该组装件包括：医学成像系统，其包括用于使要由所述系统成像或已经成像的患者的至少一个部位固定的支承；用于意在在所述患者中使用的仪器的辅助操纵的装置，所述装置包括能由操作者操作的移动机械结构，在其上可以固定至少一个仪器，所述方法特征在于，它包括以下步骤：相对于成像系统的位置来校准辅助装置的位置，由此允许患者部位的位置在与辅助装置有关的参考系内已知以在操纵患者中的仪器时辅助操作者。
在一个实施例中，步骤由对操作者提供表征辅助装置和/或仪器相对于患者区或该患者区的目标的位置的信息组成。
在一个实施例中，辅助组装件进一步包括在一个或多个自由度上致动机械结构的机动化件，和能够驱动该机动化件来促进对仪器的至少一个运动学约束的满足的处理器，约束的满足通过操作者的操纵与机动化件响应于这些操纵的动作之间的协作来实现，所述校准使处理器能够将对成像系统的参考系中限定的仪器的运动学约束变换到装置的参考系以便使用所变换的约束来驱动机动化件。
根据一个实施例，装置和成像系统组合并且校准被预先编程。
在一个实施例中，校准由操作者在患者中的规程之前确定，并且包括在成像系统的点处定位装置的步骤，成像系统的参考系中的这些点的位置被传送到系统，其相对于成像系统的位置来校准辅助装置的位置，并且经由校准系统的处理从其处推断装置相对于成像系统的校准位置。
在一个实施例中，处理器配置成驱动机动化件以便迫使仪器将它自身定位在导向装置内，从而对应于几何空间区。
在一个实施例中，导向装置关于仪器的运动学参数和/或由操作者执行的仪器的操纵而动态限定。
在一个实施例中，导向装置关于仪器所插入的患者区的变形模型而动态限定。
在一个实施例中，导向装置关于从患者图像得到的数据（由医学成像系统拍摄）而被重新计算。
在一个实施例中，导向装置对应于这样的几何区，其使仪器在由操作者移动时能够避开物理对象或患者的预定区。
在一个实施例中，对仪器的运动学约束由操作者经由辅助组装件的接口从由医学成像系统提供的图像限定。
辅助组装件还描述成辅助操纵仪器，该辅助组装件包括：医学成像系统，其包括用于使意在要由所述系统成像或已经成像的患者的至少一个部位固定的支承；用于意在在所述患者中使用的仪器的辅助操纵的辅助装置，所述装置包括能由操作者操作的移动机械结构，在其上可以固定至少一个仪器，所述组装件特征在于，它包括至少一个校准系统，用于相对于成像系统的位置来校准辅助装置的位置，由此允许患者部位的位置在与辅助装置有关的参考系内已知以在操纵患者中的仪器方面辅助操作者，所述组装件能够执行之前描述的方法的步骤。
在一个实施例中，组装件进一步包括在一个或多个自由度上致动机械结构的机动化件，和能够驱动该机动化件来促进满足对仪器的至少一个运动学约束的处理器，约束的满足通过操作者的操纵与机动化件响应于这些操纵的动作之间的协作来实现，所述组装件特征在于，它能够执行之前描述的方法的步骤。
还描述计算机程序产品，其可以加载到辅助组装件的辅助装置的处理器的存储器内，所述程序能够控制处理器来执行之前描述的方法的步骤。
本发明的一个优势是提出用于仪器的辅助操纵的装置，其对操作者提供移动自由度。
本发明的另一个优势是允许操作者操纵的实时可视化，其改进仪器轨迹的精度和患者安全。
本发明的另外的优势是对仪器的导向提供灵活的辅助，该仪器能够适应于患者和规程环境中物理对象的存在。本发明允许在多个轨迹（其关于各种参数能调整）上导向。
本发明的另外的优势是装置的定位可以采用简单、高效的方式确定。
本发明的另外的优势是能够计算轨迹（或约束）并且促使仪器遵循该轨迹。轨迹例如经由规划算法而有利地选择，并且允许要打开用于仪器插入和移动的患者身体区的最小化，这改进患者舒适度并且减少出血。
本发明的另外的优势是停止对导向部件和其维护的需要。
最后，本发明的另一个优势是允许仪器与目标的对准同时对操作者提供自由度。
附图说明
本发明的其他特性、目标和优势将从下面的描述（其纯粹是说明性而非限制性的）变得明显，并且要参考附图阅读，其中：
－图1是根据本发明的辅助组装件的示意图示；
－图2是根据本发明的方法的步骤的示意图示；
－图3是根据本发明的方法的步骤的示意图示；
－图4是对指向目标的仪器的指向约束的示意图示；
－图5是仪器的轨迹的示意图示；
－图6是关于仪器的插入深度而变化的导向装置的示意图示；
－图7是允许维持仪器插入点的约束的示意图示。
具体实施方式
图1示意地图示用于操纵仪器的辅助组装件6。
组装件6包括医学成像系统11，其允许拍摄患者7的图像。
这可以例如是乳房摄影单元，其中定位患者用于拍摄乳房摄影图像。
医学成像系统11包括支承18，用于使要由所述系统11成像或已经成像的患者7的至少一个部位16固定。
该支承18用于使要成像的患者7的部位16相对于医学成像系统11维持固定。
在图1中，示出乳房摄影单元11，其中患者7的乳房固定地定位在压缩板18与检测器19之间。特别地，患者的乳房16在压缩板18与检测器19之间压缩。
未描述乳房摄影单元的常规部件（X-射线源等），并且其为本领域内技术人员所知。
操作者可例如对患者7的压缩乳房执行活检。
组装件6进一步包括用于仪器2的辅助操纵的装置1。
装置1和仪器2配置成在可以定位在成像系统11处的患者7中使用。
仪器2特定地包括医生可使用其来执行检查例如以从器官对组织采样（活检）或实施外科手术规程的任何医学装置（针、探头，等）。
装置1包括移动机械结构3，在其上可以固定至少一个仪器2。该机械结构3可以由操作者操作。它可以是例如联接臂。
机械结构3本身有利地在支承14上铰接。在它与支承14相对的末端处，机械结构3支撑仪器2。
在一个实施例中，支承14本身是医学成像系统11。
所述机械结构3例如是多联接系统，诸如例如由马萨诸塞州沃本的SensAble Technologies公司配给的PHANToM Omni机器人铰接臂。
机械结构3赋予仪器2一定数量的自由度。在图1中，存在六个自由度。根据应用可存在不同的数量，例如五个自由度。
在一些情况下，装置1包括位置传感器，其允许在规程期间确定仪器2的位置。在能适用时，装置1可包括速度和加速度传感器（可选）。
在一个实施例中，在用于仪器操纵的辅助组装件6中用于仪器的辅助操纵的方法包括以下步骤：相对于成像系统11的位置来校准辅助装置1的位置，由此允许在与辅助装置1有关的参考系内确定患者部位16的位置以在操纵患者的该部位中的仪器方面辅助操作者（参见，图2）。
在一个实施例中，该校准在患者中的每个操作会话之前只此一次地实行，而不必在规程过程中重复该校准。这提供关于辅助装置1相对于成像系统11并且因此相对于患者部位16（因为该部位16相对于成像系统是固定的）的位置的信息。
在一个实施例中，可以只此一次地对该校准预先编程（在组装件的存储器或处理器中）。这在装置和成像系统组合（即，装置1和成像系统11机械连接）时特别有利。例如当装置和成像系统捆绑销售时可是这样的。有利地，在组装件制造期间，装置和成像系统一起在工厂被校准。
一般，辅助组装件可包括至少一个校准系统25，用于相对于成像系统11的位置来校准辅助装置1的位置，由此允许在与辅助装置1有关的参考系内确定患者部位的位置以在操纵患者中的仪器方面辅助操作者。
校准系统25可选地包括用于实施描述的任务所需要的任何处理器或处理单元。该系统25可完全集成在装置1中，或它可部分在装置1和成像系统中存在。
在一个实施例中，在患者中的外科手术规程之前，操作者将装置1定位在医学成像系统11的多个点处。这些点在成像系统11的参考系内的位置被传送到校准系统25。该传送由例如操作者执行，或如果这些点在成像系统11的参考系内的位置已知或被预先记录（在处理组装件的存储器中）则自动执行。
校准系统25执行处理（从医学成像系统11的已知点开始并且使用用于参考系中的改变的那类处理），其允许推断成像系统11的参考系与装置1的参考系之间的联系。
已知点是例如压缩板18的点，或定位在检测器19上的点。可能使用例如三个点。
该校准甚至可以在不需要在成像系统处存在患者的情况下确定。患者相对于成像系统的位置由于固定支承的存在而事先已知。
装置1的位置因此相对于成像系统11和患者而被校准。
一般，校准系统25可包括任何定位系统，或允许识别成像系统的特征点的任何地形识别系统。
这可以是但不限于，使用例如光场的定位系统、超声定位系统或机械定位系统。
实施例的一个示例包括与一个或多个线圈关联的射频接收器。这些线圈设置在例如成像系统中，并且接收器设置在装置1中，其允许定位线圈的位置并且因此确定成像系统的位置与装置1的位置之间的关系。一旦完成校准，装置1的部件（例如装置的支承）在患者中规程期间保持固定，来维持装置的参考系与成像系统的参考系之间的关系。
在实施例的另一个示例中，校准系统25包括固定在成像系统上的拍摄装置，其识别辅助装置1的特定点或反过来。
装置1的位置相对于成像系统11本身的位置而非相对于要成像的患者的图像或器官的校准通过校准来执行，这最有利并且避免现有技术的复杂、几乎不精确的方法。
辅助装置1的位置相对于成像系统11的位置的校准对于操作者具有许多优势。在一个实施例中，辅助方法包括以下步骤：对操作者提供表征辅助装置和/或仪器相对于要研究且定位在成像系统处的患者区或相对于该患者区中的目标的位置的信息。
在一个实施例中，辅助组装件包括位置通知系统36，其允许确定仪器的位置并且允许将仪器的位置通知操作者和/或将仪器的当前位置与要达到的目标之间的差通知操作者。该差可采用各种形式表达：距离、角度、时间等。
在经由上面提到的校准知晓装置的参考系内的患者区或该患者区中的目标的位置的情况下，位置通知系统36可以对操作者提供指示当前位置与要达到的目标之间的差的反馈。
该信息提供步骤可以采用各种方式实行。在一个实施例中，位置通知系统36包括显示屏，其提供关于辅助装置或仪器相对于患者中的区或目标点的位置的视觉信息。该信息还可以是声信号或任何其他适合的信号。
位置通知系统36可例如包括超声位置传感器和/或光学位置传感器和/或电磁位置传感器和/或使用激光的位置传感器，以便知晓仪器的位置。位置通知系统36将由位置传感器测量的仪器的位置与要达到的目标的位置比较，并且然后给出关于这些位置之间的差的反馈信息。目标的位置可以使用如下文解释的轨迹计算的方法来预先编程或确定。位置通知系统36包括实施前面提到的任务所需要的任何处理器或处理单元。
在一个实施例中，装置1进一步包括在一个或多个自由度上致动机械结构3的机动化件4。在图1（对于本发明是非限制性的）中，装置1包括三个机动化件。
辅助装置1进一步包括能够驱动机动化件来促进对仪器2的运动学约束的遵守的处理器5。
运动学尤其包括以下参数中的一个或多个：仪器2的位置、速度、轨迹、方向、取向。
术语处理器要在它的广义上解释，并且涉及能够发送指令并且接收信息来控制机械结构3的移动的任何处理单元。
它可以是例如与一个或多个控制程序关联的微型计算机。它可可选地包括存储单元（存储器）。
处理器5直接在装置1的结构中集成，或它在外部并且经由有线或无线通信工具而与机动化件通信。
处理器5能够驱动机动化件4以促进对仪器2的运动学约束的满足，该约束的遵守通过以下之间的协作而实现：
－操作者的操纵，和
－机动化件4响应于这些操纵的动作。
操作者操纵与机动化件的动作之间的协作最通常是同步的。
尽管操作者的操纵倾向于不留意运动学约束，机动化件4的动作倾向于促使听从该运动学约束。
它因此是既通过机动化件又通过操作者操纵的同操纵装置。
仪器2的运动学约束通过操作者的操纵与装置的机动化件的动作之间的协作来满足。
操作者在规程期间操纵仪器2，并且如果这样的操纵倾向于不遵守运动学约束（例如，它移到预定几何区外部），机动化件防止或倾向于防止未能留意约束的操作者移动。
有利地，但不限于此，机械结构3向操作者的移动施加反力。
机动化件4可包括机械结构上的其他动作，例如振动，其指示操作者的操纵不遵守运动学约束。
有利地，机动化件4在处理器5的控制下配置成产生阻塞，其的刚性是能调整的，使得运动学约束可以与操作者的操纵协作地得到满足。
在另一个实施例中，声信号也由装置1发出来向操作者指示对仪器2的运动学约束未被遵守。由于该目的，装置1包括扬声器。
操作者因此提供有用于操纵仪器2和装置1的自由度，同时保证装置1将防止不能听从对仪器的运动学约束。与机动化件4关联的处理器5因此对操作者的操纵提供控制环（具有反馈环类型）。
根据一个实施例，描述位置校准方法（参见，图3），其包括相对于成像系统11的位置来校准辅助装置1的位置的步骤，所述校准使处理器5能够将对成像系统的参考系中限定的仪器的运动学约束变换到装置的参考系。处理器5能够关于所变换的约束来驱动机动化件。
如将已经理解的，装置1的驱动必须在所述装置1自己的参考系9内进行。因此，装置1需要它自己的参考系内的运动学设置点的表达，例如轨迹或位置。
成像系统11还提供要研究的患者7的区16的图像，其在成像系统的参考系内限定，在要由仪器2研究并且要成像的患者7的区16的范围内相对于成像系统11是固定的。
对仪器2的运动学约束因此由用户或辅助组装件6在成像系统11的参考系内确定。例如，如下文描述的，辅助组装件6能够确定通过在由成像系统11拍摄的图像中识别不必被仪器2触碰的那些患者区（脉管、器官，等）而要避免的轨迹。初始，这些轨迹因此在成像系统11的参考系内限定。
装置1的位置的校准在这里通过相对于成像系统11本身的位置而非相对于图像或要成像的患者的器官的校准来执行，这是非常有利的，并且避免现有技术的复杂且几乎不精确的方法。
处理器5能够将在成像系统11的参考系8中表达的仪器2的运动学约束变换到在装置1的参考系9中表达的约束、允许由辅助组装件或由辅助装置的用户确定的约束在装置自己的参考系8内应用。
例如，如果朝向患者身体中的目标的轨迹已经对仪器确定，所述轨迹允许避开血管，该轨迹凭借前面提到的校准而朝装置1的参考系变换，这使处理器5能够控制机动化件4以便促进听从该轨迹。
使得从成像系统的参考系变到装置的参考系成为可能的校准可以经由前面提到的校准系统或经由所有之前描述的实施例而获得并且将不进一步描述。
一个实施例关于能够驱动处理器来执行装置相对于成像系统11的校准步骤并且执行之前描述的将在成像系统的参考系中限定的约束变换到装置本身的参考系的步骤的计算机程序产品。
辅助组装件6具有许多优势。在一个实施例中，医学成像系统11允许装置1和/或仪器2由操作者操纵的可视化。当成像系统是实时成像系统时，尤其是这样的。操作者操纵的实时可视化改进用户选择的轨迹的精度和患者安全性。
备选地，可能使由系统11拍摄并且关于装置配准的图像可视化。在实时知晓仪器的位置的情况下，可能在之前由系统采集的图像的体积中（例如在其他监视屏上）遵照仪器的操纵。操作者因此能够在之前采集的图像的体积内使仪器的导航可视化。
组装件6可避开屏幕21，其可以是专用可视化屏幕或医学成像系统1的屏幕。可选地，可视化屏幕21允许显示由仪器2拍摄的图像（如果仪器2是探头或拍摄装置），仪器独立于成像系统11。
操作者因此能够实时遵照仪器2自己的操纵并且适应于它期望关于由成像系统1拍摄的图像而赋予仪器的运动学约束。
同操纵装置与成像系统的独特组合因此是非常有利的。
在一些实施例中，如果成像系统11使用辐射（例如，X射线），组装件6使操作者能够经由装置1操纵仪器2同时避免操作者暴露于辐射。
例如，如果采用“导航”模式操纵仪器，即仪器的位置在已经采集的图像的体积中可视化，不必在与操作者操纵相同的时间发出辐射，这避免操作者暴露于辐射。
有利地，组装件包括选择接口20，其使操作者能够从由成像系统11拍摄的图像选择对仪器2的运动学约束。这可涉及例如要在患者中达到的目标或区的限定。操作者可例如在由成像系统11拍摄的图像中直接选择它期望对仪器2限定的目标或轨迹（甚至实时地）。
一般，组装件6可包括具有微型计算机类型的处理单元29，其使用户能够为仪器2选择导向装置（下文描述的）并且控制成像系统11的所有采集参数和施加于仪器2的运动学约束。在该情况下，监视器屏幕21和接口20属于该处理单元29。处理单元能够与成像系统和装置通信。
根据一个实施例（其可与或可不与前面的实施例互补），处理器5配置成驱动机动化件4以便迫使仪器2将其自身定位在导向装置内，从而对应于空间中的几何区。
这些导向装置例如由组装件6的处理单元29从由成像系统11拍摄的图像确定。
如之前提到的，导向装置在成像系统的参考系内限定，并且由处理器凭借装置相对于成像系统的之前的位置校准而变换到装置的参考系。
这可以是任何类型的几何区：体积、直线、平面等。
它因此是虚拟导向装置（如与现有技术的机械导向装置相对）
有利地，导向装置被动态限定，即它关于参数而变化。这因此允许在多个轨迹上的引导，这些多个轨迹关于各种参数是能调整的。在一个实施例中，导向装置关于以下而动态限定：
－仪器2的运动学参数（位置、速度等），和/或
－由操作者执行的仪器2的操纵。
例如，导向装置可因此关于仪器2与要达到的目标之间的距离而变化。要达到的目标越近，允许仪器移动所在的几何区受到的限制越多。
有利地，导向装置关于仪器已经插入的患者区的变形模型而动态限定。
对于仪器插入的物理条件取决于选择的区（软组织、密度、器官类型，等）和插入运动学参数。通过具有区的变形模型，可能细调要施加于仪器的运动学约束，并且因此细调由处理器5朝机动化件4发出的命令.
有利地，导向装置由处理单元29关于从成像系统11所拍摄的患者图像得到的信息而重新计算。
仪器已经插入的患者区可经历改变（目标的移动、出现新的障碍物），这确实是可能的。在该情况下，导向装置由组装件6在考虑该数据的情况下重新计算。
    根据装置1的一个特定特性，它配置成在操作者释放仪器2或不再在其上施加任何力时使仪器2保持就位。这防止仪器2在外科手术规程期间下落。
在一个所谓的自由模式中，装置1不对仪器2施加任何力。
一般，装置1允许在规程期间提供增加的安全性，同时提供与现有技术的机械导向装置等同的效能和舒适度。提供给操作者的自由度的数量也增加。仪器的辅助导向是灵活的并且适应于患者和规程的物理环境（成像系统、连接，等）。
实施例的第1示例
在实施例的该示例中，对仪器2的运动学约束是迫使仪器2瞄准目标的导向装置，而不管操作者的操纵如何（参见，图4）。这允许仪器与目标对齐，同时对操作者提供移动自由。
目标可例如由用户经由组装件6的处理单元29而限定。
该实施例对于允许操作者在患者的器官中选择插入点并且因此选择轨迹来达到目标是特别有用的。
因此，操作者能够使仪器2在患者器官周围移动同时处理器5致动机动化件4来驱使仪器瞄准目标。机动化件4可特别引致倾向于使仪器系统地朝目标偏转的力。目标可以视为仪器旋转的虚拟中心。
凭借由处理器5在仪器2的运动学上的控制，操作者能够使仪器2在整个空间内移动同时被导向以瞄准目标。它因此不是机器人的机械设置（其允许朝目标指引）而是由处理器5向机动化件4发送的控制命令，其实时适应于由操作者进行的操纵。因此，操作者可以使仪器在整个空间中移动同时留意期望的运动学约束。
有利地，导向装置允许确保运动学约束迫使仪器2在离器官或目标的安全距离22处定位。这防止器官或目标与仪器2的无意识触碰。
另外，操作者保证插入的选择点将被对准，在操纵仅仅是手动时不是这样的。
图1图示在乳房摄影单元11（其中患者的乳房16固定地定位在压缩板18与检测器19之间）中定位的患者的情况。在图4中图示的仪器2是针（乳房活检的情况）。
包括装置1和成像系统11的组装件6使操作者能够使到器官的不同可能进入点可视化，并且特别地避免器官区与这样的插入不兼容（脉管、太窄的区、痣等）。
医学成像系统11与装置1的关联因此是最有利的。
有利地，辅助组装件6允许对于通向目标的最佳轨迹显示插入点中的每个。因此，当操作者使仪器朝插入点移动时，组装件6引致在由成像系统拍摄的通向目标的最佳轨迹的图像中的显示。
另外，操作者能够锁定装置中的插入点和选择的轨迹。该轨迹的记录将在仪器插入时允许应用对仪器的运动学约束（允许听从在该插入点处的插入）以及前面提到的轨迹。
如将已经断定的，这克服对具有较差精度的机械导向装置和不允许要达到的目标和/或通向该目标的轨迹的图像的可视化的系统的需要。
实施例的第2示例
在实施例的该示例中，运动学约束是对应于要施加于仪器的轨迹的导向装置。该导向装置因此允许该轨迹被仪器所遵守。
这用于例如实行活检或麻醉。轨迹可以是例如对于活检的直线。
有利地，轨迹是由装置1记录的轨迹，其对应于之前由仪器遵照的轨迹。这例如对于后跟活检的麻醉是有用的。在该情况下期望对于活检所遵照的轨迹应与对于麻醉所遵照的轨迹相同。
备选地，它可以是规划的轨迹，例如来避免物理障碍物或患者的预定区。仪器必须局限在其内的导向装置因此限定成排除物理障碍物和患者的这些预定区。
该规划的轨迹可以由组装件的处理单元从成像系统所拍摄的图像确定。
规划算法在现代技术水平是已知的，例如医学图像计算和计算机辅助干预-MICCAI 2007、Baegert等人的文献“Multicriteria trajectory planning for hepatic radiofrequency ablation”或2009年4月IEEE Transactions on Robotics第25卷第2期、Dehghan等人的“Needle Insertion Parameter Optimization for Brachytherapy”文献或申请人的专利申请FR1001897。
处理器5驱动机动化件4以在仪器2被操作者操纵时促进听从它所采取的轨迹。因此，机械结构3在机动化件4的动作下施加允许朝期望轨迹驱使和导向操作者的操纵的力。当仪器2达到目标但操作者继续移动仪器2时，处理器5导致在相反方向施加反作用力，或通过振动或声信号来警告用户。
有利地，辅助组装件6允许显示（在处理单元的屏幕21上或在组装件的另一个屏幕上）并且根据上面提到的位置通知系统36允许当前轨迹31和期望轨迹23朝目标25的显示（与图5相比）。视觉效应（颜色、警报）可以在屏幕上使用来向操作者指示任何偏离。
在一些紧急情况下，快速从患者的身体移除仪器2，这对于操作者可是必要的。
为了该目的，处理器5驱动机动化件4以便首先促进听从对仪器的运动学约束并且其次如果操作者执行给定操纵（例如使用超出阈值的力或大于阈值的速度的操纵）则使仪器不遵照该约束。在该情况下，允许仪器不遵守运动学约束，由此使操作者能够从患者的身体取回仪器2，特别在紧急情况下。
实施例的第3示例
如已经提到的，迫使仪器将其自身定位在其内的导向装置可动态限定。特别地，导向装置可关于仪器2到器官或患者区内的进入而动态限定。
例如，对于麻醉，可能限定锥形26，其当仪器2进入要麻醉的器官内时减小（参见，图6）。接近皮肤的区更敏感，并且更大量的麻醉物质是必要的，同时更深的区需要更小的量。
也可能对仪器28施加运动学约束，从而促使它仍在给定插入点27上，而不管仪器2在器官中进入。仅围绕插入点的旋转被批准根据情况具有更大或更少的顶角。
有利地，当检测到仪器2接近器官时，装置1自动从在第1示例中描述的模式（选择插入点）变到在第3示例中描述的模式（受控插入并且保持在插入点处）。备选地，操作者经由组装件6的接口20而手动选择该模式。
在一些情况下，仪器必须在规程期间取回使得它可以被重装。例如用于麻醉的针是这样的。在取回仪器2之前，装置1记录仪器2移动停止所在的点。在仪器2重新插入后，装置1朝该停止点导向仪器2来恢复在它终止所在的点处的规程。
如可以断定的，仪器2的导向是虚拟的，并且不基于如在现有技术的许多情况中的物理导向装置。
实施例的其他示例
在一些情况下，要避开的患者区的三维图在医学成像系统11所拍摄的图像的基础上绘制。该图由例如辅助组装件6的处理单元29产生，该处理单元29处理成像系统11所拍摄的图像并且识别要避开的区。
导向装置对应于使仪器能够避开在患者中识别的区（脉管等）的几何区。
如果存在操作者可能触碰要避开的区的风险，处理器对机动化件起作用来使得插入更困难（结构所展现的阻力同控制操作者例如使得它取决于沿轴的穿透相比）或使插入轨迹偏转或触发振动。
除要避开的患者区外，导向装置有利地限定成使仪器能够避开物理对象，例如成像系统的部件（压缩板、检测器等）。
有利地，组装件6的装置和/或处理单元29配置成接收与物理对象和/或预定患者区的位置有关的多个数据项：压缩板的位置、检测器的位置、成像系统的几何形状、X射线管的位置、在成像系统所拍摄的图像中识别的区、患者高度等。该数据通过有线或无线通信工具来传递。
在一个实施例中，组装件6包括可视化屏幕21，其允许显示成像系统11所拍摄的图像和计算的数据两者（仪器的实时位置、要避开的区、器官的位置、推荐的轨迹等）。
在一个实施例中，试图确切知晓仪器的尺寸，诸如例如针的长度。
操作者使仪器朝预定位置移动，并且在移动中以各种取向来设置仪器。装置经由在装置中集成的位置传感器来记录仪器的位置和各种取向。处理器5或处理单元29经由处理程序可以确定仪器的尺寸，例如它的高度，特别地通过确定仪器2的不同方向的插入。
在一个实施例（其可与或可不与之前描述的实施例互补）中，装置1对仪器2施加运动学约束来形成允许仪器维持在插入点处同时批准围绕该插入点的旋转移动的导向装置。这避免在由操作者操纵来接近目标地拉动仪器期间放大对于仪器的插入点27（与图7A相比）。这因此避免患者的额外不适。如果仪器2的平移被批准，插入点将放大，这将是患者不适的源（与图7B相比）。另外，由仪器插入患者引起的出血减少。
因为运动学约束允许仪器维持在插入点处同时批准围绕该点的旋转移动，这在许多情况下可是有用的并且使操作者能够校正轨迹。
例如如果要达到的目标已经移动，这可是有用的。目标移动的获悉可以通过用成像系统11拍摄新的图像而获得。另一个非限制性应用关于操作者希望改变轨迹例如来避开障碍物所在的情况。
在所有情况下，由运动学约束形成的导向装置允许仪器维持在插入点中，而不管由操作者施加在仪器2上的移动。
插入点的位置可以凭借成像系统11所拍摄的图像而确定，从而允许识别仪器插入的器官的表面。备选地，插入点的位置凭借光学系统（例如，具有激光器类型）而可视化。备选地，是操作者经由接口20向组装件6指示插入点的位置。
有利地，装置1能够收容多个仪器来执行规程的不同阶段。仪器在装置上的固定有利地配置成允许在过程期间从一个仪器变到另一个。
在一些情况下，装置包括用于例如通过读出条形码或RFID芯片读出而识别仪器的系统。备选地，是操作者向装置手动指示机载仪器的类型。
备选地，它是由操作者输入的数据和装置所读取的数据的组合。
一个有利但非限制性的应用关于乳房摄影规程。在该情况下，成像系统是乳房摄影单元，例如层析乳房摄影单元。乳房规程尤其包括麻醉步骤、活检步骤和将仪器放置在患者的身体中。仪器最通常是针。
一个实施例还关于计算机程序产品，其可以加载在组装件6的处理单元29的存储器中，或在装置的处理器5中并且能够计算对于仪器2的导向装置（例如之前描述的）。一般，这些导向装置从成像系统所拍摄的图像通过图像的分析和处理而计算。如之前看到的，这些导向装置可以关于各种参数动态计算。
已经在本说明中描述的实施例可以使用相同的辅助装置和/或辅助组装件或通过独立装置/组装件来实现。
这些实施例可以独立实现，或它们可以完全或部分地在任何技术上可能的组合中组合在一起。
装置1和组装件6可配置成实现这些实施例中的一个或多个。

Claims (14)

1.在用于仪器操纵的辅助组装件中用于仪器的辅助操纵的方法，所述辅助组装件包括：
－医学成像系统（11），其包括：用于支承意在要由所述系统成像或已经成像的患者的至少一个部位的固定支承（18），
－用于意在在所述患者中使用的仪器（2）的辅助操纵的辅助装置（1），所述装置（1）包括：
○能由操作者操作的移动机械结构（3），在其上能够固定至少一个仪器（2），
所述方法特征在于，它包括以下步骤：相对于所述成像系统（11）的位置来校准所述辅助装置（1）的位置，由此允许所述患者的所述部位的位置在与所述辅助装置（1）有关的参考系内已知以在所述患者中操纵所述仪器时辅助所述操作者。
2.如权利要求1所述的方法，包括对所述操作者提供表征辅助装置（1）和/或仪器（2）相对于患者的部位或患者的该部位的目标的位置的信息的步骤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述辅助组装件进一步包括：
－机动化件（4），其在一个或多个自由度上致动机械结构（3），和
－处理器（5），其能够驱动机动化件（4）来促进对仪器（2）的至少一个运动学约束的满足，约束的满足通过操作者的操纵与机动化件（4）响应于这些操纵的动作之间的协作来实现，
所述校准使处理器（5）能够将对成像系统（11）的参考系中限定的仪器（2）的运动学约束变换到装置（1）的参考系以便使用所述变换的约束来驱动机动化件（4）。
4.如权利要求1至3中一项所述的方法，其中装置（1）和成像系统组合并且校准被预先编程。
5.如权利要求1至3中一项所述的方法，其中校准由操作者在对患者执行规程之前确定，并且包括以下步骤：
－在成像系统（11）的点处定位装置（1），成像装置（11）的参考系中的这些点的位置被传送到系统，其相对于成像系统（11）的位置来校准辅助装置（1）的位置，并且
－经由校准系统的处理从其处推断装置（1）相对于成像系统（11）的校准位置。
6.如权利要求3至5中一项所述的方法，其中所述处理器（5）配置成驱动机动化件（4）以便迫使仪器将它自身定位在导向装置内，从而对应于空间中的几何区。
7.如权利要求6所述的方法，其中导向装置关于以下而动态限定：
－仪器的运动学参数，和/或
－由操作者执行的仪器的操纵。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中导向装置关于仪器（2）所插入的患者区的变形模型而动态限定。
9.如权利要求6至8中一项所述的方法，其中导向装置关于从由医学成像系统（11）拍摄的患者图像得到的信息而被重新计算。
10.如权利要求6至8中一项所述的方法，其中导向装置对应于这样的几何区，其允许仪器（2）在由操作者移动时避开物理对象或患者的预定区。
11.如权利要求3至10中一项所述的方法，其中对仪器（2）的运动学约束由操作者经由辅助组装件的接口使用由医学成像系统（11）提供的图像来限定。
12.一种用于仪器操纵的辅助组装件，包括：
－医学成像系统（11），其包括：用于使意在要由所述系统成像或已经成像的患者（7）的至少一个部位固定的支承，
－用于意在在所述患者（7）中使用的仪器（2）的操纵的辅助装置（1），所述装置（1）包括：
○移动机械结构（3），其能由操作者操作，在其上能够固定至少一个仪器（2），
所述组装件特征在于，它包括至少一个校准系统，用于相对于成像系统（11）的位置来校准辅助装置（1）的位置，由此允许患者的部位的位置在与辅助装置（1）有关的参考系内已知以在患者中操纵仪器方面辅助操作者，所述组装件能够实现如由权利要求1或2中的一项所述的方法。
13.如权利要求12所述的组装件，其特征在于，它进一步包括：
－机动化件（4），其在一个或多个自由度上致动机械结构（3），和
－处理器（5），其能够驱动机动化件（4）来促进对仪器（2）的至少一个运动学约束的满足，约束的满足通过操作者的操纵与机动化件（4）响应于这些操纵的动作之间的协作来实现，
所述组装件特征在于，它能够实现如权利要求3至11中一项所述的方法。
14.一种计算机程序产品，其能够加载到辅助组装件（6）的辅助装置（1）的处理器（5）的存储器内，所述程序能够控制处理器（5）来实现如权利要求1至11中一项所述的方法的步骤。
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