CN104736064B - 用于导管的x射线成像系统 - Google Patents

用于导管的x射线成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104736064B
CN104736064B CN201380052750.7A CN201380052750A CN104736064B CN 104736064 B CN104736064 B CN 104736064B CN 201380052750 A CN201380052750 A CN 201380052750A CN 104736064 B CN104736064 B CN 104736064B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conduit
image data
processing unit
user
tropism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380052750.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104736064A (zh
Inventor
D·S·A·鲁伊特斯
S·H·德尼森
M·格拉斯
E·M·H·P·范戴克
D·迪贾坎普
M·亨德里克斯
E·R·基夫特
M·费斯特格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN104736064A publication Critical patent/CN104736064A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104736064B publication Critical patent/CN104736064B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0116—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning self-propelled, e.g. autonomous robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0108—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning using radio-opaque or ultrasound markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • A61M25/0147—Tip steering devices with movable mechanical means, e.g. pull wires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/376—Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3966—Radiopaque markers visible in an X-ray image

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

本发明解决了正确地定位导管并且降低辐射剂量的问题。本发明涉及一种用于机器人导管的X射线成像系统(1)，包括所述导管(3)以及用于接收患者环境(15)的X射线图像的处理单元(5)。通过被配置为接收一个或多个辅助信息项目并且使用所述信息来确定导管位置，所述处理单元完全不需要依赖于大量的扫描图像数据，因此有助于降低辐射，同时正确传输根据少至优选为2D图像的单幅图像以及所述一个辅助信息项目的所述导管位置。此外，所述处理单元允许以下中的至少一种：绘制图像并将所述图像提供到可视化设备(21)；并且将反馈，例如操纵命令，提供到所述机器人导管。

Description

用于导管的X射线成像系统
技术领域
本发明涉及一种用于检测在患者环境内部的机器人导管的位置和取向的X射线成像系统。本发明还涉及一种确定在所述患者环境内部的机器人导管的位置和取向的方法。更进一步，本发明涉及对用于确定所述导管的所述取向和位置的所述系统的用途，以及一种用于执行所述方法的计算机程序。
背景技术
US 8046054 B2公开了一种安装在与手术机器人合作的环形框架上的X射线荧光成像系统。该专利解决了对手术仪器的基于双平面成像的三维建模。依其申述，通过使用预先规划的移动路径以及三维模型，来完成对手术机器人的导航。与依赖于荧光透视的已知成像系统有关的总体问题是患者遭受大剂量的X射线辐射，从而导致增加的细胞损伤风险。
所述双平面成像系统使用相对高的辐射剂量，这被认为是不利的。现有技术未解决的另外的问题是这样的环境，其中，导管在进入患者的身体后可能具有未知的扭矩量，并且导管是柔性的，这使得更加难以正确地评估其位置和取向。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于机器人导管的X射线成像系统，所述X射线成像系统在限制患者对X射线辐射的暴露的同时，允许对所述导管的取向和位置的准确并且可靠的确定。
本发明的另一个目的是提供一种确定在患者内部的机器人导管的取向和位置的方法，所述方法在限制患者对X射线辐射的暴露的同时，提供对所述导管的取向和位置的准确并且可靠的确定。
在本发明的第一方面，提出了一种用于机器人导管的X射线成像系统，所述系统包括机器人导管以及处理单元，所述处理单元能够优选地通过第一数据接口连接到用于接收患者环境的优选为二维X射线图像数据的X射线图像数据的X射线图像数据源。所述处理单元还能够优选地通过第二数据接口连接到所述机器人导管，其中，所述处理单元适于：
a)接收一个或多个辅助信息项目，所述一个或多个辅助信息项目是从所述数据源优选地通过所述第一数据接口以及从所述导管优选地通过所述第二数据接口中的至少一个接收的，
b)根据所述的优选为二维的图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目来确定所述导管的(相对于所述患者环境的)可能三维取向和位置的集合。此外，所述处理单元适于执行以下中的至少一项：
c)绘制所述导管的所述可能取向和位置的集合中的至少一个与所述患者环境的所述的优选二维的图像数据和三维表示中的至少一个的图像，并且将所述图像提供到可视化设备；并且
d)将反馈提供到所述机器人导管，所述反馈是根据所述可能取向和位置的集合的。
所述系统还包括适于接收用户输入的输入设备，所述用户输入表示由所述可视化设备显示的对所述导管的所述可能取向和位置的集合中的一个的用户选择。这一实施例使得所述用户能够人工确认或选择由所述系统推荐的若干取向和位置中的一个。
所述输入设备优选地适于将所述用户输入传达到所述处理单元，所述处理单元适于将所述用户输入处理为操纵命令的集合，并且所述反馈是将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管。由所述处理单元来将要被传送到所述机器人导管的所述操纵命令从输入“显示器”坐标转换为“世界”坐标，即，所述导管系中的坐标。
X射线图像数据源优选地是C型臂装置，并且备选地也能够是计算机断层摄影装置。
如果相对于患者环境的三维表示绘制图像，那么优选地或者直接由所述图像数据源或者借助常规数据存储模块，来以电子形式提供所述表示。可能已经通过对所述患者环境的先前扫描提供了所述三维表示。
本发明的核心益处是，尽管当使用三维数据作为针对所述第一数据接口的数据输入时其也能够工作，但是已经基于一个单幅或多幅二维X射线图像实现了对所述导管的取向和位置的检测。代替使用X射线辐射的多个另外的患者扫描，辅助信息项目可以通过所述第二数据接口被提供到所述处理单元，所述辅助信息项目由所述处理单元使用以确定所述导管的取向和位置。这些辅助信息项目在没有另外的X射线扫描的情况下被提供，因此降低进入到患者环境的辐射剂量。基于这一信息，获得取向和位置的集合。取向集可以包括所述导管的一个或多个取向和位置。一旦已经确定了所述导管的位置和取向，所述处理单元就能够用于单独对所述导管进行可视化，或者与所述患者环境的二维或三维表示相组合来对所述导管进行可视化。利用这一可视化的帮助，所述系统能够提供针对所述机器人导管的、根据所述导管取向和位置的反馈。所述反馈可以由用户输入触发或者可以由所述处理单元自动生成。
优选地，所述辅助信息项目表示以下中的至少一个：所述导管的部分的或所述整个导管的弯曲、先前发送到所述导管的操纵命令、所述导管的先前取向/位置/弯曲、由所述导管检测并且发送的力反馈信号、以及来自患者的三维模型的解剖结构边界信息。可以通过分析导管的当前操纵设置，来确定所述导管的或所述导管的部分的弯曲。任选地，由所述导管检测并且发送的力反馈信号被考虑用于预测导管弯曲。尤其是当所述导管由于其弯曲设置而接触所述患者环境的边界壁，例如血管壁时，检测力反馈信号。一旦被预测，能够由所述处理单元将所述导管的弯曲匹配到如由所述处理单元绘制在所述图像中的导管的弯曲。应用这一弯曲匹配技术将传输所述导管的一个、两个或有限数量的可能位置和取向的集合。根据上述内容应当清楚，所述辅助信息项目也提供对所述导管的所述取向和位置的准确确定。具体而言，对诸如所述导管的弯曲、先前位置以及操纵命令的导管相关的信息项目的共同或独立的使用，消除了在插入到身体中之后与沿所述导管存在的初始扭矩以及倾斜相关的不确定性。对力反馈信号以及解剖结构边界条件的使用，从当所述导管在“无边界”环境中时，即在所述患者外部并且不受限制时，所述操纵控制将影响的内容中，消除了与所述导管的取向的未知偏离相关的不确定性。实现了在确定所述导管位置和取向中的整体精确度。
优选地，所述辅助信息项目表示以下中的至少一个：先前发送到所述导管的操纵设置、以及所述导管的先前取向/位置/弯曲。通过考虑诸如上述内容的先前确定的参数，所述系统能够在所述可能取向和位置的集合中选择针对所述导管的最可能的取向和位置。这能够通过从所述集合消除与已经可能由所述导管的普通导航获取的先前建立的位置和取向偏离过多的这些取向和位置而实现。
最可能的取向通过分别地考虑所述导管的先前建立的弯曲，即姿态来被选择，并且优选地使用相似度度量来被确定。因此，所述处理单元从所述可能取向和位置的集合中识别出与先前建立的姿态时间上最一致的一个姿态。然后选择具有最高相似度度量的姿态。通过生成针对测试姿态中的每个点与所述点在先前建立的姿态中的最接近对应点的欧几里得距离的总和，来执行优选的相似度度量。
所述用户输入优选地表示用于移动所述导管的一个或多个命令。用于移动所述导管的所述命令优选地显示在显示器坐标，或图像坐标中，并且例如可以作为命令由所述用户输入，以向左、向右、向上、向下、向前、向后弯曲，这些全部是相对于所显示的图像的。
备选地，所述处理单元优选地适于将所述导管的相对于所述患者环境的、根据所述二维图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目的所述三维取向和位置(一旦被建立)，处理为操纵命令的集合，其中，所述反馈是将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管。在不必需要用户输入来确定所述导管的取向和位置的情况下，并且在例如由规划软件预先确定述导管导航的情况下，所述系统在这一实施例中自动将操纵信息反馈到所述机器人导管，以在预先规划的路径上推进。
优选地，导管尖端适于沿预定路径执行小的移动，并且所述处理单元适于从一系列二维X射线图像数据或者所述患者环境检测所述移动，以从所述移动推出所述导管的取向。优选地通过X射线图像数据源，例如C型臂获得一系列X射线图像数据。对所述导管尖端的小的移动(所谓的导管摆动)的连续检测，使得所述系统能够确定在可能取向和位置的集合中所述导管的哪一取向和位置是最可能的。这对于其中所述导管的弯曲(基本上)平行于观察平面，即所述二维X射线图像的情况而言尤其适合。然后难以鲁棒地选择最可能的若干似是而非的解决方案。
优选地，所述系统适于将这一不确定性的反馈提供到用户，并且提出或者选择不同视图(即，不同扫描角)或者应用导管摆动来解决不一致。在“小”的移动的情况下，所述导管尖端的这样的移动被理解为小于在所述导管尖端的周围的约束空间。作为约束空间，此外血管直径或心脏腔体积可以被考虑。
优选地，所述导管移动，也被称为“导管摆动”，首先在第一移动平面执行一次或多次，并且之后，在相对于第一移动平面以一个角度取向的第二平面中执行导管移动。如果需要，优选地在第一平面与第二平面之间的变化角度的情况下，优选地重复该两步骤流程。来自于其的结果在投影的图像中被看见，所述结果指示针对不同旋转平面的不同幅度并且允许计算导管取向。
在优选实施例中，所述导管尖端包括多个辐射不透明标记物，所述多个辐射不透明标记物沿所述尖端被布置，优选地以与用于操纵所述导管的线的固定的空间关系被布置，以便从其推出所述导管的所述取向。
根据第一优选的备选，所述标记物沿所述导管的所述尖端对称地被布置。
根据第二优选的备选，所述标记物沿所述导管的所述尖端不对称地被布置。
任选地，所述导管的操纵线也被提供有多个辐射不透明标记物。将这些不对称标记物增加到所述导管尖端并且任选地增加到所述导管的效果是被致动以获取所述导管的弯曲的所述操纵线能够与在所述二维X射线图像中的所述导管相关。由于所述不对称，能够从所述图像确定所述标记物是在所述导管的源侧上还是在所述导管的探测器侧上，所述源侧指的是所述导管的更接近于所述辐射源的侧，并且所述探测器侧与其相对。这允许确定被牵拉的操纵线令所述导管尖端的移动朝向还是远离所述辐射源。
在优选实施例中，所述处理单元适于基于由所述图像数据源获得的两幅或更多幅二维图像来初始化对所述导管的姿态进行确定的上述流程，并且所述处理单元适于随后配准，即追踪被确定的所述取向和位置。
优选地，所述第一数据接口(所述处理单元适于利用所述第一数据接口与所述机器人导管通信)适于将操纵命令提供到所述X射线图像数据源，所述操纵命令是根据所述导管的取向和位置的。
根据本发明的又一方面，提出了一种用于操作根据上文描述的，尤其是根据权利要求1至7所述的X射线成像系统的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序运行在对所述X射线成像系统进行控制并且包括所述处理器单元的计算机上时，所述程序代码模块用于执行一种确定在患者环境内部的机器人导管的取向和位置的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-从X射线图像数据源获得所述患者环境以及所述导管的X射线图像数据，尤其是二维图像数据；
-从所述导管以及所述图像数据源中的至少一个获得一个或多个辅助信息项目；
-根据优选为二维图像数据的所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目来确定所述导管的相对于所述患者环境的可能三维取向和位置的集合；
-以下中的至少一项：a)绘制所述患者环境的优选为二维图像数据的所述图像数据和三维表示中的至少一个与所述导管的所述可能取向和位置的集合的图像，并且将所述图像提供到可视化设备，b)将反馈提供到所述机器人导管，所述反馈是根据所述可能取向和位置的集合的；以及
-以下步骤中的一项、若干项或全部：a)配准用户输入，所述用户输入表示用于移动所述导管的一个或多个命令以及对所述导管的所述可能取向和位置的集合中的一个的用户选择中的至少一个，将所述用户输入处理为针对所述导管的操纵命令的集合，以及c)将所述操纵命令的集合提供到所述导管。
对于这一方法的益处以及有利实施例，其指向根据上文提出的本发明的所述系统的益处以及实施例。
具体而言，优选地，通过使用表示以下中的至少一个的信息确定所述导管的相对于所述患者环境的所述可能三维取向和位置的集合：
所述导管的或者所述导管的部分的弯曲，
先前发送到所述导管的操纵命令，
所述导管的先前取向，
所述导管的先前位置，
所述导管的至少部分的先前弯曲，
由所述导管检测并且发送的力反馈信号，以及
来自患者的三维模型的解剖结构边界信息。
优选地，由根据本发明所述的计算机程序执行的方法还包括以下步骤中的一项、若干项或全部：
-将所述导管的相对于所述患者环境的、根据优选为二维图像数据的所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目的所述三维取向和位置处理为操纵命令的集合；并且
-将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管。
优选地，由根据本发明所述的计算机程序执行的方法还包括以下步骤中的一项、若干项或全部：
-执行所述导管尖端的沿预定路径的小的移动，
-在一系列X射线图像数据中检测所述移动，并且
-从所述移动推出所述导管取向。
应理解，根据本发明所述的、尤其是根据权利要求1至7中的任一项所述的X射线成像系统，以及根据本发明所述的、尤其是根据权利要求8至10中的任一项所述的计算机产品具有相似或相同的优选实施例，尤其是如在从属权利要求中定义的优选实施例。
还应理解，本发明的优选实施例还能够是从属权利要求与对应的独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并将参考下文描述的实施例得到阐述。
附图说明
在附图中：
图1示意性并且示范性地示出了X射线成像系统的实施例，
图2示意性并且示范性地示出了在X射线探测器上的导管姿态投影，
图3示意性并且示范性地示出了相对于X射线图像的用户输入，
图4示意性并且示范性地示出了确定机器人导管的位置和取向的方法的流程图，
图5示意性并且示范性地示出了根据图4的流程图的细节，
图6示意性并且示范性地示出了根据图4的另外的详细流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的X射线成像系统1。成像系统1包括机器人导管3和处理单元5。所述处理单元5通过第一数据接口7连接到X射线图像数据源9。图像数据源9在这一环境中是X射线探测器。导管3通过第二数据接口11连接到处理单元5。处理单元5还连接到X射线源17，所述X射线源适于朝向图像数据源9发射X射线19。患者20被定位在X射线源17与图像数据源9之间。患者20包括这样的区域，X射线19通过所述区域穿过患者20的身体。该区域被命名为患者环境15。导管3包括导管尖端13，所述导管尖端在根据图1的状态中被引入到患者20的患者环境15中。
根据图1的处理单元5还连接到可视化设备21。任选地，输入设备(未示出)连接到处理单元5。可视化设备21和所述输入设备可以集成为一个设备，例如包括触摸屏。系统1任选地包括可视化设备21、图像数据源9、X射线源17以及输入设备中的至少一个，以形成集成的系统。
在所述系统1的操作中，X射线源17发射X射线19，所述X射线穿过患者环境15并且由图像数据源9所记录。除患者20的解剖结构信息之外，图像数据源9也记录在患者环境15内部的导管的几何结构信息。将图像数据从图像数据源9通过第一数据接口7发送到处理单元5。此外，将辅助信息项目从导管3发送到处理单元5，所述辅助信息采取表示以下中的至少一个的信息的形式：导管3的弯曲、先前被发送到所述导管3的操纵命令、由所述导管3检测并且发送的力反馈信号。导管3或者直接耦合到处理单元5或者耦合到导管控制设备(未示出)，所述导管控制设备继而连接到处理单元5以进行数据通信。
处理单元5使用与所需要的一样多的辅助信息项目，来确定导管3的弯曲。额外地，一旦确定，处理单元5将导管的弯曲匹配到从图像数据源9发送的图像数据。一旦已经将弯曲成功映射到图像数据，或者至少已经建立了导管相对于图像数据的可能取向和位置的集合，则患者环境和导管的优选为二维图像数据的所述图像数据和三维模型中的至少一个与导管的图像被绘制并且被发送到可视化设备21。在先前扫描流程中在使用X射线源17和图像数据源9的情况下或者通过数据存储模块，来优选地供应患者环境的三维模型。
图2示意性描绘了将导管3的弯曲匹配到由图像数据源9探测到的图像数据的优选方式。在图2中，C(t)是弯曲的导管在给定的坐标系中的特定描述，被称为姿态。从如上文描述的辅助信息项目获得C(t)。是表示探测到的导管在图像数据源9的X射线图像上的投影的点集。是从坐标系的中央引导到X射线源的发射点的向量。线集Li从X射线源朝向图像数据源9发射。Li被确定为：
本文中，τ是缩放变量，其被采用以描述从(τ是0)到(τ是1)的直线。
的坐标以及投影的坐标对于处理单元而言是已知的。未知的并且需要被确定的是C(t)在坐标系中的取向和位置。处理单元5适于在坐标系内变动，即移动已知弯曲C(t)，直到所述弯曲沿Li的投影与在由图像数据源9记录的图像的平面中的投影的形状相似为止。此外，通过变化在弯曲C(t)与辐射源之间的距离，由于射线Li的圆锥形取向，弯曲相对于示出在投影上的尺寸比率的位置可以变化。在数学术语中，处理单元进行的是，根据以下算法使在C(t)与线集Li之间的距离最小化：
Li:argmindist(C(t),Li)。
采用这一方法，将产生一个或多个极小值，所述一个或多个极小值表示针对所述算法的似是而非的解决方法，并且因此表示导管在坐标系中的可能取向和位置的集合。
图3示出了图2的导管投影在显示器上的示意性可视化。坐标系在三维中指示针对用户输入100的选项。用户能够基于显示的二维视图输入操纵命令。处理单元适于将用户输入从图像平面(其是探测器的平面)中的坐标变换为导管系的坐标，并且生成操纵命令的集合，所述操纵命令的集合令导管在三维导管坐标系中移动。在其中导管包含优选地不对称地定位于导管上的辐射不透明标记物的这些实施例中，在显示的X射线图像中的标记物探测能够帮助确定导管的姿态，或者帮助确定可能取向和位置的集合的哪个似是而非的解决方案是最可能的。在闭环反馈中，还能够将X射线源17(图1)移动到相对于患者环境15的不同视角，在导管取向和位置在对导管的使用期间改变的情况下，所述不同视角根据导管取向和位置的被选择。
下文参考图4到图6描述根据本发明的方法。
图4示出了用于确定在患者环境内部的导管的取向和位置的方法的流程图。在步骤201中，机器人导管被引入到患者的身体中，尤其是到患者环境中。在步骤203中，从所述患者环境以及所述导管获得X射线图像数据，尤其是二维图像数据。优选地，这利用X射线图像数据源完成。
在步骤205中，从导管和/或图像数据源获得一个或多个辅助信息项目。
在步骤207中，导管相对于所述患者环境的可能三维取向和位置的集合根据优选为二维图像数据的图像数据以及一个或多个所述辅助信息项目被确定。
在步骤209中，通过执行导管摆动的流程(图6，上文和下文描述的)，来将可能取向和位置的集合减小到导管的一个明确的取向和位置。
在建立了导管的至少所述可能取向和位置的集合之后，在步骤211a中，绘制所述导管的所述可能取向和位置的集合的图像。备选地或额外地，在步骤211b中，绘制二维图像数据的图像。备选地或额外地，在步骤211c中，绘制患者环境的三维表示的图像。可以同时地或共同地执行步骤211a-c。在步骤213中，将导管的相对于所述患者环境的、根据所述二维图像数据和所述一个或多个辅助信息项目的三维取向和位置处理为操纵命令的集合，并且在步骤219中，将所述操纵命令提供到机器人导管。备选地或者额外地，在步骤215中，将所述图像提供到可视化设备。针对步骤213以及215，备选地或者额外地，立即将反馈提供到机器人导管，所述反馈是根据可能取向和位置的集合的。
在步骤215之后，如果执行，则优选地，接着进行如示出在图5中的步骤。图5示出了步骤217的子步骤。首先，在步骤301中，对用户输入进行配准，其中，所述用户输入表示对导管的可能取向和位置的集合中的一个的用户选择，和/或用于移动导管的一个或多个命令。
步骤303包括将所述用户输入处理为针对导管的操纵命令的集合，并且在步骤305中，将所述操纵命令的集合提供到所述导管，从而引导到步骤219。
图6更详细地示出了“导管摆动”流程的方法步骤。在本文中，首先在步骤401中，沿预定路径执行导管尖端的小的移动。优选地，导管尖端在其在第二平面中移动预先确定的次数之前，首先在第一平面中移动预先确定的次数。第一平面和第二平面以相对于彼此的角度进行取向。
步骤401可以重复多次，直到已经成功并且明确地确定了导管的取向和位置为止。在本文中，如果在导管尖端的第一移动平面和第二移动平面之间的角随着每次重复而变化，则是优选的。
在步骤403中，在一系列X射线图像数据中分别检测由导管尖端执行的移动。在步骤405中，从所述移动推出导管取向。
提供上文描述的系统和方法以用在血管内介入处置中，例如在AAA流程、TAVI流程、EP流程、结构性心脏疾病流程等中。
由一个或若干个单元或设备执行的流程可以由任何其他数量的单元或设备来执行，所述流程例如是：确定导管取向和位置，获得X射线图像数据，获得一个或多个辅助项目，绘制图像，向导管提供反馈，配准用户输入，将所述输入处理为针对导管的操纵命令等。根据用于确定导管位置的方法的X射线成像系统的流程和/或控制，以及对所述导管进行导航的流程能够被实施为计算机程序的程序代码模块，和/或被实施为专用的硬件。
计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，所述介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。
本领域技术人员通过研究附图、说明书以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时能够理解并实现所公开实施例的其他变型。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，量词“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定元件并不指示不能有利地使用这些元件的组合。
权利要求书中的任何附图标记都不得被解释为对范围的限制。

Claims (17)

1.一种用于机器人导管的X射线成像系统(1)，包括：
-机器人导管(3)，以及
-处理单元(5)，所述处理单元能够连接到用于接收患者环境(15)的X射线图像数据的X射线图像数据源(9)，并且能够连接到所述机器人导管，其中，
所述处理单元(5)适于：
a)接收一个或多个辅助信息项目，所述一个或多个辅助信息项目是从所述数据源(9)以及所述导管(3)中的至少一个接收的，以及
b)根据所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目来确定所述导管的可能三维取向和位置的集合，其中，所述处理单元(5)适于执行以下中的至少一项：
c)绘制所述患者环境的所述图像数据和三维表示中的至少一个与所述集合的图像，并且将所述图像提供到可视化设备(21)；以及
d)将反馈提供到所述机器人导管，所述反馈是根据所述可能三维取向和位置的集合的；所述系统还包括：
适于接收用户输入的输入设备，所述用户输入表示由所述可视化设备(21)显示的对所述导管(3)的所述可能三维取向和位置的集合中的一个的用户选择(100)，其中，
所述输入设备适于将所述用户输入传达到所述处理单元(5)，所述处理单元适于将所述用户输入处理为操纵命令的集合，并且所述反馈是将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管(3)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述辅助信息项目表示以下中的至少一个：
所述导管(3)的至少部分的弯曲，
先前发送到所述导管(3)的操纵命令，
所述导管的先前取向，
所述导管的先前位置，
所述导管的至少部分的先前弯曲，
由所述导管(3)检测并且发送的力反馈信号，以及
来自患者的三维模型的解剖结构边界信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述用户输入表示用于对所述导管(3)进行移动的一个或多个命令。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元(5)适于将所述导管(3)的相对于所述患者环境(15)的、根据所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目的所述可能三维取向和位置处理为操纵命令的集合，并且其中，所述反馈是将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管(3)。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述图像数据是二维图像数据。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机器人导管的尖端(13)适于执行沿预定路径的小的移动，并且所述处理单元适于从所述患者环境(15)的一系列二维X射线图像数据来检测所述移动，并且从所述移动推出所述导管(3)的所述取向。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述机器人导管的尖端(13)包括多个辐射不透明标记物，所述多个辐射不透明标记物沿所述尖端对称或不对称地被布置，以便从所述多个辐射不透明标记物推出所述导管的所述取向。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述多个辐射不透明标记物以与用于操纵所述导管(3)的线的固定空间关系被布置。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元(5)适于基于由所述图像数据源获得的二维或三维图像，来初始化对所述导管(3)的所述可能三维取向和位置的集合的所述确定，并且所述处理单元(5)适于之后配准被确定的所述可能三维取向和位置。
10.一种用于确定在患者环境内部的机器人导管的取向和位置的装置，所述装置包括处理器单元(5)和用于存储指令的存储器，所述指令的执行令所述处理器单元执行以下步骤：
-从X射线图像数据源(9)获得所述患者环境(15)以及所述导管(3)的X射线图像数据；
-从所述导管(3)以及所述图像数据源(9)中的至少一个获得一个或多个辅助信息项目；
-根据所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目来确定所述导管(3)的相对于所述患者环境(15)的可能三维取向和位置的集合；
以下中的至少一项：
a)绘制所述患者环境的所述图像数据以及三维表示中的至少一个与所述导管的所述可能三维取向和位置的集合的图像，并且将所述图像提供到可视化设备(21)，以及
b)将反馈提供到所述机器人导管(3)，所述反馈是根据所述可能三维取向和位置的集合的；以及
-以下步骤中的一项、若干项或全部：
a)配准用户输入，所述用户输入表示用于移动所述导管的一个或多个命令，以及对所述导管(3)的所述可能三维取向和位置的集合中的一个的用户选择(100)中的至少一个，
b)将所述用户输入处理为针对所述导管(3)的操纵命令的集合，以及
c)将所述操纵命令的集合提供到所述导管(3)。
11.根据权利要求10所述的装置，所述指令的执行令所述处理器单元执行以下步骤中的至少一项：
-将所述导管(3)的相对于所述患者环境(15)的、根据所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目的所述可能三维取向和位置处理为操纵命令的集合；以及
-将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管(3)。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述图像数据是二维图像数据。
13.根据权利要求10所述的装置，所述指令的执行令所述处理器单元执行以下步骤中的一项、若干项或全部：
-执行所述机器人导管的尖端(13)的沿预定路径的小的移动，
-在一系列X射线图像数据中检测所述移动，以及
-从所述移动推出所述导管取向。
14.一种计算机可读介质，其上存储有用于确定在患者环境内部的机器人导管的取向和位置的指令，所述指令的执行令处理器单元执行以下步骤：
-从X射线图像数据源(9)获得所述患者环境(15)以及所述导管(3)的X射线图像数据；
-从所述导管(3)以及所述图像数据源(9)中的至少一个获得一个或多个辅助信息项目；
-根据所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目来确定所述导管(3)的相对于所述患者环境(15)的可能三维取向和位置的集合；
以下中的至少一项：
a)绘制所述患者环境的所述图像数据以及三维表示中的至少一个与所述导管的所述可能三维取向和位置的集合的图像，并且将所述图像提供到可视化设备(21)，以及
b)将反馈提供到所述机器人导管(3)，所述反馈是根据所述可能三维取向和位置的集合的；以及
-以下步骤中的一项、若干项或全部：
a)配准用户输入，所述用户输入表示用于移动所述导管的一个或多个命令，以及对所述导管(3)的所述可能三维取向和位置的集合中的一个的用户选择(100)中的至少一个，
b)将所述用户输入处理为针对所述导管(3)的操纵命令的集合，以及
c)将所述操纵命令的集合提供到所述导管(3)。
15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，所述指令的执行令所述处理器单元执行以下步骤中的至少一项：
-将所述导管(3)的相对于所述患者环境(15)的、根据所述图像数据以及所述一个或多个辅助信息项目的所述可能三维取向和位置处理为操纵命令的集合；以及
-将所述操纵命令的集合提供到所述机器人导管(3)。
16.根据权利要求15所述的计算机可读介质，其中，所述图像数据是二维图像数据。
17.根据权利要求14所述的计算机可读介质，所述指令的执行令所述处理器单元执行以下步骤中的一项、若干项或全部：
-执行所述机器人导管的尖端(13)的沿预定路径的小的移动，
-在一系列X射线图像数据中检测所述移动，以及
-从所述移动推出所述导管取向。
CN201380052750.7A 2012-10-09 2013-10-02 用于导管的x射线成像系统 Active CN104736064B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261711272P 2012-10-09 2012-10-09
US61/711,272 2012-10-09
PCT/IB2013/059055 WO2014057393A1 (en) 2012-10-09 2013-10-02 X-ray imaging system for a catheter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104736064A CN104736064A (zh) 2015-06-24
CN104736064B true CN104736064B (zh) 2018-01-05

Family

ID=49513989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380052750.7A Active CN104736064B (zh) 2012-10-09 2013-10-02 用于导管的x射线成像系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11116940B2 (zh)
EP (1) EP2906123B1 (zh)
JP (1) JP6329953B2 (zh)
CN (1) CN104736064B (zh)
WO (1) WO2014057393A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105246411B (zh) 2013-04-03 2019-10-18 皇家飞利浦有限公司 介入x射线系统
US9501865B2 (en) * 2013-09-13 2016-11-22 Nvidia Corporation System, method, and computer program product for determining a quantity of light received by an element of a scene
EP3397183B1 (en) * 2015-12-29 2022-10-19 Koninklijke Philips N.V. Registration system for medical navigation and method of operation thereof
EP3988027B1 (en) * 2016-03-13 2024-05-01 Vuze Medical Ltd. Apparatus for use with skeletal procedures
CN109330550B (zh) * 2018-10-17 2021-01-15 孙静 一种呼吸内科用光谱式超细内镜智能检查装置
WO2023218468A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Magnisity Ltd. Curve inductive sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1678250A (zh) * 2002-09-04 2005-10-05 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于优化x射线图像的成像系统及方法
CN1931100A (zh) * 2005-09-13 2007-03-21 通用电气公司 自动成像和治疗系统
CN102046235A (zh) * 2008-03-27 2011-05-04 圣朱德医疗有限公司房颤分公司 机器人导管装置盒

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6493575B1 (en) * 1998-06-04 2002-12-10 Randy J. Kesten Fluoroscopic tracking enhanced intraventricular catheter system
US8442618B2 (en) * 1999-05-18 2013-05-14 Mediguide Ltd. Method and system for delivering a medical device to a selected position within a lumen
US20090182226A1 (en) 2001-02-15 2009-07-16 Barry Weitzner Catheter tracking system
DE10114099B4 (de) * 2001-03-22 2005-06-16 Siemens Ag Verfahren zum Detektieren der dreidimensionalen Position eines in einen Körperbereich eingeführten medizinischen Untersuchungsinstruments, insbesondere eines in ein Gefäß eingeführten Katheters
US20050256398A1 (en) * 2004-05-12 2005-11-17 Hastings Roger N Systems and methods for interventional medicine
US20060200026A1 (en) 2005-01-13 2006-09-07 Hansen Medical, Inc. Robotic catheter system
DE102005039657A1 (de) * 2005-08-22 2007-03-22 Siemens Ag Verfahren zur Darstellung einer Vorrichtung in einem 3-D-Bild eines Volumendatensatzes
KR100731052B1 (ko) 2006-01-23 2007-06-22 한양대학교 산학협력단 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템
US7961924B2 (en) * 2006-08-21 2011-06-14 Stereotaxis, Inc. Method of three-dimensional device localization using single-plane imaging
US8396533B2 (en) 2007-08-21 2013-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for catheter detection and tracking in a fluoroscopic image sequence
DE102008031146B4 (de) * 2007-10-05 2012-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Navigation eines Katheters durch eine Verschlussregion eines Gefäßes
US9161817B2 (en) * 2008-03-27 2015-10-20 St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. Robotic catheter system
US20100056904A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-04 Saunders John K Image guided intervention
US9775538B2 (en) * 2008-12-03 2017-10-03 Mediguide Ltd. System and method for determining the position of the tip of a medical catheter within the body of a patient
WO2010092512A1 (en) 2009-02-12 2010-08-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. System for determining the orientation of a catheter
US9844414B2 (en) 2009-08-31 2017-12-19 Gregory S. Fischer System and method for robotic surgical intervention in a magnetic resonance imager
US20120265051A1 (en) 2009-11-09 2012-10-18 Worcester Polytechnic Institute Apparatus and methods for mri-compatible haptic interface
EP2445434B1 (en) * 2009-12-11 2018-08-22 St. Jude Medical Atrial Fibrillation Division, Inc. System for determining the likelihood of endocardial barotrauma in tissue during ablation
RU2569012C2 (ru) 2010-02-04 2015-11-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Устройство определения местоположения объекта
US8787635B2 (en) 2010-05-03 2014-07-22 Siemens Aktiengesellschaft Optimization of multiple candidates in medical device or feature tracking
US8634896B2 (en) * 2010-09-20 2014-01-21 Apn Health, Llc 3D model creation of anatomic structures using single-plane fluoroscopy
US8736212B2 (en) 2010-12-16 2014-05-27 St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. System and method of automatic detection and prevention of motor runaway

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1678250A (zh) * 2002-09-04 2005-10-05 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于优化x射线图像的成像系统及方法
CN1931100A (zh) * 2005-09-13 2007-03-21 通用电气公司 自动成像和治疗系统
CN102046235A (zh) * 2008-03-27 2011-05-04 圣朱德医疗有限公司房颤分公司 机器人导管装置盒

Also Published As

Publication number Publication date
US20150250983A1 (en) 2015-09-10
JP2015535722A (ja) 2015-12-17
WO2014057393A1 (en) 2014-04-17
US11116940B2 (en) 2021-09-14
JP6329953B2 (ja) 2018-05-23
EP2906123A1 (en) 2015-08-19
EP2906123B1 (en) 2018-03-28
CN104736064A (zh) 2015-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104736064B (zh) 用于导管的x射线成像系统
CN104039260B (zh) 位置确定装置
CN101677799B (zh) 医用图像处理装置以及x射线诊断装置
EP1643444B1 (en) Registration of a medical ultrasound image with an image data from a 3D-scan, e.g. from Computed Tomography (CT) or Magnetic Resonance Imaging (MR)
CN104000654B (zh) 用于计算外科手术设备位置的计算机实现技术
US20180338742A1 (en) X-ray system and method for standing subject
JP5538862B2 (ja) 画像処理装置、画像処理システム、画像処理方法、及びプログラム
CN109584350A (zh) 医学诊断成像中的测量点确定
JP2018514352A (ja) 後期マーカー配置による融合イメージベース誘導のためのシステムおよび方法
JP6071282B2 (ja) 情報処理装置、超音波撮影装置および情報処理方法
CN106456100A (zh) 用于配置x射线成像系统的方法和系统
CN108471998A (zh) 在融合图像引导系统中使用注释对临床视图进行自动化探头操纵
CN103313661A (zh) 三维超声中导管的可视化
CN105555221A (zh) 医疗针头路径显示
CN104822323B (zh) 超声和x射线模态的整合
CN105246429A (zh) 用于在介入流程期间辅助用户的辅助装置
CN107209924A (zh) 利用经渲染的体积成像中的平面投影的测量工具
JP2016087139A (ja) 血管三次元モデル表示装置、方法、及びプログラム
US10806520B2 (en) Imaging apparatus for imaging a first object within a second object
CN106133797A (zh) 具有查看平面确定的医学查看系统
US10631818B2 (en) Mobile radiography calibration for tomosynthesis using epipolar geometry
JPWO2020182997A5 (zh)
CN108366834A (zh) 导航辅助系统
CN103505237A (zh) 经由计算机断层摄影的定量二维荧光透视
US8467850B2 (en) System and method to determine the position of a medical instrument

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant