CN105025836A - 医疗装置导航系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于导航医疗装置的系统。在一个实施例中,磁场发生器组件生成磁场。在医疗装置上、成像系统上以及身体上的位置传感器生成指示磁场内的位置的信号。发生器组件和参考传感器被配置为使得在它们与身体的位置和成像系统的辐射发射器的位置和成像系统的辐射检测器的位置之间存在关联。电子控制单元(ECU)响应于由传感器生成的信号来确定医疗装置的位置、辐射发射器和检测器中之一的位置、以及辐射器和检测器之间的距离。通过使用该信息,ECU可以例如在坐标系中配准来自成像系统的图像并将装置的图像叠加在来自成像系统的图像上。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2013年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/787,542的优先权,其全部内容通过引用包含于此,并且要求在2013年6月12日提交的美国临时专利申请No.61/834,223的优先权,其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及用于导航在身体内的医疗装置的系统。特别地,本发明涉及医疗装置导航系统,其被配置为在医疗成像系统不与医疗装置导航系统集成时从医疗成像系统获得信息和/或与医疗成像系统交互。
背景技术
很多医疗装置被插入至身体中以诊断和治疗各种医疗状况。导管例如用于执行人体和其他身体内的各种任务,包括药物和流体的输送、体液的移除、以及手术工具和器械的运输。在心房纤颤的诊断和治疗中,例如,除了其他任务以外,导管可以用于将电极输送至心脏以用于心脏表面的电生理标测以及将消融能量输送至表面。导管通常经由身体的血管系统被导送至感兴趣区域。在传统的方法中,使用导引器来刺穿皮肤表面,具有大于导管外径的内径的套管经由血管穿至感兴趣区域。导管之后由临床医生手动地或通过使用机电驱动系统纵向地移动穿过套管至感兴趣区域。
期望在诸如导管的医疗装置在身体内移动时跟踪医疗装置的位置,以使得例如药物和其他形式的治疗被施加在适当的位置并且医疗程序可以更有效地和安全地完成。一种跟踪医疗装置在身体内的位置的传统手段是荧光透视成像。然而,荧光透视法是不利的,因为它使得患者和医生遭受不期望级别的电磁辐射。因此,医疗装置导航系统被开发来跟踪医疗装置在身体内的位置。这些系统通常依赖于电场或磁场的生成以及附接至医疗装置和/或在身体外部的位置传感器上的感应电压和电流的检测。之后经由例如视觉显示器将从这些系统得到的信息提供给医生。通常,医疗装置的表示相对于装置被操纵的解剖区域的计算机模型或者一个或多个图像(包括但不限于荧光图像)来被显示。为了相对于模型或图像在正确的位置显示医疗装置,模型或图像必须在导航系统的坐标系内被配准。
图像可以在医疗装置导航系统的坐标系中以多种方式被配准。如果用于拍摄图像的成像系统与导航系统物理地集成,如在其全部内容通过引用包含于此的、共同转让的美国公布专利申请No.2008/0183071中所述,成像系统可以在安装期间与导航系统配准,并且导航系统与成像系统的空间关系是此后恒定和已知的,避免在每个新程序期间配准的需要。然而,在导航系统和成像系统在物理上分离的情况下,系统的改变的空间关系使得配准更加复杂。此外,即使当导航系统和成像系统在物理上集成时,初始配准过程是相对费时的。
前述讨论仅意于示出本领域并且不应该被认为否认权利要求的范围。
发明内容
本发明涉及医疗装置导航系统。特别地,本发明涉及被配置为在医疗成像系统不与医疗装置导航系统集成时从医疗成像系统获得信息的医疗装置导航系统。在各种实施例中,信息可以包括例如用于在生成由成像系统捕获的图像时使用的图像数据,诸如捕获图像的时间、系统所发出的辐射量、或操作模式(例如,捕获单独的图像或视频回放)的关于成像系统的操作特性的信息,或者关于成像系统及其部件的几何结构的信息。而且,在各种实施例中,信息可以由医疗装置导航系统使用来例如在医疗装置导航系统的坐标系中配准由成像系统生成的图像、向用户显示信息、或者检测成像和医疗装置导航系统之间的干扰。在各种实施例中,信息可以由医疗装置导航系统通过以下来获得:感测成像系统的部件的机械运动或成像系统的部件之间的相对机械运动,捕获至成像系统的输入和来自成像系统的输出(包括来自控制踏板的信号或由成像系统输出的图像数据),或者通过感测诸如辐射的生成的系统的操作。
根据本教导的一个实施例的用于相对于身体导航医疗装置的系统包括被配置为生成磁场的磁场发生器组件。医疗装置包括装置位置传感器,装置位置传感器被配置为响应于装置位置传感器在所述磁场内的位置来生成装置位置信号。系统还包括第一和第二参考位置传感器。第一参考位置传感器被配置为固定至一种类型的成像系统,该成像系统包括能够相对于所述身体移动的结构并且包括臂部、耦合至所述臂部的辐射发射器以及耦合至所述臂部并且能够相对于所述臂部移动的辐射检测器。所述第二参考位置传感器被配置为固定至所述成像系统或所述身体。所述第一和第二参考位置传感器分别响应于所述第一和第二参考位置传感器在所述磁场内的位置来生成第一和第二参考位置信号。磁场发生器组件的第一构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射发射器的位置有关。磁场发生器组件的第二构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射检测器的位置有关。磁场发生器组件的第三构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述身体的位置有关。电子控制单元被配置为响应于所述装置位置信号和所述第一和第二参考位置信号来确定医疗装置在第一坐标系内的装置位置、辐射检测器和辐射发射器中之一在第一坐标系内的参考位置、以及辐射检测器和辐射发射器之间的距离。
根据本教导的另一个实施例的用于相对于身体导航医疗装置的系统包括电子控制单元,其被配置为接收来自设置在医疗装置上的装置位置传感器的装置位置信号。装置位置传感器响应于装置位置传感器在由磁场发生器组件生成的磁场内的位置以生成装置位置信号。电子控制单元进一步被配置为分别接收来自第一位置传感器和第二位置传感器的第一和第二参考位置信号。第一参考位置传感器被配置为固定至一种类型的成像系统,该成像系统包括能够相对于所述身体移动的结构并且包括臂部、耦合至所述臂部的辐射发射器以及耦合至所述臂部并且能够相对于所述臂部移动的辐射检测器。所述第二参考位置传感器被配置为固定至所述成像系统或所述身体。第一和第二参考位置信号响应于所述第一和第二参考位置传感器在所述磁场内的位置,其中,磁场发生器组件的第一构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射发射器的位置有关,磁场发生器组件的第二构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射检测器的位置有关,以及磁场发生器组件的第三构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述身体的位置有关。电子控制单元进一步被配置为响应于所述装置位置信号以及第一和第二参考位置信号来确定医疗装置在第一坐标系内的装置位置、辐射检测器和辐射发射器中之一在第一坐标系内的参考位置、以及辐射检测器和辐射发射器之间的距离。
根据本教导的另一个实施例的用于相对于身体导航医疗装置的系统包括磁场发生器组件,其被配置为生成磁场。所述医疗装置包括装置位置传感器,装置位置传感器被配置为响应于装置位置传感器在所述磁场内的位置以生成装置位置信号。磁场发生器组件被配置为被动地激活成像系统的防碰撞机构。
通过阅读以下说明书和权利要求书并且通过查阅附图,本发明的上述以及其他方面、特征、细节、效用和优点将显而易见。
附图说明
图1是根据本教导的一个实施例的医疗装置导航系统的图解视图。
图2是图1的系统的磁场发生器组件的图解视图。
图3是根据本教导的另一实施例的医疗装置导航系统的图解视图。
图4是根据本教导的另一实施例的医疗装置导航系统的图解视图。
图5是根据本教导的另一实施例的医疗装置导航系统的图解视图。
图6是根据本教导的另一实施例的医疗装置导航系统的图解视图。
图7是示出根据本教导的几个实施例的用于导航医疗装置的方法的流程图。
图8是根据本教导的另一实施例的医疗装置导航系统的图解视图。
具体实施方式
此处对各种设备、系统和/或方法描述各种实施例。阐述许多具体细节以提供如说明书中描述和附图中示出的实施例的整体结构、功能、制造和用途的全面理解。然而,本领域技术人员应该理解,可以在没有这些具体细节的情况下实施所述实施例。在其他情况下,公知的操作、部件和元件未被详细描述以不模糊说明书中描述的实施例。本领域普通技术人员将理解,这里描述和示出的实施例是非限制性示例,并且由此可以理解,这里所公开的具体结构和功能细节可以是代表性的并且不必须限制实施例的范围,其范围仅由所附权利要求书限定。
在整个说明书中对“各种实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”或“实施例”等的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。由此,在整个说明书中各个位置出现的短语“在各种实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”等不一定都指相同的实施例。此外,特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何适当的方式组合。由此,结合一个实施例示出或描述的特定特征、结构或特性可以无限制地全部或部分地与一个或多个其他实施例的特征、结构或特性组合,假定这种组合不是不合逻辑的或非功能性的。
可以理解,在整个说明书中可以参照操纵用于治疗患者的器械的一端的临床医生来使用术语“近端”和“远端”。术语“近端”指器械的最接近临床医生的部分,并且术语“远端”指器械的最远离临床医生的部分。可以进一步理解,为了简洁清晰,诸如“垂直”、“水平”、“上”和“下”的空间术语可以在此关于所示出的实施例使用。然而,外科手术器械可以在多个方向和位置使用,并且这些术语不意于是限制性的和绝对的。
现在参考附图,其中相同的附图标记用于在各个图中标识相同的部件,图1示出包括成像系统10和根据本教导的一个实施例的系统12的电生理实验室,所述系统12用于相对于身体16中诸如心脏18的感兴趣区域并在该感兴趣区域内导航医疗装置14。装置14可以包括例如用于诊断和治疗心脏组织的电生理(EP)映射导管、心内超声心动(ICE)导管或消融导管。然而,应该理解,本发明的系统可以用于导航用于治疗身体16内的各种感兴趣区域的各种诊断和治疗装置。
成像系统10被提供来获取心脏18或另一感兴趣解剖区域的图像,并包括所示实施例中的荧光成像系统。系统10具有相对于系统12的各种部件以及相对于身体16和支撑身体16的桌子20可移动的结构。系统10可以包括许多结构部件,结构部件在所示实施例中包括支撑件22、臂部24、辐射发射器26和辐射检测器28。系统10还可以包括用于控制系统10的操作的电子控制单元(未示出),以及一个或多个诸如控制踏板30的输入装置和诸如显示器32的输出装置。
支撑件22提供用于支撑臂部24并用于相对于身体16移动臂部24、发射器26和检测器28的部件。在所示实施例中,支撑件22从EP实验室中的天花板悬挂下来。支撑件22可以固定至轨道(未示出)或类似的结构并且可以通过机械、电子、电机械装置(未示出)移动。支撑件22可以被配置为围绕轴34和臂部24、发射器26和检测器28一起旋转以相对于身体16定位臂部24、发射器26和检测器28。
臂部24提供用于相对于身体16支撑发射器26和检测器28的部件。臂部24可以是大致C形的(即,“C-臂”)以提供相对于身体16和桌子20的足够的间隙。臂部24被配置为围绕轴36相对于支撑件22在任一方向上旋转以引起发射器26和检测器28的相应移动,并且相对于身体16定位发射器26和检测器28以允许从各个角度或方向获取图像。
发射器26被提供来在发射器26和检测器28之间包括身体16中感兴趣解剖区域的视野中发射电磁辐射(例如,X射线)。发射器26设置在臂部24的一端。
检测器28捕获通过身体16中感兴趣解剖区域的电磁辐射并生成用于创建感兴趣区域的图像的信号。在一个实施例中,检测器28可以包括平板检测器,并且可以被配置为相对于臂部24围绕轴38旋转,以及还可以相对于臂部24沿着轴40可移动以改变发射器26和检测器28之间的距离(即“源至图像”距离或“SID”)。检测器28被设置在臂部24的相对于发射器26的相对端。
电生理实验室内的成像系统10与其他物体的相对移动创建系统12在导航装置14时可能需要考虑的各个自由度。除了围绕轴34、36、38旋转以及沿着轴40移动以外,桌子20可以相对于成像系统10(或者反过来)沿着三个正交轴在任一方向上移动,导致多达七个自由度。
控制踏板30提供医生控制成像系统12的部件。医生可以例如按下踏板30以启动辐射发射器26。踏板30可以经由有线或无线连接与用于成像系统12的电子控制单元(未示出)进行通信。
显示器32被提供来将信息传送给医生以协助诊断和治疗。显示器32可包括一个或多个计算机监控器或其它显示装置。显示器32可以将图形用户界面(GUI)呈现给医生。GUI可以包括各种信息,包括例如心脏18的几何结构的图像、与心脏18相关联的电生理数据、示出针对医疗装置14上的各种电极的随时间的电压水平的图、以及医疗装置14的图像和指示装置14和其他装置相对于心脏18的位置的相关信息。
系统12可以用于确定装置14在身体16内和在坐标系42内的位置并且在身体16内导航装置14。系统12还可以用于确定包括身体16和桌子20的其他可移动物体在EP实验室内在坐标系42内的位置。根据本教导的一个实施例,系统12还用于确定成像系统10在坐标系42内的位置,以及特别是成像系统10的各个部件的位置。系统12利用磁场并且可以包括St.Jude医疗公司的以商标MediGuideTM可得的系统,该系统大体在例如美国专利No.7,386,339中示出和描述,其全部内容通过引用包含于此。系统12可以包括磁场发生器组件44,诸如位置传感器46、48、50、52、54的部件,该部件用于生成关于装置14在身体16内的位置以及EP实验室中诸如成像系统10、身体16和桌子20的各种物体的位置的信息。系统12还可以包括电子控制单元(ECU)56和诸如显示器32的显示器。
发生器组件44生成磁场,该磁场引起传感器46、48、50、52、54中指示传感器46、48、50、52、54在磁场内和在坐标系42内的位置和方向的响应。参考图2,发生器组件44可以包括外壳58、多个场发生器60和控制接口62。
外壳58提供对组件44的包括场发生器60、相关导体、以及可能的控制和信号处理电路的其他部件的结构支撑,并保护这些部件以远离外来的物体和元件。在特定实施例中,外壳58可以安装至成像系统10的诸如臂部24、发射器26或检测器28的部件。参考图3和4,例如,组件44可以在特定实施例中安装至检测器28和发射器26。再次参考图1,根据一个实施例,外壳58不直接与成像系统10耦合或集成。因此,发生器组件44可以与各种成像系统一起使用,但是不与成像系统10相互配准。根据一个实施例,外壳58可以设置在桌子20和身体16的下面并且可以被配置为附接至桌子20。再次参考图2,外壳58可以在形状上是大致正方形的,并且可以具有中心孔64,从发射器26至检测器28的视野可以延伸通过中心孔64。
场发生器60生成一个或多个磁场。场发生器60可以设置在外壳58内并且彼此相互分离。每个发生器可以具有三个正交布置的线圈,其被配置为在包括身体16的区域内创建磁场并控制场的强度、方向和频率。磁场由线圈生成并且获得针对一个或多个位置传感器46、48、50、52、54的电流或电压的测量值。所测量的电流或电压与传感器46、48、50、52、54离线圈的距离成比例,由此允许确定传感器46、48、50、52、54在坐标系42内的位置。
接口62提供用于将组件44连接至ECU 56的部件。特别地,接口62提供电机械连接点以将组件44外部的电缆和其他导体(诸如在组件44和ECU 56之间延伸的那些)与外壳58内部的导体(诸如在接口62和场发生器60之间延伸的那些)连接。根据本教导的一个方面,具有导电迹线的一个或多个印刷电路板66提供外壳58内部的导体,印刷电路板66相对较薄,其具有导体,导体的厚度(例如,0.1毫米)使得板66是半透明的,因此将最小化与成像系统10的潜在的干扰。
位置传感器46、48、50、52、54提供用于生成关于各种物体在坐标系42内的位置的信息的部件。随着传感器46、48、50、52、54在由发生器组件44生成的磁场内移动,每个传感器46、48、50、52、54的当前输出改变,由此指示传感器46、48、50、52、54在磁场内和在坐标系42内的位置。位置传感器46、48、50、52、54可以包括线圈。传感器46例如可以在装置14的远端处或附近围绕装置14缠绕,嵌入在装置14的壁内或装置14内的腔内。传感器46、48、50、52、54还可以具有适当的绝缘和/或屏蔽(例如,导电箔或线网)以消除来自身体16附近的其他装置的潜在干扰。在可替换实施例中,传感器46、48、50、52、54可以包括用于检测磁场的改变的任何位置传感器,包括例如霍尔效应传感器、磁阻传感器以及由磁阻材料和压电材料制造的传感器等。传感器46、48、50、52、54也可以是能够相对于场发生器以一个或多个(例如1至6)自由度感测位置的类型。传感器46、48、50、52、54可以使用电线或其他导体或者无线地经由接口(未示出)将位置信号传送至ECU 56。
根据本教导的一个实施例,位置传感器48、50提供用于生成关于成像系统10在坐标系42内的位置的信息的部件。位置传感器48、50固定至成像系统10的部件。在所示实施例中,传感器48被配置为固定至辐射检测器28,而传感器50被配置为固定至成像系统10的除检测器28以外的部件。传感器50可以例如被固定至支撑件22、臂部24或辐射发射器26中的任一个,并且在所示实施例中固定至发射器26。由传感器48生成的信号指示辐射检测器28在坐标系42内的位置,但是还可以用于确定检测器28相对于成像系统10的其他部件的位置,包括例如发射器26与检测器28之间的距离。由传感器50生成的信号指示传感器50所附接至的部件在坐标系42内的位置,特别地,臂部24、发射器26和检测器28的角方向。
根据本教导的其他实施例,关于成像系统10的位置的信息可以不通过传感器48、50生成。参考图5,在另一实施例中,一个或多个运动传感器68、70、72可以生成指示成像系统10的一个部件相对于该部件的先前位置或相对于成像系统10的另一部件的移动的信号。运动传感器68、70、72可以例如包括加速计、测斜仪、或陀螺仪,其提供成像系统10的位置的改变的指示。可替换地,传感器68、70、72可以包括例如红外或超声传感器或者线性或旋转可变差动变压器,其提供成像系统10相对于成像系统10的另一部件或另一参照系的位置的改变的指示。在所示实施例中,例如,运动传感器68可以生成指示臂部24相对于支撑件22的旋转度的信号。运动传感器70可以生成指示控制踏板30中踏板74和基座76之间的分离程度的信号。可替换地,运动传感器70可以包括指示施加至踏板74的力的压力开关。运动传感器72可以生成指示成像系统10和桌子20之间的距离的信号。传感器68、70、72因此提供成像系统10或其部件的位置的指示。
根据本教导的另一实施例,关于成像系统10的位置的信息可以基于至成像系统10的输入或来自成像系统10的输出来获得。在一个实施例中,输出至显示器32或另一目的地的图像数据可以被ECU 56捕获和读取,成像系统10的位置基于图像中的基准标记或者通过使用光学字符识别或用于读取压印在图像上并指示成像系统10的位置的字符数据的其他技术来确定。除了成像系统10的位置以外,与图像相关联的其他信息可以从图像数据获得。该信息可以包括例如与图像相关联的时间,诸如开始时间、停止时间或者图像的帧速率。信息还可以包括成像系统10的操作模式或操作参数值(例如,所生成的辐射量或放大(或缩放)级别)。在其他实施例中,输入至成像系统10的控制数据可以被ECU捕获和读取,并用于确定成像系统10的位置和/或与成像系统10相关联的其他信息。例如,由控制踏板30生成的致动命令可以被ECU 56捕获和读取,并且用于识别成像系统控制(在多个控制输入的情况下)并确定图像捕获的开始和结束时间。从成像系统10至设施的警告灯的指示辐射发射的输出信号也可以被ECU 56捕获和读取,并用于确定图像捕获的开始和结束时间。
根据本教导的另一实施例,关于成像系统10的位置的信息和/或关于成像系统10的其他信息可以通过感测成像系统10的启动以及特别地来自发射器26的辐射的存在来获得。辐射发射可以使用辐射检测传感器来检测,辐射检测传感器例如由X-Scan成像公司提供销售的XB8816系列传感器。ECU 56可以被配置为响应于由辐射检测传感器生成的信号来确定与辐射发射相关联的时间,并由此同步由诸如位置传感器46、48、50、52、54的其他传感器生成的信号。
根据本教导的另一实施例,关于成像系统10的位置的信息可以通过在由系统10生成的图像中检测具有坐标系42内的已知位置的诸如解剖或人造基准点的物体来获得。为了限制与医生的解剖视野的干扰,这些物体可以具有多个状态,其中,物体在一些图像中可见并且在其他图像中不可见,或者可能通常对于人眼不可检测,但是通过图像处理可检测,如在PCT国际公布编号WO 2012/090148 A1中更详细描述的,其全部内容通过引用包含于此。
根据本教导的另一实施例,关于成像系统10的位置的信息可以使用远程监测成像系统10的移动的传感器来获得。参考图6,位置监测装置78可以远离成像系统10放置并检测成像系统10的移动。装置78可以例如包括视频摄像机。来自摄像机的图像可以被ECU 56处理来确定成像系统10的位置的改变。装置78可以可替换地包括超声换能器或基于红外或其他光学的传感器,超声换能器生成朝向成像系统的超声波并检测这些波的反射作为位置的指示,基于红外或其他光学的传感器检测由光发射器生成的光波的反射。成像系统10可以包括一个或多个反射器80、82或者用于反射由装置78或另一发射器生成的波的类似的装置。由此,根据一个实施例的用于导航医疗装置14的系统可以包括磁场发生器组件44、远离成像系统10的位置监测装置78、诸如反射器80、82或发射器的第一和第二位置参考元件(取决于位置监测装置78的组成)、以及具有固定至成像系统10的位置参考元件中至少之一的ECU 56,其中,组件44中的一个或位置参考元件与发射器26的位置有关,组件44中的另一个或位置参考元件与检测器28的位置有关,组件44中的又一个或位置参考元件与身体16的位置有关,ECU 56被配置为响应于从装置14和装置78上的位置传感器46接收到的信号来确定坐标系42内装置14的位置和发射器26或检测器28的位置以及发射器26和检测器28之间的距离。
尽管以上公开了各种实施例以用于获得关于成像系统10的位置的信息,但是应该理解,多个实施例的元件可以组合使用。仅作为一个示例,关于成像系统10的位置的信息可以使用位置传感器48、50以及运动传感器68来获得(例如,ECU 56可以响应于每个传感器单独地确定成像系统10的位置并且平均化值以减小误差)。
再次参考图1,ECU 56提供用于确定传感器46、48、50、52、54以及附接传感器46、48、50、52、54的物体在坐标系42内的位置的部件。如下所述,ECU 56可以进一步提供用于在坐标系42中配准由成像系统10生成的图像并将装置14的图像叠加在这些图像上的部件、用于比较EP实验室(诸如成像系统10和发生器组件44或身体16或桌子20)中各种物体的位置以确定潜在干扰的部件、和/或用于向医生或系统12的其他用户提供关于各种物体的位置的信息的部件。ECU 56还提供用于控制系统12的包括磁场发生器组件44的各个组件的操作的部件。在医疗装置14包括电生理或消融导管的实施例中,ECU 56还可以提供用于控制装置14并用于确定心脏18的几何结构、心脏18的电生理特性以及装置14相对于心脏18和身体16的位置和方向的部件。ECU 56还可以提供用于生成显示信号的部件,显示信号用于控制诸如显示器32的显示器。ECU 56可以包括一个或多个可编程微处理器或微控制器或者可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)。ECU 56可以包括中央处理单元(CPU)和输入/输出(I/O)接口,ECU 56可以经由输入/输出接口来接收包括由传感器46、48、50、52、54生成的信号的多个输入信号,并生成多个输出信号,多个输出信号包括用于控制和/或提供数据至磁场发生器组件44和显示器32的信号。
根据本教导,ECU 56可以被配置有来自计算机程序的编程指令(即,软件)以实现用于在身体16内导航医疗装置14的方法。程序可以被存储在诸如ECU 56内部或ECU 56外部的存储器(未示出)的计算机存储介质中,并且可以预安装在存储器中或者从ECU 56外部的计算机存储介质(包括从各种类型的便携式介质(例如,光盘、闪存盘等)或文件服务器或通过远程通信网络可访问的其他计算装置)中获得。
参考图7,用于在身体16内导航医疗装置14的示例性方法可以开始于步骤84,其利用设置在身体16外部的磁场发生器组件44生成一个或多个磁场。ECU 56可以生成对磁场发生器组件44的控制信号,使得生成磁场。方法可以继续步骤86,其响应于传感器46、48、50、52、54在磁场内的位置来接收来自位置传感器46、48、50、52、54中的一个或多个的位置信号。方法可以继续步骤88,其响应于来自传感器46、48、50、52、54中的一个或多个的信号来确定各个物体在电生理实验室中在坐标系42内的位置以及相关信息。根据本教导的一个实施例,步骤88可以包括子步骤90、92、94,分别是确定医疗装置14的位置、确定发射器26和检测器28中至少之一的位置以及确定发射器26和检测器28之间的距离。ECU56可以部分地通过将位置信号的当前值与指示坐标系56的原点的参考值进行比较来确定位置。ECU 56可以在传感器48、50包括六个自由度传感器时使用矢量微积分来确定发射器26和/或检测器28的位置以及发射器26和检测器28之间的距离,因为传感器48、50分别附接至检测器28和发射器26中的刚性主体。可替换地,ECU 56可以使用神经网络算法来学习响应于来自一组传感器(例如,48、50和54)的输入来生成发射器26和/或检测器28的位置以及发射器26和检测器28之间的距离的准确输出。ECU 56可以被配置为不管发生器组件44的位置的变化并使用传感器48、50和54的各种组合来确定位置。为了说明所示电生理实验室内的各种自由度,组件44中的一个和传感器48、50、52可以与发射器26的位置有关,组件44中的另一个和传感器48、50、52可以与检测器28的位置有关,组件44中的又一个和传感器48、50、52可以与身体16的位置有关。例如,在所示实施例中,组件44可以通过组件44和身体16至桌子20的附接来关联至身体16,传感器48可以关联至检测器28,以及传感器50可以关联至发射器26。在可替换实施例中,组件44可以附接例如至检测器28并与检测器28相关联,而传感器50可以关联至发射器26,以及传感器52可以关联至身体16。
通过使用关于装置14和成像系统10的位置的信息,ECU 56可以进一步被配置为执行各种功能。例如,在一个实施例中,ECU 56可以被配置为执行步骤96,其在坐标系42中配准由成像系统10生成的图像。步骤96可以包括确定臂部24、发射器26和/或检测器28的角度或方向的子步骤。ECU 56可以响应于由传感器50生成的位置信号来确定臂部24、发射器26和/或检测器28的角度或方向。通过使用发射器26和检测器28之间的方向角和距离,ECU 56可以在坐标系42内配准图像。ECU 56可以进一步被配置为确定图像内的各个像素在坐标系42中的坐标。ECU 56可以进一步被配置为执行步骤98,其响应于由传感器46生成的位置信号来将装置14的图像叠加在图像上。ECU 56可以响应于所确定的传感器46的坐标来在图像上的一位置处生成装置14的图标或类似表示。
在根据本教导的另一实施例中,ECU 56可以被配置为执行步骤100,其在诸如显示器32的显示器上显示检测器28或其他成像系统部件的一个或多个的位置。基本位置信息可以在显示器32上由ECU 56以数字或图形方式呈现给医生,并且在医生例如评估成像系统10上的位置命令的影响时可以是有用的。
在根据本教导的另一实施例中,ECU 56可以被配置为执行步骤102,其将辐射检测器28或成像系统10的另一部件的位置与EP实验室中其他物体的位置进行比较。例如,ECU 56可以将检测器28或成像系统10的另一部件的位置与磁场发生器组件44的已知位置进行比较。以这种方式,ECU 56可以确定当前位置(或位置的可能改变)是否会导致成像系统10和组件44之间的接触或其他物理干扰。ECU 56还可以确定当前位置(或位置的可能改变)是否会导致成像系统扭曲或以其他方式干扰由组件44生成的磁场。ECU 56还可以确定成像系统10和组件44的相对位置是否将会干扰成像系统10的图像的获取或以其他方式降低这些图像的质量。
ECU 56还可以将检测器28或成像系统10的另一部件的位置与身体16和/或桌子20的位置进行比较。ECU 56可以被配置为响应于由固定至身体16和桌子20的位置传感器52、54所生成的位置信号来确定身体16或桌子20的位置或位置的改变。ECU 56之后可以将身体16和/或桌子20的位置与检测器28或成像系统10的另一部件的位置进行比较。ECU 56可以使用该信息来确保成像系统10与身体16和/或桌子20之间的期望对准,和/或防止成像系统10与身体16和/或桌子20之间的物理接触。例如,如果ECU 56确定成像系统10和身体16或桌子20没有被适当对准以捕获预期图像,ECU 56可以停止成像系统10的图像获取,向医生生成警告(例如,可闻噪声或在显示器32上的可视警告)和/或生成使得成像系统10移动以将系统10与身体16或桌子20重新对准的命令。可替换地,如果ECU 56确定身体16和/或桌子20小于与成像系统10的阈值距离,则ECU56可以向医生发出警告(例如,可闻噪声或在显示器32上的可视警告)或者发出使得成像系统10远离身体16和/或桌子20移动的命令。ECU 56还可以用于防止成像系统10的进一步的所命令的移动以防止成像系统10接触身体16和/或桌子20或者降至低于成像系统10与身体16和/或桌子20之间的阈值距离。由此,在至少一个实施例中,通过使用传感器46、48、50、52和ECU 56,系统可以消除或减少对可能产生磁干扰的诸如微开关的机械碰撞检测装置的依赖。阈值距离可以包括围绕身体16和/或桌子20的体积(例如,盒子)的边界。所述体积可以在一些实施例中通过以下方式被校准到桌子20或给定患者的特定身体16:通过传感器52和/或54的术前移动以分别接触身体16和/或桌子20上的各个点、以及通过医生使用图形用户界面来建立体积。可替换地,设置在身体16和/或桌子20上的多个传感器52、54分别可以用于建立体积。
现在参考图8,在各种实施例中,诸如成像系统10的成像系统可以包括成像系统防碰撞机构。这样的机构可以用于防止或最小化在一个或多个成像系统部件与EP实验室中的其他物品(例如身体16、桌子20和/或磁场发生器组件44)之间的碰撞或不期望的接触。关于这种防碰撞机构的细节可以在以下专利中的一个或多个中找到,以下专利的每一个的全部内容通过引用包含于此:美国专利no.5,828,221(1998年10月27日发布),美国专利no.6,408,051(2002年6月18日发布),美国专利no.8,269,176(2012年9月18日发布),美国专利no.4,593,189(1986年6月3日发布),美国专利no.5,072,121(1991年12月10日发布),美国专利no.7,531,807(2009年5月12日发布),美国专利no.7,693,263(2010年4月6日),以及美国专利no.7,172,340(2007年2月6日发布)。市售的防碰撞机构包括来自Siemens AG的成像系统可用的的商标为“SafeMove”的机构、以及来自Koninklijke Philips N.V的成像系统可用的商标为“BodyGuard”的机构。防碰撞机构可以包括例如力、接近度、和/或电容传感器104。传感器104生成指示成像系统10的部件与EP实验室中的其他物体(诸如身体16、桌子20和/或磁场发生器组件44)之间的距离的信号。信号可以指示绝对距离或者指示距离已经降至阈值以下。传感器104可以经由有线或无线连接发送信号至诸如ECU 56的控制单元或专用控制单元(未示出)以用于移动成像系统10。控制单元响应来自传感器104的信号来生成控制信号以控制用于控制成像系统沿着和关于轴34、36、38、40的移动的一个或多个电机106和/或闸或离合器108。例如,控制单元可以响应于由传感器104生成的信号来停用引起成像系统部件的运动的电机106和/或控制闸108将机械制动力施加至成像系统部件以防止或禁止成像系统(例如系统10)的部件与患者的身体或患者桌(例如,身体16或桌子20)的进一步接触。可替换地或另外地,这种成像系统可以包括桌子的物理尺寸和最初起始位置的编程的预定义空间的包封,并且包括跟踪桌子的移动的能力,以使得系统可以通过防止诸如系统10的成像系统的部件不期望地移动为与诸如桌子20的预定的已知物体不必要的接触来避免碰撞或其他不期望的接触。
在各种实施例中,诸如导航系统12的医疗装置导航系统可以被配置为使得诸如成像系统10的成像系统的防碰撞机构被用于防止或最小化成像系统10的部件与导航系统12的部件之间的不期望的接触。导航系统12可以被配置为被动地和/或主动地使得成像系统10的防碰撞机构激活。现在关注这种被动技术,在各种实施例中,导航系统12的一个或多个部件可以被配置为以成像系统10不与导航系统12的部件冲突的方式模仿患者身体16或桌子20,因为成像系统10的内部防碰撞机构可以被启用。这可以被动地通过模仿可以被成像系统10的适用传感器检测到的身体16或桌子20的相关物理特性来实现。例如,在成像系统使用电容感测技术作为防碰撞机构的一部分的情况下,桌子安装的磁场发生器组件(诸如图1、5、6和8中所示的组件44)可以包括可以被成像系统10的电容检测器检测到的电容特性。因此,发生器组件44可以包括可以由成像系统的电容检测器检测到的导电材料。在至少一个实施例中,磁场发生器组件44的至少一部分可以由导电材料建立,导电材料诸如还可以在桌子20中使用的碳纤维。另外地或可替换地,发生器组件44的至少一部分可以涂有导电涂料和/或覆盖有导电套,诸如由导电布制成的袋或包。
对于激活成像系统10的防碰撞机构的主动技术,在各种实施例中,导航系统12可以被配置为主动地启用防碰撞机构。在至少一个实施例中,ECU 56可以被配置为将信号或合适的电磁波发送至成像系统10以激活诸如上述的防碰撞机构。例如,成像系统10的适用部件(例如,发射器26和检测器28)以及导航系统12的适用部件(例如,发生器组件44)的位置和尺寸可以被ECU 56考虑,如以上涉及步骤102所论述的(参见图7)。在碰撞或其他不期望的接触即将来临或已经发生的情况下,ECU 56可以使得成像系统10激活防碰撞机构和/或向医生或成像系统10和/或导航系统12的其他操作者生成警告。在这些实施例中,诸如在成像系统10和导航系统12之间的TCP/IP通信的接口可以用于基于系统之间的约定协议来在其间发送相关消息。另外地或可替换地,导航系统12和/或成像系统10可以包括一个或多个可以通过由ECU 56远程地驱动来启用防碰撞机构的指定部件(未示出)。例如,在成像系统使用力感测技术作为防碰撞机构的一部分的情况下,指定部件可以被配置为推动力传感器和/或成像系统10的其他机械防碰撞检测器。这种指定部件可以靠近成像系统10的发射器26和检测器28中的每个力传感器104安装。
尽管以上以一定程度的特殊性描述了根据本教导的系统的几个实施例,但本领域技术人员可以在不背离本公开的范围的情况下对所公开实施例作出许多改变。所有方向参考(例如,上面、下面、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、之上、之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)仅用于标识目的以帮助读者理解所公开实施例,并且不产生限制,特别是不对所公开实施例的位置、方向或使用产生限制。接合参考(例如,附接、耦合、和连接等)被广泛地构造,并且可以包括元件的连接之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样,接合参考不必指两个元件直接连接并相互固定。意指在以上说明书中包含或在附图中示出的所有事物将被解释为仅示意性的并且不是限制性的。在不背离如所附权利要求中所限定的本教导的情况下,可以作出对细节或结构的改变。
被描述成通过引用包含于此的任何专利、公布或其他公开材料整体或部分仅以与本公开中阐述的已有定义、声明、或其他公开材料不冲突的程度包含于此。这样,以必要的程度,这里明确地阐述的公开取代通过引用包含于此的任何冲突材料。被描述成通过引用包含于此但是与此处阐述的已有定义、声明或其他公开材料冲突的任何材料或其部分将仅以在所包含材料与已有公开材料之间不发生冲突的程度被包含。
Claims (26)
1.一种用于相对于身体导航医疗装置的系统,包括:
磁场发生器组件,其被配置为生成磁场,所述医疗装置包括装置位置传感器,所述装置位置传感器被配置为响应于所述装置位置传感器在所述磁场内的位置来生成装置位置信号;
第一和第二参考位置传感器,所述第一参考位置传感器被配置为固定至一种类型的成像系统,所述成像系统包括能够相对于所述身体移动的结构并且包括臂部、耦合至所述臂部的辐射发射器以及耦合至所述臂部并且能够相对于所述臂部移动的辐射检测器,所述第二参考位置传感器被配置为固定至所述成像系统或所述身体,所述第一和第二参考位置传感器分别响应于所述第一和第二参考位置传感器在所述磁场内的位置来生成第一和第二参考位置信号,其中,所述磁场发生器组件的第一构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射发射器的位置有关,所述磁场发生器组件的第二构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射检测器的位置有关,以及所述磁场发生器组件的第三构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述身体的位置有关;以及
电子控制单元,其被配置为响应于所述装置位置信号以及所述第一和第二参考位置信号来确定:
所述医疗装置在第一坐标系内的装置位置;
所述辐射检测器和所述辐射发射器中之一在所述第一坐标系内的参考位置;以及
所述辐射检测器和所述辐射发射器之间的距离。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述磁场发生器组件被配置为附接至所述成像系统。
3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述参考位置包括与所述辐射检测器和所述辐射发射器中之一在所述第一坐标系内的方向的关系。
4.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元进一步被配置为在所述第一坐标系中配准由所述成像系统生成的图像。
5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述电子控制单元进一步被配置为响应于所述装置位置信号将所述医疗装置的图像叠加在所述图像上。
6.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元进一步被配置为在显示器上显示所述参考位置。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元进一步被配置为将所述参考位置与所述磁场发生器组件的位置进行比较。
8.根据权利要求1所述的系统,其中,所述磁场发生器组件被配置为附接至支撑所述身体的桌子。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述磁场发生器组件被配置为设置在所述桌子下面。
10.根据权利要求1所述的系统,其中,所述磁场发生器组件包括半透明的导体。
11.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元被配置为将所述身体的位置与所述辐射检测器和所述辐射发射器中之一的参考位置进行比较。
12.根据权利要求1所述的系统,还包括第三参考位置传感器,其被配置为固定至支撑所述身体的桌子,所述第三参考位置传感器响应于所述第三参考位置传感器在所述磁场内的位置来生成第三参考位置信号,所述电子控制单元进一步被配置为响应于所述第三参考位置信号来确定所述桌子在所述第一坐标系内的位置。
13.根据权利要求1所述的系统,还包括连接至所述成像系统的另一部件的运动传感器,所述运动传感器生成指示所述另一部件的移动的运动信号,并且所述电子控制单元被配置为接收所述运动信号。
14.根据权利要求13所述的系统,其中,所述部件包括所述成像系统的控制踏板。
15.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元进一步被配置为接收由所述成像系统输出的图像数据以用于在显示器上显示图像。
16.根据权利要求15所述的系统,其中,所述电子控制单元被配置为从所述图像数据中识别基准标记。
17.根据权利要求15所述的系统,其中,所述图像数据包括与所述图像相关联的时间。
18.根据权利要求15所述的系统,其中,所述图像数据包括放大级别。
19.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元进一步被配置为接收输入至所述成像系统的控制数据,以及其中,所述控制数据包括来自所述成像系统的控制踏板的驱动命令。
20.根据权利要求1所述的系统,还包括被配置为检测来自所述成像系统的辐射发射的辐射检测传感器,其中所述电子控制单元进一步被配置为响应于由所述辐射检测传感器生成的信号来确定与所述辐射发射相关联的时间。
21.根据权利要求1所述的系统,其中,所述磁场发生器组件被配置为被动地激活所述成像系统的防碰撞机构。
22.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电子控制单元被配置为主动地激活所述成像系统的防碰撞机构。
23.一种用于相对于身体导航医疗装置的系统,包括:
磁场发生器组件,其被配置为生成磁场,所述医疗装置包括装置位置传感器,所述装置位置传感器被配置为响应于所述装置位置传感器在所述磁场内的位置来生成装置位置信号;
其中,所述磁场发生器组件被配置为被动地激活成像系统的防碰撞机构。
24.根据权利要求23所述的系统,其中,所述磁场发生器组件包括半透明的导体。
25.根据权利要求23所述的系统,还包括被配置为检测来自所述成像系统的辐射发射的辐射检测传感器,其中所述电子控制单元进一步被配置为响应于由所述辐射检测传感器生成的信号来确定与所述辐射发射相关联的时间。
26.一种用于相对于身体导航医疗装置的系统,包括:
电子控制单元,其被配置为:
接收来自设置在所述医疗装置上的装置位置传感器的装置位置信号,所述装置位置传感器响应于所述装置位置传感器在由磁场发生器组件生成的磁场内的位置来生成所述装置位置信号;
分别接收来自第一位置传感器和第二位置传感器的第一和第二参考位置信号,所述第一参考位置传感器被配置为固定至一种类型的成像系统,所述成像系统包括能够相对于所述身体移动的结构并且包括臂部、耦合至所述臂部的辐射发射器以及耦合至所述臂部并且能够相对于所述臂部移动的辐射检测器,所述第二参考位置传感器被配置为固定至所述成像系统或所述身体,所述第一和第二参考位置信号响应于所述第一和第二参考位置传感器在所述磁场内的位置,其中,所述磁场发生器组件的第一构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射发射器的位置有关,所述磁场发生器组件的第二构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述辐射检测器的位置有关,以及所述磁场发生器组件的第三构件、所述第一参考位置传感器和所述第二参考位置传感器的位置与所述身体的位置有关;以及
响应于所述装置位置信号以及所述第一和第二参考位置信号来确定所述医疗装置在第一坐标系内的装置位置、所述辐射检测器和所述辐射发射器中之一在所述第一坐标系内的参考位置、以及所述辐射检测器和所述辐射发射器之间的距离。
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