CN106232021B - 用于检测快速移动的手术设备的方法和系统 - Google Patents
用于检测快速移动的手术设备的方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106232021B CN106232021B CN201580020065.5A CN201580020065A CN106232021B CN 106232021 B CN106232021 B CN 106232021B CN 201580020065 A CN201580020065 A CN 201580020065A CN 106232021 B CN106232021 B CN 106232021B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output signal
- signal
- processing unit
- surgical device
- signal processing
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 claims abstract description 65
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000013179 statistical model Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 5
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 14
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 9
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 5
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000013275 image-guided biopsy Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 1
- 210000002307 prostate Anatomy 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002432 robotic surgery Methods 0.000 description 1
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
- A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
- A61B10/0233—Pointed or sharp biopsy instruments
- A61B10/0266—Pointed or sharp biopsy instruments means for severing sample
- A61B10/0275—Pointed or sharp biopsy instruments means for severing sample with sample notch, e.g. on the side of inner stylet
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
- A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
- A61B2010/0208—Biopsy devices with actuators, e.g. with triggered spring mechanisms
-
- 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
- A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
- A61B2034/107—Visualisation of planned trajectories or target regions
-
- 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
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2046—Tracking techniques
- A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Pathology (AREA)
- Robotics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明提出了一种可以被用于随时间跟踪具有嵌入式EM传感器的设备的电磁(EM)跟踪技术。如果这些目标移动太快，则由于运动感应电势差而丢失跟踪信号。因此，提出了添加并入额外处理算法的处理机构，以实现对EM传感器的跟踪。本发明的实施例用于使用活检枪来执行活检。所述额外处理算法并入关于从嵌入式EM传感器获得的期望信号的专用先验信息，并且被引入以允许处理来自移动的传感器的信号。所述先验信息可以被并入启发式模型或统计学模型中以处理EM信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测医学设备的医学系统和方法的领域，所述医学设备例如但不限于电磁跟踪活检设备。
背景技术
电磁(EM)跟踪技术被越来越多地使用在图像引导介入和治疗(IGIT)的领域中。
例如，EP 1504713A1公开了一种用于对患者的区域进行导航的图像引导导航系统，其包括成像设备、跟踪设备、控制器和显示器。成像设备生成患者的区域的图像。跟踪设备利用EM跟踪系统来跟踪仪器在患者的区域中的位置，并且控制器基于仪器的位置将表示仪器的图标重叠到从成像设备生成的图像上。
EM空间测量系统基于电磁感应来确定医学目标的位置。这样的医学目标被嵌入有传感器线圈或其他EM传感器。当医学目标被放置在受控变化的磁场里面时，在EM传感器(例如线圈)中感应出电压(电势差)。由测量系统使用这些感应电压来计算医学目标的位置和取向。
遗憾的是，当目标移动通过静态磁场时也发生电磁感应。在该场景中，感应电势差与磁通量的导数成正比，这进而与医学目标与静态磁场之间的相对运动的速度有关。
EM空间测量系统可以单纯地基于观察到的电压来确定目标的位置和取向，并且因此不能在电势差的源之间进行区分。因此，与静态医学目标相比，对运动中的医学目标的定位(根据定义)是较不准确的。在大多数实际应用中，这不会引起问题，因为与由磁场变化生成的感应电势差相比，源于运动的感应电势差是相对小的。因此，与测量系统的噪声相比，所引入的测量误差是小的。
然而，当医学目标的运动是快速的时，额外感应的电势差在定位中引入显著的误差。如果运动非常快，则由于磁场变化，电势差可能甚至超过期望的感应水平。在后者的场景中，EM系统报告来自EM传感器的丢失的信号。因此，EM系统不能够被用于跟踪快速移动的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够被用于检测快速移动的目标的EM目标检测方和系统。
该目的是通过根据权利要求1所述的医学系统、通过根据权利要求14所述的检测方法以及通过根据权利要求15所述的计算机程序产品来实现的。
因此，根据本发明的第一方面，提出了一种并入自动检测系统的医学系统，包括：
-引导系统，其具有加速机构，所述加速机构用于生成对手术设备的加速移动来将所述手术设备驱动到对象的组织中；
-电磁传感器，其被提供在所述手术设备上；
-电磁空间测量系统，其适于检测所述电磁传感器的感应输出信号并且适于基于检测到的输出信号来确定所述手术设备的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；
-信号处理单元，其适于基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器的输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的输出信号。
而且，根据本发明的第二方面，提出了一种检测方法，包括：
-通过使用加速机构来生成对手术设备的加速移动来将所述手术设备驱动到对象的组织中；
-检测被提供在所述手术设备上的电磁传感器的感应输出信号；
-基于检测到的输出信号来确定所述手术设备的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；
-基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器的输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的输出信号。
而且，根据本发明的第三方面，提出了一种包括代码单元的计算机程序产品，所述代码单元用于在计算机设备上运行时产生以上方法的步骤。
因此，引入额外的信号处理以允许对来自快速移动的传感器的输出信号的重建。该额外的处理并入关于从快速移动的EM传感器获得的期望信号的专用先验知识。
优选地，所述引导系统是活检枪，并且所述手术设备是活检针的套管针(内针)和/或套管(外针)。在这种情况下，所述加速机构可以是例如弹簧加载机构或以高速度将套管针和/或套管驱动到所述对象的所述组织中从而优选地减少变形和创伤的另一加速机构。备选地，优选的是，所述手术设备是针(例如放疗针)，其用于将治疗元件(例如辐射源)放置到所述对象的所述组织中。在这种情况下，所述加速机构也可以是弹簧加载机构、锤击机构或以高速度将所述针(例如放疗针)驱动到所述对象的所述组织中从而优选地减少变形和创伤的另一机构。在这两种情况下，优选的是，所述加速机构将所述手术设备加速到高于0.75m/s、优选地高于1.5m/s、最优选地高于5.0m/s的速度。
根据第一选项，可以通过将所述先验信息并入启发式描述符中来处理所述输出信号。对所述启发式描述符的使用允许对丢失的信号或信号部分的快速的重建。在特定范例中，所述启发式描述符可以被参数化以覆盖至少一类相似的设备。这允许将恢复机制适配到其上提供有所述EM传感器的特定类型的手术设备。
作为所述第一选项的特定范例，可以基于以下中的至少一项来处理所述输出信号：所述输出信号丢失的事实、所述输出信号丢失的样本的数量、在丢失所述输出信号之前和之后位置点之间的平移距离、以及在丢失所述输出信号之前和之后所述位置点之间的取向对齐。由此，能够容易地从传感器输出导出的信息能够被用于重建丢失的信号或信号部分。
根据可以与以上第一选项组合的第二选项，可以提供用户接口或配置机构，并且所述用户接口或配置机构适于允许对所述启发式描述符的参数值的配置。由此，允许用户修改所述启发式描述符以优化系统性能。
根据可以与以上第一选项或第二选项组合的第三选项，可以针对在所述加速机构被激活时所期望的所述输出信号来生成统计学模型。能够根据对所述加速机构的先前和/或稍后的激活获得该统计学模型，以允许基于所记录的系统行为的信号恢复。因此，所述统计学模型可以涉及在所述输出信号之前和之后所述输出信号的一个或多个样本，包括丢失的样本。更特别地，所述输出信号可以响应于对所述加速机构的所述激活而被记录多次，以便计算所述统计学模型。因此，能够根据先前的系统操作来获得可靠的统计学模型或描述符。
根据可以与以上第三选项组合的第四选项，可以提供训练用户接口以用于根据不同类型的手术设备修改所述统计学模型。这允许基于用户偏好而将所述系统单独适配到各种类型的手术设备。
根据可以与以上第一选项至第四选项中的任一项组合的第五选项，可以基于先前定义的运动模式来处理所述输出信号。因此，能够通过评估先前的运动行为来获得所述先验信息，例如从而填充丢失的样本。作为第五实施例的具体范例，能够基于预定义的模型来重建丢失的传感器输出信号，所述预定义的模型可以是启发式模型或统计学模型。该启发式模型或统计学模型是除了被用于检测击发(firing)的模型以外的另一实例。例如，当丢失的样本被用于检测时，检测启发性将包含丢失的样本，同时重建启发式模型将填充那些丢失的样本。
根据可以与以上第一选项至第五选项中的任一项组合的第六选项，可以基于外部触发器信号来处理所述输出信号，因此将检测限制于特定的时间跨度。可以例如从机器人手术设备接收外部触发器。这允许机器人活检中对所提出的系统的使用。
应当注意到，基于具有离散硬件部件、集成芯片或芯片模块的布置的离散硬件电路，或者基于由存储在存储器中、写在计算机可读介质上或从网络(例如因特网)下载的软件例程或程序所控制的信号处理设备或芯片，可以实现以上医学系统。
应当理解，根据权利1所述的医学系统、根据权利要求14所述的检测方法和根据权利要求15所述的计算机程序产品具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如从属权利要求中所限定的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求或以上实施例与相应的独立权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且将参考下文描述的实施例对本发明的这些和其他方面进行说明。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据各实施例的用于集成手术设备引导和部署检测的医学系统的示意性方框图；
图2示出了在针上具有固定跟踪设备和移动跟踪设备的活检枪和针的示意性结构；
图3示出了具有集成EM传感器的活检针端部的示意性结构；
图4示出了具有允许套管针移动的线缆的活检枪壳体的示意性结构；
图5示出了根据第一实施例的跟踪信号处理流程的流程图；并且
图6示出了根据第二实施例的跟踪信号处理流程的流程图。
具体实施方式
现在基于用于使用活检枪的经会阴活检的IGIT跟踪系统来描述本发明的实施例。根据各实施例，提出了使用额外的处理算法来实现对以不同的非常快速的模式移动的EM传感器的跟踪。
图1示出了根据各实施例的用于将用于活检的针引导与自动针部署检测和记录集成的医学系统10的示意性方框图。可以在各种临床流程中，例如在图像引导的活检中，应用医学系统10。具体而言，医学系统10可以辅助自动地记载在图像引导的导航系统下对患者45执行的活检的数量、时间和位置。医学系统10包括工作站或计算机设备12，其使用例如显示器14向用户提供规划、导航和反馈信息。工作站12可以包括计算机处理器16、显示器14、用户接口18(例如鼠标、键盘等)和用于存储数据和软件的存储器20。存储器20包括软件，所述软件可以包括协调模块22，所述协调模块22被配置为使图像信息、空间跟踪数据等与跟对象的处置相关联的医学仪器运动和事件相协调。根据图1，同时地跟踪超声探头30和活检针32的位置。使用图像引导确定活检位置并且参考一幅或多幅医学图像来记录活检位置。而且，空间跟踪系统24和跟踪设备25可以被用于确定相对于医学图像的探头位置。例如，6自由度电磁(EM)跟踪传感器可以被放置在探头30上作为跟踪设备25。协调模块22收集指示部署引导系统38(例如针引导、活检枪或其他设备)、活检针32或任何其他仪器的位置的数据。部署引导系统38被装备为提供对活检针32的运动和/或触发(例如样本收集)的部署检测。而且，协调模块22对自动仪器部署检测、位置确定以及记录的集成进行协调。检测可以基于从成像设备40收集到的图像，例如经直肠超声图像/视频流。滤波器47可以被用于辅助利用对象45的图像来跟踪活检针32。而且，检测能够基于来自跟踪设备25(例如来自被跟踪的活检针32和/或探头30)的空间跟踪数据。使用这些设备中的一个或多个，在对象45内至少能够确定事件(活检样本)的时间和位置。对活检针32的部署操作的检测可以与参考坐标系相关，使得可以记录例如活检样本的时间和位置以用于未来参考。
图2示出了在活检针502上具有固定跟踪设备和移动跟踪设备的活检枪506和活检针502的示意性结构。能够自动地检测针部署，并且能够通过对活检针502的空间跟踪来确定活检核心510的位置。出于该目的，一个或多个EM跟踪传感器504或505被提供在活检枪506上并且能够被附接在活检针502的“固定”参考点上或者“移动”参考点上。当活检枪506被击发时，固定参考点不相对于针杆移动。固定参考点可以被定位在针502的外针或套管512上。当活检枪506被击发时，移动参考点沿着针轴线与针部署机构一起向前移动。移动参考点可以被定位在针502的内针或套管针514上。
具体而言，来自活检针502的“移动”点上的跟踪传感器504的信号能够被直接用于检测活检针502的部署并用于记录其位置。
活检枪506通常包含并入了驱动活检设备的套管针514和套管512的弹簧加载机构或其他加速机构的握把。在释放第一弹簧后，套管针514被驱动到组织中(待击发(armed)状态)，而释放第二弹簧则将套管512向前驱动以封装组织样本(击发状态)。
能够在其中应用本发明的实施例的活检设备具有嵌入在套管针514或套管512中的至少一个EM传感器。
图3示出了具有集成EM传感器504的活检针的端部的示意性结构，所述集成EM传感器504具有用于连接到跟踪设备的导线。EM传感器504被固定到套管针514，以确保当活检枪被击发时EM传感器504测量运动。备选的实现方式是将EM传感器集成在当活检枪被击发时也移动的套管512中。在图3中，点画线图示了在针端部处被套管512包围的套管针514(即与其中套管针514已经被驱动到对象的组织中的待击发状态相比，现在描绘了击发状态)。
图4示出了具有允许套管针移动的线缆的活检枪壳体41的示意性结构。外管46随着活检枪的内管而移动。而且，图3的EM传感器504的线缆或导线的总长度以螺旋的方式44缠绕在活检枪的固定部分(FP)中，以允许导线的移动。导线的另一端(外端)被连接到圆形推挽式连接器(例如雷德尔(Redel)连接器)48的线缆。而且，提供了释放按钮42，其在第一次被推动时将使套管针向前移动，并且在第二次被推动时，这将使套管向前移动。
如预期地，现在能够跟踪活检设备，同时在实际采取活检的准备中定位针。然而，当采取活检时，弹簧加载机构以高速度将套管针驱动到组织中以减少变形和创伤，导致EM信号的暂时丢失。在使用直接的实现方式时，由于之前描述的关于跟踪快速移动的传感器的问题，先前设想的活检因此失败。
根据实施例，引入额外的处理算法以允许处理来自快速移动的EM传感器的信号。这些算法并入了关于在弹簧加载机构击发时期望从嵌入在套管针中或嵌入在套管中的EM传感器获得的信号的专用先验知识或信息。在额外的处理中使用的这样的先验信息可以包括以下中的至少一项：信号自身丢失的事实、在其期间丢失信号的样本的数量(这可以包括源于实际运动的丢失的信号以及源于EM系统的递归滤波的恢复时间)、在丢失信号之前和之后点之间的平移距离、以及在丢失信号之前和之后点之间的取向对齐。
图5示出了根据第一实施例的跟踪信号处理流程的流程图，其中，以上的先验信息被并入在启发式算法或描述符中，以处理EM信号。可以通过图1的处理器16来运行所述流程。
在步骤S501中，从检测到的传感器输出导出先验信息。然后，在步骤S502中，该先验信息被并入在启发式模型或描述符中。一般而言，启发式是经验法则、数量级、安全系数或是在做出决策时遵循的良好引导。因此，启发式过程可以包括运行测试并且通过试凑来得到结果。随着测试更多的样本数据，创建用来处理相似类型的数据的高效算法变得更容易。这些算法并不总是完美的，但是大部分时间有效。启发性的目的是开发在可接受的时间量中生成准确结果的简单过程。启发式模型能够基于能够使用EM系统来测量的任何属性。作为非限制性范例，快速的移动可以被描述为沿着测得的取向的移动(例如20mm)，在其中间具有预定数量(例如3个)的样本信号丢失。该描述被称为启发式模型或启发式描述符，其中，移动距离和样本的数量是通过试凑而设定的参数化。基于这种描述的检测快速移动的处理方法可以被称为启发式算法。
这样的启发式方法能够被参数化以覆盖一类相似的设备。例如，期望的平移距离能够是参数，以处理不同类型的活检设备之间的平移距离的变化。为了在同一IGIT方案内实现对不同活检设备的使用，能够利用系统的用户接口(例如图1的用户接口18)或通过配置机构来修改这些参数值。作为非限制性范例，对于一个活检枪，移动距离可以是20mm，而对于另一个活检枪移动距离是25mm。则可以说启发式描述符具有参数“移动距离”。参数可以是能够在主机系统的图形用户接口、配置文件等中被配置的。
最终，在步骤S503中，基于启发式模型或描述符来处理被提供在套管针上的EM传感器的输出信号，以恢复丢失的部分或全部信号输出。
图6示出了根据第二实施例的跟踪信号处理流程的流程图，所述流程可以由图1的处理器16运行。
在第二实施例的备选实现方式中，针对在击发活检枪时所期望的EM信号来建立统计学模型。在步骤S601中，在多次击发活检设备时记录EM信号以获得先验知识或信息。然后，在步骤S602中，基于先验信息来计算或确定统计学描述符或模型。统计学模型涉及信号丢失之前和之后的信号样本。再者，为了在同一IGIT方案内实现对不同活检设备的使用，统计学训练流程能够是通过系统的用户接口(例如图1的用户接口18)而可用的。最终，在步骤S603中，基于统计学模型或描述符来处理被提供在套管针上的EM传感器的输出信号，以恢复丢失的部分或全部信号输出。作为非限制性范例，被EM跟踪的活检设备可以被击发50次。所获得的EM信号在时间上被对齐，并且被使用例如主成分分析来处理，得到平均信号以及变化的模式。这就是从训练阶段获得的统计学模型。现在，能够在执行活检时使用该统计学模型。当接收到每个EM样本时，系统将评估最后的样本是否符合在统计学模型的变化内。如果样本确实符合，则检测到设备击发。
至此，所描述的实现方式仍然可能产生许多假阳性的设备击发检测，其中，信号丢失源于将活检设备在跟踪体积中移出和移入，或者源于(重新)连接EM设备。可以通过扩展第一实施例的启发式方法来抑制这些假阳性。在这样的情况下，能够使用这样的事实，即EM跟踪系统随着每个样本而报告状态。在该状态字段(field)中，丢失和离开体积是不同的值。朴素的启发式方法忽略了该状态字段，并且单纯地基于运动模式来检测活检枪击发。扩展的启发式方法使用该状态字段，使得如果设备在跟踪体积外移动，则抑制检测。作为另一选项，能够将假阳性作为用于训练统计学描述符的EM信号记录的一部分(添加这样的范例将提高统计学描述符的鲁棒性)。注意到，还可以通过启发式假阳性抑制来补充统计学描述符。
一旦检测到活检设备击发，则也可能基于先前定义的运动模式来重建丢失的信号。
如果EM传感器的运动是快速的但是并不足够快以完成信号丢失，则发生较温和形式的问题。移动期间的不准确的跟踪信息在直接的实现方式中引起假阴性。
当EM跟踪被用于控制机器人手术时，预期潜在的应用。例如，借助于操作EM跟踪针的机器人设备(例如机器人)的针放置可能遭受同样的问题。在这种具体场景中，可以通过使用来自机器人设备的外部触发器来扩展启发式方法或统计学方法两者。
总之，已经描述了一种能够被用于随时间跟踪具有嵌入式EM传感器的设备的EM跟踪技术。如果这些目标移动太快，则由于运动感应电势差，跟踪信号丢失。因此，提出了添加并入了额外处理算法的处理机构以实现对EM传感器的跟踪。本发明的实施例用于使用活检枪执行活检。所述额外处理算法并入了关于从嵌入式EM传感器获得的期望信号的专用先验信息并且被引入以允许处理来自移动的传感器的信号。先验信息能够被并入在启发式模型或统计学模型中以处理EM信号。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被视为说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。所提出的处理可以适用于使用电磁跟踪的所有IGIT系统或其他医学系统，尤其是支持采取活检(例如经直肠前列腺活检或经会阴活检)的那些系统，或通过被跟踪仪器的导航。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
前述说明详述了本发明的特定实施例。然而，应当意识到，无论前述内容在文中出现得多么详细，都可以以许多方式来实践本发明，并且因此本发明不限于所公开的实施例。应当注意到，当描述本发明的特定的特征或方面时，对具体术语的使用不得被理解为暗示了所述术语在本文中被重新定义为限于包括术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。
单个单元或设备可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
如图5和图6中所指示的那些所描述的操作可以被实现为计算机程序的程序代码单元和/或专用硬件。计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
Claims (16)
1.一种并入自动检测系统的医学系统，包括：
-引导系统(38；506)，其具有加速机构，所述加速机构用于生成对手术设备(512、514)的加速移动来将所述手术设备(512、514)驱动到对象(45)的组织中；
-电磁传感器(504)，其被提供在所述手术设备(512、514)上；
-电磁空间测量系统(24)，其适于检测所述电磁传感器(504)的感应输出信号并且适于基于检测到的感应输出信号来确定所述手术设备(512、514)的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；以及
-信号处理单元(16)，其适于基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器(504)的感应输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的感应输出信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于通过将所述专用先验信息并入启发式描述符中来处理所述感应输出信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于基于以下中的至少一项来处理所述感应输出信号：所述感应输出信号丢失的事实、所述感应输出信号丢失的样本的数量、在丢失所述感应输出信号之前和之后位置点之间的平移距离、以及在丢失所述感应输出信号之前和之后所述位置点之间的取向对齐。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于将所述启发式描述符参数化以覆盖至少一类相似的设备。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统包括配置机构，所述配置机构适于允许对所述启发式描述符的参数值进行配置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述配置机构是用户接口(18)。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于针对在所述加速机构被激活时所期望的所述感应输出信号来生成统计学模型。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述统计学模型涉及在所述感应输出信号丢失之前和之后所述感应输出信号的一个或多个样本，包括丢失的样本。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于响应于对所述加速机构的所述激活而多次记录所述感应输出信号，从而计算所述统计学模型。
10.根据权利要求7所述的系统，还包括训练用户接口(18)，所述训练用户接口用于根据不同类型的所述手术设备(512、514)来修改所述统计学模型。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于基于先前定义的运动模式来处理所述感应输出信号。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于基于从机器人手术设备接收到的外部触发器信号来处理所述感应输出信号。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述信号处理单元(16)适于基于预定义的模型来重建丢失的感应输出信号。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是用于检测活检设备的放置的图像引导介入和治疗IGIT系统。
15.一种检测方法，包括：
-检测被提供在由加速运动驱动到对象(45)的组织中的手术设备(512、514)上的电磁传感器(504)的感应输出信号，所述手术设备(512、514)的所述加速运动通过使用加速机构来生成；
-基于检测到的感应输出信号来确定所述手术设备(512、514)的取向和位置和/或所述加速机构的激活中的至少一项；并且
-基于关于在所述加速机构被激活时所期望的所述电磁传感器(504)的感应输出信号的专用先验信息来处理所述检测到的感应输出信号。
16.一种包括代码单元的计算机可读介质，所述代码单元用于在计算机设备上运行时产生根据权利要求15所述的方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP14165081.2 | 2014-04-17 | ||
| EP14165081 | 2014-04-17 | ||
| PCT/EP2015/057555 WO2015158577A1 (en) | 2014-04-17 | 2015-04-08 | Method and system for detecting a fast moving surgical device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106232021A CN106232021A (zh) | 2016-12-14 |
| CN106232021B true CN106232021B (zh) | 2019-12-20 |
Family
ID=50513065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201580020065.5A Active CN106232021B (zh) | 2014-04-17 | 2015-04-08 | 用于检测快速移动的手术设备的方法和系统 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10603114B2 (zh) |
| EP (1) | EP3131491B1 (zh) |
| JP (1) | JP6557255B2 (zh) |
| CN (1) | CN106232021B (zh) |
| WO (1) | WO2015158577A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11160541B2 (en) * | 2016-05-10 | 2021-11-02 | Koninklijke Philips N.V. | Biopsy container |
| US11439742B2 (en) | 2017-02-08 | 2022-09-13 | Veran Medical Technologies, Inc. | Localization needle |
| CN110856664B (zh) * | 2018-08-23 | 2022-03-25 | 武汉联影智融医疗科技有限公司 | 手术机器人及其穿刺机构 |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5595185A (en) | 1994-08-11 | 1997-01-21 | N.M.B. Medical Applications Ltd. | Single puncture multi-biopsy gun |
| FR2730406B1 (fr) | 1995-02-13 | 1997-08-14 | Medinov Sa | Dispositif d'allongement perfectionne d'os longs |
| US5673210A (en) * | 1995-09-29 | 1997-09-30 | Lucent Technologies Inc. | Signal restoration using left-sided and right-sided autoregressive parameters |
| IL122336A0 (en) | 1997-11-27 | 1998-04-05 | Ultra Guide Ltd | System and method for guiding the movements of a device to a target particularly for medical applications |
| US8644907B2 (en) * | 1999-10-28 | 2014-02-04 | Medtronic Navigaton, Inc. | Method and apparatus for surgical navigation |
| EP1436639B1 (en) * | 2001-09-05 | 2007-06-20 | Newbury Networks Inc. | Position detection and location tracking in a wireless network |
| US7697972B2 (en) * | 2002-11-19 | 2010-04-13 | Medtronic Navigation, Inc. | Navigation system for cardiac therapies |
| US20080114212A1 (en) | 2006-10-10 | 2008-05-15 | General Electric Company | Detecting surgical phases and/or interventions |
| CN100588253C (zh) * | 2003-10-28 | 2010-02-03 | Nxp股份有限公司 | 跟踪快速移动的小物体的运动矢量场求精法 |
| US8512219B2 (en) * | 2004-04-19 | 2013-08-20 | The Invention Science Fund I, Llc | Bioelectromagnetic interface system |
| US8054075B2 (en) * | 2005-02-03 | 2011-11-08 | The Johns Hopkins University | Method for magnetic resonance imaging using inversion recovery with on-resonant water suppression including MRI systems and software embodying same |
| EP1839581A1 (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-03 | VibraTech AB | Anti-seeding arrangement |
| US20100158331A1 (en) * | 2006-08-22 | 2010-06-24 | Jacobs James P | System and method for determining absolute position using a multiple wavelength signal |
| US8532742B2 (en) * | 2006-11-15 | 2013-09-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | System and method for simultaneous 3DPR device tracking and imaging under MR-guidance for therapeutic endovascular interventions |
| DE102008026635B4 (de) | 2007-06-26 | 2010-10-28 | Erbe Elektromedizin Gmbh | Kryobiopsiesonde |
| US20120095330A1 (en) * | 2009-06-29 | 2012-04-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method and system for position determination |
| US8363919B2 (en) | 2009-11-25 | 2013-01-29 | Imaging Sciences International Llc | Marker identification and processing in x-ray images |
| CN102204824A (zh) * | 2010-03-31 | 2011-10-05 | Ge医疗系统环球技术有限公司 | 支撑c形或u形臂的升降装置及其医疗x光机 |
| US8600106B1 (en) * | 2010-08-31 | 2013-12-03 | Adobe Systems Incorporated | Method and apparatus for tracking objects within a video frame sequence |
| US8753292B2 (en) * | 2010-10-01 | 2014-06-17 | Angiodynamics, Inc. | Method for locating a catheter tip using audio detection |
| WO2012098483A1 (en) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | System and method for needle deployment detection in image-guided biopsy |
| US9554812B2 (en) * | 2011-02-18 | 2017-01-31 | DePuy Synthes Products, Inc. | Tool with integrated navigation and guidance system and related apparatus and methods |
| US9326823B2 (en) | 2012-05-02 | 2016-05-03 | University Of Maryland, College Park | Real-time tracking and navigation system and method for minimally invasive surgical procedures |
| US9655595B2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-05-23 | Arcitrax Inc. | System, method and device for prostate diagnosis and intervention |
| WO2013192598A1 (en) * | 2012-06-21 | 2013-12-27 | Excelsius Surgical, L.L.C. | Surgical robot platform |
| US20140257080A1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-11 | Ezono Ag | System for ultrasound image guided procedure |
-
2015
- 2015-04-08 US US15/301,435 patent/US10603114B2/en active Active
- 2015-04-08 JP JP2016562817A patent/JP6557255B2/ja active Active
- 2015-04-08 CN CN201580020065.5A patent/CN106232021B/zh active Active
- 2015-04-08 WO PCT/EP2015/057555 patent/WO2015158577A1/en active Application Filing
- 2015-04-08 EP EP15714510.3A patent/EP3131491B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106232021A (zh) | 2016-12-14 |
| US10603114B2 (en) | 2020-03-31 |
| JP2017514571A (ja) | 2017-06-08 |
| EP3131491B1 (en) | 2018-01-03 |
| JP6557255B2 (ja) | 2019-08-07 |
| US20170035515A1 (en) | 2017-02-09 |
| EP3131491A1 (en) | 2017-02-22 |
| WO2015158577A1 (en) | 2015-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2591595C2 (ru) | Система и способ детектирования размещения иглы при биопсии под контролем изображения | |
| JP6843073B2 (ja) | 画像誘導式生検のための処置中の精度フィードバック | |
| CN107106240B (zh) | 显示线性仪器相对于3d医学图像导航后的位置和取向的方法和系统 | |
| EP3236859B1 (en) | Needle trajectory prediction for target biopsy | |
| CN103619278B (zh) | 用于内窥镜手术期间的引导注射的系统 | |
| CN105473098B (zh) | 用于医疗程序确认的系统和方法 | |
| JP4455995B2 (ja) | 医用デバイス位置決めシステム及び方法 | |
| JP7143493B2 (ja) | 生検ドキュメント化のための針先端特定のワークフロー | |
| US20160151119A1 (en) | Surgical guidance system | |
| CN105120766B (zh) | 用于近距离放射治疗或活检的成像装置 | |
| RU2015110976A (ru) | Роботизированное устройство и системное программное обеспечение, аппаратное обеспечение и способы использования для хирургического вмешательства, направляемого по изображению и с применением робота | |
| CN103179916A (zh) | 基于医疗器械的实时形状感测的自适应成像和帧率优化 | |
| CN106232021B (zh) | 用于检测快速移动的手术设备的方法和系统 | |
| CN103957772A (zh) | 形状感测辅助的医疗过程 | |
| KR20170083338A (ko) | 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 | |
| EP3968861B1 (en) | Ultrasound system and method for tracking movement of an object | |
| US20170363669A1 (en) | Tracking quality control for electromagnetic guidance | |
| US9892557B2 (en) | Integrated system for focused treatment and methods thereof | |
| JP2022037101A (ja) | 超音波システム及び方法 | |
| CN107106242B (zh) | 介入放射学用医疗系统 | |
| KR102149167B1 (ko) | 인공지능 기반의 캐뉼라 수술 진단 장치 | |
| EP3861937B1 (en) | Electromagnetic navigation bronchoscopy using ultrasound | |
| CN108366832B (zh) | 导航辅助系统 | |
| CN114288523A (zh) | 柔性器械的检测方法、装置、手术系统、设备与介质 | |
| WO2023244703A1 (en) | Medical device position sensing components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |