CN111107802A - 器械引导设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医疗器械引导设备，包括：医疗器械；包括支撑件(3)和医疗成像探头(4)的监视装置(2)，该医疗成像探头(4)被布置在支撑件上；屏幕(10)；以及设备的控制单元(11)，该控制单元(11)被连接至屏幕和探头以生成至少一个三维图像，该控制单元被配置成根据至少三维图像在屏幕上生成示出器械的变形的至少一个二维图像，该所述控制单元被配置成根据器械的变形估计器械的虚拟路径以供器械的插入延伸至靶标，并据此推导出在虚拟路径与靶标之间的至少一个距离。

Description

器械引导设备

本发明涉及一种用于引导器械的设备。本发明还涉及对应的方法。

背景技术

许多操作涉及通过自然或人工开口将器械插入患者体内。例如，在活检中插入针头(用于收集样品)、在近距离放射治疗中插入导管(用于放置放射性粒子)或在其他靶向治疗(诸如冷冻疗法或激光疗法)中就是这种情况。

因而，医疗成像系统通常被指派给器械，以便监视该器械在患者体内的位置。

因而，在前列腺活检的情形中已知一种设备，其包括与医疗成像探头相组合的持针器。

在经直肠入路的情形中，持针器被牢固地连接至探头，并与探头一起被引入患者的直肠中。持针器因而仅具有单个开口，当持针器抵靠前列腺就位时，通过该单个开口来引导活检针头。

因此会显示出，对于操作员而言正确地引导针头是相对简单的，尤其是因为持针器紧邻前列腺。

相比而言，在经会阴入路时，针头则会显示出引导起来要难得多。原因在于，利用这种入路，只有探头是被引入直肠中的：持针器保持在患者体外，紧贴患者会阴皮肤放置。因此，针头具有更大的行进路径，这使得导控针头更加复杂。

发明目的

本发明的目的是使得一种引导设备可用，该引导设备使得更容易相对于患者来导控器械。

本发明的目的还在于使得一种对应的方法可用。

发明简述

为了达成该目的，提出了一种用于引导医疗器械的设备，该设备包括：

-医疗器械，

-具有支撑件和医疗成像探头的监视装置，其被布置在支撑件上并且其旨在被定位成与存在于患者体内或患者之上的至少一个靶标相邻，

-屏幕，以及

-控制单元，其控制该设备并且其被连接至屏幕和探头，以便生成至少一个三维图像，

控制单元被配置成根据至少所述三维图像在屏幕上生成示出器械的变形的至少一个二维图像，

控制单元被配置成：如果器械的插入持续直至靶标，则根据器械的这种变形来估计器械的虚拟路径，并据此推导出在所述虚拟路径与靶标之间的至少一个距离。

因而，通过采集器械的图像，更容易引导器械，尤其是在器械已相对于器械在靶标上的预期施加位置移动了的情况下。

因而，当操作员在屏幕上看到器械已经变形时，他可以停止操纵。取决于来自控制单元的关于在虚拟路径和靶标之间的距离的结果，操作员可接着撤回器械，以便更好地对其进行定位，或者可以继续操纵，可能通过调整和校正器械的轨迹来进行(如果可能的话)。

因而，本发明显示出在帮助相对于靶标定位器械方面是尤其有效的。

具体而言，在没有本发明的情况下，临床医生将能在他本来可以很容易到达靶标时撤回器械。更糟糕的是，他可能会彻底地继续他的操纵，以期到达靶标，但没有成功。

本发明因而使得优化插入并减少干预的历时成为可能。而且，将器械移动到不恰当的位置中的风险因而较小。以前列腺穿刺活检为例，本发明限制了由于针头放置不当而刺穿膀胱的风险。

在活检的情形中，感染和出血的风险也降低了。

因而，本发明为操作员提供了如下可能性：不仅显示要在其上进行操作的解剖体积的三维图像，而且还显示诸二维图像，诸二维图像的至少一者能够显示(如果必要的话)器械的变形。

这允许更容易地对操作员可视化器械和靶标体积之间的关系，并因而更有效地对靶标加以干预。另外，二维图像通过对三维图像进行处理而被生成，这使得不必移动支撑件成为可能。

此外，因而可以在屏幕上显示探头不易直接接近的图像，例如包括器械的投影的二维图像。

在此，“器械的变形”既被理解为器械的无意变形，也被理解为器械的有意变形(也就是说，出于与外科技术相关的原因而需要的变形)，并且还被理解为器械的永久变形，例如在器械没有在大致成直线的方向上延伸的情况下(例如器械是弯曲的)，应当理解，这样的器械在其相对于靶标的移动期间可接着具有有意或无意的附加变形。而且，变形同样可以具有弯曲或倾斜的性质(接着致使器械的偏离)。

具体而言，本发明可因而被用于通过会阴入路的活检，从而确保对器械的良好引导。

在此，靶标应理解为意指患者体外的区域和患者体内的区域两者。通过非限制性示例，靶标可因而是：

-患者身体的被认为是恶性或可疑的肿瘤或任何其他区域；

-解剖体积，诸如器官，例如肾脏、乳房、子宫、甲状腺、肝脏、膀胱、尿道或前列腺、或腔(诸如道格拉斯陷凹)、或器官及其邻近环境(诸如直肠)，

-解剖体积本身、器官、腔、器官的邻近环境等内的特定区域，

-器械的计划位置

-被认为是恶性或可疑的解剖体积本身、器官、腔、器官的邻近环境的表面的特定区域、或用户皮肤表面、黏膜、患者身体区域。

而且，如果探头要经由孔口被引入患者体内，则孔口既可以是自然的，也可以是人造的。

任选地，控制单元被配置成使得在示出器械变形的二维图像上显示器械的虚拟路径。

任选地，控制单元从经变形的器械的若干个点计算由经变形的器械形成的线，控制单元被配置成使用该线以便估计器械的虚拟路径。

任选地，控制单元在距离超过给定阈值时激活警报。

任选地，控制单元在屏幕上显示用于激活警报的消息。

任选地，至少三维图像或二维图像被自动地刷新。

任选地，虚拟路径被自动地更新和/或在所述虚拟路径与靶标之间的距离被自动地更新。

具体而言，器械由监视装置承载。

具体而言，该器械具有由监视装置的持针器引导的活检针头。

具体而言，设备具有至少两个器械，设备被配置成使得控制单元在屏幕上生成：

-包括第一器械的点的第一二维图像和包括第二器械的点的第二二维图像；和/或

-包括第一器械的点和第二器械的点的二维图像。

具体而言，示出器械变形的二维图像包括器械引入到由三维图像限定的解剖体积中的至少一个点，所述点被称为“器械的插入点”。

具体而言，示出器械变形的二维图像包括器械的旨在作用在靶标上的至少一个点，所述点被称为“器械的有用部分”。

具体而言，控制单元被配置成根据所述三维图像在屏幕上生成呈现出器械的插入点和有用部分两者的至少一个二维图像。

根据一特定实施例，控制单元被配置成在屏幕上生成至少一个二维图像，所述二维图像是通过计算绕体积图像的轴线的幅度的平均值或幅度之和来根据从体积图像到平面的归约(reduction)而导出的。

具体而言，控制单元按使得导控探头的方式来被布置，以便使探头的参考位置与器械的参考位置对准。

本发明还涉及一种用于使用这样的设备引导医疗器械的方法，该方法具有以下步骤：

-将探头移动至靶标附近，

-将器械移动至靶标，

-在屏幕上至少显示示出器械的变形的二维图像，

-如果器械的插入持续直至靶标，则估计器械的虚拟路径，

-据此推导出在所述虚拟路径与靶标之间的至少一个距离。

通过阅读以下对本发明的特定非限制性实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚。

附图说明

在以下描述中，将参考附图，其中：

-图1是根据本发明的第一实施例的引导设备的示意图，

-图2部分解说了图1中所解说的装置，

-图3a至3d解说了不同的二维平面，这些不同的二维平面可以经由图2中所解说的装置的探头呈现给操作员，

-图4和图5a部分解说了图1中所解说的装置，

-图5b至5d解说了不同的二维平面，这些不同的二维平面可以经由图4中所解说的装置的探头呈现给操作员，

-图6部分解说了图1中所解说的装置，

-图7a是解说由图1中所解说的装置实现的不同步骤的示图，

-图7b和7c解说了不同的二维平面，这些不同的二维平面可以经由图4中所解说的装置的探头呈现给操作员，

-图8是根据本发明的第二实施例的引导设备的示意图，

-图9a是根据本发明的第三实施例的引导设备的一部分的局部示意图，

-图9b至9d解说了不同的二维平面，这些不同的二维平面可以经由图9a中所解说的设备的探头呈现给操作员，

-图10是根据本发明的第四实施例的引导设备的一部分的示意图。

发明的详细描述

参考图1，根据本发明的第一实施例的引导设备(总体上用1指定)在此被用于患者的前列腺活检，尤其是通过会阴入路。

该应用场合当然不是限制性的，将可以把引导设备1用于诸如消融之类的其他医疗规程，和/或用于其他靶标以及例如在其他解剖体积(诸如肾脏、肝脏，子宫等)内的其他特定区域。

引导设备1具有监视装置2，其大体上沿X轴纵向地延伸，以便于其插入患者的直肠中。

优选地，装置2具有支撑件3，其平行于X轴延伸且旨在由操作员在其近端处抓握并在其远端处由装置2的肩部13延续。所述肩部本身由装置的医疗成像探头4延续，以允许生成前列腺及其环境的三维图像，所述探头沿X轴延伸。

以此方式，装置2因肩部13而更容易由操作员来操纵。

探头4在此是超声探头，其因此旨在被引入患者的直肠中。

因而，在当前情形中，根据本发明的特定实施例的引导设备1被用于通过经会阴入路且利用直肠内超声成像对患者的前列腺进行活检。

该应用当然不是限制性的，并且将可以把引导设备1与其他类型的成像(即，其他类型的探头)一起使用。因而，将可以使用直接生成图像的探头、或使得根据其传送的信息生成图像成为可能的探头。探头将因而能够是超声型探头。以相同的方式，探头可以生成二维图像(引导设备1接着从由探头提供的不同的二维图像重新创建三维图像)，或者探头可以直接生成三维图像。探头将能够是电动的或非电动的。由探头执行的扫描将通过探头的旋转或藉由布置在探头上的各种传感器来实现。例如，探头将能够具有成排的彼此平行延伸的压电传感器，这些排被一个接一个地激活，以便获得不同取向上的二维图像。

因而，此处的探头4是直接供应三维图像的探头，或者是提供二维图像(其处理使得创建三维图像成为可能)的探头4。

此处的探头4从以下探头中选择：

-一种探头，其供应二维图像并被电动化以便能够生成不同取向上的二维图像，

-一种探头，其供应二维图像并包括布置在探头的不同位置处的传感器以便能够通过致动探头的各种传感器生成不同取向上的二维图像而无需探头移动，

-一种探头，其通过合成由其一个或多个传感器(如上面所提议的，或者通过探头的电动化或者藉由布置在探头的不同位置处的传感器)采集的二维图像来供应三维图像，

-一种探头，其通过采集三维数据流直接供应三维图像。

优选地，探头4以规则的间隔自动地供应新图像，这允许被致使对操作员可用的信息的自动刷新。

这些图像也在探头4已经执行了彻底的新扫描时或者在探头4进行新扫描期间被刷新(例如，允许“切片(slices)”中的体积图像的刷新)。

探头4因而是被称为“四维”或“4D”探头的探头，因为其使得采集在时间(该时间接着形成第四维度)上被刷新的体积数据流成为可能。

在所有情形中，如果扫描是必需的以便最终能够生成三维图像，则由探头4执行的扫描或者是电动的(探头具有电机)，或者是电子的(藉由各种传感器)，但决不是手动的(也就是说，取决于操作员来手动地移动探头，以便能够采集新的二维图像，从而允许三维图像的建立)。

具体而言，探头4在此是电动的超声探头。所述探头4因而具有用于生成二维图像的超声阵列，以及布置在探头4中的电机，以使得电机的旋转致使超声阵列绕探头4的纵轴Y的旋转。在此，探头被按使得超声阵列的旋转轴与X轴重合的方式布置在监视支撑件中。

当处于使用中时，电机使超声阵列在以阵列的参考位置(其也是探头4的参考位置)为中心的旋转范围内旋转，以使得阵列可以采集在该给定的角度范围上的二维图像，对应的体积图像被从这些图像中重建。而且，探头4被配置成使得电机可以将阵列带到新的参考位置和/或使得围绕给定参考位置的旋转的范围可被修改。探头4在此处被配置成使得阵列可以围绕其参考位置执行±X度的连续扫描，X在0和90之间，并且优选地在0和85之间，并且取决于预期的应用(搜索特定的点、特定的区段等)来被选择。

电机通常被以如下方式控制：使得在由探头4进行扫描期间从探头4所传送的数据生成的三维图像以在0.1和6.5赫兹之间、优选地在0.2和6赫兹之间的频率被刷新。在本发明的特定实施例中，这使得向操作员显示“4D”体积图像成为可能，由此促成他的工作。

引导设备1还具有医疗器械。该器械具有例如活检针头9，该活检针头9被安装在牢固地连接至监视装置2的持针器5中，并且在此在所述持针器5中滑动。以此方式，针头9经由所述监视装置2的持针器5由监视装置2承载。在此，持针器5在肩部13的下游(在从支撑件3到探头4的方向上)被布置在监视装置2上。

具体而言，持针器5具有板6，该板6沿着基本上垂直于X轴的Z轴延伸并且包括多个彼此平行(在此仅标记其中一个)且与X轴平行的凹槽8。持针器5还具有可从一个凹槽8移动至另一凹槽的螺柱7，以便在凹槽8相对的情况下形成孔口，可通过该孔口插入针头9。

螺柱7有助于对针头9的操控，尤其是通过限制针头9的寄生移动。

针头9可因而被以不同的高度插入到持针器5中，这使得限定针头9将在会阴中接合所处的高度成为可能。

此处，螺柱7的长度短于凹槽的长度，并且被布置在相关联的凹槽的近端处。替代地，螺柱7具有与凹槽相同的长度。

优选地，螺柱7的颜色与板6的颜色不同，以便更容易地定位要通过其插入针头9的孔口。

优选地，板6本身具有图形标记(刻度、字母数字字符等)，以便标识板6的不同凹槽8，即板6的不同层级。

因而，在利用相同的工具(装置2与器械9相组合)且处于相同的移动的情况下，操作员可以通过至少将探头4的远端引入患者的直肠中而将探头4定位在前列腺附近，同时将持针器5和相关联的针头9抵靠会阴定位，以为即将来临的活检做准备。

因此，这简化了引导设备1的导控。

而且，引导设备1还包括屏幕10和用于控制引导设备1的控制单元11。

引导设备1还具有人机接口(此处不可见)，例如鼠标和/或键盘和/或触敏面板(可能与在其上显示图像的屏幕10一致)，从而允许操作员与引导设备1交互。

因而，控制单元11连接至探头4和屏幕10，以便能够在此处在屏幕10上从由探头4(此处以4D工作)传送的数据生成至少一个三维图像。因此，在当前情形中是控制单元11在处理所穿送的二维图像，以便创建被投影在屏幕10上的对应体积图像。控制单元11在此还监视探头4且尤其是阵列的旋转。

此外，控制单元11被布置成还在屏幕10上从探头4所传送的数据生成至少一个二维图像，而无需移动支撑件3(例如，通过基于从探头4的二维数据生成的一般三维图像进行工作，或者直接基于探头4的二维数据进行工作，或者通过经由电机有意地移动探头4)。如上面已经指出的，该图像因而或者在探头4已经执行了彻底的新扫描时或者当探头4已经执行了局部新扫描时被刷新。

控制单元11因而不仅能够在无需移动支撑件3且自动刷新的情况下从探头4所提供的数据生成三维图像，还可生成：

-中央2D图像，该图像由包括X轴的三维图像中的中央切割平面限定，并且基本上对应于由探头4在其参考位置中采集的2D图像，和/或

-由平行于中央图像的平面的平面限定的2D图像，和/或

-由倾斜或垂直于中央图像的平面的平面限定的2D图像，例如被称为“正交”且与X轴成法向的2D图像，和/或

-由弯曲表面限定的2D图像，

-等等。

优选地，控制单元11被配置成使得在三维图像上符号化一个或多个平面，限定了其他2D图像的弯曲表面也呈现在屏幕10上。例如，控制单元11在屏幕10上显示中央2D图像的平面并且同时显示从其获得所述中央图像的三维图像，所述中央图像是随已从其生成该中央图像的平面的表示(例如通过不同的颜色)一起被获得的。

这有助于操作员对中央图像的解读。

根据一特定实施例，控制单元具有存储器，以用于记录不同的数据且尤其是在屏幕10上显示的不同图像。这些记录可以是自动的和/或由操作员经由人机接口来控制。

存储器中所记录的数据例如被设备本身或被外部元件利用。例如，所记录的数据被用来修改将要执行的活组织检查的图，但这并非是排他性的。根据一优选实施例，控制单元11被配置成自动优化在屏幕10上显示的二维图像的质量。该优化可以例如基于器械和/或所寻求的靶标和/或潜在地由操作员捕捉的三维图像的特定区域。

通常，控制单元11适配探头4的诸参数中的至少一者和/或图像的诸参数中的一者(例如，焦距、超声频率、动态范围、增益、亮度、对比度等)，以便优化被投影在屏幕10上的图像的质量。

控制单元可以被布置成个体地优化每个图像的质量和/或以全局方式优化不同的图像。

为了有助于对器械的引导，控制单元11还被配置成使得在屏幕10上投影至少一个二维图像，该至少一个二维图像在此包括器械的至少一个点，因此该图像被定期且自动地刷新。

参考图2和图3a至图3d，并且根据一特定实现，该点是针头9插入到由三维图像限定的解剖体积中的点。所述插入点通常(并非排他性地)坐落在处于患者会阴和前列腺之间的内部体积中，因此该内部体积处于前列腺的邻近环境中。针头9的插入点因而是针头9引入到解剖体积中的点(即，在针头9与解剖体积的近端区域之间的相交点)。

在插入针头之前，控制单元11监视探头4，使得其参考位置相对于持针器5居中。以此方式，针头9的插入点将呈现在屏幕10上所投影的中央2D图像上(由切割平面限定，接着穿过X和Z轴)。控制单元11接着命令由探头4围绕参考位置和X轴进行扫描。在此，探头4所覆盖的空间在图2中用断线来符号化且被标记为12。操作员接着将针头9插入会阴。针头9接着出现在三维体积图像中。

如果针头9在持针器5的板6的平面内正确地延伸，则控制单元11接着在屏幕10上显示中央2D图像，该中央2D图像因而将包括针头9的插入点。出于该目的，控制单元11直接检索探头4的所述中央2D图像。因而，新的2D图像被显示在屏幕10上，其提供对用户而言重要的信息。

然而，如果针头9最终已变得相对于板6的所述平面偏移，则中央图像因而既不示出针头9的插入点、甚至也不示出针头9(参见图3a，其示出了该中央图像)。

在该情形中，控制单元11或者自动地或者根据操作员经由人机接口的请求来从体积图像生成近端2D图像(也被称为正交)，该近端2D图像由体积图像的与X轴成法向且穿过由三维图像限定的解剖体积的边界的截面平面限定。

该近端2D图像任选地在屏幕10上被显示给操作员。如图3b(表示近端图像)中所解说，该近端2D图像有效地包括插入点。

优选地，控制单元11或者自动地或者应操作员的请求在屏幕10上生成包括插入点的至少一个新的2D图像。该新的2D图像例如是：

-平行于中央2D图像且因此包括插入点的2D图像(控制单元11从体积图像中提取所述图像)，

-关于中央2D图像倾斜且包括X轴和插入点的2D图像(控制单元11从体积图像中提取所述图像)，

-如图3d(其表示所述新的图像)中所解说的包括插入点的新的中央2D图像(控制单元11接着需要旋转探头4，以便使探头4的参考位置与针头9对准，如图3c所示；控制单元11通过图像处理标识针头9，并且借助于确定针头9相对于探头4的位置来致使探头4的位移，该图像可因而由探头4直接生成而无需通过体积图像)。替代地，如果探头4不是电动的，但允许进行电子扫描，则可以通过激活探头的其他传感器来确保该新的中央图像的生成(电子扫描，不再是电动化的)。

因而，屏幕10显示包括针头9的插入点的至少一个图像，这使得促成对针头9的引导成为可能。当然，若干个上述图像可以在屏幕10上被同时显示。

这使得可视化患者身体和器械的另一部分而无需移动支撑件3成为可能。

有利地，这些不同的图像在此被自动地刷新。

通常，在扫描探头4以搜索插入点期间，阵列执行围绕其参考位置±A度的连续扫描，A在5和15之间，优选地基本上为10。旋转的速度因而被限定为基本上每秒60度左右。

所显示的图像接着以基本上6赫兹的频率自动地刷新，这使得以4D工作成为可能。应当注意，二维图像和体积图像是以相同的频率被刷新的，体积图像在电机的两个旋转方向上被刷新。

优选地，与所显示的图像无关，一旦插入点已被标识，控制单元11便致使探头4将探头4的参考位置与针头9的插入点对准，并减小探头4的扫描幅度，以便使探头4的扫描重新集中在前列腺上的工作区域处，因而确保不同图像的更规律的刷新。

根据一特定实施例，如果操作员不再需要对体积图像的刷新，则由探头4进行的扫描被暂时地停止。在该情形中，探头4仅采集中央2D图像(这自动地发生而无需通过三维图像)，但是以较高的频率采集，从而确保了图像的更规律的刷新。所述频率大于15赫兹。通常，此图像以基本上20赫兹的频率被刷新。该工作因而再次需要自动刷新，但仅在中央2D图像级别处进行。

具体而言，一个或多个参数和/或图像被记录在存储器中，使得针头9的插入点和/或取向可被记录。这些数据接着被用来例如显示位置，该位置在活检或治疗的标测中将这些不同的数据纳入考虑。

参考图4和5a至5d，并且根据一特定实现，该点是器械的有用部分(也就是说，器械的旨在作用于前列腺上的部分)。在当前情形中，有用部分是针头9的自由端(即，旨在执行活检的端部)。

控制单元11监视探头4，使得其参考位置相对于持针器5居中(或者，如在第一实施例中作为一选项所指出的，使得其参考位置相对于针头9的插入点居中)。以此方式，在前列腺中的针头9的假定的自由端将呈现在屏幕10上所投影的中央2D图像上。控制单元11接着命令由探头4围绕参考位置和X轴进行扫描。因而，在此，由探头4所覆盖的空间12在图4中用断线来符号化。

如果针头9在中央2D图像的平面中正确地延伸到前列腺中，则控制单元11接着在屏幕10上显示所述中央2D图像，该中央2D图像因而将包括针头9的自由端。出于该目的，控制单元11直接获取探头4的所述中央2D图像。提供对用户而言重要的信息的新的2D图像因而被显示在屏幕10上。

然而，如果针头9最终已变得相对于所述平面偏移，则中央图像于是不示出针头9的自由端，如在图5b中可见的。具体而言，针头9易于因其形状而变形。针头9的变形可能是不期望的，但此类变形也可能是期望的且受到控制。实际上，新的技术使得利用针头的变形以便通过绕过障碍物进入原本无法进入的区域成为可能。然而，在所有情形中，针头9的变形都将致使针头9的自由端在中央图像上不可见。

在该情形中，控制单元11或者自动地或者根据操作员经由人机接口的请求在屏幕10上生成包括针头9的自由端的至少一个新的2D图像。该新的2D图像例如是：

-倾斜2D图像(如图5d中所解说)，其由倾斜于或正交于限定中央图像的平面的切割平面限定，所述平面包括针头9的自由端(控制单元从体积图像中提取所述2D图像)且优选地与X轴平行，

-倾斜2D图像，其由倾斜于或正交于限定中央图像的平面的切割平面上的针头的投影限定，所述平面包括针头9的自由端(控制单元从体积图像中提取所述2D图像)且优选地与X轴平行，

-2D图像(如图5c中所解说)，其从遵循针头9的变形的弯曲表面导出(控制单元11例如通过确定遵循针头9的变形的弯曲表面以及所述曲面在限定该图像的平面上的投影来从体积图像中提取所述图像)，

-2D图像，其由一般体积图像到平面的归约而导出(例如，控制单元11根据针头9的位置计算围绕给定轴的平均、总和或最大幅度)。

屏幕10因而显示包括针头9的自由端的至少一个图像，这使得引导针头9更为容易。当然，若干个上述图像可以在屏幕10上被同时显示。

有利地，这些不同的图像在此被自动地刷新，这使得跟随针头9在患者体内的前进成为可能，并由此简化了针头9的导控。具体而言，操作员因而可以非常紧密地跟随针头9行进至前列腺中。

而且，这使得可视化患者身体和器械的另一部分而无需移动支撑件3成为可能。有利地，所述图像在此使得可视化被插入患者体内的针头9的整体成为可能，这进一步促成了器械的导控。具体而言，针头9的插入点在此也可以被可视化。

因而可以可视化针头9的整个曲率。

优选地，控制单元11在存储器中记录针头9的曲率(或者图像，或者是标识针头9的插入点和自由端(可能带有中间点)的曲率的坐标点等)。这可随后被用来整合到活检标测中。

任选地，与所显示的图像无关，一旦自由端已被标识，控制单元11便致使探头4将探头4的参考位置与针头9的自由端对准，并减小探头4的扫描幅度，以便使探头4的扫描重新集中在前列腺上的工作区域处，因而确保不同图像的更规律的刷新。

根据一特定实施例，如果操作员不再需要对体积图像的刷新，则由探头4进行的扫描被暂时地停止。在该情形中，探头4仅采集中央2D图像(这自动地发生而无需通过三维图像)，但是以较高的频率采集，从而确保了图像的更规律的刷新。所述频率大于15赫兹。通常，此图像以基本上20赫兹的频率被刷新。该工作因而再次需要在中央2D图像的级别处的自动刷新。

具体而言，一个或多个参数和/或图像被记录在存储器中，使得针头9的插入点和/或取向和/或其变形可被记录。这些数据接着被用来例如显示在活检或治疗的标测中将这些不同的数据纳入考虑的位置，或者以便保存并指示相对于理论值(即，针头9不变形)的实际值。这在将来也可使得预期未来采样位点的预计变形成为可能。

该实现在针头9不是以弯曲的方式而是改为倾斜地变形时也适用，如图6所示。

在该情形中，附加地或替代地，控制单元11可以在屏幕10上生成与针头9的平面一致的至少一个新的2D图像(控制单元11从体积图像中提取所述图像)。

利用如此描述的引导设备1，因而即使在经会阴入路时也可以检测并跟踪针头9朝前列腺中的靶标的插入。具体而言，控制单元11可以允许所述靶标(或若干个靶标)插入到一个或多个所显示的图像中。例如，靶标由图形元素(圆形、球形、星形、字母数字元素)表示和/或将具有与图像的其余部分不同的颜色。这通过尤其使得监视针头9和靶标之间的距离成为可能而促成了操作员的工作。

具体而言，控制单元11可以允许所计划的轨迹(即，针头9将要跟随以到达靶标的轨迹)插入到一个或多个所显示的图像中。例如，所计划的轨迹由特定标记(例如虚线)表示和/或将具有与图像的其余部分不同的颜色。这通过尤其使得监视针头9和靶标之间的距离成为可能而有助于操作员的工作。

总体上，这使得更好地导控针头9和医疗设备1成为可能。具体而言，这使得操作员可以更好地控制他将针头9插入前列腺中的位置和深度。

靶标和/或所计划的轨迹例如在活检之前(例如，在活检计划阶段)被确定，或者在活检开始处在采集到患者且尤其是前列腺的第一图像之后被限定。

由探头4传送的信息因而使得根据不同视点探索前列腺及其邻近环境成为可能而无需移动装置2，或甚至无需移动探头4的参考位置，以便标识针头9的插入点、有用部分、插入角度以及曲率。

将要注意的是，此类图像的显示在没有引导设备1的情况下将是不可用的，这因而使得以倾斜、弯曲、正交的截面等显示图像成为可能。

另外，图像被自动刷新，从而允许对针头9的良好监视。

有利地，引导设备1不需要任何特定的传感器以生成包括器械的插入点或有用部分的二维图像。

现在将参考图7a描述该设备的另一实现。

如上面已经指出的，针头9借助于由探头4采集的图像，尤其是二维和/或三维图像来被引入患者体内。

如果针头9到达前列腺中的期望靶标(其可以例如通过前列腺的二维和/或三维图像来验证)，则活检已经成功并且在此结束。

相反，如果在图像上观察到针头9的不期望的变形和/或针头偏离所计划的轨迹，则存在针头9没有到达靶标的风险。

针头9的变形的检测可以通过视觉检测来手动地完成，或者例如通过处理图像以将所计划的轨迹与针头9的实际轨迹进行比较来自动地完成。遵循用于确定针头9的虚拟路径的某些步骤因而可能为自动检测针头9的变形所共有。

在该情形中，在第一步骤21期间，控制单元11确定针头9的变形。

通常，控制单元11根据以下步骤计算标识经变形的针头9的三维线：

a)在体积图像和/或从体积图像中提取的二维图像上选择针头9的不同点(选择由操作员手动做出或由控制单元自动做出，例如通过图像处理；该选择将优选地根据二维图像做出)，以及

b)经由多项式函数、贝塞尔曲线、样条函数对这些不同的点进行插值，以计算表示经变形的针头9的三维线。

在步骤a处所选择的点中，至少针头9的插入点和针头9的自由端的点被优选地选择。此处，在这两个点之间还选择了针头长度上的3至8个附加的点。

将注意到的是，表示经变形的针头9的三维线具有器械的至少一个点，并且在当前情形中具有至少两个点(插入点和自由端的点)。

更优选地，控制单元11在存储器中存储针头9的曲率(或者图像或者坐标点，其标识针头9的插入点和自由端的曲率，可能具有中间点、或三维线或二维线等)。这可随后被用于活检标测中的显示。

当针头9不是以简单的方式而是以复杂的方式被变形例如以形成正弦曲线时，该实现证明是相对有利的。

还应注意的是，这在无需移动支撑件3的情况下完成。

在第二步骤22期间，一旦控制单元11已确定了针头9的变形，控制单元便在其插入沿实际轨迹持续直至靶标的情况下估计针头9的虚拟路径。实际上，借助于三维线，控制单元11知道在所指示的点之间的针头的位置、取向和变形。控制单元11可据此容易地推断出该三维线在针头9的自由端的点之外如何继续。根据一特定实施例，控制单元11确定与该点的切线，并据此推导出三维线的成直线的延续。这可例如通过定义一条垂直于切线并穿过先前计算的线的至少两个点的直线来完成。所述点优选是最接近针头9的有用部分的点。

以此方式，针头9的虚拟路径被确定。

在此，控制单元在探头的参考帧中工作。

在第三步骤23期间，控制单元11在屏幕上生成：

-包括所述虚拟路径加上针头9和/或三维线(其将因而能够被叠加在针头9上)的三维图像，和/或

-由三维图像中的冠状平面(即与限定中央2D图像的平面正交且包括X轴的平面)定义的二维图像，该二维图像包括虚拟路径的投影加上针头和/或符号化针头9的三维线在所述冠状平面上的投影，所述投影因而限定了二维中的曲线，和/或

-由穿过三维线的平面和/或由穿过虚拟路径的平面定义的图像，所述图像优选地与至少一个二维图像并排显示，以便促成对所述图像的理解(通常是先定义穿过三维线和/或虚拟路径的三维表面，该表面由所有平行于X、Y或Z轴且优选地平行于Z轴的线限定，在这之后该表面被平整化以获得二维图像)。例如，图像由穿过三维线并接着穿过虚拟路径的平面限定，这使得生成包含器械和虚拟路径两者的图像成为可能。

例如，虚拟路径由特定线(例如虚线)表示和/或将具有与图像的其余部分不同的颜色。这通过尤其使得监视针头9和靶标之间的距离成为可能而促成了操作员的工作。

当然，所显示的一个或多个图像可以既包括虚拟路径，又包括所计划的轨迹。

这将允许操作员更好地表示境况。

在第四步骤24期间，控制单元11推导出在虚拟路径与期望靶标之间的至少一个距离。

优选地，控制单元11推导出在虚拟路径与期望靶标之间的最小距离。

例如，控制单元11确定在虚拟路径的每个点与靶标的表面的每个点之间的欧氏距离，并据此推导出最短距离。

替代地，控制单元11确定在虚拟路径的每个点与靶标的中心之间的欧氏距离，并据此推导出最短距离。

在第五步骤25期间，取决于所计算出的距离，控制单元11指示该距离是否为可接受的。

任选地，控制单元11指示该距离是否为零，换言之，针头9是否仍将实际上到达期望的靶标而不管其变形。

图7b解说了其中距离为零的情形，并且图7c解说了其中距离不为零的情形，其指示针头9将不到达靶标C(断线表示所计划的轨迹，而虚线则表示虚拟路径)。

例如，控制单元11经由屏幕10、通过显示带数值信息、是/否型的二元信息、着色信息(例如红色/绿色)类型的警报消息来指示该距离对于操作员是可接受的。

如果该距离是可接受的，则操作员可因而继续他的移动。如果不是的话，则操作员将针头9向后拉并再次开始其操控，以便到达期望的靶标，或者在他有能力办到的情况下调整针头9的轨迹。

优选地，在此处以4D工作的情况下，控制单元11被配置成以使得其与图像同时地被自动更新(如图7中的虚线示意性地指出)的方式在屏幕10上显示上述警报消息。因而，需要注意，无论是在计算方面还是在屏幕10上的显示方面，虚拟路径在此都是被自动地更新的。以相同的方式，在所述虚拟路径与靶标之间的距离被自动地更新。

因而，只要警报消息未指示所估计的距离是不可接受的，并且存在靶标没有被到达的风险(例如，颜色指示器从绿色变为红色)，操作员便能够继续操控。

现在将描述该设备的另一实现。

在该另一实现中，设备1在其人/机接口处具有至少一个控制按钮，以供由操作员控制探头4。

所述控制按钮是用于探头4的电机的旋转角度的按钮，其允许操作员能够控制探头4移动至新的参考位置。控制按钮例如是滚动光标(物理或虚拟的，这取决于人/机接口的形式)。

人/机接口在此还包括至少一个按钮，以用于控制从体积图像提取的图像。人/机接口在此包括第一控制按钮，以用于控制在屏幕上所显示的特定二维图像与对应于探头4的参考位置的二维中央图像之间的相对角度。具体而言，人/机接口在此包括用于控制特定图像的曲率的第二控制按钮(所述控制按钮因而使得增加和减小所述图像的曲率半径成为可能，当曲率半径等于零时该图像是平面，而当曲率半径不等于零时该图像是恒定曲率的曲线。这两个控制按钮例如是滚动光标(物理或虚拟的，这取决于人/机接口的形式)。借助于这两个控制按钮，操作员可因而在屏幕上显示感兴趣的图像而不必移动装置2，并且他经由这两个按钮做出的命令使得控制由探头4采集的体积图像的处理成为可能。

通常，操作员可因而通过一连串二维图像浏览体积图像，以便能够找到适合他的二维图像。操作员还可致使探头旋转以便获得新的和更感兴趣的三维图像。

具体而言，操作员(通过单击屏幕10或通过在屏幕上按压(如果其是触敏的)可以选择图像的特定点，以使得控制单元记录所述点的坐标。

通常，如果二维图像使得可视化器械的变形成为可能，则操作员可以选择器械的一个或多个点，从而允许控制单元11记录代表器械变形的所述点和/或创建表示经变形的针头9的三维线。

例如，在使用控制按钮的情况下，操作员致使屏幕显示不同的二维截面，直到他能够表示针头9及其变形。操作员可因而选择包括针头9的自由端的二维图像。操作员接着将所述图像用于引导针头9来将针头9推至所需深度。操作员可接着选择针头9的自由端和针头9在不同的二维图像上的插入点(且可能有其他点)。控制单元11接着记录被选择以供在活检标测中使用的各个点。

在另一示例中，操作员命令探头的旋转，以便从屏幕上所生成的图像中选择针头的插入点、自由端以及(如果适用的话)针头的若干其他中间点。控制单元11接着生成表示经变形的针头9的三维线，并在屏幕10上从所述三维线生成一个或多个图像，如上面指出的。

参考图8，现在将描述根据第二实施例的引导设备100。除了持针器方面以外，该引导设备在此与第一实施例的引导设备等同。

因而，与第一实施例相比，持针器105包括栅格120，该栅格120在此在基本上与X轴成法向的平面中延伸。栅格120因而包括孔口107，所有的孔口107彼此平行且与X轴平行。不同的孔口107还沿着正交于X轴的Y轴以及正交于X轴和Y轴的Z轴在栅格120上以列和行来布置。

针头109可因而以不同的高度(沿Z轴)被插入到持针器105中，这使得限定针头109将接合在会阴中所处的高度成为可能，但是也可以以不同的距离(沿Y轴)被插入到持针器105中，这使得限定针头109将接合在会阴中所处的距离成为可能。

因而，可以在具有根据两个自由度的自由度时在针头109插入会阴中的区域上引导针头109。

优选地，栅格120本身包括用于标识栅格120的孔口的不同列的图形标记(刻度、字母数字字符等)以及用于标识栅格120的孔口的不同行的不同图形标记。

现在将参考图9a至9d描述第三实施例。

除了医疗器械方面以外，该引导设备在此与第一实施例的引导设备等同。实际上，尽管第一实施例中的设备包括单个器械，但是在本实施例中，该设备包括两个器械。

第一器械因而是第一活检针头209a，而第二器械因而是第二针头209b。

这两个针头在此被安装在与第二实施例的持针器等同的持针器中，以便能够在持针器中滑动。替代地，这两个针头将被安装在第一实施例的持针器中。

因此，可以凭借栅格220的不同的孔口来彼此独立地沿着两个自由度引导这两个针头209a、209b。

因而，在利用相同的工具且处于相同的移动的情况下，操作员可以通过至少将探头204的远端引入患者的直肠中而将探头204定位在前列腺附近，同时将持针器和相关联的针头209a、209b抵靠会阴定位，以为即将来临的活检做准备。

如在第一实施例中一样，控制单元能够基于由探头204提供的数据来创建三维体积图像，接着在所述体图像上工作以便提取经作业的二维图像。

优选地，以下内容在此被同时或替代地显示在屏幕上：

-第一自动刷新的二维图像，其包括第一器械209a的点，此处是引入至由三维图像限定的解剖体积中的点(对应于图9c)，

-第二自动刷新的二维图像，其包括第二器械209b的点，即引入至由三维图像限定的解剖体积中的点(对应于图9d)，以及

-第三自动刷新的二维图像，其包括第一器械209a的点或引入至由三维图像限定的解剖体积中的点(对应于图9b)。

例如，第一图像是从相对于中央切割平面倾斜的切割平面导出的，该切割平面因而包括针头209a的轴线；第二图像是从相对于中央切割平面倾斜的切割平面导出的，该切割平面因而包括针头209b的轴线，而第三图像是从与X轴成法向且因而包括这两个针头209a和209b的诸区段的切割平面导出的。

当然，其他图像也可被显示在屏幕上。例如，控制单元可以为每个器械生成三个相互正交的平面，使得更好地领会每个器械在空间中的位置成为可能。例如，对于每个器械，由控制单元生成包括器械的轴线的第一二维图像、垂直于所述轴线的第二二维图像、以及与第一图像和第二图像正交的第三图像。

当然，也可以为诸器械之一或全部显示经计划的轨迹和/或虚拟路径，如参考图7a至7c确定的。

现在将参考图10描述第四实施例。

尽管第一实施例中的引导设备1不需要用于支撑装置2的任何特定设备，但是本实施例中的引导设备301包括与装置302相关联的机器人或手臂。

引导设备301在此包括承载装置302的臂330。所述臂33在其另一端联接到固定结构(此处不可见)。

臂330在此具有用于调整臂330的尺寸的装置。例如，臂330包括用于调整臂的高度和装置302相对于臂330的倾斜度的轮331。

优选地，臂330在支撑件303与探头304之间的肩部处连接至装置302，这促成了装置302的操控。

此外，装置302在此处被优选地可拆卸地安装在所述臂330上，这允许操作员随时将其拿在手中。

除了臂330之外，根据第四实施例的设备与第一实施例的设备等同。

当然，本发明不限于所描述的实施例，并且在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以做出变型。

具体而言，取决于预期的应用，该设备将能够具有不同数目的器械和/或具有与已被指出的器械不同的器械。器械将因而能够取决于设备所针对的应用进行改变。该器械可以是细长的，也可以不是细长的。因而，器械将能够是活检器械、治疗器械、外科器械、针头、敷料器、光纤等。如果设备具有至少两个器械，则该设备将因而能够具有至少两个冷冻疗法敷料器、至少两个激光光纤等。

在其中设备具有若干个器械(敷料器、针头等)的情形中，本发明将优选地(但非排他性地)被布置成能够在屏幕上每器械地生成至少一个图像，以使得每个器械的至少一个点可以在屏幕上同时可见(如果需要的话)。控制单元将接着能够从由探头提供的数据中提取与每个器械相关联的至少一个二维图像。控制单元将优选地为每个器械生成两至三个相互正交的平面，使得更好地领会每个器械在空间中的位置成为可能。例如，对于每个器械，第一二维图像将能够包括器械的轴线，第二二维图像将能够与所述轴线成法向，并且第三图像将能够正交于第一图像和第二图像。

控制单元还将能够生成为两个器械所共有且因而包括器械的每一者的至少一个点的二维图像。

虽然三维图像被投影在屏幕上，但是设备将能够被布置成生成三维图像，但是在屏幕上仅显示从所述三维图像提取的二维图像。

所显示的二维图像将使可视化器械的暂时变形(如此处针头的情形)或永久变形(例如，在器械自然地呈非直线形状的情况下)成为可能。

在显著变形的情况下，设备将能够使用针对探头的不同参考位置拍摄的两个体积图像，以便获得作为示出器械的所有变形的图像的二维图像。

各种前述实现和前述实施例将能够部分或全部地组合。

因而，可以在屏幕上显示除了所指出的以外的图像的不同组合，尤其是尽管并非仅根据所需的应用。例如，在器械相对于中央图像倾斜插入的情形中，倾斜切片的显示将是相关的。

控制单元将能够在一个或多个所显示的图像中插入要到达的一个或多个靶标以便于执行医疗规程。例如，靶标将由图形元素(圆形、球形、星形、字母数字元素)表示和/或将具有与图像的其余部分不同的颜色。

此外，控制单元将被配置成或者自动地(例如，通过用于在体积图像上检测器械的图像处理)或者应操作员(该操作员接着给出命令以启动对器械的自动检测，或在屏幕上在体积图像中选择屏幕的至少一个点以供新图像的生成)的请求来显示包括器械的至少一个点的图像。

如说明书中所指出的，设备将能够被布置成使得操作员可以经由人/机接口来决定他希望看到的哪个或哪些图像被显示在屏幕上。具体而言，限定不同图像的平面和表面的位置和/或取向和/或曲率将例如是能由操作员控制的参数。以相同的方式，操作员将能够通过指示他希望看到的由探头施加的参考位置和/或扫描幅度(电子或电动的)来任选地命令探头的新位置。

控制单元将能够被配置成从由探头提供的数据中自动检测器械(例如，通过处理从来自探头的数据生成的至少一个体积图像)。控制单元将因而能够被配置成自动地呈现包括器械的至少一个点的至少一个平面(用于控制器械的最合适的平面)。一旦器械的至少一个点被标识，控制单元将能够控制探头来限定探头的新的扫描以最优地对其进行降低。以相同的方式，控制单元将能够控制探头以使其移动和/或修改其参考位置和/或修改传感器，以便具有器械的至少一个点的最佳图像。从体积图像围绕探头的轴线计算出的降低了的体积将能够被探头使用，以便增加图像的刷新率。一般而言，控制单元将因而能够被配置成优化屏幕上所生成的一个或多个图像。

虽然此处的控制单元在所确定的距离超过某个阈值(高于或低于此阈值)的情况下在屏幕上显示一条消息以激活警报，但控制单元将能够在距离超过给定阈值时激活任何其他类型的警报，无论是否属于设备。

虽然虚拟路径是经由表示经变形的器械的三维线确定的，但是将有可能不通过该线。因而，可以在图像的至少一者上或者手动或者自动地标识器械的插入点和/或有用部分的点和/或器械的角度和/或变形，以便据此推断出虚拟路径。

图像的自动刷新将是任选的。

Claims (16)

1.一种用于引导医疗器械的设备，包括：

-所述医疗器械，

-具有支撑件(3)和医疗成像探头(4)的监视装置(2)，所述医疗成像探头(4)被布置在所述支撑件上并且旨在被定位成与存在于患者体内或患者之上的至少一个靶标相邻，

-屏幕(10)；以及

-控制单元(11)，所述控制单元(11)控制所述设备并且被连接至所述屏幕和所述探头，以便生成至少一个三维图像，

所述控制单元被配置成根据至少所述三维图像在所述屏幕上生成示出所述器械的变形的至少一个二维图像，

所述控制单元被配置成：根据所述器械的这种变形来估计如果所述器械的插入持续至所述靶标那么远的话所述器械的虚拟路径，并据此推导出在所述虚拟路径与所述靶标之间的至少一个距离。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)被配置成使得在示出所述器械的变形的二维图像上显示所述器械的虚拟路径。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)从所述经变形的器械的若干个点计算由所述经变形的器械形成的线，所述控制单元被配置成从该线估计所述器械的虚拟路径。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)在所述距离超过给定阈值时激活警报。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)在所述屏幕(10)上显示用于激活所述警报的消息。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，至少所述三维图像或二维图像被自动地刷新。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述虚拟路径被自动地更新和/或在所述虚拟路径与所述靶标之间的所述距离被自动地更新。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述器械由所述监视装置(2)承载。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述器械具有由所述监视装置的持针器(5)引导的活检针头(9)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少两个器械，所述设备被配置成使得所述控制单元(11)在所述屏幕上生成：

-包括第一器械的点的第一二维图像和包括第二器械的点的第二二维图像；和/或

-包括所述第一器械的点和所述第二器械的点的二维图像。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，示出所述器械的变形的所述二维图像包括所述器械引入到由所述三维图像限定的解剖体积中的至少一个点，所述点被称为“所述器械的插入点”。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，示出所述器械的变形的所述二维图像包括所述器械的旨在作用在所述靶标上的至少一个点，所述点被称为“所述器械的有用部分”。

13.根据权利要求11和12所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)被配置成根据所述三维图像在所述屏幕上生成呈现出所述器械的所述插入点和所述有用部分两者的至少一个二维图像。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)被配置成在所述屏幕上生成至少一个二维图像，所述二维图像是通过计算绕体积图像的轴线的幅度的平均值或幅度之和来根据从所述体积图像到平面的归约而导出的。

15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制单元(11)被布置成使得导控所述探头以便使所述探头的参考位置与所述器械的参考位置对准。

16.一种用于使用根据前述权利要求中任一项所述的设备来引导医疗器械的方法，所述方法具有以下步骤：

-将所述探头(4)移动至所述靶标附近，

-将所述器械移动至所述靶标，

-在所述屏幕(10)上至少显示示出所述器械的变形的二维图像，

-估计如果所述器械的插入持续至所述靶标那么远的话所述器械的虚拟路径，

-据此推导出在所述虚拟路径与所述靶标之间的至少一个距离。

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