CN114366298A - 用于控制x射线设备的方法和医学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在借助至少一个机器人系统对导入患者(15)的身体、尤其是中空器官(H)中的至少两个对象(O1、O2)进行机器人辅助的导航期间控制X射线设备的方法，所述方法具有以下步骤：提供用于选择对象之一的第一选择标准，提供用于选择对象之一的第二选择标准，根据两个选择标准选择所述至少两个对象之一，这样自动地设置X射线设备的拍摄参数，使得所选择的对象在待拍摄的X射线图像中尤其相对于至少一个其它的对象、尤其在图像质量、图像印象、在X射线图像上的定位和/或X射线设备的准直器的准直器设置方面被突出，并且以这样设置的拍摄参数拍摄X射线图像。

Description

用于控制X射线设备的方法和医学系统
技术领域
本发明涉及一种用于在借助至少一个机器人系统对导入患者的身体中的至少两个对象进行机器人辅助的导航期间控制X射线设备的方法以及一种用于执行这种方法的医学系统。
背景技术
在患者的身体的血管系统中或者血管系统上的介入式的医学过程要求通过经皮的血管入口将医学对象(设备或者器械)导入血管系统中并且向待治疗的目标区域导引。作为对所述对象在血管系统中的手动导航的进一步开发，有利地在操作者的手与患者之间连接机器人系统，使得操作者不再需要直接站在用于患者的支承台处，而是可以遥控地执行对象的机动(旋转运动、向前运动和向后运动)。这种机器人系统例如由EP 3406291 B1原则上是已知的，借助所述机器人系统能够在患者的中空器官中通过机器人辅助地实现对象、例如导管和/或导丝的(半)自动的运动。为此，操作者可以使用用于遥控的运动的相应的用户界面。
为了辅助，通常使用成像设备、例如X射线设备，所述成像设备允许操作者根据图像数据实时地监测和理解操作的进程、例如对象的位置。为此，例如可以生成一系列二维的荧光透视检查X射线图像。为了在此给操作者尽可能好的视觉的整体图像印象，在使用适当的拍摄参数的情况下拍摄图像数据。在X射线设备的情况下，拍摄参数例如可以由X射线电压、X射线剂量、X射线电流、挡板设置、滤波器设置、X射线窗口的时长或者强度形成。拍摄参数的选择可以静态地(不具有进一步的适配性调整的一次性调整)或者动态地(重复的适配性调整)进行并且在此通常影响整体图像印象。
然而，在介入式的过程期间，对于操作人员可能重要的是，获得对于例如图像印象或者图像局部的、例如聚焦在确定的医学对象上的特定的适配或者说调整。操作人员可以通过对拍摄参数的自动的一般性调节(或者说设置)或者手动的特定的调节进行调整。然而这通常对于感兴趣(或者说关注)的对象是不够特定的或者在需要针对每个小改变重新手动调整的情况下过于耗费。
对此的示例是对X射线挡板的调节。在辐射卫生学的方面有利的是，尽可能好地限制X射线辐射器的X射线射束。业已证明有利的是，通过在不处于操作人员的视场中的图像区域(ROI–Region of Interest，感兴趣的区域)中覆盖，使得这种对X射线射束的限制半透明。因此，患者理想地只在检察人员的视场中以完整的剂量被照射。在使用多个对象时，例如必须手动地决定ROI应该定位在哪个位置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于医学成像的方法，所述方法使得操作人员尤其在介入式手术期间在存在多个导入患者的身体中的对象的情况下能够聚焦在重要的图像区域上；本发明实际解决的技术问题还在于，提供一种用于执行所述方法的适当的医学系统。
该技术问题按本发明通过一种用于在借助至少一个机器人系统对导入患者的身体中的至少两个对象进行机器人辅助的导航期间控制X射线设备的方法和一种医学系统解决。
按照本发明的用于在借助至少一个机器人系统对导入患者的身体、尤其是中空器官中的至少两个对象进行机器人辅助的导航期间控制成像设备、尤其是X射线设备的方法包括以下步骤：提供用于选择对象之一的第一选择标准，提供用于选择对象之一的第二选择标准，根据至少两个选择标准选择所述至少两个对象之一，这样自动地设置成像设备、尤其是X射线设备的拍摄参数，使得所选择的对象在待拍摄的图像、尤其是X射线图像中尤其相对于至少一个其它的对象、尤其在图像质量、图像印象(Bildeindruck)、在X射线图像上的定位和/或成像设备、尤其是X射线设备的准直器的准直器设置方面被突出，并且以这样设置(或者说调节形成)的拍摄参数拍摄图像、尤其是X射线图像。
按照本发明的方法使得操作人员能够在介入式手术期间不需要耗费的手动选择地获得在当前重要的对象上的自动聚焦。以此方式例如优化针对所选择的对象的图像印象或者图像局部并且操作人员获得所有重要信息并且可以专注于手术。这减少了用于操作人员和患者的时间耗费并且因此减少了输出到患者上的X射线剂量，并且改善了诊断状态和可能的治疗的质量。
为此使用的选择标准例如可以由先前或者当前生成的、对不同的模态
Figure BDA0003303193230000031
的测量获得。
按照本发明的一种设计方案，第一选择标准基于对至少一个先前或者实时地拍摄的图像、尤其是X射线图像在感兴趣的结构方面的分析，或者基于对眼球跟踪系统在感兴趣的对象方面的分析形成。所述或多个先前生成的图像、尤其是X射线图像例如可以是在一系列荧光透视检查X射线图像的范围内生成的，但也可以是至少一个三维的体积图像。所述或多个X射线图像则可以在感兴趣的结构方面、例如在对象的位置方面被分析，对于多个X射线图像，例如可以分析所述对象之一的运动。随即以此为基础生成选择标准。在存在眼球跟踪系统的情况下，可以例如在眼球跟踪器的操作人员观察所述对象的频率方面分析通过这个系统生成的测量数据。随即以此为基础也可以生成例如以下选择标准，所述选择标准例如基于哪个对象被最频繁地观察。眼球跟踪系统原则上是已知的。
按照本发明的另一设计方案，基于至少一个机器人系统的关于哪个对象当前被控制或者移动的信息，形成第二选择标准。由此例如可以选择关于哪个对象当前被移动或者最后被移动过的选择标准。
按照本发明的另一设计方案，所述选择标准之一比其它的选择标准被更大地加权。这尤其在偶数数量的选择标准的范围内是合理的。可以预先设置哪个选择标准是决定性的。
按照本发明的另一设计方案，提供第三选择标准并且根据三个选择标准选择对象。所述第三选择标准尤其可以基于对眼球跟踪器在感兴趣的对象方面的分析或者基于对至少一个先前拍摄的X射线图像在感兴趣的结构方面的分析形成。随即可以选择满足所述三个选择标准中的至少两个选择标准的对象。也可以提供并且使用多于三个、例如多个选择标准。
按照本发明的另一设计方案，拍摄参数由X射线电压和/或X射线剂量或者X射线电流或者挡板设置(Blendeneinstellung)和/或滤波器设置和/或X射线窗口的时长和/或强度和/或关于中央射束的定位形成。由此例如可以这样执行准直器的挡板的挡板设置，使得所选择的对象处于待拍摄的X射线图像的中心、即所谓的感兴趣的区域并且以设置的完整的X射线剂量被照射。为此控制准直器的挡板。作为补充或备选，围绕中心对象的区域、即未选择的第二对象也可以借助半透明的挡板被较少的X射线剂量照射。
按照本发明的另一设计方案，连续地或者以规则的时间间隔在使用至少一个选择标准的情况下更新地选择对象，并且这样设置成像设备、尤其是X射线设备的拍摄参数，使得更新地选择的对象在待拍摄的X射线图像中相对于至少一个其它的对象尤其在图像质量、图像印象、在X射线图像上的定位、和/或X射线设备的准直器的挡板设置或者准直器设置方面被突出，并且通过这样设置的拍摄参数执行对X射线图像的进一步拍摄。以此方式可以在介入式手术期间随时地考虑(aufgegriffen)改变并且将所述改变包含在所述方法中。由此可以确保，即使在不同于先前的其它对象变得重要时，也可以保持对当前重要的对象的自动聚焦。如果例如更换对象并且由机器人系统控制和移动的不再是第一对象、而是第二对象，则现在选择第二对象并且如上所述地针对所述第二对象设置拍摄参数(例如ROI)。
按照本发明的另一设计方案，图像式地再处理所拍摄的一个或多个X射线图像，其中，借助选择标准选择的对象在再处理的范围内在图像印象方面被突出。由此例如可以特定地将再处理步骤、如边缘锐化、噪声校正、图像对比度的调整应用在所选择的对象上，以便优化所选择的对象的显示。
此外，本发明包括一种用于执行按照本发明的方法的医学系统，其具有用于拍摄X射线图像的X射线设备，所述X射线设备具有X射线源、X射线探测器和准直器以及用于控制X射线设备的系统控制装置，所述医学系统具有至少一个机器人系统，所述机器人系统具有至少一个由机器人辅助的驱动系统，所述驱动系统设计用于在患者的中空器官中移动至少两个医学对象，所述医学系统具有分析单元，所述分析单元用于在感兴趣的结构方面分析先前拍摄的X射线图像，所述医学系统具有处于系统控制装置与至少一个机器人系统之间的通信连接，所述通信连接用于传递至少一个机器人系统的关于哪个对象当前被控制或者移动的信息，以及所述医学系统具有用于根据选择标准选择所述至少两个对象之一的选择单元。此外，所述医学系统可以具有用于跟踪操作人员的眼球运动的眼球跟踪系统以及处于所述系统控制装置与所述眼球跟踪系统之间的通信连接，所述通信连接用于传递关于感兴趣的对象的信息。
附图说明
以下根据在附图中示意性示出的实施例详细阐述本发明以及其它有利的设计方案，而不会由此将本发明局限于这些实施例。在附图中：
图1示出按照本发明的方法的步骤序列；
图2示出按照图1的具有其它步骤的方法的步骤序列；
图3示出按照本发明的医学系统的视图；
图4示出具有感兴趣的区域的拍摄区域的视图；
图5示出按照图1的具有其它步骤的方法的其它的步骤序列。
具体实施方式
在图1和图2中示出用于在借助至少一个机器人系统对导入患者的身体、尤其是中空器官(即例如血管系统、血管树、支气管系统等)中的至少两个对象进行机器人辅助的导航期间控制X射线设备的方法的步骤。原则上例如由EP 3406291 B1已知机器人系统，借助所述机器人系统能够机器人辅助地使得对象在患者的中空器官中自动地移动。
在图3中示出用于执行这种方法的医学系统1。所述医学系统1具有机器人系统和X射线设备10。机器人系统设计用于在患者2的中空器官中半自动或者自动地移动医学对象O1、O2。半自动的控制在此例如理解为能够由操作人员通过输入单元(未示出；例如操纵杆、触摸板、旋转调节器……)传递至机器人控制装置8的控制。在本示例中首先以两个对象、即第一对象O1和第二对象O2为出发点。但也可以存在三个或者更多的对象。所述对象例如可以是导管、导丝或者器械。对象O1、O2与机器人系统7；8的驱动系统7连接并且能够借助驱动系统7在患者2的中空器官中导航。移动通过机器人控制装置8进行控制。备选地，也可以存在两个驱动系统或者甚至存在两个机器人系统，以控制两个对象。
为了具有对手术和移动的概览，设置有X射线设备10。所述X射线设备10例如具有C形臂13，所述C形臂固持具有准直器14的X射线源12和X射线探测器11并且与系统控制装置15连接。C形臂13相对于患者2可运动地布置，对于可移动式的X射线设备，整个X射线设备也是可移动的。借助X射线设备10生成能成像的拍摄区域的X射线图像，所述X射线图像由图像系统16处理并且在显示单元上示出。机器人控制装置8和X射线设备的系统控制装置15可以通过通信连接9双向地交换数据并且相互通信。
为了在介入式手术期间通过X射线监测在不需要持续的手动耗费的情况下聚焦在选自至少两个对象的确定的医学对象上，按照本发明的方法是有利的。
在用于控制X射线设备的方法的第一步骤20中，提供用于选择对象之一的第一选择标准。所述第一选择标准例如可以使用对至少一个X射线图像或者一系列先前或者实时地拍摄的X射线图像(例如荧光透视图像)在感兴趣的结构(参见图2中的第七步骤25)方面的分析。所述分析例如可以基于对概率的计算或者估计。所述或多个X射线图像可以在感兴趣的结构方面、例如在对象的位置方面被分析，对于一系列X射线图像(例如荧光透视图像)，例如可以(与患者的呼吸运动、心脏的运动或者其它运动无关地)分析所述对象的运动。所述分析例如可以借助分析单元17执行。信息可以相应地被存储并且提供用于其它的分析步骤。所述分析可以通过传统的(基于模块的)方式进行或者也可以通过受训练的函数(机器学习)进行。随即以此为基础可以提供第一选择标准。
备选地，在存在眼球跟踪系统4的情况下，例如可以通过摄像机或者具有摄像机的眼镜、例如在操作人员观察对象的频率方面分析通过这个系统生成的测量数据。随即以此为基础也可以生成以下选择标准，所述选择标准例如基于哪个对象O1；O2被最频繁地观察。眼球跟踪系统4具有与系统控制装置15的通信连接9，借助所述通信连接可以双向地交换数据。所有的通信连接9可以是无线的或者有线连接的。无线的通信连接例如可以在新的移动无线标准5G中在使用极少的等待时间(Latenzzeit)的情况下工作。
在用于控制X射线设备的方法的第二步骤21中，提供用于选择所述对象之一的第二选择标准。尤其基于至少一个机器人系统的关于哪个对象当前被控制或者移动的信息，形成第二选择标准(参见图2中的第八步骤26)。由此例如可以选择关于哪个对象当前被移动或者最后被移动过的选择标准。为此，信息或者数据可以通过机器人控制装置8与系统控制装置15之间的通信连接9交换并且连续地更新。
如在图5中示出的那样，可选地也可以在第三步骤27中提供第三选择标准。如果所述选择标准不是已经由第一选择标准形成，则所述选择标准例如可以基于哪个对象O1；O2被操作人员最频繁地观察(参见图2中的第九步骤28)。关于对相应对象的最频繁观察的信息通过所述眼球跟踪系统4传输(或者说通信)至系统控制装置15。
通过使用两个或者更多的选择标准，特别有根据地选择对象，从而使测量中的不规律性只具有较小的影响并且将介入式手术的干扰最小化。
在第四步骤22中，根据两个选择标准选择所述至少两个对象之一。与之相关地，选择标准之一可以比其它的选择标准更大地被加权。这尤其在偶数数量的选择标准的范围内是合理的。可以预先设置哪个选择标准如何被加权。
在第五步骤23中，自动地这样设置X射线设备的至少一个拍摄参数，使得所选择的对象在待拍摄的X射线图像中相对于至少一个其它的对象和/或也相对于其余的周围环境尤其在图像质量、图像印象、在X射线图像上的定位和/或X射线设备的准直器的准直器设置方面被突出或者优化。所述或者多个拍摄参数例如可以是X射线电压、X射线剂量、X射线电流、挡板设置、滤波器设置、X射线窗口的时长或者强度。由此例如所选择的对象、例如第一对象O1可以布置在拍摄区域30的中央，即所谓的感兴趣的区域ROI中，参见图4。在感兴趣的区域ROI外部但处于拍摄区域30内部的、例如没有被选择的第二对象O2所处的区域由准直器14的挡板半透明地覆盖(eingeblendet)。这减少了用于操作人员和患者的时间耗费并且因此减少了输出到患者上的X射线剂量，并且改善了诊断状态和可能的治疗的质量。也可以或者备选地可以使用滤波器，以便减弱针对周围环境的X射线剂量或者辐射份额。也可以考虑的是，所选择的对象被非中央地覆盖，其余的拍摄区域由准直器14的挡板半透明地覆盖。也可以规定，针对所选择的对象优化X射线剂量或者X射线电压或者X射线电流。也可以规定，借助合并读出(Binning)以较小的分辨率拍摄其余的拍摄区域。
在第六步骤24中，接下来以设置的拍摄参数执行对X射线图像的拍摄。由此获得X射线图像，所述X射线图像特别地突出所选择的对象或者以特别好的图像质量或者特别好的图像对比度优化所选择的对象。也可以生成一系列的X射线图像，例如荧光透视检查X射线图像或者一个或多个体积图像。
在本发明的另一设计方案中，例如可以连续地或者以规则的时间间隔在第十步骤30中执行对所述方法的更新，参见图2。如果出现改变，例如如果现在借助机器人系统或者多个机器人系统移动其它的对象，则通过至少一个选择标准(第一步骤20和/或第二步骤21和/或第三步骤27)执行更新的选择(第四步骤22)。所述或者多个拍摄参数随即相应地自动与当前选择的对象适配(第五步骤23)并且拍摄至少一个X射线图像(第六步骤24)。
如在图5中所示，可以在拍摄至少一个X射线图像之后执行再处理步骤29，所述再处理步骤通过使用所述选择来优化X射线图像中的所选择的对象。由此例如可以在图像对比度或者图像噪声或者其它的图像处理方面执行调整。也可以执行有色的、圈出(umrandet)的或者其它方式标记的突出。操作人员也可以附加地手动地进行其它的调整、例如标记或者图像处理。
此外，作为对在自动设置针对所选择的对象优化的拍摄参数时的辅助，可以使用不同的方法。主要可以使用用于分割(Segmentierung)的已知方法。也可以使用关于对象的材料组成的信息，以便例如获得和调节最佳的X射线剂量或者进行滤波。例如可以在先前制成的体积图像(术前图像)上执行用于确定图像平面的深度估计，以便优化深度锐度。与之相关地也可以计算或者估计在(2D的)X射线图像中移动的路段，以便能够估计对象的位置。
当然同样可能同时移动多个对象，例如在存在第一对象、第二对象和第三对象时，移动第二对象和第三对象。在这种情况下，相应的其它选择标准(眼球跟踪系统或者图像分析)可以是决定性的。备选地，也可以针对多于一个对象优化地设置拍摄参数。因为由此对视图调整的要求可能不明确，所以可行的是，在这种情况下例如以在拍摄参数方面求平均值的方式执行妥协的解决方案。
此外可行的是，操作人员想在稍晚的时间点、例如在已经观察不同的当前对象时，尤其在再处理的范围内继续地或者重新地突出一个对象。为此，必要的信息可以相应地被存储并且之后再被提供使用。在此，可视化的显示可以包括对存在的、先前拍摄的X射线图像的调整、不同X射线图像的叠加或者多个X射线图像的并排显示。此外可以规定，操作人员直接地(也不需要重新观察地)在所调整的X射线图像之间针对相应的对象进行切换。
此外，在另一设计方案中也在所有三个变型方案中可行的是，接在之后地对图像印象进行局部调整，例如用于突出确定的区域或者结构或者也用于使得在视图中不那么引人注意。这可以通过基于模型的函数或者也可以通过受训练的函数实现。
拍摄参数的选择和在再处理期间对图像的调整可以静态地(不具有进一步的适配性调整的一次性调整)或者动态地(重复的适配性调整)进行并且在此通常影响整体图像印象。
本发明能够按照以下方式简短地总结：为了特别简单并且低耗费地特定地聚焦在确定的医学对象上，规定了一种用于在借助至少一个机器人系统对导入患者的身体、尤其是中空器官中的至少两个对象进行机器人辅助的导航期间控制X射线设备的方法，所述方法具有以下步骤：提供用于选择对象之一的第一选择标准，提供用于选择对象之一的第二选择标准，根据两个选择标准选择所述至少两个对象之一，这样自动地设置X射线设备的拍摄参数，使得所选择的对象在待拍摄的X射线图像中尤其相对于至少一个其它的对象、尤其在图像质量、图像印象、在X射线图像上的定位和/或X射线设备的准直器的准直器设置方面被突出，并且以这样设置的拍摄参数拍摄X射线图像。

Claims (11)

1.一种用于在借助至少一个机器人系统对导入患者(15)的身体、尤其是中空器官(H)中的至少两个对象(O1、O2)进行机器人辅助的导航期间控制成像设备、尤其是X射线设备的方法，所述方法具有以下步骤：
·提供用于选择对象之一的第一选择标准，
·提供用于选择对象之一的第二选择标准，
·根据至少两个选择标准选择所述至少两个对象之一，
·这样自动地设置成像设备、尤其是X射线设备的拍摄参数，使得所选择的对象在待拍摄的图像、尤其是X射线图像中尤其相对于至少一个其它的对象、尤其在图像质量、图像印象、在X射线图像上的定位和/或成像设备、尤其是X射线设备的准直器的准直器设置方面被突出，并且
·以这样设置的拍摄参数拍摄图像、尤其是X射线图像。
2.按权利要求1所述的方法，其中，所述选择标准之一比另一个选择标准被更大地加权。
3.按权利要求1所述的方法，其中，提供第三选择标准并且根据至少三个选择标准选择对象。
4.按前述权利要求之一所述的方法，其中，基于对至少一个所拍摄的图像、尤其是X射线图像在感兴趣的结构方面的分析或者基于对眼球跟踪系统在感兴趣的对象方面的分析形成第一选择标准。
5.按前述权利要求之一所述的方法，其中，基于至少一个机器人系统的关于哪个对象当前被控制或者移动的信息形成第二选择标准。
6.按前述权利要求之一所述的方法，其中，拍摄参数由X射线电压和/或X射线剂量或者X射线电流或者挡板设置和/或滤波器设置和/或X射线窗口的时长和/或强度和/或关于中央射束的定位形成。
7.按权利要求3或4所述的方法，其中，所述第三选择标准基于对眼球跟踪器在感兴趣的对象方面的分析或者基于对至少一个先前拍摄的X射线图像在感兴趣的(可能的)结构方面的分析形成。
8.按前述权利要求之一所述的方法，其中，连续地或者以规则的时间间隔在使用至少一个选择标准的情况下更新地选择对象，并且这样设置成像设备、尤其是X射线设备的拍摄参数，使得更新地选择的对象在待拍摄的图像、尤其是X射线图像中相对于至少一个其它的对象尤其在图像质量、图像印象、在图像、尤其是X射线图像上的定位、和/或成像设备、尤其是X射线设备的准直器的挡板设置或者准直器设置方面被突出，并且其中，通过这样设置的拍摄参数执行对图像、尤其是X射线图像的进一步拍摄。
9.按前述权利要求之一所述的方法，其中，图像式地再处理所拍摄的一个或多个图像、尤其是X射线图像，其中，借助选择标准选择的对象在再处理的范围内在图像印象方面被突出。
10.一种用于执行按权利要求1至9之一所述的方法的医学系统(1)，具有用于拍摄X射线图像的X射线设备(10)，所述X射线设备具有X射线源(12)、X射线探测器(11)和准直器(14)以及用于控制X射线设备(10)的系统控制装置(15)，所述医学系统具有至少一个机器人系统(7；8)，所述机器人系统具有至少一个由机器人辅助的驱动系统(7)，所述驱动系统设计用于在患者(2)的中空器官中移动至少两个医学对象(O1、O2)，所述医学系统具有分析单元(17)，所述分析单元用于在感兴趣的结构方面分析先前拍摄的X射线图像，所述医学系统具有处于系统控制装置(15)与至少一个机器人系统(7；8)之间的通信连接(9)，所述通信连接用于传递至少一个机器人系统(7；8)的关于哪个对象(O1；O2)当前被控制或者移动的信息，以及所述医学系统具有用于根据选择标准选择所述至少两个对象(O1；O2)之一的选择单元(18)。
11.按权利要求10所述的医学系统，所述医学系统具有用于跟踪操作人员的眼球运动的眼球跟踪系统(4；6)以及处于所述系统控制装置(15)与所述眼球跟踪系统(4；6)之间的通信连接(9)，所述通信连接用于传递关于感兴趣的对象的信息。
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