CN114727845A - 用于再现医疗器械的穿刺点的方法和系统 - Google Patents

用于再现医疗器械的穿刺点的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于再现医疗器械的穿刺点(202a、202b)的方法以及医疗系统(200)。所述方法具有以下步骤：·‑在对象(216)的表面上提供至少一个标记物(210)，其中，该标记物(210)具有既能通过断层摄影、尤其荧光透视检测又能被光学检测的特性，·‑生成断层摄影‑图像数据，布置在对象(216)的表面上的所述至少一个标记物(210)的荧光透视记录能够由这些断层摄影‑图像数据与该对象(216)共同被重建，·‑在断层摄影‑图像数据(218)的坐标系中，相对于所述至少一个标记物(210)确定医疗器械在对象(216)的表面上的穿刺点(202a、202b)，·‑生成可视图像数据，布置在对象(216)的表面上的所述至少一个标记物(210)的可视图像能够由所述可视图像数据与该对象(216)共同被重建，·‑在使用穿刺点(202a、202b)相对于所述至少一个标记物(210)的相对位置的情况下，将该穿刺点在断层摄影‑图像数据(218)的坐标系中的坐标转换到可视图像数据(222)的坐标系中，并且·‑在对象(216)的视图中实时地再现医疗器械的穿刺点(202a、202b)。

Description

用于再现医疗器械的穿刺点的方法和系统
本发明涉及一种用于再现医疗器械的穿刺点的方法。此外，本发明涉及一种用于再现医疗器械的穿刺点的医疗系统。
在诊断或治疗中通常进行穿刺术。穿刺术指的是将医疗器械、尤其针、例如空心针或探针有针对性地刺入人体中。在此过程中，医疗器械被刺入人体中并且被导引至人体内部的目标位置，以便例如在该处施加能量、去除液体或组织或注射药物。
尤其地，如果目标位置包括敏感的身体组织、例如神经或器官组织，或者如果敏感的身体组织位于目标位置的邻近处，则通常在目视检查下实施穿刺术。目视检查下的穿刺术通常包括，借助于诸如计算机断层摄影术(CT)、磁共振断层摄影术(MRT)或超声波扫描术的成像方法检测医疗器械在人体内的位置和定向。
尤其可以通过使用定位装置对在目视检查下的穿刺术进行补充，利用该定位装置可以再现、尤其标记用于医疗器械的穿刺点和穿刺角度。
例如在专利文献EP 1 887 960 B1中描述了一种用于在检查空间内定位器械的定位装置，通过该定位装置借助于定向的电磁辐射可以标记器械的进入区域和相对定向，以便到达位于定向的电磁辐射的轨迹中的目标区域。
本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的用于再现医疗器械的穿刺点的方法。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种改进的用于再现医疗器械的穿刺点的系统。
在方法方面，所述技术问题通过一种用于再现(用于)医疗器械的穿刺点的方法来解决，该方法具有以下步骤：
-在对象的表面上提供至少一个标记物，其中，该标记物具有既能通过荧光透视(fluoroskopisch，或者说X光透视)检测又能被光学检测的特性，
-生成荧光透视-和/或断层摄影-图像数据，布置在对象的表面上的所述至少一个标记物的荧光透视记录和/或断层摄影记录能够由所述荧光透视-和/或断层摄影-图像数据与该对象共同被重建；
-在荧光透视-和/或断层摄影-图像数据的坐标系中相对于所述至少一个标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点，
-生成可视图像数据，布置在对象的表面上的所述至少一个标记物的可视图像能够由所述可视图像数据与该对象共同被重建，
-在使用穿刺点相对于所述至少一个标记物的相对位置的情况下，将该穿刺点在荧光透视-和/或断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中，并且
-在对象的视图中实时地再现医疗器械的穿刺点。
在本说明书的范畴内，荧光透视和/或断层摄影记录和荧光透视-和/或断层摄影-图像数据应当被理解为这样的记录和因此获取的图像数据，这些记录和图像数据通过诸如X射线设备(例如C形臂)、X射线断层摄影仪(计算机断层摄影仪)、磁共振断层摄影仪、超声波扫描设备之类的成像模态来创建。在此，通过计算机断层摄影仪记录(或者说拍摄)的图像既是荧光透视记录又是断层摄影记录，而术语“荧光透视”通常不用于磁共振断层摄影。
为了在此描述的发明的目的，术语“断层摄影-图像数据”也用于荧光透视-图像数据，所述荧光透视-图像数据在狭义上不是断层摄影-图像数据，而是例如源自诸如C形臂之类的成像模态。因此在下文中，断层摄影记录是指源自成像模态的所有记录，即也包括例如C形臂的荧光透视记录。
“再现”是指在待穿刺的对象的视图中至少显示穿刺点并且如果已知的话还显示穿刺角度和/或穿刺深度。在对象的视图中，穿刺点的位置通过其在对象的表面上的再现来标记。
对象的视图可以是对象的直接的、真实的视图，并且穿刺点的再现可以例如是投影到真实表面上的标记物。但备选地，待穿刺的对象的视图也可以是该对象在监视器或虚拟现实(virtual reality，VR)眼镜上的实时图像再现，在该实时图像再现中实时地再现穿刺点。对象的视图也可以是对象在透明光学显示器上的实时图像再现，穿刺点作为增强现实(augmented reality，AR)透视正确地在该透明光学显示器上实时地再现。
医疗器械尤其是管式医疗器械、例如空心针。备选地，医疗器械也可以是针形探针，针形探针例如用于间质热疗。
穿刺点位于应该被穿刺的对象的真实表面上，并且穿刺点尤其表示将医疗器械刺入对象以便进行穿刺术的位置。此外，穿刺角度和/或穿刺深度可以实时地再现在对象的视图中。穿刺角度是指相对于所述表面的、将医疗器械刺入对象以便进行穿刺术的角度。穿刺深度是指在所述穿刺角度下刺入穿刺点的医疗器械为了到达人体内部的目标位置而必须经过的距离。
X射线设备的X射线源和X射线探测器可以用于生成断层摄影-图像数据。为了布置在对象的表面上的至少一个标记物的断层摄影记录能够由断层摄影-图像数据与对象共同地被重建，将对象定位在X射线源和X射线探测器之间，以便由X射线源发射的X射线穿透对象并且在此过程中X射线在其被X射线探测器探测到之前与对象的内部结构相关地被不同程度地减弱。由断层摄影-图像数据重建的断层摄影记录可以是二维的或三维的断层摄影记录。
在该断层摄影记录中可以手动地或通过机器、例如基于软件地确定穿刺点。穿刺点优选地被这样确定，使得医疗器械为了到达目标位置而必须在对象内部经过的路程尽可能短。穿刺点优选地被这样确定，使得在穿刺术期间不损伤敏感组织。
用于医疗器械的在对象的表面上所确定的穿刺点的坐标优选通过计算由计算单元在断层摄影-图像数据的坐标系中确定。由于由断层摄影-图像数据重建的断层摄影记录示出对象和尤其所确定的穿刺点连同标记物，因此所确定的穿刺点的坐标可以相对于至少一个标记物被确定。也就是说，穿刺点与标记物之间的空间关系、即相应的相对位置在断层摄影-图像数据的坐标系中是已知的。断层摄影记录通常不示出完整的对象，而是尤其示出对象的那些存在针对医疗器械的目标位置的局部区域。尤其这样提供标记物，即，标记物布置为，使得该标记物与目标位置共同在重建的断层摄影记录中可见。
可以用相机生成可视图像数据。所述表面的静止-可视图像可以与所布置的标记物共同由生成的可视图像数据重建，或者如在根据本发明的方法中优选的那样，所述表面的运动的可视图像可以与所布置的标记物共同由生成的可视图像数据重建。
由于穿刺点与标记物之间的空间关系可以在断层摄影-图像数据的坐标系中被确定并且由此是已知的，并且标记物的位置和定向可以在可视图像数据的坐标系中被确定，因此尤其可以在使用穿刺点相对于至少一个标记物的相对位置的情况下，将穿刺点在断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中。穿刺点的坐标以及与标记物的空间关系由此在可视图像数据的坐标系中是已知的。
尤其由于标记物的位置在断层摄影-图像数据的坐标系中和在可视图像数据的坐标系中均是已知的并且因此可以用作用于将坐标从一个坐标系转换到相应的另一坐标系中的参考，因此可以将穿刺点在断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中。穿刺点在可视图像数据的坐标系中的位置尤其可以用于将穿刺点实时地再现在对象的视图中。
借助穿刺点在对象的视图中的实时再现，用户可以可靠且准确地穿刺对象。实时再现尤其是指，再现的可能的延迟不能被人眼分辨、即该延迟保持未被用户察觉。优选地使穿刺点的再现实时地与对象的变化的视图适配，即实时地透视正确地调整该再现。对象的视图可以是真实视图或重建视图。真实视图可以是真实表面的非间接的直接视图或者是通过透明媒介、例如透明光学显示器实现的间接视图。重建视图可以是由可视图像数据重建的静止-可视图像。对象的重建视图还可以包括由可视图像数据重建的实时图像再现、即表面的运动的可视图像。能够重建运动的可视图像的可视图像数据可以通过视频技术、例如借助视频摄像机生成。视频摄像机可以设计用于生成三维的可视图像数据，由这些三维的可视图像数据可以重建三维的运动的可视图像。
根据本发明的方法使得能够将表面上的穿刺点准确地再现在对象的视图中，从而用户可以有针对性地并且受监控地穿刺对象。该方法具有以下优点，即在对象的穿刺术期间不需要拍摄对象的X射线图像或者至少只需要拍摄较少的X射线图像。在某些情况下，只在穿刺术之前拍摄用于计划的X射线图像可能足以确定穿刺点。尤其当穿刺角度和穿刺深度也被再现在对象的视图中时，通常不需要在穿刺术之后拍摄用于检查的X射线图像以便检查医疗器械实际是否已到达目标位置。总体上，通过根据本发明的方法可以视应用情况而定地明显降低对于对象、尤其是对于患者的辐射负担。
根据本发明的方法具有其它优点，即，除了原本就有的X射线设备之外，不需要另外的在手术室中额外占据空间的笨重设备。为了实施根据本发明的方法只需要标记物、相机和具有相应软件的计算单元。通过根据本发明的方法得到支持以可靠且精确地穿刺对象的医生不被其它笨重设备妨碍或者他的移动不受限制。手术室也不必改造或改变，例如不必为了可以实施根据本发明的方法而将设备拧紧在手术室墙壁或天花板中。
根据本发明的方法也可以在没有激光器的情况下实现，激光器用于通过激光束标记穿刺点。在不使用激光器的情况下将穿刺点再现在对象的视图中的优点是，医生不必注意他挡住了激光束并且因此使得穿刺点的通过激光束实现的标记不再可见。
以下描述根据本发明的用于再现医疗器械的穿刺点的方法的优选实施变型。
可视图像数据优选地被生成为三维可视图像数据。例如可以通过光场相机、立体相机、三角测量系统或飞行时间(TOF)相机来生成三维的可视图像数据。由三维的可视图像数据可以生成三维可视图像，在所述三维可视图像中，除了穿刺点之外，尤其医疗器械的穿刺角度也可以透视正确地被再现。
在根据本发明的方法的优选实施变型中，该方法具有以下步骤：
-在荧光透视和/或断层摄影-图像数据的坐标系中相对于所述至少一个标记物确定医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度，
-在使用穿刺角度相对于至少一个标记物的相对定向和/或在使用穿刺深度相对于至少一个标记物的相对距离的情况下，将在荧光透视和/或断层摄影-图像数据的坐标系中确定的穿刺角度和/或穿刺深度转换到可视图像数据的坐标系中，并且
-将医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度实时地再现在对象的视图中。
优选地将穿刺点、穿刺角度和穿刺深度共同实时地且透视正确地再现在对象的视图中。在这种情况下，医生可以一眼就掌握应当在表面上的何处、在何种角度下并且以何种深度穿刺所述对象。
在根据本发明的方法中优选的是，连续地生成可视图像数据，并且至少将在荧光透视和/或断层摄影-图像数据的坐标系中确定的穿刺点转换到分别在最后生成的可视图像数据的坐标系中。优选地将至少医疗器械的穿刺点的再现实时地显示在对象的视图中。
由连续生成的可视图像数据可以将运动的可视图像重建为实时图像再现。通过连续地生成可视图像数据，可以检测对象的相对运动并且将穿刺点、穿刺角度和/或穿刺深度透视正确地实时再现在对象的视图中。
尤其可以将穿刺点在断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标以及穿刺角度和/或穿刺深度转换到最后生成的可视图像数据的坐标系中并且随后将其实时地再现。
由生成的可视图像数据可以重建表面的可视图像，在该可视图像中再现了医疗器械的穿刺点。可视图像可以是二维或三维的静止-可视图像，或者优选地是二维或三维的运动的可视图像。可视图像可以被显示在监视器上。附加地可以在可视图像中再现医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度。
医疗器械的穿刺点也可以在对象的间接视图中被再现在透明光学显示器上。真实表面的视图通过透明光学显示器可见，其中，将穿刺点相对于真实表面的视图透视正确地再现在透明显示器上。
光学显示器可以与眼镜镜片类似地固定在用户可以佩戴的架子上，从而光学显示器位于用户的眼前。在这种情况下，用户可以通过透明光学显示器观察真实对象，即间接地看到表面的真实形像。在透明光学显示器上可以将医疗器械的穿刺点相对于真实表面的视图透视正确地实时再现，从而用户可以在对象的间接视图中看到对象的表面上的穿刺点。除了刺入角度之外还可以在透明光学显示器上再现医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度。在具有光学显示器的架子上优选固定有相机，通过该相机连续地生成可视图像数据。由此可以在对象的间接视图中实时地这样再现穿刺点、穿刺角度和/或穿刺深度，使得穿刺点、穿刺角度和/或穿刺深度相对于真实表面的视图透视正确地示出。
附加地或备选地可以将医疗器械的穿刺点作为光学标记再现在对象的真实表面上。例如可以将穿刺点通过激光束或通过由视频投影仪生成的十字线作为光学标记直接再现在对象的真实表面上、尤其投影到该真实表面上。在这种情况下，激光器和/或视频投影仪优选通过用于生成可视图像数据的相机自动校准。附加地也可以将穿刺角度和/或穿刺深度再现为光学标记。
在一些实施变型中，将穿刺点和穿刺角度和/或所述穿刺深度以虚拟工具的数字化表示的形式实时地再现在对象的视图中。在对象的实时图像再现中，尤其可以将虚拟工具实时地透视正确地再现在透明光学显示器上或监视器上。
在根据本发明的方法的一些实施变型中，穿刺点和穿刺角度和/或穿刺深度以虚拟工具的数字化表示的形式被再现，尤其在这样的实施变型中，该方法可以具有以下步骤：
-在生成的可视图像数据的坐标系中光学地检测医疗器械相对于所述至少一个标记物的位置和定向，
-确定医疗器械的检测到的位置和定向是否与再现的虚拟工具的位置和定向一致，并且如果是这种情况：
-则发出表示医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向一致的信号。
用信号表示医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向一致的方法具有的优点是，用户收到关于以下的反馈，即医疗器械是否这样相对于表面定向，使得能够沿着预设路径刺入对象中。例如可以光学地、例如在对象的视图中或者声学地发出表示医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向一致的信号。
如果医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向不一致，则该方法可以包括，计算医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向之间的轨迹。
例如，计算出的轨迹可以用于在对象的视图中实时地再现虚拟的方向指示。该方向指示优选地表明了这样的方向，医疗器械必须沿所述方向被移动，以便使得医疗器械的位置和定向与在对象的视图中再现的虚拟工具的位置和定向一致(或者说将医疗器械的位置和定向置于与在对象的视图中再现的虚拟工具的位置和定向一致)。
虚拟的方向指示可以帮助用户将医疗器械的位置和定向置于与再现的虚拟工具的位置和定向一致。
在根据本发明的方法的一些实施变型中，穿刺点和穿刺角度和/或穿刺深度以虚拟工具的数字化表示的形式被再现，在这些实施变型中，该方法优选具有以下步骤：
-关于生成所述可视图像数据所沿的记录轴线(Aufnahmeachse)将再现的虚拟工具的数字化表示实时地相对于所述至少一个标记物定向。
沿着记录轴线生成可视图像数据，再现的虚拟工具的数字化表示关于该记录轴线实时的相对于所述至少一个标记物的定向能够实现，将虚拟工具透视正确地实时再现在对象的视图中。
通过将再现的虚拟工具的数字化表示实时地关于所述记录轴线定向，可以考虑到在对象的视图中对象的相对运动或者对所述表面的透视的相对变化，从而在该视图中始终透视正确地再现穿刺点、穿刺角度和/或穿刺深度。在这种情况下，用户和对象可以相对彼此运动，并且用户可以相信穿刺点、穿刺角度和/或穿刺深度在任何时候都正确地再现在该视图中。
在所述医疗系统方面，开头提到的技术问题通过一种用于再现医疗器械的穿刺点的医疗系统解决。该医疗系统具有标记物、成像模态、尤其是X射线设备或计算机断层摄影仪、相机、计算单元和再现单元。
所述标记物设计为既能够通过荧光透视和/或断层摄影检测又能够被光学检测。成像模态、尤其是X射线设备设计用于生成荧光透视-和/或断层摄影-图像数据并且通常包括X射线源和X射线探测器。例如，X射线设备可以是计算机断层摄影(CT)设备或C形臂设备。但成像模态也可以例如是超声波扫描设备或磁共振断层摄影仪。所述相机设计用于生成可视图像数据并且可以例如是光场相机、立体相机、三角测量系统或TOF相机。所述相机优选地这样设计，使得通过所述相机能够连续地生成图像数据并且尤其是三维的图像数据。也可以设置扫描仪来代替相机，并且可以使用光切法生成可视图像数据。
所述计算单元设计用于，
-在荧光透视和/或断层摄影-图像数据的坐标系中相对于所述至少一个标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点，和
-在使用穿刺点相对于所述至少一个标记物的相对位置的情况下，将该穿刺点在荧光透视和/或断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中。
所述再现单元设计用于在对象的真实视图或重建视图中实时地再现医疗器械的穿刺点。
根据本发明的医疗系统尤其这样设计，使得通过该医疗系统能够实施根据本发明的用于再现医疗器械的穿刺点的方法。
相机和X射线设备分别与计算单元有效连接，从而计算单元可以访问和处理由相机生成的可视图像数据和由X射线设备生成的断层摄影-图像数据。此外，尤其所述计算单元与再现单元有效连接，以便在对象的视图中实时地可视化地显示医疗器械的穿刺点。
以下描述根据本发明的用于再现医疗器械的穿刺点的医疗系统的优选实施方式。
计算单元可以设计为电子的数据处理装置或电子的数据处理装置的组成部分并且尤其具有CPU(中央处理单元)、工作存储器和计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有永久存储的计算机程序。
计算单元和/或X射线设备可以设计用于由断层摄影-图像数据重建断层摄影记录。计算单元和/或单独的数据处理装置可以设计用于由通过相机生成的可视图像数据重建可视图像。
所述再现单元可以是与计算单元有效连接的光学显示器，借助计算单元可以在该光学显示器上可视化地显示医疗器械的穿刺点。光学显示器可以尤其是增强现实(augmented reality，AR)系统的一部分。例如，光学显示器可以是眼镜的组成部分，相机也固定在该眼镜上。光学显示器可以是透明的，从而可以间接地通过光学显示器观察真实表面，并且同时可以在间接视图中再现穿刺点。
再现单元可以是与计算单元有效连接的监视器、例如计算机监视器或虚拟现实(virtual reality，VR)系统的监视器、例如VR眼镜。对象的重建视图例如可以作为对象的实时图像再现至少与穿刺点共同地透视正确地再现在监视器上。
所述再现单元也可以是视频投影仪，该视频投影仪通过所述相机自动校准并且设计用于将医疗器械的穿刺点作为光学标记再现在对象的真实表面上。视频投影仪优选地通过相机自动校准并且设计用于将十字线投影到对象的真实表面上，该十字线的中心表示穿刺点的位置。穿刺点也可以同时在对象的间接视图中并且以投影到真实表面上的方式被再现为光学标记。通过冗余可以在某些情况下以相对较高的可靠性再现穿刺点。
所述至少一个标记物可以是可弯曲的并且是柔性的并且可以例如由胶粘带形成，该胶粘带可以粘附地或者说以粘合方式施加到对象的真实表面上。为了实施根据本发明的方法，可以将胶粘带以规则或不规则的图案粘贴到所述表面上，以便因此形成标记物。
该标记物也可以由具有预冲压的图案的双面胶粘膜或双面粘附的纸构成。可以将胶粘膜粘贴到真实表面上，并且随后移除载体膜，从而只有预冲压的图案还保留在表面上并且构成标记物。
如果在载体纸或载体膜上提供标记物，则标记物本身也可以由不直接相连的多个组成部分构成，但这些组成部分彼此的相对位置由载体膜或载体纸预设。当在应用情况中在将标记物施加到体表面之后将载体膜或载体纸从标记物上揭下时，标记物的所述组成部分相应地保持它们的相对位置。
但所述标记物也可以是刚性的并且例如能够以坚固的块的形式存在，该坚固的块在应用情况中可以被粘贴到体表面上。
胶粘带或胶粘膜优选具有诸如钛或精炼钢之类的金属或者备选地具有诸如BaSOx、并且尤其是硫酸钡(BaSO4)之类的物质，以便胶粘带或胶粘膜能够通过断层摄影、尤其荧光透视来检测。
所述至少一个标记物也可以具有至少一个能通过断层摄影并且尤其是荧光透视检测的元件和/或至少一个能被光学检测的元件。能通过断层摄影检测的元件可以由金属构成并且设计为，使得所述元件能够在断层摄影的或荧光透视的记录中被识别为能通过断层摄影或荧光透视检测的元件。例如，金属球可以分布地布置在标记物的面上，这些金属球可以在荧光透视的和/或断层摄影的记录中被识别。能被光学检测的元件可以是发光二极管，该发光二极管设计用于发射在定义的波长范围内的电磁辐射。尤其地，多个发光二极管可以分布地布置在标记物的面上。所述定义的波长范围优选地包括红外辐射。相机则优选地具有用于探测由发光二极管发射的红外辐射的红外传感器。能通过断层摄影检测的元件和能光学检测的元件优选地具有已知的相对彼此的空间关系。也可以使用既能通过断层摄影检测又能被光学检测的元件。例如，金属球也可以用作能被光学检测的元件。
医疗系统还可以包括机器人臂，该机器人臂设计用于固持医疗器械并且用该医疗器械实施穿刺术。机器人臂优选设计用于根据所确定的穿刺点、穿刺角度和穿刺深度受软件控制地实施穿刺术。通过相机可以在穿刺术期间光学地检测机器人臂的位置和定向，并且机器人臂的位置和定向可以由计算单元分析以便进行监控。
本发明还涉及一种计算机程序，该计算机程序设计用于，在生成的断层摄影-图像数据的坐标系中相对于标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点，并且在使用穿刺点相对于所述标记物的相对位置的情况下，将该穿刺点在断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到生成的可视图像数据的坐标系中。通过执行该计算机程序尤其可以实施根据本发明的方法的“确定医疗器械的穿刺点”和“转换穿刺点的坐标”的步骤。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，在该计算机可读存储介质上永久存储有根据本发明的计算机程序。该计算机可读存储介质优选地是计算单元的元件，并且所存储的计算机程序优选地可以加载到工作存储器中并且由处理器处理和实施。
现在要参照附图根据示意性示出的实施例更详细地阐述本发明。在附图中：
图1示出用于再现医疗器械的穿刺点的方法的流程图；
图2示出用于再现医疗器械的穿刺点的医疗系统的示意图。
图1示出用于再现医疗器械的穿刺点的方法的流程图。
该方法如下地进行：
首先(步骤S1)在对象的表面上提供至少一个标记物。该标记物具有既能通过断层摄影、尤其荧光透视检测又能被光学检测的特性。该标记物可以例如由胶粘带构成，该胶粘带以规则或不规则的图案粘附地施加到表面上，以便因此构成标记物。为了能够通过断层摄影检测标记物，该标记物具有优选分布在胶粘带的面上或者处于选择的区域中的硫酸钡，所述硫酸钡在标记物的荧光透视记录中是可见的。也可以在对象的表面上提供标记物，方式为将具有预冲压的图案的双面粘附的胶粘膜粘附地施加到所述表面上。双面胶粘膜的载体膜可以这样被揭去，使得只还有胶粘膜以预冲压的图案保留在表面上，以便因此形成标记物。在这种情况下，标记物由预定义的胶粘膜-图案构成。根据预定义的图案的探测到的变形例如可以确定对象的运动。标记物也可以由载体材料构成，在该载体材料上布置有能通过荧光透视检测的和能被光学检测的元件。能通过荧光透视检测的元件例如可以是金属球，而能被光学检测的元件可以是发光二极管。能通过荧光透视检测的元件和能被光学检测的元件优选彼此以已知的空间关系布置。
接下来(步骤S2)生成断层摄影-图像数据，布置在对象的表面上的所述至少一个标记物的荧光透视记录能够由这些断层摄影-图像数据与该对象共同被重建。例如可以利用具有X射线源和X射线探测器的X射线设备来生成断层摄影-图像数据。为了生成断层摄影-图像数据，对象这样位于X射线源和X射线探测器之间，使得由X射线源发射的X射线穿透标记和对象的至少那些存在待穿刺的目标位置的局部区域并且接下来被X射线探测器探测到。
此后(步骤S3)，在断层摄影-图像数据的坐标系中相对于在表面上提供的至少一个标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点。例如，医疗器械的穿刺点可以首先在由断层摄影-图像数据重建的荧光透视记录中被确定，这例如由医生或通过软件来实现。所确定的穿刺点在断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标随即可以由计算单元通过计算确定。由于标记物在断层摄影-图像数据的坐标系中的位置是已知的，因此可以在断层摄影-图像数据的坐标系中确定标记物与穿刺点之间的空间关系。随即在断层摄影-图像数据的坐标系中尤其已知穿刺点相对于标记物的相对位置。
作为对穿刺点的补充，还可以在断层摄影-图像数据的坐标系中相对于至少一个标记物确定医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度。随即在断层摄影-图像数据的坐标系中已知医疗器械应该在何处、以何种角度并且以何种深度刺入对象中以便进行穿刺术。
接着(步骤S4)生成可视图像数据，布置在对象的表面上的所述至少一个标记物的可视图像能够由这些可视图像数据与该对象共同被重建。可视图像数据通过相机生成，该相机优选地设计用于连续地生成可视图像数据并且将其生成为三维的可视图像数据。
接下来(步骤S5)在使用穿刺点相对于所述至少一个标记物的相对位置的情况下，将穿刺点在断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中。如果穿刺角度和/或穿刺深度也已在断层摄影-图像数据的坐标系中被确定，则也在使用穿刺角度相对于至少一个标记物的相对定向的情况下将穿刺角度转换到可视图像数据的坐标系中，和/或在使用穿刺深度相对于至少一个标记物的相对距离的情况下将穿刺深度转换到可视图像数据的坐标系中。
此后(步骤S6)将医疗器械的穿刺点和(如果被确定的话)穿刺角度和/或穿刺深度再现在对象的视图中。如果存在的话，将医疗器械的穿刺点、穿刺角度和穿刺深度优选共同地再现在对象的视图中。
对象的视图可以是真实视图或重建视图。真实视图可以是真实表面的直接视图或者是真实表面的间接视图，该间接视图例如通过透明光学显示器实现。在对象的直接视图中，医疗器械的穿刺点可以例如通过光学标记被再现。在对象的通过透明光学显示器实现的间接视图中，可以这样再现医疗器械的穿刺点，使得该穿刺点相对于表面透视正确地被实时再现。此外，在对象的间接视图中，穿刺角度和穿刺深度也可以透视正确地相对于表面被实时再现。可以考虑的是，穿刺点、穿刺角度和穿刺深度以虚拟工具的数字化表示的形式在对象的间接视图中被实时再现。对象的重建视图可以是由生成的可视图像数据重建的照片、尤其对象的实时图像记录。对象的重建视图可以例如在监视器、例如计算机监视器或VR眼镜的监视器上被再现。穿刺点、穿刺角度和穿刺深度可以例如以虚拟工具的数字化表示的形式在重建视图中被再现。
可行的是，在唯一的视图中只再现穿刺点。也可行的是，将穿刺点、穿刺角度和穿刺深度共同再现在一个视图中。也可行的是，在一个视图中既再现穿刺点、穿刺角度也再现穿刺深度，而在附加的视图中只再现穿刺点。在这种情况下，穿刺点在两个不同的视图中再现，即冗余地再现。例如可以将穿刺点、穿刺角度和穿刺深度以虚拟工具的数字化表示的形式再现在对象的间接视图中，并且附加地将穿刺点通过光学标记再现在直接视图中。用户由此可以例如在两个视图之间选择。光学标记也可以集成到对象的间接视图中。
图2示出了用于再现(未示出的)医疗器械的穿刺点的医疗系统200的示意图。
医疗系统200包括X射线设备204、相机206、计算单元208、标记物210和两个再现单元214a、214b。医疗系统200尤其适用于实施参照图1描述的方法。
标记物210可以被布置在待穿刺的对象216(不是医疗系统200的一部分)、例如患者上。标记物210则优选这样布置在对象116上，使得该标记物跟随对象的运动，因此在对象216和标记物210之间不发生相对运动。优选地，标记物210粘附地施加到对象216上。标记物210可以例如由胶粘带构成，该胶粘带以规则或不规则的图案粘贴到对象216的表面上。标记物210设计为既能够通过断层摄影、尤其荧光透视被检测又能够被光学检测。为了使得标记物210能够被光学检测，该标记物优选地以在可视图像记录中确保与对象210的表面的可见对比的颜色和/或形状设计。为了使得标记物210在断层摄影记录中也可见，该标记物可以例如在定义的区域中具有硫酸钡作为造影剂。
X射线设备204可以例如是计算机断层摄影(CT)设备并且包括X射线源和X射线探测器(未示出)。为了生成断层摄影-图像数据，将对象216布置在X射线设备204的X射线源和X射线探测器之间，使得标记物210的断层摄影记录可以由生成的断层摄影-图像数据与对象216共同被重建。重建的断层摄影记录可以首先用于计划对象216的穿刺术，例如用于确定对象210的表面上的穿刺点。
可以通过计算单元208确定穿刺点在断层摄影-图像数据218的坐标系中相对于标记物210的位置的坐标。计算单元208还设计用于，在断层摄影-图像数据218的坐标系中确定医疗器械的穿刺角度和穿刺深度。
为了在断层摄影-图像数据218的坐标系中确定穿刺点、穿刺角度和穿刺深度，计算单元访问由X射线设备204生成的断层摄影-图像数据并且对其进行处理。计算单元208也与相机206有效连接，以便访问并且进一步处理由相机生成的可视图像数据。
为了能够将穿刺点202a、穿刺角度和穿刺深度再现在对象216的表面的视图220中，计算单元208设计用于，将穿刺点的在断层摄影-图像数据的坐标系中确定的坐标以及穿刺角度和穿刺深度转换到由相机206生成的可视图像数据的坐标系222中。计算单元208设计用于，使用穿刺点相对于至少一个标记物的相对位置来进行穿刺点的坐标转换。穿刺点相对于至少一个标记物210的相对位置可以用于转换穿刺点的坐标，因为标记物210的位置在断层摄影-图像数据218的坐标系中和在可视图像数据222的坐标系中均是已知的。标记物210的位置因此可以用作用于将穿刺点的坐标从断层摄影-图像数据218的坐标系转换到可视图像数据222的坐标系中的参考。
计算单元208还与再现单元214a有效连接并且设计用于，在表面的视图220中实时地并且透视正确地再现医疗器械的穿刺点202a。
医疗系统200具有两个再现单元214a、214b。医疗系统200也可以只具有这两个再现单元214a、214b中的一个或者具有备选的再现单元。再现单元214b是视频投影仪，该视频投影仪通过相机206自动校准并且设计用于将穿刺点202b作为光学标记再现。
再现单元214a是透明光学显示器，该透明光学显示器可以与相机206共同地固定在架子、例如眼镜架上。
透明光学显示器214a上的视图220是对象216的真实表面的间接视图，在该间接视图中再现穿刺点202a。在视图220中可以实时地并且透视正确地再现穿刺点202a。作为对光学显示器214a的替代或补充，医疗系统200还可以具有监视器，在该监视器上，穿刺点在对象的重建视图中再现。

Claims (23)

1.一种用于再现医疗器械的穿刺点的方法，其中，该方法具有以下步骤：
-在对象的表面上提供至少一个标记物，其中，该标记物具有既能通过断层摄影、尤其荧光透视检测又能被光学检测的特性，
-生成荧光透视-或/和断层摄影-图像数据，布置在对象的表面上的所述至少一个标记物的荧光透视记录或/和断层摄影记录能够由所述荧光透视-和/或断层摄影-图像数据与所述对象共同被重建，
-在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中，相对于所述至少一个标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点，
-生成可视图像数据，布置在对象的表面上的所述至少一个标记物的可视图像能够由所述可视图像数据与所述对象共同被重建，
-在使用穿刺点相对于所述至少一个标记物的相对位置的情况下，将该穿刺点在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中，并且
-在对象的视图中实时地再现医疗器械的穿刺点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可视图像数据被生成为三维的可视图像数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法具有以下步骤：
-在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中，相对于所述至少一个标记物确定医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度，
-在使用穿刺角度相对于至少一个标记物的相对定向和/或在使用穿刺深度相对于至少一个标记物的相对距离的情况下，将在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中确定的穿刺角度和/或穿刺深度转换到可视图像数据的坐标系中，并且
-在对象的视图中实时地再现医疗器械的穿刺角度和/或穿刺深度。
4.根据权利要求1至3中至少一项所述的方法，其中，连续地生成可视图像数据，并且至少将在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中确定的穿刺点转换到分别在最后生成的可视图像数据的坐标系中，并且将至少医疗器械的穿刺点的再现在对象的视图中实时地示出。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的方法，其中，对象的视图是所述表面的由生成的可视图像数据重建的可视图像，并且在该可视图像中再现医疗器械的穿刺点。
6.根据权利要求1至5中至少一项所述的方法，其中，将医疗器械的穿刺点再现在透明光学显示器上，真实表面的视图通过该透明光学显示器可见，其中，将穿刺点相对于真实表面的视图透视正确地再现在透明显示器上。
7.根据权利要求1至6中至少一项所述的方法，其中，将医疗器械的穿刺点作为光学标记再现在对象的真实表面上。
8.根据权利要求3至7中至少一项所述的方法，其中，将穿刺点和穿刺角度和/或穿刺深度以虚拟工具的数字化表示的形式实时地再现在对象的视图中。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法具有以下步骤：
-在生成的可视图像数据的坐标系中光学地检测医疗器械相对于所述至少一个标记物的位置和定向，
-确定医疗器械的检测到的位置和定向是否与再现的虚拟工具的位置和定向一致，并且如果是这种情况：
-则发出表示医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向一致的信号。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法具有以下步骤：
-如果医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向不一致：
-则计算医疗器械的检测到的位置和定向与再现的虚拟工具的位置和定向之间的轨迹，并且
-在对象的视图中实时地再现虚拟的方向指示，其中，该方向指示表明了这样的方向，医疗器械必须沿所述方向被移动，以便使得医疗器械的位置和定向与在对象的视图中再现的虚拟工具的位置和定向一致。
11.根据权利要求8至10中至少一项所述的方法，该方法具有以下步骤：
-关于生成所述可视图像数据所沿的记录轴线将虚拟工具的数字化表示实时地相对于所述至少一个标记物定向。
12.一种用于再现医疗器械的穿刺点的医疗系统，其中，该医疗系统具有：
-标记物，所述标记物设计为既能够通过断层摄影、尤其荧光透视被检测又能够被光学检测；
-用于生成荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的成像模态；
-用于生成可视图像数据的相机；
-计算单元，所述计算单元设计用于，
-在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中，相对于所述至少一个标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点，和
-在使用穿刺点相对于所述至少一个标记物的相对位置的情况下，将该穿刺点在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到可视图像数据的坐标系中，和
-再现单元，用于在对象的真实视图或重建视图中实时地再现医疗器械的穿刺点。
13.根据权利要求12所述的医疗系统，其中，所述相机是光场相机、立体相机、三角测量系统或TOF相机。
14.根据权利要求12或13所述的医疗系统，其中，所述再现单元是与计算单元有效连接的光学显示器，借助计算单元在所述光学显示器上可视化地显示医疗器械的穿刺点。
15.根据权利要求12或13所述的医疗系统，其中，所述再现单元是视频投影仪，该视频投影仪通过所述相机自动校准并且设计用于将医疗器械的穿刺点作为光学标记再现在对象的真实表面上。
16.根据权利要求12至15中至少一项所述的医疗系统，其中，所述至少一个标记物由胶粘带形成，该胶粘带能够粘附地被施加到对象的表面上。
17.根据权利要求16所述的医疗系统，其特征在于，所述胶粘带具有BaSOx，因此该胶粘带能够通过荧光透视检测。
18.根据权利要求12至17中至少一项所述的医疗系统，其中，所述至少一个标记物具有至少一个能通过荧光透视检测的元件和/或至少一个能被光学检测的元件。
19.根据权利要求18所述的医疗系统，其中，能通过荧光透视检测的元件由金属形成并且设计为能够在断层摄影记录中被识别为能通过断层摄影检测的元件。
20.根据权利要求18或19所述的医疗系统，其中，能被光学检测的元件是发光二极管，该发光二极管设计用于发射在定义的波长范围内的电磁辐射。
21.根据权利要求20所述的医疗系统，其中，所述定义的波长范围包括红外辐射，并且所述相机具有用于探测由所述发光二极管发射的红外辐射的红外传感器。
22.一种计算机程序，该计算机程序设计用于，在生成的断层摄影-图像数据的坐标系中相对于标记物确定医疗器械在对象的表面上的穿刺点，并且在使用穿刺点相对于所述标记物的相对位置的情况下，将该穿刺点在荧光透视-或/和断层摄影-图像数据的坐标系中的坐标转换到生成的可视图像数据的坐标系中。
23.一种计算机可读存储介质，在该计算机可读存储介质上永久存储有根据权利要求22所述的计算机程序。
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