CN117745771A - 用于提供碰撞模型的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提供碰撞模型的方法，其包括：‑获取患者信息，患者信息具有关于医学对象进入检查对象的进入部位的空间定位的信息，其中，患者信息与能移动的医学设备配准，‑获取对象信息，对象信息具有关于移动所述医学对象的操作者的几何形状和空间位置的信息，其中，操作者包括移动装置和/或医学操作人员，‑基于患者信息和对象信息来确定操作者相对于检查对象的相对定位，‑基于相对定位和对象信息来提供用于移动医学设备的碰撞模型。本发明还涉及一种系统以及计算机程序产品。

Description

用于提供碰撞模型的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于提供碰撞模型的方法、系统以及计算机程序产品。
背景技术
在微创介入中，治疗、例如放置支架，或者诊断、例如检测狭窄，通常通过引入体内的医学对象来进行。这些医学对象经常通过腹股沟、特别是股动脉或者左腋窝中的入口、特别是经由锁骨下动脉的桡动脉入口，通过导丝和导管推进到医学对象的使用部位。到各个单独的血管出口的导航经常通过在进入部位处旋转和推进导丝或者导管来实现。
现在，如果借助机器人移动装置、例如导管机器人和/或血管导航机器人来支持这种过程，则经常由移动装置来对医学对象进行操作。当移动装置在空间上布置在检查对象附近时产生的问题是，如何避免移动装置与用于在检查对象处或者检查对象周围对检查对象进行成像和/或对过程进行监视的医学成像设备发生碰撞。当移动装置由医学操作人员远程操作时，可能不利地对为了避免碰撞而对医学成像设备、检查对象和/或移动装置的布置结构进行的可视的监视造成困难。
此外，对于医学对象的手动和/或半自动的操作、例如由医学操作人员进行的操作，无论如何也应当避免在操作人员与医学成像设备之间发生碰撞。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，使得能够改善能移动的医学设备与移动医学对象的操作者之间的碰撞避免。
按照本发明，上述技术问题通过用于提供碰撞模型的方法、系统和计算机程序产品来解决。具有适宜的扩展方案的有利的实施方式是下面的描述的主题。
在第一方面，本发明涉及一种用于提供碰撞模型的方法。在第一步骤中，获取患者信息，患者信息包括关于医学对象进入检查对象的进入部位的空间定位的信息。在此，患者信息与能移动的医学设备配准。在另一个步骤中，获取对象信息，对象信息具有关于移动医学对象的操作者的几何形状和空间位置的信息。在此，操作者包括移动装置、特别是机器人移动装置和/或医学操作人员。在另一个步骤中，基于患者信息和对象信息，来确定操作者相对于检查对象的相对定位。此外，至少基于该相对定位来提供用于移动医学设备的碰撞模型。
获取患者信息可以包括记录和/或接收患者信息。获取患者信息例如可以借助获取单元、例如患者传感器和/或医学成像设备来进行。患者传感器例如可以包括光学的和/或声学的和/或电磁的传感器。接收患者信息特别是可以包括获取和/或读取计算机可读的数据存储器和/或从数据存储单元、例如数据库进行接收。替换地或者附加地，可以根据医学操作人员的用户输入来获取患者信息。
患者信息可以具有关于医学对象进入检查对象的进入部位的空间定位的信息、特别是空间坐标。进入部位可以包括进入点和进入通道。进入部位的空间定位可以包括进入部位的空间位置。替换地，进入部位的空间定位可以包括进入部位的空间位置和定向、特别是进入点的空间位置和进入通道的空间定向。患者信息还可以包括特别是术前和/或术中的检查对象的图像数据和/或患者模型。在此，进入部位相对于图像数据和/或患者模型的定位可以是确定的、特别是预设的。替换地或者附加地，可以至少基于图像数据和/或患者模型来确定进入部位的定位。
检查对象例如可以是人类和/或动物患者，和/或是检查体模、例如血管体模。医学对象例如可以设计为特别是长条状的手术仪器和/或诊断仪器。特别是，医学对象可以设计为至少区段性地为柔性的和/或刚性的。医学对象例如可以设计为针、特别是穿刺针，和/或导管和/或内窥镜和/或导丝(英语：guide wire)。
能移动的医学设备可以包括医学成像设备和/或医学治疗设备。在此，医学设备能够至少部分地、特别是完全地相对于移动装置移动、特别是平移和/或旋转。患者信息、特别是关于进入部位的空间定位的信息与能移动的医学设备、特别是医学设备的坐标系配准。特别是，可以定义进入部位和医学设备之间的位置关系、例如相对定位。
获取对象信息可以包括记录和/或接收对象信息。获取对象信息例如可以借助获取单元、例如对象传感器和/或患者传感器来进行。对象传感器例如可以包括光学的和/或声学的和/或电磁的传感器。在此，获取单元可以设计为用于直接地和/或间接地获取操作者的对象信息、特别是几何形状。获取单元例如可以获取操作者的图像，并且根据图像、例如通过识别图像中的操作者的轮廓来确定几何形状。在此，获取单元、特别是对象传感器或者患者传感器可以包括照相机。替换地或者附加地，获取单元可以获取操作者的标识符、例如条形码和/或QR码和/或RFID应答器(RFID-Transponder)。在此，对象信息可以由标识符来提供。替换地或者附加地，也可以根据由标识符提供的识别信息，例如从数据库和/或对象目录，接收对象信息。
接收对象信息特别是可以包括获取和/或读取计算机可读的数据存储器和/或从数据存储单元、例如数据库进行接收。替换地或者附加地，可以根据医学操作人员的其它用户输入来获取对象信息。替换地或者附加地，对象信息可以由操作者提供。
对象信息有利地具有关于操作者的几何形状和空间位置的信息。优选几何形状可以描述操作者的特别是外部的形状和/或包络和/或定向和/或姿态，和/或医学对象的近侧的区段相对于操作者的位置关系。在此，操作者包括移动、特别是平移和/或旋转医学对象的移动装置、特别是机器人移动装置，和/或医学操作人员、例如医生。移动装置例如可以是用于远程操控医学对象的机器人装置、特别是导管机器人。操作者可以有利地在医学对象的近侧的区段上接触，以便定位和/或重新定位医学对象的远侧的区段。在此，可以在进入部位处例如通过导入鞘(Einführschleuse)将医学对象至少部分地，特别是将医学对象的远侧的区段，导入检查对象、特别是检查对象的中空的器官和/或组织中。对象信息可以有利地是二维(2D)或者三维(3D)空间分辨的。对象信息例如可以具有操作者的表示、特别是模型和/或图像。此外，可以重复地获取对象信息。操作者的表示例如可以包括骨架模型和/或体积网格模型(英语：volume mesh model)和/或计算机辅助设计模型(英语：computer-aided design model，即CAD模型)。
可以有利地基于患者信息，特别是进入部位的空间位置，以及对象信息、特别是操作者的空间位置，来确定操作者相对于检查对象、特别是相对于进入部位的相对定位、特别是相对位置和/或定向和/或姿态。此外，可以基于患者信息与医学设备、特别是与医学设备的坐标系的配准，根据操作者相对于检查对象、特别是相对于进入部位的相对定位，来确定操作者相对于医学设备的其它相对定位。
可以有利地基于相对定位、特别是其它相对定位和对象信息来提供碰撞模型。碰撞模型可以具有关于医学设备与操作者、特别是操作者与医学对象之间的距离、特别是瞬时距离、特别是距离场的信息。此外，碰撞模型可以具有关于如下空间区域、例如体积的信息，操作者、特别是操作者和医学对象布置在该空间区域、例如体积中。
可以有利地根据所提供的碰撞模型来对医学设备的移动进行调整、例如转向或者停止，以避免在医学设备与操作者之间发生接触、特别是触碰和/或碰撞。
在提出的方法的另一个有利的实施方式中，获取患者信息可以包括记录和/或接收检查对象的术前图像数据和/或患者模型。此外，可以获取关于计划的过程和/或进入部位的计划的定位的计划信息。在此，可以根据计划信息和术前图像数据和/或患者模型，来确定进入部位的定位。
术前图像数据可以有利地借助医学设备、特别是医学成像设备或者其它医学成像设备来记录。替换地或者附加地，术前图像数据可以由用于记录术前图像数据的医学成像设备的提供单元来提供。替换地或者附加地，接收术前图像数据可以包括获取和/或读取计算机可读的数据存储器和/或从数据存储单元、例如数据库进行接收。
术前图像数据可以具有检查对象的2D和/或3D空间分辨的图像。此外，术前图像数据可以是时间分辨的。在此，术前图像数据可以在术前，特别是在时间上在将医学对象布置在检查对象中之前，对检查对象进行成像。术前图像数据例如可以包括CT血管造影的术前3D数据集。
替换地，获取患者信息可以包括接收患者模型。患者模型例如可以包括检查对象的个体的、特别是调整后的、通用模型或者统计模型。在此，患者模型可以具有检查对象的2D和/或3D空间分辨的表示、例如骨架模型和/或体积模型、特别是体积网格模型(英语：volume mesh model)。
获取计划信息特别是可以包括获取和/或读取计算机可读的数据存储器和/或从数据存储单元、例如数据库进行接收。替换地或者附加地，可以根据医学操作人员的其它用户输入来获取计划信息。替换地或者附加地，可以由操作者提供计划信息。
计划信息可以包括关于计划的过程的信息，特别是关于运行和/或治疗位置和/或治疗目标的信息。替换地或者附加地，计划信息可以包括关于进入部位、特别是相对于患者信息和/或检查对象的计划的空间定位、特别是计划的空间位置和/或定向的信息。
可以基于计划信息，特别是关于计划的过程和/或进入部位的计划的定位的信息，以及术前图像数据和/或患者模型，来确定进入部位的定位、特别是实际定位。确定进入部位的位置可以包括将计划信息与患者信息配准。
按照第一变形方案，进入部位的定位可以根据关于计划的过程的信息来确定、特别是自动确定。例如可以从数据存储单元和/或数据库接收针对计划的过程的进入部位的标准定位。在此，可以根据患者信息、特别是术前图像数据和/或患者模型使标准定位与检查对象匹配。按照第二变形方案，可以通过在术前图像数据和/或患者模型中识别进入部位的计划的定位，并且在患者信息和计划信息之间进行配准，来确定进入部位的定位。
借助所提出的实施方式，使得能够基于计划、特别是基于工作流程来确定进入部位的定位。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，获取患者信息可以包括记录和/或接收检查对象的术中图像数据。在此，可以在术中图像数据中识别医学对象的至少一个区段的图像和/或用于将医学对象导入检查对象的导入鞘的图像。此外，可以根据识别出的图像来确定进入部位的定位。
术中图像数据可以有利地借助医学设备、特别是医学成像设备或其他医学成像设备来记录。替换地或者附加地，术中图像数据可以由用于记录术中图像数据的医学成像设备的提供单元来提供。替换地或者附加地，接收术中图像数据可以包括获取和/或读取计算机可读的数据存储器和/或从数据存储单元、例如数据库进行接收。
术中图像数据可以具有检查对象的2D和/或3D空间分辨的图像。此外，术中图像数据可以是时间分辨的。在此，术中图像数据可以在术中，特别是在医学对象通过进入部位布置在检查对象中期间，对检查对象进行成像。
识别医学对象的至少一个区段、特别是远侧的区段的图像和/或导入鞘的图像，可以包括识别、特别是分割术中图像数据的图像点、特别是像素和/或体素，这些图像点、特别是像素和/或体素对医学对象的至少一个区段和/或导入鞘进行成像。例如，为此可以将术中图像数据的图像点的图像值与预设的阈值进行比较。替换地或者附加地，可以将用于进行对象识别和/或模式识别的算法应用于术中图像数据，该算法设计为用于，根据在术中图像数据中成像的医学对象和/或导入鞘的几何特征，来识别医学对象的至少一个区段的图像和/或导入鞘的图像。这些几何特征例如可以包括轮廓和/或形状和/或边缘和/或角和/或对比度。
可以有利地根据识别出的图像来确定进入部位的定位。在识别出导入鞘的图像时，可以确定与导入鞘的图像、特别是与导入鞘的几何特征具有预先定义的位置关系的进入部位的定位，例如将其确定为导入鞘的开口的几何中心点。替换地或者附加地，可以根据识别出的医学对象的至少一个区段、特别是远侧的区段的图像，来确定进入部位的定位。在此，确定进入部位的定位还可以包括识别在术中图像数据中成像的检查对象的解剖学特征的图像，所述解剖学特征例如为组织边界和/或中空器官。在此，可以确定与解剖学特征的图像和/或医学对象的至少一个区段的图像具有预先定义的位置关系的进入部位的定位。
所提出的实施方式使得能够特别可靠、特别是安全地确定进入部位的定位。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，可以在术中图像数据中识别导入鞘的2D图像。在此，可以根据导入鞘的2D图像来确定导入鞘的空间位置和方位角(Azimuth-Winkel)。对象信息可以有利地具有关于导入鞘的几何形状的信息。在此，可以根据导入鞘的2D图像和对象信息来确定导入鞘的高度角(Altitude-Winkel)。在此，可以基于导入鞘的位置、方位角、高度角和对象信息来确定相对定位。
术中图像数据可以有利地定义成像平面、例如导入鞘的2D图像的平面。在此，首先可以在术中图像数据中识别出导入鞘的预先定义的区段、例如鞘尖的位置。可以根据在术中图像数据中识别出的导入鞘的2D图像，特别是根据在术中图像数据中识别出的导入鞘的几何特征，来确定导入鞘在成像平面中以及在导入鞘的预先定义的区段的位置处、例如进入部位处的方位角。
对象信息可以有利地附加地具有关于导入鞘的几何形状的信息。在此，导入鞘的几何形状可以描述导入鞘的结构特征、例如轮廓和/或边缘和/或角部和/或开口的特别是外部的形状和/或结构和/或布置结构、特别是位置和/或定向和/或姿态。术中图像数据可以有利地具有导入鞘的结构特征的2D图像。可以根据导入鞘、特别是结构特征的术中的2D图像以及对象信息、特别是关于导入鞘的几何形状的信息，来确定导入鞘相对于成像平面的高度角以及在导入鞘的预先定义的区段的位置处、例如进入部位处的高度角。
在此，进入部位、特别是进入点可以形成方位角和高度角的参考点、特别是顶点。此外，检查对象的冠状面中的纵轴线可以形成方位角的参考边。此外，检查对象的矢状面中的纵轴线可以形成高度角的参考边。
所提出的实施方式使得能够有利地根据导入鞘的2D图像来确定3D相对定位。在此，深度信息、特别是高度角可以通过附加地考虑对象信息、特别是关于导入鞘的几何形状的信息来确定。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，在术中图像数据中识别医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的图像可以包括识别标记结构。此外，对象信息可以附加地包括关于医学对象和/或导入鞘处的标记结构的几何形状和/或布置结构的信息。
识别医学对象的至少一个区段、特别是远侧的区段的图像和/或导入鞘的图像，可以包括识别、特别是分割术中图像数据的图像点、特别是像素和/或体素，这些图像点、特别是像素和/或体素对标记结构进行成像。例如，为此可以将术中图像数据的图像点的图像值与预设的阈值进行比较。替换地或者附加地，可以将用于进行对象识别和/或模式识别的算法应用于术中图像数据，该算法设计为用于，根据在术中图像数据中成像的标记结构的几何特征，来识别标记结构的图像。这些几何特征例如可以包括标记结构的轮廓和/或形状和/或边缘和/或角和/或对比度。
对象信息可以有利地附加地包括关于医学对象和/或导入鞘处的标记结构的几何形状的信息，例如关于形状和/或尺寸和/或布置结构、特别是位置和/或相对位置和/或位置关系和/或定向和/或姿态的信息。根据关于标记结构的几何形状的信息，使得能够改善对标记结构的图像的识别。可以基于关于医学对象和/或导入鞘处的标记结构的布置结构的信息，根据识别出的标记结构的图像，来确定进入部位的位置。
所提出的实施方式使得能够实现改善的、特别是更鲁棒的和/或更可靠的术中图像数据中的医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的图像的识别。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，术中图像数据可以具有分别来自不同的成像方向的医学对象的至少一个区段的至少两个图像和/或导入鞘的至少两个图像。在此，可以根据相应的至少两个图像，来确定医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的空间位置和定向。此外，可以基于医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的位置和定向以及对象信息，来确定相对定位。
术中图像数据可以有利地从至少两个不同的、特别是非共线的成像方向、特别是投影方向，对医学对象的至少一个区段、特别是远侧的区段和/或导入鞘进行成像。可以根据至少两个图像，例如借助滤波背投影，来确定医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的3D定位、特别是位置和定向。在此，可以确定医学对象的至少一个区段和/或插入鞘相对于检查对象的定位，特别是在检查对象的坐标系中的定位。
可以有利地基于医学对象的至少一个区段和/或插入鞘的定位、特别是位置和定向，以及对象信息、特别是操作者的几何形状，来确定相对定位。例如可以根据关于医学对象的近侧的区段相对于操作者的布置结构和/或位置关系的信息，以及医学对象的远侧的端部和/或导入鞘的定位，来确定相对定位。
所提出的实施方式使得能够有利地在术中图像数据中对医学对象的至少一个区段和/或导入鞘进行3D获取。由此使得能够更好地、特别是更精确地确定相对定位。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，对象信息可以包括关于操作者的外部形状的几何形状和/或关于医学对象在操作者处的定位的信息。
对象信息可以有利地描述关于操作者的外部形状的几何形状、例如操作者的结构特征的布置结构和/或尺寸和/或构造。结构特征例如可以包括移动装置的壳体和/或轮廓和/或边缘和/或角和/或开口和/或外翻部和/或凹处。此外，结构特征还可以包括操作人员的尺寸和/或延伸尺寸和/或轮廓。替换地或者附加地，对象信息可以包括关于医学对象、特别是医学对象的近侧的区段在操作者处、特别是相对于操作者的定位、特别是瞬时的定位、特别是医学对象的位置和/或定向和/或姿态的信息。该信息特别是可以描述医学对象与操作者之间的位置关系。对象信息例如可以描述关于医学对象的移出点在移动装置上的定位的信息。移动装置例如可以通过对医学对象的近侧的区段施加力来平移和/或旋转移动医学对象。医学对象的近侧的区段为此可以至少部分地布置在移动装置中。移动装置例如可以具有凹部、特别是沟槽状和/或通道状的凹部，用于容纳近侧的区段。在此，移出点可以描述面向检查对象的移动装置的开口、特别是凹部的开口，医学对象在该移出点处从移动装置的容纳区域移出。
所提出的实施方式使得能够有利地更好地、特别是更精确地提供碰撞模型。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，检查对象可以布置在患者支承装置上。在此，操作者可以相对于患者支承装置具有定义的位置关系。此外，可以附加地基于定义的位置关系来确定相对定位。
患者支承装置例如可以包括用于支承检查对象的患者床和/或患者台和/或患者椅。在此，患者支承装置可以是位置固定的或者能移动的、特别是能重新定位的。操作者可以有利地相对于患者支承装置具有定义的、特别是已知的位置关系、特别是位置和定向。
移动装置可以借助固定单元、例如三脚架和/或机械臂固定在患者支承装置上。在此，固定单元可以设计为用于，以定义的方式相对于患者支承装置定位和/或移动和/或保持移动装置。替换地或者附加地，固定单元可以设计为用于，例如借助传感器，来获取移动装置相对于患者支承装置的定位、特别是瞬时定位、特别是位置关系。
替换地或者附加地，可以例如借助对象传感器，来获取操作者、特别是移动装置和/或操作人员的定位、特别是瞬时定位、特别是位置和/或定向和/或姿势。通过附加地获取患者支承装置的定位和/或以定义的位置关系相对于患者支承装置布置对象传感器，可以确定操作者相对于患者支承装置的位置关系。
通过附加地考虑定义的位置关系，使得能够有利地更精确地确定相对定位。例如可以估计和/或接收检查对象在患者支承装置上的定位。由此，可以确定操作者相对于检查对象、特别是进入部位的位置关系。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，能移动的医学设备可以包括医学成像设备和/或医学治疗设备。
医学成像设备可以有利地包括医学X射线设备、特别是医学C形臂X射线设备和/或血管造影设备和/或计算机断层成像设备(CT设备)和/或磁共振断层成像设备(MRI设备)和/或正电子发射断层成像设备(PET设备)和/或超声波设备。在此，医学成像设备可以设计为用于记录术前图像数据和/或术中图像设备。
医学治疗设备例如可以包括辐照设备和/或超声波设备、例如组织切片装置和/或外科手术机器人和/或活检装置。
医学设备、特别是医学成像设备和/或医学治疗设备可以手动地和/或自动地、特别是通过机器人来移动。
所提出的实施方式使得能够有利地例如在对检查对象进行术中成像和/或治疗时，避免在操作者与医学成像设备和/或医学治疗设备之间发生碰撞。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，可以根据碰撞模型控制医学设备的移动，使得在医学设备、操作者和医学对象之间不发生接触、特别是由移动引起的接触。
对医学设备的移动的控制可以手动地、半自动地或者全自动地进行。医学设备例如可以通过医学操作人员或者其他医学操作人员手动地移动。在此，基于碰撞模型来控制移动可以包括输出警告信号、特别是声学的和/或触觉的和/或视觉的警告信号。在半自动地或者全自动地控制医学设备的移动时，例如可以根据碰撞模型向医学设备提供控制信号。输出警告信号可以有利地选择性地进行，特别是可以在医学设备与操作者之间达到或者低于预设的最小距离时进行。可以有利地非选择性地和/或选择性地提供控制信号。在非选择性地提供控制信号时，可以基于碰撞模型对医学设备的移动、例如移动轨迹进行预测性的调整。在选择性地提供控制信号时，特别是当在医学设备与操作者之间达到或者低于预设的最小距离时，可以使医学设备的移动减慢、停止或者转向。
所提出的实施方式使得能够使医学设备在存在操作者的情况下安全地、特别是无碰撞地移动。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，提供碰撞模型可以包括识别空间上的禁区，操作者至少部分地布置在该禁区内。在此，可以根据碰撞模型控制医学设备的移动，使得医学设备不进入禁区和/或布置在禁区内。
碰撞模型可以具有关于医学设备和操作者之间的相对定位、特别是相对位置和/或位置关系的信息。此外，碰撞模型可以具有关于医学设备与操作者之间的距离、特别是瞬时距离的信息。可以有利地识别包括一定的体积的空间上的禁区。在此，操作者可以至少部分地、特别是完全地布置在该体积内。
附加地可以扩展对禁区的识别，使得医学对象和/或检查对象和/或患者支承装置至少部分地、特别是完全地布置在禁区内。
可以有利地根据碰撞模型，例如通过输出警告信号和/或提供控制信号，来控制医学设备的移动，使得医学设备不进入禁区和/或布置在禁区内。
所提出的实施方式使得能够实现对医学设备的移动的改善的控制，以避免碰撞。
在所提出的方法的另一个有利的实施方式中，可以附加地基于对象信息提供碰撞模型。在此，可以根据操作者的几何形状，识别出禁区特别是呈圆锥形和/或立方体形和/或椭圆形和/或是半空间。
可以有利地识别包括一定体积的空间上的禁区。该体积例如可以由一个或者多个边界面限定。例如可以根据操作者的几何形状，将边界面与操作者、特别是操作者的表面具有预设的最小距离的体积识别为禁区。替换地或者附加地，可以根据操作者的几何形状，来确定操作者的预先定义的点处、例如移出点处并且相对于操作者具有预先定义的角度的边界面，例如作为操作者的表面处的切平面来确定，该边界面限定禁区。在此，可以有利地基于对象信息、特别是操作者的几何形状，使该体积的形状与操作者的外部形状和/或移动范围和/或布置范围匹配。该体积例如可以被识别为基本上呈圆锥形，其中，圆锥的顶点布置在操作者的移出点或者进入部位处。替换地或者附加地，可以识别出该体积是特别是由平面的边界面限定的半空间。替换地或者附加地，可以识别出该体积基本上呈立方体形，特别是由多个平面的边界面来限定。替换地或者附加地，可以识别出该体积基本上呈椭圆形，特别是包围操作者。
所提出的实施方式使得能够特别是以节省位置空间的方式使禁区与操作者的几何形状匹配。由此能够有利地避免对医学设备的移动范围造成不必要的限制。
在第二方面，本发明涉及一种系统，该系统包括获取单元和提供单元，该系统设计为用于实施所提出的用于提供碰撞模型的方法。在此，获取单元设计为用于获取患者信息和对象信息。此外，提供单元设计为用于确定相对定位并且提供碰撞模型。
获取单元可以包括对象传感器和/或患者传感器和/或医学成像设备，其设计为用于获取、特别是记录对象信息和/或患者信息。替换地或者附加地，获取单元可以包括接口，该接口设计为用于接收对象信息和/或患者信息。
所提出的系统的优点基本上对应于所提出的用于提供碰撞模型的方法的优点。在此提到的特征、优点或者替换实施方式同样也可以转用于请求保护的其它主题，反之亦然。
在所提出的系统的另一个有利的实施方式中，系统还可以包括医学设备。在此，医学设备可以设计为用于根据碰撞模型移动，使得在医学设备、操作者和医学对象之间不发生接触、特别是由移动引起的接触。
医学设备可以设计为用于手动地、半自动地或者全自动地移动、特别是被控制以进行移动。医学设备例如可以设计为用于由医学操作人员手动地移动。在此，基于碰撞模型对移动的控制可以包括输出警告信号、特别是声学的和/或触觉的和/或视觉的警告信号。替换地或者附加地，医学设备可以设计为用于根据由提供单元提供的控制信号半自动地或者全自动地移动。提供单元可以设计为用于根据碰撞模型向医学设备提供控制信号。医学设备特别是可以设计为用于根据碰撞模型移动，使得排除医学设备、操作者和医学对象之间的接触、特别是由移动引起的接触。
在所提出的系统的另一个有利的实施方式中，能移动的医学设备可以包括医学成像设备和/或医学治疗设备。
医学成像设备可以包括医学X射线设备、特别是医学C形臂X射线设备和/或计算机断层成像设备(CT设备)和/或磁共振断层成像设备(MRI设备)和/或正电子发射断层成像设备(PET设备)和/或超声波设备。在此，医学成像设备可以设计为用于记录术前图像数据和/或术中图像数据。
医学治疗设备例如可以包括辐照设备和/或超声波设备、例如组织切片装置和/或外科手术机器人和/或活检装置。
在第三方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其具有能够直接加载到提供单元的存储器中的计算机程序，计算机程序具有程序段，用于在程序段由提供单元执行时，实施所提出的用于提供碰撞模型的方法的所有步骤。在此，计算机程序产品可以包括具有仍需编译和绑定或仅需解释的源代码的软件，或者为了执行仅需加载到提供单元中的可执行软件代码。通过该计算机程序产品，能够借助提供单元快速地、能相同重复地并且鲁棒地执行用于提供碰撞模型的方法。计算机程序产品被配置为，其能够借助提供单元执行按照本发明的方法步骤。
所提出的计算机程序产品的优点基本上对应于所提出的用于提供碰撞模型的方法的优点。在此提到的特征、优点或者替换实施方式同样也可以转用于请求保护的其它主题，反之亦然。
本发明还可以涉及一种计算机可读的存储介质和/或能电子读取的数据载体，在该计算机可读的存储介质和/或数据载体上存储有提供单元可读取并且可执行的程序段，用于在程序段由提供单元执行时，实施用于提供碰撞模型的方法的所有步骤。很大程度上基于软件的实现具有以下优点：迄今为止已经使用的提供单元也可以以简单的方式通过软件更新来改装，以便以根据本发明的方式工作。除了计算机程序之外，这样的计算机程序产品必要时也可以包括附加的组成部分、例如文档和/或附加部件以及硬件部件、例如用于软件的使用的硬件密钥(加密狗等)。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面进行更详细的描述。在不同的附图中，对于相同的特征，使用相同的附图标记。在附图中：
图1至图3示出了用于提供碰撞模型的方法的不同的有利的实施方式的示意图；
图4和图5示出了系统的不同的有利的实施方式的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了所提出的用于提供碰撞模型PROV-CM的方法的有利的实施方式。在此，可以获取CAP-PI患者信息PI，患者信息PI包括关于医学对象进入检查对象的例如轴向的或径向的进入部位的空间定位的信息。在此，患者信息PI可以与能移动的医学设备配准。医学设备可以包括医学成像设备和/或医学治疗设备。此外，可以获取CAP-OI对象信息OI获取，对象信息OI具有关于移动医学对象的操作者的几何形状和空间位置的信息。在此，操作者可以包括移动装置和/或医学操作人员。此外，可以基于患者信息PI和对象信息OI确定DET-RPOS操作者相对于检查对象的相对定位RPOS。由此可以基于相对定位RPOS和对象信息OI提供PROV-CM用于移动医学设备的碰撞模型CM。可以有利地根据碰撞模型CM控制医学设备的移动，使得在医学设备、操作者和医学对象之间不发生接触。
对象信息OI可以有利地包括关于操作者的外部形状的几何形状和/或关于医学对象在操作者上的定位的信息。
图2示出了所提出的用于提供碰撞模型PROV-CM的方法的另一个有利的实施方式的示意图。在此，获取患者信息CAP-PI可以包括记录和/或接收CAP-pID-PM术前图像数据和/或检查对象的患者模型pID-PM。此外，可以获取CAP-PLI关于计划的过程和/或进入部位的计划的位置的计划信息PLI。在此，可以根据计划信息PLI和术前图像数据和/或患者模型pID-PM确定DET-EP进入部位EP的位置。
下面，针对作为医学设备的C形臂X射线设备和作为操作者的移动装置，描述上面描述的所提出的方法的实施方式的示例性的流程。在第一步骤中，计划信息PLI可以将经由腹股沟进行的血管介入预设为计划的过程。在此，可以将检查对象的腹股沟处的皮肤下约2-5cm处的股总动脉，作为最靠近股动脉表面的点，识别为进入部位的计划的位置。例如从Breininger等人的文献“Estimation of femoral artery access location foranatomic deformation correction”，3rd Conference on Image-GuidedInterventions,2017中，描述了一种方法，该方法用于根据从术前图像数据、例如CT血管造影的3D数据集中提取的血管走向来估计进入部位的位置，其中，偏差通常低于10mm。此外，也可以根据血管走向确定穿刺方向，特别是确定为切线。由此，通过血管走向，进入部位、特别是穿刺点的位置和两个立体角是已知的。两个立体角可以包括方位角和高度角。通过将患者信息与医学设备、例如C型臂X射线设备配准，提供关于进入部位在医学设备的坐标系中的定位的信息。在移动装置、例如导管机器人和/或血管导航机器人的几何形状是刚性的情况下，其位置和定向完全可以根据移动装置的前端单元的定向来确定。前端单元的位置和定向可以根据进入部位的定位、特别是位置和两个立体角来确定。此外，可以根据包含在对象信息OI中的关于移动装置的几何形状的信息，来确定移动装置的定位、特别是移动装置的位置和外部包络。由于通过配准，移动装置在C臂X射线设备的坐标系中的位置和包络是已知的，因此可以出于避免碰撞的目的将其纳入碰撞模型CM中，碰撞模型CM适宜地具有对应的误差容限。
在图3中示意性地示出了所提出的用于提供碰撞模型PROV-CM的方法的另一个有利的实施方式。在此，获取患者信息CAP-PI可以包括记录和/或接收CAP-iID检查对象的术中图像数据iID。此外，可以在术中图像数据iID中识别医学对象的至少一个区段的图像和/或用于将医学对象导入检查对象中的导入鞘的图像。在此，可以根据识别出的图像来确定DET-EP进入部位EP的位置。
在术中图像数据iID中识别医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的图像可以包括识别标记结构。在此，对象信息可以包括关于医学对象和/或导入鞘上的标记结构的几何形状和/或布置结构的信息。
如果在术中图像数据iID中识别出导入鞘的2D图像，则可以根据图像确定DET-P导入鞘的空间位置P以及确定DET-AZW方位角AZW。在此，对象信息OI可以具有关于导入鞘的几何形状的信息。此外，可以根据导入鞘的2D图像和对象信息，来确定DET-ALW导入鞘的高度角ALW。可以基于导入鞘的位置P、方位角AZW、高度角ALW和对象信息OI来确定DET-RPOS相对定位RPOS。
替换地，术中图像数据iID可以具有分别来自不同的成像方向的医学对象的至少一个区段的至少两个图像和/或导入鞘的至少两个图像。在此，可以根据相应的至少两个图像，来确定医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的空间位置和定向。此外，可以基于医学对象的至少一个区段和/或导入鞘的位置和定向以及对象信息OI，来确定DET-RPOS相对定位RPOS。
下面，描述上面描述的所提出的方法的实施方式的示例性的流程，其中，术中图像数据iID包括单独的X射线投影图像、例如前后部(AP)X射线投影图像。在第一步骤中，例如可以确定DET-AZW导入鞘、例如血管导入鞘的方位角AZW。在X射线投影图像中可以清楚地看到导入鞘。在从AP记录的X射线投影图像中，可以通过识别导入鞘来直接推断出2D位置P(AP)和方位角AZW。可以假定导入鞘的尖部在患者支承装置上方的高度是近似恒定的，从而导入鞘的尖部的3D位置P(X,Y,Z)整体上是已知的。在第二步骤中，可以确定DET-ALW导入鞘的高度角ALW。基于X射线投影图像中的导入鞘的图像的长度Lp与由对象信息已知的导入鞘的原始长度Lo的比较，可以推断出高度角ALW：在通过锥形束投影产生X射线投影图像的情况下，可能产生轻微的偏差。
如果在导入鞘上布置有标记结构、特别是不透X射线的结构、例如金属线网格，则可以简化位置P、方位角AZW和高度角ALW的确定。对象信息可以有利地具有关于标记结构的几何形状的信息。标记结构例如可以具有金属丝笼，金属丝笼具有至少一个、特别是多个不透X射线的球体。在此，标记球可以布置在导入鞘上方。可以在导入鞘下方布置多个刻度球，其中，每一个刻度球配属于一个角度。可以根据标记球在刻度球上的投影，来估计方位角AZW。通过将刻度球沿着横向方向扩展，也可以估计高度角ALW。
前端单元的位置和定向可以根据导入鞘的尖部的位置P以及两个立体角AZW和ALW来确定、特别是唯一地确定。此外，可以根据包含在对象信息OI中的关于移动装置的几何形状的信息，来确定移动装置的定位、特别是移动装置的位置和外部包络。由于通过配准，移动装置在C形臂X射线设备的坐标系中的位置和包络是已知的，因此可以出于避免碰撞的目的将其纳入碰撞模型CM中，碰撞模型CM适宜地具有对应的误差容限。
图4示出了所提出的系统的有利的实施方式的示意图。在此，系统可以包括获取单元CAPU和提供单元PRVS。系统可以设计为用于执行所提出的用于提供碰撞模型PROV-CM的方法。此外，获取单元CAPU可以设计为用于获取患者信息CAP-PI并且获取对象信息CAP-OI。提供单元PRVS可以设计为用于确定相对定位DET-RPOS并且提供碰撞模型PROV-CM。
在图5中示意性地示出了所提出的系统的另一个有利的实施方式。在此，系统还可以包括医学设备，医学设备设计为用于根据碰撞模型CM移动，使得在医学设备、操作者和医学对象MO之间不发生接触。在图5中，医学设备包括医学成像装置。在此，医学成像设备例如可以包括医学C形臂X射线设备37。
医学C形臂X射线设备37可以有利地具有以定义的布置结构布置在C形臂38上的检测器34、特别是X射线检测器和源33、特别是X射线源。C形臂X射线设备37的C形臂38可以围绕一个或多个轴线能移动地支承。为了记录定位在患者支承装置32上的检查对象31的术前图像数据和/或术中图像数据，提供单元PRVS可以向X射线源33发送信号24。随后，X射线源33可以发射X射线束。当X射线束在与检查对象31相互作用之后撞击在检测器34的表面上时，检测器34可以向提供单元PRVS发送信号21。提供单元PRVS可以根据信号21获取术前图像数据和/或术中图像数据。
操作者可以有利地包括用于通过机器人远程操作医学对象MO的移动装置CR。在系统的一个运行状态下，医学对象MO的远侧的区段可以有利地至少部分地布置在检查对象31中。在系统的该运行状态下，医学对象MO的远侧的区段特别是可以通过导入鞘在进入部位EP处导入检查对象31中。此外，移动装置CR可以借助固定单元、例如三脚架和/或机械臂特别是能移动地固定在患者支承装置32上。在此，移动装置CR可以相对于患者定位装置32具有定义的位置关系。此外，可以附加地基于定义的位置关系来确定DET-RPOS相对定位RPOS。移动装置CR可以有利地设计为用于，至少沿着医学对象MO的纵向延伸方向，平移地移动在系统的该运行状态下至少部分地布置在移动装置CR中的医学对象MO。此外，移动装置CR可以设计为用于围绕医学对象MO的纵向延伸方向旋转医学对象MO。
提供碰撞模型PROV-CM可以有利地包括识别空间上的禁区VZ，移动装置CR至少部分地、特别是完全布置在该禁区中。在此，可以根据碰撞模型CM控制C形臂X射线设备37的移动、例如C形臂38的移动，使得C形臂X射线设备不进入禁区VZ和/或布置在禁区VZ内。可以有利地附加地基于对象信息OI提供PROV-CM碰撞模型CM。在此，可以根据移动装置CR的几何形状来识别禁区VZ。禁区VZ特别是可以由边界面GF来限定，边界面GF延伸通过进入部位EP、例如延伸通过导入鞘的尖部。禁区VZ例如可以包括由边界面GF限定的无限大的半空间。
此外，系统可以包括输入单元42、例如键盘以及显示单元41、例如监视器和/或显示器和/或投影装置。例如在电容式和/或电阻式的输入显示器的情况下，输入单元42优选可以集成到显示单元41中。输入单元42可以有利地设计为用于获取用户输入。为此，输入单元42例如可以向提供单元PRVS发送信号26。提供单元PRVS可以设计为用于根据用户输入、特别是信号26进行控制，特别是以便执行用于提供碰撞模型PROV-CM的方法。替换地或者附加地，提供单元PRVS可以设计为用于，根据用户输入来控制C形臂X射线设备37的移动。此外，提供单元PRVS可以设计为用于，借助信号CS，例如根据用户输入，来控制移动装置CR、特别是医学对象MO的通过机器人的移动。显示单元41可以有利地设计为用于显示碰撞模型的图形表示和/或警告信号和/或工作流程提示和/或术前图像数据和/或患者模型和/或术中图像数据。为此，提供单元PRVS可以向显示单元41发送信号25。
包含在所描述的附图中的示意性的图示不体现任何比例或者尺寸关系。
在本申请的上下文中，“基于”这一表述特别是可以理解为表述“使用”。基于第二特征产生(替换地：得出、确定等)第一特征的这一表述特别是不排除基于第三特征来产生(替换地：得出、确定等)第一特征。
最后应当再一次说明的是，上面详细描述的方法以及所示出的装置仅仅是实施例，本领域技术人员能够以不同方式修改这些实施例，而不脱离本发明的范围。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除相关的特征也可以存在多个。术语“单元”和“元件”同样不排除相关的部件由多个共同作用的子部件构成，这些子部件在必要时也可以分布在空间上。

Claims (16)

1.一种用于提供(PROV-CM)碰撞模型的方法，所述方法包括：
-获取(CAP-PI)患者信息，所述患者信息具有关于医学对象(MO)进入检查对象(31)的进入部位(EP)的空间位置的信息，
其中，所述患者信息(PI)与能移动的医学设备配准，
-获取(CAP-OI)对象信息，所述对象信息具有关于移动所述医学对象(MO)的操作者的几何形状和空间位置的信息，
其中，所述操作者包括移动装置(CR)和/或医学操作人员，
-基于所述患者信息(PI)和所述对象信息(OI)，来确定(DET-RPOS)所述操作者相对于所述检查对象(31)的相对定位，
-基于所述相对定位(RPOS)和所述对象信息(OI)提供(PROV-CM)用于移动所述医学设备的所述碰撞模型。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，获取(CAP-PI)所述患者信息包括记录和/或接收(CAP-pID-PM)所述检查对象(31)的患者模型(pID-PM)和/或术前图像数据，
其中，获取(CAP-PLI)关于计划的过程和/或所述进入部位(EP)的计划的位置的计划信息(PLI)，
其中，根据所述计划信息(PLI)以及所述术前图像数据和/或患者模型(pID-PM)来确定所述进入部位(EP)的位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，获取(CAP-PI)所述患者信息包括记录和/或接收(CAP-iID)所述检查对象(31)的术中图像数据(iID)，
其中，在所述术中图像数据(iID)中识别所述医学对象(MO)的至少一个区段的图像和/或用于将所述医学对象(MO)导入所述检查对象(31)中的导入鞘的图像，
其中，根据识别出的图像来确定所述进入部位(EP)的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，在所述术中图像数据(iID)中识别所述导入鞘的2D图像，
其中，根据所述导入鞘的2D图像确定所述导入鞘的空间位置和方位角，
其中，所述对象信息(OI)具有关于所述导入鞘的几何形状的信息，
其中，根据所述导入鞘的2D图像和所述对象信息(OI)确定所述导入鞘的高度角，
其中，基于所述导入鞘的位置、所述方位角、所述高度角和所述对象信息(OI)确定(DET-RPOS)所述相对定位(RPOS)。
5.根据权利要求3和4所述的方法，
其中，在所述术中图像数据(iID)中识别所述医学对象(MO)的至少一个区段和/或所述导入鞘的图像包括识别标记结构，
其中，所述对象信息(OI)包括关于所述医学对象(MO)和/或所述导入鞘上的所述标记结构的几何形状和/或布置结构的信息。
6.根据权利要求3所述的方法，
其中，所述术中图像数据(iID)具有分别来自不同的成像方向的所述医学对象(MO)的至少一个区段的至少两个图像和/或所述导入鞘的至少两个图像，
其中，根据相应的至少两个图像，来确定所述医学对象(MO)的至少一个区段和/或所述导入鞘的空间位置和定向，
其中，基于所述医学对象(MO)的至少一个区段和/或所述导入鞘的位置和定向以及所述对象信息(OI)，来确定(DET-RPOS)所述相对定位(RPOS)。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中，所述对象信息(OI)包括关于所述操作者的外部形状的几何形状和/或关于所述医学对象(MO)在所述操作者处的定位的信息。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中，所述检查对象(31)布置在患者支承装置(32)上，
其中，所述操作者相对于所述患者支承装置(32)具有定义的位置关系，
其中，附加地基于所述定义的位置关系来确定(DET-RPOS)所述相对定位(RPOS)。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中，所述能移动的医学设备包括医学成像设备和/或医学治疗设备。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，
其中，根据所述碰撞模型(CM)控制医学设备的移动，使得在医学设备、所述操作者和所述医学对象(MO)之间不发生接触。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，提供(PROV-CM)所述碰撞模型包括识别空间上的禁区(VZ)，所述操作者至少部分地布置在所述禁区中，
其中，根据所述碰撞模型(CM)控制医学设备的移动，使得医学设备不进入所述禁区(VZ)和/或布置在所述禁区(VZ)内。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，附加地基于所述对象信息来提供(PROV-CM)所述碰撞模型(CM)，
其中，根据所述操作者的几何形状，识别出所述禁区(VZ)特别是呈锥形和/或立方体形和/或椭圆形和/或是半空间。
13.一种系统，所述系统包括获取单元(CAPU)和提供单元(PRVS)，所述系统设计为用于执行根据前述权利要求之一所述的方法，
其中，所述获取单元(CAPU)设计为用于获取(CAP-PI)患者信息并且获取(CAP-OI)对象信息，
其中，所述提供单元(PRVS)设计为用于确定(DET-RPOS)相对定位并且提供(PROV-CM)碰撞模型。
14.根据权利要求13所述的系统，
所述系统还包括医学设备，所述医学设备设计为用于根据所述碰撞模型(CM)移动，使得在所述医学设备、所述操作者和医学对象(MO)之间不发生接触。
15.根据权利要求14所述的系统，
其中，能移动的医学设备包括医学成像设备和/或医学治疗设备。
16.一种计算机程序产品，具有能够直接加载到提供单元(PRVS)的存储器中的计算机程序，所述计算机程序具有程序段，用于当所述程序段由所述提供单元(PRVS)执行时，实施根据权利要求1至12之一所述的方法的所有步骤。
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