CN113576666B - 监测方法和医学系统 - Google Patents

Abstract

为了改善患者安全性，设置用于自动监测医学对象通过患者的空腔器官的机器人辅助的运动的方法，该机器人辅助的运动由机器人系统执行，该方法具有以下步骤：借助医学成像设备跟踪医学对象的运动，使得医学对象和/或空腔器官至少部分地布置在可由成像设备映射的拍摄区域中，其中通过成像设备的拍摄系统与患者之间的相对运动实现跟踪；在跟踪期间拍摄拍摄区域的至少一个图像，其中以规律的间隔分别拍摄另外的图像；分别评估当前的图像和/或与机器人系统或对象相关联的传感器的传感器数据，以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况；如果评估得出存在与决定和/或安全有关的情况，则输出信息。

Description

监测方法和医学系统

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的用于自动监测医学对象的机器人辅助的运动的方法，以及一种根据本发明的用于执行这种方法的装置。

背景技术

空腔器官、例如人体的血管系统的介入医学过程需要经由经皮的血管通路将医学对象、例如设备或器械引入血管系统，并将其引导到要治疗的目标区域。传统上，操作者在X射线透视下将对象、例如导引导管、微导管或导丝经由护套引入血管系统，然后借助用于使血管可视化的造影剂注射将对象导航到目标区域。在此，由助手进行辅助的操作者在许多情况下直接站在患者台处以执行过程。

这种医学方法的进一步发展是在操作者的双手与患者之间插入机器人系统，其优点是，操作者不再需要直接站在患者的安置台处，而是能够远程控制地对对象进行操纵(旋转运动、向前运动和向后运动)。原则上，这种机器人系统是已知的，借助这种机器人系统，可以在患者的空腔器官中机器人辅助地引起对象的(半)自动的进给，例如导管和/或导丝的(半)自动的进给，这例如从EP 3406291 B1中已知。为此，针对远程控制的运动为操作者提供相应的用户界面。附加地有利的是，为了必要的视觉反馈，拍摄并传输X射线系统的透视图像并将其显示给操作者。这种医学对象的机器人地引导的优点尤其是在于操作者的舒适的工作位置，操作者可以完全离开患者台处的辐射区域，从而通过避免辐射实现更高的工作安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种方法，该方法可以实现这种过程的进一步自动化；此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种合适于执行该方法的医学系统。

根据本发明，上述技术问题通过根据本发明的用于自动监测由机器人系统执行的、医学对象的机器人辅助的运动的方法和根据本发明的装置来解决。本发明的有利的实施方式也分别是本发明的内容。

根据本发明的用于自动监测医学对象、特别是仪器通过患者的空腔器官的机器人辅助的运动的方法，该机器人辅助的运动由机器人系统执行，包括以下步骤：借助医学成像设备跟踪医学对象的运动，使得医学对象和/或空腔器官至少部分地布置在可由成像设备映射的拍摄区域中，其中通过成像设备的拍摄系统与患者之间的相对运动实现跟踪；在跟踪期间拍摄拍摄区域的至少一个图像，其中以规律的间隔分别拍摄另外的图像；分别评估当前的图像和/或与机器人系统或对象相关联的传感器的传感器数据，以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况；如果评估得出存在与决定和/或安全有关的情况，则输出信息。

原则上，机器人系统是已知的，借助机器人系统可以在患者的空腔器官中机器人辅助地实现的对象的(半)自动的进给，例如导管和/或导丝的(半)自动的进给，这例如从EP3406291 B1中已知。为此，针对远程控制的运动为操作者提供相应的用户界面。根据本发明的方法通过附加的自动监测可以实现进一步的自动化，使得除了在已知的半自动方法中改善安全性之外，例如还可以基于路径规划全自动地引起进给。此外，由于可以确保对进给运动进行自动无缝的监测，并且可以对关键情况或中止标准立即做出反应，因此在这种方法中进一步改善了患者安全性。总的来说，医学成像设备、例如X射线设备跟随对象的进给，使得对象始终布置在成像设备的拍摄区域中。这意味着有利的与成像设备的同步。跟踪可以通过成像设备的拍摄系统的运动进行，或者通过在其上安置患者的患者台/患者台的台板的运动进行，或者通过拍摄系统和患者台相对于彼此的共同运动进行。

在跟踪期间，例如借助图像识别算法和/或图像处理算法和/或借助预先训练的机器学习算法规律地对另外的当前的图像进行拍摄和评估。执行评估以确定是否存在与决定和/或安全有关的情况，并且如果存在该情况，就输出信息。信息输出可以以不同的方式进行，例如通过显示图像、显示光学信号或输出声音或触觉警告。操作人员由此可以注意到需要采取行动或干预。除了对成像设备的图像进行评估外，还可以使用来自传感器和其他装置的附加信息，以指出与决定和/或安全有关的情况，传感器和其他装置例如是导航设备、照相机或布置在对象上的传感器。

根据本发明的实施方式，除了(例如在屏幕上的)信息显示之外，如果评估得出存在与决定和/或安全有关的情况，则自动输出用于中断机器人辅助的运动和/或图像拍摄的控制信号。这种中断是一种安全措施，以防止对象的进一步进给导致路径偏差或者甚至导致空腔器官的受伤或损伤。由此可以保护患者并且确保检查的最佳执行。

根据本发明的另外的实施方式，特别是在收到用户输入或接收到用于恢复机器人辅助的运动和/或图像拍摄的控制命令之前，显示对其评估得出存在与决定和/或安全有关的情况的当前的图像，和/或显示在与得出存在与决定和/或安全有关的情况的传感器数据相同的时间点已经拍摄的当前的图像。在此，这就是所谓的最后图像保持(last imagehold，LIH)，其中持续地显示关键的图像，以便操作人员有机会详细检查关键情况，并且在必要时采取措施来解决这种情况(例如，在部分路径上重新拉回对象，转入空腔器官的特定分支，将运动减缓，启动造影剂给予等)。在解决了这种情况后，然后操作人员例如可以决定是否恢复机器人辅助的运动以及由此是否也恢复根据本发明的方法。

根据本发明的另外的实施方式，至少部分地基于机器人系统的控制信号进行跟踪。控制信号可以传输到成像设备，以便使成像设备的系统控制能够实现改进拍摄系统或患者台的相应跟踪运动并使其更加精确。

以有利的方式，如果在(对相应的图像或传感器信号的)评估中检测到空腔器官的分支、分叉、奇特性或其他异常，或者如果对象的相对于现有路径规划的偏差超过预定或预设的阈值，则存在与决定和/或安全有关的情况。

根据本发明的另外的实施方式，存在针对医学对象的自动或半自动运动的路径规划。例如，这也可用于简化对成像设备的跟踪并决定是否存在与决定和/或安全有关的情况。

此外，本发明还包括用于执行上面描述的方法的医学系统，该医学系统具有机器人系统，该机器人系统具有至少一个机器人控制单元和机器人辅助的驱动系统，该驱动系统具有驱动器和驱动机构，其中，该驱动系统被设计为，基于机器人控制单元的控制信号使医学对象在患者的空腔器官中运动；该医学系统具有还具有成像设备，该成像设备具有系统控制单元和可运动的拍摄系统，该拍摄系统用于拍摄可映射的拍摄区域的图像，其中，系统控制单元被设计为用于控制拍摄系统以跟踪医学对象的运动；该医学系统还具有评估单元，其用于评估拍摄系统的图像以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况；该医学系统还具有输出单元，其用于输出信息。以有利的方式，输出单元由显示单元形成。此外，医学系统还可以包括用于由操作人员控制机器人系统的输入单元。

以有利的方式，为了改进成像设备对对象的跟踪，机器人控制单元和系统控制单元被设计为用于交换数据。

根据本发明的实施方式，医学系统具有带有台板的患者台，其中可以控制患者台和/或台板以实施相对于拍摄系统的相对运动。以这种方式，还可以或者可以仅仅通过患者台/台板(即患者)相对于拍摄系统的运动来执行跟踪。在此，这例如可以是平移运动或倾斜运动。

根据本发明的另外的实施方式，医学系统具有带有至少一个传感器的位置确定系统，该传感器布置在机器人系统或对象上或者与它们相关联，其中位置确定系统被设计为用于确定对象的位置。位置确定系统将位置信息发送到成像设备，以使跟踪变得容易并且能够更好地评估与决定和/或安全有关的情况。

附图说明

下面参照附图中示意性示出的实施例来更详细地解释本发明和根据本发明的其他有利的实施方式，但是本发明不限于这些实施例。附图中：

图1示出了根据本发明的方法的一系列步骤；

图2示出了根据本发明的医学系统的视图；

图3示出了根据图1的方法的另外的一系列步骤；和

图4示出了具有布置在对象上的传感器的位置确定系统的视图。

具体实施方式

图1中示出了用于自动监测医学对象通过患者的空腔器官的机器人辅助的运动的方法的步骤，该机器人辅助的运动由机器人系统执行。图2中示出了设计用于执行该方法的医学系统1。

医学系统1具有机器人系统和成像设备、例如X射线设备10。机器人系统被设计为，用于在患者15的空腔器官中半自动或自动地进给至少一个对象，例如仪器、支架、导丝5或导管。在此，例如将半自动控制理解为可由操作人员通过输入单元17(例如操纵杆、触摸板、旋转调节器等)向机器人控制单元8传输的控制。机器人系统具有至少一个机器人控制单元8和机器人辅助的驱动系统7。驱动系统7被设计为，基于机器人控制单元8的控制信号，在将医学对象、例如导丝5引入到进入点6之后，在患者15的空腔器官中运动该医学对象。在此，驱动系统7包括至少一个驱动器和驱动机构(未示出，例如从EP 3406291 B1中已知)，所述驱动机构例如可拆卸地与导丝5耦合。借助驱动机构和驱动器可以轴向地进给和拉回和/或附加旋转地运动导丝5。机器人控制单元8与(例如远离患者布置的)输入单元17连接，该输入单元可以由操作人员、例如外科医生操作。控制信号从输入单元17(例如一个或多个操纵杆、触摸板、控制按钮等)传输到机器人控制单元8，并且以这种方式半自动地控制对象的运动。替换地，操作人员还可以执行对象的路径规划或者自动创建对象的路径规划。对象的路径规划被传输到机器人控制单元8并且由此可以实现全自动的运动。在半自动运动中，路径规划也可以用作参考。

为了获得干预和运动的概况，设置成像设备、例如X射线设备10。X射线设备10例如具有C形臂13，其将X射线源12和X射线检测器11固定并且与系统控制单元16连接。C形臂13相对于患者可运动地布置，在移动的X射线设备的情况下，也可以使整个X射线设备移动。替换地或附加地，患者台14或仅患者台14的台板19也可以相对于X射线设备或拍摄系统运动。借助X射线设备10可以创建可映射的拍摄区域的图像并将其显示在显示单元18上。机器人控制单元8和成像设备的系统控制单元16可以双向地交换数据并相互通信。还可以设置包括机器人控制单元8和系统控制单元16的共同的控制器。

在根据本发明的方法的范围中，通过成像对对象的运动进行跟踪NVV。为了能够观察到对象通过空腔器官的运动，重要的是，对象和/或空腔器官始终至少部分地布置在成像设备的拍摄系统的拍摄区域内。这例如可以通过拍摄系统沿对象路径的运动和/或患者台14相对于拍摄系统的运动进行，所述运动可以由X射线设备的系统控制单元来控制。存在实现这种跟踪的不同可能性。因此，例如尤其可以将机器人系统的控制信号从机器人控制单元8转发到系统控制单元16，并且用于跟踪或至少包括在跟踪中。还可以使用已经做出的路径规划以控制或优化跟踪。此外，还可以使用附加的位置确定系统，以确定对象的位置并用于跟踪。位置确定系统例如可以借助对象处的至少一个传感器、例如位置传感器21(参见图4)和相关的读取单元22确定对象的精确位置。

在跟踪NVV期间，拍摄B1拍摄区域的至少一个第一图像(例如透视图像)，其中连续地或以规律的间隔分别拍摄另外的图像(B2...BN)，并且例如也将其显示在显示单元18上。显示单元18分别显示当前的图像，使得操作人员获得关于对象的进给的概览。一旦拍摄B1了第一图像，就显示D1第一图像。如果拍摄B2了第二图像，就显示D2第二图像，等等。此外，直接在线评估AW分别拍摄的图像，以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况。对于该评估AW，例如借助图像识别对图像进行分析，以确定是否存在空腔器官的分支、分叉、奇特性或异常。也可以进行分析，以确定对象的路径与现有的路径规划的偏差是否超过了特定的、例如预设的阈值和/或是否超过了其他误差容差。在关于与决定和/或安全有关的情况进行评估AW时，除了图像之外，附加地还可以使用另外的数据，例如来自位置确定系统或其他测量系统或传感器的数据。

如果评估得出非关键的情况NC，则继续该方法，方式是，对另外的图像(其中k＝1，2，...，N)进行跟踪NVV和拍摄Bk、显示Dk和评估AW。

如果在拍摄BN第N个图像之后，针对该图像评估得出存在CRIT与决定和/或安全有关的情况，则立即自动输出用于中止或中断UB机器人辅助的运动和图像拍摄的控制信号。同时，将第N个图像的显示DN延长LIH，更确切地说特别是延长到直至收到用于终止显示或恢复该方法的用户输入IN，或延长到直至接收到用于恢复机器人辅助的运动和/或图像拍摄的控制命令(参见图3)。因此，进行所谓的最后图像保持LIH，使得关键的第N个图像对操作人员保持可见，直到撤销。最后图像保持LIH分别随着当前的图像进行，对该当前的图像的评估已经得出关键情况，或者刚刚拍摄了或显示了该当前的图像，即已经检测到关键情况。以这种方式，操作人员可以详细观察并分析关键情况，而不再继续进行运动。由此，操作人员能够在必要时启动措施来解决这种情况，或者简单地中断UB机器人辅助的运动和/或方法，例如通过输入IN取消。

此外，还可以与中断一起输出其他信号，例如光学、声学或触觉警告信号。还可以向操作人员输出并显示对于特定行动的提示或建议，例如对于造影剂给予的建议(例如，如果与决定和/或安全有关的情况在于在图像上不再能识别空腔器官)、对于路径校正的建议(例如，如果相对于规划路径的路径偏差超过了阈值)、对于分支的建议(例如在分叉的情况下)或对于减缓运动的建议。

在跟踪NVV期间，在不存在与决定和/或安全有关的情况下，也可以输出光学、声学或触觉信号，以例如通知关于对象的运动的进展的信息或显示关于规划的路径的控制精度。

作为具有C形臂的X射线设备的替换，还可以使用其他成像设备，例如计算机断层成像设备或磁共振断层成像设备。

本发明可以以如下方式被简要概括为：为了改善患者安全性，设置用于自动监测医学对象通过患者的空腔器官的机器人辅助的运动的方法，该机器人辅助的运动由机器人系统执行，该方法具有以下步骤：借助医学成像设备跟踪医学对象的运动，使得医学对象和/或空腔器官至少部分地布置在可由成像设备映射的拍摄区域中，其中通过成像设备的拍摄系统与患者之间的相对运动实现跟踪；在跟踪期间拍摄拍摄区域的至少一个图像，其中以规律的间隔分别拍摄另外的图像；分别评估当前的图像和/或与机器人系统或对象相关联的传感器的传感器数据，以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况；并且如果评估得出存在与决定和/或安全有关的情况，则输出信息。

Claims (9)

1.一种用于自动监测医学对象通过患者的空腔器官的机器人辅助的运动的医学系统(1)，所述机器人辅助的运动由机器人系统执行，所述医学系统具有机器人系统，所述机器人系统具有至少一个机器人控制单元(8)和机器人辅助的驱动系统(7)，所述驱动系统(7)具有驱动器和驱动机构，其中所述驱动系统(7)被设计为，基于机器人控制单元(8)的控制信号使医学对象在患者(15)的空腔器官中运动；所述医学系统具有成像设备，所述成像设备具有系统控制单元(16)和可运动的拍摄系统(11；12；13)，所述拍摄系统用于拍摄可映射的拍摄区域的图像，其中所述系统控制单元(16)被设计为用于控制拍摄系统(11；12；13)以跟踪医学对象的运动；所述医学系统还具有评估单元(20)，所述评估单元用于评估拍摄系统(11；12；13)的图像以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况；所述医学系统具有输出单元以输出信息，

其特征在于，

借助医学成像设备跟踪(NVV)医学对象的运动，使得所述医学对象和/或空腔器官至少部分地布置在能够由成像设备映射的拍摄区域中，其中通过所述成像设备的拍摄系统与患者之间的相对运动实现所述跟踪，

在所述跟踪期间拍摄(B1)拍摄区域的至少一个图像，其中以规律的间隔分别拍摄(B2...BN)另外的图像，

分别评估当前的图像或者分别评估当前的图像和与机器人系统或对象相关联的传感器的传感器数据，以确定是否存在关于机器人系统的与决定和/或安全有关的情况，

如果评估得出存在(CRIT)与决定和/或安全有关的情况，则输出信息，并且

在收到用户输入(IN)或接收到用于恢复机器人辅助的运动和/或图像拍摄的控制命令之前，显示(LIH)对其评估得出存在与决定和/或安全有关的情况的当前的图像，和/或显示在与得出存在(CRIT)与决定和/或安全有关的情况的传感器数据相同的时间点已经拍摄的当前的图像，

其中，如果所述评估得出存在(CRIT)与决定和/或安全有关的情况，则自动输出(UB)用于中断机器人辅助的运动和/或图像拍摄的控制信号，并且

其中，如果在所述评估中检测到空腔器官的分支或分叉，或者如果相对于现有路径规划的偏差超过阈值，则存在(CRIT)与决定和/或安全有关的情况。

2.根据权利要求1所述的医学系统，其中，所述输出单元由显示单元(18)构成。

3.根据权利要求1所述的医学系统，其中，所述医学系统具有用于控制机器人系统的输入单元(17)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的医学系统，其中，所述机器人控制单元(8)和所述系统控制单元(16)被设计为用于交换数据。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的医学系统，其中，所述医学系统具有带有台板的患者台(14)，其中能够控制所述患者台(14)和/或所述台板(19)以执行相对于所述拍摄系统(11；12；13)的相对运动。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的医学系统，其中，所述医学系统具有带有至少一个传感器(21)的位置确定系统(22)，所述传感器(21)布置在机器人系统或对象上或与所述机器人系统或对象相关联，其中所述位置确定系统(22)被设计为用于确定对象的位置。

7.根据权利要求1所述的医学系统，其中，其中，所述系统控制单元(16)被设计为，至少部分地基于机器人系统的控制信号进行所述跟踪(NVV)。

8.根据权利要求1所述的医学系统，其中，存在针对医学对象的自动或半自动运动的路径规划。

9.根据权利要求1所述的医学系统，其中，所述医学对象是仪器。