專利名稱：工具定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及醫(yī)療診斷成像系統(tǒng)，且更具體地，涉及一種適于與醫(yī)療成像系統(tǒng)一起使用的工具定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了準(zhǔn)確地執(zhí)行各種過(guò)程，通常需要相對(duì)于對(duì)象的解剖結(jié)構(gòu)而適當(dāng)?shù)囟ㄎ还ぞ摺Ｔ跍?zhǔn)確地定位工具時(shí)，內(nèi)科醫(yī)生可以將工具插入到對(duì)象中，以獲得例如組織、骨骼、流體等的樣本。特別地，在對(duì)潛在惡性腫瘤、癌變前狀況和其他疾病或失調(diào)的診斷和治療中使用該樣本組織。典型地，在腫瘤的情況下，當(dāng)內(nèi)科醫(yī)生懷疑存在癌癥或其他疾病狀況時(shí)，執(zhí)行活組織檢查以確定來(lái)自腫瘤的細(xì)胞事實(shí)上是否是惡性的或另外是患病的。許多活組織檢查(例如經(jīng)皮活組織檢查)是利用用于采集組織以供分析的針狀儀器來(lái)執(zhí)行的。 近年來(lái)，已經(jīng)使用多種成像技術(shù)(例如，X射線成像、CT掃描、連續(xù)CT (CCT)、磁共振成像(MRI)、熒光透視法、單光子發(fā)射CT (SPECT)、正電子發(fā)射斷層攝像(PET)等)來(lái)增強(qiáng)介入醫(yī)療過(guò)程(例如針穿刺活組織檢查)的性能。成像設(shè)備允許放射科醫(yī)生、外科醫(yī)生、內(nèi)科醫(yī)生或其他醫(yī)療人員在診斷和/或治療過(guò)程期間計(jì)劃和跟蹤介入設(shè)備(例如活組織檢查穿刺針)到對(duì)象中的經(jīng)皮插入。提出了多種外科儀器導(dǎo)引設(shè)備，以結(jié)合成像系統(tǒng)使用，以便允許用戶準(zhǔn)確地將介入工具置于患者體內(nèi)。例如，美國(guó)專利No. 4，583，538提出了一種適于以各種可選擇的計(jì)算角夾持(hold)針或探針的獨(dú)立式活組織檢查導(dǎo)引裝置。在使用本專利中提出的設(shè)備時(shí)，找到與CT掃描上的點(diǎn)精確相關(guān)的患者身體上的參考點(diǎn)。這是利用置于在CT掃描上的橫截面中可標(biāo)識(shí)的患者皮膚上的本地化(localization)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，將在CT掃描上對(duì)本地化設(shè)備的測(cè)量與患者身上的設(shè)備進(jìn)行相關(guān)。然后，根據(jù)這些計(jì)算來(lái)調(diào)整獨(dú)立式活組織檢查導(dǎo)引裝置。本專利所教導(dǎo)的設(shè)備的一個(gè)劣勢(shì)在于將患者身體參考點(diǎn)與CT掃描上所選的點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)所需的時(shí)間。此外，可能在點(diǎn)相關(guān)步驟期間以及在調(diào)整獨(dú)立式導(dǎo)引設(shè)備的同時(shí)引入特定的不準(zhǔn)確性。因此，將期望提供一種相對(duì)于CT掃描器設(shè)備附著在已知位置處的活組織檢查或其他外科儀器導(dǎo)引裝置，從而自動(dòng)建立導(dǎo)引設(shè)備、患者檢查臺(tái)和患者圖像容積(image volume)的坐標(biāo)系之間的精確和自動(dòng)相關(guān)。美國(guó)專利No. 6，853，856描述了一種用于對(duì)對(duì)象進(jìn)行圖像導(dǎo)引醫(yī)療過(guò)程的醫(yī)療成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括醫(yī)療成像設(shè)備，用于獲得對(duì)象的容積圖像；用于使用容積圖像對(duì)對(duì)象上的介入過(guò)程進(jìn)行計(jì)劃的裝置；機(jī)械臂組件，被布置為與醫(yī)療成像設(shè)備鄰近，該機(jī)械臂組件包括基座、遠(yuǎn)端、多個(gè)臂段、以及用于執(zhí)行介入過(guò)程的臂段之間的多個(gè)接合部；以及末端執(zhí)行器，布置在機(jī)械臂組件的遠(yuǎn)端處，該末端執(zhí)行器包括用于利用夾緊力(grippingforce)在介入過(guò)程期間選擇性地夾緊外科儀器的夾緊裝置，該夾緊力從零至防止夾緊裝置與外科儀器之間的相對(duì)移動(dòng)的力的范圍內(nèi)變化，其中，該末端執(zhí)行器還包括第一指狀部分(finger portion),具有第一夾緊表面；第二指狀部分,具有第二夾緊表面,第一和第二夾緊表面彼此相對(duì)，以對(duì)外科儀器施加夾緊力；第一外科儀器導(dǎo)引裝置，布置在第一指狀部分上并向第二指狀部分延伸；以及第二外科儀器導(dǎo)引裝置，布置在第二指狀部分上并向第一指狀部分延伸。美國(guó)專利申請(qǐng)No. 20060149147描述了一種與關(guān)聯(lián)的成像設(shè)備一起使用的導(dǎo)引設(shè)備，用于引導(dǎo)關(guān)聯(lián)的介入器具相對(duì)于布置在成像設(shè)備上的患者的移動(dòng)。導(dǎo)引設(shè)備包括連接器部分，該連接器部分將導(dǎo)引設(shè)備與關(guān)聯(lián)的成像設(shè)備相耦合。連接器部分相對(duì)于關(guān)聯(lián)的成像設(shè)備支承設(shè)備的主體部分。在主體部分的第一端處形成夾緊區(qū)域，該夾緊區(qū)域適于用于由關(guān)聯(lián)的操作者手動(dòng)夾緊的導(dǎo)引設(shè)備。在主體部分的第二端處形成夾持區(qū)域。夾持區(qū)域適于將關(guān)聯(lián)的介入器具夾持在以下定向中該定向適于沿所選擇的線性路徑相對(duì)于所述患者移動(dòng)，還用于響應(yīng)于由關(guān)聯(lián)的操作人在所述夾緊區(qū)域處施加的手動(dòng)力沿所述所選擇的線性路徑(P)平移關(guān)聯(lián)的介入器具。機(jī)器人臂對(duì)設(shè)備進(jìn)行定位，以基于虛擬計(jì)劃的軌跡來(lái)相對(duì)于患者夾持活組織檢查穿刺針。線性滑動(dòng)接合部(slider joint)將針的移動(dòng)限于路徑(P)，并允許針的手動(dòng)插入以及伴隨的觸覺(jué)反饋。
上述技術(shù)具有多個(gè)缺點(diǎn)。例如，‘856專利中描述的技術(shù)需要在熒光透視法模式中操作該設(shè)備，以定位患者身上的入口點(diǎn)。此外，跟蹤設(shè)備跟蹤患者相對(duì)于介入工具的位置。需要修改成像設(shè)備以操作導(dǎo)引設(shè)備。在上述一些技術(shù)中，需要將機(jī)器人系統(tǒng)永久固定到地板上或固定到CT系統(tǒng)上。這可能妨礙針對(duì)其他非介入過(guò)程正常使用成像系統(tǒng)。此外，上述技術(shù)并不補(bǔ)償由于呼吸和患者移動(dòng)而引起的目標(biāo)移動(dòng)，這影響定位的準(zhǔn)確度。本發(fā)明提供一種克服上述問(wèn)題和其他問(wèn)題的新型工具定位系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)言之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于對(duì)對(duì)象進(jìn)行圖像導(dǎo)引過(guò)程的醫(yī)療成像系統(tǒng)。所述醫(yī)療成像系統(tǒng)包括成像設(shè)備，被配置為生成所述對(duì)象內(nèi)的感興趣的區(qū)的容積圖像，其中，所述醫(yī)療成像設(shè)備包括可移動(dòng)患者搖籃床(cradle)。所述醫(yī)療成像系統(tǒng)還包括工具定位系統(tǒng)，被配置為沿成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床移動(dòng)至期望位置，且還被配置為參考成像系統(tǒng)。所述工具定位系統(tǒng)包括獨(dú)立設(shè)備；機(jī)器人定位器，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為夾緊介入工具導(dǎo)引裝置并將工具導(dǎo)引裝置移動(dòng)至期望位置；以及移動(dòng)感測(cè)模塊，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備并被配置為計(jì)算患者的移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，提供了一種適于與成像系統(tǒng)一起使用的工具定位系統(tǒng)。所述工具定位系統(tǒng)被配置為準(zhǔn)確地定位導(dǎo)引裝置，所述導(dǎo)引裝置適于將介入工具從插入點(diǎn)插入到患者內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)。所述工具定位系統(tǒng)被配置為沿成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床對(duì)接在預(yù)定義對(duì)接位置處。所述工具定位系統(tǒng)包括獨(dú)立設(shè)備；以及機(jī)器人定位器，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為夾緊所述導(dǎo)引裝置并將所述導(dǎo)引裝置移動(dòng)至期望位置。該系統(tǒng)還包括移動(dòng)感測(cè)模塊，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為計(jì)算患者由于呼吸而引起的移動(dòng)；以及處理電路，被配置為確定所述預(yù)定義對(duì)接位置和所述期望位置。


在參照附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢(shì)將變得更好理解，其中貫穿整個(gè)附圖，相似的標(biāo)記表示相似的部分，其中
圖I是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的示例實(shí)施例的被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案的示例成像系統(tǒng)的示意圖，在這種情況下，該示例成像系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)斷層攝像(“CT”)成像系統(tǒng)；
圖2和圖3是結(jié)合根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的方面實(shí)現(xiàn)的成像系統(tǒng)使用的工具定位系統(tǒng)的圖解視 圖4是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的方面實(shí)現(xiàn)的工具定位系統(tǒng)的圖解視 圖5A是處于非鎖定位置的工具定位系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的圖解視 圖5B是處于鎖定位置的工具定位系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的圖解視圖；以及 圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的方面的用于執(zhí)行介入過(guò)程的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式

現(xiàn)在轉(zhuǎn)至附圖，且首先參照?qǐng)D1，本發(fā)明將被描述為其可結(jié)合示例成像系統(tǒng)而應(yīng)用，在這種情況下，示例成像系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)斷層攝像(CT)成像系統(tǒng)。然而，總體上，應(yīng)當(dāng)牢記，可以將本發(fā)明技術(shù)與通過(guò)任何合適成像醫(yī)療器械而產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)一起使用。CT成像系統(tǒng)20的示意實(shí)施例具有框架22、門架24和孔徑(成像容積或CT鉆孔容積)26。患者檢查臺(tái)28位于框架22和門架24的孔徑26中。適配患者檢查臺(tái)28使得患者30可以在檢查過(guò)程期間舒服地躺臥。CT成像系統(tǒng)20的示意實(shí)施例具有X射線源32，X射線源32被定位為與準(zhǔn)直器34相鄰，準(zhǔn)直器34定義了從X射線源32出現(xiàn)的X射線束36的大小和形狀。在典型操作中，X射線源32向在門架24的相對(duì)側(cè)上安裝的檢測(cè)器陣列38投射輻射流(X射線束)36。所有或部分X射線束36在碰撞檢測(cè)器陣列38之前經(jīng)過(guò)對(duì)象(例如患者30)。應(yīng)當(dāng)注意，所有或部分X射線束36可以穿越患者30的特定區(qū)(例如，肝、胰、心等)，以允許對(duì)要獲取的區(qū)的掃描。檢測(cè)器陣列38可以是單片檢測(cè)器或多片檢測(cè)器，并且一般由多個(gè)檢測(cè)器元件形成。當(dāng)X射線束36撞擊檢測(cè)器陣列38時(shí)，每個(gè)檢測(cè)器元件產(chǎn)生表示檢測(cè)器元件處入射的X射線束36的強(qiáng)度的電信號(hào)。獲取并處理這些信號(hào)，以在患者30內(nèi)重構(gòu)特征的圖像。門架24可以繞患者30旋轉(zhuǎn)，使得可以沿通過(guò)X射線源32相對(duì)于患者30的移動(dòng)而描述的成像軌跡采集多個(gè)放射照相視圖。具體地，隨著X射線源32和檢測(cè)器陣列38與門架24 —起旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)器陣列38以相對(duì)于患者30的各種視角采集由于X射線束衰減而引起的光子，并產(chǎn)生表示入射光子的信號(hào)或數(shù)據(jù)。然后，從檢測(cè)器陣列38采集的數(shù)據(jù)經(jīng)歷預(yù)處理和濾波，以使數(shù)據(jù)適于表示所掃描的患者30的衰減系數(shù)的線積分。然后，濾波并投射回處理后的數(shù)據(jù)(通常稱為投射(projection)),以制定出(formulate)所掃描的區(qū)域的圖像。因此，獲取圖像或切片(slice)，該圖像或切片可以在特定模式中結(jié)合小于或大于360度的投射數(shù)據(jù)以制定出圖像。門架24的旋轉(zhuǎn)和X射線源32的操作由系統(tǒng)控制器40控制，系統(tǒng)控制器40針對(duì)CT檢查序列供給功率和控制信號(hào)。此外，檢測(cè)器陣列38耦合至系統(tǒng)控制器40，系統(tǒng)控制器40命令獲取在檢測(cè)器陣列38中生成的信號(hào)。系統(tǒng)控制器40還可以執(zhí)行各種信號(hào)處理和濾波功能，例如對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的初始調(diào)整、對(duì)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的交織等等。一般地，系統(tǒng)控制器40命令操作成像系統(tǒng)20，以執(zhí)行檢查協(xié)議并處理所獲取的數(shù)據(jù)。在本上下文中，系統(tǒng)控制器40還包括信號(hào)處理電路，典型地基于通用或?qū)Ｓ脭?shù)字計(jì)算機(jī)；關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)電路，用于存儲(chǔ)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序和例程以及配置參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)；接口電路；等等。系統(tǒng)控制器40包括門架電動(dòng)機(jī)控制器42，其控制門架24的旋轉(zhuǎn)速度和位置；以及檢查臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制器44，其控制患者檢查臺(tái)28在孔徑26內(nèi)的線性位移。這樣，門架電動(dòng)機(jī)控制器42旋轉(zhuǎn)門架24，從而繞患者30旋轉(zhuǎn)X射線源32、準(zhǔn)直器34和檢測(cè)器陣列38 —圈或多圈。類似地，檢查臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制器44對(duì)患者檢查臺(tái)28進(jìn)行位移，且從而將患者30在孔徑26內(nèi)線性位移。此外，X射線源32可以由在系統(tǒng)控制器40內(nèi)布置的X射線控制器46控制。具體地，X射線控制器46可以被配置為將功率和定時(shí)信號(hào)提供給X射線源32。在示意實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器40還包括數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)48。在該示例實(shí)施例中，檢測(cè)器陣列38耦合至系統(tǒng)控制器40，且更具體地，耦合至數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)48。典型地，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)48從檢測(cè)器陣列38接收采樣模擬信號(hào)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以供后續(xù)處理。與計(jì)算機(jī)52耦合的圖像重構(gòu)器50可以從數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)48接收采樣和數(shù)字化數(shù)據(jù)，并執(zhí)行高速圖像重構(gòu)。可替換地，圖像的重構(gòu)可以由計(jì)算機(jī)52進(jìn)行。一旦重構(gòu)，由成像系統(tǒng)10產(chǎn)生的圖像揭示患者30的內(nèi)部特征。 可以將由數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)48采集的數(shù)據(jù)或者重構(gòu)后的圖像傳輸至計(jì)算機(jī)52和存儲(chǔ)器54。應(yīng)當(dāng)理解，這種示例成像系統(tǒng)10可以利用用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的任何類型的存儲(chǔ)器。此外，計(jì)算機(jī)52可以被配置為經(jīng)由典型地配備有鍵盤和其他輸入設(shè)備的操作者工作站56從操作者接收命令和掃描參數(shù)。操作者可以經(jīng)由操作者工作站56來(lái)控制CT成像系統(tǒng)20。因此，操作者可以從計(jì)算機(jī)52觀察與該系統(tǒng)相關(guān)的重構(gòu)圖像和其他數(shù)據(jù)，發(fā)起成像等等。CT成像系統(tǒng)20還具有顯示器58，顯示器58耦合至操作者工作站56和計(jì)算機(jī)52，并可以由用戶利用以觀察重構(gòu)圖像以及提供用于控制CT成像系統(tǒng)20的操作的接口。在該實(shí)施例中，存在打印機(jī)60，以使得能夠打印醫(yī)療圖像的硬拷貝。在示意實(shí)施例中，CT成像系統(tǒng)20經(jīng)由操作者工作站56耦合至圖片存檔和通信系統(tǒng)(PACS)62，以用于長(zhǎng)期存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)注意，PACS 62可以耦合至遠(yuǎn)程系統(tǒng)64 (例如，放射科信息系統(tǒng)(RIS)、醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)或者內(nèi)部或外部網(wǎng)絡(luò))，使得不同位置處的其他系統(tǒng)可以得到對(duì)圖像和圖像數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。然而，還可以通過(guò)PACS 62來(lái)遠(yuǎn)程地獲得對(duì)圖像數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。還應(yīng)當(dāng)注意，計(jì)算機(jī)52和操作者工作站56可以耦合至其他輸出設(shè)備(例如，標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)監(jiān)視器和關(guān)聯(lián)處理電路)。還可以在CT成像系統(tǒng)20中鏈接一個(gè)或多個(gè)操作者工作站56，以輸出系統(tǒng)參數(shù)、請(qǐng)求檢查、查看圖像等等。一般地，顯示器、打印機(jī)、工作站、以及在CT成像系統(tǒng)20內(nèi)供給的類似設(shè)備可以是數(shù)據(jù)獲取組件本地的，或者可以遠(yuǎn)離這些組件，例如處于機(jī)構(gòu)或醫(yī)院內(nèi)的其他地方或者處于完全不同的位置處，經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)可配置網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等)鏈接至成像系統(tǒng)CT。如上所述，應(yīng)當(dāng)牢記，這里提及的CT系統(tǒng)僅是可根據(jù)本發(fā)明技術(shù)而處理的圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)示例源。大多數(shù)這種系統(tǒng)將包括操作者界面和以下軟件，該軟件具體適于獲取圖像數(shù)據(jù)并根據(jù)成像醫(yī)療器械的具體物理性質(zhì)來(lái)至少部分地處理該數(shù)據(jù)。實(shí)際上，CT系統(tǒng)的其他裝置、其他重構(gòu)技術(shù)等等可以產(chǎn)生可如這里所述管理的圖像數(shù)據(jù)。結(jié)合工具定位系統(tǒng)使用上述CT系統(tǒng)，以使內(nèi)科醫(yī)生、放射科醫(yī)生和其他經(jīng)訓(xùn)練的醫(yī)療人員能夠準(zhǔn)確地定位設(shè)備(例如工具導(dǎo)引裝置)。工具導(dǎo)引裝置適于將介入工具(例如針)從插入點(diǎn)插入到患者內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)。插入點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)是可以使用利用成像系統(tǒng)(例如，圖I中描述的CT系統(tǒng))而生成的圖像來(lái)導(dǎo)出的。圖2和圖3是根據(jù)本發(fā)明的方面的適于在成像系統(tǒng)中使用的工具定位系統(tǒng)的兩個(gè)視圖。工具定位系統(tǒng)66包括獨(dú)立設(shè)備68、機(jī)器人定位器70、患者呼吸監(jiān)視模塊72和患者移動(dòng)約束床78。以下更詳細(xì)地描述每個(gè)組件。工具定位系統(tǒng)66被配置為沿CT系統(tǒng)20的可移動(dòng)患者搖籃床28對(duì)接在預(yù)定義對(duì)接位置74 (如圖3所示)處。工具定位系統(tǒng)包括獨(dú)立設(shè)備68，獨(dú)立設(shè)備68鎖定在與可移動(dòng)患者搖籃床28相鄰的點(diǎn)74處。機(jī)器人定位器70耦合至獨(dú)立設(shè)備68，并被配置為夾緊介入工具導(dǎo)引裝置76并將介入工具導(dǎo)引裝置76移動(dòng)至期望位置。期望位置由集成處理系統(tǒng)90 (未示出)計(jì)算。集成處理系統(tǒng)可以包括處理電路、控制電路、顯示裝置等。將在圖4、圖5A和圖5B中更詳細(xì)地描述獨(dú)立設(shè)備和機(jī)器人定位器。在一個(gè)實(shí)施例中，基于插入點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)、預(yù)定義對(duì)接位置、從獨(dú)立設(shè)備相對(duì)于患者搖籃床的位置導(dǎo)出的坐標(biāo)來(lái)計(jì)算期望位置。在另一實(shí)施例中，通過(guò)考慮患者的包括由于呼吸的移動(dòng)來(lái)計(jì)算期望位置。
集成處理系統(tǒng)90還被配置為確定移動(dòng)成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床的距離，使得在計(jì)算針導(dǎo)引裝置的位置時(shí)，患者處于成像系統(tǒng)的成像空間外，如圖2中可見。移動(dòng)感測(cè)模塊72耦合至獨(dú)立設(shè)備，并被配置為計(jì)算患者由于呼吸而引起的移動(dòng)。所計(jì)算出的移動(dòng)用于確定導(dǎo)引裝置的位置的準(zhǔn)確度。此外，所計(jì)算出的移動(dòng)有助于確定患者和感興趣的區(qū)是否處于與在掃描期間相同的位置處。處理電路90被配置為確定患者在掃描期間的呼吸位置并在介入過(guò)程期間監(jiān)視呼吸位置。將所監(jiān)視到的呼吸位置顯示給執(zhí)行該過(guò)程的內(nèi)科醫(yī)生。在一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)感測(cè)模塊72是屏氣(breath hold)監(jiān)視器。在示意實(shí)施例中，屏氣監(jiān)視器布置在患者的軀干上。屏氣監(jiān)視器被配置為感測(cè)患者由于呼吸而引起的移動(dòng)。將該移動(dòng)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，該對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)被處理以確定所感測(cè)到的移動(dòng)是否處于預(yù)定義界限內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將所感測(cè)到的移動(dòng)顯示在顯示單元(未示出)上。在一個(gè)實(shí)施例中，患者移動(dòng)約束床78可以用于約束患者的移動(dòng)。當(dāng)感測(cè)到的移動(dòng)處于預(yù)定義界限內(nèi)時(shí)，內(nèi)科醫(yī)生如所計(jì)劃的那樣繼續(xù)介入過(guò)程。然而，當(dāng)感測(cè)到的移動(dòng)處于預(yù)定義界限外時(shí)，內(nèi)科醫(yī)生可以選擇在繼續(xù)介入過(guò)程之前等待直到感測(cè)到的移動(dòng)處于可接受界限內(nèi)為止。在其他實(shí)施例中，工具定位系統(tǒng)還包括與處理電路耦合的控制電路(未示出)，其被配置為基于由成像系統(tǒng)創(chuàng)建的圖像和/或由于患者的呼吸而引起的移動(dòng)來(lái)控制機(jī)器人定位器的移動(dòng)。圖4是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的方面而實(shí)現(xiàn)的工具定位系統(tǒng)的圖解視圖。以下更詳細(xì)地描述工具定位系統(tǒng)的各個(gè)組件。工具定位系統(tǒng)包括兩個(gè)主要組件，即，獨(dú)立設(shè)備68和機(jī)器人定位器。獨(dú)立設(shè)備安裝在平臺(tái)80上。在一個(gè)實(shí)施例中，輪子82附著至底板，從而使工具定位系統(tǒng)能夠從一個(gè)位置移動(dòng)至另一個(gè)位置。在一個(gè)實(shí)施例中，輪子82是腳輪類型的，這意味著輪子安裝有偏移轉(zhuǎn)向樞軸(offset steering pivot),使得輪子將自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以沿其被推動(dòng)的方向?qū)?zhǔn)其自身。輪子82允許容易地移動(dòng)工具定位系統(tǒng)66。可以移動(dòng)機(jī)器人定位器70以將介入工具78定位在期望位置處。在一個(gè)實(shí)施例中，末端執(zhí)行器86被配置為使用夾具來(lái)夾緊介入工具78。集成計(jì)算機(jī)90被配置為計(jì)算期望位置。在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(例如內(nèi)科醫(yī)生)在計(jì)算機(jī)90上顯示的圖像上標(biāo)記目標(biāo)點(diǎn)和入口點(diǎn)。這些點(diǎn)用于計(jì)算介入工具的線性軌跡。使用線性軌跡，計(jì)算用于定位機(jī)器人定位器的期望坐標(biāo)。
工具定位系統(tǒng)能夠沿三個(gè)線性方向移動(dòng)，這三個(gè)線性方向允許機(jī)器人定位器70將介入工具導(dǎo)引裝置88定位至期望點(diǎn)。此外，機(jī)器人定位器提供了沿三個(gè)相互垂直的軸的線性移動(dòng)，且末端執(zhí)行器提供了兩個(gè)角自由度。因此，工具定位系統(tǒng)66被配置為使用沿這五個(gè)軸的移動(dòng)來(lái)相對(duì)于患者身體準(zhǔn)確地定位介入工具。工具定位系統(tǒng)可以被定位為鄰近成像系統(tǒng)20，并可以鎖定在期望位置處。在一個(gè)實(shí)施例中，工具定位系統(tǒng)可以鎖定至以下更詳細(xì)地描述的固定對(duì)接板。圖5A和圖5B是分別處于非鎖定位置和鎖定位置的工具定位系統(tǒng)的圖解視圖。如圖中可見，對(duì)接板98固定至房間的底板。在一個(gè)實(shí)施例中，將對(duì)接板98用螺絲固定至地板上的預(yù)定對(duì)接位置。沿方向99向?qū)影?8移動(dòng)工具定位系統(tǒng)。機(jī)器人定位系統(tǒng)66的底部上的舌形板84滑入對(duì)接板98，從而鎖定至如圖5B所示的位置。 圖7是示意了可使用機(jī)器人定位器將工具導(dǎo)引裝置定位在期望位置處的一種方法的流程圖。工具定位系統(tǒng)被對(duì)接得與成像系統(tǒng)(例如，計(jì)算機(jī)斷層攝像系統(tǒng))的患者搖籃床相鄰。以下更詳細(xì)地描述每個(gè)系統(tǒng)。在步驟102處，將患者定位在CT系統(tǒng)的患者搖籃床上。在個(gè)實(shí)施例中，患者搖籃床還包括患者移動(dòng)約束床，以便在執(zhí)行各種功能(諸如，例如，成像、消融等)時(shí)限制患者的任何移動(dòng)。在步驟104處，CT系統(tǒng)掃描感興趣的區(qū)。在步驟106處，在掃描時(shí)記錄患者的參考呼吸位置。在步驟108處，將所掃描的圖像傳送至工具定位系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中。將圖像顯示在與工具定位系統(tǒng)集成的顯示單元上。在步驟110處，操作者(例如放射科醫(yī)生或內(nèi)科醫(yī)生)在工具定位系統(tǒng)上顯示的圖像上標(biāo)記入口點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)。在步驟112處，基于入口點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)來(lái)計(jì)算期望位置。將這些期望位置轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的接合部坐標(biāo)和搖籃床移動(dòng)值。在另一實(shí)施例中，顯示單元被配置為顯示機(jī)器人定位器相對(duì)于圖像的位置以及所計(jì)劃的軌跡周圍的軌跡線。在步驟114處，將工具導(dǎo)引裝置和患者搖籃床移動(dòng)至所計(jì)算出的空間坐標(biāo)。在一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人臂和患者搖籃床。在步驟116處，確定患者的屏氣位置。在一個(gè)實(shí)施例中，使用呼吸監(jiān)視器來(lái)確定呼吸位置。如果屏氣位置處于閾值外，則指示患者屏氣直到達(dá)到閾值為止。當(dāng)呼吸位置處于期望閾值內(nèi)時(shí)，操作者將工具插入到患者中。上述技術(shù)提供了多個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括當(dāng)患者處于成像設(shè)備的成像空間外時(shí)執(zhí)行插入工具的操作的能力，這降低了暴露于不必要的輻射的風(fēng)險(xiǎn)。此外，可以將工具定位系統(tǒng)與任何現(xiàn)有成像系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。盡管這里已示意和描述了本發(fā)明的僅特定特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到許多修改和改變。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求意在覆蓋落在本發(fā)明真實(shí)精神內(nèi)的所有這些修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)對(duì)象進(jìn)行圖像導(dǎo)引過(guò)程的醫(yī)療成像系統(tǒng)，所述醫(yī)療成像系統(tǒng)包括 成像設(shè)備，被配置為生成所述對(duì)象內(nèi)的感興趣的區(qū)的圖像，其中，所述醫(yī)療成像設(shè)備包括可移動(dòng)患者搖籃床； 工具定位系統(tǒng)，被配置為沿成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床移動(dòng)至期望位置，且還被配置為參考成像系統(tǒng)，所述工具定位系統(tǒng)包括 獨(dú)立設(shè) 備； 機(jī)器人定位器，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為夾緊介入工具并將工具移動(dòng)至期望位置；以及 移動(dòng)感測(cè)模塊，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備并被配置為計(jì)算患者的移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述工具定位系統(tǒng)被布置為在預(yù)定義對(duì)接位置處與可移動(dòng)患者搖籃床相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述移動(dòng)感測(cè)模塊包括呼吸傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述呼吸傳感器布置在患者的軀干上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，還包括處理電路，被配置為基于多個(gè)參數(shù)來(lái)確定所述期望位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)參數(shù)包括所述工具定位系統(tǒng)相對(duì)于所述可移動(dòng)患者搖籃床的位置、所述介入工具的長(zhǎng)度以及所述預(yù)定義對(duì)接位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定義對(duì)接位置是基于所述成像設(shè)備的成像空間的中心來(lái)計(jì)算的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定義對(duì)接位置是在所述獨(dú)立設(shè)備的安裝操作期間計(jì)算的。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，還包括控制電路，耦合至所述處理電路并被配置為控制機(jī)器人定位器向所述期望位置的移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述處理電路被配置為確定移動(dòng)所述可移動(dòng)患者搖籃床的距離，使得在確定所述期望位置時(shí)，患者處于成像系統(tǒng)的成像空間外。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，還包括顯示設(shè)備，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備并被配置為顯示與過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述機(jī)器人定位器具有五個(gè)移動(dòng)軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的醫(yī)療成像系統(tǒng)，其中，所述成像設(shè)備包括計(jì)算機(jī)斷層攝像(CT)系統(tǒng)。
14.一種適于與成像系統(tǒng)一起使用且適于準(zhǔn)確地定位導(dǎo)引裝置的工具定位系統(tǒng)，所述導(dǎo)引裝置適于將介入工具從插入點(diǎn)插入到患者內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)，所述系統(tǒng)包括 獨(dú)立設(shè)備； 機(jī)器人定位器，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為夾緊所述導(dǎo)引裝置并將所述導(dǎo)引裝置移動(dòng)至期望位置； 移動(dòng)感測(cè)模塊，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為計(jì)算患者由于呼吸而引起的移動(dòng)；以及處理電路，被配置為確定預(yù)定義對(duì)接位置和所述期望位置，其中，所述工具定位系統(tǒng)被配置為沿成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床對(duì)接在預(yù)定義對(duì)接位置處；其中，所述獨(dú)立設(shè)備被鎖定為與所述可移動(dòng)患者搖籃床相鄰。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工具定位系統(tǒng)，其中，所述期望位置是基于插入點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)、預(yù)定義對(duì)接位置、從所述獨(dú)立設(shè)備相對(duì)于患者搖籃床的位置導(dǎo)出的坐標(biāo)以及所述介入工具的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工具定位系統(tǒng)，其中，所述處理電路被配置為確定移動(dòng)成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床的距離，使得在計(jì)算針導(dǎo)引裝置的位置時(shí)，患者處于成像系統(tǒng)的成像空間外。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工具定位系統(tǒng)，還包括控制電路，耦合至所述處理電路，并被配置為基于由成像系統(tǒng)創(chuàng)建的圖像來(lái)控制所述機(jī)器人定位器的移動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工具定位系統(tǒng)，其中，所述移動(dòng)感測(cè)模塊包括屏氣監(jiān)視 器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的工具定位系統(tǒng)，其中，所述屏氣監(jiān)視器布置在患者的軀干上。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的工具定位系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定義對(duì)接位置是基于成像設(shè)備的成像空間的中心來(lái)計(jì)算的。
全文摘要
提供了一種適于與成像系統(tǒng)一起使用的工具定位系統(tǒng)。所述工具定位系統(tǒng)被配置為準(zhǔn)確地定位導(dǎo)引裝置，所述導(dǎo)引裝置適于將介入工具從插入點(diǎn)插入到患者內(nèi)的目標(biāo)點(diǎn)。所述工具定位系統(tǒng)被配置為沿成像系統(tǒng)的可移動(dòng)患者搖籃床對(duì)接在預(yù)定義對(duì)接位置處。所述工具定位系統(tǒng)包括獨(dú)立設(shè)備以及機(jī)器人定位器。所述機(jī)器人定位器耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為夾緊所述導(dǎo)引裝置并將所述導(dǎo)引裝置移動(dòng)至期望位置。該系統(tǒng)還包括移動(dòng)感測(cè)模塊，耦合至所述獨(dú)立設(shè)備，并被配置為計(jì)算患者由于呼吸而引起的移動(dòng)；以及處理電路，被配置為確定所述預(yù)定義對(duì)接位置和所述期望位置。
文檔編號(hào)A61B6/08GK102949242SQ201210217278
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
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