本發明涉及用于對患者進行機器人輔助的醫療處理的一種系統和一種方法。

背景技術：

利用醫療用可視設備(例如超聲波設備)輔助進行醫療檢查或者說處理在目前被視為醫學中的標準手術。這種醫療處理的一個示例是專門的活組織檢查，這種活組織檢查通過超聲波來監視，以便在疑似有腫瘤(例如霍奇金淋巴結瘤)時，借助細針從頸部的淋巴結中提取組織試樣，以進行細胞檢查。在此過程中，執行醫生需要一只手持活組織檢查針，另一只手持超聲波探測器，以便借助于超聲波圖像來監視到達目標部位(例如疑似腫瘤)，并在靠近目標部位時不損害需要小心對待的組織(例如血管)。

這里的問題在于：能夠顯示出的超聲面(schallebene)僅有幾毫米厚。為了能夠在超聲面中看到器械，必須使器械準確地處于該超聲面中。而重要的信息，即針尖相對于目標部位所在的位置和方向，是相對難以顯現的。為此，超聲頭(schallkopf)必須以正確的位置和方向在身體表面上運動。在手術過程中，特別是對于不熟練的使用者而言，很難將超聲頭和針保持得能夠顯示出整個針或者在任何情況下都能夠精確示出針的尖端。

在現有技術中已知有多個方法用于借助操縱器、特別是機器人來引導超聲頭。例如由專利文獻us7753851可知一種機器人系統，其中，探針被安裝在機器人的手部法蘭上，并且通過機器人使探針運動。與手動操作探針相比，這種機器人輔助的處理能夠使探針被特別準確地定向。

在專利文獻us2004/0010190a1中描述了一種帶有醫療用可視設備(例如超聲探針或者說超聲頭)的機器人。這一應用的目的在于顯示體內所關注的組織。該系統允許使用者(醫生)在儀器尚在路上時改變儀器的位置，然后通過機器人控制器自動調整儀器的方向，從而進一步示出被關注的組織。

另外，由專利文獻us6425865可知一種針對患者的機器人輔助的超聲檢查，其中，超聲探針安裝在機器人上，操作者通過操縱桿等來手動地控制機器人。

上述幾種方法的一個缺點在于：雖然醫療設備是借助于機器人進行定位，但是實現這種正確定位卻留給了使用者。當使用者將儀器例如推到一邊時，這種由機器人負責對醫療設備進行重新定位的機器人輔助的方法是不太靈活的，因為機器人總是僅能瞄準事先設定的點。原則上，特別是超聲波應用的另一個問題在于：即使借助于機器人，使用者也并不總是能夠容易地正確對準成像平面，以獲得必要的圖像信息。這里的原因在于超聲面是較薄的，因此即使超聲頭在身體表面上只是輕微地運動，超聲面本身也可能會劇烈地改變。將圖像信息轉換為補償性的運動對人而言是相對困難的，因為在眼手協調的轉換過程中需要執行復雜的轉換步驟。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在于提出一種更好的用于對患者進行機器人輔助的醫療處理的系統和一種方法，通過該系統和方法能夠避免或減少現有技術的缺點。本發明的目的特別是在于簡化醫療用可視設備(例如超聲探針)的取向，以減輕醫生的負擔。

本發明的目的將通過下面的詳細說明變得更加清楚，這些目的通過獨立權利要求1和9的主題來實現。

本發明涉及一種用于對患者進行機器人輔助的醫療處理的系統，該系統包括操縱器、特別是多軸關節臂機器人以及醫療用可視設備，該可視設備被安裝在操縱器上，以便通過操縱器來運動。另外，還配有：醫療器械，其配設有至少一個標記，以便醫療器械的位態能夠被檢測；以及控制裝置，其被設計為，借助于標記來確定醫療器械的位態，并根據所確定的醫療器械的位態使帶有醫療用可視設備的操縱器運動。醫療器械(例如活組織檢查針、導管、輻射源等)優選由醫生直接用手引導，但是也可以被安裝在另一操縱器上并借助于該另一操縱器來引導。醫療器械上的標記例如通過合適的傳感器來檢測，從而能夠檢測出該標記在空間中的位態，并且由于該標記與器械的靜態偏差是已知的，因此也能夠檢測出器械的位態。傳感器在此被配屬于控制裝置，也就是說例如是控制裝置的一部分，因此可以通過控制裝置并借助于所檢測到的標記的位態來確定器械的位態。在此，當器械不是被手引導，而是借助于另一操縱器來引導時，術語“標記”將以其最寬泛的意義來理解，并且也可以例如包括預先設定的操縱器的運動學。唯一重要的是，控制器能夠確定器械的位態。

控制器根據所確定的器械的位態使操縱器運動。在此，優選操縱器這樣跟隨器械的運動：使得可視設備總是能夠呈現所期望的區域，或者說所期望的區域總是能夠通過可視設備呈現。醫療用可視設備自身在此僅被理解成一個器件或者說裝置，該器件/裝置提供用于可視化的數據。然后，這些數據被發送到計算機或者說計算機并被其相應地處理，并顯示在人機界面或顯示器上，從而使主治醫生能夠明白/采用這些數據。在此，數據傳輸優選是無線的或有線的。

特別優選地使操縱器如下地運動：使得醫療用可視設備檢測器械的至少一部分，例如活組織檢查針的尖端。在使用超聲頭時，例如該頭關于(活組織檢查)針的最優位態在公差范圍內是固定的。該公差范圍是通過(活組織檢查)針和超聲面的空間擴展給出的。根據(活組織檢查)針和最優的超聲面之間(相對)固定的關系，可以確定超聲頭的最優位置。該位置代表操縱器的目標位置，并且當(活組織檢查)針或器械運動時，操縱器進一步優選被如下地控制：調整(改變)該目標位置。也就是說，該控制裝置優選被設計用于使帶有醫療用可視設備的操縱器如下地運動：使醫療用可視設備跟隨(追蹤)器械的運動。

優選地，為了能夠檢測醫療用可視設備的位態，為醫療用可視設備配設另一個標記，并進一步將控制裝置設計為，借助于該另一標記來確定醫療用可視設備的位態。可視設備的位態是已知的，因為該設備在操縱器上的設置是已知的，并因此使得該設備的空間坐標在任何時候都能夠根據操縱器位置來確定。已知的還有傳感器，利用傳感器能夠非常精確地確定標記在空間中的位置，并由此確定與傳感器的關系。但是，更確切地說當操縱器和/或用于檢測標記的傳感器的位態彼此不固定時，一個附加的標記有助于確定可視設備與器械彼此的相對空間布置。在這樣的情況下，使用兩個標記，即可視設備上的標記和器械上的標記，使得能夠確定這兩個標記(并由此確定設備和器械)彼此的相對位態。這點特別是在下述情況下更是如此：二者具有相同類型的標記時并且這些標記被相同的傳感器檢測。該系統檢測例如所述的標記，并將標記坐標系的原點提供給控制裝置。然后，控制裝置可以執行所需要的變換計算。

這些標記特別優選是光學標記，并且為控制裝置配置照相裝置形式的傳感器，該傳感器被設計用于檢測所述光學標記及其在空間中的位態。例如，這些標記可以是紅外光反射球，并且照相裝置是立體相機。借助于該立體相機，可以確定器械和可能的可視設備(當該可視設備同樣具有相應的光學標記時)在空間中的位置和方向，由此可以計算位態。

優選地，操縱器是多軸的關節臂機器人，其軸配置有用于檢測作用在軸上的力和/或轉矩的傳感器。借助于該傳感器，可以為操縱器定義力邊界值(kraft-grenzen)，當操縱器例如相對于患者身體按壓可視設備時，操縱器不能超過該力邊界值。就此而言，特別優選將控制裝置設計用于控制機器人或關節臂機器人，從而以限定的力相對于患者身體按壓醫療用可視設備。該限定的力在此優選是一范圍，以確保盡管是以足夠的力將設備引向患者身體，但是不會超過特定的最大力。

醫療用可視設備通常優選包括超聲探針或者是超聲探針。手術器械通常優選包括針，特別是活組織檢查針，或者是針，并且特別是活組織檢查針。

本發明還涉及一種用于對患者實行機器人輔助的醫療處理的方法，該方法包括以下步驟：

-確定醫療用可視設備的位態，該可視設備被安裝在操縱器上、特別是多

軸的關節臂機器人上，以便通過操縱器來運動；

-相對于醫療用可視設備的位態，確定醫療器械的位態；

-根據醫療器械和醫療用可視設備的相對位態，使帶有醫療用可視設備的

操縱器運動。

以上給出的與系統相關的說明、技術解釋、示例和優點全都不受限制地適用于該方法。因此，可視設備例如優選包括超聲探針或者是超聲探針，并且醫療器械優選包括(活組織)檢查針、導管、輻射源等或者是(活組織)檢查針、導管、輻射源等。

優選地，該方法還包括以下步驟：使操縱器根據醫療器械和醫療用可視設備的相對位態來運動，從而使得醫療用可視設備檢測器械的至少一部分并且跟隨該器械部分的運動。即，可視設備或者說操縱器“追蹤”器械。在此，器械不必完全從設備的成像平面中檢測到，在實踐當中，當器械的重要部件，例如針的尖端被可視設備檢測到并優選被追蹤到時通常就足夠了。

優選地，該方法還包括：

-在空間中定義目標點，和

-當醫療器械靠近目標點時，使操縱器自動地運動，從而使得醫療用可視設備被取向為，檢測空間中的目標點。目標點可以例如是患者身體中待處理的特定部位，例如淋巴結或腫塊等。目標點被檢測(定義)并被例如存儲在操縱器的控制裝置中，使得操縱器在任何時候都能夠按照命令將可視設備取向為，檢測目標點，即顯示或者可視化。這在針對患者的某些手術中是有利的，因為例如當器械充分靠近所期望的目標點時，對操作者而言，使可視設備聚焦于該目標點要比聚焦(取向)于器械的一部分更加有用。

根據本發明的系統和方法的優點在于，為操作者解除了對可視設備進行取向和調校的負擔，因為這都被控制裝置和操縱器接管。由此，操作者或者醫生可以專注于其真正的任務，例如穿刺感興趣的組織。通過使用下述的操縱器，其保持有可視設備并使可視設備運動，從而總是能夠在圖像中看到所關注的信息，本發明提供了提高圖像輔助的導航活組織檢查的質量的可能性。

附圖說明

下面參照附圖詳細說明本發明。其中示出：

圖1為根據本發明的用于對患者實行機器人輔助處理的系統的示意圖；

和

圖2為根據圖1的系統在另一位置時的視圖，其具有操縱器和可視設備。

具體實施方式

在圖1和圖2中示意性和示例性地示出了根據本發明的用于對患者50進行機器人輔助處理的系統1。該系統包括控制裝置10，該控制裝置具有機器人控制器11、計算機12和立體相機14。患者50躺在手術臺55上，并且在所示附圖中51表示患者50的頸部的剖視圖。待檢查或者說待處理的目標點52(例如腫塊等)位于頸部51中。該處理應借助于手術器械40、特別是活組織檢查針40來進行，其在所示示例中由操作者手動引導。替代地，活組織檢查針40也可由另一操縱器來引導。活組織檢查針40應被引導向目標點52。為了使操作者易于或者說完全能夠引導活組織檢查針40，使用超聲探針30形式的醫療用可視設備30，在此，該超聲探針優選與計算機/運算單元和hmi或者說顯示器相連接，醫療用可視設備30所檢測到的(圖像)數據實際上是通過它們輸出的。

機器人控制器11用于控制多軸的關節臂機器人20(或者說操縱器20)。控制器11和關節臂機器人20通過數據線21彼此通信。另外的數據線21用于與控制裝置10的其他組件通信。關節臂機器人20承載超聲探針30并使其運動。為了生成患者身體內部的超聲圖像，超聲探針30被關節臂機器人20壓在患者50的身體上。超聲圖像通過數據線21來傳輸，經計算機12處理后顯示在顯示器13上。超聲探針30的投影面(超聲面)用附圖標記32來表示。探針的投影面或者說超聲面通常僅幾個毫米厚，因此為了提供有意義的圖像，探針必須被非常準確地取向。

對探針的取向和按壓是通過操縱器或者說關節臂機器人20來實現的，從而將操作者從這些任務中解放出來。為此目的，優選為機器人或者說關節臂機器人20配置力傳感器，并且以力調節的方式工作，由此使得機器人能夠以限定的力將超聲探針30按壓在患者50的皮膚表面上。為此，機器人控制器11利用邊緣條件“以限定的力保持接觸皮膚”、“沒有與超聲針碰撞”、“沒有與標記碰撞”等來計算用于目標位置和目標方向的軌跡。

在該實施例中，活組織檢查針40配置有光學標記41。控制裝置10的立體相機14檢測標記41，并將標記坐標系的原點提供給機器人控制器11或者計算機12，以確定活組織檢查針40的位態。然后，機器人控制器11根據活組織檢查針40的位態來計算超聲探針30的最優位態(目標位置和方向)。由于超聲探針30的位態可以基于當前的(關節臂)機器人位置或者操縱器位置來確定或由此計算得到，并且超聲面32的走向和方向同樣是已知的，因此能夠使探針30自動地取向。在圖1中，探針30對準活組織檢查針40的尖端，并且針尖(或者說活組織檢查針尖)通過超聲面32檢測到。操作者能夠在顯示器13上跟蹤針尖穿過患者50的身體的運動，并且相應有針對性地將活組織檢查針40引導向目標點52。

在圖2中，活組織檢查針40刺穿了目標點52，以便例如在該部位提取組織試樣。操縱器20使探針30相應地繞動，以使超聲面32繼續對準針尖并由此檢測針尖，從而能夠在顯示器13上示出活組織檢查針40的位置。這種繞動通過機器人控制器11并根據活組織檢查針40的變化的位態自動地進行。立體相機14檢測標記41并由此檢測活組織檢查針40的變化的位態，由此使控制裝置10操縱關節臂機器人20相應地運動。

在該示出的示例中，超聲探針30還具有另一標記31，其優選以與標記41一樣的原理起作用。該另一標記31使得能夠容易地確定活組織檢查針40與探測器30彼此相對的空間位態。

優選地，該系統的更新速率類似于追蹤系統的更新速率(例如30-90hz或優選為40至80hz)，由此使得關節臂機器人或者說操縱器能夠在整個手術期間保持在超聲面中示出活組織檢查針40。關節臂機器人由此也遵循活組織檢查針40的最小運動，也就是說，活組織檢查針40被關節臂機器人并由此被超聲探針追蹤。高更新速率的優點在于，可期待關節臂機器人的只有較小的運動，因為出于安全的考慮必須禁止出現劇烈運動。

附圖標記列表：

1系統

10控制裝置

11機器人控制器

12計算機

13顯示器

14立體相機

20機器人

21數據線

30超聲探針

31標記

32超聲面

40活組織檢查針

41標記

50患者

51頸部橫截面

52目標點

55手術臺。