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自动医疗器械识别的制作方法

2022-05-13 12:04:16 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及一种用于自动识别医疗器械的医疗器械识别装置。本发明还涉及一种用于自动识别医疗器械的方法。


背景技术:

2.为了帮助外科医生在外科手术中使用医疗器械,已知的是跟踪医疗器械在患者体内的位置,并在例如监视器上的患者模型的截面图像中显示医疗器械的位置。
3.为此,使用的手术导航系统通常包括位置检测系统、监视器和一个或多个定位器。位置检测系统可以是例如光学位置检测系统、基于超声波的位置检测系统或电磁位置检测系统。通常,位置检测系统配置用于确定定位器的位置和定向。定位器可以安装在医疗器械上,以允许通过位置检测系统跟踪医疗器械。
4.例如,已知电磁位置检测系统具有用于产生交变电磁场的场发生器。与电磁位置检测系统一起使用的医疗器械配备有定位器,该定位器通常包括一个或多个传感器线圈。
5.当暴露于交变电磁场时,在定位器的传感器线圈中感应出电压,该电压取决于交变电磁场中相应传感器线圈的位置和定向。利用位置检测系统,表示感应电压的传感器信号可以从传感器线圈中抽头,并被分析以确定定位器的位置和定向。通常,医疗器械定位器的位置和定向是相对于参考定位器的位置和定向来确定的,参考定位器有时被称为患者定位器,其同样可以包括传感器线圈并且相对于患者保持固定。
6.为了计算配备有定位器的医疗器械相对于位置检测系统的位置和定向,通常需要将医疗器械末端的位置校准到定位器的位置。为此,通常采用相对于位置检测系统具有已知位置和定向的校准设备。例如,校准设备同样可以配备有定位器,其位置和定向可以用位置检测系统来确定。通过校准,可以建立变换函数,有时称为校准矩阵,表示医疗器械定位器和医疗器械末端的位置和定向之间的空间关系。所建立的变换函数可以在导航过程中使用,用于在监视器上显示患者模型的截面图像中医疗器械末端的位置。
7.为了在导航系统的监视器上显示患者模型的截面图像中医疗器械的位置,通常还需要将患者模型与患者配准。通常,患者的模型是从患者的二维、三维或四维图像生成的局部解剖图像,所述二维、三维或四维图像在手术前通过断层摄影获得,例如通过计算机断层摄影(ct)、磁共振成像(mri)或c型臂荧光成像。一般而言,配准指的是获得患者在真实空间(有时也称为患者空间)中的位置和定向与患者模型之间的空间相关性,最初根据用于生成患者模型的相应二维、三维或四维图像的坐标系中的坐标来定义。
8.在已校准医疗器械并已配准患者模型之后,医疗器械的位置可以显示在模型的截面图像中,用于在视觉上帮助外科医生导航医疗器械。


技术实现要素:

9.本发明的目的是提供一种医疗器械识别装置,通过该装置可以自动识别医疗器械。本发明的另一个目的是提供一种自动识别医疗器械的方法。
10.根据本发明,提出了一种医疗器械识别装置,包括至少配备有定位器的传感器载体、用于确定定位器的位置和定向的位置检测系统、用作校准参考的校准设备、用于校准配备有传感器载体的医疗器械的校准单元以及用于识别医疗器械的医疗器械识别单元。
11.特别地,传感器载体配置成可移除地布置在医疗器械的内腔中。传感器载体具有至少两个定位器,定位器各自配置用于提供表示相应定位器的位置和定向的传感器信号。配备有传感器载体的医疗器械可以连接到位置检测系统。随着传感器载体布置在医疗器械的内腔中,传感器载体定位器的位置和定向可以由位置检测系统根据提供的传感器信号来确定。根据确定的传感器载体定位器的位置和定向,位置检测系统可以计算医疗器械的位置和定向。
12.优选地,传感器载体的定位器中的第一定位器布置在传感器载体的远端处或至少靠近该远端,即在距传感器载体的远端5mm或更小的距离处,并且定位器中的第二定位器布置在从第一定位器朝向传感器载体近端的一定距离处。
13.优选地,至少传感器载体的第一定位器和第二定位器各自配置为充当5dof传感器。优选地,此外组合地,至少两个定位器配置为充当5dof传感器。5dof传感器可以通过采用传感器线圈来实现。
14.如果定位器包括暴露于交变电磁场的一个或多个传感器线圈,则可以从每个传感器线圈抽头传感器信号,该传感器信号表示电磁场中相应传感器线圈的位置和定向。抽头传感器信号可以通过有线连接或无线连接传输到位置检测系统。
15.医疗器械识别装置的位置检测系统配置用于根据接收的传感器信号确定至少两个定位器在位置检测系统的坐标系中的位置和定向。优选地,位置检测系统是电磁位置检测系统,其包括用于产生交变电磁场的场发生器和用于处理传感器信号的信号处理单元。可以根据表示由电磁场在传感器线圈中感应的电压的抽头传感器信号,在交变电磁场中确定各自具有一个或多个传感器线圈的至少两个定位器的位置和定向。位置检测系统的信号处理单元通常包括模数转换器和数字信号处理器。
16.为了将医疗器械连接到电磁位置检测系统,传感器载体的定位器中的至少一个优选地包括至少一个传感器线圈。利用一个传感器线圈,只能确定五个自由度(dof)。不能确定第六度,即围绕传感器线圈的纵向轴线的旋转。可以实现6dof传感器,因为传感器载体的定位器包括至少两个传感器线圈,它们布置成彼此成一定角度,例如正交。还可以实现6dof传感器,因为传感器载体具有两个定位器,每个具有传感器线圈,其中定位器的传感器线圈布置成使得它们的纵向轴线围成非零角度,优选为90
°
的角度。
17.传感器载体还可以包括至少第三定位器,其配置用于提供表示第三定位器的位置和定向的传感器信号。优选地,第三定位器布置在从第一和第二定位器朝向传感器载体的近端的一定距离处。优选地,第三定位器布置在传感器载体的近端处或至少靠近该近端。
18.至少两个定位器单独或与至少第三定位器组合也可以用于弯曲检测。如果传感器载体被插入刚性医疗器械的内腔中,并且在插入过程中,可以检测定位器相对于它们彼此的相对位置的定向和/或位置的变化,则检测到的变化可以用于确定医疗器械中的弯曲,即角度。优选地,如果例如利用位置检测系统检测到定位器的定向和/或位置的变化,则借助于位置检测系统在监视器上显示警告信号。
19.特别地,如果传感器载体布置在医疗器械的内腔中,该医疗器械沿着其内腔的长
度具有至少一个角度,则通过三个定位器的确定的位置和定向,可以计算医疗器械的角度。通常,所确定的角度是特定医疗器械的特征,并且可以用于利用医疗器械识别单元来识别具有所布置的传感器载体的医疗器械。例如,如果具有至少三个定位器的传感器载体布置在内窥镜的内腔中,优选地,第三定位器位于成角度的进入端口中。通常,进入端口和内窥镜的其余部分之间的角度是内窥镜本身的特征。根据分别确定的第三定位器和至少两个定位器中的至少一个的位置和定向,内窥镜的角度可以由位置检测系统和/或校准单元计算,并由医疗器械识别单元用于识别内窥镜。
20.在传感器载体包括第三定位器的情况下,第三定位器优选地布置在传感器载体的近端处或至少靠近该近端。在传感器载体具有布置在其近端或附近的第三传感器载体的情况下,第三定位器的位置和定向优选地被医疗器械识别单元用于识别医疗器械和/或被位置检测系统用于计算布置在医疗器械远端区域内的至少两个定位器的第六自由度。在定位器包括传感器线圈的情况下,计算布置在医疗器械的远端区域内的至少两个定位器的第六自由度可以利用位置检测系统来实现,特别是当第三定位器的纵向轴线分别与至少两个定位器的纵向轴线成角度时。
21.为了布置在导航过程中使用的不同医疗器械的内腔中,传感器载体的近端和远端之间的距离优选地在10cm和200cm之间,特别地,在15cm和150cm之间,更优选地,在20cm和100cm之间。传感器载体的外径优选等于或小于3mm,特别是等于或小于1.5mm,更优选等于或小于1mm。
22.优选地,传感器载体包括从传感器载体的远端延伸到近端并包围传感器载体的至少两个定位器的海波管。优选地,包围至少两个定位器的海波管配置成给予传感器载体机械稳定性并保护定位器免受外部影响。
23.可以制造传感器载体的海波管的合适材料例如是聚氨酯(pur)、聚乙烯、硅橡胶或聚醚醚酮(peek)、镍钛诺、镍钛诺合金或不锈钢。通常,海波管是沿其长度具有微工程特征的长金属管,该微工程特征将提供海波管的期望机械特性。具有由这些材料之一制成的海波管的传感器载体可以有利地重复消毒并且是生物相容的。
24.传感器载体可用于将通常已知的具有内腔(例如最初为导丝提供的内腔)的医疗器械连接到位置检测系统。为此,将传感器载体插入医疗器械的内腔。利用所布置的传感器载体,医疗器械可以在导航过程中连接到位置检测系统并与之一起使用。特别地,在导航过程中,医疗器械相对于位置检测系统的位置可以通过位置检测系统从所确定的至少两个定位器的位置和定向来计算。医疗器械的计算位置可以显示在与位置检测系统相连的监视器上的患者模型的截面图像中,用于帮助外科医生在患者体内引导医疗器械。在完成导航过程后,传感器载体可从医疗器械的内腔中取出且内腔可用作其他医疗器械比如钻头或镊子的工作通道。
25.通常具有传感器载体可以布置在其中用于将医疗器械连接到位置检测系统的内腔的医疗器械是例如导管、活检针、进入针和插管器械,例如jamshidi针、丝锥、螺丝刀和骨螺钉,例如可以用螺丝刀放置的椎弓根螺钉。使用医疗器械识别装置可以自动识别在其各自内腔中布置有传感器载体的这种医疗器械。
26.可以配备有传感器载体并因此使用医疗器械识别装置自动识别的其他医疗器械是通常没有内腔但已经改装有内腔或者制造有适合传感器载体一开始就插入的内腔的医
疗器械。这种医疗器械可以是例如手术刀、外科锯,例如骨锯、骨锉、烧灼器或镊子。
27.在传感器载体远端的至少两个定位器可以配置为实现和/或可被视为一个传感器或独立的传感器。在传感器载体布置在医疗器械的内腔中的情况下,通过绘制连接定位器的两个中心位置的虚拟线,第一定位器的位置和第二定位器沿着医疗器械的纵向轴线的位置可被用于计算两个定位器之间的一个虚拟纵向轴线,用于为传感器载体和医疗器械创建相对稳定和精确的虚拟轴线。
28.在传感器载体布置在医疗器械的内腔中的情况下,有利的是,医疗器械的虚拟纵向轴线可以由位置检测系统和/或校准单元基于传感器载体的至少两个定位器的位置和/或定向来确定。优选地,医疗器械的虚拟纵向轴线是与所布置的传感器载体的至少两个定位器的位置相交的轴线。基于定位器的位置和/或定向,在位置检测系统的坐标系中定义医疗器械的虚拟纵向轴线。物理器械轴线通过真实空间中的坐标来定义。
29.有利地,通过使用至少两个定位器的位置来确定医疗器械的虚拟纵向轴线,可以将尤其是由医疗器械内腔中的传感器载体的物理未对准导致的角度误差减小到小于1度。有利地,这允许例如在导航过程中以及当医疗器械旋转时保持稳定的中心轴线。
30.一般来说,不需要使用传感器载体的至少两个定位器的定向(因此仅是位置)来确定医疗器械的虚拟纵向轴线。然而,校准单元和/或位置检测系统可以配置成除了或代替定位器的位置,还使用至少两个定位器的定向来确定虚拟纵向轴线。
31.借助于至少两个定位器的位置和/或定向,医疗器械的虚拟纵向轴线和医疗器械的物理纵向轴线之间的空间关系可以由位置检测系统和/或校准单元确定。因此,可以分别基于定位器的位置和/或定向来定义和确保医疗器械的虚拟纵向轴线相对于医疗器械的物理纵向轴线的真实性。
32.在传感器载体中,至少两个定位器优选地布置成彼此相距一定距离,该距离根据手术器械包的特定医疗器械的几何形状来选择。优选地,传感器载体的第一定位器和至少两个定位器中的第二定位器之间的距离在25cm和5cm之间,特别在20cm和5cm之间,甚至更优选在15cm和5cm之间,例如10cm。更大的距离使得医疗器械的虚拟纵向轴线的确定更加精确。优选地,至少两个定位器布置在传感器载体的远端区域内,该远端区域从传感器载体的远端延伸直到至少两个定位器中布置成更靠近传感器载体的近端的定位器的近端。换句话说,远端区域优选地包括传感器载体的在传感器载体的远端和至少两个定位器中布置成更靠近近端的定位器的近端之间延伸的部分。
33.优选地,校准单元和/或位置检测系统配置用于从所布置的传感器载体的远端外推医疗器械的虚拟纵向轴线,从而确定传感器载体布置在其内腔中的医疗器械的远端的位置。校准单元可以配置成使用通过外推法确定的医疗器械远端的位置来校准医疗器械。位置检测系统可以配置成使用医疗器械的外推位置在监视器上的截面图像中可视化医疗器械末端的位置。
34.除了自动器械识别之外,利用位置检测系统,医疗器械的虚拟纵向轴线可被计算并显示在监视器上的患者模型的截面图像中,以可视化医疗器械相对于患者身体部分的位置和定向。位置检测系统可以连接到医疗器械识别单元,以获得哪个医疗器械已被识别。位置检测系统可以配置为针对所识别的医疗器械而自动调整用于在监视器上显示医疗器械的数字表示的设置。
35.在导航过程中,显示医疗器械相对于患者身体部分的虚拟纵向轴线可能是特别相关的,例如当使用具有布置的传感器载体的医疗器械(例如进入针)从相对较大的距离(例如5cm至15cm的距离)瞄准解剖目标时。
36.位置检测系统可以配置用于比较所确定的至少两个定位器的位置和定向并且基于该比较来确定导航场(例如电磁场)的失真。例如,电磁场失真可能由靠近定位器之一的传感器线圈的金属物体引起。由于电磁场失真,不能正确地确定相应定位器的位置和定向,从而导致通过位置检测系统对医疗器械末端位置的不正确计算。如果检测到电磁场失真,则位置检测系统可以配置用于执行真实性检查,以识别定位器,该定位器的位置和定向当前可被可靠地确定。例如,位置检测系统可配置成将定位器的当前位置和定向与定位器的先前确定的位置和定向进行比较,以检查该定位器的位置和定向当前是否能被可靠地确定。
37.医疗器械识别装置的校准设备配置成使得其在位置检测系统的坐标系中的位置和定向可以由位置检测系统确定。例如,校准设备可以布置在其坐标在位置检测系统的坐标系中已知的位置。校准设备还可以同样配备有至少一个定位器,该定位器配置成提供表示定位器的位置和定向的传感器信号。
38.校准设备可以具有不同的校准区域,其被有利地设计用于不同医疗器械的校准,例如适应于医疗器械的几何形状。不同的校准区域可以通过校准设备上的可视指示器来实现。校准单元可以配置用于检测不同校准区域中的哪个已经与医疗器械的末端接触。医疗器械识别单元可以配置用于基于不同校准区域中的哪个已经与医疗器械的末端接触来识别医疗器械。
39.有利地,利用校准设备(优选是校准设备上的可视指示器)上的不同校准区域,允许自动区分两个医疗器械,在两个相应的医疗器械具有相同工作长度的情况下也是如此。
40.校准单元可以配置成计算定心误差和/或定位误差和/或角度误差,并且在计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离时补偿计算的定心误差和/或定位误差和/或角度误差。
41.校准设备可以由医疗器械识别装置的软件中的特定过程和/或手术工作流程来补充并因此与之链接,以通过过程步骤实现自动器械识别。如果校准设备链接到特定的软件工作流程,则可以在校准设备上校准医疗器械,以识别医疗器械并显示相应的可视化和/或工作流程。
42.可以实现在软件中将校准设备链接到特定过程和/或手术工作流程,从而能够自动区分具有相同工作长度的两个医疗器械。实现医疗器械识别的软件算法可以配置用于识别由校准过程产生的可能的医疗器械,并用于建议在工作流程的当前步骤中使用的医疗器械。
43.优选地,该算法配置为可视化从校准过程得到的所有识别的医疗器械,并且突出显示根据预定义工作流程建议的医疗器械,以供用户确认。用户可以选择该医疗器械,也可以在用户没有遵循该工作流程的情况下选择任何其他医疗器械。
44.最优选地,该算法配置为显示建议的医疗器械和其他可能的器械以供用户选择,达例如3秒、5秒或10秒的持续时间,同时优选地,还显示剩余时间,例如作为倒计时。如果用户没有进行任何选择,则该算法可以配置为自动选择建议的医疗器械。
45.医疗器械识别装置的校准单元配置用于校准具有布置在其内腔中的传感器载体的医疗器械。用传感器载体校准医疗器械包括基于校准设备的位置和定向以及由位置检测系统确定的两个定位器中的至少一个的位置和定向来计算医疗器械的末端和两个定位器中的至少一个之间的距离。例如,为了校准具有布置在医疗器械内腔中的传感器载体的医疗器械,医疗器械的末端可以与校准设备接触。
46.校准单元可以配置为通过确定由至少两个定位器的位置定义的虚拟纵向轴线是否在预定时间段内与校准设备的已知位置相交和/或校准设备和至少一个定位器之间的距离是否在预定时间段内保持恒定来自动检测医疗器械的末端是否与校准设备接触。
47.校准单元可以配置为当发现医疗器械的末端与校准设备接触时开始医疗器械的自动校准。特别地,当接触时,可以确定校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离,该距离对应于医疗器械的末端和至少两个定位器中的相应一个之间的距离。
48.借助于校准,可以由校准单元建立变换函数,该变换函数表示医疗器械的末端和至少两个定位器之间的空间关系。
49.医疗器械识别装置的医疗器械识别单元配置用于至少根据计算的距离确定医疗器械的内腔长度,并使用确定的内腔长度来识别医疗器械。特别地,医疗器械识别单元连接到校准单元,用于获得医疗器械的末端和至少两个定位器之间的计算距离。
50.本发明包括认识到医疗器械内腔的长度通常是医疗器械本身的特征。因此,医疗器械可以通过其内腔的长度来识别。
51.本发明包括进一步的认识:当用布置在医疗器械内腔中的传感器载体校准医疗器械时,可以自动获得医疗器械内腔的长度。因此,借助于传感器载体,可以自动确定医疗器械内腔的长度,并用于识别医疗器械。
52.自动获得医疗器械内腔的长度可以通过医疗器械识别装置来实现在于利用校准单元计算医疗器械的末端和两个定位器中的至少一个之间的距离,并且在于医疗器械识别单元使用计算的距离来确定医疗器械内腔的长度。医疗器械识别单元配置成基于所确定的内腔长度自动识别医疗器械。
53.结果,基于医疗器械内腔的长度,借助于医疗器械识别设置的医疗器械识别单元,可以自动识别具有布置的传感器载体的校准医疗器械。
54.所识别的医疗器械的信息可以用于例如调整在监视器上显示或可视化医疗器械的方式。例如,在监视器上可视化已经由医疗器械识别单元识别的该医疗器械的数字表示即在2d或3d视图中的医疗器械表示可以特别精确到所识别的医疗器械。
55.还可以使用所识别的医疗器械的信息来根据所识别的医疗器械在导航过程中如何使用而自动调整软件中的工作流程。
56.还可以使用所识别的医疗器械的信息来为正在使用的器械自动调整监视器上的视图。例如,如果在导航过程中识别出内窥镜,软件可以自动切换到与导航视图并行显示来自内窥镜的视频视图。医疗器械识别还可以链接到定义的软件程序工作流程,其中医疗器械识别和软件工作流程的组合可以通过导航过程引导外科医生。
57.可以用医疗器械识别装置识别的医疗器械包括通常具有内腔的医疗器械,传感器载体可以布置在内腔中,用于将医疗器械可操作地连接到位置检测系统。这种通常具有内腔的医疗器械是例如导管、进入针、丝锥、螺丝刀和骨螺钉,例如可以用螺丝刀放置的椎弓
根螺钉。
58.可以配备有传感器载体的其他医疗器械是通常没有内腔但已经改装有内腔或者制造有适于传感器载体从一开始就插入的内腔的医疗器械。这种医疗器械可以是手术刀、外科锯,例如骨锯、骨锉、烧灼器、镊子、终板锉、笼试验装置或笼放置装置。
59.可以至少基于医疗器械的末端和两个定位器中的至少一个之间的距离来识别医疗器械,该距离可以基于校准设备的位置和定向以及两个定位器中的至少一个的位置和定向来确定。除了计算出的距离之外,还可以基于医疗器械的计算出的角度和/或传感器载体的位于其中布置有传感器载体的医疗器械内腔之外的部分的长度来识别医疗器械,即传感器载体的延伸超过医疗器械内腔的近端的部分。
60.举例来说,基于具有固定长度的传感器载体和位于固定相对位置(例如在海波管内)的传感器载体的定位器,可以自动确定医疗器械内腔的长度。优选地,传感器载体的长度比那些医疗器械的内腔长度短,这将在导航过程中潜在地被自动识别。例如,传感器载体可以具有对应于可能被自动识别的多个医疗器械中具有最短长度内腔的医疗器械内腔长度的长度。因此,当将传感器载体连续插入在导航过程中可能被自动识别的多个医疗器械中的每个中时,对于每个医疗器械,其末端和所布置的传感器载体的定位器之间的距离与从可能被自动识别的多个医疗器械中的其他医疗器械获得的距离相比是不同的。例如,可以首先计算医疗器械的末端和传感器载体定位器中的至少一个之间的距离,并将传感器载体的剩余长度加到计算的距离上,以获得医疗器械内腔的长度。例如,传感器载体的长度值可被先验地提供给医疗器械识别装置的医疗器械识别单元,并且医疗器械识别单元可配置为使用所提供的传感器载体长度来确定医疗器械内腔的长度。特别地,如果传感器载体定位器相对于传感器载体远端和/或近端的位置是已知的,则定位器到传感器载体远端和/或近端的距离可分别用于确定容纳传感器载体的医疗器械内腔的长度。
61.如果传感器载体布置在医疗器械的内腔中,则传感器载体定位器和医疗器械末端之间的距离是医疗器械内腔长度的特征。因此,根据定位器和医疗器械末端之间的计算距离,可以推导出内腔本身的长度。
62.医疗器械识别装置的传感器载体可以设置有在位置检测系统的坐标系中预校准的纵向轴线。表示空间关系的校准矩阵可以用于校准和导航具有布置在其内腔中的传感器载体的医疗器械。
63.特别地,如果医疗器械具有直内腔,则传感器载体的纵向轴线与医疗器械的物理轴线相匹配。位置检测系统和/或校准单元可以有利地使用预校准医疗器械的校准矩阵来计算医疗器械的虚拟纵向轴线和外推医疗器械的远端。
64.如果传感器载体本身至少在定位器布置成使得预校准状态在医疗器械的直内腔外部也保持有效的部分中是刚性的,则是有利的。
65.根据本发明的医疗器械识别装置可以作为医疗系统的一部分与手术器械包一起使用,该手术器械包包括具有传感器载体的至少一部分可以布置在其中的内腔的多个医疗器械。根据本发明的医疗器械识别装置特别适用于识别手术器械包中的医疗器械,每个医疗器械的内腔长度不同于手术器械包中其他医疗器械的内腔长度。
66.优选地,为了识别手术器械包的医疗器械,可以使用长度等于或小于具有最短内腔的手术器械包的医疗器械的内腔长度的传感器载体。在这种情况下,传感器载体可以其
全长布置在每个医疗器械内腔中。对于手术器械包的每个医疗器械,相应医疗器械的末端和传感器载体定位器之间的距离是唯一的,并且可以用于将医疗器械与手术器械包的其他医疗器械区分开。因此,为医疗器械之一计算的距离可以用于识别医疗器械。
67.为了识别手术器械包的医疗器械,还可以使用长度大于手术器械包的医疗器械中的至少两个的内腔的传感器载体。在这种情况下,识别医疗器械是可能的,例如借助于医疗器械的末端和两个定位器中的至少一个之间的距离,并且优选地,医疗器械的角度或传感器载体的延伸超过医疗器械近端的部分的长度中的至少一个。为了使用传感器载体的延伸超过医疗器械近端的那部分的长度来识别医疗器械,通常,必须确定医疗器械近端以及传感器载体近端的位置和定向,例如利用位置检测系统。为此,传感器载体可以具有布置在传感器载体远端的定位器和布置在从远端定位器朝向传感器载体近端的一定距离处的另一定位器。近端定位器的位置可以例如通过彩色标记来指示,使得为了校准医疗器械,传感器载体可以布置在医疗器械的内腔中,使得彩色标记位于医疗器械的近端。在这种情况下,近端定位器和彩色标记之间的距离对应于传感器载体的延伸超过医疗器械近端的部分的长度,并且可以用于识别医疗器械。
68.关于手术器械包,医疗器械识别装置的优点在于,医疗器械识别装置有助于在器械包的医疗器械之间快速且容易地切换。此外,在手术器械包中,器械包的医疗器械可以设计成易于辨别并因此被可靠地识别。
69.校准单元和医疗器械识别单元可以是数据处理设备(例如计算机)的部件,并且可以例如通过处理器、易失性和非易失性计算机存储器和软件来实现。
70.医疗器械识别单元可以配置用于通过将医疗器械的内腔的确定长度与数据库中包括的不同医疗器械的多个长度进行比较来识别具有布置的传感器载体的医疗器械。优选地,数据库包含至少在导航过程中可能使用的那些医疗器械的内腔长度。
71.在医疗器械识别装置的一些实施例中,至少两个定位器布置成靠近传感器载体的远端而彼此相距一定距离。传感器载体可以包括至少第三定位器,其配置用于提供表示第三定位器的位置和定向的传感器信号。优选地,第三定位器布置在从第一和第二定位器朝向传感器载体的近端的一定距离处。优选地,第三定位器靠近传感器载体的近端布置。具有靠近传感器载体近端布置的第三定位器的传感器载体特别适合于确定医疗器械的角度。像医疗器械内腔的长度一样,医疗器械的角度可以用于识别医疗器械。例如,具有第三定位器的传感器载体可以布置在医疗器械的内腔中,使得医疗器械的角度位于至少两个定位器和第三定位器之间。分别根据所确定的第三定位器和至少两个定位器中的至少一个的位置和定向,医疗器械的角度可被医疗器械识别单元计算和使用,用于识别具有布置的传感器载体的医疗器械。有利地,布置在医疗器械远端区域中的至少一个定位器的位置和定向以及第三定位器的位置和定向也可以用于确定传感器载体围绕医疗器械纵向轴线即围绕医疗器械物理轴线的旋转定向。
72.根据本发明,提出了一种用于自动识别医疗器械的方法,包括以下步骤:
[0073]-提供传感器载体,其配置为可移除地布置在医疗器械的内腔中,该传感器载体具有至少两个定位器,定位器各自配置用于提供表示相应定位器的位置和定向的传感器信号,
[0074]-提供校准设备,其位置和定向在位置检测系统的坐标系中是已知的,
[0075]-将传感器载体插入医疗器械的内腔中,
[0076]-根据提供的传感器信号确定至少两个定位器的位置和定向,
[0077]-基于所确定的至少两个定位器的位置和定向计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离,以校准医疗器械,
[0078]-至少根据计算的距离确定医疗器械内腔的长度,以及
[0079]-至少使用所确定的内腔长度来识别医疗器械。
[0080]
该方法可以用如上所述的根据本发明的医疗器械识别装置来实施。
[0081]
优选地,在插入后,传感器载体布置在医疗器械的内腔中,使得至少两个定位器布置成沿着医疗器械的纵向轴线彼此相距一定距离。
[0082]
在用于自动识别医疗器械的方法的一些变型中,该方法包括以下步骤:
[0083]-将校准设备与医疗器械的末端接触。
[0084]
特别优选的是,基于当医疗器械的末端与校准设备接触时确定的两个定位器中的至少一个的位置和定向来计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离。
[0085]
如果校准设备同样配备有至少一个定位器,则校准设备的定位器的位置和定向也可以用在位置检测系统的坐标系中的位置检测系统确定。特别地,校准设备定位器的位置和定向可以用位置检测系统确定,并且由校准单元用于计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离,例如当医疗器械的末端与校准设备接触时。
[0086]
医疗器械可以是具有在螺丝刀的远端附接的医疗螺钉(例如接骨螺钉)的医疗螺丝刀。具有布置的传感器载体的医疗螺丝刀的内腔优选地从螺丝刀的近端延伸到附接螺钉的远端。特别地,如果医疗器械是具有医疗螺钉的医疗螺丝刀,用于自动识别医疗器械的方法可以包括确定医疗螺钉长度的步骤。
[0087]
确定医疗螺钉长度的步骤优选包括以下子步骤:
[0088]-使校准设备与医疗螺钉的末端接触,并且当接触时,确定至少两个定位器的位置和定向,
[0089]-基于确定的位置和定向,计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离,以及
[0090]-至少根据所计算的距离确定螺钉的长度,并且至少使用所确定的长度来识别医疗螺钉。
[0091]
另外或可替代地,根据本发明的用于自动识别医疗器械的方法可以包括以下步骤:将传感器载体围绕其纵向轴线旋转至少180
°
,优选360
°
,同时确定至少两个定位器的位置和定向,并使用所确定的位置和定向来计算定心误差和/或定位误差和/或角度误差。
[0092]
特别地,在用于自动识别其中计算定心误差和/或定位误差和/或角度误差的医疗器械的方法的变型中,优选地,该方法可以包括在计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离时补偿所计算的定心误差和/或定位误差和/或角度误差的进一步步骤。
[0093]
特别地,如果传感器载体包括至少第三定位器,其配置用于提供表示第三定位器的位置和定向的传感器信号,该第三定位器布置在从第一和第二定位器朝向传感器载体的近端的一定距离处,则根据本发明的用于自动识别医疗器械的方法可以包括进一步的步骤:
[0094]-确定第三定位器的位置和定向,
[0095]-根据第三定位器的位置和定向以及第一和第二定位器中的至少一个的位置和定向计算医疗器械的角度,以及
[0096]-使用所计算的角度来识别医疗器械。
[0097]
优选地,其中布置有传感器载体的医疗器械的内腔是偏心内腔。因此,即使当传感器载体布置在偏心内腔中时,医疗器械也可以包括可用于不同目的的其他内腔。
附图说明
[0098]
下面,参照附图描述本发明的优选实施例。在附图中:
[0099]
图1示意性地示出了用于将医疗器械连接到位置检测系统的传感器载体,
[0100]
图2示意性地示出了医疗器械识别装置,包括传感器载体和校准设备;
[0101]
图3示意性地示出了具有传感器载体的医疗器械,该医疗器械接触校准设备,
[0102]
图4涉及如图3中示意性描绘的传感器载体定位器、医疗器械和校准设备的几何布置,
[0103]
图5示意性地示出了具有附接的椎弓根螺钉的螺丝刀和布置在螺丝刀和椎弓根螺钉的内腔中的传感器载体,椎弓根螺钉与校准设备接触,
[0104]
图6涉及如图5中示意性描绘的传感器载体定位器、螺丝刀和校准设备的几何布置,以及
[0105]
图7示出了表示用于自动识别医疗器械的方法的流程图。
具体实施方式
[0106]
图1示意性地示出了用于将医疗器械连接到位置检测系统的传感器载体100。为了将医疗器械连接到位置检测系统,传感器载体100可以插入到医疗器械的内腔中。在传感器载体100布置在医疗器械的内腔中的情况下,可以执行导航过程,并且可以在监视器上显示医疗器械的位置,例如在患者体内。在完成导航过程后,可将传感器载体从医疗器械的内腔中取出,并插入另一个医疗器械的内腔中,以将该另一个医疗器械连接到位置检测系统。
[0107]
传感器载体100具有远端102和近端104。传感器载体100包括沿着传感器载体100的长度分布布置的三个定位器106、108、110。定位器106、108、110每个配置用于提供表示相应定位器106、108、110的位置和定向的传感器信号。例如,定位器106、108、110中的每个可以包括至少一个传感器线圈,用于将具有布置的传感器载体100的医疗器械连接到电磁位置检测系统。
[0108]
靠近传感器载体的近端102,布置三个定位器中的第一定位器106。三个定位器中的第二定位器108布置在从第一定位器106朝向传感器载体100的近端104的一定距离处。传感器载体100还包括第三定位器110,其布置在从第一和第二定位器106、108朝向传感器载体的近端104的一定距离处。三个定位器中的第三定位器110是可选的,并且在传感器载体100的替代实施例中不存在。
[0109]
具有三个定位器106、108、110的传感器载体100特别适合于识别具有医疗器械特有的角度的医疗器械。优选地,为了计算医疗器械的角度,传感器载体100布置在医疗器械的内腔中,使得医疗器械的角度位于第三定位器110与第一和第二定位器106、108之间。根据分别为定位器106、108、110确定的位置和定向,可以计算医疗器械的角度,例如利用医疗
器械识别设置的校准单元,并由医疗器械识别设置的医疗器械识别单元用于识别具有布置在其内腔中的传感器载体100的医疗器械。
[0110]
传感器载体100还包括海波管112,其从传感器载体100的远端102延伸到近端104,并包围三个定位器106、108、110。海波管112配置成给予传感器载体100机械稳定性,并保护定位器106、108、110免受外部影响。
[0111]
图2示意性地示出了医疗器械识别装置200,其包括传感器载体202、校准设备204、位置检测系统206、校准单元208和医疗器械识别单元210。
[0112]
传感器载体202可以与参考图1描述的传感器载体相同的方式配置。特别地,传感器载体202具有至少两个定位器(未示出),并且可以可选地具有至少第三定位器,其优选地靠近传感器载体的近端布置。定位器各自配置为提供表示相应定位器的位置和定向的传感器信号。传感器载体202配置成可移除地布置在医疗器械的内腔中,用于将医疗器械连接到位置检测系统206。
[0113]
传感器载体202通过电缆203连接到位置检测系统206。在医疗器械识别装置200的一些实施例中,规定传感器载体可以无线连接到位置检测系统206。经由电缆203,由传感器载体202的定位器提供的传感器信号可被传输到位置检测系统206。位置检测系统206配置用于从接收的传感器信号确定传感器载体202的定位器在位置检测系统的坐标系212中的位置和定向。
[0114]
例如,位置检测系统206可以是具有用于产生交变电磁场的场发生器的电测量位置检测系统。为了确定传感器载体定位器的位置和定向,定位器优选地包括一个或多个传感器线圈。当暴露于交变电磁场时,在每个线圈中感应出电压,其取决于传感器线圈在交变电磁场中的位置和定向。代表感应电压的传感器信号可以从每个传感器线圈中抽头,并传送到位置检测系统,用于分别确定传感器线圈的位置和定向。
[0115]
医疗器械识别装置200的校准设备204配置成使得其在位置检测系统的坐标系212中的位置和定向可以由位置检测系统206确定。例如,校准设备204可以布置在其坐标在位置检测系统的坐标系212中已知的位置。校准设备204还可以同样配备有一个或多个定位器,其位置和定向可以用位置检测系统206直接确定。校准设备204优选地连接到位置检测系统206。
[0116]
位置检测系统206连接到校准单元208。校准单元208配置成通过计算医疗器械的末端和传感器载体定位器中的至少一个之间的距离来校准具有布置在其内腔中的传感器载体202的医疗器械。校准单元208配置成使用校准设备204在位置检测系统的坐标系212中已知的位置和定向以及由位置检测系统206确定的传感器载体定位器中的至少一个的位置和定向。优选地,校准单元配置用于确定医疗器械的末端是否与校准设备204接触,以及在医疗器械的末端和校准设备204接触的时刻,已经由位置检测系统206确定的传感器载体的定位器中的至少一个的位置和定向。
[0117]
因为医疗器械的末端和传感器载体定位器中的至少一个之间的距离是医疗器械内腔长度的特征,所以根据计算的距离可以导出内腔长度。此外,由于医疗器械内腔的长度是医疗器械本身的特征,所确定的医疗器械内腔的长度可以用于自动识别在其内腔中布置有传感器载体202的医疗器械。
[0118]
为了识别在其内腔中布置有传感器载体202的医疗器械,医疗器械识别装置200包
括连接到用于获得医疗器械的末端和传感器载体定位器中的至少一个之间的计算距离的校准单元208的医疗器械识别单元210。医疗器械识别单元210配置用于至少根据由校准单元208计算的医疗器械的末端和传感器载体定位器中的至少一个之间的距离来确定医疗器械内腔的长度。医疗器械识别单元210配置为使用所确定的医疗器械内腔长度来识别医疗器械。可替代地或另外,医疗器械识别单元210可配置成内腔长度使用医疗器械的角度,该角度由校准单元208根据至少两个定位器的位置和定向计算,当传感器载体布置在医疗器械的内腔中时,医疗器械的角度位于这两个定位器之间。为了识别医疗器械,医疗器械识别单元210可以配置为将由校准单元208计算的距离以及可选地还有医疗器械的角度与包含在数据库中的多个医疗器械的各种长度(和角度)进行比较,该数据库可以被医疗器械识别单元210访问或者是其一部分。
[0119]
图3示意性地示出了具有传感器载体302的医疗器械300。医疗器械的末端304与校准设备306接触。医疗器械300具有从医疗器械近端延伸至其远端的内腔308。传感器载体302布置在内腔308中。传感器载体302包括两个定位器310、312,两个定位器中的第一定位器310布置在传感器载体302的远端314,第二定位器312布置在从第一定位器310朝向传感器载体的近端316的一定距离处。
[0120]
在传感器载体的远端区域布置两个定位器是特别有利的,因为这有助于确定医疗器械的虚拟纵向轴线相对于物理器械的纵向轴线的真实性。虚拟纵向轴线可以从传感器载体的远端外推至医疗器械的远端,从而确定医疗器械远端的位置。医疗器械的虚拟纵向轴线也可以显示在监视器上的截面图像中。在监视器上显示截面图像中的虚拟纵向轴线可能是重要的,例如当用医疗器械从远距离(例如从5到15cm)瞄准解剖目标时。利用精确显示的(例如进入针的)虚拟纵向轴线,外科医生可以评估针的位置和定向,以可靠地将针引导到目标位置。
[0121]
虚拟纵向轴线也可以仅用实现5dof传感器的一个定位器来确定。然而,使用一个5dof传感器来确定医疗器械的虚拟纵向轴线通常会受到线圈的角度误差、由传感器载体内部的物理对准引入的误差以及由器械内部的传感器载体的物理对准引入的误差的影响。这会导致4
°
和5
°
之间的角度误差。
[0122]
有利地,当使用两个定位器,每个实现5dof传感器时,例如通过使用传感器线圈,可以将角度误差减小到仅仅是两个传感器线圈的位置误差。传感器线圈彼此间隔100mm,并且具有小于1mm的位置误差,可以将角度误差减小到小于1
°
(tan(1/100))。
[0123]
传感器载体302的长度比医疗器械300的长度短,使得传感器载体的远端314和医疗器械的末端304之间存在非零距离。该距离是医疗器械的特征,并可用于确定医疗器械内腔308的长度。因为医疗器械内腔308的长度是医疗器械300本身的特征,所以借助于医疗器械内腔308的长度,可以识别具有布置的传感器载体302的医疗器械300。
[0124]
医疗器械300可以是具有内腔308的医疗器械,内腔308例如用于使医疗器械300在导丝上前进。例如,医疗器械300可以是进入针、导杆、工作管、丝锥、球囊扩张装置或螺丝刀。
[0125]
传感器载体302可以与参考图1描述的传感器载体或参考图2描述的传感器载体相同的方式配置。特别地,传感器载体302和校准设备306可以是医疗器械识别装置的元件,例如参考图2描述的医疗器械识别装置。
[0126]
图4涉及参照图3描述的传感器载体定位器310、316、医疗器械和校准设备306的几何布置。
[0127]
两个定位器310、316布置成沿着医疗器械300的纵向轴线400彼此相隔一定距离。
[0128]
为了自动识别医疗器械300,例如通过参考图2所述的校准单元,计算校准设备306和靠近传感器载体远端布置的定位器310之间的距离402。为了计算距离402,优选地,可以使用由例如医疗器械识别装置的位置检测系统确定的校准设备306的位置和定向以及定位器310的位置和定向。
[0129]
特别地,定位器310的位置和定向可以在医疗器械的末端与校准设备306接触时确定,并用于计算距离402。有利地,如果医疗器械的末端与校准设备306接触,则医疗器械末端的位置可以直接与校准设备306的位置和定向相关。
[0130]
第二定位器312的位置和定向可以用作对计算出的距离402执行可信度检查的参考。第一定位器310和第二定位器312的位置和定向也可以用于计算定心误差和/或定位误差和/或角度误差。当计算校准设备和定位器310之间的距离402时,可以补偿计算的定心误差和/或定位误差和/或角度误差。由此,可以提高的精度计算校准设备306和定位器310之间的距离402。
[0131]
已经计算了校准设备306和定位器310之间的距离402,距离402可以用于确定医疗器械内腔308的长度,基于该长度可以识别医疗器械300本身。
[0132]
与在图3中一样,在图5中,示意性地示出了具有布置的传感器载体的医疗器械,该医疗器械接触校准设备。
[0133]
在图5中,医疗器械是具有附接的医疗螺钉502的螺丝刀500,例如骨螺钉,优选椎弓根螺钉。
[0134]
内腔504从螺丝刀的近端506延伸到医疗螺钉的远端508。传感器载体510布置在内腔508中。传感器载体510包括两个定位器512、514,其中第一定位器512布置在传感器载体的远端516附近,第二定位器布置在从第一定位器516朝向传感器载体的近端518的一定距离处。传感器载体510可以与参考图1或参考图2描述的传感器载体相同的方式配置。
[0135]
医疗螺钉502具有医疗螺钉502特有的长度520。因此,通过确定螺钉的长度,借助于螺钉长度,可以识别医疗螺钉502本身。
[0136]
通过其远端506,医疗螺钉502与用于校准螺丝刀500的校准设备522接触,例如与医疗器械识别装置的校准单元接触,例如参考图2所述。校准螺丝刀包括如图6所示确定校准设备522和第一定位器512之间的距离600。
[0137]
图6涉及如图5中示意性描绘的传感器载体定位器512、514、螺丝刀和校准设备522的几何布置。定位器512、514沿着螺丝刀的纵向轴线602布置。特别地,第一定位器512的位置和定向用于计算到校准设备的距离600,该距离对应于第一定位器512和医疗螺钉的远端506之间的距离。
[0138]
距离600表征了医疗螺钉502的长度。因此,所确定的距离600可以用于自动识别医疗螺钉502。例如,为了基于确定的距离600识别医疗螺钉502,可以使用螺丝刀500的长度和传感器载体510的长度。也可以利用定位器相对于彼此的位置是固定的。优选地,第一定位器512靠近传感器载体的远端布置,使得通过确定第一定位器的位置和定向,可以获得传感器载体的远端的位置和定向。
[0139]
校准设备522和传感器载体510可以是医疗器械识别装置的元件,特别是参考图2描述的医疗器械识别装置的元件。
[0140]
图7示出了表示自动识别医疗器械的方法的流程图。
[0141]
最初,在步骤s1提供传感器载体,其配置为可移除地布置在医疗器械的内腔中。传感器载体具有至少两个定位器。定位器各自配置用于提供表示相应定位器的位置和定向的传感器信号。传感器载体可以是参照图1或图2描述的传感器载体,或者是参照图3或图5描述的传感器载体。
[0142]
在步骤s2提供校准设备,其位置和定向在位置检测系统的坐标系中是已知的。例如,校准设备可以布置在其坐标在位置检测系统的坐标系中已知的位置。校准设备还可以包括一个或多个定位器,其配置用于提供表示校准设备的位置和定向的传感器信号。
[0143]
将传感器载体插入医疗器械的内腔中(步骤s3)。具有内腔的医疗器械可以是例如导管、jamshidi针、丝锥、具有可以用螺丝刀放置到患者骨中的附接骨螺钉(例如椎弓根螺钉)的螺丝刀,或者另一管状医疗器械。在插入之后,传感器载体可移除地布置在医疗器械的内腔中,并且因此可以在完成医疗器械的任务之后被移除,并且用于将另一医疗器械连接到位置检测系统。
[0144]
在步骤s4,根据所提供的传感器信号来确定至少两个定位器的位置和定向。例如,定位器可以包括一个或多个传感器线圈,其位置可以用具有用于产生交变电磁场的场发生器的电磁位置检测系统来确定。当暴露于产生的电磁场时,感应出代表传感器线圈位置和定向的电压。根据表示感应电压的抽头传感器信号,传感器线圈的位置和定向可以由在位置检测系统的坐标系中的位置检测系统确定。
[0145]
在步骤s5,基于定位器的所确定的位置和定向,计算校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离,以校准医疗器械。优选地,基于当医疗器械的末端接触校准设备时确定的定位器的位置和定向来计算距离。
[0146]
之后,在步骤s6,至少根据计算的距离确定医疗器械内腔的长度。特别地,校准设备和两个定位器中的至少一个之间的距离表征了医疗器械内腔的长度,因此表征了医疗器械本身。
[0147]
随后,在步骤s7,至少所确定的内腔长度用于自动识别医疗器械,其中传感器载体布置在其内腔中。此外,医疗器械的角度和/或传感器载体的延伸超过医疗器械近端的部分的长度也可用于识别医疗器械。为了识别医疗器械,可以将所确定的内腔长度与数据库的代表不同医疗器械(例如手术中使用的手术器械包的医疗器械)的内腔长度的记录进行比较。
[0148]
如果例如通过医疗器械识别装置来自动识别医疗器械,则可以相应地调整设定,例如在监视器上显示医疗器械的模式。
[0149]
该方法可以用医疗器械识别装置来实施,特别是用参考图2描述的医疗器械识别装置来实施。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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