用于運(yùn)行醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于補(bǔ)償在手術(shù)干預(yù)期間變差的醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備記錄準(zhǔn)確度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在借助醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備(即能夠在手術(shù)期間獨(dú)立地實(shí)施運(yùn)動(dòng)或獨(dú)立地防止設(shè)備確定運(yùn)動(dòng)的設(shè)備)輔助進(jìn)行治療手術(shù)時(shí)，必須相對(duì)待手術(shù)的身體記錄該設(shè)備。記錄在此理解為建立在醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備的參照系統(tǒng)中的位置和待手術(shù)的身體的參照系統(tǒng)中的位置之間數(shù)學(xué)意義上的明確關(guān)系。它相應(yīng)于相對(duì)待手術(shù)的身體校準(zhǔn)或調(diào)校。這可以例如通過利用醫(yī)學(xué)技術(shù)設(shè)備和例如待手術(shù)的身體的圖像數(shù)據(jù)的共同的坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。十分重要的是，醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備知道，它或它的一個(gè)確定部分相對(duì)待手術(shù)的身體定位在哪個(gè)位置，以及醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備的運(yùn)動(dòng)對(duì)此位置怎樣作用。也可以彼此相對(duì)地記錄例如不同的數(shù)據(jù)記錄，使得圖像數(shù)據(jù)記錄中的位置可以與另一個(gè)圖像數(shù)據(jù)記錄的位置明確地對(duì)應(yīng)。
[0003]記錄準(zhǔn)確度相應(yīng)地是一個(gè)用于衡量假定位置與實(shí)際位置一致性的程度，例如醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備相對(duì)待手術(shù)的身體的假定位置和醫(yī)學(xué)設(shè)備相對(duì)該身體的實(shí)際位置一致性的程度，該假定位置例如基于設(shè)備的控制指令。出于顯而易見的原因，期望大的記錄準(zhǔn)確度。
[0004]由于不同的影響因素，記錄準(zhǔn)確度在手術(shù)干預(yù)中被不利地影響。因此，患者人體結(jié)構(gòu)由于自然因素或外部因素產(chǎn)生的變化導(dǎo)致待手術(shù)的身體的假定和實(shí)際位置的偏差。自然因素產(chǎn)生的變化理解為例如呼吸、心跳、腸蠕動(dòng)或通過血流量引起的生理變化。會(huì)導(dǎo)致待手術(shù)的身體的人體結(jié)構(gòu)或形狀和尺寸變化的外部影響因素理解為例如患者的支承的刻意的變化或通過手術(shù)干預(yù)本身在待手術(shù)的身體上發(fā)生的變化。
[0005]此外，醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備的不準(zhǔn)確度也會(huì)導(dǎo)致記錄準(zhǔn)確度變差。這種情況是例如全球定位和/或相對(duì)定位準(zhǔn)確度的運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確度或與醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備共同作用的醫(yī)學(xué)設(shè)備的所謂手眼校準(zhǔn)中的不準(zhǔn)確度。
[0006]最后，在醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備和待手術(shù)的身體的人體結(jié)構(gòu)之間的不準(zhǔn)確的初始記錄，即醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備與待手術(shù)的身體不準(zhǔn)確的初始相對(duì)位置也是差的記錄準(zhǔn)確度的可能原因。
[0007]這些改變或不準(zhǔn)確度在需要較高空間準(zhǔn)確性的治療方法中成問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種方法，借助該方法可以在手術(shù)干預(yù)中通過醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備實(shí)現(xiàn)提高的準(zhǔn)確性。
[0009]該技術(shù)問題通過一種用于補(bǔ)償在手術(shù)和/或診斷干預(yù)中變差的醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備記錄準(zhǔn)確度的方法解決，所述醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備具有用于實(shí)施診斷和/或治療措施的終端執(zhí)行器，所述方法的步驟為:
[0010]a)在待手術(shù)的身體的初始圖像數(shù)據(jù)記錄上選擇終端執(zhí)行器應(yīng)當(dāng)駛近的至少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)；
[0011]b)相對(duì)待手術(shù)的身體初始記錄醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備；
[0012]c)在所述基準(zhǔn)點(diǎn)附近定位所述終端執(zhí)行器；
[0013]d)記錄術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄，在術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄中獲得所述終端執(zhí)行器和身體的臨近終端執(zhí)行器的區(qū)域，其中，所述區(qū)域包括身體的局部，所述局部在所述初始圖像數(shù)據(jù)記錄中具有準(zhǔn)點(diǎn)；
[0014]e)在所述術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄中確定終端執(zhí)行器的位置和/或定向；
[0015]f)將所述位置和/或定向與所述基準(zhǔn)點(diǎn)比較，并且確定可能存在的偏差；
[0016]g)重新定位所述終端執(zhí)行器用于補(bǔ)償所述偏差。
[0017]按本發(fā)明的用于補(bǔ)償治療和/或診斷手術(shù)中變差的醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備相對(duì)待手術(shù)的身體的記錄準(zhǔn)確度的方法包括以一系列步驟重新定位醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備。重新定位在此可以尤其自動(dòng)地進(jìn)行。醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備在此具有用于實(shí)施診斷和/或治療措施的終端執(zhí)行器。終端執(zhí)行器此處如在機(jī)器人中通常是彼此串連地相對(duì)借助控制指令可運(yùn)動(dòng)的、醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備的一串元件的最后一個(gè)元件。終端執(zhí)行器可以是例如鉆孔夾具或活檢針，所述鉆孔夾具應(yīng)當(dāng)固定在一定的位置中，通過活檢針應(yīng)當(dāng)從特定組織中提取樣本。
[0018]此處在待手術(shù)的身體的初始圖像數(shù)據(jù)記錄上選擇終端執(zhí)行器應(yīng)當(dāng)駛近的至少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(或者叫地界標(biāo)記)。選擇可以例如由外科醫(yī)生進(jìn)行。基準(zhǔn)點(diǎn)可以是位置和/或定向，終端執(zhí)行器在此位置上的應(yīng)該沿所述定向而定向?；鶞?zhǔn)點(diǎn)尤其可以是在一個(gè)位置處的三維向量。位置可以例如是為活組織檢查預(yù)設(shè)的、軟組織器官的部位。三維向量可以例如是待安裝的椎弓根螺釘?shù)奈恢?。“駛近一個(gè)位置或基準(zhǔn)點(diǎn)”此處也理解為“建立相對(duì)所述位置或基準(zhǔn)點(diǎn)已知的預(yù)先確定的位置關(guān)系”。駛近一個(gè)位置或基準(zhǔn)點(diǎn)的方式也可以是，終端執(zhí)行器與所述位置或基準(zhǔn)點(diǎn)間隔一個(gè)預(yù)先確定的距離，尤其具有一個(gè)預(yù)先確定的定向。初始圖像數(shù)據(jù)記錄可以是在手術(shù)之前例如一個(gè)月拍攝的術(shù)前圖像數(shù)據(jù)記錄或在手術(shù)前不久或在手術(shù)時(shí)直接拍攝的術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄，使得它代表在治療和/或診斷手術(shù)時(shí)刻的待手術(shù)的身體。
[0019]另一個(gè)步驟是相對(duì)待手術(shù)的身體初始記錄醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備。若初始圖像數(shù)據(jù)記錄是術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄，則這種初始記錄尤其可以借助初始圖像數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行，或者若初始圖像數(shù)據(jù)記錄不是術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄，則這種初始記錄借助相對(duì)初始圖像數(shù)據(jù)記錄記錄的其他術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行。這種其他術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄可以是例如二維氟圖像，該二維氟圖像相對(duì)三維體積記錄。醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備，尤其是其終端執(zhí)行器，即置于明確定義的、準(zhǔn)確已知的相對(duì)待手術(shù)的身體或基準(zhǔn)點(diǎn)的位置和定向。
[0020]作為另一個(gè)步驟，將終端執(zhí)行器定位在基準(zhǔn)點(diǎn)附近。這種定位可以獨(dú)立地通過設(shè)備或人工地通過操作人員實(shí)現(xiàn)。附近在此理解為允許拍攝圖像數(shù)據(jù)記錄的區(qū)域，如在下一個(gè)步驟中描述。在該步驟中，進(jìn)行術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄的拍攝，在該術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄中采集了終端執(zhí)行器和與終端執(zhí)行器相鄰的身體區(qū)域，其中，區(qū)域包括身體的局部，該局部在初始圖像數(shù)據(jù)記錄中具有至少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。因此，尤其是當(dāng)存在多個(gè)在手術(shù)和/或診斷干預(yù)時(shí)應(yīng)當(dāng)駛近的基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，在相鄰區(qū)域的多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)情況下，多次使用相同的術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄以便在多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)附近定位終端執(zhí)行器。
[0021]在另一個(gè)步驟中，確定終端執(zhí)行器在術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄中的位置和/或定向。然后將該位置和/或定向與基準(zhǔn)點(diǎn)比較并且確定必要時(shí)存在的偏差。然后，該偏差必要時(shí)是一種用于衡量變差的記錄準(zhǔn)確度的程度。最后，重新定位終端執(zhí)行器用于補(bǔ)償偏差并因此變差的記錄準(zhǔn)確度，使得末端傳導(dǎo)神經(jīng)裝和基準(zhǔn)點(diǎn)的位置和/或定向又一致。因此，術(shù)中成像用于直接地控制機(jī)器人的干預(yù)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，又提高了記錄準(zhǔn)確度并且在手術(shù)中實(shí)現(xiàn)了通過醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備實(shí)施的診斷和/或治療措施的提高的準(zhǔn)確性。因此，通過使用術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄(在術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄中均包括終端執(zhí)行器和在初始圖像數(shù)據(jù)記錄中具有基準(zhǔn)點(diǎn)的身體局部)補(bǔ)償待手術(shù)的身體由于自然或外部因素造成的形狀和尺寸，即患者人體結(jié)構(gòu)的改變并且補(bǔ)償醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備本身的運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確度。
[0022]尤其可以規(guī)定，按列示的順序?qū)嵤┎襟Ea)至g)或c)至g)。
[0023]在有利的實(shí)施形式中，在治療和/或診斷手術(shù)時(shí)重復(fù)實(shí)施步驟c)至g)。然后，在此重新定位終端執(zhí)行器的最后的步驟同時(shí)相當(dāng)于將終端執(zhí)行器定位在基準(zhǔn)點(diǎn)附近的步驟。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，也可以補(bǔ)償在治療和/或診斷措施的另一個(gè)過程中觸發(fā)的改變或不準(zhǔn)確度。然后，該方法可設(shè)計(jì)成迭代方法并因此可實(shí)現(xiàn)特別大的準(zhǔn)確度。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，另一個(gè)步驟是，在將終端執(zhí)行器的位置和/或定向與基準(zhǔn)點(diǎn)比較之前相對(duì)術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄記錄初始圖像數(shù)據(jù)記錄。由此，將初始圖像數(shù)據(jù)記錄的基準(zhǔn)點(diǎn)與術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)例如在制作初始圖像數(shù)據(jù)記錄和術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄時(shí)不必通過相同的設(shè)備分別進(jìn)行，因?yàn)閷?duì)于兩個(gè)圖像數(shù)據(jù)記錄存在一個(gè)共同的坐標(biāo)系統(tǒng)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，初始圖像數(shù)據(jù)記錄和術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄不必通過相同的成像系統(tǒng)制作。這能夠減少手術(shù)過程中出現(xiàn)的輻射傷害以及實(shí)現(xiàn)更高的靈活性。
[0025]在特別有利的實(shí)施形式中規(guī)定，選擇多于一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)于所有基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)施列示的步驟。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)使用基準(zhǔn)點(diǎn)來進(jìn)行一系列治療和/或診斷時(shí)，可以補(bǔ)償由于在基準(zhǔn)點(diǎn)之一上的治療和/或診斷措施之一導(dǎo)致變差的記錄準(zhǔn)確度。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施形式中規(guī)定，醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備獨(dú)立地使終端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)和/或通過操作人員獨(dú)立地影響其可運(yùn)動(dòng)性。因此，醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備可以獨(dú)立地開始終端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)或限制終端執(zhí)行器的自由度，使得終端執(zhí)行器例如在所謂的“重力模式”中通過操作人員的按壓或推移借助所謂的“主動(dòng)約束”仍然只在由醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備確定的方向上運(yùn)動(dòng)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備可以自動(dòng)地重新定位并因此可以特別準(zhǔn)確地補(bǔ)償變差的記錄準(zhǔn)確度。在由操作人員驅(qū)動(dòng)的和由醫(yī)學(xué)機(jī)器人設(shè)備控制的運(yùn)動(dòng)中，將機(jī)器人導(dǎo)向的較高的準(zhǔn)確度與人類注意力和操作人員直接進(jìn)行的相應(yīng)反饋結(jié)合。
[0027]在特別有利的實(shí)施形式中規(guī)定，若在步驟c)中用于衡量定位不準(zhǔn)確度的程度，即在步驟c)的定位時(shí)刻用于衡量差的記錄準(zhǔn)確度的程度超過預(yù)定的極限值，則實(shí)施步驟d)至g)。然后，尤其是可以自動(dòng)地實(shí)施步驟d)至g)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，在治療和/或診斷手術(shù)時(shí)節(jié)省時(shí)間，因?yàn)檠a(bǔ)償只在必要時(shí)才進(jìn)行，此外在例如為了術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行X射線拍攝時(shí)才進(jìn)行，所以降低了待手術(shù)的身體的輻射傷害。同時(shí)保持了準(zhǔn)確度提高的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]在此尤其可以規(guī)定，該程度考慮自上一次拍攝術(shù)中圖像數(shù)據(jù)記錄流逝的時(shí)間。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，可以以簡(jiǎn)單的方式補(bǔ)償一般在流逝的時(shí)間內(nèi)增加的、