带有无线连接的触敏显示器的医疗导航系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有仪器(16)、数据处理和图像生成装置(20)、图像显示和控制单元(30)和方位检测装置(12)的医疗系统。其中方位检测装置构造为，用于检测仪器(16)相对于参考坐标系的位置和取向。数据处理和图像生成装置(20)形成为从当前记录的或存储的代表了身体部分的数据产生身体部分的图像，该图像将身体部分的视图(36)与仪器(16)的位置和优选仪器(16)的取向的图示一起描绘，使得观察者可从身体部分的图像中获取仪器(16)在身体部分内的位置和取向。根据本发明，在此图像显示和控制单元无线地与数据处理和图像生成装置连接，且具有带有封闭的表面的显示和输入单元(32)。在显示和输入单元的封闭的表面上在运行中将控制元件(34)以及身体部分的各视图(36)与仪器(16)的位置和优选其取向的图示一起图示。图像显示和控制单元为此形成为通过显示的控制元件接收使用者输入，且取决于各接收的使用者输入将控制信号发送到数据处理和图像生成装置。
【专利说明】带有无线连接的触敏显示器的医疗导航系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及带有仪器、用于仪器的方位检测装置和数据处理和图像生成装置的医疗系统。
【背景技术】
[0002]利用这样的医疗系统例如可以检测医疗仪器的位置和取向，且这样检测的位置数据例如可以与物体或身体部分的断层影像相关。数据处理和图像生成装置能够从当前记录或存储的、代表了各身体部分的数据生成身体部分的图像，所述图像这样反映了身体部分的视图以及仪器的位置和取向的图示，使得观察者可从身体部分的图像中获取仪器在身体部分内的位置和取向。为此由方位检测装置记录的位置数据典型地描绘了相应的仪器相对于参考坐标系的位置和取向，且因此可以由数据处理和图像生成装置转化到基于图像数据的坐标系内。这样的医疗系统基本上是已知的并且用于典型地手动引导的外科仪器的所谓导航。手术医生因此可以在其患者的例如断层描绘中也识别到由所述手术医生引导的仪器的位置，且因此将仪器有目的地引导到目标区域或目标位置。所使用的方位检测系统例如可以是光学的、超声波支持的或电磁的方位检测装置。因此，例如已知其中场生成器产生交变电磁场且在仪器上设置具有线圈的位置传感器的电磁方位检测装置。通过生成器的交变电磁场，在线圈内感应出取决于各线圈相对于交变电磁场的取向的电流。当可动仪器具有此类以传感器线圈形式的位置传感器时，可确定仪器相对于例如也可以具有线圈的参考传感器的地点和方位。在此，参考传感器例如作为患者定位器与患者的身体部分(或也与另外的物体)固定地连接。
[0003]为了在患者的身体部分内导航，典型地检测带有此类方位检测装置的仪器的位置和取向，且然后将仪器的位置在身体部分的以断层成像方式获得的截面图中显示。为了实现此功能，仪器的位置传感器所提供的位置数据必须被传输到患者的断层图像的坐标中。仪器的位置且优选地仪器的取向然后可以在患者的身体部分的截面图像中或也在其透视图像中被图示。
[0004]对于手术医生，具有帮助的是，所述手术医生为此可以选择各有利的图示，例如可以选择不同的截面平面，以便可以选择对其有帮助的各图示。因此，建议为此类方位检测装置或数据处理和图像生成装置设置输入装置，所述输入装置例如允许选择图示形式。
【发明内容】
[0005]本发明的任务是，特别地在通过手术医生的可操作性方面改进此类系统。
[0006]根据本发明，此任务通过带有仪器、数据处理和图像生成装置以及图像显示和控制单元的医疗系统解决。其中方位检测装置构造为，用于检测仪器相对于参考坐标系的位置和取向。数据处理和图像生成装置构造为，用于从当前记录的或存储的、代表了身体部分的数据产生身体部分的图像，所述图像将身体部分的视图与仪器的位置且优选地其取向的图示一起描绘，使得观察者可以从身体部分的图像中获取仪器在身体部分内的位置和取向。根据本发明，在此图像显示和控制单元无线地与数据处理和图像生成装置连接，且具有带有封闭的表面的显示和输入单元。在显示和输入单元的封闭的表面上，在图像显示和控制单元的运行中，将控制元件以及身体部分的各视图与仪器的位置且优选地其取向的图示一起显示。图像显示和控制单元为此构造为，通过所示的控制元件接收使用者输入，且取决于各接收的使用者输入将控制信号发送到数据处理和图像生成装置。
[0007]显示和输入装置例如可以是触摸屏，即触敏显示器，所述触摸屏也允许通过显示器的输入。由于此类显示和输入单元是封闭的，显示和输入单元也可容易地在手术室内被使用，因为所述显示和输入单元不会那么容易受到污染影响。
[0008]因为图像显示和控制单元此外与数据处理和图像生成装置无线地连接，所以图像显示和控制单元可以由手术医生安放或安装在各希望的位置或也可以由手术医生徒手操作。手术医生可以直接从手术地点进行控制输入，或将在图像显示和控制单元上的图像直接与其对于患者的目视观察情况进行比较。
[0009]为特别地简化后者情况，医疗系统优选地设计为，使得显示和控制单元将身体部分的各视图以1:1的比例显示，从而在身体部分的所显示的截平面中的距离与在身体部分自身内沿截平面的距离近似相等。这不仅允许手术医生对于患者的目视观察情况与相应的图像进行比较；此外这也允许手术医生特别精确地控制其仪器，因为待获取的距离在图像显示和控制单元上的图像显示精确地对应于手术医生必要时必须使仪器运动以例如到达一定的目标位置所用的距离。
[0010]在此方面，特别优选的是，数据处理和图像生成装置此外构造为，在身体部分的各视图中除仪器的相应位置和优选其取向外，还显示在身体部分内的另外位置的和/或目标区域的或目标体积的标记。
[0011]优选地，数据处理和图像生成装置构造为，访问代表了各身体部分的不同的数据，例如访问通过计算机断层成像获得的数据或访问通过磁共振断层成像获得的数据。数据处理和图像生成装置此外相应地构造为，根据选择产生基于通过计算机断层成像获得的数据的图像或产生基于通过磁共振断层成像获得的数据的图像。图像显示和控制单元在此方面优选地构造为，显示一个或多个控制元件，所述控制元件用于在代表了各身体部分的不同的数据之间选择，且因此用于相应的图像显示。图像显示和控制单元为此构造为，在操作相应的控制元件时产生控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置生成基于所选择的、代表了患者的身体部分的数据的图像。
[0012]此外，数据处理和图像生成装置优选地形成为存储所显示的图像，使得所述图像随后可再次被调出。这因此是具有优点的，因为仪器在身体部分内的位置和可能身体部分通常随时间变化或运动，使得当前描绘的图像与早先时刻描绘的图像典型地不同。因此，可能有帮助的是在一定的时刻存储图像，例如以拷屏的形式存储图像。为此，图像显示和控制单元也优选地具有相应的控制元件，在操作所述控制元件时，图像显示和控制单元生成控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置将在操作控制元件时分别当前示出的图像进行存储。
[0013]以类似的方式，可能希望的是数据处理和图像生成装置构造为，按照电影的方式存储图像序列。同样为了触发此情况，图像显示和控制单元优选地具有相应的控制元件，在操作所述控制元件时图像显示和控制单元产生控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置记录在电影意义上的图像序列。
[0014]根据特别优选的实施变体，用于对图像序列的拍摄进行触发的控制元件的显示在开始图像序列拍摄的操作时改变。手术医生可因此根据控制元件自身的显示获知刚刚拍摄了一个图像序列。图像显示和控制单元优选地还设计为，对用于拍摄图像序列的控制元件的第二操作又将各图像序列的拍摄停止。优选地，图像显示和控制单元在控制元件的各第二次操作时又产生在对图像序列的拍摄进行触发前的此控制元件的原来的显示。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]现在，根据实施例参考附图详细解释本发明。各图为:
[0016]图1示出了医疗系统，所述医疗系统带有仪器、用于此仪器的方位检测装置、数据处理和图像生成装置以及图像显示和控制单元；
[0017]图2示出了医疗仪器及其所属的方位检测装置，所述方位检测装置带有用于交变电磁场的场生成器以及患者固定的位置传感器；
[0018]图3示出了由数据处理和图像生成装置生成的且在图像显示和控制单元上显示的图像以及也在图像显示和控制单元上一起显示的控制元件的示例；和
[0019]图4示出了在图像显示和控制单元上显示的控制元件的图像。
【具体实施方式】
[0020]图1示出了医疗系统的部件，即:仪器16、作为方位检测装置的部分的场生成器12，和通过电缆22和24与场生成器12或仪器16连接的数据处理和图像生成装置20。此夕卜，图1示出了图像显示和控制单元30，所述图像显示和控制单元30容易地以单手或双手持有且与数据处理和图像生成装置20无线地连接。
[0021]图2在侧视图中简略地示出了患者的头部10。在头部10附近具有用于产生在患者的头部的范围内要被检测的交变电磁场的场生成器12。在患者的头部10上固定了作为参考位置传感器14或患者定位器的患者固定的位置传感器。可运动的仪器16具有带有手柄18的近端端部和带有仪器位置传感器的远端端部。参考位置传感器14和仪器位置传感器分别具有作为传感器线圈的一个或多个电线圈。由运行中的场生成器12发出的交变电磁场在线圈内分别感应了电流，所述电流的幅值取决于各传感器线圈与场生成器12的相对位置和取向。以此方式，在已知的方式中可确定仪器位置传感器相对于参考位置传感器的相对位置和方向(取向)。
[0022]为将通过方位检测系统所检测的仪器的位置值对于仪器导航在如下意义上使用，即，将仪器的各当前位置在例如以断层方式获得的身体部分的截面图上显示，由仪器的位置传感器所提供的位置值必须被转化到基于断层图像的模型坐标系中。为此所需的转化规定以已知的方式通过配准方法获得。为此，例如以指示或扫描仪器扫描身体部分的表面，且在此将所获得的位置值以尽可能小的误差传输到由断层图像或拓扑图像所导出的模型表面上。对于尽可能精确地传输所需要的比例、旋转和/或平移等最后得出转化规定。
[0023]数据处理和图像生成装置20也可远离手术地点，例如可以是中央的计算中心的部分。
[0024]仪器16可以是外科仪器或是显微镜、内窥镜或另外的可运动的仪器。仪器16在此不必一定是可手动移动的，而是也可通过机器人控制。图像显示和控制单元30形成为至少与数据处理和图像生成装置20无线通信的自供电单元，但附加地也例如与仪器16可以通信，以便特别地可通过图像显示和控制单元30远程控制仪器16。当仪器16例如是内窥镜时，通过图像显示和控制单元30可控制内窥镜光学器件的取向，只要所述光学器件可远程控制地取向。如果仪器16是显微镜，则图像显示和控制单元30可构造为，远程控制显微镜的聚焦控制，或对于显微镜的自动聚焦控制的超控或调节进行远程控制。
[0025]如从图3可见，图像显示和控制单元30在其显示和输入单元32上示出身体部分的至少一个视图36以及一个或多个控制元件34以及信息图标38。如已描述，身体部分的视图36可通过由数据处理和图像生成装置20从例如计算机断层成像或磁共振断层成像获取的身体部分的数据产生。补充地或替代地，所图示的视图也可以是各当前的内窥镜或显微镜照片。优选地，由断层成像所获得的数据所示的视图以及通过例如内窥镜或显微镜的光学仪器拍摄的视图被同时示出。各身体部分的视图的显示优选地以1:1的比例进行，使得在图像显示和控制单元30的显示和输入单元32的平面上的距离等于在身体部分的相应的平面内的距离。
[0026]在身体部分的各视图中，优选地显示各仪器16的位置以及例如作为先前的手术计划的结果的计划信息。此计划信息例如可以是身体部分的分别被显示的视图36内的目标区域的标记或目标体积的标记。另外的计划信息可以是例如螺栓的植入物的位置和取向。当此计划信息在身体部分的视图36内显示时，手术医生可在手术期间将实际的植入物精确地取向到在身体部分的视图36内所显示的计划信息上。
[0027]在图3和图4中可见在显示和输入单元32上示例地示出的控制元件34。第一控制元件34.1和第二控制元件34.2例如用于选择代表了各身体部分的数据。
[0028]以此，使用者可通过操作第一控制元件34.1使得从计算机断层成像获取的数据显示身体部分的视图36。通过操作第二控制元件34.2，使用者可使得从磁共振断层成像获得的数据生成视图36。在每个情况中，各控制元件34.1或34.2的操作触发了将相应的控制信号从图像显示和控制单元30发送到数据处理和图像生成装置。所述数据处理和图像生成装置生成身体部分的相应的视图36且将其传输到图像显示和控制单元30，在其显示和输入单元32上然后显示相应的视图36。
[0029]第三控制元件34.3允许拍摄仅各当前的身体部分的视图36的快照或也允许拍摄在显示和输入单元32上成像的包括控制元件的整个图示的快照。如果使用者操作第三控制元件34.3，则图像显示和控制单元30生成控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置20这样存储相应的视图，使得所述视图随后又可由所述使用者调取。
[0030]以类似的方式，第四控制元件34.4允许触发图像序列的拍摄，所述图像序列以电影的形式存储在图像显示和控制单元30自身上，或也存储在数据处理和图像生成装置20上。在各第一次操作第四控制元件34.4时，开始此图像序列的拍摄，而第二次按动第四控制元件34.4则又停止图像序列的拍摄。在第一次操作第四控制元件34.4之后，所述第四控制元件34.4的图示改变，使得使用者立即知晓当前在进行图像序列的拍摄。如果通过第二次操作第四控制元件34.4又停止此图像序列的拍摄，则第四控制元件34.4又被图示为其在图3和图4中所示出的原来的图示形式。
[0031]另外的控制元件34.6和34.7例如用于调节所示的视图的对比度(控制元件(34.6)和亮度(控制元件34.7)。
[0032]第八控制元件允许复位。通过操作第八控制元件34.8，重新产生原来的调节。
[0033]以第九控制元件34.9可在身体部分的所图示的视图36中标记位置。第十控制元件34.10允许在不同的显示比例之间的切换，其中显示比例优选地为1:1。
[0034]图像显示和控制单元30也允许在无线地与图像显示和控制单元30连接的不同的仪器之间的切换，例如在内窥镜和外科仪器之间的切换。
[0035]但在不同的仪器之间的切换也可通过由手术医生进行各仪器的拍摄来自动进行。在此情况中，在使用中的各仪器通过例如图标38.1的信息图标在显示和输入单元32上示出。
[0036]在图像显示和控制单元30与具有内窥镜的形式的仪器16协作时，得到了特别有利的应用，使得例如以内窥镜确定的图像点或位置可在二维平面内或在三维空间中由眼睛捕捉到(即，例如置于内窥镜图像的中心中)。通过操作图像显示和控制单元30的显示和输入单元32上的或也在内窥镜自身上的相应的控制元件，可存储各位置。多个此位置然后可相互连接为多边形连线，所述多边形连线例如描述了身体空隙或通过手术(例如，在肿瘤去除之后)而人工形成的中空空间，精确而言是其轮廓。此类多边形连线然后可用作为用于切除身体组织部分的模板，所述模板例如应被用于填充人工形成的中空空间且在患者的身体的另外的位置上取出。
[0037]作为由单独的通过内窥镜驶过的身体位置生成多边形连线的替代，也可建议连续地跟踪内窥镜的取向，以便因此生成连续地拍摄的模板。但在此也随同拍摄了在拍摄模板期间内窥镜的错误的取向。
[0038]此外，图像显示和控制单元30自身也允许使用者在身体部分的视图36上例如以输入笔标记单独的位置或也跟踪所图示的轮廓，以便因此生成用于产生模板的相应的位置数据。
[0039]图像显示和控制单元30提供的另外的功能是扫描身体部分的视图36上的标志，以便因此例如将不同的图示、例如由内窥镜拍摄的照片和由断层成像获得数据所生成的视图相互协调，将相应的标志在不同的图示中相互相关。
[0040]也可建议使得图像显示和控制单元30可与不同的仪器和/或数据处理和图像生成装置20连接，使得通过单个图像显示和控制单元30通过在不同的数据处理和图像生成装置20之间的切换可跟踪多个手术。
[0041]用于图像显示和控制单元30的不同的使用者的基本设置和/或用于不同的图像显示和控制单元30的基本设置可存储在各图像显示和控制单元30上或也存储在相应的数据处理和图像生成装置20上，特别是当数据处理和图像生成装置20实现为具有中央服务器或计算中心的形式时。这允许特别地在中央的数据处理和图像生成装置20上也存储对于不同的使用者的基本设置，使得各不同的图像显示和控制单元30也可以不同的操作系统被使用，而使用者不必以分别完全不同的图示方式或预设置来进行设置。而是图示方式和预设置可与各具体的图像显示和控制单元30及其特定的操作系统无关地在不同的图像显示和控制单元上分别同时或至少类似地实现。
[0042]此外，可在各图像显示和控制单元30上存储数据，所述数据部分地或完全地描述了相应的医疗系统。属于所述数据的可以是设备描述以及方位检测装置的描述或数据处理和图像生成装置的描述。此数据可持久地存储在各图像显示和控制单元30内，但也可在相应的应用开始时才例如从相应的数据处理和图像生成装置20传输到各图像显示和控制单元30。在后者情况中，可特别地也使不同类型或配置的不同的图像显示和控制单元30容易地相互替换。
[0043]相反，在各数据处理和图像生成装置20中也可存储数据，所述数据单独地描述了单个的图像显示和控制单元30，必要时也单独地用于各图像显示和控制单元30的不同的使用者。
[0044]在极端情况中，完整的数据处理和图像生成装置20也可整合在各图像显示和控制单元30中。
[0045]相反，也可使得所有主要信息存储在数据处理和图像生成装置20内，从而一方面图像显示和控制单元30可保持简单，且另一方面所有主要信息中央地可供使用且因此也可保持可供图像显示和控制单元30的另外的使用者使用。如果例如整个图示在图像显示和控制单元30的各显示和输入单元32上由相应的数据处理和图像生成装置20连同控制元件的位置和显示信息预先给出，则足够的可以是，在显示和输入单元32上触及相应的所显示的控制元件时各图像显示和控制单元30仅需生成描绘了在显示和输入单元32上的各被触及的位置的控制信号。对于数据处理和图像生成装置20，此信息足以用于识别在图像显示和控制单元30上哪个控制元件被操作，或所显示的身体部分的视图36的哪个位置被
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[0046]通过以此方式将图像显示和控制单元30的所有主要功能实际上由数据处理和图像生成装置20提供和执行，可同时提供强大的功能且提供简单的特别小且轻的图像显示和控制单元30。因为数据处理和图像生成装置20如所论述不必处在使用者或手术医生附近而是例如可在中央计算中心实现，所以使用者或手术医生可在其工作环境中完全关注于其仪器且必要时获得图像显示和控制单元30的支持。因为所述图像显示和控制单元30必要时也用作使用者或手术医生的相应的仪器的远程控制器(见上文)，所以这明显地使得使用者或手术医生在其工作场所例如在手术室的工作简易。
[0047]特别地，在此描述的图像显示和控制单元30允许使用者或手术医生关注于仪器的工作，其中使用者或手术医生完全关注于其仪器且很大程度上免于另外的技术负担。
[0048]附图标号列表
[0049]10患者头部
[0050]12场生成器
[0051]14患者固定的位置传感器
[0052]16可动仪器
[0053]18可动仪器的手柄
[0054]20数据处理和图像生成装置
[0055]22连接电缆
[0056]24仪器电缆
[0057]30图像显示和控制单元
[0058]32显示和输入单元
[0059]34控制元件
[0060]36身体部分的视图
[0061]38信息图标
【权利要求】
1.一种带有仪器(16)、用于仪器的方位检测装置(12、14)和数据处理和图像生成装置(20)以及图像显示和控制单元(30)的医疗系统， 其中所述方位检测装置(12、14)构造为，用于检测仪器(16)相对于参考坐标系的位置和取向， 其中所述数据处理和图像生成装置(20)构造为，用于从当前记录的或存储的、代表了身体部分的数据产生身体部分的图像，所述图像将身体部分的视图(36)与仪器(16)的位置的图示一起描绘，使得观察者可以从身体部分的图像中获取仪器(16)在身体部分内的位置， 其中所述图像显示和控制单元(30)无线地与数据处理和图像生成装置(20)连接，且具有带有封闭的表面的显示和输入单元(32)，在所述显示和输入单元的封闭的表面上在运行中将控制元件(34)以及身体部分的各视图(36)与仪器(16)的位置的图示一起图示，其中图像显示和控制单元(30)为此还构造为，通过显示的控制元件(34)接收使用者输入，且取决于各接收的使用者输入将控制信号发送到数据处理和图像生成装置(20)。
2.根据权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述数据处理和图像生成装置(20)此外构造为，在身体部分的各视图(36)中除仪器的各位置外，示出身体部分内的另外的位置的和/或目标区域的或目标体积的标记。
3.根据权利要求1或2所述的医疗系统，其特征在于，所述显示和输入单元(32)构造为，使得身体部分的各视图以1:1的比例显示，从而在图示的身体部分的截面中的距离与沿截平面在身体部分自身内的距离近似相等。
4.根据权利要求1至3中一项所述的医疗系统，其特征在于，所述数据处理和图像生成装置(20)构造为，访问代表了各身体部分的不同的数据，其中数据处理和图像生成装置(20)形成为，根据选择产生基于所选择的代表了各身体部分的数据的图像，且其中图像显示和控制单元(30)构造为，显示一个或多个控制元件(34)，所述控制元件允许在代表了各身体部分的不同的数据之间选择，且因此允许相应的图像显示，其中图像显示和控制单元(30)构造为，在操作相应的控制元件(34)时产生控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置(20)生成基于所选择的代表了患者的身体部分的数据的图像。
5.根据权利要求1至4中一项所述的医疗系统，其特征在于，所述数据处理和图像生成装置(20)构造为，存储所显示的图像，使得所述图像随后可再次被调出，且在于，所述图像显示和控制单元(30)具有相应的控制元件(34)，在操作所述控制元件时图像显示和控制单元(30)生成控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置(20)存储在操作控制元件(34)时当前示出的图像。
6.根据权利要求1至5中一项所述的医疗系统，其特征在于，所述数据处理和图像生成装置(20)构造为，存储电影类型的图像序列，且在于，所述图像显示和控制单元(30)具有相应的控制元件(34)，在操作所述控制元件(34)时图像显示和控制单元(30)产生控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置(20)拍摄在电影意义上的图像序列。
7.根据权利要求6所述的医疗系统，其特征在于，所述图像显示和控制单元(30)构造为，在进行开始图像序列拍摄的操作时改变用于触发图像序列拍摄的控制元件(34)的显/Jn ο
8.根据权利要求6或7所述的医疗系统，其特征在于，所述图像显示和控制单元(30)构造为，在第二次操作用于拍摄图像序列的控制元件(34)时产生控制信号，所述控制信号促使数据处理和图像生成装置(20)停止各图像序列的拍摄。
9.根据权利要求7和8所述的医疗系统，其特征在于，所述图像显示和控制单元(30)构造为，在分别第二次操作控制元件(34)时又导致在触发图像序列拍摄前的此控制元件(34)的原来的显示。
【文档编号】A61B19/00GK104349739SQ201380022627
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】T.克鲁格, D.马查, A.罗斯, H.布朗 申请人:菲亚戈股份有限公司