用于定位移动医学成像系统的系统和方法与流程

本发明总体上涉及移动医学成像系统相对于对象的定位，并且更具体地涉及用于移动医学成像系统的定位装置、移动医学成像系统以及用于定位移动医学成像系统的方法。

背景技术：

在医疗保健中，移动系统(例如c型臂架)用于将成像传感器(例如x射线系统)移动到期望位置。在示例中，这样的移动系统是手动对准的。因此，外科医师需要在试错法流程中对准移动系统。这意味着，外科医师必须在移动后通过使用多次x射线曝光并通过比较在当前位置和目标位置处确定的测量结果来重新定位移动系统。该方法是手动的迭代过程，并且因此非常耗时。

文献us7065393b2示出了一种系统，其包括用于确定成像源和成像接受器的位置的模块以及用于确定成像源焦点位移的局部重力向量。当需要例如术前ct/mr图像和实况2d荧光图像的叠加时存在问题。针对基于移动系统的手动对准的系统，这样的叠加是不可能的，因为手动对准导致具有高方差的测量结果。因此，对于这种叠加，手动对准是不精确的。

技术实现要素：

因此，期望提供移动医学成像系统的改进的和准确的定位。

这由独立权利要求的主题解决；另外的实施例并入在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于用于移动医学成像系统的定位装置、移动医学成像系统以及用于定位移动医学成像系统的方法。

在第一方面，提供了一种用于移动医学成像系统的定位装置。所述定位装置包括：至少一个第一定位传感器，其被配置为以第一空间分辨率进行操作并且能够进行非视线操作；至少一个第二定位传感器，其被配置为以高于第一空间分辨率的第二空间分辨率进行操作，以及处理器。

处理器可以被配置为确定移动医学成像系统的移动结构与移动医学成像系统的环境中的至少一个对象之间的当前距离。特别地，在第一模式中，如果当前距离大于预定阈值，则处理器被配置为使用至少一个第一定位传感器。即，来自至少一个第一定位传感器的定位信息或信号由处理器接收并用于确定当前距离。此外，在第二模式中，如果当前距离小于预定阈值，则将至少一个第二定位传感器用于确定当前位置。

具体而言，提供了定位装置可以在第一模式或第二模式中作为交替模式进行操作。例如，取决于移动结构与外部对象之间的当前距离大于或小于预定阈值，定位装置可以以第一模式或第二模式进行操作。

在第二方面中，提供了一种移动医学成像系统。移动医学成像系统包括用于保持成像设备的移动结构和根据上述示例的定位装置。至少一个定位传感器确定所述移动医学成像系统的移动结构与环境中的至少一个对象之间的当前距离。

成像设备可以是荧光成像系统，并且可以包括x射线源和探测器。探测器和x射线源可以被安装到移动结构，尤其是彼此相对。备选地，x射线源或探测器可以被安装到移动结构，使得没有被安装到移动结构的探测器或x射线源可以独立于移动结构而移动。

移动结构可以包括弧形物，诸如用于保持和移动医学成像系统的c型臂。

c型臂可以被配置用于医学成像系统的水平移动和角移动，优选地具有八个自由度。

在示例中，移动结构包括c型臂，x射线源安装到c型臂的第一端，并且探测器安装到c型臂的第二端。

在实施例中，预定阈值可以在10cm与500cm之间，优选地在40cm与200cm之间，更优选地在100cm与140cm之间，最优选地为125cm。

定位装置包括至少一个第一定位传感器、至少一个第二定位传感器和处理器。定位装置可以在第一模式中使用至少一个第一定位传感器来确定移动医学成像系统的当前位置。此外，定位装置可以在第二模式中使用至少一个第二定位传感器来确定移动医学成像系统的当前位置。至少一个第一定位传感器可以是超宽带传感器，例如，超宽带雷达传感器，并且至少一个第二定位传感器可以是例如超声传感器。第二传感器的输出可以是模拟包络信号的形式。

因此，在第一模式中，对于高于阈值的系统到对象距离，定位装置可以使用第一定位传感器进行操作，而在第二模式中，对于低于阈值的系统到对象距离，定位装置可以使用第二定位传感器进行操作。例如，如果系统处于距任何对象的相对高距离，则使用超宽带传感器执行相对粗略的定位，并且一旦系统到对象距离减小到预定阈值以下，则定位装置切换到第二模式，所述第二模式涉及使用超声传感器进行更精细的定位。

在实施例中，定位装置被配置为检测移动医学成像系统的当前位置与至少一个对象之间的障碍物。

例如，定位系统可以包括至少第一对发射器-接收器传感器和第二对发射器-接收器传感器，并且处理器可以被配置为如果由至少一个第一对发射器-接收器传感器确定的测量结果与基于第二对发射器-接收器传感器的测量结果计算的预期测量结果的差值大于给定的安全阈值，则使用用户接口输出针对障碍物的警告。

例如，移动医学定位系统包括输出设备、存储器和处理器，其中，处理器被配置为在第一时刻确定移动医学成像系统的位置和/或取向，并将在第一时刻确定的位置和/或取向存储在存储器中，并在第二时刻经由输出设备输出用于将移动医学成像系统移动到存储器中存储的位置和/或取向的指令。

优选地，至少一个定位传感器可以附接到移动成像设备的c架。更优选地，至少一个定位传感器的发射器或接收器可以被附接到移动成像设备，并且例如，对应的接收器或发射器可以被附接到参考点，诸如在移动成像设备的环境中的对象。

在第三方面中，提供了一种用于定位移动医学成像系统的方法。方法包括第一步骤：通过使用包括至少一个第一定位传感器和至少一个第二定位传感器的定位装置来确定医学成像系统与移动医学成像系统的环境中的至少一个对象之间的当前距离。方法还包括第二步骤：如果移动医学成像系统与至少一个对象之间的当前距离大于预定阈值，则在第一模式中以第一空间分辨率操作至少一个第一定位传感器。方法还包括第三步骤：如果移动医学成像系统与至少一个对象之间的当前距离小于预定阈值，则在第二模式中以与第一空间分辨率不同的第二空间分辨率操作至少一个第二定位传感器。

在示例中，定位装置包括至少一个定位传感器。所述至少一个定位传感器确定移动医学成像系统的移动结构与所述移动医学成像系统的环境中的至少一个对象之间的当前距离。此外，所述定位装置被配置为，如果当前距离大于预定阈值，则基于由至少一个定位传感器在第一模式中确定的信号来确定所述移动医学成像系统的当前位置，并且如果当前距离小于预定阈值，则基于由至少一个定位传感器在第二模式中确定的信号来确定移动医学成像系统的当前位置。在第一模式中，至少一个定位传感器以第一空间分辨率进行操作。在第二模式中，至少一个定位传感器以第二空间分辨率进行操作，所述第二空间分辨率不同于所述第一空间分辨率。至少一个定位传感器被配置为同时在第一模式和第二模式中操作，或者至少一个定位传感器被配置为以交替的方式在第一模式和第二模式中操作。

第二和第三步骤可以被布置为同时步骤或交替步骤。这意味着，至少一个定位传感器可以在第一模式中操作，并且如果移动医学成像系统与至少一个对象之间的当前距离变为小于预定阈值，则切换到第二模式。备选地，至少一个传感器可以同时在第一模式和第二模式中运行。如果至少一个传感器同时在第一模式和第二模式中运行，则在第一模式中确定的信号或在第二模式中确定的信号被用于移动医学成像系统的定位。

根据方面，至少一个定位传感器被使用，其可以在第一模式中运行以使用第一空间分辨率进行移动医学成像系统的粗略移动，并且在第二模式中运行以使用更高的第二空间分辨率进行移动医学成像系统的精细移动，即，与第一分辨率相比，所述第二空间分辨率创建每个距离的更多数据点。根据移动医学成像系统与环境中的对象之间的当前距离自动执行第一模式和第二模式之间的切换。还提供了其他设备、系统和方法，其被专门配置为与此类设备接合和/或实现此类方法。提供两种不同的操作模式允许移动医学成像系统的粗略定位和精细定位，并且因此提供移动医学成像系统的改进的定位。

根据以下详细描述，本公开的额外的方面、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

下面将参考以下附图描述本发明的示例性实施例：

图1示出了具有定位装置的示例的移动医学成像系统的示例的示意图。

图2示出了根据实施例的用于计算移动医学成像系统的当前位置的示意性流程图的示例。

图3示出了用于操作用于定位移动医学成像系统的双传感器系统的示意性流程图的示例。

图4示出了根据实施例的基于多个传感器的移动医学成像系统的角度取向的测量的示意性图示。

图5示出了用于定位移动医学成像系统的方法的另外的示例的示意性图示。

具体实施方式

在图1中，示出了移动医学成像系统100。移动医学成像系统100具有c型臂形式的移动结构102。附接到移动结构102的是包括x射线源104和探测器单元106的成像设备。下面还将参考另外的附图更详细地描述移动医学成像系统100。

移动结构102可以移动以改变位置，特别是成像设备相对于参考点(例如操作台)的角度，如由箭头108所指示的。对于水平和垂直移动，移动结构102附接到支撑构件110，支撑构件110可以如由箭头112所指示横向移动，如由箭头114所指示在垂直方向上移动，并且如由箭头116所指示在水平方向上移动。支撑构件110连接至基座构件118，基座构件118安装至移动构件120，移动构件120可以如由箭头122所指示横向移动并且如由箭头124所指示水平移动。附接至移动构件120的是定位装置126，其包括定位装置的定位传感器128。定位传感器128可以是与附接到参考点(例如，移动医学成像系统100的环境中的对象)的对应接收器或发射器交换信号的发射器或接收器。

在示例中，定位装置126包括输出设130、存储器132和处理器134。处理器134被配置为在第一时刻使用定位传感器128来确定移动医学成像系统100的位置，将在第一时刻确定的位置存储在存储器132中，并在第二时刻经由输出设备130输出用于将移动结构102移动到存储在存储器132中的位置的指令。

在示例中，定位装置可以被提供为套件，以升级现有的移动成像系统，例如，实现如上所述的系统。

现在转到图2，示出了根据实施例的用于计算移动医学成像系统的当前位置的方法。其中，在检测步骤202中，由移动医学成像系统的定位传感器检测到信号。例如，在检测步骤202中检测到的信号在处理步骤204中通过应用诸如带通滤波器的滤波器来处理。根据在处理步骤204中滤波的信号，在转换步骤206中执行相对时间戳记到距离转换。转换步骤206的输出用于在感测步骤208中使用到达时间差和/或飞行时间算法来计算传感器到由传感器感测到的特定对象的精确距离。在感测步骤208中计算的精确距离用作混合定位模块210的输入，混合定位模块210将移动医学成像系统的定位装置的至少一个传感器在第一模式和第二模式之间切换，并分别触发至少一个传感器。

现在转到图3，示出了根据一个实施例的用于精确定位包括两个传感器模块的移动医学成像系统的方法。首先，在开始步骤302中启动系统。在初始化步骤304中，第一定位传感器和第二定位传感器被初始化。

在第一确定步骤306中，使用第一定位传感器确定移动定位系统与对象之间的距离。第一定位传感器是能够在非视线环境中感测信息的超宽带传感器。

在第二确定步骤308中，使用第二定位传感器确定移动定位系统与对象之间的距离。第二定位传感器是超声传感器。

基于第一定位传感器的传感器单元的特定测量结果，在检测步骤310中执行障碍物检测算法。因此，比较传感器单元的特定测量结果，即，由特定的发射器-接收器对确定的测量结果。例如，如果由至少一个传感器单元确定的测量结果与由其余传感器单元确定的测量结果之间的差值大于给定的安全阈值，则在用户接口中显示障碍物警告。

在计算步骤312中，如果没有障碍物警告要示出，则基于在第一确定步骤306和/或第二确定步骤308中确定的测量结果来计算移动医学成像系统与环境中的至少一个对象(例如操作台)之间的距离。

在切换步骤314中，将在计算步骤312中计算的距离与例如125cm的预定阈值进行比较。该比较的结果用于决定是否要在第一模式316或第二模式318中执行移动医学成像系统的另外的定位。由于在第一模式316中使用第一空间分辨率，所述第一空间分辨率优选小于第二模式318中使用的第二空间分辨率，则第一模式316用于移动医学成像系统的粗略定位，并且第二模式318用于移动医学成像系统的精细定位。

因此，如果在计算步骤312中确定的距离大于预定阈值，则在第一模式316中以例如每10cm一个数据点的第一空间分辨率来使用移动医学成像系统的定位装置。分别地，在第一模式316中使用第一定位传感器确定用于定位移动医学成像系统的另外的测量结果。然而，如果在计算步骤312中确定的距离小于预定阈值，则例如以每5mm一个数据点的第二空间分辨率将移动医学成像系统的定位装置切换到第二模式318。因此，在第二模式318中使用第二定位传感器确定用于定位移动医学成像系统的另外的测量结果。

由于在第二模式318中使用的第二空间分辨率高于在第一模式316中使用的第一空间分辨率(这意味着在第二模式318中，与第一模式316相比，定位装置在每个距离和/或时间确定更多的数据点)，移动医学成像系统在第二模式318中比在第一模式316中可以更精确得多地移动。

由于在第一模式316中使用的第一空间分辨率小于在第二模式318中使用的第二空间分辨率，并且第一定位传感器优选地是在非视觉环境下工作的传感器，所以可以非常快地移动移动医学成像系统，即在第一模式316中比在第二模式318中具有更高的速度。结合在检测步骤310中执行的障碍物检测算法，操作者甚至在非视觉环境中也可以高速移动移动医学成像系统。

在第一模式316或第二模式318中确定的测量结果例如用于计算在用户接口上示出的指导指令。因此，如果定位系统以第一模式316运行，则操作者可以根据用户接口上所示的指导指令以高速操纵移动医学成像系统。备选地，如果定位系统以第二模式318运行，则操作者可以非常精确地操纵移动医学成像系统。由于使用本文公开的系统自动执行第一模式316和第二模式318之间的切换，因此操纵移动医学成像系统的操作者可以将移动医学成像系统高速移向设计空间，例如操作台周围的坐标系，并在设计空间内精确移动移动医学成像系统。

在图4中，示出了使用附接到移动医学成像系统406的第一发射器402和第二发射器404进行的角度测量。虚线408示出了诸如操作台的参考点的对准。第一接收器410和第二接收器412附接在操作台上。由于第一发射器402与第一接收器410之间的第一距离414小于第二发射器404与第二接收器412之间的第二距离416，因此操作台必须与移动医学成像系统406成角度对齐。通过使用如由虚线418所示平行于操作台的移动医学成像系统的参考位置，可以计算移动医学成像系统406与操作台之间的角度420。

如上所述，移动医学成像系统包括移动结构，例如装备有x射线成像设备的c型臂。医学成像系统可以是例如在导管实验室(cathlab)中使用的介入性x射线图像系统。

在操作或介入期间，成像设备移动若干次。在公共系统中，必须在手动耗时和迭代过程中重新定位成像设备，其涉及每次移动后的试错成像。因此，保持成像设备的移动结构相对于患者身体移动，并且x射线曝光器用于相对于成像设备在其移动之前的位置定位成像设备的当前位置。

因此，使用共同系统，患者的身体暴露于若干辐射曝光中，所述若干辐射曝光可以使用本文公开的移动医学成像系统避免。

作为效果，实现了将成像设备精确地对准(即定位)在预定位置，特别是不需要辐射曝光器。可以使用本文公开的定位装置来精确且快速定位本文公开的移动医学成像系统。此外，如果在为移动医学成像系统的移动而规划的轨迹中识别出障碍物，则移动医学成像系统可以呈现警告。

本文公开的移动医学成像系统包括用于保持成像设备和定位装置的移动结构。所述定位装置包括至少一个定位传感器，所述定位传感器确定所述移动医学成像系统的移动结构与所述移动医学成像系统的环境中的至少一个对象之间的当前距离。所述至少一个定位传感器被配置为：如果所述移动医学成像系统与所述至少一个对象之间的当前距离大于预定阈值，则以第一模式操作；如果所述移动医学成像系统与所述至少一个对象之间的距离小于预定阈值，则以第二模式操作。

因此，本文公开的移动医学成像系统基于具有混合传感器机制的定位装置，所述混合传感器机制利用到至少一个参考点(例如操作台或任何其他参考点)的当前距离来将定位系统在第一模式和第二模式之间切换。到至少一个参考点的当前距离优选地使用定位装置的至少一个传感器来确定。

如果到特定参考点的当前距离大于预定阈值，则以第一空间分辨率在第一模式中操作定位装置。

如果到特定参考点之间的当前距离小于预定阈值，则以第二空间分辨率在第二模式中操作定位装置。

优选地，定位装置操作在第一模式中以进行粗略定位，并且在第二模式中以进行精细定位。

例如，定位装置可以是混合传感器系统，其包括在第一模式中使用的第一传感器和在第二模式中使用的第二传感器。因此，第一定位传感器用于以粗略方式定位移动医学成像系统，特别是移动医学成像系统的移动结构，并且还检测障碍物。这意味着第一传感器以低准确度使用，即以小空间分辨率使用，其与第二模式中使用的高分辨率相比，创建每距离的较少数量的数据点。

第一模式和第一传感器可以用于将移动结构朝向给定的设计空间定位。

第二传感器在第二模式中用于以精细方式定位移动医学成像系统，特别是移动医学成像系统的移动结构。这意味着第二传感器以高准确度使用，即以高空间分辨率使用，其与例如用于以小空间分辨率进行粗略定位的第一传感器相比，创建每距离的更高数量的数据点。

例如，第二模式和第二传感器可以用于在诸如坐标系的给定的设计空间内定位可移动结构。

通常，第二模式中使用的第二空间分辨率高于第一模式中使用的第一空间分辨率，并且例如基于更高的采样率。

如果使用包括第一传感器和第二传感器的定位系统，则第一传感器可以是能够进行非视线操作的传感器模块，诸如超宽带传感器模块。第二传感器可以是超声传感器模块。第一传感器和第二传感器中的每一个可以用作多个接收器和单个发射器或单个接收器和多个发射器配置。

可以基于至少一个传感器来实现障碍物检测机制。因此，至少一个传感器的每个发射器-接收器对执行距离测量。如果在发射器-接收器对之一和特定参考点之间存在障碍物，则特定的发射器-接收器对将示出相对于其他发射器-接收器对的距离的差异。借助于这种机制，可以消除不对称变化。

停用第一定位传感器和使用第二定位传感器的点，即切换用于定位移动医学成像系统的定位传感器的点，可以是移动医学成像系统与参考点之间的给定距离，其具有例如大约125cm。这意味着，如果移动医学成像系统移动为距参考点与125cm相比更靠近，则执行从第一定位传感器到第二定位传感器的自动切换和触发流程。

本文公开的本发明对于移动医学成像系统的精确和快速定位是有益的。通过使用本文公开的系统和方法，可以实现图片的叠加或拼接。特别地，可以通过使用本文公开的系统和方法来实现术前ct和/或mr图像数据与由移动医学成像系统确定的实况2d荧光图像数据的叠加。

此外，通过使用根据本文公开的移动医学成像系统的实施例的障碍物识别方法，在移动医学成像系统的移动期间可以避免移动医学成像系统与障碍物的碰撞，即使正在移动移动医学成像系统的外科医师或操作者不在移动医学成像系统的轨迹的视线内。

图5示出了用于定位移动医学成像系统的方法500的示意性图示。方法500包括以下步骤：在第一步骤502(也称为步骤a))中，通过使用包括至少一个定位传感器的定位装置来确定移动结构与移动医学成像系统的环境中的至少一个对象之间的当前距离。在第二步骤504(也称为步骤b1))中，如果移动医学成像系统与所述至少一个对象之间的当前距离大于预定阈值，则使用至少一个定位传感器在第一模式中以第一空间分辨率确定的信号来确定移动医学成像系统的当前位置。或作为第一步的备选，在第三步506(也称为步骤b2))中，如果移动医学成像系统与至少一个对象之间的当前距离小于预定阈值，则使用由至少一个定位传感器在第二模式中以与第一空间分辨率不同的第二空间分辨率确定的信号来确定移动医学成像系统的当前位置。

在一个实施例中，在操作台上的两个或更多个发射器以及在特定成像系统上的三个或更多个(优选地四个)发射器用于考虑三个自由度。由于操作台上的两个发射器提供了另外三个自由度的信息，因此该实施例考虑了六个自由度。

在其他实施例中，其他配置，诸如操作台上的两个接收器和成像系统上的四个发射器，或操作台上的四个发射器和成像系统上的两个传感器，或操作台上的四个接收器和成像系统上的两个发射器是可能的。通过使用这些配置之一，可以在成像时以六个自由度计算特定成像系统相对于操作台的坐标，并且然后，为了方便外科医师，可以将成像系统移动远离操作台。在重新定位成像系统期间，通过将成像系统和操作台之间的距离分解成与成像系统的移动轴对齐的分量来引导外科医师。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种可以由处理器执行的计算机程序或一种计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器由此可以被装备为执行本发明的方法。

本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法200的示范性实施例的流程的所有必需步骤。

根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如cd-rom，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面部分描述。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。

然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。