用于運行醫學機器人設備的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于補償在手術干預期間變差的醫學機器人設備記錄準確度的方法。
【背景技術】
[0002]在借助醫學機器人設備(即能夠在手術期間獨立地實施運動或獨立地防止設備確定運動的設備)輔助進行治療手術時，必須相對待手術的身體記錄該設備。記錄在此理解為建立在醫學機器人設備的參照系統中的位置和待手術的身體的參照系統中的位置之間數學意義上的明確關系。它相應于相對待手術的身體校準或調校。這可以例如通過利用醫學技術設備和例如待手術的身體的圖像數據的共同的坐標系統實現。十分重要的是，醫學機器人設備知道，它或它的一個確定部分相對待手術的身體定位在哪個位置，以及醫學機器人設備的運動對此位置怎樣作用。也可以彼此相對地記錄例如不同的數據記錄，使得圖像數據記錄中的位置可以與另一個圖像數據記錄的位置明確地對應。
[0003]記錄準確度相應地是一個用于衡量假定位置與實際位置一致性的程度，例如醫學機器人設備相對待手術的身體的假定位置和醫學設備相對該身體的實際位置一致性的程度，該假定位置例如基于設備的控制指令。出于顯而易見的原因，期望大的記錄準確度。
[0004]由于不同的影響因素，記錄準確度在手術干預中被不利地影響。因此，患者人體結構由于自然因素或外部因素產生的變化導致待手術的身體的假定和實際位置的偏差。自然因素產生的變化理解為例如呼吸、心跳、腸蠕動或通過血流量引起的生理變化。會導致待手術的身體的人體結構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干預本身在待手術的身體上發生的變化。
[0005]此外，醫學機器人設備的不準確度也會導致記錄準確度變差。這種情況是例如全球定位和/或相對定位準確度的運動不準確度或與醫學機器人設備共同作用的醫學設備的所謂手眼校準中的不準確度。
[0006]最后，在醫學機器人設備和待手術的身體的人體結構之間的不準確的初始記錄，即醫學機器人設備與待手術的身體不準確的初始相對位置也是差的記錄準確度的可能原因。
[0007]這些改變或不準確度在需要較高空間準確性的治療方法中成問題。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是，提供一種方法，借助該方法可以在手術干預中通過醫學機器人設備實現提高的準確性。
[0009]該技術問題通過一種用于補償在手術和/或診斷干預中變差的醫學機器人設備記錄準確度的方法解決，所述醫學機器人設備具有用于實施診斷和/或治療措施的終端執行器，所述方法的步驟為:
[0010]a)在待手術的身體的初始圖像數據記錄上選擇終端執行器應當駛近的至少一個基準點；
[0011]b)相對待手術的身體初始記錄醫學機器人設備；
[0012]c)在所述基準點附近定位所述終端執行器；
[0013]d)記錄術中圖像數據記錄，在術中圖像數據記錄中獲得所述終端執行器和身體的臨近終端執行器的區域，其中，所述區域包括身體的局部，所述局部在所述初始圖像數據記錄中具有準點；
[0014]e)在所述術中圖像數據記錄中確定終端執行器的位置和/或定向；
[0015]f)將所述位置和/或定向與所述基準點比較，并且確定可能存在的偏差；
[0016]g)重新定位所述終端執行器用于補償所述偏差。
[0017]按本發明的用于補償治療和/或診斷手術中變差的醫學機器人設備相對待手術的身體的記錄準確度的方法包括以一系列步驟重新定位醫學機器人設備。重新定位在此可以尤其自動地進行。醫學機器人設備在此具有用于實施診斷和/或治療措施的終端執行器。終端執行器此處如在機器人中通常是彼此串連地相對借助控制指令可運動的、醫學機器人設備的一串元件的最后一個元件。終端執行器可以是例如鉆孔夾具或活檢針，所述鉆孔夾具應當固定在一定的位置中，通過活檢針應當從特定組織中提取樣本。
[0018]此處在待手術的身體的初始圖像數據記錄上選擇終端執行器應當駛近的至少一個基準點(或者叫地界標記)。選擇可以例如由外科醫生進行。基準點可以是位置和/或定向，終端執行器在此位置上的應該沿所述定向而定向。基準點尤其可以是在一個位置處的三維向量。位置可以例如是為活組織檢查預設的、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的位置。“駛近一個位置或基準點”此處也理解為“建立相對所述位置或基準點已知的預先確定的位置關系”。駛近一個位置或基準點的方式也可以是，終端執行器與所述位置或基準點間隔一個預先確定的距離，尤其具有一個預先確定的定向。初始圖像數據記錄可以是在手術之前例如一個月拍攝的術前圖像數據記錄或在手術前不久或在手術時直接拍攝的術中圖像數據記錄，使得它代表在治療和/或診斷手術時刻的待手術的身體。
[0019]另一個步驟是相對待手術的身體初始記錄醫學機器人設備。若初始圖像數據記錄是術中圖像數據記錄，則這種初始記錄尤其可以借助初始圖像數據記錄進行，或者若初始圖像數據記錄不是術中圖像數據記錄，則這種初始記錄借助相對初始圖像數據記錄記錄的其他術中圖像數據記錄進行。這種其他術中圖像數據記錄可以是例如二維氟圖像，該二維氟圖像相對三維體積記錄。醫學機器人設備，尤其是其終端執行器，即置于明確定義的、準確已知的相對待手術的身體或基準點的位置和定向。
[0020]作為另一個步驟，將終端執行器定位在基準點附近。這種定位可以獨立地通過設備或人工地通過操作人員實現。附近在此理解為允許拍攝圖像數據記錄的區域，如在下一個步驟中描述。在該步驟中，進行術中圖像數據記錄的拍攝，在該術中圖像數據記錄中采集了終端執行器和與終端執行器相鄰的身體區域，其中，區域包括身體的局部，該局部在初始圖像數據記錄中具有至少一個基準點。因此，尤其是當存在多個在手術和/或診斷干預時應當駛近的基準點時，在相鄰區域的多個基準點情況下，多次使用相同的術中圖像數據記錄以便在多個基準點附近定位終端執行器。
[0021]在另一個步驟中，確定終端執行器在術中圖像數據記錄中的位置和/或定向。然后將該位置和/或定向與基準點比較并且確定必要時存在的偏差。然后，該偏差必要時是一種用于衡量變差的記錄準確度的程度。最后，重新定位終端執行器用于補償偏差并因此變差的記錄準確度，使得末端傳導神經裝和基準點的位置和/或定向又一致。因此，術中成像用于直接地控制機器人的干預。這樣的優點是，又提高了記錄準確度并且在手術中實現了通過醫學機器人設備實施的診斷和/或治療措施的提高的準確性。因此，通過使用術中圖像數據記錄(在術中圖像數據記錄中均包括終端執行器和在初始圖像數據記錄中具有基準點的身體局部)補償待手術的身體由于自然或外部因素造成的形狀和尺寸，即患者人體結構的改變并且補償醫學機器人設備本身的運動不準確度。
[0022]尤其可以規定，按列示的順序實施步驟a)至g)或c)至g)。
[0023]在有利的實施形式中，在治療和/或診斷手術時重復實施步驟c)至g)。然后，在此重新定位終端執行器的最后的步驟同時相當于將終端執行器定位在基準點附近的步驟。這樣的優點是，也可以補償在治療和/或診斷措施的另一個過程中觸發的改變或不準確度。然后，該方法可設計成迭代方法并因此可實現特別大的準確度。
[0024]在一個優選的實施形式中，另一個步驟是，在將終端執行器的位置和/或定向與基準點比較之前相對術中圖像數據記錄記錄初始圖像數據記錄。由此，將初始圖像數據記錄的基準點與術中圖像數據記錄關聯，這種關聯例如在制作初始圖像數據記錄和術中圖像數據記錄時不必通過相同的設備分別進行，因為對于兩個圖像數據記錄存在一個共同的坐標系統。這樣的優點是，初始圖像數據記錄和術中圖像數據記錄不必通過相同的成像系統制作。這能夠減少手術過程中出現的輻射傷害以及實現更高的靈活性。
[0025]在特別有利的實施形式中規定，選擇多于一個基準點，對于所有基準點實施列示的步驟。這樣的優點是，當使用基準點來進行一系列治療和/或診斷時，可以補償由于在基準點之一上的治療和/或診斷措施之一導致變差的記錄準確度。
[0026]在另一個實施形式中規定，醫學機器人設備獨立地使終端執行器運動和/或通過操作人員獨立地影響其可運動性。因此，醫學機器人設備可以獨立地開始終端執行器的運動或限制終端執行器的自由度，使得終端執行器例如在所謂的“重力模式”中通過操作人員的按壓或推移借助所謂的“主動約束”仍然只在由醫學機器人設備確定的方向上運動。這樣的優點是，醫學機器人設備可以自動地重新定位并因此可以特別準確地補償變差的記錄準確度。在由操作人員驅動的和由醫學機器人設備控制的運動中，將機器人導向的較高的準確度與人類注意力和操作人員直接進行的相應反饋結合。
[0027]在特別有利的實施形式中規定，若在步驟c)中用于衡量定位不準確度的程度，即在步驟c)的定位時刻用于衡量差的記錄準確度的程度超過預定的極限值，則實施步驟d)至g)。然后，尤其是可以自動地實施步驟d)至g)。這樣的優點是，在治療和/或診斷手術時節省時間，因為補償只在必要時才進行，此外在例如為了術中圖像數據記錄進行X射線拍攝時才進行，所以降低了待手術的身體的輻射傷害。同時保持了準確度提高的優點。
[0028]在此尤其可以規定，該程度考慮自上一次拍攝術中圖像數據記錄流逝的時間。這樣的優點是，可以以簡單的方式補償一般在流逝的時間內增加的、