CN113876424A - 借助机器人为导管创建导航计划的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于根据极限值分布为组织中的导管创建导航计划的方法，所述方法具有以下步骤：借助于第一成像模式检测组织的第一弹性数据；读取第一图像数据并且将第一弹性数据与第一图像数据相关联；至少根据第一弹性数据确定所述极限值分布并且将所述极限值分布与所述第一图像数据相关联；至少根据所述第一图像数据和所述极限值分布来创建导管在所述组织中的导航计划。本发明还涉及一种用于将导管导航到医疗目标对象的组织的目标区域中的机器人，以及一种系统，所述系统包括根据本发明的机器人、第一成像模式和/或第二成像模式、以及计算单元，所述计算单元构成为用于，按照根据本发明的方法创建导航计划。

Description

借助机器人为导管创建导航计划的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于根据极限值分布为组织中的导管创建导航计划的方法；一种用于根据导航计划将导管导航到医疗目标对象的组织的目标区域中的机器人；以及一种系统，所述系统包括机器人、第一成像模式和/或第二成像模式；以及一种计算单元，所述计算单元构成为用于，至少根据第一弹性数据和第一图像数据来确定极限值分布并且创建导航计划。

背景技术

在许多情况下需要将医疗对象相对于医疗目标对象非常精确地定向。这种医疗目标对象例如能够是患者或用于模拟所述患者模拟器，也称为假人。所述医疗对象，尤其是导管或针头，例如能够被引入到医疗目标对象中。

尤其在导管的情况下，所述医疗目标对象应根据事先创建的导航计划进行定向。导航计划例如能够包括路径或轨迹，所述医疗对象在所述路径或轨迹上定向和/或运动。这种导航计划例如能够事先根据关于医疗目标对象的信息进行计划。例如，这种信息能够基于医疗目标对象的成像模式的图像数据，所述成像模式例如是超声装置、X射线装置、计算机断层扫描装置或磁共振装置。在具体的示例中能够提出，将导管引导至患者或假人体内的目标区域。如上所述的那样，在此尤其沿着导航计划的预定的路径或轨迹引导所述导管。

患者体内的目标区域在此例如能够是肿瘤、血肿或动脉瘤。然而，在许多其它情况下也需要精确定位医疗对象。

能够使用所谓的引导单元来引导或导航所述导管。所述引导单元能够设计用于将三维的运动传输到导管或针头上，以便能够在医疗对象中对导管或针头进行导航。所述引导单元在此例如能够与专用机器人或成像模式连接。尤其可设想的是，所述引导单元由操作者，例如外科医生来控制，以便将所述导管或所述针头导航到医疗目标对象的目标区域中。所述引导单元的操作者在此尤其能够采用成像模式和导航计划的实时图像数据。

虽然能够借助常用的方法基于图像数据创建所述导航计划，但在医疗目标对象中对导管进行导航时并非总是能够避免并发症。并发症例如是由于导管引起的血管壁受损、动脉瘤破裂或在血管壁上的血栓脱落。用于创建导航计划的常见的方法不足以解决这些问题，因为操作者尤其需要对机器人具有很多经验，以便能够评估组织的负荷。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种方法、机器人、系统和计算机程序产品，它们改进导航计划并且在医疗目标对象中对导管进行导航时降低并发症风险。

所述目的通过根据本发明的方法、机器人、系统和计算机程序来实现。有利的实施形式和符合目的的改进方案在下文中描述。

在根据本发明的方法中，根据极限值分布为组织中的导管创建导航计划，所述极限值分布包括用于组织的体积元的最大力吸收的和/或所允许的偏转的空间分辨的极限值。

导航计划在此能够包括关于医疗目标对象的组织的多维信息(组织信息)以及用于导管的定位指令。组织例如能够包括患者的皮肤、器官、血管或任意身体区域的部段。组织信息例如能够是对比度、弹性值、最大力吸收、所允许的偏转、密度、组织类型、破裂的风险因素或者能够是确定组织特性和/或对于导管在组织中的导航重要的任意其它说明。定位指令例如能够包括方向向量或一系列方向向量，所述方向向量或一系列方向向量描述了导管穿过组织的路径，例如患者的血管树。同样可设想的是，所述定位指令具有多个二维或三维的坐标，所述二维或三维的坐标能够传输给用于引导导管的引导单元。所述导航计划在此优选包括空间分辨的组织信息。这种空间分辨的组织信息例如能够是对组织的解剖结构进行空间分辨的磁共振测量、计算机断层扫描测量、超声测量和/或X射线测量的对比度。优选地，将空间分辨的对比度与其它组织信息，例如组织的体积元的最大力吸收和/或所允许的偏转相关联。因此能够获得组织的多维虚拟成像，其例如作为多个向量、矩阵或多个元组存在。最大力吸收优选是能够施加到组织的体积元上而不会损坏组织的力的量值。所述组织的体积元的所允许的偏转能够是组织的弹性移动，在移动之后所述组织能够无损伤地返回到其初始位置中。所述组织在此尤其能够是血管或血管壁，但是也能够是器官。

在所述方法的一个步骤中，借助于第一成像模式检测组织的第一弹性数据，其中所述第一弹性数据包括组织的体积元的空间分辨的弹性值。成像模式能够是下述医疗设备，所述医疗设备适合用于执行用于检测图像数据和/或记录组织的任意的、空间分辨的测量值的成像方法空间分辨。第一成像模式例如能够是磁共振装置、超声装置或3D超声装置。可设想的是，虽然借助于成像模式记录第一弹性数据，但是在检测第一弹性数据时避免创建解剖结构的图像数据。所述第一成像模式尤其设计用于执行弹性成像测量，其中检测组织的弹性数据。在这种情况下，例如能够借助于声波、压力波和/或静态或周期性压缩来刺激所述组织，所述声波、压力波和/或静态或周期性压缩引起组织中的压实、移动和/或与时间相关的振动。同样地，通过导管、机器人导管和/或其它测量仪器对血管和组织变形进行有针对性的触诊或测量能够是确定弹性值的可行的方法。组织的具有不同的弹性特性的区域能够对刺激做出不同的反应，并且能够在检测第一弹性数据时进行区分。

第一弹性数据包括组织的体积元的空间分辨的弹性值。这能够表示：测量到的弹性值，例如以元组、向量或矩阵的形式，与在组织中的坐标或位置信息相关联。可行的测量方法例如是磁共振弹性成像以及基于超声的剪切波弹性成像和压迫性弹性成像。优选地，第一弹性数据包括血管的如下部段的弹性值，所述部段包括导管穿过血管从起始点直至目标区域的路径。起始点在此能够是医学检查对象的动脉或静脉处的开口。目标区域例如能够是血管或血管附近的器官中的血肿、肿瘤、动脉瘤等。

在根据本发明的方法的另一步骤中，读取第一图像数据并且将第一弹性数据与第一图像数据相关联，其中将组织的体积元的弹性值分派给第一图像数据的组织的体积元。第一图像数据能够具有医疗目标对象的组织中的解剖结构的空间分辨的对比度。对比度在此例如能够是体积元的灰度值，其对空间分辨的组织信息，例如体积元的密度或质子含量进行编码。可设想的是，第一弹性数据和第一图像数据基于共同的坐标系，使得能够根据坐标将体积元的弹性值与体积元的相对应的对比度相关联。同样可设想的是，借助于图像配准方法将第一图像数据与第一弹性数据相关联。这种图像配准方法的示例是基于面积和基于特征的方法，例如基于相关性、模式识别、(傅里叶)变换、控制点的对应性以及基于刚性或弹性的模型。

在关联时能够将体积元的弹性值和灰度值例如保存为元组、向量或矩阵。同样可设想的是，体积元的弹性值和灰度值彼此分开地存在，并且经由共同的标记或标识符进行分派。第一弹性数据的空间分辨率在此能够与第一图像数据的空间分辨率不同。因此可设想的是，所述第一图像数据具有更高的空间分辨率，使得将第一弹性数据的弹性值与第一图像数据的多个体积元相关联。然而同样可设想的是，第一弹性数据具有比第一图像数据更高的空间分辨率，或者第一弹性数据的空间分辨率与第一图像数据的分辨率一致。

优选地，第一图像数据包括在医疗目标对象的组织中的解剖结构的空间分辨的对比度。所述第一图像数据在此尤其包括组织的下述部段的对比度，所述部段包括导管穿过血管从起始点直至目标区域的路径。

读取第一图像数据能够表示：从数据库、本地存储器、云存储器、服务器和/或成像模式的控制单元获得第一图像数据。可设想的是，所述第一图像数据在此还包括患者信息。这种患者信息能够包括人口统计信息，例如年龄、身高、体重或性别，以及治疗数据，例如治疗史、病史和/或关于已知的不耐受性的信息。此外可设想的是，目标区域和/或对于创建导航计划重要的其它解剖结构已经在第一图像数据中进行对比。

在根据本发明的方法的另一步骤中，至少根据第一弹性数据确定所述极限值分布并且将其与第一图像数据相关联，其中将组织的体积元的极限值分派给第一图像数据的组织的体积元。所述极限值分布包括组织体积元的最大力吸收和/或所允许的偏转的空间分辨的极限值。可设想的是，根据第一弹性数据确定极限值分布。在这种情况下，能够将极限值分布的空间分辨的极限值与第一弹性数据的坐标和/或位置信息相关联。同样可设想的是，根据第一弹性数据和第一图像数据的组织信息确定极限值分布。所述空间分辨的极限值的坐标和/或位置信息在此能够从第一弹性值与第一图像数据的对比度的关联性中产生。所述极限值分布相应地能够以元组、向量或矩阵的形式存在，其中体积元的每个极限值与医疗目标对象中的坐标和/或位置信息相关联。此外可考虑的是，体积元的极限值能够借助于标记或标识符与第一弹性数据的相对应的弹性值和/或第一图像数据的相应的灰度值相关联。

极限值分布的空间分辨率在此能够与第一弹性数据和/或第二弹性数据的空间分辨率一致。尤其地，极限值分布的空间分辨率能够与第一图像数据或第一弹性数据的较低的空间分辨率一致。

例如能够根据组织典型的疲劳特性数值或组织典型的特征值来确定组织的最大力吸收和/或所允许的偏转。这种疲劳特性数值或特征值例如能够是说明与面积相关的力作用，高于所述力作用，组织可能会破裂。优选地，组织的体积元的极限值被确定为，使得考虑距最大力吸收和/或所允许的偏转的安全距离。

在根据本发明的方法的一个步骤中，至少根据第一图像数据和极限值分布来创建导管在组织中的导航计划。如上所述的那样，所述导航计划能够包括医疗目标对象的多维的组织信息和/或用于组织中的导管的定位指令。所述导航计划的创建例如能够包括创建矩阵，所述矩阵至少具有组织的与相应的体积元的坐标和/或位置信息相关的极限值和对比度。为此，例如能够将极限值和对比度存储为向量，并且将其与具有体积元的坐标和/或位置信息的相应的向量相关联。但是，同样可设想的是，将极限值和对比度以元组的形式分派给坐标和/或位置信息。此外，第一图像数据和极限值分布能够以k空间矩阵的形式存在并且能够借助于变换，例如傅里叶变换来转换为组织的三维成像。

导管的定位指令的创建例如能够包括考虑关于组织的体积元的最大力吸收和/或所允许的偏转的与方向相关的信息。在一个示例中，能够采用至少一个弹性值以及组织的体积元的类型、方位、取向和/或材料组成，以便预测在借助于导管进行力作用下组织的反应。组织的体积元优选是血管壁的通过与导管接触而变形的部段。例如能够根据血管壁的弹性值和邻接的组织的体积元以及假设的或预定的通过导管进行的力作用的方向来确定血管壁的变形。可设想的是，创建导航计划包括创建导管穿过血管或血管树的路径，这避免沿着穿过血管树的路径超过最大力吸收和/或所允许的偏转。根据路径能够导出定位指令，所述定位指令例如能够被传输给机器人的计算单元或引导单元。所述定位指令例如能够包括一系列坐标和/或方向向量，所述坐标和/或方向向量借助于引导单元被转换成导管的运动。

此外可设想的是，血管壁的沿着血管或血管树的路径的最大力吸收和/或所允许的偏转连同第一图像数据一起借助于导航计划输出并且被传输给显示单元。血管壁的最大力吸收和/或所允许的偏转在此能够借助于函数转换成颜色值，所述颜色值能够在显示单元上示出。

通过根据极限值分布创建导航计划，能够以有利的方式降低在将导管导航到医疗目标对象的目标区域中时的并发症风险。

在根据本发明的方法的一个可行的实施形式中，借助于第一成像模式和/或第二成像模式检测组织的第一图像数据。第二成像模式例如能够是磁共振装置、计算机断层扫描装置、超声装置、X射线装置等。所述第二成像模式在此能够是与第一成像模式不同的成像模式。在一个示例中，所述第一成像模式能够是磁共振装置，而所述第二成像模式是超声装置。可设想的是，在检测所述第一图像数据时，记录在医疗目标对象的组织中的解剖结构的空间分辨的对比度并且存储在数据库中。此外可设想的是，在时间上先于第一弹性数据的检测或者与其同时进行第一图像数据的检测。在时间上先于能够表示：检测第一图像数据在检测第一弹性数据的之前的数周、数天、数小时或数分钟进行。同时检测第一图像数据和第一弹性数据能够表示：第一弹性数据的检测时间段与第一图像数据的检测时间段在时间上至少部分地相交。优选地，在检测第一弹性数据或确定极限值分布前一刻记录所述第一图像数据，其中所述医疗目标对象停留在相对于第一成像模式和/或第二成像模式的预定的相对位置中。

通过第一图像数据和第一弹性数据的及时检测，在医疗目标对象与第一成像模式和/或第二成像模式之间的相对位置能够在创建导航计划时以有利的方式保持恒定。因此能够有利地简化第一图像数据的对比度和第一弹性数据的弹性值的关联性。此外，在及时检测第一图像数据并且创建导航计划的情况下，能够检测医疗目标对象的当前状态，由此能够减少由于沿着所计划的路径的意外的病理结构所引起的并发症风险。

在根据本发明的方法的另一实施形式中，在检测第一图像数据时将第一成像模式和/或第二成像模式的参数集选择为，使得在组织的血管中检测沉积物，其中根据关于血管中的沉积物的信息创建导航计划。参数集例如能够包括第一成像模式和/或第二成像模式的多个成像参数，借助这些成像参数能够设定对比度、分辨率、成像区域、记录时长等。磁共振装置的这种成像参数的示例是：T1和/或T2弛豫时间、切片厚度、医疗目标对象相对于磁共振装置的运动速度、成像序列等。而X射线装置的成像参数能够包括X射线管的辐射剂量、电压和/或电流、辐射焦点的质量以及X射线滤波器的使用和质量、医疗目标对象距X射线源的距离等。此外，除了所提到的成像模式之外，也能够使用其它成像模式，例如计算机断层扫描装置或超声装置和/或其它本领域技术人员已知的成像参数。

沉积物例如能够是血栓、动脉粥样硬化斑块等。沉积物例如能够定位在血管壁的内侧上并且在组成上与周围的组织不同。沉积物的组成优选以如下方式与周围的组织区分开：能够借助于调整第一成像模式和/或第二成像模式的参数集来设定沉积物在第一图像数据中的体积元的对比度。动脉粥样硬化斑块例如能够具有高组分的磷酸钙。通过设定考虑高组分的磷酸钙的参数集，能够相应地提高动脉粥样硬化斑块的对比度。在磁共振测量的示例中，能够使用多个不同加权的成像序列，以便相对于沉积物来提高(例如经由梯度回波序列)或减少(例如经由自旋回波序列)血液的信号强度。同样可设想的是使用计算机断层扫描血管造影术和/或具有相应的本领域技术人员已知的参数集的彩色编码的多普勒超声造影术。此外可设想的是，所述医疗目标对象在检测第一图像数据之前获得造影剂，所述造影剂提高沉积物、血液或包围沉积物的组织在第一图像数据中的对比度。优选地，沉积物在导航计划中配准。这能够表示：沉积物的对比度根据其位置信息和/或坐标与导航计划的第一图像数据的相应的对比度叠加和/或合并。

通过借助于调整第一成像模式和/或第二成像模式的参数集来检测在血管树中的沉积物，能够以有利的方式将关于医疗目标对象的对于导管的导航重要的病理状况的信息与导航计划一起输出和/或在创建导航计划时考虑。根据沉积物的输出，能够以有利的方式调整导管在血管中的路径，并且能够减少由于沉积物通过与导管接触而脱落引起的中风风险。

按照根据本发明的方法的另一实施形式，在检测第一图像数据时将第一成像模式和/或第二成像模式的参数集选择为，使得确定组织中液体积聚部的位置，其中根据关于在组织中的液体积聚的信息创建所述导航计划。流体积聚例如能够为血管动脉瘤或血管壁上的血肿。能够如上所述那样调整第一成像模式和/或第二成像模式的参数集，以便能够检测在医疗目标对象的组织中的液体积聚的提高的对比度。所述组织在此尤其能够为血管树。在一个示例中，第一成像模式是磁共振装置，其中所述参数集能够包括具有脂肪饱和的T1加权的自旋回波序列，以便能够在第一图像数据中获得血肿的提高的对比度。

可设想的是，具有高的对比度或高于预定的阈值的对比度的第一图像数据的连贯的体积元被认定为液体积聚并且与导航计划配准。还可以设想的是，液体积聚是导管在医疗目标对象的组织中的目标区域。在这种情况下，导管穿过血管或血管树的路径和/或导航计划的定位指令能够被调整为，使得所述导管可被引导至医疗目标对象的液体积聚。在另一示例中，检测到的液体积聚代表动脉瘤，所述动脉瘤与增加的并发症风险相关。在动脉瘤即将破裂的风险下，能够调整导管穿过血管或血管树的路径和/或导航计划的定位指令，使得避免所述导管与动脉瘤直接接触。例如可设想的是，在导航到目标区域中时，所述导管沿着血管树的替选的部段引导，以便避免与液体积聚部接触。在此，例如能够借助于生物力学模型或基于模型的方法来确定血管破裂的风险。

通过调整第一成像模式和/或第二成像模式的参数集来检测血管树中的液体积聚，能够以有利的方式将关于医疗目标对象的对于导管的导航重要的病理状况的信息连同第一图像数据和/或导航计划一起输出。根据液体积聚部的空间位置，能够在创建导航计划时更有效地计划导管在组织的血管树中的路径，由此能够以有利的方式减少将导管导航到目标区域中的时长。此外，在创建导航计划时能够考虑在与导管接触时具有提高的并发症风险的液体积聚部，由此能够以有利的方式降低血管破裂的风险。

在根据本发明的方法的一个可行的实施形式中，借助于第一成像模式或第二成像模式检测组织的第二图像数据，其中在检测第二图像数据时将第一成像模式或第二成像模式的参数集选择为，使得确定液体在组织的血管中的前进速度，其中根据关于液体在组织的血管中的前进速度的信息来创建所述导航计划。可设想的是，所述第二图像数据包括在医疗目标对象的组织中的血液的空间分辨的速度值和/或速度向量。所述第二图像数据和所述第一图像数据和/或所述第一弹性数据在此能够基于共同的坐标系，使得在创建所述导航计划时能够根据坐标将速度值和/或速度向量与体积元的相对应的对比度和/或弹性值相关联。如上所述，还能够对第二图像数据、第一图像数据和/或第二弹性数据进行变换或变形，以便实现关联性。优选的是，在此在时间上先于创建导航计划检测所述第二图像数据。在此，能够在检测第一图像数据或第一弹性数据的同时记录所述第二图像数据。

可设想的是，将第二图像数据的速度值和/或速度向量用于查明出血、血管收缩和/或血管舒张。血管的横截面的变化能够局部地改变血管中的流速从而表征沉积物或动脉瘤。优选地，将关于流速的局部变化的信息作为导航计划中的潜在的沉积物或潜在的动脉瘤配准。为了检测流速的局部变化，例如能够沿着血管以离散的间隔确定流速的平均值。优选地，在计划导管在医学检查对象的血管中的路径时，考虑关于流速的局部变化的信息。

通过确定在血管树中的血液的流速，能够获得关于血管的横截面的局部收缩和/或舒张的信息，但是也能够获得关于出血的信息。关于血管横截面的局部收缩和/或舒张的信息能够以有利的方式与关于液体积聚和/或第一图像数据的沉积物的信息组合，以便改进对于医疗目标对象的并发症风险的评估。

在根据本发明的方法的另一实施形式中，借助于组织的生物力学模型和/或基于模型的方法确定极限值分布。借助机械、解剖学和/或生理学法规，组织的生物力学模型能够包括组织的人工和/或虚拟复制品。尤其地，所述生物力学模型能够适用于：在动态条件下，例如在医疗目标物体的移动或通过导管引起的力作用中，确定和/或预测组织的特性和/或行为，例如弹性值或变形。可设想的是，生物力学模型能够读取第一图像数据、第二图像数据和/或第一弹性数据的空间分辨的组织信息，以便确定组织的特性和/或行为。所述生物力学模型尤其设计用于，确定因沿着血管引导导管引起的血管变形。为此，所述生物力学模型尤其能够包括关于导管的材料特征值和/或结构构造的信息，所述信息用于确定导管的变形和/或导管到血管壁上的力作用。可设想的是，借助于生物力学模型来确定组织的体积元的最大的力作用和/或所允许的偏转并且将其作为极限值分布存储或输出。所述生物力学模型在此优选包括将组织细分为有限数量的子体和用于确定所述组织的子体的特性和/或行为的方程组、边界条件和数值方法。

在本文中，基于模型的方法例如能够包括模型、算法或函数，借助所述模型、算法或函数能够根据预定的输入变量以简化的方式确定组织的特性和/或行为。输入变量在此能够是第一图像数据、第二图像数据、第一弹性数据的任意的组织信息，但是也能够是患者信息。优选地，在使用基于模型的方法时，避免将组织细分为多个子体。例如可设想的是，基于模型的方法具有拟合函数(Ausgleichungsfunktion)，所述拟合函数根据第一弹性数据以及医疗目标对象的年龄、体重和/或既往疾病(例如糖尿病)来确定组织的最大力吸收和/或所允许的偏转。为此也能够采用统计数据，例如与年龄、体重或先前的疾病相关的血管脆性。

同样可设想的是，基于模型的方法由于通过导管引起的力作用确定血管或血管壁的轮廓。在这种情况下，进行系数的调整，所述系数例如为多项式系数、样条系数等，所述系数简化地借助于插值函数、回归法或拟合计算(curve fitting，曲线拟合)来描述导管对血管壁的力作用的变化曲线和/或根据第一弹性值和力作用所引起的血管壁轮廓的变形。借助所述方法，能够确定关于组织以及血管壁的变形和/或弹性的任意的、空间分辨的信息。

通过使用生物力学模型或基于模型的方法，能够以有利的方式根据关于医疗目标对象的个性化的信息，例如第一图像数据、第二图像数据、第一弹性数据的组织信息和/或患者信息来确定组织的最大力吸收和/或所允许的偏转的极限值。因此，导航计划能够适配于医疗目标对象的个性化需求和/或能够更好地预测沿着所计划的路径的并发症风险。

在根据本发明的方法的一个可行的实施形式中，输出导管的导航计划。可设想的是，导航计划的输出包括传输数字和/或模拟信号。例如能够将所述数字和/或模拟信号传输给机器人，所述机器人设计用于借助于引导单元实施导航计划的定位指令。然而同样可设想的是，将导航计划传输给显示单元以进行可视化。所述显示单元在此能够是任意的设备，所述设备构成用于显示导航计划的组织信息。在一个示例中，能够借助于第一图像数据的对比度将所述医疗目标对象的解剖结构在显示单元上示出。所述对比度在此能够与颜色值叠加，所述颜色值显示极限值、弹性值和所计划的路径和/或具有导管的定位指令的方向向量。还可以设想的是，将导管的定位指令与医疗目标对象的实时图像数据进行配准，使得操作者能够关于医疗目标对象中的导管的实时图像数据跟踪导航计划。导航计划的输出还能够表示：导航计划经由网络，尤其是基于IP的网络，或总线系统传输给成像模式、机器人、服务器和/或计算单元。

通过输出导航计划，所述导航计划能够以有利的方式给操作者提供干预计划。此外，通过将导航计划与实时图像数据配准，能够在将导管导航到目标区域中时以有利的方式关于导管的基于导航计划所计划的位置确定导管的当前位置。也能够将导航计划输出给机器人，所述机器人构成用于，根据导航计划限制导管的运动。因此能够以有利的方式避免血管因导管而受损的风险。

干预，即将导管真实地导航到医疗目标对象的目标区域中，在此尤其能够与根据本发明的用于借助上述实施形式创建导航计划的方法无关地进行，进而与其分开考虑。

根据本发明的用于将导管导航到医疗目标对象的组织的目标区域中的机器人具有引导单元，所述引导单元构成用于改变导管的位置和/或取向。所述机器人在此能够与外部的计算单元以及第一成像模式和/或第二成像模式电连接和/或机械连接。优选地，为此，所述机器人具有专用接口，所述专用接口设计用于，提供信号连接，以与外部的计算单元、第一成像模式和/或第二成像模式传输信息。接口能够构成为任意的网络接口，例如RJ-45接口，构成为任意的总线接口，例如CAN总线接口，或构成为用于传输模拟和/或数字信号的电接口。此外，所述机器人能够构成为独立的部件。在这种情况下，所述机器人能够具有集成的计算单元，但是也能够具有用于与第一成像模式和/或第二成像模式进行信号连接的接口。

引导单元优选为电驱动器、液压驱动器、气动驱动器等，其设计用于将运动传递到导管上。这种运动能够包括不同的自由度，例如平移自由度和/或旋转自由度。此外可设想的是，导管的至少一个部段可借助于引导单元弯曲。所述导管的位置和/或取向的改变因此例如能够包括沿着血管的轨迹进行的平移运动、导管围绕导管的轴线的旋转运动和/或导管的弯曲。

可借助于引导单元根据导航计划控制所述导管。这能够表示：借助于显示单元向机器人的操作者显示多维的组织信息和/或导航计划的定位指令。机器人的操作者因此能够借助于遥控装置，例如控制器、操纵杆、键盘等操控机器人的引导单元，并且执行导航计划的定位指令。

同样可设想的是，机器人设计用于，借助于计算单元解释导航计划和/或导航计划的定位指令，并且借助于引导单元根据操作者的释放使所述导管运动。操作者的释放例如能够包括连续地或不连续地操作所述遥控装置的按钮，其通过机器人释放导管的运动。优选的是，机器人的计算单元设计用于，处理具有导航计划的组织信息的数字和/或模拟信号并且相应地操控所述引导单元。

此外可设想的是，在创建导航计划时就已经考虑导管的构造、材料组成和/或自由度，以便将导航计划与机器人、导管和/或引导单元的个性化需求相协调。

机器人还能够具有用于确定组织的力吸收的机构。这种机构例如能够是设计用于测量力吸收的传感器。所述传感器的可设想的实施形式例如是应变仪、压电式力感测器、电动式力感测器等。所述传感器能够定位在导管的尖端上，并且经由沿着导管的电信号连接与机器人的计算单元连接，以便将导管的尖端处的力吸收的测量值传输给所述运算单元。但是同样可设想的是，所述传感器定位在引导单元上并且测量通过驱动器引起的导管的力吸收。

所述计算单元优选构成用于，根据所述导航计划确定传感器的所测量到的力吸收与血管壁的最大力吸收之间的差值。在超过极限值时，例如能够中断干预或调整导管的取向和/或位置。同样可设想的是，在超过极限值时借助于显示单元通知机器人的操作者并且促使其采取行动。此外，所述机器人能够构成用于限制导管在引起超出极限值的方向上的运动。

通过借助于机器人根据导航计划控制所述导管，能够相对于手动地移动所述导管提高所述导管在医疗目标对象的组织中导航的精度并且避免不期望的超过极限值。

在根据本发明的机器人的一个可行的实施形式中，所述机器人设计用于，根据导航计划将导管自动地导航到目标区域中。将导管自动地导航到目标区域中能够表示：所述机器人借助于引导单元沿着通过导航计划预设的路径使导管独立地运动穿过所述组织和/或所述血管树。优选的是，在导航开始时，所述导管就已经引入到医疗目标对象中。在该实施形式中，所述机器人优选具有用于处理模拟和/或数字信息的计算单元，例如处理器或微处理器，以及具有用于调节和输出控制信号的控制单元，例如控制器或微控制器。机器人的计算单元优选构成用于，借助于控制信号将定位指令和/或导航计划的一系列方向向量传输给所述引导单元，使得根据导航计划将所述导管导航到目标区域中。所述机器人和/或所述引导单元在此尤其与所述导航计划相协调。这能够表示：所述导航计划的定位指令能够借助于机器人的引导单元以及可用的自由度来实施。优选地，所述计算单元在此确定导管在组织或血管中的进展，例如其方式为：对所述引导单元的操控在时间上与导管在组织中的运动速度相关。

通过使用设计用于根据导航计划将导管自动地导航到目标区域中的机器人，能够以有利的方式避免在组织中导航所述导管时的机器人的操作错误。

根据本发明的系统包括根据本发明的机器人、第一成像模式和/或第二成像模式，以及计算单元，所述计算单元与机器人、第一成像模式和/或第二成像模式具有信号连接，并且构成用于至少根据第一弹性数据和第一图像数据确定极限值分布并且按照根据本发明的方法创建导航计划。所述机器人、所述第一成像模式和/或所述第二成像模式以及所述计算单元优选根据上述实施形式之一构成。所述计算单元在此能够与任意的系统部件机械连接，所述系统部件例如为第一成像装置、第二成像装置、机器人或显示单元。同样可设想的是，所述计算单元构成为独立的部件。所述计算单元优选具有专用接口，所述专用接口设计用于提供与机器人、第一成像模式和/或第二成像模式的信号连接。所述计算单元尤其设计用于至少根据第一弹性数据和第一图像数据确定极限值分布。所述第一弹性数据和所述第一图像数据在此能够借助于接口从所述第一成像模式和/或第二成像模式传输给所述计算单元或者能够从数据库中读取。所述计算单元的处理器优选构成用于，借助于生物力学模型或基于模型的方法根据上述实施形式确定极限值分布，并且至少根据第一图像数据和极限值分布创建导管在组织中的导航计划。

提供根据本发明的系统，能够在空间上定义系统构造和/或系统部件的相对位置。因此能够为第一成像模式和第二成像模式提供共同的坐标系，这以有利的方式简化了第一图像数据与第一弹性数据的关联性和/或配准。通过所述系统构造还能够允许优化通信基础设施和/或系统组件与计算单元的信息交换。因此能够以有利的方式减少传输和处理信息的时间耗费。

在根据本发明的系统的另一实施形式中，所述第一成像模式和/或所述第二成像模式构成用于，在将导管导航到目标区域中时检测第二弹性数据，其中所述计算单元构成用于，根据第二弹性数据更新极限值分布和导航计划。优选地，在此借助成像装置检测所述第二弹性数据，借助所述成像装置也记录所述第一弹性数据。能够根据上述实施形式之一来检测所述第二弹性数据。优选的是，所述第一成像装置和/或所述第二成像装置构成用于，以元组、向量或矩阵的形式存储所述第二弹性数据的空间分辨的弹性值连同相对应的坐标和/或位置信息，和/或借助于信号连接传输给计算单元。所述计算单元能够构成用于，根据第二弹性数据和第一图像数据补充、更新和/或覆盖所述极限值分布和所述导航计划。优选地，为此，所述计算单元具有同步部件，所述同步部件在同时检测和改变弹性值时确保数据库一致性。然而同样可设想的是，所述计算单元构成用于至少根据第二弹性数据来确定第二极限值分布。在这种情况下，能够相应地借助于对第一极限值分布和第二极限值分布进行加权来创建所述导航计划。

通过在将导管导航到目标区域中时检测第二弹性数据，能够在测量方免确定导管对在导管周围环境中的血管的弹性值的影响。因此，根据模型确定的极限值分布能够用测量数据补充并且能够以有利的方式提高确定组织的最大力吸收和/或所允许的偏转的精度。

在根据本发明的系统的另一实施形式中，所述机器人包括传感器，所述传感器具有与计算单元的信号连接并且设计用于，在将导管导航到目标区域中时检测组织的体积元的力吸收。在此，传感器能够根据上述实施形式之一构成。优选地，所述传感器与计算单元具有直接或间接的信号连接，以便传输所述力吸收的测量值。直接的信号连接在此能够是用于传输模拟或数字信息的电连接。间接的信号连接能够表示：由传感器传输的信息在传输给计算单元之前由另一处理器处理和/或调整，即转换为任意的数据格式，其中所述另一处理器例如定位在传感器或机器人上。

所述计算单元设计用于，在超过组织的体积元的力吸收的极限值时输出信息和/或限制所述导管的运动。信息例如能够是导航计划的定位指令。所述定位指令在此能够包括限制导管运动，所述导管运动会引起组织的所不允许的偏转和/或超过最大力吸收。所述定位指令尤其也能够包括用于终止导管运动的信号。

还可以设想的是，所述信息包括指示或警告。显示单元在此能够设计用于，输出指示或警告，以便例如通知操作者由于导管的运动超过极限值或者即将超过极限值。还可以设想的是，根据所测量的力吸收调整指示的特性。所述指示在此能够包括任意的对象，所述对象的颜色、形状、定位和/或几何形状能够根据所测量到的组织的力吸收来改变。

通过借助于传感器测量力吸收，能够在超过组织的最大力吸收时以有利的方式自动地限制导管运动。因此能够以有利的方式减少组织例如由于与血管壁无意的接触而受损。

在根据本发明的系统的另一实施形式中，所述第一成像模式和/或所述第二成像模式构成用于，在将导管导航到目标区域中时检测第三图像数据。类似于第一图像数据，第三图像数据能够具有在医疗目标对象中的解剖结构的空间分辨的对比度。所述第三图像数据优选还包含导管或导管的一部分的空间分辨的对比度。所述第一成像模式和/或所述第二成像模式的成像区域在此尤其能够指向或适配于导管和包围导管的组织。

在该实施形式中，所述计算单元设计用于，根据第三图像数据确定组织的体积元的力吸收和/或偏转，并且在超过组织的体积元的最大力吸收和/或所允许的偏转的极限值时输出信息。可设想的是，所述计算单元具有图像处理单元，所述图像处理单元构成为，量化所述第三图像数据的组织的体积元的空间方位与第一图像数据的组织的体积元的空间方位的差异。这种差异能够代表通过导管在组织中的导航而发生的偏转。第一图像数据在此例如能够用作为参考测量。优选的是，所述计算单元还构成用于，根据组织的体积元的空间方位的差异来量化超过所述体积元的偏转的极限值，并且经由显示单元输出。

所述计算单元还能够设计用于，根据导管的空间分辨的对比度来确定组织的力吸收。为此，将关于导管例如导管的结构构造、材料组成或模型的信息，保存在数据库或存储器中并且由计算单元读取。所述计算单元的图像处理单元能够构成用于，根据第三图像数据确定导管的变形，例如弯曲、扭转、螺旋等并且基于关于导管的信息确定包围所述导管的组织的力吸收。如上所述，所述计算单元同样能够设计用于，根据导管的变形确定超过所述体积元的力吸收的极限值。关于超过极限值的信息能够在显示单元上输出和/或包括传输给机器人和/或引导单元的定位指令。可设想的是，所述计算单元根据第三图像数据更新所述导航计划，尤其是导航计划的定位指令。此外，所述计算单元能够构成用于，将第三图像数据连同所述导航计划一起传输给显示单元，以便通知所述机器人的操作员导管的当前位置和/或导管在组织中的进展。在此尤其可设想的是，所述第三图像数据借助于X射线装置或荧光检查装置来记录。

通过检测第三图像数据，能够以有利的方式实时监控和输出由于导管的运动而引起的组织的力吸收和/或偏转。因此能够以有利的方式避免例如由于血管壁的不期望的偏转引起的并发症风险。

在根据本发明的系统的一个可行的实施形式中，所述计算单元设计用于，在将导管导航到目标区域中时输出关于组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息。在此，能够根据上述实施形式之一测量和/或确定所述组织的体积元的力吸收和/或偏转，并且在将导管导航到目标区域中时连续地或在离散的时间间隔中进行更新。关于组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息例如能够是体积元的根据传感器和/或第三图像数据确定的力吸收和/或偏转。但是同样可设想的是，根据力吸收和/或偏转的极限值以及所测量到的或所确定的力吸收和/或偏转来确定所述信息。在一个示例中，所述信息能够是由最大力吸收和测量到的力吸收形成的差值。在另一示例中，所述信息能够是颜色值、几何对象、文本输出或其组合，所述信息例如对测量到的力吸收、最大力吸收或测量到的力吸收与最大力吸收的差值进行编码。例如，组织的一个体积元或多个体积元能够借助于红色着色或感叹号来标记，以便指示机器人的操作员局部地超过在所述一个体积元或多个体积元中的力吸收的极限值。在另一示例中，能够以力反馈例如机器人的遥控装置的振动的形式输出关于超过组织的一个体积元或多个体积元的所允许的偏转的信息。在这种情况下，机器人和/或遥控装置构成用于，输出所述力反馈。所述信息此外还能够是终止导管运动的控制命令。可设想的是，所述计算单元具有控制器或微控制器以输出控制命令，所述控制器或微控制器将所述控制命令借助于模拟或数字信号传输给机器人和/或机器人的引导单元。

此外，所述计算单元能够构成用于，确定关于组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息并且将其传输给显示单元。优选的是，为关于组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息分派位置信息和/或坐标，所述位置信息和/或坐标能够实现将所述信息与第一图像数据和/或第三图像数据的对比度空间关联。所述计算单元尤其能够设计用于，将关于组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息与第一图像数据和/或第三图像数据配准并且将其传输给显示单元。

借助于输出关于组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息以及将该信息与第三图像数据配准，能够以有利的方式通知所述机器人的操作者组织的当前的负载状态。此外，借助于将力反馈输出给操作者或者将控制命令输出给引导单元，在超过极限值时，能够以有利的方式避免组织的穿孔或血管破裂。

根据本发明的计算机程序产品可加载到所述系统的计算单元的存储器中并且具有程序代码机构，以便当在系统的计算单元中执行所述计算机程序产品时，执行根据本发明的方法。通过根据本发明的计算机程序产品，能够快速、可相同地再现并且鲁棒地执行根据本发明的方法。所述计算机程序产品配置为，使得其能够借助于计算单元执行根据本发明的方法步骤。所述计算单元在此必须分别具有前提条件，例如相应的工作存储器、相应的图形卡或相应的逻辑单元，使得能够有效地执行相应的方法步骤。所述计算机程序产品例如存储在计算机可读的介质上或存储在网络、服务器或云上，从该处能够计算机程序产品加载到本地计算单元的处理器中，所述本地计算单元能够构成为独立的系统部件或构成为第一成像模式的、第二成像模式的、显示单元的或机器人的一部分。此外，所述计算机程序产品的控制信息能够存储在电子可读的数据载体上。所述电子可读的数据载体的控制信息能够设计为，使得在使用数据载体时，所述控制信息在组合式成像设备的计算单元中执行根据本发明的方法。电子可读的数据载体的示例是DVD、磁带或USB棒，电子可读的控制信息尤其软件存储在所述DVD、磁带或USB棒上。如果从所述数据载体读取所述控制信息并且将其存储到根据本发明的系统的控制装置和/或计算单元中，那么能够执行上述方法的根据本发明的所有实施形式。

附图说明

从下文描述的实施例中以及根据附图得出本发明的其它优点和细节。在此示出：

图1示出根据本发明的系统的一个实施形式；

图2示出根据本发明的系统的一个实施形式；

图3示出在医疗目标对象的血管中的可行的导航计划的示意图；

图4示出在医疗目标对象的血管中的可行的导航计划的示意图；

图5示出在医疗目标对象的血管中的可行的导航计划的示意图；

图6示出根据本发明的方法的可行的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的系统1的实施形式，所述系统当前具有X射线装置2，所述X射线装置具有C型臂6，X射线发射器7和X射线检测器8相对置地设置在所述C型臂上。在所示出的实施形式中，X射线装置2是第二成像模式，其构成用于检测组织的第一图像数据和/或第三图像数据。在所示出的示例中，所述组织是医疗目标对象的血管32，所述医疗目标对象在这种情况下是患者15。X射线装置2定向为，使得能够拍摄定位在患者台17上的患者15的目标区域9。所述目标区域9在此是定位在起始点30和导管34的目标区域31之间的组织部段。在所示出的示例中，所述目标区域9对应于X射线装置2的当前的成像区域。借助于C型臂6，通过X射线发射器7和X射线检测器8形成的X射线装置2能够关于支承在患者台17上的患者15移动到不同的拍摄位置中，以便能够随着导管34的从起始点30前进至目标区域31沿着血管32移动X射线装置2的成像区域。

X射线装置2还具有控制单元4，所述控制单元构成用于控制X射线装置2。控制单元4的任务尤其能够包括设定不同的成像参数、协调图像拍摄和图像处理的不同的步骤，以及将第一图像数据或第三图像数据传输给系统1的计算单元40。系统1还包括显示单元41和操作单元42，以便实现与操作员的交互。在本实施方案中，计算单元40集成到计算机或PC中，并且与显示单元41以及操作单元42连接。计算单元40、显示单元41以及操作单元42在此构成用户界面23，经由所述用户界面例如能够开始、结束和/或参数化根据本发明的方法。

在所示出的示例中，操作者是距X射线发射器7一定距离3并且经由遥控装置52操作机器人50的治疗医师29。机器人50在此具有引导单元51，所述引导单元例如根据遥控装置52的控制命令在血管32中沿着所计划的路径80移动导管34。

在所示出的根据本发明的系统1的实施形式中，所述第一成像模式是超声装置60。超声装置60具有超声探头61，所述超声探头构成用于记录所述组织的第一弹性数据和/或第二弹性数据。为此，将所述超声探头定位在患者15的目标区域9处，导管34的尖端位于该目标区域中。超声装置60例如能够构成为3D弹性成像的超声装置或2D弹性成像的超声装置。优选地，超声装置60构成用于支持常见的超声检查方法，例如一维多普勒法、二维多普勒法或双重方法。

在所示出的示例中，超声装置60和X射线装置2经由信号连接43a和43b与计算单元40连接。信号连接43a和43b能够实现模拟和/或数字信息的双向交换。优选地，至少将数字化的组织信息，例如X射线装置2的第一图像数据和超声装置60的第一弹性数据的组织信息传输给计算单元40。然而同样可设想的是，计算单元40确定对第一图像数据、第二图像数据、第三图像数据、第一弹性数据和/或第二弹性数据的检测并且将用于执行相应的测量方法的控制命令传输给X射线装置2的控制单元4和/或超声装置60。X射线装置2的控制单元4和超声装置60优选设计用于，基于这种控制命令确定相应的参数集，例如多个成像参数，并且在测量方法中实施所述参数集。此外，计算单元40经由信号连接43d与机器人50连接。信号连接43d还能够设计用于，能够实现在计算单元40和机器人50之间的模拟和/或数字信息的双向交换。这种信息的示例是控制命令、定位指令、组织信息或导管的(未示出的)传感器的力吸收的测量值。

在图2中示出根据本发明的系统1的另一实施形式。在该示例中，第一成像模式对应于第二成像模式，所述第二成像模式是用于执行弹性成像测量的具有有源驱动装置71和无源驱动器72的磁共振装置10。

磁共振装置10包括磁体单元11，所述磁体单元例如具有永磁体、电磁体或超导主磁体12，以产生强的并且尤其是均匀的主磁场13。此外，磁共振装置10包括用于容纳患者15的患者容纳区域14。在本实施例中，患者容纳区域14柱形地构成并且沿环周方向被磁体单元11包围。然而原则上，患者容纳区域14的与该示例不同的构成方案也是可设想的。

患者能够借助于磁共振装置10的患者支承装置16定位在患者容纳区域14中。为此，患者支承装置16具有设计为可在患者容纳区域14内移动的患者台17。磁体单元11还具有用于产生磁场梯度的梯度线圈18，所述梯度线圈用于在成像期间进行空间编码。梯度线圈18借助于磁共振装置10的梯度控制单元19来操控。此外，磁体单元11能够包括高频天线，所述高频天线在本实施例中构成为固定地集成到磁共振装置10中的体线圈20。体线圈20设计用于激发位于由主磁体12产生的主磁场13中的原子核。体线圈20由磁共振装置10的高频单元21操控并且将高频信号辐射到基本上由磁共振装置10的患者容纳区域14形成的检查空间中。体线圈20还构成用于接收磁共振信号。

为了控制主磁体12、梯度控制单元19并且为了控制高频单元21，磁共振装置10具有控制单元4。控制单元4构成用于控制执行序列，例如成像的梯度回波序列或快速自旋回波序列。在所示出的示例中，控制单元4还包括计算单元40，所述计算单元也构成为用于评估在磁共振检查期间检测到的数字化的磁共振信号。计算单元40和控制单元4例如构成用于，经由信号连接43e将数字和/或模拟信息传输给有源驱动装置71和机器人50。这种信息尤其能够包括由有源驱动装置71和机器人50执行的控制命令。计算单元40和控制单元4同样能够构成用于，经由信号连接43e接收有源驱动装置71的信号和/或信息。

此外，磁共振装置10包括用户界面23，所述用户界面具有与控制单元4的信号连接。用户界面23的显示单元41优选设计用于，在用户界面23的监视器上向治疗医师29显示参数集、第一图像数据、第二图像数据、第三图像数据、第一弹性数据、第二弹性数据、极限值分布和/或导航计划。此外，用户界面23包括操作单元42，借助于所述操作单元，能够由治疗医师29调整磁共振装置10的参数集。用户界面23还能够提供开始、结束和/或参数化根据本发明的方法的可行性。

磁共振装置10还包括定位在患者15上并且将患者15的身体区域的磁共振信号传输给磁共振装置10的局部线圈26。局部线圈26具有电连接线路27，所述电连接线路提供与高频单元21和控制单元22的相应的接收信道的信号连接。所述接收信道对由局部线圈26接收的信号进行滤波和数字化，并且将数据传送给计算单元40，所述计算单元从数据中导出图像或频谱，并且经由显示单元41提供给治疗医师29。例如将声波辐射到患者15的组织中的无源驱动器72能够与局部线圈26机械连接。在所示出的示例中，对无源驱动器72的操控借助于有源驱动装置71经由信号连接43c进行。

在所示出的示例中，计算单元40和控制单元4经由信号连接43d与机器人50连接。可设想的是，在超过组织的最大力吸收和/或所允许的偏转时，计算单元40输出控制命令，所述控制命令借助于控制单元4和信号连接43d传输给机器人50。这种控制命令例如能够包括限制导管34在一个空间方向上的运动或终止导管34的运动。在一个实施形式中，导管34具有用于确定作用到患者15的组织上的力作用的传感器。所测量到的力作用例如能够经由导管53的连接线路传输给机器人50。可设想的是，机器人50根据所测量到的力作用自动地限制导管34的运动。同样可设想的是，所测量到的力作用借助于信号连接43d传输给计算单元40。在一个实施形式中，计算单元40构成用于，将测量到的力作用传输给显示单元41以进行可视化。计算单元40还能够构成用于，将控制指令输出给机器人50，所述机器人根据所测量到的力作用来限制导管的运动。

在图1和图2的实施形式中所示出的计算单元40还构成用于，将信息，例如第一图像数据、第二图像数据、第三图像数据、第一弹性数据、第二弹性数据以及极限值分布和/或导航计划的组织信息传输给显示单元41。所述信息在此尤其能够以适宜的数据格式，例如DICOM格式存在。可设想的是，能够借助于操作单元42通过治疗医师29调整和/或改变信息的显示，例如以便能够改变在第一图像数据中配准的弹性值的颜色值或者从三维的第一图像数据中选择二维图像片段。此外，在图1和2中的系统部件借助于信号连接43a-e彼此电连接和机械连接。然而同样可设想的是，系统部件具有网络接口，所述网络接口能够实现在系统部件之间的无线通信。此外可设想的是，在系统部件之间的信息交换一部分经由模拟信号(例如在控制命令的情况下)进行，而另一部分无线地(例如在第一图像数据的情况下)进行。

图3示出在患者15的组织中可行的导航计划82的示意图。导航计划82在此具有第一图像数据的具有患者15的解剖结构的空间分辨的对比度的二维片段。第一图像数据的所述片段示出血管32，导管34应被导航穿过所述血管。导航计划82还包括所计划的穿过血管32的路径80的坐标。所计划的路径80在此与第一图像数据的片段配准，使得所计划的路径80能够作为关于患者15的解剖结构的线在显示单元41上示出。在第一图像数据的片段中，血管32嵌入周围的组织35中，这会影响血管32的血管壁的特性，尤其是弹性特性。

在所示出的示例中，血管32具有沉积物，所述沉积物沿着导管34的所计划的路径80定位在血管壁上。可设想的是，沉积物36是导管34的目标区域31。在这种情况下，导管34例如能够构成为球囊导管，所述球囊导管沿血液的流动方向在沉积物36后方膨胀，以便借助导管34从血管32中去除沉积物36。导管34同样能够构成用于，通过施加机械力去除所述沉积物。还可以设想的是，沉积物36定位在通向目标区域31的路径上，并且应减少或避免导管34与沉积物36的机械交互。在这种情况下，导航计划82的所计划的路径80能够设计为，使得导管34在最小的交互下例如通过导航到血管32的分支38中经过或绕过沉积物36。

图4示出在患者15的组织中的可行的导航计划82的另一示意图。目标区域31在这种情况下是应通过干预力来治疗的血管动脉瘤。治疗在此例如能够包括借助于线圈进行栓塞和/或借助于导管34施加支架。

图5示出导航计划82，所述导航计划与具有患者15的解剖结构的空间分辨的对比度的第三图像数据的二维片段配准。所述第三图像数据包括患者15的组织以及血管32中的导管34的实时图像。导管34在多个部位处具有与血管32的血管壁的接触点，在所述接触点处将力从导管34传输到血管壁上。在这种情况下，动脉瘤的血管壁可能尤其重要，所述血管壁在用线圈栓塞时可能会经受提高的力。

为了评估血管壁的负荷，在导航计划82中还将第三图像数据的二维片段与关于血管壁的力吸收和/或偏转的信息配准，所述信息以对象81a至81c的形式在显示单元41上可视化。在所示出的示例中，在导管34与血管32的血管壁的每个接触部位处示出对象81a-c，所述对象显示力作用的水平以及与极限值分布的最大力吸收的差异。力吸收的水平在此经由对象81a-c的大小编码，而与最大力吸收的差异经由对象81a-c的颜色值编码。在所示出的示例中，所述对象81b和81c的颜色例如能够是绿色，以便能够将导管34作用到血管壁上的小的力作用用信号发出，所述力作用局部地不超过最大力吸收。而如果用线圈填充动脉瘤将局部提高的压力施加到动脉瘤的血管壁上，那么对象81a的颜色能够是橙色。在检测到超过体积元的最大力吸收时，计算单元40能够输出下述信号，所述信号引起在治疗医师29的遥控装置52上的力反馈和/或立即终止导管34的运动。

图6示出根据本发明的用于根据极限值分布为组织中的导管34创建导航计划82的方法的可行的流程图。

在该方法的可选的步骤S1中，借助于第一成像模式和/或第二成像模式检测所述组织的第一图像数据。检测所述第一图像数据在此例如能够借助磁共振装置10、X射线装置2、超声装置60等进行。在该方法的以下实施形式中，所述组织是具有周围的组织35的血管32。优选地，医疗目标对象，例如患者15在预定的位置中定位在第一成像装置和/或第二成像装置的患者台17上，使得在记录第一图像数据时患者15的位置与在记录第一弹性数据、第二弹性数据、第二图像数据和/或第三图像数据时患者15的位置一致。在检测第一图像数据时，优选记录在患者15的组织35中的解剖结构的三维的组织信息。该三维的组织信息例如是对比度或灰度值，其经由元组、向量或矩阵与组织的体积元的位置信息或坐标相关联。优选地，第一成像模式和/或第二成像模式的参数集设定为，使得以高的对比度记录对于导航导管34重要的解剖和/或病理结构。这种解剖或病理结构尤其能够包括在血管壁上的沉积物36、血管动脉瘤和血管破裂。

在所述方法的另一步骤(S2)中，借助于第一成像模式检测组织的第一弹性值，其中第一弹性数据包括组织的体积元的空间分辨的弹性值。所述第一成像模式例如能够是磁共振装置10或超声装置60，其构成用于测量弹性值。优选地，在检测第一弹性数据时，患者15在预定的位置中位于第一成像模式的患者台17上。患者15的预定的位置在此能够与在记录第一图像数据时患者15的预定的位置一致。

在检测第一图像数据时，借助于第一成像模式记录组织的体积元的空间分辨的弹性值。所述弹性数据优选为三维的组织信息，其中所述弹性值经由元组、向量或矩阵与组织的体积元的位置信息或坐标相关联。

在另一步骤(S3)中，读取所述第一图像数据并且将其与第一弹性数据相关联，其中将组织的体积元的弹性值分派给第一图像数据的组织的体积元。读取所述第一图像数据在此优选经由计算单元40进行，所述计算单元从第一成像模式和/或第二成像模式接收第一图像数据或从数据库读取第一图像数据，所述数据库例如为物理存储器或云存储器。计算单元40随后将第一弹性值与第一图像数据相关联。优选地，所述第一图像数据和所述第一弹性数据在此具有共同的坐标系，使得组织的体积元的弹性值能够根据坐标与组织的体积元的灰度值相关联。但是同样可设想的是，所述第一图像数据和所述第一弹性数据的关联性借助于变换、迭代法和/或另外的数学运算进行。所述弹性值在此优选与第一图像数据配准。这能够表示：所述弹性值例如以彩色标记或图案的形式叠加在第一图像数据上。优选地，目标区域31和/或对于创建导航计划82重要的其它解剖结构，例如沉积物36或动脉瘤，已经在第一图像数据中进行对比。

此外，在读取第一图像数据时优选读取患者信息。所述患者信息尤其能够包括患者15的治疗史、疾病史、年龄、性别和体重。

在该方法的可选的步骤S4中，借助于第一成像模式或第二成像模式检测所述组织的第二图像数据，其中在检测第二图像数据时将第一成像模式或第二成像模式的参数集选择为，使得能够确定液体在组织的血管32中的前进速度和/或压力梯度，其中根据关于液体在组织的血管32中的前进速度和/或压力梯度的信息来创建导航计划82。所述第一成像模式或所述第二成像模式例如能够是构成用于测量流速的磁共振装置10、超声装置60、计算机断层扫描装置等。优选地，在检测第二图像数据时，患者15在预定的位置中位于第一成像模式或第二成像模式的患者台17上。患者15的预定的位置在此能够与在记录第一图像数据和/或第一弹性数据时患者15的预定的位置一致。

参数集在此能够包括第一成像模式或第二成像模式的不同的成像参数，但是也包括造影剂的剂量。在检测第二图像数据时，测量在组织的血管32中的血液的空间分辨的速度值和/或速度向量。可设想的是，计算单元40在创建导航计划82之前首先将第二图像数据与第一图像数据相关联。优选地，所述第一图像数据和所述第二图像数据在此具有共同的坐标系，使得血管32的体积元的速度值能够与血管32的体积元的灰度值相关联。但是同样可设想的是，所述第一图像数据和所述第二图像数据的关联性借助于变换、迭代法和/或另外的数学运算进行。所述速度值在此优选与第一图像数据配准。这能够表示：将所述速度值例如以彩色标记或图案的形式叠加在第一图像数据上。

在该方法的另一步骤S5中，至少根据第一弹性数据确定极限值分布并且将其与第一图像数据相关联，其中将组织的体积元的极限值分派给第一图像数据的组织的体积元。例如能够借助于生物力学模型和/或基于模型的方法来确定极限值分布。所述生物力学模型例如能够基于(微分)方程组的数值解，借助所述方程组能够在离散的支撑部位处确定组织的特性。支撑部位在此能够与组织的有限数量的等距分布的子体一致。替选于或除了生物力学模型以外，能够使用基于模型的方法，以便确定极限值分布。可设想的是，基于模型的方法具有下述功能，所述功能借助于拟合计算根据经验数据调整组织的最大力吸收和/或所允许的偏转。所述经验数据在此例如能够将患者15的体重、年龄、性别或既往疾病以及组织的体积元的类型、切片厚度(第一图像数据)或弹性值等相关联，并且将这些变量的关联性以函数的形式提供。此外，其它方法如上所述显然也是可设想的。

随后将极限值分布与第一图像数据相关联，其中将组织的体积元的极限值分派给第一图像数据的组织的体积元。优选地，所述极限值分布和所述第一图像数据在此具有共同的坐标系，使得能够将组织的体积元的极限值与组织的体积元的对比度或灰度值相关联。然而同样可设想的是，所述极限值分布和所述第一图像数据的关联性借助于变换、迭代法和/或另外的数学运算进行。所述极限值在此优选与第一图像数据配准。这能够表示：所述极限值例如以文本窗口、图案的彩色标记等形式叠加在第一图像数据上。

在该方法的另一步骤S6中，至少根据第一图像数据和极限值分布来创建导管34在血管32中的导航计划82。在创建导航计划82时，例如施加多个元组、多个向量或矩阵，它们将组织的体积元的坐标和/或位置信息与第一图像数据的灰度值或对比度以及极限值相关联。此外可设想的是，在此也能够将第二图像数据的空间分辨的速度和/或压力梯度与组织的体积元的坐标和/或位置信息相关联。此外，解剖结构的灰度值或对比度也能够源自第一图像数据，其中沉积物36或液体积聚部具有特别高的对比度。

导航计划82还具有所计划的路径80，在所计划的路径上导管34引导穿过血管32。为了确定所计划的路径80，例如使用优化方法或迭代法，其减小或最小化血管32的血管壁的因沿着所计划的路径80的导管34而引起的负荷。在一个实施形式中，将所计划的路径80例如存储为方向向量的序列。在一个替选的实施形式中，将所计划的路径80存储为一系列坐标和/或一系列定位指令。坐标的序列和/或定位指令的序列随后能够连同导航计划82一起输出或与其分开输出。

在可选的步骤S7中，输出所述导管34的导航计划82。输出例如能够包括在显示单元41上将二维或三维的图像片段可视化，所述二维或三维的图像片段具有第一图像数据的对比度、第一弹性数据以及所计划的路径80的弹性值。在此，能够由计算单元40将在步骤S6中描述的导航计划80的多个元组、向量或矩阵转换为血管32和/或周围的组织35的多维的虚拟成像，从中能够创建任意取向的、三维或二维的图像和/或图像片段。所述弹性值、速度值和/或极限值在此例如与图像配准和/或能够作为层片或切片由操作员选择性地插入或隐藏。

在一个实施形式中，将弹性值、速度值、极限值以及导管34穿过血管32的所计划的路径与组织的第三图像数据叠加或配准，使得治疗医师29能够在显示单元41上根据实时图像跟踪干预进度。

在另一实施形式中，在输出导航计划82时还输出控制命令，根据所述控制命令在血管32中移动导管34。在此，导航计划82的坐标的序列和/或定位指令的序列能够作为控制命令传输给机器人50和/或引导单元51。所述控制命令随后能够借助于机器人50或引导单元51的驱动器被转换成导管34的运动。

在此描述的方法也能够以计算机程序的形式存在，当在计算单元40上执行所述计算机程序时，所述计算机程序在计算单元40上实现该方法。同样能够存在电子可读的数据载体(未示出)与存储在其上的电子可读的控制信息，所述控制信息包括至少一个所描述的计算机程序并且设计为，在计算单元40中使用数据载体时，所述控制信息执行所描述的方法。

尽管通过优选的实施例详细地图解说明和描述了本发明的细节，但是本发明不局限于所公开的示例，且本领域技术人员可以从中推导出其它的变型形式而并不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于根据极限值分布为组织中的导管(34)创建导航计划(82)的方法，所述极限值分布包括所述组织的体积元的最大力吸收的和/或所允许的偏转的空间分辨的极限值，所述方法具有以下步骤：

-借助于第一成像模式检测(S2)所述组织的第一弹性数据，其中所述第一弹性数据包括所述组织的体积元的空间分辨的弹性值，

-读取第一图像数据并且将所述第一弹性数据与所述第一图像数据相关联(S3)，其中将所述组织的体积元的弹性值分派给所述第一图像数据的组织的体积元，

-至少根据所述第一弹性数据确定(S5)所述极限值分布并且将所述极限值分布与所述第一图像数据相关联，其中将所述组织的体积元的极限值分派给所述第一图像数据的组织的体积元，

-至少根据所述第一图像数据和所述极限值分布来创建(S6)所述导管(34)在所述组织中的导航计划(82)。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还具有以下步骤：

-借助于所述第一成像模式和/或所述第二成像模式检测(S1)所述组织的第一图像数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在检测(S1)所述第一图像数据时将所述第一成像模式和/或所述第二成像模式的参数集选择为，使得检测所述组织的血管(32)中的沉积物(36)，其中根据关于在所述血管(32)中的沉积物(36)的信息创建(S6)所述导航计划(82)。

4.根据权利要求2所述的方法，其中在检测(S1)所述第一图像数据时将所述第一成像模式和/或所述第二成像模式的参数集选择为，使得确定液体积聚部在所述组织中的位置，其中根据关于所述组织中的液体积聚部的信息来创建(S6)所述导航计划(82)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还具有以下步骤：

-借助于所述第一成像模式和/或所述第二成像模式检测(S4)所述组织的第二图像数据，其中在检测(S4)所述第二图像数据时将所述第一成像模式或所述第二成像模式的参数集选择为，使得确定液体在所述组织的血管(32)中的前进速度，其中根据关于液体在所述组织的血管(32)中的前进速度的信息来创建(S6)所述导航计划(82)。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于所述组织的生物力学模型和/或基于模型的方法来确定(S5)所述极限值分布。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还具有以下步骤：

-输出(S7)所述导管(34)的导航计划(82)。

8.一种用于将导管(34)导航到医疗目标对象的组织的目标区域(31)中的机器人(50)，其中所述机器人(50)具有引导单元(51)，所述引导单元构成用于改变所述导管(34)的位置和/或取向，并且其中能够取决于根据权利要求1、3、4或5所述的导航计划借助于所述引导单元(51)控制所述导管(34)。

9.根据权利要求8所述的机器人，其中所述机器人(50)设计用于，根据所述导航计划(82)自动地将所述导管(34)导航到目标区域(31)中。

10.一种系统(1)，所述系统(1)包括根据权利要求8或9所述的机器人(50)，第一成像模式和/或第二成像模式，以及计算单元(40)，所述计算单元与所述机器人(50)、所述第一成像模式和/或所述第二成像模式具有信号连接(43)，并且所述计算单元构成用于至少根据第一弹性数据和第一图像数据确定极限值分布，并且按照根据权利要求1至6中任一项所述的方法创建导航计划(82)。

11.根据权利要求10所述的系统(1)，其中所述第一成像模式和/或所述第二成像模式构成用于，在将所述导管(34)导航到所述目标区域(31)中时检测第二弹性数据，并且其中所述计算单元(40)构成用于，根据所述第二弹性数据更新所述极限值分布和所述导航计划(82)。

12.根据权利要求10或11所述的系统(1)，其中所述机器人(50)包括传感器，所述传感器具有与所述计算单元(40)的信号连接(43)并且设计用于，在将所述导管(34)导航到所述目标区域(31)中时检测所述组织的体积元的力吸收，并且其中所述计算单元(40)设计用于，在超过所述组织的体积元的力吸收的极限值时输出信息和/或限制所述导管(34)的运动。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统(1)，其中所述第一成像模式和/或所述第二成像模式构成用于，在将所述导管(34)导航到所述目标区域(31)中时检测第三图像数据，并且其中所述计算单元(40)设计用于，根据所述第三图像数据确定所述组织的体积元的力吸收和/或偏转，并且在超过所述组织的体积元的所述力吸收和/或所允许的偏转的极限值时输出信息和/或限制所述导管(34)的运动。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统(1)，其中所述计算单元(40)设计用于，在将所述导管(34)导航到所述目标区域(31)中时输出关于所述组织的体积元的力吸收和/或偏转的信息。

15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品能够直接加载到根据权利要求10至14中任一项所述的系统(1)的计算单元(40)的存储器中，所述计算机程序产品具有程序代码机构，以便当在所述系统(1)的计算单元(40)中执行所述计算机程序产品时，执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

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