用于确定物品在管状结构之内的位置的位置确定设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定长形的物品(4)在管状结构之内的位置的位置确定设备(5)，其中位置确定设备(5)包括第一提供单元(6)，用于提供沿着在管状结构之内的路径在多个第一部位处的曲率值的第一分布。位置确定设备(5)还包括：第二提供单元(7)，用于提供沿着物品(4)在多个第二部位处的应变值或曲率值的第二分布；和位置确定单元(8)，用于基于所述第一和第二分布确定物品(4)相对于路径的位置。分布确定物品(4)相对于路径的位置。分布确定物品(4)相对于路径的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定物品在管状结构之内的位置的位置确定设备


[0001]本专利技术涉及一种位置确定设备、一种方法和一种计算机程序，用于确定长形的物品，尤其是医疗器械，例如是导管、支气管镜或导针在管状结构，例如是血管或呼吸道之内的位置。本专利技术还涉及一种成像系统，所述成像系统包括位置确定设备，以及一种成像方法和一种成像计算机程序。

技术介绍

[0002]在医疗应用中已知位置确定设备，所述位置确定设备使用基于电磁形状测量(EM)或光学形状测量(“optical shape sensing”，OSS)的跟踪技术来确定介入器械在患者体内的位置。光学形状测量典型地借助于多个光学曲率传感器的评估进行，所述曲率传感器又由围绕纤维的横截面同心地设置的应变传感器构成。EM和OSS跟踪技术然而由于在曲率信息的内插和积分的情况下的电磁场或误差的例如不均匀性可能是相对不准确的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一个目的是，提供一种位置确定设备、一种方法和一种计算机程序，其能够实现更好地确定长形的物品在管状结构之内的位置。本专利技术的另一目的是，提供一种包括位置确定设备的成像系统以及一种成像方法和一种成像计算机程序。
[0004]所述目的通过一种用于确定长形的物品，尤其是医疗器械在管状结构之内的位置的位置确定设备来实现，其中所述位置确定设备包括：
[0005]-第一提供单元，用于提供沿着在管状结构之内的路径在多个第一部位处的曲率值的第一分布；
[0006]-第二提供单元，用于提供沿着物品在多个第二部位处的应变值或曲率值的第二分布；
[0007]-位置确定单元，用于基于第一和第二分布来确定物品相对于路径的位置。
[0008]沿着管状结构在多个第一部位处的第一分布的曲率值和沿着物品在多个第二部位处的第二分布的应变值或曲率值是局部值。通过基于这些局部信息而不是基于全局信息来确定物品在管状结构之内的位置可以明显改善位置确定的准确性，因为这些方法对于测量误差是不太敏感的。例如，相对于全局测量误差、如漂移、场不均匀性等的位置确定的准确性可以是不太敏感的并且尤其是完全不敏感的。此外，可以确定物品的位置，而例如不需要基于例如第二分布的曲率值对物品的形状的重建。
[0009]第一提供单元可以是存储单元，在所述存储单元中存储第一分布的曲率值，其中第一提供单元可以适合用于提供第一分布的存储的曲率值。第一提供单元然而也可以是接收单元，所述接收单元用于从例如第一确定单元接收第一分布的曲率值和用于提供第一分布的接收到的曲率值。此外，第一提供单元本身也可以是第一确定单元。第二提供单元也可以是存储单元或接收单元。此外，第二提供单元可以是第二确定单元。
[0010]第一分布的曲率值优选是预设的。所述曲率值可以基于管状结构的图像、例如计
算机断层扫描图像、磁共振断层扫描图像或其他图像来确定。第一分布的曲率值也能够以其他方式确定。例如，在前一方法中一个或多个曲率传感器可以在管状结构之内运动，使得所述曲率传感器位于管状结构之内的已知的第一部位处，而管状结构的曲率借助于曲率传感器测量。用于产生曲率值的另一实例是医疗物品在从图像数据中提取的管状结构之内的位置的模拟。
[0011]管状结构例如可以是血管系统、呼吸系统或其他分支的管状结构。管状结构也可以是工程管状结构，例如管道系统、隧道系统、线缆通道系统等。物品优选是医疗器械，例如导针、导管或支气管镜。物品然而也可以是非医疗物品，所述非医疗物品例如在管道系统、隧道系统、线缆通道系统等中运动。
[0012]在一个优选的实施方式中，第一分布和第二分布的曲率值是标量的。因此，物品在管状结构之内的位置无需使用方向相关的曲率信息就可以确定。在一个实施方式中，可以在相应的部位处确定沿两个不同方向，例如沿横轴方向和竖轴方向的两个局部曲率，并且这两个局部曲率可以组合成标量的曲率值，所述标量的曲率值对于在相应的部位处的局部曲率是指示性的。例如，可以确定标量的平均曲率值或标量的高斯总曲率值。曲率值然而也可以是矢量的。例如，这两个局部曲率、如相对于竖轴的曲率和相对于横轴的曲率可以视为在相应的部位处的二分量的曲率值。
[0013]优选的是，第一提供单元调整为，提供沿着在管状结构之内的路径的曲率值的标量的分布作为第一分布。第二提供单元那么优选调整为，提供沿着物品在多个第二部位处的标量的应变值的分布作为第二分布，使得位置确定单元基于第一分布的标量的曲率值和第二分布的标量的应变值来确定物品相对于路径的位置。因为在此情况下仅需要标量的应变值，所以需要相对少的技术耗费，以便确定物品在管状结构之内的位置。
[0014]此外优选的是，第二提供单元调整为，基于光学应变传感器的光学信号确定第二分布，所述光学应变传感器沿着物品设置。光学应变传感器优选集成到单个光学单核纤维中。在沿着物品的每个部位处优选分布存在仅一个应变传感器。这能够实现与曲率传感器相比用进一步减小的技术耗费确定标量的应变值的第二分布，这对于用户是相对易于操作的。
[0015]如果在另一实施方式中，第二分布是曲率值的分布，那么所述第二分布可以例如借助于OSS曲率传感器或EM或RFID传感器的组来确定。关于在传感器组之内的其他传感器的相对位置对于EM或RFID传感器的组而言足以计算局部曲率。
[0016]优选地，第一提供单元调整为，a)将相异性量度应用于针对物品相对于路径的不同的可能的候选位置的第一分布和第二分布，其中相异性量度调整为，针对物品相对于路径的每个候选位置提供相异性值，所述相异性值对于在相应的候选位置中的两个分布的相异性是指示性的；和b)基于针对不同的候选位置确定的相异性值来确定物品相对于路径的位置。在一个实施方式中，位置确定单元调整为，确定候选位置作为物品相对于路径的位置，针对所述候选位置已确定最小的相异性值。这可能已经得出物品相对于路径的位置的相对准确的确定。
[0017]此外，位置确定设备优选调整为，针对在管状结构之内的由结构的分支产生的多个路径，提供曲率值的多个第一分布，其中位置确定单元调整为，基于第一分布和第二分布来确定物品相对于这些路径中的一个路径的位置。尤其是，位置确定单元调整为，a)针对每
个路径确定用于物品相对于相应的路径的不同候选位置的相异性值的分布，和b)基于针对不同的路径和不同的候选位置确定的相异性值来确定物品相对于所述路径中的一个路径的位置。当管状结构具有多个其中可能存在物品的可能的路径时，这会造成物品相对于所述路径中的一个路径的位置的准确的确定。
[0018]此外优选的是，第二提供单元调整为，针对不同的时间点提供沿着物品的多个第二分布，其中多个第二分布对应于物品相对于管状结构的路径的多个位置，其中位置确定单元调整为，a)针对每个路径和针对每个时间点分别确定对于物品相对于相应的路径的不同的候选位置的相异性值的分布；和b)基于针对不同的路径、不同的时间点和不同的候选位置确定的相异性值来确定物品相对于所述路径中的一个路径的位置。尤其是，针对不同的时间点和不同的候选位置确定的相异性值可理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定长形的物品(4)的位置确定设备，尤其是用于确定医疗器械在管状结构之内的位置的位置确定设备，其中所述位置确定设备(5)包括：-第一提供单元(6)，用于提供沿着在所述管状结构之内的路径在多个第一部位处的曲率值的第一分布；-第二提供单元(7)，用于提供沿着所述物品(4)在多个第二部位处的应变值或曲率值的第二分布；-位置确定单元(8)，用于基于所述第一分布和第二分布来确定所述物品(4)相对于所述路径的位置。2.根据权利要求1所述的位置确定设备，其特征在于，所述第一提供单元(6)调整为，提供沿着所述管状结构之内的路径的曲率值的标量分布作为所述第一分布。3.根据上述权利要求中任一项所述的位置确定设备，其特征在于，所述第二提供单元(7)调整为，基于光学应变传感器的光学信号来确定所述第二分布，所述光学应变传感器沿着所述物品(4)设置。4.根据上述权利要求中任一项所述的位置确定设备，其特征在于，所述位置确定单元(8)调整为，-将相异性量度应用于针对所述物品(4)相对于所述路径的不同的可能的候选位置的所述第一分布和所述第二分布，其中所述相异性量度调整为，针对所述物品(4)相对于所述路径的每个候选位置提供相异性值，所述相异性值对于在相应的候选位置中的两个分布的相异性是指示性的；-基于针对不同的候选位置确定的相异性值来确定所述物品(4)相对于所述路径的位置。5.根据上述权利要求中任一项所述的位置确定设备，其特征在于，所述第一提供单元(6)调整为，针对在所述管状结构之内的多个路径提供曲率值的第一分布，其中所述位置确定单元(8)调整为，基于所述第一分布和所述第二分布来确定所述物品(4)相对于这些路径中的一个路径的位置。6.根据权利要求4或5所述的位置确定设备，其特征在于，所述位置确定单元(8)调整为，-针对每个路径确定用于所述物品(4)相对于相应的路径的不同的候选位置的相异性值的分布；-基于针对不同的路径和不同的候选位置确定的相异性值来确定所述物品(4)相对于所述路径中的一个路径的位置。7.根据权利要求6所述的位置确定设备，其特征在于，
所述第二提供单元(7)调整为，针对不同的时间点提供沿着所述物品(4)的多个第二分布，其中所述多个第二分布对应于所述物品(4)相对于所述管状结构的路径的多个位置，其中所述位置确定单元(8)调整为，-针对每个路径和针对每个时间点分别确定用于所述物品(4)相对于相应的路径的不同的候选位置的相异性值的分布；-基于针对不同的路径、不同的时间点和不同的候选位置确定的相异性值，确定所述物品(4)相对于所述路径中的一个路径的位置。8.根据权利要求7所述的位置确定设备，其特征在于，针对不同的时间点和不同的候选位置确定的相异性值可理解为地图，其中针对通过相应的时间点和候选位置确定的不同地点，在所述地图中分别绘制相异性值，其中所述位置确定单元(8)调整为，-提供路程量度，所述路程量度为穿过相应的地图的路程提供路程值，所述路程在针对最晚时间点的候选位置处终止并且在针对较早时间点的候选位置处起始，所述路程值与沿着相应的路程的相异性值相关；-针对每个路径借助于所述路程量度确定穿过相应的地图的路程，针对所述路程确定最小路程值，使得针对不同的路径进而针对不同的地图分别求取最优路程；和-基于针对不同的路径求取的最优路程在考虑针对所述最优路程确定的路程值的情况下，确定所述物品(4)相对于所述路径中的一个路径的位置。9.根据权利要求8所述的位置确定设备，其特征在于，所述位置确定单元(8)调整为，提供路程量度，所述路程量度具有随着沿着相应的路程的相异性值的总和增大而变大的分量。10.根据权利要求8或9所述的位置确定设备，其特征在于，所述位置确定单元(8)调整为，-针对不同的时间点求取最优路程，使得针对不同的时间点和不同的路径分别确定具有相应的路程值的最优路程，其中，为了针对一个路径和一个确定的时间点确定具有相应的路程值的最优路程，使用针对确定的时间点和针对较早的时间点和针对候选位置求取的相异性值，所述相异性值可理解为对于相应的路径和确定的时间点的地图；-在每个时间点从求取的最优路程中选择如下最优路程，针对该最优路程已确定最小路程值，其中在选择具有最小路程值的最优路程之前，针对如下最优路程提高路程值，针对所述最优路程与针对其他最优路...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：