CN108135555B - 用于控制机动c形臂的运动的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制机动C形臂的运动的方法，包括：‑接收用户(U)相对于C形臂(1)的位置信息，‑连续地接收所述C形臂(1)相对于所述C形臂的参考位置的当前位置信息，‑从所述当前位置信息和用户的位置信息计算根据用户的视角的、C形臂的当前位置的图形表示，‑从所计算的所述C形臂的当前位置的图形表示中计算至少一个命令按钮的图形表示以使C形臂沿根据相应的自由度的确定的方向移动，该至少一个命令按钮的图形表示适合于C形臂的当前位置信息并且适合于用户的视角，‑在控制面板上显示图形用户界面(7)，该图形用户界面包括所述C形臂的当前位置的所计算的图示(70)和所述至少一个命令按钮(710)。

Description

用于控制机动C形臂的运动的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于使用户在手术室中控制机动C形臂的运动的方法和设备。

背景技术

C形臂可以在手术室中被使用，以便在手术介入期间获得患者的X射线图像。

C形臂包括一至六个自由度：在三个正交平面中平移达三个自由度，以及根据三个正交轴旋转达三个自由度。

在手术介入期间，不同的用户可能必须要致动C形臂以获取患者的X射线图像或者在不需要X射线采集时将C形臂从患者处移除。

为此，用户可以具有包括多个致动按钮的控制面板，每个按钮都专用于使C形臂根据相应的自由度进行运动。例如，每个按钮可以用箭头来显示图形符号，所述箭头示意性地表示相对应的运动方向。

替代性地，用户可以具有操纵杆，其中，杆能够在多个方向上被致动，每个方向与C形臂的根据相应的自由度的运动相关联。

然而，由于C形臂的运动是复杂的(旋转和平移的组合)，因此，在C形臂的一些位置，用户不能够选择正确的按钮以获得所期望的运动。这是因为即使按钮各自都显示图形符号，该运动的表示也是以一般的方式给出的，即，该运动的表示是以相对于静止位置的方式给出的。然而，用户的心理方案可能不适合于按钮上所提供的指示。

因此，用户经常会选择错误的按钮，并且因此只有在连续的试错选择之后才能达到期望的位置，这是耗时的，并且可能会与用户、患者或设备产生碰撞。

另外，用户相对于C形臂的位置也可以在手术介入期间发生变化。例如，如果用户是外科医生或是他的助手，则用户可以从他从左侧看到C形臂的位置移动到他从右侧看到C形臂的位置，也可以从他从右侧看到C形臂的位置移动到他从左侧看到C形臂的位置。在某些情况下，如果用户处于有利的视角，则合适的按钮的选择将是直观的，而如果用户处于不同的视角，则正确启动按钮的选择将不是直观的。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供一种对C形臂的运动进行控制的更符合人体工程学并且直观的方法。

本发明的目的在于一种用于控制机动C形臂的运动的方法，包括：

-接收用户相对于C形臂的位置信息，

-连续地接收C形臂的相对于C形臂的参考位置的当前位置信息，

-从所述当前位置信息和用户的所述位置信息计算根据用户的视角的、C形臂的当前位置的图形表示，

-从所计算的C形臂的当前位置的图形表示中计算至少一个命令按钮的图形表示以使C形臂沿根据相应的自由度的确定的方向移动，该至少一个命令按钮的图形表示适合于C形臂的当前位置信息并且适合于用户的视角

-在控制面板上显示图形用户界面，该图形用户界面包括C形臂的当前位置的所述所计算的图示和所述至少一个命令按钮。

根据一个实施例，所述方法还包括更新用户相对于C形臂的位置信息并基于被更新的所述位置信息来更新至少一个命令按钮的图形表示。

根据一个实施例，当C形臂处于至少一个自由度的停止位置时，图形用户界面的命令按钮和/或相应触觉区域被禁用。

根据优选的实施例，命令按钮包括以下中的至少一个：特定于C形臂的相应自由度的颜色、纹理和图形符号，并且其中，所述颜色、纹理和/或图形符号被进一步显示在C形臂的图形表示上。

根据一个实施例，控制面板被嵌入在用于在手术室中被用户保持的远程命令设备中。

根据另一个实施例，控制面板被嵌入在将位于手术室中的计算机命令站中。

有利地，当远程命令设备的用户和计算机命令站的用户不位于C形臂的相同侧时，不同的图形用户界面被显示在每个相应的控制面板上。

根据一个实施例，用户相对于C形臂的位置信息是从有限的视角的组中选择的。

更具体地，用户相对于C形臂的位置信息可以由用户通过在所述组中选择一个视角而给出。

根据另一个实施例，用户的位置信息从被布置在用户和/或控制面板以及C形臂上的位置传感器获得。

本发明的另一目的是一种用于控制机动C形臂的运动的设备，包括：

-用于显示图形用户界面的控制面板，该图形用户界面包括C形臂的当前位置的图示以及至少一个命令按钮以用于控制C形臂沿根据相应的自由度的确定的方向的运动，

-能够与控制面板通信并被配置为执行上述方法的处理器。

根据一个实施例，所述控制面板被嵌入在用于在手术室中由用户保持的远程控制设备中。

根据另一个实施例，所述控制面板被嵌入在将位于手术室中的计算机命令站中。

本发明的另一个目的是一种手术系统，该手术系统包括机动C形臂以及如上所述的用于控制所述C形臂的运动的设备。

附图说明

基于附图，本发明的其他特征和优点将根据以下说明而变得显而易见，其中：

-图1示出了处于静止位置的机动C形臂的透视图；

-图2示出了包括C形臂的手术系统的透视图；

-图3至图4示出了C形臂在控制面板上的、处于C形臂的两个不同位置的图形表示的实施例；

-图5示出了C形臂在控制面板上的图形表示的另一实施例；

-图6示意性地示出了在第一种情况下用户相对于C形臂的位置；

-图7示意性地示出了在第二种情况下用户相对于C形臂的位置；

-图8示意性地示出了在第三种情况下用户相对于C形臂的位置；

-图9示出了在图8的情况下为用户配置的控制面板上的C形臂的图形表示的实施例；

-图10示意性地示出了在第四种情况下用户相对于C形臂的位置；

-图11示出了在图10的情况下为用户配置的控制面板上的C形臂的图形表示的实施例；

-图12至图13示意性地示出了在第五种情况和第六种情况下两个用户相对于C形臂的位置。

具体实施方式

机动C形臂

图1示出了处于静止位置的机动C形臂1的透视图。

以常规的方式，C形臂1包括支撑X射线源11和与X射线源相对的图像检测器12的拱形物10。优选地，拱形物还包括防撞设施，该防撞设施本身是已知的，因此这里不需要进行详细描述。

拱形物具有C形形状，以允许其围绕患者所躺的手术台(未示出)被布置。

C形臂在三个正交平面中包括多达三个的平移自由度，并且根据三个正交轴包括多达三个的旋转自由度。

有利地，C形臂的拱形物被安装在推车(未示出)上，该推车是移动式台车。

拱形物能够相对于手术台被水平地(x方向，其垂直于手术台的纵向轴线)、侧向地(y方向，其平行于手术台的纵向轴线)或垂直地(z方向)平移。

拱形物可进一步相对于手术台在多达三个的旋转自由度中进行枢转，即至少围绕y方向的旋转α以及围绕x方向的旋转β。

C形臂的每个自由度由相应的电机(未示出)控制。

例如，通过使用相应的编码器，每个电机相对于C形臂的静止位置的位置是已知的。

“静止位置”是指如下的位置，即：当拱形物10处于垂直平面(β＝0°)时，X射线源11在手术台下方处于向下位置(α＝0°)并且拱形物在水平方向上、侧向上以及垂直方向上被带至最小位置(Tx＝0，Ty＝0，Tz＝0)。

手术系统

图2示出了包括上述C形臂1的手术系统的透视图。

除了C形臂之外，该系统还包括意在使患者躺在其上的手术台2以及外科工作站3。

外科工作站3包括移动式台车30，该移动式台车支撑有至少一个用户监视器31、至少一个用户界面32、计算机33、图像检测器处理单元以及电源。

该工作站3被连接到C形臂1以接收由图像检测器获取的图像并控制C形臂。特别地，计算机被配置为控制：通过对电机控制器的命令而被施加到拱形物的轨迹、用于X射线发射和图像采集的命令、监视器上所显示的放射图像的显示、手术期间的患者数据管理和风险管理。

该系统还包括至少一个控制面板，该至少一个控制面板意在由用户使用以致动C形臂以达到期望的位置和定向。控制面板可以被集成到外科工作站(诸如监视器31或用户界面32)，或者可以在物理上与外科工作站不同，例如，控制面板为能够被放置在手术室(无菌区域或非无菌区域)中的任何地方的手持设备6的形式。

控制面板

图3是根据本发明的实施例的包括图形用户界面7的控制面板的示例性视图。

图形用户界面7包括区域70，在该区域中，C形臂的当前位置的图形表示连同各种自由度的致动方向被表示出。

例如，拱形物被表示为以两个箭头结束的圆圈10’的一部分，这两个箭头示出了围绕y方向旋转的方向α+、α-。三个平移的自由度被表示为相反的箭头，其示出了沿x方向的方向x+、x-，沿y方向的y+、y-，以及沿z方向的z+、z-。围绕x方向的旋转的自由度被表示为示出了旋转方向β+、β-的曲线箭头。

根据有利的实施例，每个箭头用特定的颜色和/或纹理来表示，以便易于与其他箭头区分开。

图4是图3的控制面板在C形臂围绕y方向旋转之后的示例性视图。与图3相比，C形臂的图示10’已经根据所施加的旋转而旋转。其他自由度没有改变，因此以与图3相同的方式被表示。

当然，如图3至图4所示的自由度和C形臂的图形表示仅是说明性的，并且可以调整这些元素的形状、尺寸、颜色和/或纹理，例如以改善系统的人体工程学，而不偏离本发明的范围。

在图3至图4的实施例中，图形用户界面7还包括由多个独立触觉子区域710形成的触觉区域71。每个子区域710通过使相应的电机来移动C形臂而专用于根据一个给定方向来致动C形臂。

根据一个实施例，每个子区域具有与图形表示区域上的相应箭头相同的颜色和/或纹理。

根据图3至图4所示的优选实施例，具有箭头形状的图形符号被显示在每个触觉子区域710上，以表示由相应触觉子区域控制的自由度的方向。

所述图形符号和/或颜色或纹理也可以出现在C形臂本身上，以帮助用户直观地理解真实的C形臂与其图形表示之间的关系。

有利地，如果C形臂的位置改变和/或如果使用者相对于C形臂的位置改变，则图形符号的位置和/或定向可以改变。这可以改善系统的人体工程学，因为这种更新后的图形符号的表示为用户提供了对要施加到C形臂上的运动的更直观的理解，以便使其到达期望的位置。

当用户想要沿着其自由度中的至少一个致动C形臂时，他将手指施加到显示与期望自由度相对应的图形符号的子区域上。

例如，如果用户想要垂直升高C形臂，他将手指施加到包含箭头z+的子区域上。

图5示出了控制面板7的图形表示区域70上的C形臂的替代性图示。在这种情况下，C形臂不是仅由圆圈的一部分表示，而是通过其外部形状的简化图示来显示其不同的组件。自由度被表示为与图3至图4的箭头类似的箭头。

能够注意到的是，不能从与图5的视角(用户面向C形臂，C形臂在他/她的右侧)相同的、图3至图4中的视角(用户面向C形臂，C形臂在他/她的左侧)看到C形臂。为了提供更好的系统的人体工程学，触觉子区域710的图形符号以与用户的视角相对应的定向来表示。例如，在图3至图4的情况下，x+方向(沿x方向进行平移以便增加C形臂距静止位置x＝0的距离)由朝向图3至图4中的附图左侧的箭头形状的图形符号表示，而C形臂的相同致动方向在图5中由朝向右侧的箭头形状的图形符号表示。另外，能够注意到，与图3至图4相比，对于x+和x-方向的触觉子区域的相对位置在图5中被颠倒，这仍是为了优化系统的人体工程学。

根据另一个实施例(未示出)，控制面板可以包括简单的屏幕以显示如上所述的C形臂的图示，以及包括LEDS的键盘以允许改变每个键的内容。例如，参阅Optimus OLED键盘

(http://www.legitreviews.com/future-look-the-optimus-organic-led- keyboard_247)。

用户位置的检测

用户可以是外科医生和/或来自出现于手术室中的医务人员的任何人员。

如将在下面进一步详细说明的，可能有两个用户位于手术室中的不同位置，每个用户使用专用的控制面板。

没有必要准确地知道用户的位置来执行本发明。一般而言，可以认为，知道用户是在机动C形臂的左侧还是右侧，和/或他/她是否在手术台的相同侧或相反侧就已足够。

在一个实施例中，可以通过简单地在控制面板上输入信息来完成对用户位置的检测。例如，控制面板可以包括允许选择左手位置或右手位置的区域。这种区域可以包括分别对应于左手位置和右手位置的两个按钮或触觉区域。替代性地，所述区域可以包括允许从左手位置切换到右手位置以及从右手位置切换到左手位置的开关。

在替代性实施例中，用户可以包括允许检测他/她相对于C形臂的位置的传感器。例如，控制面板和C形臂都可以包括基于射频识别的定位传感器或基于室内定位的磁场的定位传感器，以识别控制面板与C形臂的相对位置，因此可识别用户与C形臂的相对位置。

C形臂的当前位置的检测

通过获取每个电机编码器相对于静止位置的位置，可以随时了解C形臂的位置。

信息被连续地发送到外科工作站的计算机的处理器或控制面板本身。

C形臂的位置的图形表示的计算

根据一个实施例，控制面板与外科工作站的计算机连接(无线或有线)。在这种情况下，控制面板可以不包括任何处理器和存储器，并且因此仅允许显示C形臂的图示，并且由于如上所述的按钮和/或触觉区域而控制C形臂的运动，所有必要的计算是由外科工作站的计算机来执行。

根据另一个实施例，控制面板包括其自身的处理器和存储器以计算C形臂的图形表示以及按钮和/或触觉区域的方面。例如，控制面板可以是平板电脑(PC)。

该系统(例如，在外科工作站的计算机中或在控制面板中)包括存储器，该存储器中存储有C形臂在静止时的图形表示。

该系统还包括处理器(例如在外科工作站的计算机中或控制面板中)，该处理器能够实现如下的算法：基于由编码器提供的信息来确定将C形臂的其余图示修改为表示当前的位置。

命令按钮的图形表示的计算

该系统包括存储器(例如在外科工作站的计算机中或在控制面板中)，每个命令按钮的图形表示在C形臂静止时被存储到存储器中。

该系统还包括处理器(例如在外科工作站的计算机中或控制面板中)，该处理器能够实现如下的算法：基于由编码器提供的信息来确定将命令按钮的其余图示修改为使每个命令按钮表示适合于C形臂的当前位置的位置。

图形用户界面

图形用户界面被设计成对用户来说是最佳的人体工程学。

为此，图形用户界面提供了如下的C形臂位置的图示：(1)对应于用户当前视角(即，C形臂基本上是从右侧或从左侧被看到，和/或是面向用户或位于手术台的同一侧)以及(2)对应于C形臂的当前位置。另外，图形用户界面还提供了考虑到C形臂当前位置的命令按钮的图示。

以这种方式，对用户来说，对要被启动的按钮的选择是完全直观的。

C形臂当前位置的图示不一定在图形用户界面上被持续地更新。例如，C形臂的图示可以在C形臂运动期间以与用户的视觉舒适性相适应的特定频率更新，而可以在C形臂不动时不进行更新。

现在将参照图3至图13来说明不同的情况。

图6示出了第一种情况，其中C形臂1处于其静止位置(β＝90°，α＝0°)并且用户U在靠近手术台2的无菌区域中，C形臂面向用户并处于他/她的左侧。

图3是显示了如下的图形用户界面7以及箭头的视图，该图形用户界面显示了C形臂在其图6的当前静止位置的图形表示，并且箭头示出了C形臂沿不同自由度的可能的运动方向。图形用户界面7还包括多个触觉子区域710，每个触觉子区域710显示了对应于C形臂的相应运动方向的图形符号。

图7示出了第二种情况，其中C形臂已从静止位置移动到侧向位置(β＝0°，α＝0°)。如图6的情况那样，C形臂1面向用户U并且处于他/她的左侧。

图4是显示了如下的图形用户界面的视图，该图形用户界面显示出示出了C形臂在其图7的当前位置沿可用的自由度的可能的运动的箭头。

与图3相比，可以注意到，C形臂的图示的位置和定向已经被调整以对应于C形臂的当前位置。在该实施例中，触觉子区域710中的图形符号的位置和定向没有改变，因为C形臂的位置的变化被认为是仍然允许直观地使用图形符号。

图8示出了第三种情况，其中C形臂已经移动到另一个侧向位置(β＝90°，α＝40°)。如图6和图7的情况中那样，C形臂1面向用户U并且处于他/她的左侧。

图9是显示C形臂的图形表示的图形用户界面的视图，其示出了C形臂沿其在图8的当前位置的可用自由度的可能的移动。

与图3和图4相比，可以注意到，C形臂的图示的位置和定向已经被调整以对应于C形臂的当前位置。在该实施例中，触觉子区域710中的图形符号的位置和定向没有被改变，因为C形臂的位置的变化被认为是仍然允许直观地使用图形符号。

图10示出了第四种情况，其中C形臂1处于其静止位置(β＝90°，α＝0°)并且用户U处于靠近手术台2的无菌区域中，C形臂面向用户并处于他/她的右侧。

图11是显示了如下的图形用户界面以及箭头的视图，所述图形用户界面显示了C形臂在其图10的当前静止位置中的图形表示，以及箭头示出了C形臂在其图10的当前位置沿可用的自由度的可能运动。

与图3相比，可以注意到，C形臂的图示的位置和定向已经被调整为对应于用户相对于C形臂的位置。换句话说，该视角考虑了用户相对于C形臂的位置。另外，触觉子区域中的图形符号的位置和定向也已经被调整，以允许用户在相应位置直观地使用图形符号。

在多个用户必须致动C形臂的情况下，优选地，每个用户具有专用控制面板。例如，一个用户可以使用被集成到外科工作站的控制面板，而另一个用户可以具有诸如为手持设备的远程控制单元。这允许向每个用户同时提供适合于每个用户的视角的命令按钮和C形臂的图形表示。

图12示出了另一种构型，其中两个用户处于手术室中。C形臂处于如图6所示的静止位置。如图6所示，第一用户U1面向C形臂站在靠近手术台2的无菌区域中，C形臂处于他/她左侧。第二用户U2站在外科工作站3的前方，远离无菌区域。在图12的构型中，第二用户12使C形臂位于他的左侧。在这种情况下，C形臂的图形表示以及控制面板的触觉子区域中的图形符号对于两个用户来说是相同的，并且与图3中所示的相同。

如果第二用户位于C形臂的左侧(参见图13)，则两个用户的视角不同，并且专用于每个用户的控制面板不会显示相同的信息。对于用户U1，C形臂的图形表示以及图形符号与图3中的相同。对于用户U2，C形臂的图形表示以及图形符号与图11中的相同。

根据一个实施例，在给定的自由度下，在相应的方向上不可能进一步移动的情况下，可以禁用触觉子区域或任何其他命令按钮。例如，在该子区域中显示的图形符号可以被加阴影，以便向用户显示该子区域不可能进行动作。

Claims (14)

1.用于控制机动C形臂的运动的方法，包括：

-接收用户(U)相对于所述C形臂(1)的位置信息，

-连续地接收所述C形臂(1)相对于所述C形臂的参考位置的当前位置信息，

-从所述当前位置信息和用户的所述位置信息计算根据用户的视角的、所述C形臂的当前位置的图形表示，

-从所计算的所述C形臂的当前位置的图形表示计算至少一个命令按钮的图形表示以使所述C形臂沿根据相应的自由度的确定的方向移动，所述至少一个命令按钮的图形表示适合于所述C形臂的当前位置信息并且适合于所述用户的视角，

-在控制面板上显示图形用户界面(7)，所述图形用户界面包括所述C形臂的当前位置的所计算的图示(70)和所述至少一个命令按钮(710)。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括更新所述用户相对于所述C形臂的位置信息，并基于所更新的所述位置信息来更新所述至少一个命令按钮的图形表示。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述C形臂处于至少一个自由度的停止位置时，所述图形用户界面的所述命令按钮和/或相应触觉区域被禁用。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述命令按钮包括以下中的至少一个：特定于所述C形臂的相应自由度的颜色、纹理和图形符号，并且其中，所述颜色、纹理和/或图形符号被进一步显示在所述C形臂的图形表示上。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制面板被嵌入在用于在手术室中被用户保持的远程命令设备中。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制面板被嵌入在位于手术室中的计算机命令站中。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述控制面板包括第一控制面板和第二控制面板，所述第一控制面板被嵌入在用于在手术室中被用户保持的远程命令设备中，所述第二控制面板被嵌入在位于手术室中的计算机命令站中，当所述远程命令设备的用户和所述计算机命令站的用户不位于所述C形臂的相同侧时，不同的图形用户界面被显示在所述第一控制面板和所述第二控制面板上。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述用户相对于所述C形臂的位置信息是从有限的视角的组中选择的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述用户相对于所述C形臂的位置信息由用户通过在所述组中选择一个视角而给出。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述用户的位置信息从被布置在用户和/或所述控制面板以及所述C形臂上的位置传感器获得。

11.用于控制机动C形臂的运动的设备，包括：

-用于显示图形用户界面的控制面板，所述图形用户界面包括所述C形臂的当前位置的图示以及至少一个命令按钮以用于控制所述C形臂沿根据相应的自由度的确定的方向的运动，

-处理器，所述处理器能够与所述控制面板通信并被配置为执行权利要求1至10中一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制面板被嵌入在用于在手术室中由用户保持的远程控制设备中。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制面板被嵌入在将位于手术室中的计算机命令站中。

14.手术系统，包括机动C形臂以及根据权利要求11至13中一项所述的设备。

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