用于医学设备跟踪的系统和方法技术方案

描述了一种用于跟踪医学成像设备(210)的位置和取向(即姿态)的系统(100)。所述系统基于从成像医学设备和与所述设备相关联的跟踪传感器(210)获得的图像数据和传感器数据的组合来实时确定成像医学设备的姿态。姿态是基于计算的跟踪姿态变化和计算的图像姿态变化以及所计算的跟踪姿态变化和计算的图像姿态变化的确定的可靠性来确定的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于医学设备跟踪的系统和方法
本公开涉及跟踪成像医学设备，并且更具体而言，涉及提供成像医学设备的三维姿态的准确实时确定的系统和方法。
技术介绍
用于跟踪使用光学、电磁或超声跟踪系统的侵入性医学设备的跟踪系统可能是昂贵的，有时可能需要相当长的设置时间。例如，为电磁跟踪设置场发生器可能是非常复杂的过程。诸如超声成像设备的一些医学设备在知晓设备的位置和取向(例如姿态)方面不需要高度的准确性。另外，尽管一些姿态信息可以从设备提供的图像中导出，但没有更多的信息，这种设备不能提供对设备姿态的完整确定。商业上可用的医学设备跟踪系统的高成本不适合在某些医学流程中使用。这些系统的能力提供的准确度远远超过对于某些医学流程可接受的程度，例如采用成像医学设备的流程。
技术实现思路
根据本原理，描述了用于跟踪医学成像设备的位置和取向(即姿态)的系统和方法。所述系统通过图像数据和传感器数据的组合来实时确定成像设备的三维姿态。所述系统包括跟踪模块，所述跟踪模块被配置为生成从与所述成像设备相关联的跟踪传感器获得的所述成像设备的跟踪姿态变化数据。所述系统还包括图像跟踪模块，所述图像跟踪模块被配置为跟踪从由所述成像设备生成的图像获得的所述成像设备的图像姿态变化数据。模块基于组合的图像设备姿态变化和所述成像设备的先前确定的姿态来确定所述成像设备当前姿态。所述模块基于所述跟踪姿态变化数据、针对所述跟踪姿态变化数据确定的可靠性值、基于图像的姿态变化数据以及针对基于图像的姿态变化数据确定的可靠性值来在计算中确定的组合的图像设备姿态变化。根据本原理，还描述了一种用于通过从成像医学设备和与所述设备相关联的跟踪传感器获得的图像数据和传感器数据的组合来实时确定成像设备的三维姿态的方法。根据该方法，根据由与成像设备相关联的跟踪传感器提供的信息来确定所述成像设备的跟踪姿态变化，并且根据由所述成像设备提供的图像信息来确定所述成像设备的基于图像的姿态变化。跟踪姿态变化的可靠性和基于图像的姿态变化的可靠性被确定。基于所述跟踪姿态变化、所述基于图像的姿态变化、所确定的所述跟踪姿态变化的可靠性以及所确定的所述基于图像的姿态变化的可靠性，来确定所述成像设备的组合的姿态变化。根据组合的图像设备姿态变化和成像设备的先前确定的姿态来确定所述成像设备的当前姿态。根据以下对本公开的说明性实施例的详细描述，本公开的这些及其他目标、特征以及优点将变得显而易见，本公开的说明性实施例要结合附图进行阅读。附图说明本公开将参考下图而详细地呈现下面的优选的实施例的描述，其中：图1描绘了根据本原理的用于确定成像医学设备的姿态变化的系统；图2描绘了根据本原理确定成像医学设备的最佳姿态变化的另一系统；并且图3是示出根据本原理的用于确定成像医学设备的姿态变化的方法的框图。具体实施方式根据本原理，提供了用于确定成像医学设备的组合最佳姿态变化估计的系统和方法。用户可以从改进的姿态确定准确性中受益，并在执行医学流程(例如前列腺癌活检)时获得更高的成功率。在一个实施例中，根据本原理的系统使用从耦合到设备的惯性传感器(例如，微机电传感器)实时获得的数据以及从成像医学设备(例如，超声探头)实时获得的图像帧数据。在另一个实施例中，根据本原理的系统使用从耦合到设备的光学传感器(例如，红外传感器)实时获得的数据以及从成像医学设备(例如，超声探头)实时获得的图像帧数据。在另一个实施例中，采用惯性跟踪传感器、光学跟踪传感器和基于图像的传感器来跟踪医学设备。该系统组合来自不同跟踪源的数据来确定姿态变化并提供当前的实时姿态。应当理解，将关于医学仪器来描述本原理；然而，本原理要广泛得多，并且适用于涉及姿态确定的任何基于图像的技术。在附图中描绘的元件可以通过硬件和软件的各种组合来实施并且提供可以被组合在单个元件或多个元件中的功能。可以利用专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件来提供附图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或者由多个独立处理器(其中一些可能是共享的)来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解读为仅仅指能够执行软件的硬件，并且能够隐含地包括，但不限于，数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。此外，本文中提到原理、方面和本专利技术实施例的所有陈述以及其具体范例都旨在涵盖其结构上和功能上的等价方案。此外，旨在使这样的等价方案既包括当前已知的等价方案，又包括未来开发的等价方案(即，开发出的执行相同的功能的元件，而不管其结构如何)。因而，例如，本领域技术人员将认识到，本文中呈现的方框图表示体现本专利技术的原理的示范性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当认识到，流程图、程序框图、状态转移图、伪码等均表示实质上可以在计算机可读存储介质内表示，因而可由计算机或处理器执行的各种过程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。此外，本专利技术的实施例可以采取计算机程序产品的形式，可由提供程序代码的计算机可用或计算机可读介质访问所述计算机程序产品，以供计算机或者任何指令执行系统使用或者与之结合使用。就本说明书的目的而言，计算机可用或计算机可读介质可以是任何可以包括、存储、交换、传播或发送程序的设备，所述程序供指令执行系统、设备或装置使用或者与之结合使用。所述介质可以是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统(或者设备或装置)或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。当前的光盘的示例包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)、蓝光碟TM和DVD。在对本原理的“一个实施例”或“实施例”的说明中的引用以及其变型意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，出现在贯穿说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及任何其他变型的出现不一定全部参考相同实施例。应认识到，以下“/”、“和/或”和“……中的至少一个”(例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一个”的情况下)中的任一个的使用旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、仅选择第二列出项(B)、或者选择这两项(A和B)。作为另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的短语旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、或者仅选择第二列出项(B)、或者仅选择第三列出项(C)、或者仅选择第一列出项和第二列出项(A和B)、或者仅选择第一列出项和第三列出项(A和C)、或者仅选择第二列出项和第三列出项(B和C)、或者选择所有三个项(A和B和C)。如对于本领域和相关领域中的普通技术人员显而易见的，这可以针对如所列出的许多项进行扩展。还将理解，当诸如例如层、图像、区域或材料的元素被称为在另一元素“上”或“之上”时，其可以直接在另一元素上或也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”时，不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过图像数据和传感器数据的组合来实时确定成像设备的三维姿态的系统(100)，包括：跟踪模块(128)，其被配置为生成从与成像设备(210)相关联的跟踪传感器(220)获得的所述成像设备的跟踪姿态变化数据；图像跟踪模块(130)，其被配置为跟踪从由所述成像设备生成的图像获得的所述成像设备的图像姿态变化数据；以及成像设备当前姿态确定模块(126)，其用于基于组合的图像设备姿态变化和所述成像设备的先前确定的姿态来确定所述成像设备的当前姿态，所述组合的图像设备姿态变化是在基于所述跟踪姿态变化数据、针对所述跟踪姿态变化数据确定的可靠性值、所述图像姿态变化数据以及针对所述图像姿态变化数据确定的可靠性值的计算中确定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.14 US 62/266,7331.一种用于通过图像数据和传感器数据的组合来实时确定成像设备的三维姿态的系统(100)，包括：跟踪模块(128)，其被配置为生成从与成像设备(210)相关联的跟踪传感器(220)获得的所述成像设备的跟踪姿态变化数据；图像跟踪模块(130)，其被配置为跟踪从由所述成像设备生成的图像获得的所述成像设备的图像姿态变化数据；以及成像设备当前姿态确定模块(126)，其用于基于组合的图像设备姿态变化和所述成像设备的先前确定的姿态来确定所述成像设备的当前姿态，所述组合的图像设备姿态变化是在基于所述跟踪姿态变化数据、针对所述跟踪姿态变化数据确定的可靠性值、所述图像姿态变化数据以及针对所述图像姿态变化数据确定的可靠性值的计算中确定的。2.根据权利要求1所述的系统，还包括：所述成像设备当前姿态确定模块(126)的跟踪姿态变化确定器，其用于基于相对较新的跟踪姿态变化数据与相对较旧的跟踪姿态变化数据的比较来确定所述跟踪姿态变化。3.根据权利要求1所述的系统，还包括：所述成像设备当前姿态确定模块(126)的图像姿态变化确定器，其用于基于相对较新的图像姿态变化数据与相对较旧的图像姿态变化数据的比较来确定所述图像姿态变化。4.根据权利要求1所述的系统，还包括：所述成像设备当前姿态确定模块(126)的可靠性确定器，其用于确定所述跟踪姿态变化数据的所述可靠性值，并且用于基于从以下中选择的一个或多个因素来确定所述图像姿态变化数据的所述可靠性值：设备加速度，设备速度，设备旋转速度，从相机到光学传感器的距离，跟踪器的相机图像与所述跟踪器的内部建模之间的相关性，跟踪器相对于相机的取向，图像帧与图像帧的相关性，所述图像的平均亮度，以及作为图像信息内容的量度的所述图像的熵。5.根据权利要求1所述的系统，还包括：图像定位器，其用于利用所述成像设备的所述当前姿态来在三维空间中定位(126)二维图像。6.根据权利要求1所述的系统，还包括：图像定位器(126)，其用于利用所述成像设备的所述当前姿态来以与预先采集的三维图像的空间关系来定位二维图像。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述跟踪传感器(220)是机电传感器，并且所述成像设备(210)是超声探头。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述跟踪传感器(220)是红外传感器，并且所述成像设备(210)是超声探头。9.一种用于通过图像数据和传感器数据的组合来实时确定成像设备的三维姿态的系统(100)，包括：跟踪模块(128)，其被配置为生成从与成像设备(210)相关联的跟踪传感器(220)获得的所述成像设备的跟踪姿态变化数据；图像跟踪模块(130)，其被配置为通过由所述成像设备生成的图像来跟踪所述成像设备的图像姿态变化数据；工作站(118)，其包括处理器(122)和存储器(124)；成像设备当前姿态确定模块(126)，其用于基于组合的图像设备姿态变化和所述成像设备的先前确定的姿态来确定所述成像设备的当前姿态，所述组合的图像设备姿态变化是在基于所述跟踪姿态变化数据、针对所述跟踪姿态变化数据确定的可靠性值、所述图像姿态变化数据以及针对所述图像姿态变化数据确定的可靠性值的计算中确定的；以及显示器(120)，其被配置为显示从所述成像设备供应的图像。10.根据权利要求9所述的系统，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克吕克尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL