用于医学导航的配准系统以及其操作方法技术方案

技术编号:18816839 阅读:20 留言:0更新日期:2018-09-01 11:02
一种用于医学导航的配准系统,包括:形状感测设备(SSD)(104、504),其具有至少一个传感器(450、505),所述至少一个传感器用于提供指示至少一个传感器(450、505)的至少一个位置的对应传感器信息(SI);配准固定装置(106),其具有通道(130),所述通道被配置成接收SSD的至少一部分并且界定配准路径(P)。所述配准固定装置可以被配置成附接到界定工作空间的配准目标(RO)(119)。控制器(110)可以被配置成:当所述至少一个传感器在所述通道(130)之内时基于SI来感测SSD穿过的路径的形状;确定所感测到的路径的形状是否与从一个或多个已知形状中选择的已知形状相对应;并且基于所述确定来执行坐标配准。

Registration system for medical navigation and its operation method

A registration system for medical navigation includes a shape sensing device (SSD) (104, 504) having at least one sensor (450, 505) for providing corresponding sensor information (SI) indicating at least one position of at least one sensor (450, 505), and a registration fixture (106) having a pass. The channel (130) is configured to receive at least a part of the SSD and define the alignment path (P). The registration fixing device can be configured to be attached to a registration target (RO) (119) defining the workspace. The controller (110) may be configured to sense the shape of the path through which the SSD passes based on SI when the at least one sensor is within the channel (130); determine whether the shape of the path sensed corresponds to a known shape selected from one or more known shapes; and perform coordinate registration based on the determination.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于医学导航的配准系统以及其操作方法
本系统涉及使用形状感测方法的配准系统,并且更具体涉及使用FiberOpticRealShapeTM(FORS)或者诸如电磁(EM)跟踪的其他跟踪方法以将使用一个或多个配准固定装置(fixture)的一个或多个被跟踪设备的坐标系与参考坐标系相配准的坐标系配准,以及其操作方法。
技术介绍
手术介入包括若干部件,诸如患者解剖结构、操作桌台、(一个或多个)成像系统、介入设备以及这些部件中的任何部件的模型,其是术前图像或软件绘制的。计算机辅助的手术(CAS)需要根据所提供的辅助的程度来配准这些部件中的一些或全部部件的不同坐标系。例如,诸如手术器械的设备必须被配准到成像系统以允许器械的模型被恰当地显示在图像上。尤其是当设备难以在原始图像中区分时,这样的配准是有用的。配准能够根据流程在手术前执行,并且可以包括机械跟踪的工具,以对配准目标上的多个界标进行采样。对界标的逐点采集是耗时的,有认知需求,对工作流有破坏性并且易于出错。尽管配准流程能够是简单直接的,但是其也可能是繁琐的,特别是当出现需要重新配准的问题时,由于手术器械、支撑桌台和/或支撑桌台上的对象的位置的改变,重新配准可能是必需的。此外,在使用导管、针或其他柔性器械的最小侵入性手术流程中,能够使用电磁(EM)跟踪来监测柔性器械在对象内部的导航,以恢复可能丢失而导致视觉遮蔽的位置信息,诸如在将柔性器械插入对象体内时。因为EM场生成器能够被安装在工作空间(例如,手术桌台)的未知位置处,所以EM位置信息(例如,由EM场生成器所生成的)通常不与桌台的坐标系对准。为了开始导航,必须将EM空间中的位置与桌台或患者/对象空间的位置对准或配准。当前所使用的方法(诸如使用两个坐标系之间基于对应点的界标或形状模型的基于特征的方法,或者将EM位置读数与通过例如荧光检查的成像设施发现的对应信息相关联的方式)可能是耗时的,繁琐并且不方便,尤其是在手术介入期间。因此,本系统的实施例可以克服常规配准系统的这些和其他缺点。
技术实现思路
在本文中所描述的(一个或多个)系统、(一个或多个)设备、(一种或多种)方法、(一种或多种)布置、(一个或多个)用户接口、(一个或多个)计算机程序、过程等(在下文将其每者都将称为系统,除非上下文做出其他表示)解决了现有技术系统中的问题。本系统的实施例可以采用形状感测配准方法,所述方法可以采用采样点,诸如可以被视为离散化集合或者同时采样点的连续统一体(continuum)的采样点,其可以提供与坐标系的位置有关的信息,从而可以配准不同的坐标系。根据本系统的实施例,公开了一种坐标配准系统,其可以包括具有至少一个位置传感器的形状感测设备(SSD),所述至少一个位置传感器用于提供指示所述至少一个位置传感器的位置的对应传感器信息(SI)。备选地或另外,所述SSD可以具有提供指示所述至少一个位置传感器的位置和取向中的至少一项的对应传感器信息(SI)的(一个或多个)传感器。所述系统还可以包括:具有通道的配准固定装置,所述通道被配置成接收SSD的至少一部分并且界定配准路径(P),所述配准固定装置可以被配置成附接到界定工作空间的配准目标(RO);和/或控制器,所述控制器可以被配置成:当所述至少一个传感器位于通道(130)之内时基于从所述至少一个传感器获得的SI来感测SSD穿过的路径的形状,确定所感测到的路径的形状是否与从一个或多个已知形状中选择的已知形状相对应,并且可以在确定所感测到的路径的形状与所选择的已知形状相对应时执行坐标配准。还设想到了所述控制器可以随时间顺序地询问所述至少一个传感器以获得SI。还设想到了所述SSD的至少一个传感器可以包括多个传感器,并且为了获得SI,所述控制器可以随时间同步地询问所述SSD的多个传感器。还设想到了所述控制器还可以被配置成:确定SSD的至少一部分是否在通道之内;并且可以在确定SSD的至少一部分在所述通道之内时询问所述SSD以从至少一个位置传感器获得SI。还设想到了,在坐标配准期间,所述控制器可以被配置成确定与所感测到的形状相对应的形状到固定装置变换(fTs)。此外,在坐标配准期间,所述控制器还可以被配置成获得与所选择的已知形状相对应的固定装置到工作空间变换(wTf)。此外,在坐标配准期间,所述控制器还可以被配置成通过计算下式来确定形状到工作空间变换(wTs):wTs=wTf*fTs。根据本系统的实施例,已知路径可以是配准路径(P)。还设想到了,所述系统可以包括附接或耦合机构,其用于以相对于与固定装置到工作空间变换(wTf)相对应RO的工作空间的位置和取向中的一个或多个将配准固定装置能释放地附接到RO。根据本系统的实施例,还公开了一种用于配准坐标系的方法,所述方法由至少一个控制器执行。所述方法可以包括以下中的一个或多个动作:询问形状感测设备(SSD)的至少一个位置传感器以获得传感器信息(SI),所述传感器信息指示在被耦合到界定工作空间的配准目标(RO)的配准固定装置的通道之内至少一个位置传感器的位置,所述通道可以被配置成接收形状感测设备(SSD)的至少一部分并且可以界定配准路径(P)。备选地或另外,所获得的SI可以指示至少一个位置传感器的位置和取向中的至少一个。所述方法还可以包括以下动作:当至少一个传感器在所述通道之内时,基于从所述至少一个传感器获得的SI来感测SSD穿过的路径的形状;确定所感测到的路径的形状是否与从一个或多个已知形状中选择的已知形状相对应;并且当确定所感测到的路径的形状与所选择的已知形状相对应时执行坐标配准。根据本系统的实施例,可以随时间顺序地执行询问动作。也设想到了SSD的至少一个传感器可以包括多个传感器,并且可以随时间大致同步地执行询问动作。还设想到了所述方法还可以包括确定SSD的至少一部分是否在通道之内,和/或当确定SSD的至少一部分在所述通道之内时询问SSD以从至少一个位置传感器获得SI。根据本系统的实施例,执行坐标配准的动作可以包括确定与所感测到的形状相对应的形状到固定装置变换(fTs)的动作;并且执行坐标配准的动作可以包括选择与所选择的已知形状相对应的固定装置到工作空间变换(wTf)的动作;和/或执行坐标配准的动作可以包括通过计算下式来确定形状到工作空间变换(wTs)的动作:wTs=wTf*fTs。还设想到了所述方法可以包括向通道中插入SSD的至少一部分的动作。根据本系统的实施例,还公开了一种包括计算机指令的计算机可读介质,所述计算机指令当由处理器运行时,可以将所述处理器配置为执行以下中的一个或多个动作:询问形状感测设备(SSD)的至少一个位置传感器以获得传感器信息(SI),所述传感器信息指示在被耦合到界定工作空间的配准目标(RO)的配准固定装置的通道之内所述至少一个位置传感器的位置,所述通道被配置成接收SSD的至少一部分并且界定配准路径(P)。备选地或另外,所获得的SI可以指示所述至少一个位置传感器的位置和取向中的至少一个。所述计算机指令还可以将所述处理器配置为执行以下另外的动作:当至少一个传感器在通道之内时,基于从所述至少一个传感器获得的SI来确定SSD穿过的路径的形状;确定所感测到的路径的形状是否与从一个或多个已知形状中选择的已知形状相对应;并且当确定所感测到本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种坐标配准系统,包括:形状感测设备(SSD)(104、504),其包括至少一个位置传感器(450、505),所述至少一个位置传感器用于提供指示所述至少一个位置传感器(450、505)的位置的对应传感器信息(SI);配准固定装置(106),其具有通道(130),所述通道被配置成接收所述SSD的至少一部分并且界定配准路径(P),所述配准固定装置被配置成被附接到界定工作空间的配准目标(RO)(119);以及控制器(110),其被配置成:当所述至少一个传感器位于所述通道(130)之内时,基于从所述至少一个传感器(450、505)获得的所述SI来感测由所述SSD穿过的路径的形状,确定所感测到的所述路径的形状是否与从一个或多个已知形状中选择的已知形状相对应,并且当确定所感测到的所述路径的形状与所选择的已知形状相对应时执行坐标配准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.29 US 62/272,1781.一种坐标配准系统,包括:形状感测设备(SSD)(104、504),其包括至少一个位置传感器(450、505),所述至少一个位置传感器用于提供指示所述至少一个位置传感器(450、505)的位置的对应传感器信息(SI);配准固定装置(106),其具有通道(130),所述通道被配置成接收所述SSD的至少一部分并且界定配准路径(P),所述配准固定装置被配置成被附接到界定工作空间的配准目标(RO)(119);以及控制器(110),其被配置成:当所述至少一个传感器位于所述通道(130)之内时,基于从所述至少一个传感器(450、505)获得的所述SI来感测由所述SSD穿过的路径的形状,确定所感测到的所述路径的形状是否与从一个或多个已知形状中选择的已知形状相对应,并且当确定所感测到的所述路径的形状与所选择的已知形状相对应时执行坐标配准。2.根据权利要求1所述的坐标配准系统,其中,为了获得所述SI,所述控制器(110)随时间顺序地询问所述至少一个传感器(450、505)。3.根据权利要求1所述的坐标配准系统,其中,所述SSD(104、504)的所述至少一个传感器(450、505)包括多个传感器,并且为了获得所述SI,所述控制器随时间同步地询问所述SSD的所述多个传感器。4.根据权利要求1所述的坐标配准系统,其中,所述控制器(110)还被配置成:确定所述SSD的至少一部分是否在所述通道之内;并且当确定所述SSD的至少一部分在所述通道(130)之内时,询问所述SSD(104、504)以从所述至少一个位置传感器(450、505)获得所述SI。5.根据权利要求1所述的坐标配准系统,其中,在所述坐标配准期间,所述控制器(110)被配置成确定与所感测到的形状相对应的形状到固定装置变换(fTs)。6.根据权利要求5所述的坐标配准系统,其中,在所述坐标配准期间,所述控制器(110)还被配置成获得与所选择的已知形状相对应的固定装置到工作空间变换(wTf)。7.根据权利要求6所述的坐标配准系统,其中,在所述坐标配准期间,所述控制器(110)还被配置成通过计算下式来确定形状到工作空间变换(wTs):wTs=wTf*fTs。8.根据权利要求1所述的坐标配准系统,其中,所述已知路径是所述配准路径(P)。9.根据权利要求1所述的坐标配准系统,还包括耦合机构(238),所述耦合机构用于以相对于与所述固定装置到工作空间变换(wTf)相对应的所述RO(119)的所述工作空间的位置和取向中的一个或多个将所述配准固定装置(106)能释放地附接到所述RO(119)。10.一种用于配准坐标系的方法,所述方法由至少一个控制器(110)执行并且包括以下动作:询问(607、705)形状感测设备(SSD)(104、504)的至少一个位置传感器(450、505)以获得传感器信息(SI),所述传感器信息指示在配准固定装置(106)的通道(130)之内所述至少一个位置传感器(450、505)的位置的至少一个,所述配准固定装置被耦合到界定工作空间的配准目标(RO)(119),所述通道(1...

【专利技术属性】
技术研发人员:P·西恩帕波B·拉马钱德兰A·L·赖因施泰因D·A·斯坦顿
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

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