基于电磁跟踪器的超声探头校准制造技术

一种采用校准体模(20)、超声探头(10)以及校准工作站(40a)的超声校准系统。校准体模(20)围绕由一个或多个体模跟踪器建立的校准坐标系内的框架组件(21)。在操作中，所述超声探头(10)相对于由一个或多个探头跟踪器建立的扫描坐标系声学地扫描在图像坐标系内的所述框架组件(21)的图像。所述校准工作站(40a)将所述超声探头(10)和框架组件图像(11)定位在所述校准坐标系内，并且根据所述定位来确定所述图像坐标系与所述扫描坐标系之间的校准变换矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及对超声探头的校准。本专利技术尤其涉及将超声探头和由超声探头生成的超声图像定位在相同的坐标系内，以达到确定超声探头与超声图像之间的在其他情况下未知的变换矩阵的目的。
技术介绍
在医学诊断和介入中，对超声图像的位置的电磁(“EM”)跟踪具有许多益处。例如，在前列腺近距离放射治疗或活检期间，可以利用经直肠超声(“TRUS”)探头来对针/导管在前列腺组织内部到特定目标的导航进行图像引导，以向所述特定目标递送处置。更具体地，对TRUS探头的位置的EM跟踪被用于三维(“3D”)体积的重建，并且还被用于对超声图像坐标系中的其他对象进行定位。为了采用被EM跟踪的TRUS探头，有必要识别超声图像坐标系与EM跟踪器坐标系之间的关系。在历史上，可以在水箱中人工校准TRUS探头。在该方法中，在将TRUS探头浸入水中的同时，用户将被EM跟踪的指向对象(例如针)插入到超声视场中。一旦指向对象与TRUS图像相交，则操作者在超声图像上标记出对象端部的位置。为了实现可靠的校准，该位置标记过程在TRUS探头的若干位置处被重复若干次。然而，人工探头校准是主观的、繁琐的并且是耗费时间的。此外，对象经常仅从一侧朝向超声图像前进。因此，超声图像厚度减小校准的准确性。具有自动校准的校准体模可以解决人工校准的上述问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种用于对被跟踪的超声探头，尤其是EM跟踪的TRUS探头的自动校准的方法和装置。本专利技术的一种形式是采用校准体模、超声探头(例如TRUS探头)以及校准工作站的超声校准系统。所述校准体模围绕在由一个或多个体模跟踪器(例如EM跟踪器)建立的校准坐标系内的框架组件。在操作中，所述超声探头相对于由一个或多个探头跟踪器(例如EM跟踪器)建立的扫描坐标系，声学地扫描在图像坐标系内的所述框架组件的图像。所述校准工作站将所述超声探头和框架组件图像定位在所述校准坐标系内，并且根据所述定位来确定所述图像坐标系与所述扫描坐标系之间的校准变换矩阵。本专利技术的另一种形式是采用校准体模和校准工作站的超声校准系统。所述校准体模围绕在由一个或多个体模跟踪器(例如EM跟踪器)建立的校准坐标系内的框架组件。在操作中，超声探头(例如TRUS探头)相对于由一个或多个探头跟踪器(例如EM跟踪器)建立的扫描坐标系，声学地扫描在图像坐标系内的所述框架组件的图像。所述校准工作站将所述超声探头和框架组件图像定位在所述校准坐标系内，并且根据所述定位来确定所述图像坐标系与所述扫描坐标系之间的校准变换矩阵。本专利技术的另外的形式是超声校准方法，所述超声校准方法涉及：相对于围绕校准坐标系内的框架组件的校准体模来定位超声探头；操作所述超声探头以相对于所述超声探头的扫描坐标系，声学地扫描在图像坐标系内的所述框架组件的图像；将所述超声探头和所述框架组件定位在所述校准坐标系内；并且根据所述定位来确定所述图像坐标系与所述扫描坐标系之间的校准变换矩阵。结合附图阅读以下对本专利技术的各种实施例的详细描述，本专利技术的上述形式和其他形式以及本专利技术的各特征和优点将变得更加显而易见。详细描述和附图仅对本专利技术进行说明，而不做出限制，本专利技术的范围是通过权利要求及其等价方案来限定的。附图说明图1图示了根据本专利技术的超声校准系统的示范性实施例。图2图示了根据本专利技术的超声校准方法的示范性实施例。图3-图6图示了根据本专利技术的校准体模的四(4)个示范性实施例。图7图示了根据本专利技术的校准验证系统的示范性实施例。图8图示了根据本专利技术的校准验证方法的示范性实施例。图9图示了根据本专利技术的验证体模的示范性实施例。具体实施方式为了便于理解本专利技术，在本文中将针对图1所示的超声校准系统和图7所示的校准验证系统来提供本专利技术的示范性实施例。根据对示范性实施例的描述，本领域普通技术人员将意识到如何将本专利技术的操作原理应用于任何类型的超声探头以及对超声探头的任何类型的跟踪(例如EM的、光学的等)。参考图1，超声校准系统采用TRUS探头10、校准体模20、框架组件21、EM场生成器30、EM体模跟踪器31、EM探头跟踪器32以及校准工作站40a。本专利技术的超声探头是本领域中已知的用于经由声学能量扫描患者的解剖区域的任何设备。超声探头的范例包括但不限于如图1所示的TRUS探头10。本专利技术的校准体模是如在本领域中已知的具有用于包含框架组件的已知几何结构的任何类型的容器，并且所述容器具有声学窗以便于由超声探头对所述框架组件进行扫描。在实践中，校准体模可以具有适合于对一种或多种类型的超声探头的校准的任何几何形状和尺寸。例如，如图1所示，校准体模20通常具有棱柱形状以将框架组件21包含在水和/或具有与人类组织中的声速相等的声速的其他液体(未示出)中，由此TRUS探头10可以在框架组件21下面从声学窗(未示出)中扫描框架组件21。本专利技术的框架组件是在框架坐标系内组装的一个或多个框架的任何布置。在实践中，每个框架可以具有任何几何形状和尺寸，并且在框架坐标系内的框架的布置适合于由超声探头根据超声探头到校准体模的相对位置对框架像素进行独特的成像。每个框架的范例包括但不限于如图3-图6所示的Z线框架、N线框架、非平行框架以及(一个或多个)圆锥形的框架。本专利技术的跟踪系统是如本领域中已知的任何系统，所述系统采用一个或多个能量生成器来向参考区内的一个或多个能量传感器发射(例如磁性或光学)能量。例如，如图1所示，EM场生成器30向采取EM传感器形式的EM体模跟踪器31和EM探头跟踪器32发射磁性能量。在备选实施例中，EM体模跟踪器31和EM探头跟踪器32是采取向参考区内的(一个或多个)EM传感器发射磁性能量的EM场生成器的形式的。本专利技术的前提在于为校准体模装备一个或多个EM体模跟踪器，并且在于为超声探头装备一个或多个EM探头跟踪器。在实践中，(一个或多个)EM体模跟踪器从策略上被相对于校准体模定位，以建立校准坐标系，并且(一个或多个)EM探头跟踪器在策略上被相对于校准体模定位，以建立扫描坐标系。例如如图1所示，EM体模跟踪器31在策略上被定位在校准体模20的一角，以建立如在其上象征地表示(symbolized)的校准坐标系；并且EM探头跟踪器32在策略上邻近TRUS探头10的超声图像阵列(未示出)被定位，以建立如在其上象征地表示的扫描坐标系。本专利技术的前提还在于在对超声探头进行校准之前确定框架组件与校准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声校准系统，包括：校准体模(20)，其包含在校准坐标系内的框架组件(21)，其中，所述校准体模(20)包括建立所述校准坐标系的至少一个体模跟踪器；超声探头(10)，其能够用于相对于扫描坐标系声学地扫描在图像坐标系内的所述框架组件(21)的图像，其中，所述超声探头(10)包括建立所述扫描坐标系的至少一个探头跟踪器；以及校准工作站(40a)，其中，所述校准工作站(40a)能够被连接到所述至少一个体模跟踪器和所述至少一个探头跟踪器，以将所述探头定位在所述校准坐标系内，其中，所述校准工作站(40a)能够被连接到所述至少一个体模跟踪器和所述超声探头(10)，以将框架组件图像(11)定位在所述校准坐标系内，并且其中，响应于对所述探头和所述框架组件图像(11)在所述校准坐标系内的定位，所述校准工作站(40a)能够用于确定所述图像坐标系与所述扫描坐标系之间的校准变换矩阵。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 US 61/917,6151.一种超声校准系统，包括：
校准体模(20)，其包含在校准坐标系内的框架组件(21)，
其中，所述校准体模(20)包括建立所述校准坐标系的至少一个
体模跟踪器；
超声探头(10)，其能够用于相对于扫描坐标系声学地扫描在图像坐标
系内的所述框架组件(21)的图像，
其中，所述超声探头(10)包括建立所述扫描坐标系的至少一个
探头跟踪器；以及
校准工作站(40a)，
其中，所述校准工作站(40a)能够被连接到所述至少一个体模跟
踪器和所述至少一个探头跟踪器，以将所述探头定位在所述校准坐标系内，
其中，所述校准工作站(40a)能够被连接到所述至少一个体模跟踪器
和所述超声探头(10)，以将框架组件图像(11)定位在所述校准坐标系内，
并且
其中，响应于对所述探头和所述框架组件图像(11)在所述校准
坐标系内的定位，所述校准工作站(40a)能够用于确定所述图像坐标系与
所述扫描坐标系之间的校准变换矩阵。
2.根据权利要求1所述的超声校准系统，其中，所述框架组件(21)
被机械地配准到所述校准体模(20)。
3.根据权利要求1所述的超声校准系统，其中，所述框架组件(21)
包括：
至少一个线框架，其被安装在所述校准体模(20)内。
4.根据权利要求1所述的超声校准系统，其中，所述框架组件(21)
包括：
被安装在所述校准体模(20)内的至少一个线框架的第一集合；以及
被安装在所述校准体模(20)内的至少一个线框架的第二集合，所述
第二集合正交于至少一个线框架的所述第一集合。
5.根据权利要求4所述的超声校准系统，其中，所述超声探头(10)
包括：
第一成像阵列；以及
第二成像阵列，其正交于所述第一成像阵列。
6.根据权利要求1所述的超声校准系统，
其中，所述校准体模(20)具有棱柱形状，并且
其中，所述至少一个体模跟踪器在邻近所述校准体模(20)的一角被
附接到所述校准体模(20)。
7.根据权利要求1所述的超声校准系统，其中，
其中，所述校准体模(20)具有棱柱形状，并且
其中，所述至少一个体模跟踪器被附接到所述校准体模(20)的至少
一个侧壁。
8.根据权利要求1所述的超声校准系统，其中，所述校准体模(20)
包括：
用于接收所述超声探头(10)的第一开口；以及
用于接收所述超声探头(10)的第二开口，所述第二开口正交于所述
第一开口。
9.根据权利要求1所述的超声校准系统，其中，所述超声探头(10)
是经直肠超声探头(10)。
10.根据权利要求1所述的超声校准系统，
其中，所述校准体模(20)包括至少一个参考体模跟踪器，并且
其中，所述校准工作站(40a)能够被连接到所述至少一个体模跟踪器、

\t所述至少一个探头跟踪器以及所述至少一个参考体模跟踪器，以对在将所
述探头定位在所述校准坐标系内中的任何缺陷进行校正。
11.根据权利要求1所述的超声校准系统，还包括：
传感器组件(22)，其被包含在所述校准体模(20)内，
其中，所述超声探头(10)能够用于相对于所述扫描坐标系声学
地扫描在所述图像坐标系内的所述传感器组件(22)的图像，
其中，所述校准工作站(40a)能够被连接到所述传感器组件(22)
和所述超声探头(10)，以验证所述图像坐标系与所述扫描坐标系之间的所
述校准变换矩阵。
12.根据权利要求11所述的超...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·德赫甘马尔瓦斯特，S·巴拉特，A·M·塔赫玛塞比马拉古奥施，G·克莱，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