使用肺气道的隆凸位置来改进 ENB 配准的方法技术

本发明专利技术公开了用于将内腔网络与内腔网络的3D模型配准的系统、装置和方法。一种示例性的方法包括产生内腔网络的3D模型、识别3D模型中的目标、确定目标近侧处的内腔网络内的多个隆凸的位置、显示引导以在内腔网络中导航位置传感器、追踪位置传感器的位置、比较位置传感器的已追踪位置和表示开放空间的3D模型的部分、显示引导以将位置传感器导航一预定距离而进入自目标近侧处的多个隆凸起始的每个内腔内、当位置传感器被导航至每个内腔中时追踪位置传感器的位置、以及根据位置传感器的已追踪位置而更新3D模型与内腔网络的配准。

Improvement of ENB registration by using the position of the lung airway's uplift

The invention discloses a system, a device and a method for registration of an 3D model of an inner cavity network and an inner cavity network. An exemplary method includes generating an 3D network model, 3D model identification and the target, determine the target at the proximal cavity of the network in a plurality of carina position, guided by the display in the inner network navigation position sensor, track position sensor position, comparative position sensor has been tracking the position and said the open space of the 3D model, guided by the position sensor navigation will display a predetermined distance to enter the target at a proximal carina starting each cavity, when the position sensor is navigation to each cavity when tracking position sensor position, and according to the position sensor has been tracking the position update 3D model and the inner network registration.

【技术实现步骤摘要】
使用肺气道的隆凸位置来改进ENB配准的方法
本专利技术涉及支气管的配准，并且更特别地涉及用于将三维支气管树模型与患者的真实支气管树自动地配准的装置、系统及方法。
技术介绍
用于检查患者气道的常规装置是支气管镜。通常，支气管镜通过患者的鼻子或口腔而插入患者的气道中，并且可以延伸进入患者的肺内。典型的支气管镜包括细长挠性管，细长挠性管具有用于照明支气管镜尖端的远端区域的照明组件、用于从支气管镜尖端提供视频图像的成像组件、以及工作通道，器械(例如，诸如活检工具的诊断器械、治疗器械)可以插入通过所述工作通道。然而，支气管镜因尺寸而受限于其可以通过气道推进的距离。若支气管镜过大而不能到达肺内深处的目标位置，则临床医生可能使用特定的实时成像模态，诸如荧光透视。荧光透视图像虽然有用，但是对于导航而言具有一些缺点，因为通常难以从实体组织中区分内腔通路。而且，通过荧光透视产生的图像是二维的，然而对患者气道的导航需要三维操作的能力。为了解决这些问题，已经研发了这样的系统，该系统能够通常根据一系列计算机断层扫描(CT)图像而显示气道或其它内腔网络的三维模型。已经开发了这样的一种系统以作为美敦力股份有限公司当前销售的ELECTROMAGNETICNAVIGATION(ENBTM)系统的一部分。在以下专利中描述了这种系统的细节：Gilboa于2004年3月29日提交的专利技术名称为“用于导航至分支结构中的目标的内窥镜结构和技术”的一般受让的美国专利No.7,233,820，所述专利全文并入本文中以作为参考。虽然在美国专利No.7,233,820中描述的系统很强大，但是始终需要研发这种系统的改进方案和附添方案。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种使用隆凸位置来改进内腔网络与内腔网络的3D模型的配准(registration)的方法。在本专利技术的一个方面中，该方法包括：基于内腔网络的图像而产生内腔网络的3D模型、识别内腔网络的3D模型中的目标、确定目标近侧处的内腔网络中的多个隆凸的位置、显示引导以在内腔网络内导航位置传感器、当在内腔网络内导航位置传感器时追踪位置传感器的位置、比较内腔网络内的位置传感器的已追踪位置和表示开放空间的3D模型的部分、显示引导以将位置传感器导航一预定距离而进入从目标近侧处的多个隆凸起始的每个内腔中、当位置传感器被导航所述预定距离而进入每个内腔内时追踪位置传感器的位置、以及随着位置传感器被导航经过位于目标近侧处的多个隆凸而基于追踪的位置传感器的位置更新3D模型与内腔网络的配准。在本专利技术的另一方面中，内腔网络是患者的气道。在本专利技术的另一方面中，3D模型是患者的气道的模型。在本专利技术的另一方面中，隆凸用作基准标志以用于识别目标位置。根据本专利技术，提供了一种使用隆凸位置来改进内腔网络与内腔网络的3D模型的配准的系统。在本专利技术的一个方面中，该系统包括：能够被导航在患者体内的内腔网络中的位置传感器、被构造成随着位置传感器被导航在内腔网络内时检测位置传感器的位置的电磁场发生器、包括处理器和存储指令的存储器的计算装置，当由处理器执行时，所述指令使得计算装置基于内腔网络的图像而产生内腔网络的3D模型、识别内腔网络的3D模型中的目标、确定目标近侧处的内腔网络中的多个隆凸的位置、显示引导以在内腔网络内导航位置传感器、当在内腔网络内导航位置传感器时追踪位置传感器的位置、比较内腔网络内的位置传感器的已追踪位置和表示开放空间的3D模型的部分、显示引导以将位置传感器导航一预定距离而进入从目标近侧处的多个隆凸起始的每个内腔中、当位置传感器被导航所述预定距离而进入每个内腔内时追踪位置传感器的位置、以及随着位置传感器被导航经过目标近侧的多个隆凸而基于位置传感器的已追踪位置而更新3D模型与内腔网络的配准。在本专利技术的另一方面中，内腔网络是患者的气道。在本专利技术的另一方面中，3D模型是患者的气道的模型。在本专利技术的另一方面中，隆凸用作基准标志以识别目标的位置。根据本专利技术，提供了一种存储指令的计算机可读的存储介质，当由处理器执行时，所述指令使得计算装置使用隆凸位置来改进内腔网络与内腔网络的3D模型的配准。在本专利技术的一个方面中，非瞬时的计算机可读的存储介质存储指令，当由处理器执行时，所述指令使得计算装置基于内腔网络的图像而产生内腔网络的3D模型、识别内腔网络的3D模型中的目标、确定目标近侧处的内腔网络中的多个隆凸的位置、显示引导以在内腔网络内导航位置传感器、当在内腔网络内导航位置传感器时追踪位置传感器的位置、比较内腔网络内的位置传感器的已追踪位置和表示开放空间的3D模型的部分、显示引导以将位置传感器导航一预定距离而进入自目标近侧处的多个隆凸起始的每个内腔中、当位置传感器被导航所述预定距离而进入每个内腔内时追踪位置传感器的位置、以及随着位置传感器被导航经过目标近侧的多个隆凸而基于位置传感器的已追踪位置更新3D模型与内腔网络的配准。在本专利技术的另一方面中，内腔网络是患者的气道。在本专利技术的另一方面中，3D模型是患者的气道的模型。在本专利技术的另一方面中，隆凸用作基准标志以识别目标的位置。本专利技术的任何上述方面和实施例可以进行组合，而不脱离本专利技术的范围。附图说明下文参考附图描述本专利技术的各个方面和特征，其中：图1是根据本专利技术的实施例的电磁导航系统的立体图；图2是被构造成用于图1的电磁导航系统的工作站的示意图；图3是示出了根据本专利技术的实施而例提供的方法的流程图，所述方法使用隆凸位置来改进内腔网络与内腔网络的3D模型的配准；图4是根据本专利技术的实施例而提供的、示出了内腔网络的分支和隆凸位置的用户界面的视图。具体实施方式本专利技术涉及用于配准三维支气管树模型(下文称为“3D模型”)与患者气道的装置、系统和方法。设想出了用于产生3D模型和识别目标损伤的各种方法，其中一些更完整地记载在Baker于2013年3月15日提交的专利技术名称均为“通路规划系统和方法”的均在审的美国专利申请公开No.US2014/0281961、US2014/0270441和US2014/0282216中，这些文献全文并入本文中以作为参考。在产生3D模型和识别目标损伤之后，3D模型必须与患者的气道进行配准。设想了多种手动和自动配准的方法，其中一些记载在Brown等人于2015年7月2日提交的专利技术名称为“实时自动配准反馈”的均在审的美国专利申请No.14/790,581中，该文献全文并入本文中以作为参考。如下文更详细地描述的，为了进一步改进3D模型和患者气道之间的配准精度，在自动配准之后临床医生可以在所识别的目标损伤周围进行气道的附加局部配准。例如，本专利技术的配准系统基本上包括至少一个传感器，所述传感器在电磁场内的位置被追踪。位置传感器可以集成在不同类型的工具内，并且通过比较感测的空间内的位置与3D模型内的位置能够确定工具在患者气道内的当前位置。配准有助于将传感器或工具导航至目标位置和/或相对于目标位置操作传感器或工具。在Brown等人于2015年6月29日提交的专利技术名称为“用于在肺内进行导航的系统和方法”的均在审的美国专利申请No.14/753,288中更完整地描述了将传感器或工具导航至目标位置，该文献全文并入本文中以作为参考。本专利技术的ENB系统的附加特征记载于均在审的下列美国专利申请文献中：Brown于2015年6月2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将内腔网络与内腔网络的3D模型配准的方法，该方法包括：基于内腔网络的图像而产生内腔网络的3D模型；识别内腔网络的3D模型中的目标；确定目标近侧处的内腔网络内的多个隆凸的位置；显示引导以在内腔网络内导航位置传感器；当在内腔网络内导航位置传感器时追踪位置传感器的位置；比较位置传感器在内腔网络内的已追踪位置和表示开放空间的3D模型的部分；显示引导以将位置传感器导航一预定距离而进入自目标近侧处的所述多个隆凸起始的每个内腔内；当位置传感器被导航所述预定距离而进入每个内腔内时追踪位置传感器的位置；以及随着位置传感器被导航经过目标近侧的多个隆凸，基于追踪的位置传感器的位置而更新3D模型与内腔网络的配准。

【技术特征摘要】
2015.10.27 US 62/246,721;2016.10.18 US 15/296,1411.一种用于将内腔网络与内腔网络的3D模型配准的方法，该方法包括：基于内腔网络的图像而产生内腔网络的3D模型；识别内腔网络的3D模型中的目标；确定目标近侧处的内腔网络内的多个隆凸的位置；显示引导以在内腔网络内导航位置传感器；当在内腔网络内导航位置传感器时追踪位置传感器的位置；比较位置传感器在内腔网络内的已追踪位置和表示开放空间的3D模型的部分；显示引导以将位置传感器导航一预定距离而进入自目标近侧处的所述多个隆凸起始的每个内腔内；当位置传感器被导航所述预定距离而进入每个内腔内时追踪位置传感器的位置；以及随着位置传感器被导航经过目标近侧的多个隆凸，基于追踪的位置传感器的位置而更新3D模型与内腔网络的配准。2.根据权利要求1所述的方法，其中，内腔网络是患者的气道。3.根据权利要求2所述的方法，其中，3D模型是患者的气道的模型。4.根据权利要求1所述的方法，其中，隆凸被用作基准标记，以用于识别目标的位置。5.一种用于将内腔网络与内腔网络的3D模型配准的系统，该系统包括：位置传感器，在患者体内的内腔网络内能够导航所述位置传感器；电磁场发生器，所述电磁场发生器被构造成随着在内腔网络内导航位置传感器而检测位置传感器的位置；以及计算装置，所述计算装置包括处理器和存储指令的存储器，当由处理器执行时所述指令使得计算装置执行下列操作：基于内腔网络的图像而产生内腔网络的3D模型；识别内腔网络的3D模型中的目标；确定目标近侧处的内腔网络内的多个隆凸的位置；显示引导以在内腔网络内导航位置传感器；当在内腔网络内导...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·科斯特洛，L·A·科伊拉克，M·E·考尔卡特，T·P·克劳利，
申请(专利权)人：柯惠有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US