用于将电磁导航空间非刚性地配准到CT体积的系统、方法和计算机可读介质技术方案

用于将管腔网络的电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的方法、系统以及计算机可读介质包括：基于管腔网络的计算机断层摄影(CT)图像访问管腔网络的3D模型，该3D模型与CT坐标空间对应；选择管腔网络的3D模型内的多个参考点；访问管腔网络内的多个测量点，多个测量点基于电磁导航数据并且与身体坐标空间对应；使多个参考点与多个测量点相互关联以确定成对的相互关联的参考点与测量点；以及基于成对的相互关联的参考点与测量点得出将身体坐标空间映射到CT坐标空间的变换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将电磁导航空间非刚性地配准到CT体积的系统、方法和计算机可读介质
本公开内容涉及支气管配准，并且更特别地涉及用于将患者的气道的三维(3D)电磁导航与根据对患者的气道进行计算机断层摄影(CT)扫描而生成的3D模型进行自动配准的设备、系统、方法和计算机可读介质。
技术介绍
用于检查患者的气道的常见设备是支气管镜。典型地，支气管镜通过患者的鼻子或嘴插入患者的气道中，并且可以延伸到患者的肺中。典型的支气管镜包括伸长的挠性管，该伸长的挠性管具有：用于照明支气管镜尖端远侧的区域的照明组件；用于提供来自支气管镜尖端的视频图像的成像组件；以及工作通道，器械例如诊断器械诸如活检工具、治疗器械可以通过该工作通道被插入。然而，支气管镜由于其尺寸而在其可以前进通过气道多远上受到限制。在支气管镜太大而无法到达肺深处的目标位置的情况下，临床医生可以利用某些实时成像模式，诸如计算机断层摄影或荧光镜检查。荧光镜检查图像虽然有用，但由于常常难以将管腔(luminal，内腔的)通道与固体组织区分开，因此存在针对导航的某些缺点。而且，生成的图像是二维的，而导航患者的气道需要在三个维度上进行操纵的能力。已经开发出能够典型地根据一系列CT图像开发气道或其他管腔网络的3D模型的系统。已经开发出一个这样的系统作为MedtronicPLC目前出售的ELECTROMAGNETICNAVIGATION(ENBTM)系统的一部分。这样的系统的详细情况在Gilboa于2004年3月29日提交的、题目为“用于导航到分支结构中的目标的内窥镜结构和技术(ENDOSCOPESTRUCTURESANDTECHNIQUESFORNAVIGATINGTOATARGETINBRANCHEDSTRUCTURE)”的共同转让的第7,233,820号美国专利中进行了描述，该美国专利的全部内容通过引用合并于文中。在ENB程序期间，将电磁导航期间获得的位置配准到根据CT扫描而生成的模型中的位置非常重要。如本领域所理解的，“配准”是指将一个空间中的位置或坐标转换成另一空间中的位置或坐标的平移、映射、变换等。为了执行这样的配准，已经开发了若干方法。一种称为手动配准的方法是基于用支气管镜对主气道分支点进行视觉识别并且将它们与CT扫描上视觉识别的点相关联。在配准程序期间，用户用装配有磁感测线圈的导管将支气管镜导航到气道中的分支点，并且手动创建分支点与磁导航空间中的位置之间的关联。另一种称为自动配准的方法是基于使用在其尖端处具有磁传感器的导管从气道收集点云(称为测量(survey，勘测、探测))，然后使用分割算法将测量拟合到根据CT扫描得出的气道树的图像。这样的系统的详细情况在Averbuch于2010年5月14日提交的、题目为“自动配准技术(AUTOMATICREGISTRATIONTECHNIQUE)”的第2011/0085720号共同拥有美国专利公开中进行了描述，该美国专利公开的全部内容通过引用合并于文中。虽然第7,233,820号美国专利和第2011/0085720号美国专利公开中描述的系统非常强大，但始终需要在对这样的系统进行改进和添加方面进行开发。
技术实现思路
根据本公开内容提供了用于将来自患者的气道的电磁导航数据与根据患者的气道的CT图像生成的患者的气道的3D模型进行配准的设备、系统、方法和计算机可读介质。在本公开内容的一方面，公开了一种将管腔网络的电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的方法。该方法包括：基于管腔网络的计算机断层摄影(CT)图像访问管腔网络的3D模型，该3D模型与CT坐标空间对应；选择管腔网络的3D模型内的多个参考点；访问管腔网络内的多个测量点，这些测量点基于电磁导航数据并且与身体坐标空间对应；使参考点与测量点相互关联以确定成对的相互关联的参考点与测量点；以及基于成对的相互关联的参考点与测量点得出将身体坐标空间映射到CT坐标空间的变换。在本公开内容的另一方面，管腔网络是患者的气道，并且3D模型是患者的气道的模型。在本公开内容的另外的方面，该方法包括从多个测量点和多个参考点中选择基准点。在又一方面，在使参考点与测量点相互关联时，该方法包括将从多个测量点中选择的基准点与从多个参考点中选择的基准点进行匹配，其中，成对的相互关联的参考点与测量点包括匹配的基准点。在本公开内容的另一实施方式中，使参考点与测量点相互关联基于CT坐标空间到身体坐标空间的逆配准。在本公开内容的另外的方面，逆配准是优化的区域配准的反演或多刚性配准的反演中的一者或多者。在本公开内容的又一方面，将身体坐标空间映射到CT坐标空间的变换是薄板样条变换。在本公开内容的另外的方面，该方法包括在管腔网络的电磁导航期间通过以下操作更新变换：获得另外的测量点；基于另外的测量点确定身体坐标空间到CT坐标空间的配准；基于该配准，将另外的测量点与多个参考点进行匹配；以及基于该匹配更新变换。在本公开内容的另外的方面，公开了一种用于将电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的系统。该系统包括：位置传感器，该位置传感器能够在患者的身体内部的管腔网络内被导航；电磁场生成器，该电磁场生成器被配置成在位置传感器在管腔网络内被导航时检测该位置传感器的位置；计算设备，该计算设备包括处理器和存储器；以及应用，该应用被存储在存储器中并由处理器执行。该应用在被执行时使计算设备：基于管腔网络的计算机断层摄影(CT)图像访问管腔网络的3D模型，该3D模型与CT坐标空间对应；选择管腔网络的3D模型内的多个参考点；访问管腔网络内的多个测量点，这些测量点基于位置传感器在管腔网络内被导航时该位置传感器的位置；使多个测量点与多个参考点相互关联以确定成对的相互关联的参考点与测量点；以及基于成对的相互关联的参考点与测量点得出将身体坐标空间映射到CT坐标空间的变换。在各种实施方式中，管腔网络是患者的气道，并且3D模型是患者的气道的模型。在各种实施方式中，应用在被执行时还使计算设备从测量点中和从参考点中选择基准点。在各种实施方式中，在使测量点与参考点相互关联时，应用在被执行时还使计算设备将从测量点中选择的基准点与从参考点中选择的基准点进行匹配，其中，成对的相互关联的参考点与测量点包括匹配的基准点。在各种实施方式中，使测量点与参考点相互关联基于CT坐标空间到身体坐标空间的逆配准。在各种实施方式中，逆配准是优化的区域配准的反演或多刚性配准的反演中的一者或多者。在各种实施方式中，将身体坐标空间映射到CT坐标空间的变换是薄板样条变换。在各种实施方式中，被存储在存储器中的应用在被执行时还使计算设备在管腔网络的电磁导航期间通过下述操作更新变换：获得另外的测量点；基于另外的测量点确定身体坐标空间到CT坐标空间的配准；基于该配准将另外的测量点与参考点进行匹配；以及基于该匹配更新变换。在本公开内容的另外的方面，一种用于将电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的系统包括：计算设备，该计算设备包括处理器和存储器；以及应用，该应用被存储在存储器中并由处理器执行。该应用在被执行时使计算设备：访问患者的身体内部的管腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的系统，所述系统包括：/n位置传感器，所述位置传感器能够在患者的身体内部的管腔网络内被导航；/n电磁场生成器，所述电磁场生成器被配置成在所述位置传感器在所述管腔网络内被导航时检测所述位置传感器的位置；/n计算设备，所述计算设备包括处理器和存储器；以及/n应用，所述被存储在所述存储器中并且由所述处理器执行，所述应用在被执行时使所述计算设备：/n基于所述管腔网络的计算机断层摄影(CT)图像访问所述管腔网络的3D模型，所述3D模型与CT坐标空间对应；/n选择所述管腔网络的所述3D模型内的多个参考点；/n访问所述管腔网络内的多个测量点，所述多个测量点与身体坐标空间对应并且基于当所述位置传感器在所述管腔网络内被导航时所述位置传感器的位置；/n使所述多个测量点与所述多个参考点相互关联，以确定成对的相互关联的参考点与测量点；以及/n基于所述成对的相互关联的参考点与测量点得出将所述身体坐标空间映射到所述CT坐标空间的变换。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171211 US 62/597,293;20181206 US 16/211,3141.一种用于将电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的系统，所述系统包括：
位置传感器，所述位置传感器能够在患者的身体内部的管腔网络内被导航；
电磁场生成器，所述电磁场生成器被配置成在所述位置传感器在所述管腔网络内被导航时检测所述位置传感器的位置；
计算设备，所述计算设备包括处理器和存储器；以及
应用，所述被存储在所述存储器中并且由所述处理器执行，所述应用在被执行时使所述计算设备：
基于所述管腔网络的计算机断层摄影(CT)图像访问所述管腔网络的3D模型，所述3D模型与CT坐标空间对应；
选择所述管腔网络的所述3D模型内的多个参考点；
访问所述管腔网络内的多个测量点，所述多个测量点与身体坐标空间对应并且基于当所述位置传感器在所述管腔网络内被导航时所述位置传感器的位置；
使所述多个测量点与所述多个参考点相互关联，以确定成对的相互关联的参考点与测量点；以及
基于所述成对的相互关联的参考点与测量点得出将所述身体坐标空间映射到所述CT坐标空间的变换。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管腔网络是患者的气道。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述3D模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·A·科伊拉克，R·巴拉克，O·P·维加藤，A·内博姆尼亚施希，
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