与用于图像引导手术的配准有关的系统和方法技术方案

一种系统被配置为执行操作，该操作包括访问患者的解剖结构的模型的模型点集，该模型点与模型空间相关联。收集患者的解剖结构的测量点集，该测量点与患者空间相关联。使用第一初始参数集将模型点集配准到测量点集，以生成第一变换。基于第一初始参数集生成一个或多个扰动初始参数集。执行一个或多个扰动配准过程，以分别使用一个或多个扰动初始参数集将模型点集配准到测量点集，相应地生成相应的扰动变换。基于第一变换和所述一个或多个扰动变换生成配准质量指示符。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与用于图像引导手术的配准有关的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年5月11日提交的美国临时申请62/670,530的权益，其通过整体引用并入本文。
本公开涉及用于进行图像引导程序的系统和方法，并且更具体地涉及用于在图像引导程序期间使用配准的实时图像和先前解剖图像的系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术旨在减少医疗程序中受损的组织数量，从而减少患者的康复时间、不适感和有害副作用。这样的微创技术可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或多个手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，操作者可以插入微创医疗器械(包括手术器械、诊断器械、治疗器械或活检器械)以到达目标组织位置。为了辅助到达目标组织位置，可以将医疗器械的位置和运动与患者解剖结构的术前图像或术中图像相关联。利用与图像相关的图像引导器械，该器械可以在解剖系统(诸如肺、结肠、肠、肾脏、心脏、循环系统等)中自然或手术创建的通道中导航。然而，通常操作者对这种相关的质量(例如，准确性、完整性、有效性、一致性)没有足够的了解，这可以导致图像引导程序的不确定性。因此，提供改进的配准以执行图像引导程序是有利的。
技术实现思路
通过说明书之后的权利要求书可以最好地概括本专利技术的实施例。在一个说明性实施例中，一种由计算系统执行的方法包括：访问患者的解剖结构的模型的模型点集/集合，该模型点与模型空间相关联；收集患者的解剖结构的测量点集，该测量点与患者空间相关联；以及使用第一初始参数集将模型点集与测量点集配准以生成第一变换。该方法进一步包括基于第一初始参数集生成一个或多个扰动初始参数集，执行一个或多个扰动配准过程，以分别使用一个或多个扰动初始参数集，将模型点集配准到测量点集，以生成一个或多个扰动变换；并且基于第一变换和一个或多个扰动变换，生成配准质量指示符。在另一个说明性实施例中，一种由计算系统执行的方法包括：访问患者的解剖结构的模型的模型点集，该模型点与模型空间相关联；收集患者的解剖结构的模型的测量点集，该测量点与患者空间相关联；确定模型空间中的感兴趣区域；并且确定模型空间中的比较区域。该方法进一步包括：将感兴趣区域中的第一模型点集配准到测量点集以生成第一数量的感兴趣区域变换；将比较区域中的所述模型点的第二集合配准到测量点集，以生成分别与第一数量的感兴趣区域变换相对应的第一数量的比较区域变换；并且基于第一数量的感兴趣区域变换和第一数量的比较区域变换，生成针对感兴趣区域的配准质量指示符。在另一个说明性实施例中，一种由计算系统执行的方法包括：访问患者的解剖结构的模型的模型点集，该模型点与模型空间相关联；收集患者的解剖结构的模型的测量点集，该测量点与患者空间相关联；并且将模型点集与测量点集配准以生成第一变换。该方法进一步包括：针对感兴趣区域执行局部配准质量分析以生成局部配准质量指示符；基于配准质量指示符生成修改后的模型空间；并且将与修改后的模型空间相关联的模型点子集配准到测量点集以生成第二变换。在另一个说明性实施例中，一种包括多个机器可读指令的非暂时性机器可读介质，该多个机器可读指令在由一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：访问患者的解剖结构的模型的模型点集，该模型点与模型空间相关联；收集患者的解剖结构的测量点集，该测量点与患者空间相关联；并且使用第一初始参数集将模型点集配准到测量点集以生成第一变换。该方法进一步包括：基于第一初始参数集生成一个或多个扰动初始参数集；执行一个或多个扰动配准过程，以分别使用一个或多个扰动初始参数集将模型点集配准到测量点集，以生成一个或多个扰动变换；并且基于第一变换和一个或多个扰动变换生成配准质量指示符。在另一个说明性实施例中，一种包括多个机器可读指令的非暂时性机器可读介质，该多个机器可读指令在由一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：访问患者的解剖结构的模型的模型点集，该模型点与模型空间相关联；收集患者的解剖结构的测量点集，该测量点与患者空间相关联；确定模型空间中的感兴趣区域；并且确定模型空间中的比较区域。该方法进一步包括：将感兴趣区域中的第一模型点集配准到测量点集以生成第一数量的感兴趣区域变换；将比较区域中的第二模型点集配准到测量点集以生成分别与第一数量的感兴趣区域变换相对应的第一数量的比较区域变换；并且基于第一数量的感兴趣区域变换和第一数量的比较区域变换，生成针对感兴趣区域的配准质量指示符。在另一个说明性实施例中，一种包括多个机器可读指令的非暂时性机器可读介质，该多个机器可读指令在由一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：访问患者的解剖结构的模型的模型点集，该模型点与模型空间相关联；收集患者的解剖结构的测量点集，该测量点与患者空间相关联；将模型点集配准到测量点集以生成第一变换。该方法进一步包括：针对感兴趣区域执行局部配准质量分析以生成局部配准质量指示符；基于配准质量指示符生成修改后的模型空间；以及将与修改后的模型空间相关联的模型点子集配准到测量点集以生成第二变换。应该理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述在本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解，而非限制本公开的范围。在这方面，根据以下详细描述，本公开的其他方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。附图说明图1是根据一些实施例的远程操作医疗系统的简化图。图2A是根据一些实施例的医疗器械系统的简化图。图2B是根据一些实施例的具有扩展医疗工具的医疗器械的简化图。图3A和图3B是根据一些实施例的包括安装在插入装配件上的医疗器械的患者坐标空间的侧视图的简化图。图4A、图4B、图4C和图4D示出根据一些实施例的在插入人肺内期间的图2、图3A、图3B的医疗器械系统的远端。图5是示出根据一些实施例的图像引导手术程序或其部分的方法的流程图。图6A、图6B和图6C示出根据一些实施例的生成用于配准的人肺模型的分段过程中的步骤。图7是根据一些实施例的提供用于执行全局配准质量分析的方法的流程图。图8是根据一些实施例的提供用于执行局部配准质量分析的方法的流程图。图9是根据一些实施例的提供用于基于配准质量分析来执行重新配准的方法的流程图。图10示出根据一些实施例的重新配准技术的显示阶段。图11示出根据一些实施例的重新配准技术的显示阶段。通过参照下面的详细描述，将最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，相同的附图标记用于识别在一个或多个附图中所图示的相似元件，其中本文显示是为了图示本公开的实施例而非限制本公开的实施例。具体实施方式在以下描述中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的具体细节。阐述了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有一些或所有这些具体细节的情况下实践一些实施例。本文所公开的具体实施方式旨在说明性的而非限制性的。本领域的技术人员可以实现尽管在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，其包括：/n非暂时性存储器；/n一个或多个处理器，其耦接到所述非暂时性存储器并且被配置为读取指令以使所述系统执行操作，所述操作包括：/n访问患者的解剖结构的模型的模型点集，模型点与模型空间相关联；/n收集所述患者的所述解剖结构的测量点集，测量点与患者空间相关联；/n使用第一初始参数集将所述模型点集配准到所述测量点集以生成第一变换；/n基于所述第一初始参数集生成一个或多个扰动初始参数集；/n执行一个或多个扰动配准过程，以分别使用所述一个或多个扰动初始参数集将所述模型点集配准到所述测量点集，以生成一个或多个扰动变换；和/n基于所述第一变换和所述一个或多个扰动变换生成配准质量指示符。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180511 US 62/670,5301.一种系统，其包括：
非暂时性存储器；
一个或多个处理器，其耦接到所述非暂时性存储器并且被配置为读取指令以使所述系统执行操作，所述操作包括：
访问患者的解剖结构的模型的模型点集，模型点与模型空间相关联；
收集所述患者的所述解剖结构的测量点集，测量点与患者空间相关联；
使用第一初始参数集将所述模型点集配准到所述测量点集以生成第一变换；
基于所述第一初始参数集生成一个或多个扰动初始参数集；
执行一个或多个扰动配准过程，以分别使用所述一个或多个扰动初始参数集将所述模型点集配准到所述测量点集，以生成一个或多个扰动变换；和
基于所述第一变换和所述一个或多个扰动变换生成配准质量指示符。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个扰动初始参数集中的每个集在初始参数值的预定范围内，并且
其中所述预定范围与所述第一变换的不确定性相关联。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个扰动初始参数集中的每个集包括在所述预定范围内的随机初始参数值。


4.根据权利要求1所述的系统，其中第一扰动初始参数集包括与所述第一初始参数集的变换种子不同的扰动变换种子。


5.根据权利要求1所述的系统，其中第一扰动初始参数集包括与所述第一初始参数集的点加权方案不同的扰动点加权方案。


6.根据权利要求1所述的系统，其中第一扰动初始参数集包括与所述第一初始参数集的点加权方案不同的扰动对应配置。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述生成所述配准质量指示符包括：
基于所述第一变换和所述一个或多个扰动变换，生成与所述解剖结构相关联的多个点配准误差；和
通过计算所述多个点配准误差的平均误差，生成所述配准质量指示符的配准质量指数。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述生成所述点配准误差包括：
生成与所述一个或多个扰动变换相对应的一个或多个扰动点误差；和
通过计算所述一个或多个扰动点误差的平均误差，提供所述点配准误差。


9.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个点配准误差中的每个与所述模型点集中的模型点相关联。


10.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个点配准误差与所述解剖结构的目标区域相关联。


11.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作进一步包括：
在显示器上提供与所述配准质量指示符相关联的显示表示。


12.根据权利要求11所述的系统，其中所述显示表示包括与所述配准质量指示符相关联的一个或多个数字。


13.根据权利要求11所述的系统，其中所述显示表示包括与所述配准质量指示符相关联的热图。


14.根据权利要求11所述的系统，其中所述操作进一步包括：
将所述配准质量指示符与配准质量阈值进行比较以生成比较结果；和
在所述显示表示中提供与所述比较结果相关联的配准质量消息。


15.根据权利要求14所述的系统，其中所述配准质量消息包括供操作者将所述模型点集重新配准到所述测量点集的选择。


16.一种由计算系统执行的方法，所述方法包括：
访问患者的解剖结构的模型的模型点集，模型点与模型空间相关联；
收集所述患者的所述解剖结构的测量点集，测量点与患者空间相关联；
确定所述模型空间中的感兴趣区域；
确定所述模型空间中的比较区域；
将所述感兴趣区域中的第一模型点集配准到所述测量点集，以生成第一数量的感兴趣区域变换；
将所述比较区域中的第二模型点集配准到所述测量点集，以生成分别与所述第一数量的感兴趣区域变换相对应的第一数量的比较区域变换；和
基于所述第一数量的感兴趣区域变换和所述第一数量的比较区域变换，生成用于所述感兴趣区域的配准质量指示符。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述比较区域包括除所述感兴趣区域之外的所述模型空间。


18.根据权利要求16所述的方法，其中所述感兴趣区域和比较区域不相邻。


19.根据权利要求16所述的方法，其中使用相同的初始参数集生成第一感兴趣区域变换和对应的第一比较区域变换。


20.根据权利要求16所述的方法，其中使用第一数量的扰动初始参数集分别生成所述第一数量的感兴趣区域变换。


21.根据权利要求16所述的方法，其中针对所述感兴趣区域生成所述配准质量指示符包括：
对于所述感兴趣区域内的每个模型点，基于所述第一数量的感兴趣区域变换和所述第一数量的比较区域变换，生成点配准误差；和
通过计算与所述感兴趣区域内的所述模型点相关联的所述点配准误差的第一平均，生成所述配准质量指示符的配准质量指数。


22.根据权利要求21所述的方法，其中，针对所述感兴趣区域内的每个模型点生成所述点配准误差包括：
生成第一数量的比较点误差，其中每个比较点误差是使用对应的感兴趣区域变换和对应的比较区域变换生成的；和
通过计算所述第一数量的比较点误差的第二平均，提供所述点配准误差。


23.一种由计算系统执行的方法，所述方法包括：
访问患者的解剖结构的模型的模型点集，模型点与模型空间相关联；
收集所述患者的所述解剖结构的测量点集，测量点与患者空间相关联；
将所述模型点集配准到所述测量点集以生成第一变换；
针对感兴趣区域执行局部配准质量分析，以生成局部配准质量指示符；
基于所述配准质量指示符生成修改后的模型空间；和
将与所述修改后的模型空间相关联的模型点子集配准到所述测量点集，以生成第二变换。


24.根据权利要求23所述的方法，其中生成所述修改后的模型空间包括：
基于所述局部配准质量指示符和与所述感兴趣...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·D·苏珀尔，V·多文戴姆，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国;US