本发明专利技术公开了一种设备，该设备包括患者跟踪器，该患者跟踪器附接到受试者、具有彼此具有已知空间关系的磁场传感器和光学界标。相机获取受试者的面部在第一参照系(FOR)中的3D光学图像。磁辐射器组件在受试者的头部处生成磁场，从而限定第二FOR。处理器：处理场传感器信号以获取传感器在第二FOR中的位置坐标；将受试者的具有第三FOR的断层摄影图像分段，以标识第三FOR中的受试者的面部；计算第三FOR和第一FOR之间的第一变换，以将断层摄影面部图像映射到3D光学图像；将光学界标映射到第三FOR；将传感器的相应位置坐标映射到第一FOR；并且计算第二FOR和第三FOR之间的第二变换。计算第二FOR和第三FOR之间的第二变换。计算第二FOR和第三FOR之间的第二变换。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】参照系的配准
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年1月25日提交的名称为
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Registration of Frames of Reference
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的美国临时申请62/79,，091的权益，其公开内容以引用方式并入本文，并且还要求2019年1月25日提交的名称为
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Flexible Multi
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Coil Tracking Sensor
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的美国临时申请62/797,118、现为2019年12月28日提交的美国申请号16/729,313的权益，其公开内容以引用方式并入本文。
[0003]本专利技术整体涉及配准不同模态的参照系，并且具体地，涉及配准外科手术中所用的不同参照系。
技术介绍
[0004]在侵入式外科手术包括微创手术中，通常需要跟踪患者体内对执行手术的医师而言并不直接可见的元件诸如导管。通常，患者的诸如来自荧光镜透视检查或磁共振成像(MRI)的计算机断层摄影(CT)图像对医师可用，但无论用于跟踪元件的方法如何，方法的参照系都必须与图像的参照系配准，以便使跟踪准确。
[0005]一种用于跟踪患者体内的元件的方法是由33Technology Drive，Irvine，CA 92618USA的Acclarent有限公司生产的Trudi
TM
电磁图像引导的导航系统。在此系统中，从患者体外的固定发射器发射交变磁场，以便穿过患者。传感器(通常为单轴线圈或多轴线圈)附接到插入患者体内的元件，并且处理器记录场穿越传感器所生成的电流。处理器能够分析电流，以便确定传感器在由固定发射器限定的电磁参照系中的位置和取向两者。
技术实现思路
[0006]本专利技术的一个实施方案提供了设备，其由以下组成：
[0007]患者跟踪器，该患者跟踪器被配置成附接到受试者的头部并且包括一个或多个磁场传感器；
[0008]多个光学界标，该多个光学界标与一个或多个磁场传感器具有相应的已知空间关系；
[0009]相机，该相机被配置成获取受试者的面部在第一参照系中的三维(3D)光学图像，其中患者跟踪器附接到头部；
[0010]磁辐射器组件，该磁辐射器组件在受试者的头部附近生成一个或多个磁场，从而限定第二参照系；和
[0011]处理器，该处理器被配置成：
[0012]接收并且处理由一个或多个磁场传感器响应于一个或多个磁场输出的信号，以便获取磁场传感器在第二参照系中的相应位置坐标，
[0013]将受试者的具有第三参照系的断层摄影图像分段，以便标识第三参照系中的受试
者的面部，
[0014]计算第三参照系和第一参照系之间的第一变换，以便将分段断层摄影图像中的面部映射到面部的3D光学图像，
[0015]使用第一变换，将这些光学界标映射到第三参照系，
[0016]使用磁场传感器和光学界标之间的这些已知空间关系，将这些传感器的这些相应位置坐标映射到第一参照系，以及
[0017]使用这些所映射位置坐标和第一变换，计算第二参照系和第三参照系之间的第二变换。
[0018]在所公开实施方案中，患者跟踪器还包括平面跟踪器的多个光学界标。即，光学界标与患者跟踪器成为整体。
[0019]在所公开实施方案中，平面跟踪器的一个或多个磁场传感器和多个光学界标形成在平面柔性片材上。
[0020]在另一所公开实施方案中，相机由使用两个镜头来形成受试者的面部的3D光学图像的3D相机组成。
[0021]另选地，相机由使用单个镜头的2D相机组成，设备还具有照片配准装置，2D相机连接到照片配准装置，并且照片配准装置操作以使得2D相机能够获取受试者的面部的多个2D图像的。通常，存在至少一个标记物，该至少一个标记物被配置成附接到受试者的面部。照片配准装置可被配置成使得2D相机能够从相对于面部具有静态取向的相应不同位置获取受试者的面部的多个2D图像。另选地，照片配准装置可被配置成使得2D相机能够从相对于面部具有不同取向的相应不同位置获取受试者的面部的多个2D图像。
[0022]在再一所公开实施方案中，计算第一变换包括：将患者跟踪器的图像添加到第三参照系中的受试者的所标识面部。
[0023]在另选实施方案中，计算第一变换包括：选择第三参照系中的受试者的所标识面部的不包括对应于患者跟踪器的区域的部分。
[0024]根据本专利技术的实施方案，还提供了一种方法，该方法由以下项组成：
[0025]将患者跟踪器附接到受试者的头部，患者跟踪器具有一个或多个磁场传感器和多个光学界标，多个光学界标与一个或多个磁场传感器具有相应的已知空间关系；
[0026]使用相机来获取受试者的面部在第一参照系中的三维(3D)光学图像，其中患者跟踪器附接到头部；
[0027]利用磁辐射器组件在受试者的头部附近生成一个或多个磁场，从而限定第二参照系；
[0028]接收并且处理由一个或多个磁场传感器响应于一个或多个磁场输出的信号，以便获取这些磁场传感器在第二参照系中的相应位置坐标；
[0029]将受试者的具有第三参照系的断层摄影图像分段，以便标识第三参照系中的受试者的面部；
[0030]计算第三参照系和第一参照系之间的第一变换，以便将分段断层摄影图像中的面部映射到面部的3D光学图像；
[0031]使用第一变换，将这些光学界标映射到第三参照系；
[0032]使用这些磁场传感器和这些光学界标之间的已知空间关系，将这些传感器的这些
相应位置坐标映射到第一参照系；以及
[0033]使用所映射位置坐标和第一变换，计算第二参照系和第三参照系之间的第二变换。
[0034]结合附图，通过以下对本公开的实施方案的详细描述，将更全面地理解本公开，其中：
附图说明
[0035]图1为根据本专利技术的实施方案的配准系统的示意图；
[0036]图2为根据本专利技术的另选实施方案的配准系统的示意图；
[0037]图3A和图3B示出了根据本专利技术的实施方案的旋转或轨道运行路径的示意图；
[0038]图4A至图4C示出了根据本专利技术的实施方案的示例性标记物；
[0039]图5为根据本专利技术的实施方案的其上可放置图4A至图4C的标记物的患者头部的示意图；
[0040]图6A和图6B是示出根据本专利技术的实施方案的图1和图2的系统中所用的患者跟踪器的示意图；并且
[0041]图7为根据本专利技术的实施方案的执行算法时的步骤的流程图。
具体实施方式
[0042]概述
[0043]在对患者头部的外科手术诸如ENT(耳、鼻和喉)手术中，可能需要跟踪手术中所用的元件。为了跟踪此类元件，可将磁传感器附接到元件，并且可将固定磁场发射器围绕头部放置。来自传感器的信号提供元件在发射器的参照系内的位置。为了将发射器参照系与CT图像参照系配准，当前系统通常使用可附接到本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：患者跟踪器，所述患者跟踪器被配置成附接到受试者的头部并且包括一个或多个磁场传感器；多个光学界标，所述多个光学界标与所述一个或多个磁场传感器具有相应的已知空间关系；相机，所述相机被配置成获取所述受试者的面部在第一参照系中的三维(3D)光学图像，其中所述患者跟踪器附接到所述头部；磁辐射器组件，所述磁辐射器组件在所述受试者的所述头部附近生成一个或多个磁场，从而限定第二参照系；和处理器，所述处理器被配置成：接收并且处理由所述一个或多个磁场传感器响应于所述一个或多个磁场输出的信号，以便获取所述磁场传感器在所述第二参照系中的相应位置坐标，将所述受试者的具有第三参照系的断层摄影图像分段，以便标识所述第三参照系中的所述受试者的所述面部，计算所述第三参照系和所述第一参照系之间的第一变换，以便将所述分段断层摄影图像中的所述面部映射到所述面部的所述3D光学图像，使用所述第一变换，将所述光学界标映射到所述第三参照系，使用所述磁场传感器和所述光学界标之间的所述已知空间关系，将所述传感器的所述相应位置坐标映射到所述第一参照系，以及使用所映射位置坐标和所述第一变换，计算所述第二参照系和所述第三参照系之间的第二变换。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述患者跟踪器还包括所述多个光学界标。3.根据权利要求2所述的设备，其中，平面跟踪器的所述一个或多个磁场传感器和所述多个光学界标形成在平面柔性片材上。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述相机包括使用两个镜头来形成所述受试者的所述面部的所述3D光学图像的3D相机。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述相机包括使用单个镜头的2D相机，所述设备还包括照片配准装置，所述2D相机连接到所述照片配准装置，并且所述照片配准装置操作以使得所述2D相机能够获取所述受试者的所述面部的多个2D图像。6.根据权利要求5所述的设备，并且包括至少一个标记物，所述至少一个标记物被配置成附接到所述受试者的所述面部。7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述照片配准装置被配置成使得所述2D相机能够从相对于所述面部具有静态取向的相应不同位置获取所述受试者的所述面部的多个2D图像。8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述照片配准装置被配置成使得所述2D相机能够从相对于所述面部具有不同取向的相应不同位置获取所述受试者的所述面部的多个2D图像。9.根据权利要求1所述的设备，其中，计算所述第一变换包括：将所述患者跟踪器的图像添加到所述第三参照系中的所述受试者的所标识面部。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，计算所述第一变换包括：选择所述第三参照系中的所述受试者的所标识面部的不包括对应于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：阿克拉伦特公司，
类型：发明
国别省市：
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