用于跟踪外科装置的系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术题为“用于跟踪外科装置的系统和方法”。本发明专利技术公开了用于将患者的3D图像与磁坐标配准的系统、方法和装置。可将三轴传感器(TAS)添加到3D相机。可基于由磁场发射器施加的已知磁场来确定该TAS传感器的位置和取向。然后可将相机坐标系转换到磁坐标系。在完成该3D图像与CT图像的配准以及该3D图像与磁坐标的配准之后，然后可将该CT图像与磁坐标配准。然后可将该CT图像与磁坐标配准。然后可将该CT图像与磁坐标配准。

【技术实现步骤摘要】
用于跟踪外科装置的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求美国临时申请63/059,805的权益，该申请如同完整阐述般以引用方式并入。


[0003]本专利技术整体涉及不同坐标系的配准，并且具体涉及用于外科手术的不同坐标系的配准。

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外科装置诸如导管。通常，医师可使用患者的计算机断层摄影(CT)图像，诸如荧光镜透视检查的图像或磁共振成像(MRI)的图像。
[0005]一种用于跟踪患者体内的外科装置的方法是由Acclarent有限公司(33Technology Drive,Irvine,CA 92618USA)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。如果正在对患者头部执行手术，诸如耳鼻喉(ENT)手术，则可将固定磁场发射器放置在患者头部周围。作为规程的一部分，将外科装置放置于校准腔室的中间，并且可施加三个正交场。将传感器(通常为单轴线圈或多轴线圈)附接到外科装置上，并插入患者体内并进行电压测量。处理器记录穿过传感器的场生成的电流。处理器分析电流，以便确定传感器在固定发射器所限定的电磁参照系中的位置和取向两者。
[0006]当前基于磁性的位置检测系统还可利用位于外科装置上的柔性传感器结合算法或处理器，以基于传感器获得的电压测量值来估计外科装置的位置、形状和尺寸。柔性传感器通常由具有9个发射器和1个传感器的单轴传感器(SAS)组成，从而在单个点处获得总共9个测量值。三轴传感器(TAS)包括3个传感器，具有9个发射器和2个线圈，从而在单个点处收集总共27个电压测量值。当外科装置被导航或推进时，可在短时间内收集附加点。
[0007]CT图像与三维(3D)相机图像的配准是TruDi
TM
导航规程中的预备步骤。配准涉及将外科装置相对于所配准的CT图像定位。换句话讲，通过将CT图像与3D图像和磁坐标配准或匹配，由电磁跟踪系统跟踪的外科装置的位置可准确地确定并显示在所述3D相机图像、CT图像或它们的组合上。在一些情况下，可能有益的是向操作者提供患者的头部中的解剖结构的表面的3D视图。在完成3D图像与CT图像的配准以及3D图像与磁坐标的配准之后，然后可将CT图像与磁坐标配准。当前用于将CT图像与3D相机图像配准的系统需要将设备(诸如患者跟踪器)附接到患者头部，并且在配准期间，必须为患者跟踪器考虑某些措施。期望具有用于将CT图像与3D相机图像配准的精简的系统和方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术公开了用于将患者的3D图像与磁坐标配准的系统、方法和装置。可将三轴
传感器(TAS)添加到3D相机。可基于由磁场发射器施加的已知磁场来确定TAS传感器的位置和取向。然后可将相机坐标系转换到磁坐标系。在完成3D图像与CT图像的配准以及3D图像与磁坐标的配准之后，然后可将CT图像与磁坐标配准。通过将CT图像与磁坐标配准，由电磁跟踪系统跟踪的导管的位置可准确地显示在CT图像、光学图像或它们的组合的显示器上。
附图说明
[0009]图1是根据一个实施方案的配准系统的示意图；
[0010]图2A和图2B是示出根据一个实施方案的图1的系统中所用的患者跟踪器的示意图；
[0011]图3是根据一个实施方案的用于执行配准算法的方法的流程图；
[0012]图4是根据另一个实施方案的用于执行配准算法的方法的流程图；
[0013]图5是根据一个实施方案的对应于定位在配准系统中的患者的光学图像的3D散点图的示意图；并且
[0014]图6A至图6C是示出对应于光学图像的3D散点图到CT图像的映射的示意图。
具体实施方式
[0015]图1是根据本专利技术的实施方案的配准系统20的示意图。
[0016]假设患者经历的医疗手术包括跟踪由医疗专业人员25插入患者体内的外科装置，诸如导管。由下文更详细描述的电磁跟踪系统24提供跟踪。
[0017]电磁跟踪系统包括围绕患者头部定位的磁辐射器组件26。组件26包括磁场发射器28，这些磁场发射器固定在适当位置并将交变正弦磁场发射到患者22的头部所在的区域30内。以举例的方式，组件24的磁场发射器28被布置成在患者22的头部周围的大致马蹄形状。然而，组件26的辐射器的另选构型对于本领域的普通技术人员将是显而易见的，并且假设所有此类构型包括在本专利技术的范围内。
[0018]本文中假设为线圈的磁传感器附接到患者22体内被跟踪的外科装置。附接的线圈响应于交变磁场穿越线圈而生成电信号，并且这些信号被传输到系统处理器40。处理器40被配置成处理信号以便导出传感器的位置和取向值。系统20的其他组件(包括磁发射器28)由系统处理器40控制。
[0019]上文提及的TruDi
TM
系统使用与本文所述的跟踪系统类似的跟踪系统来寻找线圈在由磁场照射的区域中的位置和取向。
[0020]处理器40使用存储在存储器42中的软件来操作系统20。例如，软件可通过网络以电子形式被下载到处理器40，或者附加地或另选地，软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质诸如磁性、光学或电子存储器上。处理器40使用该软件来分析从磁传感器接收的信号。由处理器40执行的用于实现配准系统20的配准算法60的软件也存储在存储器42中。下文更详细地描述配准算法60。
[0021]处理器40可安装在控制台50中，该控制台包括操作控件58，该操作控件通常包括小键盘和/或指向装置，诸如鼠标或轨迹球。控制台50经由缆线92和/或无线地连接到辐射器。医疗专业人员25可在执行上文所描述的医疗手术时使用操作控件58来与处理器交互。在执行该手术时，处理器可在屏幕56上呈现该手术的结果。手术结果在屏幕56上的展示，允
许使用该系统的医疗专业人员25将外科装置诸如导管相对于患者的CT图像的精确位置可视化。
[0022]如上所述，电磁跟踪系统24能够凭借从磁发射器28发射到区域中的磁场来跟踪磁传感器在区域30中的位置和取向。应当理解，针对系统24导出的位置和取向是参考如由磁发射器28的位置限定的磁系统的参照系(FOR)的。为了跟踪传感器是有用的，需要将磁系统FOR与存储在存储器42中的患者22的图像的FOR配准。下文进一步描述的图像64的子集66和68也存储在存储器42中。
[0023]虽然CT图像通常可包括磁共振成像(MRI)图像或荧光透视图像，但是在本文的描述中，以举例的方式，图像被假设为包括荧光透视CT图像。
[0024]医疗专业人员25使用三维(3D)相机70来捕获患者22的面部的3D光学图像。在一些实施方案中，相机70是由英特尔公司(Santa Clara,California)生产的RealSense 3D相机。3D相机70可包括至少一个光学传感器。在一些实施方案中，3D相机70可包括两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：启动患者的头部上的电磁跟踪系统；接收所述患者的所述头部的三维(3D)图像，并且将所述3D图像以散点图存储在存储器中，其中使用3D相机获取所述3D图像，所述3D相机包括至少一个光学传感器和至少一个磁传感器；当经由磁传感器基于由所述电磁跟踪系统的一个或多个发射器施加的已知磁场获取所述3D图像时，确定所述3D相机的位置和取向；使用所述3D相机的所确定的位置和取向将所述散点图与所述电磁跟踪系统的磁坐标配准，其中所配准的散点图存储在所述存储器中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个磁传感器是三轴传感器(TAS)。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个磁传感器是单轴传感器(SAS)或双轴传感器(DAS)。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述散点图是固定到所述3D相机上的两个独立光学传感器的参考。5.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述受检者的所接收的3D图像与所述受检者的计算机断层摄影(CT)图像配准。6.根据权利要求5所述的方法，其中使用迭代最近点(ICP)算法将所述CT图像与所述磁坐标配准。7.根据权利要求5所述的方法，还包括将所述患者的CT图像与所述磁坐标配准。8.一种系统，包括：电磁跟踪系统，所述电磁跟踪系统包括配置成施加磁场的一个或多个发射器；3D相机，所述3D相机包括至少一个光学传感器和至少一个磁传感器；存储器，所述存储器配置成将受检者的由所述3D相机获取的3D图像存储为散点图；和处理器，所述处理器配置为：启动所述电磁跟踪系统；从所述存储器检索所述散点图；当所述3D相机经由所述磁传感器基于由所述电磁跟踪系统的发射器施加的已知磁场获取所述3D图像时，确定所述3D相机的位置和取向；以及将所述散点图与所述电磁跟踪系统的磁坐标配准；所述存储器进一步配置成存储所配准的散点图。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述至少一个磁传感器是三轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：U，
申请(专利权)人：伯恩森斯韦伯斯特以色列有限责任公司，
类型：发明
国别省市：