用于渐进配准的系统技术方案

一种系统接收对应于解剖特征的第一组点。第一组点中的每个点表示第一框架中的位置。该系统接收对应于解剖特征的第二组点。第二组点中的每个点表示第二框架中的位置。该系统识别第一组点的第一子集并确定第一变换以将第一组点的第一子集与第二组点对准。第一组点基于第一变换来变换。该系统识别第一组点的第二子集并确定第二变换以将第一组点的第一子集和第二子集与第二组点对准。第一组点基于第二变换来变换。换来变换。换来变换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于渐进配准的系统


[0001]本申请要求2019年12月20日提交的美国临时申请62/951,835的权益，该申请通过引用其整体被并入本文。

技术介绍

[0002]微创医疗技术旨在减少在医疗程序期间受损的组织量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。这种微创技术可以通过患者解剖体中的自然孔口或通过一个或多个外科手术切口来执行。通过这些自然孔口或切口，操作者可以插入微创医疗工具以到达目标组织方位。微创医疗工具包括诸如治疗、诊断、活检和外科手术器械的器械。医疗工具可以被插入解剖通道中并朝向患者解剖体内的感兴趣部位(region)导航。可以使用解剖通道的图像辅助导航。需要改进的系统和方法来准确地执行医疗工具和解剖通道的图像之间的配准。

技术实现思路

[0003]与一些实施例一致，一种系统可以接收对应于解剖特征的第一组点。第一组点中的每个点表示第一框架(frame)中的位置。该系统接收对应于解剖特征的第二组点。第二组点中的每个点表示第二框架中的位置。该系统识别第一组点的第一子集并确定第一变换以将第一组点的第一子集与第二组点对准。第一组点基于第一变换来变换。该系统识别第一组点的第二子集并确定第二变换以将第一组点的第一子集和第二子集与第二组点对准。第一组点基于第二变换来变换。
[0004]与一些实施例一致，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当由与计算机辅助医疗系统设备相关联的一个或多个处理器执行时，多个机器可读指令适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括接收对应于解剖特征的第一组点。第一组点中的每个点表示第一参考框架中的位置。该方法还包括接收对应于解剖特征的第二组点。第二组点中的每个点表示第二参考框架中的位置。该方法还包括识别第一组点的第一子集并确定第一变换以将第一组点的第一子集与第二组点对准。该方法还包括基于第一变换来变换第一组点并识别第一组点的第二子集。该方法还包括确定第二变换以将第一组点的第一子集和第二子集与第二组点对准并基于第二变换来变换第一组点。
[0005]其他实施例包括对应的计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，其各自被配置为执行方法的动作。
[0006]应当理解，前述一般描述和以下详细描述两者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不限制本公开的范围。就这一点而言，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员而言从以下详细描述中将是显而易见的。
附图说明
[0007]图1A图示了根据一些实施例的在患者解剖体内延伸的勘测器械。
[0008]图1B图示了由成像系统生成的患者解剖体的图像。
[0009]图2图示了根据一些实施例的用于确定解剖结构的模型之间的配准的方法。
[0010]图3图示了根据一些实施例的包括由勘测器械采集的多个勘测点的解剖结构的模型。
[0011]图4图示了根据一些实施例的包括从图像数据生成的多个点的解剖结构的模型。
[0012]图5图示了根据一些实施例的图3的多个勘测点，所述多个勘测点被分组成子集以用于渐进配准。
[0013]图6图示了根据一些实施例的在变换中用以与图4的解剖结构的模型对准的图5的子集之一。
[0014]图7图示了根据一些实施例的用于确定变换的方法。
[0015]图8图示了根据一些实施例的机器人或远程操作医疗系统的简化图。
[0016]图9图示了根据一些实施例的医疗器械系统的简化图。
[0017]本公开的实施例及其优点通过参考下面的详细描述得到最好的理解。应当理解，相似的附图标记用于标识在一幅或多幅图中图示的相似元素，其中示出的目的是为了说明本公开的实施例而不是为了限制本公开的实施例。
具体实施方式
[0018]本文档中公开的技术可以用于将医疗器械参考框架配准到解剖图像参考框架。由勘测器械在医疗器械参考框架中收集的一组方位点可以被匹配到在解剖图像参考框架中表示结构(诸如分支通道)的一组点。点匹配配准技术(诸如迭代最近点技术(ICP))可以用于将勘测器械点组与解剖图像点组配准。该配准可以通过与图像数据相关联的刚性或非刚性变换点和与勘测的器械位置数据相关联的点来旋转、平移或以其他方式操纵，从而使它们最佳地对准。尽管迭代配准途径(诸如ICP)通常保证收敛到最小二乘意义上的局部最优解，但这种解可能不是全局最优的，或者不是“真正的”最佳解。这些错误的局部最小值的出现对于密集和复杂分支通道的基于点的模型是常见的，因为配准算法更有可能收敛到错误的局部最小值。如下文详细描述的，已经开发了一种渐进迭代点匹配技术，该渐进迭代点匹配技术可以最初地在具有更少、更大和更刚性通道的解剖区域周围锚定配准，并通过渐进地匹配离初始区域更远的解剖区域(其可以包括更小、更密集、更易变形的通道)来继续配准。用于首先配准模型的更稳定的部分并渐进地朝向模型的更复杂或可变部分向外扩展的技术可以用于任何形式的配准，包括基于点或基于图像的配准。
[0019]图1A图示了在解剖特征(诸如解剖部位(诸如人体肺)的分支解剖通道102)内延伸的细长勘测器械100。这些解剖通道102包括气管104和支气管106。勘测器械100可以被推进穿过气管104和支气管106以通过在勘测器械参考框架中收集勘测器械100的方位信息来勘测解剖通道102。勘测的方位信息可以被记录为勘测器械参考框架的坐标系X
S
、Y
S
、Z
S
中的一组坐标点。勘测点可以表示勘测器械100的远端108或沿勘测器械100的长度的部位的方位。勘测点可以形成用于与分支解剖通道102的不同模型配准的勘测模型。
[0020]图1B图示了在图像参考框架坐标系X
I
、Y
I
、Z
I
中的分支解剖通道102(包括气管104和支气管106)的图像120。图像120可以从术前或术中图像数据生成，该术前或术中图像数据从成像技术(诸如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光透视、热影像、超声、光学
相干断层扫描(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像或纳米管X射线成像)获得。术前或术中图像数据可以对应于二维、三维或四维(包括例如基于时间或基于速率的信息)图像。
[0021]图2图示了用于将解剖结构的第一组点(诸如由勘测器械100在解剖特征(诸如分支通道102)内采集的点)配准到解剖结构的第二组点(诸如从解剖体的图像120提取的那些)的方法200。方法200被图示为一组操作或过程202到216，并继续参考图3
‑
图7进行描述。
[0022]在过程202处，例如控制系统(参见图8，控制系统612)接收用于第一解剖坐标框架的第一组点。如图3所示，多个点302可以是由勘测器械(例如勘测器械100)采集的勘测器械参考框架X
S
、Y
S
、Z
S
中的勘测点或测量点。在一些实施例中，可以将多个测量点302共同视为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，其包括：处理器；以及其上存储有计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令在由所述处理器执行时使所述系统：接收对应于解剖特征的第一组点，所述第一组点中的每个点表示第一参考框架中的位置；接收对应于所述解剖特征的第二组点，所述第二组点中的每个点表示第二参考框架中的位置；识别所述第一组点的第一子集；确定第一变换以将所述第一组点的所述第一子集与所述第二组点对准；基于所述第一变换来变换所述第一组点；识别所述第一组点的第二子集；确定第二变换以将所述第一组点的所述第一子集和所述第二子集与所述第二组点对准；并且基于所述第二变换来变换所述第一组点。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组点由所述解剖特征的器械勘测生成。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二组点从所述解剖特征的图像数据生成。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二组点沿所述解剖特征的中心线模型布置。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组点的所述第二子集与所述第一子集相邻。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组点的所述第一子集对应于所述解剖特征的第一部位，所述第一部位具有距所述解剖特征的中心分叉的第一深度，并且其中所述第一组点的所述第二子集对应于所述解剖特征的第二部位，所述第二部位从所述第一深度延伸到距所述中心分叉的第二深度。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二深度大约为2cm，大于所述第一深度。8.根据权利要求6所述的系统，其中所述解剖特征的所述第一部位具有比所述第二部位大的刚度。9.根据权利要求6所述的系统，其中所述解剖特征的所述第一部位包括比所述第二部位少的分支。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一变换包括对所述第一组点的旋转和平移。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机可读指令在由所述处理器执行时进一步使所述系统将第一幅度的噪声添加到所述第一组点的所述第一子集以确定所述第一变换。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述计算机可读指令在由所述处理器执行时进一步使所述系统将第二幅度的噪声添加到所述第一组点的所述第一子集和所述第二子集以确定所述第二变换，其中所述第一幅度大于所述第二幅度。13.根据权利要求11所述的系统，其中所述噪声是随机高斯噪声。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机可读指令在由所述处理器执行时进一
步使所述系统识别所述第一组点中的种子点，所述种子点对应于所述第二参考框架中的已知位置和取向。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述已知位置和取向是所述解剖特征的中心分叉。16.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一组点来自所述解剖特征的第一模型，并且所述第二组点来自所述解剖特征的第二模型。17.根据权利要求1所述的系统，其中所述解剖特征包括分支结构。18.一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，所述多个机器可读指令在由与计算机辅助医疗系统设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使所述一个或多个处理器执行一种方法，所述方法包括：接收对应于解剖特征的第一组点，所述第一组点中的每个点表示第一参考框架中的位置；接收对应于所述解剖特征的第二组点，所述第二组点中的每个点表示第二参考框架中的位置；识别所述第一组点的第一子...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：