用于规划和执行三维全息介入手术的系统和方法技术方案

一种用于诸如患者的经皮治疗或诊断的图像引导介入的方法(100，300)和系统(200，400)可以包括预配准方法(100)和重新配准方法(300)中的至少一个。预配准方法(100)被配置成准许在介入期间对目标组织的规划轨迹进行高效虚拟表示，例如通过增强现实系统(204，404)示出为全息光线(618)。进而，这允许操作者对准物理器械(616)，诸如用于介入的医疗探头。重新配准方法(300)被配置成对由预配准方法(100)生成的虚拟表示中的不准确性进行调整，如在介入期间由患者(201，401)的实时成像确定的不准确性。重新配准方法(300)可以采用交叉轮廓线(606)的使用来定义如通过增强现实系统(204，404)观察到的目标组织，这准许对目标组织进行无阻碍的观察以进行介入。无阻碍的观察以进行介入。无阻碍的观察以进行介入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于规划和执行三维全息介入手术的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年12月10日提交的美国临时申请序列No.62/945,983的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及全息增强现实应用，并且更具体地，涉及采用全息增强现实的医疗应用。

技术介绍

[0004]本部分提供与本公开相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
[0005]全息增强现实技术正在医疗保健应用中得到更广泛的应用，以改善医疗手术、临床结果以及长期患者护理。这些增强现实技术还有助于例如使用特定于内容的信息来增强患者护理环境中的真实环境，以改善患者治疗效果。例如，执业者可以在执行医疗手术时在同一视场中观察附加信息，而执业者不必改变其视角，否则这可能减慢或降低手术的效率。
[0006]更具体地，在诸如微创外科(minimally invasive surgical，MIS)手术之类的医疗手术期间的图像引导介入本质上是高度三维(3D)任务。例如，实体瘤的经皮消融在肿瘤进行呼吸运动或通气时需要一个或更多个热探头的准确3D定位。然而，平面或二维(2D)显示监视器通常用于在MIS手术的标准护理中显示图像引导数据。3D全息引导和导航可以在图像引导介入期间使用一个或更多个成像模态提供改进的深度感知和空间理解，但是3D引导和导航全息图的空间配准对于相对于更具侵入性的外科手术将要被采用的这些方法来说必须更加1)准确和2)易于使用(即，操作者工作流程必须是有效和高效的)。
[0007]如在West等人的美国专利申请公布No.2018/0303563中所描述的，已知在经皮手术期间使用3D全息图像引导来追踪介入装置。3D全息图像引导可以由头戴式装置通过以下方式来提供：将追踪数据和身体图像数据转换到公共坐标系统并且创建与患者的身体相关的全息显示器，以便在非血管经皮手术期间追踪介入装置。全息显示器还可以包括图形，以在物理介入设备行进通过患者的解剖结构时为物理介入装置提供引导。
[0008]持续需要一种全息系统和方法，该全息系统和方法使得能够对3D全息引导和导航进行预配准，从而为操作者带来更少的步骤和更有效的工作流程，由此促进更多的采用该系统和方法。期望地，该系统和方法使得能够利用实时成像对从3D断层摄影数据导出的3D全息图进行手术内重新配准，以便在MIS手术期间提高探头放置的准确性和安全性。

技术实现思路

[0009]与本公开一致，已经出人意料地发现了一种全息系统和方法，该全息系统和方法使得能够对3D全息引导和导航进行预配准，从而为操作者带来更少的步骤和更有效的工作流程，由此促进更多地采用该系统和方法，该系统和方法使得能够利用实时成像对从3D断层摄影数据导出的3D全息图进行手术内重新配准，以便在MIS手术期间提高探头放置的准
确性和安全性。
[0010]在一个实施例中，涉及预配准的用于患者的图像引导介入的系统和方法包括：在第一图像采集设备处提供诸如Microsoft的增强现实系统的安装。增强现实系统与具有处理器和存储器的计算机通信，以及计算机可以与增强现实系统集成。最初可以将增强现实系统布置在预定存储位置处。增强现实系统具有增强现实系统坐标系，以及第一图像采集设备具有第一图像采集设备坐标系。第一图像采集设备还具有患者台和成像器，患者台用于接收患者，成像器用于当患者在患者台上时从患者采集第一全息图像数据集。
[0011]该安装还包括以下步骤：将第一光学图像目标放置在该成像器上的预定位置处。然后利用增强现实系统从第一光学图像目标采集第一光学图像目标坐标。然后，使用第一光学图像目标坐标，确定第一图像采集设备坐标系到增强现实系统坐标系的预配准转换。将预配准转换存储在计算机的存储器中，由此在安装期间执行第一图像采集设备与增强现实系统的预配准。
[0012]在增强现实系统的安装以及将第一图像采集设备与增强现实系统的预配准之后，该方法还包括以下步骤：将预配准转换应用到第一全息图像数据集。这将第一全息图像数据集从第一图像采集设备坐标系转换到增强现实系统坐标系。有利地，预配准的这种实例可以被重复地使用，并且通过消除某些配准程序来改善操作者执行图像引导介入的效率，否则当患者在台上进行图像引导介入时将需要执行某些配准程序。
[0013]在另一实施例中，涉及重新配准的用于患者的图像引导介入的系统和方法包括：在第一图像采集设备处提供诸如Microsoft的增强现实系统的安装。增强现实系统与具有处理器和存储器的计算机通信。最初可以将增强现实系统布置在预定存储位置处。增强现实系统具有增强现实系统坐标系，以及第一图像采集设备具有第一图像采集设备坐标系。在计算机的存储器中存储初始转换，初始转换例如但不限于第一图像采集设备坐标系到增强现实系统坐标系的预配准转换。第一图像采集设备还具有患者台和成像器，患者台用于接收患者，成像器用于当患者在患者台上时从患者采集第一全息图像数据集。
[0014]该方法还包括以下步骤：在图像引导介入期间，利用第一图像采集设备和第二图像采集设备中的一个采集患者的实时全息图像数据集。然后将实时全息图像数据集与患者或第一全息图像数据集进行比较。然后，由操作者手动地或根据预定规则自动地调整第一全息图像数据集，以将第一全息图像数据集与来自患者的实时全息图像数据集对准。由此该调整提供重新配准转换。重新配准转换可以存储在计算机的存储器中。
[0015]在另外的实施例中，提供了涉及交叉轮廓的用于患者的图像引导介入的系统和方法。交叉轮廓技术可以用作如所描述的重新配准系统和方法的一部分，或者可以根据需要用于与图像引导介入相关的其他环境中。该方法包括以下步骤：在图像引导介入期间，利用第一图像采集设备采集患者的第一全息图像数据集，以及利用第二图像采集设备采集患者的第二全息图像数据集。然后，例如通过将第一全息图像数据集与第二全息图像数据集进行重叠，来将第一全息图像数据集与第二全息图像数据集进行比较。然后确定第一全息图像数据集在第二全息图像数据集上的交叉轮廓。然后可以从增强现实系统的操作者的视野中移除第一全息图像数据集中不是交叉轮廓的部分。由此仅示出经由增强现实系统第一全
息图像数据集重叠在第二全息图像数据集上的交叉轮廓。
[0016]从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，所描述和具体示例仅旨在说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0017]本文描述的附图仅用于说明所选实施例的目的，而不是所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。
[0018]图1是示出根据本公开的一个实施例的一种用于执行与患者的图像引导介入相关联的预配准的方法的流程图；
[0019]图2是根据本公开的一个实施例的系统的示意图，该系统被适配成用于图1的预配准方法中；
[0020]图3是根据本公开的一个实施例的并且被适配成与全息系统和方法一起使用的成像系统的透视图，该成像系统被示出为具有相关联的台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于患者的图像引导介入的方法，所述方法包括以下步骤：在第一图像采集设备处提供增强现实系统的安装，所述增强现实系统与具有处理器和存储器的计算机通信，以及所述增强现实系统具有增强现实系统坐标系以及所述第一图像采集设备具有第一图像采集设备坐标系，所述第一图像采集设备还具有患者台和成像器，所述患者台用于接收所述患者，所述成像器用于当所述患者在所述患者台上时从所述患者采集第一全息图像数据集，以及所述安装还包括以下步骤：将第一光学图像目标放置在所述成像器上的预定位置处；利用所述增强现实系统，从所述第一光学图像目标采集第一光学图像目标坐标；使用所述第一光学图像目标坐标，确定所述第一图像采集设备坐标系到所述增强现实系统坐标系的预配准转换；以及将所述预配准转换存储在所述计算机的存储器中，由此执行所述第一图像采集设备与所述增强现实系统的预配准；以及在所述增强现实系统的安装和将所述第一图像采集设备与所述增强现实系统预配准之后，应用所述预配准转换将所述第一全息图像数据集从所述第一图像采集设备坐标系转换到所述增强现实系统坐标系。2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用所述增强现实系统从所述第一光学图像目标采集所述第一光学图像目标坐标的步骤包括：移动所述增强现实系统，使得所述第一光学图像目标在所述增强现实系统的视场中。3.根据权利要求2所述的方法，其中，应用所述预配准转换的步骤发生在所述图像引导介入期间，所述图像引导介入还包括以下步骤：当所述患者在所述患者台上时，将第二图像目标放置在所述患者上；利用所述增强现实系统，从所述第二图像目标采集第二光学图像目标坐标；采集所述患者台上的患者的一部分的第一全息图像数据集；使用所述第一图像采集设备创建外科手术介入规划，所述外科手术介入规划包括在所述第一全息图像数据集中对目标组织的界定，所述外科手术介入规划设置在所述第一图像采集设备坐标系中；将所述外科手术介入规划从所述第一图像采集设备传输到所述增强现实系统；使用来自所述安装的预配准转换，将所述外科手术介入规划从所述第一图像采集设备的第一图像采集设备坐标系转换到所述增强现实系统坐标系；以及在所述增强现实系统上生成全息光线，以根据所述外科手术介入规划向操作者示出器械的轨迹。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述患者台是能够平移的，且所述方法还包括以下中的至少一项：利用所述增强现实系统，确定并配准所述患者台的位置；将附加图像目标放置在所述患者台处，利用所述增强现实系统从所述附加图像目标采集附加图像目标数据集，以及通过所述增强现实系统基于所述附加图像目标数据集来确定所述患者台的位置；以及将所述患者台的位置从所述患者台上的患者台传感器传输至所述增强现实系统。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括重新配准以补偿所述预配准转换的不准确性。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述重新配准包括以下步骤：在所述图像引导介入期间，利用所述第一图像采集设备和第二图像采集设备中的一个采集所述患者的实时全息图像数据集；将所述实时全息图像数据集与所述患者或所述第一全息图像数据集进行比较；以及调整所述第一全息图像数据集以与来自所述患者的所述实时全息图像数据集对准。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一全息图像数据集限定三维图像体积，以及所述实时全息图像数据集限定二维平面扇区。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一全息图像数据集的一部分是由所述第一全息图像数据集的所述三维图像体积与所述实时全息图像数据集的所述二维平面扇区的交叉点限定的交叉轮廓。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一图像采集设备是多探测器行计算机断层摄影(MDCT)成像器和C形臂血管造影透视成像器中的一个，以及所述第二图像采集设备是超声换能器。10.一种用于患者的图像引导介入的系统，包括：在第一图像采集设备处安装的增强现实系统，所述增强现实系统与具有处理器和存储器的计算机通信，以及所述增强现实系统具有增强现实系统坐标系以及所述第一图像采集设备具有第一图像采集设备坐标系，所述第一图像采集设备还具有患者台和成像器，所述患者台用于接收所述患者，所述成像器用于当所述患者在所述患者台上时从所述患者采集第一全息图像数据集，其中，在所述计算机的存储器中存储预配准转换，所述预配准转换通过以下步骤确定：将第一光学图像目标放置在所述成像器上的预定位置处；利用所述增强现实系统，从所述第一光学图像目标采集第一光学图像目标坐标；以及使用所述第一光学图像目标坐标，确定所述第一图像采集设备坐标系到所述增强现实系统坐标系的预配准转换。11.一种用于患者的图像引导介入的方法，所述方法包括以下步骤：在第一图像采集设备处提供增强现实系统的安装，所述增强现实系统与具有处理器和存储器的计算机通信，以及所述增强现实系统具有增强现实系统坐标系以及所述第一图像采集设备具有第一图像采集设备坐标系，所述第一图像采集设备坐标系到所述增强现实系统坐标系的初始转换存储在所述计算机的存储器中，所述第一图像采集设备还具有患者台和成像器，所述患者台用于接收患者，所述成像器用于当所述患者在所述患者台上时从所述患者采集第一全息图像数据集，在所述图像引导介入期间，利用所述第一图像采集设备和第二图像采集设备中的一个采集所述患者的实时全息图像数据集；将所述实时全息图像数据集与所述患者或所述第一全息图像数据集进行比较；调整所述第一全息图像数据集以与来自所述患者的所述实时全息图像数据集对准，以提供重新配准转换；以及将所述重新配准转换存储在所述计算机的存储器中。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述初始转换是通过以下步骤确定的预配准转
换：将第一光学图像目标放置在所述成像器上的预定位置处；利用所述增强现实系统，从所述第一光学图像目标采集第一光学图像目标坐标；以及使用所述第一光学图像目标坐标，确定所述第一图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯，
申请(专利权)人：医疗视野XR有限公司，
类型：发明
国别省市：