提供用户指导以获得患者图像数据与手术跟踪系统之间的配准的技术技术方案

本发明专利技术提供了一种方法，该方法包括：获得患者的身体的第一患者图像数据；确定指示相对于身体的表面在何处采集配准点的配准指令；获得已经由增强现实(AR)设备采集的身体的第二患者图像数据；确定第一患者图像数据和第二患者图像数据的坐标系之间的变换；以及基于该变换，触发将配准指令显示在AR设备的显示器上，使得增强视图被呈现给AR设备的用户，其中，配准指令被叠加到患者的身体上，增强视图指导用户在何处采集配准点。本发明专利技术还公开了一种计算系统、一种手术导航系统和一种计算机程序产品。品。品。

【技术实现步骤摘要】
提供用户指导以获得患者图像数据与手术跟踪系统之间的配准的技术


[0001]本专利技术总体上涉及一种提供用于获得在患者图像数据的坐标系与手术跟踪系统的坐标系之间的变换的用户指导的方法。还提供了一种计算系统、一种手术导航系统和一种计算机程序产品。

技术介绍

[0002]一段时间以来，手术导航一直用于支持医务人员。例如，手术器械相对于患者图像数据的当前姿态的显示可以帮助外科医生将手术工具移动到患者的期望解剖位置。
[0003]如本领域已知的，可以通过跟踪光学或电磁手术跟踪系统来跟踪手术器械在跟踪坐标系中的当前姿态。为了确定手术器械相对于患者图像数据的当前姿态，需要在跟踪坐标系与患者图像数据的坐标系之间进行变换。这种变换有时被称为手术跟踪系统和患者图像数据之间的配准。
[0004]为了获得上述配准，外科医生或其他医务人员可以使用由手术跟踪系统跟踪的配准探头来采集患者的身体的表面上的一个或多个配准点。然后，可以将如此采集的配准点与患者图像数据进行比较以获得配准。
[0005]身体表面的某些区域比其他区域更适合采集配准点。因此，为外科医生或其他医务人员提供在患者的身体的表面上的何处采集配准点的指导，以便获得手术跟踪系统与患者图像数据之间的准确配准，将是有利的。
[0006]在某些情况下，避免用于提供用户指导的跟踪坐标系与患者图像数据的坐标系之间的变换可能是有利的。在某些情况下，在手术跟踪系统被激活或可用之前可能需要指导。

技术实现思路

[0007]需要一种解决上述或其他问题中的一个或多个问题的技术。
[0008]根据第一方面，提供了一种提供用户指导以获得在患者图像数据的坐标系与手术跟踪系统的坐标系之间的变换的方法。该方法包括：获得患者的身体的至少一部分的第一患者图像数据；基于第一患者图像数据确定至少一个配准指令，所述至少一个配准指令指示相对于患者的身体的表面在何处采集至少一个配准点；获得患者的身体的至少一部分的第二患者图像数据，该第二患者图像数据已经由增强现实(AR)设备采集；确定第一患者图像数据的第一坐标系与第二患者图像数据的第二坐标系之间的第一变换；以及基于至少一个配准指令和第一变换，触发将至少一个配准指令显示在AR设备的显示器上，使得增强视图被呈现给AR设备的用户，其中，至少一个配准指令被叠加到患者的身体的至少一部分上，增强视图指导用户在何处采集至少一个配准点。
[0009]第一患者图像数据可以是例如已经由医学成像设备采集的(例如，术前或术中)医学图像数据。第一患者图像数据可以包括计算机断层扫描(CT)数据、磁共振(MR)数据、超声图像数据等。患者的身体的一部分可以包括身体的表面。该部分可以包括患者的面部的至
少一部分。
[0010]现在将描述用于确定第一变换的一个特定示例。可以基于第一患者图像数据和第二患者图像数据来确定第一变换。可以通过将第一患者图像数据与第二患者图像数据进行匹配来确定第一变换，反之亦然。可以通过将第一患者图像数据与第二患者图像数据相关来确定第一变换。可以通过将由第一患者图像数据表示的患者的身体的一部分与由第二患者图像数据表示的患者的身体的对应(例如，相同)部分进行匹配来确定第一变换。可以通过将第一坐标系和第二坐标系中的相似地标的位置相互比较来确定第一变换。用于确定第一变换的这个特定示例可能不需要将要由跟踪系统跟踪的AR设备。
[0011]至少一个配准指令可以包括患者的身体的至少一部分的表面的子部分的指示，至少一个配准点将在该子部分中被采集。
[0012]子部分可以是患者的身体的至少一部分的表面的一部分、区域或区段。子部分的指示可以包括子部分的轮廓和内容中的至少一个的可视化。
[0013]该方法可以包括：接收指示至少一个所采集的配准点的信息；以及处理指示至少一个所采集的配准点的信息，以获得第一患者图像数据的第一坐标系与手术跟踪系统的第三坐标系之间的第二变换。
[0014]指示至少一个所采集的配准点的信息可以包括至少一个所采集的配准点在第三坐标系中的位置的指示。
[0015]在一个示例中，指示至少一个所采集的配准点的信息已经由跟踪配准探头的手术跟踪系统采集。
[0016]处理指示至少一个所采集的配准点的信息可以包括：将至少一个所采集的配准点的(例如，在第三坐标系中的)位置与(例如，在第一坐标系中的)第一患者图像数据进行匹配。
[0017]至少一个所采集的配准点的位置可以匹配到由第一患者图像数据所描述的身体表面。身体表面可以由第一患者图像数据描述或从第一患者图像数据中提取例如为三维点云、表面或形状。第三坐标系中的至少一个配准点的位置可以匹配到第一坐标系中的表面。
[0018]该方法例如还包括：通过获取配准探头在第三坐标系中的至少一个位置来采集指示至少一个所采集的配准点的信息；以及通过将指示至少一个所采集的配准点的信息匹配到第一患者图像数据来确定第二变换。
[0019]该方法可以进一步包括：获得描述第三坐标系中的手术器械的姿态(例如，位置和取向中的至少一个)的跟踪数据；基于第一变换和第二变换，将手术器械的姿态变换到第二坐标系中；确定与手术器械在第二坐标系中的姿态相关联的至少一个导航指令；以及触发在AR设备的显示器上显示所述至少一个导航指令。
[0020]至少一个导航指令可以包括手术器械的类型、手术器械在第二坐标系中的位置和手术器械在第二坐标系中的取向中的至少一个的指示。
[0021]患者的身体的所述部分可以包括患者的面部的一个或多个部分，并且确定第一变换可以包括：将通用面部模型匹配到第一患者图像数据和第二患者图像数据中的至少一个。在这种情况下，确定第一变换可以包括：通过将通用面部模型匹配到第一患者图像数据和第二患者图像数据中的一个，确定初次变形的面部模型；以及将初次变形的面部模型与第一患者图像数据和第二患者图像数据中的另一个进行比较，以确定第一变换。通用面部
模型可以匹配到第一患者图像数据和第二患者图像数据中的一个，使得通用面部模型的多个预定义地标中的每一个都位于患者的身体的所述一部分的在第一患者图像数据和第二患者图像数据中的所述一个的对应地标上。
[0022]将初次变形的面部模型与第一患者图像数据和第二患者图像数据中的另一个进行比较可以包括：将由变形面部模型所识别的地标的位置与第一患者图像数据和第二患者图像数据中的另一个中的对应地标的位置进行比较。
[0023]在一个示例中，对应地标是患者的身体的生物特征。
[0024]生物特征可以是特色解剖特征、患者特定特征和患者的身体的表面特征中的至少一种。
[0025]通用面部模型可以是三维町变形模型(3D
‑
MM)。通用面部模型可以与由第一患者图像数据和第二患者图像数据中的至少一个所描述的患者的身体的(例如，该)表面相匹配。
[0026]在第一变型例中，将初次变形的面部模型与第一患者图像数据和第二患者图像数据中的另一个进行比较包括：通过将通用面部模型或初次变形的面部模型匹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提供用户指导以获得患者图像数据的坐标系与手术跟踪系统的坐标系之间的变换的方法，所述方法包括：获得(200)患者的身体(29)的至少一部分的第一患者图像数据(37)；基于所述第一患者图像数据(37)确定(202)至少一个配准指令，所述至少一个配准指令指示相对于所述患者的身体(29)的表面在何处采集至少一个配准点；获得(204)所述患者的身体(29)的至少所述一部分的第二患者图像数据(52)，所述第二患者图像数据(52)已经由增强现实设备(2)采集；确定(206)所述第一患者图像数据(37)的第一坐标系(39)与所述第二患者图像数据(52)的第二坐标系(14)之间的第一变换；以及基于所述至少一个配准指令和所述第一变换，触发(208)将所述至少一个配准指令显示在所述增强现实设备(2)的显示器(15)上，使得增强视图被呈现给所述增强现实设备(2)的用户，其中，所述至少一个配准指令被叠加到所述患者的身体(29)的至少所述一部分上，所述增强视图指导所述用户在何处采集所述至少一个配准点。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个配准指令包括所述患者的身体(29)的所述至少一部分的表面的子部分(58、60)的指示，所述至少一个配准点将在所述子部分(58、60)中被采集。3.根据权利要求2所述的方法，包括：接收指示所述至少一个所采集的配准点的信息；以及处理指示所述至少一个所采集的配准点的信息，以获得所述第一患者图像数据(37)的第一坐标系(39)与手术跟踪系统(4)的第三坐标系(18)之间的第二变换。4.根据权利要求3所述的方法，其中，指示所述至少一个所采集的配准点的信息已经由跟踪配准探头(20)的所述手术跟踪系统(4)采集。5.根据权利要求3所述的方法，其中，处理指示所述至少一个所采集的配准点的信息包括：将所述至少一个所采集的配准点的位置与所述第一患者图像数据(37)匹配。6.根据权利要求3所述的方法，还包括：通过获得配准探头(20)在第三坐标系(18)中的至少一个位置来采集指示所述至少一个所采集的配准点的信息；以及通过将指示所述至少一个所采集的配准点的信息与所述第一患者图像数据(37)匹配来确定第二变换。7.根据权利要求3所述的方法，还包括：获得描述手术器械(20)在所述第三坐标系(18)中的姿态的跟踪数据；基于所述第一变换和所述第二变换，将所述手术器械(20)的姿态变换到所述第二坐标系(14)；确定与所述手术器械(20)在所述第二坐标系(14)中的姿态相关联的至少一个导航指令；以及触发在所述增强现实设备(2)的所述显示器(15)上显示所述至少一个导航指令。8.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述患者的身体(29)的所述部分包括所述患者的面部的一个或多个部分，并且其中，确定所述第一变换包括：将通用面部模型匹配到所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的至少一个。9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述第一变换包括：通过将所述通用面部模型匹配到所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的一个，确定初次变形的面部模型(38)；以及将所述初次变形的面部模型(38)与所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的另一个进行比较，以确定所述第一变换。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述通用面部模型被匹配到所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的所述一个，使得所述通用面部模型的多个预定义地标中的每一个都位于所述患者的身体(29)的所述一部分的在所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的所述一个中的对应地标上。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述对应地标是所述患者的身体(29)的生物特征。12.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述初次变形的面部模型(38)与所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的另一个进行比较包括：通过将所述通用面部模型或所述初次变形的面部模型(38)匹配到所述第一患者图像数据(37)和所述第二患者图像数据(52)中的另一个，确定二次变形的面部模型；以及将所述初次变形的面部模型(38)与所述二次变形的面部模型进行比较。13.根据权利要求10所述的方法，其中，将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：史赛克欧洲运营有限公司，
类型：发明
国别省市：