用于工具跟踪的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于确定用于对对象执行医学介入的工具的取向的方法。所述方法包括：获得针对对象的表面或对象之上的表面的图像、与所述表面相邻的工具以及所述表面上的工具阴影的图像数据，所述工具阴影是由入射在所述工具上的光引起的，所述光是通过被定位在相对于所述图像传感器的预定位置处的至少一个光源生成的。获得所述表面的表示并且所述工具和所述工具阴影的表示从所述图像数据中分割并被用于确定所述工具的仰角。基于所分割的所述工具的表示、所分割的所述工具阴影的表示和所述仰角来确定所述工具的取向。所述仰角来确定所述工具的取向。所述仰角来确定所述工具的取向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工具跟踪的方法和系统


[0001]本专利技术涉及介入工具跟踪领域，并且更特别地涉及基于图像的介入工具跟踪领域。

技术介绍

[0002]存在许多要求通过对象的表面(诸如皮肤)准确插入工具的介入流程。例如，在介入或诊断情况下，找到和识别具有正确针头轨迹的血管和/或肿瘤通路至关重要。
[0003]示例性用例包括：用于区域麻醉的针头通路；将管插入对象的静脉中；以及要求肿瘤通路的消融导管。然而，在上文所描述的用例中解释亚表面图像数据(诸如超声图像)是具挑战性的，并且要求经训练的高度熟练的专业人员来准确地解释图像，并且要求大量的脑力努力来规划针头轨迹，这常常要求皮肤进入的若干试错迭代，直到实现正确的轨迹。
[0004]超声是一种流行的医学成像方法，并且用于许多介入和诊断应用。超声系统从飞利浦的高端EPIQ(商标)机器变化到便携式、低成本的解决方案。存在朝向开发允许手持式超声设备连接到移动设备(诸如智能电话)的移动超声成像解决方案的趋势。
[0005]当前，用于在超声系统中跟踪介入工具的仅有解决方案仅依赖于跟踪工具的尖端。然而，仅在工具已经插入对象的皮肤中之后并且当工具尖端在超声探头的声视场内时跟踪工具的尖端是可能的。然后，临床医师必须基于所跟踪的工具尖端在心理上执行用于工具的轨迹规划。
[0006]为了准确地执行轨迹规划，工具必须与超声成像探头共面。平面外针头轨迹很难预测，因为3D信息是不可见的。此外，在消融导管跟踪的情况下，由于消融导管尖端的物理限制，尖端的位置的不确定性将甚至更大，这意指跟踪准确度将减小。由于上述限制，通常要求多个皮肤入口来识别正确的工具轨迹，这能够导致针对对象的不适和较慢恢复。
[0007]因此，需要一种在插入之前准确地跟踪介入工具的手段。

技术实现思路

[0008]本专利技术由权利要求定义。
[0009]根据本公开内容，提供了一种用于确定用于对对象执行医学介入的工具的取向的方法，所述方法包括：
[0010]使用图像传感器来获得图像数据，所述图像数据针对对象的表面或对象之上的表面的图像、与所述表面相邻的工具以及所述表面上的工具阴影，所述工具阴影是由入射在所述工具上的光引起的，所述光是通过被定位在相对于所述图像传感器的预定位置处的至少一个光源生成的；
[0011]获得所述表面的表示；
[0012]从所述图像数据中分割所述工具的表示；
[0013]从所述图像数据中分割所述工具阴影的表示；
[0014]基于所述表面的所述表示、所述工具的所述表示和所述工具阴影的所述表示来确
定所述工具的仰角，所述仰角是所述表面与所述工具之间的角度；
[0015]基于所分割的所述工具的表示、所分割的所述工具阴影的表示和所述仰角来确定所述工具相对于所述表面的取向。
[0016]所述方法提供了一种基于由所述工具在所述对象的表面上或之上投射的阴影来跟踪工具的取向的手段。
[0017]通过基于由所述工具在所述表面上投射的阴影来计算所述工具的取向，可以在所述工具穿过所述表面之前更准确地知道所述工具的取向，从而改进由所述用户选择工具进入点和工具转向的准确度。
[0018]另外，通过基于所述工具和所述工具阴影而不是仅基于所述工具的尖端来确定所述工具的取向，增加了用于确定所述工具的取向的工具的比例，从而改进了取向确定的准确度。
[0019]在实施例中，所述方法还包括：基于所述工具的所述表示和所述工具阴影的所述表示，基于所述图像数据来识别表面接触点，所述表面接触点是所述表面上所述工具与所述表面接触的位置，并且其中，确定所述工具的所述仰角还基于所述表面接触点。
[0020]以这种方式，可以通过考虑所述表面接触点来改进所确定的工具的取向的准确度。
[0021]在实施例中，获得所述表面的表示包括：
[0022]通过运动传感器获得运动数据，所述运动数据表示所述图像传感器在对所述图像数据的采集期间的运动；
[0023]基于所述图像数据和所述运动数据的组合来生成所述对象的所述表面的3D表面图；并且
[0024]从所述3D表面图中分割所述表面的所述表示。
[0025]以这种方式，在确定所述工具的取向时，可以考虑将影响所述表面的表示和所述工具阴影的表示两者的表面的形貌，从而改进所确定的取向的准确度。
[0026]在实施例中，所述方法还包括：获得所述对象的所述表面的计算机断层摄影数据，所述表面具有固定在其上的一个或多个不透射线标记，并且其中，分割所述表面的所述表示基于所述计算机断层摄影数据、所述图像数据和所述运动数据的组合。
[0027]以这种方式，可以增加所述表面的分割的准确度。
[0028]在实施例中，获得所述表面的所述表示包括生成所述表面的2D平面近似结果。
[0029]在实施例中，确定所述工具的所述仰角包括：
[0030]计算所述工具的所述表示与所述工具阴影的所述表示之间的阴影角度；并且
[0031]通过基于所述至少一个光源相对于所述图像传感器的位置调节所述阴影角度来确定所述仰角。
[0032]在实施例中，确定所述仰角包括：将机器学习算法应用于所分割的所述工具的表示和所分割的所述工具阴影的表示。
[0033]以这种方式，可以以计算高效的方式使用减少的输入数据来准确地确定所述仰角。
[0034]在实施例中，所述方法还包括：基于所确定的所述工具的取向来计算所述工具的投影轨迹，所述投影轨迹表示在所述工具已经穿过所述对象的所述表面之后所述工具的预
测路径。
[0035]以这种方式，可以在所述工具穿过所述表面之前预测插入之后的工具的路径，这意指可以细化所述取向，以便在不要求不必要的表面的穿透的情况下适当地定位所述工具。
[0036]在实施例中，所述方法还包括：生成所述工具相对于所述表面的所述表示的取向的实时可视化。
[0037]以这种方式，可以向所述用户提供所述工具的取向的准确和实时表示，以将所述用户引导到期望的取向。
[0038]在实施例中，由所述至少一个光源生成的所述光是编码光，每个光源具有唯一编码光签名，从而使得由所述工具投射一个或多个唯一调制阴影，其中，所述方法还包括：
[0039]对于所述一个或多个唯一调制阴影中的每个唯一调制阴影，根据所述唯一调制阴影来导出所述唯一编码签名；并且
[0040]基于所导出的唯一编码签名将所述一个或多个唯一调制阴影中的每个唯一调制阴影与光源配对；并且其中，
[0041]分割所述工具阴影的所述表示基于所配对的一个或多个唯一调制阴影。
[0042]以这种方式，所述工具阴影可以彼此区分，这意指可以以更高的准确度确定所确定的取向。
[0043]根据本公开内容，还提供了一种包括计算机程序代码模块的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码模块适于实施以下步骤：
[0044]使用图像传感器来获得图像数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定用于对对象执行医学介入的工具的取向的方法(100)，所述方法包括：使用图像传感器来获得(110)图像数据，所述图像数据针对对象的表面或对象之上的表面的图像、与所述表面相邻的工具以及所述表面上的工具阴影，所述工具阴影是由入射在所述工具上的光引起的，所述光是通过被定位在相对于所述图像传感器的预定位置处的至少一个光源生成的；获得(120)所述表面的表示；从所述图像数据中分割(130)所述工具的表示；从所述图像数据中分割(140)所述工具阴影的表示；基于所述表面的所述表示、所述工具的所述表示和所述工具阴影的所述表示来确定(150)所述工具的仰角，所述仰角是所述表面与所述工具之间的角度；基于所分割的所述工具的表示、所分割的所述工具阴影的表示和所述仰角来确定(160)所述工具相对于所述表面的取向。2.根据权利要求1所述的方法(100)，还包括：基于所述工具的所述表示和所述工具阴影的所述表示，基于所述图像数据来识别表面接触点，所述表面接触点是所述表面上所述工具与所述表面接触的位置，并且其中，确定所述工具的所述仰角还基于所述表面接触点。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法(100)，其中，获得所述表面的所述表示包括：通过运动传感器获得运动数据，所述运动数据表示所述图像传感器在对所述图像数据的采集期间的运动；基于所述图像数据和所述运动数据的组合来生成所述对象的所述表面的3D表面图；并且从所述3D表面图中分割所述表面的所述表示。4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，所述方法还包括：获得所述对象的所述表面的计算机断层摄影数据，所述表面具有固定在其上的一个或多个不透射线标记，并且其中，分割所述表面的所述表示基于所述计算机断层摄影数据、所述图像数据和所述运动数据的组合。5.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法(100)，其中，获得所述表面的所述表示包括生成所述表面的2D平面近似结果。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法(100)，其中，确定所述工具的所述仰角包括：计算所述工具的所述表示与所述工具阴影的所述表示之间的阴影角度；并且通过基于所述至少一个光源相对于所述图像传感器的位置调节所述阴影角度来确定所述仰角。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法(100)，其中，确定所述仰角包括：将机器学习算法应用于所分割的所述工具的表示和所分割的所述工具阴影的表示。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法(100)，其中，所述方法还包括：基于所确定的所述工具的取向来计算所述工具的投影轨迹，所述投影轨迹表示在所述工具已经穿过所述对象的所述表面之后所述工具的预测路径。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法(100)，其中，所述方法还包括：生成所述
工具关于所述表面的所述表示的取向的实时可视化。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法(100)，其中，由所述至少一个光源生成的所述光是编码光，每个光源具有唯一编码光签名，从而使得由所述工具投射一个或多个唯一调制阴影，其中，所述方法还包括：对于所述一个或多个唯一调制阴影中的每个唯一调制阴影，根据所述唯一调制阴影来导出所述唯一编码签名；并且基于所导出的唯一编码签名将所述一个或多个唯一调制阴影中的每个唯一调制阴影与光源配对；并且其中，分割所述工具阴影的所述表示基于所配对的一个或多个唯一调制阴影。11.一种包括计算机程序代码模...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：