通过使用图像引导系统来增强医学影像的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于将医学图像数据与解剖位置配准的设备、系统和方法。由成像系统在一定时间段内捕获该图像数据。由跟踪系统在该时间段内确定这些位置。对这些位置求平均以确定该解剖结构的平均位置，然后使用该平均位置将该图像数据与该解剖结构配准。然后可使用基于该平均位置的配准来提高该解剖结构的3D图像的质量，以及改进外科手术的导航。以及改进外科手术的导航。以及改进外科手术的导航。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过使用图像引导系统来增强医学影像的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2021年2月16日提交并且标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR MEDICAL IMAGERY ENHANCEMENT BY USE OF IMAGE GUIDANCE SYSTEM”的美国临时申请63/149,739号的优先权，该申请据此全文以引用方式并入。


[0003]本公开整体涉及用于医学影像领域的设备、系统和方法。更具体地，本公开涉及用于配准医学图像数据的设备、系统和方法。
附图说明
[0004]从结合附图作出的以下描述和所附权利要求书，本文所公开的实施方案将变得更加显而易见。这些附图仅描绘将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述的典型实施方案，在附图中：
[0005]图1是根据一个实施方案的手术室的透视图，该手术室具有收集患者解剖结构的图像数据的成像系统和确定患者解剖结构的位置数据的跟踪系统。
[0006]图2是根据一个实施方案的用于将图像数据与患者解剖结构配准的方法的流程图。
[0007]图3是根据一个实施方案的用于重建患者解剖结构的三维(3D)图像的方法的流程图。
[0008]图4是根据一个实施方案的被配置用于配准和3D图像重建的计算系统的框图。
[0009]图5是根据一个实施方案的在患者解剖结构的影像扫描期间患者解剖结构的相对运动的曲线图。
具体实施方式
[0010]患者的解剖结构的医学影像可在外科医生于外科手术期间对患者进行手术时帮助外科医生。影像可帮助外科医生可视化相关的解剖结构并且在手术期间准确地放置外科器械。成像系统捕获患者的内部解剖结构的图像，诸如患者的器官的剖视图。
[0011]在外科手术开始之前，外科团队可使用成像系统捕获患者的解剖结构的术前成像扫描。成像系统可以是断层摄影系统，诸如磁共振成像(MRI)系统或计算机断层摄影(CT)系统。通常，在患者躺在手术台上时进行扫描。在一些实施方案中，成像系统绕轴线环绕患者并且从围绕患者的不同角度收集扫描图像数据。该图像数据被构造成图像，诸如患者的解剖结构的截面图像。
[0012]可在一定时间段内执行医学影像扫描。在一些实施方案中，扫描持续的时间段为大约18秒。在一些实施方案中，该时间段为大约28秒。在扫描的时间段期间，从对应于在整个扫描的时间段内的各个时间点的多个视点收集图像数据数组。
[0013]在扫描完成之后，可基于在扫描的时间段期间解剖结构的一个或多个位置将图像
数据与患者解剖结构配准。配准涉及确定坐标变换，该坐标变换将图像数据映射到适当的坐标系中以将图像数据覆盖在患者的当前图像之上以供外科医生导航。导航包括识别特定解剖结构和/或外科器械的位姿(例如，位置和取向)的过程。
[0014]在图像数据与患者解剖结构的配准期间，使用解剖结构的位姿来确定坐标变换。通常，被选择用于配准的位姿是扫描开始时患者解剖结构的初始位姿。然而，在扫描期间，患者解剖结构相对于成像系统的位姿可能发生改变。此类改变的原因包括成像系统的振动和患者的移动。位姿的改变可能导致配准过程中的误差，这可能对导航并且最终对外科手术有害。
[0015]本文的实施方案可通过在扫描期间收集位置数据并且使用该位置数据来确定配准所基于的患者解剖结构在术前扫描中的更准确位姿来改进配准过程。位置数据包括患者解剖结构和成像系统之间的距离。并非使配准基于在扫描之前或开始时确定的位姿，而是可基于在扫描期间确定的一个或多个位姿来完成配准。例如，可根据在扫描期间收集的位置数据计算患者解剖结构的平均位置。使用输入到配准过程中的位姿的平均位置可通过减小最大位移来改进配准的结果。因此，导航可得到改进。
[0016]参考附图可理解实施方案，其中在整个附图中类似的部分由类似的数字来表示。受益于本公开的本领域的普通技术人员将容易理解，如本文在附图中一般描述和示出的实施方案的部件可以各种不同配置来布置和设计。因此，如附图中表示的各种实施方案的以下更详细描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅表示各种实施方案。虽然附图中呈现了实施方案的各个方面，但附图未必按比例绘制，除非特别指出。
[0017]图1描绘了成像与位置跟踪系统100的透视图。手术台103在手术室内，患者101躺在该手术台上。在外科手术开始之前，成像系统140围绕患者101定位以运行扫描并收集患者的解剖结构的影像(例如，术前扫描)。跟踪系统150可用于监视场景并且观察患者跟踪器105和成像系统跟踪器145的移动。跟踪系统150可在整个扫描内确定患者跟踪器105和成像系统跟踪器145之间的相对位置。患者跟踪器105和成像系统跟踪器145之间的相对位置可被转换成患者解剖结构和成像系统140之间的相对位置。这种转换可基于成像系统140和成像系统跟踪器145之间以及患者解剖结构和患者跟踪器105之间的已知位置关系。
[0018]跟踪系统150可以是图像引导系统。图像引导系统使用光学技术来检测和监视各种跟踪器的位姿。具体地，图像引导系统可检测患者跟踪器105、器械跟踪器和成像系统跟踪器145。
[0019]患者跟踪器105是由外科医生联接到患者101的设备。患者跟踪器105可以是参考系。参考系可以是其上具有可由跟踪系统150检测的不同表面的刚性对象。参考系可搁置在患者101的身体上，联接到由外科医生用来在手术期间约束患者101的夹具，或以某种其它方式联接到患者101。跟踪系统150确定参考系在三维空间中的位姿。参考系的位姿的确定可在整个扫描的时间段内以及在外科手术期间的扫描之后发生。这些位姿可包括在由跟踪系统150收集并存储的位置数据数组中。
[0020]器械跟踪器是联接到外科器械的设备或外科器械的一部分。该器械跟踪器可以是具有用于由跟踪系统150检测的不同表面的刚性对象，类似于患者跟踪器105。跟踪系统150在外科手术期间确定器械跟踪器在三维空间中的位姿。
[0021]除了检测联接到患者101的患者跟踪器105和联接到外科器械的器械跟踪器之外，
跟踪系统150还可检测嵌入在成像系统140内或联接到该成像系统的成像系统跟踪器145。跟踪系统150可在整个术前扫描的时间段内确定成像系统跟踪器145在三维空间中的位姿。为此，跟踪系统150可采用与用于检测和跟踪患者跟踪器105的方法类似的方法。
[0022]跟踪系统150可在整个扫描的持续时间内检测和跟踪患者跟踪器105和成像系统跟踪器145的位姿。这些跟踪器的位姿可被相互比较以确定患者跟踪器105相对于成像系统跟踪器145的位置。
[0023]患者跟踪器105和成像系统跟踪器145的相对位置可被记录。患者跟踪器105相对于成像系统140的这些位置的数组可在整个扫描的持续时间内确定。相对位置的此类数组可以是由跟踪系统150确定的位置数据的一部分。
[0024]位置数据包括患者解剖结构和成像系统之间的距离。位置数据可包括矩形位置和旋转位置两者。该位置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】1.一种用于将图像数据与患者的解剖结构配准的方法，所述方法包括：经由成像系统在一定时间段内捕获患者解剖结构的图像数据；在捕获所述图像数据的所述时间段期间，经由跟踪系统确定所述患者解剖结构相对于所述成像系统的位置数据；以及基于所述位置数据将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：对所述时间段内的所述位置数据求平均，以确定所述患者解剖结构相对于所述成像系统的平均位置。3.根据权利要求2所述的方法，其中用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的所述位置数据是所述患者解剖结构的所述平均位置。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：经由所述跟踪系统跟踪联接到所述成像系统的成像系统跟踪器和联接到所述患者的患者跟踪器，其中所述位置数据基于所述时间段期间所述成像系统跟踪器的位置和所述患者跟踪器的位置。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述患者跟踪器是用于导航的参考系。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述跟踪系统是图像引导系统。7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：根据所述图像数据和所述位置数据重建所述患者解剖结构的3D图像。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述位置数据用于对准所述图像数据。9.一种用于将图像数据与患者的解剖结构配准的方法，所述方法包括：经由成像系统在一定时间段内捕获患者解剖结构的图像数据；在捕获所述图像数据的所述时间段期间，经由跟踪系统确定所述患者解剖结构相对于所述成像系统的位置数据；以及根据所述图像数据和所述位置数据重建所述患者解剖结构的3D图像。10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：对所述时间段内的所述位置数据求平均，以确定所述患者解剖结构相对于所述成像系统的平均位置。11.根据权利要求10所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：美敦力导航股份有限公司，
类型：发明
国别省市：