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。由一种或多种模态在该时间段内确定这些位置。将这些位置收集到位置数据中，并且确定哪个位置数据对于将该图像数据与患者解剖结构配准以及对于重建该患者解剖结构的3D图像是最佳的。者解剖结构的3D图像是最佳的。者解剖结构的3D图像是最佳的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于经由集成患者运动数据来增强3D影像和导航的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2021年3月8日提交的并且标题为“用于经由集成患者运动数据来增强3D影像和导航的系统和方法(Systems And Methods for Enhancement of 3D Imagery And Navigation Via Integration of Patient Motion Data)”的美国临时申请63/157,956号和于2022年2月2日提交的并且标题为“用于经由集成患者运动数据来增强3D影像和导航的系统和方法(Systems And Methods for Enhancement of 3D Imagery And Navigation Via Integration of Patient Motion Data)”的美国技术申请17/649,776号的优先权，这两个申请据此全文以引用方式并入本文。
[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多种模态。
[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。
具体实施方式
[0009]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。
[0010]在外科手术开始之前，外科团队可使用医学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。
[0011]可在一定时间段内执行医学影像扫描。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。
[0012]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。
[0013]在将图像数据与患者解剖结构配准期间，解剖结构的位姿为确定用于将图像数据转换成适当坐标系的坐标变换提供了基础。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。
[0014]配准中的误差是成问题的，因为它们导致导航和影像信息与患者的实际解剖结构失准。例如，外科医生可基于外科医生看到的在显示设备上显示的内容来将器械放置在特定位置中。但是患者解剖结构的感知位姿可能不同于患者解剖结构的实际位姿，从而导致外科器械的错误放置。即使配准误差很小，器械的误放也可能引起外科手术中的严重损伤。因此，期望通过使用减少这些误差的配准位置来提高配准。
[0015]患者的移动可包括不同类型的运动。作为一个示例，手术台的泡沫可能会压缩，导致患者身体的大部分或全部进一步向台漂移。基本上包括患者整个身体的移动的运动称为整体运动。作为另一个示例，在扫描期间，患者身体的一个部位可相对于患者身体的另一部位移动。例如，当患者呼吸时，患者的胸腔和/或背部可上下移动，而其他身体部位诸如患者的头部可相对于胸部运动保持基本上不动。作为另外的实例，患者的整个心脏在其跳动时在形状和大小上可能仅经历小的变化，而患者心脏的内腔在形状和大小上可能会发生显著变化。患者解剖结构的这些种类的局部移动被称为变形。变形可导致对于身体的一个部位最佳的一个配准对于另一个部位是未达最佳的。因此，监视患者解剖结构的变形并执行与身体的不同解剖结构相对应的多次配准可能是有利的。
[0016]监视不同身体部位的局部变形和患者身体的总整体运动可使用用于检测患者运动的多种模态来完成。模态可包括传感器、检测器、观察器或收发器，其在术前扫描期间观察患者解剖结构的移动。该模态可以位置数据(也称为运动数据)的形式记录解剖运动的观察结果，并将其传输到处理器以用于配准。因此，每种模态可捕获一组位置数据，并且所有组的位置数据可被聚集成总位置数据。
[0017]处理器在接收到位置数据后，可针对该数据在其配准过程和3D图像重建过程中的适用性进行评估。处理器可使用位置数据来识别和校正图像数据中的不准确性。例如，该评估可包括确定一种模态的一组位置数据与其余位置数据相比是否不准确或不稳定。该评估可基于用于建立模态中的每种模态的准确性的验证标准。如果处理器确定一组位置数据是不准确的、不稳定的、存在噪声的、被破坏的或以其他方式不适合使用的，则处理器可从配准过程中省略该组位置数据。
[0018]如上所述，处理器可执行对应于身体不同解剖部位的多次配准。处理器可确定一种模态最适合用于在特定解剖结构的局部水平上执行配准，而不同的模态最适合用于在全身水平上或在不同的局部解剖结构上进行配准。此外，处理器可使用来自多于一种模态的位置数据进行配准，选择一种模态作为配准所基于的主要模态，并用来自其他一种或多种
模态的附加位置数据来补充配准。
[0019]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。位置数据可包括患者解剖结构和成像系统之间的位移。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改进配准的结果，并且因此改进导航。使用多种模态可通过收集附加位置数据以及利用各种模态的优势来进一步增强配准的准确性。
[0020]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标号来表示。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；经由多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述患者解剖结构的位置数据；以及使用所述位置数据校正所述图像数据中的不准确性。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括基于由所述多种模态中的一种或多种模态确定的所述患者解剖结构的所述位置数据，将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括经由所述成像系统在所述时间段期间检测基准标记的位置，其中所述基准标记联接到所述患者，其中在所述时间段期间检测到的所述基准标记的所述位置被并入用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的所述患者解剖结构的所述位置数据中。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：经由所述多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述成像系统的位置数据，以及基于所述成像系统的所述位置数据更新所述患者解剖结构的所述位置数据。6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括向所述成像系统和所述多种模态中的每种模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。7.根据权利要求6所述的方法，其中在捕获所述图像数据的所述时间段期间或之后动态地更新层级的指定。8.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括基于模态的层级的所述分级结构从所述成像系统和所述多种模态中的每种模态选择主要模态，所述主要模态提供用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的坐标系。9.根据权利要求1所述的方法，其中第一模态用于观察患者解剖结构的整体运动，并且第二模态用于观察患者解剖结构的变形。10.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述多种模态中的哪种模态用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准基于用于建立所述多种模态中的每种模态的准确性的验证标准。11.一种系统，所述系统包括：第一模态，所述第一模态被配置为捕获患者解剖结构的第一组位置数据；第二模态，所述第二模态被配置为捕获患者解剖结构的第二组位置数据；和处理器，所述处理器被配置为：接收患者的图像数据；...
【专利技术属性】
技术研发人员：P，
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：
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