【技术实现步骤摘要】
本公开总体上涉及计算机辅助外科手术领域。特别地，提出了一种用于确定表面配准的技术。本文中提出的技术可以以一种方法、一种计算机程序产品、一种设备和一种系统的形式来实践。
技术介绍
1、许多计算机辅助外科手术是基于与患者解剖结构相关联的术前获取的数据和与患者解剖结构相关联的术中获取的数据之间的配准来执行的。这种配准可以包括图像到图像或图像到物理的转换。一种常用的图像到物理的转换是表面配准，该表面配准需要获取患者解剖结构的组织表面上的多个点、以及从图像数据导出的相应的表面模型。
2、患者解剖表面上的点的获取可以以不同的方式进行。例如，可以利用无接触技术，如用激光测距扫描仪扫描表面。其他方法包括涉及接触的技术，如将可跟踪标记物附接到表面或用所跟踪的定点装置触摸该表面。
3、在许多外科手术病例中，例如肿瘤治疗，患者解剖结构包括软组织(例如，乳房、肝脏或皮肤)。在涉及接触的技术中，特别是当用定点装置接触该表面时，这样的软组织会变形。由于触摸引发的变形，在配准中引入了误差，因为例如从图像数据导出的相应的表面模型没有变形。此外，因为组织的柔软度和由定点装置施加的力可能在表面上变化，触摸引发的变形在软组织表面上通常不均匀。因此，配准误差还依赖于用户在操作定点装置时的表现。
4、由于计算机辅助外科手术中使用的外科手术器械通常基于配准来导航，因此每个配准误差都会增加患者的健康风险。因此，总体目标是尽可能减少配准误差。
5、为了减少由于触摸引发的变形而引入的配准误差，通常训练用户触摸软组织表面上的已知比其
6、us 11，276，169 b2和us6，560，354 b1公开了基于通过在预定位置处触摸软组织表面而获取的表面数据的配准技术。可以通过附接到表面的标记物、或通过自动识别并显示给用户的解剖特征点(1andmark)来识别预定位置。为了减少由于触摸引发的变形而引入的配准误差，基于例如对应的位置和与最靠近该位置的骨之间的距离，针对每个所触摸的位置对所获取的表面数据进行加权。特别地，已知不易变形的软组织位置(例如，与其他位置相比，在对应的位置与最靠近该位置的骨之间具有较小的距离)可以与用于确定配准的较高权重相关联，因为这些位置通常不易变形。然而，定义预定义位置在他或她对触摸点的选择方面限制了用户。此外，附接标记物需要额外的硬件，并且通常会增加外科手术的持续时间。
7、因此，期望提供一种减少由触摸引发的变形所引入的配准误差的技术，而不过度依赖于用户的经验、或不被限制到预定位置或使用标记物。
技术实现思路
1、需要一种用于确定基于机械获取的第一表面数据而定义的第一软组织表面与基于图像数据而定义的第二软组织表面之间的表面配准的技术，该技术解决一个或更多个上述问题或其他问题。
2、根据第一方面，提供了一种用于确定基于机械获取的第一表面数据而定义的第一软组织表面与基于图像数据而定义的第二软组织表面之间的表面配准的计算机实现的方法。该方法包括：获得所述第一表面数据，其中所述第一表面数据包括通过将所述软组织与定点装置接触而机械获取的第一组点；和对所述第一表面数据应用校正模型以获得经校正的第一表面数据，其中所述校正模型被配置成移动所述第一组中的两个或更多个点的相对位置。该方法还包括至少部分地基于经校正的第一表面数据来确定第一软组织表面与第二软组织表面之间的第一表面配准。
3、所述定点装置可以是被跟踪的探头(例如，具有笔状配置)。所述被跟踪的探头可以被光学地或电磁地跟踪。基于已知的配准技术，所述被跟踪的探头的坐标系可以与(未变形的)软组织的坐标系配准。例如，所述被跟踪的探头可以被光学地跟踪，并且所述探头可以基于指示所述被跟踪的探头和所述软组织的图像数据而被配准到所述软组织的所述坐标系。
4、在一些变型中，校正模型可以被配置成确定第一组中的至少一个点的校正矢量。校正矢量可以定义相对于第一组中的一个或更多个另外的点的偏移。可以为第一组中的单个点、第一组中的多个点、或第一组中的所有点确定对应的校正矢量。
5、在一些变型中，可以至少部分地基于所述被跟踪的探头和所述软组织的被配准的坐标系来确定校正矢量。在一些变型中，可以在第一表面配准之前并且至少部分地基于第一表面数据，已经确定了早期表面配准。在这种情况下，可以至少部分地基于早期表面配准来确定校正矢量。早期表面配准在一些变型中可能不考虑软组织变形(因此与第一配准相比，早期表面配准可能是快速但粗糙的配准)。
6、在一些变型中，校正矢量可以垂直于第一软组织表面定向。可以至少部分地基于所述被跟踪的探头和所述软组织的被配准的坐标系来确定校正矢量的定向。另外，或者在替代方案中，可以至少部分地基于早期表面配准来确定校正矢量的定向。
7、在一些变型中，获得第一表面数据可以包括，针对所述第一组中的至少一个点，当所述定点装置在对应的点处接触所述软组织时，确定所述定点装置与所述第一软组织表面的表面法线之间的角度。为此，可以跟踪定点装置。可以直接在对应的点处或者在位于围绕对应的点的区域中的第一软组织表面上的一个或更多个点处确定表面法线。可以至少部分地基于指示软组织的图像数据、或基于软组织模型或其组合来确定表面法线。可以至少部分地基于针对与对应的校正矢量相关联的点所确定的角度来确定所述校正矢量。
8、校正矢量的最大长度可以是预定义的。最大长度可以在0.1mm与10mm之间(例如，在0.5mm与5mm之间)。
9、所述第一组中的至少一个点可以与位于所述软组织表面下方的硬组织表面上的对应的点相关联。在这些变型中，获得所述第一表面数据可以包括，针对所述第一组中的至少一个点，确定所述第一组中的对应的点与所述硬组织表面上的相关联的点之间的距离。可以至少部分地基于针对所述第一组中的与所述校正矢量相关联的点所确定的距离来确定所述校正矢量。所述硬组织表面上的对应的点可以是所述硬组织表面上的最靠近所述第一组中的相关联的点的点。可以通过优化算法自动地确定最靠近的点。
10、在一些变型中，可以至少部分地基于接收所述距离作为输入参数的线性软组织变形模型来确定所述校正矢量。线性软组织变形模型可以定义以下中的至少一个：最小距离阈值，低于所述最小距离阈值不会发生变形；和指示基于最大距离的变形的最大距离阈值。
11、在一些变型中，可以至少部分地基于多项式变形模型或对数变形模型确定校正矢量。在一些变型中，可以确定额外的信息，例如组织类型。可以基于例如医学图像数据(例如，软组织的ct扫描)来确定额外的信息，并且可以至少部分地基于该额外的信息来确定校正矢量。在一些变型中，可以基于对应的点处的软组织的厚度来确定模型，并且可以至少部分地基于所确定的模型来确定校正矢量。
12、在一些变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定基于机械获取的第一表面数据而定义的第一软组织表面与基于图像数据而定义的第二软组织表面之间的表面配准的计算机实现的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校正模型被配置成确定所述第一组中的至少一个点的校正矢量，其中所述校正矢量定义了相对于所述第一组中的一个或更多个另外的点的偏移。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述校正矢量垂直于所述第一软组织表面定向。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，获得所述第一表面数据包括，针对所述第一组中的至少一个点，当所述定点装置在对应的点处接触所述软组织时，确定所述定点装置与所述第一软组织表面的表面法线之间的角度；并且其中
6.根据权利要求2所述的方法，其中
7.根据权利要求2所述的方法，其中
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
9.根据权利要求7所述的方法，其中：
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
11.根据权利要求7所述的方法，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种用于确定基于机械获取的第一表面数据而定义的第一软组织表面与基于图像数据而定义的第二软组织表面之间的表面配准的计算机实现的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校正模型被配置成确定所述第一组中的至少一个点的校正矢量，其中所述校正矢量定义了相对于所述第一组中的一个或更多个另外的点的偏移。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述校正矢量垂直于所述第一软组织表面定向。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，获得所述第一表面数据包括，针对所述第一组中的至少一个点，当所述定点装置在对应的点处接触所述软组织时，确定所述定点装置与所述第一软组织表面的表面法线之间的角度；并且其中
6.根据权利要求2所述的方法，其中
7.根据权利要求2所述的方法，其中
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
9.根据权利要求7所述的方法，其中：
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
11.根据权利要求7所述的方法，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克·凯瑟伯格，克里斯汀·温恩，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。