光學形狀感測系統到成像系統的無輻射配準的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于將光學形狀系統配準到成像系統的配準系統(13)，所述成像系統具有如輻射C臂設備的成像設備(2)和如光學形狀感測跟蹤設備的跟蹤設備(4)。一個或多個光學相機(27)用于檢測被跟蹤目標的定位信息以將形狀坐標系與成像系統的坐標系進行配準。將光學相機與成像系統進行預校準，使得相機系統中的檢測到的定位信息能夠被直接轉換到所述成像系統。
【專利說明】
光學形狀感測系統到成像系統的無輻射配準
技術領域
[0001]本發明涉及用于將跟蹤系統配準到成像系統的配準系統、配準方法以及配準計算機程序的領域。本發明還涉及用于對目標進行成像的成像系統和成像方法的領域。本發明也涉及包括所述成像系統的介入系統以及用于在所述介入系統中使用的介入設備的領域。
【背景技術】
[0002]WO 2007/115825 Al公開了一種用于將相機的圖像與用于圖像引導的外科手術的手術中圖像進行配準的增強設備。所述增強設備包括:相機;成像設備，其用于在手術中生成三維圖像或四維圖像；以及跟蹤系統，其用于跟蹤所述相機和所述成像設備。通過跟蹤所述成像設備和所述相機，它們能夠被配準為使得由所述相機生成的圖像與由所述成像設備生成的圖像能夠同時被可視化在同一坐標系中。
[0003]WO 2013/102827 Al公開了一種用于確定介入儀器在對象內的定位的定位確定裝置，其中，所述介入儀器包括要被引入到所述對象中的第一部分和要在所述第一部分被引入到所述對象中時處在所述對象的外部的第二部分。圖像數據集提供單元提供所述對象的內部的圖像數據集，儀器定位提供單元確定所述介入儀器的所述第二部分的定位，并且實際圖像提供單元提供所述對象內的所述介入儀器的實際圖像。空間關系確定單元然后基于所述實際圖像以及所述第二部分的定位來確定在所述對象的外部的所述第二部分的定位與在所述對象內的所述第一部分的定位之間的空間關系，并且定位確定單元取決于所述第二部分的定位以及所述第一部分與所述第二部分之間的所述空間關系來確定所述第一部分在所提供的圖像數據集內的定位。
[0004]US 2011/0098553 Al公開了一種用于配準圖像的方法。患者的身體的部分的圖像和第一標記的圖像通過定義圖像坐標系的成像系統來獲得。圖像引導系統用于獲得示出第二標記的位置圖像，所述第二標記被定位在相對于所述第一標記的定位已知的位置處。圖像引導系統限定位置坐標系，其中，圖像坐標系和位置坐標系基于所述第一標記和所述第二標記在圖像中的定位以及這些標記的已知相對關系來自動配準。
[0005]US 2010/0056904 Al公開了一種介入系統，所述介入系統包括如導管的介入儀器，所述介入儀器要從插入部位被導航到患者內的處置部位。在導航流程期間，裝備有光纖構件的所述介入儀器通過使用光學形狀感測(OSS)而被跟蹤，其中，所跟蹤的位置被示出在所述患者的磁共振圖像上。為了在所述患者的所述磁共振圖像上示出由OSS跟蹤的所述介入儀器的位置，用于跟蹤所述介入儀器的OSS跟蹤系統和用于生成所述磁共振圖像的磁共振成像(MRI)系統需要彼此進行配準。因此，OSS設備(例如，OSS集成的導絲或導管)必須與MRI圖像進行配準。在上述現有技術的系統中，MR圖像配準通過在所述磁共振圖像內標記所述介入儀器的所述光纖構件上的多個已知點而被執行，其中，所述已知點使標記在所述磁共振圖像中可見。
[0006]盡管常規的配準系統解決了許多形狀的圖像配準問題，但是可能存在其中可能要求不同類型的配準的不同的情形。例如，可能在某些情況下期望自動配準，可能優選進一步減少輻射，或者成像設備(例如，C臂設備)可以是移動的并且配準必須在無論何時設備被移動的情況下重新應用，或者形狀感測系統可以是移動的并且配準可能需要在系統被移動到手術室中的另一位置時被更新多次。此外，如果X射線成像系統被使用，則用戶可以優選使用僅僅一個視角并且不想要采集來自另一角度的X射線圖像，或者用戶可能想要在X射線圖像被采集之前看到形狀使能設備被配準。
【發明內容】
[0007]本發明的目標是提供一種用于將成像設備與跟蹤設備進行配準的自動配準系統、配準方法以及配準計算機程序，其中，所述成像設備用于生成目標的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述目標的定位，其中，對于配準無需輻射。
[0008]本發明的另一目標是提供一種用于將成像設備與跟蹤設備進行配準的自動配準系統、配準方法以及配準計算機程序，其中，所述成像設備用于生成目標的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述目標的位置，其中，單個C臂定位或視圖對于配準是足夠的。
[0009]本發明的另外的目標是提供一種用于將成像設備與跟蹤設備進行配準的自動配準系統、配準方法以及配準計算機程序，其中，所述成像設備用于生成目標的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述目標的位置，其中，所述成像設備和/或OSS設備的移動能夠被有效地操縱。
[0010]該目標通過根據權利要求1所述的配準系統、根據權利要求9所述的成像系統、根據權利要求10所述的介入系統、根據權利要求11所述的配準方法、根據權利要求12所述的成像方法以及根據權利要求13所述的配準計算機程序來實現。
[0011]因此，至少一個光學相機被建議用于將形狀配準到圖像。所述目標(例如，OSS設備)的定位能夠基于由所述至少一個光學相機生成的所述目標的至少一幅圖像來檢測，所述至少一個光學相機可以被定位在與所述成像設備進行校準的位置處。通過使用(一個或多個)光學相機，能夠在被預配準到所述成像設備的坐標系的相機坐標系中檢測到所述目標。在此之后，能夠將從所述跟蹤設備獲得的形狀數據與在已經與所述成像系統的坐標系進行校準的光學相機坐標系中檢測到的設備或目標進行配準。
[0012]所提出的解決方案允許所述目標與所述成像系統(例如，X射線系統)的無輻射配準以及當所述跟蹤系統或所述成像系統移動時對配準參數的容易的更新。這允許將OSS應用到移動的C臂系統。此外，在所述跟蹤系統是移動的并且在外科手術期間被移動的情況下快速更新配準。
[0013]此外，單個C臂定位對于將所述跟蹤系統與所述成像系統進行配準是足夠的。在基于X射線的配準中，可能需要多個視圖來計算三維(3D)中的準確的配準參數。在這種情況下，無需將所述成像系統的所述C臂移動到另一位置，這是因為多個光學相機能夠在所述C臂的一種設置中得到3D信息。
[0014]根據第一選項，所述目標檢測單元可以適于基于被提供在所述目標上的標記來提供所述目標的定位數據。這種標記提供對所述目標的重建的增加的準確度的優點。此外，針對所述目標的所提出的標記無需是不透射線的。不同的光特性是足夠的。正因如此，它們能夠例如采用塑料、硅樹脂等被放置在設備周圍，這將節省成本。
[0015]根據能夠與以上第一選項相組合的第二選項，可以將所述至少一個光學相機設備的坐標系與所述成像設備的坐標系進行預校準，使得由所述跟蹤系統生成的光學形狀數據能夠被直接轉換到所述成像設備的坐標系。
[0016]根據能夠與以上第一選項或第二選項相組合的第三選項，所述至少一個光學相機設備可以被定位在與所述成像設備的C臂進行校準的位置處。在更具體的范例中，所述至少一個相機可以被嵌入在所述成像設備的探測器邊沿的一側處。由此，能夠實現(一個或多個)光學相機設備與C臂之間的預定定位關系，這方便進行配準。
[0017]根據能夠與第一選項到第三選項中的任一項相組合的第四選項，所述目標適于在醫學介入中使用，并且所述配準系統可以適于在所述目標處于患者的身體外部時并且在將所述目標插入到所述患者的所述身體中之前執行所述配準。由此，能夠通過僅僅將所述目標放置到至少一個相機設備的視場中來簡化配準。
[0018]根據能夠與第一選項到第四選項中的任一項相組合的第五選項，所述配準系統可以適于將所獲得的所述目標的配準參數傳播到其他目標。由此，能夠在無需將所插入的目標放置到所述至少一個光學相機設備的視場中的情況下對所插入的目標進行配準。
[0019]根據能夠與第一選項到第五選項中的任一項相組合的第六選項，所述目標檢測單元可以適于使用所述目標的預定義形狀來進行檢測和重建以獲得所述介入設備的定位，所述介入設備的內部具有所述跟蹤設備的光纖。這允許對所述目標的更準確的檢測和重建。
[0020]根據能夠與第一選項到第六選項中的任一項相組合的第七選項，所述配準單元可以適于基于以下中的至少一個來更新或細化配準:所述成像設備的圖像和被提供在被輻射的患者上的跟蹤標記。由此，能夠在所述成像設備的操作期間連續地更新或細化所述配準。
[0021]應當理解，根據權利要求1所述的配準系統、根據權利要求9所述的介入設備、根據權利要求10所述的介入系統、根據權利要求11所述的配準方法、根據權利要求12所述的成像方法以及根據權利要求13所述的配準計算機程序具有尤其如在從屬權利要求中定義的相似和/或相同的優選實施例。
[0022 ]應當理解，本發明的優選實施例也能夠為從屬權利要求或以上實施例與各自的獨立權利要求的任何組合。
[0023]參考下文描述的實施例，本發明的這些方面和其他方面將變得明顯并且得到闡明。
【附圖說明】
[0024]在附圖中:
[0025]圖1示意性且示范性地示出了根據第一實施例的介入系統的實施例;并且
[0026]圖2示出了示范性地圖示用于對導絲進行成像的成像方法的第二實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]現在基于包括具有固定的C臂或移動的C臂的X射線成像系統以及OSS使能形狀感測介入設備或儀器(例如，導管、導絲、支架移植物、等)的介入系統來描述本發明的各種實施例。
[0028]圖1示意性且示范性地示出了介入系統I的第一實施例，所述介入系統I包括用于執行介入流程的介入儀器。在該實施例中，介入儀器是導管33，其由導管控制單元15控制。導管控制單元15和導管33可以適于執行例如在躺在如患者臺26的支撐裝置上的患者25的心臟24內的消融流程。然而，導管33和導管控制單元15也能夠適于執行另一介入流程。此夕卜，介入系統I也能夠包括如探針的另一介入儀器。在該實施例中，導管33適于應用射頻(RF)消融流程，其中，導管控制單元15適于向被布置在導管33的端部23處的消融電極提供RF能量。更具體地，導管33的端部23抵靠心肌的內表面被定位為盡可能接近異常節律的來源的部位，并且導管控制單元15適于將RF電流傳遞到通過導管33的端部23的區中以便燒灼(灼燒)并殺死負責異常心臟搏動的細胞。
[0029]為了將導管33插入到心臟24中，使用導絲，所述導絲是另外的介入儀器并且其裝備有連接到跟蹤控制單元4的用于確定導絲在患者25內的位置的OSS纖維(S卩，用于通過OSS來確定患者25內的導絲的定位和形狀)。為了確定導絲在患者25內的位置，能夠使用已知的OSS技術，如US 7772541 B2中公開的技術，通過引用將其并入本文。裝備有OSS纖維和跟蹤控制單元4的導絲，尤其是裝備有OSS纖維和跟蹤控制單元4的導絲，能夠被認為是用于跟蹤導絲在患者25內的位置的跟蹤設備或OSS系統。
[0030]介入系統I還包括成像設備2，所述成像設備2在該實施例中為X射線C臂系統。成像設備2包括生成貫穿患者25的X射線19的X射線源18和用于探測在已經貫穿患者25之后的X射線的X射線探測器21 d射線源18和X射線探測器21被附接到C臂20，所述C臂20可繞患者25旋轉以在不同投影方向上采集X射線投影圖像。
[0031]此外，一個或多個光學相機27用于將介入儀器的形狀坐標系與X射線成像系統的坐標系進行配準。光學相機與X射線成像系統進行預校準，使得在相機系統中檢測到的信息能夠被直接轉換到X射線成像系統。因此，至少一個光學相機27與C臂20進行校準。至少一個相機27被定位在探測器邊沿的相應側處并且能夠用于在介入儀器(例如，導絲)被使用在身體中之前將其進行配準或者在成像系統或OSS系統中的一個或兩者的定位被改變時更新配準(即，重新配準)。因此，OSS系統可以是移動的或固定的。
[0032]當具有至少一個光學相機27的相機系統適于提供在其視場中的OSS設備(例如，導絲)的至少一幅圖像時，圖1中的OSS系統的跟蹤控制單元4提供光學形狀數據。基于該至少一幅圖像，目標檢測單元5檢測OSS設備在二維投影圖像中的定位并且能夠將在多個視角中的檢測結果進行組合以生成相機坐標系或另一參考系中的3D設備定位。兩個數據集(S卩，跟蹤控制單元4的光學形狀數據和從至少一個相機27的圖像導出的3D設備定位)作為輸入被供應到配準單元6。
[0033]因此，至少一個光學相機27提供其中OSS設備可見的至少一幅圖像。目標檢測單元5可以使用目標檢測算法，所述目標檢測算法分析至少一幅圖像以找到OSS設備在至少一幅圖像中的坐標。如果使用了多個相機27，則可以針對每幅相機圖像提供目標檢測過程。在多個相機的情況下，光學相機27已經提前彼此進行校準。根據在每個相機視角中的檢測結果，目標檢測單元5可以計算OSS設備在光學相機27中可見的部分的3D定位。該3D定位數據能夠用于與從跟蹤控制單元4獲得的形狀數據進行配準。此外，由于每個光學相機27與成像系統2之間的幾何變換是已知的，因此所獲得的坐標能夠被變換或者來自配準的最終變換值能夠與成像系統2相關。
[0034]在備選實施例中，能夠具有針對兩個OSS設備(即，導管33和導絲)的光學形狀數據。
[0035]OSS使能介入儀器(例如，導絲)可以具有能夠利用至少一個光學相機27進行檢測的標記28。基于這些標記28和多個相機視角，能夠重建介入儀器(例如，導絲)的3D定位。
[0036]應當指出，在圖1中，標記28被示出在導管33上。在這種情況下，導管33將為在內部具有OSS纖維的OSS使能介入儀器。然而，在所描述的實施例中，OSS使能介入儀器對應于未在圖1中示出的導絲。如以上已經提及的，甚至兩個介入儀器(即，導管33和導絲)都可以為OSS使能儀器。
[0037]成像設備2由成像設備控制單元22控制，所述成像設備控制單元22從X射線探測器21接收探測值并基于接收到的探測值來生成二維投影圖像。所述二維投影圖像被提供到目標檢測單元5以在二維投影圖像中檢測導絲，使得能夠細化基于至少一個光學相機27的圖像的初始配準。
[0038]此外，介入系統I包括用戶接口，所述用戶接口允許用戶通過使用如鍵盤、計算機鼠標、觸摸屏等的輸入單元16和顯示器17與系統交互。
[0039]由于至少一個光學相機27需要視線視角，因此要被配準的設備(S卩，導絲)必須是被(一個或多個)相機27可見的。這意味著當要被配準的設備在身體的內部時，僅僅能夠經由患者25的身體的外部的其他OSS設備來完成配準。因此，能夠考慮保持一個OSS設備在身體的外部。在以下描述中，假定一旦OSS設備與X射線成像系統進行配準，就能夠通過使用OSS設備之間的空間關系的知識，尤其是通過使用在OSS系統中的固定物的相對位置的知識來將該配準傳播到其他OSS設備，無論它們是在身體中還是在身體外部。因此，OSS系統可以包括若干OSS設備，其中，OSS設備之間的空間關系是已知的。至少一個OSS設備可以在身體的外部并且用于通過使用光學相機設備來將OSS設備與成像設備進行配準。由于OSS設備之間的空間關系是已知的，因此外部OSS設備與成像系統之間的配準能夠被傳播到在身體的內部的一個或若干其他OSS設備。OSS設備之間的空間關系可以從校準測量結果中獲知。尤其地，OSS系統可以包括具有若干槽的附接元件，所述附接元件可以被認為是固定物，OSS設備可以被附接到這種固定物。槽相對于彼此的位置可以從校準測量結果中獲知。此外，由于OSS設備的纖維軸可能未以相同的方式在槽的位置處進行配準，因此OSS設備的旋轉位置，尤其是纖維軸的位置，也可以通過校準測量結果來確定。該信息能夠定義OSS設備之間的空間關系并且能夠用于將與成像設備的配準從一個OSS設備傳播到另一 OSS設備。
[0040]介入系統I還包括用于確定定義OSS設備與成像設備2的配準的配準參數的配準單元6，其中，配準單元6適于通過計算由跟蹤系統(S卩，OSS系統)定義的形狀坐標系與成像設備2的坐標系之間的空間變換來確定配準參數。
[0041]在已經計算了配準之后，導絲能夠在患者25內被移動，其中，在移動期間，跟蹤控制單元4能夠跟蹤導絲在患者25內的位置并且導絲的被跟蹤的位置能夠被示出在二維投影圖像上而無需再次采集這些投影圖像。因此無需連續地采集二維投影圖像以確定導絲在患者25內相對于患者25的內部解剖結構的位置。
[0042]目標檢測單元5和配準單元6能夠被認為是形成用于將成像設備2與如從跟蹤系統獲得的OSS設備的3D光學形狀感測數據進行配準的配準系統13。
[0043]在下文中，將參考圖2中示出的流程圖示范性地描述根據第二實施例的用于監控介入流程的成像方法。
[0044]在步驟201中，OSS設備(S卩，在實施例中的導絲)被布置在至少一個光學相機27的視場中，并且(一個或多個)光學相機27生成OSS設備的至少一幅圖像。在步驟202中，目標檢測單元5在(一幅或多幅)圖像中檢測OSS設備，生成用于導絲的(3D)重建的(3D)定位數據，并且基于由(一個或多個)光學相機27生成的(一幅或多幅)圖像和從跟蹤控制單元4獲得的形狀數據來提供導絲的表示。在步驟203中，配準單元6確定定義成像設備2與OSS設備的3D光學形狀感測數據的配準的配準參數。步驟201到203能夠被認為是形成一種配準方法，其可以在校準流程期間被執行，在所述校準流程中介入系統在導絲被插入到患者25中之前被校準。
[0045]在已經確定了配準參數然后，患者25能夠被布置在成像設備2的視場內的支撐裝置26上，使得成像設備2能夠在步驟204中生成患者25內的感興趣區域的二維投影圖像。感興趣區域優選為患者25內的區域，導絲應當被移動通過該區域。然后，導絲能夠被引入到患者25中，并且在導絲的引入和導絲在患者25內的移動期間，在步驟205中由跟蹤控制單元4跟蹤導絲的位置。在步驟206中，由位置確定單元14基于導絲的被跟蹤的位置和所確定的配準參數來確定導絲在已經在步驟204中采集的二維投影圖像內的位置，并且顯示器17示出導絲在二維投影圖像內的所確定的位置。在步驟207中，核查導絲在二維投影圖像內的位置的成像是否應當被停止。例如，核查用戶是否已經經由輸入單元16將導絲在二維投影圖像內的位置的成像應當被停止輸入到介入系統中。如果是這種情況，則該方法在步驟208中結束。否則，該方法利用步驟205繼續。尤其地，步驟205和206連續地循環執行，直到導絲在二維投影圖像內的位置的成像應當停止。通過在導絲在患者25內的移動期間循環地執行步驟205和206，用戶能夠實時地監測導絲在患者25內的移動，而無需實時采集X射線圖像。在另外的實施例中，還能夠在步驟207中核查成像設備的視場是否已經被修改，其中，在這種情況下該方法可以利用步驟204繼續。
[0046]在重新配準應當是必要的情況下，例如由于成像系統的運動和/或OSS系統的運動，則該流程可以循環回到步驟201以便還重復配準過程。這能夠通過添加在從步驟207到步驟205的向后分支的另一判定步驟(例如，“要求重新配準?”)來實現。如果不要求重新配準，則該流程在步驟205處繼續。否則，如果要求重新配準，則改流程在步驟201處繼續。
[0047]存在各種方式來完成基于光學相機的OSS設備(例如，導絲)的配準。作為第一選項，用戶(例如，醫學組的成員)可以將OSS設備保持在(一個或多個)光學相機27下，并且OSS設備由目標檢測單元5檢測。檢測結果可以被顯示在圖1的用戶接口的顯示器17上，并且當檢測令人滿意時，通過計算跟蹤設備的坐標系與成像系統的坐標系之間的變換來執行配準。
[0048]當移動的OSS系統或移動的C臂被移動時，能夠執行類似的流程。在身體的外部的OSS使能設備由至少一個光學相機27拾取并被配準到成像系統。
[0049]作為另一選項，代替將OSS設備保持在至少一個光學相機27下，OSS設備能夠位于患者臺26上或患者25上，并且能夠根據其來完成配準。
[0050]如果OSS設備具有在光學相機中可見的標記28以進行更加準確的3D重建，則這些標記28能夠在設備制造期間被放置在設備周圍并且能夠例如由塑料或硅樹脂制成。它們不是必須具有任何輻射不透性。這是有利的，這是因為它未修改任何操縱特性并且它不增加任何額外成本。標記能夠僅僅為具有預定義距離的色條，所述色條能夠由算法使用以允許在由(一個或多個)光學相機27拾取的相機圖像中進行檢測。
[0051]作為另外的選項，OSS設備可以被放置在預定義形狀中，并且目標檢測單元5使用該預定義形狀而能夠檢測OSS設備并在3D中更加準確地對其進行重建。
[0052]當移動的C臂與固定的OSS系統被一起使用時，光學形狀和X射線系統能夠在手術室中的任何地方處被配準，并且移動的C臂定位能夠被自動確定位置。該位置信息能夠用于在移動的C臂系統處于室內的另一位置中時更新其他參數，例如可能在介入的開始時已經完成的X射線/CT(計算機斷層攝影)配準。該選項放開了在移動的C臂環境中使用OSS的可能性。
[0053]在(一個或多個)光學相機27的視角中能夠甚至存在多個OSS設備。在這種情況下，在不同視角中的標記對應關系能夠用于區分各目標或者如果每個OSS設備具有不同類型的標記，則該信息能夠用于將各OSS設備分開。
[0054]所提出的配準系統提供針對三維OSS到二維X射線圖像配準的完整自動解決方案。
[0055]如果使用了標記28，則能夠通過曲線擬合流程來確定基于標記的重建，其中，能夠使用該設備的高階近似。該曲線能夠被擬合到所添加的標記，使得結果得到的曲線實現來自鄰近曲線上的圖像元件的各圖像元件(其優選為像素)的最高強度差。其他量度也能夠用于擬合曲線，其中，該曲線被確定為使得相應量度被優化，S卩，被最小化或最大化。例如，針對相應曲線上的所有圖像元件的血管特征響應的和與所有相鄰圖像元件的血管特征響應的和之間的差能夠被用作用于擬合曲線的量度。另外的備選量度例如為第一導數、邊緣響應等。血管特征響應可以被定義為如例如在K.Krissian等人的文章“Mode1-BasedDetect1n of Tubular Structures in 3D images”(Computer Vis1n and ImageUnderstanding，第80卷，第2號，第130頁到第171頁，2000年)中或在A.F.Frangi等人的文章“Multiscale vessel enhancement filtering”(Medical Image Computing andComputer-Assisted Intervent1n-MICCAI'98,Lecture Notes in Computer Science，第1496卷，第130頁到第137頁，1998年)中公開的海森矩陣的函數，通過引用將其并入本文。邊緣響應可以如J.Canny的文章 “A Computat1nal Approach To Edge Detect1n”( IEEETransact1ns on Pattern Analysis and Machine Intelligence，第8卷，第6號，第679頁到第698頁，1986年)中所公開的來確定，通過引用也將其并入本文。
[0056]因此，在3D中的設備的相機可見部分根據多個相機圖像來重建并且直接與3DOSS數據進行配準。僅僅該設備的部分需要被至少一個光學相機27可見。以這種方式，配準能夠基本上獨立于設備特性，即基本上獨立于OSS跟蹤設備的特性來實現。此外，該配準流程不限于某種成像模態。因此，盡管在上述實施例中成像設備為X射線C臂設備，但是在其他實施例中，其他成像設備也能夠被配準，如其他放射攝影成像設備、超聲成像設備、磁共振成像設備等。
[0057]因此，表示可以不僅基于被添加到相應圖像的標記28來確定，而且額外地能夠基于從至少一個光學相機27獲得的相應圖像的圖像元件的圖像值來確定。
[0058]作為另外的選項，圖1的配準單元6可以適于在成像設備2的圖像在導絲或導管33的插入之后變得可獲得的情況下基于所述圖像來更新或細化配準。
[0059]作為額外的選項或備選的選項，如果患者25具有可跟蹤的標記，一旦形狀與成像坐標系被配準，則初始配準能夠在成像設備2被移動時通過跟蹤患者25上的標記進行細化或更新。尤其地，患者25上的標記可以通過使用光學相機設備來跟蹤，使得如果已經針對成像設備相對于患者的某個定位完成了配準過程，則空間關系成像設備-OSS設備、成像設備-標記以及標記-OSS設備可以是已知的。如果成像設備相對于患者被移動，則通過基于由光學相機設備跟蹤的患者上的標記的當前定位和成像設備與光學相機設備之間的已知空間關系并且通過使用該當前空間關系成像設備-標記連同還已知的空間關系標記-OSS設備一起來確定當前空間關系成像設備-標記，能夠確定空間關系成像設備-OSS設備，S卩，能夠細化或更新配準。
[0060]盡管在上述實施例中跟蹤設備適于通過使用OSS來跟蹤設備，但是在其他實施例中也能夠使用如電磁跟蹤技術的其他跟蹤技術。此外，盡管在上述實施例中，配準被使用在介入應用中，但是在另一實施例中，配準也能夠被使用在要求用于跟蹤目標的跟蹤設備與用于對目標進行成像的成像設備之間進行配準的另一應用中。
[0061]在跟蹤設備(S卩，OSS設備)已經與成像設備進行配準之后，目標的被跟蹤的位置也能夠在已經被配準到跟蹤設備的成像設備以及另外的成像設備彼此進行配準的情況下被示出在未由該成像設備采集但由另外的成像設備采集的另外的圖像中。這些另外的圖像能夠例如為已經在介入流程之前或在介入流程期間被采集的CT圖像、磁共振圖像等。
[0062]盡管以上參考圖1描述的介入系統適于執行消融流程，但是在其他實施例中，介入系統能夠適于執行另一介入流程。此外，配準系統和配準方法也能夠被使用在要求將成像設備與跟蹤設備進行配準的其他非介入流程中。
[0063]總之，已經描述了一種用于將光學形狀配準到成像系統的配準系統，所述成像系統具有如X射線C臂設備的成像設備和如光學形狀感測跟蹤設備的跟蹤設備。一個或多個光學相機用于將形狀坐標系與X射線的坐標系進行配準。將光學相機與X射線系統進行預校準，使得相機系統中的檢測到的定位信息能夠被直接轉換到所述X射線系統。
[0064]應當指出，本發明不局限于形狀到X射線圖像的配準。其他類型的醫學圖像可以為MR圖像、CT圖像、超聲圖像等。
[0065]本領域技術人員通過研究附圖、公開內容以及權利要求，在實踐請求保護的發明時能夠理解并實現對所公開的實施例的其他變型。
[0066]在權利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。
[0067]單個單元或設備可以實現在權利要求中記載的若干項的功能。盡管某些措施被記載在互不相同的從屬權利要求中，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。
[0068]如由一個或若干單元或設備執行的基于所添加的標記對圖像中的目標的表示的確定等的流程能夠由任何其他數量的單元或設備來執行。根據配準方法對配準系統的控制和/或根據成像方法對成像系統的控制能夠被實施為計算機成像的程序代碼單元和/或被實施為專用硬件。
[0069]計算機程序可以被存儲/分布在合適的介質上，例如與其他硬件一起或作為其他硬件的部分供應的光學存儲介質或固態介質，但是也可以被以其他形式分布，例如經由互聯網或其他有線或無線的電信系統。
[0070]權利要求中的任何附圖標記都不應被解釋為對范圍的限制。
【主權項】
1.一種用于將成像設備(2)與跟蹤設備(4)進行配準的配準系統，其中，所述成像設備用于生成目標的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述目標在所述成像設備(2)的視場內的位置，所述配準系統(13)包括: -至少一個光學相機設備(27)，其用于生成所述目標的至少一幅圖像； -目標檢測單元(5)，其用于在所述至少一幅圖像中檢測所述目標，其中，所述目標檢測單元(5)適于分析所述目標的所述至少一幅圖像以獲得所述目標在所述至少一幅圖像中的定位數據；以及 -配準單元(6)，其用于確定定義所述跟蹤設備(4)與所述成像設備(2)的配準的配準參數，其中，所述配準單元(6)適于基于所獲得的所述目標的定位數據并且基于所述至少一個光學相機設備(27)與所述成像設備(2)之間的幾何變換來確定所述配準參數。2.根據權利要求1所述的配準系統，其中，所述目標檢測單元(5)適于基于被提供在所述目標上的標記(28)來提供所述目標的所述定位數據。3.根據權利要求1所述的配準系統，其中，所述目標適于在醫學介入中使用，并且所述配準系統(13)適于在所述目標處于患者(25)的身體的外部時并且在將所述目標插入到所述患者(25)的所述身體中之前執行所述配準。4.根據權利要求1所述的配準系統，其中，所述配準系統(13)適于通過使用這些目標之間的已知空間關系來將所獲得的所述目標的配準參數傳播到另一目標。5.根據權利要求1所述的配準系統，其中，所述目標檢測單元(5)適于使用所述目標的預定義形狀以獲得所述定位數據。6.根據權利要求1所述的配準系統，其中，所述配準單元(6)適于基于以下中的至少一個來更新或細化配準:所述成像設備(2)的圖像和被提供在被輻射的患者(25)上的跟蹤標記。7.一種用于對目標進行成像的成像系統，所述成像系統包括: -成像設備(2)，其用于生成感興趣區域的圖像， -跟蹤設備(4)，其用于跟蹤所述目標在所述感興趣區域中的位置， -根據權利要求1所述的配準系統(13)，其用于確定配準參數， -位置確定單元(14)，其用于基于所跟蹤的所述目標的位置和所確定的配準參數來確定所述目標在所述感興趣區域的所述圖像內的位置。8.—種介入系統，包括: -介入儀器，其用于執行介入流程，以及 -根據權利要求7所述的成像系統，其用于對所述介入儀器進行成像。9.根據權利要求8所述的介入系統，其中，所述介入儀器包括多個配準標記(28)，所述多個配準標記具有與所述介入儀器的光特性不同的光特性，使得能基于在成像設備(2)與跟蹤設備(4)的配準期間由光學相機設備(27)拍攝的圖像而檢測到所述配準標記(28)，其中，所述成像設備用于生成所述介入儀器的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述介入儀器在所述成像設備(2)的視場內的位置。10.根據權利要求9所述的介入系統，其中，所述配準標記(28)由塑料材料或硅樹脂制成。11.一種用于將成像設備(2)與跟蹤設備進行配準的配準方法，其中，所述成像設備用于生成目標的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述目標在所述成像設備(2)的視場內的位置，所述配準方法包括: -通過使用至少一個相機設備(2)來生成所述目標的至少一幅圖像； -分析所述目標的所述至少一幅圖像以獲得所述目標在所述至少一幅圖像中的定位數據;并且 -基于所獲得的所述目標的定位數據并且基于所述至少一個光學相機設備(27)與所述成像設備(2)之間的幾何變換來確定定義所述跟蹤設備(4)與所述成像設備(2)的配準的配準參數。12.一種用于對目標進行成像的成像方法，所述成像方法包括: -由成像設備(2)生成感興趣區域的圖像， -由跟蹤設備(4)跟蹤所述目標在所述感興趣區域中的位置， -通過根據權利要求11所述的配準方法來確定配準參數， -基于所跟蹤的所述目標的位置、所述感興趣區域的所述圖像以及所確定的配準參數來生成指示所述目標在所述感興趣區域的所述圖像內的位置的位置圖像。13.—種用于將成像設備(2)與跟蹤設備(4)進行配準的配準計算機程序，其中，所述成像設備用于生成目標的圖像，所述跟蹤設備用于跟蹤所述目標在所述成像設備(2)的視場內的位置，所述配準計算機程序包括程序代碼單元，所述程序代碼單元用于當所述配準計算機程序在控制根據權利要求1所述的配準系統的計算機上被運行時令所述配準系統執行根據權利要求11所述的配準方法的步驟。
【文檔編號】A61B90/00GK105873538SQ201480067143
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月2日
【發明人】A·伊金
【申請人】皇家飛利浦有限公司