使用形狀約束的三維多線配準(zhǔn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，并且更具體而言，涉及使用形狀匹配的三維配準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)形狀感測(cè)技術(shù)提供纖維的3D形狀。通過將這樣的纖維集成到介入設(shè)備中，能夠已知所述設(shè)備的形狀，直到非常接近所述設(shè)備的尖端的點(diǎn)。然而，僅知道形狀還是不夠的:所述形狀必須被置于過程前成像數(shù)據(jù)和/或過程中成像數(shù)據(jù)的背景中(即，與之配準(zhǔn))。具有形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系和過程前成像數(shù)據(jù)和/或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系之間的正確(即，精確)配準(zhǔn)，對(duì)使用和采用形狀感測(cè)技術(shù)是至關(guān)重要的。
[0003]在形狀感測(cè)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用中，形狀感測(cè)纖維可以被集成到被附接到外科儀器的系繩中或被集成到外科儀器本身中并且被用于儀器跟蹤。纖維跟蹤的設(shè)備被引入到血管內(nèi)或腔體內(nèi)。為了使用纖維用于儀器跟蹤，需要纖維坐標(biāo)系到參考坐標(biāo)系的初始配準(zhǔn)。例如，參考坐標(biāo)系可以是從對(duì)錐形束計(jì)算機(jī)斷層攝影(CBCT)掃描進(jìn)行分割導(dǎo)出的3D解剖模型。
[0004]如果使用來自形狀感測(cè)纖維的虛擬設(shè)備和過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)之間的初始配準(zhǔn)，則可能會(huì)由各種效應(yīng)引起未對(duì)齊。這些效應(yīng)包括:形狀重建的不精確性(即便形狀重建中小的誤差也會(huì)引起顯著的未對(duì)齊)，啟動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)(如果形狀感測(cè)系統(tǒng)的啟動(dòng)點(diǎn)在過程期間移動(dòng)，則整個(gè)形狀將會(huì)移動(dòng)，引起未對(duì)齊)，以及患者移動(dòng)(初始配準(zhǔn)之后的任何患者移動(dòng)將引起形狀感測(cè)坐標(biāo)與圖像數(shù)據(jù)坐標(biāo)的未對(duì)齊)。
[0005]對(duì)初始配準(zhǔn)之后或初始配準(zhǔn)期間引起的未對(duì)齊的一個(gè)解決方案是實(shí)時(shí)基于X射線成像來對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)。然而，由于X射線暴露的有害作用，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行限制。另外，X射線僅提供設(shè)備的2D投影，并且2D投影和設(shè)備內(nèi)的纖維的準(zhǔn)確關(guān)系是未知的，而是僅能夠被估計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供一種用于將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到針對(duì)過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在形狀感測(cè)重建中檢測(cè)三維形狀，所述三維形狀能夠通過它們的弧線來識(shí)別并且隨時(shí)間恒定，但是其不一定沿三維形狀處于相同位置。如果兩個(gè)形狀隨時(shí)間具有該相同的可檢測(cè)弧線，或者來自不同成像源的兩個(gè)形狀具有該相同的可檢測(cè)弧線，則它們的坐標(biāo)系能夠通過對(duì)齊所述弧線而關(guān)于平移和旋轉(zhuǎn)被配準(zhǔn)到一起。
[0007]出于本申請(qǐng)的目的，術(shù)語(yǔ)形狀和曲線被用于描述來自對(duì)應(yīng)于被設(shè)置在外科儀器中或被固定到外科儀器的形狀感測(cè)纖維的形狀的形狀重建的三維曲線。術(shù)語(yǔ)弧線被用于描述三維曲線的子段的形態(tài)。術(shù)語(yǔ)彎曲被用于描述具有方向的單個(gè)變化或反轉(zhuǎn)的非直弧線。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括并入具有形狀感測(cè)傳感器的纖維的一個(gè)或多個(gè)外科儀器。光學(xué)控制臺(tái)被可操作地與纖維連接并且詢問光學(xué)形狀傳感器并且根據(jù)返回信號(hào)來確定所述儀器的三維形狀。處理器通過將纖維中的穩(wěn)定弧線與來自不同的源的弧線匹配來將形狀感測(cè)纖維的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系，并且將經(jīng)匹配的弧線對(duì)齊。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是不同的成像模態(tài)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的成像模態(tài)是根據(jù)過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的計(jì)算的圖像。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述處理器也是處理過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的處理器。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是來自分割的過程前成像和過程中成像的中心線。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是來自不同時(shí)間的形狀重建。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是來自不同的形狀感測(cè)纖維的形狀重建。例如，多系繩跟蹤能夠用于形狀感測(cè)的導(dǎo)管和所述導(dǎo)管內(nèi)的形狀感測(cè)的導(dǎo)絲。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到針對(duì)過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的方法。在裝備了形狀感測(cè)纖維的儀器的重建圖像中識(shí)別穩(wěn)定弧線。所述穩(wěn)定弧線被匹配到來自不同的源的弧線。然后，經(jīng)匹配的弧線被對(duì)齊。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過比較彎曲半徑來匹配所述穩(wěn)定弧線與來自不同的源的弧線。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過比較弧線的坐標(biāo)的梯度來匹配所述穩(wěn)定弧線和來自不同的源的弧線。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是不同的成像模態(tài)。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的成像是根據(jù)過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的計(jì)算的圖像。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是來自分割的過程前成像和過程中成像的中心線。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述不同的源是來自不同的時(shí)間的形狀重建。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在外科過程中同時(shí)使用多于一個(gè)形狀感測(cè)纖維，并且所述不同的源是來自不同的形狀感測(cè)纖維的形狀重建。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，識(shí)別穩(wěn)定弧線的步驟包括以下步驟:測(cè)量裝備了形狀感測(cè)纖維的儀器的重建圖像的形狀中的至少一個(gè)彎曲的半徑；比較來自裝備了形狀感測(cè)纖維的儀器的后續(xù)重建圖像的彎曲半徑與來自裝備了形狀感測(cè)纖維的儀器的先前重建圖像的彎曲半徑；確定彎曲半徑是否符合預(yù)定匹配標(biāo)準(zhǔn)；并且，如果符合匹配標(biāo)準(zhǔn)則保存彎曲的半徑和位置。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述程序產(chǎn)品被編碼有:用于識(shí)別裝備了形狀感測(cè)纖維的儀器中的穩(wěn)定弧線的程序指令；用于將所述穩(wěn)定弧線匹配到來自不同的源的弧線的程序指令；以及用于對(duì)齊經(jīng)匹配的弧線的程序指令。
【附圖說明】
[0024]結(jié)合附圖閱讀以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將更清楚地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)。附圖中包括以下圖:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于通過將來自不同的源的穩(wěn)定形狀進(jìn)行匹配和對(duì)齊來將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的系統(tǒng)的方框圖；
[0026]圖2是來自根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)的儀器和導(dǎo)引器的側(cè)視圖；
[0027]圖3是在圖2中剖面A-A處所取的圖2的儀器和導(dǎo)引器的剖視圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于通過將來自不同的源的穩(wěn)定形狀進(jìn)行匹配和對(duì)齊來將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的方法的流程圖；
[0029]圖5是示出了形狀感測(cè)纖維中的各種彎曲的多線曲線視圖；
[0030]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對(duì)齊匹配曲線的步驟；
[0031]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于確定穩(wěn)定曲線的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明提供一種用于通過匹配和對(duì)齊來自不同的源的穩(wěn)定弧線來將針對(duì)形狀感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系配準(zhǔn)到針對(duì)過程前成像數(shù)據(jù)或過程中成像數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系的系統(tǒng)和方法?；【€的穩(wěn)定性從被設(shè)置在外科儀器中或被附接至外科儀器上的形狀感測(cè)纖維的物理限制導(dǎo)出。例如，所述物理限制可以通過剛性曲線導(dǎo)引器套管或者不會(huì)因儀器的引入而變形的解剖結(jié)構(gòu)來提供。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在形狀感測(cè)重建中檢測(cè)三維形狀，所述三維形狀能夠通過它們的弧線被識(shí)別并且隨時(shí)間恒定，盡管不一定沿三維形狀處于相同位置。如果兩個(gè)形狀隨時(shí)間具有該相同的可檢測(cè)弧線或者來自不同成像源的兩個(gè)形狀具有該相同的可檢測(cè)弧線，則它們的坐標(biāo)系能夠通過對(duì)齊所述弧線來關(guān)于平移和旋