[发明专利]用于跟踪超声自动校准的系统和方法

说明书

本申请要求Sheng Xu等人于2007年11月14日在先提交的序号No.60/987809、题目为“SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATICCALIBRATION OF TRACKED ULTRASOUND”的临时申请的权益，并且该申请已转让给本发明的受让人。

本实施例大体涉及医疗系统，并且更具体地，涉及用于跟踪超声自动校准的方法和装置。

利用空间定位器对超声探头进行跟踪已应用在外科手术和介入导航中，例如，用于实况超声图像与其它图像模态的融合。为能够实现这些应用，必须进行对跟踪超声的校准，即确定实况超声图像和所附空间跟踪器之间的空间关系。由于许多常规的校准方法需要人的交互作用来对超声图像中的控制点进行识别，所以它们是耗时的。对于这些手动方法，因为需要大量经过手动获得的控制点，所以实现高精确性是困难的。虽然一些最近的校准方法可以执行自动校准，但是不利的是，它们有赖于复杂的人体模型。

使用超声为外科手术导航需要在全局坐标系中对换能器进行跟踪。通常将光学或者电磁传感器接附到超声换能器，允许对换能器的位置和取向进行跟踪。超声校准是指用于确定超声图像和接附到超声换能器的跟踪装置或者传感器之间的固定变换的程序。

因此，在本领域中，期望用于克服这些问题的改进的方法和系统。

图1是根据本公开的实施例的用于跟踪超声自动校准的系统的局部方框视图；

图2是图示说明根据本公开的实施例的用于跟踪超声自动校准的方法的简化示意和流程视图；以及

图3是图示说明根据本公开的另一个实施例的对经由基于图像的跟踪所获得的超声体积的三个多平面重构图像视图的屏幕显示视图。

在图中，相似的参考编号指代相似的元件。另外，注意到，图可能不是按比例绘制的。

如这里所使用的，校准跟踪超声意味着确定实况超声图像和所附空间跟踪器之间的空间关系。换言之，超声校准是指确定超声图像和所附跟踪设备之间固定变换的过程。作为对本领域中问题的响应，本公开的实施例有利地提供了用于跟踪超声全自动校准的方法。

图1是根据本公开的实施例的用于实现跟踪超声的自动校准的超声成像系统10的局部方框视图。超声成像系统10包括超声换能器12、耦合至超声换能器的跟踪器14、定位器(一般用参考标号16指示)、校准特征18、容器20、以及系统控制器22。将跟踪器14在给定位置处并且朝向超声换能器12的能量发射表面24耦合至超声探头12。超声换能器或者探头12可以包括任何合适的手持超声换能器或者探头，其中所述手持超声换能器或者探头可以配置用于实现本公开的实施例并且用于满足给定超声成像应用的需求。超声探头12包括位于其机架内的超声换能器(未示出)，并包括用于在图像场内(一般用参考标号26指示)发射所期望超声能量的接近表面24。例如，为了酌情执行这里所描述的各个功能和步骤，在超声探头12、跟踪器14、以及系统控制器22之间连接由参考标号28所指示的特征总体表示的各种电源和信号线。

根据给定的跟踪超声校准的需求，校准特征18适合于部分浸入液体、胶体或者其它合适的水性介质的体积(一般用参考标号30表示)内并且在其中且在不同位置和取向上可移动。该液体、胶体或者其它合适的水性介质体积30包含在合适的容器或者仓20内。容器或者仓20包括至少一个适合于作为对发射能量的超声换能器的响应来传播超声能量的表面32，并且超声探头12的表面24与表面32接触。

定位器16包括跟踪发生器34，跟踪发生器34配置用于发射用于结合跟踪器14和校准对象18使用的跟踪能量。在一个实施例中，跟踪发生器34包含电磁场发生器，其中，如由参考标号36所指示的，该发生器在固定的取向和位置上。电磁场发生器34在感兴趣区域中生成电磁场，感兴趣区域也称为给定的定位器空间或者感兴趣体积，一般用参考标号38指示。