[发明专利]外科手术导航中的纠错技术

说明书

技术领域

本发明涉及外科手术导航，具体而言，涉及外科手术导航系统中的位置准确度。

背景

外科手术导航系统跟踪医疗程序期间使用的医疗仪器的位置，并且在显示器上显示仪器的位置供临床医生观看。外科手术导航系统可包括成像设备，其捕获经历医疗程序的患者的图像；跟踪系统，其跟踪医疗仪器的位置；以及计算设备，其提供用于跟踪仪器的计算资源并显示与所捕获的患者图像相关的仪器的位置。外科手术导航系统所显示的图像可包括叠加在所捕获的患者图像上的仪器图标，以指示仪器相对于患者解剖结构的位置。

外科手术导航系统可包括各种跟踪系统。在一些示例中，光学跟踪系统可包括红外发射器，其发射红外信号；跟踪球，其反射信号；以及照相机，其获取经反射的信号。仪器可配备有反射红外信号的跟踪球。光学跟踪系统中的照相机可获取经反射的信号，并且计算设备可基于经反射的信号对仪器的位置进行三角测量，从而允许光学跟踪系统对仪器的位置进行三角测量。在其它示例中，电磁跟踪系统可包括电磁场发射器，其生成电磁场；以及磁场传感器，其生成响应于电磁场的信号。仪器可配备有磁场传感器，并且计算设备可分析从磁场传感器接收到的信号以确定磁场传感器在磁场中的位置。

概述

在某些情况下在将仪器图标映射到所捕获的患者图像上时，外科手术导航系统的准确度可变化。例如，在被跟踪的仪器(例如，传感器)经历在患者图像中未准确表示的运动量的情况下，外科手术导航系统可能将仪器图标映射到患者图像上的不正确位置。仪器图标在患者图像上的该不正确的图像映射可能否定向使用外科手术导航系统的临床医生提供的一些优点。

根据本发明的示例的外科手术导航系统包括运动传感器(例如惯性传感器)，如加速度计和/或陀螺传感器，其可用于补偿可能导致不正确映射的仪器运动引起的差错。例如，本发明的系统可基于从运动传感器接收到的信号测量被跟踪的仪器的运动，并且然后，基于所检测的运动，系统可在将仪器的位置映射到患者图像上时考虑被跟踪的仪器的运动。以此方式，系统可补偿由于仪器的运动所引起的差错。

在根据本发明的一个示例中，一种医疗系统包括传感器位置模块、第一模块和第二模块。传感器位置模块确定磁场传感器在磁场中的位置。第一模块确定磁场传感器的加速度。第二模块基于加速度和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。

在根据本发明的另一示例中，一种方法包括确定磁场传感器在磁场中的位置，确定磁场传感器的加速度，以及基于加速度和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。

在根据本发明的另一示例中，一种医疗系统包括磁场传感器，运动传感器，包括磁场传感器和运动传感器的仪器，以及模块。该模块基于从磁场传感器接收到的信号确定磁场传感器在磁场中的位置，并且基于从运动传感器接收到的信号确定磁场传感器的运动量。此外，模块基于运动量和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。

在以下的附图和描述中阐述一个或多个示例的细节。其它特征、目的、和优点将从描述和附图、以及权利要求书中显见。

附图简述

图1示出示例外科手术导航系统。

图2A和2B示出包括仪器传感器和加速度计的不同排列的示例医疗仪器。

图3示出不包括纠错功能的示例接口模块。

图4示出包括纠错功能的接口模块执行的纠错的示例实例。

图5A和5B示出具有分别不正确地和正确地叠加的白色十字准线的示例灰度患者图像。

图6示出包括在将仪器图标叠加在患者图像上时防止差错的纠错功能的示例接口模块。

图7示出示例纠错方法。

图8示出包括阈值检测模块、纠正模块和选择模块的接口模块的一部分。

图9A和9B示出如由图8的阈值检测模块接收的相对于时间的示例加速度曲线轨迹。

图10示出使用图8的阈值检测模块、纠正模块和选择模块的示例纠错方法。

图11A-11B示出如由图8的阈值检测模块接收的相对于时间的另一组示例加速度曲线轨迹。

图12示出使用图8的阈值检测模块、纠正模块和选择模块的另一纠错方法。

图13示出使用所存储的加速度值的频域分析来提供纠错功能的另一示例接口模块。

图14示出包括滤波操作的纠错方法。

图15示出基于感测到的仪器的旋转速率来纠正差错的示例接口模块。