[发明专利]用于将电磁导航空间非刚性地配准到CT体积的系统、方法和计算机可读介质

说明书

用于将管腔网络的电磁导航数据配准到管腔网络的3D模型的方法、系统以及计算机可读介质包括：基于管腔网络的计算机断层摄影(CT)图像访问管腔网络的3D模型，该3D模型与CT坐标空间对应；选择管腔网络的3D模型内的多个参考点；访问管腔网络内的多个测量点，多个测量点基于电磁导航数据并且与身体坐标空间对应；使多个参考点与多个测量点相互关联以确定成对的相互关联的参考点与测量点；以及基于成对的相互关联的参考点与测量点得出将身体坐标空间映射到CT坐标空间的变换。

技术领域

本公开内容涉及支气管配准，并且更特别地涉及用于将患者的气道的三维(3D)电磁导航与根据对患者的气道进行计算机断层摄影(CT)扫描而生成的3D模型进行自动配准的设备、系统、方法和计算机可读介质。

背景技术

用于检查患者的气道的常见设备是支气管镜。典型地，支气管镜通过患者的鼻子或嘴插入患者的气道中，并且可以延伸到患者的肺中。典型的支气管镜包括伸长的挠性管，该伸长的挠性管具有：用于照明支气管镜尖端远侧的区域的照明组件；用于提供来自支气管镜尖端的视频图像的成像组件；以及工作通道，器械例如诊断器械诸如活检工具、治疗器械可以通过该工作通道被插入。

然而，支气管镜由于其尺寸而在其可以前进通过气道多远上受到限制。在支气管镜太大而无法到达肺深处的目标位置的情况下，临床医生可以利用某些实时成像模式，诸如计算机断层摄影或荧光镜检查。荧光镜检查图像虽然有用，但由于常常难以将管腔(luminal，内腔的)通道与固体组织区分开，因此存在针对导航的某些缺点。而且，生成的图像是二维的，而导航患者的气道需要在三个维度上进行操纵的能力。

已经开发出能够典型地根据一系列CT图像开发气道或其他管腔网络的3D模型的系统。已经开发出一个这样的系统作为Medtronic PLC目前出售的ELECTROMAGNETIC NAVIGATION(ENB^TM)系统的一部分。这样的系统的详细情况在Gilboa于2004年3月29日提交的、题目为“用于导航到分支结构中的目标的内窥镜结构和技术(ENDOSCOPE STRUCTURES AND TECHNIQUES FOR NAVIGATING TO A TARGETIN BRANCHED STRUCTURE)”的共同转让的第7,233,820号美国专利中进行了描述，该美国专利的全部内容通过引用合并于文中。

在ENB程序期间，将电磁导航期间获得的位置配准到根据CT扫描而生成的模型中的位置非常重要。如本领域所理解的，“配准”是指将一个空间中的位置或坐标转换成另一空间中的位置或坐标的平移、映射、变换等。为了执行这样的配准，已经开发了若干方法。一种称为手动配准的方法是基于用支气管镜对主气道分支点进行视觉识别并且将它们与CT扫描上视觉识别的点相关联。在配准程序期间，用户用装配有磁感测线圈的导管将支气管镜导航到气道中的分支点，并且手动创建分支点与磁导航空间中的位置之间的关联。另一种称为自动配准的方法是基于使用在其尖端处具有磁传感器的导管从气道收集点云(称为测量(survey，勘测、探测))，然后使用分割算法将测量拟合到根据CT扫描得出的气道树的图像。这样的系统的详细情况在Averbuch于2010年5月14日提交的、题目为“自动配准技术(AUTOMATIC REGISTRATION TECHNIQUE)”的第2011/0085720号共同拥有美国专利公开中进行了描述，该美国专利公开的全部内容通过引用合并于文中。

虽然第7,233,820号美国专利和第2011/0085720号美国专利公开中描述的系统非常强大，但始终需要在对这样的系统进行改进和添加方面进行开发。

发明内容

根据本公开内容提供了用于将来自患者的气道的电磁导航数据与根据患者的气道的CT图像生成的患者的气道的3D模型进行配准的设备、系统、方法和计算机可读介质。