[发明专利]用于执行介入手术的实况3D全息引导和导航

说明书

介入手术可以利用实况3D全息引导和导航来少创性地执行。有利地，3D全息引导和导航克服了医学图像在标准2D平板屏幕上的常规显示的限制。实况3D全息引导可以利用从互补成像模式(例如，超声和计算机断层扫描)导出的3D全息可视化来提供患者身体一部分的完整全息视图，以使得能够导航被跟踪的介入器械/装置。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2018年5月7日、名称为“REAL-TIME(LIVE)3D HOLOGRAPHICGUIDANCE AND NAVIGATION FOR PERFORMING INTERVENTIONAL PROCEDURES”、序列号为62/667,687的美国临时申请的权益。本申请还要求申请日为2019年5月7日、名称为“LIVE 3DHOLOGRAPHIC GUIDANCE AND NAVIGATION FOR PERFORMING INTERVENTIONALPROCEDURES”、序列号为16/405,875的美国专利申请的权益。这些申请的整体为了所有目的以引用的方式全文结合于此。

技术领域

本公开总体涉及介入手术，更具体地涉及提供用于执行介入手术的实况三维(3D)全息引导和导航的系统和方法。

背景技术

图像引导通常指代在介入手术期间对用于医疗手术的介入器械/装置通过患者的解剖结构到目标位置的跟踪。患者的解剖结构由术前和/或术中图像表示，并且所跟踪的介入器械/装置被配准到术前和/或术后图像。对于广范围的诊断和治疗手术，可以使用超声检查来跟踪介入器械/装置。然而，使用超声检查来跟踪介入器械/装置使图像引导复杂化。首先，超声检查仅能用于跟踪患者体内的介入器械/装置，而不能在介入器械/装置进入患者体内之前跟踪介入器械/装置。一旦进入患者体内，超声探头、介入装置/器械、目标位置以及超声探头的成像平面之间的关系可能不清楚，这使介入器械/装置与目标位置的对齐复杂化。另外，传统上，目标位置和介入器械/装置的图像被显示在台侧的平面2D监视器上，这进一步使介入器械的可操纵性复杂化。例如，2D显示器使医学专业人员将器械/装置的位置和器械/装置相对于目标位置的轨迹平移成校正器械的路径所需的物理轨迹调整；在医疗手术中，这种从2D到3D的脑力平移是相当困难的。

发明内容

本公开涉及提供用于执行介入手术的实况三维(3D)全息引导和导航的系统和方法。

在一个方面，本公开可以包括一种用于提供用于执行介入手术的实况3D全息引导的方法。该方法可以由包括处理器和头部跟踪机构的头戴式装置执行，该头戴式装置可以接收以导航系统的3D笛卡尔坐标表示的实况跟踪数据。实况跟踪数据可以包括连接到超声系统的被跟踪的物理超声换能器/探头、被跟踪的物理介入装置/器械以及在物理患者上的特定解剖位置处的物理基准位置传感器的位置和取向。物理头戴式装置可以接收由连接到超声系统的物理超声换能器/探头获取的实况图像流；将实况跟踪数据变换到头戴式视图器坐标系；并且显示实况图像流在头戴式视图器坐标系中的实况全息投影。超声图像流从被跟踪物理超声探头/换能器以探头/换能器的跟踪位置和跟踪取向进行延伸。实况全息投影与利用头部跟踪机构评估的操作者视图一致地被缩放到物理解剖结构。然后，物理头戴式装置可以检索从物理患者的术前3D计算机断层扫描(CT)图像数据导出的数字解剖对象；将数字解剖对象从3D CT坐标系变换到头戴式视图器坐标系；通过基于实况图像流的实况全息投影上的3D点位置和头戴式视图器坐标系中存储的术前CT图像数据内的对应点计算的3D向量来平移头戴式视图器坐标系中的解剖对象，以针对物理患者的解剖变化进行校正；以及显示全息可视化，全息可视化包括与实况超声图像流的经配准的全息投影和从CT导出的全息解剖对象一致的被跟踪的物理介入装置/器械的全息表示。从由头部跟踪机构确定的视点，利用三个全息投影导航被跟踪的物理超声探头并且将物理介入装置/器械引导到治疗目标。