[发明专利]用于跟踪外科装置的系统和方法

说明书

本发明题为“用于跟踪外科装置的系统和方法”。本发明公开了用于将患者的3D图像与磁坐标配准的系统、方法和装置。可将三轴传感器(TAS)添加到3D相机。可基于由磁场发射器施加的已知磁场来确定该TAS传感器的位置和取向。然后可将相机坐标系转换到磁坐标系。在完成该3D图像与CT图像的配准以及该3D图像与磁坐标的配准之后，然后可将该CT图像与磁坐标配准。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请63/059,805的权益，该申请如同完整阐述般以引用方式并入。

技术领域

本发明整体涉及不同坐标系的配准，并且具体涉及用于外科手术的不同坐标系的配准。

背景技术

在侵入式外科手术包括微创手术中，通常需要跟踪患者体内对执行手术的医师而言并不直接可见的外科装置诸如导管。通常，医师可使用患者的计算机断层摄影(CT)图像，诸如荧光镜透视检查的图像或磁共振成像(MRI)的图像。

一种用于跟踪患者体内的外科装置的方法是由Acclarent有限公司(33Technology Drive,Irvine,CA 92618USA)生产的TruDi^TM电磁图像引导的导航系统。在此系统中，从患者体外的固定发射器发射交变磁场，以便穿过患者。如果正在对患者头部执行手术，诸如耳鼻喉(ENT)手术，则可将固定磁场发射器放置在患者头部周围。作为规程的一部分，将外科装置放置于校准腔室的中间，并且可施加三个正交场。将传感器(通常为单轴线圈或多轴线圈)附接到外科装置上，并插入患者体内并进行电压测量。处理器记录穿过传感器的场生成的电流。处理器分析电流，以便确定传感器在固定发射器所限定的电磁参照系中的位置和取向两者。

当前基于磁性的位置检测系统还可利用位于外科装置上的柔性传感器结合算法或处理器，以基于传感器获得的电压测量值来估计外科装置的位置、形状和尺寸。柔性传感器通常由具有9个发射器和1个传感器的单轴传感器(SAS)组成，从而在单个点处获得总共9个测量值。三轴传感器(TAS)包括3个传感器，具有9个发射器和2个线圈，从而在单个点处收集总共27个电压测量值。当外科装置被导航或推进时，可在短时间内收集附加点。

CT图像与三维(3D)相机图像的配准是TruDi^TM导航规程中的预备步骤。配准涉及将外科装置相对于所配准的CT图像定位。换句话讲，通过将CT图像与3D图像和磁坐标配准或匹配，由电磁跟踪系统跟踪的外科装置的位置可准确地确定并显示在所述3D相机图像、CT图像或它们的组合上。在一些情况下，可能有益的是向操作者提供患者的头部中的解剖结构的表面的3D视图。在完成3D图像与CT图像的配准以及3D图像与磁坐标的配准之后，然后可将CT图像与磁坐标配准。当前用于将CT图像与3D相机图像配准的系统需要将设备(诸如患者跟踪器)附接到患者头部，并且在配准期间，必须为患者跟踪器考虑某些措施。期望具有用于将CT图像与3D相机图像配准的精简的系统和方法。

发明内容

本发明公开了用于将患者的3D图像与磁坐标配准的系统、方法和装置。可将三轴传感器(TAS)添加到3D相机。可基于由磁场发射器施加的已知磁场来确定TAS传感器的位置和取向。然后可将相机坐标系转换到磁坐标系。在完成3D图像与CT图像的配准以及3D图像与磁坐标的配准之后，然后可将CT图像与磁坐标配准。通过将CT图像与磁坐标配准，由电磁跟踪系统跟踪的导管的位置可准确地显示在CT图像、光学图像或它们的组合的显示器上。

附图说明

图1是根据一个实施方案的配准系统的示意图；

图2A和图2B是示出根据一个实施方案的图1的系统中所用的患者跟踪器的示意图；

图3是根据一个实施方案的用于执行配准算法的方法的流程图；

图4是根据另一个实施方案的用于执行配准算法的方法的流程图；