[发明专利]坐标系配准

说明书

技术领域

本发明总体上涉及对物理坐标系与图像空间坐标系进行配准。尽管其 在介入放射学中得到具体应用，但其也涉及其它医学和非医学成像应用。

背景技术

介入医学过程，例如包括射频切除的最小侵入式外科手术，要求沿着 到预定目标位置或目的地的预定路径有充分可靠且准确的导航，因为一旦 将介入器械插入皮肤下面就不能再看见它了。为了有利于在患者体内定位 目标并为介入器械确定到目标的适当路径，使用从诸如x射线、计算机断 层摄影(CT)、超声(US)核磁共振(MRI)之类的形式而来的一幅或多幅过程前 图像，来设计许多介入过程。这种图像允许临床医师不侵入式地见到患者 体内的目标。

通常，临床医师直观地将来自过程前图像的患者体内的解剖结构与患 者体内不可见的解剖结构相关联，以确定目标的位置及从皮肤到目标的适 当路径。然而，这个技术没有提供诸如针、导管或导丝(guide wire)之类的 介入器械在患者体内到目标的可靠且准确的导航。其一个原因是在图像中 所示的解剖结构与患者体内的解剖结构之间的空间关系对于介入治疗者是 不可知的。

可以通过随着介入器械沿患者体内的设计的路径渐进式地前进而观察 介入器械的位置，来提高这个方案的位置精度。在一个实例中，通过在介 入器械每一次渐进式前进之后扫描患者并产生表明介入器械位置状态的中 间图像来实现该目的。不幸的是，在图像中的解剖结构与实际患者解剖结 构之间的空间关系仍是不可知的。结果，介入器械的位置精度仍然达不到 期望值。

为了提高位置精度，将过程前图像的坐标系与介入器械的坐标系进行 配准。这就定义了在图像中的解剖结构与患者体内的解剖结构之间的关系。 这个关系允许将一个坐标系中的特征空间映射到另一个坐标系。一个适合 的配准技术包括将基准标志贴附到患者，用该标志使坐标系相互关联。对 于图像空间坐标系，在扫描前将标志贴附到患者。于是标志就位于在结果 生成的图像数据中。对于介入空间坐标系，用位置追踪设备在患者身上空 间识别标志的坐标。于是产生了在图像与介入空间坐标系之间的变换。

假设在患者与介入系统之间具有固定空间关系，用过程前图像来设计 用于介入器械的到目标的路径。在将标志置于皮肤上的实例中，参考点(标 志)与目标之间的距离会导致位置的不准确性。将标志置于皮肤下则需要侵 入性步骤。使用该技术的另一个缺点在于，患者运动会损害坐标系配准。

在另一个方案中，结合过程前图像来使用了介入器械追踪传感器，随 着介入器械在患者体内移动来验证介入器械的位置。使用这种方案，将追 踪传感器附着到插入患者的介入器械的一部分上，通过电磁、磁、光、超 声或其它位置测量设备来读取传感器的位置。临床医师将介入器械位置测 量值用作向导，沿着设计的路径向前移动介入器械。不幸的是，由于位置 测量设备的固有测量误差，以及在该设备与环境之间的电磁、磁、声学或 其它干扰，介入器械的位置精度会受到损害。

发明内容

本申请的各个方面解决了上述及其它问题。

根据一个方面，一种系统包括用于基于介入器械在患者体内的位置信 息来更新在图像空间坐标系与介入空间坐标系之间的配准的组件，所述位 置信息由表示介入器械位置的中间图像数据和位于介入器械上及患者体内 的位置传感器获得。

根据另一个方面，一种系统包括第一组件，其基于在相应图像数据中 识别的至少三个基准标志的空间位置和以位置测量设备在患者身上空间识 别的所述至少三个基准标志的空间坐标，将图像空间坐标系与介入空间坐 标系进行配准。该系统还包括第二组件，其使用从中间图像获得的介入器 械位置信息更新由位置测量设备执行的位置测量，所述中间图像是根据在 介入器械进入到患者体内之后获得的图像数据而生成的。

在另一个方面，一种方法包括基于多个基准标志的基准标志位置信息， 将图像空间坐标系与介入系统坐标系进行配准。该方法还包括基于从中间 图像获得的介入器械位置信息、从位于介入器械上的位置追踪传感器获得 的介入器械位置信息、以及用于更新配准的至少三个基准标志的空间位置， 来更新配准。在介入器械沿着患者体内的路径前进后，从中间图像和位置 追踪传感器获得介入器械位置信息。