[发明专利]在影像引导手术过程中用于纠正变形的数据的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年1月22日提交的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR CORRECTING DATA FOR DEFORMATIONS DURING IMAGE-GUIDED PROCEDURES(在影像引导手术的过程中用于纠正变形的数据的系统和方法)”的美国临时申请序列号No.61/297,336的权益，其全文以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于影像引导手术的系统和方法，并且更具体地涉及在影像引导手术的过程中用于纠正变形的组织数据的系统和方法。

发明背景

确定对影像至身体(image-to-physical)空间的精确配准(registration)是经由影像引导外科手术(IGS)对外科医生提供有意义的引导信息的基本步骤。一个著名的研究机构一直致力于将IGS技术使用于神经外科应用并且已生成一些商业上可用的系统。神经外科IGS技术的共同特征是，通过骨植入或皮肤附贴的基准标记而利用基于点的界标来提供影像和身体空间的配准。此类基于点的技术的使用通过围绕着感兴趣的组织(例如，颅骨)的刚性解剖而在神经外科IGS中被极大地推进。遗憾的是，使用此类基于点的技术并不适用于开放腹部IGS，因为缺乏刚性解剖界标和无法在手术前附加基准标记，这些基准标记在IGS操作过程中将保持在固定位置。

由于使用刚性的、基于点的界标对于开放腹部IGS是不可行的，已提出基于表面的技术来确定术前影像和术中出现的影像之间的配准。例如，迭代最近点(ICP)算法传统上已被用于确定器官的影像空间表面和/或感兴趣的其他软组织之间的转化。在ICP方法中，转化通常来源于术前影像片段和术中组织表面。在腹部IGS中使用的术中数据典型地利用光学跟踪探头、激光测距扫描仪(LRS)，或术中超声波(iUS)和其他方法来获得。

腹部IGS中基于表面的影像至身体空间配准的典型协议开始于在外科手术之前选择术前影像组中的解剖基准点。这些解剖基准点的对应身体空间位置然后在手术操作过程中被数字化，使得基于点的初始对准配准可被执行。基于点的配准用于提供ICP算法的合理初始姿态，该合理初始姿态被用于配准来源于术前影像和术中数据的组织表面。

然而，ICP算法所提供的表面对准高度依赖于组织表面的初始姿态。因此，基于点的配准所提供的初始对准中的过失误差可导致错误的表面对准。虽然初始姿态是重要的，但是可混淆ICP算法的未对准的另一方面是出现术中变形。即，当器官和其他软组织的外科手术情况在术中被显现以用于表面采集(诸如，通过激光测距扫描)时，软组织通常由于例行外科手术处理而已经历变形。与姿态或变形相关的错误被引入到任何形式的刚性配准中将通常危及转达给外科医生的引导信息。因外科手术处理的软组织变形的一些实例为(1)在开放腹部中因器官关于重力方向的再定向使得肝脏的重力诱导变形，(2)组织松动和器官包裹的影响，和(3)器官灌注的变化。

附图简述

图1示出了根据本发明的一个实施例执行IGS手术的流程图。

图2是根据本发明的一个实施例执行非刚性对准的示例性方法的流程图。

图3A示出了根据本发明的一个实施例非刚性对准产生的转化图。

图3B示出了图3A根据本发明的一个实施例实施包络之后的转换图。

图4A是概念地说明该处理的示意图，藉由该处理贯穿肝脏的横向平面的影像切片基于刚性对准之后获得的映射进行修正。

图4B是根据本发明的一个实施例概念地说明该处理的示意图，藉由该处理贯穿肝脏的横向平面的影像切片基于刚性对准和局部转换进行修正。

图5是根据本发明的一个实施例用于计算影像空间中的仪器的映射调整的示例性方法的步骤流程图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的示例性硬件系统配置。

图7示出了根据本发明的一个实施例的计算机模型和表面数据的初始刚性对准的结果。

图8示出了根据本发明的一个实施例的图7中的计算机模型和表面数据的非刚性对准的结果。

图9示出了图7所示的计算机模型和图8所示的变形计算机模型的重叠。

图10是用于执行一组指令的计算机系统的示意图，当执行该组指令时，可促使计算机系统执行上述的一个或多个方法和步骤。

发明概要