[发明专利]对点的从超声图像到跟踪系统的准确且快速的映射

说明书

技术领域

本公开涉及医学仪器，并且更具体地涉及用于在医学应用或其他应用中的不同的坐标系之间的快速配准的系统与方法。

背景技术

将超声用于外科手术导航需要在全局坐标系中跟踪换能器。光学或电磁(EM)跟踪传感器通常被附接到换能器，允许跟踪换能器的位置和取向。需要确定超声(US)图像空间与附接的跟踪设备空间之间的固定映射，以用于在空间中跟踪超声探头。然而，许多传统的映射方法需要人机交互来识别控制点的图像坐标。由于对于大量控制点的需要，人工流程而是耗时的。在将超声引导系统商品化和维护超声引导系统时，这可能导致问题。

人类交互或图像处理对于分割超声图像中的控制点的图像坐标是必要的。由于在超声图像中被可视化时工具端部的分辨率差，所以该分割是困难的。人工分割通常导致校准中的操作者误差，并且使校准过程繁琐且耗时。此外，两个坐标系之间的准确映射可能需要大量控制点——这在手动完成过程的情况下特别困难。另外，在人工交互的情况下，通常由于用来采集对应的点匹配所需要的时间量而不执行对校准的流程内质量控制。

发明内容

根据本发明的原理，提供了一种用于映射图像与跟踪系统之间的坐标的系统，所述系统包括具有固定的几何形状的校准工具。所述校准工具包括与成像模式相关联的第一传感器和与跟踪模式相关联的第二传感器。所述第一传感器和所述第二传感器被分布并且安装在所述固定的几何形状上的已知位置处。成像系统被配置为在所述成像系统的视场中定位所述第一传感器，以确定所述校准工具在图像空间中的位置。跟踪系统被配置为跟踪所述第二传感器，以确定所述校准工具在跟踪空间中的相同的位置。传感器模块被配置为基于所述校准工具的伪影来将所述图像空间和所述跟踪空间映射在公共坐标系中。

例如，所述传感器模块可以使用所述校准工具的单个姿态来校准所述图像空间与所述跟踪空间之间的配准。然而，可能所述传感器模块使用所述校准工具的多个姿态来校准所述图像空间与所述跟踪空间之间的配准，以增加校准准确度。也可能所述传感器模块通过将成像探头移动到多个姿态来校准所述图像空间与所述跟踪空间之间的配准，以增加校准准确度。所述固定的几何形状可以包括立方体，并且所述第一传感器和所述第二传感器可以被分布并且安装在所述立方体的面上。也可能所述固定的几何形状包括针，并且所述第一传感器和所述第二传感器被沿所述针分布并且安装。所述第一传感器可以包括超声接收器，并且所述图像空间可以包括超声体积图像空间。所述第二传感器可以包括电磁(EM)跟踪传感器，并且所述跟踪空间可以包括生成的EM场。也可能所述第二传感器包括光纤形状感测传感器，以确定所述校准工具在跟踪空间中的所述位置。另外，可能所述第一传感器包括被配置为超接收流动造影剂的超声接收器。所述第一传感器可以被配置为使得所述流动造影剂仅在所述第一传感器的头部中可见。再者，可能所述校准工具包括用于体内校准的介入工具。

额外地，根据本发明的原理，提供了一种用于映射图像与跟踪系统之间的坐标的方法，所述方法包括提供具有固定的几何形状的校准工具。所述校准工具包括与成像模式相关联的第一传感器和与跟踪模式相关联的第二传感器。所述第一传感器和所述第二传感器被分布并且安装在所述固定的几何形状上的已知位置处。所述第一传感器被定位在成像系统的视场中，以确定所述校准工具在图像空间中的位置。跟踪所述第二传感器以确定所述校准工具在跟踪空间中的相同的位置。基于所述校准工具的伪影来将所述图像空间和所述跟踪空间映射在公共坐标系中。

例如，映射可以包括使用所述校准工具的单个姿态来校准所述图像空间与所述跟踪空间之间的配准。也可能所述映射包括使用所述校准工具的多个姿态来校准所述图像空间与所述跟踪空间之间的配准，以增加校准准确度。另外，映射可以包括通过将成像探头移动到多个姿态来校准所述图像空间与所述跟踪空间之间的配准，以增加校准准确度。所述固定的几何形状可以包括立方体，并且所述第一传感器和所述第二传感器可以被分布并且安装在所述立方体的面上。也可能所述固定的几何形状包括针，并且所述第一传感器和所述第二传感器被沿所述针分布并且安装。所述第一传感器可以包括超声接收器，并且所述图像空间可以包括超声体积图像空间。第二传感器可以包括电磁(EM)跟踪传感器，并且所述跟踪空间可以包括生成的EM场。也可能所述第二传感器包括光纤形状感测传感器，并且跟踪所述第二传感器包括使用来自所述光纤形状感测传感器的反馈来确定所述校准工具在跟踪空间中的所述位置。另外，所述第一传感器可以包括被配置为接收流动造影剂的超声接收器，并且所述方法例如可以还包括泵送所述造影剂通过所述超声接收器。