[发明专利]荧光镜位姿估计

说明书

本发明涉及荧光镜位姿估计。公开了用于使用多个标记使三维(3D)CT图像数据与二维(2D)荧光镜图像数据对准的方法和系统。在该方法和系统中，搜索外侧角和颅侧角并且计算倾侧角。还计算3D平移坐标。连续预定次数地计算所计算的倾侧角和3D平移坐标。在执行计算之后，基于外侧角、颅侧角、倾侧角和3D平移坐标将3D CT图像数据覆盖在2D荧光镜图像数据上。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年7月2日提交的美国临时专利申请No.62/020,250的权益和优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及用于外科程序的导航和位置确认的系统、装置和方法。更具体地，本公开涉及找出关于CT的荧光镜投影变量(角度、焦点、变焦等等)以从CT提取有关数据并且将其覆盖在荧光镜图像上的系统和方法。

背景技术

已经开发了与可视化患者的肺相关的可视化技术以帮助临床医生对患者的肺执行诊断和/或手术。可视化对于识别患病区域的位置尤其重要。此外，当治疗患病区域时，对识别患病区域的具体位置给予额外重视以使得在正确位置处执行外科手术。

例如，在肺中，已经开发了支气管内导航系统，该支气管内导航系统使用CT图像数据来创建导航计划，以便于使导航导管(或者其它合适的装置)前进通过支气管镜和患者的支气管的分支而到感兴趣区域。可以在诊断(即，活体组织检查)阶段和治疗阶段两者中采用支气管内导航。电磁跟踪可以与CT数据结合使用以便于引导导航导管通过支气管的分支而到感兴趣区域。在某些实例中，导航导管可以定位在邻近感兴趣区域或者感兴趣区域内的分支内腔网状组织的气道中的一个内，以为一个或者多个医疗器械提供通路。然而，由于绘制时间和对附近用户的辐射危害，因此CT数据不是实时使用的。

一旦导航导管就位，可以使用荧光镜检查使医疗器械(包括活体组织检查工具(诸如，刷子、针和镊子)以及治疗工具(诸如消融导管))可视化，如它们实时穿过导航导管并且进入到肺中以及到感兴趣区域的那样。常规荧光镜检查在医疗程序期间广泛地用作用于在人体内部引导医疗器械的可视化成像工具。尽管在荧光镜图片上清楚地可见像导管、活体组织检查工具等等的医疗器械，但是诸如软组织、血管、可疑肿瘤病变等等的器官特性稍微透明或者完全透明并且因此难以用常规荧光镜检查识别。另外，荧光镜图像绘制平面2D图像，在该平面2D图像上评估医疗器械的三维位置会稍微有挑战性。因而，没有向临床医生提供能够使患者身体内的医疗装置相对于感兴趣区域的放置可视化所需要的全部信息。

尽管已知位姿估计方法，但这些方法具有限制。例如，由于非收敛最终可能没有解，或者收敛导致错误的解。计算时间没有上限。一些方法需要使用4个点并且在这些点上存在几何约束，尤其是相对于共平面性。在以直观方式调试故障中会有困难。此外，一些方法需要精确的摄像机校准。

发明内容

在实施例中，本公开公开了用于使用多个标记使三维(3D)CT图像数据与二维(2D)荧光镜图像数据对准的方法。方法包括搜索外侧角和颅侧角以及将标记的3D质心移动至标记的2D质心与源之间的半线段。方法还包括计算倾侧角、3D平移坐标。连续预定次数地计算倾侧角和3D平移坐标。基于外侧角、颅侧角、倾侧角和3D平移坐标将3D CT图像数据覆盖在2D荧光镜图像数据上。

在一个方面中，搜索外侧角和颅侧角包括在2D网格中尝试样本值、基于样本值找到最小值以及使用最陡下降法从最小值尝试样本值。

在另一个方面中，计算倾侧角包括计算在2D荧光镜图像数据中将标记的2D质心接合至2D标记的2D矢量、为投影的3D标记计算投影的矢量以及确定倾侧角，该倾侧角为2D矢量与投影的矢量之间的角度。

在一个方面中，方法还包括基于外侧角、颅侧角和倾侧角确定解的性能，其中通过计算解的分数确定性能。