[发明专利]确定医疗器械在分支解剖结构中的位置

说明书

本发明的名称为确定医疗器械在分支解剖结构中的位置。比较由自移动通过解剖结构的医疗器械的远端透视图拍摄的连续图像提取的信息与由解剖结构的计算机模型提取的相应信息。然后使用与潜在匹配集相关联的概率确定由连续的图像提取的信息和由计算机模型提取的相应信息之间最可能的匹配，以便配准解剖结构的计算机模型与医疗器械并由此确定医疗器械当前处于的解剖结构的腔。传感器信息可以被用于限制潜在匹配集。作为确定最可能匹配的一部分，与一系列图像相关联的特征属性与潜在匹配集可以被定量地比较。

本申请为分案申请，原申请的申请日是2013年10月8日、申请号是201380053469.5(PCT/US2013/063813)、发明名称为“确定医疗器械在分支解剖结构中的位置”。

技术领域

本发明一般涉及医疗系统，并且具体涉及用于通过将当医疗器械移动通过分支解剖结构时在其远端处拍摄的图像信息与从分支解剖结构的计算机模型提取的相应信息进行比较来确定医疗器械在分支解剖结构中的位置的系统和方法。

背景技术

图像引导的外科手术有助于外科医生将医疗器械导航至患者内的目标，以便可以对目标执行治疗和/或诊断的医疗程序。为了引导，可以跟踪医疗器械的远端位置，并且其图像连同与目标相关联的解剖结构的计算机模型一起显示或叠加在与目标相关联的解剖结构的计算机模型上。可以由手术前和/或手术中患者解剖扫描数据诸如X-射线、超声波、荧光检查、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)和其他成像技术生成计算机模型。医疗器械可以为内窥镜、导管或具有可操纵的末端和能够贴合通向患者的分支解剖结构中的目标的身体通道或腔的柔性主体的医疗器具。

医疗器械、解剖结构和该解剖结构的计算机模型关于彼此的适当配准是精确的图像引导的外科手术所期望的。因此，通常在对患者执行医疗程序之前执行这些项目的配准。然而，由于解剖结构的运动和/或当医疗器械移动通过解剖结构时难于跟踪医疗器械，在执行医疗程序期间，配准误差可能出现。对于连续移动在其中柔性医疗器械被导航至目标区域的分支解剖结构，保持医疗器械的跟踪位置和分支解剖结构之间的适当配准是特别有挑战的。

U.S.2005/0182319描述了使用动态参比和/或选通技术跟踪解剖结构的运动和使用电磁(EM)跟踪设备跟踪当医疗器械在解剖结构内部移动时医疗器械的运动。然而，由于至少部分归因于动态参比、EM跟踪设备和解剖运动的不准确性，当分支解剖结构内的多个腔停留在不确定的区域内时，由这样的不准确造成移动通过分支解剖结构诸如肺或心脏的医疗器械的精确配准易于出错。

Luo,Xiongbiao等人的“On Scale Invariant Features and Sequential MonteCarlo Sampling for Bronchoscope Tracking,”Medical Imaging 2011:Visualization,Image-Guided Procedures,and Modeling,由Kenneth H.Wong,David R.Homes III编辑,Proc.Of SPIE Vol.7964,79640Q，描述了基于两阶段图像的方法，用于确定当前支气管镜摄像机帧和生成的虚拟帧之间的最大相似性以确定支气管镜姿势。第一阶段使用尺度不变特征转换(SIFT)特征和对极几何分析预测支气管镜视频的连续图像之间的帧间运动参数。第二阶段根据第一阶段估计的结果递归地近似当前支气管镜摄像机姿势的后验概率密度。因为第二阶段生成被定义为摄像机运动参数和虚拟支气管镜检查的图像和患者具体真实的支气管镜检查的图像之间的相似性的随机样本集，所以当前摄像机运动参数可以被确定为等于相应于样本集内最大相似性的一个样本的姿势。尽管已经显示该方法提供好的精确性，但其使用序贯蒙特卡罗(SMC)方法的计算的复杂性不适合具有大约3.0秒每帧的计算时间的实时应用。