[发明专利]用于校准医学成像设备、用于执行配准的方法以及系统

说明书

本发明涉及一种用于根据其图像采集几何结构校准医学成像设备(2)的方法(10)、用于基于相应的校准数据执行2D3D配准的方法(10)，以及相应的系统(1)。作为方法(1)的一部分，使用成像设备(2)在体模(4)的不同位置采集体模(4)的多个图像。借助于跟踪设备(2，6，7，8，9)跟踪体模(4)从一个位置到相应的下一个位置的相应运动，以保持对体模(4)和成像设备(2)之间的空间关系的连续跟踪。然后，基于所采集的图像、成像设备(2)的相应所记录的姿态以及体模(4)的所跟踪的运动来校准医学成像设备(2)。

技术领域

本发明涉及一种用于校准医学成像设备的方法、一种用于执行2D3D配准的方法、以及一种包括相应的医学成像设备的系统。

背景技术

如今，诸如计算机断层摄影(CT)、X射线成像、血管造影术及其他的医学成像技术可以有利地提供患者的详细图像数据，并且因此可以有助于患者的成功诊断和治疗。然而，这些相同的成像技术也可将患者暴露于显着的辐射。因此，常见的做法是仅采集一次患者或感兴趣区域(ROI)的完整3D数据集，通常是在实际干预或操作之前。然后，在干预或操作期间仅采集患者或ROI的2D图像而不是多个完整3D数据集，以降低患者的暴露或压力。然而，这种方法确实带来了将2D图像与先前采集的3D数据集或公共坐标系或参考系配准的需要。此过程称为2D3D-配准。

具有合理努力的精确配准通常仅对于成像设备先前已经校准的成像位置是可能的。对于校准的成像位置，通过相应的在前校准，已知或预先确定成像设备的相应当前位置或定位状态与从该位置或定位状态采集的2D图像的空间位置或取向之间的精确关系。

通常根据针对有限数量的校准位置或校准的位置采集的实际可用校准数据进行内插两个校准的成像位置之间的中间成像位置或外推位于校准空间外的成像位置。这导致2D3D配准中的总体精度低于理想，并且因此导致医学成像技术的性能或有用性低于理想。在成像设备的完整成像空间或最大检测范围内，已知的校准方法可以例如产生大约2mm的准确度或精度。这是或将是不充分的，特别是对于导航和/或机器人医疗程序。

发明内容

本发明的目的是提供一种在实际应用中改善医学成像技术性能的简单方法。

该目的通过独立权利要求的目的来实现。在其他权利要求以及以下描述和附图中示出了具有本发明的有利改进的有利实施例。

根据本发明的方法涉及根据其图像采集几何结构校准医学成像设备。该方法包括将具有预定几何结构特征的成像体模定位在成像设备的最大检测范围内的第一位置。在这种意义上，最大检测范围是医学成像设备利用其全范围的运动或可调节性可以达到或成像的完整空间体积。

成像体模可以例如是人造对象，其包括可以由成像设备成像的标记的布置或图案。通过这些标记和/或例如成像体模的形状，其位置和取向(即其姿态)可以从成像设备拍摄或采集的成像体模的图像数据或图像明确地确定。这些标记可以是例如金属点或球体，其可以布置在成像体模的表面上和/或在其内部集成。在利用医学成像设备采集的X射线图像中，可以清楚地检测和区分标记。

作为该方法的一部分，使用成像设备采集处于第一位置的体模的至少一个图像。记录或标记在其中采集至少一个图像的成像设备的相应姿态。姿态可以绝对地或相对地被记录或表征，例如根据用于将成像设备定位在该姿态的相应控制信号和/或根据成像设备的相应运动或移动。例如，可以使用一个或多个位置或运动传感器来检测或感测后者。这些传感器例如可以集成到成像设备中，例如集成在成像设备的铰接的机器人臂的各个关节中或各个关节处。

该方法还包括将体模移出第一位置并进入最大检测范围内(即，在成像设备的可成像体积或覆盖范围内)的至少一个其他位置。然后使用成像设备采集处于至少一个其他位置的体模的至少一个图像，并且类似于采集处于第一位置的体模的至少一个图像，记录或标记成像设备的相应姿态。将体模移动到至少一个其他位置意味着体模可以连续地或小心地移动到多个位置。然后，对于这些多个位置中的每一个，采集或拍摄至少一个相应的图像，并记录成像设备的相应姿态。