[发明专利]用于成像装置的空间配准方法

说明书

本发明提供了一种用于将从患者实时获得的图像相对于跟踪装置配准的方法。所述方法不是基于附接到所述患者的内部或外部基准标记，而是相对于附连到支撑所述患者的台的引导系统的参考板进行所述配准。

技术领域

本发明大体上涉及传感器相对于成像换能器的图像平面的位置和定向的配准。

背景技术

存在用于借助于位置传感器和成像探针来引导仪器的医疗系统。举例来说，可以借助于放置在成像探针上的位置传感器来确定由成像系统显示的平面(图像平面)的绝对位置和定向。举例来说，如果期望跟踪针的路径和位置，则跟踪系统必须能够跟踪针相对于由成像系统获取的图像的位置。

一种跟踪针的方式是将针位置传感器附连到针上的预定点，并测量针尖的精确位置和定向。然而，在成像换能器上的方便的任意位置处附接到成像换能器的成像位置传感器并不具有相对于换能器的图像平面良好确定的空间位置和定向，以便将换能器位置传感器与换能器成像平面精确地相关。由于针到解剖靶标的导览使用所获取的图像作为用于针及其未来路径的显示的背景，故必须计算成像平面相对于成像换能器上的位置传感器的精确位置和定向。

融合成像是融合两种不同成像模态的技术。举例来说，在例如但不限于肝脏介入的某些医疗手术中，将实时超声与例如但不限于CT、MR和正电子发射断层显像PET-CT等的其它成像模态融合。融合成像需要超声图像与其它成像模态图像的配准。现有技术的成像配准需要将图像相对于基准标记(在患者内部或外部)配准。

发明内容

本发明旨在提供用于安装在成像探针(其可以是但不限于超声探针)上的位置传感器的位置和定向的配准的改进方法，如下文中更详细地所描述。术语“探针”和“换能器”在全文中可互换地使用。位置传感器，也被称为跟踪装置，可以是但不限于磁性、光学、电磁、射频(RF)、惯性测量单元(IMU)、加速计和/或其任何组合。

跟踪装置固定在成像换能器上，由此限定跟踪装置的位置和定向与成像换能器的图像平面的位置和定向之间维持的恒定空间关系。

校准方法可以用于找到此恒定空间关系。一种非限制性的合适校准方法是转让给以色列的Trig医疗有限公司的第8887551号美国专利的方法，所述美国专利的公开内容以引用的方式并入本文中。通过使用此恒定空间关系，处理器可以基于跟踪装置的位置和定向来计算图像的确切位置和定向。

为了使用此类校准方法，必须执行配准过程以便将图像(例如超声图像)相对于所附接的跟踪装置配准。

本发明提供一种用于使用成像装置的图像(例如超声换能器的图片)以及使用图像处理技术的所附接的跟踪装置来执行此配准过程的方法，如下文所描述。

此方法需要使用成像装置(例如相机、X射线、CT)以从一个或多个角度拍摄图像换能器的一个或多个图像，或捕获从一个或多个角度连续地查看图像换能器的视频剪辑。跟踪装置出现在一个或多个所获取的图像中。跟踪装置的形状和大小必须是已知的。

因此，根据本发明的实施例提供了一种用于图像相对于跟踪装置的配准的方法，其包含：获取跟踪装置附接到的成像换能器的图像；标识成像换能器和跟踪装置的形状和尺寸；计算成像换能器和跟踪装置的空间定向；基于成像换能器和跟踪装置的空间定向来计算变换矩阵；将成像换能器的坐标转换为所附接的跟踪装置的坐标，由此提供图像与成像换能器的配准；计算成像换能器的图像平面；以及假设图像平面与换能器主体成恒定且众所周知的空间关系。

成像换能器的图像可以包含成像换能器的发射成像能量的部分、跟踪装置以及成像换能器的基准标记。标识步骤可以包含找到成像换能器和发射成像能量的部分、跟踪装置以及基准标记的轮廓。

计算空间定向的步骤可以包含使用跟踪装置的形状作为参考来计算图像中的任何感兴趣的点之间的距离。

确定图像平面的空间位置的步骤可以包含确定图像的每个像素的空间位置。