[发明专利]用于X射线校准的X射线波纹标记物

说明书

本公开的各种实施例包括C型臂配准系统，所述C型臂配准系统采用控制器(70)，所述控制器用于将C型臂(60)配准到X射线波纹标记物(20)，所述X射线波纹标记物包括从所述X射线波纹标记物(20)的固定点(40)径向延伸的波纹图案(50)。在操作中，所述控制器(70)识别X射线图像内的波纹图案(50)，所述X射线图像从所述C型臂(60)的X射线投影生成并且图示所述波纹图案(50)的部分或全部，对所述X射线图像内的所述波纹图案(50)的所述识别的特征在于所述C型臂(60)相对于所述X射线波纹标记物(20)的所述X射线投影的姿态。所述控制器(70)还：分析所述X射线图像内的所述波纹图案(50)以导出一个或多个变换参数，所述一个或多个变换参数定义所述C型臂(60)相对于所述X射线波纹标记物(20)的X射线投影的姿态；并且基于所述(一个或多个)变换参数来将所述C型臂(60)配准到所述X射线波纹标记物(20)。

技术领域

本公开总体涉及X射线校准。本公开具体涉及用于X射线校准的X射线波纹标记物的成像。

背景技术

X射线C型臂系统经常用于微创外科手术(例如，整形外科手术、血管介入等)，以使外科医师能够通过从任意方向拍摄X射线图像来查看患者身体内部。更具体地，移动C型臂通常具有轮子以提供在房间中的移动性，并且一旦被定位，移动C型臂允许用户在五(5)个方向上调整C型臂的位置。尽管这为微创外科手术的执行提供了灵活性，但X射线投影的确切位置和角度是未知的。这使用户无法使用高级工具，包括进行真正的三维(“3D”)测量、大视野成像、术前或术中信息的动态叠加以及用于图像引导的介入的目标定位。因此，在相对于患者身体定位移动C型臂之后，需要计算X射线投影相对于固定坐标系的姿态，这通常称为C型臂配准。具体而言，移动C型臂位置是相对于固定坐标系计算的，并且通过由平移向量(t∈R³)和旋转矩阵(R∈SO(3))组成的齐次变换来描述。因此，任务是计算精确描述移动C型臂相对于固定坐标系的位置的对(t,R)。

解决C型臂配准的一种历史方法需要在C型臂上安装硬件(例如，光学跟踪标记、惯性标记等)。这种方法需要向房间添加多个部件，并且通常会对程序的工作流程产生负面影响。

C型臂配准的当前做法是提供在操作空间中具有固定位置的标记物(例如，附接到机器人或操作台的标记物)，并生成标记物的特征的X射线图像以执行C型臂配准(例如钢球或已知几何形状的特征)。对于此类标记，存在关于所需的配准精度、标记物上的不透明特征的数量、标记物的大小、对工作流程的影响以及对X射线图像的影响的成本效益权衡。

发明内容

虽然已知的C型臂配准方法已被证明是有益的，但仍然需要改进的技术来提供准确和可靠的C型臂配准，尤其是对于移动C型臂。本公开教导了一种X射线波纹标记物创建一个或多个被X射线成像的波，其具有C型臂相对于X射线波纹标记物的X射线投影姿态的函数的特征。在一些实施方式中，X射线波纹标记物采用提高配准算法鲁棒性的额外特征(例如，铜球或钢球)。

本公开的一个实施例是一种采用C型臂配准控制器的C型臂配准系统，用于将C型臂配准到X射线波纹标记物，包括从X射线波纹标记物的固定点径向延伸的波纹图案。所述C型臂配准控制器被配置为：识别X射线图像内的波纹图案以分析X射线图像中的波纹图案以导出一个或多个变换参数，所述X射线图像从C型臂的X射线投影生成并图示所述标记的部分或全部；并且基于所述(一个或多个)变换参数来将所述C型臂配准到所述X射线波纹标记物。

对所述X射线图像内的波纹图案的识别的特征在于C型臂的X射线投影相对于X射线波纹标记物的姿态，并且所述(一个或多个)变换参数在定义上是确定的C型臂的X射线投影相对于X射线波纹标记物的姿态。

所述C型臂的X射线投影相对于X射线波纹标记物的姿态包括与X射线波纹标记物相关联的坐标系内C型臂的X射线投影的位置和/或取向(例如，以X射线波纹标记物的固定点为原点的坐标系或介入设备的坐标系，例如具有附着到其的X射线波纹标记物的介入机器人系统)。