[发明专利]配准方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于确定对象相对于位置检测系统的位置和取向的配准方法，其中所述方法包括以下步骤：‑利用包括至少一个运动传感器和/或至少一个位置传感器的图像传感器单元捕获对象的表面的图像，‑通过处理由所述运动传感器提供的运动传感器信号和/或由所述位置传感器提供的位置信号，确定所述图像传感器单元在所述位置检测系统的坐标系中的捕获位置，‑从所捕获的图像以摄影测量生成所述对象的表面模型，以及‑将以摄影测量生成的表面模型变换到位置检测系统的坐标系中。

技术领域

本发明涉及一种用于确定对象相对于位置检测系统的位置和取向的配准方法和配准装置。

背景技术

例如在医学领域中支持器械(例如手术器械)的导航的位置检测系统本身是已知的。此类位置检测系统可以是光学、基于超声或电磁位置检测系统，并且用于检测位置传感器相对于位置检测系统的位置和取向。

例如，电磁位置检测系统是已知的，其中场发生器产生交变电磁场，并且提供给包括线圈的位置传感器。交变电磁场在线圈中感应的电流取决于相应线圈相对于交变电磁场的取向。如果可移动器械配备有例如传感器线圈形式的此类位置传感器，则可以确定器械相对于参考传感器的放置点和位置，所述参考传感器例如可同样包括线圈。此类参考传感器优选地刚性地连接到患者的身体部位(要不然不同的对象)。

为了支持外科医生在患者体内导航手术器械，通常借助于此类位置检测系统检测具有位置传感器的手术器械的位置，并且在通过断层摄影术获得的身体部位的截面图像中显示器械的位置。

为实现此操作，必须将器械的位置传感器提供的位置值传输到患者的断层摄影图像的坐标中。举例而言，从患者的断层摄影图像生成身体部位的表面的局部解剖图像的做法是已知的，以便使局部解剖图像的表面(下文也称为模型表面)上的点与真实身体部位的表面上的分别由指针仪器或感测仪器接触的那些点相互关联。因此，可以在配准方法的范围内产生用于将借助于位置检测系统检测到的位置值变换成模型坐标的变换指示。为此，感测身体部位的真实表面上的多个点，并且使表示真实表面上的点的相关联位置值与模型表面上的点相互关联，同时以产生最小可能误差的方式维持它们相对于彼此的相对位置。指定如何将检测到的位置值变换成局部解剖图像(在本文中也被称为局部解剖模型)的坐标并且因此也变换成断层摄影图像或模型的坐标的变换指示由此产生。

患者配准是指建立变换函数，以使手术期间检测到的位置数据与手术前例如通过断层摄影术获得的图像数据中的位置信息相对应。举例来说，出于患者配准的目的，如上文所描述的，检测患者模型且建立变换函数，该变换函数在配准方法的范围内使检测到的位置数据和由此产生的患者模型与关于手术之前获得的图像数据的位置信息相对应。

为了确定变换函数(即所谓的配准)，在相应的坐标系中建立模型和(例如，通过断层摄影术获得的)图像数据中的相同几何特征。然后，借助于这些特征将这两个坐标系相互关联。借助于指针仪器进行的表面配准通常是普遍的。此处，患者的皮肤表面充当相应的特征。在手术期间借助于指针仪器感测皮肤表面，并且使皮肤表面与来自图像数据的提取的皮肤表面相对应。

还描述了非触觉配准方法。

如在US 9208561 B2中所述的用于配准患者图像数据的非触觉配准方法利用图像传感器单元(单焦相机或3D相机)作为参考传感器。图像传感器单元产生皮肤表面的表面模型，以光学方式检测参考传感器并使其位置与皮肤表面模型相关。由于参考传感器也被位置检测系统跟踪，因此可以确定皮肤表面模型点从表面模型的坐标系到位置检测系统的坐标系的变换，并且由此计算到患者图像数据的配准。

另一种非触觉配准方法利用与光学位置检测系统刚性组合的结构化光或激光发射器/接收器单元。光学位置检测系统通常包括光发射器/接收器单元和被配置成反射由光发射器/接收器单元发射的光的位置传感器。发射器/接收器单元接着检测反射光，位置传感器的位置和取向可以从该反射光获得。这样，由结构化光或激光发射器/接收器单元生成的表面模型在光学位置检测系统的坐标系中是已知的。

发明内容