對(duì)追蹤系統(tǒng)的術(shù)中質(zhì)量監(jiān)測(cè)的制作方法
【專利摘要】一種介入系統(tǒng),其采用:具有追蹤點(diǎn)的介入工具(20),以及成像系統(tǒng)(30),所述成像系統(tǒng)(30)能夠操作用于生成所述介入工具的至少部分相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的至少一個(gè)圖像。所述系統(tǒng)還采用:追蹤系統(tǒng)(40),所述追蹤系統(tǒng)能夠操作用于追蹤所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)在空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的任何移動(dòng),其中,所述追蹤系統(tǒng)(40)針對(duì)所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)而被校準(zhǔn);以及追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52),其能夠操作用于根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而監(jiān)測(cè)所述追蹤系統(tǒng)(40)的追蹤質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】對(duì)追蹤系統(tǒng)的術(shù)中質(zhì)量監(jiān)測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于對(duì)身體、人或動(dòng)物的診斷和/或處置的介入程序,其可以包含做切口或孔以進(jìn)入身體內(nèi)部,或無(wú)需切開進(jìn)入身體而進(jìn)入體腔,或?qū)ι眢w施予電磁輻射(例如X射線、激光、伽馬射線和紫外光)。本發(fā)明具體涉及在介入程序期間,對(duì)針對(duì)介入工具的追蹤系統(tǒng)的校準(zhǔn)的術(shù)中質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1圖示了已知的介入系統(tǒng),其采用一個(gè)或多個(gè)介入工具20、一個(gè)或多個(gè)成像系統(tǒng)30、追蹤系統(tǒng)40以及工作站50。
[0003]每個(gè)介入工具20均可以為在結(jié)構(gòu)上被配置用于在介入程序期間執(zhí)行具體動(dòng)作的任意類型的工具、儀器、設(shè)備、小器件等等。介入工具20的范例包括,但不限于內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管和超聲(“US”)探頭。
[0004]每個(gè)成像系統(tǒng)30均可以為在結(jié)構(gòu)上被配置用于在介入程序期間生成身體的解剖區(qū)域的圖像的任意類型的系統(tǒng)。成像系統(tǒng)30的范例包括,但不限于X射線系統(tǒng)和US系統(tǒng)。
[0005]追蹤系統(tǒng)40可以為在結(jié)構(gòu)上被配置用于在介入程序期間追蹤(一個(gè)或多個(gè))介入工具20在空間參考系內(nèi)的移動(dòng)的任意類型的系統(tǒng)。追蹤系統(tǒng)40的范例包括,但不限于,電磁(“EM”)追蹤系統(tǒng)和光學(xué)追蹤系統(tǒng)。
[0006]工作站50可以 包括任意類型的組裝裝置,所述組裝裝置在結(jié)構(gòu)上被配置用于在所述介入程序期間,處理來(lái)自(一個(gè)或多個(gè))成像系統(tǒng)30的圖像數(shù)據(jù)31和來(lái)自追蹤系統(tǒng)40的追蹤數(shù)據(jù)41,以可視化(一個(gè)或多個(gè))介入工具20在空間參考系內(nèi)相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的配準(zhǔn)圖像的位置。工作站50的范例包括,但不限于,這樣的計(jì)算機(jī),其具有:(I)介入導(dǎo)航器應(yīng)用程序51,介入導(dǎo)航器應(yīng)用程序51用于處理圖像數(shù)據(jù)31和追蹤數(shù)據(jù)41以顯示(一個(gè)或多個(gè))介入工具20在所述空間參考系內(nèi)相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的配準(zhǔn)圖像的位置;以及(2)圖形用戶接口( “GUI”)(未示出),其用于與介入導(dǎo)航器應(yīng)用程序51交互。
[0007]對(duì)任意介入程序尤其重要的是對(duì)追蹤系統(tǒng)40的校準(zhǔn)。例如,EM追蹤系統(tǒng)典型地采用用于定義空間參考系的一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源,以及用于測(cè)量由所述磁場(chǎng)源產(chǎn)生的場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)磁傳感器,由此所述測(cè)量結(jié)果被用于確定(一個(gè)或多個(gè))介入工具20在所述空間參考系內(nèi)的位置。該技術(shù)依賴于對(duì)源的相對(duì)位置和它們的磁場(chǎng)的空間形式以及磁傳感器的相對(duì)位置和靈敏度的準(zhǔn)確的先驗(yàn)知識(shí)。由于不可能制作出具有理想特性的磁源和磁傳感器,對(duì)這種特性的純理論計(jì)算很可能有誤差,并因此必須在述介入程序之前或期間根據(jù)校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果來(lái)確定它們。對(duì)EM追蹤系統(tǒng)的校準(zhǔn)確保了由(一個(gè)或多個(gè))成像系統(tǒng)30 (例如X射線成像系統(tǒng)和/或US成像系統(tǒng))生成的圖像的準(zhǔn)確配準(zhǔn)。
[0008]然而,對(duì)由(一個(gè)或多個(gè))成像系統(tǒng)30生成的所述圖像的配準(zhǔn)可能因多種原因而在介入程序期間變得有誤差,所述原因包括,但不限于,校準(zhǔn)誤差、不能操作或有故障的磁源/傳感器、電磁畸變或干擾、患者臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和/或患者臺(tái)的彎曲。為了解決該潛在的校準(zhǔn)問(wèn)題,本發(fā)明提供一種工作站50的追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52 (如在圖2中所示),用于監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)的追蹤系統(tǒng)40的追蹤質(zhì)量。具體地,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52實(shí)施以下方法,用于確定(一個(gè)或多個(gè))介入工具20在由追蹤系統(tǒng)40定義的空間參考系內(nèi)的位置誤差,以及用于提供警報(bào)和/或?qū)@種(一個(gè)或多個(gè))位置誤差的校正。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的一種形式為介入系統(tǒng),其采用具有追蹤點(diǎn)的介入工具、成像系統(tǒng)、追蹤系統(tǒng)和追蹤質(zhì)量監(jiān)視器。在操作中,所述成像系統(tǒng)能夠操作為生成所述介入工具的部分或整體相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)圖像。所述追蹤系統(tǒng)追蹤所述介入工具和所述成像系統(tǒng)在空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的任何移動(dòng),其中,所述追蹤系統(tǒng)針對(duì)所述介入工具和所述成像系統(tǒng)而被校準(zhǔn)。所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而監(jiān)測(cè)所述追蹤系統(tǒng)的追蹤質(zhì)量。
[0010]本發(fā)明第二種形式為介入工作站,其采用介入導(dǎo)航器和追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器。在操作中,所述介入導(dǎo)航器在介入程序期間,可視化介入工具在空間參考系內(nèi)相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)配準(zhǔn)圖像的位置。所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器根據(jù)針對(duì)每個(gè)配準(zhǔn)圖像在所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述配準(zhǔn)圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而監(jiān)測(cè)所述配準(zhǔn)圖像的追蹤質(zhì)量。
[0011]本發(fā)明的第三種形式為介入方法,其包括:對(duì)介入工具的相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的導(dǎo)航,所述介入工具具有追蹤點(diǎn);對(duì)成像系統(tǒng)的操作,用于生成至少所述介入工具的部分相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的至少一個(gè)圖像;對(duì)追蹤系統(tǒng)的操作,用于追蹤所述介入工具和所述成像系統(tǒng)在空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的任何移動(dòng),其中,所述追蹤系統(tǒng)針對(duì)所述介入工具 和所述成像系統(tǒng)而被校準(zhǔn);以及根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而對(duì)所述追蹤系統(tǒng)的追蹤質(zhì)量進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012]根據(jù)下文結(jié)合附圖閱讀的對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述,本發(fā)明的前述形式與其他形式以及本發(fā)明的各個(gè)特征與優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)。所述詳細(xì)描述和附圖僅是對(duì)本發(fā)明的例示而非限制,本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等價(jià)方案限定。
[0013]圖1圖示了本領(lǐng)域已知的介入系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。
[0014]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的介入系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。
[0015]圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法的示范性實(shí)施例的流程表示。
[0016]圖4圖示了圖3中示出的流程的第一示范性介入實(shí)現(xiàn)方式。
[0017]圖5圖示了對(duì)圖4中示出的介入實(shí)施方式的示范性追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
[0018]圖6圖示了圖3中示出的流程的第二示范性介入實(shí)現(xiàn)方式。
[0019]圖7和圖8圖示了對(duì)圖6中示出的介入實(shí)施方式的示范性追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
[0020]圖9圖示了圖3中示出的流程的第三示范性介入實(shí)現(xiàn)方式。
[0021]圖10圖示了對(duì)圖9中示出的介入實(shí)現(xiàn)方式的示范性追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)?!揪唧w實(shí)施方式】
[0022]如本文前面所述,如圖2中所示的追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52實(shí)施用于以下目的方法:用于確定(一個(gè)或多個(gè))介入工具20在由追蹤系統(tǒng)40定義的空間參考系內(nèi)的(一個(gè)或多個(gè))位置誤差,并且用于提供警報(bào)和/或?qū)@種(一個(gè)或多個(gè))位置誤差的校正。為此,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52運(yùn)行圖3中所示的流程60,其表示本發(fā)明的所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法。
[0023]大體上,流程60的階段S61包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集介入工具20的部分或整體相對(duì)于身體的對(duì)象解剖區(qū)域的圖像(例如,掃描身體的解剖區(qū)域的US探頭的X射線圖像以及身體的解剖區(qū)域的US圖像)。
[0024]流程60的階段S62包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52識(shí)別如由追蹤系統(tǒng)40追蹤的、介入工具20的追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置(例如,導(dǎo)管的末端或US探頭的頭部在空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置)。
[0025]流程60的階段S63包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52識(shí)別介入工具20的追蹤點(diǎn)在所采集的圖像內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置(例如,導(dǎo)管的末端或US探頭的頭部在所采集的圖像內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置)。在一個(gè)實(shí)施例中,所識(shí)別的介入工具20的圖像坐標(biāo)位置是根據(jù)已知的圖像分割技術(shù)導(dǎo)出的。
[0026]流程60的階段S64包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52計(jì)算介入工具20的所述追蹤點(diǎn)在介入工具20在所述空間參考系內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與介入工具20的所述追蹤點(diǎn)在所采集的圖像內(nèi)的所述圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差。在一個(gè)實(shí)施例中,介入工具20的所述校準(zhǔn)位置誤差為所述空間參考系的一個(gè)或多個(gè)維度上、介入工具20的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與介入工具20的所述追蹤點(diǎn)在所采集的圖像內(nèi)的所述圖像坐標(biāo)位置之間的空間差。
[0027]流程60的階段S65包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52確定介入工具20的所述校準(zhǔn)位置誤差是否表示介入工具20的校準(zhǔn)追蹤誤差。在一個(gè)實(shí)施例中,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器響應(yīng)于所述校準(zhǔn)位置誤差等于和/或超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值,確定介入工具20的校準(zhǔn)位置誤差表示介入工具20的校準(zhǔn)追蹤誤差。
[0028]如果追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52確定介入工具20的校準(zhǔn)位置誤差不表示介入工具20的校準(zhǔn)追蹤誤差,則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52返回到階段S61,以采集介入工具20相對(duì)于所述身體的所述對(duì)象解剖區(qū)域的任意后續(xù)圖像。
[0029]如果追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52確定介入工具20的校準(zhǔn)位置誤差表示介入工具20的校準(zhǔn)追蹤誤差,則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52繼續(xù)進(jìn)行到流程60的階段S66,以提供對(duì)所述校準(zhǔn)追蹤誤差的警報(bào)和/或以校正所述校準(zhǔn)追蹤誤差。在實(shí)踐中,所述校準(zhǔn)追蹤誤差的任意警報(bào)可以為視覺(jué)和/或聲音警報(bào),并且可以在對(duì)多個(gè)校準(zhǔn)追蹤誤差的探測(cè)之后發(fā)生。同樣,在實(shí)踐中,對(duì)所述校準(zhǔn)追蹤誤差的任意校正可以為自動(dòng)或半自動(dòng)的,并且可以在對(duì)多個(gè)校準(zhǔn)追蹤誤差的探測(cè)之后發(fā)生。
[0030]在階段S66完成時(shí),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以返回到階段S61,以采集介入工具20相對(duì)于所述身體的所述對(duì)象解剖區(qū)域的任意后續(xù)圖像,或終止流程60。
[0031]在實(shí)踐中,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以被用于任意類型的介入程序,作為對(duì)追蹤系統(tǒng)40的校準(zhǔn)的質(zhì)量的手段。盡管如此,為了便于對(duì)本發(fā)明的所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法的理解,現(xiàn)在將在(I)心臟介入程序中的X射線/超聲融合、(2)超聲引導(dǎo)的心臟介入程序以及(3)用于心臟介入程序的X射線/電磁校準(zhǔn)的背景下描述由追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52對(duì)流程60的運(yùn)行。
[0032]心臟介入程序中的X射線/超聲融合。針對(duì)在X射線引導(dǎo)下的先進(jìn)心臟介入,用于改進(jìn)的心臟可視化的技術(shù)不斷地被研究。用于改進(jìn)的軟組織可視化的一個(gè)范例是,實(shí)況二維(“2D”)/三維(“3D”)US成像在使用EM追蹤的流式X射線成像上的融合。例如,圖4圖示了一種介入程序,其包括US探頭21 (例如,經(jīng)食管探頭)與X射線成像器32的配準(zhǔn)。EM傳感器42被附貼到US探頭21并被預(yù)校準(zhǔn)到2D/3D US圖像,并且EM傳感器43被附貼到患者臺(tái)并被預(yù)校準(zhǔn)到X射線成像器32,由此將實(shí)時(shí)X射線圖像的流永久性地配準(zhǔn)到所述US圖像。EM源44被操作用于在由EM源44定義的空間參考系內(nèi)追蹤EM傳感器42和43的目的。挑戰(zhàn)在于US/X射線配準(zhǔn)可能因多種原因而變得有誤差,這可能導(dǎo)致所述介入程序的準(zhǔn)確度和可靠性的降低。
[0033]為了解決潛在的有誤差的US/X射線配準(zhǔn),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52(圖2)連續(xù)地在背景中運(yùn)行,并隨著所述程序進(jìn)行而定期監(jiān)測(cè)所述配準(zhǔn)的健全。大體上,作為常規(guī)臨床協(xié)議的部分,臨床醫(yī)師每次拍攝X射線圖像時(shí),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52都識(shí)別US探頭21的頭部在所述X射線圖像上的圖像坐標(biāo)位置,并經(jīng)由當(dāng)前的US/X射線配準(zhǔn),將US探頭21的所述頭部的所述圖像坐標(biāo)位置與US探頭21的所述末端在所述X射線圖像上的預(yù)期校準(zhǔn)追蹤位置進(jìn)行比較。追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52連續(xù)地計(jì)算US探頭21的所述頭部的任意校準(zhǔn)位置誤差,生成所述校準(zhǔn)位置誤差的日志,并當(dāng)在所述校準(zhǔn)位置誤差中探測(cè)到顯著的誤差漂移(即,校準(zhǔn)位置誤差等于和/或超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值)時(shí)向所述臨床醫(yī)師發(fā)出警報(bào)。
[0034]在流程30 (圖3)的背景下,流程60的階段S61包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集并儲(chǔ)存患者的心臟區(qū)域的每個(gè)X射線圖像。可選地,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集并儲(chǔ)存針對(duì)所述患者的所述心臟區(qū)域取得 的每第η個(gè)X射線圖像,其中η > 2。
[0035]在采集和儲(chǔ)存X射線圖像時(shí),流程60的階段S62包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52使用已知的US/X射線配準(zhǔn)矩陣來(lái)計(jì)算US探頭21的所述頭部的校準(zhǔn)追蹤位置,并且流程60的階段S63包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52使用已知的分割算法(用于分割US探頭21的所述頭部或用于提取US探頭21的大致六(6)個(gè)自由度(“D0F”)姿態(tài))來(lái)計(jì)算US探頭21的所述頭部在所述X射線圖像內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置。例如,圖5Α示出了 US探頭21的頭部在X射線圖像33a內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置34a和圖像坐標(biāo)位置35,并且圖5B示出US探頭21在X射線圖像33b內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置34b和圖像坐標(biāo)位置35。請(qǐng)注意,為了使位置34和35清楚,省略了X射線圖像33的剩余部分。
[0036]流程60的階段S64包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52將US探頭21的所述頭部的在所述X射線圖像內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與US探頭21的所述頭部在所述X射線圖像內(nèi)的所述圖像坐標(biāo)位置進(jìn)行比較,以確定所述兩個(gè)(2)位置之間的校準(zhǔn)追蹤并生成日志。在流程60的階段S65期間,如果所述校準(zhǔn)追蹤小于或等于圍繞所述圖像坐標(biāo)位置的最大容許校準(zhǔn)誤差閾值,則所述比較指示可接受的US/X射線圖像配準(zhǔn)。例如,圖5A示出了匹配校準(zhǔn)追蹤閾值36內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置35的校準(zhǔn)追蹤位置34a,并因此已由追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52確定了可接受的US/X射線圖像配準(zhǔn)。如果所述比較指示可接受的US/X射線圖像配準(zhǔn),則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52返回到階段S61以采集并儲(chǔ)存另一 X射線圖像。
[0037]相反,在流程60的階段S65期間,如果所述校準(zhǔn)追蹤超過(guò)圍繞所述圖像坐標(biāo)位置的所述最大容許校準(zhǔn)追蹤閾值,則所述比較指示不可接受的us/χ射線圖像配準(zhǔn)。例如,圖5B示出在校準(zhǔn)追蹤閾值36以外的校準(zhǔn)追蹤位置34b,并且因此已由追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52確定不可接受的us/χ射線圖像配準(zhǔn)。如果所述比較指示不可接受的us/χ射線圖像配準(zhǔn),則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52繼續(xù)進(jìn)行到流程60的階段S66,以根據(jù)需要提供追蹤警報(bào)和/或?qū)嵤?duì)所述US/Χ射線圖像配準(zhǔn)的校正。
[0038]針對(duì)所述追蹤警報(bào),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52向臨床醫(yī)師發(fā)出警報(bào),以復(fù)查所述校準(zhǔn)追蹤誤差的日志,以確認(rèn)是否繼續(xù)進(jìn)行所述介入程序和/或請(qǐng)求對(duì)所述不可接受的配準(zhǔn)的校正。
[0039]針對(duì)自動(dòng)或半自動(dòng)的配準(zhǔn)校正,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以優(yōu)化合適的配準(zhǔn)矩陣,以得到正確地匹配。為了穩(wěn)定的結(jié)果必須在多個(gè)X射線圖像上執(zhí)行這種優(yōu)化,并將需要來(lái)自兩個(gè)不同角度的X射線圖像。更具體地,如果獲得了多個(gè)X射線圖像,在它們被捕獲時(shí),則全部所述X射線圖像可以被一起用于做出統(tǒng)計(jì)上的強(qiáng)估計(jì)。還要注意,可以作為常規(guī)臨床工作流的部分而捕獲或者出于校正的目的有意地捕獲這些X射線圖像。
[0040]可以觀察到,由于投影幾何學(xué)的性質(zhì),在特定X射線圖像的深度方向中校準(zhǔn)追蹤誤差的不確定性要比在平行于所述X射線圖像的方向高得多。然而,對(duì)第二斜X射線圖像的處理可以解決該問(wèn)題。
[0041]此外,累積誤差信息可以被用于將所述誤差分解成因所述配準(zhǔn)的改變?cè)斐傻牡谝徽`差和因隨機(jī)事件造成的第二誤差(例如EM畸變和C型臂追蹤誤差)。
[0042]心臟介入稈序中的超聲引導(dǎo)。改進(jìn)的軟組織可視化的另一范例已是使用EM追蹤,與被追蹤導(dǎo)管一起的 ,實(shí)況2D/3D US在流式X射線上的融合。例如,圖6圖示外加追蹤導(dǎo)管22的圖4的介入程序。再次,挑戰(zhàn)在于US/Χ射線配準(zhǔn)可能因多種原因而變得有誤差,這可能導(dǎo)致介入程序的準(zhǔn)確度和可靠性的降低。
[0043]為了解決潛在的有誤差的US/Χ射線配準(zhǔn),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52(圖2)連續(xù)地在背景中運(yùn)行,并更新跳動(dòng)的心臟內(nèi)部的EM追蹤誤差。一般而言,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52利用本領(lǐng)域已知的對(duì)導(dǎo)管22的末端的實(shí)況分割以及導(dǎo)管22的所述末端的對(duì)應(yīng)的EM追蹤位置。一旦收集到足夠數(shù)目的這樣的數(shù)據(jù)點(diǎn),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52即運(yùn)行算法以確定最可能的誤差分布以擬合該數(shù)據(jù)。所述心臟內(nèi)部的該實(shí)況誤差圖可以被顯示給所述臨床醫(yī)師。此外,所述圖可以被用于在所述誤差超出界限時(shí)自動(dòng)通知所述臨床醫(yī)師。這將顯著增大所述系統(tǒng)的置信度和準(zhǔn)確度。
[0044]在流程60 (圖3)的背景下,流程60的階段S61包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集和儲(chǔ)存患者的心臟區(qū)域的每個(gè)US圖像??蛇x地,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集并儲(chǔ)存取得的患者的心臟區(qū)域每第η個(gè)US圖像,其中η > 2。
[0045]在采集和儲(chǔ)存所述US圖像時(shí),流程60的階段S62包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52使用已知的US/Χ射線配準(zhǔn)矩陣來(lái)計(jì)算導(dǎo)管22的末端在所述US圖像內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置,并且流程60的階段S63包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52使用已知的用于分割導(dǎo)管22的末端的分割算法,來(lái)計(jì)算導(dǎo)管22的末端在所述US圖像內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置。例如,圖7示出了導(dǎo)管22的校準(zhǔn)追蹤位置(由US圖像37內(nèi)的白色虛線表示)和導(dǎo)管22的圖像坐標(biāo)位置35 (由US圖像37內(nèi)的白色實(shí)線表不)。
[0046]實(shí)踐中,并非所有的US圖像都可以有足以允許分割的的質(zhì)量。典型地US圖像以30體積/秒流出。這樣,每10-1000體積的所述US圖像可以達(dá)到良好的分割。
[0047]流程60的階段S64包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52將導(dǎo)管22的末端在所述US圖像內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與導(dǎo)管22的所述末端在所述US圖像內(nèi)的所述圖像坐標(biāo)位置進(jìn)行比較,以確定所述兩個(gè)(2)位置之間的校準(zhǔn)追蹤并生成日志。
[0048]在階段S64的基本實(shí)施例中,如果所述校準(zhǔn)位置誤差小于或等于圍繞所述圖像坐標(biāo)位置的最大容許校準(zhǔn)追蹤閾值,則所述比較指示在流程60的階段S65期間可接受的配準(zhǔn)。如果所述比較指示可接受的配準(zhǔn),則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52返回到流程60的階段S61以采集并儲(chǔ)存另一 US圖像。
[0049]相反,如果所述校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)圍繞所述圖像坐標(biāo)位置的所述最大容許校準(zhǔn)追蹤閾值,則所述比較在流程60的階段S65期間指示不可接受的配準(zhǔn)。如果所述比較指示不可接受的配準(zhǔn),則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52繼續(xù)進(jìn)行到流程60的階段S66,以根據(jù)需要提供追蹤警報(bào)和/或?qū)嵤?duì)所述配準(zhǔn)的校正。
[0050]由于US分割中的不確定性,階段S64的基本實(shí)施例可能不提供所述位置處對(duì)所述EM追蹤誤差的良好估計(jì)。此外,導(dǎo)管22的EM追蹤中的誤差可能與US-EM校準(zhǔn)相混合。這樣,階段S64的映射實(shí)施例包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52收集多個(gè)誤差數(shù)據(jù)集,用于做統(tǒng)計(jì)相關(guān)圖。具體地,針對(duì)全部所捕獲的且相關(guān)的體積,將所述EM位置、所分割的位置以及分割置信度值饋送到已知算法。所述算法運(yùn)行統(tǒng)計(jì)優(yōu)化方法,以計(jì)算EM誤差在所述3D體積內(nèi)部的分布的3D圖,例如,圖8中所示的3D圖38具有不同的誤差區(qū)39a_39d。所述算法插值以使該誤差分布在所述3D圖內(nèi)平滑,并輸出其在所述US-EM校準(zhǔn)中發(fā)現(xiàn)的任意系統(tǒng)誤差。當(dāng)所述算法計(jì)算這樣的偏移時(shí),所述算法將也測(cè)量這樣的偏移的置信度。
[0051]此外,所述算法可以用于‘初始化’來(lái)自先前實(shí)驗(yàn)的預(yù)計(jì)算的EM誤差圖。尤其地,由于所述誤差圖計(jì)算沒(méi)有確切的條件性,使用所述系統(tǒng)預(yù)期的誤差圖所述概率性估計(jì)將顯著獲益。這些預(yù)計(jì)算的圖也可以提供定性信息,如誤差在各個(gè)維度的各向同性(相等/不等)分布。
[0052]階段S64的映射實(shí)施例也可以包括來(lái)自X射線成像器32的成像數(shù)據(jù)。然而挑戰(zhàn)將是將其正確地并入。例如,X射線圖像中的分割不確定性可能在所述圖像的平面中更低。然而,在深度的不確定性未知/更高。概率方法將幫助顯著改進(jìn)該估計(jì)。注意,如果獲得多個(gè)X射線圖像,在它們被捕獲時(shí),它們可以全部被一起用于做出統(tǒng)計(jì)上的強(qiáng)估計(jì)。還要注意,可以作為常規(guī)臨床工作流的部分而捕獲,或者出于校正的目的有意地捕獲這些X射線圖像。
[0053]在階段S65期間使用該誤差圖,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以自動(dòng)判斷對(duì)導(dǎo)管22的EM追蹤的準(zhǔn)確度,并將該值儲(chǔ)存在日志中。如果所述校準(zhǔn)位置誤差小于或等于校準(zhǔn)誤差閾值,則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52返回到階段S61,以采集并儲(chǔ)存另一 US圖像和/或X射線圖像。如果所述校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)所述校準(zhǔn)誤差閾值,則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52繼續(xù)進(jìn)行到流程60的階段S66,以根據(jù)需要提供追蹤警報(bào)和/或?qū)嵤?duì)所述配準(zhǔn)的校正。
[0054]對(duì)于流程60,一旦計(jì)算了一個(gè)具體的誤差圖,則追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52隨著采集并儲(chǔ)存每個(gè)新的US圖像而更新所述誤差圖。隨著新的數(shù)據(jù)點(diǎn)(EM位置、圖像分割和置信度)變得可用,由追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52飛行中更新所述誤差圖。如果對(duì)所述圖的新的更新是突然且不一致的,則可以對(duì)所述臨床醫(yī)師提出警告。
[0055]對(duì)于階段S66的追蹤警報(bào),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以向臨床醫(yī)師發(fā)出警報(bào),以復(fù)查所述校準(zhǔn)誤差追蹤的日志,以確認(rèn)是否繼續(xù)進(jìn)行所述介入程序和/或請(qǐng)求對(duì)所述不可接受的配準(zhǔn)的校正。
[0056]針對(duì)階段S66的自動(dòng)或半自動(dòng)配準(zhǔn)校正,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以優(yōu)化合適的配準(zhǔn)矩陣,以得到正確地匹配。為了穩(wěn)定的結(jié)果,必須在多個(gè)US圖像(和/或X射線圖像)上執(zhí)行這種優(yōu)化,并將需要來(lái)自兩個(gè)不同角度的US圖像(和/或X射線圖像)。更具體地,如果獲得了多個(gè)US圖像(和/或X射線圖像),在它們被捕獲時(shí),則全部所述US圖像(和/或X射線圖像)可以被一起用于做出統(tǒng)計(jì)上的強(qiáng)估計(jì)。還要注意,可以作為常規(guī)臨床工作流的部分而捕獲,或者出于校正的目的有意地捕獲這些US圖像(和/或X射線圖像)。
[0057]心臟介入程序中的X射線引導(dǎo)。當(dāng)前流行的方法是使用EM追蹤將導(dǎo)管的虛擬位置疊加在X射線上。例如,圖9示出了 X射線成像器32,其通過(guò)將參考傳感器43附接到患者臺(tái),而被預(yù)校準(zhǔn)到EM追蹤系統(tǒng)。該X射線/EM校準(zhǔn)隨時(shí)間漂移,降低了總體的準(zhǔn)確度。主要原因 是因變化的患者重量造成的臺(tái)彎曲(~5-10mm)。例如,圖9夸張地示出所述患者臺(tái)的彎曲,具有在垂直方向的位移46和相對(duì)于水平軸45的旋轉(zhuǎn)。
[0058]為了解決該漂移,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52在術(shù)中通過(guò)將導(dǎo)管22的實(shí)際X射線圖像與從內(nèi)部預(yù)校準(zhǔn)估計(jì)的X射線圖像,監(jiān)測(cè)并校正該配準(zhǔn)。一般而言,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52作為優(yōu)化連續(xù)地在背景中運(yùn)行,并隨著所述介入程序進(jìn)行而定期監(jiān)測(cè)所述配準(zhǔn)的健全。作為常規(guī)臨床協(xié)議的部分,臨床醫(yī)師每次拍攝X射線圖像時(shí),追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52都計(jì)算所述臺(tái)彎曲并校正所述校準(zhǔn)(如果需要的話)。追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以計(jì)算所述術(shù)中校正并可視化來(lái)自其他隨機(jī)源的誤差。
[0059]在流程60 (圖3)的背景下,流程60的階段S61包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集并儲(chǔ)存患者的心臟區(qū)域的每個(gè)X射線圖像??蛇x地,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52采集并儲(chǔ)存對(duì)所述患者的所述心臟區(qū)域取得的每第η個(gè)X射線圖像,其中η > 2。
[0060]在采集和儲(chǔ)存所述X射線圖像時(shí),流程60的階段S62包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52使用已知的ΕΜ/Χ射線配置矩陣計(jì)算導(dǎo)管22的末端在所述X射線圖像內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置,并且流程60的階段S63包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52使用已知的分割算法(用于分割導(dǎo)管22的所述末端)計(jì)算導(dǎo)管22的末端在所述X射線圖像內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置。例如,圖10示出了導(dǎo)管22的校準(zhǔn)追蹤位置(由X射線圖像70內(nèi)的白色虛線表示)和導(dǎo)管22的圖像坐標(biāo)位置(由X射線圖像33c內(nèi)的白色實(shí)線表示)。
[0061]流程60的階段S64包括追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52將導(dǎo)管22的末端在X射線圖像內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與導(dǎo)管22的末端在X射線圖像內(nèi)的圖像坐標(biāo)位置進(jìn)行比較,以確定所述兩個(gè)
(2)位置之間的誤差并生成日志。例如,圖10示出了為從所述校準(zhǔn)追蹤位置到所述圖像坐標(biāo)位置的白色矢量形式的誤差。
[0062]針對(duì)該誤差,X誤差取決于所述C型臂旋轉(zhuǎn),Y誤差取決于所述患者臺(tái)的彎曲,并且剩余誤差是隨機(jī)的??梢詮恼`差向量來(lái)估計(jì)所述臺(tái)運(yùn)動(dòng),并在所述心臟介入程序期間連續(xù)地改善所述臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
[0063]更特別地,使用該誤差,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52在階段S66期間優(yōu)化所述臺(tái)參數(shù)。同樣,觀察到由于所述臺(tái)的特殊彎曲,在AP取向中的典型X射線圖像將不經(jīng)歷如在傾斜取向中的圖像那么多的可視化誤差。該累積誤差信息可以被用于將所述誤差分解成因所述校準(zhǔn)造成的誤差和來(lái)自隨機(jī)事件的誤差(如EM畸變和C型臂追蹤誤差)兩者。因此,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52校正來(lái)自所述校準(zhǔn)的系統(tǒng)誤差,并估計(jì)外來(lái)誤差的量(主要為追蹤)。該追蹤誤差可以被呈現(xiàn)為減去來(lái)自所述更新的校準(zhǔn)的誤差之后,所述系統(tǒng)中留下的殘留誤差。
[0064]從本文中對(duì)圖1-圖10的描述,本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的眾多益處,包括但不限于,本發(fā)明的追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器到采用追蹤系統(tǒng)的任意類型的介入程序的應(yīng)用。
[0065]介入導(dǎo)航器51 (圖1和圖2)和追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52 (圖2)可以是由硬件、軟件和/或固件組成的模塊,如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的。此外,追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器52可以為介入導(dǎo)航器51的部件。
[0066]盡管已參考示范性的方面、特征和實(shí)現(xiàn)方式描述了本發(fā)明,但所公開的系統(tǒng)和方法不限于這樣的示范性方面、特征和/或?qū)崿F(xiàn)方式。而是,如本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文提供的描述將顯而易見(jiàn),可對(duì)所公開的系統(tǒng)與方法進(jìn)行修改、變型和增強(qiáng),而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此,本 明明確包含本發(fā)明范圍內(nèi)的這種修改、變型和增強(qiáng)。
【權(quán)利要求】
1.一種介入系統(tǒng),包括: 介入工具(20),其具有追蹤點(diǎn); 成像系統(tǒng)(30),其能夠操作用于生成所述介入工具(20)的至少部分相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的至少一個(gè)圖像; 追蹤系統(tǒng)(40),其能夠操作用于追蹤所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)在空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的任何移動(dòng),其中,所述追蹤系統(tǒng)(40)針對(duì)所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)進(jìn)行校準(zhǔn);以及 追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52),其能夠操作用于根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而監(jiān)測(cè)所述追蹤系統(tǒng)(40)的追蹤質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,每個(gè)校準(zhǔn)位置誤差為所述空間參考系的一個(gè)或多個(gè)維度上所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的所述圖像坐標(biāo)位置之間的空間差。
3.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52)還能夠操作用于生成所述空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的校準(zhǔn)位置誤差的分布圖。
4.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52)還能夠操作用于響應(yīng)于至少一個(gè)校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值而提供警報(bào)。
5.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52)還能夠操作用于響應(yīng)于至少一個(gè)校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值,而校正針對(duì)所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)而對(duì)所述追蹤系統(tǒng)(40)進(jìn)行的所述校準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述介入工具(20)為超聲探頭,并且所述追蹤點(diǎn)為所述超聲探頭的頭部。
7.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述介入工具(20)為導(dǎo)管,并且所述追蹤點(diǎn)為所述導(dǎo)管的末端。
8.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述成像系統(tǒng)(30)為超聲成像系統(tǒng)(30)。
9.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述成像系統(tǒng)(30)為X射線成像系統(tǒng)(30)。
10.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述追蹤系統(tǒng)(40)為電磁追蹤系統(tǒng)(40)。
11.如權(quán)利要求1所述的介入系統(tǒng),其中,所述成像系統(tǒng)(30)為光學(xué)追蹤系統(tǒng)(40)。
12.—種介入工作站,包括: 介入導(dǎo)航器(51),其能夠操作用于在介入程序期間,可視化介入工具(20)在空間參考系內(nèi)相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的至少配準(zhǔn)圖像的位置;以及 追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52),其能夠操作用于根據(jù)針對(duì)每個(gè)配準(zhǔn)圖像的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述配準(zhǔn)圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而監(jiān)測(cè)所述至少一個(gè)配準(zhǔn)圖像的追蹤質(zhì)量。
13.如權(quán)利要求12所述的介入工作站,其中,每個(gè)校準(zhǔn)位置誤差為所述空間參考系的一個(gè)或多個(gè)維度上所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的所述圖像坐標(biāo)位置之間的空間差。
14.如權(quán)利要求12所述的介入工作站,其中,所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52)還能夠操作用于生成所述空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的校準(zhǔn)位置誤差的分布圖。
15.如權(quán)利要求12所述的介入工作站,其中,所述追蹤質(zhì)量監(jiān)測(cè)器(52)還能夠操作用于以下中的至少一項(xiàng):響應(yīng)于至少一個(gè)校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值而提供警報(bào),以及響應(yīng)于至少一個(gè)校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值而校正針對(duì)所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)而對(duì)所述追蹤系統(tǒng)(40)進(jìn)行的所述校準(zhǔn)。
16.—種介入方法,包括: 相對(duì)于身體的解剖區(qū)域?qū)Ш浇槿牍ぞ?20),所述介入工具(20)具有追蹤點(diǎn); 操作成像系統(tǒng)(30)以生成所述介入工具(20)的至少部分相對(duì)于身體的解剖區(qū)域的至少一個(gè)圖像; 操作追蹤系統(tǒng)(40)以追蹤所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)在空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的任何移動(dòng),其中,所述追蹤系統(tǒng)(40)針對(duì)所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)而被校準(zhǔn);并且 根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像的所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的圖像坐標(biāo)位置之間的校準(zhǔn)位置誤差而監(jiān)測(cè)所述追蹤系統(tǒng)(40)的追蹤質(zhì)量。
17.如權(quán)利要求16所述的介入方法,其中,每個(gè)校準(zhǔn)位置誤差為所述空間參考系的一個(gè)或多個(gè)維度上所述追蹤點(diǎn)在所述空間參考系內(nèi)的所述校準(zhǔn)追蹤位置與所述追蹤點(diǎn)在所述圖像中的所述圖像坐標(biāo)位置之間的空間差。
18.如權(quán)利要求16所述的介入方法,還包括: 生成所述空間參考系內(nèi)相對(duì)于所述身體的所述解剖區(qū)域的校準(zhǔn)位置誤差的分布圖。
19.如權(quán)利要求16所述的介入方法,還包括: 響應(yīng)于至少一個(gè)校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值,提供警報(bào)。
20.如權(quán)利要求16所述的介入方法,還包括: 響應(yīng)于至少一個(gè)校準(zhǔn)位置誤差超過(guò)校準(zhǔn)誤差閾值,校正針對(duì)所述介入工具(20)和所述成像系統(tǒng)(30)而對(duì)所述追蹤系統(tǒng)(40)進(jìn)行的所述校準(zhǔn)。
【文檔編號(hào)】A61B5/06GK104010587SQ201280064957
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月27日
【發(fā)明者】A·K·賈殷, V·帕塔薩拉蒂 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司