醫(yī)療針頭路徑顯示的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于促進(jìn)針頭或類似物與期望插入路徑的手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在介入放射學(xué)(IR)的過程中，針頭在醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的幫助下經(jīng)皮膚朝向體內(nèi)目標(biāo) 插入，所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備諸如計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)、熒光鏡等。在市場(chǎng)上 有協(xié)助醫(yī)師執(zhí)行這樣的過程的設(shè)備。根據(jù)身體的掃描圖像，從皮膚上的進(jìn)入點(diǎn)到體內(nèi)目標(biāo) 的路徑被確定，并呈現(xiàn)給用戶，以允許他放置針頭并沿該路徑插入。某些類型的已知解決方 案基于沿著該路徑投射的激光束。這樣的解決方案需要使用具有嵌入在其手柄處的標(biāo)記的 專用針頭，從而讓醫(yī)師將針頭精確地放置在光束處。另一類型的解決方案使用嵌入在針頭 尖端處的磁性追蹤傳感器，這也需要特殊的針頭。
[0003] 有基于人的立體感知開發(fā)引導(dǎo)醫(yī)學(xué)工具到目標(biāo)的醫(yī)用引導(dǎo)解決方案的已知嘗試。 在這些解決方案中，虛擬目標(biāo)被顯示在兩個(gè)分開的顯示上，一個(gè)顯示被投影到左眼，另一個(gè) 被投影到右眼，從而模擬對(duì)顯示給醫(yī)師的虛擬目標(biāo)引入深度所需的視差。醫(yī)師必須將工具 帶到與該虛擬目標(biāo)重合。這樣的解決方案對(duì)于明確的點(diǎn)目標(biāo)是運(yùn)轉(zhuǎn)良好的。因?yàn)檠劬χg 在65-70mm量級(jí)上的相對(duì)小的距離和200mm的最小便利適應(yīng)距離，立體感知將左眼與右眼之 間的最大角度限制為20度，否則適應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)。在這樣小的角度下，為了使深度感覺工作， 每只眼睛的視力需要確定小的細(xì)節(jié)，并在兩個(gè)視場(chǎng)中逐點(diǎn)進(jìn)行比較點(diǎn)。都是連續(xù)線的路徑 和針頭缺乏這樣的細(xì)節(jié)。沿一條線的每個(gè)點(diǎn)都是彼此相同的。這可能帶來模糊性和不準(zhǔn)確 性，特別是在深度方向上。在精確放置針頭需要較大角度時(shí)，立體現(xiàn)象不能被使用，因而需 要開發(fā)另一種解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是一種用于促進(jìn)針頭或類似物與規(guī)劃插入路徑的手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的教導(dǎo)，提供了一種用于促進(jìn)針頭與規(guī)劃插入路徑的 手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：（a)具有第一視場(chǎng)和第一光軸的第一攝像機(jī)；（b)具有第二視 場(chǎng)和第二光軸的第二攝像機(jī)；（C)以固定空間關(guān)系支撐第一和第二攝像機(jī)的框架，使得所述 第一和第二光軸在它們之間形成大于30度的角度，并且使得第一和第二視場(chǎng)重疊；（d)包括 至少一個(gè)屏幕的顯示屏裝置;和(e)包括至少一個(gè)處理器的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)與第一 和第二攝像機(jī)通信以接收視頻數(shù)據(jù)，并且與顯示屏裝置通信以產(chǎn)生來自第一攝像機(jī)的視頻 的第一顯示和來自第二攝像機(jī)的視頻的第二顯示，其中所述處理系統(tǒng)被構(gòu)造為：（i)輸入限 定規(guī)劃插入路徑的數(shù)據(jù)；（ii)確定對(duì)應(yīng)于規(guī)劃插入路徑的在第一和第二視場(chǎng)的每個(gè)中的 線;和(iii)在第一和第二顯示兩者中生成所述線的視覺指示。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述規(guī)劃路徑和線是直線。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述框架以第一與第二光軸基本垂直的 方式支撐所述第一和第二攝像機(jī)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，還提供了一種用于附著至受試者的身體 的配準(zhǔn)夾具，所述配準(zhǔn)夾具具有數(shù)個(gè)光學(xué)標(biāo)記，并且其中所述處理系統(tǒng)還構(gòu)造為處理來自 第一和第二攝像機(jī)中的至少一個(gè)的視頻數(shù)據(jù)以得出配準(zhǔn)夾具相對(duì)于框架的位置。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述處理系統(tǒng)構(gòu)造為連續(xù)地跟蹤配準(zhǔn)夾 具，并且根據(jù)配準(zhǔn)夾具的當(dāng)前位置連續(xù)地更新在第一和第二顯示器兩者中所述線的視覺指 不。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述配準(zhǔn)夾具還包括構(gòu)造為在至少一種 體積成像模式下可見的至少一個(gè)對(duì)照標(biāo)記。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述處理系統(tǒng)還被構(gòu)造為通過對(duì)鄰近規(guī) 劃路徑的視頻區(qū)域施加局部線性放大而修改視頻數(shù)據(jù)，所述線性放大在與指示規(guī)劃路徑的 線垂直的方向上施加。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的教導(dǎo)，還提供了一種用于促進(jìn)針頭與規(guī)劃插入路徑 的手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的方法，該方法包括以下步驟：（a)提供以固定空間間隔關(guān)系部署的第一和第二 攝像機(jī)，使得所述攝像機(jī)的光軸在它們之間形成大于30度的角度，并且使得所述攝像機(jī)的 視場(chǎng)重疊；（b)輸入限定規(guī)劃插入路徑的數(shù)據(jù)；（c)確定對(duì)應(yīng)于規(guī)劃插入路徑的在每個(gè)攝像 機(jī)的視場(chǎng)中的線;和(d)在來自第一和第二攝像機(jī)兩者的視頻的視覺顯示中產(chǎn)生所述線的 視覺指示。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述第一和第二攝像機(jī)以它們的光軸基 本互相垂直而部署。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，附著至受試者身體的配準(zhǔn)夾具的運(yùn)動(dòng)被 跟蹤，并且所述視覺指示的位置根據(jù)受試者身體的位置而連續(xù)地更新。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，所述配準(zhǔn)夾具具有數(shù)個(gè)光學(xué)標(biāo)記，并且 其中所述跟蹤通過處理來自第一和第二攝像機(jī)中的至少一個(gè)的視頻數(shù)據(jù)以得出配準(zhǔn)夾具 的位置而執(zhí)行。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的另外特征，來自第一和第二攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)通過 對(duì)鄰近規(guī)劃路徑的視頻區(qū)域施加局部線性放大而修改，所述線性放大在與指示規(guī)劃路徑的 線垂直的方向上施加。
【附圖說明】
[0017] 本發(fā)明在這里通過僅作為示例的方式參考附圖進(jìn)行描述，其中：
[0018] 圖1是本發(fā)明的大體說明；
[0019] 圖2是系統(tǒng)部件的框圖；
[0020] 圖3a和圖3b是與CT成像一起使用的配準(zhǔn)夾具視圖；
[0021 ]圖4是規(guī)劃方案的說明；
[0022] 圖5是在規(guī)劃方案中用于搜索配準(zhǔn)夾具在患者身體上的位置的方法的說明；
[0023] 圖6是在規(guī)劃方案中用于搜索金屬線的端部的方法的說明；
[0024] 圖7是規(guī)劃方案的路徑限定部分；
[0025] 圖8是使用該系統(tǒng)沿重新規(guī)劃的路徑放置針頭的示例；以及
[0026] 圖9是在本發(fā)明中使用的縮放區(qū)域的描述。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明是一種用于促進(jìn)針頭與規(guī)劃插入路徑的手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的原理和操作可以參考附圖和伴隨的描述而更好地理 解。
[0029] 本發(fā)明便于醫(yī)師將針頭放置在從進(jìn)入點(diǎn)通向體內(nèi)目標(biāo)的預(yù)先規(guī)劃路徑上。在一般 情況下，路徑被模擬為疊加在兩個(gè)視頻圖像的頂部上的細(xì)線，顯示出在進(jìn)入點(diǎn)之上的體積。 視頻源是從兩個(gè)不同方向拍攝的。醫(yī)師放置針頭，使針頭在兩個(gè)視頻中的圖像都與模擬路 徑重合。
[0030] 圖1描述了用于將針頭170放置在所需路徑上的系統(tǒng)100的主要部件。臂110保持兩 個(gè)視頻攝像機(jī)120和130。計(jì)算機(jī)140用來接收攝像機(jī)的輸出視頻，運(yùn)行用于將模擬路徑嵌入 到視頻上的軟件，并在計(jì)算機(jī)屏幕150上顯示它。配準(zhǔn)夾具(registration fixture) 160附 著到病人皮膚，因此它可以至少被攝像機(jī)120或130中的一個(gè)看到。配準(zhǔn)夾具160用于跟蹤相 對(duì)于由所述兩個(gè)攝像機(jī)限定的系統(tǒng)坐標(biāo)的患者位置。用于跟蹤物體位置的技術(shù)可從廣泛的 公知解決方案中選擇，