[發明專利]用于校準醫學成像設備、用于執行配準的方法以及系統

有效

• 申請號: 201811559630.7
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109953767B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: P.梅維斯;G.米勒;P.費希爾;H.莫尼奇;M.魯布
• 申請（專利權）人: 西門子保健有限責任公司
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;A61B6/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 孫宛晨

本發明涉及一種用于根據其圖像采集幾何結構校準醫學成像設備(2)的方法(10)、用于基于相應的校準數據執行2D3D配準的方法(10)，以及相應的系統(1)。作為方法(1)的一部分，使用成像設備(2)在體模(4)的不同位置采集體模(4)的多個圖像。借助于跟蹤設備(2，6，7，8，9)跟蹤體模(4)從一個位置到相應的下一個位置的相應運動，以保持對體模(4)和成像設備(2)之間的空間關系的連續跟蹤。然后，基于所采集的圖像、成像設備(2)的相應所記錄的姿態以及體模(4)的所跟蹤的運動來校準醫學成像設備(2)。

技術領域

本發明涉及一種用于校準醫學成像設備的方法、一種用于執行2D3D配準的方法、以及一種包括相應的醫學成像設備的系統。

背景技術

如今，諸如計算機斷層攝影(CT)、X射線成像、血管造影術及其他的醫學成像技術可以有利地提供患者的詳細圖像數據，并且因此可以有助于患者的成功診斷和治療。然而，這些相同的成像技術也可將患者暴露于顯著的輻射。因此，常見的做法是僅采集一次患者或感興趣區域(ROI)的完整3D數據集，通常是在實際干預或操作之前。然后，在干預或操作期間僅采集患者或ROI的2D圖像而不是多個完整3D數據集，以降低患者的暴露或壓力。然而，這種方法確實帶來了將2D圖像與先前采集的3D數據集或公共坐標系或參考系配準的需要。此過程稱為2D3D-配準。

具有合理努力的精確配準通常僅對于成像設備先前已經校準的成像位置是可能的。對于校準的成像位置，通過相應的在前校準，已知或預先確定成像設備的相應當前位置或定位狀態與從該位置或定位狀態采集的2D圖像的空間位置或取向之間的精確關系。

通常根據針對有限數量的校準位置或校準的位置采集的實際可用校準數據進行內插兩個校準的成像位置之間的中間成像位置或外推位于校準空間外的成像位置。這導致2D3D配準中的總體精度低于理想，并且因此導致醫學成像技術的性能或有用性低于理想。在成像設備的完整成像空間或最大檢測范圍內，已知的校準方法可以例如產生大約2mm的準確度或精度。這是或將是不充分的，特別是對于導航和/或機器人醫療程序。

發明內容

本發明的目的是提供一種在實際應用中改善醫學成像技術性能的簡單方法。

該目的通過獨立權利要求的目的來實現。在其他權利要求以及以下描述和附圖中示出了具有本發明的有利改進的有利實施例。

根據本發明的方法涉及根據其圖像采集幾何結構校準醫學成像設備。該方法包括將具有預定幾何結構特征的成像體模定位在成像設備的最大檢測范圍內的第一位置。在這種意義上，最大檢測范圍是醫學成像設備利用其全范圍的運動或可調節性可以達到或成像的完整空間體積。

成像體模可以例如是人造對象，其包括可以由成像設備成像的標記的布置或圖案。通過這些標記和/或例如成像體模的形狀，其位置和取向(即其姿態)可以從成像設備拍攝或采集的成像體模的圖像數據或圖像明確地確定。這些標記可以是例如金屬點或球體，其可以布置在成像體模的表面上和/或在其內部集成。在利用醫學成像設備采集的X射線圖像中，可以清楚地檢測和區分標記。

作為該方法的一部分，使用成像設備采集處于第一位置的體模的至少一個圖像。記錄或標記在其中采集至少一個圖像的成像設備的相應姿態。姿態可以絕對地或相對地被記錄或表征，例如根據用于將成像設備定位在該姿態的相應控制信號和/或根據成像設備的相應運動或移動。例如，可以使用一個或多個位置或運動傳感器來檢測或感測后者。這些傳感器例如可以集成到成像設備中，例如集成在成像設備的鉸接的機器人臂的各個關節中或各個關節處。

該方法還包括將體模移出第一位置并進入最大檢測范圍內(即，在成像設備的可成像體積或覆蓋范圍內)的至少一個其他位置。然后使用成像設備采集處于至少一個其他位置的體模的至少一個圖像，并且類似于采集處于第一位置的體模的至少一個圖像，記錄或標記成像設備的相應姿態。將體模移動到至少一個其他位置意味著體模可以連續地或小心地移動到多個位置。然后，對于這些多個位置中的每一個，采集或拍攝至少一個相應的圖像，并記錄成像設備的相應姿態。