[發(fā)明專利]用于X射線校準(zhǔn)的X射線環(huán)形標(biāo)記

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080023907.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN113631096B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·帕特里丘;A·托爾耶森;M·L·弗萊克斯曼;A·S·潘斯;M·A·巴利茨基;R·F·J·霍爾特輝澤恩
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: A61B6/00
• 分類號: A61B6/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 孟杰雄

本公開的各種實(shí)施例包括一種C型臂配準(zhǔn)系統(tǒng)，其采用控制器(70)來將C型臂(60)配準(zhǔn)到X射線環(huán)形標(biāo)記(20)。X射線環(huán)形標(biāo)記(20)包括在環(huán)狀基座(30)上的啁啾環(huán)(40)和中心環(huán)(50)的同軸結(jié)構(gòu)。在操作中，控制器(70)：采集基線X射線圖像，所述基線X射線圖像圖示在基線成像姿勢處由C型臂(60)進(jìn)行的基線X射線投影內(nèi)的X射線環(huán)形標(biāo)記(20)；根據(jù)基線X射線圖像內(nèi)的中心環(huán)(50)的圖示來導(dǎo)出基線X射線投影內(nèi)的X射線環(huán)形標(biāo)記(20)的基線位置參數(shù)；并且根據(jù)基線位置參數(shù)和基線X射線圖像內(nèi)的啁啾環(huán)(40)的圖示來導(dǎo)出基線X射線投影內(nèi)的X射線環(huán)形標(biāo)記(20)的基線扭曲參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及X射線校準(zhǔn)。本公開具體涉及用于X射線校準(zhǔn)的X射線環(huán)形標(biāo)記的成像。

背景技術(shù)

X射線C型臂系統(tǒng)經(jīng)常用于微創(chuàng)外科手術(shù)流程(例如，骨科流程、血管介入等)，以使外科醫(yī)師能夠通過從任意方向拍攝X射線圖像來查看患者體內(nèi)。更具體地，移動(dòng)式C型臂通常具有輪子以提供在房間周圍的移動(dòng)性，并且一旦定位，移動(dòng)式C型臂允許用戶在五(5)個(gè)方向上調(diào)節(jié)C型臂的位置。盡管這在微創(chuàng)外科手術(shù)流程的執(zhí)行中提供了靈活性，但是X射線投影的確切位置和角度尚不已知。這阻止用戶采用高級工具，包括進(jìn)行真實(shí)三維(“3D”)測量、大視場成像、術(shù)前或術(shù)中信息的動(dòng)態(tài)疊加以及用于圖像引導(dǎo)介入的目標(biāo)定位。因此，在移動(dòng)式C型臂相對于患者身體的定位之后，需要計(jì)算X射線投影相對于固定坐標(biāo)系的姿勢，這通常稱為C型臂配準(zhǔn)。具體地，移動(dòng)式C型臂位置是相對于固定坐標(biāo)系計(jì)算的，并通過由平移向量(t∈R³)和旋轉(zhuǎn)矩陣(R∈SO(3))組成的齊次變換來描述。因此，任務(wù)已經(jīng)是計(jì)算準(zhǔn)確描述移動(dòng)式C型臂相對于固定坐標(biāo)系的位置的對(t,R)。

解決C型臂配準(zhǔn)的一種歷史方法需要在C型臂上安裝硬件(例如，光學(xué)跟蹤標(biāo)記、慣性標(biāo)記等)。這種方法需要向房間添加多個(gè)部件，并且常常對流程的工作流程產(chǎn)生負(fù)面影響。

C型臂配準(zhǔn)的當(dāng)前實(shí)踐是提供在操作空間中具有固定位置的標(biāo)記(例如，附接到機(jī)器人或手術(shù)臺(tái)的標(biāo)記)，并且生成標(biāo)記的特征的X射線圖像以執(zhí)行C型臂配準(zhǔn)(例如，鋼球或已知幾何結(jié)構(gòu)的特征)。對于此類標(biāo)記，相對于所需的配準(zhǔn)準(zhǔn)確度、標(biāo)記上的不透明特征的數(shù)目、標(biāo)記的大小、對工作流程的影響和對X射線圖像的影響存在成本效益權(quán)衡。

發(fā)明內(nèi)容

盡管已知的C型臂配準(zhǔn)方法已被證明是有益的，但仍然需要改進(jìn)的技術(shù)來提供準(zhǔn)確和可靠的C型臂配準(zhǔn)，尤其是對于移動(dòng)式C型臂。

本公開教導(dǎo)了一種X射線環(huán)形標(biāo)記，其包括用作離散特征的中心環(huán)和用作連續(xù)特征的啁啾環(huán)，由此X射線環(huán)形標(biāo)記的離散/連續(xù)特征提供更準(zhǔn)確和可靠的C型臂到X射線環(huán)形標(biāo)記配準(zhǔn)，其有助于對C型臂的成像姿勢進(jìn)行魯棒計(jì)算。

具體而言，如由從中心環(huán)和啁啾環(huán)導(dǎo)出的配準(zhǔn)參數(shù)所定義的由C型臂的X射線源到C型臂的X射線探測器的X射線投影中的X射線環(huán)形標(biāo)記的位置和扭曲表示從C型臂附接坐標(biāo)系到X射線環(huán)形標(biāo)記附接坐標(biāo)系的剛體變換。

C型臂到X射線環(huán)形標(biāo)記配準(zhǔn)的第一階段涉及與C型臂的基線成像姿勢相關(guān)聯(lián)的基線位置/扭曲參數(shù)的生成。C型臂配準(zhǔn)的第二階段涉及C型臂到目標(biāo)成像姿勢的移動(dòng)(例如，C型臂的垂直平移、水平平移和/或旋轉(zhuǎn))和與C型臂的目標(biāo)成像姿勢相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)位置/扭曲參數(shù)的生成。這些配準(zhǔn)參數(shù)共同促進(jìn)了各種介入步驟的實(shí)施，包括但不限于基線/目標(biāo)圖像中的界標(biāo)之間的距離測量、基線/目標(biāo)圖像中的線之間的三維角度的計(jì)算以及根據(jù)基線/目標(biāo)圖像對線性或樹狀結(jié)構(gòu)的三維重建。

本公開的一個(gè)實(shí)施例是一種C型臂配準(zhǔn)系統(tǒng)，其采用C型臂配準(zhǔn)控制器以將C型臂配準(zhǔn)到X射線環(huán)形標(biāo)記。X射線環(huán)形標(biāo)記包括在環(huán)狀基座上的啁啾環(huán)和中心環(huán)的同軸結(jié)構(gòu)。