[發明專利]配準方法和裝置

在審

• 申請號: 202080033285.2
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN113785329A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: D·穆哈;K·德辛格爾;N·諾曼
• 申請（專利權）人: 因特爾賽克特耳鼻喉國際有限責任公司
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 王允方

本發明涉及一種用于確定對象相對于位置檢測系統的位置和取向的配準方法，其中所述方法包括以下步驟：?利用包括至少一個運動傳感器和/或至少一個位置傳感器的圖像傳感器單元捕獲對象的表面的圖像，?通過處理由所述運動傳感器提供的運動傳感器信號和/或由所述位置傳感器提供的位置信號，確定所述圖像傳感器單元在所述位置檢測系統的坐標系中的捕獲位置，?從所捕獲的圖像以攝影測量生成所述對象的表面模型，以及?將以攝影測量生成的表面模型變換到位置檢測系統的坐標系中。

技術領域

本發明涉及一種用于確定對象相對于位置檢測系統的位置和取向的配準方法和配準裝置。

背景技術

例如在醫學領域中支持器械(例如手術器械)的導航的位置檢測系統本身是已知的。此類位置檢測系統可以是光學、基于超聲或電磁位置檢測系統，并且用于檢測位置傳感器相對于位置檢測系統的位置和取向。

例如，電磁位置檢測系統是已知的，其中場發生器產生交變電磁場，并且提供給包括線圈的位置傳感器。交變電磁場在線圈中感應的電流取決于相應線圈相對于交變電磁場的取向。如果可移動器械配備有例如傳感器線圈形式的此類位置傳感器，則可以確定器械相對于參考傳感器的放置點和位置，所述參考傳感器例如可同樣包括線圈。此類參考傳感器優選地剛性地連接到患者的身體部位(要不然不同的對象)。

為了支持外科醫生在患者體內導航手術器械，通常借助于此類位置檢測系統檢測具有位置傳感器的手術器械的位置，并且在通過斷層攝影術獲得的身體部位的截面圖像中顯示器械的位置。

為實現此操作，必須將器械的位置傳感器提供的位置值傳輸到患者的斷層攝影圖像的坐標中。舉例而言，從患者的斷層攝影圖像生成身體部位的表面的局部解剖圖像的做法是已知的，以便使局部解剖圖像的表面(下文也稱為模型表面)上的點與真實身體部位的表面上的分別由指針儀器或感測儀器接觸的那些點相互關聯。因此，可以在配準方法的范圍內產生用于將借助于位置檢測系統檢測到的位置值變換成模型坐標的變換指示。為此，感測身體部位的真實表面上的多個點，并且使表示真實表面上的點的相關聯位置值與模型表面上的點相互關聯，同時以產生最小可能誤差的方式維持它們相對于彼此的相對位置。指定如何將檢測到的位置值變換成局部解剖圖像(在本文中也被稱為局部解剖模型)的坐標并且因此也變換成斷層攝影圖像或模型的坐標的變換指示由此產生。

患者配準是指建立變換函數，以使手術期間檢測到的位置數據與手術前例如通過斷層攝影術獲得的圖像數據中的位置信息相對應。舉例來說，出于患者配準的目的，如上文所描述的，檢測患者模型且建立變換函數，該變換函數在配準方法的范圍內使檢測到的位置數據和由此產生的患者模型與關于手術之前獲得的圖像數據的位置信息相對應。

為了確定變換函數(即所謂的配準)，在相應的坐標系中建立模型和(例如，通過斷層攝影術獲得的)圖像數據中的相同幾何特征。然后，借助于這些特征將這兩個坐標系相互關聯。借助于指針儀器進行的表面配準通常是普遍的。此處，患者的皮膚表面充當相應的特征。在手術期間借助于指針儀器感測皮膚表面，并且使皮膚表面與來自圖像數據的提取的皮膚表面相對應。

還描述了非觸覺配準方法。

如在US 9208561 B2中所述的用于配準患者圖像數據的非觸覺配準方法利用圖像傳感器單元(單焦相機或3D相機)作為參考傳感器。圖像傳感器單元產生皮膚表面的表面模型，以光學方式檢測參考傳感器并使其位置與皮膚表面模型相關。由于參考傳感器也被位置檢測系統跟蹤，因此可以確定皮膚表面模型點從表面模型的坐標系到位置檢測系統的坐標系的變換，并且由此計算到患者圖像數據的配準。

另一種非觸覺配準方法利用與光學位置檢測系統剛性組合的結構化光或激光發射器/接收器單元。光學位置檢測系統通常包括光發射器/接收器單元和被配置成反射由光發射器/接收器單元發射的光的位置傳感器。發射器/接收器單元接著檢測反射光，位置傳感器的位置和取向可以從該反射光獲得。這樣，由結構化光或激光發射器/接收器單元生成的表面模型在光學位置檢測系統的坐標系中是已知的。

發明內容