CN103189013A - 外科手术导航中的纠错技术 - Google Patents

外科手术导航中的纠错技术 Download PDF

Info

Publication number
CN103189013A
CN103189013A CN2011800520373A CN201180052037A CN103189013A CN 103189013 A CN103189013 A CN 103189013A CN 2011800520373 A CN2011800520373 A CN 2011800520373A CN 201180052037 A CN201180052037 A CN 201180052037A CN 103189013 A CN103189013 A CN 103189013A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
acceleration
instrument
sensor
modified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800520373A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103189013B (zh
Inventor
R·C·舒尔豪瑟
P·F·格里什
M·F·马特斯
T·A·卡尔梅耶
P·P·塞纳里斯
P·克里普
D·A·鲁本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Medtronic Inc
Original Assignee
Medtronic Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Medtronic Inc filed Critical Medtronic Inc
Publication of CN103189013A publication Critical patent/CN103189013A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103189013B publication Critical patent/CN103189013B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
    • A61B2017/00694—Aspects not otherwise provided for with means correcting for movement of or for synchronisation with the body
    • A61B2017/00703—Aspects not otherwise provided for with means correcting for movement of or for synchronisation with the body correcting for movement of heart, e.g. ECG-triggered
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0818—Redundant systems, e.g. using two independent measuring systems and comparing the signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/376—Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy

Abstract

一种医疗系统包括传感器位置模块、第一模块和第二模块。传感器位置模块确定磁场传感器在磁场中的位置。第一模块确定磁场传感器的加速度。第二模块基于加速度和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。

Description

外科手术导航中的纠错技术
技术领域
本发明涉及外科手术导航，具体而言，涉及外科手术导航系统中的位置准确度。
背景
外科手术导航系统跟踪医疗程序期间使用的医疗仪器的位置，并且在显示器上显示仪器的位置供临床医生观看。外科手术导航系统可包括成像设备，其捕获经历医疗程序的患者的图像；跟踪系统，其跟踪医疗仪器的位置；以及计算设备，其提供用于跟踪仪器的计算资源并显示与所捕获的患者图像相关的仪器的位置。外科手术导航系统所显示的图像可包括叠加在所捕获的患者图像上的仪器图标，以指示仪器相对于患者解剖结构的位置。
外科手术导航系统可包括各种跟踪系统。在一些示例中，光学跟踪系统可包括红外发射器，其发射红外信号；跟踪球，其反射信号；以及照相机，其获取经反射的信号。仪器可配备有反射红外信号的跟踪球。光学跟踪系统中的照相机可获取经反射的信号，并且计算设备可基于经反射的信号对仪器的位置进行三角测量，从而允许光学跟踪系统对仪器的位置进行三角测量。在其它示例中，电磁跟踪系统可包括电磁场发射器，其生成电磁场；以及磁场传感器，其生成响应于电磁场的信号。仪器可配备有磁场传感器，并且计算设备可分析从磁场传感器接收到的信号以确定磁场传感器在磁场中的位置。
概述
在某些情况下在将仪器图标映射到所捕获的患者图像上时，外科手术导航系统的准确度可变化。例如，在被跟踪的仪器(例如，传感器)经历在患者图像中未准确表示的运动量的情况下，外科手术导航系统可能将仪器图标映射到患者图像上的不正确位置。仪器图标在患者图像上的该不正确的图像映射可能否定向使用外科手术导航系统的临床医生提供的一些优点。
根据本发明的示例的外科手术导航系统包括运动传感器(例如惯性传感器)，如加速度计和/或陀螺传感器，其可用于补偿可能导致不正确映射的仪器运动引起的差错。例如，本发明的系统可基于从运动传感器接收到的信号测量被跟踪的仪器的运动，并且然后，基于所检测的运动，系统可在将仪器的位置映射到患者图像上时考虑被跟踪的仪器的运动。以此方式，系统可补偿由于仪器的运动所引起的差错。
在根据本发明的一个示例中，一种医疗系统包括传感器位置模块、第一模块和第二模块。传感器位置模块确定磁场传感器在磁场中的位置。第一模块确定磁场传感器的加速度。第二模块基于加速度和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
在根据本发明的另一示例中，一种方法包括确定磁场传感器在磁场中的位置，确定磁场传感器的加速度，以及基于加速度和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
在根据本发明的另一示例中，一种医疗系统包括磁场传感器，运动传感器，包括磁场传感器和运动传感器的仪器，以及模块。该模块基于从磁场传感器接收到的信号确定磁场传感器在磁场中的位置，并且基于从运动传感器接收到的信号确定磁场传感器的运动量。此外，模块基于运动量和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
在以下的附图和描述中阐述一个或多个示例的细节。其它特征、目的、和优点将从描述和附图、以及权利要求书中显见。
附图简述
图1示出示例外科手术导航系统。
图2A和2B示出包括仪器传感器和加速度计的不同排列的示例医疗仪器。
图3示出不包括纠错功能的示例接口模块。
图4示出包括纠错功能的接口模块执行的纠错的示例实例。
图5A和5B示出具有分别不正确地和正确地叠加的白色十字准线的示例灰度患者图像。
图6示出包括在将仪器图标叠加在患者图像上时防止差错的纠错功能的示例接口模块。
图7示出示例纠错方法。
图8示出包括阈值检测模块、纠正模块和选择模块的接口模块的一部分。
图9A和9B示出如由图8的阈值检测模块接收的相对于时间的示例加速度曲线轨迹。
图10示出使用图8的阈值检测模块、纠正模块和选择模块的示例纠错方法。
图11A-11B示出如由图8的阈值检测模块接收的相对于时间的另一组示例加速度曲线轨迹。
图12示出使用图8的阈值检测模块、纠正模块和选择模块的另一纠错方法。
图13示出使用所存储的加速度值的频域分析来提供纠错功能的另一示例接口模块。
图14示出包括滤波操作的纠错方法。
图15示出基于感测到的仪器的旋转速率来纠正差错的示例接口模块。
图16示出纠正由于仪器的旋转速率引起的差错的纠错方法。
详细描述
图1示出示例外科手术导航系统100。一个或多个临床医生(未示出)可使用外科手术导航系统100来对患者102进行各种外科手术导航程序。例如，外科手术导航程序可包括但不限于心导管插入术程序、脑神经外科手术、脊柱外科手术、整形外科手术、或者电引线、流体导管或其它可植入医疗设备的植入。在一些示例中，最适用于纠错的外科手术导航程序可以是由于移动或心跳而包括患者解剖结构中最曲折通道或移位的程序(例如心脏程序)。此外，外科手术导航程序可适用于精密程序，如神经外科手术。如本文中所用地，程序一般可指由临床医生使用外科手术导航系统100向患者102提供治疗。
外科手术导航系统100可包括成像设备104、电磁(EM)场发射器106、包括仪器传感器110和加速度计112的外科手术仪器108(如导管)、基准传感器111、接口模块114和显示器116。成像设备104捕获患者102的图像，这些图像由接口模块114进行后续处理并在显示器116上显示。成像设备104捕获的图像可包括例如患者身体或其一部分的图像，这些图像可在外科手术导航程序期间使用以提供治疗或者披露或诊断疾病。外科手术导航系统100也可包括用户接口118，临床医生可使用该用户接口与外科手术导航系统连接。用户接口118可包括例如键盘、指示设备(如鼠标)、或其它控制器。
接口模块114、接口模块130和接口模块114、130中包括的模块可表示能够执行属于本发明中接口模块114、130的功能的任何计算设备。在一些示例中，接口模块114、130可包括具有专用软件的专用硬件，用于实现接口模块114、130的功能。在其它示例中，接口模块114、130可表示运行使接口模块114、130能够提供属于接口模块114、130的功能的应用程序的现成计算设备，如桌上型或膝上型计算机。
在又一些其它示例中，本发明的各模块可包括任何分立的和/或集成的电子电路组件，其实现能够产生归于本文模块的功能的模拟和/或数字电路。例如，这些模块可包括模拟电路，如放大电路、滤波电路、和/或其他信号调节电路。这些模块也可包括数字电路，如组合逻辑电路或顺序逻辑电路、存储器设备等。此外，这些模块可包括存储器，存储器可包括计算机可读指令，当指令被一个或多个处理器执行时，使得各模块执行属于本文的各模块的各种功能。存储器可包括任何易失性、非易失性、磁、或电介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存或任何其它数字介质。
本发明的各模块也可包括专用集成电路(ASIC)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、或等效的分立或集成逻辑电路中的任一个或多个。在一些示例中，模块可包括多个组件，例如一个或多个微处理器、一个或多个微控制器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC、或者一个或多个FPGA的任意组合。
属于本文的模块的功能可体现为硬件、固件、软件、或其任何组合。将不同特征描绘为模块旨在强调不同的功能方面，并且不一定暗示这些模块或单元必须通过单独的硬件或软件组件来实现。相反，与一个或多个模块相关联的功能可由单独的硬件或软件组件执行，或者集成在共同或单独的硬件或软件组件内。此外，就功能可经由软件或固件来实现的方面而言，这种软件或固件由硬件处理单元来执行，如任何上述硬件处理单元，即微处理器、DSP等。
EM场发射器106在患者102(例如患者102的一部分)周围生成EM场。在一些示例中，EM场发射器106可包括三个单独的EM场发生器，即生成不同相位的EM场，包括4-10kHz范围内的信号。位于外科手术仪器108中的仪器传感器110响应于EM发射器106生成的EM场生成仪器位置信号。仪器位置信号可指示仪器传感器110在EM场中的位置(例如三维空间中的)。接口模块114可基于仪器传感器110生成的仪器位置信号来确定仪器传感器110在EM场中的位置。
基准传感器111可响应于EM发射器106生成的EM场来生成基准信号。基准信号可指示基准传感器111在EM场中的位置。接口模块114可基于基准信号来确定基准传感器11的位置。接口模块114也可基于仪器位置信号和基准信号来确定仪器传感器110相对于基准传感器111的位置。仪器传感器110相对于基准传感器111的位置可称为仪器传感器110的“相对位置”。
在确定仪器传感器110的相对位置之后，接口模块114可将仪器图标(例如十字准线)映射到患者图像上，其表示仪器传感器110在患者解剖结构上或中的位置。接口模块114然后可在显示器116上显示仪器图标以及患者图像。换言之，接口模块114可将仪器图标叠加在患者图像上，以指示仪器传感器110在患者102上或中的位置。
将仪器图标映射到患者图像上可称为“登记过程”。登记过程可首先包括标识基准传感器111在EM场中的位置。然后，可将基准传感器111的位置链接到患者图像的位置。例如，临床医生可经由用户接口118将信息输入到接口模块114中，其指示基准传感器111在患者图像上的位置。在确定了基准传感器111相对于患者图像的位置之后，接口模块114可跟踪在EM场中仪器传感器110相对于基准传感器111的位置，然后确定相对于基准传感器111在患者图像上的位置的仪器传感器110在患者图像上的位置。通常，基准传感器111固定在患者102的外部，或者固定到固定物体，如工作台120。因此，基准传感器111在程序期间可以相对固定。
如参考图1和2A-2B所图示和描述的，在一些示例中仪器108可以是导管。虽然在本文中仪器108被图示和描述为导管设备，但是仪器108可包括导管以外的设备，因此仪器传感器110可附连到和/或包括在除导管以外的其它仪器中。例如，仪器108可包括神经探针、包括诸如压力、温度、pH或各种生物探测器的其它传感器的引线、用于放置独立传感器的导管、包括显微操纵器的引线、以及各种外科手术工具或基准仪器中的至少一个。一般而言，仪器108也可包括可插入到患者中的无法被可视地观察的任何仪器。虽然在外科手术导航系统100中示出单个仪器108，但是如果外科手术导航系统100中一个以上的仪器包括磁场传感器，则外科手术导航系统100可跟踪一个以上仪器的位置。
仪器传感器110可基于仪器传感器110中包括的传感器的类型来生成各种类型的仪器位置信号。在仪器传感器100包括一个或多个轴时，仪器传感器110可生成指示仪器传感器100在一个或多个维度的仪器位置信号。例如，仪器传感器110可生成指示仪器传感器100在三维空间中的位置的仪器位置信号。因此，接口模块114可确定仪器传感器110在EM场中的一维或多维位置。在下文中可假设，仪器传感器110生成指示仪器传感器110在三维空间中的位置的仪器位置信号，因此接口模块114确定仪器位置传感器110在三维空间中的位置。
基准传感器111可基于基准传感器111中包括的传感器的类型来生成各种类型的基准信号。在基准传感器111包括一个或多个轴时，基准传感器111可生成指示基准传感器111的一维或多维位置的基准信号。例如，基准传感器111可生成指示基准传感器111在三维空间中的位置的基准信号。因此，接口模块114可确定基准传感器111在EM场中的一维或多维位置。在下文中可假设，基准传感器111生成指示基准传感器111在三维空间中的位置的基准信号，因此接口模块114可确定基准传感器111在三维空间中的位置。
基于分别来自仪器传感器110和基准传感器111的仪器位置信号和基准信号，接口模块114可确定仪器传感器110在三维空间中相对于基准传感器111的位置。例如，仪器传感器110的相对位置可例如由三个坐标描述，如x、y和z坐标。
仪器传感器110和基准传感器111可包括可实现EM场的感测以及仪器位置信号和基准信号的生成的各种传感器技术。传感器110、111可包括例如适于响应于EM场来生成信号的任何设备。例如，传感器110、111各自可包括但不限于正常磁阻(NMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器和霍尔效应传感器。在一些示例中，传感器110、111各自可包括生成指示传感器110、111在三维空间中的位置的信号的一个或多个这种传感器(如NMR、AMR、GMR、霍尔)。作为补充或替换，传感器110、111可各自包括用于感测一个或多个数据轴的一个或多个绕线电感传感器(例如正交线圈)。虽然任何上述传感器可适于应用于外科手术导航系统100，但是磁阻传感器(如GMR)和霍尔效应传感器可设置在较小的封装中，提供更准确的EM场的读数，并且其生产成本比基于绕线电感器的传感器更低。
仪器108可包括加速度计112或其它运动传感器或惯性传感器，如陀螺传感器。参考图6-14讨论使用加速度计112的外科手术导航系统100的实现。参考图15-16讨论包括陀螺传感器的外科手术导航系统100的实现。加速度计112可测量一个或多个方向中的加速度(如沿一个或多个轴)。如下文中所述，加速度计112包括三个测量轴。因此，加速度计112可生成指示加速度计112沿一个或多个运动轴(如x、y、z轴)所经历的加速度的量的加速度信号(如电压信号)。如本文中所使用的，轴/方向x、y和z可指示在三维空间中的加速度的方向，例如用由垂直的x、y和z轴形成的笛卡尔坐标来描述。
接口模块114从加速度计112接收加速度信号，并且确定加速度计112沿加速度计112测量的一个或多个轴所经历的加速度的量。例如，接口模块114可基于加速度信号来确定加速度计112在x、y和z方向中任一方向中的加速度。因此，接口模块114可确定加速度计112在xy、yz和xz平面中任一平面中所经历的加速度的量。此外，接口模块114可确定表示加速度计112所经历的加速度总量和加速度方向的单个向量。
在仪器108上(或中)，加速度计112和仪器传感器110可被定位在彼此附近。在一些情况下，加速度计112和仪器传感器110两者可位于例如相同封装中或在相同基板上。由于加速度计112和仪器传感器110被安排成邻近彼此，因此加速度计112和仪器传感器110可一同移动，并因此经历相同或大致相同的加速度。因此，加速度计112生成的加速度信号可指示仪器传感器110所经历的加速度的量。因此，接口模块114可基于从加速度计112接收到的加速度信号来确定仪器传感器110所经历的加速度的量。
在一些示例中，在仪器108上，仪器传感器110和加速度计112可不在彼此附近，而是可以彼此隔开一段距离。例如，当仪器108是刚性结构时，在仪器108上仪器传感器110和加速度计112可彼此分离并且仍然经历相同的加速度。
图2A和2B示出示例仪器122a、122b，在该示例中，它们被示为导管(在下文中称为“导管122a、122b”或统称为“导管122”)。导管122可包括仪器传感器110和加速度计112的不同排列。导管122可以是用于例如心导管插入术程序的导管。
图2A的导管122a包括单独封装的仪器传感器110和加速度计112。在一些示例中，仪器传感器110可表示用于感测EM发射器106所发射的EM场的绕线线圈。在其它示例中，仪器传感器110可表示在合适基板上制造并且包括在与加速度计112分离的封装中的磁阻传感器。在其它示例中，加速度计和EM场传感器(如绕线的或磁阻的)可被包括在相同封装中，如图2B中的封装124所示。在图2B的示例封装124中，仪器传感器110和加速度计112可在相同基板上制造或在不同基板上制造，并且然后封装在一起(如在层叠的管芯构造中)。将加速度计112和仪器传感器110包括在相同封装中可确保加速度计112和仪器传感器110两者所经历的加速度相等。
导管122包括将仪器传感器110和加速度计112连接到接口模块114的电互连126。例如，接口模块114可经由电互连126向仪器传感器110和加速度计112供电。此外，仪器传感器110和加速度计112可经由电互连126将数据发送到接口模块114。
在典型导管应用中，仪器传感器可包括绕线电感器作为感测元件。绕线电感器通常使用在导管内沿导管长度从绕线电感器延伸到接口模块114的连接线(示为电互连126)经接口连接到接口模块114。由于电互连126相对较长的长度，电互连126可获取来自环境的噪声，该噪声可能对EM场的测量产生不利影响。当仪器传感器110是绕线电感器传感器时，电互连126获取的噪声可能对接口模块114准确确定仪器传感器110在EM场中的位置的能力产生不利影响。
在一些示例中，传感器110、加速度计112和/或封装124可包括调节传输信号以补偿可能在电互连126中获取的噪声的信号调节电路。信号调节电路可调节从仪器传感器110和/或加速度计112传输到接口模块114的信号。信号调节电路可由接口模块114经由电互连126供电。信号调节电路可包括例如放大和滤波电路。此外，在一些示例中，信号调节电路可包括将加速度信号和仪器位置信号转换成可在没有显著失真的情况下沿电互连126传输的数字信号的模数转换(ADC)电路。
例如，相对于包括绕线传感器的典型应用，诸如在相同封装中或在相同基板上在加速度计112和仪器传感器110附近提供信号调节电路可增加在接口模块114处接收的信号的信噪比。在一些示例中，信号调节电路也可包括在基准传感器111附近。
返回参考图1，在一些示例中，除了使用红外线跟踪外科手术仪器的EM跟踪，外科手术导航系统100可包括光学导航系统(未示出)。例如，光学导航系统的照相机可通过用红外线对移动仪器的位置进行三角测量来检测移动仪器的位置。接口模块114可接收来自照相机的信号，并在显示器116上生成经三角测量的仪器的位置。
成像设备104捕获患者102的图像，这些图像由接口模块114进行后续处理并在显示器106上显示。如图1所示，成像设备104包括安装在C臂支架128上的荧光镜成像设备。成像设备104可生成包括患者102的原始图像数据的原始数据和C臂支架128生成的的位置数据，该位置数据指示在成像设备104捕获原始图像数据时C臂128的位置。例如，在登记过程期间可使用C臂支架128生成的位置数据，以将仪器图标映射到患者图像上。
虽然成像设备104被示为安装在C臂支承件上的荧光镜成像设备，但是成像设备104可包括其它类型的成像设备。例如，成像设备104可包括磁共振成像(MRI)设备、计算断层(CT)成像设备、或者例如产生详细结构界标的其它合适成像设备。图1中的成像设备104生成的原始图像数据包括荧光镜图像数据，虽然在其它示例中，在外科手术导航系统100包括不同的成像设备时可收集其它原始图像数据。例如，MR成像设备可捕获MRI图像数据，并且CT成像设备可捕获CT数据。
从成像设备104捕获的原始图像数据可包括可由接口模块114处理的二维或三维数据以在显示器116上生成患者图像。例如，当原始图像数据包括二维数据时，成像设备104可在显示器116上产生患者解剖结构的二维表示，并且当原始图像数据包括三维数据时，成像设备104可在显示器116上产生患者解剖结构的三维表示。
一般而言，接口模块114可从成像设备104接收原始图像数据，然后处理原始图像数据以生成图像供显示，然后向显示器116输出图像供临床医生观看。在一些示例中，接口模块114可在显示器116上实时地显示图像。实时图像显示可指捕获图像和图像在显示器116上的显示没有或几乎没有延迟。例如，在实时显示期间，临床医生不容易注意到延迟。在实时图像显示期间，在捕获图像数据时，接口模块114可从成像设备104接收原始图像数据，处理原始图像数据以生成图像供显示，然后向显示器116输出图像供临床医生观看。因此，在实时图像显示期间，患者图像的显示与成像设备104捕获原始图像数据的时间之间只有较小的延迟。
在其它示例中，可在显示器116上准实时地显示图像。在显示器116上准实时地显示的数据可能无法反映患者102的当前状态，例如患者102内部器官的位置，而是相对于实时图像显示稍微延迟。例如，可在显示器116上显示准实时地显示的图像，其延迟长于在实时显示期间经历的较小延迟。图像的准实时显示中呈现的延迟可能由于成像设备104捕获图像所需的时间以及接口模块114用于生成在显示器116上显示的图像的处理时间而发生。例如，在三维荧光镜图像处理的情况下，延迟可能由于成像设备捕获多个图像并且用于生成三维图像的诸处理步骤(例如，接口模块114可将原始荧光镜图像数据缝合在一起以在显示器114上生成三维模型)而发生。
在又一些其它示例中，在显示器116上显示的数据可以是过去捕获的图像数据(例如几天前)。例如，可从接口模块114中包括的存储设备中取回在显示器116上显示的图像数据，该存储设备包括在外科手术导航程序之前存储的患者102的图像。存储设备可存储例如由成像设备104在外科手术导航程序之前(例如几小时内或几天内)捕获的患者102的图像。接口模块114可从存储设备取回所存储的图像，并在外科手术导航程序期间在显示器116上显示所存储的图像。在该示例中，接口模块114可将仪器图标叠加在所存储的图像上。
现在参考图3，详细示出示例接口模块130。图3的示例接口模块130示出接口模块114中包括的模块的一般功能，但是不包括根据本发明的纠错功能。进一步参考图6、8和13来描述包括纠错功能的图1的接口模块114。
接口模块130包括仪器位置模块132、基准位置模块134和位置确定模块136，它们一起可确定仪器传感器110的相对位置。接口模块130包括登记模块138，其基于图像生成模块140生成的患者图像和从位置确定模块136接收到的仪器传感器110的相对位置来生成包括仪器图标的图像。显示控制模块142向显示器116输出所生成的图像。此外，接口模块130可包括可存储成像设备140捕获的原始/经处理的图像数据的数据存储144。
仪器位置模块132从仪器传感器110接收仪器位置信号。仪器位置模块132基于仪器位置信号来确定仪器传感器110在由EM发射器106生成的EM场中的位置。例如，仪器位置模块132可确定仪器传感器110在三维空间(如x、y和z坐标)中的位置。如上所述，在一些示例中，在接口模块130处从仪器传感器110接收到的仪器位置信号可经滤波和放大，例如当在仪器传感器110附近包括伴随仪器传感器110的附加电路时。如果在仪器传感器110附近不包括这种附加电路(例如滤波器/放大器)，仪器位置模块132可滤波并放大仪器位置信号以确定仪器传感器110的位置。在一些示例中，可使用对应于EM场中x、y和z位置的三个数字值来表示仪器传感器110的位置。
基准位置模块134从基准传感器11接收基准信号。基准位置信号134基于基准信号来确定基准传感器11在由EM发射器106生成的EM场中的位置。例如，基准位置模块134可确定基准传感器111在三维空间(如x、y和z坐标)中的位置。如上所述，在一些示例中，在接口模块130处从基准传感器111接收到的基准信号可经滤波和放大，例如当在基准传感器111附近包括附加电路时。如果在基准传感器111附近不包括这种附加电路(例如滤波器/放大器)，基准位置模块134可滤波并放大基准位置信号以确定基准传感器111的位置。在一些示例中，可使用对应于EM场中x、y和z位置的三个数字值来表示基准传感器111的位置。
图像生成模块140基于原始图像数据来生成患者图像。原始图像数据可包括从成像设备104接收到的图像数据和/或存储在数据存储144中的图像数据。图像生成模块140生成的患者图像可对应于在显示器116上显示的图像，例如包括表示仪器传感器110的位置的叠加仪器图标的显示器116上的图像。
在一些实现中，图像生成模块140可基于从成像设备104接收到的原始图像数据生成实时图像。例如，图像生成模块140可从成像设备104接收原始图像数据，并且立即处理原始图像数据并生成患者图像以供输出到显示器116。在其它实现中，成像设备104的原始图像数据的捕获和图像生成模块140对原始图像数据的处理可能不像实时场景中那样立即发生。在这些实现中，图像生成模块140可以准实时方式来生成患者图像以供输出到显示器116。换言之，图像生成模块140生成的患者图像可相对于成像设备104捕获图像的时间在时间上延迟。
在又一些其它实现中，图像生成模块140可基于存储在数据存储144中的和从数据存储144接收的原始图像数据来生成患者图像。图像生成模块140使用的存储在数据存储144中的图像数据可包括从患者102的预先成像中收集的原始图像数据。例如，患者102的预先成像可包括对患者102执行的预先MRI或CT扫描，即在其间显示患者图像的当前外科手术导航程序之前执行的MRI。
位置确定模块136确定仪器传感器110相对于基准传感器111的位置。仪器传感器110的相对位置可用x、y和z坐标来表示。例如，仪器传感器110的相对位置的x、y和z坐标可指示分别在x、y和z方向上的仪器传感器110和基准传感器111之间的距离。
登记模块138使用患者图像和仪器传感器110的相对位置执行登记过程。此外，登记模块138可基于从C臂支架128接收到的位置数据执行登记过程。在登记过程期间，登记模块138将表示仪器传感器110或整个仪器108的图标(如十字准线或其它图标)叠加到图像生成模块140生成的患者图像上。在一些示例中，如图5A-5B所示，登记模块138可将仪器图标叠加到实时显示的患者图像上。在其它示例中，登记模块138可在准实时的患者图像上叠加仪器图标。在又一些其它示例中，登记模块138可在静止图像上叠加仪器图标。在这些示例的任一个中，无论实时或准实时，患者图像也可包括患者102的二维或三维模型，例如基于先前捕获的原始图像数据的计算机模型。
登记模块138可生成仪器图标的各种不同的图形表示并将其叠加在患者图像上。仪器图标可以是指示仪器传感器110或仪器108在显示器116上向临床医生显示的患者图像上的位置的图标。例如，向临床医生显示的仪器图标可以是指示仪器传感器110的位置的十字准线图标(如图4、5A、5B中所示)。在另一示例中，仪器图标可以是仪器108的图形表示，例如指示包括仪器传感器110的导管的长度的位置的有色线。作为补充或替换，当仪器108是导管时，仪器图标可指示导管的顶端所在的点。登记模块138可基于导管顶端和仪器传感器110之间的已知距离来确定导管的顶端的位置。在一些示例中，登记模块138可生成感兴趣的其它区域的图形表示并将其叠加在患者图像上。感兴趣的其它区域可包括表示治疗的目标位置的多个图标(例如目标药物注射部位)，或表示要避免仪器108的区域的图标。
包括指示仪器108和/或仪器传感器110的位置的叠加仪器图标的患者图像在下文中可称为“经注释的图像”。因此，登记模块138基于仪器传感器110的相对位置、患者图像和C臂支架128的位置中的至少一个来生成经注释的图像。显示控制模块142接收经注释的图像并向显示器116输出经注释的图像。例如，显示控制模块116可输出经注释的图像的一个或多个视图，包括但不限于二维侧视图/俯视图/仰视图和/或可由临床医生调节的三维视图。
在一些情况下，可以相对图像生成模块140生成患者图像的速率较大的速率来更新仪器传感器110的相对位置。例如，速率之差可能是由于在成像设备104捕获原始图像数据时呈现的延迟和/或在图像生成模块140从原始图像数据生成患者图像时呈现的延迟。换言之，由于该延迟，可以相对其上叠加相对传感器位置的患者图像的速率较大的速率更新仪器传感器110的相对位置。因此，在患者图像中显示的患者的解剖结构可以不像表示仪器传感器110的叠加仪器图标一样快地更新。在一些示例中，这可能导致患者图像上仪器图标的不正确叠加。
在一个示例中，患者心脏可以一速率跳动，这没有在显示器116上显示的患者图像中准确地再现。换言之，患者图像可能没有以允许患者心脏的实时位置在显示器116上平滑呈现的速率来捕获或刷新。在该示例中，可能没有在显示器116上准确地实时地表示心脏的收缩，但是位置确定模块135可实时地更新仪器传感器110在EM场中的相对位置。这可能导致将仪器传感器110的当前相对位置不正确地映射到延迟的患者图像上。换言之，仪器图标可能没有叠加在患者图像的正确位置上，因为患者图像可能没有准确地表示患者的当前解剖结构，而仪器传感器110的相对位置是准确地实时地确定的。
本发明的外科手术导航系统100可标识仪器图标未正确地叠加在患者图像上的情况。当识别出这种情况时，外科手术导航系统100可补偿这种差错。例如，外科手术导航系统100的接口模块114(如图1、6、8和13中的)可修改仪器传感器110的相对位置，以使仪器图标准确地叠加在患者图像上。
在一个示例中，接口模块114可基于仪器传感器110的加速度的量来确定何时仪器图标可能不正确地叠加在患者图像上。例如，当仪器传感器110经历的加速度大于阈值加速度时，接口模块114可拒绝(如忽略)仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置，以防止不正确的仪器位置数据流过接口模块114，由此防止仪器图标不正确地叠加在患者图像上以显示给临床医生。
图4和5示出接口模块114基于对仪器传感器110经历的加速度的监测来执行纠错的示例实例。参考图4，十字准线表示叠加在患者图像上的仪器图标。x、y和z轴表示三维患者图像空间。换言之，x、y和z轴表示其上叠加十字准线图标的患者图像的坐标。
在146，可以假设十字准线147叠加在xyz图像空间的正确位置处。在146和148所示的xyz轴之间，仪器传感器110经历例如大于加速度阈值的加速度。例如，可以假设加速度由扰乱仪器传感器110的心跳所引起，但是没有更新到患者图像上。在148，示出两个十字准线。一个十字准线150指示加速度之前的十字准线的位置，即正确叠加在患者图像上的十字准线的位置。另一十字准线152指示基于仪器位置模块132所实时确定的仪器传感器110的更新位置在加速度之后十字准线将要叠加在患者图像(即未更新的图像)上的位置。
在154示出的十字准线150尚未由于检测到加速度而移动，其正确地叠加在图像空间上，因为十字准线150的位置在图像空间中尚未更新，正如患者图像在154尚未更新以反映心跳。在156示出的另一十字准线152不正确地叠加在患者图像上，因为十字准线152的位置已更新而患者图像在156尚未更新。
图5A和图5B示出具有分别不正确地和正确地叠加的白色十字准线的示例灰度患者图像。白色十字准线可指示例如导管的仪器传感器110的位置。因此，图5A和5B中的患者图像可表示在心导管插入术程序期间在显示器116上显示的经注释的图像。在图5A中，白色十字准线位于心脏血管的边缘，从而指示十字准线可能不正确地叠加在图像上，例如由于仪器传感器110的运动所引起的。图5B示出仪器图标在患者图像上的正确叠加，这是由于例如本发明的纠正了诸如图5A中所呈现的差错的纠错操作。
图6示出在将仪器图标叠加在患者图像上时防止差错的示例接口模块114。接口模块114包括加速度确定模块160和修改模块162，它们防止由仪器传感器110的运动引起的图像登记差错。
加速度确定模块160电耦合到加速度计112，并且因此加速度确定模块160可从加速度计112接收加速度信号并向加速度计112供电。加速度确定模块160从加速度计112接收加速度信号，并基于加速度信号来确定加速度计112所经历的加速度。在下文中，加速度确定模块160所确定的加速度可称为“加速度值”。例如，加速度值可指示加速度计112沿一个或多个轴所经历的加速度的量或者加速度计112所经历的总加速度。
由于仪器传感器110可放置在加速度计112附近或机械地附连到加速度计112，因此仪器传感器110可随加速度计112移动并且经历与加速度计112相同的加速度。因此，加速度计112生成的加速度信号可指示仪器传感器110所经历的加速度，并且加速度确定模块160所确定的加速度值可指示仪器传感器110的加速度。因此，加速度确定模块116可确定仪器传感器110沿一个或多个轴(如x、y和z方向)所经历的加速度的量。作为补充或替换，加速度确定模块160可确定仪器传感器110的总加速度，例如表示仪器传感器110的加速度的大小和方向的值。
修改模块162可基于加速度确定模块160确定的加速度值并且基于仪器位置模块132确定的一个或多个位置来生成经修改或未经修改的位置值。未经修改的位置值可等于仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置。换言之，修改模块162可通过使仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置无变化地通过修改模块162来生成未经修改的位置值。修改模块162确定的经修改的位置值可不同于仪器位置模块132确定的仪器传感器110的位置。修改模块162可使用下文中描述的各种技术来生成经修改的位置值。在一些实现中，修改模块162可响应于大于阈值的加速度值来生成经修改的位置值，例如如参考图8所描述的。在其它实现中，修改模块162可基于对所存储的加速度值的频域分析来生成经修改的位置值，例如如参考图13所描述的。例如，修改模块162可对加速度值执行频域分析，以标识可能使仪器图标不正确地叠加在患者图像上的加速度值的频率分量，然后生成经修改的位置值以补偿这种分量(如果存在的话)。
一般而言，当仪器传感器110没有或几乎没有经历加速度时，修改模块162可生成未经修改的位置值。换言之，当仪器传感器110经历小于阈值量的加速度时，修改模块162可生成未经修改的位置值。然而，当仪器传感器110经历阈值加速度时，修改模块162可生成经修改的位置值，该位置值不同于仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置。例如，阈值加速度可以基于在登记过程期间可能引起差错并且导致仪器图标在患者图像上的不正确映射的加速度的量。阈值加速度可依赖于外科手术导航程序(如成像设备104捕获图像的速率)而变化。例如，当外科手术导航系统100包括以较慢速率捕获图像的成像设备104时，可降低加速度阈值以拒绝可能对仪器图标在较慢捕获的图像上的映射产生不利影响的较小加速度引起的差错。
在一些示例中，阈值加速度可以基于指示仪器传感器110的移动不是临床医生想要的而是由干扰引起的加速度的量。例如，在仪器传感器110是导管的情况下，当在程序期间移动导管时，临床医生对导管施加的加速度可能小于心跳对仪器传感器110施加的加速度。因此，在这种场景下，可将加速度阈值选择为大于临床医生的预期运动，但是小于心跳施加的加速度，因此修改模块162可生成去除了由心跳引起而非由临床医生的运动引起的仪器传感器110的运动的经修改的位置值。
位置确定模块136基于基准位置以及未经修改的位置值或经修改的位置值(取决于接收到哪一个)来确定仪器传感器110的相对位置。登记模块138然后登记仪器传感器110在患者图像上的相对位置以生成经注释的图像。然后显示控制模块116将经注释的图像输出到显示器116。
图7示出示例纠错方法。为了说明的目的，假设方法在仪器传感器110没有经历可能导致仪器图标在患者图像上映射的差错的加速度的时间期间开始。最初，修改模块162生成未经修改的位置值，并且因此显示控制模块142输出的经注释的图像可示出相对于患者图像在正确位置中的仪器图标(200)。
基准位置模块134基于从基准传感器111接收到的基准信号来确定基准传感器111的位置(202)。仪器位置模块132基于从仪器传感器110接收到的仪器位置信号来确定仪器传感器110的位置(204)。加速度确定模块160基于从加速度计112接收到的加速度信号来确定一个或多个加速度值(206)。
修改模块162然后基于一个或多个加速度值来确定是生成经修改的位置值还是未经修改的位置值(208)。在一些示例中，当一个或多个加速度值指示仪器传感器110经历大于加速度阈值的加速度时，修改模块162可生成经修改的位置值。在这些示例中，当加速度值指示仪器传感器110经历小于阈值加速度的加速度时，修改模块162可生成未经修改的位置值。
如果修改模块162判定要生成经修改的位置值，则修改模块162执行一个或多个修改操作以生成经修改的位置值(210)。在下文中参考图8-14来描述示例修改操作。如果修改模块162判定要生成未经修改的位置值，则修改模块162可以不修改仪器位置模块132所确定的仪器位置，而是可以使仪器位置“通过”位置确定模块136作为未经修改的位置值。
位置确定模块136基于基准位置以及在框(210)中确定的经修改的位置值或在框(212)中确定的未经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置。登记模块138在图像生成模块140生成的患者图像上映射相对位置，以生成经由显示控制模块142输出到显示器的经注释的图像(214)。
图8示出包括示例修改模块162的接口模块114的一部分。修改模块162包括阈值检测模块164、纠正模块166和选择模块168。参考图9A、9B、10、11A、11B和12来描述阈值检测模块164、纠正模块166和选择模块168的操作。
阈值检测模块164监测从加速度确定模块160接收到的加速度值。阈值检测模块164确定何时加速度值大于阈值加速度，并且然后向纠正模块166和选择模块168指示何时加速度值大于阈值加速度。此外，阈值检测模块164可以向纠正模块166和选择模块168指示何时加速度值不大于(即小于或等于)阈值加速度。
纠正模块166从仪器位置模块132接收仪器位置。当阈值检测模块164指示加速度值大于阈值加速度时，纠正模块166确定经修改的位置值。选择模块168将纠正模块166(即经修改的位置值)和仪器位置模块132(即未经修改的位置值)之一连接到位置确定模块136。换言之，选择模块168选择位置确定模块136使用经修改的位置值和未经修改的位置值中的哪一个来确定仪器传感器110的相对位置。当阈值检测模块164指示加速度值大于阈值加速度时，选择模块168选择经修改的位置值以供在位置确定模块136处使用。当阈值检测模块164指示加速度值小于或等于阈值加速度时，选择模块168选择未经修改的位置值以供位置确定模块136使用。
在如阈值检测模块164所指示的加速度值小于加速度阈值的时段期间，选择模块168选择未经修改的位置值以供输入到位置确定模块136。因此，在加速度值小于或等于阈值加速度的时段期间，位置确定模块136基于未经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置。
当加速度值超过(即大于)阈值加速度时，纠正模块166可确定经修改的位置值。如下文中所用的，阈值加速度可指仪器传感器110所经历的加速度的大小，而与方向无关。例如，阈值加速度可具有正值，指示在第一方向经历的加速度，或者可具有负值，指示在与第一方向相反的方向上的加速度。因此，大于阈值加速度的加速度可指示作为大于正阈值加速度的正加速度或者大于负阈值加速度的负加速度的加速度。因此，在一个示例中，当仪器传感器110经历的加速度从小于阈值加速度的加速度转变成大于阈值加速度的加速度时，仪器传感器110的加速度可达到或超过加速度阈值。
在一些示例中，阈值加速度可包括单个阈值。例如，当仪器传感器110经历的加速度的总的大小(例如在x、y和z方向上)大于单个阈值加速度时，可达到单个阈值。在另一示例中，单个阈值可指示沿单个轴的阈值，并且因此当沿仪器传感器110的单个轴的加速度大于单个阈值时，可达到单个加速度阈值。
纠正模块166可以各种方式来生成经修改的位置值。在一个示例中，当纠正模块166接收到加速度值大于阈值加速度的指示时，纠正模块166可将经修改的位置值设置为等于加速度值达到阈值加速度时的仪器位置。换言之，纠正模块166可存储当加速度值达到阈值加速度时的仪器传感器110的位置，并且纠正模块166然后可继续输出所存储的值作为经修改的位置值，尽管仪器位置模块132所确定的位置可能正在变化。以此方式，在仪器传感器110经历可能导致仪器图标在患者图像上的映射中的差错的提高水平的加速度时段期间，可防止仪器传感器110的位置改变影响映射到患者图像上的仪器传感器110的相对位置。
响应于加速度值达到阈值加速度，纠正模块166可对于预定时段输出所存储的值。此外，响应于加速度值达到阈值加速度，选择模块168可对于预定时段选择经修改的位置值以供输出到位置确定模块136。此外，对于加速度达到加速度阈值之后的预定时段，位置确定模块136可基于经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置。在预定时段之后，选择模块168可选择未经修改的位置值以供输出到位置确定模块136，并且位置确定模块136可基于未经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置，直至加速度再次增加到超过阈值加速度。
参考图9A-9B，图10描述使用图8的阈值检测模块164、纠正模块166和选择模块168的示例纠错方法。图9A-9B示出由阈值检测模块164接收的相对于时间的示例加速度曲线轨迹。阈值加速度指示为AT。
为了说明的目的，假设方法在仪器传感器110没有经历大于阈值加速度的加速度的时间期间开始，例如在170示出。最初，修改模块162生成未经修改的仪器位置，并且因此输出到显示器116的经注释的图像可示出相对于患者图像在正确位置中的仪器图标(300)。
基准位置模块134基于从基准传感器111接收到的基准信号来确定基准传感器111的位置(302)。仪器位置模块132基于从仪器传感器110接收到的仪器位置信号来确定仪器传感器110的位置(304)。加速度确定模块160基于从加速度计112接收到的加速度信号来确定一个或多个加速度值(306)。
修改模块162然后基于一个或多个加速度值来确定是要生成经修改的还是未经修改的位置值(308)。如果阈值检测模块164确定加速度值小于或等于阈值加速度(如图9A-9B中170处所示)，则选择模块168选择未经修改的位置值，即仪器位置模块132的输出。位置确定模块136然后基于未经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置(310)，并且登记模块138将仪器图标映射到患者图像上(312)。然后在显示器116上显示经注释的图像。
如果阈值检测模块164确定加速度值大于阈值加速度，则纠正模块166存储加速度达到阈值加速度时的仪器位置，并且然后将经修改的位置设置为等于该所存储的值(314)。此外，选择模块168选择经修改的位置值以供输出到位置确定模块136。
位置确定模块136然后基于经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置(316)，并且登记模块138基于该相对仪器位置来生成经注释的图像(318)。纠正模块166和选择模块168然后判定是否停止向位置确定模块136输出经修改的位置值(320)。
在一个示例中，对于预定时间量，纠正模块166和选择模块168可操作以将经修改的位置值(例如所存储的值)输出到位置确定模块136，如图9A中所示。在该示例中，在预定时间量期满之后，选择模块168可停止输出经修改的位置值并切换到未经修改的位置值，从而返回至框(302)。此外，在该示例中，直至已经过预定时间量，纠正模块166和选择模块168可继续向位置确定模块136输出经修改的位置值。
在另一示例中，在框(320)，纠正模块166和选择模块168可基于加速度确定模块160所确定的当前加速度值来确定是否输出经修改的位置(例如所存储的值)。在一个示例中，选择模块168可输出经修改的位置值，直至阈值检测模块164检测到加速度计112所经历的加速度已减小到小于阈值加速度的值，如图9B中所示。选择模块168然后可选择未经修改的位置值以供输出到位置确定模块136。代替在再越过相同阈值加速度时切换到未经修改的位置值，在一些示例中，在加速度再越过另一加速度值(如大于或小于阈值加速度)时，选择模块168可选择未经修改的位置值。这也在图9B中示出。
图11A、11B和12示出使用图8的修改模块168的另一纠错方法。在图12所示的方法中，代替选择在加速度值越过阈值加速度时出现的仪器位置，纠正模块166可从连续存储仪器位置值的缓冲器中选择先前存储的仪器位置值。缓冲器可被包括在纠正模块166中。为了说明的目的，假设图12的方法在仪器传感器110没有经历大于阈值加速度的加速度的时间期间开始，在170示出。最初，修改模块162确定未经修改的位置值，并且因此输出到显示器116的经注释的图像可示出相对于患者图像在正确位置中的仪器图标(400)。
在图12的示例方法中，阈值检测模块164可在阈值检测模块164中包括的缓冲器中连续存储加速度值，并且纠正模块166可在纠正模块166中包括的缓冲器中连续存储仪器位置值(402)。
修改模块162然后基于一个或多个缓存的加速度值来确定是要生成经修改的还是未经修改的位置值(404)。如果阈值检测模块164确定加速度值小于或等于阈值加速度(如图11A和11B中170处所示)，则选择模块168选择未经修改的位置值，即仪器位置模块132的输出。位置确定模块136然后基于未经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置(406)，并且登记模块138将仪器图标映射到患者图像上(408)。
如果阈值检测模块164确定加速度值大于阈值加速度，则纠正模块166从缓冲器(例如纠正模块166中的)选择所存储的仪器位置值，用于作为经修改的位置值输出(410)。此外，选择模块168选择经修改的位置值以供输出到位置确定模块136。纠正模块166可以各种方式从缓冲器选择所存储的仪器位置值。
在一些实现中，纠正模块166可通过从缓冲器中选择与不大于阈值加速度的加速度值相对应的值来选择所存储的值。换言之，纠正模块166可选择在与不大于阈值加速度的加速度值大致相同的时间采样的所缓存的仪器位置值。例如，纠正模块166可首先标识小于阈值加速度的所缓存的加速度值(例如，来自阈值检测模块164中的缓存器)。纠正模块166然后可选择与所选择的加速度值同时或大致同时缓存(即出现)的仪器位置值。纠正模块166然后可输出所选择的仪器位置值作为经修改的位置值，以使相对仪器位置(位置确定模块136所确定的)返回到未受仪器传感器110当前正经历的不合需要的加速度污染的合适位置。
在其它实现中，纠正模块166可通过从缓冲器中选择在加速度值大于阈值加速度之前的预定时间量采样的经采样的位置值来选择所存储的仪器位置值。预定时间量例如可对应于缓冲器中位置值的预定样本数量。在出现大于阈值的加速度值之前的预定时间量选择仪器位置值可用于消除由不合需要的加速度引起的仪器传感器110的运动。换言之，将仪器位置值设置为就在加速度达到阈值加速度之前出现的值可消除由不合需要的加速度引起的仪器传感器110的位置改变，并且由此防止由不合需要的加速度引起的位置改变被映射到患者图像上。
预定时间量可以基于加速度可能改变的速率。例如，在预期加速度可能快速改变的外科手术导航程序期间，可将预定时间段选择为相对较短，因为不合需要的加速度可能更突然地发生。在不合需要的加速度可能更拖延(例如，不是突然的)的程序期间，可选择较长的预定时间以确保选择不受加速度影响的仪器位置值。
在纠正模块166从缓冲器中选择所存储的仪器位置值并且选择模块168选择经修改的位置用于输出到位置确定模块136(410)之后，位置确定模块136基于经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置(412)并且登记模块138基于该相对位置来生成经注释的图像(414)。纠正模块166和选择模块168然后判定是否停止向位置确定模块136输出经修改的位置值(416)。在一个示例中，对于预定时间量，纠正模块166和选择模块168可操作以将经修改的位置值(例如从缓冲器中取回的值)输出到位置确定模块136。在该示例中，在预定时间量期满之后，选择模块168可停止输出经修改的位置值并切换到未经修改的位置值，从而返回至框(402)。这在图11A中示出。此外，在该示例中，直至已经过预定时间量，纠正模块166和选择模块168可继续向位置确定模块136输出经修改的位置值。
在另一示例中，在框(416)，纠正模块166和选择模块168可基于加速度确定模块160所确定的当前加速度值来确定是否输出经修改的位置值(例如所存储的值)。在一个示例中，选择模块168可输出经修改的位置值，直至阈值检测模块164检测到加速度计112所经历的加速度已减小到小于阈值加速度的值，如图11B中所示。选择模块168然后可选择未经修改的位置值以供输出到位置确定模块136。代替在再越过相同阈值加速度时切换到未经修改的位置值，在一些示例中，在加速度再越过另一加速度值(如大于或小于阈值加速度)时，选择模块168可选择未经修改的位置值。这在图11B中示出。
图13示出可包括在替换接口模块114中的替换修改模块162。修改模块162包括加速度缓冲器模块172、仪器缓冲器模块174和滤波模块176。此外，接口模块114包括基准缓冲器模块178。
加速度缓冲器模块172存储从加速度确定模块160接收到的加速度值。例如，加速度缓冲器模块172可存储从加速度确定模块160接收到的预定数量的加速度值。加速度缓冲器模块172最近接收到的加速度值可取代已存储在加速度缓冲器模块172中达最长时间量的加速度值。例如，加速度缓冲器模块172可包括先进先出(FIFO)缓冲器。
仪器缓冲器模块174存储从仪器位置模块132接收到的仪器位置值。例如，仪器缓冲器模块174可存储从仪器位置模块132接收到的预定数量的仪器位置值。仪器缓冲器模块174最近接收到的仪器位置值可取代已存储在仪器位置缓冲器中达最长时间量的仪器位置值。例如，仪器缓冲器模块174可包括FIFO缓冲器。
基准缓冲器模块178存储从基准位置模块134接收到的基准位置值。例如，基准缓冲器模块178可存储从基准位置模块134接收到的预定数量的基准位置值。基准缓冲器模块178最近接收到的基准位置值可取代已存储在基准缓冲器模块178中达最长时间量的基准位置值。例如，基准缓冲器模块178可包括FIFO缓冲器。
滤波模块176接收来自加速度缓冲器模块172的加速度值以及来自仪器缓冲器模块174的仪器位置值。滤波模块176可基于从加速度缓冲器模块172接收到的加速度值来修改(即调整)从仪器缓冲器模块174接收到的仪器位置值。一般而言，滤波模块176可对加速度缓冲器模块172缓存的一组加速度值执行分析，并且然后基于该分析来调整从仪器缓冲器模块174接收到的仪器位置值。在分析之后，经修改的或未经修改的仪器位置值以及缓存的基准位置值可被输出到位置确定模块136。由于可缓存基准位置值、仪器位置值和加速度值以提供用于分析的样本，因此仪器图标在患者图像上的映射可能导致相对于图8的接口模块114的稍微延迟。可校准缓存和分析步骤，以优化性能并且使延迟对于临床医生而言不显著。换言之，可选择采样速率、缓存的样本的数量、以及分析步骤的复杂性，以使缓存和分析步骤在将仪器图标叠加到患者图像上的过程中不产生显著的延迟。
滤波模块176可在频域中进行加速度值的分析。例如，滤波模块176可进行加速度值的频率内容的分析。在一个示例中，滤波模块176可对加速度值实现傅里叶变换(如FFT)，以确定缓存的加速度值的频率内容。滤波模块176可对加速度值进行分析，以检测加速度值中存在的可指示仪器传感器110所经历的不合需要的加速度（例如是可能导致仪器图标在患者图像上的不正确映射的加速度）的存在的频率分量。加速度的不合需要的频率分量可包括指示加速度的快速改变的分量，例如加速度值中存在的高频分量。响应于检测到在不合需要的频率范围内的阈值量信号(例如阈值能量)，滤波模块176可从缓存的仪器位置值中滤出不合需要的频率内容。
加速度缓冲器模块172中存储的一组加速度值中存在的频率分量可能由各种不同的物理效应引起。例如，频率分量可指示由于心壁运动、由于呼吸引起的运动、以及诸如患者102的重新定位或撞击的环境噪声引起的加速度。滤波模块176可基于哪些频率分量存在于加速度值中来检测任何上述物理效应的存在。例如，由患者的呼吸引起的加速度计112的运动可生成与心跳相比相对低频的信号。在该示例中，滤波模块176可基于对一组加速度值中高频分量(例如，包括比呼吸高的频率的分量)的检测来检测由不同于呼吸的心跳引起的加速度112的运动。
在确定加速度值的频率内容之后，滤波模块176可对加速度值的频率内容监测可指示不合需要的加速度的频率分量或频率范围的存在。例如，由于心跳而存在于加速度值中的频率范围可能是不合需要的频率范围，因为由心跳施加给仪器传感器110的加速度可能导致仪器图标在患者图像上的不正确映射。如果滤波模块176检测到在加速度值的不合需要的频率处或者不合需要的频率范围内存在的阈值量内容(例如阈值能量/功率)，则滤波模块176可滤波相应频率处的缓存的仪器位置值，以去除可能不合需要的内容并且防止该内容影响仪器图标的映射。一般而言，当不存在达阈值量的这种不合需要的频率内容时，滤波模块176可允许缓存的仪器位置值通过滤波模块176以未经修改地到达位置确定模块136。
图14示出包括滤波操作的纠错方法。图13的接口模块114可实现图14的方法。为了说明的目的，假设图14的方法在仪器传感器110没有经历可能导致仪器图标在患者图像上的不正确映射的加速度的时间期间开始(500)。
首先，加速度缓冲器模块172缓存加速度值，仪器缓冲器模块174缓存仪器位置值，并且基准缓冲器模块178缓存基准位置值(502)。滤波模块176然后确定加速度值的频率内容(504)，并且确定在不合需要的频率处是否存在阈值信号内容量(例如能量/功率)(506)。如果在不合需要的频率处存在阈值内容量，则滤波模块176滤波缓存的仪器位置值以去除不合需要的频率处的具有阈值信号内容量的信号内容(508)。如果不存在阈值内容量，则滤波模块176允许缓存的仪器位置值通过，以未经修改地到达位置确定模块136。位置确定模块136基于未经滤波(即未经修改)或经滤波(即经修改)的仪器位置值来确定仪器传感器110的相对位置(510)。登记模块138基于仪器传感器110的相对位置将仪器图标映射到患者图像上(512)。显示控制模块142然后向显示器116输出经注释的患者图像。
现在参考图15，外科手术导航系统100可包括陀螺传感器180。陀螺传感器180可生成指示陀螺传感器180的角取向和角旋转速率(例如每秒的度数)的信号。陀螺传感器180可指示绕一个或多个轴的角旋转速率。因此，当陀螺传感器180被包括在仪器108上时，陀螺传感器180可指示仪器180的角旋转速率。在仪器108是导管的示例中，陀螺传感器180可指示例如导管的绕导管的长轴或导管的其它轴的角旋转速率。接口模块114可从陀螺传感器180接收信号并确定陀螺传感器180的角旋转速率。
图15示出在将仪器图标叠加在患者图像上时防止由旋转运动引起的差错的示例接口模块114。接口模块114包括旋转确定模块182和修改模块162，它们防止由仪器108的旋转运动引起的图像登记差错。接口模块114连接到陀螺传感器180。旋转确定模块182从陀螺传感器180接收信号并确定陀螺传感器180的角旋转速率。旋转确定模块182可根据陀螺传感器180是否生成指示陀螺传感器180绕一个或多个轴的旋转速率的信号来确定陀螺传感器180绕一个或多个轴的角旋转速率。旋转确定模块182所取的角旋转速率的样本在下文中可称为“角速率值”。
由于仪器传感器110可放置在陀螺传感器180附近或机械地附连到陀螺传感器180，因此仪器传感器110可随陀螺传感器180移动并且经历与陀螺传感器180相同的旋转。因此，陀螺传感器180生成的角速率值可指示仪器传感器110经历的旋转速率，并且旋转确定模块182确定的角速率值可指示仪器传感器110的旋转速率。因此，旋转确定模块182可确定仪器传感器110相对于一个或多个轴所经历的角旋转速率。
修改模块162可基于旋转确定模块182确定的角速率值并且基于仪器位置模块132确定的一个或多个位置来生成经修改的或未经修改的位置值。未经修改的位置值可等于仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置。换言之，修改模块162可通过使仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置无变化地通过修改模块162来生成未经修改的位置值。
一般而言，当仪器传感器110没有或几乎没有经历旋转时，修改模块162可生成未经修改的位置值。换言之，当仪器传感器110经历小于阈值速率的旋转时，修改模块162可生成未经修改的位置值。然而，当仪器传感器110经历阈值旋转速率时，修改模块162可生成经修改的位置值，该位置值不同于仪器位置模块132所确定的仪器传感器110的位置。例如，阈值旋转速率可以基于在登记过程期间可能引起差错并且导致将仪器图标不正确地映射到患者图像上的旋转速率。阈值旋转速率可依赖于外科手术导航程序而变化，例如成像设备104捕获图像的速率。
在一些示例中，阈值旋转速率可以基于指示仪器传感器110的移动不是临床医生想要的而是由干扰引起的旋转速率。例如，在仪器传感器110处于导管内的情况下，例如当在程序期间旋转导管时临床医生对导管施加的旋转可能小于心跳对仪器传感器110施加的旋转速率。因此，在这种场景下，可将阈值旋转速率选择为大于临床医生的预期运动，但是小于心跳施加的旋转速率，因此修改模块162可生成去除由心跳引起而非由临床医生的旋转引起的仪器传感器110的旋转的经修改的位置值。
位置确定模块136基于基准位置以及未经修改的位置值或经修改的位置值(取决于接收到哪一个)来确定仪器传感器110的相对位置。登记模块138然后登记仪器传感器110在患者图像上的相对位置以生成注释图像。然后显示控制模块116将注释图像输出到显示器116。
图16示出示例纠错方法。为了说明的目的，假设方法在仪器传感器110没有经历可能导致仪器图标在患者图像上映射的差错的旋转速率的时间期间开始。最初，修改模块162生成未经修改的位置值，并且因此显示控制模块142输出的注释图像可示出相对于患者图像在正确位置中的仪器图标(600)。
基准位置模块134基于从基准传感器111接收到的基准信号来确定基准传感器111的位置(602)。仪器位置模块132基于从仪器传感器110接收到的仪器位置信号来确定仪器传感器110的位置(604)。旋转确定模块182基于从陀螺传感器180接收到的陀螺信号来确定一个或多个角速率值(606)。
修改模块162然后基于一个或多个角速率值来确定是生成经修改的位置值还是未经修改的位置值(608)。当一个或多个角速率值指示仪器传感器110正在经历大于阈值旋转速率的旋转速率时，修改模块162可生成经修改的位置值。当角速率值指示仪器传感器110正在经历小于阈值旋转速率的旋转速率时，修改模块162可生成未经修改的位置值。
如果修改模块162判定生成经修改的位置值，则修改模块162执行一个或多个修改操作以生成经修改的位置值(610)。修改模块162基于角速率值执行的示例修改可以类似于上述基于加速度值所执行的修改。
在一些示例中，当角速率值小于阈值旋转速率时，修改模块162可以不修改仪器位置，而是可以允许仪器位置“通过”并作为未经修改的位置值到达位置确定模块136。在这些示例中，当修改模块162接收到角速率值大于阈值旋转速率的指示时，修改模块162可生成经修改的位置值。例如，修改模块162可将经修改的位置值设置为在角速率值小于阈值旋转速率时存储的先前存储的位置值范围中的值。例如，对于预定时间段或者直至陀螺传感器180经历的旋转速率减小到小于阈值旋转速率的值，修改模块162可输出经修改的位置值。
在其它示例中，修改模块162可在频域中进行角速率值的分析。例如，修改模块162可对角速率值实现傅里叶变换(如FFT)，以确定缓存的角速率值的频率内容。修改模块162可对角速率值进行分析，以检测角速率值中存在的可指示仪器传感器110所经历的不合需要的旋转（例如是可能导致仪器图标在患者图像上的不正确映射的旋转）的存在的频率分量。响应于检测到在不合需要的频率范围内的阈值量信号(例如阈值能量)，修改模块162可从缓存的仪器位置值中滤出不合需要的频率内容。
位置确定模块136基于基准位置以及在框(610)中确定的经修改的位置值或在框(612)中确定的未经修改的位置值来确定仪器传感器110的相对位置。登记模块138在图像生成模块140生成的患者图像上映射相对位置，以生成经由显示控制模块142输出到显示器116的经注释的图像(614)。
虽然外科手术导航系统100被示为单独地包括加速度计112或陀螺传感器180(例如在图6中和在图15中)，但是在一些示例中，外科手术导航系统100可包括加速度计112和陀螺传感器180两者以及加速度确定模块160和旋转确定模块182。
在一些示例中，一种方法包括确定磁场传感器在磁场中的位置，确定磁场传感器的加速度，以及基于加速度和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
在一些示例中，该方法还包括存储一个或多个先前确定的位置，基于磁场传感器的加速度和一个或多个所存储的位置来生成经修改的位置值，以及基于经修改的位置值来指示在图像中的位置。
在一些示例中，该方法还包括确定加速度何时小于或等于阈值加速度，并且在加速度小于或等于阈值加速度时存储一个或多个先前确定的位置。
在一些示例中，该方法还包括确定加速度何时大于阈值加速度，并且将经修改的位置值设置为在加速度小于或等于阈值加速度时存储的一个或多个所确定的位置的范围中的值。
在一些示例中，该方法还包括确定加速度何时大于阈值加速度，并且将经修改的位置值设置为等于在加速度小于或等于阈值加速度时存储的一个或多个所确定的位置中的一个。
在一些示例中，该方法还包括响应于加速度从小于阈值加速度的值增大到大于阈值加速度的值，将经修改的位置值设定为等于磁场传感器的最近确定的位置。
在一些示例中，该方法还包括对于确定加速度大于阈值加速度之后的预定时段，将经修改的位置值维持在范围内的值。
在一些示例中，该方法还包括将经修改的位置值维持在范围内的值，直至确定加速度值已减小到小于阈值加速度的值。
在一些示例中，该方法还包括在加速度减小到小于阈值加速度的值时将经修改的位置值设置为当前确定的位置。
在一些示例中，该方法还包括存储多个加速度值，存储多个位置值，确定多个加速度值的频率内容，以及基于对频率内容的分析来生成经修改的位置值。
在一些示例中，该方法还包括确定加速度值何时包括在预定频率范围内大于阈值量的频率内容。在一些示例中，该方法还包括当加速度值包括在预定频率范围内大于阈值量的频率内容时，滤波多个位置值以衰减多个位置值中包括的预定频率范围。
在一些示例中，医疗系统包括磁场传感器、运动传感器、仪器和模块。仪器包括磁场传感器和运动传感器。该模块基于从磁场传感器接收到的信号确定磁场传感器在磁场中的位置，并且基于从运动传感器接收到的信号确定磁场传感器的运动量。此外，模块基于运动量和一个或多个先前确定的位置来指示磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
在一些示例中，医疗系统还包括基准传感器。模块基于从基准传感器接收到的信号来确定基准传感器在磁场中的位置。相对于基准传感器的位置来表示所确定的磁场传感器的位置。
在一些示例中，仪器是导管，并且磁场传感器和运动传感器被安排成邻近彼此。
在一些示例中，磁场传感器和运动传感器被包括在相同的封装中，并且导管包括该封装。
在一些示例中，磁场传感器是正常磁阻(NMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器和霍尔效应传感器中的一个。
在一些示例中，医疗系统还包括发射磁场的电磁场发射器、捕获患者图像的成像设备、以及显示图标和患者图像的显示器。
在一些示例中，运动传感器包括加速度计和陀螺传感器中的至少一个。

Claims (15)

1.一种医疗系统，包括：
传感器位置模块，其确定磁场传感器在磁场中的位置；
第一模块，其确定所述磁场传感器的加速度；以及
第二模块，其基于所述加速度和一个或多个先前确定的位置来指示所述磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
2.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，还包括修改模块，其中所述修改模块存储所述一个或多个先前确定的位置，并且基于所述磁场传感器的所述加速度和所述一个或多个所存储的位置来生成经修改的位置值，其中所述第二模块基于经修改的位置值来指示在所述图像中的所述位置。
3.如权利要求2所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块响应于加速度从小于阈值加速度的值增大到大于所述阈值加速度的值，将经修改的位置值设定为等于所述磁场传感器的最近确定的位置。
4.如权利要求2所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块：
存储由所述第一模块确定的多个加速度值；
存储由所述传感器位置模块确定的多个位置值；
确定所述多个加速度值的频率内容；以及
基于对所述频率内容的分析来生成所述经修改的位置值。
5.如权利要求4所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块：
确定所述加速度值何时包括在预定频率范围内大于阈值量的频率内容；以及
当所述加速度包括在所述预定频率范围内大于所述阈值量的频率内容时，滤波所述多个位置值以衰减所述多个位置值中包括的所述预定频率范围。
6.如权利要求2所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块确定所述加速度何时小于或等于阈值加速度，以及所述修改模块在所述加速度小于或等于所述阈值加速度时存储所述一个或多个先前确定的位置。
7.如权利要求6所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块确定所述加速度何时大于所述阈值加速度，以及所述修改模块将所述经修改的位置值设置为等于在所述加速度小于或等于所述阈值加速度时存储的所述一个或多个所确定的位置中的一个。
8.如权利要求6所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块确定所述加速度何时大于所述阈值加速度，以及所述修改模块将所述经修改的位置值设置为在所述加速度小于或等于所述阈值加速度时存储的所述一个或多个所确定的位置的范围中的值。
9.如权利要求8所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块对于所述修改模块确定所述加速度大于所述阈值加速度之后的预定时段，将所述经修改的位置值维持在所述范围内的值。
10.如权利要求8所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块将所述经修改的位置值维持在所述范围内的值，直至所述修改模块确定所述加速度已减小到小于所述阈值加速度的值。
11.如权利要求10所述的医疗系统，其特征在于，所述修改模块在所述加速度减小到小于所述阈值加速度的值时将所述经修改的位置值设置为由所述传感器位置模块所确定的当前位置。
12.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，还包括：
所述磁场传感器；
运动传感器，其指示所述磁场传感器的所述加速度；以及
导管，所述导管包括所述磁场传感器和所述运动传感器，其中所述磁场传感器是正常磁阻(NMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器和霍尔效应传感器中的一个，以及其中所述磁场传感器和所述运动传感器被安排成邻近彼此。
13.一种方法，包括：
确定磁场传感器在磁场中的位置；
确定所述磁场传感器的加速度；以及
基于所述加速度和一个或多个先前确定的位置来指示所述磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
确定所述加速度何时小于或等于阈值加速度；
在所述加速度小于或等于所述阈值加速度时，存储所述一个或多个先前确定的位置；
确定所述加速度何时大于所述阈值加速度；以及
基于在所述加速度小于或等于所述阈值加速度时存储的所述一个或多个所确定的位置的范围中的值来指示所述图像中的所述经修改的位置。
15.一种医疗系统，包括：
用于确定磁场传感器在磁场中的位置的装置；
用于确定所述磁场传感器的加速度的装置；以及
用于基于所述加速度和一个或多个先前确定的位置来指示所述磁场传感器在医疗患者的图像中的经修改的位置的装置。
CN201180052037.3A 2010-10-29 2011-04-29 外科手术导航中的纠错技术 Active CN103189013B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/916,232 US9913693B2 (en) 2010-10-29 2010-10-29 Error correction techniques in surgical navigation
US12/916,232 2010-10-29
PCT/US2011/034547 WO2012057871A1 (en) 2010-10-29 2011-04-29 Error correction techniques in surgical navigation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103189013A true CN103189013A (zh) 2013-07-03
CN103189013B CN103189013B (zh) 2015-07-15

Family

ID=44543739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180052037.3A Active CN103189013B (zh) 2010-10-29 2011-04-29 外科手术导航中的纠错技术

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9913693B2 (zh)
EP (1) EP2632381B1 (zh)
CN (1) CN103189013B (zh)
WO (1) WO2012057871A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106687063A (zh) * 2014-08-13 2017-05-17 株式会社高永科技 跟踪系统及利用其的跟踪方法
CN109389620A (zh) * 2017-08-08 2019-02-26 西门子保健有限责任公司 用于跟踪医疗对象的方法和跟踪系统
CN110478031A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 用于包括位置传感器的导管的校准夹具

Families Citing this family (97)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8219178B2 (en) 2007-02-16 2012-07-10 Catholic Healthcare West Method and system for performing invasive medical procedures using a surgical robot
US10357184B2 (en) 2012-06-21 2019-07-23 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and method
US10893912B2 (en) 2006-02-16 2021-01-19 Globus Medical Inc. Surgical tool systems and methods
US10653497B2 (en) 2006-02-16 2020-05-19 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and methods
US9308050B2 (en) 2011-04-01 2016-04-12 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Robotic system and method for spinal and other surgeries
US9433795B2 (en) 2011-04-13 2016-09-06 Boston Scientific Neuromodulation Corporation User interface with view finder for localizing anatomical region
US11298196B2 (en) 2012-06-21 2022-04-12 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers and controlled tool advancement
US11857149B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems with target trajectory deviation monitoring and related methods
US11253327B2 (en) 2012-06-21 2022-02-22 Globus Medical, Inc. Systems and methods for automatically changing an end-effector on a surgical robot
US10758315B2 (en) 2012-06-21 2020-09-01 Globus Medical Inc. Method and system for improving 2D-3D registration convergence
JP2015528713A (ja) 2012-06-21 2015-10-01 グローバス メディカル インコーポレイティッド 手術ロボットプラットフォーム
US11793570B2 (en) 2012-06-21 2023-10-24 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11857266B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. System for a surveillance marker in robotic-assisted surgery
US10231791B2 (en) 2012-06-21 2019-03-19 Globus Medical, Inc. Infrared signal based position recognition system for use with a robot-assisted surgery
US11607149B2 (en) 2012-06-21 2023-03-21 Globus Medical Inc. Surgical tool systems and method
US11864839B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical Inc. Methods of adjusting a virtual implant and related surgical navigation systems
US10136954B2 (en) 2012-06-21 2018-11-27 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and method
US11399900B2 (en) 2012-06-21 2022-08-02 Globus Medical, Inc. Robotic systems providing co-registration using natural fiducials and related methods
US11116576B2 (en) 2012-06-21 2021-09-14 Globus Medical Inc. Dynamic reference arrays and methods of use
US11045267B2 (en) 2012-06-21 2021-06-29 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11395706B2 (en) 2012-06-21 2022-07-26 Globus Medical Inc. Surgical robot platform
US11317971B2 (en) 2012-06-21 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Systems and methods related to robotic guidance in surgery
US11864745B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robotic system with retractor
US10350013B2 (en) 2012-06-21 2019-07-16 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and methods
US10624710B2 (en) 2012-06-21 2020-04-21 Globus Medical, Inc. System and method for measuring depth of instrumentation
US9008757B2 (en) 2012-09-26 2015-04-14 Stryker Corporation Navigation system including optical and non-optical sensors
US9463307B2 (en) 2012-12-21 2016-10-11 Medtronic Xomed, Inc. Sinus dilation system and method
US9283048B2 (en) 2013-10-04 2016-03-15 KB Medical SA Apparatus and systems for precise guidance of surgical tools
US9241771B2 (en) 2014-01-15 2016-01-26 KB Medical SA Notched apparatus for guidance of an insertable instrument along an axis during spinal surgery
WO2015121311A1 (en) 2014-02-11 2015-08-20 KB Medical SA Sterile handle for controlling a robotic surgical system from a sterile field
CN106659537B (zh) 2014-04-24 2019-06-11 Kb医疗公司 结合机器人手术系统使用的手术器械固持器
EP3169252A1 (en) 2014-07-14 2017-05-24 KB Medical SA Anti-skid surgical instrument for use in preparing holes in bone tissue
US9968794B2 (en) 2014-12-24 2018-05-15 Medtronic, Inc. Implantable medical device system including feedthrough assembly and method of forming same
US10136535B2 (en) 2014-12-24 2018-11-20 Medtronic, Inc. Hermetically-sealed packages including feedthrough assemblies
US9865533B2 (en) 2014-12-24 2018-01-09 Medtronic, Inc. Feedthrough assemblies
US10013808B2 (en) 2015-02-03 2018-07-03 Globus Medical, Inc. Surgeon head-mounted display apparatuses
EP3258872B1 (en) 2015-02-18 2023-04-26 KB Medical SA Systems for performing minimally invasive spinal surgery with a robotic surgical system using a percutaneous technique
US10058394B2 (en) 2015-07-31 2018-08-28 Globus Medical, Inc. Robot arm and methods of use
US10646298B2 (en) 2015-07-31 2020-05-12 Globus Medical, Inc. Robot arm and methods of use
US10080615B2 (en) 2015-08-12 2018-09-25 Globus Medical, Inc. Devices and methods for temporary mounting of parts to bone
JP6894431B2 (ja) 2015-08-31 2021-06-30 ケービー メディカル エスアー ロボット外科用システム及び方法
US10034716B2 (en) 2015-09-14 2018-07-31 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems and methods thereof
US9771092B2 (en) 2015-10-13 2017-09-26 Globus Medical, Inc. Stabilizer wheel assembly and methods of use
US10098589B2 (en) 2015-12-21 2018-10-16 Medtronic, Inc. Sealed package and method of forming same
US11058378B2 (en) 2016-02-03 2021-07-13 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US11883217B2 (en) 2016-02-03 2024-01-30 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system and method
US10117632B2 (en) 2016-02-03 2018-11-06 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system with beam scanning collimator
US10448910B2 (en) 2016-02-03 2019-10-22 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US10842453B2 (en) 2016-02-03 2020-11-24 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US10866119B2 (en) 2016-03-14 2020-12-15 Globus Medical, Inc. Metal detector for detecting insertion of a surgical device into a hollow tube
US10213180B2 (en) * 2016-09-14 2019-02-26 Dental Imaging Technologies Corporation Multiple-dimension imaging sensor with operation based on magnetic field detection
JP7233841B2 (ja) 2017-01-18 2023-03-07 ケービー メディカル エスアー ロボット外科手術システムのロボットナビゲーション
US11071594B2 (en) 2017-03-16 2021-07-27 KB Medical SA Robotic navigation of robotic surgical systems
US11646113B2 (en) * 2017-04-24 2023-05-09 Biosense Webster (Israel) Ltd. Systems and methods for determining magnetic location of wireless tools
US10675094B2 (en) 2017-07-21 2020-06-09 Globus Medical Inc. Robot surgical platform
US11382666B2 (en) 2017-11-09 2022-07-12 Globus Medical Inc. Methods providing bend plans for surgical rods and related controllers and computer program products
EP3492032B1 (en) 2017-11-09 2023-01-04 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems for bending surgical rods
US11794338B2 (en) 2017-11-09 2023-10-24 Globus Medical Inc. Robotic rod benders and related mechanical and motor housings
US11134862B2 (en) 2017-11-10 2021-10-05 Globus Medical, Inc. Methods of selecting surgical implants and related devices
US20190254753A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Globus Medical, Inc. Augmented reality navigation systems for use with robotic surgical systems and methods of their use
US10573023B2 (en) 2018-04-09 2020-02-25 Globus Medical, Inc. Predictive visualization of medical imaging scanner component movement
US11337742B2 (en) 2018-11-05 2022-05-24 Globus Medical Inc Compliant orthopedic driver
US11278360B2 (en) 2018-11-16 2022-03-22 Globus Medical, Inc. End-effectors for surgical robotic systems having sealed optical components
US11744655B2 (en) 2018-12-04 2023-09-05 Globus Medical, Inc. Drill guide fixtures, cranial insertion fixtures, and related methods and robotic systems
US11602402B2 (en) 2018-12-04 2023-03-14 Globus Medical, Inc. Drill guide fixtures, cranial insertion fixtures, and related methods and robotic systems
DE102019201227A1 (de) 2019-01-31 2020-08-06 Siemens Healthcare Gmbh Bildgebendes Gerät und Verfahren zum Erzeugen eines bewegungskompensierten Bildes oder Videos, Computerprogrammprodukt und computerlesbares Speichermedium
US20200297357A1 (en) 2019-03-22 2020-09-24 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11419616B2 (en) 2019-03-22 2022-08-23 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11317978B2 (en) 2019-03-22 2022-05-03 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11806084B2 (en) 2019-03-22 2023-11-07 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, and related methods and devices
US11571265B2 (en) 2019-03-22 2023-02-07 Globus Medical Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11382549B2 (en) 2019-03-22 2022-07-12 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, and related methods and devices
US11045179B2 (en) 2019-05-20 2021-06-29 Global Medical Inc Robot-mounted retractor system
US11628023B2 (en) 2019-07-10 2023-04-18 Globus Medical, Inc. Robotic navigational system for interbody implants
US11571171B2 (en) 2019-09-24 2023-02-07 Globus Medical, Inc. Compound curve cable chain
US11864857B2 (en) 2019-09-27 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robot with passive end effector
US11890066B2 (en) 2019-09-30 2024-02-06 Globus Medical, Inc Surgical robot with passive end effector
US11426178B2 (en) 2019-09-27 2022-08-30 Globus Medical Inc. Systems and methods for navigating a pin guide driver
US11510684B2 (en) 2019-10-14 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Rotary motion passive end effector for surgical robots in orthopedic surgeries
US11382699B2 (en) 2020-02-10 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality visualization of optical tool tracking volume for computer assisted navigation in surgery
US11207150B2 (en) 2020-02-19 2021-12-28 Globus Medical, Inc. Displaying a virtual model of a planned instrument attachment to ensure correct selection of physical instrument attachment
US11253216B2 (en) 2020-04-28 2022-02-22 Globus Medical Inc. Fixtures for fluoroscopic imaging systems and related navigation systems and methods
US11382700B2 (en) 2020-05-08 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality headset tool tracking and control
US11153555B1 (en) 2020-05-08 2021-10-19 Globus Medical Inc. Extended reality headset camera system for computer assisted navigation in surgery
US11510750B2 (en) 2020-05-08 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Leveraging two-dimensional digital imaging and communication in medicine imagery in three-dimensional extended reality applications
US11317973B2 (en) 2020-06-09 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Camera tracking bar for computer assisted navigation during surgery
US11382713B2 (en) 2020-06-16 2022-07-12 Globus Medical, Inc. Navigated surgical system with eye to XR headset display calibration
US11877807B2 (en) 2020-07-10 2024-01-23 Globus Medical, Inc Instruments for navigated orthopedic surgeries
US11793588B2 (en) 2020-07-23 2023-10-24 Globus Medical, Inc. Sterile draping of robotic arms
US11737831B2 (en) 2020-09-02 2023-08-29 Globus Medical Inc. Surgical object tracking template generation for computer assisted navigation during surgical procedure
US11523785B2 (en) 2020-09-24 2022-12-13 Globus Medical, Inc. Increased cone beam computed tomography volume length without requiring stitching or longitudinal C-arm movement
US11911112B2 (en) 2020-10-27 2024-02-27 Globus Medical, Inc. Robotic navigational system
US11941814B2 (en) 2020-11-04 2024-03-26 Globus Medical Inc. Auto segmentation using 2-D images taken during 3-D imaging spin
US11717350B2 (en) 2020-11-24 2023-08-08 Globus Medical Inc. Methods for robotic assistance and navigation in spinal surgery and related systems
US11857273B2 (en) 2021-07-06 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Ultrasonic robotic surgical navigation
US11439444B1 (en) 2021-07-22 2022-09-13 Globus Medical, Inc. Screw tower and rod reduction tool
US11918304B2 (en) 2021-12-20 2024-03-05 Globus Medical, Inc Flat panel registration fixture and method of using same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039576A1 (en) * 1998-12-23 2000-07-06 Image Guided Technologies, Inc. A hybrid 3-d probe tracked by multiple sensors
US20060058604A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-16 General Electric Company System and method for hybrid tracking in surgical navigation
DE102005037426A1 (de) * 2005-08-08 2007-02-15 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Fusionieren von Bilddatensätzen
WO2007103362A2 (en) * 2006-03-08 2007-09-13 Ascension Technology Corporation Lead tracking of implantable cardioverter-defibrillator (icd) and cardiac resynchronization therapy (crt) devices
CN101410724A (zh) * 2006-03-31 2009-04-15 皇家飞利浦电子股份有限公司 在电磁跟踪系统中进行局部误差补偿的系统
US20090149740A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Siemens Aktiengesellschaft A medical intervention device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU709081B2 (en) * 1996-02-15 1999-08-19 Biosense, Inc. Medical procedures and apparatus using intrabody probes
US6122538A (en) * 1997-01-16 2000-09-19 Acuson Corporation Motion--Monitoring method and system for medical devices
US7366562B2 (en) 2003-10-17 2008-04-29 Medtronic Navigation, Inc. Method and apparatus for surgical navigation
US6484118B1 (en) 2000-07-20 2002-11-19 Biosense, Inc. Electromagnetic position single axis system
US6959214B2 (en) * 2001-11-28 2005-10-25 Medtronic, Inc. Implantable medical device for measuring mechanical heart function
JPWO2006035505A1 (ja) * 2004-09-29 2008-05-22 株式会社シーアンドエヌ 磁気センサの制御方法、制御装置、および携帯端末装置
ITTO20040847A1 (it) * 2004-12-01 2005-03-01 St Microelectronics Srl Dispositivo di rilevamento di spostamenti per un apparecchio portatile
US9215581B2 (en) * 2006-04-14 2015-12-15 Qualcomm Incorported Distance-based presence management
US20070270686A1 (en) * 2006-05-03 2007-11-22 Ritter Rogers C Apparatus and methods for using inertial sensing to navigate a medical device
US20080146941A1 (en) 2006-12-13 2008-06-19 Ep Medsystems, Inc. Catheter Position Tracking for Intracardiac Catheters
US9220439B2 (en) * 2006-12-29 2015-12-29 St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. Navigational reference dislodgement detection method and system
US8462109B2 (en) * 2007-01-05 2013-06-11 Invensense, Inc. Controlling and accessing content using motion processing on mobile devices
US9642555B2 (en) * 2008-11-20 2017-05-09 Medtronic, Inc. Subcutaneous lead guidance
US8358128B2 (en) 2008-11-28 2013-01-22 General Electric Company Surgical navigation system with magnetoresistance sensors
US20100160772A1 (en) 2008-12-18 2010-06-24 Medtronic, Inc. Adaptable Image Guided Delivery System
US8369921B2 (en) 2008-12-31 2013-02-05 St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. Accelerometer-based contact sensing assembly and system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039576A1 (en) * 1998-12-23 2000-07-06 Image Guided Technologies, Inc. A hybrid 3-d probe tracked by multiple sensors
US20060058604A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-16 General Electric Company System and method for hybrid tracking in surgical navigation
DE102005037426A1 (de) * 2005-08-08 2007-02-15 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Fusionieren von Bilddatensätzen
WO2007103362A2 (en) * 2006-03-08 2007-09-13 Ascension Technology Corporation Lead tracking of implantable cardioverter-defibrillator (icd) and cardiac resynchronization therapy (crt) devices
CN101410724A (zh) * 2006-03-31 2009-04-15 皇家飞利浦电子股份有限公司 在电磁跟踪系统中进行局部误差补偿的系统
US20090149740A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Siemens Aktiengesellschaft A medical intervention device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106687063A (zh) * 2014-08-13 2017-05-17 株式会社高永科技 跟踪系统及利用其的跟踪方法
US10799299B2 (en) 2014-08-13 2020-10-13 Koh Young Technology Inc. Tracking system and tracking method using same
US11730547B2 (en) 2014-08-13 2023-08-22 Koh Young Technology Inc. Tracking system and tracking method using same
CN109389620A (zh) * 2017-08-08 2019-02-26 西门子保健有限责任公司 用于跟踪医疗对象的方法和跟踪系统
US11540884B2 (en) 2017-08-08 2023-01-03 Siemens Healthcare Gmbh Method and tracking system for tracking a medical object
CN110478031A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 用于包括位置传感器的导管的校准夹具
CN110478031B (zh) * 2018-05-15 2024-04-16 韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司 用于包括位置传感器的导管的校准夹具

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012057871A1 (en) 2012-05-03
CN103189013B (zh) 2015-07-15
US20120108954A1 (en) 2012-05-03
EP2632381A1 (en) 2013-09-04
US9913693B2 (en) 2018-03-13
EP2632381B1 (en) 2016-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103189013B (zh) 外科手术导航中的纠错技术
EP2005208B1 (en) System for local error compensation in electromagnetic tracking systems
CN102210611B (zh) 利用冗余测量的抗失真位置跟踪
US11944389B2 (en) Impedance shift and drift detection and correction
CN101248996B (zh) 用于电磁跟踪方法和系统的线圈排列
US20140257080A1 (en) System for ultrasound image guided procedure
US20200345422A1 (en) System and method for generating a map for electromagnetic navigation
CN103813748A (zh) 利用阻抗和磁场测量的导管导航
US20200138525A1 (en) Mechanical modules of catheters for sensor fusion processes
CN101129264A (zh) 利用频率外推的抗失真位置跟踪
AU2019201943A1 (en) Low-profile location pad for magnetic-based intra-body probe tracking system
CN102307535A (zh) 用于电磁跟踪系统的动态金属畸变补偿的系统和方法
US20200372409A1 (en) Electromagnetic distortion compensation for device tracking
CN103536290A (zh) 单轴传感器的位置与定向的算法
US11759264B2 (en) System and method for identifying a location and/or an orientation of an electromagnetic sensor based on a map
AU2017348161B2 (en) System and method for identifying a location and/or an orientation of an electromagnetic sensor based on a map
Anderson Investigation of the potential of low cost position tracking using permanent magnets
CN114305686A (zh) 基于磁传感器的定位处理方法、装置、设备与介质

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant