CN104303186A - 介入信息代理医学追踪接口 - Google Patents

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Abstract

提供了用于提供医学追踪接口的方法、系统和程序产品。所述方法包括以下步骤：以多种格式中的任意一种格式从至少一个追踪设备接收数据、将所述数据转换为统一的格式、并且以所述统一的格式输出所述数据。

Description

介入信息代理医学追踪接口
技术领域
本发明涉及医学成像领域，并且更具体地涉及用于为针对多于一个的成像系统和/或追踪系统的介入信息代理(brokering)提供医学追踪接口MTI的方法、系统以及计算机程序产品。
背景技术
图像采集装备、微创感测设备、治疗递送设备和监测设备以及工作站上执行的软件应用之间的实时数据通信是医学图像引导介入(IGI)应用中的常见特征。通过使用能够确定介入仪器的位置和取向(并且可能地，确定整个仪器的形状)的追踪系统，可以将手术工具或微创仪器(例如针、导管、导丝、插入到体内的成像探针等)相对于患者身体进行定位，并且实时地将这些测量传达给外部设备。这些系统使用各种固有的检测技术，例如对嵌入在仪器上的标记物的基于光学照相机的检测、对嵌入在放置于电磁场中的仪器上的小型传感器的电磁感测、使用光纤布拉格光栅(FBG)或瑞利散射概念的光学形状感测以及其他技术。追踪系统的制造商可能会使用不同的数据通信协议和外部接口，这延缓了IGI应用在医疗实践中的整合。IGI应用必须分别与每个制造商的装备接口连接以获取追踪信息，如果使用一种或多种固有技术的多个追踪系统同时用在相同的介入中，则这增加了重组工程障碍并且阻碍互用性。在没有用于IGI应用的标准接口的情况下，可能会引入错误和冗余。
存在这样的接口应用：为追踪硬件提供接口并且包括其他功能，例如读取/显示医学图像、基于点的配准等。然而，这些应用并没有组合或协调来自于多个追踪系统的信息。
发明内容
提供了用于提供医学追踪接口(MTI)的方法、系统和程序产品，所述医学追踪接口充当与用于医学介入的多个医学追踪系统通信的信息代理。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于提供医学追踪接口的方法。所述方法包括以下步骤：以多种格式中的任意一种格式从至少一个追踪设备接收数据、将所述数据转换为统一的格式并且以所述统一的格式输出所述数据。
根据一个实施例，所述追踪数据转换为的格式是统一的空间坐标系。根据各个实施例，所述统一的空间坐标系可以是：使用三维笛卡尔坐标编码的位置、使用四元法或欧拉角编码的取向、使用变换矩阵编码的位置和取向。
根据一个实施例，所述统一的格式包括将所述至少一个追踪设备中的每个空间对齐到统一的外部参考框架。用户将每个追踪设备相关到在所述外部参考框架中已知位置处的多个参考特征。追踪系统以所述追踪设备的坐标测量所述参考特征的位置并且将其发送到MTI。MTI从所述参考特征测量与对应的所述追踪系统坐标计算配准矩阵。MTI使用所述配准矩阵，将所述追踪设备数据转换到或对齐到所述外部参考框架坐标。MTI以所述外部参考框架坐标输出所述追踪数据。
根据一个实施例，提供医学追踪接口的方法还包括以下步骤：使用所述配准矩阵将与来自于一个追踪系统的追踪坐标相关联的成像数据共享给与另一个追踪系统相关联的被追踪的介入仪器，以将所述成像数据的所述追踪坐标对齐到接收所述成像数据的所述追踪系统。
根据一个实施例，所述统一的格式包括将所述至少一个追踪系统中的每个空间对齐到外部参考框架，并且还包括以下步骤：将至少一个追踪设备接触到在所述外部参考框架中的已知位置处的多个参考特征；以所述追踪设备的坐标测量所述参考特征的位置；根据所述参考特征的测量计算配准矩阵；使用所述配准矩阵将所述追踪设备数据对齐到所述外部参考框架；并且以外部参考框架坐标输出所述追踪数据；为所述至少一个追踪设备和从属追踪设备确定至少一个公共参考框架；使用针对所述至少一个追踪设备和所述公共参考框架的所述配准矩阵来计算针对所述从属追踪设备的配准矩阵；使用所述配准矩阵来将所述从属追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且以所述外部参考框架坐标输出针对所述从属追踪设备的所述追踪数据。
根据一个实施例，用于提供医学追踪接口的方法还包括：检测所述至少一个追踪设备中的一个追踪设备中的错误；并且通知每个从属追踪设备来确定和使用新的配准矩阵。
根据一个实施例，统一的格式包括统一的时间参考框架。在一个实施例中，至少一个追踪设备以多个流率中的任一个提供数据，并且所述数据流被缓冲并且以统一的流率被输出。在另一个实施例中，多于一个的追踪设备以多于一个流率提供数据并且所述数据流被同步。
根据另一个实施例，所述统一的格式包括统一的时间帧，其中，所述数据流中的所述测量结果包括具有统一的时间参考框架的时间戳。延迟检测模块测量针对至少一个追踪设备中的每个的延迟，并且使用所测量的延迟将追踪设备时间戳转换为统一的接口时间戳。
根据一个实施例，提供医学追踪接口的方法还包括将所述追踪数据与生理监测数据同步，例如与ECG、心率、呼吸时相等同步。
根据一个实施例，通过接触基准或可在成像流中识别的其他参考特征接触来提供时间同步。利用对所述成像数据流的分析来检测所述接触，所述成像流的时间戳从所述成像数据流捕获。然后，将来自于所述成像数据流的时间戳与来自于MTI的统一的时间参考同步。
根据本发明的另一方面，提供了一种医学追踪接口(MTI)。MTI包括：处理器；能够连接到所述处理器的存储器；以及指令程序，其存储在所述存储器上并且由所述处理器执行，以将追踪数据从多种格式转换为统一的格式并且以所述统一的格式输出所述数据。
根据一个实施例，所述指令程序将所述数据转换为包括统一的空间坐标系的统一的格式。
根据一个实施例，所述指令程序对通过计算并且使用配准矩阵来执行所述至少一个追踪设备中的每个到统一的外部坐标系的空间对齐。
根据一个实施例，MTI还包括复用器，其中，所述复用器对所述至少一个追踪设备中的每个的所述数据流进行缓冲并且将所述至少一个追踪设备中的每个的所述数据流时间对齐到医学追踪接口参考。
根据一个实施例，MTI还包括参考时钟，其中，指令程序通过如下方式来确定并且补偿针对所述至少一个追踪设备中的每个的延迟：从所述追踪设备请求和接收具有追踪设备时间戳的信号、在请求并且接收所述信号后记录医学追踪接口时间戳、并且将所述追踪系统时间戳与所述医学追踪接口时间戳的平均相关联。
根据一个实施例，所述指令程序：检测对至少一个追踪设备与在外部参考框架坐标系中已知位置处的多个参考特征的接触；以所述追踪设备坐标测量所述参考特征的位置；根据所述参考特征的测量结果计算配准矩阵；使用所述配准矩阵，将所述追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且以所述外部参考框架坐标输出所述追踪数据。
根据一个实施例，所述指令程序还:为所述至少一个追踪设备和从属追踪设备确定至少一个公共参考框架；使用针对所述至少一个追踪设备和所述公共参考框架的所述配准矩阵，来计算针对所述从属追踪设备的配准矩阵；使用针对所述从属追踪设备的所述配准矩阵，将所述从属追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且以所述外部参考框架坐标输出针对所述从属追踪设备的所述追踪数据。
根据一个实施例，所述指令程序还：检测所述至少一个追踪设备中的一个追踪设备中的错误；并且通知每个从属追踪设备来确定和使用新的配准矩阵。
根据一个实施例，MTI包括时钟，所述时钟提供统一的时间参考框架时间戳，并且所述指令程序对至少一个追踪仪器与可在成像数据流中识别的参考特征的接触进行检测并捕获针对所述接触的所述统一的参考帧时间戳，利用对所述成像数据流的分析在成像数据流中检测所述接触并捕获所述成像流的时间戳，将所述成像流时间戳与来自于所述统一的时间参考框架的对应的时间戳同步。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于提供医学追踪接口的计算机程序产品。所述计算机程序产包括具有将计算机可读的指令程序编码在其上的计算机可读存储设备。所述计算机可读的指令程序包括：用于将数据转换为统一的格式的指令程序、以及用于以所述统一的格式输出所述数据的指令程序。
附图说明
通过结合附图来阅读以下对本发明的优选实施例的详细描述，将更加清楚地理解本公开内容的特征和优点将。附图中包括以下图：
图1是根据本发明的实施例的用于提供医学追踪接口的系统的等距视图；
图2是根据本发明的实施例的用于提供医学追踪接口的系统的方框图；
图3示出了提供根据本发明的实施例的用于医学追踪接口的方法
图4是根据本发明的实施例的用于提供医学追踪接口的系统的流程图；
图5是根据本发明的实施例的用于空间同步的方法的流程图；
图6是根据本发明的实施例的用于时间同步的方法的流程图；并且
图7是根据本发明的实施例的用于错误处理的方法的流程图；
具体实施方式
本发明提供用于以下用途的方法、系统以及计算机程序产品：提供与一个或多个医学追踪系统通信的医学追踪接口(MTI)，从该追踪系统接收追踪数据，将该数据转换为统一的格式，并且实时地向主机上的IGI应用输出该数据。MTI可以以各种格式和结构中的任意格式和结构接收追踪数据并且将该数据转换为统一的格式。MTI可以以统一的空间坐标格式提供数据，统一的空间坐标格式例如笛卡尔坐标(x、y、z)、使用四元法(u、v、w、s)的旋转轴和角、使用三个欧拉角的旋转、或针对位置坐标或旋转坐标的变换矩阵。MTI还可以对针对多个追踪设备的坐标、患者坐标、来自于其他装备的坐标以及用于手术前成像或手术中成像的坐标进行对齐。额外地或备选地，MIT可以对多个追踪设备的数据流、来自于患者追踪器或其他装备的坐标、以及来自于手术中成像设备的坐标系进行对齐，以提供统一的时间格式。
转换过程可以由诸如通用计算机的处理器执行，该处理器执行用于将追踪数据转换为统一的格式的指令程序并且实时地以该统一的格式输出数据流。指令转换程序可以调用用于以下的各种模块：转换坐标格式、计算并且应用配准变换、专用同步、时间同步、延迟确定、错误检测以及复用。该模块可以是软件代码、硬件设备或它们的组合。
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于提供医学追踪接口的系统。在图示的实施例中，系统包括：两个追踪系统100、200。追踪系统可以是电磁的、光学的、光学形状感测的或任意其他合适的追踪技术。每个追踪系统连接到追踪工具101、102、201、202，例如，导管、针、照相机或在介入期间能够被追踪的任意其他诊断工具或治疗工具。追踪系统100、200用于在诸如基于导管的介入的手术程序期间追踪工具101、102、201、202的位置。
追踪系统100、200包括能够与工具连接的处理器，该处理器处理诸如来自于电磁追踪系统中的电磁传感器的电压测量结果或光学形状感测追踪系统中的反射波长或任意其他追踪信号的信号。信号被处理，并且追踪数据的流以以下形式输出：嵌入在或固定在手术工具上的传感器的位置坐标、或仪器上的期望点的位置坐标(例如尖端)、或仪器的形状等。追踪系统还可以包括能够与具有用于将测量信号转换为位置数据的指令程序的处理器连接的存储器。
医学追踪接口(MTI)300从追踪系100、200接收追踪数据、将该追踪数据转换为统一的格式、并且以统一的格式输出该追踪数据。计算机400包括运行存储在存储器420上的图像引导介入(IGI)应用422(图2)的处理器410，计算机400通过输入/输出连接440接收输出的追踪数据并且实时地将工具位置叠加在解剖图像上，并在显示器430上呈现具有工具位置的图像。例如可以通过总线450将处理器410、存储器420、显示器430以及输入/输出连接器440互相连接。
图2是根据本发明的实施例的MTI 300的方框图。MTI 300包括处理器310、能够连接到处理器的存储器330(例如通过系统总线320)、以及能够将追踪系统100、200连接到处理器310的输入/输出(I/O)连接器340。处理器310可以是能够执行指令程序的任意设备，例如一个或多个微处理器。此外，处理器310可以包含在通用计算机中。
存储器330可以是适合于存储数据和指令程序的任意易失性或非易失性存储器设备，例如，可移动磁盘、硬盘驱动器、CD、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。此外，存储器330可以包括一个或多个存储器设备。
I/O连接器340可以是能够将MTI与追踪系统100、200或运行IGI应用的计算机400连接的任意硬件。I/O连接器可以包括但不限于RS232串行接口、以太网以及USB端口。
MTI还包括数据转换指令程序332，该数据转换指令程序存储在存储器330上，并且由处理器310执行以将来自于追踪系统100、200的追踪数据转换为统一的格式。数据转换指令程序332可以包括用于一种或多种数据转换功能的模块或单元。数据转换功能可以包括:将坐标格式从多种格式中的任意格式转换为统一的格式；计算并且应用配准变换；将一个或多个追踪系统的坐标框架对齐到通用参考框架或世界参考框架；代理坐标框架依赖性；对多个追踪数据流进行时间同步；检测并校正追踪数据延迟；以及检测错误并提供通知和/或故障切换。每个模块或单元可以并入数据转换指令程序332中、可以是能够被数据转换指令程序332调用的独立应用、或者可以是诸如可由数据转换指令程序332存取的逻辑电路的独立硬件单元。
在图2的说明性实施例中，坐标格式化模块334、空间同步模块336，延迟检测模块338以及错误处理模块339是存储在存储器330上的独立、可调用应用。同样，复用器350是MTI 300中可以由数据转换指令程序332通过处理器310存取的独立硬件单元。然而应当理解，在本发明的范围内预期提供少于全部说明性数据转换模块或提供额外的数据转换模块的不同的实施例。同样，各种数据转换模块可以备选地全是软件应用、全是硬件或是软件与硬件的任意组合。
如图3所示，根据一个实施例，当追踪系统100、200连接到MTI 300时，追踪系统发送指示其可用性的信号2。该信号可以由追踪系统100、200自动地发送，或者可以响应于MTI 300的探询1而被发送。信号可以包括对追踪数据的特性的识别，追踪数据的特性例如追踪系统的测量的采样率、针对追踪系统的坐标格式、来自于追踪系统的时间戳、以及追踪系统已知的参考框架。
备选地，追踪系统的特性可以由用户通过诸如键盘或鼠标的输入设备输入到数据转换指令程序332。
然后，追踪系统100向MTI 300发送追踪数据流3。MTI将追踪数据流转换为统一的格式并且将统一的数据流4发送到IGI 422。
如图2所描绘的，MTI 300包括从一个或多个追踪系统100、200输入数据并且向主机400上的IGI应用422实时地输出这些数据的硬件。追踪系统100、200连接嵌入在设备或仪器(即，工具)101、102、201、202上的一个或多个传感器，在介入程序期间使用电磁场、形状感测、或其他追踪技术来追踪该一个或多个传感器。追踪系统计算传感器在参考空间中的位置和取向并且输出测量数据坐标，该测量数据坐标可以包括针对各传感器的x、y、z(笛卡尔)坐标、角或其组合。该信息每秒(帧率或采样率)被获取多次从而使对工具运动的追踪成为可能。
MT300中可以有若干模块。下面是对MTI 300的示范性模块的描述。
坐标转换模块334将追踪数据从各种坐标格式中的任意坐标格式转换为统一的空间坐标格式。例如，各种追踪系统可以以多种格式中的任意格式提供针对工具的位置和取向的追踪数据。一些常用格式包括:使用3D空间坐标(x、y、z)的位置数据、使用四元法(u、v、w、s)编码的旋转轴和角、使用三个欧拉角编码的旋转、以及使用3×4或4×4变换矩阵编码的位置和旋转。根据需要，坐标转换单元可以以任意格式组合接收数据并且将数据转换为统一的、优选的格式。优选格式可以由用户通过诸如键盘或鼠标的输入设备进行选择和输入。备选地，优选格式可以由IGI应用422定义并且通过通信信号被提供给MTI 300。来自于追踪系统100、200的数据流的格式可以由MTI 300基于坐标特性进行识别，或者用户可以输入针对每个追踪系统的坐标格式，或者追踪系统100、200可以将其数据流的坐标格式指示在发送到MTI 300的通信信号中。
图4是坐标转换模块332的流程图。坐标转换模块接收对优选的输出坐标格式的指示(步骤510)。该指示可以来自于IGI或来自于用户输入。坐标转换模块332接收追踪数据流(步骤520)。坐标转换模块332识别数据流的坐标格式(步骤530)。可以通过来自于由追踪系统100发送的信号2的数据特性、或来自于用户输入的数据特性来识别该坐标格式。取决于怎样对其进行识别，可以在数据流被接收之前或之后识别数据流的坐标格式。坐标转换模块332使用现有技术已知的转换准则将数据从数据流3的坐标格式转换为优选的输出坐标格式(步骤540)。坐标转换模块332输出经转换的数据(步骤550)。
还可以在MTI 300中提供空间同步模块336。不同的追踪系统具有不同的坐标框架。因此，第一坐标框架中受追踪的仪器与第二坐标框架中受追踪的仪器具有未知的空间联系。采用空间同步模块336来解决多个追踪坐标框架之间的空间独立性。同样，追踪坐标框架可以与诸如患者、成像装备或其他世界坐标框架的世界坐标框架具有未知的空间联系。
根据一个实施例，空间同步模块336对针对两个或多个追踪系统100、200的坐标框架进行校准。连接到各追踪系统100、200的追踪工具(具有嵌入的传感器)101、102、201、202被用作指示器，以接触世界坐标框架中已知位置处的装备或患者的一组基准或表面特征。通过对从在其独立坐标框架中的所有受追踪的工具接收的信息进行组合，可以使用诸如基于点的配准方法的现有技术已知的方法来计算空间变换矩阵(通常称为配准矩阵)。接触基准或表面特征时，可以使用追踪坐标以及世界坐标迭代地计算配准矩阵。配准矩阵将坐标数据从追踪坐标框架转换为世界坐标框架中的对应的坐标。取决于受追踪的工具的数量，可能存在一定数量的配准矩阵以将受追踪的工具各自的数据转换到固定的世界坐标框架内。例如作为配准的结果，医学图像空间和重建图像空间与世界参考框架可以具有已知的空间联系。
在计算了配准矩阵之后，可以将其存储在MTI 300中。追踪空间因此联系在一起，以允许在单独的坐标框架中对与多个追踪系统相关联的多个追踪工具进行连续追踪。
在一个实施例中，MTI 300可以向追踪系统100、200发送请求，以借助测量请求来根据由MTI 300发送的专用配准矩阵来改变追踪系统100、200的测量数据。如果能够，则追踪系统100、200将借助MTI 300提供的配准矩阵发送从该系统内部坐标框架变换的数据。该配准矩阵可以由追踪设备缓存，直到借助随后的请求发送新的配准矩阵为止。当可能时，该能力使MTI 300能够将坐标框架同步委托给追踪系统100、200，并且当追踪系统不能够接收或使用配准矩阵时，自行承担执行坐标框架转换的任务。
图5是用于根据本发明的实施例的空间同步模块336的方法的流程图。该空间同步接收针对一系列基准中的每个的位置测量数据(步骤610)。例如，可以提示用户使追踪工具接触世界框架中的位置处(例如在患者上的界点处)的基准。追踪系统测量基准在追踪参考框架中的位置并且将其发送到空间同步模块336。可以对一系列基准中的每个重复该步骤。在备选的实施例中，可以使用具有已其世界参考框架位置的装备或患者的沟或其他表面特征来代替基准物。然后，通过使用基准的追踪参考框架测量和世界框架位置，空间同步模块336使用基于点的配准方法来计算用于将追踪参考框架坐标转换为世界参考框架坐标的配准矩阵(步骤620)。即，估算值迭代地填充到配准矩阵内并且各参考框架点转换为世界框架点，直到计算点足以符合基准的已知世界坐标为止。空间同步模块336可以使用该配准矩阵来将数据流中的坐标从追踪系统转换为世界坐标(步骤640)，然后将具有经转换的坐标的数据流输出到IGI应用422(步骤650)。
在一个实施例中，空间同步模块336可以将配准矩阵发送到追踪系统(步骤630)。如果追踪系统能够，其将追踪参考框架坐标转换为世界参考框架坐标(步骤640)。否则空间同步模块336执行该转换。世界参考框架应当被理解为是与诸如成像系统、手术台或者甚至患者等的真实世界的特征或结构相关联的参考框架。
根据一个实施例，空间同步模块336可以充当用于参考框架依赖性的代理。例如，一个追踪系统了解到其在患者与房间中的固定坐标框架(例如，成像系统)之间的变换矩阵，同时引入了仅已知其与固定坐标框架的相对位置的第二追踪系统。空间同步模块336可以充当代理，第二追踪系统在空间同步模块336中声明其存在和其相对坐标框架。空间同步模块336充当向新设备添加附加参考框架(患者参考框架)的单元。这可以例如通过将使房间中的固定坐标框架配准到患者的配准矩阵发送到第二追踪系统而实现。然后，当某个坐标框架变得过时时，例如当患者出现运动时，空间同步模块336能够通知从属追踪系统。空间同步模块还可以启动新的配准程序或促使用户来执行新的配准程序，以将失去的参考框架重建到从属追踪系统。
在另一个实施例中，空间同步模块336可以允许在追踪系统之间共享程序前的信息，例如成像体积。例如，第一追踪系统具有程序前数据集并已知与当前患者坐标框架以及固定框架(例如，X射线机架)的链接，并且引入了已知其自身坐标框架和相同的固定框架(例如，X射线机架)的第二追踪系统。第一追踪系统可以通过空间同步模块336与第二追踪系统共享其程序前数据集。第二系统将能够使用来自于第一追踪系统的从公共固定框架到患者坐标框架的配准矩阵来追踪相对于程序前数据集的工具。当引入新的追踪系统时，空间同步模块336可以询问该新的追踪系统的所有参考框架及它们的关系(即，配准矩阵)以及元材料(meta-material)，并且与其他追踪系统共享该所有参考框架及它们的关系以及元材料。
根据一个实施例，MTI 300还可以包括复用单元350。每个追踪系统100、200(常常来自于不同供应商)具有其自身的处理器并且具有专用帧率或进行工具位置测量和工具取向测量的采样率。对于不同追踪系统而言，这些测量率可能会不同。复用单元允许MTI 300充当同步系统，而使所有追踪数据时间同步。根据一个实施例，可以以诸如具有内部缓冲存储器的集成电路的硬件设备来实现复用单元350。追踪系统连续地将位置测量和/或取向测量结果流向复用单元350，当测量结果到达时，复用单元350使用缓冲器370来监听或存储所有测量结果。然后，当内部时钟360发送用于将测量运送到IGI应用422外部的信号时，复用单元从缓冲器370为每个追踪设备简单地选择最近的测量、将它们配对、并且转发它们。当接收到针对该追踪设备的新的测量时，复用单元能够备选地为每个追踪设备覆写先前的测量。
备选地，复用单元350可以是接收测量并且将测量存储在缓冲器370中的软件模块，缓冲器可以在存储器330中或任意其他存储器中。用于取回并且发送最近的测量的语法可以表示如下:
Repeat{get_trackingDeviceA_info；get_trackingDeviceB_info；}
在一些场景中，例如当输入追踪系统在流率方面具有大的差异时，用户可以选择关闭“同步模式”，其中，复用单元350将简单地选择以与追踪流到达时相同的率输出追踪流。用于针对同步模式关闭的软件实施例的语法可以表示为：
Repeat{get_trackingDeviceA_info；}
Repeat{get_trackingDeviceB_info；}
根据一个实施例，MTI 300还可以包括延迟检测和同步模块338。针对各追踪系统的延迟取决于追踪系统并且取决于追踪系统被使用的状况–例如，其内部测量率、其正在追踪的工具的数量、以及追踪系统与计算机之间的数据传输速度。当借助不同追踪系统(例如，具有不同的测量时钟和延迟的光学系统和磁性系统)进行测量时，延迟是十分重要的。
根据一个实施例，每个追踪系统100、200可以发送具有与其关联的来自于追踪系统自身的内部时钟的时间戳(测量采集的时刻)的测量数据。然而，由于追踪系统的独立性，存在对于将来自于不同追踪系统的测量关联到由MTI 300确定的一个系统时钟上的需求。
延迟检测和同步模块338确定针对每个追踪系统的延迟并且将时间测量同步在单个系统时钟上。延迟检测和同步模块338请求来自于追踪系统100上的追踪设备的具有时间戳Tr的新的测量。延迟检测和同步模块338记录从系统时钟360进行请求的时间Mrq。当从追踪系统接收测量数据和追踪系统时间戳时，延迟检测和同步模块338从系统时钟360记录测量数据接收时间戳Mdr。延迟检测和同步模块338将追踪系统时间戳Tr计算为等价于与测量事务关联的该两个内部生成的系统时间戳的平均 。诸如在追踪设备的时钟中产生的Tr的测量能够被转换为MTI的时钟上的等价的时间戳，从而在该两个时钟-追踪设备的内部时钟与MTI系统时钟之间建立联系。延迟检测和同步模块338将测量时间从追踪系统时间戳转换为其系统时钟等价，从而允许MTI对来自于多个追踪设备的信息进行时间同步。应当注意，该方法不受延迟随时间的缓慢改变的影响，这是因为使用针对每次事务的同时的延迟测量将MTI从任意坐标参考帧接收的的各测量结果转换到MTI的系统时钟。
延迟检测和同步模块338还可以将追踪数据和图像数据同步到单个系统时钟。这可以允许对时间依赖的成像数据进行使用以进行更精确的追踪，例如将心动周期的不同相与追踪数据一起使用。
图6是用于根据本发明的实施例的时间同步的方法的流程图。延迟检测和同步模块338请求具有追踪系统时间戳的测量(步骤710)。延迟检测和同步模块338从MTI时钟360记录请求的时间Mrq(步骤720)。延迟检测和同步模块338接收测量数据和追踪系统时间戳Tr(步骤730)。延迟检测和同步模块338从MTI时钟360记录数据返回的时间Mdr(步骤740)。延迟检测和同步模块338计算延迟(步骤750)，并且将测量时间Tr转换为MTI系统时间(步骤760)。
根据一个实施例，MTI 300还可以包括错误处理模块339，其可以充当代理，用于通知从属追踪系统其所从属的追踪系统具有错误。从属追踪系统可以是使用如上所述的用于配准的另一个追踪系统的追踪系统。错误类型可以包括通信错误(通信中断或通信丢失)、位置错误(例如在EM追踪系统的情况下的铁磁性材料干扰)、追踪探针在追踪体积的边缘的附近或外面、追踪系统被关闭或出现故障。
因为MTI已经在两个或多个追踪系统之间设置了关系矩阵，所以错误处理模块339能够通知从属设备已经出现了错误。然后，可以构造并且维持新的关系。
图7是用于根据本发明的实施例的错误检测和通知的处理流程。将具有针对患者参考框架与X射线机架参考框架的配准矩阵的第一追踪系统100引入MTI 300(步骤810)。将具有用于X射线机架的配准矩阵的第二追踪系统200引入MTI 300(步骤820)。错误处理模块339通过存储依赖性关系指示的第一追踪系统100将第二追踪系统200的位置链接到患者参考框架(步骤830)。在介入程序期间，患者运动破坏第一追踪系统100的X射线机架到患者的配准(步骤840)并且错误信息被发送到MTI。错误处理模块339接收对错误的通知(步骤850)并且向第一追踪系统和第二追踪系统通知患者参考框架无效(步骤860)。在错误通知之后，错误处理模块339可以启动对新的参考框架依赖性的建立。
根据一个实施例，通过将至少一个追踪仪器与基准或可由追踪系统识别的其他参考特征接触，来提供时间同步。在该实施例中，MTI包括提供统一的时间参考框架时间戳的时钟，并且指令程序对该至少一个追踪仪器与可在成像数据流中识别的其他参考特征的接触进行检测并捕获针对该接触的统一的参考帧时间戳。指令程序还利用对成像数据流的分析在成像数据流中检测该接触并且捕获成像流的时间戳。然后指令程序将成像流时间戳与来自于统一的时间参考框架的对应的时间戳同步。
本发明可以呈现为完全硬件实施例的形式或包含硬件元件和软件元件的实施例的形式。在示范性实施例中，以包括但不限于固件、常驻软件、微代码等的软件实现本发明。
此外，本发明能够采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品可从计算机可用或计算机可读介质存取，所述计算机可用或计算机可读介质提供用于由计算机或任意指令运行系统使用或者与计算机或任意指令运行系统结合来使用的程序代码。出于该描述目的，计算机可用或计算机可读存储介质能够是可以包括或存储由指令运行系统、装置或设备使用或与其结合来使用的程序的任意装置。
可以由包括机器可读介质的程序产品来实现前述方法，机器可读介质具有机器可执行指令程序，所述指令程序在由诸如计算机的机器执行时执行所述方法的步骤。所述程序产品可以存储于任意各种已知的机器可读介质上，包括但不限于光盘、软盘、USB存储器设备等。
所述介质可以是电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统(或者装置或设备)。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)以及DVD。
上面的描述和附图旨在说明而非限制本发明。本发明的范围旨在涵盖权利要求书的最大范围内的等价变化和配置。

Claims (26)

1.一种用于提供医学追踪接口的方法，包括以下步骤：
以多种格式中的任一种从至少一个追踪设备接收数据；
将所述数据转换为统一的格式；并且
以所述统一的格式输出所述数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括统一的空间坐标系。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述统一的空间坐标系包括使用三维笛卡尔坐标编码的位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述统一的空间坐标系包括使用四元法的用旋转轴和角编码的取向。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述统一的空间坐标系包括使用欧拉角用旋转编码的取向。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述统一的空间坐标系包括使用变换矩阵编码的位置和取向。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括将所述至少一个追踪设备的中每个空间对齐到统一的外部参考框架，并且还包括以下步骤：
将每个追踪设备接触到在外部参考框架中已知位置处的多个参考特征；
以所述追踪设备的坐标测量所述参考特征的位置；
根据所述参考特征测量结果计算配准矩阵；
使用参考矩阵来将所述追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且
以所述外部参考框架坐标输出所述追踪数据。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：使用所述配准矩阵将与来自于一个追踪系统的追踪坐标相关联的成像数据共享给与另一个追踪系统相关联的被追踪的介入仪器，以将所述成像数据的所述追踪坐标对齐到接收所述成像数据的所述追踪系统。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括将所述至少一个追踪系统中的每个空间对齐到统一的外部参考框架，并且还包括以下步骤：
将至少一个追踪设备接触到在所述外部参考框架中的已知位置处的多个参考特征；
以所述追踪设备的坐标测量所述参考特征的位置；
根据所述参考特征测量结果计算配准矩阵；
使用所述配准矩阵将所述追踪设备数据对齐到所述外部参考框架；并且
以外部参考框架坐标输出所述追踪数据；
为所述至少一个追踪设备和从属追踪设备确定至少一个公共参考框架；
使用针对所述至少一个追踪设备和所述公共参考框架的所述配准矩阵来计算针对所述从属追踪设备的配准矩阵；
使用所述配准矩阵来将所述从属追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且
以所述外部参考框架坐标输出针对所述从属追踪设备的所述追踪数据。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
检测所述至少一个追踪设备中的一个中的错误；并且
通知每个从属追踪设备来确定和使用新的配准矩阵。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括统一的时间参考框架。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个追踪设备以多个流率中的任一个提供数据，并且数据流被缓冲并且以统一的流率被输出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，多于一个的追踪设备以多于一个流率提供数据并且所述数据流被同步。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括具有统一的时间参考框架框架的时间戳，所述方法还包括以下步骤：
测量针对所述至少一个追踪设备中的每个的延迟；并且
使用所测量的延迟来将追踪设备时间戳转换为等价的统一的接口时间戳。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括具有统一的时间参考框架的时间戳，所述方法还包括以下步骤：
将追踪数据与生理监测数据进行同步。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统一的格式包括具有统一的时间参考框架的时间戳，所述方法还包括以下步骤：
将至少一个追踪设备接触到能够在成像数据流中识别的参考特征；
经由对所述成像数据流的分析来在所述成像数据流中检测所述接触，并且捕获所述成像流的时间戳；
将所述成像数据流时间戳与来自于所述统一的时间参考框架的对应的时间戳同步。
17.一种医学追踪接口，包括：
处理器；
能够连接到所述处理器的存储器；以及
指令程序，其被存储在所述存储器上并且由所述处理器执行，以将追踪数据从多种格式中的任意格式转换为统一的格式并且以所述统一的格式输出所述追踪数据。
18.根据权利要求17所述的医学追踪接口，其中，所述指令程序将所述数据转换为包括统一的空间坐标系的统一的格式。
19.根据权利要求17所述的医学追踪接口，其中，所述指令程序对通过计算并且使用配准矩阵来执行所述至少一个追踪设备中的每个到统一的外部坐标系的空间对齐。
20.根据权利要求17所述的医学追踪接口，还包括复用器，其中，所述复用器将所述至少一个追踪设备中的每个时间对齐到医学追踪接口的参考。
21.根据权利要求17所述的医学追踪接口，还包括时钟，其中，指令程序通过以下方式来确定和补偿针对所述至少一个追踪设备中的每个的延迟：从所述追踪设备请求和接收具有追踪设备时间戳的信号、在请求和接收所述信号后记录医学追踪接口时间戳、并且在所述追踪系统时间戳与所述医学追踪接口时间戳的平均之间关联一等价关系。
22.根据权利要求17所述的医学追踪接口，其中，所述指令程序：
对至少一个追踪设备与在外部参考框架坐标系中已知位置处的多个参考特征的接触进行检测；
以所述追踪设备坐标测量所述参考特征的位置；
根据所述参考特征的测量结果计算配准矩阵；
使用所述配准矩阵，将所述追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且
以所述外部参考框架坐标输出所述追踪数据。
23.根据权利要求23所述的医学追踪接口，其中所述指令程序还:
为所述至少一个追踪设备和从属追踪设备确定至少一个公共参考框架；
使用针对所述至少一个追踪设备和所述公共参考框架的所述配准矩阵计算针对所述从属追踪设备的配准矩阵；
使用针对所述从属追踪设备的所述配准矩阵来将所述从属追踪设备数据对齐到所述外部参考框架坐标；并且
以所述外部参考框架坐标输出针对所述从属追踪设备的所述追踪数据。
24.根据权利要求23所述的医学追踪接口，其中，所述指令程序还:
检测所述至少一个追踪设备中的一个中的错误；并且
通知每个从属追踪设备来确定和使用新的配准矩阵。
25.根据权利要求17所述的医学追踪接口，其中，所述统一的格式包括具有统一的时间参考框架的时间戳，并且所述指令程序还执行以下步骤：
对至少一个追踪仪器与能够在成像数据流中识别的参考特征的接触进行检测，并且捕获针对所述接触的所述统一的参考帧时间戳；
经由对所述成像数据流的分析而在成像数据流中检测所述接触并且捕获所述成像流的时间戳；
将所述成像流时间戳与来自于所述统一的时间参考框架的对应的时间戳同步。
26.一种包括计算机可读存储设备的计算机程序产品，所述计算机可读存储设备具有编码于其上的计算机可读的指令程序，所述计算机程序产品包括：
用于以多种格式中的任一种从至少一个追踪设备接收数据的指令程序；
用于将所述数据转换为统一的格式的指令程序；以及
用于以统一的格式输出所述数据的指令程序。
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