CN105873538A - 光学形状感测系统到成像系统的无辐射配准 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将光学形状系统配准到成像系统的配准系统(13)，所述成像系统具有如辐射C臂设备的成像设备(2)和如光学形状感测跟踪设备的跟踪设备(4)。一个或多个光学相机(27)用于检测被跟踪目标的定位信息以将形状坐标系与成像系统的坐标系进行配准。将光学相机与成像系统进行预校准，使得相机系统中的检测到的定位信息能够被直接转换到所述成像系统。
Description
技术领域
本发明涉及用于将跟踪系统配准到成像系统的配准系统、配准方法以及配准计算机程序的领域。本发明还涉及用于对目标进行成像的成像系统和成像方法的领域。本发明也涉及包括所述成像系统的介入系统以及用于在所述介入系统中使用的介入设备的领域。
背景技术
WO 2007/115825 A1公开了一种用于将相机的图像与用于图像引导的外科手术的手术中图像进行配准的增强设备。所述增强设备包括：相机；成像设备，其用于在手术中生成三维图像或四维图像；以及跟踪系统，其用于跟踪所述相机和所述成像设备。通过跟踪所述成像设备和所述相机，它们能够被配准为使得由所述相机生成的图像与由所述成像设备生成的图像能够同时被可视化在同一坐标系中。
WO 2013/102827 A1公开了一种用于确定介入仪器在对象内的定位的定位确定装置，其中，所述介入仪器包括要被引入到所述对象中的第一部分和要在所述第一部分被引入到所述对象中时处在所述对象的外部的第二部分。图像数据集提供单元提供所述对象的内部的图像数据集，仪器定位提供单元确定所述介入仪器的所述第二部分的定位，并且实际图像提供单元提供所述对象内的所述介入仪器的实际图像。空间关系确定单元然后基于所述实际图像以及所述第二部分的定位来确定在所述对象的外部的所述第二部分的定位与在所述对象内的所述第一部分的定位之间的空间关系，并且定位确定单元取决于所述第二部分的定位以及所述第一部分与所述第二部分之间的所述空间关系来确定所述第一部分在所提供的图像数据集内的定位。
US 2011/0098553 A1公开了一种用于配准图像的方法。患者的身体的部分的图像和第一标记的图像通过定义图像坐标系的成像系统来获得。图像引导系统用于获得示出第二标记的位置图像，所述第二标记被定位在相对于所述第一标记的定位已知的位置处。图像引导系统限定位置坐标系，其中，图像坐标系和位置坐标系基于所述第一标记和所述第二标记在图像中的定位以及这些标记的已知相对关系来自动配准。
US 2010/0056904 A1公开了一种介入系统，所述介入系统包括如导管的介入仪器，所述介入仪器要从插入部位被导航到患者内的处置部位。在导航流程期间，装备有光纤构件的所述介入仪器通过使用光学形状感测(OSS)而被跟踪，其中，所跟踪的位置被示出在所述患者的磁共振图像上。为了在所述患者的所述磁共振图像上示出由OSS跟踪的所述介入仪器的位置，用于跟踪所述介入仪器的OSS跟踪系统和用于生成所述磁共振图像的磁共振成像(MRI)系统需要彼此进行配准。因此，OSS设备(例如，OSS集成的导丝或导管)必须与MRI图像进行配准。在上述现有技术的系统中，MR图像配准通过在所述磁共振图像内标记所述介入仪器的所述光纤构件上的多个已知点而被执行，其中，所述已知点使标记在所述磁共振图像中可见。
尽管常规的配准系统解决了许多形状的图像配准问题，但是可能存在其中可能要求不同类型的配准的不同的情形。例如，可能在某些情况下期望自动配准，可能优选进一步减少辐射，或者成像设备(例如，C臂设备)可以是移动的并且配准必须在无论何时设备被移动的情况下重新应用，或者形状感测系统可以是移动的并且配准可能需要在系统被移动到手术室中的另一位置时被更新多次。此外，如果X射线成像系统被使用，则用户可以优选使用仅仅一个视角并且不想要采集来自另一角度的X射线图像，或者用户可能想要在X射线图像被采集之前看到形状使能设备被配准。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于将成像设备与跟踪设备进行配准的自动配准系统、配准方法以及配准计算机程序，其中，所述成像设备用于生成目标的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述目标的定位，其中，对于配准无需辐射。
本发明的另一目标是提供一种用于将成像设备与跟踪设备进行配准的自动配准系统、配准方法以及配准计算机程序，其中，所述成像设备用于生成目标的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述目标的位置，其中，单个C臂定位或视图对于配准是足够的。
本发明的另外的目标是提供一种用于将成像设备与跟踪设备进行配准的自动配准系统、配准方法以及配准计算机程序，其中，所述成像设备用于生成目标的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述目标的位置，其中，所述成像设备和/或OSS设备的移动能够被有效地操纵。
该目标通过根据权利要求1所述的配准系统、根据权利要求9所述的成像系统、根据权利要求10所述的介入系统、根据权利要求11所述的配准方法、根据权利要求12所述的成像方法以及根据权利要求13所述的配准计算机程序来实现。
因此，至少一个光学相机被建议用于将形状配准到图像。所述目标(例如，OSS设备)的定位能够基于由所述至少一个光学相机生成的所述目标的至少一幅图像来检测，所述至少一个光学相机可以被定位在与所述成像设备进行校准的位置处。通过使用(一个或多个)光学相机，能够在被预配准到所述成像设备的坐标系的相机坐标系中检测到所述目标。在此之后，能够将从所述跟踪设备获得的形状数据与在已经与所述成像系统的坐标系进行校准的光学相机坐标系中检测到的设备或目标进行配准。
所提出的解决方案允许所述目标与所述成像系统(例如，X射线系统)的无辐射配准以及当所述跟踪系统或所述成像系统移动时对配准参数的容易的更新。这允许将OSS应用到移动的C臂系统。此外，在所述跟踪系统是移动的并且在外科手术期间被移动的情况下快速更新配准。
此外，单个C臂定位对于将所述跟踪系统与所述成像系统进行配准是足够的。在基于X射线的配准中，可能需要多个视图来计算三维(3D)中的准确的配准参数。在这种情况下，无需将所述成像系统的所述C臂移动到另一位置，这是因为多个光学相机能够在所述C臂的一种设置中得到3D信息。
根据第一选项，所述目标检测单元可以适于基于被提供在所述目标上的标记来提供所述目标的定位数据。这种标记提供对所述目标的重建的增加的准确度的优点。此外，针对所述目标的所提出的标记无需是不透射线的。不同的光特性是足够的。正因如此，它们能够例如采用塑料、硅树脂等被放置在设备周围，这将节省成本。
根据能够与以上第一选项相组合的第二选项，可以将所述至少一个光学相机设备的坐标系与所述成像设备的坐标系进行预校准，使得由所述跟踪系统生成的光学形状数据能够被直接转换到所述成像设备的坐标系。
根据能够与以上第一选项或第二选项相组合的第三选项，所述至少一个光学相机设备可以被定位在与所述成像设备的C臂进行校准的位置处。在更具体的范例中，所述至少一个相机可以被嵌入在所述成像设备的探测器边沿的一侧处。由此，能够实现(一个或多个)光学相机设备与C臂之间的预定定位关系，这方便进行配准。
根据能够与第一选项到第三选项中的任一项相组合的第四选项，所述目标适于在医学介入中使用，并且所述配准系统可以适于在所述目标处于患者的身体外部时并且在将所述目标插入到所述患者的所述身体中之前执行所述配准。由此，能够通过仅仅将所述目标放置到至少一个相机设备的视场中来简化配准。
根据能够与第一选项到第四选项中的任一项相组合的第五选项，所述配准系统可以适于将所获得的所述目标的配准参数传播到其他目标。由此，能够在无需将所插入的目标放置到所述至少一个光学相机设备的视场中的情况下对所插入的目标进行配准。
根据能够与第一选项到第五选项中的任一项相组合的第六选项，所述目标检测单元可以适于使用所述目标的预定义形状来进行检测和重建以获得所述介入设备的定位，所述介入设备的内部具有所述跟踪设备的光纤。这允许对所述目标的更准确的检测和重建。
根据能够与第一选项到第六选项中的任一项相组合的第七选项，所述配准单元可以适于基于以下中的至少一个来更新或细化配准：所述成像设备的图像和被提供在被辐射的患者上的跟踪标记。由此，能够在所述成像设备的操作期间连续地更新或细化所述配准。
应当理解，根据权利要求1所述的配准系统、根据权利要求9所述的介入设备、根据权利要求10所述的介入系统、根据权利要求11所述的配准方法、根据权利要求12所述的成像方法以及根据权利要求13所述的配准计算机程序具有尤其如在从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也能够为从属权利要求或以上实施例与各自的独立权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
在附图中：
图1示意性且示范性地示出了根据第一实施例的介入系统的实施例；并且
图2示出了示范性地图示用于对导丝进行成像的成像方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
现在基于包括具有固定的C臂或移动的C臂的X射线成像系统以及OSS使能形状感测介入设备或仪器(例如，导管、导丝、支架移植物、等)的介入系统来描述本发明的各种实施例。
图1示意性且示范性地示出了介入系统1的第一实施例，所述介入系统1包括用于执行介入流程的介入仪器。在该实施例中，介入仪器是导管33，其由导管控制单元15控制。导管控制单元15和导管33可以适于执行例如在躺在如患者台26的支撑装置上的患者25的心脏24内的消融流程。然而，导管33和导管控制单元15也能够适于执行另一介入流程。此外，介入系统1也能够包括如探针的另一介入仪器。在该实施例中，导管33适于应用射频(RF)消融流程，其中，导管控制单元15适于向被布置在导管33的端部23处的消融电极提供RF能量。更具体地，导管33的端部23抵靠心肌的内表面被定位为尽可能接近异常节律的来源的部位，并且导管控制单元15适于将RF电流传递到通过导管33的端部23的区中以便烧灼(灼烧)并杀死负责异常心脏搏动的细胞。
为了将导管33插入到心脏24中，使用导丝，所述导丝是另外的介入仪器并且其装备有连接到跟踪控制单元4的用于确定导丝在患者25内的位置的OSS纤维(即，用于通过OSS来确定患者25内的导丝的定位和形状)。为了确定导丝在患者25内的位置，能够使用已知的OSS技术，如US 7772541 B2中公开的技术，通过引用将其并入本文。装备有OSS纤维和跟踪控制单元4的导丝，尤其是装备有OSS纤维和跟踪控制单元4的导丝，能够被认为是用于跟踪导丝在患者25内的位置的跟踪设备或OSS系统。
介入系统1还包括成像设备2，所述成像设备2在该实施例中为X射线C臂系统。成像设备2包括生成贯穿患者25的X射线19的X射线源18和用于探测在已经贯穿患者25之后的X射线的X射线探测器21。X射线源18和X射线探测器21被附接到C臂20，所述C臂20可绕患者25旋转以在不同投影方向上采集X射线投影图像。
此外，一个或多个光学相机27用于将介入仪器的形状坐标系与X射线成像系统的坐标系进行配准。光学相机与X射线成像系统进行预校准，使得在相机系统中检测到的信息能够被直接转换到X射线成像系统。因此，至少一个光学相机27与C臂20进行校准。至少一个相机27被定位在探测器边沿的相应侧处并且能够用于在介入仪器(例如，导丝)被使用在身体中之前将其进行配准或者在成像系统或OSS系统中的一个或两者的定位被改变时更新配准(即，重新配准)。因此，OSS系统可以是移动的或固定的。
当具有至少一个光学相机27的相机系统适于提供在其视场中的OSS设备(例如，导丝)的至少一幅图像时，图1中的OSS系统的跟踪控制单元4提供光学形状数据。基于该至少一幅图像，目标检测单元5检测OSS设备在二维投影图像中的定位并且能够将在多个视角中的检测结果进行组合以生成相机坐标系或另一参考系中的3D设备定位。两个数据集(即，跟踪控制单元4的光学形状数据和从至少一个相机27的图像导出的3D设备定位)作为输入被供应到配准单元6。
因此，至少一个光学相机27提供其中OSS设备可见的至少一幅图像。目标检测单元5可以使用目标检测算法，所述目标检测算法分析至少一幅图像以找到OSS设备在至少一幅图像中的坐标。如果使用了多个相机27，则可以针对每幅相机图像提供目标检测过程。在多个相机的情况下，光学相机27已经提前彼此进行校准。根据在每个相机视角中的检测结果，目标检测单元5可以计算OSS设备在光学相机27中可见的部分的3D定位。该3D定位数据能够用于与从跟踪控制单元4获得的形状数据进行配准。此外，由于每个光学相机27与成像系统2之间的几何变换是已知的，因此所获得的坐标能够被变换或者来自配准的最终变换值能够与成像系统2相关。
在备选实施例中，能够具有针对两个OSS设备(即，导管33和导丝)的光学形状数据。
OSS使能介入仪器(例如，导丝)可以具有能够利用至少一个光学相机27进行检测的标记28。基于这些标记28和多个相机视角，能够重建介入仪器(例如，导丝)的3D定位。
应当指出，在图1中，标记28被示出在导管33上。在这种情况下，导管33将为在内部具有OSS纤维的OSS使能介入仪器。然而，在所描述的实施例中，OSS使能介入仪器对应于未在图1中示出的导丝。如以上已经提及的，甚至两个介入仪器(即，导管33和导丝)都可以为OSS使能仪器。
成像设备2由成像设备控制单元22控制，所述成像设备控制单元22从X射线探测器21接收探测值并基于接收到的探测值来生成二维投影图像。所述二维投影图像被提供到目标检测单元5以在二维投影图像中检测导丝，使得能够细化基于至少一个光学相机27的图像的初始配准。
此外，介入系统1包括用户接口，所述用户接口允许用户通过使用如键盘、计算机鼠标、触摸屏等的输入单元16和显示器17与系统交互。
由于至少一个光学相机27需要视线视角，因此要被配准的设备(即，导丝)必须是被(一个或多个)相机27可见的。这意味着当要被配准的设备在身体的内部时，仅仅能够经由患者25的身体的外部的其他OSS设备来完成配准。因此，能够考虑保持一个OSS设备在身体的外部。在以下描述中，假定一旦OSS设备与X射线成像系统进行配准，就能够通过使用OSS设备之间的空间关系的知识，尤其是通过使用在OSS系统中的固定物的相对位置的知识来将该配准传播到其他OSS设备，无论它们是在身体中还是在身体外部。因此，OSS系统可以包括若干OSS设备，其中，OSS设备之间的空间关系是已知的。至少一个OSS设备可以在身体的外部并且用于通过使用光学相机设备来将OSS设备与成像设备进行配准。由于OSS设备之间的空间关系是已知的，因此外部OSS设备与成像系统之间的配准能够被传播到在身体的内部的一个或若干其他OSS设备。OSS设备之间的空间关系可以从校准测量结果中获知。尤其地，OSS系统可以包括具有若干槽的附接元件，所述附接元件可以被认为是固定物，OSS设备可以被附接到这种固定物。槽相对于彼此的位置可以从校准测量结果中获知。此外，由于OSS设备的纤维轴可能未以相同的方式在槽的位置处进行配准，因此OSS设备的旋转位置，尤其是纤维轴的位置，也可以通过校准测量结果来确定。该信息能够定义OSS设备之间的空间关系并且能够用于将与成像设备的配准从一个OSS设备传播到另一OSS设备。
介入系统1还包括用于确定定义OSS设备与成像设备2的配准的配准参数的配准单元6，其中，配准单元6适于通过计算由跟踪系统(即，OSS系统)定义的形状坐标系与成像设备2的坐标系之间的空间变换来确定配准参数。
在已经计算了配准之后，导丝能够在患者25内被移动，其中，在移动期间，跟踪控制单元4能够跟踪导丝在患者25内的位置并且导丝的被跟踪的位置能够被示出在二维投影图像上而无需再次采集这些投影图像。因此无需连续地采集二维投影图像以确定导丝在患者25内相对于患者25的内部解剖结构的位置。
目标检测单元5和配准单元6能够被认为是形成用于将成像设备2与如从跟踪系统获得的OSS设备的3D光学形状感测数据进行配准的配准系统13。
在下文中，将参考图2中示出的流程图示范性地描述根据第二实施例的用于监控介入流程的成像方法。
在步骤201中，OSS设备(即，在实施例中的导丝)被布置在至少一个光学相机27的视场中，并且(一个或多个)光学相机27生成OSS设备的至少一幅图像。在步骤202中，目标检测单元5在(一幅或多幅)图像中检测OSS设备，生成用于导丝的(3D)重建的(3D)定位数据，并且基于由(一个或多个)光学相机27生成的(一幅或多幅)图像和从跟踪控制单元4获得的形状数据来提供导丝的表示。在步骤203中，配准单元6确定定义成像设备2与OSS设备的3D光学形状感测数据的配准的配准参数。步骤201到203能够被认为是形成一种配准方法，其可以在校准流程期间被执行，在所述校准流程中介入系统在导丝被插入到患者25中之前被校准。
在已经确定了配准参数然后，患者25能够被布置在成像设备2的视场内的支撑装置26上，使得成像设备2能够在步骤204中生成患者25内的感兴趣区域的二维投影图像。感兴趣区域优选为患者25内的区域，导丝应当被移动通过该区域。然后，导丝能够被引入到患者25中，并且在导丝的引入和导丝在患者25内的移动期间，在步骤205中由跟踪控制单元4跟踪导丝的位置。在步骤206中，由位置确定单元14基于导丝的被跟踪的位置和所确定的配准参数来确定导丝在已经在步骤204中采集的二维投影图像内的位置，并且显示器17示出导丝在二维投影图像内的所确定的位置。在步骤207中，核查导丝在二维投影图像内的位置的成像是否应当被停止。例如，核查用户是否已经经由输入单元16将导丝在二维投影图像内的位置的成像应当被停止输入到介入系统中。如果是这种情况，则该方法在步骤208中结束。否则，该方法利用步骤205继续。尤其地，步骤205和206连续地循环执行，直到导丝在二维投影图像内的位置的成像应当停止。通过在导丝在患者25内的移动期间循环地执行步骤205和206，用户能够实时地监测导丝在患者25内的移动，而无需实时采集X射线图像。在另外的实施例中，还能够在步骤207中核查成像设备的视场是否已经被修改，其中，在这种情况下该方法可以利用步骤204继续。
在重新配准应当是必要的情况下，例如由于成像系统的运动和/或OSS系统的运动，则该流程可以循环回到步骤201以便还重复配准过程。这能够通过添加在从步骤207到步骤205的向后分支的另一判定步骤(例如，“要求重新配准？”)来实现。如果不要求重新配准，则该流程在步骤205处继续。否则，如果要求重新配准，则改流程在步骤201处继续。
存在各种方式来完成基于光学相机的OSS设备(例如，导丝)的配准。作为第一选项，用户(例如，医学组的成员)可以将OSS设备保持在(一个或多个)光学相机27下，并且OSS设备由目标检测单元5检测。检测结果可以被显示在图1的用户接口的显示器17上，并且当检测令人满意时，通过计算跟踪设备的坐标系与成像系统的坐标系之间的变换来执行配准。
当移动的OSS系统或移动的C臂被移动时，能够执行类似的流程。在身体的外部的OSS使能设备由至少一个光学相机27拾取并被配准到成像系统。
作为另一选项，代替将OSS设备保持在至少一个光学相机27下，OSS设备能够位于患者台26上或患者25上，并且能够根据其来完成配准。
如果OSS设备具有在光学相机中可见的标记28以进行更加准确的3D重建，则这些标记28能够在设备制造期间被放置在设备周围并且能够例如由塑料或硅树脂制成。它们不是必须具有任何辐射不透性。这是有利的，这是因为它未修改任何操纵特性并且它不增加任何额外成本。标记能够仅仅为具有预定义距离的色条，所述色条能够由算法使用以允许在由(一个或多个)光学相机27拾取的相机图像中进行检测。
作为另外的选项，OSS设备可以被放置在预定义形状中，并且目标检测单元5使用该预定义形状而能够检测OSS设备并在3D中更加准确地对其进行重建。
当移动的C臂与固定的OSS系统被一起使用时，光学形状和X射线系统能够在手术室中的任何地方处被配准，并且移动的C臂定位能够被自动确定位置。该位置信息能够用于在移动的C臂系统处于室内的另一位置中时更新其他参数，例如可能在介入的开始时已经完成的X射线/CT(计算机断层摄影)配准。该选项放开了在移动的C臂环境中使用OSS的可能性。
在(一个或多个)光学相机27的视角中能够甚至存在多个OSS设备。在这种情况下，在不同视角中的标记对应关系能够用于区分各目标或者如果每个OSS设备具有不同类型的标记，则该信息能够用于将各OSS设备分开。
所提出的配准系统提供针对三维OSS到二维X射线图像配准的完整自动解决方案。
如果使用了标记28，则能够通过曲线拟合流程来确定基于标记的重建，其中，能够使用该设备的高阶近似。该曲线能够被拟合到所添加的标记，使得结果得到的曲线实现来自邻近曲线上的图像元件的各图像元件(其优选为像素)的最高强度差。其他量度也能够用于拟合曲线，其中，该曲线被确定为使得相应量度被优化，即，被最小化或最大化。例如，针对相应曲线上的所有图像元件的血管特征响应的和与所有相邻图像元件的血管特征响应的和之间的差能够被用作用于拟合曲线的量度。另外的备选量度例如为第一导数、边缘响应等。血管特征响应可以被定义为如例如在K.Krissian等人的文章“Model-Based Detection of Tubular Structures in 3Dimages”(Computer Vision and Image Understanding，第80卷，第2号，第130页到第171页，2000年)中或在A.F.Frangi等人的文章“Multiscale vesselenhancement filtering”(Medical Image Computing and Computer-AssistedIntervention–MICCAI’98，Lecture Notes in Computer Science，第1496卷，第130页到第137页，1998年)中公开的海森矩阵的函数，通过引用将其并入本文。边缘响应可以如J.Canny的文章“A Computational Approach ToEdge Detection”(IEEE Transactions on Pattern Analysis and MachineIntelligence，第8卷，第6号，第679页到第698页，1986年)中所公开的来确定，通过引用也将其并入本文。
因此，在3D中的设备的相机可见部分根据多个相机图像来重建并且直接与3D OSS数据进行配准。仅仅该设备的部分需要被至少一个光学相机27可见。以这种方式，配准能够基本上独立于设备特性，即基本上独立于OSS跟踪设备的特性来实现。此外，该配准流程不限于某种成像模态。因此，尽管在上述实施例中成像设备为X射线C臂设备，但是在其他实施例中，其他成像设备也能够被配准，如其他放射摄影成像设备、超声成像设备、磁共振成像设备等。
因此，表示可以不仅基于被添加到相应图像的标记28来确定，而且额外地能够基于从至少一个光学相机27获得的相应图像的图像元件的图像值来确定。
作为另外的选项，图1的配准单元6可以适于在成像设备2的图像在导丝或导管33的插入之后变得可获得的情况下基于所述图像来更新或细化配准。
作为额外的选项或备选的选项，如果患者25具有可跟踪的标记，一旦形状与成像坐标系被配准，则初始配准能够在成像设备2被移动时通过跟踪患者25上的标记进行细化或更新。尤其地，患者25上的标记可以通过使用光学相机设备来跟踪，使得如果已经针对成像设备相对于患者的某个定位完成了配准过程，则空间关系成像设备-OSS设备、成像设备-标记以及标记-OSS设备可以是已知的。如果成像设备相对于患者被移动，则通过基于由光学相机设备跟踪的患者上的标记的当前定位和成像设备与光学相机设备之间的已知空间关系并且通过使用该当前空间关系成像设备-标记连同还已知的空间关系标记-OSS设备一起来确定当前空间关系成像设备–标记，能够确定空间关系成像设备-OSS设备，即，能够细化或更新配准。
尽管在上述实施例中跟踪设备适于通过使用OSS来跟踪设备，但是在其他实施例中也能够使用如电磁跟踪技术的其他跟踪技术。此外，尽管在上述实施例中，配准被使用在介入应用中，但是在另一实施例中，配准也能够被使用在要求用于跟踪目标的跟踪设备与用于对目标进行成像的成像设备之间进行配准的另一应用中。
在跟踪设备(即，OSS设备)已经与成像设备进行配准之后，目标的被跟踪的位置也能够在已经被配准到跟踪设备的成像设备以及另外的成像设备彼此进行配准的情况下被示出在未由该成像设备采集但由另外的成像设备采集的另外的图像中。这些另外的图像能够例如为已经在介入流程之前或在介入流程期间被采集的CT图像、磁共振图像等。
尽管以上参考图1描述的介入系统适于执行消融流程，但是在其他实施例中，介入系统能够适于执行另一介入流程。此外，配准系统和配准方法也能够被使用在要求将成像设备与跟踪设备进行配准的其他非介入流程中。
总之，已经描述了一种用于将光学形状配准到成像系统的配准系统，所述成像系统具有如X射线C臂设备的成像设备和如光学形状感测跟踪设备的跟踪设备。一个或多个光学相机用于将形状坐标系与X射线的坐标系进行配准。将光学相机与X射线系统进行预校准，使得相机系统中的检测到的定位信息能够被直接转换到所述X射线系统。
应当指出，本发明不局限于形状到X射线图像的配准。其他类型的医学图像可以为MR图像、CT图像、超声图像等。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
如由一个或若干单元或设备执行的基于所添加的标记对图像中的目标的表示的确定等的流程能够由任何其他数量的单元或设备来执行。根据配准方法对配准系统的控制和/或根据成像方法对成像系统的控制能够被实施为计算机成像的程序代码单元和/或被实施为专用硬件。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (13)
1.一种用于将成像设备(2)与跟踪设备(4)进行配准的配准系统，其中，所述成像设备用于生成目标的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述目标在所述成像设备(2)的视场内的位置，所述配准系统(13)包括：
-至少一个光学相机设备(27)，其用于生成所述目标的至少一幅图像；
-目标检测单元(5)，其用于在所述至少一幅图像中检测所述目标，其中，所述目标检测单元(5)适于分析所述目标的所述至少一幅图像以获得所述目标在所述至少一幅图像中的定位数据；以及
-配准单元(6)，其用于确定定义所述跟踪设备(4)与所述成像设备(2)的配准的配准参数，其中，所述配准单元(6)适于基于所获得的所述目标的定位数据并且基于所述至少一个光学相机设备(27)与所述成像设备(2)之间的几何变换来确定所述配准参数。
2.根据权利要求1所述的配准系统，其中，所述目标检测单元(5)适于基于被提供在所述目标上的标记(28)来提供所述目标的所述定位数据。
3.根据权利要求1所述的配准系统，其中，所述目标适于在医学介入中使用，并且所述配准系统(13)适于在所述目标处于患者(25)的身体的外部时并且在将所述目标插入到所述患者(25)的所述身体中之前执行所述配准。
4.根据权利要求1所述的配准系统，其中，所述配准系统(13)适于通过使用这些目标之间的已知空间关系来将所获得的所述目标的配准参数传播到另一目标。
5.根据权利要求1所述的配准系统，其中，所述目标检测单元(5)适于使用所述目标的预定义形状以获得所述定位数据。
6.根据权利要求1所述的配准系统，其中，所述配准单元(6)适于基于以下中的至少一个来更新或细化配准：所述成像设备(2)的图像和被提供在被辐射的患者(25)上的跟踪标记。
7.一种用于对目标进行成像的成像系统，所述成像系统包括：
-成像设备(2)，其用于生成感兴趣区域的图像，
-跟踪设备(4)，其用于跟踪所述目标在所述感兴趣区域中的位置，
-根据权利要求1所述的配准系统(13)，其用于确定配准参数，
-位置确定单元(14)，其用于基于所跟踪的所述目标的位置和所确定的配准参数来确定所述目标在所述感兴趣区域的所述图像内的位置。
8.一种介入系统，包括：
-介入仪器，其用于执行介入流程，以及
-根据权利要求7所述的成像系统，其用于对所述介入仪器进行成像。
9.根据权利要求8所述的介入系统，其中，所述介入仪器包括多个配准标记(28)，所述多个配准标记具有与所述介入仪器的光特性不同的光特性，使得能基于在成像设备(2)与跟踪设备(4)的配准期间由光学相机设备(27)拍摄的图像而检测到所述配准标记(28)，其中，所述成像设备用于生成所述介入仪器的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述介入仪器在所述成像设备(2)的视场内的位置。
10.根据权利要求9所述的介入系统，其中，所述配准标记(28)由塑料材料或硅树脂制成。
11.一种用于将成像设备(2)与跟踪设备进行配准的配准方法，其中，所述成像设备用于生成目标的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述目标在所述成像设备(2)的视场内的位置，所述配准方法包括：
-通过使用至少一个相机设备(2)来生成所述目标的至少一幅图像；
-分析所述目标的所述至少一幅图像以获得所述目标在所述至少一幅图像中的定位数据；并且
-基于所获得的所述目标的定位数据并且基于所述至少一个光学相机设备(27)与所述成像设备(2)之间的几何变换来确定定义所述跟踪设备(4)与所述成像设备(2)的配准的配准参数。
12.一种用于对目标进行成像的成像方法，所述成像方法包括：
-由成像设备(2)生成感兴趣区域的图像，
-由跟踪设备(4)跟踪所述目标在所述感兴趣区域中的位置，
-通过根据权利要求11所述的配准方法来确定配准参数，
-基于所跟踪的所述目标的位置、所述感兴趣区域的所述图像以及所确定的配准参数来生成指示所述目标在所述感兴趣区域的所述图像内的位置的位置图像。
13.一种用于将成像设备(2)与跟踪设备(4)进行配准的配准计算机程序，其中，所述成像设备用于生成目标的图像，所述跟踪设备用于跟踪所述目标在所述成像设备(2)的视场内的位置，所述配准计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述配准计算机程序在控制根据权利要求1所述的配准系统的计算机上被运行时令所述配准系统执行根据权利要求11所述的配准方法的步骤。
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