CN117015794A - 用于经由集成患者运动数据来增强3d影像和导航的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于将医学图像数据与解剖位置配准的设备、系统和方法。由成像系统在一定时间段内捕获该图像数据。由一种或多种模态在该时间段内确定这些位置。将这些位置收集到位置数据中，并且确定哪个位置数据对于将该图像数据与患者解剖结构配准以及对于重建该患者解剖结构的3D图像是最佳的。

Description

用于经由集成患者运动数据来增强3D影像和导航的系统和 方法

相关申请

本申请要求于2021年3月8日提交的并且标题为“用于经由集成患者运动数据来增强3D影像和导航的系统和方法(Systems And Methods for Enhancement of 3D ImageryAnd Navigation Via Integration of Patient Motion Data)”的美国临时申请63/157,956号和于2022年2月2日提交的并且标题为“用于经由集成患者运动数据来增强3D影像和导航的系统和方法(Systems And Methods for Enhancement of 3D Imagery AndNavigation Via Integration of Patient Motion Data)”的美国实用新型申请17/649,776号的优先权，这两个申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及用于医学影像领域的设备、系统和方法。更具体地，本公开涉及用于配准医学图像数据的设备、系统和方法。

附图说明

从结合附图作出的以下描述和所附权利要求书，本文所公开的实施方案将变得更加显而易见。这些附图仅描绘将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述的典型实施方案，在附图中：

图1是根据一个实施方案的手术室的透视图，该手术室具有收集患者解剖结构的图像数据的成像系统和确定患者解剖结构的位置数据的多种模态。

图2是根据一个实施方案的用于将图像数据与患者解剖结构配准的方法的流程图。

图3是根据一个实施方案的用于重建患者解剖结构的三维(3D)图像的方法的流程图。

图4是根据一个实施方案的被配置用于配准和3D图像重建的计算系统的框图。

具体实施方式

患者的解剖结构的医学影像可在外科医生于外科手术期间对患者进行手术时帮助外科医生。影像可帮助外科医生可视化相关的解剖结构并且在手术期间准确地放置外科器械。成像系统捕获患者的内部解剖结构的图像，诸如患者的器官的剖视图。

在外科手术开始之前，外科团队可使用医学成像系统捕获患者的解剖结构的术前成像扫描。成像系统可以是断层摄影系统，诸如磁共振成像(MRI)系统或计算机断层摄影(CT)系统。通常，在患者躺在手术台上时进行扫描。在一些实施方案中，成像系统绕轴线环绕患者并且从围绕患者的不同角度收集扫描图像数据。该图像数据被构造成图像，诸如患者的解剖结构的截面图像。

可在一定时间段内执行医学影像扫描。在扫描的时间段期间，从对应于在整个扫描的时间段内的各个时间点的多个视点收集图像数据数组。

在扫描完成之后，可基于在扫描的时间段期间解剖结构的一个或多个位置将图像数据与患者解剖结构配准。配准涉及确定坐标变换，该坐标变换将图像数据映射到适当的坐标系中以将图像数据覆盖在患者的当前图像之上以供外科医生导航。导航包括识别特定解剖结构和/或外科器械的位姿(例如，位置和取向)的过程。

在将图像数据与患者解剖结构配准期间，解剖结构的位姿为确定用于将图像数据转换成适当坐标系的坐标变换提供了基础。通常，被选择用于配准的位姿是扫描开始时患者解剖结构的初始位姿。然而，在扫描期间，患者解剖结构相对于成像系统的位姿可能发生改变。此类改变的原因包括成像系统的振动和患者的移动。位姿的改变可能导致配准过程中的误差，这可能对导航并且最终对外科手术有害。

配准中的误差是成问题的，因为它们导致导航和影像信息与患者的实际解剖结构失准。例如，外科医生可基于外科医生看到的在显示设备上显示的内容来将器械放置在特定位置中。但是患者解剖结构的感知位姿可能不同于患者解剖结构的实际位姿，从而导致外科器械的错误放置。即使配准误差很小，器械的误放也可能引起外科手术中的严重损伤。因此，期望通过使用减少这些误差的配准位置来提高配准。

患者的移动可包括不同类型的运动。作为一个示例，手术台的泡沫可能会压缩，导致患者身体的大部分或全部进一步向台漂移。基本上包括患者整个身体的移动的运动称为整体运动。作为另一个示例，在扫描期间，患者身体的一个部位可相对于患者身体的另一部位移动。例如，当患者呼吸时，患者的胸腔和/或背部可上下移动，而其他身体部位诸如患者的头部可相对于胸部运动保持基本上不动。作为另外的实例，患者的整个心脏在其跳动时在形状和大小上可能仅经历小的变化，而患者心脏的内腔在形状和大小上可能会发生显著变化。患者解剖结构的这些种类的局部移动被称为变形。变形可导致对于身体的一个部位最佳的一个配准对于另一个部位是未达最佳的。因此，监视患者解剖结构的变形并执行与身体的不同解剖结构相对应的多次配准可能是有利的。

监视不同身体部位的局部变形和患者身体的总整体运动可使用用于检测患者运动的多种模态来完成。模态可包括传感器、检测器、观察器或收发器，其在术前扫描期间观察患者解剖结构的移动。该模态可以位置数据(也称为运动数据)的形式记录解剖运动的观察结果，并将其传输到处理器以用于配准。因此，每种模态可捕获一组位置数据，并且所有组的位置数据可被聚集成总位置数据。

处理器在接收到位置数据后，可针对该数据在其配准过程和3D图像重建过程中的适用性进行评估。处理器可使用位置数据来识别和校正图像数据中的不准确性。例如，该评估可包括确定一种模态的一组位置数据与其余位置数据相比是否不准确或不稳定。该评估可基于用于建立模态中的每种模态的准确性的验证标准。如果处理器确定一组位置数据是不准确的、不稳定的、存在噪声的、被破坏的或以其他方式不适合使用的，则处理器可从配准过程中省略该组位置数据。

如上所述，处理器可执行对应于身体不同解剖部位的多次配准。处理器可确定一种模态最适合用于在特定解剖结构的局部水平上执行配准，而不同的模态最适合用于在全身水平上或在不同的局部解剖结构上进行配准。此外，处理器可使用来自多于一种模态的位置数据进行配准，选择一种模态作为配准所基于的主要模态，并用来自其他一种或多种模态的附加位置数据来补充配准。

本文的实施方案可通过在扫描期间收集位置数据并且使用该位置数据来确定配准所基于的患者解剖结构在术前扫描中的更准确位姿来改进配准过程。位置数据可包括患者解剖结构和成像系统之间的位移。并非使配准基于在扫描之前或开始时确定的位姿，而是可基于在扫描期间确定的一个或多个位姿来完成配准。例如，可根据在扫描期间收集的位置数据计算患者解剖结构的平均位置。使用输入到配准过程中的位姿的平均位置可改进配准的结果，并且因此改进导航。使用多种模态可通过收集附加位置数据以及利用各种模态的优势来进一步增强配准的准确性。

参考附图可理解实施方案，其中在整个附图中类似的部分由类似的标号来表示。受益于本公开的本领域的普通技术人员将容易理解，如本文在附图中一般描述和示出的实施方案的部件可以各种不同配置来布置和设计。因此，如附图中表示的各种实施方案的以下更详细描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅表示各种实施方案。尽管在附图中呈现了实施方案的各种方面，但除非特别指出，附图不必按比例绘制。

图1描绘了成像与位置跟踪系统100的透视图。手术台103在手术室内，患者101躺在该手术台上。在外科手术开始之前，成像系统140围绕患者101定位以运行扫描并收集患者的解剖结构的影像(例如，术前扫描)。可使用多种模态的组合来监视场景并观察患者101的移动。模态的示例包括跟踪系统、三维(3D)摄像机、射频(RF)模块、超声换能器、电磁技术、惯性传感器和成像系统140本身。

跟踪系统150可用于观察患者跟踪器105和成像系统跟踪器145的移动。跟踪系统150可在整个扫描内确定患者跟踪器105和成像系统跟踪器145之间的相对位置。患者跟踪器105和成像系统跟踪器145之间的相对位置可被转换成患者解剖结构和成像系统140之间的相对位置。这种转换可基于成像系统140和成像系统跟踪器145之间以及患者解剖结构和患者跟踪器105之间的已知位置关系。

跟踪系统150可以是图像引导系统。图像引导系统使用光学技术来检测和监视各种跟踪器的位姿。具体地，图像引导系统可检测患者跟踪器105、器械跟踪器和成像系统跟踪器145。

患者跟踪器105是由外科医生联接到患者101的设备。患者跟踪器105可以是参考系。参考系可以是其上具有可由跟踪系统150检测的不同表面的刚性对象。参考系可搁置在患者101的身体上，联接到由外科医生用来在手术期间约束患者101的夹具，或以某种其他方式联接到患者101。跟踪系统150确定参考系在三维空间中的位姿。参考系的位姿的确定可在整个扫描的时间段内以及在外科手术期间的扫描之后发生。这些位姿可包括在由跟踪系统150收集并存储的位置数据数组中。

器械跟踪器是联接到外科器械的设备或外科器械的一部分。该器械跟踪器可以是具有用于由跟踪系统150检测的不同表面的刚性对象，类似于患者跟踪器105。跟踪系统150在外科手术期间确定器械跟踪器在三维空间中的位姿。

除了检测联接到患者101的患者跟踪器105和联接到外科器械的器械跟踪器之外，跟踪系统150还可检测嵌入在成像系统140内或联接到该成像系统的成像系统跟踪器145。跟踪系统150可在整个术前扫描的时间段内确定成像系统跟踪器145在三维空间中的位姿。为此，跟踪系统150可采用与用于检测和跟踪患者跟踪器105的方法类似的方法。

跟踪系统150可在整个扫描的持续时间内检测和跟踪患者跟踪器105和成像系统跟踪器145的位姿。这些跟踪器的位姿可被相互比较以确定患者跟踪器105相对于成像系统跟踪器145的位置。

患者跟踪器105和成像系统跟踪器145的相对位置可被记录。患者跟踪器105相对于成像系统140的这些位置的数组可在整个扫描的持续时间内确定。相对位置的此类数组可以是由跟踪系统150确定的位置数据的一部分。

附加模态160、170、180可包括3D摄像机、RF模块、超声换能器、电磁技术和惯性传感器。

3D摄像机可安装到成像系统140。3D摄像机可位于手术室的其他地方。二维摄像机阵列可用于提供三维图像。3D摄像机可被配置为观察整个患者运动，诸如整体运动。3D摄像机可被配置为观察局部感兴趣区域，包括变形。例如，3D摄像机可观察患者101的呼吸模式，并收集呈呼吸运动波形形式的运动数据。3D摄像机和/或成像与位置跟踪系统100可采用图像识别软件来观察患者解剖结构上的特定点，并确定这些点随时间的运动。

RF模块可位于手术室中。RF模块可以是检测来自患者101的射频回波的射频接收器或收发器。RF模块可被配置为观察整体运动。RF模块可被配置为观察变形。射频波可以是毫米波。

超声换能器可在手术室中放置在距患者一定距离处，如在模态170中，或与患者接触，如在模态180中。超声换能器可检测局部运动，诸如胸部和胸部内器官的变形。超声换能器阵列可用于克服将以其他方式阻挡单个超声信号的障碍。例如，超声换能器阵列可放置在患者101的胸部或背部周围，以克服患者的肋部对超声信号的阻挡。超声检测器或超声检测器阵列可嵌入到手术台103中。超声检测器可位于患者101的与超声换能器相对的一侧上。超声检测器可感测从超声换能器发射的超声波，并增强由超声换能器确定的位置数据。超声换能器可包括压电换能器。超声换能器可包括电容换能器，诸如电容微机械超声换能器。

一个或多个惯性传感器可联接到患者101的身体(如在模态180中)，以检测患者解剖结构的移动。惯性传感器可包括单轴加速度计、双轴加速度计或三轴加速度计，以检测平移运动。惯性传感器可包括一个或多个陀螺仪来检测旋转运动。惯性传感器可包括微机电系统(MEMS)。来自惯性传感器的运动数据可包括移动的大小和方向，包括速度和/或加速度。多个惯性传感器可用于收集多个解剖结构或患者解剖结构上多个点的运动数据。惯性传感器可被配置为检测整体运动。惯性传感器可被策略性定位以检测感兴趣区域中的变形。

附加模态可包括如在美国专利US10,702,188号(用于基于视频的生命体征监视的系统和方法(SYSTEM AND METHODS FOR VIDEO-BASED MONITORING OF VITAL SIGNS))中描述的基于视频的生命体征监视；如在美国公开2019/0209046号(用于基于视频的非接触潮气量监视的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR VIDEO-BASED NON-CONTACT TIDALVOLUME MONITORING))中描述的用于测量患者潮气量的非接触视频监视；如在美国公开US2020/0046302号(用于检测和监视呼吸的基于视频的患者监视系统和相关联的方法(VIDEO-BASED PATIENT MONITORING SYSTEMS AND ASSOCIATED METHODS FOR DETECTINGAND MONITORING BREATHING))中描述的用于非接触检测和监视患者呼吸的视频系统；以及如在美国公开US2020/0187827号(用于非接触监视的深度感测可视化模式(DEPTH SENSINGVISUALIZATION MODES FOR NON-CONTACT MONITORING))中描述的用于非接触检测和监视患者呼吸的系统，这些申请中的每一者全文以引用方式并入本文。

用于增强位置数据的附加方法是使用基准标记。基准标记可以是具有不同特性的对象，诸如不同形状或表面，其能够由成像系统140或另一种模态跟踪。基准标记可放置在患者101身上，以帮助其他模态检测患者运动。例如，患者跟踪器105可包括由跟踪系统150跟踪的基准标记。作为另一个示例，成像系统140可检测联接到患者101的基准标记，并在成像系统140收集图像数据的时间段期间记录基准标记的位置数据。基准标记的位置数据可并入患者解剖结构的位置数据中，并用于确定基准标记所在的患者解剖结构的移动。

位置数据可包括在术前扫描期间患者解剖结构的位姿。位置数据可包括患者解剖结构和成像系统140之间的位移。位置数据可包括患者解剖结构和其他模态之间的位移。位置数据可包括患者解剖结构和手术室内的一些参考点或数据之间的位移。位置数据可包括成像系统140和手术室内的一些参考点或数据之间的位移。位置数据可包括平移位移和旋转位移。该位置数据可包括其他状态诸如速度。该位置数据可以各种坐标系中的任一种坐标系表示。例如，位置数据可包括笛卡尔坐标形式、球坐标形式、欧拉角形式、方向余弦形式、四元数形式和/或其他形式的数据。

位置数据可用于将图像数据变换成与外科手术期间外科医生在显示设备上看到的患者的实时影像相对应的坐标系。该过程被称为配准。配准是确定一个空间中的坐标和另一空间中的坐标(例如，术前扫描和手术期间患者的实时影像)之间的映射，使得两个空间中的对应于同一解剖点的点彼此映射。例如，成像系统可映射术前扫描和手术期间患者的实时影像，以将术前扫描覆盖在图形用户界面上。配准过程可包括确定坐标变换，该坐标变换将图像数据和位置数据映射到统一坐标系中，以便正确地重建影像并且向外科医生提供导航信息。

导航可包括由外科医生用来跟踪患者解剖结构和外科器械的位姿的方法。在外科手术过程中，可以在目标或对象空间中跟踪器械。在各种实施方案中，对象空间可以是由患者101限定的患者空间。所跟踪的器械的位置可相对于患者101的图像显示在显示设备上。外科医生可基于所配准的图像数据相对于患者101跟踪器械，其中跟踪系统150跟踪器械并且表示器械的图标被叠加在外科医生所看到的图像上。

外科医生在将图像数据与患者解剖结构配准时遇到的问题是图像数据中的噪声。常见的噪声源是手术室内的移动，这在扫描期间负面地影响图像数据。例如，成像系统140可能振动，这使得成像系统140中的装备(诸如收发器或检测器)振动，并且因此使所收集的数据模糊。作为图像数据中的噪声源的另一示例，患者可能在扫描期间移动。一种类型的患者运动来自呼吸。随着空气进入和离开患者的肺部，患者的胸部或背部将上下移动。这在对患者的脊柱的扫描期间可能尤其成问题，例如，因为即使脊柱的毫米级移动也可能导致基于图像数据的不正确的导航信息。另一种类型的患者运动可来自扫描期间身体的一部分的自主或不自主移动。例如，在患者清醒的手术中，患者的头部可能左右移动几毫米。这些种类的运动给图像数据增加了噪声，并且可能对配准、导航和3D图像重建造成重大不利后果。当由成像系统收集的图像数据存在噪声时，给外科医生的导航信息可能包含不期望的误差。例如，如果患者在术前扫描期间的位置不是所预期的，则配准过程可能致使术前扫描在外科手术期间的覆盖有所偏差，这可能向外科医生提供不正确的导航数据。另外，重建的3D图像可能是模糊的。

由位置数据中的噪声导致的导航误差和模糊图像可通过使用多种模态来收集位置数据来减轻。附加模态从患者移动的测量结果中提供附加运动数据，这增加了配准的准确性。成像与位置跟踪系统可以基于模态的已知或学习到的特性来确定来自各种模态的位置数据的权重，这些特性指示模态的感测能力的准确性和精度。

本文的实施方案可使用位置数据来识别和校正图像数据中的不准确性。当组合模态时，它们的各种时间尺度和空间尺度可用于进行更好的配准。例如，如果第一模态以高准确性在1Hz下操作，并且第二模态以中等准确性在2Hz下操作，则成像与位置跟踪系统可对第一模态每秒收集的位置数据给予较大的权重，并且对第二模态收集的对应及时位置数据给予较小的权重。同时，当第一模态不收集数据时，成像与位置跟踪系统可将来自第二模态的以半秒增量收集的附加位置数据完全并入配准过程中。作为另一个示例，第一模态可在特定解剖结构的局部空间尺度上以高准确性捕获患者运动数据，而第二模态可在全身空间尺度上以中等准确性捕获患者运动数据。成像与位置跟踪系统可以并入来自两种模态的所有运动数据，但是在特定解剖结构上和周围的空间处给予第一模态更大的权重。这可提高针对特定解剖结构的配准准确性，同时仍允许整个身体或更大空间尺度的图像数据的配准。

组合模态的另外的优点是，可通过选择最佳模态及其相关联的坐标系来增强配准，配准过程基于该坐标系。选择用于配准的最佳坐标系的一种方法是在成像扫描之前基于模态的已知特性为每种模态指定层级。例如，成像系统140可被指定为第一层级，跟踪系统150可被指定为第二层级，并且附加模态可被指定为第三层级、第四层级等。在这种情况下，只要成像系统140正确地跟踪位置数据，配准过程将使用成像系统140的坐标系。若未正确跟踪，配准过程将使用下一个层级模态的坐标系。选择用于配准的最佳坐标系的另一种方法是自适应地或动态地确定哪个坐标系是最佳的。在这种方法下，基于测试各种模态的准确性或其他质量的验证标准，各种模态可以对其层级进行动态地重新分配。准确性测试的标准可包括收集的位置数据与预期结果或噪声阈值的比较。准确性测试的其他标准可以包括将一种模态的收集的位置数据与其他模态的收集的位置数据进行比较。如果某种模态的位置数据相对于其他位置数据不稳定，则成像与位置跟踪系统可用较低值重新确定该模态的层级。

使用多于一种模态来观察患者运动的另一个优点是多种模态提供了冗余。如果确定模态具有不稳定或损坏的数据，则配准过程和3D图像重建过程可依赖于其他模态来提供必要的位置数据。

图2是用于基于位置数据将图像数据与患者解剖结构配准的方法200的流程图。方法200可由诸如图1中所示的成像与位置跟踪系统使用。方法200可从由成像系统执行扫描开始。在扫描期间，成像系统可捕获202患者解剖结构的图像数据。

在图像捕获的同时，一种或多种模态可确定204患者解剖结构的位置数据。位置数据可包括患者解剖结构相对于成像系统的位姿。位置数据可包括患者解剖结构相对于一种或多种其他模态的位姿。位置数据可包括患者解剖结构相对于手术室中固定参考数据的位姿。位置数据可包括成像系统相对于手术室中固定参考数据的位姿。位置数据可包括其他模态相对于手术室中固定参考数据的位姿。

一种或多种模态中的每种模态可确定204位置数据，并将其收集到单独的一组位置数据中。换句话讲，第一模态可确定204第一组位置数据，第二模态可确定204第二组位置数据等。各组位置数据可被聚集成一个总位置数据集合以供成像与位置跟踪系统使用。

可基于成像系统的位置数据更新患者解剖结构的位置数据。如上所述，由一种或多种模态确定的位置数据可包括成像系统相对于手术室中固定参考数据的位姿。如果成像系统在扫描期间移动(例如由于振动)，成像系统的移动可被捕获并反映在包括成像系统位姿的位置数据中。成像系统的该位置数据可用于更新患者解剖结构的位置数据。例如，患者解剖结构相对于成像系统的位姿可与成像系统相对于参考数据的位姿相结合，以增强患者解剖结构的位置数据，包括确定或更新患者解剖结构相对于固定参考数据的位姿。

在一些实施方案中，一种或多种模态包括跟踪系统。跟踪系统可包括图像引导系统，该图像引导系统光学地跟踪患者跟踪器相对于成像系统位置的位姿。例如，跟踪系统可识别和跟踪联接到成像系统的成像系统跟踪器和联接到患者的患者跟踪器。跟踪系统可在该时间段期间基于成像系统跟踪器的位置和患者跟踪器的位置来确定位置数据。

可重复捕获202图像数据，并且可重复确定204位置数据，直到成像扫描完成206。

在扫描完成206之后，成像与位置跟踪系统可确定208来自一种或多种模态的哪个位置数据用于配准。确定208哪个位置数据用于配准可基于各种模态的层级的分级结构。具有最高层级的模态(主要模态)可能是确定配准所基于的坐标系的最佳选择。另外，成像与位置跟踪系统可针对由主要模态确定的位置数据集来判断由其他模态确定的位置数据集，以评估其他模态的位置数据集的质量和/或准确性。成像与位置跟踪系统可将单独位置数据集针对一个或多个其他位置数据集进行比较，以评估其质量和/或准确性。这些比较可基于用于确定位置数据集是否不准确、被破坏、噪声过大或以其他方式不可信的验证标准。

成像与位置跟踪系统可组合多于一个位置数据集，以确定配准所基于的患者解剖结构的一个或多个位置。该组合可使用加权方法来确定如何对位置数据集排优以及/或者特定位置数据集应该对配准有多大影响。加权方法可基于各种模态的层级的分级结构。多于一个位置数据集的组合可利用各种模态的不同时间尺度和空间尺度。例如，如果第一模态对于患者胸部的窄视图是最佳的，则该第一模态可能是用于配准患者胸部解剖结构的主要模态。如果第二模态对于整体患者运动的宽视角是最佳的，则第二模态可能是用于配准整个患者解剖结构的主要模态。

可自适应地或动态地确定各种模态的层级的分级结构。例如，如果在图像数据扫描期间或在扫描完成之后，各种模态的层级的预期分级结构未被证明是准确的，则成像与位置跟踪系统可基于扫描期间收集的位置数据的分析来更新层级指定。该分析可基于验证标准。

在确定208来自一种或多种模态的哪个位置数据用于配准之后，成像与位置跟踪系统可基于位置数据将图像数据与患者解剖结构配准210。成像与位置跟踪系统可使用位置数据来识别和校正图像数据中的不准确性。经由位置数据对患者运动的识别可独立于配准或与配准同时进行。例如，在一些实施方案中，可执行后配准过程，其中配准发生，然后在配准完成之后添加对图像数据的校正。在一些实施方案中，成像与位置跟踪系统可在配准发生之前识别和校正由患者引起的不准确性。该校正可用于提供更准确的图像并且提供更准确的配准。

成像与位置跟踪系统可计算待在配准过程中使用的患者解剖结构的一个或多个位置值。由于可能存在多个解剖结构将被执行配准，因此可能存在多个位置值。另外，在扫描的时间段期间的不同时间可能存在对患者解剖结构的多次配准，因此需要特定解剖结构的多个位置值。关于患者解剖结构的位置值的以下讨论通常适用于多个位置值，无论其是跨时间点还是针对不同的解剖结构。

可从位置数据中确定患者解剖结构的位置值，并将其并入该位置数据中。作为配准过程的一部分，成像与位置跟踪系统可使用位置值。位置值可以是平均位置。例如，成像与位置跟踪系统可确定在扫描持续时间内患者解剖结构的平均位置。

在一些实施方案中，对位置数据求平均可通过取患者解剖结构相对于成像系统的位姿数组的平均值来执行，该位姿数组对应于与扫描的时间段相关联的时间数据数组。在一些实施方案中，求平均可关于存储位置数据的坐标系中的位姿的每个分量(包括例如位置和取向的每个分量)进行。在一些实施方案中，求平均可关于存储位置数据的坐标系中的位姿的仅特定分量进行。在一些实施方案中，求平均可在与存储位置数据的坐标系不同的坐标系中进行。在一些实施方案中，求平均可包括使用算术平均。在一些实施方案中，求平均可包括使用几何平均。在一些实施方案中，求平均可包括在扫描的时间段内对位置数据进行集成。

在一些实施方案中，求平均可关于位置数据的大小或其他范数进行。在一些实施方案中，求平均可包括非常规求平均过程。在一些实施方案中，求平均可包括加权方法。加权方法可包括时间加权或位置加权计算。例如，求平均过程可对接近术前扫描的开始时间和结束时间收集的位置数据给予特殊权重，并且可对接近扫描持续时间的中间收集的位置数据给予较小权重。又如，求平均过程可对与较稳定的取向值相对应的位置值给予特殊权重，并且可对与解剖结构的预期或计算取向有很大偏差的取向值相对应的位置值进行去强调。求平均过程可包括迭代计算过程，该迭代计算过程连续地更新加权方法的权重并且细化位置数据。

可基于位置数据将图像数据与患者解剖结构配准210。更具体地，配准210可基于位置值，诸如患者解剖结构的平均位置。在对患者解剖结构的位姿数组求平均以确定平均位置之后，可使用平均位置来将图像数据与患者解剖结构配准210。这与使用成像与位置跟踪系统在扫描运行之前确定的预先确定的位姿不同。预先确定的位姿通常将在扫描开始时被检测，但它可能是在整个扫描内的各种实际位姿当中的异常值。为了配准和图像重建的目的，平均位置可更好地表示患者解剖结构的实际位姿。通过在成像与位置跟踪系统中使用多种模态，可增强确定患者解剖结构的平均位置，并且更一般地，确定患者解剖结构的位置数据。

图3是用于重建患者解剖结构的3D图像的方法300的流程图。方法300可由诸如图1中所示的成像与位置跟踪系统使用。方法300可从由成像系统执行扫描开始。在扫描期间，成像系统可捕获302患者解剖结构的图像数据。

在图像捕获的同时，一种或多种模态可确定304患者解剖结构的位置数据。位置数据可包括患者解剖结构相对于成像系统的位姿。位置数据可包括患者解剖结构相对于一个或多个其他模态的位姿。位置数据可包括患者解剖结构相对于手术室中固定参考数据的位姿。位置数据可包括成像系统相对于手术室中固定参考数据的位姿。位置数据可包括其他模态相对于手术室中固定参考数据的位姿。

一种或多种模态中的每种模态可确定304位置数据，并将其收集到单独的一组位置数据中。换句话讲，第一模态可确定304第一组位置数据，第二模态可确304第二组位置数据等。各组位置数据可被聚集成一个整体的位置数据集合以供成像与位置跟踪系统使用。

可基于成像系统的位置数据更新患者解剖结构的位置数据。如上所述，由一种或多种模态确定的位置数据可包括成像系统相对于手术室中固定参考数据的位姿。如果成像系统在扫描期间移动(例如由于振动)，成像系统的移动可被捕获并反映在包括成像系统位姿的位置数据中。成像系统的该位置数据可用于更新患者解剖结构的位置数据。例如，患者解剖结构相对于成像系统的位姿可与成像系统相对于参考数据的位姿相结合，以增强患者解剖结构的位置数据，包括确定或更新患者解剖结构相对于固定参考数据的位姿。

在一些实施方案中，一种或多种模态包括跟踪系统。跟踪系统可包括图像引导系统，该图像引导系统光学地跟踪患者跟踪器相对于成像系统位置的位姿。例如，跟踪系统可识别和跟踪联接到成像系统的成像系统跟踪器和联接到患者的患者跟踪器。跟踪系统可在该时间段期间基于成像系统跟踪器的位置和患者跟踪器的位置来确定位置数据。

可重复捕获302图像数据，并且可重复确定304位置数据，直到成像扫描完成306。

在扫描完成306之后，成像与位置跟踪系统可确定308来自一种或多种模态的哪个位置数据用于3D图像重建。确定308哪个位置数据用于3D图像重建可基于各种模态的层级的分级结构。具有最高层级的模态(主要模态)可能是确定用于3D图像重建所基于的坐标系的最佳选择。另外，成像与位置跟踪系统可针对由主要模态确定的位置数据集来判断由其他模态确定的位置数据集，以评估其他模态的位置数据集的质量和/或准确性。成像与位置跟踪系统可将单独位置数据集针对一个或多个其他位置数据集进行比较，以评估其质量和/或准确性。这些比较可基于用于确定位置数据集是否不准确、被破坏、噪声过大或以其他方式不可信的验证标准。

成像与位置跟踪系统可组合多于一个位置数据集，以确定3D图像重建所基于的患者解剖结构的一个或多个位置。该组合可使用加权方法来确定如何对位置数据集排优以及/或者特定位置数据集应该对3D图像重建有多大影响。加权方法可基于各种模态的层级的分级结构。多于一个位置数据集的组合可利用各种模态的不同时间尺度和空间尺度。例如，如果第一模态对于患者胸部的窄视图是最佳的，则该第一模态可能是用于3D图像重建患者胸部解剖结构的主要模态。如果第二模态对于整体患者运动的宽视角是最佳的，则第二模态可能是用于3D图像重建整个患者解剖结构的主要模态。

可自适应地或动态地确定各种模态的层级的分级结构。例如，如果在图像数据扫描期间或在扫描完成之后，各种模态的层级的预期分级结构未被证明是准确的，则成像与位置跟踪系统可基于扫描期间收集的位置数据的分析来更新层级指定。该分析可基于验证标准。

在确定308来自一种或多种模态的哪个位置数据用于3D图像重建之后，成像与位置跟踪系统可根据图像数据重建310患者解剖结构的3D图像，基于位置数据对准图像数据。成像与位置跟踪系统可计算待在3D图像重建过程中使用的患者解剖结构的一个或多个位置值。由于可能存在多个解剖结构将被执行3D图像重建，因此可能存在多个位置值。另外，在扫描的时间段期间的不同时间可能存在对患者解剖结构的多次3D图像重建，因此需要特定解剖结构的多个位置值。关于患者解剖结构的位置值的以下讨论通常适用于多个位置值，无论其是跨时间点还是针对不同的解剖结构。

可从位置数据中确定患者解剖结构的位置值，并将其并入该位置数据中。作为3D图像重建过程的一部分，成像与位置跟踪系统可使用位置值。成像与位置跟踪系统可基于位置值对准图像数据。在一些实施方案中，位置值可以是平均位置。例如，成像与位置跟踪系统可确定在扫描持续时间内患者解剖结构的平均位置。

在一些实施方案中，对位置数据求平均可通过取患者解剖结构相对于成像系统的位姿数组的平均值来执行，该位姿数组对应于与扫描的时间段相关联的时间数据数组。在一些实施方案中，求平均可关于存储位置数据的坐标系中的位姿的每个分量(包括例如位置和取向的每个分量)进行。在一些实施方案中，求平均可关于存储位置数据的坐标系中的位姿的仅特定分量进行。在一些实施方案中，求平均可在与存储位置数据的坐标系不同的坐标系中进行。在一些实施方案中，求平均可包括使用算术平均。在一些实施方案中，求平均可包括使用几何平均。在一些实施方案中，求平均可包括在扫描的时间段内对位置数据进行集成。

在一些实施方案中，求平均可关于位置数据的大小或其他范数进行。在一些实施方案中，求平均可包括非常规求平均过程。在一些实施方案中，求平均可包括加权方法。加权方法可包括时间加权或位置加权计算。例如，求平均过程可对接近术前扫描的开始时间和结束时间收集的位置数据给予特殊权重，并且可对接近扫描持续时间的中间收集的位置数据给予较小权重。又如，求平均过程可对与较稳定的取向值相对应的位置值给予特殊权重，并且可对与解剖结构的预期或计算取向有很大偏差的取向值相对应的位置值进行去强调。求平均过程可包括迭代计算过程，该迭代计算过程连续地更新加权方法的权重并且细化位置数据。

使用在扫描之后确定的患者解剖结构的平均位置可减少根据图像数据重建310的3D图像的模糊性。这还可增加外科手术期间导航的准确性。虽然在扫描期间的某些时间增量下，平均位置可比预先确定的位姿更远离一些实际位姿，但平均位置可更好地表示扫描期间的其他实际位姿，并且总的来说，平均位置可比预先确定的位姿更适合用于配准和3D图像重建。平均位置可减小由患者或成像系统的移动引起的误差的大小。通过在成像与位置跟踪系统中使用多种模态，可增强确定患者解剖结构的平均位置，并且更一般地，确定患者解剖结构的位置数据。

图4是被配置用于配准和3D图像重建的计算系统400的框图。计算系统400可包括计算装置，该计算装置包括存储器401、一个或多个处理器432、网络接口434、输入/输出接口436和系统总线430。

一个或多个处理器432可包括一个或多个通用设备，诸如标准微处理器。一个或多个处理器432可包括专用处理设备，诸如ASIC、SoC、SiP、FPGA、PAL、PLA、FPLA、PLD或其他定制的或可编程设备。一个或多个处理器432可执行分布式(例如，并行)处理以执行或以其他方式实施当前公开的实施方案的功能性。一个或多个处理器432可运行标准操作系统并且执行标准操作系统功能。应认识到，可使用任何标准操作系统。

存储器401可包括静态RAM、动态RAM、闪存存储器、一个或多个触发器、ROM、CD-ROM、DVD、磁盘、磁带或磁存储介质、光存储介质或其他计算机存储介质。存储器401可包括多个程序模块410和程序数据420。存储器401可位于计算系统400的本地，如图所示，或可相对于计算系统400是分布式的和/或远程的。

存储器401可包括程序数据420。由计算系统400，诸如程序模块410或其他模块生成或使用的数据，可存储在存储器401上，例如作为存储的程序数据420。程序数据420可被组织为一个或多个数据库。程序数据420可包括由成像系统440收集的图像数据422和由多种模态收集的位置数据424。多种模态可包括成像系统440、跟踪系统450、三维摄像机460、射频模块470、超声换能器480和惯性传感器490。多种模态可包括多种所述模态中的每种模态。位置数据424可包括在扫描的持续时间内患者身上的跟踪器和成像系统440上的跟踪器之间的距离。位置数据424可包括由多种模态确定和收集的多组位置数据。

程序模块410可包括计算系统400的其他元件的全部或部分。程序模块410可由一个或多个处理器432或者在该一个或多个处理器上同时或并行地运行多个操作。在一些实施方案中，所公开的模块、部件和/或设施的部分具体体现为在硬件或固件中具体体现的可执行指令，或者被存储在非瞬态机器可读存储介质上。可执行指令可包括计算机程序代码，该计算机程序代码在由处理器和/或计算设备执行时使得计算系统实施如本文所公开的某些处理步骤、规程和/或操作。本文所公开的模块、部件和/或设施可以被实施和/或具体体现为驱动器、库、接口、API、FPGA配置数据、固件(例如，存储在EEPROM上)等。在一些实施方案中，本文所公开的模块、部件和/或设施的部分具体体现为机器部件，诸如通用和/或专用装置，包括但不限于：电路、集成电路、处理部件、接口部件、硬件控制器、存储控制器、可编程硬件、FPGA、ASIC等。因此，本文所公开的模块可被称为控制器、层、服务、引擎、设施、驱动器、电路、子系统等。程序模块410可包括分级结构分配规则集412、主要模态选择器414、配准功能416和3D图像重建引擎418。分级结构分配规则集412可提供用于确定多种模态的层级的基础。主要模态选择器414可选择用于为配准和3D图像重建提供坐标系的主要模态。该选择可基于根据分级结构分配规则集412的多种模态的操作。配准功能416可使用位置数据424来配准图像数据422。3D图像重建引擎418可使用位置数据424来将图像数据422编译成3D图像。例如，位置数据424可用于对准图像数据422。

输入/输出接口436可促进用户与一个或多个输入设备和/或一个或多个输出设备的交互。输入设备可包括键盘、鼠标、触摸屏、光笔、平板计算机、麦克风、传感器或其他带有随附的固件和/或软件的硬件。输出设备可包括监视器或其他显示器、打印机、语音或文本合成器、开关、信号线、扬声器或具有随附的固件和/或软件的其他硬件。在一些实施方案中，输入/输出接口436是触摸屏。

网络接口434可促进与其他计算设备和/或网络和/或其他计算和/或通信网络的通信。网络接口434可配备有常规的网络连接性，诸如例如以太网(IEEE 1102.3)、令牌环(IEEE 1102.5)、光纤分布式数据链路接口(FDDI)或异步传输模式(ATM)。此外，网络接口434可被配置为支持多种网络协议，诸如例如互联网协议(IP)、传输控制协议(TCP)、UDP/TCP上的网络文件系统、服务器消息块(SMB)、通用互联网文件系统(CIFS)、超文本传输协议(HTTP)、直接访问文件系统(DAFS)、文件传输协议(FTP)、实时发布订阅(RTPS)、开放系统互连(OSI)协议、简单邮件传输协议(SMTP)、安全外壳(SSH)、安全套接字层(SSL)等。

系统总线430可促进计算系统400的其他部件(包括一个或多个处理器432、存储器401、输入/输出接口436和网络接口434)之间的通信和/或交互。

实施例部分

以下实施例涉及其他实施方案。

实施例1.一种用于将图像数据与患者的解剖结构配准的方法，所述方法包括：经由成像系统在一定时间段内捕获患者解剖结构的图像数据；经由多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述患者解剖结构的位置数据；以及使用所述位置数据校正所述图像数据中的不准确性。

实施例2.根据实施例1所述的方法，所述方法还包括基于由所述多种模态中的一种或多种模态确定的所述患者解剖结构的所述位置数据，将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

实施例3.根据实施例1所述的方法，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。

实施例4.根据实施例1所述的方法，所述方法还包括经由所述成像系统在所述时间段期间检测基准标记的位置，其中所述基准标记联接到所述患者。

实施例5.根据实施例4所述的方法，其中在所述时间段期间检测到的所述基准标记的所述位置被并入用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的所述患者解剖结构的所述位置数据中。

实施例6.根据实施例1所述的方法，所述方法还包括：经由所述多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述成像系统的位置数据，以及基于所述成像系统的所述位置数据更新所述患者解剖结构的所述位置数据。

实施例7.根据实施例1所述的方法，所述方法还包括向所述成像系统和所述多种模态中的每种模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。

实施例8.根据实施例7所述的方法，其中在捕获所述图像数据的所述时间段期间或之后动态地更新层级的指定。

实施例9.根据实施例7所述的方法，所述方法还包括基于模态的层级的所述分级结构从所述成像系统和所述多种模态中的每种模态选择主要模态，所述主要模态提供用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的坐标系。

实施例10.根据实施例1所述的方法，其中基于由所述多种模态中的多于一种模态确定的所述患者解剖结构的所述位置数据，将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

实施例11.根据实施例1所述的方法，其中第一模态用于观察患者解剖结构的整体运动，并且第二模态用于观察患者解剖结构的变形。

实施例12.根据实施例1所述的方法，其中选择所述多种模态中的哪种模态用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准基于用于建立所述多种模态中的每种模态的准确性的验证标准。

实施例13.根据实施例1所述的方法，所述方法还包括：根据所述图像数据和所述患者解剖结构的所述位置数据重建所述患者解剖结构的3D图像。

实施例14.根据实施例13所述的方法，其中所述患者解剖结构的所述位置数据用于对准所述图像数据。

实施例15.一种系统，所述系统包括：第一模态，所述第一模态被配置为捕获患者解剖结构的第一组位置数据；第二模态，所述第二模态被配置为捕获患者解剖结构的第二组位置数据；和处理器，所述处理器被配置为：接收患者的图像数据；接收患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据；以及使用患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据来校正所述图像数据中的不准确性。

实施例16.根据实施例15所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为基于患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据中的至少一者将所述图像数据与患者解剖结构配准。

实施例17.根据实施例15所述的系统，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。

实施例18.根据实施例15所述的系统，所述系统还包括成像系统，所述成像系统被配置为检测基准标记的位置，其中所述基准标记联接到所述患者。

实施例19.根据实施例15所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为向所述第一模态和所述第二模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。

实施例20.根据实施例18所述的系统，其中在捕获所述图像数据的时间段期间或之后动态地更新层级的指定。

实施例21.根据实施例18所述的系统，所述系统还包括基于模态的层级的所述分级结构从所述第一模态和所述第二模态选择主要模态，所述主要模态提供用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的坐标系。

实施例22.根据实施例15所述的系统，其中所述处理器被配置为基于患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据两者将所述图像数据与患者解剖结构配准。

实施例23.根据实施例15所述的系统，其中所述第一模态被配置为捕获患者解剖结构的整体运动，并且所述第二模态被配置为捕获患者解剖结构的变形。

实施例24.根据实施例15所述的系统，其中所述处理器被配置为基于用于建立所述第一模态和所述第二模态中的每一者的准确性的验证标准来选择患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据中的哪一者用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

实施例25.根据实施例15所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为根据所述图像数据以及患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据中的至少一者重建所述患者解剖结构的3D图像。

实施例26.一种计算装置，所述计算装置包括：处理器；和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述处理器执行时将所述装置配置为：经由成像系统在一定时间段内捕获患者解剖结构的图像数据；经由多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述患者解剖结构的位置数据；以及基于所述患者解剖结构的所述位置数据将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

实施例25.根据实施例24所述的计算装置，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。

实施例26.根据实施例24所述的计算装置，其中所述装置被进一步配置为经由所述成像系统在所述时间段期间检测基准标记的位置，其中所述基准标记联接到所述患者。

实施例27.根据实施例24所述的计算装置，其中所述装置被进一步配置为向所述成像系统和所述多种模态中的每种模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。

实施例28.根据实施例24所述的计算装置，其中所述装置被进一步配置为经由第一模态观察患者解剖结构的整体运动，并且经由第二模态观察患者解剖结构的变形。

实施例29.根据实施例24所述的计算装置，所述所述装置被进一步配置为根据所述图像数据和所述患者解剖结构的所述位置数据重建所述患者解剖结构的3D图像。

本文所公开的任何方法包括用于执行所述方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话讲，除非需要特定顺序的步骤或动作来正确地操作实施方案，否则可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

应当理解，出于简化本公开的目的，有时将各种特征组合在单个实施方案、附图或其描述中。这些特征中的许多特征可单独使用和/或彼此组合地使用。

短语“联接到”和“与……通信”是指两个或更多个实体之间的任何形式的交互，包括机械、电、磁性、电磁、流体和热交互。两个部件可彼此联接或彼此通信，即使它们彼此不直接接触。例如，两个部件可通过中间部件彼此联接或彼此通信。

诸如通过使用术语“基本上”来在整个说明书中提及近似值。对于每个此类提及，应理解，在一些实施方案中，可在没有近似值的情况下指定值、特征或特性。例如，在使用诸如“约”和“基本上”的限定词的情况下，这些术语在其范围内包括缺乏其限定词的限定词语。例如，在关于一个特征叙述术语“基本上垂直”的情况下，应当理解，在另外的实施方案中，该特征可具有精确垂直配置。

类似地，在以上对实施方案的描述中，出于简化本公开的目的，有时将各个特征在其单个实施方案、附图或描述中一起分组。然而，本公开的此方法不应被解释为反映以下意图：任何权利要求需要比在该权利要求中明确叙述的那些特征更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面在于任何单个前述公开的实施方案的少于所有特征的组合。

本书面公开内容之后的权利要求书据此明确并入本书面公开内容中，其中每一权利要求独立地作为单独实施方案。本公开包括独立权利要求及其从属权利要求的所有排列。此外，能够从以下独立权利要求和从属权利要求衍生的附加的实施方案也明确并入本书面描述中。

无需进一步详尽阐述，据信本领域的技术人员可使用前述描述来最大限度地利用本发明。本文所公开的权利要求和实施方案应被解释为仅是例示性和示例性的，并且不是以任何方式对本公开的范围的限制。借助于本公开，本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本文的公开内容的基本原理的情况下可对上述实施方案的细节作出改变。换句话讲，以上描述中具体公开的实施方案的各种修改和改进在所附权利要求书的范围内。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，本领域的技术人员可改变本文所公开的方法的步骤或动作的顺序。换句话讲，除非实施方案的正确操作需要特定步骤或动作顺序，否则可修改特定步骤或动作的顺序或使用。因此，本发明的范围由以下权利要求和它们的等效物来定义。

Claims (20)

1.一种用于将图像数据与患者的解剖结构配准的方法，所述方法包括：

经由成像系统在一定时间段内捕获患者解剖结构的图像数据；

经由多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述患者解剖结构的位置数据；以及

使用所述位置数据校正所述图像数据中的不准确性。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括基于由所述多种模态中的一种或多种模态确定的所述患者解剖结构的所述位置数据，将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括经由所述成像系统在所述时间段期间检测基准标记的位置，其中所述基准标记联接到所述患者，其中在所述时间段期间检测到的所述基准标记的所述位置被并入用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的所述患者解剖结构的所述位置数据中。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：经由所述多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述成像系统的位置数据，以及基于所述成像系统的所述位置数据更新所述患者解剖结构的所述位置数据。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括向所述成像系统和所述多种模态中的每种模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在捕获所述图像数据的所述时间段期间或之后动态地更新层级的指定。

8.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括基于模态的层级的所述分级结构从所述成像系统和所述多种模态中的每种模态选择主要模态，所述主要模态提供用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的坐标系。

9.根据权利要求1所述的方法，其中第一模态用于观察患者解剖结构的整体运动，并且第二模态用于观察患者解剖结构的变形。

10.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述多种模态中的哪种模态用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准基于用于建立所述多种模态中的每种模态的准确性的验证标准。

11.一种系统，所述系统包括：

第一模态，所述第一模态被配置为捕获患者解剖结构的第一组位置数据；

第二模态，所述第二模态被配置为捕获患者解剖结构的第二组位置数据；和

处理器，所述处理器被配置为：

接收患者的图像数据；

接收患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据；以及

使用患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据来校正所述图像数据中的不准确性。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为基于患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据中的至少一者将所述图像数据与患者解剖结构配准。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为向所述第一模态和所述第二模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。

15.根据权利要求14所述的系统，所述系统还包括基于模态的层级的所述分级结构从所述第一模态和所述第二模态选择主要模态，所述主要模态提供用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准的坐标系。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述处理器被配置为基于用于建立所述第一模态和所述第二模态中的每一者的准确性的验证标准来选择患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据中的哪一者用于将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

17.根据权利要求11所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为根据所述图像数据以及患者解剖结构的所述第一组位置数据和患者解剖结构的所述第二组位置数据中的至少一者重建所述患者解剖结构的3D图像。

18.一种计算装置，所述计算装置包括：

处理器；和

存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述处理器执行时将所述装置配置为：

经由成像系统在一定时间段内捕获患者解剖结构的图像数据；

经由多种模态确定在捕获所述图像数据的所述时间段期间所述患者解剖结构的位置数据；以及

基于所述患者解剖结构的所述位置数据将所述图像数据与所述患者解剖结构配准。

19.根据权利要求18所述的计算装置，其中所述多种模态选自光学跟踪系统、三维摄像机、射频模块、超声换能器和惯性传感器中的一者或多者。

20.根据权利要求18所述的计算装置，其中所述装置被进一步配置为向所述成像系统和所述多种模态中的每种模态指定层级，所述层级定义模态的层级的分级结构。