CN105555221A - 医疗针头路径显示 - Google Patents

医疗针头路径显示 Download PDF

Info

Publication number
CN105555221A
CN105555221A CN201480051106.2A CN201480051106A CN105555221A CN 105555221 A CN105555221 A CN 105555221A CN 201480051106 A CN201480051106 A CN 201480051106A CN 105555221 A CN105555221 A CN 105555221A
Authority
CN
China
Prior art keywords
video
path
line
planning
video camera
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
CN201480051106.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105555221B (zh
Inventor
P.吉尔博
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.)
NEEDLEWAYS Ltd
Original Assignee
NEEDLEWAYS Ltd
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 NEEDLEWAYS Ltd filed Critical NEEDLEWAYS Ltd
Publication of CN105555221A publication Critical patent/CN105555221A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105555221B publication Critical patent/CN105555221B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • A61B5/7425—Displaying combinations of multiple images regardless of image source, e.g. displaying a reference anatomical image with a live image
    • 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
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0077—Devices for viewing the surface of the body, e.g. camera, magnifying lens
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/065—Determining position of the probe employing exclusively positioning means located on or in the probe, e.g. using position sensors arranged on the probe
    • A61B5/066—Superposing sensor position on an image of the patient, e.g. obtained by ultrasound or x-ray imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/46—Arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B6/461—Displaying means of special interest
    • A61B6/463—Displaying means of special interest characterised by displaying multiple images or images and diagnostic data on one display
    • 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
    • A61B90/10—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 for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
    • A61B90/11—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 for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints
    • 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
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3937—Visible markers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)

Abstract

一种用于促进针头与规划***路径的手动对准的***，该***包括通过框架以固定空间关系支撑的第一和第二摄像机，使得摄像机的光轴在它们之间形成大于30度的角度，并且优选地是90度。处理***为两个摄像机产生视频显示。在每个视频显示中的对应于输入的规划***路径的线被确定，并且在所述视频显示中产生该线的视觉指示。

Description

医疗针头路径显示
技术领域
本发明涉及一种用于促进针头或类似物与期望***路径的手动对准的***和方法。
背景技术
在介入放射学(IR)的过程中，针头在医学成像设备的帮助下经皮肤朝向体内目标***，所述医学成像设备诸如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光镜等。在市场上有协助医师执行这样的过程的设备。根据身体的扫描图像，从皮肤上的进入点到体内目标的路径被确定，并呈现给用户，以允许他放置针头并沿该路径***。某些类型的已知解决方案基于沿着该路径投射的激光束。这样的解决方案需要使用具有嵌入在其手柄处的标记的专用针头，从而让医师将针头精确地放置在光束处。另一类型的解决方案使用嵌入在针头尖端处的磁性追踪传感器，这也需要特殊的针头。
有基于人的立体感知开发引导医学工具到目标的医用引导解决方案的已知尝试。在这些解决方案中，虚拟目标被显示在两个分开的显示上，一个显示被投影到左眼，另一个被投影到右眼，从而模拟对显示给医师的虚拟目标引入深度所需的视差。医师必须将工具带到与该虚拟目标重合。这样的解决方案对于明确的点目标是运转良好的。因为眼睛之间在65-70mm量级上的相对小的距离和200mm的最小便利适应距离，立体感知将左眼与右眼之间的最大角度限制为20度，否则适应难以实现。在这样小的角度下，为了使深度感觉工作，每只眼睛的视力需要确定小的细节，并在两个视场中逐点进行比较点。都是连续线的路径和针头缺乏这样的细节。沿一条线的每个点都是彼此相同的。这可能带来模糊性和不准确性，特别是在深度方向上。在精确放置针头需要较大角度时，立体现象不能被使用，因而需要开发另一种解决方案。
发明内容
本发明是一种用于促进针头或类似物与规划***路径的手动对准的***和方法。
根据本发明的一个实施方式的教导，提供了一种用于促进针头与规划***路径的手动对准的***，该***包括：(a)具有第一视场和第一光轴的第一摄像机；(b)具有第二视场和第二光轴的第二摄像机；(c)以固定空间关系支撑第一和第二摄像机的框架，使得所述第一和第二光轴在它们之间形成大于30度的角度，并且使得第一和第二视场重叠；(d)包括至少一个屏幕的显示屏装置；和(e)包括至少一个处理器的处理***，所述处理***与第一和第二摄像机通信以接收视频数据，并且与显示屏装置通信以产生来自第一摄像机的视频的第一显示和来自第二摄像机的视频的第二显示，其中所述处理***被构造为：(i)输入限定规划***路径的数据；(ii)确定对应于规划***路径的在第一和第二视场的每个中的线；和(iii)在第一和第二显示两者中生成所述线的视觉指示。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述规划路径和线是直线。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述框架以第一与第二光轴基本垂直的方式支撑所述第一和第二摄像机。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，还提供了一种用于附着至受试者的身体的配准夹具，所述配准夹具具有数个光学标记，并且其中所述处理***还构造为处理来自第一和第二摄像机中的至少一个的视频数据以得出配准夹具相对于框架的位置。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述处理***构造为连续地跟踪配准夹具，并且根据配准夹具的当前位置连续地更新在第一和第二显示器两者中所述线的视觉指示。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述配准夹具还包括构造为在至少一种体积成像模式下可见的至少一个对照标记。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述处理***还被构造为通过对邻近规划路径的视频区域施加局部线性放大而修改视频数据，所述线性放大在与指示规划路径的线垂直的方向上施加。
根据本发明的一个实施方式的教导，还提供了一种用于促进针头与规划***路径的手动对准的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供以固定空间间隔关系部署的第一和第二摄像机，使得所述摄像机的光轴在它们之间形成大于30度的角度，并且使得所述摄像机的视场重叠；(b)输入限定规划***路径的数据；(c)确定对应于规划***路径的在每个摄像机的视场中的线；和(d)在来自第一和第二摄像机两者的视频的视觉显示中产生所述线的视觉指示。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述第一和第二摄像机以它们的光轴基本互相垂直而部署。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，附着至受试者身体的配准夹具的运动被跟踪，并且所述视觉指示的位置根据受试者身体的位置而连续地更新。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，所述配准夹具具有数个光学标记，并且其中所述跟踪通过处理来自第一和第二摄像机中的至少一个的视频数据以得出配准夹具的位置而执行。
根据本发明的一个实施方式的另外特征，来自第一和第二摄像机的视频数据通过对邻近规划路径的视频区域施加局部线性放大而修改，所述线性放大在与指示规划路径的线垂直的方向上施加。
附图说明
本发明在这里通过仅作为示例的方式参考附图进行描述，其中：
图1是本发明的大体说明；
图2是***部件的框图；
图3a和图3b是与CT成像一起使用的配准夹具视图；
图4是规划方案的说明；
图5是在规划方案中用于搜索配准夹具在患者身体上的位置的方法的说明；
图6是在规划方案中用于搜索金属线的端部的方法的说明；
图7是规划方案的路径限定部分；
图8是使用该***沿重新规划的路径放置针头的示例；以及
图9是在本发明中使用的缩放区域的描述。
具体实施方式
本发明是一种用于促进针头与规划***路径的手动对准的***和方法。
根据本发明的***和方法的原理和操作可以参考附图和伴随的描述而更好地理解。
本发明便于医师将针头放置在从进入点通向体内目标的预先规划路径上。在一般情况下，路径被模拟为叠加在两个视频图像的顶部上的细线，显示出在进入点之上的体积。视频源是从两个不同方向拍摄的。医师放置针头，使针头在两个视频中的图像都与模拟路径重合。
图1描述了用于将针头170放置在所需路径上的***100的主要部件。臂110保持两个视频摄像机120和130。计算机140用来接收摄像机的输出视频，运行用于将模拟路径嵌入到视频上的软件，并在计算机屏幕150上显示它。配准夹具(registrationfixture)160附着到病人皮肤，因此它可以至少被摄像机120或130中的一个看到。配准夹具160用于跟踪相对于由所述两个摄像机限定的***坐标的患者位置。用于跟踪物***置的技术可从广泛的公知解决方案中选择，诸如使用由一个或多个摄像机跟踪的光学参考标记的光学跟踪解决方案、其中夹具与一个或多个通量传感器一起执行的磁性跟踪解决方案以及其中夹具是一个或多个线圈的电磁跟踪解决方案。除其它外，光学跟踪技术的一个美国专利的示例是授予Gilboa的7,876,942。电磁跟踪技术的美国专利的示例是授予Anderson的8,391,952和授予Gilboa等人的6,833,814。磁性跟踪的示例是授予Hansen的5,744,953、授予Jensen等人的8,358,128和授予Kynor等人的7,561,051。
图2示出了***100的更详细的框图。根据本发明的一个非限制性的优选实施方式，使用一个或两个摄像机120和130执行配准夹具160的跟踪。对此，配准夹具具有可识别标记，诸如三个或更多颜色点203。也可以使用的其它可识别标记是在配准夹具上限定明确的点的交叉线或其它形状，并且通过摄像机120或130中的至少一个看到。视频摄像机优选地是容易买到的类型的微型USB摄像机。这些类型的摄像机在内部将视频图像转换为数字形式，并将它通过标准USB线发送到计算机140。
预先规划的路径数据(由图中的虚线260示出)被输送到计算机140。这样的数据包括识别标记203在三维空间中的位置、进入点205的位置、目标270的位置(或从进入点朝向目标的方向)，以及可选的针头轴的长度或描述针头的几何形状的其它信息。
在计算机上运行的软件包230识别在图像中的颜色点130。从这些点在图像中的位置，以及它们在三维空间中的位置一起，摄像机的取向使用以下计算：
对于4维向量(avectorof4terms)v，在预先规划空间中定义的点的位置，
3乘4矩阵(matrixof3by4terms)R，其定义了摄像机相对于预先规划空间的平移和转动，
点v到摄像机空间内的变换t，其由下式确定：
( 1 ) - - - t x t y t z = R 1 , 1 R 1 , 2 R 1 , 3 R 1 , 4 R 2 , 1 R 2 , 2 R 2 , 3 R 2 , 4 R 3 , 1 R 3 , 2 R 3 , 3 R 3 , 4 × v x v y v z 1
该点在摄像机的焦平面上的投影p是，
( 2 ) - - - p x p y = 1 F · t z t x t y
其中，F是透镜的焦长度。
通过公式(1)和(2)，矩阵R可基于可识别标记vi的已知坐标和它们的图像坐标pi确定，i＝1:n。如果只使用一个摄像机，则n至少应是4。如果使用了两个摄像机，则n至少应是3。
一旦矩阵R被确定，路径260、进入点205或在真实三维空间中限定的任何其它点的投影可在视频图像之上投射到计算机屏幕150。在图2中，摄像机130的视频图像显示在屏幕150左侧上的视频帧241中。针头170的图像由实线246绘制。路径260在摄像机130的视频上的投影通过虚线244绘制。摄像机120的视频图像显示在屏幕150右侧上的视频帧242中。针头170的图像由实线254绘制。路径260在摄像机120的视频上的投影通过虚线243绘制。
颜色点203嵌入在配准夹具160上的已知坐标处，因此足以确定夹具在三维空间中的位置，从而也能够计算出颜色点的位置。为了能够这样做，可以由扫描仪检测的基准标记被嵌入到配准夹具内。与CT成像模式(modality)一起使用的配准夹具的一个示例在图3a和图3b中示出，字母H形状的固体结构300由生物相容的塑料材料制成。臂由倾斜平面制成，相对于H基座倾斜45度。一种颜色的四个颜色点310-313被嵌入在倾斜表面的一侧上，而另外四个不同颜色的点320-323被嵌入在倾斜表面的另一侧上。四根金属线嵌入到夹具内，线350沿着第一臂，线352沿着相对的臂，而线351沿着中心臂。另外，小的金属丝353不垂直对称于线352放置。金属线在CT图像中被检测时具有足够高的对比度，从而允许在被扫描体表面上的容易的自动检测。一旦检测到，每根线被定义为在CT空间中的向量(原点和方向)。结合在一起，知道夹具的位置和取向，两组颜色点的位置也可由此确定。配准夹具的结构在图3a和图3b中描述，并在此作为示例提出。其它形状的对照物体也可以是适用的，诸如球、盘、环等。用于形成对照物体的材料可以是金属以外的材料。另外，对于其它成像模式，用于形成所述对照物体的材料需要是产生高对比度的一种材料，诸如在MRI中使用的填充有油的管子。在更一般的条件中，参考夹具被构造为具有至少一个对照标记，其构造为在至少一种体积成像模式下可见，其中短语“体积成像模式”用来指允许对人体内部结构成像的任何成像模式。
确定所需路径的技术与所使用的成像技术是密切相关的。在三维成像的情况下，诸如计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)，目标的坐标、进入点的坐标，以及用于将身体配准到引导***的基准点的坐标(如果需要的话)，是直接从图像中获取。这可以简单地完成，因为每个图像点(称为体素(voxel))直接映射到空间中的一点。在诸如荧光透视的2D成像的情况下，这种直接的方法是不适用的。而是在已知取向下获取的两个重叠图像被用于计算该物体的三维坐标。荧光透视图像中的每个点代表在空间中的一个向量，其开始于X射线源而结束于图像增强器。对于在空间中物体的每个所需3D点，它在两个图像中的位置被标记，限定在该物体处相交的两个向量。通过计算交点，确定在空间中的所需点。
预规划程序的实施在这里作为示例提出，并且其它实施也同样是适用的。虽然下面的示例中使用了CT成像设备，但是，也可以使用带有适当所需变化的其它扫描模式。该程序在本文中被功能地描述为一系列的过程，其可以由本领域普通技术人员在任何合适的计算机上容易地作为软件程序运行。
患者躺在CT床上。利用扫描的图像，沿着床的目标的切片坐标被识别，并且配准夹具在该坐标处或接近该坐标附着到病人皮肤。包括体内目标和配准夹具的身体部分的体积(螺旋)CT扫描被获取。扫描被发送到运行规划程序的计算机。
图4示出了规划程序的屏幕。计算机屏幕400被分成三个功能区，显示区410、显示控制区420和程序指令区430。控制区控制显示。它有三个按钮。当按下“轴向”按钮422时，显示器410示出身体的轴向横截面，横跨3D光标位置(在图中示出为十字412)的中心呈现。同样地，当按压“矢状”按钮424或“冠状”按钮时，矢状或冠状横截面也相应地显示在显示器412上。光标412的位置可以通过使用计算机鼠标，或用于控制轴向位置的滑块423，或用于矢状位置的滑块425，或用于冠状位置的滑块427而指向新的位置。操作员指到目标的中心并且点击“设置目标”命令按钮。程序存储光标的坐标作为目标位置坐标。接下来，程序自动地搜索配准夹具的坐标。图5描述了程序如何搜索配准夹具300在患者的皮肤500上的位置。通过沿着从目标向上的路径搜索具有等于空气水平的密度的第一体素(CT像素单元)，程序首先确定在目标501正上方的皮肤上的点的位置。接着，程序沿皮肤搜索嵌入在配准夹具中的最接近的金属线。这可以通过在相邻体素520上一定的高度处开始，然后向下搜索具有比空气更高的密度值以表明皮肤所在位置的体素来完成。在该搜索中，程序还搜索高于一定阈值的表明金属物质的密度。当线的一部分被发现时，诸如在图中的点530处，则完成程序的这一部分。接着，金属线的方向被确定。图6描述了用于搜索导线的端部之一的一般方法，其从相邻点开始到导线上的第一已发现点530。与之前类似，程序沿着方向垂直于金属线的线602搜索金属。移动到下一相邻的体素坐标，沿着线603搜索金属，一直进行直到未发现任何金属的线605，或直到它到达扫描的边界。金属线的端部位于沿着线604最后发现金属的坐标处。使用该方法，程序中搜索第一导线的两个端部并计算其方向。金属线351沿皮肤垂直于第一导线放置。使用所描述的方法，程序寻找它的方向和其它金属线的端部。如果第一线是350或352，则小金属线353的位置被确定。程序搜索其位置以完全确定配准夹具300在CT坐标系中的坐标，并确定在夹具每一侧的点的颜色。
现在参考图7。该程序让操作者确定进入点的坐标。再一次，程序将皮肤上的点720确定为空气与较高密度之间的边界，沿着从目标开始的向量。该程序画出连接目标与该点720以及在点720上的进入点730的线710。操作者通过鼠标拖动箭头标记以选择所需路径。一旦“设置进入点”按钮434被点击，则程序存储选定的进入点的坐标，然后规划阶段结束。
对本发明至关重要的是，摄像机被相互放置使得摄像机120的视线211和摄像机130的视线221将具有大于30度的角度。更优选地，它们将彼此垂直成90度地放置。同样优选的是被放置使得路径260与两个视线都大约垂直。这样的布置具有最高灵敏度的优点，并允许***的集中和直观使用。
为了将针头带到路径上，医师需要交替地使用这两个视频图像。所发现的是，在使用一个摄像机将针头移动到路径内时，用户往往直觉地垂直于摄像机的视线移动针头。如果摄像机视线不垂直，矫正其中一个视频图像中的错误通常在另一图像中产生错误，反之亦然，这导致整个过程难以一致。将摄像机视线基本上彼此垂直(90°±15°，更优选地为90°±10°)地取向解决了这个问题。视频图像中的每个像素代表空间中的一个向量，其从像素出现穿过镜头的焦点并且穿出。类似地，图像中像素的连续线代表空间中的平面。第一图像上显示的路径确定空间中的第一平面，而另一显示器上显示的路径确定第二平面。这两个平面的交叉线与预规划路径重合。使用显示器中的一个，在所述平面中移动针头被在图像中显示为不移动的线。然而，在其它视频中它是变化的。当这些平面定位使得一个平面位于医师视线的方向上，而另一个平面垂直于他的视线时，***的使用是最直观的。在图1中，摄像机120在医师前面越过患者的身体，并且摄像机130在其左侧高于患者的中心，而配准夹具也附着在患者的中心处。在这种布置中，摄像机120也被用于跟踪配准夹具的位置，和因此的病人身体的运动。
该***的使用在图8中示出。为了沿着预先规划的路径对准针头，所述针头可被方便地放置，使得它在屏幕上显得平行于所期望路径，然后被垂直地移动直到与该路径重合。图8示范了此过程。摄像机810和摄像机820被放置，使得它们的视线(或“光轴”)811和821相互垂直，并且还大致正交于预先规划的路径830。***路径的优选取向通常接近垂直，使得摄像机支撑框架的水平或接近水平的布局通常导致对上述正交性的良好近似。路径被呈现为摄像机810的视频输出的显示812上的虚线831。路径也被呈现为摄像机820的视频输出的显示822上的虚线832。假设针头被放置在相对于该组所述摄像机的第一位置840处，则它转向到路径830，沿着摄像机810的视线811放置，并且从摄像机820的视线821偏移。在该第一位置处的针头的图像在由摄像机820观察时在显示822上的倾斜线842。然而，因为针头和路径两者都沿着摄像机810的视线811放置，在通过摄像机810观察时，针头的图像在视频图像812上显得与路径重合。接下来，针头被旋转以平行于路径830放置在位置843处。针头的视频图像出现在摄像头820的视频图像822的位置845处，与路径832平行但仍偏离。针头的图像844在摄像机810的视频图像812上的位置843处仍然与路径831重合，没有变化。现在，如果针头被移动到与路径830重合地放置，它在两个显示上的图像将都与显示器上代表路径的各线重合。针头在图像822上显示的任何所述变化的角度和运动不影响图像812，所以图像812关于针头的运动是与图像822独立的。用于相对于预先规划的路径校正针头的位置和角度的相同过程对于另一方向也是如此，其中，所述针头沿摄像机820的视线821的方向定位。即使当预规划路径定位偏离视线，并因此在不如上面所假定的完美垂直的平面上时，它也能良好地工作。因此，通过使用一个显示校正针头的位置，垂直于其视线的方向移动所述针头而不影响其它图像，然后使用其它显示校正针头沿着正交方向的位置，垂直于第二视线的方向移动所述针头，针头可以被容易地带到沿着路径定位，而没有可能从一个图像与其它图像的依赖性产生的混淆的情况。应当强调的是，当上述两个视线之间的角度显著小于(或大于)90度时，图像之间的依赖性增加。在这种情况下，垂直于第一摄像机的第一视线移动所述针头导致针头图像在两个显示中的运动，从而产生了更笨拙和混乱的引导过程。
***部件的空间部署通常是如下的。病人躺在CT成像***的床上。由屏幕150和第一摄像机120组成的***立在一侧，朝向床并且以其光轴垂直于床的长度而定位。通过支撑框架110的臂支撑的第二摄像机130优选地大致位于床宽度的中间上，其光轴面向床的长度，垂直于第一摄像机。配准夹具160优选地附着到在靠近第一摄像机的区域中的身体上，而针头***点170优选地处于更远离第一摄像机的区域中。外科医师优选地站在床的与***相对的一侧。摄像机120，其也被用于跟踪配准夹具160，被放置使得它大致垂直于预规划路径260，因此它的视线几乎平行于配准夹具160的长度。如所描述并且在图3a和图3b上示出的，颜色点可有利地以45度倾斜地放置，以便能够被摄像机看到，但在任何给定时间，只有一组两种颜色。当从一侧观察夹具时，一组点310至313被看见，而当从相对侧观察夹具时，而另一组320至323被看见。每一组具有它自己的颜色。基于不对称线353的位置，这些朝向摄像机定向的点的颜色可以被确定。程序***作，以在识别视频图像中的点时期望特定的颜色。如果错误的颜色朝向摄像机120定向，该程序将不显示该路径，以避免尝试在身体的错误部分上引导针头的风险，如果***设置在身体的错误一侧这种情况可能会发生。
如投影在显示上，路径是相对于参考框架计算的，所述框架通过附着到患者身体的注册夹具指定。因此，当病人移动时，框架因而被移动，并且路径的显示也被移动。其结果是，在此描述的设备是不受身体动作的影响。
在执行该过程时，医师通常站在距计算机屏幕的一定距离处。由于对于大多数活组织检查过程所使用的针头的厚度薄于1.5mm，可能难以在屏幕上清楚地看到。此外，为了避免掩蔽针头的图像，呈现规划路径的线的宽度优选地比针头本身的外观更薄，并且因此更难以看到。因此，根据本发明的某些优选的实施方式，使用了缩放。然而，简单的缩放会导致有价值信息的丢失。有效的视场将变得更窄，并且针头在屏幕上显示的部分会更短，从而可能导致更高的角误差。为了克服这些限制，优选地采用了非均匀和定向的缩放算法。图9示范了这样的算法。线901是在视频900的顶部上显示的规划***方向的指示。在线路901两侧的围绕像素被放大，但仅垂直于所述线，使得原来显示的针头的全部仍然可在屏幕上看到。这种类型的缩放，即在垂直于规划***方向并且在限定的边界内的一个方向上有效地拉伸图像，在此被称为“局部线性放大”。视频图像的缩放优选地局限在通过线902和线904在图像中限定的边界之间的狭窄区域。在这个区域中，每个像素被倍增(在本实施方式中是2，但也可以应用其它倍增系数)。像素的倍增必须以周围区域为代价，从而导致邻接放大条的图像的部分的损失。为了避免这种损失，优选地引入另两个相邻的过渡区域，一个在线902与线906之间示出在图中，而另一个是从线904到线908。在此过渡区域中，显示被优选地垂直于路径收缩，以这样的系数避免图像的所述部分的损失。在该图所示的示例中，收缩的过渡部分的宽度是缩放宽度的两倍，因此，需要的线性放大(缩小)系数是4/5。在这些区域外，图像保持为原始图像。
在过程中可能会发生的是，所选择的进入点需要被校正。改变进入点使得它仍然引导针头到选定目标的机制通过下述完成：获取移动进入点的校正指示。根据新的进入点和目标点重新计算在三维空间中的新路径。新路径显示在屏幕上。用于改变进入点的机制可包括计算机键盘或计算机鼠标。例如，向左、向右、向前、向后、向上、向下、回到原点等的推压键。也包括通过拖动在屏幕上的进入点图像至所需的新位置完成相同的事情。
根据过程和所使用工具的种类，所述路径不一定是直线。成形的工具也可以通过在两个屏幕上呈现工具形状(或工具的可识别部分)而使用，因此通过将工具的视频图像与在两个投影图像上的模拟工具匹配，所述工具被带到所期望的目标位置，同时也处在围绕其轴的角度。一个示例是沿弧形路径引入弓形针。在这样的情况下，规划路径和所显示的线都通常是非直线的。
光学***可以反向实施，利用光投影机代替视频摄像机。在这样的实施方式中，摄像机120和摄像机130由微型视频投影机所取代。与前面的实施方式相同，在投影机焦平面上的线被投射为空间中的一个平面。由两个投影机投射的两个平面的交叉线确定在空间中的线。投影平面通过与在摄像机中使用的相同的运算确定，在患者的身体上确定预规划路径的位置。相对于现有技术，这样的投影***具有在空间中投射动态线的优点，因此，如果需要的话，它移动以保持相对于患者身体的恒定位置，即使当患者在过程期间移动了。此外，利用视频投影机投射彩色图像的能力，两个不同体积的颜色投射在平面的两侧，从而让医师通过颜色知道将针头移动到哪里，以便将它与预规划路径对准。
应当理解的是，以上描述仅意在用作示例，并且在本发明如在所附权利要求中限定的范围内的许多其它实施方式是可能的。

Claims (13)

1.一种用于促进针头与规划***路径的手动对准的***，该***包括：
(a)第一摄像机，其具有第一视场和第一光轴；
(b)第二摄像机，其具有第二视场和第二光轴；
(c)框架，其以固定空间关系支撑所述第一和第二摄像机的，使得所述第一和第二光轴在它们之间形成大于30度的角度，并且使得所述第一和第二视场重叠；
(d)显示屏装置，其包括至少一个屏幕；和
(e)处理***，其包括至少一个处理器，所述处理***与所述第一和第二摄像机通信以接收视频数据，并且与所述显示屏装置通信以产生显示来自所述第一摄像机的视频的第一显示和显示来自所述第二摄像机的视频的第二显示，其中，所述处理***被构造为：
(i)输入限定规划***路径的数据；
(ii)确定对应于所述规划***路径的在所述第一和第二视场的每个中的线；和
(iii)在所述第一和第二显示两者中生成所述线的视觉指示。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述规划路径和所述线是直线。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述框架支撑所述第一和第二摄像机，同时所述第一与第二光轴基本垂直。
4.根据权利要求1所述的***，还包括用于附着至受试者身体的配准夹具，所述配准夹具具有数个光学标记，并且其中，所述处理***还构造为处理来自所述第一和第二摄像机中的至少一个的所述视频数据以得出所述配准夹具相对于所述框架的位置。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述处理***构造为连续地跟踪所述配准夹具并且根据所述配准夹具的当前位置连续地更新所述第一和第二显示器两者中所述线的视觉指示。
6.根据权利要求4所述的***，其中，所述配准夹具还包括构造为在至少一个体积成像模式下可见的至少一个对照标记。
7.根据权利要求1所述的***，其中，所述处理***还被构造为通过对邻近所述规划路径的所述视频的区域施加局部线性放大而修改所述视频数据，所述线性放大被施加在与指示规划路径的所述线垂直的方向上。
8.一种用于促进针头与规划***路径的手动对准的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供以固定空间间隔关系部署的第一和第二摄像机，使得所述摄像机的光轴在它们之间形成大于30度的角度，并且使得所述摄像机的视场重叠；
(b)输入限定规划***路径的数据；
(c)确定对应于所述规划***路径的在每个所述摄像机的视场中的线；和
(d)在来自所述第一和第二摄像机两者的视频的视觉显示中生成所述线的视觉指示。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一和第二摄像机以它们的光轴基本互相垂直的方式部署。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括跟踪附着至受试者身体的配准夹具的运动，并且根据受试者身体的位置连续地更新所述视觉指示的位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述配准夹具具有数个光学标记，并且其中，通过处理来自所述第一和第二摄像机中的至少一个的视频数据以得出所述配准夹具的位置执行所述跟踪。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述配准夹具还包括构造为在至少一个体积成像模式下可见的至少一个对照标记。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括通过对邻近所述规划路径的视频区域施加局部线性放大而修改来自所述第一和第二摄像机的视频数据，所述线性放大被施加在与指示规划路径的所述线垂直的方向上。
CN201480051106.2A 2013-08-10 2014-08-10 医疗针头路径显示 Expired - Fee Related CN105555221B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361864530P 2013-08-10 2013-08-10
US61/864,530 2013-08-10
US201361875067P 2013-09-08 2013-09-08
US61/875,067 2013-09-08
US201461984898P 2014-04-28 2014-04-28
US61/984,898 2014-04-28
PCT/IL2014/050719 WO2015022684A1 (en) 2013-08-10 2014-08-10 Medical needle path display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105555221A true CN105555221A (zh) 2016-05-04
CN105555221B CN105555221B (zh) 2018-07-10

Family

ID=52468110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480051106.2A Expired - Fee Related CN105555221B (zh) 2013-08-10 2014-08-10 医疗针头路径显示

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160199009A1 (zh)
CN (1) CN105555221B (zh)
WO (1) WO2015022684A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109011030A (zh) * 2018-08-08 2018-12-18 长沙理工大学 自动注射仪器针头的位置检测矫正方法及装置
CN109171817A (zh) * 2018-09-05 2019-01-11 浙江深博医疗技术有限公司 三维乳腺超声扫描方法及超声扫描***
CN110893119A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 西门子医疗有限公司 校准件；校准装置；导引装置；治疗装置和方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8121361B2 (en) 2006-05-19 2012-02-21 The Queen's Medical Center Motion tracking system for real time adaptive imaging and spectroscopy
US9606209B2 (en) 2011-08-26 2017-03-28 Kineticor, Inc. Methods, systems, and devices for intra-scan motion correction
US10327708B2 (en) 2013-01-24 2019-06-25 Kineticor, Inc. Systems, devices, and methods for tracking and compensating for patient motion during a medical imaging scan
US9305365B2 (en) 2013-01-24 2016-04-05 Kineticor, Inc. Systems, devices, and methods for tracking moving targets
CN105392423B (zh) 2013-02-01 2018-08-17 凯内蒂科尔股份有限公司 生物医学成像中的实时适应性运动补偿的运动追踪***
EP3188660A4 (en) 2014-07-23 2018-05-16 Kineticor, Inc. Systems, devices, and methods for tracking and compensating for patient motion during a medical imaging scan
US9943247B2 (en) 2015-07-28 2018-04-17 The University Of Hawai'i Systems, devices, and methods for detecting false movements for motion correction during a medical imaging scan
EP3380007A4 (en) 2015-11-23 2019-09-04 Kineticor, Inc. SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR MONITORING AND COMPENSATING A MOVEMENT OF A PATIENT DURING MEDICAL IMAGING SCAN
EP3448257A4 (en) * 2016-04-26 2019-12-04 Kineticor, Inc. SYSTEMS, APPARATUS AND METHOD FOR TRACKING AND COMPENSATING THE PATIENT MOVEMENT DURING IMAGING MEDICAL TRACING
US11696671B2 (en) * 2019-08-19 2023-07-11 Covidien Ag Steerable endoscope with motion alignment

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6856826B2 (en) * 2000-04-28 2005-02-15 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Fluoroscopic tracking and visualization system
US20080146939A1 (en) * 2002-06-07 2008-06-19 Mcmorrow Gerald Apparatus and method for image guided insertion and removal of a cannula or needle
US20090088634A1 (en) * 2007-09-30 2009-04-02 Intuitive Surgical, Inc. Tool tracking systems and methods for image guided surgery
US20090221908A1 (en) * 2008-03-01 2009-09-03 Neil David Glossop System and Method for Alignment of Instrumentation in Image-Guided Intervention
CN102065928A (zh) * 2008-06-16 2011-05-18 诺利株式会社 注射针引导装置
CN102598088A (zh) * 2009-11-11 2012-07-18 艾克提维尤斯有限公司 规划和执行穿刺程序的***及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009045827A2 (en) * 2007-09-30 2009-04-09 Intuitive Surgical, Inc. Methods and systems for tool locating and tool tracking robotic instruments in robotic surgical systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6856826B2 (en) * 2000-04-28 2005-02-15 Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc Fluoroscopic tracking and visualization system
US20080146939A1 (en) * 2002-06-07 2008-06-19 Mcmorrow Gerald Apparatus and method for image guided insertion and removal of a cannula or needle
US20090088634A1 (en) * 2007-09-30 2009-04-02 Intuitive Surgical, Inc. Tool tracking systems and methods for image guided surgery
US20090221908A1 (en) * 2008-03-01 2009-09-03 Neil David Glossop System and Method for Alignment of Instrumentation in Image-Guided Intervention
CN102065928A (zh) * 2008-06-16 2011-05-18 诺利株式会社 注射针引导装置
CN102598088A (zh) * 2009-11-11 2012-07-18 艾克提维尤斯有限公司 规划和执行穿刺程序的***及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109011030A (zh) * 2018-08-08 2018-12-18 长沙理工大学 自动注射仪器针头的位置检测矫正方法及装置
CN109171817A (zh) * 2018-09-05 2019-01-11 浙江深博医疗技术有限公司 三维乳腺超声扫描方法及超声扫描***
CN110893119A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 西门子医疗有限公司 校准件；校准装置；导引装置；治疗装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105555221B (zh) 2018-07-10
WO2015022684A1 (en) 2015-02-19
US20160199009A1 (en) 2016-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105555221A (zh) 医疗针头路径显示
CN109996511B (zh) 用于引导进程的***
EP2963616B1 (en) Fluoroscopic pose estimation
CN108430373B (zh) 用于在患者体内跟踪内窥镜的位置的装置和方法
Wang et al. Augmented reality navigation with automatic marker-free image registration using 3-D image overlay for dental surgery
KR102397670B1 (ko) 정량적 3차원 영상화에 기초한 햅틱 피드백을 갖는 수술 시스템
JP2021049416A (ja) 同時ｘ平面撮像を用いた画像レジストレーション及び誘導
US6198794B1 (en) Apparatus and method for planning a stereotactic surgical procedure using coordinated fluoroscopy
US11510735B2 (en) System for navigating a surgical instrument
JP6511050B2 (ja) イメージング装置を追跡装置と位置合わせする位置合わせシステム、イメージングシステム、介入システム、位置合わせ方法、イメージングシステムの作動方法、位置合わせコンピュータプログラム、及びイメージングコンピュータプログラム
CN102598088A (zh) 规划和执行穿刺程序的***及方法
US20140218366A1 (en) Method and device for displaying an object
KR20160139017A (ko) 멀티포트 투시에 의한 수술 장면의 정량적 3차원 영상화
CN104470458A (zh) 用于手术仪器引导的增强现实成像***
US20180310907A1 (en) Simulated Fluoroscopy Images with 3D Context
US20210353371A1 (en) Surgical planning, surgical navigation and imaging system
CN109907801B (zh) 一种可定位超声引导穿刺方法
CN110650686B (zh) 用于提供实况2d x射线图像中介入设备的空间信息的设备和对应方法
JP4159396B2 (ja) 内視鏡形状検出装置
JP2022526540A (ja) 整形外科的固定制御及び可視化
EP3637374A1 (en) Method and system for visualising a spatial surface curvature of a 3d-object, computer program product, and computer-readable storage medium
Liao et al. Real-time 3D-image-guided navigation system based on integral videography
KR102460821B1 (ko) 증강 현실 장치 및 증강 현실 장치의 동작 방법
US20240144497A1 (en) 3D Spatial Mapping in a 3D Coordinate System of an AR Headset Using 2D Images
US20240115327A1 (en) Aiming system and method of use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180710

Termination date: 20190810