CN108472089B - 电磁传感器跟踪***的运动框可视化 - Google Patents

电磁传感器跟踪***的运动框可视化 Download PDF

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Abstract

公开了用于在可以由医生查看的显示器上可视化电磁传感器跟踪***的运动框的方法、***和设备。电磁传感器跟踪***能够确定仅在传感器位于运动框内时被跟踪的传感器的位置和方向(P&O)，或位于***的电磁场发生器附近的空间区域。在使用电磁传感器跟踪***期间，传感器可以离开该空间区域，并且当发生这种情况时，将其导航回到运动框中可能是困难的。本文描述的方法、***和设备提供了传感器、运动框以及显示器上的胸部的表示，以使得临床医生可以观察传感器相对于运动框的位置和方向。

Description

电磁传感器跟踪***的运动框可视化
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月15日提交的美国临时申请No.62/267,772和2016年11月6日提交的美国临时申请No.62/418,231的权益，其通过引用包含于此，如同在本文中完全阐述一样。
技术领域
本公开涉及用于可视化电磁传感器跟踪***的运动框的方法和***。
背景技术
许多医疗程序需要向人体心脏中和/或周围引入专门的医疗装置。特别地，有许多医疗程序需要将专门的装置(包括但不限于导管、扩张器和针)引入例如心房或心室的区域中以接近心脏的内表面，或进入心脏周围的围心囊中以接近心脏的心外膜或外表面。多年来，导管、导丝和进入护套或导引器已用于医疗程序。
介入心脏病专家或临床医生在许多医疗程序期间使用电磁传感器跟踪***。在使用电磁传感器跟踪***期间，传感器可能离开***能够跟踪传感器的空间区域(“运动框”)，并且将其带回该区域可能是困难的。因此，在现有***中，临床医生可能会丢失传感器，并且临床医生将传感器带回运动框可能是耗时和/或困难的。这可能会导致医疗程序中增加不必要的、可能有害的时间。此外，传感器的丢失可能迫使临床医生拍摄额外的荧光透视图像来寻找传感器。这使患者以及临床医生受到额外的辐射。
因此，需要最小化或消除例如上述问题中的一个或多个的MPS使能(或医疗定位***使能)的医疗装置及其制造方法。
发明内容
本文描述、描绘和要求保护的方法、***和设备的一个优点涉及可由医师观看的显示器上的运动框的可视化。电磁传感器跟踪***能够确定仅在传感器放置在运动框或者位于***的电磁场发生器附近的空间区域内时被跟踪的传感器的位置和方向(P&O)。在使用电磁传感器跟踪***期间，传感器可以离开该空间区域(例如，当医生将工具导航到患者中不在可精确跟踪的磁场部分内的位置时)并且把它带回来可能很困难。因此，本公开涉及运动框的可视化。本文描述的方法、***和设备提供了在显示器上的传感器、运动框和代表性胸部(用于例如“视觉上定向”***用户)的表示，以便临床医生可以观察传感器相对于运动框的位置和方向。这有助于临床医生将传感器维持在运动框内，并且可以在传感器离开运动框的情况下减少将传感器返回到运动框所需的额外荧光透视图像的时间和/或数量。
根据本文描绘、描述和要求保护的结构、***和方法来提供这些和其他益处、特征和能力。
附图说明
图1是示意性表示包括电磁传感器跟踪***(医疗定位***或MPS)和MPS使能的医疗装置的实施例的***的框图。
图2是在导管-实验室环境中的图1的***的示意图。
图3是在导管-实验室环境中的图1的***的框图。
图4是在导管-实验室环境的替代实施例中的图1的***的示意图。
图5A和图5B是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化的图像。
图5C和图5D是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化的图像。
图6是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化以及与医疗程序相关的附加信息的图像。
图7是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化以及与医疗程序相关的附加信息的图像。
图8A和图8B是描绘了当***不能准确地确定一个或多个医疗装置传感器的位置时，参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化的图像。
图9是参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化的方法的流程图。
图9A是平移和缩放参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化的方法的流程图。
图9B是图9A中所示的图像平移和缩放的示意图。
图10是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化以及与医疗程序相关的附加信息的图像。
图11是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化以及与医疗程序相关的附加信息的图像。
图12是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化以及与医疗程序相关的附加信息的图像。
图13是描绘参考工作台坐标系的运动框、患者参考传感器、医疗装置传感器和胸部的可视化以及与医疗程序相关的附加信息的图像。
图14是示意性地表示如图1中以方块形式示出的医疗定位***(MPS)的一个示例性实施例的框图。
具体实施方式
现在参考附图，其中相同的附图标记用于在各个视图中标识相同的部件，图1是***10的示意图，其中可以使用诸如导丝或导管的位置感测医疗装置或工具。应该理解的是，虽然实施例将结合导管-实验室环境中的基于磁场的定位***进行描述，但这仅是示例性的，本质上不是限制性的。
至少为了在患者体内导航诸如导管的医疗装置的目的，需要减少患者对例如可以用于实时荧光检查的x射线的曝光。可以通过提供包括定位传感器的医疗装置来满足这种需求，所述定位传感器被配置为与外部(即，在患者身体的外部)定位***协作，所述外部定位***可以确定装置在三维空间中的位置。利用该位置信息，导航***可以将医疗装置的表示叠加在患者身体中的感兴趣区域的先前获得的图像(或一系列图像)上。另外，导航***可以显示或可视化三维空间的表示，在该三维空间中，磁发射器组件(MTA)被配置为在被指定为运动框的患者的胸腔内和周围、在患者身体中感兴趣区域的先前获得的图像(或一系列图像)和/或在医疗装置的表示上产生磁场。因此，临床医生可以使用医疗装置和运动框的叠加成像以用于导航目的，而不是使用可能另外需要的尽可能多的荧光检查。因此，通过提供具有位置感测能力的医疗装置和运动框的显示以帮助临床医生理解医疗装置的方位，荧光检查的使用(以及对患者伴随的X射线曝光)可以显著减少。这里描述的与电磁医疗定位***(MPS)的运动框的可视化有关的方法和***便于减少用于这种目的的连续曝光或荧光检查的大量使用的需要。
继续参考图1，所描绘的***10包括具有各种输入/输出机构14的主电子控制单元12(例如，一个或多个处理器)、显示器16、可选的图像数据库18、诸如医疗定位***(MPS)20的定位***(电磁传感器跟踪***)、心电图(ECG)监视器22、分别指定为241和242(即，显示为患者参考传感器)的一个或多个MPS方位传感器、以及MPS使能的医疗装置26(诸如，细长的导管或导引器)，其本身包括一个或多个上述MPS方位传感器，以示例性方式示出为具有一个这样的传感器241。在一些实施例中，医疗定位***20可以包括基于磁场的***，例如来自MediGuide Ltd.(现在由St.Jude Medical.Inc.拥有)的MediGuideTM***，并且如通常参考美国专利No.6,233,476、7,197,354和7,386,339中的一个或多个所示出的，其全部公开内容通过引用包含于此。
输入/输出机构14可以包括用于与基于计算机的控制单元接口的常规设备(例如，键盘、鼠标、平板电脑、脚踏板、开关等)。显示器16也可以包括常规设备。
实施例可以用于使用感兴趣区域的成像的导航应用中。因此，***10可以可选地包括图像数据库18。图像数据库18可以被配置为存储与患者身体有关的图像信息，例如医疗装置26的目的地部位周围的感兴趣区域和/或沿着预期要由装置26穿过以到达目的地部位的导航路径的多个感兴趣区域。数据库18中的图像数据可以包括已知的图像类型，包括(1)在过去的各个单独时刻获取的一个或多个二维静止图像；(2)从图像获取装置实时获得的多个相关的二维图像(例如，来自诸如图2中以示例性方式所示的x射线成像设备的荧光图像)，其中图像数据库用作缓冲器(实时荧光透视)；和/或(3)定义电影回放(CL)的相关二维图像的序列，其中序列中的每个图像至少具有与其相关的ECG定时参数，足以允许根据从ECG监视器22获得的所获取的实时ECG信号来回放序列。应当理解的是，前述仅仅是示例，本质上不是限制性的。例如，图像数据库也可以包括三维图像数据。应该进一步理解，可以通过现在已知或以后开发的任何成像模式(例如X射线、超声波、计算机断层扫描、核磁共振等)来获取图像。
MPS 20被配置为用作定位***并且因此确定相对于一个或多个医疗装置26上和/或一个或多个患者参考传感器(PRS)242上的MPS方位传感器24i(其中i＝1至n)中的一个或多个的位置(定位)数据并输出相应的方位读数。方位读数可以各自包括相对于参考坐标系的位置和方向(P&O)中的至少一个或两个，参考坐标系可以是MPS 20的坐标系。例如，P&O可以表示为磁场传感器在磁场中相对于(一个或多个)磁场发生器或(一个或多个)发射器的位置(即，三个轴X、Y和Z上的坐标)和方向(即，方位角和仰角)。
当将磁场传感器24i布置在受控的低强度AC磁场中时(参见图2)，MPS 20基于捕获并处理从磁场传感器24i接收的信号来确定参考坐标系中的相应方位(即，P&O)。从电磁角度来看，这些传感器产生一个电压，该电压是在位于变化的磁场中的线圈上感应的，如这里所设想的。传感器24i因此被配置成检测它们被布置在其中的磁场的一个或多个特性并且生成指示信号，该指示信号由MPS 20进一步处理以获得传感器的相应P&O。用于传感器24i和包含这种传感器的医疗装置的示例性设计特征以及制造过程和方法可以在美国专利No.8,636,718中找到，其全部内容通过引用包含于此。
在进一步的实施例中，MPS传感器241以及可选地附加的MPS传感器可以与MPS使能的医疗装置26相关联。另一MPS传感器，即患者参考传感器(PRS)242(参见图1和2)被配置为提供患者身体的位置参考，从而允许对总体患者身体移动和/或呼吸引起的移动进行运动补偿。PRS 242可以附接到患者的胸骨柄、胸部上的稳定位置或相对位置稳定的另一位置。与MPS方位传感器241类似，PRS 242被配置为检测其被布置在其中的磁场的一个或多个特性，其中MPS 20提供指示参考坐标系中的PRS的位置和方向的方位读数(例如，P&O读数)。
心电图(ECG)监视器22被配置为通过使用多个ECG电极(未示出)连续地检测心脏器官的电定时信号，所述多个ECG电极可以从外部附着到患者身体的外部。定时信号通常对应于心动周期的特定阶段等。通常，ECG信号可由控制单元12用于存储在数据库18中的先前捕获的图像序列的ECG同步回放(电影回放)。ECG监视器22和ECG电极均可包括常规部件。
图2是包含至示例性导管实验室中的***10的示意图，并且图3是***10的框图。***10显示为包含至荧光透视成像***28中或与其相关联，荧光透视成像***28可以包括商业上可获得的荧光透视成像部件，例如X射线源40、C形臂42和/或X射线图像增强器或检测器44(即“导管实验室”)。MPS 20(电磁传感器跟踪***)包括磁发射器组件(MTA)30(电磁场发生器)和用于确定方位(P&O)读数的磁处理芯32。MTA 30被配置成在标识为运动框34的预定三维空间中在患者的胸腔之中和周围生成磁场。MPS传感器24i如上所述被配置成当传感器在运动框34中时感测磁场的一个或多个特性，并且各自生成提供给磁处理芯32的相应信号。处理芯32响应于这些所检测到的信号并且被配置成计算运动框34中的每个MPS传感器24i的相应P&O读数，处理芯可以检测MPS传感器24i何时离开运动框34。因此，MPS 20能够进行三维空间中的每个传感器24i的实时跟踪。运动框34的实际体积可以存储在例如处理芯32中，并且处理芯32能够确定每个传感器24i相对于运动框34的边界的位置和方向。可替换地，运动框34的实际体积可以被存储在例如主控制器12中，并且主控制器12能够确定每个传感器24i相对于运动框34的边界的位置和方向。因此，***可以评估(例如在处理芯中或在主控制器中)传感器24i是否位于运动框34的边界内或运动框34的边界处或运动框34的外部。基于该信息，运动框34和传感器24i可以如在本文其他地方更详细描述的那样彼此关联地显示在显示器16上。
在一些替代实施例中，如图4所示，MTA 30'可位于患者检查台46下方，在X射线源40与患者检查台46之间。例如，MTA 30'可与患者检查台46连接。在一些实施例中，如本文所述，MTA可以是移动装置，其可以放置在患者的胸部上并用于生成用于跟踪对象的磁场。
图像坐标系和MPS参考坐标系(电磁跟踪坐标系)之间的位置关系可基于***的已知光磁校准(例如，在设置期间建立)来计算，因为定位***和成像***在这样的实施例中可以被认为是相对于彼此固定的。然而，对于使用其它成像模态的其它实施例，包括图像数据在更早时间获取并且然后从外部源输入(例如，存储在数据库18中的成像数据)的实施例，可能需要执行配准MPS坐标系和图像坐标系的配准步骤，以使得MPS方位读数可以与正在使用的任何特定图像适当地协调。
图5A是相对于从右/左(RL)视图的患者胸部50的表示的每个传感器24i和运动框34的位置和方向(P&O)的可视化或显示的表示，以及图5B是相对于从尾部/颅骨(CRA)视图的胸部50的表示的每个传感器24i和运动框34的位置和方向的可视化或显示。每个传感器24i的显示可以与例如患者参考传感器(PRS)242和不同医疗装置26上的传感器241、243相关联。具体地，每个传感器24i的位置和方向以及运动框34的位置和方向(P&O)可以显示在显示器16上。此外，每个传感器24i的表示包括视觉标记(例如，颜色、形状、阴影、影线、点彩等)，以使得临床医生可以区分每个传感器24i。仅作为示例，患者参考传感器242可以在显示器16上显示为具有“礼帽”形状并且可以是绿色的(示出为具有“礼帽”形状和白色)，传感器241可以在显示器16上显示为具有球形并且可以是红色(示出为具有球形和交叉阴影线)，传感器243可以在显示器16上显示为具有球形并且可以是黄色的(示出为具有球形和白色)。应该理解，临床医生可以从包括颜色和/或形状的各种视觉标记中进行选择。例如，如果为每个传感器24i选择非球形形状，则每个传感器24i的方向可以容易地显示在显示器16上。
为了帮助显示运动框34和传感器24i的方向，提供了示意性地描绘了患者的方向以帮助定向临床医生的胸部50的表示。如上所述，患者参考传感器242通常附接至患者的胸骨柄。因此，胸部50通常在显示器16上显示，以使得胸部50的胸骨与患者参考传感器242的显示位置重合。因此，所显示的胸部50的胸骨和所显示的患者参考传感器242可以是接触的和/或所显示的患者参考传感器242可以显示为与所显示的胸部50的胸骨部分或完全相交。因此，如图5A和5B所示，患者参考传感器坐标系242c的原点与胸部50的胸骨重合。可替换地，如果患者参考传感器242被附接在患者上的另一位置，例如，胸部上的稳定位置或相对位置稳定的另一位置，则胸部50上的相应位置可以在显示器16上显示为与患者参考传感器242的显示位置重合。胸部50的位置将显示在显示器16上，以使得在胸部50上的患者参考传感器242的显示位置与患者上的患者参考传感器242的位置匹配。换句话说，胸部50包括与患者上的患者参考传感器242的方位相对应的方位的描绘，并且胸部50显示在显示器16上的一位置中，以使得对应于患者上的患者参考传感器242的方位的胸部50上的方位与所显示的患者参考传感器242的变换位置重合。另外，胸部50被显示，以使得胸部坐标系50c(参见图5A和5B)的方向平行于工作台坐标系46c(参见图2)(胸部坐标系50c的轴平行于工作台坐标系46c的轴)。如下面更详细描述的，工作台坐标系46c(参见图2)是***10使用以定向和产生显示器16上所示的运动框34、胸部50、患者参考传感器242和任何传感器24i的表示的虚拟坐标系。工作台坐标系46c总是与临床医生操作的物理环境对齐(即，工作台坐标系46c的轴总是平行于工作台46的边缘)。因此，***10中的软件使用工作台坐标系46c来呈现运动框34、胸部50、患者参考传感器242和任何传感器24i的表示，以帮助临床医生理解运动框34处于物理空间中关于患者、患者参考传感器242和任何传感器24i的哪个位置。
尽管通常仅使用患者参考传感器242的测量位置来定位胸部50的显示位置，但应理解，在一些实施例中，例如但不限于，患者参考传感器242的测量方向也将被用于定向胸部50的显示位置。因此，所显示的胸部50的位置和方向可以基于患者参考传感器242的测量位置和方向。在这样的实施例中，胸部坐标系50c可以不与工作台坐标系46c平行。在其他实施例中，例如但不限于，通过将额外的患者参考传感器附加到患者，可以改进胸部50的所显示的位置和方向。参考图5C和图5D，在其他实施例中，例如但不限于，所显示的胸部50的显示位置可能与患者参考传感器242的测量位置不一致。也就是说，在这样的实施例中，胸部50并不代表患者的实际物理方位，并且传感器241、242和243可以被示出为漂浮在胸部50上方，即使这种传感器在患者上和/或患者中。在其他实施例中，临床医生可以选择患者参考传感器242位于显示器16上显示的胸部50上的哪个位置。也就是说，通过使用鼠标、手指、触笔或一些其他输入装置，临床医生可以点击患者参考传感器242实际上位于患者上的所显示的胸部50的位置，以使得***10知道将所显示的胸部50与显示在显示器16上的患者参考传感器242对准的位置。例如，如果患者参考传感器242位于患者的肾脏附近，临床医生可以在所显示的胸部50上的与患者的肾脏附近的患者参考传感器242相同位置处或附近点击所显示的胸部50。这允许将所显示的虚拟空间与实际患者空间对准或配准。
在一些实施例中，***10可以不使用固定的工作台坐标系46c或胸部坐标系50c。在这样的实施例中，可以仅使用例如但不限于由一个或多个患者参考传感器242测量的患者坐标系来计算关于磁坐标系20c的运动框34可视化。
当传感器24i位于运动框内时，它们以其所选择的标记以其测量的P&O显示。然而，如图6所示，在至少一些实施例中，当医疗装置的传感器24i离开运动框34时，传感器24i将在它离开的点处在运动框34图形边界的边缘处呈现(参见241)并且装置状态“超出MB”或某个其他适当的状态标识符将被显示在显示器16上。此外，当医疗装置的传感器24i离开运动框34但距离小于与运动框34的边界的某个边距，并且MPS 20仍然报告传感器24i的P&O的有效测量时，可以在显示器16上显示当前P&O(而不是运动框34内的最后位置)。通常，在各种实施例中，仅举例并且没有限制，边距约为1.0cm。然而，在一些实施例中，仅举例并且没有限制，边距可以是大约0.5cm至大约3.0cm(例如，大约0.5cm、大约1.0cm、大约1.5cm、大约2.0cm、大约2.5cm、大约3.0cm)。在传感器24i的无效P&O由MPS 20确定以使得传感器24i的实际位置未知的情况下，装置状态“超出MB”或某个其他适当的状态标识符将显示在显示器16上，并且传感器24i将被表示在运动框34的底部，并且其所选择的标记将被改变为表示错误的标记。例如，如图7所示，先前以红色显示的传感器241(在图5A和图5B中示出为具有球形并且用交叉影线表示)将在运动框34的底部以琥珀色显示(示出为具有球形并且用点线表示)。
如上所述，运动框34的P&O可以在显示器16上呈现。在各种实施例中，MTA 30被固定到C形臂42。由于MTA 30固定到C形臂42，MTA 30与C形臂42一起旋转和/或平移。因此，如果C形臂42在尾部/颅骨、右/左、和/或检测器轴线中旋转，和/或C形臂42在x、y、z方向相对于房间平移，MTA 30和运动框34将相应地移动。因此，如图5B所示，运动框34被表示为相对于患者的躯干呈微角。再次参考图2，MPS 20具有MPS坐标系20c(电磁跟踪坐标系)，并且因为MTA 30被固定到C形臂42，所以MPS坐标系20c与C形臂42的坐标系相关地移动。这样，在各种实施例中，不需要MPS坐标系20c到C形臂42的坐标系的配准。因为C形臂42和MTA 30相对于工作台46移动，所以MPS坐标系20c相对于工作台坐标系46c移动。因此，如本文别处更详细描述的，必须计算MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵，以将在MPS坐标系20c中测量的运动框34、传感器24i和胸部50的位置和方向变换至工作台坐标系46c，以使得运动框34、传感器24i和胸部50可以在显示器16上相对于彼此适当地显示。
运动框34的表示还包括用于指示关于运动框34的信息的视觉标记。例如，当患者参考传感器242连接到***10并且***10处于可操作状态时，运动框34被显示为用绿色线表示运动框34的边界，并且是阴影绿色(如图5A和5B中的实线所示)。相反，如果***10确定存在错误状态，则可以改变运动框34的表示以包括视觉标记以指示这种错误状态。例如，当患者参考传感器242或医疗装置传感器(例如，241、243)未连接到***10时，患者参考传感器242的位置和方向是未知的，或者***10处于不可操作状态时，运动框34被示出用琥珀色线指示运动框34的边界并且是阴影琥珀色(在图8A和8B中以虚线示出)，并且将不在显示器16上显示断开的患者参考传感器242或医疗装置传感器(例如，241、243)。当然，其他颜色、线型(例如，虚线、点线)或阴影可用于指示该状态信息。另外，如图8A和8B所示，所显示的运动框34可以以基本垂直的上下方向显示。这可以例如但没有限制地发生，其中具有集成的MTA30的C形臂42相对于工作台46不是成角度的(即，相对于工作台46呈非零角度)。在其他实施例中，例如但不限于，当MTA 30'被固定到工作台46上并且不能相对于工作台46移动时(参见图4)，运动框34可以以基本垂直的上下方向显示。
在由临床医生执行的程序期间，将各自具有一个或多个传感器24i的一个或多个医疗装置***患者体内和/或在患者体内导航。在该程序期间的时间，一个或多个医疗装置可能离开由MTA 30生成的电磁场，并因此离开运动框34。在没有运动框34、传感器24i以及临床医生操作***10的环境(诸如在医疗程序期间使用***10的情况下的患者胸部)的表示的情况下，临床医生将医疗装置和相关联的传感器24i带回由MTA 30生成的电磁场中的能力可能受到阻碍。因此，在现有***中，在对于临床医生没有运动框34的表示的位置，临床医生可能会丢失一个或多个传感器24i，并且对于临床医生来说将一个或多个传感器24i导航回至运动框34可能是耗时的和/或困难的。这可能导致对程序增加不必要的和可能有害的时间。此外，一个或多个传感器24i的位置感知的丢失可能迫使临床医生拍摄另外的荧光透视图像来找到一个或多个医疗装置。这使患者以及导管实验室中的临床医生受到额外的辐射。因此，由***10提供的显示器16上的传感器24i、运动框34和胸部50的表示的叠加有助于临床医生将医疗装置维持在运动框34内，并且可以减少在医疗装置离开运动框34的情况下将医疗装置返回到运动框34所需的附加荧光透视图像的时间和/或数量。
图9是操作***10并且在显示器16上可视化运动框34的表示的方法的流程图。首先，将描述计算运动框34、传感器24i和胸部50的相对变换的步骤。其次，将描述渲染运动框34、传感器24i和胸部50的步骤。关于本文描述的方法，假定MPS 20在包含至荧光透视成像***28或导管实验室环境中时在***10中操作，并且C形臂42的旋转角度、相对于房间在x、y、z方向上的平移、以及SID(源-增强器距离)和/或工作台46的相对于房间在x、y、z方向上的平移可以是可获得的并且被输入到MPS 20中。还假定MTA 30固定至C形臂42，以使得当C形臂42旋转和/或平移时，MPS坐标系20c与C形臂42一起旋转和/或平移。此外，工作台坐标系46c被设置为平行于工作台46的静态坐标系并且***10计算胸部50、运动框34和传感器24i相对于工作台坐标系46c的空间变换。也就是说，工作台坐标系46c是由***10使用以定向和产生如显示器16上所示的运动框34、胸部50、患者参考传感器242以及任何传感器24i的表示的虚拟坐标系。工作台坐标系46c由***10中的软件使用来呈现运动框34、胸部50、患者参考传感器242和任何传感器24i的表示以帮助临床医生理解运动框34相对于患者、患者参考传感器242以及任何传感器24i在物理空间中的位置。
计算运动框34、传感器24i和胸部50的相对空间变换
块900和902对应于MPS 20坐标系中的运动框34的构建。从图5A、图5B、图8A和图8B中可以看出，运动框34不是立方体，而可以是不规则的长方体或平行六面体形状，其表示其中电磁场发生器或磁发射器组件30生成用于测量医疗装置传感器24i的位置和/或方向的磁场的物理空间的体积。也就是说，运动框34表示电磁场发生器或磁发射器组件30可以在医疗装置传感器24i中感应电压的空间区域。在块902处，形成运动框34的运动框被结合并且任何隐藏表面被移除。在块904处，结果是MPS 20坐标系中的运动框34的三维形状。
在块910和912处，***10通过测量C形臂42围绕尾部/颅骨轴线的第一旋转以及C形臂42围绕AP-侧面(左/右)轴线的第二旋转来确定C形臂42相对于工作台坐标系46c的位置，以确定MPS 20坐标系相对于工作台坐标系46c的旋转和平移。因此，在块914处，***10基于来自块910和912的测量的旋转，计算MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵。然后在整个方法中使用该MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵来将患者参考传感器242、任何医疗装置传感器241和运动框34的P&O变换至工作台坐标系46c，以在显示器16上显示给临床医生。因此，如下面更详细描述的，将来自块914的MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵输入至块906、916和936中以帮助在显示器16上向临床医生渲染和显示患者参考传感器242、任何医疗装置传感器24i和运动框34。因此，在显示器16上显示给临床医生的运动框34、胸部50、患者参考传感器242以及任何传感器24i在虚拟工作台坐标系46c中被渲染。***10中的软件使用工作台坐标系46c来呈现运动框34、胸部50、患者参考传感器242和任何传感器24i的表示，以帮助临床医生理解运动框34处于物理空间中关于患者、患者参考传感器242以及任何传感器24i的位置。
在其它实施例中，例如但不限于，***10可以通过测量以下中的一个或多个来确定C形臂相对于工作台坐标系46c的位置：(1)C形臂42围绕尾部/颅骨轴线的第一旋转，(2)C形臂42围绕AP-侧面(左/右)轴线的第二旋转，(3)C形臂42围绕垂直(摇摆)轴线的旋转，(4)MTA 30围绕探测器轴线的旋转，(5)C形臂42在x、y、z方向上相对于房间的平移，(6)工作台46在x、y、z方向上相对于房间的平移，以及(7)x射线图像增强器44和MTA 30朝向或远离x射线源40的平移(例如，以改变源-增强器距离(SID))，从而确定MPS坐标系20c相对于工作台坐标系46c的旋转和平移。在其他实施例中，可以使用具有或不具有C形臂42旋转和平移的工作台46平移和旋转来计算MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵。
在块918处，从MPS 20输出患者参考传感器242相对于MPS坐标系20c的变换。也就是说，由磁发射器组件30感应到患者参考传感器242中的电压被变换成MPS坐标系20c中的位置和方向。然后在块916处，将来自块914的MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵应用至块918的结果以在块920处获得患者参考传感器242(PRS)在工作台坐标系46c中的P&O。也就是说，通过应用块914和918中获得的结果的变换组合，在块916处计算相对于工作台坐标系46c的患者参考传感器242变换。
在块934，从MPS 20输出一个或多个医疗装置传感器241、243相对于MPS坐标系20c的变换。也就是说，由磁发射器组件30感应至医疗装置传感器241、243、24i的电压被变换成MPS坐标系20c中的位置和方向。然后在块936，将来自块914的MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵应用至块934的结果，以在块938处获得每个医疗装置上的传感器241、243在工作台坐标系46c中的P&O。也就是说，通过应用块914和934中获得的结果的变换组合，在块936处计算医疗装置传感器241、243相对于工作台坐标系46c的变换。
在块958处，应用来自块920的患者参考传感器242至工作台坐标系46c的变换以在块960处计算胸部坐标系50c至工作台坐标系46c的变换。胸部坐标系50c(参见图5A和5B)以其方向与工作台坐标系46c(参见图2)的方向相同的方式进行计算，并且其位置使得胸部50形状的与胸部的胸骨匹配的部分与患者参考传感器坐标系242c的原点对准。也就是说，胸部坐标系50c(参见图5A和5B)的轴的方向在块958中变换为平行于工作台坐标系46c的轴(参见图2)，结果在块960中。如上所述，当胸部50和患者参考传感器242在显示器16上显示时，胸部50通常被示出为使得胸部50的胸骨与患者参考传感器242的显示位置重合。因此，所显示的胸部的胸骨50和所显示的患者参考传感器242可以是接触的，和/或所显示的患者参考传感器242可以显示为与所显示的胸部50的胸骨部分或完全相交。换而言之，胸部50包括与患者上的患者参考传感器242的位置对应的位置的描绘，并且胸部50显示在显示器16上的位置中，以使得胸部50上的与患者上的患者参考传感器242的位置对应的位置与所显示的患者参考传感器242的变换位置重合。因此，块958处的变换计算和块960处的结果允许患者参考传感器242在胸部50上的显示位置与患者参考传感器242在患者上的位置匹配。然而，将理解的是，在一些实施例中，例如但不限于，步骤958和960可以是可选的或省略的，以使得所显示的胸部50的显示位置可以与患者参考传感器242的测量位置不重合(参见图5C和5D)。
在块962处，计算要放入块964的图像平移和缩放。图像平移和缩放确保所有被渲染的对象在显示器16上的最终图像中完全可见。从块904(运动框34在磁坐标系20c中的三维形状)、914(磁坐标系20c至工作台坐标系46c的变换)、924(患者参考传感器242的形状)、918(患者参考传感器242至磁坐标系20c的变换)、950(医疗装置传感器241、243、24i的形状)、938(医疗装置传感器241、243、24i至台坐标系的变换46c，针对诸如存在的医疗装置传感器24i的数量的这种变换的数量)、952(胸部50的形状)和960(胸部坐标系50c至工作台坐标系46c的变换)计算图像平移和缩放。
由块962执行的图像平移和缩放计算确保要在显示器16上渲染的所有对象，诸如运动框34(块904)、患者参考传感器242(块924)、传感器24i(块950)以及胸部形状(块956)在所得到的渲染图像中完全可见。上述对象在工作台坐标系中以3D表示。
现在参考图9A和9B，描述了块962内的步骤。在块962a处，来自块904、914、924、918、950、938、952和960的对象(例如，传感器241、242、243、24i、胸部50、运动框34)的三维(3D)位置和方向被投影到观看工作台坐标系46c的原点的虚拟摄像机的图像平面中，以确定要被投影至图像平面中的对象(例如，传感器241、242、243、24i、胸部50、运动框34)在二维(2D)空间中的投影坐标。虚拟摄像机的位置可以是任意的，但是如果虚拟摄像机的轴线与工作台坐标系46c的轴线平行，则可以模拟场景的前、后、左、右、顶部或底部视图。尽管虚拟摄像机的视角也可以是任意的，但是使用正交投影(投影线平行于摄像机的观看方向)。
然后在块962b，构建所得投影坐标(在二维空间中)的边界矩形962BR。该边界矩形962BR可以比将最终显示在显示器16上的渲染图像的可见部分更大或更小。此外，边界矩形962BR的长宽比也可以不同于将最终显示在显示器16上的渲染图像962RI的可见部分的长宽比。
在块962c处，计算平移和缩放并将其应用至边界矩形962BR。平移和缩放计算确保显示器16上显示的场景完全可见且尽可能大。平移和缩放被计算为二维变换并且被应用至在块962a处计算的场景对象(例如，传感器241、242、243、24i、胸部50、运动框34)的二维投影坐标。计算出的平移是二维平移变换，其偏移场景投影边界矩形962BR的中心点(在块962a处计算)，以与显示器16上的渲染图像962RI的可见部分的中心点重合。计算的缩放是一种二维均匀尺度变换；保持边界矩形962BR的长宽比并且将其缩小或放大到完全在渲染图像962RI的可见部分内并且尽可能大。块962(以及其中的块962a、962b和962c)的结果被输出到块964。
运动框、传感器24i和胸部50的渲染
在如上所述将运动框34、患者参考传感器242和医疗装置传感器(例如，241、243)中的每一个的位置和方向从MPS坐标系20c变换到工作台坐标系46c，并且应用所计算的图像平移和缩放之后，***10渲染运动框34、患者参考传感器242和医疗装置传感器241、243以在显示器16上以适当的位置和方向显示，以使得临床医生可以容易且准确地观看在工作台坐标系46c中彼此相关的运动框34、患者参考传感器242和医疗装置传感器241、243。在各种实施例中，***10的主电子控制单元12(例如，一个或多个处理器)适于将信号输送到显示器16以渲染运动框34、患者参考传感器242和医疗装置传感器241、243的描绘。运动框34、患者参考传感器242和医疗装置传感器241、243以两个视图在显示器中显示：右/左(RL)视图和尾部/颅骨(CRA)视图。如上所述，连接的医疗装置的传感器241、243在显示器16上显示为具有期望标记(例如，颜色、点画、交叉影线等)的球体，并且患者参考传感器242在显示器16上显示为具有与连接的医疗装置的传感器241、243可区分的标记(例如，绿色“顶帽”形状)。
继续参考图9，描述了具体的渲染步骤。在块906和908中执行运动框34的渲染和显示。在块906，将来自块914的MPS坐标系20c至工作台坐标系46c的变换矩阵应用至来自块904的运动框34的形状，并且与来自块964的图像平移和缩放一起输入到主电子控制单元12中的3D渲染引擎中。即，运动框34的变换位置和方向(块914)、运动框34的形状(块904)和渲染缩放或尺寸(块964)全部被馈送到在块906处的3D渲染引擎，以使得运动框34的变换的位置和方向以及形状可以适当地显示在显示器16上。在块908处，3D渲染引擎在显示器16上显示运动框34，其中运动框34配准到工作台坐标系46c。
患者参考传感器242的渲染和显示在块920、928、930、932、922、926和964中执行。具体地，块920和964的结果被输入到在块922处的3D渲染引擎。此外，在块928处确定患者参考传感器242的有效性(例如，连接到***10，在运动框34内)。基于块928中的有效性检查的结果，在块930处将有效性状态改变为适当的标记(例如，颜色、点画、交叉影线等)。将用于患者参考传感器242的适当标记从块932输出到在块922处的3D渲染引擎，将患者参考传感器242的形状从块924输出到块922处的3D渲染引擎。也就是说，患者参考传感器242的变换位置和方向信息(块920)、患者参考传感器242的有效性标记(块932)、患者参考传感器242的形状(块924)、以及患者参考传感器242的渲染缩放或尺寸(块964)全部被馈送到块922处的3D渲染引擎，以使得患者参考传感器242的变换的位置和方向、有效性标记、形状和尺寸可以适当地显示在显示器16上。在块926处，3D渲染引擎在显示器16上显示患者参考传感器242的图像，其中患者参考传感器242配准到工作台坐标系46c并且叠加在运动框34的可视化上。
每个医疗装置传感器241、243的渲染和显示在块944、946、948、950、940、942和964中执行。具体地，块938和964的结果被输入到块940处的3D渲染引擎。另外，在块944处确定每个医疗装置传感器241、243的有效性(例如，连接到***10，在运动框34内)。基于块944中的有效性检查的结果，有效性状态在块946处改变为适当的标记(例如，颜色、点画、交叉影线等)。用于每个医疗装置传感器241、243的适当标记从块948输出至块940处的3D渲染引擎，并且每个医疗装置传感器241、243的形状从块950输出至块940处的3D渲染引擎。即，每个医疗装置传感器241、243的变换的位置和方向信息(块938)、每个医疗装置传感器241、243的有效性标记(块948)、每个医疗装置传感器241、243的形状(块950)、以及每个医疗装置传感器241、243的渲染缩放或尺寸(块964)全部被馈送到块940处的3D渲染引擎，以使得每个医疗装置传感器241、243的变换的位置和方向、有效性标记、形状和尺寸可以适当地显示在显示器16上。在块942处，3D渲染引擎将每个医疗装置传感器241、243的图像显示在显示器16上，其中，每个医疗装置传感器241、243配准到工作台坐标系46c并叠加在运动框34的可视化上。
胸部50的渲染和显示在块952、954、956和964中执行。具体地，块952处的胸部50的形状以及块964处的图像平移和缩放被输出到在块954处的3D渲染引擎。在块956处，3D渲染引擎在显示器16上显示胸部50的图像，其中胸部50的图像被配准到工作台坐标系46c并叠加在运动框34的可视化上。
因此，在上述步骤和图9中所示的块之后，基于C形臂42的旋转和/或平移和/或工作台46的平移，运动框34在显示器16上被可视化/显示，并且患者参考传感器242和每个医疗装置传感器241、243如本文所述基于它们的位置和方向和/或状态被可视化或者显示在显示器16上。因此，当每个医疗装置传感器241、243在运动框34内时，块944、946、948和940如上所述使得每个医疗装置传感器241、243的图像(块942)在它们的测量的位置和方向上以有效状态的标记在显示器16上被可视化或显示。另外，当每个患者参考传感器242在运动框34内时，块928、930、932和922如上所述使得患者参考传感器242的图像(块926)在它的测量的位置和方向上以有效状态的标记被可视化或显示在显示器16上。
再次参考图6，当医疗装置传感器241离开运动框34时，块944、946、948和940如上所述使得医疗装置传感器241的图像(块942)在运动框34图形边界的边缘处、在医疗装置传感器241离开运动框34的点处(显示运动框内的最后有效位置和方向)被可视化或显示在显示器16上。此外，装置状态“超出MB”或某个其他适当的状态标识符将显示在显示器16上。在这种情况下，即使医疗装置传感器241已经离开运动框34，块948和940通常仍然以有效状态的标记显示医疗装置传感器241的图像(块942)。例如，指示有效状态的用户选择的颜色保持相同。类似地，当患者参考传感器242离开运动框34时，块928、930、932和922如上所述使得患者参考传感器242的图像(块926)在运动框34图形边界的边缘处、在患者参考传感器242离开运动框34的点处(显示运动框内的最后有效位置和方向)被可视化或显示在显示器16上。此外，状态“超出MB”或某种其他适当的状态标识符将显示在显示器16上。在这种情况下，即使患者参考传感器242已经离开运动框34，块932和922通常仍然以有效状态的标记显示患者参考传感器242的图像(块926)。例如，指示有效状态的绿色和“礼帽”形状保持相同。
另外，当医疗装置传感器241、243离开运动框34但位于小于距运动框34的边界的某个边距或预选标称距离的距离处并且MPS 20仍然报告医疗装置传感器241、243的P&O的有效测量时(即使潜在地认为不如传感器完全位于运动框内时或确定的P&O测量精确)，块934、936、938和940如上所述使得医疗装置传感器241、243的图像(块942)以其当前位置和方向(不是运动框34内的最后位置)显示在显示器16上。类似地，当患者参考传感器242离开运动框34但位于小于距运动框34的边界的某个边距或预选标称距离的距离处并且MPS 20仍然报告患者参考传感器242的位置和方向(P&O)的有效测量时(再次，即使潜在地认为不如传感器完全位于运动框内时或确定的P&O测量精确)，块918、916、920和922如上所述使得患者参考传感器242的图像(块926)以其当前位置和方向(不是运动框34内的最后位置)显示在显示器16上。
在医疗装置传感器241、243的无效位置和方向由MPS 20确定以使得医疗装置传感器241、243的实际位置未知的情况下，装置状态“超出MB”或者某个其他适当的状态标识符将显示在显示器16上。另外，块940如上所述使得医疗装置传感器241、243的图像(块942)在运动框34的底部处显示在显示器16上，并且用户选择的有效标记将被改变为表示错误的标记。例如，如图7所示，先前以红色显示的医疗装置传感器241(在图5A和图5B中示出为具有球形并且用交叉影线表示)将以琥珀色显示(示出为具有球形并且用点线表示)。类似地，在MPS 20确定患者参考传感器242的无效位置和方向以使得患者参考传感器242的实际位置未知的情况下，状态“超出MB”或某个其他适当的状态标识符将显示在显示器16上。
在其他实施例中，***10不仅能够在显示器16上可视化或显示医疗设备传感器241和/或患者参考传感器242已经离开运动框34的指示，还可以另外显示可以进一步辅助临床医生将医疗装置传感器241和/或患者参考传感器242返回到运动框34中的标记。例如，指示医疗装置传感器241和/或患者参考传感器242必须被移动以返回至运动框34的方向的箭头可以显示在显示器16上。
尽管图5A、图5B、图8A和图8B仅示出了运动框34、患者参考传感器242、医疗装置传感器241和胸部50的可视化，但如图10-13所示，在各种实施例中，***10能够在显示器16上与运动框34、患者参考传感器242、医疗设备传感器241和胸部50的可视化一起显示附加信息。例如，图10示出了与运动框34、患者参考传感器242、医疗装置传感器241和胸部50的可视化一起的、从上腔静脉(SVC)导航至冠状窦(CSOS)的窦口的医疗装置在显示器16上的可视化。在另一个示例中，图11示出了与运动框34、患者参考传感器242、医疗装置传感器241和胸部50的可视化一起的、已经使用造影剂的血管解剖结构的重建3D模型在显示器16上的可视化。在又一示例中，图12示出了与运动框34、患者参考传感器242、医疗装置传感器241和胸部50的可视化一起的、使用以3D显示或投影在实时或预记录的荧光透视图像上的DICOM格式的CT、MRI或Dyna CT表面文件的基于基准的配准在显示器16上的可视化。在又一示例中，图13示出了与运动框34、患者参考传感器242、医疗装置传感器241和胸部50的可视化一起的、患者设置信息在显示器16上的可视化。此外，如图10-13所示，ECG和呼吸状态、以及***10是否准备好电影捕获、以及指示患者参考传感器242或医疗设备传感器241是否在运动框34外的消息(“超出MB”)也可以与运动框34、患者参考传感器242、医疗装置传感器241和胸部50的可视化一起在显示器16上被可视化。
图14是被指定为MPS 110的MPS 20的一个示例性实施例的示意性框图，也参考上面引用的美国专利No.7,386,339，其部分在下面被再现，其一般至少部分地描述了由以色列海法的MediGuide有限公司商业提供并且现在由St.Jude Medical,Inc拥有的gMPSTM医疗定位***。应该理解，可以进行变化，例如也参考标题为“医疗定位***”的美国专利No.6,233,476，其全部内容也通过引用包含于此。另一种示例性的基于磁场的MPS是可从Biosense Webster商购获得的CartoTM***，并且如一般在例如标题为“IntrabodyMeasurement”的美国专利No.6,498,944和标题为“Medical Diagnosis,Treatment andImaging Systems”的美国专利No.6,788,967中示出和描述的，它们的全部内容通过引用包含于此。因此，本说明书仅是示例性的，并且本质上不是限制性的。
MPS***110包括位置和方向处理器150、发射器接口152、多个查找表单元1541、1542和1543、多个数模转换器(DAC)1561、1562和1563、放大器158、发射器160、多个MPS传感器1621、1622、1623和162N、多个模数转换器(ADC)1641、1642、1643和164N以及传感器接口166。
发射器接口152连接到位置和方向处理器150并连接到查找表单元1541、1542和1543。DAC单元1561、1562和1563连接到查找表单元1541、1542和1543中的相应一个并连接至放大器158。放大器158还连接到发射器160。发射器160也被标记为TX。MPS传感器1621、1622、1623和162N分别被进一步标记为RX1、RX2、RX3和RXN。模数转换器(ADC)1641、1642、1643和164N分别连接到传感器1621、1622、1623和162N以及传感器接口166。传感器接口166还连接到位置和方向处理器150。
查找表单元1541、1542和1543中的每一个产生数字的循环序列，并将其提供给相应的DAC单元1561、1562和1563，DAC单元1561、1562和1563又将其转换为相应的模拟信号。每个模拟信号分别具有不同的空间轴。在本示例中，查找表1541和DAC单元1561产生用于X轴的信号，查找表1542和DAC单元1562产生用于Y轴的信号，并且查找表1543和DAC单元1563产生用于Z轴的信号。
DAC单元1561、1562和1563将它们各自的模拟信号提供给放大器158，放大器158放大信号并将放大的信号提供给发射器160。发射器160提供可由MPS传感器1621、1622、1623和162N检测的多轴电磁场。MPS传感器1621、1622、1623和162N中的每一个检测电磁场，产生相应的电模拟信号并将其提供给与其连接的相应ADC单元1641、1642、1643和164N。ADC单元1641、1642、1643和164N中的每一个将馈送给其的模拟信号数字化，将其转换为数字序列并将其提供给传感器接口166，传感器接口166又将其提供给位置和方向处理器150。位置和方向处理器150分析所接收的数字序列，从而确定MPS传感器1621、1622、1623和162N中的每一个的位置和方向。位置和方向处理器150进一步确定失真事件并相应地更新查找表1541、1542和1543。
应该理解，***10，尤其是主控制器12如上所述可以包括能够执行存储在相关联的存储器中的预先编程的指令的常规处理设备，指令全部根据本文描述的功能来执行。可以想到的是，本文描述的方法(包括但不限于所公开的实施例的方法步骤)将在优选实施例中被编程，其中所得到的软件被存储在相关联的存储器中，并且在这样描述的情况下，还可以构成用于执行这样的方法的部件。这种***还可以是具有ROM、RAM、非易失性和易失性(可修改)存储器的组合的类型，以使得软件可以被存储并且允许存储和处理动态产生的数据和/或信号。
虽然以上已经以一定程度的特殊性描述了多个实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行许多改变。所有方向参考(例如，加、减、上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、之上、之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)仅用于标识目的以帮助读者理解所公开的实施例，并且不会造成限制，特别是关于本发明的位置、方向或使用。结合参考(例如，附接、耦合、和连接等)应当被广义地解释并且可以包括元件的连接之间的中间构件和元件之间的相对移动。因而，结合参考不一定意味着两个元件直接连接并且彼此成固定关系。包含在以上描述中或在附图中所示的所有内容应当被解释为仅仅是示例性的而不是限制性的。可以在不背离所附权利要求中限定的本发明的精神的情况下进行细节或结构的改变。
示例实施例
示例A
A.用于在显示器上显示运动框的位置的描绘的医疗装置、***和方法，其中运动框代表其中电磁传感器跟踪***生成用于测量如上所述并在附图中示出的电磁传感器跟踪***使能的传感器的位置和方向的磁场的物理空间的体积。
示例B
B.用于在显示器上显示运动框的位置的描绘的医疗装置、***和方法，其中运动框代表其中电磁传感器跟踪***生成用于测量电磁传感器跟踪***使能的传感器的的位置和方向的磁场的物理空间的体积；并且用于在显示器上显示传感器电磁传感器跟踪***使能的传感器相对于如上所述并且在附图中示出的运动框的描绘的描绘。
示例C
C.一种在显示器上显示运动框的方法，包括以下步骤：
测量电磁传感器跟踪***的位置，其中所述电磁传感器跟踪***具有电磁跟踪坐标系；
基于所测量的所述电磁传感器跟踪***的位置来计算电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵，其中所述工作台坐标系是适于在医疗程序期间支撑患者的工作台的坐标系；以及
在显示器上渲染所述运动框的位置的描绘，其中所述运动框表示所述电磁传感器跟踪***产生用于测量工具传感器的位置的磁场的物理空间的体积，并且其中所渲染的运动框的位置被配准到工作台坐标系。
示例D
D.根据示例C所述的方法，还包括：
使用电磁传感器跟踪***测量工具传感器在电磁跟踪坐标系中的位置；
使用电磁坐标系至工作台坐标系的变换矩阵将工具传感器的位置从电磁跟踪坐标系变换到工作台坐标系；以及
在显示器上渲染工具传感器的变换位置的描绘。
示例E
E.根据示例D所述的方法，还包括在所述工具传感器离开所述运动框时沿着所述运动框的一侧在所述工具传感器的最后有效测量位置处在所述显示器上渲染所述工具传感器的所述变换位置的描绘。
示例F
F.根据示例D所述的方法，还包括当所述电磁传感器跟踪***确定所述工具传感器的无效位置或方向时，沿所述运动框的底部的变换位置在所述显示器上渲染所述工具传感器的描绘。
示例G
G.根据示例F所述的方法，其中所述工具传感器的变换位置的渲染描绘包括指示无效状态的标记。
示例H
H.根据示例G所述的方法，其中标记是琥珀色。
示例I
I.根据示例C所述的方法，其中，所述运动框的变换位置的渲染描绘包括指示未连接到所述电磁传感器跟踪***的工具传感器和所述电磁传感器跟踪***的不可操作状态中的一个或多个的标记。
示例J
J.根据示例I所述的方法，其中标记是琥珀色。
示例K
K.一种医疗导航***，包括：
显示器；
连接到显示器的处理器；
连接到所述处理器的电磁传感器跟踪***，所述电磁传感器跟踪***具有电磁跟踪坐标系；
连接到所述处理器的C形臂，其中所述电磁传感器跟踪***被固定到所述C形臂，以使得所述电磁跟踪坐标系与所述C形臂固定相关；
传感器，其中所述电磁传感器跟踪***适于测量所述传感器在所述电磁跟踪坐标系中的位置；以及
适于在医疗程序期间支撑患者的工作台，工作台具有工作台坐标系；
其中所述处理器适于：
测量以下中的一个或多个：(1)C形臂围绕尾部/颅骨轴线的第一旋转，(2)C形臂围绕AP-侧面(左/右)轴线的第二旋转，(3)C形臂围绕垂直(摇摆)轴线的旋转，(4)电磁传感器跟踪***的磁发射器组件围绕检测器轴线的旋转，(5)C形臂的平移，(6)工作台的平移，以及(7)源-增强器距离；
基于所测量的旋转、平移和源-增强器距离中的一个或多个来计算电磁坐标系至工作台坐标系的变换矩阵；
从电磁传感器跟踪***接收电磁跟踪坐标系中的传感器的测量位置；
使用电磁坐标系至工作台坐标系的变换矩阵将传感器的位置从电磁跟踪坐标系变换至工作台坐标系；
在显示器上渲染运动框的位置的描绘，其中运动框代表其中电磁传感器跟踪***产生用于测量传感器的位置的磁场的物理空间的体积，并且其中，运动框的渲染位置被配准到工作台坐标系；以及
在显示器上渲染传感器的变换位置的描绘。
示例L
L.根据示例K所述的***，其中，如果传感器离开运动框，则***适于进一步沿着运动框的一侧在传感器的最后有效测量位置处在显示器上渲染传感器的变换位置的描绘。

Claims (20)

1.一种医疗导航***，包括：
适合于连接到显示器的处理器；
连接到所述处理器的电磁传感器跟踪***，其中所述电磁传感器跟踪***具有电磁跟踪坐标系，其中所述电磁传感器跟踪***适于测量位于所述电磁跟踪坐标系中的传感器的位置；
其中所述处理器适于：
测量所述电磁传感器跟踪***的位置；
基于所测量的所述电磁传感器跟踪***的位置，计算电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵，其中所述工作台坐标系是适于在医疗程序期间支撑患者的工作台的坐标系；
从所述电磁传感器跟踪***接收所述电磁跟踪坐标系中的所述传感器的测量位置；
使用所述电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵将所述传感器的位置从所述电磁跟踪坐标系变换至所述工作台坐标系；以及
向所述显示器输送信号以基于所述电磁传感器跟踪***的变换位置在所述显示器上渲染运动框的位置的描绘，其中所述运动框表示能够确定传感器相对于所述运动框的边界的位置的物理空间的体积，并且其中所述运动框的渲染位置被配准至所述工作台坐标系。
2.根据权利要求1所述的医疗导航***，其中所述处理器还适于：
使用所述电磁传感器跟踪***测量所述传感器在所述电磁跟踪坐标系中的位置；
使用所述电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵将所述传感器的位置从所述电磁跟踪坐标系变换至所述工作台坐标系；以及
向所述显示器输送信号以在所述显示器上渲染所述传感器的变换位置的描绘。
3.根据权利要求2所述的医疗导航***，其中所述处理器还适于：
当所述传感器的测量位置在其中所述电磁传感器跟踪***产生磁场的物理空间的体积内时，向所述显示器输送信号以在所述运动框的描绘内渲染所述传感器的变换位置的描绘。
4.根据权利要求2所述的医疗导航***，其中所述传感器包括固定到所述患者上的位置的患者参考传感器，并且其中所述处理器还适于：
向所述显示器输送信号以在所述显示器上渲染胸部的描绘，其中所述胸部包括与所述患者参考传感器在所述患者上的位置对应的位置的描绘，并且其中所述胸部显示在一位置以使得与所述患者参考传感器在所述患者上的位置相对应的所述胸部上的位置与所显示的患者参考传感器的变换位置重合。
5.根据权利要求2所述的医疗导航***，其中所述处理器还适于：
当所述传感器离开所述运动框时向所述显示器输送信号以沿着所述运动框的一侧在所述传感器的最后有效测量位置处在所述显示器上渲染所述传感器的变换位置的描绘。
6.根据权利要求2所述的医疗导航***，其中所述处理器还适于：
当所述电磁传感器跟踪***确定所述传感器的无效位置或方位时向所述显示器输送信号以沿着所述运动框的底部在所述显示器上渲染所述传感器的变换位置的描绘。
7.根据权利要求1所述的医疗导航***，其中所述电磁传感器跟踪***被固定到C形臂，以使得所述电磁跟踪坐标系与所述C形臂处于固定关系；以及
其中所述电磁传感器跟踪***的测量位置包括所述C形臂沿尾部/颅骨轴线的所测量的第一旋转以及所述C形臂沿着左/右轴线的所测量的第二旋转。
8.一种在显示器上显示运动框的方法，包括以下步骤：
测量电磁传感器跟踪***的位置，其中所述电磁传感器跟踪***具有电磁跟踪坐标系；
基于所测量的所述电磁传感器跟踪***的位置来计算电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵，其中所述工作台坐标系是适于在医疗程序期间支撑患者的工作台的坐标系；
使用所述电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵将所述电磁传感器跟踪***的位置从所述电磁跟踪坐标系变换至所述工作台坐标系；以及
基于所述电磁传感器跟踪***的变换位置在所述显示器上渲染所述运动框的位置的描绘，其中所述运动框表示能够确定传感器相对于所述运动框的边界的位置的物理空间的体积，并且其中所述运动框的渲染位置被配准至所述工作台坐标系。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述运动框的变换位置的渲染描绘包括指示错误状态的标记。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述错误状态包括以下中的一个或多个：未连接到所述电磁传感器跟踪***的传感器，所述传感器的位置未知，所述传感器的方向未知，以及所述电磁传感器跟踪***的不可操作状态。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：
使用所述电磁传感器跟踪***测量所述传感器在所述电磁跟踪坐标系中的位置；
使用所述电磁跟踪坐标系至工作台坐标系的变换矩阵将所述传感器的位置从所述电磁跟踪坐标系变换至所述工作台坐标系；以及
在所述显示器上渲染所述传感器的变换位置的描绘。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，当所述传感器的测量位置在其中所述电磁传感器跟踪***产生磁场的物理空间的体积内时，所述传感器的变换位置的描绘在所述运动框的描绘内被渲染。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述传感器包括固定到所述患者上的位置的患者参考传感器，并且其中所述方法还包括以下步骤：
在所述显示器上渲染胸部的描绘，其中所述胸部包括与所述患者参考传感器在所述患者上的位置对应的位置的描绘，并且其中所述胸部显示在一位置以使得与所述患者参考传感器在所述患者上的位置相对应的所述胸部上的位置与所显示的患者参考传感器的变换位置重合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述胸部具有胸部坐标系，并且其中所述方法还包括以下步骤：
使用所述患者参考传感器的变换位置将所述胸部的方向从所述胸部坐标系变换至所述工作台坐标系，以使得所述胸部坐标系的方向平行于所述工作台坐标系。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
当所述传感器离开所述运动框时沿着所述运动框的一侧在所述传感器的最后有效测量位置处在所述显示器上渲染所述传感器的变换位置的描绘。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
当所述电磁传感器跟踪***确定所述传感器的无效位置或方向时，沿着所述运动框的底部在所述显示器上渲染所述传感器的变换位置的描绘。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述传感器的变换位置的渲染描绘包括指示无效状态的标记。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述传感器包括固定到患者的患者参考传感器和医疗装置上的医疗装置传感器中的一个或多个。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
使用所述电磁传感器跟踪***测量所述电磁跟踪坐标系中的所述传感器的方向；以及
在所述显示器上渲染所述传感器的方向的描绘。
20.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电磁传感器跟踪***被固定到C形臂，以使得所述电磁跟踪坐标系与所述C形臂处于固定关系；以及
其中测量所述电磁传感器跟踪***的位置的步骤包括测量所述C形臂沿尾部/颅骨轴线的第一旋转以及测量所述C形臂沿着左/右轴线的第二旋转。
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