[发明专利]EM校准的实时质量控制

说明书

技术领域

本发明总体涉及3D经食管回波（“TEE”）探头的电磁（“EM”）跟踪。本发明尤其涉及在微创介入期间对TEE探头的实时质量控制。

背景技术

3D TEE探头正在被整合到用于微创心脏治疗的日常临床实践中，并且对体内3D TEE探头的EM跟踪方便了体内搏动心脏手术和治疗流程。3DTEE探头的EM跟踪需要3D TEE探头与EM位置传感器之间的准确校准，并且包括找出超声（“US”）图像中的体素与附接至3D TEE探头的EM位置传感器之间的刚性空间关系。准确的校准和刚性空间关系允许（a）随着3D TEE探头在患者体内移动而估计3D TEE探头的运动，（b）在任意时间将任何TEE体积映射到通用世界坐标系（例如，X射线成像器的坐标系）中，以及（c）帮助从心脏的运动中分离3D TEE探头的运动。

然而，对3D TEE探头的EM跟踪能够由于多种原因变得不准确，这些原因包括：（a）在临床环境中不希望的EM场失真（例如，来自X射线机架或手术工具的失真），（b）EM位置传感器相对于3D TEE探头的意外物理移动，以及（c）EM位置传感器中的一个或多个的部分故障。因为希望将3D TEE探头用于复杂的和高级的心脏流程，因此维持3D TEE探头与EM位置传感器之间的校准是非常重要的。特别地，不正确的校准能够导致对超声体积的不正确的运动估计，从而导致对手术工具的不正确的引导。随着开发出越来越多的高级介入引导系统，彼此适配的模块也越来越多，这一问题变得尤其突出。因此，存在对这样的自动技术的需求：该自动技术能够贯穿整个流程在后台连续监测介入引导系统的准确性和有效性。

发明内容

本发明提供了在手续流程（例如，心脏流程）期间对探头（例如，3D TEE探头）的体内操作质量控制。利用使用由探头可视化的图像的校准方法，本发明连续地测试与探头相关联的校准矩阵的有效性。如果在任意点，所述校准矩阵由于任意原因而变得无效，可以由系统发出警告信号。这能够帮助心脏病专家解决问题，或者切换至另一流程。对于心脏病学家而言，使用这种方法来确保所有系统假设的有效性以及增加对导航/引导系统的信心将变得简单。

更具体而言，本发明提供了基于体积运动的方法来监测由探头（例如，3D TEE探头）采集的图像体积与由附接至所述探头的位置传感器（例如，EM位置传感器）采集的跟踪数据之间的校准矩阵。从两个源测量所述体积运动：（a）图像体积的图像运动，以及（b）图像体积的跟踪运动。

本发明的一种形式是采用探头（例如，3D TEE探头）、成像装置（例如，超声成像装置）、附接至探头的位置传感器（例如，电磁传感器）、跟踪装置（例如，电磁跟踪装置）和图像引导装置的图像引导的系统。

在操作中，所述探头生成解剖对象（例如，心脏）的图像体积，其中每个图像体积是所述解剖对象的基线图像体积（例如，心脏的完整US体积扫描、心脏的磁共振成像、心脏的计算机断层摄影扫描或分割的心脏模型）的不同子集，并且所述成像装置生成指示所述解剖对象的图像体积的成像数据。在探头生成图像体积时，跟踪装置在坐标系内跟踪所述位置传感器并且所述跟踪装置生成指示对所述位置传感器的跟踪的跟踪数据。

配准装置接收来自成像装置的成像数据和来自跟踪装置的跟踪数据，以执行与图像体积和位置传感器之间的空间关系相关联的校准矩阵的验证测试。所述验证测试包括测试相对于校准阈值的基于图像的体积运动与基于跟踪的体积运动之间的绝对差异（differential）。所述基于图像的体积运动表示从成像数据导出的在所述坐标系内所述图像体积的图像运动，并且基于跟踪的体积运动表示从跟踪数据导出的在所述坐标系内所述图像体积的跟踪运动。

通过结合相应的附图阅读下文对本发明的多种实施例的详细描述，本发明的上述形式和其他形式以及本发明的多种特征和优点将变得显而易见。详细的描述和附图仅仅是用于例示说明本发明，而并非限制，本发明的范围由权利要求书及其等要件限定。

附图说明

图1图示了根据本发明的图像引导的系统的示范性实施例。

图2图示了如在本领域公知的解剖对象的两个（2）图像体积的示范性体积运动。

图3图示了根据本发明的图像引导的系统的示范性操作。

图4图示了表示根据本发明的校准矩阵验证测试方法的示范性实施例的流程图。

图5图示了表示根据本发明的基于图像的体积运动计算方法的示范性实施例的流程图。

图6A和6B图示了表示根据本发明的基于图像的配准方法的两个（2）示范性实施例的流程图。