[发明专利]利用轨迹信息与形状感测来改进配准

说明书

本发明题目为“使用轨迹信息与形状感测来改进配准”。本文描述了一种用于在内窥镜检规程诸如支气管镜检期间使用轨迹信息和形状感测进行自动界标配准和配准的方法和系统。可基于肺的术前计算机断层摄影(CT)图像来生成肺的气道的分割中心线。可在分割中心线上自动检测与肺的气道中的分叉部对应的界标。可以生成在导航期间穿过肺的气道的导管的位置的位置数据点云。可生成肺的气道的包围盒，并且可检测包围盒中心线。可在包围盒中心线上针对相同的分叉部检测界标。然后，可以作为配准的一部分映射两个界标集。轨迹信息与形状感测可用于提供非刚性或精细配准。

背景技术

在内窥镜的一般领域中，已经针对采取将柔性导管插入患者体内方式的微创诊断和外科手术开发了多种医疗器械，通过所述导管可插入相机、工具或其他器具并在已选择性地定位在患者体内期望位置的导管的远侧端部进行操作。许多类型的医疗器械以这样的方式操作，包括，例如，支气管镜、内窥镜、肛门镜、乙状结肠镜、鼻喉镜和喉镜。在本文中，诸如内窥镜、导管或活检工具的此类医疗器械的一般术语可与诸如支气管镜的此类器械的具体示例可互换地使用。

内窥镜式医疗器械可与身体目标区域的三维(3D)数字图谱结合使用，以向医生或操作者提供适当地进行诊断和/或治疗规程所需的可视化和信息。支气管镜检是侵入式内窥镜检规程的具体示例，其涉及将内窥镜(例如，支气管镜)插入肺中。医生使用支气管镜检进行诸如喉、气管以及肺的其他气道的人体呼吸系统的纵膈检查和处理。例如，支气管镜检可用于定位气道中的肿瘤、炎症、出血或异物。

发明内容

本文描述了一种在内窥镜检规程诸如支气管镜检期间使用轨迹信息和形状感测的自动界标配准和配准的方法和系统。肺的气道的分割中心线可基于肺的术前计算机断层摄影(CT)图像生成。可在分割中心线上自动检测与肺的气道中的分叉部对应的第一界标集。

可导航导管穿过肺的气道并且可生成包括该导管在导航期间的位置的位置数据点云。可以基于位置数据点云来生成肺的气道的包围盒(bounding volume)，并且可从该气道的包围盒检测包围盒中心线。然后，可在包围盒中心线上检测气道中的第二界标集，该第二界标集与在分割中心线上自动检测到的第一界标集对应。然后，可以作为配准的一部分映射该两个界标集。

导管穿过气道的导航可使用轨迹信息与形状感测，以识别导管与肺的气道中的分叉部的距离，以提供非刚性或精细配准。可基于导管的位置的长度、导管的弯曲角度以及导管的扭转角度生成能量模型。可选择使第一界标集与第二界标集之间的能量值最小化的路径，以实现更准确的配准。

附图说明

图1为示例性柔性支气管镜检系统的系统图；

图2为肺的解剖结构的示例性图示，其示出在支气管镜检期间肺中的可能与导航相关的通路；

图3为作为解剖学界标的自动检测和配准过程的一部分的导管在肺的气道中的路径的示例性规程剖视图；

图4A为肺的主气道的示例性重建的图像，并且图4B为肺的主气道的中心线的对应轮廓化图像；

图5为根据本文公开内容的用于支气管镜检系统的示例性自动界标配准规程的流程图；

图6A为气道体积的分割和从该气道体积自动提取的中心线的图；

图6B是所提取的中心线的图，其示出识别中心线上的分叉点处的界标的自动界标检测的结果；

图7为肺的解剖结构的示例性图像，其示出作为使用轨迹信息和形状感测的改进的精细(非刚性)配准过程的一部分的导管在肺的气道中的路径；

图8为用于支气管镜检系统的使用轨迹信息的示例性配准规程的流程图；

图9为包括长度部分、弯曲部分和扭转部分的能量模型的元素的图示；并且

图10是配准之前的导管路径和配准之后的匹配导管路径的示例。