[发明专利]用解剖组织的通用变形模型估计目标的运动的系统和方法

说明书

估计新患者解剖结构运动的系统和方法包括从一组其他患者的术前和术中成像数据中学习一个或多个变形模型，并基于一个或多个变形模型以及新患者的术前成像数据估计新患者解剖结构的移动。估计解剖结构的移动可以包括应用变形模型来映射从新患者的术前成像数据导出的数据以获得用于每个变形模型的变形地图数据，并确定最拟合新患者的术中成像数据的变形模型。将变形模型应用于地图数据可以包括将变换应用于变形模型并进行插值以获得变形的地图数据。在医疗设备通过新患者导航期间采样的医疗设备的位置与原始和变形的地图数据之间计算配准。将最拟合3D位置的地图数据应用于新患者的目标。

相关申请的交叉引用

本申请要求美国申请63/056,549的权益。

技术领域

所公开的技术一般地涉及使用习得的变形模型估计新患者的解剖结构和目标的运动。

背景技术

临床医生处理在不同时间发生变形的软器官或组织。特定点(例如，病变)的位置可以在初始时间使用医学成像得知。然而，稍后，如果不执行相同的医学成像，则可能不知道患者解剖结构中特定点的新位置。

例如，在手术期间，临床医生可能知道先前(例如，一或多个星期前)执行的肺部CT扫描中的病变位置。然而，在CT扫描和手术之间，肺部可能会因为包括呼吸、导管压力、身体运动和疾病等多种因素而变形，这导致“CT与身体分歧”。

发明内容

本公开的技术一般涉及生成用于估计解剖结构的运动的变形模型和使用该变形模型估计解剖结构的运动。一方面，本公开提供了一种方法。该方法包括为患者组中的每个患者接收第一成像模态的术前成像数据和第二成像模态的术中成像数据。该方法还包括从术前和术中成像数据生成变形模型，并将变形模型中的每个变形模型应用于新患者的术前成像数据以为每个变形模型获得变形的成像数据。该方法还包括对于每个变形模型，将变形的成像数据与新患者的术中数据进行比较，并基于所述比较确定最拟合新患者的术中数据的变形模型。

实施方式可以包括以下一个或多个特征。新患者的术中数据可包括成像数据或导航数据中的至少一种。该方法可包括对患者组中的每个患者，将第一成像模态的术前成像数据配准到第二成像模态的第二图像，将术前成像数据的图像相互配准，将患者组的不同变形配准到共同的变形空间，并确定代表不同可能变形的变形模型组。

将术前成像数据的图像与术中成像数据的图像配准可以包括旋转和平移术前成像数据的图像中的至少一种。将术前成像数据的图像彼此配准可以包括缩放、旋转和平移术前成像数据的图像中的至少一种。第一成像模态可以是计算机断层扫描(CT)并且第二成像模态可以是锥形束CT(CBCT)。

将术前成像数据的图像与术中成像数据的图像配准可以包括对术前成像数据的图像的气道骨架应用插值过程以在术中成像数据的图像的坐标系中获得等同气道骨架，在等同气道骨架与术前成像数据的图像的气道距离图之间进行自动配准，以获得变换，并将所述变换应用到术中成像数据的图像的第二3D控制点的坐标上，以获得第二3D控制点在术前成像数据的图像的坐标系中的移动。插值过程可以包括薄板样条(TPS)过程。

将术前成像数据的图像相互配准可以包括：选择术前成像数据的参考图像，在术前成像数据的当前图像的气道骨架与术前成像数据的参考图像的气道距离图之间进行配准，以获得第二变换，并将第二变换应用于第二3D控制点的移动。该方法可以包括为术前成像数据的参考图像的第一3D控制点创建网格，并且相对于术前成像数据的当前图像的第一3D控制点的移动将插值过程应用到所述网格，以获得标准化的网格。

该方法可以包括分别确定术前成像数据的图像对的网格之间的相似性度量，以及基于所述相似性度量，生成最接近术前成像数据的第一中心图像的术前成像数据的图像的第一变形模型。两个网格之间的相似性度量可以分别是术前成像数据的两个图像的第一3D控制点之间的平均欧几里得距离。相似性度量可以在术中成像数据的图像的两个网格之间、在术前成像数据的图像和术中成像数据的图像的网格之间、或在术中成像数据的图像的网格和模型网格之间。