技术领域
[0001] 本
发明整体涉及医疗成像，并且具体地涉及在执行侵入式医疗规程的同时校正受损的计算机断层摄影图像。
背景技术
[0002] 在医疗规程期间
叠加医疗装置(诸如由医疗成像系统(例如，计算机断层摄影
扫描仪)追踪的
导管)的实时表示在本领域中是已知的。
[0003] 先前从医疗成像系统获取的图像可用于生成实时引导(即，“标测图”)，该实时引导促使执行医疗规程的操作者能够在患者的体内的感兴趣体积内导航医疗装置。为了使叠加反映医疗装置在感兴趣体积内的真实方位，通常需要将与医疗装置相关联的
坐标系和与医疗成像系统相关联的坐标系进行对准。
[0004] 以上描述给出了本领域中相关技术的总体概述，并且不应当被解释为承认了其包含的任何信息构成对抗本
专利申请的
现有技术。
[0005] 以引用方式并入本专利申请的文献被视为本专利申请的整体部分，但是如果这些并入的文献中定义的任何术语与本
说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。
发明内容
[0006] 根据本发明的实施方案，提供了一种方法，该方法包括：从在图像坐标系中操作的成像系统接收包括开放空间和体组织的体腔的三维图像；从具有
位置传感器并插入到体腔中的医疗
探头接收指示医疗探头的远侧末端在传感器坐标系中的位置的
信号；通过处理器将图像坐标系与传感器坐标系对准，以便在所指示的位置处识别三维图像中的一个或多个
体素；以及当所识别的体素在所接收的三维图像中具有不对应于开放空间的
密度值时，将所识别的体素的密度值更新以对应于开放空间。在一些实施方案中，成像系统包括计算机断层摄影扫描仪。在另外的实施方案中，
位置传感器包括
磁场传感器。
[0007] 在另外的实施方案中，该方法可包括形成密度值和视觉效果之间的对应，其中给定的视觉效果对应于指示开放空间的给定的密度值。
[0008] 在补充实施方案中，视觉效果可选自由
颜色、阴影和图案构成的组。
[0009] 在方法包括形成密度值和视觉效果之间的对应的实施方案中，该方法可包括使用视觉效果在显示器上呈现三维图像。在一些实施方案中，给定的视觉效果包括第一给定的视觉效果，并且其中在更新密度值之前，呈现三维图像包括使用与第一给定的视觉效果不同的第二给定的视觉效果来呈现一个或多个所识别的体素。
[0010] 在另外的实施方案中，在更新密度值时，呈现三维图像可包括使用第一给定的视觉效果来呈现一个或多个所识别的体素。
[0011] 根据本发明的实施方案，还提供了一种设备，该设备包括医疗探头，该医疗探头被配置成插入到体腔中；在医疗探头中的位置传感器，该位置传感器在传感器坐标系中操作；以及处理器，该处理器被配置成：从在图像坐标系中操作的成像系统接收包括开放空间和体组织的体腔的三维图像；从医疗探头接收指示医疗探头的远侧末端的位置的信号；将图像坐标系与传感器坐标系对准，以便在所指示的位置处识别三维图像中的一个或多个体素；以及当所识别的体素在所接收的三维图像中具有不对应于开放空间的密度值时，将所识别的体素的密度值更新以对应于开放空间。
[0012] 根据本发明的一个实施方案，另外提供了一种结合探头操作的计算机
软件产品，该探头被配置用于插入到患者的体腔中并且包含在传感器坐标系中操作的位置传感器，该产品包括其中存储程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机读取时，使计算机：从在图像坐标系中操作的成像系统接收包括开放空间和体组织的体腔的三维图像；从医疗探头接收指示医疗探头的远侧末端的位置的信号；将图像坐标系与传感器坐标系对准，以便在所指示的位置处识别三维图像中的一个或多个体素；以及当所识别的体素在所接收的三维图像中具有不对应于开放空间的密度值时，将所识别的体素的密度值更新以对应于开放空间。
附图说明
[0013] 本文参照附图，仅以举例说明的方式描述本发明，在附图中：
[0014] 图1A和图1B(统称为图1)是根据本发明的实施方案的被配置成在使用医疗探头执行侵入式医疗规程的同时校正受损的计算机断层摄影图像的医疗系统的示意性图解；
[0015] 图2是示意性地示出根据本发明的实施方案的校正受损的计算机断层摄影图像的方法的
流程图；
[0016] 图3是示出根据本发明的实施方案的响应于从计算机断层摄影扫描仪接收图像数据而生成的三维计算机断层摄影图像的图像切片的示例的示意性图解。
[0017] 图4是示出根据本发明的实施方案的在医疗规程期间插入到窦腔中的医疗探头的远侧端部的示意性图解；
[0018] 图5是示出根据本发明的实施方案的在校正计算机断层摄影图像之前的图像切片的感兴趣区域的示意性图解；并且
[0019] 图6是示出根据本发明的实施方案的在校正计算机断层摄影图像之后的图像切片的感兴趣区域的示意性图解。
具体实施方式
[0020] 概述
[0021] 在体腔上进行的医疗规程期间使用的医疗图像有时可受损。
[0022] 例如，来自计算机断层摄影扫描仪的计算机断层摄影图像可由于诸如扫描仪的不正确设置、患者移动以及接近体腔的牙科操作等因素而受损。受损通常呈现为图像上的噪声或杂波。
[0023] 本发明的实施方案提供用于校正受损的医疗图像诸如计算机断层摄影图像(本文中也被称为三维图像)的方法和系统。如下文所述，从在图像坐标系中操作的成像系统接收包括开放空间和体组织的体腔的三维图像，并且从具有位置传感器并插入到体腔内的医疗探头接收信号，该信号指示传感器坐标系中的医疗探头的远侧末端的位置。将图像坐标系与传感器坐标系对准，以便在所指示的位置处识别三维图像中的一个或多个体素，以及当所识别的体素在所接收的三维图像中具有不对应于开放空间的密度值时，将所识别的体素的密度值更新以对应于开放空间。
[0024] 医疗成像系统通常使用不同的视觉效果来呈现开放空间和体组织。
[0025] 例如，计算机断层摄影系统可以以黑色呈现开放空间，以白色呈现硬体组织，并且以灰色(各种灰色阴影)呈现软体组织。
[0026] 由于医疗探头的远侧末端只可被插入到开放空间中，因此实现本发明的实施方案的系统可在三维图像上校正没被呈现为开放空间的远侧末端的任何位置。
[0027] 系统描述
[0028] 图1A和图1B(统称为图1)是根据本发明的实施方案的被配置成在执行侵入式医疗规程的同时校正受损的计算机断层摄影图像的医疗系统20的示意性图解。在图1所示的示例中，医疗系统20包括医疗成像系统，该医疗成像系统包括计算机断层摄影扫描仪22、控制台24以及医疗探头36。在本文所述的实施方案中，假设医疗探头36用于诊断或
治疗处理，诸如对患者26进行的基于微创导管的鼻窦手术。另选地，以必要的变更，医疗探头36可用于其它治疗和/或诊断用途。
[0029] 如图1A中所示，在对患者26执行侵入式医疗规程之前，计算机断层摄影扫描仪22生成包括患者的内腔(例如，鼻腔或鼻旁窦)的图像数据的
电信号，并将所生成的图像数据传送到控制台24。计算机断层摄影扫描仪22在包括X轴30、Y轴32和Z轴34的图像坐标系28中生成图像数据。
[0030] 如图1B所示，医疗探头36包括可由操作者40抓握并操纵的柄部38，以便将医疗探头的远侧端部42插入到患者26的内腔(诸如鼻腔或鼻旁窦)中。在图1所示的构造中，控制台24包括处理器44，该处理器44将所接收的图像数据转换成图像46，并且在显示器48上将图像呈现为关于医疗规程的信息。
[0031] 以举例的方式，假设显示器48包括平板显示器，诸如
液晶显示器、发光
二极管显示器、
有机发光二极管显示器或
等离子体显示器。然而，也可采用其它显示装置来实现本发明的实施方案。在一些实施方案中，显示器48可包括
触摸屏，该触摸屏被配置成除了呈现图像46之外，还接收来自操作者40的输入。
[0032] 基于从医疗系统20的医疗探头36和其它部件接收的信号，控制台24驱动显示器48以更新图像46，以便呈现患者体内的远侧端部42的当前方位，以及关于正在进行的医疗规程的状态信息和指导。处理器44将表示图像46的数据存储在
存储器50中。在一些实施方案中，操作者40可使用一个或多个输入装置52操纵图像46。在其中显示器48包括触摸屏显示器的实施方案中，操作者40可经由触摸屏显示器操纵图像46。
[0033] 处理器44通常包括通用计算机，该计算机具有合适的前端和用于从医疗探头36接收信号并控制控制台24的其它部件的
接口电路。处理器44可在软件中编程以执行本文所述的功能。例如，可以经网络将软件以
电子形式下载到控制台24，或者可以将软件保存在非暂态有形介质诸如光学、
磁性或电子存储器介质上。另选地，可通过专用或可编程数字
硬件部件来执行处理器44的一些或全部功能。
[0034] 在本文所述的实施方案中，医疗系统20使用磁性方位感测来确定医疗探头36的远侧末端54在患者26体内的方位坐标。为了实现基于磁性的方位感测，控制台24包括
驱动器电路56，该驱动器电路56驱动场发生器58以在患者26的体内生成磁场。通常，场发生器58包括线圈，所述线圈在患者26体外的已知方位处被置于患者下方。这些线圈在包含内腔诸如鼻旁窦的预定
工作空间内生成磁场。医疗探头36的远侧端部42内的磁场传感器60(本文也称为位置传感器60)响应于来自线圈的磁场生成电信号，从而使得处理器44能够确定远侧端部42在心脏腔室内的方位。
[0035] 磁方位
跟踪技术在例如美国专利5,391,199、6,690,963、5,443,489、6,788,967、5,558,091、6,172,499和6,177,792中有所描述，它们的公开内容以引用方式并入本文。由磁场传感器60生成的信号指示远侧末端54在包括X轴64、Y轴66和Z轴68的传感器坐标系62中的当前位置。
[0036] 在图1所示的示例中，X轴64大体对应于X轴32，Y轴66大体对应于Y轴34，并且Z轴68大体对应于Z轴36。
[0037] 在图1B所示的示例中，远侧端部42包括具有靠近远侧末端54的径向切割窗口开口72的外管70以及具有切割刀片76的内管74。
[0038] 在操作中，当切割刀片76横贯径向切割窗口开口72时，切割刀片可移除突起到切割窗口中的任何体组织。在一些实施方案中，柄部38中的
马达(未示出)使内管74在外管70内旋转，从而使得切割刀片76能够横贯径向切割窗口开口72。
[0039] 虽然在图1B中所示的示例包括被配置成切割和移除体组织的清除工具，但是包括位置传感器60并且被配置成插入到患者26体内的任何其它类型的医疗装置被认为是在本发明的实质和范围内。
[0040] 图2是示意性地示出根据本发明的实施方案的校正受损的计算机断层摄影图像的方法的流程图。在获取步骤80中，处理器44从计算机断层摄影扫描仪22获取图像数据，将图像数据存储到存储器50，并且基于所获取的图像数据生成三维图像。
[0041] 通常在对患者26执行医疗规程之前执行步骤80。为了开始医疗规程，操作者40操纵柄部38，使得在插入步骤82中，远侧端部42进入患者26的体腔。
[0042] 图3是示出处理器44响应于从计算机断层摄影扫描仪22接收图像数据而生成的三维计算机断层摄影图像的图像切片100的示意性图解，并且图4是示出根据本发明的实施方案的插入到窦腔110中的远侧端部42的示意性细节图。在操作中，处理器44通常将图像切片100结合到图像46中。
[0043] 在图3中所示的示例中，图像切片100包括患者26的头部102的二维“切片”。
[0044] 图像切片100包括对应于头部102的计算机断层摄影图像中的三维位置的三维图像的体素104。
[0045] 处理器44通常使用不同的视觉效果来呈现每个给定的体素104，该视觉效果对应于在与给定的体素对应的三维位置处检测的密度。密度的示例包括但不限于开放空间、硬体组织以及软体组织，并且视觉效果的示例包括但不限于颜色、阴影(例如，不同的灰色阴影)和图案(例如，梯度、图片、纹理、线、点以及框)。
[0046] 如图例106所指示，可通过将字母附加到识别数字来区分体素104，使得体素包括体素104A-104C。
[0047] 在图3所示的示例中，体素104A指示开放空间并以黑色呈现，体素104B指示硬体组织(例如，骨骼)并以白色呈现，并且体素104C指示软体组织(例如，
皮肤、软骨、肌肉和脑组织)并以灰色呈现。虽然本文实施方案描述了包括具有三种不同视觉效果的体素104(即体素104A-104C)的图像切片100，但是呈现具有表示任何数量的密度的任何数量的视觉效果的体素被认为是在本发明的实质和范围内。
[0048] 图像切片100还包括感兴趣区域108。
[0049] 如在下文参考图5和图6的描述中所述，感兴趣区域108包括处理器44可使用本文所述的实施方案来校正的干涉作用。
[0050] 返回图2，在对准步骤84中，处理器44将图像坐标系28与传感器坐标系62对准。在执行对准时，由磁场传感器60生成的信号所指示的每个三维位置对应于一个或多个体素104。
[0051] 在接收步骤86中，处理器44从磁场传感器60接收指示远侧末端54的位置的信号，并且在识别步骤88中，处理器使用对准来识别对应于所指示的位置的一个或多个体素104。
[0052] 在第一比较步骤90中，如果一个或多个所识别的体素中的任何一个受损(即，具有指示它们不是开放空间的密度值)，则在校正步骤92中，处理器44校正受损的一个或多个体素。
[0053] 例如，如果给定的所识别的体素104的密度值对应于硬组织(即，给定的所识别的体素匹配体素104B)或软组织(即，给定的所识别的体素匹配体素104C)，则处理器44可将密度值更新以对应于开放空间(即，体素104A)。在本发明的实施方案中，更新图像46中呈现的图像切片中的一个或多个更新的体素更新了存储在存储器50中的三维计算机断层摄影图像。
[0054] 在操作中，处理器44在医疗规程开始时将图像切片100呈现在显示器48上。
[0055] 如上所述，图像切片100包括指示开放空间的体素104A、指示硬组织的体素104B以及指示软组织的体素104C的组合。
[0056] 由于远侧末端54仅可存在于开放空间中，因此本发明的实施方案校正对应于远侧末端54的当前位置并且具有不指示开放空间的密度值的任何给定的体素。
[0057] 例如，如果处理器44初始呈现具有指示给定的体素是软组织或硬组织(即，图3所示的示例中的灰色或黑色体素104)的视觉效果的给定的体素104，并且处理器随后检测到远侧末端54处于对应于该给定的体素的位置，则处理器可通过呈现具有指示开放空间(即，图3所示的示例中的给定的白色体素104)的视觉效果的给定的体素来更新该给定的体素。
[0058] 在第二比较步骤94中，如果操作者40已经完成医疗规程，则该方法结束。然而，如果操作者40还没有完成医疗规程，则该方法继续到步骤86。
[0059] 返回到步骤90，如果一个或多个所识别的体素中没有一个受损，则该方法继续到步骤94。
[0060] 虽然本文的实施方案描述了处理器44使用磁性方位感测来校正受损的计算机断层摄影图像，但是使用其它类型的方位感测来校正其它类型的医疗图像被认为是在本发明的实质和范围内。
[0061] 图5是示出根据本发明的实施方案的在校正计算机断层摄影图像之前的图像切片100的感兴趣区域108的示意性图解。除体素104A之外，感兴趣区域108包括指示中空螺杆
120和干涉作用122的体素104B。在图5所示的示例中，中空螺杆120包括围绕体素104A的内部区域(即，螺杆的中空区域)的体素104B的外部(通常为圆形)区域(即，螺杆中的金属)，并且干涉作用122包括从中空螺杆120
辐射的体素104B的“射线”。在操作中，计算机断层摄影扫描仪由于诸如在捕获图像数据的同时存在牙科操作(例如，
牙齿填充)和患者26的移动等因素而产生干涉作用122。
[0062] 如图5所示，处理器44将干涉作用122呈现为硬组织和软组织。
[0063] 图6是示出根据本发明的实施方案的在校正计算机断层摄影图像之后的图像切片100的感兴趣区域108的示意性图解。如图6所示，感兴趣区域108包括校正区域130。
[0064] 由于处理器检测到远侧末端54的存在，区域130包括处理器44假设为开放空间的区域。
[0065] 显示器48通常呈现处理器44可使用本文所述的实施方案在医疗规程期间更新的体素104的子集。如上所述，图像切片100包括处理器44响应于从计算机断层摄影扫描仪22接收图像数据而生成的三维图像的二维“切片”。
[0066] 由于操作者40在三维空间(即，三维坐标系28和62)中移动远侧端部42，所以应当理解，可存在另外的体素104(即，不包括在当前正在显示器48上呈现的二维图像切片中)，其相应的密度值由处理器44响应于所检测的远侧末端54的位置而更新。
[0067] 应当理解，上述实施方案以举例的方式引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征结构的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前述说明时将会想到的且未在现有技术中公开的变型和
修改。
