光學(xué)形狀感測工具的配準(zhǔn)的制作方法
本發(fā)明總體上涉及超聲引導(dǎo)的介入，所述超聲引導(dǎo)的介入涉及針到三維(“3d”)超聲體積的配準(zhǔn)(例如，活檢流程和近距離治療流程)。本發(fā)明具體地涉及將光學(xué)形狀感測工具配準(zhǔn)到3d超聲體積。
背景技術(shù)：
一般來說，步進器用來保持/引導(dǎo)并且如果需要的話平移/旋轉(zhuǎn)(一個或多個)介入工具以便促進超聲引導(dǎo)介入(例如，經(jīng)會陰活檢、諸如永久放射性粒子(seed)植入物的內(nèi)部輻射療、臨時性間質(zhì)近距離治療等)
更具體地，近距離治療流程涉及使用步進器在患者內(nèi)保持并平移/旋轉(zhuǎn)經(jīng)直腸超聲(“trus”)探頭。步進器也用于將網(wǎng)格相對于trus探頭保持在固定位置以便引導(dǎo)針插入到患者中。
例如，圖1a圖示了典型的近距離治療設(shè)置，其涉及具有支撐網(wǎng)格50的框架40和保持trus探頭20的托筒41的步進器。在近距離治療流程期間，網(wǎng)格50相對于患者的直腸被策略地定位，并且步進器的齒輪組件(未示出)被手動地或自動地操作以將trus探頭20平移和/或旋轉(zhuǎn)到患者的直腸中以及將trus探頭20從患者的直腸中平移和/或旋轉(zhuǎn)出來。一旦trus探頭20被適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诨颊叩闹蹦c內(nèi)，網(wǎng)格50就可以用于引導(dǎo)(一個或多個)針30插入到目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)(例如，前列腺)中以促進(一個或多個)輻射源在患者內(nèi)的植入。
在近距離治療流程期間，網(wǎng)格50的每個通道51如本領(lǐng)域中公知的那樣被術(shù)前配準(zhǔn)到由trus探頭20生成的3d超聲體積。例如，如圖1a所示，網(wǎng)格50的具有被建立在網(wǎng)格50的左下角處的原點的網(wǎng)格坐標(biāo)系52被術(shù)前配準(zhǔn)到trus探頭20的具有由trus探頭20的換能器陣列(未示出)建立的原點的圖像坐標(biāo)系21。
而且在近距離治療流程期間，為了在3d超聲體積內(nèi)跟蹤針30(特別是針30的端部)的目的，必須將針30配準(zhǔn)到網(wǎng)格50。
具體地，轂(hub)60被附接到針30的近端，以便建立具有在轂60到針30的近側(cè)附接點處的原點的針坐標(biāo)系31。要求六(6)個配準(zhǔn)參數(shù)的估計結(jié)果來促進針坐標(biāo)系31到網(wǎng)格坐標(biāo)系52的配準(zhǔn)。這六(6)個配準(zhǔn)參數(shù)包括：
(1)如在圖1b中最佳示出的指示坐標(biāo)系31與52的x軸之間的配準(zhǔn)距離的寬度平移參數(shù)xtp，其中，針30被插入在網(wǎng)格50的中間通道內(nèi)；
(2)如在圖1b中最佳示出的指示坐標(biāo)系31與52的y軸之間的配準(zhǔn)距離的高度平移參數(shù)ytp，其中，針30被插入在網(wǎng)格50的中間通道內(nèi)；
(3)如在圖1a中最佳示出的指示坐標(biāo)系31與52的z軸之間的配準(zhǔn)距離的深度平移參數(shù)ztp；
(4)指示針30相對于針坐標(biāo)系31的x軸的角度旋轉(zhuǎn)的俯仰旋轉(zhuǎn)參數(shù)xrp(未示出)；
(5)指示針30相對于針坐標(biāo)系31的y軸的角度旋轉(zhuǎn)的偏航旋轉(zhuǎn)參數(shù)xrp(未示出)；以及
(6)如在圖1b中最佳示出的指示針30相對于針坐標(biāo)系31的z軸的角度旋轉(zhuǎn)的滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp。
參考圖1b，如本領(lǐng)域中已知的，寬度平移參數(shù)xtp和高度平移參數(shù)ytp的非零值可以根據(jù)所選定的通道51的位置來估計，以相對于網(wǎng)格坐標(biāo)系52引導(dǎo)針30。而且，假設(shè)轂60被松開，針30將會進入并離開垂直于網(wǎng)格50的表面的選定的通道51，由此零值可以針對俯仰旋轉(zhuǎn)參數(shù)xrp和偏航旋轉(zhuǎn)參數(shù)yrp進行估計。然而，針對深度平移參數(shù)ztp和滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp的估計不可基于選定的通道51類似地實現(xiàn)。
如本領(lǐng)域中已知的，由于坐標(biāo)系21和52被配準(zhǔn)，將針坐標(biāo)系31配準(zhǔn)到網(wǎng)格坐標(biāo)系52等價于將針坐標(biāo)系31配準(zhǔn)到圖像坐標(biāo)系21。因此，為了促進針坐標(biāo)系31到坐標(biāo)系21和52的配準(zhǔn)，超聲感測和電磁跟蹤技術(shù)已經(jīng)被提出來提供針對深度平移參數(shù)ztp和滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp的估計。盡管已經(jīng)證明這樣的技術(shù)對于在3d超聲體積中跟蹤針30的端部是有益的，但是本發(fā)明提供了用于估計深度平移參數(shù)ztp和滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp以由此根據(jù)流程的需要而跟蹤針30的節(jié)段或整體的形狀的替代性方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的替代性方法基于光學(xué)形狀感測(“oss”)工具到超聲引導(dǎo)的介入的整合(例如，oss的針、導(dǎo)管和導(dǎo)絲)，這促進了對相對于網(wǎng)格的oss工具(例如，oss工具被插入/通過網(wǎng)格的通道)的節(jié)段或整體的形狀的實時重建，作為估計節(jié)段或整體工具跟蹤以及深度平移參數(shù)ztp和滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp以由此配準(zhǔn)圖像、網(wǎng)格和針的坐標(biāo)系的基礎(chǔ)。
為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“光學(xué)形狀感測(“oss”)工具”廣義地涵蓋如在本發(fā)明之前本領(lǐng)域中已知的和本發(fā)明之后知道的用于介入流程的任何管狀體結(jié)構(gòu)設(shè)計(例如，針、導(dǎo)管和導(dǎo)絲)，由此光學(xué)傳感器被嵌入在所述管狀體內(nèi)/被附加到所述管狀體上。這樣的光學(xué)傳感器的范例包括但不限于被嵌入近距離治療/活檢針、導(dǎo)管或?qū)Ыz內(nèi)/被附加到近距離治療/活檢針、導(dǎo)管或?qū)Ыz上的光纖的光纖布拉格光柵。
本發(fā)明一種形式是一種介入系統(tǒng)，其采用oss工具(例如，具有嵌入的光纖的近距離治療針)和用于相對于網(wǎng)格坐標(biāo)系引導(dǎo)(例如，手動或自動引導(dǎo))所述oss工具插入到解剖區(qū)域(例如，顱部、胸部、乳房、腹部、生殖器、陰部等)中的網(wǎng)格。所述介入系統(tǒng)還采用配準(zhǔn)控制器，所述配準(zhǔn)控制器用于相對于針坐標(biāo)系重建oss工具的節(jié)段或整體的形狀，并且用于基于相對于網(wǎng)格的oss工具的節(jié)段或整體的重建形狀將針坐標(biāo)系配準(zhǔn)到網(wǎng)格坐標(biāo)系(即，對被插入/通過網(wǎng)格的oss工具的節(jié)段/整體形狀的重建充當(dāng)網(wǎng)格/針坐標(biāo)系配準(zhǔn)的基礎(chǔ))。
為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“配準(zhǔn)控制器”廣義地涵蓋被容納在計算機或另一指令執(zhí)行設(shè)備/系統(tǒng)內(nèi)或被鏈接到計算機或另一指令執(zhí)行設(shè)備/系統(tǒng)以用于如在本文中隨后描述的那樣控制本發(fā)明的各種發(fā)明原理的應(yīng)用的應(yīng)用特異性主板或應(yīng)用特異性集成電路的所有結(jié)構(gòu)配置。所述配準(zhǔn)控制器的結(jié)構(gòu)配置可以包括但不限于(一個或多個)處理器、(一個或多個)計算機可用/計算機可讀存儲介質(zhì)、操作系統(tǒng)、(一個或多個)外圍設(shè)備控制器、(一個或多個)插槽以及(一個或多個)端口。計算機的范例包括但不限于服務(wù)器計算機、客戶計算機、工作站和平板電腦。
本發(fā)明的第二形式是所述重建控制器，包括：形狀重建模塊，其用于相對于針坐標(biāo)系重建oss工具的節(jié)段或整體的形狀；工具配準(zhǔn)模塊，其用于基于相對于網(wǎng)格的oss工具的節(jié)段或整體的重建形狀將針坐標(biāo)系配準(zhǔn)到網(wǎng)格坐標(biāo)系(即，對被插入/通過網(wǎng)格的oss工具的節(jié)段/整體形狀的重建充當(dāng)網(wǎng)格/針坐標(biāo)系配準(zhǔn)的基礎(chǔ))。
為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“模塊”廣義地涵蓋配準(zhǔn)控制器的包括電子電路或可執(zhí)行流程(例如，可執(zhí)行軟件和/或固件的應(yīng)用部件)。
本發(fā)明的第三形式是一種涉及相對于網(wǎng)格坐標(biāo)系將oss工具插入(例如，手動或自動插入)到網(wǎng)格中的介入方法，所述重建控制器相對于針坐標(biāo)系重建oss工具的節(jié)段或整體的形狀，并且所述重建控制器基于相對于網(wǎng)格的oss工具的節(jié)段或整體的重建形狀將針坐標(biāo)系配準(zhǔn)到網(wǎng)格坐標(biāo)系。
根據(jù)結(jié)合附圖閱讀的本發(fā)明的各種實施例的下述詳細描述，本發(fā)明的前述形式和其它形式以及本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點將變得更為明顯。詳細描述和附圖僅說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等價方案來限定。
附圖說明
圖1a和圖1b圖示了如本領(lǐng)域中已知的超聲探頭、近距離治療針、步進器和網(wǎng)格的示范性近距離治療設(shè)置。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的介入系統(tǒng)的示范性實施例。
圖3圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的介入方法的示范性實施例的流程圖。
圖4圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的針配準(zhǔn)方法的示范性實施例的流程圖。
圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的超聲探頭、光學(xué)形狀感測針、粒子施加器、步進器和網(wǎng)格的近距離治療設(shè)置的示范性實施例。
圖6圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的針配準(zhǔn)方法的第二示范性實施例的流程圖。
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的超聲探頭、光學(xué)形狀感測針、步進器和不規(guī)則網(wǎng)格的近距離治療設(shè)置的示范性實施例。
圖8圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的針配準(zhǔn)方法的第三示范性實施例的流程圖。
圖9a和圖9b分別圖示了根據(jù)本發(fā)明的超聲探頭、光學(xué)形狀感測針、針架、步進器和網(wǎng)格的近距離治療設(shè)置的示范性實施例的側(cè)視圖和前視圖。
圖10圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的針配準(zhǔn)方法的第四示范性實施例的流程圖。
圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明的超聲探頭、光學(xué)形狀感測針、光纖、步進器和網(wǎng)格的近距離治療設(shè)置的示范性實施例。
圖12圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的針配準(zhǔn)方法的第五示范性實施例的流程圖。
具體實施方式
為了促進對本發(fā)明的理解，本發(fā)明的示范性實施例將會在本文中被提供為涉及用光學(xué)形狀感測(“oss”)針(例如，圖2的oss針32)代替標(biāo)準(zhǔn)針(例如，圖1的針30)并且提供用于將oss針32配準(zhǔn)到網(wǎng)格(例如，圖2的網(wǎng)格50)和超聲探頭(例如，圖2的trus探頭20)的配準(zhǔn)控制器74的基于網(wǎng)格的介入系統(tǒng)。根據(jù)對如圖2-12所示的示范性實施例的描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到如何制作本發(fā)明并在涉及一種或多種類型的oss工具(例如，針、導(dǎo)管、導(dǎo)絲)和一種或多種類型的超聲探頭(例如，trus探頭)的任何基于網(wǎng)格的介入流程(例如，近距離治療和活檢流程)內(nèi)實施本發(fā)明。
為了本發(fā)明的目的，本領(lǐng)域的術(shù)語包括但不限于，“網(wǎng)格”、“轂”、“光纖”、“粒子施加器”、“成像”、“重建”、“配準(zhǔn)”和“坐標(biāo)系”，這些術(shù)語應(yīng)當(dāng)如本發(fā)明的領(lǐng)域中已知的那樣被解讀。
參考圖2，oss針32被示為插入在網(wǎng)格50的通道51內(nèi)。實際上，光學(xué)傳感器(未示出)可以以適合用于重建oss針32的節(jié)段/整體形狀的任何布置被嵌入在oss針32內(nèi)/被附加到oss針32上。在一個實施例中，每個均具有光纖布拉格光柵的一條或多條光纖被嵌入在近距離治療/活檢針內(nèi)/被附加到近距離治療/活檢針上。
而且，為了配準(zhǔn)的目的，oss針32的遠側(cè)端部可以被設(shè)置在通道51內(nèi)(未示出)，或者oss針32的遠側(cè)端部可以如圖2所示的那樣被延伸通過通道51，由此oss針32的遠側(cè)節(jié)段32d可以被插入在解剖區(qū)域(例如，前列腺)內(nèi)，并且由此oss針32的遠側(cè)節(jié)段32d和近側(cè)節(jié)段32p中的任一個或兩個充當(dāng)用于估計深度平移參數(shù)ztp和滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp的基礎(chǔ)。
類似于針30(圖1)，轂60被附接到oss針32的近端，以便建立具有在近側(cè)附接點處的原點的針坐標(biāo)系33，如圖2所示。替代地，針坐標(biāo)系的原點可以被建立在沿著本發(fā)明的oss針的任何其他點(例如，oss針32的遠側(cè)端部)處。
任選地，為了如隨后將會在本文中解釋的配準(zhǔn)目的，轂標(biāo)記61可以被附接到轂60，以促進oss針32以已知的取向插入/通過通道51。
配準(zhǔn)機器70采用如本領(lǐng)域中已知的監(jiān)測器71、接口平臺72和工作站73。
盡管為了清楚起見而未示出，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)意識到如何將trus探頭20和oss針32耦合到工作站73以分別處理超聲數(shù)據(jù)和光學(xué)數(shù)據(jù)。
工作站73具有被安裝在其中的配準(zhǔn)控制器74。
配準(zhǔn)控制器74包括如本領(lǐng)域中已知的操作系統(tǒng)(未示出)和/或能由如本領(lǐng)域中已知的操作系統(tǒng)(未示出)訪問，以便控制如由工作站操作者(例如，醫(yī)生、技術(shù)人員等)經(jīng)由接口平臺72的鍵盤、按鈕、轉(zhuǎn)盤、操縱桿等指導(dǎo)的監(jiān)測器71上的各種圖形用戶接口、數(shù)據(jù)和圖像，并且以便存儲/讀取如由接口平臺72的工作站操作者編程和/或指導(dǎo)的數(shù)據(jù)。
為了配準(zhǔn)目的，配準(zhǔn)控制器74還執(zhí)行應(yīng)用模塊，所述應(yīng)用模塊包括超聲成像模塊75、形狀重建模塊76和工具配準(zhǔn)模塊77。
超聲成像模塊75在結(jié)構(gòu)上被配置在配準(zhǔn)控制器74內(nèi)，以如本領(lǐng)域中已知的那樣根據(jù)由trus探頭20提供的超聲數(shù)據(jù)相對于圖像坐標(biāo)系21生成超聲圖像。實際上，超聲數(shù)據(jù)/圖像可以具有適合用于配準(zhǔn)目的的任何形式。在一個實施例中，超聲圖像是通過二維(“2d”)平行切片的重建或通過3d探頭的使用而生成的3d超聲體積。
形狀重建模塊76在結(jié)構(gòu)上被配置在配準(zhǔn)控制器74內(nèi)，以如本領(lǐng)域中已知的那樣根據(jù)由oss針32提供的光學(xué)數(shù)據(jù)相對于針坐標(biāo)系33重建oss針32的節(jié)段/整體形狀。
工具配準(zhǔn)模塊77在結(jié)構(gòu)上被配置在配準(zhǔn)控制器74內(nèi)，以根據(jù)本發(fā)明如隨后在本文中描述的那樣將針坐標(biāo)系33配準(zhǔn)到術(shù)前/術(shù)中配準(zhǔn)的探頭坐標(biāo)系21和網(wǎng)格坐標(biāo)系52。實際上，配準(zhǔn)控制器74可以包括用于如本領(lǐng)域中已知的術(shù)前/術(shù)中配準(zhǔn)探頭坐標(biāo)系21與網(wǎng)格坐標(biāo)系52的(一個或多個)的額外的模塊。
在操作中，配準(zhǔn)控制器74控制由配準(zhǔn)機器70的操作者促使的根據(jù)工具配準(zhǔn)模塊77的特定實施例的配準(zhǔn)過程。為此目的，圖3圖示了表示一般用于工具配準(zhǔn)模塊77的任何實施例的如通過配準(zhǔn)控制器74進行控制的本發(fā)明的介入方法的流程圖130。
參考圖3，流程圖130的配準(zhǔn)前階段s132涵蓋對寬度平移參數(shù)xtp和高度平移參數(shù)ytp的估計。實際上，該估計可以通過適合用于配準(zhǔn)目的的任何方式來計算。在一個實施例中，寬度平移參數(shù)xtp和高度平移參數(shù)ytp可以基于選定通道51在網(wǎng)格坐標(biāo)系52內(nèi)的已知位置而被手動地估計。在第二實施例中，寬度平移參數(shù)xtp和高度平移參數(shù)ytp可以基于對網(wǎng)格50中或附近的檢測oss針32進入/穿過特定通道51的路徑的傳感器(未示出)的使用而被自動地估計。替代地，寬度平移參數(shù)xtp和高度平移參數(shù)ytp可以在流程圖130的配準(zhǔn)階段134期間被估計，如將會隨后在本文中描述的。
實際上，一個以上的oss針32可以被工具配準(zhǔn)模塊77按順序配準(zhǔn)或同時配準(zhǔn)。這樣，流程圖130的配準(zhǔn)前階段s132還涵蓋對一個或多個oss針32的節(jié)段/整體形狀的重建。
，流程圖130的配準(zhǔn)前階段s132任選地涵蓋取決于工具配準(zhǔn)模塊77的實施例采集一幅或多幅超聲圖像。實際上，每幅超聲圖像可以與一個或多個oss針32的節(jié)段/整體形狀的重建相關(guān)聯(lián)。
在完成階段s132時或在階段s132期間，如果需要的話，流程圖130的配準(zhǔn)階段s134涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77直接或間接估計深度平移參數(shù)ztp和/或由工具配準(zhǔn)模塊77直接或間接估計滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp。為了促進對配準(zhǔn)階段s134的理解，工具配準(zhǔn)模塊77的各種實施例現(xiàn)在將會在本文中如圖4-12所示的那樣進行描述。
基于圖像的配準(zhǔn)。參考圖4，流程圖140表示本發(fā)明的基于圖像的針配準(zhǔn)方法，該方法用于根據(jù)對一個或多個oss針32的重建節(jié)段形狀在超聲圖像內(nèi)的檢測來估計oss針32的深度平移參數(shù)ztp和滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp。
具體地，對于單個oss針32，流程圖140之前的配準(zhǔn)前階段按順序涉及(1)現(xiàn)實或虛擬地將oss針32的遠側(cè)端部插入/通過網(wǎng)格50的通道51進入解剖區(qū)域，(2)記錄通道51在網(wǎng)格坐標(biāo)系52內(nèi)的已知位置，(3)重建oss針32的整體形狀，以及(4)采集解剖區(qū)域內(nèi)的oss針32的節(jié)段的超聲圖像。
在完成配準(zhǔn)前階段時，流程圖140的階段s142涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77對oss針32的重建節(jié)段在超聲圖像內(nèi)的檢測。流程圖140的階段s144涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77根據(jù)oss針32在超聲圖像內(nèi)的檢測到的重建節(jié)段對坐標(biāo)系21、33和52的配準(zhǔn)，并且流程圖140的階段s146涵蓋為了在超聲圖像內(nèi)顯示重建節(jié)段形狀的圖標(biāo)(例如，如圖2所示的圖標(biāo)78)的目的由工具配準(zhǔn)模塊77記錄oss針32的重建形狀在圖像坐標(biāo)系21內(nèi)的位置。
流程圖140的示范性實施方式涉及執(zhí)行用于識別并分割超聲圖像中的針狀結(jié)構(gòu)的(一種或多種)已知技術(shù)的工具配準(zhǔn)模塊77。為此目的，通道51在網(wǎng)格坐標(biāo)系52內(nèi)的已知位置可以用于限制超聲圖像的處理區(qū)域。在一個實施例中，(一個或多個)識別出的針節(jié)段的匹配彎曲或形狀以及oss針32的重建的整體形狀可以用于檢測超聲圖像中的重建節(jié)段形狀。在第二實施例中，配準(zhǔn)參數(shù)可以被優(yōu)化，以使(一個或多個)識別出的分割結(jié)構(gòu)與超聲圖像中的重建節(jié)段形狀之間的疊加最大化。而且，兩個實施例可以進行組合。
配準(zhǔn)前階段和流程圖140針對每個oss針32進行重復(fù)。在流程圖140終止后，利用超聲圖像對oss針32的節(jié)段的跟蹤促進了對可應(yīng)用介入流程的執(zhí)行，包括但不限于永久性ldr粒子植入物、hdr近距離治療(臨時性放射源插入)、經(jīng)會陰活檢、消融和冰凍治療。例如，在永久性ldr粒子植入物的情況下，解剖區(qū)域內(nèi)的每個粒子位置可以根據(jù)(一個或多個)oss針32在超聲坐標(biāo)系21內(nèi)的記錄的形狀位置來進行規(guī)劃。
粒子施加器配準(zhǔn)。參考圖5，該配準(zhǔn)并入粒子施加器80以如本領(lǐng)域中已知的那樣向解剖區(qū)域(未示出)遞送粒子(未示出)(例如，向前列腺遞送近距離治療粒子的
參考圖6，流程圖150表示本發(fā)明的基于粒子施加器的針配準(zhǔn)方法，該方法用于根據(jù)從如被粒子施加器80所附接的轂60到如鄰近網(wǎng)格50的網(wǎng)格環(huán)81的距離的測量來估計深度平移參數(shù)ztp，并且用于根據(jù)轂61相對于粒子施加器80的定位(例如，轂60正在面向下)來估計oss針32的旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp。
具體地，對于單個oss針32，流程圖150之前的配準(zhǔn)前階段按順序涉及(1)現(xiàn)實或虛擬地將oss針32的遠側(cè)端部插入/通過網(wǎng)格50的通道51，由此遠側(cè)節(jié)段32d延伸到解剖區(qū)域中，以及(2)記錄通道51在網(wǎng)格坐標(biāo)系52內(nèi)的已知位置。對于要由單個oss針32遞送的每個粒子，流程圖150的配準(zhǔn)前階段涉及對oss針32的節(jié)段/整體形狀的重建。
在完成配準(zhǔn)前階段時，流程圖150的階段s152涵蓋對從如被粒子施加器80所附接的轂60到如鄰近網(wǎng)格50的網(wǎng)格環(huán)81的距離的測量。流程圖150的階段s154涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77根據(jù)測量到的從如被粒子施加器80所附接的轂60到如鄰近網(wǎng)格50的網(wǎng)格環(huán)81的距離對坐標(biāo)系21、33和52的配準(zhǔn)，并且流程圖150的階段s156涵蓋為了在超聲圖像內(nèi)顯示重建節(jié)段形狀的圖標(biāo)(例如，如圖2所示的圖標(biāo)78)的目的由工具配準(zhǔn)模塊77記錄oss針32的重建形狀在圖像坐標(biāo)系21內(nèi)的位置。
流程圖150的示范性實施方式涉及粒子施加器80被用于(1)將近距離治療粒子逐一地裝載到oss針32中，(2)將粒子從oss針32中推出來，并且(3)將oss針32縮回預(yù)定義的距離。隨著粒子下落在解剖區(qū)域中，粒子下落的每個位置都被工具配準(zhǔn)模塊77記錄，并且被用于更新處置計劃。更具體地，首先，oss針32在轂標(biāo)記61朝下的情況下被插入到期望的深度。粒子施加器80抓住轂60，并且網(wǎng)格環(huán)81被推進到網(wǎng)格50。此時，網(wǎng)格孔位置、轂標(biāo)記取向(朝下)和從轂60到網(wǎng)格50的距離可以被處理，以將oss針32配準(zhǔn)到網(wǎng)格50并且因此配準(zhǔn)到超聲體積。粒子施加器80的封閉器(未示出)被縮回以將粒子裝載到oss針32中。然后封閉器被推動以使粒子下落到解剖區(qū)域中。隨著封閉器到達其路線的終點，轂到網(wǎng)格50的距離可以用于定位針端部和粒子下落位置。該距離被手動地或通過將粒子施加器80裝備有傳感器而被自動地測量。該過程被重復(fù)直到所有粒子都被放下。因此，oss針32中的所有粒子的位置都被估計，并且如果需要的話，可以被用于計劃更新。
不規(guī)則網(wǎng)格配準(zhǔn)。參考圖7，該配準(zhǔn)并入與規(guī)則網(wǎng)格50(圖1)不同的不規(guī)則網(wǎng)格90。更具體地，為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“不規(guī)則網(wǎng)格”廣義地涵蓋這樣的網(wǎng)格：所述網(wǎng)格不是在所有通道之間具有基本上(如果不是完全的話)均勻形狀，這妨礙了區(qū)分通道以進行配準(zhǔn)的目的，而是在兩個(2)或更多個通道之間具有一定程度的形狀不均勻性以由此區(qū)分通道以進行配準(zhǔn)目的。例如，不規(guī)則網(wǎng)格90如所示的那樣在通道91-95之間具有形狀不均勻性以由此區(qū)分用于配準(zhǔn)目的的通道91-95。在該范例中，通道91-95的共同向上點s形曲線沿使行下降的近側(cè)方向偏移。
實際上，一個或多個網(wǎng)格通道的形狀可以是唯一的，以便促進基于如隨后在本文中描述的(一個或多個)唯一形狀來確定網(wǎng)格坐標(biāo)系內(nèi)的那些(一個或多個)網(wǎng)格通道。
而且實際上，本發(fā)明的不規(guī)則網(wǎng)格可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制造實踐來進行制造，或者可以被制造為到標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格上的將網(wǎng)格通道中的一個或多個延伸到(一個或多個)唯一形狀中的附接物(例如，到在圖1中示出的網(wǎng)格50的前側(cè)或后側(cè)的附接物)。
參考圖8，流程圖160表示本發(fā)明的基于不規(guī)則網(wǎng)格的針配準(zhǔn)方法，該方法用于根據(jù)不規(guī)則網(wǎng)格90的每個通道的不同形狀來估計oss針32的深度平移參數(shù)ztp和旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp，其中僅示出了不規(guī)則網(wǎng)格90的通道91-95。
具體地，對于單個oss針32，流程圖160之前的配準(zhǔn)前階段按順序涉及(1)將oss針32的遠側(cè)端部插入/通過不規(guī)則網(wǎng)格90的通道，以及(2)重建oss針32的節(jié)段/整體形狀。
在完成配準(zhǔn)前階段時，流程圖160的階段s162涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77將oss針32的重建形狀的彎曲標(biāo)繪與不規(guī)則網(wǎng)格90的每個通道的模板彎曲進行關(guān)聯(lián)，以便識別恰當(dāng)?shù)耐ǖ?。流程圖160的階段s164涵蓋相對于識別出的通道的模板彎曲對oss針32的近側(cè)節(jié)段32p的測量。流程圖160的階段s166涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77根據(jù)相對于識別出的通道的模板彎曲的測量到的oss針32的近側(cè)節(jié)段32p對坐標(biāo)系21、33和52的配準(zhǔn)；并且，流程圖160的階段s168涵蓋為了在超聲圖像內(nèi)顯示重建節(jié)段形狀的圖標(biāo)(例如，如圖2所示的圖標(biāo)78)的目的由工具配準(zhǔn)模塊77記錄oss針32的重建形狀在圖像坐標(biāo)系21內(nèi)的位置。
流程圖150的示范性實施方式涉及不規(guī)則網(wǎng)格90的僅具有將會允許oss針32經(jīng)過的逐漸彎曲的通道的每個形狀。每個通道形狀可以是唯一的，由此通道通過分析每個通道形狀的彎曲來識別，由此所有平移參數(shù)都可以被確定。任選地，通道形狀可以被重復(fù)，并且用戶識別哪一個網(wǎng)格孔正在被使用，由此平移參數(shù)xtp和ytp被知曉。識別出的通道形狀中的不均勻性的位置提供了對深度平移參數(shù)ztp的估計。通道形狀的彎曲也提供了對滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp的估計。光學(xué)形狀感測系統(tǒng)的原點在針的轂(或手柄)中。因此，針能夠被配準(zhǔn)到網(wǎng)格90，并且因此能夠被配準(zhǔn)到超聲圖像。更具體到彎曲相關(guān)性，唯一的彎曲優(yōu)選在沿著oss針32的重建形狀的三(3)個不同點處被可視化。這種彎曲使用與用于識別oss針32的被設(shè)置在特定通道的模板形狀內(nèi)的部分的模板彎曲相匹配的樣式來唯一地識別。
針架配準(zhǔn)。參考圖9a和圖9b，該配準(zhǔn)并入支撐oss針32到網(wǎng)格50的通道51中的一個中的插入的針架100。一般來說，針架100具有部分地包圍轂60和轂標(biāo)記61的基座101以及將針架100安裝到鄰近網(wǎng)格50的選定通道51的網(wǎng)格50的一對導(dǎo)軌102r和102l。
參考圖10，流程圖170表示本發(fā)明的基于針架的針配準(zhǔn)方法，該方法用于根據(jù)導(dǎo)軌102r和102l的長度來估計深度平移參數(shù)ztp，并且用于根據(jù)由基座101部分地包圍轂60和轂標(biāo)記61的基座101的凹口來估計oss針32的旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp。
具體地，對于單個oss針32，流程圖150之前的配準(zhǔn)前階段按順序涉及(1)將oss針32的遠側(cè)端部插入/通過如由針架100支撐的網(wǎng)格50的通道51，(2)記錄通道51在網(wǎng)格坐標(biāo)系52內(nèi)的已知位置，以及(3)重建oss針32的節(jié)段/整體形狀。
在完成配準(zhǔn)前階段時，流程圖170的階段s172涵蓋工具配準(zhǔn)模塊77相對于導(dǎo)軌102r和102l的長度確定深度平移參數(shù)ztp。在階段s172的一個實施例中，如果oss針32的遠側(cè)端部與網(wǎng)格50齊平，則深度平移參數(shù)ztp等于導(dǎo)軌102r和102l的長度。在階段s172的第二實施例中，oss針32沿著導(dǎo)軌102r和102l的距離可以被測量，特別是當(dāng)oss針32的遠側(cè)端部與網(wǎng)格間隔開時。
流程圖170的階段s174涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77根據(jù)等于導(dǎo)軌102r和102l的長度的深度平移參數(shù)ztp對坐標(biāo)系21、33和52的配準(zhǔn)。流程圖170的階段s176涵蓋為了在超聲圖像內(nèi)顯示重建節(jié)段形狀的圖標(biāo)(例如，如圖2所示的圖標(biāo)78)的目的由工具配準(zhǔn)模塊77記錄oss針32的重建形狀在圖像坐標(biāo)系21內(nèi)的位置。
流程圖170的示范性實施方式涉及針架100對現(xiàn)有商用網(wǎng)格(例如，網(wǎng)格50)的改進。針架100到網(wǎng)格50的附接可以使用磁性凹口來附接到網(wǎng)格50或者使用任何其他合適的附接手段。如所示，轂60和轂標(biāo)記61緊密地適配在針架100中，由此相對于網(wǎng)格50固定滾動旋轉(zhuǎn)參數(shù)zrp。另外，由于針架100的基座101在相距網(wǎng)格50的已知深度處，因此當(dāng)oss針32被定位在基座101的凹口中時，oss針32被配準(zhǔn)到網(wǎng)格50并且因此被配準(zhǔn)到超聲圖像。在一個實施例中，當(dāng)oss針32進入解剖區(qū)域時，oss針32插入到解剖區(qū)域中的深度通過溫度的變化來確定。已知的彎曲特征可以如本領(lǐng)域中已知的那樣來增強該實施例。任選地，針架100與估計沿著針架100(即，垂直于網(wǎng)格)相對于基座101上的配準(zhǔn)點(凹口)的針運動的幅值的相對位置編碼器(未示出)相配合。
光纖配準(zhǔn)。參考圖11，該配準(zhǔn)并入用于將oss針32相對于光纖110的束縛位置(tetheredposition)投影到網(wǎng)格50的光纖110。一般來說，光纖110被連接到網(wǎng)格50(例如，如所示的網(wǎng)格50的左下角)和轂60(例如，如所示的開放面)。更具體地，光纖110可以以將光纖110配準(zhǔn)到網(wǎng)格坐標(biāo)系并且任選地配準(zhǔn)到針坐標(biāo)系的方式進行連接。(例如，網(wǎng)格坐標(biāo)系和針坐標(biāo)系的原點處或附近的連接)。光纖110的重建形狀促進oss針32的重建形狀相對于光纖110的束縛位置到網(wǎng)格40的投影，這促進oss針32到圖像坐標(biāo)系21的配準(zhǔn)。
具體地，對于單個oss針32，流程圖180之前的配準(zhǔn)前階段(參考圖12)涉及(1)將oss針32(在圖12中被示為遠側(cè)節(jié)段32d和近側(cè)節(jié)段32p)的遠側(cè)端部插入/通過網(wǎng)格50的通道51，以及(2)重建oss針32的整體形狀。
在完成配準(zhǔn)前階段時，流程圖180的階段s182涵蓋工具配準(zhǔn)模塊77重建光纖110的整體形狀，以由此通過網(wǎng)格50的選定通道將oss針32的重建形狀相對于光纖110的束縛位置投影到網(wǎng)格50。流程圖180的階段s184涵蓋由工具配準(zhǔn)模塊77根據(jù)投影的oss針32的重建形狀對坐標(biāo)系21、33和52的配準(zhǔn)。流程圖180的階段s186涵蓋為了在超聲圖像內(nèi)顯示重建節(jié)段形狀的圖標(biāo)(例如，如圖2所示的圖標(biāo)78)的目的由工具配準(zhǔn)模塊77記錄oss針32的重建形狀在圖像坐標(biāo)系21內(nèi)的位置。
任選地，探頭20可以裝備有(一條或多條)光纖，并且基于(一條或多條)光纖的形狀的重建而被類似地配準(zhǔn)到網(wǎng)格50。配準(zhǔn)可以在探頭20相對于網(wǎng)格50的已知位置處被執(zhí)行。
配準(zhǔn)后。返回參考圖3，在通過工具配準(zhǔn)模塊77的特定實施例完成流程圖130后，配準(zhǔn)的oss針33由配準(zhǔn)控制器74的工具配準(zhǔn)模塊77或額外的跟蹤模塊進行跟蹤。實際上，對配準(zhǔn)的oss針33的跟蹤可以通過本領(lǐng)域中已知的各種跟蹤方法來實施。在如本文中先前描述的利用針架配準(zhǔn)的一個實施例中，當(dāng)oss針32進入解剖區(qū)域中/在解剖區(qū)域內(nèi)被導(dǎo)航時，oss針32插入到解剖區(qū)域中的深度通過沿著oss針32的溫度變化來確定。更具體地，參考圖2，當(dāng)oss針32被插入到解剖區(qū)域中時，網(wǎng)格抵靠解剖區(qū)域的放置促進基于沿著oss針32的重建的任何溫度變化的檢測對針坐標(biāo)系21到網(wǎng)格坐標(biāo)系52的配準(zhǔn)。
而且實際上，如果需要或期望的話，oss針32可以在介入流程期間被重新配準(zhǔn)。
參考圖2-12，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到本發(fā)明的介入系統(tǒng)和方法的眾多益處，包括但不限于針對任何基于網(wǎng)格的介入流程的配準(zhǔn)的實時3d跟蹤和成像。
此外，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員鑒于在本文中提供的教導(dǎo)將意識到的，在本公開內(nèi)容/說明書中描述的和/或在圖1-12中描繪的特征、元件、部件等均可以以電子部件/電路、硬件、可執(zhí)行軟件和可執(zhí)行固件、特別是如在本文中描述的控制器的應(yīng)用模塊的各種組合來實施，并且提供可以被組合在單個元件或多個元件中的功能。例如，能夠通過使用專用硬件以及能夠執(zhí)行與適當(dāng)軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來提供在圖1-12中示出/圖示/描繪的各個特征、元件、部件等的功能。當(dāng)由處理器提供時，所述功能能夠由單個專用處理器、由單個共享處理器，或由多個個體處理器(它們中的一些能夠是共享和/或復(fù)用的)來提供。此外，對術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解釋為專指能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且還能隱含地包括但不限于，數(shù)字信號處理器(“dsp”)硬件、存儲器(例如用于儲存軟件的只讀存儲器(“rom”)、隨機存取存儲器(“ram”)、非易失性儲存器等)，以及實質(zhì)上能夠(和/或可配置為)執(zhí)行和/或控制過程的任何手段和/或機器(包括硬件、軟件、固件、電路、其組合等)。
此外，本文中記載本發(fā)明的原理、各方面和實施例以及其特定范例的所有陳述，旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能上的等價物。額外地，這樣的等價物旨在包括當(dāng)前已知的等價物以及未來發(fā)展的等價物(即，執(zhí)行相同功能的所發(fā)展的任何元件而無論其結(jié)構(gòu)如何)。因此，例如鑒于本文提供的教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，在本文中提出的任何框圖能夠表示實現(xiàn)本發(fā)明的原理的示例性系統(tǒng)部件和/或電路的概念性視圖。類似地，鑒于在本文中提供的教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，任何流程圖、流程圖表等均能表示基本上可以被表示在計算機可讀存儲媒介中并且因此可以由計算機、處理器或具有處理能力的其他設(shè)備來執(zhí)行的各種過程，無論這樣的計算機或處理器是否被明確示出。
此外，本發(fā)明的示范性實施例能夠采取計算機程序產(chǎn)品或應(yīng)用模塊的形式，所述計算機程序產(chǎn)品或應(yīng)用模塊可從計算機可用存儲介質(zhì)和/或計算機可讀存儲介質(zhì)存取，所述計算機可用存儲介質(zhì)和/或計算機可讀存儲介質(zhì)提供用于由計算機或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或者與計算機或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用的程序代碼。根據(jù)本公開內(nèi)容，計算機可用存儲介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)能夠是例如能夠包括、存儲、通信、傳播或輸送用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用的程序的任何裝置。這樣的示范性介質(zhì)能夠是例如電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或傳播介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的范例包括例如半導(dǎo)體或固態(tài)存儲器、磁帶、可移動計算機軟盤、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、閃盤(驅(qū)動器)、硬磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤-只讀存儲器(cd-rom)、壓縮盤-讀/寫(cd-r/w)以及dvd。另外，應(yīng)當(dāng)理解，此后可以開發(fā)出的任何新的計算機可讀介質(zhì)也應(yīng)當(dāng)被認為是根據(jù)本發(fā)明和公開內(nèi)容的示范性實施例的可以被使用或涉及的計算機可讀介質(zhì)。
已經(jīng)描述了具有新穎性和創(chuàng)造性的用于oss工具的配準(zhǔn)的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選的和示范性的實施例(這些實施例旨在是圖示性的而非限制性的)，應(yīng)當(dāng)注意，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本文提供的教導(dǎo)(包括圖1-12)的啟示下，可以進行修改和變型。因此，應(yīng)當(dāng)理解，能夠在/對本公開內(nèi)容的優(yōu)選的和示范性實施例中做出在本文中公開的實施例的范圍之內(nèi)的改變。
此外，應(yīng)預(yù)期到，包括和/或?qū)嵤└鶕?jù)本公開內(nèi)容的設(shè)備或諸如能夠在所述設(shè)備中使用/實施的對應(yīng)的和/或有關(guān)的系統(tǒng)也被預(yù)期并且被認為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。而且，用于制造和/或使用根據(jù)本公開內(nèi)容的設(shè)備和/或系統(tǒng)的對應(yīng)的和/或有關(guān)的方法也被預(yù)期并且被認為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
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