用於對準可移動螢光透視成像系統的改進的方法和裝置的製作方法
2023-05-14 07:39:26 2
專利名稱：用於對準可移動螢光透視成像系統的改進的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般而言涉及一種用於改進的醫學成像的系統和方法。特別地，本發明涉及一種用於可移動螢光透視成像系統的改進的導航和可視化的系統和方法。
背景技術：
醫學診斷成像系統包括各種成像模式，比如X射線系統、計算機斷層攝影(CT)系統、超聲系統、電子束斷層攝影(EBT)系統、磁共振(MR)系統等等。醫學診斷成像系統例如通過能量源的照射來產生諸如患者之類的對象的圖像，所述能量源例如是穿過患者的X射線。所產生的圖像可用於許多目的。例如，可探測對象中的內部缺陷。另外，可確定內部結構的變化或者對準。還可表示在對象內的流體流動。此外，該圖像可顯示在對象內目標的存在或不存在。從醫學診斷成像所獲得的信息應用於許多領域，包括醫學和製造業。
供醫學診斷成像系統使用的一種應用是在計算機輔助手術的領域中。計算機輔助手術的領域通常包括在手術過程期間計算機或計算機系統的使用。例如，外科醫生可能希望在手術期間利用醫學診斷成像系統來觀看身體內感興趣的點。通常，在手術期間，通常保持患者靜止，而將可移動成像單元操縱到採集感興趣點的圖像的位置。在手術期間可移動成像單元的操縱通常由放射技師或其他技師來執行。護士或其他技師通常將成像單元定位在他認為將提供感興趣點的最好圖像的位置，然後採集圖像。典型地，用戶在首次嘗試中並未使成像單元的定位最佳，所以用戶通常必須重新定位該成像單元，採集另一圖像，並評估該圖像以確定成像單元的位置是否是最佳的。在成像單元被最佳定位之前，用戶通常經歷幾次這種反覆的試錯過程。
這種試錯定位過程的一個問題在於，它是耗時的並且常常難以執行。整個手術團隊通常在繼續手術之前等待最佳的圖像，並且常常難以僅僅通過觀看圖像而得知如何移動C型臂。即使一個人能夠看懂圖像以正確地移動C型臂，也存在併發症(complication)的可能性，就象大多數手術那樣，並且在手術期間等待圖像並未使潛在的併發症最小化。而且，每幅圖像使患者和工作人員暴露於輻射。最佳地定位成像單元所拍攝的圖像越多，患者和工作人員所經受的輻射照射量就越多。
因此，對於一種更有效地定位成像單元以採集最佳圖像的導航和可視化的系統和方法存在需要。這種系統和方法可以允許以最小的時間量並且以對患者和工作人員而言輻射照射量的最小量來定位成像單元。
發明內容
本發明的某些實施例包括一種用於定位醫學成像單元的方法。該方法包括評估來自多個傳感器的數據，並且計算醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置。該計算可以基於來自多個傳感器的數據以及利用至少一個傳感器來校準感興趣點的信息。該方法可以進一步包括計算用於操縱醫學成像單元從第一位置到最佳位置的指令的步驟。可以為用戶顯示該指令以便手動地將醫學成像單元定位在最佳位置。顯示指令的步驟包括給用戶提供關於醫學成像單元的當前位置和醫學成像單元的最佳位置的反饋。這些指令還可由電動機使用以基於所述指令將醫學成像單元定位到最佳位置。在其他實施例中，醫學成像單元可以是C型臂或超聲單元。該方法還可包括採集感興趣點的圖像。感興趣點可以包括作為髓內釘過程的一部分的螺釘孔。感興趣點還可包括作為骨盆過程的一部分所採集的入口和出口圖像。感興趣點還可包括導管的位置。
本發明的某些實施例可以包括一種用於定位醫學成像單元的系統，該系統可以包括用於識別多個參考點的位置的多個傳感器、用於採集圖像的醫學成像單元、用於處理數據的計算機單元、以及用於給用戶顯示信息的顯示單元。該計算機單元可以執行計算機軟體，以用於計算醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置，該計算基於傳感器的位置。該計算機單元可以計算用於操縱醫學成像單元從第一位置到最佳位置的指令。可將這些指令給用戶顯示在顯示單元上以便手動地將醫學成像單元定位在最佳位置。這些指令可包括給用戶提供關於醫學成像單元的當前位置和醫學成像單元的最佳位置的反饋。
該系統可進一步包括至少一個電動機。這些指令可由電動機執行以將醫學成像單元定位在最佳位置。電動機可提供用於指導用戶將醫學成像單元定位在最佳位置的力反饋。在其他實施例中，醫學成像單元可以是C型臂或超聲單元。
本發明的某些實施例還可包括計算機可讀存儲介質，該存儲介質包括一組計算機指令。該組指令包括用於訪問來自多個傳感器的數據的訪問程序以及用於計算醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置的計算程序。該計算可以基於來自多個傳感器的數據以及利用至少一個傳感器來校準感興趣點的信息。
圖1說明根據本發明的實施例可以使用的系統的例子。
圖2說明根據本發明的實施例可以使用的方法。
圖3說明本發明實施例的例子。
圖4說明本發明實施例的例子。
具體實施例方式
圖1說明根據本發明實施例用於定位醫學成像單元的系統100。系統100說明了作為醫學成像單元的例子的C型臂單元110。然而，醫學成像單元可以是其他醫學成像設備，例如超聲單元。因此，可以使用任何可移動醫學成像設備。
C型臂單元110被連接到計算機單元120。在C型臂單元110與計算機單元120之間的連接可以是有線的或無線的。計算機單元120可以是允許對電子醫學圖像(例如X射線、超聲、CT、MRI、EBT、MR或核醫學)進行電子採集、存儲、或傳輸以用於觀看和操作的任何設備或軟體。計算機單元120可以接收來自用戶的輸入。通常，計算機單元120表示設備和軟體。實際的物理計算機單元可以是分離的單元、單個單元的一部分、計算機系統、或者計算機系統的一部分。
計算機單元120可經由電子網絡被連接到其他設備。計算機單元120與電子網絡的連接由線140說明。網絡140與計算機單元120之間的連接可以是有線的或無線的。計算機單元120還可被連接到顯示單元130。計算機單元120與顯示單元130之間的連接可以是有線的或無線的。顯示單元130可以是單個顯示單元或多個顯示單元。另外，例如顯示單元130可以是二維顯示單元或三維顯示單元。因此，根據本發明可以使用任何顯示單元。
元素105表示患者，而元素107表示患者躺在其上的工作檯。元素150、160和170是可識別它們相對於參考系和相對於彼此的位置的電子傳感器。雖然示出了三個傳感器150-170，但是可以使用任可數目的傳感器。傳感器150-170通常與計算機單元120進行電子通信。該電子通信可以經由導線進行，或者可以以無線的方式進行傳輸。系統100的部件可以是單個單元、分離的單元，可以以各種形式集成，並且可以以硬體和/或軟體來實施。
在操作中，系統100可用於定位醫學成像單元110。通常可將傳感器150-170進行定位以創建參考系。參考系可通過具有參考傳感器來創建。在參考系中的其他傳感器可以識別它們相對於該參考傳感器的空間位置。
傳感器的定位一般而言在美國專利申請No.10/960744中進行了描述，該申請在此被結合以作參考。在系統100中所說明的實施例中，傳感器160可以是參考傳感器，傳感器150可以是識別C型臂照相機112相對於參考傳感器的位置的傳感器，而傳感器170可以是識別感興趣點的位置的傳感器。通常，可以使用任何數目的傳感器或者傳感器的任何布局。
計算機單元120知道傳感器150與C型臂照相機112的位置之間的關係。例如，如果沒有將傳感器150放置在C型臂照相機112上，那麼計算機單元120知道C型臂照相機112到傳感器150的距離和相對於傳感器150的方向。因此，計算機單元120可以識別C型臂照相機112在空間上的位置和方向。
類似地，計算機單元120知道傳感器170與感興趣點的位置之間的關係。例如，如果沒有將傳感器170放置在感興趣點上，那麼計算機單元120知道感興趣點到傳感器170的距離。因此，計算機單元120可以識別在空間上的感興趣點。
在實施例中，通常可將參考傳感器160定位在患者的解剖體的硬的部分例如骨頭上。傳感器150和170可以識別它們在空間上相對於傳感器160的位置，因此傳感器150和170可以識別它們相對於彼此的位置。如在系統100中所說明的，可將傳感器150附到C型臂照相機112上。傳感器170可以識別感興趣點的位置。傳感器150-170的位置可以被傳送給計算機單元120。然後計算機單元120可以計算C型臂照相機112採集感興趣點的圖像的最佳位置。計算機單元120可以基於傳感器150、160和170的位置來進行計算。
一旦計算機單元120計算出C型臂照相機112的最佳位置，計算機單元120就可計算關於如何操縱C型臂以將C型臂照相機112定位在最佳位置的指令。在實施例中，這些指令可以被顯示在顯示單元130上，並且用戶可以手動地將醫學成像單元110定位在最佳位置。可選擇地，這些指令可以被顯示在醫學成像單元110上，例如使用諸如LED之類的定位指示器，以指示用戶。例如，可將這些指令以箭頭的形式來顯示，所述箭頭指導用戶向哪個方向操縱醫學成像單元。所顯示的指令可以包括給用戶關於醫學成像單元的當前位置和醫學成像單元的最佳位置的反饋。例如，用戶可以移動醫學成像單元，並且計算機單元120可以觀察位置的移動。計算機單元120可以重新計算指令並給用戶顯示新的方向信息。可以重複這一反覆過程直到將醫學成像單元定位在最佳位置，其中可給用戶顯示醫學成像單元位於最佳位置的指示器。可選擇地，可將這些指令發送給電動機，並且電動機可將醫學成像單元定位在最佳位置。一旦醫學成像單元110位於最佳位置，則可以採集圖像。因此，代替使用試錯技術來定位醫學成像單元並使患者和工作人員暴露在不必要的輻射下，系統100允許在最小化輻射照射量時更有效地捕獲圖像。
圖2說明根據本發明的實施例可以使用的方法200。方法200可以由系統100的計算機單元110或其他相關的計算機系統或設備來執行。方法200包括在步驟210訪問來自多個傳感器的數據。該數據可包括作為參考系的一部分的傳感器的相對位置。該數據還可包括校準信息。該校準信息可包括相對於感興趣點的感興趣點傳感器的位置。而且，該校準信息可包括例如C型臂照相機傳感器相對於C型臂照相機的位置。
在步驟220，可以計算醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置。該計算可以基於來自傳感器的數據。來自傳感器的數據可以指示傳感器的位置。該計算還可包括用於利用至少一個傳感器來校準感興趣點的信息。用於利用至少一個傳感器來校準感興趣點的信息可包括感興趣點傳感器相對於感興趣點的位置。
在步驟230，可以計算用於操縱醫學成像單元從當前位置到最佳位置的指令。在實施例中，可給用戶顯示這些指令以便手動地將醫學成像單元定位在最佳位置。所顯示的指令可以包括給用戶關於醫學成像單元的當前位置和醫學成像單元的最佳位置的視覺反饋。例如，用戶可以移動醫學成像單元。該計算機單元可以觀察位置的移動。計算機單元可以重新計算這些指令並給用戶顯示新的方向信息。可以重複這一反覆過程直到將醫學成像單元定位在最佳位置，如在方法200中由從步驟230到步驟210的箭頭所示。
可選擇地，這些指令可被發送給電動機，並且電動機可將醫學成像單元定位在最佳位置。一旦醫學成像單元位於最佳位置，則可以採集圖像。在另一可選方案中，這些指令可被發送給電動機，並且用於提供力反饋來指導用戶將醫學成像單元定位在最佳位置。對於用戶而言，當用戶推C型臂時，會感覺就象C型臂自己移動到最佳位置。這種力反饋可能比讓電動機自動地移動更有用。這種自動移動可能碰到例如可附於患者的管子、導管、以及電纜。
圖3說明應用上述的系統和方法的例子。在髓內釘過程(IM Nail)中，將可變形的釘子沿股骨的軸向下放置並用多個螺釘進行固定。圖3說明了位於體腔中的螺釘孔310。在例如在美國公布No.2002/0077541中所描述的方法可用於定位螺釘孔的變形的位置，該公布在此被結合以作參考。在實施例中，可將諸如傳感器160之類的傳感器放置在硬的解剖結構例如患者的骨頭上。可將諸如傳感器170之類的傳感器附於遠離螺釘孔的可變形釘子的末端上。然而，可以確定放置傳感器距螺釘孔的距離，並且可以確定螺釘孔距傳感器170的距離和相對於傳感器170的方向。
假定螺釘孔的位置和方向，可以最佳地定位如上所述具有所附的跟蹤系統的C型臂以通過螺釘孔的中心來拍攝圖像。傳感器170的位置相對於螺釘孔的位置的關係的預先計算的C型臂的校準給出了醫學成像單元相對於跟蹤系統的投影對準。螺釘孔的位置和方向規定了居中C型臂照相機所沿的適當的線。然後該系統可提供視覺對準提示，或者具有如上所述的機動化系統，以最佳地定位醫學成像單元。
圖4說明應用上述的系統和方法的例子。在執行骨盆過程中，難以獲得良好的入口和良好的出口視圖。在實施例中，可將諸如傳感器160之類的傳感器放置在骨參考點上的身體之外。這种放置可能需要利用附於傳感器160的儀器來接觸(或觸摸)身體的幾個外部基準點。可相應地放置諸如傳感器170之類的傳感器以獲得入口和出口圖像。使用如上所述的跟蹤系統和方法，這些參考點可以指導C型臂定位到用於入口和出口圖像的最佳位置。圖4說明了使用如上所述的跟蹤系統和方法利用C型臂來採集圖像。
在應用上述的系統和方法的另一例子中，在將導管插入患者的動脈時，可能難以知道導管的尖端位於何處。在實施例中，如果導管的尖端具有傳感器，例如傳感器170，則可監控尖端位置。另外，該尖端位置可用於幫助定位C型臂單元以監控導管插入的過程，而不必執行多次拍攝來嘗試尋找導管。
上述的系統和方法可作為包括一組計算機指令的計算機可讀存儲介質的一部分來實現。該組指令包括用於訪問來自多個傳感器的數據的訪問程序。該組指令還包括用於計算醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置的計算程序。該計算可以基於來自多個傳感器的數據和利用至少一個傳感器來校準感興趣點的信息。該組指令還可包括計算用於操縱醫學成像單元從第一位置到最佳位置的指令的指令程序。
雖然已經參考某些實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將會理解，在不脫離本發明範圍的情況下可以進行各種改變並且可以用等同物替代。另外，在不脫離本發明範圍的情況下，可以進行許多修改以使特定情形或材料適於本發明的教導。因此，本發明打算不限於所公開的特定實施例，而是本發明將包括落在所附權利要求書的範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用於定位醫學成像單元的方法(200)，所述方法包括訪問(210)來自多個傳感器的數據；以及計算(220)所述醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置，所述計算基於來自所述多個傳感器的所述數據以及用於利用至少一個傳感器來校準所述感興趣點的信息。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括計算用於操縱所述醫學成像單元從第一位置到所述最佳位置的指令(230)的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，進一步包括給用戶顯示指令以便手動地將所述醫學成像單元定位在所述最佳位置的步驟。
4.根據權利要求2所述的方法，進一步包括控制電動機以基於所述指令將所述醫學成像單元定位到所述最佳位置的步驟。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述醫學成像單元是C型臂單元。
6.一種用於定位醫學成像單元的系統(100)，所述系統包括多個傳感器(150、160、170)，用於識別多個參考點的位置；醫學成像單元(110)，用於採集圖像；計算機單元(120)，用於處理數據，所述計算機單元(120)執行用於計算所述醫學成像單元(110)採集感興趣點的圖像的最佳位置的計算機軟體，所述計算基於所述傳感器(150、160、170)的位置；以及顯示單元(130)，用於給用戶顯示信息。
7.根據權利要求6所述的系統，其中計算機單元(120)計算用於操縱所述醫學成像單元從第一位置到所述最佳位置的指令。
8.根據權利要求7所述的系統，進一步包括至少一個電動機，其中所述指令由所述電動機執行以將所述醫學成像單元定位到所述最佳位置。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述電動機提供用於指導用戶將所述醫學成像單元定位在所述最佳位置的力反饋。
10.一種包括一組計算機指令的計算機可讀存儲介質，該組指令包括訪問程序，用於訪問來自多個傳感器的數據；以及計算程序，用於計算所述醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置，所述計算基於來自所述多個傳感器的所述數據以及用於利用至少一個傳感器來校準所述感興趣點的信息。
全文摘要
公開了一種用於定位醫學成像單元(110)的系統(100)和方法(200)。該方法(200)可以包括訪問(210)來自多個傳感器的數據。該方法還可包括計算(220)醫學成像單元採集感興趣點的圖像的最佳位置。該計算可以基於來自多個傳感器的數據以及用於利用至少一個傳感器來校準感興趣點的信息。該方法還可包括計算用於操縱醫學成像單元從第一位置到最佳位置的指令(230)。在實施例中，這些指令可以被顯示給用戶以便手動地定位醫學成像單元。可選擇地，這些指令可被發送給電動機以定位醫學成像單元，或者該電動機可提供力反饋來指導用戶將醫學成像單元定位在最佳位置。
文檔編號A61B19/00GK101015444SQ200610130918
公開日2007年8月15日 申請日期2006年12月14日 優先權日2005年12月14日
發明者C·F·洛伊德, J·T·李 申請人:通用電氣公司