使用从探针的远侧端部的方向选择医学图像上的光标位置

技术领域

本发明整体涉及医疗探针，并且具体地涉及用于耳鼻喉(ENT)工具。

背景技术

先前在专利文献中已提出用于在器官的腔体内部将侵入式探针引导到目标组织的技术。例如，美国专利申请公开2019/0090959描述了与利用机载工具跟踪(OTT)系统的计算机辅助手术(CAS)相关的许多改进。一些改进涉及在规程期间提供反馈以提高规程的效率或质量或二者兼而有之的方法，包括根据CAS模式处理的数据的速率和类型。在一个实施方案中，为了在OTT CAS规程期间提供导航辅助，OTT装置监测相关手术工具在手术术野内的位置。取决于所进行的OTT CAS规程的要求，OTT CAS系统可以不使用或使用一个或多个参照系，包括一个或多个位置传感器或一个或多个基准标记。

作为另一个示例，美国专利申请公开2016/0183841描述了一种在患者解剖结构内引导介入器械的方法，该方法包括处理患者解剖结构内的目标位置并接收在患者解剖结构内的第一位置处的介入器械的末端部分的位置。该方法还包括确定第一位置与目标位置之间的三维距离，并显示表示目标位置的符号和表示介入器械的末端部分的符号。在一个实施方案中，远侧末端部分的特征的旋转取向也可以由具有旋转辅助符号的导航辅助图像显示。例如，如果活检器械具有侧开口，则可以在具有旋转辅助符号的导航辅助图像上指示具有开口的该侧。

美国专利申请公开2007/0208252描述了用于执行图像引导的介入和外科手术的装置、系统和方法，包括用于治疗鼻窦炎和鼻旁窦、耳、鼻或喉的其他病症的各种规程。在一些应用中，可以获得术前断层摄影扫描(例如，CT扫描)，并且图像引导系统可以被编程为在视频监视器上显示断层摄影图像以及工作设备相对于断层摄影图像上所显示的解剖结构的位置的实时指示(例如，十字准线、发光点等)。

发明内容

本发明的一个实施方案包括一种医疗探针，该医疗探针包括管状远侧端部区段，该管状远侧端部区段被配置成插入到患者的腔体中并且包括：(a)视觉引导对象，该视觉引导对象设置在远侧端部区段的周边上方；以及(b)磁场传感器，该磁场传感器包括彼此不平行地对准的两个传感器线圈，传感器附接到远侧端部区段，并且具有：(i)线圈中的一个线圈的第一对称轴线，该第一对称轴线垂直于远侧端部区段的中心纵向轴线对准，以及(ii)剩余线圈的第二对称轴线，该第二对称轴线垂直于远侧端部区段的中心纵向轴线对准并且不平行于第一对称轴线。

在一些实施方案中，视觉引导对象包括引导凸块。在其他实施方案中，视觉引导对象包括远侧端部区段的周边的一个或多个着色角度部分。

在一个实施方案中，两个传感器线圈是相互正交的。

根据本发明的另一个实施方案，另外提供了一种包括探针和磁跟踪系统的处理器的系统。该探针包括管状远侧端部区段，该管状远侧端部区段被配置成插入到患者的腔体中并且包括(a)视觉引导对象，该视觉引导对象设置在远侧端部区段的周边上方；以及(b)磁场传感器，该磁场传感器包括彼此不平行地对准的两个传感器线圈，传感器附接到远侧端部区段，并且具有：(i)线圈中的一个线圈的第一对称轴线，该第一对称轴线垂直于远侧端部区段的中心纵向轴线对准，以及(ii)剩余线圈的第二对称轴线，该第二对称轴线垂直于远侧端部区段的中心纵向轴线对准并且不平行于第一对称轴线。磁跟踪系统的处理器被配置成：(a)使用从磁场传感器线圈接收的信号来计算远侧端部在患者的腔体中的位置、方向和旋转取向，(b)将所测量的位置与医学图像配准，(c)使用所计算的方向和旋转取向，在医学图像中找到沿中心纵向轴线的方向的第一位置，以及沿从所计算的位置到对象的方向的第二位置，并且(d)在医学图像上在第一位置与第二位置之间切换光标。

在一些实施方案中，该系统进一步包括位于远侧端部区段的远侧边缘的周边上方的着色角度区段，其中基于相对于第二对称轴线的着色角度区段的已知取向，处理器被进一步配置成将对象限定为使用插入到腔体中的内窥镜观察的着色角度区段中的任一着色角度区段，并且相应地在医学图像上的第一位置与第二位置之间切换光标。

根据本发明的另一实施方案，进一步提供了一种用于在患者的器官的医学图像上切换光标的方法，该方法包括将探针的管状远侧端部区段插入到患者的器官的腔体中，其中该远侧端部包括：(a)视觉引导对象，该视觉引导对象设置在远侧端部区段的周边上方；以及(b)磁场传感器，该磁场传感器包括彼此不平行地对准的两个传感器线圈，传感器附接到远侧端部区段，并且具有：(i)线圈中的一个线圈的第一对称轴线，该第一对称轴线垂直于远侧端部区段的中心纵向轴线对准，以及(ii)剩余线圈的第二对称轴线，该第二对称轴线垂直于远侧端部区段的中心纵向轴线对准并且不平行于第一对称轴线。使用从磁场传感器线圈接收的信号，计算远侧端部在患者的腔体中的位置、方向和旋转取向。将所测量的位置与医学图像配准。使用所计算的方向和旋转取向，在医学图像中找到沿中心纵向轴线的方向的第一位置以及沿从所计算的位置到对象的方向的第二位置。在医学图像上的第一位置与第二位置之间切换光标。

在一些实施方案中，该方法进一步包括将对象限定为在远侧端部区段的远侧边缘的周边上方的着色角度区段中使用插入到腔体中的内窥镜观察的着色角度区段。基于着色角度区段相对于第二对称轴线的已知取向，光标相应地在医学图像上的第一位置与第二位置之间切换。

结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1是根据本发明的实施方案的耳-鼻-喉(ENT)系统的示意性图解；

图2是根据本发明的实施方案的在图1中使用的耳-鼻-喉(ENT)工具的远侧端部的侧视图；

图3是根据本发明的另一个实施方案的耳-鼻-喉(ENT)工具的远侧端部的顶视图；

图4是根据本发明的实施方案的耳-鼻-喉(ENT)工具的远侧端部的透视图，其示出了图2和图3的ENT工具的元件的具体实施方式；并且

图5是根据本发明的实施方案的用于使用图2的耳-鼻-喉(ENT)工具的远侧端部在医学图像上的位置之间切换光标的方法的流程图。

具体实施方式

可以跟踪探针的远侧端部区段，诸如与引导系统一起使用的耳-鼻-喉(ENT)探针，以在视觉上用作患者的腔体的3D视图(例如，医学图像)中的位置的光标(即，指针)。例如，可以按照这样的方式利用TruDi

可以使用附接到远侧端部的磁性传感器来跟踪探针的远侧端部区段(例如，ENT抽吸装置)，其中跟踪的位置沿着远侧端部的中心纵向轴线的方向(例如，抽吸工具的抽吸孔的中心)投影到医学图像上的位置上。以此方式，医生可以观察(显示器上的)医学图像上的光标位置，如同从工具本身远侧观察一样。

然而，对于一些临床规程，可能优选的是用户在沿着中心纵向方向投影的图像位置与对应于设置在探针远侧端部的远侧边缘的周边上的视觉引导对象的不同图像位置之间切换图像光标。不同的图像位置可互换地观察，如同经由虚拟十字准线从工具远侧观察一样，例如，由医生使用位置跟踪系统的用户界面在探针的远侧端部的远侧边缘上的中心和周边跟踪位置上观察一样。

下文描述的本发明的实施方案提供允许用户在通过沿着上述两个不同方向投影跟踪位置而接收的医学图像位置之间在3D视图(例如，医学图像)上切换所显示光标的部件。在一个实施方案中，如下所述，所跟踪对象是引导凸块。在另一个实施方案中，管状远侧端部区段(例如，鼻形件)的远侧边缘被着色以示出若干角度区段(例如，四个象限)，其中每个角度区段可以基于将十字准线置于哪个区段上的用户决策来跟踪。

使用来自插入到腔体中的内窥镜(例如，耳镜)的视频图像，医生可以实时看到凸块或角度区段的至少一部分，也可以看到目标组织(例如，息肉)和附近不受工具影响的组织(例如，脑组织)。基于着色角度区段相对于对象的已知取向，处理器将对象重新限定为使用内窥镜观察的着色角度区段中的任一着色角度区段，并且相应地在医学图像上切换光标。

通常，在医疗规程开始时，对医学图像和磁跟踪系统的参照系进行配准。如上所述，通过系统来跟踪传感器的位置、方向和角度取向以使得能够将十字准线放置在不同的跟踪位置处，从而使得能够在中心和倾斜方向之间切换医学图像上的光标。

所公开的技术允许医生将ENT工具的远侧边缘引导到目标体内位置，其中工具的远侧边缘最佳地在位置、方向和旋转取向上对准，以执行例如治疗规程，诸如ENT抽吸。

图1是根据本发明的实施方案的耳-鼻-喉(ENT)系统20的示意性图解。在以下描述中，假设系统20中的ENT工具21用于在患者28的鼻窦中执行抽吸规程，但是应当理解，该工具可用于对患者执行其他规程。

如下所述，在一个实施方案中，工具21包括附接到工具21的远侧端部(图2中所述的远侧端部和传感器)的倾斜双轴线磁性传感器34，该远侧端部在规程期间由磁跟踪系统23跟踪。为了在系统20中使跟踪为有效的，将患者28的医学图像60(例如，计算机断层摄影(CT)图像)与磁跟踪系统23的参照系进行配准。虽然CT图像60通常可包括磁共振成像(MRI)图像或荧光透视图像，但是在本文的描述中，以举例的方式，图像被假设为包括荧光透视CT图像。

在鼻窦规程之前和期间，包括在磁跟踪系统中的磁辐射器组件24定位在患者的头部下方。组件24包括磁场辐射器26，该磁场辐射器被固定在适当位置并将交变磁场传输到患者28的头部所位于的区域30中。由区域30中的传感器34响应于磁场而生成的电位使得能够在磁跟踪系统的参照系中测量其位置、方向和角度取向。

以举例的方式，组件24的五个辐射器26被布置成在患者28的头部周围的大致马蹄形状。然而，也可以使用组件24的辐射器的另选构型，并且所有此类构型均被视为包括在本发明的范围内。

在规程之前，可通过将磁传感器定位在图像的已知位置(诸如患者的鼻子的末端)处来执行磁跟踪系统的参照系与CT图像的配准。然而，可使用用于配准参照系的任何其他方便的系统。

系统20的元件在系统处理器40的总体控制下。处理器40可安装在控制台50中，该控制台包括操作控件58，该操作控件通常包括小键盘和/或指向装置，诸如鼠标或轨迹球。控制台50无线地和/或经由一个或多个电缆连接到辐射器26和传感器34。医生54使用操作控件58以与处理器交互，同时使用系统20来执行ENT规程。在执行规程时，处理器在屏幕56上呈现医学图像60上的光标15，以帮助医生将远侧端部引导到鼻窦中的目标组织位置。

处理器40使用存储在存储器42中的软件来操作系统20。该软件可例如通过网络以电子形式下载到处理器40，或者另选地或除此之外，该软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质诸如磁存储器、光学存储器或电子存储器上。

图2是根据本发明的实施方案的在图1中使用的耳-鼻-喉(ENT)工具21的远侧端部区段22的侧视图。远侧端部区段22包括双轴线线圈传感器34，其两个线圈(34a,34b)彼此不平行地对准。线圈34a和34b两者都使其对称轴线(340a,340b)垂直于远侧端部的中心轴线的方向44对准。对于远侧端部相对于系统20的磁场方向的任何给定方向，并且对于围绕轴线44的任何滚动角，双轴线传感器34允许系统20找到倾斜方向33和中心纵向方向44并使用如下所述的方向。

在插入工具21时，工具的远侧端部区段22通常在空气中，即，在示意性地示出的解剖结构100的腔体区域200中，该区域对应于医学图像(诸如解剖结构的CT图像205)的3平面中的零亨氏单位(HU)值。在医疗规程期间，通常用内窥镜(未示出)观察鼻形件，该内窥镜通常由医生操作以获取和显示视频图像，使得医生可以看到鼻形件相对于解剖结构100的位置。如图2所示，解剖结构100包括医生想要用内窥镜观察的表面位置62和64处的解剖结构特征。

在所示实施方案中，处理器在由跟踪的中心位置11和在远侧端部区段22的远侧边缘的周边上方的凸块位置32限定的方向上将传感器34的位置投影到解剖结构上。在所示实施方案中，位置11和32分别限定方向33和44。对CT 205图像和磁跟踪系统的参照系进行配准，使得处理器40可以使用远侧端部22实际瞄准的解剖结构位置以在图像205上用光标标记匹配位置。因此，跟踪系统将目视观察到的位置62和64(用ENT工具瞄准这些位置的医生期望进行分辨的位置)与在CT图像205的3个平面中的相应的位置202和204相关联。

为了相对于解剖结构选择工具的方向33或44，医生使用用户界面来将虚拟十字准线102和104分别放置在诸如位置11和32的位置上。医生可以在远侧周边上将十字准线移动到任何其他任意倾斜位置，这导致光标在CT图像205上标记不同于位置62的另一位置。因此，医生可以在第一位置302与第二位置304(它们与工具上的预选十字准线位置102或104匹配)之间切换医学图像上的光标，以便分别从方向33和44观察解剖结构位置62或64。

在CT图像205的平面上，在其中对应于分别由远侧端部区段22的不同部分指向的实际解剖结构位置62和64的位置302和304之间切换光标，允许医生更好地控制在标记的组织位置上使用工具。

注意，在CT图像205的平面上始终仅呈现单个光标，并且显示用于图2中位置302和304两者的光标纯粹是为了描述根据在医疗工具上的所选定位置切换光标以(通过软件)放置十字准线102和104的目的。

磁导航系统可以进一步告知医生最近的组织位置(例如，位置62或64)距离凸块32或中心位置11有多远。处理器可以显示从工具上的所选跟踪位置到最近的组织区域(具有非零HU值的区域)的距离，以便帮助医生评估接近度。

图3是根据本发明的另一实施方案的耳-鼻-喉(ENT)工具的远侧端部区段122的顶视图。在所示实施方案中，双轴线磁传感器34与图2中相同。

如图3所示，远侧端部122的鼻形件在视觉上标记(例如，着色)到象限48中。在所示实施方案中，着色象限48中的一个象限限定方向55a，而着色象限48中的另一个象限限定方向55b。基于远侧端部的已知几何形状，并且通过使用传感器24，十字准线可以放置在位置跟踪象限48中的任一位置跟踪象限上，其中在所示实施方案中，医生已经将十字准线112和114放置在分别限定方向55a和55b的象限位置上。如上所述，在经配准的医学图像(诸如3平面CT图像305)上出现的光标可以分别在对应的位置302和304之间切换。再次注意，在医学图像的每个平面上始终仅呈现单个光标。

在用内窥镜观察鼻形件时，医生可以在不同的象限之间切换，并且因此将用于3D视图的光标选择成处于对应于医生选择瞄准十字准线的角度区段的位置和方向上。例如，基于医生选择，处理器40可以选择象限48中的一个象限，以使光标指向医学图像上的对应于解剖结构101的区域301中的解剖结构位置67的位置302处，该位置沿着方向55a经由定位(102)在该象限上的十字准线投影，或者使光标指向医学图像上的对应于具有非零HU的解剖结构101的区域301中的解剖结构位置68的位置304处，该位置沿着方向55b经由定位(104)的十字准线104投影，如在另一个象限上所看到的。

图4是根据本发明的实施方案的耳-鼻-喉(ENT)工具211的远侧端部区段222的透视图，示出了图2和图3的ENT工具的元件的具体实施。远侧端部区段222的此类透视图可以是由前述内窥镜拍摄的视频图像的一部分。

在所示实施方案中，形成横向双轴线传感器134的线圈34a和34b，使得它们的对称轴线340a和340b在它们之间具有角度α。轴线彼此不平行，并且通常更接近正交(在所示实施方案中α为约120度)。双轴线传感器34被配置成根据远侧端部22围绕轴线44(如图2中可见)的旋转取向提供不同组的电压信号。

美国专利申请公开2018/0228392中描述了在远侧端部(诸如传感器134)上形成多轴线磁传感器，该专利申请描述了包括形成为三维(3D)形状的柔性基底的位置传感器，该专利申请被转让给本专利申请的受让人。至少第一场感测线圈和第二场感测线圈形成于柔性基底的相应的第一层和第二层中，使得在3D形状中第一场感测线圈和第二场感测线圈具有不彼此平行的相应的第一轴线和第二轴线。

图4还可视化前述引导凸块32和角度区段48(例如，象限48)，其在远侧端部22(即，鼻形件)上进行了视觉标记(例如，着色)。

图5是根据本发明的另一实施方案的用于使用图2的耳-鼻-喉(ENT)工具21的远侧端部区段22在医学图像上的位置之间切换光标的方法的流程图。该过程开始于初始步骤70，其中对磁跟踪系统23和医学图像(诸如来源于患者28的CT图像)的参照系进行配准，如上所述。为了与医学图像执行配准，磁跟踪系统23被激活并且用于跟踪双轴线传感器34的位置、方向和角度取向，如上所述。假设将实时地对跟踪进行更新。

在插入步骤72中，医生54将工具21的远侧端部区段22插入到患者28的鼻孔中。一旦插入，在测距步骤74中，通过使用来自传感器34的信号，处理器40由位于工具21的远侧端部区段22上的虚拟十字准线在医学图像上找到患者28的最近内部元件的位置。

接下来，在光标放置步骤76，处理器40将光标放置在医学图像上，以便指向到工具21的远侧端部区段22的指定位置的最近的患者28的内部元件。

在光标切换步骤78，医生54在两个成像位置之间切换医学图像上的光标，该两个成像位置对应于在工具21的远侧端部区段22上的两个跟踪位置处放置的十字准线。当医生移动远侧端部时，该过程自己重复，如虚线方向线所指示：医学图像上的光标位置在医生继续移动装置或切换光标时改变。

图5中示出的示例性流程图完全是为了概念清晰而选择的。图5仅示出了与本发明的实施方案有关的步骤。省略了其他步骤，诸如选择在工具21的远侧端部区段22上除中心11和凸块32之外的跟踪位置，以将十字准线布置在医学图像上的新选择的相应的位置上并随后在新选择的相应的位置之间切换光标。

尽管本文描述的实施方案主要涉及ENT应用，但本文描述的方法和系统也可用于其他应用，诸如心脏、神经或眼科应用。

因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。