基于MRI的导航的制作方法

本公开涉及外科手术成像系统，并且更具体地涉及用于辅助临床医生将导管和其他工具导航到患者体内的特定位置以进行活检和治疗同时减少患者和外科手术团队的电离辐射暴露的系统和方法。

背景技术：

1、存在若干通常应用的医学方法诸如内窥镜手术或微创手术用于诊断或治疗各种影响器官（包括肝、脑、心脏、肺、胆囊、肾和骨骼）的疾病。通常，临床医生采用诸如计算机断层扫描（ct）、荧光透视和其他基于x射线辐射的成像技术的一种或多种成像模态来识别并导航到患者体内的关注区域以及最终导航到特定位置（例如，用于活检或治疗的目标）。

2、例如，已经证明内窥镜方法在导航到患者体内的关注区域时是有用的，并且特别地对于身体的管腔网络内的区域（诸如肺部）也是如此。为了使内窥镜方式成为可能，并且更特别地为了使支气管镜方式在肺中成为可能，已经开发了支气管内导航系统，其使用手术前的或者预先获取的ct图像数据来生成特定身体部分的三维（3d）渲染或模型。另外的发展已经使得能够使用荧光透视图像，其可以在手术中并且以低得多的成本生成。无论是使用ct图像数据还是荧光透视图像数据，然后利用由图像数据生成的所得3d模型或渲染来创建或修改导航规划，以促进导航导管（或其他适合的医疗装置）单独或穿过支气管镜或引导鞘和管腔网络例如患者的肺的气道前进到被识别的目标或关注区域。

3、为了有用地导航到患者的肺内的目标或关注区域，必须使从手术前的图像中得出的肺的3d模型或渲染配准到患者的肺。在初始配准和随后导航到先前识别的目标的导航附近之后，通常需要捕获额外的手术中图像数据（例如，ct图像数据、锥形束ct图像数据或荧光透视图像数据）以便校正ct到身体的发散（即，进行局部配准）。局部配准的目的是确定导航导管和目标的原位相对位置，并且更新它们在从手术前成像形成的3d模型中的相对位置。在活检或治疗工具在目标中的进一步导航和放置之后，还可以获取进一步的手术中成像以确认在目标中的放置。

4、所获取的患者的所有这些图像数据集增加了由患者接收的总电离辐射剂量。类似地，由于这些图像数据集中的多个图像数据集是在手术中获取的，因此医疗团队（肺科医生、外科医生、护士等）每个手术接收多剂量的电离辐射，并且因此当他们在他们的职业生涯中检查和治疗许多患者时可能接收显著的和破坏性的暴露。

5、因此，虽然当前系统对于它们的预期目的是非常有用的并且已经用于诊断和治疗许多人，但是该系统总是可以使用改进。

技术实现思路

1、本公开的一个方面涉及一种用于管腔导航的系统。该系统包括：导管，该导管被配置用于在患者的管腔网络内导航，该导管包括传感器；计算装置，该计算装置包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器上存储有指令，这些指令在由处理器执行时：从磁共振图像（mri）扫描仪接收磁共振信号并生成mri图像数据集；由mri图像数据集生成三维（3d）模型；生成穿过3d模型到达目标的路径；确定传感器在患者体内的位置；使得在3d模型中显示导管的部分的位置；以及更新导管的该部分的所显示的位置；接收第二磁共振信号并生成第二mri图像数据集；接收第二mri图像数据集中导管的远侧端部的指示；以及在3d模型中更新导管的远侧端部和目标的相对位置。该方面的其他实施方案包括各自被配置为执行本文描述的方法和系统的动作的对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序。

2、本公开的该方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。该系统其中指令在由处理器执行时使得在3d模型中显示导管的远侧端部和目标的更新的相对位置。指令在由处理器执行时接收第三磁共振信号以形成第三mri图像以确认导管、活检工具或治疗工具在目标中的放置。指令在由处理器执行时确定在3d模型中是否存在更多目标。指令在由处理器执行时使得显示3d模型和到达第二目标的路径。该系统还包括生成磁共振信号的磁共振扫描仪。指令在由处理器执行时引起电磁场的生成，并且传感器是电磁传感器。该系统还包括生成电磁场的发射器垫。mri扫描仪的磁线圈生成电磁场。传感器是惯性测量单元。所描述的技术的具体实施可包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件，包括安装在系统上的软件、固件、硬件、或它们的组合，该软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当被数据处理设备执行时，该指令使得设备执行动作。

3、本公开的另一个方面涉及一种将导管导航到患者体内的目标的方法。导航方法还包括：从磁共振图像（mri）扫描仪接收磁共振信号并生成mri图像数据集；由mri图像数据集生成三维（3d）模型；生成穿过3d模型到达目标的路径；确定传感器在患者体内的位置；基于所确定的传感器的位置使得在3d模型中显示导管的部分的位置；以及更新导管的该部分的显示位置；接收第二磁共振信号并且生成第二mri图像数据集；接收第二mri图像数据集中导管的远侧端部的指示；以及在3d模型中更新导管的远侧端部和目标的相对位置。该方面的其他实施方案包括各自被配置为执行本文描述的方法和系统的动作的对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序。

4、本公开的该方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。该方法还包括使得在3d模型中显示导管的远侧端部和目标的更新的相对位置。该方法还包括接收第三磁共振信号以形成第三mri图像以确认导管、活检工具或治疗工具在目标中的放置。该方法还包括生成电磁场和确定传感器在电磁场中的位置。电磁场由发射器垫生成。mri扫描仪的磁线圈生成电磁场。所描述的技术的具体实施可包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件，包括安装在系统上的软件、固件、硬件、或它们的组合，该软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当被数据处理设备执行时，该指令使得设备执行动作。

5、本公开的又另外的方面涉及一种将导管导航到患者体内的目标的方法。导航方法还包括：从磁共振图像（mri）扫描仪接收磁共振信号并生成mri图像数据集；由mri图像数据集生成三维（3d）模型；生成穿过3d模型到达目标的路径；确定导管的远侧部分在3d模型内的位置；使得在3d模型中显示导管的至少远侧部分的位置；以及接收来自并入到导管中的传感器的信号；基于接收到的信号更新导管的至少部分的显示位置；接收第二磁共振信号并生成第二mri图像数据集，其中第二mri图像数据集被聚焦到靠近传感器的区域；以及基于第二mri图像数据集更新3d模型中导管的远侧部分的显示位置。该方面的其他实施方案包括各自被配置为执行本文描述的方法和系统的动作的对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序。

6、本公开的该方面的具体实施可包括以下特征中的一个或多个特征。在该方法中，传感器是惯性测量单元（imu）。在该方法中，导管的远侧部分的更新的显示位置被用来消除imu的漂移。该方法其中将额外的mri图像数据集聚焦到靠近传感器的区域；以及基于第二mri图像数据集来更新3d模型中导管的远侧部分的显示位置，以及采用导管的更新的显示位置来消除imu的漂移。所描述的技术的具体实施可包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件，包括安装在系统上的软件、固件、硬件、或它们的组合，该软件、固件、硬件或它们的组合在操作中使系统执行动作。一个或多个计算机程序可被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当被数据处理设备执行时，该指令使得设备执行动作。