МЕДИЦИНСКИЙ ИНТЕРФЕЙС СЛЕЖЕНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ИНТЕРВЕНЦИОННУЮ ИНФОРМАЦИЮ
MEDICAL TRACKING INTERFACE PROVIDING INTERVENTIONAL INFORMATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Данное изобретение относится к области медицинской визуализации и, более конкретно, к способу, системе и компьютерному программному продукту для обеспечения медицинского интерфейса MTI слежения для обеспечения интервенционной информации для более чем одной системы визуализации и/или слежения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Обмен данными в реальном времени между оборудованием получения изображения, устройствами минимально инвазивного распознавания, осуществления терапии и контроля, и программными приложениями, выполняемыми на рабочих станциях, является общей особенностью в приложениях для медицинского вмешательства с управлением по изображениям (IGI). Хирургические инструменты или минимально инвазивные приспособления, например, иглы, катетеры, проволочные направители, зонды системы визуализации, введенные в тело, и т.п. могут быть обнаружены относительно тела пациента посредством использования систем слежения, которые могут определить местоположение и ориентацию интервенционных приспособлений, и, возможно, форму всего приспособления, и передать эти измерения в реальном времени внешним устройствам. Такие системы используют ряд собственных технологий детектирования, например, оптическое, на основе камеры, детектирование маркеров, встроенных в приспособления, электромагнитное распознавание миниатюризированных датчиков, встроенных в приспособления, помещенные в электромагнитное поле, оптическое распознавание формы с использованием волоконной решетки Брэгга (FBG) или концепций релеевского рассеяния, или другие технологии. Производители систем слежения могут использовать различные протоколы передачи данных или оригинальные интерфейсы, которые замедляют интеграцию IGI приложений в клиническую практику. IGI приложения должны сопрягаться индивидуально с оборудованием каждого производителя для получения данных слежения, что увеличивает сложность реорганизации и препятствует возможности взаимодействия, если многочисленные системы слежения, использующие одну или несколько собственных технологий, одновременно используются в одном и том же вмешательстве. Без стандартного интерфейса с IGI приложениями могут вводиться ошибки и избыточность.
[0003] Существуют программные приложения, которые обеспечивают интерфейс с оборудованием слежения и включают в себя другую функциональность, такую как считывание/отображение медицинских изображений, совмещение на основе точек, и т.д. Однако эти приложения не объединяют и не координируют информацию от многочисленных систем слежения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Обеспечиваются способ, система и компьютерный программный продукт для обеспечения медицинского интерфейса (MTI) слежения, действующего в качестве информационного посредника, который обменивается данными с рядом медицинских систем слежения для медицинских вмешательств.
[0005] Согласно одному аспекту данного изобретения, обеспечивается способ для обеспечения медицинского интерфейса слежения. Этот способ содержит этап: приема данных от по меньшей мере одного устройства слежения в любом из множества форматов, преобразования данных в однородный формат, и вывод данных в однородном формате.
[0006] Согласно одному варианту осуществления, однородный формат, в который данные слежения преобразуются, является однородной пространственной системой координат. Согласно различным вариантам осуществления, однородная пространственная система координат может быть: местоположениями, кодированными с использованием трехмерных декартовых координат, ориентациями, кодированными с использованием кватернионов или углов Эйлера, и местоположением и ориентациями, кодированными с использованием матрицы преобразования.
[0007] Согласно одному варианту осуществления, однородный формат содержит пространственную привязку каждого из по меньшей мере одного устройства слежения к однородной внешней системе координат. Пользователь касается каждым устройством слежения множества опорных элементов в известных местоположениях во внешней системе координат. Система слежения измеряет местоположения опорного элемента в координатах устройства слежения и отправляет их MTI. MTI вычисляет матрицу совмещения (перехода) измерений опорного элемента и соответствующих координат системы слежения. С использованием матрицы совмещения MTI преобразует или привязывает данные устройства слежения к координатам внешней системы координат. MTI выводит данные слежения в координатах внешней системы координат.
[0008] Согласно одному варианту осуществления, способ обеспечения медицинского интерфейса слежения дополнительно содержит этап совместного использования данных слежения, связанных с координатами слежения от одной системы слежения, с отслеживаемыми интервенционными инструментами, связанными с другой системой слежения, с использованием матрицы совмещения для привязки координат слежения данных визуализации к системе слежения, принимающей данные визуализации.
[0009] Согласно одному варианту осуществления, однородный формат содержит пространственную привязку каждого из по меньшей мере одного устройства слежения к внешней системе координат, и дополнительно содержит этапы: касания по меньшей мере одним устройством слежения множества опорных элементов в известных местоположениях в внешней системе координат; измерения местоположений опорного элемента в координатах устройства слежения; вычисления матрицы совмещения из измерений опорного элемента; использования матрицы совмещения для привязки данных устройства слежения к координатам внешней системы координат; вывод данных слежения в координатах внешней системы координат; определения по меньшей мере одной общей системы координат для по меньшей мере одного устройства слежения и зависимого устройства слежения; вычисления матрицы совмещения для зависимого устройства слежения с использованием матрицы совмещения для по меньшей мере одного устройства слежения и общей системы координат; использования матрицы совмещения для привязки данных зависимого устройства слежения к координатам внешней системы координат; и вывода данных слежения для зависимого устройства слежения в координатах внешней системы координат.
[0010] Согласно одному варианту осуществления, способ обеспечения медицинского интерфейса слежения дополнительно содержит детектирование ошибок в одном из по меньшей мере одного устройства слежения и уведомление каждого зависимого устройства слежения определять и использовать новые матрицы совмещения.
[0011] Согласно одному варианту осуществления, однородный формат содержит однородную систему отсчета времени. В одном варианте осуществления, по меньшей мере одно устройство слежения обеспечивает данные при любой из множества скоростей потоковой передачи, и поток данных буферизуется и выводится при однородной скорости потоковой передачи. В другом варианте осуществления, более чем одно устройство слежения обеспечивает данные при более чем одной скорости потоковой передачи, и потоки данных синхронизируются.
[0012] Согласно другому варианту осуществления, однородный формат содержит однородную систему отсчета времени, причем измерения в потоке данных включают в себя временные метки с однородной системой координат. Модуль детектирования задержки измеряет задержку для каждого из по меньшей мере одного устройства слежения, и преобразует временную метку устройства слежения в однородную интерфейсную временную метку с использованием измеренной задержки.
[0013] Согласно одному варианту осуществления, способ обеспечения медицинского интерфейса слежения дополнительно содержит синхронизацию данных слежения с данными контроля физиологических показателей, например, ECG (электрокардиограммой), частотой сердечных сокращений, фазой дыхательного цикла, и т.д.
[0014] Согласно одному варианту осуществления, синхронизация по времени обеспечивается посредством касания опорных точек или других элементов, которые являются идентифицируемыми в потоке изображения. Это касание детектируется через анализ потока данных визуализации, из которого захватывается временная метка. Затем временная метка из потока данных визуализации синхронизируется с однородной временной опорной точкой из MTI.
[0015] Согласно другому аспекту данного изобретения, обеспечивается медицинский интерфейс слежения (MTI). Этот MTI содержит: процессор (обрабатывающее устройство), запоминающее устройство, оперативно подключенное к процессору, и программу инструкций, хранящуюся в запоминающем устройстве и выполняемую процессором для преобразования данных из любого из множества форматов в однородный формат и вывода данных в однородном формате.
[0016] Согласно одному варианту осуществления, инструктирующая программа преобразует данные в однородный формат, который содержит однородную пространственную систему координат.
[0017] Согласно одному варианту осуществления, инструктирующая программа выполняет пространственную привязку каждого из по меньшей мере одного устройства слежения к однородной внешней системе координат посредством вычисления и использования матрицы совмещения.
[0018] Согласно одному варианту осуществления, MTI дополнительно содержит мультиплексор, причем мультиплексор буферизует и привязывает по времени потоки данных каждого из по меньшей мере одного устройства слежения к опорной точке медицинского интерфейса слежения.
[0019] Согласно одному варианту осуществления, MTI дополнительно содержит тактовый генератор, причем инструктирующая программа определяет и компенсирует задержку для каждого из по меньшей мере одного устройства слежения посредством запроса и приема сигнала от устройства слежения с временной меткой устройства слежения, записи временной метки медицинского интерфейса слежения после запроса и приема сигнала и сопоставления временной метки устройства слежения со средним значением временных меток медицинского интерфейса слежения.
[0020] Согласно одному варианту осуществления, инструктирующая программа детектирует касание по меньшей мере одним устройством слежения множества опорных элементов в известных местоположениях в системе координат внешней системы отсчета, измеряет местоположения опорного элемента в координатах устройства слежения, вычисляет матрицу совмещения из измерений опорного элемента, с использованием матрицы совмещения, привязывает данные устройства слежения к координатам внешней системы координат и выводит данные слежения в внешних координатах системы координат.
[0021] Согласно одному варианту осуществления, инструктирующая программа дополнительно: определяет по меньшей мере одну общую систему координат для по меньшей мере одного устройства слежения и зависимого устройства слежения, вычисляет матрицу совмещения для зависимого устройства слежения с использованием матрицы совмещения для каждого из по меньшей мере одного устройства слежения и общей системы координат, с использованием матрицы совмещения для зависимого устройства слежения, привязывает данные зависимого устройства слежения к координатам внешней системы координат, и выводит данные слежения для зависимого устройства слежения в координатах внешней системы координат.
[0022] Согласно одному варианту осуществления, инструктирующая программа дополнительно: детектирует ошибки в одном из по меньшей мере одного устройства слежения, и уведомляет каждое зависимое устройство слежения определять и использовать новые матрицы совмещения.
[0023] Согласно одному варианту осуществления, MTI содержит тактовый генератор, который обеспечивает временную метку однородной системы отсчета времени, и инструктирующую программу, которая детектирует касание по меньшей мере одним устройством слежения опорного элемента, который является идентифицируемым в потоке данных визуализации, и захват временной метки однородной системы отсчета для этого касания, детектирование этого касания в потоке данных визуализации через анализ потока данных визуализации, и синхронизацию временной метки потока визуализации с временной меткой из однородной системы отсчета времени.
[0024] Согласно другому аспекту данного изобретения, обеспечивается компьютерный программный продукт для обеспечения медицинского интерфейса слежения. Этот программный продукт содержит машиночитаемое запоминающее устройство, имеющее закодированную на нем выполняемую компьютером инструктирующую программу. Эта инструктирующая программа содержит: программные команды для преобразования данных в однородный формат, и программные команды для вывода данных в однородном формате.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕТРЕЖЕЙ
[0025] Признаки и преимущества данного изобретения будут более ясно поняты из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, при чтении совместно с сопутствующими чертежами. В состав чертежей включены следующие фигуры:
[0026] Фиг. 1 является изометрическим видом системы для обеспечения медицинского интерфейса слежения согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения;
[0027] Фиг. 2 является блок-схемой системы для обеспечения медицинского интерфейса слежения согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения;
[0028] Фиг. 3 показывает способ для обеспечения медицинского интерфейса слежения согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения;
[0029] Фиг. 4 является блок-схемой последовательности операций способа системы для обеспечения медицинского интерфейса слежения согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения;
[0030] Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа для пространственной синхронизации согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения;
[0031] Фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций способа для временной синхронизации согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения; и
[0032] Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа для устранения ошибок согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] Данное изобретение обеспечивает способ, систему, и компьютерный программный продукт для обеспечения медицинского интерфейса (MTI) слежения, который обменивается данными с одним или несколькими медицинскими системами слежения, принимает данные слежения от этих систем слежения, преобразует эти данные в однородный формат, и выводит эти данные в реальном времени для IGI приложений на хост-компьютерах. Этот MTI может принимать данные слежения в любом из множества форматов и структур и преобразовывать эти данные в однородный формат. MTI могут обеспечивать данные в однородном пространственном координатном формате, таком как трехмерные декартовы координаты (x, y, z), оси вращения и углы с использованием кватернионов (u, v, w, s), вращение с использованием трех углов Эйлера, и матрицы преобразования для позиционных координат или координат вращательных движений. ΜΤΙ может также привязывать координаты для множества устройств слежения, координаты пациента, координаты другого оборудования, и координаты для предоперационной и интраоперационной визуализации. Дополнительно или альтернативно, ΜΤΙ может привязывать потоки данных множества устройств слежения, координаты устройств слежения за пациентом или другого оборудования, и интраоперационные устройства слежения для обеспечения однородного временного формата.
[0034] Этот процесс преобразования может выполняться посредством процессора, такого как компьютер общего назначения, выполняющий программу инструкций для преобразования данных слежения в однородный формат и выводящий потоки данных в этом однородном формате в реальном времени. Эта программа инструкций преобразования может обращаться к различным модулям для преобразования этого координатного формата, вычисления и применения преобразований совмещения, пространственной синхронизации, временной синхронизации, определения задержки, детектирования ошибок и мультиплексирования. Эти модули могут быть программным кодом, аппаратными устройствами или их комбинацией.
[0035] Фиг. 1 показывает систему для обеспечения медицинского интерфейса слежения согласно одному варианту осуществления данного изобретения. В этом показанном варианте осуществления, система содержит: две системы 100, 200 слежения. Эти системы слежения могут быть электромагнитными, оптическими, с оптическим распознаванием формы, или любыми другими подходящими технологиями слежения. Каждая система слежения подключается к инструменту 101, 102, 201, 202 слежения, такому как катетер, игла, камера, или любой другой диагностический или терапевтический инструмент, который может быть отслежен во время вмешательства. Системы 100, 200 слежения используются для отслеживания местоположения этих инструментов 101, 102, 201, 202 во время хирургической процедуры, такой как вмешательство на основе катетера.
[0036] Системы 100, 200 слежения содержат процессор (обрабатывающее устройство), оперативно подключенное к этим инструментам, которое обрабатывает сигналы, такие как измерения напряжения от электромагнитного датчика в электромагнитной системе слежения, или отраженные длины волн в системе слежения с оптическим распознаванием формы, или любые другие сигналы слежения. Эти сигналы обрабатываются, и выводится поток данных слежения, в форме координат местоположения этих датчиков, которые встроены в хирургические инструменты или прикреплены к ним, или координат местоположения требуемых точек на этом инструменте, например, наконечника, или формы этого инструмента, и т.д. Эта система слежения может дополнительно содержать запоминающее устройство, оперативно подключенное к этому обрабатывающему устройству с программными командами для преобразования этих сигналов измерений в данные местоположения.
[0037] Медицинский интерфейс 300 слежения (MTI) принимает данные слежения от систем 100, 200 слежения, преобразует эти данные слежения в однородный формат, и выводит данные слежения в однородном формате. Компьютер 400, содержащий обрабатывающее устройство 410, выполняющее приложение 4 22 (Фиг. 2) для медицинского вмешательства с управлением по изображениям (IGI), которое хранится в запоминающем устройстве 420, принимает эти выходные данные слежения через входной/выходной соединитель 440 и накладывает местоположение инструмента на анатомическое изображение в реальном времени, и представляет изображение вместе с местоположением инструмента на устройстве 430 отображения. Обрабатывающее устройство 410, запоминающее устройство 420, устройство 430 отображения, и входной/выходной соединитель 440 могут обмениваться информацией через шину 450 данных, например.
[0038] Фиг. 2 является блок-схемой MTI 300 согласно одному варианту осуществления данного изобретения. MTI 300 содержит обрабатывающее устройство 310, запоминающее устройство 330, оперативно подключенное к этому обрабатывающему устройству, например, посредством системной шины 320, входных/выходных (I/O) соединителей 340, которые оперативно подключают эту систему 100, 200 слежения к обрабатывающему устройству 310. Обрабатывающее устройство 310 может быть любым устройством, способным выполнять программные команды, как например, одним или более микропроцессорами. Кроме того, обрабатывающее устройство 310 может быть выполнено в виде компьютера общего назначения.
[0039] Запоминающее устройство 330 может быть любым энергозависимым или энергонезависимым запоминающим устройством, подходящим для хранения данных и программных команд, таким как сменный диск, жесткий диск, CD, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), и т.п. Кроме того, запоминающее устройство 330 может содержать одно или несколько запоминающих устройств.
[0040] I/O соединители 340 могут быть любым аппаратным средством, которое оперативно подключает MTI к системам 100, 200 слежения, или компьютеру 4 00, выполняющему IGI приложения. I/O соединители могут включать в себя, но не ограничены этим, последовательный интерфейс RS232, Ethernet-интерфейс, порты USB.
[0041] MTI дополнительно содержит инструктирующую программу 332 преобразования данных, хранящуюся в запоминающем устройстве 330 и выполняемую посредством обрабатывающего устройства 310 для преобразования данных слежения от систем 100, 200 слежения в однородный формат. Инструктирующая программа 332 преобразования данных может включать в себя модули или блоки для одной или нескольких функций преобразования данных. Эта функция преобразования данных может включать в себя: преобразование координатных форматов из любого из множества форматов в однородный формат, вычисление и применение преобразований совмещения, привязку систем координат одной или более систем слежения к универсальной или внешней системе координат, посредничество в зависимостях систем координат, временную синхронизацию множества потоков данных слежения, детектирование и коррекцию задержки данных слежения, и детектирование ошибок и обеспечение уведомления и/или переключения при отказе. Каждый модуль или блок может быть включен в инструктирующую программу 332 преобразования данных, быть отдельной прикладной программой, вызываемой посредством инструктирующей программы 332 преобразования данных, или быть отдельным аппаратным блоком, таким как логическая схема, доступная посредством инструктирующей программы 332 преобразования данных.
[0042] В показанном на Фиг. 2 варианте осуществления модуль 334 координатного форматирования, модуль 336 пространственной синхронизации, модуль 338 детектирования задержки и модуль 339 устранения ошибок являются отдельными, вызываемыми прикладными программами, хранящимися в запоминающем устройстве 330. К тому же мультиплексор 350 является отдельным аппаратным средством в этом MTI 300, доступным посредством инструктирующей программы 332 преобразования данных через обрабатывающее устройство 310. Однако следует понимать, что предполагаются различные варианты осуществления в пределах объема данного изобретения, где обеспечиваются не все из показанных модулей преобразования данных, или где обеспечиваются дополнительные модули преобразования данных. К тому же различные модули преобразования данных альтернативно все могут быть прикладными программами, все могут быть аппаратными средствами, или комбинацией программных средств и аппаратных средств.
[0043] Согласно одному варианту осуществления, когда система 100, 200 слежения подключается к MTI 300, она отправляет сигнал 2, указывающий на ее доступность, как показано на Фиг. 3. Этот сигнал может быть отправлен автоматически посредством этой системы 100, 200 слежения, или может быть отправлен в качестве реакции на запрос 1 MTI 300. Этот сигнал может включать в себя идентификацию характеристик этих данных слежения, таких как частота дискретизации этих измерений посредством системы слежения, координатный формат для системы слежения, временная метка от системы слежения, и системы координат, известные системе слежения.
[0044] Альтернативно, характеристики системы слежения могут вводиться в инструктирующую программу 332 преобразования данных посредством пользователя через устройство ввода данных, такое как клавиатура или мышь.
[0045] Система 100, 200 слежения затем отправляет поток 3 данных слежения MTI 300. MTI преобразует данные слежения в однородный формат и отправляет однородный поток 4 данных IGI приложению 422.
[0046] Как изображено на Фиг. 2, MTI 300 включает в себя аппаратное средство, которое вводит данные от одной или более систем 100, 200 слежения и выводит данные в реальном времени IGI приложениям 422 на хост-компьютерах 400. Системы 100, 200 слежения подключают один или более датчиков, встроенных в устройства или приспособления (например, инструменты) 101, 102, 201, 202, которые отслеживаются во время интервенционной процедуры с использованием электромагнитных полей, распознавания формы, или других технологий слежения. Эти системы слежения вычисляют местоположение и ориентацию этих датчиков в системе координат и выводят измеренные координаты данных, которые могут включать в себя х, у, ζ (декартовы) координаты, углы, или комбинации, для каждого датчика. Эта информация получается много раз в секунду (частота кадров или частота дискретизации) и позволяет отслеживать перемещение этого инструмента.
[0047] Может быть несколько модулей в ΜΤΙ 300. Нижеследующее является описанием иллюстративных модулей ΜΤΙ 300.
[0048] Модуль 334 координатного преобразования преобразует данные слежения из любого из ряда координатных форматов в однородный пространственный координатный формат. Например, различные системы слежения могут обеспечить данные слежения для местоположения и ориентации инструмента в любом из многочисленных форматов. Некоторые стандартные форматы включают в себя: данные местоположения с использованием 3D пространственных координат (x, y, z), осей вращения и углов, кодированных с использованием кватернионов (u, v, w, s), вращений, кодированных с использованием трех углов Эйлера, и местоположения и вращения, кодированных с использованием матрицы 3X4 или 4X4 преобразования. Этот блок координатного преобразования может принимать данные в любой комбинации форматов и преобразовывать эти данные в однородный, предпочтительный формат, при необходимости. Этот предпочтительный формат может выбираться и вводиться пользователем через устройство ввода данных, такое как клавиатура или мышь. Альтернативно, этот предпочтительный формат может определяться посредством IGI приложения 422 и обеспечиваться ΜΤΙ 300 посредством коммуникационного сигнала. Этот формат этого потока данных может идентифицироваться посредством ΜΤΙ 300 на основе координатных характеристик, или пользователь может вводить координатный формат для каждой системы слежения, или система 100, 200 слежения может указывать на координатный формат ее потока данных в коммуникационном сигнале, отправляемом ΜΤΙ 300.
[0049] Фиг. 4 является блок-схемой последовательности операций способа для модуля 332 координатного преобразования. Этот модуль координатного преобразования принимает указание на предпочтительный координатный формат (этап 510). Это указание может быть от IGI приложения или из пользовательского ввода данных. Модуль 332 координатного преобразования принимает поток данных слежения (этап 520). Модуль 332 координатного преобразования идентифицирует координатный формат потока данных (этап 530). Этот координатный формат может быть идентифицирован посредством характеристик данных из сигнала 2, отправленного посредством системы 100 слежения, или из пользовательского ввода данных. Координатный формат потока данных может быть идентифицирован до или после того, как поток данных будет получен, в зависимости от того, как он идентифицируется. Модуль 332 координатного преобразования преобразует данные из координатного формата потока 3 данных в предпочтительный выходной координатный формат с использованием формул преобразования, известных в данной области техники (этап 540). Модуль 332 координатного преобразования выводит преобразованные данные (этап 550).
[0050] Модуль 336 пространственной синхронизации также может обеспечиваться в MTI 300. Различные системы слежения имеют различные системы координат. Следовательно, приспособление, отслеживаемое в первой системе координат, имеет неизвестное пространственное отношение с приспособлением, отслеживаемым во второй системе координат. Модуль 336 пространственной синхронизации используется для устранения этой пространственной независимости между многочисленными системами координат слежения. К тому же системы координат слежения могут иметь неизвестные пространственные отношения с внешними системами координат, такими как пациент, оборудование визуализации, или другими внешними системами координат.
[0051] Согласно одному варианту осуществления, модуль 336 пространственной синхронизации калибрует системы координат для двух или более систем 100, 200 слежения. Инструменты (со встроенными датчиками) 101, 102, 201, 202 слежения, подключенные к каждой системе 100, 200 слежения используются в качестве указателя для касания набора опорных точек или поверхностных элементов пациента или оборудования в местоположении, известном во внешней системе координат. Посредством объединения этой информации, принятой от всех отслеживаемых инструментов в их независимых системах координат, может быть вычислена матрица пространственного преобразования (обычно называемой матрицей совмещения) с использованием способов, известных в данном уровне техники, таких как способы совмещения на основе точек. Эта матрица совмещения может быть итерационно вычислена с использованием координат слежения и внешних координат в момент касания этой опорной точки или поверхностного элемента. Эта матрица совмещения преобразует координатные данные от системы координат слежения в соответствующие координаты во внешней системе координат. В зависимости от количества отслеживаемых инструментов, может существовать некоторое количество матриц совмещения для преобразования их соответствующих данных в эту неподвижную внешнюю систему координат. Медицинские изображения и конструируемые пространства изображений могут иметь известные пространственные отношения с внешней системой координат, например, в результате калибровки.
[0052] После того, как матрицы совмещения вычислены, они могут быть сохранены в MTI 300. Пространства слежения являются, таким образом, сшитыми вместе для обеспечения непрерывного отслеживания многочисленных отслеживаемых инструментов, связанных с многочисленными системами слежения, в единственной системе координат.
[0053] В одном варианте осуществления, MTI 300 может отправить запрос системе 100, 200 слежения для изменения ее данных измерения согласно заданной матрице совмещения, которая отправляется MTI 300 вместе с запросом измерения. Система 100, 200 слежения, по возможности, будет отправлять данные, преобразованные из ее внутренней системы координат с использованием матрицы совмещения, обеспеченной посредством MTI 300. Эта матрица совмещения может быть помещена в кэш-память посредством устройства слежения до тех пор, пока новая матрицы совмещения не будет отправлена с последующим запросом. Эта возможность позволяет MTI 300 передать синхронизацию системы координат системам 100, 200 слежения, если это возможно, или взять ответственность за выполнение этого преобразования системы координат на себя, если системы слежения не будут способны принимать или использовать матрицу совмещения.
[0054] Фиг. 5 является блок-схемой последовательности операций способа для модуля 336 пространственной синхронизации согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Эта пространственная синхронизация принимает данные измерения местоположения для каждого из наборов опорных точек (этап 610). Например, пользователю может быть предложено коснуться отслеживаемым инструментом опорной точки в известном местоположении во внешней системе координат, такой как ориентир на пациенте. Эта система слежения измеряет местоположение опорной точки в системе координат слежения и отправляет его модулю 336 пространственной синхронизации. Этот этап может повторяться для каждого из наборов опорных точек. В альтернативном варианте осуществления, углубления или другие поверхностные элементы оборудования или пациента, которые имеют известные местоположения во внешней системе координат, могут быть использованы вместо опорных точек. Тогда, с использованием этих измерений в системе координат слежения и этих местоположений опорных точек во внешней системе координат, модуль 336 пространственной синхронизации вычисляет матрицу совмещения для преобразования координат системы координат слежения в координаты внешней системы координат (этап 620) с использованием способов совмещения на основе точек. А именно, оцененные значения итерационно вносятся в матрицу совмещения, и каждая точка системы координат преобразуется в точку внешней системы координат до тех пор, пока вычисленная точка в достаточной степени соответствует известным внешним координатам опорных точек. Модуль 336 пространственной синхронизации может использовать матрицу совмещения для преобразования координат в потоке данных из системы слежения во внешние координаты (этап 640), затем вывести поток данных с преобразованными координатами для IGI приложения 422 (этап 650).
[0055] В одном варианте осуществления, модуль 336 пространственной синхронизации может отправить матрицу совмещения системе слежения (этап 630). Если система слежения способна, она преобразует координаты системы координат слежения в координаты внешней системы координат (этап 640). В противном случае, модуль 336 пространственной синхронизации выполняет преобразование. Следует понимать, что внешняя система координат является справочной системой координат, связанной с реальным элементом или структурой, такой как система визуализации, операционный стол, или даже данный пациент.
[0056] Согласно одному варианту осуществления, модуль 336 пространственной синхронизации может действовать в качестве посредника для зависимостей систем координат. Например, одна система слежения знает свою матрицу преобразования между пациентом и неподвижной системой координат в комнате (например, системой визуализации), в то время как вводится вторая система слежения, которая знает только свое относительное местоположение в неподвижной системе координат. Модуль 336 пространственной синхронизации может действовать в качестве посредника, в котором вторая система слежения объявляет о своем присутствии и своей относительной системе координат. Модуль 336 пространственной синхронизации действует в качестве средства для добавления дополнительной системы координат (системы координат пациента) новому устройству. Это может быть выполнено, например, посредством отправки матрицы совмещения, которая совмещает эту неподвижную систему координат в комнате относительно пациента относительно второй системы слежения. Модуль 336 пространственной синхронизации мог бы, затем, известить зависимые системы слежения, когда система координат устареет, как например, при перемещении пациента. Модуль 336 пространственной синхронизации может также инициировать или запустить выполнение пользователем новой процедуры совмещения для повторного установления потерянной системы координат относительно зависимых систем слежения.
[0057] В другом варианте осуществления, модуль 336 пространственной синхронизации может обеспечить совместное использование допроцедурной информации, как например, объемов визуализации, между системами слежения. Например, первая система слежения имеет допроцедурный набор данных и знает эту связь с текущей системой координат пациента и неподвижной системой координат (например, рентгеновским гентри), а вторая система слежения вводится со знанием своей собственной системы координат и этой же самой неподвижной системы координат (например, рентгеновским гентри). Первая система слежения может использовать свой допроцедурный набор данных совместно с этой второй системой слежения через модуль 336 пространственной синхронизации. Вторая система сможет отслеживать инструменты относительно этого допроцедурного набора данных с использованием этой матрицы совмещения от общей неподвижной системы координат к этой системе координат пациента от первой системы слежения. Когда вводится новая система слежения, модуль 336 пространственной синхронизации может запросить у этой новой системы слежения все системы координат и их отношения (т.е. матрицы совмещения) и метаданные, и затем использовать их совместно с другими системами слежения.
[0058] Согласно одному варианту осуществления, MTI 300 может дополнительно содержать блок 350 мультиплексирования. Каждая система 100, 200 слежения (часто от разных разработчиков) имеет свое собственное обрабатывающее устройство и имеет специфические частоту кадров или частоту дискретизации, при которых она выполняет измерения местоположения и ориентации инструмента. Эти частоты измерений могут быть различными для различных систем слежения. Этот блок мультиплексирования позволяет MTI 300 функционировать в качестве синхронной системы, с временной синхронизацией всех данных слежения. Согласно одному варианту осуществления, блок 350 мультиплексирования может быть выполнен в качестве аппаратного устройства, такого как интегральная микросхема с внутренней буферной памятью. Система слежения непрерывно передает потоком измерения местоположения и/или ориентации блоку 350 мультиплексирования, который использует буферное устройство 370 для приема или хранения всех этих измерений, когда они поступают. Затем, когда внутренний тактовый генератор 360 отправляет сигнал переслать измерения внешним IGI приложениям 422, блок мультиплексирования просто выбирает самые последние измерения для каждого устройства слежения из буферного устройства 370, разбивает их на пары, и пересылает их. Блок мультиплексирования может альтернативно перезаписать это предшествующее измерение для каждого устройства слежения, когда принимается новое измерение для этого устройства слежения.
[0059] Альтернативно, блок 350 мультиплексирования может быть программным модулем, который принимает и хранит измерения в буферном устройстве 370, которое может быть в этом запоминающем устройстве 330 или любом другом запоминающем устройстве. Этот синтаксис для извлечения и отправки этих самых последних измерений может быть выражен следующим образом:
Repeat {get_trackingDeviceA_info; get_trackingDeviceB_info;}
[0060] В некоторых сценариях, как например, когда входные системы слежения имеют большое рассогласование в скорости потоковой передачи, пользователь может выбрать выключение этого «режима синхронизации», где блок 350 мультиплексирования мог бы просто выбрать вывод потоков слежения при той же самой скорости, на которой они поступили. Синтаксис для программного варианта осуществления для выключенного режима синхронизации может быть выражен как:
Repeat {get_trackingDeviceA_info;}
Repeat {get_trackingDeviceB_info;}
[0061] Согласно одному варианту осуществления, MTI 300 может дополнительно содержать модуль 338 детектирования задержки и синхронизации. Эта задержка для каждой системы слежения будет зависеть от этой системы слежения и от этих условий, при которых она используется - например, ее внутренней частоты измерения, количества инструментов, которые она отслеживает, и скорости передачи данных между системой слежения и компьютером. Задержка является очень важной при измерениях, которые должны быть выполнены одновременно различными системами слежения, например, оптической и магнитной системами, которые могут иметь различные измерительные тактовые сигналы и задержки.
[0062] Согласно одному варианту осуществления, каждая система 100, 200 слежения может отправлять данные измерений с присоединенной временной меткой (моментом времени получения измерения) от собственного внутреннего тактового генератора этой системы слежения. Однако вследствие независимости этих систем слежения существует необходимость объединять измерения от различных систем слежения на одном системном тактовом сигнале, определяемым MTI 300.
r
rq
r
dr
r
r
[0063] Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации определяет эту задержку для каждой системы слежения и синхронизирует эти измерения времени на единственном системном тактовом сигнале. Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации запрашивает новое измерение с временной меткой T от устройства слежения на системе 100 слежения. Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации записывает время этого запроса M из системного тактового генератора. Когда эти данные измерений и временная метка T системы слежения принимается от этой системы слежения, модуль 338 детектирования задержки и синхронизации записывает эти данные измерений, принятые с временной меткой M от системного тактового генератора 360. Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации вычисляет, что временная метка T системы слежения является эквивалентной среднему значению этих двух внутренним образом сгенерированных системных временных меток, связанных с измерительной транзакцией (Tr<=>(Mdr+Mrq)/2). Измерения, такие как измерение T, выполненные в тактовом генераторе устройства слежения, могут быть преобразованы в эквивалентную временную метку на тактовом генераторе MTI, таким образом, устанавливая отношение между этими двумя тактовыми генераторами - внутренним тактовым генератором устройства слежения и системным генератором MTI. Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации преобразует это время измерения из этой временной метки системы слежения в ее эквивалент системного тактового сигнала, обеспечивая возможность MTI синхронизовать по времени информацию от многочисленных устройств слежения. Следует отметить, что этот способ является устойчивым к медленным изменениям задержки во времени, поскольку каждое измерение, принятое MTI от любой системы координат преобразуется в системный тактовый сигнал MTI с использованием одновременных измерений задержки для каждой транзакции.
[0064] Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации может также синхронизовать данные слежения и данные изображения в единственном системном тактовом сигнале. Это может обеспечить использование зависимых от времени данных визуализации, таких как различные фазы сердечного цикла, подлежащие использованию вместе с этими данными слежения для более точного слежения.
rq
r
dr
r
[0065] Фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций способа временной синхронизации согласно одному варианту осуществления данного изобретения. Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации запрашивает измерение с временной меткой системы слежения (этап 710). Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации записывает время запроса M из тактового генератора 360 MTI (этап 720). Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации принимает данные измерений и временную метку T системы слежения (этап 730). Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации записывает время возвращения M данных от тактового генератора 360 MTI (этап 740). Модуль 338 детектирования задержки и синхронизации вычисляет задержку (этап 750) (Tr<=>(Mdr+Mrq)/2) и преобразует время T измерения в системное время MTI (этап 760).
[0066] Согласно одному варианту осуществления, MTI 300 может дополнительно содержать модуль 339 устранения ошибок, который мог бы действовать в качестве посредника для уведомления зависимых систем слежения, что система слежения, от которой они зависят, имеет ошибку. Зависимые систем слежения могли бы быть системами слежения, которые используют другую систему слежения для совмещения, как было описано выше. Типы ошибок могут включать в себя ошибки связи (связь прервалась или пропала), ошибки определения местоположения (например, интерференция ферромагнитных материалов в случае ЕМ систем слежения), нахождения отслеживаемых зондов за пределами или вблизи границы отслеживаемого объема, выключение или отказ системы слежения.
[0067] Поскольку MTI уже установил матрицу отношений между двумя или более системами слежения, модуль 339 устранения ошибок может известить эти зависимые устройства, что произошла ошибка. Затем могут быть сконструированы и поддержаны новые отношения.
[0068] Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций способа устранения ошибок согласно одному (некоторому) варианту осуществления данного изобретения. Первая система 100 слежения, имеющая матрицы совмещения для системы координат пациента и системы координат рентгеновского гентри, вводится в MTI 300 (этап 810). Вторая система 200 слежения, имеющая матрицу совмещения для этого рентгеновского гентри вводится в MTI 300 (этап 820). Модуль 339 устранения ошибок связывает местоположение второй системы 200 слежения с системой координат пациента через эту первую систему 100 слежения, запоминая указание на отношения зависимости (этап 830). Во время интервенционной процедуры, пациент перемещается, прерывая совмещение рентгеновского гентри с пациентом для первой системы 100 слежения (этап 840), и сообщение об ошибке отправляется MTI. Модуль 339 устранения ошибок принимает уведомление об этой ошибке (этап 850) и уведомляет первую и вторую системы слежения, что система координат пациента не является достоверной (этап 860). Модуль 339 устранения ошибок может инициировать установление новых зависимостей систем координат в качестве реакции на уведомление об ошибке.
[0069] Согласно одному варианту осуществления, временная синхронизация обеспечивается посредством касания по меньшей мере одним отслеживаемым инструментом опорной точки или другого опорного элемента, идентифицируемого системой слежения. В этом варианте осуществления MTI содержит тактовый сигнал, который обеспечивает однородную по времени временную метку системы координат, и инструктирующая программа детектирует касание по меньшей мере одним устройством слежения опорного элемента, который является идентифицируемым в потоке данных визуализации, и захватывает однородную временную метку системы координат для этого касания. Инструктирующая программа также детектирует это касание в потоке данных визуализации через анализ потока данных визуализации и захватывает временную метку потока визуализации. Затем инструктирующая программа синхронизирует временную метку потока визуализации с соответствующей временной меткой из однородной системы отсчета времени.
[0070] Данное изобретение может принимать форму полностью аппаратного варианта осуществления или одного варианта осуществления, содержащего как аппаратные, так и программные элементы. В иллюстративном варианте осуществления, данное изобретение реализуется в виде программного средства, которое включает в себя, но не ограничивается этим, аппаратно-программное средство, резидентное программное средство, набор микрокоманд и т.д.
[0071] Кроме того, данное изобретение может принимать форму компьютерного программного продукта, доступного из машинно-пригодной или машиночитаемой среды, обеспечивающего программный код для использования компьютером или любой выполняющей команды системой или устройством, или в связи с ними. Для целей данного описания, машинно-пригодная или машиночитаемая среда может быть любым аппаратом, который может содержать или хранить эту программу для использования этой выполняющей команды системой, аппаратом, или устройством, или в связи с ними.
[0072] Вышеизложенный способ может реализовываться посредством программного продукта, содержащего машиночитаемую среду, имеющую машинно-выполняемую инструктирующую программу, которая, при выполнении посредством машины, такой как компьютер, выполняет эти этапы этого способа. Этот программный продукт может храниться на любом из ряда известных машиночитаемых сред, включающих в себя, но не ограниченных ими, компакт-диски, дискеты, запоминающие устройства USB, и т.п.
[0073] Среда может быть электронной, магнитной, оптической, электромагнитной, инфракрасной, или полупроводниковой системой (или аппаратом или устройством). Примеры машиночитаемой среды включают в себя полупроводниковое или твердотельное запоминающее устройство, магнитную ленту, сменную компьютерную дискету, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), жесткий магнитный диск, оптический диск. Современные примеры оптических дисков включают в себя компакт-диск (CD-ROM), доступный только для чтения, записываемый-перезаписываемый компакт-диск (CD-R/W) и DVD.
[0074] Предшествующее описание и сопутствующие чертежи предназначены для иллюстрации и не ограничивают данное изобретение. Предполагается, что объем данного изобретения заключает в себя эквивалентные вариации и конфигурации для полного распространения следующей формулы изобретения.