如，可结合表面匹配使用与患者图像一起提供的缩放信息来导出针对导航参考坐标系的缩放因子。附加地，或备选地，可利用图片数据集中可识别的缩放参考的缩放特征来确定针对导航参考坐标系的缩放因子。
[0029]—般而言，本文中介绍的技术还包括:在导航期间跟踪或计算手术设备或其一部分相对于一个或多个特征的位置，所述导航参考坐标系已根据上述一个或多个特征确定。关于这一点，可以将手术设备与跟踪相机可检测的工具跟踪设备相关联。备选地，可将跟踪相机安装到手术设备上，且可计算手术设备或其一部分的位置(例如，基于一方面手术设备或设备部分与另一方面相机之间的几何关系的先验知识)。
[0030]可至少基于一个或多个解剖患者特征以及患者跟踪设备的一个或多个(人为)跟踪器特征中的至少之一来执行跟踪或计算。总而言之，可为此使用至少四种特征。关于跟踪器特征，患者跟踪设备可不同于涂敷到患者的特征块，具体地，具有柔性衬底的特征块。
[0031]可将手术设备或其一部分相对于患者图像进行可视化。可根据跟踪或计算(包括估计)手术设备相对于一个或多个特征的位置来适配这样的可视化，其中，已根据所述特征中的一个或多个确定了导航参考坐标系。这些特征的坐标在导航参考坐标系中是已知的。
[0032]—般而言，可从第一相机接收所述图片数据集，且可基于由不同于第一相机的第二相机提供的图片信息执行跟踪或计算。第一相机可被配置为在取得图片数据集时可在手术室内相对于患者(例如，自由)移动。在手术期间，可将第二相机维持在手术室中基本固定的位置。例如，可将第二相机安装在手术室墙上、手术室灯上或基本固定的推车上。
[0033]在备选实现中，从第一相机接收用于确定导航参考坐标系与图像坐标系之间的转换的图片数据集，且在导航期间还基于从第一相机接收到的图片数据集执行跟踪或计算。
[0034]图片数据集中可识别的特征可采用各种形式。例如，特征可采用三维体或二维项目的形式。识别出的特征可被彼此区分，或可以不是可区分的。在第一情况下，可根据预定编码方案对在图片数据集中可识别的两个或更多个特征进行编码(或表征)，使得所述特征在图片数据集中能够彼此区分开。编码方案可以是颜色方案或更复杂的方案，例如快速响应(QR)代码类型方案。具体地在后一种情况下，特征也可重叠。
[0035]优选地将特征配置为使得它们可以与空间中的单个点(例如，作为导航参考坐标系中的坐标)相关联或减小到空间中的单个点，而与得到图片数据集的视角无关。为此，可执行关键点估计。然后，可将特征坐标表达为特征关键点的坐标，或从多个特征关键点导出(例如，在特征组的情况下)特征坐标。
[0036]可使用模式识别技术来(例如，基于先验知识)识别(例如，定位)图片数据集中一个或多个特征。模式识别技术还使得可将识别出的特征彼此区分。在此处也可使用先验知识。
[0037]在一个实现中，本文中介绍的方法还包括接收被成像的患者的图像数据。患者图像数据可被提供为二维或三维的。三维患者图像也可被称为图像体(image volume)。优选地在图像坐标系中提供图像数据。
[0038]该方法还可包括从图像数据中提取患者表面的形状的步骤。关于此，可将图像数据中包含的患者的预定部分或任意部分用于形状提取。形状提取可获得定义患者表面的点云。
[0039]图像数据可采用各种形式。例如，可将图像数据提供为超声波数据，或以CT扫描的形式、磁共振体层摄影术(MRT)扫描的形式或正电子成像术(PET)扫描的形式提供。图像数据还可定义图像坐标系。
[0040]患者图像数据可能没有示出任何配准标记(例如，不透无线电的基准布置(fiducials))。换言之，在某些变型中，可使用表面匹配来消除对于在图像数据获取之前将配准标记与患者相关联的需要。患者图像数据可以手术前生成。备选地，或附加地，可使用在手术期间提供的图像数据。
[0041]可在导航之前确定配准转换。此外，在导航期间该转换可被重新确定或被调整一次或多次(例如，以验证或校正导航之前确定的转换。)。通过这种方式，可将配准重复一次或多次，以增加导航精确度。在一个实现中，基于在导航期间接收到的每个图片数据集来重新确定转换。关于这一点，可执行过滤方案.例如，可根据预定数目的图片数据集确定转换，该预定数目的图片数据集始终包括在导航期间接收到的最新的图片数据集。
[0042]还提供了一种包括程序代码部分的计算机程序产品，当由计算设备上执行计算机程序产品时，程序代码部分执行本文中公开的方法和方法方案任一者的步骤。计算机程序产品可以存储在计算机可读记录介质上，例如硬盘、⑶_R0M、DVD或半导体存储器。此外，可以提供计算机程序产品，以经由网络连接下载。
[0043]根据另一方案，提供给了一种用于确定导航参考坐标系与图像坐标系之间的转换的设备，所述导航参考坐标系用于相对于患者图像数据来导航手术设备，在所述图像坐标系中，所述患者图像数据定义患者表面的形状。该设备包括:适于接收接收多个图片数据集的接口，其中，所述图片数据集是从患者表面的不同视角得到的。该设备还包括处理器，所述处理器适于:根据所述图片数据集并在所述导航参考坐标系中确定所述图片数据集中能够识别的多个特征的特征坐标;根据所述特征坐标确定所述导航参考坐标系中所述患者表面的形状模型；以及使用所述形状模型与由所述患者图像数据定义的患者表面的形状之间的表面匹配来确定所述导航参考坐标系与所述图像坐标系之间的转换。
[0044]此外提供了用于计算机辅助手术的系统。该系统包括本文中介绍的设备和相机。相机可被配置为可相对于患者移动，并被配置为提供图片数据集。
【附图说明】
[0045]结合附图，根据以下对示例性实施例的描述，本公开的其他方面、细节和优点将变得显而易见，在附图中:
[0046]图1A示意性地示出了计算机辅助手术系统的实施例，该计算机辅助手术系统能够确定导航参考坐标系和图像坐标系之间的转换；
[0047]图1B是解释在图1A的系统实施例中可用的各种特征实施例的树形图；
[0048]图2是示出本文中介绍的技术的方法实施例的流程图；
[0049]图3示意性地示出使用图1A的系统实施例的配准和导航场景；
[0050]图4A、图4B示意性地示出可结合图3的场景使用的患者跟踪设备的特征块和表面；[0051 ]图4C-4E示意性地示出了特征关键点和可跟踪特征组的概念；
[0052]图5A-8B示出使用图1A的系统实施例的配准和导航场景的其他实施例；
【具体实施方式】
[0053]在下文示例性实施例的描述中，为了解释性而不是限制性的目的，为了提供对本文示出的技术的全面理解，阐述了具体细节(例如具体方法、功能和流程)。对本领域技术人员显而易见的是，可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实践该技术。例如，虽然将主要基于与ENT(耳鼻喉)手术和神经外科有关的配准和导航场景来描述以下的实施例，将会显而易见的是，本文中介绍的技术也可关于患者身体的其他区域(例如，脊柱手术)来实现。
[0054]此外，本领域技术人员将意识到:本文解释的方法、功能和步骤可以使用软件功能结合编程微处理器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或通用计算机来实现。还将意识到的是，虽然将主要在方法、系统和设备的上下文下描述以下的实施例，本公开也可体现在计算机程序产品中，该计算机程序产品可被加载，以在包括一个或多个处理器以及担当存储设备的一个或多个存储器的计算设备或分布式计算系统上运行，其中，该一个或多个存储器被配置为存储控制该一个或多个处理器执行本文中公开的方法、功能和步骤的一个或多个计算机程序。
[0055]图1A示出了用于计算机辅助手术的系统100的实施例。如图1A中所示，系统100包括计算设备110(例如，个人计算机、平板计算机或膝上型计算机)、显示设备120(例如，触摸屏或计算机监视器)以及外部存储设备130(例如，在其中提供数据库或其他数据系统的硬盘或半导体存储器)。系统100还包括被配置为获得患者区域的二维或三维图像数据的成像设备140。一般而言，成像设备140可以是可免持操作的设备、机械引导的设备或完全固定的设备。例如，成像设备140可以是CT设备、MRT设备、PET设备或超声波设备。成像设备140被配置为根据医疗数字成像和通信(DICOM)格式或任何其他患者图像格式向计算设备110提供患者图像数据(例如，通过诸如CD-ROM或者无线或有线链路的数据载体)。备选地，计算设备110或与其不同的计算设备可被配置为根据任何患者图像格式对成像设备140获取的患者图像数据进行格式化。
[0056]系统100还可包括用于生成(或触发生成)用户交互信号的至少一个用户可操作输入设备，例如一个或多个按钮、键盘、鼠标或轨迹球(未示出)ο用户交互信号可控制系统100的操作。输入设备和显示设备12(可以集成到触摸屏中。触摸屏继而可以是平板计算机的一部分。
[0057]系统100还包括在手术流程中使用的手术设备150(例如，手术工具)。如本文中所理解的，患者的诊断和治疗处理也被认为构成手术流程。手术设备150可包括输入设备(例如，一个或多个按钮的形式)。
[0058]手术设备150可以是免持操作设备或被引导的设备。在后一情况下，手术设备150可由手术机器人(例如，全自动地或半自动地)操作。在其他变型中，可出现由外科医生约束手术设备150的移动的机械引导。在以下实施例中的一些实施例中，手术设备150被配置为活体组织穿刺针，或被配置在内窥镜上。
[0059]显示设备120被配置为使患者图像数据可视化。在手术流程之前或在手术流程期间已由成像设备140获得患者图像数据。显示设备120还被配置为将用于相对于患者对手术设备150进行导航的计算机辅助引导可视化。这种可视化可包括将手术设备150或其一部分的当前位置(可选地，包括定向)重叠在根据图像数据导出的患者图像上。应该注意到，可通过声学或触觉反馈来附加地或备选地提供这样的引导。
[0060]如图1A中所示，系统100还包括至少一个相机160以及定义特征集170的多个特征。相机160被配置为从两个或更多不同的视角获取患者的图片数据集，使得每个图片数据集至少包括特征集170的至少一些特征。相机160可以是被配置为在获得图片数据集时可相对于患者自由移动的手持相机。例如，可将相机160实现为能够提供连续视频数据流(例如，作为视频帧)形式的图片数据集的视频相机。
[0061]在一个变型中，相机160被刚性地安装到手术设备150，使得相机160可与手术设备150—起移动。在另一变型中，可独立于手术设备150来操作相机160。在这样的变型中，可将相机160并入智能电话、平板计算机或任何其他移动用户设备中。
[0062]可选地，可提供至少一个其他相机160A。在一个