專利名稱：外科手術(shù)導(dǎo)航中的糾錯(cuò)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外科手術(shù)導(dǎo)航，具體而言，涉及外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中的位置準(zhǔn)確度。背景外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)跟蹤醫(yī)療程序期間使用的醫(yī)療儀器的位置，并且在顯示器上顯示儀器的位置供臨床醫(yī)生觀看。外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可包括成像設(shè)備，其捕獲經(jīng)歷醫(yī)療程序的患者的圖像；跟蹤系統(tǒng)，其跟蹤醫(yī)療儀器的位置；以及計(jì)算設(shè)備，其提供用于跟蹤儀器的計(jì)算資源并顯示與所捕獲的患者圖像相關(guān)的儀器的位置。外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)所顯示的圖像可包括疊加在所捕獲的患者圖像上的儀器圖標(biāo)，以指示儀器相對于患者解剖結(jié)構(gòu)的位置。外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可包括各種跟蹤系統(tǒng)。在一些示例中，光學(xué)跟蹤系統(tǒng)可包括紅外發(fā)射器，其發(fā)射紅外信號；跟蹤球，其反射信號；以及照相機(jī)，其獲取經(jīng)反射的信號。儀器可配備有反射紅外信號的跟蹤球。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)中的照相機(jī)可獲取經(jīng)反射的信號，并且計(jì)算設(shè)備可基于經(jīng)反射的信號對儀器的位置進(jìn)行三角測量，從而允許光學(xué)跟蹤系統(tǒng)對儀器的位置進(jìn)行三角測量。在其它示例中，電磁跟蹤系統(tǒng)可包括電磁場發(fā)射器，其生成電磁場；以及磁場傳感器，其生成響應(yīng)于電磁場的信號。儀器可配備有磁場傳感器，并且計(jì)算設(shè)備可分析從磁場傳感器接收到的信號以確定磁場傳感器在磁場中的位置。概述在某些情況下在將儀器圖標(biāo)映射到所捕獲的患者圖像上時(shí)，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確度可變化。例如，在被跟蹤的儀器(例如，傳感器)經(jīng)歷在患者圖像中未準(zhǔn)確表示的運(yùn)動量的情況下，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可能將儀器圖標(biāo)映射到患者圖像上的不正確位置。儀器圖標(biāo)在患者圖像上的該不正確的圖像映射可能否定向使用外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的臨床醫(yī)生提供的一些優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的示例的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)包括運(yùn)動傳感器(例如慣性傳感器)，如加速度計(jì)和/或陀螺傳感器，其可用于補(bǔ)償可能導(dǎo)致不正確映射的儀器運(yùn)動引起的差錯(cuò)。例如，本發(fā)明的系統(tǒng) 可基于從運(yùn)動傳感器接收到的信號測量被跟蹤的儀器的運(yùn)動，并且然后，基于所檢測的運(yùn)動，系統(tǒng)可在將儀器的位置映射到患者圖像上時(shí)考慮被跟蹤的儀器的運(yùn)動。以此方式，系統(tǒng)可補(bǔ)償由于儀器的運(yùn)動所引起的差錯(cuò)。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)不例中，一種醫(yī)療系統(tǒng)包括傳感器位置模塊、第一模塊和第二模塊。傳感器位置模塊確定磁場傳感器在磁場中的位置。第一模塊確定磁場傳感器的加速度。第二模塊基于加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。在根據(jù)本發(fā)明的另一不例中，一種方法包括確定磁場傳感器在磁場中的位置，確定磁場傳感器的加速度，以及基于加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。在根據(jù)本發(fā)明的另一示例中，一種醫(yī)療系統(tǒng)包括磁場傳感器，運(yùn)動傳感器，包括磁場傳感器和運(yùn)動傳感器的儀器，以及模塊。該模塊基于從磁場傳感器接收到的信號確定磁場傳感器在磁場中的位置，并且基于從運(yùn)動傳感器接收到的信號確定磁場傳感器的運(yùn)動量。此外，模塊基于運(yùn)動量和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。在以下的附圖和描述中闡述一個(gè)或多個(gè)示例的細(xì)節(jié)。其它特征、目的、和優(yōu)點(diǎn)將從描述和附圖、以及權(quán)利要求書中顯見。附圖簡述

圖1示出示例外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。圖2A和2B示出包括儀器傳感器和加速度計(jì)的不同排列的示例醫(yī)療儀器。圖3示出不包括糾錯(cuò)功能的示例接口模塊。圖4示出包括糾錯(cuò)功能的接口模塊執(zhí)行的糾錯(cuò)的示例實(shí)例。圖5A和5B示出具有分別不正確地和正確地疊加的白色十字準(zhǔn)線的示例灰度患者圖像。圖6示出包括在將儀器圖標(biāo)疊加在患者圖像上時(shí)防止差錯(cuò)的糾錯(cuò)功能的示例接口模塊。圖7示出示例糾錯(cuò)方法。圖8示出包括閾值檢測模塊、糾正模塊和選擇模塊的接口模塊的一部分。圖9A和9B示出如由圖8的閾值檢測模塊接收的相對于時(shí)間的示例加速度曲線軌跡。

圖10示出使用圖8的閾值檢測模塊、糾正模塊和選擇模塊的示例糾錯(cuò)方法。圖11A-11B示出如由圖8的閾值檢測模塊接收的相對于時(shí)間的另一組示例加速度曲線軌跡。圖12示出使用圖8的閾值檢測模塊、糾正模塊和選擇模塊的另一糾錯(cuò)方法。圖13示出使用所存儲的加速度值的頻域分析來提供糾錯(cuò)功能的另一示例接口模塊。圖14示出包括濾波操作的糾錯(cuò)方法。圖15示出基于感測到的儀器的旋轉(zhuǎn)速率來糾正差錯(cuò)的示例接口模塊。圖16示出糾正由于儀器的旋轉(zhuǎn)速率引起的差錯(cuò)的糾錯(cuò)方法。詳細(xì)描述圖1不出不例外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100。一個(gè)或多個(gè)臨床醫(yī)生(未不出)可使用外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100來對患者102進(jìn)行各種外科手術(shù)導(dǎo)航程序。例如，外科手術(shù)導(dǎo)航程序可包括但不限于心導(dǎo)管插入術(shù)程序、腦神經(jīng)外科手術(shù)、脊柱外科手術(shù)、整形外科手術(shù)、或者電引線、流體導(dǎo)管或其它可植入醫(yī)療設(shè)備的植入。在一些示例中，最適用于糾錯(cuò)的外科手術(shù)導(dǎo)航程序可以是由于移動或心跳而包括患者解剖結(jié)構(gòu)中最曲折通道或移位的程序(例如心臟程序)。此外，外科手術(shù)導(dǎo)航程序可適用于精密程序，如神經(jīng)外科手術(shù)。如本文中所用地，程序一般可指由臨床醫(yī)生使用外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100向患者102提供治療。外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可包括成像設(shè)備104、電磁(EM)場發(fā)射器106、包括儀器傳感器110和加速度計(jì)112的外科手術(shù)儀器108 (如導(dǎo)管)、基準(zhǔn)傳感器111、接口模塊114和顯示器116。成像設(shè)備104捕獲患者102的圖像，這些圖像由接口模塊114進(jìn)行后續(xù)處理并在顯示器116上顯示。成像設(shè)備104捕獲的圖像可包括例如患者身體或其一部分的圖像，這些圖像可在外科手術(shù)導(dǎo)航程序期間使用以提供治療或者披露或診斷疾病。外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100也可包括用戶接口 118，臨床醫(yī)生可使用該用戶接口與外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)連接。用戶接口 118可包括例如鍵盤、指示設(shè)備(如鼠標(biāo))、或其它控制器。接口模塊H4、接口模塊130和接口模塊114、130中包括的模塊可表示能夠執(zhí)行屬于本發(fā)明中接口模塊114、130的功能的任何計(jì)算設(shè)備。在一些示例中，接口模塊114、130可包括具有專用軟件的專用硬件，用于實(shí)現(xiàn)接口模塊114、130的功能。在其它示例中，接口模塊114、130可表示運(yùn)行使接口模塊114、130能夠提供屬于接口模塊114、130的功能的應(yīng)用程序的現(xiàn)成計(jì)算設(shè)備，如桌上型或膝上型計(jì)算機(jī)。在又一些其它示例中，本發(fā)明的各模塊可包括任何分立的和/或集成的電子電路組件，其實(shí)現(xiàn)能夠產(chǎn)生歸于本文模塊的功能的模擬和/或數(shù)字電路。例如，這些模塊可包括模擬電路，如放大電路、濾波電路、和/或其他信號調(diào)節(jié)電路。這些模塊也可包括數(shù)字電路，如組合邏輯電路或順序邏輯電路、存儲器設(shè)備等。此外，這些模塊可包括存儲器，存儲器可包括計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)指令被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得各模塊執(zhí)行屬于本文的各模塊的各種功能。存儲器可包括任何易失性、非易失性、磁、或電介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、閃存或任何其它數(shù)字介質(zhì)。本發(fā)明的各模塊也可包括專用集成電路(ASIC)、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、或等效的分立或集成邏輯電路中的任一個(gè)或多個(gè)。在一些示例中，模塊可包括多個(gè)組件，例如一個(gè)或多個(gè)微處理器、一個(gè)或多個(gè)微控制器、一個(gè)或多個(gè)DSP、一個(gè)或多個(gè)ASIC、或者一個(gè)或多個(gè)FPGA的任意組合。屬于本文的模塊的功能可體現(xiàn)為硬件、固件、軟件、或其任何組合。將不同特征描繪為模塊旨在強(qiáng)調(diào)不同的功能方面，并且不一定暗示這些模塊或單元必須通過單獨(dú)的硬件或軟件組件來實(shí)現(xiàn)。相反，與一個(gè)或多個(gè)模塊相關(guān)聯(lián)的功能可由單獨(dú)的硬件或軟件組件執(zhí)行，或者集成在共同或單獨(dú)的硬件或軟件組件內(nèi)。此外，就功能可經(jīng)由軟件或固件來實(shí)現(xiàn)的方面而言，這種軟件或固件由硬件處理單元來執(zhí)行，如任何上述硬件處理單元，即微處理器、DSP等。 EM場發(fā)射器106在患者102(例如患者102的一部分)周圍生成EM場。在一些示例中，EM場發(fā)射器106可包括三個(gè)單獨(dú)的EM場發(fā)生器，即生成不同相位的EM場，包括4-1OkHz范圍內(nèi)的信號。位于外科手術(shù)儀器108中的儀器傳感器110響應(yīng)于EM發(fā)射器106生成的EM場生成儀器位置信號。儀器位置信號可指示儀器傳感器110在EM場中的位置(例如三維空間中的)。接口模塊114可基于儀器傳感器110生成的儀器位置信號來確定儀器傳感器110在EM場中的位置。基準(zhǔn)傳感器111可響應(yīng)于EM發(fā)射器106生成的EM場來生成基準(zhǔn)信號?；鶞?zhǔn)信號可指示基準(zhǔn)傳感器111在EM場中的位置。接口模塊114可基于基準(zhǔn)信號來確定基準(zhǔn)傳感器11的位置。接口模塊114也可基于儀器位置信號和基準(zhǔn)信號來確定儀器傳感器110相對于基準(zhǔn)傳感器111的位置。儀器傳感器110相對于基準(zhǔn)傳感器111的位置可稱為儀器傳感器110的“相對位置”。在確定儀器傳感器110的相對位置之后，接口模塊114可將儀器圖標(biāo)(例如十字準(zhǔn)線)映射到患者圖像上，其表示儀器傳感器110在患者解剖結(jié)構(gòu)上或中的位置。接口模塊114然后可在顯示器116上顯示儀器圖標(biāo)以及患者圖像。換言之，接口模塊114可將儀器圖標(biāo)疊加在患者圖像上，以指示儀器傳感器110在患者102上或中的位置。將儀器圖標(biāo)映射到患者圖像上可稱為“登記過程”。登記過程可首先包括標(biāo)識基準(zhǔn)傳感器111在EM場中的位置。然后，可將基準(zhǔn)傳感器111的位置鏈接到患者圖像的位置。例如，臨床醫(yī)生可經(jīng)由用戶接口 118將信息輸入到接口模塊114中，其指示基準(zhǔn)傳感器111在患者圖像上的位置。在確定了基準(zhǔn)傳感器111相對于患者圖像的位置之后，接口模塊114可跟蹤在EM場中儀器傳感器110相對于基準(zhǔn)傳感器111的位置，然后確定相對于基準(zhǔn)傳感器111在患者圖像上的位置的儀器傳感器110在患者圖像上的位置。通常，基準(zhǔn)傳感器111固定在患者102的外部，或者固定到固定物體，如工作臺120。因此，基準(zhǔn)傳感器111在程序期間可以相對固定。如參考圖1和2A-2B所圖示和描述的，在一些示例中儀器108可以是導(dǎo)管。雖然在本文中儀器108被圖示和描述為導(dǎo)管設(shè)備，但是儀器108可包括導(dǎo)管以外的設(shè)備，因此儀器傳感器110可附連到和/或包括在除導(dǎo)管以外的其它儀器中。例如，儀器108可包括神經(jīng)探針、包括諸如壓力、溫度、PH或各種生物探測器的其它傳感器的引線、用于放置獨(dú)立傳感器的導(dǎo)管、包括顯微操縱器的引線、以及各種外科手術(shù)工具或基準(zhǔn)儀器中的至少一個(gè)。一般而言，儀器108也可包括可插入到患者中的無法被可視地觀察的任何儀器。雖然在外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100中示出單個(gè)儀器108，但是如果外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100中一個(gè)以上的儀器包括磁場傳感器，則外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可跟蹤一個(gè)以上儀器的位置。儀器傳感器110可基于儀器傳感器110中包括的傳感器的類型來生成各種類型的儀器位置信號。在儀器傳感器100包括一個(gè)或多個(gè)軸時(shí)，儀器傳感器110可生成指示儀器傳感器100在一個(gè)或多個(gè)維度的儀器位置信號。例如，儀器傳感器110可生成指示儀器傳感器100在三維空間中的位置的儀器位置信號。因此，接口模塊114可確定儀器傳感器110在EM場中的一維或多維位置。在下文中可假設(shè)，儀器傳感器110生成指示儀器傳感器110在三維空間中的位置的儀器位置信號，因此接口模塊114確定儀器位置傳感器110在三維空間中的位置?；鶞?zhǔn)傳感器111可基于基準(zhǔn)傳感器111中包括的傳感器的類型來生成各種類型的基準(zhǔn)信號。在基準(zhǔn)傳感器111包括一個(gè)或多個(gè)軸時(shí)，基準(zhǔn)傳感器111可生成指示基準(zhǔn)傳感器111的一維或多維位置的基準(zhǔn)信號。例如，基準(zhǔn)傳感器111可生成指示基準(zhǔn)傳感器111在三維空間中的位置的基準(zhǔn)信號。因此，接口模塊114可確定基準(zhǔn)傳感器111在EM場中的一維或多維位置。在下文中可假設(shè)，基準(zhǔn)傳感器111生成指示基準(zhǔn)傳感器111在三維空間中的位置的基準(zhǔn)信號，因此接口模塊114可確定基準(zhǔn)傳感器111在三維空間中的位置?；诜謩e來自儀器傳感器110和基準(zhǔn)傳感器111的儀器位置信號和基準(zhǔn)信號，接口模塊114可確定儀器傳感器110在三維空間中相對于基準(zhǔn)傳感器111的位置。例如,儀器傳感器110的相對位置可例如由三個(gè)坐標(biāo)描述，如x、y和z坐標(biāo)。
儀器傳感器110和基準(zhǔn)傳感器111可包括可實(shí)現(xiàn)EM場的感測以及儀器位置信號和基準(zhǔn)信號的生成的各種傳感器技術(shù)。傳感器110、111可包括例如適于響應(yīng)于EM場來生成信號的任何設(shè)備。例如，傳感器110、111各自可包括但不限于正常磁阻(NMR)傳感器、各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器。在一些示例中，傳感器110、111各自可包括生成指示傳感器110、111在三維空間中的位置的信號的一個(gè)或多個(gè)這種傳感器(如NMR、AMR、GMR、霍爾)。作為補(bǔ)充或替換，傳感器110、111可各自包括用于感測一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)軸的一個(gè)或多個(gè)繞線電感傳感器(例如正交線圈)。雖然任何上述傳感器可適于應(yīng)用于外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100,但是磁阻傳感器(如GMR)和霍爾效應(yīng)傳感器可設(shè)置在較小的封裝中，提供更準(zhǔn)確的EM場的讀數(shù)，并且其生產(chǎn)成本比基于繞線電感器的傳感器更低。儀器108可包括加速度計(jì)112或其它運(yùn)動傳感器或慣性傳感器，如陀螺傳感器。參考圖6-14討論使用加速度計(jì)112的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100的實(shí)現(xiàn)。參考圖15-16討論包括陀螺傳感器的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100的實(shí)現(xiàn)。加速度計(jì)112可測量一個(gè)或多個(gè)方向中的加速度(如沿一個(gè)或多個(gè)軸)。如下文中所述，加速度計(jì)112包括三個(gè)測量軸。因此，加速度計(jì)112可生成指示加速度計(jì)112沿一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動軸(如x、y、z軸)所經(jīng)歷的加速度的量的加速度信號(如電壓信號)。如本文中所使用的，軸/方向x、y和z可指示在三維空間中的加速度的方向，例如用由垂直的x、y和z軸形成的笛卡爾坐標(biāo)來描述。接口模塊114從加速度計(jì)112接收加速度信號，并且確定加速度計(jì)112沿加速度計(jì)112測量的一個(gè)或多個(gè)軸所經(jīng)歷的加速度的量。例如，接口模塊114可基于加速度信號來確定加速度計(jì)112在x、y和z方向中任一方向中的加速度。因此，接口模塊114可確定加速度計(jì)112在xy、yz和xz平面中任一平面中所經(jīng)歷的加速度的量。此外，接口模塊114可確定表示加速度計(jì)112所經(jīng)歷的加速度總量和加速度方向的單個(gè)向量。在儀器108上(或中)，加速度計(jì)112和儀器傳感器110可被定位在彼此附近。在一些情況下，加速度計(jì)112和儀器傳感器110兩者可位于例如相同封裝中或在相同基板上。由于加速度計(jì)112和儀器傳感器110被安排成鄰近彼此，因此加速度計(jì)112和儀器傳感器110可一同移動，并因此經(jīng)歷相同或大致相同的加速度。因此，加速度計(jì)112生成的加速度信號可指示儀器傳感器110所經(jīng)歷的加速度的量。因此，接口模塊114可基于從加速度計(jì)112接收到的加速度信號來確定儀器傳感器110所經(jīng)歷的加速度的量。在一些示例中，在儀器108上，儀器傳感器110和加速度計(jì)112可不在彼此附近，而是可以彼此隔開一段距離。例如，當(dāng)儀器108是剛性結(jié)構(gòu)時(shí)，在儀器108上儀器傳感器110和加速度計(jì)112可彼此分離并且仍然經(jīng)歷相同`的加速度。圖2A和2B示出示例儀器122a、122b，在該示例中，它們被示為導(dǎo)管(在下文中稱為“導(dǎo)管122a、122b”或統(tǒng)稱為“導(dǎo)管122”)。導(dǎo)管122可包括儀器傳感器110和加速度計(jì)112的不同排列。導(dǎo)管122可以是用于例如心導(dǎo)管插入術(shù)程序的導(dǎo)管。圖2A的導(dǎo)管122a包括單獨(dú)封裝的儀器傳感器110和加速度計(jì)112。在一些示例中，儀器傳感器110可表示用于感測EM發(fā)射器106所發(fā)射的EM場的繞線線圈。在其它示例中，儀器傳感器110可表示在合適基板上制造并且包括在與加速度計(jì)112分離的封裝中的磁阻傳感器。在其它示例中，加速度計(jì)和EM場傳感器(如繞線的或磁阻的)可被包括在相同封裝中，如圖2B中的封裝124所示。在圖2B的示例封裝124中，儀器傳感器110和加速度計(jì)112可在相同基板上制造或在不同基板上制造，并且然后封裝在一起(如在層疊的管芯構(gòu)造中)。將加速度計(jì)112和儀器傳感器110包括在相同封裝中可確保加速度計(jì)112和儀器傳感器110兩者所經(jīng)歷的加速度相等。導(dǎo)管122包括將儀器傳感器110和加速度計(jì)112連接到接口模塊114的電互連126。例如，接口模塊114可經(jīng)由電互連126向儀器傳感器110和加速度計(jì)112供電。此外，儀器傳感器110和加速度計(jì)112可經(jīng)由電互連126將數(shù)據(jù)發(fā)送到接口模塊114。
在典型導(dǎo)管應(yīng)用中，儀器傳感器可包括繞線電感器作為感測元件。繞線電感器通常使用在導(dǎo)管內(nèi)沿導(dǎo)管長度從繞線電感器延伸到接口模塊114的連接線(示為電互連126)經(jīng)接口連接到接口模塊114。由于電互連126相對較長的長度，電互連126可獲取來自環(huán)境的噪聲，該噪聲可能對EM場的測量產(chǎn)生不利影響。當(dāng)儀器傳感器110是繞線電感器傳感器時(shí)，電互連126獲取的噪聲可能對接口模塊114準(zhǔn)確確定儀器傳感器110在EM場中的位置的能力產(chǎn)生不利影響。在一些示例中，傳感器110、加速度計(jì)112和/或封裝124可包括調(diào)節(jié)傳輸信號以補(bǔ)償可能在電互連126中獲取的噪聲的信號調(diào)節(jié)電路。信號調(diào)節(jié)電路可調(diào)節(jié)從儀器傳感器110和/或加速度計(jì)112傳輸?shù)浇涌谀K114的信號。信號調(diào)節(jié)電路可由接口模塊114經(jīng)由電互連126供電。信號調(diào)節(jié)電路可包括例如放大和濾波電路。此外，在一些示例中，信號調(diào)節(jié)電路可包括將加速度信號和儀器位置信號轉(zhuǎn)換成可在沒有顯著失真的情況下沿電互連126傳輸?shù)臄?shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)電路。例如，相對于包括繞線傳感器的典型應(yīng)用，諸如在相同封裝中或在相同基板上在加速度計(jì)112和儀器傳感器110附近提供信號調(diào)節(jié)電路可增加在接口模塊114處接收的信號的信噪比。在一些示例中，信號調(diào)節(jié)電路也可包括在基準(zhǔn)傳感器111附近。返回參考圖1，在一些示例中，除了使用紅外線跟蹤外科手術(shù)儀器的EM跟蹤，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可包括光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)(未示出)。例如，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的照相機(jī)可通過用紅外線對移動儀器的位置進(jìn)行三角測量來檢測移動儀器的位置。接口模塊114可接收來自照相機(jī)的信號，并在顯示器116上生成經(jīng)三角測量的儀器的位置。成像設(shè)備104捕獲患者102的圖像，這些圖像由接口模塊114進(jìn)行后續(xù)處理并在顯示器106上顯示。如圖1所示，成像設(shè)備104包括安裝在C臂支架128上的熒光鏡成像設(shè)備。成像設(shè)備104可生成包括患者102的原始圖像數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)和C臂支架128生成的的位置數(shù)據(jù)，該位置數(shù)據(jù)指示在成像設(shè)備104捕獲原始圖像數(shù)據(jù)時(shí)C臂128的位置。例如，在登記過程期間可使用C臂支架128生成的位置數(shù)據(jù)，以將儀器圖標(biāo)映射到患者圖像上。雖然成像設(shè)備104被示為安裝在C臂支承件上的熒光鏡成像設(shè)備，但是成像設(shè)備104可包括其它類型的成像設(shè)備。例如，成像設(shè)備104可包括磁共振成像(MRI)設(shè)備、計(jì)算斷層(CT)成像設(shè)備、或者例如產(chǎn)生詳細(xì)結(jié)構(gòu)界標(biāo)的其它合適成像設(shè)備。圖1中的成像設(shè)備104生成的原始圖像數(shù)據(jù)包括熒光鏡圖像數(shù)據(jù)，雖然在其它示例中，在外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100包括不同的成像設(shè)備時(shí)可收集其它原始圖像數(shù)據(jù)。例如，MR成像設(shè)備可捕獲MRI圖像數(shù)據(jù)，并且CT成像設(shè)備可捕獲CT數(shù)據(jù)。從成像設(shè)備104捕獲的原始圖像數(shù)據(jù)可包括可由接口模塊114處理的二維或三維數(shù)據(jù)以在顯示器116上生成患者圖像。例如，當(dāng)原始圖像數(shù)據(jù)包括二維數(shù)據(jù)時(shí)，成像設(shè)備104可在顯示器116上產(chǎn)生患者解剖結(jié)構(gòu)的二維表示，并且當(dāng)原始圖像數(shù)據(jù)包括三維數(shù)據(jù)時(shí)，成像設(shè)備104可在顯示器116上產(chǎn)生患者解剖結(jié)構(gòu)的三維表示。一般而言，接口模塊114可從成像設(shè)備104接收原始圖像數(shù)據(jù)，然后處理原始圖像數(shù)據(jù)以生成圖像供顯示，然后向顯示器116輸出圖像供臨床醫(yī)生觀看。在一些示例中，接口模塊114可在顯示器116上實(shí)時(shí)地顯示圖像。實(shí)時(shí)圖像顯示可指捕獲圖像和圖像在顯示器116上的顯示沒有或幾乎沒有延遲。例如，在實(shí)時(shí)顯示期間，臨床醫(yī)生不容易注意到延遲。在實(shí)時(shí)圖像顯示期間，在捕獲圖像數(shù)據(jù)時(shí)，接口模塊114可從成像設(shè)備104接收原始圖像數(shù)據(jù)，處理原始圖像數(shù)據(jù)以生成圖像供顯示，然后向顯示器116輸出圖像供臨床醫(yī)生觀看。因此，在實(shí)時(shí)圖像顯示期間，患者圖像的顯示與成像設(shè)備104捕獲原始圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間之間只有較小的延遲。在其它示例中，可在顯示器116上準(zhǔn)實(shí)時(shí)地顯示圖像。在顯示器116上準(zhǔn)實(shí)時(shí)地顯示的數(shù)據(jù)可能無法反映患者102的當(dāng)前狀態(tài)，例如患者102內(nèi)部器官的位置，而是相對于實(shí)時(shí)圖像顯示稍微延遲。例如，可在顯示器116上顯示準(zhǔn)實(shí)時(shí)地顯示的圖像，其延遲長于在實(shí)時(shí)顯示期間經(jīng)歷的較小延遲。圖像的準(zhǔn)實(shí)時(shí)顯示中呈現(xiàn)的延遲可能由于成像設(shè)備104捕獲圖像所需的時(shí)間以及接口模塊114用于生成在顯示器116上顯示的圖像的處理時(shí)間而發(fā)生。例如，在三維熒光鏡圖像處理的情況下，延遲可能由于成像設(shè)備捕獲多個(gè)圖像并且用于生成三維圖像的諸處理步驟(例如，接口模塊114可將原始熒光鏡圖像數(shù)據(jù)縫合在一起以在顯示器114上生成三維模型)而發(fā)生。在又一些其它示例中，在顯示器116上顯示的數(shù)據(jù)可以是過去捕獲的圖像數(shù)據(jù)(例如幾天前)。例如，可從接口模塊114中包括的存儲設(shè)備中取回在顯示器116上顯示的圖像數(shù)據(jù)，該存儲設(shè)備包括在外科手術(shù)導(dǎo)航程序之前存儲的患者102的圖像。存儲設(shè)備可存儲例如由成像設(shè)備104在外科手術(shù)導(dǎo)航程序之前(例如幾小時(shí)內(nèi)或幾天內(nèi))捕獲的患者102的圖像。接口模塊114可從存儲設(shè)備取回所存儲的圖像，并在外科手術(shù)導(dǎo)航程序期間在顯示器116上顯示所存儲的 圖像。在該示例中，接口模塊114可將儀器圖標(biāo)疊加在所存儲的圖像上?，F(xiàn)在參考圖3，詳細(xì)示出示例接口模塊130。圖3的示例接口模塊130示出接口模塊114中包括的模塊的一般功能，但是不包括根據(jù)本發(fā)明的糾錯(cuò)功能。進(jìn)一步參考圖6、8和13來描述包括糾錯(cuò)功能的圖1的接口模塊114。接口模塊130包括儀器位置模塊132、基準(zhǔn)位置模塊134和位置確定模塊136，它們一起可確定儀器傳感器110的相對位置。接口模塊130包括登記模塊138，其基于圖像生成模塊140生成的患者圖像和從位置確定模塊136接收到的儀器傳感器110的相對位置來生成包括儀器圖標(biāo)的圖像。顯示控制模塊142向顯示器116輸出所生成的圖像。此外，接口模塊130可包括可存儲成像設(shè)備140捕獲的原始/經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲144。儀器位置模塊132從儀器傳感器110接收儀器位置信號。儀器位置模塊132基于儀器位置信號來確定儀器傳感器110在由EM發(fā)射器106生成的EM場中的位置。例如,儀器位置模塊132可確定儀器傳感器110在三維空間(如x、y和z坐標(biāo))中的位置。如上所述，在一些示例中，在接口模塊130處從儀器傳感器110接收到的儀器位置信號可經(jīng)濾波和放大，例如當(dāng)在儀器傳感器110附近包括伴隨儀器傳感器110的附加電路時(shí)。如果在儀器傳感器110附近不包括這種附加電路(例如濾波器/放大器)，儀器位置模塊132可濾波并放大儀器位置信號以確定儀器傳感器110的位置。在一些示例中，可使用對應(yīng)于EM場中x、y和z位置的三個(gè)數(shù)字值來表示儀器傳感器110的位置。基準(zhǔn)位置模塊134從基準(zhǔn)傳感器11接收基準(zhǔn)信號?；鶞?zhǔn)位置信號134基于基準(zhǔn)信號來確定基準(zhǔn)傳感器11在由EM發(fā)射器106生成的EM場中的位置。例如，基準(zhǔn)位置模塊134可確定基準(zhǔn)傳感器111在三維空間(如x、y和z坐標(biāo))中的位置。如上所述，在一些示例中，在接口模塊130處從基準(zhǔn)傳感器111接收到的基準(zhǔn)信號可經(jīng)濾波和放大，例如當(dāng)在基準(zhǔn)傳感器111附近包括附加電路時(shí)。如果在基準(zhǔn)傳感器111附近不包括這種附加電路(例如濾波器/放大器)，基準(zhǔn)位置模塊134可濾波并放大基準(zhǔn)位置信號以確定基準(zhǔn)傳感器111的位置。在一些示例中，可使用對應(yīng)于EM場中x、y和z位置的三個(gè)數(shù)字值來表示基準(zhǔn)傳感器111的位置。圖像生成模塊140基于原始圖像數(shù)據(jù)來生成患者圖像。原始圖像數(shù)據(jù)可包括從成像設(shè)備104接收到的圖像數(shù)據(jù)和/或存儲在數(shù)據(jù)存儲144中的圖像數(shù)據(jù)。圖像生成模塊140生成的患者圖像可對應(yīng)于在顯示器116上顯示的圖像，例如包括表示儀器傳感器110的位置的疊加儀器圖標(biāo)的顯示器116上的圖像。在一些實(shí)現(xiàn)中，圖像生成模塊140可基于從成像設(shè)備104接收到的原始圖像數(shù)據(jù)生成實(shí)時(shí)圖像。例如，圖像生成模塊140可從成像設(shè)備104接收原始圖像數(shù)據(jù)，并且立即處理原始圖像數(shù)據(jù)并生成患者圖像以供輸出到顯示器116。在其它實(shí)現(xiàn)中，成像設(shè)備104的原始圖像數(shù)據(jù)的捕獲和圖像生成模塊140對原始圖像數(shù)據(jù)的處理可能不像實(shí)時(shí)場景中那樣立即發(fā)生。在這些實(shí)現(xiàn)中，圖像生成模塊140可以準(zhǔn)實(shí)時(shí)方式來生成患者圖像以供輸出到顯示器116。換言之，圖像生成模塊140生成的患者圖像可相對于成像設(shè)備104捕獲圖像的時(shí)間在時(shí)間上延遲。在又一些其它實(shí)現(xiàn)中，圖像生成模塊140可基于存儲在數(shù)據(jù)存儲144中的和從數(shù)據(jù)存儲144接收的原始圖像數(shù)據(jù)來生成患者圖像。圖像生成模塊140使用的存儲在數(shù)據(jù)存儲144中的圖像數(shù)據(jù)可包括從患者102的預(yù)先成像中收集的原始圖像數(shù)據(jù)。例如，患者102的預(yù)先成像可包括對患者102執(zhí)行的預(yù)先MRI或CT掃描，即在其間顯示患者圖像的當(dāng)前外科手術(shù)導(dǎo)航程序之前執(zhí)行的MRI。位置確定模塊136確定儀器傳感器110相對于基準(zhǔn)傳感器111的位置。儀器傳感器110的相對位置可用x、y和z坐標(biāo)來表不。例如，儀器傳感器110的相對位置的x、y和z坐標(biāo)可指示分別在x、y和z方向上的儀器傳感器110和基準(zhǔn)傳感器111之間的距離。登記模塊138使用患者圖像和儀器傳感器110的相對位置執(zhí)行登記過程。此外，登記模塊138可基于從C臂支架128接收到的位置數(shù)據(jù)執(zhí)行登記過程。在登記過程期間，登記模塊138將表示儀器傳感器110或整個(gè)儀器108的圖標(biāo)(如十字準(zhǔn)線或其它圖標(biāo))疊加到圖像生成模塊140生成的患者圖像上。在一些示例中，如圖5A-5B所示,登記模塊138可將儀器圖標(biāo)疊加到實(shí)時(shí)顯示的患者圖像上。在其它示例中，登記模塊138可在準(zhǔn)實(shí)時(shí)的患者圖像上疊加儀器圖標(biāo)。在又一些其它示例中，登記模塊138可在靜止圖像上疊加儀器圖標(biāo)。在這些示例的任一個(gè)中，無論實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)，患者圖像也可包括患者102的二維或三維模型，例如基于先前捕獲的原始圖像數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)模型。
登記模塊138可生成儀器圖標(biāo)的各種不同的圖形表示并將其疊加在患者圖像上。儀器圖標(biāo)可以是指示儀器傳感器110或儀器108在顯示器116上向臨床醫(yī)生顯示的患者圖像上的位置的圖標(biāo)。例如，向臨床醫(yī)生顯示的儀器圖標(biāo)可以是指示儀器傳感器110的位置的十字準(zhǔn)線圖標(biāo)(如圖4、5A、5B中所示)。在另一示例中，儀器圖標(biāo)可以是儀器108的圖形表示，例如指示包括儀器傳感器110的導(dǎo)管的長度的位置的有色線。作為補(bǔ)充或替換，當(dāng)儀器108是導(dǎo)管時(shí)，儀器圖標(biāo)可指示導(dǎo)管的頂端所在的點(diǎn)。登記模塊138可基于導(dǎo)管頂端和儀器傳感器110之間的已知距離來確定導(dǎo)管的頂端的位置。在一些示例中，登記模塊138可生成感興趣的其它區(qū)域的圖形表示并將其疊加在患者圖像上。感興趣的其它區(qū)域可包括表示治療的目標(biāo)位置的多個(gè)圖標(biāo)(例如目標(biāo)藥物注射部位)，或表示要避免儀器108的區(qū)域的圖標(biāo)。包括指示儀器108和/或儀器傳感器110的位置的疊加儀器圖標(biāo)的患者圖像在下文中可稱為“經(jīng)注釋的圖像”。因此，登記模塊138基于儀器傳感器110的相對位置、患者圖像和C臂支架128的位置中的至少一個(gè)來生成經(jīng)注釋的圖像。顯示控制模塊142接收經(jīng)注釋的圖像并向顯示器116輸出經(jīng)注釋的圖像。例如，顯示控制模塊116可輸出經(jīng)注釋的圖像的一個(gè)或多個(gè)視圖，包括但不限于二維側(cè)視圖/俯視圖/仰視圖和/或可由臨床醫(yī)生調(diào)節(jié)的三維視圖。在一些情況下，可以相對圖像生成模塊140生成患者圖像的速率較大的速率來更新儀器傳感器110的相對位置。例如，速率之差可能是由于在成像設(shè)備104捕獲原始圖像數(shù)據(jù)時(shí)呈現(xiàn)的延遲和/或在圖像生成模塊140從原始圖像數(shù)據(jù)生成患者圖像時(shí)呈現(xiàn)的延遲。換言之，由于該延遲，可以相對其上疊加相對傳感器位置的患者圖像的速率較大的速率更新儀器傳感器110的相對位置。因此，在患者圖像中顯示的患者的解剖結(jié)構(gòu)可以不像表示儀器傳感器110的疊加儀器圖標(biāo)一樣快地更新。在一些示例中，這可能導(dǎo)致患者圖像上儀器圖標(biāo)的不正確疊加。在一個(gè)示例中，患者心臟可以一速率跳動,這沒有在顯示器116上顯示的患者圖像中準(zhǔn)確地再現(xiàn)。換言之，患者圖像可能沒有以允許患者心臟的實(shí)時(shí)位置在顯示器116上平滑呈現(xiàn)的速率來捕獲或刷新。在該示例中，可能沒有在顯示器116上準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)地表示心臟的收縮，但是位置確定模塊135可實(shí)時(shí)地更新儀器傳感器110在EM場中的相對位置。這可能導(dǎo)致將儀器傳感器110的當(dāng)前相對位置不正確地映射到延遲的患者圖像上。換言之，儀器圖標(biāo)可能沒有疊加在患者圖像的正確位置上，因?yàn)榛颊邎D像可能沒有準(zhǔn)確地表示患者的當(dāng)前解剖結(jié)構(gòu)，而儀器傳感器110的相對位置是準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)地確定的。本發(fā)明的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可標(biāo)識儀器圖標(biāo)未正確地疊加在患者圖像上的情況。當(dāng)識別出這種情況時(shí)，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可補(bǔ)償這種差錯(cuò)。例如，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100的接口模塊114(如圖1、6、8和13中的)可修改儀器傳感器110的相對位置，以使儀器圖標(biāo)準(zhǔn)確地疊加在 患者圖像上。在一個(gè)不例中，接口模塊114可基于儀器傳感器110的加速度的量來確定何時(shí)儀器圖標(biāo)可能不正確地疊加在患者圖像上。例如，當(dāng)儀器傳感器110經(jīng)歷的加速度大于閾值加速度時(shí)，接口模塊114可拒絕(如忽略)儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置，以防止不正確的儀器位置數(shù)據(jù)流過接口模塊114，由此防止儀器圖標(biāo)不正確地疊加在患者圖像上以顯示給臨床醫(yī)生。圖4和5示出接口模塊114基于對儀器傳感器110經(jīng)歷的加速度的監(jiān)測來執(zhí)行糾錯(cuò)的示例實(shí)例。參考圖4,十字準(zhǔn)線表示疊加在患者圖像上的儀器圖標(biāo)。x、y和z軸表示三維患者圖像空間。換言之，x、y和z軸表示其上疊加十字準(zhǔn)線圖標(biāo)的患者圖像的坐標(biāo)。在146，可以假設(shè)十字準(zhǔn)線147疊加在xyz圖像空間的正確位置處。在146和148所示的xyz軸之間，儀器傳感器110經(jīng)歷例如大于加速度閾值的加速度。例如，可以假設(shè)加速度由擾亂儀器傳感器110的心跳所引起，但是沒有更新到患者圖像上。在148，示出兩個(gè)十字準(zhǔn)線。一個(gè)十字準(zhǔn)線150指示加速度之前的十字準(zhǔn)線的位置，即正確疊加在患者圖像上的十字準(zhǔn)線的位置。另一十字準(zhǔn)線152指示基于儀器位置模塊132所實(shí)時(shí)確定的儀器傳感器110的更新位置在加速度之后十字準(zhǔn)線將要疊加在患者圖像(即未更新的圖像)上的位置。在154示出的十字準(zhǔn)線150尚未由于檢測到加速度而移動，其正確地疊加在圖像空間上，因?yàn)槭譁?zhǔn)線150的位置在圖像空間中尚未更新，正如患者圖像在154尚未更新以反映心跳。在156示出的另一^h字準(zhǔn)線152不正確地疊加在患者圖像上，因?yàn)槭譁?zhǔn)線152的位置已更新而患者圖像在156尚未更新。圖5A和圖5B示出具有分別不正確地和正確地疊加的白色十字準(zhǔn)線的示例灰度患者圖像。白色十字準(zhǔn)線可指示例如導(dǎo)管的儀器傳感器110的位置。因此，圖5A和5B中的患者圖像可表示在心導(dǎo)管插入術(shù)程序期間在顯示器116上顯示的經(jīng)注釋的圖像。在圖5A中，白色十字準(zhǔn)線位于心臟血管的邊緣，從而指示十字準(zhǔn)線可能不正確地疊加在圖像上，例如由于儀器傳感器110的運(yùn)動所引起的。圖5B示出儀器圖標(biāo)在患者圖像上的正確疊加，這是由于例如本發(fā)明的糾正了諸如圖5A中所呈現(xiàn)的差錯(cuò)的糾錯(cuò)操作。圖6示出在將儀器圖標(biāo)疊加在患者圖像上時(shí)防止差錯(cuò)的示例接口模塊114。接口模塊114包括加速度確 定模塊160和修改模塊162，它們防止由儀器傳感器110的運(yùn)動引起的圖像登記差錯(cuò)。加速度確定模塊160電耦合到加速度計(jì)112，并且因此加速度確定模塊160可從加速度計(jì)112接收加速度信號并向加速度計(jì)112供電。加速度確定模塊160從加速度計(jì)112接收加速度信號，并基于加速度信號來確定加速度計(jì)112所經(jīng)歷的加速度。在下文中，加速度確定模塊160所確定的加速度可稱為“加速度值”。例如，加速度值可指示加速度計(jì)112沿一個(gè)或多個(gè)軸所經(jīng)歷的加速度的量或者加速度計(jì)112所經(jīng)歷的總加速度。由于儀器傳感器110可放置在加速度計(jì)112附近或機(jī)械地附連到加速度計(jì)112，因此儀器傳感器110可隨加速度計(jì)112移動并且經(jīng)歷與加速度計(jì)112相同的加速度。因此，力口速度計(jì)112生成的加速度信號可指示儀器傳感器110所經(jīng)歷的加速度，并且加速度確定模塊160所確定的加速度值可指示儀器傳感器110的加速度。因此，加速度確定模塊116可確定儀器傳感器110沿一個(gè)或多個(gè)軸(如x、y和z方向)所經(jīng)歷的加速度的量。作為補(bǔ)充或替換，加速度確定模塊160可確定儀器傳感器110的總加速度，例如表示儀器傳感器110的加速度的大小和方向的值。修改模塊162可基于加速度確定模塊160確定的加速度值并且基于儀器位置模塊132確定的一個(gè)或多個(gè)位置來生成經(jīng)修改或未經(jīng)修改的位置值。未經(jīng)修改的位置值可等于儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置。換言之，修改模塊162可通過使儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置無變化地通過修改模塊162來生成未經(jīng)修改的位置值。修改模塊162確定的經(jīng)修改的位置值可不同于儀器位置模塊132確定的儀器傳感器110的位置。修改模塊162可使用下文中描述的各種技術(shù)來生成經(jīng)修改的位置值。在一些實(shí)現(xiàn)中，修改模塊162可響應(yīng)于大于閾值的加速度值來生成經(jīng)修改的位置值，例如如參考圖8所描述的。在其它實(shí)現(xiàn)中，修改模塊162可基于對所存儲的加速度值的頻域分析來生成經(jīng)修改的位置值，例如如參考圖13所描述的。例如，修改模塊162可對加速度值執(zhí)行頻域分析，以標(biāo)識可能使儀器圖標(biāo)不正確地疊加在患者圖像上的加速度值的頻率分量，然后生成經(jīng)修改的位置值以補(bǔ)償這種分量(如果存在的話)。一般而言，當(dāng)儀器傳感器110沒有或幾乎沒有經(jīng)歷加速度時(shí)，修改模塊162可生成未經(jīng)修改的位置值。換言之，當(dāng)儀器傳感器110經(jīng)歷小于閾值量的加速度時(shí)，修改模塊162可生成未經(jīng)修改的位置值。然而，當(dāng)儀器傳感器Iio經(jīng)歷閾值加速度時(shí)，修改模塊162可生成經(jīng)修改的位置值，該位置值不同于儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置。例如，閾值加速度可以基于在登記過程期間可能引起差錯(cuò)并且導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上的不正確映射的加速度的量。閾值加速度可依賴于外科手術(shù)導(dǎo)航程序(如成像設(shè)備104捕獲圖像的速率)而變化。例如，當(dāng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100包括以較慢速率捕獲圖像的成像設(shè)備104時(shí)，可降低加速度閾值以拒絕可能對儀器圖標(biāo)在較慢捕獲的圖像上的映射產(chǎn)生不利影響的較小加速度引起的差錯(cuò)。在一些示例中，閾值加速度可以基于指示儀器傳感器110的移動不是臨床醫(yī)生想要的而是由干擾引起的加速度的量。例如，在儀器傳感器110是導(dǎo)管的情況下，當(dāng)在程序期間移動導(dǎo)管時(shí)，臨床醫(yī)生對導(dǎo)管施加的加速度可能小于心跳對儀器傳感器110施加的加速度。因此，在這種場景下，可將加速度閾值選擇為大于臨床醫(yī)生的預(yù)期運(yùn)動，但是小于心跳施加的加速度，因此修改模塊162可生成去除了由心跳引起而非由臨床醫(yī)生的運(yùn)動引起的儀器傳感器110的運(yùn)動的經(jīng)修改的位置值。位置確定模塊136基于基準(zhǔn)位置以及未經(jīng)修改的位置值或經(jīng)修改的位置值(取決于接收到哪一個(gè))來確定儀器傳感器110的相對位置。登記模塊138然后登記儀器傳感器110在患者圖像上的相對位置以生成經(jīng)注釋的圖像。然后顯示控制模塊116將經(jīng)注釋的圖像輸出到顯示器116。圖7示出示例糾錯(cuò)方法。為了說明的目的，假設(shè)方法在儀器傳感器110沒有經(jīng)歷可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上映射的差錯(cuò)的加速度的時(shí)間期間開始。最初，修改模塊162生成未經(jīng)修改的位置值，并且因此顯示控制模塊142輸出的經(jīng)注釋的圖像可示出相對于患者圖像在正確位置中的儀器圖標(biāo)(200)?；鶞?zhǔn)位置模塊134基于從基準(zhǔn)傳感器111接收到的基準(zhǔn)信號來確定基準(zhǔn)傳感器111的位置(202)。儀器位置模塊132基于從儀器傳感器110接收到的儀器位置信號來確定儀器傳感器110的位置(204)。加速度確定模塊160基于從加速度計(jì)112接收到的加速度信號來確定一個(gè)或 多個(gè)加速度值(206)。修改模塊162然后基于一個(gè)或多個(gè)加速度值來確定是生成經(jīng)修改的位置值還是未經(jīng)修改的位置值(208)。在一些示例中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)加速度值指示儀器傳感器110經(jīng)歷大于加速度閾值的加速度時(shí)，修改模塊162可生成經(jīng)修改的位置值。在這些示例中，當(dāng)加速度值指示儀器傳感器110經(jīng)歷小于閾值加速度的加速度時(shí)，修改模塊162可生成未經(jīng)修改的位置值。如果修改模塊162判定要生成經(jīng)修改的位置值，則修改模塊162執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)修改操作以生成經(jīng)修改的位置值(210)。在下文中參考圖8-14來描述示例修改操作。如果修改模塊162判定要生成未經(jīng)修改的位置值，則修改模塊162可以不修改儀器位置模塊132所確定的儀器位置，而是可以使儀器位置“通過”位置確定模塊136作為未經(jīng)修改的位置值。位置確定模塊136基于基準(zhǔn)位置以及在框(210)中確定的經(jīng)修改的位置值或在框(212)中確定的未經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置。登記模塊138在圖像生成模塊140生成的患者圖像上映射相對位置，以生成經(jīng)由顯示控制模塊142輸出到顯示器的經(jīng)注釋的圖像(214)。
圖8示出包括示例修改模塊162的接口模塊114的一部分。修改模塊162包括閾值檢測模塊164、糾正模塊166和選擇模塊168。參考圖9A、9B、10、11A、11B和12來描述閾值檢測模塊164、糾正模塊166和選擇模塊168的操作。閾值檢測模塊164監(jiān)測從加速度確定模塊160接收到的加速度值。閾值檢測模塊164確定何時(shí)加速度值大于閾值加速度，并且然后向糾正模塊166和選擇模塊168指示何時(shí)加速度值大于閾值加速度。此外，閾值檢測模塊164可以向糾正模塊166和選擇模塊168指示何時(shí)加速度值不大于(即小于或等于)閾值加速度。糾正模塊166從儀器位置模塊132接收儀器位置。當(dāng)閾值檢測模塊164指示加速度值大于閾值加速度時(shí)，糾正模塊166確定經(jīng)修改的位置值。選擇模塊168將糾正模塊166 (即經(jīng)修改的位置值)和儀器位置模塊132 (即未經(jīng)修改的位置值)之一連接到位置確定模塊136。換言之，選擇模塊168選擇位置確定模塊136使用經(jīng)修改的位置值和未經(jīng)修改的位置值中的哪一個(gè)來確定儀器傳感器110的相對位置。當(dāng)閾值檢測模塊164指示加速度值大于閾值加速度時(shí) ，選擇模塊168選擇經(jīng)修改的位置值以供在位置確定模塊136處使用。當(dāng)閾值檢測模塊164指示加速度值小于或等于閾值加速度時(shí)，選擇模塊168選擇未經(jīng)修改的位置值以供位置確定模塊136使用。在如閾值檢測模塊164所指示的加速度值小于加速度閾值的時(shí)段期間，選擇模塊168選擇未經(jīng)修改的位置值以供輸入到位置確定模塊136。因此，在加速度值小于或等于閾值加速度的時(shí)段期間，位置確定模塊136基于未經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置。當(dāng)加速度值超過(即大于)閾值加速度時(shí)，糾正模塊166可確定經(jīng)修改的位置值。如下文中所用的，閾值加速度可指儀器傳感器110所經(jīng)歷的加速度的大小，而與方向無關(guān)。例如，閾值加速度可具有正值，指示在第一方向經(jīng)歷的加速度，或者可具有負(fù)值，指示在與第一方向相反的方向上的加速度。因此，大于閾值加速度的加速度可指示作為大于正閾值加速度的正加速度或者大于負(fù)閾值加速度的負(fù)加速度的加速度。因此，在一個(gè)示例中，當(dāng)儀器傳感器110經(jīng)歷的加速度從小于閾值加速度的加速度轉(zhuǎn)變成大于閾值加速度的加速度時(shí)，儀器傳感器110的加速度可達(dá)到或超過加速度閾值。在一些示例中，閾值加速度可包括單個(gè)閾值。例如，當(dāng)儀器傳感器110經(jīng)歷的加速度的總的大小(例如在x、y和z方向上)大于單個(gè)閾值加速度時(shí),可達(dá)到單個(gè)閾值。在另一示例中，單個(gè)閾值可指示沿單個(gè)軸的閾值，并且因此當(dāng)沿儀器傳感器110的單個(gè)軸的加速度大于單個(gè)閾值時(shí)，可達(dá)到單個(gè)加速度閾值。糾正模塊166可以各種方式來生成經(jīng)修改的位置值。在一個(gè)示例中，當(dāng)糾正模塊166接收到加速度值大于閾值加速度的指示時(shí)，糾正模塊166可將經(jīng)修改的位置值設(shè)置為等于加速度值達(dá)到閾值加速度時(shí)的儀器位置。換言之，糾正模塊166可存儲當(dāng)加速度值達(dá)到閾值加速度時(shí)的儀器傳感器110的位置，并且糾正模塊166然后可繼續(xù)輸出所存儲的值作為經(jīng)修改的位置值，盡管儀器位置模塊132所確定的位置可能正在變化。以此方式，在儀器傳感器110經(jīng)歷可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上的映射中的差錯(cuò)的提高水平的加速度時(shí)段期間，可防止儀器傳感器110的位置改變影響映射到患者圖像上的儀器傳感器110的相對位置。響應(yīng)于加速度值達(dá)到閾值加速度，糾正模塊166可對于預(yù)定時(shí)段輸出所存儲的值。此外，響應(yīng)于加速度值達(dá)到閾值加速度，選擇模塊168可對于預(yù)定時(shí)段選擇經(jīng)修改的位置值以供輸出到位置確定模塊136。此外，對于加速度達(dá)到加速度閾值之后的預(yù)定時(shí)段，位置確定模塊136可基于經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置。在預(yù)定時(shí)段之后，選擇模塊168可選擇未經(jīng)修改的位置值以供輸出到位置確定模塊136，并且位置確定模塊136可基于未經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置，直至加速度再次增加到超過閾值加速度。參考圖9A-9B，圖10描述使用圖8的閾值檢測模塊164、糾正模塊166和選擇模塊168的示例糾錯(cuò)方法。圖9A-9B示出由閾值檢測模塊164接收的相對于時(shí)間的示例加速度曲線軌跡。閾值加速度指示為AT。為了說明的目的，假設(shè)方法在儀器傳感器110沒有經(jīng)歷大于閾值加速度的加速度的時(shí)間期間開始，例如在170示出。最初，修改模塊162生成未經(jīng)修改的儀器位置，并且因此輸出到顯示器116的經(jīng)注釋的圖像可示出相對于患者圖像在正確位置中的儀器圖標(biāo)(300)。基準(zhǔn)位置模塊134基于從基準(zhǔn)傳感器111接收到的基準(zhǔn)信號來確定基準(zhǔn)傳感器111的位置(302)。儀器位置模塊132基于從儀器傳感器110接收到的儀器位置信號來確定儀器傳感器110的位置(304)。加速度確定模塊160基于從加速度計(jì)112接收到的加速度信號來確定一個(gè)或多個(gè)加速度值(306)。修改模塊162然后基于一個(gè)或多個(gè)加速度值來確定是要生成經(jīng)修改的還是未經(jīng)修改的位置值(308)。如果閾值檢測模塊164確定加速度值小于或等于閾值加速度(如圖9A-9B中170處所示)，則選擇模塊168選擇未經(jīng)修改的位置值，即儀器位置模塊132的輸出。位置確定模塊136然后基于未經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置(310)，并且登記模塊138將儀器圖標(biāo)映射到患者圖像上(312)。然后在顯示器116上顯示經(jīng)注釋的圖像。如果閾值檢測模塊 164確定加速度值大于閾值加速度，則糾正模塊166存儲加速度達(dá)到閾值加速度時(shí)的儀器位置，并且然后將經(jīng)修改的位置設(shè)置為等于該所存儲的值(314)。此外，選擇模塊168選擇經(jīng)修改的位置值以供輸出到位置確定模塊136。位置確定模塊136然后基于經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置(316)，并且登記模塊138基于該相對儀器位置來生成經(jīng)注釋的圖像(318)。糾正模塊166和選擇模塊168然后判定是否停止向位置確定模塊136輸出經(jīng)修改的位置值(320)。在一個(gè)不例中，對于預(yù)定時(shí)間量,糾正模塊166和選擇模塊168可操作以將經(jīng)修改的位置值(例如所存儲的值)輸出到位置確定模塊136，如圖9A中所示。在該示例中，在預(yù)定時(shí)間量期滿之后，選擇模塊168可停止輸出經(jīng)修改的位置值并切換到未經(jīng)修改的位置值，從而返回至框(302)。此外，在該示例中，直至已經(jīng)過預(yù)定時(shí)間量，糾正模塊166和選擇模塊168可繼續(xù)向位置確定模塊136輸出經(jīng)修改的位置值。在另一示例中，在框(320)，糾正模塊166和選擇模塊168可基于加速度確定模塊160所確定的當(dāng)前加速度值來確定是否輸出經(jīng)修改的位置(例如所存儲的值)。在一個(gè)示例中，選擇模塊168可輸出經(jīng)修改的位置值，直至閾值檢測模塊164檢測到加速度計(jì)112所經(jīng)歷的加速度已減小到小于閾值加速度的值，如圖9B中所示。選擇模塊168然后可選擇未經(jīng)修改的位置值以供輸出到位置確定模塊136。代替在再越過相同閾值加速度時(shí)切換到未經(jīng)修改的位置值，在一些示例中，在加速度再越過另一加速度值(如大于或小于閾值加速度)時(shí)，選擇模塊168可選擇未經(jīng)修改的位置值。這也在圖9B中示出。圖1lAUlB和12示出使用圖8的修改模塊168的另一糾錯(cuò)方法。在圖12所示的方法中，代替選擇在加速度值越過閾值加速度時(shí)出現(xiàn)的儀器位置，糾正模塊166可從連續(xù)存儲儀器位置值的緩沖器中選擇先前存儲的儀器位置值。緩沖器可被包括在糾正模塊166中。為了說明的目的，假設(shè)圖12的方法在儀器傳感器110沒有經(jīng)歷大于閾值加速度的加速度的時(shí)間期間開始，在170示出。最初，修改模塊162確定未經(jīng)修改的位置值，并且因此輸出到顯示器116的經(jīng)注釋的圖像可示出相對于患者圖像在正確位置中的儀器圖標(biāo)(400)。在圖12的示例方法中，閾值檢測模塊164可在閾值檢測模塊164中包括的緩沖器中連續(xù)存儲加速度值，并且糾正模塊166可在糾正模塊166中包括的緩沖器中連續(xù)存儲儀器位置值(402)。修改模塊162然后基于一個(gè)或多個(gè)緩存的加速度值來確定是要生成經(jīng)修改的還是未經(jīng)修改的位置值(404)。如果閾值檢測模塊164確定加速度值小于或等于閾值加速度(如圖1lA和IlB中170處所示)，則選擇模塊168選擇未經(jīng)修改的位置值，即儀器位置模塊132的輸出。位置確定模塊136然后基于未經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置(406)，并且 登記模塊138將儀器圖標(biāo)映射到患者圖像上(408)。如果閾值檢測模塊164確定加速度值大于閾值加速度，則糾正模塊166從緩沖器(例如糾正模塊166中的)選擇所存儲的儀器位置值，用于作為經(jīng)修改的位置值輸出(410)。此外，選擇模塊168選擇經(jīng)修改的位置值以供輸出到位置確定模塊136。糾正模塊166可以各種方式從緩沖器選擇所存儲的儀器位置值。在一些實(shí)現(xiàn)中，糾正模塊166可通過從緩沖器中選擇與不大于閾值加速度的加速度值相對應(yīng)的值來選擇所存儲的值。換言之，糾正模塊166可選擇在與不大于閾值加速度的加速度值大致相同的時(shí)間采樣的所緩存的儀器位置值。例如，糾正模塊166可首先標(biāo)識小于閾值加速度的所緩存的加速度值(例如，來自閾值檢測模塊164中的緩存器)。糾正模塊166然后可選擇與所選擇的加速度值同時(shí)或大致同時(shí)緩存(即出現(xiàn))的儀器位置值。糾正模塊166然后可輸出所選擇的儀器位置值作為經(jīng)修改的位置值，以使相對儀器位置(位置確定模塊136所確定的)返回到未受儀器傳感器110當(dāng)前正經(jīng)歷的不合需要的加速度污染的合適位置。在其它實(shí)現(xiàn)中，糾正模塊166可通過從緩沖器中選擇在加速度值大于閾值加速度之前的預(yù)定時(shí)間量采樣的經(jīng)采樣的位置值來選擇所存儲的儀器位置值。預(yù)定時(shí)間量例如可對應(yīng)于緩沖器中位置值的預(yù)定樣本數(shù)量。在出現(xiàn)大于閾值的加速度值之前的預(yù)定時(shí)間量選擇儀器位置值可用于消除由不合需要的加速度引起的儀器傳感器110的運(yùn)動。換言之，將儀器位置值設(shè)置為就在加速度達(dá)到閾值加速度之前出現(xiàn)的值可消除由不合需要的加速度引起的儀器傳感器110的位置改變，并且由此防止由不合需要的加速度引起的位置改變被映射到患者圖像上。預(yù)定時(shí)間量可以基于加速度可能改變的速率。例如，在預(yù)期加速度可能快速改變的外科手術(shù)導(dǎo)航程序期間，可將預(yù)定時(shí)間段選擇為相對較短，因?yàn)椴缓闲枰募铀俣瓤赡芨蝗坏匕l(fā)生。在不合需要的加速度可能更拖延(例如，不是突然的)的程序期間，可選擇較長的預(yù)定時(shí)間以確保選擇不受加速度影響的儀器位置值。
在糾正模塊166從緩沖器中選擇所存儲的儀器位置值并且選擇模塊168選擇經(jīng)修改的位置用于輸出到位置確定模塊136(410)之后，位置確定模塊136基于經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置(412)并且登記模塊138基于該相對位置來生成經(jīng)注釋的圖像(414)。糾正模塊166和選擇模塊168然后判定是否停止向位置確定模塊136輸出經(jīng)修改的位置值(416)。在一個(gè)不例中，對于預(yù)定時(shí)間量,糾正模塊166和選擇模塊168可操作以將經(jīng)修改的位置值(例如從緩沖器中取回的值)輸出到位置確定模塊136。在該示例中，在預(yù)定時(shí)間量期滿之后，選擇模塊168可停止輸出經(jīng)修改的位置值并切換到未經(jīng)修改的位置值，從而返回至框(402)。這在圖1lA中示出。此外，在該示例中，直至已經(jīng)過預(yù)定時(shí)間量，糾正模塊166和選擇模塊168可繼續(xù)向位置確定模塊136輸出經(jīng)修改的位置值。在另一不例中，在框(416),糾正模塊166和選擇模塊168可基于加速度確定模塊160所確定的當(dāng)前加速度值來確定是否輸出經(jīng)修改的位置值(例如所存儲的值)。在一個(gè)示例中，選擇模塊168可輸出經(jīng)修改的位置值，直至閾值檢測模塊164檢測到加速度計(jì)112所經(jīng)歷的加速度已減小到小于閾值加速度的值，如圖1lB中所示。選擇模塊168然后可選擇未經(jīng)修改的位置值以供輸出到位置確定模塊136。代替在再越過相同閾值加速度時(shí)切換到未經(jīng)修改的位置值，在一些示例中，在加速度再越過另一加速度值(如大于或小于閾值加速度)時(shí)，選擇模塊168可選擇未經(jīng)修改的位置值。這在圖1lB中示出。圖13示出可包括在替換接口模塊114中的替換修改模塊162。修改模塊162包括加速度緩沖器模塊172、儀器緩沖器模塊174和濾波模塊176。此外，接口模塊114包括基準(zhǔn)緩沖器模塊178。加速度緩沖器模塊172存儲從加速度確定模塊160接收到的加速度值。例如，力口速度緩沖器模塊172可存儲從加速度確定模塊160接收到的預(yù)定數(shù)量的加速度值。加速度緩沖器模塊172最近接收到的加速度值可取代已存儲在加速度緩沖器模塊172中達(dá)最長時(shí)間量的加速度值。例如，加速度緩沖器模塊172可包括先進(jìn)先出(FIFO)緩沖器。儀器緩沖器模塊174存儲從儀器位置模塊132接收到的儀器位置值。例如，儀器緩沖器模塊174可存儲從儀器位置模塊132接收到的預(yù)定數(shù)量的儀器位置值。儀器緩沖器模塊174最近接收到的儀器位置值可取代已存儲在儀器位置緩沖器中達(dá)最長時(shí)間量的儀器位置值。例如，儀器緩沖器模塊174可包括FIFO緩沖器?；鶞?zhǔn)緩沖器模塊178存儲從基準(zhǔn)位置模塊134接收到的基準(zhǔn)位置值。例如，基準(zhǔn)緩沖器模塊178可存儲從基準(zhǔn)位置模塊134接收到的預(yù)定數(shù)量的基準(zhǔn)位置值?；鶞?zhǔn)緩沖器模塊178最近接收到的基準(zhǔn)位置值可取代已存儲在基準(zhǔn)緩沖器模塊178中達(dá)最長時(shí)間量的基準(zhǔn)位置值。例如，基準(zhǔn)緩沖器模塊178可包括FIFO緩沖器。
濾波模塊176接收來自加速度緩沖器模塊172的加速度值以及來自儀器緩沖器模塊174的儀器位置值。濾波模塊176可基于從加速度緩沖器模塊172接收到的加速度值來修改(即調(diào)整)從儀器緩沖器模塊174接收到的儀器位置值。一般而言，濾波模塊176可對加速度緩沖器模塊172緩存的一組加速度值執(zhí)行分析，并且然后基于該分析來調(diào)整從儀器緩沖器模塊174接收到的儀器位置值。在分析之后，經(jīng)修改的或未經(jīng)修改的儀器位置值以及緩存的基準(zhǔn)位置值可被輸出到位置確定模塊136。由于可緩存基準(zhǔn)位置值、儀器位置值和加速度值以提供用于分析的樣本，因此儀器圖標(biāo)在患者圖像上的映射可能導(dǎo)致相對于圖8的接口模塊114的稍微延遲。可校準(zhǔn)緩存和分析步驟，以優(yōu)化性能并且使延遲對于臨床醫(yī)生而言不顯著。換言之，可選擇采樣速率、緩存的樣本的數(shù)量、以及分析步驟的復(fù)雜性，以使緩存和分析步驟在將儀器圖標(biāo)疊加到患者圖像上的過程中不產(chǎn)生顯著的延遲。濾波模塊176可在頻域中進(jìn)行加速度值的分析。例如，濾波模塊176可進(jìn)行加速度值的頻率內(nèi)容的分析。在一個(gè)示例中，濾波模塊176可對加速度值實(shí)現(xiàn)傅里葉變換(如FFT)，以確定緩存的加速度值的頻率內(nèi)容。濾波模塊176可對加速度值進(jìn)行分析，以檢測加速度值中存在的可指示儀器傳感器110所經(jīng)歷的不合需要的加速度(例如是可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上的不正確映射的加速度)的存在的頻率分量。加速度的不合需要的頻率分量可包括指示加速度的快速改變的分量，例如加速度值中存在的高頻分量。響應(yīng)于檢測到在不合需要的頻率范圍內(nèi)的閾值量信號(例如閾值能量)，濾波模塊176可從緩存的儀器位置值中濾出不合需要的頻率內(nèi)容。加速度緩沖器模塊172中存儲的一組加速度值中存在的頻率分量可能由各種不同的物理效應(yīng)引起。例如，頻率分量可指示由于心壁運(yùn)動、由于呼吸引起的運(yùn)動、以及諸如患者102的重新定位或撞擊的環(huán)境噪聲引起的加速度。濾波模塊176可基于哪些頻率分量存在于加速度值中來檢測任何上述物理效應(yīng)的存在。例如，由患者的呼吸引起的加速度計(jì)112的運(yùn)動可生成與心跳相比相對低頻的信號。在該示例中，濾波模塊176可基于對一組加速度值中高頻分量(例如，包括比呼吸高的頻率的分量)的檢測來檢測由不同于呼吸的心跳引起的加速度112的運(yùn)動。在確定加速度值的頻率內(nèi)容之后，濾波模塊176可對加速度值的頻率內(nèi)容監(jiān)測可指示不合需要的加速度的頻率分量或頻率范圍的存在。例如，由于心跳而存在于加速度值中的頻率范圍可能是不合需要的頻率范圍，因?yàn)橛尚奶┘咏o儀器傳感器110的加速度可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上的不正確映射。如果濾波模塊176檢測到在加速度值的不合需要的頻率處或者不合需要的頻率范圍內(nèi)存在的閾值量內(nèi)容(例如閾值能量/功率)，則濾波模塊176可濾波相應(yīng)頻率處的緩存的儀器位置值，以去除可能不合需要的內(nèi)容并且防止該內(nèi)容影響儀器圖標(biāo)的映射。一般而言，當(dāng)不存在達(dá)閾值量的這種不合需要的頻率內(nèi)容時(shí)，濾波模塊176可允許緩存的儀器位置值通過濾波模塊176以未經(jīng)修改地到達(dá)位置確定模塊136。 圖14示出包括濾波操作的糾錯(cuò)方法。圖13的接口模塊114可實(shí)現(xiàn)圖14的方法。為了說明的目的，假設(shè)圖14的方法在儀器傳感器110沒有經(jīng)歷可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上的不正確映射的加速度的時(shí)間期間開始(500)。首先，加速度緩沖器模塊172緩存加速度值，儀器緩沖器模塊174緩存儀器位置值，并且基準(zhǔn)緩沖器模塊178緩存基準(zhǔn)位置值(502)。濾波模塊176然后確定加速度值的頻率內(nèi)容(504)，并且確定在不合需要的頻率處是否存在閾值信號內(nèi)容量(例如能量/功率)(506)。如果在不合需要的頻率處存在閾值內(nèi)容量，則濾波模塊176濾波緩存的儀器位置值以去除不合需要的頻率處的具有閾值信號內(nèi)容量的信號內(nèi)容(508)。如果不存在閾值內(nèi)容量，則濾波模塊176允許緩存的儀器位置值通過，以未經(jīng)修改地到達(dá)位置確定模塊136。位置確定模塊136基于未經(jīng)濾波(即未經(jīng)修改)或經(jīng)濾波(即經(jīng)修改)的儀器位置值來確定儀器傳感器110的相對位置(510)。登記模塊138基于儀器傳感器110的相對位置將儀器圖標(biāo)映射到患者圖像上(512)。顯示控制模塊142然后向顯示器116輸出經(jīng)注釋的患者圖像。
現(xiàn)在參考圖15，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可包括陀螺傳感器180。陀螺傳感器180可生成指示陀螺傳感器180的角取向和角旋轉(zhuǎn)速率(例如每秒的度數(shù))的信號。陀螺傳感器180可指示繞一個(gè)或多個(gè)軸的角旋轉(zhuǎn)速率。因此，當(dāng)陀螺傳感器180被包括在儀器108上時(shí)，陀螺傳感器180可指示儀器180的角旋轉(zhuǎn)速率。在儀器108是導(dǎo)管的示例中，陀螺傳感器180可指示例如導(dǎo)管的繞導(dǎo)管的長軸或?qū)Ч艿钠渌S的角旋轉(zhuǎn)速率。接口模塊114可從陀螺傳感器180接收信號并確定陀螺傳感器180的角旋轉(zhuǎn)速率。圖15示出在將儀器圖標(biāo)疊加在患者圖像上時(shí)防止由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動引起的差錯(cuò)的示例接口模塊114。接口模塊114包括旋轉(zhuǎn)確定模塊182和修改模塊162，它們防止由儀器108的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動引起的圖像登記差錯(cuò)。接口模塊114連接到陀螺傳感器180。旋轉(zhuǎn)確定模塊182從陀螺傳感器180接收信號并確定陀螺傳感器180的角旋轉(zhuǎn)速率。旋轉(zhuǎn)確定模塊182可根據(jù)陀螺傳感器180是否生成指示陀螺傳感器180繞一個(gè)或多個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)速率的信號來確定陀螺傳感器180繞一個(gè)或多個(gè)軸的角旋轉(zhuǎn)速率。旋轉(zhuǎn)確定模塊182所取的角旋轉(zhuǎn)速率的樣本在下文中可稱為“角速率值”。由于儀器傳感器 110可放置在陀螺傳感器180附近或機(jī)械地附連到陀螺傳感器180，因此儀器傳感器110可隨陀螺傳感器180移動并且經(jīng)歷與陀螺傳感器180相同的旋轉(zhuǎn)。因此，陀螺傳感器180生成的角速率值可指示儀器傳感器110經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)速率，并且旋轉(zhuǎn)確定模塊182確定的角速率值可指示儀器傳感器110的旋轉(zhuǎn)速率。因此，旋轉(zhuǎn)確定模塊182可確定儀器傳感器110相對于一個(gè)或多個(gè)軸所經(jīng)歷的角旋轉(zhuǎn)速率。修改模塊162可基于旋轉(zhuǎn)確定模塊182確定的角速率值并且基于儀器位置模塊132確定的一個(gè)或多個(gè)位置來生成經(jīng)修改的或未經(jīng)修改的位置值。未經(jīng)修改的位置值可等于儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置。換言之，修改模塊162可通過使儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置無變化地通過修改模塊162來生成未經(jīng)修改的位置值。一般而言，當(dāng)儀器傳感器110沒有或幾乎沒有經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)時(shí)，修改模塊162可生成未經(jīng)修改的位置值。換言之，當(dāng)儀器傳感器110經(jīng)歷小于閾值速率的旋轉(zhuǎn)時(shí)，修改模塊162可生成未經(jīng)修改的位置值。然而，當(dāng)儀器傳感器110經(jīng)歷閾值旋轉(zhuǎn)速率時(shí)，修改模塊162可生成經(jīng)修改的位置值，該位置值不同于儀器位置模塊132所確定的儀器傳感器110的位置。例如，閾值旋轉(zhuǎn)速率可以基于在登記過程期間可能引起差錯(cuò)并且導(dǎo)致將儀器圖標(biāo)不正確地映射到患者圖像上的旋轉(zhuǎn)速率。閾值旋轉(zhuǎn)速率可依賴于外科手術(shù)導(dǎo)航程序而變化，例如成像設(shè)備104捕獲圖像的速率。在一些示例中，閾值旋轉(zhuǎn)速率可以基于指示儀器傳感器110的移動不是臨床醫(yī)生想要的而是由干擾引起的旋轉(zhuǎn)速率。例如，在儀器傳感器110處于導(dǎo)管內(nèi)的情況下，例如當(dāng)在程序期間旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管時(shí)臨床醫(yī)生對導(dǎo)管施加的旋轉(zhuǎn)可能小于心跳對儀器傳感器110施加的旋轉(zhuǎn)速率。因此，在這種場景下，可將閾值旋轉(zhuǎn)速率選擇為大于臨床醫(yī)生的預(yù)期運(yùn)動，但是小于心跳施加的旋轉(zhuǎn)速率，因此修改模塊162可生成去除由心跳引起而非由臨床醫(yī)生的旋轉(zhuǎn)引起的儀器傳感器110的旋轉(zhuǎn)的經(jīng)修改的位置值。位置確定模塊136基于基準(zhǔn)位置以及未經(jīng)修改的位置值或經(jīng)修改的位置值(取決于接收到哪一個(gè))來確定儀器傳感器110的相對位置。登記模塊138然后登記儀器傳感器110在患者圖像上的相對位置以生成注釋圖像。然后顯示控制模塊116將注釋圖像輸出到顯不器116。圖16示出示例糾錯(cuò)方法。為了說明的目的，假設(shè)方法在儀器傳感器110沒有經(jīng)歷可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上映射的差錯(cuò)的旋轉(zhuǎn)速率的時(shí)間期間開始。最初，修改模塊162生成未經(jīng)修改的位置值，并且因此顯示控制模塊142輸出的注釋圖像可示出相對于患者圖像在正確位置中的儀器圖標(biāo)￠00)。基準(zhǔn)位置模塊134基于從基準(zhǔn)傳感器111接收到的基準(zhǔn)信號來確定基準(zhǔn)傳感器111的位置(602)。儀器位置模塊132基于從儀器傳感器110接收到的儀器位置信號來確定儀器傳感器110的位置(604)。旋轉(zhuǎn)確定模塊182基于從陀螺傳感器180接收到的陀螺信號來確定一個(gè)或多個(gè)角速率值(606)。修改模塊162然后基于一個(gè)或多個(gè)角速率值來確定是生成經(jīng)修改的位置值還是未經(jīng)修改的位置值￠08)。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)角速率值指示儀器傳感器110正在經(jīng)歷大于閾值旋轉(zhuǎn)速率的旋轉(zhuǎn)速率時(shí)，修改模塊162可生成經(jīng)修改的位置值。當(dāng)角速率值指示儀器傳感器110正在經(jīng)歷小于閾值旋轉(zhuǎn)速率的旋轉(zhuǎn)速率時(shí)，修改模塊162可生成未經(jīng)修改的位置值。如果修改模塊162判定生成經(jīng)修改的位置值，則修改模塊162執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)修改操作以生成經(jīng)修改的位置值￠10)。修改模塊162基于角速率值執(zhí)行的示例修改可以類似于上述基于加速度值所執(zhí)行的修改。在一些示例中，當(dāng)角速率值小于閾值旋轉(zhuǎn)速率時(shí)，修改模塊162可以不修改儀器位置，而是可以允許儀器位置“通過”并作為未經(jīng)修改的位置值到達(dá)位置確定模塊136。在這些示例中，當(dāng)修改模塊162接收到角速率值大于閾值旋轉(zhuǎn)速率的指示時(shí)，修改模塊162可生成經(jīng)修改的位置值。例如，修改模塊162可將經(jīng)修改的位置值設(shè)置為在角速率值小于閾值旋轉(zhuǎn)速率時(shí)存儲的先前存儲的位置值范圍中的值。例如，對于預(yù)定時(shí)間段或者直至陀螺傳感器180經(jīng)歷的旋轉(zhuǎn)速率減小到小于閾值旋轉(zhuǎn)速率的值，修改模塊162可輸出經(jīng)修改的位置值。

在其它示例中，修改模塊162可在頻域中進(jìn)行角速率值的分析。例如，修改模塊162可對角速率值實(shí)現(xiàn)傅里葉變換(如FFT)，以確定緩存的角速率值的頻率內(nèi)容。修改模塊162可對角速率值進(jìn)行分析，以檢測角速率值中存在的可指示儀器傳感器110所經(jīng)歷的不合需要的旋轉(zhuǎn)(例如是可能導(dǎo)致儀器圖標(biāo)在患者圖像上的不正確映射的旋轉(zhuǎn))的存在的頻率分量。響應(yīng)于檢測到在不合需要的頻率范圍內(nèi)的閾值量信號(例如閾值能量)，修改模塊162可從緩存的儀器位置值中濾出不合需要的頻率內(nèi)容。位置確定模塊136基于基準(zhǔn)位置以及在框(610)中確定的經(jīng)修改的位置值或在框(612)中確定的未經(jīng)修改的位置值來確定儀器傳感器110的相對位置。登記模塊138在圖像生成模塊140生成的患者圖像上映射相對位置，以生成經(jīng)由顯示控制模塊142輸出到顯示器116的經(jīng)注釋的圖像(614)。雖然外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100被示為單獨(dú)地包括加速度計(jì)112或陀螺傳感器180(例如在圖6中和在圖15中)，但是在一些示例中，外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)100可包括加速度計(jì)112和陀螺傳感器180兩者以及加速度確定模塊160和旋轉(zhuǎn)確定模塊182。在一些不例中，一種方法包括確定磁場傳感器在磁場中的位置,確定磁場傳感器的加速度，以及基于加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。
在一些不例中，該方法還包括存儲一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置,基于磁場傳感器的加速度和一個(gè)或多個(gè)所存儲的位置來生成經(jīng)修改的位置值，以及基于經(jīng)修改的位置值來指示在圖像中的位置。在一些示例中，該方法還包括確定加速度何時(shí)小于或等于閾值加速度，并且在加速度小于或等于閾值加速度時(shí)存儲一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置。在一些示例中，該方法還包括確定加速度何時(shí)大于閾值加速度，并且將經(jīng)修改的位置值設(shè)置為在加速度小于或等于閾值加速度時(shí)存儲的一個(gè)或多個(gè)所確定的位置的范圍中的值。在一些示例中，該方法還包括確定加速度何時(shí)大于閾值加速度，并且將經(jīng)修改的位置值設(shè)置為等于在加速度小于或等于閾值加速度時(shí)存儲的一個(gè)或多個(gè)所確定的位置中的一個(gè)。在一些示例中，該方法還包括響應(yīng)于加速度從小于閾值加速度的值增大到大于閾值加速度的值，將經(jīng)修改的位置值設(shè)定為等于磁場傳感器的最近確定的位置。在一些示例中，該方法還包括對于確定加速度大于閾值加速度之后的預(yù)定時(shí)段，將經(jīng)修改的位置值維持在范圍內(nèi)的值。在一些示例中，該方法還包括將經(jīng)修改的位置值維持在范圍內(nèi)的值，直至確定加速度值已減小到小于閾值加速度的值。在一些示例中，該方法還包括在加速度減小到小于閾值加速度的值時(shí)將經(jīng)修改的位置值設(shè)置為當(dāng)前確定的位置。在一些示例中，該方法還包括存儲多個(gè)加速度值，存儲多個(gè)位置值，確定多個(gè)加速度值的頻率內(nèi)容，以及基于對頻率內(nèi)容的分析來生成經(jīng)修改的位置值。

在一些示例中，該方法還包括確定加速度值何時(shí)包括在預(yù)定頻率范圍內(nèi)大于閾值量的頻率內(nèi)容。在一些示例中，該方法還包括當(dāng)加速度值包括在預(yù)定頻率范圍內(nèi)大于閾值量的頻率內(nèi)容時(shí)，濾波多個(gè)位置值以衰減多個(gè)位置值中包括的預(yù)定頻率范圍。在一些示例中，醫(yī)療系統(tǒng)包括磁場傳感器、運(yùn)動傳感器、儀器和模塊。儀器包括磁場傳感器和運(yùn)動傳感器。該模塊基于從磁場傳感器接收到的信號確定磁場傳感器在磁場中的位置，并且基于從運(yùn)動傳感器接收到的信號確定磁場傳感器的運(yùn)動量。此外，模塊基于運(yùn)動量和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。在一些示例中，醫(yī)療系統(tǒng)還包括基準(zhǔn)傳感器。模塊基于從基準(zhǔn)傳感器接收到的信號來確定基準(zhǔn)傳感器在磁場中的位置。相對于基準(zhǔn)傳感器的位置來表不所確定的磁場傳感器的位置。在一些示例中，儀器是導(dǎo)管，并且磁場傳感器和運(yùn)動傳感器被安排成鄰近彼此。在一些示例中，磁場傳感器和運(yùn)動傳感器被包括在相同的封裝中，并且導(dǎo)管包括該封裝。在一些不例中，磁場傳感器是正常磁阻(NMR)傳感器、各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器中的一個(gè)。在一些示例中，醫(yī)療系統(tǒng)還包括發(fā)射磁場的電磁場發(fā)射器、捕獲患者圖像的成像設(shè)備、以及顯示圖標(biāo)和患者圖像的顯示器。
在一些示例中，運(yùn)動傳感器包`括加速度計(jì)和陀螺傳感器中的至少一個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)療系統(tǒng)，包括: 傳感器位置模塊，其確定磁場傳感器在磁場中的位置； 第一模塊，其確定所述磁場傳感器的加速度；以及 第二模塊，其基于所述加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示所述磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，還包括修改模塊，其中所述修改模塊存儲所述一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置，并且基于所述磁場傳感器的所述加速度和所述一個(gè)或多個(gè)所存儲的位置來生成經(jīng)修改的位置值，其中所述第二模塊基于經(jīng)修改的位置值來指示在所述圖像中的所述位置。
3.如權(quán)利要求2所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊響應(yīng)于加速度從小于閾值加速度的值增大到大于所述閾值加速度的值，將經(jīng)修改的位置值設(shè)定為等于所述磁場傳感器的最近確定的位置。
4.如權(quán)利要求2所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊: 存儲由所述第一模塊確定的多個(gè)加速度值； 存儲由所述傳感器位置模塊確定的多個(gè)位置值； 確定所述多個(gè)加速度值的頻率內(nèi)容；以及 基于對所述頻率內(nèi)容的分析來生成所述經(jīng)修改的位置值。
5.如權(quán)利要求4所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊:` 確定所述加速度值何時(shí)包括在預(yù)定頻率范圍內(nèi)大于閾值量的頻率內(nèi)容；以及 當(dāng)所述加速度包括在所述預(yù)定頻率范圍內(nèi)大于所述閾值量的頻率內(nèi)容時(shí)，濾波所述多個(gè)位置值以衰減所述多個(gè)位置值中包括的所述預(yù)定頻率范圍。
6.如權(quán)利要求2所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊確定所述加速度何時(shí)小于或等于閾值加速度，以及所述修改模塊在所述加速度小于或等于所述閾值加速度時(shí)存儲所述一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊確定所述加速度何時(shí)大于所述閾值加速度，以及所述修改模塊將所述經(jīng)修改的位置值設(shè)置為等于在所述加速度小于或等于所述閾值加速度時(shí)存儲的所述一個(gè)或多個(gè)所確定的位置中的一個(gè)。
8.如權(quán)利要求6所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊確定所述加速度何時(shí)大于所述閾值加速度，以及所述修改模塊將所述經(jīng)修改的位置值設(shè)置為在所述加速度小于或等于所述閾值加速度時(shí)存儲的所述一個(gè)或多個(gè)所確定的位置的范圍中的值。
9.如權(quán)利要求8所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊對于所述修改模塊確定所述加速度大于所述閾值加速度之后的預(yù)定時(shí)段，將所述經(jīng)修改的位置值維持在所述范圍內(nèi)的值。
10.如權(quán)利要求8所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊將所述經(jīng)修改的位置值維持在所述范圍內(nèi)的值，直至所述修改模塊確定所述加速度已減小到小于所述閾值加速度的值。
11.如權(quán)利要求10所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，所述修改模塊在所述加速度減小到小于所述閾值加速度的值時(shí)將所述經(jīng)修改的位置值設(shè)置為由所述傳感器位置模塊所確定的當(dāng)前位置。
12.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 所述磁場傳感器； 運(yùn)動傳感器，其指示所述磁場傳感器的所述加速度；以及 導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括所述磁場傳感器和所述運(yùn)動傳感器，其中所述磁場傳感器是正常磁阻(NMR)傳感器、各向異性磁阻(AMR)傳感器、巨磁阻(GMR)傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器中的一個(gè)，以及其中所述磁場傳感器和所述運(yùn)動傳感器被安排成鄰近彼此。
13.—種方法,包括: 確定磁場傳感器在磁場中的位置； 確定所述磁場傳感器的加速度；以及 基于所述加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示所述磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括: 確定所述加速度何時(shí)小于或等于閾值加速度； 在所述加速度小于或等于所述閾值加速度時(shí)，存儲所述一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置； 確定所述加速度何時(shí)大于所述閾值加速度；以及 基于在所述加速度小于或等于所述閾值加速度時(shí)存儲的所述一個(gè)或多個(gè)所確定的位置的范圍中的值來指示 所述圖像中的所述經(jīng)修改的位置。
15.—種醫(yī)療系統(tǒng),包括: 用于確定磁場傳感器在磁場中的位置的裝置； 用于確定所述磁場傳感器的加速度的裝置；以及 用于基于所述加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示所述磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置的裝置。
全文摘要
一種醫(yī)療系統(tǒng)包括傳感器位置模塊、第一模塊和第二模塊。傳感器位置模塊確定磁場傳感器在磁場中的位置。第一模塊確定磁場傳感器的加速度。第二模塊基于加速度和一個(gè)或多個(gè)先前確定的位置來指示磁場傳感器在醫(yī)療患者的圖像中的經(jīng)修改的位置。
文檔編號A61B17/00GK103189013SQ201180052037
公開日2013年7月3日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者R·C·舒爾豪瑟, P·F·格里什, M·F·馬特斯, T·A·卡爾梅耶, P·P·塞納里斯, P·克里普, D·A·魯本 申請人:美敦力公司