r>[0047]工作站42可包括导航计算机40、显示器22、用户接口 44以及可访问存储器系统46。图像数据可从C形臂控制器34传输到工作站42或跟踪系统50。导航计算机40可为便携式计算机，如膝上型计算机或平板计算机。
[0048]工作站42将图像数据作为图像显示在显示器22上。用户接口 44可为键盘、鼠标、触摸笔、触摸屏或其他合适的接口。用户接口 44允许用户21提供输入以通过C形臂控制器34来控制成像装置28或者调整显示器22的显示设置。工作站42还可用于控制和接收来自具有导航装置接口(NDI) 56的线圈阵列控制器(CAC) 54的数据。
[0049]尽管在图1中示出了成像装置28，但还可使用任何其他可替代的2D、3D或4D成像模态。例如，可使用任何2D、3D或4D成像装置，如等中心荧光检查、双平面荧光检查、超声、计算断层摄影(CT)、多切片计算断层摄影(MSCT)、Tl加权磁共振成像(MRI)、T2加权MR1、高频超声(HIFU)、正电子发射断层摄影(PET)、光学相干断层摄影(OCT)、血管内超声(IVUS)、超声、术中、计算断层摄影(CT)、单光子发射计算断层摄影(SPECT)和/或平面Y闪烁摄影(PGS)成像装置。这些成像装置中的任一可用于获取受试者26的2D、3D或4D术前或术后和/或实时图像或图像数据。图像也可通常以二维或三维形式获得和显示。在更高级的形式中，实现受试者的3D表面渲染区域，其可及时地渲染或改变(第四维)。可通过并入受试者数据或其他数据来实现3D表面渲染区域，所述其他数据来自图谱或解剖模型图，或者来自由MR1、CT或超声心动描记模态捕获的术前图像数据。
[0050]来自混合模态的图像数据组还可提供叠加到将被用于到达受试者26中的靶位点的解剖数据上的功能图像数据，所述混合模态如与CT结合的正电子发射断层摄影(PET)、或与CT结合的单光子发射计算断层摄影(SPECT)。如图1中所示的成像装置28可使用单头C形臂荧光镜通过围绕至少两个平面旋转成像装置28来提供虚拟双平面图像。所述两个平面可为正交平面并用于产生二维图像。二维图像可被转换成三维体积图像。通过在多于一个平面中获取图像，代表引入并推进到受试者26中的器械的位置的图标可在显示器22上叠加在多于一个视图中。这允许模拟的双平面或多平面视图，包括二维和三维视图。器械110可包括例如冲击器、管心针、铰刀驱动器、穿刺、钻具、脑深部刺激器、电引线、针、植入物、探针或者其他器械。
[0051]EM导航系统20还包括跟踪系统50。跟踪系统50包括定位器52，所述定位器52还可被称为发射线圈阵列(TCA)、跟踪阵列或发射线圈组件。图2-图12中示出定位器和对应部件的实例。TCA 52包括可发射或接收的线圈阵列52a。跟踪系统50包括CAC 54。定位器52、器械110的器械跟踪装置100以及动态参考框架(DRF) 58通过NDI 56连接至CAC54。CAC 54和NDI 56可设置在CAC/NDI容器60中。NDI 56可具有与定位器52、器械跟踪装置100和/或DRF 58无线或通过电线通信的通信端口。
[0052]DRF 58可包括DRF构件58a和可移动跟踪装置58b。或者，DRF 58可包括与DRF构件58a —体成形的跟踪装置58b。例如，跟踪装置58b可直接连接至受试者26。跟踪装置58b为用作发射器或接收器以感测一个或多个EM场的线圈传感器，或者可被跟踪系统50跟踪的其他适当装置。另外，跟踪装置58b可被接线至EM导航系统20的其他控制器、处理器、模块等。
[0053]定位器52可为或包括相对于图2-图14示出和/或描述的任一 TCA。尽管图1中示出单个定位器，但可包括补充由定位器52产生的EM场和/或提供另外的EM场的另外的定位器。补充由定位器52产生的EM场和/或增加另外的EM场可增加执行手术和/或准确地进行导航的导航区域。线圈阵列52a可发射信号，所述信号由DRF 58和至少一个跟踪装置(例如，器械跟踪装置100)接收。
[0054]跟踪装置100可与器械110在某一位置处相关联，所述位置在手术期间通常定位在受试者26内。DRF 58可随后基于从定位器52和/或其他定位器产生的场的接收/感测到的信号来发射和/或提供信号。
[0055]跟踪系统50或跟踪系统50的部件可并入手术室中的其他系统或装置中。例如，一个定位器可并入成像装置28中。发射线圈阵列52a可附接至成像装置28的x射线接收部分32。定位器52可定位在手术室内的任何位置处。例如，定位器52可定位在X射线源30处。另外，定位器52可定位在:手术室操作台120内或其顶部；受试者26下方；与操作台120相关联的侧面轨道上；或者在受试者26上并接近在其中导航的区域。
[0056]另外，线圈阵列52a可包括多个线圈(例如，感应线圈)，所述线圈各自可操作地产生不同的EM场到被导航的区域中，如在受试者26内的区域(有时称为患者空间)。线圈阵列52a由CAC 54控制或驱动。CAC 54可通过传输线112向定位器52发射信号。线圈阵列52a可具有由CAC 54驱动的多于一个的线圈。信号可被时分多路复用或频分多路复用。在一个实现方式中，每一个线圈阵列52a包括产生三个正交EM场的至少三个正交线圈。线圈阵列52a可包括任何数量的线圈。定位器52可包括任何数量的线圈阵列。线圈可定向在各种不同的位置中并且可不在与其他线圈正交的位置中。在这方面，可单独、在不同时间同时和/或利用具有预定频率的相应电流信号来驱动线圈阵列52a的每一个线圈。
[0057]在利用线圈阵列控制器(或控制模块)54驱动线圈阵列52a中的线圈时，在受试者26内的执行医疗过程的区域中产生EM场。EM场可在跟踪装置58b、100中感应电流。响应于感应电流，跟踪装置58b、100产生信号，所述信号被提供给NDI 56并可转发给CAC 54和/或导航计算机40。NDI 56可为EM导航系统20提供电隔离。NDI 56可包括放大器、过滤器以及缓冲器以直接与跟踪装置58b、100对接。另外，跟踪装置58b、100可无线地或通过电线与NDI 56通信。
[0058]跟踪装置100可在与附接件互连并可有助于放置植入物的手柄或插入器中。器械110可包括近端处可抓握或可操纵的元件，以及可被固定在可操纵元件附近或者在远侧工作端处的传感器。跟踪装置100可包括感测由定位器52产生的EM场并在跟踪装置100中感应电流的EM传感器。如图1所示并在本文中进一步讨论的，与器械110相关联的跟踪装置100还可完全或部分地放置在受试者26内。
[0059]DRF 58可连接至NDI 56以将信息转发给CAC 54和/或导航计算机40。DRF 58可包括磁场和/或EM场检测器(例如，跟踪装置58b)。DRF 58可固定至受试者26并邻近发生导航的区域，使得受试者26的任何移动被检测为定位器52与DRF 58之间的相对运动。DRF 58可与受试者26互连。可将任何相对运动指示给CAC 54，所述CAC 54更新配准相关性并维持准确导航。DRF 58可包括选择数量的线圈。例如，线圈可彼此相互正交并共用中心轴线，线圈缠绕在所述中心轴线周围。线圈可被配置成各种非同轴或同轴线圈配置。
[0060]DRF 58可粘附至受试者26的外部和/或邻近导航区域(例如，粘附在受试者26的颅骨上、受试者26的骨骼、或者受试者26的皮肤)。可使用粘性补片和/或张紧系统来粘附DRF 58。还可将DRF 58可移除地附接至基准标记。基准标记可为附接或定位在受试者26上的解剖标志和/或人造构件。
[0061]在手术中，EM导航系统20在图像数据或图像空间中的点与受试者空间中的对应点(例如，患者解剖中或患者空间中的点)之间产生映射。在产生映射后，图像空间和受试者空间彼此配准。这包括使图像空间中的位置(位置和取向)与受试者空间(或实空间)中的对应位置关联。基于配准，EM导航系统20可示出器械110相对于叠加图像中受试者26的图像的位置。例如，可相对于提出的轨迹和/或确定的解剖目标来示出器械110。工作站42单独和/或结合CAC 54和/或C形臂控制器(或控制模块)34可:识别在预先获取的图像或图谱模型上相对于跟踪器械110的对应点；并且在显示器22上且相对于图像134显示位置。这种识别被认为是导航或定位。显示器22上示出代表定位点或器械的图标，所述图标在二维图像平面内以及在三维和四维图像和模型上。工作站42、CAC 54以及C形臂控制器34和/或其选择的部分可并入单个系统中或者实现为单个处理器或控制模块。
[0062]为了将受试者26配准到图像134，用户21可使用点配准，所述点匹配通过选择和存储来自预先获取的图像的特定点并随后利用指示探针或任何适当的跟踪装置来触摸受试者26上的对应点。EM导航系统20分析选择的两组点之间的关系并计算匹配，这允许图像数据或图像空间中的每一点与其在受试者26或受试者空间上的对应点的相关性。
[0063]被选择用于执行配准或形成映射的点是基准标记，如解剖或人造标志。此外，基准标记在图像上是可识别的并且在受试者26上是可识别且可接近的。基准标记可为定位在受试者26上的人造标志或可在图像数据中容易识别的解剖标志。人造基准标记还可形成DRF 58的部分。任何适当数量的基准标记可具有DRF 58和/或与其分离。
[0064]EM导航系统20还可使用解剖表面信息或路径信息来执行配准(称为自动配准)。EM导航系统20还可通过利用获取的2D图像到3D体积图像的配准来执行2D到3D的配准，这通过使用轮廓算法、点算法或密度比较算法来进行。
[0065]为了维持配准精确度，EM导航系统20在利用DRF 58的配准和导航期间跟踪受试者26的位置。这是因为受试者26、DRF 58以及定位器52在手术期间全部可移动。另外，一旦发生配准，受试者26可保持不动，如利用头部保持器。因此，如果EM导航系统20未跟踪受试者26的位置或受试者26的解剖区域，那么配准后的任何受试者移动将导致对应图像内的不准确的导航。DRF 58允许跟踪系统50跟踪解剖并且可在配准期间使用。由于DRF58被牢固固定到受试者26，解剖或定位器52的任何移动被检测为定位器52与DRF 58之间的相对运动。这种相对运动通过NDI 56通信至CAC 54和/或处理器48，所述CAC 54和/或处理器48更新配准相关性以便因此维持准确导航。
[0066]如上文所讨论的，DRF 58可粘附至受试者26的任何部分并可用于将受试者26配准到图像数据。例如，当相对于颅骨或头盖骨26s执行手术时，DRF 58可与头盖骨26s互连。
[0067]跟踪系统50可将定位器52邻近患者空间定位以产生EM场(称为导航场)。由于导航场或患者空间中的点与独特的场强度和方向相关联，跟踪系统50可通过测量跟踪装置100处的场强度和方向或EM场分量来确定器械110的位置(其可包括位置和取向)。DRF 58被固定到受试者26以识别受试者26在导航场中的位置。跟踪系统50继续确定DRF58与器械110在定位期间的相对位置，并且使这一空间信息与受试者配准数据相关。这实现了器械110在受试者26内和/或相对于受试者26的图像引导。
[0068]为了获得最大精确度，可选择将DRF 58固定在至少6个