确定医疗器械在分支解剖结构中的位置制造技术

本发明专利技术的名称为确定医疗器械在分支解剖结构中的位置。比较由自移动通过解剖结构的医疗器械的远端透视图拍摄的连续图像提取的信息与由解剖结构的计算机模型提取的相应信息。然后使用与潜在匹配集相关联的概率确定由连续的图像提取的信息和由计算机模型提取的相应信息之间最可能的匹配，以便配准解剖结构的计算机模型与医疗器械并由此确定医疗器械当前处于的解剖结构的腔。传感器信息可以被用于限制潜在匹配集。作为确定最可能匹配的一部分，与一系列图像相关联的特征属性与潜在匹配集可以被定量地比较。

Determine the location of medical devices in the branch anatomy.

The name of the invention is to determine the position of medical devices in the branch anatomical structure. The information extracted from the remote perspective of the medical instruments which are self moving through the anatomical structure is compared with the information extracted from the computer model of the anatomical structure. Then use the probability associated with the potential matching set to determine the most likely match between the information extracted from the continuous image and the corresponding information extracted by the computer model, so that the computer model of the anatomical structure and the medical device are registered and the cavity of the anatomical structure currently in the medical device is determined. Sensor information can be used to restrict potential matching sets. As a part of determining the most probable match, the feature attributes and potential match sets associated with a series of images can be compared quantitatively.

【技术实现步骤摘要】
确定医疗器械在分支解剖结构中的位置本申请为分案申请，原申请的申请日是2013年10月8日、申请号是201380053469.5(PCT/US2013/063813)、专利技术名称为“确定医疗器械在分支解剖结构中的位置”。
本专利技术一般涉及医疗系统，并且具体涉及用于通过将当医疗器械移动通过分支解剖结构时在其远端处拍摄的图像信息与从分支解剖结构的计算机模型提取的相应信息进行比较来确定医疗器械在分支解剖结构中的位置的系统和方法。
技术介绍
图像引导的外科手术有助于外科医生将医疗器械导航至患者内的目标，以便可以对目标执行治疗和/或诊断的医疗程序。为了引导，可以跟踪医疗器械的远端位置，并且其图像连同与目标相关联的解剖结构的计算机模型一起显示或叠加在与目标相关联的解剖结构的计算机模型上。可以由手术前和/或手术中患者解剖扫描数据诸如X-射线、超声波、荧光检查、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)和其他成像技术生成计算机模型。医疗器械可以为内窥镜、导管或具有可操纵的末端和能够贴合通向患者的分支解剖结构中的目标的身体通道或腔的柔性主体的医疗器具。医疗器械、解剖结构和该解剖结构的计算机模型关于彼此的适当配准是精确的图像引导的外科手术所期望的。因此，通常在对患者执行医疗程序之前执行这些项目的配准。然而，由于解剖结构的运动和/或当医疗器械移动通过解剖结构时难于跟踪医疗器械，在执行医疗程序期间，配准误差可能出现。对于连续移动在其中柔性医疗器械被导航至目标区域的分支解剖结构，保持医疗器械的跟踪位置和分支解剖结构之间的适当配准是特别有挑战的。U.S.2005/0182319描述了使用动态参比和/或选通技术跟踪解剖结构的运动和使用电磁(EM)跟踪设备跟踪当医疗器械在解剖结构内部移动时医疗器械的运动。然而，由于至少部分归因于动态参比、EM跟踪设备和解剖运动的不准确性，当分支解剖结构内的多个腔停留在不确定的区域内时，由这样的不准确造成移动通过分支解剖结构诸如肺或心脏的医疗器械的精确配准易于出错。Luo,Xiongbiao等人的“OnScaleInvariantFeaturesandSequentialMonteCarloSamplingforBronchoscopeTracking,”MedicalImaging2011:Visualization,Image-GuidedProcedures,andModeling,由KennethH.Wong,DavidR.HomesIII编辑,Proc.OfSPIEVol.7964,79640Q，描述了基于两阶段图像的方法，用于确定当前支气管镜摄像机帧和生成的虚拟帧之间的最大相似性以确定支气管镜姿势。第一阶段使用尺度不变特征转换(SIFT)特征和对极几何分析预测支气管镜视频的连续图像之间的帧间运动参数。第二阶段根据第一阶段估计的结果递归地近似当前支气管镜摄像机姿势的后验概率密度。因为第二阶段生成被定义为摄像机运动参数和虚拟支气管镜检查的图像和患者具体真实的支气管镜检查的图像之间的相似性的随机样本集，所以当前摄像机运动参数可以被确定为等于相应于样本集内最大相似性的一个样本的姿势。尽管已经显示该方法提供好的精确性，但其使用序贯蒙特卡罗(SMC)方法的计算的复杂性不适合具有大约3.0秒每帧的计算时间的实时应用。Soper,TimothyD.等人的“InVivoValidationofaHybridTrackingSystemforNavigationofanUltrathinBronchoscopewithinPeripheralAirways,”IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,Vol.57,No.3,March2010,pp.736-745，描述了混合方法，其中电磁跟踪(EMT)和基于图像跟踪(IBT)两者连同适应地估计两种跟踪输入之间的定位误差的误差状态卡尔曼滤波一起被采用。然而，当误差变大时，系统不能自校正自身。因此，一旦跟踪偏离解剖结构中支气管镜的真实路径，操作员干预可能变得不可缺少。US7,756,563描述了通过连续地对准实况摄像机视野与已经由计算机模型提出的相应视野执行支气管镜内摄像机姿势估计的方法。它假设来自在先帧的估计精确到当前帧的迭代优化的种子。然而，该方法不能够从非常可能出现在现实生活中的任何跟踪失败中恢复。目的和概述因此，本专利技术的一个或多个方面的一个目的为用于当医疗器械移动通过分支解剖结构时确定医疗器械在分支解剖结构中的位置的医疗系统和在其中实施的方法。本专利技术的一个或多个方面的另一个目的为用于当医疗器械移动通过分支解剖结构时确定医疗器械在分支解剖结构中的位置的自校正的医疗系统和在其中实施的方法。本专利技术的一个或多个方面的另一个目的为用于当医疗器械移动通过分支解剖结构时确定医疗器械在分支解剖结构中的位置的医疗系统和在其中实施的方法，其是计算有效的并适合实时应用。本专利技术的一个或多个方面的另一个目的为用于当医疗器械移动通过分支解剖结构确定医疗器械在分支解剖结构中的位置的医疗系统和在其中实施的方法，其提供精确结果。通过本专利技术不同的方面实现这些和其它的目的，其中简单地说，一方面为医疗系统，其包括：存储器，其存储分支解剖结构的计算机模型的信息；和处理器，其被编程以配准计算机模型与医疗器械，用于通过确定已经从一系列图像中提取的信息和由分支解剖结构的计算机模型提取的相应信息之间的最有可能的匹配，确定医疗器械在分支解剖结构内的位置，其中当医疗器械移动通过分支解剖结构内多个腔时，自医疗器械的远端透视图由图像拍摄设备拍摄所述一系列图像。另一方面是用于确定医疗器械在分支解剖结构内的位置的方法，该方法包括：确定从一系列图像中提取的信息和从分支解剖结构的计算机模型提取的相应信息之间的最有可能的匹配，其中当医疗器械移动通过分支解剖结构内多个腔时，自医疗器械的远端透视图拍摄所述一系列图像。由结合附图进行的以下说明，本专利技术的不同方面的额外的目的、特征和优点将变得显而易见。附图说明图1图示采用本专利技术的方面的医疗系统，该系统包括手动操作的医疗器械。图2图示采用本专利技术的方面的可选的医疗系统，该系统包括远程操作的医疗器械。图3图示对患者执行医疗程序之前进行的手术前任务的图。图4图示在导航医疗器械至分支解剖结构中目标区域期间辅助屏的视图。图5图示使用本专利技术的方面用于配准分支解剖结构的计算机模型与医疗器械的方法的流程图，该方法用于确定医疗器械在分支解剖结构内的位置。图6图示当医疗器械移动通过分支解剖结构时自医疗器械的远端透视图的图像拍摄设备拍摄的图像。图7图示连同可用于限定斑块(blob)特征属性的线段的从图6的拍摄图像提取的斑块。图8-13图示当医疗器械移动通过分支解剖结构时从可以被图像拍摄设备自医疗器械的远端透视图拍摄的图像提取的斑块拓扑的各种实例。图14图示当医疗器械移动通过分支解剖结构时，被图像拍摄设备自医疗器械的远端透视图拍摄的图像的假阴性斑块识别的实例。图15图示当医疗器械移动通过分支解剖结构时，被图像拍摄设备自医疗器械的远端透视图拍摄的图像的假阳性斑块识别的实例。图16-17图示可以被用于限定当医疗器械移动通过分支解剖结构时，从被图像拍摄设备自医本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：存储器，其储存表示人的解剖结构的模型的信息；医疗器械，其包括配置为插入所述解剖结构的远端，当移动所述医疗器械通过所述解剖结构的分支时，所述远端支撑配置为拍摄连续的图像的图像拍摄设备；和一个或多个处理设备，其配置为访问表示所述解剖结构的模型的所述信息，所述一个或多个处理设备进一步配置为：处理所拍摄的连续的图像以检测单独图像中的一个或多个斑块，所述一个或多个斑块表示所述解剖结构内的腔；由所拍摄的连续的图像识别第一拍摄顺序，所述第一拍摄顺序表示关于所述解剖结构内的一个或多个腔的第一集的信息；由所拍摄的连续的图像识别第二拍摄顺序，所述第二拍摄顺序表示关于所述解剖结构内的一个或多个腔的第二集的信息，其中在所拍摄的连续的图像中所述第二拍摄顺序跟随所述第一拍摄顺序并且腔的所述第一集与腔的所述第二集不同；确定基于所述解剖结构的模型产生的产生的图像顺序基本上匹配当前拍摄顺序，所述当前拍摄顺序包括所述第一拍摄顺序和所述第二拍摄顺序；和响应于所述产生的顺序基本上匹配所述当前拍摄顺序的确定，基于所述产生的图像顺序所表示的位置确定所述解剖结构内所述远端的位置。

【技术特征摘要】
2012.10.12 US 61/713,0101.一种系统，其包括：存储器，其储存表示人的解剖结构的模型的信息；医疗器械，其包括配置为插入所述解剖结构的远端，当移动所述医疗器械通过所述解剖结构的分支时，所述远端支撑配置为拍摄连续的图像的图像拍摄设备；和一个或多个处理设备，其配置为访问表示所述解剖结构的模型的所述信息，所述一个或多个处理设备进一步配置为：处理所拍摄的连续的图像以检测单独图像中的一个或多个斑块，所述一个或多个斑块表示所述解剖结构内的腔；由所拍摄的连续的图像识别第一拍摄顺序，所述第一拍摄顺序表示关于所述解剖结构内的一个或多个腔的第一集的信息；由所拍摄的连续的图像识别第二拍摄顺序，所述第二拍摄顺序表示关于所述解剖结构内的一个或多个腔的第二集的信息，其中在所拍摄的连续的图像中所述第二拍摄顺序跟随所述第一拍摄顺序并且腔的所述第一集与腔的所述第二集不同；确定基于所述解剖结构的模型产生的产生的图像顺序基本上匹配当前拍摄顺序，所述当前拍摄顺序包括所述第一拍摄顺序和所述第二拍摄顺序；和响应于所述产生的顺序基本上匹配所述当前拍摄顺序的确定，基于所述产生的图像顺序所表示的位置确定所述解剖结构内所述远端的位置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理设备进一步配置为：处理所述拍摄的连续的图像中的第一图像，从而识别表示所述解剖结构中对应的腔的一个或多个第一斑块；处理所述拍摄的连续的图像中的第二图像，从而识别表示所述解剖结构中对应的腔的一个或多个第二斑块；确定所述一个或多个第二斑块基本上匹配所述一个或多个第一斑块；和响应于所述一个或多个第二斑块基本上匹配所述所述一个或多个第一斑块的确定，标记所述第一图像和所述第二图像中每个为所述第一拍摄顺序或所述第二拍摄顺序的部分。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理设备进一步配置为:处理所述拍摄的连续的图像中的第一图像，从而识别表示所述解剖结构中对应的腔的一个或多个第一斑块；处理所述拍摄的连续的图像中的第二图像，从而识别表示所述解剖结构中对应的腔的一个或多个第二斑块；确定所述一个或多个第二斑块基本上不同于所述一个或多个第一斑块；和响应于所述一个或多个第二斑块基本上不同于所述所述一个或多个第一斑块的确定，标记所述第一图像为所述第一拍摄顺序或所述第二拍摄顺序的部分，和标记所述第二图像为不同于所述第一图像顺序的顺序的部分。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述一个或多个处理设备进一步配置为标记来自两个不同顺序的图像为单个统一的拍摄顺序的部分。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个处理设备进一步配置为:确定所述产生的图像顺序基本上匹配所述当前拍摄顺序，其还包括所述统一的拍摄顺序。6.根据权利要求1所述的系统，其中确定所述产生的图像顺序基本上匹配当前拍摄顺序包括：识别基于所述解剖结构的模型产生的多个候选顺序匹配所述当前拍摄顺序；对于所述多个候选顺序中每个产生匹配度；和基于所述匹配度识别所述多个候选顺序中的一个为所述产生的图像顺序，所述产生的图像顺序基本上匹配所述当前拍摄顺序。7.根据权利要求6所述的系统，其中识别多个候选顺序匹配所述当前拍摄顺序包括：识别候选顺序中表示的一个或多个斑块的特征属性集；基于所述特征属性集，计算指示来自所述多个候选顺序中一个的所述一个或多个斑块与所述当前拍摄顺序中一个或多个斑块之间的相似性的度量；响应于确定所述度量满足阈值条件，识别所述多个候选顺序中一个匹配所述当前拍摄顺序。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述特征属性集包括：一个或多个斑块的数目、形状、尺寸、位置和取向中的一个或多个。9.根据权利要求1所述的系统，其中确定产生的图像顺序基本上匹配所述当前拍摄顺序包括：识别图像的当前拍摄顺序中所述第一拍摄顺序和所述第二拍摄顺序之间的转变点；基于所述转变点识别一个或多个连接腔；基于所述解剖结构的模型中连接腔的位置识别多个候选顺序，所述多个候选顺序产生自所述解剖结构的模型；和识别所述多个候选顺序中的一个为所述产生的图像顺序，所述产生的图像顺序基本上匹配所述当前拍摄顺序。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或多个处理设备进一步配置为:确定所述多个候选顺序中每个的转变概率，所述转变概率指示所述解剖结构的模型中从一个腔至另一个腔的转变的匹配质量；和基于关于所述多个候选顺序计算的转变概率，确定所述多个候选顺序中一个为所述产生的图像顺序。11.根据权利要求9所述的系统，其中识别所述多个候选顺序还基于从放置在所述医疗器械中的位置传感器接收的位置信息。12.根据权利要求9所述的系统，其中识别所述多个候选顺序还基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·赵，G·M·普里斯科，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US