用于腹腔镜外科手术的组合的表面重构和配准制造技术

本发明专利技术涉及用于腹腔镜外科手术的组合的表面重构和配准。一种执行立体腹腔镜图像的组合的表面重构和配准的计算机实现的方法包括：计算机系统生成关注的解剖区域的手术中三维模型，并从腹腔镜接收关注的解剖区域的多个立体内窥镜图像。计算机系统使用立体内窥镜图像来执行第一立体重构过程以产生与关注的解剖区域相对应的第一表面图像，并使用刚性配准过程来将第一表面图像与手术中三维模型的表面进行对齐。然后，计算机系统使用第一表面图像和来自手术前三维模型的先验知识来执行第二立体重构过程以产生与关注的解剖区域相对应的第二表面图像，并使用非刚性配准过程来将第二表面图像与手术中三维模型的表面进行对齐。

【技术实现步骤摘要】
用于腹腔镜外科手术的组合的表面重构和配准本申请要求2013年2月25日递交的、序列号为61/768，682的美国临时申请的优先权，通过引用将该临时申请以其整体并入本文。
以下公开根据若干实施例描述了本专利技术，这些实施例涉及用于组合在腹腔镜外科手术应用中使用的表面重构和配准过程的方法、系统和装置。该技术尤其好地适于但不限于外科手术应用，该外科手术应用利用例如使用旋转的血管造影系统在手术中生成的三维模型。
技术介绍
在诸如肝切除术之类的腹部微创外科手术中，腹腔镜摄像机用于为外科医生提供关注的解剖区域的可视化。例如，当移除肿瘤时，外科医生的目标是安全地移除肿瘤而不损伤诸如血管之类的关键结构。为了计划外科手术，手术前图像扫描(例如，CT/MRI)典型地用于识别血管和腹部组织并创建三维分割的模型。通常使该三维分割的模型在外科手术期间在监视器上可获得，而在分离的监视器上显示经由腹腔镜生成的图像。尽管这为外科医生提供了在执行外科手术时可能有用的附加信息，但是将三维手术前模型和腹腔镜图像融合到单个空间中通常是有挑战性且容易出错的。例如，由于在手术前与手术中设定之间病人的呼吸和移动，关注的解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种执行立体腹腔镜图像的组合的表面重构和配准的计算机实现的方法，所述方法包括：通过计算机系统来生成关注的解剖区域的手术中三维模型；通过计算机系统从腹腔镜接收关注的解剖区域的多个立体内窥镜图像；通过计算机系统使用多个立体内窥镜图像来执行第一立体重构过程以产生与关注的解剖区域相对应的第一表面图像；通过计算机系统使用刚性配准过程来将第一表面图像与手术前三维模型的表面进行对齐；通过计算机系统使用第一表面图像和来自手术前三维模型的先验知识来执行第二立体重构过程以产生与关注的解剖区域相对应的第二表面图像；以及通过计算机系统使用非刚性配准过程来将第二表面图像与手术中三维模型的表面进行对齐。

【技术特征摘要】
2013.02.25 US 61/768682;2014.02.06 US 14/1742581.一种执行立体腹腔镜图像的组合的表面重构和配准的计算机实现的方法，所述方法包括: 通过计算机系统来生成关注的解剖区域的手术中三维模型； 通过计算机系统从腹腔镜接收关注的解剖区域的多个立体内窥镜图像； 通过计算机系统使用多个立体内窥镜图像来执行第一立体重构过程以产生与关注的解剖区域相对应的第一表面图像； 通过计算机系统使用刚性配准过程来将第一表面图像与手术前三维模型的表面进行对齐； 通过计算机系统使用第一表面图像和来自手术前三维模型的先验知识来执行第二立体重构过程以产生与关注的解剖区域相对应的第二表面图像；以及 通过计算机系统使用非刚性配准过程来将第二表面图像与手术中三维模型的表面进行对齐。2.如权利要求1所述的方法，其中，手术中三维模型是使用旋转的血管造影系统来生成的。3.如权利要求2所述的方法，其中，生成关注的解剖区域的手术中三维模型包括: 经由旋转的血管造影系统来获取旋转投影图像的组； 基于旋转投影图像的组来重构多个二维图像；以及 基于所重构的二维图像来生成手术中三维模型。4.如权利要求2所述的方法，其中，第一立体重构过程和第二立体重构过程中的至少一个包括: 识别多个立体内窥镜图像中的一个或多个镜面高光；以及 基于所述一个或多个镜面高光来增加多个立体内窥镜图像的图像密度。5.如权利要求4所述的方法，其中，刚性配准过程和非刚性配准过程中的至少一个在将相应表面图像与手术中三维模型的表面进行对齐时利用所述一个或多个镜面高光。6.如权利要求1所述的方法,其中，第一立体重构过程和第二立体重构过程中的至少一个包括: 基于多个立体内窥镜图像来构建图，其中，所述图中的每个顶点对应于多个立体内窥镜图像中的体素，并且每个顶点通过边连接到预定数量的其最近的邻居； 为所述图的每条边确定代价； 使用来自先验知识的数据对与每条边相关联的代价应用加权；以及 基于加权后的与每条边相关联的代价来识别最小体素集作为相应表面图像。7.如权利要求6所述的方法，其中，预定数量为6。8.如权利要求6所述的方法，其中，每条边与第一方向、第二方向或第三方向相关联，并且其中，为所述图的每条边确定代价包括: 针对与第一方向相关联的每条边，基于多个立体内窥镜图像中补片之间的匹配强度值来向每条相应边应用第一代价；以及 针对第二或第三方向中的每条边，基于与第一立体重构过程和第二立体重构过程中的至少一个相关联的平滑度施加值来向每条相应边应用第二代价。9.一种执行立体腹腔镜图像的组合的表面重构和配准的计算机实现的方法，所述方法包括: 生成关注的解剖区域的手术中三维模型； 从腹腔镜接收关注的解剖区域的多个立体内窥镜图像；以及 通过计算机来执行迭代过程多次，直到配准误差值低于阈值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：P芒特尼，M阿伦，A卡普尔，P努尔德，P梅韦斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE