手术成像系统技术方案

本发明专利技术提供用于以单色或宽带光和成像光对组织照明的系统、方法和装置，所述单色或宽频光和成像光从组织反射回去。成像可为白光成像或高光谱成像。所述系统可为独立高光谱成像系统，被整合为外部视频观测器之部分或可为外部视频观测器上的辅助成像模块。首先呈现特别适合于微创手术的视频观测器的各种元件，然后解释适合于高光谱成像的视频观测器的配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】手术成像系统本申请要求2013年3月15日提交的、标题为“高光谱成像装置(HYPERSPECTRALIMAGING DEVICE) ”的美国临时申请、申请号为61/800，911的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。本申请还要求2013年3月15日提交的、标题为“用于基于端口的手术程序的外部视频观测器(EXTERNAL VIDEO SCOPE FOR PORT-BASED SURGICAL PROCEDURES) ” 的美国临时申请、申请号为61/800，695的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。本申请还要求2013年5月1日提交的、标题为“用于基于进入端口的医疗程序的成像总成(IMAGING ASSEMBLY FOR ACCESS PORT-BASED MEDICAL PROCEDURES) ” 的美国临时申请、申请号为61/818，223的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。本申请还要求2013年3月15日提交的、标题为“用于微创手术程序的规划、成像和引导的系统、装置和方法(SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR PLANNING, IMAGING, AND(GUIDANCE OF MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURES) ” 的美国临时申请、申请号为61/801，530的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。本申请还要求2013年5月1日提交的、标题为“用于微创手术程序的规划、成像和引导的系统、装置和方法(SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR PLANNING, IMAGING, AND(GUIDANCE OF MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURES) ” 的美国临时申请、申请号为61/818，280的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入到本文中。
本专利技术是关于在微创治疗中使用的成像方法以及使用光学成像且更特别是高光谱成像的图像引导式医疗程序。
技术介绍
生物组织的光学吸收和散射特性取决于组织的化学与结构特性和相互作用的光的波长这二者。由于组织的这些吸收和散射特性如何随着光变化对于组织中的化学物质或结构(组织的光谱)而言常常是独特的，所以这能够特别有用。举例来说，可使用氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收特征来测量血液和组织的氧化，且可使用由差异细胞大小引起的散射变化来检测癌变前期及癌变组织。测量光学特性随着光的这些变化的领域被称为光谱学，且用以测量各种波长下的光的装置被称作光谱仪。已经发现光谱学在医学方面的大量当前和潜在应用。传统光谱仪从单个样品点进行光谱的测量。然而，可以组合多个空间点的光谱形成3D空间数据集(有时被称作超立方体)，其中前两个尺寸是空间尺寸且第三个尺寸为波长。换句话说，每一图像像素具有整个光谱而非仅具有强度或RBG值。这被称为高光谱成像且由于可对空间分析的组织化学物质或微结构特性进行成像而成为强大的技术，从而提供对组织更全面的理解，且对于组织区分来说可为一项有用的技术。根据Dicker等人的论文，应用高光谱图像分析(或高光谱成像)在常规苏木精伊红染色样本(即，正常和异常皮肤、良性痣和黑素瘤)中寻找良性皮肤组织与恶性皮肤组织之间的光谱差异。结果显示，只要控制染色和切片厚度，就能客观地区分初始数据集中的所有皮肤情况。
技术实现思路
本专利技术提供用于以单色或宽带光和成像光对组织照明的系统、方法和装置，该单色或宽频光和成像光已从组织反射回去。成像可为白光成像或高光谱成像。所述系统可为独立高光谱成像系统，被整合为外部视频观测器之部分或外部视频观测器上的辅助成像模块。首先呈现特别适合于微创手术的视频观测器的各种元件，然后解释适合于高光谱成像的视频观测器的配置。因此，在第一方面中，提供一种高光谱成像设备，该设备用于进行外科手术区域的高光谱成像，所述高光谱成像设备包括: 照明式外视镜(exoscope)，所述照明式外视镜包括:纵向外壳；设置于所述纵向外壳内的光学成像总成；成像摄像机，所述成像摄像机与所述光学成像总成连接以用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；以及由所述纵向外壳支撑的一个或多个照明源，其中与每一照明源有关联的照明轴偏离所述光学成像总成的成像轴；远端光源；光谱滤波装置，所述光谱滤波装置与所述远端光源进行光学通信；以及光导，所述光导具有与所述光谱滤波装置的输出进行光学通信的近端和一个或多个远端，其中每一远端与一个照明源进行光学通信。在另一方面中，提供一种方法，该方法在提供白光视频供给的同时进行高光谱成像，所述方法包括:提供如上所述的高光谱设备，其中，所述成像摄像机具有一个超过预先选择的视频帧率的帧率；在获得高光谱图像数据的同时；以等于所述预先选择的视频帧率的获取速率间歇地获取白光图像帧；以及基于所述获取的白光图像帧来提供白光视频供给。在另一方面中，提供一种外视镜，该外视镜用于在医疗程序期间，对进入端口内的外科手术区域进行成像，所述外视镜包括:纵向外壳；设置于所述纵向外壳内的光学成像总成，所述光学成像总成包括大于近似25厘米的工作距离；成像变焦摄像机，所述成像变焦摄像机与所述光学成像总成连接以用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；其中所述光学成像总成和所述成像变焦摄像机经构造以使得与所述成像变焦摄像机收集到的图像有关联的最小视野近似等于所述进入端口的直径。通过参考以下详细描述和附图可进一步理解本专利技术的功能和优点方面。【附图说明】现将参看附图仅以举例方式描述实施方案，在所述附图中:图1示出支持基于进入端口(access port-based)的微创手术的实例导航系统。图2为说明导航系统的系统组件的框图。图3为说明在使用导航系统、基于端口的手术程序中所包含的处理步骤的流程图。图4为使用视频观测器的实例实施方案基于端口的脑部手术。图5A为具有摄像机连接器和照明光学器件的视频观测器的实例实施方案。图5B为用以将来自外部光源的光传递到视频观测器的光纤束的实例实施方案。图5C为视频观测器和照明总成的实例实施方案。图6说明视频观测器的实例成像光学子系统。图7说明用于宽视场布置的照明光学器件和滤光轮的布置。图8A说明在具有两个照明源的端口和具有反射性表面的端口的远端处所获得的非均匀照明。图8B说明在具有两个照明源的端口和具有粗糙表面的端口的远端处所获得的近似均匀照明。图9为说明标准高光谱成像系统的实例实施方案。图10为说明用以以多路复用方式获取高光谱数据和白光图像的方法的流程图。图11为说明以特定波长带进行成像的实例实施方案。图12示出计算机控制系统的实例非限制性实现方式。【具体实施方式】将参考下文所讨论的细节来描述本专利技术的各种实施方案和方面。以下描述和附图用以说明本专利技术，不应被解释为限制本专利技术。描述众多特定细节以提供对本专利技术的各种实施方案的透彻理解。然而，在某些例子中，未对熟知或传统细节进行描述以便提供对本专利技术的实施方案的简洁论述。如本文中所使用，术语“包括(comprises) ”和“包括(comprising) ”应解释为包括性且开放式的，而非排他性的。具体来说，当用于说明书和权利要求中时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于进行手术区域的高光谱成像的高光谱成像设备，所述高光谱成像设备包括：照明式外视镜，所述照明式外视镜包括：纵向外壳；设置于所述纵向外壳内的光学成像总成；成像摄像机，所述成像摄像机与所述光学成像总成连接以用于检测由所述光学成像总成收集到的图像；以及由所述纵向外壳支撑的一个或多个照明源，其中与每一照明源有关联的照明轴偏离所述光学成像总成的成像轴；远端光源；光谱滤波装置，所述光谱滤波装置与所述远端光源光学通信；以及光导，所述光导具有与所述光谱滤波装置的输出光学通信的近端和一个或多个远端，其中每一远端与照明源光学通信。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦克尔·伍德，卡梅伦·皮龙，穆鲁加斯·尤瓦拉吉，盖尔·西拉，乔舒亚·里士满，斯蒂芬·麦克法迪恩，
申请(专利权)人：圣纳普医疗巴巴多斯公司，
类型：发明
国别省市：巴巴多斯;BB