血管的深度和位置的可视化以及血管横截面的机器人引导的可视化制造技术

一种用于将解剖结构目标可视化的系统包括成像设备(105)，所述成像设备被配置为收集解剖结构目标的实时图像。三维模型(136)是根据术前图像或术中图像生成的并且包括在解剖结构目标的表面之下、在来自窥镜的图像中不可见的结构的图像。图像处理模块(148)被配置为生成被配准到实时图像的叠加(107)并且被配置为指示在表面之下的结构以及结构在表面之下的深度。显示设备(118)被配置为同时显示所述实时图像和所述叠加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及医学仪器和方法，并且更具体地涉及用于医学应用中针对内部解剖结构的经改进的可视化和引导的系统和方法。
技术介绍
冠状动脉旁路移植术(CABG)是针对阻塞的冠状动脉的血管再形成的手术流程。在常规手术中，患者的胸骨被打开，并且心脏完全暴露。然而，微创(MI)旁路手术是通过肋骨之间的小端口来执行的。CABG流程的一重要部分是从患者的身体移除脉管，所述脉管然后被用于形成冠状动脉中的一个或多个动脉粥样硬化狭窄的旁路。最常被移除和使用的脉管是胸廓内动脉(IMA)，其可以包括被定位于胸腔中的左IMA(LIMA)或右IMA(RIMA)。在MI心脏旁路手术期间，对这些IMA脉管的直接访问不可用，并且它们是使用通过肋骨之间的空间中的肋间肌肉插入到端口中的长仪器而被移除的。在MI手术期间，手术助理可以把持内窥镜，或者可以使用机器人引导来把持内窥镜。在机器人引导的情况中，可以使用视觉饲服来将机器人移动到特定位置。视觉饲服包括选择内窥镜图像上的点，其中，机器人以这样的方式移动，即所述点变为被定位在图像的中心处。内窥镜图像是针对该类型的流程的仅有可视化，但是内窥镜仅提供对血管的小段的有限视图。对于MI手术，外科医生利用在肋骨之间插入的到达胸骨区域之下的细长仪器来工作。内窥镜图像中对动脉的定位以及对内窥镜的操纵是限制微创冠状旁路移植手术的广泛应用的主要问题之一。动脉中的一些可能被组织覆盖。外科医生在手术中移除组织以访问血管。深度感知的缺乏要求外科医生在移除直接定位在脉管之上或顶部的组织时使用极度的谨慎以确保脉管的安全暴露。这增加了流程时间并且是对于外科医生的重要压力点。在微创CABG中，该问题被放大，这是因为外科医生
不能对心脏表面进行触诊。在微创CABG中使用的仪器的长度不允许在工具的远端上的任何触觉反馈。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，一种用于将解剖结构目标可视化的系统包括成像设备，所述成像设备被配置为收集解剖结构目标的实时图像。三维模型是根据术前图像或术中图像生成的，并且包括在所述解剖结构目标的表面之下、在来自所述成像设备的图像中不可见的结构的图像。图像处理模块被配置为生成被配准到所述实时图像的叠加并且被配置为指示在所述表面之下的所述结构以及所述结构在所述表面之下的深度。显示设备被配置为同时显示所述实时图像和所述叠加。一种用于将解剖结构目标可视化的系统包括成像设备，所述成像设备被配置为收集解剖结构目标的实时图像。三维模型是根据术前图像或术中图像生成的，并且包括在所述解剖结构目标的表面之下、在来自所述成像设备的图像中不可见的结构的图像。图像处理模块被配置为生成被配准到所述实时图像并指示所述表面之下的所述结构的叠加。可视化特征被配置为显示所述表面之下的所述结构的至少部分的内部视图。显示设备被配置为同时显示以下中的至少两项：所述实时图像、所述叠加或者所述内部视图。一种用于将解剖结构目标可视化的方法包括：使用窥镜来对解剖结构目标进行成像，以收集实时图像；将所述实时图像与所述解剖结构目标的内部体积的三维模型配准；将所述实时图像与被配准到所述实时图像的叠加一起显示；并且在所述叠加上指示在所述解剖结构目标的表面之下的结构以及所述结构在所述表面之下的深度。结合附图阅读以下对本公开的说明性实施例的详细描述，本公开的这些和其他目标、特征和优势将变得显而易见。附图说明本公开将参考附图来详细呈现对优选实施例的以下说明，其中：图1是示出了根据一个实施例的用于将解剖结构目标可视化的系统的
方框图/流程图；图2是根据本专利技术的原理的具有叠加的内窥镜图像，所述叠加示出在心脏的表面之下的血管；图3是示出了根据本专利技术的原理的用于定义脉管在表面之下的深度的内窥镜视图方向的示意图；图4是示出了根据本专利技术的原理的用于定义在表面之下的脉管的不同的可能视图的示意图；图5是根据本专利技术的原理的内窥镜图像，所述内窥镜图像具有部分被编码以指示血管在心脏的表面之下的深度的叠加并且具有颜色梯度标尺；图6是根据本专利技术的原理的具有叠加的内窥镜图像，所述叠加示出在心脏的表面之下的血管并且示出光标，所述光标用于指向血管的部分以指示在光标位置处血管在心脏的表面之下的深度；图7是根据本专利技术的原理的具有叠加的内窥镜图像，所述叠加示出心脏的表面之下的血管并且示出血管在工具端部附近的部分，所述叠加指示血管在心脏的表面之下的深度并且还示出具有指示在工具端部附近的深度的箭头的梯度图例；图8是根据本专利技术的原理的具有叠加的内窥镜图像，所述叠加示出心脏的表面之下的血管并且示出围绕工具端部的定形区域，其中，在所述定形区域内指示了血管在心脏的表面之下的深度，并且所述叠加还示出具有指示在所述区域内的深度的箭头的梯度图例；图9是根据本专利技术的原理的具有叠加的内窥镜图像，所述叠加示出心脏的表面之下的血管并且示出沿血管的路径或在所指示的位置处的横截面，其中，使用机器人引导跟随所述路径以使用3D飞掠图像来察看血管的内部结构；并且图10是示出了根据说明性实施例的用于将解剖结构目标可视化的方法的流程图。具体实施方式根据本专利技术的原理，提供了系统和方法来计算血管相对于内窥镜视图或相对于手术仪器的深度并将所述深度可视化。用于将叠加在脉管的图像
上的深度可视化的备选方法可以包括颜色梯度和其他视觉指示。可以通过沿血管引导机器人操纵的内窥镜，或者将心脏表面的图像可视化并同步地执行虚拟飞掠三维(3D)可视化，来实现对血管(例如冠状动脉)的查验。这将来自术前3D图像的所有诊断和解剖结构信息带入到介入中。在混合血管再形成中，该方法可以被用于对支架将被定位于何处进行可视化并且规划旁路，使得在规划的或存在的支架位点上具有最小影响。己经尝试提供关于血管相对于内窥镜视图的位置的信息，这样的尝试未获得脉管相对于器官(例如心脏)的表面的深度的信息和可视化。脉管的深度可以是重要的信息，该信息允许外科医生决定他们将脉管的哪个部分用于旁路位置并决定使用何种手术仪器来移除血管之上的过量组织。在一个实施例中，一种系统和方法计算血管相对于器官的表面的深度并将所述深度可视化。这允许对手术流程(例如冠状旁路)的经改进的规划并且因减小通过移除过量组织而损伤脉管的风险而增大了安全性。一种应用包括冠状动脉旁路移植手术，以将收割动脉(LIMA)和目标动脉(冠状动脉)的位置可视化。在另一实施例中，在微创心脏旁路流程期间，采用对血管或脉管(例如冠状动脉)的诊断虚拟飞掠可视化以及内窥镜视图来选择旁路的位点。这可能造成对位点的选择以避免可能对手术结果有强影响的病变或其他特征。本专利技术的原理允许通过以下来查验冠状动脉：沿动脉引导机器人操纵的内窥镜、同时对心脏表面的图像以及虚拟飞掠3D可视化进行可视化。这将来自术前3D图像的所有诊断和解剖结构信息带入到介入中。在诊断阶段期间，用于生成针对分支和狭窄的带查验的动脉的飞掠3D可视化的方法是通过使用来自三维脉管里面的相机视图来生成的。例如可以采用根据电子束计算机断层摄影等来生成飞掠的方法。飞掠改进了3D成像的诊断值，允许更近地查验动脉和脉管里面的斑块。应该理解，将关于用于冠状旁路流程并与其一起使用的医学仪器来描述本专利技术的原理；然而，本专利技术的教导要宽泛地多并用适用于需要或期望对目标解剖结构的增强可视化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将解剖结构目标可视化的系统，包括：成像设备(105)，其被配置为收集解剖结构目标的实时图像；三维模型(136)，其是根据术前图像或术中图像生成的，并且包括在所述解剖结构目标的表面之下、在来自所述成像设备的图像中不可见的结构的图像；图像处理模块(148)，其被配置为生成被配准到所述实时图像并指示在所述表面之下的结构以及所述结构在所述表面之下的深度的叠加(107)；以及显示设备(118)，其被配置为同时显示所述实时图像和所述叠加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.04 US 61/935,6431.一种用于将解剖结构目标可视化的系统，包括：成像设备(105)，其被配置为收集解剖结构目标的实时图像；三维模型(136)，其是根据术前图像或术中图像生成的，并且包括在所述解剖结构目标的表面之下、在来自所述成像设备的图像中不可见的结构的图像；图像处理模块(148)，其被配置为生成被配准到所述实时图像并指示在所述表面之下的结构以及所述结构在所述表面之下的深度的叠加(107)；以及显示设备(118)，其被配置为同时显示所述实时图像和所述叠加。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结构在所述表面之下的所述深度是通过以下中的一项来指示的：在所述叠加(107)中绘制的所述结构的颜色、纹理或尺寸。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结构在所述表面之下的所述深度是通过颜色梯度(312)来指示的，其中，颜色强度与深度成比例。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结构在所述表面之下的所述深度是相对于工具(102)在所述实时图像中的位置而被指示的。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结构在所述表面之下的所述深度是使用在所述叠加上的光标(320)来指示的，以生成指示所述深度的字母数字标签。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述结构在所述表面之下的所述深度在工具端部的附近的定形区域(412)内被指示。7.根据权利要求1所述的系统，还包括图像引导模块(106)，所述图
\t像引导模块被配置为沿着与在所述表面之下的所述结构中的一个或多个相对应的路径来对窥镜进行机器人引导。8.根据权利要求1所述的系统，还包括虚拟图像(506)，所述虚拟图像示出在所述表面之下的结构的内部视图。9.一种用于对解剖结构目标进行可视化的系统，包括：成像设备(105)，其被配置为收集解剖结构目标的实时图像；三维模型(136)，其是根据术前图像或术中图像生成的并且包括在所述解剖结构目标的表面之下、在来自所述成像设备的图像中不可见的结构的图像；图像处理模块(148)，其被配置为生成叠加(107)，所述叠加被配准到所述实时图像并且指示在所述表面之下的所述结构；可视化特征(125)，其被配置为显示在所述表面之下的所述结构的至少部分的内部视图；以及显示设备(118)，其被配置为同时显示以下中的至少两项：所述实时图像、所述叠加或所述内部视图。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述结构在所述表面之下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·波波维奇，H·埃尔哈瓦林，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL