具有位置配准机制的计算机辅助手术系统及其操作方法技术方案

一种计算机辅助手术系统(100)及其操作方法(500)，包括：捕获来自三维对象(104)的历史扫描数据(142)；从在不同位置中的所述三维对象(104)采样当前表面图像(118)；自动变换历史扫描数据(142)以与当前表面图像(118)对准以用于形成变换数据(144)；以及在没有手动介入的情况下在增强现实显示器(146)上显示被变换数据(144)叠加的当前表面图像(118)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月15日提交的、序号为14/331,541的美国专利申请的优先权。本申请包含与于2014年3月10日提交的、序号为14/202,677的美国专利申请相关的主题，并且该申请的主题通过引用并入本文。
本专利技术一般涉及计算机辅助手术系统，更特别地涉及用于利用手术前的医疗数据建立参考位置的系统。
技术介绍
基于图像的手术导航系统参照术前(在手术之前)或术中(手术期间)图像数据集来显示手术工具的位置。二维和三维图像数据集以及诸如在不同时间处取得的多个数据集之类的时变图像数据被使用。主要使用的数据集的类型包括二维荧光图像(fluoroscopicimage)以及包括磁共振成像(MRI)扫描、计算机断层(CT)扫描、正电子发射断层(PET)扫描和造影数据的三维数据集。术中图像通常是荧光的，因为C型臂荧光镜(C-armfluoroscope)关于病人相对容易地安置并且不需要移动病人。其他类型的成像模式需要大量的病人移动并且因此通常仅用于术前和术后成像，但是它们仍然可以在术中被使用。最受欢迎的手术导航系统利用追踪或定位系统以在手术期间追踪工具、仪器(instrument)和病人。这些系统经由唯一可识别的标记识别预定义的坐标空间，所述唯一可识别的标记被手动附接或固定到诸如仪器或遮蔽物(mask)之类的对象或者可能固有地是诸如仪器或遮蔽物之类的对象的一部分。标记可以采取若干形式，包括可以使用光学(或视觉)方法、电磁方法、无线电方法或声学方法手动定位的那些形式。此外，至少在光学或视觉系统的情况中，标记的位置的定位可以基于实际上充当可识别的标记点的内在特征或标志，而实际的标记由人手动安置。标记将具有通常关于仪器的端点和/或轴线的已知的几何布置。因此，可以至少部分根据标记的几何图形(假设几何图形是唯一的)以及从标记的位置推断的参考帧内的轴线朝向和端点位置来识别对象。标记的位置中的任何误差表示操作的安全裕度(margin)的降低，而对于安全裕度而言零点几毫米都可能是关键的。因此，对于可以在没有由标记的手动安置引发的位置误差的情况下提供位置配准(registration)的计算机辅助手术系统的需要仍然存在。考虑到计算机辅助手术的使用越来越受欢迎，找到这些问题的答案越发关键。考虑到不断增长的商业竞争压力，以及增长的消费者期待和市场中有意义的产品差异化的减少的机会，找到这些问题的答案是关键的。此外，降低成本、提高效率和性能以及应对竞争压力的需求给找到这些问题的答案的关键必要性添加了更大的紧迫性。这些问题的解决方案已被长期寻求，但是先前的发展尚未教导或建议任何解决方案，因此本领域技术人员已长期未得到这些问题的解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种计算机辅助手术系统的操作方法，包括：捕获来自三维对象的历史扫描数据；从在不同位置中的三维对象采样当前表面图像；自动变换历史扫描数据以与当前表面图像对准以用于形成变换数据；以及在没有手动介入的情况下在增强现实显示器上显示被变换数据叠加(overlay)的当前表面图像。本专利技术提供了一种计算机辅助手术系统，包括：被配置为记录来自三维对象的历史扫描数据的术前医疗扫描；被配置为从在不同位置中的三维对象采样当前表面图像的位置图像捕获模块；被配置为自动变换历史扫描数据以与当前表面图像对准以用于形成变换数据的3D配准模块；被配置为在没有手动介入的情况下在增强现实显示器上显示被变换数据叠加的当前表面图像的显示器控制器。本专利技术的某些实施例具有附加于上文提到的那些步骤或元件的或者代替上文提到的那些步骤或元件的其他步骤或元件。当参照附图时，从对下面的详细描述的阅读中，步骤或元件对本领域技术人员而言将变得明显。附图说明图1是本专利技术的实施例中的具有位置配准的计算机辅助手术系统的功能框图。图2是本专利技术的实施例中的手术计划生成机制的功能框图。图3是本专利技术的实施例中的感兴趣区域捕获机制的功能框图。图4是本专利技术的实施例中的对准和呈现机制的功能框图。图5是本专利技术的另一实施例中的计算机辅助手术系统的操作方法的流程图。具体实施方式以足够细节描述了以下实施例以使得本领域技术人员能够制造和使用本专利技术。要理解的是基于本公开其他实施例将是明显的，并且可以在不脱离本专利技术的范围的情况下做出系统、过程或机制的改变。在以下描述中，给出了许多具体细节以提供对本专利技术的深入理解。然而，将明显的是可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。为了避免使本专利技术模糊，没有详细公开一些公知的电路、系统配置和过程步骤。示出系统的实施例的附图是半图解的，并且不是按比例绘制的，尤其是尺寸中的一些尺寸是为了呈现清楚，并且在附图中被夸大地示出。类似地，尽管为了便于描述附图中的视图一般示为类似的朝向，但是在大多数情况下附图中的该描绘是任意的。一般而言，可以以任何朝向操作本专利技术。其中公开并描述了具有一些共同特征的多个实施例，为了说明、描述及其理解的清楚和容易，彼此类似和相同的特征将通常用类似的附图标记来描述。出于阐述的目的，如本文使用的术语“水平面”被定义为平行于具有非易失性存储器系统的集成电路的有源表面的平面，而与其朝向无关。术语“垂直”指代垂直于如上定义的水平面的方向。诸如“之上”、“之下”、“底部”、“顶部”、“侧”(如“侧壁”中的)、“较高”、“较低”、“上面”、“上方”和“下方”之类的术语是参照水平面定义的，如附图所示。术语“直接在……上”意味着元件之间存在直接接触而没有介入元件。根据使用术语的上下文，在本专利技术的实施例中本文所指代的术语“模块”可以包括软件、硬件或其组合。例如，软件可以是机器代码、固件、嵌入代码和应用软件。此外，例如，硬件可以是电路、处理器、计算机、集成电路、集成电路核、压力传感器、惯性传感器、微机电系统(MEMS)、无源器件或其组合。图像处理可以涉及使用成像仪的投影成像和断层成像。投影成像使用例如相机和X射线利用对象的平面视图。断层成像使用例如包括声呐的透射波、计算机断层(CT)扫描、磁共振成像(MRI)利用穿过对象的切面。现在参照图1，在此示出了本专利技术的实施例中的具有位置配准的计算机辅助手术系统100的功能框图。计算机辅助手术系统100的功能框图描绘了术前医疗扫描102，例如对诸如手术病人之类的三维对象104的磁共振成像(MRI)扫描、计算机断层(CT)扫描、正电子发射断层(PET)扫描或者造影数据。术前医疗扫描102可以向计算机107提供表示三维对象104的内部构造的历史图像数据106。历史图像数据106可以由医师或医学专家用来制定在对三维对象104执行的手术操作期间将被执行的手术计划108。在手术计划108的制定期间，诸如器官模型、血管图、神经图、肌肉和肌腱图、组织结构或它们的组合之类的物理模型110可以制定具有最佳离开路径的手术策略和在手术操作期间可以接纳手术工具的入侵的安全区域。手术计划108和物理模型110的组合可以生成手术计划和突出部分109，手术计划和突出部分109能够突出如果被进入则可能造成危险的操作区域或者可以允许外科医生(未示出)访问的所计划的手术的安全区域。历史图像数据106可以被传送到兴趣表面提取模块112以便于分离可以表示覆盖手术计划108预期访问的区域的皮肤的外层的历本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机辅助手术系统(100)的操作方法(500)，包括：捕获来自三维对象(104)的历史扫描数据(142)；从在不同位置中的所述三维对象(104)采样当前表面图像(118)；自动变换所述历史扫描数据(142)以与所述当前表面图像(118)对准以用于形成变换数据(144)；以及在没有手动介入的情况下在增强现实显示器(146)上显示被所述变换数据(144)叠加的所述当前表面图像(118)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.15 US 14/331,5411.一种计算机辅助手术系统(100)的操作方法(500)，包括：捕获来自三维对象(104)的历史扫描数据(142)；从在不同位置中的所述三维对象(104)采样当前表面图像(118)；自动变换所述历史扫描数据(142)以与所述当前表面图像(118)对准以用于形成变换数据(144)；以及在没有手动介入的情况下在增强现实显示器(146)上显示被所述变换数据(144)叠加的所述当前表面图像(118)。2.如权利要求1所述的方法(500)，还包括从所述当前表面图像(118)提取实际点云(132)。3.如权利要求1所述的方法(500)，还包括从所述历史扫描数据(142)和所述当前表面图像(118)生成复合图像数据(138)。4.如权利要求1所述的方法(500)，还包括建立手术计划(108)以用于在所述增强现实显示器(146)中突出所述变换数据(144)。5.如权利要求1所述的方法(500)，其中形成所述变换数据(144)包括将预期点云(128)与实际点云(132)对准。6.一种计算机辅助手术系统(100)，包括：术前医疗扫描(102)，其被配置为记录来自三...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·黄，刘明昌，D·哈瑞斯，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP