用于在荧光三维重构中识别和标记目标的系统和方法技术方案

一种用于促进识别和标记在所显示的患者身体区域的荧光三维重构(F3DR)中的目标的方法和系统。所述系统包括显示器和存储指令的存储设备，所述指令用于接收所述F3DR中的所述目标的初始选择，基于对所述目标的所述初始选择来精细化所述F3DR，在所述显示器上显示精细化的F3DR，以及经由用户选择来接收精细化的F3DR中的所述目标的最终选择。所述系统进一步包括被配置成执行所述指令的至少一个硬件处理器。所述方法和指令还可以包括：接收二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于所述目标的区域中；以及基于所述医疗设备的所述选择来初始地精细化所述F3DR。

A system and method for recognizing and marking targets in three-dimensional reconstruction of fluorescence

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在荧光三维重构中识别和标记目标的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年10月10日提交的临时美国专利申请第62/570,431号，于2018年3月12日提交的临时美国专利申请第62/641,777号和于2018年2月8日提交的临时美国专利申请第62/628,017号的优先权，其中的每一者的全部内容通过引用并入本文。
本公开一般涉及在荧光图像、3D荧光图像、荧光3D重建或其它数据集中识别和标记例如病变或小的软组织物体)的目标的领域，并且尤其涉及在体内导航的医疗程序中的此类目标识别和标记。此外，本公开涉及在医疗程序中计划、导航、识别、标记、染色、活检、切除、腹腔镜检查或治疗的系统、装置和方法。
技术介绍
存在几种常用的医学方法，例如内窥镜检查程序或微创程序，用于治疗各种影响器官的疾病，所述器官包括肝、脑、心脏、肺、胆囊、肾和骨骼。通常，临床医生采用一种或多种成像模态，例如磁共振成像(MRI)、超声成像、计算机断层扫描(CT)、荧光检查以及其它成像模态，以识别和导航到患者内的感兴趣区域，并且最终到达目标进行治疗。在一些程序中，手术前扫描可以用于目标识别和手术中引导。然而，通常可能需要实时成像以获得目标区域的更准确和当前的图像。此外，可能需要显示医疗设备相对于目标以及其周围的当前位置的实时图像数据，以更安全和准确的方式将医疗设备导航至目标(例如对其它器官或组织没有不必要的损害或没有损害)。例如，已经证明内窥镜检查方法可用于导航到患者体内的感兴趣区域，尤其是例如肺的身体的腔网络内的区域。为了启用内窥镜检查方法，尤其是在肺中的支气管镜检查方法，已经开发了支气管内导航系统，其使用先前获取的MRI数据或CT图像数据来生成特定身体部分(例如肺)的三维(3D)渲染、模型或体积。然后，利用从MRI扫描或CT扫描生成的所得体积来创建导航计划，以便于导航导管(或其它合适的医疗设备)通过支气管镜和患者的支气管的分支前进到感兴趣区域。定位或跟踪系统，例如电磁(EM)跟踪系统，可以与例如CT数据结合使用，以便于引导导航导管通过支气管的分支到达感兴趣区域。在某些情况下，导航导管可以定位在感兴趣区域的分支腔网络的气道中的一个内、邻近或在感兴趣区域内，以为一个或多个医疗仪器提供通路。然而，从先前获取例如CT扫描的扫描生成的患者肺的3D体积可能无法提供足以在导航程序期间将医疗仪器准确引导至目标的基础。在某些情况下，不准确性是由于在获取先前获取的CT数据时，在程序期间患者的肺相对于肺的变形引起的。这种变形(CT到身体的散度)可能由许多不同的因素引起，所述因素包括例如镇静与不镇静、支气管镜改变患者姿势以及还推动组织、不同的肺容积，因为CT在吸入期间而导航在呼吸期间，不同的床，不同的天等。因此，需要另一种成像模态实时可视化此类目标并且通过在程序期间校正导航来增强体内导航程序。此外，为了准确和安全地将医疗设备导航到远程目标，例如，用于活检或治疗，医疗设备和目标都应该在某些种类的3D引导系统中可见。在导航程序中，荧光成像设备通常位于手术室中。临床医生可以使用标准的荧光成像设备，例如，以在医疗设备已经被导航到期望位置之后可视化并且确认其布置。然而，尽管标准的荧光图像显示例如金属工具和骨骼的高密度物体以及例如心脏的大的软组织物体，但是荧光图像可能难以分辨例如病变的感兴趣的小的软组织物体。此外，荧光镜图像仅仅是二维投影。因此，X射线体积重建可以实现此类软组织物体的识别和到目标的导航。存在提供3D体积重建的几种解决方案，例如在医学界中广泛使用的CT和锥形束CT。这些机器在算法上将来自已知的、经校准的X射线源位置的多个X射线投影组合到3D体积中，其中尤其是软组织更可见。例如，CT机可以在程序期间与迭代扫描一起使用以提供通过身体的引导直到工具到达目标。这是一个繁琐的过程，因为它需要几次完整的CT扫描、专用的CT室和在扫描之间的盲目导航。另外，每次扫描需要工作人员由于高水平的电离辐射而离开房间，并且将患者暴露于此类辐射。另一个选择是锥束CT机，其在一些手术室中可用并且更容易操作，但是昂贵，并且像CT仅仅在扫描之间提供盲目导航，需要多次迭代导航并且需要工作人员离开房间。另外，基于CT的成像系统非常昂贵，并且在许多情况下在与执行手术的位置相同的位置时不可用。一种成像技术，所述成像技术使用标准荧光镜设备来重建局部3D体积，以便可视化并且促进导航到体内目标，尤其是小的软组织物体，在授予Weingarten等人的美国专利公开第2017/035379号，标题为使用标准荧光镜进行三维体积重建的系统和方法；授予Barak等人的美国专利公开第2017/035380号，标题为利用基于荧光的局部三维体积重建在目标上进行导航并且执行程序的系统和方法；以及授予Weingarten等人的美国专利公开第2018/0160991号，标题为使用标准荧光镜进行三维体积重建的系统和方法中所描述，其中的每一个的全部内容通过引用并入本文。通常，根据在上述专利公开中公开的系统和方法，在医疗程序期间，标准荧光镜c型臂可以围绕患者旋转例如大约30度，并且通过专门的软件算法生成感兴趣区域的荧光3D重建(F3DR)。此类对感兴趣区域的3D重建的快速生成可以提供目标区域的实时3D成像。定位于其区域中的目标和医疗设备的实时成像可以有益于许多介入程序，例如各种器官中的活检和消融程序、血管介入和整形外科手术。例如，当关于导航支气管镜检查时，目的可以是接收有关活检导管相对于目标病变的位置的准确信息。作为另一个实例，微创手术，例如腹腔镜手术，包括机器人辅助手术，可以采用术中荧光镜检查来增加可视化，例如用于引导和病变定位，并且防止不必要的损伤和并发症。采用上述系统和方法用于目标区域的荧光3D成像的实时重建和基于所述重构的导航也可以有益于此类程序。而且，准确地在F3DR的识别和标记目标可能不是容易的任务，尤其是当目标是小的软组织时。因此，需要在荧光图像数据中，尤其是在F3DR中促进识别和标记目标的系统和方法，从而促进到目标的导航和相关医疗程序的产量。
技术实现思路
本公开针对用于显示F3DR并且便于用户在F3DR中识别和标记目标的系统、方法和计算机程序产品。特别是对于未经训练的用户而言，在F3DR中并且特别是实时地标记目标可能不是直接的或简单的任务。此外，期望以两个捕获或视角接收目标的选择，而它们中的至少一个将不同于AP(前后)，因为在AP位置的选择通常更容易。以两个此类角度标记目标提高了目标定位的准确性。因此，在两个阶段处执行目标的标记，特别是当第一阶段包括在AP位置中标记时，便于用户对目标的识别，并且提供目标定位的更好的准确性，成像模态之间的更好的配准以及由此在治疗中的更好的结果。根据本公开，提供了一种用于促进识别和标记所显示的患者身体区域的荧光三维重构(F3DR)中的目标的系统。所述系统包括显示器和一个或多个存储设备，所述一个或多个存储设备在其上存储了指令以用于接收F3DR中的目标的初始选择；基于目标的初始选择来精细化F3DR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于促进识别和标记所显示的患者身体区域的荧光三维重构F3DR中的目标的系统，所述系统包含：/n(i)显示器；/n(ii)一个或多个存储设备，在其上存储了用于以下操作的指令：/n接收所述F3DR中的所述目标的初始选择；/n基于所述目标的所述初始选择来精细化所述F3DR；/n在所述显示器上显示精细化的F3DR；以及/n经由用户选择接收精细化的F3DR中的所述目标的最终选择，以及/n(iii)被配置成执行所述指令的至少一个硬件处理器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171010 US 62/570,431;20180208 US 62/628,017;20181.一种用于促进识别和标记所显示的患者身体区域的荧光三维重构F3DR中的目标的系统，所述系统包含：
(i)显示器；
(ii)一个或多个存储设备，在其上存储了用于以下操作的指令：
接收所述F3DR中的所述目标的初始选择；
基于所述目标的所述初始选择来精细化所述F3DR；
在所述显示器上显示精细化的F3DR；以及
经由用户选择接收精细化的F3DR中的所述目标的最终选择，以及
(iii)被配置成执行所述指令的至少一个硬件处理器。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于所述目标的区域中；以及
在基于所述目标的所述初始选择精细化所述F3DR之前，基于所述医疗设备的所述选择来初始地精细化所述F3DR。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步指令，所述指令用于在所述显示器上显示初始地精细化的F3DR，并且其中经由用户选择来接收所述目标的所述初始选择。


4.根据权利要求3所述的系统，其中在所述显示器上显示所述二维荧光图像，并且其中经由用户选择来接收所述二维荧光图像中的所述医疗设备的所述选择。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
接收所述患者的所述身体区域的CT扫描，其中所述CT扫描包括所述目标的标记；
基于所述CT扫描生成至少一个虚拟荧光图像，其中所述虚拟荧光图像包括所述目标和所述目标的所述标记；以及
显示所述虚拟荧光图像。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示精细化的F3DR包含根据所述用户提供的命令，显示精细化的F3DR的不同切片。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示精细化的F3DR包含根据所述用户提供的命令，以不同的捕获角度显示精细化的F3DR。


8.根据权利要求1所述的系统，其中接收在精细化的F3DR中的所述目标的所述最终选择包含指导所述用户在以两个不同角度捕获的精细化的F3DR的两个荧光切片图像中识别和标记所述目标。


9.根据权利要求8所述的系统，其中接收在精细化的F3DR中的所述目标的所述最终选择进一步包含指示应该标记所述目标的捕获角度的适当范围。


10.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标是软组织目标。


11.根据权利要求2所述的系统，其进一步包含荧光成像设备，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
当医疗设备定位于目标区域中时，获取关于相对于所述身体区域的多个角度的所述身体区域的荧光图像的序列；
基于所述荧光图像的序列生成所述身体区域的所述F3DR；以及
基于所述医疗设备的所述选择以及所述目标的所述初始选择或所述目标的所述最终选择中的至少一者来确定所述医疗设备相对于所述目标的偏移。


12.根据权利要求11所述的系统，其中所述目标区域包含肺的至少一部分，并且所述医疗设备被配置成通过肺腔网络导航到所述目标区域。


13.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
接收所述患者的所述身体区域的三维成像，其中所述三维成像包括所述目标的标记；以及
显示所述三维成像。


14.根据权利要求13所述的系统，其中所述三维成像是CT或MRI扫描。


15.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统在医疗程序期间使用，并且其中所述三维成像是在所述医疗程序的计划阶段中使用的手术前成像。


16.一种用于促进识别和标记患者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·凯德密沙哈尔，D·玛尔迪克斯，E·科佩尔，O·P·维加藤，B·格林伯格，E·克莱因，R·巴拉克，
申请(专利权)人：柯惠有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US