用于使用血管特征检测异常组织的系统和方法技术方案

一种成像系统包括相机、显示器和处理器。相机具有彩色视频采集能力，并且被安装到可插入在物体内的介入仪器的远端端部，所述相机提供用于对物体的脉管系统进行成像的图像帧，每个图像帧分别包括提供对应信号的多个像素。处理器被编程为：接收信号；放大与多个像素相对应的信号的颜色和运动中的至少一项的变化；分别确定与多个像素相对应的放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性；基于空间相位变化性、频率和/或信号特性来识别指示异常血管分布的像素；创建与每个相对应的血管图，其中，每个血管分布图包括物体的具有异常血管分布的部分；并且操作显示器以显示每个血管分布图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用血管特征检测异常组织的系统和方法
技术介绍
当前在医学成像中使用利用血管形成对肿瘤的检测。即，可以通过分析肿瘤内的血管来检测肿瘤，因为与正常血管相比，这些肿瘤血管通常以不规则形状、无序连接和泄漏毛细血管来扩张。例如，对注入到静脉系统中的造影剂的动态成像可用于检测增加的血管分布、血管生成和血管泄漏的区，所有这些指示癌性肿瘤。然而，相机和光学成像器尚未用于癌性肿瘤检测，即使视频相关联的外科手术正变得越来越普遍。微创外科手术常常实现改进的患者预后。术中正常组织与异常组织的区分常常是对外科医师的挑战。对于常常在脑癌(例如神经外科手术)、肺癌(例如，计算机断层摄影(CT)扫描上的毛玻璃样浑浊)、肝癌(例如弥漫性肝病)以及软组织中的其他癌症中常常看到的不可触摸/非触觉肿瘤，这种区分可能特别困难。而且，在机器人外科手术期间，外科医师不能使用触觉特征来区分肿瘤。当从CT扫描、磁共振成像(MRI)扫描和/或正电子发射断层摄影(PET)扫描采集的外科手术规划信息由于组织变形而未能帮助确定肿瘤(或病变)位置时，也可能出现困难。例如，这常常在胸外科手术期间由于气胸而出现，并且在神经外科手术期间由于脑脊液(CSF)丢失而出现。而且，将外科手术机器人和/或可操纵设备用于视觉辅助的微创外科手术限制了直接视觉进入潜在异常组织。外科手术机器人的示例包括多臂系统，诸如机器人，或柔性机器人，诸如Medrobotics机器人系统。这些机器人系统由外科医师(或用户)使用不同的接口机构来控制，包括用于操作机器人系统的手动控制器、输入手柄和/或平视显示器(HUD)设备(例如，头戴式显示器(HMD)设备)以及用于捕获内窥镜视频并显示机器人系统的各种控制模式的图像显示器。因此，期望能够在外科手术或其他介入流程期间使用从可插入在身体内的相机获得的血管形成的图像来准确地检测肿瘤。
技术实现思路
根据说明性实施例，一种成像系统包括相机、显示器和处理器。该相机具有彩色视频采集功能，并安装到可插入在物体内的介入仪器的远端端部。相机提供用于对物体的脉管系统进行成像的图像帧，每个图像帧分别包括提供对应信号的多个像素。处理器被编程为：接收信号；放大与多个像素相对应的信号的颜色和运动中的至少一项的变化以提供放大信号；分别确定与多个像素相对应的放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项；基于所述放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项来识别多个像素中指示异常血管分布的像素；使用所识别的像素来创建与放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项中的每项相对应的血管图，每个血管分布图包括物体的具有异常血管分布的部分；并操作显示器以显示每个血管分布图。根据另一个说明性实施例，提供了一种方法，用于使用来自具有彩色视频采集能力并且安装到可插入在对象内的介入仪器的远端端部的相机的图像来识别指示对象内的异常组织的异常血管分布。所述方法包括：接收与对象中的目标部分的由相机提供的多个图像帧中的每个图像帧中的多个像素相对应的信号以用于对目标部分的脉管系统进行成像；并且分别放大与多个图像帧中的每个图像帧中的多个像素相对应的信号的颜色和运动中的至少一项的变化以提供放大信号；分别确定与多个像素相对应的放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项；基于放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项来识别多个图像帧中的每个图像帧中的多个像素中指示异常血管分布的像素；使用所识别的像素来创建与放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项中的每项相对应的血管图，每个血管分布图包括对象的具有异常血管分布的部分；并且显示每个血管分布图。所述方法还可以包括：组合与放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项中的每项相对应的血管图中的至少两个血管图，以创建聚合血管图；以及并显示聚合血管图。根据另一个说明性实施例，提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质包含软件，所述软件可由计算机处理器执行，以使用来自具有彩色视频采集能力并安装到可插入在对象内的介入仪器的远端端部的相机的图像来识别指示对象内的异常组织的异常血管分布。所述计算机可读介质包括：接收代码，其用于接收与对象中的目标部分的经由介入仪器由相机提供的多个图像帧中的每个图像帧中的多个像素相对应的信号以对目标部分的脉管系统进行成像；放大代码，其用于分别放大与多个图像帧中的每个图像帧中的多个像素相对应的信号的至少运动的变化以提供放大信号；确定代码，其用于分别确定与多个像素相对应的放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项；识别代码，其用于基于放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项来识别多个图像帧中的每个图像帧中的多个像素中指示异常血管分布的像素；创建代码，其用于使用所识别的像素来创建与放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项中的每项相对应的血管图，每个血管分布图包括对象的具有异常血管分布的部分；组合代码，其用于通过组合与放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项中的每项相对应血管图中的至少两个血管图来提供聚合血管图；以及显示代码，其用于使聚合血管图被显示在显示器上，所显示的聚合血管图通过与具有正常血管分布的对象的部分的增强的对比度来指示对象的具有异常血管分布的部分。附图说明根据下面结合附图考虑的以下示例性实施例的详细描述，将更容易理解本专利技术。这些图中相似编号的元件是等效元件或执行相同的功能。如果功能等同，则先前已经讨论的元件将不必在后面的图中讨论。图1A示出了具有正常血管分布的健康(或正常)组织的示例。图1B示出了如在肿瘤中具有异常血管分布的示例不健康(或癌性)组织。图2是示出根据代表性实施例的用于对感兴趣区域中的脉管系统进行成像的脉管系统成像系统的简化示意性框图。图3是示出根据代表性实施例的放大图像和在多个图像帧中捕获的对应信号的简化示意图。图4是示出根据代表性实施例的使用放大图像和在多个图像帧中捕获的对应信号的频率和信号强度的简化示意图。图5是示出根据代表性实施例的放大图像内的像素与在一个或多个图像帧中捕获的对应相位信号之间的相位移位的简化示意图。图6是示出根据代表性实施例的通过参考图3-5描述的技术获得的血管图的简化示意图，其被组合以提供具有增强对比度的聚合血管图。图7A是示出根据本专利技术的说明性实施例的外科手术机器人系统的示意框图。图7B是示出根据本专利技术的说明性实施例的外科手术机器人系统的示意性框图。具体实施方式现在将在下文中参考本专利技术的实施例被示出的附图来更全面地描述本专利技术的实施例。然而，本专利技术可以以不同的形式实现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为本专利技术的教导示例。如上所述，对于执行各种介入流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像系统，包括：/n相机，其具有彩色视频采集能力，所述相机被安装到能够插入在物体内的介入仪器的远端端部，所述相机提供多个图像帧以用于对所述物体的脉管系统进行成像，每个图像帧分别包括提供对应信号的多个像素；/n显示器；以及/n处理器，其被编程为：/n接收所述信号；/n放大与所述多个像素相对应的所述信号的颜色和运动中的至少一项的变化以提供放大信号；/n分别确定与所述多个像素相对应的所述放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项；/n基于所述放大信号中的所述至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的所述至少一项来识别所述多个像素中的指示异常血管分布的像素；/n使用所识别的像素来创建与所述放大信号中的所述至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的所述至少一项中的每项相对应的血管图，每个血管分布图包括所述物体的具有所述异常血管分布的部分；并且/n操作所述显示器以显示每个血管分布图。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180103 US 62/613,0801.一种成像系统，包括：
相机，其具有彩色视频采集能力，所述相机被安装到能够插入在物体内的介入仪器的远端端部，所述相机提供多个图像帧以用于对所述物体的脉管系统进行成像，每个图像帧分别包括提供对应信号的多个像素；
显示器；以及
处理器，其被编程为：
接收所述信号；
放大与所述多个像素相对应的所述信号的颜色和运动中的至少一项的变化以提供放大信号；
分别确定与所述多个像素相对应的所述放大信号中的至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的至少一项；
基于所述放大信号中的所述至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的所述至少一项来识别所述多个像素中的指示异常血管分布的像素；
使用所识别的像素来创建与所述放大信号中的所述至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的所述至少一项中的每项相对应的血管图，每个血管分布图包括所述物体的具有所述异常血管分布的部分；并且
操作所述显示器以显示每个血管分布图。


2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述处理器还被编程为创建聚合血管图，所述聚合血管图包括与所述放大信号中的所述至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的所述至少一项中的每项相对应的所述血管图中的至少两个血管图的组合。


3.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述聚合血管图在所述物体的具有所述异常血管分布的所述部分与所述物体的具有正常血管分布的另一部分之间提供比以下对比度更锐利的对比度：由与所述放大信号中的所述至少一些放大信号的空间相位变化性、频率和信号特性中的所述至少一项中的每项相对应的所述血管图中的任何一个血管图所提供的对比度。


4.根据权利要求1所述的成像系统，其中，使用欧拉视频放大来放大所述信号的颜色和运动中的至少一项的所述变化。


5.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述处理器被编程为通过以下操作基于空间相位变化性来识别指示异常血管分布的所述像素：
分别确定所述多个像素的相邻像素之间的相位移位；
提供与放大图像帧相对应的相位图，每个放大图像帧包括所述多个像素；
确定针对所述相位图的所述相邻像素之间的所述相位移位的标准偏差；并且
将所述相位图中的具有高于与正常血管分布相对应的阈值标准偏差的标准偏差的像素识别为指示异常血管分布。


6.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述处理器被编程为基于频率来识别指示异常血管分布的所述像素，包括通过以下操作：
分别确定所述放大信号的与所述多个像素相对应的频率分量；并且
将具有生理可行通带外部的对应频率分量的所述像素识别为指示异常血管分布。


7.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述生理可行通带对应于所述物体的脉搏率的可信范围。


8.根据权利要求6所述的成像系统，其中，所述处理器被编程为通过以下操作来识别具有在所述生理可行通带外部的对应频率分量的所述像素：
对所述放大信号执行傅立叶变换以提供对应频率谱；
识别所述频率谱中的最大峰分量；并且
分别确定所述最大峰分量是否在所述生理可行通带外部。


9.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述处理器被编程为通过以下操作基于信号特性来识别指示异常血管分布的所述像素：
对所述放大信号执行傅立叶变换以提供对应频率谱；
确定所述频率谱中的最大峰分量；
分别确定所述最大峰分量的曲线下面积(AUC)或半峰全宽(FWHM)；并且
将具有小于与正常血管分布相对应的阈值AUC或FWHM的对应AUC或FWHM的所述像素识别为指示异常...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·斯威舍，
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