图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法技术方案

本申请公开图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法。一种由计算系统执行的方法包括从具有第一组参数的荧光镜成像仪接收外科手术坐标空间内的第一基准标识物的第一荧光镜图像数据。该方法包括接收在外科手术坐标空间内的第一基准标识物的配置。该方法包括基于第一荧光镜图像数据和第一基准标识物的配置确定外科手术坐标空间中的荧光镜成像仪的第二组参数。在一些实施例中，确定第二组参数包括从第一基准标识物的第一荧光镜图像数据和配置开发外科手术坐标空间中的基准标识物的校准模型。空间中的基准标识物的校准模型。空间中的基准标识物的校准模型。

【技术实现步骤摘要】
图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法
[0001]本申请是于2017年2月10日提交的名称为“图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法”的中国专利申请201780019575.X的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本专利申请要求2016年2月12日提交的标题为“图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS OF POSE ESTIMATION AND CALIBRATION OF PERSPECTIVE IMAGING SYSTEM IN IMAGE GUIDED SURGERY)”的美国临时专利申请No.62/294,845，以及2016年2月12日提交的标题为“图像引导外科手术中的姿势估计以及透视成像系统的校准的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS OF POSE ESTIMATION AND CALIBRATION OF PERSPECTIVE IMAGING SYSTEM IN IMAGE GUIDED SURGERY)”的美国临时专利申请No.62/294,857的申请日的优先权和权益，这两个专利申请的全部内容以引用方式并入本文。


[0004]本公开涉及用于进行图像引导规程的系统和方法，并且更具体地涉及用于姿势估计、透视成像系统的校准以及实时断层合成的系统和方法，以提高在图像引导规程期间工具导航的准确性。

技术介绍

[0005]微创医疗技术旨在减少在医疗规程期间受损的组织量，从而减少患者的恢复时间、不适以及有害的副作用。此类微创技术可以通过在患者解剖结构中的天然孔口或通过一个或多个外科手术切口执行。通过这些天然孔口或切口，临床医生可插入微创医疗器械(包括外科手术、诊断、治疗或活检器械)以达到目标组织位置。为了辅助达到目标组织位置，该医疗器械的位置和运动可与患者解剖结构的术前或术中图像进行配准。在图像引导的器械配准到图像的情况下，该器械可导航解剖系统诸如肺、结肠、肠、肾、心脏、循环系统等中的天然的或手术产生的通路。一些图像引导器械可包括光纤形状传感器，其提供关于细长柔性器械的形状以及关于器械远侧端部的姿势的信息。在一些实施例中，在手术中使用透视成像系统以辅助在规程期间定位目标和/或器械。为了使成像数据辅助正确地定位医疗器械，必须将成像系统准确地配准到外科手术环境的坐标系统。需要用于最小化与姿势估计和将成像系统校准到外科手术环境相关联的误差的系统和技术，以更可靠地定位和导航外科手术环境内的医疗器械。

技术实现思路

[0006]通过随附于说明书的权利要求概述了本专利技术的实施例。
[0007]在一个实施例中，由计算系统执行的方法包括从具有第一组参数的荧光镜成像仪接收外科手术坐标空间内的第一基准标识物的第一荧光镜图像数据。该方法还包括接收在
外科手术坐标空间内的第一基准标识物的配置。该方法还包括基于第一基准标识物的第一荧光图像数据和配置确定外科手术坐标空间中的荧光镜成像仪的第二组参数。在一个方面，确定第二组参数包括从第一基准标识物的第一荧光镜图像数据和配置开发外科手术坐标空间中的基准标识物的校准模型。
[0008]在另一个实施例中，计算机辅助医疗系统包括一个或多个处理器和以已知配置定位在外科坐标空间内的第一基准标识物。第一基准标识物包括形状传感器。一个或多个处理器执行包括从荧光镜成像仪接收以已知配置定位在外科手术坐标空间内的第一基准标识物的第一荧光镜图像数据以及从形状传感器接收形状信息的方法。该方法还包括从形状信息确定外科手术坐标空间内的第一基准标识物的已知配置，以及从第一荧光镜图像数据确定外科手术坐标空间中的基准标识物的校准模型。该方法还包括基于第一荧光镜图像数据确定荧光镜成像仪在外科手术坐标空间中的姿势。
[0009]在另一个实施例中，计算机辅助医疗系统包括具有外科手术坐标空间的全扫描范围的荧光镜成像仪，以及一个或多个处理器，其中一个或多个处理器被配置成执行方法。在一个方面，该方法包括从荧光镜成像仪接收患者解剖结构的第一荧光镜图像数据组，以及从在基本上小于全扫描范围的约束范围中操作的荧光镜成像仪接收患者解剖结构的至少一个附加的荧光镜图像数据组。该方法还包括从第一荧光镜图像数据组和至少一个附加的荧光镜图像数据组构建第一平面断层摄影图像。
[0010]在另一个实施例中，局部断层合成的方法包括接收患者解剖结构的第一荧光镜图像数据组，第一荧光镜图像数据组从荧光镜成像仪的全扫描范围获得。该方法还包括从在基本上小于全扫描范围的约束范围中操作的荧光镜成像仪接收患者解剖结构的至少一个附加的荧光镜图像数据组。该方法还包括从第一荧光镜图像数据组和至少一个附加的荧光镜图像数据组构建第一平面断层摄影图像。在一个方面，该方法还包括，基于第一平面断层摄影图像，在基本上小于全扫描范围的第二约束区域中操作荧光镜成像仪。在一个方面，该方法还包括从在荧光镜成像仪处于第二约束区域中时接收的荧光镜图像数据组构建第二平面断层摄影图像。
[0011]在另一个实施例中，局部断层合成的方法包括将荧光镜成像仪移动到约束范围中的第一位置，其中荧光镜成像仪具有全扫描范围，并且其中约束范围基本上小于全扫描范围。该方法还包括从第一位置获得患者解剖结构的第一荧光镜图像，将荧光镜成像仪移动到约束范围内的多个附加位置，从多个附加位置中的每个获得荧光镜图像，以及从第一荧光镜图像和从多个附加位置中的每个获得的荧光镜图像构建第一平面断层摄影图像。
[0012]应当理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式二者在性质上均为示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。在这方面，从以下具体实施方式中，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
[0013]当结合附图阅读时，从以下具体实施方式中可以最好地理解本公开的方面。需要强调的是，根据工业上的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚讨论，可任意增加或减少各种特征的尺寸。另外，本公开可在各种示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的
关系。
[0014]图1是根据本公开的实施例的远程操作医疗系统。
[0015]图2A示出了利用本公开的方面的医疗器械系统。
[0016]图2B示出了根据本公开的实施例的具有扩展的医疗工具的图2A的医疗器械系统的远侧端部。
[0017]图3示出了位于人肺内的图2A的医疗器械系统的远侧端部。
[0018]图4是示出根据本公开的实施例的用于在图像引导外科手术规程中提供引导的方法的流程图。
[0019]图5是根据本公开的实施例的患者坐标空间的侧视图，该患者坐标空间包括安装在插入组件上的医疗器械和光学跟踪系统。
[0020]图6A是根据本专利技术的实施例的图5中所示的患者坐标空间的不同侧视图，该患者坐标空间包括相对于患者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由计算系统执行的方法，包括：从具有第一组参数的荧光镜成像仪接收外科手术坐标空间内的基准标识物的第一荧光镜图像数据；接收所述外科手术坐标空间内的所述基准标识物的配置；基于所述第一荧光镜图像数据和所述基准标识物的所述配置确定所述外科手术坐标空间中的所述荧光镜成像仪的第二组参数；以及基于所述荧光镜成像仪的所述第二组参数确定所述基准标识物在所述外科手术坐标空间中的姿势。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述第二组参数包括从所述基准标识物的所述第一荧光镜图像数据和所述配置开发所述外科手术坐标空间中的所述基准标识物的校准模型。3.根据权利要求2所述的方法，其中开发所述校准模型包括确定所述荧光镜成像仪的内部参数和外部参数。4.根据权利要求2所述的方法，还包括：从所述荧光镜成像仪接收所述基准标识物和医疗器械的一部分的第二荧光镜图像数据；使用所述校准模型校正所述第二荧光镜图像数据中的失真；以及基于所述荧光镜成像仪的所述第二组参数，相对于所述外科手术坐标空间，在所述外科手术坐标空间中定位所述医疗器械的所述部分。5.根据权利要求2所述的方法，还包括从被包括在所述基准标识物中的形状传感器接收形状信息，以确定所述外科手术坐标空间内的所述基准标识物的所述配置。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述形状传感器是光纤传感器。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述基准标识物包括柔性导管，所述形状传感器在所述柔性导管中延伸。8.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述荧光镜成像仪的参考系配准到所述外科手术坐标空间的外科手术坐标参考系。9.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述配准确定所述荧光镜成像仪在所述外科手术坐标参考系中的姿势。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一荧光镜图像数据包括从所述荧光镜成像仪接收的多个荧光镜图像。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一荧光镜图像数据包括多个基准标识物的图像，所述多个基准标识物包括所述基准标识物，所述多个基准标识物在所述外科手术坐标空间内具有已知的配置。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个基准标识物包括条形码。13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个基准标识物包括网格图案。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述基准标识物被包括在医疗器械中，所述医疗器械包括细长的柔性主体。15.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述荧光镜成像仪的所述第二组参数包括接
收所述荧光镜成像仪的外部跟踪数据。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述荧光镜成像仪包括移动C形臂。17.根据权利要求16所述的方法，其中从位于所述移动C形臂上的编码器接收所述外部跟踪数据。18.根据权利要求16所述的方法，其中从位于所述移动C形臂上的倾斜计接收所述外部跟踪数据。19.根据权利要求15所述的方法，其中从光学跟踪传感器接收所述外部跟踪数据，所述光学跟踪传感器被配置成跟踪位于所述荧光镜成像仪上的光学基准的位置。20.一种计算机辅助医疗系统，包括：荧光镜成像仪，所述荧光镜成像仪在手术坐标空间中具有全扫描范围；以及一个或多个处理器，其中所述一个或多个处理器被配置成执行包括以下步骤的方法：接收患者解剖结构的第一荧光镜图像数据组，所述第一荧光镜图像数据组从所述荧光镜成像仪的所述全扫描范围获得；从在基本上小于所述全扫描范围的约束范围中操作的所述荧光镜成像仪接收所述患者解剖结构的至少一个附加的荧光镜图像数据组；以及从所述第一荧光镜图像数据组和至少一个附加的荧光镜图像数据组构建第一平面断层摄影图像。21.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗系统，其中所述荧光镜成像仪在所述外科手术坐标空间内部三维空间中可移动。22.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗系统，其中所述荧光镜成像仪在所述约束范围内从第一扫描位置可移动到第二扫描位置。23.根据权利要求22所述的计算机辅助医疗系统，其中在所述第一扫描位置处从所述荧光镜成像仪获得所述第一荧光镜图像数据组，并且在所述第二扫描位置处从所述荧光镜成像仪获得所述至少一个附加的荧光镜图像数据组。24.根据权利要求20所述的计算机辅助医疗系统，其中所述约束范围延伸到所述荧光镜成像仪的第一移动平面之外。25.一种方法，包括：接收患者解剖结构的第一荧光镜图像数据组，所述第一荧光镜图像数据组从荧光镜成像仪的全扫描范围获得；从在基本上小于所述全扫描范围的约束范围中操作的所述荧光镜成像仪接收所述患者解剖结构的至少一个附加的荧光镜图像数据组；以及从所述第一荧光镜图像数据组和至少一个附加的荧光镜图像数据组构建第一平面断层摄影图像。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述约束范围延伸到所述荧光镜成像仪的第一移动平面之外。27.根据权利要求25所述的方法，其中所述约...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：