不具有电磁跟踪和术前扫描路线图的实时镜跟踪和分支标记制造技术

用于定位成像设备的位置的系统和方法包括配置为将内部通道的图像返回至显示器(124)的引导成像设备(102)。处理模块(114)配置为从图像识别模式并采用图像变化来确定成像设备所经历的运动，从而仅根据从在通道中内部获得的图像接收的信息和通道的一般知识而确定成像设备的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不具有电磁跟踪和术前扫描路线图的实时镜跟踪和分支标记本公开涉及成像工具，并且，更具体地，涉及用于对内部通路进行绘图以在导航期间维持空间取向和方向的系统和方法。内窥镜检查是微创实时成像模态，其中，将照相机插入身体中，以便对诸如肺部气道或肠胃系统的内部结构进行视觉检查。典型地，内窥镜是长的柔性光纤系统，其在患者身体外部的近端连接至光源而在患者身体内部的远端连接至透镜。另外，某些内窥镜包括工作通道，通过该工作通道，操作者能够执行抽吸或传递诸如刷子、活检针或钳子的器械。视频反馈给予医师或技术人员线索以将该镜操纵至目标区域。参考附图说明图1，图解说明地显示典型的支气管镜检查设置的图解说明的草图。将支气管镜10通过患者的嘴部和气管18而插入肺部气道16中。采用灯12来照明气道并从支气管镜捕获视频图像。输出并显示视频图像14(图幻，以便查看气道。与常规的内窥镜检查相比，图像引导的内窥镜检查享有通过将术前计算机断层摄影(CT)图像与视频数据融合而实时连接至肺部的三维(3D)路线图的优点。当执行介入程序时，医师能够确定该镜相对于3D CT空间的定位。在支气管镜定位的研究中，存在着三种类型的跟踪内窥镜的顶端(tip)的方式。类型(a)基于安装至内窥镜的顶端的位置传感器而跟踪；类型(b)基于实时图像配准而跟踪，并且，类型(c)是类型(a)和(b)这两者的结I=I O电磁(EM)引导的内窥镜(类型(a)系统)被认为是用于许多肺部应用的有价值的工具，但它要求采用补充的引导设备。基于图像配准的内窥镜检查(类型(b)系统)要求连贯的实时逐帧配准，这可能费时，并且，在气道内的流体使视频图像模糊时易于出错。然而，尽管利用EM跟踪或基于图像配准的跟踪，所有这些系统还是要求快速且强大的计算机工作站(装备有高分辨率CT数据)，该工作站能够执行诸如支气管分割、图像配准、路径规划以及实时导航的大量并非简单的任务。该技术整合，特别是与高分辨率术前CT图像的技术整合对许多偏远的、资源不那么丰富的区域(特别是在发展中国家)提出了巨大的挑战， 在这些区域中，医院仅获得有限的先进技术，同时，这些区域的肺癌发病率可能非常高。根据本原理，假定大部分支气管镜检查程序中的障碍在于医师在高度复杂的气道中失去空间取向的情况下，新的解决方案将基于视频的导航方法并入支气管镜检查套件中。代替跟踪镜轨迹的整个过程，通过分析视频序列在该镜达到分支交叉时提供方向。以该方式，能够在视频图像中提供关于走哪条路以到达目标或关于指示该镜的顶端的当前位置的线索。通过分析视频序列的运动场，该系统能够标记气道的分支或其他分支腔。本解决方案成本效益非常好，并且，不需要将术前CT图像重建为路线图，也不需要另外的位置跟踪设施(例如电磁(EM)跟踪)。因而，该通用的解决方案能够应用于几乎所有肺病诊所， 尤其是仅获得有限的先进技术的情况下。该引导技术特别是对肺病医师有用，更具体地，对欠发达地区或国家中的医师有用。本实施例减少或消除购买另外的引导设备或计算机工作站以执行导航任务的需要。用于定位成像设备的位置的系统和方法包括配置为将内部通道的图像返回至显4示器的引导成像设备。处理模块配置为从图像识别模式并采用图像变化来确定成像设备所经历的运动，从而仅根据从在通道中内部获得的图像接收的信息和通道的一般知识而确定成像设备的位置。另一种用于定位内窥镜的远端的系统包括安装在线缆上并配置为接收反射的光信号的照明的内窥镜顶端。显示器配置为绘制从顶端接收的图像。处理模块配置为从图像识别模式并采用图像变化来确定方向选择和顶端所经历的运动。一般解剖结构参考使所识别的模式和图像变化与解剖结构参考进行交叉参考，其中，相对于从所识别的模式和图像变化解译的特征以及解剖结构参考而确定顶端的位置。一种用于定位内窥镜的远端的方法，包括照明内窥镜顶端周围的区域；通过顶端而接收反射光；绘制从顶端接收的图像；从图像识别模式并采用图像变化来确定顶端所经历的运动；以及使所识别的模式和图像变化与一般解剖结构参考进行交叉参考，其中，相对于从图像解译的特征和解剖结构参考而确定顶端的位置。本公开的这些及其他目标、特征以及优点将从关于附图而阅读的下面的本公开的图解说明的实施例的详细描述而变得显而易见。本公开将参考下图而详细地呈现下面的优选的实施例的描述，其中图1是经历根据现有技术的支气管镜检查程序的人类患者的横剖视图；图2是根据现有技术的人类患者的支气管分叉的图像；图3是利用根据一个实施例的分支通道系统的内部视图来显示系统的方框图；图4A是根据一个实施例的经过模式识别以辨别分叉的支气管分叉的图像；图4B是利用根据一个实施例而指示的标记来显示图4A的图像的经处理的视图的图；图5A和5B是显示如从根据一个实施例的镜的图像确定的用于确定图像收集设备的平移的向量场的图；图6A和6B是显示如从根据一个实施例的镜的图像确定的用于确定图像收集设备的旋转的向量场的图；图7是显示如从根据一个实施例的镜的图像确定的用于确定图像收集设备的向前或向后运动的向量场的图；以及图8是显示根据图解说明的实施例的用于定位内窥镜端部分的步骤的流程图。本公开描述用于镜导航和成像的装置和方法。本原理分析镜视频序列的运动场以辨别并标记分支。在特别有用的实施例中，该镜可以包括支气管镜或者针对肺部、消化系统或其他微创手术观察的任何镜。在其他实施例中，同样针对其他医疗程序采用内窥镜等。这些程序可以包括微创内窥镜垂体手术、内窥镜颅底肿瘤手术、室内神经外科、关节镜手术、腹腔镜手术等。在其他实施例中，该镜可以配置用于观察内部管路、管道系统或用于观看动物或昆虫洞穴。还预期其他镜观看应用。本原理包括这样的部件(1)在视频图像中识别模式以辨别分叉(或三分叉等)；( 使用视频运动检测来检测该镜的运动和每次转动的(一个或多个)方向；(3)使用基于规则的技术来触发能够从解剖结构成像数据推导的预定义的数据库；并且(4)使用所检查结构的已知解剖结构的3D拓扑来确定在该镜进行一系列转动之后所处的三维位置。可以在该镜的显示屏幕上动态地标记分支。本实施例出于多个原因，例如，无需将术前CT图像重建为路线图，并且，无需位置跟踪设施(诸如EM跟踪)，而得到较好的成本效益。采用径向运动场向量来指定照相机运动决策(例如，观察照相机远离场景而移动-向量收敛，观察照相机朝向场景移动-向量发散)。优选采用运动场(图像特征点的速度的2D向量场)，以显示观察照相机正在进行不同的移动。当发现转动平移(平行平移)运动时，能够在显示器上相应地标记相应的分支。在本文中描述的方法能够嵌入在内窥镜的视频处理器中，而无需强大的计算机工作站(以执行气道提取、体积绘制以及配准等)。于是，在工作站的过高成本是不切实际的地方(例如，在农村肺病诊所)可得到该跟踪技术。 在本文中描述的方法也可以在计算机上或在定制设计的装置中实现。应当理解，将在支气管镜方面描述本专利技术；然而，本专利技术的教导更广得多，并且，可应用于能够在对分支的、弯曲的、盘绕的或其他形状的系统(例如，消化系统、循环系统、管道系统、动物或昆虫通道、矿井、洞室等)进行内部观察中采用的任何光学镜。优选显示在本文中描述的实施例，以便在显示监视器上观察。这样的监视器可以包括任何适合的显示设备，包括但不限于手持本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·刘，L·F·古铁雷斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：