使用以機器人的方式操縱的內(nèi)窺鏡的增強的血管可視化的制作方法
【專利摘要】一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)包括：用于內(nèi)部成像的窺鏡(102)，其具有小于要被成像的區(qū)域的視場；規(guī)劃模塊(104)，其被配置為從所述窺鏡接收視頻，使得所述窺鏡的視場圖像被縫合在一起，以生成所述要被成像的區(qū)域的合成圖像；圖像引導模塊(016)，其被配置為在程序期間沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)移動所述窺鏡，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
【專利說明】使用以機器人的方式操縱的內(nèi)窺鏡的增強的血管可視化

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及醫(yī)學儀器和方法，并且更具體地涉及用于醫(yī)學應(yīng)用中的內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的改進的可視化的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]冠狀動脈搭橋移植(CABG)是用于堵塞的冠狀動脈的血管再生的外科手術(shù)程序。在常規(guī)的外科手術(shù)中，患者的胸骨被打開，并且心臟完全暴露。然而，微創(chuàng)(MI)搭橋外科手術(shù)是通過小的創(chuàng)口來執(zhí)行的。CABG程序的重要部分是從患者的身體摘除血管，然后所述血管用于對冠狀動脈中的一個或多個動脈粥樣硬化變窄處進行搭橋。最常用的被摘除和使用的血管是內(nèi)乳動脈(IMA)，所述內(nèi)乳動脈可以包括被定位在胸腔中的左內(nèi)乳動脈(LIMA)或右內(nèi)乳動脈(RIMA)。
[0003]在MI心臟搭橋外科手術(shù)期間對這些血管的直接接觸是不可獲得的，并且使用通過肋骨之間的空間中的肋間肌插入到創(chuàng)口中的長的儀器來摘除這些血管。在MI外科手術(shù)期間，外科手術(shù)助手能夠握持內(nèi)窺鏡，或者能夠使用機器人引導來握持內(nèi)窺鏡。在機器人引導的情況下，視覺伺服能夠用于將機器人移動到特定位置。視覺伺服包括選擇內(nèi)窺鏡圖像上的點，在這種情況下，機器人以這樣的方式移動:即，所述點變得被定位于所述圖像的中心。
[0004]IMA取下通常是CABG程序的最耗時的部分。IMA取下通?；ㄙM45_60分鐘之間，并且搭橋程序的成功通常取決于獲取的血管的質(zhì)量。
[0005]在程序的該階段期間的主要挑戰(zhàn)包括以下:內(nèi)窺鏡圖像是針對該程序的唯一的可視化方法，但是內(nèi)窺鏡只提供血管的小段的有限視圖。對于MI，外科醫(yī)生利用在肋骨之間插入并到達胸骨區(qū)以下的細長的儀器進行工作。由于獲取的動脈需要被小心地從周圍組織分離并且必須灼燒旁支，因此這么做是困難的。
[0006]例如LIMA動脈的長度必須足以到達冠狀動脈上的搭橋位置。在MI程序期間估計獲取的血管動脈的長度是非常困難的(與開放的外科手術(shù)相反，在開放的外科手術(shù)中由于所有區(qū)都是可視并且可接觸的，因此能夠估計長度)。由于LIMA被從胸部的中下部分摘除，因此LIMA傾向于更加嵌入在組織中，從而減慢分離并且做出動脈和旁支的可視化更加具有挑戰(zhàn)性。
[0007]針對動脈分離的技術(shù)困難與搭橋需要的未知長度的組合促成了程序時間的延長，這是因為外科醫(yī)生要么在更具有挑戰(zhàn)性的末梢區(qū)中中分離比需要的長得多的動脈段；要么分離過短的段，而這要求稍后返回繼續(xù)進行動脈的分離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例，本文描述的是一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:用于內(nèi)部成像的窺鏡，其具有小于要被成像的區(qū)域的視場；規(guī)劃模塊，其被配置為從所述窺鏡接收視頻，使得所述窺鏡的視場圖像被縫合在一起，以生成所述要被成像的區(qū)域的合成圖像；圖像引導模塊，其被配置為在程序期間沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)移動所述窺鏡，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
[0009]例如，規(guī)劃模塊能夠被配置為選擇與靶解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的合成圖像中的感興趣點。所述系統(tǒng)還能夠包括被配置為引導窺鏡的機器人和被配置為采用感興趣點以用于引導窺鏡的圖像引導模塊。規(guī)劃模塊能夠被配置為將手術(shù)圖像配準并疊加在合成圖像上，以提供靶解剖結(jié)構(gòu)的增強圖。所述系統(tǒng)還能夠包括與合成圖像一起顯示以指示窺鏡例如相對于總尺寸的進度的進度指示符。靶解剖結(jié)構(gòu)能夠包括要被分離的血管，并且進度指示符能夠包括進度的百分率和/或進度圖形，以指示相對于血管的總長度的被分離的部分。規(guī)劃模塊采用血管的手術(shù)前圖像來估計總長度也是可能的。靶解剖結(jié)構(gòu)能夠包括例如在搭橋外科手術(shù)中使用的內(nèi)乳動脈(IMA)。而且，窺鏡能夠包括柔性內(nèi)窺鏡。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實施例，本文描述的是一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理器和被耦合到所述處理器的存儲器。所述存儲器包括:規(guī)劃模塊，其被配置為將從窺鏡接收的靶解剖結(jié)構(gòu)的視場圖像縫合在一起，以形成所述靶解剖結(jié)構(gòu)的合成圖像；圖像引導模塊，其被配置為使用所述合成圖像來沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)移動所述窺鏡，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
[0011]例如，規(guī)劃模塊能夠被配置為選擇與靶解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的合成圖像中的感興趣點。所述系統(tǒng)還能夠包括被配置為引導窺鏡的機器人和被配置為采用感興趣點以用于引導窺鏡的圖像引導模塊。規(guī)劃模塊能夠被配置為將手術(shù)圖像配準并疊加在合成圖像上，以提供靶解剖結(jié)構(gòu)的增強圖。所述系統(tǒng)還能夠包括由圖像引導模塊生成并且與合成圖像一起顯示以指示窺鏡例如相對于總尺寸的進度的進度指示符。靶解剖結(jié)構(gòu)能夠包括要被分離的血管，并且進度指示符能夠包括進度的百分率和/或進度圖形，以指示相對于血管的總長度的被分離的部分。規(guī)劃模塊能夠采用血管的手術(shù)前圖像來估計總長度。靶解剖結(jié)構(gòu)能夠包括例如在搭橋外科手術(shù)中使用的內(nèi)乳動脈(IMA)。而且，窺鏡能夠包括柔性內(nèi)窺鏡。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的又一示范性實施例，本文描述的是一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的方法，包括:使用窺鏡的視場來對靶解剖結(jié)構(gòu)的部分進行成像；使用所述部分來形成所述靶解剖結(jié)構(gòu)的合成圖像；選擇所述合成圖像中的感興趣點；并且從出發(fā)點沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)進行移動，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
[0013]例如，所述方法還能夠包括將手術(shù)圖像或手術(shù)前圖像配準并疊加在合成圖像上，以提供靶解剖結(jié)構(gòu)的增強圖。此外，所述方法還能夠生成進度指示符，以指示相對于總尺寸的窺鏡的進度。靶解剖結(jié)構(gòu)能夠包括要被分離的血管，并且生成進度指示符能夠包括指示進度的百分率和/或進度圖形，以指示相對于例如血管的總長度的被分離的部分。使用窺鏡的視場來對靶解剖結(jié)構(gòu)的部分進行成像能夠包括使用用于引導的感興趣點來以機器人的方式移動窺鏡。所述方法還能夠包括使用視覺伺服來移動窺鏡。靶解剖結(jié)構(gòu)包括內(nèi)乳動脈(IMA)并且沿著靶解剖結(jié)構(gòu)進行移動的步驟包括分離在搭橋外科手術(shù)中使用的IMA也是可能的。所述方法還能夠包括根據(jù)合成圖像來測量靶解剖結(jié)構(gòu)的長度。
[0014]通過結(jié)合附圖來閱讀以下對本公開的圖示的實施例的詳細說明，本公開的這些和其他目的、特征以及優(yōu)勢將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]本公開將參考以下附圖來詳細呈現(xiàn)對優(yōu)選實施例的以下說明，其中:
[0016]圖1是根據(jù)一個實施例示出了用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)的方框圖/流程圖；
[0017]圖2是根據(jù)一個實施例示出了用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)的方框圖/流程圖；
[0018]圖3是根據(jù)一個圖示性實施例示出了用于指導血管取下和/或冠狀動脈搭橋的系統(tǒng)設(shè)置的圖；
[0019]圖4是根據(jù)一個圖示的實施例示出了具有內(nèi)窺鏡的圖3的系統(tǒng)設(shè)置的圖，其中，所述內(nèi)窺鏡具有小于要被取下的整個血管的視場的視場；
[0020]圖5是根據(jù)一個實施例示出了來自內(nèi)乳動脈的內(nèi)窺鏡視頻的被縫合在一起的視場的合成圖像的圖像；
[0021]圖6是根據(jù)一個實施例示出了具有被分配的感興趣點的合成圖像的圖像；
[0022]圖7是根據(jù)一個實施例示出了具有內(nèi)乳動脈的經(jīng)配準和經(jīng)疊加的手術(shù)圖像(手術(shù)前的和/或手術(shù)中的)的合成圖像的圖像；并且
[0023]圖8是根據(jù)一個實施例示出了具有被疊加在合成圖像上的實況視頻視場插圖的合成圖像并且示出了進度(％)和內(nèi)乳動脈的長度的圖像。

【具體實施方式】
[0024]根據(jù)本原理，提供了血管分離規(guī)劃和運行系統(tǒng)以解決如上所述的血管分離的問題。與僅示出小段相反，本原理提供了示出血管(例如，LIMA)的大部分的顯著擴大的視場，并且提供了關(guān)于血管的額外信息。該額外信息包括例如被分離以用于獲取的血管的長度、關(guān)于期望的搭橋長度的血管分離的進度以及需要被灼燒的旁支的位置。
[0025]應(yīng)當理解，將從與冠狀動脈搭橋程序一起使用并且用于冠狀動脈搭橋程序的醫(yī)學儀器的方面來描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導寬泛得多，并且可應(yīng)用于需要或期望靶解剖結(jié)構(gòu)的增強的可視化的任何儀器或程序。在一些實施例中，本原理被采用在跟蹤或分析復(fù)雜的生物系統(tǒng)或機械系統(tǒng)中。具體地，本原理可應(yīng)用于對生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤程序、身體的所有區(qū)(例如，肺、胃腸道、排泄器官、血管等)中的程序。附圖中描繪的元件可以以硬件和軟件的各種組合來實施，并且可以提供可以被組合在單個元件或多個元件中的功能。
[0026]能夠通過使用專用硬件以及能夠運行與適當?shù)能浖嚓P(guān)聯(lián)的軟件的硬件來提供在附圖中示出的各種元件的功能。當由處理器來提供功能時，能夠由單個專用處理器、由單個共享處理器或由其中一些能夠被共享的多個獨立處理器來提供功能。此外，對術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確的使用不應(yīng)被解釋為專指能夠運行軟件的硬件，并且能夠隱含地包括但不限于，數(shù)字信號處理器(“DSP”)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(“ROM”)、隨機存取存儲器(“RAM”)、非易失性存儲設(shè)備等。
[0027]此外，本文記載原理、方面和本發(fā)明的實施例及其特定范例的所有陳述旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能二者上的等價方案。額外地，旨在使這樣的等價方案包括當前已知的等價方案以及將來開發(fā)的等價方案(即，開發(fā)的執(zhí)行相同的功能的任何元件，無論其結(jié)構(gòu)如何)二者。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本文提出的方框圖表示圖示性系統(tǒng)部件的概念性視圖和/或?qū)嵤┍景l(fā)明的原理的電路圖。類似地，應(yīng)當理解，任何流程圖表、流程圖等表示各種過程，所述過程可以基本上在計算機可讀存儲介質(zhì)中表示并且因此由計算機或處理器運行，無論是否明確示出了這樣的計算機或處理器。
[0028]此外，本發(fā)明的實施例能夠采取可從計算機可用存儲介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)訪問的計算機程序產(chǎn)品的形式，所述計算機可用存儲介質(zhì)或所述計算機可讀存儲介質(zhì)提供由計算機或任何指令運行系統(tǒng)使用或與計算機或任何指令運行系統(tǒng)結(jié)合使用的程序代碼。出于本說明書的目的，計算機可用存儲介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)能夠是可以包括、存儲、傳送、傳播或輸送程序的任何裝置，所述程序由指令運行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與指令運行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用。介質(zhì)能夠是電子、磁性、光學、電磁、紅外或半導體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或者傳播介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的范例包括半導體存儲器或固態(tài)存儲器、磁帶、可移動計算機磁盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬磁盤以及光盤。光盤的當前范例包括壓縮盤一只讀存儲器(CD-ROM)、壓縮盤一讀/寫(CD-R/W)、和藍光TM以及DVD。
[0029]現(xiàn)在參考附圖并且首先參考圖1，在所述附圖中，相似的標號表示相同或相似的元件，根據(jù)一個實施例圖示性地示出了用于微創(chuàng)外科手術(shù)的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺112，可以從所述工作站或控制臺112來監(jiān)督和/或管理程序。工作站112優(yōu)選地包括用于存儲程序和應(yīng)用的一個或多個處理器114和存儲器116。存儲器116可以存儲用于與醫(yī)學設(shè)備102協(xié)同工作的規(guī)劃模塊104和圖像引導模塊106。醫(yī)學設(shè)備102可以包括成像設(shè)備105(例如，攝像機、具有透鏡的光纖等)，所述成像設(shè)備105可以被布置具有以下中的一個或多個:導管、導絲、探針、內(nèi)窺鏡、柔性內(nèi)窺鏡、機器人、電極、過濾設(shè)備、氣囊設(shè)備或其他醫(yī)學部件等。設(shè)備102可以被插入到患者的身體160中。在一個實施例中，要被執(zhí)行的程序包括微創(chuàng)冠狀動脈外科手術(shù)，并且設(shè)備102被插入到身體160的胸腔162中，以觀察并分離諸如血管(例如，IMA)的靶解剖結(jié)構(gòu)131。
[0030]規(guī)劃模塊104包括以下的元件和特征。在例如針對冠狀動脈搭橋程序的血管取下期間，規(guī)劃模塊104在允許外科醫(yī)生操縱其他儀器的同時為對要被獲取的靶血管(例如，IMA)的可視化的控制進行規(guī)劃。規(guī)劃模塊104控制沿著IMA的圖像縫合以提供全面的視場，并且進一步提供允許使用現(xiàn)有的已知方法來將手術(shù)前(或手術(shù)中)的圖像疊加在例如內(nèi)窺鏡視頻上的圖像配準。規(guī)劃模塊104為對感興趣靶點的選擇做準備，所述對感興趣靶點的選擇能夠涉及圖像引導模塊106或者被建立索引以與圖像引導模塊106—起使用。規(guī)劃模塊104還為計算血管或其他解剖結(jié)構(gòu)的特征長度做準備(例如，使用經(jīng)縫合的圖像/合成圖像)。
[0031]可以采用規(guī)劃模塊104來配準并疊加手術(shù)圖像135，例如使用成像設(shè)備110采取的手術(shù)前圖像或手術(shù)中圖像?？梢酝瑫r采用成像設(shè)備110或者在另一時間和位置采用成像設(shè)備110來收集圖像。手術(shù)圖像135可以包括三維手術(shù)前的計算機斷層攝影(CT)圖像或者磁共振圖像(MRI)等，或者包括手術(shù)中的X射線圖像或超聲圖像。還預(yù)期其他的成像模態(tài)?？梢栽诏B加圖像107中采用手術(shù)圖像135以繪制出靶解剖結(jié)構(gòu)131的特征，否則在內(nèi)窺鏡圖像中將難以看見所述特征。
[0032]圖像引導模塊106優(yōu)選地通過控制支撐設(shè)備102的機器人系統(tǒng)108來提供對設(shè)備102 (例如，內(nèi)窺鏡)的基于圖像的控制?？梢允褂脠D像處理模塊148和規(guī)劃模塊104來生成疊加107。疊加107可以包括在合成圖像124上被可視化的當前的實況內(nèi)窺鏡圖像134。合成圖像124是由設(shè)備102采取的多個視場的圖像被縫合在一起的視圖。圖像引導模塊106提供對于進度的量化，所述對于進度的量化能夠?qū)⒈环蛛x的血管的長度與期望的長度進行比較，以確定什么時候已經(jīng)達到足夠的進度。
[0033]圖像引導模塊106沿著靶解剖結(jié)構(gòu)131的長度引導機器人系統(tǒng)108。在一個實施例中，使用在規(guī)劃階段期間分配的感興趣點來引導設(shè)備102。
[0034]工作站112包括用于查看對象(患者)或體積的內(nèi)部圖像的顯示器118，并且可以包括具有疊加的圖像或在從設(shè)備102收集的圖像上生成的其他繪制圖。顯示器118還可以允許用戶與工作站112及其部件和功能或系統(tǒng)100之內(nèi)的任何其他元件進行交互。這是由接口 120來進一步促進的，所述接口 120可以包括鍵盤、鼠標、操縱桿、觸覺設(shè)備或用于允許來自工作站112并且與工作站112進行交互的用戶反饋的任何其他外圍設(shè)備或控制設(shè)備。
[0035]參考圖2，根據(jù)本原理的用于執(zhí)行程序的方法包括兩部分。由規(guī)劃模塊104來執(zhí)行程序的第一部分，并且由圖像引導模塊106來執(zhí)行第二部分以促進血管分離。規(guī)劃模塊104執(zhí)行步驟202到步驟212。圖像引導模塊106執(zhí)行步驟214到步驟220。在程序期間，采用圖3中示出的手術(shù)中設(shè)置。在其他實施例中，可以由不同的模塊(104和/或106)來共享或執(zhí)行圖2中的任務(wù)中的一些或全部。
[0036]繼續(xù)參考圖2并且參考圖3，在由外科醫(yī)生握持并采用兩個儀器306和308來分離IMA 310的同時，由機器人系統(tǒng)304來握持內(nèi)窺鏡302。內(nèi)窺鏡302被通過創(chuàng)口(未示出)插入胸腔中，這允許在肋骨312之間進行接觸。這與助手握持內(nèi)窺鏡的常規(guī)設(shè)置不同。機器人系統(tǒng)304(內(nèi)窺鏡握持器)允許外科醫(yī)生基于提供的圖像來發(fā)布命令，從而通過可視化來進行完全控制。
[0037]在方框202中，針對靶區(qū)獲得手術(shù)前圖像和手術(shù)中圖像。手術(shù)前圖像可以包括提前采取的患者的體積圖像。這可以包括計算機斷層攝影(CT)成像、磁共振成像(MRI)或者任何其他成像模態(tài)。手術(shù)中圖像可以包括X射線成像、直接攝影(例如，通過內(nèi)窺鏡攝像機)等。在方框204中，內(nèi)窺鏡302被插入到胸部中。在方框206中，內(nèi)窺鏡被移動到位置中以提供有用的視場。在一個實施例中，使用被稱為視覺伺服的技術(shù)來操控內(nèi)窺鏡，所述技術(shù)包括在程序期間使內(nèi)窺鏡視圖在感興趣區(qū)上位于中心。可以采用其他的內(nèi)窺鏡移動技術(shù)。
[0038]在方框208中，收集靶血管的合成圖像。由于內(nèi)窺鏡的視場是有限的，因此可以收集沿著靶血管的圖像并且將沿著靶血管的圖像縫合在一起以形成整個靶區(qū)(例如，IMA)的合成圖像。圖4圖示性地描繪了為合成圖像拍攝圖像的內(nèi)窺鏡302的視場(FOV)錐402。
[0039]在方框210中，在合成圖像上選擇解剖結(jié)構(gòu)的感興趣點。這些點可以包括從IMA出現(xiàn)分支的區(qū)域，或健康組織的區(qū)域，或非健康組織、疤痕組織的區(qū)域等。感興趣點可以被用作用于在程序中在不同的時間處以機器人的方式聚焦或移動內(nèi)窺鏡的尋址位置。在方框212中，在手術(shù)前圖像或手術(shù)中圖像與從內(nèi)窺鏡匯集的合成圖像之間做出配準。
[0040]在方框214中，將內(nèi)窺鏡(或者至少是內(nèi)窺鏡的視場)移動到初始位置。該位置被選擇為初始掃描位置并且優(yōu)選地被設(shè)置在感興趣區(qū)域的末端處。在方框216中，內(nèi)窺鏡的當前視場被疊加在合成圖像的對應(yīng)部分上。在圖3中的框320中描繪了當前視場。合成圖像322被實況視圖圖像320疊加。在方框218中，實施示出隨著血管的部分被分離的進度長度對總長度的進度條。例如，隨著合成圖像被貫穿，被分離的總長度的部分被指示或計算為被隔離的分支的百分率或數(shù)目。在圖3中示出了總長度326，并且指示了進度長度324。在方框220中，進度繼續(xù)進行直到完成為止。
[0041]參考圖5-圖8,示出了 IMA的圖示性圖像以更加充分地描述本實施例。本范例是圖示性的，并且應(yīng)當理解，本原理可以應(yīng)用于任何外科手術(shù)程序或任何用于檢查或分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)/方法(例如在訓練系統(tǒng)中、用于古代的人造品、諸如發(fā)動機組的機械系統(tǒng)坐^
寸/ ο
[0042]參考圖5，圖示性地描繪了針對寬視場圖像的圖像縫合。在內(nèi)窺鏡處于適當?shù)奈恢貌⑶冶怀騆IMA血管的起始端定位的情況下，外科醫(yī)生能夠開始采集寬視場。為了這樣做，外科醫(yī)生或機器人使用未經(jīng)校準的機器人視覺伺服或其他技術(shù)來將內(nèi)窺鏡沿著LIMA的可見部分移動。以這種方式，外科醫(yī)生沿著LIMA選擇點，并且內(nèi)窺鏡相應(yīng)地移動。在儀器移動時，外科醫(yī)生還能夠?qū)⑼饪剖中g(shù)儀器用作引導，并且內(nèi)窺鏡然后能夠跟隨工具尖端。該步驟是類似于臨床實踐的，在該步驟中，由助手或外科醫(yī)生來移動內(nèi)窺鏡以觀察動脈的整個長度。
[0043]為了縫合通過移動內(nèi)窺鏡收集的圖像，可以修正用于執(zhí)行縫合圖像的已知方法。圖像可以采用匹配算法或其他圖像處理技術(shù)。一種修正涉及內(nèi)窺鏡類型。在該實施例中，內(nèi)窺鏡能夠是斜視并且前視的。第二種修正涉及內(nèi)窺鏡的運動。內(nèi)窺鏡的運動可以由圖像處理模塊148(圖1)來預(yù)先編程并且進行門控。在該實施例中，由外科醫(yī)生的命令來生成運動并且對運動進行門控。另一修正可以涉及對柔性內(nèi)窺鏡的使用。
[0044]盡管由用戶來定義運動，但是能夠通過基于交疊的量和交疊像素的RGB值中的殘差來優(yōu)化捕捉的圖像，從而執(zhí)行用于縫合的圖像驗證。圖像被對齊以形成合成圖像500。合成圖像500包括血管(例如，IMA)的整個長度?？梢愿鶕?jù)圖像(使用比例或參考)來計算血管的總長度，或者可以基于內(nèi)窺鏡或圖像中的其他工具行進的距離來計算血管的總長度。最終的結(jié)果是包括沿著IMA 502的長度的一系列圖像(視場圖像504)的合成圖像500，所述合成圖像500已經(jīng)根據(jù)由內(nèi)窺鏡在一時間段上采集的獨立圖像被縫合在一起。
[0045]參考圖6，示出了合成圖像500，其中，選定并且指示了感興趣點602。一旦已經(jīng)生成IMA 502的相關(guān)部分的合成圖像500，則能夠選擇合成圖像500上的若干解剖結(jié)構(gòu)的感興趣點602，以針對血管分離進行規(guī)劃。這些點602能夠被存儲(通過將所述點602疊加在圖像上)，并且然后在程序期間被涉及?；蛘?，隨著點602被選定，機器人內(nèi)窺鏡握持器將內(nèi)窺鏡移動到該位置，并且機器人的關(guān)節(jié)位置被存儲，因此所述關(guān)節(jié)位置能夠在圖像引導的分離程序期間被涉及。
[0046]在圖6的范例中，對解剖結(jié)構(gòu)的感興趣點602上的點的選擇包括:例如，被標記為“A”的分離的初始點、被標記為“B”的分離的末端點以及被標記為“C”的大分叉。
[0047]參考圖7，除了(或備選于)對合成圖像500上的點進行選擇，合成圖像500能夠用于將2D內(nèi)窺鏡圖像與手術(shù)前3D成像或手術(shù)中3D成像進行配準。來自3D手術(shù)前圖像的血管系統(tǒng)的疊加702被放置在合成圖像500上。與IMA 502的比較能夠指示在內(nèi)窺鏡圖像上不直接可見的分叉的位置，這是因為所述分叉的位置可能被定位在筋膜和其他組織下面。
[0048]參考圖8，圖像引導模塊106用于引導內(nèi)窺鏡。外科醫(yī)生將內(nèi)窺鏡移回到例如靠近主動脈的接近位置，并且開始執(zhí)行將動脈從周圍組織分離，以使動脈αΜΑ)與胸壁分開。外科醫(yī)生能夠通過使用視覺伺服和/或涉及先前選定的點602 (在規(guī)劃期間選定)來自動地將內(nèi)窺鏡定位在該位置處。隨著外科醫(yī)生沿著動脈進行進度，向外科醫(yī)生顯示在框802中被疊加的當前內(nèi)窺鏡視圖和先前計算的合成圖像500 二者(利用例如來自手術(shù)前圖像的任選地動脈疊加(702))。
[0049]“畫中畫”視圖允許外科醫(yī)生觀察比當前可獲得的寬得多的視場。另外，由于根據(jù)與配準信息組合的機器人編碼器已知內(nèi)窺鏡的運動，因此能夠檢索比例，從而示出已經(jīng)被分離的動脈的部分的長度?？梢允菙?shù)字或圖形的進度指示符804將動脈取下的量示出為期望長度或總長度的部分806。能夠在顯示器上的圖像中示出進度指示符804。在另一實施例中，可以示出進度條來代替百分率，使得在外科醫(yī)生越過IMA分支時實況視圖框802被疊加在合成圖像502上，所述IMA分支被指示為與期望長度或總長度相比被摘除的血管總長度的部分。規(guī)劃模塊(104，圖1)可以使用手術(shù)前圖像以允許對血管的總長度的估計，所述對血管的總長度的估計能夠用于在介入窺鏡期間生成進度條。
[0050]在解釋權(quán)利要求時，應(yīng)當理解:
[0051]a) “包括” 一詞不排除存在給定權(quán)利要求中列出的元件或動作之外的其他元件或動作；
[0052]b)元件前的“一”或“一個”一詞不排除存在多個這樣的元件；
[0053]c)在權(quán)利要求中的任何附圖標記不限制其范圍；
[0054]d)若干“器件”可以由相同的項目或硬件或?qū)嵤┙Y(jié)構(gòu)或功能的軟件來表示；以及
[0055]e)并不要求動作的具體順序，除非具體指示。
[0056]已經(jīng)描述了用于使用以機器人的方式操縱的內(nèi)窺鏡的增強的血管可視化的優(yōu)選實施例(其旨在圖示而非限制)，應(yīng)當注意，按照以上教導，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出修改和變型。因此，應(yīng)當理解，在本公開的具體實施例中可以做出改變，公開的所述改變在如權(quán)利要求書概括的在本文中公開的實施例的范圍之內(nèi)。因此，已經(jīng)描述了由專利法要求的詳情和特征，在權(quán)利要求書中闡述了由專利證書權(quán)利要求和期望保護的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)，包括: 用于內(nèi)部成像的窺鏡(102)，其具有小于要被成像的區(qū)域的視場； 規(guī)劃模塊(104)，其被配置為從所述窺鏡接收視頻，使得所述窺鏡的視場圖像被縫合在一起，以生成所述要被成像的區(qū)域的合成圖像；以及 圖像引導模塊(106)，其被配置為在程序期間沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)移動所述窺鏡，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述規(guī)劃模塊(104)被配置為選擇與所述靶解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的所述合成圖像中的感興趣點。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括被配置為引導所述窺鏡的機器人(108)，其中，所述圖像引導模塊(106)被配置為采用所述感興趣點以用于引導所述窺鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述規(guī)劃模塊(106)被配置為將手術(shù)圖像配準并疊加在所述合成圖像上，以提供所述靶解剖結(jié)構(gòu)的增強圖。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括進度指示符(804)，所述進度指示符與所述合成圖像一起顯示，以指示所述窺鏡相對于總尺寸的進度。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述靶解剖結(jié)構(gòu)包括要被分離的血管，并且所述進度指示符包括進度的百分率或者進度圖形中的至少一個，以指示相對于所述血管的總長度的被分離的部分。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述規(guī)劃模塊(104)采用所述血管的手術(shù)前圖像來估計所述總長度。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述靶解剖結(jié)構(gòu)包括在搭橋外科手術(shù)中使用的內(nèi)乳動脈(IMA)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述窺鏡(102)包括柔性內(nèi)窺鏡。
10.一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的系統(tǒng)，包括: 處理器(114);以及 被耦合到所述處理器的存儲器(116)，所述存儲器包括: 規(guī)劃模塊(104)，其被配置為將從窺鏡接收的靶解剖結(jié)構(gòu)的視場圖像縫合在一起，以形成所述靶解剖結(jié)構(gòu)的合成圖像；以及 圖像引導模塊(106)，其被配置為使用所述合成圖像來沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)移動所述窺鏡，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述規(guī)劃模塊(104)被配置為進行以下中的至少一項:(i)選擇與所述靶解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的所述合成圖像中的感興趣點，或者(ii)將手術(shù)圖像配準并疊加在所述合成圖像上以提供所述靶解剖結(jié)構(gòu)的增強圖。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括被配置為引導所述窺鏡的機器人(108)，其中，所述圖像引導模塊被配置為采用所述感興趣點以用于引導所述窺鏡。
13.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包括進度指示符(804)，所述進度指示符由所述圖像引導模塊生成并且與所述合成圖像一起顯示，以指示所述窺鏡相對于總尺寸的進度，其中，所述靶解剖結(jié)構(gòu)包括要被分離的血管，并且所述進度指示符包括進度的百分率或進度圖形中的一個，以指示相對于所述血管的總長度的被分離的部分，并且其中，所述規(guī)劃模塊(104)采用所述血管的手術(shù)前圖像來估計所述總長度。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述靶解剖結(jié)構(gòu)包括在搭橋外科手術(shù)中使用的內(nèi)乳動脈(IMA)。
15.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述窺鏡(102)包括柔性內(nèi)窺鏡。
16.一種用于將靶解剖結(jié)構(gòu)可視化的方法，包括: 使用窺鏡的視場來對靶解剖結(jié)構(gòu)的部分進行成像(204)； 使用所述部分來形成(208)所述靶解剖結(jié)構(gòu)的合成圖像； 選擇(210)所述合成圖像中的感興趣點；并且 從出發(fā)點沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)進行移動(214)，使得在所述窺鏡的所述視場中生成的圖像被顯示為疊加(216)在所述合成圖像的視域上的實況視頻。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下中的至少一項:(i)將手術(shù)圖像或手術(shù)前圖像配準并疊加在所述合成圖像上以提供所述靶解剖結(jié)構(gòu)的增強圖，或者(ii)根據(jù)所述合成圖像來測量(218)目標解剖結(jié)構(gòu)的長度。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括生成進度指示符(218)以指示所述窺鏡相對于總尺寸的進度，其中，所述靶解剖結(jié)構(gòu)包括要被分離的血管，并且生成(218)進度指示符包括指示進度的百分率或者進度圖形中的至少一個，以指示相對于所述血管的總長度的被分離的部分。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，使用窺鏡的視場來對靶解剖結(jié)構(gòu)的部分進行成像(204)包括使用用于引導的所述感興趣點來以機器人的方式移動所述窺鏡。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述靶解剖結(jié)構(gòu)包括內(nèi)乳動脈(IMA)，并且沿著所述靶解剖結(jié)構(gòu)進行移動(214)的步驟包括分離在搭橋外科手術(shù)中使用的所述IMA。
【文檔編號】A61B1/00GK104411226SQ201380033926
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】A·波波維奇, H·埃爾哈瓦林 申請人:皇家飛利浦有限公司