用于图像配准的系统和方法技术方案

用于图像配准的系统和方法。本发明专利技术提供了一种用于向外科医生提供增强现实的系统和方法，具有以下步骤：获取感兴趣的区域的至少一个术前医学扫描图像，在该感兴趣的区域中将执行手术，以及将基准设备非侵入性地或最小侵入性地引入到存在于患者的感兴趣的区域中的体腔中。基准设备将被引入到腔中，基准设备可以在医学扫描图像中被清楚地标识。基准设备适于通过使用红外光源或通过使用放置在基准设备中的荧光材料发射红外光，以被照明光或激发光激发。在获取至少一个成像光实况图像和一个红外实况图像之后，在实况图像内可清楚地检测到其中放置有基准设备的体腔的组织结构，并且可以可靠地将其与扫描图像配准和匹配，以向外科医生呈现重叠图像。医生呈现重叠图像。医生呈现重叠图像。

【技术实现步骤摘要】
用于图像配准的系统和方法
[0001]本专利技术涉及一种用于配准术前扫描期间和手术期间捕获的图像的系统和方法。
[0002]在手术期间将手术前拍摄的医学扫描图像与患者进行配准是已知的问题。EP 3 398 169 A1和WO 2017/114828 A1公开了使用解剖对象的术前和实况（live）轮廓特征来配准手术图像和获取设备，比如内窥镜。合适的处理器将实时轮廓特征与解剖对象的术前轮廓特征的数据库进行比较，以产生一组潜在的轮廓特征匹配，以用于选择最终的轮廓匹配。基于对应于所选择的最终轮廓特征匹配的取向，完成图像获取设备与手术部位的配准。
[0003]公开了一种增强现实系统，其包括用于外科医生的眼镜，该眼镜包括用于记录实时图像的相机。多个传感器适于确定眼镜在空间中的位置和取向。眼镜进一步适于为外科医生显示图像数据，该图像与外科医生通过眼镜看到的真实图像重叠。配准过程将图像数据与外科医生的视轴（view axis）配准，并使用点匹配、表面/对象匹配、解剖界标（landmark）的触诊以及单平面或多平面手术中成像的处理。配准的图像数据将被投影为可被增强现实系统的用户观察到。
[0004]和WO 2009/145532 A1公开了用在近红外光下可见的荧光聚合物涂膜涂覆医疗工具，诸如基准。
[0005]另外的现有技术可以在US 9,901,409 B2和US 2018/021102 A1中找到。
[0006]尽管上面讨论的几个现有技术文档考虑了真实实况图像和术前扫描图像的配准，并向外科医生呈现重叠图像，但仍需要更可靠地这样做，特别是在考虑身体部分的治疗时，由于时间或患者的位置或由于其他内部或外部影响，身体部分高度变形或可变。
[0007]本专利技术的增强现实系统适于提供至少一个术前医学扫描图像、用照明光获得的至少一个实况图像和用红外光获得的实况图像。照明光可以是可见光，从而使得能够由常规相机直接观察或由外科医生直接观察。然而，照明光可能至少部分地在可见光的范围之外。优选地，成像光在用于获取实况图像的相机的检测范围内。照明光实况图像和红外光实况图像可以在一个共同的实况图像中一起被捕获。因此两者都可以由两个单独的相机或者替代地由一个单个的相机获取。至少一个实况图像和/或至少一个照明光实况图像优选地是至少基本上实时（即，在限定的时间跨度内，诸如小于200 ms、小于150 ms、小于100 ms、小于50 ms或小于10 ms）获取、处理和/或显示的图像。替代地，可以通过图像的缓冲或中间存储以一定延迟（例如，大于500 ms、大于750 ms、大于1s、大于5s或大于10s）来显示图像。所获取的图像可以例如通过预处理（例如，增加图像的对比度、照明校正）、边缘滤波、分割和/或以伪彩色表示将信息可视化来处理。
[0008]该系统包括至少一个光源，以用于用成像光照亮手术部位。此外，光源可以适用于发射激发光。激发光可以在可见光的范围内，或者甚至可以是不可见光，比如紫外光或红外光。激发光可以例如包括大于500 nm或大于600 nm的波长，例如范围从600至800 nm、600至900 nm或650至1350 nm（即近红外（NIR）范围）。激发光例如也可以包括至少1400 nm、至少3000 nm、至少8000 nm或至少15000 nm的波长。
[0009]所述图像配准系统适于通过将术前医学扫描图像主要与红外光实况图像配准来将术前医学扫描图像和照明光实况图像进行配准。即使隐藏在生物组织层的后面，荧光基
准也将在红外光实况图像中被清楚地看到。如果荧光基准在可见光范围内，则荧光基准将在照明光实况图像中被看到。将其中没有基准的术前扫描图像与红外光实况图像配准依赖于感兴趣的区域的组织的结构，特别是比如输尿管的体腔的结构，以及放置在其中的基准设备。配准系统在医学扫描图像中检测那些组织结构，比如输尿管或其他管状结构、血管或中空器官。之后外科医生优选地以非侵入性的方式将基准设备放置在管状结构（输尿管）内。放置在基准设备中或放置在基准设备上的荧光材料的激发光和可见光和/或红外光两者都具有生物组织、并且特别是血液对于其透明的波长。荧光材料的可见光可以例如包括大于500 nm的波长。荧光材料的红外光可以例如包括大于600 nm的波长，例如范围从600至800 nm、600至900 nm或650至1350 nm（即近红外（NIR）范围）。红外光例如还可以包括至少1400 nm、至少3000 nm、至少8000 nm或至少15000 nm的波长。透明特别地意味着荧光材料的激发光和红外光在生物组织和/或血液中具有足够高的穿透深度和/或足够低的吸收。该光可以例如穿过生物组织和/或血液至少1 mm，特别是至少2 mm，更特别是至少5 mm，优选地是至少8 mm，更优选地是至少10 mm。因此该光容易穿过生物组织和/或血液。即使隐藏在生物组织层的后面或被血液或其他体液遮挡（obscure），荧光基准也将在红外光实况图像中被清楚地看到。虽然外科医生不能直接观察到基准，但是图像配准系统将使用基准设备的标记来配准所有三个图像（扫描图像、红外实况图像和照明光实况图像）。
[0010]此外，图像配准系统可以适于将术前医学扫描图像和已经以其他方式配准的照明光实况图像重新配准。术语重新配准表示这样的过程，在该过程期间，对术前医学扫描图像和照明光实况图像的现有配准进行校正，或者更精确地进行配准。这允许在手术区域中处理（take care）患者或组织的变形。那些变形可能是由于将患者置于与在其中拍摄医学扫描图像的位置不同的位置这而导致的。例如在腹腔镜检查期间，膨胀手术区域可能进一步导致变形。重新配准医学扫描图像和实况图像产生精确的配准，并因此产生更好的手术结果。虽然（例如基于手术计划）配准可以在手术之前完成，但是重新配准可以在手术期间完成。
[0011]医学扫描图像可以通过任何医学成像方法（如超声成像、计算机断层扫描、X射线成像、磁共振成像、正电子发射断层扫描以及许多其他方法）术前拍摄。
[0012]激发光可以是可见光的波长范围内或该范围外的光。光源可以适于发射两种类型的光。也可能的是使用两个不同的光源，一个用于发射照明光，并且另一个用于发射激发光。
[0013]实况成像设备可以是适于检测从组织反向散射的成像光和由基准设备发出并穿过组织发亮（shine）的可见光和/或红外光两者的相机。替代地，可以使用不同的成像设备，一个用于获取照明光实况图像，并且另一个用于获取红外光实况图像。两个成像设备可以是相机或具有恒定或可变孔径角的一个单个相机。（一个或多个）相机可以有具有恒定或可变焦距的物镜。在任何情况下，红外光图像和照明光图像将优选地以相同的比例（scale）获取。
[0014]基准设备可以具有两个或更多个具有发光元件的区域，发光元件优选地由荧光材料组成或包含荧光材料，优选地为近红外荧光材料。红外发射荧光材料可以以已知的模式（pattern）来布置并且位于彼此具有已知距离的点处。因此基准设备可以用作参考标准。
[0015]该系统可以包括用于确定基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强现实系统（14），包括：扫描装置（17），其适于获取至少一个医学扫描（19），感兴趣的区域（32）的至少一个术前医学扫描图像（21）可以从至少一个医学扫描（19）中获得，在该区域中将执行手术，基准设备（25），其适于被引入到存在于患者（15）的感兴趣的区域（32）中的体腔（42）中，该基准设备（25）适于发射红外光（IR）和/或可见光，光源（40），其适于用照明光（39）照亮其中将要执行手术的手术部位（41），实况成像设备（31），其适于获取至少一个照明光实况图像（38）和红外光实况图像（50），图像配准系统（51），其适于将至少一个术前医学扫描图像（21）和至少一个红外光实况图像（50）以及照明光实况图像（38）进行配准或重新配准，以及图像再现设备（22），其适于再现与医学扫描图像（21）配准的可见光图像（38）。2.根据权利要求1所述的增强现实系统，其中，基准设备（25）包括主体，所述主体包括具有红外、特别是近红外荧光材料的至少一个区域（43、44、35）。3.根据权利要求2所述的增强现实系统，其中，基准设备（25）至少两个区域具有彼此相距一定距离放置的红外、特别是近红外荧光材料。4.根据前述权利要求中的一项所述的增强现实系统，其中，基准设备（25）的主体是刚性或柔性的管或杆状元件。5.根据前述权利要求中的一项所述的增强现实系统，其中，所述图像配准系统（18）包括适于标识扫描图像中的解剖结构的轮廓检测器（51）。6.根据权利要求5所述的增强现实系统，其中，轮廓检测器适于检测适于容纳基准设备（25）的体腔（42）的轮廓。7.根据前述权利要求中的一项所述的增强现实系统，其中，成像光（39）是可见光。8.根据前述权利要求中的一项所述的增强现实系统，其中，光源（42、49）适于发射激发光（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：爱尔博卓见有限责任公司，
类型：发明
国别省市：