[发明专利]根据体积图像的交互式平面切片的内窥镜引导

说明书

一种采用内窥镜(20)和内窥镜引导控制器(30)的内窥镜成像系统(10)。在操作中，内窥镜(20)生成解剖区域内的解剖结构的内窥镜视频(23)。响应于内窥镜视频(23)与解剖区域的体积图像(44)之间的配准，内窥镜引导控制器(30)控制与包括体积图像(44)的一个或多交互式平面切片(32)的图形用户界面(31)的用户交互(50)，并且响应于与图形用户界面(31)的用户交互(50)，内窥镜引导控制器(30)控制内窥镜(20)相对于根据体积图像(44)的交互式平面切片(32)导出的解剖结构的定位。机器人内窥镜成像系统(11)在内窥镜成像系统(10)中并入机器人(23)，由此内窥镜引导控制器(30)控制通过机器人(23)进行内窥镜(20)相对于解剖结构的定位。

技术领域

本公开总体上涉及利用对包括(一个或多个)对象解剖结构的解剖区域的内窥镜成像的微创流程(例如，心脏手术、腹腔镜手术、自然腔道经腔手术、单一切口腹腔镜手术、肺部/支气管镜手术以及诊断干预)期间的内窥镜的引导。本公开具体地涉及基于与配准到解剖区域内的(一个或多个)解剖结构的内窥镜成像的解剖区域的体积图像的交互式平面切片的用户交互的内窥镜引导技术。

背景技术

微创手术使用通过小端口插入到患者身体中的细长仪器来执行。这些流程期间的主要可视化方法是内窥镜成像。在机器人引导的微创手术中，仪器中的一个或多个由机器人设备保持和控制，尤其是内窥镜。

为了辅助微创手术团队，在可见内窥镜视图与解剖区域的术前三维(“3D”)成像(例如，CT、X射线或MRI模态)之间完成图像配准。在术前3D成像与实况内窥镜视频馈送之间完成配准之后，术前成像坐标系与内窥镜成像坐标系之间的变换是已知的。

一旦找到配准，如本领域已知的，从解剖区域的术前3D图像分割的(一个或多个)解剖结构的(一个或多个)诊断相关特征的交叠被叠加到解剖区域的内窥镜视频上以提供对手术团队的视觉辅助。通常，为了能够进行该叠加，必须知晓相机校准矩阵，这需要校准流程，所述校准流程倾于错误并且在临床设置中不实用。如本领域中已知的，根据校准，手术团队将保持内窥镜的机器人系统朝向在内窥镜视频内的交叠的解剖结构上选择的位置引导，从而即使(一个或多个)相关的解剖特征被隐藏在内窥镜视频中，也允许团队引导内窥镜。如本领域所知，替代校准，机器人的移动可以使用针对机器人的远程运动中心的未校准的视觉伺服来引导。

对于校准或未校准的内窥镜，如本领域已知的，机器人系统可以根据术前3D成像直接被引导。例如，手术团队在解剖区域的术前3D图像上选择点，并且使用术前成像坐标系统与内窥镜成像坐标系统之间的配准，突出显示的点被转换成直播内窥镜视频上的相关联的点。然后，机器人系统朝向该点引导内窥镜，如本领域已知的。

在微创流程期间，存在可能在对内窥镜的上述已知引导的情况下产生的若干问题。

首先，从术前3D图像分割的解剖结构的(一个或多个)特征自身可能难以导航和取向以便选择解剖结构的期望查看位置(例如，来自心脏的术前3D图像的动脉树分段可能难以导航和取向以便选择心脏的期望的查看位置)。此外，如果(一个或多个)解剖特征的分割不充分，则解剖结构甚至更难以导航。

其次，与3D体积本身相反，手术团队可能更习惯于分析和导航术前3D图像的切片(例如，轴向、冠状和矢状图像切片)。

第三，分割的术前图像的典型3D可视化仅使手术团队能够看到分割的解剖结构上的表面特征，并且因此不允许手术团队基于术前3D图像内所图示的解剖结构的内部特征来对机器人系统进行导航。

发明内容

本公开提供了用于显示解剖区域的体积图像的交互式平面切片的发明，由此手术团队可以操纵交互式平面切片以在解剖区域(器官)内找到感兴趣的解剖结构内部或外部的感兴趣区，并且手动地或通过机器人引导内窥镜以指向该突出显示的感兴趣区。更具体地，本公开的发明可以有助于用户选择在实况内窥镜视频馈送中不可见和/或甚至在3D体数据中不可见的解剖结构的(一个或多个)感兴趣点，并且手动地或通过机器人将内窥镜朝向解剖区域内的该感兴趣点导航。