[发明专利]用于以增强和混合现实来估计用于视频辅助胸部手术的经放气肺形状的方法和系统

说明书

本教导涉及手术程序辅助。在一个示例中，基于在手术程序之前捕捉的肺的第一图像来获得肺内的第一空气体积。肺在第一图像上具有第一形状。基于在手术程序期间捕捉的肺的第二图像来确定从肺放出的第二空气体积。基于肺的第一形状和肺内的第一空气体积以及从肺放出的第二空气体积来估计肺的第二形状。基于肺的所估计第二形状来更新手术计划。

相关申请的交叉引用

本申请是2015年10月29日提交的美国专利申请14/926,480的部分继续申请，并且要求2014年10月30日提交的美国临时申请62/072,685以及2018年1月12日提交的美国临时申请62/616,909的优先权，上述各申请中的全部都通过引用以其整体结合于此。

背景技术

1.技术领域

本教导涉及手术程序辅助。更具体地，本教导涉及用于以增强和混合现实在视频辅助胸外科手术中估计经放气肺形状的方法、系统和编程。

2.背景技术

在微创胸外科手术中，利用计算机断层扫描(CT)图像对患者进行预扫描。然后基于CT图像执行手术计划。可从CT图像构建解剖结构的三维(3D)模型。此类模型可包括但不限于3D肺、3D气道、3D血管、肺叶裂和肿瘤的模型。可基于3D模型生成病变切除计划。典型的切除计划可包括：切口线在何处、肿瘤周围可置有多少安全余量、如何避开诸如肺裂之类的关键解剖结构。定量信息可包括但不限于：肿瘤到关键解剖体的距离、切除表面到关键解剖体的距离、切除表面上距离切口线的深度。由于其微创性质，视频辅助胸外科手术(VATS)已被广泛采用。在VATS期间，小型视频相机和手术器械被插入患者的胸腔。通过观看传送到显示监视器的图像，外科医生执行诸如病变切除之类的程序。然而，在手术时，肺部会塌陷。也就是说，部分空气被排出肺部。由于肺的形状变化，使用术前CT图像获得的手术前计划可能不再适用。例如，肿瘤与肺表面的距离不再与从手术前计划计算的距离相同。另一方面，在VATS程序期间执行另一CT扫描可能不切实际。因此，需要提供改进的解决方案来解决上述问题。同样，期望在手术室中提供覆盖到患者的塌陷肺的混合现实预览，以创建用于定位肿瘤的透视效果。

发明内容

本教导涉及手术程序辅助。更具体地，本教导涉及用于在视频辅助胸外科手术中估计经放气肺形状的方法、系统和编程。

在一个示例中，公开了一种用于手术程序辅助的在计算设备上实现的方法，计算设备具有至少一个处理器、存储、以及能够连接至网络的通信平台，该方法包括：基于在手术程序之前捕捉的肺的第一图像(例如，CT图像)来获得肺内的第一空气体积。肺在第一图像上具有第一形状。基于在手术程序期间捕捉的肺的第二图像(例如，来自腹腔镜的视频图像)确定从肺放出的第二空气体积。基于肺的第一形状和肺内的第一空气体积以及从肺放出的第二空气体积来估计肺的第二形状。基于肺的所估计第二形状来更新手术计划。

在不同的示例中，公开了一种用于手术程序辅助的系统。该系统包括总空气体积估计单元、流出空气体积估计单元、放气单元和术前计划变换单元。总空气体积估计单元被配置用于基于在手术程序之前捕捉的肺的第一图像(例如，CT图像)来获得肺内的第一空气体积。肺在第一图像上具有第一形状。流出空气体积估计单元被配置用于获得基于在手术程序期间捕捉的肺的第二图像(例如，视频图像)确定的从肺放出的第二空气体积。流出空气体积估计单元对从第一图像生成的3D模型使用模拟放气，并让神经网络学习外观与流出空气体积的对应关系。放气单元被配置用于基于肺的第一形状和肺内的第一空气体积以及从肺放出的第二空气体积来估计肺的第二形状。术前计划变换单元被配置用于基于肺的所估计第二形状来更新手术计划。经更新手术计划被加载到混合现实环境中并与患者配准(register)以供手术参考。

其他概念涉及用于在手术程序辅助上实施本教导的软件。根据这个概念的软件产品包括至少一个非瞬态机器可读介质和由该介质携带的信息。由介质携带的信息可以是可执行程序代码数据、与可执行程序代码相关联的参数、和/或与用户、请求、内容相关的信息、或与社交群组相关的信息等。