[发明专利]配准过的表面下解剖部的可视化

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2010年9月10日提交的美国临时专利申请第61/381,749号的权益，其以此为了所有目的通过引用被并入，如同在本文中完全地提出的一样。

发明领域

本发明涉及用于表面下解剖部的可视化(visualization of subsurface anatomy)的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于使用两个不同的成像模态的表面下解剖部的可视化的系统和方法。

发明背景

在手术期间，重要的是，外科医生可以足够地可视化受试者(subject)的解剖部。目前的手术系统被限于受试者的解剖部的实时视觉成像。例如，在腹腔镜手术中，来自立体视频内窥镜的图像被提供给外科医生，使得关心的区域可以对外科医生可视化。然而，内窥镜图像不提供患者的表面下解剖部的任何可视化。

相似地，用于软组织手术的商业遥控机器人手术系统通常被限于视觉成像。用于微创手术的遥控机器人辅助已经在临床实践中被良好地建立。例如，超过1750种机器人手术系统以及多种其他的机器人摄像机操纵器例如AESOP^TM(Intuitive Surgical有限公司)和ENDOASSIST^TM(Prosurgics有限公司)处于临床使用中。在美国，机器人手术现在是用于正在进行的关键的前列腺切除术的主要的治疗方式。机器人手术还在心脏手术以及复杂的妇科和泌尿外科的手术的领域中广泛应用。机器人手术现在还正在用于肾癌的治疗的部分肾切除术。

因为关键的表面以及手术目标经常位于表面下，所以随着机器人手术获得流行多种可视化技术已经被研究。这包括神经、血管和肿瘤的可视化。超声已经在之前被用于在机器人手术中提供肿瘤的配准过的可视化，但是超声遭受噪音、差的灵敏度和专一性的损害，并且主要用于定位深藏于表面下方的大的肿瘤或把仪器引导至它们。超声还提供窄的视场并且需要接触操纵以获取任何图像。光学相干断层成像(OCT)也已经被用于成像解剖结构。然而，OCT是数据密集的，具有小的视场和近接触成像，需要大量的测试和计算，并且因此对于对大的视场进行成像是不合适的。

此外，当多重的成像模态被使用时，图像典型地作为画中画图像被显示。然而，难以把这样的信息与主要的内窥镜视图相关联，因为其可能不涉及视觉内窥镜图像中可见的表面。虽然画中画可视化(picture-in-picture visualization)提供相对于单独的视觉内窥镜视图的优点，但是对于人类来说仍然是困难的是解释以非常不同的和无关的视点存在的多重的信息源。

虽然用于神经、血管和肿瘤的可视化的工具和标记物已经获得有意义的研究，但是尿道的积分成像尚未得到足够的注意。在改进泌尿外科手术的形势的认知度上，输尿管的可动化(mobilization)是重要的。输尿管手术需要在肾盂输尿管交界处(UPJ)或输尿管膀胱连接部(UVJ)处的可动化和横断。输尿管的可动化提出许多独特的挑战，包括把输尿管从一个或多个向其供应血液的动脉断开连接，导致各种程度的局部缺血，导致在吻合部中的狭窄。目前的成像模态不提供任何用于在这样的过程期间有效地对表面下输尿管进行成像的手段。

据此，在本领域中，需要一种集成成像系统，用于泌尿系统的可视化的实时多模图像配准。此外，在本领域中，需要整合计算机视觉方法，以精确地分割和追踪解剖学信息，例如输尿管和肾收集系统。最后，在本领域中，需要表面图像和表面下图像之间的精确的配准，以创建增强手术认知度以使关键的输尿管任务更容易的融合的可视化。

概述

根据本发明的第一方面，用于被包含在可见表面下方的解剖结构的可视化的方法包括：使用第一摄像机获得关心的区域的第一图像；使用第一摄像机的第二通道或第二摄像机获得关心的区域的第二图像，第二摄像机和第一摄像机的第二通道能够在紫外光谱、可见光谱或红外光谱中对表面下方的解剖部进行成像，第一图像和第二图像含有被共享的解剖结构；进行在第一图像和第二图像之间的配准；以及生成配准过的可视化。