[发明专利]用于使用标准荧光镜的局部三维体积重构的系统和方法

说明书

本公开涉及用于使用标准荧光镜的局部三维体积重构的系统和方法。具体而言，一种用于从二维荧光图像构造基于荧光的三维体积数据的系统和方法，包括：被配置为有助于医疗设备到患者内的目标区域的导航的计算设备；以及被配置为绕相对于目标区域的多个角度获取目标区域的荧光视频的荧光成像设备。该计算设备被配置为确定针对荧光视频的每一帧的荧光成像设备的姿态以及使用快速迭代三维构造算法来构造目标区域的基于荧光的三维体积数据，在所述基于荧光的三维体积数据中，软组织对象是可视的。

本申请是申请日为2016年8月5日、申请号为201610635896.X，发明名称为“用于使用标准荧光镜的局部三维体积重构的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月6日提交的、序号为No.62/201,750的美国临时申请的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及用于外科手术程序的导航和位置确认的系统、装置和方法。更特别地，本公开涉及用于从使用荧光成像设备捕获的二维荧光图像构造基于荧光的三维体积的系统和方法。

背景技术

存在若干常用的用于治疗影响器官(包括肝脏、大脑、心脏、肺和肾脏)的各种疾病的方法。通常，一种或多种诸如磁共振成像、超声成像、计算机断层扫描(CT)之类的成像模态以及其他被临床医师利用以便识别患者内的关注区域和用于治疗的最终目标。

内窥镜方法已经被证实在到患者内的关注区域的导航中是有用的，并且针对到身体的内腔网络(诸如肺)内的区域的导航尤其是有用的。为了在肺中实现内窥镜方法并且尤其是支气管镜方法，已经开发了支气管内导航系统，该支气管内导航系统使用先前获取的MRI数据或CT图像数据来生成诸如肺之类的特定身体部分的三维渲染(rendering)或体积。特别地，先前获取的图像(从对患者的MRI扫描或CT扫描获取的)被用来生成患者的三维的或体积的渲染。

然后，从MRI扫描或CT扫描生成的所得的体积被用于创建导航计划以有助于导航导管(或其他适合的设备)通过支气管镜和患者的支气管的分支到关注区域的前进。电磁跟踪连同CT数据可以被利用以有助于对导航导管通过支气管的分支到关注区域的引导。在某些情况下，导航导管可以被置于分支的内腔网络的气道中的与关注区域相邻的或在关注区域内的一个气道内以便为一个或多个医疗器械提供入口(access)。

由此，为了生成导航计划或甚至为了生成患者的身体结构(诸如肺)的三维的或体积的渲染，临床医师被要求利用MRI系统或CT系统来获取三维体积的构造所必需的图像数据。MRI系统或基于CT的成像系统的成本是极高的，并且在许多情况下在与生成导航计划所在的位置或实行导航程序所在的位置相同的位置处不可用。

在导航程序期间，荧光成像设备通常位于手术室中。临床医师可以使用标准荧光成像设备以便在工具已经被导航到期望的位置之后显现和确认工具的放置。但是，虽然标准荧光图像显示出诸如金属工具和骨骼之类的高致密对象以及诸如心脏之类的大的软组织对象，但荧光图像在解析诸如损伤之类的小的软组织关注对象上存在困难。另外，荧光图像仅仅是二维投影。为了能够在三维空间中看到小的软组织对象，需要进行X射线体积重构。存在若干提供软组织的三维体积重构的解决方案，诸如在医疗领域广泛使用的CT和锥束CT。这些机器在算法上将从已知的、校准的X射线源位置的多个X射线投影组合成在其中软组织可视的三维体积。

为了将工具导航到远程的软组织目标以供活组织检查或治疗，在某种三维引导系统中工具和目标两者应该是可视的。这些系统中的大部分使用某种X射线设备来透视身体。例如，在手术期间，CT机器可以与迭代扫描一起使用以提供通过身体的引导直到工具到达目标。这是繁琐的程序，因为它要求若干次完全的CT扫描、专用的CT室以及扫描之间的盲目的导航。另外，每次扫描要求工作人员离开房间。另一种选择是锥束CT机器，它在一些手术室中是可用的，并且稍微更容易操作，但它较昂贵并且和CT一样在扫描之间仅仅提供盲目的导航，要求用于导航的多次迭代并且要求工作人员离开房间。