[發明專利]使用由真實圖像得到的虛擬平面來確定攝像機角度的系統和方法

在審

• 申請號: 201310092449.0
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103315696A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 阿希維尼·K·潘迪
• 申請（專利權）人: 柯惠LP公司
• 主分類號: A61B1/00
• 分類號: A61B1/00
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;張彬

相關申請的交叉引用

本申請要求提交于2012年3月21日、序列號為61/613,623的美國臨時專利申請的權益和優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本公開涉及內窺鏡圖像輸出系統。更具體地，本公開涉及用于將真實圖像與由真實圖像得到的虛擬圖像組合以用來為外科醫生提供改進的內窺鏡定向能力的系統和方法。

背景技術

內窺鏡檢查是指用于檢查或觀察內腔或中空構造的技術。內窺鏡檢查手術，也稱作微入路手術（minimal?access?surgery），因為明確的優點（如術后發病率降低、疼痛減輕以及住院期間縮短）而已經被廣泛地接受。然而，由于幾個原因（如較小的器械、較小的進入口的限制以及被手術的區域有限的可見度），內窺鏡檢查手術比“傳統的開放式手術”在技術上有更高的要求。內窺鏡檢查手術的學習曲線（learning?curve）要比十年前預期的長得多。

而且，內窺鏡檢查包括圖像引導的手術導航，圖像引導的手術導航是在借助如超聲波、磁共振以及各種放射照相技術的技術獲得的解剖成像信息的幫助下設計微創手術方案并向患者身體內的目標引導手術工具的過程。因為在微創操作期間外科醫生不能夠直接看見手術工具和皮下解剖構造，因此這樣的解剖成像信息是很有用的。對于早期的圖像引導手術技術，為了在手術區域內安全地引導工具，外科醫生要依靠他的能力將二維切片平面數據與患者的三維數據準確地關聯起來。使用該方法的主要缺陷是：當嘗試顯現內部解剖構造的準確的想象圖時，該方法要求外科醫生有抽象的想象力，并且在手術操作期間該方法并不會將手術器械的位置反饋給外科醫生。盡管如此，內窺鏡檢查與圖像引導手術的組合仍然是受關注的，因為該組合使內窺鏡的內部視圖與圖像引導手術系統的外部視角結合起來。

使用結合了觀察方向可變式內窺鏡檢查的圖像引導系統的價值可能要比使用標準的固定角度式內窺鏡檢查的價值大得多。首先，這種結合將允許真實圖像和虛擬圖像在更大的觀察范圍內相關聯，這意味著改進了手術方案的設計，改進了引導能力、并且全面改進了手術操作。其次，這種結合為觀察方向可變式內窺鏡提供了觀察導航的顯著改善。然而，由觀察方向可變式內窺鏡引起的問題是：因為在使用期間器械的末端被遮蔽，所以外科醫生很難估計出與軸的軸線有可變的關系的內窺鏡瞄準線的變化。在手術操作期間，當外科醫生試圖將解剖構造的先前知識與觀察過程相整合時獲得對內窺鏡正在“窺視”的位置的外部估算是重要的。

因此，應當變得明顯的是，存在對至少提供以下能力的方法的需要：改進的內窺鏡的定向能力、內窺鏡的位置和觀察方向的全局監控、以及改進的手術方案和操作設計。

發明內容

因此，提供了一種圖像輸出系統。所述圖像輸出系統包括：多個手術器械，其中，所述多個手術器械中的每個手術器械相對于患者身體的目標對象的位置關系和方位關系被確定。至少一個視頻圖像捕獲單元被安置在所述多個手術器械中的每個器械上并且被配置為選擇性地捕獲真實圖像。另外，提供了圖像生成器，其用于相對于所述患者身體的所述目標對象選擇性地限定、生成和分配與所述真實圖像相關聯的虛擬圖像，所述虛擬圖像是從所述多個手術器械中的每個手術器械獲得的。所述圖像輸出系統還包括：圖像處理器，其用于處理捕獲的真實圖像和生成的虛擬圖像；以及圖像輸出設備，其用于顯示所述捕獲的真實圖像和所述生成的虛擬圖像以多種配置的組合。

在另一些實施例中，所述真實圖像被疊加在所述虛擬圖像上。所述真實圖像是對應于關注區域的真實視圖的并且被實時捕獲的圖像。

所述多個器械是用于所述穿過患者身體進行導航而配備的內窺鏡。所述視頻圖像捕獲單元可以是攝像機。

在另一實施例中，所述捕獲的真實圖像和所述生成的虛擬圖像的組合用于連續地并且實時地記錄和更新虛擬圖像數據。

所述虛擬圖像是從平面型虛擬表面提取的并且是以對應于所述真實圖像的方式來排布的，使得所述平面型虛擬表面垂直于所述多個手術器械的至少一個視頻圖像捕獲單元的觀察方向。另外說明，虛擬觀察點是以對應于由安置在所述多個手術器械中的每個手術器械上的至少一個視頻圖像捕獲單元提供的真實觀察點的方式來排布的。

所述系統是使由安置在所述多個手術器械中的每個手術器械上的至少一個視頻圖像捕獲單元提供的真實視圖與所述患者身體的所述目標對象相關聯的固定參考系統。