CN111163697A - 用于在荧光三维重构中识别和标记目标的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于促进识别和标记在所显示的患者身体区域的荧光三维重构(F3DR)中的目标的方法和系统。所述系统包括显示器和存储指令的存储设备，所述指令用于接收所述F3DR中的所述目标的初始选择，基于对所述目标的所述初始选择来精细化所述F3DR，在所述显示器上显示精细化的F3DR，以及经由用户选择来接收精细化的F3DR中的所述目标的最终选择。所述系统进一步包括被配置成执行所述指令的至少一个硬件处理器。所述方法和指令还可以包括：接收二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于所述目标的区域中；以及基于所述医疗设备的所述选择来初始地精细化所述F3DR。

Description

用于在荧光三维重构中识别和标记目标的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月10日提交的临时美国专利申请第62/570,431号，于2018年3月12日提交的临时美国专利申请第62/641,777号和于2018年2月8日提交的临时美国专利申请第62/628,017号的优先权，其中的每一者的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般涉及在荧光图像、3D荧光图像、荧光3D重建或其它数据集中识别和标记例如病变或小的软组织物体)的目标的领域，并且尤其涉及在体内导航的医疗程序中的此类目标识别和标记。此外，本公开涉及在医疗程序中计划、导航、识别、标记、染色、活检、切除、腹腔镜检查或治疗的系统、装置和方法。
背景技术
存在几种常用的医学方法，例如内窥镜检查程序或微创程序，用于治疗各种影响器官的疾病，所述器官包括肝、脑、心脏、肺、胆囊、肾和骨骼。通常，临床医生采用一种或多种成像模态，例如磁共振成像(MRI)、超声成像、计算机断层扫描(CT)、荧光检查以及其它成像模态，以识别和导航到患者内的感兴趣区域，并且最终到达目标进行治疗。在一些程序中，手术前扫描可以用于目标识别和手术中引导。然而，通常可能需要实时成像以获得目标区域的更准确和当前的图像。此外，可能需要显示医疗设备相对于目标以及其周围的当前位置的实时图像数据，以更安全和准确的方式将医疗设备导航至目标(例如对其它器官或组织没有不必要的损害或没有损害)。
例如，已经证明内窥镜检查方法可用于导航到患者体内的感兴趣区域，尤其是例如肺的身体的腔网络内的区域。为了启用内窥镜检查方法，尤其是在肺中的支气管镜检查方法，已经开发了支气管内导航系统，其使用先前获取的MRI数据或CT图像数据来生成特定身体部分(例如肺)的三维(3D)渲染、模型或体积。
然后，利用从MRI扫描或CT扫描生成的所得体积来创建导航计划，以便于导航导管(或其它合适的医疗设备)通过支气管镜和患者的支气管的分支前进到感兴趣区域。定位或跟踪系统，例如电磁(EM)跟踪系统，可以与例如CT数据结合使用，以便于引导导航导管通过支气管的分支到达感兴趣区域。在某些情况下，导航导管可以定位在感兴趣区域的分支腔网络的气道中的一个内、邻近或在感兴趣区域内，以为一个或多个医疗仪器提供通路。
然而，从先前获取例如CT扫描的扫描生成的患者肺的3D体积可能无法提供足以在导航程序期间将医疗仪器准确引导至目标的基础。在某些情况下，不准确性是由于在获取先前获取的CT数据时，在程序期间患者的肺相对于肺的变形引起的。这种变形(CT到身体的散度)可能由许多不同的因素引起，所述因素包括例如镇静与不镇静、支气管镜改变患者姿势以及还推动组织、不同的肺容积，因为CT在吸入期间而导航在呼吸期间，不同的床，不同的天等。
因此，需要另一种成像模态实时可视化此类目标并且通过在程序期间校正导航来增强体内导航程序。此外，为了准确和安全地将医疗设备导航到远程目标，例如，用于活检或治疗，医疗设备和目标都应该在某些种类的3D引导系统中可见。
在导航程序中，荧光成像设备通常位于手术室中。临床医生可以使用标准的荧光成像设备，例如，以在医疗设备已经被导航到期望位置之后可视化并且确认其布置。然而，尽管标准的荧光图像显示例如金属工具和骨骼的高密度物体以及例如心脏的大的软组织物体，但是荧光图像可能难以分辨例如病变的感兴趣的小的软组织物体。此外，荧光镜图像仅仅是二维投影。因此，X射线体积重建可以实现此类软组织物体的识别和到目标的导航。
存在提供3D体积重建的几种解决方案，例如在医学界中广泛使用的CT和锥形束CT。这些机器在算法上将来自已知的、经校准的X射线源位置的多个X射线投影组合到3D体积中，其中尤其是软组织更可见。例如，CT机可以在程序期间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。这是一个繁琐的过程，因为它需要几次完整的CT扫描、专用的CT室和在扫描之间的盲目导航。另外，每次扫描需要工作人员由于高水平的电离辐射而离开房间，并且将患者暴露于此类辐射。另一个选择是锥束CT机，其在一些手术室中可用并且更容易操作，但是昂贵，并且像CT仅仅在扫描之间提供盲目导航，需要多次迭代导航并且需要工作人员离开房间。另外，基于CT的成像系统非常昂贵，并且在许多情况下在与执行手术的位置相同的位置时不可用。
一种成像技术，所述成像技术使用标准荧光镜设备来重建局部3D体积，以便可视化并且促进导航到体内目标，尤其是小的软组织物体，在授予Weingarten等人的美国专利公开第2017/035379号，标题为使用标准荧光镜进行三维体积重建的系统和方法；授予Barak等人的美国专利公开第2017/035380号，标题为利用基于荧光的局部三维体积重建在目标上进行导航并且执行程序的系统和方法；以及授予Weingarten等人的美国专利公开第2018/0160991号，标题为使用标准荧光镜进行三维体积重建的系统和方法中所描述，其中的每一个的全部内容通过引用并入本文。
通常，根据在上述专利公开中公开的系统和方法，在医疗程序期间，标准荧光镜c型臂可以围绕患者旋转例如大约30度，并且通过专门的软件算法生成感兴趣区域的荧光3D重建(F3DR)。
此类对感兴趣区域的3D重建的快速生成可以提供目标区域的实时3D成像。定位于其区域中的目标和医疗设备的实时成像可以有益于许多介入程序，例如各种器官中的活检和消融程序、血管介入和整形外科手术。例如，当关于导航支气管镜检查时，目的可以是接收有关活检导管相对于目标病变的位置的准确信息。
作为另一个实例，微创手术，例如腹腔镜手术，包括机器人辅助手术，可以采用术中荧光镜检查来增加可视化，例如用于引导和病变定位，并且防止不必要的损伤和并发症。采用上述系统和方法用于目标区域的荧光3D成像的实时重建和基于所述重构的导航也可以有益于此类程序。
而且，准确地在F3DR的识别和标记目标可能不是容易的任务，尤其是当目标是小的软组织时。因此，需要在荧光图像数据中，尤其是在F3DR中促进识别和标记目标的系统和方法，从而促进到目标的导航和相关医疗程序的产量。
发明内容
本公开针对用于显示F3DR并且便于用户在F3DR中识别和标记目标的系统、方法和计算机程序产品。特别是对于未经训练的用户而言，在F3DR中并且特别是实时地标记目标可能不是直接的或简单的任务。此外，期望以两个捕获或视角接收目标的选择，而它们中的至少一个将不同于AP(前后)，因为在AP位置的选择通常更容易。以两个此类角度标记目标提高了目标定位的准确性。因此，在两个阶段处执行目标的标记，特别是当第一阶段包括在AP位置中标记时，便于用户对目标的识别，并且提供目标定位的更好的准确性，成像模态之间的更好的配准以及由此在治疗中的更好的结果。
根据本公开，提供了一种用于促进识别和标记所显示的患者身体区域的荧光三维重构(F3DR)中的目标的系统。所述系统包括显示器和一个或多个存储设备，所述一个或多个存储设备在其上存储了指令以用于接收F3DR中的目标的初始选择；基于目标的初始选择来精细化F3DR；在显示器上显示精细化的F3DR；以及经由用户接收精细化的F3DR中的目标的最终选择。所述系统进一步包括被配置成执行所述指令的至少一个硬件处理器。
在一个方面中，所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步的指令以用于：接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中医疗设备位于目标的区域中；以及在基于目标的初始选择精细化F3DR之前，基于医疗设备的选择来初始地精细化F3DR。医疗设备的此类选择可以在选择或标记目标之前执行。另外，所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步的指令以用于在显示器上显示初始地精细化F3DR，并且其中经由用户选择来接收对目标的初始选择。二维荧光图像可以在显示器上显示，并且可以经由用户选择来接收二维荧光图像中的医疗设备的选择。
在一个方面中，所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步的指令以用于接收患者的身体区域的CT扫描，其中所述CT扫描包括目标的标记；基于所述CT扫描生成至少一个虚拟荧光图像，其中所述虚拟荧光图像包括目标和目标的标记；以及显示所述虚拟荧光图像。显示精细化F3DR可以包括显示精细化F3DR的不同切片，并且可以根据用户提供的命令，例如用户选择。另外地或替代地，显示精细化F3DR包括以不同的捕获角度显示精细化F3DR，并且可以根据用户提供的命令，例如用户选择。
接收精细化的F3DR中的目标的最终选择可以包括指导用户在以两个不同角度捕获的精细化的F3DR的两个荧光切片图像中识别和标记目标。另外地或替代地，接收精细化的F3DR中的目标的最终选择可以包括指示应该在其中标记目标的捕获角度的适当范围。在一个方面中，所述目标是软组织目标。
在一个方面中，所述系统进一步包括荧光成像设备，并且所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步的指令，所述指令用于当医疗设备被定位在目标区域中时，在相对于身体区域的多个角度附近获取身体区域的荧光图像序列；基于荧光图像序列生成身体区域的F3DR；以及基于医疗设备的选择和目标的初始选择或目标的最终选择中的至少一者来确定医疗设备相对于目标的偏移。目标区域可以包括肺的至少一部分，并且医疗设备可以被配置成通过肺腔网络导航到目标区域。
在一个方面中，所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步的指令，所述指令用于接收患者的身体区域的三维成像，其中所述三维成像包括目标的标记，以及显示三维成像。三维成像可以是CT或MRI扫描。
在一个方面中，所述系统在医疗程序期间使用，并且三维成像是在医疗程序的计划阶段中使用的手术前成像。
在本公开的另一个方面，提供了促进识别和标记所显示的患者身体区域的F3DR中的目标的方法。所述方法包括使用至少一个硬件处理器，其用于接收对F3DR中的目标的初始选择；基于目标的初始选择来精细化F3DR；在显示器上显示精细化的F3DR；以及经由用户接收对精细化的F3DR中的目标的最终选择。
在一个方面中，所述方法包括将所述至少一个硬件处理器用于：接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于目标的区域中；以及基于医疗设备的选择来初始地精细化F3DR。另外地或替代地，所述方法进一步包括至少一个硬件处理器，其用于在显示器上显示初始地精细化F3DR，其中经由用户选择接收目标的初始选择。在一个方面中，所述方法进一步包括使用所述至少一个硬件处理器，其用于在显示器上显示二维荧光图像，其中经由用户选择来接收二维荧光图像中的医疗设备的选择。
在一个方面中，所述方法包括使用至少一个硬件处理器，其用于接收患者身体区域的CT扫描，其中CT扫描包括目标的标记；基于CT扫描生成至少一个虚拟荧光图像，其中虚拟荧光图像包括目标和目标的标记；以及在显示器上显示虚拟荧光图像。可以根据用户的请求执行虚拟荧光图像的显示。精细化F3DR的显示可以包括显示精细F3DR的不同切片，并且可以根据用户提供的命令，例如用户选择。另外地或替代地，精细化F3DR的显示包括以不同的捕获角度显示精细化F3DR，并且可以根据用户提供的命令，例如用户选择。
在一个方面中，接收精细化的F3DR中的目标的最终选择包括指导用户在以两个不同角度捕获的精细化的F3DR的两个荧光切片图像中识别和标记目标。另外地或替代地，接收精细化的F3DR中的目标的最终选择包括指示应该在其中标记目标的捕获角度的适当范围。
在一个方面中，所述方法进一步包括使用至少一个硬件处理器，其用于经由荧光成像设备并且相对于身体区域以多个角度获取身体区域的荧光图像的序列，基于荧光图像的序列生成身体区域的F3DR，以及基于目标和医疗设备的选择来确定医疗设备相对于目标的偏移，从而促进在使用实时二维荧光图像的医疗程序期间导航到患者的身体区域内的目标区域。另外地或替代地，所述方法包括使用至少一个硬件处理器，其用于接收患者的身体区域的三维成像，其中所述三维成像包括目标的标记，以及显示三维成像。
所述方法可以在医疗程序期间使用，并且三维成像是在医疗程序的计划阶段中使用的手术前成像。
在本公开的又一个方面中，编码有程序的非暂时性计算机可读存储介质，当所述程序由处理器执行时，执行用于促进识别和标记患者身体区域的F3DR中的目标的方法。所述方法包括接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于目标的区域中，基于医疗设备的选择来初始地精细化F3DR，在显示器上显示初始地精细化F3DR，经由用户选择接收对初始地精细化的F3DR中的目标的初始选择，基于目标的初始选择进一步精细化F3DR，在显示器上显示进一步精细化的F3DR，以及经由用户选择接收进一步精细化的F3DR中的目标的最终选择，从而促进在F3DR中识别和标记目标。
附图说明
以下参考附图描述本公开的各个方面和实施例，其中：
图1是根据本发明的用于显示F3DR以及用于在F3DR中识别和标记目标的方法的流程图；
图2是被配置成与图1的方法一起使用的系统的示意图；
图3A是展示根据本公开的F3DR的显示的示范性屏幕截图；
图3B是展示图3A的F3DR中的目标的初始选择的示范性屏幕截图；
图3C是展示根据本公开的展示目标的先前选择(例如，在规划阶段中执行的目标的先前选择)的虚拟荧光图像的显示的示范性屏幕截图；
图3D是展示根据本公开的精细化F3DR的显示的示范性屏幕截图；
图3E是根据本公开的在以第一捕获角度捕获的同时在精细化的F3DR的切片图像中的目标的最终选择的示范性屏幕截图；
图3F是根据本公开的在以第一捕获角度和第二捕获角度捕获的同时在精细化的F3DR的切片图像中的目标的最终选择的示范性屏幕截图；
图4A是展示根据本公开的对两个二维荧光图像中的医疗设备的选择的示范性屏幕截图；
图4B是展示根据本公开的初始地精细化F3DR中的目标的第一选择的示范性屏幕截图；
图4C是展示根据本公开的初始地精细化F3DR和CT扫描的切片图像的显示的示范性屏幕截图；
图4D是展示根据本公开的虚拟荧光图像和CT扫描的切片图像的显示的示范性屏幕截图；
图4E是展示根据本公开的精细化F3DR的显示的示范性屏幕截图；以及
图4F是展示根据本公开的用于确认目标的选择的F3DR的片段的示范性屏幕截图。
具体实施方式
在本文中所指的术语“目标”可以涉及任何元素、生物的或人造的或涉及患者身体的感兴趣的区域，例如组织(包括软组织和骨组织)、器官、植入物或基准标记。
在本文中所指的术语“目标区域”可以涉及目标及其周围区域的至少一部分。当术语“身体区域”是指目标位于身体区域中时，术语“目标区域”和术语“身体区域”可以互换使用。替代地或另外地，术语“目标区域”还可以指目标所位于的身体区域中一部分，全部根据上下文。
术语和“和”、“或”和“和/或”可以互换使用，而每个术语可以结合其它术语，全部根据术语的上下文。
在本文中所指的术语“医疗设备”可以包括但不限于光学系统、超声探针、标记物放置工具、活检工具、消融工具(即，微波消融设备)、激光探针、低温探针、传感器探针和抽吸针。
术语“荧光图像(fluoroscopic image)”、“荧光图像(fluoroscopic images)”、“荧光图像(fluoroscopy image)”和“荧光图像(fluoroscopy images)”可以指2D荧光图像和/或荧光3D重建图像的切片图像，全部根据术语的上下文。
术语“虚拟荧光图像(virtual fluoroscopic image)”、“虚拟荧光图像(virtualfluoroscopic images)”、“虚拟荧光图像(virtual fluoroscopy image)”和“虚拟荧光图像(virtual fluoroscopy images)”可以指虚拟2D荧光图像和/或虚拟荧光3D重建的虚拟荧光切片图像或其它3D图像数据，全部根据术语的上下文。
本公开针对用于显示F3DR并且促进用户在F3DR中识别和标记目标的系统、方法和计算机程序产品。特别是对于未经训练的用户而言，在F3DR中并且特别是实时地标记目标可能不是直接的或简单的任务。此外，期望以多个捕获或视角角度(例如，两个或三个捕获角度)接收目标的选择，而它们中的至少一者将不同于AP(前后)，因为AP位置的选择通常更容易。以两个此类角度标记目标提高了目标定位的准确性。因此，在两个阶段处执行目标的标记，特别是当第一阶段包括在AP位置中标记时，促进用户目标的识别，并且提供目标定位的更好的准确性，成像模态之间的更好的配准以及由此在治疗中的更好的结果。
另外，使用初始目标选择(例如在第一阶段处)来精细化F3DR进一步促进最终选择(例如在两个不同的角度处)并且提高其准确性。任选地，通过使用位于在目标区域中的医疗设备的选择或标记来执行F3DR的两个阶段精细化以初始地精细化F3DR，可以进一步增强所述程序。
现在参考图1，图1是根据本公开的用于显示患者的身体区域的F3DR以及用于在F3DR中识别和标记目标的方法的流程图。在一些实施例中，所述目标可以是软组织目标，例如病变，并且身体区域可以包括肺的至少一部分。所述方法可以在步骤100处或步骤120处开始。为此，步骤100和步骤110是任选步骤。在步骤100中，接收一个或多个荧光图像中或F3DR中的医疗设备的选择。此类选择可以从单个捕获角度或从多个捕获角度做出。另外，在步骤100中的医疗设备的选择可以由系统经由专用算法自动进行，或可以由用户的选择进行。在一个方面中，在2D荧光图像中，尤其是在至少两个图像中执行医疗设备的选择。在一个方面中，医疗设备在F3DR生成之前被标记或选择，并且所述标记可以用于F3DR的生成/重建。
在步骤110中，基于在步骤100中接收到的医疗设备的选择来初始地精细化F3DR。在步骤100中的F3DR的初始地精细化可以包括确定切片滚动的范围。在此方面中，所述范围被确定为使得只有包括对医疗设备的选择的F3DR的一部分被显示并且可以被滚动。因此，在此方面，向用户显示较少的切片。以此方式进行精细化的一个好处是处理(例如精细化)较少的切片，由此减少了计算资源的使用并加速了精细化过程。另外地或替代地，可以通过减小切片的厚度来初始地精细化F3DR，从而实现更好的显示分辨率。以此方式精细化的一个好处是可以向用户呈现锐化的切片，从而提供目标区域和位于其中的物体(例如医疗设备、目标等)的更好的可视化。
在一个方面中，预先确定切片的厚度。尽管使切片变薄提供了更好的分辨率，但是变薄可能会造成损失。也就是说，当切片变薄时，体积显得更加模糊，因此用户变得更加难以识别目标。因此，在初始地精细化(步骤110)处，考虑到上述情况，使用提供最佳结果的预定厚度。在第二阶段处，如下所描述(在步骤130中)，减小滚动范围，切片的厚度再次减小到预定厚度，或减小滚动范围并且减小切片的厚度。
在步骤120中，接收F3DR中的目标的初始选择。如上所描述，在各方面中，此方法开始于步骤120处，并且在F3DR中进行目标的初始选择。替代地，当所述方法开始于步骤100处时，在步骤120中的目标的初始选择是在初始地精细化F3DR中进行的(如在步骤110中初始地精细化)。目标的初始选择可以是经由专用算法自动的或可以通过用户的选择来执行，例如通过识别和标记所显示的F3DR中的目标。
现在简要地参考作为用户界面的屏幕截图的图3A至图3B，其促进在F3DR中选择目标。图3A是展示根据本公开的F3DR和滚动条302的显示的示范性屏幕截图300a。图3B是展示图3A的F3DR中的目标“T”的初始选择的示范性屏幕截图300b。在此实例中，F3DR展示在AP位置(前后)，并且包括切片图像305，用户可以使用滚动条302来进行滚动。切片图像305的厚度可以预先确定(例如像素数量)。在一个方面中，切片图像305是F3DR的切片。然后，用户可以在切片图像305中的一个中识别目标T，并且例如通过使用圆形标记对其进行标记。为了进一步方便，被标记的目标T的额外图像307可以被显示在例如与F3DR相邻的窗口中。额外图像307可以是任何图像，其包括但不限于放大图像、剪切图像、拉伸图像或其任何组合。目的是在显示最佳或足够好的可见度的切片图像305中标记目标T。为了帮助此方面，所述方法包括如下文进一步详细描述的精细化图像的步骤。
在步骤130中，基于目标的初始选择来精细化F3DR(或在步骤110中初始地精细化的初始地精细化F3DR)。可以通过确定切片滚动的范围来精细化F3DR。所述范围被确定为使得只有包括被标记目标的F3DR的一部分被显示并且可以被滚动。因此，在此方面，向用户显示较少的切片。以此方式进行精细化的一个好处是处理(例如精细化)较少的切片，由此减少了计算资源的使用并加速了精细化过程。额外地或替代地，可以通过减小切片的厚度来精细化F3DR，从而实现更好的显示分辨率。以此方式精细化的一个好处是可以向用户呈现锐化的切片，从而提供目标区域和位于其中的物体(例如医疗设备、目标等)的更好的可视化。如上所描述，在第二阶段(在步骤130中)处，减小滚动范围，减小切片厚度，再次达到预定厚度，或减小滚动范围，减小切片厚度。
在步骤140中，在显示器上显示精细化F3DR。在一些实施例中，精细化F3DR的显示可以包括显示精细化F3DR的不同切片，并且可以根据用户提供的命令来显示，例如通过图3A和图3B中所展示的切片滚动条。在一些实施例中，精细化F3DR的显示可以包括以不同的捕获角度并且根据用户提供的命令来显示精细化F3DR。
现在参考图3D，其是展示根据本公开的精细化F3DR 370的显示的示范性屏幕截图300d。屏幕截图300d的显示包括精细化F3DR 370，切片滚动条302和捕捉角度滚动条303，其允许用户控制显示精细化F3DR 370的角度。“捕捉角度”指的是捕获或观察F3DR或精细化F3DR 370的角度。
在步骤150中，经由用户接收精细化的F3DR中的目标T的最终选择。在一些实施例中，接收目标的最终选择可以包括引导用户识别和标记目标或在单个荧光(或F3DR)切片图像中选择目标。在一些实施例中，目标的最终选择的接收可以包括指导用户在以两个不同角度捕获的精细化的F3DR的两个荧光切片图像中识别和标记目标或选择目标。在以不同角度捕获的两个或多个切片图像中识别和标记目标或选择目标，与一个相反，可以增强目标的定位以实现更好的准确度，例如通过使用三角测量。因此，目标可以位于切片图像(其具有一定厚度)内。在一些实施例中，在步骤150中接收精细化的F3DR中的目标的最终选择还可以进一步包括指示应该在其中标记目标的捕获角度的适当范围。在一些实施例中，切片的选择可以限于此类适当的捕获角度范围。可以确定两个捕获角度的适当范围，以在两个角度之间提供足够的距离，从而在F3DR内的目标定位中实现足够好的准确度。
在步骤140中显示精细化的F3DR，例如围绕初始地识别的目标的F3DR的一部分，可以促进目标的选择(例如在步骤150中)。具体地，其可以促进在以不同角度捕获的两个切片中选择目标。在两个此类切片中选择目标可能是更耗时的，并且可能比例如在F3DR定位于AP中时选择目标更困难。
现在参考图3E和图3F。图3E是根据本公开的在以第一捕获角度捕获的同时，在精细化的F3DR的切片图像321中目标T的最终选择的示范性屏幕截图300e。图3F是根据本公开的在以第一捕获角度和第二捕获角度捕获的同时，在精细化的F3DR 370的切片图像321中的目标T的最终选择的示范性屏幕截图300f。根据图3E和图3F中所展示的示范性用户界面，用户可以在捕获角度滚动条303的限定区域中标记仅在切片321中展示的目标T。当用户标记目标T时，对于第一捕获角度和第二捕获角度中的每一者，所标记的目标的特写图像被显示在窗口中。如图3F的示范性屏幕截图300f所展示，第一窗口323显示目标T处于第一捕获角度，并且第二窗口325显示目标T处于第二捕获角度。
如上参考步骤100和步骤110所描述，在一些实施例中，可以接收两个二维(2D)荧光图像中的对医疗设备的选择，其中医疗设备位于目标的区域中。然后可以基于对医疗设备的选择来初始地精细化F3DR。2D荧光图像可能经由它们的捕获角度与F3DR有关。然后，目标的初始选择可以在初始地精细化F3DR中执行，从而促进目标的初始选择。在一些实施例中，可以在显示器上显示二维荧光图像，并且可以经由自动检测算法或经由用户的选择来接收对医疗设备的选择。在一些实施例中，可以在显示器上显示初始地精细化F3DR，并且可以经由用户的选择来接收对目标的初始选择。
现在参考图4A至图4F，其是促进选择F3DR中的目标的另一个用户界面的屏幕截图。图4A是展示根据本公开的对两个二维荧光图像中的导管“C”的选择的示范性屏幕截图400a，即第一二维荧光图像401和第二二维荧光图像402。图4B是展示根据本公开的初始地精细化F3DR 470中的目标T的第一选择的示范性屏幕截图400b。
在一些实施例中，可以接收包括目标的标记的患者身体区域的CT扫描。可以基于CT扫描生成包括目标和目标的标记的至少一个虚拟荧光图像，例如虚拟荧光图像350(图3C)或虚拟荧光图像450(图4D)。然后，虚拟荧光图像可以被显示在显示器上，并且当在F3DR中选择目标时(例如当执行目标的初始和/或最终选择时)，可以被用户用作参考。在一些实施例中，可以根据用户的请求显示虚拟荧光图像。在一些实施例中，可以同时显示虚拟荧光图像和F3DR。在其它实施例中，可以替代地显示虚拟荧光图像和F3DR。关于虚拟荧光图像的显示、生成和使用的进一步细节在授予Weingarten等人美国专利申请第16/022,222号，标题为使用实时二维荧光数据识别、标记和导航目标的系统和方法中有所描述，其全部内容通过引用并入本文。
现在参考图3C，图3C是展示根据本公开的虚拟荧光图像350的显示的示范性屏幕截图300c。根据图3A至图3F所展示的实例，根据用户的请求或命令，例如通过按下“计划的目标”按钮来显示虚拟荧光图像350，并且可以在目标选择的任何阶段显示。在此实例中，显示了虚拟荧光图像350而不是F3DR，但是可以理解，虚拟荧光图像350可以与所显示的F3DR一起显示(例如相邻)。
在一些实施例中，所述方法可以进一步包括经由荧光成像设备并且在相对于身体区域的多个角度来获取身体区域的荧光荧光图像序列。然后，可以基于荧光图像的序列来生成F3DR。可以基于目标和医疗设备的选择来确定医疗设备相对于目标的偏移。基于实时捕获的二维荧光图像的此类偏移确定可以用于促进在医疗程序期间到目标区域的导航。实时目标医疗设备偏移可以用于，例如但不限于，校正导航(例如导管的显示或计算的位置)和生成局部F3DR-CT扫描配准。在一些实施例中，目标区域可以包括肺的至少一部分，并且医疗设备被配置成通过气道腔网络导航到目标区域。此类F3DR的生成和关于偏转的使用在，在授予Weingarten等人的美国专利公开第2017/035379号，标题为使用标准荧光镜进行局部三位体积重建的系统和方法；授予Barak等人的美国专利公开第2017/035380号，标题为利用基于荧光的局部三维体积重建在目标上进行导航并且执行程序的系统和方法；以及授予Barak等人的临时美国专利申请第62/628,017号，标题为用于相对于目标确定成像设备的姿态估计并且确定医疗设备的位置的系统和方法中所描述，其中的每一者的全部内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，所述方法可以进一步包括接收患者的身体区域的三维(3D)成像，其包括目标的标记。例如，所述3D成像可以是CT扫描或MRI扫描数据集。然后，所述3D成像可以被显示。当执行目标的初始和/或最终选择时，用户可以使用3D成像作为参考。利用目标的3D视图来识别另一个3D视图(例如F3DR)中的目标，可能是有利的。3D成像可以根据用户的请求或命令被显示。3D成像和F3DR和/或虚拟荧光图像可以同时地和/或替代地被显示。在一些实施例中，当在医疗程序期间使用所公开的方法时(例如经由实时荧光3D图像识别目标)，可以在过程的计划阶段中使用手术前3D成像数据集。在实时三维体积中执行目标的识别和标记(例如选择)、重建或渲染中，使用例如用于识别目标并且计划对目标的导航的图像可能是非常有利的。
现在参考图4C至图4E。图4C是展示根据本公开的初始地精细化F3DR 470和CT扫描的切片图像460的显示的示范性屏幕截图400c。在此特定实例中，可以根据用户的命令显示CT扫描的切片图像460。通过显示CT的三个视图(例如轴向、冠状和矢状)来显示CT扫描，这可以为用户提供创建目标区域的3D特定图像的选项，所述特定图像可以帮助识别实时F3DR中的目标。在图4C中显示的默认切片是用户在医疗程序的计划阶段标记目标的切片。用户可以滚动或翻阅切片。另外，用户可以选择放大按钮以放大任何切片图像460，以获得所显示的切片的更详细视图。在一些实施例中，可以显示在规划阶段中使用的CT的其它视图。
图4D是展示根据本公开的虚拟荧光图像450和CT扫描的切片图像460的显示的示范性屏幕截图400d。在此实例中，虚拟荧光图像450代替F3DR被显示，并且被显示为与CT扫描的切片图像460相邻。图4E是展示根据本公开的精细化F3DR 471的显示的示范性屏幕截图400e。
在一些实施例中，在执行目标的最终选择之后，可以向用户显示所选择的目标，并且可以请求用户确认所述选择。现在参考图4F，图4F是展示根据本公开的用于确认对目标T的选择的F3DR的片段470的示范性屏幕截图400f。可以显示包括目标T的标记(例如圆形标记)和任选的导管标记(例如加号或十字线标记)的F3DR。为了进一步确认所述选择，可以显示片段470，其展示在不同的捕获角度(例如捕获用于生成F3DR的2D荧光图像的角度)具有标记的F3DR。
在本文中公开了计算机程序产品，其用于显示F3DR以及识别、标记和导航到目标。所述计算机程序产品可以包括其上呈现有程序代码的非暂时性计算机可读存储介质。程序代码可以由至少一个硬件处理器执行以执行图1的方法的步骤并且如上文所公开。
现在参考图2，图2是被配置成与图1的方法一起使用并且如上文所描述的系统200的示意图。系统200可以包括工作站80，并且任选地包括荧光成像设备或荧光镜215。在一些实施例中，工作站80可以例如通过无线通信直接或间接地与荧光镜215耦接。工作站80可以包括存储器202(例如存储设备)、处理器204、显示器206和输入设备210。处理器或硬件处理器204可以包括一个或多个硬件处理器。工作站80可以任选地包括输出模块212和网络接口208。存储器202可以存储应用程序81和图像数据214。应用程序81可以包括可由处理器204执行的指令，尤其用于执行图1的方法步骤，并且如上文所描述。应用程序81可以进一步包括用户界面216。图像数据214可以包括例如手术前CT扫描的3D成像，目标区域的F3DR和/或任何其它荧光图像数据和/或一个或多个虚拟荧光图像。处理器204可以与存储器202、显示器206、输入设备210、输出模块212、网络接口208和成像设备(例如荧光镜215)耦接。工作站80可以是例如个人计算机的固定计算设备或例如平板计算机的便携式计算设备。工作站80可以嵌入多个计算机设备。
存储器202可以包括用于存储数据和/或软件的任何非暂时性计算机可读存储介质，所述数据和/或软件包括可由处理器204执行并且控制工作站80的操作并且在一些实施例中还可以控制荧光镜215的操作的指令。荧光镜215可以被用于捕获荧光图像序列，基于所述荧光图像序列来生成F3DR。在其中选择医疗设备的二维荧光图像可以从捕获的荧光图像序列中选择。在实施例中，存储设备或存储器202可以包括一个或多个存储设备，例如固态存储设备，例如闪存芯片。替代地，或除了一个或多个固态存储设备之外，存储器202可以包括通过大容量存储控制器(未展示)和通信总线(未展示)连接到处理器204的一个或多个大容量存储设备。尽管在本文中所含的计算机可读介质的描述指的是固态存储器，但是本领域技术人员应理解，计算机可读存储介质可以是可由处理器204访问的任何可用介质。即，计算机可读存储介质可以包括以用于存储例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的任何方法或技术实现的非瞬态、易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。例如，计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其它固态存储器技术、CD-ROM、DVD、蓝光或其它光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备或可以用于存储所需信息并且可以由工作站80访问的任何其它介质。
在由处理器204执行时，应用程序81可以使显示器206呈现用户界面216。用户界面216可以被配置成向用户呈现F3DR、二维荧光图像、3D成像的图像和虚拟荧光图像，例如在图3A至图3F和图4A至图4F的示范性屏幕截图中所展示。根据本公开，用户界面216可以进一步被配置成尤其通过在所显示的F3DR或任何其它荧光图像数据中识别和标记目标来指导用户选择目标。
网络接口208可以被配置成连接到例如由有线网络和/或无线网络组成的局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线移动网络、蓝牙网络和/或因特网的网络。网络接口208可以用于连接工作站80和荧光镜215。网络接口208还可以用于接收图像数据214。输入设备210可以是用户可以通过其与工作站80交互的任何设备，例如鼠标、键盘、脚踏板、触摸屏和/或语音接口。输出模块212可以包括任何连接端口或总线，例如并行端口、串行端口、通用串行总线(USB)或本领域技术人员已知的任何其它类似连接端口。
根据上文并且参考各种附图，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，还可以对本公开进行某些修改。
在本文中公开了本公开的详细实施例。然而，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可以以各种形式和方面来体现。因此，在本文中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求书的基础和作为教导本领域技术人员以实际上任何适当的详细结构不同地采用本公开的代表性基础。
尽管在附图中展示了本公开的几个实施例，但并不旨在将本公开限制于此，而是旨在使本公开的范围与本领域所允许的一样宽，并且本说明书同样被阅读。因此，以上描述不应被解释为限制性的，而仅仅是实施例的范例。本领域技术人员将在所附权利要求的范围和精神内设想其它修改。

Claims (29)

1.一种用于促进识别和标记所显示的患者身体区域的荧光三维重构F3DR中的目标的系统，所述系统包含：
(i)显示器；
(ii)一个或多个存储设备，在其上存储了用于以下操作的指令：
接收所述F3DR中的所述目标的初始选择；
基于所述目标的所述初始选择来精细化所述F3DR；
在所述显示器上显示精细化的F3DR；以及
经由用户选择接收精细化的F3DR中的所述目标的最终选择，以及
(iii)被配置成执行所述指令的至少一个硬件处理器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于所述目标的区域中；以及
在基于所述目标的所述初始选择精细化所述F3DR之前，基于所述医疗设备的所述选择来初始地精细化所述F3DR。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了进一步指令，所述指令用于在所述显示器上显示初始地精细化的F3DR，并且其中经由用户选择来接收所述目标的所述初始选择。
4.根据权利要求3所述的系统，其中在所述显示器上显示所述二维荧光图像，并且其中经由用户选择来接收所述二维荧光图像中的所述医疗设备的所述选择。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
接收所述患者的所述身体区域的CT扫描，其中所述CT扫描包括所述目标的标记；
基于所述CT扫描生成至少一个虚拟荧光图像，其中所述虚拟荧光图像包括所述目标和所述目标的所述标记；以及
显示所述虚拟荧光图像。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示精细化的F3DR包含根据所述用户提供的命令，显示精细化的F3DR的不同切片。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示精细化的F3DR包含根据所述用户提供的命令，以不同的捕获角度显示精细化的F3DR。
8.根据权利要求1所述的系统，其中接收在精细化的F3DR中的所述目标的所述最终选择包含指导所述用户在以两个不同角度捕获的精细化的F3DR的两个荧光切片图像中识别和标记所述目标。
9.根据权利要求8所述的系统，其中接收在精细化的F3DR中的所述目标的所述最终选择进一步包含指示应该标记所述目标的捕获角度的适当范围。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标是软组织目标。
11.根据权利要求2所述的系统，其进一步包含荧光成像设备，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
当医疗设备定位于目标区域中时，获取关于相对于所述身体区域的多个角度的所述身体区域的荧光图像的序列；
基于所述荧光图像的序列生成所述身体区域的所述F3DR；以及
基于所述医疗设备的所述选择以及所述目标的所述初始选择或所述目标的所述最终选择中的至少一者来确定所述医疗设备相对于所述目标的偏移。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述目标区域包含肺的至少一部分，并且所述医疗设备被配置成通过肺腔网络导航到所述目标区域。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储了用于以下操作的进一步指令：
接收所述患者的所述身体区域的三维成像，其中所述三维成像包括所述目标的标记；以及
显示所述三维成像。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述三维成像是CT或MRI扫描。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统在医疗程序期间使用，并且其中所述三维成像是在所述医疗程序的计划阶段中使用的手术前成像。
16.一种用于促进识别和标记患者的身体区域的荧光三维重构F3DR中的目标的方法，所述方法包含将至少一个硬件处理器用于：
接收所述F3DR中的所述目标的初始选择；
基于所述目标的所述初始选择来精细化所述F3DR；
在显示器上显示精细化的F3DR；以及
经由用户选择来接收精细化的F3DR中的所述目标的最终选择。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述至少一个硬件处理器用于：
接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于所述目标的区域中；以及
基于所述医疗设备的所述选择来初始地精细化所述F3DR。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含使用所述至少一个硬件处理器以在所述显示器上显示初始地精细化的F3DR，其中经由用户选择接收所述目标的所述初始选择。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含使用所述至少一个硬件处理器以在所述显示器上显示所述二维荧光图像，其中所述二维荧光图像中的所述医疗设备的所述选择经由用户选择来接收。
20.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述至少一个硬件处理器用于：
接收所述患者的所述身体区域的CT扫描，其中所述CT扫描包括所述目标的标记；
基于所述CT扫描生成至少一个虚拟荧光图像，其中所述虚拟荧光图像包含所述目标和所述目标的所述标记；以及
在所述显示器上显示所述虚拟荧光图像。
21.根据权利要求20所述的方法，其中根据用户的请求执行所述虚拟荧光图像的所述显示。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述显示精细化的F3DR包含根据所述用户提供的命令显示精细化的F3DR的不同切片。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述显示精细化的F3DR包含根据所述用户提供的命令以不同的捕获角度显示精细化的F3DR。
24.根据权利要求16所述的方法，其中接收在精细化的F3DR中的所述目标的所述最终选择包含指导所述用户在以两个不同角度捕获的精细化的F3DR的两个荧光切片图像中识别和标记所述目标。
25.根据权利要求16所述的方法，其中接收在精细化的F3DR中的所述目标的所述最终选择进一步包含指示应该标记所述目标的捕获角度的适当范围。
26.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含将所述至少一个硬件处理器用于：
经由荧光成像设备并且相对于所述身体区域以多个角度获取所述身体区域的荧光图像的序列；
基于所述荧光图像的序列生成所述身体区域的所述F3DR；以及
基于医疗设备的所述选择以及所述目标的所述初始选择或所述目标的所述最终选择中的至少一者来确定所述医疗设备相对于所述目标的偏移，由此促进在使用实时二维荧光图像的医疗程序期间导航到所述患者身体区域内的所述目标的区域。
27.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述至少一个硬件处理器用于：
接收所述患者的所述身体区域的三维成像，其中所述三维成像包括所述目标的标记；以及
显示所述三维成像。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述方法在医疗程序期间使用，并且其中所述三维成像是在所述医疗程序的计划阶段中使用的手术前成像。
29.一种用程序编码的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序在由处理器执行时执行用于促进识别和标记患者身体区域的荧光三维重构F3DR中的目标的方法，所述方法包含以下步骤：
接收两个二维荧光图像中的医疗设备的选择，其中所述医疗设备位于所述目标的区域中；
基于所述医疗设备的所述选择来初始地精细化所述F3DR；
在显示器上显示初始地精细化的F3DR；
经由用户选择接收对初始地精细化的F3DR中的所述目标的初始选择；
基于所述目标的所述初始选择来进一步精细化所述F3DR；
在所述显示器上显示进一步精细化的F3DR；以及
经由用户选择接收对进一步精细化的F3DR中的所述目标的最终选择；
由此促进在所述F3DR中识别和标记所述目标。
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