CN111513844A - 用于荧光镜确认病变中工具的系统和方法 - Google Patents

用于荧光镜确认病变中工具的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于荧光镜确认病变中工具的系统和方法。一种用于确认活检工具在目标中的位置的系统和方法，其包括导航组件，用于跟踪被导引到腔网络中的导管的位置；以及导管，其配置成接收活检工具。该系统和方法接收第一多个荧光镜图像，从所述多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维重建，并且呈现3D重建的第一切片，该第一切片相对于在该3D重建的切片中可见的目标描绘了导管。

Description

用于荧光镜确认病变中工具的系统和方法
技术领域
本公开涉及在荧光镜图像中识别和标记目标并确认诸如活检或消融工具的工具在目标中放置的领域。
背景技术
存在若干种常用的医学方法(如内窥镜检查程序或微创程序)，其用于治疗影响器官的各种疾病，包括肝脏、大脑、心脏、肺、胆囊、肾脏和骨骼。通常，临床医生采用一种或多种成像模式(如磁共振成像(MRI)、超声成像、计算机断层扫描(CT)、荧光镜检查)以及其它成像模式，来识别并导航到患者体内感兴趣区域并最终识别并导航到目标进行治疗。在一些程序中，术前扫描可用于目标识别和操作中指导。然而，通常可需要实时成像以获取目标区域的更准确和最新的图像。此外，可需要显示医疗装置相对于目标及其周围环境的当前位置的实时图像数据，用于以更安全和准确的方式(例如，在不必要或没有对其它器官或组织造成损坏的情况下)将医疗装置导航到目标。
为了实现肺中的内窥镜检查，并且更具体地支气管镜检查方法，已经开发了支气管内导航系统，所述系统使用先前获取的MRI数据或CT图像数据来生成特定身体部位(如肺)的三维(3D)渲染、模型或体积。然后，将MRI扫描或CT扫描生成的所得体积用于创建导航规划，以促进导航导管(或其它合适的医疗装置)通过支气管镜和患者支气管的分支前进至感兴趣区域。
然而，由先前获取的扫描(如CT扫描)生成的三维体积的患者肺可能无法提供足够的基础，用于在导航程序期间将医疗器械准确地引导至目标。因此，需要改进。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种用于确认活检工具在目标中的放置的系统，其包括：导航组件，该导航组件被配置为跟踪导航到腔网络中的导管的位置。该系统还包括配置成接收活检工具的导管；处理器和在其上存储指令的一个或多个存储设备。该指令在由处理器执行时使处理器接收第一多个荧光镜图像，从多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维(3D)重建。该系统还包括呈现3D重建的第一切片，其相对于在3D重建的切片中可见的目标描绘了导管。该方面的其他实施例包括相应的计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，每个被配置为执行本文所述的方法和系统的动作。
本公开的该方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。该系统中导航组件被配置为使导管的位置与腔网络的三维(3D)模型相对应，并且腔网络的3D模型从术前计算机断层扫描图像数据集生成。该系统中可以在腔网络的3D模型中识别目标。该系统中导航组件是电磁导航系统。该系统中导管可导航至目标附近位置。该系统中一个或多个存储设备在其上存储有进一步指令，该指令在由处理器执行时使处理器：接收第二批多个荧光镜图像。该系统还可以包括从多个荧光镜图像生成第二荧光镜三维重建。该系统还可包括呈现描绘导管的3D重建的第二切片。该系统还可以包括接收导管的尖端在3D重建的切片中的位置的指示。该系统还可包括呈现描绘目标位置的3D重建的第三切片。该系统还可包括接收目标在3D重建的第三切片中的位置的指示。该系统还可以包括在腔网络的3D模型中更新目标和导管的相对位置。该系统中在更新相对位置之后，将导管导航到目标，然后将活检工具插入目标。该系统中从第二荧光镜三维重建生成3D重建的第二和第三切片。该系统中一个或多个存储设备在其上存储有进一步指令，当该指令由处理器执行时使处理器接收3D重建的第四切片中目标位置的指示，所述3D重建的第四切片从第二荧光镜三维重建生成。该系统中3D重建的第一、第二、第三和第四切片呈现在用户界面上。该系统中3D重建的第三和第四切片以不同的相对角度描绘目标的图像。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或过程或计算机可访问介质上的计算机软件，其包括安装在系统上的软件、固件、硬件或它们的组合，在操作中其导致或引起系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令在由数据处理装置执行时使该装置执行动作。
本公开的另一方面涉及一种用于确认活检工具在目标中的放置的方法。该方法包括：接收多个第一荧光镜图像，并从该多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维(3D)重建。该方法还包括呈现3D重建的第一切片，其相对于在3D重建的切片中可见的目标描绘了导管。该方面的其他实施例包括相应的计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，每个被配置为执行本文所述的方法和系统的动作。
本公开的该方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。该方法还包括接收目标位置的指示。该方法还包括：接收第二多个荧光镜图像，从多个荧光镜图像生成第二荧光镜三维(3D)重建，呈现描绘导管的3D重建的第二切片，接收导管尖端在3D重建的第二个切片中的位置的指示，呈现描绘目标的3D重建的第三切片，接收目标在3D重建的第三切片中的位置的指示，和更新目标和导管在腔网络的3D模型中的相对位置。该方法中在更新相对位置之后，将导管导航到目标，然后将活检工具插入目标。该方法中从第二荧光镜三维重建生成3D重建的第二和第三切片。该方法进一步包括接收目标在3D重建的第四切片中的位置的指示，该3D重建的第四切片从第二荧光镜三维重建生成。该方法中3D重建的第一、第二、第三和第四切片呈现在用户界面上。该方法中3D重建的第三和第四切片以不同的相对角度描绘目标的图像。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或过程或计算机可访问介质上的计算机软件，其包括安装在系统上的软件、固件、硬件或它们的组合，在操作中其导致或引起系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令在由数据处理装置执行时使该装置执行动作。
本公开的又一个方面涉及一种系统，其包括：在其上存储指令的计算机可读记录介质，以及处理器，其被配置为访问指令，并且当指令被处理器执行时使处理器接收第一多个荧光镜图像，并从多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维(3D)重建。该系统还呈现3D重建的第一切片，该切片相对于在3D重建的切片中可见的目标描绘了导管，该导管已被导航到该目标。该方面的其他实施例包括相应的计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，每个被配置为执行本文所述的方法和系统的动作。
可以组合本公开的以上方面和实施例中的任一项而不脱离本公开的范围。
附图说明
下文中参照附图描述本公开的各个方面和实施例，在附图中：
图1是用于根据本公开经由气道网络导航到软组织目标的系统的透视图；
图2是根据本公开的用于在荧光镜3D重建中识别和标记目标的方法的流程图；
图3A是根据本公开用于在荧光镜图像中标记目标的用户界面的屏幕截图；
图3B是根据本公开用于在荧光镜图像中标记医疗设备目标的用户界面的屏幕截图；
图4是根据本公开用于确认活检工具在目标中的放置的方法的流程图；
图5是根据本公开用于确认活检工具在目标中的放置的用户界面的屏幕截图；和
图6是根据本公开的系统的示意图，其用于根据本公开导航到目标并显示用户界面。
具体实施方式
本公开涉及在荧光镜图像中识别和标记目标并确认诸如活检或消融工具的工具在目标中放置。根据确认工具在目标中的放置，本公开描述了用于促进使用标准荧光镜在实时荧光镜图像中识别和标记目标的系统、方法和计算机程序产品。
根据本公开的方面，“目标中工具”的确认是电磁导航系统的更大工作流程的一部分。图1是实例系统的透视图，其用于促进经由气道网络导航到软组织目标。系统100可进一步被配置为从二维(2D)荧光镜图像构造目标区域的基于荧光镜的三维(3D)体积数据。系统100可进一步被配置为通过使用电磁导航支气管镜检查(ENB)来促进医疗装置接近目标区域并且用于确定医疗装置相对于目标的位置。
系统100的一个方面是一种软件组件，用于检查已从系统100单独获取的计算机断层扫描(CT)图像数据。对CT图像数据的检查允许用户识别一个或多个目标，规划通往所识别目标的路径(规划阶段)，使用用户界面导航导管102到目标(导航阶段)，该导管102在一些实施例中可以用作内窥镜的扩展工作通道(EWC)，和确认传感器104相对于目标的放置。一种这类EMN系统是Medtronic PLC当前出售的ELECTROMAGNETIC NAVIGATION
Figure BDA0002379410390000041
系统。目标可以是通过在规划阶段期间检查CT图像数据而识别的感兴趣组织。在导航之后，可将如活检工具或其它工具的医疗装置插入导管102中，以从位于目标处或附近的组织获得组织样品。
如图1所示，导管102是导管导引组件106的一部分。在实践中，导管102插入支气管镜108中以接近患者“P”的腔网络。具体地，导管导引组件106的导管102可插入支气管镜108的工作通道中以导航通过患者的腔网络。包括传感器104的可定位导引器(LG)110插入导管102中并锁定到位，使得传感器104超出导管102的远侧尖端延伸期望的距离。可得出传感器104在电磁场内相对于参考坐标系的位置和取向，并因此得出导管102的远侧部分。导管导引组件106目前由Medtronic PLC以商品名
Figure BDA0002379410390000051
程序套件或EDGETM程序套件进行市场销售和出售，并且被认为可与本公开一起使用。
系统100通常包括被配置为支撑患者“P”的手术台112、被配置为通过患者“P”的口插入患者“P”的气道的支气管镜108；联接到支气管镜108的监视装备114(例如，视频显示器，用于显示从支气管镜108的视频成像系统接收的视频图像)；定位或跟踪系统114，其包括定位或跟踪模块116、多个参考传感器118；包括多个并入的标记物(未示出)的发射器垫120；和计算装置122，其包括软件和/或硬件，用于促进目标的识别、到目标的路径规划、医疗装置到目标的导航和/或导管102或通过其的合适装置相对于目标放置的确认和/或确定。计算装置122可类似于图6的工作站80，并且可被配置为执行图2和图4的方法。
系统100的此特定方面中还包括能够获取患者“P”的荧光镜检查或X射线图像或视频的荧光镜成像装置124。荧光镜成像装置124捕获的图像、图像序列或视频可存储在荧光镜成像装置124内，或发射到计算装置122以用于存储、处理和显示。另外，荧光镜成像装置124可相对于患者“P”移动，使得可相对于患者“P”从不同角度或视角获取图像以创建荧光镜图像的序列，如荧光镜视频。荧光镜成像装置124在捕获图像时相对于患者“P”的姿势可以通过与发射器垫120结合的标记物来估计。标记物定位在患者“P”下方，患者“P”与手术台112之间，和在患者“P”与荧光镜成像装置124的辐射源或感测单元之间。与发射器垫120结合的标记物可以是两个分离的元件，它们可以固定的方式联接，或替代地可被制造为单个单元。荧光镜成像装置124可包括单个成像装置或多于一个成像装置。
计算装置122可以是包括处理器和存储介质的任何合适的计算装置，其中处理器能够执行存储在存储介质上的指令。计算装置122可进一步包括被配置为存储患者数据、包括CT图像的CT数据集合、包括荧光镜图像和视频的荧光镜数据集合、荧光镜3D重建、导航规划以及任何其它这类数据的数据库。尽管未明确示出，但是计算装置122可包括输入，或可以其它方式被配置为接收CT数据集合、荧光镜图像/视频和本文描述的其它数据。另外，计算装置122包括被配置为显示图形用户界面的显示器。计算装置122可连接到可通过其访问一个或多个数据库的一个或多个网络。
关于规划阶段，计算装置122利用先前获取的CT图像数据生成和查看患者“P”的气道的三维模型或渲染，能够在三维模型上识别目标(自动、半自动或手动)，并允许确定通过患者“P”的气道到位于目标处及其周围的组织的路径。更具体地，将从先前的CT扫描中获取的CT图像进行处理并组装成三维CT体积，然后将其用于生成患者“P”的气道的三维模型。三维模型可显示在与计算装置122关联的显示器上，或以任何其它合适的方式显示。使用计算装置122，呈现了三维模型的各种视图或从三维模型生成的增强的二维图像。增强的二维图像可具有某些三维功能，因为它们是从三维数据生成的。可操纵三维模型以促进在三维模型或二维图像上识别目标，并可选择通过患者“P”的气道到位于目标的组织的合适路径。一旦选择后，就可保存路径规划、三维模型以及从中得出的图像，并将其导出到导航系统中，以在一个或多个导航阶段期间使用。一种这类规划软件是Medtronic PLC当前出售的ILLUMISITE规划套件。
关于导航阶段，利用六自由度电磁定位或跟踪系统114或用于确定定位或位置的其他合适的系统来执行图像的配准和导航路径，但是也考虑使用其他构造。跟踪系统114包括跟踪模块116、多个参考传感器118和发射器垫120(包括标记物)。跟踪系统114被配置为与可定位的导引器110和传感器104一起使用。如上所述，可定位的导引器110和传感器104被配置用于通过导管102插入患者“P”的气道(具有或不具有支气管镜108)，并且可经由锁定机构相对于彼此选择性地锁定。
发射器垫120定位在患者“P”下方。发射器垫120在患者“P”的至少一部分周围生成电磁场，在所述电磁场中，多个参考传感器118和传感器元件104的位置可通过使用跟踪模块116来确定。第二电磁传感器126也可以并入导管102的端部。传感器126可以是五自由度(5DOF)传感器或六自由度(6DOF)传感器。参考传感器118中的一个或多个附接到患者“P”的胸部。将参考传感器118的六个自由度坐标发送到计算装置122(包括适当的软件)，在所述计算装置122中，它们用于计算患者参考坐标系。通常执行配准，以协调规划阶段的三维模型和二维图像的位置与通过支气管镜108观察到的患者“P”的气道，并允许在进行导航阶段时准确了解传感器104的位置，即使在支气管镜108无法到达的气道的部分中也是如此。
通过将传感器104移动通过患者“P”的气道来执行在发射器垫120上的患者“P”位置的配准。更具体地，当可定位的导引器110在气道中移动时，与传感器104位置有关的数据使用发射器垫120、参考传感器118和跟踪系统114来记录。将由此位置数据得到的形状与在规划阶段期间生成的三维模型的通道的内部几何形状进行比较，并且例如利用计算装置122上的软件基于比较确定形状和三维模型之间的位置相关性。另外，软件在三维模型中识别非组织空间(例如，充满空气的空腔)。软件将呈现传感器104位置的图像与三维模型对准和/或由三维模型生成的二维图像进行对准或配准，这基于记录的位置数据和可定位导引器110仍位于患者“P”的气道中的非组织空间中的假设。替代地，可通过以下来采用手动配准技术：将带有传感器104的支气管镜108导航到患者“P”的肺中的预指定位置，并将来自支气管镜的图像与三维模型的模型数据手动关联。
尽管本文针对使用EM传感器的EMN系统进行了描述，但是本公开不限于此，并且可以与柔性传感器、超声传感器结合使用或不与传感器结合使用。另外，本文描述的方法可以与机器人系统结合使用，以使得机器人致动器在目标附近驱动导管102或支气管镜108。
在将患者“P”配准到图像数据和路径规划后，在导航软件中显示用户界面，所述用户界面针对临床医生应遵循以到达目标的路径设置。如用户界面所描绘，一旦导管102已成功导航到目标附近，就可从导管102上将可定位的导引器110解锁并移除，从而将导管102留在原处，作为用于将医疗装置(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(即微波消融装置)、激光探针、低温探针、传感器探针和抽吸针)导引到目标的导引通道。
然后可通过导管102插入医疗装置并导航到目标或与目标相邻的具体区域。然后可经由荧光镜成像装置124，任选地由用户并根据经由计算装置122显示的方向来获取荧光镜图像的序列。然后可经由计算装置122生成荧光镜3D重建。荧光镜3D重建的生成基于荧光镜图像的序列和与发射器垫120结合的标志物的结构在图像序列上的投影。然后，可基于术前CT扫描并经由计算装置122来生成一个或多个3D重建的切片。然后可任选地同时经由计算装置122在显示器上将一个或多个3D重建的切片和荧光镜3D重建显示给用户。3D重建的切片可以以可滚动的格式呈现在用户界面上，其中用户能够连续滚动切片。然后可在使用3D重建的切片作为参考的同时引导用户识别和标记目标。还可引导用户在荧光镜2D三维图像的序列中识别和标记医疗装置。然后可经由计算装置122确定或计算目标和医疗装置的位置之间的偏移。然后可通过计算装置122利用偏移来校正医疗装置在显示器上相对于目标的位置，和/或校正在目标区域中三维模型和跟踪系统114之间的配准，和/或在目标区域中的三维模型和荧光镜3D重建之间生成局部配准。
图2描绘了使用系统100执行本地配准的过程。在步骤200中，可通过计算装置122接收目标区域的术前CT扫描。接收到的术前CT扫描可以包括已经制定的路径规划，或者用户可以使用计算装置122来生成路径规划。在步骤210，用户使用路径规划导航导管102和传感器104靠近目标，该路径规划可以作为3D模型的一部分显示在计算装置122上，如上所述。
一旦靠近目标，用户可希望确认传感器104和目标的确切相对位置。在步骤220中，可通过荧光镜成像装置124捕获相对于目标区域以多个角度实时获取的目标区域的荧光镜图像的序列。当医疗装置定位在目标区域中时，可捕获图像的序列。在一些实施例中，所述方法可包括另外的步骤，用于引导用户获取荧光镜图像的序列。在一些实施例中，所述方法可包括一个或多个另外的步骤，用于自动获取荧光镜图像的序列。
实时荧光镜图像可以是二维(2D)图像、从多个2D图像生成的三维(3D)重建、或3D重建的切片图像。可通过使用合成的或虚拟的荧光镜数据(其包括目标的标记或指示)作为参考来促进在实时荧光镜数据中识别和标记目标。可由先前获取的体积数据生成虚拟荧光镜数据，并且优选地使得其将尽可能地模仿荧光镜类型的数据。通常，与实时荧光镜数据相比，在先前获取的体积数据的成像模式中可更好地示出目标。
本公开涉及用于使用目标区域的实时二维荧光镜图像来促进医疗装置到目标和/或目标区域的导航的系统和方法。通过使用局部三维体积数据可促进导航，其中小软组织对象可见，由标准荧光镜成像装置捕获的荧光镜图像的序列构成。基于荧光镜的构造的局部三维体积数据可用于校正医疗装置相对于目标的位置，或可与先前获取的体积数据局部配准。一般来说，医疗装置的位置可由跟踪系统确定。跟踪系统可与先前获取的体积数据配准。然后可通过跟踪系统执行将实时三维荧光镜数据局部配准到先前获取的体积数据。这类实时数据可用于例如指导、导航规划、提高的导航准确性、导航确认和治疗确认。
在一些实施例中，接收身体区域的荧光镜3D重建可包括接收主体区位的荧光镜图像的序列，和基于荧光镜图像的至少一部分生成身体部位的荧光镜3D重建。在一些实施例中，所述方法可进一步包括通过手动扫掠荧光镜来引导用户获取荧光镜图像的序列。在一些实施例中，所述方法可进一步包括自动获取荧光镜图像的序列。可通过标准荧光镜以连续方式并且相对于身体部位以多个角度来获取荧光镜图像。荧光镜可手动地(即，由用户)或自动地扫掠。举例来说，荧光镜可沿20至45度的角度扫掠。在一些实施例中，荧光镜可沿30±5度的角度扫掠。通常，这些图像是在荧光镜成像装置124的荧光镜扫描中收集的，扫描约为30度(即，AP位置的两侧均为15度)。如容易理解的，可以替代地执行45度、60度、90度或甚至更大角度的更大扫描以获取荧光镜图像。
在步骤230中，可基于荧光镜图像的序列来生成目标区域的三维重建。在一些实施例中，所述方法进一步包含一个或多个步骤，用于在获取荧光镜图像中的每个或至少多个荧光镜图像的同时估计荧光镜成像装置的姿势。然后可基于荧光镜成像装置的姿势估计来生成目标区域的三维重建。
在一些实施例中，可相对于患者“P”和荧光镜成像装置124放置与发射器垫120结合的标记物，使得每个荧光镜图像包括标记物结构的至少一部分的投影。然后，可通过在荧光镜图像上标记物的结构的投影来促进在获取每个图像的同时荧光镜成像装置的姿势的估计。在一些实施例中，估计可基于标记物结构总体上在每个图像上的可能和最可能的投影的检测。
在步骤240中，一个或多个荧光镜图像被显示给用户，如图3A和3B所示。如图3A中所描绘——其是在计算装置122上运行的软件程序的示例性屏幕截图350，根据本公开同时显示了3D重建360的切片以及荧光镜3D重建的两个缩略图310a和310b。如上所述，为30到90度之间的图像进行荧光镜扫描创建了3D重建。通过使用滚动条320和指示器330，在屏幕截图350上描绘的3D重建360的切片根据移动而改变。
在一些实施例中，可根据以下步骤来生成虚拟荧光镜切片图像。在第一步骤中，将接收的CT体积与荧光镜3D重建物对准。在第二步骤中，在捕获用于在相对于目标或患者的选择位置(例如，在AP(前后)位置)中生成荧光镜3D重建的荧光镜图像集合的同时，接收或计算荧光镜装置的姿势的估计。在第三步骤中，生成垂直于所选择位置并且包括目标的CT扫描体积的一个或多个切片。在第四步骤中，根据估计的荧光镜姿势投影一个或多个CT切片，以接收虚拟的荧光镜切片图像。
在一些实施例中，目标区域的虚拟荧光镜切片图像的生成可包括以下步骤。在第一步骤中，可获得目标周围的虚拟荧光镜姿势。在一些实施例中，可通过在荧光镜扫描目标的同时模拟荧光镜轨迹来生成虚拟荧光镜姿势。在一些实施例中，所述方法可进一步包括3D荧光镜重建的生成，如关于图4的步骤430所描述的。然后可利用在捕捉用于生成荧光镜3D重建的荧光镜图像的序列的同时，荧光镜装置的估计姿势。在第二步骤中，可通过根据虚拟荧光镜姿势投影CT扫描体积来生成3D重建的切片。在第三步骤中，可基于3D重建的切片生成虚拟荧光镜3D重建。在一些实施例中，可在使用具有自适应的3D荧光镜体积的重建方法的同时生成虚拟荧光镜3D重建。然后，所得虚拟荧光镜检查体积可看起来更像荧光镜检查体积。
在一些实施例中，当期望在荧光镜3D重建的切片图像中标记目标时，生成和使用虚拟切片图像作为参考可以是更有利的。在一些实施例中，当期望在荧光镜2D图像中标记目标时，生成和使用虚拟荧光镜2D图像可以是更有利的。
根据步骤250，用户从荧光3D重建中选择目标。如图3A所示，在可在屏幕截图350上显示的荧光镜3D重建的两个端部处，要求用户在3D重建360的切片中“标记目标”。这两个端部可以是荧光镜扫描的任意两个位置，只要它们在角度上足够分开即可，从而可以对目标和导管的位置进行有效的三角测量(图3B)。
如图3A所示，用户先前已经在扫描的一端标记了目标，如缩略图310a所示，并且处于使用3D重建360的当前切片在扫描的第二端标记目标的过程中，这在缩略图310b中描绘。在屏幕截图350的底部，定义了两个范围，在该范围内，用户将在出现在范围内的图像中“标记目标”。屏幕截图350底部的第二滚动条332允许用户以视频形式查看虚拟荧光镜图像360，而不是使用滚动条320单独滚动切片。此外，软件可以配置为在第一个“标记目标”范围内成功标记后，将用户从一个“标记目标”范围自动跳转到另一个。
如图3A描绘，用户已在3D重建360的切片上放置了标记物370。该标记物在缩略图310b中也显示为标记物380b。以此方式，在步骤240，用户已经在由荧光镜成像装置124收集的荧光镜图像数据中标记了目标的位置。
在步骤260中，可进行从三维重建或荧光镜图像的序列中对医疗装置的选择。在一些实施例中，这可以自动进行，并且用户接受或拒绝该选择。在一些实施例中，选择是由用户直接进行的。如图3B描绘，可要求用户标记导管102的位置。图3B描绘了包括两个实际的荧光镜图像382的屏幕截图380。要求用户在每个实际的荧光镜图像382中标记导管102的末端。这些图像中的每个图像都来自扫描的与图3A中所示的“标记目标”部分相对应的部分。
一旦在扫描的两端都标记了导管102和目标，则在步骤270，可以计算导管102相对于目标的偏移。偏移的确定可基于目标和医疗装置的接收的选择。该偏移用于更新导管102的检测到的位置，特别是3D模型中的传感器104和为导航到目标而创建的路径规划。
通常，在手术的这一点上，用户已经设法将导管102导航到例如目标的2-3cm之内。通过荧光镜数据收集和位置确定提供的更新位置，用户可以在穿越该最后距离的同时充满信心地达到目标。
在迄今已知的系统中，现在将传感器104从导管102移除，并且在导航中到达目标的最终途径将完全盲目进行。最近，已经设计出允许并入传感器126的系统，该传感器可以在移除传感器104之后提供导管102的5DOF位置信息。
在移除传感器104之后，可以将诸如针头或取芯活检工具的工具、刷子、消融装置(例如RF、微波、化学、放射学等)、夹持装置等沿导管102向下推进。在一个实例中，将活检工具(未示出)沿导管102向下推进，并且使用传感器126，用户例如将最终的2-3cm导航到目标，并且随着它出现在3D模型中可以将活检工具推进至目标。然而，尽管通过更新目标和导管102的相对位置提供了置信度，但是有时用户可能希望确认活检工具实际上位于目标内。
为了进行这种工具在目标中的确认，可以进行第二次荧光镜成像过程。作为该过程的一部分，用户可以在图4的方法400的步骤410处在用户界面上选择“工具在目标中”标签。该选择可以启动荧光镜成像装置124。在步骤410，还可以指导用户执行类似于先前描述的荧光镜扫描。可以处理在荧光镜扫描期间收集的图像以形成荧光镜3D重建步骤420。
从荧光镜3D重建生成3D重建的切片，并将其输出为屏幕快照500，如图5步骤430所示。屏幕截图500类似于图3A的屏幕截图。用户能够使用滚动条502滚动3D重建504的切片。活检工具通常由金属和其他材料制成，这些材料在荧光镜图像中分辨得很好。结果，在步骤440，用户可以沿整个扫描滚动3D重建504的切片，以确保活检工具在由标记物508指示的目标中。
作为用户滚动3D重建504的切片的步骤440的替代，可以要求用户在2D荧光镜图像中标记导管102的位置，类似于步骤260(图2)中所述的步骤，该2D荧光镜图像由荧光镜成像装置124在步骤410作为其荧光镜扫描的一部分获得。该步骤也可以由计算装置122经由图像处理技术自动执行。在接收到导管102的标记位置之后，标记位置的3D坐标可以由计算装置122确定。因此，计算装置122可以识别3D重建504的最能显示导管102的切片。附加地或可替代地，导管102在2D荧光镜图像中的位置的这种标记提供了导管102在3D重建504中的位置的指示，然后可以将其呈现给用户以进行检查。更进一步，可以要求用户在2D荧光镜图像中标记目标，并且可以计算目标和导管102或活检工具506的3D相对位置，并在3D重建504中显示该目标，类似于上文参考图2所述。
除上述之外，关于导管102在3D重建504的切片图像中的描绘，可以采用图像处理技术增强导管102或穿过其中延伸的活检工具506的显示。可以进一步采用这些技术去除可能是重建过程的结果的伪像。
如果用户对活检工具506的位置感到满意，则用户可以在步骤450单击下一按钮510以确认目标工具的放置，从而结束图4的目标中工具确认方法400。然后，用户可以返回3D模型并执行到其他目标的导航。另外，如果需要更多的活检，则在导管102和活检工具506的每次移动之后，可以再次从步骤410开始执行另一病变中工具的确认。尽管不是必需的，但是系统可以提示用户在图像中标识目标的位置，尽管大多数用户可以在不需要单独指示目标的情况下执行对病变中工具的确认。
现在参照图6，其是被配置为与图2和4的方法一起使用的系统600的示意图。系统600可包括工作站80，并且任选地包括荧光镜成像装置或荧光镜615。在一些实施例中，工作站80可例如通过无线通信直接或间接地与荧光镜615联接。工作站80可包括存储器或存储装置602、处理器604、显示器606和输入装置610。处理器或硬件处理器604可包括一个或多个硬件处理器。工作站80可任选地包括输出模块612和网络接口608。存储器602可存储应用程序81和图像数据614。应用程序81可包括可由处理器604执行的指令，尤其是用于执行图2和4的方法步骤的指令。应用程序81可进一步包括用户界面616。图像数据614可包括CT扫描、目标区域的荧光镜3D重建和/或任何其它荧光镜图像数据和/或所生成的一个或多个虚拟荧光镜图像。处理器604可与存储器602、显示器606、输入装置610、输出模块612、网络接口608和荧光镜615联接。工作站80可以是固定计算装置，如个人计算机，或是便携式计算装置，如平板计算机。工作站80可嵌入多个计算机装置。
存储器602可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，所述任何非暂时性计算机可读存储介质包括可由处理器604执行并且控制工作站80的操作并且在一些实施例中，还可控制荧光镜615的操作的指令。荧光镜615可用于捕获荧光镜图像的序列，基于所述序列生成荧光镜3D重建。在一个实施例中，存储器或存储装置602可包括一个或多个存储装置，如固态存储装置，如闪存芯片。替代地或除了一个或多个固态存储装置之外，存储器602可包括通过大容量存储控制器(未示出)和通信总线(未示出)连接到处理器604的一个或多个大容量存储装置。
尽管本文中所含有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了解，计算机可读存储介质可以是可由处理器604访问的任何可用介质。即，计算机可读存储介质可包括以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的任何方法或技术实施的非暂时性、易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。举例来说，计算机可读存储介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、快闪存储器或其它固态存储器技术、CD-ROM、DVD、蓝光或其它光学存储件、盒式磁带、磁带、磁盘存储件或其它磁性存储装置，或可用于存储期望的信息和可由工作站80访问的任何其它介质。
当由处理器604执行时，应用程序81可使显示器606呈现用户界面616。用户界面616可被配置为向用户呈现荧光镜3D重建和所生成的虚拟荧光镜图像，例如，如图3A所示。根据本公开，用户界面616可进一步被配置为引导用户在显示的荧光镜3D重建或任何其它荧光镜图像数据中识别和标记目标。
网络接口608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608可用于在工作站80和荧光镜615之间连接。网络接口608也可用于接收图像数据614。输入装置610可以是用户可用来与工作站80交互的任何装置，例如鼠标、键盘、脚踏板、触摸屏和/或语音接口。输出模块612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相似连接端口。
从前文中并且参照各个附图，本领域的技术人员将了解在不脱离本公开的范围的情况下也可对本公开做出一些修改。虽然在附图中已经示出了本公开的几个实施例，但并不意味着本公开局限于此，因为意图是使本公开的范围与本领域所允许的一样宽，并且同样地阅读说明书。因此，上文的描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为实施例的例证。本领域的技术人员将构想出在所附权利要求书的范围和精神内的其它修改。

Claims (20)

1.一种用于确认活检工具在目标中的位置的系统，其包括：
导航组件，其被配置为跟踪导航到腔网络中的导管的位置；
导管，其被配置为接收活检工具；和
处理器以及其上存储有指令的一个或多个存储设备，这些指令在由所述处理器执行时使所述处理器：
接收第一多个荧光镜图像；
从所述多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维(3D)重建；和
呈现所述3D重建的第一切片，其相对于在所述3D重建的切片中可见的目标描绘了所述导管。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述导航组件被配置为使所述导管的位置与所述腔网络的三维(3D)模型相对应，并且所述腔网络的3D模型从术前计算机断层扫描图像数据集生成。
3.根据权利要求2所述的系统，其中可以在所述腔网络的3D模型中识别目标。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述导航组件是电磁导航系统。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述导管可导航到接近所述目标的位置。
6.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进一步指令，所述进一步指令在由所述处理器执行时使所述处理器：
接收第二多个荧光镜图像；
从所述多个荧光镜图像生成第二荧光镜三维重建；
呈现描绘所述导管的所述3D重建的第二切片；
接收所述导管的尖端在所述3D重建的切片中的位置的指示；
呈现描绘目标位置的所述3D重建的第三切片；
接收所述目标在所述3D重建的第三切片中的位置的指示；和
在所述腔网络的3D模型中更新所述目标和所述导管的相对位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中在更新所述相对位置之后，将所述导管导航到所述目标，然后将活检工具插入所述目标。
8.根据权利要求6所述的系统，其中从所述第二荧光镜三维重建生成所述3D重建的第二和第三切片。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述一个或多个存储设备在其上存储有进一步指令，当该指令由所述处理器执行时使所述处理器接收所述3D重建的第四切片中所述目标的位置的指示，所述3D重建的第四切片从所述第二荧光镜三维重建生成。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述3D重建的第一、第二、第三和第四切片呈现在用户界面上。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述3D重建的第三和第四切片以不同的相对角度描绘所述目标的图像。
12.一种用于确认活检工具在目标中的位置的方法，其包括：
接收第一多个荧光镜图像；
从所述多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维(3D)重建；和
呈现所述3D重建的第一切片，其相对于在所述3D重建的切片中可见的目标描绘了导管。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括接收所述目标的位置的指示。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
接收第二多个荧光镜图像；
从所述多个荧光镜图像生成第二荧光镜三维(3D)重建；
呈现描绘导管的所述3D重建的第二切片；
接收所述导管的尖端在所述3D重建的第二切片中的位置的指示；
呈现描绘所述目标的所述3D重建的第三切片；
接收所述目标在所述3D重建的第三切片中的位置的指示；和
在腔网络的3D模型中更新所述目标和所述导管的相对位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在更新所述相对位置之后，将所述导管导航到所述目标，然后将活检工具插入所述目标。
16.根据权利要求14所述的方法，其中从所述第二荧光镜三维重建生成所述3D重建的第二和第三切片。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括接收所述目标在所述3D重建的第四切片中的位置的指示，所述3D重建的第四切片从所述第二荧光镜三维重建生成。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述3D重建的第一、第二、第三和第四切片呈现在用户界面上。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述3D重建的第三和第四切片以不同的相对角度描绘所述目标的图像。
20.一种系统，其包括：
在其上存储指令的计算机可读记录介质；和
处理器，其被配置为访问所述指令并且当所述处理器执行所述指令时，使所述处理器执行：
接收第一多个荧光镜图像；
从所述多个荧光镜图像生成第一荧光镜三维(3D)重建；和
呈现所述3D重建的第一切片，其相对于在所述3D重建的切片中可见的目标描绘了导管，所述导管已被导航到所述目标。
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