CN114007540A - 光供电的发光组织标记 - Google Patents

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Abstract

用于基于标记的导航的方法和相关系统。在植入的标记设备(MD)的光源(LS1)处于低强度状态并且所述医学成像装置(IA)的第二光源(LS2)处于高于所述标记的低强度状态的高强度状态时，第一图像利用医学成像装置(ENDO)捕获(S530)。在植入的标记设备的光源(LS1)处于高强度状态并且所述医学成像装置(IA)的第二光源(LS2)处于低于所述标记的高强度状态的低强度状态时，利用所述医学成像装置(ENDO)捕获(S560)第二图像。两幅图像然后可以组合以获得以高信噪比表示所述标记的位置的组合图像。

Description

光供电的发光组织标记
技术领域
本发明涉及用于基于标记的导航的系统、用于导航支持的可植入标记设备、医学成像设备、用于基于标记的导航的方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
肿瘤外科手术期间的主要挑战之一是病变的定位。这可能是特别关于小病变和微创外科手术的问题。
很好的范例是使用视频辅助胸腔镜外科手术(VATS)切除肺部病变，特别是楔形切除术。楔形切除是移除组织，其中切口不必遵循解剖结构的边界。
肺将在VATS期间收缩，这将扭曲肺内和肺上点之间的空间关系。放气通常使基于术前成像定位病变不可能。VATS也意指仅经由仪器通过胸壁间接进入肺部，不能通过直接触诊来定位病变。此外，由于楔形切除不沿着可见的解剖结构或边界执行，因而解剖特征不能用作在切除期间引导外科医师的界标。
因此，许多外科医师更喜欢进行解剖切除(肺叶切除术或肺段切除术)，尽管与楔形切除术相比较，这可能导致更健康的肺组织被移除。自从肺癌筛查出现以来，楔形切除术的需求获得了更多的关注，这导致检测到的需要移除且与解剖结构不一致的小的、隔离的、早期肺部病变的数量强烈增加。
处理该问题的一种方式是术前在病变内部或附近放置标记。J Keating等人“Novel Methods of Intraoperative Localization and Margin Assessment ofPulmonary Nodules”、Semin.Thoracic.Surg.，第28卷，第1期，第127-136页，2016年报告了使用这样的标记用于肺肿瘤的概述。标记通常在CT引导下放置在膨胀的肺中。常用的标记是不透射线的线圈或圆柱体、小的放射性种子或甚至液体染料。
申请人还在US 2017/0340406 A1和WO 2018/011431 A1中提出了发光标记。然而，即使利用这样的标记，成功重新定位这样的标记可能仍然具有挑战性。此外，为这样的标记供电可能是困难的。
发明内容
因此，可能需要新的方法来解决上述缺点中的至少一些。
本发明的目的由独立权利要求的主题解决，其中，另外的实施例被并入在从属权利要求中。应当注意，本发明的以下描述的方面同样地适用于用于导航支持的可植入/植入的标记设备、医学成像设备、用于基于标记的导航的方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于基于标记的导航的系统，包括：
可植入标记设备，其具有第一光源，所述第一光源可切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态；
同步器逻辑单元；以及
成像装置(在本文中也称为“成像器”)，其具有第二光源以提供入射光，所述第二光源可切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态；
其中，所述标记设备的第一光源和所述第二光源可通过控制所述两个光源的切换的同步器逻辑单元同步操作，从而所述系统可在两个模式中操作，即在信标模式中和在探索模式中操作，使得在探索模式中所述第一光源切换到低强度状态并且所述第二光源切换到高强度状态，并且使得在信标模式中所述第一光源切换到高强度状态并且所述第二光源切换到低强度状态。所述成像装置可以由用户通过同步器逻辑单元控制以便在两个模式中的每个中捕获至少一幅相应图像。
在实施例中，所述系统包括图像处理器，所述图像处理器被配置为组合来自至少两幅图像的图像信息以形成组合图像。
在实施例中，所述图像处理器包括对比度增强器以增强在信标模式中采集的一幅或多幅图像中的对比度。
在实施例中，所述成像装置包括滤光器部件，所述滤光器部件使其频率响应被调节到由标记设备的光源可发射的光的带宽。
在实施例中，所述图像处理器被配置为空间配准在信标模式中捕获的图像和在探索模式中捕获的图像。如果在捕获所述信标图像之后捕获了多幅连续的探索图像，并且在所述成像器与所述标记之间存在相对运动，诸如由所述成像器的运动或由包括标记的器官或解剖结构的运动引起的相对运动，则该配准功能是有益的。
在实施例中，所述同步器逻辑单元包括光敏传感器，所述光敏传感器可操作于根据分别从第二或第一光源接收的入射光来实现到第一或第二光源的两个强度的切换。
在实施例中，所述光敏传感器被配置为促进i)所述第一光源响应于所述传感器感测到低于强度阈值的光强度而切换到高强度状态和/或ii)所述第一光源响应于所述传感器感测到高于所述阈值的光强度而切换到低强度状态。
在实施例中，在所述传感器处感测到的光强度由来自所述第二光源的入射光引起。
在实施例中，在所述标记的第一光源处或在所述成像器的第二光源处的低强度状态通过硬关断相应的光源来实现。标记的第一光源和/或成像器的第二光源的高强度状态通过简单地接通相应的光源以发射特定强度处的辐射来实现。
如本文主要考虑的关断和接通的实施例通过断开或重新连接电力或通过使用快门机构或其他。可以通过调光器机制实现低强度和高强度。优选地，所述标记器和成像器处的两个光强度状态通过分别利用相应开关元件的硬接通和关断两者来实现。备选地，仅接通和关断所述标记，同时将所述成像器处的光源切换到低的非零强度状态和高于低强度的高强度状态。这可以通过调光器机构的(重复)操作来管理。将所述强度降低到低的非零强度水平而不是关断所述成像器光源可以允许拾取标记光并且仍然能够在一定程度上对周围解剖结构进行成像。在以下中，将根据接通和关断事件来解释系统和方法，但是将理解，如果所述光源中的任一个仅仅被切换到较低的非零强度状态而不是被关断，则以下全部具有相等的应用。
在所提出的系统的实施例中，来自所述标记的一个或多个重复脉冲可以与所述成像装置的第二光源的光源同步，以便增强如在影像中捕获的标记的光信号的信噪比。在范例中，所述成像装置是内窥镜，并且所述第二光源包括内窥镜光源。
在实施例中，无论何时光脉冲从所述标记的第一光源发射，所述成像装置(例如内窥镜)的第二光源同步关断。所得到的图像(没有来自成像设备光源的照明)可以对比度增强和/或任选地叠加在在所述第二光源接通的情况下由所述成像设备采集的图像上，该图像在所述光脉冲从所述标记发出之前或之后不久已被拍摄。如此获得的影像允许用户(即，操作所述成像设备和/或执行或促进介入的人)更快且更可靠地定位所述标记。
因此，通过同步切换第一和第二光源，可以获得可植入标记和周围组织的相对高质量影像。优选地，由诸如内窥镜的成像装置采集的利用所述高强度状态中的标记的第一光源和所述低强度状态中的成像装置的第二光源获得的图像从而与由具有所述高强度状态中的第二光源和所述低强度状态中的第一光源的成像装置采集的图像组合。
以这种方式，所提出的标记可以具体地用于在介入或外科手术期间在具有低环境光或没有环境光的情况下重新寻找腔中和/或软组织中的位置。由先前植入的标记所标记的位置可以是器官中的病变之一，其可能位于体腔或软组织或部分透光的液体中。然而，所述标记设备也可使用在除医学之外的背景下，诸如洞穴学或茂密的森林，以帮助搜索人员返回先前标记的位点。
所提出的标记可以在脉动模式或连续波模式中操作以促进由所述用户对其检测。在优选实施例中，所述标记的光源可以由换能器供电，该换能器将入射光或环境光转换成可以存储在诸如电池的能量存储元件中的能量。
在可再充电的实施例中，标记可以如下操作。在图像引导下，在手术前将所述标记植入(例如到肺中)到要移除的病变中或附近。在所述介入期间，访问所述患者的内部并且感兴趣的解剖结构(例如器官)暴露于外科手术灯或所述内窥镜的第二光源的光。在VATS流程的情况下，肺也被放气。来自所述成像器的第二光源的光可能由所述标记周围的组织强烈衰减，但是接收到足够的光能来对所述标记进行充电。
当所述用户需要定位所述肿瘤时，他或她关断所述内窥镜处的灯，并且所述标记将切换到信标模式并且发射光。具体地，当所述第二光源已经切换到所述低强度状态时，所述同步器逻辑单元可以自动地将所述第一光源切换到所述高强度状态。尽管由所述标记发射的光也可能衰减，但是通常存在足够的剩余光来帮助定位所述病变。手术室中的环境光可以降低以更好地辨别标记光。所述标记然后可以连同所述病变一起移除。
所述同步逻辑单元可以以因果联系的方式或以非因果的方式管理第一和第二光源的切换。
在因果联系的实施例中，所述第一光源的切换，尤其是其接通，是由所述成像器的第二光源中的切换事件引起的。这可以通过具有所述光敏传感器的标记来实施，以接通或关断所述标记光源。
在其他实施例中，因果联系同步器逻辑单元被配置为直接检测开关操作，如通过检测和传递硬开关的适合的接口和无线通信布置。也可以设想有线通信，但是这在医学背景下较不优选，但是仍然可以使用，优选在非医学环境中使用。
然而，还设想了所述同步器逻辑单元的非因果联系的实施例，其中，所述标记光源和所述成像设备光源的切换不是因果联系的。这可以通过使所述光源通过两个相应自主的振荡器电路的操作而脉动来实施，该振荡器电路具有异相的切换周期并且具有如此调谐的适合的脉冲长度使得实现所要求的同步。具体地，所述光源被切换以使得当所述标记处的光源打开时所述成像器处的光源关闭，并且反之亦然。
换句话说，所述同步器逻辑单元可以被实施为实现所述两个光源的切换的在一个实施例中的因果同步或在另一实施例中的非因果同步。
在因果同步中，所述标记处的切换事件响应于所述成像器处的切换事件，或者所述成像器处的切换事件响应于所述标记处的切换事件。
在非因果同步中，标记和成像器处的切换事件是自主完成的，但是所述切换事件如此调节，使得存在制造器灯关闭并且成像器灯打开的一个或多个时刻，以及所述标记打开并且所述成像器灯关闭的时刻。如果存在超过两个这样的时刻，其能够有规律地(周期性)发生或不规律地发生。换句话说，可以以规则或不规则的间隔采集一幅或多幅探索图像和一幅或多幅信标图像。
在另一方面中，提供了一种用于导航支持的可植入标记设备，包括：
光源，其被配置为发射光；
电源，其被配置为对所述光源进行供电；
光传感器，其被配置为感测环境光；以及
开关，其被配置为根据所述光传感器处的曝光将所述光源切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态。
在实施例中，所述电源包括以下各项中的任一项或多项：i)换能器，其被配置为将入射光转换成电能；以及ii)电池。所述换能器还通过在所述探索模式期间从所述成像器的光源接收的光对所述标记进行供电。
在实施例中，所述设备完全或部分地嵌入在材料中，该材料的至少部分是至少部分透光的。
在实施例中，所述设备包括一个或多个传感器，其被配置为获得一个或多个测量值。
在实施例中，所述设备包括调制器，其被配置为根据所述一个或多个测量值调制发射光。
在实施例中，所述测量值涉及一个或多个物理或生理量。
在实施例中，所述发射光是脉冲的、连续的或在强度上调制的。
在实施例中，所述开关被配置为当所述入射光的强度下降到强度阈值之下时将所述光源切换到所述高强度状态。
在实施例中，为了促进可植入性，嵌入材料形成为封装，诸如凸包。所述标记可以是整体的。具体地，所述嵌入材料可以整体地包围所述标记的电路。所述材料可以完全或部分地包围所述设备。在其他实施例中，封装不必是凸面的，并且可以包括用作用于在组织内或在组织上锚定所述设备的锚定部分的突起。所述设备优选地是生物相容的。在实施例中，所述嵌入材料是生物相容的，诸如玻璃或其他。
在一个实施例中，所述设备具有可通过医学针或导管或其他递送设备施用的形状和大小。
在一个实施例中，所述标记设备可以包括微控制器，诸如FPGA或ASIC或耦合到测量传感器中的一个或多个的另外的电子电路以促进与植入时的物理或生理性质相关的测量操作。代替于由光供电，所述标记可以包括可能不可再充电或优选地可再充电的板载电池。在这种情况下，不要求换能器。
在一个实施例中，同步逻辑单元可以被布置为电路，诸如微控制器或芯片，诸如FPGA或ASIC。所述同步逻辑单元可以集成到所述成像装置中，或者集成到所述标记中。备选地，所述同步逻辑单元电路中的一些或全部被布置在外部处理单元中，远离所述设备和/或成像装置布置。
在另一方面中，提供了一种医学成像设备，包括：图像传感器，其捕获图像；以及光源，其为所述光传感器提供环境光；以及同步器逻辑单元，其可操作于在捕获图像时使得所述光源切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态，所述接通和关断被设置在预设频率处，或者其中，所述两个强度之间的切换响应于由所述同步器逻辑单元通过所述设备的接口接收的外部切换信号。
所述成像器的同步逻辑单元被配置为使得所述成像器的光源与外部光源，尤其是光源或植入的/可植入标记设备同步操作。所述同步器逻辑单元被调节为使得存在标记的光源打开并且所述成像器的光源关闭的一个或多个时刻或时段，并且存在所述标记的光源关闭并且所述成像器的光源打开的一个或多个时刻或时段，使得可以捕获一对或多对信标和探索图像。
在一个实施例中，所述设备的接口包括类似于上文关于所述标记所描述的光传感器。在实施例中，所述光传感器在所述成像器处而不是在制造器处/中，并且在该实施例中，其是正在控制所述成像器的光源的切换的标记。
在一个实施例中，所述成像设备的光源的预设频率根据标记-设备的光源的脉冲频率来设置。当前频率和/或脉冲长度可以由所述用户调节。所述频率是指所述光源的脉冲模式并且与两个这样的脉冲之间的时间有关。所述成像设备中使用的照明源的光优选地是白光。
切换信号可以源自所述成像设备的外部并且优选地从植入的标记接收。备选地，所述成像装置处的光源的切换信号由所述成像器的用户通过适合的手动光开关的操作来发出。
在另一方面中，提供了一种用于调节生物相容的可植入标记设备的开关阈值的方法。所述方法包括：
接收与成像装置相关联的第二光源的操作光强度的规格；
将所述阈值设置为所述规格的函数。
这在所述标记被光供电的实施例中是有用的。通过将所述阈值设置得足够低，可以避免当所述成像器的光保持打开但是仅仅远离所述标记的位置时，诸如当所述用户检查周围环境时，所述标记无意地接通，并且因此可能浪费能量。
在优选实施例中使用如本文所提出的光供电的标记设备允许提供使用安全、具有长保质期并且不太可能干扰正常工作流程的小型的紧凑标记设备。
所提出的系统和标记允许避免在使用千兆赫频率范围内的电磁波时可能出现的问题，诸如在申请人的US 2017/0340406中。在这些系统中，电磁辐射不足够深入穿透到生物组织中。另外，然后可能需要用于发送和接收两者的笨重天线，从而增加所述标记的总体产品占地面积。此处存在权衡：通过使用较低的频率，更高的穿透深度是可行的，但是以更大的天线为代价。用于发送的定向天线可以将场能集中在接收天线处。遗憾的是，这些定向天线甚至更大。
备选地，所述发光标记可以由存储电能的板载集成电池供电。尽管本文在实施例中设想了这样的电池，但是物理上小的电池通常具有有限的容量和有限的保质期。可再充电电池或电容器可以在部署标记实施之前使用和充电，尽管该步骤可能要求消毒并且因此可能导致手术室中的繁琐的工作流程。
本文所提出的光供电的标记设备回避了所有这些问题。
在另一方面中，提供了一种用于基于标记的导航的方法，包括以下步骤：
在植入的标记设备的光源处于低强度状态并且成像装置的第二光源处于高于所述标记的低强度状态的高强度状态时利用(优选地医学)成像装置捕获第一图像；并且
在所述植入的标记设备的光源处于高强度状态并且所述成像装置的第二光源处于低于所述标记的高强度状态的低强度状态时利用所述成像装置捕获第二图像。
在实施例中，所述标记光源的切换响应于所述成像装置的光源的切换，诸如以因果同步切换。
在实施例中，所述方法还包括：组合两幅图像，并且任选地，在显示设备上显示组合图像。在组合图像中，信噪比相对于标记位置被改进。因此，基于影像，所述标记位置可以由所述用户更可靠地找到。备选地，所述两幅图像被显示，要么同时显示在相同或不同的显示设备上，或者依次显示。
在另一方面中，提供了一种计算机程序单元，其当由至少一个处理单元执行时适于使得所述处理单元执行所述方法的一个或多个步骤。
在另一方面中，提供了一种在其上存储有所述程序单元的计算机可读介质。
附图说明
现在将参考以下附图(其不按比例)描述本发明的示范性实施例，其中：
图1示出了用于基于标记的导航的系统的框图；
图2示出了两个同步光源的切换周期；
图3示出了可植入标记设备的框图；
图4示出了标记设备的电路；并且
图5示出了用于基于标记的导航的方法。
具体实施方式
参考图1，这示出了如可以用于诸如微创外科手术(MIS)介入、原位检查和类似手术的医学介入的用于标记辅助导航的系统SYS的示意性框图。特别地，系统SYS优选地在这样的介入期间支持成像。
医学应用，尤其是MIS应用，包括肺介入，例如VATS。VATS介入包括从肺组织移除病变，例如楔形切除术和类似手术。其他MIS医学应用可包括检查肠、尿道、食道、肝脏和其他器官或其组。
尽管本文主要设想医学应用，但是也设想非医学应用，诸如在管道系统、洞穴系统或其他需要定位某个目标的难以进入的环境中的导航。
系统SYS广泛地包括可植入在人类或动物患者PAT中的标记设备MD。标记设备包括光源LS1，在本文中也被称为“第一光源”。标记还包括开关SW1以接通和关断光源LS1，其目的将在下面更充分地解释。系统SYS还包括医学成像设备ENDO，诸如内窥镜。尽管在下文中将主要参考内窥镜成像，但是本文还设想了其他成像模态，诸如数字相机、纤维镜、鼻镜、关节镜、腹腔镜、外科手术显微镜、望远镜和其他。还设想了胶囊内窥镜，其作为整体施用于患者。
内窥镜ENDO的部分可引入到患者中以采集图像来为导航和介入提供视觉支持。当从患者PAT内部采集图像时，内窥镜的光源LS2(在本文中也被称为“第二光源”)确保足够的曝光。在本文要描述的内窥镜支持介入之前的流程中，靠近病变将标记设备MD植入到患者PAT中。
非常广泛地，在如本文所设想的系统SYS中，内窥镜ENDO的第二光源LS2和标记设备MD的第一光源LS1共同作用以辅助用户导航到标记位置并且因此到病变。两个光源同步切换以采集揭示标记MD的位置并且因此病变的位置的影像。影像可由图像处理器IP处理以更好地可视化标记位置。图像处理器IP可以促进在显示设备DD上显示影像以在介入期间仍更好地支持用户。
在更详细地解释系统SYS的操作之前，我们首先参考成像设备ENDO来描述其部件中的一些。
内窥镜成像设备ENDO允许用户“看到”患者的内部。成像设备ENDO优选地使用诸如可见光的非电离辐射来操作。成像设备包括供电单元SU、任选地手持件HP和插入管IT。
供电单元SU可以包括光源LS2。光源LS2可以由供电单元SU中的板载电源PS2供电，或者其可以可连接到外部电源。光源LS2可通过开关元件SW2接通和关断。特别地，开关SW2可以操作于将光源LS2连接或重新连接到电源PS2。
插入管IT可以连接到手持件HP。手持件允许由内窥镜ENDO的用户进行操作。插入管用于至少部分插入到患者PAT中。插入管IT具有足够的刚度，使得其可以被推入到患者中并且可以推动穿过患者。插入管IT可以包括由聚合物涂覆的金属网格。插入管终止于远侧尖端部分TP。
在实施例中，那里成像装置可以包括转向机构。具体地，包括尖端TP的管TP的远侧部分形成可弯曲部分。可弯曲部分由一系列相互连接的分段铰接。多条接线，诸如2、3、4或更多条接线在不同的锚定点处附接到尖端。接线平行于弯曲部分，在管IT及其全长内部，从尖端TP到手持件HP延伸。在手持件中，接线耦合到致动器中，诸如机械链-链轮布置或其他。用户可以通过致动器拉紧接线，以迫使尖端根据需要卷曲和弯曲到不同的空间方向，这取决于哪条接线被拉得最紧。致动器响应于由用户可操作的手持件处的旋钮或操作杆。因此，可弯曲部分允许用户导航和越过障碍物。
在图1的右下，示出了通过平面p在尖端TP处的管IT的截面。在插入管内部存在多个通道，诸如C1-C3。一个通道，即工作通道C1，允许引入医学工具以通过例如施加真空来执行介入或切除组织的移除。其他两个通道C2和C3包括相应的光缆FCD、FCU，其从远侧尖端TP部分延伸插入管IT的全长回到供电单元SU中。光缆可以在相应透镜(未示出)中的尖端部分TP处终止。
光源LS2要提供照明，尤其是使得可以采集足够曝光的影像。为此，并且在一些但不是所有实施例中，光源LS2光学耦合到光纤FCD之一以将光沿着FCD线缆向下发送到尖端部分TP并且进入周围环境以提供其照明。光从由出射光遇到的结构反射回，并且由第二光缆FCU捕获。捕获的光沿着第二光缆FCU向上行进，该光缆FCU也沿着管IT的全长延伸返回到供电单元。第二光缆FCU在其近侧端部处光学耦合到包括图像传感器LD的相机系统以捕获影像。采集电路(未示出)允许以适合的帧速率捕获影像，诸如20-30fps或其他。
如此捕获的影像然后可以由图像处理器IP处理，下面对此更详细地说明。影像被处理成视频馈送，该视频馈送可以以灰度或以彩色或以任何其他适合的绘制显示在显示设备DD上。如果要求的话，静止影像也可以被采集并且呈现用于显示。代替于或除了所描述的相机系统，还可以存在光学目镜来观察患者内部。
将理解，所描述的内窥镜系统ENDO仅仅根据一个非限制性实施例。多种变型中的许多其他内窥镜成像系统还在本文中被设想并且可以在所描述的系统SYS的背景下使用。例如，相机系统可以位于供电单元SU外部。并非所有内窥镜成像器能够具有如所描述的专用手持件HP。尖端部分可以不同地结构化。
并非所有内窥镜能够必须具有如所描述的铰接弯曲部分，并且通道的数目可能与上文所描述的不同。
而且，不必在所有实施例中都要求光纤UFC、DFC。例如，在备选实施例中，包括图像传感器TD(诸如CCD)和一个或多个透镜的相机系统可以布置在尖端TP处。额外地或替代地，(一个或多个)光源LS2(诸如一个或多个LED)也可以布置在尖端TP处。
此外，诸如腹腔镜、胸腔镜、关节镜等的外科手术内窥镜可能不必具有工作通道。在外科手术流程中，仪器通常经由通过额外的接入点引入到患者中。
本文不必在所有实施例中要求内窥镜成像。特别地，在作为外科手术仪器的实施例中，其中，插入管是针或套管针。在这种或类似情况下，插入管是硬的，不包括可弯曲部分，并且不存在转向机构。相机系统TD和光源LS2两者再次布置在该硬插入管的尖端处。
如所指示的，系统SYS允许用户在患者PAT内定位感兴趣部位，例如病变，在较早的流程中已在其附近植入标记MD。特别地，在内窥镜或其他成像设备支持介入之前的准备阶段中，标记MD可能已经通过医学针、导管、内窥镜的工作通道或其他递送设备被引入到患者中。标记可以在没有任何内窥镜的情况下递送，例如在CT引导下或类似情况下利用针经胸递送。在递送时，标记MD能够插入到组织TS中，靠近病变被定位之处。超过一个标记可以被植入从而限定病变的位置。对标记的植入可能已经在X射线成像引导期间进行，诸如CT。稍后，可能需要在不同的流程中重新访问该部位以执行介入，并且这些和稍后的流程是本文中的主要焦点。代替于所描述的内窥镜成像设备ENDO，在这样的流程中其他成像设备可以被用于导航到病变部位。
由于一些成像设备，诸如一些内窥镜成像设备ENDO，使用非电离辐射来进行成像，因此要求通过空气的视线对感兴趣结构进行成像。可能的情况是，病变以及因此靠近其安置的标记MD位于组织或器官内部，在组织/器官外表面SR后面。因此，即使内窥镜ENDO被引入到以表面SR为边界的腔CAV中，在内窥镜与标记设备MD之间仍然可能没有视线，因为由中间组织TS阻塞。
为了解决这一点，标记设备MD的光源LS1被配置为发射足够强度的光，使得光能够穿透中间组织合理的距离，并且可能穿透到腔CAV(如果有的话)中，以由内窥镜成像器ENDO的图像传感器LD可检测到，尽管被衰减。
本文设想同步分别接通和关断标记设备MD和内窥镜ENDO的两个光源LS1、LS2。这允许用户在没有直接视线的情况下更好地定位可能埋在周围组织中的标记设备。更特别地，本文设想当成像设备ENDO的光源LS2接通时标记MD的光源关断，并且反之亦然，当内窥镜的光源LS2关断时标记MD的光源LS1接通。此外，通过成像器ENDO进行的成像也是同步的，使得在两个同步状态中的任一个下，由成像器ENDO采集一幅或多幅图像。
由于内窥镜ENDO的远侧尖端部分TP在患者内部的介入期间驻留，因此存在非常低的环境光，或者甚至接近完全黑暗。在内窥镜的照明源LS2关闭时进行成像将因此得到具有平坦信号分布的暗图像，其预期被记录为局部明亮“斑点”的隔离光信号，因为标记MD的光源打开而内窥镜的光LS2关闭。具有隔离亮信号的一幅(或多幅)暗图像在本文中可被称为“信标图像”。因此，信标图像可以向用户提供关于标记设备MD被定位于的位置或至少方向的清晰线索。一旦采集了具有编码的定位信息的这样的信标图像中的一幅或多幅，内窥镜ENDO的光源就再次接通，但是现在标记MD的光源被关断。内窥镜ENDO继续采集一幅或多幅图像，但是这次在本文中可称为“探索图像”的图像现在被完全照明以揭示信标图像中缺失的周围环境的解剖结构。然而，在探索图像中，现在缺少标记的位置。
在成像期间以这种方式对切换两个光源LS1和LS2的同步因此得到两个交织的图像流，即完全照明的图像流和暗图像流。来自两个流的影像可以以交替方式显示。在本文中提出由图像处理器IP对来自两个流的图像进行组合处理以获得完整的信息，即标记的位置和解剖信息。
通过同步地选择性地接通/关断两个光源，系统SYS总体上在两个模式中操作，即在信标模式中和在探索模式中操作。当处于信标模式时，仅标记设备光源LS1打开而内窥镜光源LS2关闭并且成像器ENDO捕获信标或暗图像。当处于探索模式时，角色反转，其中，现在标记MD灯关闭而内窥镜的光源LS2打开以捕获探索、完全照明的图像。
这两种模式之间的振荡，即标记MD和内窥镜ENDO处的切换操作的同步，可以由同步器逻辑单元SL管理和控制。同步器逻辑单元SL的至少部分可以位于内窥镜和标记设备的外部，在一个或多个数据处理单元上实施，通过有线或无线通信与同步器逻辑单元SL的剩余部分耦合。备选地，同步器逻辑单元可以部分或完全集成到标记设备中或者部分或完全集成到内窥镜中。根据需要，同步器逻辑单元SL的一个部分可以集成到内窥镜中并且另一部分集成在标记MD中。
同步器逻辑单元SL确保两个光源LS1和LS2的异相切换周期或脉冲频率。在图2中的图a)和b)中示出了如本文设想的光源的切换周期的模式。图a)属于成像器光源LS2。图b)属于标记MD光源LS1。两个图示出了用于光源LS1和LS2的相应光强度I对时间t曲线。零强度时段(在本文中被称为“关断时段”)对应于相应的光源LS1、LS2关闭的时段。非零强度时段(在本文中被称为“接通时段”)，即光脉冲长度，对应于相应光源LS1、LS2打开的时段。侧翼标记切换事件，要么“开”到“关”要么从“关”到“开”。特别地，曲线a)表示内窥镜灯LS2的切换周期，并且曲线b)表示标记设备光源LS1的切换周期。具体地，b)中的标记设备的接通时段落在内窥镜周期的关断时段内，并且反之亦然，内窥镜的接通时段落在标记设备的关断时段内。
优选地，标记光源的接通时段短于内窥镜的接通时段，诸如在采集少于探索图像的信标图像的情况下。在极端范例中，接通时段仅用于采集单幅信标图像，因此LS1的接通时段是准瞬时的，具有尖峰脉冲和相对长的关断时段。相对而言，内窥镜灯SL2的接通时段较长，从而允许采集多幅探索图像。
在实施例中，光源之一的关断时段与另一个光源的接通时段一致。
标记设备光源的切换周期的频率可以与内窥镜光源的切换周期的频率相同或不同。
周期可能不是静态的，但是一个或两个可能是可变的，可由用户调节。在一个实施例中，一个设置可以对应于严格交替的两个流的图像，每一信标图像跟随有一单幅探索图像，其然后跟随有一单幅信标图像等。如果用户具有定位标记的困难，则该周期设置能够有用。然而，一旦找到，标记光频率就可以降低。然而通常周期使得一幅或多幅信标图像跟随有一连串探索图像。此外，周期可以不必是规则的。实际上，在一些实施例中，成像器光源LS2的周期可以是不规则的，灯LS2在用户空闲时接通和关断。
优选地，成像器光源LS2处的一些或每个关断事件导致制造器设备灯SL1处的接通事件。优选地，成像器光源LS2处的接通事件使得标记的光源LS1关断，尽管这不必在所有实施例中要求，因为标记中的光源LS1可以例如在成像器光源LS2接通之前自己关断，如图2所示。
当处于信标模式时，标记的光源LS1可以在预设的时间段内连续发出光或光以脉动方式发出，作为一系列脉冲在预设时间段内以一频率发出，或直到成像器光源LS2再次接通。
不必在所有实施例中是这样的情况：成像器的照明源LS2在标记光源关闭时的每一个和每个时刻接通，诸如在标记光源LS1的脉动期间，如由成像器的照明源L2处的较早关断事件触发的。
通常，同步器逻辑单元SL可以被实施为因果联系的或者在开关SW1、SW2的两个切换之间没有因果联系的情况下实施。这些实施例在本文中可以被称为因果联系同步器逻辑单元SL或非因果联系同步器逻辑单元SL。
现在首先参考因果联系的同步器逻辑单元SL，这可以部分地在标记设备处实施，如现在将参考图3解释的。同步器逻辑单元SL可以实施如图2所示的周期模式。
特别地，图3示出了根据一个实施例的标记设备MD布置的示意性框图。图3A示出了由环境光照明的标记设备，例如来自成像装置ENDO的光源LS2的入射IL光。图3B示出了一种状态，其中，不存在入射照明IL，但是相反现在标记设备自己的光源LS1被激活，并且从标记设备发出出射光OL。
标记设备的电路包括上文所提到的光源LS1和为光源LS1供电的板载电源PS1。电源可以是可再充电电池、不可再充电电池或电容器或其他。开关SW1可操作于将光源LS1连接和重新连接到电源PS1。为了便于表示，在图3中未示出标记MD的开关SW1。
光源LS1可以布置为发光二极管(LED)或类似物。在实施例中，在LED的情况下红色或NIR辐射是优选的，因为这确保了足够的组织穿透深度。备选地，使用高功率(白色)灯泡或频闪灯。
在优选实施例中，标记设备MD的电路还包括换能器PC。换能器PC可以被布置为光电池或光电二极管。换能器PC能够将诸如来自内窥镜光源LS2的入射光IL转换成电能以便为标记MD的光源LS1供电。
换能器PC可以直接向光源供应电能，但是优选地存在缓冲存储元件，诸如上文所提到的电容器或可再充电电池PS，其存储由换能器PC转换的能量，并且光源LS1从电力存储元件PS汲取电能。
一些或全部所提到的部件，即光源LS1、电源PS和转换器PC(如果有的话)，优选地布置在单个半导体芯片或PCB上，但是这可能不必在所有实施例中如此，其中，一些或所有部件分布在两个或更多个半导体芯片上。
在优选实施例中，但是并非在所有实施例中，标记设备MD还包括光敏传感器LXS。光敏传感器形成因果联系同步器逻辑单元SL的部分。如果没有环境光由传感器LXS感测到，例如响应于关断内窥镜光源LS2，则光传感器LXS促进接通光源LS1。另外，光敏传感器LXS促进响应于感测到入射光(诸如来自内窥镜源LS2的光)而关断光源LS1。光敏传感器LXS和换能器PC(如果有的话)可以布置在诸如光电二极管或光电池的单个单元中，或者可以作为不同的部件离散地和分离地布置。在更简单的实施例中，不存在光传感器LXS并且电源是可再充电电池，或者较不优选地不可再充电电池。
光敏传感器在内窥镜和标记MD处的切换事件之间建立因果联系。标记处的切换响应于内窥镜处的事件。内窥镜处的切换事件和成像可以纯由用户控制和由用户操作按钮或其他致动器而触发。备选地，在成像器ENDO中存在自动切换电路，诸如多路复用器，以在不同的预定义模式之间转换/切换，或者用户可以通过用户接口指定切换周期来设置的多谐振荡器或其他。然后以指定的频率和时段长度重复接通和关断源LS2，并且同时继续成像。由于传感器LXS，标记MD将然后根据图2b)中的模式做出相应响应。在该和类似的实施例中，成像器可以包括接口IFE以从切换电路接收切换命令。
如果成像设备ENDO是内窥镜类型的，则插入管IT可以包括专用于从成像器的不同的第二光源递送光的另外的通道(在图1中未示出)。例如，不可见近红外(NIR)光通道可以被用于为标记加电，以便不干扰通过另一通道的光以提供来自源LS2的可见照明光来用于成像目的。除了工作通道C1之外，还可以存在额外工作通道(未示出)，其被适合地定尺寸为具有管腔以用于递送或移除标记。
尽管在一些实施例中光源LS2被集成在医学成像设备ENDO中，但是这不必在所有实施例中如此，其中，照明源与成像器成像设备ENDO分离。照明源可以通过不同的递送工具引入到患者中。
图4示出了根据一个实施例的被配置为实施根据图3的标记设备MD的标记MD电路的另外的细节。
标记设备MD包括光敏传感器LXS和任选地换能器PC。同步器逻辑单元SL包括光敏传感器LXS和逻辑电路，例如触发器FF，如图4所示。以虚线箭头示出诸如来自内窥镜光源LS2的入射光IL。当光被接收时，换能器将其转换为能量并通过充电电路CC将其存储在诸如电池的电源PS中。该电路可在充电模式和引起先前所提到的信标模式的模式中操作。
更特别地，当在传感器LXS处感测到入射光IL时并且在存在换能器PC的情况下，电源PS由换能器PC充电并且光源LS1被关断，而不向光源LS1供电。然而，当没有光在传感器LXS处被接收时，换能器不再充电，并且设备MD切换到信标模式。现在，电源PS1确实向光源LS1提供电力以释放光(以实线箭头所示)。
更详细地，并且继续参考图4，标记的照明源LS1可以在脉冲开/关模式中操作。在接通时段期间，传感器LXS捕获光子并且对能量存储元件PS1(诸如电容器)充电。当来自第二光源LS2的照明IL中断时，标记设备通过同步器逻辑单元SL自动切换到信标模式。在该模式中，存储元件PS1现在对光源LS1供电，并且光源以脉冲或连续波模式(cw)发射光信号。当传感器LXS接收到光子时，其处于充电模式。在充电模式中，传感器LXS处的输出电压高于能量存储元件PS1处的电压。当照明信标光源PS1被关断时，传感器LXS处的输出电压下降并且将低于由能量存储元件供应的电压。这些振荡电压U1、U2可以由作为同步器逻辑单元SL的部分的触发器触发电路FF处理以触发开关SW1。一旦如此触发，则来自存储元件PS1的存储能量可以作为电流流动通过光源LS1，这导致发射光。在信标模式电力中从电源PS1汲取的电压可以由LED驱动器电路DCR提供，其使得光源LS1能够照明。
在通过在光传感器LXS或其他充电布置处捕获的光对标记MD的电力存储PS1再充电时的实施例中，关断时段优选地至少与再充电时段一样长，如图2所示。然而，具体地在逻辑单元SL的非因果联系的实施例中，其中，不要求传感器LXS并且一个或两个光源由电池或通过有线或无线连接到外部电源来供电。
发射光脉冲的脉冲长度，即接通时段的长度，可以取决于电容器中存储的能量量。如果传感器LXS紧密接近成像器的照明源LS2，则更多能量被存储，并且制造器光源LS1，即“信标”，可以在具有更长的接通时段的更长的时间段内发射光。因此，标记的接通时段可以用作“替代”措施来确定与照明源LS2和信标LS1的距离。换句话说，在实施例中，集成在成像器ENDO中或其外部的处理单元PU可以将如通过一系列信标图像测量的接通时段转换成距离。如此计算的距离可以显示在显示设备上，叠加在当前探索图像上。
在图3、4的一些实施例中，根据需要，优选地当请求以探索或信标模式成像时，用户以手动开关接通/关断成像器ENDO处的光源LS2。当在内窥镜处关断光源LS2时，并且作为对其的直接响应，来自照明源LS2的光现在在标记设备的LXS的光传感器处被接收，并且然后同步器逻辑单元SL操作标记设备中的板载开关SW1以接通如上文所描述的标记设备的光源。将理解，在该实施例中，例如在校准设置中，可能需要调节传感器LXS使得关断标记源LS1的光强度，以确保其阈值不被设置太高。例如，当在用户检查周围环境时照明源LS2指向远离标记的方向时，优选地不应当仅仅接通制造器光源LS1。
还设想了与图2、3之一相反的布置，其中，光传感器LXS相反集成到内窥镜中。在实施例中，传感器LXS被布置在插入管上在其弯曲部分处或在诸如针等的递送设备的插入部分处。特别地，传感器LXS可以集成在尖端TP部分中。在该实施例中，现在标记设备控制内窥镜光源LS2的关断，与上文所提到的图3、4的实施例相反，其中，内窥镜灯控制标记设备处光源的关断。在该相反的实施例中，切换信号接口IFE可以包括光敏传感器，以便接收接通/关断命令，即来自标记光源LS1的光信号，以相应地切换开关SW2。该相反的布置可以有用于确定周围组织的光学透明度。
在其中标记设备包括光传感器LXS以促进接通/关断板载光源LS1的上文所描述的图3、4中的实施例实施因果同步逻辑单元SL的范例。切换事件，尤其是标记设备处的关断事件灵活且动态地响应于从内窥镜灯LS2接收的光。但是图3、4仅仅是用于因果联系同步逻辑单元SL的一个实施例。在备选实施例中，本文还设想了检测硬切换事件的其他切换事件触发逻辑单元。在这些实施例中，标记MD和/或内窥镜ENDO处的接口和事件处理程序捕获“硬”切换事件，并且然后发送触发信号以实现接通或关断成像器ENDO或标记MD的另一个开关以实现与图2中类似的切换周期模式。在由硬切换事件驱动的这些实施例中，内窥镜ENDO和标记设备MD可以各自优选地包括耦合到相应开关SW1、SW2的无线发射器/接收器布置。内窥镜或标记设备中的切换事件一然后将被发送，例如从标记设备到内窥镜，并且如果标记中的光源已经关断，则实现接通内窥镜，或者反之亦然。
在具有因果联系的同步器逻辑单元SL的上文所描述的实施例中，同步器逻辑单元可能不必要求发出特定关断信号以使得标记设备光源LS1关断，使得成像器ENDO可以在探索模式中操作，尽管这在一些实施例中仍然可以实施。相反，如图2的切换周期所示，标记光源LS1可以自动关断，要么由于定时电路的期满要么简单地由于在维持信标脉冲之后电源被耗尽。内窥镜处的照明源LS2然后可以在一时刻再次接通，例如在用户要求处，并且然后对标记电源PS1再充电。
现在转向先前提到的非因果联系同步器逻辑单元LS，在这样的实施例中，光源LS1、LS2可以自主地切换，并且仍然可以实现根据图2或其变型的切换周期。这样的非因果联系同步器逻辑单元SL可以实施为两个相应的振荡切换电路，一个在标记MD中，并且一个在成像器ENDO中。切换周期设置有用于适合定时和异相的LS1、LS2的脉冲长度。用户通过成像器和标记处的适合的接口、频率、相位以及相应的关断和接通时间长度进行调节，使得两个周期自主异相运行，类似于图2的图。标记可以包括无线设置功能，以供用户在植入后改变其切换周期。在两个切换逻辑单元之间不再存在因果关系，并且系统SYS可以如上文所描述进行操作。两个振荡器或多谐振荡器可以被使用，分别集成在标记MD和成像器ENDO中。优选地，如果使用光传感器LXS，则成像器ENDO的照明光LS2的关断应该被定时以便允许标记的MD电源PS1再充电。
现在返回参考图3以更充分地描述标记设备MD，标记设备的电路全部或部分由生物相容材料CP封装或封闭。材料优选地是完全半透明的或者可以仅在窗口部分W处是半透明的而在其他地方是不透明的。在实施例中，整个封装CP是半透明的。半透明封装确保可以感测和释放更多的光。
(一个或多个)半透明窗口部分W被布置在光源和任选地换能器PC被定位之处。单个窗口部分W可以如图3所示具有适合的宽度以服务光源和换能器和/或光传感器两者。备选地，换能器PC(如果有的话)以及光传感器LXS和光源可以各自具有分离的离散窗口部分(未示出)。
本文设想玻璃或其他生物相容性材料，诸如适合的聚合物，或有机或无机半透明材料。生物相容性具体地确保有毒物质不释放到周围组织中。标记不旨在长期留在患者中，而是可以在介入结束时或在后续介入中通过穿过内窥镜ENDO的工作通道的工具移除，或者可以在外科手术切除期间连同周围组织一起移除。生物相容性应当至少在数天、优选地数周或数月的时段内被确保，因为由于对卫生系统的压力，很可能出现在植入标记和结束介入之间可能经过相当长的时间。
标记设备的总体形状可以是球形、椭圆形中的任一种，但是也可以布置为条形。还设想了任何其他形状。总体尺寸可以在毫米或亚毫米范围内。优选地，标记设备被小型化以便能够通过医学外科手术针施用。范例包括规格为12-18、直径约2-1.25mm的活检针，但是也可以设想3mm-5mm的范围内的更粗的针，诸如以用于消融目的。
封装CP的总体形状通常是凸面的，使得其可以容易地通过如上文所提到的针施用。然而，备选地，封装CP可以不必是凸面的，尤其是，其可以包括突起结构以形成钩子或其他锚定物以便辅助将标记固定到预期的组织类型或器官。封装CP可以是整体式的或者可以由部件或部件组装。
继续参考图3，标记设备MD可以任选地包括允许标记设备收集物理、化学或生理量的测量数据的另外的电路或部件。一个或多个传感器或探头S可以如此布置。测量值可以存储在板载存储器中，并且然后可以一旦移除标记设备就进行评价。备选地，存在将测量数据发送到外部的专用发射器，该测量数据可以由诸如计算设备的接收器评价。在一个实施例中，不存在专用发射器，而是将测量值调制到由光源LS1发射的光上的调制器MOD。调制可以在信标模式期间发生，或者可以相反当光源LS1单独激活以发送测量值时在分离的操作阶段中发生。调制可以通过频率调制或强度调制或组合。
换能器TD尽管是优选的但是是任选的，并且标记MD可以由板载电池或其他能量源供电，而无需换能器，特别是当与非因果联系同步器逻辑单元SL一起使用时。然而，优选地，在标记MD中使用换能器以在探索模式期间对标记光源LS1再充电，这请求来自成像器ENDO光源LS2的光。换能器TD可以使用在同步器逻辑单元SL的因果或非因果实施例中。
现在更详细地转向图像处理器IP的操作，这可以从暗图像或信标图像提取图像信息。具体地，隔离信号的位置，即亮点，可以通过阈值化或分割来确定。如此确定的位置然后可以在后续的一幅或多幅探索图像中适合地指示。可以在一幅或多幅后续探索图像中的对应图像内位置处在探索图像中叠加诸如十字线或其他符号的适合的图形符号，以向用户提供标记设备的位置的线索。备选地，全部信标图像被叠加到探索图像上。信标图像的“暗”区域被绘制为完全透明，而表示标记光信号的亮区域被绘制为不透明或仅部分透明。当采集新的信标图像时，标记位置和相关联的图形符号动态更新，等等。在其他实施例中，亮点被分割，并且然后分割被叠加。
如果内窥镜在两帧之间的移动，尤其是在信标图像与探索帧的采集之间的移动是零或可忽略的，则两幅图像在空间上彼此自然配准。换句话说，两幅图像中相同的图像内坐标对应于相同的空间位置。在这种情况下，不要求专门的配准操作，并且可以基于较早或较晚的信标图像中的信号容易地在探索图像中指示标记位置。
否则，如果在帧之间存在不可忽略的运动并且因此可以假定没有直接本地配准，则可以采用图像处理器的配准功能来尝试在空间上配准较早或较晚的信标帧之一以及后续或较早的探索帧。在仅探索图像可以彼此配准的情况下，然后在(一幅或多幅)时间相邻的探索图像上配准信标图像，然后该探索图像继而配准到较晚获得的探索图像，以便确保那些较晚的探索图像也可以与信标图像忠实地配准。
变形算法、光流方法或其他方法可以被用于实现配准。图像配准处理具体地在对标记电源PS1再充电的时间相对长并且后续LS1脉冲之间的时段可能导致信标图像与当前探索图像之间的空间失配的情况下可能是有益的。所提出的图像配准允许解决这一点。
在实施例中，在试图定位信标图像中的标记位置之前，对比度增强器CE可以被用于对图像进行对比度增强，并且然后尝试识别。代替于或者补充对比度增强，也可以尝试颜色改变。
为了捕获增强质量的更好的信标图像，图像装置ENDO可以包括滤波器部件FC。滤波器部件具有对应于标记的光源LS1的带宽的频率响应函数。在信标模式期间由内窥镜ENDO捕获的来自标记设备MD的光然后首先由部件FC滤波，并且如此滤波的图像然后如上文所描述被处理。
总之，根据以上实施例，图像处理器被配置为将信标图像的至少部分与探索图像组合以形成组合图像，该组合图像可以包括额外的图形信息以指示标记设备的位置从而更好地辅助用户朝向设备导航。
然而，还设想了标记位置的其他可视化选项。例如，在实施例中，信标图像本身被显示，例如通过将信标图像交织到探索图像流中。如此交错的信标图像可以显示一定的时间量。该时间可以由用户设置。该时间可以是短的，诸如几分之一秒，或者大约一秒或更多秒。
备选地，信标图像作为分离的流连同探索图像流一起显示，要么在单个显示设备的不同的、相应的屏幕部分中显示，要么分别在两个显示设备上显示。
现在对示出了用于基于标记的导航的方法的流程图的图5进行参考。该方法可以被用于实施如上文在图1-4中所描述的系统，但是方法的以下步骤本身可被理解为教导。
在步骤S510处，关断植入的设备MD的光源。
在步骤S520中，接通诸如内窥镜的医学成像装置处的光源LS2，即照明源。
光源的接通可以响应于接收到的与植入的设备的光源的关断相关的信号而发生。两个步骤S510和S520的次序可以反转。现在，对医学设备的视场进行照明的医学成像设备的第二光源打开，而植入的设备处的光源关断，在步骤S530处，利用成像装置捕获一幅(或多幅)图像。该图像可以被称为探索图像并且构成由于第二光源而适当曝光的图像。
一旦已经捕获了这样的探索图像中的一幅或多幅，在步骤S540处关断医学设备处的光源。在步骤S550处，接通标记设备处的光源。再次，步骤S540和S550可以反转。
在实施例中，标记光源在步骤S540中的接通响应于成像器处的照明源在步骤S550中的关断。现在成像器处的第二光源关闭并且植入的设备处的光源接通，第二(一幅或多幅)图像在步骤S560处由医学成像器捕获。该第二图像可以被称为信标图像。该图像将捕获来自标记设备的隔离光信号，即光点，以如此指示植入的标记设备的位置(并且因此病变的位置)，尽管标记可能不必在相对于医学成像装置的视线内。由于信标图像现在曝光不足，并且在照明源关闭时可能不揭示周围环境，因此由于如信标图像中记录的来自标记设备的隔离光信号，精确指示标记的位置。
在任选步骤S570处，可以组合暗图像中的图像信息的至少部分和探索图像的至少部分。
具体地，可以通过分割、信号阈值化或其他图像处理在信标图像中识别表示来自标记设备的光的光点。可以在探索图像中指示如此识别的光点的图像内位置，从而向用户揭示可能被遮挡的标记的位置并且因此向用户揭示病变的位置。该位置可以通过在探索图像中的对应位置处叠加视觉标记来指示。
在步骤S580处，组合图像可以作为视频馈送或静止图像的部分显示在显示设备上。新影像可以被用于支持介入并且可靠地将用户引导到标记并且因此引导到由标记所标记的病变。
所提出的方法如此产生两个流，一个用于信标图像，并且一个用于探索图像。图像流可以交错，以便在信标图像变得可用时生成探索图像流，其偶尔由一幅或多幅信标图像中断。在实施例中，在信标图像与探索图像之间可能不必存在严格的、规则的变化。
可以在步骤S520、S530之前执行步骤S540、S550。
在实施例中，在步骤S540和S550之间或在步骤S520和S530之间可能存在因果联系。
可以重复以上步骤，以获得新探索图像和信标图像对。
具体地，标记光的接通能够由成像器处的照明源的关断引起。这将构成因果联系同步，但是这不必在所有实施例中要求，因为还设想了非因果同步。在非因果同步中，两个光源可以被预设为以适合地异相调节的频率进行脉冲，其中，脉冲长度如上文在图2处解释适合地被选择。
为了最佳结果，可以建议将手术室调暗以减少可能触发不期望的切换操作的环境光。在实施例中，可以建议校准流程以将标记传感器校准到成像装置的光源。由标记和/或照明源发射的光可以包括可见光，但是也设想其他频率，诸如IR或NIR。
优选地，如在所提出的方法中使用的标记由光供电，尤其是由成像器的照明源的光供电。
在步骤S530、S560处捕获信标和探索图像可以包括使用透镜目镜或取景器，诸如可以在内窥镜中使用的。如所识别的标记的位置可以被叠加为目镜或取景器的视场中的视觉指示。
图像处理系统IP、调制模块MD和/或同步器逻辑单元SL的部分或全部的部件可以被实施为在计算单元PU(例如与成像器ENDO相关联的工作站)上运行的软件模块或例程。图像处理系统IP、调制模块MD和/或同步器逻辑单元SL的部分或全部可以布置在分布式架构中并且连接在适合的通信网络中。图像处理系统IP、调制模块MD和/或同步器逻辑单元SL的部分或全部可以布置在标记设备或成像器ENDO中，作为适当编程的微处理器或微控制器，诸如FPGA(现场可编程门阵列)或作为硬连线IC芯片，诸如ASIC、片上系统(SOC)和其组合。
光源LS1、LS2之一或两者的接通和关断可以分别通过从相应电源(重新)连接或断开来完成。备选地，光可以由快门机构或滤波元件阻挡/释放。
在所有以上实施例中，代替于关断光源LS1、LS2之一或两者，光强度可以仅仅通过调光器功能或通过滤波元件或其他元件的插入来降低到非零强度水平。具体地，当标记的光源LS1打开时成像器处的光源LS2可以如此变暗。标记优选地不仅仅变暗，而且当成像器的光源切换到较高强度时关断。在其他实施例中，标记处的光源变暗，而成像器的光源正以更高的强度水平进行照明。在另外的实施例中，每个光源仅仅变暗，而另一个光源以更高的强度照明，并且在任一光源处没有完全关断。
在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或一种计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。
因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器由此可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。
根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面部分描述。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质(尤其是但不限于非瞬态介质)上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。
必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于基于标记的导航的系统(SYS)，包括：
可植入标记设备(MD)，其具有第一光源，所述第一光源能切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态；
同步器逻辑单元(SL)；以及
成像装置(ENDO)，其具有用于提供入射光的第二光源(LS2)，所述第二光源能切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态；
其中，所述标记设备(MD)的所述第一光源(LS1)和所述第二光源(LS2)能够由控制所述两个光源(LS1、LS2)的切换的所述同步器逻辑单元(SL)同步操作，从而所述系统能够在两个模式中操作，即在信标模式中和在探索模式中操作，使得在探索模式中所述第一光源(LS1)被切换到低强度状态并且所述第二光源(LS2)被切换到高强度状态，并且使得在信标模式中所述第一光源(LS1)被切换到高强度状态并且所述第二光源(LS2)被切换到低强度状态，
其中，所述成像装置(ENDO)被配置为由所述同步器逻辑单元(SL)控制或由用户控制，从而在所述两个模式中的每个模式中捕获至少一幅相应图像。
2.根据权利要求1所述的系统，包括图像处理器(IP)，所述图像处理器被配置为组合来自所述至少两幅图像的图像信息以形成组合图像。
3.根据权利要求1或2所述的系统，所述图像处理器(IP)包括对比度增强器(CE)，所述比度增强器用于增强在信标模式中采集的一幅或多幅图像的对比度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，所述成像装置(ENDO)包括滤光器部件(FC)，所述滤光器部件使其频率响应被调节到能够由所述标记设备(MD)的所述光源(LS1)发射的光的带宽。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，所述图像处理器(IP)被配置为空间地配准在信标模式中捕获的图像与在探索模式中捕获的图像。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述同步器逻辑单元(SL)包括光敏传感器(LXS)，所述光敏传感器能操作于根据分别从第二光源或所述第一光源接收的入射光来实现到所述第一光源或所述第二光源的所述两个强度的所述切换。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述光敏传感器(LXS)被配置为促进i)所述第一光源响应于所述传感器感测到低于强度阈值的光强度而切换到高强度状态和/或ii)所述第一光源响应于所述传感器感测到高于所述阈值的光强度而切换到低强度状态。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，在所述传感器(LXS)处感测到的所述光强度是由来自所述第二光源(LS2)的所述入射光引起的。
9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述成像装置包括内窥镜(ENDO)。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述同步器逻辑单元被配置为当从所述第二光源接收的所述入射光(IL)的强度下降到强度阈值之下时将所述标记设备自动切换到信标模式。
11.一种医学成像设备(ENDO)，包括：图像传感器(LD)，其用于捕获图像；以及光源(LS2)，其用于为光传感器(LD)提供环境光；以及同步器逻辑单元(SL)，其能操作于在捕获图像时使得所述光源(LS2)被切换到至少两个强度状态，即低强度状态和高强度状态，所述接通和关断被设置在预设频率处，或者其中，所述两个强度之间的所述切换响应于由所述同步器逻辑单元(SL)通过所述设备(ENDO)的接口(IFE)接收的外部切换信号。
12.一种用于基于标记的导航的方法，包括以下步骤：
在植入的标记设备的光源(LS1)处于低强度状态并且所述医学成像装置(ENDO)的第二光源(LS2)处于高于所述标记的所述低强度状态的高强度状态时利用医学成像装置(ENDO)来捕获(S530)第一图像；并且
在所述植入的标记设备的所述光源(LS1)处于高强度状态并且所述医学成像装置(ENDO)的所述第二光源(LS2)处于低于所述标记的所述高强度状态的低强度状态时利用所述医学成像装置(ENDO)来捕获(S560)第二图像。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：组合(S570)所述两幅图像；并且任选地，在显示设备(DD)上显示(S580)组合图像，和/或显示所述两幅图像。
14.一种计算机程序单元，其当由至少一个处理单元(SL、PU)执行时适于使得所述处理单元(SL、PU)执行根据权利要求12或13所述的方法的一个或多个步骤。
15.一种在其上存储有根据权利要求14所述的程序单元的计算机可读介质。
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