JP2018513755A - 解剖学的手術中の手術ツール位置特定の方法及びそのためのシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、これにより引用によってその内容全体が組み込まれる2015年2月19日出願の米国仮特許出願第62/118,043号に対する優先権を主張するものである。
ここで、「Igray」は、ビデオフレームのピクセルのグレースケール強度を表し、
「opp2」は、次式で与えられるピクセルのopp2色成分を表し、
「opp2norm」は、次式で与えられるピクセルの正規化opp2色成分を表し、
「R」、「G」、「B」は、ピクセルの赤、緑、及び青の色成分を表している。
ここで、
は、輪郭上のピクセルでのタンジェンシャルの瞬間の傾きを表し、
は、平均曲率運動を表し、
「u0」は、ピクセル強度を表し、
「c1」は、輪郭の内側の平均ピクセル強度を表し、
「c2」は、輪郭の外側の平均ピクセル強度を表している。
は、決定された2Dマスクに対応する着目領域内の輪郭の高い曲率に罰則を与えるために使用することができる。更に、着目領域内の輪郭の内側及び外側それぞれの強度分散を最小にするために表現式「(u0−c1)2」及び「(u0−c2)2」を使用することができる。着目領域内のエッジでの輪郭を展開させるために式(4)を使用することができる。当業者は、着目領域内のピクセルの色特性を上記で説明した適応色フィルタリングに従って使用することができることを理解するであろう。例えば、輪郭展開の実行を考慮するのに、高輝度ピクセル(100よりも高いか又はそれに等しい強度を有するピクセル)に対してopp2色強度を考慮することができ、それに対して着目領域内の低輝度ピクセルに対して正規化opp2色強度を考慮することができる。これに代えて、画像フィルタリングエンジン210は、着目領域内のピクセルの平均ピクセル強度を決定することができる。画像フィルタリングエンジン210は、平均ピクセル強度が高い(100よりも高いか又はそれに等しいのような)場合に着目領域内のピクセルのopp2色強度を考慮することができる。他の場合は着目領域内のピクセルの正規化opp2色強度を考慮することができる。現在のビデオフレーム内で1又は2以上の手術ツールの予備2Dマスクを精緻化する方法を示す例示的流れ図に対しては図6で説明する。
102 手術デバイス
104 画像処理サーバ
108 ユーザ端末
110 通信ネットワーク
Claims (26)
- 解剖学的手術中の手術ツール位置特定のためのシステムであって、
1又は2以上のビデオフレームを取り込むように構成された画像取り込みデバイスに通信的に結合された画像処理エンジン内の1又は2以上の回路、
を含み、
前記1又は2以上の回路は、
1又は2以上の色制約及び幾何学的制約に基づいて、前記1又は2以上のビデオフレームに存在する1又は2以上の手術ツールの1又は2以上の物理特性を決定し、
前記1又は2以上のビデオフレームに存在する前記1又は2以上の手術ツールの2次元(2D)マスクを該1又は2以上の手術ツールの前記決定された1又は2以上の物理特性に基づいて検出し、かつ
前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの姿勢を該1又は2以上の手術ツールの前記2Dマスクが該1又は2以上の手術ツールの先端及び/又は終端で遮蔽されている時に推定する、
ように構成される、
ことを特徴とするシステム。 - 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上のビデオフレームが1又は2以上の煙ブロックで遮蔽されている時に、該1又は2以上のビデオフレームから該1又は2以上の煙ブロックを除去して煙なしビデオフレームを発生させるように更に構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上のビデオフレームの前のビデオフレームセットの各々内で1又は2以上の煙領域を検出するように更に構成されることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の煙ブロックは、前記1又は2以上のビデオフレームから該1又は2以上のビデオフレームの前の前記ビデオフレームセットの各々内の前記検出された1又は2以上の煙領域内のピクセルセットの累積強度に基づいて除去されることを特徴とする請求項3に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記煙なしビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスク内の該1又は2以上の手術ツールの色特性に基づいて輪郭展開を実行するように更に構成されることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- 前記輪郭展開は、前記煙なしビデオフレーム内の前記検出された2Dマスクの輪郭の内側及び/又は外側の領域の曲率と強度分散とに基づいて実行されることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記輪郭展開に基づいて、前記煙なしビデオフレームのセグメント化を実行して該煙なしビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールを検出するように更に構成されることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上のビデオフレームの各領域内のピクセル強度に基づいて前記1又は2以上の色制約に対応する適応色フィルタリングを実行するように更に構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記適応色フィルタリングは、前記1又は2以上のビデオフレームの前記各領域に対してopp2色強度ベースのフィルタリング又は正規化されたopp2色強度ベースのフィルタリングに基づいて実行されることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記1又は2以上のビデオフレームに存在する前記1又は2以上の手術ツールの前記2Dマスクの前記検出は、前記適応色フィルタリングに基づいていることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端の位置を該1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスクの長手主軸に沿って延びる第1の方向ベクトルに沿って該1又は2以上の手術ツールの該検出された2Dマスクの解析に基づいて推定するように更に構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端の前記位置の重心を決定するように更に構成されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端の前記位置を前記第1の方向ベクトルに対して予め決められた角度にある第2の方向ベクトルに沿って該1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスクの解析に基づいて再推定するように更に構成され、
先端及び/又は終端の前記位置は、前記重心が前記1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスクの外側に位置するか又は該重心が遮蔽されている時に再推定される、
ことを特徴とする請求項12に記載のシステム。 - 前記1又は2以上の手術ツールの前記姿勢の前記推定は、該1又は2以上の手術ツールの前記先端が遮蔽されている時に、該1又は2以上の手術ツールの前記終端の前記推定された位置に基づいていることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の手術ツールの前記姿勢の前記推定は、該1又は2以上の手術ツールの前記重心及び/又は前記終端が遮蔽されている時に、該1又は2以上の手術ツールの前記先端の前記推定された位置に基づいていることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記画像取り込みデバイスの1又は2以上の画像取り込み設定が、前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記姿勢の前記推定に基づいて調節されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の画像取り込み設定は、自動露光、自動フォーカス、自動ホワイトバランス、又は自動照明のうちの1又は2以上を含むことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記1又は2以上の回路は、前記解剖学的手術中にユーザインタフェースを通じて前記1又は2以上のビデオフレームを表示するように更に構成され、
前記1又は2以上の手術ツールは、前記表示された1又は2以上のビデオフレーム内でマスキング又は強調表示される、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記1又は2以上の回路は、前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端での該1又は2以上の手術ツールの遮蔽を示す通知を発生させるように更に構成され、
前記通知は、音声警告、文字警告、視覚警告、又は触覚警告のうちの1又は2以上に対応する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 解剖学的手術中の手術ツール位置特定の方法であって、
画像取り込みデバイスに通信的に結合された画像処理エンジンにおいて、
1又は2以上の色制約及び幾何学的制約に基づいて、1又は2以上のビデオフレームに存在する1又は2以上の手術ツールの1又は2以上の物理特性を決定する段階であって、前記画像取り込みデバイスが、該1又は2以上のビデオフレームを取り込むように構成される前記決定する段階と、
前記1又は2以上のビデオフレームに存在する前記1又は2以上の手術ツールの2次元(2D)マスクを該1又は2以上の手術ツールの前記決定された1又は2以上の物理特性に基づいて検出する段階と、
前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの姿勢を該1又は2以上の手術ツールの前記2Dマスクが該1又は2以上の手術ツールの先端及び/又は終端で遮蔽されている時に推定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端の位置を該1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスクの長手主軸に沿って延びる第1の方向ベクトルに沿って該1又は2以上の手術ツールの該検出された2Dマスクの解析に基づいて推定する段階を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端の前記位置の重心を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの前記先端及び/又は前記終端の前記位置を前記第1の方向ベクトルに対して予め決められた角度にある第2の方向ベクトルに沿って該1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスクの解析に基づいて再推定する段階を更に含み、
先端及び/又は終端の前記位置は、前記重心が前記1又は2以上の手術ツールの前記検出された2Dマスクの外側に位置するか又は該重心が遮蔽されている時に再推定される、
ことを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 前記1又は2以上の手術ツールの前記姿勢の前記推定は、該1又は2以上の手術ツールの前記先端が遮蔽されている時に、該1又は2以上の手術ツールの前記終端の前記推定された位置に基づいていることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記1又は2以上の手術ツールの前記姿勢の前記推定は、該1又は2以上の手術ツールの前記重心及び/又は前記終端が遮蔽されている時に、該1又は2以上の手術ツールの前記先端の前記推定された位置に基づいていることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- コンピュータをして、
1又は2以上の色制約及び幾何学的制約に基づいて、1又は2以上のビデオフレームに存在する1又は2以上の手術ツールの1又は2以上の物理特性を決定する段階であって、前記コンピュータが、該1又は2以上のビデオフレームを取り込むように構成された画像取り込みデバイスに通信的に結合される前記決定する段階と、
前記1又は2以上のビデオフレームに存在する前記1又は2以上の手術ツールの2次元(2D)マスクを該1又は2以上の手術ツールの前記決定された1又は2以上の物理特性に基づいて検出する段階と、
前記1又は2以上のビデオフレーム内の前記1又は2以上の手術ツールの姿勢を該1又は2以上の手術ツールの前記2Dマスクが該1又は2以上の手術ツールの先端及び/又は終端で遮蔽されている時に推定する段階と、
を含む段階を実行させるためのコンピュータ実行可能命令セットが格納された非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。
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