距解剖腔的壁的距离的可视化.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711226597.1 (22)申请日 2017.11.29 (30)优先权数据 15/364156 2016.11.29 US (71)申请人 韦伯斯特生物官能 （以色列） 有限公 司 地址 以色列约克尼姆 (72)发明人 V.格林尔 A.C.阿尔特曼恩 R.B.马耶 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 徐予红 刘春元 (51)Int.Cl. A61B 34/20(2016.01) (54)发明名称 距解剖腔的壁的距离的可视化 (57。

2、)摘要 本发明题为 “距解剖腔的壁的距离的可视 化” 。 所述实施方案包括具有显示器和处理器的 系统。 处理器被配置成通过以下操作来修改包括 解剖腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图 标叠加在图像的与体内工具在解剖腔内的位置 对应的部分上， 以及在体内工具继续在体内工具 指向的方向上朝壁移动的情况下将标记叠加在 壁的表征的与体内工具将遇到壁的位置对应的 部分上。 处理器还被配置成在显示器上显示经修 改的图像。 还描述了其它实施方案。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 108113749 A 2018.06.05 CN 108113749 A 1.一种系统， 包括： 显示器； 以及。

3、 处理器， 所述处理器被配置成： 通过以下操作来修改包括解剖腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图标叠加在所述图像的与所述体内工具在所述解剖腔内的位置对 应的部分上， 以及 在所述体内工具继续在所述体内工具指向的方向上朝所述壁移动的情况下将标记叠 加在所述壁的所述表征的与所述体内工具将遇到所述壁的位置对应的部分上， 以及 在所述显示器上显示经修改的图像。 2.根据权利要求1所述的系统， 其中所述处理器被配置成通过从所述体内工具的远侧 末端投影虚拟射线来识别所述体内工具将遇到所述壁的所述位置。 3.根据权利要求1所述的系统， 其中以三维渲染所述图像的至少一部分。 4.根据权利要求1所述的系统，。

4、 其中所述解剖腔是鼻窦。 5.根据权利要求1所述的系统， 其中所述解剖腔是鼻腔。 6.根据权利要求1所述的系统， 其中所述图像是计算机断层摄影(CT)图像。 7.根据权利要求1所述的系统， 其中所述图像是磁共振成像(MRI)图像。 8.一种方法， 包括： 使用处理器， 通过以下操作来修改包括解剖腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图标叠加在所述图像的与所述体内工具在所述解剖腔内的位置对 应的部分上， 以及 在所述体内工具继续在所述体内工具指向的方向上朝所述壁移动的情况下将标记叠 加在所述壁的所述表征的与所述体内工具将遇到所述壁的位置对应的部分上； 以及 显示经修改的图像。 9.根据权利要求8。

5、所述的方法， 还包括通过从所述体内工具的远侧末端投影虚拟射线 来识别所述体内工具将遇到所述壁的所述位置。 10.根据权利要求8所述的方法， 其中以三维渲染所述图像的至少一部分。 11.根据权利要求8所述的方法， 其中所述解剖腔是鼻窦。 12.根据权利要求8所述的方法， 其中所述解剖腔是鼻腔。 13.根据权利要求8所述的方法， 其中所述图像是计算机断层摄影(CT)图像。 14.根据权利要求8所述的方法， 其中所述图像是磁共振成像(MRI)图像。 15.一种计算机软件产品， 包括其中存储程序指令的有形非暂态计算机可读介质， 所述 指令在由处理器读取时， 促使所述处理器： 通过以下操作来修改包括解剖。

6、腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图标叠加在所述图像的与所述体内工具在所述解剖腔内的位置对 应的部分上， 以及 在所述体内工具继续在所述体内工具指向的方向上朝所述壁移动的情况下将标记叠 加在所述壁的所述表征的与所述体内工具将遇到所述壁的位置对应的部分上； 以及 显示经修改的图像。 16.根据权利要求15所述的计算机软件产品， 其中所述指令还促使所述处理器通过从 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 108113749 A 2 所述体内工具的远侧末端投影虚拟射线来识别所述体内工具将遇到所述壁的所述位置。 17.根据权利要求15所述的计算机软件产品， 其中以三维渲染所述图像的至少一部分。 。

7、18.根据权利要求15所述的计算机软件产品， 其中所述解剖腔是鼻窦。 19.根据权利要求15所述的计算机软件产品， 其中所述图像是计算机断层摄影(CT)图 像。 20.根据权利要求15所述的计算机软件产品， 其中所述图像是磁共振成像(MRI)图像。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 108113749 A 3 距解剖腔的壁的距离的可视化 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请涉及2016年11月29日提交的名称为 “Improved visualization of anatomical cavities” 美国申请号15/364,144且代理人参考号为1002-1460/ID。

8、-839/ BIO5678USNP的申请， 该申请与本申请同日提交， 其公开内容通过引用并入本文。 技术领域 0003 本发明涉及医疗图像领域。 背景技术 0004 计算机断层摄影(CT)扫描获取解剖结构的扫描部分的放射密度， 也称为放射不透 性。 放射密度以霍斯菲尔德(Hounsfield)单位(HU)进行测量， 其中空气的HU1000， 水的 HU0， 并且皮质骨的HU+3000。 在CT图像中， 所获取的放射密度值被映射到不同的灰度 值。 通常， 在CT图像中， 空气以黑色呈现， 皮质骨以白色呈现， 并且其它材料以变化的灰色色 调呈现。 0005 传统上， 介入放射科医师已被训练成使用头。

9、部的二维(2D)图像来导航受治疗者的 头部。 例如， 在鼻窦规程期间， 介入放射科医师可参考受治疗者头部的三个计算机断层摄影 (CT)切片： 轴向切片、 冠状切片以及矢状切片。 0006 其公开内容以引用方式并入本文的美国专利8,532,738描述了一种方法， 该方法 包括构造体腔的模拟表面， 并将探头的远侧端部按压贴靠在体腔的壁上。 在将远侧端部按 压贴靠在壁上的同时， 从探头接收指示探头在体腔内的位置的位置测量值， 并且从探头接 收指示远侧端部和壁之间的力的力测量值。 在检测到力测量值超过预定量时， 在由位置测 量值指示的位置处在模拟表面中创建扭曲， 以便形成扭曲表面。 随后， 显示扭曲表。

10、面。 0007 其公开内容以引用方式并入本文的美国专利7,924,279描述了一种用于可视化3D 体积的系统， 特别是用于医疗应用， 该系统包括用于接收表征3D体积的体素值的三维数据 集的输入设备。 该数据集存储在存储装置中。 处理器将体积从预定的视点投影到虚拟2D投 影屏上。 对于2D投影图像的每个像素， 通过像素并通过体积投射射线。 使用一种协议， 该协 议在沿着体积内的射线位置穿过时根据射线位置确定渲染算法和/或渲染参数。 对于每个 射线位置， 所确定的渲染算法/渲染参数用于基于射线位置的预定范围内的至少一个体素 值来计算对像素的像素值的贡献。 输出设备用于提供在显示器上渲染的2D图像的。

11、像素值。 发明内容 0008 根据本发明的一些实施方案， 提供包括显示器和处理器的系统。 处理器被配置成 通过以下操作来修改包括解剖腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图标叠加在图像的 与体内工具在解剖腔内的位置对应的部分上， 以及在体内工具继续在体内工具指向的方向 上朝壁移动的情况下将标记叠加在壁的表征的与体内工具将遇到壁的位置对应的部分上。 处理器还被配置成在显示器上显示经修改的图像。 说 明 书 1/5 页 4 CN 108113749 A 4 0009 在一些实施方案中， 处理器被配置成通过从体内工具的远侧末端投影虚拟射线来 识别体内工具将遇到壁的位置。 0010 在一些实施方案中，。

12、 以三维渲染图像的至少一部分。 0011 在一些实施方案中， 解剖腔是鼻窦。 0012 在一些实施方案中， 解剖腔是鼻腔。 0013 在一些实施方案中， 图像是计算机断层摄影(CT)图像。 0014 在一些实施方案中， 图像是磁共振成像(MRI)图像。 0015 根据本发明的一些实施方案， 还提供一种方法， 该方法包括使用处理器通过以下 操作来修改包括解剖腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图标叠加在图像的与体内工 具在解剖腔内的位置对应的部分上， 以及在体内工具继续在体内工具指向的方向上朝壁移 动的情况下将标记叠加在壁的表征的与体内工具将遇到壁的位置对应的部分上。 该方法还 包括显示经修改。

13、的图像。 0016 根据本发明的一些实施方案， 还提供包括其中存储程序指令的有形非暂态计算机 可读介质的计算机软件产品。 指令在由处理器读取时， 促使处理器通过以下操作来修改包 括解剖腔的壁的表征的图像： 将表征体内工具的图标叠加在图像的与体内工具在解剖腔内 的位置对应的部分上， 以及在体内工具继续在体内工具指向的方向上朝壁移动的情况下将 标记叠加在壁的表征的与体内工具将遇到壁的位置对应的部分上。 该指令还促使处理器显 示经修改的图像。 0017 结合附图， 从本发明的实施方案的以下详细说明， 将更全面地理解本发明， 其中： 附图说明 0018 图1是根据本发明的一些实施方案的用于指导医疗规程。

14、的系统的示意图； 并且 0019 图2示出根据本发明的一些实施方案的原始CT图像切片和经修改的CT图像切片。 具体实施方式 0020 概述 0021 如上所述， 介入放射科医师通常使用2D图像(或 “切片” )用于导航。 然而， 使用2D图 像的挑战在于缺乏包含在此类图像中的深度信息。 例如， 当使用2D图像来导航解剖腔内的 导管时， 可难以探知导管与腔的壁之间的距离。 0022 本发明的实施方案通过在2D图像中提供解剖腔的增强的表征来解决该挑战。 在该 增强的表征中， 经由从所显示的2D切片下面引入形态信息， 给予腔以三维(3D)外观。 例如， 处理器可用虚拟光源 “照明” 腔， 使得位于所。

15、显示的2D切片下面的腔的壁对于定位在虚拟光 源附近的虚拟摄像机而言是 “可视的” 。 然后可以用对应于虚拟摄像机的视图的具有变化的 亮度色调的颜色渲染腔壁。 0023 一些实施方案通过将表征导管的图标以及指示导管与腔壁的距离的标记叠加在 图像上来进一步增强图像。 为了产生标记， 处理器可从导管的末端投影虚拟射线， 并且在虚 拟射线碰撞腔壁的点处将标记显示在图像中。 0024 系统描述 0025 首先参考图1， 图1是根据本发明的一些实施方案的用于指导医疗规程的系统20的 说 明 书 2/5 页 5 CN 108113749 A 5 示意图。 0026 图1描绘医师26对受治疗者22执行规程。 。

16、在该规程期间， 医师26将体内工具28诸如 导管插入受治疗者22的鼻腔和/或鼻窦中， 并且然后使用工具28在鼻腔和/或鼻窦上探测 和/或操作。 通常， 使用例如磁跟踪系统跟踪工具的位置和取向。 例如， 系统20可包括一个或 多个磁场发生器24， 磁场发生器24在规程期间生成相应的磁场。 这些场在耦合到工具28的 一个或多个磁传感器中感应出相应的电压。 基于这些感应电压， 处理器34探知工具相对于 跟踪系统的坐标系的位置和取向。 0027 通常， 在规程之前， 使用例如CT扫描仪来获取受治疗者头部的体积。 随后， 在规程 期间， 处理器34将从该体积获得并且被如下所述增强的至少一个图像切片32显。

17、示在显示器 30上。 医生然后可参考切片32， 以决定如何最佳地导航受治疗者的鼻腔和/或鼻窦。 0028 应当注意， 如在本申请(包括权利要求书)中使用的术语 “图像切片” 是指通过对三 维对象的特定横截面进行成像， 或通过获得对象的三维图像的特定横截面而获取的任何二 维图像。 (图像切片在本文中可另选地被简称为 “图像” 或 “切片” 。 )例如， 在规程之前， 可通 过在连续的深度处获取一叠矢状图像切片来获取受治疗者的头部的体积。 随后， 处理器34 可通过从该体积获得原始矢状图像切片中的任一个， 或者通过获得该体积的横截面来从该 体积导出 “图像切片” ， 以导出具有另一合适取向的新切片。

18、。 (通常， 在规程之前执行新切片 的导出。 ) 0029 通常， 在规程之前， 处理器34将磁跟踪系统与CT扫描仪配准， 例如如美国专利申请 15/290,968中所述， 其公开内容以引用方式并入本文。 该配准规程的输出是变换， 处理器随 后使用该变换计算体内工具的远侧端部相对于图像切片32的位置。 0030 一般来讲， 处理器34可被体现为单个处理器或协作式联网的或集群的处理器集。 处理器34通常是编程化数字计算装置， 该装置包括中央处理单元(CPU)、 随机存取存储器 (RAM)、 非易失性辅助存储装置诸如硬盘驱动器或CDROM驱动器、 网络接口和/或外围装置。 如本领域中所公知的， 将。

19、包括软件程序的程序代码和/或数据加载到RAM中用于由CPU执行 和处理， 并且生成结果用于显示、 输出、 传输或存储。 程序代码和/或数据可以电子形式例如 经网络下载到计算机， 或者， 另选地或除此之外， 程序代码和/或数据可提供和/或存储在诸 如磁性存储器、 光学存储器或电子存储器的非暂态有形介质上。 此类程序代码和/或数据在 提供给处理器之后， 产生被配置成执行本文所述任务的机器或专用计算机。 0031 现在参考图2， 图2示出根据本发明的一些实施方案的原始CT图像切片31和经修改 的CT图像切片32。 0032 如上所述， CT图像通常以黑色呈现空气， 以白色呈现皮质骨， 并且以变化的灰。

20、色色 调呈现其它材料。 例如， 图像切片31包括与解剖腔对应的在本文中被称为空隙36的黑色部 分； 具体地， 空隙36对应于受治疗者的鼻腔。 (换句话讲， 图像切片31 “切穿” 鼻腔， 使得鼻腔 内部作为空隙36出现在图像切片中。 )图像切片31还包括对应于骨和/或围绕鼻腔的其它组 织的白色或灰色区域38。 0033 在本发明的实施方案中， 处理器34修改图像切片31， 以便生成经修改的图像切片 32。 为了修改图像切片31， 处理器首先识别图像切片31的与解剖腔对应的那部分， 即， 由扫 描仪的扫描平面与解剖腔相交所形成的部分。 (如上所述， 在CT图像中， 这些部分表现为空 隙， 诸如空。

21、隙36。 )处理器然后用对应的解剖腔的壁的表征填充所识别的部分中的每个， 从 说 明 书 3/5 页 6 CN 108113749 A 6 而给予每个解剖腔以三维外观。 (换句话说， 处理器将对应的解剖腔的三维(3D)视图叠加在 图像的每个所识别的部分上)。 例如， 在经修改的图像切片32中， 空隙36被鼻腔的壁的三维 表征44替换， 该鼻腔的壁在获取图像切片的位置的后面(即， 相对于观看图像的人的视角， 壁在扫描平面的后面)。 然后处理器显示经修改的图像切片32， 如上文参考图1所述。 0034 更一般地， 处理器可针对示出部分解剖腔的每个图像切片执行本文所述的修改。 通常， 在规程之前， 。

22、处理器遍历所有相关图像切片(包括原始图像切片和导出的图像切片)， 并且如本文所述修改每个含腔的图像切片。 随后， 在规程期间， 处理器连续地监测工具的位 置， 并且如果工具的位置已改变， 则处理器可检索并显示穿过工具的新位置的一个或多个 经修改的图像切片。 (注意， 处理器可另选地在紧接显示图像切片之前实时地如本文中所述 那样修改图像切片。 ) 0035 通常， 处理器通过渲染腔的壁来计算表征44。 首先， 处理器从导出图像切片31的三 维图像探知壁的形状。 处理器然后使用任何合适的渲染技术来渲染壁。 例如， 处理器可用虚 拟光源照明壁， 并且根据定位在虚拟光源附近的虚拟摄像机的视图渲染壁。 。

23、然后处理器用 该渲染来替换图像切片31中的空隙。 通常， 壁以颜色进行渲染， 以便于医生区分解剖腔和周 围组织。 0036 通常， 处理器不修改图像切片31的其它部分， 诸如图像切片的区域38。 例如， 处理 器可不修改除对应于解剖腔的部分之外的图像切片的任何部分。 因此， 经修改的图像切片 32通常是 “混杂” 图像， 因为区域38以灰度被示为二维表面， 而解剖腔的壁通常以颜色被渲 染为三维表面。 0037 现在具体参考图2底部的示意图， 其重现了经修改的图像切片32的一部分。 0038 通常， 在经修改的图像切片32上， 处理器还将表征体内工具28(具体为体内工具28 的远侧端部)的图标4。

24、0叠加在经修改的图像切片32的与体内工具在解剖腔内的位置对应的 部分上。 通常， 处理器还在体内工具继续在体内工具指向的方向上朝壁移动的情况下将标 记42叠加在表征44的与体内工具将遇到壁的位置对应的部分上。 例如， 处理器可从体内工 具的远侧末端投影虚拟射线46， 识别虚拟射线46遇到解剖腔的壁的位置， 并且然后将标记 42叠加在表征44的与该位置对应的那部分上。 (虽然为了说明起见， 在图2的示意性部分中 示出虚拟射线46， 但是应注意到， 虚拟射线46通常在经修改的图像切片32中未示出)图标40 和标记42通常有利于解剖腔内的工具的导航， 因为例如图标40和标记42之间的距离指示工 具与。

25、腔的壁的距离。 0039 在一些实施方案中， 显示完全三维图像(即， 以三维完全渲染的图像)， 而不是经修 改的图像切片32(如上所述， 其仅部分以三维渲染)， 并且图标40和/或标记42被叠加在该图 像中的解剖壁的表征上。 0040 虽然本文的描述主要涉及CT图像， 但是应当注意， 本发明的实施方案也可应用于 使用其它形式诸如磁共振成像(MRI)获取的图像。 (在MRI图像中， 解剖腔不一定表现为空 隙， 但通常是可识别的， 使得它们可如本文所述那样被识别和修改。 ) 0041 本领域技术人员应当理解， 本发明不限于上文特别示出和描述的内容。 相反， 本发 明实施方案的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者， 以及本领域的技术人员在 阅读上述说明书时可能想到的未在现有技术范围内的变型和修改。 以引用方式并入本专利 申请的文献被视为本专利申请的整体部分， 但是如果这些并入的文献中定义的任何术语与 说 明 书 4/5 页 7 CN 108113749 A 7 本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突， 则应只考虑本说明书中的定义。 说 明 书 5/5 页 8 CN 108113749 A 8 图1 说 明 书 附 图 1/2 页 9 CN 108113749 A 9 图2 说 明 书 附 图 2/2 页 10 CN 108113749 A 10 。