[发明专利]用于实时更新穿行摄像机放置的方法和系统

说明书

虚拟内窥镜视图示出了外科手术区域和周围的解剖结构，并且还可示出在外科手术期间使用的外科器械的位置，从而允许外科医生在直接查看或实际内窥镜视图不完整、被阻挡或以其他方式不可用或不期望时虚拟地查看外科手术区域。为了渲染内窥镜视图，IGS导航系统可被配置为基于用户输入在3D空间内具有观察者点和观察者取向。用于限定这些点的用户界面允许用户在提供输入的同时实时查看虚拟内窥镜预览，从而改善所得的虚拟内窥镜视图是用户所期望的可能性；以及减少重新限定和重新配置虚拟内窥镜视图所花费的时间。虚拟内窥镜预览可提供静态图像和动态图像的组合以示出所提供的输入的空间关系。

优先权

本申请要求2018年10月22日提交的名称为“Method for Real Time Update ofFly-Through Camera Placement”的美国临时专利62/748,571的优先权，该美国临时专利的公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

图像引导外科手术(IGS)为一种这样的技术：其中使用计算机来获得已经插入患者体内的器械的位置与手术前获得的图像集合(例如，CT或MRI扫描、3-D标测图等)的实时相关性，使得计算机系统可在手术前获得的图像上叠加器械的当前位置。可用于IGS手术中的电磁IGS导航系统的示例为由Biosense-Webster,Inc.(Irvine,California)提供的3系统。在一些IGS规程中，在外科手术之前获得手术区的数字断层扫描(例如，CT或MRI、3-D标测图等)。然后使用专门编程的计算机将数字断层扫描数据转化成数字地图。在外科手术过程中，具有传感器(例如，发出电磁场和/或响应于外部生成电磁场的电磁线圈)的特殊器械用于执行手术，同时传感器向指示每个外科器械的当前位置的计算机发送数据。该计算机将从传感器接收的数据与由手术前断层扫描生成的数字地图相关联。断层扫描图像连同指示器(例如，十字准线或照亮点等)一起示于视频监视器上，从而示出每个外科器械相对于扫描图像中所示解剖结构的实时位置。即使外科医生不能直接在体内器械当前位置处目视查看其本身，但外科医生能够通过查看视频监视器而了解每个配备传感器的器械的确切位置。

为了提供上述虚拟内窥镜视图，IGS导航系统可能需要虚拟“摄像机”的“放置”以限定由虚拟内窥镜视图呈现的视点。此类放置可能需要限定观察者点(即，沿着虚拟内窥镜视图的观察者所处的3-D空间中的x、y和z轴的点)和观察者取向(即，限定观察者所面向的3-D空间中的方向的欧拉角)的配置或输入。当使用常规2D界面和工具代替具有3-D能力的界面和工具时，在虚拟3-D空间中限定位置和取向可能是困难的。

作为例示潜在困难的示例，当使用3-D界面和工具时，诸如能够在房间规模移动并查看具有六个自由度的3-D虚拟环境的虚拟现实头戴式显示器，虚拟摄像机的放置可简单到围绕控制器行走或使用控制器在虚拟3-D空间内移动(即，沿着x轴、y轴和z轴移动)，然后在期望的方向上(即，旋转偏航、俯仰和翻滚)观看。

当使用2D界面诸如计算机显示器和鼠标时，导航和查看相同的3-D虚拟环境以便限定观察者点和取向可不太直观并且更容易出错。常规2D界面可能需要用户使用键盘和鼠标浏览数字地图的多个单独图像，然后手动选择第一图像上的点作为观察者位置或取向，然后选择第二图像上的点作为剩余点。第一图像和第二图像可能不落在Z轴(即，第三维度)上的同一点上，使得作为2D观察者难以判断它们彼此的关系。因此，在IGS导航期间配置虚拟内窥镜视图的过程可能是不准确的(例如，用户可以选择第一点和第二点，然后在渲染虚拟内窥镜视图之后决定其不是期望的)和低效的(例如，用户可能需要多次重新限定第一点和第二点以便实现期望的视角)。

此类不准确性和低效率可对外科手术的结果产生负面影响，包括降低通过内窥镜视图可用的视点的质量或可用性，以及增加完成手术所需的总时间。因此，可能有利的是提供具有用于限定虚拟内窥镜视图内的视点和视角的改进特征的IGS导航系统。

尽管已研制出若干系统和方法并用于外科手术，但是据信，本发明人之前尚未有人研制出或使用所附权利要求书中所描述的发明。

附图说明