一种具有立体图像引导或跟踪的超声波系统的制作方法

技术领域

本发明当前要求的实施例的领域涉及成像装置，更特别地是涉及具有用于观察和跟踪一个或多个工具的一个或多个传感器的成像装置。

背景技术：

在图像引导干预中，成像装置和医疗工具在手术期间的跟踪和定位是异常重要的并且被认为是图像引导外科手术(IGS)系统中的主要促成技术。跟踪技术可以分类成以下几组：1)包括主动机器人(例如达芬奇机器人)和被动编码的机械臂(例如Faro机械臂)的基于机械的跟踪，2)基于光学的跟踪，3)基于声学的跟踪，以及4)基于电磁(EM)的跟踪。

超声波是一种包括消融过程、活组织检查、放射治疗以及外科手术的图像引导干预的有用成像模式。在文献中以及在研究实验室中，通过将跟踪系统(光学或者EM方法)与超声波(US)成像系统集成以例如跟踪并且引导肝脏消融，或者在外照射治疗中[E.M.Boctor,M.DeOliviera,M.Choti,R.Ghanem,R.H.Taylor,G.Hager,G.Fichtinger,“Ultrasound Monitoring of Tissue Ablation via Deformation Model and Shape Priors”,International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention,MICCAI 2006；H.Rivaz,I.Fleming,L.Assumpcao,G.Fichtinger,U.Hamper,M.Choti,G.Hager,and E.Boctor,“Ablation monitoring with elastography:2D in-vivo and 3D ex-vivo studies,”International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention,MICCAI 2008；H.Rivaz,P.Foroughi,I.Fleming,R.Zellars,E.Boctor,and G.Hager,“Tracked Regularized Ultrasound Elastography for Targeting Breast Radiotherapy”,Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention(MICCAI)2009]，来执行超声波引导干预研究。当前商业系统可以包括将EM跟踪装置集成至高端基于车的US系统中。小的EM传感器可以集成至超声波探针中，并且类似的传感器可以附接至且固定至感兴趣的干预工具。

当前方法在研究和商业方面的限制可以归因于可用跟踪技术，并且归因于集成这些系统并且将它们用于临床环境的可行性。例如，基于机械的跟踪器被认为是昂贵的且侵入的方案，即基于机械的跟踪器需要大的空间并且限制用户移动。另一方面，声学跟踪没有提供足够导航准确性。光学和EM跟踪技术需要具有基本相机(在光学跟踪方法的情况下)或者参考EM发射器(在EM方法的情况下)的侵入安装。此外，光学刚体或者EM传感器务必附接至成像器以及所有所需工具，因此需要离线校准和灭菌步骤。因此存在改善成像装置以在图像引导外科手术中使用的需要。

技术实现要素：

本发明的方面可以涉及系统、装置和方法。在一个实施例中，可以提供图像引导超声波系统。该系统可以包括：超声波探针；显示器，其配置为与所述超声波探针进行通信以接收超声波信号来显示来自所述超声波探针的图像；以及成像装置，其附接至所述超声波探针或与所述超声波探针成一体中的至少一个并且配置为与所述显示器进行通信以显示从来自所述成像装置的图像导出的信息。所述成像装置可以包括稳定配件、物理耦接至所述稳定配件的成像装置配件、物理耦接至所述稳定配件的多个光敏装置以及物理耦接至所述成像装置配件的存储器单元，所述存储器单元配置为存储所述图像引导超声波系统的校准或使用信息。

在另一个实施例中，提供了一种用于执行图像引导过程的方法。所述方法可以包括：使用图像引导超声波探针来扫描感兴趣区域；从邻近所述感兴趣区域的周围区域的所述图像引导超声波探针接收超声波数据，所述图像引导超声波探针包括在相对于超声波探针的固定位置处附接的多个光敏装置；利用工具以供在所述感兴趣的区域内以及周围区域内使用，使得所述工具的至少一部分对所述多个光敏装置是可见的；并且基于来自所述多个光敏装置的成像信息在所述图像引导过程期间跟踪所述工具或引导所述工具中的至少一个，其中所述多个光敏装置附接至稳定配件以防止在多个光敏装置之间的移动，并且其中所述图像引导超声波探针还包括存储器单元，其配置为存储校准或使用数据中的至少一个。

在又一个实施例中，提供了一种用于图像引导外科手术的图像引导装置。该装置可以包括：支撑结构；与支撑结构耦接的稳定配件；以及耦接至稳定配件的第一光敏装置和第二光敏装置，其中所述稳定配件防止所述第一光敏装置与所述第二光敏装置、所述第一光敏装置与所述支撑结构以及所述第二光敏装置与所述支撑结构之间的移动。

附图说明

进一步的目的和优势将从说明书、附图和示例的考虑中变得显而易见。

图1示出了根据本发明实施例的成像系统的成像组件的实施例。

图2示出了根据本发明实施例的成像系统的另一个实施例。

图3示出了根据本发明实施例的成像系统的成像组件的另一个实施例。

图4示出了根据本发明实施例的成像系统的成像组件的稳定配件的实施例。

图5示出了根据本发明实施例的包括稳定配件的成像组件的实施例。

图6示出了根据本发明实施例的用于成像系统的包括光敏装置以及连接至稳定配件的印刷电路板的成像组件的实施例。

图7示出了根据本发明实施例的成像系统的成像组件的另一个实施例。

图8示出了根据本发明实施例的成像系统的包括光敏装置、存储器以及光源的成像组件的实施例。

图9描绘了根据本发明实施例的示例工作流。

图10描绘了用于执行方法并且建立本文描述的系统的计算机的说明性实施例。

图11说明了根据实施例的超声波束与工具的相交。

具体实施方式

下面详细讨论了本发明的一些实施例。在描述实施例中，为了清楚起见，使用了特定术语。然而，本发明不旨在限于所选择的特定术语。相关领域中的技术人员将认出在不脱离本发明的广泛概念的情况下可以使用其他等效组件并且开发其他方法。在该说明书中的任意地方引用的所有参考文献均通过引用方式被并入，犹如每个参考文献已经被单独并入。

本发明的一些实施例描述了IGI(图像引导干预)使能的“平台技术”，其超出相对窄图像引导和跟踪的当前范例。除此之外，同时本发明的目的在于克服跟踪、视觉化以及引导的限制；具体使用且集成这些技术，例如与使用3D计算机视觉和结构光的针识别和跟踪有关；以及使用局部感测方法的成像装置跟踪。IGI的示例可以在以美国专利申请公开No.2013/0016185公开的题为“Low-cost image-guided navigation and intervention systems using cooperative sets of local sensors”的美国专利申请No.13/511,101中看见。

本发明涵盖各种不同实施例，共享用于通用成像、投影、视觉和局部感测的组件和方法的紧密集成的共同核心。

本发明的一些实施例涉及组合一组互补技术以提供局部感测方法，该方法可以提供使能跟踪医疗成像装置的技术，例如潜在地显著减少了错误并且增加了积极的患者结果。根据本发明的一些实施例，该方法可以提供用于跟踪超声波探针和其他成像装置、干预引导以及信息视觉化的平台技术。根据本发明的一些实施例，通过将超声波成像与图像分析算法以及安装探针的光敏装置、独立光学惯性传感器结合，而可以通过递增跟踪外科手术针和其他工具或者目标的当前运动来重建它们的位置和轨迹。

本发明的一些实施例允许(使用视觉的、超声波和/或者其他成像和定位形式来)分段、跟踪以及引导针和其他工具。

与本领域的当前状态相比，这种装置可以允许具有改进敏感性和特异性的成像过程。这可以开放数个可能的应用场景，而该应用场景先前需要有害的X射线/CT或者昂贵的MRI成像和/或外部跟踪和/或昂贵的、不精确的、耗时的或者不实际的硬件安装，或者该应用场景仅仅遭受固有缺少精确和成功的保证，例如：活组织检查，RF/HIFU消融等：可以允许2D或者3D的基于超声波的针引导，近距离治疗：可以允许用于精确近距离治疗定位播种的3D针引导和超声波获取，依赖于跟踪成像和跟踪工具的其他应用。

本发明的一些实施例可以提供超过现有技术的几个优势，例如以下组合：低成本跟踪、局部化、紧凑的和非侵入方案-用于手持的理想跟踪系统和紧凑的超声波系统，其主要用于干预和医疗点临床套件，而且用于其他干预设置中的可视跟踪下的通用针/工具跟踪。

例如，本发明的一些实施例涉及用于跟踪超声波探针和其他成像装置的装置和方法。根据本发明的实施例，通过将超声波成像和图像分析算法以及安装探针的光敏装置组合，可以通过递增跟踪工具(例如，针、指针、活组织检查工具、腹腔镜、消融装置、外科手术仪器或者细长工具)和其他目标的当前运动来重建它们的位置和轨迹。这可以提供先前需要昂贵的、不精确的或者不实际的硬件安装的几个可能应用场景，例如基于3D超声波的针引导。

当前超声过程主要使用手持式2D超声波(US)探针，该探针通过已扫描的3D体积(“感兴趣区域”(ROI))返回平面图像片。针对需要工具引导的经皮干预，工具轨迹的预测当前基于跟踪附接至远端(外部)工具端的传感器，并且基于依赖于操作者经验的轨迹的心理推断。具有3D超声波、工具跟踪、工具轨迹预测以及交互式用户引导的集成系统将是非常有益的。

图1示出了根据本发明的实施例的成像系统的成像组件100的实施例。成像组件100包括：成像工具110、支架120，该支架120构造为可附接至成像工具110。在图1的示例中，成像工具110为超声波探针，并且支架120被构造为可附接至超声波探针的探针手柄。超声波探针可以包括例如Ultrasonix#C5-2。然而，本发明的广泛概念不限于仅仅该示例。支架120可以构造为可附接至用于图像引导外科手术的其他手持式仪器，例如外科整形电动工具或者独立的手持式支架。在其他实施例中，例如，支架120可以被构造为可附接至X射线系统或者MRI系统的C形臂。

成像组件100可以包括顶壳180和底壳130，该顶壳180和底壳130可以耦接在一起，以形成头壳。顶壳180和底壳130可以牢固耦接至稳定配件170(例如，稳定条)。头壳可以容纳稳定配件170以及成像组件100的其他组件。螺钉190可以用于将成像组件100的组件耦接在一起。

成像组件100还可以包括牢固附接至稳定配件170的一个或者多个光敏装置150(例如，相机、PSD(位置感测装置)、基于反射的激光感测等)。在本发明的一些实施例中，一个或者多个光敏装置150可以为可见光相机、红外线相机、飞行时间相机、PSD(位置感测装置)和/或者基于反射的激光感测装置中的至少一个。一个或者多个光敏装置150可以被布置为观察靠近成像组件100的表面区域和在成像组件100的操作期间观察表面区域。在图1中，一个或者多个光敏装置150可以被布置且配置为感兴趣区域的立体观察。

成像组件100还可以包括：印刷电路板140，该印刷电路板140可以包括一个或者多个微处理器、一个或多个光源以及存储器装置。光源可以包括一个或多个LED、CFL(紧凑型荧光灯)、白炽灯泡和/或激光。光源可以发射可见光谱、红外线、紫外线或者其他光谱中的光。印刷电路板还可以连接至一个或者多个光敏装置150、光源以及存储器装置，并且可以牢固耦接至稳定配件170。

成像组件100还可以包括透镜160，该透镜160为一个或者多个光敏装置150提供屏幕。在一个实施例中，透镜160可以由.031”厚度的超硬gorilla玻璃制成。透镜160可以被磨砂或者部分磨砂以扩散从光源发射的光。

图2示出了根据本发明的实施例的成像系统200的实施例。成像系统200包括由用户控制的成像组件100。用户也正在插入工具。成像系统200包括图像显示器210。图像显示器210可以显示来自成像工具110的输出，例如超声波图图像。成像系统200还包括扩增的显示器220。扩增的显示器220可以为触摸屏并且允许来自用户的输入。扩增的显示器220可以在来自成像工具110的输出的顶部上叠加跟踪信息。跟踪信息可以包括由用户插入的工具的当前跟踪状态、当前位置和/或当前插入深度。被叠加信息还可以包括工具尖端位置以及工具尖端到被选目标的距离。

图3示出了根据本发明的实施例的成像系统的成像组件的另一个实施例。特别地，图3示出了连接至成像工具110的支架120。支架120还连接至底壳130。底壳130连接至顶壳180。透镜160可以固定在底壳130与顶壳180之间的位置中。

虽然图1-图3示出了作为超声波成像系统的成像系统并且支架120被构造为附接至作为超声波探针的成像工具110，但是本发明的广泛概念不限于该示例。支架可以构造为可附接至其他成像系统例如但不限于X射线以及磁共振成像系统。

图4描绘了示例稳定配件170，其可以用于成像系统200中的成像组件100中。稳定配件170可以由具有低膨胀系数的材料制成以防止/最小化光敏装置之间和/或光敏装置与成像装置之间的移动。在一些实施例中，热膨胀系数在4-120[10a^-6m/mK]之间可以是足够的。在另一个实施例中，可以使用小于73.8[10a^-6m/mK](ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)热塑性塑料)，或更一般地4-120[10a^-6m/mK](塑料)，或更具体地22.2[10a^-6m/mK](铝)的膨胀系数。在一个实施例中，稳定配件170可以由铝、不锈钢、钛、陶瓷、塑料、ABS(丙烯腈-丁二烯苯乙烯)热塑性塑料等制成。稳定配件可以是成像装置配件本身的整体部分。

图5示出了根据本发明的实施例的包括稳定配件170的成像组件100的实施例。稳定配件170可以附接至印刷电路板140。稳定配件170还可附接至底壳130。

图6示出了根据本发明的实施例的用于成像系统200的包括光敏装置150以及连接至稳定配件170的印刷电路板140的成像组件100的实施例。稳定配件170可以牢固地和/或刚性地连接至底壳130和/或光敏装置150。稳定配件170可以防止光敏装置150之间以及光敏装置150与成像组件100内之间的移动。此外，稳定配件170可以防止光敏装置150与成像装置110之间的移动。

图7示出了包括光敏装置150以及连接至稳定配件170的底壳130的成像组件100的另一个实施例。图7还描绘了连接至底壳130的支架120。

图8示出了根据本发明的实施例的用于成像系统200的包括光敏装置150、存储器装置810以及光源820的成像组件100的实施例。图8描绘了为光敏装置150、光源820以及存储器装置810提供了控制器的印刷电路板140。光源820可以包括任意数量的光源(例如，如图8中所示的6个LED)。越多的LED或其他光源，阴影越不太可能会干扰目标跟踪。光源820可以输出可见光谱中或在其他光谱(例如红外光谱)中的光。透镜160可扩散和/或过滤来自光源820的光。磨砂或蚀刻玻璃可以用于透镜160以扩散来自光源820的光。越多的扩散来自光源820的光，阴影越不太可能会干扰目标跟踪。透镜160还可以作为过滤器以阻止特定光谱的光退出和/或进入成像组件100。因此，镜头160可以过滤光敏装置150的入射光和/或光源820的输出光。存储器装置810可以包括存储卡读卡器和/或存储卡。存储卡读卡器可以能够读取和容纳存储卡。在另一个实施例中，存储器装置810可以包括闪存驱动器。在另一个实施例中，存储器装置810可以为USB驱动器。存储器装置810可以存储许可数据、配置数据、成像装置使用时间、成像装置许可信息、成像装置配置信息、成像装置校准信息和/或系统软件更新中的至少一个。成像装置100可以测量目标已经被跟踪的时间量并且可以在存储器装置810中存储该信息。校准信息可以包括例如光敏装置150之间的相对位置和/或光敏装置150与成像工具110之间的相对位置。许可信息可以包括可用于成像组件100的图像跟踪时间量。当总跟踪时间是许可时间的某些百分比(例如100％、90％等)时成像系统200可以产生警报。许可时间还可以是直到成像组件100应该被重新校准为止的时间量(例如，已过去的日历天数或如果特定的日历日期已经到达的话)。

在一个实施例中，成像系统200可以包括例如超声波探针(例如，成像工具110)以及一个或多个显示器(例如，210和220)。第一显示器(例如，210)可以配置为与超声波探针进行通信以接收来自超声波探针的超声波信号以及显示图像。成像装置(例如，成像组件100)可以是附接至超声波探针或与超声波探针成一体中的至少一个并且成像装置可以配置为与第二显示器(例如，220)进行通信以显示来自成像装置的图像，并且在一些实施例中，显示来自超声波探针的图像。第一显示器和第二显示器可以是相同的显示器。类似地，提供要在一个或多个显示器上显示的数据的处理单元可以是分离的(两个或多个单元)或集成的(一个单元)。成像装置(例如，100)可以包括稳定配件170(或其他稳定配件)、物理耦接至稳定配件的成像装置配件(例如，180和130)、物理耦接至稳定配件的多个光敏装置(例如，150)以及物理耦接至成像装置配件(例如，头壳)的存储器单元(例如，810)。存储器单元可以配置为存储校准信息和/或图像引导超声波系统的使用信息。

成像系统200可以包括图像处理模块，该图像处理模块包括一个或多个集成电路和/或微处理器。图像处理模块可以位于印刷电路板140(或图像处理模块中的另一个电路)上和/或可以位于成像组件100的外部(例如，外部计算机或处理模块)。图11说明了工具1110与来自作为超声波探针的成像工具110的超声波束1120的相交。图像处理模块可以执行用于跟踪医疗工具1110(例如，针、指针、活组织检查工具、腹腔镜、消融装置、外科手术仪器或细长工具)的指令。图像处理模块可以首先将该工具与成像装置进行配准，其中工具1110的位置相对于成像装置是已知的。工具1110的表示可以在显示器220上展示。处理模块可以接收来自超声波探针的图像中的目标(例如，肿瘤、血管、可疑病灶或其他临床相关位置)的选择，或可以基于引入系统中的其他成像数据而接收目标选择(例如在CT或MRI数据中预先限定的目标位置，随后被配准到成像装置)。该选择例如可以从显示超声波图像的触摸屏来接收。该模块还可以跟踪工具，在显示器中显示在工具被跟踪时的工具的表示；在显示器中指出工具尖端(例如，通过使用一个或多个垂直线、突出的线布置和/或颜色变化)；计算工具尖端与目标之间的距离，输出音频，其中音频基于计算出的工具尖端与目标之间的距离而改变；显示计算出的工具尖端与目标之间的距离；输出关于工具跟踪的质量的视觉线索；和/或通过音频或视觉线索指示出工具跟踪的损耗。处理模块还可以将所跟踪的工具显示为线；并且可以将工具跟踪的质量表示为显示出的线的长度的函数。在所跟踪的工具1110与超声波成像区域在1130处相交的具体示例中，可存在被物理包括在超声波束1120的体积内的工具1110的某一段。该段的长度可以基于关于标准波束形状的知识由处理模块来计算，并且可以显示为颜色或长度中的叠加变化或显示为在显示出的工具表示本身上的叠加标记1140。

图9描绘了根据本发明的实施例描述了图像引导过程的示例工作流。在910中，可以使用图像引导超声波探针扫描感兴趣区域。例如，感兴趣区域可能位于人类或动物的内部。从910，流程可以移动至920。

在920中，可以从接近感兴趣区域的周围区域的图像引导超声波探针接收视觉图像数据(例如超声波图像)和/或数据。图像引导超声波探针可以包括在相对于超声波探针的固定位置处附接的第一光敏装置和第二光敏装置。图像引导超声波探针还可以输出来自一个或多个LED、紧凑型荧光灯、白炽灯或其他光源的光。来自光源的光可以使用例如磨砂玻璃、玻璃纸、细网格或半透明胶带(例如SCOTCH胶带)扩散。从920，流程可以移动至930。

在930中，可以利用工具以供在感兴趣的区域内以及周围区域内使用以使得工具的至少一部分对第一光敏装置和第二光敏装置可见。该工具可以将图像引导超声波探针与成像装置配准。配准可以包括向第一光敏装置和/或第二光敏装置示出该工具。相对于成像装置然后可以知道该工具的位置。该工具的表示可以在显示器中显示。从930，流程可以移动至940。

在940中，基于来自第一光敏装置和第二光敏装置的成像信息在图像引导过程期间可以跟踪或引导工具。第一光敏装置和第二光敏装置可以附接至稳定配件170以防止第一光敏装置与第二光敏装置之间的移动。图像引导超声波探针还可以包括存储器装置810，其配置为存储校准、配置、许可和/或使用数据。在一个实施例中，许可数据可以从存储器装置检索。许可数据可以包括为图像引导超声波探针的使用量、(使用或没有使用的)所经过的时间量、或日历日期的许可期限。使用数据(包括使用时间)可以从存储器装置检索。许可期限可以与所检索的使用时间或日历日期进行比较。当使用时间超过特定的百分比(例如，许可期限的阈值或绝对(持续时间或相对))时，可以显示许可警报或警告。从940，流程可以移动至950。

在950中，可以显示来自图像引导超声波探针的视觉图像数据。视觉图像数据可以包括从人体或动物体检测到的图像以及计算出的工具的图像或关于工具的信息。从950，流程可以移动至960。

在960中，可以接收在显示出的视觉图像数据中的目标的选择。例如，目标可以是人体或动物体中的肿瘤。例如，目标可以通过使用触摸屏显示器来选择，触摸屏显示器可以显示来自包括肿瘤的人体或动物体的图像。从960，流程可以移动至970。

在970中，该工具可以被引导至所选目标或接近所选目标。引导可以包括提供屏幕上的引导以协助操作员引导工具至所选目标。或，引导可以包括显示定位协助信息以协助给接近目标的工具定位。可以显示表示第一光敏装置和第二光敏装置的输入的两个视图。如果该工具无法被跟踪，则可以发出音频警报和/或显示视觉警报。从970，流程可以移动至980。

在980中，听觉和/或视觉信号可以指示出该工具至所选目标的距离。距离可以在屏幕上以单位/数字由实际距离指示出。距离还可以由随着工具与目标之间的距离减小而在音高和/或音量中增加的一系列音调而听觉地指示出。从980，流程可以移动至990。

在990中，可以显示该工具跟踪的质量。跟踪的质量可以通过在显示器上的颜色由听觉的音调或视觉地指示出。该工具跟踪的质量还可以由显示出的线的长度来表示，其中显示出的线可以表示正在被跟踪的工具。工具跟踪的损耗(例如，音频和/或视频)也可以被指示出或显示出。工具跟踪的质量可以由指示符(例如，显示出的线的长度或颜色编码的元素)来表示。从990，流程可以结束。

在实施例中，可以通过工具上的一个或者多个可视特征来完成医疗工具(例如，针、外科手术仪器)的跟踪。(发明人已经在先前公开中描述了基本工具跟踪,例如，Stolka et al."Navigation with local sensors in handheld 3D ultrasound:initial in-vivo experience,"SPIE Medical Imaging 2011,Lake Buena Vista,FL/USA,pp.79681J-79681J.International Society for Optics and Photonics,2011,and Wang et al."The Kinect as an interventional tracking system,"SPIE Medical Imaging,San Diego,CA,USA,pp.83160U-83160U.International Society for Optics and Photonics,2012,其全部内容通过引用的方式并入本文中)。可视特征可以包括可检测图案，该图案首先使用伪随机二进制序列或者更常用的Bruijn序列来创建，其中，该图案为标记、打印、蚀刻或者施加至工具中的一个。该图案可以用于检测工具插入到人体或者动物体的深度。可选地，可视特征可以包括附接至工具的附接件例如环。该环可以是反射的和/或圆柱形的、或者手柄形的。该环可以包括用在计算工具的尖端的插入深度的可检测图案，该可检测图案可以首先使用伪随机二进制序列来创建。成像系统200可以首先计算从环至工具的尖端的距离，并且使用该计算出的距离来校准用于工具跟踪的成像系统200。

通过在医疗工具线上画标记来表示所述相交的程度，辅助医疗工具定位的显示出的信息可以包括与医疗工具和非无穷薄的超声波成像平面之间的相交的长度有关的信息。换言之，线可以指出医疗工具轨迹，其中，线的一部分可以被不同地遮蔽以指出其中医疗工具将与超声波的成像平面相交的区域。

可以基于工具上的一个或者多个可视特征来完成插入深度计算。由于可视特征的性质，甚至当一个或者多个可视特征的一部分不可由一个或者多个光敏装置观察时都可以正确计算工具的尖端的插入深度。例如，当可视特征包括使用伪随机二进制代码来创建的可检测图案时，图案为非周期的且在一小段上是唯一的。因此，即使图案的一小部分是可视的，成像系统200仍然可以计算插入深度。可以使用一个或者多个可视特征来计算工具尖端位置(例如候选尖端位置)。计算出的尖端位置可以处于三维平面中，并且可以基于插入位置、计算出的插入深度和医疗工具的进入角。可以在扩增的显示器220上显示工具尖端的插入深度和可能尖端位置。例如，外科医生或者其他医学人员当执行IGI时可以使用显示出的信息。

下面描述了在实施例中使用医疗工具轴上的图案来在立体图像中使医疗工具尖端局部化的一种可能技术。给出一对立体图像(左右光敏装置图像)和光敏装置校准(内外光敏装置参数)，则尖端局部化的第一步骤为矫正左右图像。接下来，医疗工具在这些图像中被检测为在轴的中间处集中的直线。为了在3D中使医疗工具的尖端局部化，在3D空间中重建医疗工具线。然后使用提供了一组3D点的常量德尔塔来对该线取样。然后将这些点投射回至导致了用于左和右矫正的图像的两组2D点的左右图像中。然后，使用插值来计算在这些点处的像素密度。这将生成具有常规取样的两个密度向量。在接下来的步骤中，针对所有可能的“子图案”来关联这两个密度向量。子图案为可以唯一识别的整个图案的最小连续部分。针对每个子图案，记录使相关性和相关值最大的位置。在左右向量中选择具有最高相关值的子图案。由于子图案关于尖端的偏移是已知的，所以可以估计尖端的3D位置。注意，左右图像提供尖端位置的两个几乎独立估计。作为验证步骤。两个估计的尖端位置应当比阈值更接近。给出最后尖端位置为这两个估计的尖端位置的权重平均。

在另一个实施例中，一个或者多个光敏装置可以过滤光波以仅允许特定波长的光且限制其他波长的光。涂层可以施加于可能基于接收特定波长的光而被照明的医疗工具或其他工具。涂层可以产生或者反射特定波长的光。所反射的或所产生的特定波长的光可以由光敏装置来检测。所反射的或所产生的特定波长的光可以减少假阳性的发生。此外，涂层可以仅照明或者产生特定波长的光，以展现可检测的图案。可以基于特定波长中的光的显示出的可检测图案来计算医疗工具或工具的可能尖端位置和尖端插入深度。

说明性计算机系统

图10描绘了可以用在实现本发明的说明性实施例中的说明性计算机系统。具体地，图10描绘了可以用在计算装置例如但不限于独立式装置、或者客户端装置或者服务器装置中的计算机系统1000的说明性实施例。图10描绘了可以用作客户端装置或者服务器装置等的计算机系统的说明性实施例。可以使用硬件、软件、固件或者其组合来实现本发明(或者本发明的任意部分或者本发明的任意功能)，并且本发明(或者本发明的任意部分或者本发明的任意功能)可以实现在一个或者多个计算机系统或者其他处理系统中。实际上，在一个说明性实施例中，本发明可以指向能够实施本文描述的功能的一个或者多个计算机系统。图10中示出了计算机系统1000的示例，描绘了可用于实现本发明的说明性计算机系统的框图的说明性实施例。具体地，图10示出了示例性计算机1000，该示例性计算机500在说明性实施例中可以为例如(但不限于)运行操作系统例如(但不限于)可向美国华盛顿州雷德蒙德的公司购买的NT/98/2000/XP/Vista/Windows 7/Windows 8等的个人计算机(PC)系统，或者来自美国旧金山库比蒂诺的苹果公司的执行OS、OS X、或者iOS的苹果计算机或者平板，或者运行Linux或者其他UNIX衍生物的计算机。然而，本发明不限于这些平台。相反，本发明可以实现在运行任意适当操作系统的任意适当计算机系统上。在一个说明性实施例中，本发明可以实现在运行本文讨论的系统的计算机系统上。图10中示出了计算机1000，即说明性计算机系统。本发明的其他组件例如(但不限于)计算装置、通信装置、电话、个人数字助理(PDA)、iPhone、iPad、Surface、Android装置、3G/4G无线装置、LTE装置、无线装置、个人计算机(PC)、手持式PC、膝上型计算机、智能电话、移动装置、笔记本、手持式装置、便携式装置、交互式电视装置(iTV)、数字视频录像机、客户端工作站、瘦客户端、厚客户端、胖客户端、代理服务器、网络通信服务器、远程访问装置、客户端计算机、服务器计算机、点对点装置、路由器、网络服务器、数据、媒介、音频、视频、电话或者流技术服务器等也可以使用例如图10中示出的计算机来实现。在说明性实施例中，可以使用例如交互式电视装置(iTV)、视频点播系统(VOD)、经由数字视频录像机(DVR)和/或其他点播观察系统来点播提供服务。计算机系统1000可以用于实现如图1-图3以及图5-图8所述的网络、处理装置和\或组件，例如成像组件100、印刷电路板140和/或者成像系统200的其他装置。

计算机系统1000可以包括一个或者多个处理器，例如但不限于一个或者多个处理器1004。一个或者多个处理器1004可以连接至通信基础设施1006(例如但不限于通信总线、交叉棒、互连或者网络等)。处理器1004可以包括任意类型的处理器、微处理器或者可以解释和执行指令的处理逻辑(例如现场可编程门阵列(FPGA))。处理器1004可以包括单个装置(例如单核)和/或一组装置(例如多核)。处理器1004可以包括配置为执行计算机可执行指令的逻辑，该指令配置为实现一个或者多个实施例。该指令可以存在于主存储器1008或者辅助存储器1010中。处理器1004还可以包括多个独立核，例如双核处理器或者多核处理器。处理器1004还可以包括一个或者多个图形处理单元(GPU)，该图形处理单元可以为专用图形卡、集成图形方案和/或混合图形方案的形式。可以按照该说明性计算机系统来描述各种说明性软件实施例。在阅读该描述之后，对于相关领域的技术人员而言，如何使用其他计算机系统和/或架构来实现本发明将变得显而易见的。

计算机系统1000可以包括显示器接口1002，该显示器接口1002可以转发来自通信基础设施1006(或者来自帧缓冲器等，未示出)的例如但不限于图形、文本和其他数据等，以在显示单元1001上进行显示。显示单元1001可以为例如电视、计算机监视器或者移动电话屏幕。也可以通过扬声器提供作为声音的输出。

计算机系统1000还可以包括例如但不限于主存储器1008、随机存取存储器(RAM)和辅助存储器1010等。主存储器1008、随机存取存储器(RAM)和辅助存储器1010等可以为计算机可读介质，该计算机可读介质可以配置为存储配置为实现一个或者多个实施例的指令，并且该计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RAM)，该随机存取存储器(RAM)可以包括RAM装置，例如动态RAM(DRAM)装置、闪存装置、静态RAM(SRAM)装置等。

辅助存储器1010可以包括例如(但不限于)硬盘驱动器1012和/或可移除存储驱动器1014(表示软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、压缩盘驱动器CD-ROM、闪存等)。可移除存储驱动器1014可以例如但不限于以众所周知的方式从可移除存储单元1018中读取并且/或者向可移除存储单元1018写入。可移除存储单元1018(也称为程序存储装置或者计算机程序产品)可以表示例如但不限于软盘、磁带、光盘、压缩盘等，其可以从可移除存储驱动器1014中读取并且/或者向可移除存储驱动器1014写入。要明白，可移除存储单元1018可以包括其中已存储计算机软件和/或数据的计算机可用存储介质。

在可选的说明性实施例中，辅助存储器1010可以包括用于允许将计算机程序或者其他指令载入到计算机系统1000中的其他类似装置。这种装置可以包括例如可移除存储单元1022和接口1020。这种装置的示例可以包括程序磁带盒和磁带盒接口(例如，但不限于视频游戏装置中发现的那些)、可移除存储器芯片(例如但不限于可擦可编程只读存储器(EPROM)、或者可编程只读存储器(PROM))和关联的插口以及其他可移除存储单元1022和接口1020，该接口1020可以允许将软件和数据从可移除存储单元1022转移至计算机系统1000。

计算机1000还可以包括输入装置1003，该输入装置1003可以包括允许将信息从例如用户输入至计算机系统1000的任意机制或者机制的组合。输入装置1003可以包括配置为接收来自例如用户的用于计算机系统1000的信息的逻辑。输入装置1003的示例可以包括例如但不限于鼠标、基于笔的定点装置或者其他定点装置例如数字转换器、触敏显示装置和/或键盘或者其他数据输入装置(这些装置没有被标记)。其他输入装置1003可以包括例如但不限于生物计量输入装置、视频源、音频源、麦克风、网络摄像机、视频相机、光敏装置和/或其他相机。

计算机1000还可以包括输出装置1015，该输出装置1015可以包括可以将信息从计算机系统1000输出的任意机制或者机制的组合。输出装置1015可以包括配置为从计算机系统1000输出信息的逻辑。输出装置1015的实施例可以包括例如但不限于显示器1001，以及显示器接口1002，包括显示器、打印机、扬声器、阴极射线管(CRT)、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器、液晶显示器(LCD)、打印机、真空荧光显示器(VFD)、表面传导电子发射机显示器(SED)、场发射显示器(FED)等。计算机1000可以包括输入/输出(I/O)装置，例如(但不限于)输入装置1003、通信接口1024、电缆1028以及通信路径1026等。这些装置可以包括例如但不限于网络接口卡和/或调制解调器。

通信接口1024可以允许软件和数据在计算机系统1000与外部装置之间传递。

在本文档中，术语“计算机程序介质”和“计算机可读介质”可以用于通常指代介质例如但不限于可移除存储驱动器1014、在硬盘驱动器1012中安装的硬盘、闪存、可移除磁盘、非可移除磁盘等。此外，应当注意的是，各种电磁辐射例如无线通信、在电导线(例如但不限于双绞线CAT5等)上承载的电子通信或者光学介质(例如但不限于光纤)等可以被编码，以在例如通信网络上承载本发明的实施例的计算机可执行指令和/或计算机数据。这些计算机程序产品可以向计算机系统1000提供软件。应当注意的是，包括用于在处理器中执行的计算机可执行指令的计算机可读介质可以配置为存储本发明的各种实施例。对“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”、“各个实施例”等的参考可以指出所述的本发明的一个或者多个实施例可以包括特定特性、结构或者特征，但不是每个实施例必要地包括特定特性、结构或者特征。

此外，短语“在一个实施例中”或者“在说明性实施例中”的重复使用未必指代相同实施例，虽然这些实施例可以为相同实施例。本文描述的各个实施例可以被组合，并且/或者这些实施例的特征可以被组合，以形成新实施例。

除非另外具体规定，如从下面的讨论中显现的，可以理解的是，在整个说明书讨论中，使用术语例如“处理”、“计算”、“计算”、“确定”等指代计算机或者计算系统或者类似的电子计算装置的行动和/或者处理，其将计算系统的寄存器和/或存储器内表示为物理的例如电子的量的数据操纵并且/或者转换成计算系统的存储器、寄存器或者其他这样的信息存储、传输或者显示装置内的同样表示为物理量的其他数据。

以相似的方式，术语“处理器”可以指代对来自寄存器和/或存储器的电子数据进行处理以将那个电子数据转换成可以在寄存器和/或存储器中存储的其他电子数据的任意装置或者装置的一部分。“计算平台”可以包括一个或者多个处理器。

本发明的实施例可以包括用于执行本文中的操作的装置。装置可以针对所期目的来具体构建，或者该装置可以包括在装置中存储的由程序选择激活或者重新配置的通用装置。

实施例可以以许多不同方式体现为软件组件。例如，实施例可以为单独软件包，或者实施例可以为合并为大型软件产品例如科学建模产品中的“工具”的软件包。实施例可以从网络例如网站下载，作为单独产品或者作为内插式包以安装在现有软件应用中。实施例还可以用作客户端-服务器软件应用或者作为网络使能软件应用。实施例也可以是用于检测网络覆盖性和响应性的系统的一部分。可以通过存储编程逻辑来详细说明专用计算机，该编程逻辑使一个或者多个处理器能够执行本文指出的技术以及例如图9的步骤。

本发明的实施例可以包括用于执行在此操作的装置。装置可以针对所期目的来具体构建，或者该装置可以包括由在装置中存储的程序选择激活或者重新配置的通用装置。

实施例可以以许多不同方式体现为软件组件。例如，实施例可以为单独软件包，或者实施例可以为合并为大型软件产品中的“工具”的软件包。实施例可以从网络例如网站下载，作为单独产品或者作为内插式包以安装在现有软件应用中。实施例也可以用作客户端-服务器软件应用或者作为网络使能软件应用。

虽然上面已经描述了本发明的各个实施例，但应当理解的是，这些实施例仅以示例方式给出而不限制。因此，本发明的广度和保护范围不应当由上述说明性实施例中的任一个来限制，但是相反应当仅根据所述权利要求及其等同物来限定。