用于眼科手术的自适应图像配准的制作方法

本披露总体上涉及医学成像，更具体地涉及眼科手术成像。

背景技术：

与常规手术相比，图像引导的手术可以改善安全性和患者结果。例如，执行光学相干断层成像术(oct)引导下的黄斑手术或荧光素血管造影(fa)引导下的激光光凝术的执业医师利用引导图像来增强手术过程中的精确度和洞察力。

可以在手术前或在手术中获得引导图像，并且典型地结合外科医生视野内的实况视频图像来观察所述引导图像。在引导图像与当前视野之间准确的实时图像配准是重要的，使得外科医生可以在手术过程中放心地实时依赖引导图像。

例如，某些眼科手术过程需要切割和/或去除玻璃体液(一种充满眼睛后段的透明胶状材料)。切割和去除玻璃体必须万分小心地进行，以免造成对视网膜的牵扯、视网膜从脉络膜上分离、视网膜撕裂、或者在最坏情况下切割和去除视网膜本身。鉴于玻璃体视网膜手术的精细性质，关键是将引导图像数据以高准确性和高速度配准到视野中，使得外科医生可以基于这些图像做出决定。

图像配准具有挑战性，部分是由于所述图像配准强加的计算需求，因为实时图像配准所需的处理负荷使得难以在实时速度下准确地对图像进行配准。需要改进眼科手术中的图像配准技术。

技术实现要素：

某些实施例包括一种眼科成像系统，所述眼科成像系统包括：第一成像系统，所述第一成像系统被配置用于产生眼睛的第一图像；第二成像系统，所述第二成像系统被配置用于产生所述眼睛的第二图像；以及图像配准系统，所述图像配准系统包括处理器以及存储在存储器中的指令。所述指令可由处理器执行以使图像配准系统执行以下操作：接收由所述第一成像系统产生的第一图像，接收由第二成像系统产生的第二图像，追踪手术器械的远侧端头在所述第一图像中的位置，定义所述第一图像中的优先配准区，所述优先配准区包括所述第一图像的在所述手术器械的远侧端头的预定接近度内的部分，将所述第一图像中的优先配准区与所述第二图像中的相应区配准，以及当移动所述远侧端头时，实时更新所述第一图像中的优先配准区与所述第二图像中的相应区的配准，而所述第一图像和所述第二图像的在所述配准区之外的部分没有被配准。

在某些实施例中，所述第一图像和所述第二图像包括眼底、巩膜或虹膜的第一图像和第二图像。所述第一成像系统可以包括如在共焦扫描眼底镜中使用的手术显微镜、二维相机、线扫描相机和单个检测器中的至少一者。所述第二成像系统可以包括光学相干断层成像术(oct)成像系统和荧光素血管造影成像系统中的至少一者。

另外，系统的实施例包括可由处理器执行的指令，以使图像配准系统实时产生显示图像，在所述显示图像中，第一图像中的配准区与第二图像中的相应配准区对准，并且第一图像或第二图像的在配准区之外的部分没有被配准。在某些实施例中，在所产生的显示图像中，在视觉上抑制所述第一图像或所述第二图像的未配准部分。

系统的实施例可以进一步包括目镜或抬头屏幕，所述目镜或抬头屏幕被配置用于显示所产生的显示图像。

在某些实施例中，所述优先配准区的至少一个特性是可由使用者配置的。例如，所述优先配准区的大小是可由使用者配置的。

在某些实施例中，基于处理负荷对所述优先配准区的大小进行动态调整。

可以使用基于特征的、基于区的或基于运动的对象追踪算法来追踪远侧端头的位置。

在某些实施例中，所述远侧端头包括由系统操作者选择的感兴趣特征。可以在成像过程前将远侧端头选择为感兴趣特征，并且远侧端头可以选自可以追踪的感兴趣特征的列表。

在某些实施例中，一种用于在眼科成像系统中对图像进行配准的方法包括接收由第一成像系统产生的第一图像，接收由第二成像系统产生的第二图像，追踪手术器械的远侧端头在所述第一图像中的位置，定义所述第一图像中的优先配准区，所述优先配准区包括所述第一图像的在所述手术器械的远侧端头的预定接近度内的部分，将所述第一图像中的优先配准区与所述第二图像中的相应区配准，以及当移动所述远侧端头时，实时更新所述第一图像中的优先配准区与所述第二图像中的相应区的配准，而所述第一图像和所述第二图像的在所述配准区之外的部分没有被配准。

所述方法的某些实施例进一步包括实时产生显示图像，在所述显示图像中，第一图像中的配准区与第二图像中的相应配准区对准，并且第一图像或第二图像的在配准区之外的部分没有被配准。

所述方法的实例可以包括在视觉上抑制所述第一图像或所述第二图像的未配准部分。另外地或替代性地，所述方法可以包括在目镜或抬头屏幕上显示所述显示图像。

所述方法的实施例可以包括基于使用者输入来定义第一图像中的优先配准区。另外地或替代性地，所述方法可以包括基于处理负荷而动态地调整所述优先配准区的大小。在某些实例中，使用基于特征的、基于区的或基于运动的对象追踪算法来追踪远侧端头的位置。

在某些实施例中，所述方法包括接收来自系统操作者的、将工具端头识别为有待追踪的感兴趣特征的输入。可以在成像过程前将远侧端头识别为感兴趣特征，并且工具端头可以选自可以追踪的感兴趣特征的列表。

某些实施例可以提供一个或多个技术优点。例如，根据本披露的系统和方法可以提供高度准确的、高速的图像配准，在一些情况下，无需对产生有待配准的图像的基础成像系统进行硬件修改。某些实施例通过优先进行实况视频图像的和相应增强图像(例如，术前或术中oct)的最关键区中的图像配准来改进精细眼科手术过程中的可视化。例如，实施例可以追踪手术工具的端头的位置、在端头附近定义图像配准区域，并且仅在所定义的区域内配准可适用图像(例如，使得不会试图在所定义区域之外进行配准)。另外地或替代性地，实施例可以基于图像的特征、病变或其他方面来定义图像配准区域。鉴于本附图和说明书，这些和其他优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。

附图说明

为了更彻底地理解本披露及其优点，现在参考结合附图进行的以下说明，在这些附图中相同的附图标记指示相同的特征，并且在附图中：

图1展示了根据某些实施例的用于自适应图像配准的眼科手术可视化系统的实例；

图2展示由常规图像配准系统产生的已配准图像；

图3展示了根据某些实施例的由改进的图像配准系统产生的已配准图像；

图4展示了根据某些实施例的由改进的图像配准系统产生的已配准图像；

图5展示了根据某些实施例的由改进的图像配准系统产生的已配准图像；以及

图6是展示了根据某些实施例的由改进的图像配准系统执行的步骤的流程图。

本领域的技术人员将理解，下述附图仅用于说明目的，而并不旨在限制申请人的披露范围。

具体实施方式

出于促进对本披露的原理的理解的目的，现在将参考附图中展示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而应理解，并非旨在限制本披露的范围。本披露所涉及领域内的技术人员通常将能够想到对于所描述的系统、装置和方法的改变和进一步修改、以及本披露的原理的任何进一步应用。特别地，应想到关于一个实施例描述的系统、装置和/或方法可以与关于本披露的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。为简洁起见，将不单独地描述这些组合的众多重复。并且为简单起见，在一些情形中，贯穿这些附图，使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。

一般来讲，本披露涉及一种能够基于外科医生感兴趣的图像中的特征提供自适应性实时图像配准的眼科手术系统。某些实施例向使用者提供手术视野的放大图像(例如，由数码摄像机、线扫描检眼镜或共焦扫描检眼镜产生)，所述放大图像包括与由引导成像系统(比如光学相干断层成像术(oct)成像系统、荧光血管造影成像系统、立体摄影测量成像系统、计算机轴向断层摄影(cat)扫描系统、磁共振成像(mri)系统或正电子发射断层摄影(pet)成像系统)产生的引导图像数据相对应的计算机产生的视觉覆盖图。

某些实施例提供了在外科医生的当前感兴趣区中的视野与(多个)引导图像之间的实时配准和对准。例如，某些实施例包括图像配准系统，所述图像配准系统被配置用于在外科医生视野的视频图像内识别手术工具的端头，并且将工具端头附近的周围区域识别或定义为与优先配准区相对应的感兴趣区。其他实施例可以识别手术区域内的关键特征(比如视网膜裂孔、视网膜前膜或视网膜脱落)，并且将周围区域识别为配准区。图像配准系统可以优先将配准区中的视频数据与引导成像数据配准，以便保持在所述区中的高配准准确性，并且有助于基于引导图像数据做出实时手术决定。在一些实施例中，图像配准系统仅对所识别的配准区中的图像进行配准，而图像的其他区域没有被配准。这允许图像配准系统将资源专用于只对图像的最关键区进行配准。

图1展示了用于图像引导下的手术的眼科手术系统100的实例的某些部件，这些部件包括手术显微镜102、第一成像系统104、第二成像系统106、图像配准系统108以及显示器110，这些部件中的每一者都可以物理地和/或通信地联接。

手术显微镜102可以有助于在手术过程中放大患者的眼睛102的视图，并且通常可以包括目镜、中继透镜、放大/聚焦光学器件、物镜以及手术观察光学器件。目镜、中继透镜、放大/聚焦光学器件、物镜和手术观察光学器件中的每一者都可以包括如本领域技术人员所理解的任何合适的光学部件。

手术显微镜102可以联接至比如第一成像系统104和第二成像系统106等一个或多个成像系统以支持增强手术成像。第一成像系统104和第二成像系统106可以经由合适的部件(例如，分束器、反射镜等)与手术显微镜102光学地集成和对准，以获取眼睛的图像。第一成像系统104和第二成像系统106可以包括适用于协助眼科手术的任何成像系统，然而它们典型地将提供互补功能。

例如，第一成像系统104可以在外科医生期望的视野内提供眼睛102的组织的放大视图。由这种系统提供的放大图像可以是眼组织(例如，眼底、虹膜等)的2d或3d的、术前或实况术中(实时)的图像，并且可以包括患者眼睛102的离散静态照片或患者眼睛102的连续视频流。在某些实例中，所述系统可以提供可以由系统100的其他部件进行处理和修改的多个图像帧。这种成像系统104的实例包括数码摄像机、线扫描检眼镜以及共焦扫描检眼镜。

在某些实施例中，第二成像系统106可以提供引导图像来补充由第一成像系统104提供的组织图像并且协助手术过程。引导图像可以是眼睛102任何方面的2d或3d的、术前或术中的图像，并且可以包括患者眼睛102的离散静态照片或患者眼睛102的连续视频流。在某些实例中，成像系统可以提供多个图像帧，所述多个图像帧可以由系统100的其他部件进行处理和修改。这种第二成像系统106的实例包括oct成像系统、荧光血管造影成像系统、立体摄影测量成像系统、计算机轴向断层摄影(cat)扫描系统、磁共振成像(mri)系统以及正电子发射断层摄影(pet)成像系统。

以上所讨论的成像系统是眼科手术领域已知的，并且为简洁起见不详细讨论它们的构架和操作。然而，应注意的是，在系统100的不同实施例中，第一成像系统104和第二成像系统106可以包括任何合适的成像系统，这些成像系统包括本文所描述的特定成像系统的任何组合。进一步地，一个或两个成像系统可以用任何合适的方式与手术显微镜102集成或安装到所述手术显微镜上，并且可以包括基于探针的成像系统。在典型的实施例中，第一成像系统104包括数码摄像机、线扫描检眼镜或共焦扫描检眼镜，并且第二成像系统106包括oct成像系统或荧光血管造影成像系统。在示例性系统100中，第一成像系统104包括数码摄像机，并且第二成像系统106包括oct成像系统。然而，应理解，替代性成像系统处于本披露的范围内，并且第一成像系统104和第二成像系统106可以包括成像系统的任何合适的组合。

系统100进一步包括图像配准系统108和显示器110。图像配准系统108接收由第一成像系统104和第二成像系统106产生的图像、并且产生2d或3d视频图像数据，以将视频显微镜图像和引导图像作为合成图像在显示器110上同时呈现给外科医生。例如，引导图像(例如，oct图像)可以被处理并被输出为与外科医生经由显示器110观察的视频显微镜图像中的可见结构对准的半透明重叠图(例如，如图3至图5所示)。在这样的实施例中，可以使用自适应图像配准过程来实现引导图像与眼睛的实际结构之间的对准，所述自适应图像配准过程连续地对图像进行实时分析和对准。下文将更详细地讨论根据某些实施例的示例性自适应图像配准过程。

图像配准系统108可以包括硬件、固件和软件的任何合适的组合，所述图像配准系统被配置用于配准和显示由第一成像系统和第二成像系统产生的图像。在某些实施例中，配准系统108包括联接至存储器的处理器(图1中分别用“p”和“m”表示)。处理器可以包括一个或多个cpu、微处理器、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、asic、dsp或等效部件。存储器可以包括易失性或非易失性存储器，所述易失性或非易失性存储器包括磁性介质、光学介质、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可移动介质或等效部件。存储器可以存储用于软件程序和算法的指令，当处理器执行这些指令时，这些指令执行本文所述的图像配准系统108的功能。如权利要求中所使用的，术语“处理器”、“存储器”、“指令”等是指本领域技术人员已知的结构种类，并且应理解为表示所披露的系统的结构性元件而不是功能性元件。

显示器110可以包括用于显示图像的任何合适的装置，包括一个或多个目镜、显示屏、抬头显示器、一维或二维显示阵列、投影仪、全息显示器、观察护目镜或眼镜等。在不同实施例中，显示器110可以显示从图像配准系统108、第一成像系统104、第二成像系统104和/或手术显微镜102接收的2d或3d图像。

实时图像配准对计算要求很高，需要连续执行大量计算，从而以所需准确性使高分辨率图像对准。难以同时实现高准确性和高速度，并且常规图像配准系统经常具有较差的响应、延迟、抖动和错位，如图2所示。

图2描绘了由视频显微镜产生的眼底200的图像。在眼底图像200内可见的是的手术工具210、视神经202和视网膜血管。如图2底部的附注所示，实时视频显微镜图像中的视网膜血管被描绘为实线。眼底图像200还包括用虚线表示的由引导成像系统(例如，oct系统)产生的视网膜血管的重叠图像。

如图2所见，在眼底图像200的许多部分(包括靠近手术工具201的区域)中，实线和虚线对准较差。这种错位指示配准不准确，并且是常规配准系统无法满足图像配准程序的处理需求的结果。不准确的结果是非常成问题的；在眼科手术过程中，在引导图像与外科医生观察的眼组织之间的快速且准确的图像配准是至关重要的。这在比如玻璃体视网膜手术等手术中尤其如此，玻璃体视网膜手术通常在保持清醒的患者身上进行。不准确的、慢的或抖动的图像配准可能延长手术时间(通过迫使外科医生放慢他或她的动作并且暂停以等待对准)，使得精细的手术更加困难和危险(通过提供关于血管位置的不准确的信息)，并且导致医疗并发症和不良结果。

系统100的实施例使用改进的图像配准系统108解决了这个问题，所述改进的图像配准系统被配置用于执行自适应图像配准过程，以用于高速、高度准确地对图像最关键的区域进行配准。特别地，配准系统108可以接收并分析从第一成像系统或第二成像系统接收的图像，以动态地识别关键特征(例如，手术工具端头、比如视神经等组织特征、病变等)。基于这些特征，配准系统108在这些特征附近实时定义优先配准区域/区，并且优先对图像中的配准区域进行配准。在某些实施例中，配准系统108主动地将图像配准限制或约束到所定义的配准区域，以便高效地分配处理资源，用于对图像最重要的区域进行配准。因此，配准系统108实施自适应过程(可以实时追踪比如手术工具端头等关键特征)，所述自适应过程将图像处理资源高效地分配至手术视图内的关键区域，从而增加那些区域中的配准的准确性和速度。在某些实例中，这些改进可以被实现为对常规配准系统的软件升级(将其转换成改进的配准系统108)，从而实现性能和效率的提高，而无需修改硬件。

图6展示了描述根据某些实施例的自适应图像配准过程的一个实例中的步骤的流程图。如上所述的，图像配准系统108包括处理器、存储器以及存储在存储器中的指令。所述指令包括软件，当处理器执行所述软件时，所述软件使配准系统108执行图6中描述的自适应配准过程。

特别地，在步骤610，配准系统108从第一成像系统104(例如，视频显微镜)接收图像或图像系列(例如，视频馈送)。从第一成像系统接收的图像可以包括眼底图像(例如，参见图3和图4)、眼睛外部特征的图像(例如，参见图5)或在手术视野内的其他组织。

在步骤620，配准系统108从第二成像系统104(例如，谱域oct系统或扫频源oct系统)接收图像或图像系列(例如，术前oct图像或术中oct图像)。从第二成像系统接收的图像可以包括引导图像，所述引导图像与从第一成像系统104接收的(多个)图像中描绘的组织相关。虽然图6描绘在第二成像系统之前从第一成像系统接收图像，但是顺序可以颠倒。

在步骤630，配准系统108分析所接收的图像或图像组中的一者以识别一个或多个感兴趣特征或区，比如手术器械的端头位置。另外地或替代性地，配准系统108可以将比如血管、病变、视网膜裂孔、视网膜前膜或视网膜脱落等生物特征识别为(多个)感兴趣特征。

在某些实例中，配准系统108可以允许系统操作者(经由用户界面、语音命令、运动/手势或其他输入)单独地或组合地配置或选择有待被识别和追踪为感兴趣特征的一种或多种类型的特征(比如，工具端头、病变、特征等)。可以在成像过程之前或在手术过程中即时做出这种选择。

图像配准系统108可以使用任何合适的(多个)图像处理算法(包括基于特征的、基于区的或基于运动的对象追踪算法)来识别这样的特征或区。例如，某些实施例可以利用特征识别或提取技术和/或基于运动的对象追踪和图像处理算法(例如，边缘检测、角点检测、斑点检测、斑点提取、脊检测、尺度不变特征变换、运动检测、背景减除、帧差、光流、阈值处理、模板匹配、霍夫(hough)变换等)来分析所接收的图像并且识别图像内的特征。在某些实施例中，配准系统108可以使用这种技术来实时识别和追踪手术图像内的工具端头位置。某些实例可以被具体地配置用于识别和追踪位于手术工具的端头的独特标记，如美国专利公开号2015-0173644a1所描述的，所述美国专利的全部内容通过援引并入本文。

基于(多个)感兴趣特征的识别，在步骤640，图像配准系统108在(多个)特征附近定义一个或多个优先配准区域。在某些实施例中，配准区域可以是距识别特征的预定距离内(例如，半径)的区域。

在不同实施例中，配准区域的大小可以是静态或动态的，并且可以在手术之前或在手术过程中由系统操作者配置。配准区域的大小可以是绝对值(例如，半径值)或相对值(例如，视野的特定部分)。在某些实施例中，图像配准系统108可以基于处理负荷而自动调整优先配准区域的大小。例如，配准系统108可以接收当前处理负荷和/或预期处理负荷的指示(比如处理器队列或处理器利用率数据)。基于这种指示，配准系统108可以将配准区域的大小增加或减小到允许以所需准确性和速度配准所述配准区域的最大尺寸。类似地，配准系统108可以根据需要动态地增加或减小配准区域的大小，以在处理负荷变化时保持配准区域中的期望性能。

在定义完配准区域之后，在步骤650，配准系统108执行配准算法，以在所定义的(多个)配准区域内将第一图像与第二图像配准。在一些实施例中，配准系统108不会在图像的配准区域之外的配准区域内执行此步骤。即，在某些实例中，第一图像和第二图像的配准被主动限制或约束至在步骤640所定义的、在(多个)感兴趣特征附近的(多个)区域，使得处理资源不会用于对图像的较低优先级区域中的区域进行配准。

配准系统108的实施例可以使用任何合适的图像配准技术以使第一图像和第二图像彼此关联，从而使得两个图像中的、与同一解剖点相对应的点在显示图像中彼此映射。示例性图像配准算法可以利用基于强度的算法或基于特征的算法来识别在不同时刻拍摄的图像中的差异和/或关联不同类型图像中的信息。使用已知技术，第一图像和第二图像的可适用部分可以基于图像中的特征或图像的特性进行平移、旋转、缩放等。例如，可以通过提取特征或者识别图像中的位置标记、确定特征或位置标记之间的距离、并且使已配准图像中的距离最小化来将第一图像与第二图像配准。在某些实施例中，配准系统108可以执行图像配准算法，所述图像配准算法包括血管分割、长形元素的分叉和创建、以及成对配准。示例性图像配准技术包括：procrustes点对准、迭代最近点(icp)、倒角距离匹配(chamferdistancematching)、模糊对应(fuzzycorrespondence)、基于像素的配准、基于立体像素的配准、密集场方法、线性空间变换、强度映射以及分区图像均匀化。

在步骤660，配准系统108产生和输出显示图像，在所述显示图像中，第一图像和第二图像在(多个)优先配准区中进行配准，而在那些区之外不进行配准。所产生的图像可以包括合成图像，所述合成图像包括在优先配准区内已对准的第一图像和第二图像的方面。合成可以包括重叠图(如图3至图5的实例所示)、窗口、或为外科医生或系统操作者提供期望的合成视图的第一图像和第二图像的方面的任何合适组合。

图3至图5描绘了可以根据以上相对于图6描述的过程产生的已配准图像。

特别地，图3描绘了由第一成像系统104(例如，视频显微镜)产生的眼底200的两个眼底图像(a)和(b)。由第一成像系统104产生的实况视频图像中的视网膜血管被描绘为黑色实线，而由第二成像系统106产生的引导图像重叠图中的视网膜血管被描绘为虚线。在这个实例中，配准系统108接收并分析与图3左侧的(a)相对应的实况视频图像，从而使用基于特征的、基于区的或基于运动的(多个)对象追踪算法将手术工具210的端头212识别为感兴趣特征。此过程被实时执行，使得当手术工具210的端头移动到图3右侧的图像(b)中所示的另一个位置时，配准系统108追踪工具端头212的位置。当配准系统108追踪工具端头212的位置时，配准系统108将优先配准区220a和220b动态地定义为包含在工具端头212的特定径向距离内的区域。在某些实例中，配准系统108的大小(例如，距工具端头212的径向距离)可以基于当前处理负荷或预期处理负荷的指示(比如队列长度或处理器利用率)被动态定义和修改。

因此，当工具端头212位于图3左侧的(a)中描绘的位置时，配准系统108在优先配准区220a内快速且准确地将第一图像与第二图像配准(虚线和实线的对准指示准确配准)。在此，由第一成像系统产生的实况视频图像中所示的视网膜血管(和/或其他特征)与在引导图像(例如，oct图像)中描绘的同一视网膜血管(和/或其他特征)准确地配准，而眼底图像的其他部分没有被配准。实际上，配准系统108不会试图将第一图像与第二图像的配准区220a之外的部分配准。

当工具端头212移动到图3右侧的(b)中描绘的位置时，配准系统108在优先配准区域220b内快速且准确地将第一图像与第二图像配准(虚线和实线的对准指示准确配准)。同样，由第一成像系统产生的实况视频图像中所示的视网膜血管(和/或其他特征)与在引导图像(例如，oct图像)中描绘的同一视网膜血管(和/或其他特征)准确地配准，而眼底图像的其他部分没有被配准。配准系统108不会试图将第一图像与第二图像的配准区域220b之外的部分配准。

因此，通过将图像配准约束至靠近工具端头212的优先配准区(例如，区220a和220b)，使得即使当移动工具端头212时，配准系统108也能够保持高准确性和高速度的配准，从而提高响应和系统性能。

图4也描绘了由第一成像系统104(例如，视频显微镜)产生的眼底200的图像。由第一成像系统104产生的实况视频图像中的视网膜血管被描绘为黑色实线，而由第二成像系统106产生的引导图像重叠图中的视网膜血管被描绘为虚线。在此，配准系统108接收并分析视频图像，以使用基于特征的、基于区的或基于运动的对象追踪算法来识别特定视网膜特征或病变(指示为特征402、404和406)和视神经408。然后，配准系统108将优先配准区400a、400b、400c和400d分别定义为包含在视网膜特征402、404和406以及视神经408的特定径向距离内的区域。在这些优先配准区400a-d内，视频图像中所示的视网膜血管(和/或其他特征)与引导图像中描绘的同一视网膜血管快速且准确地配准，如通过虚线和实线的对准所指示的。同时，图像的在优先配准区400a-d之外的部分没有被配准。虽然图4中示出了基于不同特征的多个配准区被同时配准，但是应当理解的是，在不同实施例中，系统操作者可以选择对哪些特征进行追踪，以定义配准区。例如，配准系统108可以被配置成在配准区400a-c内、而不是在配准区400d内实施本文所描述的过程。可以选择任何其他合适的配置。

图5描绘了由第一成像系统104(例如，视频显微镜)产生的眼睛102的外部结构(包括瞳孔502、虹膜504和巩膜506)的图像。在这个实例中，配准系统108接收并分析图像，以使用基于特征的、基于区的或基于运动的对象追踪算法来识别感兴趣特征(比如巩膜506的特定血管或虹膜504上的可见图案)。这个过程可以实时执行以动态地识别和追踪这些特征。配准系统108然后将优先配准区500a和500b定义为包含在巩膜血管的特定径向距离内的区域。将优先配准区500c定义为包含整个虹膜504。将优先配准区500d定义为包含虹膜504上所识别的特定图案周围的区域。虽然图5中没有描绘，但是应理解所识别的特征可以是工具端头的位置，如以上相对于图3讨论的。如相对于图3和图4讨论的实例中，在优先配准区500a、500b、500c和500d内的虹膜和巩膜特征的视频图像和引导图像以高准确性和高速度进行配准。由虚线和实线的对准指示区500a、500b和500d内的准确配准。在区500c内，应当理解的是视频图像和引导图像完全且准确地配准，尽管为了清楚起见没有通过虚线示出。虽然图5中示出了基于不同特征的多个配准区被同时配准，但是应当理解的是，在不同实施例中，系统操作者可以选择对哪些特征进行追踪，以定义配准区。例如，配准系统108可以被配置成在配准区500c内而不是在配准区500a、500b或500d内实施本文所描述的过程。可以选择任何其他合适的配置。

因此，本披露的实施例通过自适应配准系统改进了图像关键区域中的图像配准的速度和准确性，所述自适应配准系统优先配准手术视野中的高优先级区域，并将图像配准限制至所述高优先级区域。以此方式，图像配准系统108可以增加专用于连续配准和更新图像的对手术过程最关键的部分的处理资源。这可以改进显示给外科医生的图像的准确性和可靠性，并且在某些实施例中可以实施为常规系统的软件升级而无需修改硬件。

将认识到，若干个以上披露的和其他的特征和功能、或其替代方案可以按期望组合到许多其他不同的系统或应用中。还将认识到，其中的各种目前未预见或未预料到的替代方案、修改、变化或改进可以后续由本领域的技术人员做出，所述替代方案、变化和改进也旨在被所附权利要求涵盖。