專利名稱：外科流程的風險指示的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外科計劃和監(jiān)測，具體而言涉及計算風險，該風險涉及在 醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在題為 "Guidance system and method for surgical procedures with improved feedback"的專利申請US 2004/0106916中描述了具有改善的反饋 的用于外科流程的引導系統(tǒng)和方法，以下簡稱參考文獻l。這一文獻描述了 在醫(yī)學流程期間使用計算機輔助手術(shù)系統(tǒng)的方法。該方法包括接收關(guān)于研 究目標的信息、跟蹤工具位置、確定工具當前位置和研究目標之間的標量 距離、以及向諸如醫(yī)生的用戶提供標量距離的指示。參考文獻1中所述系 統(tǒng)和方法的局限是提供給用戶的反饋僅限于標量距離的指示。

發(fā)明內(nèi)容
有一種基于工具和研究目標的位置提供額外的有用信息的系統(tǒng)會是有 利的。
為了解決這一問題，在本發(fā)明的一方面中，提供了一種用于計算風險 的系統(tǒng)，所述風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述系
統(tǒng)包括
-用于獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置的結(jié)構(gòu)單元；
-用于獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置的設(shè)備單元；以及
-用于基于所述醫(yī)學設(shè)備的位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的位置計算與損傷所述 解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險的風險單元。
例如，解剖結(jié)構(gòu)可以是肝血管樹，醫(yī)學設(shè)備可以是活檢針，醫(yī)學流程 可以是肝活檢?；顧z針的尖端需要放置在患者肝組織的目標位置。可以設(shè) 置結(jié)構(gòu)單元以獲取肝血管樹的位置?？梢杂啥鄠€中線點的坐標和肝血管的對應(yīng)直徑定義肝血管樹的位置?？梢岳肁.F.Fmngi， W丄Niessen， K丄. Vincken 禾口 M.A. Viergever 在 Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention-MICCAI'98 中的題為"Multiscale vessel enhancement filtering"的文章，W.M.Wells， A.Colchester和S丄.Delp (Eds.) 在Computer Science 1998年第1496巻第130-137頁(Springer Verlag，Berlin， 德國)中的講稿中描述的方法例如從圖像數(shù)據(jù)獲得中線點坐標和肝血管對 應(yīng)直徑?？梢栽O(shè)置設(shè)備單元以獲取活檢針的位置，包括，例如活檢針的尖 端坐標和活檢針軸的方向余弦?？梢栽O(shè)置風險單元以基于中線點的坐標和 肝血管的對應(yīng)直徑、活檢針軸的方向余弦和活檢針尖端的坐標計算刺穿肝 血管樹血管的風險。計算出的風險值可以取決于例如基于中線點坐標和肝 血管對應(yīng)直徑計算的肝血管樹和活檢針尖端之間的距離以及肝血管樹和活 檢針軸之間距離。例如損傷血管的風險的概率可以為醫(yī)生提供用于計劃或 引導諸如肝活檢的醫(yī)學流程的有用信息。
在系統(tǒng)的實施例中，所述解剖結(jié)構(gòu)的位置基于分割圖像數(shù)據(jù)期間確定 的對象位置。對象可以描述解剖結(jié)構(gòu)或另一結(jié)構(gòu)。例如，可以設(shè)置系統(tǒng)以 接收包括圖像數(shù)據(jù)的輸入數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)單元110可以采用利用光線投射的檢 測技術(shù)來計算描述圖像數(shù)據(jù)中解剖結(jié)構(gòu)的對象的位置。在C.Lorenz和J. von Berg在Proceedings CARS 2005第230-235頁的題為"Fast automated object detection by recursive casting of search rays"的文章中描述了一禾中適當?shù)臋z 測技術(shù)。在系統(tǒng)的實施例中，描述解剖結(jié)構(gòu)的對象可以是確定圖像數(shù)據(jù)的 哪些數(shù)據(jù)元描述解剖結(jié)構(gòu)的二元掩模。可以利用圖像數(shù)據(jù)分類器獲得二元 掩模。在Heidi Koivistoinen, Jussi Tohka禾卩Ulla Ruotsalainen在第六屆Nordic Signal Processing Symposium NORSIG， 2004會議錄第73-76頁的題為 "Comparison of Pattern Classification Methods in Segmentation of Dynamic PET brain Images"的文章中描述了用于對正電子發(fā)射斷層攝影腦部圖像數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)元分類的示范性數(shù)據(jù)分類器。在系統(tǒng)的另一實施例中，描述解剖 對象的對象可以是包括在分割期間適于圖像數(shù)據(jù)的多邊形網(wǎng)格。在J. Weese， M.Kaus， C丄orenz， S丄obregt， R. Truyen和V. Pekar在Proc.IPMI.2001 第380-387頁的題為"Shape constrained deformable models for 3D medical image segmentation"的文章中描述了用于針對圖像數(shù)據(jù)適配三角形格網(wǎng)的方法?？梢栽O(shè)置結(jié)構(gòu)單元以使用諸如二元掩?；蚨噙呅胃窬W(wǎng)的對象來獲得 解剖結(jié)構(gòu)的位置。
在系統(tǒng)的實施例中，系統(tǒng)還包括風險數(shù)據(jù)單元，用于獲取與所述解剖 結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)，且計算出的與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險進一步基 于所述風險數(shù)據(jù)。風險數(shù)據(jù)例如可以包括醫(yī)學設(shè)備損傷由對象描述的解剖 結(jié)構(gòu)的可能性的度量。這種可能性通常取決于解剖結(jié)構(gòu)中包括的組織類型 和醫(yī)學設(shè)備的類型。例如，損傷神經(jīng)或血管的可能性與損傷骨結(jié)構(gòu)的可能
性不同；損傷一段受斑塊形成影響的血管的可能性通常與損傷一段健康血 管的可能性不同；利用活檢針損傷血管的可能性與利用靜脈內(nèi)導管損傷血 管的可能性不同。風險數(shù)據(jù)還可以描述與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的后果嚴重性。 例如，損傷主要血管通常比損傷小靜脈危險得多。可以將與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān) 聯(lián)的風險數(shù)據(jù)分配給描述解剖結(jié)構(gòu)的對象，例如分配給一類數(shù)據(jù)元或描述 解剖結(jié)構(gòu)的可變形模型。
在系統(tǒng)的實施例中，與所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的所述風險數(shù)據(jù)包括在分 割圖像數(shù)據(jù)期間確定的對象中。對象可以描述解剖結(jié)構(gòu)或另一結(jié)構(gòu)。新穎 的對象，例如解剖結(jié)構(gòu)的形狀模型，包括風險數(shù)據(jù)。這一數(shù)據(jù)可以在自動 圖像分割期間，例如在針對圖像數(shù)據(jù)適配解剖對象的形狀模型期間，變得 與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。這樣例如通過減少用于使風險數(shù)據(jù)與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián) 的人工交互而有利地簡化了將風險數(shù)據(jù)與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。
在系統(tǒng)的實施例中，系統(tǒng)還包括路徑單元，用于產(chǎn)生醫(yī)學設(shè)備的路徑， 所述路徑包括醫(yī)學設(shè)備的多個位置。路徑單元可以從用戶獲得路徑輸入以 產(chǎn)生路徑，或可用于計劃醫(yī)學流程?？蛇x地，可以從用于在醫(yī)學流程期間 監(jiān)測醫(yī)學設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)獲得路徑輸入。
在系統(tǒng)的實施例中，系統(tǒng)還包括用于根據(jù)評估標準評估醫(yī)學設(shè)備的路 徑的評估單元。可以設(shè)置評估單元以基于風險單元在沿著醫(yī)學設(shè)備路徑的 多個位置處計算的關(guān)于損傷解剖結(jié)構(gòu)的風險來計算最大和平均風險。可以 進一步設(shè)置評估單元以評估多個路徑并選擇最優(yōu)路徑，例如，最小平均風 險和最大風險低于閾值且未被解剖結(jié)構(gòu)阻擋的路徑。
在系統(tǒng)的實施例中，將系統(tǒng)用于計劃醫(yī)學流程。例如，可以使用系統(tǒng) 來確定醫(yī)學設(shè)備的最優(yōu)路徑，該最優(yōu)路徑使與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險最小化。在另一實施例中，將系統(tǒng)用于實時監(jiān)測醫(yī)學流程期間與損傷解剖結(jié) 構(gòu)相關(guān)的風險。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可以通過任何有用方式組合上述系統(tǒng)實
施例的任何兩個或更多。
在本發(fā)明的另一方面中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括在圖像獲取設(shè)備中。 在本發(fā)明的另 一方面中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括在工作站中。 在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于計算風險的方法，所述風險
與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述方法包括
- 用于獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置的結(jié)構(gòu)步驟；
- 用于獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置的設(shè)備步驟；以及
- 用于基于所述醫(yī)學設(shè)備的位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的位置計算與損傷所述 解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險的風險步驟。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種由計算機設(shè)備加載的計算機程序 產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括用于計算風險的指令，所述風險與醫(yī)學流 程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述計算機設(shè)備包括處理單元和存 儲器，所述計算機程序產(chǎn)品在被加載之后為所述處理單元提供執(zhí)行如下任
務(wù)的能力
- 獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置；
- 獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置；以及
- 根據(jù)所述醫(yī)學設(shè)備的位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的位置計算與損傷所述解剖 結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。
根據(jù)本說明書，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進行對應(yīng)于所述系統(tǒng)修改和變化 的圖像獲取設(shè)備、工作站、方法和/或計算機程序產(chǎn)品的修改和變化。


從下文所述的實施方式和實施例并參考附圖，本發(fā)明的這些和其他方 面將變得明了并得到闡明，附圖中
圖1示意性地示出了系統(tǒng)的示范性實施例的方框圖2示出了將肝血管分成若干部分，每部分與該部分特定的風險數(shù)據(jù) 相關(guān)聯(lián)；
7圖3示出了該方法示范性實施方式的流程圖； 圖4示意性地示出了圖像獲取裝置的示范性實施例；以及 圖5示意性地示出了工作站的示范性實施例。 在所有附圖中使用相同附圖標記表示類似部分。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了用于計算風險的系統(tǒng)100的示范性實施例的方框
圖，該風險涉及到在醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷到解剖結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包
括
-用于獲取解剖結(jié)構(gòu)位置的結(jié)構(gòu)單元110; -用于獲取醫(yī)學設(shè)備位置的設(shè)備單元120;以及
-風險單元130，其用于根據(jù)醫(yī)學設(shè)備的位置和解剖結(jié)構(gòu)的位置計算與 損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。
系統(tǒng)100的示范性實施例還包括以下單元
-用于獲取與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)的風險數(shù)據(jù)單元125; -用于產(chǎn)生醫(yī)學設(shè)備路徑的路徑單元140; -用于根據(jù)評估標準評估醫(yī)學設(shè)備路徑的評估單元150; -用于控制系統(tǒng)100的控制單元160;
-用于與系統(tǒng)IOO的用戶通信的用戶接口 165;以及 -用于存儲數(shù)據(jù)的存儲單元170。
在系統(tǒng)100的實施例中，有三個用于引入數(shù)據(jù)的輸入連接器181、 182 和183。第一輸入連接器181被設(shè)置成接收來自數(shù)據(jù)存儲器件的數(shù)據(jù)，所述 數(shù)據(jù)存儲器件例如是，但不限于硬盤、磁帶、閃速存儲器或光盤。第二輸 入連接器182被設(shè)置成接收來自諸如，但不限于鼠標或觸摸屏的用戶輸入 設(shè)備的數(shù)據(jù)。第三輸入連接器183被設(shè)置成接收來自諸如鍵盤的用戶輸入 設(shè)備的數(shù)據(jù)。輸入連接器181、 182和183連接到輸入控制單元180。
在系統(tǒng)100的實施例中，有兩個用于輸出數(shù)據(jù)的輸出連接器191和192。 第一輸出連接器191被設(shè)置成向諸如硬盤、磁帶、閃速存儲器或光盤的數(shù) 據(jù)存儲設(shè)備輸出數(shù)據(jù)。第二輸出連接器192被設(shè)置成向顯示設(shè)備輸出數(shù)據(jù)。 輸出連接器191和192經(jīng)由輸出控制單元190接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
8技術(shù)人員將理解，有很多方式將輸入設(shè)備連接到系統(tǒng)100的輸入連接
器181、 182和183，并將輸出設(shè)備連接到輸出連接器191和192。這些方 法包括但不限于有線和無線連接、諸如，但不限于局域網(wǎng)(LAN)和廣域 網(wǎng)(WAN)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)、數(shù)字電話網(wǎng)和模擬電話網(wǎng)。
在系統(tǒng)100的實施例中，系統(tǒng)100包括存儲單元170。系統(tǒng)100被設(shè)置 成經(jīng)由輸入連接器181、 182和183的任一個從外部設(shè)備接收輸入數(shù)據(jù)并將 所接收的輸入數(shù)據(jù)存儲在存儲單元170中。向存儲單元170中加載輸入數(shù) 據(jù)使得系統(tǒng)100的各單元能夠快速存取相關(guān)數(shù)據(jù)部分。輸入數(shù)據(jù)可以包括， 例如解剖對象和醫(yī)學設(shè)備的位置。任選地，輸入數(shù)據(jù)可以包括分段圖像數(shù) 據(jù)。存儲單元170可以由諸如，但不限于隨機存取存儲器(RAM)芯片、 只讀存儲器(ROM)芯片和/或硬盤驅(qū)動器和硬盤的設(shè)備實現(xiàn)。存儲單元170 可以進一步被設(shè)置成存儲輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)可以包括，例如與損傷解剖 結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。存儲單元170還可以被設(shè)置成經(jīng)由存儲總線175從系統(tǒng) 100的各單元接收數(shù)據(jù)并向各單元提供數(shù)據(jù)，系統(tǒng)100包括結(jié)構(gòu)單元110、 設(shè)備單元120、風險數(shù)據(jù)單元125、風險單元130、路徑單元140、評估單 元150、控制單元160和用戶接口 165。存儲單元170進一步被設(shè)置成使外 部設(shè)備經(jīng)由輸出連接器191和192的任一個能夠得到輸出數(shù)據(jù)。在存儲單 元170中存儲來自系統(tǒng)100的各單元的數(shù)據(jù)可以有利地改善系統(tǒng)100的各 單元的性能以及從系統(tǒng)100的各單元向外部設(shè)備轉(zhuǎn)移輸出數(shù)據(jù)的速率。
可選地，系統(tǒng)100可以不包括存儲單元170和存儲總線175。系統(tǒng)100 使用的輸入數(shù)據(jù)可以由至少一個連接到系統(tǒng)100的各單元的外部設(shè)備供應(yīng)， 例如外部存儲器或處理器。類似地，可以向至少一個連接到系統(tǒng)100的單 元的外部設(shè)備，例如外存儲器或處理器提供系統(tǒng)100所產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)。 可以設(shè)置系統(tǒng)100的單元以經(jīng)由內(nèi)部連接或經(jīng)由數(shù)據(jù)總線彼此接收數(shù)據(jù)。
在系統(tǒng)100的實施例中，系統(tǒng)100包括用于控制系統(tǒng)100中工作流的 控制單元160。可以設(shè)置控制單元以從系統(tǒng)100的各單元接收控制數(shù)據(jù)并向 各單元提供控制數(shù)據(jù)。例如，在設(shè)備單元120獲得醫(yī)學設(shè)備的位置之后， 可以設(shè)置設(shè)備單元120以向控制單元160傳遞控制數(shù)據(jù)"已獲得醫(yī)學設(shè)備 的位置"，并可以設(shè)置控制單元160以向風險單元130提供控制數(shù)據(jù)"計 算風險值"，請求風險單元130基于醫(yī)學設(shè)備和解剖結(jié)構(gòu)的位置計算風險?？蛇x地，可以在系統(tǒng)100的另一個單元中實現(xiàn)控制功能。
在系統(tǒng)100的實施例中，系統(tǒng)100包括用于和系統(tǒng)100的用戶通信的 用戶接口 165?？梢栽O(shè)置用戶接口 165以獲得用戶輸入，例如，用于獲取醫(yī) 學設(shè)備位置的輸入。可以進一步設(shè)置用戶接口以顯示基于圖像數(shù)據(jù)的視圖、 描繪解剖結(jié)構(gòu)的對象和/或代表醫(yī)學設(shè)備的設(shè)備對象。任選地，可以設(shè)置用 戶接口以接收用于選擇系統(tǒng)100的運行模式的用戶輸入，例如用于計劃醫(yī) 學設(shè)備路徑的模式。技術(shù)人員將理解，有利地可以在系統(tǒng)100的用戶接口 165中實現(xiàn)更多功能。
系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)單元110被設(shè)置成獲取解剖結(jié)構(gòu)的位置。在系統(tǒng)100 的實施例中，位置可以包括，例如解剖結(jié)構(gòu)質(zhì)心的位置和確定解剖結(jié)構(gòu)的 慣性張量主軸的方向余弦。在系統(tǒng)100的另一實施例中，位置可以包括分 布于解剖結(jié)構(gòu)表面上的取樣點坐標?？梢栽O(shè)置結(jié)構(gòu)單元U0以接收解剖結(jié) 構(gòu)的位置，作為系統(tǒng)100的輸入?？蛇x地，可以設(shè)置結(jié)構(gòu)單元110以接收 用于計算解剖結(jié)構(gòu)位置的輸入數(shù)據(jù)，例如圖像數(shù)據(jù)，并基于輸入數(shù)據(jù)計算 解剖結(jié)構(gòu)的位置。技術(shù)人員將認識到，有很多種獲取解剖結(jié)構(gòu)位置的有用 方式。所述范例例示了本發(fā)明，但一定不要視為限制權(quán)利要求的范圍。
技術(shù)人員將認識到，解剖結(jié)構(gòu)可以包括多個子結(jié)構(gòu)。例如，結(jié)構(gòu)可以 是包括多個血管樹的肝血管，每個血管樹包括至少一個血管段。另一范例 是心臟——包括兩個心房、兩個心室、左室心肌膜、主動脈和肺動脈的解 剖結(jié)構(gòu)。解剖結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)可以包括不同的組織，例如骨骼、肌肉、血管 壁和/或神經(jīng)。
設(shè)置系統(tǒng)100的設(shè)備單元120以獲取醫(yī)學設(shè)備的位置。例如活檢針、 脊髓移植針或尿液管的醫(yī)學設(shè)備的位置可以包括，例如尖端位置和醫(yī)學設(shè) 備主軸的方向余弦。在系統(tǒng)100的實施例中，可以設(shè)置設(shè)備單元以接收用 于計算醫(yī)學設(shè)備位置的輸入數(shù)據(jù)。例如，輸入數(shù)據(jù)可以包括用戶提供的數(shù) 據(jù)?？梢栽陲@示器上顯示醫(yī)學設(shè)備的圖像，顯示器還可以基于圖像數(shù)據(jù)顯 示解剖結(jié)構(gòu)的圖像。用戶可以利用例如鼠標或跟蹤球的用戶輸入設(shè)備改變 醫(yī)學設(shè)備的位置。用戶可以使用所顯示的醫(yī)學設(shè)備圖畫和所顯示的解剖結(jié) 構(gòu)圖像來確定醫(yī)學設(shè)備的位置?；趫D像數(shù)據(jù)繪制的解剖結(jié)構(gòu)的視圖可以 由用戶接口 165基于醫(yī)學設(shè)備的位置來確定。在實施例中，輸入數(shù)據(jù)包括來自醫(yī)學設(shè)備跟蹤系統(tǒng)的電磁信號，設(shè)備單元被設(shè)置成基于該輸入數(shù)據(jù)計 算醫(yī)學設(shè)備的位置?；蛘撸梢垣@得醫(yī)學設(shè)備的位置，作為系統(tǒng)100的輸 入。
系統(tǒng)100的風險單元130被設(shè)置成基于醫(yī)學設(shè)備的位置和解剖結(jié)構(gòu)的
位置計算與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險?？梢栽诘谝蛔鴺讼抵薪o出解剖結(jié)構(gòu) 的位置，并可以在第二坐標系中給出醫(yī)學設(shè)備的位置。技術(shù)人員將理解， 計算與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險還需要知道第一和第二坐標系之間的關(guān) 系。知道了第二坐標系中醫(yī)學設(shè)備的位置和第一和第二坐標系之間的關(guān)系， 就可以計算出第一坐標系中醫(yī)學設(shè)備的位置。因此，在不影響說明書通用 性的前提下，可以假設(shè)第一和第二坐標系是同一坐標系，例如由人體解剖 的矢狀平面、冠狀平面和軸向平面定義的坐標系。
典型地，與由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險可能取決于醫(yī)學設(shè)備 和解剖結(jié)構(gòu)的部分、軸和平面之間的距離和角度?？梢曰卺t(yī)學設(shè)備和解 剖結(jié)構(gòu)的位置計算這些距離和角度。與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險可以基于， 但不限于醫(yī)學設(shè)備與解剖結(jié)構(gòu)相撞的可能性。
在實施例中，系統(tǒng)100還包括用于獲取與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù) 的風險數(shù)據(jù)單元125。計算出的與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險進一步基于風險 數(shù)據(jù)。風險數(shù)據(jù)可以包括解剖結(jié)構(gòu)被與解剖結(jié)構(gòu)相撞的醫(yī)學設(shè)備損傷的可 能性和/或與解剖結(jié)構(gòu)受損相關(guān)的對健康的危害性。于是，計算得到的與損 傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險進一步基于，但不限于解剖結(jié)構(gòu)被與解剖結(jié)構(gòu)相撞 的醫(yī)學設(shè)備損傷的可能性或與解剖結(jié)構(gòu)受損相關(guān)的健康危害。解剖結(jié)構(gòu)被 與解剖結(jié)構(gòu)相撞的醫(yī)學設(shè)備損傷的可能性可能取決于受碰撞影響的解剖結(jié) 構(gòu)的部分以及在相撞期間醫(yī)學設(shè)備相對于解剖結(jié)構(gòu)的位置。
例如，在醫(yī)學流程期間與損傷血管相關(guān)的風險可能取決于醫(yī)學流程和 醫(yī)學設(shè)備的類型。在肝活檢期間肝血管可能被穿剌針刺破。在手術(shù)期間同 樣的肝血管可能被手術(shù)刀割傷。與這些示范性事件相關(guān)的風險可以包括在 與解剖結(jié)構(gòu)——肝血管相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)中。
在系統(tǒng)100的實施例中，與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)可以包括在描 述另一解剖結(jié)構(gòu)的對象中。在一些情況下，解剖結(jié)構(gòu)可能不可見，或可能 無法基于圖像數(shù)據(jù)而以視圖方式可視化。例如，復雜的解剖結(jié)構(gòu)可以包括一些強烈吸收輻射的組織和對所述輻射而言透明的其他組織。例如，可以 在CT掃描中容易地確定強烈吸收X射線的椎骨位置，而脊髓對X射線基本 是透明的。因為脊髓相對于椎骨的位置是已知的，所以在脊髓移植流程
(vertebroplasty procedure)期間損傷脊髓的風險可以基于與脊柱椎骨相關(guān) 聯(lián)的風險數(shù)據(jù)。
在系統(tǒng)100的實施例中，與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)可以包括用于 計算無法實現(xiàn)醫(yī)學流程的目的，從而對解剖結(jié)構(gòu)或另一解剖結(jié)構(gòu)造成不必 要損傷的風險的數(shù)據(jù)。例如，這種風險可能源于向不同于作為醫(yī)學流程目 標的解剖結(jié)構(gòu)的其他解剖結(jié)構(gòu)施加醫(yī)學設(shè)備。此外，例如，該風險可能源 于向恰好阻擋通往作為醫(yī)學流程目標的解剖結(jié)構(gòu)區(qū)域的道路的其他解剖結(jié) 構(gòu)施加醫(yī)學設(shè)備。此外，該風險可能源于向醫(yī)學結(jié)構(gòu)不正確地施加醫(yī)學設(shè) 備。
在系統(tǒng)100的實施例中，與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)可以包括用于 向用戶提供如何減小損傷解剖結(jié)構(gòu)的風險的提示的數(shù)據(jù)。提示可以包括如 何繼續(xù)進行醫(yī)學流程的信息和/或警報?？梢栽O(shè)置系統(tǒng)100以使用解剖結(jié)構(gòu) 和醫(yī)學設(shè)備的位置以及風險數(shù)據(jù)來為用戶提供如何以最小風險繼續(xù)進行醫(yī) 學流程的最佳提示。
在實施例中，系統(tǒng)100包括分割單元，用于使解剖結(jié)構(gòu)的形狀模型適 合圖像數(shù)據(jù)。自適應(yīng)網(wǎng)狀形狀模型允許系統(tǒng)100獲得解剖結(jié)構(gòu)的位置。有 利地，形狀模型還可以包括供系統(tǒng)100使用的風險數(shù)據(jù)。
在實施例中，系統(tǒng)100包括分割單元，用于使另一解剖結(jié)構(gòu)的形狀模 型適合圖像數(shù)據(jù)。自適應(yīng)網(wǎng)狀形狀模型可以允許系統(tǒng)100基于其他解剖結(jié) 構(gòu)的位置獲得解剖結(jié)構(gòu)的位置。有利地，另一解剖結(jié)構(gòu)的形狀模型可以進 一步包括供系統(tǒng)100使用的與作為醫(yī)學流程目標的解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險 鞞據(jù)。
將利用最小侵入手術(shù)醫(yī)學流程的范例進一步描述本發(fā)明。最小侵入手 術(shù)是通過小的切口進行的。通過切口插入所有必需的設(shè)備，例如手術(shù)設(shè)備、 帶有顯微鏡或微細光纖閃光燈的微型照相機。最小侵入手術(shù)的范例為活體 組織檢査、經(jīng)皮酒精注射或肝腫瘤的射頻切除以及脊髓移植。
在最小入侵手術(shù)期間放置手術(shù)器械可能與因目視檢查可能性有限導致
12損傷解剖結(jié)構(gòu)的風險相關(guān)聯(lián)。損傷解剖結(jié)構(gòu)是最小入侵手術(shù)期間發(fā)生的很 多并發(fā)癥的常見原因。與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險可以通過適當計劃和/或 監(jiān)測醫(yī)學流程而受到限制。
在系統(tǒng)100的實施例中，通過基于模型的方式分割操作前采集的例如 三維的多維圖像數(shù)據(jù)。模型包括關(guān)于被建模解剖結(jié)構(gòu)的形狀(例如三角形 格網(wǎng))的信息，以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。新穎的模型還包括風險數(shù)據(jù)。例如，可 以將風險數(shù)據(jù)的一部分分配給三角形格網(wǎng)的每個三角形。或者，可以將三 角形格網(wǎng)的三角形劃分成不同的風險級別，并可以將風險數(shù)據(jù)的一部分分 配給每個風險級別。風險數(shù)據(jù)可以描述在對應(yīng)于已適配網(wǎng)格的三角形的位 置處的由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)的可能性。此外，風險數(shù)據(jù)可以描述因在 所述位置損傷解剖結(jié)構(gòu)而對患者健康造成的危險。
對于肝活檢而言，可以使肝臟附近器官的模型適合圖像數(shù)據(jù)。這種器 官例如是腎、肺和結(jié)腸。其他解剖結(jié)構(gòu)是膽囊和膽管?？梢詫⑵鞴偬囟ǖ?風險數(shù)據(jù)分配給每個器官的模型。此外，可以將風險數(shù)據(jù)分配給肝血管的 模型。例如，可以為每個肝血管樹模型劃分的每部分分配對于所述模型部 分來說特定的風險數(shù)據(jù)的一部分。風險數(shù)據(jù)可以包括用于計算損傷所述模 型部分的風險的風險函數(shù)。風險函數(shù)可以是在將模型適配圖像數(shù)據(jù)之后計 算得到的所述肝血管樹模型部分的平均直徑的函數(shù)。
可選地，由于在圖像數(shù)據(jù)中可能難以識別小血管，因此，可能難以通 過適于圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀模型描述這些血管，可以通過概率密度描述這些血 管。概率密度可以包括在肝血管的模型中。可以基于描述適于圖像數(shù)據(jù)的 大血管的模型網(wǎng)絡(luò)將概率密度與圖像數(shù)據(jù)對準。可選地，可以由概率密度 描述肝血管樹每部分的位置。概率密度可以包括在另一解剖結(jié)構(gòu)的模型中， 并可以基于所述其他解剖結(jié)構(gòu)與圖像數(shù)據(jù)對準。
圖2示出了將肝血管分成若干部分，每部分與該部分特定的風險數(shù)據(jù) 相關(guān)聯(lián)?？梢詫Ω鞑糠帧窝茏訕洹M行彩色編碼或灰色編碼。
在實施例中，進一步設(shè)置系統(tǒng)100以為肝活檢流程計劃活檢針路徑。
可能有不同的路徑計劃流程。在半自動流程中，醫(yī)生指出期望的針路徑。
例如，可以設(shè)置用戶接口 165以顯示圖像數(shù)據(jù)和代表活檢針的針對象的3D 視圖。醫(yī)生可以使用諸如鼠標的用戶輸入設(shè)備向肝臟的目標區(qū)域拖曳針對象?？梢杂娠L險單元130在活檢針對象的若干位置，例如以恒定時間間隔 或以恒定路徑間隔，自動計算與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險，并告知用戶。
例如，可以將風險定義為針軸線和肝血管上最近點之間的距離Djn上預定
臨界距離De之和與活檢針尖端和肝血管上所述最近點之間的距離D2之間
的比例R: R= (D一De)/D2。該比例越大，損傷血管的風險越高。用戶可以
使用被告知的風險來改變活檢針方向和/或消除已經(jīng)確定的活檢針路徑的一 段。如果風險始終低于預定的風險閾值，就可以認為半自動化用戶設(shè)計的 活檢針路徑是可接受的。
在系統(tǒng)100的實施例中，由路徑單元140自動產(chǎn)生活檢針路徑。例如，
醫(yī)生指明活檢針尖端的起始點和肝臟的目標區(qū)域。在路徑計劃的每個步驟， 基于針對每個候選點計算的與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險，從有限數(shù)量的候
選點選擇路徑的下一點?？梢杂陕窂絾卧?40產(chǎn)生候選點，使得從候選點 到靶組織的距離小于從當前點到靶組織的距離。始于當前點終于候選點的 矢量所定義的軸定義了活檢針的候選軸。對應(yīng)于最低風險的候選點被選為 路徑的下一點并變成后續(xù)點產(chǎn)生的當前點。任選地，在路徑計劃的每個步 驟，可以確定路徑的多個點。
在系統(tǒng)100的實施例中，路徑單元140基于活檢針的起始點和肝臟目 標區(qū)域產(chǎn)生很多候選活檢針路徑。評估單元150對每個路徑進行評估。評 估標準可以基于一個或多個條件。 一個條件可以是，沿著候選路徑的最大 風險小于預定或用戶定義的風險閾值。另一個條件可以是，針對候選路徑 計算的平均風險最小。再一個條件是，活檢針尖端和解剖結(jié)構(gòu)之間的距離 始終大于距離閾值。再一個條件可以是路徑長度小于路徑長度閾值。再一 個條件可以是活檢針以預定或用戶定義的角度范圍內(nèi)的角度接近靶組織。 技術(shù)人員將理解，可以使用很多有用的條件來評估通常為醫(yī)學設(shè)備以及尤 其是活檢針的路徑?？梢詫M足條件的候選路徑計劃成活檢針路徑?？梢?設(shè)置系統(tǒng)100以向用戶顯示出計劃路徑。
在系統(tǒng)100的實施例中，圖像數(shù)據(jù)是描述一段時間之內(nèi)患者身體一區(qū) 域中包括的解剖結(jié)構(gòu)的四維圖像數(shù)據(jù)?？梢栽谠摱螘r間之內(nèi)的多個時刻劃 分圖像數(shù)據(jù)。這允許捕捉到由于例如呼吸運動導致的解剖結(jié)構(gòu)形狀和/或位 置變化。于是，計算出的醫(yī)學設(shè)備造成的與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險可能
14隨時間變化。
在系統(tǒng)100的實施例中，可以計算出醫(yī)學設(shè)備對解剖結(jié)構(gòu)形狀和位置的影響。這使得風險單元130能夠更精確地計算醫(yī)學設(shè)備造成的與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。
在實施例中，進一步設(shè)置系統(tǒng)100以在肝活檢期間監(jiān)測活檢針路徑。
為此目的，可以將操作之前采集的圖像數(shù)據(jù)與利用例如超聲波或X射線熒
光分析獲得的操作期間圖像數(shù)據(jù)對準。對準示出了醫(yī)學設(shè)備的操作期間圖像能夠確定醫(yī)學設(shè)備相對于解剖結(jié)構(gòu)的位置?？蛇x地，可以利用醫(yī)學設(shè)備跟蹤系統(tǒng)獲得醫(yī)學設(shè)備的位置?？梢愿鶕?jù)放在患者身體已知位置處的例如射頻發(fā)射體的標記物的位置，計算醫(yī)學設(shè)備跟蹤系統(tǒng)的坐標系和解剖結(jié)構(gòu)的坐標系之間的關(guān)系。在諸如肝活檢的醫(yī)學流程期間，可以利用視覺和/或聽覺用戶反饋系統(tǒng)向醫(yī)生通告計算出的與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。也可
以通告表明計算的風險高于風險閾值的報警信號。此外，可以設(shè)置系統(tǒng)100以通告醫(yī)學設(shè)備的計劃路徑和醫(yī)學設(shè)備的實際位置之間的差異。此外，可以設(shè)置系統(tǒng)100以基于與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)通告包括減小損傷解剖結(jié)構(gòu)的風險的信息的提示，例如，如何繼續(xù)進行醫(yī)學流程。
技術(shù)人員將認識到，系統(tǒng)100是輔助醫(yī)生計劃或監(jiān)測醫(yī)學流程的有用工具，適用于存在由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)的風險的很多醫(yī)學流程。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進一步認識到，可以將系統(tǒng)用于由各種采集醫(yī)學器械采集的多維圖像數(shù)據(jù)，采集醫(yī)學器械例如是，但不限于標準X射線、計算機斷層攝影(CT)、磁共振成像(MRI)、超聲(US)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)、單光子發(fā)射計算機器斷層攝影(SPECT)和核醫(yī)學(NM)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進一步理解，系統(tǒng)100的其他實施例也是可能的。還可能重新定義系統(tǒng)的單元并重新分布其功能，等等。
可以利用處理器實現(xiàn)系統(tǒng)100的各單元。通常，在軟件程序產(chǎn)品的控制下執(zhí)行它們的功能。在執(zhí)行期間，通常將軟件程序產(chǎn)品加載到諸如RAM的存儲器中并從那里執(zhí)行?？梢詮闹T如ROM、硬盤或磁存儲器和/或光存儲器的背景存儲器，或可以經(jīng)由像因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)加載程序。任選地，專用集成電路可以提供所述功能性。
圖3示出了計算風險的方法300的示范性實施方式的流程圖，該風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)。該方法300的第一步是結(jié)
構(gòu)步驟310，用于獲取解剖結(jié)構(gòu)的位置。在結(jié)構(gòu)步驟310之后，該方法300繼續(xù)進行到設(shè)備步驟320，用于獲取醫(yī)學設(shè)備的位置。在設(shè)備步驟320之后，該方法300繼續(xù)進行到風險步驟330，用于基于醫(yī)學設(shè)備的位置和解剖結(jié)構(gòu)的位置計算與損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。在風險步驟330之后，該方法終止。
方法300中的步驟次序不是強制的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用線程模型、多處理器系統(tǒng)或多重處理改變一些步驟的次序或同時執(zhí)行一些步驟，而不脫離本發(fā)明所期望保護的概念。任選地，可以將本發(fā)明的方法300的兩個或更多步驟組合成一個步驟。任選地，可以將本發(fā)明的方法300的步驟分成多個步驟。也可以由該方法300實現(xiàn)其他任選步驟，例如用于獲取與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)的風險數(shù)據(jù)步驟。
圖4示意性地示出了采用系統(tǒng)100的圖像獲取設(shè)備400的示范性實施例，所述圖像獲取裝置400包括經(jīng)由內(nèi)部連接與系統(tǒng)100相連的圖像采集單元410、輸入連接器401和輸出連接器402。這種布置有利地提高了圖像獲取設(shè)備400的能力，為所述圖像獲取設(shè)備400提供了系統(tǒng)100用于計算風險的有利能力，該風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖像獲取裝置的范例包括但不限于CT系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、US系統(tǒng)、PET系統(tǒng)、SPECT系統(tǒng)和NM系統(tǒng)。
圖5示意性地示出了工作站500的示范性實施例。工作站包括系統(tǒng)總線501。處理器510、存儲器520、磁盤輸入/輸出(I/O)適配器530和用戶接口 540操作性地連接到系統(tǒng)總線501。磁盤存儲設(shè)備531操作性耦合到磁盤1/0適配器530。鍵盤541、鼠標542和顯示器543操作性耦合到用戶接口 540。被實現(xiàn)為計算機程序的本發(fā)明的系統(tǒng)100存儲于磁盤存儲設(shè)備531中。設(shè)置工作站500以向存儲器520中加載程序和輸入數(shù)據(jù)，并在處理器510上執(zhí)行程序。用戶可以使用鍵盤541和/或鼠標542向工作站500輸入信息。將工作站設(shè)置成向顯示設(shè)備543和/或磁盤531輸出信息。技術(shù)人員將理解，現(xiàn)有技術(shù)中已知有很多工作站500的其他實施例，本實施例的目的是例示本發(fā)明，決不可將其視為把本發(fā)明限制到這一特定實施例。
應(yīng)當指出，上述實施例例示而非限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計出替換實施例而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將括號中的任何附圖標記視為限制權(quán)利要求。"包括"一詞并不排除存在權(quán)利要求或說明書中未列示的元件或步驟。元件前的"一"或"一個"并不排除存在多個這種元件?？梢岳冒ㄈ舾刹煌挠布蚶贸绦蚩刂朴嬎銠C來實現(xiàn)本發(fā)明。在枚舉若干單元的系統(tǒng)權(quán)利要求中，可以用同一件硬件或軟件實現(xiàn)這些單元中的幾個。使用單詞第一、第二和第三等并不表示任何次序。要將這些單詞視為名稱。
權(quán)利要求
1、一種用于計算風險的系統(tǒng)(100)，所述風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述系統(tǒng)包括-用于獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置的結(jié)構(gòu)單元(110)；-用于獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置的設(shè)備單元(120)；以及-用于基于所述醫(yī)學設(shè)備的所述位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的所述位置計算與損傷所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的所述風險的風險單元(130)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，其中，基于分割圖像數(shù)據(jù)期間確定的對象位置獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括用于獲取與所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的風險數(shù)據(jù)的風險數(shù)據(jù)單元(125)，并且其中，計算出的與損傷所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險進一步基于所述風險數(shù)據(jù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，其中，與所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的所述風險數(shù)據(jù)包括在分割圖像數(shù)據(jù)期間確定的對象中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括用于產(chǎn)生所述醫(yī)學設(shè)備的路徑的路徑單元(140)，所述路徑包括所述醫(yī)學設(shè)備的多個位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，還包括用于根據(jù)評估標準評估所述醫(yī)學設(shè)備的所述路徑的評估單元(150)。
7、 將根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)用于計劃或監(jiān)測所述醫(yī)學流程的用途。
8、 一種圖像獲取裝置(400)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)。
9、 一種工作站(500)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)。
10、 一種用于計算風險的方法(300)，所述風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述方法包括- 用于獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置的結(jié)構(gòu)步驟(310);- 用于獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置的設(shè)備步驟(320);以及- 用于基于所述醫(yī)學設(shè)備的所述位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的所述位置計算與損傷所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險的風險步驟(330)。
11、 一種由計算機設(shè)備加載的計算機程序產(chǎn)品，包括用于計算風險的指令，所述風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述計算機設(shè)備包括處理單元和存儲器，所述計算機程序產(chǎn)品在被加載之后為所述處理單元提供執(zhí)行如下任務(wù)的能力- 獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置；- 獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置；以及- 基于所述醫(yī)學設(shè)備的所述位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的所述位置，計算與損傷所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于計算風險的系統(tǒng)(100)，所述風險與醫(yī)學流程期間由醫(yī)學設(shè)備損傷解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)，所述系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)單元(110)，用于獲取所述解剖結(jié)構(gòu)的位置；設(shè)備單元(120)，用于獲取所述醫(yī)學設(shè)備的位置；以及風險單元(130)，用于基于所述醫(yī)學設(shè)備的位置和所述解剖結(jié)構(gòu)的位置計算與損傷所述解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的風險?？梢詫⑺鱿到y(tǒng)(100)用于計劃使所述風險最小化的醫(yī)學設(shè)備路徑或在醫(yī)學流程期間監(jiān)測所述風險。
文檔編號G06T7/00GK101675455SQ200880013711
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者A·格羅特, J·威斯, J·布雷多諾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司