專利名稱：可視化外科手術(shù)軌跡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使外科手術(shù)軌跡(surgical trajectory)可視化(visualizing) 的方法。該方法將3D成像信息與數(shù)字化解剖模型相結(jié)合，以用于在3D成像信息中分割 (segmenting)解剖結(jié)構(gòu)。計劃的外科手術(shù)軌跡投影到組合圖像上，用于使外科手術(shù)軌跡可視化。該發(fā)明還涉及用于執(zhí)行所述方法的系統(tǒng)和計算機程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
這樣的方法是例如從Guo等人的"Development and Application of Functional Databases for Planning Deep-Brain Neurosurgical Procedures，，中已知。根據(jù) Guo 等人，已知的是將單個病人手術(shù)前的MR圖像與數(shù)字化解剖圖譜(anatomical atlas)相結(jié)合。僅僅根據(jù)MR圖像，很難或者甚至不可能可視地區(qū)分小的不同神經(jīng)結(jié)構(gòu)，例如，底丘腦核 (STN)，其通常在深部腦刺激過程中被確定為目標(biāo)。當(dāng)使用來自解剖圖譜的附加信息和/或概率性的功能圖譜，可以增強用于根據(jù)該操作的外科手術(shù)計劃定位外科手術(shù)目標(biāo)的準(zhǔn)確性和精確度。在Guo等人中，基于可以在外科手術(shù)之前得到的附加標(biāo)準(zhǔn)電生理學(xué)信息的概率性功能圖譜被用于幫助外科手術(shù)目標(biāo)確定以及向3D圖像數(shù)據(jù)提供解剖標(biāo)記。結(jié)合的圖像和標(biāo)準(zhǔn)的電生理學(xué)信息一起用作實現(xiàn)探針沿著實際的或者仿真的外科手術(shù)軌跡的位置的顯示。探針的位置顯示在3D圖像容積中以及病人的2D切片中。然而，由于任何配準(zhǔn)方法固有的配準(zhǔn)誤差，圖譜與手術(shù)前MR圖像的配準(zhǔn)具有有限的精確度。例如分割的圖像處理可以用來進(jìn)一步地改進(jìn)解剖標(biāo)記。然而，該技術(shù)還具有固有的有限準(zhǔn)確性。此外，在外科手術(shù)中，植入的探針可以無意地偏離計劃的軌跡(例如，由于諸如探針輕微彎曲的缺點)或者解剖可以由于外科手術(shù)過程本身而輕微移位(例如，在組織中植入探針生成將組織推向一邊的小力場；在外科手術(shù)時腦脊液的損失可以引起組織中的壓力改變，其導(dǎo)致也稱為“腦移位”的較大變形)。在小目標(biāo)中精確地植入探針因此通常要求術(shù)中測量(intra-operative measurement)(例如，電生理學(xué)測量)，以確切地定位目標(biāo)并且校正誤差，這是由于手術(shù)前計劃的不準(zhǔn)確或者由于外科手術(shù)時的解剖移位或者由于探針對于計劃軌跡的(無意的)偏離。正確的解釋這種術(shù)中測量(intra-operative measurement) 對于準(zhǔn)確的目標(biāo)定位是關(guān)鍵的，但是由于當(dāng)執(zhí)行該分析時數(shù)據(jù)的復(fù)雜以及需由專家處理的信息量，可以是執(zhí)行非常困難的分析。Guo等人所描述的方法的問題是所得到的數(shù)據(jù)不給外科醫(yī)生提供足夠清楚和明確的信息，該信息能夠幫助醫(yī)生識別期望的精神結(jié)構(gòu)的類型以及沿著計劃且橫過的外科手術(shù)路徑來定位外科手術(shù)目標(biāo)。發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是為外科醫(yī)生提供更清楚地顯示足夠清楚信息的方法，以便于知道希望什么類型的神經(jīng)結(jié)構(gòu)沿著計劃且橫過的(traversed)外科手術(shù)路徑。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是通過提供使外科手術(shù)軌跡可視化的方法來實現(xiàn)的，該方法包括接收進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域中的3D成像信息，使所接收的3D成像信息與來自解剖模型庫(例如，數(shù)字化解剖圖譜)的數(shù)據(jù)相結(jié)合以得到進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的組合地圖(該組合地圖包括進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)的希望位置)，接收用于外科手術(shù)的外科手術(shù)軌跡，確定外科手術(shù)軌跡與解剖結(jié)構(gòu)的交叉(intersection)的位置，以及提供在與外科手術(shù)軌跡對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中交叉的位置。由于該方法，用戶接收什么解剖結(jié)構(gòu)被希望沿著外科手術(shù)軌跡在什么位置處的清楚概觀。實際上，根據(jù)本發(fā)明的方法在外科手術(shù)路徑上繪制3D的解剖信息。利用根據(jù)本發(fā)明的方法，用戶知道什么結(jié)構(gòu)被希望沿著計劃的或者導(dǎo)航的外科手術(shù)路徑在什么位置處。 因此，更容易的是，躲避關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在特殊的解剖結(jié)構(gòu)處定位外科手術(shù)目標(biāo)或者例如釋放某種藥物。根據(jù)本發(fā)明的方法結(jié)合(i)3D醫(yī)學(xué)成像信息，與(ii)在3D醫(yī)學(xué)成像信息中用于分割解剖結(jié)構(gòu)的解剖模型庫，以及(iii)指示在外科手術(shù)介入期間從外科手術(shù)探針?biāo)玫降慕馄驶蛘呓M織類型的局部測量。模型庫與3D成像信息相結(jié)合，以提供成像信息的3D解剖標(biāo)記(例如，通過將數(shù)字解剖圖譜與MRI配準(zhǔn))。朝向至少一個外科手術(shù)目標(biāo)的至少一個計劃的外科手術(shù)軌跡與解剖標(biāo)記的3D圖像相結(jié)合，并且具有解剖標(biāo)記的3D成像信息的軌跡橫截面(cross-section)在外科手術(shù)軌跡上投影為解剖標(biāo)記?？蛇x地，醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)和相關(guān)聯(lián)的解剖標(biāo)記可以通過圍術(shù)期成像(perioperative imaging)(例如，使用平面3D χ射線系統(tǒng)、介入的MRI或者3D超聲波)在術(shù)中更新。使用至少一個外科手術(shù)探針的局部測量可以使得沿著計劃的外科手術(shù)軌跡在術(shù)中支持識別探針的測量定位處的解剖類型。從局部測量所提取的數(shù)據(jù)是與標(biāo)記的外科手術(shù)軌跡共同可視， 以幫助它們的解釋以及支持外科手術(shù)目標(biāo)的術(shù)中準(zhǔn)確定位。從局部測量所提取的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步地與標(biāo)記的外科手術(shù)軌跡相結(jié)合，用于計算機處理(例如，使用特征聚類分析算法)， 以提取指示某種解剖的典型特征，其可以呈現(xiàn)給用戶以便于支持目標(biāo)定位。在優(yōu)選的實施例中，組合地圖包括進(jìn)行手術(shù)的區(qū)域中的統(tǒng)計地圖，該統(tǒng)計地圖包括在區(qū)域中的位置處存在解剖結(jié)構(gòu)的可能性。在這個統(tǒng)計地圖中，從一個解剖結(jié)構(gòu)向另一解剖結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變不是突變的，而是逐漸地過渡。交叉(intersection)因而不代表在其中一個結(jié)構(gòu)位于另一個結(jié)構(gòu)附近的單個點。代替的，交叉是外科手術(shù)路徑的部分，其中，第一結(jié)構(gòu)的可能性逐步減少而至少一個其它結(jié)構(gòu)的可能性逐漸增加。例如，在沿著外科手術(shù)路徑的某一位置處，可能存在30%的可能性是在第一結(jié)構(gòu)，并且70%的可能性是在第二結(jié)構(gòu)。在某些位置處，甚至超過兩個不同的解剖結(jié)構(gòu)可以具有明顯的可能性。要指出的是，使用突變交叉的方法僅僅使用0%和100%的可能性。為了清楚地指出哪些結(jié)構(gòu)將被希望在外科手術(shù)軌跡中的哪個位置處，交叉的位置可以提供為交叉和外科手術(shù)軌跡中目標(biāo)之間的距離。這使得用戶可以看出特定的解剖結(jié)構(gòu)將希望離目標(biāo)區(qū)多近。外科手術(shù)軌跡可以是計劃的或者導(dǎo)航軌跡。當(dāng)計劃軌跡時，該方法有助于找到比較安全并且容易進(jìn)入目標(biāo)的路線。當(dāng)使用外科手術(shù)工具來導(dǎo)航軌跡時，根據(jù)本發(fā)明的方法可以幫助用戶來看出他當(dāng)前正工作于何種類型的解剖結(jié)構(gòu)，并且，可能地，當(dāng)沿著路徑進(jìn)一步朝向目標(biāo)結(jié)構(gòu)時可以希望何種類型的結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的實際實施例中，外科手術(shù)工具是電生理學(xué)探針，并且該方法進(jìn)一步地包括接收來自探針的電生理學(xué)信號的步驟，從所接收的電生理學(xué)信號提取特征的步驟，使所提取的特征與坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置相關(guān)的步驟，以及使與坐標(biāo)系統(tǒng)中相關(guān)位置結(jié)合的所提取特征可視化的步驟。在實施例中，使用脊柱周圍的區(qū)域中的CT或者類似CT的3D圖像數(shù)據(jù)。通過使用分割和解剖模型，3D圖像被解剖地標(biāo)記，并且外科手術(shù)軌跡被計劃。具有用于光反射測量的集成光纖的外科手術(shù)探針用于在探針尖端(“光針”)處的局部解剖繪圖。3D圖像信息和相關(guān)聯(lián)的解剖標(biāo)記通過使用平面旋轉(zhuǎn)χ射線系統(tǒng)由手術(shù)期間的3D χ射線來更新。在不同的探針位置處得到光譜。光譜和一個地圖(map)—起被可視化，該地圖基于3D (自動標(biāo)記的)圖像中外科手術(shù)探針尖端的導(dǎo)航軌跡使得某些解剖標(biāo)記相對于外科手術(shù)探針的尖端的接近度和方向性可視化。參考以下所描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面是顯而易見的且將被闡述。


在圖中
圖1示出了包括來自MRI的數(shù)據(jù)、圖譜和外科手術(shù)軌跡的圖像， 圖2示出了電生理學(xué)記錄的輸出的實例； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖； 圖4示出了解剖部分和外科手術(shù)軌跡的交叉的位置的計算； 圖5、6和7示出了由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所提供的外科手術(shù)軌跡的典型可視化； 圖8a和8b示出了與關(guān)于外科手術(shù)路徑的解剖信息相結(jié)合的神經(jīng)-EP參數(shù)值的另一個可視化；
圖9示出了噪聲等級對應(yīng)發(fā)放率(firing rate),以及圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式以下，將通過與使用電生理學(xué)探針的神經(jīng)外科(neurosurgery)相關(guān)的典型實施例來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于以神經(jīng)-EP系統(tǒng)方式使用。根據(jù)本發(fā)明，其它外科手術(shù)介入也可以得益，在其中，關(guān)于沿著外科手術(shù)軌跡(計劃的和/或?qū)Ш降?的解剖信息的知識對于治療和/或診斷的目的是有用的。本發(fā)明可以例如適于光針導(dǎo)向的介入。圖1示出了包括來自MRI的數(shù)據(jù)、圖譜和三個外科軌跡101的圖像100。已知的是使用用于外科手術(shù)軌跡的術(shù)前計劃的這種圖像。在該圖像中，圖譜信息用于指示在MRI 圖像中所示出的腦區(qū)域中的特定結(jié)構(gòu)102、103、104。該圖像100示出了人腦橫截面的MRI 圖像。外科手術(shù)軌跡101朝向計劃的外科手術(shù)目標(biāo)104貫穿(rim through)腦組織。在該實例中，外科手術(shù)目標(biāo)104是底丘腦核(STN) 104的特定部分。在該實例中，選擇軌跡101， 以使得另一個結(jié)構(gòu)102將不被用于外科手術(shù)的外科手術(shù)工具所接觸或者損壞。例如，非常重要的是，避免損壞主要的血管或者腦室。圖1中的圖像100幫助計劃外科手術(shù)操作。當(dāng)執(zhí)行外科手術(shù)時，已知的是使用電生理學(xué)(EP)記錄。圖2示出了 EP記錄的輸出200的實例。這種神經(jīng)-EP記錄通常使用所謂的微電極針來執(zhí)行；這些微電極針是在頂端處攜帶微小電極(近似10微米直徑)的針，并且可以用來從電極頂端附近的單個腦細(xì)胞(神經(jīng)元)采集電信號(“尖峰”)。在典型的過程中，神經(jīng)生理學(xué)家將研究在多個位置處的記錄(直到100個位置；每個記錄典型地是 10-20s的數(shù)據(jù))。通常這種記錄在增長的深度位置處(具有典型的0. 5mm的步長，S卩，剛好在臨床MRI系統(tǒng)中可得到的分辨率以下)被執(zhí)行?；诓煌涗浀慕y(tǒng)計特征(例如，諸如突發(fā)性(burstiness)和平均發(fā)放率、噪聲幅度等的尖峰時間特征)的比較，神經(jīng)生理學(xué)家必須將所測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所研究定位的功能特性，即，向所記錄的位置分配功能解剖。如圖2中所清楚的，EP記錄的分析是復(fù)雜的并且要求大量的專門技能，特別是當(dāng)其需要在時間壓力下執(zhí)行時。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于使外科手術(shù)軌跡可視化的系統(tǒng)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)10包括用于接收進(jìn)行手術(shù)的區(qū)域的3D成像信息31的輸入11。3D圖像信息31可以來自例如MRI或者CT掃描器。輸入11 還被提供用于接收限定計劃的或者導(dǎo)航的外科手術(shù)軌跡的軌跡信息32?？蛇x的，例如如果系統(tǒng)10用于在外科手術(shù)操作過程中使實時的軌跡信息可視化，則輸入11還提供用于接收來自EP記錄系統(tǒng)的EP-數(shù)據(jù)33。處理器13被提供用于處理輸入數(shù)據(jù)31、32、33。數(shù)據(jù)處理包括許多步驟，其中一些是被要求的以及一些是可選的。首先，所接收的3D圖像信息31 與來自數(shù)字化解剖圖譜的數(shù)據(jù)相結(jié)合，以獲得進(jìn)行手術(shù)的區(qū)域的組合地圖。解剖圖譜數(shù)據(jù)可以來自在存儲設(shè)備12上存儲的數(shù)據(jù)庫，所述存儲設(shè)備12是系統(tǒng)10的一部分?？商娲兀?系統(tǒng)10經(jīng)由封閉網(wǎng)絡(luò)或者廣域網(wǎng)(例如，因特網(wǎng))與這個數(shù)據(jù)庫耦合，從而接收來自數(shù)據(jù)庫的圖譜數(shù)據(jù)(atlas data)。在該實施例中，所謂的解剖圖譜用來獲得相關(guān)區(qū)的解剖數(shù)據(jù)。 然而，該解剖數(shù)據(jù)還可以以其它方式來提供，例如，通過合適的成像形式。一個實例是強度值分割，耦合到不同類型組織(例如，骨、血、等等)的CT圖像以獲得解剖數(shù)據(jù)。通常，解剖數(shù)據(jù)可以從以合適方式存儲的解剖模型獲得。組合地圖包括在進(jìn)行手術(shù)的區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)的希望位置。使用用于發(fā)現(xiàn)3D圖像信息中結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)變的圖像識別技術(shù)以及通過將3D圖像與來自解剖圖譜的信息進(jìn)行比較，來創(chuàng)建組合地圖。組合地圖可以例如是描述重要解剖結(jié)構(gòu)的希望位置的圖像或者一系列數(shù)據(jù)點。地圖可以看起來像圖1中所示出的100。當(dāng)組合地圖是可得到的時，處理器13 使用所接收的外科手術(shù)軌跡數(shù)據(jù)32來確定外科手術(shù)軌跡相對于解剖結(jié)構(gòu)的交叉的位置。 當(dāng)這些交叉的位置是已知時，還知道什么解剖結(jié)構(gòu)位于外科手術(shù)軌跡上。這使得可以設(shè)計和跟隨不損害關(guān)鍵結(jié)構(gòu)(例如，大血管)的軌跡。這些交叉的位置被設(shè)置在與外科手術(shù)軌跡對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中。這個坐標(biāo)系統(tǒng)有助于提供希望沿著軌跡的解剖結(jié)構(gòu)的直觀概況。例如，交叉的位置可以設(shè)置為距離軌跡的起始點或者目標(biāo)點一段距離。距離優(yōu)選地沿著軌跡來測量。當(dāng)交叉的位置是已知時，信息可以通過例如在顯示器15上顯示軌跡或者軌跡的圖形表示來可視化。通過使用例如文本標(biāo)記、顏色編碼或者加強，顯示重要的結(jié)構(gòu)相對于外科手術(shù)軌跡的位置。圖4圖示了解剖部分41和外科手術(shù)軌跡42的交叉43、44的位置的計算。在神經(jīng)外科中，通常超過一個針用于外科手術(shù)操作。典型地，使用五個微記錄針，其是所謂的“中心的”、“側(cè)面的”、“中間的”、“前面的”、以及“后面的”。關(guān)于解剖結(jié)構(gòu)41，每個針具有其自己的軌跡42、46、47和其自己的交叉43、44。此外，每個外科手術(shù)軌跡通常將在輕微不同的目標(biāo)點45處結(jié)束。因而將對于每個針獨立計算交叉43、44的位置，以及對于每個針，所述位置43、44設(shè)置在與各自的外科手術(shù)路徑42、46、47對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中。圖5、6和7示出了由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10所提供的外科手術(shù)軌跡的典型可視化。 在圖5中，位于沿著五個EP-針的計劃外科手術(shù)路徑的解剖結(jié)構(gòu)被可視化。外科手術(shù)過程將底丘腦核(STN)作為目標(biāo)。在距離目標(biāo)點Omm的距離處，所有五個針在底丘腦核中。對于中心51、側(cè)面2和中間53的針，確定了 在底丘腦核之前，橫過未定區(qū)(ZI)和丘腦(Th)。 后面討和前面陽的針也希望橫過丘腦(Th)。當(dāng)針插入病人的腦超出目標(biāo)點時，可以進(jìn)入黑質(zhì)致密部(SNc)。正如可以從圖5中所看出的，并非所有的針將到達(dá)距離目標(biāo)相同距離處的相同結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使得可能在希望針到達(dá)什么解剖結(jié)構(gòu)時親眼看見 (see for)每個針。圖5中的陰影條形圖部分代表計劃外科手術(shù)路徑上所希望的解剖結(jié)構(gòu)。當(dāng)執(zhí)行外科手術(shù)時，該圖片可以用于向外科醫(yī)生示出什么是所希望的并且針當(dāng)前位于什么位置。在當(dāng)前深度處，畫出線56來示出針當(dāng)前所在的位置。在圖5中，所有的針都在丘腦(Th)中。 在該實施例中，所有的針一起移動，并且距離它們各自的目標(biāo)點具有相同的距離。可替代地，針是獨立可操作的，并且每個針具有其自己對應(yīng)的當(dāng)前深度等級。在圖6中，僅僅一個針61的軌跡可視。在該實施例中，外科手術(shù)軌跡與解剖結(jié)構(gòu)的交叉(intersection)沒有示出為從一個結(jié)構(gòu)到另一個結(jié)構(gòu)的突變過渡。將經(jīng)歷外科手術(shù)的區(qū)域的3D圖像與來自解剖圖譜的數(shù)據(jù)相結(jié)合的過程導(dǎo)致了用于具有某些誤差范圍的不同結(jié)構(gòu)的希望位置。特別地，在接近于從一個組織類型過渡為另一組織類型的位置處，可能不會完全確信解剖結(jié)構(gòu)的類型。因此，該實施例使用進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的統(tǒng)計地圖。統(tǒng)計地圖包括在某一位置處存在解剖結(jié)構(gòu)的可能性。當(dāng)使用這個統(tǒng)計地圖來使針61的外科手術(shù)路徑可視化時，結(jié)果可以是像圖6中的條形圖，例如，在“當(dāng)前深度”處，針可能在丘腦 (Th)中。當(dāng)針將橫過路徑遠(yuǎn)一點時，其將到達(dá)一個位置，此處不知道是否它已經(jīng)在未定區(qū) (ZI)中或者仍然在丘腦(Th)中。圖7示出了在五個外科手術(shù)軌跡62、63、64、65、66處的解剖結(jié)構(gòu)以及從那些相同定位處術(shù)中所得到的神經(jīng)-EP數(shù)據(jù)中所提取的參數(shù)值82、83、84、85、86的可視化。這些顯示有助于確定過程，因為解剖和EP數(shù)據(jù)在簡單概觀(overview)中可以得到。神經(jīng)-EP數(shù)據(jù)可以從一個或者多個用于例如在深部腦刺激(DBS)療法中定位功能目標(biāo)的探針得到。自動的神經(jīng)-EP分析方法對于從原始數(shù)據(jù)中提取某些信號特征是已知的。通過使這些所提取的特征與用于沿著(計劃的或者橫過的)路徑使解剖可視化的坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置相關(guān)，所提取值的相關(guān)性可以更容易地被評估。當(dāng)呈現(xiàn)所提取特征以及與這些所提取特征對應(yīng)的希望解剖位置時，通常在從神經(jīng)-EP數(shù)據(jù)中提取特征時發(fā)生的假陰性和/或假陽性更容易被識另O。代替從神經(jīng)-EP數(shù)據(jù)23中提取特征，可以在神經(jīng)-EP數(shù)據(jù)已經(jīng)被記錄的對應(yīng)位置處使它們本身可視化。在實施例中，使用脊椎周圍的區(qū)域中的CT或者類似CT的3D圖像數(shù)據(jù)。通過使用分割和解剖模型，3D圖像被自動地標(biāo)記，且外科手術(shù)軌跡被計劃。具有用于光反射測量的集成光纖的外科手術(shù)探針用于在探針尖端處(“光子針”)的局部解剖繪圖。3D圖像信息和相關(guān)聯(lián)的解剖標(biāo)簽通過使用平面旋轉(zhuǎn)χ射線系統(tǒng)由圍術(shù)期(perioperatiVe)3D χ射線來更新。在不同的探針位置處得到光譜。光譜和地圖一起可視化，所述地圖基于3D (自動標(biāo)記的)圖像中外科手術(shù)探針尖端的導(dǎo)航軌跡，使某些解剖標(biāo)記相對于外科手術(shù)探針的尖端的接近度和方向性可視化。圖fe和8b示出了與關(guān)于外科手術(shù)路徑的解剖信息相結(jié)合的神經(jīng)-EP參數(shù)值的另外可視化。圖8a示出了噪聲等級(y軸)相對于沿著外科手術(shù)軌跡的深度(χ軸)。該軌跡的目標(biāo)是被限定在Omm深度處的底丘腦核(STN)。正如圖中可以看出的，接近目標(biāo)區(qū)的噪聲等級為高。當(dāng)進(jìn)入STN (由三角形91示出)時觀察到突變增加。在STN內(nèi)部，噪聲等級始終保持為高(由圓形92示出)，并且當(dāng)離開STN時，噪聲等級急劇下降。然而，噪聲等級保持在進(jìn)入STN之前所觀察的基線94以上，并且在進(jìn)入黑質(zhì)(SN，由方塊93所示出時)進(jìn)一步增加。 根據(jù)圖8a，清楚的是，噪聲等級獨自不足以區(qū)分STN和SN。在解剖結(jié)構(gòu)中觀察到高的噪聲等級。當(dāng)以根據(jù)本發(fā)明的方法將解剖知識和3D圖像與神經(jīng)EP信號相結(jié)合時，不同的解剖結(jié)構(gòu)可以更容易且可靠地區(qū)分。圖8b示出了發(fā)放率(y軸)對應(yīng)沿著外科手術(shù)軌跡的深度(χ軸)。STN的入口標(biāo)注有非常高的發(fā)放率(由三角形91示出)。發(fā)放率在STN內(nèi)部(由圓形92示出)降低，并且當(dāng)進(jìn)入SN (由三角形93示出)時再次增加。因此，發(fā)放率獨自不足以區(qū)分STN和SN。同樣， 由于測量對接近神經(jīng)單元的敏感性，例如發(fā)放率的測量示出了高變化性。在沿著外科手術(shù)軌跡且在STN內(nèi)部的某些深度處，發(fā)放率降到基線94以下。這些位置由圓形9 來指示。 單獨根據(jù)發(fā)放率來判定，外科醫(yī)生可能做出錯誤的決定。當(dāng)以根據(jù)本發(fā)明的方法將解剖知識和3D圖像與神經(jīng)EP信號相結(jié)合時，不同的解剖結(jié)構(gòu)可以被更容易且可靠地區(qū)分。在圖9中，噪聲等級(y軸)被標(biāo)出對應(yīng)發(fā)放率(χ軸)在缺少深度信息時，將噪聲等級和發(fā)放率相結(jié)合清楚地將STN和SN與其它區(qū)域區(qū)分。STN (三角形91和圓形92)和 SN (方形93)內(nèi)部的所有測量都恰好在基線94之上。所有其它的測量在基線94之下。然而，這些測量不足以用于在STN (圓形92)和SN (三角形91)之間進(jìn)行區(qū)分。利用根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，深度信息被用于區(qū)分STN和SN，并且在圖中指出這些，例如，對于不同深度處的數(shù)據(jù)點使用不同的形狀或者顏色。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。該方法以圖像接收步驟71開始，用于接收進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的3D成像信息。3D成像信息可以例如由MRI或者CT掃描器得至IJ。在結(jié)合步驟72中，所接收的3D成像信息與來自數(shù)字化的解剖圖譜的數(shù)據(jù)相結(jié)合，以獲得進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的組合地圖。組合地圖包括進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)的希望位置。在軌跡輸入步驟73中，接收用于外科手術(shù)的至少一個外科手術(shù)軌跡。軌跡可以接收為通過進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的計劃路線。所接收的軌跡信息還可以包括外科手術(shù)工具的當(dāng)前位置。外科手術(shù)工具的一連串實際位置形成橫過軌跡。在軌跡輸入步驟73中所接收的外科手術(shù)軌跡可以是計劃的或者已經(jīng)橫過的軌跡?？商娲?，所接收的軌跡是計劃的和實際橫過軌跡的結(jié)合。插補和推斷可以用于形成或者調(diào)整外科手術(shù)軌跡。在交叉計算步驟74中，計算至少一個外科手術(shù)軌跡與解剖結(jié)構(gòu)表面的交叉的位置。這些位置在輸出步驟75中設(shè)置為輸出。為了易于理解位置數(shù)據(jù)，交叉的位置提供在與外科手術(shù)軌跡對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中，以使得易于理解在沿著外科手術(shù)軌跡的不同位置處所希望的什么解剖結(jié)構(gòu)。所提供的位置可以然后用于使外科手術(shù)軌跡可視化，例如，像圖5、6和 7的一個中所示出的。將要理解的是，本發(fā)明還延伸到計算機程序，特別是在載體上或者中的計算機程序，其適于實施本發(fā)明。程序可以以源代碼、目標(biāo)代碼、源和目標(biāo)代碼中間的代碼(例如，部
9分編譯的形式)的形式，或者以適于在實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的任何其它形式。還要理解的是，這個程序可以具有許多不同的構(gòu)造設(shè)計。例如，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法或者系統(tǒng)的功能的程序代碼可以可以被細(xì)分為一個或者多個子程序。在這些子程序中分配功能的許多不同的方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。子程序可以一起存儲在一個可執(zhí)行文件中，以形成自含式程序。這個可執(zhí)行文件可以包括計算機可執(zhí)行指令，例如，處理器指令和/ 或編譯器指令(例如，JAVA編譯器指令)?？商娲兀粋€或者多個或者全部的子程序可以存儲在至少一個外部庫文件中，并且例如在運行時靜態(tài)地或者動態(tài)地與主程序相關(guān)聯(lián)。主程序含有對至少一個子程序的至少一個調(diào)用。同樣，子程序可以包括彼此的功能調(diào)用。與計算機程序產(chǎn)品相關(guān)的實施例包括計算機可執(zhí)行指令，其對應(yīng)于所提到的方法中至少一個的處理步驟中每一個。這些指令可以細(xì)分為子程序，和/或存儲在可以靜態(tài)或者動態(tài)地關(guān)聯(lián)的一個或者多個文件中。與計算機程序產(chǎn)品相關(guān)的另一個實施例包括計算機可執(zhí)行指令， 其對應(yīng)于所提到的系統(tǒng)和/或產(chǎn)品中至少一個的裝置中的每一個。這些指令可以細(xì)分為子程序，和/或存儲在可以靜態(tài)或者動態(tài)地關(guān)聯(lián)的一個或者多個文件中。計算機程序的載體可以是能夠攜帶程序的任何實體或者設(shè)備。例如，載體可以包括存儲介質(zhì)，例如，ROM (例如，CD ROM或者半導(dǎo)體ROM)或者磁性記錄介質(zhì)(例如，軟盤或者硬盤)。此外，載體可以是可傳送的載體，例如，電或者光信號，其可以經(jīng)由電纜或光纜或者由無線電或其它方式來傳送。當(dāng)程序體現(xiàn)在這個信號中時，載體可以由這種電纜或者其它設(shè)備或裝置來構(gòu)成。可替代地，載體可以是在其中嵌入程序的集成電路，集成電路適于執(zhí)行相關(guān)方法或者在執(zhí)行相關(guān)方法時使用。要指出的是，上述實施例說明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替代地實施例，而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，括號之間的任何附圖標(biāo)記將不解釋為限制權(quán)利要求。使用動詞“包括”和其結(jié)合將不排除存在不同于權(quán)利要求中所陳述那些的元件或者步驟。元件之前的冠詞“一”不排除存在多個這種元件。本發(fā)明通過可以借助于包括許多獨立元件的硬件以及借助于合適地編程計算機來執(zhí)行。在列舉了許多裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個可以由一個或者相同項的硬件來體現(xiàn)。在不同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的僅有事實不表示這些措施的結(jié)合不能使用以受益。
權(quán)利要求
1.一種使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，該方法包括-接收(71)進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的3D成像信息(31)，-使所接收的3D成像信息與來自解剖模型庫的數(shù)據(jù)相結(jié)合(72)，以得到進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的組合地圖，該組合地圖包括進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)(102、103、 104)的希望位置，-接收(73)用于外科手術(shù)的外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)，-確定(74)外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)與解剖結(jié)構(gòu)(102、103、104)的交叉 (43、44)的位置，以及-在與外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中，提供(75)交叉(43、 44)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，該組合地圖包括進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的統(tǒng)計地圖，該統(tǒng)計地圖包括在區(qū)域中的位置處存在解剖結(jié)構(gòu)(102、103、104)的可能性。
3.如權(quán)利要求1所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其進(jìn)一步地包括在與外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中顯示交叉(43、44)的位置的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，交叉(43、44)的位置提供為所述交叉(43、44)和外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)的目標(biāo) (45)之間的距離。
5.如權(quán)利要求1所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，夕卜科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)是計劃的外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)。
6.如權(quán)利要求1所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，夕卜科手術(shù)工具的當(dāng)前位置被繪制在與外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)上。
7.如權(quán)利要求6所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，夕卜科手術(shù)工具是電生理學(xué)探針，該方法進(jìn)一步地包括-接收來自探針的電生理學(xué)信號(33)的步驟，以及-使電生理學(xué)信號在坐標(biāo)系統(tǒng)中的相關(guān)位置處可視化的步驟。
8.如權(quán)利要求6所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，夕卜科手術(shù)工具是具有用于反射測量的集成光纖的探針，該方法進(jìn)一步地包括-從探針獲得來自反射測量的光譜的步驟；以及-使光譜在坐標(biāo)系統(tǒng)中的相關(guān)位置處可視化的步驟。
9.如權(quán)利要求6所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，夕卜科手術(shù)工具是電生理學(xué)探針，該方法進(jìn)一步地包括-接收來自探針的電生理學(xué)信號(33)的步驟，-從所接收的電生理學(xué)信號(33)提取特征的步驟，-使所提取的特征與坐標(biāo)系統(tǒng)中的位置相關(guān)的步驟，以及-使與坐標(biāo)系統(tǒng)中相關(guān)位置結(jié)合的所提取特征可視化的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，電生理學(xué)探針是神經(jīng)-電生理學(xué)探針。
11.如權(quán)利要求6所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中， 外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)包括由外科手術(shù)工具朝向當(dāng)前位置行進(jìn)的至少部分路徑。
12.如權(quán)利要求6所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，夕卜科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)包括由外科手術(shù)工具從當(dāng)前位置開始將行進(jìn)的至少部分希望路徑。
13.如權(quán)利要求1所述的使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法，其中，3D 成像信息(31)包括MRI或者CT掃描圖像。
14.一種計算機程序產(chǎn)品，所述程序可操作以使得處理器(13)執(zhí)行如權(quán)利要求1的方法。
15.一種用于使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)(10)包括-輸入(11)，其接收進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的3D成像信息(31)和用于外科手術(shù)的外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)，-存儲器(12)，其存儲所接收的3D成像信息(31)、外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、 47)和解剖模型庫，-處理器(13)，其操作用于-將3D成像信息(31)與來自解剖模型庫的數(shù)據(jù)相結(jié)合，以得到進(jìn)行手術(shù)的區(qū)域的組合地圖，該組合地圖包括進(jìn)行手術(shù)的區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)(102、103、104)的希望位置，以及-確定至少一個外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)與解剖結(jié)構(gòu)(102、103、104)的交叉(43、44)的位置，以及-輸出(15 )，用于在與外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47 )對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中提供交叉(43、44)的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于使外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)可視化的方法。該方法包括接收(71)進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的3D成像信息(31)，以及使所接收的3D成像信息(31)與來自數(shù)字化解剖圖譜的數(shù)據(jù)相結(jié)合(72)。因此，得到進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域的組合地圖。該組合地圖包括在進(jìn)行外科手術(shù)的區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)(102、103、104)的希望位置。該方法進(jìn)一步地包括以下步驟:接收(73)用于外科手術(shù)的外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)；確定(74)外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)與解剖結(jié)構(gòu)(102、103、104)的交叉(43、44)的位置；并且在與外科手術(shù)軌跡(32、101、42、46、47)對準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)中提供(75)交叉(43、44)的位置。
文檔編號A61B19/00GK102470013SQ201080029329
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者C. F. 馬滕斯 H., 卡格南 H., T. 多蘭 K. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司