外科手術(shù)環(huán)境中的動(dòng)態(tài)和交互式導(dǎo)航的制作方法
【專利摘要】一種用于通過(guò)將組織動(dòng)力學(xué)和工具特性的模型聯(lián)接到患者特定圖像來(lái)將特定患者的醫(yī)療圖像轉(zhuǎn)化成與包括醫(yī)療裝置的醫(yī)療工具交互作用的高分辨率3D動(dòng)態(tài)和交互式圖像以便以準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)的方式模擬醫(yī)療過(guò)程的系統(tǒng)和方法。所述方法包括用于添加和/或調(diào)整動(dòng)態(tài)組織圖像的工具和在所述動(dòng)態(tài)組織圖像上繪制和添加幾何形狀的能力。所述系統(tǒng)導(dǎo)入3D外科手術(shù)計(jì)劃(開顱術(shù)、頭位置、入路等)。外科醫(yī)生建立多個(gè)視圖、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)航圖像并且與所述導(dǎo)航圖像交互作用來(lái)看到病變后面和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。所述外科醫(yī)生可使得諸如腫瘤、血管和組織的結(jié)構(gòu)透明從而改善可視化并且能夠看到所述病變后面。所述系統(tǒng)可關(guān)于工具接近特定解剖結(jié)構(gòu)做出警告。
【專利說(shuō)明】外科手術(shù)環(huán)境中的動(dòng)態(tài)和交互式導(dǎo)航
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年4月4日提交并且以引用的方式并入本文中的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/975，330的權(quán)益。
[0003]背景
[0004]本申請(qǐng)大體上涉及一種用于在外科手術(shù)環(huán)境中顯示外科手術(shù)過(guò)程以幫助外科手術(shù)的系統(tǒng)和方法。更具體地說(shuō)，本申請(qǐng)涉及一種通過(guò)在外科手術(shù)過(guò)程期間將組織動(dòng)力學(xué)模型聯(lián)接到患者特定圖像來(lái)將實(shí)際外科手術(shù)患者的靜態(tài)/靜止醫(yī)療圖像轉(zhuǎn)化成與醫(yī)療工具(例如像外科手術(shù)工具、探針和/或可植入醫(yī)療裝置)交互作用的動(dòng)態(tài)和交互式圖像的系統(tǒng)和方法。與醫(yī)療工具的交互作用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)接近警告，所述接近警告是用于提供工具接近特定解剖結(jié)構(gòu)的連續(xù)指示和警告的機(jī)制。
[0005]外科醫(yī)生缺乏將向其提供外科手術(shù)患者的真實(shí)視覺圖像的外科手術(shù)工具，其中真實(shí)物理組織性質(zhì)與醫(yī)療工具(例如像外科手術(shù)工具、探針和/或可植入醫(yī)療裝置)一起顯示在3d顯示器中。一種外科手術(shù)工具，其包括:(i)患者特定外科手術(shù)區(qū)域(例如，動(dòng)脈瘤)的真實(shí)的“逼真的”2D和/或3D顯示；(ii)對(duì)局部患者特定外科手術(shù)區(qū)域幾何形狀和物理性質(zhì)的建模；(iii)接口，其使得能夠操縱患者特定外科手術(shù)模型區(qū)域并且顯示諸如切割、轉(zhuǎn)移和夾緊的外科手術(shù)動(dòng)作；以及(iv)接口，其向外科醫(yī)生提供反饋提示并且給出實(shí)時(shí)3d導(dǎo)航，所述3d導(dǎo)航提供工具接近特定解剖結(jié)構(gòu)的警告。
[0006]概述
[0007]大體提供用于通過(guò)將組織動(dòng)力學(xué)和工具特性的模型聯(lián)接到患者特定圖像來(lái)將特定患者的醫(yī)療圖像轉(zhuǎn)化成與包括醫(yī)療裝置的醫(yī)療工具交互作用的高分辨率3D動(dòng)態(tài)和交互式圖像以便以準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)的方式模擬醫(yī)療過(guò)程的示例性系統(tǒng)和方法。所述方法包括用于添加和/或調(diào)整動(dòng)態(tài)組織圖像的工具和在所述動(dòng)態(tài)組織圖像上繪制和添加幾何形狀的能力。所述系統(tǒng)導(dǎo)入3D外科手術(shù)計(jì)劃(開顱術(shù)、頭位置、入路等)。外科醫(yī)生建立多個(gè)視圖，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)航圖像并且與導(dǎo)航圖像交互作用來(lái)看到病變后面和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。外科醫(yī)生可使得諸如腫瘤、血管和組織的結(jié)構(gòu)透明從而改善可視化并且能夠看到病變后面。所述系統(tǒng)可關(guān)于工具接近特定解剖結(jié)構(gòu)做出警告。
[0008]另外是多個(gè)示例性實(shí)施方案，包括但不限于一種用于對(duì)特定患者執(zhí)行醫(yī)療過(guò)程的建模系統(tǒng)，其包括:顯示器；圖像生成器，所述圖像生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于生成動(dòng)態(tài)組織圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成用于在所述顯示器上顯示真實(shí)地表示特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際生物組織的組織；用戶工具生成器，所述用戶工具生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于生成用戶工具的工具模型用于通過(guò)由用戶輸入提供的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示；以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶接口，所述用戶接口被配置用于允許用戶通過(guò)添加或修改所述組織的特征來(lái)調(diào)整在所述顯示器上顯示的動(dòng)態(tài)組織圖像以便幫助外科手術(shù)操作。建模系統(tǒng)被配置用于在對(duì)特定患者的醫(yī)療過(guò)程期間在手術(shù)室中使用。
[0009]進(jìn)一步提供了用于執(zhí)行外科手術(shù)過(guò)程的建模系統(tǒng)，其包括:觸摸屏顯示器;數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)不同器官和/或組織的多個(gè)模型的庫(kù)，其中所述數(shù)據(jù)庫(kù)還被配置用于存儲(chǔ)特定患者的醫(yī)療圖像，其中所述建模系統(tǒng)被配置用于通過(guò)使用患者醫(yī)療圖像為特定患者創(chuàng)建模型來(lái)在所述外科手術(shù)過(guò)程之前建立支持所述過(guò)程的病例；用戶接口，所述用戶接口用于從多個(gè)此類病例中選擇所述病例以便加載在所述建模系統(tǒng)中；圖像生成器，所述圖像生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于基于所述選擇的病例生成動(dòng)態(tài)組織圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成用于在所述顯示器上顯示真實(shí)地表示特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際生物組織的組織；用戶工具生成器，所述用戶工具生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于生成用戶工具的工具模型用于通過(guò)由用戶輸入提供的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶接口，所述用戶接口被配置用于從用戶接收輸入來(lái)通過(guò)所述觸摸屏顯示器配置建模系統(tǒng)；以及接口，所述接口連接到存在于手術(shù)室中的外部外科手術(shù)系統(tǒng)或工具的接口以便從外部外科手術(shù)系統(tǒng)或工具接收數(shù)據(jù)用于生成所述動(dòng)態(tài)組織圖像以便顯示與所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)或工具的操作一致。
[0010]以上的建模系統(tǒng)可被配置用于在對(duì)特定患者的外科手術(shù)期間在手術(shù)室中使用。
[0011]另外提供了使用建模系統(tǒng)(諸如本文所描述的)來(lái)支持醫(yī)療過(guò)程的方法，其包括以下步驟:
[0012]提供被配置用于手術(shù)室中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；
[0013]提供連接到所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示器；
[0014]獲得關(guān)于特定患者的生物組織的患者圖像信息以便存儲(chǔ)在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中；
[0015]使用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件生成特定患者的生物組織的動(dòng)態(tài)圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成使用所述患者圖像信息以使得所述動(dòng)態(tài)組織圖像在所述顯示器上被顯示為真實(shí)地表示特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際組織；
[0016]使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成用戶工具模型用于通過(guò)由用戶輸入的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示；
[0017]使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入通過(guò)添加或修改用于顯示的所述組織的特征來(lái)調(diào)整在所述顯示器上顯示的動(dòng)態(tài)組織圖像以便調(diào)整位于特定患者的實(shí)際生物組織中的解剖結(jié)構(gòu)；以及
[0018]使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成對(duì)特定患者執(zhí)行的外科手術(shù)過(guò)程的至少一部分的真實(shí)模擬以便在所述顯示器上顯示，示出根據(jù)用戶的輸入動(dòng)態(tài)組織圖像與用戶工具模型之間的交互作用。
[0019]另外提供了使用建模系統(tǒng)(諸如本文所描述的)來(lái)支持醫(yī)療過(guò)程的方法，其包括以下步驟:
[0020]提供被配置用于手術(shù)室中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；
[0021 ]提供連接到所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3D顯示器；
[0022]獲得關(guān)于特定患者的生物組織的患者圖像信息；
[0023]通過(guò)使用被配置用于生成特定患者的生物組織的動(dòng)態(tài)圖像的患者醫(yī)療圖像為特定患者創(chuàng)建模型來(lái)在所述外科手術(shù)之前建立支持所述外科手術(shù)的病例；
[0024]使用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件、使用所述病例生成特定患者的生物組織的動(dòng)態(tài)圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成使用所述患者圖像信息以使得所述動(dòng)態(tài)組織圖像在所述顯示器上被顯示為真實(shí)地表示特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際組織；
[0025]使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成用戶工具模型用于通過(guò)由用戶輸入的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示；
[0026]使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入通過(guò)添加或修改用于顯示的所述組織的特征來(lái)調(diào)整在所述顯示器上顯示的動(dòng)態(tài)組織圖像以便調(diào)整位于特定患者的實(shí)際生物組織中的解剖結(jié)構(gòu)；
[0027]使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成對(duì)特定患者執(zhí)行的外科手術(shù)過(guò)程的至少一部分的真實(shí)模擬以便在所述顯示器上顯示，示出根據(jù)用戶的輸入動(dòng)態(tài)組織圖像與用戶工具模型之間的交互作用；
[0028]從在外科手術(shù)期間使用的外部外科手術(shù)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)由所述模擬工具使用來(lái)確保生物組織的所述動(dòng)態(tài)圖像與外部外科手術(shù)系統(tǒng)的操作一致;以及
[0029]提供警告用戶關(guān)于一個(gè)或多個(gè)外科手術(shù)工具接近患者的特定解剖結(jié)構(gòu)的能力。
[0030]本發(fā)明還提供另外的示例性實(shí)施方案，下文更詳細(xì)地描述這些另外的實(shí)施方案中的一些但不是全部
[0031]附圖簡(jiǎn)述
[0032]通過(guò)閱讀以下說(shuō)明并參考附圖，本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚本文所述的本發(fā)明的實(shí)例的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0033]圖1是示出用于使用本文公開的SNAP外科手術(shù)工具的示例性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接口的框圖；
[0034]圖1A是示出用于移動(dòng)車實(shí)施方案的示例性SNAP工具部件的框圖；
[0035]圖1B是用于移動(dòng)車實(shí)施方案的示例性SNAP工具部件的圖形表示；
[0036]圖1C是示出用于示例性SNAP移動(dòng)護(hù)理實(shí)施方案的示例性軟件接口的框圖；
[0037]圖2-圖11和圖12-圖18是用于示例性SNAP工具的示例性顯示和/或控制接口的屏幕截圖；并且
[0038]圖1lA是示出使用SNAP工具用于組合不同分割的組織數(shù)據(jù)集的示例性融合處理流水線方法的框圖。
[0039]示例性實(shí)施方案的詳述
[0040]本文使用的術(shù)語(yǔ)只用于描述示例性實(shí)施方案的目的，而不是意圖成為限制。如本文所用，除非上下文另外明確說(shuō)明，否則單數(shù)形式“一(a/an)”和“所述(the)”意欲也包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解，術(shù)語(yǔ)“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)、(including)、(having)、(containing)”在用于本說(shuō)明書中時(shí)，規(guī)定存在所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。
[0041 ] 本申請(qǐng)并入有在2013年9月30日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/008,917和在2013年5月24日提交的PCT申請(qǐng)序號(hào)列PCT/US13/42654的所有教義，所述教義提供用于本文中論述的改善的設(shè)計(jì)信息。
[0042]所公開示例性外科手術(shù)圖形工具(SNAP)與手術(shù)室技術(shù)整合以便提供先進(jìn)的3D能力和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，允許外科醫(yī)生增強(qiáng)其外科手術(shù)執(zhí)行和提前準(zhǔn)備。例如，除其他用途外，SNAP工具給神經(jīng)外科醫(yī)生提供虛擬現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)以確定移除腦腫瘤和治療血管病變的最安全和最有效途徑。
[0043]SNAP導(dǎo)入開顱術(shù)、頭位置、到病變的路徑入路的3D計(jì)劃，例如用于鎖孔和其他微創(chuàng)技術(shù)。SNAP允許外科醫(yī)生提前看到預(yù)期的外科醫(yī)生眼視圖。
[0044]利用SNAP工具，外科醫(yī)生可在手術(shù)室中利用特定患者的實(shí)際CT/MRK及其他)掃描的同時(shí)執(zhí)行其外科手術(shù)計(jì)劃，允許增強(qiáng)的準(zhǔn)確度和效率。SNAP還提供允許外科醫(yī)生以可旋轉(zhuǎn)3D形式看到后面的動(dòng)脈和其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新特征，所述可旋轉(zhuǎn)3D形式可被修改來(lái)使圖像對(duì)外科醫(yī)生更有用。例如，SNAP提供旋轉(zhuǎn)圖像或使半透明的能力以便幫助外科醫(yī)生可視化操作。SNAP利用允許外科醫(yī)生執(zhí)行“患者專用”外科手術(shù)的現(xiàn)實(shí)“穿越”的先進(jìn)成像技術(shù)。工具提供手術(shù)室外的準(zhǔn)備支持并且還可用于采取預(yù)先計(jì)劃的路徑進(jìn)入外科醫(yī)生(及其工作人員)在過(guò)程期間待使用的手術(shù)室自身。
[0045]SNAP通過(guò)連接至OR術(shù)中跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)獲得外科手術(shù)工具、導(dǎo)航探針、顯微鏡焦點(diǎn)等的跟蹤坐標(biāo)。SNAP提供使增強(qiáng)的情景意識(shí)減弱的3D導(dǎo)航模式。SNAP可從這些外科手術(shù)工具中的任一個(gè)接收?qǐng)D像或跟蹤/導(dǎo)航信息，所述外科手術(shù)工具被配置來(lái)收集此類信息，并且此類信息可由SNAP系統(tǒng)使用來(lái)致使高分辨率圖像顯示給外科醫(yī)生以對(duì)應(yīng)于所接收信息。例如，SNAP圖像可跟蹤工具在所顯示圖像中的位置，或者基于由例如工具提供的視覺信息更新圖像。
[0046]SNAP接近警告系統(tǒng)的操作方式類似于近地警告系統(tǒng)(GPWS)和機(jī)載防撞系統(tǒng)(ACAS)、地面防撞系統(tǒng)(TCAS)以及飛機(jī)中的指示和警告機(jī)組人員接近和/可能致使接近地面和其他障礙物的機(jī)動(dòng)的其他類似系統(tǒng)。SNAP接近警告系統(tǒng)操作包括以下主要階段:
[0047]-SNAP接近警告系統(tǒng)可自動(dòng)地標(biāo)記外科醫(yī)生需要避開的解剖結(jié)構(gòu)。此類解剖結(jié)構(gòu)可包括纖維軌跡、神經(jīng)、血管、動(dòng)脈等。
[0048]-SNAP接近警告系統(tǒng)允許將標(biāo)記手動(dòng)放置在3D或2D導(dǎo)航場(chǎng)景中。這些標(biāo)記可標(biāo)記障礙物和解剖結(jié)構(gòu)以便避開或標(biāo)記出外科醫(yī)生將導(dǎo)航到的目標(biāo)。被放置的每個(gè)標(biāo)記可被標(biāo)示，具有特定顏色、特定形狀等。
[0049]-SNAP接近警告系統(tǒng)的警告的指示可以是視覺的(例如，顏色變化)、聲音的(聲音)和其他。
[0050]-SNAP可允許創(chuàng)建軌跡。通過(guò)標(biāo)記進(jìn)入點(diǎn)并隨后將此進(jìn)入點(diǎn)與上方標(biāo)記/目標(biāo)相關(guān)聯(lián)，SNAP創(chuàng)建允許從進(jìn)入點(diǎn)導(dǎo)航到所述目標(biāo)的軌跡。
[0051 ] -SNAP路徑計(jì)劃器允許連接若干標(biāo)記、目標(biāo)以及進(jìn)入點(diǎn)并且創(chuàng)建路徑?？蓜?chuàng)建多個(gè)路徑。路徑可以是要遵循的所需路線或者要避開的路徑。
[0052]-類似于飛機(jī)儀表著陸系統(tǒng)(ILS)，SNAP向外科醫(yī)生提供視覺圖形引導(dǎo)。只要外科醫(yī)生將其移動(dòng)維持在引導(dǎo)的標(biāo)記內(nèi)，他就將準(zhǔn)確地從點(diǎn)A到點(diǎn)B(從進(jìn)入點(diǎn)到目標(biāo))。
[0053]工具給機(jī)構(gòu)(例如，醫(yī)院)及其各自外科醫(yī)生提供減少外科手術(shù)失誤、降低外科手術(shù)浪費(fèi)和相關(guān)成本的量、減少手術(shù)室時(shí)間并且使過(guò)程的高風(fēng)險(xiǎn)性最小化的機(jī)會(huì)。工具提供維持神經(jīng)外科培訓(xùn)的高質(zhì)量的機(jī)會(huì)和在手術(shù)室外進(jìn)行教學(xué)的機(jī)會(huì):外科手術(shù)技能的Halstedian培訓(xùn)依賴于大量的、多種病例以及在醫(yī)院中的幾乎無(wú)盡的駐留時(shí)間。近期發(fā)展已迫使反思Halstedian系統(tǒng)。關(guān)于Halstedian系統(tǒng)的近期眾多壓力包括:受限的工作時(shí)數(shù)、提高的群眾監(jiān)督以及手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的減少。
[0054]使用工具的訓(xùn)練可減少對(duì)后續(xù)過(guò)程和調(diào)整的需要。例如，當(dāng)工具用于動(dòng)脈瘤手術(shù)時(shí)，使用所述工具可減少調(diào)整或更換動(dòng)脈瘤夾具的需要。夾具的調(diào)整和更換可通常導(dǎo)致延長(zhǎng)的臨時(shí)阻塞和整體較長(zhǎng)的過(guò)程時(shí)間。這會(huì)增加整體過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)。
[0055]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本文所公開的示例性實(shí)施方案可被實(shí)現(xiàn)為或者可大體使用方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或前述組合。因此，實(shí)施方案中的任一個(gè)可采用以下形式:完全硬件實(shí)施方案、用于硬件上的執(zhí)行的完全軟件實(shí)施方案(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或者組合本文可大體稱為“系統(tǒng)”的軟件方面和硬件方面的實(shí)施方案。此外，實(shí)施方案中的任一個(gè)可采用以下形式:位于具有在介質(zhì)上體現(xiàn)的計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
[0056]例如，本文公開的特征可使用如圖1所示的設(shè)置在醫(yī)院環(huán)境(諸如手術(shù)室)中的聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)可設(shè)置在外科手術(shù)環(huán)境中，其中外科醫(yī)生20由各個(gè)外科手術(shù)工作人員22支持對(duì)患者5進(jìn)行操作。這種系統(tǒng)I整合一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器(例如，PC)10A-10n，所述服務(wù)器從使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)12—起聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)15A-15n訪問(wèn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將執(zhí)行提供來(lái)實(shí)現(xiàn)本文描述的功能和其他特征的專有軟件。一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)20可用于與各種外科手術(shù)工具，諸如外科手術(shù)探針/攝像機(jī)32、其他外科手術(shù)工具34和/或連接到計(jì)算機(jī)20的其他設(shè)備36對(duì)接，所述對(duì)接使用作為計(jì)算機(jī)18與工具之間的接口的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)總線或網(wǎng)絡(luò)30。應(yīng)注意，在一些情況中，計(jì)算機(jī)18、服務(wù)器10以及數(shù)據(jù)庫(kù)15可全被容納在單個(gè)服務(wù)器平臺(tái)中。
[0057]系統(tǒng)連接到高分辨率3D顯示器40，在所述顯示器40上，外科醫(yī)生可監(jiān)測(cè)各個(gè)工具
32、34以及36的操作和活動(dòng)。在一些情況下，顯示器可能不具有3D能力。
[0058]系統(tǒng)被配置為具有包括患者成像細(xì)節(jié)的患者特定參數(shù)7和其他信息，所述患者成像細(xì)節(jié)包括來(lái)自先前獲取的患者可用CT和MRI圖像的圖像準(zhǔn)備，所述其他信息關(guān)于模擬模型，諸如患者年齡、性別等(這些信息中的部分或全部可從例如像醫(yī)療數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室或其他源的外部實(shí)體獲取)。系統(tǒng)使用從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的描述組織和器官特征的組織信息參數(shù)。系統(tǒng)可被配置來(lái)在需要的情況下通過(guò)諸如互聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)50與一個(gè)或多個(gè)外部實(shí)體60交互作用。
[0059]任何合適的計(jì)算機(jī)可用(計(jì)算機(jī)可讀)介質(zhì)可被用于存儲(chǔ)用于在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的軟件，以便實(shí)現(xiàn)公開的處理并存儲(chǔ)公開的數(shù)據(jù)和信息。計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是(例如但不局限于)電、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體實(shí)例(并非詳盡清單)將包括以下:具有一根或多根導(dǎo)線的電連接、有形介質(zhì)諸如便攜式計(jì)算機(jī)軟盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(R0M)、可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM或閃存)、壓縮光盤只讀存儲(chǔ)器(CDROM)或其他有形的光學(xué)或磁性存儲(chǔ)裝置;或傳輸介質(zhì)諸如支持互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的介質(zhì)。應(yīng)注意計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可包括另一介質(zhì)，從所述另一介質(zhì)可通過(guò)例如光學(xué)或磁性掃描來(lái)電子地獲取程序隨后編譯、解譯或者如有必要以其他合適的方式處理，并且隨后存儲(chǔ)在任何可接受類型的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。
[0060]在本文檔的上下文中，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是可包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳輸程序以便由指令執(zhí)行系統(tǒng)、平臺(tái)、設(shè)備或裝置使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、平臺(tái)、設(shè)備或裝置組合使用的任何介質(zhì)，所述指令執(zhí)行系統(tǒng)、平臺(tái)、設(shè)備或裝置可包括任何合適的計(jì)算機(jī)(或計(jì)算機(jī)系統(tǒng))，所述任何合適的計(jì)算機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)可編程或?qū)Ｓ锰幚砥?控制器。計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)可包括處于基帶中或作為載波一部分的傳播數(shù)據(jù)信號(hào)，其中實(shí)施有計(jì)算機(jī)可用程序代碼?？墒褂萌魏芜m當(dāng)介質(zhì)，包括但不限于互聯(lián)網(wǎng)、電線、光纖電纜、射頻(RF)或其他手段來(lái)傳輸計(jì)算機(jī)可用程序代碼。
[0061]用于進(jìn)行示例性實(shí)施方案操作的計(jì)算機(jī)程序代碼可由常規(guī)手段使用任何計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫，所述計(jì)算機(jī)語(yǔ)言包括但不限于解譯或事件驅(qū)動(dòng)語(yǔ)言諸如BASIC、Lisp、VBA或VBScript，或GUI實(shí)施方案諸如vi sual basic，編譯的編程語(yǔ)言諸如FORTRAN JOBOLSPascal，面向?qū)ο蟆⒛_本或非腳本編程語(yǔ)言諸如Java、JavaScr ipt、Per 1、Smal I talk、C++、Object Pascal等，人工智能語(yǔ)言諸如Prolog，實(shí)時(shí)嵌入式語(yǔ)言諸如Ada，或甚至使用階梯邏輯的更直接或簡(jiǎn)化的編程，匯編程序語(yǔ)言，或使用適當(dāng)?shù)臋C(jī)器語(yǔ)言的直接編程。
[0062]計(jì)算機(jī)程序指令可被存儲(chǔ)或以其他方式加載在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)器中，所述存儲(chǔ)器可引導(dǎo)計(jì)算裝置或系統(tǒng)(諸如由圖1的示例性系統(tǒng)I所描述)，或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備，以便以特定方式起作用，使得存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生制品，所述制品包括實(shí)現(xiàn)本文所指定的功能/作用的指令手段。
[0063]軟件包括通過(guò)提供給執(zhí)行裝置或部件而被執(zhí)行的專用計(jì)算機(jī)程序指令，所述執(zhí)行裝置或部件可包括通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或控制器或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或部件、本文所描述的定制器件的處理器，使得專用計(jì)算機(jī)程序的指令在被執(zhí)行時(shí)創(chuàng)建用于實(shí)現(xiàn)本文所指定的功能/作用的手段。因此，定制軟件的計(jì)算機(jī)程序指令用于致使將在執(zhí)行裝置或部件或者其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的一系列操作產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，使得指令在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行用于實(shí)現(xiàn)本公開指定的功能/作用的步驟。這些步驟或動(dòng)作可與操作員或人類實(shí)現(xiàn)的步驟或動(dòng)作以及由其他部件或設(shè)備提供的步驟或動(dòng)作組合以便進(jìn)行任何數(shù)量的本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。根據(jù)需要，定制的軟件還可使用各種可商購(gòu)軟件，諸如計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)(例如，MySQL)或者其他COTS軟件。
[0064]對(duì)于被稱為“外科手術(shù)導(dǎo)航先進(jìn)平臺(tái)”(SNAP)的示例性系統(tǒng)，實(shí)際患者的醫(yī)療圖像被轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)、交互式3D場(chǎng)景。此動(dòng)態(tài)和交互式圖像/模型為醫(yī)療圖像創(chuàng)建新型和初始標(biāo)準(zhǔn)，并且具有許多應(yīng)用。
[0065]SNAP向外科醫(yī)生(神經(jīng)外科醫(yī)生等)提供例如獨(dú)特虛擬現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)以確定移除腫瘤(大腦的等)并且治療畸形諸如血管畸形的最安全且最有效途徑?！巴饪剖中g(shù)導(dǎo)航先進(jìn)平臺(tái)”(SNAP)可用作獨(dú)立系統(tǒng)或外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，或者與第三方導(dǎo)航系統(tǒng)一起用于第三方導(dǎo)航系統(tǒng)所用于的過(guò)程類型。這些過(guò)程包括但不限于大腦、脊和耳鼻喉(ENT)。
[0066]SNAP允許外科醫(yī)生在外科手術(shù)之前分析并計(jì)劃特定患者病例，并且隨后將所述計(jì)劃帶入手術(shù)室(OR)中并且在外科手術(shù)期間結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)使用它。SNAP隨后將導(dǎo)航數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到先進(jìn)交互式的高質(zhì)量3D圖像中，具有多個(gè)視圖點(diǎn)。
[0067]SNAP實(shí)際是包括醫(yī)療成像裝置的圖像引導(dǎo)的外科手術(shù)系統(tǒng)，其呈現(xiàn)外科手術(shù)過(guò)程的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)多個(gè)視線視圖(從不同/多個(gè)角度)。圖像包括掃描的醫(yī)療圖像(基于掃描諸如CT、MR1、超聲、X射線等)和外科手術(shù)儀器。它還可包括基于視頻形成顯微鏡或其他源的實(shí)時(shí)視頻和模型。SNAP為外科醫(yī)生提供實(shí)時(shí)3D交互式引導(dǎo)圖像。解剖結(jié)構(gòu)(S卩，頭、腦、膝、肩等)的取向在物理/患者的和掃描的醫(yī)療圖像(CT、MR1、超聲、X射線等)中被標(biāo)記并預(yù)先對(duì)準(zhǔn)；因此掃描的醫(yī)療圖像和患者在外科手術(shù)時(shí)的真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)的取向是同步且對(duì)準(zhǔn)的。
[0068]此外，上述的預(yù)先對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記提供跟蹤外科手術(shù)儀器和OR顯微鏡(和/或外科醫(yī)生頭部)并且因此允許在空間上相對(duì)于掃描的醫(yī)療圖像呈現(xiàn)外科手術(shù)儀器圖像/模型的球形參考。
[0069]患者的2D或3D解剖結(jié)構(gòu)以及手術(shù)儀器的位置和取向是實(shí)時(shí)同步的，并且以儀器和標(biāo)記在空間中相對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)位置和取向呈現(xiàn)給外科醫(yī)生。
[0070]SNAP系統(tǒng)能夠準(zhǔn)備具有多個(gè)掃描數(shù)據(jù)集的病例。內(nèi)置“融合”模式允許用戶選擇一個(gè)數(shù)據(jù)集來(lái)作為主數(shù)據(jù)集，并且添加將對(duì)準(zhǔn)(“融合的”)至主掃描數(shù)據(jù)集的次數(shù)據(jù)集。
[0071]SNAP系統(tǒng)具有獨(dú)特的剪裁特征。ANY平面IG立方體剪裁是這樣的特征，用戶可從任何所需角度“剪裁” 3D模型，尤其是切割到模型中并且移除一區(qū)段以暴露模型內(nèi)部。剪裁平面是3D模型被“剪裁”時(shí)的平面，由2個(gè)變量限定的平面，平面法線(向量)和平面位置(在平面穿過(guò)的空間中的點(diǎn))。
[0072]此外，SNAP系統(tǒng)知道使ANY平面IG立方體剪裁從屬場(chǎng)景中的3D移動(dòng)元件。由于立方體剪裁平面由法線和位置限定，我們可在場(chǎng)景中使用移動(dòng)元件來(lái)為用戶限定平面。元件是:導(dǎo)航探針、3D控制器(Omni)、通道、IG視點(diǎn)(眼睛攝像機(jī))等。
[0073]另一特征是傳遞函數(shù)。SNAP系統(tǒng)具有顯示“組織特定強(qiáng)度”的特殊能力。初始數(shù)據(jù)集片被采集并堆疊以再構(gòu)建像素立方體或我們所稱作的體素立方體。3D模型是立方體體積的體素。傳遞函數(shù)用于將每個(gè)體素強(qiáng)度值映射到顏色和不透明度。以那種方式我們控制組織強(qiáng)度并且使得外科醫(yī)生能夠看到他通常無(wú)法看到的內(nèi)容。此創(chuàng)新特征允許外科醫(yī)生看到后面的動(dòng)脈和其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，這是直到現(xiàn)在才可能的事情。
[0074]SNAP可在同一屏幕上或多個(gè)屏幕上的一個(gè)或多個(gè)窗口上呈現(xiàn)模型。SNAP的特征和應(yīng)用的實(shí)例中，多個(gè)特征可在屏幕上被并排地激活。
[0075]典型系統(tǒng)配置包括以下主要部件:(I)系統(tǒng)安裝用于移動(dòng)性的車；(2)醫(yī)療級(jí)隔離變壓器；(3)運(yùn)行Microsoft Windows 7操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)(或服務(wù)器)；(4)用于高質(zhì)量圖形的高端nVIDIA圖形適配器；(5)27”或32”全HD觸摸屏顯示器；(6)醫(yī)療級(jí)鍵盤和鼠標(biāo)；以及(7)用于實(shí)現(xiàn)本文所描述特征的SNAP軟件應(yīng)用。這種系統(tǒng)由圖1A的框圖示出，其中包括觸摸屏監(jiān)測(cè)器71的示例性移動(dòng)車安裝的SNAP系統(tǒng)70被配置為具有PC 72和電力系統(tǒng)73，所有這些可提供在手術(shù)室中。示例性系統(tǒng)70連接到提供在手術(shù)室中的導(dǎo)航系統(tǒng)75，諸如示例性圖像引導(dǎo)外科手術(shù)(IGS)系統(tǒng)，從其SNAP系統(tǒng)70可接收數(shù)據(jù)，使得SNAP系統(tǒng)70可顯示遵循導(dǎo)航系統(tǒng)操作的高分辨率真實(shí)的3D圖像，從而基于正進(jìn)行手術(shù)的特定患者的圖像使用SNAP高分辨率成像能力有效地增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)的操作和顯示能力。
[0076]圖1B中示出圖1A的系統(tǒng)70的示例性車安裝部分，示出安裝在支架101上的帶有補(bǔ)充顯示器104的主高分辨率顯示器71，帶有鍵盤102、計(jì)算機(jī)72以及移動(dòng)平臺(tái)107，所有被配置用于手術(shù)室環(huán)境中。此圖中未示出電力系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)。如果必要的話，則此配置可使用例如以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)到一個(gè)或多個(gè)另外服務(wù)器。
[0077]夕卜科手術(shù)導(dǎo)航先進(jìn)平臺(tái)(SNAP)旨在用作軟件接口和圖像分割系統(tǒng)，以便將來(lái)自CT或MR醫(yī)療掃描儀的成像信息傳遞到輸出文件。組織分割窗口被提供來(lái)編輯并更新組織分割以準(zhǔn)備病例。組織分割的改變反映在3D圖像中，并且結(jié)果可被保存為病例文件的一部分。它還旨在用作術(shù)前和術(shù)中的軟件，以便模擬/評(píng)估外科手術(shù)治療選項(xiàng)。外科手術(shù)導(dǎo)航先進(jìn)平臺(tái)(SNAP)是模擬/評(píng)估外科手術(shù)治療選項(xiàng)的術(shù)前和術(shù)中工具。
[0078]系統(tǒng)將通常提供可適用于手術(shù)室的EMC抗擾度，并且將使用觸摸屏操作來(lái)導(dǎo)航、打字和圖像操縱。系統(tǒng)可使用病例文件來(lái)存儲(chǔ)個(gè)體患者病例，所述病例文件可按需要加載到系統(tǒng)中。外科醫(yī)生可使用掃描的信息(例如，MR或CT DIACOM圖像數(shù)據(jù)文件)和特定患者的患者數(shù)據(jù)來(lái)從頭開始創(chuàng)建病例?？砂葱枰庉嫴⒏逻@些病例。編輯窗口可用于編輯和操縱圖像和文件。
[0079]可提供各種器官和組織的通用模型，所述通用模型可基于患者成像或其他診斷工具或?qū)嶒?yàn)輸入與患者特定模型重疊。因此，對(duì)于非特定關(guān)注的器官或其他特征，系統(tǒng)可使用通用模型(例如，眼睛或其他器官)，其中患者特定信息不需要用于專用治療中。
[0080]外科手術(shù)導(dǎo)航先進(jìn)平臺(tái)顯示具有實(shí)時(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的患者特定動(dòng)態(tài)和交互式3D模型。當(dāng)執(zhí)行導(dǎo)航對(duì)話時(shí)，通過(guò)指向并觸摸患者上的可見結(jié)構(gòu)(即，鼻尖、耳垂)并且驗(yàn)證SNAP屏幕上的指針指向3D模型中的相同位置，可使用工具來(lái)驗(yàn)證SNAP導(dǎo)航指針位置(設(shè)置在SNAP高分辨率顯示器上)的準(zhǔn)確度。
[0081]圖1C示出由軟件模塊驅(qū)動(dòng)的主要處理例程的實(shí)例，所述軟件模塊生成由SNAP工具提供的圖像。圖像生成器110通過(guò)使用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)115上的信息(諸如通用組織圖像、患者特定圖像等)生成真實(shí)組織圖像以便在顯示器160上顯示。圖像生成器110指派每個(gè)分割(陰影紋理等等)的視覺表示，并且機(jī)械性能和其他建模特征將提供真實(shí)圖像。
[0082]類似地，用戶工具生成器將生成外科手術(shù)工具的真實(shí)圖像，所述圖像被顯示為與由圖像生成器生成的組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用。在外科手術(shù)環(huán)境中，在顯示器160上顯示的工具圖像可表示實(shí)際外科手術(shù)工具接口 140，所述實(shí)際手術(shù)工具接口 140的表示可由例如圖像生成器110或用戶工具生成器120生成以便顯示。外科手術(shù)工具接口可與由圖像生成器110生成的組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用。同樣，關(guān)于工具圖像的規(guī)范和細(xì)節(jié)可存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)115中。需注意，因?yàn)轱@示器160可以是觸摸屏顯示器，所以顯示器160可充當(dāng)用戶接口 130連同諸如鍵盤、鼠標(biāo)或其他輸入裝置的其他裝置。
[0083]SNAP工具還提供外部系統(tǒng)接口 150，所述外部系統(tǒng)接口 150允許系統(tǒng)與向外科醫(yī)生提供導(dǎo)航或其他功能的其他外部系統(tǒng)對(duì)接，使得SNAP工具可基于外部系統(tǒng)的操作生成與外部系統(tǒng)的輸出一致的圖像，例如鏡像導(dǎo)航或更新成像。SNAP工具可隨后適當(dāng)?shù)馗滤娘@示圖像以便向外科醫(yī)生提供與圖形工具交互作用的高分辨率3D圖像中的整合視圖。
[0084]一旦外科醫(yī)生選擇了外科手術(shù)工具和其他對(duì)象，它們就被整合到由顯示器160顯示的虛擬外科手術(shù)場(chǎng)景中并且成為模擬情景的整合元件，所述整合元件包括應(yīng)用于那些所選擇項(xiàng)目中的每一個(gè)的真實(shí)視覺特征和機(jī)械性質(zhì)以及操作性質(zhì)特征，例如，顯示的剪刀具有實(shí)際機(jī)械特性并且將像實(shí)際剪刀所做的那樣進(jìn)行切割，并且動(dòng)脈瘤夾子在放置在血管處時(shí)會(huì)阻塞血流。以此方式，顯示的工具與組織模型以真實(shí)方式交互作用，但在某種程度上，外科醫(yī)生可操縱來(lái)提供在現(xiàn)實(shí)世界中不可能的視點(diǎn)，諸如使多個(gè)特征透明、旋轉(zhuǎn)圖像、顛倒過(guò)程等。
[0085]顯示給外科醫(yī)生的交互式圖像/場(chǎng)景由各元件構(gòu)成，所述元件為體積渲染元件和表面渲染元件兩者。此外，每個(gè)元件、體積或表面與為體積的一個(gè)或多個(gè)元件交互作用。元件之間的交互作用包括但不限于物理交互作用諸如:碰撞模型，所述模型被實(shí)現(xiàn)來(lái)表示由根據(jù)諸如壓力、元件材料(彈性、粘性等)的物理?xiàng)l件和諸如碰撞角度和元件取向的碰撞條件來(lái)復(fù)制所述元件的實(shí)際物理移動(dòng)的元件的移動(dòng)和/或再成形所引起的元件之間的交互作用。
[0086]渲染過(guò)程方程可考慮所有的照明陰影和陰影效果現(xiàn)象并且產(chǎn)生并入有所有視覺元件的最終輸出流。
[0087]使用組織繪制或魔術(shù)組織棒算法創(chuàng)建并且與掃描圖像整合的解剖結(jié)構(gòu)是圖像的整合部分。例如，最初是部分的并且在應(yīng)用魔術(shù)組織繪制和組織棒算法后是完整的血管解剖結(jié)構(gòu)將變成完整的解剖結(jié)構(gòu)，這個(gè)完整的解剖結(jié)構(gòu)具有由原始掃描圖像和新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)組合而成的結(jié)構(gòu)。此外，控件(復(fù)選框)允許選擇新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)并且在開啟(示出新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu))或關(guān)閉(隱藏新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu))之間切換。另外，為選擇以體積和或網(wǎng)絡(luò)/多邊形渲染/重建來(lái)渲染新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)提供選項(xiàng)。
[0088]所開發(fā)的算法和軟件工具為用戶提供接口來(lái)以二維或三維方式(例如，線、圓、臨床、球等)繪制任何幾何形狀或徒手繪制形狀。包括/封閉/捕獲在所述幾何形狀(二維或三維)內(nèi)的區(qū)域被定義為“標(biāo)記區(qū)域”。用戶隨后具有定義和指派任何視覺特性和任何機(jī)械性質(zhì)給所述“標(biāo)記區(qū)域”的能力。
[0089]視覺特性:顏色/透明度/陰影處理-利用魔術(shù)組織繪制、組織棒算法或標(biāo)記區(qū)域的新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)可以可選自可用顏色庫(kù)的顏色和可在O至100的任何等級(jí)上選擇的透明度的任何所選擇視覺特性來(lái)呈現(xiàn)。此外，新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)的陰影處理和陰影效果的特性可通過(guò)調(diào)節(jié)虛擬光源的特性加以修改。虛擬光源特性包括:空間中的球形位置、光的顏色、光的強(qiáng)度、縱橫比、虛擬源的幾何形狀等。
[0090]機(jī)械性質(zhì)-利用組織繪制、魔術(shù)組織棒算法或標(biāo)記區(qū)域的新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)可被指派機(jī)械性質(zhì)特性。也就是說(shuō)，特定組織的機(jī)械模型可聯(lián)接到新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)，并且因此新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)將帶有這類機(jī)械性質(zhì)并且將根據(jù)那些機(jī)械性質(zhì)動(dòng)態(tài)地且靜態(tài)地作出反應(yīng)。例如，如果“軟組織”機(jī)械性質(zhì)被指派給新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)，那么新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)將根據(jù)軟組織作出反應(yīng)。例如，當(dāng)新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)被虛擬外科手術(shù)儀器推擠時(shí)，它將根據(jù)所施加的力和組織機(jī)械模型擠壓和再成形。此外，新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)與其他新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)之間的交互作用、最初掃描的結(jié)構(gòu)與新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)之間的交互作用以及新創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)與最初掃描的結(jié)構(gòu)之間的交互作用是無(wú)縫的。任何解剖結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)系數(shù)(剛度、彈性等)可由用戶調(diào)節(jié)以創(chuàng)建量身定做的機(jī)械行為。
[0091]實(shí)時(shí)跟蹤和反饋-用于在外科手術(shù)期間跟蹤實(shí)際外科手術(shù)儀器的系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)傳遞外科手術(shù)儀器相對(duì)于實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)(例如，患者頭上的特定斑點(diǎn))的取向和位置的空間位置和坐標(biāo)。隨后將儀器的位置和取向發(fā)送到外科手術(shù)模擬系統(tǒng)?；诨颊咛囟M和儀器的位置和取向，向外科醫(yī)生提供反饋。這種反饋的一個(gè)實(shí)例可以是:系統(tǒng)向外科醫(yī)生生成針對(duì)他正在剖開的組織類型的反饋，并且萬(wàn)一他剖開了健康的腦組織而不是腫瘤，則警告外科醫(yī)生。另外實(shí)例是在外科醫(yī)生將器具應(yīng)用于實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)上(例如，應(yīng)用于實(shí)際患者身上的動(dòng)脈瘤上的動(dòng)脈瘤夾子)后，系統(tǒng)允許外科醫(yī)生旋轉(zhuǎn)模擬圖像/模型，所述模擬圖像/模型基于跟蹤按實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)來(lái)精確取向，并且觀察和評(píng)估所放置植入物的位置和效力。
[0092]實(shí)際儀器的這種跟蹤和反饋可以多種方式完成，諸如通過(guò)使用視頻系統(tǒng)來(lái)跟蹤儀器和患者特征的位置和移動(dòng)?；蛘?或除視頻跟蹤外)，可修改外科手術(shù)儀器以實(shí)現(xiàn)跟蹤，諸如通過(guò)使用GPS、加速度計(jì)、磁性檢測(cè)或其他位置和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置和方法。例如，此類修改的儀器可使用們？丨、81116切0讓、1103、有線1^8、1^通信或其他通信方法(例如，通過(guò)圖1(:的外科手術(shù)工具接口 140)來(lái)與SNAP工具通信。
[0093]圖2示出與外科手術(shù)儀器201尖端相關(guān)的虛擬視圖210的圖像:這是增強(qiáng)版實(shí)例，好像虛擬攝像機(jī)被附接到儀器201的尖端那樣。通過(guò)此內(nèi)窺視鏡視圖210，如果探針尖端具有攝像機(jī)(模擬探針作為“虛擬內(nèi)窺鏡”)那么提供表示在SNAP平面上所看到內(nèi)容的能力，以及提供預(yù)演、計(jì)劃、評(píng)估和模擬內(nèi)窺鏡過(guò)程或其他過(guò)程的能力。外科醫(yī)生可使用觸摸屏工具欄220操縱圖像。并且通過(guò)觸摸屏幕上的模型以便旋轉(zhuǎn)、縮放；因此，圖1示出虛擬攝像機(jī)視圖的實(shí)例。
[0094]顯微鏡視圖是從外科手術(shù)顯微鏡的取向的視圖或外科醫(yī)生眼睛的視圖。圖3是并列顯微鏡視圖230和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)視圖235的實(shí)例。此視圖可受限于通過(guò)開顱術(shù)的視圖，盡管開顱術(shù)的接觸受到限制，所述開顱術(shù)允許外科醫(yī)生模擬到病變的導(dǎo)航和入路。另外，微創(chuàng)或鎖孔入路或內(nèi)窺視鏡入路可被模擬和評(píng)估，從而允許外科醫(yī)生嘗試、評(píng)估并決定哪種入路將提供具有最小風(fēng)險(xiǎn)(例如，到病變的路線中不會(huì)有碰觸血管的風(fēng)險(xiǎn)的入路)的最需要的結(jié)果(例如最大腫瘤切除)。之后，通過(guò)加載計(jì)劃，外科醫(yī)生可在SNAP幫助下在患者頭部上鉆/創(chuàng)建所決定的開顱術(shù)/入路，并且隨后通過(guò)以上選擇的入路借助于SNAP來(lái)實(shí)際地導(dǎo)航和執(zhí)行手術(shù)。
[0095]圖4示出還可提供的病變255(此處是動(dòng)脈瘤)的后面視圖，例如外科醫(yī)生可“冰凍”指針/標(biāo)記或儀器250的跟蹤以便探索在系統(tǒng)中的圖像以進(jìn)一步明確儀器250在解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)的取向。冰凍指針在適當(dāng)位置中并且操縱圖像(旋轉(zhuǎn)、調(diào)焦、改變分割)使得外科醫(yī)生可從后面觀察動(dòng)脈瘤以例如允許看到夾具250是否被正確地運(yùn)用。
[0096]顯示多個(gè)視點(diǎn)的能力提供實(shí)時(shí)地從多個(gè)視點(diǎn)同時(shí)觀看解剖圖像和外科手術(shù)儀器外科手術(shù)模型的能力，并且你可以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)、偏移、調(diào)焦每個(gè)圖像。圖5示出并列的顯微鏡視圖260和矢狀圖265。圖6示出并列的顯微鏡視圖和冠狀圖。這允許外科醫(yī)生通過(guò)他選擇的入路導(dǎo)航并且看到外科醫(yī)生想避開的但是在顯微鏡或傳統(tǒng)跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)中無(wú)法看到的結(jié)構(gòu)(例如，隱藏在腫瘤內(nèi)部或后面的血管)的3D導(dǎo)航圖像。SNAP示出與顯微鏡視圖(外科醫(yī)生眼視圖)相關(guān)并且與以同步的方式另外地看到外科醫(yī)生不能看到的視圖相關(guān)的視圖-從病變后面的視圖。
[0097]控制分割單獨(dú)示出每個(gè)視點(diǎn)；例如，一個(gè)圖像可被分割以便僅示出血管而另一個(gè)圖像可被分割以便僅示出軟組織。例如，圖7示出多個(gè)分割視點(diǎn)。通過(guò)操縱組織分割，我們可清楚地看到與普通視點(diǎn)圖245并列的動(dòng)脈瘤頸240。從不同有利點(diǎn)的獨(dú)立和同時(shí)視圖被提供以便增強(qiáng)可視化。獨(dú)立分割可被用于提高動(dòng)脈瘤頸和其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的可視化。
[0098]不同模態(tài)(CT和或MRI)可在每個(gè)圖像/角度中呈現(xiàn)，例如一個(gè)圖像可來(lái)自MRI而另一圖像可以來(lái)自同一患者的CT。圖8示出并列的不同分割，示出CTA圖像280和MRI圖像285。重疊圖像可被示出，其中一個(gè)圖像可從多個(gè)模態(tài)中組合;例如MRI層疊/重疊在CT上。圖9示出與不同左分割290和右分割295組合的CT和MRI圖像的重疊。當(dāng)創(chuàng)建歷史病例研究時(shí)，患者特定靜態(tài)圖像(快照)或在實(shí)際外科手術(shù)期間或者在診斷期間生成的視頻文件可存儲(chǔ)在患者病例文件夾中C=SNAP軟件支持所有標(biāo)準(zhǔn)Windows位圖圖像文件格式，諸如bmp、jpeg、png和gif，并且支持所有標(biāo)準(zhǔn)Windows視頻文件格式，諸如mpeg和avi。
[0099]還可提供具有漸入/漸出模態(tài)的重疊圖像，其中在組合圖像中，一個(gè)模態(tài)可漸入和漸出；例如，CT和MRI層疊/重疊圖像，同時(shí)CT漸出或重疊圖像，具有在每個(gè)模態(tài)上的分割控制；例如，CT和MRI層疊/重疊圖像，同時(shí)CT被分割以僅示出血管。圖10示出具有透明度的重疊，10%CTA，100%MRI。圖11示出具有透明度的重疊，30%CTA，100%MRI。圖1lA示出示例性的融合處理流水線方法，使用SNAP工具用于不同地采取組織數(shù)據(jù)集301、302并且獨(dú)立地限定且分割它們303、304從而組合它們350，以便使用由用戶308指定的透明度來(lái)呈現(xiàn)組合圖像307。
[0100]增強(qiáng)接近和取向指示允許外科手術(shù)儀器和或指針/標(biāo)記接近特定解剖結(jié)構(gòu)的指示的計(jì)算和生成。在圖12中，例如示出了在用于動(dòng)脈瘤頸的評(píng)估的導(dǎo)航探針尖端處的虛擬夾具310。導(dǎo)航圖像可被冰凍并旋轉(zhuǎn)以從多個(gè)視點(diǎn)檢查夾具，諸如通道視圖311和旋轉(zhuǎn)視圖312。設(shè)置在虛擬夾具上的標(biāo)記允許測(cè)量頸并且貼合夾具。
[0101]通過(guò)SNAP工具，更容易地選擇開顱術(shù)的尺寸，并且還允許一個(gè)人更好地識(shí)別一些重要界標(biāo)。腫瘤的三維表示給出腫瘤邊界、靜脈和竇的優(yōu)越視圖，以確保當(dāng)開顱術(shù)實(shí)際地開始時(shí)外科醫(yī)生可遠(yuǎn)離這些結(jié)構(gòu)。圖13示出并列的開顱術(shù)視圖310和靜脈視圖315。
[0102]基于對(duì)外科手術(shù)儀器和/或指針/標(biāo)記到特定解剖結(jié)構(gòu)的接近度的計(jì)算，外科醫(yī)生可生成關(guān)于與接近和取向指示相關(guān)的閾值的危險(xiǎn)。另外，通過(guò)在標(biāo)記指針中虛擬標(biāo)記距離的測(cè)量受到支持，例如到導(dǎo)航探針的虛擬側(cè)面延展被呈現(xiàn)以便測(cè)量剩余的腫瘤和離動(dòng)脈的距離。圖14示出使用縮放探針320、325通過(guò)虛擬側(cè)面延展的測(cè)量實(shí)例，而圖15示出通過(guò)虛擬標(biāo)記330、335來(lái)測(cè)定動(dòng)脈瘤尺寸測(cè)量其中測(cè)量結(jié)果示于窗口 337中的實(shí)例。
[0103]系統(tǒng)允許執(zhí)行從任何所需平面獨(dú)立地修剪3D圖像的“立方體剪裁”。平面由2個(gè)變量限定，平面法線(向量)和平面位置(在平面穿過(guò)的空間中的點(diǎn))。所述“立方體剪裁”可針對(duì)每個(gè)圖像獨(dú)立執(zhí)行。圖16示出不同的獨(dú)立剪裁，而圖17示出在不同模態(tài)上不同的剪裁。
[0104]SNAP工具具有繪制腫瘤的能力。例如，外科醫(yī)生可在編輯期間使用繪制以用于病例準(zhǔn)備和用于所有特征。這可在準(zhǔn)備或外科手術(shù)期間被打開和關(guān)閉。圖18示出繪制組織的實(shí)例。SNAP中的“病例準(zhǔn)備”用于分析和觀看駐留在本地驅(qū)動(dòng)上文件夾中的DICOM對(duì)象，并且以專有格式生成被用作到導(dǎo)航對(duì)話輸入的3D場(chǎng)景。這涉及將DICOM圖像的2D集合轉(zhuǎn)化成3D容積模型，所述3D容積模型具有使用SNAP工具完成的屬性。
[0105]通過(guò)對(duì)標(biāo)記指針中的距離、植入物位置的虛擬標(biāo)記進(jìn)行測(cè)量。植入物的SNAP組合建模(例如動(dòng)脈瘤夾具或椎弓根螺釘)和使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以引導(dǎo)外科手術(shù)以便準(zhǔn)確放置植入物。例如，螺釘放置的計(jì)劃用SNAP執(zhí)行并且螺釘模型(3D或2D)放置/定位在患者的3D/2D模型(CT、MRI等)的頂部。隨后外科醫(yī)生可在手術(shù)室中導(dǎo)航實(shí)際螺釘并且SNAP將計(jì)算與預(yù)先計(jì)劃的放置相比螺釘當(dāng)前在導(dǎo)航中的實(shí)際放置。來(lái)自SNAP的反饋可從正在被導(dǎo)航的螺釘?shù)膱D像/模型提供，僅當(dāng)螺釘?shù)膶?shí)際放置與計(jì)劃放置匹配時(shí)所述螺釘?shù)膱D像/模型將會(huì)變成綠色。距離、角度、取向等的測(cè)量可被實(shí)時(shí)地顯示，表示相對(duì)于螺釘(或任何其他參考點(diǎn))的計(jì)劃放置位置的實(shí)際螺釘位置及其取向(或在導(dǎo)航場(chǎng)景中的任何其他通路、植入物、標(biāo)記、探針)的測(cè)量。
[0106]SNAP導(dǎo)航圖像可針對(duì)每個(gè)圖像獨(dú)立旋轉(zhuǎn)、偏移、調(diào)焦等;外科醫(yī)生眼視圖可被獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)、偏移、調(diào)焦到其他圖像/視圖(例如病變后面的視圖等)。
[0107]改變每個(gè)分割范圍的透明度和顏色。SNAP允許用戶以任何特定顏色和任何特定透明度來(lái)呈現(xiàn)導(dǎo)航場(chǎng)景內(nèi)的任何組織類型或元件。
[0108]使用SNAP
[0109]SNAP工具可由外科醫(yī)生在外科手術(shù)前準(zhǔn)備和實(shí)際外科手術(shù)期間使用。例如，SNAP可用于支持動(dòng)靜脈畸形病灶(Nidus)(“病灶(nest)”的拉丁文)-AVM病灶。
[0110]準(zhǔn)備-SNAP可用于分析和觀看駐留在本地驅(qū)動(dòng)上文件夾中的DICOM對(duì)象，并且可用于以專有格式生成被用作到導(dǎo)航對(duì)話輸入的3D場(chǎng)景。這需要將DICOM圖像的2D集合轉(zhuǎn)化成具有屬性的3D容積模型。第一被選擇的是庫(kù)中的優(yōu)選病例以便加載它(使它成為當(dāng)前病例)并且隨后通過(guò)點(diǎn)擊導(dǎo)航按鈕來(lái)激活導(dǎo)航對(duì)話模式。
[0111]計(jì)劃-限定關(guān)注體積(VOI)，并且組織變形VOI指示當(dāng)與外科手術(shù)中的外科手術(shù)工具/探針交互作用時(shí)使用組織機(jī)械性質(zhì)來(lái)真實(shí)地反應(yīng)的“活的”組織。軸向、冠狀和矢狀滑塊控件用于限定表示將被使用的組織變形關(guān)注體積(VOI)立方體。隨后，在SNAP觸摸屏上的圖像的交互作用和操縱被完成來(lái)計(jì)劃入路角度和需要的暴露范圍以充分地可視化引流靜脈并且理解動(dòng)脈供血器相對(duì)于AVM病灶的位置和取向。作為病例準(zhǔn)備的部分，SNAP允許外科醫(yī)生使用圖像生成器來(lái)顯示關(guān)注體積(VOI)窗口來(lái)限定圖像，諸如用于限定用于模擬的組織變形體積。按鈕隨后允許外科醫(yī)生顯示VOI窗口來(lái)限定VOI的特性。
[0112]軸向、冠狀和矢狀滑塊控件被設(shè)置在SNAP中以限定立方體，所述立方體表示外科手術(shù)模擬應(yīng)用使用的關(guān)注體積(VOI)。調(diào)整高和低邊界軸向滑塊限定VOI的頂部和底部邊界。調(diào)整高和底邊界冠狀滑塊限定VOI的前和后邊界。調(diào)整高和低邊界矢狀滑塊限定VOI的左和右邊界。每個(gè)軸線的滑塊值設(shè)置在高和低邊界域中。
[0113]可視化-組織分割窗口可用于修改應(yīng)用到患者數(shù)據(jù)的組織特定強(qiáng)度范圍。組織渲染閾值(分割默認(rèn)值)特征可被使用，或者分割可被修改。通過(guò)這樣做，可調(diào)整和定制分割以突出顯示AVM病灶、引流靜脈、供血?jiǎng)用}和橫向竇以便最佳可視化，同時(shí)使顱骨和非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)更加透明。
[0114]3D導(dǎo)航-SNAP可與傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)整合，其中一個(gè)人可同時(shí)地觀察DICOM圖像的2D集合(在傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)上)和3D容積模型(在SNAP)上的軌跡。通過(guò)SNAP，外科醫(yī)生能夠使用3D血管造影來(lái)導(dǎo)航并且準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)AVM病灶上表面處的非栓塞供血?jiǎng)用}。
[0115]示例性應(yīng)用
[0116]如上文所討論的，SNAP可被用在外科手術(shù)環(huán)境中以便支持對(duì)患者的外科手術(shù)操作。本文中，我們提供一個(gè)示例性場(chǎng)景來(lái)舉例說(shuō)明其在具有腦腫瘤的示例性患者的開顱術(shù)中的使用。
[0117]外科醫(yī)生通過(guò)輸入其患者的設(shè)定參數(shù)來(lái)創(chuàng)建并且更新患者病例，所述患者的設(shè)定參數(shù)包括允許系統(tǒng)上載特定患者的相關(guān)數(shù)據(jù)的患者細(xì)節(jié)，隨后SNAP加載患者CT、CTA、MRI和MRA圖像和有關(guān)模擬模型的其他信息，諸如患者年齡、性別等。
[0118]外科醫(yī)生將在傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)上看到三個(gè)平面，所述三個(gè)平面將是軸向的、冠狀和矢狀計(jì)劃，并且同時(shí)在SNAP顯示器上外科醫(yī)生將看到同一患者頭部的三維圖像。因此，SNAP顯示器以更真實(shí)的觀看方式示出更大的細(xì)節(jié)。
[0119]外科醫(yī)生通過(guò)點(diǎn)擊SNAP觸摸屏上的導(dǎo)航按鈕來(lái)激活導(dǎo)航對(duì)話模式。系統(tǒng)顯示導(dǎo)航對(duì)話窗口-兩個(gè)獨(dú)立的IG攝像機(jī)窗口(帆布)和導(dǎo)航快捷窗口。
[0120]外科醫(yī)生將啟用融合模式，其中SNAP將示出CTA重疊MRI的組合模型并且限定工作模式，例如他將選擇組合模式，其中兩個(gè)層(CTA和MRI)都被顯示在兩個(gè)帆布上。
[0121]現(xiàn)在外科醫(yī)生將使用透明度預(yù)設(shè)定按鈕和在顯示器對(duì)話窗口上的左/右按鈕從而針對(duì)層(CTA和MRI)來(lái)設(shè)定所需的透明度等級(jí)。
[0122]在左帆布上外科醫(yī)生將選擇四個(gè)傳遞函數(shù)中的一個(gè)。他將通過(guò)移動(dòng)傳遞函數(shù)對(duì)話窗口上的“鍵”來(lái)開始改變透明度。對(duì)于改變“鍵”，他將使用系統(tǒng)鼠標(biāo)。外科醫(yī)生將操縱“鍵”直到他得到所需的外觀，例如可看到腫瘤、邊界和靜脈的外觀。
[0123]在右帆布上外科醫(yī)生將選擇不同的傳遞函數(shù)，例如他可看見重要界標(biāo)。
[0124]通過(guò)觸摸SNAP屏幕來(lái)左右轉(zhuǎn)動(dòng)模型并且放大和縮小，外科醫(yī)生得到在三維空間中腫瘤的更佳表示并且可確定將要進(jìn)行的骨開口是多大。外科醫(yī)生可真正地理解腫瘤與血管位于的地方之間的關(guān)系以及他將在操作中如何接近腫瘤。
[0125]外科醫(yī)生將使用SNAP工具來(lái)標(biāo)記重要靜脈和顱骨上所需骨開口。
[0126]外科醫(yī)生將使用SNAP導(dǎo)航指針來(lái)估測(cè)從顱骨到腫瘤的路徑長(zhǎng)度。他將指針尖端放在顱骨上的穿透點(diǎn)上，并且將在SNAP工具上從導(dǎo)航指針類型菜單中選擇虛擬軌跡指針。
[0127]在SNAP顯示器上，外科醫(yī)生將看到具有按照他的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)時(shí)地移動(dòng)的軌跡延展的指針。通過(guò)給出恰當(dāng)?shù)姆较颍麑?huì)獲得穿透長(zhǎng)度。
[0128]外科醫(yī)生具有冰凍來(lái)自導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的選項(xiàng)。在這種情況下，傳入數(shù)據(jù)被忽略并且在點(diǎn)擊冰凍按鈕之前指針保持在它最后的位置處。外科醫(yī)生將使用SNAP左右轉(zhuǎn)動(dòng)模型并且放大和縮小并且他將會(huì)得到路徑和周圍關(guān)鍵部分的更好表示。
[0129]接下來(lái)，外科醫(yī)生將根據(jù)他在SNAP上看到的信息開始開顱術(shù)。在打開開顱術(shù)后，外科醫(yī)生開始沿路徑切入，并且通過(guò)使用導(dǎo)航指針?biāo)稍赟NAP上遵循其在右路徑上，他可估測(cè)距腫瘤的距離以及他離竇和靜脈有多近。
[0130]使用接近應(yīng)用的實(shí)例。
[0131]路徑被創(chuàng)建來(lái)通過(guò)鎖孔開顱術(shù)朝向腫瘤導(dǎo)航。鎖孔開顱術(shù)是較小的并且不允許外科醫(yī)生看到很多結(jié)構(gòu)。因此，創(chuàng)建到目標(biāo)(腫瘤)的路徑或軌跡。另外，標(biāo)記或路徑將被制作以標(biāo)記要避開的區(qū)域。
[0132]在外科手術(shù)期間，SNAP呈現(xiàn)導(dǎo)航場(chǎng)景的實(shí)時(shí)3D和2D圖像，所述導(dǎo)航場(chǎng)景向外科醫(yī)生示出其工具位置，外科醫(yī)生可遵循導(dǎo)航路徑。外科醫(yī)生還可修改路徑、標(biāo)記、軌跡等。所述修改以所述標(biāo)記、目標(biāo)等被創(chuàng)建的類似方式進(jìn)行。標(biāo)記、目標(biāo)等可被拖帶到不同的位置、被重新染色等。
[0133]在導(dǎo)航期間，外科醫(yī)生應(yīng)該以特定預(yù)設(shè)值(距離、角度等)偏離特定的標(biāo)記、路徑、軌跡等，警告將會(huì)消除。特定預(yù)設(shè)值(距離、角度等)可被修改。
[0134]導(dǎo)管成排第三腦室造口術(shù)目標(biāo)的導(dǎo)向?qū)嵗?外科醫(yī)生在第三腦室造口術(shù)中標(biāo)記點(diǎn)作為目標(biāo)。外科醫(yī)生標(biāo)記進(jìn)入點(diǎn)。SNAP創(chuàng)建軌跡和可視圖形以引導(dǎo)外科醫(yī)生形成導(dǎo)管放置。
[0135]本發(fā)明的許多其他示例實(shí)施方案可通過(guò)上述特征的各種組合來(lái)提供。雖然已在上文中使用特定實(shí)例和實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，可以使用各種替代方案，并且等同物可以替代本文所述的元件和/或步驟，而不必背離本發(fā)明的意圖范圍。為使本發(fā)明適于特定情形或者適于特定需要，可能需要修改，而不會(huì)背離本發(fā)明的意圖范圍。本發(fā)明不意圖限制于本文所述的特定實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施方案，但是權(quán)利要求書進(jìn)行最廣泛的合理解釋以涵蓋所有新穎的和不明顯的實(shí)施方案，無(wú)論是字面的還是等同的實(shí)施方案、公開的還是未公開的實(shí)施方案均被權(quán)利要求書涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于對(duì)特定患者執(zhí)行醫(yī)療過(guò)程的建模系統(tǒng)，其包括: 顯示器； 圖像生成器，所述圖像生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于生成動(dòng)態(tài)組織圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成用于在所述顯示器上顯示真實(shí)地表示特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際生物組織的所述組織； 用戶工具生成器，所述用戶工具生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于生成用戶工具的工具模型以便通過(guò)由用戶輸入提供的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示；以及 所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶接口，所述用戶接口被配置用于允許用戶通過(guò)添加或修改所述組織的特征來(lái)調(diào)整在所述顯示器上顯示的所述動(dòng)態(tài)組織圖像以便幫助外科手術(shù)操作，其中 所述建模系統(tǒng)被配置用于在對(duì)所述特定患者的所述醫(yī)療過(guò)程期間在手術(shù)室中使用。2.如權(quán)利要求1所述的建模系統(tǒng)，其中所述用戶接口包括觸摸屏顯示器。3.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:在所述動(dòng)態(tài)組織圖像上繪制任何幾何形狀。4.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:完成所述動(dòng)態(tài)組織圖像的不完整解剖結(jié)構(gòu)。5.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口提供以下能力:修改所述動(dòng)態(tài)組織圖像的一部分的紋理、照明、陰影和/或陰影處理6.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中所述動(dòng)態(tài)組織圖像包括解剖結(jié)構(gòu)的圖像，并且其中所述用戶接口包括用于與所述解剖結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)地交互作用的儀器。7.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其還包括: 數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)不同器官和/或組織的多個(gè)模型的庫(kù)；以及 用戶接口，所述用戶接口用于從所述多個(gè)模型中選擇一個(gè)模型以便與所述用戶工具模型一起使用用于與所述組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用。8.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括由外科醫(yī)生使用來(lái)對(duì)所述特定患者執(zhí)行外科手術(shù)的真正外科手術(shù)工具。9.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:選擇所述工具的模型和/或所述動(dòng)態(tài)組織圖像的元件以便從所顯示圖像中移除。10.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:通過(guò)選擇對(duì)象并將所述對(duì)象操縱到所需位置以便在所述圖像中顯示來(lái)在所顯示圖像中重新定位或旋轉(zhuǎn)所述對(duì)象。11.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:增強(qiáng)和整合解剖結(jié)構(gòu)于所述動(dòng)態(tài)圖像中。12.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:繪制任何幾何形狀以便添加到所述動(dòng)態(tài)組織圖像。13.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其還包括用于與在所述顯示器上顯示的所述圖像交互作用的攝像機(jī)。14.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中所述建模系統(tǒng)被配置為具有接口，所述接口連接到存在于手術(shù)室中的外部外科手術(shù)系統(tǒng)的接口以便從所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)用于生成所述動(dòng)態(tài)組織圖像以便顯示與所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)的操作一致。15.如權(quán)利要求14所述的建模系統(tǒng)，其中所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)是用于所述醫(yī)療過(guò)程期間的導(dǎo)航系統(tǒng)，所述醫(yī)療過(guò)程是在所述手術(shù)室中執(zhí)行的外科手術(shù)過(guò)程。16.—種使用建模系統(tǒng)來(lái)支持醫(yī)療過(guò)程的方法，其包括以下步驟: 提供被配置用于手術(shù)室中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 提供連接到所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示器； 獲得關(guān)于特定患者的生物組織的患者圖像信息以便存儲(chǔ)在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中； 使用在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件生成所述特定患者的所述生物組織的動(dòng)態(tài)圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成使用所述患者圖像信息以使得所述動(dòng)態(tài)組織圖像在所述顯示器上被顯示為真實(shí)地表示所述特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際組織； 使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成用戶工具模型用于通過(guò)由用戶輸入的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示； 使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入通過(guò)添加或修改用于顯示的所述組織的特征來(lái)調(diào)整在所述顯示器上顯示的所述動(dòng)態(tài)組織圖像以便調(diào)整位于所述特定患者的所述實(shí)際生物組織中的解剖結(jié)構(gòu)；以及 使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成對(duì)所述特定患者執(zhí)行的所述外科手術(shù)過(guò)程的至少一部分的真實(shí)模擬以便在所述顯示器上顯示，示出根據(jù)所述用戶的輸入所述動(dòng)態(tài)組織圖像與所述用戶工具模型之間的交互作用。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述用戶工具模型包括由外科醫(yī)生在對(duì)所述特定患者執(zhí)行外科手術(shù)期間使用的實(shí)際外科手術(shù)工具的模型。18.如權(quán)利要求16-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述外科手術(shù)工具包括圖像收集工具，所述圖像收集工具被配置用于接收所述特定患者的組織的圖像，以使得通過(guò)操縱所述圖像收集工具，在所述顯示器上顯示的所述圖像被修改。19.如權(quán)利要求16-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述調(diào)整包括繪制所述組織圖像的至少一部分。20.如權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述調(diào)整包括使所述組織圖像的至少一部分透明。21.如權(quán)利要求16-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述調(diào)整包括在所述顯示器上旋轉(zhuǎn)圖像。22.如權(quán)利要求16-21中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括以下步驟:通過(guò)使用被配置用于生成所述特定患者的所述生物組織的所述動(dòng)態(tài)圖像的患者醫(yī)療圖像為所述特定患者創(chuàng)建模型來(lái)在所述醫(yī)療過(guò)程之前建立支持所述醫(yī)療過(guò)程的病例。23.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括以下步驟:從由所述外科醫(yī)生使用的外部外科手術(shù)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)由所述模擬工具使用來(lái)確保所述生物組織的所述動(dòng)態(tài)圖像與所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)的操作一致24.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括以下步驟:從用于所述醫(yī)療過(guò)程的外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)用于生成與所述外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的操作一致的所述生物組織的所述動(dòng)態(tài)圖像，所述醫(yī)療過(guò)程是對(duì)所述特定患者的外科手術(shù)。25.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括以下步驟:警告所述用戶關(guān)于一個(gè)或多個(gè)外科手術(shù)工具接近所述患者的特定解剖結(jié)構(gòu)。26.—種使用建模系統(tǒng)來(lái)支持外科手術(shù)的方法，其包括以下步驟: 提供被配置用于手術(shù)室中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 提供連接到所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3D顯示器； 獲得關(guān)于特定患者的生物組織的患者圖像信息； 通過(guò)使用被配置用于生成所述特定患者的所述生物組織的動(dòng)態(tài)圖像的患者醫(yī)療圖像為所述特定患者創(chuàng)建模型來(lái)在所述外科手術(shù)之前建立支持所述外科手術(shù)的病例； 使用在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件、使用所述病例生成所述特定患者的所述生物組織的所述動(dòng)態(tài)圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成使用所述患者圖像信息以使得所述動(dòng)態(tài)組織圖像在所述顯示器上被顯示為真實(shí)地表示所述特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際組織；使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成用戶工具模型用于通過(guò)由用戶輸入的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示； 使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶輸入通過(guò)添加或修改用于顯示的所述組織的特征來(lái)調(diào)整在所述顯示器上顯示的所述動(dòng)態(tài)組織圖像以便調(diào)整位于所述特定患者的所述實(shí)際生物組織中的解剖結(jié)構(gòu)； 使用所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)生成對(duì)所述特定患者執(zhí)行的所述外科手術(shù)過(guò)程的至少一部分的真實(shí)模擬以便在所述顯示器上顯示，示出根據(jù)所述用戶的輸入所述動(dòng)態(tài)組織圖像與所述用戶工具模型之間的交互作用； 從在所述外科手術(shù)期間使用的外部外科手術(shù)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)由所述模擬工具使用來(lái)確保所述生物組織的所述動(dòng)態(tài)圖像與所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)的操作一致;以及提供警告所述用戶關(guān)于一個(gè)或多個(gè)外科手術(shù)工具接近所述患者的特定解剖結(jié)構(gòu)的能力。27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述調(diào)整包括繪制所述組織圖像的至少一部分、使所述組織圖像的至少一部分透明和/或在所述顯示器上旋轉(zhuǎn)圖像。28.一種用于執(zhí)行外科手術(shù)過(guò)程的建模系統(tǒng)，其包括: 觸摸屏顯示器； 數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)不同器官和/或組織的多個(gè)模型的庫(kù)，其中所述數(shù)據(jù)庫(kù)還被配置用于存儲(chǔ)特定患者的醫(yī)療圖像，其中 所述建模系統(tǒng)被配置用于通過(guò)使用所述患者醫(yī)療圖像為所述特定患者創(chuàng)建模型來(lái)在所述外科手術(shù)過(guò)程之前建立支持所述過(guò)程的病例； 用戶接口，所述用戶接口用于從多個(gè)此類病例中選擇所述病例以便加載在所述建模系統(tǒng)中； 圖像生成器，所述圖像生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于基于所述選擇的病例生成動(dòng)態(tài)組織圖像以便在所述顯示器上顯示，所述生成用于在所述顯示器上顯示真實(shí)地表示所述特定患者的對(duì)應(yīng)實(shí)際生物組織的所述組織； 用戶工具生成器，所述用戶工具生成器包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的專用軟件用于生成用戶工具的工具模型用于通過(guò)由用戶輸入提供的操縱與所述動(dòng)態(tài)組織圖像動(dòng)態(tài)地交互作用以便在所述顯示器上顯示； 所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶接口，所述用戶接口被配置用于從所述用戶接收輸入來(lái)通過(guò)所述觸摸屏顯示器配置所述建模系統(tǒng)；以及 接口，所述接口連接到存在于手術(shù)室中的外部外科手術(shù)系統(tǒng)或工具的接口以便從所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)或工具接收數(shù)據(jù)用于生成所述動(dòng)態(tài)組織圖像以便顯示與所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)或工具的操作一致，其中 所述建模系統(tǒng)被配置用于在對(duì)所述特定患者的外科手術(shù)期間在手術(shù)室中使用。29.如權(quán)利要求28所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:在所述動(dòng)態(tài)組織圖像上繪制任何幾何形狀。30.如權(quán)利要求28-29中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:完成所述動(dòng)態(tài)組織圖像的不完整解剖結(jié)構(gòu)。31.如權(quán)利要求28-30中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口提供以下能力:修改所述動(dòng)態(tài)組織圖像的一部分的紋理、照明、陰影和/或陰影處理32.如權(quán)利要求28-31中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中所述動(dòng)態(tài)組織圖像包括解剖結(jié)構(gòu)的圖像，并且其中所述用戶接口包括用于與所述解剖結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)地交互作用的儀器。33.如權(quán)利要求28-32中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括由外科醫(yī)生對(duì)所述特定患者使用的真正外科手術(shù)工具。34.如權(quán)利要求28-33中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:選擇所述工具的模型和/或所述動(dòng)態(tài)組織圖像的元件以便從所顯示圖像中移除。35.如權(quán)利要求28-34中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:通過(guò)選擇對(duì)象并將所述對(duì)象操縱到所需位置以便在所述圖像中顯示來(lái)在所顯示圖像中重新定位或旋轉(zhuǎn)所述對(duì)象。36.如權(quán)利要求28-35中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:增強(qiáng)和整合解剖結(jié)構(gòu)于所述動(dòng)態(tài)圖像中。37.如權(quán)利要求28-36中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中用于調(diào)整所述動(dòng)態(tài)組織圖像的所述用戶接口包括用于提供以下能力的工具:繪制幾何形狀以便添加到所述動(dòng)態(tài)組織圖像。38.如權(quán)利要求28-37中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其還包括用于與在所述顯示器上顯示的所述圖像交互作用的攝像機(jī)。39.如權(quán)利要求38所述的建模系統(tǒng)，其中所述外部外科手術(shù)系統(tǒng)是導(dǎo)航系統(tǒng)供在所述外科手術(shù)期間使用。40.如權(quán)利要求1-15或28-39中任一項(xiàng)所述的建模系統(tǒng)，其中所述建模系統(tǒng)被配置來(lái)向所述外科醫(yī)生提供關(guān)于一個(gè)或多個(gè)外科手術(shù)工具接近所述患者的特定解剖結(jié)構(gòu)的警告。
【文檔編號(hào)】G06T15/00GK105992996SQ201580008526
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月6日
【發(fā)明人】A·Y·格里, M·艾維薩爾
【申請(qǐng)人】外科手術(shù)室公司