專利名稱：用于交互式經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于醫(yī)學影像處理的方法和系統(tǒng)，以及結(jié)合本發(fā)明的方法和系統(tǒng)。更 具體地講，本發(fā)明涉及用于交互式醫(yī)學影像處理的方法和系統(tǒng)，以及結(jié)合本發(fā)明的方法和 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著在醫(yī)學影像領(lǐng)域取得的進步，使得用于消融肝腫瘤的微創(chuàng)技術(shù)成為可能。在 所述微創(chuàng)技術(shù)中，經(jīng)皮熱消融有不同的方式。目前，經(jīng)皮射頻消融是用于治療肝癌的最有希 望替代開放手術(shù)的一種方案。該手術(shù)是微創(chuàng)手術(shù)，其中針刺入被熱能破壞的目標組織。該 模式被引入用于治療不可手術(shù)切除的肝轉(zhuǎn)移患者。所述手術(shù)的成功很大程度上取決于針刺 的準確性，因為當針刺準確時，破壞整個腫瘤而不損害鄰近器官是可能的，從而使局部復(fù)發(fā) 的風險減到最小。為了確保準確性，通常進行術(shù)前治療規(guī)劃，這是避免并發(fā)癥乃至死亡的關(guān) 鍵因素之一。傳統(tǒng)上，進行術(shù)前治療規(guī)劃的放射科醫(yī)師依靠2D掃描切片的影像來確定針的定 位。遺憾的是，當僅依靠2D掃描切片時，這使得規(guī)劃所述治療方案相當困難。因此，需要一 種解決方案，可用于輔助醫(yī)務(wù)人員以更可靠和準確的方式進行術(shù)前治療規(guī)劃。


本文所要求和/或描述的發(fā)明以示例性實施例的形式進一步進行說明。這些示例 性實施例結(jié)合附圖進行詳細描述。這些實施例是非限定性的示例實施例，其中類似的附圖 標記在附圖的若干視圖中表示類似的結(jié)構(gòu)，并且其中圖1 (a)示出了其中包含有3D對象的三維(3D)體；圖1 (b)示出了在3D坐標系中顯示的包含3D對象的3D體；圖1(c)示出了在3D坐標系中以不透明模式顯示的3D體；圖2 (a)示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一 3D場景，所述3D場景中顯示有3D對 象，并且3D場景中指定有用于設(shè)置虛擬探針的3D點；圖2 (b)示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一 3D場景，所述3D場景中顯示有多個3D 對象，并且在鄰近一對象的指定3D點處設(shè)置可移動和可調(diào)節(jié)探針；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的可移動和可調(diào)節(jié)探針的示例性結(jié)構(gòu)；圖4(a)_4(c)示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，與虛擬探針的可移動和可調(diào)節(jié)特征相關(guān)的不同變化形式；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，設(shè)置在3D體中的多個探針；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，設(shè)置在3D對象附近的探針，其中3D對象的 2D截面視圖位于探針的特定位置以示出探針附近的解剖體結(jié)構(gòu)；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，用戶可以通過沿探針滑動截面視圖來動態(tài) 調(diào)節(jié)解剖體結(jié)構(gòu)的視圖的場景；圖8(a)示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，檢測探針遇到的障礙物的構(gòu)思；圖8(b)示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，生成檢測到障礙物的警告的示例方式；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，顯示用于設(shè)置探針的不同區(qū)域的示例方式；圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示例程序的流程圖，其中根據(jù)由用戶指定的可 選條件設(shè)置、操縱和顯示虛擬探針；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，經(jīng)皮術(shù)前規(guī)劃中手術(shù)控制的示例類型；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示例系統(tǒng)構(gòu)造，所述系統(tǒng)便于在3D環(huán)境中 實現(xiàn)虛擬探針的3D設(shè)置和操縱。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種方法和系統(tǒng)，便于交互式地將針或探針設(shè)置在三維(3D)體(對 象)內(nèi)的目標位置處，可能與附近支撐解剖體結(jié)構(gòu)一起顯示在電腦屏幕上的3D空間中。所 述的方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用于經(jīng)皮手術(shù)(例如射頻消融)的術(shù)前規(guī)劃，以輔助醫(yī)務(wù)人員更好 地準備準確的進針點或行進路徑，以使醫(yī)務(wù)人員能夠觀察與進針點或沿路徑相關(guān)的任何潛 在可能的并發(fā)癥或難點。三維影像重建允許更直觀的3D顯示患者的解剖體結(jié)構(gòu)，并且使術(shù) 前治療規(guī)劃更切實和更準確。本文還描述了不同的輔助裝置，用于增強顯示器官、探針和周 圍解剖體結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系。圖1(a)示出了三維場景，其中3D體100中顯示有三維對 象。如圖所示，3D體100已被分割成若干個對象101-a、101-b、...、101-c和102。這些對 象可對應(yīng)于肝臟、病灶、骨骼、動脈、重要器官或皮膚(如，102)。每個3D對象可對應(yīng)于3D 體100中的子3D體。3D體100可以在2D顯示屏如電腦顯示屏上顯示。所述顯示可以在明 確定義的3D坐標系中進行。這在圖1(b)中示出，其中3D體100在由具有三個坐標軸X、Y 和Z的坐標系120定義的3D空間中顯示。3D體100可以在2D顯示屏上相對于3D坐標系 120呈一特定3D姿態(tài)顯示，所述姿態(tài)包括其幾何位置和定向。在一些實施例中，3D體100可以沿某個3D方向被切成多個2D切片，以使每個切片 提供3D體100沿某個方向的2D影像。為了便于有效地3D顯示，這些2D切片可以設(shè)置在 該3D場景中，以使得觀察者能夠觀察在平面表面上有可能存在的不同對象的組合。通過這 種方式，能夠觀察不同分割的3D對象間的空間關(guān)系。該構(gòu)思披露于美國專利號7，315，304， 名稱為 “Multiple Volume ExplorationSystem and Method (多體探查系統(tǒng)和方法)，，。用戶可以通過不同的方式操縱3D體100的顯示。例如，整個3D體可以相對于3D 坐標系120進行轉(zhuǎn)動和平移。這有利于用戶從不同角度觀察不同對象間的空間關(guān)系。此 外，可以單獨操縱每個分割對象的顯示，例如，可以使3D對象可見或不可見，以便用戶可以 看到被選定的3D對象遮蔽的3D體的區(qū)域。這可以通過調(diào)節(jié)所述選定3D對象的透明度來 實現(xiàn)。當選定的3D對象變得完全透明或高度半透明，可使被選定的3D對象遮蔽的對象變得更明顯可見。在一些實施例中，3D對象目標可以是不透明的，并且當該對象的其它2D切 片也顯示時，可以更清楚地觀察到3D對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，當3D對象對應(yīng)人體皮膚，當 用戶選擇在透明模式顯示皮膚時，可以看到皮膚結(jié)構(gòu)內(nèi)的所有對象。另一方面，如果用戶選 擇在不透明模式顯示皮膚，則不會看到包裹在皮膚內(nèi)的3D對象。這在圖1(c)中示出，其中 皮膚對象102以不透明模式103顯示，并且皮膚內(nèi)部的對象是不可見的。在一些實施例中， 透明度可以逐步和交互式地調(diào)節(jié)，以滿足用戶的需要。圖2(a)示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三維場景300，所述三維場景300中顯示 有三維對象和指定的3D位置。為執(zhí)行經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃，用戶可以交互式地與按照本發(fā)明 開發(fā)的系統(tǒng)進行交互，以指定要設(shè)置虛擬探針的3D位置。這在圖2(a)中示出，其中3D位 置201根據(jù)，例如，顯示屏上指定的2D位置進行確定。所述指定可以通過各種已知技術(shù)實 現(xiàn)，例如在顯示屏上進行鼠標點擊。通過，例如，鼠標點擊而確定的屏幕點可對應(yīng)于根據(jù)當 前顯示屏定義的2D坐標系的2D坐標。所述2D坐標需要轉(zhuǎn)換成3D場景300中的3D坐標 點，這可以通過經(jīng)由轉(zhuǎn)換將2D坐標轉(zhuǎn)化成3D坐標來實現(xiàn)。所述2D坐標可以相對于3D場 景中的3D對象(例如，皮膚102)進行選擇，并且轉(zhuǎn)換的3D位置可對應(yīng)于3D對象上的3D 位置，在該3D位置處要虛擬設(shè)置虛擬探針或針，以便在經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃程序中模擬經(jīng)皮 手術(shù)的效果。圖2(b)示出了一旦確定了對應(yīng)于顯示屏上選定2D點的3D坐標，虛擬探針或針 204可以虛擬設(shè)置在3D空間300中的3D坐標位置。虛擬探針或針204可以是直形或需要 的任何其它形狀，如圖3所示。在一些實施例中，虛擬探針可以構(gòu)造為具有頂端301、主體 302和柄303。頂端301是虛擬探針204放置在3D對象(如，圖2 (b)中的對象102)上的 地方。通過適當?shù)慕缑婧凸ぞ?見下文結(jié)合圖8的說明)，用戶可以通過探針的特定部位， 如主體302或柄303，操縱虛擬探針的運動。例如，在肝病的經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃中，病灶可被 選定為3D對象，所述3D對象處要設(shè)置虛擬探針(例如，對象101-a)，并且虛擬探針和人體 皮膚相交的點是實際手術(shù)中可能需要設(shè)置針的位置。一旦插入，可以對虛擬探針進行調(diào)節(jié)。這可以通過允許用戶使用工具(如，在圖形 用戶界面GUI中，利用拖拉動作)根據(jù)需要移動虛擬探針的不同部分來實現(xiàn)。例如，用戶可 被允許拖曳探針的頂端301并拉至希望的3D位置。用戶還可被允許抓住探針的主體302 并拖曳它以便探針的頂端保持不變。類似地，用戶可被允許拖曳探針的柄303并四處移動。 在其它實施例中，用戶可被允許通過拖曳主體302或柄303來移動頂端。當創(chuàng)建了虛擬探針，它可能具有某個長度并且所述長度可以隨探針顯示(見圖 4(a))。探針長度可以是動態(tài)的或固定的。固定長度的探針可用于模擬商用針電極系統(tǒng)，所 述針電極系統(tǒng)通常的長度為10cm、15cm和20cm?？梢垣@得不同的長度，并且用戶可選擇任 一可用的長度。就在術(shù)前規(guī)劃中具有更逼真的模擬而言，使用固定長度探針的設(shè)置可能是有幫助 的。當探針被設(shè)置成具有固定長度時，探針的移動可以相應(yīng)地確定。例如，當探針的長度固 定時，探針的運動可局限于皮膚102，或者局限于探針頂端的半球。這在圖4(c)中示出。不 過，當用戶為探針選擇不同的長度時，探針所允許移動的范圍可相應(yīng)或自動地進行調(diào)節(jié)。在一些實施例中，探針的長度可以是動態(tài)的。用戶可以使用具有如圖4(b)所示動 態(tài)長度的探針。具有動態(tài)長度的探針的運動范圍可以相對于探針頂端進行限定。在這種情況，探針的移動可被限制在，例如皮膚表面上。當操縱探針時，相對于坐標系(例如患者坐 標系)的探針角度可實時顯示在屏幕上。在一些實施例中，可以設(shè)置多于一個探針。圖5示出了兩個探針510和520被設(shè) 置在選定對象的相同3D位置上。這有助于向用戶提供同時用多于一個探針進行實驗的能 力，并且使得對在相同治療方案上使用多個探針的可能性及其效果進行評估成為可能。本發(fā)明的系統(tǒng)還可提供允許用戶沿著已設(shè)置的探針來觀察3D對象的解剖結(jié)構(gòu)的 方法。在圖6中，提供了正交探針視圖620，它對應(yīng)于3D對象601的2D切片影像。該2D 切片影像可以是居中于探針并正交于探針的視圖。通過該視圖，用戶可以看到在二維影像 視圖中什么結(jié)構(gòu)被探針穿過。還可允許用戶通過沿探針主體拖曳來沿著探針上下移動視平 面，如圖7所示。用戶還可以激活自動移動功能，以便探針視圖可以根據(jù)特定時間間隔沿探 針自動上下移動。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，檢測探針遇到障礙物的構(gòu)思。在一些醫(yī)學 應(yīng)用中，實際或物理探針不能穿過人體的某些部分，例如骨骼、重要器官或主動脈。人體的 所述部分可被歸類定義為障礙物或禁止部分。根據(jù)本發(fā)明，當探針與人體的所述部分相交 時，提供了機制和方法來自動檢測碰撞。本發(fā)明的系統(tǒng)可定義默認障礙物或禁止部分。在 一些實施例中，它還可以提供靈活的方法，使用戶可以根據(jù)特定應(yīng)用的需要動態(tài)定義所述 障礙物。例如，在一些應(yīng)用中，骨骼可以是障礙物。不過，在其它應(yīng)用中，骨骼可以是需要設(shè) 置探針的目標區(qū)域。當定義了障礙物，系統(tǒng)在探針設(shè)置于3D場景中時可提供自動碰撞檢測能力。在圖 8(a)中，示出了無論何時設(shè)置探針，可以自動應(yīng)用碰撞檢測。當用戶四處移動探針時，無論 何時探針撞到任何定義的障礙物，系統(tǒng)可以警示用戶。警示用戶的示例方式是形成警示視 覺效果，例如利用可視刺激色，或產(chǎn)生音頻聲響。這在圖8(b)中示出。所述反饋是要產(chǎn)生 警告效果，以引起用戶的注意。對于不同的障礙物，可使用不同的顏色或聲響，以便用戶可 以通過各個不同的警告來識別障礙物的類型。也可以設(shè)計音頻反饋，以便口頭表示所遇到 障礙物的類型。在一些實施例中，可以單獨開啟或關(guān)閉障礙物，以便用戶在移動和插入探針時可 以對不同的場景進行實驗和探查。一旦有禁止探針進入的障礙物或區(qū)域，還可在3D場景中標識所述區(qū)域為探針不 能進入的區(qū)域。例如，在一些程序中，骨骼可被視為是障礙物。此外，主動脈也可能被認為 是限制或禁止的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，可提供自動識別這些限制區(qū)域并對應(yīng)所述禁止區(qū)域就 此在皮膚表面上進行標記的方法。這在圖9中示出，其中皮膚表面標記為兩個區(qū)域。一個 對應(yīng)于探針903可以進入的區(qū)域901，而另一個區(qū)域902是探針903不允許進入的區(qū)域。所 述區(qū)域相對于特定目標位置進行計算，對應(yīng)于皮膚內(nèi)的目標對象，在該處通過實際針傳遞 治療。由此，區(qū)域901是有效的插入?yún)^(qū)域，該區(qū)域是探針903可以到達目標對象的目標位置 而不會遇到任何障礙物或限制的區(qū)域。另一區(qū)域902是探針受到一些障礙物或限制阻擋的 區(qū)域。不同的區(qū)域可以利用不同的視覺效果顯示，例如利用不同的顏色或通過不同的外觀， 如透明度。圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示例性進程的高級流程，其中執(zhí)行了經(jīng)皮術(shù)前 規(guī)劃程序。在步驟1010，體數(shù)據(jù)首先被載入系統(tǒng)。在一些實施例中，所述載入的體數(shù)據(jù)在步驟1010可以進一步被處理，以提取不同的分割3D對象。在一些實施例中，載入的數(shù)據(jù)可 能已在先前被分割，因此一個或多個3D對象可能已經(jīng)存在。一旦載入，在步驟1015，3D體 和其中包含的3D對象顯示在3D場景中。在3D體和3D對象在顯示屏上顯示后，用戶可以 輸入指令以便在經(jīng)皮術(shù)前規(guī)劃過程中與系統(tǒng)進行交互。用戶的輸入可以通過不同的方式發(fā) 出。例如，輸入可以與動作相關(guān)，例如鼠標點擊在某些控制按鈕上或?qū)Χ鄠€可用選項進行選 擇。所述用戶輸入可以根據(jù)輸入的特性或一些預(yù)設(shè)系統(tǒng)設(shè)置被發(fā)送至相關(guān)的動作模 塊。當系統(tǒng)收到輸入時，在步驟1020解釋所述輸入?？梢杂胁煌愋偷妮斎搿Ｒ环N示例類 型的輸入與定義相關(guān)，例如3D體中的目標對象、障礙物或禁止區(qū)域的定義。另一示例類型 的輸入是在經(jīng)皮術(shù)前規(guī)劃的過程中與插入、操縱和顯示不同的3D對象相關(guān)的指令。關(guān)于定義不同類型的對象，根據(jù)特定程序的性質(zhì)，可以定義不同的目標對象。例 如，對于治療肝腫瘤的程序，肝臟中的病灶可被識別為目標對象。對于每個程序，還可以定 義不同類型的障礙物。障礙物可被定義為探針不能穿過的對象。所述障礙物的一個示例是 骨骼。不過，如果不同的程序要求探針進入骨骼結(jié)構(gòu)，骨骼可被定義為目標而非障礙物。另 一示例類型的對象是禁止區(qū)域，它可被定義為如果探針進入可能造成傷害的區(qū)域。例如，用 戶可選定肝臟周圍的一個或多個主動脈作為禁止探針進入的禁止區(qū)域。在本例中，為了允 許探針進入肝臟內(nèi)的病灶，探針必須采用避開骨骼和主動脈的路徑。可以根據(jù)多個選項對目標對象、障礙物或禁止區(qū)域進行選擇，所述選項可對應(yīng)于 所有的分割3D對象。例如，表示人體的3D體中的分割對象可以包括皮膚、肝臟、胰臟、腎 臟、某些器官內(nèi)部或附近的病灶、周圍組織、骨骼、血管等。根據(jù)要執(zhí)行的程序，與例如肝臟 相關(guān)的病灶可被選定為目標對象。根據(jù)要執(zhí)行的特定治療方案，可以選定不同的障礙物或 禁止區(qū)域。例如，對于經(jīng)皮治療法，骨骼可被選定為障礙物，而主要血管可被選定為禁止區(qū) 域。一旦所述選擇被解釋，系統(tǒng)將所述定義發(fā)送至在1055的碰撞檢測操作，它利用所述信 息自動檢測探針何時遇到或進入所述對象。如上所述，另一類型的輸入對應(yīng)與插入、操縱和顯示不同的3D對象相關(guān)的指令。 不同類型的指令可被進一步識別。如果在步驟1025確定輸入指令與虛擬探針的插入有關(guān)， 在步驟1030系統(tǒng)進一步接收2D坐標，所述2D坐標對應(yīng)于由用戶指定探針要到達的屏幕位 置。為了將2D屏幕位置轉(zhuǎn)換成探針要到達位置的3D坐標，在步驟1035執(zhí)行2D坐標和3D 坐標間的轉(zhuǎn)換。由于所收到的2D坐標可對應(yīng)于用戶想要插入新探針或?qū)σ巡迦氲奶结樳M 行調(diào)整，在步驟1040進一步確定，所請求的操作是對應(yīng)于創(chuàng)建新探針還是調(diào)整現(xiàn)有探針。如果用戶的請求是插入新探針，在步驟1045，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換后的3D坐標顯示新探 針。程序隨后進行到步驟1055，檢測探針和被定義為障礙物或禁止區(qū)域的任意其它對象之 間的潛在碰撞。如果用戶的請求是對現(xiàn)有的探針進行調(diào)整，在步驟1050，系統(tǒng)將現(xiàn)有的探 針調(diào)整到轉(zhuǎn)換后的3D坐標并隨后進行到步驟1055的碰撞檢測。當檢測到碰撞時，在步驟 1060，系統(tǒng)可以生成警告信息，以便警告用戶探針可能遇到某些障礙物或進入禁止區(qū)域。生 成和呈現(xiàn)警告信息的方式可取決于系統(tǒng)設(shè)置。例如，系統(tǒng)可默認為在檢測到碰撞的位置上 進行閃爍(見圖8(b))。當存在多個現(xiàn)有探針時，可以執(zhí)行另一步驟(未示出)，其中用戶和系統(tǒng)可交互 式地確定要調(diào)整哪個探針。此外，從用戶接收到的2D坐標可對應(yīng)于有關(guān)探針的頂端、主體或柄的操縱，這取決于，例如，什么是最接近的部位和系統(tǒng)被設(shè)置在何種操作模式下(未示 出)。例如，如果系統(tǒng)設(shè)置在利用探針柄操縱探針的模式，則由接收自用戶的2D坐標轉(zhuǎn)換的 3D坐標是探針柄要重新定位的位置。如果選擇探針具有固定長度，則3D坐標還需要根據(jù) 探針柄必須位于圍繞探針頂端居中的球體上這一事實進行確定。用戶也可以在不同操作模 式間進行切換。例如，用戶可以通過操縱探針的頂端首先選擇將探針頂端調(diào)整到最佳位置。 一旦頂端位置滿足程序的需要，用戶可以隨后切換至通過探針柄來操縱探針的模式。通過 所述經(jīng)由探針柄的操縱，用戶可以調(diào)節(jié)探針在皮膚上的進入點，而不會影響頂端位置，以避 開任何障礙物或禁止區(qū)域。如果在步驟1025確定輸入指令與3D場景操縱相關(guān)，系統(tǒng)運行至步驟1065，以處理 3D場景操縱。3D場景操縱可以包括面向?qū)ο蟮膱鼍稗D(zhuǎn)動、縮放、顯示模式等。在一些實施例 中，當四處移動3D場景時，已插入3D場景的探針可以相應(yīng)地四處移動。通過這種方式，用 戶能夠從不同角度觀察探針和周圍對象之間的空間關(guān)系。在一些實施例中，通過3D操縱， 用戶可以通過，例如使對象透明、不透明或半透明，來操縱單獨對象的可見性。在一些情況， 用戶還可以控制沿探針觀察對象的2D截面視圖，并且可以任意改變2D截面視圖產(chǎn)生和顯 示的位置。在另一個實施例中，用戶還能夠經(jīng)由探針通過，例如，拖曳探針柄以轉(zhuǎn)動整個3D 場景，來操縱3D場景。在一些實施例中，還可以設(shè)置對3D場景的操縱不影響探針的3D姿態(tài)。這在有時 是有用的，因為用戶可以調(diào)整3D體，例如，以便避免碰撞或直到避免碰撞。在這種情況，無 論何時改變3D場景(例如，轉(zhuǎn)動或平移)，系統(tǒng)自動運行至步驟1055，以檢測碰撞，并且如 果檢測到碰撞，隨后在步驟1060報告碰撞。如果在步驟1025確定輸入指令與操作控制相關(guān)，系統(tǒng)運行至步驟1070，以執(zhí)行所 指令的控制?？梢杂胁煌愋偷牟僮骺刂?。圖11示出了一些示例類型。例如，用戶可以控 制開啟或關(guān)閉虛擬探針的視圖(1120)。用戶還可以控制開啟或關(guān)閉可以視覺區(qū)分與特定限 制相關(guān)的不同區(qū)域的視圖(1130)。用戶還可以控制如何可以，例如在視覺上和聽覺上呈現(xiàn) 碰撞情形。另外，如前所述，用戶還可以控制如何顯示3D對象，例如，不透明或透明。這包 括控制每個單獨對象或整個3D場景的顯示。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示例性系統(tǒng)1200的構(gòu)造，所述系統(tǒng)有利于 在3D環(huán)境中設(shè)置和操縱虛擬探針，用于經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃。系統(tǒng)1200包括顯示設(shè)備1210、 圖形用戶界面1215、2D/3D轉(zhuǎn)換機制1220、控制面板輔助器1225、探針處理模塊1230、碰撞 檢測模塊1235、多個顯示機制，包括探針視圖顯示機制1240、限制區(qū)域顯示機制1245、探針 顯示機制1250，和3D場景顯示機制1255，3D對象管理模塊1260、探針視圖操縱模塊1265、 限制區(qū)域計算模塊1270，和3D場景操縱機制1275。用戶1205可以通過顯示在顯示設(shè)備1210上的用戶界面與系統(tǒng)1200進行交互。 ⑶I控制器1215可以控制系統(tǒng)1200和用戶1205之間的交互。在設(shè)置3D場景后如果用戶 1205希望使用與虛擬探針相關(guān)的工具，用戶可以請求系統(tǒng)從3D對象管理模塊1260取回3D 對象信息，并且通過3D場景顯示機制1255顯示所述對象。當通過用戶界面輸入所述用戶 請求時，GUI控制器1215可以隨后解釋所述請求，并因此激活適當?shù)墓δ苣K以執(zhí)行所請 求的操作。例如，如果請求是改變3D場景的方向，系統(tǒng)可以激活3D場景操縱模塊1275，以便
9根據(jù)來自用戶的指定來改變3D場景的方向。在該過程中，用戶和GUI控制器可持續(xù)交互， 例如，用戶可以點擊3D場景中的一點并沿某個方向拖曳，以便整個3D場景沿相同的方向移 動。類似地，用戶可以對特定的3D對象，例如虛擬探針，運用相同的控制。用戶還可以與系統(tǒng)進行交互，以對探針進行不同的控制。當用戶通過2D顯示屏手 動控制探針時，2D/3D轉(zhuǎn)換機制1220動態(tài)地將2D屏幕點轉(zhuǎn)換成3D場景中的3D點，并隨后 將3D點傳到探針處理模塊1230，所述探針處理模塊1230確定這是新探針創(chuàng)建操作還是對 現(xiàn)有探針進行調(diào)整操作。所希望的探針隨后通過探針顯示機制1250顯示在3D屏幕中。在 移動現(xiàn)有探針的過程中，可以操作碰撞檢測模塊1235，以檢測適用探針和已被定義為障礙 物或禁止區(qū)域的任何3D對象之間的相交。碰撞檢測模塊1235還可以在檢測到碰撞時生成警告信息。 如本文所述，系統(tǒng)還提供用戶運用有關(guān)系統(tǒng)操作的各種控制的裝置。例如，通過控 制面板輔助器1225，用戶可以激活或退出由探針視圖操縱模塊1265控制的探針視圖。用 戶還可控制其它顯示參數(shù)，例如通過探針視圖顯示機制1240控制透明度。用戶還可以設(shè)定 希望的顯示模式，所述顯示模式還可以被個性化，并且所述設(shè)定在用戶通過系統(tǒng)注冊時可 以自動適用。例如，用戶可能希望總是使皮膚(3D對象)以透明模式顯示。另一用戶可能 希望無論何時檢測到碰撞都以特定的聲響作為警告。用戶還可以通過與限制區(qū)域計算模塊 1270進行交互來控制對限制區(qū)域的計算的激活或退出，或通過與限制區(qū)域顯示機制1245 進行交互來控制對檢測到的限制區(qū)域的顯示。盡管本發(fā)明結(jié)合特定示出實施例進行描述，本文所用的詞語是描述性詞語，而非 限定性詞語。在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以進行改動，而不偏離本發(fā)明各方面的范圍和 精神。盡管本發(fā)明結(jié)合特定結(jié)構(gòu)、動作和材料進行描述，本發(fā)明并不局限于本文所披露的內(nèi) 容，而是能夠以各種形式進行體現(xiàn)，其中的一些形式可能與所公開的實施例由很大差異，并 且本發(fā)明延伸到所有等同的結(jié)構(gòu)、動作和材料，如落入所附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
一種用于交互式經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃的方法，包括在顯示屏的3D場景中顯示三維(3D)體和包含在3D體中的至少一種對象類型的一個或多個3D對象；接收對與3D場景中至少一個3D對象相關(guān)的對象類型的選擇；接收與3D位置相關(guān)的信息，所述3D位置相對于在3D場景中所顯示的對象類型的3D對象而指定，并且在所述3D位置處要設(shè)置3D虛擬探針；在3D位置處設(shè)置3D虛擬探針；和生成關(guān)于3D虛擬探針的3D姿態(tài)的信息，其中3D虛擬探針的3D姿態(tài)可以根據(jù)所述信息進行調(diào)節(jié)，和3D對象中的一個包圍3D場景中的其它3D對象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中3D虛擬探針包括頂端、探針主體和探針柄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中設(shè)置3D虛擬探針，使得虛擬探針的頂端置于3D位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中3D虛擬探針的3D姿態(tài)包括3D虛擬探針的頂端和 3D虛擬探針的3D定向的坐標。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中一個或多個3D對象包括腫瘤、器官、骨骼和組織；和3D體的邊界對應(yīng)皮膚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中一種對象類型的3D對象包括預(yù)定類型的腫瘤。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所生成的信息描述3D虛擬探針和選定對象類型的 3D對象之間的第一類型的空間關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一類型的空間關(guān)系包括在內(nèi)部、在外部或接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所生成的信息描述3D虛擬探針、一種對象類型的 3D對象和非所述對象類型的對象之間的第二類型的空間關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中第二類型的空間關(guān)系包括3D虛擬探針與非所述 對象類型的對象相碰撞的碰撞關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中3D體以不透明模式顯示，以便包含在3D體中的 一個或多個對象不可見。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中3D體以透明模式顯示，以便使包含在3D體中的 一個或多個對象可見。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中3D虛擬探針的3D姿態(tài)可以通過3D虛擬探針的 柄和主體中的至少一個進行調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所生成的信息包括由于將3D虛擬探針插入3D對 象對所述對象類型的3D對象所造成的估計效果。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中3D虛擬探針還可以在長度上進行調(diào)節(jié)。
16.一種用于交互式經(jīng)皮術(shù)前手術(shù)規(guī)劃的系統(tǒng)，包括3D顯示機制，它被設(shè)置用于在顯示屏的3D場景中顯示三維(3D)體和包含在3D體中的 至少一種對象類型的一個或多個3D對象；用戶界面控制器，它被設(shè)置用于從用戶接收與3D位置相關(guān)的信息，所述3D位置與3D場景中所顯示的一種對象類型的3D對象相關(guān)，并且在所述3D位置要設(shè)置3D虛擬探針； 探針操縱機制，它被設(shè)置用于在3D場景的3D位置處插入3D虛擬探針；和 信息生成機制，它被設(shè)置用于生成有關(guān)3D虛擬探針的3D姿態(tài)的信息，其中3D虛擬探 針的3D姿態(tài)可以根據(jù)所述信息進行調(diào)節(jié)，和3D對象中的一個包圍3D場景中的其它3D對象。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，還包括控制面板輔助器，它被設(shè)置用于使用戶能夠 指示對3D虛擬探針的3D姿態(tài)進行調(diào)節(jié)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中探針操縱機制包括2D到3D轉(zhuǎn)換機制，它被設(shè)置用于將從用戶接收到的關(guān)于3D對象的3D位置的信息轉(zhuǎn)換 成3D虛擬探針要插入的3D位置；和探針顯示機制，它被設(shè)置用于在3D場景中在3D位置處顯示3D虛擬探針。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括探針視圖操縱機制，它被設(shè)置用于處理對3D虛擬探針要進行的調(diào)節(jié)；和 探針視圖顯示機制，它被設(shè)置用于顯示對3D虛擬探針要進行的調(diào)節(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中信息生成機制包括碰撞檢測模塊，所述碰撞檢 測模塊被設(shè)置用于檢測3D虛擬探針和3D場景中一個或多個3D對象的任意一個之間的碰撞。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中信息生成機制包括限制計算模塊，所述限制計 算模塊被設(shè)置用于根據(jù)3D虛擬探針的3D姿態(tài)來識別3D場景中的一個或多個區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中一個或多個區(qū)域包括表示阻擋3D虛擬探針進入 的障礙物的區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中障礙物包括對應(yīng)于骨骼的對象。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中一個或多個區(qū)域包括表示不允許3D虛擬探針進 入的禁止區(qū)域的區(qū)域。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中禁止區(qū)域包括對應(yīng)于動脈的3D對象。
全文摘要
經(jīng)皮射頻消融的成功主要取決于進針的準確度，使得破壞整個腫瘤成為可能，同時避免損害其它器官并使得局部復(fù)發(fā)的風險減到最小。本發(fā)明呈現(xiàn)了一種模擬3D環(huán)境，以便用戶可交互式地將治療探針放置到目標位置。
文檔編號A61B5/05GK101877996SQ200880117045
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者曾小蘭, 梁正中, 范黎, 錢建中, 陳洪, 馬峰, 魏國慶 申請人:美國醫(yī)軟科技公司