本發(fā)明涉及一種用于輔助手術(shù)流程的系統(tǒng)、一種用于輔助手術(shù)流程的方法、一種計算機(jī)程序以及一種非瞬態(tài)計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在微創(chuàng)手術(shù)中，已知的是先驗地規(guī)劃切口點和到患者身體中的解剖區(qū)域的軌跡。為此目的，通常使用示出患者的解剖區(qū)域的先前記錄的熒光透視或斷層攝影圖像。在手術(shù)期間，通常執(zhí)行連續(xù)的低劑量x射線成像或在選定時間的x射線成像，以利用控制圖像來驗證醫(yī)學(xué)儀器的位置，同時沿著規(guī)劃路徑將醫(yī)學(xué)儀器引導(dǎo)到患者的解剖區(qū)域。因此，患者以及有時甚至是進(jìn)行手術(shù)的臨床醫(yī)生在手術(shù)期間都會在一定程度上暴露于x射線輻射。

2、ep?3797724?a1公開了一種用于執(zhí)行圖像引導(dǎo)的醫(yī)學(xué)流程的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)使用三維熒光透視構(gòu)造從進(jìn)入患者的進(jìn)入點到患者內(nèi)的目標(biāo)來規(guī)劃和導(dǎo)航諸如活檢工具的經(jīng)皮插入設(shè)備。

3、wo?2018/005842?a1公開了執(zhí)行包括目標(biāo)區(qū)域的第一熒光透視掃掠以獲得第一熒光透視圖像?；诘谝粺晒馔敢晥D像確定目標(biāo)的位置，并且基于目標(biāo)的位置和第一熒光透視圖像確定進(jìn)入點的位置。然后，插入或推進(jìn)針，其中，此后執(zhí)行額外的熒光透視掃掠，以便獲得額外的熒光透視圖像?；陬~外的熒光透視圖像確定插入的針的位置和方向，并且確定針的尖端與目標(biāo)之間的距離。然后檢查針的尖端是否已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)，其中，如果不是這種情況，則針被進(jìn)一步推進(jìn)并且另外的額外的熒光透視掃掠被執(zhí)行，以便獲得另外的額外的熒光透視圖像，并且如果針的尖端已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)，則該方法結(jié)束。

4、ep?3932357?a1公開了一種用于輔助用戶將穿透設(shè)備放置在組織中的系統(tǒng)，如椎骨的椎弓根中的椎弓根螺釘。該系統(tǒng)在穿過組織模型的路徑的方向上從組織內(nèi)的穿透設(shè)備尖端視角生成虛擬視圖。虛擬視圖是基于指示穿透設(shè)備的姿態(tài)、模型和路徑的跟蹤信息生成的，其中，虛擬視圖被配置為使得它指示用戶在將穿透設(shè)備放置在組織中時應(yīng)當(dāng)移動穿透設(shè)備的方向。例如，它可以示出沿著路徑布置的虛擬隧道。

5、wo?2012/056386?a1公開了一種包括形狀感測或定位系統(tǒng)和圖像模塊的系統(tǒng)，所述形狀感測或定位系統(tǒng)被耦合到介入設(shè)備以測量對象中的介入設(shè)備的空間特性，所述圖像模塊被配置為接收空間特性并根據(jù)空間特性生成一個或多個控制信號。該系統(tǒng)還包括被配置為根據(jù)控制信號對對象進(jìn)行成像的至少一個成像設(shè)備。

6、為了減少x射線暴露，建議使用機(jī)器人基于解剖路線圖來執(zhí)行手術(shù)流程。在wo2019/092225?a1中公開了利用介入式機(jī)器人的相應(yīng)設(shè)置。其中，公開了一種介入系統(tǒng)，其應(yīng)當(dāng)通過基于單個靜態(tài)解剖路線圖提供用于介入儀器的機(jī)器人導(dǎo)航的介入控制器來促進(jìn)介入環(huán)境中的輻射暴露的減少，當(dāng)機(jī)器人到達(dá)解剖路線圖內(nèi)的關(guān)鍵導(dǎo)航位置時和/或當(dāng)患者的生理狀態(tài)危急時，所述單個靜態(tài)解剖路線圖由介入控制器自動更新。

7、然而，仍然期望在手術(shù)流程期間進(jìn)一步改進(jìn)患者安全性，同時在手術(shù)期間減少患者以及臨床醫(yī)生(如果存在的話)的x射線暴露。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于以增加的可靠性輔助進(jìn)行手術(shù)流程的系統(tǒng)、方法、計算機(jī)程序和非瞬態(tài)計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)介質(zhì)。優(yōu)選地，利用所述系統(tǒng)、所述方法、所述計算機(jī)程序和所述非瞬態(tài)計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)介質(zhì)，還可以在患者的x射線暴露相對減少的情況下進(jìn)行手術(shù)流程。

2、關(guān)于所述系統(tǒng)，提出了一種用于輔助手術(shù)流程的系統(tǒng)，其包括圖像提供單元、介入路徑提供單元、風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元、位置提供單元、評價單元和輸出單元。所述圖像提供單元被配置用于提供患者身體內(nèi)部的目標(biāo)定位的初始圖像。所述介入路徑提供單元被配置用于在所述初始圖像中提供介入路徑，醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)當(dāng)沿著所述介入路徑被引導(dǎo)到所述目標(biāo)定位。所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元被配置用于在所述初始圖像中提供風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位。所述位置提供單元被配置用于提供所述醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置。所述評價單元被配置用于評價a)所述跟蹤位置與b)所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的所述定位和/或所述介入路徑之間的空間關(guān)系是否滿足預(yù)定義準(zhǔn)則。所述輸出單元被配置用于提供指示所述空間關(guān)系是否滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則的輸出信號。

3、本發(fā)明包括以下認(rèn)識：為了增加手術(shù)流程的可靠性，使用患者身體內(nèi)部的目標(biāo)定位的初始圖像先驗地規(guī)劃手術(shù)流程是有益的?；谀繕?biāo)定位的初始圖像，可以規(guī)劃介入路徑，醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)當(dāng)沿著所述介入路徑被引導(dǎo)到目標(biāo)定位。此外，如果可以跟蹤患者內(nèi)部的醫(yī)學(xué)儀器的位置并且相對于所規(guī)劃的介入路徑評價醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置，則是有利的。

4、本發(fā)明現(xiàn)在包括以下進(jìn)一步認(rèn)識：在其到患者身體內(nèi)部的目標(biāo)定位的途中，醫(yī)學(xué)儀器通常將穿過患者內(nèi)部的不太關(guān)鍵的區(qū)域，使得與介入路徑的輕微偏離將最可能不會對患者造成任何嚴(yán)重?fù)p傷。然而，在初始圖像中還可能存在可能非常靠近介入路徑的一個或多個風(fēng)險結(jié)構(gòu)。風(fēng)險結(jié)構(gòu)可以是不應(yīng)當(dāng)被醫(yī)學(xué)儀器損傷(例如，由于刺穿)以避免對患者造成更嚴(yán)重?fù)p傷的結(jié)構(gòu)。利用該系統(tǒng)，可以使用醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置來評價所跟蹤的醫(yī)學(xué)儀器與風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位和/或介入路徑之間的空間關(guān)系。特別地，利用系統(tǒng)的評價，可以評價空間關(guān)系是否滿足預(yù)定義準(zhǔn)則。由于對醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置和風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位和/或介入路徑的評價，可以判定是否滿足預(yù)定義準(zhǔn)則?；谑欠駶M足預(yù)定義準(zhǔn)則，可以執(zhí)行手術(shù)流程的某種校正或以增加的置信度繼續(xù)進(jìn)行手術(shù)流程。因此，相對于預(yù)定義準(zhǔn)則對跟蹤位置與風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位和/或介入路徑之間的空間關(guān)系的評價改進(jìn)了手術(shù)流程的可靠性并且降低了對患者的風(fēng)險結(jié)構(gòu)造成損傷的風(fēng)險。因此，該系統(tǒng)有助于將醫(yī)學(xué)儀器安全地引導(dǎo)到患者內(nèi)部的目標(biāo)定位，而不會對附近的風(fēng)險結(jié)構(gòu)造成損傷。因此，該系統(tǒng)允許增加手術(shù)流程的成功率并且有助于改進(jìn)患者的健康狀況。

5、為了提供初始圖像，圖像提供單元可以被配置用于從另一外部設(shè)備(例如，成像設(shè)備)接收初始圖像。圖像提供單元還可以被配置用于生成初始圖像，例如，圖像提供單元本身可以是成像設(shè)備。

6、初始圖像可以是熒光透視圖像、斷層攝影圖像或超聲圖像。因此，可以由諸如具有x射線源和x射線探測器的c型臂的熒光透視成像設(shè)備生成初始圖像。也可以由諸如錐形束計算機(jī)斷層攝影(cbct)設(shè)備的x射線計算機(jī)斷層攝影(ct)設(shè)備生成初始圖像。也可以由超聲設(shè)備生成初始圖像。優(yōu)選地，在手術(shù)流程之前捕獲初始圖像，優(yōu)選地作為規(guī)劃圖像。還可以直接在手術(shù)流程開始時捕獲初始圖像。還可以在手術(shù)流程期間記錄初始圖像，例如，以調(diào)整手術(shù)計劃。

7、如由系統(tǒng)的位置提供單元提供的醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置能夠由跟蹤系統(tǒng)生成并且被提供給位置提供單元。特別地，位置提供單元可以被配置為從跟蹤系統(tǒng)接收跟蹤位置。跟蹤系統(tǒng)可以是光學(xué)跟蹤系統(tǒng)。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)通常使用紅外光來確定配備有有源標(biāo)記物(諸如發(fā)光二極管(led))或無源掩蔽物(諸如涂覆有高反射材料的球體或盤狀物)的醫(yī)學(xué)儀器的位置，所述有源標(biāo)記物或所述無源掩蔽物附接到醫(yī)學(xué)設(shè)備并且使用相機(jī)來探測。跟蹤系統(tǒng)可以是電磁跟蹤系統(tǒng)。電磁跟蹤系統(tǒng)通常包括用于生成電磁場的場發(fā)生器和附接到醫(yī)學(xué)儀器以用于跟蹤的電磁傳感器。為了使用如利用跟蹤系統(tǒng)跟蹤的醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置，在跟蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)系中定義的跟蹤位置必須被變換成初始圖像的坐標(biāo)系。這包括患者配準(zhǔn)和醫(yī)學(xué)儀器的校準(zhǔn)。更一般地，可以通過將跟蹤位置配準(zhǔn)到患者的參考x射線圖像來實現(xiàn)使用非成像跟蹤系統(tǒng)例如基于光學(xué)標(biāo)記物或電磁標(biāo)記物跟蹤設(shè)置在醫(yī)學(xué)儀器的近端上的標(biāo)記物的位置。隨后，可以基于標(biāo)記物的跟蹤位置來估計介入設(shè)備的遠(yuǎn)端相對于對象中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的位置。還可以借助于成像設(shè)備與醫(yī)學(xué)儀器之間的固定物理引導(dǎo)(例如，夾具)來跟蹤位置。

8、還可以跟蹤醫(yī)學(xué)儀器的位置，并且因此使用標(biāo)準(zhǔn)移動消費者設(shè)備(例如，智能電話或平板計算機(jī))上的移動應(yīng)用提供跟蹤位置，這依賴于醫(yī)學(xué)儀器的一個或多個數(shù)字計算機(jī)輔助設(shè)計(cad)幾何結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫和所采用的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的外殼。利用移動應(yīng)用，可以通過匹配例如由光探測和測距(lidar)或類似的深度測距相機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的點云來建立幾何相互關(guān)系，例如成像設(shè)備和醫(yī)學(xué)儀器的3d位置。作為使用lidar等的替代，可以從2d圖像饋送(即，網(wǎng)絡(luò)攝像頭等的2d圖像饋送)提取成像設(shè)備和醫(yī)學(xué)儀器的3d位置。該方法基于以下認(rèn)識：如果可以在探測器的圖像饋送中識別成像設(shè)備(例如cbct)的形狀和醫(yī)學(xué)儀器的形狀，則可以提取成像設(shè)備與醫(yī)學(xué)儀器之間的空間關(guān)系。由于成像設(shè)備的位置可以是已知的，例如，可以從cbct控制計算機(jī)提取cbct機(jī)架位置，并且機(jī)架與捕獲圖像的空間關(guān)系也可以是已知的，因此也可以確定醫(yī)學(xué)儀器的位置和取向。

9、在示例中，位置提供單元被配置為提供不是已經(jīng)通過在初始圖像或控制圖像中檢測醫(yī)學(xué)儀器而確定的位置作為醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置。在示例中，跟蹤位置用于定義何時應(yīng)當(dāng)采集控制圖像，但是用于該目的的跟蹤位置不是通過在控制圖像或初始圖像中檢測醫(yī)學(xué)儀器來確定的。

10、利用位置提供單元提供其跟蹤位置的醫(yī)學(xué)儀器可以是針或?qū)Ч芑驅(qū)Ыz或例如用于內(nèi)窺鏡等的某種其他進(jìn)入通道。特別地，醫(yī)學(xué)儀器可以是用于插入患者內(nèi)部作為手術(shù)流程的部分的儀器。醫(yī)學(xué)儀器可以是要由人類引導(dǎo)的手持設(shè)備，或它可以是要由機(jī)器人引導(dǎo)的醫(yī)學(xué)儀器。

11、風(fēng)險結(jié)構(gòu)可以是人類器官(諸如腎、心臟、肺等)或脈管(如血管，例如靜脈等)。

12、通常，系統(tǒng)的部件(即，特別地，圖像提供單元、介入路徑提供單元、風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元、評價單元和輸出單元)可以由適于執(zhí)行相應(yīng)功能的硬件和軟件來進(jìn)行配置。例如，系統(tǒng)的上述部件可以被實施為個人計算機(jī)或其他計算設(shè)備等的部分。

13、系統(tǒng)還包括控制單元，所述控制單元被配置用于在所述輸出信號指示所評價的空間關(guān)系滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則時控制所述圖像提供單元提供所述目標(biāo)定位的控制圖像。

14、因此，基于所評價的空間關(guān)系，控制單元可以提供何時執(zhí)行控制掃描的自動推薦?？刂茊卧梢杂|發(fā)圖像提供單元生成控制圖像，即，通過自身或通過請求外部成像設(shè)備提供控制圖像來捕獲控制圖像。因此，只有在可能需要評價所跟蹤的醫(yī)學(xué)儀器相對于某些身體部分(例如，風(fēng)險結(jié)構(gòu))的位置的某些(例如，臨界)情況下才提供控制圖像。因此，控制掃描的數(shù)量可以被限制為確保醫(yī)學(xué)儀器到目標(biāo)定位的安全引導(dǎo)所需的最小數(shù)量。有利地，借助于控制單元，因此可以避免在實際上將不需要控制掃描的情況下提供控制掃描。例如，采集如由控制單元提供的經(jīng)更新的x射線控制圖像的推薦可以基于所估計的醫(yī)學(xué)儀器的遠(yuǎn)端的跟蹤位置相對于風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位的接近度。

15、有利地，使用控制單元允許利用在幾個時間點處的間歇性單視圖x射線暴露的劑量節(jié)省方案(即，由控制單元基于對跟蹤位置與介入路徑和/或風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位之間的空間關(guān)系的評價而選擇的控制暴露)來代替連續(xù)x射線熒光透視成像。

16、優(yōu)選地，控制單元可以基于由輸出單元提供的并且指示空間關(guān)系是否滿足預(yù)定義準(zhǔn)則的輸出信號來控制圖像提供單元?；诳臻g關(guān)系是否滿足預(yù)定義準(zhǔn)則，控制單元可以請求或可以不請求圖像提供單元提供控制圖像。

17、如上所述，在示例中，控制單元可以基于所評價的空間關(guān)系提供何時執(zhí)行控制掃描的自動推薦。因此，控制單元可以被配置為通過提供自動推薦來控制圖像提供單元提供目標(biāo)定位的控制圖像，并且如果如外科醫(yī)生的用戶已經(jīng)經(jīng)由系統(tǒng)的輸入設(shè)備接受自動推薦，則控制單元控制圖像提供單元提供目標(biāo)定位的控制圖像。作為替代示例，如果輸出信號指示所評價的空間關(guān)系滿足預(yù)定義準(zhǔn)則，則控制單元還可以直接提供目標(biāo)定位的控制圖像，而無需等待對應(yīng)推薦的用戶接受。換句話說，在示例中，控制單元被配置為在輸出信號指示所評價的空間關(guān)系滿足預(yù)定義準(zhǔn)則時并且在另外用戶(例如通過接受對應(yīng)的推薦)已經(jīng)指示控制圖像真正應(yīng)當(dāng)被提供(例如真正應(yīng)當(dāng)被采集)時控制圖像提供單元提供目標(biāo)定位的控制圖像。在另一示例中，控制單元被配置為在輸出信號指示所評價的空間關(guān)系滿足預(yù)定義準(zhǔn)則時控制圖像提供單元提供目標(biāo)定位的控制圖像，而不需要另外用戶已經(jīng)經(jīng)由系統(tǒng)的輸入設(shè)備指示目標(biāo)定位的控制圖像真正應(yīng)當(dāng)被提供。

18、控制圖像可以被系統(tǒng)用作新的初始圖像，即，介入路徑提供單元可以在新的初始圖像中提供新的介入路徑，醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)當(dāng)沿著新的介入路徑被引導(dǎo)到目標(biāo)定位，并且風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元可以在新的初始圖像中提供風(fēng)險結(jié)構(gòu)的新的定位。然后，評價單元可以將新的初始圖像用于評價目的?？赡艿氖牵跏紙D像是例如熒光透視圖像，并且可以用作新的初始圖像的控制圖像是斷層攝影或超聲圖像，或反之亦然。

19、特別地，控制圖像可以示出對在初始圖像中捕獲的場景的改變，例如，因為患者可能已經(jīng)移動或醫(yī)學(xué)儀器與患者的解剖結(jié)構(gòu)之間的相互作用可能已經(jīng)引起解剖結(jié)構(gòu)的移位，例如，醫(yī)學(xué)儀器可能已經(jīng)將器官或另一風(fēng)險結(jié)構(gòu)推到側(cè)面。

20、替代地或另外地，所述控制單元可以被配置用于定義滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則的控制區(qū)域，并且用于當(dāng)所述醫(yī)學(xué)儀器到達(dá)所述控制區(qū)域時控制所述圖像提供單元提供控制圖像。

21、優(yōu)選地，控制區(qū)域在初始圖像中被定義，并且指示滿足預(yù)定義準(zhǔn)則的醫(yī)學(xué)儀器的位置。因此，控制區(qū)域指示空間關(guān)系滿足預(yù)定義準(zhǔn)則使得應(yīng)當(dāng)捕獲控制圖像的患者內(nèi)部的定位。因此，控制區(qū)域指示已經(jīng)或?qū)⒉东@控制圖像的醫(yī)學(xué)儀器的位置。優(yōu)選地，在手術(shù)之前在初始圖像中定義控制區(qū)域。然而，如果在手術(shù)期間例如基于控制圖像定義控制區(qū)域，則也可能是有益的。

22、例如，可以相對于風(fēng)險結(jié)構(gòu)來定義控制區(qū)域。特別地，控制區(qū)域可以被定位在介入路徑上，使得如果基于跟蹤位置預(yù)期所跟蹤的醫(yī)學(xué)儀器到達(dá)控制區(qū)域，則控制單元可以觸發(fā)圖像提供單元提供控制圖像?？刂茀^(qū)域可以具有點、球體或3d體積的幾何結(jié)構(gòu)。其尺寸可以根據(jù)其相對于例如風(fēng)險結(jié)構(gòu)的位置來選擇。例如，如果控制區(qū)域位于風(fēng)險結(jié)構(gòu)附近，則與風(fēng)險結(jié)構(gòu)更遠(yuǎn)離介入路徑的情況相比，它可以被定義為具有大的尺寸。如果預(yù)期醫(yī)學(xué)儀器與風(fēng)險結(jié)構(gòu)之間的臨界空間關(guān)系，則控制單元然后可以觸發(fā)圖像提供單元相對更早地(即，更遠(yuǎn)離風(fēng)險結(jié)構(gòu))提供控制圖像。

23、所述系統(tǒng)還可以包括被配置用于在所述初始圖像中對跟蹤位置和控制區(qū)域進(jìn)行可視化的可視化單元。所述控制區(qū)域優(yōu)選地指示已經(jīng)或?qū)⑻峁┧隹刂茍D像的所述醫(yī)學(xué)儀器的位置。所述可視化單元還可以被配置用于對所述介入路徑進(jìn)行可視化，并且其中，所述控制區(qū)域位于所述介入路徑上。例如，可視化單元可以是或可以包括圖形用戶界面?？梢暬瘑卧€可以被配置用于對所提供的風(fēng)險結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化。因此，可視化單元可以將如例如由介入路徑提供單元提供的規(guī)劃介入路徑與風(fēng)險結(jié)構(gòu)一起可視化。在手術(shù)期間，可視化單元還可以例如相對于介入路徑對醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置進(jìn)行可視化。

24、優(yōu)選地，所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元被配置用于定義相對于所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的安全距離。優(yōu)選地，所述評價單元被配置用于在所述醫(yī)學(xué)儀器的所述跟蹤位置比定義的安全距離更靠近所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)時評價a)所述跟蹤位置與b)所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的所述定位之間的所述空間關(guān)系滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則。

25、安全距離的特定目的是定義相對于風(fēng)險結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)，使得當(dāng)醫(yī)學(xué)儀器到達(dá)或預(yù)期到達(dá)安全距離時可以已經(jīng)提供控制圖像。在這種情況下，在實際到達(dá)風(fēng)險結(jié)構(gòu)之前提供控制圖像。因此，可以降低刺穿風(fēng)險結(jié)構(gòu)的風(fēng)險。例如，控制區(qū)域可以位于安全距離處，使得控制單元可以控制圖像提供單元在基于所提供的跟蹤位置預(yù)期醫(yī)學(xué)儀器已經(jīng)到達(dá)控制區(qū)域時提供控制圖像。

26、安全距離可以轉(zhuǎn)化為風(fēng)險結(jié)構(gòu)周圍的安全裕度，或在3d中轉(zhuǎn)化為包圍風(fēng)險結(jié)構(gòu)的安全包絡(luò)。

27、為了定義安全裕度，可以考慮在介入之前通過定位患者引起的預(yù)期相對移動和/或在介入期間由患者的呼吸引起的預(yù)期移動。所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元可以被配置用于定義所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)周圍的安全裕度，并且其中，所述介入路徑提供單元可以被配置用于提供所述介入路徑，使得所述介入路徑不與所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)和定義的安全裕度相交。

28、替代地或另外地，所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元可以被配置用于定義相對于所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的安全距離并且用于確定所提供的介入路徑與定義的安全距離之間的交點。優(yōu)選地，所述評價單元被配置用于在所述跟蹤位置比預(yù)定義閾值交點距離更靠近所述交點時評價a)所述跟蹤位置與b)所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的所述定位和所述介入路徑之間的所述空間關(guān)系滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則。

29、在這種情況下，介入路徑與安全距離相交，使得介入部分被提供為比安全距離的延伸更靠近風(fēng)險結(jié)構(gòu)。關(guān)于介入路徑和安全距離之間的交點，可以定義交點距離。如果跟蹤位置比預(yù)定義閾值交點距離更靠近交點，則預(yù)期醫(yī)學(xué)儀器相對靠近(即，比安全距離的延伸更靠近)風(fēng)險結(jié)構(gòu)移動。然而，由于評價單元被配置為在跟蹤位置比預(yù)定義閾值交點距離更靠近交點處時使用預(yù)定義準(zhǔn)則，因此可以提供可以由控制單元用于觸發(fā)圖像提供單元以提供控制圖像的輸出信號。因此，可以評價醫(yī)學(xué)儀器與風(fēng)險結(jié)構(gòu)之間的實際空間關(guān)系，以在不刺穿風(fēng)險結(jié)構(gòu)的情況下安全地引導(dǎo)醫(yī)學(xué)儀器。特別地，交點是具有預(yù)定直徑的相交點。交點本身可以用作預(yù)定義或規(guī)劃控制區(qū)域。

30、優(yōu)選地，所述評價單元被配置用于在所述跟蹤位置與所述介入路徑的偏差超過指示所述跟蹤位置與所述介入路徑的允許偏差的閾值偏差值時評價a)所述跟蹤位置與b)所述介入路徑之間的所述空間關(guān)系滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則。因此，閾值偏差值定義了在例如為了提供控制圖像認(rèn)為有必要中斷手術(shù)流程之前允許跟蹤位置偏離多遠(yuǎn)。

31、替代地或另外地，所述評價單元可以被配置用于評價與所述跟蹤位置相關(guān)聯(lián)的可靠性值是否低于針對所述跟蹤位置的閾值可靠性值，并且所述輸出單元還可以被配置用于在所述可靠性值低于所述閾值可靠性值時提供警告信號。

32、因此，閾值可靠性值定義了預(yù)期跟蹤位置表示醫(yī)學(xué)儀器相對于患者的真實位置的程度。可能的是，跟蹤位置與真實位置的一定程度的偏差是允許的，然而，如果跟蹤位置與真實位置的偏差變得太大，則在手術(shù)流程期間不能再以足夠的可靠性使用跟蹤位置。從可允許偏差到不允許偏差的轉(zhuǎn)變由閾值可靠性值定義，并且可以根據(jù)例如要執(zhí)行的手術(shù)流程的類型或例如根據(jù)患者的特定解剖結(jié)構(gòu)來選擇。

33、為了評價跟蹤位置的可靠性，如由位置提供單元提供的跟蹤位置可以另外被提供有可以與閾值可靠性值進(jìn)行比較的相關(guān)聯(lián)的可靠性值。針對跟蹤位置的可靠性值可以由位置提供單元或由跟蹤系統(tǒng)生成。例如，為了生成可靠性值，可以將先前跟蹤位置與當(dāng)前跟蹤位置進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前跟蹤位置是否位于與先前跟蹤位置相同的路徑上。如果跟蹤位置由電磁跟蹤系統(tǒng)確定，則還可以考慮在所生成的電磁場中檢測到的失真以用于確定針對跟蹤位置的可靠性值。因此，基于所提供的可靠性值，可以檢測跟蹤位置是否可靠。如果可靠性值指示跟蹤位置相對可靠，即位于閾值可靠性值之上，則可以假設(shè)醫(yī)學(xué)儀器在介入路徑上。足夠可靠的跟蹤位置還意味著可以使用規(guī)劃控制區(qū)域，例如，以用于避免風(fēng)險結(jié)構(gòu)的刺穿。否則，如果跟蹤位置的可靠性值與閾值可靠性值的比較得出關(guān)于跟蹤位置存在高不確定性，則可以提供不由先前設(shè)置的控制區(qū)域觸發(fā)的額外的控制圖像?；诳刂茍D像，可以觸發(fā)跟蹤以重新校準(zhǔn)醫(yī)學(xué)儀器。用于觸發(fā)重新校準(zhǔn)的閾值可以取決于到諸如器官的風(fēng)險結(jié)構(gòu)的距離。因此，如果可靠性值低于閾值可靠性值，則可以捕獲控制圖像以驗證醫(yī)學(xué)儀器的位置。

34、特別地，所述控制單元還可以被配置用于基于所提供的警告信號來控制所述圖像提供單元提供控制圖像。警告信號還可以觸發(fā)指示可靠性值低于閾值可靠性值的視覺信號或音頻信號。警告信號可以用于警告臨床醫(yī)生跟蹤位置的可靠性低。

35、替代地或另外地，所述評價單元可以被配置用于在所述跟蹤位置比到所述目標(biāo)定位的閾值目標(biāo)距離更靠近所述目標(biāo)定位時評價a)所述跟蹤位置與b)所述介入路徑之間的所述空間關(guān)系滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則。

36、閾值目標(biāo)距離也可以是零，使得如果跟蹤位置在目標(biāo)定位處，則a)跟蹤位置與b)介入路徑之間的空間關(guān)系滿足預(yù)定義準(zhǔn)則。然而，優(yōu)選的是，閾值目標(biāo)距離大于零。如果跟蹤位置比到目標(biāo)定位的閾值目標(biāo)距離更靠近目標(biāo)定位，則可以在實際到達(dá)目標(biāo)定位之前捕獲控制圖像。優(yōu)選地，介入路徑在目標(biāo)定位處結(jié)束，即，介入路徑可以將切口點與目標(biāo)定位連接。因此，如果醫(yī)學(xué)儀器到達(dá)介入路徑的末端，則同時它到達(dá)目標(biāo)定位。閾值目標(biāo)距離優(yōu)選地相對于介入路徑來定義，并且例如包括介入路徑的末端部分。因此，在到達(dá)介入路徑的末端之前，跟蹤位置可以比閾值目標(biāo)距離更靠近目標(biāo)定位。因此，在實際到達(dá)目標(biāo)定位之前，滿足預(yù)定義準(zhǔn)則并且可以提供控制圖像。例如，目標(biāo)定位可以在風(fēng)險結(jié)構(gòu)(例如，器官)內(nèi)，并且閾值目標(biāo)距離可以被定義為使得它表示目標(biāo)定位與風(fēng)險結(jié)構(gòu)的外表面之間的距離。在這種情況下，當(dāng)醫(yī)學(xué)儀器在到達(dá)內(nèi)部的目標(biāo)定位之前進(jìn)入風(fēng)險結(jié)構(gòu)時，滿足預(yù)定義準(zhǔn)則。在一個示例中，目標(biāo)定位可以是經(jīng)由微創(chuàng)手術(shù)從作為風(fēng)險結(jié)構(gòu)的腎臟移除的腎結(jié)石。閾值目標(biāo)距離可以被選擇為表示從腎結(jié)石到腎臟的外表面的距離，使得當(dāng)醫(yī)學(xué)儀器在到達(dá)要移除的腎結(jié)石之前進(jìn)入腎臟時滿足預(yù)定義準(zhǔn)則。

37、優(yōu)選地，所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)提供單元包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其被訓(xùn)練用于接收所述初始圖像作為輸入并且用于在所述初始圖像中提供所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位作為輸出。經(jīng)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以是多尺度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(rnn)，諸如但不限于門控遞歸單元(gru)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或長短期記憶(lstm)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。替代地，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cnn)。用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以表示先前已經(jīng)識別的風(fēng)險結(jié)構(gòu)的圖像。由此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠適于識別所提供的初始圖像中的風(fēng)險結(jié)構(gòu)。

38、此外，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于輔助手術(shù)流程的方法，所述方法包括以下步驟：

39、提供患者身體內(nèi)部的目標(biāo)定位的初始圖像，

40、在所述初始圖像中提供用于將醫(yī)學(xué)儀器引導(dǎo)到所述目標(biāo)定位的介入路徑，

41、在所述初始圖像中提供風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位，

42、提供所述醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置，

43、利用所述確定單元來確定所述跟蹤位置與所規(guī)劃的介入路徑之間的空間關(guān)系，

44、評價a)跟蹤位置與b)所述風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位和/或所述介入路徑之間的空間關(guān)系是否滿足預(yù)定義準(zhǔn)則，并且

45、提供指示所述空間關(guān)系是否滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則的輸出信號。

46、步驟的順序：

47、在所述初始圖像中提供用于將醫(yī)學(xué)儀器引導(dǎo)到所述目標(biāo)定位的介入路徑，并且

48、在所述初始圖像中提供風(fēng)險結(jié)構(gòu)的定位，

49、在所述方法的不同變型中可以反轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法可以使用上述用于輔助手術(shù)流程的系統(tǒng)來進(jìn)行。

50、所述方法還包括以下步驟：

51、在所述輸出信號指示所評價的空間關(guān)系滿足所述預(yù)定義準(zhǔn)則時提供所述目標(biāo)定位的控制圖像。

52、此外，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種計算機(jī)程序，包括當(dāng)在計算機(jī)上運行時用于執(zhí)行上述方法的步驟的指令。計算機(jī)程序可以存儲在非瞬態(tài)計算機(jī)可讀數(shù)據(jù)介質(zhì)上。

53、總之，本發(fā)明尤其涉及使用醫(yī)學(xué)儀器的跟蹤位置來估計醫(yī)學(xué)儀器的遠(yuǎn)端相對于風(fēng)險結(jié)構(gòu)的位置，并且-如果遠(yuǎn)端的跟蹤位置太靠近風(fēng)險結(jié)構(gòu)則-推薦目標(biāo)定位的經(jīng)更新的控制圖像的采集。

54、特別地，上述用于輔助手術(shù)流程的系統(tǒng)和方法可以與多個手術(shù)流程結(jié)合地采用，其中，在手術(shù)之前進(jìn)行3d規(guī)劃成像檢查，或其中，這樣做可能是有幫助的，并且特別是用于微創(chuàng)手術(shù)，其中，在3d規(guī)劃成像檢查期間采集的初始圖像上確定手術(shù)通路，即切口點和手術(shù)儀器在身體內(nèi)部的軌跡。例如，上述用于輔助手術(shù)流程的系統(tǒng)和方法可以用于手術(shù)腎結(jié)石移除經(jīng)皮腎碎石術(shù)(pcnl)，其中，到達(dá)最佳腎盞以到達(dá)結(jié)石的進(jìn)入通道在3d-ct掃描上進(jìn)行規(guī)劃，并且然后在通過皮膚和腎實質(zhì)的手術(shù)期間被擴(kuò)張，以允許插入用于結(jié)石破碎和移除的內(nèi)窺鏡儀器。通常，獲得腎臟通路在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，因為選擇的腎盞將以正確的角度進(jìn)入以避免出血并且腎臟由于呼吸而移動。此外，pcnl流程經(jīng)常在患者處于俯臥位的情況下執(zhí)行，而診斷ct在患者處于仰臥位的情況下執(zhí)行。在這樣的手術(shù)中，上述用于輔助手術(shù)流程的系統(tǒng)和方法可以用于改進(jìn)患者的安全性，同時可以將所需的x射線暴露減少到最小。

55、應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求1的系統(tǒng)、權(quán)利要求10的方法和權(quán)利要求11的計算機(jī)程序具有相似和/或相同的優(yōu)選實施例，特別是如從屬權(quán)利要求中所限定的。

56、應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例也能夠是獨立權(quán)利要求或以上實施例與相應(yīng)從屬權(quán)利要求的任何組合。

57、參考下文所述的實施例，本發(fā)明的這些方面和其他方面將是顯而易見的并且得到闡明。