以確定在特定時(shí)間處的端口所在位置(步驟246)。在這個(gè)簡(jiǎn)單模型中，端口所在位置完全由其界定的軌跡確定，并且組織圍繞所述端口所在位置變形。較復(fù)雜的模型化可允許經(jīng)建模的組織力影響端口位置，從而使得端口所在位置是其插入力和其影響的組織的抵抗力的結(jié)果。時(shí)間步進(jìn)器(步驟248)通常為具有圖形用戶界面(例如，具有自動(dòng)“重放”的滑塊或按鈕控制項(xiàng))的軟件功能并且用以沿著路徑產(chǎn)生步長(zhǎng)，盡管所述時(shí)間步進(jìn)器也可從由追蹤系統(tǒng)在手術(shù)程序期間直接測(cè)量的實(shí)際測(cè)量器械移動(dòng)獲得。此外，時(shí)間步進(jìn)器(步驟248)通常為用以驅(qū)動(dòng)模擬步長(zhǎng)的時(shí)間變量。在示例性實(shí)施方案中，時(shí)間步長(zhǎng)可以是均勻的(例如，t1= 1秒，t2= 2秒，t3= 3秒等)，但是替代實(shí)施方案可考慮步長(zhǎng)是非均勻的，以表示路徑期間的不同階段(例如，t1= 1秒，12= 3秒，13= 25秒等)。時(shí)間變量可以或可不對(duì)應(yīng)于程序期間的“時(shí)鐘時(shí)間”。
[0132]對(duì)于任何給定步驟，一旦時(shí)間tn處的端口所在位置被確定(步驟246)，可計(jì)算這個(gè)端口位置與時(shí)間tn i處的端口位置之間的差量并且組織模型的各段被評(píng)估以查看是否受這一運(yùn)動(dòng)影響。對(duì)于各受影響段，模型力通過(guò)端口被施加到模型隨時(shí)間(t)演變所在的段(步驟240)。此后，系統(tǒng)更新模型的所有段，直到所有力被均衡(步驟242)。模型接著前進(jìn)到時(shí)間=tn+1的下一步驟(步驟244)，其中模型接著與端口的下一步驟交互作用。模型不斷地被更新并且在這個(gè)循環(huán)回路中繼續(xù)，直到系統(tǒng)時(shí)間步長(zhǎng)已達(dá)到端口的規(guī)劃路線的最后。
[0133]在更復(fù)雜的實(shí)施方案中，可比較內(nèi)回路232的輸出與模型的原始位置以用對(duì)所述模型隨時(shí)間的演變的估計(jì)來(lái)更新輸入。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)記錄上述的幾何組織模型中的每個(gè)段的運(yùn)動(dòng)和在包圍所述段的離散容積上平均其運(yùn)動(dòng)，我們能夠獲得向量值變形場(chǎng)(其數(shù)值在未觀察到幾何運(yùn)動(dòng)的情況下為0)。此變形可在需要時(shí)清除(例如，為了實(shí)施微分同胚)。所得變形接著可視需要直接施加到任何輸入圖像容積。舉例來(lái)說(shuō)，此可用以從術(shù)前數(shù)據(jù)估計(jì)程序半途中的T1加權(quán)圖像。此外，該變形可應(yīng)用于整個(gè)輸入數(shù)據(jù)且用以從經(jīng)修改的圖像重新產(chǎn)生新的幾何模型。
[0134]這個(gè)經(jīng)更新的模型可以多種多樣的方式使用。舉例來(lái)說(shuō)，經(jīng)更新模型可與用于規(guī)則化目的的幾何模型的結(jié)果比較，以估計(jì)模型化誤差，用作模型更新的新循環(huán)的輸入，和/或所述經(jīng)更新的模型可在視覺(jué)用戶界面上向用戶呈現(xiàn)。這一方法明顯地一般化到較復(fù)雜的組織模型。另外，影響模型可用相同方式處理。在簡(jiǎn)單實(shí)例中，所使用的影響束的幾何體(即端口 )被視為完全剛性的，但是一般來(lái)說(shuō)，所有影響模型也可能被組織修改，且此處所描述的模型更新步驟可能影響影響模型以及組織模型。舉例來(lái)說(shuō)，如果深腦模擬(deepbrain stimulat1n,DBS)導(dǎo)引器或類似人工制品被用作影響模型，那么所述導(dǎo)引器或類似人工制品的形狀可被建立模型且由于組織的抵抗而扭曲。通過(guò)將導(dǎo)引器或類似人工制品的規(guī)劃軌跡調(diào)整到在變形場(chǎng)(例如此處所描述的)作用下的腦中，我們能夠比較被建模的位置與原始方案的變形并且向用戶呈現(xiàn)基于其差異的度量。
[0135]將了解，用于產(chǎn)生可演變組織模型的方法可形成獨(dú)立產(chǎn)品以供臨床醫(yī)生查看使用以產(chǎn)生一般或特定組織模型并且本身具有效用，并且可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。此夕卜，使用可演變組織模型模型化影響對(duì)組織的作用的方法形成獨(dú)立產(chǎn)品以供臨床醫(yī)生查看使用，以使用特定于其需要的組織模型來(lái)對(duì)所述影響的作用建立模型，所述方法可獨(dú)自存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。另外，用于產(chǎn)生可演變組織模型的方法和使用可演變組織模型化影響對(duì)組織的作用的方法均可組合到單一包裝中，并且可組合地存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上。
[0136]本文中所描述的系統(tǒng)的單元中的至少一些可通過(guò)軟件或軟件與硬件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的單元可用例如面向?qū)ο缶幊痰母呒?jí)過(guò)程語(yǔ)言或腳本語(yǔ)言編寫。因此，程序代碼可用C、C++、C#、JavaScript、SQL或任何其它合適的編程語(yǔ)言來(lái)編寫并且可包括代碼的模塊、類或其它功能單元，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的。系統(tǒng)的通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的單元中的至少一些可視需要用匯編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言或固件編寫。在任何情況下，程序代碼可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上或可由通用或?qū)Ｓ每删幊逃?jì)算裝置讀取的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，所述計(jì)算裝置具有處理器、操作系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)本文中所描述的實(shí)施方案中的至少一者的功能性必需的相關(guān)聯(lián)硬件和軟件。程序代碼在由計(jì)算裝置讀取后配置計(jì)算裝置而以新的特定且預(yù)定義的方式操作，以便執(zhí)行本文中所描述的方法中的至少一者。
[0137]此外，本文中所描述的方法中的至少一些能夠分布在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)承載供一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行以執(zhí)行所描述的方法的一些方面的計(jì)算器可用指令。所述介質(zhì)可以各種形式提供，例如(但不限于)一個(gè)或多個(gè)磁碟、光盤、磁帶、芯片、USB盤、外部硬盤、線傳輸、衛(wèi)星傳輸、互聯(lián)網(wǎng)傳輸或下載、磁性和電子存儲(chǔ)介質(zhì)、數(shù)字和模擬信號(hào)以及類似物。所述計(jì)算機(jī)可用指令也可呈各種形式，包含編譯和非編譯代碼。
[0138] 盡管本文中所描述的申請(qǐng)人的教示與各種實(shí)施方案配合以用于說(shuō)明目的，但不意指申請(qǐng)人的教示限于這些實(shí)施方案。相反地，本文中所描述和說(shuō)明的申請(qǐng)人的教示涵蓋各種替代案、修改以及等效物而不背離所述實(shí)施方案，實(shí)施方案的大體范疇在附加的權(quán)利要求書中界定。除達(dá)到在過(guò)程本身中必需或固有的程度外，不打算或暗示本公開中所描述的方法或過(guò)程的步驟或階段的特定次序。在許多情況下，過(guò)程步驟的次序可改變而不會(huì)使所描述的方法的目的、作用或重要性變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于產(chǎn)生患者的可演變組織模型的方法，其包括以下步驟: a)接收患者的組織的至少一組輸入數(shù)據(jù)，所述至少一組輸入數(shù)據(jù)含有可從所述輸入數(shù)據(jù)衍生的所述組織的至少一種組織成分的方向信息； b)以預(yù)選格式表示組織的所述至少一種成分的所述方向信息且從中產(chǎn)生反映所述至少一種組織成分的方向性的有向組織圖；以及 c)產(chǎn)生組織模型，其中所述組織模型的至少一個(gè)組成部分為所述有向組織圖，以使得所述組織模型反映所述至少一種組織成分的所述方向性，這樣當(dāng)所述組織模型在某一時(shí)間段中受到導(dǎo)致組織變化的影響時(shí)，所述組織模型在所述時(shí)間段中以反映與所述至少一種組織成分的所述方向性交互作用的所述影響的軌跡的方式演變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)使用當(dāng)所述方向信息以如在步驟a)中接收時(shí)的格式可用時(shí)所獲取的所述方向信息來(lái)執(zhí)行，并且其中在所述方向信息不可原樣使用的情況下，所述方法包含預(yù)處理所述輸入數(shù)據(jù)以及以可用格式從中提取所述組織的所述至少一種成分的方向信息的步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述組織模型包含其它組成部分，所述其它組成部分包含以下各者中的任一者或組合作為幾何模型:一種或多種組織成分的彈性特性、一種或多種組織成分的拉伸特性、一種或多種組織成分的壓力特性、各種組織類型相對(duì)于所述輸入數(shù)據(jù)組中的任一組的分割以及組織類型之間的相關(guān)聯(lián)邊界、血管系統(tǒng)、流體表示、骨骼或肌骨骼表示、皮膚和/或其它器官。4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中用以表示所述組織的所述至少一種成分的所述方向信息的所述預(yù)選格式包含:圖像格式，和/或幾何模型，和/或標(biāo)量場(chǎng)，和/或向量場(chǎng)，和/或張量場(chǎng)，和/或角分量的表示例如通過(guò)四元數(shù)或旋轉(zhuǎn)矩陣，和/或通過(guò)任何適當(dāng)基例如球諧函數(shù)的角分量的分解，和/或方向定向的任何廣義函數(shù)表示。5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法，其包含視覺(jué)顯示所述組織模型。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其包含將視覺(jué)線索指派給所述顯示的組織模型的不同組成部分。7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可演變組織模型為所述患者的腦的可演變組織模型，并且其中所述組織的所述至少一種組織成分的所述輸入數(shù)據(jù)為擴(kuò)散纖維束的輸入數(shù)據(jù)，并且其中所述有向組織圖為示出白質(zhì)纖維束的圖。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述患者的腦的所述組織模型包含其它組成部分，所述其它組織部分包含以下各者的物理或生物力學(xué)特性中的任一者或組合:所述腦以及頭的組成部分中的任一者或組合。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中組織類型之間的所述邊界包含以下各者的任何組合之間的邊界:灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊髓液、腦溝所在位置、腫瘤、骨、腦膜、血管系統(tǒng)以及腦室。10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的方法，其中所述流體表示包含腦脊髓液、血以及水腫。11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述輸入數(shù)據(jù)是使用以下各者中的任一者或組合獲取:磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像、擴(kuò)散張量成像、q球、HARDI ;包含光學(xué)相干斷層掃描的干涉法；時(shí)間成像技術(shù)，包含多普勒超聲和功能MRI ;細(xì)胞定向圖像數(shù)據(jù)的算法分割與分析，例如顯微術(shù)。12.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可演變組織模型為所述患者的脊髓的可演變組織模型，并且其中所述組織的所述至少一種組織成分的所述輸入數(shù)據(jù)為脊柱纖維束的輸入數(shù)據(jù)，并且其中所述有向組織圖為示出所述脊柱纖維束的圖。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述患者的脊髓的所述組織模型包含其它組成部分，所述其它組成部分包含以下各者的任一者或組合的物理或生物力學(xué)特性中的任一者或組合:脊膜、腦脊髓液、血管系統(tǒng)、腫瘤、包含椎骨的骨、椎間盤、肌肉、肌腱、軟骨或韌帶。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中組織類型之間的所述邊界包含以下各者的任何組合之間的邊界:腦脊髓液、腦膜腫瘤、包含椎骨的骨、椎間盤、血管系統(tǒng)、肌肉、肌腱、軟骨以及韌帶。15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的方法，其中所述流體表示包含腦脊髓液、血以及水腫。16.根據(jù)權(quán)利要求12到15中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述輸入數(shù)據(jù)是使用以下各者中的任一者或組合獲取:磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像、擴(kuò)散張量成像、q球、HARDI ;包含光學(xué)相干斷層掃描的干涉法；時(shí)間成像技術(shù)，包含多普勒超聲和功能MRI ;細(xì)胞定向圖像數(shù)據(jù)的算法分割與分析，例如顯微術(shù)。17.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一項(xiàng)所述的可演變組織模型模型化影響對(duì)組織的作用的方法，其包括以下步驟: 接收所述組織受到的至少一個(gè)影響的至少一組輸入數(shù)據(jù)； 預(yù)處理所述至少一組輸入數(shù)據(jù)且從中提取所述影響的參數(shù)； 以預(yù)選格式表示所述影響的所述參數(shù)；以及 從所述影響的所述經(jīng)表示的參數(shù)產(chǎn)生至少一個(gè)影響模型；以及 使所述影響模型與所述組織模型交互作用且在所述交互作用之后更新所述組織模型，從而示出所述組織模型之由于所述影響引起的變化，所述經(jīng)更新組織的模型形成輸出。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包含將所述經(jīng)更新的組織模型和所述患者的所述組織的經(jīng)更新的輸入數(shù)據(jù)用于預(yù)處理所述輸入數(shù)據(jù)且從中提取所述組織的所述至少一種成分的經(jīng)更新的方向信息的所述步驟中，并且所述方法包含將所述經(jīng)更新組織模型和所述至少一個(gè)影響的經(jīng)更新輸入數(shù)據(jù)用于預(yù)處理所述至少一組輸入數(shù)據(jù)且從中提取所述影