基于自動對應(yīng)進(jìn)行骨重定位的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于自動對應(yīng)進(jìn)行骨重定位，尤其涉及一種用于基于借助成像裝置(X)采集的至少一個(gè)醫(yī)學(xué)圖像來計(jì)算和輸出結(jié)果數(shù)據(jù)的方法和控制模塊(S)。借助成像裝置(X)采集(1)至少一個(gè)數(shù)字格式的具有多個(gè)骨碎片(F)的圖像。然后對采集的圖像應(yīng)用分割方法(2)以識別在圖像中包含的骨碎片(F)。然后對分割的骨碎片(F)執(zhí)行碎片匹配算法(3)以計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。所述結(jié)果數(shù)據(jù)包含用于聯(lián)接至少一部分骨碎片(F)的指令數(shù)據(jù)，其在監(jiān)視器(M)上以可配置的格式被輸出。
【專利說明】
基于自動對應(yīng)進(jìn)行骨重定位
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及成像醫(yī)學(xué)以及自動化和信息技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明特別地涉及一種在手術(shù)環(huán)境下將骨碎片進(jìn)行對應(yīng)的情況下用于結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在復(fù)雜骨折情況下醫(yī)學(xué)任務(wù)在于，識別骨碎片并且將其互相對應(yīng)，使得骨在然后的手術(shù)的范圍內(nèi)可以被盡可能好地重建。為此必須在準(zhǔn)備階段進(jìn)行一些措施，這至今為止手動地進(jìn)行或者不能實(shí)現(xiàn)。
[0003]為手術(shù)介入進(jìn)行準(zhǔn)備的一種措施在于，對于各個(gè)骨碎片找到最佳的和正確的定位。該任務(wù)也可以理解為對于單片的定位問題尋求解決方案。
[0004]本發(fā)明的解決方案基于，使用和改變來自于對于醫(yī)學(xué)完全陌生的拼圖研究領(lǐng)域的知識，使得其可以被用于解決該醫(yī)學(xué)定位任務(wù)。
[0005]從拼圖研究領(lǐng)域已知，采用用于自動求解拼圖任務(wù)的算法。在文章“AglobalApproach to Automatic Solut1n of Jigsaw Puzzles”，Goldberg D.,Malon C.,BernM.中詳細(xì)解釋了一種這樣的算法。在此從特殊的假定(例如拼圖具有矩形輪廓并且拼圖塊分別具有4個(gè)相鄰塊)出發(fā)，但是該假定不可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，因?yàn)檫@里情況不同(不規(guī)則輪廓，多于4個(gè)相鄰塊等)。于是在拼圖研究領(lǐng)域所已知的算法不能在不大量調(diào)整的情況下應(yīng)用于該醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種自動化方法，利用該方法可以在借助成像設(shè)備的情況下提供用于計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的自動解決方案以將骨碎片重新定位和對應(yīng)。
[0007]按照第一方面，該任務(wù)通過一種用于基于借助成像裝置采集的至少一個(gè)醫(yī)學(xué)圖像計(jì)算和輸出結(jié)果數(shù)據(jù)的方法解決，包括以下方法步驟:
[0008]-借助成像裝置執(zhí)行成像醫(yī)學(xué)方法以采集至少一個(gè)數(shù)字格式的具有多個(gè)骨碎片的圖像(或圖像序列-為了理解方便以下通常僅稱為“采集的圖像”)，
[0009]-對采集的圖像應(yīng)用分割方法以識別在圖像中包含的骨碎片，
[0010]-對所分割的骨碎片執(zhí)行碎片匹配算法以計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包含用于聯(lián)接至少一部分骨碎片的指令數(shù)據(jù)，
[0011 ]-輸出可配置格式的結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0012]該方法是計(jì)算機(jī)執(zhí)行的并且作為圖像支持地進(jìn)行的醫(yī)學(xué)手術(shù)的準(zhǔn)備措施被執(zhí)行。該方法優(yōu)選不要求用戶輸入并且可以全自動地進(jìn)行。該方法是計(jì)算方法并且用于輸出結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)優(yōu)選在圖形用戶界面上輸出或通過揚(yáng)聲器被輸出。結(jié)果數(shù)據(jù)被輸出的格式是可以配置的。在配置階段可以設(shè)置此處應(yīng)當(dāng)使用哪種格式。于是結(jié)果數(shù)據(jù)和/或指令數(shù)據(jù)不僅以可視化格式(圖形或文本的)，而且以聲音格式或作為光信號(通過發(fā)光體，例如LED并且不是在顯示器上或作為可視化信號在顯示設(shè)備上)被輸出。
[0013]該方法基于對數(shù)字格式的至少一個(gè)圖像或圖像序列的設(shè)立。優(yōu)選地，為此使用移動C形臂作為X射線設(shè)備。替換地也可以采用計(jì)算機(jī)斷層成像或靜止的、固定安裝的基于X射線的系統(tǒng)。但是替換地，也可以是其他模態(tài)(例如磁共振斷層成像、超聲波設(shè)備、經(jīng)典的X射線)。
[0014]分割方法是自動的圖像處理方法，利用其識別在采集的圖像上顯示的各個(gè)骨碎片。為此執(zhí)行用于模式識別的算法。在本發(fā)明的一個(gè)有利構(gòu)造中在此可以應(yīng)用所謂的Flood-Filing(洪水填充)算法，其此外為塊或骨碎片貼標(biāo)簽(做標(biāo)記和可能編號)和/或?qū)⑺ǖ慕馄式Y(jié)構(gòu)(例如上頌骨、正交層或各個(gè)面部骨骼)對應(yīng)。為了執(zhí)行分割算法也可以訪問數(shù)據(jù)庫，在所述數(shù)據(jù)庫中存儲了用于與采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的解剖塊結(jié)構(gòu)。分割算法的結(jié)果然后可以在附加的方法步驟中通過與存儲的數(shù)據(jù)組比較而得到驗(yàn)證。此外還可以使用元數(shù)據(jù)來進(jìn)一步檢驗(yàn)(例如關(guān)于碎片或骨的或解剖結(jié)構(gòu)的大小和/或方位)。分割方法可以基于二維或三維模式識別。
[0015]結(jié)果數(shù)據(jù)被輸出的格式可以被配置。這不僅是指，結(jié)果數(shù)據(jù)可以以不同的文本格式輸出，而且其可以以不同的方式表示，特別是以可視化格式，聲音格式和/或作為光信號提供。這特別地在應(yīng)用于醫(yī)學(xué)環(huán)境情況下證明是非常有幫助的，因?yàn)獒t(yī)生于是盡可能少或根本不由于結(jié)果數(shù)據(jù)的認(rèn)知理解而轉(zhuǎn)移注意力。結(jié)果數(shù)據(jù)，特別是指令數(shù)據(jù)，可以包括命令組或一種“借助可視化的支持對重新定位的指導(dǎo)”。由此提供信息，該信息表示，哪些碎片應(yīng)當(dāng)首先或作為下一個(gè)被使用，如何置于已有的骨邊緣上。此外可以包括元信息，可以將例如在最后剩下的碎片有把握地去除。
[0016]在本發(fā)明的有利實(shí)施方式中，利用導(dǎo)航系統(tǒng)(例如借助有源或無源的標(biāo)記和光學(xué)參考系統(tǒng))來“跟蹤”手術(shù)器械的位置和/或運(yùn)動。由此可以采集手術(shù)設(shè)備的位置和/或運(yùn)動并且關(guān)于結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)設(shè)備被運(yùn)動到哪里，輸出不同的信號作為指令數(shù)據(jù)，以便能夠提供設(shè)備引導(dǎo)或“指引”。在此可以執(zhí)行基本上不同的變形。一方面當(dāng)器械接近被采集的目標(biāo)區(qū)域時(shí)可以輸出較高頻率的聲音信號，并且如果器械從目標(biāo)區(qū)域移開，輸出較低的頻率的聲音信號。另一個(gè)可能性在于，將至目標(biāo)區(qū)域的距離與聲音信號相關(guān)，并且在從目標(biāo)/骨片段移開時(shí)以長的信號聲調(diào)(或持續(xù)音調(diào))輸出聲音信號，而在移向目標(biāo)/骨片段的情況下以較短的音調(diào)輸出聲音信號。當(dāng)然也可以考慮其他配置，例如不同長度/持續(xù)時(shí)間的聲音的序列或輸出光信號。另一方面可以在監(jiān)視器上將由設(shè)備接觸的塊或骨碎片與色彩對應(yīng)或設(shè)置符號(例如希臘符號)或數(shù)字。該對應(yīng)可以手動或自動地進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)有利和簡單的構(gòu)造中，可以提供按照“信號燈原理”的另一個(gè)變形。在此例如成立“紅燈”表示用于“錯(cuò)誤”骨片段的指示信號，而“綠燈”表示“正確”骨片段。各自的骨片段的選擇在此關(guān)于某個(gè)完好的或已經(jīng)固定的骨片段或相應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行。
[0017]碎片匹配算法用于以確定的順序選擇骨片段，以用于將骨碎片盡可能在其初始位置重新定位和聯(lián)接。碎片匹配算法由此也(至少間接)用于定位各個(gè)骨碎片。碎片匹配算法以基于特征的匹配方法為基礎(chǔ)。這里可以應(yīng)用所謂的曲線匹配算法(Curve MatchingAlgorithmus)。模式識別基于二維或三維模式識別，其中后者是優(yōu)選的并且也考慮骨碎片以及骨碎片要被固定到其中或其上的目標(biāo)結(jié)構(gòu)的空間位置。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)有利擴(kuò)展中，可以在方法執(zhí)行的準(zhǔn)備階段配置至少一個(gè)參數(shù)，特別是一致性閾值，其表示，應(yīng)當(dāng)以何種程度實(shí)現(xiàn)在骨碎片之間的匹配。這證明是特別是有幫助的，以便在重新定位時(shí)考慮骨的不同的分裂度。于是例如可以設(shè)置為，在非常高的分裂度的情況下，所述高分裂度情況是骨非常明顯地分裂的情況，一致性不必如在低分裂度情況下一樣高，在所述低分裂度情況下僅需重新定位少數(shù)幾個(gè)大的骨碎片，其一致性可以要求一個(gè)高的度數(shù)。這有利地提高了方法的靈活性和對不同醫(yī)學(xué)情況的適配能力。
[0019]在該申請的范圍內(nèi)區(qū)分兩種不同的數(shù)據(jù)組:指令數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。結(jié)果數(shù)據(jù)包括指令數(shù)據(jù)。結(jié)果數(shù)據(jù)表示所應(yīng)用的碎片匹配算法的解并且說明，哪里要定位哪個(gè)骨碎片，以便能夠盡可能精確重建初始的解剖情況。結(jié)果數(shù)據(jù)可以以圖像數(shù)據(jù)的形式提供，例如以松散的或拼成的拼圖的方式。指令數(shù)據(jù)相反還包含其他信息。指令數(shù)據(jù)是在定位醫(yī)學(xué)器械時(shí)的指導(dǎo)的基礎(chǔ)。其包含命令，用于將器械在相應(yīng)的骨碎片的情況下定位到計(jì)算的位置。指令數(shù)據(jù)能夠如上所述以聲音和/或光學(xué)形式輸出。以相應(yīng)的方式也可以以不同的方式并且以不同的格式(如上面結(jié)合指令數(shù)據(jù)描述的)提供結(jié)果數(shù)據(jù)。通過(以相應(yīng)最新的形式)采集碎片或(用于保持和定位碎片的)手術(shù)設(shè)備的實(shí)際位置并且與按照結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算的目標(biāo)位置比較，來計(jì)算指令數(shù)據(jù)。
[0020]在方法的一個(gè)有利實(shí)施方式中，方法訪問數(shù)據(jù)庫，在所述數(shù)據(jù)庫中存儲了解剖結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)，其可以借助映射方法自動與分割的骨碎片對應(yīng)。由此可以提高骨碎片定位方法的質(zhì)量。在本發(fā)明的一個(gè)有利擴(kuò)展中，系統(tǒng)構(gòu)造為自學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。在此通過將所有采集的圖像、分割的骨碎片和結(jié)果數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中自動存儲，數(shù)據(jù)庫被不斷擴(kuò)展。此外還存儲指令數(shù)據(jù)。在此有利地采集另一個(gè)數(shù)據(jù)組，其表示，(利用結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算的)定位建議是否必要或正確還是不正確或者說不能實(shí)現(xiàn)。對結(jié)果數(shù)據(jù)的該反饋也被存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便能夠?qū)τ趯淼那闆r提供優(yōu)化。反饋數(shù)據(jù)例如可以通過操作用戶界面上的控件(“成功/不成功”)來采集和存儲。
[0021]在方法的另一個(gè)有利實(shí)施方式中，附加地和特別是在使用碎片匹配算法之前執(zhí)行另一個(gè)步驟，即圖像處理或者說圖像改變措施。圖像改變措施可以包括對分割的骨碎片和/或背景著色。該步驟用于重新計(jì)算采集的圖像，以便將其作為碎片匹配算法的基礎(chǔ)，所述算法利用重新計(jì)算的圖像可以實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)果。在一種變形中圖像改變措施也可以在分割方法之前被執(zhí)行。
[0022]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，輸出計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，這在數(shù)據(jù)在顯示設(shè)備上被可視化表示的情況下進(jìn)行。替換地或累加地，這也可以借助用于聲音信號的揚(yáng)聲器進(jìn)行。在此聲音信號的模式(內(nèi)容或音高或音長)可以代表離目標(biāo)位置的遠(yuǎn)或近。在結(jié)果數(shù)據(jù)的可視化表示的情況下可以顯示具有突出的輪廓和其計(jì)算的目標(biāo)位置的各骨碎片以用于正確重新定位到現(xiàn)有的骨上。在此可以使用界標(biāo)元素(重要的、中央的、容易識別的骨或解剖錨點(diǎn)，其在采集的圖像上以及在手術(shù)環(huán)境中是可容易識別的)以用于取向(也以突出的形式)。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)有利擴(kuò)展中，按照本發(fā)明的方法或系統(tǒng)包括光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，其與成像裝置互相參照并且由此具有與后者共同的參考框架，具有(優(yōu)選立體的)照相機(jī)，用于采集器械的當(dāng)前位置和疊加到成像裝置采集的圖像上或傳輸?shù)剿鰣D像中。由此(例如持有某個(gè)骨碎片的器械的)當(dāng)前器械位置可以與(從結(jié)果數(shù)據(jù))計(jì)算的目標(biāo)位置比較。這允許光學(xué)和/或聲音支持地引導(dǎo)器械或間接引導(dǎo)相應(yīng)的骨碎片的重定位。
[0024]如引文已經(jīng)提到的，從拼圖研究中已知的拼圖算法不能不加改變地用于骨碎片定位任務(wù)，因?yàn)檫@里要注意其他前提條件。骨碎片在其打算的和初始的位置通常不形成矩形的輪廓。此外碎片通常分別具有四個(gè)相鄰塊的假定也不成立。相鄰塊的數(shù)量可以是任意數(shù)字。此外碎片在斷裂情況下是嚴(yán)重碎裂的并且不具有清晰的輪廓，這既要求調(diào)整分割算法也要求調(diào)整已知的拼圖算法?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的拼圖算法的原理通過以下方面來改變或者說擴(kuò)展:
[0025]1.輪廓校正，以便能夠考慮骨碎裂。在此可以設(shè)置，采集輪廓線(利用自動圖像處理方法)。采集的輪廓線然后可以例如利用鼠標(biāo)來改變，以便由此例如能夠排除碎片的塊。
[0026]2.解剖映射，以便能夠適當(dāng)考慮解剖情況。
[0027]3.方位校正，以便能夠考慮在骨碎片塊的情況下的特殊定位。
[0028]4.起始點(diǎn)校正。這允許，對于各自的解剖情況盡可能最優(yōu)地選擇起始點(diǎn)。在此確定盡可能大的、完好的骨碎片并且為此計(jì)算合適的相鄰骨碎片。與之相反，在已知的拼圖方法中通常以輪廓開始，也就是以拼圖的外部邊緣開始，這對于在醫(yī)學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用是不合目的的。
[0029]5.在各個(gè)骨碎片之間所要求的一致性的程度的配置可能性。在此可以特別地配置骨碎片的大小(例如2mm2)，其對于重新定位任務(wù)應(yīng)當(dāng)被考慮。
[0030]6.3D擴(kuò)展，其考慮和計(jì)算骨碎片關(guān)于周圍的解剖的空間定位(實(shí)際位置和目標(biāo)位置)。
[0031]7.交互選項(xiàng)。在此用戶也可以手動定位、旋轉(zhuǎn)和/或移動所選擇的骨碎片，其中，例如對于具有完全特殊形狀的骨，例如耳朵中的錘骨，目標(biāo)位置是明顯的。
[0032]8.中斷標(biāo)準(zhǔn)，其例如是基于大小但也可以基于形狀確定的:長的、尖的骨刺幾乎可以肯定是無處匹配的。
[0033]原則上，該方法可以以兩個(gè)不同的表現(xiàn)形式被應(yīng)用。一方面可以在交織的模式中運(yùn)行，其中一個(gè)碎片定位階段和對于相應(yīng)的下一個(gè)骨碎片的搜索階段交替。在碎片定位階段，通過將各自的骨碎片定位到所計(jì)算的目標(biāo)位置上，實(shí)現(xiàn)對于各自的骨碎片的結(jié)果數(shù)據(jù)或指令數(shù)據(jù)。按照交織的模式，在碎片定位階段之后接著是搜索階段。在搜索階段中搜索至少一個(gè)鄰接的骨碎片。在交織的模式中也就是碎片定位和搜索階段對于一個(gè)預(yù)定數(shù)量的骨碎片交替。另一方面，該方法也可以在塊模式中運(yùn)行。在塊模式中結(jié)果數(shù)據(jù)組包括對于所有骨碎片的定位建議并且將其輸出。在(完全執(zhí)行的)搜索階段之后接著-通常對于所有骨碎片連續(xù)地-執(zhí)行碎片定位階段。也可以執(zhí)行混合形式。在混合形式中，在搜索階段對于多個(gè)骨碎片共同地計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)并且輸出。然后是對于各自的骨碎片的碎片定位階段。如果這些骨碎片被定位了，可以執(zhí)行對于預(yù)定數(shù)量的相鄰骨碎片的下一個(gè)搜索階段。這迭代地一直重復(fù)，直到所有骨碎片被定位。混合形式的優(yōu)點(diǎn)是，可以靈活地對各自的解剖情況做出反應(yīng)。于是在非常大的碎片的情況下可以確定，在一個(gè)過程中就定位多個(gè)碎片并且由此執(zhí)行對于多個(gè)碎片的搜索階段，而在多個(gè)小的、有時(shí)難以定位的碎片的情況下，通常僅一個(gè)接一個(gè)地定位碎片，然后搜索下一個(gè)。混合形式的優(yōu)點(diǎn)是，前面哪里也不合適的碎片可能可以被一次都安置。但是塊方法的缺點(diǎn)是，估計(jì)必須在中間記錄一個(gè)新的數(shù)據(jù)組并且必須重新運(yùn)行算法，因?yàn)橥ㄟ^定位已經(jīng)全部移動。
[0034]碎片匹配算法可以包括驗(yàn)證過程，利用該驗(yàn)證過程可以由應(yīng)用者驗(yàn)證或拒絕所計(jì)算的用于定位至少一個(gè)骨片段的建議。為此向應(yīng)用者提供輸入掩碼，在所述輸入掩碼中其可以輸入驗(yàn)證信號。這可以優(yōu)選地通過點(diǎn)擊確認(rèn)控件來進(jìn)行。只有接收到對于所計(jì)算的建議的確認(rèn)信號時(shí)，才輸出所述建議作為結(jié)果數(shù)據(jù)組。
[0035]此外碎片匹配算法可以首先在規(guī)劃模式中運(yùn)行。在規(guī)劃模式中僅產(chǎn)生用于定位的建議?；谠摻ㄗh然后計(jì)算所有碎片的總定位并且可視化地顯示，而不在活體中進(jìn)行真實(shí)的骨定位。碎片然后在其分別計(jì)算的目標(biāo)位置中以3D模型的形式被可視化地顯示。如果在該顯示中表明，至少一個(gè)骨碎片錯(cuò)誤或差地定位，則可以校正錯(cuò)誤。為此該方法包括回溯?；厮萦糜谑潞笮Ｕ呀?jīng)計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)和定位建議。當(dāng)在進(jìn)行中的搜索/定位的階段中證實(shí)，已經(jīng)定位的骨碎片錯(cuò)誤地定位了并且必須再次重新定位時(shí)，這證明是有意義的。于是又必須撤銷至此的定位建議，從而能夠?qū)⒐撬槠糜诹硪粋€(gè)位置。
[0036]在本發(fā)明的一個(gè)有利構(gòu)造中，碎片匹配算法包括確定優(yōu)先級。確定優(yōu)先級用于規(guī)定各骨碎片的重要性。高優(yōu)先級的碎片首先被處理，而低優(yōu)先級的碎片可以稍后被處理。通常，給較大的碎片分配一個(gè)較高的優(yōu)先級。
[0037]前面結(jié)合方法描述了任務(wù)的解決方案。在此提到的特征、優(yōu)點(diǎn)或替換實(shí)施方式同樣也可用于另外要求保護(hù)的內(nèi)容并且反之亦然。換言之，物的權(quán)利要求(例如針對控制模塊或系統(tǒng)或針對計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品)利用結(jié)合方法描述或要求保護(hù)的特征來擴(kuò)展。方法的相應(yīng)的功能性特征在此通過系統(tǒng)的或產(chǎn)品的相應(yīng)的物的模塊，特別是通過硬件模塊或微處理器模塊構(gòu)造并且反之亦然。
[0038]上述任務(wù)由此也利用控制模塊解決?？刂颇K包括分割模塊和處理器。結(jié)果和/或指令數(shù)據(jù)的輸出在輸出單元上進(jìn)行，所述輸出單元可以構(gòu)造為監(jiān)視器、發(fā)光體或揚(yáng)聲器。
[0039]另一個(gè)任務(wù)解決方案在于計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可以被加載到計(jì)算機(jī)的存儲器中并且具有計(jì)算機(jī)程序代碼，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)用于執(zhí)行上述方法。
[0040]另一個(gè)任務(wù)解決方案是計(jì)算機(jī)程序，具有計(jì)算機(jī)程序代碼，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)用于執(zhí)行上述方法。在此也可以的是，計(jì)算機(jī)程序存儲在計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)上。
【附圖說明】
[0041]在以下的【附圖說明】中根據(jù)附圖描述非限制性地理解的實(shí)施例以及其特征和其他優(yōu)點(diǎn)。在此
[0042]圖1示出了按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的本發(fā)明的計(jì)算單元的示意性概覽圖，
[0043]圖2示出了按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)在顯示設(shè)備上的示意性部分顯示，
[0044]圖3示出了按照方法的優(yōu)選實(shí)施方式的流程圖，
[0045]圖4示出了具有連接的監(jiān)視器的控制模塊的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]本發(fā)明涉及一種基于計(jì)算機(jī)的方法，該方法可以在外傷學(xué)領(lǐng)域中被使用。在外傷學(xué)中通常發(fā)生在顱骨區(qū)域的粉碎性骨折。這例如通過自行車或摩托車事故、臉朝下摔倒以及打架引起。在德國，每年治療或手術(shù)或校正多于大約330000起面部骨折。特別是在頌面外科區(qū)域目前幾乎沒有技術(shù)輔助手段，用于恢復(fù)高度復(fù)雜的骨折。這是一個(gè)大的市場，其中目前典型地使用移動C形臂用于數(shù)字2D成像。面部骨折和/或由至少兩處、但也完全可以由直至三十處和更多個(gè)單個(gè)骨片段組成的多個(gè)骨折的重建(在此單個(gè)裂塊的大小部分地在幾個(gè)平方厘米以下)，在沒有充分的成像的情況下持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí)并且是一項(xiàng)大的“鑷夾工作因?yàn)獒t(yī)生本身必須決定并且手動嘗試，哪塊骨片適合于另一塊。總之這意味著非常長的手術(shù)時(shí)間-連同對于患者的所有與此相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和負(fù)擔(dān)，設(shè)備(用于成像的C形臂)、手術(shù)室和相應(yīng)人員的長時(shí)間使用。更困難的是其他因素，即，周圍組織通過損傷而大規(guī)模腫脹和出血，這使得搜索合適的骨片更困難。要補(bǔ)充的是，通常發(fā)生的是，不是所有骨片段可以被對應(yīng)，這為患者的手術(shù)結(jié)果加上了嚴(yán)重的負(fù)面色彩。對手術(shù)結(jié)果的檢查典型地在手術(shù)之后借助CT掃描才進(jìn)行。如果這里確定了，例如互相不合適，則必須對患者進(jìn)行再一次手術(shù)。這意味著對于醫(yī)院提高的成本和對于患者的沉重負(fù)荷。
[0047]以下結(jié)合附圖1詳細(xì)解釋本發(fā)明。
[0048]移動或靜止的C形臂X作為成像裝置被采用，以產(chǎn)生以數(shù)字格式-優(yōu)選以DICOM格式(DIC0M:醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像和通信)的至少一個(gè)圖像或多個(gè)圖像截面的圖像序列。為了采集光學(xué)圖像而設(shè)有立體照相機(jī)系統(tǒng)K，其包括至少兩個(gè)光學(xué)間隔的照相機(jī)物鏡Kl，K2。照相機(jī)系統(tǒng)布置在C形臂X上或作為單獨(dú)的部件。在后者情況下通過配準(zhǔn)方法與C形臂互相參照，使得利用照相機(jī)系統(tǒng)K采集的光學(xué)圖像可以與利用C形臂采集的圖像對應(yīng)。C形臂X和照相機(jī)系統(tǒng)K通過數(shù)據(jù)交換(無線或有線地)與包括控制模塊S的計(jì)算機(jī)C相連。計(jì)算機(jī)C可以與數(shù)據(jù)庫DB進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。此外用于顯示圖像和數(shù)據(jù)的監(jiān)視器M可以連接到系統(tǒng)。
[0049]在-特別是多樣-斷裂的骨的情況下應(yīng)當(dāng)利用自動化支持這樣定位各個(gè)骨碎片F(xiàn)，使得又可以盡可能好地和完整地重構(gòu)骨。在此要首先借助手術(shù)中3D成像I (例如syngoDynaCT,syngo Dynact Micro)記錄單個(gè)碎片塊F(例如F1、F2、F3)。其然后應(yīng)當(dāng)利用分割方法2被自動分割并且對單塊著色或利用其他方法(例如編號或標(biāo)上符號)在監(jiān)視器M上區(qū)分地顯示。借助以下詳細(xì)描述的碎片匹配算法3現(xiàn)在將單塊與完成拼圖的情況相似地自動聯(lián)接。解的過程應(yīng)當(dāng)圖形地在監(jiān)視器M上顯示，以便對于外科醫(yī)生來說是可以完全可行地。
[0050]按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，首先確定或者說規(guī)定大的完好的骨片段。在最好的情況下這是完好的顱骨的邊沿。現(xiàn)在碎片匹配算法3試圖按順序?qū)⒆杂傻墓瞧蜦hF2^Fn通過圍繞所有三個(gè)重心軸旋轉(zhuǎn)和改變和移動到完好的骨片段的空著的骨邊沿而與匹配地放置到現(xiàn)有的完好的骨片段上。改變包括壓縮、放大和變形。這是必要的，因?yàn)楣撬槠現(xiàn)不一定位于與完好骨相同的平面上并且由此可以放大或縮小。因?yàn)檫@(在統(tǒng)計(jì)學(xué)上)是通常情況，所以優(yōu)選總是進(jìn)行碎片改變處理。如果算法采集了合適的骨片段F，則其被特殊地標(biāo)記?，F(xiàn)在碎片匹配算法3以另一個(gè)自由的骨片段開始并且試圖將其放置到現(xiàn)在被擴(kuò)展的骨邊沿上。如果沒有找到合適的塊，則可以設(shè)立一致性閾值，其說明，應(yīng)當(dāng)達(dá)到多大的一致性?？梢缘氖?，一些骨裂片在骨塊的邊緣裂開并且由此不可能百分百地互相匹配。
[0051]最后理想地找到并標(biāo)記所有合適的骨塊F。這些骨塊現(xiàn)在可以通過由碎片匹配算法3建議的順序作為對于外科醫(yī)生的一種“工作流程建議”而被手術(shù)地地放置和固定。不可對應(yīng)的塊(通常提到的分裂碎片〈1_2)被單獨(dú)地標(biāo)記(例如彩色地)并且能夠(在需要時(shí))由外科醫(yī)生手術(shù)地去除。
[0052]碎片匹配算法3基于幾何形狀的知識工作。根據(jù)實(shí)施的不同，在此可以執(zhí)行二維或三維模式識別。在本發(fā)明的替換實(shí)施方式中，使用數(shù)據(jù)庫DB，在數(shù)據(jù)庫中包含了解剖結(jié)構(gòu)。這特別地在復(fù)雜骨折的情況下是有幫助的。此外有意義的可以是，數(shù)據(jù)庫DB構(gòu)造為自學(xué)習(xí)的系統(tǒng)并且是可以通過反饋擴(kuò)展的，以便由此提升質(zhì)量。
[0053]在拼圖研究中已經(jīng)表明，當(dāng)背景例如以白色著色并且所有拼圖塊是一個(gè)顏色，例如黑色時(shí)，實(shí)現(xiàn)最好的結(jié)果。由此在本發(fā)明的有利實(shí)施方式中，執(zhí)行至少一個(gè)圖像改變措施Ia(著色)。通過自動分割2，這可以容易地執(zhí)行，但是是本發(fā)明的一個(gè)可選特征。與拼圖解的重要區(qū)別在于骨碎片的不同厚度。拼圖塊通常是相同厚度的，而骨碎片很少相同厚度。由此在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，從與不同點(diǎn)處骨的相應(yīng)的不同厚度相關(guān)的不同灰度級顯示中，導(dǎo)出其它信息并且將其作為結(jié)果數(shù)據(jù)組的部分提供。骨碎片的曲率值也可以用于定位。借助數(shù)據(jù)庫DB，可以在考慮曲率值的情況下計(jì)算目標(biāo)位置，特別是理解必須如何旋轉(zhuǎn)和定位碎片。
[0054]如圖2所示，在監(jiān)視器M上以結(jié)果數(shù)據(jù)的形式顯示計(jì)算的定位建議。在圖2中在左邊示出的初始的單個(gè)碎片&12，將其通過相應(yīng)的空間方位改變定位為使得其互相匹配。碎片匹配算法3的結(jié)果或部分結(jié)果然后在監(jiān)視器3上輸出(在圖2中在右邊示出)。
[0055]控制模塊S用于執(zhí)行碎片匹配算法3并且是新的和獨(dú)特的工具，特別用于面部手術(shù)，所述工具在手術(shù)的準(zhǔn)備階段減輕外科醫(yī)生的工作，明顯更快、更安全、更有效和更舒適地執(zhí)行復(fù)雜的重建(恢復(fù))。
[0056]如圖4所示，控制模塊S包括分割模塊SM，其用于將分割方法應(yīng)用于采集的圖像以識別在圖像中包含的骨碎片F(xiàn)?？刂颇KS此外還包括處理器P，其用于對分割的骨碎片F(xiàn)執(zhí)行碎片匹配算法3，以計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包含用于將至少一部分骨碎片F(xiàn)聯(lián)接起來的指令數(shù)據(jù)，其中控制模塊S與監(jiān)視器M處于數(shù)據(jù)交換，所述監(jiān)視器用于以可配置的格式輸出4結(jié)果數(shù)據(jù)?？刂颇KS可以集成在計(jì)算機(jī)C或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，處理器P還構(gòu)造為用于執(zhí)行其他任務(wù)，例如用于執(zhí)行圖像處理措施，以簡化計(jì)算(著色、邊緣處理、模式識別過程等)。
[0057]碎片匹配算法3在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中原則上可以應(yīng)用于由至少兩個(gè)單塊組成的所有骨折，也可以應(yīng)用于頌面外科手術(shù)之外的其他區(qū)域。然而該區(qū)域之所以是典型的應(yīng)用，是因?yàn)槠涫巧眢w的最難重建的區(qū)域，因?yàn)槊娌亢惋B骨由于其薄的壁厚和曲率半徑而對于重建是非常具有挑戰(zhàn)性的。
[0058]在本發(fā)明的構(gòu)造中，結(jié)果數(shù)據(jù)包括指令數(shù)據(jù)，其包括在執(zhí)行實(shí)際的手術(shù)之前，以處方形式的一系列指導(dǎo)，即，骨碎片F(xiàn)應(yīng)當(dāng)以何種順序被最好地聯(lián)接。
[0059]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，輸入大小邊界值。大小邊界值表示最小的碎片大小，其對于碎片匹配算法3的執(zhí)行還應(yīng)當(dāng)被考慮。在實(shí)踐中，這意味著，所有較小的碎片(例如小于2-4_2)不再被重建，而被去除。
[0060]按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，在一部分或整個(gè)重定位過程結(jié)束之后，重復(fù)圖像的拍攝，以便提高精度和/或以便檢查，實(shí)際的定位是否與計(jì)算的目標(biāo)定位一致。
[0061]以下結(jié)合圖3詳細(xì)解釋按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的典型流程。
[0062]在方法開始之后，在步驟I中執(zhí)行醫(yī)學(xué)成像。在該醫(yī)學(xué)成像中采集數(shù)字圖像，在所述數(shù)字圖像中顯示所有或選擇的骨碎片F(xiàn)。在步驟Ia中可以將圖像處理措施應(yīng)用于采集的圖像，例如對碎片F(xiàn)和/或背景著色。在步驟2中將分割方法應(yīng)用于采集的圖像，以便識別各個(gè)在圖像中顯示的碎片F(xiàn)。任選地在此可以再次執(zhí)行另一個(gè)圖像處理，以便能夠更有效地執(zhí)行碎片匹配算法3。屬于這的特別是相應(yīng)的骨碎片F(xiàn)在所有三個(gè)空間軸上的旋轉(zhuǎn)，碎片F(xiàn)的大小改變?nèi)鐗嚎s和放大。這在圖3中利用附圖標(biāo)記IY表示。在步驟3中然后實(shí)施碎片匹配算法3，以計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，其然后在步驟4中在監(jiān)視器M上輸出。這例如可以以如在圖2中在右邊示出的方式進(jìn)行。如圖3通過虛線所示，可以的是，方法或各個(gè)方法步驟迭代地進(jìn)行。于是可以在輸出結(jié)果數(shù)據(jù)之后再次進(jìn)行圖像改變措施la，分割方法2，另一個(gè)圖像改變措施la'，和/或碎片匹配算法3。在步驟5中將結(jié)果數(shù)據(jù)和可選地將指令數(shù)據(jù)在顯示設(shè)備M上顯示。如圖3中通過四個(gè)向上指的、虛線示出的箭頭應(yīng)當(dāng)表示，在顯示結(jié)果數(shù)據(jù)之后，可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)圖像處理措施，分割2和/或碎片匹配算法3。
[0063]最后指出，本發(fā)明的描述和實(shí)施例原則上不限于本發(fā)明的特定物理實(shí)現(xiàn)。所有結(jié)合本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式解釋的和示出的特征可以以不同的組合設(shè)置在按照本發(fā)明的內(nèi)容中，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)其有利效果。
[0064]本發(fā)明的保護(hù)范圍通過所附權(quán)利要求給出并且不通過在說明書中解釋或附圖中示出的特征限制。
[0065]對于專業(yè)人員特別明顯的是，本發(fā)明不僅可以利用移動C形臂應(yīng)用，而且也可以利用其他成像設(shè)備，例如經(jīng)典的X射線，MRT等。此外控制模塊S的部件可以分布到多個(gè)物理產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于基于借助成像裝置(X)采集的至少一個(gè)醫(yī)學(xué)圖像來計(jì)算和輸出結(jié)果數(shù)據(jù)的方法，包括以下方法步驟: -借助成像裝置(X)執(zhí)行(I)成像醫(yī)學(xué)方法以采集至少一個(gè)數(shù)字格式的、具有多個(gè)骨碎片(F)的圖像； -對采集的圖像應(yīng)用分割方法(2)以識別在圖像中包含的骨碎片(F); -對分割的骨碎片(F)執(zhí)行碎片匹配算法(3)以計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包含用于聯(lián)接至少一部分骨碎片(F)的指令數(shù)據(jù)； -輸出(4)可配置的格式的結(jié)果數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述碎片匹配算法(3)基于對幾何形狀的自動識別。3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述碎片匹配算法(3)基于模式識別方法，特別是曲線匹配方法。4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，采集一致性閾值，其說明了在骨碎片(F)之間的一致性程度。5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括對數(shù)據(jù)庫(DB)的訪問，在所述數(shù)據(jù)庫中存儲了解剖結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)，其借助映射方法能夠與分割的骨碎片(F)自動對應(yīng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過將所有采集的圖像、分割的骨碎片、結(jié)果數(shù)據(jù)和/或反饋數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(DB)中自動存儲，所述數(shù)據(jù)庫(DB)被不斷擴(kuò)展。7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括以下方法步驟: -執(zhí)行圖像處理措施(Ia)以重新計(jì)算采集的圖像，以便將其作為碎片匹配算法(3)的基礎(chǔ)。8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法包括以下方法步驟: -在顯示設(shè)備(M)上顯示(5)結(jié)果數(shù)據(jù)。9.一種用于基于至少一個(gè)醫(yī)學(xué)圖像來計(jì)算和顯示結(jié)果數(shù)據(jù)的控制模塊(S)，所述醫(yī)學(xué)圖像是借助成像裝置(X)以數(shù)字格式采集的并且在所述醫(yī)學(xué)圖像中顯示了多個(gè)骨碎片(F)，所述控制模塊包括: -分割模塊(SM)，其用于將分割方法(2)應(yīng)用于采集的圖像以識別在圖像中包含的骨碎片(F)， -處理器(P)，其用于對分割的骨碎片(F)執(zhí)行碎片匹配算法(3)，以計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，所述結(jié)果數(shù)據(jù)包含用于將至少一部分骨碎片(F)聯(lián)接起來的指令數(shù)據(jù)， -其中控制模塊(S)與輸出單元(M)處于數(shù)據(jù)交換，所述輸出單元用于以可配置的格式輸出(4)結(jié)果數(shù)據(jù)。10.—種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其能夠加載到數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲器中并且包括軟件例程，利用其能夠當(dāng)軟件例程在數(shù)字計(jì)算機(jī)中運(yùn)行時(shí)執(zhí)行按照上述方法權(quán)利要求所述的方法的步驟。
【文檔編號】G06T7/00GK106097294SQ201610223942
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月12日 公開號201610223942.5, CN 106097294 A, CN 106097294A, CN 201610223942, CN-A-106097294, CN106097294 A, CN106097294A, CN201610223942, CN201610223942.5
【發(fā)明人】M.威特斯, D.溫尼伯格
【申請人】西門子公司