CN105377177B - 肺减容手术的治疗设计 - Google Patents

Abstract

用于设计支气管镜检肺减容手术的方法和系统，例如在患者肺部安放单向瓣膜或生物粘合剂或能量输送。该系统可包括处理器以及可在处理器上操作的编程，以设计肺减容手术。通过处理器设计肺减容手术可包括接收患者容积图像(12)，分析图像以识别肺部的所述肺叶以及支气管树(14)，显示肺部的三维模型，在三维模型上生成和显示建议治疗区(20)，接收用户选择的治疗区(22)，生成和显示所建议的气管树内的治疗部位(24)，接收用户选择的气管树内的治疗部位(26)，接收用户选择的治疗方式(18)，以及显示治疗方案(28)。

Description

肺减容手术的治疗设计

相关申请的交叉引用

本申请要求序列号为61/782,308、2013年3月14日提交的，名称为“TREATMENTPLANNING FOR LUNG VOLUME REDUCTION PROCEDURES”的美国专利申请的优先权，此申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

重度肺气肿是一种让人衰弱的病，它会削减患者的生命质量并且表明慢性阻塞性肺病(COPD)进入末期。人们相信在美国有350万人患有重度肺气肿形式的COPD，并且其流行程度和死亡率两者正在增加。重度肺气肿的现行治疗方法包括肺减容(LVR)手术，它极具创伤性，并且对于患者有风险且会感到不适。用于治疗肺气肿的新的治疗方法包括支气管镜检引导的肺减容设备，这种设备旨在关闭肺部病灶的换气但维持较健康肺部的换气。支气管镜检引导技术能够保证对有重症疾病的患者有更少的创伤性，费用更低以及对重症患者准确度更高的治疗并且能够改善重度肺气肿患者的生命质量。

肺气肿可表现为不同的疾病形式(例如显型)。在病情的合适时间预测对这些患者的正确治疗取决于疾病的显型。成像技术提供客观地量化和表征疾病显型的体内机制并且可用做不同程序选择项的病例选择步骤。定量影像生物标记可用来有效地显型疾病并且由此预测最有可能响应目标治疗选择项的那些患者。通过将恰当的患者分诊到合适的疗法，更加能够保证对患者疗效产生积极影响，降低保健费用并且取代诸如治疗重度肺气肿患者的LVR手术的更具创伤性手术方法。

诸如安放肺动脉瓣以及针对肺减容使用生物粘合剂和能量输送的支气管镜手术方法能够通过收缩肺部过于膨胀的部分提供治疗肺气肿的有效方法。但是，由于肺解剖的复杂性以及个体之间疾病的差异性，这样的手术设计比较困难。例如，很难确定哪个部位最适合安放肺动脉瓣以及这些部位是否和如何进入进行支气管镜检。因此已经开始进行这样的治疗后会产生困难，例如进入需要安放瓣膜的部位或输送生物粘合剂或能量的困难，或这种治疗结果可能不如预期的有效，而这种结果是由于在手术之前没有被了解的疾病方面诸如裂隙完整度和出现旁路通气引起的。

发明内容

本发明的某些实施例以下面说明性实施例描述。多个实施例包括用于设计肺减容手术或用于诸如在肺减容手术后监测患者肺部不同方面的系统和方法。治疗设计和监测可包括患者肺部的三维图像，它是利用患者容积图像(volumetric image)创建并且临床医生可用于设计或条件的可视分析。临床医生可与系统互动以输入数据或选择要展示的信息或模型类型以及选择治疗方案的各个方面。

在一些实施例中，存在用于设计患者的支气管镜检的肺减容手术的系统。该系统可包括处理器和用于设计肺减容手术的可在处理器上操作的编程。治疗设计可包括接收包括患者容积图像的患者数据，分析容积图像以识别肺部的肺叶和肺部支气管树，显示患者肺部的三维模型，生成并且显示在三维模型上的建议的治疗区，接收用户选择的治疗区，生成并且显示建议的支气管树内的治疗部位，接收用户选择的支气管树内的治疗部位，接收用户选择的治疗方式，以及显示治疗方案。例如,治疗方式可包括单向瓣膜，能量输送疗法，或生物粘合剂。例如,建议的治疗区可为肺部的肺叶，或肺部的分支肺叶。

在一些实施例中，设计肺减容手术进一步包括生成建议的治疗设备。设计肺减容手术也可进一步包括显示关于建议的治疗部位的信息。例如，这些信息可包括支气管壁厚度，气管直径以及没有分支的气管长度中的一个或多个。在一些实施例中，设计肺减容手术进一步包括接收用户指令，以将建议治疗部位移动到新的位置并且在三维模型上显示新的治疗部位。在一些实施例中，设计肺减容手术进一步包括通过将患者数据和一组度量标准进行比较来分析患者数据以确定患者是否排除在一个或多个肺减容方式之外。所述度量标准可包括诸如肺气肿分数测量，异质性，支气管扩张以及裂隙完整度的衡量中的一个或多个。

在一些实施例中，所述治疗方案包括显示患者肺部的三维模型，所述三维模型中会受选择的治疗方式影响的肺部病变部分会突出显示并且其中所选择的治疗部位突出显示。在一些实施例中，所述治疗方案进一步包括模拟支气管检查(virtual bronchoscopy)。

在一些实施例中，所述系统用来监测患者肺减容手术的结果并且包括处理器和显示肺减容手术结果的可在处理器上操作的编程。显示肺减容手术结果可包括访问包括来自第一时间的患者的第一组容积图像以及来自后续第二时间的第二组容积图像的患者数据，分析第一和第二组容积图像以识别肺部的肺叶和支气管树，并且显示第一时间和第二时间的患者肺部的三维模型。该时间可在肺减容手术之前并且第二时间可在肺减容手术之后。例如在患者肺部的三维模型中包括可显示为不同颜色的肺部的每个肺叶。显示肺减容手术的结果也可包括在第一时间和第二时间计算并且显示肺测量值。肺测量值可以包括一个或多个肺叶的一个或多个容积；异质性分数，裂隙完整度分数，和/或旁路通气的分数。显示肺减容手术的结果进一步包括显示手术日期和/或治疗方式或治疗设备。

其他实施例还包括治疗设计或患者监测的方法。在一些实施例中，该方法为利用治疗设计系统设计支气管镜检肺减容手术，所述系统包括处理器，可在所述处理器上操作的编程以及用户界面。该方法可包括输入包括患者容积图像的患者数据，在用户界面上查看患者肺部的三维模型，其中三维模型包括由系统生成并且显示在用户界面上的支气管树和肺实质的三维模型，查看由系统生成并且显示在三维模型上的建议治疗区，利用三维模型选择治疗区，查看由系统生成并且显示在支气管树上的建议治疗部位，利用支气管树选择治疗部位，选择治疗方式，以及查看由系统生成并且显示在用户界面上的治疗方案的显示。在一些实施例中，例如,选择治疗方案包括选择单向支气管内瓣膜，能量输送疗法，或生物粘合剂。在一些实施例中，所建议的治疗区为肺叶或分支肺叶。

该方法可以进一步包括查看由系统生成并且显示在用户界面上的建议的治疗设备。该方法可以进一步包括查看关于由系统生成并且显示在用户界面上的建议治疗部位的信息。该信息例如可包括一个或多个支气管壁厚度，气管直径，和/或没有分支的气管长度。该方法可以进一步包括查看患者是否被排除在一个或多个肺减容方式之外的指示，其中指示由系统基于包括容积图像的患者数据生成并且显示在用户界面上。

在一些实施例中，所述治疗方案包括患者肺部的三维模型，所述三维模型中会受这些选择治疗方式影响的肺部病变部分会突出显示并且其中所选择的治疗部位会突出显示。在一些实施例中，所述治疗方案还包括模拟支气管镜检。

附图说明

下述附图用作说明本发明的特定实施例,并且因此不会限制本发明的范围。附图不一定成比例(除非如此陈述)并且意在和下述具体实施方式中的说明结合使用。本发明的实施例会在下文中结合附图进行说明，其中相同的数字表示相同的元件。

图1是根据一些实施例的治疗设计方法的流程图；

图2是根据一些实施例的用户界面的屏幕截图；

图3是根据一些实施例的设备选择窗口用户界面；

图4是根据一些实施例的用户选择设备后的设备选择窗口用户界面；

图5是根据一些实施例的用于包括建议治疗区的治疗设计的用户界面的屏幕截图；

图5a是根据一些实施例的用于包括建议治疗区的治疗设计的用户界面的屏幕截图；

图6是根据一些实施例的包括用户选择窗口的用户界面的屏幕截图,其中用户选择窗口用于选择由系统实施的手术类型和治疗区的类型屏幕截图；

图7是根据一些实施例的用于包括建议治疗部位的治疗设计的用户界面的屏幕截图；

图8a-8c是根据一些实施例的治疗设计的用户界面的图像，描述了由用户调整治疗部位；

图9a-9d是根据一些实施例的包括利用每个图的不同视角展示不同支气管树测量值的部分支气管树三维模型的用户界面图像；

图10是根据一些实施例的用于包括安放内支气管瓣膜治疗方案的治疗设计的用户界面的屏幕截图；

图11是根据一些实施例的用于包括安放内支气管瓣膜治疗方案的治疗设计的用户界面的另一个屏幕截图；

图12是根据一些实施例的用于包括安放内支气管瓣膜治疗方案的治疗设计的用户界面的另一个屏幕截图,其中在显示器中示出气管直径；

图13是监测肺减容手术效果的用户界面屏幕截图；

图14是根据一些实施例的用于包括针对减容输送生物密封剂肺的治疗方案的治疗设计的用户界面屏幕截图；以及

图15是根据一些实施例的用于包括针对肺减容输送能量的治疗方案的治疗设计的用户界面屏幕截图。

具体实施方式

本文描述的实施例包括用于设计诸如肺气肿的肺病的介入性支气管镜检治疗的系统。由于肺部的复杂性和肺部受肺病感染的多种多样的方式，以及个体之间的结构上的差异，设计诸如肺减容治疗，诸如安放瓣膜或使用生物粘合剂或能量方式的介入性肺部治疗会是困难的。治疗设计系统因而向临床医生提供了加强的可视化和对肺部的分析，这种分析包括帮助医生理解可能的治疗设备和患者个体结构和疾病特征之间的关系。例如，治疗设计系统可使用容积图像或图像数据来分析和识别患者结构并且向临床医生呈现患者肺部结构的三维模型。临床医生可与系统互动以利用三维模型和/或二维患者图像来选择治疗部位和治疗方式(例如瓣膜类型)。为了建议实施治疗的部位,系统可进一步基于图像(例如患者结构)和临床医生输入(例如即将治疗的肺部分以及设备选择)向医生提供分析或指导，例如安放瓣膜或使用生物粘合剂或能量的具体气管部位以及临床医生如何通过支气管镜进入那个部位的。系统提供的建议可基于并入系统的规则，例如与会限制关于治疗部位选择的身体约束相关的规则，例如安放特定瓣膜于某个部位或特定瓣膜导航到某个部位的结构要求。

该治疗设计系统可包括处理器，例如电脑内的处理器，以及也可包括诸如监测器或其他显示屏的可视显示器。系统也可包括包含在软件中，储存在系统的存储器内以及可在处理器上操作的指令。软件可包括用于处理器的指令以实施本文描述的多个步骤和方法，包括下述指令:接收包括容积图像数据的患者数据，分析该数据，显示包括肺状树的三维图像的图像，接收医生输入，以及根据临床医生输入分析肺部结构，向所述临床医生提供信息，以及建议治疗部位和方法。在一些实施例中，该治疗设计软件可并入3D肺部成像软件。在一些实施例中，该治疗设计软件和3D肺部成像软件可为分开的软件,但每个可由普通系统实现和/或并入普通系统。可以和治疗设计软件结合使用的3D肺部成像软件的例子为可从VIDA诊断公司(VIDA Diagnostics,Inc.)购买的APOLLO定量肺部成像系统软件。

本文所描述的肺部三维图像或模型并非以三维真实创建，因为它们存在于平面二维可视显示器上。反之，本文所描述的三维图像利用透视和着色，最靠近的部位在前景中描绘并且更远的部位在背景中描绘，并且在某些情况下用户能够旋转图像和/或看到多个视图，在可视显示器上显示完整的三维容积。相比之下，由诸如多平面重构(MPR)视图，CT图像，或MRI图像提供的一系列多维容积图像中的每个图像是描绘在单一平面或切片内显示的组织的二维平面图像。这些图像通常呈现在三维正交平面内，其被称为三维正交视图并且通常识别为轴向，冠状和矢状视图。

本发明的实施例可允许临床医生和肺部的三维模型以及和三维模型关联的二维容积图像交互。例如，三维模型以及关联的二维图像可呈现在可视显示器上的图形用户界面上。用户可以和图形用户界面交互，例如通过利用本领域技术人员所公知的鼠标，触针，键盘，触摸屏或其他类型的接口选择按钮，图标，和/或图像或模型或其他位置上的一个或多个部位。创建三维模型可由系统实施，该系统包括具有软件指令的处理器以执行此功能，以及软件以允许用户和图形用户界面互动，计算和展示所希望的数据和图像，以及执行本文所描述的其他功能。该系统可以进一步包括显示图形用户界面的可视显示器。三维模型和二维图像可在可视显示器上作为图形用户界面提供给用户(诸如临床医生或研究人员)，可视显示器可以是电脑屏幕，用户在其上操作图像和数据。

实施例的实例可利用硬件，固件和/或软件的组合实现。例如，在许多情况下，一些或所有由实例提供的功能可由能够在可编程计算机处理器上执行的可执行软件指令实现。同样地，本发明的一些实例包括其上存储了这样的可执行软件指令的计算机可读存储设备。在某些实例中，系统处理器自身可包括指令以执行一项或多项任务。系统处理能力不限于任何特定配置并且本领域技术人员可领会，本文所提供的教导可以以多种不同的方式实现。

如上所述，治疗设计系统利用容积患者成像为临床医生提供平台来设计肺病的介入性治疗。由治疗设计系统执行的治疗设计程序步骤的一个实例在图1中描述的流程图中示出。但是，应理解的是，本文所描述的步骤不需要一定全部实施或不需要一定以所呈现的顺序执行并且存在多个替代性方案。

治疗设计程序在启动步骤10开始，在此处临床医生和系统交互以指引其开始新的治疗设计程序。临床医生可选择要用于治疗设计程序的容积患者容积图像或图像数据并且系统可在步骤12接收容积图像或图像数据以及其他患者数据。容积患者图像可以是由诸如由其在多个平面内生成一系列二维平面图像(本文称作二维容积图像或二维图像)的CT断层扫描，MRI断层扫描，和/或PET断层扫描生成的患者图像或图像数据。由系统接收并且可对治疗设计过程有用的其他患者数据包括患者肺气肿分数，诸如FEV₁的肺功能测试结果以及旁路通气测量值。例如，旁路通气的量已经利用诸如CHARTIS系统的支气管路系统确定。

接下来在步骤14中系统分析患者数据。例如，系统可以分析容积图像以分割和识别诸如气管，肺叶，分支肺叶，以及裂隙。用于分析肺部容积图像的软件包括诸如Apollo定量肺部成像软件的3D成像软件。识别和描述分支肺叶特征的方法在公开号为2012-0249546，名称为Method and System for Visualization and Analysis of SublobarRegions of the Lung的美国专利中描述，它通过引用并入本文。识别和描述肺裂特征的方法在申请号为61/712,700，名称为Visualization and Characterization of PulmonaryFissures的美国专利中描述，它也通过引用并入本文。3D肺部成像软件使用的方法和以上所列的美国专利申请同样可用来分析如本文所描述的治疗设计的容积图像。

系统分析了患者数据后，系统可创建在其中显示气管的三维模型以及在治疗设计中用户使用的其他元素的图形用户界面。这种图形用户界面的实例在图2描述的屏幕截图中示出。屏幕截图100包括由系统根据容积图像数据构建的患者肺部102的三维模型。上部肺叶显示为不同颜色(由浅灰色代表)并且展示不同肺叶是如何可视化的。还有设备选择窗口104以及设备图示窗口106，其因为没有设备被选中而是空的。

例如，接下来在步骤16中系统根据步骤14中的分析结果可选择地执行初步类选。例如，系统可自动地应用一组一个或多个度量标准以确定患者是否适合或不适合LVR疗法。例如，支气管扩张对包括瓣膜安放手术的许多LVR手术来说是禁忌症。由于存在支气管扩张，软件因此可自动访问患者数据。如果检测到支气管扩张或其他禁忌症，其存在可呈现给临床医生并且系统可生成合适的建议。

对于步骤16中的患者类选，系统可考虑各种因素。这些因素包括支气管扩张的存在及其程度，裂隙的完整度，肺气肿(如果存在)的异质性以及肺气肿分数，如果已知的话。对于这些因素的每一个，LVR疗法是否禁忌取决于该因素是否存在或取决于该因素的严重程度。例如，小量的肺气肿，裂隙损失，或疾病异质性是可接受的，但超过某一临界点的量可对LVR疗法是禁忌的。系统因而可比较分析结果和临界点以确定是否存在禁忌。下面的表1提供了度量标准的实例，它可在步骤14中的患者类选中用于各种类型的LVR疗法。

表1

治疗方式	肺气肿分数	异质性	裂隙完整度	支气管扩张
					肺部瓣膜	≥40.0％	≥15％	≥78％	不存在
能量	≥40.0％	≥15％	NA	NA

生物粘合剂

≥40.0％

≥15％

NA

NA

表1中，由此可见某些因素可用于所有的治疗方式，例如肺气肿分数以及疾病的异质性。在每种情况下，治疗是禁忌的，除非肺气肿分数大于或等于40％。然而，其他因素可用于并非所有的治疗方式，例如裂隙完整度和支气管扩张，它们仅在肺动脉瓣安放中考虑，但在能量或生物粘合剂治疗中不用考虑。因此，如果肺动脉瓣安放由于存在支气管扩张或裂隙完整度分数少于78％而对患者产生禁忌，例如，如果满足其他标准，患者仍有资格进行能量或生物粘合剂治疗。呈现给临床医生的类选结果因而包括患者可能合适和/或有禁忌的那些方式的指示。类选结果也可包括数字数据或和度量标准(例如患者的值以及一些或所有度量标准的临界值)相关的其他信息，以表明为什么特定治疗方式是或不是禁忌的和/或患者和临界值有多接近。应理解的是，表1中示出的特定度量标准和数值是示例性的，并且可替代性地使用其他度量标准和临界值。

在步骤18的设备选择中，用户可选择要用于设计的手术中的治疗方式。该系统可将多个方式呈现给用户，例如支气管内瓣膜安放，生物粘合剂和/或能量输送的列表。方式列表可限制为在步骤16中不是禁忌的那些方式。设备示意图或其他可视显示可以呈现给用户或结合特定设备使用户可用。用户可选择步骤18中展示的治疗方式选择中的一个。

图3示出了用于用户的设备选择的图形用户界面的实例。在该图中，用户已经点击了设备选择下拉菜单108并且治疗方式选择窗口104之下出现了治疗方式列表110。图4示出了用户做出了设备选择后的治疗方式选择窗口104。所选择的设备，在这种情况下为支气管内瓣膜，在治疗方式选择窗口104中指示。此外，选择的治疗方式的图示显现在设备图示窗口106中。

在一些实施例中，系统可在步骤20生成并且显示建议的治疗区。虽然这一步作为在治疗方式选择步骤18后发生的步骤在图1中示出，但是，例如，它可以可替代地在治疗方式选择步骤18之前发生。基于在步骤14中实施的患者数据分析，系统可判定哪个或哪些肺部区域最有可能对治疗产生积极响应。这种判定可基于可随推荐治疗方式变化的一组因素或度量标准由系统做出。下面的表2示出了可由系统考虑用于确定对于特定治疗是否建议特定肺部区域的因素的实例。

表2

治疗方式	肺气肿分数	异质性	裂隙完整度
				肺部瓣膜	≥40.0％	≥15％	≥78％
能量	≥40.0％	≥15％	NA
				生物粘合剂	≥40.0％	≥15％	NA

表2显示的因素可被系统应用在多个肺部区域，例如肺叶或分支肺叶，用于整个肺部以识别LVR疗法可能适合的那些区域。利用模糊逻辑或决策树技术，举个例子，这些因素的测量值可用来导出简单规则或更加复杂的规则。在一些实施例中，应用一组定义的规则可以自动进行分析。例如，该规则和临界值可为硬编码(例如xml文件)。在其他实施例中，用户能够选择和/或修改应用于患者数据的规则。例如，用户能够调节系统应用的临界值。

例如，由系统识别的建议治疗区域可以利用肺部三维模型在用户界面上呈现给用户。在一些实施例中，系统可显示建议区域作为用于治疗的建议的肺叶或建议的分支肺叶。在一些实施例中，用户可选择哪些类型的建议区域(肺叶或分支肺叶)显示在三维模型上。建议的肺部治疗区域可通过用对比色显示建议的肺部治疗区域或以一些其他方式和剩余肺部对照在视觉上突出显示治疗区域或多个区域来与其余的肺部相区分。此外，关于每个建议肺部治疗区域的相关信息可提供给用户。这种信息可显现在用户界面上，例如和在三维模型上的推荐肺部治疗区域相近或重叠，或当用户和所述推荐肺部治疗区域交互时显示在用户界面上，例如当用户将鼠标悬停于该区域之上时。信息可包括诸如肺部区域的肺气肿分数，异质性分数，和/或裂隙完整度分数的测量值。

图5为包括包含两个建议治疗区域112的肺部三维模型的图形用户界面的屏幕截图100的实例。例如，建议治疗区域112可以用对比色示出。在图5中，建议治疗区域为右侧上部肺叶，它由用来描绘和诸如对比色的剩余肺部进行对比的条纹区域显示。三个二维CT图像114也包括在每个正交视图中。替代地，在这个图和其他图中以及本文描述的实施例中的CT图像可为MPR视图。还示出了旁路通气输入窗口116，用户可将用于建议治疗部位的旁路通气数值输入到其中。示出了治疗区域信息窗口122，其中列出了肺部区域百分数少于-950H.U.，异质性分数(百分数)，裂隙完整度(百分数)以及旁路通气。图5a描绘每个视觉上可区分的分支肺叶的替代的屏幕截图。在这个实例中，突出显示的分支肺叶(以条纹表示)和裂隙的丢失部分相接触。如在图5a中所示的实例中，有几个分支肺叶在裂隙的两边接触裂隙的丢失部分。集中在分支肺叶上的造影因此可给临床医生所述内部肺叶旁路通气可能发生的位置的指示。

在图6中，图形用户界面也包括用户可选择由所述系统实施的手术类型的用户选择窗口120，例如治疗设计或治疗监测手术。用户也可在建议的治疗区域的类型之间进行选择，例如肺叶或分支肺叶。也示出了治疗区域信息窗口122。

在步骤22中，用户选择要治疗的肺部区域。用户可选择在步骤20中由系统识别的建议治疗肺区域或可选择不同的肺区域。比如用户可通过点击三维模型上的区域来选择治疗区域。在一些实施例中，用户可有选择权以在治疗设计手术和患者监测之间选择并且在选择治疗区时跟进该程序。可替代地，在治疗设计或跟进之间的选择可在手术开始时进行，例如输入患者数据之前或之后直接使用相似窗口。

在步骤22中选择了治疗区域后，在步骤24系统可生成并且显示建议的治疗方案。该治疗方案可包括实施治疗方式的一个或多个建议的部位，例如安放一个或多个瓣膜或输送生物粘合剂或能量治疗。基于之前选择的治疗区域以及之前选择的治疗方式，系统可识别支气管树内实施治疗(在哪里植入瓣膜，或应用生物粘合剂或能量输送)的一个或多个部位。该部位可基于在患者数据分析步骤中确定的患者结构，以及设备尺寸和任何其他与设备相关的要求，还有选择的治疗区域由系统进行选择。例如，在一些实施例中，当设计瓣膜安放手术时，系统可识别一个或多个首选的部位选择项，它们是足够小以接收瓣膜并且将导致选择的治疗区域完全阻塞的最接近的气管。系统会考虑的其他因素包括不具有气管分支点部位的气管的长度。就是说，如果气管相对于设备的尺寸足够长并且沿长度没有分支点才能选择该部位。系统要展现给用户的植入位置也可要求最小的壁厚度。如果单个部位的治疗会导致整个选择的治疗区域阻塞，可以展现单个部位。可以展现多个部位，例如如果单个治疗部位不足以阻塞整个治疗区域或如果单个部位的治疗会导致选择的治疗区域外部的肺部阻塞。

建议的一个或多个治疗部位连同选择的肺部治疗区域一起可在肺部的三维模型上展示。这种信息也可连同三维模型一起在二维图像上显示，其中对应于治疗部位和/或病变区的识别颜色在每个图像中始终使用。可替代地，选择的肺部区域和实际受影响的肺区域可和治疗部位一起按要求显示，例如如果用户悬停在建议治疗部位之上。在一些实施例中，建议的治疗部位可被列出，例如通过建议部位的结构名称。

支气管镜检地进入一个或多个建议的治疗部位的建议路径也可具有步骤24中的建议治疗方案。建议的路径可包括诸如显示分支的图，气管直径，和/或气管壁厚度。二维正交视图，例如CT断层扫描，可提供给用户，这样用户可将视图缩放到目标区域。颜色或其他对比技术也可用于指示瓣膜部位以及对应的瓣膜大小。例如，支气管树上建议的治疗部位可以用颜色显示，例如绿色，并且相同颜色可用于代表瓣膜尺寸，例如7mm直径的瓣膜。

建议的治疗方案也可包括特定建议的治疗设备。在一些实施例中，系统包括一组用于确定用在治疗部位的瓣膜的合适尺寸的规则。例如，系统可使用下述表3列举的因素。基于这个分析，系统可建议特定设备并且向临床医生显示该建议。也可显示关于建议的设备的信息，例如设备尺寸和/或特定设备的图像。在一些实施例中，系统可以建议多个均有资格在建议治疗部位使用的特定设备，用于临床医生进行选择。

表3

图7是建议治疗方案显示的屏幕截图100的实例。该显示包括支气管树124的三维模型，其中用在图中用细斜线条纹表示的对比色示出了三个建议治疗部位126。三个正交CT图像114也在显示中示出。所述屏幕截图也包括建议的治疗部位128的列表。

然后，用户在步骤26选择治疗方案。用户可以选择步骤24中系统建议的治疗方案整体。可替代地，用户可以修改建议的治疗方案，例如通过选择一个或多个可替代的治疗部位，一个或多个通往治疗部位的可替代的支气管路径和/或一个或多个治疗设备。在一些实施例中，用户能够通过在相同气管分支中向近端或远端移动治疗部位或将其移动到相邻的分支上来调整治疗部位，例如通过在三维支气管模型上向近端或远端滑动治疗部位指示器或另外利用所述图形用户界面调整治疗部位。图8示出了用户调整设计治疗部位的实例，其中示出了一部分三维气管模型126。在图8a中，系统建议的初始治疗方案展示给用户，建议的治疗部位126以细斜线条纹表示的对比色指示。在图8b中，用户选择了要用部位变换窗口130改变的治疗部位。在图8c中，选择的治疗部位被改变并且被移动到更远端处，超过分支，并且被分别由实心黑区和黑点代表的不同对比色显示的两个经修改的治疗部位132,134所替代。在一些实施例中，如果用户对其进行了调整，系统可以重新分析治疗部位，以确定在新选择部位处使用的瓣膜的合适尺寸，例如通过使用上面表3中显示的度量标准。如果对治疗部位进行了合适的变化，系统可以进一步显示一个或多个新的建议设备。

在一些实施例中，一旦所述治疗方案被选定，系统可显示并且允许用户详细复查步骤28中选择的治疗方案。例如，在一些实施例中，系统可提供模拟支气管镜检工具，它可包括每个部位对应的测量值的清单。例如，可以为每个治疗部位提供表3示出的一个或多个测量值。另外，可展示每个气管交叉点的角度，这样用户可评估治疗部位的可及性。在一些实施例中，系统可在用户的要求下作为动画自动播放支气管镜检。复查也可允许用户在模拟临床环境下查看每个治疗部位的测量值。在复查期间，可以提供给用户的信息包括多个气管直径，例如在每个治疗部位最近侧末端的气管直径，它将决定在该部位使用的瓣膜尺寸，以及在每个治疗部位最远侧末端的直径。这两个直径可一起使用以确定气管直径的相对尺寸，以确定治疗部位处气管渐窄的存在及其量。这可用来估计瓣膜可承受的可能的沉降量。例如，如果气管随着向远侧延伸在治疗部位变窄，那么相比其为直的或展开时瓣膜更加可能合适地安置。也可展示壁厚以允许用户估计气管硬度和弹性，其是合适的瓣膜安放需要考虑的因素。也可提供治疗部位的气管长度，因为它表明了临床医生安放瓣膜可具有的空隙量。如果这个长度比要安放的瓣膜的长度小，则该瓣膜需要放在人们所不希望的分支点内，或者为了获得合适的匹配，需要将其更换为不同瓣膜。也可提供到治疗部位的距离，例如从主要隆突到治疗部位的距离。

在一些实施例中，复查可包括改变显示器视图的选择项。例如，气管可以用关联于或突出显示诸如气管尺寸(直径)，分支，壁厚，阻塞或气管长度的特定气管特征的方式进行着色，以提供可视地评估治疗方案的可替代方法。图9a-d示出的三维气管模型中示出了替代视图的实例，其中分支134在图9a中突出显示，气管壁厚在窗口136示出并且和图9b中的气管树124的不同突出显示部分关联；阻塞点138在图9c中突出显示，并且中心线长度(好像被气管镜铲挖的分支点之间的距离)140在窗口140中示出并且对应的支气管树的部分在图9d中突出显示。气管的相似部位突出显示并且关联于窗口142以在图12中示出的气管树124的三维模型中示出气管144的直径。理解治疗方案的气管的这些方面是有用的。气管直径对治疗部位处瓣膜的合适匹配以及对于导航到该治疗部位非常重要。壁厚可影响硬度以及弹性，因此对于固定治疗部位处的瓣膜非常重要。

图10描绘的屏幕截图100中示出了生成和展示用于由用户复查的选择治疗方案28的步骤的实例。在这个实施例中，用户可通过选择它们来使用复查工具，例如通过在治疗部位右击鼠标。支气管树124的三维模型包括选择的治疗部位146以及信息列表148以及包括近端直径，气管长度，锚杆直径，壁厚和隆突距离的每个治疗部位的测量值。也可以提供或可替代地提供其他测量值。可视的支气管镜检图像150连同支气管镜检路径152一起在气管模型124上示出。在三维气管模型中示出了环绕气管的环148，并且环148提供了相关于模拟支气管镜检中环151的位置的标记以及针对该位置可以示出气管测量值的指示。也示出了气管的支气管镜检路径的模拟轴向截面154。

其他治疗方案服务屏幕截图100在图11和12中示出。在这些图中示出的显示和图10中的显示相似，但是支气管树124和相关信息不同地呈现。如前注意到的，图12中的气管树124包括窗口142中的气管厚度的指示。在图11中，示出了窗口141，其中临床医生能够选择视图的类型并且为3D气管模型展示气管信息，例如选择图9a-d中示出的视图之一。选择并复查治疗方案之后，选择的治疗方案可通过由临床医生针对肺减容应用选择的治疗方式以及选择的治疗部位来治疗患者。

在一些实施例中，该系统可用于监测患者而非治疗设计。在一些实施例中，该系统能够执行两种功能并且用户可选择想要的功能，例如通过在治疗计划和在手术开始时的监测之间选择。在选择了监测患者的过程中，接收和分析患者数据的步骤12、14与治疗计划的步骤是相同的。但是，患者数据可包括来自第一时间点和第二时间点二者的诸如容积图像的数据，例如在诸如安放瓣膜的特定治疗之前和之后的时间点。患者数据然后可以用来生成信息和比较两个时间点的肺部状态的可视化显示。在一些实施例中，该系统已经具有存储在其存储器中的针对第一时间点的患者数据。这个患者数据可能已经被输入到系统中并且作为治疗设计手术的一部分已在之前进行了分析。用户因而可指引系统从第一时间点访问这个患者数据，并且可以仅将第二时间点的附加患者数据输入系统。

当用于患者监测或后续治疗时，该过程和附图1所示的过程相似地启动。启动该过程后，系统接收第一时间和第二时间的患者数据。该数据包括在第一时间和第二时间所取的容积图像并且也可包括和第一或第二时间的容积图像相关联的数据，诸如裂隙完整度分数，疾病异质性分数，肺部功能测试结果诸如FEV，以及旁路通气分数。例如，已经在和容积图像相同的时间或相近的时间获得数据，并且当将数据输入系统时，临床医生可表明数据和一组图像或时间点相关联。然后系统可分析上面描述的关于治疗设计的患者数据。然后系统可利用经分析的患者数据为用户创建显示。该显示可包括在第一和第二时间点的包括所述气管、肺实质和/或裂隙的患者肺部的3D模型并且肺叶和/或分支肺叶可被区分或可辨识，例如通过使用对比色。肺部相关的测量值当由系统接收或计算时可以针对每个时间点进行显示。包括肺叶或分支肺叶的整个肺部或肺部部分区域当由系统利用容积图像确定时也可以针对每个时间点进行显示。当用于后续治疗时，这样的区域对比能够提供治疗成功的指示。

治疗监测包括在治疗前后评估患者。该治疗可为内窥镜肺减容手术，诸如安放瓣膜或向肺部输送生物粘合剂或能量。可替代地，它可用于在肺减容手术前后评估患者。它也可用于在没有创伤性治疗时来监测疾病进展，例如无需介入的疾病进展或用于监测非创伤性措施的影响，诸如使用或调节药剂或戒烟。

患者监测显示器的屏幕截图示例在图13中示出。该屏幕截图100包括治疗之后的第一时间点(基线，左方)和随后的第二时间点(跟进，右方)的肺实质160的三维模型，其中肺叶用不同的颜色示出。同样地，示出了支气管树在基线时间(左方)以及跟进(右方)治疗的三维模型。此外，在显示器上提供了关于肺部在基线时间以及跟进时间的信息，例如每个肺叶的容积。用这种方法，肺部的变化可被用户看见并且理解以及监测。

如上所述，不同实施例可用于基于使用生物粘合剂或能量的LVR手术的治疗设计。使用生物粘合剂，诸如Aeris疗法的AERISEAL系统，不像安放瓣膜那样依赖于气管形态。当选择使用生物粘合剂时，治疗部位(例如气管直径)的测量值并非必要。同样，提供关于裂隙完整度的数据并非必要。相反，肺容积测量值，诸如肺叶或分支肺叶的容积，连同肺气肿分数和肺叶或分支肺叶的异质性都是重要因素，其可由系统确定并用于治疗设计。图14示出了生物粘合剂手术的治疗设计步骤的所述屏幕截图100。所述肺部102的三维模型示出了气管树124和实质160两者，其中治疗148区域170通过使用对比色突出显示。显示也包括窗口162中的基线测量值。治疗前后的肺叶的容积在基线容积窗口164和跟进容积窗口166中示出。也示出了基线日期168和随后的日期170。总的容积测量值显示了整个右肺或左肺的容积。组织容积测量值显示了所选择的治疗区域的容积。这些测量值可在手术中被临床医生用来帮助确定使用生物粘合剂的合适量。也显示了贯穿治疗区的肺部CT图像114，以及模拟支气管镜检视图150和穿过气管通向治疗部位的支气管镜检路径的模拟轴向截面。

如同生物粘合剂，多种形式的能量可用来实施LVR治疗。实例包括使用加热的水蒸气。多个实施例可用于治疗设计和确定剂量。如同生物粘合剂治疗，基于能量的治疗并不依赖于气管形态或裂隙完整度，并且因而当设计能量治疗时可从显示中省略这些测量值。但是，针对肺叶、分支肺叶和/或其他治疗区域的重要测量值，诸如容积测量值、肺气肿分数和异质性，可由系统确定并且在显示器上提供。此外，系统可以提供治疗方案。由系统提供的治疗方案可包括通往治疗部位的路径，并且这可在三维支气管模型上提供。可由系统计算并且展示给用户的容积测量值包括总体容积以及组织容积，并且这些可用于协助确定在手术中使用的合适能量的量。治疗方案可包括以及展示建议的分支肺叶的治疗顺序，例如从最小的部分开始或肺叶最小并逐步进展到较大肺叶和分支肺叶。系统也可提供作为治疗方案一部分的精确的剂量建议。

图15示出了能量输送的治疗方案复核的屏幕截图100的实例。它和治疗方案复核的其他屏幕截图100相似并且包括肺部102的三维模型，其具有突出显示的治疗区、对应的CT图像114、模拟支气管镜检视图150以及模拟轴向横截面154。窗口148包括治疗部位的测量值，其包括总体容积、组织容积、空气容积、组织对空气比例以及隆突距离。组织容积和空气容积为所选择的分别包括组织和空气的治疗区的容积，同样地可由系统通过分析患者的容积图像而确定。这些值，以及它们的比例，对帮助临床医生确定手术中需要输送的能量的量有用。所述设备图示窗口106显示了示范性的能量输送设备并且能量是在设备选择窗口104中所选择的方式。

当完成治疗设计或跟进过程时，过程在步骤34处结束。

在前面的详细说明中，本发明结合特定实施例进行了描述。但是，人们可领会的是，可进行不同的修改和变换而不会脱离本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于设计患者的支气管镜检的肺减容手术的系统，包括：

处理器；

在所述处理器上操作的编程，用于设计所述肺减容手术；其中设计所述肺减容手术包括：

接收包括所述患者的容积图像的患者数据；

分析所述容积图像以识别肺部的肺叶和支气管树；

显示所述患者的肺部的三维模型；

生成和显示所述三维模型上的建议治疗区；

接收用户选择的治疗区；

生成和显示所建议的所述支气管树内的治疗部位；

接收用户选择的所述支气管树内的治疗部位；

接收用户选择的治疗方式；

显示治疗方案。

2.根据权利要求1所述的系统，其中设计所述肺减容手术进一步包括生成建议的治疗设备。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述治疗方式包括单向瓣膜、能量输送疗法或生物粘合剂。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述治疗方案包括显示所述患者的肺部的三维模型，其中会受到所选择的治疗方式影响的所述肺部的病变部分在视觉上清晰可见，并且其中所选择的治疗部位在视觉上清晰可见。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述治疗方案进一步包括模拟支气管镜检。

6.根据权利要求1所述的系统，其中设计所述肺减容手术进一步包括显示和所建议的治疗部位相关的信息。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述信息包括气管壁厚、气管直径以及不含分支的气管长度中的一个或多个。

8.根据权利要求1所述的系统，其中设计所述肺减容手术进一步包括接收用户的指令以将所建议的治疗部位移动到新的部位并且在所述三维模型上显示所述新的治疗部位。

9.根据权利要求1所述的系统，其中设计所述肺减容手术进一步包括分析所述患者数据，其包括将所述患者数据和一组度量标准进行比较，以确定所述患者是否被排除在肺减容的一个或多个方式之外。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述度量标准包括肺气肿分数、异质性、支气管扩张以及裂隙完整度的测量值中的一个或多个。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所建议的治疗区为所述肺部的肺叶。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所建议的治疗区为所述肺部的分支肺叶。

13.一种用于设计患者的支气管镜检的肺减容手术和用于监测所述患者的所述肺减容手术的结果的系统，所述系统包括：

处理器；

在所述处理器上操作的编程，用于设计所述肺减容手术；和

在所述处理器上操作的编程，用于显示已被实施的所述肺减容手术的结果；

其中设计所述肺减容手术包括：

接收包括来自第一时间的所述患者的第一组容积图像的患者数据；

分析所述第一组容积图像以识别肺部的肺叶和支气管树；

显示所述患者的肺部的三维模型；

生成和显示所述三维模型上的建议治疗区；

接收用户选择的治疗区；

生成和显示所建议的所述支气管树内的治疗部位；

接收所述用户选择的所述支气管树内的治疗部位；

接收所述用户选择的治疗方式；和

显示治疗方案；以及

其中显示所述肺减容手术的结果包括：

访问患者数据，所述患者数据包括来自第二时间的第二组容积图像，所述第二时间晚于所述第一时间并且在所述肺减容手术之后；

分析所述第二组容积图像，以识别所述肺部的肺叶和支气管树；

显示所述第一时间和所述第二时间的所述患者的肺部的三维模型。

14.根据权利要求13所述的系统，其中在所述患者肺部的三维模型中，包括每个肺叶用不同的颜色呈现。

15.根据权利要求13所述的系统，进一步包括计算和显示所述第一时间和所述第二时间的肺部测量值。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述肺部测量值包括一个或多个肺叶的容积、异质性分数、裂隙完整度分数以及旁路通气分数中的一个或多个。

17.根据权利要求16所述的系统，其中显示所述肺减容手术的结果进一步包括显示手术日期。

18.根据权利要求13所述的系统，其中显示所述肺减容手术的结果进一步包括展示治疗方式。

19.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一时间在肺减容手术之前并且所述第二时间在肺减容手术之后。