CN101522105A - 在手术室中执行台边自动脉管分析的方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种在手术室(OR)中执行自动脉管分析(AVA)的方法。该方法包括以下步骤：从对象体积的3D旋转血管造影(3D－RA)数据集中构造脉管树(3)的图像；在计算机设备(1)的屏幕(2)上显示图像(9)；通过在对应的第一位置处触摸屏幕来选择所显示的脉管树的脉管的第一脉管截面；通过在对应的第二位置处触摸屏幕来选择脉管的第二脉管截面；通过第一脉管截面和第二脉管截面之间的脉管的路径执行脉管跟踪功能，其中，解析地探察两个脉管截面之间的脉管的形状，并且，在屏幕上显示与脉管的形状相对应的数据的图像。

Description

在手术室中执行台边自动脉管分析的方法
技术领域
本发明涉及介入性血管程序领域。具体地，本发明涉及一种在手术室(OR)中执行台边自动脉管分析(AVA)的方法。
背景技术
介入性血管程序(诸如X射线血管程序)基于对通过对象脉管(例如人体脉管)的脉管内材料的实时2D微创图像引导。为导丝和导管的交互式跟踪而选择的熟知的成像模态为X射线血管机器。已知3D旋转血管造影(3D-RA)技术通过增加第三维而显著改进了标准2D血管成像，并从而允许更好地理解脉管形态以及脉管病理与周围分支的相互关系。
此外，临床医生在手术室中的手术台边执行介入治疗。为此，作为触摸屏设备的台边模块(TSM)使得临床医生能够在3D-RA数据的可用体积上执行简单操作，诸如对视图进行旋转、放大缩小、存储等。
US 2006/0020915 A1描述了一种用于改进的外科手术工作流开发的系统和方法，其能够创建和编辑用于通过模块中所包括的图像和功能的序列来指导医疗程序的可修改模块。该模块可以存储于服务器上，或者可以装入触摸屏显示器上，从而允许外科医生用手或指示笔接触屏幕以与模块相交互或对模块进行修改。
此外，CA 2 356 367 A1描述了一种无线手持式设备屏幕捕捉打印技术。该设备上的软件可以在被设备操作者请求时局部地收集屏幕捕捉信息，并将其与路由信息一起经由通信网络传输至无线服务器，无线服务器将其格式化并按路线发送至指定的目标设备。
然而，更复杂的AVA操作仍然必须在另一房间(控制室)中执行。这意味着在介入治疗期间，临床医生步行至控制室，坐在服务器(例如工作站)后面，并且利用鼠标操作该服务器。
发明内容
AVA允许临床医生选择要分析的脉管段。该分析的结果为示出了脉管形状相关数据的用户自定义位置处的脉管的横截面视图，该脉管形状相关数据诸如在该位置处的拟合椭圆的最小直径和最大直径以及面积。此外，可以示出图示说明了脉管沿其路径的直径的图表。
该图表还可以指示最大的狭窄、阻塞百分比等。该工具对临床医生是非常有价值的，并且被频繁地使用，因为其允许临床医生评估脉管中的狭窄，并且帮助临床医生选择支架长度和直径以用于进一步操作。
期望使得临床医生能够利用简单事物来使用介入性血管方法，该方法保留了AVA的优点，并且避免了费力地反复通行手术室和服务器室之间的距离的缺点。此外，期望实现一种改进医师的工作流的方法。
这些问题可由权利要求1所述的方法解决。该方法使得医师能够利用台边处的自动脉管分析工具，换句话说，通过触摸屏计算机设备通过放置探针来在手术室(OR)中执行AVA。
当用户触摸计算机设备的屏幕时(权利要求1的步骤c、d)，将坐标传递至同一设备的存储器或/和第二设备(例如服务器)。服务器将相对于所谓的体素体积定位探针。
探针为围绕给定位置处的脉管拟合的几何形状。
探针可以包括球面：
(p-p0)2＝r2     (1)
和通过球面中心的平面：
np·(p-p0)＝0   (2)
其中p为点的位置，p0为球面的中心，r为球面的半径，且np为平面的法线。优选地，球面的半径应当稍微大于所探察的脉管的半径。当3D球面与表示脉管边界的3D三角形表面(例如由移动立方体算法创建)一起被绘制时，利用适当的图形用户界面来对正确的半径进行交互选择是很容易的。应当定位球面使得脉管与球面至少部分地相交。接下来，可以基于将屏幕设备所经过的坐标用作原点且将相机的观察向量用作方向来对探针平面的方位、该平面的局部坐标系和探针球面的位置进行调整。直线和所分割的脉管的第一交点将用于定位第一探针(权利要求1的步骤c))。在对准后，根据探针的位置估计脉管半径。
执行脉管跟踪功能
根据本发明的方法，通过触摸屏幕来对脉管跟踪功能的执行进行初始化。在将探针平面的方位调整至脉管(探针是对准的)的情况下，如果新平面法线与旧平面法线相反，则将法线的方向反向。接下来，对平面的u轴和v轴进行选择，使得u轴和v轴与新平面法线正交且彼此正交，并且尽可能接近旧的u轴和v轴(如果有的话)。一致的u轴和v轴对在脉管跟踪期间顺利内窥(endoview)脉管是必要的。这些u轴和v轴还用于对球面中心进行调整。在Jan Bruijns的“Semi-Automatic Shape Extraction fromTube-like Geometry”，Vision Modeling and Visualization 2000，第347-356页中和Jan Bruijns的“Verification of the Self-adjusting Probe：Shape Extractionfrom Cerebral Vasculature”，Vision Modeling and Visualization 2003，第159-166页中更接近地描述了具有若干变化的脉管跟踪功能。
所提议的经由触摸屏使用该方法的解决方案可以以该方法易于使用的事实为特征。与该方法改进医师的工作流的事实一起，该方法可被看作对3D-RA的附加的价值。台边处的该功能的可利用性可以大大改进介入治疗的工作流。
所提议的方法通常独立于系统体系结构。
然而，优选的实施例为一种客户端-服务器系统。该系统基于服务器(例如工作站)与被称为客户端的设备的已知交互，该服务器保存3D数据并执行数据至图像的实际绘制，该设备例如是诸如平板PC或手持式设备的远程触摸屏设备，其显示图像并处理用户交互。客户端应当能够进行一些基本处理，但是无需具有工作站的大规模处理能力。客户端具有触摸屏，并且优选可以是无线的，但不必须是无线的。
通常，在服务器和客户端之间必须存在数据连接，例如WLAN。所提议的方法可以考虑客户端的处理能力和该连接的带宽的限制。
根据本发明的示例性实施例，该方法可以包括下列步骤：由服务器采集3D-RA数据集。将脉管数据的图像显示在客户端的屏幕上。用户通过用手或指示笔按压客户端的屏幕来选择第一探针的位置。将探针放在对应的位置处的体素体积中的脉管上。将所选择的位置处的脉管的横截面显示在图像中。然后，用户通过按压屏幕选择第二探针的位置。同样将该探针放在对应的位置处的体素体积中的脉管上。可以将所选择的位置处的脉管的横截面显示在图像中。探针的位置可以优选地通过按压向上或向下的箭头符号而移动通过脉管，这些箭头符号优选地位于靠近横截面的屏幕上。最后，用户按压屏幕上所显示的如“跟踪按钮”的符号。然后，可由屏幕示出图表，其图示说明了沿所跟踪的路径的直径。
在具有客户端-服务器体系结构的方法的又一优选实施例中，该方法包括以下步骤：
由服务器从对象体积的3D旋转血管造影(3D-RA)数据集中构造脉管树的图像；
将脉管树的图像从服务器传递至客户端(触摸屏设备)；
在客户端的屏幕上显示图像；
通过在对应的第一位置处触摸屏幕来选择所显示的脉管树的脉管的第一脉管截面；
将第一脉管截面的坐标从客户端传递至服务器；
由服务器提取通过脉管树的第一横截面，其中，该横截面的中心对应于第一脉管截面的中心；
将第一横截面的图像从服务器传递至客户端；
在客户端的屏幕上显示横截面的图像；
通过在对应的第二位置处触摸屏幕来选择所显示的脉管树的脉管的第二脉管截面；
将第二脉管截面的坐标从客户端传递至服务器；
由服务器提取通过脉管树的第二横截面，其中，该横截面的中心对应于第二脉管截面的中心；
将第二横截面的图像从服务器传递至客户端；
在客户端的屏幕上显示第二横截面的图像；
由客户端提供跟踪功能(TRACE FUNCTION)；
启动跟踪功能并将适当的信号从客户端传递至服务器；
通过第一脉管截面和第二脉管截面之间的脉管的路径执行脉管跟踪功能，其中，由服务器解析地探察两个脉管截面之间的脉管的形状；
将对应于形状的数据从服务器传递至客户端；
在客户端的屏幕上显示与脉管的形状相对应的数据的图像。
通过参考此后描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得明显并得以阐明。
附图说明
将通过参考下列四个附图，经由八个工作流步骤在下文中描述本发明的示例性实施例。
图1至图4示出了在其触摸屏上具有不同图像的计算机设备上的主视图。
具体实施方式
工作流步骤1
将旋转血管造影运行传递至3D-RA工作站(未在此示出)，并且照例重建体素体积。用户可以照例经由工作站(利用鼠标、台边模块或遵循C形臂)对该体积进行旋转、平移和缩放。工作站还将执行体素体积中的脉管的分割，并且构建脉管树图形。3D-RA工作站将作为本发明的该实施例中的服务器。
工作流步骤2
当用户选择台边AVA应用时，服务器会将3D-RA体积的当前视图传递至计算机设备1(在图1中示出)。然后，客户端会在屏幕2上将该视图显示为图像。这意味着只有2D图像(体积上的视图)需要被传递。计算机设备1现在准备好接收用户输入。计算机设备1为远程触摸屏设备(例如平板PC)并且将作为客户端。
工作流步骤3
当用户触摸客户端的屏幕2时(在图1中示出)，坐标被传递至作为服务器的工作站。服务器将相对于体素体积定位探针。这意味着遵循一直线；将客户端所经过的坐标用作原点，并且将相机的观察向量用作方向。直线与所分割的脉管3的第一交点将用于定位第一探针4。探针的中心5定位在所分割的脉管树6的适当的中心线上。探针的法线对应于在探针的中心5处的脉管中心线的切向量。
工作流步骤4
服务器创建对应于通过体素体积的第一脉管截面7(在图2中示出)。横截面7的中心对应于探针的中心5，并且横截面的法线对应于探针的法线。
将横截面7作为图像8与该体积上的视图的更新的图像9一起传递至客户端。该体积上的更新的图像视图将使所选择的探针4相对于脉管3可视化。
当用户按压客户端的屏幕2上的箭头按钮符号10、11中的一个时，这被传送至服务器。然后，服务器将沿着所分割的脉管3的中心线移动探针4，并且将该体积上的横截面5和视图的更新发送至客户端。
工作流步骤5和6
当用户在已放置第一探针后点击客户端的屏幕2上的体积的视图时，将放置第二探针12(图3)。为了进行该步骤，将执行与对第一探针所执行的动作相同的动作。
工作流步骤7
当用户按压“跟踪”按钮符号13时，在探针4、12都已被放置之后，客户端将通知服务器运行跟踪算法(图3)。
工作流步骤8
服务器现在将执行通过脉管树6的跟踪，这意味着从第一探针4(第一脉管截面)至第二探针12(第二脉管截面)遵循中心线的路径。沿着该路径，将记录脉管3的横截面的直径和面积。利用所得到的数据能够识别狭窄。数据将被表示在图表14中，图表14将被发送至客户端(在图4中示出)。
应当注意到，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，“一”或“一个”并不排除多个，并且单个处理器或系统可以实现权利要求中所陈述的若干装置或单元的功能。
此外，应当注意到，权利要求中的任何附图标记均不应当被解释为限制权利要求的范围。

Claims (7)

1、一种在手术室(OR)中执行自动脉管分析(AVA)的方法；其中，所述方法包括以下步骤：
a)从对象体积的3D旋转血管造影(3D-RA)数据集中构造脉管树(3)的图像；
b)在计算机设备(1)的屏幕(2)上显示所述图像(9)；
c)通过在对应的第一位置处触摸所述屏幕(2)来选择所显示的脉管树(6)的脉管(5)的第一脉管截面；
d)通过在对应的第二位置处触摸所述屏幕(2)来选择所述脉管(6)的第二脉管截面；
e)通过所述第一脉管截面和所述第二脉管截面之间的所述脉管的路径执行脉管跟踪功能，其中，解析地探察所述两个脉管截面之间的所述脉管的形状；
f)在所述屏幕上显示与所述脉管的所述形状相对应的所述数据的图像(14)。
2、如权利要求1所述的方法，其中，服务器构造所述脉管树(6)的图像；其中，所述服务器执行所述脉管跟踪；并且其中，由所述服务器解析地探察所述两个脉管截面之间的所述脉管(3)的所述形状。
3、如权利要求2所述的方法，其中，客户端的屏幕(2)上所显示的脉管树(3)为所述服务器当前存储的3D-RA体积的2D视图。
4、如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
通过在所述屏幕上触摸预定位置(10、11)从所述脉管的所述路径向上或向下滚动所述第一和/或第二脉管截面。
5、如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
通过在所述屏幕(2)上触摸预定位置(13)启动所述脉管跟踪功能。
6、一种用于执行如权利要求1所述的方法的具有客户端和服务器的系统，其中，所述客户端经由诸如WLAN或有线TCP/IP连接的连接与服务器相交互。
7、如权利要求6所述的客户端，其中，所述客户端为远程触摸屏设备(1)。
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