CN102918567A - 用于执行医疗流程的计算机模拟的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式目的在于一种执行图像引导流程的计算机模拟的方法。所述方法可包括接收特定患者的医疗图像数据。可基于所述医疗图像数据产生所述特定患者的解剖结构的患者特定的、基于数字图像的模型。可使用基于数字图像的模型来执行图像引导流程的计算机模拟。医疗图像数据、基于图像的模型以及模拟的医疗工具模型可被同时显示。

Description

用于执行医疗流程的计算机模拟的系统和方法

发明背景

即使对于最有经验的介入治疗医生，许多侵入式医疗流程比如血管内流程也可提出挑战。曲折的人体结构、困难的可视化、复杂的伤口形态、以及其他的并发症可能会加到增加的流程时间、X光透视检查暴露、以及对比染色使用。如果进入策略或者设备选择是次最佳的，则可能损失宝贵的时间。因此，引入了图像引导流程的模拟系统，其用于无不必要的风险的情况下训练内科医生，该模拟系统可用作手术前的计划工具或者手术后的评估工具。

大多数的医疗模拟可使得医生能够在虚拟模型上实践，该虚拟模型基于解剖结构的预定模型。这些结构与特定的患者无关。因此，这种系统不能够用于在进行手术之前对特定的患者精确地计划手术或者用于手术之后的评估。

更加先进的模拟系统是使用患者特定的医疗图像数据的患者特定的模拟系统。患者特定的模拟介入环境可允许在患者的精确的解剖结构的虚拟模型上预演完整的复杂流程，例如血管内流程，提高了在现实生活中的有效结果的可能性。

附图简述

在本说明书的结束部分中特别指出并清楚地主张被视为本发明的主题。然而，关于手术的组织和手术的方法以及其主题、特征和优势，可在与附图一起阅读以下详细描述时通过参考该描述来最好地理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的示例性的系统，其用于模拟图像引导流程；

图2是示出了根据本发明的一些实施方式的方法的流程图，该方法用于同时模拟图像引导流程和显现医疗图像数据；

图3、4、5和6显示了根据本发明的实施方式的示例性的截屏，这些截屏与模拟流程和医疗图像数据的综合显现相关；以及

图7和8显示了根据本发明的实施方式的示例性的渲染模式，其可用于医疗图像数据的显现。

将认识到，为了说明的简单和清楚，附图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可相对于其他元件被放大。此外，在被认为适当的场合，参考数字可在附图中重复以便指示相应的或者相似的元件。

本发明的实施方式的详细描述

在以下的详细描述中，阐述了大量具体细节以便提供对本发明的彻底理解。然而，本领域中的具有普通技能的人员将理解，本发明可以被实践而无需这些具体细节。在其他的例子中，并未详细描述公知的方法、流程、组件、模块、单元和/或电路，以免使得本发明难以理解。

本发明的实施方式目的在于患者特定的计算机模拟，其用于图像引导流程。在一些实施方式中，用于使得模拟流程能够执行的方法可包括基于从受验对象的扫描接收到的医疗图像数据来产生解剖结构的基于数字图像的模型。所述受验对象可以是例如即将要经受图像引导流程的患者。根据本发明的实施方式，医疗图像或其他数据可以是从一个或多个成像系统获得的患者特定的医疗图像和参数，所述成像系统比如是计算机断层照相（CT）、CT-X光透视检查、X光透视检查、核磁共振成像（MRI）、超声波、正电子发射断层扫描术（PET）和X光系统，或者任何其他适合的成像系统。本发明的实施方式可使用本文所描述的输入医疗图像数据来产生解剖结构、器官、系统或区域的2D、3D或4D模型。虽然模拟的解剖器官或系统可以是直观的，并且可以精确地描绘解剖外观，但是，相对于医疗人员熟悉和/或惯用的传统图像或显现，它还可以提供不同的视图。例如，内科医生通常可能习惯于检查X光或CT图像，并且可能被良好地训练以识别出在这种图像中的解剖结构或组织，但是可能发现难以识别或确定器官或工具相对于模拟模型的位置或方向。

根据本发明的实施方式，执行图像引导流程的计算机模拟的方法可包括：接收可能与特定患者相关的医疗图像数据；基于所接收的医疗图像数据来生成解剖结构的基于数字图像的模型；进行实际的模拟图像引导流程；以及同时显示数字模型和医疗图像数据。例如，在显示屏中的第一区域可以专用于显示解剖器官的模拟模型，而在同一个或另一显示器上的第二区域可显示该解剖器官的相应CT图像。在一些实施方式中，医疗图像数据例如CT层面图像可在重叠模式中显示在模拟模型上。例如，CT层面图像可以在与显示了模拟模型相同的显示区域中被显示，并且还可以根据不同的方向和视角选择来被定位。

如本文所描述的，本发明的实施方式可为用户提供不同的图像视图和其他的医疗数据。例如，所提供的视图可与预定的表面或平面有关。在一些实施方式中，可基于所接收的原始医疗图像数据、人工生成的医疗图像数据或者原始的和人工的医疗图像数据的组合来生成关于特定表面的图像。例如，可处理CT层面或其他图像以生成可能不一定与用于获得CT数据的成像系统的视图相关的视图。在一些实施方式中，被生成的视图根据需要可以与特定的平面、表面、角度或其他方面相关。一些示例性的平面或表面（其视图可被生成）可以是轴向平面、冠状平面、矢状平面、与所选定的血管正交的平面、非平面的表面、与用来获得所述医疗图像数据的成像系统相关的平面、或者与形成模拟流程的一部分的虚拟成像系统相关的平面。要注意的是，虽然此处描述了一些示例性的平面或表面的视图，但是可生成如本文所描述的任何此类视图。还要注意的是，术语“表面”和“平面”在可适用的背景中时可以指视图的相同的实体或外观，并且因此在本文中是可以互换使用的。例如，矢状平面视图和矢状表面视图可以指是相同的视图。

在一些实施方式中，与特定表面、视点或成像系统相关的图像可以基于所接收的原始医疗图像数据来生成。例如，CT层面或数据可以被处理以便产生可能不一定与CT系统的视图有关的视图。例如，二维的X光视图可以根据基于数字图像的模型来产生。在特定的情况下，基于3D数字图像的模型可以基于来自如本文所描述的CT系统的输入来生成。X光视图可随后根据基于数字图像的模型来生成。例如，二维（2D）X光视图可以通过将基于三维数字图像的模型投射到二维表面或平面上来产生。本发明的实施方式可使得用户能够选择X光摄像机相对于患者的视角、方位或位置，并产生由位于选定的位置和/或方位处的X光摄像机所提供的X光图像或视图。因此，甚至当没有实际的X光摄像机用于获得此类图像时，也可生成和提供人工的或者合成的X光图像或视图。在另一个实施方式中，从CT系统接收的数据可被用于生成基于数字图像的3D模型，并且此类模型还可被用于生成通过安装在用于结肠检查的结肠镜上的摄像机来提供的视图。因此，展现内部状况的视图或结肠的视图可被生成和显示。同样，根据基于数字图像的模型可以产生与任何可适用的技术或系统相关的视图或图像。通常通过各种系统产生视图或图像的能力可被本领域中的技术人员高度认识到。此种能力的优势可包括大大地节省了成本和时间，因为基于由第一成像系统接收到的数据，本发明的实施方式可提供与第二个不同的系统相关的输出。另一个优势可以是合成并且提供与模拟成像设备的任何角度、方向、方位或者位置有关的图像的能力。例如，除了或代替本文所描述的基于图像的模型，还可显示与如本文所描述的虚拟系统相关的人工视图。

如本文所描述的，医疗图像数据（比如CT、MRI或X光图像）的显示可以与模拟流程的显现、进展或其他方面整合或协调或者以其他方式相关联。在一些实施方式中，医疗图像数据的显现可以根据用户的选择。例如，用于可以点击模拟模型上的位置，或以其他方式选择或指示对与该模拟模型有关的位置、解剖器官或区域的兴趣，并且被提供相应于该选择的CT图像或其他医疗图像。在其他实施方式中，医疗图像数据的显现可自动与模拟流程的进展、状况、模式或背景同步或以其他方式与之协调。例如，与导管、电线、支架或另一个模拟工具（其可在模拟流程中显示）的位置相关的CT图像可以自动显示，以便可以显示与支架所位于（在模拟模型中）的（如CT成像系统所成像的、真实患者的）区、区域或体积相关的CT图像。当该工具从第一位置移动到第二位置时，第一CT图像（与第一位置相关）可由第二CT图像（与第二位置相关）自动代替，使得第二位置的CT图像代替第一位置的CT图像被显现。因此，医疗图像数据的显现可以与模拟流程自动同步、匹配和/或协调。此外，可在显示医疗图像数据和模拟模型的两个区域中的任何一个上执行比例缩放或者本领域中已知的其他操作。例如，用户可以放大在医疗图像数据内的一个区域，同时保持模拟模型的显示不改变，或者改变显示模拟模型的区域的尺度或尺寸，同时保持显示医疗图像数据的区域的尺度。在两个分离的窗口或显示区域用来显现医疗图像数据和模拟模型的实施方式中，如本领域中已知的对此类窗口或区域的任何操纵可被实现。

现在参考图1，图1示出根据本发明的实施方式的用于模拟图像引导流程的示例性的系统100。如所示，系统100可包括计算设备（该计算设备包括多个单元），并且操作地连接到输入和/或输出（I/O）单元。系统100可包括输入单元105、输出单元120、模型生成单元110、模拟单元115、管理单元135、数据存储库140、显现单元125、存储器130和控制器131。输入单元105可包括鼠标、键盘、触摸屏或触摸板、或者任何适当的输入设备。输入单元105可包括用于操作模拟工具的装置。例如，有形的物体（比如把手、激活按钮和类似物）以及真实的医疗工具可连接到输入单元105，以使得用户能够操作模拟工具（比如模拟导管）。此外，输入单元105可包括有线的或无线的网络接口卡（NIC），其可以例如从成像系统接收数据。根据一些实施方式，介导单元（mediator unit）例如通信管理单元可利用NIC来与存储医疗图像的系统或服务器比如图片归档通信系统（PACS）通信，可从这样的系统、服务器或应用获得任何相关的成像信息、数据或参数，以及可以在本地数据存储库140中存储所获得的数据、信息或参数。输出单元120可包括显示屏、用于与显示屏连接以便实现视觉输出的组件、或者可选地与扬声器或另一个音频设备连接以便实现音频输出的组件。输出单元120可包括一个或多个显示器、扬声器和/或任何其他适合的输出设备。输出单元120可此外包括力反馈组件，其可以对物理输入设备施加、引起、或生成物理的力或阻力（例如，类似摩擦力的阻力），该物理输入设备可由用户操作或者操纵。输出单元120和输入单元105可以与系统100的任何其他组件或单元通信，并因此可使得这样的单元能够与外部系统通信。单元105、110、115、125和135可以是或可以包括软件、硬件、固件或其任何适当的组合。

在图1中还示出外部图像数据存储库145和成像单元146。外部图像存储库145可以是任何适当的或可适用的数据库、存储库或档案库。例如，外部图像数据存储库145可以是图片归档和通信系统（PACS）的档案库或存储库。如本领域中已知的，PACS系统可包括计算设备和/或可专用于医疗图像的存储、检索、分配和显现的其他设备。PACS系统中的图像可根据各种格式例如数字成像和通信（DICOM）来存储。PACS系统通常包括或操作地连接到用于将数据比如CT、MRI或其他图像和相关数据归档的归档系统、用于传输患者敏感的或私人的信息的安全网络、以及可能从归档系统接收图像或其他数据的计算设备。本发明的实施方式可被配置成例如通过连接到网络的网络接口卡（NIC）与PACS系统交互作用，使得与PACS系统的通信被实现。管理单元135可以例如通过网络并且可能根据预定的协议和/或通过实现预定的协议来与外部数据存储库145交互作用，所述外部数据存储库145可以是PACS系统。CT、MRI或其他图像以及相关数据可因此从此类PACS或其他系统检索、接收或或以其他方式获得，并且还可以如本文所描述的被使用和/或存储或缓存在例如数据存储库140中。成像单元146可以是成像系统，比如计算机断层照相（CT）、CT-X光透视检查、X光透视检查、核磁共振成像（MRI）、超声波、正电子发射断层扫描术（PET）和X光系统，或者任何其他适合的成像系统。如所示，医疗图像数据和/或相关数据可以通过外部图像数据存储库145从成像单元146接收。外部存储库145可以从任何其他可适用的源例如通过网络从远程站点或医院或通过可连接到存储库145的移动存储设备接收医疗成像数据。如所示，系统100可直接从成像单元146接收图像数据和/或相关数据。虽然未显示，但是系统100可从任何可适用的源接收成像数据和/或其他数据，因此，本发明的实施方式不受到医疗成像或其他数据的源的类型、特性或其他方面的限制，也不受到此类数据被传递和/或接收的方式的限制。

模型生成单元110可包括用于生成数字模型及其图形表示例如解剖结构（比如器官血管系统或受验对象身体内任何其他所关注的区域）的3D解剖模型的组件或模块。可以借助输入单元105、根据从成像系统接收到的信息例如从CT系统接收到的医疗图像，由模型生成单元110生成所述模型。将认识到，本发明的实施方式不被用于生成解剖结构的基于数字图像的模型的方法或系统限制，任何方法或系统可被用于生成此类模型而不偏离本发明的范围。模拟单元115可包括用于生成对图像引导流程的模拟的组件。例如，当用户使用模拟单元115执行模拟例如作为图像引导流程的预先流程时，（例如，由模型生成单元110生成的）数字模型的图形表示和该模拟过程可以在监视器上显示，所述监视器是输出单元120中的一个。解剖器官、系统、区段或区域的数字模型的生成（例如，通过模型生成单元110）和流程的模拟（例如，通过模拟单元115）可根据如在美国专利申请公布US 2009/0177454中所描述的方法、系统和/或其他方面。控制器131可以是任何适当的控制器或处理单元，例如中央处理单元处理器（CPU）。存储器130可以是任何适当的存储组件、设备、芯片或系统，并且可以存储应用或其他可执行的代码（其可由控制器131执行）和/或数据（例如可由控制器131执行的应用或程序使用的数据）。例如，实现了模型生成单元110和/或模拟单元115的可执行的代码、应用或模块可被装入存储器130中并且由控制器131执行。

将认识到，如本文所描述的系统100是示例性的系统。根据本发明的实施方式，系统100可在单个计算设备上或者可选地在分布式的配置中在两个或多个不同的计算设备上实现。例如，模型生成单元110可在第一计算设备上操作并且由第一管理单元管理，而模拟单元115可在另一个计算设备上操作并且由第二管理单元管理，所述第二管理单元与第一管理单元通信。在另一个示例性的实施方式中，管理单元135可在计算设备上操作，模型生成单元110可在第二计算设备上操作，并且模拟单元115可在第三计算设备上操作。

显现单元125可控制、协调或管理模拟流程及相关医疗图像数据的视频、音频或其他方面的显示或显现。例如，显现单元125可从多个源接收数据、参数或其他信息，并且将所接收或获得的数据合并入对用户的显现中。显现单元125可在单次显现中协调、同步或以其他方式关联来自多个源的信息的显现。例如，显现单元125可协调或同步医疗图像数据例如CT图像的显现与图像引导模拟流程的显现和/或执行。可选地或另外，显现单元可根据用户选择导致信息的显现。例如并且如本文进一步描述的，可接收来自用户的视图选择，并且医疗图像数据的显现可根据这样的选择。管理单元135可与任何模块、单元、应用或其他可应用的实体交互作用，并且可执行如本文所描述的过程、流程或其他方面的协调、调度、仲裁、监督和/或管理。

对图2进行参考，图2显示了一示例性的流程图，该流程图描述了根据本发明的一些实施方式的用于模拟图像引导流程的方法。该方法可包括接收患者特定的医疗图像数据，该患者特定的医疗图像数据可与有待治疗的特定受验对象或患者相关（方框210）。医疗图像数据可直接从成像系统或扫描系统（例如，CT或MRI扫描仪）或可选地从外部图像数据存储库（比如，图片归档通信系统（PACS））接收。正如本领域中的技术人员将会理解的，医疗图像数据可从任何其他可应用的源接收。

根据一些实施方式，所接收的医疗数据可在数据存储库（比如数据存储库140）中被本地存储或内部存储。根据一些实施方式，可能基于所接收到的数据，可生成数据。例如，基于一组三百（300）个CT图像，可生成扩展的一组六百（600）个图像。例如，通过检查一组原始的图像，本发明的实施方式例如由控制器131执行的可执行代码可生成或产生额外的图像并由此产生一组新的图像。例如，如果给定的一组图像是通过成像单元每移动一厘米（1cm）时获得单个图像来产生的，那么新的一组图像可通过人工生成图像来产生，以便反映成像单元的二分之一厘米（1/2cm）的移动。例如，基于在一组原始的图像中的两个连续的图像，可例如通过观察在两个原始图像之间的变化来人工生成额外的图像。此类人工生成的图像可被插入两个原始的图像之间，以便产生可以是连贯的并且可充分代表相关患者的解剖或其他方面的一组新的图像。图像的这种生成可使得本发明的实施方式能够提供更好的分辨率，并且增强如本文所描述的医疗数据和模拟流程的关联。如本文所描述的被接收到的或者被扩展的一组图像可被本地存储在例如数据存储库140中。

如本文所描述的，例如通过成像系统获得的以及从成像系统接收的原始医疗图像数据可被处理。可在生成如本文所描述的基于视图或图像的模型之前执行对医疗图像数据的处理。例如，用于渲染的像素可通过应用于所获得的像素或其他图像相关的数据的插值法来获得。例如，CT层面可通过对所获得的CT层面进行差值来人工生成。如本领域中已知的开窗变换可以是处理的另一个例子，所述处理可通过本发明的实施方式应用于医疗图像数据，例如以便增强、改变或以其他方式修改一些方面，比如如本文所描述的可从成像系统接收或者可人工生成的图像的对比度或亮度。

如通过方框215所示的，本方法可包括基于医疗图像数据生成解剖结构的模型。解剖结构的生成可基于例如如通过方框210所示的接收到的和/或如本文所描述的生成的医疗数据的检查和/或处理。在成像数据是患者特定的例如是通过对真实的特定患者成像或扫描所产生的或者基于特定患者的图像数据所扩展的情况下，解剖模型也可以是患者特定的，即，如本文所描述的生成的模型可以代表特定的、真实的患者。模型生成可以根据如在美国专利申请公布US 2009/0177454中所描述的方法或其他方面。

如方框225所示，本方法可包括同时执行图像引导流程（其可以基于所生成的解剖模型）的模拟和显现相关的医疗图像数据。例如，如本文所描述的，当模拟流程在进行中时，可显示相关的医疗图像数据。在如本文所描述的用于生成模型的医疗图像数据是患者特定的情况下，如本文所描述的生成的模型也可以是患者特定的，并因此，如本文所描述的流程的模拟可以是患者特定的，即，反映、模拟或以其他方式关联在真实的、特定的患者身上执行的真实流程。根据本发明的实施方式，模拟流程可包括解剖模型的图形表示，其可连同额外的信息例如工具的模拟模型被显示在监视器上。在一些实施方式中，解剖结构或器官的图形表示或者工具的图形表示可展现出真实的解剖或物理量、特点、特征、特性或方面，例如移动、弯曲、接触、对压力或药品作出反应、出血等。图像引导流程的模拟可包括解剖器官的图像或图形表示，例如本文所描述的模型，其可旋转或以其他方式被定位，或可被使得模仿实际解剖系统，例如随时间而改变或演变，响应于医疗工具或实体的操作或与医疗工具或实体的交互作用而改变形状，出血，或者以其他方式显现或显示真实解剖器官的行为以及相关工具、药物或其他方面。例如，导管、支架或其他工具、设备或元件可以都被显示并且被进一步模拟。因此，内科医生可执行图像引导流程（如通过方框225所示）的计算机模拟作为实际手术的预备流程（例如，手术预演或手术模拟）、计划流程的一部分，作为培训课程或后流程。

如通过方框225所示的，流程可包括显现相关的医疗图像数据。根据本发明的实施方式，相关医疗图像数据的显现可与图像引导流程的相关模拟的执行同时地或并行地执行，或者它可以以另外方式在相同的时间。在一些实施方式中，医疗图像数据的显现可以与模拟流程的进展、状态、模式、背景或任何相关方面同步或者以其他方式协调。例如，在医疗图像数据与特定患者相关并且因此本文所描述的模型和模拟也可以是患者特定的情况下，患者特定的医疗图像数据（例如通过成像系统从特定患者获得的医疗图像数据）可以与模拟流程一起显现，例如当模拟流程在进行中时。例如，单个显示器可用于同时显现医疗图像数据和模拟流程，例如，如图3中所示。

此外，对图3进行参考，该图3显示了与根据本发明的实施方式的模拟的医疗流程和示例性的CT图像的综合显现相关的示例性的截屏300。CT数据通常被生成或存储为一叠图像，其可被称为一起形成被扫描区域的三维（3D）盒或体积的层面。该体积可使用体积渲染技术作为一个整体被渲染，或可选地，二维（2D）层面（在本文中也称为CT层面）可被抽样并显示。为了简单和清楚的目的，本文将主要参考如本领域中已知的CT图像或层面，然而，将认识到，任何医疗图像数据例如MRI、X光、超声波或任何适合的成像或其他数据都可被使用，并且因此，本发明的实施方式不受到医疗数据的类型、源或性质的限制。

如图3所示，显示器可被划分成多个区域，例如，三个区域310、320和330。第一区域310可以与模拟流程相关并且可相应地显现解剖结构的患者特定的、基于数字图像的模型。在该示例性的显示中，基于图像的模型代表血管。区域310可进一步显示代表在模拟流程期间由用户所操纵的物理介入医疗工具的模拟或虚拟医疗工具模型。例如，可示出与血管311相关的导管312。模拟流程可包括显示导管的移动，例如，作为由内科医生所采取的行动以及解剖器官和工具的反应或者其他行为或其他方面的结果。例如，当模拟进展时，导管312可被显示为穿过血管311移动，并且血管311可被显示为移动、弯曲或以其他方式作出反应，或展现出一般在真实的活体器官上看到或展现出的现象。

如通过图3中的330所显示的，第二区域或区可专用于或相关于显现相应的医疗图像数据。例如并且如通过332所示的，可显示CT层面图像。如此处所描述的，可启用关于医疗图像数据的显现的各种信息、显现模式和其他的特征。例如，在模拟区域310中示出的各种元素可在医疗图像数据区域330中被分别显示、标记、加亮、加附注或指示。视图的这种相关性被本领域中的具有普通技能的人员高度认识到。例如并且如通过331所示的，可在模拟区域310中显示的模拟工具或模拟工具的部分相对于医疗图像数据的位置可被标记、加亮、显示、加附注或指示。例如，通过331显示的“+”指示可代表导管312的顶端相对于在区域330中示出的CT层面图像332的位置。因此，内科医生可能能够通过观察模拟区域310和医疗图像数据区域330来验证或确定导管顶端的位置或者以其他方式定自己的方位。

在其他实施方式中，关于医疗图像数据的其他的方面、细节、参数或者相关信息可被指示、显示、加亮或加附注。例如，可以在医疗图像数据中通过预定的颜色来显示或加亮特定的血管，由此使得用户能够容易确定血管相对于该医疗图像数据的位置。此类血管可以在模型中被类似地显示，由此使得用户能够使通过基于图像的模型所提供的视图与通过医疗图像数据提供的视图相关联。例如，可通过模型显示的特定的组织、特定的器官或或者特定的区域可在医疗图像数据中或者参考医疗图像数据被加亮、显示、加附注或以其他方式指示。

因为内科医生和其他医疗人员可能习惯于通过观察图像（比如CT图像）检查信息，CT、MRI、X光或其它药征模态与如本文所描述的模拟流程的结合可具有明显的益处并且可被本领域中的具有普通技术的人员高度认识到。

如本文中所描述的，将模拟模型和/或流程与显现或相关的医疗图像数据相关联、同步、协调和/或结合可根据任何可适用的设计或配置来实现和/或执行。例如并且如图1所示，显现单元125可与模拟单元115交互作用，以便获得与模拟的状态、背景、进展或其他方面有关的任何相关信息或参数。显现单元125还可与数据存储库140（或任何其他可适用的数据存储库）交互作用，以便获得医疗图像数据。因此，拥有与模拟和医疗图像数据有关的任何相关信息，显现单元125可使医疗图像数据的显现与模拟流程协调、同步或者以其他方式相关联。例如，因为用于模拟流程的模拟模型可基于医疗图像数据而生成，模拟模型可包括对相关的医疗图像数据的参考。如本领域中已知的，可使用关于大量对象、结构或元素的交叉参考，以便使元素彼此相关联。例如，模拟模型的特定区域或体积可基于特定的CT帧或层面。因此，与模拟模型中的元素和图像医疗数据元素相关联的交叉参考可被维持和使用，以便使模拟模型和/或流程的显现与相关医疗数据相关、协调、同步或者以其他方式相关联。例如，显现单元125可从模拟单元115或模型生成单元110接收或获得对医疗图像数据元素（例如，特定CT图像）的参考，并且可使用此类参考来从数据存储库140获得相关的CT图像，并且如332所示进一步显示这样的CT图像。

如通过313所示的，医疗图像数据元素（例如，CT层面图像）可叠加到或重叠到模拟模型的显现上（或者与模拟模型的显现叠加或重叠），或可选地，模拟模型可叠加到医疗图像数据上，或以其他方式与医疗图像数据组合。可生成组合如此处所描述的医疗图像数据元素（例如CT层面图像和模拟模型）的综合显现的任何显现。例如并且如313所示的，CT图像层面可在模拟区域310中显示。在如所示的模拟区域中显现的医疗图像数据元素可以是在专门的医疗图像数据区域中显示的相同的元素。例如，通过332显示的CT层面图像可以是与通过313显示的相同的CT层面图像。此类显示模式可在过程中通过提供额外的定向方位或工具来进一步帮助内科医生，如可容易被本领域中的具有普通技能的人员认识到的。如所示，医疗图像数据元素可根据特定的视角或其他的视图属性或方面在模拟区域中被定位或定向。例如并且如通过313和332所示的，可显现如本领域中已知的轴向层面视图。可通过本发明的实施方式例如基于或根据如本文中关于区域320所描述的用户选择来启用其他视图。如所示，结合模拟模型显示的医疗图像数据可使得用户能够更好解释所示的信息，例如，用户可迅速并且容易确定与医疗图像相关的角度，解剖部分和工具的位置，等等。

如通过320所示的，第三区域可包括用户界面元素，例如图形用户界面（GUI）对象，其可使得用户能够控制如本文所描述的模拟流程的不同的方面和医疗数据的显示。例如，在区域330中显现的医疗图像数据的视图可被选择。例如并且如所示，可选择轴向视图（例如，如在区域330中通过CT层面332示出的）、矢状视图、冠状视图、C臂视图或血管选择视图。如图3中所示的示例性的视图选择或模式不应被解释为限制本发明的实施方式，根据本发明的实施方式，任何其他适合的视图选择、模式或角度都是有可能的。同样，如通过图3显示的图形元素和/或区域的示例性分布被显现为一个示例，并且在不同的实施方式中可以是不同的，例如，可使用若干监视器或显示屏以便显示如本文中所描述的信息，或者区域或图形元素的任何其他布置是有可能的。

回过来参考图2并且如通过方框230所示的，流程可包括协调医疗图像数据的显现与图像引导流程的模拟。根据本发明的实施方式，可选择各种不同的显现模式。例如，一组医疗数据图像的显现例如根据与模拟流程相关的各种限制、条件、情况或其他方面可以是自动的。在本发明的一些实施方式中，可例如基于与模拟流程相关的进展、状态和/或背景自动选择、显现、替换或以其他方式操纵医疗图像数据。例如并且如在区域320中显示的，复选框可使得用户能够根据工具或工具的部分的位置来选择显现医疗图像数据的模式。例如，在区域320中所示的“跟随顶端”复选框上打记号可使本发明的实施方式基于模拟导管的顶端（例如导管312的顶端）的位置来更新医疗图像数据的显现。例如，可基于导管312的顶端相对于区域310中所示的血管311的位置来选择和显现CT层面。因此，医疗图像数据的显现可根据模拟流程的进展而变。

可选地或此外，医疗图像数据可基于模拟模型中的位置或区域的选择来显现。例如，当检测到选择例如在模拟模型的特定位置或元素上的鼠标的点击时，可将相关医疗图像数据例如显示在专门的区域或区中。因此，可给内科医生显现CT、MRI、X光或关于模拟模型的其他模式的数据。此类显现可以在模拟流程的过程期间或在离线模式中执行。例如，内科医生可暂停、停止或结束模拟流程，检查模拟模型（其可以是静态的或固定的），并进一步选择例如通过点击模型上的所关注的位置来审查与模型中的特定区域相关的CT或MRI图像（其如本文所描述的可以是从特定患者得到的真实的、实际的图像）。基于在模拟模型上的位置的选择来显现医疗图像数据可通过利用如本文所描述的交叉参考来实现。

如通过方框235所示的，流程可包括接收视图选择。例如，用户可选择在图3中的区域320中所示的视图选择中的一个。如通过方框240所显示的，流程可包括当模拟流程在进行中时根据所接收到的视图选择来显现相关的医疗图像数据。例如，可选择如本领域中已知的三个正交视图——轴向（如通过图3所示的）、冠状和矢状——中的一个。例如，用户可通过按下在区域320中所示的适当按钮来选择矢状视图，并且被提供根据如图4中所示的矢状视图的模拟和医疗图像数据的显现。

此外对图4作出参考，图4显示了与根据本发明的实施方式的模拟流程和医疗图像数据的综合显现有关的示例性的截屏400。如通过图4中的区域410和430所示的，例如当选择如本文所描述的这样的视图时，可提供如本领域中已知的矢状视图。如本领域中已知的，可选择矢状视图或其他视图，以便更好确定解剖元素的方面，或者以其他方式实现更好的或更适合的视图，例如，当其他的视图没有完全地揭露、显露或暴露内科医生可能感兴趣的区域时。因此，在适用时，内科医生或实现本发明的实施方式的系统的用户可选择矢状视图，并且可被提供如图4中所示的显现。本文所描述的任何相关的实施方式、特征或方面例如医疗图像数据与模拟流程的结合、CT或其他图像层面的自动选择、更换或显现、根据模拟过程的医疗图像数据的自动显现或者医疗图像数据在模拟模型上的叠加可能适用于此处例如参考附图4、5、6、7和8所描述的视图中的任何一个。例如并且如通过431所示的，可指示工具相对于医疗图像数据的位置，例如类似相对于如参考图3中的331描述的信息。

根据本发明的实施方式，除了本文所描述的正交视图之外，可实现和/或显现非正交的视图。此外对图5作出参考，图5显示了与根据本发明的实施方式的模拟流程和医疗图像数据的综合显现有关的示例性的截屏500。如通过图5所示的，例如当如本文所描述的由用户选择这样的视图时，可提供血管选择视图。根据本发明的实施方式，用户可选择血管剖面图，例如，以便“放大”特定的血管。在一些实施方式中，可沿着如通过513显示的非正交（‘斜’）剖面来显示相关的CT层面。如所示，根据与所关注的血管垂直的平面放置的CT层面可以在区域530中显示，并且在如通过513显示的区域510中被进一步显示或显现。此类CT层面一般可以被定位成使得所关注的血管在区域530的中心处被显示为圆。在本领域中的具有普通技能的人员可能很容易认识到与本文所描述的模拟结合的血管剖视图的好处，这样的整体视图可使得内科医生能够容易检查在器官内的工具的位置，例如，穿过血管引导的导管的位置。例如，当帮助内科医生穿行可能被血管内的障碍物阻塞的导管时，此类视图可证明是高度合乎需要的。

任何所关注的元素可被自动定位在区域630、530、430和/或330中的预定位置处。例如，可显示医疗图像数据例如CT，使得与模拟模型或模拟相关的医疗工具被显示在预定的位置上，例如在区域330的中心中。可选地或此外，所选择的解剖器官可显示在预定的位置上。例如，CT层面图像可定位在区域330、430、530或630中，使得所选择的血管显示在这些区域的中心中。

可根据本发明的实施方式选择和提供的另一可能的视图可以是C臂视图。因为一般用于定位X光摄像机的臂通常是字母“C”的形状，所以名称C臂视图可能适合于指X光摄像机可采用的视图。根据本发明的实施方式，当选择了此类视图时，用户可被提供X光摄像机的视点，即，该用户被提供了如从相关X光摄像机的位置或从放置在这样的位置处的另一个成像设备的位置看到的解剖区域的视图。此类视图可能被习惯于检查X光输出或图像的内科医生充分认识到。此外，对图6作出参考，图6示出了与根据本发明的实施方式的模拟流程和医疗图像数据的综合显现相关的示例性的截屏600。如通过611示出的，可显示成像设备（其一般可以是X光摄像机）的位置，因此使得内科医生能够在图像被获得的时间将所显示的信息与成像设备的位置相关联。如本文所描述的，图6中的区域630可与区域330、430和530类似地显现模拟的X光图像。图6中的区域610可例如与区域310、410和510类似地显现模拟模型。如本文所描述的，在图6中的区域610中所示的医疗图像数据可被叠加到图6的区域610中的模拟模型上，使得用户可以容易地实现医疗图像数据与模拟模型的关联。

此外对图7作出参考，图7显示了根据本发明的实施方式的示例性的渲染模式700。根据本发明的实施方式并且如图7中所示，可执行和显示轴向、矢状和冠状层面（在3D解剖模型上）的组合渲染。例如，作为代替或除了在如图3至6所示的区域330中显现2D层面以外，还可在如图7所示的单个模型上共同显示任何数量的不同的层面。此类视图在各种情况下都是可取的，例如，当体积视图是需要的或者有帮助的时。代替2D视图或除了2D视图之外，此类组合的层面视图例如如本文所描述的CT层面图像可以显示在区域330、430、530和/或630的一个中。在图8中显示可被显现的又一个视图。

根据本发明的实施方式，医疗图像数据的体积渲染可用于产生医疗图像数据的三维视图。各种渲染模式可被启用和/或与本文所描述的视图选择组合。例如，组合的层面渲染或体积渲染可在用户选择时被执行，并且可进一步与所选择的视图（比如本文所描述的视图）结合来实现。

此外地对图8作出参考，图8显示了根据本发明的实施方式的示例性的渲染模式800。如图8中所示，医疗图像数据可经由或者使用体积渲染来显现。使用体积渲染，图像或其他的图形信息可例如显示在图3至6的区域330中，并且当解剖对象或器官的体积或深度方面需要被评估或检查时可能是有帮助的。如图8中显示的体积渲染的图像通常可以与透明度参数和/或设置相关联，使得其透明度能够被控制，以便能够观看到可能以其他方式隐藏的部分或区段，所述部分或区段例如由包含它们或以其他方式遮蔽它们的部分或区域所隐藏。因此，可实现可变的透明度。回过来参考图2，如通过方框245所示的，流程可包括存储相关的信息。例如，模拟流程——包括任何视图选择或工具的移动——可被记录，并且此类记录可被存储并随后例如在培训期中被使用。

本发明的实施方式可包括物品，比如编码、包括或存储指令（例如，计算机可执行的指令）的计算机或处理器可读介质或者计算机或处理器存储介质（比如存储器、磁盘驱动器或者USB闪存），其中所述指令在由处理器或控制器执行时会实现本文所公开的方法。

虽然本发明的实施方式没有限制在这方面，如本文中所使用的术语“多个（plurality）”和“多个（a plurality）”可包括例如“多个（multiple）”或者“两个或更多个”。可贯穿本说明书使用术语“多个（plurality）”和“多个（a plurality）”来描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数或类似物。

除非另有明确说明，本文所描述的方法实施方式不限于特定的顺序或次序。此外，一些所描述的方法实施方式或其元素可在同一时间点或在交叉的时间点处发生或被执行。如本领域中已知的，可执行的代码段（比如功能、任务、子任务或程序）的执行可被称作功能、程序或其他组成部分的执行。

虽然本发明的实施方式没有限制在这方面，利用术语（例如，“处理”、“计算（computing）”、“计算（calculating）”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”或类似术语的讨论可以指计算机、计算平台、计算系统、或其他电子计算设备的操作和/或过程，其将被表示为在计算机寄存器和/或存储器内的物理（例如电子）量的数据操纵和/或转换为被类似地表示为在计算机寄存器和/或存储器或其他信息存储介质内的物理量的其他数据，所述计算机寄存器和/或存储器或其他信息存储介质可存储指令以执行操作和/或过程。

虽然本文中已经对本发明的某些特征进行了说明和描述，但是本领域中的技术人员可想到许多修改、替换、改变和等效形式。因此，应理解，所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (33)

1.一种执行图像引导流程的计算机模拟的方法，所述方法包括：

接收与特定患者相关的医疗图像数据；

基于所述医疗图像数据产生所述特定患者的解剖结构的患者特定的、基于数字图像的模型；

执行图像引导流程的计算机模拟；以及

同时显示所述特定患者的所述基于图像的模型以及至少一些所述医疗图像数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中显示包括将至少一些所述医疗图像数据与所述基于图像的模型重叠以形成综合显示。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述解剖结构是血管，并且所述医疗图像数据在垂直于所述血管的平面中显示。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述模拟包括物理医疗工具的模拟模型，并且所述模拟包括操纵所述医疗工具的模拟模型。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述医疗图像数据的显现与所述基于图像的模型结合，使得所述平面被定位在与模拟的医疗工具的位置相对应的位置处。

6.如权利要求4所述的方法，其中显示包括在所述医疗图像数据的显现内的特定位置上显示代表所述模拟的医疗工具的指示，所述特定位置与所述医疗工具的所述模拟模型的至少一部分相对于所述基于图像的模型的位置相对应。

7.如权利要求4所述的方法，包括：

将所述医疗图像数据的显示与所述医疗工具的所述模拟模型的运动同步。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述医疗图像数据接收自图片归档和通信系统（PACS）档案库。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述医疗图像数据接收自以下系统中的一个：计算机断层照相（CT）系统、核磁共振成像（MRI）系统、X光系统、正电子发射断层扫描术（PET）系统、超声波系统和X光透视检查系统。

10.如权利要求1所述的方法，包括基于所接收到的原始医疗图像数据生成人工医疗图像数据，并且同时显现所述基于图像的模型和至少一些所述人工医疗图像数据。

11.如权利要求1所述的方法，包括基于所接收到的原始医疗图像数据来生成与特定平面相关的图像，并显示所述图像以提供特定平面视图。

12.如权利要求11所述的方法，包括将所述图像重叠到所述基于图像的模型上，以产生所述基于图像的模型和所述特定平面视图的综合显示。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述特定表面与一平面相关联，并且其中所述平面是以下中的一个：轴向平面、冠状平面、矢状平面、与所选择的血管正交的平面、非平面的表面、以及与用于获得所述医疗图像数据的成像系统相关的平面。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述图像被渲染以使用最大强度投影（MIP）来提供特定表面视图。

15.如权利要求1所述的方法，其中显示所述医疗图像数据包括所述医疗图像数据的体积渲染，以产生所述医疗图像数据的三维（3D）视图。

16.如权利要求1所述的方法，其中显示所述医疗图像数据包括以下操作中的至少一个：加亮、标记、显示、加附注以及指示组织、器官和区域中的至少一个。

17.一种包括存储有指令的计算机存储介质的物品，所述指令在由处理平台执行时导致：

接收特定患者的医疗图像数据；

基于所述医疗图像数据产生所述特定患者的解剖结构的患者特定的、基于数字图像的模型；

执行图像引导流程的计算机模拟；以及

同时显示所述特定患者的所述基于图像的模型以及至少一些所述医疗图像数据。

18.如权利要求17所述的物品，其中所述指令在被执行时还导致所述医疗图像数据与所述基于图像的模型重叠以形成综合显示。

19.如权利要求17所述的物品，其中所述解剖结构是血管，并且所述医疗图像数据在垂直于所述血管的平面中显示。

20.如权利要求17所述的物品，其中所述模拟包括物理医疗工具的模拟模型，并且所述模拟包括操纵所述医疗工具。

21.如权利要求20所述的物品，其中所述医疗图像数据的显现与所述基于图像的模型结合，使得所述平面被定位在与所述模拟的医疗工具的位置相对应的位置处。

22.如权利要求20所述的物品，其中显示包括在所述医疗图像数据的显现内的特定位置上显示代表所述模拟的医疗工具的指示，所述特定位置与所述医疗工具的模拟模型的至少一部分相对于所述基于图像的模型的位置相对应。

23.如权利要求20所述的物品，其中所述指令在被执行时导致将所述医疗图像数据的显示与所述医疗工具的模拟模型的运动同步。

24.如权利要求17所述的物品，其中所述医疗图像数据接收自图片归档和通信系统（PACS）档案库。

25.如权利要求17所述的物品，其中所述医疗图像数据接收自以下系统中的一个：计算机断层照相（CT）系统、核磁共振成像（MRI）系统、X光系统、正电子发射断层扫描术（PET）系统、超声波系统和X光透视检查系统。

26.如权利要求17所述的物品，其中所述指令在被执行时导致基于所接收到的原始医疗图像数据生成人工医疗图像数据并且同时显现所述基于图像的模型和至少一些所述人工医疗图像数据。

27.如权利要求17所述的物品，其中所述指令在被执行时导致基于所接收到的原始医疗图像数据来生成与特定平面相关的图像并显示所述图像以提供特定平面视图。

28.如权利要求17所述的物品，其中所述指令在被执行时还导致将所述图像重叠到所述基于图像的模型上，以产生所述基于图像的模型和所述特定平面视图的综合显示。

29.如权利要求27所述的物品，其中所述特定平面与一平面相关联，并且其中所述平面是以下中的一个：轴向平面、冠状平面、矢状平面、与所选择的血管正交的平面、非平面的表面、以及与用于获得所述医疗图像数据的成像系统相关的平面。

30.如权利要求17所述的物品，其中所述图像被渲染以使用最大强度投影（MIP）来提供特定表面视图。

31.如权利要求17所述的物品，其中显示所述医疗图像数据包括所述医疗图像数据的体积渲染，以产生所述医疗图像数据的三维（3D）视图。

32.如权利要求17所述的物品，其中显示所述医疗图像数据包括以下操作中的至少一个：加亮、标记、显示、加附注以及指示组织、器官和区域中的至少一个。

33.一种用于执行图像引导流程的计算机模拟的系统，所述系统包括：

成像单元，其生成患者的医疗图像数据；

模型生成单元，其接收所述医疗图像数据，并且基于所述医疗图像数据产生所述特定患者的解剖结构的患者特定的、基于数字图像的模型；

模拟单元，其通过包括操纵物理医疗工具来执行图像引导流程的计算机模拟；以及

显现单元，其引起所述基于数字图像的模型、所述医疗工具的模拟模型以及至少一部分所述医疗图像数据的同时显示。

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