CN105578983B - 计算外科手术介入规划的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计算外科手术介入规划的方法。基于所述患者的表面数据，所述患者的身体的部分的表面表示被创建。可以从数据库中选择多个外科手术方法，并且能够基于每个个体外科手术方法来调整外科手术规划的几何参数。因此，外科手术医师可以容易地选择外科手术方法中的何者适于所规划的外科手术介入。此外，已经根据最终选择的外科手术方法调整的外科手术介入规划然后可以被投影到患者的皮肤上，使得便于对切割线的绘制。此外，呈现了基于远程可激活笔的当前位置并且基于最终选择的外科手术规划对所述远程可激活笔的使用。

Description

计算外科手术介入规划的方法
技术领域
本发明涉及外科手术介入规划。具体而言，本发明涉及计算外科手术介入规划的方法、用于计算外科手术介入规划的计算机程序元件、计算机可读介质以及装置。
背景技术
乳腺癌是影响女性的最常见癌症。乳腺癌的外科手术处置，即肿瘤的切除常常是针对乳腺癌的主要处置。标准流程是乳房的部分或全部移除(乳房切除术)。乳房保留外科手术之后进行辐射治疗是备选方法，其关于肿瘤控制是可比较的。保乳整复(oncoplastic)外科手术是用于肿瘤切除的肿瘤外科手术和用于乳房的重建的整形外科手术流程的组合。其实现美观可接受的结果。
为了准备乳房保留或保乳整复流程，在手术前在患者处于竖直站立位置时在皮肤上完成绘制。肿瘤的尺寸以及指示乳头的未来位置的线和针对皮肤切口的线被绘制。外科手术医师在流程期间使用这些术前图来进行取向。为了一起验证所规划的皮肤切口合适，可以借助于卷尺来验证它们的长度。
上述方法存在若干问题。完整的术前规划在患者的皮肤上完成，这对于患者而言可能是困难的。该规划用标记笔来完成，并且因此图是难以改变的。结果，难以测试不同的外科手术方法。必须利用卷尺来完成测量并且在绘制期间仅粗略地知晓肿瘤的位置和尺寸。此外，在脑外科手术中，通常借助于侵入式夹具将患者固定在外科手术台上。头常常被剃光。在外科手术开始之前，利用笔将规划的切口的位置绘制到皮肤上。如果立体定位外科手术被执行，则这借助于外科手术导航系统来完成。这些系统包括计算机、位置测量设备以及跟踪仪器。通常，可以与指向仪器一起使用导航系统，所述指向仪器允许指向患者并且在计算机屏幕上查看其在患者的图像(例如，CT/MR切片或重建的3D图像)中的位置。
操作者现在试图找到并且利用所述指向仪器指向患者上的规划切口的线。在该流程期间，他注视着导航系统的计算机屏幕。一旦他发现了切口线上的点，他就看着患者和他具有指向仪器的手，拿起笔并利用所述笔标记所发现的点。该流程被重复，直到标记了规划切口线上的足够点并且线能够通过连接所标记的点被绘制到患者的皮肤上。在该流程之后，患者被无菌地覆盖，留出操作区，并且开始操作。
发明内容
本发明的目的可以被视为提供改进的外科手术规划。
本发明的目标通过独立权利要求的主题来解决。本发明的另外的实施例和优点被并入在从属权利要求中。
所描述的实施例类似地涉及计算外科手术介入规划的方法、用于计算外科手术介入规划的计算机程序元件、计算机可读介质以及装置。可以由实施例的不同组合产生协同效应，尽管其可能未被详细描述。
此外，应该注意，涉及方法的本发明的所有实施例可以以如描述的步骤的顺序被执行，尽管这不必是所述方法的唯一且实质的步骤顺序。本领域技术人员将了解本文描述的方法步骤的所有种类的不同顺序和组合，除非在下文明确相反地提及。
根据本发明的示范性实施例，呈现了一种计算或创建外科手术介入规划的方法。所述方法包括以下步骤：接收患者的表面的数据，接收规划的外科手术介入的数据并且基于患者的表面的所接收的数据来创建所述患者的身体的部分的表面表示。此外，从被存储在数据库中的多个参数化外科手术方法中选择第一外科手术方法被包括，以及基于所选择的第一外科手术方法来调整外科手术介入规划的几何参数，从而计算经调整的外科手术介入规划。此外，所呈现的方法还包括向用户显示所述经调整的外科手术介入规划的步骤。
换言之，呈现了一种用于外科手术介入的规划方法，其允许通过计算过程来测试不同的外科外科手术技术。尤其是，用于切除靶向对象(诸如肿瘤或病变或其至少部分)的不同外科手术方法的结果可以被可视化。
所述规划方法可以考虑每个外科手术方法的几何约束，所述几何约束也能够被存储在所述数据库中。此外，该方法允许实质地将不同的外科外科手术技术绘制到患者的皮肤的表示上，使得便于改进的决策制定。尤其是，该方法可以由规划系统来执行，所述规划系统包括计算机，所述计算机具有用于将所述规划可视化的工具、用于创建/计算患者的表面的几何表示的工具以及参数化外科手术方法的数据库。根据示范性实施例，图5公开了在对应的系统中的这样的方法的示范性工作流程，并且图4示出了不同的范例乳房外科手术方法。如根据以下描述变得显而易见并且关于以下描述阐明的，本发明能够被用在例如整形外科手术、保乳整复外科手术、乳房保留外科手术中并且也用在其他外科外科手术领域中。
如本文将更详细地解释的，患者的表面的数据，其例如能够被提供为来自表面扫描器和/或来自成像设备的数据，被用于计算患者的身体的部分的表面表示。
此外，呈现的方法也可以包括提供分别包括多个外科手术方法，即外科手术方法的数据或关于外科手术方法的数据的数据库。如果期望，则向用户显示经调整的外科手术介入规划的步骤也可以是所呈现的方法的部分。
术语“规划的外科手术介入的介入数据/关于规划的外科手术介入的介入数据”能够以各种不同的方式来实现。例如，该特征可以指定由外科手术医师规划何种介入，即乳房外科手术或脑外科手术。此外，介入数据包括表示靶向对象(例如要被切除的对象，诸如肿瘤或病变)的数据。例如，所述介入数据可以包括精确的肿瘤位置和/或肿瘤形状。因此，定义肿瘤的位置和/或肿瘤形状的数据可以被视为规划的外科手术介入的数据/关于规划的外科手术介入的数据。然而，在期望在外科手术介入期间提取健康组织的情况下，健康的目标组织的位置和/或形状也可以被视为规划的外科手术介入的介入数据的实施例。在示范性实施例中，使用靶向对象，诸如目标组织的位置和/或形状或者肿瘤的位置。靶向对象也可以是例如患者的器官或脉管。
应当注意，在本发明的背景下，对数据的接收的步骤也能够被理解为提供和/或检索各自的数据。此外，调整外科手术介入规划的几何参数的步骤可以被理解为包括通过计算对这样的规划的创建。此外，也应该包括从例如数据库或从用户输入对初始外科手术介入规划的检索。
此外，所述调整基于规划的外科手术介入的数据和创建的表面表示。因此，计算几何参数的调整的系统可以首先考虑由用户选择的第一外科手术方法，第二可以考虑规划的外科手术介入的介入数据/关于规划的外科手术介入的介入数据(例如，肿瘤位置和/或肿瘤形状)，并且第三可以考虑之前已经计算的表面表示。
术语“调整几何参数”可以被理解为以规划的可视化形式来改变几何参数。表面表示的计算可以由计算所述调整的相同的系统来执行，但是另一设备或系统也能够用于这一目的。能够基于经调整的几何参数向用户示出经调整的介入规划。
例如，外科手术方法和个体外科手术规划的参数可以是切除线之间的一个或多个角、切除线的长度和/或切除线的深度。此外，可以使用应用特异性参数。例如，在乳房外科手术的范例情况下，乳晕的尺寸、当前乳头位置与未来乳头位置之间的距离通常是能够用于几何地定义外科手术规划的参数。然后所述参数的个体值定义具体和个体的外科手术介入规划。关于外科手术规划的这样的几何参数的更多解释和细节将在下面被提供，并且其示范性实施例将在图3和图4的背景下被讨论。基于所选择的外科手术方法来调整所述参数。通常，数学参数，诸如角、坐标和/或定义切口线的参数，尤其是其长度和深度能够在本发明的背景下被用于将外科手术方法和介入规划参数化。
外科手术方法或规划的几何约束能够被视为用在特定外科手术方法或规划中的参数的边界值或阈值。例如，在特定乳房外科手术方法中，切口线的深度不能增加特定值，例如3mm。几何约束也能够被视为规划的参数之间的关系，如在图3的背景下解释的。在该具体实施例的背景下，解释了切口/开口304的长度应该是切口/开口305的长度的两倍。此外，左侧的开口/切口306的长度应该等于右侧的开口/切口306的长度。这可以被视为采取几何约束的形式的外科手术方法的参数之间的关系的范例。
根据本发明的另一示范性实施例，从数据库中检索第一外科手术方法的至少一个几何约束。此外，所述方法还包括在外科手术介入规划的几何参数的调整期间自动考虑第一外科手术方法的几何约束的步骤。
能够在图3中看到这样的几何约束的范例。在具体实施例中，切口/开口304的长度应该是切口/开口305的长度的两倍。左侧的开口/切口306的长度应该等于右侧的开口/切口306的长度。此外，圆形开口的长度应该等于乳晕的周长。
根据本发明的另一示范性实施例，创建患者的身体的部分的表面表示的步骤包括表面三角测量和纹理映射。
换言之，本发明能够包括3D表面绘制。例如，患者的表面的原始数据初始能够被捕获，例如作为照片或作为表面扫描。基于这些原始数据，能够创建通过三角测量的表面表示。从相机检索的照片被用于实际地向表面表示着色，这在本发明的背景下被理解为纹理映射。这可以增加所计算的介入规划的准确性。
根据本发明的另一示范性实施例，以在所述患者的身体的部分的所创建的表面表示中/上的皮肤切口的至少线的形式，来向用户显示所述外科手术介入规划。
未来皮肤切口线可以被理解为向外科手术医师提供针对切割患者的皮肤的步骤的引导的线。这允许通过将不同的结果绘制和/或投影到皮肤的表示上，将术前规划实质地绘制在患者的皮肤上，来测试不同的外科外科手术技术。例如，这样的未来皮肤切口线能够被投影到患者上以用于验证和说明目的。
根据本发明的另一示范性实施例，外科手术介入规划包括在患者的乳房上的未来皮肤切口的至少一条线，其中，所创建的表面表示描述患者的乳房的形状，并且所述方法还包括将外科手术介入规划的未来皮肤切口的线自动调整到患者的乳房的形状的步骤。
换言之，该实施例可以被视为计算乳房外科手术介入规划的方法，其中，患者的乳房上的期望的皮肤切口被计算并且被显示在患者的乳房的表面表示上。
这样的切口线可以不仅被定位在皮肤的表面上，而且可以具有到患者的身体中，即到患者的乳房中的特定深度。例如，肿瘤可以不仅由其位置描述，而且也以三维方式由其形状描述。这可以在本发明的背景下被考虑用于切口线的规划和计算。
根据本发明的另一示范性实施例，所述方法包括以下步骤：接收被配置为触发外科手术介入规划的几何参数的变化的用户输入，并且基于所接收的用户输入来调整外科手术介入规划的几何参数。此外，所述方法包括向用户显示经调整的外科手术介入规划。
换言之，呈现了一种交互特征分析器。表面表示被可视化并且然后能够由规划外科手术医师例如利用基于鼠标的用户接口或其他接口工具交互地识别特征点和特征线。
根据另一示范性实施例，自动特征分析被包括。
该方法步骤能够被用于检测表面表示中的特征，例如在乳房外科手术的情况下，检测乳头位置、乳头直径、对称线、锁骨位置、乳房下皱襞的位置。如图5的实施例所描述的，对应的特征分析设备可以被用于这一目的。
根据本发明的另一示范性实施例，包括利用表面扫描器扫描患者的身体的部分，并且捕获患者的身体的所述部分的照片从而提供患者的表面的数据。
下文将详细呈现关于表面扫描、照片捕获、安装、校准、规划输入的生成以及外科手术规划的转移的不同方面。由扫描过程和由拍照过程生成的数据能够被用于三角测量和纹理映射。可以基于这些数据来计算表面表示。关于本发明的这一方面的更多细节将在具体实施例的背景下，尤其是图2、图5、图6和图7的背景下来公开。
根据本发明的另一示范性实施例，包括从被存储在数据库中的多个外科手术方法中选择第二外科手术方法。此外，包括基于第二选择的外科手术方法来调整外科手术介入规划的几何参数，并且以在所述患者的乳房的所创建的表面表示中/上示出的未来皮肤切口的至少线的形式，来向用户显示所述外科手术介入规划。
换言之，呈现了一种迭代的扫描方法，借助于所述扫描方法，用户可以顺序选择至少两种不同的外科手术技术并且可以基于所显示的各自的外科手术规划来评估第一和第二技术。本发明的这样的迭代步骤被包括在尤其是图5的实施例中。
根据本发明的另一示范性实施例，交互地定义靶向对象的位置(即，靶向对象的位置)和/或靶向对象切除边缘或者从工作站导入靶向对象的位置和/或靶向对象切除边缘的步骤。
该步骤可以被视为如前面定义的接收所规划的外科手术介入的数据的步骤的部分。用户可以以各种方式并借助于不同的设备来定义或提供这样的输入，例如靶向对象的位置。如在图5的背景下所解释的，能够使用术前成像数据集，例如MRI或CT，但是用户也可以以数字格式提供靶向对象的坐标作为数据集。其他输入变型也是可能的。靶向对象也可以涉及不同的器官或结构(如组织结构)，并且可以在所计算的表面表示中被可视化。尤其是，被定位在皮肤表面的下面的结构能够被可视化。
靶向对象的位置，即靶向对象的位置可以被视为器官的位置或器官的形状、病变的位置、病变的形状，并且对象也可以被理解为身体的结构或脉管。
此外，器官位置、器官的形状、病变位置和/或病变形状能够被交互地定义。
根据本发明的另一示范性实施例，所述方法包括将经调整的外科手术介入规划投影到患者的身体的部分上的步骤。
因此，外科手术规划能够通过投影被转移至患者。投影计算器软件可以使用来自患者的身体的表面扫描的数据，并且也可以使用校准信息来计算外科手术规划到患者的表面上的投影。关于这一方面的更多细节将在图6和图7的背景下来解释。应该注意，该实施例能够根据如前面和下文定义的计算方法来使用。但是，在此也公开了稍微不同地提供的外科手术规划的投影。这对于在图6和图7的背景下所公开的投影方面而言也适用。
投影器的几何特性或特征应该是已知的，即用户应该已知投影器使用何者射束(其可以由在空间中的方向和开始点来定义)来投影图像的具体像素。这可以通过合适的校准方法来确定。患者相对于投影器的位置和取向应该也是已知的。这可以通过利用表面扫描器的测量来确定。在如本文描述的优选实施例中，表面扫描器和投影器被一起提供在一个单个设备中，使得几何参数不变化并且需要被确定仅一次。然后在外科手术介入规划下面/在外科手术介入规划中使用的患者表面的位置和取向可以在优化步骤中被调整到患者的被测量的表面。因此，开口/切口在空间中相对于投影器的位置是已知的，并且要被投影的图像的计算具有减少的复杂度，同时确保外科手术介入规划以正确的方式被示出在患者上。
结合这样的投影，分配在患者的身体上的磷光材料能够被使用，其然后由投影光激励，并且用户可以利用经激励的发光分子来在患者的皮肤上示出外科手术规划。这可以便于所计算的规划在患者的皮肤上的改进的转移。
根据本发明的另一示范性实施例，所述方法包括利用表面扫描器来扫描患者的身体的部分的表面从而生成表面数据(即，患者的表面的数据)的步骤。
根据本发明的另一示范性实施例，包括基于表面数据计算用于将经调整的外科手术介入规划投影到患者的身体的部分上的投影数据。
在对应的示范性实施例中，如图7所示的装置或系统可以执行这样的方法。有利地，这样的方法允许通过进行标记来将所投影和调整的外科手术介入规划转移到患者的身体上，从而增加所计算的规划在患者的身体上的转移的准确度。
根据本发明的另一示范性实施例，激活信号被传送到远程可激活标记笔从而基于经调整的外科手术介入规划来激活所述笔。
例如，如本文定义的控制单元可以被配置用于在所述笔的测量的位置匹配线或对应于如在经调整的外科手术介入规划中定义的线时激活所述笔。换言之，能够使用自动绘制装置，其允许外科手术医师基于和根据先前计算的介入规划，来容易地将基于计算机的术前规划绘制到患者的皮肤上。因此，被跟踪的活性笔被用于将切口线绘制到患者的皮肤上。因此，必须更容易、更快捷且更准确地在患者的皮肤上产生所规划的切口线的绘制。以这种方式，所述笔能够仅在对应于预定义的外科手术介入规划的位置处进行绘制。笔和用于基于笔的位置和所计算的规划的信号生成和发射的装置/系统的对应的范例在图9的背景下被描绘和解释。这样的系统以高准确度在患者的皮肤上自动创建所计算的外科手术规划的绘制(或3D表面表示)。
应该注意，能够根据如前面和下文定义的计算方法来使用该实施例。然而，此处也公开了基于结合稍微不同地提供的外科手术规划的笔的位置的所述笔的该远程激活的使用。
根据本发明的另一个示范性实施例，所述笔在患者的表面上的位置被测量，并且如果所述笔的测量的位置对应于经调整的外科手术介入规划的线，则所述笔被激活。
该方法可以由测量位置并且创建外科手术介入规划的绘制或3D表面表示的设备来执行。切口的规划能够基于患者图像来完成或者能够由如本文定义的方法来执行。被跟踪的活性笔能够被用于绘制切口线。被跟踪的活性笔的位置能够由位置测量设备来测量。在该方面中，所述笔替代了现有技术系统的导航系统的指向仪器。此外，在本发明的该实施例中，活性笔的绘制能力能够由包括传送器的装置来打开和关闭。计算机软件可以以这种方式控制该设备的端部，使得每当活性笔的端部位于切口线上，就打开绘制。并且每当它不在切口线上，就由传送器关闭绘图。在图9的背景下示出并解释这样的系统的示范性实施例。
根据本发明的另一示范性实施例，所述方法包括激活所述笔的收回单元。
根据本发明的另一示范性实施例，呈现了一种用于计算外科手术介入规划的装置。所述装置包括接收单元，所述接收单元用于接收患者的表面的数据以及所规划的外科手术介入的数据。此外，计算单元、显示单元、接口和数据库被包括。所述计算单元被配置用于基于患者的身体的所接收的数据来创建患者的身体的部分的表面表示。此外，所述接口被配置用于接收用户输入，所述用户输入是从被存储在数据库中的多个参数化外科手术方法中选择第一外科手术方法。此外，所述计算单元被配置用于基于所选择的第一外科手术方法来调整外科手术介入规划的几何参数，并且用于计算经调整的外科手术介入规划。此外，所述显示单元被配置用于向用户显示经调整的外科手术介入规划。
将关于图5、7、8和9更详细地描述这样的装置的示范性实施例。通常，这样的装置能够由用户配置为执行本文所描述的各种不同的方法。
根据本发明的另一示范性实施例，所述装置包括表面扫描器和投影设备。所述表面扫描器被配置用于扫描患者的身体的部分的表面从而生成表面信息。所述投影设备被配置用于将所述经调整的外科手术介入规划投影到所述患者的身体的部分上。
将在图6和图7的背景下给出关于这样的装置的更多示范性细节，并且对应的方法实施例的各个方面也在本文中公开。
根据本发明的另一示范性实施例，所述装置被配置用于基于经调整的外科手术介入规划来激活远程可激活笔。
换言之，期望的和计算的外科手术介入规划可以被用作在考虑所述笔的当前位置的情况下激活远程可激活笔的基础。换言之，所述笔的绘制能力能够由该装置打开和关闭。该装置能够以这种方式控制所述笔的端部，使得每当所述笔的端部在被引导患者的皮肤上方时处于切口线上时，就打开绘图。并且每当所述笔不在切口线上时，就关闭绘图。
在示范性实施例中，所述装置包括传送器、具有接收器的远程可激活笔以及控制单元。因此，所述笔独立于所述装置的其余部分被实现。所述控制单元被配置用于控制传送器，使得传送器将激活信号传送到所述笔的接收器，从而基于经调整的外科手术介入规划和所述笔的当前位置来激活所述笔。
换言之，在示范性实施例中，呈现了一种用于计算外科手术介入规划的系统。所述系统包括如上面和下文定义的装置，其中，所述装置还包括传送器和控制单元。所述系统还包括包含接收器的远程可激活笔。此外，所述控制单元被配置用于控制所述传送器，使得所述传送器将激活信号传送到远程可激活笔的接收器，从而基于经调整的外科手术介入规划来激活所述笔。将在图9的背景下描述和阐明更多的细节及其具体实施例。
根据本发明的另一示范性实施例，呈现了在患者的皮肤上使用磷光材料(例如，粉末或凝胶)，以便在投影完成后保留所投影的外科手术规划的可视图像。
根据所提出的发明的用于将计算机生成的规划复制到患者的皮肤上的可能的工作流程将在下面被描述。根据本文描述的方法和装置，计算机化的外科手术规划被自动地或交互地开发并且被调整到患者的解剖结构。通过由磷光粉末或包含这样的粉末的透明凝胶覆盖乳房来准备患者。也可以使用其他磷光材料。
例如，能够使用可购得的无毒“Europium UltraGlow Powder”，但是其他材料也适于本文描述的目的。投影设备被使用以便以高强度在短时间内将规划投影到患者的身体上。备选地，通过并入跟踪外科手术规划中所包含的线的激光设备来修改所述投影设备。能够使用UV激光以便激活磷光粉末。也可以使用其他光源来激活磷光材料。在被包含在外科手术规划中的线和标记物的部位处，磷光粉末由UV激光或由规划投影器所使用的光中包含的UV分量激活。
通过对所投影的标记物的部位处的磷光粉末的激活，甚至当患者移动时或者当乳房变形时，这些在患者的皮肤上仍然可见。规划的这种可见性可能仅在暗照明条件下针对有限的时间被实现。为了长久地捕获所述规划，其能够由外科手术医师利用长久标记物来跟踪。
以下可以被视为本发明的一个要点：提供用于外科手术介入的规划系统，其允许外科手术医师进行术前规划和在计算机上的绘图。其允许通过将不同的外科外科手术技术实际地绘制到皮肤上来测试这些外科手术技术。所述系统可以自动考虑外科手术规划的几何约束。在本发明的另外的方面中，提供了一种用于外科手术介入的规划和投影系统，其额外允许将规划结果作为绘制从计算机容易地转移到患者的皮肤上。在另外的方面中，基于远程可激活笔的当前位置并且基于所计算的介入规划来激活所述笔，使得经由受控标记通过所述笔将所计算的规划转移在皮肤上。
本发明的这些和其他特征将根据下文描述的实施例而变得显而易见，并且参考下文描述的实施例得到阐述。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的示范性实施例的计算外科手术介入规划的方法的流程图。
图2示出了根据本发明的示范性实施例的绘制有纹理映射的3D表面的范例。
图3示意性示出了当用在根据本发明的范例中时可以如何对外科手术规划进行几何参数化。
图4示意性示出了根据本发明能够被存储在数据库中的多个乳房外科手术方法。
图5示出了根据本发明的示范性实施例的装置中的工作流程。
图6示意性示出了根据本发明的示范性实施例的包括扫描器和投影器的装置。
图7示意性示出了根据本发明的另一示范性实施例的具有扫描器和投影器的装置和工作流程。
图8示意性示出了根据本发明的另一示范性实施例的装置。
图9示意性示出了根据本发明的另一示范性实施例的具有远程可激活笔的装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示范性实施例的计算外科手术介入规划的方法的流程图。在步骤S1中，接收、提供或检索患者的表面的数据，并且在步骤S2中，提供或检索所规划的外科手术介入的数据。此外，在步骤S3中，基于所接收的数据来创建患者的身体的部分的表面表示。在步骤S4中，在被存储在数据库中的多个参数化外科手术方法中选择第一外科手术方法被执行，并且在步骤S5中，基于所选择的第一外科手术方法调整外科手术介入规划的几何参数。此外，向用户显示经调整的外科手术介入规划的步骤也由所呈现的方法包括并且被示出为S6。
下面将描述该实施例在乳房外科手术领域中的具体范例。患者的表面的原始数据被捕获作为照片和/或表面扫描。然后，胸部和乳房的表面表示被创建，从而使用三角测量。对此，特征点被添加，例如乳头位置、乳头直径、对称线、锁骨位置、乳房下皱襞的位置，和/或肿瘤数据，诸如肿瘤位置和/或切除边缘，也能够被添加。这可以由用户交互地完成或者由使用形状和图像特征分析器的装置自动地完成。然后，外科手术医师触发对来自数据库的外科手术方法的选择，所述选择由所述系统实施。对应的规划的几何参数被调整并且以参数化方式被表示。如果外科手术医师对得到的规划满意，则所述规划能够被可视化并存储用于转移到操作室中。更多的细节能够从图5的示范性实施例来收集。
下文将描述图1的实施例的另一具体范例。该范例涉及例如通过上述装置捕获患者的表面并且将规划结果投影回到该表面。然后，如本文描述的磷光材料可以用于将所述规划转移在患者的身体的皮肤上。表面扫描器和投影器，即投影设备的组合被使用。由于表面扫描器被采用，并且投影器可以优选是微型投影器。优选地，扫描器和投影器被集成到单个设备中。在初始会话中，患者的表面和纹理信息被记录。在外科手术规划已经被计算或选择之后，规划能够被转移到患者。表面被重新扫描，所述信息与所选择的外科手术规划组合在一起。任选地与校准信息组合的信息被投影回到患者的表面上。然后外科手术医师能够利用笔标记所述表面，从而通过作标记来将所投影和调整的外科手术介入规划转移到患者的身体上。如本文所描述的，也能够使用远程可激活笔或被分配在患者的身体上的磷光材料。
此外，根据本发明的类似于图1的另一示范性实施例，通过进行标记将所投影和调整的外科手术介入规划转移到患者的身体上的步骤被包括。
图1的实施例的另一具体范例可以被描述如下。基于已经被计算的外科手术介入规划，即在方法的一次或多次迭代后提供的经调整的外科手术规划，远程可激活笔取决于其当前位置被激活。关于这一方面的更多细节可以从例如图9来收集。
此外。图1的方法也可以包括在所创建的表面表示中定位患者的身体的靶向对象的位置以及在所创建的表面表示中可视化靶向对象的被定位的位置的步骤。
此外，图1中描述的方法可以例如利用以下外科手术方法，其作为非限制性的实施例被提及。能够从包括以下的组来选择多个外科手术方法：乳晕乳房成形术、下蒂乳房成形术、欧米伽乳房成形术、外侧乳房成形术、内侧乳房成形术、J-成形术、垂直乳房成形术、L-成形术、乳房下褶成形术、倒T乳房成形术、蝙蝠翼式方法及它们的任何组合。当然，能够使用被参数化的其他介入技术和外科手术方法。参数化的原理在本文中详细地被解释，例如在图3和图4的背景下。
此外，本发明包括用于计算外科手术介入规划的程序元件以及用于计算外科手术介入规划的计算机程序被存储在其中的计算机可读介质。这些实施例与如前面已经描述的方法一致，尤其是在图1的背景下。
所述计算机程序元件可以是计算机程序的部分，但是其本身也能够是完整的程序。例如，计算机程序元件可以被用于更新已存在的计算机程序，以获得本发明。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统分布。
计算机可读介质可以被视为存储介质，例如USB棒、CD、DVD、数据存储设备、硬盘或者上面描述的程序元件能够被存储在其上的任何其他介质。单个处理器或其他单元可以满足在权利要求中所记载的若干项目或步骤的功能。用于计算外科手术介入规划的这样的程序元件和计算机可读介质的范例还在图5、图7和图8的背景下具体地被示出和/或解释。
图2示意性示出了在患者的表面表示处的绘制有纹理映射的3D表面能够看起来如何的范例。在图5的实施例的背景下，使用患者的这样的表面表示。在图3中示出了乳头位置和乳晕尺寸、中矢状对称线以及肿瘤。
图3示意性示出了外科手术介入规划能够如何被几何地参数化的范例。在图片301中，箭头302至306示出所述规划的几何元素的长度、取向和角，这在规划期间能够被调整。这些调整能够由用户输入引起，或者能够在考虑患者表面的所提供的数据以及所规划的外科手术介入的数据时由自动计算引起。在图3中示出了至少一个几何约束能够看起来如何。这样的几何约束的范例能够在图3中看到。在具体实施例中，切口/开口304的长度应该是切口/开口305的长度的两倍。左侧的开口/切口306的长度应该等于右侧的开口/切口306的长度。此外，圆形开口的长度应该等于乳晕的周长。图片307是可视化的计算的外科手术介入规划，其被投影到患者的皮肤或被标记在患者的皮肤上。在图片307中，第一外科手术方法已经由外科手术医师从多个存储的方法中选择。图片308和309是与图307相比较的另一不同外科手术方法的可视化。308和309之间的差异是各自的外科手术规划的不同参数化。
图4示意性示出了用于乳房外科手术的不同外科手术方法。这些范例被理解为这样的乳房外科手术方法的非限制性范例。用于乳房外科手术的多个方法包括：乳晕乳房成形术、下蒂乳房成形术、欧米伽乳房成形术、外侧乳房成形术、内侧乳房成形术、J-成形术、垂直乳房成形术、L-成形术、乳房下褶成形术、倒T乳房成形术、蝙蝠翼式方法。这些方法也可以由外科手术医师和由计算装置进行组合。图4中描绘的乳房外科手术方法对本领域技术人员而言是已知的并且全部能够基于如先前已经关于图2和图3描述的原理而被参数化。
图5示意性示出了根据本发明的用于计算外科手术介入规划的装置500中的流程图。装置500允许通过将不同的外科手术技术实质地绘制到皮肤上来测试它们。系统自动地考虑外科手术规划的几何约束，如下文将解释。装置是包括计算机的规划系统，所述计算机具有用于将规划可视化的工具、用于创建患者的表面的几何表示的工具以及参数化外科手术方法的数据库。在保乳整复乳房外科手术的非限制性范例情况下，图5中示出的具体实施例的工作流程如下所示。首先，使用表面扫描器501和/或相机502来捕获患者的表面的原始数据，例如作为照片504和/或表面扫描503。这能够通过若干手段来实现，例如来自不同角的照片或者借助于专用表面扫描系统，例如Microsoft的Kinect传感器。该传感器允许与照片一起测量深度图。此外，在装置500中提供形状处理器505。随后，创建患者的胸部的表面表示。基于来自步骤1的原始数据，因此使用本领域技术人员已知的三角测量来创建表面表示506。从相机检索的照片被用于使表面表示实际地变为彩色，即纹理映射被应用。应当注意，根据506的该示范性实施例以及针对图2中给出的范例的图像被显示到外科手术医师，成像可以使得外科手术医师能够改变透视角以及至所示出的对象的距离。506中给出的描绘被用于图示照片与具有纹理映射的3D模型之间的差异。
此外，先前描述的步骤1和2可以被不同地实施，只要原始数据捕获和形状预处理的结果是具有纹理映射的患者的乳房和胸部的表面三角测量。应该注意，也可以在没有纹理映射的情况下来执行所述方法，然而纹理映射可以改进图示。形状和特征分析器507是装置的组件，所述形状和特征分析器被用于检测表面表示中的特征，例如，乳头位置、乳晕直径、对称线、锁骨位置、乳房下皱襞的位置等。然而，也可以在没有形状和特征分析器507的情况下提供该装置。特征分析器能够是自动的或交互的。在交互实施方式的情况下，表面表示被可视化508在例如计算机屏幕上。然后，特征点和特征线由规划外科手术医师例如利用基于鼠标的用户接口交互地识别。此外，肿瘤位置和/或肿瘤切除边缘交互地被定义或从不同的工作站511导入。因此，步骤509示出肿瘤定位。如果必要，可以使用术前成像数据集510，例如MRI或CT。利用512来示出提前描述的步骤的结果的草图。
此外，在步骤513中，装置可以自动选择被存储在数据库514中的参数化外科手术方法515中的一个。备选地，外科手术医师可以做出所述选择。此处在该范例中，方法516被选择。这样的方法的非限制性范例在图4中被给出，并且示范性参数化例如在图3的背景下被解释。何者外科手术方法是最佳选择可以取决于若干因素，诸如肿瘤尺寸和位置、乳房的尺寸、乳房的形状、患者年龄、患者偏好等。在对一个或多个方法的选择之后，在步骤518中由所述装置调整对应的外科手术介入规划的几何参数。外科手术方法/规划以参数化方式被表示，例如也参考图3。开口线(切口)的形状由所述装置调整到患者的乳房的形状。调整之后的结果在519中被示出到用户。此处，外科手术介入规划的参数的两种不同调整被显示给用户。如果期望，则外科手术医师也能够(额外地或备选地)经由用户接口通过输入来交互地改变外科手术规划的几何参数。在该范例中，参数是乳晕的尺寸、当前乳头位置与未来乳头位置之间的距离，切除线之间的角度、切除线的长度和切除的深度。本领域技术人员也可以利用他发现适于特定情况的其他参数。此外，如果外科手术医师对所得到的外科手术规划519满意，则能够通过向用户522、524可视化来自不同视角的最终的外科手术规划，并且通过使用数据库523，来可视化并存储521所述规划。然后能够进一步分析、与患者讨论和/或转移到操作室中。因此，步骤520描绘了基于外科手术方法的先前选择并基于潜在的个体案例的描述的计算的结果(通过表面表示以及关于所规划的介入的所接收的数据)是否令人满意的决策发现。如果外科手术医师不满意，则能够选择不同的外科手术方法，并且能够重复开始于选择513的先前步骤。
在另一示范性实施例中，呈现了一种装置，其也允许如在图5的背景下描述的这样的流程。这样的装置可以如图8所示被实现。该装置被配置用于计算外科手术介入规划，并且包括接收单元(用于接收患者的表面的数据以及肿瘤位置和/或肿瘤形状的数据，作为关于所规划的介入的数据的范例)、计算单元、显示单元以及用户接口。所述计算单元被配置用于基于所接收的数据来创建患者的身体的部分的表面表示，并且所述用户接口被配置用于接收用户输入，所述用户输入是从被存储在数据库中的多个参数化外科手术方法选择第一外科手术方法。此外，计算单元被配置用于基于所选择的第一外科手术方法来调整外科手术介入规划的几何参数。显示单元还被配置用于基于经调整的几何参数向用户显示经调整的外科手术介入规划。该装置可以被视为用于外科手术介入的规划系统，所述规划系统允许外科手术医师进行术前规划以及在计算机上的绘制。其允许通过将不同的外科手术技术实质地绘制到皮肤上来测试它们。所述系统自动考虑外科手术规划的几何约束。
图6示出了包括投影器601的表面扫描器600，所述投影器将结构化红外(IR)光投影到图景上并且是根据本发明的装置。其可以与在图1、图5和图8的背景下描述的装置结合使用，但是也可以独立地使用。反射回的投影器601的光然后由IR相机602检测。通过三角测量，表面图景被计算。同时，操作在可见光谱中的RGB相机603捕获患者的皮肤的表面颜色。如果使用纹理映射，则完整的3D图景能够被绘制。表面扫描器的该范例是非限制性的并且可以用在如本文公开的本发明的各个不同实施例中。
图7示出了用于计算外科手术介入规划并且用于将期望的规划投影回到被分析的患者的部分的流程图以及装置700。因此，其是一种用于外科手术介入的规划和投影系统，其允许外科手术医师进行术前规划和在计算机上而不是在患者上的绘制。其允许通过将不同的外科手术技术实质地绘制在皮肤上来测试它们。在外科手术规划已经被选择之后，其能够被用于使用标记来将规划转移到患者的皮肤上。应该注意，图7的所示出的过程也可以在不同的位置处，即在多个不同的计算单元上部分地被执行。3D扫描也能够仅被提供为数据。
装置700包括具有将所述规划可视化的工具的计算单元701，包括用于创建患者的表面的几何表示705的工具704，并且包括用于将所述规划的结果投影回到患者上的工具702。因此，计算单元701可以包括对应的计算机程序元件706，即规划软件元件。在规划的肿瘤切除的情况下，肿瘤位置和/或肿瘤切除边缘能够交互地被定义或者从不同的工作站707导入。当然，也可以以这种方式提供关于规划的介入的其他数据。如果必要，能够使用术前成像数据集708，例如MRI或CT。利用709示出了提前描述的步骤的结果的草图。此外，投影计算器710被包括，其被配置用于基于表面数据711来计算投影数据，以将经调整的外科手术介入规划投影到患者的身体的部分上。因此，系统700便于通过利用例如笔进行标记来将投影和调整的外科手术介入规划转移到患者的身体上。
在另外的具体范例中，类似的装置，光学表面扫描器和投影器的组合被使用，以便捕获患者的表面并且将规划结果投影回到其。表面扫描器的范例是Microsoft的Kinect系统，其可以被使用，其初始市场化用于游戏应用。此外，存在所谓微型投影器的多个范例，其可利用能够被用于本发明的这一方面的架。由于它们的小尺寸，它们能够容易地与表面扫描系统集成。
在下面中，该另外的具体范例以及图5和图6中所示的实施例将更详细地被描述。关于安装和校准，应注意以下。表面扫描器和投影器能够以固定的相对位置和取向被组合在单个壳体中。在使用所述系统之前，校准流程能够被用于确定组合的设备的光学性质。校准流程有用于允许将计算机生成的图景几何地正确地投影到真实图景上。校准仅需要在工厂里完成一次。此外，表面扫描器捕获几何数据以及纹理数据并且将其传送到计算单元。针对生成规划输入的步骤，以下被公开。在初始会话中，患者的表面和纹理信息能够被记录。用户可以使用规划软件来与表面和纹理信息交互以便创建外科手术规划。如果必要，其他信息，例如X射线乳房摄影或MR图像能够从数据库，例如707(图7)或511(图5)来检索，并且能够在规划期间被使用。此外，外科手术规划的转移被实现。尤其是，在外科手术介入之前的第二会话中，外科手术规划被转移到患者。出于该目的，表面扫描器能够重复地扫描患者的表面并且将信息传送到计算机。投影计算器软件可以与来自安装和校准阶段的校准信息一起使用该信息来计算外科手术规划到患者的表面上的投影。外科手术规划能够在表面上被外科手术医师看到并且利用笔进行标记。
图8示意性示出了用于计算外科手术介入规划的装置800。装置包括计算单元801、显示单元802、用于接收患者的表面的数据和规划的外科手术介入的数据的接收单元803。此外，在图8中描绘了接口804和鼠标805。此外，计算机可读介质806被实现为USB棒，计算机程序元件807被存储在所述USB棒上。该计算机程序元件用于根据本发明计算外科手术介入规划。设备810是乳房摄影设备。此外，描绘了处理单元809，计算机程序元件808被存储在所述处理单元中。图8的装置800能够与如在图6和图7的背景下公开的表面扫描器和投影器组合，并且也可以与如下面在图9的背景下解释和描述的远程可激活笔901组合。
在描述图9下面的装置和方法之前，针对该主题应该注意以下。根据本发明的示范性实施例，本文呈现了一种装置，其被配置用于测量笔的位置，并且被配置用于在笔的测量的位置与经调整的外科手术介入规划的线匹配时激活所述笔。如果期望，则该功能性和特征能够与前面和下文描述的实施例组合。
图9示出了用于计算外科手术介入规划的系统，所述系统包括具有传送器和控制单元的装置，并且所述系统包括远程可激活笔，所述笔包括接收器。详细来说，图9示意性示出了装置900，其用于计算外科手术介入规划，并且用于远程地激活笔以将计算的规划转移到患者的皮肤上。装置902可以被实现为类似于前面已经描述的装置，例如，在图5、6、7和8中阐述的装置。除此以外，传送器903以及控制单元904被包括。控制单元904被配置用于控制传送器，使得传送器将激活信号传送到远程可激活笔901的接收器906。电池907可以被提供在笔901中。此外，收回单元905被描绘在壳体910内。908描绘笔芯并且909描绘针对位置测量系统的LED。该活性笔901具有用于打开和关闭其绘制能力的机构。这能够利用收回/伸长机构来实现，所述收回/伸长机构被嵌入到笔的壳体中并且收回或伸长笔芯，即所述笔的含墨水部分。收回/伸长机构能够由笔中的接收器单元来触发，所述接收器单元接收来自装置902的传送器903的信号。所述信号能够由红外光、无线电脉冲或其他合适的激活信号来发送。笔中的电池提供能量来操作收回/伸长机构和接收器。然而，RFID技术也可以被用在该背景下。位置测量系统(未示出)测量所述笔的位置并且将这传送到控制单元904。装置902将所述位置与被存储在外科手术规划中，尤其是在经调整的外科手术介入规划中的位置进行比较。当所述笔的位置足够接近所存储的位置之一时，导航系统传送信号以打开所述笔。当笔的位置太远时，导航系统传送信号以关闭所述笔。以这种方式，所述笔能够仅在对应于预定义的外科手术介入规划的位置处绘制。所述装置也可以在患者的图像内显示笔的位置，以便允许对所述活性笔的容易的定位和瞄准。应当注意，打开和关闭所述笔的绘制能力的其他方法也应由本发明所包括。例如，压力可以被用于这样的切换过程，并且在所述笔的激活中也可以涉及阀。此外，接收器能够被装备有将所述笔的状态(打开和关闭)传送到导航系统的工具。
根据本发明的示范性实施例，呈现了一种被配置用于测量笔的位置的装置，并且其中，所述装置被配置用于在笔的测量的位置与经调整的外科手术介入规划的线匹配时激活所述笔。
这种原理以及该装置与远程可激活笔之间的交互也能够从图9的非限制性范例来收集。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，所述笔包括收回单元。该收回单元可以是基于所述笔的当前位置并且基于所计算的外科手术规划远程可激活的。
通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。权利要求书中的任何附图标记不应被解读为对权利要求书的范围的限制。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (12)

1.一种计算机可读介质(806)，在所述计算机可读介质中存储有用于计算外科手术介入规划的计算机程序，所述计算机程序当由处理器运行时适于执行如下步骤：
接收患者的表面的表面数据，
接收关于规划的外科手术介入的介入数据，所述介入数据包括表示靶向对象的数据，
基于所接收的所述患者的表面的数据来创建所述患者的身体的部分的表面表示，
从被存储在数据库中的多种参数化外科手术方法中选择第一外科手术方法，
基于i)所选择的第一外科手术方法、ii)所述介入数据以及iii)所述表面表示来调整外科手术介入计划的几何参数，从而计算经调整的外科手术介入计划，并且
向用户显示所述经调整的外科手术介入计划，其中，以在所创建的所述患者的身体的所述部分的表面表示中的未来皮肤切口的至少线的形式，来向所述用户显示所述外科手术介入计划。
2.根据权利要求1所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
从所述数据库检索所述多种参数化外科手术方法，
其中，从所述数据库检索所述第一外科手术方法的至少一个几何约束，并且所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
在对所述外科手术介入计划的所述几何参数的所述调整期间，自动考虑所述第一外科手术方法的所述几何约束。
3.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，
其中，创建所述患者的身体的所述部分的所述表面表示的步骤包括表面三角测量和纹理映射。
4.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
接收被配置为触发所述外科手术介入计划的所述几何参数的改变的用户输入，并且
基于所接收的用户输入来调整所述外科手术介入计划的所述几何参数。
5.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
利用表面扫描器来扫描所述患者的身体的所述部分，并且捕获所述患者的身体的所述部分的照片，从而提供所述患者的表面的数据。
6.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
从被存储在所述数据库中的所述多种参数化外科手术方法中选择第二外科手术方法，
基于所选择的第二外科手术方法来调整所述外科手术介入计划的所述几何参数，并且
以在所创建的所述患者的乳房的表面表示中示出的未来皮肤切口的至少线的形式，来向用户显示所述外科手术介入计划。
7.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
交互地定义靶向对象的位置和/或靶向对象切除边缘，或者导入来自工作站的靶向对象的位置和/或靶向对象形状和/或靶向对象切除边缘。
8.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
将所述经调整的外科手术介入计划投影到所述患者的身体的所述部分上。
9.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
将激活信号发送到能够远程激活的标记笔，从而基于所述经调整的外科手术介入计划来激活所述笔。
10.根据权利要求9所述的计算机可读介质，所述计算机程序当由所述处理器运行时还适于执行以下步骤：
测量所述笔在所述患者的表面上的位置，并且
如果所测量的所述笔的位置对应于所述经调整的外科手术介入计划的线，则激活所述笔。
11.一种用于计算外科手术介入计划的装置(500)，所述装置包括：
接收单元，其用于接收患者的表面的表面数据和规划的外科手术介入的介入数据，所述介入数据包括表示靶向对象的数据，
计算单元，
显示单元，
接口，
数据库，
其中，所述计算单元被配置用于基于所述表面数据来创建所述患者的身体的部分的表面表示，
其中，所述接口被配置用于接收用户输入，所述用户输入包括从被存储在所述数据库中的多种参数化外科手术方法中选择第一外科手术方法，
其中，所述计算单元被配置用于基于i)所选择的第一外科手术方法、ii)所述介入数据以及iii)所述表面表示来调整外科手术介入计划的几何参数；所述计算单元还被布置用于根据经调整的几何参数来计算经调整的外科手术介入计划，并且
其中，所述显示单元被配置用于向用户显示所述经调整的外科手术介入计划，所述装置还包括：
表面扫描器，
投影设备，
其中，所述表面扫描器被配置用于扫描所述患者的身体的所述部分的表面，从而生成表面信息，并且
其中，所述投影设备被配置用于将所述经调整的外科手术介入计划投影到所述患者的身体的所述部分上。
12.根据权利要求11所述的装置，
其中，所述装置被配置用于基于所述经调整的外科手术介入计划来激活能够远程激活的笔。
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