CN106232047A - 用于健康成像信息学的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了为神经学程序、包含神经外科程序提供治疗规划信息的方法和系统。可访问的数据库包含了关于历史程序的历史数据。基于与表征神经学程序的一组数据相似性的确定，确定与该神经学程序相关的历史数据。确定并显示与所述神经学程序相关的程序参数的历史实例。

Description

用于健康成像信息学的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月14日提交的、标题为“INTRAMODAL SYNCHRONIZATION OFSURGICAL DATA”的PCT申请PCT/CA2014/050269的优先权，所述申请的全部内容并入本文。
技术领域
本公开涉及在微创治疗中使用的成像方法、使用多模式成像模式的图像引导式医疗程序(procedure)、以及用于提供治疗规划信息的方法和系统。
背景技术
术语“信息学”已经用于各种不同的医学情形中。在放射学中，“信息学”可用来指代数字图像管理，通常为图像存档和通信系统(PACS，Picture Archiving andCommunication System)的形式，因此术语“成像信息学”可能更准确。用于这种类型的管理的系统包括飞利浦公司(Philips)的IntelliSenseTM PACS、西门子公司(Siemens)的SyngoTM框架以及通用电气公司(GE)的CentricityTM PACS和成像分析产品等，并且这些系统的着重点通常局限于DICOM图像的存储、组织和访问。
另一方面，在外科手术的情况中，“信息学”已经用来指代广泛且各种类别的手术室情况。通用电气公司提供了帮助管理手术室(OR)日程安排、麻醉文档记录、手术用品以及手术量的围术期软件。NDS公司提供了一系列产品(例如，ConductORTM、ScaleORTM和ZeroWireTM)着重于OR视频流和分布。卡尔史托斯公司(KARL STORZ)的OR1信息学平台也着重于OR内窥镜视频。斯特赖克公司(Stryker)提供了iSuiteTM，其管理视频、手术灯、吊臂以及手术导航装置。
在心血管领域内有其他更专业化的信息学系统，以便合并各种心脏图像(例如，超声心动图、X射线、磁共振(MR)图像等)以及心电图(ECG)和电生理结果。目的是将来自各种来源的很多数据合并到中央位置中，使得临床医生(例如，心脏科专家、心脏外科医生或另一护理提供者)容易获得全部数据，从而有助于作出关于患者护理的更合理决定。飞利浦公司的XceleraTM和通用电气公司的CentricityTM心电图机(C ardio)是两个市售的心血管信息学系统。
至于其他专业化的外科手术信息学平台，Voyent Healthcare公司开发了一种优于2000年中期至后期的骨科信息学解决方案。所述解决方案的特征在于整合的骨科植入物规划、基于网络的查看、刷卡访问以及手术室日程安排。
与心血管领域和骨科领域相反，尽管神经外科医生对能够在手术前、手术中和手术后告诉他们重要临床决定的实时信息有需要和高度需求，但专业化的神经/神经外科信息学整体上欠缺且服务不足。这可能是因为在外科学科之间有若干重要的区别，最明显的是在神经外科程序(neurosurgical procedures)中进行相对较少的成像研究，这些成像在大多数病例中局限于术前MR或CT。然而，随着对微创神经外科程序的不断增长的需求和采用(该些微创神经外科程序需要新型复杂的成像工具用于精确引导)，这种趋势正在迅速改变。
因此，有对于整合多模式成像解决方案的需要，所述解决方案将术前、术中和术后背景下的可视化、规划和导航带到一个新的水平，以便为患者提供更好的护理。
发明内容
在各种实例中，本公开提供了支持在神经学和神经外科学中实现成像和外科手术信息学的系统和方法。
在一些实例中，本公开提供了一种计算机实现方法，该方法用于为神经学程序(neurology procedure)提供规划信息，所述方法可包括：接收表征所述神经学程序的第一组数据；访问包含关于历史手术的历史数据的一个或多个历史数据库；基于确定与所述第一组数据的相似性，确定与所述神经学程序相关的一个或多个历史数据；根据所述一个或多个历史数据，确定与所述神经学程序相关的一个或多个程序参数的一个或多个历史实例；以及在输出装置上显示所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例。
在一些实例中，本公开提供了一种用于为神经学程序提供反馈的计算机实现方法，所述方法可包括：访问包含程序前图像数据和程序后图像数据的远程数据库；使用识别信息来确定与针对患者的给定神经学程序相关联的一组程序前图像数据和一组程序后图像数据；执行所述程序前图像数据和所述程序后图像数据的定量比较；以及在输出装置上显示所述定量比较。
在一些实例中，本公开提供了一种用于提供关于神经学程序的信息的系统，所述系统可包括：中央系统，所述中央系统包括与两个或更多个数据库通信的一个或多个处理器，所述两个或更多个数据库中的每一个存储与所述神经学程序相关联的不同信息；可由所述中央系统执行的一个或多个数据处理模块，所述一个或多个数据处理模块包括至少一个规划模块，所述至少一个规划模块在被执行时使得所述系统：接收表征所述神经学程序的第一组数据；访问包含关于历史手术的历史数据的一个或多个历史数据库；基于与所述第一组数据的相似性的确定，确定与所述神经学程序相关的一个或多个历史数据；根据所述一个或多个历史数据，确定与所述神经学程序相关一个或多个程序参数的一个或多个历史实例；并且致使输出装置显示所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例。
在一些实例中，本公开提供了一种用于提供关于神经学程序的反馈的系统，所述系统可包括：中央系统，所述中央系统包括与包含程序前图像数据和程序后图像数据的一个或多个远程数据库通信的一个或多个处理器；以及可由所述中央系统执行的一个或多个数据处理模块，所述一个或多个数据处理模块包括至少一个反馈模块，所述至少一个反馈模块在被执行时使得所述系统：访问包含所述程序前图像数据和所述程序后图像数据的至少一个远程数据库；使用识别信息来确定与针对患者的给定神经学程序相关联的一组程序前图像数据和一组程序后图像数据；执行所述程序前图像数据和所述程序后图像数据的定量比较；并且使得输出装置显示所述定量比较。
附图说明
现在将仅通过举例参考附图来描述各实施方案，在附图中：
图1示出接入端口(access port)插入到人脑中以便在医疗程序期间提供到内部脑组织的通道；
图2示出用于支持基于微创接入端口的外科手术的示例性导航系统；
图3是示出可在图2所示的导航系统中使用的控制和处理系统的框图；
图4A是示出手术程序中所涉及的使用图2的导航系统的方法的流程图；
图4B是示出如图4A所概述的为了手术程序对患者进行配准的方法的流程图；
图5A和图5B示出用户界面中的可选择显示项，所述显示项示出由所公开的信息学系统的实例提供的组织分析信息；
图5C是示出涉及患者护理的四个方面的示例性系统的图；
图6是展示通过执行本地诊断数据与存储在组织分析数据库中的存档局部组织诊断数据之间的相似性分析来识别类似的先前组织分析的示例性方法的流程图；
图7是示出所公开的信息学系统的实例如何与各种其他信息源进行通信的图；
图8和图9是示出可由所公开的信息学系统的实例使用的插件的实例图；
图10A示出由所公开的信息学系统的实例提供的、用于在治疗规划期间提供信息的用户界面的实例；
图10B示出展示用于使用所公开的信息学系统的实例的治疗规划的示例性方法的流程图；
图11示出术前和术后信息可如何量化并存储在所公开的信息学系统的实例中的实例；并且
图12示出由所公开的信息学系统的实例提供的、用于提供术中信息的用户界面的实例。
具体实施方式
以下将参考所讨论的细节来描述本公开的各种实施方式和各方面。以下描述和附图是对本公开的说明并且不应当被解释为限制本公开。描述了许多具体细节以便提供对本公开的各种实施方案的更全面理解。然而，在某些实例中，并未描述已知的或常规的细节以便提供对本公开的实施方案的简洁讨论。
如本文所使用的，术语“包括(comprises)”和“包括了(comprising)”应当被解释为包含性的和开放性的，并且不具有排他性。具体地，当在说明书和权利要求书中使用时，术语“包括(comprises)”和“包括了(comprising)”以及其变换形式意思是将指定的特征、步骤或部件包括在内。这些术语不应当被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。
如本文所使用的，术语“示例性”意思是“用作示例、实例或例证”，并且不应当被解释为比本文所公开的其他配置更佳或更优。
如本文所使用的，术语“大约”和“近似”旨在涵盖可存在于所述值范围的上限和下限中的变化，诸如在特性、参数和尺寸方面的变化。在一个非限制性实例中，术语“大约”和“近似”意味着±10％或更少。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术性和科学性术语旨在具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同意义。除非另外指明，否则诸如在本文中所使用的整个情形下，下列术语旨在具有以下意义。
如本文所使用的，短语“接入端口”是指可插入到受试者中以便提供到内部组织、器官或其他生物物质的通道的插管、管道、鞘管、端口、管子或其他结构。在一些实施方案中，接入端口可例如通过其远端处的开口或孔口和/或通过沿其长度的中间位置处的开口或孔口直接暴露内部组织。在其他实施方案中，接入端口可通过透明的或半透明的一个或多个表面提供一种或多种形式的能量或辐射(诸如但不限于电磁波和声波)的间接进入。
如本文所使用的，短语“术中”是指在一个医疗程序的至少一部分期间发生或进行的动作、过程、方法、事件或步骤。如本文所定义的，术中并不限于外科手术，并且可以是指其他类型的医疗程序，诸如诊断和治疗程序。
应注意，如本文所使用的，短语“结果”是指用于测量受试者(subject)的死亡率和发病率的可量化方法。这包括但不限于实际患者功能的测量(包括组织活力的直接度量)或较高水平功能的测量，以及间接的测量、测试和观察。结果也可以是指一个程序的经济结果(在特定或广泛的意义上)，并且可包括程序的时间、设备和个人使用、药物和一次性用品使用、住院时间以及并发症和/或并存病的指示。
本公开的实施方案提供了可插入到受试者或患者中以便对内部组织进行成像的成像装置，以及所述成像装置的使用方法。本公开的一些实施方案涉及通过接入端口执行的微创医疗程序，由此基于通过所述接入端口进入内部组织来执行手术、诊断成像、治疗或其他医疗程序(例如，微创医疗程序)。
在一些实例中，本公开可以提供用于常规组织采样技术的替代方案或补充系统。在许多医疗程序中，例如在肿瘤的手术去除期间，切除或检查组织样品。常规地，在医学成像和外科诊断学领域中，获得组织样品并且使用显微镜对其进行组织病理检查(通常在对该组织进行染色的情况下)依然是组织诊断的黄金标准。这通常涉及在手术室中的切除术以及样品到病理学实验室的转移。然而，这种方法可能有问题和难题。例如，组织分析的常规方法通常不能够准确地且无痛地进入组织，并且可能通过活组织检查过程而种下肿瘤细胞。进行多次活组织检查以能够正确地检查不同类的肿瘤也可能是不切实际的。另外，组织样品在所述过程期间经常会被贴错标签，这可能由于样品混乱或标记错误而导致，从而导致错误的诊断。此外，病理结果可能与成像结果不一致。而且，常规工作流程通常可能对放射科医生没有一个良好的反馈回路，这可能阻碍他们改善对将来病例的诊断准确性。这还可能导致活组织检查结果与病理结果之间的不必要的延迟，减少了产出好的患者结果。
在一些实例中，本公开可能够使用成像和图像引导来代替或补充组织采样，例如作为多方面治疗方法的一部分。
在一些实例中，本公开可帮助整合来自不同健康系统的信息和/或帮助跨不同健康系统(诸如来自不同国家的健康护理管理系统)传达信息。
全世界的健康护理产业通常包括各种健康护理管理和治疗系统，从私人健康护理服务到公共的、州的和国有的健康护理系统，以及在地区级的这些系统的组合。常规地，整合不同国家的健康系统是一个挑战。例如，全美国(U.S.)和加拿大患者可用的各种服务结构致使有若干方法收集健康相关数据，这可能影响研究人员和行政官员对此类数据的可用性。
例如，在美国，数据管理系统的组合、关于保密性的法律以及对于患者相关健康数据的访问可能导致难以使用从患者收集的数据来促进相关且重要的研究项目，以及开发针对有效且创新的基于群体的健康问题的政策和程序。
在另一个实例中，加拿大的公共患者健康记录管理系统通常的设计考虑到两个目标：向研究人员提供用于医学研究目的的相关患者数据；以及帮助行政人员开发有效的基于群体的健康政策。这两个目标可促进建立在研究资源和政策资源的有效配置上的整合、交互且直观的健康护理系统的进步。公共健康记录收集和管理系统可以提供以下优点：诸如了解手术等候名单、有特定健康问题的那些人对资源的利用、以及了解药物利用与患者使用其他健康干预措施之间的关系。
此外，在公共健康护理系统中收集的数据可以用于开发针对群体的健康护理管理政策、跟踪群体的健康趋势以及解决个人和群体的道德、保密性和长期健康问题。使用个体数据集来推断群体的健康趋势的方法可能是有效健康资源管理的一个重要因素。
具有国有健康护理系统的管辖区域通常有适当的方法来在国家、地区和省级级别上系统地收集和存储患者信息。然而，在健康护理领域没有综合数据收集系统这对于没有公共健康护理的管辖区域(诸如美国)是有问题的。在美国，由于以下原因这种中央数据收集和管理系统并不存在：缺乏集中式健康护理系统；存在私人健康护理提供商、不提供交换患者信息和健康记录的互易性的州级健康护理管理政策；以及存在隐私法，隐私法阻碍收集健康相关数据用于创建基于群体的健康护理政策或基于体制的健康护理政策的目的。本公开可以提供一种用于将这些不同的信息源集中化和/或整合的方式。
在加拿大，当前链接的健康数据收集、存储和管理系统将患者信息分成六种类型的文件，所述六种类型根据通过健康护理系统针对单个患者所收集的信息进行排列。这六种类型是：医疗服务、离开医院、老年人的药物处方、长期护理服务、死亡和出生。按照着重于开发综合数据收集系统的一套方法，当前系统目前正在进行连接。这个系统的一个问题是链接中存在“灰色区域”，这导致开发出假阳性和劣链接的可能性，从而可能误导研究趋势、模糊方法论并且产生偏离的结果。当前系统的另一个问题是，它不能够进行跨不同系统的数据交换，如在将加拿大的健康护理数据管理系统应用于美国的公共-私人系统(在其当前状态下)的混合体时正是这种情况。
在一些实例中，本公开可能够实现跨给定健康系统内的不同数据源、以及跨不同健康系统的更好的信息共享。本公开的示例性实施方案将参考如由以下描述的附图示出的神经学和神经外科程序来描述。
图1示出接入端口插入到人脑中以便在医疗程序期间提供进入内部脑组织的通道。在图1中，接入端口12插入到人脑10中，以便提供进入内部脑组织的通道。接入端口12可包括以下器械：诸如导管、手术探针或圆柱形端口诸如NICO BrainPathTM。手术工具和器械随后可以插入接入端口12的管腔内以便进行手术、诊断或治疗程序，诸如必要时切除肿瘤。在一些实例中，本公开可同样良好地适用于导管、DBS针、活组织检查程序，以及在身体的其他部分上进行其他医疗过程中的活组织检查和/或导管。
在基于端口的外科手术的实例中，直的或线性接入端口12通常沿脑部10的脑沟路径向下被引导。手术器械随后将沿接入端口12向下插入。
医疗程序中使用的光学跟踪系统可以跟踪在光学跟踪摄像机的视线内的器械的一部分位置。这些光学跟踪系统通常还需要参照患者以便获知器械相对于医疗程序的目标(例如，肿瘤)的位置。这些光学跟踪系统通常需要了解被跟踪的器械的尺寸，以便例如光学跟踪系统能够确定医疗器械的尖端相对于被跟踪的跟踪标记的空间定位。
参考图2，示出了示例性导航系统环境200，所述导航系统环境200可用于支持导航图像引导式外科手术。如图2所示，外科医生201在手术室(OR)环境中对患者202进行手术。包括设备塔架、跟踪系统、显示器和被跟踪的器械的示例性医疗导航系统205在该程序期间辅助外科医生201。还有操作员203操作、控制和辅助医疗导航系统205。
参考图3，示出了展示示例性控制和处理系统300的框图，所述控制和处理系统300可以在图2所示的医疗导航系统205中使用(例如，作为设备塔架的一部分)。如图3所示，在一个实例中，控制和处理系统300可包括一个或多个处理器302、内部和/或外部存储器304、系统总线306、一个或多个输入/输出接口308、通信接口310以及存储装置312。控制和处理系统300可以与其他外部装置诸如跟踪系统321、数据存储装置342以及外部用户输入和输出装置344连接，所述外部用户输入和输出装置344可包括例如显示器、键盘、鼠标、附接到医疗设备的传感器、脚踏开关以及麦克风和扬声器中的一个或多个。数据存储装置342可以是其上存储有数据库的任何合适的数据存储装置，诸如本地或远程计算装置(例如，计算机、硬盘驱动器、数字媒体装置或服务器)。在图3所示的实例中，数据存储装置342包括用于识别一个或多个医疗器械360的识别数据350、以及将定制的配置参数与一个或多个医疗器械360相关联的配置数据352。数据存储装置342还可包括术前图像数据354和/或医疗程序规划数据356。尽管数据存储装置342在图3中被示出为单个装置，但是应当理解，在其他实施方案中，可以提供数据存储装置342为多个存储装置。
医疗器械360可以由控制和处理单元300识别。医疗器械360可以连接到控制和处理单元300并由其控制，或者医疗器械360可以独立于控制和处理单元300被操作或以其他方式使用。跟踪系统321可以用来跟踪一个或多个医疗器械360并且在空间上将一个或多个被跟踪的医疗器械配准到术中参考系。例如，医疗器械360可包括由跟踪摄像机307辨识的跟踪标记，例如跟踪球。在一个实例中，跟踪摄像机307可以是红外(IR)跟踪摄像机。在另一个实例中，放置在医疗器械360之上的鞘管可以连接到控制和处理单元300并由其控制。
控制和处理单元300还可以与多个可配置装置连接，并且可基于从配置数据352获得的配置参数在术中对一个或多个此类装置进行重新配置。如图3所示，装置320的实例包括一个或多个外部成像装置322、一个或多个照明装置324、机械臂、跟踪摄像机307、一个或多个投影装置328以及一个或多个显示器311。
本公开的示例性方面可通过处理器302和/或存储器304来实现。例如，本文所述的功能可以部分地通过处理器302中的硬件逻辑和部分地使用存储在存储器304中的指令实现为一个或多个处理模块或引擎370。示例性处理模块包括但不限于用户界面引擎372、跟踪模块374、电机控制器376、图像处理引擎378、图像配准引擎380、过程规划引擎382、导航引擎384以及上下文分析模块386。虽然示例性处理模块在图3中被单独示出，但是在一个实例中，处理模块370可以存储在存储器304中并且所述处理模块可以统称为处理模块370。
在一些实例中，控制和处理系统300可包括用于与中央信息学系统通信的一个或多个接口，诸如通信接口310，如以下进一步描述的。一个或多个处理模块或引擎370，诸如程序规划引擎382和用户界面引擎372，可以接收从信息学系统传递的数据并且可以例如在手术之前、期间或之后在其处理过程中使用此类数据。控制和处理系统300还可以将来自图像处理引擎378的数据诸如图像数据传递给信息学系统。
应当理解，控制和处理系统300并不旨在局限于图3所示的部件。例如，控制和处理系统300的一个或多个部件可以作为外部部件或装置提供。在一个实例中，导航模块384可以由与控制和处理系统300整合在一起的外部导航系统提供。
一些实施方案可以使用处理器302而不需要存储在存储器304中的附加指令来实现。一些实施方案可以使用存储在存储器304中以便由一个或多个通用微处理器执行的指令来实现。因此，本公开并不局限于特定配置的硬件和/或软件。
虽然一些实施方案可以在全功能计算机和计算机系统中实现，但是其他实施方案能够被分布为呈多种形式的计算产品并且能够被应用，而与实际上用于实现所述分布的机器或计算机可读介质的具体类型无关。。
至少一些所公开的方面可以至少部分地以软件体现。也就是说，可以这样实施这些技术：在计算机系统(诸如以上描述的控制和处理系统300或其他计算机系统)或其他数据处理系统中响应于其处理器(诸如微处理器)，执行存储器(诸如ROM、易失性RAM、非易失性存储器、高速缓存或远程存储装置)中所包含的指令序列。
计算机可读存储介质可以用来存储软件和数据，所述软件和数据在由数据处理系统执行时，致使所述系统运行各种方法。可执行的软件和数据可以存储在各种位置中，包括例如ROM、易失性RAM、非易失性存储器和/或高速缓存。这种软件和/或数据的部分可以存储在这些存储装置中的任一个中。
计算机可读存储介质的实例包括但不限于可记录型和不可记录型介质，诸如易失性和非易失性存储器装置、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、快闪存储器装置、软盘和其他可移动盘、磁盘存储介质、光学存储介质(例如，光盘(CD)、数字通用盘(DVD)等)等。指令可包含在电气、光学、声学或其他形式的传播信号(诸如载波、红外信号、数字信号等)的数字和模拟通信链路中。存储介质可以是互联网云、或计算机可读存储介质(诸如盘)。
本文所述的方法中的至少一些能够分布在包括计算机可读介质的计算机程序产品中，所述计算机可读介质具有计算机可用指令，这些指令由一个或多个处理器执行以实现所描述方法的各方面。所述介质可以用各种形式来提供，诸如但不限于一个或多个软盘、光盘、磁带、芯片、USB密钥、外部硬盘驱动器、有线传输、卫星传输、互联网传输或下载、磁性和电子存储介质、数字和模拟信号等。计算机可用指令也可呈现各种形式，包括编译的和非编译的代码。
根据本申请的一个方面，导航系统205(其可包括控制和处理单元300)的一个目的是向神经外科医生提供一些工具，这些工具将医生引导至信息量最大、伤害最小的神经外科手术。除了去除脑肿瘤和颅内出血(ICH)，导航系统205还可以应用于脑活组织检查、功能/深部脑刺激、导管/分流安置过程、开颅术、鼻内/基于颅骨/ENT、脊柱程序以及身体的其他部分(诸如乳房活组织检查、肝脏活组织检查等)。虽然已经提供了若干实例，但是本公开的各方面可以应用于任何合适的医疗过程。
参考图4A，示出了展示使用导航系统(诸如相对于图2所描述的医疗导航系统205)执行基于端口的手术程序的示例性方法400的流程图。在第一方框402处，导入基于端口的手术计划。创建和选择手术计划的过程的实例在基于美国专利申请的美国专利公布、即公开“PLANNING，NAVIGATION AND SIMULATION SYSTEMS AND METHODS FOR MINIMALLYINVASIVE THERAPY(用于微创治疗的规划、导航和模拟系统)”中得到概述，所述专利申请要求美国临时专利申请序列号61/800,155和61/924,993的优选权，以上文献据此全部以引用方式整体并入本文。
一旦已经在方框402处将计划导入到导航系统中，就可以使用身体保持机构将患者固定到适当位置。还可以利用导航系统中的患者计划来确认头部位置(方框404)，所述患者规划在一个实例中可以通过形成导航系统205的一部分的计算机或控制器来实现。
接下来，启动患者的配准(方框406)。短语“配准”或“图像配准”是指将不同的数据集变换到一个共同坐标系中的过程。数据可包括多个图像(例如，静止照片或视频)、来自不同传感器的数据、时间、深度或视点。“配准”过程在本申请中用于指代共同配准来自不同成像模式的图像的医学成像过程。导航系统可以限定在其内可以配准图像的一个三维虚拟空间，如以下进一步描述的。可以使用配准以便能够例如将从这些不同模式获得的数据进行比较或整合。
相关领域的技术人员将了解，其他配准技术可能是合适的并且这些技术中的一种或多种可以应用于本发明的实例。非限制性实例包括基于亮度的方法，所述方法通过相关性度量来比较图像的亮度模式，同时基于特征的方法找到图像特征诸如点、线和轮廓之间的对应性。图像配准方法还可以根据它们用来使目标图像空间与参考图像空间相关的变换模式进行分类。另一种分类可以在单模式方法与多模式方法之间进行。单模式方法通常配准通过同一扫描器或传感器类型获得的相同模式的图像，例如，一系列磁共振(MR)图像可以进行共同配准，而多模式配准方法通常用于配准通过不同扫描器或传感器类型(例如在磁共振成像(MRI)和正电子发射断层显像(PET)中)获得的图像。在本公开中，多模式配准方法可以在头部和/或脑部的医学成像中使用，因为受试者的图像通常是从不同扫描器获得的。实例包括用于肿瘤定位的脑部计算机化断层显像(CT)/MRI图像或PET/CT图像的配准、对比度增强的CT图像相对于非对比度增强的CT图像的配准、以及超声和CT的配准。
现在参考图4B，示出了更详细地展示如图4A所概述的配准框406中涉及的方法的流程图。方框440展示使用基准接触点的方式，而方框450展示使用表面扫描的方式。当使用基准接触点或基准指针时，通常不使用方框450。
如果设想使用基准接触点(方框440)，那么该方法可包括首先识别图像上的基准点(方框442)，然后用一个被跟踪的器械接触所述接触点(方框444)。接下来，导航系统计算到参考标记的配准(方框446)。
可替代地，配准可通过执行表面扫描程序(方框450)完成。在这种方式中，可以使用3D扫描器来扫描患者的头部(例如，面部、头部后部和/或颅骨)(方框452)。接下来，从术前图像数据，诸如MR或CT数据提取患者头部的对应表面(方框454)。最后，将所扫描的表面与所提取的表面彼此进行匹配以确定配准数据点(方框456)。
在基准接触点(440)或表面扫描(450)程序完成时，计算所提取的数据并且使用它来在方框408处确认配准(图4A示出)。
再参考图4A，一旦确认了配准(方框408)，就遮盖患者(方框410)。通常，遮盖包括利用无菌屏障物遮盖患者和周围区域，以便在手术程序期间创建并维持一个无菌区。遮盖的目的是消除非无菌区与无菌区之间的微生物(例如，细菌)通道。
在这一点上，常规导航系统通常需要用相同几何位置和方向的无菌患者参照物来代替非无菌患者参照物。可以使用许多机械方法来最小化新无菌患者参照物相对于用于配准的非无菌患者参照物的位移，但是预期会存在一定误差。这种误差直接转换成术野与手术前图像之间的配准误差。实际上，关注点距离患者参照物越远，误差将越严重。
一旦完成遮盖(方框410)，确认患者接合点(方框412)并且随后准备并规划开颅术(方框414)。规划所述程序可包括检索已有部分准备好的治疗规划，该治疗规划是可能已经根据患者的术前数据而准备好的。在一些实例中，可以检索到完全准备好的治疗规划，诸如先前执行的治疗规划。来自以下进一步描述的信息学系统的信息可辅助规划所述程序。例如，可以使用术中数据，诸如患者的实际颅骨表面的所配准图像来调整现有部分准备好的治疗规划。由于安全性和质量原因，外科医生可能不完全依靠自动生成的治疗规划，但这种规划可用作辅助外科医生规划治疗的工具。
在开颅术的准备和规划完成时，切开颅骨并且暂时从颅骨去除骨瓣以便接近脑部(方框416)。在一些实例中，切开颅骨可以通过所规划开颅术的位置、尺寸和/或形状的视觉指示(例如，所规划轮廓到患者颅骨上的投影)来辅助。此时视情况可以利用导航系统来更新配准数据(方框422)。
接下来，确认开颅术内的接合处和移动范围(方框418)。接下来，所述程序前进到在接合点处切开硬脑膜并且识别脑沟(方框420)。此时可以利用导航系统来再次更新配准数据(方框422)。
在一些实例中，通过使摄像机的视野聚焦在关注的手术区域，可以调整配准数据的更新(方框422)以便帮助实现关注区域的更好匹配，同时忽略任何非均匀的组织变形，例如影响所关注区域外部的区域的组织变形。另外，通过将组织的图像上覆信息(overlay)表示与所关注组织的实际视图相匹配，可以将特定的组织表示匹配到实时视频图像，这可帮助改善所关注的组织的配准。例如，配准可使得能够：将开颅术后脑部的实时视频(其中脑部是暴露的)与成像的脑沟图进行匹配；将实时视频中的暴露血管的位置与血管的图像分段进行匹配；将实时视频中的病变或肿瘤的位置与病变和/或肿瘤的图像分段进行匹配；和/或将根据内窥镜检查沿鼻腔向上的视频图像与鼻腔上的骨表面的骨再现进行匹配以用于鼻内对准。
在一些实例中，可以使用多个摄像机并且上覆有被跟踪器械的视图，这可允许图像数据的多个视图和上覆信息同时呈现。这可帮助提供配准的更大置信度，或可使得能够更容易地检测出配准误差和其后续校正。
此后，开始置管过程。置管通常包括按照轨迹计划、通常沿如在420处所识别的脑沟路径将端口插入到脑部中。置管通常是包括重复以下步骤的反复过程：将端口对准在接合处上并且设定所规划的轨迹(方框432)，随后置管到目标深度(方框434)直到执行了完整的轨迹计划(方框424)。
在一些实例中，置管过程还可支持多点轨迹，其中可通过置管到中间点、随后调整置管角度以便到达所规划轨迹中的下一个点来接近目标(例如，肿瘤)。这种多点轨迹可以与直线轨迹形成对比，在直线轨迹中，可以通过沿直接朝向目标的直路径置管来接近目标。多点轨迹可允许置管轨迹绕过外科医生可能想要保护的组织周围的边缘。对多点轨迹的导航可以通过以下方式完成：在沿所规划路径的不同点处将直的接入端口具体地重新定向(例如，调整其角度)，或者使用柔性端口，诸如具有可沿多点轨迹弯曲的可操纵弯曲部的接入端口。
一旦完成了置管，外科医生随后就执行切除术(方框426)以便去除所关注的脑部的一部分和/或肿瘤。随后，外科医生通过从脑部移除端口和任何跟踪仪器来去管(方框428)。最后，外科医生关闭硬脑膜并完成开颅术(方框430)。图4A和图4B的一些方面可能针对基于端口的手术，诸如方框428、420和434的部分，但在执行非基于端口的手术时可以跳过或适当地修改这些方框的适当部分。
当使用医疗导航系统205来进行手术程序时，如结合图4A和图4B所概括的，医疗导航系统205通常必须获得并维持使用中的工具以及患者在三维(3D)空间中的定位的参照物。换句话说，在被导航的神经外科手术中，通常需要具有相对于患者的头骨固定的跟踪参照系统。在被导航的神经外科手术的配准阶段(例如，图4A和图4B所示的步骤406)期间，变换被计算使得术前图像(例如，MRI或CT影像)的参考系统映射到手术的物理空间(诸如患者的头部)。这可通过导航系统205跟踪固定到患者头部的基准标记相对于静态患者参照系统的位置来完成。患者参照系统通常刚性附接到头部固定装置诸如MayfieldTM夹具。配准通常是在无菌区已经建立(例如，图4A所示的步骤410)之前执行。
现在描述示例性信息学系统。更确切地说，信息学系统可以是健康成像信息学系统和/或手术信息学系统，尽管本公开为简单起见将一般地指代信息学系统。如以上简要提及的，信息学系统例如可以用作术前治疗规划的一部分、术中治疗规划和引导的一部分，并且用于跟踪术后结果。信息学系统可以实现为类似于相对于图3所描述的控制和处理系统300的中央控制和处理系统(例如，中央计算机或服务器系统)。
在各种实例中，所公开的信息学系统可以用作能够存储、过滤、处理大量数据并且以以下方式服务于大量数据的外科手术信息学系统：可以用来通过在实时情况中向外科医生提供更易访问、更清晰的数据来支持临床决定。通过能够做出更知情的决定，本公开可以实现患者结果的改善和/或健康护理成本的降低。
在一些实例中，信息学系统可以实现来自传统“成像信息学”系统和“外科手术信息学”系统两者的元素，以便以可扩展且实用的方式来合并、连接并呈现大量图像和非图像数据。本公开在微创神经外科手术的背景下描述信息学系统的实例，但是本公开可以是可扩展的和/或被设计用来容纳其他手术程序(例如，通过插件)。
图7示出如本文所公开的示例性信息学系统700在整体健康系统7000如何可以整合和管理来自多种源的信息。图7示出信息学系统700与各种数据源通信以便传输和/或接收与患者的治疗相关的信息。尽管未明确指示，但是应当理解，这种通信可以是双向的，可以是有线通信或无线通信(例如，通过有线网络或无线网络，诸如通过内联网或通过互联网)，可以是通过可移动介质和固定介质，并且可以通过安全通信信道进行。
信息学系统700可以与现有的常规医院信息系统710通信。现有的医院系统710可包括数据库，诸如图像存档和通信系统(PACS)712、无线电信息系统(RIS)714和电子医疗记录(EMR)716。医院系统710的EMR 716或其他数据库(未示出)例如可以存储专门针对一个给定患者治疗的信息，诸如所治疗的病理、所使用的治疗计划、所进行的实验室测试以及治疗结果。医院系统710中的数据库各自可以用不同的格式传达数据。例如，PACS 712可以仅存储DICOM图像，RIS 714可以根据HL7标准存储数据，并且EMR 716可以用医院自身的专有格式存储数据。
传统上，PACS 712已经用作为手术图像的主要数据库和访问点。然而，所述PACS通常设计的方式限制了其在信息学中的使用，诸如：a)它通常是平面数据库、b)它通常仅存储DICOM图像以及c)它典型的主要目的是作为放射学的图像存档。
信息学系统700可以用于补充PACS 712，并且可以提供针对手术执行者的需要更好地定制的信息。例如，信息学系统700可以：a)作为有助于针对患者和手术对数据进行分组的分层次数据库；b)存储可有助于将图像数据与非图像数据分组的DICOM图像和另外其他文件类型，诸如非DICOM图像、视频、PDF和XML文档；并且c)针对外科手术和放射学两者处理数据以便提取其他方式难以辨别的图案。
信息学系统700可以用作其他数据源、包括专有和非专有数据源的中心。图7作为实例示出以下数据源：诸如规划系统730、导航系统735(诸如图2的导航系统205)、术中超声740、术中光学器件(例如，外视镜(exoscope)、拉曼光谱仪(Raman)、光学相干断层成像(OCT)等)、移动装置图像和/或视频750、术中成像诸如MRI 755、数字病理760以及其他数据源，包括第三方专有或非专用的源765。
传递到信息学系统700的数据或来自信息学系统700的数据可以是任何合适的格式，并且信息学系统700可包括一些模块或插件，以转换数据格式用于传输到任何给定数据库。
信息学系统700可以将数据推送到其他数据库，并且响应于请求可以将数据提供到其他数据库。类似地，信息学系统700可以查询(或拉)其他信息数据源，并且其他数据源可以将数据传输到信息学系统700而无需显式查询。在一些实例中，信息学信息700可以不接收数据的副本，而是可以简单地参考驻留在其他数据库中的数据，这对于减少带宽使用可能有利。参考数据可有助于避免数据复制和重新输入。去/来自信息学系统700的这种数据通信可以提供丰富的数据集以供驻留在信息学系统700中或在其外部的数据处理引擎720进行分析，以下将进一步描述。信息学系统700还可以帮助跨数据源整合医院系统710的现有工作流程。例如，信息学系统700可能够跟踪RIS 714与成像数据源(诸如术中超声740)之间的RIS成像次序。
信息学系统700可以与一个或多个内部和/或外部信息学数据库(未示出)通信，所述数据库可以存储用于跨单独数据源跟踪患者数据的识别信息(例如，患者标识(ID))，可以存储从其他数据源接收的数据副本，和/或可以按层次结构存储数据，该层次结构以与数据处理引擎720相关的方式进行定义。
信息学系统700也可包括本地历史数据库(未示出)，所述本地历史数据库可存储例如关于先前治疗计划、诊断和结果的历史数据。历史数据可包括(除其他之外)治疗参数(例如，关注区、患者年龄、病理)、治疗结果、病理评估(例如，活组织检查诊断、组织样品诊断)以及图像数据。在一些实例中，代替或除了本地历史数据库，信息学系统700可以访问存储此类历史数据的远程历史数据库。历史数据可以彼此相互参照，例如以使得针对给定治疗计划的图像数据和组织样品诊断是全部相互参照的并且可容易识别为是彼此相关的。信息学系统700可以例如使用计算机学习算法对历史数据进行数据处理，以便辅助表征和/或引导当前治疗的规划和/或诊断，如以下进一步描述的。可以跟踪、更新存储在历史数据库中的信息并将其用作适应性评价工具，以便在同一患者、具有类似成像/临床表现的患者的历史中搜索类似结果(例如，病理、成像和结果)。这种历史数据库可包括帮助与存储患者的信息和医疗历史的其他数据库(例如，EMR 716)相关的信息(例如，患者ID)。
一旦信息学系统700接收到数据，可以自动触发数据处理引擎720来对所述数据执行各种适当的处理(例如，实现为插件)。数据处理引擎720可以托管用于对数据执行相关数据处理的各种数据处理模块或引擎。例如，数据处理引擎720可包括用于对图像数据执行质量评估的质量评估模块722、用于使用扩散张量成像(DTI)收集的数据生成神经束的3D模型的纤维束成像(tractography)生成器724、以及病理相关器726等。
病理相关器726可以执行病理相关以便使分子成像数据(例如，OCT和拉曼成像)以及术中MR成像与病理结果相关，如以下进一步描述的。
例如，数据处理引擎720可以在信息学系统700上进行本地数据处理，或者可以以远程处理器的图形云(figurative cloud)实现。图8是示出数据处理引擎720如何可通过多个处理插件728将数据处理分配到多个远程处理器770的示意图。
在数据处理引擎720远程实现的情况下，这可允许由与信息学系统700分开的远程处理器770进行密集处理，以使得信息学系统700本身的处理资源不会过度消耗，从而允许信息学系统700保持对后续的用户交互作出响应。数据处理引擎720还可以使用跨多个处理器770的并行处理来实现，这可允许利用在单个处理器上执行某些处理任务所花费时间的一小部分来完成它们。这可使得临床医生更快地得到结果。更快地提供结果的能力在OR时间非常宝贵的术中图像分析期间可具有重要价值。
在一些实例中，信息学系统700可以通过门户网站将来自数据处理的输出(以及任选地来自数据源的原始数据)提供给用户(例如，外科医生)，所述门户网站诸如是整合的精简型客户端网络查看器(例如，企业DICOM查看器或微软办公文档查看器)。图9示出信息学系统700可以如何实现门户网站的实例。在所示的实例中，门户网站可以通过HTML5-兼容浏览器提供，所述浏览器可通过台式机和/或移动装置访问。信息学系统700可包括使得能够通过门户网站输出各种数据类型的的插件。例如，信息学系统700可包括企业图像查看器、微软办公浏览器插件、以及PDF浏览器插件，以使得能够通过门户网站分别查看DICOM图像、微软办公文档和PDF文档。信息学系统700还可提供可直接输出到门户网站的输出，诸如由数据处理引擎720生成的分析。
用户也可以使用门户网站来对由信息学系统700存储的数据进行搜索，例如使用基于Lucene的搜索。门户网站还可使得用户能够对与信息学系统700通信的其他数据源进行搜索。
在一些实例中，信息学系统700可能不能由用户直接访问。相反，信息学系统700可能仅通过另一现有数据源，诸如通过规划系统730或导航系统735接收输入和提供输出。这可出于安全和隐私的目的帮助限制用户对信息学系统700的访问，并且还可以向用户提供更无缝的信息整合而不会使用户不知所措。
信息学系统700可以用于以统一格式将信息呈现给用户，例如通过呈现由数据处理引擎720处理之后的结果(也被称为“分析(analytics)”)。此类信息可以例如在单一的用户友好的网页中呈现。
尽管已经描述了某些插件和模块，但是应当理解，这些是非限制性实例。可以实现任何合适的处理和/或数据呈现模块和/或插件，并且可以动态地更新、添加或去除模块和/或插件。可以为在特定医学情况中被认为临床上相关的某些模块提供针对那个医学情况的信息学系统。例如，神经外科信息学系统可包括如以下描述的实例中的模块和插件，用于管理和解释跨多个患者和程序的术前、术中和术后成像数据。
在适用于神经外科背景的示例性信息学系统700中，数据处理引擎720可包括用于将神经外科程序的目标和入口位置存档的模块、以及用于比较根据MR DTI采集信息生成的术前和术后白质纤维束成像的模块。此类数据分析可以向外科医生提供实时历史目标/入口信息以便：协助治疗规划；在神经外科程序之后可视化和评价重要神经纤维束的组织保护，同时指示已经使用的入口点；并且可能能够确定患者的纤维束成像的变化与患者结果之间的相关性。此类数据分析可以与诸如微创ICH管理和肿瘤切除的程序相关。
图10A示出可以由信息学系统700提供的示例性用户界面，来协助神经外科程序的治疗规划。这种输出可以通过门户网站提供给用户，或整合到常规治疗规划系统(例如，通过由信息学系统700提供的适当插件)中。
在这个实例中，治疗规划涉及规划接近脑内的手术目标的入口点。图10A的用户界面示出患者脑部的图像，其中指示符(在这个实例中，‘+’符号)指示历史治疗计划中用于接近相同或类似目标的历史入口点。圆圈指示用户当前选择的入口点。
图10B是在治疗规划期间向神经学程序(例如，手术程序或药物治疗)提供协助的示例性方法1000的流程图。一般来说，贯穿本公开，神经学程序可以是指外科手术或非外科手术程序。为简单起见，将参考神经外科程序和手术治疗计划来描述实例，但是应当理解，手术程序和非手术程序两者都是可能的。方法1000可以使用数据处理引擎720的治疗规划模块来实现。一般来说，可以更具体地使用数据处理引擎720的模块来实现下述由信息学系统700实施的步骤。
在一些实例中，方法1000可以在术中提供为开颅术程序的一部分(例如，在图4A的方框414处)或在手术前与所导入的计划(例如，在图4A的方框402处)一起提供。用户可以直接与信息学系统700交互(例如，通过门户网站)以便启动方法1000，或者所述交互可以是通过规划系统730进行。例如，当用户使用规划系统730创建治疗计划时，规划系统730可以自动与信息学系统700交互以便使用分析来协助治疗规划。在一些实例中，规划系统730与信息学系统700之间的接口可对用户完全隐藏，从而使得对规划系统730的用户输入与信息学系统700不存在的情况下相同。
在方框1005处，信息学系统700可以接收表征神经外科程序的数据集。例如，信息学系统700可以从规划系统730接收指示患者(例如，患者ID)和关注区或目标位点(例如，脑内的肿瘤位点)的数据。
任选地，在方框1010处，信息学系统700可以确定表征神经外科程序的附加数据。这可在方框1005处接收的数据对于治疗规划不足的情况下进行。例如，信息学系统700可以查询一个或多个图像数据源(例如，PACS 712、术中MRI 755、术中光学器件745和/或术中超声740)以便检索与神经外科程序的位点相关的图像数据。患者ID可以用于例如识别来自图像数据源的相关图像数据。信息学系统700还可以查询EMR 716以便确定可能影响治疗规划的其他患者信息(例如，患者年龄和治疗历史)。
信息学系统700可以分析表征神经外科程序的各种数据并且生成表征神经外科程序的数据子集(例如，患者年龄、患者性别和目标位点)。
在方框1015处，信息学系统700可基于表征神经外科程序的数据子集来确定任何相关历史数据，诸如历史治疗计划。一般来说，术语“历史的”可在本公开中用来指代在当前正在规划的治疗之前的任何治疗计划。确定历史治疗计划可通过信息学系统700查询其自身的历史数据的数据库和/或属于一个或多个医院系统710的数据库来实施。一般来说，历史治疗计划可包括先前针对当前患者或不同患者以及在同一个医院场所或另一个医院场所实施的治疗计划。
例如，信息学系统700可以确定与患者年龄、患者性别、病理病症和所关注区匹配的所有历史治疗计划。在一些实例中，信息学系统700还可以基于治疗结果来过滤历史数据，以使得仅考虑与合乎期望的治疗结果相关联的治疗计划。在一些实例中，可以进行最近邻居算法以便确定哪些历史治疗计划是相关的(例如，以便确定与当前规划的治疗具有类似关注区的治疗计划)。这可比搜索严格的匹配更实用，因为对于历史治疗计划来说，与当前的神经外科程序的所有特征相匹配是不太可能的。
根据相关的历史治疗计划，信息学系统700可以提取可协助治疗规划的一个或多个治疗参数。例如，信息学系统700可以从相关历史治疗计划中提取脑沟的入口点。在另一个实例中，信息学系统700可以针对目标为胼胝体的当前治疗来确定与积极的患者结果相关联的一个或多个历史轨迹。
尽管已经描述了历史治疗计划，但是历史数据可包括不是治疗计划形式的其他历史数据，例如历史结果。
在方框1020处，可将所提取的历史治疗参数输出到显示装置(例如，规划系统730的显示屏)。在一些实例中，输出可以呈用户界面的形式，诸如图10A的用户界面，其中历史治疗参数与当前规划的治疗参数一起显示。这可使得用户能够容易地评价当前治疗计划是否与先前治疗计划一致。在一些实例中，所述输出可以与通常由规划系统730提供的输出整合在一起。例如，历史治疗参数可以叠加在示出当前治疗计划的常规图像上显示。在一些实例中，可以强调(例如，突出显示或以绿色着色)与特定合乎期望的患者结果相关联的特定历史治疗参数值(例如，特定的历史入口点)。
因为治疗规划可以采取若干阶段(例如，规划入口点、然后规划置管轨迹)，方法1000可以在每个治疗规划阶段并且针对每个所规划的治疗参数进行重复。
如以上实例中所展示，信息学系统700可以帮助用户可视化和理解来自分离数据源的数据之间的相关性。在一些实例中，信息学系统700可以提供传统定性数据的量化，以便进一步协助分析这些数据。
在一些实例中，由信息学系统700提供的治疗规划引导可以向用户提供所推荐的治疗参数(例如，基于与积极的患者结果相关联的相关历史治疗参数)。在其他实例中，治疗规划引导在本质上可以仅为信息性的，例如通过对历史数据进行过滤以便仅向用户呈现最相关的历史治疗参数(例如，根据特定的治疗类型和/或治疗阶段进行过滤、根据特定的患者或患者类型进行过滤)，或通过向用户提供历史治疗参数针对不同治疗目标位置的映射，而不提供任何推荐。
图11示出可如何量化术前和术后纤维束成像信息的实例。信息学系统700可以接收DTI数据并且使用这种数据来生成纤维束成像(例如，使用数据处理引擎720中的纤维束成像生成器724)以便视觉呈现术前和术后的患者的神经束。信息学系统700可以量化纤维束成像并且执行术前和术后纤维束成像的定量比较。在图11的实例中，可以通过计算特定纤维束，诸如上纵纤维束(SLF)和弓状纤维束(AF)的纤维体积来量化每个纤维束成像。随后可以自动进行定量比较。信息学系统700还可以查询其他数据源(例如，EMR 716)以便确定与术后纤维束成像相关联的患者结果(例如，视力、行动力(motor)、认知能力、记忆力、死亡率等)。可以进行其他患者测量值的类似量化和比较。
通过向用户提供此类信息，可以向用户提供用于进一步手术决定的反馈以及有价值的研究数据。
在一些实例中，信息学系统700可以用于标记图像数据并使其与病理评估相关。这可帮助用户基于历史数据来识别所捕获图像中可见的病理。
信息学系统700可以向用户提供使图像数据与组织样品所关联的数据相关的统一视觉化。这可以被称为利用病理信息标记图像。例如，关于组织样品的信息(例如，患者ID、样品位点)的信息可以存储在数字病理数据库760中。信息学系统700可以从数字病理数据库760和图像数据源(例如，术中光学器件745)两者接收数据，并且使用数据相关性算法(例如，将患者ID进行比较和匹配)可以标记、存储并提供在术前和/或术中图像数据内切除脑组织的位置的视觉化(例如，作为所显示图像上的一个指示符或上覆信息)。例如，这可允许临床医生更准确地记录和回忆组织样品的解剖区域，可帮助确保适当的组织被切除，并且可用于将病理结果分类和归档以便用作其他数据处理的输入数据。
一般来说，病理相关性可涉及评价点、区域和/或完整的图像数据。这例如可使用数据处理引擎720的病理相关器726来实施。病理相关器726还可以相对于历史图像数据(通常来自相同的成像模式)执行相似性比较(例如，使用适当算法，诸如计算机学习算法)，所述历史图像数据可以从信息学系统700本地的历史数据库或从历史图像数据的远程数据库检索，并且所述历史图像数据已经与已知的病理相关联(例如，由于先前的标记操作，如上所述)。这种图像数据例如可包括来自各种图像数据源(诸如拉曼光谱仪、OCT和高光谱成像)的数据，并且还可包括术中MR。这种病理相关性可通过信息学系统700在术后和/或术中(例如，在活组织检查程序期间)实施。
如果确定(例如，使用相似性确定算法)当前图像数据与历史图像数据足够接近地匹配，并且历史数据已经被标记为特定病理，那么信息学系统700可以向用户提供当前图像数据可以共用相同病理的指示。这可向用户提供他们当前在术中背景下正在查看的组织类型的认识。图12示出可作为由信息学系统700执行的病理相关性的结果显示给用户的用户界面的实例。在所示的实例中，可以向用户提供组织样品位点的实时视图(图12的右侧图像)，其中指示符(例如，圆圈)示出所采样的组织。还可以向用户提供关于组织样品的可能病理的指示符，诸如当前组织样品的拉曼光谱与历史组织样品中最接近匹配的拉曼光谱(图12的左侧图像)的比较。在其他实例中，并不提供图表，而是显示器可以提供可能病理的文本或其他视觉指示。
这对于拉曼光谱仪和OCT是有用的，因为这些是实时模式，这意味着可以更迅速地向外科医生提供关于他们当前正在查看的组织类型的反馈。因此，当外科医生使用OCT或拉曼探针来分析例如肿瘤组织以及肿瘤边缘周围的组织时，信息学系统700可以使用所产生的图像信号作为“特征标志(signature)”来与已知病理的图像“特征标志”的数据库进行比较。因此可以向外科医生提供来自所探查组织的术中分析的信息(例如，不管所述组织是健康组织还是患病组织)。这可对肿瘤切除程序有用，例如，以使得外科医生能够探查肿瘤的边缘以确保所述边缘清除掉了肿瘤组织。
信息学系统700可如何辅助诊断病理的另一个实例相对于图5A和图5B示出。
图5A示出由信息学系统700提供的示例性用户界面。所述示例性显示向用户提供与一个或多个类似组织分析(例如，基于与历史数据的比较，如上所述)有关的信息，并且可以响应于当前图像中参照标记的选择而提供所述显示。在图5A和图5B的实例中，用户界面示出包括肿瘤532的患者脑部530的图像。所述图像可使用任何合适的成像模式诸如MR来获得。用户界面可以在对患者脑部进行检查(例如，作为组织采样程序的一部分)时实时显示。所述图像可包括一个或多个参考标记540、541、542，所述一个或多个参考标记540、541、542可对应于所关注的位置(例如，获得组织样品的位置)。所述显示可以在选择参考标记540时提供上覆信息585。响应于这种选择，信息学系统700可以自动进行与参考标记540位置处的组织相关联的数据与历史组织数据的比较。上覆信息585可以示出这种比较的结果，包括与一个或多个类似历史组织分析有关的各种形式的组织信息。可以显示的组织信息包括与类似的先前组织分析相关联的病理数据、与类似的先前组织分析相关联的结果数据和/或与类似的先前组织分析相关联的诊断数据等。图5B示出另一个示例性上覆信息590，其中可向用户呈现与类似历史组织分析相关联的局部组织诊断数据。
如以上指出的，在一些实施方案中，可基于相似性确定(例如，使用合适的比较算法)来提供与先前组织分析有关的组织信息。所述相似性确定可不仅基于组织数据，而且还基于与程序有关的其他信息，诸如患者年龄和/或医院场所。类似历史数据的确定可基于与当前患者相关联的局部组织诊断数据与从历史组织分析数据库获得的历史局部组织诊断数据之间的比较。
图5C示出手术程序的不同阶段以及它们与一个或多个组织分析数据库的关联的示例性图解。该图示出包括四个做出决定的阶段(即诊断性评估505、手术规划510、术中手术、诊断或治疗515以及术后分析520)的示例性实施方案。这些阶段以其彼此相关性并且相对于信息学系统700被示出，可以在医疗程序的一个或多个阶段期间访问所述信息学系统700。在所示的实例中，信息学系统700可包括存储历史组织识别和分析的组织识别/分析数据库500。在一些实例中，组织识别/分析数据库500可以远离信息学系统700并且在适当时间可以由信息学系统700查询。在这个实例中，可以利用患者护理的四个方面(其中使用数据库链接配准的图像、病理和结果)，以便改善诊断、手术规划、手术组织分化和治疗以及手术后进行决定。
在图5C所示的示例性工作流程中，所列出的诊断模式包括但不限于整个器官、区域或局部诊断模式的集合，所述集合可包括诸如以下的成像模式：磁共振成像(MRI)模式、计算机化断层成像(CT)模式、正电子发射断层成像(PET)模式、SPECT模式、超声(US)模式、x射线模式、光学(可见光或全EM光谱的部分)模式、光学相干断层成像(OCT)模式、光声(PA)模式或区域成像模式。这些模式可以获得并示出为1D、2D、3D或4D(3D+时间)、数据集，并且可以用维度上和位置上准确的方式配准到患者。活组织检查方法包括核心或内镜活组织检查、手术活组织检查(大的截面)、吸引术或去除关注的组织以供进一步病理分析的其他方法。
图6是示出用于使局部组织诊断测量与历史组织分析数据相关的示例性方法。所述示例性方法例如可以由数据处理引擎720的病理相关器726来执行。所述示例性方法可以在一个程序期间实时地进行。
在步骤600处，获得局部组织诊断数据。局部组织诊断数据可以与对受试者执行的一个或多个局部组织诊断测量相关联。
例如，局部组织诊断数据可以是局部成像数据(诸如通过可插入的MR探针获得的MR图像)或局部非成像数据(诸如局部测量的拉曼光谱)。在这种局部组织诊断数据可能不足以执行组织分析的情况下，信息学系统700可以从其他数据库检索附加信息(例如，关于同一患者的其他信息)以便补充并完善诊断数据。例如，信息学系统700可以执行局部组织诊断数据与来自对同一患者或其他患者的先前组织分析的历史局部组织诊断数据的相关性。在局部组织诊断数据涉及利用多于一种诊断模式进行的测量的情况下，可以记录进行每次局部组织分析的位置，任选地连同时间戳。例如，可以采用位置信息来使从共同组织位置、但用不同的诊断模式获得的局部组织诊断数据相关。
在步骤605处，访问(例如，从组织识别/分析数据库500)或以其他方式获得与一个或多个先前局部组织分析相关联的历史局部组织诊断数据和组织分析数据。组织分析数据可包括以下信息：包括但不限于病理数据、结果数据、组织识别数据和/或诊断数据中的一个或多个。
在步骤610处，可以将与一个或多个局部组织诊断测量相关联的局部组织诊断数据跟与一个或多个先前局部组织分析相关联的历史局部组织诊断数据进行比较。所述比较可根据某些相似性标准，诸如关注区(例如，目标手术位点)的相似性、患者特征的相似性以及诊断数据的相似性来执行。可以由数据处理引擎720使用适当算法(例如，最近邻居)来进行此类比较。
可以搜索历史组织诊断数据以获得与当前组织诊断数据的接近匹配。所述搜索可以限制于来自与当前数据相同诊断模式的历史数据。诊断模式的非限制性实例包括MRI(T1、T2、DWI、ADC、FA、SWI、MRS)、CT、超声、SPECT、PET、拉曼光谱仪、OCT、组织学染色和高分辨率光学成像(显微镜检查以及其他方式)。例如，如果针对受试者获得的局部组织诊断数据包括拉曼光谱，那么可以搜索组织识别/分析数据库500以找到同样通过拉曼光谱仪测量的历史局部组织诊断数据(其中已归档的拉曼光谱被存储为与组织分析数据相关)，并且可以将针对当前患者所测量的拉曼光谱与历史拉曼光谱进行比较以找到具有类似拉曼光谱的先前组织分析。
在步骤615处，识别与一个或多个最接近匹配组织诊断数据相关联的一个或多个历史局部组织分析，从而识别可与当前受试者的局部组织区域分析相关的先前组织分析。可以将关于最接近匹配历史组织识别、诊断和/或分析的信息例如作为视觉显示(例如，如在以上描述的图12、图5A和图5B的用户界面中)输出给用户。
一般来说，组织识别/分析数据库500中的数据可以是存储在数据库500(或其他合适的数据结构)中的多个组织分析(例如，针对同一受试者或针对不同的受试者)的结果，作为从局部组织诊断测量获得的局部组织诊断数据和相关联的组织分析数据。
例如，组织识别/分析数据库500中的一个条目可构成如下，其中采用多种诊断模式来询问受试者的局部组织区域(尽管将理解的是，条目或数据元素可包括来自单一诊断模式的诊断数据)。在本发明的实例中，采用三种不同的诊断模式。采用被跟踪的拉曼光谱探针来使局部组织区域的位置与其拉曼光谱相关。也可采用术中MRI来获得MRI诊断数据，其中跟踪和/或导航系统的使用将允许所获得的MRI数据与拉曼光谱相关。最后，可以采用被跟踪的光学成像装置来光学上询问局部组织区域，从而允许视觉上显现将与拉曼和MR数据相关的组织。
与这些测量相关联的局部组织诊断数据，连同有关局部区域的组织分析数据或与有关局部区域的组织分析数据相关地存储在数据库500(或其他合适的数据结构)中。组织分析数据可包括病理数据。例如，如果将一组织样品从局部组织区域切除并将其送到病理实验室，那么病理结果(其可包括细胞类型、显微图像、组织成像(例如，X射线、MRI))作为组织分析数据可以与术中获得的并且作为条目存储在组织数据库500中的局部组织诊断数据相关联。
如下所述，另外或作为替代，其他类型的组织分析数据可以与局部组织诊断数据相关以形成组织分析数据库500的条目(例如，数据库元素)。其他组织分析数据的实例包括但不限于结果数据(例如，与获得局部组织诊断数据的医疗程序的结果有关)、诊断数据(例如，与给定病理的诊断有关)、以及与受试者有关的附加数据(诸如但不限于人口统计数据、基因数据和/或医疗历史数据)。
在一些示例性实施方案中，可以采用来自两种或更多种不同诊断模式的诊断数据以允许改善的组织分析，因为可以使用多个组织分析来测量相同的组织区域。
如以上指出的包括来自先前组织分析的组织分析数据的组织识别/分析数据库500，可以由信息学系统700使用，以引导或建议在执行涉及已知类型组织的医疗程序(例如，手术组织切除程序)时应当或可以采用哪些诊断模式。例如，如果将要执行已知组织类型(例如，已知的肿瘤类型)的组织切除术，那么信息学系统700可以查询组织识别/分析数据库500以便识别对应于所关注的特定组织类型的任何先前组织分析，从而识别已经示出的具有与给定组织类型相关的局部组织诊断数据的诊断模式。随后，外科医生可以在组织切除程序期间采用所识别的诊断模式，并且可以将在术中获得的局部组织诊断数据与存档的局部组织诊断数据进行比较以便在术中识别暴露的组织。在一些实例中，组织识别/分析数据库500可仅包括与组织分析数据相关的组织诊断数据(例如，以便排除未示出与所述组织类型相关联的特征或特征标志的局部组织诊断数据)。
尽管本公开描述了具有特定数据处理模块的信息学系统的操作，但是应当理解，所述信息学系统可包括其他模块。所述信息学系统可以通过模块的更新、添加和/或去除而重复进行更新和/或修改。一般来说，每个模块可以提供对大量的数据进行精炼并将它们提炼成用户友好的输出的功能。
可以对由信息学系统存储在本地的任何信息进行修改以使数据匿名(例如，通过去除患者敏感的数据)。这可由信息学系统自动执行。当信息学系统向用户呈现信息(其中所述信息可能源自远程数据源)时，所呈现的信息可以类似地被匿名。
信息学系统可以用作多个医院场所的中央枢纽，并且可以通过中央枢纽促进跨不同医院场所的数据共享。可替代地，每个医院可具有其自身的信息学系统设施(并且任选地每个医院可具有两个或更多个信息学系统设施，诸如用于医院的不同分部)，并且由信息学系统提供的共用平台可促进跨不同医院场所的数据共享。在健康系统中有两个或更多个正在操作的信息学系统设施的情况下，可以将多个信息学系统设施聚合或合并在一起。这可通过每个设施上的自动同步机构(从较新设施到较老设施传播变化(或反之亦然))来实现，或通过仅保持对两个现有设施的参考的第三设施来实现。这可导致多个信息学系统的网状或树状结构。
通过中央信息学系统或网状/树状信息学系统实现的数据聚合可促进不同医院以及甚至同一医院内的外科医生之间的协作。这可使得单个外科医生的知识和经验可由多个其他外科医生获得。本公开还可用于甚至远程地提供培训和/或监督。此外，因为外科医生的知识和经验可以是在治疗患者的过程中提炼出来的，所以这种知识和经验可被使用(以历史治疗计划的形式)而不会对所述外科医生造成过度的负担。
尽管本公开在各种实例中讨论了用于治疗脑肿瘤的治疗规划，但是应当理解，本公开可以适用于其他手术和非手术程序。例如，本公开可以适用于任何神经学程序，包括手术程序、药物治疗以及组合的手术/药物治疗。
虽然本公开的一些实施方案或方面可以在全功能计算机和计算机系统中实现，但是其他实施方案或方面可能够被分布为呈多种形式的计算产品并且可能够被应用，而与实际上用于实现所述分布的机器或计算机可读介质的具体类型无关。
至少一些所公开的方面可以至少部分地以软件体现。也就是说，一些所公开的技术和方法可以在计算机系统或其他数据处理系统中响应于其处理器(诸如微处理器)执行存储器(诸如ROM、易失性RAM、非易失性存储器、高速缓存或远程存储装置)中所包含的指令序列而实施。
计算机可读存储介质可以用来存储软件和数据，所述软件和数据在由数据处理系统执行时，使得所述系统执行本公开的各种方法或技术。可执行的软件和数据可以存储在各地方中，包括例如ROM、易失性RAM、非易失性存储器和/或高速缓存。这种软件和/或数据的部分可以存储在这些存储装置中的任一个中。
计算机可读存储介质的实例可包括但不限于可记录型和不可记录型介质，诸如易失性和非易失性存储器装置、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、快闪存储器装置、软盘和其他可移动盘、磁盘存储介质、光学存储介质(例如，光盘(CD)、数字通用盘(DVD)等)等。指令可体现在用于电气、光学、声学或其他形式的传播信号(诸如载波、红外信号、数字信号等)的数字和模拟通信链路中。存储介质可以是互联网云、或计算机可读存储介质(诸如盘)。
此外，本文所述的方法中的至少一些可能够被分布在包括计算机可读介质的计算机程序产品中，所述计算机可读介质具有用于由一个或多个处理器执行来实施所描述方法的各方面的计算机可用指令。所述介质可以各种形式来提供，诸如但不限于一个或多个软盘、光盘、磁带、芯片、USB密钥、外部硬盘驱动器、有线传输、卫星传输、互联网传输或下载、磁性和电子存储介质、数字和模拟信号等。计算机可用指令也可呈现各种形式，包括编译的和非编译的代码。
本文所述系统的至少一些元素可以通过软件、或软件和硬件的组合来实现。所述系统的通过软件实现的元素可以用高级程序语言，诸如面向对象的程序设计或脚本语言编写。因此，程序代码可以用C、C++、J++或任何其他合适的程序设计语言编写并且可包括模块或类别，如面向对象的程序设计领域的技术人员已知的。至少一些通过软件实现的所述系统的元素必要时可以用汇编语言、机器语言或固件编写。在任一情况下，程序代码都可以存储在存储介质或计算机可读介质上，所述计算机可读介质可由具有处理器、操作系统以及实现本文所述至少一个实施方案的功能所必需的相关联硬件和软件的通用或专用可编程计算装置读取。所述程序代码在由计算装置读取时将所述计算装置配置成以新的、特定的且预定义的方式进行操作以便执行本文所述方法中的至少一种。
虽然本文所述的教义出于说明性目的是与各种实施方案结合的，但是并不意味着将这些教义限制于此类实施方案。正相反，本文描述并示出的教义包含各种替代方案、修改和等效物，而不背离所描述的实施方案、随附权利要求书所限定的一般范围。除了过程本身必需或固有的范围，不意欲或暗示针对本公开所描述的方法或过程的步骤或阶段的任何特定次序。在许多情况下，在不改变所述方法的目的、效果或重要性的前提下，过程步骤的次序可发生变化。

Claims (28)

1.一种用于为神经学程序提供规划信息的计算机实现方法，所述方法包括：
接收表征所述神经学程序的第一组数据；
访问包含关于历史程序的历史数据的一个或多个历史数据库；
基于与所述第一组数据相似性的确定，来决定与所述神经学程序相关的一个或多个历史数据；
根据所述一个或多个历史数据，确定与所述神经学程序相关的一个或多个程序参数的一个或多个历史实例；以及
在输出装置上显示所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
访问至少一个其他本地或远程数据库；确定表征所述神经学程序的附加数据，所述附加数据基于包括在所述第一组数据中的识别信息而被确定为与所述神经学程序相关；以及
将所述附加数据包括到所述第一组数据中。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述显示包括叠加在用于所述神经学程序的关注区的图像上显示所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例的指示符。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述神经学程序是神经外科程序。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述方法是于所述神经外科程序期间在术中实施的。
6.如权利要求4或权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个程序参数包括用于所述神经外科程序的入口位点，并且其中所述显示包括叠加在用于所述神经外科程序的关注区的图像上显示一个或多个历史入口位点的位置的指示符。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中确定与所述神经学程序相关的所述一个或多个历史数据包括：确定与关联于所述神经学程序的组织分析数据相类似的组织分析数据所关联的一个或多个历史数据，并且其中确定所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例包括确定与所述一个或多个历史数据相关联的至少一个组织诊断。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第一组数据包括与所述神经学程序相关联的图像数据，所述方法进一步包括：接收在所述图像数据中选择位置的输入；以及基于与所选择的位置相关联的组织分析数据，确定与所述神经学程序相关的所述一个或多个历史数据。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中确定与所述神经学程序相关的所述一个或多个历史数据包括：确定与关联于所述神经学程序的图像数据相类似的图像数据所关联的一个或多个历史数据。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其还包括在所述输出装置上显示与所述一个或多个历史数据相关联的一个或多个程序结果。
11.一种用于为神经学程序提供反馈的计算机实现方法，所述方法包括：
访问包含程序前图像数据和程序后图像数据的远程数据库；
使用识别信息来确定与针对患者的给定神经学程序相关联的一组程序前图像数据和一组程序后图像数据；
执行所述程序前图像数据和所述程序后图像数据的定量比较；以及
在输出装置上显示所述定量比较。
12.如权利要求11所述的方法，其还包括存储与针对所述患者的所述给定神经学程序相关联的所述定量比较。
13.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其中所述定量比较是与所述程序前图像数据和所述程序后图像数据结合显示的。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述程序前图像数据和所述程序后图像数据是纤维束成像数据，并且所述定量比较是所述程序前纤维束成像与所述程序后纤维束成像之间的神经束区域的比较。
15.一种用于提供关于神经学程序的信息的系统，所述系统包括：
中央系统，所述中央系统包括与两个或更多个数据库通信的一个或多个处理器，所述两个或更多个数据库中的每一个存储与所述神经学程序相关联的不同信息；
可由所述中央系统执行的一个或多个数据处理模块，所述一个或多个数据处理模块包括至少一个规划模块，所述至少一个规划模块在被执行时使得所述系统：
接收表征所述神经学程序的第一组数据；
访问包含关于历史程序的历史数据的一个或多个历史数据库；
基于与所述第一组数据的相似性的确定，确定与所述神经学程序相关的一个或多个历史数据；
根据所述一个或多个历史数据，确定与所述神经学程序相关的一个或多个程序参数的一个或多个历史实例；并且
致使输出装置显示所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述规划模块还致使所述系统：
访问至少一个其他本地或远程数据库；
确定表征所述神经学程序的附加数据，所述附加数据基于包括在所述第一组数据中的识别信息而被确定为与所述神经学程序相关；并且
将所述附加数据包括到所述第一组数据中。
17.如权利要求15或权利要求16所述的系统，其中所述规划模块还致使所述系统：致使所述输出装置叠加在用于所述神经学程序的关注区的图像上显示所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例的指示符。
18.如权利要求15-17中任一项所述的系统，其中所述神经学程序是神经外科程序。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述信息是在所述神经外科程序期间在术中提供的。
20.如权利要求18或权利要求19所述的系统，其中所述一个或多个程序参数包括用于所述神经外科程序的入口位点，并且其中所述规划模块还致使所述系统：致使所述输出装置叠加在用于所述神经外科程序的关注区的图像上显示一个或多个历史入口位点的位置的指示符。
21.如权利要求15-20中任一项所述的系统，其中所述规划模块还致使所述系统：通过确定与关联于所述神经学程序的组织分析数据相类似的组织分析数据所关联的一个或多个历史数据，来决定与所述神经学程序相关的所述一个或多个历史数据；并且通过确定与所述一个或多个历史数据相关联的至少一个组织诊断，来确定所述一个或多个程序参数的所述一个或多个历史实例。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述第一组数据包括与所述神经学程序相关联的图像数据，所述规划模块还致使所述系统接收在所述图像数据中选择位置的输入；并且基于与所选择的位置相关联的组织分析数据，确定与所述神经学程序相关的所述一个或多个历史数据。
23.如权利要求15-22中任一项所述的系统，其中所述规划模块还致使所述系统：通过确定与关联于所述神经学程序的图像数据相类似的图像数据所关联的一个或多个历史数据，来确定与所述神经学程序相关的所述一个或多个历史数据。
24.如权利要求15-23中任一项所述的系统，其中所述规划模块还使得所述系统：致使所述输出装置显示与所述一个或多个历史数据相关联的一个或多个程序结果。
25.一种用于提供关于神经学程序的反馈的系统，所述系统包括：
中央系统，所述中央系统包括与包含程序前图像数据和程序后图像数据的一个或多个远程数据库通信的一个或多个处理器；以及
可由所述中央系统执行的一个或多个数据处理模块，所述一个或多个数据处理模块包括至少一个反馈模块，所述至少一个反馈模块在被执行时致使所述系统：
访问包含所述程序前图像数据和所述程序后图像数据的至少一个远程数据库；
使用识别信息来确定与针对患者的给定神经学程序相关联的一组程序前图像数据和一组程序后图像数据；
执行所述程序前图像数据和所述程序后图像数据的定量比较；并且
致使输出装置显示所述定量比较。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述反馈模块还致使所述系统存储与针对所述患者的所述给定神经学程序相关联的所述定量比较。
27.如权利要求25或权利要求26所述的系统，其中所述定量比较是与所述程序前图像数据和所述程序后图像数据结合显示的。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述程序前图像数据和所述程序后图像数据是纤维束成像数据，并且所述定量比较是所述程序前纤维束成像与所述程序后纤维束成像之间的神经束区域的比较。
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