CN106913367B - 更新体积图 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“更新体积图”。本发明提供了一种用于引导规程的方法。展示了对象的身体的内部部分的体积图，并且在规程期间，响应于传感器相对于所述部分的移动，通过改变所展示的体积图显示所述部分的区域的方式来更新所展示的体积图，其中所述区域是通过该规程从其移除了物质的区域。本发明也描述了其他实施方案。

Description

更新体积图
技术领域
本发明的实施方案涉及医疗规程，诸如移除对象体内的组织或其他物质的耳鼻喉科剃除规程。
背景技术
在一些耳鼻喉科剃除规程中，内科医生移除对象的组织，诸如鼻息肉。在一些情况下，内科医生通过参照规程前获取的对象解剖结构的体积图来操纵剃除工具。此类体积图可例如使用计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)获取。
国际专利申请WO/2014/059241描述了用于融合与生物样品的结构特征和特性相关的信息的方法，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。可在术中将所得的融合图像导入规程操纵技术中，以通过将融合图像与患者的解剖特征配准来辅助外科规程。
US 2014/0093452部分地提供了氟碳成像试剂以及用于图像引导治疗和/或对象诊断的方法，该对象患有与内脏炎症反应相关联的病症，该专利的公开内容以引用方式并入本文。本公开还提供了用于对象心肌梗塞(MI)的图像引导治疗方法。
US 2015/0018698描述了表示心脏的一部分的参数模型，该参数模型使用由所述部分的其他实例的数据集的所述形状的统计先验来构建，该专利的公开内容以引用方式并入本文。通过使用标测电极，在受检者的心脏的所述部分的多个位置中获取电数据。将所述参数模型拟合到所述电数据和所述统计先验以产生心脏的所述部分的等值面以及其形状的重构。
US 2011/0152684描述了三维(3D)绘图方法，该方法包括获取活体对象体内腔体的多个二维(2D)超声图像，该2D图像在3D参照系中具有不同的相应位置，该专利的公开内容以引用方式并入本文。在每个2D超声图像中，可识别与腔体内部的位置对应的像素。将从多个2D图像识别的像素记录在3D参照系中，以便限定与腔内部对应的体积。重建所述体积的外表面，所述外表面代表所述腔的内表面。
发明内容
根据本发明的一些实施方案，提供用于引导规程的方法。展示了对象的身体的内部部分的体积图。在规程期间，响应于传感器相对于所述部分的移动，通过改变所展示的体积图显示该部分的区域的方式来更新所展示的体积图，其中所述区域是通过该规程从其移除了物质的区域。
在一些实施方案中，传感器与用于移除物质的工具联接。
在一些实施方案中，更新所展示的体积图包括更新所展示的体积图以将从其移除了物质的区域显示为空的。
在一些实施方案中，更新所展示的体积图包括通过对从其移除了物质的区域进行着色来更新所展示的体积图。
在一些实施方案中，对象的身体的内部部分包括体腔。
在一些实施方案中，更新所展示的体积图包括更新所展示的体积图以指示至少部分地包封该体腔的组织的一部分已被移除。
在一些实施方案中，传感器的移动包括传感器沿至少部分地包封该体腔的组织的移动。
在一些实施方案中，该体腔包括对象的鼻腔。
在一些实施方案中，该体腔包括对象的窦腔。
在一些实施方案中，传感器的移动包括传感器在该部分内的移动。
在一些实施方案中，传感器的移动包括传感器在该部分外的移动。
在一些实施方案中，更新所展示的体积图包括：
自动计算限定该部分内与传感器的移动相关的移动程度的表面，并且
使用该表面来更新所展示的体积图。
在一些实施方案中，该移动程度是传感器的移动程度。
在一些实施方案中，该移动程度是用于移除该物质的工具的一部分的移动程度，并且自动计算该表面包括基于(i)传感器的位置和取向与(ii)工具的该部分的位置之间的关系来自动计算该表面。
在一些实施方案中，该传感器包括电磁传感器。
在一些实施方案中，体积图包括对象的身体的内部部分的基于计算机断层扫描的图。
在一些实施方案中，体积图包括对象的身体的内部部分的基于磁共振成像的图。
在一些实施方案中，在规程之前使用特定成像模式获取该体积图，并且更新所展示的体积图包括不使用该特定成像模式来更新所展示的体积图。
根据本发明的一些实施方案，还提供用于引导规程的设备。该设备包括显示器和处理器。该处理器被配置成(i)在该显示器上展示对象的身体的内部部分的体积图，并且(ii)在规程期间，响应于传感器相对于该部分的移动，通过改变所展示的体积图显示该部分的区域的方式来更新所展示的体积图，其中所述区域是通过该规程从其移除了物质的区域。
结合附图阅读本发明实施方案的以下详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明的一些实施方案的用于引导规程的系统的示意图；
图2是根据本发明的一些实施方案展示的体积图的二维切面的示意图；并且
图3是根据本发明的一些实施方案的用于引导规程的方法的流程图。
具体实施方式
概述
在一些规程中，内科医生使用插入对象中的工具从对象体内例如从对象的体腔移除组织或其他物质。在一些情况下，内科医生通过参照规程前获取的对象解剖结构的体积图诸如CT体积来操纵该工具。然而，随着内科医生移除组织或其他物质，体积图变得不准确；具体地，体积图继续将刚刚变空的区域显示为被占据。因此，随着规程的进行，内科医生越来越难以正确地操纵该工具。此外，内科医生无法确认该组织或其他物质已被正确移除。
对于后一个问题的一个解决方案是对对象进行规程后成像。例如，为了确认规程成功，可获取规程后CT体积，然后可将该CT体积与初始CT体积进行比较。然而，该解决方案的缺点是，随着规程的进行，内科医生无法实时获知该组织或其他物质是否被正确移除。另外，获取对象的第二CT体积(或MRI体积)可能是耗时的和/或昂贵的。
因此，本发明的实施方案提供了更优越的另选解决方案。在规程期间，在对象的身体的正移除物质的内部部分内移动传感器。传感器的移动程度提供关于空的区域的信息，然后，如果需要，响应于该信息来更新体积图。移动该传感器的过程以及响应于该移动来更新体积图一般快速且费用低，并且还向内科医生提供实时引导。
系统说明
首先参见图1，该图是根据本发明的一些实施方案用于引导规程的系统的示意图。图1示出了其中从对象26的体腔诸如对象的鼻腔30或窦腔内移除组织的耳鼻喉科剃除规程的执行。然而，应当注意的是，本文所述的实施方案适用于任何相关规程，在所述规程过程中，从对象的身体的内部部分移除任何类型的物质(例如，组织、变硬的粘液、或异物)。
图1示出参照显示器20诸如计算机监视器的正在进行规程的内科医生28，在该显示器上，展示了对象脸部的体积图22。体积图22可包括例如基于CT的图或基于MRI的图，该图在规程前使用相关模式获取。如下进一步所述，在在规程期间，体积图进行实时更新以反映由规程导致的任何解剖结构的变化。(图1-2中显示器上显示的图像源自发明人之一所进行的模拟。)
如图所示，内科医生28手持导丝32，该导丝已被插入对象的鼻部，使得导丝32的远侧端部定位在鼻腔30内。该导丝的远侧端部处是传感器34，该传感器通常包括电磁传感器，诸如线圈。内科医生在鼻腔内移动传感器34，通常包括沿部分地包封鼻腔的组织36移动传感器。在移动传感器时，传感器接收外部线圈27发射的信号，该外部线圈定位在患者头部周围。响应于从外部线圈接收的信号，传感器生成信号40，该信号指示传感器的位置和取向。信号40由处理器42接收，该处理器例如可定位在控制台38内。响应于该信号，处理器更新体积图，如下进一步所述。
通常，实施诸如快速解剖标测(FAM)技术，该技术描述于例如授予Altmann等人的US 2011/0152684中，该专利的公开内容以引用方式并入本文。FAM技术自动计算限定传感器的移动程度的表面24。换句话讲，表面24界定体积，传感器在该体积内而非该体积外移动。如图1所示，表面24可作为体积图上的覆盖图展示给内科医生。通过观察表面24，内科医生能够看见由规程引起的已经发生的对象解剖结构的变化。例如，在图1所示的场景中，内科医生能够看见对象隔膜44的一部分已被移除。然后内科医生可指示处理器更新体积图，如下进一步所述，以合并解剖结构上已产生的变化。另选地，处理器可使用表面24自动更新体积图，甚至不需要来自内科医生的任何特定输入。
通常，在外部线圈27与体积图之间执行规程前配准，使得传感器的位置以及因此，表面24的位置可根据体积图的坐标系来表示。
在一些实施方案中，如图1所示，传感器34与用于从对象移除组织或其他物质的工具分开设置。在此类实施方案中，内科医生通常交替使用(i)工具和(ii)导丝、探头或包括传感器的其他器械。例如，内科医生可首先使用耳鼻喉科剃刀以从对象的鼻腔移除一些组织(例如，对象隔膜的一部分)。随后，内科医生可将剃刀从对象鼻部取出，插入传感器，在鼻腔内移动传感器，并且响应于传感器的移动来更新体积图。随后，内科医生可取出传感器，重新插入剃刀，并且如果合适的话，在更新的体积图的引导下，继续移除组织。
在其他实施方案中，传感器34通过例如与用于该规程的工具(例如，耳鼻喉科剃刀)固定地或可拆卸地成一体而联接到该工具。将传感器联接到工具消除了在器械之间进行交替使用的需要，并且还提高了工具的操纵性，这是因为工具的位置可实时从传感器所测量的位置获得。在一些实施方案中，传感器设置在工具的远侧端部处。在其他实施方案中，传感器设置在更近位置处，例如工具手柄中。在此类后一实施方案中，未必需要在对象的身体的进行规程的部分内移动传感器。相反，可将传感器移到该部分外(例如，完全在对象身体外)，并且可基于(i)传感器的移动以及(ii)传感器的位置和取向与工具的远侧端部的位置之间已知的固定关系来更新体积图。例如，已知的固定关系可用于基于传感器的所测量的移动来计算工具的远侧端部的移动程度。据此，可构建表面24并随后将其用于更新体积图。
鉴于如上所述，基本上可以说：
(i)可响应于传感器相对于对象身体相关部分的任何移动来更新体积图。此类移动可包括在该部分内的移动(如图1所示)、在该部分外的移动、或两者的组合。
(ii)表面24可限定与传感器的移动相关的在对象的身体的相关部分内的任何移动程度。换句话讲，表面24可限定传感器自身的移动程度，或者另选地，对于其中传感器移动到对象身体的该部分之外的实施方案，表面24可限定剃除工具、导丝、或传感器所联接到的任何其他器械的远侧端部或任何其他相关部分的移动程度。
现在另外参见图2，该图是根据本发明的一些实施方案而展示的图1中所示出的体积图的二维切面47的示意图。另选地或除图1的三维图之外，切面，诸如切面47，可在显示器20上展示给内科医生，以有助于引导规程。(叉丝48向内科医生指示传感器的当前位置。)
如上所述，处理器42响应于传感器的移动来更新体积图。更新体积图时，处理器改变体积图显示从其移除了组织或其他物质的区域的方式。通常，如上所述响应于传感器的移动进行计算的表面24用于更新体积图。例如，在切面47中，对先前包含移除的隔膜部分的区域进行着色，这是因为着色斑块46显示在此区域中(和周围区域中)。斑块46可通过如下方式获得：将由表面24界定的体积投射到切面47上，并且对该投射部进行着色。另选地，斑块46可直接通过传感器的移动获得，即，斑块46可通过对由传感器访问的每个位置进行着色来获得。
除了显示着色斑块之外，可对体积图进行更新以简单地将刚刚变空的区域显示为空。例如，由表面24界定的体素可设定为黑色，从而指示这些体素为空。然后将体积图的涂黑部分显示在图1的三维视图中和/或图2的二维视图中。
图1和图2共同示出了以下场景：其中更新体积图以指示至少部分地包封体腔的组织的一部分已被移除。另选地，可更新体积图以指示任何类型的组织或物质包括例如鼻息肉已被移除。
现在参见图3，该图是根据本发明的一些实施方案的用于引导规程的方法51的流程图。方法51始于展示步骤50，在该步骤处，向内科医生展示初始体积图。如上所述，体积图可包括在规程前获取的CT或MRI体积。
在体积图的引导下，在组织移除步骤52处，内科医生从对象移除组织。随后，在FAM生成步骤54处，内科医生使用传感器，如上所述，以生成对象的解剖结构的相关部分的快速解剖标测(FAM)。随后，在更新步骤56处，根据如上所述的FAM来更新体积图。然后内科医生查阅更新的体积图，并且，在决策步骤58处，决定是否继续规程。如果内科医生决定不继续，则规程结束。否则，方法51返回组织移除步骤52，在步骤52处，在更新的体积图的引导下，内科医生从对象移除更多的组织。
一般来讲，处理器42可体现为单个处理器或协作式联网或集群的处理器集。处理器42通常是编程化数字计算装置，该装置包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、非易失辅助存储器诸如硬盘驱动器或光盘驱动器、网络接口、和/或外围装置。将程序代码(包括软件程序)和/或数据载入RAM中以待CPU执行或处理，并且如本领域所知，生成结果以用于显示、输出、传输、或存储。程序代码和/或数据可以电子形式经网络下载到计算机，或者，例如另选地或除此之外，程序代码和/或数据可在诸如磁性存储器、光学存储器或电子存储器等非临时性有形介质上提供和/或存储。当提供给处理器时，此类程序代码和/或数据产生了被配置成执行本文所述的任务的机械或专用计算机。
本领域技术人员应当理解，本发明并不限于上文中特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围包含上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及不在现有技术范围内的其变型和修改，所属领域的技术人员在阅读上述描述时应当想到这些变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，不同的是如果在这些并入的文献中定义的任何术语与在本说明书中明确或隐含地给出的定义在某种程度上相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (17)

1.一种用于引导规程的设备，所述设备包括：
显示器；和
处理器，所述处理器被配置成：
在所述显示器上展示受治疗者的身体的内部部分的体积图，并且
在所述规程期间，响应于传感器相对于所述部分的移动，通过改变其中所展示的体积图显示所述部分的区域的方式来更新所展示的体积图，通过所述规程从所述区域移除物质，
其中所述处理器配置成通过以下方式来更新所展示的体积图：
自动计算限定所述部分内与所述传感器的移动相关的移动程度的表面，以及
使用所述表面来更新所展示的体积图。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器联接到用于移除所述物质的工具。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器配置成通过将从其移除了所述物质的所述区域显示为空来更新所展示的体积图。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器配置成通过对从其移除了所述物质的所述区域进行着色来更新所展示的体积图。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述受治疗者的所述身体的所述内部部分包括体腔。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理器配置成通过指示至少部分地包封所述体腔的组织的一部分被移除来更新所展示的体积图。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述传感器的所述移动包括所述传感器沿至少部分地包封所述体腔的组织的移动。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述体腔包括所述受治疗者的鼻腔。
9.根据权利要求5所述的设备，其中，所述体腔包括所述受治疗者的窦腔。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器的所述移动包括所述传感器在所述部分内的移动。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器的所述移动包括所述传感器在所述部分之外的移动。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述移动程度是所述传感器的移动程度。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述移动程度是用于移除所述物质的工具的一部分的移动程度，并且其中所述处理器被配置成使用（i）所述传感器的位置和取向与（ii）所述工具的所述部分的位置之间的关系来自动计算所述表面。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器包括电磁传感器。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述体积图包括所述受治疗者的所述身体的所述部分的基于计算机断层扫描的图。
16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述体积图包括所述受治疗者的所述身体的所述部分的基于磁共振成像的图。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述体积图在所述规程之前使用特定成像模式获取，并且其中所述处理器配置成不使用所述特定成像模式来更新所展示的体积图。
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