CN109195527B - 用于与骨骼手术一起使用的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述多种装置及多种方法，包括获取一骨骼部分的三维图像数据。当一工具(36)的一部分相对于所述骨骼部分设置在一第一位置时，从各个视图中获取多个二维X射线图像。一计算机处理器(22)基于识别所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述第一位置，确认相对于所述三维图像数据的所述第一位置。将所述工具的所述部分移动到一第二位置后，从一单一图像视角中获取一额外的二维X射线图像。基于识别所述额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置以及相对于所述三维图像数据的所述工具的所述部分的所述确认的第一位置，所述计算机处理器导出相对于所述三维图像数据的所述第二位置。本发明也描述了其他应用。

Description

用于与骨骼手术一起使用的设备及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求以下优先权：
Tolkowsky于2016年3月13日提交的美国临时专利申请第62/307,514号，标题为“用于脊柱手术的徒手助手(Freehand Assistant for Spinal Surgery)”；
Tolkowsky于2016年5月11日提交的美国临时专利申请第62/334,463号，标题为“用于脊柱手术的徒手助手”；
Tolkowsky于2016年7月15日提交的美国临时专利申请第62/362,607号，标题为“用于脊柱手术的徒手助手”；
Tolkowsky于2016年9月22日提交的美国临时专利申请第62/398,085号，标题为“用于脊柱手术的徒手助手”；
Tolkowsky于2016年12月28日提交的美国临时专利申请第62/439,495号，标题为“用于脊柱手术的徒手助手”；以及
Tolkowsky于2017年2月27日提交的美国临时专利申请第62/463,747号，标题为“用于脊柱手术的徒手助手”。
上述申请通过引用结合在本说明书中。
技术领域
本发明的一些应用大体上涉及多种医疗设备及方法，具体地，本发明的一些应用涉及多种用于在骨骼解剖上执行的多个程序的设备及方法。
背景技术
全世界每年大约进行500万次脊柱外科手术，传统的手动的手术被称为徒手手术。通常地，对于这样的程序，在手术之前会执行一三维扫描(例如：一计算机断层(CT)和/或核磁共振成像(MRI))扫描，一计算机断层扫描通常是对骨骼组织执行(例如：椎骨)，而一核磁共振成像扫描通常是对软组织(例如：多个椎间盘)执行。
参考图1A，图1A是一骨科手术室的一典型的设置的一示意图，用于多个以一徒手的方式执行的程序。通常地，在多个徒手手术中，尽管当所述外科医生在准备手术时检查所述计算机断层及/或核磁共振成像扫描，但所述计算机断层和/或核磁共振成像图像在手术期间并没有使用。相反，所述手术通常在二维X射线图像的引导(也称为荧光透视引导)下执行，所述二维X射线通常使用一X射线C型臂来获取，图1A示出了一外科医生10使用由一C型臂34获取的多个在术中的X射线图像，并且显示在一显示器12上。大量使用X射线的徒手手术被称为透视引导手术，X射线C型臂无处不在，对外科医生而言很熟悉，可用于获取多个实时图像、与工具无关(即不需要使用专门用于由X射线C型臂成像的多个骨科工具)、而且相对地便宜。越来越多的脊柱手术使用一微创手术(也称为“MIS”，或在所述脊柱手术的情况下，微创脊柱手术，也称为“MISS”)或“微型开放式手术。与开放式手术相反，在开放式手术中，沿着所述脊柱的所述可用于执行手术的节段进行一切口，在微创手术中，在多个工具的插入点处进行多个非常小的切口。在“微型开放式”手术中，所开的多个切口比开放式手术更小，并且比微创手术更大。通常地，所执行的手术的类型的侵入性越小，用于辅助所述手术的X射线成像的使用越多。有证据表明，在透视引导下执行的多个微创程序比起多个开放式程序更加准确。然而，实时的透视引导的使用通常使病患、外科医生以及支持人员暴露于相对大量的有害辐射中。
少数的手术是使用提供导航及/或机器人的计算机辅助手术(CAS)系统来执行，这样的系统通常地利用所述病患处于所述手术室之前或当所述病患在所述手术室内但通常在一介入开始之前所产生的计算机断层和/或核磁共振成像图像。所述计算机断层和/或核磁共振成像图像被配准到所述病患的身体，并且在手术期间，多个工具被导航到所述多个图像上，所述工具被手动地、机器地或手动地与机器地移动。
通常地，在多个计算机辅助手术程序中，一唯一可识别的位置传感器连接到需要由所述计算机辅助手术系统追踪的每个工具，在所述程序一开始时识别及校准每个工具。此外，一唯一可识别的参考传感器牢固地连接到所述器官。在脊柱手术的情况下，所述参考传感器通常地钻入所述骶骨或脊柱中，以及若沿着多个椎骨执行手术，则为了始终地靠近所述手术部位，所述参考传感器在手术中期偶尔被移动并且钻入所述脊柱的一不同的部分中。在所述病患处于所述手术室之前或当所述病患在所述手术室内，但在一介入开始之前获取的将要导航的所述多个图像(例如：计算机断层、核磁共振成像)被配准到所述病患的身体或所述病患的身体中的一部分。为了将所述多个图像配准到所述病患的身体，使用所述参考传感器将所述病患的身体的当前位置带入到与所述多个图像相同的参考坐标系中，然后追踪所述多个工具上的所述多个位置传感器以及所述病患的身体上的所述参考传感器，以确认所述多个工具相对于所述病患的身体的所述多个位置，并且在正在导航的所述多个图像上显示所述工具的一符号表示。通常地，在5至6个自由度内追踪所述工具。
已有各种用于追踪所述多个工具的技术，而且具有用于每种技术多个对应的位置传感器，一种技术是红外线(“IR”)追踪，从而使一组摄像机追踪所述多个工具及所述病患的身体上的多个主动红外线光，或使大量的光束及摄像机追踪所述多个工具及所述病患的身体上的多个被动红外线反射器。在两种类型的红外线追踪中，视线必须始终保持在所述追踪器与所述多个工具之间。例如：如果所述外科医生的手阻挡了所述视线，这可能会干扰所述追踪。另一种技术是电磁或磁辐射追踪，从而使一场发生器追踪所述多个工具及所述病患的身体上的多个接收器，通常是多个线圈。对于后者的这些技术，可以避免来自于其他器材的多个环境干扰。在所述多个技术中每一种中，在没有所述导航系统的情况下使用所述手术室中不存在的多个追踪组件来追踪所述导航系统的所述多个位置传感器(即所述多个位置传感器不仅仅是简单地依赖于通常在没有所述导航系统的情况下在一骨科手术室中使用的多个成像装置的成像)。
可以与一机械地驱动的工具一起使用的另一种技术是从在相对于所述病患的身体的一已知的起始点处的所述工具开始，然后从所述起始点记录所述工具的运动。替代地，使用上述多个技术可追踪这些工具。
鉴于计算机辅助手术的多个程序的性质，这样的多个程序所需的所述设备通常比非计算机辅助手术的多个程序更加昂贵(非计算机辅助手术的多个程序包括多个开放式程序、多个微型开放式程序或多个相对于多个工具引导的多个非计算机辅助的微创程序)。通常地，这样的多个程序将工具的选择限制为如上所述的装配有多个位置传感器的所述多个工具，以及通常地需要在每次手术开始时单独地识别及校准这些工具。
发明内容
根据本发明的一些应用，下述多个步骤通常在使用一种包括一计算机处理器的系统在骨骼解剖上执行的多个程序的期间执行，这样的多个程序可以包括：关节(例如：肩关节、膝关节、髋关节及/或踝关节)替换、关节修复、骨折修复(例如：股骨、胫骨及/或腓骨)、在一肋骨上执行的一程序(例如：肋骨移除或肋骨切除)及/或其他的介入，其中在所述介入之前获取三维图像数据并且在介入期间采集二维图像。对于一些应用，所述多个步骤在对一对象的脊柱的一个或多个椎骨上执行一程序的期间执行。
通常地，在一第一步骤中，被一操作者相对于所述对象的脊柱的三维图像数据(例如：一三维图像、从三维图像数据导出的一二维横截面及/或从三维图像数据导出的一二维投影图像)标记(多个)目标椎骨。对于一些应用，在一第二步骤中，将多个标记物的多个组合放置在所述对象上、所述对象的下方，所述手术台上或所述对象的一附近区域的所述手术台的上方。通常地，在一第三步骤中，识别所述脊柱的多个椎骨以验证所述程序是对所述正确的椎骨执行(被称为“节段验证”的一步骤)，并使用所述脊柱的多个放射性造影图像及所述多个标记物，以促进所述识别。对于一些应用，在一第四步骤中，确认一切口部位(在微创手术的情况下)或进入一椎骨的一工具进入点(在开放式手术的情况下)。在一第五步骤中，所述多个工具的序列中的所述第一工具(所述第一工具通常是一根针，例如：一JamshidiTM针)通常是通过所述切口部位或所述工具进入点插入所述对象(例如：在所述对象的背部)中，并且轻微地固定在所述椎骨中。在一第六步骤中，通常从多个相应视图获取两个或更多个二维放射性造影图像，所述多个相应的视图通常相差至少10度(以及通常更相差30度或更多)，以及所述多个相应的视图中的一个通常来自于所述工具的所述插入方向。通常地，获取大致上前后部的图像及大致上侧部的图像。替代地或额外地，获取来自于多个不同的视角的多个图像。在一第七步骤中，通常地，所述计算机处理器将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像。
通常地，将单独的椎骨的一三维图像数据与一二维图像相互配准。进一步，典型地，通过从所述三维图像数据中产生多个二维投影，以及识别与所述椎骨的多个二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影，将所述三维图像数据与所述多个二维图像相互配准，如下文进一步详细描述的。通常地，所述椎骨的一第一二维X射线图像及一第二二维X射线图像是使用未配准到所述对象的身体的一X射线成像装置来获取，并且通过(a)从一第一视角中获取所述椎骨的一第一二维X射线图像(以及所述工具的至少一部分)，以及所述X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，(b)将所述X射线成像装置相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及(c)当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述椎骨的一第二二维X射线图像。对于一些应用，从多个相应的X射线图像视角中获取两个以上的二维X射线，以及通常地，通过识别与多个相应的所述二维X射线图像匹配的所述三维图像数据的一相应数量的二维投影，将所述三维图像数据与所述二维X射线图像相互配准。
对于一些应用，所述计算机处理器仅从一单一X射线图像视角中获取所述椎骨内的一工具的一二维X射线图像，并且通过从所述三维图像数据中产生多个二维投影以及识别与所述椎骨的所述二维X射线图像匹配的一二维投影，将所述二维X射线图像配准到所述三维图像数据。响应于将所述二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述计算机处理器驱动一显示器，以显示从所述工具的一尖端的一当前位置处的所述三维图像数据中导出的一横截面，如从所述二维X射线图像所识别的，以及可选地，在所述横截面图像上示出一垂直线，所述垂直线指示在所述工具的所述尖端当前设置的某处的所述横截面图像内的一线条。
如上所述，通常地，从多个相应的X射线视角中获取两个或更多个二维X射线，以及通过识别与多个相应的所述二维X射线图像匹配的所述三维图像数据的一相应数量的二维投影，将所述三维图像数据与所述多个二维图像相互配准。将所述三维图像数据配准到所述多个二维X射线图像后，所述计算机处理器应用所述系统的多个额外特征。例如：所述计算机处理器可以驱动所述显示器以参考一目标位置及/或参考一期望的插入矢量来显示所述工具的所述预期的(即推断的)路径。对于一些应用，所述计算机处理器基于在一主要的二维成像视角中观察到的所述工具的进展，来模拟一次要的二维成像视角内的工具的进展。替代地或额外地，所述计算机处理器在所述三维图像数据(例如：一三维图像、从三维图像数据导出的一二维横截面及/或从三维图像数据中导出的一二维投影图像)上覆盖所述工具的一图像，所述工具的的一图像的一表示及/或所述工具的路径的一表示，所述工具的所述位置或所述工具的路径已从多个当前的二维图像中导出。
如上所述，对于一些应用，多个标记物的多个组合被放置在所述对象上、所述对象的下方、所述手术台上或所述手术台的上方。通常地，被放置在相对于所述对象的多个相应的位置处的所述多个标记物在多个X射线图像、多个光学图像是可识别的，并且是人类的眼睛可看见的。例如：多个相关的不透射线的字母数字字符可以放置在多个相应的位置。对于一些应用，被放置在多个相应的位置的多个标记物可基于其他特征来识别，例如：基于所述多个标记物相对于其他标记物的多个布置。使用一放射性造影成像装置，获取所述多个不透射线的标记物的组合的多个放射性造影图像，多个相应的图像为沿着所述对象的脊柱的至少一部分的多个相应的位置，以及所述多个图像中的每一个包括所述多个不透射线的标记物中的至少一些，使用所述计算机处理器，以通过图像处理，识别在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的多个位置。基于在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的所述多个被识别的位置，将所述多个放射性造影图像中的至少一些相对于彼此相互组合。通常地，这种多个图像的组合类似于拼接多个图像。然而，所述多个图像通常是不精确地拼接，以致将多个相邻的图像中的所述对象的解剖结构的多个部分相互拼接。相反，所述多个图像是以足够的精确度来组合，以能够确认在所述多个被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的一位置。因此，所述计算机处理器自动地确认(或促进手动确认)在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的一位置。基于所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的所述位置，如下文所进一步详细描述，确认与被放置在所述对象上的所述多个不透射线的标记物的组合有关的所述给定的椎骨的一位置。如下文进一步详细描述，所述多个标记物通常用于提供多个额外的功能或用于在某些情况下促进多个功能。
因此，根据本发明的一些应用，提供了一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(d)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，
(e)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(f)一输出装置；
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；以及
识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分的一位置；
基于在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到三维图像数据，来确认所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第一位置；在所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径移动到一第二位置后，从所述二维X射线装置中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，所述一个或多个额外的二维X射线图像是从一单一图像视角中获取；
通过图像处理，识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置；
基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置及所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述被确认的第一位置，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第二位置；以及
在所述输出装置上产生至少部分地响应于此的一输出。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述第一图像视角及所述第二图像视角中的一个接收的至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从不同于所述第一图像视角及所述第二图像视角中的一第三图像视角中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着纵向插入路径前进到对象的身体内的一骨骼部分，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(b)一输出装置；
所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分中的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；通过图像处理，识别所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中的所述工具的所述部分；
确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的一关系；
在所述工具相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径前进，使得所述工具的所述部分沿着所述纵向插入路径设置在一第二位置后，以从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，所述一个或多个额外的二维X射线图像是从一单一图像视角中获取；
通过图像处理，识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置；
基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内识别的所述工具的所述部分的所述第二位置以及在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的所述被确认的第二位置，导出所述工具的所述部分相对于至少所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的所述第二位置；以及
在所述输出装置上产生至少部分地响应于此的一输出。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述骨骼部分的一三维图像数据，确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述关系。在一些应用中，所述设备是与一三维不透射线的夹具一起使用，以及所述至少一计算机处理器被配置为使用在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中可见的所述三维不透射线的夹具来确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述关系。在一些应用中，所述工具包括在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中可见的两个或更多个不透射线的特征，并且所述至少一计算机处理器被配置为使用在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中可见的所述工具的两个或更多个不透射线部分，来确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述关系。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过接收从所述第一图像视角及所述第二图像视角中的一个来接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过接收从不同于所述第一图像视角及所述第二图像视角的一第三图像视角中来接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于对一对象的一脊柱的一给定的椎骨执行一程序以及用于与一放射性造影成像装置一起使用的设备，所述设备包括：
多个不透射线的标记物的一组合，被配置为放置在所述对象的一附近区域，使得被放置在相对于所述对象的多个相应的位置处的多个标记物是可识别的；以及
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述放射性造影成像装置中接收所述多个不透射线的标记物的多个放射性造影图像，多个相应的图像为沿着所述对象的脊柱的至少一部分多个相应的位置，以及所述多个图像中的每一个包括所述多个不透射线的标记物中的至少一些；
通过图像处理，识别在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的多个位置；
基于在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的所述被识别的多个位置，将所述多个放射性造影图像中的至少一些相对于彼此相互组合；
通过图像处理，自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的一位置；及
产生至少部分地响应于此的一输出。
在一些应用中，所述设备用于与一显示器一起使用，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过驱动所述显示器来显示所述被组合的多个放射性造影图像以及相对于所述被组合的多个放射性造影图像一同显示的所述给定的椎骨的一指示，以产生所述输出。在一些应用中，所述设备用于与一显示器一起使用，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过驱动所述显示器来显示所述被组合的多个放射性造影图像以及相对于所述被组合的多个放射性造影图像一同显示的所述给定的椎骨的一指示，以及驱动所述显示器来显示相对于所述对象的脊柱的至少一部分的一三维图像数据的所述给定的椎骨的一指示。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过以下图像处理，自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的所述位置：识别被组合的放射性造影图像内的一可识别的特征；识别被组合的放射性造影图像内的单独的椎骨；以及从所述可识别的特征中对椎骨进行计数。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过识别在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述对象的一骶骨，识别在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述可识别特征。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于对一对象的一胸腔的一给定的肋骨进行一程序，并且与一放射性造影成像装置一起使用的设备，所述设备包括：
多个不透射线的标记物的一组合，被配置为放置在所述对象的一附近区域，使得被放置在相对于所述对象的多个相应的位置处的多个标记物是可识别的；以及
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述放射性造影成像装置中接收所述多个不透射线的标记物的多个放射性造影图像，多个相应的图像为沿着所述对象的胸腔的至少一部分多个相应的位置，以及所述多个图像中的每一个包括所述多个不透射线的标记物中的至少一些；
通过图像处理，识别在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的多个位置；
基于在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的所述被识别的多个位置，将所述多个放射性造影图像中的至少一些相对于彼此相互组合；
通过图像处理，自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的肋骨的一位置；及
产生至少部分地响应于此的一输出。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于在一对象的一身体的一脊柱上执行一程序的设备，所述设备包括：
一第一组不透射线的标记物；
一第二组不透射线的标记物；以及
一个或多个表面，所述第一组不透射线的标记物及所述第二组不透射线的标记物通过所述一个或多个表面彼此耦合，所述一个或多个表面被配置为：
通过将所述一个或多个表面放置在将要执行所述程序的所述对象的脊柱的一部分上，将所述第一组标记物及所述第二组标记物以多个相对于彼此的预先定义的方位定位在所述对象的脊柱的多个相应的侧部上；及
将所述第一组标记物及所述第二组标记物定位在所述对象的脊柱的所述多个相应的侧部上后，所述一个或多个表面可从所述对象的身体上移除，以致促进在被放置在所述对象的脊柱上的所述一个或多个表面上对所述对象的脊柱执行所述程序，同时将所述第一组标记物及所述第二组标记物以相对于彼此的所述预先定义的方位保持在所述对象的脊柱的所述多个相应的侧部上。
在一些应用中，所述第一组标记物及所述第二组标记物中的每一个中的所述多个标记物中的至少一些是刚性的，并且具有多个已知的尺寸。在一些应用中，所述第一组标记物及所述第二组标记物中的每一个包括多个不透射线的字符的组合，所述多个组合之间互不相同。在一些应用中，所述设备还包括一第三组不透射线的标记物，所述第三组不透射线的标记物通过所述一个或多个表面耦合到所述第一组标记物及所述第二组标记物，使得所述第三组标记物被配置为当所述第一组标记物及所述第二组标记物相对于彼此定位在所述对象的脊柱的多个相应的侧部上的所述多个预先定义的方位时，所述第三组不透射线的标记物通过被放置在即将执行所述程序的所述对象的脊柱上的所述部分上方的所述一个或多个表面，沿着所述对象的脊柱的一中心来定位。
根据本发明的一些应用，还提供了一种与被配置为获取一对象的一身体的一脊柱的多个放射性造影图像的一放射性造影成像装置一起使用的设备，所述设备包括：
一柔性材料，被配置为沿着所述对象的脊柱的至少一部分放置在所述对象的身体上方，以及大体上符合所述对象的身体的轮廓；以及
多个不透射线的标记物的一组合，设置在所述柔性材料上，所述不透射线的标记物的至少一些是刚性的，并且具有多个相应的已知的尺寸，所述多个刚性的不透射线的标记物设置在所述柔性材料上，使得所述多个刚性标记物的刚性不会阻碍所述柔性材料大体上符合所述对象的身体的轮廓；
至少一计算机处理器，被配置为：
通过图像处理，识别由所述放射性造影成像装置获取的所述脊柱的一放射性造影图像内的所述刚性不透射线的标记物中的至少一个；及基于被识别的所述多个刚性不透射线的标记物，通过图像处理，确认在所述放射性造影图像内的特征的尺寸。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于在对象身体的脊柱上执行手术的方法，所述方法包括：
一第一组不透射线的标记物；及
一第二组不透射线的标记物；
将所述第一组标记物及所述第二组标记物相对于所述对象的脊柱定位，使得所述第一组标记物出现在从一第一图像视角中获取的所述对象的脊柱的多个放射性造影图像中，以及使得所述第二组标记物出现在从一第二图像中获取的所述对象的脊柱的多个放射性造影图像中；
从所述第一图像视角及所述第二图像视角中获取所述对象的脊柱的多个放射性造影图像；以及
通过识别与从所述第一图像视角及所述第二图像视角中获取的所述多个放射性造影图像中的其它标记物具有一已知的关联的多个标记物，将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的一给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的一给定的椎骨相关联。
在一些应用中，将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的所述给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的一给定的椎骨相关联包括：使用至少一计算机处理器，通过识别与从所述第一图像视角及所述第二图像视角中获取的所述多个放射性造影图像中的其它标记物具有一已知的关联的多个标记物，将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的一给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的所述给定的椎骨相关联。在一些应用中，将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的所述给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的一给定的椎骨相关联包括：通过识别与从所述第一图像视角及所述第二图像视角中获取的所述多个放射性造影图像中的其它标记物具有一已知的关联的多个标记物，手动地将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的一给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的所述给定的椎骨相关联。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于在一对象的一身体的一脊柱上执行一程序的设备，所述设备包括：
一第一组不透射线的标记物，配置为相对于所述对象的脊柱放置，使得所述第一组不透射线的标记物出现在从一第一个图像视中图获取的所述对象的脊柱的多个放射性造影图像中；及
一第二组不透射线的标记物，
所述第一组及第二组标记物彼此耦合，使得当所述第一组不透射线的标记物相对于所述对象的脊柱放置使得所述第一组不透射线的标记物出现在从第一图像视角中获取的对象的脊柱的放射性造影图像中时，所述第二组标记物出现在从一第二图像视角中获取的所述对象的脊柱的放射性造影图像中；
所述第一组标记物及所述第二组标记物从而通过促进识别与从所述第一图像视角及所述第二图像视角中获取的所述多个放射性造影图像中的其它标记物具有一已知的关联的多个标记物，促进将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的一给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的一给定的椎骨相关联。
在一些应用中，所述设备还包括至少一计算机处理器，被配置为通过识别与从所述第一图像视角及所述第二图像视角中获取的所述多个放射性造影图像中的其它标记物具有一已知的关联的多个标记物，将来自于所述第一图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中出现的一给定的椎骨与来自于所述第二图像视角中的所述脊柱的所述多个放射性造影图像中的所述脊柱的一给定的椎骨相关联。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于对一对象的一身体内的一骨骼部分执行一程序的设备，使用一二维放射性造影成像装置、一光学摄像机以及一个或多个显示器，所述设备包括：
一组不透射线的标记物，被配置为放置在所述对象的一附近区域；以及至少一计算机处理器，被配置为：
从所述二维放射性造影成像装置接收所述骨骼部分的一放射性造影图像；
从所述光学摄像机中接收所述对象的身体的一光学图像；
通过图像处理，识别所述多个放射性造影图像及所述光学图像中的所述多个不透射线的标记物；
基于所述多个放射性造影图像及所述光学图像内的所述多个不透射线的标记物的所述识别，将所述放射性造影图像及光学图像相对于彼此双向地映射；
在一个或多个显示器上彼此分开地显示所述放射性造影图像及所述光学图像；
接收一输入，所述输入指示所述放射性造影及所述多个光学图像中的一第一个中的一位置；及
产生响应于此的一输出，所述输出指示所述放射性造影及光学图像中的另一个的所述位置。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过在所述对象的身体的所述光学图像内识别被放置在进入所述骨骼部分内的一建议入口点处的一物体来接收所述输入，所述输入指示在所述放射性造影及所述多个光学图像中的所述第一个中的所述位置，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过产生一输出，所述输出指示相对于所述放射性造影图像进入所述骨骼部分内的所述建议入口点，来产生所述输出。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过在所述对象的身体的所述光学图像内识别被放置在进入所述骨骼部分内的一建议的切口部位处的一物体来接收所述输入，所述输入指示在所述放射性造影及所述多个光学图像中的所述第一个中的所述位置，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过产生一输出，所述输出指示相对于所述放射性造影图像进入所述骨骼部分内的所述切口部位，来产生所述输出。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过接收指示所述光学图像中的一位置的一输入来接收所述输入，所述输入指示所述放射性造影图像及所述光学图像中的所述第一个中的所述位置，所述至少一计算机处理器还被配置为响应于接收到所述输入，驱动所述一个或多个显示器以显示对应于所述指示的位置的所述骨骼部分的一横截面。在一些应用中，所述至少一计算机处理器还被配置为响应于接收到所述输入，驱动所述一个或多个显示器，以显示在所述骨骼部分的所述横截面上的一线条，指示所指示的位置是在所述线条上的某处。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分，以及与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，以及
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置，
所述设备包括：
至少一个计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据，
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像，将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；及
识别与所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别在所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分的所述位置；
基于在所述所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置，以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的一给定的位置之间的一关系；以及
在所述输出装置上产生一输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的一给定的位置之间的所述关系。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一二维横截面上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像内的所述给定位置之间的所述关系。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一二维投影上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一三维图像上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过导出相对于所述三维图像数据内的所述给定的位置的所述工具的一预期的纵向插入路径，来导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第一位置与所述三维图像数据内的一预先指定的目标位置之间的所述关系，来导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的位置与所述三维图像数据内的所述给定位置之间的所述关系。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第一位置与所述三维图像数据内的多个相应的体积的一关系，所述多个相应的体积指定所述工具相对于所述多个相应体积的突出的多个相应的可接受程度，来导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
根据本发明的一些应用，还提供了一种使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的一部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置，
所述设备包括：
至少一个计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；相对于所述三维图像数据，接收所述骨骼部分内的一位置的一指定；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；及
识别与所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，导出在所述骨骼部分的所述多个二维X射线图像的至少一个内的所述指定的位置的一方位；
通过图像处理，相对于所述骨骼部分的所述多个二维射线的所述至少一个，识别所述工具的至少一部分的一位置；
基于所述工具的所部分的所述被识别的位置，在所述骨骼部分的所述多个二维X射线的至少一个内，确认所述工具的一预期的纵向插入路径与所述指定的位置之间的一关系；以及
在所述输出装置中产生至少部分地响应于此的一输出。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一目标位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过相对于所述三维图像数据接收所述工具在所述骨骼部分内应避免的一个或多个位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一横截面的所述位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一二维投影的所述位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一三维图像的所述位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于使用一工具执行一程序的装置，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一显示器；
所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；
将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；及
识别与所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别所述工具的一尖端相对于所述骨骼部分的所述第一X射线图像及所述第二X射线图像的一位置；
基于所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的所述第一X射线图像及所述第二X射线图像的所述被识别的位置，以及将所述第一X射线图像及所述第二X射线图像配准到所述三维图像数据，相对于所述三维图像数据，确认所述工具的所述尖端的一位置；以及
响应于此，驱动所述显示器，以显示所述骨骼部分的一横截面，所述横截面是从所述三维图像数据中导出的所述横截面，以及对应于所述工具的尖端的所述位置。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器还被配置为驱动所述显示器，以在所述骨骼部分的所述横截面上显示所述工具的一位置的一指示。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过驱动所述显示器以显示基于所述工具的一插入方向的一横截面视图，来驱动所述显示器以显示所述骨骼部分的所述横截面，所述横截面视图是选自于由一轴向横截面、一冠状横截面、一矢状横截面以及一横截面组成的群组。
根据本发明的一些应用，还提供了一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一给定的椎骨中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述对象的脊柱的至少一部分的一三维图像数据，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取所述工具的至少一部分与所述对象的脊柱的所述部分的一第一二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述对象的脊柱的所述部分的一第二二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；以及
(c)一输出装置，
所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述对象的脊柱的至少所述部分的所述三维图像数据，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，
从所述二维X射线成像装置接收所述工具的至少一部分与所述对象的脊柱的至少所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，
接收指示所述三维图像数据内的所述给定的椎骨的一位置的一输入；
通过图像处理，自动地识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨的一位置；
将所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述给定的椎骨配准到所述三维图像数据内的所述给定的椎骨，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生所述给定的椎骨的多个二维投影，以及
识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，相对于所述给定的椎骨，识别在所述脊柱的所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的至少所述工具的所述部分的一位置，识别所述工具的所述部分的一位置；
基于将所述第一或第二的X射线图像内的所述给定的椎骨配准到所述三维图像数据内的所述给定的椎骨，以及至少所述工具的所述部分的所述被识别的位置，相对于所述给定的椎骨，确认至少所述工具的所述部分的所述的位置；以及
响应于此，在所述输出装置上产生一输出。
根据本发明的一些应用，还提供了一种与一放射性造影成像装置、输出装置以及具有一直的不透射线部件的器械一起使用的一设备，所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述放射性造影图像装置接收一放射性造影图像，所述器械的所述直的不透射线部件的至少一部分是可见的；
通过图像处理，识别在所述放射性造影图像内的所述器械的所述直的不透射线部件；
通过使所述放射性造影图像的所述部分变形，至少部分地校正所述放射性造影图像的至少一部分中的失真，使得在所述放射性造影图像内的所述器械的所述直的不透射线的部分呈现直的；以及
响应于此，在所述输出装置上产生一输出。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器还被配置为基于呈现在所述器械的所述直的不透射线部件内的被施加到所述图像的一部分的所述校正，以校正所述图像的一额外的部分。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器还被配置为将所述校正的放射性造影图像配准到一三维图像数据。在一些应用中，所述放射性造影图像包括所述器械的所述直的不透射线部件及一对象的一身体的一部分，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过下述方式将所述校正的放射性造影图像配准到所述三维图像数据：从所述三维图像数据产生所述对象的身体的所述部分的多个二维投影，以及识别与在所述放射性造影图像内的所述对象的身体的所述部分匹配的一二维投影。
根据本发明的一些应用，还提供了一种供使用于对一对象的一脊柱的至少一第一椎骨及一第二椎骨执行多个介入的一程序、一显示器以及一成像装置的设备，所述成像装置被配置为获取所述对象的脊柱的成像数据，所述设备包括：
从所述成像装置接收所述成像数据；
在所述显示器上产生所述脊柱的至少一部分的一脊柱路线图图像，所述脊柱包含所述第一椎骨及所述第二椎骨；
自动地标记所述脊柱路线图图像内的椎骨；
确认已经对所述第一椎骨执行一介入，使得所述第一椎骨的一外观已经被改变；以及
自动地更新所述脊柱路线图，以反映所述第一椎骨的所述外观的所述变化，使得当对所述第二椎骨执行所述介入时，显示更新的所述脊柱路线图。
在一些应用中，所述成像装置包括一成像装置，被配置为获取一三维成像数据，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过产生一三维脊柱路线图图像来产生所述脊柱路径图图像。在一些应用中，所述成像装置包括一成像装置，被配置为获取二维成像数据，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过产生一二维脊柱路线图图像来产生所述脊柱路径图图像。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过确认一工具已经被插入到所述第一椎骨中，来确认已经对所述第一椎骨执行一介入，使得所述第一椎骨的一外观已经被改变，以及所述至少一计算机处理器被配置为通过更新所述脊柱路线图以在所述椎骨内显示所述工具，来更新所述脊柱路线图。
根据本发明的一些应用，还提供了一种应用在一医疗介入期间对一对象的一身体的一部分使用一工具的设备，以及一种在所述介入期间被配置为获取所述对象的身体的多个图像的一成像装置，所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为通过分析多个图像，确认所述工具相对于所述对象的身体的一位置；
一运动检测传感器，被配置为设置在所述对象的身体上，并且通过检测与所述运动检测传感器的一先前方位相比的所述运动检测传感器的自身已发生的运动，来检测所述对象的身体的至少所述部分的运动，所述运动检测传感器被配置为检测在两个或更多个图像的采集之间的已发生超过一阈值量的所述对象的身体的至少一部分的运动；以及
一输出装置，被配置为响应于所述运动检测传感器检测到所述对象的身体的至少所述部分的运动已经发生超过所述阈值量而产生一警报，所述警报指示已经发生的运动。
在一些应用中，所述运动检测传感器被配置为驱动所述输出装置以产生所述警报。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为从所述传感器接收一信号，所述信号指示所述对象的身体的至少一部分的运动已经发生超过所述阈值量，以及被配置为驱动所述输出装置以响应于此产生所述警报。在一些应用中，所述输出装置被配置为响应于所述运动检测传感器检测到所述对象的身体的至少一部分超过所述阈值量的运动已经发生，产生指示应重新获取一个或多个图像的一输出。
根据本发明的一些应用，还提供了种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一给定的椎骨中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为从一单一视角中获取所述工具的至少一部分及所述骨骼部分的一个或多个二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，以及所述工具的一尖端沿着所述纵向插入路径设置在一给定的位置；以及
(c)一显示器，
所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置中接收所述骨骼部分中的所述三维X射线图像，
从所述二维X射线成像装置中接收所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像，
将所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维成像装置产生多个二维投影；及
识别与从所述单一视角中获取的所述骨骼部分中的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的一二维投影；通过图像处理，识别在所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个内的所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的一位置；基于相对于所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个内的所述骨骼部分的所述工具的所述尖端的所述被识别的位置，以及将所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个配准到所述三维图像数据，相对于与所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的所述二维投影，确认所述工具的所述尖端的一位置；以及
响应于此，驱动一显示器以显示所述骨骼部分的一横截面，所述横截面是从所述三维图像数据中导出，以及与所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的所述二维投影，对应于所述工具的尖端的所述位置。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器还被配置为驱动所述显示器在所述横截面上显示一线条，所述线条指示所述横截面内的所述工具的尖端的所述位置是在所述线条上的某处。
根据本发明的一些应用，还提供了一种应用在一医疗介入期间对一对象的一身体的一部分使用一工具的设备，以及与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述对象的身体的所述部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取所述工具的一远端部分与所述对象的身体的所述部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取所述工具的所述远端部分与所述对象的身体的所述部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一显示器；
所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的一位置；
基于所述工具的所述近端部分的所述计算的位置，相对于所述三维图像数据，导出所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的一位置；
基于所述导出的位置，驱动所述显示器以相对于所述三维图像数据显示所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的一指示；
按顺序地：
从所述二维X射线成像装置接收所述工具的所述远端部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像与所述对象的身体的所述部分；
将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分；
通过图像处理，识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的至少所述远端部分相对于所述对象的所述部分的一位置；
基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分以及在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的至少所述远端部分的所述被识别的位置，相对于所述三维图像数据确认所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的所述位置；以及
基于所述工具的所述远端部分的所述被确认的位置，驱动所述显示器以相对于所述三维图像数据更新所述工具的所述远端部分的所述位置相对于所述对象的身体的所述部分的所述指示。
在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分，所述配准包括：从所述三维图像数据产生所述对象的身体的所述部分的多个二维投影；以及识别与所述对象的身体的所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的所述部分匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影。
在一些应用中，所述设备还包括一个或多个位置传感器，与所述工具的所述近端部分耦合，其中所述至少一计算机处理器被配置为通过与所述工具的所述近端部分耦合的所述一个或多个位置传感器，计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的所述位置。在一些应用中，所述至少一计算机处理器被配置为通过影像追踪所述工具的所述近端部分，计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的所述位置。在一些应用中，所述装置还包括一机器人，所述工具的所述近端部分耦接到所述机器人的一部分，其中所述至少一计算机处理器被配置为通过追踪所述机器人的所述部分，所述机器人的所述部分是相对于所述机器人的所述部分的一已知的先前方位，计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的所述位置。
从本发明的多个实施例的以下详细描述并结合多个附图，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1A是现有技术中使用的一骨科手术室的一示意图；
图1B是根据本发明的一些应用的用于在骨骼解剖上执行的多个程序的一系统的一示意图；
图2是如现有技术中所使用的插入一椎骨中的两个工具(例如：JamshidiTM针)以及用于插入这样的多个工具所需要的多个插入窗口的一示意图；
图3A及3B是如现有技术中所使用的一椎骨的一三维计算机断层图像(图3A)以及从所述三维计算机断层图像导出的一二维轴向切片(图3B)的多个示意图；
图4A及4B示出了如现有技术中所使用的用于获取一前部-后部(“AP”)二维放射性造影图像及一组合的前后部的图像(图4A)，以及用于获取一侧部的二维放射性造影图像及一组合的侧部的图像的所述C型臂(图4B)；
图5A、5B、5C、5D及5E是根据本发明的一些应用放置在一对象身上的多个不透射线的标记物的多个组合的多个示意图；
图6A及6B是根据本发明的一些应用的被配置为放置在一对象上的第一组不透射线及第二组不透射线的标记物的多个示意图；
图7是示出了根据本发明的一些应用的通常地使用图1B的所述系统所执行的多个步骤的一流程图；
图8A示出了根据本发明的一些应用的从一三维图像数据导出的一对象的脊柱的多个横截面图像上指定的一椎骨；
图8B示出了根据本发明的一些应用的与所述对象的脊柱的一被组合的放射性造影图像一同显示的一对象的脊柱的一三维计算机断层图像的一示例；
图8C示出了根据本发明的一些应用的在一三维计算机断层图像及一二维X射线图像上指示所述指定的椎骨，所述计算机断层图像及X射线图像是彼此并排地显示；
图9示出了根据本发明的一些应用的与一二维放射性造影图像一起显示的一光学图像的一示例；
图10示出了根据本发明的一些应用的与从所述椎骨的三维图像数据导出的一对象的椎骨的一横截面图像一同显示的一二维放射性造影(例如：X射线)图像的一示例；
图11A和11B分别示出了根据本发明的一些应用的将JamshidiTM针插入一对象的脊柱中的前后部及侧部的X射线图像的多个示例；
图12A及12B示出了根据本发明的一些应用的一椎骨的一三维图像的多个相应的视图与对应的所述椎骨的多个相应的第一及第二X射线图像之间的对应性的多个示例；
图13A、13B及13C示出了根据本发明的一些应用中被使用的一物体的一三维图像(其中图13A中的所述示例是一锥形)与所述物体的侧部到侧部(图13B)及从底部到顶部(图13C)的二维投影的之间的一关系的多个示意图；
图14A及14B示出了根据本发明的一些应用通常地使用图1B的所述系统执行的多个步骤的多个流程图；
图15A示出了根据本发明的一些应用的一椎骨的多个轴向横截面的一示例，如从一单一X射线图像视角中获得的多个相应的二维X射线图像所示，所述多个轴向横截面分别对应于沿着一纵向插入路径前进到所述椎骨中的一工具的一尖端的第一位置及第二位置；
图15B示出了根据本发明的一些应用的一椎骨的多个轴向横截面的一示例，所述多个轴向横截面分别在沿着所显示的一纵向插入路径前进到所述椎骨中的一工具的一尖端的第一位置及第二位置上，所述多个位置是使用从两个或更多个X射线图像视角中获取的多个X射线图像中导出；
图16A及16B示出了根据本发明的一些应用的一显示器的多个示例，所述显示器示出了在三维(例如：计算机断层或核磁共振成像)图像数据上指定的一给定的位置，以及一工具的一预期的纵向插入路径与分别在前后部及侧部的二维X射线图像上的所述给定位置之间的一关系；
图17A示出了将两个工具分别通过10至11点及1至2点的插入窗口插入到一椎骨中的一前后部的X射线，所述前后部的X射线是使用多个现有技术来产生；
图17B示出了图17A的一对应的侧部的X射线图像，所述前后部的X射线是使用多个现有技术来产生；
图18是根据本发明的一些应用的连接有一不透射线的夹子的一JamshidiTM针的一示意图；
图19A示出了根据本发明的一些应用在将一工具插入所述椎骨的一第一阶段中的一椎骨的一前后部的X射线图像以及一相对应的侧部的X射线图像；
图19B示出了根据本发明的一些应用在将所述工具插入所述椎骨的一第二阶段中的一椎骨的一前后部的X射线图像以及在所述椎骨中的一侧部的X射线图像上显示的所述工具的尖端的所述被导出的当前位置的一指示；
图20是根据本发明的一些应用的一三维刚性夹具的一示意图，所述三维刚性夹具包括至少不透射线并且用作多个不透射线的标记物的多个部分，所述多个不透射线的标记物以一预先定义的三维布置来设置；
图21A示出了由使用一图像增强器的一C型臂以及由使用一平面检测器的一C型臂来产生的一校准夹具的多个X射线图像的多个示例，这样的多个图像反映了多个现有技术；以及
图21B示出了根据本发明的一些应用由使用一图像增强器的一C型臂获取的一X射线图像的一示例，所述图像包括一不透射线的部件以及一虚线，所述不透射线的部件对应于已知为直的一工具的一部分，所述虚线覆盖在所述图像上并指示由所述直的部分所述限定的一线条如何在若所述图像中的多个失真被校正时出现。
具体实施方式
现在参考图1B，图1B是根据本发明的一些应用的用于对骨骼解剖执行的多个程序的一系统20的一示意图。对于一些应用，所述系统用于在一对象的脊柱的一个或多个椎骨上执行的一程序。然而，本发明的范围包括将本说明书所述的所述多个装置及多个方法中的任何一个应用于对一对象的骨骼解剖的其他部分进行的多个程序，比照适用。这样的多个程序可以包括关节(例如：肩关节、膝关节、髋关节及/或踝关节)替换、关节修复、骨折修复(例如：股骨、胫骨及/或腓骨)、在一肋骨上执行的一程序(例如：肋骨移除或肋骨切除)及/或其他介入，其中在所述介入之前采集三维图像数据，并且在所述介入的期间采集多个二维图像。
系统20通常包括与一存储器24互动的一计算机处理器22以及一个或多个用户接口装置26。通常地，所述多个用户接口装置包括一个或多个输入设备，例如：一键盘28(如图所示)，以及一个或多个输出装置，例如：一显示器30，如图所示。本说明书中所描述的所述计算机处理器的多个输入及多个输出通常通过所述用户接口装置来执行。对于一些应用，所述计算机处理器以及所述存储器及所述多个用户接口装置被合并到一单一单元中，例如：一平板设备及/或一膝上型计算机。
对于一些应用，所述用户接口装置包括一鼠标、一操纵杆、一触摸屏设备(例如：一智能电话或一平板电脑)、一触摸板、一轨迹球、一语音命令接口及/或其他类型的用户界面在本领域中是已知的。对于一些应用，所述输出装置包括一平视式显示器及/或一头戴式显示器，例如：谷哥眼镜(Google
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)。对于一些应用，所述计算机处理器在不同类型的视觉、文字、图形、触觉、音频及/或视频输出装置(例如：扬声器、耳机、智能手机或平板计算机)上产生一输出。对于一些应用，一用户接口装置作为一输入设备及一输出装置。对于一些应用，所述计算机处理器22在一计算机可读介质(例如：一非暂时性计算机可读介质)上产生一输出，例如：一磁盘或一便携式USB驱动器。对于一些应用，所述计算机处理器包括一部分的图像存档及通信系统(PACS)，并且被配置为通过例如：存储器24从所述系统的其他组件接收多个输入。替代地或额外地，所述计算机处理器被配置为在一计算机可读介质(例如：一非暂时性计算机可读介质)上接收一输入，例如：一磁盘或一便携式USB驱动器。应当注意，对于一些应用，多于一个计算机处理器被用来执行本说明书所描述的通过计算机处理器22执行的所述多个功能。
通常地，在所述对象进入所述手术室之前，或当所述对象在所述手术室中时，但是在所述介入开始之前获取三维图像数据。例如：可以使用一计算机断层扫描仪32来获取即将在其上执行一程序的所述骨骼的解剖结构的所述部分(及/或所述解剖结构的多个相邻的部分)的三维计算机断层图像数据。替代地或额外地，可以使用一核磁共振成像扫描仪来获取即将在其上执行一程序的所述骨骼的解剖结构的所述部分(及/或所述解剖结构的多个相邻的部分)的三维核磁共振成像图像数据。对于一些应用，获取三维X射线数据。通常地，所述三维图像数据被传送到存储器24，以及通过计算机处理器22从所述存储器中存取。应当注意，为了说明的目的，图1B示出了所述计算机断层扫描仪、所述C形臂以及系统20相互在一起。然而，根据以上描述，对于一些应用，所述计算机断层扫描仪不与系统20及/或C形臂34设置在同一个房间中。
在所述程序期间，通过一获取多个二维X射线图像的放射性造影成像装置(例如：C型臂34(如图所示))来获取多个实时二维图像。对于一些应用，所述多个二维图像是通过系统20的一帧捕获器实时捕获，所述系统20的帧捕获器连接到所述C型臂的一输出端口。替代地或额外地，系统20及所述C形臂经由一医学影像存档与一通信系统(PACS)网络相互连接，系统20及C形臂34连接到所述医学影像存档与通信系统网络，并且一旦获取，所述二维图像通过所述医学影像存档与通信系统网络被传输到系统20(例如：通过存储器24)。替代地或额外地，所述C型臂例如以医疗数位影像传输协定(DICOM)格式将多个图像文件直接发送到系统20(例如：通过存储器24)。
通常地，在例如是所述脊柱的骨骼解剖结构上执行的一程序中的所述介入部分是从插入一工具开始，例如：JamshidiTM针36。JamshidiTM针通常包括一内管及一外管。JamshidiTM针通常插入到一目标位置中，此时使用所述JamshidiTM针插入其他工具及/或植入物中。通常地，在开放式手术中，对于多个较小直径的工具及/或多个植入物，所述JamshidiTM针的所述内管被移除，以及通过所述JamshidiTM针的所述外管插入所述工具及/或植入物，而对于较大的直径的多个工具及/或多个植入物，通过移除所述JamshidiTM针的所述内管来插入所述工具及/或植入物，插入一刚性的导线并穿过所述外管，移除所述外管，然后沿着所述刚性的导线插入所述工具及/或植入物。对于微创手术，以上所述的多个步骤(或其类似步骤)通常是通过多个小切口来执行。
应当注意，通常在整个说明书和本申请的权利要求中，术语“工具”应解释为包括在对所述骨骼的解剖结构执行的一程序期间插入所述骨骼解剖的任何部分中的任何工具或植入物。这样的多个工具可包括柔性、刚性及/或半刚性探针，以及可包括多个诊断探针、治疗探针及/或成像探针。例如：所述多个工具可包括JamshidiTM针、其他的针、k线、椎弓根标记物、螺钉、钉子、其他植入物、植入物输送探针、钻头、内窥镜、通过一内窥镜插入的探针、组织消融探针、激光探针、气球探针、注射针、组织移除探针、药物输送探针、刺激探针、扩张器等。通常地，此类的程序包括多种脊柱稳定程序、例如：椎体成形术(即注射合成或生物性骨水泥以稳定脊柱骨折)、椎体后凸成形术(即注射合成或生物骨水泥以稳定脊柱骨折，并采取一额外步骤在注射所述骨水泥之前在所述骨折的区域内充气一气球、固定(例如：通过将例如螺钉的装置插入所述椎骨中的每一个中，并将所述多个螺钉与多个螺柱连接而将两个或更多个椎骨相互锚固)、固定与融合(即以额外的步骤的一植入物来固定，例如：放置在所述多个椎骨的多个椎体之间的一护架)及/或内窥镜检查(即将一内窥镜插入到一椎骨及/或一椎间盘，例如：以移除压迫多个神经的组织(例如：椎间盘组织或椎骨)。
现在参考图2，图2是如现有技术中所使用的两个JamshidiTM针36插入一椎骨38中的一示意图。通常地，针对一椎体的一脊柱的介入是以多个工具针对相对于所述对象的脊柱的10至11点及1至2点方向的多个插入窗口来执行。将工具插入一椎骨中必须避开所述脊髓42，以及额外地，需要避免从所述多个侧面离开所述椎骨，在所述椎骨的任一侧仅留下两个狭窄的插入窗口44。如下文中所述，并且参考图3A至4B，通常地，用于确认所述多个插入窗口的所述多个位置的多个最重要的图像是多个从三维图像数据中导出的所述多个图像，并且不能从通常在所述介入的期间获取的所述多个实时二维图像中获取。
现在参考图3A及3B，图3A及3B是一椎骨的一三维计算机断层图像的多个示意图，以及从所述三维计算机断层图像导出的一二维轴向切片(图3B)，这样的多个图像被用于现有技术中。还参考图4A及4B，图4A及4B示出了如现有技术中所使用的用于获取前后部(“AP”)的二维放射性造影图像的C型臂34以及所得到的一前后部的图像(图4A)，以及用于获取一侧部的二维放射性造影图像的C型臂34以及所得到的一侧部的图像(图4B)。
如同可观察到的，图3B的所述轴向的二维图像切片中示出了对于确认所述工具的所述进入点、插入方向以及插入深度而言是重要的所述椎骨的所述视图。相比之下，由所述C型臂获取的所述多个二维放射性造影图像是三维空间的总和，以及未示出所述椎骨的多个横截面视图。如上所述，多个计算机辅助手术(CAS)系统通常利用将所述对象放置在所述手术室之前，或一旦所述对象被放置在所述手术室中但通常是在一介入已经开始之前产生的计算机断层及/或核磁共振成像图像。然而，这样的多个程序通常比非计算机辅助手术程序(例如：多个非计算机辅助手术程序，包括：开放式程序、小型开放式程序以及微创程序)更为昂贵，限制工具的选择为如上所述的多个配备有多个位置传感器的工具，并且要求在每次手术的一开始时单独地识别及校准所述多个工具。
根据本发明的一些应用，相对于三维图像数据(例如：一三维图像、从三维图像数据导出的一二维横截面及/或从三维图像数据导出的一二维投影)，在非计算机辅助手术程序中(例如：在开放式、微型开放及/或微创手术)确认一工具在术中的所述位置。本说明书所述的多个技术通常在不需要将多个位置传感器(例如：红外线发射器或红外线反射器、或磁传感器或电磁传感器)安装到所述工具或所述对象中的情况下实施，以及在所述程序之前不需要识别及/或校准多个工具。本说明书所述的多个技术通常不需要追踪所述对象的身体的所述位置或所述对象的身体的所述适用部分，并且不假设知道所述对象的身体在某些参考系中的多个位置坐标。本说明书中描述的技术通常不需要依赖于通常不在一骨科手术室中使用的多个追踪技术(例如：电磁追踪技术或红外线追踪技术)的位置传感器。进一步通常地，实践本说明书中描述的技术不需要知道所述二维放射性造影成像装置(例如：C型臂34)的任何单独的姿势的多个精确参数，并且不需要追踪所述二维放射性造影成像装置(例如：C型臂34)相对于彼此的多个姿势及/或相对于所述对象的所述位置。对于一些应用，通过将一放射性造影成像装置移动到多个相应的视角的所述图像的多个采集之间的多个相应姿势，从两个或更多个视角中获取多个二维放射性造影图像(例如：多个二维X射线图像)。通常地，一单一X射线来源被用来进行所述多个二维X射线图像的采集，尽管对于一些应用，使用了多个来源。一般而言，在这里将所述二维放射性造影成像装置的多个视角描述为前后部、侧部、倾斜等，不应该被解读为必须从所述精确的多个视角中获取多个图像的意思，而是大致地从这样的视角获取多个图像通常足够了。通常地，本说明书所述的多个技术是与工具无关的，即所述多个技术可以用任何的适用的工具实施，并且通常不需要对所述工具进行任何修改及/或添加。
应当注意，尽管参考三维计算机断层成像描述了本发明的一些应用，但是本发明的范围包括使用任何三维成像，例如：核磁共振成像、三维X射线成像及/或三维成像的其他模式，比照适用。这样的成像可以在一介入之前、所述介入的一开始时及/或在所述介入期间的一些时间点时执行。例如：可以在将所述对象放置在所述手术室内之前、当所述对象首先被放置在所述手术室内时，或在所述对象处于所述手术室中的一些时间点，但是在一给定的工具插入到所述给定的目标部分之前，执行所述三维成像。类似地，尽管本发明的一些应用参考二维放射性造影或X射线成像来描述，但本发明的范围包括使用任何二维成像，例如：超声波及/或二维成像的其他形式，比照适用。尽管参考在骨骼解剖及/或所述脊柱的椎骨上执行的多个程序来描述本发明的一些应用，但是本发明的所述范围包括将本说明书所述的多个设备及方法应用于其他骨科手术(例如：一关节(例如：肩部、膝部、髋部及/或踝部)替换、关节修复、骨折修复(例如：股骨、胫骨及/或腓骨)、在一肋骨上执行的一程序(例如：肋骨移除或肋骨切除)、血管介入、心血管介入、神经血管介入、腹部介入、治疗性照射及/或对一对象的其他部分执行的多个介入，包括多个介入，其中在所述多个介入之前获取三维图像数据及在所述介入期间获取多个二维图像，比照适用。
现在参考图5A、5B、5C、5D及5E，是根据本发明的一些应用，通常地放置在一对象上的多个不透射线的标记物52的多个组合50的示意图。对于一些应用，多个标记物的所述多个组合设置在一悬垂物53上，如图所示。悬垂物53通常是无菌及一次性的。对于一些应用，所述多个标记物的组合包括一认证及/或一反复制组件，例如：射频识别(RFID)、(多个)条形码等。
通常地，多个标记物52的多个组合50被放置在所述对象的将要执行一介入的一部位的一附近区域上或附近，并且使得所述多个标记物的至少一些出现在从用于这样的一介入的多个典型的成像视角的所述介入部位中获取的多个二维放射性造影图像中。例如：对于在所述对象的脊柱上执行的一程序，所述多个标记物通常被放置在所述对象的背部上的所述脊柱介入的所述部位的一附近区域，使得多个标记物的至少一些出现在从前后部的成像视角中获取的所述介入部位的多个二维放射性造影图像中(如图5B、5C、5D及5E所示)。对于一些应用，将所述多个标记物放置在所述对象的侧部上的所述脊柱的介入的所述部位的一附近区域，使得至少一些标记物出现在从一侧部的成像视角中获取的所述介入的部位的二维放射性造影图像中(图5A)。对于一些应用，将所述多个标记物放置在所述对象的背部，使得所述多个标记物中的至少一些与所述对象的骶骨同一水平。
如图所示，所述多个标记物可以排列成一线条(例如：如图5A中的一标尺)、一网格(图5B)、一对平行线(图5C)、一手术部位周围的一框架(例如：一圆形(图5D)、或一矩形(图5E))及/或任何其他形状。对于一些应用，所述多个标记物包括一个或多个网格及/或多个离散元素的一组合，所述多个离散元素(虚拟地或物理地)连接到一个或多个网格中。对于一些应用，所述多个标记物的组合包括一布置，所述布置在多个不同的图像视角中可见的多个部分，例如：所述布置可包括两个标尺，所述两个标尺中的一个定位在所述对象的背部上(例如：如图5C所示)，以致在从一前后部的视角中获取的一图像中是可见的，以及另一个位于所述对象的侧部(例如：如图5A所示)，以致在从一侧部的视角中获取的一图像中是可见的。对于一些应用(未示出)，所述多个标记物的组合是多个可识别的不透射线特征的一刚性的布置，例如：放置在所述手术台上或附接到所述手术台的一具有凹口的不透射线的标尺。
通常地，在骨骼解剖上进行的手术开始于在所述手术的部位处的周围附接一无菌手术悬垂物。在脊柱手术的情况下，所述手术的途径可以是前部、后部、侧部、倾斜等，并相应地放置所述手术悬垂物。对于这样的应用，多个标记物52的多个组50通常地放置在所述手术悬垂物的上方。替代地，将多个标记物的多个组合放置在所述对象的皮肤上(例如：若不使用手术悬垂物)。对于一些应用，多个标记物的多个组合被放置在所述对象的身体的下方，在所述手术台上(例如：附接在所述手术台上)及/或使得所述多个标记物中的一些在所述对象的身体的所述附近区域的所述手术台的上方。对于一些应用，使用多个标记物的多个组合。例如：多个标记物的多个组合可以彼此相邻地放置。替代地或额外地，可以将多个标记物的一组或多组放置在所述对象的身体上，使得至少一些标记物在多个多个X射线图像视角中的每一个中是可见的，例如：对于前后部的视角或后前部(PA)的视角，在背部或胃及/或胸部上，而对于侧部的视角，在所述身体的所述侧部上。对于一些应用，上方设置有一标记物的一单一悬垂物53是从，例如：所述背面延伸到所述侧面，使得多个标记物在前后部的X射线图像视角及侧部的X射线图像视角中是可见的。
还参考图6A及6B，图6A及6B是根据本发明的一些应用的被配置为放置在一对象身上的多个不透射线的标记物52的第一组及第二组50A及50B的多个示意图。对于一些应用，所述第一组不透射线的标记物及所述第二组不透射线的标记物是通过一个或多个表面54彼此耦合。例如：所述一个或多个表面可包括悬垂物53的一部分。所述一个或多个表面被配置为将所述第一组标记物及第二组标记物定位在所述对象的脊柱的多个相应的侧部上，并相对于彼此定位在多个预先定义的方位(例如：平行及/或以所述多个组合的一端或两端彼此对齐)，通过将所述一个或多个表面放置在所述对象的脊柱的一部分上，其中所述部分即将要进行所述程序。在将所述第一组标记物及所述所述第二组标记物定位在所述对象的脊柱的所述多个相应的侧部上后，所述一个或多个表面被配置为可从所述对象的身体上移除(例如：所述多个表面可被剥离)，以致便于对于放置有一个或多个表面的所述对象的脊柱的所述部分执行所述程序，同时将所述第一组标记物及所述第二组标记物以它们相对于彼此的多个预先定义的方位留在所述对象的脊柱的所述多个相应的侧部上。
通常地，从而，所述多个标记物的组合以一期望的关系相对于彼此定位(例如：平行及/或所述多个组合的每一个的一端或两端彼此对齐)。然而，凭借移除(多个)表面54，来防止所述(多个)表面的多个碎片进入所述身体及/或干扰所述介入。通常地，所述多个标记物的多个组合被定位在所述对象的脊柱的任一侧，使得即使在所述介入的部位(以及所述脊柱的多个相邻的部分)的多个倾斜的X射线图像视角中，至少属于所述多个标记物的多个组合中多个标记物是可见的。进一步典型地，所述多个标记物的多个组合定位在所述对象的脊柱的任一侧上，使得即使在从所述工具的插入的所述方向中或是在相对于所述工具的插入的所述方向倾斜(即对角线)的多个视角中获取的多个放大视图中，至少属于所述多个标记物的多个组合是可见的。通常地，将所述多个不透射线的标记物的所述组合放置在所述对象上，使得所述多个不透射线的标记物不会妨碍椎骨的前后部或侧部的X射线图像，使得所述多个不透射线的标记物在所述程序的期间不会干扰所述外科医生的所述视角，以及不干扰二维及三维图像数据相对于彼此的配准(如下文所述，通常基于所述椎骨的几何形状)。
通常地，用于多个开放式手术程序的所述多个标记物的多个组合如图6A所示，对于这样的多个程序，需要一相对大的中心窗口来执行在所述多个标记物的两个组合之间的所述程序。
通常地，通过针对10至11点及1至2点方向的多个插入窗口的多个小切口进行多个微创的脊柱介入。对于一些这样的应用，沿着位于所述11点钟定位与1点钟定位之间的一部位放置一额外的标记物的组合50C，如图6B所示。所述多个额外的标记物的组合相对于所述第一组标记物及所述第二组标记物定位，使得当所述第一组标记物及所述第二组标记物时沿着所述脊柱的多个相应的侧部放置时，所述多个额外的标记物的组合沿着所述对象的脊柱的一中心放置。对于这样的应用，当移除分别设置在多个标记物的组合50A及50C之间的多个表面54时，通常地通过针对10至11点及1至2点方向的多个插入窗口的多个切口执行一介入。
多个不透射线的标记物52通常地包括肉眼可见的多个标记(例如：线、凹口、数字、字符、形状)以及所应用的所述成像。通常地，所述多个标记物是不透射线的，使得所述多个标记物在多个放射性造影图像中是可见的。进一步典型地，相对于所述对象放置在多个相应的位置的多个标记物是可识别的。例如：如图6A及图6B所示的多个相应的不透射线的字母数字字符设置在多个相应的位置。对于一些应用，放置在多个相应的位置的多个标记物可基于其他特征来识别，例如：基于所述多个标记物相对于其他标记物的所述多个布置。使用一放射性造影成像装置(例如：C型臂34)，获取所述多个不透射线的标记物的组合的多个放射性造影图像，多个相应的图像沿着所述对象的脊柱的至少一部分具有多个相应的位置，并且所述多个图像中的每一个包括所述多个不透射线的标记物的至少一些。
如图6A至6B所示，通常地，所述多个标记物的每一组包括多个不透射线的凹口。对于一些应用，以促进所述多个图像的解读，以及例如：在当仅有一标尺是可见的时候避免产生混淆，所述多个标记物的多个组合中的每一个额外地以一相应的不透射线的字符的组合来标记，所述多个组合彼此互不相同。例如：如图所示，组合50A是以多个数字来标记，而组合50B是以多个字母来标记。
通常，悬垂物53由一柔性材料制成，所述柔性材料被配置为大体上符合所述对象的身体的轮廓。对于一些应用，多个不透射线的标记物52的至少一些是刚性，以及具有多个相应的已知的尺寸。例如：图6A和6B中所示的多个标记物58可以是刚性的。所述多个刚性的不透射线的标记物设置在所述柔性材料上，使得通常所述多个刚性的标记物的刚性不会阻碍所述柔性材料大体上符合所述对象的身体的轮廓。通常地，通过图像处理识别，计算机处理器22通过所述放射性造影成像装置(例如：C型臂34)，获取所述脊柱的一放射性造影图像内的所述多个刚性不透射线的标记物中的至少一个，并且基于所述被识别的多个刚性不透射线的标记物，通过图像处理，确认所述放射性造影图像内的多个特征的多个尺寸(例如：多个自动识别的特征及/或系统20的一操作者指定的多个特征)。根据多个相应的应用，所述多个刚性标记物是二维或三维，并且所述多个刚性标记物的全部或部分是不透射线的。
对于一些应用，通常根据本说明书所述的多个技术，使用出现在所述对象的多个不同的X射线图像视角中的多个刚性不透射线的标记物(及/或一刚性不透射线夹具)是用于帮助将多个X射线图像相互配准。对于一些应用，通常地，根据本说明书所述的多个技术，出现在所述对象的多个不同的X射线图像视角中的多个刚性不透射线的标记物(及/或刚性不透射线夹具)是用于帮助将多个X射线图像配准到三维图像数据(例如：到计算机断层图像数据)及/或相互配准。
对于一些应用，类似于参考图6A所示的所述的布置的一布置被应用于第一组不透射线的标记物及第二组不透射线的标记物，所述第一组50A被定位成使得所述第一组50A从对应于所述X射线成像的一第一预期的视角(例如：前后部)的预期的介入方向(例如：背部的)中是可见的，而第二组50B被定位成使得所述第二组50B从对应于所述X射线成像的一第二预期的视角(例如：左侧视图或右侧视图)的一次级方向(例如：侧部的)中是可见的。所述多个标记物的组合的彼此间的空间关系是已知的，例如：它可以由一个或多个表面54并经由通过与所述表面54相互耦合的所述所述多个标记物的组合来限定(对于一些应用，如上所述，所述多个表面是可拆卸的)。一旦应用于所述对象，所述两个标记物的组合50A及50B通常促进多个特定的椎骨的所述关联，如在一X射线视图(例如：前后部的视图)中所见，具有与在一第二X射线视图中看到的多个相同的椎骨(例如：一左侧视图或一右侧视图)。对于一些应用，这样的关联由所述外科医生参考所述多个不透射线的标记物手动地执行，例如：所述外科医生识别与所述多个X射线图像中彼此具有一已知的关联的多个标记物，例如：通过匹配多个字母数字字符。替代地或额外地，通过图像处理，通过系统20的计算机处理器22自动地执行所述关联，例如：通过识别在所述多个X射线图像中彼此具有一已知的关联的多个标记物，例如：通过图案匹配，或通过光学字符辨识。
对于一些应用，如上所述的多个标记物52的多个组合50及/或一刚性不透射线夹具用于促进以下任何一个功能：
·椎骨节段验证，如下所述。
·在术中到达一期望的椎骨而不需要将多个针刺入所述病患内及/或沿着一系列的非组合的X射线进行计数。
·使用椎骨节段验证，显示所述脊柱的一三维图像，所述三维图像包括在所述三维图像上的椎骨的多个指示。
·在(多个)实际的切口之前确认所述(多个)正确的切口部位。
·提供具有一些已知的尺寸/间隔的一参考的标尺，例如：通过使用多个刚性标记物58来提供参考多个尺寸及/或通过比较多个已知的形状及/或尺寸，例如：在一图像中看到的多个刚性标记物58(例如：为了确认在所述图像中缩短的程度)。
·对所述对象的多个图像进行多个测量，例如：通过使用所述多个刚性标记物来提供多个参考尺寸及/或通过比较多个已知的形状及/或尺寸(例如：所述多个刚性标记物58的形状及/或尺寸)与在一图像中所述看到的(例如：为了确认在所述图像中缩短的程度)。
·将多个二维放射性造影图像配准到三维图像数据。在这方面，应当注意，若在所述手术室中获取所述三维图像数据，则可以在所述三维图像数据以及所述多个二维图像中至少一些中观察到多个标记物52及多个刚性标记物58，通常地进一步便于配准。如果先前已获取所述三维图像数据，则所述三维成像数据通常包括一些内置尺寸，所述二维图像数据通常不包括这些内置尺寸。多个刚性标记物58提供所述多个二维图像中的多个参考尺寸，对于一些应用，所述多个参考尺寸可以用作将所述多个二维图像配准到所述三维图像数据的一额外的输入。
·识别所述二维成像装置(例如：X射线C型臂)的一姿势及/或所述病患的一定位的多个变化。通常地，若所述二维成像装置相对于所述对象的所述定位或所述对象相对于所述二维成像装置的所述定位已经改变，则在所述多个二维图像中，所述多个标记物52相对于图像内的所述解剖结构的所述的外观将会有一明显的变化。对于一些应用，响应于检测到这种改变，所述计算机处理器产生一警报。替代地或额外地，所述计算机处理器可以计算所述位置的变化，并且例如在本说明书所述的多个算法的应用中考虑所述位置的变化。进一步替代地或额外地，所述计算机处理器协助所述外科医生将所述二维成像装置返回到相对于所述对象的一先前方位。例如：所述计算机处理器可以产生关于将一X射线C型臂移动到何处的多个指示，以复制一先前的成像定位，或所述计算机处理器可以促进一操作者的视觉比较。
·在一程序的全程中为所述外科医生提供一参考，所述参考用于提供一般的定向。
·向所述计算机处理器提供关于图像采集及/或工具插入的所述定向的信息，例如：前部到后部(“AP”)或后部到前部(“PA”)、左侧或右侧等
·产生及更新所述对象的脊柱的一视觉路线图，如下文进一步详细描述。
对于一些应用，即使在没有多个标记物52的多个组合50及/或一刚性夹具的情况下，也可以通过计算机处理器22执行以上列出的通过使用标记物52的多个组合50及/或一刚性的夹具来促进的所述多个功能的至少一些，例如使用如本说明书所述的多个技术。通常地，多个标记物52的多个集合50及/或一刚性夹具是用于节段验证、一工具进入点或一切口部位的确认、使用多个刚性标记物作为参考执行多个测量、识别所述二维成像装置(例如：X射线C型臂)与所述对象的一相对的姿势的多个变化，以及提供一般的定向。系统20的所有其他功能(例如：将二维图像配准到三维图像数据，并且从所述配准中导出的其他功能)通常不一定需要使用多个标记物52的多个组合50及/或一刚性夹具。上述的多个功能可以通过计算机处理器22自动地执行及/或手动地执行。
本发明的多个应用通常应用于在非计算机辅助手术的脊柱手术中的一个或多个程序任务，包括但不限于：
·在所述介入期间，应用在术前的三维可见性(例如：来自于计算机断层及/或核磁共振成像)。应当注意，三维可见性提供了多个期望的横截面图像(如下文进一步详细描述)，以及通常地比起多个在术中的二维图像所述提供的横截面图像更具有信息性及/或具有更好的质量(应当注意，对于一些应用，执行在术中的三维成像)。
·确认将要操作的所述(多个)椎骨。
·确认插入一个或多个工具的所述(多个)点。
·确认一个或多个工具的所述插入方向。
·在插入期间监测工具的进展，通常是相对于病患的解剖结构。
·到达(多个)目标或(多个)目标区域。
·重复上述任何步骤时替换多个工具。
·确认所述解剖结构内的工具/移植物的位置，包括在三维下确认。
·产生及更新所述对象的脊柱的一视觉路线图，如下文进一步详细描述的。
现在参考图7，图7是示出了根据本发明的一些应用的使用系统20通常执行的多个步骤的流程图。应当注意，图7中所示的一些步骤是可选的，并且所述多个步骤中的一些可以以与图7中所示的一顺序不同的一顺序来执行。在一第一步骤70中，(多个)目标椎骨由一操作者相对于所述对象的脊柱的三维图像数据(例如：一三维图像、从三维图像数据导出的一二维横截面及/或从三维导出的一二维投影图像)来标记。对于一些应用，在一第二步骤72中，将多个标记物的多个组合50放置在所述对象上、所述对象的下方、所述手术台上或所述对象的一附近区域的所述手术台上方。对于一些应用，步骤72是在步骤70之前执行。通常地，在一第三步骤74中，识别所述脊柱的椎骨以验证正在执行所述程序是对所述正确的椎骨执行(被称为“节段验证”的一步骤)，并使用所述脊柱的多个放射性造影图像以及所述多个标记物来以促进所述识别。在一第四步骤76中，确认一切口部位(在微创手术的情况下)或一工具进入点(在开放式手术的情况下)。在一第五步骤78中，在多个工具的序列中的所述第一工具(通常是一针，例如JamshidiTM针)通常被插入到所述对象中(例如：在所述对象的背部中)，并且稍微地固定在所述椎骨中。在一第六步骤80中，从多个相应的视角中获取两个或更多个二维放射性造影图像，所述多个相应的视角通常相差至少10度(以及通常更相差30度或更多)，并且所述多个相应的视角中的一个通常来自于所述工具的一插入方向。通常地，获取大致上前后部的图像及大致上侧部的图像。替代地或额外地，获取来自于多个不同的视角的多个图像。在一第七步骤中，通常地，所述计算机处理器将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像。
在将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像后，如下文详细描述的系统20的多个额外的特征可以由计算机处理器22应用。例如：在步骤84中，所述计算机处理器驱动显示器30以显示从一二维图像中识别的一工具的尖端的一当前位置处的所述三维图像数据中导出的一横截面，以及可选地，在所述横截面图像上示出一垂直线，所述垂直线指示在所述工具的所述尖端当前设置的某处的所述横截面图像内的一线条。
应当注意，如下文进一步详细描述，对于一些应用，为了执行步骤84，所述计算机处理器仅从一单一X射线图像视角中获取的所述椎骨内的一第一位置处的一工具的一个或多个二维X射线图像，并且通过从所述三维图像数据产生多个二维投影，将所述一个或多个二维X射线图像配准到所述三维图像数据，以及识别与所述椎骨的所述多个二维X射线图像匹配的一二维投影。响应于将从所述单一X射线图像视角中获取的所述一个或多个二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述计算机处理器驱动一显示器，以显示从所述工具的一尖端的一当前位置处的所述三维图像数据中被导出的一横截面，如从所述一个或多个二维X射线图像所识别的，以及可选地，在所述横截面图像上示出一垂直线，所述垂直线指示在所述工具的所述尖端的所述第一位置设置的某处的所述横截面图像内的一线条。通常地，当所述工具的所述尖端相对于所述椎骨设置在一额外的位置时，进一步从相同的单一X射线图像视角或一不同的单一X射线图像视角中获取所述额外的位置处的所述工具的多个二维X射线图像，并重复上述步骤。通常地，对于应用上述技术的所述工具的所述尖端的每个位置，仅需要从一单一X射线图像视角中获取的多个二维X射线图像，所述与所述工具的所述尖端的所述多个相应的位置保持相同，或可以不同于用于所述工具的所述尖端的多个相应的位置。通常地，从多个相应的视角中获取两个或更多个二维X射线，以及通常地通过识别与多个相应的二维X射线图像匹配的所述三维图像数据的一相应数量的二维投影，将所述三维图像数据与所述二维X射线图像相互配准(以及彼此)。在步骤86中，所述计算机处理器驱动显示器30以参考一目标位置及/或参考一期望的插入向量来显示所述工具的所述预期(即推断的)路径。
在步骤88中，所述计算机处理器基于在一主要的二维成像视角中观察到的所述工具的进展，来模拟一次要的二维成像视角内的工具的进展。在步骤90中，所述计算机处理器在所述三维图像数据(例如：从三维图像数据导出的一三维图像、二维横截面及/或从三维图像数据中导出的一二维投影图像)上覆盖所述工具的一图像，所述工具的的一图像的一表示及/或所述工具的路径的一表示。所述工具或所述工具的路径的所述位置已从当前的多个二维图像中导出。
现在参考图8A，图8A示出了根据本发明的一些应用在一冠状横截面图像92上指定的一椎骨91以及在一对象的脊柱的一矢状横截面图像94上，所述多个横截面图像从三维图像数据导出。如上文参考图7的步骤70所述，通常地，在将所述对象放置在所述手术室之前，或当所述对象在所述手术室中但在一介入开始之前，一操作者相对于三维图像数据(例如：三维图像、从三维图像数据导出的一二维横截面及/或从三维图像数据导出的一二维投影图像)标记所述(多个)目标椎骨。对于一些应用，响应于所述操作者标记一椎骨，所述计算机处理器指定(多个)额外的椎骨。对于一些应用，所述操作者相对于所述三维图像数据标记以下的任何一个或任何组合：在所述椎骨内的一特定目标(例如：一骨折、一肿瘤等)、多个用于插入工具的期望的途径的方向/向量及/或多个植入物(例如：多个椎弓根螺钉)的多个期望的放置位置。对于一些应用，所述操作者相对于一二维X射线图像标记所述目标椎骨，所述二维X射线图像具有一足够大的视图以包含所述解剖结构的一可识别部分(例如：骶骨)以及所述(多个)目标椎骨。对于一些应用，标记多于一个目标椎骨，以及对于一些应用，标记彼此不相邻的两个或更多个椎骨。
对于一些应用，所述计算机处理器自动地从一可识别的解剖学参考(例如：所述骶骨)到所述(多个)被标记的目标椎骨对在所述图像上的椎骨的数量进行计数。然后，已知所述(多个)目标椎骨是来自于所述可识别的解剖学参考的第N个椎骨(即使所述(多个)椎骨的所述多个解剖的标签是未知的)。对于一些应用，使用多个图像处理技术自动地对所述(多个)椎骨进行计数。例如：所述多个图像处理技术可以包括(将多个椎骨视为一个整体、多个横突及/或多个棘突等的)多个解剖学特征的形状辨识。或者，所述多个图像处理技术可以包括脊柱的外部边缘线检测(在所述脊柱的一二维图像中)，然后沿着所述脊柱的多个膨出的数量进行计数(每一个膨出对应于一椎骨)。对于一些应用，所述多个图像处理技术包括在Tolkowsky的US 2010-0161022中描述的多个技术，其通过引用并入本说明书中。
更详细地参考图7的步骤72，对于一些应用，其中在所述对象中的一脊柱的一给定的椎骨上执行一程序，将一组或多组不透射线的标记物52放置在所述对象上或附近，使得被放置在相对于所述对象的多个相应位置的多个标记物是可识别的，例如：如图5A至5E及图6A至6B所示。例如：如图6A及6B所示，对于一些应用，放置在多个相应的位置的多个标记物可基于其他特征来识别，例如：基于所述多个标记物相对于其他标记物的所述多个设置。使用一放射性造影成像装置(例如：C型臂34)，获取所述多个不透射线的标记物的组合的多个放射性造影图像，多个相应的图像沿着所述对象的脊柱的至少一部分具有多个相应的位置，以及所述多个图像中的每一个包括所述多个不透射线的标记物的至少一些。使用计算机处理器22，以通过图像处理，识别在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的多个位置。基于在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的所述被识别的多个位置，将所述多个放射性造影图像中的至少一些相对于彼此相互组合。通常地，这种的多个图像的组合类似于拼接多个图像。然而，所述多个图像通常是不精确地拼接，以将在多个相邻的图像中的所述对象的解剖结构的多个部分相互拼接。相反，所述多个图像是以足够的精确度来组合，以能够确认在所述多个被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的一位置。
对于一些应用，基于所述被组合的多个放射性造影图像，所述计算机处理器自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨(例如：所述先前被标记的一目标椎骨)的一位置。对于一些应用，所述计算机处理器通过从一可识别的解剖学参考(例如：骶骨)对所述图像上的椎骨的数量进行计数，自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的位置。对于一些应用，执行所述计数直到前述的第N个。对于一些应用，执行所述计数直到相对于前述的第N个所定义的一数值。对于一些应用，使用多个图像处理技术自动地对所述(多个)椎骨进行计数。例如：所述多个图像处理技术可以包括(将多个椎骨视为一个整体、多个横突及/或多个棘突等的)多个解剖学特征的形状辨识。或者，所述多个图像处理技术可以包括脊柱的外部边缘线检测(在所述脊柱的一二维图像中)，然后沿着所述脊柱的多个膨出的数量进行计数(每一个膨出对应于一椎骨)。对于一些应用，所述多个图像处理技术包括在Tolkowsky的US 2010-0161022中描述的多个技术，其通过引用并入本说明书中。对于一些应用，所述计算机处理器通过显示所述被组合的多个放射性造影图像，促进在所述被组合的多个放射性造影图像内手动确认所述给定的椎骨的所述位置。
基于所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的椎骨的所述位置，如下文进一步详细描述，确认所述给定的椎骨相对于被放置在所述对象上或附近的多个不透射线的标记物的所述组合的一位置。
对于一些应用，在一对象的肋骨上执行与上文中相对于多个椎骨描述的多个技术相似的一技术。例如：多个不透射线的标记物的一组合被放置在所述对象上或附近，使得被放置在相对于所述对象的多个相应的位置处的多个标记物是可识别的。使用一放射性造影成像装置(例如：C型臂34)，获取所述多个不透射线的标记物的组合的多个放射性造影图像，多个相应的图像沿着所述对象的胸腔的至少一部分具有多个相应的位置，并且所述多个图像中的每一个包括所述多个不透射线的标记物的至少一些。使用所述计算机处理器，以通过图像处理，识别在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的多个位置。基于在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的所述被识别的多个位置，将所述多个放射性造影图像中的至少一些相对于彼此相互组合。
对于一些应用，基于所述被组合的多个放射性造影图像，所述计算机处理器自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的肋骨的一位置(例如：所述先前被标记的以及在计算机断层图像数据、核磁共振成像图像数据及/或具有一足够大的视野的一X射线图像内进行计数的一目标肋骨)。对于一些应用，所述计算机处理器通过从一可识别的解剖学参考对所述图像上的多个肋骨的数量进行计数，自动地确认在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的肋骨的位置。对于一些应用，使用多个图像处理技术自动地对所述多个肋骨进行计数。例如：所述多个图像处理技术可以包括多个肋骨的形状辨识。对于一些应用，所述多个图像处理技术包括在Tolkowsky的US 2010-0161022中描述的多个技术，其通过引用并入本说明书中。对于一些应用，所述计算机处理器通过显示所述被组合的多个放射性造影图像，促进在所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的肋骨的所述位置的手动确认。基于所述被组合的多个放射性造影图像内的所述给定的肋骨的所述位置，确认所述给定的肋骨相对于被放置在所述对象上或附近的所述多个不透射线的标记物的组合的一位置。
应当注意，在没有多个标记物52的多个组合50的情况下，用于确认一给定的椎骨的所述位置的所述典型的方法包括从所述骶骨沿着所述病患的脊柱获取一系列X射线，并将多个不透射线的针插入到所述对象中，以将所述X射线彼此匹配。通常地，在每个X射线脊柱图像中，在所述视野内仅有3至4个椎骨，并且必须获取多个重叠的图像，以致能够使用所述多个重叠的图像对椎骨进行人为计数。这种技术可涉及在前后部的X射线图像及侧部的X射线图像之间来回切换，这种方法有时会导致错误层面的手术，例如：在“错误部位的脊柱手术：一个被漏报的问题？AAOS·现时”，“美国骨科医师协会，2010年3月中描述的。
现在参考图8B，图8B示出了根据本发明的一些应用，与所述对象的脊柱的一被组合的放射性造影图像96一起显示的一对象的脊柱的一三维计算机断层图像95的一示例。根据本发明的一些应用，将多个标记物的一组合50放置在所述对象上或附近，使得所述多个标记物的组合的底部设置在所述骶骨的上方或所述附近区域中。沿着所述脊柱获取来自于彼此大体上相同的视角的一系列X射线图像，通常但不是必须的，在多个相邻的图像之间具有一些重叠。通常地，从一大体上前后部的视角获取X射线图像的一序列，但是也可以从一不同的视角获取一系列的X射线图像，例如：一大体上的侧视图。使用计算机处理器22，通过图像处理，识别在所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的多个位置。基于所述多个放射性造影图像内的所述多个不透射线的标记物的所述多个被识别的位置，将所述多个放射性造影图像中的至少一些相对于彼此相互组合。例如：通过组合(a)与(b)来产生组合的放射性造影图像96，其中(a)为从一大体上的前后部的视角中获取的一第一X射线图像97，以及所述第一X射线图像97是从所述对象的骶骨处开始，并且包括所述右方的标记物组合中的标记物H至E以及所述左方的标记物组合中的标记物8-5，以及(b)为从与所述第一视角大体上相似的一视角(但是为不完全相同的一视角)中获得的一第二X射线图像98，并且包括所述右方的标记物组合中的标记物E至B以及左方的标记物组合中的标记物5至2。
(应当注意，在图8B中，所述多个字母数字的标记物在所述图像中显示为白色。通常地，所述多个标记物可以显示为通常为白色或通常为黑色，取决于(a)所述图像的多个对比度设置(例如：多个不透射线的部分在一黑色背景上显示为白色，或反之亦然)，以及(b)根据本发明的一些应用，所述多个标记物本身是否为不透射线的或所述多个标记物是否由一不透射线的背衬材料的多个切口构成。)
通常地，所述多个图像的组合类似于拼接多个图像。然而，所述多个图像通常是不精确地拼接，以将在多个相邻的图像中的所述对象的解剖结构的多个部分相互拼接。相反，所述多个图像是以足够的精确度来组合，以促进沿着所述被组合的图像内的所述脊柱对多个椎骨进行计数。然后，凭借一给定的椎骨相邻的、或在所述附近区域中的、或在相对于所述多个可识别标记物中的一给定的一个，得知所述给定的椎骨的物理位置。应当注意，为了将所述多个放射性造影图像彼此组合，通常不需要从一精确的视角(例如：一精确的前后部的视角或精确的侧部的视角)或用于在多个连续图像中的一给定的参考点的精确的复制来获取每个图像。相反，通常保持一给定的成像方向，并且具有至少在所述多个图像中大体上可见的一些标记物通常是足够的。
如上所述，对于一些应用，为了确认所述(多个)先前标记的目标椎骨或其它(多个)椎骨的所述位置，所述计算机处理器自动地对在所述被组合的多个放射性造影图像内的多个椎骨进行计数(以及对于一些应用，进行标记，例如：自动地标记或及/数字标记)。替代地，所述计算机处理器驱动所述显示器以显示所述被组合的多个放射性造影图像，以促进由一操作者确认所述(多个)先前标记的目标椎骨的所述位置。所述操作者能够对所述被组合的多个放射性造影图像内的所述椎骨进行计数，以确认所述被组合的多个图像内的所述多个不透射线的标记物中的哪个与所述椎骨相邻或在所述椎骨的所述附近区域，然后通过定位所述多个相对应的物理标记物﹐将所述椎骨物理地定位在所述对象内。
现在参考图8C，图8C示出了根据本发明的一些应用的与所述对象的脊柱的一二维放射性造影图像102一起显示的所述对象的脊柱的一三维计算机断层图像100的一示例。如图所示，多个标记物52出现在所述被组合的放射性造影图像上。如图所示，使用上述多个技术在所述二维放射性造影图像中识别椎骨91，所述椎骨91被一操作者相对于所述三维图像数据识别(如上文参考图8A所述)，并且由一光标104标示。
对于一些应用，基于对所述被组合的多个放射性造影图像中的所述多个椎骨进行计数及/或标记，系统20的计算机处理器22对所述三维图像数据(例如：一三维图像，从三维图像数据中导出的一二维横截面及/或从三维图像数据中导出的一二维投影图像)内的多个椎骨进行计数及/或标记。对于一些应用，所述计算机处理器驱动所述显示器以显示所述多个被标记的椎骨，同时获取及显示多个相对的相对应的二维图像。替代地或额外地，当所述被组合的放射性造影图像已经完成产生及/或显示时，所述计算机处理器驱动所述显示器以显示所述多个被标记的椎骨。应当注意，通常地，所述计算机处理器对在所述三维图像数据及所述二维放射性造影图像上的多个椎骨进行计数、标记及/或识别，而无需确认所述三维图像数据及多个二维图像的多个相对的比例。相反，使所述计算机处理器能够在足以执行多个椎骨的所述计数、标记及/或识别的水平上识别单独的椎骨就足够了。
应当注意，由多个标记物52促进的上述的多个椎骨的识别不限于由计算机处理器在一介入开始时执行。相反，所述计算机处理器可以在所述程序的多个后续阶段执行多个类似的步骤。通常地，由于所述计算机处理器利用一已经识别的椎骨的知识以识别额外的椎骨，因此﹐所述计算机处理器不必在所述多个后续阶段中重复整个系列的步骤。例如：在对一第一椎骨进行识别以及接着执行的一程序后，基于所述已经被识别的第一椎骨，所述计算机处理器可以利用所述被组合的放射性造影图像，以导出一另一目标椎骨的一位置(所述另一目标椎骨可以通过一间隙与第一椎骨分开)。对于一些应用，为了导出一另一目标椎骨的位置，所述计算机处理器首先扩展所述被组合的放射性造影图像(通常地，根据上文描述的技术，使用所述多个标记物来进行)。
对于一些应用，所述操作者在所述脊柱的所述三维图像数据内标记一单一椎骨(或在一些应用中，多个椎骨)。基于标记所述(多个)椎骨，所述计算机处理器基于沿着所述脊柱的多个椎骨的所述已知的解剖排列，自动地标记在所述三维图像数据内的其他椎骨。对于一些应用，基于标记在三维图像数据内的所述一个或多个椎骨，所述计算机处理器标记(例如：解剖学地标记及/或数字地标记)在所述被组合的放射性造影图像内的所述多个椎骨。以这种方式，在所述三维图像数据(例如：一三维图像，从三维图像数据中导出的一二维横截面及/或从三维图像数据导出的一二维投影图像)内以及在所述被组合的多个放射性造影图像内创建一脊柱路线图。对于一些应用，所述脊柱路线图是在一图像上产生的，所述图像是所述三维图像数据以及所述多个二维放射性造影图像的一融合的组合。对于一些应用，所述脊柱路线图在术中是自动更新的。例如：响应于在一二维X射线图像内检测一给定的椎骨内的一工具，可以使用下文详细描述的多个配准技术来更新所述三维脊柱路线图，以在所述椎骨内显示所述工具。
通常地，本发明的范围包括使用一成像装置(例如：一二维成像装置及/或一三维成像装置)获取所述对象的脊柱的成像数据。在对一对象的脊柱的至少一第一椎体及一第二椎骨进行多个介入的一程序期间，所述脊柱的至少一部分的一脊柱路线图图像包含由计算机处理器22产生的所述第一椎骨及所述第二椎骨并且显示在显示器30上。通常地，所述计算机处理器自动地标记所述脊柱路线图图像内的椎骨。对于一些应用，所述计算机处理器确认已经对所述第一椎骨执行一介入(例如：一工具已经插入及/或植入所述第一椎骨中)，使得所述第一椎骨的一外观已经改变。响应于此，所述计算机处理器自动更新所述脊柱路线图，以反映所述第一椎骨的所述外观的所述变化，使得在对所述第二椎骨执行所述介入时显示所述更新的脊柱路线图。
现在参考图9，图9示出了根据本发明的一些应用的与一二维放射性造影(例如：X射线)图像112一起显示的一光学图像110的一示例。如参考图7的步骤76所描述的，在沿着所述对象的脊柱识别一目标椎骨后，通常地，所述操作者确认用于一切口(在微创手术的情况下)的一期望的部位或工具插入(在开放或手术的情况)。对于一些应用，为了促进确认所述切口部位或工具插入部位，将一光学摄像机114设置在所述手术室内，使得所述光学摄像机具有与所述二维放射性造影成像装置的一视角大致相似的一视角。例如：如图1所示，所述摄像机可以设置在X射线C型臂34上。替代地或额外地，所述摄像机可以设置在一单独的臂件上、可以是手持的、可以是例如是一平板电脑或一迷你平板设备的一显示器的后置的摄像机及/或可以由所述手术室的工作人员的另一个成员手持。对于一些应用，将所述摄像机是放置在所述外科医生的头上。通常，对于这样的应用，所述外科医生使用一头戴式显示器。
对于一些应用，使用所述二维放射性造影成像装置(例如：C型臂34)以放射性造影成像的模式来获取所述对象的身体的一部分的一二维放射性造影图像112，以及使用光学摄像机114以光学成像的模式来获取所述对象的身体的一光学图像110(如图1所示)。通过图像处理，系统20的计算机处理器22识别在所述放射性造影图像以及在所述光学图像中的多个不透射线的标记物(例如：多个标记物52)。举例来说，在图9中，多个不透射线网格线(如图5B所示)以及与所述多个不透射线网格线相关联的多个字母数字的不透射线的标记物(也如图5B所示)在所述放射性造影图像及所述光学图像中均是可见的。基于识别所述多个放射性造影图像及所述光学图像中的多个不透射线的标记物，所述计算机处理器将所述放射性造影图像及所述光学图像相对于彼此双向地映射。应当注意，凭借在所述放射性造影图像及所述光学图像中均可见的所述多个不透射线的标记物，从多个大体上相似的视图(但不一定是多个相同的视图)中采集的所述放射性造影图像及所述光学图像通常足以促进所述多个图像相互的双向的映射。
如图9所示，对于一些应用，所述计算机处理器驱动显示器30将来自于一个或多个显示器上的所述放射性造影图像及所述光学图像彼此分开地显示。接着，响应于接收到指示在所述放射性造影图像及所述光学图像中的一第一个中的一位置的一输入，所述计算机处理器产生指示所述放射性造影图像及所述光学图像中的另一个中的所述位置的一输出。例如：响应于在二维X射线图像112上被标记的一线条或一点，所述计算机处理器指示覆盖在所述光学图像110上的多个相对应的线条或点。类似地，响应于在光学图像110上被标记的一线条或一点，所述计算机处理器指示覆盖在所述二维X射线图像112上的多个相对应的线条或点。进一步类似地，响应于被标记在如一当时的光学图像110中所看到的所述对象的身体上一线条或一点、或是例如被放置在所述对象的身体上的一k线或切割刀(例如：回到在一计划的背侧插入工具的情况下)，所述计算机处理器识别这样的线条、点或物体(或所述物体的可应用部分)，并且指示覆盖在所述二维X射线图像112上的一相对应的线条或点。对于一些应用，使用不透射线的墨水在所述对象的身体上绘制一线条或点(例如：在一计划的背侧插入工具的情况下为在所述对象的背部上)。
传统上，为了确认一切口部位的所述位置，将一不透射线的导线放置在所述对象的背部上的一系列的位置处，以及在所述多个位置处的导线上进行X射线拍摄，直到确认所述切口部位。接着，在所述被确认的切口部位处放置一刀具，并获取一最终的X射线图像以进行验证。相反，根据本说明书所述的多个技术，最初可以获取一单一X射线图像，并且将所述单一X射线图像双向地映射到所述光学图像。接着将所述导线放置在一位置处，以及可以观察所述导线相对于所述X射线图像的所述相对应的位置(使用所述双向的映射)，而不需要获取一新的X射线图像。类似地，当将一切割刀放置在一位置处时，可以观察到所述刀具的一适用部分(通常是所述刀具的远端尖端)相对于所述X射线图像的所述相对应的位置(使用所述双向的映射)，而不需要采集一新的X射线图像。替代地或额外地，可以在所述X射线图像上绘制一线条(例如：穿过所述多个椎骨中心、解剖学地沿着所述多个椎骨的所述多个棘突的一垂直线)，以及可以在覆盖在所述病患的背部上的所述光学图像中观察到所述相对应的线条。
对于一些应用，通过所述光学图像及所述光学图像之间的所述双向的映射，一外科医生将一不透射线的刀具116(或另一个不透射线的工具或物体)放置在一预期的切口部位(及/或将一工具放置在一预期的工具插入位置处)，并且通过观察所述刀具的尖端(或另一工具的一部分)相对于所述X射线(例如：通过光标117)的所述位置来验证所述切口部位(及/或工具插入位置)的所述位置。对于一些应用，除了，使用标记物52以外的多个标记物(通常是无菌的)执行上文及参考图9及/或参考其他附图所描述的多个功能。例如：可以使用一不透射线的轴杆118、尺子、多个不透射线的凹口及/或不透射线的墨水。
现在参考图10，图10示出了根据本发明的一些应用的与从所述椎骨的一三维图像数据中导出的一对象的椎骨的一横截面图像122一起显示的一二维放射性造影(例如：X射线)图像120的一示例。对于一些应用，甚至在将所述二维图像配准到所述三维图像数据前(如下文所述)，执行以下步骤。获取所述对象的脊柱的一给定的视角的(例如：前后部的，如图所示)X射线图像120。在所述图像上指示一个点，例如：在图10中通过光标124指示的所述点。系统20的计算机处理器22自动地识别所述椎骨的所述多个端板，以及计算被指示的点与多个端板的相对距离。(应当注意，所述计算机处理器通常不计算多个绝对距离以执行此功能)。从同一椎骨的所述三维(例如：计算机断层)图像，所述计算机处理器在所述被指示的位置(例如：图像122)处产生及显示一给定的平面(通常是轴向的)的一横截面。对于一些应用，在所述横截面上，所述计算机处理器驱动所述显示器，以在所述横截面内显示一线条126(例如：垂直线)，所述线条指示所述被指示的位置落在所述线条上的某处。对于一些应用，如图所示，在所述脊椎的一轴向横截面上垂直地绘制所述线条。所述计算机处理器根据所述被指示的点与所述椎骨的左边缘及右边缘的距离、及/或根据所述被指示的点相对于所述X射线图像中的多个可见的特征的所述位置(例如：棘突、多个横突、多个椎弓根)，确认在何处放置所述线条。通常地，具有所述线条的所述横截面图像与所述外科医生对于皮肤距离所述椎骨有多远(及/或从三维图像导出这样的信息)的触觉感觉相结合，协助所述外科医生计算一工具的所述期望的插入角度。
再次参照图7的步骤78，将多个工具的所述排列中的所述第一工具(通常是一针，例如JamshidiTM针)通常被插入到所述对象中(例如：在所述对象的背部中)，并且稍微地固定在所述椎骨中。接着，在步骤80中，从多个相应的视角中获取两个或更多个二维放射性造影图像，所述多个相应的视角通常相差至少10度(以及通常更相差30度或更多)，并且所述多个相应的视角中的一个通常来自于所述工具的一插入方向。这些视角的多个常见组合包括前后部以及左侧部的或右侧部的、具有向左倾斜或向右倾斜的前后部的、具有左侧部的向左倾斜以及具有右侧部的向右倾斜。应当注意，如下文进一步详细描述，参考图15A，对于一些应用，仅从一单一X射线图像视角获取所述工具及所述椎骨的多个二维放射性造影图像。
现在参考图11A及11B，示出了根据本发明的一些应用的将一JamshidiTM针36插入一对象的脊柱中分别在前后部的X射线图像及侧部的X射线图像的多个示例。如图所示，多个标记物52的多个集合50通常至少出现在所述前后部的图像中。
现在参考图12A及12B，分别示出了根据本发明的一些应用的一椎骨的一三维图像的多个视角分别与所述椎骨的第一二维X射线图像132及第二二维X射线图像136之间的对应关系的多个示例。在图12示出了一椎骨的一三维图像的一第一视角130与所述椎骨的一前后部的X射线图像之间的所述对应关系，图12B示出了一椎骨的一三维图像的一第二视角134与所述椎骨的一侧部的X射线图像之间的所述对应关系。
对于一些应用，根据图7的步骤82，在将所述工具固定在所述对象的椎骨中后，将所述三维图像数据与二维图像相互配准。然而，应当注意，根据下文描述的多个技术，如下文进一步详细描述，即使在所述多个图像内没有一工具的情况下，也可以执行将所述三维图像数据与所述二维图像相互配准。通常地，通过从所述三维图像数据中产生多个二维投影以及识别与所述椎骨的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影，将所述三维图像数据与所述二维图像相互配准。(对于一些应用，获取来自于两个以上二维X射线图像视角的二维X射线图像，以及通常地，通过识别与多个相应的所述二维X射线图像匹配的所述三维图像数据的一相应数量的二维投影，将所述三维图像数据与所述多个二维X射线图像相互配准。)通常地，通过下述多个步骤，使用未配准到所述对象的身体的一X射线成像装置来获取所述椎骨的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像：(a)从一第一视角中获取所述椎骨(以及至少所述工具的一部分)的一第一二维X射线图像，而所述X射线成像装置以第一姿势相对于对象的身体设置；(b)将所述X射线成像装置移动到一第二姿势；以及(c)当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像。
对于一些应用，所使用的所述三维成像是计算机断层成像，以及以下的将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像的说明将集中在多个计算机断层图像上。然而，本发明的范围包括将本说明书中描述的多个技术应用于其他三维成像的模式，例如：核磁共振成像及三维X射线，比照适用。
X射线成像及计算机断层成像都应用电离辐射来对一物体成像，所述物体例如：一身体部分或一器官。二维X射线成像产生所述被成像的物体的一投影图像，而一计算机断层扫描利用从多个不同的角度拍摄的许多X射线图像的计算机处理组合来生成所述被扫描的多个横截面图像(多个虚拟“切面”)，允许所述用户在不切割的情况下看到所述对象的内部，数字几何被用于从大量的二维图像产生所述对象的内部的一三维图像。
现在参考图13A、13B及13C，展示了根据本发明的一些应用来利用的一物体的一三维图像(其中图13A中的所述示例是一锥形)与所述物体的侧部到侧部(图13B)及从底部到顶部(图13C)的二维投影的之间的一关系的示意图。对象的二维图像。如图所示，对于所述锥体的所述示例，所述从底部到顶部的二维图像(如图13C中示意性地所示，由C形臂34获取的所述二维图像类似于一物体的一前后部的X射线图像)是一圆形，而所述侧部到侧部的图像(如图13C中示意性地所示，由C形臂34获取的所述图像类似于一物体的一侧部的X射线图像)是一三角形。因此，在所示的示例中，若所述圆形及所述三角形可以在三维空间中配准到所述圆锥体，则它们也在此三维空间中彼此对准。因此，对于一些应用，通过从所述三维图像数据中产生多个二维投影以及识别与所述椎骨的二维X射线图像匹配的相应的第一投影及第二投影，将来自于多个相应的视角中一椎骨的多个二维X射线图像相互配准，并且与所述椎骨的三维图像数据配准。
在多个三维计算机断层图像的情况下，所述多个被导出的二维投影被称为数字重建放射性造影(DRR)。如果考虑同一椎骨的三维计算机断层数据及一二维X射线图像，则一模拟的X射线摄像机的定位(即视角及观察距离)可以虚拟地定位在相对于所述椎骨的一三维图像的空间中的任何位置，以及可以确认所述模拟的摄像机视角将会产生的所述相对应的数字重建放射性造影。在相对于所述椎骨的所述三维图像的一给定的模拟的X射线摄像机的定位处，所述模拟的摄像机视图将会产生的所述对应的数字重建放射性造影与所述二维X射线图像相同。本申请的目的在于，这样的一数字重建放射性造影被称为与所述椎骨的一X射线图像匹配。通常地，通过从三维计算机断层图像数据产生多个数字重建放射性造影以及识别与所述椎骨的所述多个二维X射线图像匹配的相应的第一数字重建放射性造影及第二数字重建放射性造影(即多个二维投影)，将来自于多个相应的视角的一椎骨的多个二维X射线图像彼此对准，并且对准所述椎骨的三维图像数据。通过识别与从各个视角中获取的两个或更多个X射线图像匹配的多个相应的数字重建放射性造影，将所述多个X射线图像配准到所述三维图像数据，以及依次通过将所述多个X射线图像配准到所述三维图像数据，使所述多个X射线图像相互配准。
对于一些应用，为了将所述多个二维图像配准到所述三维图像数据，多个额外的配准技术被用来与本说明书中描述的多个技术结合。例如：可以使用基于强度的方法、基于特征的方法、相似性度量、变换、空间域、频域等来执行所述配准。
通常地，使用上述技术将所述多个X射线图像配准到所述三维图像数据，将所述三维图像数据及所述多个二维X射线图像带入一公共的参考坐标系中，所述三维图像数据及所述多个二维X射线图像全都对准及缩放到所述公共的参考坐标系。应当注意，所述配准不需要追踪所述对象的身体或所述对象的身体的一部分(例如：通过固定一个或多个位置传感器到所述身体或所述身体的部分，并且追踪所述多个位置传感器，所述位置传感器例如：红外线光、红外线反射器、光学传感器、或磁或电磁传感器)。
通常地，在术前的三维成像(例如：在进入所述手术室之前或在执行一给定的介入之前执行的三维成像)及术中的二维成像之间，一椎骨相对于所述对象的身体及多个相邻的椎骨的所述定位及/或定向可能会改变。例如：这可能是由于所述病患在术前成像时以他/她的背部躺着，但是在术中成像时是以胃部或侧面躺着，或者所述病患的背部在术前成像中是直的，但是在术中成像中是被折叠的(例如：在一威尔逊支架上)。此外，在一些情况下，由于麻醉，所述脊柱的所述位置改变(例如：下沉)，以及一旦将个工具插入一椎骨中，这也可能改变所述椎骨相对于多个相邻的椎骨的定位。然而，由于一椎骨是一块骨头，所述椎骨的形状通常在所述术前的三维成像与所述术中的二维成像之间不会改变。因此，通常针对各个椎骨执行将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像。对于一些应用，即使在所述三维图像数据中的一椎骨的一节段留下一些组成(例如：多个相邻的椎骨的所述多个棘突的多个部分)的情况下，也在所述椎骨的所述被分割的图像内在每个椎骨的基础下执行将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像。此外，对于一些应用，相对于包括多个椎骨的一脊柱节段，执行将所述三维图像数据配准到所述多个二维图像。例如：在所述对象已经在所述手术室中以及被定位在所述用于所述介入的手术台上情况下，在获取所述三维图像数据的情况下，可以相对于一脊柱的节段执行将三维图像数据配准到所述多个二维图像。
如上所述，通常地，在一计划阶段期间，一操作者指示所述脊柱的所述三维图像数据内的一目标椎骨或所述目标椎骨的一部分(例如：如上文参考图8A所述)。对于一些应用，通过图像处理，所述计算机处理器(例如：使用上文描述的多个技术)自动地识别在所述多个X射线图像中的所述多个目标椎骨。对于一些应用，当对应于所述操作者相对于所述脊柱或所述脊柱的一部分的所述三维图像数据所指示的一目标椎骨(例如：如上文参考图8A至C所述)时，通过所述计算机处理器自动地识别对一单独的椎骨执行的所述三维图像数据到所述多个二维图像的所述配准。
通常地，由于所述配准是对一单独的椎骨执行，因此所述配准不受在所述两个X射线图像的所述获取之间发生的所述椎骨的运动的影响(例如：由于所述对象在所述手术台上的移动、呼吸引起的运动等)，由于可以假设所述C形臂及所述椎骨的运动都是刚性变形(而因此若两个运动都发生在所述两个X射线图像的所述采集之间，则可以假设两个刚性变换的一链接)。
对于一些应用，检测所述病患的运动以作为用于计算机处理器22的一些功能的一输入。例如：一运动检测传感器56可以耦合到多个标记物52的一组合50(例如：通过耦合到悬垂物53，如在图5A中的示例所示)及/或耦合到所述对象的身体的一部分。应当注意，所述运动检测传感器通常不是一位置传感器，所述运动检测传感器的所述运动是通过一追踪器或一种被配置为追踪位于其他地方的一位置传感器的所述运动的追踪器来追踪。通常地，所述运动检测传感器以一独立的方式检测所述对象的身体的一部分已经进行运动(即所述运动检测传感器检测到所述运动检测传感器相对于其自身的一先前的定位的运动已经发生(与检测到其自身相对于一外部元素的运动己经发生相反))。此外，通常地，所述运动检测传感器被配置为检测已经发生了运动，但不一定检测到已经发生的一特定运动。例如：所述运动检测传感器可以被配置为检测大于一阈值的运动。对于一些应用，使用一加速度计。例如：所述加速度计可以被配置为检测突发的运动。响应于检测已经发生的运动，所述运动检测传感器可以将一信号传送到所述计算机处理器。对于一些应用，响应于接收到指示所述对象已经经历的运动的一输入，所述计算机处理器产生一警报及/或产生指示应该重新获取一个或多个图像的一输出。替代地或额外地，所述运动检测传感器被独立地供电，以及被配置为响应于检测到已经发生运动而产生一警报，例如：一视觉警报或一音频警报(例如：通过连接到所述运动检测传感器上的一发光体或一蜂鸣器)。
通常地，本发明的所述范围包括获取一对象的身体的两个或更多个图像的一序列，以在一医疗介入期间确认一工具相对于所述身体的所述位置。对于一些应用，在这样的一程序期间，一运动检测传感器被配置为检测到已经发生了大于一给定的阈值的所述对象(或所述对象的一部分)的运动，例如：所述运动检测传感器可以被配置为检测在两个或更多个图像的所述多个采集之间发生了这样的运动。通常地，所述运动检测传感器以一独立的方式检测到所述对象的身体的一部分已经进行运动(即所述运动检测传感器检测到所述运动检测传感器相对于其自身的一先前的定位的运动已经发生(与检测到其自身相对于一外部元素的运动己经发生相反))。响应于此，所述多个运动传感器产生一警报，指示一用户已经发生了这种运动。对于一些应用，所述运动检测传感器通过驱动一输出装置本身来产生一输出。替代地或额外地，响应于从一运动检测传感器接收到的指示已经发生这种运动的一输入，所述计算机处理器(例如：计算机处理器22)产生向一用户指示已经发生这种运动的一警报。对于一些应用，所述计算机处理器产生一输出，建议所述用户获取多个额外图像(例如：从一给定的成像视角中重新获取一图像)。
如上所述，通常地，通过从一三维计算机断层图像产生多个数字重建放射性造影以及识别与所述椎骨的所述多个二维图像匹配的相应的一第一数字重建放射性造影及一第二数字重建放射性造影，将来自于多个相应的视角的一椎骨的多个二维X射线图像而相互配准，并且与所述椎骨的一三维图像数据配准。通过识别与从多个相应的视角中获取的两个或更多个X射线图像匹配的多个相应的数字重建放射性造影，将所述多个X射线图像配准到所述三维图像数据，以及依次通过将所述多个X射线图像配准到所述三维图像数据，将所述多个X射线图像相互配准。
对于一些应用，为了避免在搜索用于与一给定的X射线图像匹配的一数字重建放射性造影时的双重解决方案，所述计算机处理器22首先确认所述X射线图像是否是例如前后部的、后前部的、左侧部的、右侧部的、左倾斜的或右倾斜的及/或从哪个象限插入一工具。所述计算机处理器可以使用本说明书所述的多个技术自动地确认这一点，例如：通过多个标记物52的多个集合50。或可以将这种信息手动地输入到所述计算机处理器中。
对于一些应用，为了识别与一给定的X射线图像匹配的一数字重建放射性造影，计算机处理器22首先限制在搜索一匹配的数字重建放射性造影的搜索空间，例如：通过使用例如Carrell的US 9,240,046中描述的多个技术，通过引用结合在本说明书中。
对于一些应用，从一三维计算机断层图像产生多个数字重建放射性造影以及识别与所述椎骨的所述二维X射线图像匹配的相应的第一数字重建放射性造影及第二数字重建放射性造影的步骤是通过多个深度学习算法来辅助。通常地，对于这样的应用，在一学习阶段期间，椎骨的多个三维计算机断层图像的许多组合以及那些相同椎骨的多个X射线图像被输入到用作一深度学习引擎的一计算机处理器中。确认每组的所述配准结果，即与所述多个X射线匹配的所述多个数字重建放射性造影。然后将所述深度学习的所述多个结果输入到计算机处理器22中。接着，在术中，计算机处理器22使用所述深度学习阶段的所述多个结果来促进将来自于所述对象的椎骨的所述计算机断层图像的多个数字重建放射性造影匹配到多个X射线图像。
对于一些应用，如以下段落中所述，多个深度学习技术作为一对象的椎骨的图像处理的一部分来执行。通过执行所述多个深度学习技术，与所述多个X射线图像匹配的所述对象的椎骨的多个数字重建放射性造影的所述搜索空间是有限的，减少了所述在术中的处理要求，减少了执行所述匹配所花费的所述时间，及/或减少了所述匹配的双重解决方案的情况。
对于一些应用，在一第一个深度学习阶段，处理一中等数量(例如：少于10,000或少于1000，相对于深度学习通常需要的多个更大数据组合是中等的)的脊柱计算机断层扫描，所述多个计算机断层扫描中的每一个包括多个椎骨，例如：高于20。对于每个椎骨，产生一大量的成对的(或三联的或更大倍数的)数字重建放射性造影，每对都是由多个模拟的观察距离及多个模拟的摄像机角度产生，多个模拟的摄像机角度通常是相隔至少10度，所述多个模拟的摄像机角度是在脊柱手术期间通常地用于X射线采集的那些角度，例如：大体上前后部的、大体上左斜部的、大体上右斜部的、大体上左侧部的及/或大体上右侧部。所有这些组合中的每个通常包括一三维计算机断层及一对数字重建放射性造影，以及从产生所述数字重建放射性造影的所述多个模拟的摄像机观察距离及多个模拟的摄像机角度都被馈送到一深度学习分析引擎。因此，在给定一椎骨的三维计算机断层及一对数字重建放射性造影的情况下，所述引擎进行学习以建议对应于那些数字重建放射性造影的多个模拟的摄像机观察距离及模拟的摄像机角度。接着，所述深度学习数据作为一输入被馈送到系统20的计算机处理器22。在术中，为了将所述多个二维X射线图像配准到所述三维图像数据，计算机处理器使用所述深度学习数据以限制与应当搜寻的所述多个X射线图像匹配的所述三维图像数据的多个数字重建放射性造影的搜索空间。然后，计算机处理器22仅在通过所述深度学习数据规定的所述搜索空间内搜索所述多个匹配的数字重建放射性造影。
替代地或额外地，在所述深度学习阶段期间，将一巨大的二维X射线图像数据库及其相对于椎骨的已知参数(中至少一些)输入到一深度学习引擎中，这些参数通常包括视角、观看距离以及多个可选的额外摄像机参数。对于一些应用，所述多个前述的参数是精确的。替代地，所述多个参数是多个近似的参数。可以在最初产生所述多个图像时记录所述多个参数，或者由一放射科医师来注释。因此，在给定某个二维投影图像的情况下，所述引擎进行学习以建议对应于所述投影图像的多个模拟的摄像机观看距离及多个模拟的摄像机角度。接着，所述深度学习数据作为一输入被馈送到系统20的计算机处理器22。在术中，为了将所述多个二维X射线图像配准到所述三维图像数据，计算机处理器使用所述深度学习数据以限制与应当搜寻的所述多个X射线图像匹配的所述三维图像数据的多个数字重建放射性造影的搜索空间。然后，计算机处理器22仅在所述深度学习数据规定的所述搜索空间内搜索所述多个匹配的数字重建放射性造影。
上述的多个配准步骤总结在图14A中，图14A示出了由计算机处理器执行的多个步骤的一流程图，以将一椎骨的三维图像数据配准到所述椎骨的两个或更多个二维X射线图像。
在一第一步骤140中，用于匹配多个相应的X射线图像的多个数字重建放射性造影的所述搜索空间受到限制，例如：使用深度学习数据及/或使用例如Carrell的US 9,240,046中描述的多个技术，其通过引用并入本说明书中。替代地或额外地，为了避免在搜索与一给定的X射线图像匹配的一数字重建放射性造影时的多个双重解决方案，所述计算机处理器确认所述X射线图像是否是例如前后部的、后前部的、左侧部的、右侧部的、左倾斜的或右倾斜的及/或从哪个象限插入一工具。
在步骤141中，在所述搜索空间内产生多个数字重建放射性造影。
在步骤142中，将多个数字重建放射性造影与来自所述椎骨的各个视图的所述X射线图像进行比较。
在步骤143中，基于所述比较，选择与所述椎骨的每个X射线图像最佳匹配的所述数字重建放射性造影。通常地，对于将产生所述最佳匹配的数字重建放射性造影的所述模拟摄像机位置，所述计算机处理器从所述椎骨的所述三维图像确认所述摄像机的所述视角及所述观看距离。
应当注意，对于用于所述配准的所述多个二维X射线图像中的每一个分别执行上述的多个步骤。对于一些应用，每次获取一个或多个新的二维X射线图像时，使用上述技术将所述(多个)图像自动地配准到所述三维图像数据﹐从而基于所述(多个)新的二维X射线采集更新所述二维到三维的配准。
现在参考图14B，图14B是示出根据本发明的一些应用由系统20的计算机处理器22执行的一算法的多个步骤的一流程图。如上所述，对于所述多个X射线图像中的每一个(标示为XI和X2)，所述计算机处理器从一模拟的摄像机视角确认一相对应的数字重建放射性造影(对于XI的所述多个模拟的摄像机被标示为CI，而X2为C2)。
所述三维扫描及两个二维图像现在共同配准，以及通常存在以下的三维-二维的双向关系：
在几何上，所述身体部分的所述三维扫描中的一点P3D(在三个坐标中)是位于两条直线的三维空间中的交点处。
i.从模拟摄像机C1绘制的一线条并通过二维图像X1中的(在两个图像坐标中的)对应点PX1。
ii.从模拟摄像机C2绘制的一线条并通过二维图像X2中的(在两个图像坐标中的)对应点PX2。
因此，参考图14B，对于一些应用，对于在所述多个二维图像中是可见的一工具的一部分，例如：所述工具的尖端或所述工具的一远端部分，所述计算机处理器使用以下多个算法步骤来确认所述计算机处理器在所述三维图像数据内的位置(标示为TP3D)：
步骤145：通过图像处理，识别图像XI中的所述工具的尖端TPX1(例如：使用上文描述的所述多个图像处理技术)。对于一些应用，为了更好地定义所述工具的尖端点，所述计算机处理器首先为所述工具产生一中心线，然后所述工具的远端尖端TPX1是位于所述中心线上。
通常地，所述计算机处理器通常仅通过图像处理来识别所述二维X射线图像中的一工具或所述工具的一部分的所述多个位置。例如：所述计算机处理器可以通过使用检测像素暗度(所述工具通常是暗的)的一过滤器，使用检测一给定的形状(例如：一细长形状)的一过滤器及/或通过使用多个掩膜来识别所述工具。对于一些应用，所述计算机处理器将所述图像内的一给定的区域与一先前的图像内的所述相同的区域进行比较。响应于检测到在所述区域内的一些像素的一变化，所述计算机处理器将所述多个像素识别为对应于所述工具的一部分。对于一些应用，上述比较是对可能插入所述工具的一有需要的区域执行的，所述有需要的区域可以基于所述工具的一已知接近方向。对于一些应用，所述计算机处理器仅使用图像处理来识别所述多个二维图像中的所述工具的所述部分，使用如Tolkowsky的US 2010-0161022中所述的多个算法步骤，通过引用并入本说明书中。
步骤146：产生从C1到TPX1的一典型的直线L1。(应当注意，与被描述为通过所述计算机处理器执行的其他步骤一样，一线条的所述产生指的是相当于绘制一线条的一处理步骤，并且不应被解释成暗示为绘制一物理上的线条，相反，所述线条是作为一处理步骤来产生)。
步骤147：通过图像处理，识别图像X2中的所述工具的尖端TPX2(例如：使用上文描述的所述多个图像处理技术)。对于一些应用，为了更好地定义所述工具的尖端点，所述计算机处理器首先为所述工具产生一中心线，然后所述工具的远端尖端TPX2是位于所述中心线上，用于在图像X2中的工具的尖端TPX2的多个图像处理技术通常是类似于上面参考步骤145描述的多个图像处理技术。
步骤148：产生从C2到TPX2的一典型的直线L2。
步骤149：识别在三维空间中的L1及L2的所述交点，作为所述工具的尖端相对于所述三维扫描数据的所述位置。
步骤150：假设所述工具的所述形状是已知的(例如：若所述工具是一刚性或至少部分刚性的工具，或者若所述工具可以假设为具有由于已经放入组织中的一给定的形状)，所述计算机处理器在三维空间内导出所述工具的多个额外的部分的所述多个位置。例如：在具有直的轴杆的一工具整体或所述工具的远端部分、或者可以假设一旦插入骨骼中为直的、或者一旦插入骨骼中则至少在所述工具的远端部分是直的的情况下，然后，所述轴杆或者至少所述轴杆的所述远端部分位于两个平面的交叉处，所述两个平面中的每一个从所述模拟摄像机延伸到所述相对应的二维图像中的所述轴杆(或所述轴杆的一部分)。对于一些应用，通过在所述多个X射线图像中的任何一个上选择靠近所述工具的尖端的一点以及观察在此点与所述相对应的模拟的摄像机之间产生的一线条相交于所述两个平面之间的所述交线的位置，来确认所述轴杆从所述轴杆的尖端到所述轴杆的近侧以及沿着所述两个平面的所述交叉点的方向。
应当注意，由于所述三维图像数据到所述多个二维图像的共同配准是双向的，因此对于一些应用，如下文进一步详细描述，所述计算机处理器识别在所述三维图像数据内可识别的多个特征，以及确认所述多个特征相对于所述二维X射线的所述多个位置。每个这样的特征相对于所述多个二维X射线的位置通常通过下述步骤来确认：(a)通过所述三维图像数据内的所述特征，从所述模拟摄像机产生一典型的直线，所述模拟摄像机用于产生对应于所述X射线图像的所述数字重建放射性造影，以及(b)从而确认所述特征相对于所述X射线图像本身的所述多个位置。对于一些应用，通过确认在所述多个数字重建放射性造影内与多个相应的X射线图像匹配的所述多个特征的所述位置，来确认所述多个特征相对于所述多个二维X射线图像的所述位置，并且假设所述多个特征在所述多个匹配的X射线图像内的多个相应的位置。
对于一些应用，如下文进一步详细描述的，基于所述配准，三维图像数据被覆盖在一二维图像上。然而，通常地，所述三维图像数据(例如：一三维图像、从三维图像数据导出的一二维横截面及/或从三维图像数据导出的一二维投影图像)与多个二维图像一起显示。
现在参考图15A，示出了根据本发明的一些应用的一椎骨的横截面160及162的一示例，如在多个相应的二维X射线图像上所示，所述多个横截面分别对应于沿着一纵向插入路径前进到所述椎骨中的一工具的一尖端164的第一位置及第二位置。通常地，所述工具的整体或所述工具的远端部分具有一直的轴杆及/或可以假设一旦插入骨骼中为直的、或者一旦插入骨骼中则至少在所述工具的远端部分是直的。还参考图7的步骤84，对于一些应用，基于所述工具的所述尖端相对于从一单一图像视角中获取的所述椎骨的一个或多个二维X射线图像的所述被识别的位置，以及将从所述单一二维X射线图像视角配准到所述三维图像数据的一X射线(例如：通过将来自于所述三维图像数据的一数字重建放射性造影与所述二维X射线图像匹配)，计算机处理器22确认所述工具的所述尖端相对于从所述三维图像数据导出的一数字重建放射性造影的一位置(例如：被确认为与所述二维X射线图像匹配的所述数字重建放射性造影)，并且响应于此，驱动所述显示器以显示所述椎骨的一横截面，所述横截面是从所述三维图像数据中导出，并且对应于所述工具的尖端的所述位置。所述横截面通常是在所述被识别的位置处的一给定的平面。通常地，所述横截面是一轴向横截面，但是对于一些应用，所述横截面是一矢状横截面、一冠状横截面及/或一垂直于或平行于所述工具插入的所述方向的横截面。
对于一些应用，在所述横截面上，所述计算机处理器驱动所述显示器以显示一线条166(例如：一垂直线)，指示所述工具的所述尖端的所述位置是在所述线段上的某处。对于一些应用，如图所示，在所述脊椎的一轴向横截面上垂直地绘制一线条。对于一些应用，所述外科医生能够基于他们的触觉确认所述工具是在所述线条上的所述可能的位置。替代地或额外地，基于所述三维图像数据，所述计算机处理器驱动所述显示器以显示所述椎骨被设置在所述皮肤的下方的深度，所述深度在所述外科医生沿着所述线条确认所述工具的所述位置时起到进一步帮助。
如上所述，通常地，可以通过仅从所述工具及所述椎骨的一单一X射线图像视角中获取一个或多个二维X射线图像以及使用本说明书中描述的多个配准技术将所述多个二维X射线图像中的一个配准到所述三维图像数据，来产生如图15A所示的一输出。通常地，通过将从所述单一图像视角中获取的所述二维X射线图像配准到所述三维图像数据，计算机处理器22相对于三维图像数据确认(例如：相对于被确认为与所述二维X射线图像匹配的所述数字重建放射性造影)：(a)所述工具的所述尖端所在的平面，以及(b)在所述工具的所述尖端所在的某处的所述平面内的一线条，如图15A所示。如上所述，通常地，当所述工具的所述尖端相对于所述椎骨设置在一额外的位置时，从所述相同的单一X射线图像视角或一不同的单一X射线图像视角中获取在所述额外的位置处的所述工具的多个另外的二维X射线图像，并重复上述步骤。通常地，对于应用了上述技术的所述工具的所述尖端的每个位置，仅需要从一单一X射线图像视角中获取多个二维X射线图像，所述单一X射线图像视角对于所述工具的所述尖端的所述多个相应的位置可以保持相同。或者对于所述工具的所述尖端的多个相应的位置可以是不同的。
现在参考图15B，是根据本发明的一些应用的所述工具的尖端168的所述位置的一示意图，所述工具的尖端168的所述位置在分别对应于沿着一纵向插入路径(如图15A所示)前进到所述椎骨中的一工具的一尖端164的第一位置及第二位置的多个横截面160和162上被标示为多个十字准线。对于一些应用，通过初始地将从多个相应的二维X射线图像视角中获取的所述工具与所述椎骨的两个或更多个二维X射线图像配准到所述三维图像数据，确认所述工具的所述尖端在来自于所述三维图像数据内的精确位置，并且在所述横截面上指示，如图15B所示。如下所述，参考图19A至19B，对于一些应用，在使用从多个相应的二维X射线中获取的所述工具与所述椎骨的两个或更多个二维X射线图像中，初始地确认所述工具的所述尖端相对于所述三维图像数据的所述位置之后，通过仅从一单一X射线图像视角中获取的多个另外的X射线图像，确认所述工具的所述尖端相对于所述三维图像数据的多个后续的位置。
现在参考图16A及16B，示出了根据本发明的一些应用的一显示器的多个示例，所述显示器示出了分别在前后部的二维X射线图像及侧部的二维X射线图像上的工具172的一预期的纵向插入路径170与一指定的位置174之间的关系。还参考图7的步骤86。
对于一些应用，在所述三维图像数据内指定一椎骨的一位置。例如：一操作者可以在所述三维图像数据(例如：一三维图像，从三维图像数据中导出的一二维横截面及/或从三维图像数据中导出的一二维投影图像)上指定一目标部分(例如：一骨折、一肿瘤、一虚拟的椎弓根螺钉等)及/或所述工具应该避免的一区域(例如：所述脊髓)。替代地或额外地，所述计算机处理器可以自动地识别这样的一位置，例如：通过通过图像处理来识别所述部分。基于将所述第一二维X射线图像配准到所述第二二维X射线图像到三维图像数据，所述计算机处理器使用上文描述的多个技术导出所述多个X射线图像中的至少一个内的所述指定的位置的一定位。此外，所述计算机处理器确认所述工具在所述X射线图像内的一预期路径。通常地，所述计算机处理器通过确认在所述X射线图像内的所述工具的一细长部分(及/或所述细长部分的一中心线)的一方向来确认一预期路径。由于所述工具通常沿着一纵向插入路径前进，因此，所述计算机处理器是通过沿着所述确认的方向推断一直线来推断所述预期路径。
对于一些应用，所述计算机处理器执行一大致上类似的过程，但是是相对于一需要的接近矢量(例如：用于插入及植入一螺钉)，例如：手动地输入到所述计算机处理器中及/或自动地从所述处理器中导出。例如：这样的一接近矢量可能已经在一规划阶段期间产生，通常地在所述三维图像数据上，并且基于一模拟工具插入所述椎骨中。通常地，这样的一接近矢量是到达一需要的目标的一矢量，同时避开所述脊髓或离开所述多个椎骨侧部。
对于一些应用，响应于上述多个步骤，所述计算机处理器产生指示所述工具的所述预期的纵向插入路径与所述指定的位置之间的一关系的一输出。对于一些应用，所述计算机处理器在所述显示器上产生一输出，例如：如图16A及16B所示。替代地或额外地，所述计算机处理器可以向所述操作员生成多个指令以重新定向所述工具。进一步替代地或额外地，所述计算机处理器可以响应于检测到预期所述工具进入应该避免的一区域(例如：脊髓)或者从另一个方向侧向离开所述多个椎骨侧部而产生一警报(例如：一音频或一视觉警报)。
再次参照图7的步骤90，对于一些应用，如上所述，通过图像处理，计算机处理器22在所述多个X射线图像内确认所述工具的一部分相对于所述椎骨的一位置。基于在所述多个X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述计算机处理器确认所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置。对于一些应用，响应于此，所述计算机处理器显示所述工具本身的一图像或所述工具的一符号表示覆盖在所述三维图像数据上。替代地或额外地，所述计算机处理器导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的一给定的位置之间的一关系，并且产生指示所述关系的一输出。如上所述，所述多个二维图像到所述三维图像数据的所述配准通常是对多个单独的椎骨执行。因此，即使所述对象已经在所述三维图像数据的所述获取与所述多个二维图像的所述多个获取之间移动，本说明书中描述的多个技术通常也是有效的。
对于一些应用，所述计算机处理器产生指示所述工具的所述尖端距离所述脊髓及/或外脊椎边界的所述距离的一输出，例如：使用相对于所述三维图像数据显示的多个数字或颜色。对于一些应用，所述计算机处理器输出指示应该重新定向所述工具的多个指令(例如：文本、图形或音频的指令)。对于一些应用，作为所述过程的一输入，所述计算机处理器确认或接收指示所述工具插入的一方向或定向的一手动的输入(例如：从顶部或底部、或左侧或右侧)。
现在参考图17A示出了通过分别通过10至11点及1至2点方向的多个插入窗口插入一椎骨的两个工具176L及176R的一前后部的X射线，而图17B示出了图17A的一相对应的侧部的x射线图像，所述多个图像是根据现有技术来获取。如上文中描述，在许多情况下，在脊柱手术期间，将两个或更多个工具插入到一椎骨中，例如：从10点到11点方向的插入窗口及从1点到2点方向的插入窗口，在适用的情况下对于一个或多个另外的椎骨重复所述过程。如图17A所示，在所述前后部的X射线视图内，插入所述多个相应的窗口的所述工具通常是相互可辨别的。此外，参考图6A至6B，对于一些应用，在所述前后部的视角内，基于多个标记物组合50A及50B的所述多个布置(以及在一些情况下50C)，所述计算机处理器辨别通过所述多个相应的插入窗口插入的工具。但是，若所述多个工具具有相同或相似的外观，那么从一些成像方向来确认哪个工具是哪个是具有挑战性的。特别地，如图17B中可以观察到，在侧部的X射线视图中识别哪个工具是哪个是具有挑战性的。通常地，可以辨别沿着所述插入的方向获取的多个图像中的工具，以及更难以辨别沿着其他方向获取的多个图像中的多个工具。
对于一些应用，作为上述挑战的一解决方案，所述计算机处理器向所述操作者提供一界面，以识别在X射线图像内的一个或多个工具，例如：通过将在从从所述多个工具相互可辨别的一视角(例如：所述前后部的视角)中获取的一第一图像内的多个工具与从从所述多个工具相互不可辨别的一视角(例如：所述侧部的视角)中获取的在一第二图像内的多个工具匹配。替代地或额外地，由于所述多个工具通常顺序地插入并且所有工具的插入都是在X射线成像下执行，所以当插入所述第一工具时，从所述多个工具相互可辨别的一第一图像视角(例如：所述前后部的视角)以及从所述多个工具相互不可辨别的一第二图像视角(例如：所述侧部的视角)中获取多个图像。从而，即使在从所述多个工具相互不可辨别的所述第二图像视角中获取的所述图像中，所述计算机处理器将所述工具识别为所述第一工具。接着，当插入所述第二工具并且重新获取(来自于所述相同或相似的两个视图的)所述多个图像时，由于已经执行了所述第一工具的识别，因此，即使在从所述多个工具相互不可辨别的所述第二图像视角中获取的多个图像中，所述计算机处理器也能够识别所述第二工具。然后，所述计算机处理器沿着多个X射线图像的所述序列追踪哪个工具是哪个。对于一些应用，一旦所述计算机处理器确认哪个工具是哪个，所述计算机处理器相对于所有的X射线视角、及/或相对于所述三维图像数据的在整个程序的所有的相关阶段中指示哪个工具是哪个(例如：通过颜色编码或标记所述多个工具)。
再次参照图7的步骤90，对于一些应用，所述计算机处理器驱动所述显示器以显示所述工具、所述工具的一表示及/或从三维图像导出的所述椎骨的一二维横截面上的一路径，而不是在一三维图像上显示所述工具、所述工具的一表示及/或一三维图像上的一路径。对于一些应用，计算机处理器通过图像处理确认工具的轴杆的中心线的位置。例如：所述计算机处理器可以使用用于自动地识别一物体的一中心线的多个技术，如Tolkowsky的US 2010-0161022中所述，其通过引用并入本说明书中。对于一些应用，所述计算机处理器驱动所述显示器以在所述三维图像数据上显示所述工具的所述中心线，所述中心线的所述末端指示所述工具的尖端在所述三维图像数据内的所述位置。替代地或额外地，所述计算机处理器驱动所述显示器以在所述三维图像数据上显示所述工具的所述中心线的一推断，所述中心线的推断指示所述工具相对于所述三维图像数据的一预期路径。对于一些应用，所述计算机处理器驱动所述显示器在所述三维图像数据上的推断的中心线的所述末端处显示一圆点，所述圆点表示所述工具的尖端的所述预期的位置。
对于一些应用，所述计算机处理器驱动所述显示器以一半透明的格式显示所述椎骨的一三维图像、并且所述工具、所述工具的一表示、及/或所述工具的一路径设置在所述三维图像内。替代地或额外地，所述计算机处理器驱动所述显示器，以自动地旋转所述椎骨的所述三维图像(例如：使所述三维图像前后旋转大约30度)。对于一些应用，所述计算机处理器检索从一库中存取被插入的所述类型的一工具的一图像，以及将所述图像覆盖在所述三维图像数据上的所述被导出的中心线上。通常地，所述工具以一适当的比例沿着所述中心线放置，其中尺寸是从三维图像数据导出的。对于一些应用，所述工具的一圆柱形表示被覆盖在所述三维图像数据上的所述被导出的中心线上。对于一些应用，如通过处理器22自动地导出或者在一规划阶段期间由所述外科医生手动地输入，相对于一预先指定的工具路径显示的上述的多个表示中的任何一个。
再次参照图2，插入到一椎骨中的工具必须避开所述脊髓42，同时需要避免从所述侧面离开所述椎骨，在所述椎骨的两侧仅留下两个狭窄的工具插入窗口44。通常地，进入所述脊髓的一工具或一植入物所述突出的程度越大，所述临床意义就越严重。对于一些应用，所述椎骨的所述三维图像内的多个体积(及/或由所述三维图像导出的一横截面图像)被颜色编码(例如：高亮显示)，以指示所述多个体积内的突出的可接受(或不可接受)的程度。对于一些应用，在所述程序期间，所述计算机处理器确认所述工具相对于所述三维图像数据的所述位置，并且响应于此，所述计算机处理器驱动所述显示器以高亮显示存在不可接受的一突出的一椎骨体积。对于一些应用，所述计算机处理器驱动所述显示器以在所述椎骨的所述三维图像内显示多个(例如：2-6个)大致地同心的圆柱体，所述圆柱体指示一工具的突出到所述由所述多个圆柱体定义的所述多个体积中的多个相应的可接受程度。在所述程序期间，所述计算机处理器确认所述工具相对于所述三维图像数据的所述位置，以及响应于此，所述计算机处理器驱动所述显示器以高亮显示所述工具或所述工具的一部分所在及/或预计将进入的所述圆柱体。对于一些应用，所述计算机处理器执行上述多个功能，但不是相对于当前正在插入的所述工具(可以是一狭窄的工具，例如一针)，而是相对于稍后使用所述当前的工具定位所述最终的植入物(例如：一椎弓根螺钉，通常具有一较大的直径)。对于一些应用，所述计算机处理器相对于从所述三维图像数据导出的一二维横截面图像执行上述多个步骤。对于所述多个情况，通常使用矩形而非圆柱体来表示一工具的突出到由所述多个矩形限定的所述多个区域中的所述多个相应的可接受程度。
对于一些应用，所述处理器允许具有所述工具、所述工具的一表示及/或所述图像内指示的所述工具的一路径的所述椎骨的一三维图像被旋转，或是所述处理器自动地旋转所述图像，以使所述用户可以更好地了解所述工具的所述三维放置。应当注意，由于所述椎骨与所述工具的所述多个图像是从多个不同的成像来源输入的，因此，所述椎骨以及所述工具(或所述工具的表示)是什么的所述被分割的数据是内置的(即对于所述计算机处理器来说已经是已知的)。对于一些应用，所述计算机处理器利用这种内置的分割，以允许所述操作者虚拟地操纵相对于所述椎骨的所述多个工具。例如：所述操作者可以使所述工具沿着所述工具的插入路径虚拟地前进，或者缩回所述工具，并且观察所述工具相对于所述椎骨的所述运动。对于一些应用，所述计算机处理器可以自动地使所述工具沿着所述工具的插入路径虚拟地前进，或者相对于所述三维图像数据中的所述椎骨缩回所述工具。
对于一些应用，通过将三个二维X射线图像配准到所述三维图像数据来增强确认所述三维图像数据内的所述工具的所述部分的所述位置的准确度，所述多个图像是从相应的相互不同的视角中获取。通常地，对于这样的多个应用，除了前后部及侧视图之外，还使用一倾斜的X射线图像视角。对于一些应用，通过使用多个X射线图像来增强确认所述工具的所述部分在所述三维图像数据内的所述定位的准确度，其中所述工具的多个部分或多个工具的多个部分在所述多个X射线图像中是可见的及彼此可辨别的。对于一些应用，基于由所述操作员的一手动的输入或由所述计算机处理器自动地输入，使所述多个工具彼此相互辨别。对于一些应用，通过参考如上所述的多个不透射线的标记物52的多个已知形状及/或多个尺寸来增强确认所述三维图像数据内的所述工具的所述部分的所述定位的准确度。
现在参考图18，图18是根据本发明的一些应用的附接有一不透射线的夹子180的JamshidiTM针36的一示意图。对于一些应用，通过向所述工具(例如：夹子180)添加额外的不透射线组件来增强确认工具的部分在三维图像数据内的位置的准确性，使得所述工具在每个二维图像中具有至少两个可识别的特征，即所述工具的远端尖端及所述额外的不透射线组件。对于一些应用，所述额外的不透射线组件被配置为具有一限定的三维布置，使得所述额外的所述不透射线的组件提供对所述工具的所述定向的理解。例如：所述额外的不透射线组件可包括多个不透射线的球体的一阵列。对于一些应用，所述额外的不透射线组件促进多个额外功能，例如：如下文所述。对于一些应用，所述工具本身包括一个以上的不透射线的特征，所述特征在每一个二维X射线图像中都是可识别的。对于这样的应用，一额外的不透射线组件(例如：夹子180)通常不附接到所述工具。
对于一些应用，基于所述多个二维图像到所述三维图像数据的共同配准，对所述多个二维X射线图像执行上面参考所述三维图像数据所描述的所述多个成像功能。例如：可以根据工具的放置程度在所述多个X射线图像中对所述工具进行颜色编码。对于一些应用程序，若所述工具被放置得不正确，则所述计算机处理器驱动所述显示器以在所述多个二维X射线图像中显示当所述工具正确地放置时应出现的外观。
现在参考图19A及19B，图19A及19B示出了根据本发明的一些应用，在一工具插入所述椎骨的多个相应的阶段时的一椎骨的前后部的X射线图像及相对应的侧部的X射线图像的多个示例。还参考图7的步骤88。在X射线下进行的脊柱手术中的一常见的做法是使用两个单独的C形臂姿势(通常是前后部、侧部以及倾斜中的任何两个)以在工具插入及/或操纵期间获得部分的三维理解。这通常需要来回移动所述C型臂，并且使所述病患暴露于一高辐射剂量中。
对于本发明的一些应用，最初地从两个姿势中获取多个图像，这两个姿势对应于各个图像视角。例如：图。19图A示出了背侧插入椎骨中的工具的AP和侧向X射线图像的示例。接着，所述C形臂保持在一单一姿势，以在工具插入及/或操纵期间重复多个采集，但所述计算机处理器在多个额外的X射线成像视角中导出所述工具相对于所述椎骨的所述位置，并且驱动所述显示器在额外的X射线图像视角中显示所述工具相对于所述椎骨的所述被导出的位置。例如：图19B示出了图19A的所述工具及所述椎骨的前后部图像的一示例，但是所述工具相对于图19A进一步前进到所述椎骨中。基于所述工具已经前进的所述前后部的图像，所述计算机处理器导出所述工具相对于所述侧部的X射线成像视图的所述新的已计算的位置，并且驱动所述显示器以在所述侧部的图像上显示所述新的工具位置的一表示190。通常地，如图19B所示，除了在所述侧部的图像内的所述工具的尖端的所述先前的成像位置之外，还在所述侧部的图像上显示所述新的已计算的工具的位置。通常地，所述计算机处理器基于在一当前的二维X射线图像内识别的所述工具的所述部分的所述当前位置以及在从所述两个原始的二维X射线图像视角中获取的多个图像之间确认的一关系，来导出所述工具的一部分相对于所述两个原始的二维X射线图像视角中的一个的所述位置，如下面进一步详细描述的。
对于一些应用，所述多个重复的采集是从与所述多个原始二维X射线图像视角中的一个相同的一二维X射线图像视角中执行，而对于一些应用，所述多个重复的采集是从与所述多个原始的二维X射线图像视角不同的一二维X射线图像视角中执行的。对于一些应用，在接着的步骤中，所述椎骨内的所述工具仍然周期性地从一个或多个额外的二维X射线图像视角中成像，以验证在由计算机处理器导出的多个额外视角内的所述工具的所述位置的所述准确性，以及在必要时校正所述多个额外的二维X射线图像视角内的所述工具的所述定位。对于一些应用，所述C形臂保持在一单一姿势(例如：前后部)中以在工具的插入及/或操纵期间重复多个采集，以及所述计算机处理器自动地导出所述工具的部分相对于所述椎骨的所述三维图像数据的位置，以及在所述三维图像数据内更新所述工具的所述图像(或所述工具的一表示)。
通常地，参考图19A至19B所描述的多个与所述工具一起使用的应用，所述工具沿着一纵向(即一直线或大致上直线的)插入路径插入到所述骨骼的解剖结构中。对于一些应用，所述多个技术与未沿一直线插入路径插入所述骨骼的解剖结构的一工具一起使用。对于这种情况，所述计算机处理器通常通过分析所述工具的先前进展及/或通过沿着所述工具插入路径观察多个解剖学约束以及预测所述多个解剖学约束的效果﹐来确认所述工具的所述进展的所述非直线的预期的进展路径。对于这样的应用，相应地修改下文描述的所述多个算法。
对于一些应用，参考图19A至19B描述的多个技术是对一主要的X射线成像视角来执行，所述主要的X射线成像视角通常是来自于执行所述介入的所述方向(并且通常将多个标记物52的多个组合50放置在所述对象上或附近，使得所述多个标记物出现在所述成像视角中)，以及一次要方向，从所述次要方向中获取多个图像，以提供额外的三维理解。在背部地执行所述多个介入的情况下，所述主要的X射线成像视角通常是前后部的，而所述次要的视角通常是大致上是侧部的。
对于一些应用，计算机处理器22使用以下多个算法之一来执行参考图19A至19B描述的所述多个技术。
算法1：
1.使用上文描述的所述多个技术将原始的两个二维X射线图像XI及X2配准到三维图像数据。
2.基于所述配准，从所述多个二维X射线图像中导出的所述工具TL的一大致上的直线(例如：所述中心线或工具的轴杆)是相对于所述三维图像数据定位为TL-3D。
3.推断相对于所述三维图像数据的所述工具的所述大致的直线，以产生相对于所述三维图像数据的一向前的线条F-TL3D。
4.当所述工具前进时，仅从所述先前姿势中的一个获取一新的二维X射线X1^，例如：从获取所述原始的XI的所述相同的姿势中获取。(通常地，为了避免移动所述C型臂，这是获取所述先前的两个二维X射线中最近期的所述姿势。)
对于一些应用，所述计算机处理器通过比较在所述两个图像中的多个标记物52中的所述外观，来验证在X1与X1^的所述多个采集之间没有所述C型臂相对于所述对象的运动及/或反之亦然。对于一些应用，若已经移动，则使用下文描述的算法2。
5.通过图像处理，所述计算机处理器识别图像X1^中的所述工具的远端尖端的所述位置，所述位置标示为TPX1^。
6.所述计算机处理器使用与所述第一X射线视角匹配的所述数字重建放射性造影将二维X射线图像X1^配准到所述三维图像数据。应当注意，由于姿势在XI与X1^的所述多个获取之间没有变化，因此，与X射线X1^匹配的所述数字重建放射性造影与X射线XI^相同。因此，不需要重新搜索与X射线X1^最佳匹配的所述数字重建放射性造影。
7.所述计算机处理器相对于所述三维图像数据一条从C1到TPX1^绘制线条。
8.所述计算机处理器相对于所述三维图像数据识别所述线条与F-TL3D线的所述交叉点作为所述尖端的新位置。应当注意，在所述工具已经缩回的情况下，所述计算机处理器识别所述线段与所述工具相对于所述三维图像数据TL-3D的所述直线的交点，而不是相对于所述三维图像数据的向前的线条F-TL3D。
9.所述计算机处理器相对于所述三维图像数据或相对于X射线图像X2驱动所述显示器以在所述工具的新位置处显示所述工具的尖端(或所述工具的一表示)。
算法2：
1.使用上文描述的所述多个技术将原始的两个二维X射线图像XI及X2配准到三维图像数据。
2.基于所述配准，从所述多个X射线图像中导出的所述工具TL的一大致上的直线(例如：所述中心线或工具的轴杆)是相对于所述三维图像数据定位为TL-3D。
3.推断相对于所述三维图像数据的所述工具的所述大致上的直线，以产生相对于所述三维图像数据的一向前的线条F-TL3D。
4.当所述工具前进时，通常地，从任何的姿势，并且不一定是从所述两个先前姿势中的一个中的一个获取一新的二维X射线X1^。
5.通过图像处理，所述计算机处理器识别图像X3中的所述工具的远端尖端的所述位置，所述位置标示为TPX3。
6.所述计算机处理器通过使用上文描述的多个技术寻找与二维X射线图像X3最佳匹配的一数字重建放射性造影，将二维X射线图像X3配准到所述椎骨的所述三维图像数据，所述新的数字重建放射性造影具有相对应的模拟摄像机位置C3。
7.所述计算机处理器相对于所述三维图像数据绘制一条从C1到TPX3线条。
8.所述计算机处理器相对于所述三维图像数据识别所述线条与F-TL3D线的所述交叉点作为所述尖端的新位置。应当注意，在所述工具已经缩回的情况下，所述计算机处理器识别所述线段与所述工具相对于所述三维图像数据TL-3D的所述直线的交点，而不是相对于所述三维图像数据的向前的线条F-TL3D。
9.所述计算机处理器相对于所述三维图像数据或相对于X射线图像X1及/或X2驱动所述显示器以在所述工具的新位置处显示所述工具的尖端(或所述工具的一表示)。
算法3：
现在参考图20，图20是根据本发明的一些应用的一三维刚性夹具194的一示意图，所述三维刚性夹具194包括至少所述三维刚性夹具194的多个部分196，所述多个部分196是不透射线的，并且用作多个不透射线的标记物的功能，所述多个不透射线的标记物以一预定的三维布置设置。对于一些应用，如图所示，多个不透射线部分196是多个不透射线的球体(如图所示，对于一些应用，所述多个不透射线的球体具有彼此不同的尺寸)，以及所述多个球体通过多个通常为射线可透的臂件198而彼此耦合。通常地，所述多个球体通过所述多个臂件而彼此耦合，使得所述多个球体之间的所述多个空间关系是精确已知的。
即使在所述多个X射线图像没有配准到所述椎骨的三维图像数据的情况下，以下算法通常由计算机处理器22来实现。通常地，所述算法与一三维不透射线夹具一起使用，例如：一夹具194，所述三维不透射线夹具的多个足够部分在所有可应用的X射线图像中是可见的，并且可用于将所述多个X射线图像彼此相关联。对于一些应用，如图20所示，所述夹具包括多个不透射线球体的一三维阵列。例如：所述夹具可以附接到所述手术台。
1.使用所述夹具的多个标记物作为一锚件来将所述原始的两个二维X射线图像X1及X2相互配准，以提供一三维参考系。
2.当所述工具前进时，从所述多个先前姿势中的一个中获取一新的X射线X1^，例如：从获取所述原始的XI的所述相同姿势中获取。(通常地，为了避免移动所述C型臂，这是获取所述先前的两个X射线中最近期的所述姿势。)
对于一些应用，所述计算机处理器通过比较在所述两个图像中的多个标记物52(通常地，相对于所述对象的可见的骨骼部分)及/或夹具194的多个部分196(通常地，相对于所述对象的可见的骨骼部分)中的所述外观，来验证在X1与X1^的所述多个采集之间没有所述C型臂相对于所述对象的运动及/或反之亦然。对于一些应用，若已经移动，则使用本说明书中描述的其它算法中的一个。
3.通过图像处理，所述计算机处理器识别图像X1^中的所述工具的远端尖端的所述位置，所述位置标示为TPX1^。
4.所述计算机处理器使用所述夹具将二维X射线图像X1^配准到X2。
5.所述计算机处理器基于所述配准来计算圶X2上的所述工具的所述新的位置。
6.所述计算机处理器相对于X射线图像X2驱动所述显示器以在所述工具的新位置显示所述工具的尖端(或所述工具的一表示)。
算法4：
即使在所述多个X射线图像没有配准到所述椎骨的三维图像数据的情况下，以下算法通常由计算机处理器22来实现。通常地，所述算法与在每个二维X射线图像中具有两个或更多个可识别点的一工具一起使用。例如：所述算法可以与一工具一起使用，一夹子或另一个不透射线的特征附接在所述工具上，如图18所示。
1.在所述原始的两个二维X射线图像X1及X2内，所述计算机处理器通过图像处理来识别所述工具的所述两个可识别的点，例如：所述远端的尖端及所述夹子。
2.所述计算机处理器确认XI与X2之间的一关系，例如：
a.在XI中，所述工具的尖端与所述夹子之间的所述多个二维距离在水平上是dxl像素﹐而在垂直上是dyl像素。
b.在X2中，所述工具的尖端及所述夹子之间的所述多个二维距离在水平上是dx2像素，而在垂直上是dy2像素。
c.因此，所述计算机处理器基于所述多个比率dx2：dx1及dy2：dyl来确认所述两个图像之间的一二维关系。
3.当所述工具前进时，从所述多个先前姿势中的一个中获取一新的X射线X1^，例如：从获取所述原始X射线X1的所述相同的姿势中获取。(通常地，为了避免移动所述C型臂，这是获取所述先前的两个X射线中最近期的所述姿势。)
对于一些应用，所述计算机处理器通过比较在所述两个图像中的多个标记物52中的所述外观，来验证在X1与X1^的所述多个采集之间没有所述C型臂相对于所述对象的运动及/或反之亦然。对于一些应用，若已经移动，则使用本说明书中描述的其它算法中的一个。
4.所述计算机处理器通过图像处理来识别图像X1^中的所述工具的所述尖端。
5.所述计算机处理器确认所述尖端在图像XI与X1^的所述多个采集之间移动了多少像素。
6.基于多个图像XI及X2之间的所述二维关系以及所述尖端在多个图像X1及X1^的所述多个采集之间移动的多个像素的数量，所述计算机处理器在图像X2中确认所述工具的所述尖端的所述新的位置。
7.所述计算机处理器相对于X射线图像X2驱动所述显示器以在所述工具的尖端的新位置显示所述工具的尖端(或所述工具的一表示)。
参考图19A及19B，一般而言，本发明的范围包括获取一骨骼部分的三维图像数据，以及从多个相应的X射线图像视角中获取所述骨骼部分与一工具的一部分的一第一二维X射线图像及一第二二维X射线图像。所述工具被配置成沿一纵向插入路径前进到所述骨骼部分中，而所述工具的所述部分相对于所述插入路径设置在一第一位置。通过图像处理，通过系统20的计算机处理器22，在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内识别所述工具的一部分相对于所述骨骼部分的所述位置，以及所述计算机处理器将所述二维X射线图像配准到所述三维图像数据，例如：通过使用本说明书中描述的所述多个技术。因此，确认所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的一第一位置。接着，所述工具相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径前进，使得所述工具的所述部分沿着所述纵向插入路径设置在一第二位置。在沿着所述插入路径将所述工具的所述部分移动到所述第二位置后从一单一图像视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像。根据多个相应的应用，所述单一图像视角与所述多个原始的二维X射线图像视角中的一个相同或是一不同的第三二维X射线图像视角。系统20的计算机处理器22通过图像处理来识别所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置，以及基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置及所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述被确认的第一位置，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第二位置。通常地，产生至少部分地响应于此的一输出(例如：通过显示相对于根据已经导出所述位置的所述X射线图像视角的所述工具的所述被导出的位置)。
根据一些应用，从多个相应的X射线图像视角中获取所述骨骼部分与所述工具的一部分的一第一二维X射线图像及一第二二维X射线图像，所述工具的一部分被配置为沿着一纵向插入路径前进到所述骨骼部分中，同时所述工具的所述部分相对于所述插入路径设置在一第一位置。通过图像处理，通过系统20的计算机处理器22，在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内识别所述工具的一部分相对于所述骨骼部分的所述位置，以及所述计算机处理器确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的一关系。例如：使用上文描述的多个算法1至4中的任何一个。接着，所述工具相对于所述骨骼部分并沿着所述纵向插入路径前进，使得所述工具的所述部分沿着所述纵向插入路径设置在一第二位置。在沿着所述插入路径将所述工具的所述部分移动到所述第二位置后，从一单一图像视角中获取所述工具的至少所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像。根据多个相应的应用，所述单一图像视角与所述多个原始的二维X射线图像视角中的一个相同或是一不同的第三二维X射线图像视角。通过图像处理，系统20的计算机处理器22识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内所述工具的所述部分的所述第二位置，以及基于在所述额外的二维X射线图像内识别的所述工具的所述部分的所述第二位置以及所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述被确认的关系，导出所述工具的所述部分相对于其中一个来的所述第二位置。产生至少部分地响应于此的一输出(例如：通过显示相对于根据已经导出所述位置的所述X射线图像视角的所述工具的所述被导出的位置)。
参考图19A及19B描述的所述多个技术的所述多个应用的一些示例如下，对于背部执行的一介入，最初可以从侧部的视角及前后部的视角中获取多个X射线。通常地，可以仅从一前后部的视角中获取后续的X射线(以及从所述侧部的视角中进行的多个可选的周期性检查，如上所述)，导出及显示所述工具相对于所述侧部的视图的所述多个更新的位置。应当注意，尽管在所述配置中，所述C形臂可能干扰所述介入，但所述前后部的视角提供了所述工具相对于所述脊髓的所述位置的最佳指示。替代地，通常地，可以仅从一侧部的视角(以及从所述前后部的视角中进行的多个可选的周期性检查)中获取后续的X射线，以及所述工具相对于被导出及显示的所述前后部的视角中的所述多个更新的位置。通常地，对于这样的应用，将多个标记物52的多个组合50放置在所述病患身上，使得从所述侧部的视角中可看到多个标记物的至少一组。进一步替代地，后续的X射线通常可仅从一倾斜的视角(以及从所述侧部的视角及/或前后部的视角中进行的多个可选的周期性检查)中获取，以及所述工具相对于被导出及显示的所述前后部的视角及/或侧部的视角的所述多个更新的位置。应当注意，上述的多个应用是作为多个示例示出，并且本发明的所述范围包括使用参考图19A及19B描述的多个技术以及从任何接近的方向及任何类型的X射线图像视角中在所述骨骼解剖的任何部分上执行的多个介入，比照适用。
对于一些应用，从所述二维图像中导出的所述工具(所述工具的一表示及/或所述工具一路径)的所述图像作为一全息图覆盖在所述椎骨的所述三维图像数据上。如上所述，根据这些应用，由于所述椎骨与所述工具的所述多个图像(或所述工具的表示)是从多个不同的成像来源输入的，所述工具是什么(或所述工具的表示)以及所述椎骨是什么的所述被分割的数据是内置的(即对于所述计算机处理器是已经是已知的)。对于一些应用，所述计算机处理器利用这种内置的分割，以允许所述操作者在所述全息图内虚拟地操纵相对于所述椎骨的所述多个工具。例如：所述操作者可以使所述工具沿着所述工具的插入路径虚拟地前进，或者缩回所述工具，并且观察所述工具相对于所述椎骨的所述运动。或者，所述计算机处理器可以自动地驱动所述全息图显示器以虚拟地使所述工具沿着所述工具的插入路径前进，或者缩回所述工具。对于一些应用，类似的技术被应用在其他工具及多个身体器官，比照适用更。例如：这种技术可以应用于所述心脏的一计算机断层图像，并且结合所述心脏内的一导管的多个二维血管造影图像。
对于一些应用，一光学摄像机被用来获取一工具的多个光学图像。例如：可以使用设置在X射线C型臂34上的光学摄像机114，如图1所示。替代地或额外地，一光学摄像机可以设置在一单独的臂件上、可以是手持的、可以是例如是一平板电脑或一迷你平板设备的一显示器的后置的摄像机、可以被放置在所述外科医生的头上、可以被放置在所述外科医生的另一个部分上、及/或可以由所述手术室的工作人员的另一个成员手持。通常地，基于观察到所述工具的多个二维图像以及使用上文所述的多个配准技术，所述计算机处理器导出所述工具相对于所述三维图像数据的所述位置。此外，对于一些应用，所述计算机处理器识别由所述光学摄像机获取的一光学图像内的所述工具。对于一些这样的多个应用，然后，所述计算机处理器通过将所述三维图像数据内的所述工具的所述位置与在光学图像内的所述工具的所述位置对准，将所述三维图像数据叠加在所述光学图像上。
然后，所述计算机处理器驱动一扩增实境显示器，以显示覆盖在所述光学图像上的所述三维图像数据。可以使用所述光学摄像机的任何的可见到所述工具的观察方向来执行这种技术，以及通常不必追踪所述对象相对于所述光学摄像机的所述位置。
对于一些应用，通过使用两个或更多个光学摄像机及/或一个或多个三维光学摄像机，确认所述工具在所述光学图像空间内的所述位置。对于一些应用，即使使用一二维光学摄像机，通过对准来自于所述多个成像模式中的每一个的两个或更多个工具，将所述三维图像数据覆盖在所述光学图像上。对于一些应用，即使使用一二维光学摄像机及一单一工具，通过获取关于所述工具的定向(例如：旋转)及/或所述工具在所述皮肤下的深度的额外的信息，将所述三维图像数据覆盖在所述光学图像上。对于一些应用，这样的信息是从三维图像数据导出，其中所述皮肤表面相对于所述椎骨的所述位置是从所述三维图像数据中导出。替代地或额外地，这样的信息是从一X射线图像中导出的，其中所述工具及所述对象的解剖结构是可见的。替代地或额外地，这样的信息是从在一X射线图像中看到的所述标记物的组合中导出的，其中所述工具及所述对象的解剖结构是可见的。
如上所述，由于所述椎骨及所述工具(或所述工具的表示)的所述多个图像是从不同的成像来源输入，因此，所述工具是什么(或所述工具的表示)以及所述椎骨是什么的所述被分割的数据是内置的(即对于所述计算机处理器是已经是已知的)。对于一些应用，所述计算机处理器利用这种内置的分割，以允许所述操作者在一扩增实境的显示器内虚拟地操纵相对于所述椎骨的所述多个工具。例如：所述操作者可以使所述工具沿着所述工具的插入路径虚拟地前进，或者缩回所述工具，并且观察所述工具相对于所述椎骨的所述运动。或者，所述计算机处理器可以自动地驱动所述扩增实境显示器以虚拟地使所述工具沿着所述工具的插入路径前进，或者缩回所述工具。
尽管已经参考三维计算机断层图像数据描述了本发明的一些应用，但是本发明的所述范围包括将所述描述的多个技术应用于三维核磁共振成像图像数据。对于这样的应用，通过使用上文描述的多个技术，多个二维投影图像(几何上类似于从多个计算机断层图像中产生的多个数字重建放射性造影)通常从所述核磁共振成像图像数据中产生，并且与所述多个二维图像匹配。对于一些应用，其他技术被用来将核磁共振成像图像数据配准到多个二维X射线图像。例如：可以从所述核磁共振成像图像数据中产生伪计算机断层图像数据(例如：使用van der Bom等人的“通过产生伪计算机断层数据将多个二维X射线图像配准到三维核磁共振成像”，医学与生物学中的物理学，第56卷，第4期)中描述的多个技术，以及使用上文描述的多个技术，将从所述伪计算机断层数据中产生的多个数字重建放射性造影与所述多个X射线图像匹配。
对于一些应用，在脊柱内窥镜检查期间使用核磁共振成像成像以及本说明书中描述的多个技术(包括相对于图7描述的所述多个步骤中的任何一个)被用于促进所述脊柱内窥镜检查的执行。脊柱内窥镜检查是一种新兴的程序，例如，被用于脊柱减压术中。通常地，相对于用于类似目的的当前可比较的手术，通过使用一内窥镜，可以通过一较小的切口插入及操纵多个工具，使得一较小的进入空间提供比起多个传统手术中一更大的治疗空间。通常地，所述多个程序是用于对于软组织进行多个介入，所述软组织例如多个椎间盘。这种组织通常在多个核磁共振成像图像中是可见的，但是在多个计算机断层图像或多个二维X射线图像中是较不可见的或是根本不可见的。在传统上，所述多个程序是在C型臂成像下以插入针来开始，然后插入一系列的扩张器以逐渐扩张所述接近路径。最后，将具有直径约为1公分(cm)的一外管保持在位置上，并且穿过所述外管来插入一内窥镜。从这一点开始，所述程序在内窥镜的视野下执行。
对于一些应用，为了确认即将要执行所述脊柱的内窥镜检查的所述椎骨的所述位置，如上文所述的节段验证被应用在一脊柱内窥镜检查程序中。替代地或额外地，如上所述，用于所述脊柱内窥镜检查的所述进入点可以使用多个光学图像及多个X射线图像的双向的映射来确认。对于一些应用，将核磁共振成像图像数据配准到多个在术中的二维X射线图像。基于所述配准，通常执行如上文所述的多个额外的步骤。例如：所述针、扩张器及/或内窥镜(及/或所述内窥镜的表示及/或所述内窥镜的路径)可以相对于所述核磁共振成像图像数据内的一目标显示(例如：一三维核磁共振成像图像、从三维核磁共振成像图像数据导出一二维横截面及/或从三维核磁共振成像图像数据导出的一二维投影图像)。对于一些应用，内窥镜图像数据被共同地配准到所述多个在术中的图像内的多个相应的位置。例如：多个相应的内窥镜图像数据点可以共同地配准到所述在术中的多个图像内的多个相应的位置。对于一些应用，所述被共同地配准的内窥镜图像数据与所述多个在术中的图像及将多个相应的内窥镜图像数据点共同地配准到所述多个在术中的图像内的多个相应的位置的所述的一指示一起显示。替代地或额外地，内窥镜图像数据被共同地配准到核磁共振成像图像数据。例如：多个相应的内窥镜图像数据点可以共同地配准到所述核磁共振成像图像数据内的多个相应的位置。对于一些应用，所述被共同地配准的内窥镜图像数据与所述核磁共振成像图像数据及将多个相应的内窥镜图像数据点共同地配准到所述核磁共振成像图像数据内的多个相应的位置的所述的一指示一起显示。
对于一些应用，本说明书中描述的多个技术与使用一机械手臂结合来执行，例如：具有5至6个自由度的一相对低成本的机械手臂。根据一些应用，所述机械手臂是用于保持、操纵及/或激活一工具及/或用于沿着一预先编程的路径操作所述工具。对于一些应用，如上所述，计算机处理器22响应于成像数据，驱动所述机械手臂以执行上文提及的多个操作中的任何一个。
现在参考图21A，图21A示出了由使用一图像增强器的一C型臂以及由使用一平面检测器的一C型臂(在右侧)来产生的一校准夹具的多个X射线图像的多个示例，所述多个图像反映了现有技术。还参考图21B，图21B示出了根据本发明的一些应用由使用一图像增强器的一C型臂获取的一X射线图像的一示例，所述图像包括一不透射线的部件200以及一虚线，所述不透射线的部件对应于已知为直的一工具的一部分，所述虚线覆盖在所述图像上并指示由所述直的部分所述限定的一线条(例如：中心线)如何在若所述图像中的多个失真被校正时出现。
如在图21A中示出的所述示例中可以观察到的，在由使用一图像增强器的一C型臂产生的多个X射线图像中，通常存在图像失真，所述图像失真在所述图像的周边增加。相反，在使用一平面检测器所产生的多个图像中，通常没有失真。对于本发明的一些应用，通过图像处理，至少部分地自动校正由使用一图像增强器的一C型臂所述产生的多个X射线图像中的多个失真。例如：为了然后将所述被校正的图像配准到一三维图像数据，可以使用上文描述的多个技术来校正所述多个图像的所述失真。
参照图21B，对于一些应用，这样的一X射线图像至少部分地由计算机处理器22校正，计算机处理器22通过图像处理识别所述放射性造影图像的一部分内的一器械的一不透射线的部件200。对于一些应用，所述不透射线的部件是已知为直的所述工具的一部分、具有一不同的已知形状的一部件及/或以相对于彼此的已知布置来设置的两个或更多个特征。例如：可以识别JamshidiTM针的所述直的轴杆。
对于一些应用，为了至少部分地校正一X射线图像，其中所述X射线图像包括已知为直的一不透射线的组件，所述计算机处理器使用多个用于自动地识别一物体的一中心线的技术，例如：如Tolkowsky的US 2010-0161022中所述的，其通过引用并入本说明书中，以产生所述组件的一中心线。通常地，所述计算机处理器然后通过使所述放射性造影图像的所述部分变形，使得所述已知为直的所述器械的所述不透射线的组件的所述中心线在所述放射性造影图像内呈现是直的，使得所述计算机处理器至少部分地校正在设置有所述已知为直的部件的所述图像中的至少一部分中的所述图像失真。
图19B示出了在校正图19B中的失真之前的一X射线图像的一示例，其中所述X射线图像包括已知为直的并且在所述图像内没有直接出现的组件200，如可以相对于直线210观察到的。对于一些应用，在所述图像的多个相应的部分中识别出两个或更多个所述组件，并且相应地校正所述图像的所述多个部分中的失真。对于一些应用，基于通过多个已知为直的或已知具有一不同的已知形状的所述不透射线的组件所确认的失真校正参数，校正在没有设置所述多个组件的所述图像的多个部分中的多个失真。
对于本发明的一些应用，上文描述的多个技术与一系统结合，所述系统通过以下方式确认一工具的所述尖端相对于所述对象的身体的一部分的所述位置：(a)计算设置在所述对象的身体外的所述工具的一近端部分的一位置，(b)基于所述计算的所述工具的所述近端部分的定位，相对于所述三维图像数据，导出所述工具的一尖端相对于所述对象的身体的所述部分的一位置。例如：所述多个技术可以与一导航系统一起使用，例如：可以包括使用被附接到一工具的一部分的一个或多个位置传感器的一导航系统一起使用，所述工具通常设置在所述对象的身体外，甚至在所述程序期间。(应当注意，设置在所述工具上的所述多个位置传感器可以是由设置在别处的一追踪器追踪的多个传感器，或它们可以是追踪设置在别处的多个传感器的一追踪器，从而作为所述工具的一位置传感器。)例如：可以将一工具插入到所述对象的椎骨中，使得所述工具的远侧尖端(或所述工具的一远侧部分)设置在所述椎骨内，以及一位置传感器可以设置在所述工具的一近侧部分上，其中所述工具被设置在所述对象的身体外。所述导航系统通常通过检测设置在所述工具的所述近端部分上的所述(多个)位置传感器的所述(多个)位置，导出所述工具的所述尖端(或所述工具的一远端部分)的所述位置，然后，基于所述工具(或所述工具的一远侧部分)的所述远侧末端相对于所述(多个)位置传感器的一假设的位置，导出所述工具的所述尖端(或所述工具的一远侧部分)的所述位置。然后，所述导航系统在先前获取的三维图像数据(例如：在将所述对象被放置所述手术室或当所述对象在所述手术室时，但通常在所述介入开始之前获取的多个图像)上覆盖所述工具的所述尖端的所述尖端(或所述工具的一远侧部分)相对于所述椎骨的所述被导出的位置。替代地或额外地，可以通过视频追踪所述工具的所述近端部分及/或通过追踪与所述工具的所述近侧部分耦合的一机器人的一部分的运动，相对于一先前的已知的位置，计算被设置在所述对象的身体外的所述工具的一近端部分的所述位置。例如：基于相对于所述先前已知的位置处的所述机器人的所述多个关节的所述多个对应值的所述机器人的所述多个关节的所述多个数值。
在这种情况下，基于与所述(多个)位置传感器所述工具的所述远端尖端(或所述工具的一远端部分)的所述假设的位置是错误的，可能存在与确认所述工具的所述尖端(或所述工具的一远端部分)的所述位置相关联的多个错误。例如：由于所述工具在插入所述椎骨时轻微地弯曲所导致的。因此，对于一些应用，在所述程序期间，通常是周期性地，在所述椎骨内的所述工具的所述实际的尖端(或所述工具的远端部分)是可见的地方内获取多个二维X射线图像。通过将所述多个二维X射线图像配准到所述多个二维图像数据，相对于所述三维图像数据确认所述工具的所述尖端(或所述工具的远端部分)相对于如在所述二维X射线图像中观察到的所述椎骨的所述位置。例如：可以使用上文描述的多个技术，将所述多个二维X射线图像配准到所述三维图像数据。以这种方式，相对于所述三维图像数据﹐确认所述工具的所述尖端(或所述工具的远端部分)相对于所述椎骨的所述实际的位置。对于一些应用，响应于此，通过系统20周期性地校正由所述确认导航系统产生的三维图像空间内的所述工具的所述尖端(或所述工具的远端部分)相对于所述椎骨的位置的所述确认中的误差。例如：基于所述工具的至少所述尖端(或所述工具的远端部分)的所述被确认的位置，所述计算机处理器可以驱动所述显示器，以相对于所述三维图像数据更新所述工具的所述尖端(或所述工具的远端部分)相对于所述椎骨的所述位置的所述指示。对于一些应用，所述导航系统包括使用扩增实境、或虚拟现实、或机械性操纵多个工具或其任何的组合。
作为说明而非限制，应当注意，本发明的范围包括将本说明书所述的多个设备及多个方法中应用于以下的多个应用的任何一个：
·在所述相同的椎骨中多次的工具插入(例如：向两个椎弓根)。
·任何类型的医疗工具或植入物包括：JamshidiTM针、k线、椎弓根标记物、螺钉、内窥镜、RF探针、激光探针、注射针等。
·一种从一侧部的途径执行的介入，在这种情况下，上文描述的所述前后部及侧部的X射线视角的多个功能性作用通常相互切换。
·多种使用侧部及前后部的视角以外的多个X射线视角作为一替代的或额外的视角的介入。例如：可以使用多个倾斜的成像视角。
·一种从一前部、倾斜及/或后部的介入途径执行的介入。
·多种在多个椎骨上执行的介入，即使对于这种情况，所述多个椎骨的所述在术中的多个X射线图像通常被配准到以一个体为基础的所述多个相对应的椎骨的所述三维图像数据。
·多种在多个椎骨之间的多个椎间盘上执行的介入。
·多种在神经上执行的介入。
·在一视频成像模式下在X射线下的工具插入。
·利用在术内的二维X射线成像，但不使用在术前的三维成像的系统20中的某些特征的用途。
·系统20的某些特征而没有上述一次性物品中的一些或全部的用途，例如：一悬垂物53。
·各种骨科手术，例如：在四肢及/或多个关节上进行的多个手术。
·多种其他身体器官的介入。
对于一些应用，系统20包括上文描述的那些的额外功能。例如：所述计算机处理器可以产生指示一当前的精确度的一输出(例如：所述椎骨的节段的验证的、所述插入部位的确认及/或所述三维图像数据到二维图像的配准的当前的精确度)，例如：基于所述可能的错误的一统计的计算。对于一些应用，所述计算机处理器产生指示从多个应该获取的一个或多个视角中的一新X射线的一提示。例如：所述计算机处理器可以基于自从从一给定的视角中的一先前的X射线的采集以来所经过的时间及/或基于自从一给定的视角中的一先前的一先前X射线的采集以来一工具已经移动的所述距离及/或基于相对于所述C形臂的多个标记物52所述定位的所述观察到的多个变化来产生所述提示。
本说明书中描述的本发明的多个应用可以采取可从一计算机可用介质或一计算机可读介质(例如：非暂时性计算机可读介质)存取的一计算机程序产品的形式，所述计算机可用介质或所述计算机可读介质提供供一计算机或任何指令执行系统使用或与一计算机或任何指令执行系统连接的程序代码，例如：计算机处理器22。为了本说明书的目的，一计算机可用介质或一计算机可读介质可以是能够包括存储、通信、传播或传输所述程序以供一计算机或任何指令执行系统使用或与所述指令执行系统、设备或装置连接的所述程序。所述介质可以是电子、磁、光、电磁、红外线或半导体系统(或装置或设备)或一传播介质。通常地，所述计算机可用介质或所述计算机可读介质是一非暂时性计算机可用介质或一非暂时性计算机可读介质。
一计算机可读介质的多个示例包括：半导体或固态存储器、磁带、可移动的计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘以及光盘。多个光盘的多个当前的示例包括：压缩磁盘只读存储器(CD-ROM)、压缩磁盘读/写(CD-R/W)以及数字化视频光盘(DVD)。对于一些应用程序，使用云端存储及/或存储在一远程服务器中。
一种适用于存储及/或执行程序代码的数据处理系统将会包括至少一处理器(例如：计算机处理器22)，所述至少一处理器通过一系统总线直接或间接地耦合到多个存储器组件(例如：存储器24)。为了必需减少在执行期间必须从大容量存储器检索代码的次数，所述多个存储器组件可以包括在程序代码的实际执行期间采用的本地存储器、大容量存储器以及多个提供至少一些程序代码的临时存储的快取存储器。所述系统可以在所述多个程序存储设备上读取所述多个创造性指令，并且遵循所述多个指令来执行本发明的所述多个实施例的所述方法。
多个网络适配器可以耦合到所述处理器，以使所述处理器能够通过介入私有网络或公共网络耦合到其他处理器或远程打印机或存储设备。调制解调器、电缆调制解调器以及以太网卡只是所述当前可用的类型的多个网络适配器中的一小部分。
用于实行本发明的多个操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括例如Java、Smalltalk、C++等的一面向对象的编程语言以及例如C编程语言或类似的编程语言的多个传统的程序编程语言。
应该理解，图7、14A及14B中所示的所述流程图的多个方块、所述多个流程图中的多个方块的多个组合以及本说明书中描述的所述多个算法中的任何一个可以通过多个计算机程序指令来实施。所述多个计算机程序指令可以被提供给一通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的一处理器，以产生一机器，使得通过所述计算机的所述处理器(例如：计算机处理器22)或其他可编程的数据处理装置、用于实现在本申请中描述的多个流程图及/或多个算法中提出的所述多个功能/多个动作的多个创建装置来执行所述多个指令，所述多个计算机程序指令还可以存储在一计算机可读介质(例如：一非暂时性计算机可读介质)中，所述计算机可读介质可以指示一计算机或其他可编程数据处理装置以一特定方式来运行，使得存储在所述计算机可读介质中的所述多个指令产生一件制品，所述制品包括多个指令装置，所述指令装置实施在所述多个流程图块及多个算法中提出的所述功能/动作。所述多个计算机程序指令也可以加载到一计算机或其他可编程的数据处理装置上，以使得在所述计算机或其他可编程的装置上执行一系列的操作步骤，以产生一计算机实施过程，使得在所述计算机或其他可编程装置上执行的多个指令提供多个用于实施本申请中描述的多个流程图及/或多个算法中提出的所述多个功能/动作的过程。
本说明书中描述的计算机处理器22及其他计算机处理器通常是以多个计算机程序指令编程的多个硬件设备，以产生一专用计算机。例如：当被编程为执行本说明书中描述的多个算法时，所述计算机处理器通常用作一专用的骨骼手术辅助计算机处理器。通常地，通过多个计算机处理器执行的本说明书中描述的多个操作变换一存储器的所述物理状态，其中存储器是一真实的实体，以取决于所使用的所述存储器的所述技术而具有一不同的磁极性、电荷等。
本领域技术人员将理解本发明不限于以上具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合两者以及本领域技术人员在阅读前述描述时将想到的所述组合和所述子组合在非现有技术中的变化和修改。

Claims (43)

1.一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置；
其特征在于：所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；以及
识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分的一位置；
基于在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到三维图像数据，来确认所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第一位置；在所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径移动到一第二位置后，从所述二维X射线装置中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，所述一个或多个额外的二维X射线图像是从一单一图像视角中获取；
通过图像处理，识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置；
基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置及所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述被确认的第一位置，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第二位置；以及
在所述输出装置上产生至少部分地响应于此的一输出。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述第一图像视角及所述第二图像视角中的一个接收的至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从不同于所述第一图像视角及所述第二图像视角中的一第三图像视角中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。
4.一种用于使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像，以及
(c)一输出装置，其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影，以及识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别在所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分的一位置；
基于在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置，以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，确认所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的工具的所述第一位置；
在所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径移动到一第二位置后，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像，所述一个或多个额外的二维X射线图像是从一单一图像视角中获取；
通过图像处理，识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置；
基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置及所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述被确认的第一位置，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第二位置；以及
产生至少部分地响应于此的一输出。
5.一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着纵向插入路径前进到对象的身体内的一骨骼部分，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(b)一输出装置；
其特征在于：所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分中的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；通过图像处理，识别所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中的所述工具的所述部分；
确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的一关系；
在所述工具相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径前进，使得所述工具的所述部分沿着所述纵向插入路径设置在一第二位置后，以从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，所述一个或多个额外的二维X射线图像是从一单一图像视角中获取；
通过图像处理，识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置；
基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内识别的所述工具的所述部分的所述第二位置以及在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的所述被确认的第二位置，导出所述工具的所述部分相对于至少所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的所述第二位置；以及
在所述输出装置上产生至少部分地响应于此的一输出。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述骨骼部分的一三维图像数据，确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述关系。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述设备是与一三维不透射线的夹具一起使用，以及其中所述至少一计算机处理器被配置为使用在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中可见的所述三维不透射线的夹具来确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述关系。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述工具包括在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中可见的两个或更多个不透射线的特征，以及其中所述至少一计算机处理器被配置为使用在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中可见的所述工具的所述二个或多个不透射线的部分来确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的所述关系。
9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过接收从所述第一图像视角及所述第二图像视角中的一个来接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。
10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过接收从不同于所述第一图像视角及所述第二图像视角的一第三图像视角中来接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，从所述二维X射线成像装置中接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述一个或多个额外的二维X射线图像。
11.一种用于使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像；当所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置时，所述二维X射线成像装置相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(b)一输出装置；
其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述二维X射线成像接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；
通过图像处理识别所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中的所述工具的所述部分；
确认所述第一二维X射线图像与所述第二二维X射线图像之间的一关系；
在所述工具相对于所述骨骼部分沿着所述纵向插入路径前进，使得所述工具的所述部分沿着所述纵向插入路径设置在一第二位置后，从所述二维X射线装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一个或多个额外的二维X射线图像，所述一个或多个额外的二维X射线图像是从一单一图像视角获取；
通过图像处理，识别在所述一个或多个额外的二维X射线图像内的所述工具的所述部分的所述第二位置；
基于在所述一个或多个额外的二维X射线图像内被识别的所述工具的所述部分的所述第二位置以及在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像之间的所述被确认的关系，导出所述工具的所述部分相对于所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的所述第二位置；以及
在所述输出装置上产生至少部分地响应于此的一输出。
12.一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分，以及与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，以及
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置，
其特征在于：所述设备包括：
至少一个计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据，从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像，将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；及
识别与所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别在所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分的所述位置；
基于在所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置，以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的一给定的位置之间的一关系；以及
在所述输出装置上产生一输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的一给定的位置之间的所述关系。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一二维横截面上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像内的所述给定位置之间的所述关系。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一二维投影上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一三维图像上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
16.根据权利要求12所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过被配准到所述三维图像数据的一二维X射线图像上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
17.根据权利要求12所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像中至少一个上产生所述输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
18.根据权利要求12至15任一项所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过导出相对于所述三维图像数据内的所述给定的位置的所述工具的一预期的纵向插入路径，来导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
19.根据权利要求12至15任一项所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第一位置与所述三维图像数据内的一预先指定的目标位置之间的所述关系，来导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的位置与所述三维图像数据内的所述给定位置之间的所述关系。
20.根据权利要求12至15任一项所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述第一位置与所述三维图像数据内的多个相应的体积的一关系，所述多个相应的体积指定所述工具相对于所述多个相应体积的突出的多个相应的可接受程度，来导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
21.一种使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置，
其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；
将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影，以及识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别在所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分相对于所述骨骼部分的一位置；
基于在所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述工具的所述部分的所述被识别的位置，以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，导出所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的一给定的位置之间的所述关系；以及
在所述输出装置上产生一输出，所述输出指示所述工具的所述部分相对于所述三维图像数据的所述位置与所述三维图像数据内的所述给定的位置之间的所述关系。
22.一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置；
其特征在于：所述设备包括：
至少一个计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；
相对于所述三维图像数据，接收所述骨骼部分内的一位置的一指定；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；及
识别与所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，导出在所述骨骼部分的所述多个二维X射线图像的至少一个内的所述指定的位置的一方位；
通过图像处理，相对于所述骨骼部分的所述多个二维射线的所述至少一个，识别所述工具的至少一部分的一位置；
基于所述工具的所部分的所述被识别的位置，在所述骨骼部分的所述多个二维X射线的至少一个内，确认所述工具的一预期的纵向插入路径与所述指定的位置之间的一关系；以及
在所述输出装置中产生至少部分地响应于此的一输出。
23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一目标位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
24.根据权利要求22所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过相对于所述三维图像数据接收所述工具在所述骨骼部分内应避免的一个或多个位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
25.根据权利要求22至24任一项所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一横截面的所述位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
26.根据权利要求22至24任一项所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一二维投影的所述位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
27.根据权利要求22至24任一项所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过从所述三维图像数据导出的所述骨骼部分的一三维图像的所述位置的一指定，相对于所述三维图像数据接收所述骨骼部分内的一位置的所述指定。
28.一种使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一输出装置，
其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；相对于所述三维图像数据，接收所述骨骼部分内的一位置的一指定；从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的至少一部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；
将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影，以及识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，导出在所述骨骼部分的所述二维X射线图像的至少一个内的所述指定的位置的一方位；通过图像处理，识别相对于所述骨骼部分的所述二维X射线图像的至少一个的所述工具的至少一部分的一位置；
基于所述工具的所述部分的所述识别的位置，在所述骨骼部分的所述二维X射线图像的至少一个内确认所述工具的一预期的纵向插入路径与所述指定的位置之间的一关系；以及
产生至少部分地响应于此的一输出。
29.一种用于使用一工具执行一程序的设备 ，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一显示器；
其特征在于：所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；
从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影；及
识别与所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别所述工具的一尖端相对于所述骨骼部分的所述第一X射线图像及所述第二X射线图像的一位置；
基于所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的所述第一X射线图像及所述第二X射线图像的所述被识别的位置，以及将所述第一X射线图像及所述第二X射线图像配准到所述三维图像数据，相对于所述三维图像数据，确认所述工具的所述尖端的一位置；以及
响应于此，驱动所述显示器，以显示所述骨骼部分的一横截面，所述横截面是从所述三维图像数据中导出的所述横截面，以及对应于所述工具的尖端的所述位置。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器还被配置为驱动所述显示器，以在所述骨骼部分的所述横截面上显示所述工具的一位置的一指示。
31.根据权利要求29或30所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过驱动所述显示器以显示基于所述工具的一插入方向的一横截面视图，来驱动所述显示器以显示所述骨骼部分的所述横截面，所述横截面视图是选自于由一轴向横截面、一冠状横截面、一矢状横截面以及一横截面组成的群组。
32.一种用于使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一显示器，
其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；从所述二维X射线成像装置接收至少所述工具的所述部分与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像；将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影，以及识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，识别所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的一位置；基于所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像的所述被识别的位置以及将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据，确认所述工具的所述尖端相对于所述三维图像数据的一位置；以及
响应于此，驱动所述显示器，以显示所述骨骼部分的一横截面，
所述横截面是从所述三维图像数据导出，并且对应于所述工具的尖端的所述位置。
33.一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一给定的椎骨中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述对象的脊柱的至少一部分的一三维图像数据，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取所述工具的至少一部分与所述对象的脊柱的所述部分的一第一二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述对象的脊柱的所述部分的一第二二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；以及
(c)一输出装置，
其特征在于：所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置接收所述对象的脊柱的至少所述部分的所述三维图像数据，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，从所述二维X射线成像装置接收所述工具的至少一部分与所述对象的脊柱的至少所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，接收指示所述三维图像数据内的所述给定的椎骨的一位置的一输入；
通过图像处理，自动地识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨的一位置；
将所述第一X射线图像及所述第二X射线图像内的所述给定的椎骨配准到所述三维图像数据内的所述给定的椎骨，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生所述给定的椎骨的多个二维投影，以及
识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，相对于所述给定的椎骨，识别在所述脊柱的所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的至少所述工具的所述部分的一位置，识别所述工具的所述部分的一位置；
基于将所述第一或第二的X射线图像内的所述给定的椎骨配准到所述三维图像数据内的所述给定的椎骨，以及至少所述工具的所述部分的所述被识别的位置，相对于所述给定的椎骨，确认至少所述工具的所述部分的所述的位置；以及
响应于此，在所述输出装置上产生一输出。
34.一种用于使用一工具执行一程序的计算机软件产品，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一骨骼部分中，以及所述计算机软件产品与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述对象的脊柱的至少一部分的一三维图像数据，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及所述二维X射线成像装置被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取至少所述工具的所述部分与所述对象的脊柱的所述部分的一第一二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，
以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取至少所述工具的所述部分与所述对象的脊柱的所述部分的一第二二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；以及
(c)一输出装置，
其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述三维成像装置接收所述对象的脊柱的至少所述部分的所述三维图像数据，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；
从所述二维X射线成像装置接收所述工具的至少一部分与所述对象的脊柱的至少所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像，所述对象的脊柱包含所述给定的椎骨；
接收指示所述三维图像数据内的所述给定的椎骨的一位置的一输入；
通过图像处理，自动地识确认在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨的一位置；
将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨配准到所述三维图像数据内的所述给定的椎骨，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生所述给定的椎骨的多个二维投影；以及识别与所述骨骼部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影；
通过图像处理，相对于所述脊柱的所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述给定的椎骨，识别至少所述工具的所述部分的一位置；
以及基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像配准到所述三维图像数据以及至少所述工具的所述部分，相对于所述三维图像数据内的所述给定的椎骨，确认至少所述工具的所述部分的所述位置；以及
响应于此，在所述输出装置上产生一输出。
35.一种用于使用一工具执行一程序的设备，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一给定的椎骨中，以及所述设备与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且当所述工具的一部分沿着所述纵向插入路径设置在一第一位置时，所述二维X射线成像装置被配置为从一单一视角中获取所述工具的至少一部分及所述骨骼部分的一个或多个二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，以及所述工具的一尖端沿着所述纵向插入路径设置在一给定的位置；以及
(c)一显示器，
其特征在于：所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
从所述三维成像装置中接收所述骨骼部分中的所述三维X射线图像，
从所述二维X射线成像装置中接收所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像，
将所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维成像装置产生多个二维投影；及
识别与从所述单一视角中获取的所述骨骼部分中的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的一二维投影；通过图像处理，识别在所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个内的所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的一位置；
基于相对于所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个内的所述骨骼部分的所述工具的所述尖端的所述被识别的位置，以及将所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个配准到所述三维图像数据，相对于与所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的所述二维投影，确认所述工具的所述尖端的一位置；以及
响应于此，驱动一显示器以显示所述骨骼部分的一横截面，所述横截面是从所述三维图像数据中导出，以及与所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的所述二维投影，对应于所述工具的尖端的所述位置。
36.根据权利要求35所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器还被配置为驱动所述显示器在所述横截面上显示一线条，所述线条指示所述横截面内的所述工具的尖端的所述位置是在所述线条上的某处。
37.一种计算机软件产品，用于使用一工具执行一程序，所述工具被配置为沿着一纵向插入路径前进到一对象的一身体内的一给定的椎骨中，以及与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述骨骼部分的一三维图像数据，
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，并且被配置为从一第一视角中获取所述工具的至少一部分与所述骨骼部分的一个或多个二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，以及所述工具的一尖端沿着所述纵向插入路径设置在一给定的位置，以及
(c)一输出装置，其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
从所述三维成像装置接收所述骨骼部分的所述三维图像数据；从所述二维X射线成像装置接收所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像；
将从所述单一视角获取的所述一个或多个二维X射线图像中的一个配准到所述三维图像数据，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生多个二维投影，以及识别与从所述单一视角获取的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的一二维投影；
通过图像处理，识别在所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个内的所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的一位置；
基于在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的所述尖端相对于所述骨骼部分的所述被识别的位置以及将所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个配准到所述三维图像数据，相对于与所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的一二维投影，确认所述工具的所述尖端的一位置；以及
响应于此，驱动一显示器以显示所述骨骼部分的一横截面，所述横截面是从所述三维图像数据中导出，以及相对于与所述骨骼部分的所述一个或多个二维X射线图像中的所述一个匹配的所述二维投影，对应于所述工具的尖端的所述位置。
38.一种应用在一医疗介入期间对一对象的一身体的一部分使用一工具的设备，以及与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述对象的身体的所述部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：
从一第一视角中获取所述工具的一远端部分与所述对象的身体的所述部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置；
相对于所述对象的身体移动到一第二姿势；及
当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取所述工具的所述远端部分与所述对象的身体的所述部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一显示器；
其特征在于：所述设备包括：
至少一计算机处理器，被配置为：
计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的一位置；
基于所述工具的所述近端部分的所述计算的位置，相对于所述三维图像数据，导出所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的一位置；
基于所述导出的位置，驱动所述显示器以相对于所述三维图像数据显示所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的一指示；
按顺序地：
从所述二维X射线成像装置接收所述工具的所述远端部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像与所述对象的身体的所述部分；
将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分；
通过图像处理，识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的至少所述远端部分相对于所述对象的所述部分的一位置；
基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分以及在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的至少所述远端部分的所述被识别的位置，相对于所述三维图像数据确认所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的所述位置；以及
基于所述工具的所述远端部分的所述被确认的位置，驱动所述显示器以相对于所述三维图像数据更新所述工具的所述远端部分的所述位置相对于所述对象的身体的所述部分的所述指示。
39.根据权利要求38所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分，所述配准包括：
从所述三维图像数据产生所述对象的身体的所述部分的多个二维投影；以及
识别与所述对象的身体的所述部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的所述部分匹配的相应的一第一二维投影及一第二二维投影。
40.根据权利要求38或39所述的设备，其特征在于：所述设备还包括一个或多个位置传感器，与所述工具的所述近端部分耦合，其中所述至少一计算机处理器被配置为通过与所述工具的所述近端部分耦合的所述一个或多个位置传感器，计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的所述位置。
41.根据权利要求38或39所述的设备，其特征在于：所述至少一计算机处理器被配置为通过影像追踪所述工具的所述近端部分，计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的所述位置。
42.根据权利要求38或39所述的设备，所述装置还包括一机器人，所述工具的所述近端部分耦接到所述机器人的一部分，其中所述至少一计算机处理器被配置为通过追踪所述机器人的所述部分，所述机器人的所述部分是相对于所述机器人的所述部分的一已知的先前方位，计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的所述位置。
43.一种应用在一医疗介入期间对一对象的一身体的一部分使用一工具的计算机软件产品，以及与下述多个装置一起使用：
(a)一三维成像装置，被配置为获取所述对象的身体的所述部分的一三维图像数据；
(b)一二维X射线成像装置，未配准到所述对象的身体，以及被配置为按顺序地：从一第一视角中获取所述工具的一远端部分与所述对象的身体的所述部分的一第一二维X射线图像，而所述二维X射线成像装置以一第一姿势相对于所述对象的身体设置，相对于所述对象的身体移动到一第二姿势，以及当所述二维X射线成像装置处于所述第二姿势时，从一第二视角中获取所述工具的所述远端部分与所述对象的身体的所述部分的一第二二维X射线图像；以及
(c)一显示器，
其特征在于：所述计算机软件产品包括一非暂时性计算机可读介质，存储多个程序指令，当通过一计算机读取所述多个指令时，所述多个指令使所述计算机执行下述多个步骤：
计算设置在所述对象的身体外的所述工具的所述近端部分的一位置；
基于所述工具的所述近端部分的所述计算的位置，相对于所述三维图像数据，导出所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的一位置；以及
基于所述导出的位置，驱动所述显示器以相对于所述三维图像数据显示所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的所述指示；
按顺序地：
从所述二维X射线成像装置接收所述工具的所述远端部分的所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像与所述对象的身体的所述部分，将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分；通过图像处理，识别在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的至少所述远端部分相对于所述对象的所述部分的一位置；
基于将所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述对象的身体的所述部分配准到所述三维图像数据内的所述对象的身体的所述部分以及在所述第一二维X射线图像及所述第二二维X射线图像内的所述工具的至少所述远端部分的所述被识别的位置，相对于所述三维图像数据确认所述工具的所述远端部分相对于所述对象的身体的所述部分的所述位置；以及
基于所述工具的所述远端部分的所述被确认的位置，驱动所述显示器以相对于所述三维图像数据更新所述工具的所述远端部分的所述位置相对于所述对象的身体的所述部分的所述指示。
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