CN114929144A - 利用弯曲仪器路径的增强型规划和可视化及其弯曲仪器 - Google Patents

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Abstract

提供可与可弯曲医疗设备一起使用的弯曲路径轨迹的示例性方法和系统。弯曲路径可以包括直线和弯曲级联弧分段。该方法和系统可以提供对例如使用激光间质热疗(LITT)的颞叶癫痫(TLE)或使用消融治疗的肿瘤的规划、可视化和治疗。利用弯曲路径，外科医生可以创建介入规划，以避开关键结构，并覆盖比直线路径更多的靶体积以用于治疗/诊断。

Description

利用弯曲仪器路径的增强型规划和可视化及其弯曲仪器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月9日在美国专利商标局提交的美国临时申请第62/959095号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
美国政府权利
本发明可能是在执行NIH拨款P41-EB015898和R01-EB027134下的工作时做出的。政府可能对这项发明拥有权利。
技术领域
本申请的公开总体涉及具有软件和设备的医疗系统，尤其涉及具有可应用于引导介入工具和仪器(诸如导管和消融探头)的弯曲设备的计算机辅助系统。
背景技术
微创介入在许多医疗领域得到了广泛采用。例如，在神经外科手术中，激光间质热疗(LITT)与成本适当的存活率提高相关联，即在脑外科手术中治疗深层和其他外科手术无法接近的病变的能力。此外，由于LITT绕过了血脑屏障，因此它在靶向药物输送方面表现出了希望。具体地，在癫痫症中，LITT现在是用于儿童下丘脑错构瘤的一线外科手术选项，并被接受为内侧癫痫的前期外科手术选项。
LITT是一种微创治疗技术，包括肿瘤消融、放射性坏死和癫痫的治疗。LITT使用具有半导体激光器尖端的导管，该导管通过2-3mm直径的插管立体地放置在大脑内部。插管穿过颅骨和脑实质，沿着直线路径到达靶区病变。激光器在其尖端发射能量，以消融靶区位置处的关注区。消融可以在磁共振测温(MRT)的帮助下执行，MRT使用梯度回波序列向外科医生提供关于消融区温度的实时反馈。
因为LITT是微创的，所以它比开放外科手术恢复得更快，发病率更低。然而，LITT治疗颞叶癫痫(TLE)患者的成功率仅为50％，远低于颞叶切除术80％的成功率。这被认为是因为以下事实：插入的插管的直线路径不允许通过单一插入接近整个杏仁核和海马体，从而只允许部分消融这些结构。
因此，需要弯曲轨迹，既用于规划软件又引导LITT。存在各种规划软件可供选择。例如，美国专利第9818231号公开了用于介入的可视化软件。该软件显示弯曲路径和解剖项目。弯曲路径被表示为样条曲线，并且包括沿路径的点，并确定解剖项目与这些点之间的距离。
然而，这种技术和类似技术仍然有很大的局限性。例如，虽然美国专利第9818231号中的弯曲路径为患者提供信息，并在外科手术中告知临床医生，它将轨迹表示为如样条曲线那样的光滑曲线。所插入的仪器的任何实际插入路径或仪器形状本身都不太可能恰好遵循该样条弯曲。因此，利用该软件生成的任何规划不能固有地代表真实介入的实际路径，并从而用于避免插入过程中的错误。
因此，需要提供弯曲轨迹及其使用的系统和方法，其更紧密地对应于可应用于在外科手术介入(例如，LITT)期间沿弯曲轨迹引导介入工具和仪器(例如，导管)的设备的插入路径。
发明内容
根据本发明的至少一个实施例，提供了一种规划和可视化方法，包括：识别医学图像中的入口点和靶体积(target volume)；基于靶体积的几何元素(例如，中心线)定义入口点和靶体积之间的初步弯曲路径，其中初步弯曲路径包括至少两个分段，其中该至少两个分段中的至少一个是弧分段；基于用户输入修改初步弯曲路径以形成外科手术弯曲路径；其中，初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个受外科手术机器人的物理参数约束；以及显示初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个，并显示靶体积。
在一些实施例中，在初始和/或外科手术弯曲路径中存在两个或更多个级联的弧分段以及至少一个直分段，直分段级联在弧分段和入口点之间级联。初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的一者或两者可以受外科手术机器人的物理参数约束。可视化可以包括单独地或在彼此上或医学图像上重叠地显示以下中的两个或更多个：初步弯曲路径、外科手术弯曲路径、靶体积、几何元素以及(多条)弯曲路径到靶体积的边界之间的距离。
根据其他实施例，提供了一种用于规划和可视化弯曲路径的系统，包括：计算机实现的规划和可视化子系统，其被配置为：识别医学图像中的入口点和靶体积；基于靶体积的几何元素定义入口点和靶体积之间的初步弯曲路径，其中初步弯曲路径包括至少两个分段，其中该至少两个分段中的至少一个是弧分段；接受用户输入以修改初步弯曲路径并形成外科手术弯曲路径；其中，初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个受外科手术机器人的物理参数约束；以及显示初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个，并显示靶体积。
根据其他实施例，提供了一种医疗规划和实现系统，包括：计算机实现的规划和可视化子系统，其被配置为执行本文描述的方法，以及外科手术机器人，其包括两个或更多个弯曲节段，其中两个或更多个弧分段的弧长基本上与两个或更多个弯曲节段的长度相同。
在其他实施例中，提供了一种治疗患有颞叶癫痫(TLE)的患者的方法，包括：识别患者的医学图像中的入口点；定义入口点与杏仁核和海马体的几何元素之间的初步弯曲路径，其中初步弯曲路径包括至少两个分段，其中该至少两个分段中的至少一个是弧分段；基于用户输入修改初步弯曲路径以形成外科手术弯曲路径；其中初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个受外科手术机器人的物理参数约束；显示初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个并显示靶体积；以及使用包括两个或更多个弯曲节段的外科手术机器人向患者提供激光间质热疗(LITT)，该LITT是基本上沿着外科手术弯曲路径提供的。
当结合所附附图和所提供的权利要求阅读本公开的示例性实施例的以下详细描述时，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得清楚。
附图说明
当结合示出本公开的说明性实施例的附图时，将从下面的具体实施方式中明白本公开的其他目的、特征和优点。
图1示出了本发明的第一实施例的用于脑介入的增强型规划软件的显示。
图2(A)和图2(B)是示出弧分段2及其弧参数的图。一个弧分段是在两端具有连接点4的圆弧(图2(A))。该弧分段2在XYZ坐标系中位于平面A上，角度为u，原点在其中一个连接点上，Z方向为弧分段2的切线。角度u是弧参数之一，被称为弯曲平面。
图3(A)和图3(B)示出了本发明的第二实施例的可弯曲导管子系统。
图3(C)是示出远端和近端之间的三个弧分段和一个直分段的图。图3(D)示出了类似的曲线，但在机器人导管模型的模型内。
图4(A)-4(P)是使用用于激光消融治疗的规划系统的各种实施例的屏幕截图，其示出了具有分割的杏仁核、海马体、血管、脑室、视束、视交叉、视神经和脑干的示例性LTE病例。
图5(A)-5(D)是针对具有分割的肿瘤、脑室、脑干、功能语言区域(经由fMRI)和白质束(经由dMRI)的肿瘤病例的规划系统的实施例的屏幕截图。
图6(A)-6(H)示出了神经外科住院医师设计的直线路径的三个视图。
图7示出了在图6(A)-6(H)所示的设计阶段之后，外科手术中用于到达杏仁核和海马体以用于治疗MTLE的实际路径。
图8(A)-8(C)是示出针对杏仁核和海马体中的颞叶癫痫、TLE1右(图8(A))和TLE1左(图8(B))的覆盖率的图7的外科手术路径的覆盖率的图表。肿瘤覆盖率如图8(C)所示。
图9(A)示出了可与本发明的至少一个装置、系统、方法和/或存储介质的一个或多个实施例一起使用的计算机的实施例的示意图。图9(B)示出了根据本公开的一个或多个方面的可与本发明的至少一个装置、系统、方法和/或存储介质的一个或多个实施例一起使用的计算机的另一实施例的示意图。
在整个附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记和字符用于表示所示实施例的相同特征、元件、组件或部分。此外，虽然现在将参考附图详细描述本公开，但其是结合说明性示例性实施例来进行的。意图在不背离所附权利要求所定义的本公开的真实范围和精神的情况下，可以对所描述的示例性实施例进行改变和修改。
具体实施方式
规划软件向医生提供用于介入的可视信息。用于一个特定实施例的显示包括可以由用户在使用期间预定义或设置的不同视图(图1的右侧)和用于介入规划的控制面板(图1的左侧)。
该软件可以在视窗中显示医学图像。在该特定实施例中，该软件显示大脑的MRI图像。
操作者可以通过分割MRI图像的特定部分来识别靶体积。在图1中，该软件对杏仁核、海马体、血管、脑室、视束、视交叉、视神经和脑干进行分割，并通过使用彩色线条将这些分割的解剖结构的模型与MRI图像重叠。具体地，在该实施例中，杏仁核5和海马体6的模型是作为LITT外科手术消融的解剖结构的靶体积。操作者还可以识别要避开的体积，这些体积可以是血管、脑室、视束、视交叉、视神经和脑干的模型。
在一些实施例中，靶体积是解剖对象的三维模型的体积。例如，整个海马体可能是靶体积，并且是消融的目标。在其他实施例中，靶体积可以小于三维解剖对象的体积，并且在又一些实施例中，靶体积可以大于解剖对象的体积(例如，对象和余量)。
操作者还可以识别入口点3，入口点3可以是消融仪器通过颅骨的入口点。
通过使用分割的解剖结构和入口点3，医生可以模拟插入和移除路径，同时可视化医学图像、靶体积和到要避开的结构的距离的测量以及靶体积的多少可达，以探索最佳路径。
这些模拟的插入和移除路径被引导穿过靶体积，该靶体积可以被定义为特定区域或关注点，或者对于一些实施例更感兴趣地，整个体积，诸如整个杏仁核或海马体或整个肿瘤。因此，在该规划步骤期间，关于靶体积的多少可达的信息可以在视觉上指示，或以数字形式计算并呈现，以帮助优化过程。
路径包括近端直分段1、弧分段2a、2b和2c。这些分段与连接点4a、4b、4c和4d级联。
利用弯曲路径，医生可以在包括复杂纵向形状的杏仁核5和海马体6的模型中找到覆盖靶体积的最佳路径。此外，医生还可以通过将覆盖模型与MRI图像一起使用来找到避开关键解剖结构的路径。
弧分段2a、2b、2c包括具有它们自己的弧参数的圆弧，弧参数包括1)弧长、2)曲率半径或弯曲角、以及3)弯曲面。
在一些其他实施例中，弧分段是可微分曲线的弧分段而非圆弧。因此，弧分段可以是椭圆的弧分段。在其他实施例中，弧分段可以是抛物线或双弯曲的弧分段，以调整例如可弯曲导管内的弯曲节段的近端和远端之间的摩擦力差。如本文所理解的，作为圆弧分段或可微分曲线弧分段的弧分段具有大于零的曲率半径或弯曲角。优选地，弧分段具有小于10cm的曲率半径。
在一些实施例中，将如本文描述的那样定义最佳路径。在其他实施例中，例如可以由外科医生使用本文描述的规划系统和导管来定义最佳路径。在其他实施例中，可以基于要避开的靶区域和关键结构以及被显示为与患者结果相关的其他参数来策划用于最佳路径的更客观的参数。在其他实施例中，最优弯曲路径可以在例如下文描述的工作之后自动设计：M.Pinzi，S.Galvan和Y.B.F.Rodriguez，Int J Comput Assist Radiol Surg，vol.14，no.4，pp.659-670，2019年4月；A.Hong等人，Int J Med Robot，vol.15，no.4，pp.e1998，2019年8月和/或J.Granna，A.Nabavi和J.Burgner-Kahrs，Int J Comput AssistRadiol Surg，vol.14，no.4，pp.335-344，2019年2月。
图2(A)和图2(B)解释了弧分段2及其弧参数。一个弧分段是在末端具有连接点4和5的圆弧(图2(A))。该弧分段2在XYZ坐标系中位于平面A上，角度为u，原点在其中一个连接点上，Z方向为弧分段2在连接点处的切线。角度u是弧参数之一，被称为弯曲平面。
在平面A上，弧分段2的长度为s，曲率半径为r。在图2(B)中，箭头C表示弧分段2在连接点5处的取向向量。弧长s和曲率半径r为弧参数。此外，图1中的弧分段2a、2b、2c被配置为各自具有独立的弧参数，而不是具有共同的曲率半径r、弧长和弯曲角t。然而，在相邻弧分段之间的连接点处，相邻弧分段的切线相同，以保持曲率连续性。
操作者可以通过使用针对弧分段2a、2b和2c(图1)的控制面板7、8、9在软件中改变这些弧参数，并且可以探索和识别用于脑介入的多个弯曲路径。
在不同实施例中，弯曲路径不包括近端的直分段1。在本实施例中，弯曲路径仅包括从入口点3到靶体积5和6的弧分段2。
虽然图2(A)和图2(B)示出了单个弧分段，但图3(A)和图3(B)中示出了其他实施例，其中描述了示例性的可弯曲导管子系统。可弯曲导管子系统结合如上所述的规划软件形成介入系统。可弯曲导管子系统包括可弯曲导管10和控制手柄11。
控制手柄11包括弯曲装置，用于弯曲可弯曲导管10中的弯曲节段。弯曲装置可以是被配置为传递来自操作者的力的马达或机械结构。
可弯曲导管包括三个弯曲节段12、13、14和近端节段19。三个弯曲节段12、13、14可以利用控制手柄11进行三维弯曲。近端节段19可以是被动柔性的，也可以是直形刚性的。在一些实施例中，每个弯曲节段具有两个或三个导丝，其利用控制手柄11提供对可弯曲节段的推拉致动。在一些实施例中，近端节段19是被动的，因为没有肌腱或导丝来控制该节段的取向。然而，在该节段中具有一定的灵活性，其允许该节段移动以减少可弯曲设备内的摩擦，和/或当弯曲节段在管腔内被操纵时更好地遵循它们的方向。
具体地，在本实施例中，软件具有与弯曲节段的长度相对应的弧长s的固定参数。此外，当可弯曲导管10包括最大可弯曲曲率半径时，软件能够在规划过程中自动地将曲率半径限制在该最大可弯曲曲率半径内，使得医生可以排除不可行的介入规划。
在其他类似实施例中，可弯曲导管子系统可以具有例如2、4、5、6个或更多个可弯曲节段，而不是具有三个弯曲节段12、13和14以及近端节段19。可以提供附加的可弯曲节段，以提供更大的灵活性和导航曲折路径的能力。尽管图3(A)和图3(B)中所示的可弯曲导管子系统被设计为具有例如脑外科手术所优选的小外径，但是其他实施例不限于具有小直径，并且可以基于如上所述的导管添加另外的控制线，从而添加可弯曲节段。类似地，可弯曲导管子系统的其他配置可以与更多或更少的可弯曲节段一起使用，或者与附加的不可弯曲节段或被动节段一起使用。
由于弯曲节段(所提供的三个，或者在适当的情况下，更多或更少)可分别用圆弧近似，因此软件可以创建实际可弯曲导管可遵循的可行且准确的路径。
在使用中，可弯曲导管子系统可以通过例如独立地弯曲可弯曲节段12和可弯曲节段13以及弯曲可弯曲节段14来操纵。因此，在规划阶段，包括三个级联的弧分段的弯曲路径提供了可弯曲导管子系统在诸如LITT或肿瘤消融治疗之类的外科手术介入期间可以遵循的有用的规划轨迹，其中弧分段的长度对应于可弯曲节段12、13和14以及直分段(其对应于节段19)的长度。
在一些实施例中，可弯曲导管子系统由如下一个或多个描述：美国专利公开2015/0088161；2018/0192854；2018/0296800；2018/0310804；2018/0243900；2018/0311006；2019/0015978和2019/010546以及PCT公开WO2018204202，每一个都通过引用整体并入本文。
示范性研究
针对LTE和其他神经外科应用的激光消融系统可供使用，并包括Visualase(Medtronic公司)和NeuroBlate(Monteris公司)。这两个系统都使用直线插管接近大脑病变，插管中的一个通道专用于激光光纤，第二通道用于冷却系统。插入路径一般是在术前MRI的2D横截面中规划的。插入路径通常是在术前通过将一个路径端点放置在靶区内部并且一个路径端点放置在颅骨表面上来设计的。通过在传统轴向/矢状/冠状视图或与路径对齐(内联)并垂直于路径的正交视图中滚动MRI图像的2D横截面，可以相对于靶区和其他关注的脑结构来查看整个路径。该路径还可以在3D视图中作为相对于关注的分割结构的圆柱体来查看。图1示出了用于直线路径插入的定制路径规划系统，其在本研究中被实现为3D切片器中的Python模块。外科医生调整路径端点以找到如下路径：该路径在避开关键结构(例如，血管、脑室、视束等)的同时，尽可能多地覆盖靶区病变(例如，用于LTE的杏仁核和海马体，或用于肿瘤消融的肿瘤)。不幸的是，由于大脑结构的几何复杂性和病变的形状，对于这种直线路径插入几何结构，单次激光器插入可能无法在避开关键结构的同时覆盖整个病变。当考虑多次插入时，外科医生必须在最佳治疗和出血或功能缺陷风险之间进行权衡。可以在传统轴向/矢状/冠状视图或内联/垂直视图中编辑和查看路径。可以在2D或3D中选择和拖动端点。
弯曲插入路径
当前实施例提供弯曲的插入路径，并且还可以包括例如图3(A)和图3(B)中描述的可弯曲导管子系统。这些弯曲插入路径有助于通过LITT更好地接近大脑病变，在将激光器插入大脑期间更好地避开关键结构。此外，与更一般的弯曲轨迹相比，使用提供弧分段来定义弯曲轨迹的规划软件更密切地对应于可弯曲导管子系统的实际运动和位置。
弯曲插入路径包括一个或多个级联的弧。(例如，图3(C)中的点C0和C1；C1和C2；以及C2和C3之间的级联的弧。弯曲插入路径还可以包括如图3(C)中的点C3和C4之间所示的直分段。在一些优选实施例中，使用从颅骨入口点到靶区处或其附近的点(例如，脑病变)的直分段，然后两个或更多个级联的弧提供穿过病变的路径。这可以在图3(D)中看到，图3(D)提供了三个级联的弧和从入口点延伸到图3(D)中的C4的较长的直线节段。
研究
使用来自四名癫痫患者和一名深部脑肿瘤患者的回溯数据进行了研究。四名临床医生为LTE患者的左侧和右侧以及肿瘤病例规划了传统的直线插入路径(每个临床医生共9条路径)。两名技术专家使用增强版的路径规划系统，为相同的病例手动规划最佳弯曲插入路径。分析了直线插入路径和弯曲插入路径之间的差异，以量化弯曲插入路径相对于直线插入路径的优势。基于病变覆盖的百分比和从路径到最接近的关键结构的距离来评估插入路径。
这项回溯研究包括2019年在布列根和妇女医院接受LITT治疗的5名患者。表1显示了可用于每个患者的图像数据，其包括可用于本研究中的病例的靶区和图像数据。图像是为临床适应症而获取的，因此在整个研究中并不一致。使用BrainLAB ElementsSegmentation Cranial软件对靶结构(即每个LTE患者的左、右杏仁核和海马体，以及肿瘤患者的脑肿瘤)和要避开的关键结构(例如，血管、脑室、视束)进行分割。该系统中基于图谱的自动分割提供了来自几种MRI方案的准确标记的结构[J.F.Daisne和A.Blumhofer，Radiat Oncol，vol.8，pp.154，2013年6月26日]。然后将分割导出到3D切片器，并使用3D切片器分割编辑器模块来创建闭合表面网[C.Pinter，A.Lasso和G.Fichtinger，ComputMethods Programs Biomed，vol.171，pp.19-26，2019年4月]。分割对象被显示在3D场景中和3个横截面2D视图中。图4(A)-4(P)和图5(A)-5(D)显示了每个病例的相关结构(靶区病变和要避开的关键结构)的代表性横截面和重建的3D模型。
表1
病例 靶区 可获得的术前图像数据
LTE1 杏仁核/海马体 MRA,有/无对比度的MRI T1
LTE2 杏仁核/海马体 针对非增强病变的MRI T2
LTE3 杏仁核/海马体 利用钆的MRI T1
LTE4 杏仁核/海马体 有/无对比度的MRI T1
BT1 肿瘤 MRI T1和T2
路径规划系统
对于本实施例，使用Python中的示例性定制3D切片器模块来创建规划系统，以供神经外科医生规划插入路径。该模块包括交互式图形用户界面(GUI)，其提供用于显示横截面图像和3D模型以及用于规划插入路径的工具(图1和图4)。该路径是通过在颅骨上放置与激光器尖端和入口点相对应的一对地标来设计的，连接这两个点的线定义了LITT的插管的插入路径。沿着路径放置代表插管的2.5mm半径圆柱体，并将2.5mm半径球体放置在激光器尖端以代表消融区。插管和消融区的半径可以经由GUI进行调整。用户可以在轴向、矢状和冠状视图以及3D视图中编辑激光器尖端和入口点位置。可以在常规轴向/矢状/冠状视图中或在垂直和平行于插入路径的视图中查看2D横截面。通过选择并拖动表示圆柱体和当前切片之间交点的椭圆，可以在任何2D视图中编辑插入路径。然后，该动作重新计算路径入口点，使其保持在颅骨表面上。
用于弯曲插入路径的增强型路径规划系统
增强型规划系统结合了导线驱动的多节段外科手术机器人约束，诸如下文中描述的外科手术机器人：[Y.Gao，K.Takagi，T.Kato，N.Shono和N.Hata，IEEE Trans BiomedEng，2019年4月29日]。该示例性机器人由直径3.5mm的Nitanol导管组成，该导管被规则地切割以创建灵活的分段。每个分段都利用刚性节段链接到其相邻部分，从而允许分段在不同的平面中弯曲。弯弯曲段形成固定长度和最大曲率的大致圆弧。负责机器人弯曲的推拉导丝被插入管壁中规则分布的导丝导轨中。每个节段有一个导线导轨，每个导线导轨固定在其节段的远端处。导丝连接到驱动系统，每根导线有一个马达。该机器人使用跟随领导者(Follow-the-Leader)运动算法，以使插入期间对脑组织的张力最小化。该导管具有直径2.5mm的内通道，可用于容纳用于LITT的光纤激光器。在其他实施例中，可以替代地使用其他外科手术机器人，并且可以将这些系统约束包含到本文描述的增强型规划系统中。在下文中可能描述了其他导线驱动的多节段外科手术机器人：美国专利公开2015/0088161；2018/0192854；2018/0296800；2018/0310804；2018/0243900；2018/0311006；2019/0015978和2019/010546以及PCT公开WO2018204202。
为了模拟该机器人的约束，本文提供的路径规划系统允许用户设计由多个直分段和弯曲段组成的路径。每个分段都可以形成被约束到单一平面的圆弧。分段的数量以及每条分段的长度和最大曲率在GUI中定制。两个连续横截面交点处的切线被约束为具有相等的大小，因此路径是连续的。通过在2D横截面视图或3D视图中编辑分段参数并拖动分段端点来规划路径。在一些实施例中，通过在2D中徒手绘制路径、然后运行定制算法来定位分段端点和弯曲平面以最佳地适配徒手路径，来设计路径。然后，可以通过拖动分段端点来编辑所得到的路径。
该系统是有用的，但对于非技术临床医生可能不是优选的。在3D中移动分段端点的复杂性增加，3D曲线不能在单个2D横截面中可视化，从而需要在3D视图中进行可视化和操纵，这是一些临床用户不习惯的。为此，在这项初步研究中，技术用户规划了要与直线路径进行比较的最佳弯曲路径。
直线路径规划
有使用商业软件规划多个LITT病例的经验的四名临床医生参与了这项研究，其中包括一名神经外科住院医师、两名神经外科研究员和一名神经外科博士后研究员。每个临床医生被要求使用上述直线路径规划系统为LTE患者的每一侧(每个临床医生8个轨迹)和肿瘤病例规划传统的直线插入路径。
在介绍了直线路径规划系统中可用的3D切片器控制和特征后，临床医生可以自由地与每个病例进行交互。临床医生被要求在规划过程中表达他们的想法，使得我们可以更好地了解他们的优先事项以及他们试图避开的结构。对于每个轨迹，保存端点以供以后的操作者内部比较和路径质量评估。
弯曲路径规划
两名技术专家使用了增强版的路径规划系统，为直线路径规划所使用的相同病例手工设计最佳弯曲插入路径。用户能够改变每个分段的数量、长度和最大曲率，以实现最佳路径。基于临床用户关于他们针对的优先事项和他们试图避开的结构的反馈，考虑了针对弯曲路径的两种方法：(1)从颅骨直线接近靶区，然后弯曲插入靶结构，以及(2)弯曲接近并插入靶结构。
路径评估
针对该示例性研究，基于两个指标评估了路径质量：
(1)所规划的插入路径覆盖的病变的多少，在本研究中，覆盖率假设激光器尖端周围的激光消融半径为1cm，并且假设激光在收回时可以在多个位置发射，从而能够沿着路径实现最大1cm的圆柱形消融区。
(2)本研究中的临床医生和两名资深神经外科医生认为所规划的插入路径接近附近结构有多紧密。在这项研究中，每条插入路径沿其整个长度以1mm的间隔进行采样，并测量到附近关键结构的距离。LTE的关键结构包括分割的脑室、血管、皱沟、视束、视交叉和脑干。脑肿瘤的关键结构包括血管，脑室，功能MRI(fMRI)定义的语言区，以及弥散张量成像(dMRI)定义的压部、下纵束和下额枕束白质束(参见图3)。
为了比较质量，我们必须定义测量覆盖率和安全性的指标。对于覆盖率，我们对靶结构的体素进行分割，此处杏仁核为绿色，海马体为粉红色。我们将消融区域定义为位于距插入路径指定距离内的靶结构的体积。我们将靶区覆盖率定义为位于消融区域内的靶区体素的百分比。我们测量了距插入路径5mm和10mm距离的靶区覆盖率。这些距离代表了LITT的典型消融半径范围。
为安全起见，我们计算了插入路径要避开的每个关键结构的距离场。然后，我们沿插入路径以1mm的间隔采样到每个关键结构的距离。我们记录了从插入路径到每个关键结构的最小距离以及位于每个关键结构的5mm和10mm内的路径的长度。
这些简单的测量并不能完美地测量覆盖率或安全性，而且它们忽略了多个因素。然而，它们提供了一些理解，并且两者都可以实时计算，以在设计插入路径时提供即时反馈。
由每个临床医生规划的直线路径和根据本文公开的实施例的弯曲路径由技术专家为9个病例中的每一个进行定义。研究发现，与直线路径相比，弯曲路径提供了改进。例如，弯曲路径利用更小的消融半径实现了更好的病变覆盖率。
图6(A)-6(H)示出了神经外科住院医师设计的直线路径和外科手术中用于到达杏仁核和海马体以治疗MTLE的实际路径。我们观察到这些路径的变化相对较小，可能是因为在MTLE情况下，入口点和靶区点受到靶区和周围关键结构的形状和位置的高度约束。相反，图7中所示的通向肿瘤的路径显示出更多的变化。在这种情况下，接近靶区肿瘤的途径受到约束没那么高。此外，由于肿瘤是二维弯曲的，所以不可能用单条直线插入路径到达整个肿瘤。因此，临床医生使用了不同的策略，试图尽可能多地到达肿瘤，以优化覆盖率。
路径规划基础
为了优化系统并使弯曲路径的路径规划所涉及的时间和技术技能最小化，可以提供初步的弯曲路径。该初步弯曲路径(其可以包括直分段并且包括一个或多个、或两个或更多个级联的弧)可以被临床医生修改以提供规划路径。因此，在一些实施例中，为了创建初步弯曲路径，使用几何元素来定义通向靶区域(例如，杏仁核、海马体或其他器官)的路径，并定义或使用其作为初始建议路径的一部分。
几何元素可以是例如中心线、表面、距离场或标签图。在一个实施例中，几何元素是靶区域的中心线。例如，可以通过分割靶结构来确定靶体积(例如，杏仁核和海马体的组合)。然后可以确定靶体积的中心线以指定初始建议路径(初步弯曲路径)。此外，可以在沿着中心线的每个点处定义从中心线到靶体积边界的最小和最大距离，以提供每个点处的初始消融半径的边界。
在本实施例中，假设激光器对围绕其尖端位置的球状组织体积进行消融，则靶体积的中心线提供了用于接近尽可能多的靶体积的合理路径。因为靶体积的形状及其中心线在3个维度上可能具有复杂的曲率，因此利用使得外科医生能够对初始建议路径做出微小修改的简单GUI提供这个初始建议路径可以大大简化定义最佳弯曲路径的任务。
在一些实施例中，基于级联弧结构和外科手术机器人的物理参数来计算初步弯曲路径，外科手术机器人诸如图3(B)中示出以及本文描述的导线驱动的多节段外科手术机器人。该外科手术机器人预定义节段12、13、14和19中的每一个的长度、最大曲率、和机器人中每个节段的直径。在外科手术中使用的特定外科手术机器人可以被用来约束初步弯曲路径的限制，使得该路径的外科手术再现成为可能。在一些实施例中，初步弯曲路径约束比外科手术机器人所允许的更又限制性。例如，可以优选地将潜在弧曲率限制为初步弯曲路径的最大曲率的百分比(例如，70％、80％、90％)，以提供不那么严格的初始路线，并且能够在临床医生指示的情况下以增加的曲率来调整该路径，并且仍然在外科手术机器人的物理参数的约束内。约束可以是单一类型的物理参数(例如，各种弧分段的最大曲率)，或者可以是两个或更多个物理参数(例如，各种弧分段的最大曲率和长度)。
直分段的数量(如果存在)和级联圆弧的数量可以基于要使用的外科手术机器人来固定，或者可以允许临床医生调整它们。例如，可能有两个弧和一条直分段，也可能有三个弧和一条直分段。在其他实施例中，可以使用四个或五个弧。在其他实施例中，分段可以包括一个弧、一条直分段以及然后另一条弧分段。每个弧分段可以形成被约束到单个平面的圆弧。分段的数量以及每条分段的长度和最大曲率在GUI中定制。两个连续节段的交点处的切线被约束为具有相等的大小，因此路径是连续的。
可以基于几何元素以及可选的外科手术机器人的物理参数自动地计算初步弯曲路径，例如作为靶结构的中心线。在另一示例中，自动方法可以确定接近中心线的圆弧和直分段的集合。在第三示例中，自动方法可以结合附加的约束或目标，包括外科手术机器人的几何约束或从弯曲路径到要避开的结构的距离。
在其他实施例中，例如通过在规划系统中提供初始建议路径和使得临床医生能够修改初始建议路径的GUI，半自动地创建初步弯曲路径。规划系统可以在医学图像的上下文中提供路径的可视化、靶体积、要避开的分割结构、以及到要避开的结构的距离的测量以及多少靶体积是可到达的。
在一些实施例中，以初步弯曲路径开始是有利的，因为如果临床医生要在没有该初始预路径的情况下创建外科手术弯曲路径，则路径的精细化在多个维度上受到约束，并且需要大量的技能集或时间来创建路径。
在计算出初步弯曲路径之后，可以将该路径展示给临床医生，并且给予临床医生修改该路径以创建外科手术弯曲路径的选项。初步弯曲路径的修改可以被约束为基于外科手术机器人(诸如图3(B)中所示以及本文描述的导线驱动的多节段外科手术机器人)的物理参数来限制外科手术弯曲路径。该外科手术机器人具有针对机器人中每个节段12、13、14和19的预定义长度以及每个节段的最大曲率，并且这些物理参数可用于约束初步弯曲路径和/或外科手术弯曲路径。
虽然可以基于外科手术机器人的物理参数来约束初始弯曲路径和外科手术弯曲路径两者，但是弯曲路径中的至少一个必须被如此约束。要在外科手术中使用的指定外科手术机器人的物理参数可以用来约束一个或两个弯曲路径，使得在外科手术期间该路径的再现是优化的或至少是可能的。初步弯曲路径和外科手术弯曲路径中的至少一个可以在该过程中的任何点被约束。例如，它可以在定义中心线(或其他几何参数)之后、在临床医生将初步路径修改为外科手术路径之后、或同时在初步路径和/或外科手术路径的形成期间发生。对于外科手术弯曲路径，可以基于外科手术机器人的物理参数来约束用户可允许的修改。备选地，可以对用户修改施加较少的约束，并且可以在用户做出(多个)修改之后发生调整外科手术弯曲路径以适应外科手术机器人的约束的另外步骤。这也可以是基于物理参数的用户修改和审查和/或添加约束之间的迭代过程。此外，在一些实施例中，可以使用一个或多个物理参数来约束用户修改，并且可以在该过程期间的不同时间包括(多个)其他物理参数。
在仅初步弯曲路径受外科手术机器人的物理参数约束的实施例中，可向临床医生提供参数以描述用于创建外科手术弯曲路径的调整使规划偏离外科手术机器人的最佳性能有多远。该最佳性能可以是例如外科手术机器人的实际限制，或者例如该性能的百分比(例如，弧分段中可用的最大曲率的90％)。
杏仁核和海马体的治疗方法
在一些实施例中，提供了治疗颞叶癫痫(TLE)的方法，其中使用弯曲轨迹以杏仁核和海马体作为靶区，然后使用LITT疗法进行治疗。虽然TLE的治疗是已知的，但本发明提供了一种微创治疗。弯曲路径提供了利用可弯曲设备的单次插入来接近整个杏仁核和海马体，使得整个必要的区域可以利用LITT疗法来消融。弯曲路径还允许避开入口点与杏仁核和海马体之间的关键结构。
已经发现，弯曲路径在杏仁核和海马体中的表现始终好于直线路径MTLE和肿瘤消融术。弯曲路径利用更小的消融半径提供了更好的病变覆盖率，因此有可能对周围组织的损害更小。
与软件相关的公开
图9(A)中提供了计算机系统1200的各种组件。计算机系统1200可以包括中央处理单元(“CPU”)1201、ROM 1202、RAM 1203、通信接口1205、硬盘(和/或其他存储设备)1204、屏幕(或监控器接口)1209、键盘(或输入接口；除了键盘还可以包括鼠标或其他输入设备)1210以及一个或多个前述组件(例如，如图9所示)之间的总线或其他连接线(例如，连接线1213)。此外，计算机系统1200可以包括前述组件中的一个或多个。例如，计算机系统1200可以包括CPU 1201、RAM 1203、输入/输出(I/O)接口(诸如通信接口1205)和总线(其可以包括作为计算机系统1200的组件之间的通信系统的一条或多条线路1213；在一个或多个实施例中，经由一条或多条线路1213，计算机系统1200及至少其CPU 1201可以与一个或多个组件或使用一个或多个组件的设备或系统通信，诸如但不限于，上文讨论的系统100、系统100’、系统100”和/或系统100”’)，并且一个或多个其他计算机系统1200可以包括其他前述组件的一个或多个组合。CPU 1201被配置为读取并执行存储在存储介质中的计算机可执行指令。计算机可执行指令可以包括用于执行本文描述的方法和/或计算的指令。除了CPU 1201之外，计算机系统1200还可以包括一个或多个附加的处理器，并且包括CPU 1201这样的处理器可以用于控制和/或制造设备、系统或存储介质，以与其一起使用或与本文讨论的软件、规划系统和可弯曲导管子系统一起使用。系统1200还可以包括经由网络连接(例如，经由网络1206)连接的一个或多个处理器。CPU 1201和系统1200正在使用的任何附加的处理器可以位于相同的电信网络中，也可以位于不同的电信网络中(例如，可以远程控制执行、制造、控制和/或使用(多个)技术)。
I/O或通信接口1205向输入和输出设备提供通信接口，输入和输出设备可以包括成像系统或例如用于MRI成像系统的成像数据库、通信电缆和网络(有线或无线)、键盘1210、鼠标(例如，参见图9(B)中所示的鼠标1211)、触摸屏或屏幕1209、光笔等。监控器界面或屏幕1209向其提供通信接口。
本公开的任何方法和/或数据，诸如用于规划、使用和/或制造与其一起使用的设备、系统或存储介质的方法和/或用于规划系统、软件和可弯曲导管子系统的控制的(多个)方法，如本文所讨论的，可以存储在计算机可读存储介质上。通常使用的计算机可读和/或可写存储介质，诸如但不限于以下中的一个或多个：硬盘(例如，硬盘1204、磁盘等)、闪存、CD、光盘(例如，致密盘(“CD”)、数字多功能盘(“DVD”)、Blu-rayTM盘等)、磁光盘、随机存取存储器(“RAM”)(诸如RAM 1203)、DRAM、只读存储器(“ROM”)，分布式计算系统的存储设备、存储卡等(例如，其他半导体存储器，诸如但不限于非易失性存储卡、固态驱动器(SSD)(参见图9(B)中的SSD 1207)、SRAM等)、其可选组合、服务器/数据库等，它们可用于使处理器，诸如前述计算机系统1200的处理器或CPU 1201，执行本文公开的方法的步骤。计算机可读存储介质可以是非瞬态计算机可读介质，和/或计算机可读介质可以包括所有计算机可读介质，唯一的例外是瞬时传播信号。计算机可读存储介质可以包括在预定的、有限的或短的(多个)时间段和/或仅在有电力的情况下存储信息的介质，诸如但不限于随机存取存储器(RAM)、寄存器存储器、(多个)处理器高速缓存等。本公开的(多个)实施例还可以由系统或装置的计算机来实现，该计算机读出和执行记录在存储介质(其还可以更完整地被称为“非瞬态计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)，以执行一个或多个上述实施例的功能，和/或包括用于执行一个或多个上述实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及由系统或装置的计算机执行的方法来实现，例如，通过从存储介质读出并执行计算机可执行指令以执行一个或多个上述实施例的功能和/或控制一个或多个电路以执行一个或多个上述实施例的功能。
根据本公开的至少一个方面，如上所述的与处理器(诸如但不限于前述计算机1200的处理器、计算机1200’的处理器等)相关的方法、设备、系统和计算机可读存储介质可以利用诸如图中所示的适当硬件来实现。本公开的一个或多个方面的功能可以利用诸如图9(A)所示的适当硬件来实现。这种硬件可以利用任何已知技术来实现，诸如标准数字电路，可操作为执行软件和/或固件程序的任何已知处理器，诸如可编程只读存储器(PROM)、可编程阵列逻辑器件(PAL)等的一个或多个可编程数字设备或系统。CPU 1201(如图9(A)或图10(B)所示)还可以包括以下各项和/或由以下各项组成：一个或多个微处理器、纳米处理器、一个或多个图形处理单元(“GPU”；也称为视觉处理单元(“VPU”))、一个或多个现场可编程门阵列(“FPGA”)或其他类型的处理组件(例如，(多个)专用集成电路(ASIC))。此外，本公开的各个方面可以通过软件和/或(多个)固件程序来实现，其可以存储于适当的一个存储介质(例如，计算机可读存储介质、硬盘驱动器等)或多个存储介质(诸如(多个)软盘、(多个)存储器芯片等)以用于运输和/或分发。计算机可以包括分离的计算机或分离的处理器的网络，以读出和执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。
如上所述，图9(B)中示出了计算机或控制台1200’的备选实施例的硬件结构。计算机1200’包括中央处理单元(CPU)1201、图形处理单元(GPU)1215、随机存取存储器(RAM)1203、网络接口设备1212、诸如通用串行总线(USB)的操作接口1214和诸如硬盘驱动器或固态驱动器(SSD)1207的存储器。优选地，计算机或控制台1200’包括显示器1209。计算机1200’可以经由操作接口1214或网络接口1212与系统(例如，系统100、系统100’、系统100”、系统100”’等)的一个或多个其他组件连接。例如，计算机1200’可以连接到控制可弯曲导管子系统的移动的一个或多个致动器。操作接口1214与诸如鼠标设备1211、键盘1210以及用于可弯曲导管子系统和/或触摸屏设备的控制器的操作单元连接。计算机1200’可以包括每个组件中的两个或更多个。备选地，根据诸如计算机1200、计算机1200’等的计算机的设计，可以用现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其他处理单元来替换CPU 1201或GPU 1215。
计算机程序被存储在SSD 1207中，并且CPU 1201将程序加载到RAM 1203上，并且执行程序中的指令以执行本文描述的一个或多个过程，以及基本输入、输出、计算、存储器写入和存储器读取过程。
诸如计算机1200、1200’的计算机与成像系统、规划系统和可弯曲导管子系统以及系统(诸如系统100、100’、100”、100”’等)的一个或多个其他组件通信，以执行规划和/或介入治疗。监控器或显示器1209显示重建的图像，并且可以显示关于成像条件或关于要成像的对象的其他信息。还提供用户界面以供用户操作系统(例如，系统100、系统100’、系统100”、系统100”’等)，以及在规划或实现期间导航，以及可选地修改例如入口点、靶体积或修改初步弯曲轨迹。操作信号被从操作单元(例如，诸如但不限于，鼠标设备1211、键盘1210、触摸板设备等)输入到计算机1200’中的操作接口1214中，并且对应于操作信号，计算机1200’指示系统(例如，系统100、系统100’、系统100”、系统100”’等)。
定义
在参考说明书时，为了提供对所公开的示例的透彻理解，阐述了具体细节。在其他情况下，未详细描述公知的方法、程序、组件和电路，以避免不必要地加长本公开。
应当理解，如果元件或部件在本文中被称为在另一个元件或部件“上”、“旁”，“与之连接”或“与之耦合”，则其可以直接在该另一个元件或部件上、旁，与之连接或与之耦合，或者可以存在介于中间的元件或部件。相反，如果元件被称为在另一个元件或部件“直接之上”、“直接之旁”，“与之直接连接”或“与之直接耦合”，则不存在介于中间的元件或部件。在使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目(如果如此提供的话)的任何和所有组合。
诸如在各个附图中所示的，本文可以使用空间上相对的术语，诸如“下面”、“下方”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”、“近端”、“远端”等，以便于描述一个元件或特征与另一(多个)元件或特征之间的关系。然而，应当理解，除了附图中所示的取向之外，空间上相对的术语旨在涵盖使用或操作中的设备的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“之下”或“下方”的元件然后将被定向为在其他元件或特性“之上”。因此，诸如“之下”的相对空间术语可以涵盖之上和之下的取向两者。设备可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间上相对的描述符将被相应地解释。类似地，在适用的情况下，相对空间术语“近端”和“远端”也可以互换。
本文使用的术语“大约”指的是例如在10％以内、5％以内或更低。在一些实施例中，术语“大约”可以指在测量误差范围内。
本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、部件和/或部分。应当理解，这些元件、组件、区域、部件和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、部件或部分与另一个区域、部件或部分区分开来。因此，在不背离本文的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、部件或部分可以被称为第二元件、组件、区域、部件或部分。
术语“基本上”旨在允许偏离描述符，而不会对预期目的产生负面影响。例如，偏离临床医生遵循所规划路径的能力的限制，以及制造容差内的差异。小于5％的变化可视为在基本上相同的范围内。所指定的描述符可以是绝对值(例如，基本上为球形、基本上垂直、基本上同心等)或相对术语(例如，基本上相似、基本上相同等)。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不旨在是限制性的。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个未明确声明的其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
为了清楚起见，在描述附图中所示的示例实施例时，采用了特定的术语。然而，本专利说明书的公开并不旨在限于如此选择的特定术语，并且应当理解，每个特定元件包括以类似方式操作的所有技术等同形式。
虽然参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将被给予最广泛的解释，以便涵盖所有这种修改和等同结构和功能。

Claims (34)

1.一种规划和可视化方法，包括：
识别医学图像中的入口点和靶体积；
基于所述靶体积的几何元素定义所述入口点和所述靶体积之间的初步弯曲路径，其中所述初步弯曲路径包括至少两个分段，其中所述至少两个分段中的至少一个是弧分段；
基于用户输入修改所述初步弯曲路径以形成外科手术弯曲路径；
其中所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径中的至少一个受外科手术机器人的物理参数约束；以及
显示所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径中的至少一个，并显示所述靶体积。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述初步弯曲路径包括两个或更多个级联的弧分段和至少一个直分段。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述外科手术弯曲路径包括两个或更多个级联的弧分段和至少一个直分段。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述直分段级联在所述弧分段和所述入口点之间。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述初步弯曲路径包括三个或更多个级联的弧分段和级联在所述弧分段和所述入口点之间的一个直分段。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径受所述外科手术机器人的物理参数约束。
7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述初步弯曲路径基于所述靶体积的中心线。
8.如权利要求1所述的方法，其中，修改所述初步弯曲路径以形成外科手术弯曲路径包括接受用户输入以修改一个或多个弧分段的曲率半径或弯曲角。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述用户输入包括对所显示的初步弯曲路径的微小调整。
10.如权利要求1所述的方法，还包括当所述用户修改所述初步弯曲路径时向所述用户显示所述几何元素。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述外科手术弯曲路径和所述靶体积被叠加显示在所述医学图像的显示上。
12.如权利要求1所述的方法，还包括在沿着弯曲路径的多个点处显示从所述初步弯曲路径或外科手术弯曲路径到所述靶体积的边界的最小和/或最大距离。
13.如权利要求1所述的方法，其中，相邻弧之间的连接点包括两个相邻弧的一条切线。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述弧分段是圆弧分段。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述靶体积是解剖对象的三维模型，所述解剖对象是肿瘤、杏仁核、海马体、血管、脑室、视束、视交叉、视神经和脑干中的至少一个。
16.一种用于规划和可视化弯曲路径的系统，包括：
计算机实现的规划和可视化子系统，被配置为：
识别医学图像中的入口点和靶体积；
基于所述靶体积的几何元素定义所述入口点和所述靶体积之间的初步弯曲路径，其中所述初步弯曲路径包括至少两个分段，其中所述至少两个分段中的至少一个是弧分段；
接受用户输入以修改所述初步弯曲路径并形成外科手术弯曲路径；
其中所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径中的至少一个受外科手术机器人的物理参数约束；以及
显示所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径中的至少一个，并显示所述靶体积。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述初步弯曲路径包括两个或更多个级联的弧分段和至少一个直分段。
18.如权利要求16所述的系统，其中，所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径受所述外科手术机器人的物理参数约束。
19.如权利要求16-18中任一项所述的系统，其中，所述初步弯曲路径基于所述靶体积的中心线。
20.如权利要求16所述的系统，其中，所述初步弯曲路径和所述靶体积与所述医学图像叠加显示。
21.如权利要求20所述的系统，其中，圆弧分段在三维空间中用弧参数定义，所述弧参数包括以下中的至少两项：弧长、曲率半径、弯曲角和弯曲面。
22.如权利要求16所述的系统，其中，所述靶体积是解剖对象的三维模型，所述解剖对象是肿瘤、杏仁核、海马体、血管、脑室、视束、视交叉、视神经、脑沟和脑干中的至少一个。
23.如权利要求16所述的系统，还包括用户界面，所述用户界面被配置为输入用于识别所述入口点和所述靶体积以及修改所述初步弯曲路径的用户信息。
24.如权利要求16所述的系统，其中，所述规划和可视化子系统被配置为基于通过所述用户界面的用户输入来修订所述入口点、所述靶体积和所述初步弯曲路径中的至少一个。
25.一种医疗规划和实现系统，包括：
计算机实现的规划和可视化子系统，被配置为执行如权利要求1-15中至少一项所述的方法，以及
外科手术机器人，包括两个或更多个弯曲节段，
其中，所述两个或更多个弧分段的弧长与所述两个或更多个弯曲节段的长度基本上相同。
26.如权利要求25所述的医疗规划和实现系统，其中，所述弯曲路径包括两个或更多个级联的弧分段和在所述两个或更多个弧分段近端的至少一个直分段，并且可弯曲医疗设备包括两个或更多个可弯曲节段和至少一个直线近端节段。
27.如权利要求25所述的医疗规划和实现系统，其中，所述弯曲路径和所述靶体积与所述医学图像叠加显示。
28.如权利要求25所述的医疗规划和实现系统，其中，所述靶体积是解剖对象的三维模型，所述解剖对象是肿瘤、杏仁核、海马体、血管、脑室、视束、视交叉、视神经和脑干中的至少一个。
29.如权利要求25所述的医疗规划和实现系统，还包括用户界面，所述用户界面被配置为输入用于识别所述入口点、所述靶体积以及修改所述初步弯曲路径的用户信息。
30.如权利要求25所述的医疗规划和实现系统，其中，所述规划和可视化子系统被配置为基于通过所述用户界面的用户输入来修订所述入口点和所述靶体积中的至少一个。
31.一种治疗患有颞叶癫痫(TLE)的患者的方法，包括：
识别所述患者的医学图像中的入口点；
定义所述入口点与杏仁核和海马体的几何元素之间的初步弯曲路径，其中所述初步弯曲路径包括至少两个分段，其中所述至少两个分段中的至少一个是弧分段；
基于用户输入修改所述初步弯曲路径以形成外科手术弯曲路径；
其中所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径中的至少一个受外科手术机器人的物理参数约束；
显示所述初步弯曲路径和所述外科手术弯曲路径中的至少一个，并显示靶体积；以及
使用包括两个或更多个弯曲节段的外科手术机器人向所述患者提供激光间质热疗(LITT)，所述LITT是基本上沿所述外科手术弯曲路径提供的。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述几何元素是所述杏仁核和海马体的中心线。
33.如权利要求31所述的方法，其中，所述外科手术弯曲路径包括两个或更多个级联的弧分段以及直分段。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述外科手术机器人的所述两个或更多个弯曲节段的长度与所述外科手术弯曲路径的所述两个或更多个弧分段的弧长基本上相同。
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