CN114929145A - 计划通过线性切割吻合器手术切除病变的系统和方法 - Google Patents

计划通过线性切割吻合器手术切除病变的系统和方法 Download PDF

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Abstract

描述了用于计算机辅助术前手术计划的方法、系统、介质和实施方式。系统接收关于患者的部位获取的输入数据。该部位与患者的要手术的器官(例如肺)对应并且包括在手术期间要去除的一个或多个病变。然后，生成患者部位的解剖3D模型。基于生成的解剖3D模型，获得在手术期间从要执行的器官中线性切割吻合器切除一个或多个病变的术前计划。基于术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉长度。另外，基于术前计划使切除可视化。

Description

计划通过线性切割吻合器手术切除病变的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月23日提交的美国临时专利申请62/924,972的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及计算机辅助医疗程序。
背景技术
近几十年来，互联网的普遍存在和电子形式的数据访问促进了各种技术的进步，包括大数据分析和机器学习。人工智能(AI)技术已应用于计算机辅助医疗，包括基于大数据和机器学习的手术计划。例如，机器学习技术已用于基于历史数据从CT/MRI扫描和X射线图像生成患者解剖结构的逼真3D模型。近年来，医疗专业人员使用这种计算机生成的3D模型作为视觉辅助来计划医疗程序，以便使实际操作更加准确和目标驱动。例如，通过在计算机上为要手术的人体部位绘制模型上的切割线和钻孔路径，外科医生能够在程序之前将程序可视化。术前手术计划的典型目标也可以用于识别病变所在的准确3D位置，并相应地确定手术中切割线的位置。
由于其微创性质，视频辅助胸外科(VATS)已广泛适用于各种手术，诸如胸外科手术。例如，在称为胸腔镜的特殊视频相机的帮助下，医疗保健提供者可以进行楔形切除术(去除病变，诸如癌性肿瘤或可疑结节，以及病变周围健康组织的楔形部分)、肺段切除术(切除一个或多个肺段)、肺叶切除术(去除肺的一个或多个肺叶)，或全肺切除术(去除任一侧的整个肺)。楔形切除术和肺段切除术(也可以被称为亚肺叶切除术)两者都比更粗放的肺手术(诸如肺叶切除术或全肺切除术)侵入性更小，并且可以保留更多的肺功能。
在这样的手术期间，待手术的肺由于空气可能被排出而可能(部分地或完全地)塌陷。这可以在胸腔中为手术腾出更多空间，并使得更容易操纵手术器械。但是，这可能会在手术期间带来3D模型与现实之间的差异，因为建立患者3D模型所依据的CT/MRI扫描和X射线图像是在患者存在呼吸活动的情况下获得的。即，3D模型是基于患者肺部处于其正常生理状态(即充有空气)时获取的图像建立的。这种差异可能存在于手术期间的瘪肺与3D模型中渲染的未瘪肺之间的外观和维度上。在这种情况下，外科医生必须在手术期间根据基于经验在两者之间的心理映射来克服这种差异造成的障碍，以便决定在哪里切割、切割的宽度和深度等。这将导致手术执行的不一致性和不可预测性。
因此，需要解决现有方法的缺陷以提供更逼真的术前计划并具有改进的精度和增强的安全性的方法和系统。
发明内容
本文所公开的教导涉及用于术前计划的方法、系统和编程。更特别地，本教导涉及与术前计划相关的方法、系统和编程。
在一个示例中，公开了一种用于术前计划的方法，该方法在具有至少一个处理器、存储装置和能够连接到网络的通信平台的机器上实施。接收关于患者的部位获取的输入数据。该部位与患者的要手术的器官对应并且包括在手术期间要去除的一个或多个病变。然后，生成患者部位的解剖3D模型。基于生成的解剖3D模型，获得在手术期间从要执行的器官中线性切割吻合器(stapler)切除一个或多个病变的术前计划。基于术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉(staple)长度。另外，基于术前计划使切除可视化。
在不同的示例中，公开了一种用于术前计划的系统。该系统包括输入数据接收单元、解剖3D模型生成单元、计划获得单元和计划可视化单元。输入数据接收单元接收关于患者的部位获取的输入数据。该部位与患者的要手术的器官对应并且包括在手术期间要去除的一个或多个病变。解剖3D模型生成单元生成部位的解剖3D模型。计划获得单元基于生成的解剖学3D模型，获得在手术期间从要执行的器官中线性切割吻合器切除一个或多个病变的术前计划。计划可视化单元基于术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉长度。计划可视化单元还基于获得的术前计划使切除可视化。
其它概念涉及用于实施本教导的软件。根据这个概念，软件产品包括至少一个机器可读的非暂态介质和由该介质承载的信息。由介质承载的信息可以是可执行程序代码数据、与可执行程序代码相关联的参数和/或与用户、请求、内容或其它附加信息相关的信息。
在一个示例中，公开了一种机器可读、非暂态和有形介质，其上记录有用于术前计划的数据。介质在被机器读取时使得机器执行一系列步骤。接收关于患者的部位获取的输入数据。该部位与患者的要手术的器官对应并且包括在手术期间要去除的一个或多个病变。生成患者部位的解剖3D模型。基于生成的解剖3D模型，获得在手术期间从要执行的器官中线性切割吻合器切除一个或多个病变的术前计划。基于术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉长度。基于术前计划使切除可视化。
附加的优点和新颖的特征将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地对于本领域技术人员在检查以下和附图后将变得清晰，或者可以通过生产或操作示例而学习。本教导的优点可以通过实践或使用在下面讨论的详细示例中阐述的方法、工具和组合的各个方面来实现和获得。
附图说明
本文描述的方法、系统和/或编程将根据示例性实施例进一步描述。参考附图详细描述了这些示例性实施例。这些实施例是非限制性示例性实施例，其中相同的附图标记贯穿附图的几个视图表示相似的结构，并且其中：
图1示意性地图示了肺段的解剖结构和在肺段之一上进行的楔形切除术；
图2描绘了根据本教导的示例性实施例的用于手术切除计划的整体系统的示例性高级系统图；
图3是根据本教导的示例性实施例的用于手术切除计划的整体系统的示例性处理的流程图；
图4描绘了根据本教导的示例性实施例的解剖3D模型生成单元的示例性高级系统图；
图5是根据本教导的示例性实施例的解剖3D模型生成单元的示例性处理的流程图；
图6A示出了作为手术切除实例的楔形切除术的概念性示例性示意图；
图6B示出了楔形切除术的简化概念性示例性示意图；
图7A-7B描绘了根据本教导的实施例的楔形切除术的不同示例性计划选项，其中病变、安全边际和关注的(一个或多个)其它解剖结构被投影到楔形切除术的基平面上；
图7C-7D描绘了根据本教导的实施例的用于楔形切除术的基线的定向和长度的示例性调节；
图8描绘了根据本教导的示例性实施例的楔形切除计划单元的示例性高级系统图；
图9是根据本教导的示例性实施例的楔形切除计划单元的示例性处理的流程图；
图10A-C描绘了根据本教导的示例性实施例的可以用于按计划执行楔形切除术的示例性线性切割吻合器、示例性吻合钉盒和示例性吻合钉；
图11描绘了根据本教导的示例性实施例的切除计划结果渲染单元的示例性高级系统图；
图12是根据本教导的示例性实施例的切除计划结果渲染单元的示例性处理的流程图；
图13A示出了用于确定吻合钉盒长度和映射到肺表面上的切割线的概念性示例性示意图；
图13B示出了用于可视化肺表面上计划的吻合钉位置的概念性示例性示意图；
图14是根据各种实施例的可以用于实现实施本教导的专用系统的示例性移动设备体系架构的说明图；以及
图15是根据各种实施例的可以用于实现实施本教导的专用系统的示例性计算设备体系架构的说明图。
具体实施方式
在以下详细描述中，通过示例的方式阐述了许多具体细节，以便于对相关教导的透彻理解。但是，本领域的技术人员应该明白，可以在没有这些细节的情况下实践本教导。在其它情况下，众所周知的方法、过程、组件和/或软件/硬件/固件已经在相对高的级别上进行了描述，而没有详细说明，以避免不必要地模糊本教导的各方面。
本教导旨在解决传统方法在术前计划中的缺陷。在本文公开的解决方案中，为了计划病变的手术切除，切除的形状、尺寸、朝向和/或位置可以经由图像识别和大数据来确定。此外，可以高效地利用切除的计划特性来估计要在手术中使用的手术器械的相关参数。另外，可以以逼真和直观的方式将计划结果可视化地渲染给用户。虽然本文提供的描述针对计划在视频辅助胸外科手术中利用线性切割吻合器楔形切除，但本教导不限于具体公开的应用。本教导适用于对其它器官和/或使用其它手术器械的开放式手术。
众所周知，VATS中病变的切除通常基于局部方法，诸如楔形切除术或肺段切除术。在楔形切除术中，仅去除肺的包含病变的一部分。肺段切除术是在不影响其它肺段的情况下去除包含病变的段以保持最大肺功能的过程。
图1示意性地图示了肺段的解剖结构和在肺段之一上进行的楔形切除术。在图1中，附图标记101表示气管，102表示左肺，并且103表示右肺。已知每个肺(左和右)被分成多个肺段。这些段中的每一个都由其相关联的支气管提供气流。每个支气管肺段通过结缔组织隔膜与肺的其余部分分开。这种性质允许对肺段进行外科手术而不影响其它段。肺102-103内部的区域104是多个肺段的图示。病变由105指示。两条切除线106和107表示肺段104之一上的楔形切除。虽然显示切割从肺侧开始，但这并不总是必要的。取决于病变的位置，可以操纵肺在中间折叠以进行切除。例如，切割也可以在基本上垂直于图1的纸表面的方向上开始。
图2描绘了根据本教导的示例性实施例的用于手术切除计划的整体系统的示例性高级系统图。整个系统包括解剖3D模型生成单元210、楔形切除计划单元220、计划结果渲染单元230、用户界面单元240和知识数据库250。提供知识数据库250以存储将用于生成3D模型的信息。这些信息可以在系统初始化处理期间从云加载。它可以经由机器学习和大数据管理进行动态更新。
图3是根据本教导的示例性实施例的用于手术切除计划的整体系统的示例性处理的流程图。通过经由用户界面单元240接收患者的图像数据，处理300在301处被初始化。在初始化期间，可以加载相关知识或信息，诸如用于识别各种解剖结构的模型、计划要满足的标准以及要选择的手术器械的规格，以促进后续处理。出于控制或微调处理的目的，可以经由用户界面单元240接收输入。
随后，在320处，解剖3D模型生成单元210可以根据加载的知识基于患者的图像数据为患者构建个体化或个性化的解剖3D模型。基于由解剖3D模型生成单元210构建的3D解剖模型，在330处，楔形切除计划单元220可以根据来自用户的输入按照各种特性(诸如，形状、尺寸、朝向和位置)来计划楔形切除。另外，在340处，计划结果渲染单元230可以基于计划切除的相关特性计算或估计手术器械(诸如，线性切割吻合器)的某些参数，并以生动直观的方式渲染结果。在该处理期间，不仅(最终)结果，可选地，某些中间结果，诸如生成的3D模型、计划的楔形形状等，也可以经由用户界面单元240渲染给用户。
下面将更详细地解释图2-3中所示的模块和处理的具体功能和操作。
图4描绘了根据本教导的示例性实施例的如图2中所示的解剖3D模型生成单元201的示例性高级系统图。在操作中，由于每个个体患者的肺生理不同，因此为了获得个性化的肺段模型，可以输入患者的CT/MRI扫描。基于输入的图像数据，可以构建支气管的3D模型，从中可以划分出肺段，并且可以识别其它解剖结构，诸如病变、肺动脉、肺静脉。如图4中所示，解剖3D模型生成单元201包括数据接收单元410、段估计单元420、病变定位单元430、关注的解剖结构识别单元440、解剖模型构建单元450和解剖模型发送单元460。
图5是根据本教导的示例性实施例的解剖3D模型生成单元201的示例性处理的流程图。首先，处理500开始于510，其中数据接收单元410接收患者的图像数据和来自用户的某些输入。然后，数据接收单元410可以将相关数据转发到不同的单元420-440。
基于从数据接收单元410接收到的数据，在520处，段估计单元420可以估计肺的段。肺段的估计可以基于从知识数据库250检索到的划分模型自动或半自动地执行。在一个实施例中，可以通过识别不同的支气管分支来划分肺段，因为每个支气管分支对应于一个肺段。更具体而言，例如，最初，可以基于医疗知识自动或手动标记支气管分支。然后，对于肺内部的每个像素，如果该像素最接近表示段的支气管分支，那么该像素可以被分配给对应的段。在一个实施例中，可能只需要相对于靠近待切除病变的支气管分支来估计肺段。在另一个实施例中，可以估计所有肺段。
随后，在530处，病变定位单元430可以在划分的肺段内定位病变，并且在540处，关注的解剖结构识别单元440也可以从患者的图像数据中识别关注的其它解剖结构。可以基于从知识数据库250检索到的病变模型来实现病变的定位。关注的解剖结构可以包括但不限于3D肺、支气管、病变、肺动脉和肺静脉等。
基于来自段估计单元420、病变定位单元430和关注的解剖结构识别单元440的结果，在550处，3D模型构建单元450可以创建患者肺的3D解剖模型。经由解剖模型发送单元460，由3D模型构建单元450生成的3D模型在560处被发送出用于后续处理。可选地，生成的3D模型还被发送用于在显示器(图中未示出)上经由用户界面单元240渲染。
在下文中，根据本教导的示例性实施例，将参考图6A-7C解释计划楔形切除术的原理。
图6A示出了用于在肺表面上执行的楔形切除术的概念性示例性示意图。在图6A中所示的楔形形状600的侧视图中，附图标记108和110表示沿着诸如线性切割吻合器的手术器械的切割线106和107形成的表面，并且可以被称为切割表面。楔形形状600的高度109表示折叠后肺的厚度。
图6B示出了楔形切除术的简化概念性示例性示意图。与图6A相比，在图6B中所示的楔形形状610中，楔形的高度或厚度109被忽略。这是合理的，因为肺的顶部和底部表面会在切割的局部区域中一起塌陷。例如，随着线性切割吻合器的操作，它们将被切割并牢固地压成2毫米至4毫米之间的厚度，这在市场上线性切割吻合器的典型吻合钉长度范围内。
如图6B中所示，两条切割线106和107连同简化的楔形形状610的基线111限定三角形轮廓。三角形轮廓的尖端顶点(tip-vertex)由附图标记114表示，并且112指示基线111的中心点。切除计划的主要目标是确定肺表面上简化的楔形形状610相对于肺段、病变和切除期间可能需要避免的其它关键解剖结构的轮廓、位置和朝向。
图7A描绘了根据本教导的实施例的楔形切除术的示例性计划选项。在图7A中，示例性地图示了坍塌的解剖对象的示例。即，某些对象塌陷到由病变中心710和基线111限定的基平面750上。附图标记720表示病变的塌陷边界，730表示塌陷的3D安全边际边界，740表示病变附近的血管结构。
图7B图示了根据本教导的实施例的基线长度和顶点尖端(vertex-tip)位置的另一个示例性计划选项。与图7A中所示的确定相比，在图7B中，基线111的长度较短。使用新的长度，可以通过避开附近的血管740来自动生成切割线107。另一条切割线106也可以通过找到与安全边际730的边界相切的线来自动确定。然后，切割线106和107的交点可以确定尖端顶点114的位置。
为了决定图7A和7B中所示的哪些选项是更好的切除计划，可以应用不同的标准。标准的一个示例可以是找到导致基平面的最小面积的切除计划(即，确定图7A-7B中的两个三角形106-111-107中的哪一个具有较小的面积)。这是合理的，因为切除术通常会去除尽可能少的健康的组织。另一个示例性标准可以是基平面的面积和其它考虑因素的组合，诸如沿着切割线106-107的炎症程度。例如，可以计算面积和炎症程度的加权平均值并将其用作误差测量。然后，目的是找到产生最小误差测量的切除计划。
图7C-7D描绘了根据本教导的实施例的用于楔形切除术的基线111的定向和长度的示例性手动调节。在图7C所示的示例中，可以通过经由用户界面单元240提供的类似表盘的调节器来执行调节。通过抓住基线111并将其拖动到任何期望的角度，用户可以围绕中心点112旋转基线111，以基于操作的容易性和其它医疗考虑因素来选择朝向。附图标记760表示在朝向选择期间基线111的旋转轨迹。类似地，通过拖动可以设在用户界面单元240上的滑动条，可以通过调节基线111的一个或两个端点的位置来选择基线111的长度。
图8描绘了根据本教导的示例性实施例的楔形切除计划单元220的示例性高级系统图。如图8中所示，楔形切除计划单元220包括数据接收单元810、安全边际确定单元820、基线确定单元830、尖端顶点确定单元840、楔形切除验证单元850、楔形切除标准库860和楔形切除发送单元870。虽然楔形切除标准库860被示为包括在楔形切除计划单元220中的单独组件，但它可以并入图2中所示的知识数据库250中。
图9是根据本教导的示例性实施例的楔形切除计划单元220的示例性处理的流程图。处理900开始于910，其中数据接收单元810可以从解剖3D模型生成单元210接收患者的个性化3D模型和来自用户界面单元240的用户输入，并将相关信号转发给对应的组件。
然后，在915处，基于从数据接收单元810接收到的数据，安全边际确定单元820可以确定将在楔形切除的计划中使用的安全边际。如从图7A-7B中可以看到的，安全边际确定要在病变周围切割的额外组织。在实施例中，3D安全边际可以由安全边际生成单元820基于病变模型(例如，从知识数据库250检索)来获得。在另一个实施例中，可以根据用户定义的(例如，经由用户界面单元240从用户接收到的)边际值来获得3D安全边际。在接收到这样的值时，安全边际生成单元820可以通过定义距病变表面的等距离表面来生成3D安全边际表面，该距离是边际值。此外，生成的3D安全边际表面可以由用户局部地重新定义，例如，以避开主要血管。
基于从数据接收单元810发送的数据，在920-930处，基线确定单元830可以确定与楔形切除的基线111相关的各种参数，包括中心点112在肺表面上的位置，以及基线111的长度和朝向。首先，在920处，可以选择肺表面上的点作为基线111的中心点112。在实施例中，中心点112可以被自动确定为距离中心710或病变表面720的最短距离的点(如图7A-7B中所示)。在另一个实施例中，中心点112可以由用户手动定位在所涉及的肺段的肺表面上的任何期望点上。
然后，处理900继续在920和925处选择基线111的朝向和长度。在实施例中，基线111的朝向和长度的选择可以以图7C-7D中所示的方式进行。替代地，基线111的长度可以通过结合图7A-7B描述的方法自动选择。
一旦确定了基线111，在935处，尖端顶点确定单元840就可以将在915处确定的安全边际表面以及肺段中的病变和其它关键感兴趣的解剖结构投影到由病变中心710和基线111定义的基平面750上。然后，在940处，尖端顶点确定单元840可以在基平面750上选择楔形形状的尖端顶点114。在一个实施例中，尖端顶点114可以由用户手动定位到基平面750上的任何期望点上。在另一个实施例中，根据图7A-7B中所示的原理，尖端顶点的位置以及基线111的长度可以通过基线确定单元830和尖端顶点确定单元840的协作基于适用的标准自动确定。
在确定基线111和尖端顶点114之后，可以通过连接尖端顶点114和基线111的两个端点来绘制两条切割线106和107。切割线106-107与基线111一起确定在切除中要切割什么。然后，处理900可以进行到950，其中楔形切除验证单元850可以验证切除是否满足从楔形切除标准库860检索到的某些预定标准。如果在955处不满足所应用的标准，那么处理900可以循环回925，从而可以重新确定或重新选择基线111的朝向和/或长度和/或尖端顶点114的位置。替代地，如果切除计划基于所应用的标准被验证为可接受，那么关于切除的形状、尺寸、位置和朝向的细节在955处被确定和/或最终确定，然后在960处由楔形切除发送单元870输出，用于显示和/或进一步处理。虽然图9示出了通过循环回925来实现重新选择，但是在替代示例中，处理900可以返回到915、920、930、935或940以相应地重新确定对应的参数。
应用的标准可以包括但不限于，切除部分610是否被限制在相关联的单个肺段104内、是否可以覆盖塌陷的安全边际边界(在图7A-7B中例示为730)，以及是否可以避开某个关键的血管结构(在图7A-7B中例示为740)，等等。此外，应用的标准可以基于其它不同的医疗考虑，包括但不限于靠近切割线106和107的区域是否没有炎症、切割线两侧的组织厚度是否允许稳定吻合，等等。
在实施例中，可以目视检查炎症状态。在另一个实施例中，可以基于图像数据(诸如，CT图像)中的肺组织的密度来自动确定炎症状态。例如，在使用线性切割吻合器闭合外科医生创建的肠切开的情况下，切割线的每侧通常有2到3排吻合钉，大约1-2厘米宽用于吻合钉盒。在该宽度的带内，可以沿着切割线106-107计算CT图像中肺组织的平均密度。可以从正常的非炎症组织获得经验平均值。当平均值高于该经验值时，可以确定组织发炎。代替使用平均值，作为替代方案，最大值可以用于相同目的。注意的是，在这种计算期间可能需要减去血管结构。为了确定切割线两侧的组织厚度是否可以保证稳定的吻合，例如可以使用吻合器夹紧之前的组织厚度来促进估计。下面将结合图13A进一步提供关于该示例的更多细节。
多种手术工具可以用于手术切除，包括但不限于电动手术刀、超声手术刀和线性切割吻合器。图10A-10C描绘了根据本教导的示例性实施例的可以用于按计划执行楔形切除的示例性线性切割吻合器、示例性吻合钉盒和示例性吻合钉。通常，线性切割吻合器可以用于腹部手术、胸外科手术、妇科和儿科手术，在同一手术中进行切割和缝合。在图10A中，线性切割吻合器1000可以装载有不同长度的可更换吻合钉盒1010。图10B更详细地图示了吻合钉盒1010，其中可以装载吻合钉排1020。图10C示出了吻合钉1030的侧视图。附图标记1015表示吻合钉盒1010的长度，并且1035表示吻合钉1030的长度。
为了提供增强的体验，在本教导中公开的术前计划方案中，计划结果的渲染不仅可以包括显示在患者的3D模型中的要避开的关键解剖结构、病变的位置、病变周围的安全边际以及，还可以告知用户切割线的位置、要选择的(一个或多个)吻合钉盒的长度，以及要选择的(一个或多个)吻合钉的长度。在示例中，基于切割线的长度来估计盒长度。作为另一个示例，可以基于要吻合的组织的厚度来估计吻合钉长度。
在下文中，参考图11-13B，根据本教导的示例性实施例来解释计划结果的改进渲染。
图11描绘了根据本教导的示例性实施例的计划结果渲染单元230的示例性高级系统图。如图11中所示，计划结果渲染单元230包括数据接收单元1110、楔形参数计算单元1120、吻合器参数估计单元1130、吻合器规格库1140、可视化信号生成单元1150和可视化信号发送单元1160。虽然图11中将吻合器规格库1140显示为计划结果渲染单元230的单独组件，但它可以与楔形切除计划单元220中包括的楔形切除标准库860(参见图8)组合提供。替代地，可以将楔形切除标准库860和吻合器规格库1140中的一个或两个并入到知识数据库250中。
图12是根据本教导的示例性实施例的计划结果渲染单元230的示例性处理的流程图。处理1200开始于1210，其中数据接收单元1110接收来自楔形切除计划单元220的计划结果和来自用户界面单元240的用户输入，并将相关数据转发给计划结果渲染单元230的对应组件。
随后，在1220处，基于在计划结果渲染单元230中确定的楔形切除的细节，楔形参数计算单元1120计算计划的楔形形状的相关参数并将计算出的结果发送到吻合钉参数估计单元1130和可视化信号生成单元1150。例如，可以计算切割线106-107中的每一个与楔形形状的基线111之间的角度以指导外科手术。此外，可以计算切割线106和107的长度和/或要切割的组织的厚度，以促进估计要使用的(一个或多个)线性切割吻合器的某些参数。
然后，处理进行到1230，其中吻合器参数估计单元1130可以根据从吻合器规格库1140检索到的吻合器规格，基于楔形参数计算单元1120的计算结果估计将在手术中使用的(一个或多个)线性切割吻合器的相关参数1120。这样的参数可以包括但不限于要选择的吻合钉盒的长度、要选择的吻合钉的长度，以及要使用的吻合钉盒的数量。取决于吻合器的供应商，吻合钉盒的长度可以不同(例如，长度为30厘米、45厘米、60厘米等)。在一个实施例中，切割线106-107的长度可以首先除以吻合钉盒的最长长度以确定可能需要其中的多少个。然后，剩余部分可以以类似方式用于确定较短盒的数量。作为另一个示例，可以基于切割平面的厚度来估计吻合钉长度。下面可以结合图13A来提供这方面的更详细的解释。
图13A示出了用于确定吻合钉盒长度和映射到肺表面上的切割线的概念性示例性示意图。在图13A中，附图标记1302表示放气前的肺表面(在其上执行切除计划)，1304是放气后的估计切割线。虚线1310和1312图示切割线1304上的点与肺表面1302上的点的对应关系。该对应关系可以被认为是通过将切割线1304映射到肺表面1302上来逆转放气。这可以在肺表面1302上生成曲线1306和1308。切割线1304的长度将与曲线1306和1308的长度相同(放气期间的长度保持)。虚线1310和1312的长度可以与吻合钉长度相关。因为沿着虚线的组织可以被压缩到要被吻合的厚度，因此每个虚线位置处的压缩厚度可以根据经验估计为虚线长度的一部分。估计压缩厚度的替代方法是在CT图像中沿着虚线添加像素强度。该总强度可以用于与压缩厚度相关。总强度越亮，沿着虚线的组织越多，因此压缩的组织将越厚。亮度和厚度之间的相关系数可以根据经验或基于手术期间收集到的实际数据来估计。
图13B示出了用于可视化肺表面上计划的吻合钉位置的概念性示例性示意图。在图13B中，附图标记1314表示楔形切除的基线，并且附图标记1316和1318表示与所选择的吻合钉盒具有相同宽度的条带。条带的形状可以与肺表面上映射的切割线(参考图13A中的1306和1308)相同。条带可以用于表示在本教导中公开的楔形切除计划期间获得的吻合钉位置。应该注意的是，切除计划是在手术前的肺模型上进行的，此时肺没有放气。因此，吻合钉位置可视化是在未放气的肺模型上显示吻合钉位置。
图14是根据各种实施例的可以用于实现实施本教导的专用系统的示例性移动设备体系架构的说明图。在这个示例中，其上可以实施本教导的用户设备对应于移动设备1400，包括但不限于智能电话、平板电脑、音乐播放器、手持式游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器和可穿戴计算设备(例如，眼镜、腕表等)，或任何其它形式的设备。移动设备1400可以包括一个或多个中央处理单元(“CPU”)1440、一个或多个图形处理单元(“GPU”)1430、显示器1420、存储器1460、通信平台1410(诸如无线通信模块)、存储装置1490和一个或多个输入/输出(I/O)设备1450。任何其它合适的组件，包括但不限于系统总线或控制器(未示出)，也可以包括在移动设备1400中。如图14中所示，移动操作系统1470(例如，iOS、Android、Windows Phone等)和一个或多个应用480可以从存储装置1490加载到存储器1460中，以便由CPU 1440执行。应用1480可以包括浏览器或任何其它合适的移动应用，用于根据本教导来在移动设备1400上管理术前手术计划和模拟系统。如果有的话，用户交互可以经由I/O设备1440实现并且提供给经由(一个或多个)网络连接的各种组件。
为了实施本公开中描述的各种模块、单元和它们的功能，计算机硬件平台可以用作本文描述的元件中的一个或多个元件的(一个或多个)硬件平台。此类计算机的硬件元件、操作系统和编程语言本质上是常规的，并且假定本领域的技术人员对其充分熟悉以使这些技术适应本文所述的适当设置。具有用户界面元素的计算机可以用于实施个人计算机(PC)或其它类型的工作站或终端设备，但如果适当编程，计算机也可以充当服务器。相信本领域技术人员熟悉这种计算机设备的结构、编程和一般操作，因此附图应该是不言自明的。
图15是根据各种实施例的可以用于实现实施本教导的专用系统的示例性计算设备体系架构的说明图。这种结合本教导的专用系统具有硬件平台的功能框图示，其包括用户界面元件。计算机可以是通用计算机或专用计算机。两者都可以用于实施本教导的专门系统。如本文所述，该计算机1500可以用于实施术前手术切除计划和模拟方案的任何组件。例如，本文公开的计划和模拟系统可以经由其硬件、软件程序、固件或其组合在诸如计算机1500的计算机上实施。虽然为了方便起见仅示出了一个这样的计算机，但与本文所述的计划和模拟系统相关的计算机功能可以在多个类似平台上以分布式方式实施，以分配处理负载。
例如，计算机1500包括COM端口1550，COM端口1550连接到与其连接的网络并从其连接以促进数据通信。计算机1500还包括一个或多个处理器形式的中央处理单元(CPU)1520，用于执行程序指令。示例性计算机平台包括内部通信总线1510、不同形式的程序存储装置和数据存储装置(例如，盘1570、只读存储器(ROM)1530或随机存取存储器(RAM)1540)，用于由计算机1500处理和/或传送的各种数据文件，以及可能由CPU 1520执行的程序指令。计算机800还包括I/O组件1560，从而支持计算机和其中的其它组件(诸如，用户界面元素1580)之间的输入/输出流。计算机1500还可以经由网络通信接收编程和数据。
因此，如上所述的术前计划和模拟和/或其它处理的方法的方面可以实施在编程中。该技术的程序方面可以被认为是“产品”或“制品”，通常以在一种机器可读介质中携带或实施的可执行代码和/或相关联数据的形式。有形的非暂态“存储装置”类型介质包括用于计算机、处理器等的任何或所有存储器或其它存储装置，或其相关联的模块，诸如各种半导体存储器、带驱动器、盘驱动器等，它们可以在任何时间提供存储以进行软件编程。
软件的全部或部分有时可以通过诸如互联网或各种其它电信网络之类的网络进行传送。例如，这种通信可以使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器中，例如，与手术切除计划和模拟相关。因此，可以承载软件元素的另一种类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路使用的。携带此类波的物理元素(诸如有线或无线链路、光学链路等)也可以被认为是承载软件的介质。如本文所使用的，除非限于有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”之类的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，机器可读介质可以采用多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如(一个或多个)任何计算机等中的任何存储设备，其可以用于实现系统或其任何组件，如图中所示。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括在计算机系统内形成总线的电线。载波传输介质可以采用电或电磁信号，或声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些。因此，常见形式的计算机可读介质包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其它光学介质、打孔卡纸带、任何其它带有孔洞图案的物理存储介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或盒式磁带、运输数据或指令的载波、运输此类载波的电缆或链路，或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其它介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列运送到物理处理器以供执行。
本领域技术人员将认识到，本教导可以进行各种修改和/或增强。例如，虽然上述各种组件的实施方式可以实施在硬件设备中，但它也可以被实现为纯软件解决方案——例如，安装在现有服务器上。此外，如本文所公开的术前计划和模拟技术可以实施为固件、固件/软件组合、固件/硬件组合或硬件/固件/软件组合。
虽然上文已经描述了被认为构成本教导和/或其它示例的内容，但是应该理解的是，可以对其进行各种修改并且可以以各种形式和示例来实现本文公开的话题，并且该教导可以应用于许多应用中，本文仅描述了其中的一些。以下权利要求旨在要求保护落入本教导的真实范围内的任何和所有应用、修改和变化。

Claims (21)

1.一种在至少一个机器上实施的用于术前计划的方法，所述机器包括至少一个处理器、存储器和能够连接到网络的通信平台，所述方法包括：
接收关于患者的部位获取的输入数据，其中所述部位与患者的要手术的器官对应并且包括手术期间要去除的一个或多个病变；
生成所述部位的解剖3D模型；
基于生成的解剖3D模型，获得在手术期间从要执行的器官线性切割吻合器切除所述一个或多个病变的术前计划；
基于获得的术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉长度；以及
基于获得的术前计划使切除可视化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述器官对应于患者的肺，并且其中所述生成步骤包括：
估计患者的一个或多个肺段；
在所述一个或多个肺段内定位所述一个或多个病变；
识别所述一个或多个肺段内或所述一个或多个肺段附近的一个或多个关注的解剖结构；以及
至少部分地基于所述一个或多个肺段、所述一个或多个病变和所述一个或多个关注的解剖结构导出解剖模型。
3.如权利要求1所述的方法，其中可视化的切除对应于包括在尖端顶点处相交的两条线的楔形切除，并且其中所述术前计划还通过以下方式获得：
确定所述楔形切除的基线；
估计所述楔形切除的尖端顶点；
确定基于基线构造的楔形切除，并且所述尖端顶点满足一个或多个标准；以及
重复确定基线和估计尖端顶点的步骤，直到由此构造的楔形切除满足所述一个或多个标准。
4.如权利要求3所述的方法，其中确定基线的步骤包括：
识别基线的中心点位置；
估计基线的朝向和长度；以及
基于中心点位置、朝向和长度导出基线。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述可视化步骤包括计算所述楔形切除的一个或多个特性，其中所述一个或多个特性包括以下至少之一：
两条线各自的长度，该长度被定义为从相交的尖端顶点到每条线分别与所述楔形切除的基线连接处；以及
沿着从相交的尖端顶点到每条线分别与所述楔形切除的基线连接处的两条线将被切割的器官的组织的厚度。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述可视化步骤还包括估计用于至少一个线性切割吻合器的一个或多个参数以用于执行楔形切除，其中所述一个或多个参数包括所述至少一个线性切割吻合器的吻合钉盒的长度、所述至少一个线性切割吻合器的至少一个吻合钉的长度和/或将在手术中部署的所述至少一个线性切割吻合器的数量。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述可视化步骤还包括在所述部位的所生成的解剖3D模型中在器官的至少一个对应位置处渲染所述至少一个线性切割吻合器的所述至少一个吻合钉。
8.一种其上记录有用于术前计划的信息的机器可读和非暂态介质，其中所述信息在被机器读取时使得所述机器执行以下操作：
接收关于患者的部位获取的输入数据，其中所述部位与患者的要手术的器官对应并且包括手术期间要去除的一个或多个病变；
生成所述部位的解剖3D模型；
基于生成的解剖3D模型，获得在手术期间从要执行的器官线性切割吻合器切除所述一个或多个病变的术前计划；
基于所述术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉长度；以及
基于获得的术前计划使切除可视化。
9.如权利要求8所述的介质，其中所述器官对应于患者的肺，并且其中所述生成步骤包括：
估计患者的一个或多个肺段；
在所述一个或多个肺段内定位所述一个或多个病变；
识别所述一个或多个肺段内或所述一个或多个肺段附近的一个或多个关注的解剖结构；以及
至少部分地基于所述一个或多个肺段、所述一个或多个病变和所述一个或多个关注的解剖结构导出解剖模型。
10.如权利要求8所述的介质，其中可视化的切除对应于包括在尖端顶点处相交的两条线的楔形切除，并且其中所述术前计划还通过以下方式获得：
确定所述楔形切除的基线；
估计所述楔形切除的尖端顶点；
确定基于基线构造的楔形切除，并且所述尖端顶点满足一个或多个标准；以及
重复确定基线和估计尖端顶点的步骤，直到由此构造的楔形切除满足所述一个或多个标准。
11.如权利要求10所述的介质，其中确定基线的步骤包括：
识别基线的中心点位置；
估计基线的朝向和长度；以及
基于中心点位置、朝向和长度导出基线。
12.如权利要求10所述的介质，其中所述可视化步骤包括计算所述楔形切除的一个或多个特性，其中所述一个或多个特性包括以下至少之一：
两条线各自的长度，该长度被定义为从相交的尖端顶点到每条线分别与所述楔形切除的基线连接处；以及
沿着从相交的尖端顶点到每条线分别与所述楔形切除的基线连接处的两条线将被切割的器官的组织的厚度。
13.如权利要求12所述的介质，其中所述可视化步骤还包括估计用于至少一个线性切割吻合器的一个或多个参数以用于执行楔形切除，其中所述一个或多个参数包括所述至少一个线性切割吻合器的吻合钉盒的长度、所述至少一个线性切割吻合器的至少一个吻合钉的长度和/或将在手术中部署的所述至少一个线性切割吻合器的数量。
14.如权利要求13所述的介质，其中所述可视化步骤还包括在患者的解剖3D模型中在肺的对应至少一个位置处渲染所述至少一个线性切割吻合器的所述至少一个吻合钉。
15.一种用于术前计划的系统，包括：
输入数据接收单元，被配置用于接收关于患者的部位获取的输入数据，其中所述部位与患者的要手术的器官对应并且包括手术要去除的一个或多个病变；
解剖3D模型生成单元，被配置用于生成所述部位的解剖3D模型；
计划获得单元，被配置用于基于生成的解剖3D模型，获得在手术期间从要执行的器官线性切割吻合器切除所述一个或多个病变的术前计划；以及
计划可视化单元，被配置用于：
基于获得的术前计划估计吻合器盒尺寸和吻合钉长度，以及
基于获得的术前计划使切除可视化。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述器官对应于患者的肺，并且所述解剖3D模型生成单元包括：
肺段估计器，被配置用于估计患者的一个或多个肺段；
病变定位器，被配置用于在所述一个或多个肺段内定位所述一个或多个病变；
关注的解剖结构识别器，被配置用于识别所述一个或多个肺段内或所述一个或多个肺段附近的一个或多个关注的解剖结构；以及
解剖模型导出器，被配置用于至少部分地基于所述一个或多个肺段、所述一个或多个病变和所述一个或多个关注的解剖结构导出解剖模型。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述切除对应于包括在尖端顶点处相交的两条线的楔形切除，并且所述计划获得单元包括：
基线确定器，被配置用于确定所述楔形切除的基线；
尖端顶点估计器，被配置用于估计楔形切除的尖端顶点；以及
楔形切除确定器，被配置用于
确定基于基线构造的楔形切除，并且所述尖端顶点满足一个或多个标准，以及
重复确定基线和估计尖端顶点的步骤，直到由此构造的楔形切除满足所述一个或多个标准。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述基线确定器被配置用于通过以下方式确定所述楔形切除的基线：
识别基线的中心点位置；
估计基线的朝向和长度；以及
基于中心点位置、朝向和长度导出基线。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述计划可视化单元还被配置用于计算所述楔形切除的一个或多个特性，其中所述一个或多个特性包括以下至少之一：
两条线各自的长度，该长度被定义为从相交的尖端顶点到每条线分别与所述楔形切除的基线连接处；以及
沿着从相交的尖端顶点到每条线分别与所述楔形切除的基线连接处的两条线将被切割的器官的组织的厚度。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述计划可视化单元还被配置用于估计用于至少一个线性切割吻合器的一个或多个参数以用于执行楔形切除，其中所述一个或多个参数包括所述至少一个线性切割吻合器的吻合钉盒的长度、所述至少一个线性切割吻合器的至少一个吻合钉的长度和/或将在手术中部署的所述至少一个线性切割吻合器的数量。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述计划可视化单元还被配置用于在患者的解剖3D模型中在肺的对应至少一个位置处渲染所述至少一个线性切割吻合器的所述至少一个吻合钉。
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