CN115397354A - 介入医学中的栅格模板定位 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在医学介入过程中确定多孔栅格模板的位置和/或取向的处理设备(1)和方法。解剖空间信息处理单元(2)接收和/或处理表示身体中的靶空间体积的数据，并且栅格位置采样器(4)生成栅格模板的候选位置。质量计算器(5)针对每个候选计算指示针对介入过程的栅格模板的候选位置的适合度的质量度量。位置选择器(6)基于质量度量从候选中选择位置和/或取向。对于每个候选，确定每个栅格孔轨迹和靶体积之间的空间关系，并且质量度量至少考虑该空间关系。

Description

介入医学中的栅格模板定位
技术领域
本发明涉及介入过程规划领域，例如近距离放射治疗和消融过程。具体地，本发明涉及用于过程规划的设备和方法，其中栅格、或模板用于支持和引导介入工具通过栅格的所选择的孔而被插入到感兴趣的解剖体积中，例如针、导管等。
背景技术
在病灶(focal)治疗过程中，一个或多个病灶源在身体内的治疗体积(例如，癌症病变)附近和/或内部使用。这样的病灶源可以聚集在诸如针或导管的介入性病灶治疗输送设备中或由其定位。病灶源可以提供高度局部化的能量暴露，以便损害治疗体积中的细胞，同时保护该体积之外的健康组织。一般来说，但不一定严格限制于此，病灶源可以根据平方反比定律沉积能量，以实现这种有利的高度聚焦(局部化)治疗效果。在本领域中存在许多形式的病灶治疗。最广为人知的形式可能是近距离放射治疗，即在需要治疗的区域内或附近放置一个或多个放射性种子(密封的放射性同位素)。其他示例包括热消融、微波消融、超声波消融、射频消融、光热治疗、激光治疗等。还可以使用特定的增感技术，例如在光动力疗法中。虽然在严格意义上，冷冻消融不依赖于病灶能量源，而是使用病灶热沉，但它可以被认为是完全类似的，因此是另一病灶治疗形式的示例。
在本领域中已知的是，使用定位在患者身体上的刚性或柔性栅格模板来引导和支持诸如针的(多个)病灶治疗输送设备。
例如，在前列腺近距离放射治疗中，针或导管可以通过这样的对准模板插入到前列腺和/或周围组织中，该模板定位于会阴。因此，模板引导、支持和(临时)固定针或导管，使得以良好的位置准确度到达身体内的(多个)预期输送位置，并且使得(多个)治疗工具在过程期间在预定的所需时间内保持在其预期位置。
虽然本公开旨在提供用于规划和执行相对于身体和其中的预定体积的这种栅格模板的准确定位的手段和方法，这对于病灶治疗特别有用，但是实施例不一定限于此。可以使用栅格模板将工具插入身体组织中的精确位置中的其他介入过程也可能受益于本发明，例如活组织检查。
通常，医学成像技术可用于标识和分割身体中的感兴趣区域，例如主要治疗体积和可能存在风险的附近器官。然后，可以使用该信息来执行手动正向规划或自动反向规划，以找到输送参数集合，其可以包括例如栅格模板上导管或针位置的选择、其插入深度、停留(或消融)时间和/或治疗功率参数(例如，放射性同位素流量或消融功率)。例如，在近距离放射治疗反向规划方法中，与要被治疗的病变区域相交的栅格孔轨迹可以定义用于对放射源可以停留给定的最佳时间的停留位置集合进行采样的目标病变相交段。在典型的规划中，可以选择多个这样的可用轨迹，并以顺序治疗模式使用，例如，根据所确定的参数，例如根据所确定的停留时间和插入深度，将近距离放射治疗放射源(或消融工具)插入通过每个所选择的孔。
然而，该规划由栅格模板的定位的约束，该栅格模板通常包括多个通孔(through-hole)(例如，以栅格图案布置)，这些通孔定义了输送设备在该预定义栅格上的可用位置，例如，沿着穿过这些孔的路径并且垂直于栅格模板。
例如，对于特别小的病变，次优栅格位置可能限制在规划约束下可实现的最大治疗规划质量。在最坏的情况下，非常小的病变可能完全位于栅格孔轨迹之间。因此，在这些约束内的最佳治疗可以增加病灶治疗源的数量，从而尽可能多地包围病变，同时增加对周围推定健康的组织的不期望的损害，例如增加不良副作用的风险。不幸的是，这种情况在临床实践中并不少见。例如，临床专家可以包括围绕总体肿瘤体积的裕度(如1-2厘米)以扩大靶体积并获得一些相交的栅格轨迹。在这种情况下，在不考虑额外裕度(margin)的情况下，没有轨迹可用于优化，因此也没有适合的近距离放射治疗源或消融器停留位置。然而，该额外裕度也意味着总体肿瘤附近的健康组织可能会受到影响，例如被治疗毁坏，这可能会导致潜在的副作用。
然而，该方法也具有其优势。通过将可能的针位置限制到预定栅格，降低了规划算法的复杂度，例如可以保持易于处理。例如，由于针的位置被限制为可能较大、但有限(离散)的数字，因此可以使用直接搜索和/或整数编程规划策略。同样，由于近距离放射治疗种子或消融工具的有限大小，停留位置的数量(即具有基本上不同的效果)也可以被约束为离散的数字。虽然机器人系统在本领域中是已知的，其允许介入工具相对于预定坐标系基本上连续地定位，但基于模板的方法仍然提供有利的成本效益、简单和快速的解决方案，这在许多情况下可能是优选的。
文献WO2016/059603A1公开了一种介入治疗系统，该系统包括至少一个导管，被配置为插入到感兴趣对象内；以及至少一个控制器，其：获得包括形成感兴趣对象的三维图像的多个图像切片的参考图像数据集，定义参考图像数据集内的受限区域，根据规划的导管交叉、感兴趣对象的周边边界和在参考数据集中定义的受限区域中的至少一个来确定至少一个导管的位置约束，确定至少一个导管的远端的位置和取向中的至少一个，和/或根据所确定的至少一个导管的至少一个位置和取向以及位置约束来确定至少一个导管的规划轨迹。
EP1374949描述了近距离放射治疗规划的说明性方法。本参考文献公开了一种实时放射治疗规划系统。三维图像分割算法被用于确定感兴趣的解剖区域中的特定器官。然后确定用于实施放射治疗的治疗规划，该治疗规划定义在解剖区域中的中空针的数量和位置以及要输送的放射剂量。使用基于单目标或多目标解剖学的遗传优化算法来实时确定(多个)中空针的最佳数量和位置、每个中空针中的能量发射源的位置以及能量发射源在每个位置的停留时间。然后在模板或引导工具的引导下将(多个)针插入解剖区域中，并通过中空针输送能量发射源。此外，为了后规划的目的，可以基于三维图像信息来确定所实现的针位置和停留时间。本公开中描述的具体实施例涉及一种无孔电动模板，其使用可通过其插入针的单个引导管。该引导管可以定位在虚拟模板栅格的每个位置中，使得针相对于模板的定位不受孔的物理栅格的限制。因此，虚拟栅格配置仅限于所使用的针的直径。
发明内容
本发明实施例的目的是提供简单、有效、高效和/或良好的手段和/或方法，用于确定针对栅格模板的位置和/或取向，例如在患者的身体表面上或其附近，用于支持和引导介入工具(诸如针、导管等)在诸如近距离放射治疗或消融过程的介入过程中，通过栅格的孔而被插入到感兴趣的解剖体积中。
根据本发明实施例的设备和方法实现了上述目标。
本发明实施例的优点在于，当栅格放置在其确定的位置时，通过穿过栅格的栅格孔的输送路径(针对针、导管或其他介入工具)，栅格的位置被优化以提供对身体中感兴趣的治疗体积的良好可接近性(例如，良好的物理接近和/或覆盖)。
本发明实施例的优点在于，可以优化通过栅格孔的输送路径，以尽可能多地与感兴趣的治疗体积相交。
本发明实施例的优点在于，可以实现诸如消融或近距离放射治疗的过程的良好治疗效果，例如在治疗不可切除的肿瘤时。另一优点是可以减少或避免不良副作用，例如可以避免或减少对健康组织的损害。
另一优点是，通过能够在治疗体积中精确输送剂量，可以减少治疗剂量(例如，放射剂量、消融能量)。另一优点是，可以实现患者在治疗后的良好恢复(例如，快速，例如，没有不良副作用)。例如，为了减少对附近健康组织的不必要损害，总输送放射剂量或热消融区应该尽可能地与肿瘤轮廓一致(可能包括临床医生认为适合的肿瘤周围的裕度，并尽可能少地受到由栅格所施加的约束的影响)。
本发明实施例的优点在于，当前公开的方法可以应用于多种多样的介入过程，其中通过由模板栅格定义的输送路径在身体内感兴趣的体积中精确定位(多个)介入工具是有利的。例如，可以在不需要所应用的特定过程的知识的情况下应用本方法，例如，仅考虑通过模板格栅提供的输送路径在身体中的预定感兴趣体积上提供良好接近的目的，优选地在整个体积上采样的尽可能多的位置，并且优选地在体积上尽可能均匀地分布这些位置。优点在于，可以考虑另外的约束，例如要避免的风险区域；例如当放置在风险区域内或附近时，通过将介入工具物理插入和/或穿过风险区域和/或通过诸如消融工具或近距离放射治疗种子的能量源而损害的组织。
本发明实施例的优点在于，本方法可用于例如本领域已知的容易获得的、廉价的、一次性的和/或简单的模板栅格。
本发明实施例的优点在于，使用简单的模板栅格可以帮助避免与更复杂的定位辅助设备的兼容性问题，例如与磁共振成像、超声成像和/或x射线成像的兼容性。
本发明实施例的优点在于，可以避免用于基本上自由定位介入工具的复杂机器人系统，例如用于在三(四、五或六)个(旋转)平移自由度的介入工具的基本上连续定位的机器人系统，同时仍然在准确度方面提供这种复杂系统的许多优点。例如，虽然机器人系统，利用很大的定位自由度，可以允许治疗的良好优化，但它可能会付出高昂的成本，例如在初始投资、维护要求和临床工作人员培训方面。实施例的优点在于可以使用廉价、简单和容易获得的治疗系统，例如栅格模板和/或治疗规划系统，同时仍然实现高质量的治疗，例如允许比依靠手动定位的栅格模板的传统治疗实现更好的优化。
本发明实施例的优点在于，可以使用与基于所确定的位置的治疗规划可分离的优化程序来实现模板栅格的良好定位，从而降低了规划的总体复杂度并保持全局治疗规划易于处理。优点在于，使用模板栅格限制了在规划中要考虑的(多个)介入工具的可能位置，从而降低了复杂度，同时提供了在规划中使用的良好的可用位置集合。优点在于，由于可用位置的有限数量，可以在规划中使用直接搜索或类似的优化策略，这可能允许找到治疗的全局最优，例如避免次优(局部最优)解。
本发明实施例的优点在于，减少了对临床医生经验的依赖。例如，本文公开的自动定位方法可以提高临床人员的效率，可以避免由于医生在培训中的受限经验而引起的问题，可以提高治疗效果，和/或可以增加重复性，例如避免由于模板栅格的手动定位而引起的不必要的可变性。通过减少由于模板栅格的定位而引起的不同治疗之间的可变性，在分析临床结果时可能更容易地检测其他治疗变量的影响，从而帮助过程优化。
此外，通过确保通过可用介入路径的靶体积的良好覆盖，可以提高相对于微小栅格/患者移动的治疗的鲁棒性。例如，当通过模板栅格的良好初始定位，更适合的路径变得可用时，剂量(放射或消融)可以分布在更多的治疗输送点上，从而将不准确输送的风险降低到仅在几个点上。
本发明实施例的优点在于，可以有效地治疗特别小的肿瘤，而不会由于模板栅格的不准确定位而增加(空间)容忍裕度。例如，次优的栅格定位可能会极大地阻碍所输送的治疗规划的质量，特别是对于非常小的病变。在最坏情况下，非常小的病变可能完全位于栅格孔轨迹之间，因此不可能通过插入的导管或针到达。这种情况需要增加靶周围的裕度以到达治疗体积，但代价是附近健康组织的剂量(或热消融)增加。
本发明实施例的优点在于，可以提供简单的用户界面和/或对准程序来定位模板栅格。
在第一方面，本发明涉及一种用于在医学介入过程中确定栅格模板相对于人或动物身体的位置和/或取向的处理设备。这种栅格模板包括多个孔，这些孔定义对应的多个栅格孔轨迹，并且被适配用于在所述介入过程中，在通过所述孔中的至少一个而被插入身体中时，沿着所述栅格孔轨迹支持和引导至少一个介入工具。
该处理设备包括解剖空间信息处理单元，用于接收和/或处理表示身体中至少一个靶空间体积的数据。
该处理设备包括栅格位置采样器，用于生成栅格模板相对于身体中的至少一个靶空间体积的多个候选位置和/或取向。
该处理设备包括质量计算器，用于：针对多个候选位置和/或取向中的每个候选位置和/或取向，计算表示栅格模板的候选位置对于介入过程的适合度的至少一个质量度量。
该处理设备包括位置选择器，用于基于至少一个质量度量从多个候选位置和/或取向中选择位置和/或取向。
质量计算器被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，确定栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个靶体积之间的空间关系。例如，质量计算器可以被适配用于：确定栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个靶体积的交叉。
质量计算器还被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，通过至少考虑指示基于所确定的空间关系的栅格孔轨迹相对于至少一个靶体积的几何重叠和/或接近度的值、和/或指示当由所确定的空间关系约束时医学介入过程的治疗效果测量的值，来计算至少一个质量度量。
在根据本发明实施例的设备中，该值可以包括指示当由所确定的所述空间关系约束时医学介入过程的治疗效果测量的值，所述治疗效果测量表示当一个或多个放射源或消融器沿所述栅格孔轨迹而被定位时，在所述至少一个靶空间体积中被接收的放射剂量或消融效果。
例如，治疗效果测量可以包括：当一个或多个放射源(例如，发射预定放射通量或具有以贝克勒尔为单位的预定强度)沿栅格孔轨迹而被定位时，接收至少预定放射剂量(例如，以Gray为单位的至少预定值)的靶空间体积的绝对或相对(例如，百分比)体积。类似地，治疗效果测量可以包括：当一个或多个放射源(例如，发射预定放射通量或具有以贝克勒尔为单位的预定强度)沿栅格孔轨迹而被定位时，靶空间体积或其预定体积分数所接收的放射剂量的总计、平均或其他汇总统计。
例如，治疗效果测量可以包括：当一个或多个消融源(例如，根据预定的源功率和/或停留时间)沿栅格孔轨迹而被定位时，接收预定量的消融能量的靶空间体积的绝对或相对(例如，百分比)体积。例如，治疗效果测量可以表示被消融的靶空间体积的绝对或相对体积。
例如，治疗效果测量可以包括：当被一个或多个消融探头消融时，当沿着栅格孔轨迹而被定位时，达到预定温度(例如，超过预定温度阈值)的靶空间体积的绝对或相对体积，例如，给定预定的消融功率和/或停留时间和/或其他预定的消融参数。同样，治疗效果测量可以包括所沉积的消融能量或消融源通过加热而达到的温度的平均值、最大值、最小值或其他汇总统计。
在根据本发明实施例的设备中，该值可以包括第一值，该第一值指示候选位置和/或取向的(例如，所有)所述栅格孔轨迹与至少一个靶体积的相交程度。
在根据本发明实施例的处理设备中，第一值可以包括与至少一个靶体积相交的栅格孔轨迹的总数目、和/或对应于所述交叉的线段的总长度、和/或对应于所述交叉的所述线段的长度的平均值或其他集中趋势的统计测量，例如中位数。
在根据本发明实施例的处理设备中，解剖空间信息处理单元可以被适配用于接收和/或处理表示身体中的至少一个风险空间体积的数据，例如，身体中为了避免或减少与栅格孔轨迹的(多个)交叉和/或避免或减少栅格孔轨迹与风险体积的接近度的体积。
质量计算器可以被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，确定栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个风险体积的交叉。质量计算器可以被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，通过至少考虑所述第一值和第二值，来计算至少一个质量度量，该第二值指示候选位置和/或取向的(例如，所有)栅格孔轨迹与至少一个风险体积的相交程度。
在根据本发明实施例的处理设备中，第二值可以包括：与至少一个风险体积相交的栅格孔轨迹的总数目、和/或对应于与至少一个风险体积的所述交叉的线段的总长度、和/或对应于与至少一个风险体积的所述交叉的所述线段的长度的平均值或其他集中趋势的统计测量。
在根据本发明实施例的处理设备中，质量计算器可以被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，通过至少考虑所述第一值、可选地所述第二值和第三值，来计算至少一个质量度量。第三值可以指示栅格孔轨迹到该至少一个靶体积的中心的最小距离、或到至少一个靶体积的至少一个中心的最小距离。
在根据本发明实施例的处理设备中，至少一个质量度量可以是多个质量度量，并且所述质量计算器可以被适配用于根据加权和将所述多个质量度量组合为合成质量度量。位置选择器可以被适配用于从达到合成质量度量的极值的多个候选位置和/或取向中选择位置和/或取向。
在根据本发明实施例的处理设备中，至少一个质量度量可以是多个质量度量，并且所述位置选择器可以被适配用于基于所述多个质量度量中的第一质量度量来选择所述多个候选位置和/或取向的第一子集，并且被适配用于基于所述多个质量度量中与所述第一质量度量不同的第二质量度量来选择所述第一子集的至少第二子集，例如，可选地，使用一个或多个另外的质量度量经由一个或多个嵌套的子集来另外减小第二子集。
根据本发明实施例的处理设备可以包括用户界面，用于从用户接收优先级配置以选择所述多个质量度量的有序集合或子集，其中位置选择器可以被适配用于根据所述有序集合或子集来选择第一质量度量和第二质量度量。
在根据本发明实施例的处理设备中，栅格位置采样器可以被适配用于：通过在多个不同的平移和/或旋转步骤上平移和/或旋转栅格模板的位置和/或取向表示，来生成多个候选位置和/或取向。
在根据本发明实施例的处理设备中，栅格位置采样器可以被适配用于在相对于初始位置和/或取向的多个不同的平移和/或旋转步骤上的所述平移和/或旋转。
根据本发明实施例的处理设备可以包括用于从用户接收所述初始位置和/或取向的用户界面。
在根据本发明实施例的处理设备中，栅格位置采样器可以被适配用于通过以下操作确定所述初始位置和/或取向：
-将身体中的至少一个靶空间体积投影到身体外部和/或与身体表面相切的平面上，并将初始位置确定为所述投影的中心；或者
-通过将身体中的至少一个靶空间体积的中心投影到身体外部和/或与身体表面相切的平面上来确定所述初始位置。
在根据本发明实施例的处理设备中，解剖空间信息处理单元可以包括输入端口，用于接收至少一个分割医学图像形式的所述数据，其中身体中的至少一个靶空间体积和/或身体中的所述至少一个风险空间体积由对应的分割标签表示。
在根据本发明实施例的处理设备中，解剖空间信息处理单元可以包括输入端口，用于接收身体中的至少一个靶空间体积和/或身体中的至少一个风险空间体积的至少一个表面网格和/或参数空间描述符的形式的所述数据。
在根据本发明实施例的处理设备中，解剖空间信息处理单元可以包括：输入端口，用于接收表示身体中的所述至少一个靶空间体积和/或身体中的所述至少一个风险空间体积的所述数据，所述数据是至少一个医学图像的形式；以及图像分割单元(3)，用于分割所述至少一个医学图像，以确定身体中的至少一个靶空间体积和/或身体中的至少一个风险空间体积。
根据本发明实施例的处理设备可以包括栅格模板对准评估器，用于接收指示物理栅格模板的物理位置和/或取向的位置信号，并且用于提供反馈信号，该反馈信号指示由位置选择器选择的位置和/或取向、和/或指示物理位置和/或取向、和/或所述物理位置和/或取向与所述所选择的位置和/或取向之间的相对位置和/或取向。
在根据本发明实施例的处理设备中，栅格模板对准评估器可以被适配用于使用用户界面同时可视化物理位置和/或取向以及所选择的位置和/或取向。
在根据本发明实施例的处理设备中，用户界面可以被适配用于以不同的显示样式显示所述物理位置和/或取向以及所述所选择的位置和/或取向。
在根据本发明实施例的处理设备中，用户界面可以被适配用于以另一不同(不同于前述样式)的显示样式来显示所述物理位置和/或取向以及所述所选择的位置和/或取向的基本对齐。
在根据本发明实施例的处理设备中，反馈信号可以包括音频信号，以指示所选择的位置和/或取向与物理位置和/或取向之间的差异的测量。
在根据本发明实施例的处理设备中，反馈信号可以包括致动器信号，用于控制被适配用于定位所述物理栅格模板的一个或多个致动器。
在第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明第一方面的实施例的设备的临床工作站。
在第三方面，本发明涉及一种用于在医学介入过程中确定栅格模板相对于人或动物身体的位置和/或取向的计算机实现的方法，其中所述栅格模板包括多个孔，其定义对应的多个栅格孔轨迹，并且其中栅格模板被适配用于在所述介入过程中，当通过所述孔中的至少一个而被插入到身体中时，沿着这样的栅格孔轨迹支持和引导至少一个介入工具。该方法包括接收和/或处理表示身体中至少一个靶空间体积的数据，生成栅格模板相对于身体中的至少一个靶空间体积的多个候选位置和/或取向，以及针对每个候选位置和/或取向，确定栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个靶体积之间的空间关系，例如，每个栅格孔轨迹与所述至少一个靶体积的交叉。该方法还包括，针对多个候选位置和/或取向中的每个候选位置和/或取向，计算表示针对介入过程的栅格模板的候选位置的适合度的至少一个质量度量。
至少一个质量度量的该计算可以考虑指示基于所确定的空间关系的栅格孔轨迹相对于至少一个靶体积的几何重叠和/或接近度的值。至少一个质量度量的该计算可以考虑指示当由所确定的空间关系约束时医学介入过程的治疗效果测量的值。
例如，可以通过至少考虑指示候选位置和/或取向的所述栅格孔轨迹与至少一个靶体积的相交程度的第一值，来计算至少一个质量度量，并基于所述至少一个质量度量从多个候选位置和/或取向中选择位置和/或取向。
在第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，包括可执行计算机程序代码，用于当在处理器(例如，在计算机设备上)上执行计算机程序产品(可执行计算机程序代码)时，实现根据本发明实施例的计算机实现的方法。
独立和从属权利要求描述了本发明的具体和优选特征。从属权利要求的特征可以以被认为适当的方式与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征相结合，而不一定只是根据权利要求中明确陈述的那样。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的设备和系统。
图2示出了用于示出本发明实施例的栅格孔轨迹(例如，治疗输送路径)与感兴趣的靶体积(例如，癌症病变)的相交段。
图3示出了用于示出本发明实施例的栅格模板的两个不同的候选位置以及栅格孔轨迹与感兴趣的体积的几何中心之间的最小距离。
图4示出了用于示出本发明实施例的物理栅格位置和所选择的栅格位置(即靶位置)的可视化。
图5示出了用于示出本发明实施例的安装在步进器设备上的栅格模板。
图6示出了用于示出本发明实施例的用于支持栅格模板和步进器设备的台架。
图7示出了用于示出本发明实施例的使用(例如，手动可控制的)步进器设备的栅格模板的可控制位置和取向。
图8示出了根据本发明实施例的方法。
这些附图是示意性的，不是限制性的。附图中的元件不一定按比例表示。本发明不一定限于如附图所示的本发明的具体实施例。
具体实施方式
尽管下文描述了示例性实施例，但本发明仅受所附权利要求的限制。本文将所附权利要求明确地并入本具体实施方式中，其中，由权利要求定义的从属结构所允许的每个权利要求和权利要求的每个组合形成本发明的分离实施例。
根据权利要求中所使用的，词语“包括”不限于此后描述的特征、元件或步骤，并且不排除附加的特征、元件或步骤。因此，这指定了所提到的特征的存在，而不排除一个或多个特征的其他存在或添加。
在该具体实施方式中，呈现了各种具体细节。本发明实施例可以在没有这些具体细节的情况下执行。此外，为了本公开的清晰性和简明性，不一定详细描述公知的特征、元件和/或步骤。
在第一方面，本发明涉及一种用于在医学介入过程中确定栅格模板位置的处理设备，其中栅格模板用于支持和引导至少一个介入工具，诸如针、消融工具、近距离放射治疗源或导管，通过栅格模板的至少一个所选择的孔进入感兴趣的解剖体积。
图1示出了根据本发明实施例的说明性设备1。该设备可以包括计算机，例如被专门编程用于实现所描述的设备。这样的计算机可以包括输入和输出，例如用于例如经由数据载体和/或通信网络接口接收数据和发送数据的(多个)通信接口。这样的输入和输出还可以包括用户接口硬件，例如用于从人类用户接收输入的人类交互设备(例如键盘、鼠标、语音翻译器、触摸接口、陀螺仪或加速计等)、用于向用户呈现信息的监控器、扬声器、用于将信息呈现到物理载体(例如，纸张)上的打印机、用于生成数据的三维物理模型的三维打印机以及本领域中已知的其他此类元件。
计算机可以包括用于执行指令(例如，计算机代码)的通用处理器，以及用于存储这种指令的存储器。计算机可以包括用于存储数据的存储器，例如用于根据指令进行操作。该设备不一定限于通用计算机，而是还可以包括专用集成电路(ASIC)和/或可配置的处理硬件，例如现场可编程门阵列(FPGA)。此外，该设备可以包括在单个处理设备中，例如计算机，但也可以分布在彼此可操作地连接的多个这样的设备上，例如使得通过服务器和客户端设备或诸如计算集群的并行处理系统的联合动作来执行本文描述的处理。
处理设备1被适配用于在医学介入过程中确定栅格模板的位置。这种医学介入过程可以是病灶治疗、活组织检查或通过将介入工具专门插入空间体积来执行的另一医学介入。例如，医学介入过程可以包括对解剖区域的活组织检查或病理映射，例如疑似由疾病或紊乱造成的病变或器官或组织(的一部分)。例如，病灶治疗可以指经皮病灶治疗，例如经皮性病灶癌症治疗，例如近距离放射癌症治疗，消融过程，例如冷冻消融、热消融、微波消融、(聚焦)超声消融、射频消融、激光消融等，或者其中使用病灶能量源来激活敏化组织和/或细胞的治疗，例如光动力治疗。例如，为了治疗肿瘤，医生可以例如根据可用手段、病变大小和位置、受影响的器官等来选择近距离放射治疗或消融形式。然而，在这样的过程中，常见的是手动将栅格模板放置在皮肤表面上(或至少靠近皮肤表面)，并插入介入工具(例如，活检针、消融器、预先加载有或可加载有近距离放射治疗种子的针或导管……)通过栅格模板的一个或多个引导孔进入身体，引导孔通常选自较大数量的可能(可选择)孔。这种过程的另一示例可以是将微设备(例如，微刺激器)或其他结构(例如，用于释放药物化合物的定时释放胶囊)植入身体内的特定部位。
栅格模板也可以被称为引导栅格框架或治疗栅格。如本领域公知的，栅格模板可以是刚性或柔性栅格模板。栅格模板可以是放射不透明的，例如以避免在定位栅格模板用于过程时对患者成像中使用的电离放射的干扰。在本公开中，诸如‘栅格’、‘模板’、‘模板栅格’和‘栅格模板’的术语被认为是等同的且可互换的，即指在介入过程中使用的相同的这种引导栅格框架。栅格模板包括位于栅格模板上不同位置的多个孔，即通孔。例如，栅格模板可以具有这样的孔分布在其上的主表面，使得每个孔通过栅格模板从主表面突出到与主表面相对的表面。例如，栅格模板的一个维度分量可以实质上小于其他两个(笛卡尔)维度分量，使得通常在模板的相对侧的两个“主”表面可以延伸到两个较大的维度上。一个这样的主表面可以被适配用于在使用中接触(或朝向)患者的皮肤，而相对的主表面允许接近这些孔，使得工具，例如针、销、导管和其他这样的细长元件可以从该侧插入到接触侧，并且进一步沿着该路径在特定位置(孔的位置)和方向(例如，通过由孔来引导工具而获得)插入到患者的身体中。不限于此，栅格模板可以包括排列成行和列的这种孔(因此称为“栅格”，例如矩形栅格)。这不排除孔的其他分布模式，例如极栅格、六边形栅格。分布图案可以是规则的或不规则的，可以是均匀分布的或不均匀分布的。这种模板可以是一次性的或可重复使用的。模板可以是刚性的、柔性的，或者可以具有某种程度上受限的柔性。栅格孔可以彼此(即，相对于相邻孔)以例如1mm到20mm的距离隔开。典型的示例是具有在2mm到10mm范围内的孔间距离的模板，例如3mm到8mm，例如5mm。这些孔可以具有适合预定针径的直径，例如，14径到18径(但不限于此)范围内的针径，例如14g、17g或18g。孔的数量可以(但不限于)从例如9到1000的范围，例如通常在25到225的范围内，例如25、36、49、64、81、100、121、144、169或225个孔。虽然这些示例基于相同数量的行和列的规则栅格，但是应当理解，在实施例中，栅格既不要求是规则矩形栅格，也不要求行数等于列数。
栅格模板包括多个孔(通孔)，这些孔为针、导管或其他细长介入工具(当通过孔插入时)定义对应的多个栅格孔轨迹。栅格模板可以具有相当大的宽度，使得栅格孔轨迹的方向被约束到特定方向，例如垂直于栅格模板的表面(其可以考虑也可以不考虑局部表面曲率，例如在柔性栅格模板的情况下)。然而，实施例不一定限于此。例如，可以使用其他手段来控制插入方向，或者可以以不同于相对于表面的直角的角度设置孔。
技术人员将理解栅格模板的定位对于过程的成功可能是重要的。通常，如果医学专家没有不同地指示，则只有与靶体积(例如，要治疗的病变)相交(例如，进入)的栅格孔轨迹可以用于介入过程，例如，用于治疗输送。例如，在近距离放射治疗反向规划方法中，例如如图2所示的目标病变相交段可用于对放射源可停留给定的最佳时间的停留位置集合进行采样以确定。因此，自动反向规划和手动正向规划解决方案两者都可能受益于最优的以引导栅格位置。例如，通过栅格孔的针轨迹优选地是尽可能多地与分段的解剖结构相交。治疗的成功和效果，以及治疗后并发症的预防，可能对要治疗的非常小的病变的初始栅格位置特别敏感。
在其使用中，设备1确定要在这种过程中使用的栅格模板的位置，例如栅格模板的最佳(或至少良好)放置，以允许通过将(多个)介入工具插入通过栅格模板中的一个或多个孔来到达空间体积。例如，该位置可以取决于体积的大小和位置，例如肿瘤位置和大小，栅格模板的参数，例如栅格模板制造商可以提供的其规格。通过自动优化栅格模板位置，可以有利地减少对医生经验的依赖，并且可以通过减少或避免在手动确定适当位置上花费的时间来提高医生的效率。例如，在常规方法中，可能需要医生定位栅格模板、选择工具位置集合并确定对应的工具参数集合。一旦定位了栅格模板，在现有技术中已知的解决方案是自动(或以计算辅助的方式)选择栅格模板提供的栅格孔轨迹上的工具位置并确定适当的参数。例如，可以应用手动正向规划或自动反向规划解决方案来寻找最佳输送参数集合(例如，近距离放射治疗导管位置、热消融探头位置、停留时间、消融时间/功率值等)。
处理设备1被适配用于(例如被编程用于、例如被配置用于)接收表示患者身体内至少一个靶空间体积的空间数据，根据医学介入过程，至少一个介入工具将经由栅格模板的至少一个孔而被插入该至少一个靶空间体积中。
该处理设备还可以被适配用于(例如被编程用于、例如被配置用于)接收表示患者身体内至少一个风险空间体积的空间数据，至少介入工具应当避免(例如，通过远离距离裕度)该至少一个风险空间体积和/或不应该沿着其插入路径穿透该至少一个风险空间体积。为了方便起见，至少一个靶空间体积以及，可选地，至少一个风险空间体积可以在下文中被统称为“(多个)感兴趣体积”。
因此，处理设备1包括解剖空间信息处理单元2，用于接收和/或处理表示以下各项的数据：患者身体内的至少一个靶空间体积；并且可选地还有身体内的至少一个风险空间体积。空间信息处理单元可以是或包括用于接收所述数据的输入端口，例如经由数字通信网络、物理数据载体或与医学成像设备的专用接口，例如总线接口。可以以医学图像的形式接收数据，例如包括靶空间体积和/或风险空间体积的身体至少一部分的体积三维图像。这种医学图像可以包括通过X射线计算机断层扫描(CT)、磁共振成像、核医学成像、超声成像或其他医学成像方式(例如，弹性成像、光学CT、光声成像、磁粒子成像，但不限于这些示例)获得的(例如，三维或断层)图像。医学图像可以被处理以定义(多个)感兴趣体积，例如以分配给(多个)感兴趣体积的图像覆盖注释体素的形式，或者医学图像可以由(多个)感兴趣体积的定义组成，即可以是分割图像。备选地，可以以(多个)感兴趣体积的描述符的形式接收数据，例如定义(多个)感兴趣体积的(多个)表面网格，例如将该感兴趣体积或每个感兴趣体积定义为参考坐标空间中的多面体对象的顶点、边和面的集合。这样的面可以包括三角形、四边形和/或其他多边形(n-边形；例如，凸多边形，甚至凹多边形)。描述符也可以以另一适合的格式来定义，例如(多个)感兴趣体积(每个)的参数定义，例如作为一个或多个球体、立方体、非均匀有理基样条(NURBS)或其他参数形状的参数，或者例如体积网格，例如还包括显式体积信息。虽然(多个)感兴趣体积的描述符通常可以直接定义体积(或其封闭表面)，但不一定排除体积的随机或模糊定义(例如，概率图)。
解剖空间信息处理单元2还可以包括(体积)图像分割单元3，用于分割医学图像，以便勾画医学图像中的(多个)感兴趣体积，例如，其中数据还不包括分割信息或如上所述的(多个)体积的另一形式的定义。适合的分割算法在本领域中是已知的，并且可以包括手动分割(例如，使用适合的用户界面7)、半自动分割和/或自动分割。不限于此，本领域中已知的此类分割方法的一些示例包括体素值阈值法、聚类方法、基于直方图的方法、边缘检测、区域增长方法、基于偏微分方程的方法、变分方法、图形划分方法、基于分水岭变换的方法、多尺度方法、基于机器学习的方法(例如，可训练方法)和/或其任意组合。
因此，处理设备可以接收(多个)感兴趣体积的定义，或者可以通过处理所接收的数据(例如，图像数据)来以其他方式确定这种定义，所接收的数据可能已经隐含地包含这样的信息。因此，所有感兴趣的区域(例如，目标病变和风险器官)可以在预处理步骤中进行分割，例如提供给设备，通过由设备执行的处理(例如，基于接收到的图像数据)或通过两者的组合(例如，可以通过由设备执行的自动、交互或手动程序来提供和细化初始分割)。
该处理设备包括栅格位置采样器4，用于生成栅格模板相对于(多个)感兴趣体积的多个候选位置，例如在(隐式或显式)共享参考坐标系中。生成多个候选位置可以包括在多个不同的平移和/或旋转步骤上平移和/或旋转栅格模板。例如，栅格位置采样器可以在平移步长和/或旋转角度的集合上对栅格模板的位置(以及可选地，取向)进行采样。初始位置可以由用户自动确定和/或指定，例如使用设备的用户界面7。例如，用户可以基于患者解剖和/或先验知识和/或经验来提供对初始栅格位置(x0,y0)的最佳猜测，以初始化由设备执行的定位方法。用户定义的初始位置可以由该设备来验证，例如以检查其是否允许完全包含所有靶体积，例如定义的癌症病变。当使用术语‘采样’时，该采样可以是对候选位置的确定性确定，例如通过直接枚举，或者可以是随机采样，例如通过从候选位置的分布函数随机采样。对‘位置’的引用可以涉及(多个)位置坐标、(多个)角度取向坐标和/或其组合。因此，‘位置’不应仅被狭义地解释为仅空间中的点，而是还可以涉及一个或多个角度或取向，或者空间中的点和取向的组合，例如局部化向量(例如，相对于自由或未绑定的向量而言是“局部化的”)。
初始位置可以自动确定，通过使用固定的预定位置，或者通过简单的试探法，例如将感兴趣的靶体积投影到身体的皮肤表面上，例如沿着固定的坐标轴或沿着皮肤表面的表面法线。例如，初始栅格位置可以自动确定，通过将靶体积(例如，单个癌症病变)的几何重心由二维轴向投影投射到栅格x，y平面上(其例如可以由平行于皮肤表面的平面或其近似面来定义)。同样，在多个靶体积的情况下，例如多个病变，可以使用为每个靶体积计算的这种投影重心的空间平均位置。可以容易地设想备选方案，例如使用其他中心度度量，或使用多个靶体积的凸壳的重心。当用户提供的初始位置被认为不适合时，也可以执行这种初始位置的自动确定，例如，如果它允许对(多个)靶体积的访问不足，参见，如上所述的核实。
平移步骤可以通过直接和确定性枚举来确定，例如在一个、两个或三个坐标中使用预定步长的整数(例如，带符号)倍数。这种步长(或用于不同平移和/或旋转分量的步长)可以是预先确定的，或者可以由用户使用用户界面7来配置。
例如，对于i＝{-K,-K+1…,0,…,K-1,K}和j＝{-L,-L+1,-L+2,…,0,…,L-2,L-1,L}的所有组合，可以使用(预定的或由用户使用用户界面7指定的)水平步长sx和垂直步长sy(其可以相等)将相对于初始位置x0,y0的候选位置定义为[x,y]＝[x0+i.sx,y0+j.sy]，用于覆盖2K.sx×2L.sy的预定区域范围。不一定排除(也不一定包括)在垂直于x,y平面的z方向上的附加步骤的考虑(或更准确地，包括在所有考虑的步骤中不是恒定的z分量的步骤)。同样地，可以考虑旋转，例如使用角度步长sθ来在x,y平面上旋转。旋转也可以考虑在x,y平面之外，例如使用两个或甚至三个互补的角度分量。因此，可以生成跨越变换的1、2、3、4、5或甚至6个(旋转)平移分量的栅格模板的离散(有限)位置(和/或取向)集合。为了获得良好的位置估计，至少两个分量可能是优选的，例如平移的两个互补分量(即使在单个方向上的优化对于一些实施例是有用的)，例如x和y分量。为了找到可能允许另外的优化的位置，还可以考虑第三分量，例如x,y平面中的旋转。同样，包括额外的自由度可能允许获得更好的优化位置估计。然而，可以在考虑优化质量和复杂度之间的权衡的情况下设计实施例。例如，与采样位置的数量相关联的复杂度可以按幂O(nk)来缩放，其中k是在变换步骤中考虑的自由度的数量。
尽管生成多个候选位置的该处理步骤被描述为分离的步骤，但是本领域技术人员将理解，也可以线式地执行对多个候选位置的迭代，例如，位置/取向不需要预先计算并存储以用于进一步的处理步骤，但是也可以在该另外的处理步骤中“实时(on-the-fly)”确定。
虽然给出了坐标的均匀栅格采样(可能包括旋转分量)的示例，但可以理解，实施例不一定限于均匀采样。例如，可以使用极轴采样来考虑靠近初始位置的位置比远离初始位置的位置更多。备选地，可以使用位置空间的随机采样，或可变步长，例如以增加初始位置附近的采样密度。该位置(/取向)采样过程可以包括在水平(“x”)和垂直(“y”)位置上的采样，其可以例如定义在其初始位置处垂直于栅格模板的平面，例如被选择或确定为在初始位置处(或附近)与患者的皮肤表面相切(而不一定限于切向取向)。
位移也不一定限于直线位移(和/或其对应的旋转)，还可以考虑身体表面的曲率。例如，采样位置(例如，均匀笛卡尔采样位置)可以被映射到身体的表面上，以将采样位置约束到栅格模板放置在与皮肤接触的位置。例如，当使用柔性栅格模板时，可以跨皮肤的预定区域对位置进行采样，可能包括(弯曲的)平面中的旋转分量。然而，即使对于刚性模板，栅格模板的取向也可以跟随身体的轮廓，使得仍然可以在皮肤的表面上采样位置，需要注意的是，由于其刚性和皮肤的曲率，刚性模板可能不会在栅格模板的所有点接触皮肤(也不能与皮肤表面相交)。栅格位置采样器可以被适配用于考虑这一点，例如通过对皮肤表面上的位置(和/或相对取向)进行采样(其可以在基于成像数据的分割步骤中确定)并且以避免碰撞(即刚性模板的模型与身体相交)所需的最小距离调整每个位置，例如在垂直于皮肤表面的方向上。备选地或另外地，也可以在该(每个)位置确定取向的调整以避免碰撞。对于柔性栅格模板，可以假设栅格模板足够灵活以与皮肤表面一致，或者可以考虑一定程度的柔性，以拒绝皮肤的曲率太强的位置，或者当栅格模板被最大限度地弯曲以最大限度地符合其用于弯曲的物理容忍裕度内的局部曲率时，确定避免碰撞的法线位移(和/或取向调整)。
设备1包括质量计算器5，用于针对多个候选位置中的每个候选位置，计算表示针对介入过程的栅格模板的候选位置的适合度的至少一个质量度量。提及“质量”计算器只是为了便于公开，例如为了避免与其他特征混淆，并不旨在暗示除了被描述为该组件所执行的功能之外的任何内容。即使提及质量度量，例如，如果位置的适合度较高，则质量度量通常可以增加值，但是成本函数被认为是完全等同的，因此也作为“质量度量”，例如，如果适合度增加，则成本函数通常可能减小。质量度量也可以被称为目标或目标函数。
质量计算器5被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，确定栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据候选位置和/或取向而被定位时，与至少一个(例如，与每个)靶体积之间的空间关系。
例如，质量计算器5可以被适配用于确定每个栅格孔轨迹与该靶体积或每个靶体积的交叉，例如，如图2所示。质量计算器还可以确定每个栅格孔轨迹与该风险体积或每个风险体积之间的空间关系，例如每个栅格孔轨迹与该风险体积或每个风险体积的交叉。
例如，质量计算器可以包括栅格模板的模型，其被参数化为作为栅格模板的位置(例如，每个候选位置)和/或取向作为参数的函数来评估，在其中指定(多个)感兴趣体积的坐标空间中(或者应用微小的坐标变换以允许确定所述交叉)。虽然提及“模型”，但应当理解，这种模型可能特别简单，例如局部化向量的集合，其定义了相对于局部坐标系的每个栅格孔轨迹，其中根据评估中的位置/取向对该局部坐标系的变换允许确定每个位置/取向的栅格孔轨迹，并且因此还允许确定所述交叉。还应当理解，这样的模型也可以更复杂，例如考虑栅格模板的变形属性。应当理解，质量计算器可以包括不同栅格模板的多个模型，或者以依赖于栅格模板参数的形式指定的栅格模板的模型，诸如栅格孔间距、栅格配置、栅格尺寸等。用户界面7可用于选择与旨在在过程中使用的栅格模板相对应的模型，和/或配置这样的栅格模板参数(即使不一定排除其中仅实现单个固定栅格模板模型的实施例)。
每个栅格孔轨迹对应于穿过栅格模板的孔的线在相对于栅格模板的取向的预定方向上的线段，例如，孔穿透模板的方向，例如垂直于栅格模板的主表面。因此，预定方向可以对应于介入工具，例如针或导管(或包括针或导管；不限于用于插入身体内的其他类型的大体上细长的介入工具)在通过孔插入时由栅格模板引导的方向。因此，交叉可以对应于这样的线的线段，其中它与感兴趣体积叠合(coincide)。所计算的交叉可以包括这种线段的显式标识，但是另外地或备选地，还可以包括从其导出的值，例如线段的长度，或者仅仅指示栅格孔轨迹是否与感兴趣体积相交的布尔指示符，例如指示是否存在交叉，例如指示线段的长度是否不同于零。
计算至少一个质量度量包括：针对每个候选位置和/或取向，计算至少一个质量度量，通过至少考虑指示如下各项的值：基于所确定的空间关系，栅格孔轨迹相对于至少一个靶体积的几何重叠和/或接近度；和/或当由所确定的空间关系约束时，医学介入过程的治疗效果测量。
计算至少一个质量度量可以包括计算指示当由所确定的空间关系约束时，医学介入过程的治疗效果测量的值。因此，治疗效果测量可以表示当一个或多个放射源或消融器沿所述栅格孔轨迹而被定位时，在至少一个(或每个)靶空间体积中被接收的放射剂量或消融效果
例如，治疗效果测量可以包括，当一个或多个放射源(例如，发射预定放射通量或具有以贝克勒尔为单位的预定强度)沿栅格孔轨迹而被定位时，接收至少预定放射剂量(例如，以Gray为单位的至少预定值)的靶空间体积的绝对或相对(例如，百分比)体积。类似地，治疗效果测量可以包括，当一个或多个放射源(例如，发射预定放射通量或具有以贝克勒尔为单位的预定强度)沿栅格孔轨迹而被定位时，靶空间体积或其预定体积分数所接收的放射剂量的总计、平均、最大、最小、中位、预定百分比(例如，第一和/或第三四分位数)或其他汇总统计。
例如，治疗效果测量可以包括，当一个或多个消融源(例如，根据预定的源功率和/或停留时间)沿栅格孔轨迹而被定位时，接收预定量的消融能量的靶空间体积的绝对或相对(例如，百分比)体积。例如，治疗效果测量可以表示被消融的靶空间体积的绝对或相对体积。
例如，治疗效果测量可以包括当被一个或多个消融探头，当沿着栅格孔轨迹定位时，达到预定温度(例如，超过预定温度阈值)的靶空间体积的绝对或相对体积，例如，给定预定的消融功率和/或停留时间和/或其他预定的消融参数。同样，治疗效果测量可以包括所沉积的消融能量或消融源通过加热而达到的温度的平均、最大、最小或其他汇总统计。
例如，对于每个候选位置/取向，可以沿着每个轨迹确定放射源或消融器的最佳位置，以确定治疗效果测量，或者可以考虑沿着每个轨迹的多个这样的位置，例如，可以沿着轨迹分布两个或更多个源，例如预定数量的源。该设备可以包括治疗规划器，用于确定受到栅格的候选位置/取向约束的适合的治疗规划，以确定治疗效果测量。如本领域公知的，正向或反向规划算法可以被应用于每个候选位置/取向以确定治疗效果测量。然而，可以使用简化的，例如近似的，治疗规划算法来确定治疗效果测量的近似值，以允许有效地估计当使用栅格模板的特定位置/取向时的治疗效果，并且在基于该近似度量选择最佳位置/取向之后，可以应用更详细的，例如更准确的，治疗规划算法来提出要实现的治疗规划。此外，在实施例中，出于效率的原因，可以应用简化的方法，该方法不需要详细的治疗规划来测量候选位置/取向的适合度，例如基于轨迹与(多个)靶体积的交叉的度量。有利地，这种方法允许在不需要所应用的程序的详细知识的情况下，确定栅格模板的适当配置，例如，可以仅依靠几何考虑来应用而不考虑要执行的特定过程。然而，如前所述，在根据本发明的实施例中，不一定排除有利地使用要应用的过程的知识的更复杂的方法。
例如，计算至少一个质量度量可以包括计算(至少一个)靶值，该靶值指示当根据候选位置定位(和/或取向)栅格模板时，所有栅格孔轨迹与该(或所有)(多个)靶体积的相交程度。该靶值可以包括与(多个)靶体积相交的栅格孔轨迹的总数目。该靶值可以包括与靶体积相交的线段的总长度，例如所有这些相交线段的长度之和。该靶值可以包括与靶体积相交的线段的平均长度，例如长度总和除以与靶体积相交的栅格孔轨迹的数量。该至少一个质量度量可以被计算为对于该靶值的对应较高值，指示栅格模板的候选位置对于介入过程的更高的适合度。因此，基于质量度量，可以优先选择栅格模板的位置/取向，其最大化到达靶体积的可用栅格孔的总数目，和/或其最大化介入工具可以通过栅格孔轨迹定位在靶体积中的总路径长度。
计算至少一个质量度量可以包括计算(至少一个)风险值，该风险值指示当根据候选位置定位(和/或取向)栅格模板时，所有栅格孔轨迹与该(或所有)(多个)风险体积的相交程度。该风险值可以包括与(多个)风险体积相交的栅格孔轨迹的总数目。该风险值可以包括与风险体积相交的线段的总长度，例如所有这些相交线段的长度之和。该风险值可以包括与风险体积相交的线段的平均长度，例如，长度的总和除以与风险体积相交的栅格孔轨迹的数量。至少一个质量度量可以被计算为对于该风险值的相应较高值，指示栅格模板的候选位置对于介入过程的较低适合度。因此，基于质量度量，可以优先选择栅格模板的位置/取向，其最小化到达风险体积的可用栅格孔的总数目，和/或其最小化介入工具可以通过栅格孔轨迹定位在风险体积中的总路径长度。
计算至少一个质量度量可以包括计算(至少一个)中心度值，该中心值指示栅格孔轨迹到(多个)靶体积中心的最小距离。该距离可以是欧几里得距离，但不一定排除其他适合的距离度量，例如Manhattan(或“taxicab”)距离、r Chebychev(或“棋盘”或“无穷范数”)距离，或者通常是具有任意整数或非整数(但大于1)阶p的Minkowski距离。
该最小值可以被计算为针对所考虑的候选位置/取向的所有栅格孔轨迹计算的所有这种距离上的最小值。这些距离可以是栅格孔轨迹(或等同地，所确定的其与靶体积的交叉)与靶体积的中心之间的距离，其中该中心可以是几何中心、重心、质心、中心点、质量中心、切比雪夫中心、靶体积的凸壳的中心、围绕靶体积的最小封闭球的中心、或空间体积的中心度(centrality)的另一几何度量。当定义了多个靶体积时，中心可以指集体(并集)靶体积的几何中心(或其他中心度度量)，或者可以分开针对每个靶体积计算该最小距离。例如，中心度值可以指示针对靶体积获得的最小距离的平均值、中位数、平均值或类似度量。备选地，中心度值可以指示在所有靶体积上，栅格孔轨迹和靶体积的中心度度量之间的最小距离中的最大值。因此，可以基于质量度量优先选择栅格模板的位置/取向，该质量度量最小化可经由栅格孔轨迹接近的该(或每个)靶体积的中心的最近距离。因此，鼓励选择栅格位置/取向，以使栅格孔轨迹通过(多个)靶区域的中心的概率最大化。这可以改进优化的介入过程规划相对于手头(多个)病变的形状的对称性，并且可以改进在执行介入过程期间对患者/床位微小移动的鲁棒性。例如，图3示出了栅格模板的两个不同的候选位置。可以看到，如左侧所示的栅格模板23的候选位置实现了比右侧所示的候选位置更小的平均最近栅格距离。在图3中，示出了两个靶体积22的重心21(投影到栅格模板的平面上)。
为清楚起见，提及“靶值”、“风险值”和“中心度值”应被视为仅仅是为了避免混淆的命名，而不是暗示除上述以外的任何特殊属性。等同地，这些值可以被称为“第一值”、“第二值”和“第三值”，而不是通过这样的数字命名来暗示任何特定的顺序属性。
计算至少一个质量度量可以包括计算多个这样的质量度量，诸如一个或多个所提及的靶值(例如，基于相交段的数量、相交段的总长度和/或相交段的平均值)、一个或多个所提及的风险值(例如，基于相交段的数量、相交段的总长度和/或相交段的平均值)和/或一个或多个所提及的中心度值(可以考虑中心度和/或方法的不同度量以考虑多个靶体积)。可以将这些质量度量组合成合成质量度量，例如，通过计算不同质量度量的加权和。这种加权和的权重可以是预定的或可配置的，例如可以通过用户界面7接收来自用户的输入。每个质量度量可以被适当地缩放，例如归一化，使得权重具有与权重的可比值的可比效果。例如，形成合成量度量的项的每个值可以除以其已知的或假定的最大值，使得权重可以在0到1的范围内选择，分别表示“不相关的”或“不考虑的”到“最大相关性”。还应注意的是，前面提到的一些质量度量应被视为惩罚，而另一些则应被视为目标，因此应与适当的标志、其他缩放的倒置相组合，以将其考虑在内。例如，可以从与(多个)靶体积的相交段的数量中减去与(多个)风险体积的相交段的数量，或者在组合在合成质量度量中之前以其他方式使其效果反转(附加于如上所述的这些项的可能归一化)。备选地或另外地，可以分开评估多个质量度量，例如，首先基于针对第一质量度量所达到的极值来选择适合的位置/取向，然后使用第二(第三，…)质量度量，以进一步减少所选择的位置/取向的数量，以最终达到仅一个(或几个)适合的位置/取向。具体地，上面讨论的一些说明性质量度量可以呈现整数值，例如多个交叉，使得多个候选位置/取向可以呈现这种离散质量度量的相同值，例如该值的最大值(或最小值)。同样，对于非离散(连续)质量度量，可以考虑(预定的或可配置的)容忍裕度阈值来选择被认为足够接近值的极值的多个位置/取向，以在使用另一质量度量以进一步减少所选择的位置/取向的数量的另一步骤中考虑。
设备1包括位置选择器6，用于基于至少一个质量度量从多个候选位置/取向中选择位置和/或取向，例如用于选择针对至少一个质量度量之一和/或对于合成质量度量达到极值(最大值或最小值)的位置/取向。
例如，在分开评估多个质量度量的实施例中(即，在这些质量度量未被联合评估为合成质量度量的情况下)，用户界面7可以被适配用于从用户接收优先级配置以选择要评估的质量度量及其评估顺序。因此，用户可以选择至少第一质量度量来进行候选位置/取向的第一选择，并且用户可以从第一选择所选择的候选位置/取向中选择至少第二质量度量来进行第二选择。用户可以选择第三或者甚至进一步的质量度量，以进一步减少所选位置/取向的数量。因此，选择器6可以通过实现词典排序方法来选择位置/取向，其中由用户提供按优先级排序的目标(质量度量)集合。然而，在其他实施例中，这样的优先级顺序可以是固定的且预定的，或者可以仅使用单个(例如，合成)质量度量。
在第一说明性示例中，选择器可以实现词典顺序方法。至此，由用户决定按优先级排序的目标集合，例如，用于实现与(多个)靶体积相交的栅格孔轨迹的最大数量的最高优先级，以及用于实现栅格孔轨迹与(多个)靶体积的最大平均相交线段长度的较低优先级。在这种方法中，选择器可以首先选择实现与(多个)靶体积相交的栅格孔轨迹的最大数量的候选位置/取向。如果该最大值是通过单个栅格孔轨迹实现的，则该解决方案可以作为输出提供，甚至不需要处理第二优先级度量/目标。否则，作为第二步骤，在等同实现所述最大交叉数量的栅格位置/取向的子集内，可以选择也产生最大平均相交线段长度的最佳候选位置/取向。如上所述，其他度量的选择或优先级可能不同，可能还包括较低优先级的第三、第四、…度量。在以其分配的顺序评估所有质量度量之后，不止单个候选位置/取向保持被选择的情况下，可以随机选择一个用于输出，或者可以输出所有所选择的配置，以允许用户手动决定使用哪个配置。
在第二说明性示例中，合成质量度量可以通过所有质量度量(例如，上文讨论的质量度量)的加权求和来构建。用户可以选择使用哪些质量度量，并且可以分配对应的重要性权重。重要性权重可以是区间[0,1]中的相对值，其中0表示“无相关性”，并且1表示“最大相关性”(不限于该特定范围的实施例，或者甚至不一定限于归一化的“相对”值)。例如，为了避免偏差，可以将用作合成质量度量的分量的质量度量值归一化，例如到区间[0,1]，通过将每个度量值除以已知的最大值。例如，指示栅格孔轨迹交叉的数量的质量度量值可以除以栅格孔的总数目(例如，对于典型的13×13高剂量率近距离放射治疗栅格模板为169)。指示线段长度总量(求和)的质量度量值可以除以(多个)靶体积的边界尺寸，例如沿着介入工具插入方向的病变的最大长度。指示最接近轨迹到靶体积中心的距离的质量度量可以通过栅格对角线长度或通过(多个)靶体积的边界尺寸(例如，平行于栅格模板的平面中的最大直径或半径)来归一化。因此，选择器可以选择实现最大合成度量/目标值的栅格位置/取向，并且可以输出该选定配置。
设备1可以包括输出8，用于输出由位置选择器6选择的位置和/或取向，例如供用户通过用户界面7进一步评估和/或使用。
设备1可以包括栅格对准评估器9，用于接收指示物理栅格模板相对于患者身体的位置和/或取向的位置信号，并且用于提供指示由位置选择器6选择的位置和/或取向的反馈信号。
例如，栅格对准评估器可以在显示设备上(例如在用户界面7中)可视化位置信号和所选位置，使得用户可以定位/取向物理栅格模板以实现与选定的位置/取向的对准。因此，可以提供实时的可视引导来帮助进行最佳的手动栅格定位。例如，基于接收到的位置信号的物理栅格模板的轮廓和对应于选定的位置和/或取向的栅格模板的轮廓两者可以被显示，例如使用不同的线条样式、颜色或闪烁属性(例如，其中之一可以被示为永久形状，即连续显示，而另一可以被示为闪烁形状，即间歇显示)。例如，选定的位置可以由闪烁轮廓和/或由虚线轮廓表示。例如，当前(物理)栅格位置的轮廓可以用与最佳(选定)栅格位置不同的颜色显示。在图4所示的示例中，最佳栅格位置由虚线41表示，而当前的手动位置由实线42显示。当两个轮廓重合时，例如当已经实现对准时，这可以由所呈现的图像中的适当变化来指示。例如，如图4的右侧所示，实线42的颜色可以从例如红色(左图)变为绿色(右图)。
另外地或备选地，反馈信号可以包括音频信号，以指示选定位置和物理位置之间的差异的测量。例如，音调的频率或音频脉冲的频率可以作为选定的位置和物理位置之间的距离的函数而增加或减少(和/或考虑取向上的差异)。因此，例如，频率增加的音频脉冲可用于指示更接近最佳位置。
备选地或另外地，反馈信号可以包括用于控制被适配用于定位物理栅格模板的一个或多个致动器的致动器信号。因此，该设备可以自动控制物理栅格模板的位置，以便将栅格模板定位在选定位置/取向。
可以从追踪传感器53接收位置信号，追踪传感器53例如是电磁(EM)追踪传感器，其集成在栅格模板中或可附接到栅格模板，或者附接到用于定位栅格模板的载体机构(例如，步进器设备)。例如，栅格模板51可以安装在平移和/或旋转台50、52、60上，诸如图5和图6所示的超声步进器设备50。超声步进器设备50可以提供对栅格模板的平移和倾斜的精细控制，如图7所示。台架60(也可能还有旋转台52)可以允许超声步进器设备50的粗略定位和旋转，使得共同地，可以实现定位和取向栅格模板的大量自由度，同时可以至少在由超声步进器设备提供的自由度中实现精确移动。
虽然可以从追踪传感器53(例如，EM追踪传感器)接收位置信号，但是实施例还可以提供确定物理栅格模板的实际位置和/或取向的不同手段。例如，可以在实时成像流中检测栅格模板，实时成像流例如是透视、光学成像、超声成像、磁共振成像或允许以足够高的频率(例如，每分钟至少5个图像，优选的是每分钟至少20个图像，更优选的是每秒至少1个图像，理想情况下是每秒至少20个图像)捕获图像信息的其他形式。
在第二方面，本发明涉及包括如上所述的设备1的临床工作站30。临床工作站可以被适配用于呈现视觉信息，例如成像可视化工作站。该工作站可以包括一个或多个图形显示设备，例如监控器，(多个)用户接口设备，例如键盘和/或鼠标和/或本领域公知的其他人工接口设备，以及处理器。该工作站可以由计算机、智能手机、平板电脑、网络服务器计算机和/或其组合来实施。这样的临床工作站可以适用于或集成于放射学套件、活组织检查实验室套件、过程室套件、放射治疗规划和/或执行系统等。
除了设备1和/或临床工作站30之外，实施例还可以包括追踪传感器53和/或栅格模板51和/或步进器设备50，例如作为部件套件。实施例还可以包括至少一个介入工具，例如针、导管、消融探头、装载有一个或多个近距离放射治疗种子的针等，其被适配用于与栅格模板一起使用，例如具有这样的尺寸，例如优选地以足够紧密但可滑动的方式来适应栅格模板中配置的孔。
在第三方面，本发明涉及一种用于在医学介入过程中确定栅格模板相对于人或动物身体的位置和/或取向的计算机实现的方法，其中所述栅格模板包括多个孔，其定义对应的多个栅格孔轨迹，并且其中栅格模板被适配用于，当在所述介入过程中通过所述孔中的至少一个而被插入到身体中时，沿着这样的栅格孔轨迹支持和引导至少一个介入工具。
图8示出了根据本发明实施例的示例性计算机实现的方法100。
计算机实现的方法100包括接收和/或处理101表示身体中的至少一个靶空间体积的数据，并且可选地还接收和/或处理表示身体中的至少一个风险空间体积的数据。例如，这种数据可以包括至少一个分割医学图像，其中身体中的至少一个靶空间体积和/或身体中的所述至少一个风险空间体积由对应的分割标签表示；和/或身体中的至少一个靶空间体积和/或身体中的至少一个风险空间体积的至少一个表面网格和/或参数空间描述符；和/或至少一个医学图像。例如，处理该数据可以包括分割至少一个医学图像，以确定身体中的至少一个靶空间体积和/或身体中的至少一个风险空间体积(即使根据本发明的实施例，这样的分割可以备选地从外部源接收)。该处理可以包括确定分割的表面网格，或者可以从外部源接收这种表面网格(或备选描述符)。
方法100包括生成102栅格模板相对于身体中的至少一个靶空间体积的多个候选位置和/或取向。
方法100包括：针对每个候选位置和/或取向，确定103栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个靶体积之间的空间关系，并且可选地还确定与所述至少一个风险体积之间的空间关系。例如，可以确定每个栅格孔轨迹与该(或每个)至少一个靶体积之间的交叉。
该方法包括：针对多个候选位置和/或取向中的每个候选位置和/或取向，计算104表示针对介入过程的栅格模板的候选位置的适合度的至少一个质量度量。
该计算104包括：通过考虑指示基于所确定的空间关系的栅格孔轨迹相对于至少一个靶体积的几何重叠和/或接近度的值，来计算至少一个质量度量。当由所确定的空间关系约束时，该至少一个质量度量的计算可以考虑指示医学介入过程的治疗效果测量的值。
例如，可以通过考虑至少第一值来计算至少一个质量度量，该第一值指示针对候选位置和/或取向，栅格孔轨迹与至少一个靶体积的相交程度。第一值可以包括与至少一个靶体积相交的栅格孔轨迹的总数目、和/或对应于所述交叉的线段的总长度、和/或对应于所述交叉的所述线段的长度的平均值或集中趋势的其他统计测量。
计算104至少一个质量度量还可以考虑第二值，该第二值指示针对候选位置和/或取向的所述栅格孔轨迹与至少一个风险体积的相交程度。第二值可以包括与至少一个风险体积相交的栅格孔轨迹的总数目、和/或对应于与至少一个风险体积的所述交叉的线段的总长度、和/或对应于与至少一个风险体积的所述交叉的所述线段的长度的平均值或集中趋势的其他统计测量。
计算104至少一个质量度量还可以考虑第三值，其中所述第三值指示栅格孔轨迹到该至少一个靶体积的中心的最小距离、或到至少一个靶体积的至少一个的中心的最小距离。
计算104至少一个质量度量可以包括计算多个度量，诸如一个或多个“第一”值(例如，所述交叉的数量、总长度和/或平均值)、和/或一个或多个“第二”值(例如，所述交叉的数量、总长度和/或平均值)和/或第三值，并且根据加权和将所述多个质量度量组合为合成质量度量。
方法100包括：基于至少一个质量度量，从多个候选位置和/或取向中选择105位置和/或取向，例如从多个候选位置和/或取向中选择达到一个或多个质量度量和/或合成质量度量的极值的位置和/或取向。选择105还可以包括基于以预定或可配置的顺序(例如，如上所述的词典顺序方法)评估的多个所述质量度量的优先级顺序的逐步选择。
因此，可以在候选栅格位置和/或取向的有限离散集合上执行直接搜索，以便找到使栅格孔轨迹与(多个)靶病变相交最大化的(基本上)最佳位置和/或取向，可能考虑处于风险中的组织/器官和/或可能考虑比(多个)靶病变更对称或栅格孔轨迹的至少更中心分布的偏好。
该方法还可以包括接收107指示物理栅格模板的物理位置和/或取向的位置信号。
该方法可以包括提供108反馈信号，该反馈信号指示选定的位置和/或取向、和/或物理位置和/或取向、和/或所述物理位置和/或取向与所述选定的位置和/或取向之间的相对位置和/或取向。
例如，提供108反馈信号可以包括使用用户界面同时可视化物理位置和/或取向以及选定的位置和/或取向。例如，在引导栅格的手动定位期间，可以在适合的图形用户界面(GUI)上实时地可视化引导栅格的当前物理位置和所确定的“最佳”位置，以指导用户。例如，所计算的最佳栅格位置可以在GUI上实时地可视化，例如作为闪烁的正方形(不限于此)，以在引导栅格模板的手动位置期间指导临床专家，其位置可以实时指示，优选地使用不同的显示样式以允许容易地区分两种形状。
例如，提供108反馈信号可以包括生成音频信号以指示选定的位置和/或取向与物理位置和/或取向之间的偏差的测量。
例如，提供108反馈信号可以包括生成致动器信号，用于控制被适配用于定位所述物理栅格模板的一个或多个致动器。
该方法还可以包括使用选定的位置和/或取向作为输入，例如作为规划算法的预定参数，执行介入过程的正向或反向治疗规划。这样的规划算法在本领域中是公知的，因此在本公开中不更详细地讨论。同样地，根据本发明第二方面的实施例的工作站可以包括用于执行所述正向或反向治疗规划的治疗规划系统。
本发明的实施例还可以涉及一种方法，该方法包括以下步骤：获得这种(物理)栅格模板，使用医学成像技术获得表示身体中的至少一个靶空间体积的数据，以及执行如上所述的计算机实现的方法。因此，可以在医学介入过程中确定使用的栅格模板的位置/取向，例如通过将介入工具特定地插入身体内的靶空间体积来执行的病灶治疗、活组织检查或另一医学介入。如本领域公知的，栅格模板，例如引导栅格框架或治疗栅格，可以是刚性或柔性栅格模板。栅格模板可以是放射不透明的(不限于此)。栅格模板包括位于栅格模板上不同位置的多个孔，即通孔。
例如，这种方法可以包括对患者的身体进行成像以提供所述数据。
例如，这种方法还可以包括确定物理栅格模板的物理位置和/或取向，例如使用位置传感器，以提供位置信号。
这种方法还可以包括基于反馈信号对致动器进行制动以定位栅格模板，或者可以包括通过使用用于引导的反馈信号(例如，音频/视觉提示)来手动定位栅格模板。
鉴于上文提供的与根据本发明实施例的方法有关的描述，根据本发明实施例的设备的其他特征或上述特征的细节将是清楚的，反之亦然。
在第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，用于当在适合的处理器上时，执行根据本发明的实施例的计算机实现的方法。

Claims (15)

1.一种用于在医学介入过程中确定栅格模板相对于人或动物身体的位置和/或取向的处理设备(1)，其中所述栅格模板包括多个孔，所述多个孔定义对应的多个栅格孔轨迹，并且其中所述栅格模板被适配用于在所述介入过程中，当通过所述孔中的至少一个孔而被插入到所述身体中时，沿着所述栅格孔轨迹来支持和引导至少一个介入工具，所述处理设备包括：
-解剖空间信息处理单元(2)，用于接收和/或处理表示所述身体中的至少一个靶空间体积的数据；
-栅格位置采样器(4)，用于生成所述栅格模板相对于所述身体中的所述至少一个靶空间体积的多个候选位置和/或取向；
-质量计算器(5)，用于：针对所述多个候选位置和/或取向中的每个候选位置和/或取向，计算表示针对所述介入过程的所述栅格模板的所述候选位置的适合度的至少一个质量度量，以及
-位置选择器(6)，用于基于所述至少一个质量度量从所述多个候选位置和/或取向中选择位置和/或取向，
其中所述质量计算器(5)被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，确定所述栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据所述候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个靶体积之间的空间关系，
其中所述至少一个质量度量包括指示当由所确定的所述空间关系约束时所述医学介入过程的治疗效果测量的值。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个质量度量包括：指示当由所确定的所述空间关系约束时所述医学介入过程的治疗效果测量的值，以及指示基于所确定的所述空间关系的所述栅格孔轨迹相对于所述至少一个靶体积的几何重叠和/或接近度的值。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述质量计算器(5)被适配用于：通过针对每个候选位置和/或取向确定所述栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据所述候选位置和/或取向而被定位时与所述至少一个靶体积的交叉，来确定所述空间关系，以及用于：针对每个候选位置和/或取向，通过至少考虑指示针对所述候选位置和/或取向的所述栅格孔轨迹与所述至少一个靶体积的相交程度的第一值，来计算所述至少一个质量度量。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一值包括：与所述至少一个靶体积相交的栅格孔轨迹的总数目、和/或对应于所述交叉的线段的总长度、和/或对应于所述交叉的所述线段的长度的平均值或集中趋势的其他统计测量。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其中所述解剖空间信息处理单元(2)还被适配用于接收和/或处理表示所述身体中的至少一个风险空间体积的数据，
其中所述质量计算器(5)被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，确定所述栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据所述候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个风险体积的交叉，
其中所述质量计算器被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，通过至少考虑所述第一值和第二值，来计算所述至少一个质量度量，所述第二值指示针对所述候选位置和/或取向的所述栅格孔轨迹与所述至少一个风险体积的相交程度。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二值包括：与所述至少一个风险体积相交的栅格孔轨迹的总数目、和/或对应于与所述至少一个风险体积的所述交叉的线段的总长度、和/或对应于与所述至少一个风险体积的所述交叉的所述线段的长度的平均值或集中趋势的其他统计测量。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中所述质量计算器(5)被适配用于：针对每个候选位置和/或取向，通过至少考虑所述第一值和第三值，来计算所述至少一个质量度量，其中所述第三值指示栅格孔轨迹到所述至少一个靶体积的中心的最小距离、或到所述至少一个靶体积的至少一个中心的最小距离。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的设备，其中所述至少一个质量度量是多个质量度量，其中所述质量计算器(5)被适配用于根据加权和来将所述多个质量度量组合为合成质量度量，并且其中所述位置选择器(6)被适配用于从所述多个候选位置和/或取向中选择达到所述合成质量度量的极值的位置和/或取向。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个质量度量包括指示当由所确定的所述空间关系约束时所述医学介入过程的治疗效果测量的值，所述治疗效果测量表示当一个或多个放射源或消融器沿所述栅格孔轨迹而被定位时，在所述至少一个靶空间体积中被接收的放射剂量或消融效果。
10.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中所述至少一个质量度量是多个质量度量，其中所述位置选择器(6)被适配用于基于所述多个质量度量中的第一质量度量来选择所述多个候选位置和/或取向的第一子集，并且用于基于所述多个质量度量中与所述第一质量度量不同的第二质量度量来选择所述第一子集的至少第二子集。
11.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中所述栅格位置采样器(4)被适配用于：通过在多个不同的平移和/或旋转步骤上平移和/或旋转所述栅格模板的位置和/或取向表示，来生成所述多个候选位置和/或取向。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括栅格模板对准评估器(9)，所述栅格模板对准评估器(9)用于接收指示物理栅格模板的物理位置和/或取向的位置信号，并且用于提供反馈信号，所述反馈信号指示由所述位置选择器(6)选择的位置和/或取向、和/或指示所述物理位置和/或取向与所选择的所述位置和/或取向之间的相对位置和/或取向的所述物理位置和/或取向。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述栅格模板对准评估器(9)被适配用于：使用用户界面(7)同时可视化所述物理位置和/或取向以及所选择的所述的位置和/或取向。
14.一种用于在医学介入过程中确定栅格模板相对于人或动物身体的位置和/或取向的计算机实现的方法(100)，其中所述栅格模板包括多个孔，所述多个孔定义对应的多个栅格孔轨迹，并且其中所述栅格模板被适配用于在所述介入过程中，当通过所述孔中的至少一个孔而被插入到所述身体中时，沿着所述栅格孔轨迹支持和引导至少一个介入工具，所述方法包括：
-接收和/或处理(101)表示所述身体中的至少一个靶空间体积的数据；
-生成(102)所述栅格模板相对于所述身体中的所述至少一个靶空间体积的多个候选位置和/或取向；
-针对每个候选位置和/或取向，确定(103)所述栅格模板的每个栅格孔轨迹当根据所述候选位置和/或取向而被定位时，与所述至少一个靶体积之间的空间关系，
-针对所述多个候选位置和/或取向中的每个候选位置和/或取向，通过至少考虑指示当由所确定的所述空间关系约束时所述医学介入过程的治疗效果测量的值，计算(104)表示针对所述介入过程的所述栅格模板的所述候选位置的适合度的至少一个质量度量，以及
-基于所述至少一个质量度量从所述多个候选位置和/或取向中选择(105)位置和/或取向。
15.一种计算机程序产品，用于当在处理器上执行所述计算机程序产品时实现根据权利要求14所述的计算机实现的方法(100)。
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