脊椎导航方法、脊椎导航系统和计算机程序产品技术方案

本发明专利技术涉及脊椎导航方法。该方法包括提供对象的脊椎的基于MRI、X射线或CT的二维图像以及使用超声成像设备生成关于所述对象的脊椎的超声二维图像的步骤。此外，该方法包括将超声二维图像与基于MRI、X射线或CT的二维图像相匹配，以及将基于MRI、X射线或CT的二维图像中的脊椎外形的预先指定段与超声二维图像中的相应段相关的步骤。

Spinal navigation methods, spinal navigation systems, and computer program products

The present invention relates to a method of spinal navigation. The method includes providing two-dimensional images based on MRI, X ray or CT, and using ultrasound imaging equipment to generate ultrasound two-dimensional images of the vertebrae of the object. Besides, the method involves matching ultrasonic two-dimensional images with 2D images based on MRI, X ray or CT, and related steps of the preassigned segments of the spine shape based on MRI, X ray or CT two-dimensional images and the corresponding segments in two-dimensional ultrasound images.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】脊椎导航方法、脊椎导航系统和计算机程序产品本专利技术涉及脊椎导航方法。在临床实践中，在腰部手术中，似乎在1-3％的情形中，手术进入点偏离预期位置，从而导致医疗并发症。针对腰部手术的进入通常通过解剖标志的触诊或通过X射线定位来定位。然而，解剖标志的触诊例如，由于脂肪组织和/或偏离腰锥而不能始终以正确方式执行。另一方面，X射线设备是昂贵的。另外，移动X射线设备在操作室中是不易处置的，并且使病人和人员暴露于有害的X射线束。同样，生成相对较高分辨率的图像的其它图像生成设备，诸如MRI或CT设备是昂贵的和庞大的。本专利技术的目的是提供一种脊椎导航方法，该方法是准确的，并能够易于在操作室中使用。随之，根据本专利技术的一方面，提供一种脊椎导航方法，包括以下步骤：提供对象的脊椎的基于MRI、X射线或CT的二维图像，使用超声成像设备生成关于所述对象的脊椎的超声二维图像，将该超声二维图像与基于MRI、X射线或CT的二维图像相匹配，以及将关于基于MRI、X射线或CT的二维图像的脊椎外形的预先指定段与超声二维图像中的相应段进行相关。通过应用超声成像技术并将超声二维图像与预先生成或手术前的基于MRI、X射线或CT的二维图像相匹配，基于MRI、X射线或CT的图像中的预先指定段可与超声二维图像中的相应段进行相关，由此通过紧凑且易于使用超声成像设备来利用MRI、X射线或CT技术的相对准确性，从而在操作室中不再需要庞大和/或潜在有害的MRI、X射线或CT移动或静止的MRI、X射线或CT图像设备，而另一方面，可确定针对脊椎手术，诸如腰部手术的预先指定进入中的期望准确性。当将基于MRI、X射线或CT的图像中的脊椎外形的预先指定段与超声二维图像中的相应段进行相关时，可识别超声图像中的脊椎轮廓。作为示例，如果建立与基于MRI、X射线或CT的图像的关系，可识别超声图像中的脊椎突起的特定级别、名称或标记。本专利技术还涉及脊椎导航系统。此外，本专利技术涉及计算机程序产品。计算机程序产品可包括存储在数据载体，诸如闪存、CD或DVD上的计算机可执行指令集。允许可编程计算机执行如上所定义的方法的该计算机可执行指令集也可用于例如经由因特网从远程服务器下载(例如，作为app)。以下权利要求中描述了根据本专利技术的其它有利实施例。现在，只通过示例，参照附图将描述本专利技术的各实施例，其中：图1示出了人类腰锥的横截面示意侧视图；图2示出了腰锥的X射线图像；图3示出了根据本专利技术的脊椎导航系统；图4示出了对象的脊椎的超声图像；图5示出了示图，其中X射线图像和超声图像相匹配；图6示出了根据本专利技术的方法的实施例的流程图。附图仅仅解说了根据本专利技术的优选实施例。在附图中，相同的参考标号指代相同或相应的部件。图1示出了人类腰锥1的横截面示意侧视图，人类腰锥1包括中枢神经2(更确切地，具有马尾的腰部)和从中枢神经2后向延伸至对象背部的皮肤4的多个脊椎突起3a-d。此外，腰锥1包括多个从中枢神经2延伸离开的与脊椎突起3a-d相对的多个锥间盘5a-c。由于滑脱、突出的椎间盘5b，中枢神经2变形并且在静态压力下从而导致生理病变。滑脱、突出的锥间盘可通过例如神经外科医生或整形外科医生执行的腰锥手术来治疗。手术是通过在所示侧视图中在L3脊椎突起3b与L4脊椎突起3c之间使用手术设备10逼近两个脊椎突起3之间的腰锥1来执行的。然而，取决于滑脱、突出的锥间盘5b的位置，也可在其它脊椎突起3，例如在L4与L5之间或者在L5与S1之间进入腰锥1。出于诊断目的，可生成MRI图像以分析锥间盘的位置并标识任何疝Pulposi核HNP。图2示出了腰锥1的X射线图像20。生成用于脊椎导航的X射线图像以确定手术过程中的进入点P。注意到，作为对X射线图像的替换，可例如基于CT成像或MRI成像(诸如，2D、3D或4DMRI)来生成另一二维图像。在图2中，幻影腰锥1的X射线图像被示为设置有通过脊椎主体中心以将其保持就位的条带。图3示出了根据本专利技术的脊椎导航系统34。系统34包括超声成像设备35和用于执行处理步骤的计算系统37。超声成像设备35被实现为相对对象背后的皮肤4而定位的手持单元。手持单元可在基本上平行于腰锥1的移动的一维方向M上沿皮肤4移动。在所示实施例中，超声成像设备35包括标记单元36，用于在对象的腰锥1上的皮肤4上标记超声成像设备的位置。计算系统37包括用于执行处理步骤的处理器38，以及用于存储二维图像数据(例如，高分辨率图像数据，诸如基于MRI、X射线或CT的二维图像数据和/或超声二维图像数据)的存储器39。在使用脊椎导航系统34期间，如上所述，提供基于MRI、X射线或CT的二维图像，诸如对象的腰锥1的X射线图像20，优选地以DICOM格式。在本实施例中，在实际手术过程之前生成X射线二维图像20，例如，在几周之前提供手术前图像以促成脊椎导航过程。为了生成X射线图像20，对象被暴露于X射线束，通常在使用专门装置的单独X射线图像记录室中，该室设置有用于保护人免于有害的X射线束的保护装置。然后，手持超声成像设备35被用于生成对象的腰锥1的超声二维图像30。在超声成像期间，由于超声成像设备35的手持性质，对象可存在于操作室中，可任选地甚至在操作台上。手持单元35包括单个或多个超声换能器，用于发出超声波并且用于接收与对象的腰锥1交互的超声波。在所示的实施例中，超声成像设备35是反射型的。然而，原则上，也可使用传输型超声成像设备。基于发出和接收的超声波来生成超声二维图像30。该过程在手持单元35中执行，或例如在计算系统37中分开地执行。无论如何，超声图像30例如经由传输线33对计算系统37是可用的，以供进一步的处理步骤。图4示出了对象的腰锥1的超声图像30。一般来说，超声图像30中的腰锥结构比相应的X射线图像20中的更模糊。在所示的实施例中，标记单元36在超声图像30中是可见的。作为下一步骤，处理器38将超声图像30与对象的腰锥的X射线图像20相匹配。图5示出了示图，其中X射线图像20和超声图像30相匹配。这里，图像20和30已经相对于图2和4中所示的示图被镜像。图5的左手侧示出了X射线图像20。根据本专利技术的一方面，生成遵循X射线图像20上的多个脊椎突起3a-c的外部轮廓的X射线脊椎外形41。类似地，生成遵循超声图像30上的多个脊椎突起的外部轮廓的超声脊椎外形42。在图5的右手侧上，示出了脊椎外形41、42两者。然后，使用某种优化方案，诸如最小二乘法，通过在X方向和/或Y方向上移位超声脊椎外形42将超声脊椎外形42拟合至X射线脊椎外形41，直到各外形具有最大相关。注意到，X射线脊椎外形41或者更一般地，基于MRI、X射线或CT的脊椎外形以及相应的超声脊椎外形42可包括完整的脊椎外形，或者至少是对应于脊椎外形的骨结构的至少一部分的部分，即一个或多个连续突起。优选地，脊突之间的非骨结构不被用于使两个脊椎外形41、42相关，因为这些空间可由于病人姿势的变化而改变。在多个突起的情形中，脊椎外形41、42可由一系列孤立的连续突起轮廓构成。进一步注意到，脊椎外形41、42可遵循单个脊椎突起的外部轮廓或多个脊椎突起的外部轮廓，诸如指定的脊椎突起和/或后续的脊椎突起，由此增强了匹配过程的可靠性。将基于MRI、X射线或CT的二维图像20与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脊椎导航方法，其特征在于，包括以下步骤：提供对象的脊椎的基于MRI、X射线或CT的二维图像；使用超声成像设备生成关于所述对象的所述脊椎的超声二维图像；将所述超声二维图像与所述基于MRI、X射线或CT的二维图像相匹配，以及将所述基于MRI、X射线或CT的二维图像中的脊椎外形的预先指定段与所述超声二维图像中的相应段进行相关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 NL 20147721.一种脊椎导航方法，其特征在于，包括以下步骤：提供对象的脊椎的基于MRI、X射线或CT的二维图像；使用超声成像设备生成关于所述对象的所述脊椎的超声二维图像；将所述超声二维图像与所述基于MRI、X射线或CT的二维图像相匹配，以及将所述基于MRI、X射线或CT的二维图像中的脊椎外形的预先指定段与所述超声二维图像中的相应段进行相关。2.如权利要求1所述的脊椎导航方法，其特征在于，将所述超声图像与所述基于MRI、X射线或CT的二维图像相匹配的所述步骤包括以下子步骤：生成遵循所述基于MRI、X射线或CT的二维图像上的多个脊椎突起的外部轮廓的MRI、X射线或CT脊椎外形；生成遵循所述超声图像上的多个脊突的外部轮廓的超声脊椎外形，以及将所述超声脊椎外形拟合至所述MRI、X射线或CT脊椎外形。3.如权利要求1或2所述的脊椎导航方法，其特征在于，所述基于MRI、X射线或CT的图像包括被标记的单个或多个突起。4.如前述权利要求中任一项所述的脊椎导航方法，其特征在于，进一步包括将所述超声图像中与所述基于MRI、X射线或CT的图像中的相应预先指定段有关的段视觉化。5.如前述权利要求中任一项所述的脊椎导航方法，其特征在于，所述生成步骤、所述匹配步骤和所述相关步骤被重复执行。6.如前述权利要求中任一项所述的脊椎导航方法，其特征在于，进一步包括将所述基于MRI、X射线或CT的二维图像中的脊椎外形的预先指定段与所述超声成像设备相对于所述对象的脊椎的位置进行相关的步骤。7.如权利要求6所述的脊椎导航方法，其特征在于，所述相关步骤包括确定所述预先指定段与相对于所述对象的脊椎的实际超声成像设备位置之间的距离。8.如权利要求6或7所述的脊椎导航方法，其特征在于，包括以下步骤：在所述脊椎上移动所述超声成像设备并重复地将所述超声成像设备位置与所述预先指定段进行相关。9.如权利要求8所述的脊椎导航方法，其特征在于，执行所述移动步骤直到所述预先指定段与所述实际超声成像设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·利斯塔拉，
申请(专利权)人：鹿特丹伊拉斯谟大学医疗中心，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL