用户操纵的即时路径规划制造技术

提供一种方法、系统和程序产品，用于在图像引导的内窥镜程序中的用户操纵的即时路径规划，包括：在显示器上呈现来自术前CT扫描的示出感兴趣区域的2D断层图像；响应于第一用户输入，在患者体腔内的所述2D断层图像上定义控制点；使所述控制点居中；响应于第二用户输入而关于所述控制点调节视角以示出所述体腔的纵切面；响应于第三用户输入而在所述体腔内的规划路径上识别第二点；延伸连接所述控制点与所述第二点的规划路径；将所述第二点重新定义为新控制点；以及重复所述呈现、调节、识别、延伸和所述重新定义的步骤，直到所述规划路径到达所述患者体内的程序起点。

Real time path planning for user manipulation

Provides a method, system and program product for user-operated instant path planning in an image-guided endoscopy program, including: presenting a 2D tomographic image of the region of interest from a preoperative CT scan on a display; and determining the 2D tomographic image in the patient's body cavity in response to a first user input Meaning the control point; centering the control point; adjusting the perspective of the control point to show the longitudinal section of the body cavity in response to the input of the second user; identifying the second point on the planned path in the body cavity in response to the input of the third user; extending the planned path connecting the control point and the second point; and connecting the said control point with the planned path of the second point; and The second point is redefined as a new control point and repeats the steps of presentation, adjustment, identification, extension and redefinition until the planned path reaches the starting point of the procedure in the patient.

【技术实现步骤摘要】
用户操纵的即时路径规划本申请是2012年05月04日提交的申请号为201280033938.2、名称为“用户操纵的即时路径规划”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及图像引导的医学介入领域，并且更具体而言涉及用于介入程序的用户操纵的即时路径规划的方法与系统。
技术介绍
多年来，肺癌一直是美国乃至世界上癌症死亡的主导原因。肺癌的标准诊断方法涉及全胸术前计算机断层摄影(CT)扫描，随后通过支气管镜检或经皮穿刺活检对可疑感兴趣区域(ROI)采样。支气管镜检因其为微创程序，具有快的患者恢复期，而通常是优选的，并且其已被认为是用于肺癌诊断和分期的安全有效的方法。在CT扫描之后并且采样ROI之前使用支气管镜，初步但关键的步骤是找到针对所述支气管镜的可行路径(路)，以行进通过患者的支气管树并到达足够接近所述ROI以执行活检的位置。传统地，医师首先研究诊断CT扫描，以探测可疑ROI。他/她然后针对每个ROI，在接近所述ROI的位置开始，并在2D断层图像(通常为轴向层片)上追踪所述患者的支气管树的可见线索。所述线索为2D图像上支气管的片段，表现为由较亮区(软组织支气管壁)围绕的椭圆形暗区域。使用这些可见线索，所述医师能重建可行路径，以允许支气管镜行进通过所述患者的支气管树，到达足够接近所述可疑ROI的位置，并执行适当的活检程序。然而，医师必须在所述程序之前，在头脑中重建所述路径，并记忆针对各个ROI的每个路径。结果是，没有计算机辅助的支援的路径规划对于所述医师而言可能是个繁重负担，并且其要求丰富的技巧和经验。随着CT和介入引导技术的发展，已很努力地开发基于图像的或基于电磁的导航系统，用于规划和引导支气管镜检程序(例如Broncus虚拟支气管镜导航系统、Superdimensioni-logicsystemTM)。在这些方法中，路径规划被集成到所述系统中，作为对外科手术程序的实时引导之前的重要步骤，并且路径规划被驱动为接近自动地提供最优路径或路径候选，以到达各个ROI。这些现有的自动方法要求在支气管镜检程序之前的高分辨CT扫描。强大的分割方法以从CT图像提取完整的人类支气管树结构，以及智能最优路径搜索过程。这些要求非同小可。对来自CT扫描的人类支气管树结构的完整分割困难且耗时。当在处理外围ROI时涉及小的气道支气管时，尤其是这样。所述分割要求相当长的处理时间，并且可能还要求人机交互。此外，所述分割结果高度依赖于所述术前CT图像的品质。由于长的处理时间，当所述患者在台面上时，这些自动方法是不实际的。即使有良好的支气管树分割，所述最优路径规划方法也必须考虑将被用于到达每个ROI的内窥镜的参数，以生成可行路径。然而，所述内窥镜的所述参数在执行该路径规划时可能是得不到的，并且所述医师可能在所述程序期间改变内窥镜。自动路径规划方法通常将导致多个路径候选，并且所述医师将不得不研究每个候选，并从所述候选中选择可行路径。有时所述候选中没有一个将是可行路径，并且所述医师将需要依靠他/她的经验，代替遵循所选路径。而且，生成多个路径候选也代表了显著的处理负担。因此，所述自动路径规划方法：(1)在没有足够的数据(例如高分辨CT和内窥镜参数)时可能无法使用；(2)对于大多数实际临床应用中优选的台面上诊断与规划而言，是不可行的；(3)可能不是必须的，因为支气管镜检程序通常被执行为处理一至三个ROI，并且医师可能更喜欢依靠所述支气管线索来规划所述程序的路径；以及(4)可以提供多个或不可靠的路径。
技术实现思路
本专利技术提供一种方法、系统和程序产品，用于辅助图像引导的内窥镜介入。本专利技术的实施例允许医师执行用户操纵的即时路径规划，而无需高分辨CT图像或气道树分割。结果，能够在患者在扫描器台上时规划路径。根据一个实施例，提供一种方法，用于在图像引导的内窥镜程序中的用户操纵的即时路径规划，所述方法包括：在显示器上呈现来自术前CT扫描的2D断层图像，所述2D断层图像示出感兴趣区域；响应于第一用户输入而在患者体腔内的所述2D断层图像上定义控制点；使该控制点居中；响应于第二用户输入而关于所述控制点调节视角以示出所述体腔的纵切面；响应于第三用户输入而在所述体腔内的规划路径上识别第二点；延伸连接所述控制点与所述第二点的规划路径；将所述第二点重新定义为新控制点；以及重复所述呈现的步骤、所述调节的步骤、所述识别的步骤、所述延伸的步骤和所述重新定义的步骤，直到所述规划路径到达所述患者体内的程序起点。所穿过的体腔有利地处于诸如肺或脉管系的树形解剖结构中。根据一个实施例，所述控制点和所述第二点为所显示的图像上的体素，并且创建规划路径的所述步骤包括重复地执行成本分析，以将相邻体素链接到始于所述控制点的所述规划路径上的上一体素。根据一个实施例，延伸规划路径的所述步骤包括使用图形搜索应用，所述图形搜索应用基于梯度相关特征和最佳路径搜索方法。根据一个实施例，所述成本分析分析每个相邻体素的强度属性，以选择要链接在所述规划路径上的体素以及每个属性的加权因子。在一个实施例中，所述成本分析还分析每个相邻体素的几何特性，以选择要链接在所述规划路径上的体素。在一个实施例中，所述内窥镜为支气管镜，所述程序为对肺组织的活检，并且所述控制点最初被设定在所述患者的所述支气管树中接近可疑肿瘤的分支中，所述可疑肿瘤是在来自CT扫描的多平面重建的断层图像中识别出的。任选地，所述规划路径在所述显示器上被呈现为所述支气管镜图像的表示，所述规划路径在所述支气管镜图像上被标记为有对比度的线。根据一个实施例，所述内窥镜为支气管镜，所述程序为对肺组织的活检，所述控制点最初被设定在所述患者的所述支气管树中接近可疑肿瘤的分支中，所述可疑肿瘤是在来自CT扫描的多平面重建的断层图像中被识别的，并且所述患者的所述支气管树在所述显示器上被呈现为在其上指示路径节段的三维图像。在一个实施例中，所创建的路径节段被呈现在所述显示器上用于批准，并且所述方法还包括响应于没有接收批准而生成从所述控制点到所述第二点的新候选路径节段。根据一个实施例，所述成本分析使用每个相邻体素的梯度相关属性来选择要链接在所述规划路径上的体素，并且使用所述成本分析，利用对所述属性或加权因子中的一个的至少一个改变来创建所述新候选路径节段。根据一个实施例，提供一种系统，用于图像引导的内窥镜程序中的用户操纵的即时路径规划。所述系统包括：处理器；可操作地连接到所述处理器的存储器；可操作地连接到所述处理器的显示器；以及编码在所述存储器上并且可由所述处理器执行的程序指令。当所述程序指令被所述处理器运行时，其在显示器上呈现来自术前CT扫描的2D断层图像，所述2D断层图像示出感兴趣区域。所述程序指令还响应于第一用户输入而在患者的支气管树的分支内的所述2D断层图像上定义控制点并呈现以所述控制点为中心的新图像。所述程序指令响应于第二用户输入而关于所述控制点调节视角以示出所述分支的纵切面。所述程序指令响应于第三用户输入而在所述分支内的规划路径上识别第二点。然后，所述程序指令延伸连接所述控制点与所述第二点的规划路径，并且将所述第二点重新定义为新控制点。所述程序指令重复所述呈现的步骤、所述调节的步骤、所述识别的步骤、所述延伸的步骤和所述重新定义的步骤，直到所述规划路径到达气管。根据一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在图像引导的内窥镜检程序中进行用户操纵的即时路径规划的方法，包括如下步骤：在显示器上呈现来自术前CT扫描的2D断层图像，所述2D断层图像示出感兴趣区域的视场；响应于第一用户输入而在患者体腔内的所述2D断层图像上定义控制点；呈现以所述控制点为中心的新图像；响应于第二用户输入而通过关于所述控制点旋转所述视场来调节视角以示出所述体腔的纵切面；响应于第三用户输入而在所述体腔内的规划路径上识别第二点；生成连接所述控制点和所述第二点的路径节段；通过将所述路径节段添加到连接所述控制点与所述第二点的规划路径来延伸所述规划路径；将所述第二点重新定义为新控制点；并且重复所述呈现的步骤、所述调节的步骤、所述识别的步骤、所述延伸的步骤和所述重新定义的步骤，直到所述规划路径到达所述患者体内的程序起点。

【技术特征摘要】
2011.05.10 US 61/484,4791.一种用于在图像引导的内窥镜检程序中进行用户操纵的即时路径规划的方法，包括如下步骤：在显示器上呈现来自术前CT扫描的2D断层图像，所述2D断层图像示出感兴趣区域的视场；响应于第一用户输入而在患者体腔内的所述2D断层图像上定义控制点；呈现以所述控制点为中心的新图像；响应于第二用户输入而通过关于所述控制点旋转所述视场来调节视角以示出所述体腔的纵切面；响应于第三用户输入而在所述体腔内的规划路径上识别第二点；生成连接所述控制点和所述第二点的路径节段；通过将所述路径节段添加到连接所述控制点与所述第二点的规划路径来延伸所述规划路径；将所述第二点重新定义为新控制点；并且重复所述呈现的步骤、所述调节的步骤、所述识别的步骤、所述延伸的步骤和所述重新定义的步骤，直到所述规划路径到达所述患者体内的程序起点。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制点和所述第二点为所显示的图像上的体素，并且进行重复的所述步骤包括重复地执行成本分析以将相邻体素链接到始于所述控制点的所述规划路径上的上一体素。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述成本分析分析每个相邻体素的强度属性，以选择要链接在所述规划路径上的体素以及每个属性的加权因子。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述成本分析还分析每个相邻体素的几何特性，以选择要链接在所述规划路径上的体素。5.如权利要求1所述的方法，其中，延伸规划路径的所述步骤包括使用图形搜索应用，所述图形搜索应用基于梯度相关特征和最佳路径搜索函数。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述程序是在树形解剖结构中执行的，并且所述路径被规划为通过所述树形解剖结构。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述程序为对肺组织的活检，所述树形解剖结构包括患者的支气管树，并且所述控制点最初被设定在所述患者的所述支气管树中接近可疑肿瘤的分支中，所述可疑肿瘤是在来自CT扫描的多平面重建的断层图像中识别出的。8.如权利要求6所述的方法，其中，所述树形解剖结构包括患者的血管。9.如权利要求5所述的方法，其中，所述规划路径在所述显示器上被呈现为支气管镜图像的表示，所述规划路径在所述支气管镜图像上被标记为有对比度的线。10.如权利要求5所述的方法，其中，所述程序为对肺组织的活检，所述控制点最初被设定在所述患者的支气管树中接近可疑肿瘤的分支中，所述可疑肿瘤是在来自CT扫描的多平面重建的断层图像中识别出的，并且所述患者的所述支气管树在所述显示器上被呈现为具有在其上指示路径节段的三维图像。11.如权利要求2所述的方法，其中，所创建的路径节段被呈现在所述显示器上用于批准，并且所述方法还包括响应于没有接收到批准而生成从所述控制点到所述第二点的新候选路径节段。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述成本分析使用针对每个相邻体素的梯度相关属性以选择要链接在所述规划路径上的体素，并且所述新候选路径节段是使用所述成本分析用对所述属性或加权因子中的一个的至少一个改变而创建的。13.一种用于在图像引导的内窥镜检程序中进行用户操纵的即时路径规划的系统，包括：处理器；存储器，其被能够操作地连接到所述处理器；显示器，其被能够操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·卢，R·维姆科，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL