[发明专利]利用患者特异性模型对影像引导进程进行计算机化模拟的系统和方法

说明书

背景技术

临床实践正在尽可能地用较小创伤的技术来代替传统的开放式外科进程(程序，方法)，然而，其间接地需要基于影像的反馈。在诸如血管导管插入术、血管成形术和支架置入术的影像引导进程中，医生需要识别影像中的解剖结构。如果没有全面的培训，这些进程是难以掌握的，而使用人来进行培训可能是致命的。因此，影像引导进程的模拟系统可以在没有不必要的风险的情况下培训医生，并且也可作为手术前的计划工具或手术后的评估工具。大多数模拟系统基于预定义的解剖结构模型，不是患者特异性的。因此，这样的系统不能在实施手术前准确地计划特定患者的手术，也不能用于手术后的评估。一种更先进的模拟系统是使用患者特异性医学影像数据的患者特异性模拟系统。

附图说明

特别指出并且在说明书的结论部分明确要求保护的为发明的主题。然而本发明既与组织和操作方法有关，又与其对象、特征和优点有关，当阅览附图时，可通过参考以下详细描述最好地理解，其中：

图1示出了根据本发明实施方式的用于模拟影像引导进程的示例性系统；

图2示出了有助于理解本发明实施方式的示例性解剖结构的图解；

图3为说明根据本发明的某些实施方式模拟影像引导进程的方法的流程图；

图4A和图4B示出了根据本发明的实施方式产生的示例性的3D数字模型的图示；

图5为说明根据本发明的一些实施方式，生成影像引导进程的客户特异性模拟扩展模型的示例性方法的流程图；

图6为根据本发明实施方式的扩展模型的示例性3D通用模型的图示；和

图7A和图7B示出了根据本发明的实施方式产生的示例性3D数字模型的图示。

应理解为了简单和明确地说明，图中示出的元件未必是按比例绘制的。例如，可能为了清晰而将某些元件的尺寸相对于其他元件进行放大。此外，在认为适合的情况下，各幅图之间可重复编号以表示相对应的或类似的元件。

具体实施方式

在下面的详细描述中，为了全面理解本发明，提出了许多具体细节。然而，本领域普通技术人员应懂得本发明可在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的方法、程序、组件、模块、单元和/或流程，以免使本发明含糊不清。

本发明的实施方式涉及患者特异性的影像引导进程的计算机化模拟。该方法可包括根据从对象扫描接收的医学影像数据产生解剖结构的数字模型。该对象可以例如为即将接受影像引导进程的患者。从例如CT系统或任何其他合适的成像系统接收的医学影像数据通常不包括或覆盖要模拟的所关注的整个区域，而是更有限的区域或部分。例如，支架置入术前进行的扫描可通常覆盖紧邻于待治疗区域的区域。如本领域技术人员所理解的，对患者的扫描通常是作为诊断工具进行的，以诊断例如特定解剖区域的病理，因此这样的扫描通常仅覆盖患病、损伤或变化的区域及其紧邻区域。治疗病理的手术或程序可能需要穿过扫描未覆盖的其他解剖区域。医生希望在进行手术之前实践整个进程和/或进行进程后评估。因此，为了能够进行全面的进程模拟，需要其他区域的解剖模型。

根据本发明的实施方式，该方法可包括根据数字模型和代表未包括在医学影像数据中的解剖结构的邻近截面的外推数据来产生扩展模型。扩展模型的图示可显示在监视器上，扩展模型可与其他信息如工具模型一起示出。医生可使用扩展模型进行影像引导进程的计算机化模拟，作为实际手术的预先进程。

医学影像数据可以是患者特异性医学影像，其获得自成像系统如计算机断层扫描(CT)、CT-荧光透视、荧光透视、磁共振成像(MRI)、超声、正电子发射断层扫描(PET)和X-射线。本发明的实施方式可使用医学影像数据作为输入来产生解剖结构、器官和系统的3D或4D模型，并进一步产生包括获得自成像系统而未呈现在医学影像中的区域的扩展模型。

根据影像数据生成的3D模型可以为，例如代表解剖结构三维(3D)表面的多边形网格，结构体积的体素掩码(voxel mask)或面片表面(patch surface)，如2D B-样条等。为了便于说明，根据多边形网格对本发明的实施方式进行描述。然而本领域技术人员应理解，本发明并不限于这样的模型，其他模型也包括在本发明的范围内。