[发明专利]可视化外科手术轨迹

说明书

技术领域

本发明涉及用于使外科手术轨迹(surgical trajectory)可视化（visualizing）的方法。该方法将3D成像信息与数字化解剖模型相结合，以用于在3D成像信息中分割（segmenting）解剖结构。计划的外科手术轨迹投影到组合图像上，用于使外科手术轨迹可视化。

该发明还涉及用于执行所述方法的系统和计算机程序产品。

背景技术

这样的方法是例如从Guo等人的“Development and Application of Functional Databases for Planning Deep-Brain Neurosurgical Procedures”中已知。根据Guo等人，已知的是将单个病人手术前的MR图像与数字化解剖图谱（anatomical atlas）相结合。仅仅根据MR图像，很难或者甚至不可能可视地区分小的不同神经结构，例如，底丘脑核（STN），其通常在深部脑刺激过程中被确定为目标。当使用来自解剖图谱的附加信息和/或概率性的功能图谱，可以增强用于根据该操作的外科手术计划定位外科手术目标的准确性和精确度。在Guo等人中，基于可以在外科手术之前得到的附加标准电生理学信息的概率性功能图谱被用于帮助外科手术目标确定以及向3D图像数据提供解剖标记。结合的图像和标准的电生理学信息一起用作实现探针沿着实际的或者仿真的外科手术轨迹的位置的显示。探针的位置显示在3D图像容积中以及病人的2D切片中。

然而，由于任何配准方法固有的配准误差，图谱与手术前MR图像的配准具有有限的精确度。例如分割的图像处理可以用来进一步地改进解剖标记。然而，该技术还具有固有的有限准确性。此外，在外科手术中，植入的探针可以无意地偏离计划的轨迹（例如，由于诸如探针轻微弯曲的缺点）或者解剖可以由于外科手术过程本身而轻微移位（例如，在组织中植入探针生成将组织推向一边的小力场；在外科手术时脑脊液的损失可以引起组织中的压力改变，其导致也称为“脑移位”的较大变形）。在小目标中精确地植入探针因此通常要求术中测量（intra-operative measurement）（例如，电生理学测量），以确切地定位目标并且校正误差，这是由于手术前计划的不准确或者由于外科手术时的解剖移位或者由于探针对于计划轨迹的（无意的）偏离。正确的解释这种术中测量（intra-operative measurement）对于准确的目标定位是关键的，但是由于当执行该分析时数据的复杂以及需由专家处理的信息量，可以是执行非常困难的分析。

Guo等人所描述的方法的问题是：所得到的数据不给外科医生提供足够清楚和明确的信息，该信息能够帮助医生识别期望的精神结构的类型以及沿着计划且横过的外科手术路径来定位外科手术目标。

发明目的

本发明的目的是为外科医生提供更清楚地显示足够清楚信息的方法，以便于知道希望什么类型的神经结构沿着计划且横过的（traversed）外科手术路径。

发明内容

根据本发明的第一方面，该目的是通过提供使外科手术轨迹可视化的方法来实现的，该方法包括：接收进行外科手术的区域中的3D成像信息，使所接收的3D成像信息与来自解剖模型库(例如，数字化解剖图谱)的数据相结合以得到进行外科手术的区域的组合地图（该组合地图包括：进行外科手术的区域中的解剖结构的希望位置），接收用于外科手术的外科手术轨迹，确定外科手术轨迹与解剖结构的交叉（intersection）的位置，以及提供在与外科手术轨迹对准的坐标系统中交叉的位置。

由于该方法，用户接收什么解剖结构被希望沿着外科手术轨迹在什么位置处的清楚概观。实际上，根据本发明的方法在外科手术路径上绘制3D的解剖信息。利用根据本发明的方法，用户知道什么结构被希望沿着计划的或者导航的外科手术路径在什么位置处。因此，更容易的是，躲避关键结构，在特殊的解剖结构处定位外科手术目标或者例如释放某种药物。

根据本发明的方法结合：（i）3D医学成像信息，与（ii）在3D医学成像信息中用于分割解剖结构的解剖模型库，以及（iii）指示在外科手术介入期间从外科手术探针所得到的解剖或者组织类型的局部测量。模型库与3D成像信息相结合，以提供成像信息的3D解剖标记（例如，通过将数字解剖图谱与MRI配准）。朝向至少一个外科手术目标的至少一个计划的外科手术轨迹与解剖标记的3D图像相结合，并且具有解剖标记的3D成像信息的轨迹横截面（cross-section）在外科手术轨迹上投影为解剖标记。