[发明专利]基于人工智能确定医学图像中对象的相对位置

说明书

提供了实现如下功能的方法和系统：允许通过对模型进行匹配以匹配X射线图像中的对象，从而对X射线投影图像中的第一和第二对象进行分类，确定两个对象的相应表示形式和定位，以便确定所分类对象的空间关系。这样的方法和系统利用人工智能。

技术领域

本发明涉及人工智能和计算机辅助手术领域。特别地，本发明涉及一种用于基于X射线投影图像来确定对象的3D表示以及相对3D位置和相对3D定向的装置和方法。该方法可以被实现为在装置的处理单元上可执行的计算机程序。

背景技术

在骨折的情况下，骨块可以通过植入物如髓内钉或骨板来稳定，该髓内钉可以插入到骨的髓管中，该骨板可以固定在骨的表面，作为用于骨折愈合的支撑。植入此类植入物的外科手术可以是微创的，并且可能需要重复获取X射线图像，以使外科医生能够正确放置植入物。植入物还可以连接到一个或更多个子植入物，例如螺钉或刀片。

在这种过程中一个特别困难的步骤是远端锁定。使用长钉进行远端锁定的主要困难是钉在一定程度上跟随髓管时钉的弯曲和扭转。这阻止了在短钉的情况下采用的简单的静态机械锁定程序。徒手的远端锁定具有挑战性且费时，并且可能需要获取许多X射线图像。因此，一些制造商提供了适于钉的弯曲的柔性机械解决方案(以下称为“长瞄准装置”)。尽管长瞄准装置简化了操作过程，但它的应用仍然不是直接的，因为必须正确解读显示长瞄准装置的X射线图像，并相应地调整C型臂位置。只有正确调整了C型臂之后，才可以适当地调整长瞄准装置。

布劳等人(EP 2801320 A1)提出了一种构思，其中检测在相对于长瞄准装置的固定和已知位置处具有金属标记的参考体，并确定在该参考体上的成像方向。基于此，系统可以给出有关如何调节C型臂成像装置的指令。这种系统的缺点在于，X射线图像必须包含参考体。为了在沿横向方向具有锁定孔的顺行股骨钉的情况下调整长瞄准装置，Blau等人(US2013/0211386A1)使用了参考体，以分别确定钉在ML方向和AP方向上的弯曲。

在线上提供的视频中描述了最新产品：https://otaonline.org/industry-partners/stryker/multimedia/16905832/adapt-for-gamma3。除了在到长瞄准装置的固定位置处的参考对象外，该产品还需要直接附接到X射线图像增强器上的参考体。

例如，US 2014/0343572 A1描述了一种用于计算机辅助确定校正参数值的方法，该校正参数用于相对于目标结构或参考基座定位医疗设备。US 2009/0209851 A1描述了一种计算机辅助手术系统，该系统处理从不同角度拍摄的感兴趣区域的两个或更多个二维图像，以产生与感兴趣区域相关的三维信息。WO 2008155772 A1描述了一种用于测量二维图像中对象的真实尺寸和定向的系统。

发明内容

优选的是在无参考体的情况下工作，因为这样可以简化产品开发(例如，如果使用新的植入物)，更具成本效益，允许更接近地类似于典型工作流程的手术室的工作流程，并且消除了应用参考体的机械接口将引入的附加的不确定性。

如本文所述，本发明提出将关于X射线图像生成过程的知识与人工智能(以所谓的深度变形和/或利用神经网络的形式)而不是任何参考体相结合，以提供在进行例如骨折治疗时所需的信息。因此，可以将本发明的目的视为提供一种使得能够在X射线投影图像中至少部分可见的多个对象的3D表示和相对3D位置和相对3D定向装置和/或方法。这里，对象可以是在X射线图像中可见的任何对象，例如，解剖结构、植入物、手术工具和/或植入物系统的一部分。

术语“3D表示”可以是指3D体积或3D表面的全部或部分描述，并且它还可以是指选定的几何方面，例如半径、轴线、平面等。本发明可以允许确定关于对象的3D表面或体积的完整3D信息，但是本申请还考虑公开仅确定选定的几何方面的方法。