本發(fā)明涉及一種用于3d特性椎體特征識別的裝置、一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、一種使用3d體積數(shù)據(jù)進行3d特性椎體特征識別的方法、一種計算機程序單元、以及一種計算機可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

在執(zhí)行微創(chuàng)脊椎介入術(shù)時，通常的成像模態(tài)是術(shù)中熒光透視成像。熒光透視成像器的視場非常小。因此，這樣的成像器僅能夠同時顯示長脊柱的幾個脊椎椎體，并且難以識別相鄰的椎體，因為這些相鄰的椎體在形狀上是相似的。顯示整個脊柱是不可行的。另外，2d熒光透視成像僅顯示2d投影，并且難以根據(jù)這些投影評估3d差異。因此，給執(zhí)行微創(chuàng)脊椎介入術(shù)的醫(yī)療專業(yè)人員帶來了負擔(dān)，因為他們必須確保正在處理正確的椎體節(jié)。

ep2756804描述了一種用于識別脊椎的一部分的系統(tǒng)。該系統(tǒng)還能夠改進。us8509502描述了一種被構(gòu)造成基于3d脊椎模型數(shù)據(jù)和3d椎體形狀差異的分析來識別多個椎體并標記每個椎體的系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

具有用于提供3d特性椎體特征識別的改進技術(shù)將是有利的。

為此，本發(fā)明的第一方面提供了一種用于3d特性椎體特征識別的裝置，包括輸入單元、處理單元、和輸出單元。

輸入單元被構(gòu)造成提供表示脊柱的一部分的已處理3d體積信息，其中已處理3d體積信息是由穿過脊柱獲得的多個圖像計算出的，并且是沿多個采集方向采集的。

處理單元被構(gòu)造成生成從已處理3d體積信息得出的3d脊椎模型數(shù)據(jù)，以在3d脊椎模型數(shù)據(jù)中選擇第一椎體信息和第二椎體信息，以及通過計算脊椎模型數(shù)據(jù)中的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d椎體形狀差異來計算第一椎體的3d特性椎體特征信息。

輸出單元被構(gòu)造成輸出3d特性椎體特征信息。在下文的說明書中，術(shù)語“輸出”指的是關(guān)注的信息在內(nèi)部對系統(tǒng)可用，例如用于后續(xù)處理，和/或在外部對用戶可用，例如通過顯示器。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種使用已處理3d體積信息進行3d特性椎體特征識別的方法。該方法包括如下步驟：

a)提供表示脊柱的一部分的已處理3d體積信息，其中3d體積數(shù)據(jù)是由穿過脊柱獲得的多個圖像計算出的，并且是沿多個采集方向采集的；

b)生成從已處理3d體積信息得出的3d脊椎模型數(shù)據(jù)；

c)在3d脊椎模型數(shù)據(jù)中選擇第一椎體信息和第二椎體信息；

d)通過計算脊椎模型數(shù)據(jù)中的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d椎體形狀差異來計算第一椎體的3d特性椎體特征信息；

e)輸出3d特性椎體特征信息。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)和圖像處理布置結(jié)構(gòu)。

圖像處理布置結(jié)構(gòu)被設(shè)置為如前所述的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種計算機程序單元，該計算機程序單元用于控制如前所述的用于顯示從目標采集的醫(yī)學(xué)圖像的裝置，該計算機程序單元在由處理單元執(zhí)行時適于執(zhí)行如前所述的方法步驟。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種已存儲如前所述的計算機程序的計算機可讀介質(zhì)。

至少第一椎體的3d特性椎體特征信息的計算使得介入前數(shù)據(jù)(諸如ct數(shù)據(jù))能夠用于自動確定椎體的患者特定的特性特征，從而利于在僅部分脊柱可見時椎體節(jié)的自動確定。此類患者特定的特性特征的自動確定允許實現(xiàn)具體椎體節(jié)的識別，即使整個脊柱在熒光透視圖像中是不可見的時。

來自介入前數(shù)據(jù)的患者特定的三維特性特征的自動確定另外允許在x射線熒光透視成像期間識別用于識別某一椎體節(jié)的改進的觀察視角。因此，還能夠提供改進的觀察方向。改進的觀察方向用作2d醫(yī)學(xué)成像設(shè)備(如x射線熒光透視成像設(shè)備)的給定投影視圖，使得觀察者(如醫(yī)學(xué)專業(yè)人員)能夠盡可能地察知許多特性椎體特征。事實上，這種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備定位于最佳觀察方向允許實現(xiàn)更可靠的椎體特征識別，因為更多患者特定的椎體特征在2d視圖中對于醫(yī)學(xué)專業(yè)人員來說是可見的。

在下述說明書中，術(shù)語“已處理3d體積信息”指的是以例如體素的形式限定成像體積的內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)的3d圖像數(shù)據(jù)。已處理3d體積數(shù)據(jù)能夠例如源自ct掃描器、mri掃描器、或c形臂成像系統(tǒng)。重建算法，其根據(jù)穿過患者獲得并沿多個采集方向采集的多個圖像提供已處理3d體積信息，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。

在下述說明書中，術(shù)語“3d脊椎模型數(shù)據(jù)”指的是從已處理3d體積數(shù)據(jù)進行后處理的數(shù)據(jù)，以提供在已處理3d體積數(shù)據(jù)中的脊柱或脊柱的一部分的輪廓或體積信息。

在下述說明書中，術(shù)語“椎體信息”指的是包含在已處理3d體積信息中的限定脊椎的具體椎體的3d脊椎模型數(shù)據(jù)。該椎體信息可通過圖像識別算法從3d脊椎模型數(shù)據(jù)中自動地選擇。作為選擇，椎體信息可由用戶使用工作站和用戶圖形界面來手動地突出顯示。

在下述說明書中，術(shù)語“3d椎體形狀差異”指的是3d脊椎模型數(shù)據(jù)的一個元具有與在其余的3d脊椎模型數(shù)據(jù)的情境中患者的另一毗鄰椎體的體素布置結(jié)構(gòu)明顯不同的體素布置結(jié)構(gòu)。通常，在對比兩個椎體時，在一個椎體具有由椎體骨刺、骨折、或手術(shù)螺釘或植入物造成的額外突出時將看到形狀差異。

換言之，在微創(chuàng)脊椎介入術(shù)中，重要的是有把握在熒光透視成像的視場中識別至少一個脊椎椎體。這并非必需是正在處理的椎體，因為只要在熒光透視成像設(shè)備的視場中識別出一個椎體節(jié)，就能夠通過正數(shù)或倒數(shù)來隱含地識別其余的。來自ct或mri掃描器的介入前數(shù)據(jù)被用于識別至少一個脊椎椎體的患者特定的特征。這些特征被認為是該椎體的特性特征。該特性特征允許識別獨特的椎體區(qū)段。諸如椎體骨刺、骨折、丟失的碎骨片或手術(shù)螺釘和植入物的患者特定的椎體特征是三維的，且因此使用三維形狀差異來最佳地表征。針對被識別為具有一個特性特征的至少一個椎體或每個具有已識別的特性特征的多個椎體來計算最佳觀察方向。該計算過程能夠離線地、在介入之前或期間來執(zhí)行。在介入期間，所計算的從其他觀察方向中選擇的最佳觀察方向可取決于目標椎體節(jié)信息。

參照下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯并得以闡明。

附圖說明

下面將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實施方式：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的方法的示例；

圖2示出了脊柱的一個區(qū)段；

圖3示出了示例性脊椎3d特性特征識別過程；

圖4示出了最佳觀察方向的示例性確定；

圖5示出了最佳觀察方向確定的示例性實踐結(jié)果；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的用于3d特性椎體特征識別的裝置；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的示例。

具體實施方式

在執(zhí)行微創(chuàng)脊椎介入術(shù)時，困難的是識別脊柱的正確椎體節(jié)。通常，成像模態(tài)是術(shù)中熒光透視成像，并且該模態(tài)具有有限的視場。難以識別毗鄰的(相鄰的)椎體，這是因為這種相鄰的椎體在形狀上彼此非常相似。顯示整個脊柱是不可行的。另外，2d熒光透視成像僅顯示2d投影，并且難以根據(jù)這些投影評估3d差異。因此，每次僅脊柱的幾個椎體是可見的。如果執(zhí)行脊椎介入術(shù)的醫(yī)學(xué)專業(yè)人員算錯了椎體節(jié)的數(shù)目時，則會誤導(dǎo)具體椎體節(jié)的識別。這種算錯可能源自在熒光透視成像器的視場邊界處顯現(xiàn)的椎體節(jié)上的混淆。如本領(lǐng)域所公知的，椎體節(jié)順序地標記為t1、t2、t3等。

圖2例示了這樣的情形。示出了包括七節(jié)椎體的脊柱12。椎體標記為t1至t7。熒光透視成像器的有效視場10通過虛線邊界來示出。在該視場內(nèi)具有椎體形成的區(qū)域14，諸如椎體t2、t3、t4、t5。椎體t1和t2落入熒光透視成像器的視場的上部排除區(qū)域16中。t7被從熒光透視成像器的視場的底部18排除在外。如果在椎體t4上執(zhí)行微創(chuàng)手術(shù)介入術(shù)，并且醫(yī)學(xué)專業(yè)人員不具有熒光透視成像視場10相對于脊柱其余部分定位的現(xiàn)有知識，則對于醫(yī)學(xué)專業(yè)人員來說將很容易錯誤地在椎體t3或椎體t5中執(zhí)行介入術(shù)。因此，例如，在給定序列t4-t5-t6時，將難以評估人們正在觀察序列t3-t4-t5、t4-t5-t6、或t5-t6-t7中的哪一個。

圖1例示出根據(jù)本發(fā)明一方面提供了一種使用已處理3d體積信息進行3d特性椎體特征識別的方法，該方法包括如下步驟：

a)提供22表示脊柱的一部分的已處理3d體積信息，其中已處理3d體積信息是由穿過脊柱獲得的多個圖像計算出的，并且是沿多個采集方向采集的；

b)生成24從已處理3d體積信息得出的3d脊椎模型數(shù)據(jù)；

c)在3d脊椎模型數(shù)據(jù)中選擇25第一椎體信息和第二椎體信息；

d)通過計算在3d脊椎模型數(shù)據(jù)中的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d椎體形狀差異來計算26第一椎體的3d特性椎體特征信息；

e)輸出27該3d特性椎體特征信息。

因此，通過使用從ct掃描器、mri掃描器獲得的介入前體積數(shù)據(jù)，可以自動確定用于椎體節(jié)識別的患者特定的3d特性特征。另外，這允許在醫(yī)學(xué)成像中識別用于椎體節(jié)識別的最佳觀察角度，因為介入前體積數(shù)據(jù)可用于通過例如在各個正向投影角度處的脊柱來計算所得出的3d特性椎體特征信息的遮擋。

圖3例示了使用3d形狀對比來表征特性椎體特征信息的方案。

在圖3a中，示出了脊柱的一部分的三個區(qū)段t4、t5和t6。該信息已經(jīng)從已處理3d體積信息采集到，例如從ct掃描器或mri掃描器。圖3a有效地例示了3d脊椎模型數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)已經(jīng)通過將已處理3d體積數(shù)據(jù)分段而從已處理3d體積信息得出。在脊柱28的該部分中示出的是椎體節(jié)t4、椎體節(jié)t5、和椎體節(jié)t6。椎體節(jié)t4和t5表示相對正常的椎體。然而，椎體節(jié)t6在其左側(cè)上具有公知為椎體骨刺的突出部30。椎體骨刺是椎體和脊椎的一種通過非正常骨生長來表征的骨關(guān)節(jié)性退變。此類特征在表征單獨的椎體區(qū)段時是有用的。

圖3b例示了使用與毗鄰椎體的形狀配準進行3d特性特征檢測。字母ε指示執(zhí)行形狀差異計算的函數(shù)。

存在多種方式來識別體素的兩個任意區(qū)域之間的形狀差異。

優(yōu)選地，3d脊椎模型數(shù)據(jù)中的表面表示最常見的是使用三角表面網(wǎng)格來實現(xiàn)。因此，第一椎體信息和第二椎體信息之間的表面配準例如通過使用迭代最近點(icp)算法來執(zhí)行。在表面配準后，針對第一椎體信息上的每個頂點，通過找到與第二椎體信息的表面上的那點最接近的點來計算表面距離。然后通過使這些距離閾值化來找到特征。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的方法的示例，其中在步驟d)中，3d特性椎體特征信息的計算還包括：

d6)執(zhí)行第一椎體信息和第二椎體信息之間的形狀配準；

d7)計算所配準的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d形狀差異；以及

d8)使用計算出的形狀差異作為3d形狀差異識別第一椎體信息中的區(qū)域。

根據(jù)一實施方式，在步驟d6)，使用迭代最近點(icp)算法來執(zhí)行形狀配準。

根據(jù)一實施方式，在步驟d8)，通過使第一椎體信息和第二椎體信息之間的表面差異閾值化來識別所述第一椎體信息中的區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的方法的示例，其中在步驟d8)中，識別第一椎體信息中的區(qū)域的步驟包括識別所配準的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d形狀差異，所述3d形狀差異大于椎體差異閾值。

因此，能夠防止例如由于骨表面中的自然變異造成的椎體差異的錯誤識別，并能夠僅檢測椎體差異，這對于醫(yī)學(xué)專業(yè)人員來說是有意義的。

在替代性實施方式中，通過疊加預(yù)先計算的第一椎體信息和第二椎體信息的中心線來計算第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d椎體形狀差異，并且將表示第一椎體節(jié)的第一椎體信息從表示第二椎體節(jié)的第二椎體信息直接減去能夠在3d中執(zhí)行。剩余的體素將是3d特性特征。

在另一替代性實施方式中，執(zhí)行第一椎體信息和第二椎體信息的形狀配準。例如，配準能夠在t6和t5、和/或t6和t4之間進行。這種形狀配準可以延伸至更大數(shù)目的椎體區(qū)段。

如所例示的，使用如上所述的技術(shù)或類似技術(shù)，得出第一椎體節(jié)t6和第二椎體節(jié)t5之間的第一形狀差異。然后，得出第一椎體節(jié)t6和第三椎體節(jié)t4之間的形狀差異。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，形狀差異的得出限于所提出的2d熒光透視視場中存在的椎體。

圖3c例示了椎體t6，其具有被分離的3d特性椎體特征信息。由于3d特性椎體特征信息是表示脊柱的一部分的已處理3d體積信息的體素的子集，所以可在不同方向上觀察3d特性椎體特征信息。另外，構(gòu)成3d特性椎體特征信息的體素參照最初的已處理3d體積信息的幾何參照系，使得僅通過所提取的3d特性椎體特征信息能生成正向投影，或替代性地生成3d特性椎體特征信息的正向投影，它們被脊柱的一部分所遮擋。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種如前所述的方法，其中3d特性椎體特征信息表示選自由第一肋骨對、尾肋骨對、骶骨、寰椎、椎體骨刺、骨折、或植入物組成的群組的解剖特征。

因此，頻繁發(fā)生的脊椎變形能夠用于識別3d特性椎體特征信息。

盡管前面的實施方式已經(jīng)討論了僅第一椎體的3d特性椎體特征信息的采集，但應(yīng)理解的是該算法能夠延伸至單獨地或組合地計算至少第二椎體、和/或第三椎體、和/或第四椎體、和/或第五椎體、或脊柱中存在的所有椎體的3d特性椎體特征信息。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了沿患者脊椎的2d術(shù)中熒光透視成像裝置的觀察位置。然后，可以針對能夠在2d術(shù)中熒光透視成像裝置的觀察平面中最佳地看到的椎體來計算在該觀察位置處的3d特性特征信息。

該觀察位置被設(shè)置為最初的已處理3d體積信息的3d參照系中的點。例如，該觀察位置被設(shè)置為沿脊椎、距脊椎一定距離處、以及與脊椎成角度地偏離的水平位移。

在識別3d特性椎體特征信息后，一系列體素區(qū)域?qū)⑹强捎玫?。這些表示脊柱的特性特征的體積數(shù)據(jù)將自然而然地參照用于獲取已處理3d體積信息的幾何基準。因此，使用重建技術(shù)，能夠計算出3d椎體特征的最佳患者觀察方向，這優(yōu)化了在2d投影中的3d特性椎體特征的可見性。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，執(zhí)行穿過僅表示3d特性椎體特征的體素的正向投影。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，執(zhí)行穿過表示3d特性椎體特征的體素以及穿過表示脊柱的體素的正向投影。根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的一種方法，其中步驟a)還包括：

a1)提供目標椎體節(jié)信息；

其中步驟d)還包括：

d1)使用3d特性椎體特征信息和目標椎體節(jié)信息來確定患者觀察方向，其中患者觀察方向是通過搜索優(yōu)化3d特性椎體特征的可見性度量的觀察方向來確定的；以及

其中步驟e)還包括：

e1)輸出患者觀察方向。

根據(jù)該實施方式，能夠在術(shù)中熒光透視圖像介入期間優(yōu)化2d投影中的特性脊柱特征(通過3d特性椎體特征信息來表示)的可見性。

在前面所述的實施方式中，提供目標椎體節(jié)信息包括由醫(yī)學(xué)專業(yè)人員識別患者脊柱的椎體節(jié)，該椎體節(jié)將在微創(chuàng)脊椎介入術(shù)中被處理。例如，在圖3中，將例如使用計算機界面選擇椎體節(jié)t5并輸入作為目標椎體節(jié)信息。

3d特性椎體特征的可見性度量提供了某一觀察方向如何影響3d特性椎體特征信息的可見性的指示。存在許多方式來計算這一度量。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，通過從體素簇周圍多個方向執(zhí)行穿過表示3d特性椎體特征信息的體素的多個正向投影來計算3d特性椎體特征的可見性度量。

在產(chǎn)生于穿過3d特性椎體特征信息的正向投影的2d投影中形成最大區(qū)域的正向投影方向是優(yōu)化3d特性椎體特征的可見性度量的觀察方向。

由于熒光透視的投影性質(zhì)，將存在某些特征相比其他特征來說更加容易識別的若干觀察方向。給定一個目標椎體節(jié)，能夠選擇附近的特性特征。使用先前描述的方法，確定觀察方向以使得能夠識別最大數(shù)目的這些特征，或可最佳地觀察到一個特征。除了形狀特性之外，還可考慮疊加周圍的解剖結(jié)構(gòu)以確定最優(yōu)觀察角度。在確定用于識別的特性特征之后，還需要考慮的是這些特征僅在某些觀察方向上可見。

為了確定在熒光透視成像投影中能夠容易看到的特征，首先確定觀察方向的范圍，對于該范圍來說特征的特性邊緣是平行的。然后，可以從術(shù)前數(shù)據(jù)(諸如ct數(shù)據(jù))計算模擬投影圖像。在該步驟中使用用于投影的標準算法。然后，通過計算該特征周圍所關(guān)注的小區(qū)域內(nèi)的灰度值變化性，或通過分析在特征位置處的梯度以檢測地標是否位于邊緣上，來對該特征周圍的局部鄰域做出分析。然后，能夠自動地選擇圖像中能清楚觀察到的特征。然后，選擇最佳觀察平面以使其包含最大數(shù)目的清楚可見的特征。最佳觀察平面可在介入術(shù)期間選擇而觀察方向的范圍可在介入術(shù)之前或期間計算。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，在步驟d1)中，3d脊椎模型數(shù)據(jù)被用于遮擋3d特性椎體特征信息。

因此，在確定患者觀察方向時計算的正向投影生成在投影觀察平面中的2d區(qū)域，其主要產(chǎn)生于穿過3d特性椎體特征信息投射的射線，且次要地產(chǎn)生于穿過3d脊椎模型數(shù)據(jù)投射的射線。這確保了針對每個正向投影方向的3d特性椎體特征的可見性度量，且因此最終選擇的患者觀察方向是能夠看到最多特性特征的那個，即使在脊椎存在時。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，患者觀察方向的輸出可以是標準格式，諸如相對于從例如ct掃描器采集的已處理3d體積數(shù)據(jù)的基準面的立體角。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，這一幾何信息被用于對準設(shè)備以提供特性椎體特征的最佳觀察方向。

圖4例示了上述過程。包含顯示體素的幾何參照立方體40被示為內(nèi)側(cè)具有脊柱的一區(qū)段。脊柱具有由三角形44以及圓形46示出的第一特性特征和第二特性特征。盡管在該純粹示例性的展示中，兩個特性椎體特征被示為在不同的椎體節(jié)上，但應(yīng)理解的是，該算法將對僅一個椎體節(jié)上的一個3d特性椎體特征有效，諸如僅三角形44。

該算法在穿過3d脊柱模型數(shù)據(jù)42的不同正向投影角度的范圍產(chǎn)生正向投影。正向投影角度被示為來自點或位置41、43和45。

示例性第一2d屏幕47示出了來自位置41的正向投影的效果?？煽闯龅氖?，從該側(cè)觀察到該脊柱的部分，而特性特征44和46被脊椎自身完全遮擋。因此，這不是好的候選觀察方向。

示例性第二2d屏幕48示出了來自位置43的特性特征的正向投影?？煽闯龅氖牵@示出三角形特性特征44，而這遮擋了特性特征46。

示例性第三2d屏幕49示出了來自位置45的3d特性椎體特征信息的視圖。在該屏幕中，能夠容易地看到兩個特性特征44和46的側(cè)面，且該方向被選擇為患者觀察方向，因為在該位置，3d特性椎體特征的可見性度量將是最佳的。

圖5例示了其中限定正確觀察方向是重要的臨床示例。

在圖5a中，示出52來自已處理3d信息的投影。環(huán)繞區(qū)域53示出了在已處理3d信息中的椎體骨刺，其將被用于識別，因為在該已處理3d信息中其他椎體不具有該特征。

在圖5b中，示出了在圖5a的已處理3d信息中成像的脊柱熒光透視投影。

已經(jīng)從其中椎體骨刺53被脊柱的其余部分遮擋的觀察方向(關(guān)于脊柱)做出熒光透視投影。因此，椎體骨刺對于執(zhí)行介入術(shù)的醫(yī)學(xué)專業(yè)人員來說是不可見的。這意味著計劃用來自熒光透視投影角度b的椎體骨刺識別脊椎的目標椎體節(jié)的手術(shù)人員將難以確定正確的目標椎體節(jié)。

圖5c例示了如由該算法確定的、從清楚示出椎體骨刺58的觀察方向所做出的熒光透視投影56。

因此，醫(yī)學(xué)專業(yè)人員使用椎體骨刺能夠容易地從熒光透視圖像中確定目標椎體節(jié)，

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的方法，其中步驟b)還包括：

b1)從已處理3d體積信息提供3d疊加解剖信息；以及

其中步驟d)還包括：

d2)針對3d脊椎模型數(shù)據(jù)的多個合成觀察方向計算3d特性椎體特征信息的遮擋度量，其中遮擋是由3d疊加解剖信息中的解剖特征造成的；以及

d3)基于3d特性椎體特征信息的遮擋度量來得出3d特性椎體特征的可見性度量。

患者體內(nèi)的不同器官，諸如肝臟、心臟、肺、和胰臟，具有不同的x射線半透性，并可影響2d熒光透視成像期間特性椎體特征的識別。

因此，在該實施方式中，3d疊加解剖信息是從例如ct掃描獲得的已處理3d體積數(shù)據(jù)信息得出的。在計算3d特征椎體特征的可見性度量時，考慮脊柱周圍的內(nèi)部器官的遮擋?？赡艿那樾问?，在沒有考慮患者解剖結(jié)構(gòu)的情況下提供最佳的3d特性椎體特征可見性的患者觀察方向在考慮到肝臟、肺和其他器官的位置時可能不是最佳的。應(yīng)理解的是，患者內(nèi)部器官的位置能夠從已處理3d體積信息容易地得出并用于正向投影重建。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的方法，其中步驟e)還包括：

e2)基于所確定的患者觀察方向?qū)驶颊叱上裣到y(tǒng)。

患者成像系統(tǒng)被設(shè)置在電氣可定位框架上，具有機電驅(qū)動器，該機電驅(qū)動器能夠連接至控制系統(tǒng)，諸如計算機控制系統(tǒng)。假定考慮了已處理3d體積信息的圖形基準、患者成像系統(tǒng)以及患者的當前對準，則患者成像系統(tǒng)能夠使用所確定的患者觀察方向相對于患者對準。

因此，患者成像系統(tǒng)可自動地對準，以基于表示脊柱的一部分的3d體積數(shù)據(jù)提供最佳成像方向，從而提供醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的更加便利和精確的自對準項。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，患者成像系統(tǒng)是以機電方式可對準的熒光透視成像系統(tǒng)。

最佳觀察角度(與最佳觀察平面相關(guān))與用戶連通(或直接連通至成像系統(tǒng))。使用該視角度做出熒光透視投影。介入前數(shù)據(jù)被顯示給用戶作為體積顯示、或作為切片顯示、或作為模擬投影，其中示出了已識別的特性地標和目標椎體節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的方法，其中步驟a)還包括：

a2)在外科介入術(shù)期間提供表示脊柱的一部分的已處理的2d實時介入數(shù)據(jù)；

其中步驟d)還包括：

d4)將2d實時介入圖像數(shù)據(jù)配準至3d特性椎體特征數(shù)據(jù)；以及

d5)通過將3d特性椎體特征數(shù)據(jù)從患者觀察方向投影到2d實時介入圖像上來提供2d增強介入圖像；以及

步驟e)還包括：

e3)顯示增強介入圖像。

因此，實時的2d熒光透視數(shù)據(jù)利用3d特性椎體特征數(shù)據(jù)的正向投影來增強，該正向投影處于與介入術(shù)期間熒光透視成像設(shè)備使用的患者觀察方向相同的角度處。

由于2d實時介入圖像數(shù)據(jù)將在與3d特性椎體特征數(shù)據(jù)的正向投影相同的觀察平面中對準；所以，可以將該特性椎體特征數(shù)據(jù)突出顯示或“重影”到2d實時介入圖像數(shù)據(jù)的視圖中。這確保了在微創(chuàng)介入術(shù)期間，正確地識別目標椎體節(jié)。

增強的實時介入圖像提供了關(guān)于脊椎上的特性特征位置的增強反饋。因此，用戶能夠在實時熒光透視成像期間識別3d特性特征，并隨后作為參照確定用于治療的合適的目標椎體節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種用于3d特性椎體特征識別的裝置60。該裝置包括輸入單元62、處理單元64以及輸出單元66。

輸入單元62被構(gòu)造成提供表示脊柱的一部分的已處理3d體積信息，其中已處理3d體積信息是由穿過脊柱獲得的多個圖像計算出的，并且是沿多個采集方向采集的。

處理單元64被構(gòu)造成生成從已處理3d體積信息得出的3d脊椎模型數(shù)據(jù)，以在3d脊椎模型數(shù)據(jù)中選擇第一椎體信息和第二椎體信息，從而通過計算在3d脊椎模型數(shù)據(jù)中的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d椎體形狀差異來計算第一椎體的3d特性椎體特征信息。

輸出單元66被構(gòu)造成輸出3d特性椎體特征信息。

裝置60可被實施為在具有輸入和輸出接口電路的計算機處理器上執(zhí)行的軟件程序。替代性地，可通過數(shù)字信號處理器、fpga、asis、或這些的組合來執(zhí)行處理。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了如前所述的裝置60的示例，其中輸入單元62還被構(gòu)造成提供目標椎體節(jié)信息。處理單元64還被構(gòu)造成使用3d特性椎體特征信息和目標椎體節(jié)信息來確定患者觀察方向，其中患者觀察方向是通過搜索優(yōu)化3d特性椎體特征的可見性度量的觀察方向來確定的。輸出單元66還被構(gòu)造成輸出患者觀察方向。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種根據(jù)前述的裝置60的示例，其中處理單元64還被構(gòu)造成從已處理3d體積信息生成3d疊加解剖信息，以計算針對3d脊椎模型數(shù)據(jù)的多個合成觀察方向的3d椎體形狀差異的遮擋度量，其中遮擋是由疊加的3d解剖信息中的解剖特征造成的，以及基于3d特性椎體特征信息的遮擋度量來得出3d特性椎體特征的可見性度量。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種根據(jù)前述的裝置60的示例，其中輸出單元66還被構(gòu)造成基于所確定的患者觀察方向來對準醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種根據(jù)前述的裝置60的示例，其中輸入單元62還被構(gòu)造成在外科介入術(shù)期間提供表示脊柱的一部分的已處理的2d實時介入圖像數(shù)據(jù)。處理單元64還被構(gòu)造成將2d實時介入圖像數(shù)據(jù)配準至3d特性椎體特征數(shù)據(jù)，以通過將3d特性椎體特征數(shù)據(jù)從患者觀察方向投影到2d實時介入圖像數(shù)據(jù)來提供2d增強介入圖像。輸出單元66還被構(gòu)造成顯示增強介入圖像。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種如前所述的裝置60的示例，其中處理單元64還被構(gòu)造成將已處理3d體積信息分段，以從已處理3d體積信息提供3d脊椎模型數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種如前所述的裝置60的示例，其中處理單元64還被構(gòu)造成通過執(zhí)行第一椎體信息和第二椎體信息之間的形狀配準、通過計算已配準的第一椎體信息和第二椎體信息之間的形狀差異、以及通過使用計算出的形狀差異作為3d形狀差異識別第一椎體信息中的區(qū)域，從而計算3d特性椎體特征信息。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種根據(jù)前述的裝置60的示例，其中處理單元64被構(gòu)造成識別已配準的第一椎體信息和第二椎體信息之間的3d椎體形狀差異，該3d椎體形狀差異大于椎體差異閾值。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)70。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)70包括醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)72和圖像處理布置結(jié)構(gòu)74。

圖像處理布置結(jié)構(gòu)72被設(shè)置為如前所述的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，提供了一種如前所述的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)70，其中醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)72還包括成像器對準機構(gòu)76。圖像處理布置結(jié)構(gòu)74被設(shè)置為根據(jù)前述的裝置，且成像器對準機構(gòu)76被構(gòu)造成基于從圖像處理布置結(jié)構(gòu)74輸出的患者觀察方向來對準。成像器對準機構(gòu)包括機電驅(qū)動器，其控制熒光透視成像器72的方位角80和仰角78。

根據(jù)本發(fā)明的該方面，能夠根據(jù)從術(shù)前ct掃描采集的輸入3d體積數(shù)據(jù)上的特性特征自動地對準醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)例如可包括2d熒光透視成像器。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，醫(yī)學(xué)專業(yè)人員可在該3d體積數(shù)據(jù)中選擇某些特性特征，且醫(yī)學(xué)成像采集布置機構(gòu)可僅基于用于所選擇的特征的最佳觀察方向來對準。

因此，在執(zhí)行微創(chuàng)脊椎介入術(shù)時，可以以傳統(tǒng)方式將醫(yī)學(xué)成像采集布置機構(gòu)布置在最佳角度，以確保不會發(fā)生目標椎體節(jié)的錯誤識別。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，圖像處理布置結(jié)構(gòu)74還包括在計算機上執(zhí)行的術(shù)前處理應(yīng)用程序。用戶可使用術(shù)前處理應(yīng)用程序的界面來將對應(yīng)于熒光透視成像設(shè)備的視場的、該應(yīng)用程序的用戶界面中的“視場”框定位在所顯示的脊柱相關(guān)部分上，從而預(yù)先計算3d特性特征。

根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，圖像處理布置結(jié)構(gòu)74還包括連接至圖像處理布置結(jié)構(gòu)74的對準監(jiān)控裝置。對準監(jiān)控裝置被構(gòu)造成監(jiān)控醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)72的對準變化。在檢測到醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)72的對準相對于患者變化時，圖像處理布置結(jié)構(gòu)74重新計算3d特性椎體特征信息。

因此，如果醫(yī)學(xué)成像采集布置結(jié)構(gòu)72沿患者、或繞患者水平地平移時，圖像處理布置結(jié)構(gòu)74能夠顯示更新的增強的2d熒光透視視圖，從而示出期望的3d椎體特性特征，其在改變的視場中將是可見的。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種計算機程序單元，該計算機程序單元用于控制根據(jù)前述的用于顯示從目標采集的醫(yī)學(xué)圖像的裝置。該計算機程序單元在由處理單元執(zhí)行時適于執(zhí)行如上所述的方法步驟。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種計算機可讀介質(zhì)，其已存儲如上所述的程序。

因此，計算機程序單元可被存儲在計算機單元上，該計算機單元也可以是本發(fā)明的一實施方式的一部分。該計算單元可適于執(zhí)行上述的方法的步驟或誘發(fā)執(zhí)行上述的方法的步驟。

此外，它可適于操作上述設(shè)備的部件。計算單元可適于自動地操作和/或運行用戶的命令。計算機程序可以被加載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲器中。該數(shù)據(jù)處理器由此可被裝備成執(zhí)行本發(fā)明的方法。

本發(fā)明的這一示例性實施方式涵蓋了從一開始就安裝本發(fā)明的計算機程序或借助于更新將現(xiàn)有程序轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂帽景l(fā)明的程序的計算機程序兩者。

計算機程序可以被存儲/分布在合適的介質(zhì)上，諸如與其他硬件一起提供或作為其他硬件的一部分提供的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以被以其他形式分布，諸如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他的有線或無線電信系統(tǒng)。

然而，計算機程序也可提供在如萬維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上，且可以將其從這一網(wǎng)絡(luò)下載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲器中。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提供一種用于使計算機程序單元可被下載的介質(zhì)，該計算機程序單元被布置成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的前述實施例之一所述的方法。

應(yīng)指出的是，本發(fā)明的實施例是參照不同主題描述的。尤其是，一些實施例是參照方法類型的權(quán)利要求來描述的，而其它實施例是參照裝置類型的權(quán)利要求來描述的。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從上面和下面的描述中得出以下結(jié)論：除非另外指出，否則除了屬于一種類型的主題的特征的任何組合之外，涉及不同主題的特征之間的任何組合也被認為在本申請中公開。

所有特征都可組合，以提供超出所述特征簡單加和的協(xié)同效應(yīng)。

盡管已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細圖示并描述了本發(fā)明，這樣的圖示和描述被認為是圖示性或范例性的而非限制性的。本發(fā)明不限于所公開的實施例。

通過研究附圖、說明書和從屬權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的本發(fā)明時，能夠理解并實現(xiàn)所公開實施例的其他變型。

在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中記載的若干項的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載的特定措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。在權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。