CN112930147A - 使用力感测进行定位和运动跟踪 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了一种用于在3D空间中确定对象的位置、检测对象的运动、并且跟踪对象的运动的力传感器阵列。具体而言，力传感器阵列可以用于监视医疗过程期间的解剖学运动(诸如颅辐射外科手术期间的头部运动)，以维持与解剖学特征的期望对准。可以向医疗机器操作者发布警报，并且辐射外科手术***或扫描仪可以作出补偿性调整，以在治疗暂停后维持期望的对准，或者在治疗期间动态地维持期望的对准。本文中还提供了检测解剖学特征的位置、移动或跟踪解剖学特征的运动的方法。

Description

使用力感测进行定位和运动跟踪
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月18日提交的美国临时申请第62/747,626号的在35USC§119(e)下的权益，该临时申请的完整公开出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及定位和运动跟踪领域，并且具体地涉及计算机化外科手术导航、机器人医疗治疗和立体定向辐射外科手术。
背景技术
当执行计算机化外科手术导航、或包括立体定向辐射外科手术的计算机化立体定向地或图像引导的引导式过程时，在虚拟空间和真实空间两者中为外科手术解剖结构的位置的计算机模型分配位置。如果患者移动或被移动，并且解剖结构的位置的此种改变未被计及，则过程可能被错误引导，由此潜在地产生危害性结果。因此，存在已经用于处置移动的至少两种策略。
第一种策略包括通过利用固定手段(诸如，立体定向框架或Mayfield头部保持器)将患者(例如，他们的头部)固定就位以在整体上防止移动。这种刚性固定方式也可与伽玛刀(瑞典斯德哥尔摩医科达(Elekta)公司)一起使用。这种方法的缺点包括患者显著的不适感(患者的头部必须用金属螺钉固定就位)以及繁琐的安装过程。
第二种策略包括跟踪头部的移动并使计算机对相关解剖结构的表示移位，并且相应地利用致动器(例如，辐射外科手术设备)机械地进行校正。后者通常已在立体定向辐射外科手术的情境中通过使用基于图像的跟踪来执行；通过使用可见光、红外射线或X射线确定空间中的位置。本领域中已知的用于跟踪的设备包括红外北极星***(加拿大安大略省滑铁卢的Northern Digital(北方数字)公司)、Cyberknife(射波刀)的基于x射线跟踪***(加利福尼亚州山景城的Accuray(准确性)公司)、ViewRay的基于MRI的跟踪***(俄亥俄州奥克伍德村的ViewRay公司)和基于视觉表面的跟踪***AlignRT(英国伦敦的Vision RT股份有限公司)。当采用跟踪时，立体定向设备需要用于对检测到的位置改变作出反应并进行校正的手段。此类设备包括Cyberknife机械臂(加利福尼亚州山景城的Accuray公司)、用于Cyberknife的RoboCouch(加利福尼亚州山景城的Accuray公司)、具有5-6个自由度的大多数放疗床、以及可电子定位的外科手术台。
跟踪方法的缺点是，它们需要昂贵且费时的图像捕获，每次进行射线照相时，该图像捕获(在X射线的情况下)可能会使患者暴露于附加的电离辐射。此外，如果治疗模态是X射线，则需要停止治疗性X射线，以便使用诊断强度X射线位置跟踪，因为由该后者的低辐射剂量检测器接收到的信号否则会被用于治疗患者的高得多的剂量的X射线所淹没。存在对用于在计算机化和机器人立体定向过程中跟踪患者头部和身体的位置的低成本且连续的方法的需要。
发明内容
本文中所描述的本发明涉及用于对象的位置和/或运动跟踪的***和方法，并且具有确定正在经受医疗过程的患者体内的解剖学移动的特定适用性。在一些实施例中，本发明涉及用于使用力感测来确定患者的头部的位置和运动的***和方法。在一些实施例中，当指示头部移动已经发生的感测到的阈值被传递时，治疗被暂停，并且通过本领域已知的手段(诸如拍摄颅骨的另一射线照相图像)来实现与原始治疗计划的重新配准。在另一实施例中，由患者的头部的重量在布满传感器的衬垫上创建的压力图案描述了患者的头部相对于其初始位置的新的6自由度(DOF)的位置，并且补偿性配准可直接地且自动地完成。在另外的其他实施例中，压力图案可以用于对患者的头部在3D空间中的绝对6自由度位置的进行定位，由此消除使用其他成像模态来配准患者的头部的初始位置的需要。贯穿本公开，可互换地使用术语“触压”、“压力”和“力”来描述施加在力感测元件上的力的量。在一个方面，本发明与刚性主体跟踪和任何相关联的使用有关。在医疗情境内的一些实施例中，当假定内部解剖结构相对于外部解剖结构处于总体上固定的位置时，该内部解剖结构是可标识的，内部解剖结构例如头部内的组织或肢体的部分，其将被单独地跟踪。要理解，某些内部器官内的目标的位置可相对于外腹部改变，以使得将需要单独地确定和计及任何改变。尽管在本文中关于医疗治疗(尤其是立体定向辐射递送)描述了各种位置和动作跟踪特征，但要理解，这些相同的概念可以用于其中期望对身体部位进行精确或半精确跟踪的任何医疗过程，这包括基于非辐射的立体定向外科手术。要进一步领会，这些概念可以应用于刚性主体跟踪或出于各种其他目的对各种其他对象或解剖结构的位置或动作的跟踪，包括非医疗应用，例如所详述的成像或建图。
在一个方面，本文中提供了用于跟踪目标组织的位置或动作以用于进行医疗治疗的方法。要理解，这些方法具有(利用或不利用辐射的)立体定向医疗或外科手术过程的特定适用性，但是也可以应用于其中期望对象(例如，搁置的头部、身体的部分)的位置或动作的各种其他过程或非医疗目的。此类方法可以包括以下步骤：从一个或多个力传感器确定力或压力分布，该一个或多个力传感器直接或间接地与患者的身体的、具有目标组织的部分接合；以及通过检测利用一个或多个力传感器检测到的力或压力分布的改变来确定从患者的身体的部分的初始位置的改变，其中目标组织与辐射治疗射束对准。基于检测到的改变，可以暂停和/或调整辐射治疗射束的传输。在一些实施例中，方法随后确定患者的身体的、具有目标组织的部分的经更新的位置，并且在需要的情况下使辐射治疗射束与目标组织重新对准并恢复辐射治疗射束的传输。
在一些实施例中，力或压力分布的改变包括检测超出预先定义的阈值。可以向用户输出指示从初始位置的改变的通知。在一些实施例中，确定患者的部分的经更新的位置利用辐射外科手术***本机的成像过程(例如，获得与数字重建射线照相(DRR)图像匹配的射线照相图像)。在其他实施例中，方法包括至少部分地基于来自设置于阵列内的多个力传感器的检测输出来确定患者的身体的部分的经更新的位置。该经更新的位置可以基于以下各项中的任一项来确定：力传感器的输出、阵列内的传感器的相对位置、以及传感器被设置于其中的可变形材料的材料属性、或其任何组合。
在另一方面，本文中提供了用于跟踪目标组织以用于进行辐射治疗的运动跟踪***。此类***可以包括：一个或多个力传感器，该一个或多个力传感器被布置成用于检测与患者的身体的、具有目标组织的部分的位置或移动相关联的力或压力分布；以及处理器，处理器被配置成用于：通过利用一个或多个力传感器检测力或压力分布的改变来确定从患者的身体的部分的初始位置的改变，在该初始位置中，目标组织与来自辐射外科手术***的辐射治疗射束对准；以及在检测到改变时暂停辐射治疗射束的传输，或在检测到改变时调整治疗射束，或在检测到改变时调整治疗射束。调整治疗射束可以包括在检测到改变时调整射束治疗射束的轨迹、形状或强度。这可通过调整线性加速器或准直仪的瞄准位置或通过经由移动患者台对患者进行立体定向重新定位来实现。***可以进一步被配置成向用户通知检测到的改变，或者被配置成用于在恢复目标组织的辐射治疗射束之前，确定患者的身体的、具有目标组织的部分的经更新的位置，并使辐射治疗射束与目标组织重新对准。可以利用编程来将此类***配置成用于执行本文中所描述的用于动作跟踪的方法和过程中的任一者。在一些实施例中，一个或多个传感器包括在治疗面罩与患者支撑件之间延伸的至少一个应变仪。在其他实施例中，传感器包括传感器阵列，该传感器阵列具有设置于患者的身体的、具有目标组织的部分下方的多个传感器或部分地围绕该部分延伸的多个传感器。在一些实施例中，***在患者与传感器之间具有接口构件，该接口构件在已知位置处具有一个或多个突出特征，以提供从传感器阵列获得的力图像的改善的分辨率。在一些实施例中，***被配置成用于确定患者的部分的经更新的位置，并且命令一个或多个致动器调整治疗***或患者支撑件，以促进与目标组织的重新对准。
在又一方面，***和方法被配置成用于基于检测到的改变来动态地调整治疗射束。要领会，此类***和方法可以利用本文中所描述的特征中的任何特征。要进一步领会，在本文中的实施例中的任何实施例中，调整治疗射束可以包括以下各项中的任一项：调整治疗射束的方向，调整射束的形状，调整射束的强度，通过移动患者台来调整患者的位置，或其任何组合。
附图说明
图1示出其中患者的头部依靠在衬垫的多压力传感器阵列上的示例实施例。
图2图示出在以下两种模态下运作的衬垫上的多压力传感器矩阵：A)移动的阈值检测，相对于B)6自由度位置和动作跟踪。
图3是粘附在辐射外科手术面罩与模式A下的治疗台之间的应变仪进行的阈值检测的图示。
图4是计算机化控制过程的示意图，通过该计算机化控制过程，头部压力传感器衬垫的读数转换为模式B下致动器设备中的纠正移动。
图5图示出过程的概览，通过该过程，头部压力用于控制辐射外科手术机器的目标和患者台的位置。
图6图示出响应于头部运动解释的等中心放射外科手术机器的补偿运动(模式B)。
图7A-7C描述过程，通过该过程，使用力模拟来表征被跟踪对象的给定形状和位置在垫上产生的压力。
图8图示出数字重建力匹配(DRFM)过程，通过该过程，数字重建力模拟库与实时传感器推导出的力分布进行比较以确定被跟踪对象的位置。
图9A-9D示出CPM过程，通过该CPM过程，反映被跟踪对象的形状的力分布图与一组先验轮廓进行比较以确定被跟踪对象的位置。
图10A-10D描述其中由力测量阵列来感测突出对象的位置的CPM方法。
图11A-图11C图示出其中控制点被独特地成形或间隔开并且被穿戴在患者的后脑部的CPM形式。
图12A-12G展示传感器阵列和头枕的不同配置的示例。
具体实施方式
在本发明的上下文中描述了两种一般操作模式：A)确定运动已经发生的阈值化，并且停止治疗直到位置可以被重新评估并在恢复治疗之前在效应器中作出补偿性移动；B)对新的6自由度位置进行推断，随后提示在恢复治疗之前在效应器中提示补偿性移动。要领会，各种其他模式可以单独或组合地利用这些模式中的一者或这两者的概念。
如将详述的，在操作模式A下，对移动的检测可以与检测单个应变仪上力的改变、或者力感测矩阵上的传感器读数的改变(例如，使用矩阵减法或交叉相关)一样简单。在阈值化中，进行移动已经发生或尚未发生的简单确定。在这种情况下，不存在关于头部的新位置是什么的特定推断。在立体定向辐射外科手术的情况下，检测到移动可触发一系列自动的步骤，例如：1)立即停止辐射射束的递送，2)通过标准手段确定新的位置，诸如通过辐射外科手术机器本机的且本领域已知的手段取得与数字重建的射线照相(DRR)图像匹配的新的射线照相图像，以及3)使辐射外科手术射束递送***或患者移动，以借助于该手段来补偿头部新的位置。辐射外科手术射束的此类补偿移动可以根据辐射外科手术机器本机的过程，包括本领域已知的任何补偿方式。一旦患者的头部适当地与射束再次对准，一个或多个新的参考力读数就被建立并且力感测被恢复。
在操作模式B下，从一个或多个传感器元件(典型地，力传感器元件)的激活模式来推断患者的位置。此处，从传感器元件计算的患者的新位置将用于确定治疗效应器(例如，辐射外科手术***)如何针对接下来的射束递送来调整其轨迹，或者如何针对接下来的射束递送来调整患者的位置(诸如，通过移动患者台)。同样，机器人或立体定向外科手术***将相应地调整器械的物理轨迹、解剖结构的计算机化视图、或患者的物理位置。将就利用力传感器检测主体的位置和定向来描述模式B。一般而言，通过由一个或多个力传感器元件输出的力大小、传感器元件在3D空间中的相应位置、以及将相应的力传感器与感兴趣主体相耦合的材料的材料属性来确定主体的位置和定向。在一些实施例中，耦合在力传感器与主体之间的可变形/可压缩材料根据该材料形变了多少而将力传送至传感器元件(参见例如图5)。当可变形材料的材料属性已知时，可使用力学模型根据前述传感器读数、位置和力学模型来确定感兴趣主体的位置和定向。在一些实施例中，可压缩耦合介质可以是患者的头皮，并且感兴趣主体可以是患者的颅骨。在其他实施例中，感兴趣主体可以是刚性的、几何学上已知的合成物体，并且可变形材料可以是橡胶或泡沫。合成主体进而可耦合至患者的头部，以便提供针对颅辐射外科手术的跟踪。尽管操作模式B的示例利用力传感器元件，但要领会，能以类似的方式利用各种其他类型的传感器，例如可以检测患者的头部或可压缩材料的部分的位移的位移传感器、或可以与感兴趣主体的力或力的改变相关的任何类型的传感器。如本文中所描述，力是由感兴趣主体的重量施加的。
在操作模式B中，可在治疗期间相对于治疗开始时患者的初始位置来推测患者的位置。替代地，可在绝对3D空间中相对于治疗设备确定患者的位置，而不依赖于另一定位方式。在模式B中可采用用于定位和跟踪患者的至少三种不同的方法：数字重建力匹配(DRFM)、点云匹配(PCM)和控制点匹配(CPM)，在下文中详细描述这些方法中的每种方法。
本发明可以涉及被置于人们想要针对其来评估移动或位置的主体或对象的部分下方、该部分上、以及该部分周围的各种位置中的力传感器。对于头部定位和跟踪，此类配置可以包括头部下方的平坦传感器阵列(a)、头部下方的柔性传感器阵列(b)、被置于头部的任一侧的两个或更多个阵列(c)、头部前方和沿后脑部的传感器或传感器阵列(d)，等等。在一些实施例中，传感器可位于用于部分地使患者固定不动的治疗面罩前方或后方。可以将此类治疗面罩链接至杠杆臂，该杠杆臂在机械上放大细微移动的效果。在一些实施例中，传感器位于线性运动平台(e)上，该线性运动平台在患者的皮肤上施加编程量的压力，以确保舒适的治疗体验并且确保力传感器读数不会由于来自解剖结构的过度的力而饱和。在另一实施例中，多自由度机器人装置(f)可用于使(多个)力传感器以预先指定的方式相对于患者的头部或身体移位，以便允许在实际医疗过程之前由***确定头部位置与传感器矩阵上的力图案之间的关系。此类装置的示例可以是仅控制力传感器的俯仰和横摆的6自由度Stewart平台或2自由度装置。
图1示出示例实施例，在该示例实施例中，患者的头部115倚靠在多压力传感器阵列矩阵(其可被并入衬垫或枕头中)上，使得辐射治疗射束130能够与患者头部115的部分中的目标组织116(例如，肿瘤)对准以进行治疗。要领会，目标组织116的位置取向可以容易地通过患者的相关联的部分(例如，患者的头部)的位置和取向来确定。多传感器衬垫100由许多压力传感器元件105组成。这些元件可使用压电、电阻、电容、光学、气动、液压感测，或者利用本领域中已知的任何其他压力/力感测方法的任何合适的传感器。在优选实施例中，传感器矩阵是Sensel(加利福尼亚州，山景城)的Morph。Sensel具有大约20,000个压力传感器元件，每个压力传感器元件具有大约5g至5kg的力范围，其可以以大约125Hz的速率(8ms的等待时间)被查询。
信号线缆110将信息从传感器矩阵衬垫中继至外部计算机或电子设备，以获得压力图案和位置解释。优选地仰卧在治疗台上的患者115将其头部倚靠在多传感器衬垫100上，从而在多传感器衬垫100的区域120上施加压力。在实际使用中，患者头部典型地将被诸如Accuform头枕(爱荷华州科拉尔维尔CIVCO放射治疗公司)之类的定制的头枕在侧面围绕，该定制的头枕在下边缘上具有切口以准许后脑部倚靠在衬垫上。而且在实际使用中，患者的面部将典型地处于诸如Aquaplast面罩(宾夕法尼亚州埃文代尔Qfix公司)之类的定制的面罩内，该定制的面罩被粘附在台面上，从而大大降低了患者能够移动的量。在替代实施例中，多个传感器衬垫表面可被置于头部下方和头部旁边，经由面罩内表面的头枕中形成的切口或敞开的窗口被暴露。
图2图示出力传感器200的矩阵201，该矩阵201可以被并入患者的头部可以倚靠在其上的衬垫中。在该实施例中，力传感器矩阵可以以两种模态运作：A)对移动的阈值检测，相对于B)6自由度定位和运动跟踪。在力传感器200的矩阵上，出于说明的目的，每个传感器示出有在0至9的刻度上的示例向下力读数。要领会，这仅仅是一个示例，并且在其他实施例中，矩阵可利用区分数千个向下压力水平的力传感器。在初始时间的一个时间段中，对于示例传感器元件组205，从患者头部的枕骨部检测到力，并且在稍后的时间，对于示例传感器元件组210，从患者头部的枕骨部检测到力。将来自传感器矩阵201的力读数中继至计算机***的微处理器250，其中进行模式A 220相对于模式B 230的输出确定。在模式A 220中，作出关于患者移动是否已经发生的阈值化确定。如果通过超过预先定义的阈值确定移动已经发生，则输出指令效应器***停止(即221)，向用户发布警报(即，222)，并且使用其本机手段确定患者的新位置(即，223)，并且使用本机手段来将轨迹调整为患者的新位置(即，224)。在立体定向辐射外科手术***250中，这意味着在检测到高于某个阈值的移动已经发生之后，治疗射束(如果活跃)将立即停止(即，221)，移动已经发生的警报将被发布给用户(典型地，辐射外科手术技术人员)。此时，辐射外科手术***使用其本机手段(例如拍摄射线照相)以用于跟踪患者头部新的位置的目的。出于头部跟踪的目的，辐射外科手术***250随后典型地拍摄新的射线照相图像，调整射束轨迹(即223)或调整台面位置以进行补偿。例如，如果患者已经将其头部向右移动，则***可将机器人患者台向左移动，以便将患者的后脑部内的目标带回到中心处。相比之下，在模式B 230下操作，***直接根据传感器矩阵200计算患者头部新的位置(即231)，停止当前射束，并且相应地调整治疗轨迹(即232)。在一些实施例中，此种过程自动地执行。只要头部的重量对压力传感器元件的影响不过度扩散，力感测矩阵200就可被薄垫枕头覆盖。
图3是以其最简单形式的阈值检测(模式A)的图示，其中存在单个力传感器，此处该单个力传感器采用应变仪300的形式。应变仪300通过连接器301和302而被粘附在辐射外科手术面罩320与治疗台306之间。应变仪301也可被置于患者的头部的下方或者置于治疗台306和治疗面罩320周围的记录患者头部的移动的其他位置处。应变仪300可以由两线惠斯通四分之一桥电路340电子地支持，两线惠斯通四分之一桥电路340由电源和回线341以及电阻器342、343和344组成，电源和回线341以及电阻器342、343和344产生电压345，该电压345由连接器346中继到处理器350。由于应变仪300的两根引线都位于桥式电路340的相邻角之间，并且应变仪的变形改变跨该应变仪的电阻，因此桥臂电阻编程三个电阻器342、343和344的总和，从而导致缺乏对称性，并导致随之得到的跨中心的电压345和向处理器350的输出346。在本领域中已知其他支持电路，并且可使用其他支持电路。以其最简单的形式，处理器350可以是具有阈值确定和确定输出装置351的电压表。信号经由输出351被发送，该输出351触发在图2中被表示为模式A的过程。在一些实施例中，可在治疗面罩上的各个位置处使用多个力传感器。
图4是一般计算机化控制过程的示意图，通过该一般计算机化控制过程，头部压力传感器矩阵的读数转换为致动器设备(例如，辐射外科手术***)中的纠正移动。头部的初始化理想位置405通过对致动器设备(诸如，辐射外科手术机器)和机动多轴患者台的手动定位和初始校准来实现，并且由计算设备400接收作为输入410。如果头部压力传感器衬垫指示420是患者的头部已经保持在该理想位置405中，则误差输入415为0，并且没有动作从计算设备400随之发生。如果传感器衬垫425并未指示理想位置405，则误差信号420将被输入到计算设备，误差输入415将被发送至校正机制/致动器430的计算机控制件。校正机制/致动器430可以例如被内置于辐射外科手术设备或机动多轴患者台中。校正机制/致动器430的移动用于例如将手术致动器(例如，辐射外科手术准直仪)的瞄准位置带回到与预期的目标组织(例如，患者头部的一部分中的肿瘤)适当对准，并且在继续将治疗方法传输到目标组织之前由***接收作为输出435。
图5提供可根据图2的模式B的过程的概览，通过该过程，来自患者头部的重量的压力被解释并被用来控制辐射外科手术机器的瞄准位置和/或患者台的位置。传感器矩阵505记录来自患者的头部的、该传感器矩阵505上的力图案。患者的头部的位置或定位由计算设备510确定，并且用于致动器设备的空间校正因子由计算设备515计算。如果头部位置不与理想位置相对应，则这些信号被中继至致动器设备辐射外科手术机器520和/或机动多轴患者台530。结果是，辐射外科手术机器520可以重新定位525以进行补偿，和/或机动多轴患者台530可以进行俯仰和滚转535或者进行平移540以进行补偿，并且将患者的后脑部带回至相对于辐射外科手术机器520的适当对准。
图6图示出在模式B下响应于头部运动解释的等中心辐射外科手术机器的补偿性移动。机架600的内表面将传感器矩阵640、患者的头部641保持在该机架内，将直线加速器605保持在产生射束611的先前位置610中，并将直线加速器605保持在产生射束612的当前位置620中。将会领会，当患者的头部641已经向左滚转时，直线加速器605发生补偿性移动，以将射束带至患者头部641中的目标上。此类补偿性移动既可以通过图2中示出的模式A来实现，也可以通过图2中示出的模式B来实现。
图7A-7C描述过程，通过该过程，使用力模拟来以计算方式预测给定的头部形状和位置在一系列传感器元件上产生的压力。该过程对于图8A-图8B和图9A-图9D中详述的DRFM和PCM算法而言是基本的，将在以下各节中进行描述。作为力模拟中的第一步骤，产生被跟踪对象700的模型。在颅辐射外科手术中跟踪颅骨的情况下，可以使用计划的CT扫描来产生颅骨表面的、耦合至力传感器元件的部分的模型。在一些实施例中，该模型是刚性三角形表面网格。可使用本领域中已知的标准技术以根据CT扫描的分段颅骨体素推导出刚性三角形表面网格。DRFM中的下一步骤是建立力传感器元件相对于被跟踪对象的3D位置。在一些实施例中，各个力传感器元件710被布置在平坦矩阵阵列711中，该平坦矩阵阵列由一系列传感器元件行712组成。接下来，使用关于可变形材料720如何将力传递至每个传感器元件的模型来模拟每个传感器元件的力读数。结果为由传感器元件感测到的力大小的模拟图730。
在如图7C中示出的一些实施例中，用于力模拟的可变形材料模型是线性弹簧模型。通过找到每个相应的传感器元件到刚性三角形对象网格的法向距离来计算传递到每个传感器元件的力的量。可以通过找到传感器法向量740与三角形网格700的交点741随后计算传感器元件710与该交点之间的线性距离来找到法向距离。随后从可变形材料的标称静止位置y减去距离x，并乘以弹簧常数k(例如，弹性)，以按如下方式得出传感器元件力F：F＝(y-x)*k。在图7C中，力传感器阵列711中的每一行712被模拟，并且对得到的力模拟图矩阵730中的一行作出贡献。在其他实施例中，实现了更复杂的可变形材料模型。例如，可使用有限元分析(FEA)模型、通过以下操作来模拟传递到传感器元件的力：将可变形材料划分为离散的有限元，将已知材料属性应用于这些元，根据刚性对象网格的形状以计算方式对材料进行变形，随后使用标准FEA技术来计算传递到每个传感器元件的力。
在一些实施例中，力模拟可以包含力感测元件的附加属性，以便对由现实世界传感器所测量的实际力产生更真实的模拟。例如，由于阵列元件被制造并一起被耦合在衬底上的方式，力传感器的矩阵阵列711可以利用具有有限高斯扩展(类似于传统的X射线PSF)的点扩展函数(PSF)来响应精确的力输入。力传感器阵列PSF根据扩展的变化有效地得到模糊的力“图像”730。前述的力模拟可以包括将力图像与适当扩展的高斯核进行卷积的附加步骤，以便更准确地表示由阵列测量的现实世界力。
图8示意性地图示出用于确定目标对象在3D空间中的6自由度位置和取向的DRFM方法。利用上文所描述的力模拟技术，由目标对象821的许多不同位置和取向产生的传感器力分布810分别被模拟，并被存储在数字重建力(DRF)库800中。为了确定目标对象的当前位置，将来自力传感器元件820的当前读数与DRF库中所存储的读数进行比较。与DRF库中最接近的力传感器匹配相关联的对象的位置和取向可以被估计为被跟踪对象的当前位置和取向。对于以矩阵阵列配置来布置的力传感器，比较可以利用已知的基于图像的比较技术，诸如交叉相关。在一个实施例中，具有与当前力传感器图像的最高相关系数的DRF库图像被选择为最接近匹配。注意，出于简单，图8图示出针对仅一个自由度(θ或俯仰)的匹配，而DRFM的实际实现方式可以匹配多个自由度，诸如，6自由度。在一些实施例中，可使用DRF库位置和取向之间的插值来实现对被跟踪对象的更准确的定位。换言之，代替基于最接近的交叉相关匹配直接分配位置和取向(例如，在图8中θ＝0°、10°或20°)，可以使用插值来分配在DRF库中所存储的离散值之间的位置和取向(例如θ＝18°)。随着DRF库的“分辨率”降低(例如，预先计算的位置和取向被间隔得越来越远)，插值对于实现准确的结果变得越来越重要。
图9A-9D示出用于确定目标对象在3D空间中的6自由度位置和取向的示例性PCM方法。该方法的原理是基于当前的力传感器读数生成被跟踪对象的估计表面上的点的估计的3D点云，随后将该点云与表示被跟踪对象的表面几何形状的第二参考点云进行配准。在一些实施例中，力传感器元件被布置在矩阵阵列中，并且它们的组合读数形成力图像900。基于力传感器阵列在3D空间中的已知几何位置，可以根据先前描述的力模拟过程的逆过程来生成3D空间中的点的估计的点云910，如图9B中所示。为了说明此种逆过程，考虑线性弹簧可变形材料模型的情况。为了反转该模型并生成3D估计的点云910，力图像的每个像素(例如，每个力传感器元件)到被跟踪对象的距离x被给出为：x＝y-F/k，其中F是在每个相应像素上测得的力，k是材料弹簧常数，并且y是可变形材料的静止厚度。通过从每个力传感器元件(例如，像素)的3D位置投影法向量并沿该法向向量在计算出的距离x处绘制点来生成估计的点云。要领会，如果使用其他可变性材料模型(例如，FEA或其他)，则可以使用不同的逆过程来生成3D估计的点云910。要进一步领会，可变形材料可以是头皮、置于力传感器元件上的人造材料、这两者的组合或其他弹性材料。
如图9C中所示，在点云匹配(PCM)方法的分开的步骤中，建立被跟踪对象的参考点云930。在其中被跟踪对象是颅骨并且生成三角形网格920来表示颅骨表面的一些实施例中，可以通过将三角形网格的顶点插值到均匀网格上来生成参考点云930。一旦已经计算出参考点云930和估计的点云910，最后的步骤(图9所示)就是将它们配准在一起940。在一些实施例中，本领域中已知的刚性点云配准方法用于将参考点云930和估计的点云910配准在一起。此种配准940的结果是估计的点云相对于参考点云的6自由度相对位置和取向。在一个实施例中，如果参考点云表示辐射外科手术过程中的标称治疗位置，则与估计的点云进行配准给出颅骨相对于标称治疗位置的6自由度当前位置。在图9D中，示出两个估计的点云(在颅骨的每一侧上有一个，910和911)。如图12C和图12D中所示，这些表示其中存在两个力感测矩阵阵列(例如在病人头部的每一侧上有一个)的实施例。为了进行配准，将来自两个相应的传感器阵列中的每个传感器阵列的估计的点云910和911组合为一个刚性云，并将所得到的组合云与参考云930进行配准，以计算头部相对于传感器阵列的6自由度位置。
图10A-图10D示出用于使用力感测元件来确定目标对象(例如，接口构件)在3D空间中的6自由度位置和取向的控制点匹配(CPM)方法。在CPM中，被跟踪的目标对象1000具有离散的突起的凸块1001或“控制点”，这些突起的凸块1001或“控制点”以在阵列力“图像”1010上产生易于检测的峰值1011的方式激活力感测阵列的元件。在一些实施例中，被跟踪对象的控制点1001以几何上已知的图案(诸如，图10A中所示的图案)布置。出于跟踪患者的解剖结构的目的，可以以安全的方式将被跟踪的CPM对象到患者。例如，为了在颅辐射外科手术中跟踪颅骨，具有如图10A中所示的接触几何形状的对象1000可以被固定到患者头部1025的后侧，同时搁置在平坦的力感测阵列1020上，如图10B中所示。如先前所解释，力传感器阵列1020优选地具有置于其上的可变形材料，以在被跟踪对象1000与力传感器元件之间提供顺应性的耦合。图10C示出具有与被跟踪对象1001上的九个控制点对应的九个离散的激活区域1011的力传感器阵列图像1010。力传感器阵列1020的XY平面中的每个激活区域的控制点像素可以通过以下操作来找到：从背景分割出相应的激活区域，随后将每个区域内的控制点像素指定为区域内的像素的几何平均值、加权平均值、峰值力像素或其他。可以基于每个激活区域内的力大小来分配3D控制点的Z坐标(离开力传感器阵列平面)。想法是，传感器阵列与被跟踪对象的突出的凸块之间的可变形材料将基于每个突出的凸块下的材料形变的量(对应于每个凸块的Z坐标)在传感器阵列上施加力。如图10D中所示，一旦每个当前控制点的3D坐标被确定(即1030)，这些3D坐标就可被绘制在3D空间中。随后，可将这些点与参考点集合进行配准(即1032)，这可以基于已知的先验控制点几何形状(如果需要在绝对3D空间中进行跟踪)，或者替代地基于先前的跟踪时间所测得的控制点(如果需要相对跟踪)。控制点配准可以使用本领域已知的方法(诸如，霍恩方法(Horn’s Method))或任何合适的方法继续进行。控制点配准的结果是一组最佳拟合点1031和6自由度转换，该6自由度转换将当前测得的3D控制点1030与参考点1032(根据先验几何或先前测得的控制点)关联起来，并且进而表示被跟踪对象1000的6自由度位置和取向。
图11A图示出CPM的一种形式，其中，控制点凸块中的每一个由独特形状凸起的突起1105和1111组成，这些突起例如利用如头部装置1100之类的紧密配合的游泳帽被穿戴在患者的后脑部1101上。图11B示出了在头部装置样品横截面1110上的独特形状凸起的突起1111的特写横截面。在这种场景中，独特形状凸起的突起1105将在力感测矩阵上形成不同的压力图案，如图2和图10中所示，并且每个压力分布的中心可以被认为是单个控制点。头部的移动将在力感测矩阵上产生不同的压力图案，该压力图案唯一地限定新的头部位置。在图11C中示出了与CPM类似的方式，其中代替于每个控制点突起具有不同的形状，所有突起1120具有相同的形状，但是它们的相对间隔是唯一的，并且对患者的头部相对于力感测阵列的唯一位置进行编码。图11A-图11C中示出的这些方式可在如图2中所描述的模式A或模式B的情境内使用。
图12A-12G展示传感器阵列和头枕的不同配置的示例。图12A示出在任选的弹性材料1205和头部1201下方的平坦传感器阵列1206。图12B示出处于弯曲构型的、头部211下方的柔性传感器阵列1216，具有任选的***的弹性材料1215。图12C示出了置于头部1221的2个大致对角线侧的下方的两个阵列1225，具有任选的***的弹性材料1225。图12D示出在头部前方和头部1231的背侧的传感器或传感器阵列1235，具有任选的***的弹性材料1236。图12E示出了搁置在线性运动平台1243上的传感器1246和任选的***的弹性材料1245，而头部1241由头枕1242横向地或周向地支撑。图12F示出了位于头部1251下方的6自由度的可移动支撑件1253(诸如，Gough-Stewart平台)上的传感器1255，具有任选的***的弹性材料1356，头部1251以其他方式由侧向或周向头枕1252支撑。可移动支撑件1263在图12G中被示出为处于部分压缩的位置，头部1261、头枕1262、传感器1265以及任选的***的弹性材料1265也是如此。
贯穿本申请，每当对6自由度跟踪或定位进行引用时，都可以假定在通用方法、设备和所描述的实施例下也可实现对少于6自由度(例如，3自由度或4自由度)的跟踪或定位。此外，如果多个连接的刚形主体被跟踪或可变形主体被跟踪，则对多于6自由度的跟踪也可以是可能的。
要领会，本文中所描述的方法和过程可以被具体化在本文中所描述的跟踪***的计算单元中的处理器的有形存储器上所记录的可编程指令中。此类跟踪***可以与任何相关联的辐射治疗***的计算单元分离，或者并入到计算单元内。要进一步领会，本文中所描述的方法和过程可以自动地执行，或者某些步骤可以根据需要响应于来自临床医生或外科医生的输入命令来执行。
还应当注意，尽管本申请中讨论的大多数场景涉及出于立体定向辐射外科手术目的对患者的头部的跟踪和定位，但所公开的方法和设备还实现了其他医疗和非医疗定位和跟踪应用，包括计算机化图像引导的外科手术***、其他图像引导***、机器人医疗设备和立体定向定位***。
尽管已经通过示例的方式并且为了清楚地理解而对示例性实施例进行了详细描述，但是本领域技术人员将认识到可以采用各种修改、改编、和改变。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求书限制。
在前述说明书中，参照其特定实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将会认识到本发明并不局限于此。上述发明的各种特征、实施例和方面可以单独使用或者共同使用。进一步地，可以在超出本文中所描述的环境和应用的任何数量的环境和应用中利用本发明，而不背离说明书的更广泛的精神和范围。因此，本说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。将认识到，如本文中所使用的术语“包括(comprising)”、“包括(including)”以及“具有”具体旨在被理解为本领域的开放性术语。

Claims (57)

1.一种跟踪身体的刚性部分的动作以供进行医疗治疗的方法，所述方法包括：
从一个或多个力传感器确定力或压力分布，所述一个或多个力传感器与患者的身体的、具有目标组织的部分直接或间接地对接；
通过检测利用所述一个或多个力传感器检测到的所述力或压力分布的改变来确定从所述患者的身体的所述部分的初始位置的改变，在所述初始位置中，所述目标组织与来自辐射外科手术***的辐射治疗射束对准；
确定所述患者的身体的、具有所述目标组织的所述部分的经更新的位置；以及
使所述医疗治疗射束与处于所述经更新的位置的所述目标组织重新对准。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述医疗治疗是辐射的立体定向递送。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个传感器包括以下各项中的任一项或以下各项的任何组合：
压电传感器、电阻传感器、电容传感器、光学传感器、气动传感器、以及液压传感器。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个传感器包括多个力传感器。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述多个力传感器被布置在阵列中，所述阵列设置于所述患者的身体的所述部分下方或设置成至少部分地在所述患者的身体的所述部分周围延伸。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述多个力传感器通过接口构件与所述患者的身体的所述部分接合，所述接口构件在所述接口构件上的已知位置处具有一个或多个预先定义的形状的特征以改善由所述一个或多个传感器对力的检测。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个传感器包括在治疗面罩与患者支撑件之间延伸的至少一个应变仪。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述应变仪由惠斯通四分之一桥电路电气地支持，以使得输出电压指示与从所述初始位置的改变相对应的所述应变仪的形变。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述患者的身体的所述部分是所述患者的头部。
10.如权利要求1所述的方法，其中，使辐射治疗射束重新对准包括调整所述辐射治疗射束的轨迹或调整患者支撑件。
11.如权利要求1所述的方法，其中，检测力或压力分布的改变包括所述检测超出预先定义的阈值。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：
输出通知，所述通知指示从所述患者的身体的所述部分的所述初始位置的改变。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述多个力传感器被布置在阵列中并且被并入支撑所述患者身体的所述部分的衬垫内。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个传感器包括在治疗面罩与患者支撑件之间延伸的至少一个应变仪。
15.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述患者的所述部分的经更新的位置利用所述辐射外科手术***本机的成像过程。
16.如权利要求15所述的方法，其中，确定所述的所述经更新的位置包括获得与数字重建射线照相(DRR)图像匹配的射线照相图像。
17.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述患者的身体的所述部分的所述经更新的位置至少部分地基于来自设置于阵列内的多个力传感器的检测输出。
18.如权利要求17所述的方法，其中，确定所述经更新的位置进一步包括：基于来自所述多个力传感器中的每个力传感器的力大小的输出来确定所述患者的所述部分的位置和取向。
19.如权利要求18所述的方法，其中，确定所述经更新的位置进一步基于所述阵列内的所述多个传感器的相对位置。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述多个力传感器的所述阵列被并入可变形材料内或被设置于所述可变形材料上，并且其中，确定所述经更新的位置进一步基于所述可变形材料的材料属性。
21.如权利要求20所述的方法，其中，确定所述经更新的位置利用力学模型，所述力学模型根据所述力传感器的输出、所述阵列内的所述传感器的所述相对位置、以及所述可变形材料的所述材料属性。
22.如权利要求17所述的方法，其中，确定所述经更新的位置包括执行数字重建力匹配(DRFM)过程，所述数字重建力匹配(DRFM)过程包括：
从所述一个或多个传感器获得当前力输出或压力分布；
将所述当前力输出或压力分布与预先定义的力输出或压力分布进行比较，所述预先定义的力输出或压力分布与所述患者的所述部分的多个不同位置和取向相对应；以及
基于所述比较来确定所述患者的所述部分的当前位置和取向。
23.如权利要求17所述的方法，其中，确定所述经更新的位置包括执行点云匹配(PCM)过程，所述点云匹配(PCM)过程包括：
基于来自所述一个或多个力传感器的当前输出生成所述患者的所述部分的估计表面的3D点云；
确定所述患者身体的所述部分的参考点云；以及
将所估计的点云与所述参考点云配准在一起，以确定所述患者的身体的所述部分的6自由度当前位置和取向。
24.如权利要求17所述的方法，其中，确定所述经更新的位置包括执行控制点匹配(CPM)过程，所述控制点匹配(CPM)过程包括：
根据所述多个传感器的力输出确定力图像，以使得每个传感器与所述力图像的像素相对应；以及
基于预先定义的控制几何形状将所述图像与参考点集合进行配准，以确定所述患者的所述部分的当前位置和取向。
25.如权利要求17所述的方法，其中，所述患者的身体的所述部分包括所述患者的头部，并且所述多个力传感器包括以下各项中的任一项或以下各项的任何组合：
所述患者的头部的部分下方的基本上平坦的传感器阵列；
柔性传感器阵列，所述柔性传感器阵列是充分柔性的以在所述患者的头部搁置在所述柔性传感器阵列上时适应所述患者的头部的弯曲；
沿所述头部的对角线侧放置的至少两个阵列；
沿所述头部的前部和所述头部的背侧放置的至少两个阵列；
在传感器阵列与所述头部之间具有***的弹性材料的传感器阵列；
搁置在线性运动平台上的传感器阵列；
设置于能移动的支撑件上的传感器阵列；以及
设置于能压缩的支撑件上的传感器阵列。
26.一种用于跟踪目标组织以供进行辐射治疗的运动跟踪***，所述***包括：
一个或多个力传感器，所述一个或多个力传感器被布置成用于检测与患者的身体的、具有所述目标组织的部分的位置或移动相关联的力或压力分布，
处理器，所述处理器具有存储器，所述存储器具有记录于其上的可编程指令，所述指令被配置成用于实现：
通过利用一个或多个力传感器检测所述力或压力分布的改变来确定从所述患者的身体的部分的初始位置的改变，在所述初始位置中，所述目标组织与来自辐射外科手术***的辐射治疗射束对准；
确定所述患者的身体的、具有所述目标组织的所述部分的经更新的位置；以及
使所述辐射治疗射束与处于所述经更新的位置的所述目标组织重新对准。
27.如权利要求26所述的***，其中，所述一个或多个传感器包括以下各项中的任一项或以下各项的任何组合：
压电传感器、电阻传感器、电容传感器、光学传感器、气动传感器、以及液压传感器。
28.如权利要求26所述的***，其中，所述一个或多个传感器包括多个力传感器。
29.如权利要求28所述的***，其中，所述多个力传感器被布置在阵列中并且被并入支撑所述患者身体的所述部分的衬垫内。
30.如权利要求26所述的***，其中，所述一个或多个传感器包括在治疗面罩与患者支撑件之间延伸的至少一个应变仪。
31.如权利要求30所述的***，其中，所述应变仪由惠斯通四分之一桥电路电气地支持，以使得输出电压指示与从所述初始位置的改变相对应的所述应变仪的形变。
32.如权利要求26所述的***，其中，所述处理器进一步被配置成使得使辐射治疗射束重新对准包括：命令一个或多个致动器移动，所述一个或多个致动器调整所述辐射治疗射束的轨迹、患者支撑件、或所述辐射治疗射束的轨迹和患者支撑件两者。
33.如权利要求26所述的***，其中，检测力或压力分布的改变包括超出预先定义的阈值。
34.如权利要求33所述的***，进一步包括：
输出通知，所述通知指示从所述患者的身体的所述部分的所述初始位置的改变。
35.如权利要求33所述的***，其中，所述多个力传感器被布置在阵列中并且被并入支撑所述患者身体的所述部分的衬垫内。
36.如权利要求33所述的***，其中，所述一个或多个传感器包括在治疗面罩与患者支撑件之间延伸的至少一个应变仪。
37.如权利要求26所述的***，其中，确定所述患者的所述部分的所述经更新的位置利用所述辐射外科手术***本机的成像过程。
38.如权利要求37所述的***，其中，确定所述成像过程包括获得与数字重建射线照相(DRR)图像匹配的射线照相图像。
39.如权利要求26所述的***，其中，所述处理器进一步被配置成用于：
至少部分地基于来自多个力传感器的检测输出来确定所述患者的身体的、具有所述目标组织的所述部分的所述经更新的位置。
40.如权利要求39所述的***，其中，所述处理进一步被配置成用于：
通过以下操作确定所述经更新的位置：基于来自所述多个力传感器中的每个力传感器的力大小的输出来确定所述患者的所述部分的位置和取向。
41.如权利要求40所述的***，其中，所述多个传感器被设置于阵列内，并且所述处理器进一步被配置成用于：
进一步基于所述阵列内的所述多个传感器的相应位置来确定所述经更新的位置。
42.如权利要求41所述的***，其中，所述多个力传感器的所述阵列被并入可变形材料内或被设置于所述可变形材料上，并且所述处理器被配置成用于：
基于所述可变形材料的材料属性来确定所述经更新的位置。
43.如权利要求42所述的***，其中，所述处理器进一步被配置成用于：
通过利用力学模型来确定所述经更新的位置，所述力学模型根据所述力传感器的输出、所述阵列内的所述传感器的所述相对位置、以及所述可变形材料的所述材料属性。
44.如权利要求26所述的***，其中，所述处理器被配置成用于通过执行数字重建力匹配(DRFM)过程来确定所述经更新的位置，所述数字重建力匹配(DRFM)过程包括：
从所述一个或多个传感器获得当前力输出或压力分布；
将所述力输出或压力分布与所述***的处理器的存储上所存储的、对应于所述患者的所述部分的多个不同位置和取向的力输出或压力分布进行比较；以及
基于所述比较来确定所述患者的所述部分的当前位置和取向。
45.如权利要求26所述的***，其中，所述处理器进一步被配置成用于通过执行点云匹配(PCM)过程来确定所述经更新的位置，所述点云匹配(PCM)过程包括：
基于来自所述一个或多个力传感器的当前输出来生成所述患者的所述部分的估计表面的3D点云；
确定所述患者身体的所述部分的参考点云；以及
将所估计的点云与所述参考点云配准在一起，以确定所述患者的身体的所述部分的6自由度当前位置和取向。
46.如权利要求26所述的***，其中，所述处理器进一步被配置成用于通过执行控制点匹配(CPM)过程来确定所述经更新的位置，所述控制点匹配(CPM)过程包括：
从所述多个传感器的力输出确定力图像，以使得每个传感器与所述力图像的像素相对应；以及
基于预先定义的控制几何形状将所述图像与参考点集合进行配准，以确定所述患者的所述部分的当前位置和取向。
47.如权利要求46所述的***，进一步包括接口构件，所述接口构件被配置成设置于所述患者的头部与所述多个传感器之间，所述接口构件在已知位置处具有多个预先定义的形状的特征，以改善由所述多个传感器对力的检测，从而提供所述力图像的改善的分辨率。
48.如权利要求47所述的***，其中，所述预先定义的形状的特征是从所述接口构件突出且在阵列内以规律的间隔被设置于所述阵列内的基本上刚性的或半刚性的特征。
49.如权利要求26所述的***，其中，所述多个力传感器包括以下各项中的任一项或以下各项的任何组合：
所述患者的头部的部分下方的基本上平坦的传感器阵列；
柔性传感器阵列，所述柔性传感器阵列是充分柔性的以在所述患者的头部搁置在所述柔性传感器阵列上时适应所述患者的头部的弯曲；
沿所述头部的对角线侧放置的至少两个阵列；
沿所述头部的前部和所述头部的背侧放置的至少两个阵列；
在传感器阵列与所述头部之间具有***的弹性材料的传感器阵列；
搁置在线性运动平台上的传感器阵列；
设置于能移动的支撑件上的传感器阵列；以及
设置于能压缩的支撑件上的传感器阵列。
50.一种用于跟踪目标组织的移动以供进行辐射治疗的运动跟踪***，所述***包括：
用于检测所述患者的、具有所述目标组织的部分的移动的装置；
提示治疗***对所述患者的所述部分的位置进行***；以及
控制致动器设备调整治疗的轨迹或调整所述患者的位置，以使所述目标组织与辐射外科手术射束对准。
51.一种用于促进利用辐射外科手术***进行辐射外科手术治疗的位置检测***，所述位置检测***包括：
计算装置，所述计算装置具有记录于其上的可编程指令，所述可编程指令被配置成用于实时地确定患者的身体的、具有目标组织的部分的位置；
用于检测并存储所述患者的身体的所述部分的给定位置的装置；
用于检测所述患者的身体的所述部分的当前位置的装置；
用于检测所述患者的身体的所述部分的位置的改变的装置；
用于计算由所述辐射外科手术***的一个或多个致动器设备提供的补偿性改变以补偿检测到的位置改变的装置；以及
用于在所述一个或多个致动器设备内致动所述补偿性改变的装置。
52.一种用于跟踪对象的位置或移动以供进行在过程期间需要对所述对象的精确定位的所述过程的***，所述***包括：
用于检测所述对象的位置或移动的装置；
提示所述***对所述对象的位置进行***；以及
控制致动器设备调整所述过程的对准或调整所述对象的位置，以补偿检测到的移动或位置改变。
53.如权利要求52所述的***，其中，所述对象是患者的头部，并且所述过程是医疗过程。
54.如权利要求52所述的***，其中，所述过程是非医疗的。
55.一种用于跟踪对象的位置或移动以供进行在过程期间需要对所述对象的精确定位的所述过程的方法，所述方法包括：
从一个或多个力传感器确定力或压力分布，所述一个或多个力传感器与所述对象直接或间接地对接；
确定从所述对象的初始位置的改变，在所述初始位置中，所述对象在所述过程期间是精确定位的；
确定所述对象的经更新的位置；以及
使所述对象重新对准，以补偿检测到的改变。
56.如权利要求55所述的方法，其中，所述对象是患者的头部，并且所述过程是医疗过程。
57.如权利要求55所述的方法，其中，所述过程是非医疗的。
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