CN116266369A - 确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域的技术 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域的方法。该方法由至少一个处理器执行并且包括针对至少一个手术设备中的每一个手术设备获得指示其一个或多个姿势的信息。该方法还包括基于一个或多个姿势来选择患者身体的至少一个解剖元素。该方法还包括基于所选择的至少一个解剖元素来确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域。还公开了装置、***和计算机程序产品。

Description

确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域的技术
技术领域
本公开总体上涉及医学成像。具体地，本公开涉及一种用于确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域的方法以及相关联的装置、***和计算机程序产品。
背景技术
许多临床过程依赖于患者身体的医学图像数据。这样的医学图像数据可以包括例如计算机断层摄影CT图像数据、磁共振MR图像数据或X射线图像数据。医生可以使用医学图像数据进行诊断，并且外科医生可以使用医学图像数据来计划和验证医疗植入物在患者身体中的放置。
依赖医学图像数据的另一领域是手术导航。手术导航通常为用户(例如，外科医生或手术机器人)提供信息，指导用户将跟踪手术器械或跟踪医疗植入物相对于患者身体放置的位置。这样的信息可以与患者的医学图像数据重叠被可视化。
所有上述和其他临床过程都需要获取患者身体或其一部分的医学图像数据。在一些已知的解决方案中，为了获得医学图像数据而要由医学图像采集设备成像的区域或容积被选择为尽可能大。虽然这可能会产生表示患者身体的大部分或甚至所有部分的图像数据，但这些解决方案中所需的成像过程可能非常耗时，并且在基于X射线的成像技术的情况下，可能导致工作人员和患者受到大量辐射。
发明内容
需要一种解决上述或其他问题中的一个或多个的技术。
根据第一方面，提供了一种用于确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域的方法。该方法由至少一个处理器执行并且包括针对至少一个手术设备中的每一个手术设备获得指示其一个或多个姿势的信息。该方法包括基于一个或多个姿势来选择患者身体的至少一个解剖元素。该方法还包括基于所选择的至少一个解剖元素来确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域。
该方法可以是计算机实现的方法。具体地，该方法可以由包括云计算资源的计算机***的一个或多个处理器执行。
医学图像采集设备可以是磁共振MR成像设备、计算机断层摄影CT成像设备或X射线成像设备。在一些变型中，扫描区域可以是要由医学图像采集设备成像的唯一区域。扫描区域可以是二维或三维的。医学图像采集设备可以被配置为采集或生成二维或三维医学图像数据。
根据本公开，“姿势”可以是位置和取向中的至少一个，例如位置和取向的组合。姿势可以由(例如，两个或)三个空间坐标和(例如，两个或)三个旋转参数来表示或定义，例如以矩阵的形式。
至少一个解剖元素可以是患者身体的(例如，连续或均匀的)容积(volume)，其具有选自预定义的物理特性和预定义的生物学特性中的至少一种特性。
可以基于患者身体的至少一部分的先前获取的医学图像数据来选择至少一个解剖元素。所述一部分可以包括至少一个解剖元素。
至少一个解剖元素可以从在先前获取的医学图像数据中标识的一个或多个解剖元素中选择。可以使用一种或多种(例如，基于图集的)图像分割或对象识别算法来标识一个或多个解剖元素。
每个姿势可以指示相应的手术设备具有与要选择的至少一个解剖元素的关联关系，例如接触要选择的至少一个解剖元素、至少部分地延伸到要选择的至少一个解剖元素中或与要选择的至少一个解剖元素对准。
在第一变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括所选择的至少一个解剖元素。扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括(a)所选择的至少一个解剖元素和(b)围绕所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。
在第二变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域排除所选择的至少一个解剖元素。扫描区域可以被确定为使得扫描区域排除(a)所选择的至少一个解剖元素和(b)围绕所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。
在第三变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括所选择的至少一个解剖元素的第一集合并且排除所选择的至少一个解剖元素的第二集合。扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括(a)第一集合的解剖元素和(b)围绕第一集合的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。备选地或附加地，扫描区域可以被确定为使得扫描区域排除(a)第二集合的解剖元素和(b)围绕第二集合的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。第一集合和第二集合可以各自包括所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素。所选择的解剖元素中的哪些要包括在第一集合中以及哪些要包括在第二集合中的标准可以是预定义的或用户定义的。所选择的至少一个解剖元素中的每一个解剖元素可以基于相应的解剖元素的关联类型、关联辐射防护程度以及关联成像相关性程度中的至少一个被分类到第一集合或第二集合中。所选择的至少一个解剖元素中的每一个解剖元素可以基于其姿势被用于选择相应的解剖元素的手术设备的关联成像相关性程度或图像障碍被分类到第一集合或第二集合中。
至少一个区域可以具有均匀或恒定并且可选的预定义的厚度。
扫描区域可以被确定为对应于、包括或包含至少一个或恰好一个虚拟边界框，该虚拟边界框包围所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个(例如，所有)解剖元素。(例如，至少一个)虚拟边界框可以具有预定形状。(例如，至少一个)虚拟边界框可以在恰好(例如，仅)一个、恰好两个或恰好三个空间维度上具有预定大小。至少一个虚拟边界框中的每一个虚拟边界框可以包围相应的所选择的解剖元素，使得(i)虚拟边界框与(ii)所选择的解剖元素或围绕所选择的解剖元素的区域之间的容积满足一个或多个预定标准。一个或多个预定标准可以包括以下中的至少一项：最大容积大小、最大延伸或虚拟边界框与所选择的解剖元素之间的距离、以及预定外表面形状或大小。
扫描区域(例如，每个虚拟边界框)可以被确定为满足选自以下中的一个或多个约束：医学图像采集设备的移动范围、医学图像采集设备的空间成像范围、支撑患者身体或其一部分的患者支架的移动范围、以及医学图像采集设备的视野。
扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括要由医学图像采集设备单独成像的多个子区域。每个子区域可以被确定为满足一个或多个约束。每个子区域可以对应于不同的虚拟边界框。
该方法还可以包括触发扫描区域的指示的可视化(例如，在显示装置上)。可视化可以包括多个子区域中的一个或多个子区域的指示(例如，每个子区域的单独或可区分的指示)。
该方法还可以包括获得指示扫描区域的改变的用户输入，以及基于用户输入来更新扫描区域。更新扫描区域可以触发扫描区域的指示的可视化的更新。
该方法还可以包括指示医学图像采集设备(例如，仅或排他地)对扫描区域进行成像。指示医学图像采集设备对扫描区域进行成像可以触发(例如)支撑患者身体或其一部分的患者支架的移动。指示医学图像采集设备对扫描区域进行成像可以在成像之前触发(例如)患者支架的移动。备选地或附加地，指示医学图像采集设备对扫描区域进行成像可以在成像期间触发(例如)患者支架的移动。指示医学图像采集设备对扫描区域进行成像可以触发由医学图像采集设备对多个子区域中的每一个子区域的单独医学图像数据(例如，单独CT图像数据或单独x射线图像数据)的采集。
一个或多个姿势中的至少一个姿势可以基于计划数据来获得，所述计划数据指示相对于患者身体的一部分的先前获取的医学图像数据的至少一个姿势。在这种情况下，可以相对于先前获取的医学图像数据来定义至少一个姿势。可以在先前获取的医学图像数据的坐标系中定义至少一个姿势。至少一个姿势可以是计划姿势。
备选地或附加地，一个或多个姿势中的至少一个姿势可以基于跟踪数据来获得，所述跟踪数据指示相对于患者身体的至少一个姿势。在这种情况下，可以相对于患者来定义至少一个姿势。可以在(例如，手术)跟踪***的坐标系中定义至少一个姿势。至少一个姿势可以是跟踪姿势。
至少一个解剖元素中的每一个解剖元素可以是骨骼，诸如椎骨。至少一个手术设备可以包括或者是选自(i)手术器械和(ii)医疗植入物中的至少一个设备。至少一个手术设备可以包括不同类型的手术器械。备选地或附加地，至少一个手术设备可以包括不同类型的医疗植入物。
根据第一方面的方法可以是计算机实现的方法。第一方面的方法可以不包括需要与人或动物的身体大量交互的步骤。例如，第一步骤的方法当以所需的谨慎和技能执行时，可能并不意味着实质的健康风险。第一方面的方法可以不包括手术步骤。
根据第二方面，提供了一种装置。该装置包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个存储器包含或存储指令，该指令在由至少一个处理器执行时，使至少一个处理器：针对至少一个手术设备中的每一个手术设备获得指示其一个或多个姿势的信息；基于该一个或多个姿势来选择患者身体的至少一个解剖元素；以及基于所选择的至少一个解剖元素来确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域。至少一个存储器可以包含或存储指令，该指令在由至少一个处理器执行时，使至少一个处理器执行根据第一方面的方法。该装置可以被配置为执行根据第一方面的方法。
根据第三方面，提供了一种***。该***包括根据第二方面的装置。该***可以包括医学图像采集设备。该***还可以包括本文所述的患者支架。该***还可以包括至少一个手术设备中的一个或多个手术设备。该***还可以包括被配置为显示可视化的显示装置。该***还可以包括被配置为生成跟踪数据的(例如，光学或电磁)跟踪***。该***可以被称为医学成像***。
根据第四方面，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括程序代码部分，程序代码部分用于当在一个或多个处理器上执行计算机程序产品时执行根据第一方面的方法。计算机程序产品可以存储在一个或多个(例如，非暂时性)计算机存储介质上。计算机程序产品可以由数据流携带。计算机程序产品可以存储在根据第二方面的装置的至少一个存储器上。
附图说明
根据以下结合附图的实施例，本公开的进一步细节、优点和方面将变得显而易见，其中：
图1示出了根据本公开的医学成像***；
图2示出了根据本公开的方法；以及
图3示出了根据本公开的示例性扫描区域。
具体实施方式
在下面的描述中，将参照附图说明医学成像***、方法、装置和计算机程序产品的示例性实施例。相同的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。
图1示出了根据本公开的医学成像***100。成像***100包括装置2，其中装置2包括至少一个处理器4和至少一个存储器6。在所示示例中，装置2还包括接口8。
医学成像***100还包括医学图像采集设备10。医学图像采集设备10可以是计算机断层摄影CT扫描仪(例如，包括C形臂或包括用于***患者的通孔的机架)或磁共振MR扫描仪。医学图像采集设备10可以是被配置为用于投影射线照相的x射线装置。
在所示示例中，并且仅出于说明目的，医学图像采集设备10是包括C形臂12的CT扫描仪。X射线发射器14和X射线检测器16附接到C形臂12的相对端。C形臂12是围绕中心点18可旋转的。医学图像采集设备10可以经由接口8通信地(例如，无线地或经由有线连接)耦合到装置2。响应于接收到(例如，来自装置2的)对应的指令或触发信号，医学图像采集设备10可以是可移动的(例如，相对于患者的身体或手术室)。例如在围绕中心点18旋转期间，图像采集设备10可以至少沿患者身体的上下方向移动(例如，以生成螺旋CT图像数据)。
医学成像***100还可以包括光学跟踪***20。光学跟踪***20可以包括选自一个或多个深度传感器、飞行时间相机和立体相机中的至少一个主动传感器。由光学跟踪***20获取的信号可以被发送到跟踪***20的处理器，或者发送到装置2的处理器4。处理器(例如，处理器4)可以被配置为检测光学***22的姿势(例如，位置和取向中的至少一个)。在所示示例中，光学***22包括四个跟踪标记24，但其他标记数量和标记变型也是可以的。
光学***22附接到手术器械26。通过检测光学***22的姿势，可以基于***22与手术器械26之间的已知空间关系来确定手术器械26的姿势。可以在光学跟踪***20的坐标系中(例如，在六个自由度DOF中)确定该示例中的手术器械26的姿势。另一光学***(也被称为患者***)可以相对于患者身体28是固定的，并使用光学跟踪***20进行定位。可以确定患者身体28的(例如，一部分的)先前获取的医学图像数据的坐标系与跟踪***20的坐标系中的另一光学***的姿势之间的变换。这种变换也可以被称为“配准”。这允许确定手术器械26相对于患者身体28的先前获取的医学图像数据的姿势。
对于光学跟踪***20备选地或附加地，***100可以包括电磁跟踪***30。电磁跟踪***30包括电磁场发生器32。被配置为检测电磁场的传感器(例如，包括一组检测线圈)可以附接到手术器械34。由传感器获取并表示由传感器检测到的电磁场的信号可以被发送到跟踪***30的处理器，或者发送到装置2的处理器4。处理器(例如，处理器4)可以被配置为基于信号来确定手术器械34的姿势。另一传感器可以附接到相对于患者身体固定的(例如所述)患者***，并且可以使用电磁跟踪***30进行定位。可以确定患者身体28的(例如，一部分的)先前获取的医学图像数据的坐标系与跟踪***30的坐标系中的患者***的姿势之间的变换。同样，这种转换可以被称为“配准”这允许确定手术器械34相对于患者身体28的先前获取的医学图像数据的姿势。
可以使用其他跟踪***作为光学跟踪***20和电磁跟踪***30的补充或替代。例如，可以使用超声波跟踪***。确定一方面患者身体的先前获取的(例如，现有的、预先获取的或存储的)医学图像数据与另一方面使用(例如，光学或电磁)跟踪***的患者身体或患者***之间的配准的多种技术对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
患者身体28的至少一部分可以由患者支架36(诸如患者卧榻)支撑。患者支架36可以经由接口8通信地耦合到装置2。患者支架36可以被配置为在接收到(例如，来自装置2的)对应的触发信号时移动患者身体。医学图像采集设备10可以(例如，经由接口8或直接)通信地耦合(例如，连接)到患者支架36。患者支架36可以例如通过经由通信连接与医学图像采集设备10接收、发送或交换移动信息或移动指令，与医学图像采集设备10同步移动。患者支架36可以被配置为在三个空间方向上移动患者身体。患者支架36可以由一个或多个移动电机38移动。一个或多个移动电极38可以布置在患者支架36的底座40中。例如，当C形臂12围绕中心点18旋转时，患者支架36可以在上下方向上移动患者。这可以产生螺旋CT图像数据。患者支架36和图像采集设备10的同步或协调移动允许对大量潜在扫描区域进行成像。潜在扫描区域的形状和大小可以由患者支架36和图像采集设备10造成的移动约束来定义。
装置2可以通信地耦合到显示装置40。显示装置40可以被配置为在接收到从装置2接收到的对应的指令或触发时显示可视化。显示装置40可以是独立显示屏、导航***(例如，包括跟踪***20或跟踪***30)的集成显示屏或增强现实设备ARD的显示器(例如头戴式显示器HMD)。在另一变型中，显示装置40是投影仪，其被配置为将可视化投影到表面上(例如，患者身体28的表面上)。
医学成像***100包括装置2和医学图像采集设备10。医学成像***还可以包括患者支架36。图1所示的其他组件可以是或可以不是医学成像***100的一部分。
图2示出了根据本公开的方法。该方法可以是计算机实现的方法。换句话说，该方法的所有步骤可以由一个或多个处理器执行。该方法可以由装置2的至少一个处理器4执行。至少一个存储器6可以存储指令，该指令在由至少一个处理器4执行时使至少一个处理器4执行该方法。要注意的是，该方法可以由多个(例如，分布式、远程或云)处理器执行。这些处理器中的一个或多个可以包括在跟踪***20、跟踪***30、医学图像数据采集设备10、患者支架36或显示装置40中。
该方法包括步骤204。在步骤204中，针对至少一个手术设备中的每一个手术设备，获得指示其一个或多个姿势的信息。在要考虑单个手术设备的情况下，获得指示单个手术设备的一个或多个姿势的信息。在要考虑多个手术设备的情况下，获得指示多个手术设备中的每一个手术设备的一个或多个姿势的信息。
至少一个手术设备可以包括手术器械(例如，手术器械22和/或34)。这种手术器械可以是指示器、凿子、导钻器、钻头、克氏针、螺丝刀等。
备选地或附加地，至少一个手术设备可以包括医疗植入物。这种医疗植入物可以是手术螺钉(例如，椎弓根螺钉)、椎体间植入物(例如，脊椎笼)、脊柱杆、接骨板等。
至少一个手术设备可以仅由一个手术器械组成或由多个手术器械组成。备选地，至少一个手术设备可以仅由一个医疗植入物组成或由多个医疗植入物组成。
一个或多个姿势中的至少一个姿势可以基于计划数据来获得。这样的姿势可以被称为计划姿势。计划数据可以指示相对于患者身体的(例如，一部分的)先前获取的医学图像数据的至少一个(例如，计划)姿势。可以在先前获取的医学图像数据的坐标系中定义计划姿势。
可以基于用户输入来生成计划数据。可以基于指示先前获取的医学图像数据中的(例如，虚拟)手术设备的姿势的用户输入来确定或定义计划姿势。例如，外科医生可以在先前获取的医学图像数据中定义(例如，虚拟)椎弓根螺钉的位置和取向，并且该位置和取向可以用作由计划数据指示的计划姿势。作为另一示例，外科医生可以在由医学图像数据表示的骨骼中定义钻头的轨迹。在这种情况下，轨迹在先前获取的医学图像数据的坐标系中定义钻头的至少四个自由度作为计划姿势。
备选地或附加地，可以基于先前获取的医学图像数据来确定计划数据。例如，可以(例如，由处理器4)分析先前获取的医学图像数据以例如在先前获取的医学图像数据的坐标系中检测手术设备并确定其姿势(例如，使用对象识别)。如此确定的姿势然后可以由计划数据指示并且可以被称为计划姿势。
可以基于跟踪数据来获得一个或多个姿势中的至少一个姿势。这样的姿势可以被称为跟踪姿势。跟踪数据可以指示相对于患者身体或患者***的至少一个姿势(例如，跟踪姿势)。跟踪数据可以从跟踪***(例如，跟踪***20或跟踪***30)获得。跟踪姿势可以在跟踪***(例如，跟踪***20或跟踪***30)的坐标系中定义。跟踪姿势可以相对于患者***并因此相对于患者身体28的检测姿势来定义。例如，外科医生可以将螺丝刀定位成相对于患者身体的姿势，外科医生稍后打算使用哪个姿势***椎弓根螺钉，或者外科医生之前使用哪个姿势***椎弓根螺钉。为了获取定位的螺丝刀的当前姿势作为跟踪姿势，外科医生可以另外输入用户命令到跟踪***或装置2(例如，点击装置2上的按钮、说出语音命令、踩下脚踏板或执行预定义的手势)。
总而言之，跟踪姿势与计划姿势之间的差异可以是跟踪姿势可以从跟踪数据中获得并且可以指示手术设备与相对于患者身体固定的患者***之间的空间关系，而计划姿势可以从计划数据中获得并且可以指示先前获取的医学图像与(例如，虚拟)手术设备之间的空间关系。这允许至少两个工作流来定义在步骤202中获得的姿势。外科医生可以直接在先前获取的医学图像数据中计划姿势，或者可以通过将医疗设备定位在相对于患者身体的预期姿势来定义跟踪姿势。当然，两个工作流可以结合，使得在步骤202中获得的姿势包括至少一个计划姿势和至少一个跟踪姿势。
该方法进行到步骤204。在步骤204中，基于在步骤200中获得的一个或多个姿势，(例如，自动地)选择患者身体28的至少一个解剖元素。
可以基于患者身体28的至少一部分的先前获取的医学图像数据来选择至少一个解剖元素，所述一部分包括至少一个解剖元素。至少一个解剖元素可以从在先前获取的医学图像数据中标识的一个或多个解剖元素中选择。可以使用从(例如，基于图集的)图像分割和对象识别中选择的至少一种技术在先前获取的医学图像数据中标识一个或多个解剖元素。至少一个解剖元素可以具有至少一个预定义的物理特性(例如，预定义的X射线透明度或预定义的水浓度)。至少一个解剖元素可以具有至少一个预定义的生物学特性(例如，预定义的血液浓度或预定义的组织类型)。至少一个解剖元素可以是器官或骨骼。例如，在CT图像数据的情况下，可以通过分割具有超过预定义CT骨骼阈值的亨氏(Hounsfield)值的连续容积来标识骨骼。作为另一示例，在T1加权MR图像数据的情况下，表现出低于预定义的MR骨骼阈值的强度值的连续块可以被识别为骨骼表面。标识医学图像数据中的解剖元素的其他技术可以组合使用或替代地使用。例如，可以在先前获取的医学图像数据中标识多个椎骨并且在步骤204中选择的至少一个解剖元素可以是从标识的多个椎骨中选择的椎骨。
在步骤202中获得的每个姿势可以指示相应的手术设备与要选择的至少一个解剖元素具有关联关系。例如，姿势可以指示相应的手术设备接触、至少部分地延伸到或对准要选择的至少一个解剖元素。例如，外科医生可以通过在先前获取的医学图像数据中针对两个椎弓根螺钉中的每一个椎弓根螺钉定义姿势来设置两个计划姿势，使得两个椎弓根螺钉中的每一个椎弓根螺钉延伸到不同的椎骨中。在这种情况下，可以在步骤204中选择不同椎骨中的每一个椎骨作为至少一个解剖元素。作为另一示例，外科医生可以定位跟踪指示器，使得指示器的尖端接触患者的椎骨，该椎骨要被选择。作为又一示例，外科医生可以定位跟踪钻，使得钻的纵向轴线(例如，钻轴线)与要选择的椎骨对准(例如，相交)。
该方法进行到步骤206。在步骤206中，基于所选择的至少一个解剖元素，确定要由医学图像采集设备10成像的扫描区域。
在第一变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括所选择的至少一个解剖元素。在该变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括(a)所选择的至少一个解剖元素和(b)围绕所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。
在第二变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域排除所选择的至少一个解剖元素。在该变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域排除(a)所选择的至少一个解剖元素和(b)围绕所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。
在第三变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括所选择的至少一个解剖元素的第一集合并且排除所选择的至少一个解剖元素的第二集合。第一集合和第二集合可以基于相应的所选择的解剖元素的关联类型、关联辐射防护程度和关联成像相关性程度中的至少一个来确定。例如，解剖元素可以在步骤202中被选择并且可以与类型“椎骨”相关联。在脊柱手术的情况下，椎骨的图像采集可以被认为是重要的。因此，椎骨可以被包括在第一集合中并且是扫描区域的一部分。第一集合和第二集合可以基于手术设备的关联成像相关性程度或图像障碍来确定，手术设备的姿势被用于选择相应的解剖元素。例如，由于成像伪影(例如，X射线在接骨板边缘的散射)而妨碍接骨板周围区域中的身体部分的图像质量，接骨板可以具有高度的图像障碍。在这种情况下，接骨板附接到其上的骨骼可以被包括在第二集合中，并且因此从扫描区域中排除。哪些解剖元素要包括在第一集合中以及哪些要包括在第二集合中的标准可以是预定义的或用户定义的。同样在第三变型中，扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括(a)第一集合的解剖元素和(b)围绕第一集合的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。备选地或附加地，扫描区域可以被确定为使得扫描区域排除(a)第二集合的解剖元素和(b)围绕第二集合的一个或多个解剖元素的至少一个区域的组合。
仅当在步骤204中选择的至少一个解剖元素由第一集合的解剖元素组成时，才可以选择第一变型。仅当在步骤204中选择的至少一个解剖元素由第二集合的解剖元素组成时，才可以选择第二变型。仅当在步骤204中选择的至少一个解剖元素包括第一集合的至少一个解剖元素和第二集合的至少一个解剖元素时，才可以选择第三变型。备选地，要使用这三个变型中的哪一个可以由用户预定义或定义。该方法可以包括获得选择第一变型和第二变型以及可选地第三变型中的一个的用户输入。
在所有三个变型中，至少一个区域可以围绕(例如，同一集合的)所选择的解剖元素中的全部。至少一个区域可以是(例如，同一集合的)所选择的解剖元素上的虚拟层，并且可以具有预定义且可选的均匀或恒定的厚度(例如，0.5mm、1mm、1.5mm、2mm或5mm的厚度)。例如，可以在步骤204中选择患者身体28的骨骼，并且扫描区域可以被确定为不仅包括所选择的骨骼，而且包括围绕所选择的骨骼的2mm的缓冲区或层(例如，区域)。这可以确保即使在医学图像采集设备10相对于患者身体28略微未对准的情况下也将对所选择的骨骼成像。作为另一示例，可以在步骤204中选择患者身体28的关键器官(例如，容易受到辐射损伤)，并且扫描区域可以被确定为不仅排除所选择的器官，而且排除围绕所选择的器官的5mm的安全层(例如，区域)。这可以确保即使在医学图像采集设备10相对于患者身体28未对准的情况下所选择的器官也不会在图像采集时被辐射。
扫描区域可以被确定为对应于或包括至少一个虚拟边界框，该至少一个虚拟边界框包围(例如，同一集合的)所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个(例如，所有)解剖元素。至少一个虚拟边界框可以具有预定形状，例如圆柱形。至少一个虚拟边界框可以具有预定大小(例如，在恰好一个、恰好两个或恰好三个空间维度上)。例如，至少一个虚拟边界框的半径可以等于或小于预定义的最大半径。预定形状和/或大小可以产生定义区域或容积的虚拟边界框，医学图像采集设备10可以在单个图像采集过程(例如，单个扫描)或图像采集步骤(例如，单次X射线拍摄)中获取该区域或容积的图像数据。例如，在CT扫描仪在图像采集期间沿一个轴横移同时绕同一轴旋转的情况下，预定形状可以是圆柱体。在锥形束X射线图像拍摄的情况下，预定形状可以对应于金字塔或圆锥体。至少一个虚拟边界框可以包围(例如，同一集合的)所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素，使得边界框和(例如，同一集合的)所选择的至少一个解剖元素之间的容积满足一个或多个预定标准。一个或多个预定标准可以包括以下中的至少一项：最大容积大小、最大延伸、或者(i)虚拟边界框与(ii)(例如，同一集合的)所选择的至少一个解剖元素或围绕(例如，同一集合的)至少一个解剖元素的至少一个区域之间的距离。虚拟边界框可以包围以下两者：(例如，同一集合的)至少一个所选择的解剖元素，以及围绕(例如，同一集合的)至少一个解剖元素的至少一个区域。
扫描区域可以被确定为满足选自以下中的一个或多个约束：医学图像采集设备10的移动范围、医学图像采集设备的空间成像范围、以及支撑患者身体或其一部分的患者支架36的移动范围。例如，扫描区域可被确定为具有沿第一轴的最大延伸，其对应于C型臂10沿第一轴的最大移动范围。备选地或附加地，扫描区域可以被确定为具有沿第二轴的最大延伸，其对应于患者支架36沿第二轴的最大移动范围。扫描区域可以被确定为使得扫描区域可以用图像采集设备10成像而无需将患者重新定位在患者支架36上。
扫描区域可以被确定为使得扫描区域包括要由医学图像采集设备10单独成像的多个子区域。子区域可以在选自大小、形状和姿势中的至少一个属性上彼此不同。每个子区域可以被确定为满足一个或多个约束。每个子区域可以包括一个或多个虚拟边界框。每个子区域可以由一个或多个虚拟边界框组成。在另一变型中，每个子区域可以仅包括虚拟边界框的一部分。每个子区域可以包括单独的虚拟边界框或由单独的虚拟边界框组成，每个子区域可以被确定为满足一个或多个约束。
例如，为了在单个圆柱形扫描区域中包括多个解剖元素，将需要选择圆柱形扫描区域的半径，使得最远的解剖元素仍然包括在扫描区域中。这可以导致要成像的大扫描区域，因此会增加扫描时间和对患者身体的辐射。为了防止该问题，子区域可以被确定为使得子区域的容积之和小于大扫描区域的容积。子区域可以被确定为使得选自扫描容积、图像采集时间和对患者身体28的辐射中的至少一个参数被最小化。扫描区域可以被划分(例如，作为步骤204的一部分)为多个子区域以最小化至少一个参数。
如从图2显而易见的是，步骤206、208、210和212被认为是可选的。该方法可以不包括这四个步骤206、208、210、212，包括这四个步骤206、208、210、212中的恰好一个、恰好两个、恰好三个或全部。如果该方法包括步骤210，则它必须包括步骤208。
在步骤206中，触发扫描区域的指示的可视化。可以在显示装置40上触发可视化。触发可以经由接口8从装置2发送到显示装置40。可视化可以包括扫描区域相对于先前获取的医学图像数据(例如，叠加在先前获取的医学图像数据上)的指示。可视化可以包括多个子区域中的一个或多个子区域(例如，相对于先前获取的医学图像数据)的指示。可视化可以包括虚拟边界框的指示。可视化可以包括至少一个手术设备的一个或多个姿势的指示(例如，在步骤202中获得并在步骤204中使用的姿势)。可视化可以包括例如在步骤202中获得并在步骤204中使用的姿势中的至少一个手术设备的指示。可视化可以包括所选择的至少一个解剖元素的指示。可以通过例如投影仪或HMD将指示叠加在患者身体上进行可视化。
在步骤208中，获得指示扫描区域改变的用户输入。例如，用户可以改变扫描区域或一个或多个子区域或一个或多个虚拟边界框的形状、大小和姿势中的至少一个。用户可以通过改变选自医学图像采集设备10和患者支架36中的至少一个组件的移动范围来改变形状、大小和/或姿势。
在步骤210中，基于在步骤208中获得的用户输入来更新扫描区域。这可以涉及更新扫描区域和/或子区域的可视化(例如，通过向显示装置40发送另一触发信号)。
在步骤212中，指示医学图像采集设备10对扫描区域(例如，在步骤206中确定的扫描区域或在步骤208中更新的扫描区域)进行成像。指示医学图像采集设备10对扫描区域进行成像可以触发支撑患者身体28或其一部分的患者支架36的移动。指示医学图像采集设备10对扫描区域进行成像可以触发医学图像数据采集设备10相对于患者身体28的移动。指示医学图像采集设备10对扫描区域进行成像可以触发医学图像采集设备10对多个子区域中的每一个子区域的单独医学图像数据的采集。
图3示出了根据本公开的示例性扫描区域42。扫描区域42包括三个子区域44、46、48。在步骤206中触发的可视化可以包括三个子区域44、46、48的指示以及患者的先前获取的医学图像数据的表示(例如，渲染)50。可以对先前获取的医学图像数据进行分割(例如，使用基于图集的分割)以检测和标识患者身体28的所有成像椎骨。
子区域44包括第一椎骨52。子区域44被确定为使得子区域44不仅包括第一椎骨52，而且包括围绕第一椎骨52的2mm的层或区域45。区域45在图3中用虚线表示。第一椎骨52可以已经在步骤204中被选择，因为椎弓根螺钉54在先前获取的医学图像数据的坐标系(例如，渲染或表示50)中的计划姿势指示椎弓根螺钉54延伸到第一椎骨52中。
子区域46包括第二椎骨56和第三椎骨58。第二椎骨56可以已经在步骤204中被选择，因为椎弓根螺钉60在跟踪***20的坐标系中相对于患者身体的跟踪姿势指示椎弓根螺钉60延伸到第二椎骨56中。例如，跟踪姿势可以从跟踪***20的坐标系变换到先前获取的医学图像数据的坐标系(例如，使用如上所述的配准)以确定椎弓根螺钉60是否延伸到椎骨中，以及它延伸到哪个椎骨中。第三椎骨58可以已经在步骤204中被选择，因为指示器的跟踪姿势指示指示器与第三椎骨58对准。指示器的姿势在图3中由表示指示器的纵向轴线的虚线62指示。可以看出，虚线62与第三椎骨58相交，这意味着指示器被认为与椎骨58对准。同样，指示器的跟踪姿势可以从跟踪坐标系变换到先前获取的医学图像数据的坐标系以确定指示器与哪个椎骨(如果有的话)对准。
子区域48包括第四椎骨64和第五椎骨66。子区域48可以已经在步骤206中被确定为排除第六椎骨68。因为根据计划数据在椎骨68上布置了脊椎笼70，因此第六椎骨可以已经在步骤204中被选择并且被分类以落入解剖元素的第二集合中。脊椎笼70在椎骨68上的布置可以由计划数据(例如，由用户定义或从先前获取的医学图像数据导出)指示。脊椎笼70可以导致对后续扫描的图像质量产生负面影响的x射线散射。因此，从子区域48和整个扫描区域42中排除相邻的椎骨68可以导致改进的后续扫描的图像质量。子区域48可以已经在步骤206中被确定为包括与所排除的椎骨68相邻的两个椎骨64和66。椎骨64和66可以已经在步骤204中基于指示螺丝刀接触椎骨64和66的两个跟踪姿势而被选择。
在图3的示例中，子区域44、46、48中的每一个由不同的虚拟边界框72、74、76组成。该示例中的边界框72、74、76中的每一个的形状是圆柱体，因为医学图像采集设备10可以仅能够对具有这种几何形状的扫描区域进行成像。子区域44、46、48可以被确定为彼此重叠。这可以在针对每个子区域44、46、48获取单独的医学图像数据集之后简化图像重构(例如，图像拼接)。
本文描述的***和方法的许多修改是可以的。例如，子区域可以被确定为使得第一医学图像采集设备拍摄子区域的第一集合的图像，其中，第二医学图像采集设备拍摄子区域的第二集合的图像。可以使用在步骤202中获得的相同姿势为不同医学图像采集设备确定扫描区域。
本文公开的技术可以提供包括相关解剖元素的扫描区域。备选地或附加地，扫描区域可以排除不相关或敏感的解剖元素。要包括或排除的元素可以很容易地由用户在计划工作流(例如，产生计划数据)中或在导航(例如，产生跟踪数据)期间定义。
所确定的扫描区域可以减少扫描时间以及患者和临床工作人员的辐射暴露。鉴于本文所公开的技术，附加的技术效果和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域的方法，所述方法由至少一个处理器执行并且包括：
针对至少一个手术设备中的每一个手术设备获得指示每一个手术设备的一个或多个姿势的信息；
基于所述一个或多个姿势来选择患者身体的至少一个解剖元素；以及
基于所选择的至少一个解剖元素来确定要由所述医学图像采集设备成像的扫描区域。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述至少一个解剖元素是基于所述患者身体的至少一部分的先前获取的医学图像数据来选择的，所述一部分包括所述至少一个解剖元素。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述至少一个解剖元素是从在所述先前获取的医学图像数据中标识的一个或多个解剖元素中选择的。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中，每个姿势指示相应的手术设备具有与要选择的至少一个解剖元素的关联关系，例如接触要选择的至少一个解剖元素、至少部分地延伸到要选择的至少一个解剖元素中或与要选择的至少一个解剖元素对准。
5.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述扫描区域被确定为使得所述扫描区域包括或排除所选择的至少一个解剖元素，或者使得所述扫描区域包括所选择的至少一个解剖元素的第一集合并且排除所选择的至少一个解剖元素的第二集合。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述扫描区域被确定为对应于或包括至少一个虚拟边界框，所述至少一个虚拟边界框包围所选择的至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素。
7.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述扫描区域被确定为满足选自以下中的一个或多个约束：
(i)所述医学图像采集设备的移动范围，
(ii)所述医学图像采集设备的空间成像范围，以及
(ii)支撑所述患者身体或所述患者身体的一部分的患者支架的移动范围。
8.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述扫描区域被确定为使得所述扫描区域包括要由所述医学图像采集设备单独成像的多个子区域。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
触发所述扫描区域的指示的可视化。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
获得指示所述扫描区域改变的用户输入；以及
基于所述用户输入更新所述扫描区域。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
指示所述医学图像采集设备对所述扫描区域进行成像。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，指示所述医学图像采集设备对所述扫描区域进行成像触发支撑所述患者身体或所述患者身体的一部分的患者支架的移动。
13.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述扫描区域被确定为使得所述扫描区域包括要由所述医学图像采集设备单独成像的多个子区域，
其中，指示所述医学图像采集设备对所述扫描区域进行成像触发所述医学图像采集设备对所述多个子区域中的每一个子区域的单独医学图像数据的采集。
14.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述一个或多个姿势中的至少一个姿势是基于计划数据获得的，所述计划数据指示相对于所述患者身体的一部分的先前获取的医学图像数据的至少一个姿势。
15.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述一个或多个姿势中的至少一个姿势是基于跟踪数据获得的，所述跟踪数据指示相对于所述患者身体的至少一个姿势。
16.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述至少一个解剖元素中的每一个解剖元素是骨骼，以及
其中，所述至少一个手术设备包括选自以下中的至少一个设备：(i)手术器械；以及(ii)医疗植入物。
17.一种包括装置的***，所述装置包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述至少一个存储器包含指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器：
针对至少一个手术设备中的每一个手术设备获得指示每一个手术设备的一个或多个姿势的信息；
基于所述一个或多个姿势来选择患者身体的至少一个解剖元素；以及
基于所选择的至少一个解剖元素来确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域。
18.根据权利要求17所述的***，还包括所述医学图像采集设备，其中，所述指令使所述至少一个处理器指示所述医学图像采集设备对所述扫描区域进行成像。
19.根据权利要求17所述的***，还包括支撑所述患者身体或所述患者身体的一部分的患者支架，其中，所述患者支架被配置为响应于所述至少一个处理器指示所述医学图像采集设备对所述扫描区域进行扫描而移动。
20.一种计算机程序产品，包括程序代码部分，当在一个或多个处理器上执行所述计算机程序产品时，所述程序代码部分使所述一个或多个处理器执行：
针对至少一个手术设备中的每一个手术设备获得指示每一个手术设备的一个或多个姿势的信息；
基于所述一个或多个姿势来选择患者身体的至少一个解剖元素；以及
基于所选择的至少一个解剖元素来确定要由医学图像采集设备成像的扫描区域。
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