用于微创疗法的规划、导航和模拟系统及方法技术方案

本发明专利技术所公开的是用于微创疗法的规划、导航和模拟系统及方法，其中规划方法和系统使用因患者而异的术前图像。所述规划系统允许从术前图像开发多个路径，并且根据手术的所需的手术结果对所述路径打分，并且所述导航系统允许微创的基于端口的手术程序以及在脑外科手术的特定情况中的开颅术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用本申请要求名称为“PLANNING,NAVIGATIONANDSIMULATIONSYSTEMSANDMETHODSFORMINIMALLYINVASIVETHERAPY”(用于微创疗法的规划、导航和模拟系统及方法)且于2013年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/800,155的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。本申请还要求名称为“PLANNING,NAVIGATIONANDSIMULATIONSYSTEMSANDMETHODSFORMINIMALLYINVASIVETHERAPY”(用于微创疗法的规划、导航和模拟系统及方法)且于2014年1月8日提交的美国临时专利申请No.61/924,993的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。本申请还要求名称为“SURGICALTRAININGANDIMAGINGBRAINPHANTOM”(脑模型的外科手术训练和成像)且于2013年7月11日提交的美国临时专利申请No.61/845,256的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。本申请还要求名称为“SURGICALTRAININGANDIMAGINGBRAINPHANTOM”(脑模型的外科手术训练和成像)且于2013年11月5日提交的美国临时专利申请No.61/900,122的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文中。
本公开涉及用于微创疗法的规划、导航和模拟系统及方法。
技术介绍
在医学领域，成像和图像引导趋于成为临床护理的重要部分。从疾病的诊断和监测到手术入路的规划、再到程序期间和程序完成之后的随访期间的引导，成像和图像引导为包括外科手术和放射疗法在内的各种程序提供了有效且多方面的治疗方法。靶向干细胞递送、自适应化学疗法方案和放射疗法仅仅是在医学领域使用成像引导的程序的几个实例。诸如磁共振成像(“MRI”)的先进成像模式已导致在包括神经学在内的若干医学领域中改善的检测、诊断和分期速率和准确度，在这些领域进行诸如脑癌、中风、脑内出血(“ICH”)的疾病和诸如帕金森氏病和阿尔茨海默病的神经退化性疾病的成像。作为一种成像模式，MRI往往能够在不使用电离辐射的情况下，以高对比度实现在软组织中的组织的三维可视化。该模式常常通过使用每种模式可用的不同物理原理检查相同组织而与诸如超声波(“US”)、正电子发射断层显像(“PET”)和计算机X射线断层扫描(“CT”)的其它模式结合使用。当结合诸如碘化造影剂的血管内剂使用时，CT常常用来可视化骨骼结构和血管。MRI也可使用诸如血管内钆基造影剂的类似造影剂进行，该造影剂具有能够实现肿瘤的可视化和血脑屏障的分解的药物动力学性质。这些多模式解决方案可提供在不同组织类型、组织功能和疾病状态之间的不同程度的对比。各成像模式可孤立地或结合地使用，以更好地区分和诊断疾病。例如，在神经外科中，脑肿瘤通常通过由成像引导的开放式开颅方法切除。在这些解决方案中收集的数据通常由利用诸如碘化造影剂的相关联造影剂的CT扫描以及利用诸如钆造影剂的相关联造影剂的MRI扫描组成。另外，光学成像常常以显微镜的形式使用，以区分肿瘤与健康组织的边界，该边界称为周边区。常常借助于诸如机械臂或射频或光学跟踪装置的外部硬件系统实现相对于患者和相关联的成像数据器械的跟踪。作为一个集合，这些装置常常被称为手术导航系统。规划和导航的多模式成像所用的此前已知的系统包括在手术室中的手术套件的成像数据的集成。技术已允许一起查看包括PET、CT、MRI、3D超声波的三维模式和诸如X射线和超声波的二维模式，以形成在手术室中使用的图像集。这些图像集可用来帮助外科医生更好地切除诸如癌的患病组织，以便指导诸如中风和ICH的血管缺陷的修复，递送针对诸如重度抑郁症或强迫性神经失调的精神病的治疗，进行诸如针对帕金森氏病、阿尔茨海默病和亨廷顿病的脑深部刺激(“DBS”)的程序，并且针对脑肿瘤的放射疗法指导放射肿瘤学家。这些解决方案已尝试通过以下方式将不同的成像模式集成到手术套件中：通过使用术中成像，例如通过配准和跟踪实时超声波图像；通过使用用于X射线或CT成像的“C”形臂(“C臂”)，例如，通过使用用于解剖结构的特定部分(例如，头部)的专用MRI系统；以及使用可移动的MRI系统。一般来讲，这些系统未充分利用这样的能力：用手术程序本身赋予的改进的通路实现更好的成像，所采集的信息也没有用解决与疾病管理相关联的基本挑战的方式集成到程序中。因此，需要一种通过分析输入而实现手术规划和导航多模式成像系统和方法，由手术程序本身所致的改善的组织通路检索到所述输入。此外，需要以有意义的方式有效记录配准或集成图像和其它输入。另外，需要集成与外科手术工具或组织本身的物理学有关的其它有价值的数据点。因此，需要这样的多模式成像系统和方法：其通过有意义地集成在手术期间、之前和之后检索的多个数据点来实现手术规划和导航，以提供改进的手术和导航系统。还需要利用手术程序和工具特定的信息来提供改善的导航和规划的系统和方法。此外，常常在通过对患者高度侵入的开放式外科手术方法触及的组织(诸如脑组织)的大的部分上进行现有解决方案中的成像。还存在包括神经外科程序在内的不断增加的一类程序，其理想地将只需要微创导航和成像系统方法。例如，ICH修复、中风修复、脑深部肿瘤手术、轴内脑肿瘤手术、诸如垂体或脑干手术的鼻内手术、干细胞疗法、定向药物递送和脑深部刺激器递送是非常适合微创方法的程序的所有实例。神经外科中的许多手术方法已变得更依赖于微创方法来切除患病组织、修改血管和凝血问题和尽可能多地保持健康的神经组织。然而，诸如导航和成像解决方案的现有的术中外科手术系统往往是不足的。虽然通过鼻内入路移除组织的方法、基于进入端口的方法和电刺激装置的定位已成为重要的程序，但医学成像和导航程序还没有发展到适应这些方法的特定需求。因此，需要一种通过微创手段和方法实现手术规划和导航的多模式成像系统和方法。另外，由于基于端口的程序是相对较新的，成像到这样的程序的详细应用还未被预料到，已知装置之间的接口对组织的影响也未被整合到规划系统中。在开颅术中，已知系统中使用的多种对比机制的复杂性会使软件系统架构难以承受。此外，与在手术期间发生的组织偏移相关联的复杂问题也未得到很好的解决。因此，需要一种用于术前和术中规划和导航的系统和方法，以实现基于微创端口的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于规划到患者的身体内的组织中的目标位置的通道的系统，包括：a)存储装置，其被配置成在其中存储来自所述患者的身体的解剖部分的至少一种成像模式的术前成像数据集和与所述患者的身体的所述解剖部分相关联的手术结果标准的列表；以及b)计算机处理器，其与所述存储装置通信且被编程为：i)从所述术前成像数据产生包含进入所述组织的潜在进入点和要接近的一个或多个目标的所述患者身体的所述解剖部分体积的图像，并且存储所述体积的所述图像，ii)在手术程序期间识别要接近的一个或多个目标位置并且存储所述一个或多个目标位置，iii)识别进入所述患者的组织的一个或多个进入点并且计算从所述一个或多个进入点到与所述手术结果标准一致的第一目标位置的逐点的手术轨迹路径，iv)将得分分配给所述手术轨迹路径以量化所述手术轨迹路径符合所述手术结果标准的程度，并且v)存储符合所述手术结果标准的所述手术轨迹路径中的一个或多个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/800,155;2013.07.11 US 61/845,256;1.一种用于规划到患者的身体内的组织中的目标位置的通道的系统，包
括：
a)存储装置，其被配置成在其中存储来自所述患者的身体的解剖部分的
至少一种成像模式的术前成像数据集和与所述患者的身体的所述解剖部分相关
联的手术结果标准的列表；以及
b)计算机处理器，其与所述存储装置通信且被编程为：i)从所述术前成
像数据产生包含进入所述组织的潜在进入点和要接近的一个或多个目标的所述
患者身体的所述解剖部分体积的图像，并且存储所述体积的所述图像，ii)在
手术程序期间识别要接近的一个或多个目标位置并且存储所述一个或多个目标
位置，iii)识别进入所述患者的组织的一个或多个进入点并且计算从所述一个
或多个进入点到与所述手术结果标准一致的第一目标位置的逐点的手术轨迹路
径，iv)将得分分配给所述手术轨迹路径以量化所述手术轨迹路径符合所述手
术结果标准的程度，并且v)存储符合所述手术结果标准的所述手术轨迹路径中
的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为通过以
下来识别所述一个或多个目标位置:比较所述3D体积的所述图像与从解剖学
图册产生的3D体积的图像并且识别所述一个或多个目标位置中的一个或多个
异常结构。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为重新格
式化所述3D图像数据集以确认所述3D体积中的所述一个或多个目标的所述位
置并存储所述重新格式化的3D图像数据。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为通过在
至少三个正交平面中可视化所述目标位置来重新格式化所述3D图像集,以确认
所述一个或多个目标位置在3D空间中的所述位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为用于计
算从所述一个或多个指定的进入点到所述第一目标位置的一个或多个逐点的手
术轨迹路径，其中每个逐点的手术轨迹路径穿过在所述一个或多个进入点和所
述第一目标位置之间的一个或多个相关联的线路点。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一种成像模式选自由下列
组成的组：超声波、磁共振成像、X射线计算机断层扫描和正电子发射断层显
像。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述至少一种成像模式为两种或更
多种成像模式。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为联合配
准由所述两种或更多种成像模式获得的所述图像。
9.根据权利要求1所述的系统，包括比较所述一个或多个手术轨迹路径的
所述得分与所述一个或多个进入点和所述第一目标位置之间的最短距离的路径
的得分。
10.根据权利要求1所述的系统，其被配置成为手术工具规划所述一个或
多个手术轨迹路径，并且其中，所述计算机处理器被用指令编程为在每个识别
的进入点处在所述3D体积的所述图像中插入将用来接近所述目标位置的手术
工具的图像。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编
程，使得在将所述手术工具插入特定进入点时，所述解剖部分的所述3D体积
的所述图像响应地被平移和/或旋转，以允许所述手术工具在该特定进入点处
的可视化。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为将不同的色彩分配给所述3D体积的所述图像中具有不同结构和功能的组织
类型，以允许可视化和识别正被所述手术工具横断的特定类型的组织，进而推
断由于利用所述手术工具的组织横断而被影响的具体功能。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为放大所述图像的任何部分以增强可视化。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为放大所述图像的任何部分以增强可视化。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为隐藏不近靠所述手术工具的所述图像的选定部分和/或选择性地显示近靠手
术工具的所述图像的那些部分。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为：基于所述组织类型和所述组织的相关联的力学特性，计算并显示在所述组
织被所述手术工具在沿着从所述一个或多个进入点到所述第一目标位置的所述
一个或多个逐点的手术轨迹路径行进期间截断时组织变形的量。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机处理器包括用户接
口，所述用户接口被编程为接收并在所述存储装置中存储来自临床医生的输
入，所述输入包括下列列表中的任一个或组合：进入所述组织的一个或多个
进入点、要接近的一个或多个目标位置、要首先接近的第一目标位置、和将被
从所述一个或多个进入点到所述一个或多个目标中的第一个的所述一个或多个
手术轨迹路径符合的手术结果标准。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述用户接口被编程为通过在所
述3D体积的所述图像上的所述位置上方被致动的光标接受对应于进入所述组
织的一个或多个进入点、要接近的一个或多个目标位置和要首先接近的第一目
标位置的所述列表的位置的输入。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为：一旦一个或多个手术路径已被计算为符合所述手术结果标准，就可视地显
示沿着所述一个或多个手术路径接近所述目标并且触及将由所述手术器械接合
的所述目标的所有部分的所述手术工具的模拟。
20.一种用于规划到患者的身体内的组织中的目标位置的通道的系统，包
括：
a)存储装置；
b)计算机处理器，其与所述存储装置通信并且被编程为用于接收和存储
来自至少一种成像模式的术前图像数据集，并且从所述术前图像数据集产生包
含进入所述组织的潜在进入点和要接近的一个或多个目标的所述患者的身体的
一部分的3D体积的图像并且存储所述3D体积的所述图像；
c)用户接口，其与所述计算机处理器通信并且被编程为接收并在所述存
储装置中存储输入，所述输入包括：进入所述组织的一个或多个进入点、要接
近的一个或多个目标位置、要首先接近的第一目标位置、或将由从所述一个或
多个进入点到所述第一目标的一个或多个手术轨迹路径符合的手术结果标准；
d)其中，所述计算机处理器被编程用于：基于所述输入计算从所述一个
或多个进入点到所述第一目标位置的一个或多个逐点的手术轨迹路径，以限定
与所述手术结果标准一致的从所述一个或多个进入点到所述第一目标位置的一
个或多个手术轨迹路径；并且在所述存储装置中存储所述一个或多个逐点的手
术轨迹路径；并且可视地显示所述一个或多个逐点的手术轨迹路径。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程用于：
将得分分配给所述一个或多个轨迹路径以量化所述一个或多个手术轨迹路径符
合所述手术结果标准的程度；并且在所述存储装置中存储所述得分和可视地显
示所述一个或多个手术轨迹路径的所述得分。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为用于
重新格式化所述3D图像数据集以确认在所述3D体积中所述一个或多个目标的
所述位置并存储所述重新格式化的3D图像数据。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为通过
在至少三个正交平面中可视化所述目标位置来重新格式化所述3D图像集以确
认所述一个或多个目标位置在3D空间中的所述位置。
24.根据权利要求21所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为用于
计算从所述一个或多个指定的进入点到所述第一目标位置的一个或多个逐点的
手术轨迹路径，其中每个逐点的手术轨迹路径穿过在所述一个或多个进入点和
所述第一目标位置之间的一个或多个相关联的线路点。
25.根据权利要求21所述的系统，其中，所述至少一种成像模式是选自包
括下列的列表中的一个：超声波、磁共振成像、X射线计算机断层扫描和正电
子发射断层显像。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述至少一种成像模式为两种或
更多种成像模式，并且其中，所述计算机处理器被编程为联合配准由所述两种
或更多种成像模式获得的所述图像。
27.根据权利要求21所述的系统，其中，所述一个或多个逐点的手术路径
为两种或更多种手术路径，并且包括比较所述两种或更多种手术路径的所述得
分，并且其中，所述输入包括在具有相对于其它轨迹路径的最佳得分的基础上
选择的指定的逐点的手术轨迹路径。
28.根据权利要求21所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为：通
过比较所述3D体积的所述图像与从解剖学图册产生的3D体积的图像并且识别
所述一个或多个目标位置中的一个或多个异常结构而将所述一个或多个目标位
置确认为将被接近以进行手术的位置。
29.根据权利要求21所述的系统，其中，所述计算机处理器被编程为比较
所述一个或多个手术轨迹路径的所述得分与在所述一个或多个进入点和所述第
一目标位置之间的最短距离的路径的得分。
30.根据权利要求20所述的系统，其被配置成为手术工具规划所述一个或
多个手术轨迹路径，并且其中，所述计算机处理器被用指令编程，以在每个识
别的进入点处在所述3D体积的所述图像中插入将用来接近所述目标位置的所
述手术工具的图像。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编
程，使得在将所述手术工具插入特定进入点时，所述解剖部分的所述3D体积
的所述图像响应地被平移、旋转或平移和旋转，以允许所述手术工具在该特定
进入点处的可视化。
32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为将不同的色彩分配给所述3D体积的所述图像中具有不同结构和功能的组织
类型，以允许可视化和识别正被所述手术工具横断的特定类型的组织，进而推
断由于利用所述手术工具的组织横断而被影响的具体功能。
33.根据权利要求30所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为放大所述图像的任何部分以增强可视化。
34.根据权利要求32所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为放大所述图像的任何部分以增强可视化。
35.根据权利要求32所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为选择性地隐藏不近靠所述手术工具的所述图像的选定部分和/或选择性地显
示近靠所述手术工具的所述图像的那些部分。
36.根据权利要求32所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为基于所述组织类型和其相关联的力学特性，计算并显示在所述组织被所述手
术工具在沿着从所述一个或多个进入点到所述第一目标位置的所述一个或多个
逐点的手术轨迹路径行进期间截断时组织变形的量。
37.根据权利要求21所述的系统，其中，将被进行手术的所述身体的所述
部分是患者的脑部，并且其中，所述3D体积的所述图像是包含所述要接近的
一个或多个目标位置的所述脑部的体积的3D图像，并且其中，所述至少一种
成像模式为磁共振成像，所述磁共振成像被配置用于弥散张量成像以提供纤维
束成像信息，并且其中至少一个手术结果标准要计算
不截断白质脑束的一个或多个优选手术通道，或
如果不能避开所有脑束则截断尽可能少的白质脑束的一个或多个优选手术
通道，或
截断选定的白质脑束的一个或多个优选手术通道。
38.根据权利要求37所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
以在所述患者的所述脑部的所述3D图像中插入将用来接近所述目标的手术工
具的图像。
39.根据权利要求38所述的系统，其中，所述进入点是进入所述脑沟的进
入点，并且其中，所述计算机处理器被用指令编程，使得在将所述手术工具插
入特定进入点时，所述脑部的所述3D体积的所述图像响应地被平移、旋转或
平移和旋转，以允许所述手术工具在该特定进入点处的可视化。
40.根据权利要求39所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为将不同的色彩分配给所述3D体积的所述图像中具有不同结构和功能的脑组
织类型，以允许可视化和识别正被所述手术工具横断的特定类型的组织，进而
推断由于利用所述手术工具的组织横断而被影响的具体功能。
41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述脑组织类型之一是脑束，并
且其中，所述计算机处理器被用指令编程以基于所述脑束在所述脑部中延伸的
方向和/或它们执行的功能而将不同的色彩分配给功能上不同的脑束。
42.根据权利要求40所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为选择性地隐藏不近靠所述手术工具的所述图像的选定部分和/或选择性地显
示近靠手术工具的所述图像的那些部分。
43.根据权利要求42所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
以选择性地显示紧靠每个被计算的手术路径的白质脑束，并隐藏在所述脑部的
所述3D图像的所有其它区域中的白质脑束。
44.根据权利要求42所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
以选择性地显示沿着每个被计算的手术路径被所述手术工具截断的白质脑束。
45.根据权利要求43所述的系统，其中，与将由从所述一个或多个进入点
到所述第一目标的一个或多个手术轨迹路径符合的所述手术结果标准有关的所
述输入之一包括选择要截断的那些白质脑束和要避免截断的那些白质脑束。
46.根据权利要求37所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为基于所述组织类型和其相关联的力学特性，计算并显示在所述组织被所述手
术工具在沿着从所述一个或多个进入点到所述第一目标位置的所述一个或多个
逐点的手术轨迹路径行进期间截断时组织变形的量。
47.根据权利要求37所述的系统，其中，正被接近的所述目标为肿瘤，并
且其中，所述计算机处理器被用指令编程以计算和显示在被所述手术工具接近
和截断时所述肿瘤的变形和/或滚动的量，并且针对多个接近的轨迹计算和显
示所述肿瘤的所述变形和/或滚动。
48.根据权利要求46所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
为：一旦一个或多个手术路径已被计算为符合所述手术结果标准，就可视地显
示沿着所述一个或多个手术路径接近所述肿瘤并且触及所述肿瘤的所有部分以
实现肿瘤切除的所述手术工具的模拟。
49.根据权利要求48所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
以显示包括颅骨层的所述患者的脑部的3D图像。
50.根据权利要求49所述的系统，其中，所述计算机处理器被用指令编程
以在所述模拟期间操纵所述手术工具，使得所述手术工具的远端能触及并切除
所述肿瘤的所有部分，同时所述手术工具的近端绘制其必须遵循的路径，以便
确定在所述手术工具开始行进至所述肿瘤之前在开颅术程序期间将移去的颅骨
材料的最少量。
51.一种用于规划到患者身体内的组织中的目标位置的路径的计算机实现
的方法，所述计算机实现的方法在计算机系统内执行，所述计算机系统包括连
接到存储介质的计算机处理器和具有用户终端的用户接口，所述方法包括以下
步骤：
在所述用户终端处产生包含进入所述组织的潜在进入点和一个或多个要处
理的目标的患者身体的3D体积图像的至少一个术前图像数据集；
通过所述用户终端的所述用户接口接收要存储在所述存储介质中的输入，
所述输入包括下列列表：进入所述组织的一个或多个进入点、一个或多个要处
理的目标位置、要首先接近的第一目标位置、以及将由从所述一个或多个进入
点到所述一个或多个目标中的第一者的一个或多个手术轨迹路径符合的手术结
果标准；
在所述用户终端处计算与所述手术结果标准一致的、从所述一个或多个指
定的进入点到所述第一目标位置的一个或多个逐点的手术轨迹路径；
在所述存储介质中存储所述一个或多个逐点的手术轨迹路径；
在所述用户终端处将得分分配给所述一个或多个轨迹路径，以量化所述一
个或多个轨迹路径符合所述手术结果标准的程度；
在所述存储介质中存储所述分配的得分；以及
在所述用户接口处在视觉上显示选定的手术轨迹路径。
52.根据权利要求51所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：
在所述用户终端处重新格式化所述图像数据集，以确认所述一个或多个目
标在所述3D体积中的位置；以及
在所述存储介质中存储所述重新格式化的3D图像数据。
53.根据权利要求52所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：通过
可视化在至少三个正交平面中的所述一个或多个目标位置而在所述用户终端的
所述用户接口处重新格式化所述图像集，以确认所述一个或多个目标位置在3D
空间中的位置。
54.根据权利要求51所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
用户终端处计算从所述一个或多个进入点到所述第一目标位置的一个或多个手
术轨迹路径，使得每个逐点的手术轨迹路径穿过在所述进入点和所述第一目标
位置之间的一个或多个相关联的线路点。
55.根据权利要求51所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
用户终端处比较所述3D体积的所述图像与从解剖学图册产生的3D体积的图像
并且识别所述一个或多个目标位置中的一个或多个异常结构。
56.根据权利要求51所述的计算机实现的方法，其中，所述术前图像数据
为所述患者的脑部的磁共振图像，并且其中，所述3D体积的所述图像为包含
所述要接近的一个或多个目标位置的所述脑部的体积的弥散张量图像，并且还
包括计算下列各项的步骤：
不截断白质脑束的一个或多个优选手术通道，或
如果不能避开所有脑束则截断尽可能少的白质脑束的一个或多个优选手术
通道，或
截断由所述临床医生选择的所选白质脑束的一个或多个优选手术通道。
57.根据权利要求56所述的计算机实现的方法，还包括在所述患者的所述
脑部的所述3D图像中插入要用来接近所述目标的手术工具的图像的步骤。
58.根据权利要求57所述的计算机实现的方法，其中，所述进入点为进入
所述脑沟的进入点。
59.根据权利要求58所述的计算机实现的方法，其中，在将所述手术工具
插入特定进入点时，所述脑部的所述3D体积的所述图像响应地被平移、旋转
或平移和旋转，以允许所述手术工具在该特定进入点处的可视化。
60.根据权利要求59所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
用户终端处将不同的色彩分配给所述3D体积的所述图像中具有不同结构和功
能的脑组织类型，以允许可视化和识别正被所述手术工具横断的特定类型的组
织，进而推断由于利用所述手术工具的组织横断而被影响的具体功能。
61.根据权利要求60所述的系统，其中，所述脑组织类型之一为脑束，并
且分配不同的色彩给功能上不同的脑束是基于所述脑束在所述脑部中延伸的方
向和/或它们执行的功能。
62.根据权利要求60所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
用户终端处选择性地隐藏不近靠所述手术工具的所述图像的部分和/或选择性
地显示近靠所述手术工具的所述图像的部分。
63.根据权利要求62所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
用户终端处选择性地显示紧靠每个被计算的手术路径的白质脑束并且隐藏在所
述脑部的所述3D图像的所有其它区域中的白质脑束。
64.根据权利要求63所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
用户终端处选择性地显示由所述手术工具沿着每个被计算的手术路径截断的白
质脑束。
65.根据权利要求64所述的计算机实现的方法，其中，与将由从所述一个
或多个进入点到所述第一目标的一个或多个手术轨迹路径符合的所述手术结果
标准有关的所述输入之一包括选择要截断的那些白质脑束和要避免截断的那些
白质脑束。
66.根据权利要求57所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：基于所
述组织类型和所述组织的相关联的力学特性，在所述用户终端处计算并且在所
述用户接口处显示在所述组织被所述手术工具在沿着从所述一个或多个进入点

\t到所述第一目标位置的所述一个或多个逐点的手术轨迹路径行进期间截断时组
织变形的量。
67.根据权利要求57所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：针对多
个接近所述肿瘤的轨迹，在所述用户终端处计算并在所述用户接口处显示在被
所述手术工具接近和截断时所述肿瘤的变形和/或滚动的量。
68.根据权利要求67所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：一旦一
个或多个手术路径已被计算为符合所述手术结果路径，就在用户接口处可视地
显示沿着所述一个或多个手术路径接近所述肿瘤并且触及所述肿瘤的所有部分
以实现肿瘤切除的所述手术工具的模拟。
69.根据权利要求68所述的计算机实现的方法，还包括在所述用户接口处
显示包括颅骨层在内的所述患者的脑部的3D图像的步骤。
70.根据权利要求69所述的计算机实现的方法，还包括以下步骤：在所述
模拟期间操纵所述手术工具，使得所述手术工具的远端能触及并切除所述肿瘤
的所有部分，同时所述手术工具的近端绘制其必须遵循的在所述颅骨上的路
径，以便确定在所述手术工具开始行进至所述肿瘤之前在开颅术程序期间将移
去的颅骨材料的最少量。
71.一种计算机可读存储介质，在其中存储用于规划到患者身体内的组织
中的目标位置的通道的计算机程序，所述计算机程序被用步骤编程，当在计算
机上执行时，所述步骤包括：
产生包含进入所述组织的潜在进入点和一个或多个要处理的目标的患者身
体的3D体积的图像的至少一个术前图像数据集；
接收输入，所述输入包括下列列表：进入所述组织的一个或多个进入点、
一个或多个要处理的目标位置、要首先接近的第一目标位置、以及将由从所述
一个或多个进入点到所述一个或多个目标中的第一者的一个或多个手术轨迹路
径符合的手术结果标准；
计算与所述手术结果标准一致的、从所述一个或多个指定的进入点到所述
第一目标位置的一个或多个逐点的手术轨迹路径；
存储所述一个或多个逐点的手术轨迹路径；
将得分分配给所述一个或多个轨迹路径，以量化所述一个或多个轨迹路径
符合所述手术结果标准的程度；
存储所述分配的得分；以及
可视地显示选定的手术轨迹路径。
72.根据权利要求71所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序
被进一步编程为用于：
在所述用户终端处重新格式化所述3D图像数据集，以确认所述一个或多
个目标在所述3D体积中的位置；以及
存储所述重新格式化的3D图像数据。
73.根据权利要求72所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序
被进一步编程为用于：通过可视化在至少三个正交平面中的所述一个或多个目
标位置而重新格式化所述3D图像集，以确认所述一个或多个目标位置在3D空
间中的位置。
74.根据权利要求71所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序
被进一步编程为用于：计算从所述一个或多个进入点到所述第一目标位置的一
个或多个手术轨迹路径，使得每个逐点的手术轨迹路径穿过在所述进入点和所
述第一目标位置之间的一个或多个相关联的线路点。
75.根据权利要求71所述的计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序
被进一步编程为用于：比较所述3D体积的所述图像与从解剖学图册产生的3D
体积的图像并且识别所述一个或多个目标位置中的一个或多个异常结构。
76.根据权利要求71所述的计算机可读存储介质，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：门罗·M·托马斯，盖尔·西拉，卡梅伦·皮龙，乔舒亚·里士满，穆鲁加斯·尤瓦拉吉，韦斯·雷奇斯，西蒙·亚历山大，戴维·盖洛普，威廉·劳，莎莉尔·辛格沃尔德，克利·戴尔，
申请(专利权)人：圣纳普医疗巴巴多斯公司，
类型：发明
国别省市：巴巴多斯;BB