用于支气管镜路径规划和引导的阿里阿德涅壁影带

摘要

本发明提供一种用于规划在体腔中的介入流程的方法、系统和程序产品。执行所述体腔的CT扫描。创建与介入相机图像对应的体腔的内部的虚拟绘制。之后，将与所述介入流程的规划的路径对应的虚拟影带投影到所述体腔的壁上。将所述虚拟影带投影到所述腔壁上，所述腔壁在所述虚拟绘制中与相机点相距较远，因此，所述影带不出现如同中心线条的振荡。而且，由于所述虚拟影带位于所述腔壁上，其不遮挡所述腔的中心，允许用户在规划期间、在游历期间以及甚至在实际介入期间更好地将所述腔可视化。

说明书

技术领域

本发明涉及医学成像领域，并且更具体而言，涉及用于将影带（tape） 投影到体腔的壁上用于路径规划和引导的方法、系统和计算机程序产品。

背景技术

具有或不具有经支气管活检的支气管镜检查是常见的介入流程，其中， 出于诊断目的以及任选治疗目的，支气管镜相机被推进到气管支气管气道 树中。为了辅助对这样的介入进行规划以及实时的引导，现有的对患者的 胸部计算机断层摄影（CT）可以用于计算虚拟腔内绘制10，其非常接近地 类似来自真实支气管镜的光学相机图像。CT扫描以及从CT扫描导出的虚 拟腔内绘制能够用于规划通向特定异常、肿瘤、淋巴结、气道狭窄等的路 径。

如图1所示，从气管到肺部目标的规划的路径可以叠加在虚拟腔内绘 制10上，如在气道15的中心处的细线20，被称为阿里阿德涅线条（Ariadne  thread）。然而，这种线20会严重遮挡医师要遵循的进入气道的中心的视线。 而且，中心路径线20对于用户而言不具有视觉深度线索，并其因此难以解 释其三维过程。此外，由于中心路径线20通常非常接近相机点延伸，路径 会出现强烈振荡。

发明内容

本发明提供了一种用于规划在体腔中的介入流程的方法、系统和程序 产品。

根据一个实施例，提供了一种用于规划在体腔中的介入流程的方法。 执行体腔的CT扫描。创建与介入相机图像对应的体腔的内部的虚拟绘制。 之后，将与介入流程的规划的路径对应的虚拟影带投影到体腔的壁上。将 虚拟影带投影到腔壁上，所述腔壁在虚拟绘制上与相机点相距较远，因此， 影带不出现如同中心线条的振荡。而且，由于虚拟影带位于腔壁上，其不 遮挡腔的中心，允许用户在规划期间、在游历期间以及甚至在实际介入期 间更好地将所述腔可视化。

根据一个实施例，将虚拟影带以恒定夹角在沿正交于局部路径的规划 的路径的每个点处投影到腔壁上。因此，随着体腔尺寸减小，虚拟影带420 变得更窄。这种影带变窄为用户提供了视觉深度线索，能够更好地使得用 户解释体腔10的三维过程。

根据一个实施例，将虚拟影带描绘为半透明叠加层，以允许对底层体 腔壁的评估。

根据一个实施例，沿诸如腹侧或背侧的预定方向投影虚拟影带，以提 供虚拟绘制的取向的指示。

根据一个实施例，将两个虚拟影带描绘到体腔壁上，其中一个沿腹侧 方向，而另一个沿背侧方向，并且对虚拟影带进行色彩编码，以指示其各 自方向。

根据一个实施例，体腔为气管支气管气道。在备选实施例中，体腔为 结肠。在其他实施例中，体腔可以是在管状器官中提供通道的另一身体结 构。

根据一个实施例，提供了一种用于在体腔中在介入流程期间引导介入 装置的方法。在显示器上显示来自介入器械上的相机的图像。确定所规划 的介入路径。之后，将虚拟影带从相机图像上的规划的路径投影到体腔的 壁上。

根据一个实施例，提供了一种用于规划在体腔中的介入流程的系统。 该系统包括：处理器；存储器，其与处理器能操作地连接；以及显示器， 其与处理器能操作地连接；其中，已经在所述存储器上编码了建模程序， 所述建模程序由处理器执行，以从流程前扫描来生成体腔的虚拟绘制，并 且将虚拟影带投影到虚拟绘制中的腔壁上以指示穿过腔的流程路径。

根据一个实施例，所述系统还包括具有相机的介入器械，其中，所述 相机向处理器提供体腔的图像，并且处理器在显示器上显示具有投影到腔 壁上的指示规划的介入路径的虚拟影带的图像。在一个实施例中，所述器 械为支气管镜。

根据一个实施例，提供一种用于规划在体腔中的介入流程的计算机程 序产品。所述计算机程序产品包括计算机可读程序存储介质，已经在所述 计算机可读程序存储介质上编码了如下程序代码：用于执行体腔的CT扫描 的程序代码；用于创建与介入相机图像对应的体腔的内部的虚拟绘制的程 序代码；以及用于将与介入流程的规划的路径对应的虚拟影带投影到体腔 的壁上的程序代码。

附图说明

从下文结合附图阅读范例性实施例的详细描述中能够明确理解本发明 的特征和优点，在附图中包括如下附图：

图1是根据现有技术的具有虚拟中心路径线条的气管支气管气道的虚 拟绘制；

图2是根据本发明的各个实施例的具有投影到气道的腹侧壁和背侧壁 的影带的气管支气管气道的虚拟绘制；

图3是根据本发明的实施例的用于规划在体腔中的介入流程的系统的 框图；

图4是影带投影到正交于气道介入的局部路径的虚拟绘制的壁上的示 意图；

图5是根据本发明的实施例的用于规划在体腔中的介入流程的方法的 流程图；以及

图6是根据本发明的实施例的用于将虚拟影带投影到用于介入流程的 图像的腔壁上的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于规划在体腔中的介入流程的方法、系统和程序 产品。

根据本发明的一个实施例，如在图2中所示，将虚拟影带420投影到 体腔10的虚拟绘制的腔壁12上。使用已知的方法定位体腔10的中心路径 410，所述中心路径410是现有方法中的虚拟线条20的路径。虚拟影带420 包括多个影带片段421。如在图4中所示，通过以张角或夹角405从中心路 径410上的点投影到正交于中心路径的腔壁12上，来创建每个影带片段 421。每个片段包括沿中心路径410在z轴位置处形成夹角405的线之间的 空间。组合所述片段以形成描绘到腔壁12上的连续的影带420。

将虚拟影带420投影到腔壁12上，所述腔壁与虚拟绘制中的相机点相 距较远，因此，影带不出现如同中心线条20的振荡。而且，由于虚拟影带 420位于腔壁12上，它不遮挡腔的中心，允许用户在规划期间、在游历期 间以及甚至在实际介入期间更好地对腔10进行可视化。

根据本发明的一个实施例，夹角405对于沿中心路径410的每个点是 恒定的角。因此，随着体腔尺寸减小，虚拟影带420变得更窄。这种影带 变窄为用户提供视觉深度线索，能够更好地使得用户解释体腔10的三维过 程。

根据本发明的一个实施例，将虚拟影带420描绘为半透明叠加层。这 允许用户对底层腔壁12以及所述底层腔壁上的任何结构进行可视化。

根据本发明的一个实施例，沿预定方向投影虚拟影带420，以提供虚拟 绘制的取向的指示。例如，可以沿腹侧方向从中心线410对影带420进行 投影。可以备选地沿背侧方向或沿任何其他预定方向对影带进行投影。

根据本发明的一个实施例，从体腔10的中心线410对两个虚拟影带 420、430进行投影。可以对这两个影带420、430进行色彩编码，以提供取 向参考。例如，第一影带420沿患者绘制的腹侧方向进行投影并且被色彩 编码为绿色，而第二虚拟影带430沿患者绘制的背侧方向进行投影并且被 色彩编码为红色。

尽管以上描述已经集中在由流程前CT扫描构建的虚拟绘制10上，应 当理解，在流程期间也可以将虚拟影带从实际相机图像投影到腔壁上。

现在参考图3，示出了用于规划在体腔中的介入流程的系统100。根据 一个实施例，系统100可以在成像工作站中实现，所述成像工作站诸如是 来自荷兰N.V.，埃因霍温的皇家飞利浦电子的扩展卓越工作空间（Extended  Brilliance Workspace，EBW）。EBW提供图形用户界面，所述图形用户界面 与核成像组合，诸如单光子发射计算机断层摄影（SPECT）与计算机断层 摄影（CT）。

根据一个实施例，系统100包括通用计算机或自定义计算装置。系统 100包括中央处理单元110，所述中央处理单元110通过系统总线130等与 存储器120能操作地连接。处理单元110可以是能够执行程序指令的任何 装置，诸如一个或多个微处理器。所述存储器可以是任何易失或非易失的 存储器装置，诸如可移动磁盘、硬盘驱动器、CD、随机存取存储器（RAM）、 只读存储器（ROM）等，或者其任意组合。

显示器140也能操作地连接至处理器110。所述显示器可以是适于呈现 能够呈现医学图像的图形用户界面（GUI）的任何监视器、屏幕等。

在存储器120上编码建模程序122。所述建模程序从诸如CT扫描的图 像数据生成解剖特征的三维模型。建模程序122也可以从各种角度创建解 剖特征的绘制，例如，诸如与如同来自支气管镜的视图的来自气道之内的 气管支气管气道树的视图非常接近地类似的绘制。所述建模程序也能够绘 制来自腔内的其他体腔的图像。

建模程序122能够识别体腔之内的中心路径410（图4）。之后，建模 程序能够将虚拟影带从中心路径、垂直于中心路径投影到腔壁12的图像上。 虚拟影带可以用于规划通向异常、气道狭窄、肿瘤等的路径。

根据本发明的一个实施例，在存储器120上编码要被用于创建三维解 剖模型的流程前CT扫描124。可以从诸如CD-ROM等的存储装置上传CT 扫描124。备选地，可以通过诸如因特网或内联网等的网络来接收CT扫描 124。为了实现这一操作，网络连接可以通过系统总线130等能操作地连接 至存储器120。

现在参考图5，示出了用于规划在体腔中的介入流程的方法。执行流程 前CT扫描（步骤510）。之后，将扫描124加载到成像系统中，诸如飞利 浦EBW。CT扫描器可以是与成像系统一体的，并且直接提供扫描。备选 地，可以通过网络将扫描发送到成像系统，或者可以将扫描记录在诸如 CD-ROM、闪存盘等的记录介质上，所述记录介质能够被插入在成像系统 上的合适的驱动器或连接器中，以供处理器110存取。

从CT扫描124，成像系统100使用建模程序122创建诸如气管支气管 气道树的体腔10的虚拟绘制（步骤520）。如上所述，可以通过执行在存储 器120上编码的建模程序122的处理器110来创建虚拟绘制。在显示器140 上显示所述虚拟绘制。

之后，系统100将虚拟影带420投影到腔10的壁12上（步骤530）， 指示针对介入流程的规划的路径。用户通常识别CT图像中的目标，例如， 病变，并且建模程序计算遵循气道从气管到病变的路径。备选地，建模程 序122可以自动地找到目标。根据另一实施例，用户也可以在图像中手动 点击以定义一些点，并且之后，建模程序122计算通过那些点的最优路径。 还可以通过编辑曲线来操纵所计算出的路径。

图6是根据本发明的一个实施例的用于将虚拟影带投影到腔壁的方法 的流程图。首先，执行建模程序122的处理器110定位垂直于腔10的平面 （步骤531）。亦即，在垂直于腔的三维图像空间中识别平面。

系统100识别中心路径410上的点（步骤532）。这可以例如通过针对 在所识别的平面中的腔的部分构造最佳拟合圆并计算该圆的中心来实现。 备选地，这可以通过基于分割的树计算距离图来实现。所述距离图如CT一 样为灰阶图像，但在这种情况下，每个体素包含距离分割的气道树的边界 的最近距离信息。在一个横截面之内，具有距所述边界的最大距离的点是 中心点。那么，能够通过在具有最高距离值的体素的方向上生长来沿路径 进行跟踪。

系统100以正交于中心路径410的恒定夹角405将影带片段421从中 心路径410上的点投影到腔壁12上（步骤533）。亦即，在垂直于腔10的 平面中，系统100从中心路径410上的中心点到腔壁12构造角405，并且 在位于角405和腔壁12的交集处的壁上构造影带片段。在一个实施例中， 角405为大约5°。如上所述，投影可以处在特定的方向，诸如腹侧方向。

系统100在腔壁12上描绘影带片段（步骤534）。亦即，将夹角405之 内的腔壁12的片段描绘为特定的色彩，例如，诸如绿色或红色。本领域技 术人员将理解，尽管所述片段被描述为存在于与中心路径垂直的平面中， 所述片段实际上具有与成像系统的像素宽度一致的最小厚度。因此，将具 有像素的厚度的腔壁12的片段描绘为特定的色彩，与腔壁12形成对比。 根据一个实施例，将影带片段描绘为半透明叠加层，以允许观察底层腔壁 12。

在描绘片段之后，所述系统确定在中心路径410上是否呈现额外的点 （步骤535）。如果存在额外的点，则系统识别新的点（步骤532），并且针 对新的点重复步骤533-535。如果不存在额外的点，则过程结束。

本发明可以采取全部硬件实施例、全部软件实施例或包含硬件和软件 单元的实施例的形式。在范例性实施例中，本发明应用于软件，包括但不 限于，固件、驻留的软件、微码等。

此外，本发明可以采取能够从提供供计算机或任何指令执行系统或装 置使用的程序代码的、或者与所述计算机或任何指令执行系统或装置连接 的计算机可用或计算机可读介质中存取的计算机程序产品的形式。出于这 种描述的目的，计算机可用或计算机可读介质可以是可以包含或储存供指 令执行系统、设备或装置使用的程序的或者与所述指令执行系统、设备或 装置连接的任何非暂态装置。

上述方法可以通过包括机器可读介质的程序产品来实现，所述机器可 读介质具有指令的机器可执行程序，所述机器可执行程序在由诸如计算机 的机器执行时，执行方法的步骤。这种程序产品可以储存在任意各种已知 的机器可读介质上，包括但不限于，光盘、软盘、USB存储装置等。

所述介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统（或设 备或装置）。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、影带、可移 动计算机软盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、刚性磁盘、 光盘。光盘的通用范例包括光盘-只读存储器（CD-ROM）、光盘-读/写 （CD-R/W）和DVD。

以上描述和附图意为说明性的，并非限制本发明。本发明的范围意在 完全包含权利要求书的等价变型和配置。