本發明涉及圖像引導的介入的領域，特別是在泌尿學領域中，例如在用于例如腎結石移除的腎介入領域中。

背景技術：

1、在圖像引導的介入的領域內，在平衡介入工作流程的效率與患者安全和外科手術成功率方面仍然存在挑戰。

2、激勵創造本發明的一個特別感興趣的領域是泌尿學領域中的圖像引導的介入，并且更具體地是經皮腎鏡碎石術(pcnl)期間的圖像引導。

3、在尿石癥或腎結石疾病中，結石在尿收集系統中發展，其能夠導致輸尿管堵塞，從而導致下背部或腹部嚴重疼痛。在美國，尿石癥的終生患病率對于男性是大約12％，對于女性是大約7％，并且它正在上升，可能是由于飲食因素。

4、能夠通過使用體外沖擊波碎石術(eswl)、輸尿管鏡檢查(urs)或pcnl瓦解和/或移除結石來處置尿石病。基于結石的位置、尺寸和硬度來選擇處置，其中，pcnl是用于較大(直徑>2cm)結石的選擇項。

5、pcnl手術通常由一組醫學專家執行，一組醫學專家包括泌尿科醫師、無菌護士、非無菌護士、通常的介入放射科醫師、放射科技術人員、麻醉科醫師、麻醉科助手以及可能的其他人。

6、雖然在執行pcnl手術中存在許多工作流程變化，但是典型的手術涉及介入放射科醫師和泌尿科醫師之間的協作。當患者處于局部麻醉時，介入放射科醫師通過使用熒光透視和/或超聲圖像引導實現腎進入而開始。如果需要，這包括通過插入的針進行造影劑施用以改善熒光透視成像。

7、一旦由通過針的尿液流確認腎進入，就插入導絲，并且患者將從介入放射學房間運輸到手術室，在手術室中患者將接受全身麻醉并置于俯臥或仰臥位置。然后，泌尿科醫師將使用導絲將入口擴張至1cm直徑，將內窺鏡插入腎的尿收集系統中，并且隨后進行碎石術。較大的結石碎片可以通過進入護套來收集，而較小的結石碎片自動沖出。

8、熒光透視檢查和腎鏡成像將用于驗證是否所有結石碎片被移除。最終，需要通過在熒光透視檢查引導下放置jj導管或腎造口術管來固定腎引流，并且能夠移除進入護套，從而用縫合線閉合切口。

9、在手術之后，需要用通常在手術之后一周執行的診斷ct檢查來確認患者的無結石狀態。

10、pcnl手術的臨床結果高度依賴于腎進入策略。為了成功地移除結石，重要的是實現通過正確的腎盞的進入，使得泌尿科醫師能夠容易地到達結石并對殘留碎片進行可視化(如果存在的話)。

11、使用pcnl移除腎結石是具有挑戰性的臨床手術，其成功高度依賴于腎進入。需要確定到達結石的最佳進入策略，并且為了避免并發癥，需要以正確的角度進入腎盞。泌尿科醫師通常需要介入放射科醫師支持以獲得腎進入。在當前的臨床實踐中，獲得腎進入需要基于2d投影、實時熒光透視或熒光透視與超聲成像的組合的復雜3d導航技能。該過程中的錯誤可能導致不可用的進入，或者根本不獲得進入。通過錯誤的腎盞獲得的腎進入與降低的無結石率相關聯。不充分的腎進入與并發癥相關，例如腎動脈分支損傷引起(嚴重)出血、結腸穿孔或肺損傷引起氣胸。在這方面，例如參考論文：j.j.tomaszweski等人的renalaccess?by?urologist?or?radiologist?during?percutaneous?nephrolithotomy,journal?of?endourology?24:1733-1737,2010。

12、在實現腎進入之后，泌尿科醫師將開始使腎結石瓦解，這可能導致殘留的結石碎片卡在腎的骨盞或近側輸尿管中。為了在手術期間識別這些，泌尿科醫師將使用術間(術中)熒光透視和內窺鏡成像。如上所述，該過程也在手術之后的某個時間(例如1周)通過術后ct成像來驗證，以確認患者的無結石狀態。事實上，術后檢查揭示了高達25％的病例中的殘留結石碎片。高達73％的這些患者需要經歷另外的處置，諸如eswl、urs或pcnl。在這方面，參考論文：

13、d.olvera-posada等人的natural?history?of?residual?fragments?afterpercutaneous?nephrolithotomy：evaluation?of?factors?related?to?clinical?eventsand?intervention,urology?97:46-50,2016；和

14、j.d.raman等人的natural?history?of?residual?fragments?followingpercutaneous?nephrostolithotomy,journal?of?urology,181(3):1163-1168,2009。

15、實現腎進入和確認無結石狀態的復雜性不僅對患者結果產生負面影響，而且使泌尿科醫師依賴于其他醫學專家，例如介入和診斷放射科醫師。這與各種臨床工作流程困難和對這些手術的成本的實質性影響相關聯。

16、該領域的改進通常是有益的。

技術實現思路

1、本發明由權利要求限定。從屬權利要求限定了有利的實施例。

2、根據依照本發明的一個方面的示例，提供了一種處理單元，該處理單元包括一個或多個處理器，該一個或多個處理器被配置為執行用于在用于腎結石移除的腎介入手術期間的介入支持的計算機實施的方法。

3、該方法包括至少一個術中圖像采集階段，其包括：接收解剖區域的計算機斷層攝影(ct)圖像數據，該解剖區域包括對象的腎的至少一部分。

4、該方法還包括介入圖像引導階段，其包括：接收指示在介入手術中使用的介入工具的定位的實時工具跟蹤數據；基于ct圖像數據并且還基于跟蹤數據生成實時引導影像，引導影像對介入工具相對于在接收到的ct圖像數據中成像的解剖區域的位置進行可視化；以及與用戶接口設備通信以在用戶接口設備的顯示單元上實時顯示生成的引導影像。

5、該方法還包括在介入圖像引導階段之后的質量保證檢查階段，其包括：與ct成像裝置通信以使用ct成像裝置采集所述解剖區域的另外的ct圖像數據，以用于對任何殘留的結石或結石碎片進行可視化，例如用于確定是否已經實現完全的結石移除。另外的ct圖像數據優選地是錐形束ct圖像數據。用于采集另外的ct圖像數據的ct成像裝置可以是c形臂ct裝置或平板ct裝置。它可以是錐形束ct裝置。另外的ct圖像數據可以是錐形束ct圖像數據。

6、該方法還包括與用戶接口設備通信以在用戶接口的顯示單元上顯示另外的ct圖像數據。

7、所提出的方法有利地促進了在一次操作中并由一個主要外科醫師執行結石移除手術的所有階段，即：腎進入、結石移除和無結石檢查。這通過基于ct圖像的介入引導來促進，所述基于ct圖像的介入引導引導外科醫師實現腎進入，結合使用術中ct影像來在移除腎進入之前檢查無結石狀態。

8、發明人在創造本發明時的激勵目的是降低實現腎進入的復雜性，特別是在pcnl手術中，并提高手術的無結石成功率。通過在腎進入已經關閉之前與手術同時執行無結石檢查，這提高了無結石狀態的可能性，因為能夠通過另外的介入步驟立即解決任何殘留的結石碎片。

9、在一些實施例中，該方法還包括獲得質量保證檢查階段的結果的指示，并且響應于質量保證檢查的結果指示不完全的結石移除，控制介入圖像引導階段的另外迭代的執行以及隨后質量保證檢查階段的另外執行。介入圖像引導階段的另外迭代意味著例如控制另外的引導影像的生成。

10、質量保證檢查階段的結果能夠從用戶手動獲得，或者基于圖像分析自動獲得。例如，在一些實施例中，質量保證檢查的結果的指示是基于在用戶接口設備處接收的用戶輸入而獲得的。在一些實施例中，質量保證檢查的結果的指示是基于將結石移除檢查算法應用于所獲得的另外的ct圖像數據以自動確定完全或不完全的結石移除而獲得的。

11、在一些實施例中，質量保證檢查階段包括：基于用戶輸入或基于自動分割算法的應用，獲得與腎中存在的任何殘留結石相關聯的位置信息。在一些實施例中，在圖像引導階段的前述另外迭代期間，引導影像可以包括與殘留結石相關聯的位置信息的可視化。

12、在一些實施例中，響應于從用戶接口接收到預定義的用戶輸入命令而觸發質量保證檢查階段。

13、在一些實施例中，至少一個術中圖像采集階段包括與ct成像裝置通信以使用ct成像裝置采集所述解剖區域的ct圖像數據。優選地，采集錐形束ct圖像數據。ct成像裝置可以是錐形束ct成像裝置。它可以是c形臂ct成像裝置或平板ct成像裝置。

14、在一些實施例中，引導影像包括指示介入工具的位置的視覺疊加，該視覺疊加與表示解剖區域的解剖圖像融合，解剖圖像基于在術中圖像采集階段采集的ct圖像數據。解剖圖像可以是單獨的ct圖像，或者可以是例如由ct圖像和術前圖像形成的合成融合圖像。

15、在一些實施例中，引導影像包括一個或多個視覺疊加，其提供導航引導以用于沿著從皮膚上的切口點到腎的預定義進入點的預定義工具進入路徑對介入工具的插入進行導航。

16、在一些實施例中，提供導航引導的上述一個或多個視覺疊加提供切口點的目標位置(例如，相對于患者解剖結構)的視覺指示和工具的目標插入角度的指示。

17、在一些有利實施例中，該方法可以包括介入規劃階段。介入規劃階段可以包括獲得腎的規劃進入點的指示。介入規劃階段還可以包括獲得通過身體到達腎的進入點的規劃進入路徑的指示。在一些實施例中，可以基于所獲得的指示來生成用于提供導航引導的一個或多個視覺疊加。

18、在一些實施例中，腎的規劃進入點的指示可以包括腎的規劃腎盞的指示，腎臟進入要通過規劃腎盞實現。

19、在一些實施例中，該方法可以包括獲得用于進入腎的規劃腎盞的指示，在接收到的ct圖像數據內手動地或自動地分割所述規劃腎盞，以及基于此識別腎的規劃進入點相對于ct圖像數據的位置。

20、在一些實施例中，可以基于在用戶接口處接收到的用戶輸入來獲得腎的規劃腎盞的前述指示，腎臟進入要通過規劃腎盞實現。在一些實施例中，自動地確定通過身體的上述規劃進入路徑和規劃切口點，例如基于腎的規劃腎盞的指示，腎臟進入要通過規劃腎盞實現。

21、關于引導影像，在一些實施例中，其可以通過將在至少一個術中圖像采集階段期間接收的ct圖像數據與從數據存儲庫檢索的相同患者的相同解剖區域的術前圖像數據融合來生成合成圖像數據來生成。這樣做的益處在于，相比于在術中(即，與介入手術同時)獲得的可能的或實際的分辨率，術前圖像數據可以以更高的分辨率獲得，并且因此能夠增強細節。而且，可以以相同或不同的模態獲得術前圖像，從而允許通過融合添加潛在的附加細節。此外，即使使用相同的模態，在一些情況下也可以例如通過對比度增強來進一步增強術前圖像。

22、例如，在一些實施例中，在至少一個術中圖像采集階段中采集的ct圖像數據是非造影增強錐形束ct圖像數據，并且其中，該方法包括通過將采集的非造影增強ct圖像數據與從數據存儲庫檢索的相同患者的相同解剖區域的術前造影增強錐形束ct圖像數據融合來生成合成圖像。

23、然而，在其他實施例中，在至少一個術中圖像采集階段采集的ct圖像數據也可能是造影增強錐形束ct圖像數據。

24、在一些實施例中，不僅術中ct影像而且還有其他成像模態用于輔助介入。例如，圖像引導階段還可以包括接收補充圖像數據，該補充圖像數據包括以下中的一項或多項：來自內窺鏡成像系統的實時內窺鏡成像數據；來自超聲成像系統的實時超聲成像數據；來自錐形束ct成像裝置的實時熒光透視成像數據。這些模態補充并增強ct圖像數據，因為它們實現實時成像，而實時ct成像(以要用于介入引導的足夠的時間分辨率)根本(在現有技術的情況下)不具有實際可能性。由此產生的輻射劑量也將是禁止的。

25、在一些實施例中，圖像引導階段包括與用戶接口通信以同時顯示引導影像和補充圖像數據。這由此在顯示單元上創建多模態顯示輸出。

26、在一些實施例中，處理單元還包括用于有線或無線連接到以下中的一項或多項的通信接口：錐形束ct成像裝置；用戶接口設備；工具跟蹤系統；以及超聲成像系統和/或內窺鏡成像系統。

27、本發明可以體現為移動基站的形式，移動基站可在手術室內移動并且包括根據本文中描述的任何實施例或根據任何權利要求的處理單元。因此，這提供了一種移動推車，該移動推車能夠充當用于連接所有硬件的集線器，并且容納促進計算機實施的方法的處理單元。例如，移動單元包括安裝在輥或輪上的基站。其具有使系統能夠在不同手術室之間進行輪轉的優點，從而避免了使用永久安裝的器械完全重新裝配手術室以執行手術的需要。現有手術室可以立即用于執行該方法。移動基站實際上還可以包括具有顯示單元的上述用戶接口，以避免需要將來自處理單元的視頻輸出手動連接和設置到手術室中的現有顯示設備。

28、本發明的另一方面是一種系統，包括：根據本公開中描述的任何實施例或示例的處理單元，或包括這樣的處理單元的移動基站；術中錐形束ct成像裝置；以及用于跟蹤介入工具在患者體內的定位的跟蹤系統。術中錐形束ct成像裝置可以相對于患者移入和移出成像位置，而不移動患者。例如，它可以具有c形臂構造。

29、本發明的另一方面是一種用于在用于腎結石移除的腎介入手術期間的介入支持的計算機實施的方法。該方法包括至少一個術中圖像采集階段，其包括：接收解剖區域的計算機斷層攝影(ct)圖像數據，該解剖區域包括對象的腎的至少一部分。

30、該方法還包括介入圖像引導階段，其包括：接收指示在介入手術中使用的介入工具的定位的實時工具跟蹤數據；基于ct圖像數據并且還基于跟蹤數據生成實時引導影像，引導影像對介入工具相對于在接收到的ct圖像數據中成像的解剖區域的位置進行可視化；以及與用戶接口設備通信以在用戶接口設備的顯示單元上實時顯示生成的引導影像。

31、在一些實施例中，接收實時工具跟蹤能夠基于圖像引導方法，并且能夠包括術后或術前影像，而不僅僅是實時方法。換句話說，本技術能夠擴展到不同種類的成像器械(例如，mr、us、pet、spect)，并且不僅基于ct或錐形束ct。

32、該方法還包括在介入圖像引導階段之后的質量保證檢查階段，其包括：與ct成像裝置通信以使用ct成像裝置采集所述解剖區域的另外的ct圖像數據，以用于對任何殘留的結石或結石碎片進行可視化，例如由此用于確定是否已經實現完全的結石移除。另外的ct圖像數據優選地是錐形束ct圖像數據。

33、該方法還包括與用戶接口設備通信以在用戶接口的顯示單元上顯示另外的ct圖像數據。

34、本發明的另一方面是一種包括計算機程序代碼的計算機程序產品，該計算機程序代碼被配置為當在處理器上運行時使得處理器執行根據本文描述的任何實施例或根據任何權利要求的方法。

35、本發明的這些和其他方面將從下文描述的(一個或多個)實施例變得顯而易見并且參考下文描述的(一個或多個)實施例進行闡述。