本公开总体上涉及一种用于使计划的植入物可视化的方法。本公开还提供了一种系统和计算机程序。
背景技术：
1、在某些外科手术场景中，第一植入物的连接部分应当布置在第一解剖元素(诸如患者的骨)内。第一植入物的其他部分(例如，待连接到第二解剖元素、第二植入物或植入物连接件的植入物接口)可能需要布置在第一解剖元素的外部。第一植入物的布置可能还需要符合对切口点和第一植入物沿其被插入到患者身体中的第一植入物的插入方向提出的限制。
2、在计算机辅助外科(cas)中，可以向外科医生提供使相对于患者图像数据处于计划位姿的植入物可视化的视图。例如，患者图像数据可以是从计算机断层扫描(ct)装置或磁共振(mr)成像装置获得的医学图像数据。使用当前可用的使相对于患者图像数据处于计划位姿的植入物可视化的视图，外科医生可能难以判断计划位姿是否可接受。例如，可能难以识别处于计划位姿的植入物的连接部分是否延伸通过包括动脉(artilleries)、神经组织等的关键区域，或者植入物的完整连接部分是否按预期那样被布置在第一解剖元素内部。基于目前已知的可视化，还可能难以判定是否需要调整植入物的计划位姿或几何特性(例如，长度、直径或形状)，以及如果需要调整，则如何调整。此外，外科医生可能难以确定植入物需要通过其而被插入到患者身体内以按计划位姿放置的切口点是否可接受。更进一步地，外科医生可能难以预测植入物在稍后被插入到患者身体内时是否将会与例如骨结构的障碍物碰撞。
技术实现思路
1、需要一种解决上述问题或其他问题中的一个或多个的技术。
2、根据第一方面，提供了一种用于使计划的植入物可视化的方法。该方法由处理系统执行，并且包括获得表示患者身体的一部分的图像数据，该部分包括至少一个解剖元素。该方法包括获得指示待被植入到至少一个解剖元素中的植入物的一个或多个几何特性的植入物数据，以及获得指示植入物相对于至少一个解剖元素(例如，图像数据所表示的)的计划位姿的计划数据。该方法还包括基于图像数据、植入物数据和计划数据，确定植入物的位于至少一个解剖元素(例如，图像数据所表示的)内部的至少一个第一部分和植入物的不位于至少一个解剖元素(例如，图像数据所表示的)内部的至少一个第二部分。该方法包括触发可视化的显示，该可视化可区分地指示至少一个第一部分与至少一个第二部分。
3、图像数据可以包括中间图像数据。图像数据可以由诸如ct装置或mr成像装置的医学成像装置生成。图像数据可以包括ct图像数据。替代地或附加地，图像数据可以包括mr图像数据。图像数据可以包括或者由手术前图像数据或手术中图像数据组成。图像数据可以表示(i)患者身体的部分和(ii)患者身体的所有其余部分两者。
4、根据本公开，“位姿”可以包括位置和取向中的至少一个。例如，植入物的计划位姿可以包括植入物相对于至少一个解剖元素(例如，如图像数据所表示的)的位置和取向。
5、该方法可以包括基于所确定的至少一个第一部分和所确定的至少一个第二部分来确定可视化的步骤。可视化可以通过使至少一个第一部分与至少一个第二部分可区分地可视化而指导外科医生如何调整计划位姿。可视化可以向外科医生提供关于植入物的位于至少一个解剖元素内部的部分和植入物的位于至少一个解剖元素外部的部分的信息，使得外科医生可以不需要自己认知地确定这些部分。例如，可视化可以指导外科医生如何调整植入物的位姿，使得至少一个第二部分的尺寸被最小化、使得至少一个第二部分的一部分变为至少一个第一部分的一部分、或者使得至少一个第一部分的尺寸被最大化。
6、该方法可以是计算机实现的方法。该方法可以由至少一个处理器而不是处理系统来执行。替代地，处理系统可以包括被配置为执行该方法的至少一个处理器。该方法不包括外科手术步骤。
7、至少一个第二部分可以位于与至少一个解剖元素分开的至少一个区域内部。
8、至少一个区域可以包括远离至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素的区域。替代地或附加地，至少一个区域可以包括与至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素相邻的区域。
9、可视化可以可区分地指示至少一个第二部分的位于至少一个区域的第一区域内部的第一段与至少一个第二部分的位于至少一个区域的第二区域内部的第二段。第一区域可以不同于第二区域。
10、可视化可以可区分地指示至少一个第二部分的被包括在植入物的第一预定义区中的第三段与至少一个第二部分的被包括在植入物的第二预定义区中的第四段，其中第一预定义区不同于第二预定义区。
11、可视化可以是增强视图。
12、该方法可以包括获得(i)图像数据与(ii)至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素之间的第一配准。该方法还可以包括获得(i)包括显示器的增强现实装置与(ii)至少一个解剖元素中的一个或多个解剖元素之间的第二配准。可以基于第一配准和第二配准确定可视化。可以基于第一配准和第二配准确定可视化的取向或观看方向。可视化可以被触发显示在增强现实装置的显示器上。
13、该方法可以包括获得患者身体(例如，患者身体的至少部分)的表面扫描。该方法可以包括基于表面扫描和计划数据确定患者身体的表面上的待形成切口以将植入物插入到患者身体中的切口点。可视化还可以指示切口点。
14、切口点可以被确定为(i)由表面扫描指示的患者身体的表面与(ii)具有相对于植入物的预定义位姿的轨迹之间的相交点。
15、可以由包括在增强现实装置中的传感器获取表面扫描。
16、该方法还可以包括，在已经触发可视化的显示之后，获得指示植入物相对于至少一个解剖元素(例如，图像数据所表示的)的更新计划位姿的用户输入。该方法可以包括基于更新计划位姿来更新可视化。
17、该方法还可以包括识别图像数据中的至少一个解剖元素。该方法可以包括基于所识别的至少一个解剖元素来定义至少一个区域。
18、可以相对于图像数据定义计划位姿。计划数据可以指示植入物相对于如图像数据所表示的至少一个解剖元素的计划位姿。
19、该方法还可以包括识别图像数据中的至少一个解剖元素，并基于所识别的至少一个解剖元素和植入物与所识别的至少一个解剖元素之间的一个或多个预定义空间约束来确定计划位姿。
20、根据第二方面，提供了一种方法。该方法包括获得指示植入物相对于包括在患者身体的一部分中的至少一个解剖元素的计划位姿的计划数据。该方法还包括获得患者身体的至少部分的表面扫描。该方法可以包括基于表面扫描和计划数据确定患者身体的表面上的待形成切口以将植入物插入到患者身体中的切口点。该方法可以包括触发指示切口点的可视化的显示。
21、表面扫描可以与图像数据分离(例如，不包括在图像数据中)。表面扫描可以是非医学图像数据。表面扫描可以仅表示患者身体的至少部分的表面。表面扫描可以由仅表示患者身体的至少部分的表面的图像组成。可以从诸如飞行时间传感器或立体相机的深度传感器获得表面扫描。可以由包括在增强现实装置中的传感器获取表面扫描。
22、该方法可以包括例如基于(例如，(i)图像数据的坐标系与(ii)表面扫描或获取表面扫描的传感器的坐标系之间的)第三配准而将表面扫描配准到图像数据或反之亦然的步骤。第三配准可以基于所跟踪的至少一个解剖元素的位姿、图像数据与至少一个解剖元素之间的(例如，所述)第一配准、以及所跟踪的获取表面扫描的传感器或扫描器的位姿来确定。用于确定第三配准的其他变型也是可能的。
23、可视化可以是增强视图。可视化可以被触发显示在(例如，所述)增强现实装置的显示器上。切口点可以被确定为(i)由表面扫描指示或表示的患者身体表面与(ii)具有相对于植入物的预定义位姿的轨迹之间的相交点。该轨迹可以与植入物的纵向轴线重合。植入物可以是椎弓根螺钉。
24、第二方面的方法可以包括第一方面的方法的一个或多个附加步骤。图像数据可以对应于针对第一方面描述的图像数据。计划数据可以对应于针对第一方面描述的计划数据。植入物可以对应于针对第一方面描述的植入物。至少一个解剖元素可以对应于针对第一方面描述的至少一个解剖元素。表面扫描可以对应于针对第一方面描述的表面扫描。增强现实装置可以对应于针对第一方面描述的增强现实装置。可视化可以包括附加的指示和内容，如关于根据第一方面的可视化所描述的。
25、根据第三方面，提供了一种系统。该系统包括至少一个处理器，该处理器被配置为执行用于使计划的植入物可视化的方法。该至少一个处理器被配置为获取表示患者身体的一部分的图像数据，该部分包括至少一个解剖元素；获得指示待被植入到至少一个解剖元素中的植入物的一个或多个几何特性的植入物数据；获得指示植入物相对于至少一个解剖元素(例如，如图像数据所表示的)的计划位姿的计划数据；基于图像数据、植入物数据和计划数据，确定植入物的位于至少一个解剖元素(例如，如图像数据所表示的)的内部的至少一个第一部分和植入物的不位于至少一个解剖元素(例如，如图像数据所表示的)的内部的至少一个第二部分；并触发可视化的显示，该可视化可区分地指示至少一个第一部分与至少一个第二部分。
26、该系统可以被称为处理系统或cas系统。
27、该至少一个处理器可以被配置为执行根据第一方面的方法。替代地或附加地，该至少一个处理器可以被配置为执行根据第二方面的方法。
28、该系统还可以包括增强现实装置，该增强现实装置包括显示器。至少一个处理器可以被配置为触发可视化在增强现实装置的显示器上的显示。增强现实装置可以对应于针对第一方面描述的增强现实装置。
29、该系统还可以包括跟踪系统，该跟踪系统被配置为跟踪患者身体和增强现实装置以确定患者身体与增强现实装置之间的相对位姿。跟踪系统可以对应于针对第一方面描述的外科手术跟踪系统。
30、根据第四方面，提供了一种计算机程序。该计算机程序包括指令，所述指令当在至少一个处理器上执行时使所述至少一个处理器执行根据第一方面和第二方面中的至少一个的方法。计算机程序可以存储在一个或多个(例如，非暂时性)计算机可读介质上，或者可以由诸如数据流的载体携带。