用于将切口标记投射到患者上的方法和系统与流

本发明涉及一种用于将切口标记投射到患者上的方法、一种相应的计算机程序、一种存储此类程序的程序存储介质、一种执行此类程序的计算机以及一种包括前述计算机的医疗系统。背景技术：1、用于获得荧光透视图像或x射线图像的医学成像系统通常用于计划手术或用于在手术前立即验证信息。在本文件中，通过增加将切口标记投射到患者上的能力，来扩展这种医学成像系统的功能。2、医学成像系统通常包括发射锥形x射线束的x射线源，使用准直仪可以选择性地将该x射线束成形。医学成像系统通常进一步包括二维x射线探测器，用于在x射线束通过患者后对该x射线束进行检测。利用这种医学成像系统，可以捕获二维荧光透视图像。但是，医学成像系统也可能包括发射扇形x射线束的x射线源，以及与该扇形x射线束相对应的线型x射线探测器。这种成像系统捕获一维x射线图像，但是可以通过相对于患者移动医学图像系统并组合多个一维x射线图像，来获得二维荧光透视图像。x射线束的中心也被称为医学成像系统的中心束。技术实现思路1、本发明可以用于制备过程，例如与医学成像系统(诸如brainlab ag的产品loop-xtm)或任何其他合适的成像系统结合使用。2、下面公开本发明的各方面、示例和示例性步骤及其实施例。只要技术上适宜且可行，便能根据本发明组合本发明的不同示例性特征。3、发明简述4、下面给出本发明具体特征的简要描述，其不应被理解为将本发明限制于本部分所描述的特征或该特征的组合。5、本文件涉及使用承载医疗成像系统的可移动龙门架和相对于该龙门架可调节的至少一个激光器，来将切口标记投射到患者上的技术。医学成像系统用于捕获患者的至少一部分的荧光透视图像或x射线图像。然后在所捕获的图像中设置虚拟标记，以指示感兴趣的点或区域，例如指示为切口的点或至少一条线。然后，使用激光器将感兴趣的点或区域指示到患者表面上，从而使感兴趣的点或区域从外部可视。6、发明概述7、在本部分中，例如通过参考本发明的可能实施例来给出对本发明的一般特征的描述。8、总体而言，本发明达成上述目的的解决方案为，在第一方面，提供一种使用医学成像系统将切口标记投射到患者上的方法，该医学成像系统包括龙门架和相对于该龙门架可调节的至少一个激光器。9、该方法包括以下步骤：捕获患者的至少一部分(尤其是患者的骨结构(例如患者脊柱)的至少一部分)的荧光透视图像。医学成像系统能捕获荧光透视图像，并且因此例如包括x射线源和x射线探测器。在一个实施例中，仅捕获单个荧光透视图像。然后将该荧光透视图像显示在显示装置上。10、荧光透视图像是从患者上的观察方向拍摄到的，该观察方向表示医学成像系统相对于患者的位置。观察方向例如代表相对于医学成像系统界定的线的方向，诸如与由x射线源发射的x射线束的中心重合的线。11、该方法进一步包括以下步骤：在荧光透视图像中设置虚拟标记。该虚拟标记例如指示感兴趣的点或区域，诸如通过手术治疗的点或区域或指示切口位置的点或区域。12、该方法进一步包括以下步骤：控制至少一个激光器以根据虚拟标记将切口标记从不同于观察方向的投射方向投射到患者上。换言之，投射到患者上的切口标记指示患者表面上的位置，该位置对应于荧光透视图像中的虚拟标记的位置。13、在本文中，单词“激光器”是指生成激光束的设备。此光束可以具有不同的形状，诸如点状(使得激光束是直线)或扇形(使得激光束覆盖具有特定张开角的平面的一部分)。此张开角定义激光束两条边界线之间的角度。14、投射方向是切口标记投射到患者上的方向。如果切口标记是单光点，则投射方向通常等于激光束的方向。如果将激光呈扇形散开以将线投射到患者上，则投射方向例如是扇的中心轴。如果切口标记包括两条相交的线，诸如十字准线，则投射方向例如是连接相交点与激光束(例如激光源或偏转镜)的原点的线。15、在一个实施例中，观察方向与投射方向之间的角度为90°、85°与95°之间、80°与100°之间或70°与110°之间。16、例如如果观察方向是患者的横向，使得从患者的侧面拍摄荧光透视图像，则将切口标记例如投射到患者的后侧或前侧。17、激光器例如用医学成像系统校准。这意味着激光器相对于医学成像系统的位置是已知的，也即意味着可以相对于医学成像系统来调整激光束的位置。该校准例如可以使用幻像或反投射来获得。如果已知激光器相对于成像系统的方向，则激光器相对于成像平面的方向也是已知的。18、本方法的优点在于，能够在患者图像中标记感兴趣的点或区域，这允许观察患者，然后能够从不同的方向在患者的表面上指示与感兴趣的点或区域相对应的位置。其优点是不需要诸如记号笔的额外工具和重复照射，并且能够在示出患者成像部分的细节的图像中设置切口标记，该细节在从投射方向拍摄的图像中可能无法辨识。19、由于捕获荧光透视图像时医学成像系统的观察方向已知，因此图像探测器的成像平面的位置，以及因此荧光透视图像在医学成像系统的参考系中的位置是已知的。然后在医学成像系统的参考系中也定义了切口标记的位置。这意味着只要患者在捕获荧光透视图像和投射切口标记时相对于医学成像系统具有相同位置，就无需跟踪或配准患者。20、在一种应用中，荧光透视图像示出患者的至少一部分脊柱，可以在荧光透视图像中标记一个椎骨或多个椎骨，并且可以通过切口标记来指示患者体内所选择的一个或多个椎骨的位置。从外部不能直接感知到椎骨的位置，仅在某些情况下可以感知到棘突的位置，在某些情况下不可能直接感知到脊柱的一部分，例如对于肥胖患者。但是，椎骨的位置与其棘突之间没有普遍的相关性，因此无法确定椎骨的实际位置。本发明解决了这个问题。21、在一个实施例中，至少一个激光器将成像标记投射到患者上，其中，当捕获到荧光透视图像时，成像标记指示患者上的图像位置。成像标记例如代表x射线源的中心束。换言之，成像标记可以用于相对于患者定位医学成像系统，使得患者被正确地定位在医学成像系统的视野内。在本实施例中，可以使用相同的激光器来投射成像标记，并且随后投射切口标记。22、在一个实施例中，初始虚拟标记覆盖在荧光透视图像上，其中，初始虚拟标记的位置对应患者上的成像标记的位置。这意味着透视图像中指示了捕捉荧光透视图像时医学成像系统的成像方向。如果成像标记指示x射线源的中心束，则初始虚拟标记指示荧光透视图像中的中心束的位置。初始虚拟标记例如指示荧光透视图像中患者上的成像标记的纵向位置。23、在一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：改变初始虚拟标记的位置，以获得虚拟标记。例如，根据代表初始虚拟标记的预期移动的用户输入数据来改变位置。也可以说，一旦初始虚拟标记覆盖在透视图像上并且根据虚拟标记的位置投射切口标记，初始虚拟标记就变为虚拟标记。设置虚拟标记因此包括移动初始虚拟标记。24、通常，可以通过移动(例如拖动)荧光透视图像中的虚拟标记来执行设置虚拟标记。进一步可以通过点击荧光透视图像中的点来执行。25、在另一个实施例中，可以通过指示结构(例如通过从一个或多个结构列表中选择结构)来设置虚拟标记。例如可以指示诸如骨骼界标的结构。然后在荧光透视图像中自动寻找此结构，并相应地设置虚拟标记。在另一个示例中，显示在荧光透视图像中示出的骨骼的列表，并且用户选择骨骼中的一个。在可选的第二步骤中，显示所选择的骨骼的界标和/或部分的列表，并且用户选择随后虚拟标记将自动设置的界标或部分。然后，用户可以修改自动设置的虚拟标记。26、上文中，做出选择的用户涉及接收指示选择的用户输入。27、在一个实施例中，控制至少一台激光器涉及以下至少一项：执行至少一台激光器在一个平移维度上的线性位移；以及执行由至少一台激光器发射的激光束绕一个轴线的旋转位移。在一个示例中，线性位移/或旋转位移是相对于龙门架的。激光束的旋转位移例如可以使用可调节以修改激光束方向的镜子来实现。一个轴线(激光束绕其位移)例如正交于激光束的方向或位于激光束所在的平面中。28、随着相对于龙门架的位移，可以将切口标记投射到正确的位置，而无需相对于患者移动龙门架。29、在另一种实施方式中，控制至少一个激光器以投射切口标记涉及旋转激光器，例如围绕患者的垂直轴。垂直轴也称为颅尾轴或纵向轴。在一个实施例中，激光器沿圆形轨迹移动。激光器可以例如相对于龙门架移动，例如在龙门架内部移动，例如在轨道上移动。激光器例如可以与x射线探测器一起移动。如果将激光器牢固地附接到龙门架，则龙门架或承载激光器的龙门架的一部分执行旋转。如果用于投射成像标记的激光器也用于投射切口标记，则旋转激光器尤其有用，因为切口标记的投射是从与荧光透视图像的成像方向不同的方向进行的。30、在一种实施方式中，将激光器附接到x射线探测器。定位激光源，使得可以从投射方向投射切口标记，然后可选地涉及围绕患者旋转x射线探测器，例如围绕患者的纵轴旋转，例如与龙门架一起旋转或沿着龙门架旋转。然后，从使用x射线探测器捕获荧光透视图像的位置开始，x射线探测器旋转例如为90°、85°至95°、80°至100°或70°至110°。附接到x射线探测器的激光器可以意指刚性附件或激光器在其中可以相对于x射线探测器例如沿着轨道移动的附件。31、在一个实施例中，虚拟标记是点。这样的点例如可以标记患者内的单个对象。该点可以例如使用图形用户界面来初始设置，或者该点可以是在荧光透视图像内移动的现有点。如上所述，当捕获到荧光透视图像时，现有点可以指示医学成像系统的中心束。该点也可以由十字准线标记。32、在此实施例中，至少一个激光器例如投射点或十字准线作为切口标记。该点或十字准线例如可以标记适于切口(incision)或微创伤口(cut)的点，来到达由虚拟标记指示的点。33、在一个实施例中，虚拟标记指示脊柱的垂直位置。垂直位置意指沿着患者的纵轴的位置。虚拟标记可以例如指示预期切口的开始或结束，该预期切口将由切口标记指示。34、在一种实施方式中，由至少一个激光器发射的光束指向患者的前后方向。激光束例如被投射到患者的背部上，并且因此可以指示由虚拟标记代表的脊柱上的垂直位置。35、在一种实施方式中，激光投射一条线作为切口标记。此线例如位于患者的水平面内，该水平面也称为横向平面。36、例如可以通过散开点光束(例如使用光学棱镜)或通过扫描激光束(例如使用可移动镜)来获得该线。37、在一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：在荧光透视图像中设置第二虚拟标记。在一种情况下，第一虚拟标记指示预期切口的第一端，第二虚拟标记指示预期切口的第二端。但是，可以将第二虚拟标记用于感兴趣区域的任何点。在此实施例中，另一个步骤是控制至少一个激光器，以根据第二虚拟标记投射第二切口标记。这意味着对应于两个虚拟标记投射两个切口标记。然而，也可以设置三个或更多个虚拟标记，导致至少一个激光器投射三个或更多个切口标记。38、第二切口标记可以由投射第一切口标记的同一激光器来投射，例如通过使用用于偏转激光束的镜子。但是，也可以使用不同的激光器来投射第二切口标记。39、在一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：改变荧光透视图像中虚拟标记的位置；根据虚拟标记改变后的位置来控制至少一个激光器，以实时适应相应的切口标记的位置。这意味着可以在荧光透视图像中调整虚拟标记的位置，并且可以在患者表面上立即可视化虚拟标记改变位置后的效果。40、本发明进一步涉及一种程序，该程序当在连接到包括可移动龙门架和相对于龙门架可调节的至少一个激光器的医学成像系统的计算机上运行时，促使计算机执行以下步骤：获取患者的至少一部分脊柱的荧光透视图像；接收代表荧光透视图像中虚拟标记的用户输入；以及输出用于控制至少一个激光器的控制参数，以根据虚拟标记将切口标记投射到患者上。41、该程序对应于上述方法，并因此实现相同的技术效果，但仅涉及数据处理方面。42、本发明进一步涉及在其上存储和/或运行上述程序的计算机。43、本发明进一步涉及一种包括所述计算机的系统以及包括龙门架和相对于龙门架可调节的至少一个激光器的医学成像系统。44、更进一步，本发明涉及一种在其上存储有所述程序的非暂时性计算机可读存储介质。45、例如，本发明不涉及或特别地不包括(comprise)或包含(encompass)侵入性步骤，该侵入性步骤代表对身体的实质性物理干扰，要求采取专业医疗措施，即使执行时采取了所要求的专业护理和措施，身体也可能承受重大健康风险。46、例如，本发明不包括执行切口的步骤。更具体地，本发明不涉及或特别地不包括(comprise)或包含(encompass)任何外科或治疗活动。相反，本发明针对可用于切口的制备。仅对于此制备，通过实施本发明，不必需或隐含外科或治疗活动，特别不必需或隐含外科或治疗步骤。切口标记可以例如用做标记器，在该标记器处，人们使用笔或类似物在患者的皮肤上绘制出标记。47、设备或系统的使用48、本发明进一步涉及设备/系统或其用于将切口标记投射到患者上的任何实施例。49、定义50、本部分中提供了本公开中使用的特定术语的定义，它们也构成本公开的一部分。51、计算机实施的方法52、根据本发明的方法例如是一种计算机实施的方法，用于执行方法步骤或指导实体酌情执行方法步骤。例如，根据本发明的方法的全部步骤或仅一些步骤(即少于步骤总数)可以由计算机(例如，至少一台计算机)执行。由计算机实施的方法的实施例是计算机用来执行数据处理方法的用途。计算机实施的方法的实施例是关于计算机操作的方法，使得计算机被操作为执行该方法的一个、多个或全部步骤。53、计算机例如包括至少一个处理器和例如至少一个存储器，以便(技术上)处理数据，例如电子地和/或光学地处理数据。处理器例如由半导体的物质或组合物制成，例如至少部分n型和/或p型掺杂半导体，例如ii型、iii型、iv型、v型、vi型半导体材料中的至少一种，例如(掺杂)硅和/或砷化镓。所描述的计算步骤或确定步骤例如由计算机执行。确定步骤或计算步骤例如是在技术方法的框架内(例如在程序的框架内)确定数据的步骤。计算机例如是任何类型的数据处理装置，例如电子数据处理装置。计算机可以是通常视为计算机的装置，例如台式个人电脑、笔记本电脑、上网本等，但也可以是任何可编程设备，例如移动电话或嵌入式处理器。计算机可以例如包括“子计算机”系统(网络)，其中每个子计算机以其自身表示计算机。术语“计算机”包括云计算机，例如云服务器。术语“计算机”包括服务器资源。术语“云计算机”包括云计算机系统，其例如包括至少一个云计算机的系统，并例如包括多个可操作式互连的云计算机，诸如服务器群。这种云计算机优选地连接到诸如万维网(www)的广域网，并位于全部连接到万维网的计算机的所谓的云中。这种基础设施用于“云计算”，其描述了不要求终端用户知道提供特定服务的计算机的物理位置和/或配置的那些计算、软件、数据访问和存储服务。例如，术语“云”就此用来隐喻因特网(万维网)。例如，云提供作为服务(iaas)的计算基础设施。云计算机可以用作用于执行本发明方法的操作系统和/或数据处理应用的虚拟主机。云计算机例如是由亚马逊网络服务(amazon webservicestm)提供的弹性计算云(ec2)。计算机例如包括接口，以便接收或输出数据和/或执行模数转换。该数据例如是表示物理属性和/或从技术信号生成的数据。技术信号例如通过(技术)检测装置(例如用于检测标记装置的装置)和/或(技术)分析装置(例如用于执行(医学)成像方法的装置)来生成，其中技术信号是例如电信号或光信号。技术信号例如表示由计算机接收或输出的数据。计算机优选可操作式耦合到显示装置，该显示装置允许将由计算机输出的信息显示给例如用户。显示装置的一个实例是虚拟现实装置或增强现实装置(又称为虚拟现实眼镜或增强现实眼镜)，其可以用作用于导航的“护目镜”。这种增强现实眼镜的具体实例是谷歌眼镜(google glass，google,inc.旗下的商标品牌)。增强现实装置或虚拟现实装置既可用于通过用户交互将信息输入到计算机中，又可用于显示由计算机输出的信息。显示装置的另一实例是例如包括液晶显示器的标准计算机监视器，该液晶显示器可操作式连接到计算机，用于从计算机接收显示控制数据，以产生用于在显示设备上显示图像信息内容的信号。这种计算机监视器的具体实施例是数字灯箱。这种数字灯箱的实例是brainlab ag的产品监视器也可以是例如手持式的便携式装置，诸如智能电话或个人数字助理或数字媒体播放器。本发明还涉及一种计算机程序，当在计算机上运行时，促使计算机执行本文所述的一种或多种方法，和/或一种存储有该程序的程序存储介质(特别是以非暂时性形式)，和/或一种包括上述程序存储介质的计算机，和/或一种(物理性，例如电性，例如技术性生成的)信号波，例如数字信号波，诸如电磁载波，该电子载波携带代表程序(例如前述程序，该程序例如包括适于执行本文所述的任意或全部的方法步骤的代码机构)的信息。54、在本发明的框架内，计算机程序单元可以通过硬件和/或软件(这包括固件、驻留软件、微代码等)来体现。在本发明的框架内，计算机程序单元可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可以通过计算机可用、例如计算机可读的数据存储介质来实现，该数据存储介质包括计算机可用、例如计算机可读的程序指令，在所述数据存储介质中体现的“代码”或“计算机程序”用于在指令执行系统上或与指令执行系统结合使用。这种系统可以是计算机；计算机可以是包括用于执行根据本发明的计算机程序单元和/或程序的机构的数据处理装置，例如包括执行计算机程序单元的数字处理器(中央处理单元或cpu)的数据处理装置，以及可选地包括用于存储用于执行计算机程序单元和/或通过执行计算机程序单元生成的数据的易失性存储器(例如随机存取存储器或ram)的数据处理装置。在本发明的框架内，计算机可用、例如计算机可读的数据存储介质可以是任何数据存储介质，其可以包含、存储、通信、传播或传输那些指令执行系统、设备或装置上使用或与之结合使用的程序。计算机可用、例如计算机可读的数据存储介质例如可以是但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或者是诸如因特网的传播介质。计算机可用或计算机可读的数据存储介质甚至可以是例如可打印所述程序的纸张或其他合适介质，因为程序可以通过电子方式捕获，例如通过光学扫描该纸张或其他合适介质，然后再编译、解码或以适当方式另行处理。数据存储介质优选为非易失性数据存储介质。本文所述的计算机程序产品和任何软件和/或硬件形成用于在示例实施例中执行本发明的功能的各种机构。计算机和/或数据处理装置可以例如包括指导信息装置，该指导信息装置包括用于输出指导信息的机构。指导信息可以例如在视觉上通过视觉指示机构(例如，监视器和/或灯)和/或在听觉上通过听觉指示机构(例如，扬声器和/或数字语音输出装置)和/或在触觉上通过触觉指示机构(例如，振动元件或并入仪器中的振动元件)输出给用户。出于本文件的目的，计算机是技术计算机，该技术计算机例如包括诸如有形组件、例如机械组件和/或电子组件的技术组件。本文件中提及的任何装置都是技术装置并例如是有形装置。55、获取数据56、表述“获取数据”例如包含(在所述计算机实施的方法的框架内)由计算机实施的方法或程序确定数据的场景。确定数据例如包含测量物理量并将所测得的值变换成数据，例如数字数据，和/或借助于计算机并例如在根据本发明的方法的框架内计算(例如输出)该数据。如本文所述的“确定”步骤例如包括发出执行本文所述的确定的命令或由其组成。例如，该步骤包括发出促使计算机(例如远程计算机、例如远程服务器、例如云中)执行确定的命令或由其组成。替选地或附加地，本文所述的“确定”步骤例如包括以下步骤或由其组成：接收由本文所述的确定的结果数据，例如从远程计算机(例如从促使其执行确定的远程计算机)接收结果数据。“获取数据”的含义还例如包含以下场景：通过(例如输入)由计算机实施的方法或程序例如从另一程序、先前的方法步骤或数据存储介质接收或检索数据，例如用于通过由计算机实施的方法或程序进行进一步处理。待获取数据的生成可以但不必是根据本发明的方法的一部分。因此，表述“获取数据”还可以例如表示等待接收数据和/或接收数据。所接收的数据可以例如经由接口来输入。表述“获取数据”还可以表示由计算机实施的方法或程序执行一些步骤以便(主动地)从譬如数据存储介质(例如rom、ram、数据库、硬盘驱动器等)的数据源或经由接口(譬如从另一个计算机或网络)接收或检索数据。分别通过本公开的方法或装置获取的数据可从位于数据存储装置中的数据库获取，该数据存储装置可操作式连接到计算机以便进行数据库与计算机之间的数据传输，例如从数据库到计算机的数据传输。计算机获取数据以用作“确定数据”步骤的输入。所确定的数据可以再输出到相同的或另一个数据库以便存储以供后续使用。该数据库或用于实施本公开方法的数据库可以位于网络数据存储装置或网络服务器(例如，云数据存储装置或云服务器)或本地数据存储装置(例如可操作式连接到至少一个执行本公开方法的计算机的大容量存储装置)。数据可以通过在获取步骤之前执行附加步骤的方式来实现“就绪”状态。根据这个附加步骤，生成数据以供获取。例如，检测或捕获数据(例如，通过分析装置)。替选地或附加地，根据附加步骤，譬如经由接口，输入数据。例如可以输入所生成的数据(譬如，输入到计算机中)。根据附加步骤(其在获取步骤之前进行)，也可以通过执行将数据存储于数据存储介质(例如rom、ram、cd和/或硬盘驱动器)的附加步骤来提供数据，从而在根据本发明的方法或程序的框架内，使数据就绪。因此，“获取数据”的步骤还可以涉及命令装置获取和/或提供待获取的数据。特别地，获取步骤不涉及侵入性步骤，该侵入性步骤代表对身体的实质性物理干扰，要求采取专业医疗措施，即使执行时采取了所要求的专业护理和措施，身体也可能承受重大健康风险。特别地，获取数据的步骤，例如确定数据，不涉及外科手术步骤，特别是不涉及利用外科手术或疗法来治疗人体或动物躯体的步骤。为了区分本方法使用的不同数据，将数据表示为(即称为)“xy数据”等，并根据它们描述的信息来定义，然后优选地将其称为“xy信息”等。57、界标58、界标是身体解剖部位的界定元素，其在多个患者的同一身体解剖部位中始终相同或高度相似地重现。典型的界标例如是股骨的上髁或椎骨的横突和/或背突的尖端。这些点(主要点或辅助点)可以代表此类界标。位于(例如，在其表面上)身体部位的典型解剖结构上的界标也可以代表所述结构。界标可以代表整个解剖结构，也可以仅代表一个点或其一部分。界标例如也可以位于解剖结构上，该解剖结构例如是突出结构。这种解剖结构的例子是髂嵴后面。界标的另一个示例是由髋臼边缘界定的，例如由所述边缘的中心界定。在另一个示例中，界标表示髋臼的底部或最深点，其来源于多个检测点。因此，一个地标例如可以代表多个检测点。如上所述，界标可以代表在身体部位的特征结构的基础上界定的解剖特征。此外，界标也可以代表由两个身体部位的相对运动界定的解剖特征，诸如相对于髋臼运动时股骨的旋转中心。