本發(fā)明涉及使用外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)以執(zhí)行外科手術(shù)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及使用導(dǎo)航系統(tǒng)，以利用基準(zhǔn)圖案實(shí)現(xiàn)治療方案。

背景技術(shù)：
電外科設(shè)備已經(jīng)被廣泛地使用。電外科手術(shù)涉及在外科手術(shù)期間利用熱能和/或電能來(lái)對(duì)生物組織進(jìn)行切割、解剖、消融、凝結(jié)、燒灼、密封或其他處理。電外科手術(shù)通常使用手持件進(jìn)行，所述手持件包括適于在電外科手術(shù)期間傳輸能量至組織部位的外科設(shè)備(例如，末端執(zhí)行器或消融探頭)、可操作地輸出能量的遠(yuǎn)程電外科發(fā)生器、以及將所述外科設(shè)備可操作地連接至遠(yuǎn)程發(fā)生器的電纜組件。某些疾病的治療需要破壞惡性組織(例如腫瘤)生長(zhǎng)。在諸如癌癥的疾病治療中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些類型的腫瘤細(xì)胞在與通常會(huì)對(duì)健康細(xì)胞有害的溫度相比稍低的高溫下變性。已知的治療方法，諸如高溫療法，通常包括將患病細(xì)胞加熱至高于41℃的溫度而保持鄰近健康細(xì)胞低于不可逆的細(xì)胞破壞發(fā)生的溫度。這些方法可以涉及施加電磁輻射以加熱、消融和/或凝結(jié)組織。有多種不同類型的電外科設(shè)備能夠用于執(zhí)行消融術(shù)?？梢允褂枚S(2D)術(shù)前計(jì)算斷層掃描(CT)圖像和“消融區(qū)圖”來(lái)執(zhí)行癌性腫瘤或良性腫瘤的腫瘤微創(chuàng)消融術(shù)，“消融區(qū)圖”通常描述消融針在實(shí)驗(yàn)的、離體組織中在一系列輸入?yún)?shù)(功率、時(shí)間)上的特征。能量劑量(功率、時(shí)間)能夠與消融組織效應(yīng)(體積、形狀)關(guān)聯(lián)以進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。能夠通過微波天線設(shè)計(jì)控制輸送至組織的能量劑量，例如，可利用天線扼流圈來(lái)提供從設(shè)備至組織的在已知位置的微波傳輸。在另一實(shí)例中，電介質(zhì)緩沖使得能夠進(jìn)行獨(dú)立于不同的或變化的組織特性的、從設(shè)備至組織的相對(duì)恒定的能量輸送。在用戶確定應(yīng)該使用哪種消融針來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的處理后，用戶通過超聲引導(dǎo)來(lái)進(jìn)行處理。通常，需要高水平技能來(lái)將外科設(shè)備置于由超聲識(shí)別的目標(biāo)中。其中最重要的是，有選擇引導(dǎo)設(shè)備朝向超聲圖像表面(例如，正在成像的目標(biāo)處)所需的角度和進(jìn)入點(diǎn)的能力。超聲引導(dǎo)介入涉及使用實(shí)時(shí)超聲成像(經(jīng)腹、術(shù)中等)來(lái)精確地引導(dǎo)外科設(shè)備至它們的預(yù)定目標(biāo)。這可以通過經(jīng)皮應(yīng)用和/或術(shù)中應(yīng)用來(lái)進(jìn)行。在每種情形中，超聲系統(tǒng)將包括換能器，其對(duì)患者組織成像，并用于識(shí)別目標(biāo)以及預(yù)期和/或跟隨朝向目標(biāo)的器械的路徑。超聲引導(dǎo)介入目前廣泛用于穿刺活檢術(shù)以確定已檢測(cè)的可疑病變(乳房、肝臟、腎臟、以及其他軟組織)的惡性。另外，用來(lái)獲得頸靜脈通路(jugularaccess)以及允許輸送藥物的中心線布置是共同的。最后，新興用途包括腫瘤消融和器官(肝臟、肺臟、腎臟，等等)的手術(shù)切除。在腫瘤消融的情形中，在實(shí)現(xiàn)超聲引導(dǎo)定位后，可利用活檢類針來(lái)輸送能量(RF、微波、冰凍，等等)以殺死腫瘤。在器官切除的情形中，對(duì)解剖期間表層下解剖結(jié)構(gòu)的密切了解、以及外科設(shè)備關(guān)于該解剖結(jié)構(gòu)的顯示，對(duì)于獲得成功的手術(shù)切緣而避開致命結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的。在這些情形中的每種情形中，超聲引導(dǎo)通常提供二維圖像平面，其從施加到患者的換能器的遠(yuǎn)端獲取。為了成功定位設(shè)備，對(duì)用戶而言最重要的是能夠可視化和表征目標(biāo)、選擇器械角度和進(jìn)入點(diǎn)以到達(dá)目標(biāo)、以及觀察外科設(shè)備及其朝向目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。目前，用戶對(duì)目標(biāo)成像并使用高水平技能來(lái)選擇器械角度和進(jìn)入點(diǎn)。用戶必須移動(dòng)超聲換能器來(lái)觀察器械路徑(因此丟失目標(biāo)部位)或假定路徑是準(zhǔn)確的直至設(shè)備到達(dá)圖像平面。最重要的是，選擇引導(dǎo)設(shè)備朝向超聲圖像平面(例如，正在成像的目標(biāo)處)所需的角度和進(jìn)入點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明可使用短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方式中”、“在各個(gè)實(shí)施方式中”、“在一些實(shí)施方式中”、或“在其他實(shí)施方式中”，其中每個(gè)指代根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)相同或不同的實(shí)施方式。出于描述目的，以形式“A/B”的短語(yǔ)意指A或B。出于描述目的，以形式“A和/或B”的短語(yǔ)意指“(A)、(B)、或(A和B)”。出于描述目的，以形式“A、B、或C中的至少一個(gè)”的短語(yǔ)意指“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)”。如附圖所示的以及整個(gè)下文說(shuō)明書所描述的，在指代外科設(shè)備上的相對(duì)定位時(shí)與傳統(tǒng)一樣，術(shù)語(yǔ)“近側(cè)”指代設(shè)備更接近用戶或發(fā)生器的端，而術(shù)語(yǔ)“遠(yuǎn)側(cè)”指代設(shè)備遠(yuǎn)離用戶或發(fā)生器的端。術(shù)語(yǔ)“用戶”指代任何醫(yī)務(wù)人員(即，醫(yī)生、護(hù)士、等)，其執(zhí)行包括使用本文所述的本發(fā)明各個(gè)方面的醫(yī)療程序。如本說(shuō)明書中所使用的，術(shù)語(yǔ)“外科設(shè)備”通常指代外科手術(shù)工具，其施加電外科能量以治療組織。外科設(shè)備可包括但不限于針、探針、導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡器械、腹腔鏡器械、血管閉合設(shè)備、外科縫合器等。術(shù)語(yǔ)“電外科能量”通常指代任何形式的電磁、光、或聲能。電磁(EM)能通常通過頻率的增加或波長(zhǎng)的降低分類為無(wú)線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“微波”通常指代處于300兆赫(MHz)(3×108循環(huán)/秒)至300千兆赫(GHz)(3×1011循環(huán)/秒)的頻率范圍的電磁波。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“RF”通常指代具有比微波更低頻率的電磁波。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“超聲”通常指代具有大于人類聽力上限的頻率的循環(huán)聲壓(cyclicsoundpressure)。如本說(shuō)明書中所使用的，術(shù)語(yǔ)“消融術(shù)”通常指代任何消融術(shù)，諸如微波消融、射頻(RF)消融或微波消融輔助切除。如本說(shuō)明書所使用的，“能量施加器”通常指代能夠用于從諸如微波或RF電外科發(fā)生器的能量發(fā)生源傳輸能量至組織的任伺設(shè)備。如本說(shuō)明書中所使用的，術(shù)語(yǔ)“能量源”和“電源”指代以適于使電子電路運(yùn)轉(zhuǎn)的形式的任何電能量源(例如，電池)。如本說(shuō)明書中所使用的，“傳輸線路”通常指代能夠用于使信號(hào)從一點(diǎn)至另一點(diǎn)傳播的任何傳輸介質(zhì)。如本說(shuō)明書所使用的，術(shù)語(yǔ)“開關(guān)”或“各開關(guān)”通常指代任意電動(dòng)致動(dòng)器，機(jī)械致動(dòng)器，電子機(jī)械致動(dòng)器(可旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器、可樞轉(zhuǎn)致動(dòng)器、觸發(fā)器類致動(dòng)器、按鈕等)，光學(xué)致動(dòng)器，或通常實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備、或其組件、器械、設(shè)備、輸送線路或連接線及其上附件、或軟件的連接和斷開連接目的的任何合適設(shè)備。如本說(shuō)明書所使用的，“電子設(shè)備”通常指代利用在真空、氣體、或半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)的電子或離子的特性的設(shè)備或?qū)ο?。如本文所使用的，“電子線路”通常指代電子或離子運(yùn)動(dòng)的路徑，以及由設(shè)備或?qū)ο鬄殡娮踊螂x子提供的方向。如本文所使用的，“電氣電路”或簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)“電路”通常指代多個(gè)電氣設(shè)備和導(dǎo)體的組合，它們?cè)诒舜诉B接時(shí)形成導(dǎo)電路徑以實(shí)現(xiàn)期望的功能。除了互連部分以外，電路的任何組成部件可以稱為“電路元件”，其可包括模擬和/或數(shù)字組件。術(shù)語(yǔ)“發(fā)生器”可指代能夠提供能量的設(shè)備。這樣的設(shè)備可包括能量源以及電路，所述電路能夠?qū)⒛芰吭摧敵龅哪芰扛淖優(yōu)榫哂衅谕麖?qiáng)度、頻率、和/或波形的輸出能量。如本說(shuō)明書中所使用的，“用戶接口”通常指代任何視覺、圖形、觸覺、聽覺、感官、或其他機(jī)構(gòu)以提供信息至用戶或其他實(shí)體，和/或從用戶或其他實(shí)體接收信息。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“用戶接口”可指代人類用戶(或操作者)與一個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間的接口，以使得能夠在用戶和設(shè)備(多個(gè))之間通信。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式中可利用的用戶接口的實(shí)例包括但不限于：開關(guān)、電位計(jì)、按鈕、撥號(hào)盤、滑動(dòng)器、鼠標(biāo)、定點(diǎn)設(shè)備、鍵盤、小鍵盤、操縱桿、軌跡球、顯示屏、各種類型的圖形用戶接口(GUI)、觸摸屏、麥克風(fēng)、以及其他類型的可接收人類發(fā)出的某種形式的刺激并產(chǎn)生響應(yīng)其的信號(hào)的傳感器或設(shè)備。如本文所使用的，“計(jì)算機(jī)”通常指代以目的方式傳輸信息的任何事物。本文所述的系統(tǒng)還可以利用一個(gè)或多個(gè)控制器來(lái)接收各種信息并變換所接收的信息以產(chǎn)生輸出?？刂破骺砂ㄈ魏晤愋偷挠?jì)算設(shè)備、計(jì)算電路、或能夠執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的一系列指令的任何類型的處理器或處理電路?？刂破骺砂ǘ鄠€(gè)處理器和/或多芯中央處理單元(CPU)，并可包括任何類型的處理器，諸如微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器等?？刂破鬟€可包括存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和/或算法以執(zhí)行一系列指令。本文所述的任何方法、程序、算法或代碼可以轉(zhuǎn)化為編程語(yǔ)言或計(jì)算機(jī)程序、或以編程語(yǔ)言或計(jì)算機(jī)程序來(lái)表達(dá)?！熬幊陶Z(yǔ)言”和“計(jì)算機(jī)程序”是用于向計(jì)算機(jī)指定指令的任何語(yǔ)言，并包括(但不限于)這些語(yǔ)言和它們的派生：Assembler、Basic、Batchfiles、BCPL、C、C+、C++、Delphi、Fortran、Java、JavaScript、Machinecode、操作系統(tǒng)命令語(yǔ)言、Pascal、Perl、PL1、腳本語(yǔ)言、VisualBasic、自身指定程序的元語(yǔ)言、以及所有的第一、第二、第三、第四及第五代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。還包括數(shù)據(jù)庫(kù)和其他數(shù)據(jù)模式、以及任意其他元語(yǔ)言。出于限定目的，在經(jīng)解釋、編譯的語(yǔ)言，或使用編譯和解譯方法的語(yǔ)言之間沒有區(qū)別。出于限定目的，在程序的編譯版和源版本之間沒有區(qū)別。因此，對(duì)于程序，當(dāng)編程語(yǔ)言能夠以多于一種狀態(tài)(諸如源、編譯、對(duì)象、或鏈接語(yǔ)言)存在時(shí)，可以指代任何的狀態(tài)以及所有狀態(tài)。該限定還包括有效指令和這些指令的含義。本文所述的任何方法、程序、算法或代碼可以包含在一個(gè)或多個(gè)機(jī)器可讀介質(zhì)或存儲(chǔ)器中。術(shù)語(yǔ)“存儲(chǔ)器”可包括提供(例如，存儲(chǔ)和/或傳輸)機(jī)器(諸如處理器、計(jì)算機(jī)、或數(shù)字處理設(shè)備)可讀形式的信息的機(jī)構(gòu)。例如，存儲(chǔ)器可包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、磁盤存儲(chǔ)介質(zhì)、光存儲(chǔ)介質(zhì)、閃存設(shè)備、或其他任何易失性或非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備。包含在它們之上的代碼或指令可通過載波信號(hào)、紅外信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、和其他類似信號(hào)來(lái)表達(dá)。如本說(shuō)明書中所使用的，短語(yǔ)“治療計(jì)劃”指代選定的消融針、能量水平、和/或治療持續(xù)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)治療。術(shù)語(yǔ)“目標(biāo)”指代準(zhǔn)備要治療的組織區(qū)域，并且可包括且不限于腫瘤、纖維瘤、和待消融的其他組織。短語(yǔ)“消融區(qū)”指代將消融的組織區(qū)域和/或組織體積。如本說(shuō)明書中所使用的，短語(yǔ)“計(jì)算機(jī)斷層掃描”(CT)或“計(jì)算機(jī)軸向斷層掃描”(CAT)指代利用由計(jì)算機(jī)處理產(chǎn)生的斷層掃描的醫(yī)療成像方法。數(shù)字幾何處理用于從繞單個(gè)旋轉(zhuǎn)軸采集的大量二維X射線圖像來(lái)生成對(duì)象內(nèi)部的三維圖像。如本說(shuō)明書中所使用的，術(shù)語(yǔ)磁共振成像(MRI)、核磁共振成像(NMRI)、或磁共振斷層掃描(MRT)指代在放射學(xué)中使用的用以可視化內(nèi)部細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的醫(yī)療成像技術(shù)。MRI利用核磁共振(NMR)特性來(lái)對(duì)體內(nèi)的原子核成像。MRI機(jī)器使用強(qiáng)力磁場(chǎng)來(lái)排列(align)體內(nèi)的一些原子核的磁化，同時(shí)使用射頻場(chǎng)來(lái)系統(tǒng)地改變?cè)摯呕呐帕?。這引起核產(chǎn)生可由掃描器檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且該信息被記錄以構(gòu)建所掃描身體區(qū)域的圖像。如本說(shuō)明書中所使用的，術(shù)語(yǔ)“三維超聲”或“3D超聲”指代提供三維圖像的醫(yī)療超聲技術(shù)。如本說(shuō)明書所使用的，術(shù)語(yǔ)“醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信”(DICOM)指代用于處理、存儲(chǔ)、打印、和傳輸涉及醫(yī)療成像的信息的標(biāo)準(zhǔn)。它包括文件格式定義和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。通信協(xié)議是應(yīng)用協(xié)議，其使用TCP/IP以在各系統(tǒng)間通信。DICOM文件可以在能接收DICOM格式的圖像和患者數(shù)據(jù)的兩個(gè)實(shí)體之間交換。本文所述的任意系統(tǒng)和方法可通過有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議、DICOM通信協(xié)議、傳輸線路、可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)等在其間傳輸數(shù)據(jù)。本文所述系統(tǒng)可利用被配置為檢測(cè)組織的一個(gè)或多個(gè)屬性和/或周圍環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)傳感器。所述屬性包括但不限于：組織阻抗、組織類型、組織透明度、組織順應(yīng)性、組織或鉗口構(gòu)件(jawmember)的溫度、組織中的水含量、鉗開口角度、組織中的水移動(dòng)性、能量輸送、以及鉗閉合壓。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種導(dǎo)航系統(tǒng)。所述導(dǎo)航系統(tǒng)包括：超聲設(shè)備，具有布置于其上的基準(zhǔn)圖案，其被配置以獲得掃描平面中的超聲圖像；以及外科設(shè)備，其具有圖像獲取設(shè)備，被配置以獲取基堆圖案的基準(zhǔn)圖像?？刂破鞅慌渲靡越邮粘晥D像和基堆圖像，其中所述控制器基于基堆圖像確定外科設(shè)備關(guān)于掃描平面的位置，并且顯示器被配置以基于外科設(shè)備關(guān)于掃描平面的位置來(lái)顯示外科設(shè)備的虛擬圖像和超聲圖像。在導(dǎo)航系統(tǒng)中，基準(zhǔn)圖案固定至超聲設(shè)備上的已知位置，并且圖像獲取設(shè)備固定至外科設(shè)備上的已知位置?；鶞?zhǔn)圖案具有存在于已知拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的具有相對(duì)位置和已知特征的多個(gè)標(biāo)記?？刂破鲗⒒鶞?zhǔn)圖像對(duì)應(yīng)至模型圖像，評(píng)估攝影機(jī)的位姿、并將外科設(shè)備轉(zhuǎn)換至模型坐標(biāo)系?？刂破鬟€針對(duì)透鏡畸變來(lái)校正基準(zhǔn)圖像。另外，控制器能夠識(shí)別基準(zhǔn)標(biāo)記中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參照兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立唯一標(biāo)識(shí)符，它們定位在標(biāo)記上的單個(gè)圖案上的已知位置。附圖說(shuō)明本發(fā)明的上述和其他方面、特征、和優(yōu)勢(shì)將在結(jié)合附圖時(shí)根據(jù)下面的詳細(xì)描述而變得更加明顯，其中：圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的規(guī)劃和導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的消融針的示意圖；圖3是圖2A和2B的消融針的輻射圖的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的規(guī)劃系統(tǒng)的示意圖；圖5是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的規(guī)劃系統(tǒng)的整體操作的流程圖；圖6和7是用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的規(guī)劃系統(tǒng)中的圖形用戶界面的示意圖；圖8是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖像分割和逆向規(guī)劃的算法的流程圖；圖9是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于分割結(jié)節(jié)的算法的流程圖；圖10A-10B是消融區(qū)和能量輸送之間的關(guān)系的圖形表示；圖11A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的血管和目標(biāo)之間的關(guān)系的示意圖；圖11B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的替代劑量曲線的圖形表示；圖12A-12C是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的規(guī)劃方法的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖；圖14A和14B是用于圖13的導(dǎo)航系統(tǒng)的圖形用戶接口的示意圖；圖15是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的基準(zhǔn)跟蹤算法的流程圖；圖16A和16B分別描繪了由攝影機(jī)獲得的圖像以及該圖像的校正版本；圖17是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于找到白色圓圈的算法的流程圖；圖18A-18C描繪了圖17中所描繪的算法的中間圖像結(jié)果；圖19是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于找到黑色圓圈和黑色區(qū)域的算法的流程圖；圖20A-20D描繪了圖19中所描繪算法的中間圖像結(jié)果；圖21A是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)算法的流程圖；圖21B是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于施加拓?fù)湎拗频乃惴ǖ牧鞒虉D；圖22A-22D是用于圖21A的算法的基準(zhǔn)模型的示意圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的集成的規(guī)劃和導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的集成的規(guī)劃和導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖；圖25A和25B是適于與圖24的系統(tǒng)一起使用的導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖；以及圖26-29是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的用于圖24的系統(tǒng)的圖形用戶界面的示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的特定實(shí)施方式將在下文中參照附圖進(jìn)行描述；然而，應(yīng)該理解的是，所公開的實(shí)施方式僅是本發(fā)明的實(shí)例并且可以各種形式體現(xiàn)。沒有詳細(xì)描述公知的功能或構(gòu)造以避免以不必要的細(xì)節(jié)使本發(fā)明晦澀。因此，本文公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不能解釋為限制，而僅僅作為權(quán)利要求書的基礎(chǔ)，以及作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以實(shí)際上任何合適的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)來(lái)不同地利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。在整個(gè)附圖描述中同樣的參考數(shù)字指代相似或相同的元件。轉(zhuǎn)向附圖，圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施方式的規(guī)劃和導(dǎo)航系統(tǒng)的整體視圖。如圖1所示，患者“P”的術(shù)前圖像15通過圖像獲取設(shè)備10獲取。圖像獲取設(shè)備10可包括但不限于獲得二維(2D)或三維(3D)圖像的MRI設(shè)備、CAT設(shè)備、或超聲設(shè)備。圖像獲取設(shè)備10存儲(chǔ)傳輸至規(guī)劃系統(tǒng)100的術(shù)前圖像15。術(shù)前圖像15可以通過將圖像15上傳到網(wǎng)絡(luò)、通過無(wú)線通信裝置傳送圖像15至規(guī)劃系統(tǒng)100、和/或?qū)D像15存儲(chǔ)在插入規(guī)劃系統(tǒng)100的可移動(dòng)存儲(chǔ)器中而傳輸至規(guī)劃系統(tǒng)100。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，術(shù)前圖像15以DICOM格式保存。在一些實(shí)施方式中，圖像獲取設(shè)備10和規(guī)劃系統(tǒng)100可結(jié)合為一個(gè)獨(dú)立單元。規(guī)劃系統(tǒng)100(其將在下文更加詳細(xì)描述)接收術(shù)前圖像15并確定目標(biāo)尺寸?；谀繕?biāo)尺寸和選定的外科設(shè)備，規(guī)劃系統(tǒng)100確定設(shè)置，其包括實(shí)現(xiàn)目標(biāo)治療的能量水平和治療持續(xù)時(shí)間。導(dǎo)航系統(tǒng)200，其在下文將更加詳細(xì)描述，利用布置于醫(yī)療成像設(shè)備(例如，超聲成像設(shè)備)上的基準(zhǔn)圖案來(lái)確定外科設(shè)備的體內(nèi)位置。外科設(shè)備的體內(nèi)位置在顯示設(shè)備上關(guān)于由醫(yī)療成像設(shè)備獲得的圖像來(lái)顯示。一旦外科設(shè)備定位在目標(biāo)附近，用戶就基于由規(guī)劃系統(tǒng)確定的治療區(qū)設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的治療。在一些實(shí)施方式中，用戶使用規(guī)劃系統(tǒng)100來(lái)確定治療區(qū)設(shè)置，并在使用導(dǎo)航系統(tǒng)200實(shí)現(xiàn)治療時(shí)利用治療區(qū)設(shè)置。在其他實(shí)施方式中，當(dāng)外科設(shè)備處于目標(biāo)附近時(shí)，規(guī)劃系統(tǒng)100傳輸治療區(qū)設(shè)置至導(dǎo)航系統(tǒng)200以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的治療。另外，在一些實(shí)施方式中，規(guī)劃系統(tǒng)100和導(dǎo)航系統(tǒng)200結(jié)合為單個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。例如，單個(gè)處理器和單個(gè)用戶接口可用于規(guī)劃系統(tǒng)100和導(dǎo)航系統(tǒng)200，單個(gè)處理器或多個(gè)用戶接口可用于規(guī)劃系統(tǒng)100和導(dǎo)航系統(tǒng)200，或者多個(gè)處理器和單個(gè)用戶接口可用于規(guī)劃系統(tǒng)100和導(dǎo)航系統(tǒng)200。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的外科設(shè)備的實(shí)例。具體而言，圖2A示出了具有扼流圈72的消融針60的變體的側(cè)視圖，以及圖2B示出了沿圖2A的2B-2B的剖面圖。消融針60示出了輻射部62，其通過饋線(或軸桿)64電連接至近側(cè)定位的耦合器66。輻射部62被示出為具有涂覆在節(jié)段62上的密封層68。扼流圈72被示出為部分地布置在饋線64的遠(yuǎn)側(cè)節(jié)段上以形成扼流部70，其靠近輻射部62定位。為了改善消融針60的能量聚焦，扼流圈72用于將場(chǎng)傳播或輻射圖案包含在消融針60的遠(yuǎn)端。通常，扼流圈72布置在消融針60上靠近輻射段處。扼流圈72置于介電材料上，所述介電材料布置在消融針60上。扼流圈72是導(dǎo)電層，其可以通過管路或涂層覆蓋以迫使該導(dǎo)電層與底層消融針60相符合，進(jìn)而形成更加遠(yuǎn)離或接近輻射部62的電連接(或短路)。扼流圈72和底層消融針60之間的電連接還可以通過其他連接方法(諸如軟焊、焊接、銅焊、壓接、使用導(dǎo)電粘合劑等)實(shí)現(xiàn)。消融針60電耦接至發(fā)生器，其為消融針60提供電外科能量。圖3是根據(jù)本發(fā)明的消融針60的一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖，其示出以發(fā)射的輻射圖的圖形表示。圖4-12C描述了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式的規(guī)劃系統(tǒng)100的操作。轉(zhuǎn)向圖4，規(guī)劃系統(tǒng)100包括接收器102、存儲(chǔ)器104、控制器106、輸入設(shè)備108(例如，鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸板、觸屏等)、以及顯示器110。在規(guī)劃系統(tǒng)100的操作中，接收器102接收DICOM格式的術(shù)前圖像15并將這些圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器104中。控制器106隨后處理圖像15(這將在下文更詳細(xì)描述)，并將經(jīng)處理的圖像顯示在顯示器110上。使用輸入設(shè)備108，用戶可以導(dǎo)航通過圖像15，從圖像15中選擇一幅圖像，在所選擇圖像上選擇種子點(diǎn)，選擇消融針，調(diào)節(jié)能量水平，以及調(diào)節(jié)治療持續(xù)時(shí)間。由輸入設(shè)備108提供的輸入顯示在顯示器110上。圖5描繪了由規(guī)劃系統(tǒng)100使用的用以確定治療方案的的算法的概圖。如圖5所示，在步驟120中，通過無(wú)線連接、網(wǎng)絡(luò)、或通過從可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)下載圖像來(lái)獲取DICOM格式的圖像，并將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器104中?？刂破?06隨后執(zhí)行圖像15的自動(dòng)三維(3D)渲染，并在步驟122中顯示3D渲染的圖像(如圖6所示)。在步驟124，執(zhí)行圖像分割以對(duì)特定感興趣區(qū)域劃界并計(jì)算感興趣區(qū)域的體積。如下所述，分割可以是用戶驅(qū)動(dòng)或自動(dòng)的。在步驟126，控制器執(zhí)行逆向規(guī)劃操作，其還將在下文中更為詳細(xì)地描述，從而確定治療感興趣區(qū)域的治療算法。該治療算法可包括外科設(shè)備、能量水平、和/或治療持續(xù)時(shí)間的選擇。作為選擇，用戶可以選擇外科設(shè)備、能量水平、和/或治療持續(xù)時(shí)間以滿足治療醫(yī)生的意愿，其將包括治療目標(biāo)的“邊緣值”以及周圍組織的邊緣。圖6和7描繪了可在顯示器110上顯示的圖形用戶界面(GUI)。如圖6和7所示，每個(gè)GUI分割為多個(gè)區(qū)域(例如，區(qū)域132、134和136)以用于顯示經(jīng)渲染的DICOM圖像。例如，區(qū)域132顯示了患者“P”沿橫剖面的圖像，以及區(qū)域134顯示患者“P”沿冠狀剖面的圖像。區(qū)域136描繪了患者“P”的3D渲染。在其他實(shí)施方式中，矢狀面也可顯示在GUI上。GUI允許用戶在下拉菜單131中選擇不同的消融針。GUI還允許用戶分別在區(qū)域133和135中調(diào)節(jié)功率和時(shí)間設(shè)置。此外，GUI在區(qū)域137中具有多個(gè)附加工具，其包括但不限于：?jiǎn)?dòng)種子點(diǎn)選擇的規(guī)劃工具、對(duì)比工具、縮放工具、拖動(dòng)工具、用于滾動(dòng)通過DICOM圖像的滾動(dòng)工具、以及用于顯示DICOM數(shù)據(jù)集的體渲染的3D渲染工具。圖8的流程圖描繪了用于執(zhí)行圖像分割步驟124和逆向規(guī)劃步驟126的基本算法。如圖8所示，用戶在步驟140中選擇種子點(diǎn)(參見圖6，其中，十字線位于區(qū)域132和134中目標(biāo)“T”的中心)。在手動(dòng)選擇種子點(diǎn)后，規(guī)劃系統(tǒng)100在步驟142中分割結(jié)節(jié)以對(duì)感興趣體積劃界。在其他實(shí)施方式中，可基于像素的強(qiáng)度值自動(dòng)檢測(cè)種子點(diǎn)。圖9描繪了用于分割結(jié)節(jié)的算法的流程圖。如圖9所示，—旦在步驟151中識(shí)別了種子點(diǎn)，該算法在步驟152中創(chuàng)建感興趣區(qū)域(ROI)。例如，ROI可包括4cm3的體積。在步驟153中，連接的閾值濾波器施加閾值并在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器104中的DICOM圖像中尋找連接至種子點(diǎn)的所有像素。例如，在分割肺結(jié)節(jié)時(shí)，閾...