模型引導(dǎo)療法和DICOM的外科作用

1、模型引導(dǎo)療法和模型引導(dǎo)療法和DICOM的外科作用的外科作用目錄1. 介紹（問題和解決方案）2. 采用TIMMS的模型指導(dǎo)療法3. 分類和模型類4. 虛擬人體模型的范例5. 結(jié)論用于處理內(nèi)窺鏡用于處理內(nèi)窺鏡MISS問題的計算機(jī)輔助數(shù)字手術(shù)室套件：多重問題的計算機(jī)輔助數(shù)字手術(shù)室套件：多重數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)源有助于有助于MISS操作的數(shù)字內(nèi)窺鏡手術(shù)室套件操作的數(shù)字內(nèi)窺鏡手術(shù)室套件MD人員人員注冊護(hù)士，注冊護(hù)士，技術(shù)人員技術(shù)人員EMG監(jiān)視監(jiān)視C形臂透視檢查形臂透視檢查MRI圖像圖像 - PACSC形臂圖像形臂圖像圖像管理程序圖像管理程序 報告報告內(nèi)窺鏡檢查法視屏內(nèi)窺鏡檢查法視屏監(jiān)視器監(jiān)視器EEG監(jiān)視監(jiān)視手術(shù)室

2、的左側(cè)手術(shù)室的左側(cè)圖像查看窗口圖像查看窗口遠(yuǎn)程會議遠(yuǎn)程會議 遠(yuǎn)程外科遠(yuǎn)程外科激光發(fā)生器激光發(fā)生器承蒙承蒙John Chiu博士提供博士提供模型指導(dǎo)療法和具體患者模型模型指導(dǎo)療法和具體患者模型 模型指導(dǎo)療法（MGT）是通過采用附加的、具體患者重要數(shù)據(jù)對圖像指導(dǎo)療法（IGT）進(jìn)行補(bǔ)充的一套方法。 通過該方法，治療患者時，可以實現(xiàn)更精確的診斷、對于預(yù)后的更準(zhǔn)確評估、以及對于具體療法的更加個體化的策劃、執(zhí)行和驗證。 顧名思義，模型指導(dǎo)療法以具體患者模型 （PSM）為基礎(chǔ)，允許通過采用治療性工作流實行具體患者干涉。模型指導(dǎo)療法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 為了實現(xiàn)基于具體患者建模的模型指導(dǎo)療法，需要采用適當(dāng)?shù)腎T構(gòu)架和數(shù)

3、據(jù)結(jié)構(gòu)。 對于PSM，通過原型和模板，可以分別實現(xiàn)不同級別的通用化和專業(yè)化。生物傳感器生物傳感器 (生理學(xué), 新陳代謝, 血清, 組織等)組學(xué)組學(xué) EMR模態(tài)模態(tài)(X光,CT, US, MR,SPECT, PET,OI)基于模型的患者治療 EBM工作流工作流 IHE模型創(chuàng)建和診斷模型創(chuàng)建和診斷(數(shù)據(jù)融合, CAD等)模型維護(hù)和干涉模型維護(hù)和干涉(模擬,決策支持,驗證等)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 (圖譜, P2P儲存庫,數(shù)據(jù)網(wǎng)格等)機(jī)電一體化機(jī)電一體化(導(dǎo)航,消融等)IT通信基礎(chǔ)設(shè)施通信基礎(chǔ)設(shè)施目錄1. 介紹（問題和解決方案）2. 采用TIMMS的模型指導(dǎo)療法3. 分類和模型類4. 虛擬人體模型的范例5.

4、結(jié)論IT模型-中央世界視圖 干涉座艙/SAS模塊建模建模模型（被模模型（被模擬對象）擬對象）療法成像和模型管理系統(tǒng)（療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的ICT基礎(chǔ)設(shè)施（基于基礎(chǔ)設(shè)施（基于DICOM-X ） 模擬模擬WF和和K+D管理內(nèi)核管理內(nèi)核可視化可視化儲存庫管理器儲存庫管理器干涉干涉驗證驗證儲存庫儲存庫引擎引擎數(shù)據(jù)交換控制IO成像和成像和生物傳感器生物傳感器圖像和信號圖像和信號建模工具建模工具計算工具計算工具WF和和 K+D工具工具儲存庫工具儲存庫工具裝置裝置/機(jī)電一體化機(jī)電一體化工具工具驗

5、證工具驗證工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”數(shù)據(jù)和信息模型和干涉記錄療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）采用TIMMS的模型指導(dǎo)療法 對于一次治療干涉，我們假定人體、機(jī)電一體化、放射或藥品能夠與模型互動。 模型指導(dǎo)療法為一次準(zhǔn)確、透明和可重復(fù)的干涉提供了科學(xué)基礎(chǔ)，還可提供驗證及其他服務(wù)。 TIMMS是一個IT元構(gòu)架，可以實現(xiàn)多種代理的互用性，促進(jìn)模型指導(dǎo)療法干涉。模型指導(dǎo)療法模型指導(dǎo)療法 基本的TIMMS患者模型必須具有以下特點：1. TIMMS患者模型中必須包含能夠?qū)⒒颊唢@示為一個n維和多刻度（時間上和空間上）數(shù)據(jù)集的組件。2. TIMMS患者模型必須易于與外科醫(yī)生及其他手術(shù)人員

6、、 TIMMS引擎、 TIMMS儲存庫和IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行溝通和連接。3. TIMMS患者模型必須能夠以一種準(zhǔn)確、有意義的方式將這些組件（包括動態(tài)組件和靜態(tài)組件）聯(lián)系起來。4. 對于動態(tài)組件，TIMMS患者模型必須能夠處理形態(tài)數(shù)據(jù)和生理數(shù)據(jù)，并執(zhí)行必要的數(shù)學(xué)功能，以便使模型保持在可及時更新的狀態(tài)下。模型指導(dǎo)療法模型指導(dǎo)療法 5.TIMMS患者模型應(yīng)能并入到TIMMS執(zhí)行工作流之中，并且能夠?qū)ζ渥兏鞒鲰憫?yīng)。6.TIMMS患者模型必須能夠通過現(xiàn)時可用的、標(biāo)準(zhǔn)化的信息方法進(jìn)行開發(fā)。這些工具可能包括 UML、XML、Visio、方框圖、工作流圖、MATLAB、Simulink、DICOM（包括外科DI

7、COM）、Physiome, CDISC SDTM、openEHR以及其他類似的產(chǎn)品和工具。7.TIMMS患者模型必須符合軟件工程標(biāo)準(zhǔn)，例如，應(yīng)符合開發(fā)式標(biāo)準(zhǔn)和面向服務(wù)的構(gòu)架，以便實現(xiàn)多專業(yè)的信息交換。8.TIMMS患者模型應(yīng)能擴(kuò)展，以便加入分子醫(yī)療成像、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和表觀遺傳學(xué)中的發(fā)展。9.TIMMS患者模型必須能夠被用于臨床試驗、預(yù)示建模、個人健康記錄，并且在長期范圍內(nèi)為基于模型的醫(yī)療證據(jù)（ Model Based Medical Evidence/ EBME ）方法做出貢獻(xiàn)。IT模型-中央世界視圖 干涉座艙/SAS模塊建模建模模型（被模模型（被模擬對象）擬對象）療法成像和模型管理

8、系統(tǒng)（療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的ICT基礎(chǔ)設(shè)施（基于基礎(chǔ)設(shè)施（基于DICOM-X ） 模擬模擬WF和和K+D管理內(nèi)核管理內(nèi)核可視化可視化儲存庫管理器儲存庫管理器干涉干涉驗證驗證儲存庫儲存庫引擎引擎數(shù)據(jù)交換控制IO成像和成像和生物傳感器生物傳感器圖像和信號圖像和信號建模工具建模工具計算工具計算工具WF和和 K+D工具工具儲存庫工具儲存庫工具裝置裝置/機(jī)電一體化機(jī)電一體化工具工具驗證工具驗證工具 WF， ，EBM， ， “案例案例” ”數(shù)據(jù)和信息模型和干涉記錄療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIM

9、MS）n-維建模工具普通工具和針對具體患者的工具 幾何建模幾何建模 假體建模假體建模 細(xì)胞和組織的屬性細(xì)胞和組織的屬性 分節(jié)和再造分節(jié)和再造 生物力學(xué)生物力學(xué)和傷害和傷害 組織生長組織生長 組織移位組織移位 生物材料生物材料的屬性的屬性 .建模工具建模工具模型指導(dǎo)療法 以其最簡單的實例化而言，模型指導(dǎo)療法是三維像素的一個組合、一個子集或一個單一的三維像素，代表患者體內(nèi)的多個位置。從這一點來看，該療法是從圖像（像素）指導(dǎo)療法（IGT）到模型（三維像素）指導(dǎo)療法的一個擴(kuò)展。模型指導(dǎo)療法的范例包括： a) 一個三維像素的一個子集之內(nèi)的干涉，例如細(xì)胞、細(xì)胞器、分子等。 b) 一個三維像素之內(nèi)的干涉，例

10、如一個器官或損傷的小組織部分等。 c)一組一組三維像素之內(nèi)的干涉，例如器官、器官成分、軟組織和損傷的功能性結(jié)構(gòu)的部分。模型指導(dǎo)療法 1.1D信號（例如：信號（例如： EEG ）2.2D投影和投影和層析圖像層析圖像3.3D再造再造4.時間變化時間變化5.組織組織/細(xì)胞類型細(xì)胞類型6.器官、損傷、系統(tǒng)、假體、慢性病癥等的所有權(quán)。器官、損傷、系統(tǒng)、假體、慢性病癥等的所有權(quán)。7.空間占據(jù)空間占據(jù)/空間擴(kuò)展空間擴(kuò)展8.滲透性（血腦屏障）滲透性（血腦屏障）9.流（例如：電子、熱、液體、灌注、擴(kuò)散等）在一個簡單的PSM中，三維像素可能與數(shù)據(jù)的幾個維度聯(lián)系起來模型指導(dǎo)療法 10. 充氧充氧等級（例如缺氧等級）

11、等級（例如缺氧等級）11. 藥動學(xué)（藥動學(xué)（例如：組織對藥品、流參數(shù)、到達(dá)峰值時例如：組織對藥品、流參數(shù)、到達(dá)峰值時間等的影響）間等的影響）12. 藥效學(xué)（藥效學(xué)（藥品對于組織、藥品對于組織、消融消融參數(shù)的影響）參數(shù)的影響）13. 生物標(biāo)志物的類型（體外和生物標(biāo)志物的類型（體外和/或體內(nèi)或體內(nèi)分子光譜分子光譜） 14. 參考坐標(biāo)系統(tǒng)（例如參考坐標(biāo)系統(tǒng)（例如Schaltenbrand/Warren, Talaraich/Tourneaux ）15. 價值（生命價值（生命攸關(guān)（攸關(guān)（ life critical）到生命威脅（）到生命威脅（ life threatening ） ）16. 臨近關(guān)系（

12、例如臨近關(guān)系（例如3 、 5 、 7等）等）17. .在一個簡單的PSM中，三維像素可能與數(shù)據(jù)的幾個維度聯(lián)系起來范例：ENT模型元素來源：G. Strauss類子類模式靜態(tài)形態(tài)學(xué)圖譜功能性圖像工作空間X射線轉(zhuǎn)換聲音圖譜中耳流圖譜內(nèi)鼻流圖譜下咽部-喉部-氣管解剖圖譜巖骨閃爍掃描法范例：ENT模型元素來源：G. Strauss動態(tài)功能性圖像圖像傳感器形態(tài)學(xué)熒光素EMG迷走神經(jīng)跟蹤數(shù)據(jù)超聲波顯微鏡檢查法內(nèi)窺鏡檢查法接觸式內(nèi)窺鏡檢查法激光反射超聲波溫度計電子阻抗軸坐標(biāo)測量儀器誘發(fā)電位（ERA）微振動聽骨鏈EMG面部目錄1. 介紹（問題和解決方案）2. 采用TIMMS的模型指導(dǎo)療法3. 分類和模型類4.

13、 虛擬人體模型的范例5. 結(jié)論多刻度建模的策略 對于了解人體特性的相關(guān)知識（例如解剖學(xué)、生理學(xué)、新陳代謝、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、藥動學(xué)等）來說，建模是非常關(guān)鍵的一點。 由于集成這些不同特點的相關(guān)知識相當(dāng)困難，因此，根據(jù)提出的問題和需要提供的答案，一個人體的模型必須在不同的等級上實現(xiàn)（空間和時間上的多刻度），并帶有不同的本體。 在大型系統(tǒng)模型之內(nèi)使用簡化形式的組件，可能存在的問題主要源自他們的有效性十分有限。來源：J. Bassingthwaighte快速解決方案高保真度更加簡單，但適應(yīng)性下降組合式模型復(fù)雜性增加詳細(xì)的模塊具體患者和相關(guān)的建模功能在模型-中央世界視圖中，與患者相關(guān)的大量的各種信息

14、可以與眾多圖像及其派生物融合在一起，從而提供關(guān)于患者的全面和和正確的看法。默認(rèn)情況下，需要考慮的不同類型干涉/外科工作流的光譜越寬，設(shè)計適當(dāng)多刻度PSM和相關(guān)服務(wù)時付出的努力會越大。具體患者和相關(guān)的建模功能n維、多分辨率學(xué)識（生物連續(xù)統(tǒng)一體在時間和空間上的模型）的管理是一個研發(fā)上的挑戰(zhàn)。如果能夠成功解決這一問題的話，它將能使外科手術(shù)具備更堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。 目錄1. 介紹（問題和解決方案）2. 采用TIMMS的模型指導(dǎo)療法3. 分類和模型類4. 虛擬人體模型的范例5. 結(jié)論針對具體患者的針對具體患者的 CMB可視人體可視人體解剖模板解剖模板器官表面網(wǎng)格器官表面網(wǎng)格多形式成像多形式成像(MRI,

15、CT, Angio,.DT-MRI)PKPDSpitzer 2006虛擬解剖學(xué)FEM網(wǎng)格網(wǎng)格 (Roberts JHU)人體激光掃描人體激光掃描 (CAESAR DB) Roberts JHU肺大腦心臟腎尿骨胸腺肌肉胃脾代謝物內(nèi)臟胰肝內(nèi)腔皮膚脂肪糞便靜脈血動脈血目錄1. 介紹（問題和解決方案）2. 采用TIMMS的模型指導(dǎo)療法3. 分類和模型類4. 虛擬人體模型的范例5. 結(jié)論解決方案和研究重點解決方案和研究重點（醫(yī)療）醫(yī)療） 圖像指導(dǎo)療法到模型指導(dǎo)療法的轉(zhuǎn)換（例如：通過工作圖像指導(dǎo)療法到模型指導(dǎo)療法的轉(zhuǎn)換（例如：通過工作流和使用案例選擇流和使用案例選擇/創(chuàng)建創(chuàng)建/儲存庫）儲存庫） 論述的一個

16、多刻度領(lǐng)域中的針對具體患者的模型的概念論述的一個多刻度領(lǐng)域中的針對具體患者的模型的概念和規(guī)范和規(guī)范 一組規(guī)范的低級外科功能的概念和設(shè)計一組規(guī)范的低級外科功能的概念和設(shè)計 原型化方法原型化方法IT模型-中央世界視圖 干涉座艙/SAS模塊建模建模模型（被模模型（被模擬對象）擬對象）療法成像和模型管理系統(tǒng)（療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的ICT基礎(chǔ)設(shè)施（基于基礎(chǔ)設(shè)施（基于DICOM-X ） 模擬模擬WF和和K+D管理內(nèi)核管理內(nèi)核可視化可視化儲存庫管理器儲存庫管理器干涉干涉驗證驗證儲存庫儲存庫引擎引

17、擎數(shù)據(jù)交換控制IO成像和成像和生物傳感器生物傳感器圖像和信號圖像和信號建模工具建模工具計算工具計算工具WF和和 K+D工具工具儲存庫工具儲存庫工具裝置裝置/機(jī)電一體化機(jī)電一體化工具工具驗證工具驗證工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”數(shù)據(jù)和信息模型和干涉記錄療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）原型化方法解決方案和研究重點解決方案和研究重點（技術(shù)）技術(shù)）針對具體患者的模型的概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計（例如通過針對具體患者的模型的概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計（例如通過原型原型和和模模板板）。）。開放式構(gòu)架的模型管理（例如開放式構(gòu)架的模型管理（例如SOA ）通過儲存庫、引擎、通過儲存庫、引擎、 LLM和和HL

18、M進(jìn)行進(jìn)行SOA模塊化模塊化作為適應(yīng)（認(rèn)識作為適應(yīng)（認(rèn)識/智能）代理的智能）代理的LLM作為應(yīng)用模塊的作為應(yīng)用模塊的HLM（競爭差異化）競爭差異化） 可能作為開放源的可能作為開放源的LLM適應(yīng)工作流和適應(yīng)工作流和K+D 管理的內(nèi)核（引擎和儲存庫）管理的內(nèi)核（引擎和儲存庫）用于構(gòu)建引擎和儲存庫的合作性和競爭性用于構(gòu)建引擎和儲存庫的合作性和競爭性R+D框架框架基于開放式標(biāo)準(zhǔn)（例如：基于開放式標(biāo)準(zhǔn)（例如： S-DICOM ）的療法）的療法從從CAD建模到建模到CAT建模的轉(zhuǎn)換建模的轉(zhuǎn)換IT模型-中央世界視圖 干涉座艙/SAS模塊建模建模模型（被模模型（被模擬對象）擬對象）療法成像和模型管理系統(tǒng)（療法

19、成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的ICT基礎(chǔ)設(shè)施（基于基礎(chǔ)設(shè)施（基于DICOM-X ） 模擬模擬WF和和K+D管理內(nèi)核管理內(nèi)核可視化可視化儲存庫管理器儲存庫管理器干涉干涉驗證驗證儲存庫儲存庫引擎引擎數(shù)據(jù)交換控制IO成像和成像和生物傳感器生物傳感器圖像和信號圖像和信號建模工具建模工具計算工具計算工具WF和和 K+D工具工具儲存庫工具儲存庫工具裝置裝置/機(jī)電一體化機(jī)電一體化工具工具驗證工具驗證工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”數(shù)據(jù)和信息模型和干涉記錄療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）原型

20、和模板解決方案和研究重點解決方案和研究重點（醫(yī)療和技術(shù)）醫(yī)療和技術(shù)）圖像指導(dǎo)療法到模型指導(dǎo)療法的轉(zhuǎn)換（例如：通過工作流和使用圖像指導(dǎo)療法到模型指導(dǎo)療法的轉(zhuǎn)換（例如：通過工作流和使用案例選擇案例選擇/創(chuàng)建創(chuàng)建/儲存庫）儲存庫）選定干涉的適應(yīng)工作流、異常處理和選定干涉的適應(yīng)工作流、異常處理和K+D管理的使用案例管理的使用案例用于低級用于低級（開放源）開放源）和高級和高級（競爭差異化）競爭差異化）外科功能電腦化的合外科功能電腦化的合作性和競爭性作性和競爭性R+D框架框架從診斷（例如從診斷（例如CAD）到到CAT（即，專業(yè)間合作）即，專業(yè)間合作）第第24工作組工作組“外科外科DICOM”內(nèi)部對與患者建

21、模相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)內(nèi)部對與患者建模相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)IT模型-中央世界視圖 干涉座艙/SAS模塊建模建模模型（被模模型（被模擬對象）擬對象）療法成像和模型管理系統(tǒng)（療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的供患者模型引導(dǎo)療法的數(shù)據(jù)、圖像、模型和工具通信用的ICT基礎(chǔ)設(shè)施（基于基礎(chǔ)設(shè)施（基于DICOM-X ） 模擬模擬WF和和K+D管理內(nèi)核管理內(nèi)核可視化可視化儲存庫管理器儲存庫管理器干涉干涉驗證驗證儲存庫儲存庫引擎引擎數(shù)據(jù)交換控制IO成像和成像和生物傳感器生物傳感器圖像和信號圖像和信號建模工具建模工具計算工具計算工具WF和和 K+D工具工具儲存庫工具儲存庫工

22、具裝置裝置/機(jī)電一體化機(jī)電一體化工具工具驗證工具驗證工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”數(shù)據(jù)和信息模型和干涉記錄療法成像和模型管理系統(tǒng)（TIMMS）開源開源第24工作組“外科中的DICOM”的項目小組 項目小組1WF/MI 神經(jīng)外科 項目小組2WF/MI ENT和CMF外科 項目小組3WF/MI 整形外科 項目小組4WF/MI 心血管外科 項目小組5WF/MI 胸腹外科 項目小組6WF/MI 干涉放射學(xué) 項目小組7WF/MI 麻醉法 項目小組8S-PACS功能 項目小組9WFMS工具 項目小組10圖像處理和顯示 項目小組11外科中的超聲波醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信標(biāo)準(zhǔn)外科工作流（S-WF）的定義 喉部顯微喉部顯微外科（外科（ MLS ） (項目小組項目小組2 ENT/CMF) 異物切除