模型引导疗法和DICOM的外科作用

1、模型引导疗法和模型引导疗法和DICOM的外科作用的外科作用目录1. 介绍（问题和解决方案）2. 采用TIMMS的模型指导疗法3. 分类和模型类4. 虚拟人体模型的范例5. 结论用于处理内窥镜用于处理内窥镜MISS问题的计算机辅助数字手术室套件：多重问题的计算机辅助数字手术室套件：多重数据源数据源有助于有助于MISS操作的数字内窥镜手术室套件操作的数字内窥镜手术室套件MD人员人员注册护士，注册护士，技术人员技术人员EMG监视监视C形臂透视检查形臂透视检查MRI图像图像 - PACSC形臂图像形臂图像图像管理程序图像管理程序 报告报告内窥镜检查法视屏内窥镜检查法视屏监视器监视器EEG监视监视手术室

2、的左侧手术室的左侧图像查看窗口图像查看窗口远程会议远程会议 远程外科远程外科激光发生器激光发生器承蒙承蒙John Chiu博士提供博士提供模型指导疗法和具体患者模型模型指导疗法和具体患者模型 模型指导疗法（MGT）是通过采用附加的、具体患者重要数据对图像指导疗法（IGT）进行补充的一套方法。 通过该方法，治疗患者时，可以实现更精确的诊断、对于预后的更准确评估、以及对于具体疗法的更加个体化的策划、执行和验证。 顾名思义，模型指导疗法以具体患者模型 （PSM）为基础，允许通过采用治疗性工作流实行具体患者干涉。模型指导疗法和数据结构 为了实现基于具体患者建模的模型指导疗法，需要采用适当的IT构架和数

3、据结构。 对于PSM，通过原型和模板，可以分别实现不同级别的通用化和专业化。生物传感器生物传感器 (生理学, 新陈代谢, 血清, 组织等)组学组学 EMR模态模态(X光,CT, US, MR,SPECT, PET,OI)基于模型的患者治疗 EBM工作流工作流 IHE模型创建和诊断模型创建和诊断(数据融合, CAD等)模型维护和干涉模型维护和干涉(模拟,决策支持,验证等)数据库数据库 (图谱, P2P储存库,数据网格等)机电一体化机电一体化(导航,消融等)IT通信基础设施通信基础设施目录1. 介绍（问题和解决方案）2. 采用TIMMS的模型指导疗法3. 分类和模型类4. 虚拟人体模型的范例5.

4、结论IT模型-中央世界视图 干涉座舱/SAS模块建模建模模型（被模模型（被模拟对象）拟对象）疗法成像和模型管理系统（疗法成像和模型管理系统（TIMMS）供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的ICT基础设施（基于基础设施（基于DICOM-X ） 模拟模拟WF和和K+D管理内核管理内核可视化可视化储存库管理器储存库管理器干涉干涉验证验证储存库储存库引擎引擎数据交换控制IO成像和成像和生物传感器生物传感器图像和信号图像和信号建模工具建模工具计算工具计算工具WF和和 K+D工具工具储存库工具储存库工具装置装置/机电一体化机电一体化工具工具验

5、证工具验证工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”数据和信息模型和干涉记录疗法成像和模型管理系统（TIMMS）采用TIMMS的模型指导疗法 对于一次治疗干涉，我们假定人体、机电一体化、放射或药品能够与模型互动。 模型指导疗法为一次准确、透明和可重复的干涉提供了科学基础，还可提供验证及其他服务。 TIMMS是一个IT元构架，可以实现多种代理的互用性，促进模型指导疗法干涉。模型指导疗法模型指导疗法 基本的TIMMS患者模型必须具有以下特点：1. TIMMS患者模型中必须包含能够将患者显示为一个n维和多刻度（时间上和空间上）数据集的组件。2. TIMMS患者模型必须易于与外科医生及其他手术人员

6、、 TIMMS引擎、 TIMMS储存库和IT基础设施进行沟通和连接。3. TIMMS患者模型必须能够以一种准确、有意义的方式将这些组件（包括动态组件和静态组件）联系起来。4. 对于动态组件，TIMMS患者模型必须能够处理形态数据和生理数据，并执行必要的数学功能，以便使模型保持在可及时更新的状态下。模型指导疗法模型指导疗法 5.TIMMS患者模型应能并入到TIMMS执行工作流之中，并且能够对其变更作出响应。6.TIMMS患者模型必须能够通过现时可用的、标准化的信息方法进行开发。这些工具可能包括 UML、XML、Visio、方框图、工作流图、MATLAB、Simulink、DICOM（包括外科DI

7、COM）、Physiome, CDISC SDTM、openEHR以及其他类似的产品和工具。7.TIMMS患者模型必须符合软件工程标准，例如，应符合开发式标准和面向服务的构架，以便实现多专业的信息交换。8.TIMMS患者模型应能扩展，以便加入分子医疗成像、基因组学、蛋白质组学和表观遗传学中的发展。9.TIMMS患者模型必须能够被用于临床试验、预示建模、个人健康记录，并且在长期范围内为基于模型的医疗证据（ Model Based Medical Evidence/ EBME ）方法做出贡献。IT模型-中央世界视图 干涉座舱/SAS模块建模建模模型（被模模型（被模拟对象）拟对象）疗法成像和模型管理

8、系统（疗法成像和模型管理系统（TIMMS）供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的ICT基础设施（基于基础设施（基于DICOM-X ） 模拟模拟WF和和K+D管理内核管理内核可视化可视化储存库管理器储存库管理器干涉干涉验证验证储存库储存库引擎引擎数据交换控制IO成像和成像和生物传感器生物传感器图像和信号图像和信号建模工具建模工具计算工具计算工具WF和和 K+D工具工具储存库工具储存库工具装置装置/机电一体化机电一体化工具工具验证工具验证工具 WF， ，EBM， ， “案例案例” ”数据和信息模型和干涉记录疗法成像和模型管理系统（TIM

9、MS）n-维建模工具普通工具和针对具体患者的工具 几何建模几何建模 假体建模假体建模 细胞和组织的属性细胞和组织的属性 分节和再造分节和再造 生物力学生物力学和伤害和伤害 组织生长组织生长 组织移位组织移位 生物材料生物材料的属性的属性 .建模工具建模工具模型指导疗法 以其最简单的实例化而言，模型指导疗法是三维像素的一个组合、一个子集或一个单一的三维像素，代表患者体内的多个位置。从这一点来看，该疗法是从图像（像素）指导疗法（IGT）到模型（三维像素）指导疗法的一个扩展。模型指导疗法的范例包括： a) 一个三维像素的一个子集之内的干涉，例如细胞、细胞器、分子等。 b) 一个三维像素之内的干涉，例

10、如一个器官或损伤的小组织部分等。 c)一组一组三维像素之内的干涉，例如器官、器官成分、软组织和损伤的功能性结构的部分。模型指导疗法 1.1D信号（例如：信号（例如： EEG ）2.2D投影和投影和层析图像层析图像3.3D再造再造4.时间变化时间变化5.组织组织/细胞类型细胞类型6.器官、损伤、系统、假体、慢性病症等的所有权。器官、损伤、系统、假体、慢性病症等的所有权。7.空间占据空间占据/空间扩展空间扩展8.渗透性（血脑屏障）渗透性（血脑屏障）9.流（例如：电子、热、液体、灌注、扩散等）在一个简单的PSM中，三维像素可能与数据的几个维度联系起来模型指导疗法 10. 充氧充氧等级（例如缺氧等级）

11、等级（例如缺氧等级）11. 药动学（药动学（例如：组织对药品、流参数、到达峰值时例如：组织对药品、流参数、到达峰值时间等的影响）间等的影响）12. 药效学（药效学（药品对于组织、药品对于组织、消融消融参数的影响）参数的影响）13. 生物标志物的类型（体外和生物标志物的类型（体外和/或体内或体内分子光谱分子光谱） 14. 参考坐标系统（例如参考坐标系统（例如Schaltenbrand/Warren, Talaraich/Tourneaux ）15. 价值（生命价值（生命攸关（攸关（ life critical）到生命威胁（）到生命威胁（ life threatening ） ）16. 临近关系（

12、例如临近关系（例如3 、 5 、 7等）等）17. .在一个简单的PSM中，三维像素可能与数据的几个维度联系起来范例：ENT模型元素来源：G. Strauss类子类模式静态形态学图谱功能性图像工作空间X射线转换声音图谱中耳流图谱内鼻流图谱下咽部-喉部-气管解剖图谱岩骨闪烁扫描法范例：ENT模型元素来源：G. Strauss动态功能性图像图像传感器形态学荧光素EMG迷走神经跟踪数据超声波显微镜检查法内窥镜检查法接触式内窥镜检查法激光反射超声波温度计电子阻抗轴坐标测量仪器诱发电位（ERA）微振动听骨链EMG面部目录1. 介绍（问题和解决方案）2. 采用TIMMS的模型指导疗法3. 分类和模型类4.

13、 虚拟人体模型的范例5. 结论多刻度建模的策略 对于了解人体特性的相关知识（例如解剖学、生理学、新陈代谢、基因组学、蛋白质组学、药动学等）来说，建模是非常关键的一点。 由于集成这些不同特点的相关知识相当困难，因此，根据提出的问题和需要提供的答案，一个人体的模型必须在不同的等级上实现（空间和时间上的多刻度），并带有不同的本体。 在大型系统模型之内使用简化形式的组件，可能存在的问题主要源自他们的有效性十分有限。来源：J. Bassingthwaighte快速解决方案高保真度更加简单，但适应性下降组合式模型复杂性增加详细的模块具体患者和相关的建模功能在模型-中央世界视图中，与患者相关的大量的各种信息

14、可以与众多图像及其派生物融合在一起，从而提供关于患者的全面和和正确的看法。默认情况下，需要考虑的不同类型干涉/外科工作流的光谱越宽，设计适当多刻度PSM和相关服务时付出的努力会越大。具体患者和相关的建模功能n维、多分辨率学识（生物连续统一体在时间和空间上的模型）的管理是一个研发上的挑战。如果能够成功解决这一问题的话，它将能使外科手术具备更坚实的科学基础。 目录1. 介绍（问题和解决方案）2. 采用TIMMS的模型指导疗法3. 分类和模型类4. 虚拟人体模型的范例5. 结论针对具体患者的针对具体患者的 CMB可视人体可视人体解剖模板解剖模板器官表面网格器官表面网格多形式成像多形式成像(MRI,

15、CT, Angio,.DT-MRI)PKPDSpitzer 2006虚拟解剖学FEM网格网格 (Roberts JHU)人体激光扫描人体激光扫描 (CAESAR DB) Roberts JHU肺大脑心脏肾尿骨胸腺肌肉胃脾代谢物内脏胰肝内腔皮肤脂肪粪便静脉血动脉血目录1. 介绍（问题和解决方案）2. 采用TIMMS的模型指导疗法3. 分类和模型类4. 虚拟人体模型的范例5. 结论解决方案和研究重点解决方案和研究重点（医疗）医疗） 图像指导疗法到模型指导疗法的转换（例如：通过工作图像指导疗法到模型指导疗法的转换（例如：通过工作流和使用案例选择流和使用案例选择/创建创建/储存库）储存库） 论述的一个

16、多刻度领域中的针对具体患者的模型的概念论述的一个多刻度领域中的针对具体患者的模型的概念和规范和规范 一组规范的低级外科功能的概念和设计一组规范的低级外科功能的概念和设计 原型化方法原型化方法IT模型-中央世界视图 干涉座舱/SAS模块建模建模模型（被模模型（被模拟对象）拟对象）疗法成像和模型管理系统（疗法成像和模型管理系统（TIMMS）供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的ICT基础设施（基于基础设施（基于DICOM-X ） 模拟模拟WF和和K+D管理内核管理内核可视化可视化储存库管理器储存库管理器干涉干涉验证验证储存库储存库引擎引

17、擎数据交换控制IO成像和成像和生物传感器生物传感器图像和信号图像和信号建模工具建模工具计算工具计算工具WF和和 K+D工具工具储存库工具储存库工具装置装置/机电一体化机电一体化工具工具验证工具验证工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”数据和信息模型和干涉记录疗法成像和模型管理系统（TIMMS）原型化方法解决方案和研究重点解决方案和研究重点（技术）技术）针对具体患者的模型的概念和数据结构设计（例如通过针对具体患者的模型的概念和数据结构设计（例如通过原型原型和和模模板板）。）。开放式构架的模型管理（例如开放式构架的模型管理（例如SOA ）通过储存库、引擎、通过储存库、引擎、 LLM和和HL

18、M进行进行SOA模块化模块化作为适应（认识作为适应（认识/智能）代理的智能）代理的LLM作为应用模块的作为应用模块的HLM（竞争差异化）竞争差异化） 可能作为开放源的可能作为开放源的LLM适应工作流和适应工作流和K+D 管理的内核（引擎和储存库）管理的内核（引擎和储存库）用于构建引擎和储存库的合作性和竞争性用于构建引擎和储存库的合作性和竞争性R+D框架框架基于开放式标准（例如：基于开放式标准（例如： S-DICOM ）的疗法）的疗法从从CAD建模到建模到CAT建模的转换建模的转换IT模型-中央世界视图 干涉座舱/SAS模块建模建模模型（被模模型（被模拟对象）拟对象）疗法成像和模型管理系统（疗法

19、成像和模型管理系统（TIMMS）供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的ICT基础设施（基于基础设施（基于DICOM-X ） 模拟模拟WF和和K+D管理内核管理内核可视化可视化储存库管理器储存库管理器干涉干涉验证验证储存库储存库引擎引擎数据交换控制IO成像和成像和生物传感器生物传感器图像和信号图像和信号建模工具建模工具计算工具计算工具WF和和 K+D工具工具储存库工具储存库工具装置装置/机电一体化机电一体化工具工具验证工具验证工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”数据和信息模型和干涉记录疗法成像和模型管理系统（TIMMS）原型

20、和模板解决方案和研究重点解决方案和研究重点（医疗和技术）医疗和技术）图像指导疗法到模型指导疗法的转换（例如：通过工作流和使用图像指导疗法到模型指导疗法的转换（例如：通过工作流和使用案例选择案例选择/创建创建/储存库）储存库）选定干涉的适应工作流、异常处理和选定干涉的适应工作流、异常处理和K+D管理的使用案例管理的使用案例用于低级用于低级（开放源）开放源）和高级和高级（竞争差异化）竞争差异化）外科功能电脑化的合外科功能电脑化的合作性和竞争性作性和竞争性R+D框架框架从诊断（例如从诊断（例如CAD）到到CAT（即，专业间合作）即，专业间合作）第第24工作组工作组“外科外科DICOM”内部对与患者建

21、模相关标准的开发内部对与患者建模相关标准的开发IT模型-中央世界视图 干涉座舱/SAS模块建模建模模型（被模模型（被模拟对象）拟对象）疗法成像和模型管理系统（疗法成像和模型管理系统（TIMMS）供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的供患者模型引导疗法的数据、图像、模型和工具通信用的ICT基础设施（基于基础设施（基于DICOM-X ） 模拟模拟WF和和K+D管理内核管理内核可视化可视化储存库管理器储存库管理器干涉干涉验证验证储存库储存库引擎引擎数据交换控制IO成像和成像和生物传感器生物传感器图像和信号图像和信号建模工具建模工具计算工具计算工具WF和和 K+D工具工具储存库工具储存库工

22、具装置装置/机电一体化机电一体化工具工具验证工具验证工具 WF， ，EBM， ， ”案例案例” ”数据和信息模型和干涉记录疗法成像和模型管理系统（TIMMS）开源开源第24工作组“外科中的DICOM”的项目小组 项目小组1WF/MI 神经外科 项目小组2WF/MI ENT和CMF外科 项目小组3WF/MI 整形外科 项目小组4WF/MI 心血管外科 项目小组5WF/MI 胸腹外科 项目小组6WF/MI 干涉放射学 项目小组7WF/MI 麻醉法 项目小组8S-PACS功能 项目小组9WFMS工具 项目小组10图像处理和显示 项目小组11外科中的超声波医学数字成像与通信标准外科工作流（S-WF）的定义 喉部显微喉部显微外科（外科（ MLS ） (项目小组项目小组2 ENT/CMF) 异物切除