用于管理虚拟患者模型的方法和患者模型管理装置与流程-ag尊龙凯时

本发明涉及一种用于针对一系列随着时间推移进行的治疗和/或检查程序管理患者的虚拟患者模型的方法，其中，至少一个第一时间点的患者模型至少描述患者在该第一时间点的表面，在该第一时间点，患者由第一患者参数描述。此外，本发明涉及一种患者模型管理装置、计算机程序和电子可读数据载体。

背景技术：

1、也可以称为“数字双胞胎”的虚拟的电子患者模型在医学技术领域用于多种不同的用途。例如，使用虚拟患者模型来改善x射线剂量管理，通过成像和治疗工作流程的自动化和加速来简化医学技术装置的使用，和/或例如为机器人系统和/或其它系统提供导航辅助，特别是以便进行微创介入。

2、虚拟患者模型例如可以由患者的图像数据产生，其中，也已经提出了基于患者参数产生通用模型的实例来作为虚拟患者模型的方法。例如，de 102019 203 192a1涉及用于医学检查的数字双胞胎的产生。在那里，特别是也可以使虚拟患者模型匹配于患者的身体姿态。

3、在医学技术中，已知可能持续较长的时间段、例如几个月甚至几年的治疗和/或疗法。在此，在不同的时间点，例如以规律的间隔，进行治疗和/或检查程序。例如，在放射治疗中，已知随着时间、即在不同的时间点在特定身体区域施用不同的放射剂量。虽然对于许多患者、特别是成人患者而言，例如为了记录检查结果和/或治疗进展，可以在治疗和/或检查的整个时间段中保持相同的虚拟患者模型，而没有较大的问题，但是每当患者的身体随着时间的推移发生较大的、重要的变化时将出现问题。虽然这例如在成人患者的体重变化时，例如在肿瘤治疗中，就已经可能出现，但是这种问题在很大程度上发生在儿科患者、即青少年身上。由于患者的成长，在身体结构方面发生变化，这妨碍了在检查和/或治疗的整个时间段上使用相同的或者唯一的虚拟患者模型。例如，在较早的时间和较晚的时间之间确定被治疗或检查的解剖区域的重叠可能极其困难。在放射治疗的过程中，附加地出现如下想法，即，对于儿科患者，估计随机癌症风险可能会更高，因此随着时间准确地跟踪施用的放射剂量是用于评估风险的重要的辅助措施。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题是，给出一种改进的辅助措施，该辅助措施用于跟踪在较长的整体时间段上持续的治疗和/或检查，该辅助措施特别是可以在患者的身体随着时间发生变化时使用。

2、根据本发明，上述技术问题通过提供具有本发明的特征的方法、患者模型管理装置、计算机程序和电子可读数据载体来解决。本发明的有利的扩展方案从下面的描述中得到。

3、在开头提到的类型的方法中，按照本发明设置为，在至少一个较晚的第二时间点，使用第一和第二患者参数借助至少一个模型变换扩展患者模型，以便至少描述第二时间点的患者表面，在该第二时间点，患者由第二患者参数来描述。

4、在此，特别是在第二时间点，患者的身体相对于第一时间点发生了变化，例如在儿科患者的情况下特别是由于成长发育，和/或由于体重变化，该体重变化例如可能是由于疾病造成的。因此，第一和第二时间点之间的时间段例如可以是至少一个月、特别是至少一年。

5、按照本发明提出，将随着时间、特别是在整个时间段上具有多个连续的治疗和/或检查过程的用于检查和/或治疗的患者模型，从至少对患者表面的三维描述(部分模型)扩展到四维、即空间维度以及时间，方式为，借助模型变换，针对进行治疗和/或检查程序和/或在其它方面关注的每一个时间点，同样例如作为附加的(三维)部分模型，推导出至少对患者表面的描述。由于使用特别是固定的、预先确定的模型变换，因此可以针对患者身体上和/或身体内的不同的位置推导出唯一的对应配属关系，该对应配属关系有利地可以用于进行跟踪，下面将对此进行更详细的讨论。在此，应当注意，第一时间点不强制性地一定是创建虚拟患者模型的时间点。相反，扩展虚拟患者模型之后的第二时间点也可以成为针对后续扩展的新的第一时间点，即较晚的时间点，该较晚的时间点于是形成第二时间点。然而，也可以想到，原则上参照虚拟患者模型的创建时间点作为第一时间点来应用模型变换。由于模型变换特别地是预先确定的，即在整个时间段中对于检查和/或治疗是不变的，因此这些途径原则上全部导致相同的结果。

6、三维的第一部分模型的意义上的患者模型优选可以通过使用患者的图像数据来创建，其中，附加地或者替换地也可以想到，作为通用模型的实例产生患者模型，该实例通过患者参数或者其它患者参数来创建。为了将虚拟患者模型扩展到较晚的第二时间点，虽然原则上可以想到记录在进行模型变换时考虑的图像数据，但是这不是优选的。因此，特别有利的是可以设置为，与患者的图像数据、特别是第二时间点的图像数据无关地制定模型变换，模型变换仅与第一和第二患者参数有关，这些参数适宜地是能够简单地确定的患者的特征参量。

7、患者参数特别是可以包括患者的身高和/或体重和/或年龄和/或性别。在此，为了简单起见，可以假定患者的性别在检查和/或治疗的整个时间段中不发生变化，其中，当然也可以想到在模型变换中一起考虑这种变化的情况。虽然在针对成人的应用中，部分已经证明作为患者参数仅考虑体重就足够了，但是在针对仍处于成长发育的儿科患者的应用中，被证明是特别有利的是，作为患者参数至少考虑身高和/或体重。如果将患者的年龄也用作患者参数，则得到准确性的进一步提高。年龄被证明是是有用的，因为骨骼成熟度与年龄密切相关。

8、如果使用如下的模型变换，该模型变换(特别是仅仅)取决于能够容易地确定的患者参数、特别是即患者参数的变化，则给出能够简单地使用、能够简单地实施的途径，用于估计与第一时间点相比患者的身体发生的变化。为此，仅需将通过患者参数进行了参数化的模型变换，应用于第一时间点的至少对患者表面的三维描述，即应用于第一时间点的部分模型。

9、也就是说，本发明特别是使得能够产生空间坐标和时间的意义上的四维的患者模型。这使得能够对患者模型中的位置进行跟踪，由此对于在整体时间段中进行的多个检查和/或治疗过程，使得能够进行正确的对应配属。由此提供了能够简单地使用的有利的辅助措施，用于在整个时间段和/或整个时间段的部分时间段中正确地跟踪治疗和/或检查的影响、成果和/或结果。

10、具体地，可以设置为，患者模型、特别是至少针对患者表面的患者模型至少是多边形模型，其具有节点(顶点)和由这些节点定义的面(表面)，其中，通过模型变换，根据第一和第二患者参数来改变节点的位置。例如，可以将患者表面通过这种多边形网络映射为所谓的“网格”。例如，这里，可以相应地将三个节点(顶点)理解为张开的表面的一部分。通过进行变换来改变节点的位置，由此得到通过这些节点定义的面(表面)发生改变，然而不添加新的节点或者移除节点，并且特别是也不改变邻接关系。换言之，这意味着，在每一个时间点，都给出节点与不同的时间点以及通过这些节点定义的面与不同的时间点的唯一的对应配属关系。也就是说，能够随着时间跟踪节点，因此跟踪面，因为其特性不发生改变。

11、一般性地可以说，在本发明的范围内，优选能够在第二时间点跟踪通过第一时间点的位置信息描述的患者模型的空间特征。在此，位置信息特别是可以描述虚拟患者模型(因此也可以描述患者)的位置和/或区域、例如多边形模型的节点和/或面。换言之，通过位置信息描述的位置在不同的时间点所处的位置始终是已知的，因为模型变换建立了相应的唯一的关系，或者特性不发生改变。也就是说，如果存在在第一时间点发生的对患者身体上的位置的影响、即作用，则虽然身体发生了变化，但是在第二时间点也可以根据四维的虚拟患者模型来确定发生所述作用到了对应的位置现在位于何处。

12、特别是可以针对至少一个时间点，基于虚拟患者模型将关于治疗和/或检查过程的作用信息对应配属于位置信息，以创建四维的作用图。在这种情况下，可能特别适宜的是，作用信息已经对应配属于虚拟患者模型中的每一个特征或至少一类特征中的每一个特征，可以针对不同的时间点对应地填充作用信息，在这些不同的时间点作用信息与预设值不同。例如，可以将对特定位置或者特定空间特征的作用量化，并且针对相应的时间点以及必要时后续时间点，将其作为例如从零开始增大的作用信息，直接录入患者模型中。在使用节点和由节点定义的面时，可以与节点或者与面，必要时也可以与这两类空间特征，进行这种对应配属。特别是在与节点进行对应配属时，也可以由此推导出由节点定义的面的信息，特别是通过内插和/或外推。

13、在一个具体的有利的设计方案中，在放射治疗和/或放射检查中，作用信息可以包括剂量信息。因此，可以估计四维的剂量图，在描述患者表面的情况下特别是皮肤剂量图，尤其是对于儿科患者，剂量图对于风险评估和/或后续检查和/或治疗程序的规划尤为重要。通过在患者的身体随着时间发生变化时调整患者模型，特别是通过提供相应的部分模型，并且使用模型变换，能够随着时间跟踪辐射所作用的位置或者空间特征、特别是节点和/或由节点定义的面，并且也可以相应地累加作用。也就是说，通过使用虚拟患者模型和模型变换，能够估计和跟踪所照射的空间特征随着时间的空间变化。例如，在儿科患者的情况下，可以基于一起成长的虚拟患者模型，来估计哪些区域、例如皮肤区域，在哪些时间点，以哪些辐射剂量、特别是x射线剂量，进行了照射。对于在成长期间进行多次照射过程的患者，形成所使用的辐射、特别是x射线辐射的四维的照射图或者剂量图。例如，在由节点和由节点定义的面、即作为网格映射患者表面的情况下，可以作为时间的函数、具体地作为作用信息，将在那里输入的剂量对应配属于每一个节点和/或每一个面。如已经提到的，这种方法当然不仅可以应用于儿童患者的成长，而且也可以用于体型随着时间改变的成年患者。

14、更一般地说，本发明的优选实施例可以设置为，针对由患者模型覆盖的至少一个时间点，由患者模型产生患者的表示，特别是至少产生患者表面的表示，在该表示中，与位置相符地再现作用信息，特别是通过颜色编码再现作用信息。因此，例如可以产生这些表示的时间序列，从该时间序列中既可以看到身体随着时间的变化，也可以看到作用随着时间的变化。由于使用模型变换，在此，始终能够实现与过去的作用的正确的空间上的对应配属。在辐射剂量、特别是x射线剂量的情况下，在这种情况下作用信息形成剂量信息，例如可以根据输入的辐射剂量的水平来进行颜色编码。

15、为了确定模型变换可以设置为，通过统计和/或借助机器学习来进行模型变换的确定。在此已经证明，统计分析已经足以实现出色的估计。具体地，例如可以设置为，为了通过统计确定模型变换，针对相似和/或至少基本上相同的患者参数类别，对所提供的调查人群(ermittlungspopulation)的三维扫描数据组进行主成分分析(principle componentanalysis，pca)，扫描数据组针对不同的时间点至少描述人员的表面，患者参数针对相应的时间点分别与扫描数据组对应配属，并且为了确定模型变换，使主成分分析的结果，特别是在与患者模型对应的建模形式中考虑的主成分分析的结果，与对应配属的患者参数建立关系。也就是说，例如可以使用在不同的时间点、即在不同的患者参数下记录的调查人群的扫描数据组，这些扫描数据组可以是例如使用3d摄相机和/或雷达传感器对表面进行的测量，或者也可以是对身体整体进行的测量，例如在ct数据组的情况下。可以对与相似的患者参数对应配属的扫描数据组进行主成分分析，以得到这些扫描数据组共同具有的主要特征。然后，可以通过主成分分析的结果来进行形状调整，例如映射为患者表面的多边形模型/网格。此外，如果包含内部器官，相应的描述也可以应用于内部器官。因为主成分分析的结果相应地对应配属于相似的患者参数，因此其彼此可以建立联系，从而以已知的方式确定模型变换。

16、除了所述方法之外，本发明还涉及一种患者模型管理装置，其用于针对随着时间推移进行的一系列治疗和/或检查程序管理患者的虚拟患者模型，其中，患者模型在至少一个第一时间点至少描述该第一时间点的患者表面，在该第一时间点，患者由第一患者参数描述。按照本发明，患者模型管理装置具有扩展单元，其用于随着时间对患者模型进行扩展，以便借助至少一个模型变换通过使用第一和第二患者参数在第二时间点至少描述患者表面，在该第二时间点，患者由第二患者参数描述。关于按照本发明的方法的所有描述能够类似地转用于按照本发明的患者模型管理装置，因此由患者模型管理装置同样能够获得已经提到的优点。

17、患者模型管理装置可以包括计算装置，其例如可以具有至少一个处理器和至少一个存储部件。扩展单元可以是由硬件和/或软件实现的多个功能单元之一。患者模型管理装置的其它功能单元例如可以包括用于创建虚拟患者模型、特别是即第一部分模型的创建单元，和/或用于产生表示、特别是如上所述的作用信息的表示单元。还可以设置接口，例如用于接收患者参数的接口，和/或例如用于接收患者参数和/或用于输出表示的输入和/或输出部件。患者模型管理装置可以嵌入信息系统、例如医院信息系统和/或放射信息系统中。特别是也可以从中调取当前的或者过去的对应配属的患者参数。

18、按照本发明的计算机程序可以直接加载到计算装置的存储部件中并且具有程序部件，用于在计算装置上执行该计算机程序时，执行按照本发明的方法的步骤。计算机程序可以存储在按照本发明的电子可读数据载体上，电子可读数据载体因此包括存储在其上的控制信息，这些控制信息包括至少一个根据本发明的计算机程序，并且设计为，当在在计算装置中使用该数据载体时，使计算装置执行按照本发明的方法。