2D超声引导的介入中的介入仪器的3D跟踪制造技术

具有超声传感器(S1、S2、S3、S4、…)的介入仪器(30)使用超声成像设备(10)来跟踪，所述超声成像设备(10)采集并显示可视化平面(18)的2D超声图像，并且针对通过旋转所述超声探头(12)并且包含所述可视化平面角度而获得平面角度(θ)范围来执行2D超声扫掠。对于每个超声传感器，最佳平面基于所述平面角度范围内的其发出的信号强度来找到，并且通过根据由所述超声探头发射的射束的计时来分析所述传感器信号以在所述超声传感器最佳平面中定位其。处于其相应最佳平面中的这些位置使用由平面角度参数化的变换(42)被变换到3D参考空间，并且显示根据所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置生成的针对所述介入仪器的空间信息(T、L)的视觉指示符。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】2D超声引导的介入中的介入仪器的3D跟踪
以下总体涉及医学领域、超声引导的介入流程领域、前列腺活检领域等。
技术介绍
超声引导的介入流程(诸如活检、短距离放射治疗粒子植入、冷冻消融、激光消融等等)利用超声成像来将介入仪器引导到目标组织。例如，在经会阴前列腺介入中，使用经直肠超声(TRUS)探头的超声成像，通常与抵靠会阴的引导网格一起，用来引导针插入。在介入流程期间执行的超声成像经常是二维(2D)成像。为了背景化2D超声图像，预先采集的目标区域的三维(3D)-TRUS超声图像和/或3D磁共振(MR)图像可以被使用(Kruecker等人的“Fusionoftransrectalultrasoundwithpre-acquiredMRIforprostatebiopsyguidance”,MEDICAMUNDI52/12008/07第25-31页(2008))。然而，超声中的仪器对比度经常是较差的，具有间歇性的仪器可见性，导致所谓的“不可见工具”现象。为了解决超声中的较差的仪器对比，可以将专用超声传感器安装在介入仪器上(Mung等人的“ToolTrackingforUltrasound-GuidedInterventions”,G.Fichtinger,A.Martel,andT.Peters(Eds.):MICCAI2011,PartI,LNCS6891,pp.15360(2011))。在一种方法中，传感器通过重新辐射接收的超声脉冲来充当主动超声应答器。在另一方法中，当接收到超声信号时，传感器输出电压。在任一方法中，使声处理传感器的超声射束的方向与超声脉冲发出与传感器响应之间的时间间隔(“飞行时间”)的组合的知识实现传感器的定位。如果该方法与实时3D-TRUS超声成像一起使用，那么三维空间中的定位是可实现的。然而，在实践中，2D超声更常用于针插入期间的实况引导。2D超声更快，能够使用更低成本的超声换能器阵列来执行，并且2D图像被容易地显示在超声设备显示器的视频显示部件上。更具体地，在经会阴前列腺活检流程中，流程前采集的3DMR数据集用来勾画活检样本将取得的靶。在活检流程开始的时候，3DTRUS图像集通过手动地将TRUS探头从前列腺基部扫描到顶点(或当在矢状取向中进行成像时，通过围绕与它自己的平行的轴线将探头从前列腺的左侧位极限旋转到右侧位极限(或反之亦然))来采集，并且从2DTRUS图像帧来重建，并且3DTRUS被配准到之前采集的MR数据集。此后，使用TRUS探头来例如使用常规的亮度或B-模式成像以矢状取向(对于前列腺程序)采集2D图像，以当活检针被插入时提供实况2D引导。TRUS探头使用电磁(EM)或一些其他TRUS探头空间跟踪技术来跟踪，并且实况2D超声图像由此被链接到重建的3DTRUS图像的对应帧，并且因此根据TRUS-MR配准被链接到MR数据集。
技术实现思路
在一个公开的方面中，公开了一种用于跟踪介入仪器的跟踪设备，所述介入仪器具有与所述介入仪器设置在一起的一个或多个超声传感器。所述跟踪设备包括超声成像设备和电子处理器，所述超声成像设备包括被配置为采集二维(2D)超声图像的超声探头。所述电子处理器被编程为操作所述超声成像设备来执行介入仪器跟踪方法，包括：操作所述超声成像设备来显示可视化平面的2D超声图像；执行对包含所述可视化平面的多个平面的2D超声扫掠，并且对于所述多个平面中的每个2D超声平面，检测由每个超声传感器响应于所述平面的所述2D超声扫掠而发出的信号；对于每个超声传感器，识别所述多个平面中的最佳平面，对于所述最佳平面，检测到的由所述超声传感器发出的信号最高，并且识别所述超声传感器在所述最佳平面中的位置，并且基于所述超声传感器在所述最佳平面中的所述位置和所述最佳平面如何与所述3D空间(例如，3DTRUS/MRI)相关的知识来识别所述超声传感器在三维参考空间中的位置；并且基于识别的所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置来确定针对所述介入仪器的空间信息，针对所述介入仪器的空间信息包括所述介入仪器的端部位置和取向中的至少一个。所述超声传感器在所述最佳平面中的所述位置可以例如基于根据由所述超声探头发射的射束的计时来分析所述传感器信号而识别。在另一公开的方面中，公开了一种用于跟踪介入仪器的跟踪方法，所述介入仪器具有与所述介入仪器设置在一起的一个或多个超声传感器。所述跟踪方法包括：操作包括超声探头的超声成像设备显示可视化平面的二维(2D)超声图像；使所述超声探头围绕轴线旋转以扫描跨越包含所述可视化平面的所述平面角度的平面角度范围的多个平面，针对所述多个平面中的每个平面，操作所述超声成像设备执行对所述平面的2D超声扫掠；在每个2D超声扫掠期间，检测由每个超声传感器响应于所述2D超声扫掠而发出的信号；对于每个超声传感器，识别最佳平面，对于所述最佳平面，由所述超声传感器发出的所述信号最高，并且在所述最佳平面中定位所述超声传感器；通过使用由平面角度参数化的变换来将所述超声传感器在其最佳平面中的位置变换到所述3D参考空间来确定每个超声传感器在三维(3D)参考空间中的位置；基于所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置来确定针对所述介入仪器的空间信息；并且将所述介入仪器的经确定的空间信息的视觉指示符显示在所述可视化平面的显示的2D超声图像上。在另一公开的方面中，公开了一种用于跟踪介入仪器的跟踪设备，所述介入仪器具有与所述介入仪器设置在一起的一个或多个超声传感器。所述跟踪设备包括：超声成像设备，其包括电子处理器和显示器；以及超声探头，其能够与所述超声成像设备可操作地连接，并且能够在所述超声成像设备的控制下旋转以在由平面角度定义的平面处采集二维超声图像。所述超声成像设备被编程为：采集并显示由可视化平面角度定义的可视化平面的2D超声图像；针对包含所述可视化平面角度的平面角度范围执行2D超声扫掠，并且对于每个2D超声扫掠，存储其平面角度和由每个超声传感器响应于所述2D超声扫掠而发出的信号；基于所述平面角度范围内的其发出的信号扩展识别每个超声传感器的最佳平面，并且通过根据由所述超声探头在所述最佳平面的所述2D超声扫掠期间发射的射束的计时来分析所述传感器信号而在所述超声传感器的最佳平面中定位所述超声传感器；使用由平面角度参数化的2D到3D变换将所述超声传感器在其相应最佳平面中的所述位置变换到三维(3D)参考空间；并且在显示的2D超声图像上显示从所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置生成的针对所述介入仪器的空间信息的视觉指示符。一个优点在于在介入流程期间使用2D实况超声成像来提供三维介入仪器信息。另一优点在于在介入流程期间提供更准确且可靠的介入仪器跟踪。另一优点在于在没有提供超声成像和能够执行实况3D超声成像的经直肠超声(TRUS)探头硬件的代价的情况下提供前述优点。在阅读并理解本公开后，对于本领域技术人员来说将会变得显而易见的是，给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个或全部，和/或可以提供其他优点。附图说明本专利技术可以采取各种部件和部件的布置以及各种过程操作和过程操作的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本专利技术的限制。为了更好地可视化，可以省略某些特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于跟踪介入仪器(30)的跟踪设备，所述介入仪器具有与所述介入仪器设置在一起的一个或多个超声传感器(S1、S2、S3、S4)，所述跟踪设备包括：超声成像设备(10)，其包括被配置为采集二维(2D)超声图像的超声探头(12)；以及电子处理器，其被编程为操作所述超声成像设备来执行介入仪器跟踪方法，所述介入仪器跟踪方法包括：操作所述超声成像设备来显示可视化平面(18)的2D超声图像；执行对包含所述可视化平面的多个平面的2D超声扫掠，并且针对所述多个平面中的每个2D超声平面，检测由每个超声传感器响应于对所述平面的所述2D超声扫掠而发出的信号；针对每个超声传感器，识别：所述多个平面中的最佳平面，对于所述最佳平面，检测到的由所述超声传感器发出的信号最高，所述超声传感器在所述最佳平面中的位置，以及基于所述超声传感器在所述最佳平面中的所述位置的所述超声传感器在三维(3D)参考空间中的位置；并且基于所识别的所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置来确定针对所述介入仪器的空间信息，针对所述介入仪器的空间信息包括所述介入仪器的端部位置(T)和取向(L)中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.10 US 62/3340061.一种用于跟踪介入仪器(30)的跟踪设备，所述介入仪器具有与所述介入仪器设置在一起的一个或多个超声传感器(S1、S2、S3、S4)，所述跟踪设备包括：超声成像设备(10)，其包括被配置为采集二维(2D)超声图像的超声探头(12)；以及电子处理器，其被编程为操作所述超声成像设备来执行介入仪器跟踪方法，所述介入仪器跟踪方法包括：操作所述超声成像设备来显示可视化平面(18)的2D超声图像；执行对包含所述可视化平面的多个平面的2D超声扫掠，并且针对所述多个平面中的每个2D超声平面，检测由每个超声传感器响应于对所述平面的所述2D超声扫掠而发出的信号；针对每个超声传感器，识别：所述多个平面中的最佳平面，对于所述最佳平面，检测到的由所述超声传感器发出的信号最高，所述超声传感器在所述最佳平面中的位置，以及基于所述超声传感器在所述最佳平面中的所述位置的所述超声传感器在三维(3D)参考空间中的位置；并且基于所识别的所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置来确定针对所述介入仪器的空间信息，针对所述介入仪器的空间信息包括所述介入仪器的端部位置(T)和取向(L)中的至少一个。2.根据权利要求1所述的跟踪设备，还包括：步进设备，其被连接以使所述超声探头(12)围绕轴线(14)旋转以在具有由所述步进设备控制的平面角度(θ)的平面处采集所述2D超声图像，其中，所述多个平面跨过一平面角度范围，所述平面角度范围包含所述可视化平面(18)的所述平面角度。3.根据权利要求2所述的跟踪设备，其中，所述超声探头是经直肠超声(TRUS)探头(12)。4.根据权利要求2所述的跟踪设备，还包括：引导网格(22)，其被配置为被定位为抵靠会阴并且引导所述介入仪器(30)通过所述引导网格的进入点；其中，所述电子处理器还基于所述介入仪器被引导通过的所述引导网格的所述进入点的所述3D参考空间中的位置(E)来确定所述介入仪器的所述空间信息。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的跟踪设备，还包括：超声探头跟踪器(34)，其被配置为跟踪所述超声探头(12)在所述3D参考空间中的位置；其中，所述超声传感器在所述3D参考空间中的位置P(x，y，z)被识别为P(x，y，z)＝T探头，θ×p(x，y)，其中，p(x，y)是所述超声传感器在所述最佳平面中的位置，并且T探头，θ是依赖于所述探头的跟踪位置和所述最佳平面的参数θ的从所述最佳平面到所述3D参考空间的变换(42)。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的跟踪设备，其中，与所述介入仪器(30)设置在一起的所述超声传感器是压电传感器(S1、S2、S3、S4)，并且所述跟踪设备还包括：电信号检测器(32)，其被配置为检测由每个压电传感器响应于所述2D超声扫掠而发出的电信号；其中，所述电子处理器使用所述电信号检测器来检测由每个压电传感器响应于所述2D超声扫掠发出的所述电信号而执行所述检测。7.根据权利要求1-5中的任一项所述的跟踪设备，其中，与所述介入仪器(30)设置在一起的所述超声传感器(S1、S2、S3、S4)是重新辐射接收到的超声脉冲的超声反射式传感器，并且所述电子处理器使用所述超声探头(12)来检测由每个压电传感器响应于所述2D超声扫掠发出的所述重新辐射的超声脉冲而执行所述检测。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的跟踪设备，其中，所述电子处理器基于根据由所述超声探头发射的射束的计时来分析所述传感器信号而识别所述超声传感器在所述最佳平面中的位置。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的跟踪设备，其中，所述电子处理器将所述超声传感器的所述位置识别为时间戳记的样本，并且将所述最佳平面的所述参数识别为时间戳记的样本，并且所述电子处理器还通过内插来将所述超声传感器的所述位置的所述时间戳记的样本与所述最佳平面的所述参数的所述时间戳记的样本同步。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的跟踪设备，其中，由所述电子处理器执行的所述介入仪器跟踪方法还包括将所确定的针对所述介入仪器(30)的空间信息的视觉指示符显示在所述可视化平面(18)的显示的2D超声图像上。11.一种用于跟踪介入仪器(30)的跟踪方法，所述介入仪器具有与所述介入仪器设置在一起的一个或多个超声传感器(S1、S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴拉特，A·K·贾殷，A·博尼拉斯瓦卡，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL