用于超声流程中的运动补偿的工作流程、系统和方法技术方案

一种具有超声探头(12)的超声成像设备(10)采集实况超声图像，所述实况超声图像和使用复合变换(42)与所述实况超声图像配准的轮廓图像(62)或参考图像(60)被一起显示。为了更新所述复合变换，所述超声成像设备采集基线三维超声(3D‑US)图像(66)和一幅或多幅参考3D‑US图像(70)，所述基线3D‑US图像被标记有由探头跟踪器测量的所述超声探头的对应基线取向，每幅参考3D‑US图像被标记有对应参考取向。计算变换(54)以将每幅参考3D‑US图像与所述基线3D‑US图像进行空间配准。确定最接近的参考3D‑US图像，所述最接近的参考3D‑US图像的对应取向最接近由所述探头跟踪器测量的所述超声探头的当前取向。更新所述复合变换以包括用于将所述最接近的参考3D‑US图像空间配准到所述基线3D‑US图像的变换。

Workflow, system and method of motion compensation in ultrasonic flow

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超声流程中的运动补偿的工作流程、系统和方法
下文总体上涉及诸如活检领域、近距离放射治疗领域等的成像引导的外科手术领域，涉及在这种外科手术流程中被执行以提供成像引导的超声成像等。
技术介绍
成像引导的外科手术流程用于各种各样的目的，例如，组织样本提取(即，活检)流程、靶向激光消融流程以及近距离放射治疗流程(其中将放射性种子递送到靶向位置)。超声(US)成像是一种用于对外科手术流程(例如，直肠前列腺活检流程或近距离放射治疗流程)的图像引导的常用模态。在这些流程中，采用直肠US探头并且可以使用网格将活检针或其他介入器械进行对准。为了获得(接近)实时成像，通常采用二维(2D)US成像(通常被称为“实况”2D-US成像)。如果成像速度足够快，则也可以采用3D-US实况成像。为了在空间中配准实况US图像，可以例如通过电磁(EM)跟踪、光学跟踪(如果探头在患者体外的话)等对US探头进行跟踪。另外，采集术前三维(3D)US基线图像以提供在3D空间中对前列腺或(一个或多个)其他感兴趣的解剖特征的轮廓绘制。在一些流程中，通过另一种模态(例如，磁共振成像(MRI)或计算机断层摄影(CT))来采集三维(3D)规划图像，在规划图像中完成轮廓绘制，并且将3DUS基线图像用作中介物以将规划图像(或在规划图像中限定的轮廓)配准到实况2D-US图像。在后一种情况下，通常在图像引导的外科手术流程之前采集规划图像，以提供用于识别肿瘤或其他活检目标的信息，从而绘制前列腺器官的轮廓。在Xu等人的美国专利US8885897中公开了一些说明性方法。在一种这样的说明性方法中，将术前基线3D-US图像与3D诊断图像(例如，3D-MRI)进行比较，以确定将基线3D-US与3D-MRI体积图像进行配准的基线变换。在外科手术流程中，采集实况2D(或3D)US图像。将一幅或一组实况US图像与基线3D-US图像进行比较，以确定运动校正变换。利用基线变换和运动校正变换对3D-MRI图像进行图像调整，以生成经运动校正的3D-MRI图像，该3D-MRI图像与实况US图像的显示一起进行显示(例如，与实况US图像融合而一起显示)。以这种方式，补偿了在采集3D-MRI图像与随后的实况US成像之间可能已经发生的组织运动(即，变形或改变)。下文公开了新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种介入成像设备包括：超声探头；超声成像设备，其与所述超声探头操作性地连接，以使用所述超声探头来执行超声成像；显示器；以及探头跟踪器(28)，其操作用于跟踪所述超声探头的取向。所述设备还包括：电子处理器，其与所述超声成像设备、所述探头跟踪器以及所述显示器操作性地连接；以及非瞬态存储介质，其存储能由所述电子数据处理器读取并运行以执行以下操作的指令：操作所述超声成像设备以采集实况超声图像，并且操作所述显示器以将所述实况超声图像和使用复合变换与所述实况超声图像配准的轮廓图像或参考图像一起显示，并且执行包括以下各项的另外的操作：操作所述超声成像设备以采集基线三维超声(3D-US)图像，所述基线3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述基线3D-US图像测量的所述超声探头的对应基线取向；操作所述超声成像设备以采集一幅或多幅参考3D-US图像，每幅参考3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述参考3D-US图像测量的所述超声探头的对应参考取向；计算变换以将每幅参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准；确定最接近的参考3D-US图像，所述最接近的参考3D-US图像的对应取向最接近由所述探头跟踪器测量的所述超声探头的当前取向；并且更新复合变换以包括用于将所述最接近的参考3D-US图像空间配准到所述基线3D-US图像的变换。在另一公开的方面中，一种非瞬态存储介质存储能由电子处理器读取并运行的指令，所述电子处理器与超声成像设备操作性地通信，所述超声成像设备具有超声探头，并且具有显示器，并且具有操作性地跟踪所述超声探头的取向的探头跟踪器，所述指令能由所述电子处理器读取并运行以执行包括以下各项的实时成像方法：操作所述超声成像设备以采集实况超声图像；使用复合变换将轮廓图像或参考图像与所述实况超声图像进行空间配准；在所述显示器上将所述实况超声图像与经空间配准的轮廓图像或参考图像一起显示；并且通过包括以下各项的操作来调整所述复合变换：操作所述超声成像设备以采集基线三维超声(3D-US)图像，所述基线3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述基线3D-US图像测量的所述超声探头的对应基线取向；操作所述超声成像设备以采集一幅或多幅参考3D-US图像，每幅参考3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述参考3D-US图像测量的所述超声探头的对应参考取向；计算一组变换{T1，i}i＝1，…，N，以将所述参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准，其中，N是参考3D-US图像的数量，并且所述变换T1，i将由i索引的所述参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准；确定最接近的参考取向，所述最接近的参考取向最接近由所述探头跟踪器测量的所述超声探头的当前取向；并且将所述复合变换更新为至少变换T1，k与变换T2，k的乘积，其中，k对所确定的最接近的参考3D-US图像进行索引，从而所述变换T1，k将用k索引的所确定的最接近的参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准，并且所述变换T2，k将所确定的最接近的参考3D-US图像与所述实况超声图像进行空间配准。在另一公开的方面中，公开了一种实况超声成像方法。操作超声成像设备以使用超声探头来采集实况超声图像的时间序列；使用复合变换将轮廓图像或参考图像与实况超声图像的所述时间序列进行空间配准；将实况超声图像的所述时间序列与经空间配准的轮廓图像或参考图像一起显示；并且通过包括以下各项的操作来调整所述复合变换：操作所述超声成像设备以采集基线三维超声(3D-US)图像，所述基线3D-US图像被标记有由探头跟踪器针对所述基线3D-US图像测量的所述超声探头的对应基线取向；操作所述超声成像设备以采集一幅或多幅参考3D-US图像，每幅参考3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述参考3D-US图像测量的所述超声探头的对应参考取向；计算一组变换{T1，i}i＝1，…，N，以将所述参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准，其中，N是参考3D-US图像的数量，并且所述变换T1，i将由i索引的所述参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准；确定最接近的参考取向，所述最接近的参考取向最接近由所述探头跟踪器测量的所述超声探头的当前取向；并且将所述复合变换更新为至少变换T1，k与变换T2，k的乘积，其中，k对所确定的最接近的参考3D-US图像进行索引，从而所述变换T1，k将用k索引的所确定的最接近的参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准，并且所述变换T2，k将所确定的最接近的参考3D-US图像与所述实况超声图像进行空间配准。经更新的复合变换用于所述轮廓图像或所述参考图像与在当前实况超声图像之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介入成像设备，包括：/n超声探头(12)；/n超声成像设备(10)，其与所述超声探头操作性地连接，以使用所述超声探头来执行超声成像；/n显示器(20、22)；/n探头跟踪器(28)，其操作用于跟踪所述超声探头的取向；/n电子处理器(30)，其与所述超声成像设备、所述探头跟踪器以及所述显示器操作性地连接；以及/n非瞬态存储介质(32)，其存储能由所述电子数据处理器读取并运行以执行以下操作的指令：操作所述超声成像设备以采集实况超声图像，并且操作所述显示器以将所述实况超声图像和使用复合变换(42)与所述实况超声图像配准的轮廓图像(62)或参考图像(60)一起显示，并且执行包括以下各项的另外的操作：/n操作所述超声成像设备以采集基线三维超声(3D-US)图像(66)，所述基线3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述基线3D-US图像测量的所述超声探头的对应基线取向；/n操作所述超声成像设备以采集一幅或多幅参考3D-US图像(70)，每幅参考3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述参考3D-US图像测量的所述超声探头的对应参考取向；/n计算变换(54)以将每幅参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准；/n确定最接近的参考3D-US图像，所述最接近的参考3D-US图像的对应取向最接近由所述探头跟踪器测量的所述超声探头的当前取向；并且/n更新复合变换以包括用于将所述最接近的参考3D-US图像空间配准到所述基线3D-US图像的变换。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170511 US 62/504,5711.一种介入成像设备，包括：
超声探头(12)；
超声成像设备(10)，其与所述超声探头操作性地连接，以使用所述超声探头来执行超声成像；
显示器(20、22)；
探头跟踪器(28)，其操作用于跟踪所述超声探头的取向；
电子处理器(30)，其与所述超声成像设备、所述探头跟踪器以及所述显示器操作性地连接；以及
非瞬态存储介质(32)，其存储能由所述电子数据处理器读取并运行以执行以下操作的指令：操作所述超声成像设备以采集实况超声图像，并且操作所述显示器以将所述实况超声图像和使用复合变换(42)与所述实况超声图像配准的轮廓图像(62)或参考图像(60)一起显示，并且执行包括以下各项的另外的操作：
操作所述超声成像设备以采集基线三维超声(3D-US)图像(66)，所述基线3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述基线3D-US图像测量的所述超声探头的对应基线取向；
操作所述超声成像设备以采集一幅或多幅参考3D-US图像(70)，每幅参考3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述参考3D-US图像测量的所述超声探头的对应参考取向；
计算变换(54)以将每幅参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准；
确定最接近的参考3D-US图像，所述最接近的参考3D-US图像的对应取向最接近由所述探头跟踪器测量的所述超声探头的当前取向；并且
更新复合变换以包括用于将所述最接近的参考3D-US图像空间配准到所述基线3D-US图像的变换。


2.根据权利要求1所述的介入成像设备，其中：
计算变换(54)以将每幅参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准的操作计算一组变换{T1，i}i＝1，…，N，其中，N是参考3D-US图像的数量，并且所述变换T1，i将由i索引的所述参考3D-US图像与所述基线3D-US图像进行空间配准；并且
所述复合变换(42)的所述更新包括将所述复合变换更新为至少变换T1，k与变换T2，k的乘积，其中，k对所确定的最接近的参考3D-US图像进行索引，并且变换T2，k将所确定的最接近的参考3D-US图像与所述实况超声图像进行空间配准。


3.根据权利要求2所述的介入成像设备，其中：
经更新的复合变换(42)包括变换T0与所述变换T1，k和所述变换T2，k的乘积，其中，所述变换T0将通过除了超声以外的成像模态采集的三维规划图像(60)与所述基线3D-US图像进行空间配准；并且
所述复合变换的所述更新不更新所述变换T0。


4.根据权利要求3所述的介入成像设备，其中，通过除了超声以外的成像模态采集的所述三维规划图像(60)包括三维磁共振图像(3D-MRI)或三维计算机断层摄影(3D-CT)图像。


5.根据权利要求3-4中的任一项所述的介入成像设备，其中，与所述实况超声图像一起显示的所述轮廓图像(62)或所述参考图像(60)包括在所述规划图像中限定的并使用所述变换T0与所述基线3D-US图像配准的轮廓(62)。


6.根据权利要求2-5中的任一项所述的介入成像设备，其中，所述电子数据处理器(30)操作所述超声成像设备(10)以采集实况超声图像的时间序列并将所述实况超声图像的所述时间序列和使用所述复合变换(42)与所述实况超声图像配准的所述轮廓图像(62)或所述参考图像(60)一起显示，并且其中：
通过将所确定的用k索引的最接近的参考3D-US图像与所述实况超声图像进行空间配准来生成针对在对所述复合变换的所述更新之后采集的所述实况超声图像的经更新的复合变换的变换T2，k。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的介入成像设备，其中，通过检测用户对触发控件(46)的激活来触发对所述复合变换(42)的所述更新。


8.根据权利要求1-7中的任一项所述的介入成像设备，其中，所述超声探头(12)包括直肠超声探头，并且所述轮廓图像(62)或所述参考图像(60)包括描绘前列腺的前列腺轮廓图像或前列腺参考图像。


9.根据权利要求1-8中的任一项所述的介入成像设备，其中，所述实况超声图像是二维超声图像。


10.根据权利要求1-9中的任一项所述的介入成像设备，其中，所述探头跟踪器(28)包括电磁(EM)跟踪器和至少一个被设置在所述超声探头(12)上或被设置在所述超声探头中的EM传感器。


11.一种非瞬态存储介质(32)，其存储能由电子处理器(30)读取并运行的指令，所述电子处理器与超声成像设备(10)操作性地通信，所述超声成像设备具有超声探头(12)，并且具有显示器(20、22)，并且具有操作性地跟踪所述超声探头的取向的探头跟踪器(28)，所述指令能由所述电子处理器读取并运行以执行包括以下各项的实时成像方法：
操作所述超声成像设备以采集实况超声图像；
使用复合变换(42)将轮廓图像(62)或参考图像(60)与所述实况超声图像进行空间配准；
在所述显示器上将所述实况超声图像与经空间配准的轮廓图像或参考图像一起显示；并且
通过包括以下各项的操作来调整所述复合变换：
操作所述超声成像设备以采集基线三维超声(3D-US)图像(66)，所述基线3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述基线3D-US图像测量的所述超声探头的对应基线取向；
操作所述超声成像设备以采集一幅或多幅参考3D-US图像(70)，每幅参考3D-US图像被标记有由所述探头跟踪器针对所述参考3D-US图像测量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克吕克尔，
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