使用３Ｄ对比增强超声的介入导航制造技术

一种用于使用３Ｄ对比增强超声（ＣＥＵＳ）成像（１０）进行介入导航的方法，包括：对于经受利用器械（４０）的介入过程的解剖结构（２２）的所需部分，在施予到解剖结构的所需部分的对比增强剂的有用寿命期间，采集参考３Ｄ?ＣＥＵＳ体积和追踪信息。在介入过程期间采集实时追踪组织图像（３８）。另外，产生所采集的实时追踪组织图像中至少一幅的相应的ＣＥＵＳ多平面重建（ＭＰＲ）（４４）。一同显示所采集的实时追踪组织图像中的至少一幅以及相应的ＣＥＵＳ?ＭＰＲ。所显示的实时追踪组织图像包括至少器械在解剖结构的所需部分内的图像，并且ＣＥＵＳ?ＭＰＲ相应于所显示的实时追踪组织图像。ＣＥＵＳ?ＭＰＲ图像包括获自参考３Ｄ?ＣＥＵＳ体积的对比增强ＭＰＲ图像，并且包括目标感兴趣体积（４６），由此提供对于至少在对比增强的有用寿命期满之后进行介入导航有用的对比增强的图像信息和组织图像信息的同时显示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用3D对比增强超声的介入导航本申请要求享有2007年11月16日提交的授予Jochen Kruecker等人的序 列号 No. 60/988472、题为“INTERVENTIONAL NAVIGATION USING 3DC0NTRAST-ENHANCED ULTRASOUND”、并且归属于本专利技术受让人的在先提交的临时申请的优先权。在执行与美国公共卫生署的合作研发协议(CRADA号No. NCI-NIHCC-01864)中作 出本专利技术。美国政府可能保留对本专利技术的一定权利。本实施例基本上涉及超声诊断成像系统，具体而言，涉及一种使用3D对比增强超 声(CEUS)进行介入导航的方法和装置。超声成像是用于许多微创和介入过程的主要图像导引方法之一。具体而言，借助 超声导引大部分针穿刺活检和基于针的消融过程。超声的优点包括实时成像能力、低成本、 应用灵活性以及使用非电离辐射的事实。然而，非增强超声包括通常使用的灰度超声图像， 可能不能以所需对比度可视化特定目标(例如，肿瘤)，并且在一些情况下，可能完全不能 可视化目标。在那些情况下，针放置变得非常困难，并且常常不精确，因为这包括使用不同 的模态成像目标，并且基于在两个成像模态中识别的肿瘤附近的解剖界标而“思想上”将肿 瘤位置转变成实时超声图像。结果可能是假阴性活检、失败的肿瘤治疗以及通常不良的治 疗结果。对比增强超声(CEUS)成像是另一形式的超声成像，其指的是在静脉内注射超声 造影剂(例如Definity Bristol-Myers Squibb)之后的超声成像。在现代超声扫描仪 上，已经实施了特定成像模式以利用造影剂的非线性声响应，因而仅高亮显示吸收造影剂 的组织。产生的图像称为“对比图像”，并且与非对比图像相比具有非常不同的外观。还可 以在常规灰度模式中对造影剂注射后组织进行成像。在后面的实例中，产生的图像称为“组 织图像”，并且看起来类似未注射造影剂所获得的灰度图像，仅示出吸收造影剂的区域中的 小增强。应当注意到，与非对比增强超声成像相比，CEUS可以提供对肿瘤、血管和感兴趣的 其他组织的优越可视化。然而，在弹丸式注射(bolusinjection)之后的对比增强是瞬时 现象，并且通常在数分钟之后消失。这种数分钟的时间限制通常时间不足以执行所需过程 (例如，对用于活检或消融的针的放置)。换句话说，为了在诸如用于活检和消融的针放置 期间进行导引，与执行介入过程所需的时间相比，对比增强的时间窗是不足的。第二次注射 造影剂可以延长增强效果，但是这可能仍然不足以完成所需过程。与单独使用预先采集的CEUS体积相关的现有技术的附加限制包括例如在介入过 程期间随后采集的实时超声组织图像相对于预先采集的CEUS体积的位置是不知道的，并 且需要估计，因而常常不精确。而且，组织运动使得在基于预先采集CEUS体积而对目标位 置的评估变得困难。因此，人们需要一种克服本领域中问题的改进方法和系统。 附图说明图1是根据本公开的一个实施例的用于实施使用3D对比增强超声进行介入导航 的方法的系统的局部框图；图2是示出了根据本公开实施例的与使用3D CEUS进行介入导航的方法相关的各个坐标系之间的变换的局部框图；图3是示出了根据本公开一个实施例的实时组织图像视图和相应的CEUS多平面重建(MPR)图像视图的并排显示的显示视图；以及图4是示出了根据本公开另一实施例的具有半透明重叠的实时组织图像视图和 相应的CEUS MPR图像视图的显示的显示视图。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件。此外，应当注意到，附图并未按比例 绘制。本公开的实施例提供了一种利用对比增强超声成像(CEUS)在介入过程中进行图 像导引的系统和方法。具体而言，本公开的实施例有利地得到一种使用CEUS来改进介入 过程中的目标命中精确性的方法和系统，而无需修改工作流程或切换至完全不同的成像模 态。如本文中所公开的，该系统和方法包括空间追踪系统，其配置为追踪超声探头的 位置。使用追踪系统能够确定介入过程开始时3D CEUS体积的位置。在一个实施例中，还 需要与3D CEUS体积同时采集3D组织体积，下文还将对此做出详细描述。其后，在介入过 程期间，对超声探头的空间追踪允许联合显示当前的实时超声组织图像和相应的CEUS多 平面重建(MPR)，其中，相应的MPR获自初始3D CEUS体积。初始3D CEUS采集和实时超声 组织图像之间的组织运动，通过在实时超声组织图像和与初始3D CEUS体积同时采集的3D 超声组织体积之间基于图像的配准而得到校正。(i)获自初始CEUS体积的相应MI5R和(ii) 实时非对比增强超声组织图像的联合显示，有利地允许对针位置和目标位置的联合显示， 因而允许在造影剂的增强效果期满之后，在介入程序的持续期间导引针进入目标。现在翻到附图，图1是根据本公开的一个实施例的使用3D对比增强超声进行介入 导航的系统10的框图视图。系统10包括装配有和/或耦合有超声成像探头14的超声扫 描仪(US) 12。在一个实施例中，超声扫描仪12包括例如可从Phi lips Medical Systems商 业获得的iU22超声扫描仪。成像探头14包括任何合适的3D超声成像探头。此外，超声扫 描仪12包括扫描仪显示器16。而且，超声扫描仪12配置为同时采集对比图像和组织图像。 超声扫描仪12还配置为例如经由数据流动(data streaming)而将图像实时传送至工作站 18。例如，使用具有Digital Navigation Link软件的iU22超声扫描仪，可以完成实时传 送图像。虽然图示中工作站18与超声扫描仪12相分离，但是工作站18也可以集成在超声 扫描仪12中或者成为其一部分。仍然参考图1，工作站18包括工作站显示器20。在操作中，一同使用超声扫描仪 12、探头14和工作站18，其中患者22具有经受给定的超声诊断和/或相应的治理或医学过 程的解剖结构，其中，患者22位于患者台24上。超声扫描仪12配置为采集对比超声图像 和组织超声图像，例如，以相应于交叉采集对比帧和组织帧的“并排模式”进行所述采集，并 且将两幅采集的图像发送至工作站18。由工作站18执行软件以适应下文将要详细论述的 工作流程。根据本公开的实施例，使用3D对比增强超声进行介入导航的系统10还包括位置 追踪。通过与外部位置追踪系统(TS) 26相集成而增强了系统10。外部位置追踪系统26包 括追踪场发生器28，其配置为产生追踪场，通常由附图标记30指示。传感器32耦合至超 声探头14，其中，作为位于感测场30的范围内的传感器的响应，可以由追踪系统26追踪传感器的位置和方向。在一个实施例中，工作站18耦合至追踪系统26，并且配置为根据给定介入导航或实施的要求而在工作站18和追踪系统26之间传达追踪信息和/或提供追踪指 令。追踪系统26可以包括任何合适的追踪系统，例如，加拿大沃特卢的Northern Digital Inc.的电磁“Aurora”系统。在另一实施例中，追踪系统26包括光学追踪系统，其中追踪场 发生器28包括例如照相机，用于光学地追踪在相应于光学视野的追踪场30内的超声探头 14。这种光学追踪系统可以包括例如加拿大沃特卢的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用３Ｄ对比增强超声（ＣＥＵＳ）成像进行介入导航的方法，该方法包括：针对经受利用器械的介入过程的解剖结构的所需部分，采集参考３ＤＣＥＵＳ体积和追踪信息，其中，在施予到所述解剖结构的所述所需部分的对比增强剂的有用寿命期间进行所述采集；在所述介入过程期间采集实时追踪组织图像；根据所述参考３ＤＣＥＵＳ体积和追踪信息，针对所述介入过程期间所采集的实时追踪组织图像中的至少一幅，产生至少一个相应的对比增强超声图像多平面重建（ＣＥＵＳＭＰＲ）；显示至少一幅所述所采集的实时追踪组织图像，其中，所显示的实时追踪组织图像包括至少所述器械在所述解剖结构的所述所需位置内的图像；以及显示相应于所述所显示的实时追踪组织图像的至少一个相应的对比增强超声图像多平面重建（ＣＥＵＳＭＰＲ），其中，ＣＥＵＳＭＰＲ图像包括获自所述参考３ＤＣＥＵＳ体积的对比增强ＭＰＲ图像，并且包括目标感兴趣体积，由此提供对于至少在对比增强有用寿命期满之后进行所述介入导航有用的对比增强图像信息和组织图像信息的同时显示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-16 60/988,472;US 2008-5-12 61/052,288一种用于使用3D对比增强超声(CEUS)成像进行介入导航的方法，该方法包括针对经受利用器械的介入过程的解剖结构的所需部分，采集参考3DCEUS体积和追踪信息，其中，在施予到所述解剖结构的所述所需部分的对比增强剂的有用寿命期间进行所述采集；在所述介入过程期间采集实时追踪组织图像；根据所述参考3D CEUS体积和追踪信息，针对所述介入过程期间所采集的实时追踪组织图像中的至少一幅，产生至少一个相应的对比增强超声图像多平面重建(CEUS MPR)；显示至少一幅所述所采集的实时追踪组织图像，其中，所显示的实时追踪组织图像包括至少所述器械在所述解剖结构的所述所需位置内的图像；以及显示相应于所述所显示的实时追踪组织图像的至少一个相应的对比增强超声图像多平面重建(CEUS MPR)，其中，CEUS MPR图像包括获自所述参考3D CEUS体积的对比增强MPR图像，并且包括目标感兴趣体积，由此提供对于至少在对比增强有用寿命期满之后进行所述介入导航有用的对比增强图像信息和组织图像信息的同时显示。2.根据权利要求1所述的方法，其中，采集所述参考3DCEUS体积包括同时采集至少一 个追踪3D超声对比图像和组织图像对。3.根据权利要求2所述的方法，进一步地，其中，所述至少一个追踪3D超声对比图像和 组织图像对包括基本上同时捕获并且彼此自动配准的初始超声对比图像和相应的初始组 织图像。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介入过程包括其第一部分和第二部分，其中 所述第一部分发生在所述对比增强有用寿命期满之前，而所述第二部分发生在所述对比增 强有用寿命期满之后。5.根据权利要求1所述的方法，进一步地，其中，所述至少一个相应的对比增强超声图 像多平面重建与所述所采集的实时追踪组织图像中的相应一幅进行空间配准。6.根据权利要求1所述的方法，其中，彼此邻近地显示所述实时追踪组织图像和所述 相应的CEUS MPR。7.根据权利要求1所述的方法，其中，在单个显示上一起显示所述实时追踪组织图像 和所述相应的CEUS MPR参考图像。8.根据权利要求7所述的方法，进一步地，其中，将所述实时追踪图像和所述相应的 CEUS MPR以重叠布置显示，从而一幅图像重叠在另一幅图像之上。9.根据权利要求8所述的方法，又进一步地，其中，所述重叠布置包括一幅图像相对于 另一幅图像为半透明的。10.根据权利要求1所述的方法，其中，在不存在实时3D超声时，通过如下方式采集所 述参考3D CEUS体积即，追踪2D超声探头，采集一序列2D对比图像帧和组织图像帧以及 相应的追踪数据，同时在对比增强剂施予之后将所追踪的2D超声探头在所述解剖结构的 所述所需部分上进行扫查，将所采集序列的2D对比图像和组织图像以及相应的追踪数据 流动至工作站，并且基于所采集的2D对比图像和组织图像以及相应的追踪数据而在所述 工作站重建所述参考3D CEUS体积。11.根据权利要求1所述的方法，其中，采集所述参考3DCEUS体积包括使用空间追踪 系统，所述空间追踪系统配置为追踪在采集所述参考3DCEUS体积中使用的超声探头的位置，其中，所述追踪系统允许确定所述参考3D CEUS体积的位置和取向；并且其中，所述追踪系统还配置为在所述介入过程期间追踪所采集的组织图像。12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括校正所述解剖结构的所述所需部分内的组织运动，其可以发生在(i)采集所述参考3D CEUS体积时和(ii)采集所述至少一幅实时追踪组织图像时之间。13.根据权利要求12所述的方法，其中，校正组织运动包括在(a)所述实时追踪3D组 织图像和(b)所追踪的3D超声对比图像和组织图像对的所述超声组织图像之间使用基于 图像的配准。14.根据权利要求1所述的方法，其中，采集所述参考3DCEUS体积和追踪信息包括采 集时序的3D CEUS体积和相应的追踪信息，并且其中，产生所述至少一幅相应的CEUS MPR 图像包括产生时序的CEUS MPR图像，并且其中，显示所述所采集的实时追踪组织图像和显 示所述至少一幅相应的CEUS MI3R图像包括共同显示所述CEUS MI3R图像和所述实时组织图 像作为时序数据。15.根据权利要求14所述的方法，还包括处理所述时序数据以创建诊断相关参数的体积图，并且共同显示所述体积图以及(i) 所述CEUS MPR图像和(ii)所述实时组织图像。16.根据权利要求15所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J克吕克尔，S徐，H江，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]