在非侵入式治療期間的基于參考的運(yùn)動(dòng)跟蹤的制作方法
【專(zhuān)利摘要】在聚焦超聲或其他非侵入式治療程序期間，治療目標(biāo)或感興趣的其他對(duì)象的運(yùn)動(dòng)可以基于治療圖像與圖像的參考庫(kù)的比較來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤，圖像的參考庫(kù)針對(duì)預(yù)期范圍的運(yùn)動(dòng)在治療之前獲取并且被處理以識(shí)別其中的目標(biāo)或其他對(duì)象的位置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在非侵入式治療期間的基于參考的運(yùn)動(dòng)跟蹤
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2012年2月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/595，338和N0.61/595，341的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，并且其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。還參考了與此相同日期提交的題為“Reference Library Extens1n During Imaging of Moving Organs，，的PCT申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總地涉及圖像引導(dǎo)的非侵入式治療并且尤其涉及運(yùn)動(dòng)組織或器官的基于圖像的跟蹤。

【背景技術(shù)】
[0004]磁共振成像(MRI)可以在各種醫(yī)療應(yīng)用中與超聲聚焦或其他非侵入式治療方式結(jié)合使用。超聲波很好地穿透軟組織，并且由于其短波長(zhǎng)，可以聚焦至具有幾毫米的尺寸的斑點(diǎn)。由于這些性質(zhì)，超聲波可以用于非侵入式、高度定位的外科手術(shù)——例如，在不對(duì)周?chē)】到M織產(chǎn)生顯著損害的情況下消融或凝固癌組織。超聲聚焦系統(tǒng)一般利用聲換能器表面或換能器表面的陣列以生成超聲波束。換能器可以在幾何上成形和定位以使得超聲能量聚焦在與患者內(nèi)目標(biāo)組織塊相對(duì)應(yīng)的“聚焦區(qū)域”。在波穿過(guò)組織傳播期間，超聲能量的一部分被吸收，引起溫度升高以及最終引起細(xì)胞壞死一優(yōu)選地在聚焦區(qū)域中的目標(biāo)組織塊。換能器陣列的各個(gè)表面或“元件”通常是單獨(dú)可控的，即它們的相位和/或振幅可以被相互獨(dú)立地設(shè)置(例如，使用具有合適延遲的“波束形成器”和用于元件的放大器電路)，允許波束在期望方向上前進(jìn)并在期望距離處聚焦，并且允許聚焦區(qū)域性質(zhì)根據(jù)需要成形。由此，聚焦區(qū)域可以通過(guò)獨(dú)立地調(diào)節(jié)輸入至換能器元件中的電信號(hào)的振幅和相位來(lái)快速位移和/或再成形。
[0005]在MRI引導(dǎo)的聚焦超聲(MRgFUS)方法中，MRI用于可視化目標(biāo)組織和超聲聚焦。通常，如圖1所示的MRI系統(tǒng)100包括靜態(tài)場(chǎng)磁體102、一個(gè)或多個(gè)梯度場(chǎng)線圈104、射頻(RF)發(fā)射器106、和RF接收器(未示出)。(在一些實(shí)施例中，交替使用相同的裝置作為RF發(fā)射器或接收器。)磁體包括用于將患者110容納其中的區(qū)域108并在患者上提供靜態(tài)的相對(duì)均勻的磁場(chǎng)。由梯度場(chǎng)線圈104生成的隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)梯度與靜態(tài)磁場(chǎng)重疊。RF發(fā)射器106在患者110上發(fā)射RF脈沖序列以使得患者的組織發(fā)出(隨時(shí)間變化的)RF響應(yīng)信號(hào)，其在整個(gè)(二維或三維)成像區(qū)域上積分并由RF接收器采樣以產(chǎn)生構(gòu)成原始圖像數(shù)據(jù)的響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間序列。該原始數(shù)據(jù)被傳遞至計(jì)算單元112。時(shí)間序列中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可以被解釋為k空間(即，波矢量空間)中特定點(diǎn)處的依賴于位置的局部磁化的傅里葉變換值，其中，波矢量k是梯度場(chǎng)的時(shí)間進(jìn)展的函數(shù)。由此，通過(guò)對(duì)響應(yīng)信號(hào)的時(shí)間序列進(jìn)行傅里葉變換，計(jì)算單元112可以從原始數(shù)據(jù)重建組織的實(shí)空間圖像(B卩，示出作為空間坐標(biāo)的函數(shù)的所測(cè)量的磁化影響的組織性質(zhì)的圖像)。實(shí)空間磁共振(MR)圖像之后可以向用戶顯示。MRI系統(tǒng)100可以用于規(guī)劃醫(yī)療程序，以及在程序期間監(jiān)視治療進(jìn)展。例如，MRI可以用于對(duì)解剖區(qū)域成像，定位區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)組織(例如，腫瘤)，將由超聲換能器114生成的波束引導(dǎo)至目標(biāo)組織，和/或監(jiān)測(cè)目標(biāo)組織中及其周?chē)臏囟取?br> [0006]在治療期間的患者運(yùn)動(dòng)，諸如由于呼吸的周期運(yùn)動(dòng)或隨機(jī)移動(dòng)，可能對(duì)治療效果和安全性提出相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。需要運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償以確保超聲波束維持聚焦在目標(biāo)上并且不損害周?chē)慕】到M織。在圖像引導(dǎo)的系統(tǒng)(諸如MRgFUS系統(tǒng))中，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償一般通過(guò)(直接或間接)跟蹤圖像中的目標(biāo)并基于所跟蹤的位置控制超聲波束來(lái)完成。目標(biāo)跟蹤的一種方式涉及確定可以位于每個(gè)圖像中的一組一個(gè)或多個(gè)可識(shí)別特征或“解剖標(biāo)志”的坐標(biāo)；并基于這些坐標(biāo)計(jì)算假定相對(duì)于標(biāo)志位于固定位置的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。在可替換方法中，連續(xù)圖像之間的相對(duì)偏移通過(guò)將一個(gè)圖像與另一圖像的大量的計(jì)算上偏移的副本相關(guān)聯(lián)，并且選擇提供最好匹配的偏移圖像來(lái)確定。在任一情況中，花費(fèi)了大量的圖像處理時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)位置，降低了有效的成像速率并通常阻礙了實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。在一些情況中，識(shí)別并量化目標(biāo)運(yùn)動(dòng)中的延遲導(dǎo)致了可容許范圍內(nèi)的波束靶標(biāo)的不精確性。然而，通常需要停止治療過(guò)程并在可以恢復(fù)治療之前校正由于目標(biāo)組織或器官的位移引起的任何錯(cuò)位。這導(dǎo)致了治療過(guò)程中的顯著的低效率，并且可能產(chǎn)生顯著的延遲。
[0007]因此，需要一種改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)跟蹤方式，其便于在治療期間實(shí)時(shí)地跟蹤目標(biāo)并且補(bǔ)償其運(yùn)動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了用于在圖像引導(dǎo)的治療程序期間實(shí)時(shí)地跟蹤治療目標(biāo)或其他感興趣對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)和方法。與常規(guī)的跟蹤方式相比，各個(gè)實(shí)施例通過(guò)利用通常在治療之前獲取和處理的參考圖像的庫(kù)而顯著降低了在治療期間所需的圖像處理時(shí)間。參考圖像覆蓋了預(yù)期范圍的運(yùn)動(dòng)(例如，完整的呼吸循環(huán))并且被(直接或間接)處理以定位其中的感興趣對(duì)象；位置信息與圖像一起被存儲(chǔ)。在治療期間，感興趣的解剖區(qū)域可以被重復(fù)地、優(yōu)選地實(shí)時(shí)地成像，并且所獲取的圖像可以基于圖像相似度與參考庫(kù)中的圖像進(jìn)行比較和匹配。如果識(shí)別了充分接近地匹配的參考圖像，則在該參考圖像中每個(gè)感興趣對(duì)象的位置也被視為是治療圖像中相應(yīng)對(duì)象的位置。由此，在不需要任何進(jìn)一步處理的情況下，治療圖像中感興趣對(duì)象的位置可以容易地從與匹配參考存儲(chǔ)的位置信息推斷出。因?yàn)閳D像匹配一般比檢測(cè)和定位圖像內(nèi)的對(duì)象更少地涉及計(jì)算，因而該方法可以實(shí)現(xiàn)治療期間處理時(shí)間的顯著節(jié)省，由此便于實(shí)時(shí)跟蹤。
[0009]因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于在治療序列期間跟蹤一個(gè)或多個(gè)(通常移動(dòng)的)感興趣的解剖對(duì)象的方法。感興趣的解剖對(duì)象可以是治療的目標(biāo)，例如要利用聚焦超聲波治療的腫瘤或組織區(qū)域?？商鎿Q地，感興趣對(duì)象可以是除了目標(biāo)以外的器官或組織，例如目標(biāo)附近的溫度需要被監(jiān)測(cè)的器官或組織、或者應(yīng)該被超聲(或其他治療)波束避開(kāi)的器官或組織，因?yàn)槠涮貏e易受超聲波損害或者因?yàn)橛捎谄洳牧闲再|(zhì)(諸如超聲波反射性)，其將干擾目標(biāo)的治療。通常，同時(shí)地跟蹤多個(gè)對(duì)象(例如目標(biāo)和要避開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)組織區(qū)域)以確保治療效果和安全性。
[0010]該方法涉及在治療序列之前在解剖對(duì)象運(yùn)動(dòng)期間獲取包括感興趣的解剖對(duì)象的解剖區(qū)域的一系列參考圖像(即，至少一個(gè)圖像，以及典型地多個(gè)圖像)(每個(gè)參考圖像對(duì)應(yīng)于運(yùn)動(dòng)的不同階段)，以及處理圖像以針對(duì)每個(gè)圖像確定與感興趣對(duì)象相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)位置。這里，“與感興趣對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置”可以是感興趣對(duì)象本身的位置或另一對(duì)象的位置一典型地在圖像中容易辨別的解剖標(biāo)志(例如通過(guò)引起圖像中周?chē)M織的高對(duì)比度的材料性質(zhì))一其相對(duì)于感興趣對(duì)象的位置是已知的并且通常是固定的。圖像可以例如是MR或其他層析圖像。此外，除非從上下文是明顯的，這里所使用的術(shù)語(yǔ)“圖像”可以指實(shí)空間圖像(例如，重建的MR圖像)、從其導(dǎo)出實(shí)空間圖像的原始數(shù)據(jù)、或者兩者。
[0011]在治療序列期間，解剖區(qū)域的“治療圖像”被獲取并基于相似度被關(guān)聯(lián)至參考圖像，并基于相關(guān)參考圖像中與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置在治療圖像中跟蹤感興趣對(duì)象。在一些實(shí)施例中，根據(jù)原始數(shù)據(jù)確定圖像相似度。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“治療序列”指解剖目標(biāo)對(duì)治療能量(例如超聲波)的多次暴露的序列。完整的治療程序可以包括單個(gè)治療序列或多個(gè)時(shí)間分隔的治療序列。在治療包括多個(gè)時(shí)間分隔的治療序列(每個(gè)序列包括單次暴露或暴露的序列)的實(shí)施例中，在一個(gè)治療序列中采集的治療圖像可以被存儲(chǔ)并分析以用作下一治療序列中的參考圖像。
[0012]在一些實(shí)施例中，處理參考圖像包括識(shí)別參考圖像的每一個(gè)中的解剖標(biāo)志或多個(gè)解剖標(biāo)志，以及在治療序列期間跟蹤解剖對(duì)象涉及根據(jù)相應(yīng)參考圖像中解剖標(biāo)志的位置來(lái)推斷治療圖像中對(duì)象的位置。在所跟蹤解剖對(duì)象本身被治療的實(shí)施例中，方法可以進(jìn)一步包括基于跟蹤將諸如聚焦超聲波束的治療能量波束引導(dǎo)至對(duì)象上。在除了所跟蹤解剖對(duì)象以外的目標(biāo)被治療的實(shí)施例中，方法可以包括基于跟蹤來(lái)成形能量(例如，超聲)波束以避開(kāi)解剖對(duì)象。在一些實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括通過(guò)執(zhí)行治療圖像和相應(yīng)參考圖像之間的基線減法來(lái)監(jiān)測(cè)解剖區(qū)域中的溫度。該方法還可以包括將治療圖像添加至所述一系列參考圖像。此外，其可以包括將所跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與所述一系列參考圖像進(jìn)行比較，并且基于該比較來(lái)平滑化所跟蹤運(yùn)動(dòng)和/或檢測(cè)跟蹤誤差。
[0013]在另一方面，本發(fā)明涉及用于在治療序列期間跟蹤運(yùn)動(dòng)的解剖對(duì)象的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括可與治療設(shè)備(例如，超聲換能器)結(jié)合操作的成像設(shè)備(例如，MRI設(shè)備)，用于在治療序列之前獲取包括對(duì)象的解剖區(qū)域的一系列參考圖像(所述系列在對(duì)象運(yùn)動(dòng)期間捕獲對(duì)象，以及每個(gè)參考圖像對(duì)應(yīng)于運(yùn)動(dòng)的不同階段)，以及用于在治療序列期間獲取解剖區(qū)域的治療圖像。此外，系統(tǒng)包括計(jì)算單元，計(jì)算單元被配置為處理參考圖像以針對(duì)每個(gè)參考圖像確定與對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置，(例如使用原始圖像數(shù)據(jù))基于治療圖像和參考圖像之間的相似度將治療圖像關(guān)聯(lián)至相應(yīng)參考圖像，以及基于相應(yīng)參考圖像中與對(duì)象關(guān)聯(lián)的位置來(lái)跟蹤治療圖像中的對(duì)象。
[0014]計(jì)算單元可以被配置為在參考圖像中的每一個(gè)中識(shí)別至少一個(gè)解剖標(biāo)志，其位置相對(duì)于對(duì)象的位置是固定的；以及通過(guò)根據(jù)相應(yīng)參考圖像中解剖標(biāo)志的位置推斷目標(biāo)的位置來(lái)跟蹤目標(biāo)。計(jì)算單元可以進(jìn)一步被配置為基于跟蹤將由治療設(shè)備生成的治療能量(例如，超聲波束)聚焦至對(duì)象上，或者(在除了所跟蹤解剖對(duì)象以外的目標(biāo)正在被治療的情況下)基于跟蹤來(lái)成形波束以避開(kāi)對(duì)象。計(jì)算單元還可以被配置為通過(guò)在治療圖像和相應(yīng)參考圖像之間進(jìn)行基線減法來(lái)監(jiān)測(cè)解剖區(qū)域中的溫度。此外，計(jì)算單元可以被配置為將所跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與所述一系列參考圖像進(jìn)行比較，并且基于該比較來(lái)平滑化所跟蹤運(yùn)動(dòng)和/或檢測(cè)跟蹤誤差。
[0015]計(jì)算單元還可以將治療圖像添加至之前獲取的一系列參考圖像。在一些實(shí)施例中，治療序列是治療程序的一部分，治療程序包括多個(gè)時(shí)間分隔的治療序列(每個(gè)序列包括解剖目標(biāo)對(duì)治療能量的至少一次暴露)，以及計(jì)算單元被配置為使用在治療序列中的第一個(gè)序列期間獲得的治療圖像作為參考圖像以用于治療序列中隨后的第二個(gè)序列。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]通過(guò)本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，特別地當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將更容易地理解上述描述，其中:
[0017]圖1示出根據(jù)各種實(shí)施例的MRI引導(dǎo)的聚焦超聲系統(tǒng)；
[0018]圖2是示出根據(jù)各種實(shí)施例的跟蹤方法的流程圖；
[0019]圖3A是示出常規(guī)的溫度測(cè)量方法的流程圖；
[0020]圖3B是示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于與目標(biāo)跟蹤相結(jié)合的溫度測(cè)量的方法的流程圖；以及
[0021]圖4是示出根據(jù)各種實(shí)施例的圖像處理和控制設(shè)備的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供用于在圖像引導(dǎo)程序期間實(shí)時(shí)跟蹤感興趣對(duì)象(例如治療目標(biāo))的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)和方法。程序可以例如涉及將聚焦的超聲波施加至組織或器官(即，其超聲處理)，以在其是例如癌性的情況下加熱它以使組織壞死、消融或以其他方式破壞組織，或者用于非破壞性治療，諸如疼痛改善或熱療的可控誘導(dǎo)。超聲波也可以用于其他非熱類(lèi)型的治療，例如，神經(jīng)調(diào)制?？商鎿Q地，程序可以使用不同形式的治療能量，例如，射頻(RF)輻射、X射線或伽馬射線、或充電粒子，或涉及諸如冷凍消融的其他治療方式。在各種治療程序中的運(yùn)動(dòng)跟蹤可以用于將治療能量波束引導(dǎo)至目標(biāo)和/或周?chē)渌悄繕?biāo)組織和器官，即，基于所影響的解剖區(qū)域的圖像來(lái)調(diào)節(jié)波束焦點(diǎn)、輪廓和/或方向，其也可以在一些實(shí)施例中可視化波束焦點(diǎn)。MRI是用于這種基于圖像的運(yùn)動(dòng)跟蹤的廣泛使用的技術(shù)。然而，包括例如X射線成像、X射線計(jì)算斷層掃描(CT)或超聲波成像的其他成像技術(shù)也可以使用并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。用于實(shí)施根據(jù)各種實(shí)施例的方法的示例性系統(tǒng)是MRgFUS系統(tǒng)，諸如圖1所示，其具有以下參考圖4詳細(xì)描述的合適的圖像處理和控制設(shè)備。
[0023]圖2示出根據(jù)各種實(shí)施例的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)跟蹤的方法。為了便于參考，以下描述僅參考目標(biāo)跟蹤；然而，應(yīng)該理解，相同的方法一般也應(yīng)用于感興趣的其他器官或組織(諸如易于被治療波束損害的器官)的跟蹤。該方法包括在感興趣程序之前進(jìn)行的準(zhǔn)備步驟，以及在程序期間執(zhí)行的步驟。在第一準(zhǔn)備步驟200中，包括目標(biāo)的解剖區(qū)域的一系列圖像在其運(yùn)動(dòng)期間獲取。每個(gè)圖像通常對(duì)應(yīng)于運(yùn)動(dòng)的不同階段，并且該系列總地覆蓋預(yù)期范圍的運(yùn)動(dòng)。例如，該系列圖像可以在完整的呼吸循環(huán)期間以規(guī)則間隔獲取。作為另一示例，患者內(nèi)的感興趣解剖區(qū)域可以被監(jiān)視一個(gè)特定時(shí)間周期以捕獲產(chǎn)生自偶然的突發(fā)運(yùn)動(dòng)的一定范圍的位置。在基于MRI的方法中，獲取圖像通常涉及首先獲取原始的k空間MR信號(hào)(步驟202)，以及之后從原始數(shù)據(jù)重建實(shí)空間圖像(步驟204)。k空間和實(shí)空間圖像數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)的(即，具有幅度和相位，或者區(qū)別表示實(shí)部和虛部)。
[0024]在下一步驟206中，實(shí)空間圖像被處理以確定與目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)，諸如目標(biāo)坐標(biāo)本身或相對(duì)于目標(biāo)位于固定位置的解剖標(biāo)志的坐標(biāo)。該步驟可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多特征檢測(cè)或跟蹤方法中的任意一個(gè)來(lái)進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，使用例如邊緣檢測(cè)或點(diǎn)檢測(cè)在圖像幀內(nèi)(例如，根據(jù)行數(shù)和列數(shù))以絕對(duì)坐標(biāo)單獨(dú)針對(duì)每個(gè)圖像來(lái)確定目標(biāo)或標(biāo)志位置。在其他實(shí)施例中，確定不同圖像之間的目標(biāo)或標(biāo)志位置的相對(duì)改變(例如，以坐標(biāo)差或平移/運(yùn)動(dòng)矢量表示)。例如，該系列的第一圖像中目標(biāo)的位置可以被任意地指定為原點(diǎn)，并且隨后圖像中目標(biāo)的位置可以相對(duì)于該原點(diǎn)測(cè)量。運(yùn)動(dòng)矢量可以通過(guò)基于像素的(“直接的”)方法獲得，諸如塊匹配算法、相位校正和頻域方法、像素遞歸算法、貝葉斯估計(jì)算法(例如，最大后驗(yàn)概率(MAP)估計(jì)或馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)模型)、和/或光流法；運(yùn)動(dòng)矢量也可以通過(guò)基于特征的(“間接的”)方法來(lái)獲得，該方法匹配圖像之間的相應(yīng)特征(諸如Harris角點(diǎn))。塊匹配算法例如涉及使第一圖像的一部分(或“塊”)計(jì)算偏移大量已知矢量并將所產(chǎn)生的塊的副本與隨后圖像關(guān)聯(lián)以識(shí)別最好的匹配。重要地，與確定目標(biāo)位置相關(guān)聯(lián)的計(jì)算成本在選擇合適的方法時(shí)不太重要，因?yàn)閳D像處理步驟206 —般在實(shí)時(shí)的目標(biāo)跟蹤之前進(jìn)行，而不與實(shí)時(shí)目標(biāo)跟蹤同時(shí)進(jìn)行。
[0025]從圖像得到的位置信息(在步驟206中)與參考庫(kù)中的相應(yīng)(k空間和/或?qū)嵖臻g)圖像一起和相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)(步驟208)。例如，每個(gè)參考圖像可以與其關(guān)聯(lián)的位置信息結(jié)合至參考記錄(其可以包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)文件)中?？商鎿Q地，參考圖像和位置信息可以被存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中和/或不同的存儲(chǔ)位置處，以及附加數(shù)據(jù)庫(kù)可以將每個(gè)圖像與關(guān)聯(lián)的位置信息相聯(lián)系。
[0026]隨后在感興趣的程序期間使用在準(zhǔn)備步驟200-208中建立的參考庫(kù)，以用于實(shí)時(shí)的目標(biāo)跟S示。在一些實(shí)施例中，這意味著準(zhǔn)備步驟在目標(biāo)的治療開(kāi)始之如完成。在其他實(shí)施例中，在早期治療序列期間采用用于特定治療序列的準(zhǔn)備步驟。例如，可以在兩個(gè)或多個(gè)階段中執(zhí)行腫瘤的聚焦超聲消融:第一階段，其中，對(duì)準(zhǔn)腫瘤的中心區(qū)域；以及一個(gè)或多個(gè)隨后階段，其中，腫瘤的外圍區(qū)域被暴露至超聲波。由于腫瘤周?chē)慕】到M織的風(fēng)險(xiǎn)隨著治療進(jìn)行而增大，因而需要精確的實(shí)時(shí)成像。因此，在第一階段期間的運(yùn)動(dòng)跟蹤可以以足夠低的成像速率進(jìn)行以允許通過(guò)常規(guī)方式(即，不依賴于參考庫(kù)的方式)進(jìn)行目標(biāo)定位，以及在稍后階段期間的運(yùn)動(dòng)跟蹤可以利用來(lái)自第一階段的治療圖像作為參考圖像以實(shí)現(xiàn)更高的成像速率。通常，如果治療涉及多個(gè)離散治療序列，則可以針對(duì)所有序列使用相同的參考庫(kù)，或者可以使用在一個(gè)或多個(gè)之前序列期間獲得的圖像作為新的參考圖像，針對(duì)每個(gè)序列重新設(shè)置參考庫(kù)。此外，在一些實(shí)施例中，僅所獲取的參考圖像的子集(例如，在呼吸循環(huán)期間采集的每個(gè)其他圖像)在感興趣的治療序列之前被處理，并且用作初始參考庫(kù)以用于目標(biāo)跟蹤，以及剩余參考圖像隨后在感興趣的治療序列期間被處理以改進(jìn)參考庫(kù)。
[0027]在目標(biāo)的治療期間，解剖區(qū)域被重復(fù)成像(步驟210)，例如在一些實(shí)施例中每10ms0為了確定每個(gè)幀內(nèi)(一般移動(dòng)的)目標(biāo)的位置，序列(或其子集)的每個(gè)圖像與參考庫(kù)中的圖像進(jìn)行比較，并且使用適當(dāng)?shù)膱D像相似度的度量來(lái)識(shí)別最接近的匹配(步驟212)。比較可以基于例如實(shí)空間或k空間圖像數(shù)據(jù)，S卩，其可以涉及但不必需要從治療期間獲取的原始數(shù)據(jù)重建實(shí)空間治療圖像。此外，比較圖像的部分可能就足夠了。通常，基于逐個(gè)像素來(lái)進(jìn)行比較，其中，“像素”指圖像數(shù)據(jù)陣列的元素，其通常將振幅和相位值分別存儲(chǔ)為實(shí)空間坐標(biāo)或k空間坐標(biāo)的函數(shù)。適當(dāng)?shù)南嗨贫榷攘堪ɡ缁ハ嚓P(guān)系數(shù)、強(qiáng)度差的平方和、交互信息(如該術(shù)語(yǔ)用于概率和信息理論)、比值圖像均勻性(即，相應(yīng)像素值的比率的歸一化標(biāo)準(zhǔn)偏差)、均方誤差、絕對(duì)差的和、平方誤差的和、絕對(duì)轉(zhuǎn)換差的和(其使用兩個(gè)圖像中相應(yīng)像素之間的差的哈達(dá)瑪或其他頻率變換)、或復(fù)數(shù)互相關(guān)(針對(duì)復(fù)數(shù)圖像，諸如MRI圖像)、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的與圖像配準(zhǔn)有關(guān)的其他技術(shù)。
[0028]在一些實(shí)施例中，由所選擇相似度度量測(cè)量的、治療圖像和最接近參考圖像之間的相似度與(特定度量)相似度閾值進(jìn)行比較，以及僅當(dāng)相似度的水平超過(guò)閾值水平時(shí)(這通常意味著，針對(duì)測(cè)量圖像之間的差異、即不相似度的度量，度量的值下降至閾值以下)，參考圖像被認(rèn)為是治療圖像的匹配。在其他實(shí)施例中，與治療圖像最相似的參考圖像被認(rèn)為是與絕對(duì)相似度無(wú)關(guān)的匹配。
[0029]一旦識(shí)別出了匹配的參考圖像，可以容易地從與該參考圖像相關(guān)聯(lián)的之前確定的位置信息推斷出目標(biāo)的位置(步驟214)。例如，如果所存儲(chǔ)的位置信息包括或由目標(biāo)坐標(biāo)本身組成，采用這些坐標(biāo)作為目標(biāo)在當(dāng)前治療圖像中的坐標(biāo)。由此，可以在不需要識(shí)別重建治療圖像中目標(biāo)或其他標(biāo)志的情況下實(shí)時(shí)地跟蹤目標(biāo)。此外，在一些實(shí)施例中，如果每個(gè)治療圖像基于圖像的原始數(shù)據(jù)或其一部分而關(guān)聯(lián)至參考圖像之一，則治療圖像重建本身是不必要的?；谒櫟哪繕?biāo)坐標(biāo)，超聲(或其他治療能量)波束可以在治療程序期間被控制以補(bǔ)償任何目標(biāo)運(yùn)動(dòng)(步驟216)。相似地，如果跟蹤非目標(biāo)器官或組織，可以使用它們的坐標(biāo)來(lái)控制和/或成形超聲(或其他能量)波束以避免或最小化它們對(duì)治療能量的暴露。特別地，通常對(duì)容易受到聲波束損害的器官高度感興趣，這些器官的位置可以在波束形成期間被考慮以使得能量束成形為在避免敏感相鄰器官在移動(dòng)時(shí)的損害的同時(shí)加熱目標(biāo)。
[0030]在沒(méi)有找到與當(dāng)前治療圖像匹配的參考圖像的情況下，可以通過(guò)其他方式跟蹤目標(biāo)(或其他感興趣對(duì)象)。例如，在之前圖像中跟蹤的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)可以被推斷以預(yù)測(cè)當(dāng)前圖像幀中目標(biāo)的位置，或者可以使用諸如呼吸監(jiān)測(cè)帶的互補(bǔ)圖像跟蹤系統(tǒng)來(lái)確定當(dāng)前位置。即使目標(biāo)坐標(biāo)不能被實(shí)時(shí)更新并且目標(biāo)跟蹤因此而暫時(shí)中斷，治療程序在一些實(shí)施例中可以持續(xù)短暫的時(shí)間段(例如，一個(gè)或兩個(gè)圖像幀)，以及如果針對(duì)隨后獲取的治療圖像識(shí)別出了匹配的參考圖像，則避免了程序中的延遲。然而，如果跳過(guò)圖像是不安全的，或者太多連續(xù)的程序圖像不能與參考庫(kù)圖像中的任一圖像匹配，則程序中止或中斷，直到確定目標(biāo)位置(例如通過(guò)常規(guī)的、計(jì)算更昂貴的方式)，并且之后恢復(fù)。
[0031]在一些實(shí)施例中，基于在程序期間實(shí)時(shí)獲得的圖像來(lái)擴(kuò)展參考庫(kù)。例如，如果新獲取的圖像揭示了目標(biāo)(或感興趣的其他對(duì)象)的位置在總地在初始參考庫(kù)中表示的區(qū)域之夕卜，則新獲取的圖像可以被分析以確定目標(biāo)的位置，并與位置信息一起被添加至參考庫(kù)。可選地，治療可以在圖像處理期間暫停并且一旦圖像分析完成可以再恢復(fù)。在極端情況下，參考庫(kù)在程序開(kāi)始時(shí)甚至是空的，且參考圖像可以隨著程序被執(zhí)行而連續(xù)添加。這便于以下因素之間的設(shè)計(jì)權(quán)衡:以計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)為代價(jià)的精度(在庫(kù)大的情況下，例如包含來(lái)自之前進(jìn)程的圖像)，或者精度降低在臨床上可接受時(shí)的計(jì)算效率(例如，在來(lái)自之前進(jìn)程的參考圖像不與當(dāng)前治療序列相關(guān)時(shí)，在當(dāng)前序列期間建立參考庫(kù))。
[0032]在所跟蹤目標(biāo)運(yùn)動(dòng)是周期性的應(yīng)用中(諸如在呼吸循環(huán)期間)，通常在運(yùn)動(dòng)的循環(huán)期間順序采集參考圖像，在治療程序期間的跟蹤精度可以由此通過(guò)針對(duì)參考庫(kù)濾除跟蹤結(jié)果來(lái)改進(jìn)。例如，描述在治療期間隨時(shí)間的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的曲線可以與獲取參考庫(kù)期間的隨時(shí)間的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較，并基于獲取參考庫(kù)期間的隨時(shí)間的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而被平滑化。此外，在參考庫(kù)的圖像中反映的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)可以用于檢測(cè)錯(cuò)誤跟蹤結(jié)果，例如當(dāng)在特定時(shí)間點(diǎn)，所跟蹤目標(biāo)看起來(lái)逆著在該循環(huán)的時(shí)間段期間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)而移動(dòng)時(shí)。
[0033]在一些實(shí)施例中，程序期間的成像同時(shí)用于定量地監(jiān)測(cè)體內(nèi)溫度。這在MR引導(dǎo)的熱療(例如，MRgFUS治療)中特別有用，其中，治療區(qū)域(例如，要通過(guò)加熱破壞的腫瘤)的溫度應(yīng)該被持續(xù)監(jiān)測(cè)以評(píng)估治療的進(jìn)展并校正熱傳導(dǎo)和能量吸收的局部差異，以避免對(duì)治療區(qū)域周?chē)慕M織的損害。利用MR成像對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)(例如，測(cè)量和/或標(biāo)測(cè))通常被稱為MR溫度測(cè)量或MR熱成像。
[0034]在可用于MR溫度測(cè)量的各種方法中，質(zhì)子共振頻率(PRF)偏移方法通常是選擇的方法，這是因?yàn)槠潢P(guān)于溫度改變的出色的線性、來(lái)自組織類(lèi)型的接近獨(dú)立性、以及具有高的空間和時(shí)間分辨率的溫度圖(map)采集。PRF偏移方法基于水分子中質(zhì)子的MR共振頻率隨著溫度而線性改變的現(xiàn)象(其比例常數(shù)有利地在組織類(lèi)型之間相對(duì)恒定)。由于頻率隨溫度改變得很小，對(duì)于重力水僅-0.01ppm/°C，以及在組織中約-0.0096至-0.013ppm/°C,PRF偏移通常利用相敏成像方法來(lái)檢測(cè)，其中進(jìn)行兩次成像:第一，在溫度改變之前獲取基線PRF相位圖像，然后在溫度改變之后獲取第二相位圖像——即，治療圖像，從而捕獲與溫度改變成比例的小的相位改變。溫度改變的圖可以之后通過(guò)以下從(重建的，即實(shí)空間的)圖像計(jì)算:基于逐個(gè)像素確定基線圖像和治療圖像之間的相位差，以及在考慮諸如靜磁場(chǎng)的強(qiáng)度和(例如，梯度回波的)回波時(shí)間(TE)的成像參數(shù)的同時(shí)基于PRF溫度相關(guān)性將相位差轉(zhuǎn)換成溫度差。
[0035]如果在獲取基線圖像時(shí)成像區(qū)域中的溫度分布是已知的，則溫度差圖可以被添加至基線溫度以獲得與治療圖像相對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度分布。在一些實(shí)施例中，基線溫度是成像區(qū)域中簡(jiǎn)單均勻的身體溫度。更復(fù)雜的基線溫度分布在一些實(shí)施例中在治療之前通過(guò)各個(gè)位置中的直接溫度測(cè)量與基于數(shù)學(xué)擬合的插值和/或外推(例如，平滑、多項(xiàng)式擬合)組合來(lái)確定。
[0036]在MR溫度測(cè)量的情況下，運(yùn)動(dòng)跟蹤可以通過(guò)如上所述獲得參考圖像的庫(kù)來(lái)完成，其覆蓋了預(yù)期范圍的運(yùn)動(dòng)，并提供與在治療之前解剖區(qū)域的溫度相對(duì)應(yīng)的基線相位圖。為了確定治療圖像的溫度圖，(使用以上列出的方法中任一個(gè))識(shí)別空間上對(duì)準(zhǔn)的基線圖像，并且所選擇的基線和治療圖像之后被處理以確定溫度的變化。該方法通常被稱為多基線溫度測(cè)量。在圖3A中所示的該常規(guī)實(shí)施方式中，多基線溫度測(cè)量涉及在超聲處理或其他溫度影響治療之前獲取(實(shí)空間)基線圖像的庫(kù)(步驟300、302)、進(jìn)行超聲處理(步驟304)、獲取治療區(qū)域的原始圖像數(shù)據(jù)并從中重建實(shí)空間圖像(步驟306、308)、例如基于圖像相似度標(biāo)準(zhǔn)從基線庫(kù)選擇合適的參考圖像(步驟310)、以及根據(jù)治療和參考圖像來(lái)計(jì)算熱圖(步驟312)。如果沒(méi)有基線圖像與治療圖像充分匹配，例如因?yàn)槟繕?biāo)在由圖像覆蓋的區(qū)域之外移動(dòng)，則處理被中止(步驟314)。否則，溫度可以通過(guò)重復(fù)的圖像獲取、參考選擇和處理而繼續(xù)被監(jiān)測(cè)。
[0037]圖3B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的將用于波束調(diào)整的運(yùn)動(dòng)跟蹤和溫度測(cè)量相結(jié)合的方法。再次，通過(guò)獲取在不同運(yùn)動(dòng)階段期間的原始圖像數(shù)據(jù)(步驟320)以及從中重建實(shí)空間參考/基線圖像(步驟322)來(lái)在治療之前創(chuàng)建覆蓋預(yù)期運(yùn)動(dòng)范圍的參考/基線圖像的庫(kù)。通過(guò)與之前圖像的計(jì)算偏移副本的圖像相關(guān)或者通過(guò)以上關(guān)于圖2所述的方法中的任一個(gè)，例如相對(duì)于可容易識(shí)別的解剖標(biāo)志在這些圖像中跟蹤目標(biāo)(和/或感興趣的其他解剖對(duì)象或特征)(步驟324)。所識(shí)別的目標(biāo)位置(例如，圖像內(nèi)的行數(shù)和列數(shù)、或者在一些其他坐標(biāo)系中的坐標(biāo))與每個(gè)相應(yīng)參考圖像一起或相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)(例如在聯(lián)合數(shù)據(jù)記錄中，或者在其整體鏈接至參考圖像的單獨(dú)數(shù)據(jù)庫(kù)中)。在治療期間，例如，在目標(biāo)的超聲處理開(kāi)始之后(步驟326)，針對(duì)治療區(qū)域獲取圖像數(shù)據(jù)(步驟328)，以及基于相似度來(lái)選擇參考/基線圖像(步驟330)。如所示出的，用于與基線庫(kù)比較的圖像數(shù)據(jù)不需要構(gòu)成重建的實(shí)空間圖像。而是，更通常地，(治療圖像和基線圖像的)原始(k空間)數(shù)據(jù)可以用于識(shí)別合適的參考圖像。在一些實(shí)施例中，甚至不需要采集完整的k空間圖像；而是，可以使用部分原始數(shù)據(jù)用于參考選擇。
[0038]基于所選擇的參考圖像和與其相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)坐標(biāo)，可以例如通過(guò)波束成形和/或波束控制來(lái)調(diào)整超聲處理或其他治療程序(步驟322)，以確保波束焦點(diǎn)保持在目標(biāo)上。此夕卜，為了便于溫度測(cè)量，針對(duì)治療區(qū)域的原始圖像數(shù)據(jù)的獲取可以完成(步驟334)(如果還未完成的話)，以及實(shí)空間圖像可以被重建(步驟336)以及以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生溫度圖(步驟338)。成像和溫度標(biāo)測(cè)過(guò)程之后可以針對(duì)相同的或另一子超聲處理(即，整個(gè)超聲處理程序內(nèi)超聲處理的序列之一)被重復(fù)。如所示出的，可以在實(shí)空間圖像的重建(步驟336)之前使治療能量波束再成形或改變方向(步驟332)。這樣，治療(例如，超聲處理)、成像和圖像處理可以并行實(shí)施，減少了整體治療時(shí)間。
[0039]根據(jù)此的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法可以使用(其他常規(guī)的)圖像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)，諸如圖1所示的MRgFUS系統(tǒng)100，與合適的圖像處理和控制設(shè)備結(jié)合(例如，與計(jì)算單元112集成)來(lái)實(shí)施，合適的圖像處理和控制設(shè)備與治療設(shè)備(例如，設(shè)置超聲換能器陣列的相位和振幅的波束形成器)和成像設(shè)備通信。圖像處理和控制設(shè)備可以以硬件、軟件、固件或硬連線的任何合適的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4示出示例性實(shí)施例，其中設(shè)備由適當(dāng)編程的通用計(jì)算機(jī)400來(lái)提供。計(jì)算機(jī)包括中央處理單元(CPU) 402、系統(tǒng)存儲(chǔ)器404和非易失性大容量存儲(chǔ)裝置406 (例如，一個(gè)或多個(gè)硬盤(pán)和/或光學(xué)存儲(chǔ)單元)。計(jì)算機(jī)400還包括雙向系統(tǒng)總線408，其中，CPU 402、存儲(chǔ)器404和存儲(chǔ)裝置406通過(guò)雙向系統(tǒng)總線408相互通信并且與諸如傳統(tǒng)的用戶接口組件410(包括例如屏幕、鍵盤(pán)和鼠標(biāo))和治療設(shè)備412、成像設(shè)備414和(可選地)便于絕對(duì)溫度測(cè)量的任何溫度傳感器416的內(nèi)部或外部輸入/輸出裝置通信。
[0040]系統(tǒng)存儲(chǔ)器404包含概念上示出為模塊的集合的指令，其控制CPU402的操作及其與其他硬件組件的交互。操作系統(tǒng)420指示低級(jí)別基本系統(tǒng)功能的執(zhí)行，諸如大容量存儲(chǔ)裝置406的存儲(chǔ)器分配、文件管理和操作。在較高級(jí)別，一個(gè)或多個(gè)服務(wù)應(yīng)用程序提供圖像處理、運(yùn)動(dòng)跟蹤和(可選地)溫度測(cè)量所需的計(jì)算功能。例如，如所示出的，系統(tǒng)可以包括用于根據(jù)從成像設(shè)備414接收到的原始圖像數(shù)據(jù)重建實(shí)空間圖像的圖像重建模塊422、用于從重建的參考圖像提取目標(biāo)和/或其他感興趣對(duì)象的位置信息的圖像分析模塊424、用于測(cè)量治療和參考圖像(無(wú)論是原始圖像還是重建圖像)之間的相似度并基于該相似度來(lái)選擇合適的參考圖像的參考選擇模塊426、用于計(jì)算治療設(shè)備的相位偏移或其他參數(shù)以補(bǔ)償任何檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)的波束調(diào)節(jié)模塊428、以及熱圖模塊430，熱圖模塊430從治療圖像減去參考以獲得溫度差圖以及在與所選擇參考基線相對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度已知的情況下獲得治療圖像的絕對(duì)溫度圖。各種模塊可以以任何適當(dāng)編程的語(yǔ)言來(lái)編程，包括但不限于高級(jí)語(yǔ)言，諸如 C、C++、C#、Ada、Basic、Cobra、Fortran、Java、Lisp、Perl、Python、Ruby 或 ObjectPascal，或者低級(jí)匯編語(yǔ)言；在一些實(shí)施例中，不同的模塊以不同的語(yǔ)言編程。
[0041]這里所使用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)用作描述的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)并且沒(méi)有限制，在使用這些術(shù)語(yǔ)和表達(dá)時(shí)，不意于排除所示出和所描述的特征的任何等價(jià)物或其一部分。另外，描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，包含這里所公開(kāi)的概念的其他實(shí)施例可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下使用。因此，所述實(shí)施例被認(rèn)為在所有方面僅是示意性的和非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在治療序列期間跟蹤運(yùn)動(dòng)的解剖對(duì)象的方法，該方法包括: (a)在所述治療序列之前，(i)在所述解剖對(duì)象的運(yùn)動(dòng)期間獲取包括所述解剖對(duì)象的解剖區(qū)域的一系列參考圖像，每個(gè)參考圖像對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)的不同階段，以及(ii)處理所述圖像以針對(duì)每個(gè)圖像確定與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置；以及 (b)在所述治療序列期間，(i)獲取所述解剖區(qū)域的治療圖像，(?)基于治療圖像和參考圖像之間的相似度將所述治療圖像中的至少一些關(guān)聯(lián)至相應(yīng)參考圖像，以及(iii)基于所述相應(yīng)參考圖像中與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置來(lái)在相關(guān)治療圖像中跟蹤所述對(duì)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述治療序列包括所述解剖對(duì)象的治療。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述治療序列包括基于所述跟蹤將聚焦超聲波束引導(dǎo)至所述對(duì)象上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述治療序列包括除了所述解剖對(duì)象以外的目標(biāo)的治療。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括在所述治療期間基于所述跟蹤將聚焦超聲波束成形至所述目標(biāo)上以避開(kāi)所述解剖對(duì)象。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述治療序列是治療程序的一部分，所述治療程序包括多個(gè)時(shí)間分隔的治療序列，每個(gè)所述時(shí)間分隔的治療序列包括解剖目標(biāo)對(duì)治療能量的至少一次暴露，其中，在治療序列期間使用的所獲取參考圖像中的至少一個(gè)是在前一個(gè)治療序列期間所獲得的治療圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，每次暴露使所述解剖目標(biāo)經(jīng)受聲能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)在所述治療圖像和所述相應(yīng)參考圖像之間執(zhí)行基線減法來(lái)監(jiān)測(cè)所述解剖區(qū)域中的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理所述參考圖像包括識(shí)別所述參考圖像的每一個(gè)中的至少一個(gè)解剖標(biāo)志，與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置是所述至少一個(gè)解剖標(biāo)志的位置，所述至少一個(gè)解剖標(biāo)志的位置相對(duì)于所述對(duì)象的位置是固定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，跟蹤所述目標(biāo)包括根據(jù)所述相應(yīng)參考圖像中所述解剖標(biāo)志的位置推斷所述目標(biāo)的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置是所述對(duì)象的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，圖像是MRI圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，基于原始圖像數(shù)據(jù)來(lái)確定相似度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述系列包括至少一個(gè)圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述系列包括多個(gè)圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述治療序列期間，將治療圖像添加至所述一系列參考圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與所述一系列參考圖像進(jìn)行比較，并且基于該比較來(lái)平滑化所跟蹤運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與所述一系列參考圖像進(jìn)行比較，并且基于該比較來(lái)檢測(cè)跟蹤誤差。
19.一種用于在治療序列期間跟蹤運(yùn)動(dòng)的解剖對(duì)象的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: (a)成像設(shè)備，其能夠與治療設(shè)備結(jié)合操作，用于(i)在所述治療序列之前，在所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)期間獲取包括所述對(duì)象的解剖區(qū)域的一系列參考圖像，每個(gè)參考圖像對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)的不同階段，以及(ii)在所述治療序列期間獲取所述解剖區(qū)域的治療圖像；以及 (b)計(jì)算單元，其被配置為(i)處理所述參考圖像以針對(duì)每個(gè)參考圖像確定與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置，(?)基于治療圖像和參考圖像之間的相似度將所述治療圖像中的至少一些關(guān)聯(lián)至相應(yīng)參考圖像，以及(iii)基于所述相應(yīng)參考圖像中與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置來(lái)在相關(guān)治療圖像中跟蹤所述對(duì)象。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述治療設(shè)備包括超聲換能器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元進(jìn)一步被配置為基于所述跟蹤將所述換能器生成的超聲波束聚焦在所述對(duì)象上。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述治療序列包括除了所述解剖對(duì)象以外的目標(biāo)的治療，所述計(jì)算單元進(jìn)一步被配置為基于所述跟蹤來(lái)成形由所述換能器生成的超聲波束以避開(kāi)所述對(duì)象。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述成像設(shè)備包括MRI設(shè)備。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述治療序列是治療程序的一部分，所述治療程序包括多個(gè)時(shí)間分隔的治療序列，每個(gè)所述時(shí)間分隔的治療序列包括解剖目標(biāo)對(duì)治療能量的至少一次暴露，所述計(jì)算單元被配置為使用在所述治療序列中的第一個(gè)序列期間獲得的治療圖像作為參考圖像以用于所述治療序列中隨后的第二個(gè)序列。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被進(jìn)一步配置為通過(guò)在所述治療圖像和所述相應(yīng)參考圖像之間執(zhí)行基線減法來(lái)監(jiān)測(cè)所述解剖區(qū)域中的溫度。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被進(jìn)一步配置為識(shí)別所述參考圖像的每一個(gè)中的至少一個(gè)解剖標(biāo)志，與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)的位置是所述至少一個(gè)解剖標(biāo)志的位置，所述至少一個(gè)解剖標(biāo)志的位置相對(duì)于所述對(duì)象的位置是固定的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被進(jìn)一步配置為通過(guò)根據(jù)所述相應(yīng)參考圖像中所述解剖標(biāo)志的位置推斷所述目標(biāo)的位置來(lái)跟蹤所述目標(biāo)。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被配置為基于原始圖像數(shù)據(jù)將所述治療圖像與所述參考圖像關(guān)聯(lián)。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被進(jìn)一步配置為將治療圖像添加至所述一系列參考圖像。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被進(jìn)一步配置為將所跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與所述一系列參考圖像進(jìn)行比較，并且基于該比較來(lái)平滑化所跟蹤運(yùn)動(dòng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算單元被進(jìn)一步配置為將所跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與所述一系列參考圖像進(jìn)行比較，并且基于該比較來(lái)檢測(cè)跟蹤誤差。
【文檔編號(hào)】A61N7/00GK104244818SQ201380015282
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月6日
【發(fā)明者】約阿夫·利維, 約阿夫·麥丹, 科比·沃爾特曼 申請(qǐng)人:因賽泰克有限公司