引導(dǎo)超聲圖像采集的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像處理領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種提供引導(dǎo)超聲圖像采集的方法和系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 今天，癌癥仍然是世界上對人最有威脅的疾病。在眾多可用的治療方案，外科手術(shù) 切除腫瘤的仍然是癌癥患者的最重要的治療選擇。然而，一些患者因各種健康相關(guān)的并發(fā) 癥不適合外科手術(shù)。因此，非外科手術(shù)治療的選擇對于運(yùn)些患者的臨床治療是非常重要的。 近年來，介入治療已經(jīng)成為治療癌癥患者的重要手段。對于不同的介入治療技術(shù)，非外科手 術(shù)的超聲介入治療已被證明是用于治療多種癌癥，例如肝癌，肺癌，甲狀腺癌等的有效手 段。
[0003] 超聲成像是用于許多微創(chuàng)介入手術(shù)的主要圖像引導(dǎo)的方法之一。尤其是大部分穿 刺活檢和基于針的消融術(shù)是通過超聲引導(dǎo)。超聲成像的優(yōu)點(diǎn)包括實(shí)時(shí)成像能力，低成本，應(yīng) 用的靈活性，并且不使用電離福射的事實(shí)。有時(shí)，除了灰階組織圖像，超聲造影(C抓S)成像 技術(shù)被用來獲取已被注射的造影劑特定的組織區(qū)域的對比度的圖像。
[0004] 目前，在評價(jià)對患者執(zhí)行的介入手術(shù)時(shí)，解剖的患部的超聲圖像在手術(shù)的前后拍 攝。醫(yī)務(wù)人員比較手術(shù)前的超聲圖像及手術(shù)后的超聲圖像，W確定在目標(biāo)區(qū)域中的所有組 織是否已被移除，W及所需要的安全余量是否已經(jīng)達(dá)到。然而，由于缺乏適當(dāng)?shù)慕馄蕦W(xué)位置 標(biāo)記及手術(shù)前后的目標(biāo)區(qū)域的物理外觀的變化，醫(yī)務(wù)人員通過比較對應(yīng)或不對應(yīng)于同一成 像條件和/或組織的位置的超聲圖像來準(zhǔn)確評估目標(biāo)區(qū)域的情況是有挑戰(zhàn)性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文公開的實(shí)施例提供了用于超聲波成像系統(tǒng)的方法，系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可讀存儲介 質(zhì)，W及用戶界面，該系統(tǒng)對超聲圖像采集提供實(shí)時(shí)引導(dǎo)，特別是對于評估已經(jīng)發(fā)生的介入 手術(shù)后的病人的解剖結(jié)構(gòu)為目的的超聲圖像采集。在一些實(shí)施例中，引導(dǎo)超聲圖像采集也 可W用于其它情況，其中相同的感興趣對象(例如，任何生命或無生命物體或其部分）的不 同時(shí)間（例如，感興趣的對象物理變化之前和之后）的超聲圖像的采集和對比是期望的。
[0006] 特別地，引導(dǎo)超聲成像系統(tǒng)用于，在對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行的介入手術(shù)(例如，腫瘤消融 手術(shù))之前和之后，獲取病人的解剖結(jié)構(gòu)的目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像。在手術(shù)前的超聲圖像采 集，超聲波探頭的位置和姿勢通過導(dǎo)航系統(tǒng)(例如，磁性導(dǎo)航系統(tǒng))跟蹤。導(dǎo)航系統(tǒng)具有視場 (例如，由磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場），可W檢測位于其中的導(dǎo)航探頭，及可選的參考探頭。在 一些實(shí)施例中，參考探頭接觸到患者的靠近目標(biāo)區(qū)域的一部分(例如，皮膚），且導(dǎo)航探頭固 定連接到超聲波探頭。因此，當(dāng)超聲波探頭在圖像采集期間被操縱圍繞患者的靠近目標(biāo)區(qū) 域的身體時(shí)，相對于參考探頭的導(dǎo)航探頭的位置和姿勢可W在任何時(shí)候被跟蹤。對患者進(jìn) 行介入手術(shù)后，引導(dǎo)超聲成像系統(tǒng)確定導(dǎo)航探頭的當(dāng)前位置(例如，相對于參考探頭的當(dāng)前 位置），并產(chǎn)生實(shí)時(shí)引導(dǎo)輸出，W幫助操作人員來重新定位超聲波探頭到用于獲得手術(shù)前超 聲圖像的之前的位置和姿勢。在一些實(shí)施例中，一旦引導(dǎo)超聲成像系統(tǒng)檢測到超聲波探頭 的當(dāng)前位置已與用于獲得手術(shù)前超聲圖像的之前的位置重新對準(zhǔn)(例如，達(dá)到預(yù)定的對準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)），可獲得對應(yīng)的手術(shù)后的超聲圖像并可選擇地與作為在目標(biāo)區(qū)域中的相同位置的圖 像的手術(shù)前的超聲圖像相關(guān)聯(lián)。
[0007] 在一些實(shí)施例中，基于由超聲波系統(tǒng)提供的引導(dǎo)，使用者能夠W手術(shù)前后相同的 起始位置，圍繞目標(biāo)區(qū)域沿著一個(gè)或多個(gè)直線的或有角度的方向掃描超聲波探頭，W使得 手術(shù)前后拍攝的整個(gè)=維體積的各個(gè)系列的超聲圖像可W通過超聲波探頭的位置和姿勢 相關(guān)聯(lián)。
[0008] 在一些實(shí)施例中，基于他/她對手術(shù)后的超聲圖像(例如，相對于手術(shù)前的超聲圖 像)的觀察，當(dāng)使用者確定需要進(jìn)行補(bǔ)救手術(shù)(例如，對目標(biāo)區(qū)或附近區(qū)域的附加消融)時(shí)， 補(bǔ)救手術(shù)可W容易地立即進(jìn)行，W避免在將來的時(shí)間需要后續(xù)手術(shù)。
[0009] 在一些實(shí)施例中，與手術(shù)后的圖像數(shù)據(jù)采集相關(guān)聯(lián)的定量校準(zhǔn)信息被記錄和用于 (例如，作為輸入、初始值或邊界條件等)手術(shù)前后的圖像數(shù)據(jù)，W及與通過其他成像裝置獲 得的圖像數(shù)據(jù)之間的圖像配準(zhǔn)(regi Strat ion)。
[0010] 因此，在一些實(shí)施例中，一種用于提供引導(dǎo)超聲圖像采集的系統(tǒng)，包括：
[0011] 超聲成像系統(tǒng)，包括超聲波探頭，所述超聲波探頭適用于W不同的探頭位置圍繞 感興趣對象移動，W獲得相應(yīng)的超聲圖像數(shù)據(jù)；
[0012] 導(dǎo)航系統(tǒng)，包括導(dǎo)航探頭，其中所述導(dǎo)航探頭適用于固定連接到所述超聲波探頭， 并在所述導(dǎo)航系統(tǒng)的視場范圍之內(nèi)與超聲波探頭一起被操縱；
[0013] 數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)處理器和存儲器，所述數(shù)據(jù)采集和分析系 統(tǒng)用于執(zhí)行W下操作：（1)在第一模式下：當(dāng)所述超聲波探頭被放置在第一位置時(shí)獲取第一 超聲圖像數(shù)據(jù)，及對于所述第一超聲圖像數(shù)據(jù)，獲取固定連接到所述超聲波探頭上的所述 導(dǎo)航探頭的同期導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)；（2)在第二模式下:生成用于輔助所述超聲波探頭的操作者 的引導(dǎo)輸出，使得操作者將所述超聲波探頭的當(dāng)前位置和與第一超聲圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的所 述超聲波探頭的所述第一位置物理上對齊。
[0014] 在一些實(shí)施例中，所述第一模式是手術(shù)前的圖像采集模式，所述第二模式是手術(shù) 后的圖像采集模式。
[0015] 在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括模式選擇器，用于在所述第一模式和所述第二 模式之間進(jìn)行選擇。
[0016] 在一些實(shí)施例中，所述感興趣對象包括患者體內(nèi)的介入手術(shù)的目標(biāo)區(qū)域。
[0017] 在一些實(shí)施例中，所述第一模式在對所述感興趣對象進(jìn)行介入手術(shù)之前使用；所 述第二模式在對所述感興趣對象進(jìn)行介入手術(shù)之后使用。
[0018] 在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)航系統(tǒng)還包括參考探頭，所述參考探頭適用于靠近固定 在所述感興趣對象上，所述參考探頭還適用于提供與從所述導(dǎo)航探頭獲取的導(dǎo)航位置數(shù)據(jù) 相對應(yīng)的同期參考位置數(shù)據(jù);及所述數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)還用于:基于在所述導(dǎo)航系統(tǒng)的 視場范圍內(nèi)的所述參考探頭的動態(tài)參考位置，建立動態(tài)參照系;及確定所述導(dǎo)航探頭在所 述動態(tài)參照系之內(nèi)的當(dāng)前位置的變化。
[0019] 在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)航系統(tǒng)是包括磁場發(fā)生器的磁性導(dǎo)航系統(tǒng)，所述導(dǎo)航探 頭是磁性導(dǎo)航探頭，所述參考探頭是磁性參考探頭，所述導(dǎo)航系統(tǒng)的視場是所述磁性導(dǎo)航 系統(tǒng)的磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場。
[0020]在一些實(shí)施例中，所述磁場發(fā)生器與所述磁性參考探頭是物理分離的。
[0021 ]在一些實(shí)施例中，所述磁場發(fā)生器與所述磁性參考探頭是物理整合的。
[0022] 在一些實(shí)施例中，所述感興趣對象位于病人的身體內(nèi)，所述參考探頭固定到病人 的身體的表面部位。
[0023] 在一些實(shí)施例中，所述第一位置包括所述超聲波探頭的第一方位和第一姿態(tài)。
[0024] 在一些實(shí)施例中，所述引導(dǎo)輸出包括音頻提示，用于在各自的線性或角度方向調(diào) 整所述超聲波探頭的當(dāng)前方位和當(dāng)前姿態(tài)中的至少一個(gè)。
[0025] 在一些實(shí)施例中，所述引導(dǎo)輸出包括文字提示，用于在各自的線性或角度方向調(diào) 整所述超聲波探頭的當(dāng)前方位和當(dāng)前姿態(tài)中的至少一個(gè)。
[0026] 在一些實(shí)施例中，所述引導(dǎo)輸出包括圖形提示，用于在各自的線性或角度方向調(diào) 整所述超聲波探頭的當(dāng)前方位和當(dāng)前姿態(tài)中的至少一個(gè)。
[0027] 在一些實(shí)施例中，所述引導(dǎo)輸出包括用于所述超聲波探頭的所述第一位置的第一 視覺指示符，和用于所述超聲波探頭的當(dāng)前位置的第二視覺指示符，其中，當(dāng)所述超聲波探 頭從當(dāng)前位置操縱到所述第一位置時(shí)，所述第二視覺指示符被實(shí)時(shí)更新。
[0028] 在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)還用于執(zhí)行W下操作:在第二模式下： 確定所述導(dǎo)航探頭的當(dāng)前位置相對于對應(yīng)所述第一超聲圖像數(shù)據(jù)的所述導(dǎo)航探頭的前一 位置之間的差距;及基于所述確定的差距生成所述引導(dǎo)輸出。
[0029] 在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)還用于執(zhí)行W下操作:在第二模式下： 按照預(yù)定的對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，確定所述超聲波探頭的當(dāng)前位置已與所述超聲波探頭的所述第一位 置對準(zhǔn);及當(dāng)所述超聲波探頭與所述超聲波探頭的所述第一位置對準(zhǔn)時(shí)，從所述超聲波探 頭獲取第二超聲圖像數(shù)據(jù)。
[0030] 在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)還用于執(zhí)行W下操作:在第二模式下： 根據(jù)所述超聲波探頭的當(dāng)前位置與所述超聲波探頭的所述第一位置對準(zhǔn)的確認(rèn)，將所述第 二超聲圖像數(shù)據(jù)與所述第一超聲圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，作為使用相同的探頭位置拍攝的圖像數(shù) 據(jù)。
[0031] 在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)還用于執(zhí)行W下操作:記錄與所述第 二超聲圖像數(shù)據(jù)的采集相關(guān)的探頭對準(zhǔn)信息;及在所述第一超聲圖像和所述第二超聲圖像 數(shù)據(jù)之間的圖像配準(zhǔn)中使用所述探頭對準(zhǔn)信息。
[0032] 在一些實(shí)施例中，一種用于提供引導(dǎo)超聲圖像采集的方法包括:在一個(gè)包含超聲 成像系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)中，所述超聲成像系統(tǒng)包括超聲波探頭，所述超聲波探頭適用 于W不同的探頭位置圍繞感興趣對象移動，W獲得相應(yīng)的超聲圖像數(shù)據(jù);所述導(dǎo)航系統(tǒng)包 括導(dǎo)航探頭，其中所述導(dǎo)航探頭適用于固定連接到所述超聲波探頭，并在所述導(dǎo)航系統(tǒng)的 視場范圍之內(nèi)與超聲波探頭一起被操縱；（1)在第一模式下：當(dāng)所述超聲波探頭被放置在第 一位置時(shí)獲取第一超聲圖像數(shù)據(jù);及對于所述第一超聲圖像數(shù)據(jù)，獲取固定連接到所述超 聲波探頭上的所述導(dǎo)航探頭的同期導(dǎo)航位置數(shù)據(jù)；（2)在第二模式下:生成用于輔助所述超 聲波探頭的操作者的引導(dǎo)輸出，使得操作者將所述超聲波探頭的當(dāng)前位置和與第一超聲圖 像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的所述超聲波探頭的所述第一位置進(jìn)行手動對齊。
[0033] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在下面的附圖和描述中提出。本發(fā)明的其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會從說明書、附圖W及權(quán)利要求書中凸顯。
【附圖說明】
[0034] 圖1為一些實(shí)施例中的引導(dǎo)超聲成像系統(tǒng)的操作環(huán)境的功能模塊圖。
[0035] 圖2為根據(jù)一些實(shí)施例的示例性數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的功能模塊圖。
[0036] 圖3A至圖3B為根據(jù)一些實(shí)施例的示例性用于提供引導(dǎo)超聲圖像采集的方法的流 程圖。
[0037] 在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。 具體實(shí)施例
[0038] 目前，在超聲引導(dǎo)下的介入手術(shù)(例如腫瘤消融治療過程）的過程中，超聲圖像的 采集是在對病人的解剖結(jié)構(gòu)的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行介入手術(shù)之前和之后進(jìn)行。在手術(shù)后的觀察 中，醫(yī)務(wù)人員將治療區(qū)域的手術(shù)前和手術(shù)后的超聲圖像進(jìn)行比較，并確定該預(yù)期的腫瘤是 否已經(jīng)充分地切除，或在手術(shù)結(jié)束之前是否需要增加額外的去除。有些時(shí)候，灰階超聲組織 圖像被用于評估。有些時(shí)候，在介入手術(shù)的執(zhí)行前后，通過造影劑被注入到介入手術(shù)的目標(biāo) 區(qū)域之后，獲得對比增強(qiáng)超聲(C抓S)圖像。對超聲圖像的觀察允許醫(yī)務(wù)人員將治療區(qū)域視 覺化，并能在手術(shù)前或手術(shù)后立刻測量腫瘤的尺寸和形狀。
[0039] 目前，對于腫瘤的尺寸和形狀的測量不能保證很精確，運(yùn)是由于醫(yī)務(wù)人員觀察的 手術(shù)前和手術(shù)后的超聲圖像可能是從不同切面，采用稍微不同的部位和姿勢(例如方向）的 超聲波探頭拍攝的。當(dāng)腫瘤的面積大，且超聲圖像不能覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域時(shí)，運(yùn)一問題尤為 明顯。進(jìn)一步，對于有著不規(guī)則形狀的大型腫瘤，不同的探頭位