引导超声图像采集的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及图像处理领域，特别是设及一种提供引导超声图像采集的方法和系 统。
【背景技术】
[0002] 今天，癌症仍然是世界上对人最有威胁的疾病。在众多可用的治疗方案，外科手术 切除肿瘤的仍然是癌症患者的最重要的治疗选择。然而，一些患者因各种健康相关的并发 症不适合外科手术。因此，非外科手术治疗的选择对于运些患者的临床治疗是非常重要的。 近年来，介入治疗已经成为治疗癌症患者的重要手段。对于不同的介入治疗技术，非外科手 术的超声介入治疗已被证明是用于治疗多种癌症，例如肝癌，肺癌，甲状腺癌等的有效手 段。
[0003] 超声成像是用于许多微创介入手术的主要图像引导的方法之一。尤其是大部分穿 刺活检和基于针的消融术是通过超声引导。超声成像的优点包括实时成像能力，低成本，应 用的灵活性，并且不使用电离福射的事实。有时，除了灰阶组织图像，超声造影(C抓S)成像 技术被用来获取已被注射的造影剂特定的组织区域的对比度的图像。
[0004] 目前，在评价对患者执行的介入手术时，解剖的患部的超声图像在手术的前后拍 摄。医务人员比较手术前的超声图像及手术后的超声图像，W确定在目标区域中的所有组 织是否已被移除，W及所需要的安全余量是否已经达到。然而，由于缺乏适当的解剖学位置 标记及手术前后的目标区域的物理外观的变化，医务人员通过比较对应或不对应于同一成 像条件和/或组织的位置的超声图像来准确评估目标区域的情况是有挑战性的。
【发明内容】
[0005] 本文公开的实施例提供了用于超声波成像系统的方法，系统，计算机可读存储介 质，W及用户界面，该系统对超声图像采集提供实时引导，特别是对于评估已经发生的介入 手术后的病人的解剖结构为目的的超声图像采集。在一些实施例中，引导超声图像采集也 可W用于其它情况，其中相同的感兴趣对象(例如，任何生命或无生命物体或其部分）的不 同时间（例如，感兴趣的对象物理变化之前和之后）的超声图像的采集和对比是期望的。
[0006] 特别地，引导超声成像系统用于，在对目标区域进行的介入手术(例如，肿瘤消融 手术)之前和之后，获取病人的解剖结构的目标区域的超声图像。在手术前的超声图像采 集，超声波探头的位置和姿势通过导航系统(例如，磁性导航系统)跟踪。导航系统具有视场 (例如，由磁场发生器产生的磁场），可W检测位于其中的导航探头，及可选的参考探头。在 一些实施例中，参考探头接触到患者的靠近目标区域的一部分(例如，皮肤），且导航探头固 定连接到超声波探头。因此，当超声波探头在图像采集期间被操纵围绕患者的靠近目标区 域的身体时，相对于参考探头的导航探头的位置和姿势可W在任何时候被跟踪。对患者进 行介入手术后，引导超声成像系统确定导航探头的当前位置(例如，相对于参考探头的当前 位置），并产生实时引导输出，W帮助操作人员来重新定位超声波探头到用于获得手术前超 声图像的之前的位置和姿势。在一些实施例中，一旦引导超声成像系统检测到超声波探头 的当前位置已与用于获得手术前超声图像的之前的位置重新对准(例如，达到预定的对准 标准），可获得对应的手术后的超声图像并可选择地与作为在目标区域中的相同位置的图 像的手术前的超声图像相关联。
[0007] 在一些实施例中，基于由超声波系统提供的引导，使用者能够W手术前后相同的 起始位置，围绕目标区域沿着一个或多个直线的或有角度的方向扫描超声波探头，W使得 手术前后拍摄的整个=维体积的各个系列的超声图像可W通过超声波探头的位置和姿势 相关联。
[0008] 在一些实施例中，基于他/她对手术后的超声图像(例如，相对于手术前的超声图 像)的观察，当使用者确定需要进行补救手术(例如，对目标区或附近区域的附加消融)时， 补救手术可W容易地立即进行，W避免在将来的时间需要后续手术。
[0009] 在一些实施例中，与手术后的图像数据采集相关联的定量校准信息被记录和用于 (例如，作为输入、初始值或边界条件等)手术前后的图像数据，W及与通过其他成像装置获 得的图像数据之间的图像配准(regi Strat ion)。
[0010] 因此，在一些实施例中，一种用于提供引导超声图像采集的系统，包括：
[0011] 超声成像系统，包括超声波探头，所述超声波探头适用于W不同的探头位置围绕 感兴趣对象移动，W获得相应的超声图像数据；
[0012] 导航系统，包括导航探头，其中所述导航探头适用于固定连接到所述超声波探头， 并在所述导航系统的视场范围之内与超声波探头一起被操纵；
[0013] 数据采集和分析系统，包括一个或多个处理器和存储器，所述数据采集和分析系 统用于执行W下操作：（1)在第一模式下：当所述超声波探头被放置在第一位置时获取第一 超声图像数据，及对于所述第一超声图像数据，获取固定连接到所述超声波探头上的所述 导航探头的同期导航位置数据；（2)在第二模式下:生成用于辅助所述超声波探头的操作者 的引导输出，使得操作者将所述超声波探头的当前位置和与第一超声图像数据相关联的所 述超声波探头的所述第一位置物理上对齐。
[0014] 在一些实施例中，所述第一模式是手术前的图像采集模式，所述第二模式是手术 后的图像采集模式。
[0015] 在一些实施例中，所述系统还包括模式选择器，用于在所述第一模式和所述第二 模式之间进行选择。
[0016] 在一些实施例中，所述感兴趣对象包括患者体内的介入手术的目标区域。
[0017] 在一些实施例中，所述第一模式在对所述感兴趣对象进行介入手术之前使用；所 述第二模式在对所述感兴趣对象进行介入手术之后使用。
[0018] 在一些实施例中，所述导航系统还包括参考探头，所述参考探头适用于靠近固定 在所述感兴趣对象上，所述参考探头还适用于提供与从所述导航探头获取的导航位置数据 相对应的同期参考位置数据;及所述数据采集和分析系统还用于:基于在所述导航系统的 视场范围内的所述参考探头的动态参考位置，建立动态参照系;及确定所述导航探头在所 述动态参照系之内的当前位置的变化。
[0019] 在一些实施例中，所述导航系统是包括磁场发生器的磁性导航系统，所述导航探 头是磁性导航探头，所述参考探头是磁性参考探头，所述导航系统的视场是所述磁性导航 系统的磁场发生器产生的磁场。
[0020]在一些实施例中，所述磁场发生器与所述磁性参考探头是物理分离的。
[0021 ]在一些实施例中，所述磁场发生器与所述磁性参考探头是物理整合的。
[0022] 在一些实施例中，所述感兴趣对象位于病人的身体内，所述参考探头固定到病人 的身体的表面部位。
[0023] 在一些实施例中，所述第一位置包括所述超声波探头的第一方位和第一姿态。
[0024] 在一些实施例中，所述引导输出包括音频提示，用于在各自的线性或角度方向调 整所述超声波探头的当前方位和当前姿态中的至少一个。
[0025] 在一些实施例中，所述引导输出包括文字提示，用于在各自的线性或角度方向调 整所述超声波探头的当前方位和当前姿态中的至少一个。
[0026] 在一些实施例中，所述引导输出包括图形提示，用于在各自的线性或角度方向调 整所述超声波探头的当前方位和当前姿态中的至少一个。
[0027] 在一些实施例中，所述引导输出包括用于所述超声波探头的所述第一位置的第一 视觉指示符，和用于所述超声波探头的当前位置的第二视觉指示符，其中，当所述超声波探 头从当前位置操纵到所述第一位置时，所述第二视觉指示符被实时更新。
[0028] 在一些实施例中，所述数据采集和分析系统还用于执行W下操作:在第二模式下： 确定所述导航探头的当前位置相对于对应所述第一超声图像数据的所述导航探头的前一 位置之间的差距;及基于所述确定的差距生成所述引导输出。
[0029] 在一些实施例中，所述数据采集和分析系统还用于执行W下操作:在第二模式下： 按照预定的对准标准，确定所述超声波探头的当前位置已与所述超声波探头的所述第一位 置对准;及当所述超声波探头与所述超声波探头的所述第一位置对准时，从所述超声波探 头获取第二超声图像数据。
[0030] 在一些实施例中，所述数据采集和分析系统还用于执行W下操作:在第二模式下： 根据所述超声波探头的当前位置与所述超声波探头的所述第一位置对准的确认，将所述第 二超声图像数据与所述第一超声图像数据相关联，作为使用相同的探头位置拍摄的图像数 据。
[0031] 在一些实施例中，所述数据采集和分析系统还用于执行W下操作:记录与所述第 二超声图像数据的采集相关的探头对准信息;及在所述第一超声图像和所述第二超声图像 数据之间的图像配准中使用所述探头对准信息。
[0032] 在一些实施例中，一种用于提供引导超声图像采集的方法包括:在一个包含超声 成像系统和导航系统的系统中，所述超声成像系统包括超声波探头，所述超声波探头适用 于W不同的探头位置围绕感兴趣对象移动，W获得相应的超声图像数据;所述导航系统包 括导航探头，其中所述导航探头适用于固定连接到所述超声波探头，并在所述导航系统的 视场范围之内与超声波探头一起被操纵；（1)在第一模式下：当所述超声波探头被放置在第 一位置时获取第一超声图像数据;及对于所述第一超声图像数据，获取固定连接到所述超 声波探头上的所述导航探头的同期导航位置数据；（2)在第二模式下:生成用于辅助所述超 声波探头的操作者的引导输出，使得操作者将所述超声波探头的当前位置和与第一超声图 像数据相关联的所述超声波探头的所述第一位置进行手动对齐。
[0033] 本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本发明的其它特 征、目的和优点将会从说明书、附图W及权利要求书中凸显。
【附图说明】
[0034] 图1为一些实施例中的引导超声成像系统的操作环境的功能模块图。
[0035] 图2为根据一些实施例的示例性数据采集和分析系统的功能模块图。
[0036] 图3A至图3B为根据一些实施例的示例性用于提供引导超声图像采集的方法的流 程图。
[0037] 在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。 具体实施例
[0038] 目前，在超声引导下的介入手术(例如肿瘤消融治疗过程）的过程中，超声图像的 采集是在对病人的解剖结构的目标区域进行介入手术之前和之后进行。在手术后的观察 中，医务人员将治疗区域的手术前和手术后的超声图像进行比较，并确定该预期的肿瘤是 否已经充分地切除，或在手术结束之前是否需要增加额外的去除。有些时候，灰阶超声组织 图像被用于评估。有些时候，在介入手术的执行前后，通过造影剂被注入到介入手术的目标 区域之后，获得对比增强超声(C抓S)图像。对超声图像的观察允许医务人员将治疗区域视 觉化，并能在手术前或手术后立刻测量肿瘤的尺寸和形状。
[0039] 目前，对于肿瘤的尺寸和形状的测量不能保证很精确，运是由于医务人员观察的 手术前和手术后的超声图像可能是从不同切面，采用稍微不同的部位和姿势(例如方向）的 超声波探头拍摄的。当肿瘤的面积大，且超声图像不能覆盖整个目标区域时，运一问题尤为 明显。进一步，对于有着不规则形状的大型肿瘤，不同的探头位