锥束ct成像和图像引导程序的方法和装置的制作方法

专利名称：：锥束ct成像和图像引导程序的方法和装置的制作方法
技术领域：
：本发明的实施例涉及在由锥束(conebeam)CT成像引导的乳房活检(biopsy)程序和其它乳房癌治疗程序中使用的装置和方法。
背景技术：
：根据国家癌症学会的研究，八分之一的妇女在她们的一生中会诊断出乳房癌。另外，虽然近期趋势指出乳房发病率下降，但每年仍有近40，000妇女死于该疾病。导致乳房癌的原因多种多样，并因此没有单一的病因因素，这使得难以发展成功的疗法。因此，虽然已尝试理解涉及该疾病的发展的基本生物过程，并尝试通过与预防方法结合的危险因素的识别来可能地控制发病率，但早期检测继续被广泛认为是改善总死亡率和发病率的最有效手段。现在，乳房造影术(mammography)通常被认为是作为乳房癌早期检测的标准的和最广泛使用的测试。尽管乳房造影术作为诊断工具广泛使用，但它会受到多种限制，这些限制影响它作为精确检测潜在癌症病灶存在的诊断工具的有效性。例如，在一些妇女群体中，乳房造影术的灵敏度可低至30-40%。除假阳性报告(不存在的肿瘤的报告)外，高达20%的乳房癌都被乳房造影术筛查完全遗漏。
发明内容本公开的实施例提供乳房癌的检测、诊断和治疗的改善的方法。与现有技术方法可能提供的准确性和检测相比，本文描述的方法提供提高的准确性和更早的检测。在一些实施例中，提供了用于检测和活检患者的可疑病灶的锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统，该系统包含被配置为为乳房活检程序安置病人的病人检查台(patienttable)；耦合到病人检查台的锥束CT设备，该锥束CT设备被配置为输出至少一部分病人乳房的锥束CT图像；多轴线传送模块，其具有至少三个自由度，并且被配置为基于从锥束CT设备接收的输入三维(3D)参照系内定位活检针；其中传送模块被配置为将活检针邻近乳房内感兴趣目标放置或将其放置在乳房内的感兴趣目标内。在一些实施例中，活检针被配置为从位于感兴趣目标的组织取样。在一些实施例中，传送模块进一步包含至少一个位置传感器，其被配置为输出指示活检针相对于感兴趣目标的位置的信息。一些实施例包括至少四个自由度。在一些实施例中，所述传送模块进一步包含至少一个位置传感器，其被配置为输出指示活检针相对于感兴趣目标的位置的信息。在一些实施例中，所述传送模块进一步被配置为使活检针绕纵轴旋转。6在一些实施例中，系统进一步被配置为确定病人身体的表面区域和感兴趣目标间的距离，并将该距离输出到所述传送模块。在一些实施例中，该距离包含从病人体表上对应组的进入点到感兴趣目标的距离的距离组中的最小距离。在一些实施例中，病人检查台具有沿病人安置在其上的表面延伸的主平面；进一步包含一组线段，所述线段中的每个都从进入点中的一个延伸到感兴趣目标；并且其中线段组位于基本平行于主平面的平面内。在一些实施例中，线段组中的一条线段具有基本等于最小距离的长度，并且沿基本避开例如乳房内的脉管、纤维结构或纤维囊性(firocystic)变化的路径延伸。在一些实施例中，路径与感兴趣目标的主轴线基本对齐。在一些实施例中，系统进一步包含显示模块，该显示模块被配置为基于从所述锥束CT设备接收的成像数据输入和从位置传感器接收的位置输入，提供表示活检针和感兴趣目标的位置的显示输出。在一些实施例中，显示模块进一步被配置为将成像数据输入显示为关于乳房的正剖面、斜剖面、表面绘制、体绘制以及导航数据中的至少一个。在一些实施例中，系统进一步包含被配置在乳房活检程序期间挤压乳房并将乳房维持在固定位置的挤压模块。在一些实施例中，挤压模块进一步包含可移动进入窗，该可移动进入窗为活检针提供对乳房的进入。在一些实施例中，挤压模块进一步包含被配置为使乳房依靠进入窗固定的挤压板。在一些实施例中，进入窗被配置为手动取向。在一些实施例中，挤压模块进一步包含引导器，该引导器被配置为引导活检针在活检针进入身体的区域沿基本垂直于病人体表的路径进入病人身体。在一些实施例中，系统进一步包含被配置为指出在病人体表上的活检针进入点的靶向模块。在一些实施例中，系统进一步包含对锥束CT设备发出的X射线束进行准直的计算机控制的准直仪。在一些实施例中，提供了使用锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统来检测、诊断或治疗病人的病灶的方法，该方法包含提供病人检查台，该病人检查台被配置为为活检程序安置病人；提供锥束CT模块，该锥束CT模块被配置为输出至少一部分病人乳房的断层摄影图像；从CT模块输出包括病灶的至少一部分病人乳房的三维重建；基于三维重建，确定将活检针引导到病灶通过的路径；提供多轴线传送模块，所述多轴线传送模块被配置为将活检针沿该路径移动到病灶；将活检针从病人体外的位置向病灶移动；并用活检针移除病灶的至少一部分。在一些实施例中，该方法进一步包含确定感兴趣体积，其中所述感兴趣体积包含包括病灶的乳房的一部分。在一些实施例中，该方法进一步包含提供被配置为对CT模块发出的X射线进行准直的计算机控制的准直仪。在一些实施例中，该方法进一步包含提供挤压模块，所述挤压模块被配置为在成像和活检期间将乳房维持在基本固定的位置。在一些实施例中，挤压模块进一步包含可移动进入窗，其可取向从而为活检针提供对乳房的进入。在一些实施例中，进入窗被取向以使它为活检针提供具有皮肤到病灶最短距离的路径；其中该路径始于病人身体上的活检针进入点，并且其中该路径终止于包括病灶的乳房的一部分内。在一些实施例中，该方法进一步包含用投影到病人身体表面上的光在视觉上标记进入点。在一些实施例中，挤压模块进一步包含挤压板，所述挤压板被配置为在成像和活检期间挤压乳房并使乳房基本固定。在一些实施例中，该方法进一步包含在3D重建中确定活检针、病灶、病人体表、活检针进入病人的进入点、脉管以及在进入点和病灶之间的路径中的至少一个的位置。在一些实施例中，挤压模块进一步包含可取向从而为活检针提供对乳房的进入的可移动进入窗。在一些实施例中，该方法进一步包含确定路径，以使活检针在沿路径向病灶移动时避开乳房中的大血管。在一些实施例中，该方法进一步包含确定路径，以使活检针在沿路径向病灶移动时避开物理结构或避免穿透胸壁。在一些实施例中，该方法进一步包含在标记指示病灶定位的位置的位点放置基准标记。在一些实施例中，提供了一种执行锥束CT引导的乳房活检的方法，所述方法包含提供锥束CT系统，所述锥束CT系统被配置为基于锥束CT系统提供的断层摄影图像，将活检针引导到位于病人乳房中的病灶的位点；对乳房成像从而检测病灶；确定感兴趣体积，其中感兴趣体积包括病灶位于其中的乳房的一部分；基于锥束CT系统提供的引导，将活检针定位在对病灶有效取样的位置；对锥束CT进行准直，从而在病灶取样期间限制感兴趣体积的图像中的视场；确定包含坐标Pmtey(px，Py,Ρζ，Δθ，)的针轨迹，其中轨迹始于Pentey，并基本上终止于病灶；根据坐标Pentey(px，py，pz，Δθ’)，将活检针基本上定位在病灶；在对病灶取样前扫描感兴趣体积，从而确认活检针位置；对病灶取样；从病人移除活检针；在先前病灶占据的位点放置基准标记；采集活检后的图像，从而确定病灶的移除。在一些实施例中，提供一种模拟锥束CT引导的乳房活检程序的系统，包含病人检查台，其被配置为为乳房活检程序安置病人；包含模拟的病灶的乳房活检体模(phantom)；锥束CT设备，其输出体模内的模拟的病灶的断层摄影图像；耦合到活检设备的多轴线传送系统，并且该多轴线传送系统被配置为基于从锥束CT设备接收的输入，相对于模拟的病灶的位置定位活检针。在一些实施例中，模拟的病灶具有约10毫米(mm)到约15mm的尺寸。在一些实施例中，模拟的病灶具有约5mm到约IOmm的尺寸。在一些实施例中，模拟的病灶具有约2mm到约5mm的尺寸。在一些实施例中，体模被配置为模拟排列成簇的钙化物，所述簇具有约3mm到约IOmm的尺寸。在一些实施例中，体模被配置为模拟尺寸小于约0.5mm的单独钙化物。在一些实施例中，体模被配置为模拟具有多个病灶的乳房。在一些实施例中，体模被配置为模拟尺寸小于约5mm的病灶。一些实施例提供了用于模拟锥束CT引导的乳房活检程序的系统，所述系统包含被配置为为乳房活检安置病人的病人检查台；包含模拟的病灶的乳房活检体模；耦合到病人检查台的锥束CT设备，其输出体模内的模拟的病灶的图像；以及耦合到活检设备的多轴线传送系统，其被配置为基于从锥束CT设备接收的输入，相对于模拟的病灶的位置定位活检针。在一些实施例中，其中模拟的病灶具有约IOmm到约15mm的尺寸。并在某些实施例中，模拟的病灶具有约5mm到约IOmm的尺寸。在进一步的实施例中，模拟的病灶具有约2mm到约5mm的尺寸。一些实施例提供使用锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统来检测、诊断或治疗病人乳房中的病灶的方法，包含从锥束CT模块接收表示病人乳房中的病灶的锥束CT数据的表示3D重建的输入；基于该输入，确定将活检针引导到病灶通过的路径；并将机器可读指令输出到活检针的多轴线控制器，导致活检针沿该路径向病灶移动。在一些方法中，确定路径包含避开乳房中的物理结构，并且在一些方法中，确定路径包含确定病人体表上的区域和病灶之间的距离。一些实施例提供包含在从病人体表上的进入点的对应组到病灶的距离的距离组中的最小距离。一些实施例提供一种使用锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统来检测、诊断或治疗病人乳房中的病灶的计算机实施的系统，该系统包含输入模块，其从锥束CT模块接收指示病人乳房中的病灶的锥束CT数据的3D重建的输入；基于该输入确定将活检针引导到病灶通过的路径的处理模块；以及输出模块，该输出模块将计算机可读指令输出到活检针的多轴线控制器，导致活检针沿该路径向病灶移动。一些实施例提供避开乳房中的物理结构的路径。在一些实施例中，路径包含的长度为在病人体表上的区域和病灶之间的在从病人体表上的进入点和病灶的对应组的距离组中的最小距离。图1示出由锥束CT(“CBCT”)采集的乳房图像。图2示出活检系统实施例的示意图，其示出针活检方法的第四自由度、角度theta(θ)。图3示出用于乳房成像的病人检查台和CBCT设备的实施例。图4示出CBCT引导的活检(“CBCT-GBx”)系统的实施例。图5示出用于在此描述的CBCT系统的实施例中的示例性机器人臂。图6示出用于在此描述的CBCT系统的实施例中的机器人臂和控制的示例性布置。图7示出在CBCT引导的活检系统中使用的电机几何结构的例子。图8示出在CBCT-GBx程序期间使用的扫描的几何结构的实施例。图9A-9D示出在框架子组件内含有栅格夹具(gripclamp)的夹具装置(clampdevice)的实施例。图10A-10B示出夹具装置的框架子组件的实施例。图11A-11B示出夹具装置的背压板的实施例。图12A-12B示出栅格座(gridholder)的实施例。图13A-13B示出栅格夹具的实施例。图14A-14B示出栅格夹具和背压板的实施例。图14C-14D示出保护罩的实施例。图15A-15C示出CT质量控制体模的实施例。具体实施例方式本发明的实施例涉及锥束计算机断层摄影(CBCT)系统。CBCT提供超过现有技术方法的许多改善，包括比起现有方法和装置可能的检测，容许更早地检测到更小的病灶。在检测到病灶时，活检程序可以用来对组织取样，以便表征肿瘤是否存在，并更具体地，肿瘤是否表现为转移性的。在一些情况下，经皮的大号空心针活检(largegaugeneedlecorebiospy)(NCB)是手术活检的公认的替换。本文描述了用CBCT系统对病灶检测和活检的方法和系统。以下美国专利的全部内容作为参考合并到本文美国专利No.5，999，587(Ning等人)；美国专利No.6，075，836(Ning)；美国专利No.6，298，110(Ning)；美国专利No.6,477,221(Ning)；美国专利No.6，480，565(Ning)；美国专利No.6，504，892(Ning)；美国专利No.6，618，466(Ning)；以及美国专利No.6，987，831(Ning)。可使用图像引导，在病灶可触知处或在需要更高的精确性的位置临床执行活检。尽管在一些情况下使用超声检查法实现NCB是可能的，但本文描述的实施例公开了使用CBCT成像病灶，在病灶对超声检查法是隐蔽的情况下使用CBCT成像病灶特别有利。已经进行了一系列体模研究。计算机仿真和体模研究的结果表明CBCT可以用约500毫拉德(millirad)的总剂量检测出在(在胸壁处直径约为11厘米)平均尺寸的乳房中的2毫米(mm)的癌瘤(carcinoma)和0.2mm的钙化物。假设每个乳房需要两张视图，那么该剂量少于或等于单独的常规乳房造影术测试。在临床初步研究中，测试了70个乳房。正常的和癌变的组织都被评估。这些研究的结果显示使用CBCT的图像质量(即，空间分辨率、低对比度分辨率、均勻度和噪声)是优秀的，并且包括胸壁的乳房的覆盖范围至少等于使用标准乳房造影技术获得的覆盖范围。另外，即使没有使用造影剂，主血管的可视化也非常好。简要地，示例性原型的主要特征包括人体工学设计的水平的病人检查台，该病人检查台具有使未受压的乳房和胸壁的成像覆盖范围最优化的模块化插入件。为易于定位乳房和程序(例如成像引导活检)的入口，病人检查台的每侧上提供了宽开口(1米)，而无需明显改变基本平台。一些实施例也提供利于有效的动态对比成像研究和血管生成成像的滑环技术。向临床医生提供工具用以检测对于物理测试或其它模态(modalities)不明显的疾病需要获得可疑组织的样本，用于病理评估。这可以通过针定位手术活检或经皮的大号空心针活检(NCB)完成。NCB是手术活检的公认的替换实施例，手术活检可以通过图像引导在临床上执行(在可触知的病灶中)或更精确执行，并且现在是初期组织采集方法的护理标准。所有成像方法必然提供直接引导以便使用现有的经皮的活检设备或真空辅助的活检系统。在本公开中，期望CBCT成像与定位和引导活检系统的结合，以提供超过使用其它成像模态的活检系统的出色结果。CBCT提供附加优点，该优点在于它向临床医生提供3D工具，从而进一步调研其它方法检测到的不确定性质的病灶。另外，通过CBCT提供的增强型CT数据集，临床医生能够在3D空间中活检。两个主要的辅助模态已经被添加到诊断范例中，从而补偿乳房造影术的限制，并提高诊断率和进一步帮助乳房癌病人的整体治疗。靶向超声检查法(targetedsonography)可以用于诊断设置以区分流体对固体肿块，并且用于定位和活检。新近研究已调研出使用聚焦超声波测试来区别良性和恶性肿块是可能的。超声是低空间分辨率的研究并在检测和表征钙化物方面有效性受限。由于1030-50%的非可触知乳房癌作为微型钙化物存在而没有相关肿块，并且另外23%的肿块对超声不明显，超声检查法可能仍是辅助技术而不是主要技术。因此，尽管新近研究已说明超声检查法作为筛查工具在一些人群(高危险、致密的乳房)中检测其它隐蔽癌症方面的价值，但阳性预测值低于具有更高假阴性率的乳房造影术。结果，仅提倡将使用超声的筛查作为特殊人群的附加筛查方法。除上述限制外，没有通过超声检查法筛查的标准化方法，并且该检查高度依赖于操纵者技能。当由乳房疾病诊断方面接受过训练的技能高超并且经验丰富的医生执行或由医生/技术专家组执行时，报告的平均测试时间为从1-15分钟(范围是2-45分钟)。相反，CBCT是高对比度分辨率和高空间分辨率的模态。我们的研究已说明它检测大约为0.2mm量级的钙化物和小至l-2mm的肿块的能力。尽管早期乳房癌诊断非常需要早期检测，但病灶特征至少同样重要，以便使假阳性最少化，并提高乳房疾病诊断的总体阳性预测值。具有(0.27mm)3的各向同性分辨率(具有(0.08mm)3的能力)的3D断层摄影图像可以更好地表征肿块和钙化物的形态。因为图像信息在3D空间中提供，所以CBCT可以提供钙化物分布和疾病范围的更准确评定。同样，由于提高的对比度、空间分辨率以及缺少叠加结构，与病灶有关的大多数钙化物会是明显的。完整的360°3D立体双边CBCT检查可以在少于5分钟内完成，而且仍提供超过检测乳房癌的现有方法的另一优点。现在，静脉内动态对比增强的乳房磁共振成像(CEBMRI)是现在仅有的能提供辅助诊断乳房癌的功能信息的可用诊断工具。因为CEBMRI检查具有高阴性预测值，并且对于侵润性乳房癌的灵敏度接近100%，所以一旦已使用其它手段诊断出癌症，那么它在治疗乳房癌病人方面用作有价值的辅助模态。尽管是断层摄影检查，但CEBMRI不提供CBCT可用的全部优点。例如，CEBMRI依赖于通过向肿瘤的新血管系统灌注静脉内造影剂提供的对比度分辨率。明显地，CEBMRI成像区别于其它成像方法，因为它仅检测脉管系统的对比度增强，而不是实际的乳房解剖结构。这种在对比度上的依赖需要对空间分辨率和时间分辨率进行权衡，从而获得增强的动力学的合理分析。因此，尽管平面内分辨率为ImmX1mm，但CEBMRI具有大体3mm的切片厚度，并根据协议可以在切片之间采用2-3mm间隔，结果是形态特征评估受损。尽管CEBMRI是乳房断层摄影技术，但它的3D绘制不佳，提供仅用于地理定位的造影剂摄取最大强度投影，而不是附加的诊断形态数据。同样，CEBMRI也不能区分出已知在多达50%的与肿块无关的乳房癌中存在的钙化物。尽管BMRI(乳房磁共振成像)对侵润癌具有高灵敏度，但现有技术可在检测DCIS(导管原位癌)中受限，因为它在将钙化物和早期新血管系统成像方面的限制。BMRI的特性由报告(37%-97%)和协议方法改变，但随着技术变得更精细，该特性也得到改善。然而，CEBMRI主要受其空间分辨率限制。已发现CEBMRI对于筛查高危病人方面在大部分情况下相比乳房造影术灵敏度更高。然而，在与乳房造影术结合时获得最佳结果。迄今为止，还没有设计出可靠方法以在CEBMRI针定位和切除活检后使乳房样本成像，提高再切除(reexcision)从而实现清楚的边界的可能性。CEBMRI强制病人和工作人员在时间或成本上，或在该两者上承受沉重负担。由于过高的成本、程序时间(每个乳房15-30分钟)、判读时间和需要造影剂注射，以及MRI的约束(例如，内径尺寸、线圈尺寸限制，以及病人的幽闭恐怖症)，因此需要谨慎使用该技术，无论是出于筛查或诊断的原因。CBCT提供独立于静脉内造影剂的CEBMRI的较优的替换实施例。该检查供应具有标准(0.27mm)3的各向同性分辨率(具有(0.08mm)3的能力)的高空间分辨率3D断层摄影图像，以及在与双视图乳房造影术剂量相当的剂量情况下大约10倍于乳房造影术的对比度分辨率。与CEBMRI相比，CBCT是产生完整的真3D各向同性绘制的体积图像采集方法。因此，CEBMRI的MIP(最大密度投影)不能提供由CBCT获得的3D数据集产生的增强的形态数据。与必需安排并且筛查先于成像(以及造影剂注射等)的CEBMRI不同，CBCT可以容易使用，因为每个程序都可以在CEBMRI需要的时间的一小部分内完成。因为CBCT提供的高空间分辨率和精致的对比度分辨率，所以可分辨和表征尺寸为0.2mm的钙化物和l_2mm的肿块，并确定它们的分布。因此，CBCT提供对于检测DCIS和其它癌症的许多优点，并且可以用来确定疾病程度。另外，因为该检查特别地稳健，并且常见形态指标对放射科医生更直观，因此有理由希望CBCT可以用作第一线病情检查方法，从而分辨其它手段检测到的怀疑区域。这与现在是护理的通常标准的两个或更多个2D乳房造影术图像和其它辅助成像形成对比。现在具有同样利用造影剂增强成像的标准CT方法。在采用标准多排(Multi-detector-row)CT的对比检查中，作者报告灵敏度为90%-100%并且特异性(specificity)为73%-85%。功能检查采用造影剂是发展中的自然改进，以及在乳房癌病人的全部治疗中使用CBCT都是可能的。由于滑环技术和控制瞬时成像，对比度增强的CBCT(CE-CBCT)更有用，它提供了BMRI测试的功能成像，但精细的空间和对比度分辨率向增强的动力学提供了附加的形态数据。因为在绝对密度值(HU)方面报告的优秀的对比度分辨率，所以采用减去法(subtraction)和其它先进的处理，因此预期CE-CBCT在合理剂量水平提供更好的结果。未增强的检查可以用来更好地选择那些可从CE-CBCT受益的病人。基于形态的微创活检的比较经皮的大号空心针活检是手术活检的公认的替换实施例，并且可以临床执行(仅可触知的病灶)或通过图像引导执行。X射线引导的立体定向和超声检查法是最普遍的图像引导方法，而MRI引导的活检由于它的复杂性，因此专用于甚至在用超声检查法或X射线“二次”再检查后仍隐蔽的病灶。通常快速有效的引导方法的立体定向乳房活检(SBB)需要专用仪器，并依赖两个成角度的投影图像和三角测量技术来定位乳腺X线照片可见的病灶。该模态适应于肿块和钙化物两者，并且受到结构叠加和不适当的对比度辨别的限制。SBB的2D投影图像可能经常需要多次重复搜索和立体像对图像，从而复制活检感兴趣的区域。超声检查引导的可视化和活检需要临床医生有技能，并且是X射线或MRI引导的活检的有吸引力的替换实施例，由于它采用现有超声检查法仪器并提供针尖实时可视化、多方向活检能力和进入乳房所有区域的通道。百分之三十到五十的非可触知的乳房癌作为微型钙化物单独存在，并且23%的肿块在使用超声的情况下不明显。在延长的挤压次数后需要治疗的出血发作(印isodes)和出血可随超声引导的活检增加，因为乳房不受挤压(减少血流)，而对于其它图像引导程序来说乳房受压是通常的。尽管放射科医生具有针尖的实时可视化，而在激发(fire)针时不能保证维持准确性。一项研究发现该实时性质(livenature)不与更好的诊断率相关。MRI引导的活检仅在最近引入，并且兼容的非铁仪器仍在发展中。由于需要将病人移入和移出磁体以便图像引导的活检以及在线圈下面的非常有限量的工作空间，该活检方法受到阻碍。尽管BMRI具有对乳房和局部区域成像的能力，但活检的入口是有问题的，并且取决于乳房线圈和活检栅格系统的形状和灵活性。通常，活检被约束在外侧入路(lateralapproach)，中间的接入设备正在发展。这两方面严重限制执行活检中的临床医生。活检设备的非铁需要禁止使用乳房活检设备常有的弹簧负载元件，这为CBCT引导的活检(CBCT-GBx)提供优点，因为CBCT-GBx不受该限制影响。另外，BMRI需要造影注射和可持续七分钟的成像顺序，以便定位和靶向，然后验证准确性(一般通过阻塞器(obturator)方法)以便活检。由于BMRI-Bx的复杂性和增长的医生和技术员程序次数(一般安排为一小时或更长)，临床医生一般为BMBI检测的病灶执行聚焦超声检查法或χ射线成像，这增加了成本和时间负担以及另一次出诊。只有病灶对这些成像方法保持隐蔽的情况下，放射科医生才会借助于MR引导的活检。CBCT-GBx系统28是俯卧的活检系统，该系统融合了CBCT系统的实施例与附加定位与引导(LG)套件的实施例。CBCT-LG入路在某些方面重复立体定向技术的实施例的简单性(所以对用户直观)并具有许多不同，包括其成像能力。由于病灶非可视化以及对病人的更少操纵和成像，CBCT成像能力显著减少了活检的取消并且提供了更有效的乳房活检。与SBB、BMRI和超声引导的活检相比，CBCT成像为包括胸壁的乳房30(图1)的所有区域提供前所未有的进入通道。因此，单独的低剂量采集提供可靠且可再生的适合对钙化物和肿块32两者成像和取样的感兴趣体积。在一些实施例中，临床医生和技术专家具有可用的3D绘制和断层摄影切片，以用于不可预料的病灶可视化和靶向。本文的实施例包括X、y>Z坐标入路，该入路提供至少三个自由度，并且一些实施例为活检入路提供可包括theta(θ)角、独特且新颖的附加三个自由度的至少四个自由度。附加自由度允许临床医生确定到病灶的避免刺穿脉管(在CBCT扫描中精细可视)的轨迹路径并且检查并发(complicating)或检查末梢出血。theta(9)角入路在薄乳房中提供了附加空间，从而接受活检针36的动程(stroke)34，并且在真空辅助设备中允许针36的沟槽38完全插入乳房30，以便适当的灌注和活检。另外，theta(θ)角允许针36以最长尺寸穿过病灶，这可以提高活检样本收获量(图2)。图2中也示出用来在成像和活检期间固定和挤压乳房30的挤压板40。在一些实施例中，theta(e)角由活检针在坐标面内从坐标轴中的一个倾斜形成的角度测量。这可以是相对于活检针的原取向的偏斜角，或在一些实施例中，该角度是活检枪在程序前指向的角度。在一些实施例中，theta(e)角可以是系统绕乳房或目标组织旋转的角度。锥束CT系统的锥束CT定位和引导系统描述图3示出系统28的示例性基础元件和原理。CBCT扫描仪系统包含发出射束48的一个X射线源42(例如，Rad70[SaltLakerCity，UT的Varian医疗系统])，以及安装在旋转组件上的一个平板探测器44(FPD)(例如，PaxScan4030CB[Varian医疗系统])。FPD经特殊设计从而满足锥束χ射线成像应用的需要。病人检查台49安装在旋转的管件/探测器组件上。该检查台具有允许病人的乳房30在成像体积46中旋转轴线处下垂的开口。管件/探测器组件绕旋转轴线旋转，并获得位于旋转轴线处的未受压的乳房30的多个2D投影图像。乳房30的3D体积可根据2D图像的该数据集重建。由于肿瘤32和活检针36的成像可以是局部的，因此可以使用准直来限制乳房30的暴露区域，因此显著降低随后位置13验证扫描的剂量。病人检查台49是人体工学形状的，并且能够垂直移动从而使得病人检查台的下侧到地板约5英尺，范围从约3英尺到约6英尺，以便于乳房30定位在最优化覆盖范围(特别是接近胸壁和腋窝区域的外上象限)和活检。管件/探测器组件也能够垂直移动，从而允许系统摄像，以便协助对齐或放置活检针36和验证病人检查台处于最大高度。在下面的检查台1示出CBCT扫描参数的例子。检查台1的参数仅是示例，并可以使用其它值，且范围可以调节从而扩大到超过列出的范围。本领域技术人员会认识到，在此讨论的许多尺寸和参数可以被调节为在示例性值的约10%和约20%之间的范围内可操作，在一些实施例中，尺寸和参数的范围可以小于约示范值的10%或大于约示范值的20%。在扫描仪上的盖保护病人和临床医生在扫描期间免受机械、电气和辐射的危险，尽管在活检程序期间允许同时距离病人两侧1米宽的过道。表1.锥束CT扫描仪参数扫描时间5-10秒体素尺寸(0.08-0.28mm)3剂量约5mGy(正常尺寸的50/50乳房)放大率1.42像素间距0.194mm(在具有2X2面元划分的30fps下为0.388mm)动态范围>16位投影数量300数据采集率30fps(具有2X2面元划分)覆盖范围(16cmX28cmX28cm)重建时间<3分钟具有轨道运动的CBCT-GBx的电动化的x，y，ζ,θ工作台(stage)组件的实施例在图4中示出。示出的入路(approach)与证明的立体定向活检技术相似，但适合CBCT系统。该系统包含轨道4轴线线传送系统和旋转工作台，活检枪56可以安装在该4轴线传送系统上，并且进入窗挤压组件可以安装在该旋转工作台上。轨道4轴线线传送系统可以提供绕乳房30的360°旋转，并给出平行于检查台下侧的活检枪在给定速度下的一定的行进量以及在X，y和ζ坐标下的旋转以及+/-90°旋转的准确性。在一些实施例中，该系统被配置为防止或减少会由活检针36导致的胸壁穿透的角度或线性运动。14在一些实施例中，垂直(ζ)工作台可以提供约为25厘米(cm)的垂直行程。该组件可以被精确设置在病人检查台框架上或从桌面上设置。该组件可以容易地、精确地和准确地安装到病人检查台上，并稍后移除以便正常的成像程序。该组件可以被密封，从而使得流体不进入机电结构并且容易清洁。为了活检目的，X射线半透挤压板40和框架组件可以用来通过电动机构以设定的压力从两侧捕获乳房30，并以最小压力使其保持稳定。指旋螺钉(thumbscrew)机构允许技术员完成该挤压过程。该进入窗/挤压/工作台组件可以被安装在病人检查台的底部上，安装到具有快速释放锁定机构的旋转轴承52。该组件可以被配置为具有绕病人的乳房30旋转的能力，以提供围绕乳房30的旋转位置处的灵活性，从而用最短的皮肤到病灶距离实现安全有效的定位。如图4所示，该系统可以包括在挤压板40中的进入窗54，从而允许针36在活检程序期间穿过进入窗54延伸。活检针36可以是整体的或耦合到活检枪56，活检枪56被配置为接收计算机和/或机器指令以致动针36。活检针36可进一步耦合到被配置为调节针36的位置的横向导轨58和垂直导轨60。在一些实施例中，具有保持活检设备的译码器位置反馈的轨道多轴线(例如，具有X，Y，Z和theta(θ)角运动或自由度的4轴线系统)电动传送系统50基于从3DCBCT扫描获得的定位数据自动放置活检针36。支撑在传送系统上的活检设备可以被设计为与可购得的经皮乳房30活检系统兼容。除此之外，传送系统50可以包括活检枪56、横向导轨58、垂直导轨60、旋转轴承52和/或其它元件，例如位置传感器和马达，用于放置针36。轨道4轴线传送系统允许通常的x、y和ζ轴运动以便定位，并同样提供附加的自由度、平行于的病人检查台底部的右/左角运动，从而提供对活检入路的前所未有的控制。在一些实施例中，轨道4轴线传送系统50可以安装到现有的病人检查台(插入环或框架)，该病人检查台可以被编程为在避开限定的结构同时将工作台移动到根据CBCT扫描产生的体积矩阵确定的由3D坐标指示的位置。这包括瞄准针36，从而提供到活检位点的轨迹，该轨迹例如最短的皮肤到病灶路径，从而使得沿针的轨迹避开乳房30内的任何主脉管，并避免穿透胸壁。可以包括软件和硬件限制，从而确保针36不穿透胸壁。这包括使用在重建的3D空间中定位胸壁、针36的轨迹和摆度(throw)和各种长度的针的校准查找表，以及安装在传送系统的工作台上的各厂商的活检枪56的校准查找表的知识。关键位置输入可以根据重建的体积，例如乳房体积、活检位点和主脉管确定。在一些实施例中，传送系统50可沿例如具有托架64的与检查台耦合的导轨62相对于病人检查台49移动，该托架64可以容许传送系统50的垂直调节，如图4所示。在其它实施例中，传送系统50在垂直方向上相对于病人检查台不可移动。在一些实施例中，对于正常的成像程序，支撑工作台可以易于安装并且可以精确地、准确地定位到初始位置，并易于从扫描仪上移除，为半扫描数据采集控制提供控制软件，并提供与半扫描数据采集有关的安全特征。活检枪安装板也可以包括前引导器和后引导器，用于支撑活检针36以及用于针定位的细导线和(在活检后)手术夹钳导引器(surgicalclipintroducer)。在实际针位置的扫描证明是困难的一些实施例中，可选地弓丨入阻塞器到肿瘤位点，成像以便位置验证，然后可使用弓I入活检枪56和针36。本领域技术人员能够容易地确定使用的方法。在CBCT数据采集后，投影图像可以被处理，从而获得乳房30的3D绘制和可疑肿块相对于进入窗的坐标，以便引导活检针36。在一些实施例中，可以提供相对于另一参考点(例如，活检针的初始点、传送系统50的起点等等)的坐标。3D显示软件可以提供完整的可视化。图形硬件可以被用来以交互的速度显示非常大的数据集。自动并交互的分割工具可以支持3D图像数据的处理。一些实施例包括察看正剖面和斜剖面、表面和体积绘制的能力以及数据分析和虚拟导航工具。这些特征允许真实的各向同性体积数据完全可见，并提供准确的可视化和做出精确测量以对乳房肿瘤、主要的乳房脉管和活检针轨迹定位的能力，从而提供近实时的反馈来引导活检程序。在一些实施例中，系统可以被特别设计为锥束图像引导定位和活检。CBCT图像引导的传送系统的实施例已经介绍和采用多种方法使机构将活检枪56和针36传送到乳房表面的点，针36可在该点通过皮肤中的小孔被引入到肿瘤位点。许多方法包括手持设备或电动滑块。由于CBCT系统在3D空间中具有识别可疑肿块的中心位置和疾病范围的高准确性，所以可以提供更准确且更灵活的入路。同样，在验证位置后，可需要针位置的小的旋转改变，从而对可疑体积更完全地取样，而理想地不需要移除和重插入活检针36。由于活检针36在给予乳房组织弹性的乳房30内，因此这对于小的正交或旋转移动是可能的。这不仅对于活检取样的效率是重要的，而且对最小化对乳房30的创伤也是重要的，该创伤会通过移除针36、新的皮肤切口和穿过新的乳房组织再插入而产生。另外，在病人检查台49下面的空间受限，从而需要小的铰接传送系统。机器人臂70可为这些需求提供解决方案，例如，类似于图5和6中示出的。在示例性实施例中，机器人臂功能性可由例如5轴线铰接式机器人臂R17(例如，TrentonNJ的Sands技术国际有限公司的t/aST机器人)提供。R17是完全自足的五轴线垂直铰接机器人臂系统，该系统设计为需要长的灵活的伸展(reach)或在3D空间中的各种尺寸乳房中任意位置的肿块的有效活检所需的复杂通路的低成本处理方案。该形式也称为拟人的形式，因为它与人的手臂相似。它是快速、准确、轻量和可靠的低成本机器人臂。该机器人臂具有加固的、耐用的构造，且具有平滑、敏捷和准确的数字式位置控制。它的多处理器控制器具有模块化电子设备、高速驱动器与大规模的和可扩展的输入/输出能力。机器人臂70，例如R17，可具有约30”伸展和5个轴线的运动、约48磅(Ibs)的重量，具有约0.2mm的可重复性，具有10，000小时无故障平均时间并可以具有高达71bs的有效载荷。该机器人可以停靠在旋转环上，从而到达目标的最佳进入位置。它易于应用，并且程序能够执行复杂任务，因此使它与CBCT产生的准确的3D绘图兼容。它具有长的伸展，并因此具有比同类机器更大和更多的有用的工作空间。由于机械构成简单可靠，R17机器人臂每天运行三班，持续十年无故障。修改可以包括使用具有编码器反馈的新的轻量、高速、高效的步进马达的Mk5套件。Mk5套件包括新的Mk5控制器，该控制器简单可靠，使用快速CPU和DSP处理器以及小型微步进驱动器的组合。输入/输出特征可包括在一些实施例中，以检测例如温度或压力的变化。在一些实施例中，安装板中的手形件终端提供工具的简单安装，所述工具例如夹持器和传感器，从而使其可以简单修改以接受安装平台，从而支持各种可购得的活检枪56或微创治疗工具。它被完全封装以使其容易清洁，从而适合处于活检环境中。它可以被设置在会由CBCT成像系统提供的Cartesian坐标(逆运动学)中。对话框容许在绝对或相对坐标中的定位。下面的表2中提供机器人臂的规格的示例。表2.示例机器人臂的规格驱动器高功率微步进的步进马达，增量编码器反馈伸展750毫米/30英寸有效载荷在边缘处为3千克/7磅(可重复性特征降级)速度(标准驱动器)肩形件100度/秒，肘形件180度/秒，腕形件120度/秒(多关节大约为2000毫米/秒)手形件俯仰(pitch)或滚动的最大扭矩4牛米(Nm)(可重复性特征降级)。新的双重比率可重复性+/-0.2mm加速度2-3G重量22千克/48磅(仅机器人)功率110/240V交流420VA(标准控制器)MTBF(平均故障间隔时间)10,000小时在一些实施例中，MOVE或MOVETO命令可以被输入或包括在软件或防火墙程序中。腕形件/手形件角度可以被指定或控制。机器人系统可以用示例性机器人编程语言R0B0F0RTHII编程。采用完全自动化的入路的另一替换实施例使4轴线传送系统能够将活检枪放置在适当位置。一个方法可以是使用乳房挤压/进入窗54悬挂于安装到金属环的轴承，该金属环附连在检查台49底部的孔口周围。在此描述的病人检查台49的实施例可以包括金属环的空间和安装孔。在一些实施例中，该金属环可以已经成为检查台用于安全盖的部分。源自诊断扫描的可视化软件可以被编程为指出皮肤到病灶的最小距离的乳房挤压/进入窗54的最佳角位置。系统28可以被配置为允许临床医生借助环上的度数标记将挤压/进入窗54手动旋转到该位置。然后该轴承可以被手动锁定在适当位置，并且手动拧紧乳房挤压/进入窗54，从而固定乳房30。可完成另一扫描，从而将乳房挤压/进入窗54中的病灶定位。基于病灶的3D坐标，源自低功率靶激光器的光会由一组伺服检流计引导到乳房表面上的点，从而管心针(stylet)被基本垂直插入，例如，插入到皮肤表面会引导它插入到需要的位置(例如，可疑肿块约2mm以下)。乳房挤压/进入窗54上可以包括引导器，从而在需要时确保基本垂直进入乳房30。深度可以根据3D可视化确定，并且管心针的深度可以由插管器上的0形环设定和控制，这和MRI活检相同。可以移除管心针并将阻塞器通过插管器放置在病灶位点。可以执行另一扫描以检验阻塞器在病灶位点的位置。可以移除阻塞器，并且活检枪的针通过插管器放置在病灶位点，在该处执行真空协助活检并插入活检钳。在活检后，可以完成另一扫描，从而检验活检和钳子的放置。手持式活检是常用程序，并且根据描述的CBCT系统的实施例，近实时可视化引导会变得非常可靠。如果图像质量在存在更多噪声的情况下也足以分辨出病灶，那么可以为该程序执行低剂量扫描。有效的噪声纠正软件可以有效提供合适的图像质量。在共焦扫描激光显微镜中的伺服检流计及其准确性和精确性允许对于细胞肿块的准确性为亚毫米的光栅扫描。在一些实施例中，一个低成本激光器和一组3个或4个的伺服检流计可以有效覆盖整个乳房30。在一些情况下，与在MRI中使用的栅格系统相似的栅格系统可以与描述的实施例结合使用。CBCT扫描可以使放置亚栅格针引导器的栅格位置可见。然后可以继续上面描述的活检程序。取代栅格的进入窗入路可以在检测刚好位于栅格或针引导器的框架部分的病灶方面有利。在一些实施例中，栅格系统和进入窗都可以在系统中实现。_CT剑棚陴碰_■牛禾口优力在一些实施例中，执行活检或其它程序的方法可以包括以下步骤、特征和优点。CBCT为定位、放置针36和活检验证提供快速、低剂量的靶向视场扫描。如上所述，通过准确定位，可以执行包括看到和避开大脉管的能力的更高质量活检。这可以改善医生对活检针放置在病灶位点的置信度，并且活检后CBCT扫描的3D评定可以提供更准确的验证。不需要造影剂来使小肿瘤和大脉管可见，但在需要时，可以在一些实施例中使用造影剂。重建和验证的时间被减少(<3分钟)。系统提供了比许多其它程序和系统更高的分辨率可视化，从而更好地在3D空间中表征钙化物和它们的分布以及与其它结构的空间关系。通过病人检查台的人体工学形状和使乳房30稳定而没有硬挤压的舒适的弯曲的乳房支架，系统可以向病人提供相对的舒适而不影响到达胸壁的覆盖范围。因为可以使用靶向准直(不照射整个乳房)，具有低散射(scatter)的低剂量照射可以为散射纠正提供更好的散射评估，因此改善图像质量。除此之外，CBCT图像引导的活检系统的实施例可以进一步提供平台，以便(1)为靶向扫描和重建发展自动准直；(2)最优化重建软件，从而减少由活检针引起的图像中的金属伪影；(3)发展更好且更准确的计算机辅助诊断(CAD)算法；以及⑷在一些实施例中，用作准确的肿瘤反应监视工具。CBCT图像引导的活检系统是可扩展的平台，可与在治疗癌症病灶方面有用的微创治疗(消融RF、低温(cyro)、HIFU(高强度聚焦超声))兼容。另外，CBCT为改善的癌症肿瘤特异性和肿瘤血管生成提供可疑肿块的更精确评估。CBCT系统的进一步优点包括提供乳房解剖结构和病灶的真实的3D描述。系统也消除或显著减少交迭，并移除或显著减少重叠结构，因此，允许改善的肿瘤靶向。具有准确成像和精确活检能力的CBCT系统允许最早阶段的乳房癌活检。由于优秀的对比检测能力，系统产生更高的诊断率，并考虑相同设定下的初始诊断成像和可疑病灶的活检。系统也通过改善的靶向的功效来改善空心针活检的灵敏度和特异性，并且改善的靶向可以导致减少取样错误和更明确的诊断。系统也可以更有效地利用经皮活检，为非侵入诊断不能可靠诊断出病状的病人省去活检(即，形态和对比度增强特征强烈表明为恶性肿瘤的肿块)。在CBCT引导的活检(CBCT-GBx)的方法的一些实施例中，病人俯卧躺下，脚在检查台49任意一侧，并且乳房30穿过检查台的孔下垂。CT机架在病人检查台下面水平旋转；在机架任意一侧的两扇门打开，从而向临床医生和技术专家提供在χ射线管和探测器之间的工作空间。检查台49提升，从而使得该活检组可以在检查台表面下方工作，从而接近乳房30。机架门关闭，以便在整个程序期间仅当病人保持原位时成像。一旦定位，病人/检查台通常不在成像和允许原位活检和在线针验证成像的活检有关任务间移动。检查台设计和孔具有柔软有延展性但可清洁的周边，该周边允许病人的胸壁和肩部落到台面下，以便接近乳腺的区域和局部区域。在一些实施例中，检查台经修改从而允许完全接近腋窝。描述的进入窗/挤压和轨道4轴线传送系统可以从操纵员的着眼点绕乳房30成360°运动。与BMRI引导的活检相反，并且由于近线3D体积成像，这提供了到乳房30的360°入路，以便获得最佳活检入路路径，该路径可以是例如最短的皮肤到病灶距离，并为活检提供灵活性。3D断层摄影体积采集可以在10秒内以全扫描或半扫描模式完成，以便在水平、垂直和深度方向上的针尖的近实时3维确认。根据临床医生的选择和病灶特征，CBCT-GBx系统可以允许确认在线的针放置准确性的至少两种方法。第一方法是其中活检针36在乳房30中激发前(prefire)位置成像。该方法使用半扫描成像方法。第二方法提供采用全扫描采集的阻塞器方法。CBCT-LG可以通过3D空间中的针验证提供活检准确性的在线显示。活检器具/针可以固定在电动工作台上的适当位置，从而提供活检针放置的前所未有的控制和置信度。在一些实施例中，进入窗/挤压组件和轨道4轴线传送系统的机械设计包含经皮的空心针(弹簧加载的枪或真空辅助)乳房活检设备。进入窗/挤压组件和轨道4轴线传送系统可以与例如单个的快速释放机构一起组合附加到病人检查台49的底部或检查台框架。乳房进入窗/挤压组件和轨道4轴线传送系统可以被配置为能够绕病人的乳房30旋转，来为终端用户提供灵活性，从而实现安全有效的定位和活检，包括最短的皮肤到病灶距离、避开脉管和便于进入肿瘤。在一些实施例中，进入窗54包含5cmX7cm的孔，活检针36(或针定位插管器/阻塞器、活检钳插管器或定位线插管器)可以在CBCT图像引导下插入该孔。进入窗54可以被配置为能够被定位，从而允许针36在维持乳房30的充分挤压期间进入乳房30的上部、中部或下部。挤压板40可以用来使乳房组织对着进入窗54平缓固定，以便减少运动伪影并准确引导针36。该设计有效确保安装可以仅在几分钟内执行。该设备可以用杀菌剂清洁，从而限制病人间感染的传播。进入窗54和相反的挤压板40都可以由对病人舒适的材料制作，并且都具有低X射线衰减，从而最小化重建图像伪影。可以通过提供适中的挤压，例如对称施加于乳房30来将乳房30稳定在进入窗/挤压组件中。重建的3D空间提供在扫描体积内的病灶的确切位置。这些坐标可以用来确定进入窗54在乳房30上的最佳旋转位置。锥束CT的3D引导算法可以允许确定最佳轨道位置和x、y、z、θ以及针深度坐标，从而驱动轨道4轴线传送系统，以便得到对目标病灶有效的或需要的进入，例如图7中所示。图7中示出确定适当的χ、y和ζ坐标以便执行活检程序和以便为程序确定入路角θ的实施例。轨道4轴线传送系统可以被设计为提供独立于进入窗/挤压组件的垂直运动。可以在沿活检工具的两个位置(前面和后面)支撑活检工具，从而在插入期间提供稳定的引导。本领域技术人员会认识到，可以通过使用体模经验地验证相对于病灶的活检针位置的最终位置的实际定位。CBCT扫描可以用来验证活检针36的准确定位。一旦确认正确靶向，那么可以使用通过同轴护套的真空辅助乳房活检设备执行组织取样。可以在病灶方向上执行取样。在组织取样完成时，可以收回探针并通过同轴护套放置位点标记。可以执行活检区域的最终CBCT成像，从而验证取样伪影和位点标记的位置。可以通过本领域已知方法证实病理。因此该系统可以为活检和其它微创程序提供真实的原位电动定位和引导能力。在一些实施例中，位点标记或基准标记可以用于随后接下来的病灶治疗或诊断。例如，应向后续的外科手术指出，提供基准标记使得更容易精确发现已活检病灶的位点，使外科医生更容易切除曾确定为病灶的病理的区域。可替换地，在认为活检程序本身成功移除整个肿瘤块32之处，标记提供肿瘤32的先前位置的精确位置，以便在随后成像中使用，从而确定肿瘤块是否完全移除(即，癌细胞是否会在执行活检的位点再出现)。在一些实施例中，乳房进入窗/挤压组件和轨道4轴线传送系统可以(i)支撑经皮空心针乳房活检设备，并绕病人乳房旋转，从而为最终用户提供灵活性，并且(ii)实现安全有效的定位和活检，以及(iii)允许真实原位的电动定位和活检能力。扫描和重津协议在一些实施例中，可以实现数据采集协议和重建协议，以在取样前准确验证活检针36的位置。在一些实施例中，协议可以包括例如以下内容1.在乳房进入窗/挤压组件处于适当位置的情况下扫描挤压的乳房30用以指示可疑肿块在空间中的确切位置，全扫描对获得准确重建有用。全扫描的锥束CT重建算法可以用于该步骤。为确保活检安全有效，放射科医生了解活检针36在实际插入前的轨迹是有利的。2.用于视觉上验证在乳房表面适当位置的活检针36的位置的光学方法。3.扫描位于适当位置的活检针36从而最小化由大型高对比度对象的金属活检枪和针36引起的伪影，投影可以沿两个分离的弧形分段(A和B)获得，从而避开活检枪和针36的全部覆盖范围，如图8所示。两个弧形之间丢失的数据可以从步骤1中扫描的对应部分获得。因此，针36和可疑肿块的相对位置可以在可容忍的伪影或错误情况下重建。由于一旦活检工作台组件处于适当位置，则不可执行全环扫(fullcirclescan)，所以低剂量感兴趣体积(VOI)半扫描方法可以用于该步骤。应该指出，可以打开准直仪而仅暴露针和肿瘤32，因此X射线在乳房30的覆盖范围小于(A+l)cm，其中Δ是CBCT对肿瘤32的最大检测尺寸。通过该方法，乳房30的照射区域大大缩小。有效的半扫描锥束重建算法已得到发展，并且可以与本文描述的实施例一起结合使用。该算法可以用来用初步体模研究中的半扫描数据重建肿瘤32和活检针36，从而确定图像质量并量化潜在伪影和错误。可以在以下方面评估数据采集和重建协议肿瘤图像的伪影大小、肿瘤32和活检针36之间的空间关系准确性、数据采集速度、准确的图像引导需要的投影数量、重建速度和对比噪声比。在活检过程期间对活检针36和肿瘤32的相对位置成像时，应考虑活检针36产生的金属伪影。由于活检针36由金属材料制成，它的衰减系数大大高于周围的乳房组织。在投影数据中的该显著中断/不连续可以导致重建图像中的拖尾(streaking)伪影，所述拖尾伪影可能阻碍附近病灶的成像。20本公开的实施例被设计为按以下步骤纠正金属伪影第一，将派生方法用于在投影中定位活检针36。第二，减少由金属导致的中断，可以测试两种方法。一种方法是根据活检针36投影值的原始值将该投影值按比例降低。另一方法是基于降低的取样值在活检针位置使用样条插值。使用该两种方法，部分活检针信息可以保留在投影中，并可以重建活检针36的位置而且伪影较少。因此，可以根据重建图像更清晰观察和更准确测量活检针36和目标肿瘤32的相对位置，以便引导活检过程。4.活检和活检标记放置。在一些实施例中，该步骤不需要扫描。5.活检后的验证。该步骤可用来验证肿块是否被适当取样。半扫描重建对于成像可以是足够的，并且X射线仅需要覆盖针36和肿瘤32，与步骤3中相同。6.检验活检标记。该扫描的细节包括在步骤5中。可以执行附加评估，从而在系统集成完成后用体模研究验证和优化数据采集和重建协议。低剂量靶向体积扫描和重建协议可以用来以最小的需要的辐射剂量在取样前准确验证活检针的位置，并且不需要造影剂注射。这些协议的实施例可包括以下内容1.用于将靶向的感兴趣体积扫描的需要的腺体剂量最低化的计算机控制的准直系统将准直仪最优化，以提供对感兴趣区域的成像辐射的灵活的靶向准直，最小化或降低对病人的X射线剂量，实现更快的数据采集和在线重建。在一些实施例中，常规准直仪可以被设计为提供对感兴趣区域成像辐射的灵活的靶向准直。定位准直仪的铅快门(leadshutter)从而仅照射感兴趣区域(肿瘤和活检针)的灵活性可以有助于降低对乳腺30的全部腺体剂量，降低散射辐射，产生更好的对比噪声比，提高扫描速度(如需要，在较小的检测面积，可以以更高帧速率例如60帧/秒读取成像系统)，并由于矩阵尺寸可以是较小的所以减少重建时间。预期根据用于靶向扫描的覆盖范围体积，将剂量降低到整个乳房的腺体剂量的5-15分之一。肿瘤32的尺寸和位置可以根据源自CBCT-GBx程序中的第一次CBCT扫描的3D重建图像确定。这些参数可以输入电动准直仪的控制系统中，以便自动最优化准直。准直宽度(感兴趣体积[V0I])和剂量减少之间的关系，以及VOI尺寸和散射减少之间的关系都可以被备份成文件。由于采用新颖的低剂量靶向VOI扫描协议和重建协议，CBCT-GBx程序的全部剂量可以低于两次完整的乳房扫描所需要的剂量(对于平均尺寸的正常乳房为800mRad)。2.采用最小的需要的辐射剂量并且不需要注射造影剂的利于近实时CBCT图像引导的定位和活检的低剂量靶向的感兴趣体积扫描协议通过低剂量靶向VOI扫描，可以提高扫描速度。如需要，通过较小的检测面积，可以以更高帧速率读取成像系统，例如以60帧/秒读取。可以降低半扫描数据采集时间。研究指出，在一些实施例中，如果帧速率为30帧/秒，那么成像延迟和测量延迟低于3%，这将不影响重建的图像质量。如有必要，可以在重建前为60帧/秒的速率测量并扣除成像延迟。3.用近实时3D重建实现准确和精确的图像引导活检的VOI重建协议重建协议可以用来从CBCT-VOI扫描获得投影图像数据。如果存在切断(truncation)问题，可评估并解决它们。由于成像范围可以被准直以使包括靶向病灶的乳房30的全部宽度包括在采集的投影数据中，所以预期该VOI重建不会出现严重的切断伪影。重建协议可以在重建速度方面最优化。实施例可以提供图像引导系统，该图像引导系统可以用于由临床医生准确提供靶向，从而为活检和相似程序确定病灶定位坐标和参数。这样的系统和协议可以包括以下内容1.将靶向的感兴趣体积重建图像与预先重建的整个乳房30的图像融合，以便活检的有效且准确地在线图像引导的图像融合算法如需要，VOI和全部乳房图像的合适融合可以通过相同解剖结构在两个图像数据集中的配准(registration)实现，或用附加的基准标记实现。融合的图像可以由放射科医生使用，以筹划活检针36的插入。为此活检针36的模拟轨迹可以与乳房/病灶和活检针36的CBCT3D图像融合。活检针36的模拟轨迹可以基于由图像引导传送系统定位的针尖的坐标和角度，以及活检针36的被提议的插入深度和动程。2.CBCT图像引导系统可以用来由临床医生准确提供靶向，从而为活检和具有活检支撑工作台的CBCT图像引导系统的界面确定病灶定位坐标和参数，以便准确有效的活检。本公开的实施例为近实时图像引导最优化3D显示协议，以便有效定位和活检。例如，在一些实施例中，执行四次扫描并且重建的图像可以通过使用客户端/服务器可视化软件来显示，如下所述1.具有肿瘤32的受压乳房30可以被扫描并且客户端/服务器可以用来在3D空间中相对于参考点(0，0，0)定位肿瘤32和脉管。由于肿瘤和脉管与正常乳房组织相比具有不同的线性衰减系数，所以在使用客户端/服务器的显示器上的两个不同阈值可以用来发现并自动标示它们。一旦标示出它们，那么可以通过使用客户端/服务器的体积编辑和统计工具找出它们的位置和体积。可以容易获得这些3D坐标并且将其传递到轨道4轴线传送系统。由于大血管和肿瘤可见，因此可以找出从乳房表面到肿瘤32的最短路径，而不损害相对大的血管。针36到取样位点的模拟的提议路径可以与实际3D图像融合，以验证针准确前往病灶并且不损害任何主要脉管。2.活检针尖可以由轨道4轴线传送系统移动到乳房皮肤表面的指出的位置，从而给出活检针36到达病灶的最佳路径。可以执行光学观察方法，来验证针在乳房表面的位置。这可以由技术员直接目视完成或使用远程相机系统目视完成。3.活检针36可以由医生插入乳房30，从而使其刚好在肿瘤32下面。然后可以执行具有低剂量VOI采集和重建模式的第二次扫描，从而验证针36相对于肿瘤32的位置。由于一旦活检工作台组件处于适当位置，则不可以执行全环扫描(fullcirclescan)，所以可以使用半扫描方法。为量化针36到肿瘤32的距离，可以使用客户端/服务器软件的测量工具。在临床医生证实针-肿瘤空间关系后，然后可以执行活检。4.具有低剂量VOI采集和重建模式的第三次扫描可以在肿瘤32取样后执行。在该扫描中，衰减系数应大大低于周围组织的衰减系数的空腔可以是可见的。阈值可以再次被设定从而使空腔可见。客户端/服务器软件的体积编辑和统计工具可以被再次用于评估空腔的体积和位置。5.具有低剂量VOI采集和重建模式的第四次扫描可以在将标记放置在该空腔后执行。由于该标记由高对比度材料制成，可以通过使用Koning客户端/服务器的工具使该标记易于看见并定位。下面的表3提供可由本公开实现的数据采集协议的实施例表3.数据采集协议权利要求一种锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统，用于检测和活检病人的可疑病灶，所述系统包含被配置为为乳房活检程序安置病人的病人检查台；耦合到所述病人检查台的锥束CT设备，所述锥束CT设备被配置为输出至少一部分病人乳房的锥束CT图像；多轴线传送模块，所述多轴线传送模块具有至少三个自由度并且被配置为基于从所述锥束CT设备接收的输入，在三维参照系内定位活检针；其中所述传送模块被配置为将所述活检针放置在邻近所述乳房内的感兴趣目标或将其放置在所述乳房内的感兴趣目标内。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包含被配置为对位于所述感兴趣目标的组织取样的所述活检针。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送模块包含第四自由度。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送模块进一步包含至少一个位置传感器，所述位置传感器被配置为输出指示所述活检针相对于所述感兴趣目标的位置的信息。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传送模块进一步被配置为使所述活检针绕纵轴旋转。6.根据权利要求1所述的系统，进一步被配置为确定所述病人身体的表面区域和所述感兴趣目标之间的距离，并且将所述距离输出到所述传送模块。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述距离包含从所述病人身体上的进入点的对应组到所述感兴趣目标的距离的距离组中的最小距离。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述病人检查台具有沿病人放置在其上的表面延伸的主平面；进一步包含一组线段，所述线段中的每个都从所述进入点中的一个向所述感兴趣目标延伸；以及其中所述线段组位于基本平行于所述主平面的平面内。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述线段组中的一个具有基本等于所述最小距离的长度，并且沿基本避开所述乳房内的大血管的路径延伸。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述路径与所述感兴趣目标的主轴线基本对齐。11.根据权利要求2所述的系统，进一步包含显示模块，所述显示模块被配置为基于从所述锥束CT设备接收的成像数据输入和从所述位置传感器接收的位置输入，提供表示所述活检针和所述感兴趣目标的位置的显示输出。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述显示模块进一步被配置为将成像数据输入显示为关于所述乳房的正剖面、斜剖面、表面绘制、体绘制和导航数据中的至少一个。13.根据权利要求1所述的系统，其中进一步包含挤压模块，所述挤压模块被配置为在所述乳房活检程序期间挤压所述乳房并将所述乳房维持在基本固定的位置。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述挤压模块进一步包含可移动进入窗，所述可移动进入窗为所述活检针提供对所述乳房的进入。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述挤压模块进一步包含被配置为将所述乳房倚靠所述进入窗固定的挤压板。16.根据权利要求14所述的系统，其中所述进入窗被配置为手动取向。17.根据权利要求14所述的系统，其中所述挤压模块进一步包含引导器，所述引导器被配置为引导所述活检针沿基本垂直于所述病人身体表面的路径进入所述病人身体。18.根据权利要求1所述的系统，进一步包含被配置为指示所述活检针在所述病人身体的表面上的进入点的靶向模块。19.根据权利要求1所述的系统，其中进一步包含计算机控制的准直仪，用于准直所述锥束CT设备发出的X射线束。20.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少四个自由度包含在所述三维参照系内所述活检针的轨迹的χ坐标、y坐标、ζ坐标和入射角θ。21.一种使用锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统来检测、诊断或治疗病人乳房中病灶的方法，所述方法包含提供病人检查台，所述病人检查台被配置为为活检程序安置病人；提供锥束CT模块，所述锥束CT模块被配置为输出至少一部分所述病人乳房的锥束CT图像；从所述锥束CT模块输出包括病灶的至少一部分所述乳房的三维重建；基于所述三维重建，确定将活检针引导到所述病灶通过的路径；提供多轴线传送模块，所述多轴线传送模块被配置为将所述活检针沿所述路径移动到所述病灶；以及将所述活检针从病人体外的位置移动到所述病灶。22.根据权利要求21所述的方法，进一步包含用所述活检针移除所述病灶的至少一部分。23.根据权利要求21所述的方法，进一步包含确定感兴趣体积，其中所述感兴趣体积包括含有所述病灶的所述乳房的一部分。24.根据权利要求21所述的方法，进一步包含用挤压模块挤压所述乳房，所述挤压模块被配置为在成像和活检期间将所述乳房维持在基本固定的位置。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述挤压模块进一步包含可移动进入窗，所述可移动进入窗是可取向的，以为所述活检针提供对所述乳房的进入。26.根据权利要求25所述的方法，进一步包含将所述进入窗取向，以使它为所述活检针提供具有最小的皮肤到病灶距离的路径。27.根据权利要求26所述的方法，进一步包含用投影到所述病人身体表面上的光来标记所述进入点。28.根据权利要求21所述的方法，进一步包含在三维重建中确定所述活检针、所述病灶、所述病人身体表面、所述活检针进入所述病人的进入区域、脉管以及在所述进入区域和所述病灶之间的路径中的至少一个的位置。29.根据权利要求21所述的方法，其中确定所述路径包含避开所述乳房中的物理结构。30.根据权利要求21所述的方法，其中确定所述路径包含避免所述活检针穿透所述胸壁。31.根据权利要求21所述的方法，进一步包含在标记指示所述病灶区域的位置的位点放置基准标记。32.根据权利要求21所述的方法，其中确定所述路径包含确定所述病人身体表面上的区域和所述感兴趣目标之间的距离。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述距离包含从病人身体上的进入点的对应组到所述感兴趣目标的距离的距离组中的最小距离。34.一种执行锥束CT引导的乳房活检的方法，包含提供锥束CT模块，所述锥束CT模块被配置为基于所述锥束CT模块提供的锥束CT图像，将活检针引导到位于病人乳房中的病灶的位点；对所述乳房成像，以检测病灶；确定感兴趣体积，其中所述感兴趣体积包括病灶位于其中的所述乳房的一部分；基于所述锥束CT模块提供的引导，将活检针定位在对所述病灶有效取样的位置；对所述锥束CT进行准直，从而在对所述病灶取样期间限制所述感兴趣体积的图像中的视场；确定包含坐标Pmtey(Px，Py，Pz，Δθ’)的针轨迹，其中所述轨迹始于Pmtey，并基本上终止于所述病灶；根据所述坐标Pmtey(Px，Py,ρζ，△θ’)，将所述活检针基本定位在所述病灶；在对所述病灶取样前，扫描所述感兴趣体积，从而确认针位置；对所述病灶取样；以及将所述活检针从所述病人移除。35.一种模拟锥束CT引导的乳房活检程序的系统，包含被配置为为乳房活检程序安置病人的病人检查台；包含模拟的病灶的乳房活检体模；耦合到所述病人检查台的锥束CT设备，所述锥束CT设备输出所述体模内的所述模拟的病灶的图像；以及多轴线传送系统，所述多轴线传送系统耦合到活检设备，并且被配置为基于从所述锥束CT设备接收的输入，相对于所述模拟的病灶的位置定位活检针。36.根据权利要求35所述的系统，其中所述模拟的病灶具有约10毫米到约15毫米的尺寸。37.根据权利要求35所述的系统，其中所述模拟的病灶具有约5毫米到约10毫米的尺寸。38.根据权利要求35所述的系统，其中所述模拟的病灶具有约2毫米到约5毫米的尺寸。39.根据权利要求35所述的系统，其中所述体模被配置为模拟排列成簇的钙化物，所述簇具有约3毫米到约10毫米的尺寸。40.根据权利要求35所述的系统，其中所述体模被配置为模拟尺寸小于约0.5毫米的个体钙化物。41.根据权利要求35所述的系统，其中所述体模被配置为模拟具有多个病灶的乳房。42.根据权利要求35所述的系统，其中所述体模被配置为模拟尺寸小于约5毫米的病灶。43.一种使用锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统来检测、诊断或治疗病人乳房中的病灶的方法，所述方法包含从锥束CT模块接收表示锥束CT数据的三维重建，所述锥束CT数据表示所述病人乳房中的病灶；基于所述输入确定引导活检针到达所述病灶通过的路径；以及将机器可读指令输出到所述活检针的多轴线控制器，导致所述活检针沿所述路径移动到所述病灶。44.根据权利要求43所述的方法，其中确定所述路径包含避开所述乳房中的物理结构。45.根据权利要求43所述的方法，其中确定所述路径包含确定所述病人身体的表面区域和所述病灶之间的距离。46.根据权利要求45所述的方法，其中所述距离包含从病人身体上的进入点对应组到所述病灶的距离的距离组中的最小距离。47.一种使用锥束计算机断层摄影(CT)引导的活检系统来检测、诊断或治疗病人乳房中的病灶的计算机实施的系统，所述系统包含输入模块，所述输入模块从锥束CT模块接收表示锥束CT数据的三维重建，所述锥束CT数据表示所述病人乳房中的病灶；处理模块，所述处理模块基于所述输入确定引导活检针到达所述病灶通过的路径；以及输出模块，其将机器可读指令输出到所述活检针的多轴线控制器，导致所述活检针沿所述路径移动到所述病灶。48.根据权利要求47所述的系统，其中所述路径包含避开所述乳房中的物理结构。49.根据权利要求47所述的系统，其中所述路径包含长度，所述长度为在所述病人身体的表面区域和所述病灶之间、在从病人身体上的进入点对应组到所述病灶的距离的距离组中的最小距离。全文摘要本发明公开了一种用锥束计算机断层摄影(CBCT)系统对病灶检测和活检的方法和系统的实施例。在一些实施例中，该系统包含被配置为输出病人的乳房至少一部分的锥束CT图像的CBCT设备，以及具有至少三自由度并且被配置为基于从锥束CT设备接收的输入在三维参照细内放置活检针的多轴线传送模块。该传送模块可以被配置为将活检针放置在邻近乳房内的目标区域，或将其放置在目标区域内。同样公开了用体模测试CBCT系统的方法和系统的实施例。文档编号A61B6/00GK101983033SQ200880127289公开日2011年3月2日申请日期2008年12月22日优先权日2007年12月21日发明者D·L·肯欧沃,R·宁,Y·于申请人:科宁公司