本申請(qǐng)主張要求享有于2014年7月16日提交的序列號(hào)為62/025481的臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，在此通過(guò)引用將其整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及醫(yī)學(xué)儀器，并且更具體涉及在利用工具和解剖可視化的超聲引導(dǎo)下跟蹤針的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

活檢能夠被描述為微創(chuàng)流程，其中，獲得組織的樣本以用于體外病理分析。通常，活檢設(shè)備(或活檢槍)能夠包括內(nèi)部探針和外部中空套管，這兩者都能夠被附接到活檢槍手柄。在許多實(shí)例中，活檢槍可能是一次性設(shè)備。典型的活檢設(shè)備能夠在一些形式的圖像引導(dǎo)(通常為超聲(US))下被定位在組織中并且然后“開(kāi)火”。開(kāi)火的動(dòng)作通常首先部署內(nèi)部探針并且然后快速相繼地部署外部套管，由此在內(nèi)部探針的槽中捕獲組織樣本。在開(kāi)火之前，活檢樣本的實(shí)際部位可能偏離活檢設(shè)備的靜止位置。對(duì)活檢槍和針的恰當(dāng)定位是從正確部位取回組織中的重要因子。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本原理，一種用于跟蹤儀器的系統(tǒng)，包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器，所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器沿著儀器的長(zhǎng)度設(shè)置并且與鄰近的傳感器間隔開(kāi)。解釋模塊被配置為根據(jù)所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置選擇并更新來(lái)自三維圖像體積的圖像切片。所述三維圖像體積包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器相對(duì)于所述體積中的目標(biāo)的位置。圖像處理模塊被配置為生成指示所述圖像切片中的參考位置的疊加圖。所述參考位置包括所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的所述位置以及與顯示中的圖像切片的相對(duì)偏移，以提供用于對(duì)所述儀器進(jìn)行定位和取向的反饋。

另一種用于跟蹤儀器的系統(tǒng)包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器，所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器沿著儀器的長(zhǎng)度設(shè)置并且與鄰近的傳感器間隔開(kāi)。成像系統(tǒng)被配置為在多個(gè)圖像切片中對(duì)所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置進(jìn)行成像。解釋模塊被配置為選擇并更新對(duì)應(yīng)于三維圖像中的平面的來(lái)自多個(gè)圖像切片的圖像切片。所述解釋模塊基于參考位置的部位來(lái)選擇所述圖像切片。所述參考位置包括至少所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器和目標(biāo)的位置。圖像處理模塊被配置為生成指示所述圖像切片中的所述參考位置的疊加圖，所述參考位置包括所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的所述位置以及與顯示中的所述圖像切片的相對(duì)偏移，以提供用于對(duì)所述儀器進(jìn)行定位和取向的反饋。

一種用于跟蹤醫(yī)學(xué)儀器的方法，包括：檢測(cè)兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置，所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器沿著儀器的長(zhǎng)度設(shè)置并且與鄰近的傳感器間隔開(kāi)；選擇并更新來(lái)自三維體積的圖像切片，所述三維圖像體積包括相對(duì)于所述體積中的目標(biāo)的所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器；并且生成指示所述圖像切片中的參考位置的疊加圖，所述參考位置包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置以及與顯示中的所述圖像切片的相對(duì)偏移；并且根據(jù)來(lái)自包括所述兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置以及與所述圖像切片的相對(duì)偏移的疊加圖的反饋，來(lái)對(duì)所述儀器進(jìn)行定位和取向。

本公開(kāi)的這些和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合附圖閱讀的對(duì)本公開(kāi)的說(shuō)明性實(shí)施例的如下詳細(xì)描述中變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

本公開(kāi)將參考如下附圖詳細(xì)呈現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例的如下描述，在附圖中：

圖1是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于使用2D切片來(lái)跟蹤醫(yī)學(xué)設(shè)備的系統(tǒng)的示意性框圖/流程圖；

圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有指示傳感器位置和相對(duì)偏移的疊加圖的圖像；

圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有在疊加圖中指示的平面內(nèi)參考位置的圖像；

圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有指示傳感器位置、估計(jì)的活檢部位和活檢目標(biāo)位置的疊加圖的圖像；

圖5是示出了根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的用于跟蹤醫(yī)學(xué)儀器的方法的流程圖；并且

圖6是示出了根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的用于選擇用于跟蹤醫(yī)學(xué)儀器的透視或者實(shí)用操作的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本原理，提供了實(shí)施例，其解釋醫(yī)學(xué)儀器(例如，活檢工具)相對(duì)于當(dāng)前圖像或圖像切片(例如，經(jīng)直腸超聲(TRUS)、磁共振圖像(MRI)等)的跟蹤的三維(3D)位置和取向，選取并且重新繪制二維(2D)圖像或圖像切片以進(jìn)行顯示，因此它們包括(一個(gè)或多個(gè))實(shí)時(shí)跟蹤的工具位置以及在適當(dāng)圖像或圖像切片(例如，傾斜磁共振(MR)切片)上的疊加圖工具表示。

靶向前列腺活檢流程可以在流程中采集的3D TRUS圖像集被配準(zhǔn)到流程前3D MR圖像集之后在實(shí)時(shí)2D TRUS成像下被執(zhí)行。實(shí)況3D TRUS成像是有吸引力的，因?yàn)槟軌驖撛诘卦诓灰苿?dòng)(或者通過(guò)最低限度地移動(dòng))TRUS探頭的情況下對(duì)前列腺進(jìn)行成像，從而得到更為準(zhǔn)確的TRUS-MR配準(zhǔn)。然而，在這樣的3D工作流中，以用戶友好和直觀方式識(shí)別和顯示活檢工具是具有挑戰(zhàn)性的。

本原理采用超聲(US)跟蹤技術(shù)(例如，“原位”)，其被配置為在3D US環(huán)境中工作。因?yàn)閭鞲衅鞯?D位置是已知的，因此能夠估計(jì)傳感器相對(duì)于給定2D圖像平面的部位。這是非常有用的特征，因?yàn)榧词乖?D工作流中，常常使用2D圖像繪制來(lái)執(zhí)行引導(dǎo)。提供了一種用于對(duì)醫(yī)學(xué)工具(例如，活檢針)和周邊解剖結(jié)構(gòu)的智能實(shí)時(shí)可視化的方法。這輔助通過(guò)以用戶友好和直觀的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)活檢工具的識(shí)別和顯示，來(lái)調(diào)整針對(duì)介入流程的3D工作流。

在一個(gè)實(shí)施例中，(一個(gè)或多個(gè))跟蹤傳感器的實(shí)時(shí)3D跟蹤位置被用于定量地估計(jì)相對(duì)于當(dāng)前2D成像平面的傳感器部位。每個(gè)傳感器可以由不同尺寸的(尺寸越大，其距當(dāng)前圖像平面越遠(yuǎn)(或者反之亦然))圓形或其他形狀以及其距當(dāng)前圖像平面的距離來(lái)表示。在另一實(shí)施例中，所顯示的2D TRUS圖像被(從實(shí)況3D圖像)實(shí)時(shí)地重新繪制，以包括活檢工具的當(dāng)前姿態(tài)。這提供了在活檢工具附近的解剖結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)視圖，其在工具的插入期間會(huì)是尤其有用的。在另一實(shí)施例中，已知的TRUS-MR配準(zhǔn)被用于連續(xù)更新和顯示示出活檢工具的2D MR切片。這提供附加的值，因?yàn)樵谔峁└S富的軟組織信息的MR圖像中對(duì)活檢進(jìn)行導(dǎo)航更加直觀。活檢工具也被指示。

應(yīng)當(dāng)理解，將依據(jù)醫(yī)學(xué)儀器來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)寬泛得多并且能應(yīng)用于任何可跟蹤的儀器。在一些實(shí)施例中，在跟蹤或分析復(fù)雜生物或機(jī)械系統(tǒng)的過(guò)程中采用本原理。具體而言，本原理能應(yīng)用于對(duì)生物系統(tǒng)的內(nèi)部追蹤流程以及在諸如肺、胃腸道、排泄器官、血管等的身體的所有區(qū)域中的流程。在附圖中描繪的元件可以在硬件與軟件的各種組合中得以實(shí)施，并且提供可以被組合在單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。

能夠通過(guò)使用專用硬件以及能夠運(yùn)行與合適的軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來(lái)提供在附圖中所示的各個(gè)元件的功能。當(dāng)由處理器提供時(shí)，所述功能能夠由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器、或者由多個(gè)個(gè)體處理器(它們中的一些能夠被共享)來(lái)提供。此外，術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)當(dāng)被解釋為排他地指代能夠運(yùn)行軟件的硬件，并且能夠暗含地包括而不限于數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、非易失性存儲(chǔ)設(shè)備等。

此外，在本文中記載本發(fā)明的原理、各方面和實(shí)施例以及其具體范例的所有陳述旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能兩者的等價(jià)物。另外，這樣的等價(jià)物旨在包括當(dāng)前已知的等價(jià)物以及未來(lái)發(fā)展的等價(jià)物(即，執(zhí)行相同功能的所開(kāi)發(fā)的任何元件，而不管結(jié)構(gòu)如何)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在本文中呈現(xiàn)的框圖表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理的說(shuō)明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類似地，將認(rèn)識(shí)到，任何流程表、流程圖等表示基本上可以被表示在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中并因此可以由計(jì)算機(jī)或處理器來(lái)運(yùn)行的各種過(guò)程，而無(wú)論這樣的計(jì)算機(jī)或處理器是否被明確地示出。

此外，本發(fā)明的實(shí)施例能夠采取計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品能從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存取，所述計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)提供用于由計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)使用或者與計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)合使用的程序代碼。出于該描述的目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)能夠是可以包括、存儲(chǔ)、傳送、傳播或傳輸用于由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與其結(jié)合使用的程序的任何裝置。所述介質(zhì)能夠是電子的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移除計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、剛性磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、壓縮盤-讀/寫(CD-R/W)、Blu-Ray^TM以及DVD。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，此后可能開(kāi)發(fā)的任何新的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)也應(yīng)當(dāng)被視為可以根據(jù)本發(fā)明和公開(kāi)的示范性實(shí)施例使用或涉及的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

在說(shuō)明書中對(duì)本原理的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”以及其變型的引用意指結(jié)合所述實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、特性等被包括在本原理的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，貫穿說(shuō)明書的出現(xiàn)在各個(gè)地方的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”以及任何其他變型的出現(xiàn)不一定全部指的是相同實(shí)施例。

應(yīng)當(dāng)理解，下文“/”、“和/或”和“……中的至少一個(gè)”中的任一個(gè)的使用，例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一個(gè)”的情況下，旨在涵蓋對(duì)僅第一列出選項(xiàng)(A)的選擇、或者對(duì)僅第二列出選項(xiàng)(B)的選擇、或者對(duì)這兩個(gè)選項(xiàng)(A和B)的選擇。作為另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一個(gè)”的情況下，這樣的短語(yǔ)旨在涵蓋對(duì)僅第一列出選項(xiàng)(A)的選擇、或者對(duì)僅第二列出選項(xiàng)(B)的選擇、或者對(duì)僅第三列出選項(xiàng)(C)的選擇、或者對(duì)僅第一列出選項(xiàng)和第二列出選項(xiàng)(A和B)的選擇、或者對(duì)僅第一列出選項(xiàng)和第三列出選項(xiàng)(A和C)的選擇、或者對(duì)僅第二列出選項(xiàng)和第三列出選項(xiàng)(B和C)的選擇、或者對(duì)所有三個(gè)選項(xiàng)(A和B和C)的選擇。如本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員容易顯而易見(jiàn)的，這可以針對(duì)如所列出的許多項(xiàng)擴(kuò)展。

還將理解，當(dāng)元件，諸如層、區(qū)域或材料，被稱為在另一元件“上”或“之上”時(shí)，其能夠直接在其他元件上或者還可以存在中介元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”時(shí)，不存在中介元件。還將理解，當(dāng)元件被稱為被“連接”或“耦合”到另一元件時(shí)，其能夠被直接連接或耦合到其他元件或者可以存在中介元件。相比之下，在元件被稱為被“直接連接”或“直接耦合”到另一元件時(shí)，不存在中介元件。

現(xiàn)在參考附圖，在附圖中，相似附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件，并且首先參考圖1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出了說(shuō)明性跟蹤或活檢系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括活檢槍或者被配置用于跟蹤的其他儀器12。儀器12可以包括活檢針14，活檢針14具有被設(shè)置在外部套管18內(nèi)的內(nèi)部探針22。針14包括與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)跟蹤傳感器22。跟蹤傳感器22可以包括超聲傳感器，但其他類型的傳感器也可以被用于跟蹤針14。

在一個(gè)實(shí)施例中，適配器電子器件26可以包括噪聲消除模塊28(軟件和/或硬件)、放大器30以及處理來(lái)自傳感器22的所接收的信號(hào)的所需的任何其他信號(hào)處理模塊34。

傳感器22可以包括一個(gè)或多個(gè)超聲跟蹤器。傳感器22可以是一次性或非一次性的。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)傳感器22的超聲跟蹤器可以包括PZT、PVDF或者被設(shè)置在導(dǎo)電板或?qū)又g其他壓電元件。傳感器線纜34能夠被提供為針對(duì)工作站或其他設(shè)備的輸出，但還預(yù)期無(wú)線接口。

能夠使用原位(InSitu)技術(shù)來(lái)跟蹤一個(gè)或多個(gè)超聲跟蹤器或傳感器22。如果采用至少兩個(gè)傳感器22，則能夠估計(jì)針14的取向。因此，活檢部位坐標(biāo)能夠在將針14開(kāi)火之前來(lái)計(jì)算。

原位技術(shù)通過(guò)分析在成像探頭的波束掃掠FOV時(shí)由傳感器接收的信號(hào)來(lái)估計(jì)診斷B模式圖像的視場(chǎng)(FOV)中的被動(dòng)超聲傳感器(例如，PZT、PVDF、共聚物或其他壓電材料)的位置。渡越時(shí)間測(cè)量結(jié)果提供PZT傳感器距成像陣列的軸向/徑向距離，而幅度測(cè)量結(jié)果和波束開(kāi)火序列的知識(shí)提供傳感器的橫向/角度位置。在成像探頭的波束掃掠視場(chǎng)時(shí)，傳感器被動(dòng)地聽(tīng)取撞擊在其上的超聲波。對(duì)這些信號(hào)的分析產(chǎn)生在超聲圖像的參考系中的工具上的傳感器的位置。所述位置然后能夠被疊加圖在超聲圖像上以用于增強(qiáng)的工具可視化，并且所述位置以及其歷史能夠被記錄以用于跟蹤、分割和其他應(yīng)用。

當(dāng)與3D換能器(例如，2D矩陣陣列)一起使用時(shí)，能夠以類似的方式獲得(一個(gè)或多個(gè))傳感器22的仰角位置。因此，能夠?qū)崟r(shí)地估計(jì)傳感器22的3D位置，只要其存在于成像換能器的FOV內(nèi)。因?yàn)槟軌虼_認(rèn)傳感器22的3D位置，因此還能夠估計(jì)該傳感器22相對(duì)于給定2D圖像平面的部位。

靶向前列腺活檢流程當(dāng)前在術(shù)中采集的3D TRUS圖像集被配準(zhǔn)到術(shù)前3D MR圖像集之后在實(shí)時(shí)2D經(jīng)直腸US(TRUS)下執(zhí)行。實(shí)況3D TRUS成像是有吸引力的，因?yàn)槟軌驖撛诘卦诓灰苿?dòng)(或者通過(guò)最低限度地移動(dòng))成像探頭的情況下對(duì)器官進(jìn)行成像，從而得到更準(zhǔn)確的配準(zhǔn)(例如，US到MR)。然而，在這樣的3D工作流中，以用戶友好和直觀的方式識(shí)別和顯示活檢工具是具有挑戰(zhàn)性的。

原位US跟蹤技術(shù)能夠適于在3D US環(huán)境中工作。因?yàn)閭鞲衅?2的3D位置是已知的，因此能夠估計(jì)該傳感器22相對(duì)于給定2D圖像平面的部位。這是非常有用的特征，因?yàn)榧词乖?D工作流中，引導(dǎo)常常是使用2D成像繪制來(lái)執(zhí)行的。儀器12和周邊解剖結(jié)構(gòu)的智能實(shí)時(shí)可視化能夠根據(jù)本原理來(lái)提供，以使得臨床醫(yī)師能夠通過(guò)提供對(duì)與3D工作流相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)解釋問(wèn)題的解決方案來(lái)受益于3D工作流的優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)10可以結(jié)合工作站或控制臺(tái)42工作或者被集成在工作站或控制臺(tái)42中，從所述工作站或控制臺(tái)監(jiān)督和/或管理流程。工作站42優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)處理器44和用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器46。存儲(chǔ)器46可以存儲(chǔ)被配置為解釋來(lái)自傳感器22的反饋信號(hào)的解釋模塊45。解釋模塊45被配置為采用所述信號(hào)反饋(和任何其他反饋，例如，電磁(EM)跟蹤)來(lái)重建針14或其他醫(yī)學(xué)設(shè)備或儀器的位置和取向。其他醫(yī)學(xué)設(shè)備可以包括導(dǎo)管、導(dǎo)絲、探頭、內(nèi)窺鏡、機(jī)器人、電極、濾波器設(shè)備、球囊設(shè)備或其他醫(yī)學(xué)部件等。

在一個(gè)實(shí)施例中，工作站42包括圖像處理模塊48，所述圖像處理模塊48被配置為從傳感器22接收反饋，并且進(jìn)一步處理信息以確定體積(對(duì)象)54內(nèi)的傳感器22的位置和取向?？臻g或體積54的圖像50能夠被生成并且被顯示在顯示設(shè)備52上，其指示實(shí)況圖像中的針14(和其他部件)的表示53的位置和取向。

解釋模塊45也能夠被配置為確定其中將在對(duì)象54中獲取活檢樣本的估計(jì)的位置/目標(biāo)55。解釋模塊45可以將該信息傳達(dá)到圖像處理模塊48以生成示出對(duì)所估計(jì)的位置的部位來(lái)輔助用戶的圖像。該圖像可以包括線或其他形狀，以提供視覺(jué)指示器(53)。

工作站42包括用于查看對(duì)象(患者)或體積54的內(nèi)部圖像的顯示器52，并且可以包括作為疊加圖或其他繪制的圖像，所述疊加圖或其他繪制具有傳感器22的表示23、針14的表示53、目標(biāo)55的表示、解剖特征等。顯示器52還可以允許用戶與工作站42或者其部件和功能或系統(tǒng)內(nèi)的任何其他元件交互。這還由接口60促進(jìn)，所述接口可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、觸覺(jué)設(shè)備或任何其他外設(shè)或控制，以允許來(lái)自工作站42的用戶反饋以及與工作站42的交互。

成像系統(tǒng)70(例如，實(shí)時(shí)地)被提供用于對(duì)針或其他儀器進(jìn)行成像以用于引導(dǎo)和定位。在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)70包括超聲成像系統(tǒng)，所述超聲成像系統(tǒng)采用成像探頭72。成像探頭72提供由傳感器22接收的超聲能量。傳感器22被電氣連接(無(wú)線地或者通過(guò)采用有線，未示出)到用于信號(hào)處理和放大的適配器電子器件26。適配器電子器件26繼而可以被連接到工作站42，在工作站42中，解釋模塊45進(jìn)一步處理所述信號(hào)，將針14或其他儀器(和其他部件)配準(zhǔn)到由成像系統(tǒng)70收集的圖像。盡管成像系統(tǒng)70被描述為超聲成像系統(tǒng)70，但是可以采用其他成像技術(shù)。

解釋模塊45可以被用于解釋跟蹤的3D圖像體積76，以確定活檢工具或針14相對(duì)于當(dāng)前圖像切片或圖像78的位置和取向。解釋模塊45選擇的圖像切片78，例如，2D TRUS/MR圖像切片，以進(jìn)行顯示，因此其包含(一個(gè)或多個(gè))實(shí)時(shí)跟蹤的工具位置。解釋模塊45采用包括全部或一些可跟蹤特征(例如，傳感器位置、儀器位置、活檢/目標(biāo)部位等)的視場(chǎng)。使用位置(例如，深度)，解釋模塊45選擇最好地限定針14上的傳感器22與活檢部位之間的關(guān)系的圖像切片(50)。解釋模塊45可以選擇其中所有可跟蹤位置存在的平面或者可以基于最好地示出所述關(guān)系的存儲(chǔ)在解釋模塊45中的準(zhǔn)則來(lái)選擇另一平面。所述準(zhǔn)則可以包括用于最佳地查看內(nèi)部器官、最佳地查看目標(biāo)、最佳地查看針或其他儀器等的角度?；顧z工具或針14可以被疊加圖在要在顯示器52上查看的適當(dāng)切片(例如，TRUS/MR切片、傾斜MR切片)上。疊加圖80可以被生成為針14的表示、針的圖像等。

參考圖2，示出了相對(duì)于當(dāng)前2D TRUS圖像102的活檢工具的說(shuō)明性可視化。注意，在3D使用的情況(其正被解決)下，該2D圖像102是由3D探頭中的元件的子集形成的平面。該范例是針對(duì)經(jīng)會(huì)陰活檢流程的。TRUS圖像102是前列腺的矢狀視圖。活檢工具或針118在圖像的右側(cè)通過(guò)會(huì)陰進(jìn)入。工具118被裝備有兩個(gè)傳感器120和122(例如，用于原位跟蹤)。圓形126和128的尺寸分別指示該傳感器120、122距所顯示的2D圖像平面的距離。注意，在該圖示中，傳感器122出平面1.2cm，并且傳感器120出平面0.7cm。還注意，活檢部位116被估計(jì)為在當(dāng)前圖像平面中(平面內(nèi))。因此，本原理使得能夠識(shí)別在給定圖像平面中的活檢部位116，即使工具本身不在圖像平面中。虛線指示估計(jì)的活檢工具桿118(在當(dāng)前圖像平面中的投影)。

(一個(gè)或多個(gè))傳感器120、122的實(shí)時(shí)3D跟蹤位置被用于定量地估計(jì)其相對(duì)于圖像102的當(dāng)前2D成像平面(例如，頁(yè)面的平面)的部位。每個(gè)傳感器120、122能夠由不同尺寸(例如，尺寸越大，其距當(dāng)前圖像平面越遠(yuǎn))的圓形連同其距當(dāng)前圖像平面的距離來(lái)表示。還可以顯示其他形狀或信息。因?yàn)樵?維中計(jì)算傳感器位置，因此能夠計(jì)算距當(dāng)前平面的絕對(duì)距離。

針對(duì)經(jīng)會(huì)陰活檢流程，2D TRUS圖像102(前列腺的矢狀視圖)提供由3D探頭中的元件的子集形成的平面?；顧z工具118以及其兩個(gè)傳感器120、122(連接到其)在右側(cè)通過(guò)會(huì)陰進(jìn)入。應(yīng)當(dāng)理解，可以采用多于兩個(gè)傳感器。傳感器120、122使用超聲反饋來(lái)定位；信號(hào)被用于在圖像空間中對(duì)傳感器120、122進(jìn)行定位。傳感器120、122的位置由解釋模塊45(圖1)來(lái)解釋，并且諸如圓形126、128的形狀被生成以指示傳感器120、122相對(duì)于成像平面的位置。圓形126、128的尺寸例如指示傳感器距所顯示的2D圖像平面的距離，例如，傳感器122出平面(在L-R方向上)1.2cm并且傳感器120出平面0.7cm。所投影的活檢樣本部位被估計(jì)為在當(dāng)前圖像平面中；因此，所述方法使得能夠識(shí)別在給定圖像平面中的活檢部位，即使工具本身不在該圖像平面中。盡管此處針對(duì)經(jīng)會(huì)陰活檢圖示了該實(shí)施例，但是本原理也可應(yīng)用于其他流程，例如，經(jīng)直腸活檢、經(jīng)會(huì)陰或經(jīng)直腸治療(和在3D US圖像引導(dǎo)下執(zhí)行的其他介入流程)。同樣地，盡管已經(jīng)指示了兩個(gè)傳感器，但是設(shè)想到了多于兩個(gè)傳感器。一個(gè)傳感器也可能使用其他數(shù)據(jù)。利用一個(gè)傳感器，當(dāng)使用僅傳感器數(shù)據(jù)時(shí)僅可以實(shí)現(xiàn)位置估計(jì)，因?yàn)椴荒軌騼H利用一個(gè)傳感器確定工具的取向。在模板/網(wǎng)格被利用(并且被配準(zhǔn)到3D圖像)的情況下，網(wǎng)格進(jìn)入點(diǎn)可以與估計(jì)的傳感器部位相組合，以估計(jì)工具的取向。

參考圖3，2D US圖像202包括具有兩個(gè)傳感器220、222的活檢工具桿204以及所估計(jì)的活檢部位226，其全部處在圖像平面(頁(yè)面的平面)中。所顯示的2D TRUS圖像202被實(shí)時(shí)繪制(從實(shí)況3D圖像)為與活檢工具桿204的當(dāng)前位置和姿態(tài)一致。在工具204被推進(jìn)時(shí)，通過(guò)改變對(duì)3D探頭陣列的元件的子集的選擇來(lái)更新在屏幕上的2D圖像202。注意，理論上存在能夠包含活檢工具204(其實(shí)質(zhì)上是線)的無(wú)限平面。然而，使用3D探頭陣列的元件，這樣的平面將是唯一的。換言之，兩個(gè)或三個(gè)參考點(diǎn)的平面內(nèi)位置被用于選擇視圖平面。該特征提供活檢工具附近的解剖結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)視圖，所述實(shí)時(shí)視圖在工具204的插入期間會(huì)是尤其有用的。

參考圖4，2D MR圖像302被繪制為包括活檢工具桿314。注意，兩者傳感器320、322和估計(jì)的活檢部位326全部處在圖像平面中，注意，MR圖像302中的較大的軟組織對(duì)比度使得導(dǎo)航更容易。已知的TRUS-MR配準(zhǔn)被用于連續(xù)地更新和顯示包括活檢工具314的3D MR切片。在工具314被推進(jìn)時(shí)，屏幕上的2D MR圖像302被更新。這提供附加的值，因?yàn)樵贛R圖像302中對(duì)活檢工具314進(jìn)行導(dǎo)航更為直觀，所述MR圖像提供更豐富的軟組織信息。如果局部活檢目標(biāo)在MR圖像302中被描繪，則所述方法實(shí)現(xiàn)以更準(zhǔn)確和用戶友好的方式的針對(duì)MR活檢目標(biāo)330(希望的部位)的工具引導(dǎo)。虛線圓形可以被用于指示在活檢針從當(dāng)前部位開(kāi)火時(shí)將從其進(jìn)行活檢的估計(jì)的部位326。

根據(jù)本實(shí)施例，實(shí)況3D TRUS被提供。在這樣的情況下，能夠潛在地在不移動(dòng)(或者通過(guò)最低限度地移動(dòng))TRUS探頭的情況下對(duì)前列腺進(jìn)行成像，從而得到更準(zhǔn)確的TRUS-MR配準(zhǔn)。這輔助通過(guò)以用戶友好和直觀的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)活檢工具的識(shí)別和顯示來(lái)采用用于介入流程的3D工作流。

超聲跟蹤技術(shù)(原位)的使用能夠被用于更準(zhǔn)確地估計(jì)活檢樣本的真實(shí)部位。例如，原位技術(shù)能夠被用于通過(guò)分析在成像探頭的波束掃掠FOV時(shí)由傳感器接收的信號(hào)來(lái)估計(jì)診斷B模式圖像的視場(chǎng)(FOV)中的一個(gè)或多個(gè)無(wú)源超聲傳感器(例如，PZT、PVDF、共聚物或其他壓電材料)的位置。渡越時(shí)間測(cè)量結(jié)果能夠被用于提供(一個(gè)或多個(gè))傳感器(圖1)距成像陣列的軸向/徑向距離，而幅度測(cè)量結(jié)果和波束開(kāi)火序列的知識(shí)能夠被用于提供(或確定)傳感器的橫向和角度位置。當(dāng)與3D換能器(例如，2D矩陣陣列)(US成像探頭)一起使用時(shí)，還能夠以類似的方式獲得傳感器的仰角位置。因此，能夠?qū)崟r(shí)地估計(jì)傳感器的3D位置，只要其存在于成像換能器的FOV內(nèi)。

在成像探頭的波束掃掠視場(chǎng)時(shí)，傳感器被動(dòng)地聽(tīng)取撞擊在其上的超聲波。對(duì)這些信號(hào)的分析產(chǎn)生在超聲圖像的參考系中的傳感器的位置。所述位置然后能夠被疊加圖在超聲圖像上以用于增強(qiáng)的可視化，并且所述位置以及其歷史能夠被記錄以用于跟蹤、分割和其他應(yīng)用。其中存在兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)或參考的圖像切片可以被選擇用于可視化以進(jìn)一步改進(jìn)使用。當(dāng)與3D換能器(例如，2D矩陣陣列)一起使用時(shí)，還能夠以類似的方式獲得傳感器的仰角位置。因此，能夠?qū)崟r(shí)地估計(jì)傳感器的3D位置，只要其存在于成像換能器的FOV內(nèi)。因?yàn)槟軌虼_認(rèn)傳感器的3D位置，因此例如還能夠估計(jì)該傳感器相對(duì)于給定2D圖像平面的部位。

參考圖5，說(shuō)明性地示出了用于跟蹤醫(yī)學(xué)儀器的方法。在方框402中，檢測(cè)沿著儀器的長(zhǎng)度設(shè)置的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置。所述傳感器優(yōu)選與鄰近的傳感器間隔開(kāi)以提供取向信息以及儀器的位置。在方框404中，從多個(gè)圖像切片選擇并且更新圖像切片。所選擇的圖像切片可以根據(jù)參考位置來(lái)選擇?？梢栽谌S體積中跟蹤相對(duì)位置，所述三維體積被解釋為界定有用圖像切片。例如，有用圖像切片可以包括相對(duì)于三圍體積中的目標(biāo)的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器。將圖像切片與三維體積配準(zhǔn)。根據(jù)傳感器移動(dòng)來(lái)更新圖像切片。以這種方式，能夠在不移動(dòng)成像探頭的情況下更新圖像。

在方框406中，圖像切片被選擇為包括至少一個(gè)平面內(nèi)參考位置(例如，傳感器位置、儀器位置、目標(biāo)位置等)。在方框408中，使用三維體積選擇圖像切片。可以使用實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)來(lái)跟蹤并且解釋儀器的三維(3D)位置和取向以確定例如包括相對(duì)于目標(biāo)的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的切片。也可以使用來(lái)自儀器的所跟蹤的三維(3D)位置和取向的圖像來(lái)配準(zhǔn)和解釋來(lái)自三維體積的圖像切片，所述圖像可以包括相對(duì)于使用實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)收集的當(dāng)前圖像切片的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的表示。另外，可以利用來(lái)自第二補(bǔ)充成像模態(tài)的配準(zhǔn)的圖像來(lái)查看圖像中的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置。

在方框410中，生成疊加圖，所述疊加圖指示圖像切片中的參考位置。所述參考位置可以包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器以及與從顯示界面中的圖像切片的相對(duì)偏移。在方框412中，生成所述疊加圖以表示如下中的一項(xiàng)或多項(xiàng)：估計(jì)的活檢部位和儀器部位。在方框414中，生成疊加圖以表示針對(duì)每個(gè)參考位置的形狀和/或偏移距離中的至少一個(gè)，其中，所述形狀可以相對(duì)于偏移距離的幅度成比例地定尺寸。在方框416中，根據(jù)來(lái)自包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的位置和與圖像切片的相對(duì)偏移的疊加圖的反饋來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行定位和取向。

參考圖6，說(shuō)明性地示出了用于選擇針對(duì)在針對(duì)介入流程醫(yī)學(xué)儀器中的成像工作流中的工具和解剖結(jié)構(gòu)可視化的透視的方法。在方框502中，提供了根據(jù)本原理的系統(tǒng)。第一成像模態(tài)(例如，實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，例如，超聲、X射線等)被用于獲得體積的2D圖像，第二補(bǔ)充模態(tài)(例如，MR、CT、PET等)還可以被用于將其圖像配準(zhǔn)到第一模態(tài)，以提供對(duì)圖像顯示的增強(qiáng)。使用被設(shè)置在儀器上的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器來(lái)跟蹤醫(yī)學(xué)儀器，例如針。在方框504中，所述儀器被定位在體積內(nèi)。在流程期間的任何時(shí)間處，可以執(zhí)行如下方框506、508和/或510中的一項(xiàng)或多項(xiàng)以提供透視并且提供更加用戶友好的視覺(jué)交互。

在方框506中，用戶(臨床醫(yī)師)選擇包括活檢目標(biāo)和解剖結(jié)構(gòu)的特定區(qū)而不必包括儀器的2D平面。在這種情況(傳感器跟蹤)下，意圖是提供關(guān)于每個(gè)傳感器(并且因此，儀器)距選定的2D成像平面多遠(yuǎn)的信息。這可以允許用戶確認(rèn)儀器距目標(biāo)的路徑中的任何敏感區(qū)(“禁飛區(qū)”，諸如，例如尿道)足夠遠(yuǎn)。在該實(shí)施例中選擇的2D圖像平面的范例能夠?yàn)橛僧?dāng)前可用2D TRUS探頭成像的常規(guī)矢狀圖像平面。

在方框508中，用戶可能希望查看包括儀器的姿態(tài)的2D平面，以查看當(dāng)前圍繞儀器(儀器跟蹤)的解剖結(jié)構(gòu)。這樣的2D圖像平面的范例能夠?yàn)榘▓D像姿態(tài)的傾斜平面(取決于實(shí)現(xiàn)的姿態(tài)，這可能不同于真實(shí)矢狀平面)。

在方框510中，用戶可能希望在選定的平面中但是采用來(lái)自次級(jí)成像源的信息來(lái)查看儀器。儀器平面類似于方框510中所描述的被選擇，除了可視化的2D圖像平面來(lái)自配準(zhǔn)的第二補(bǔ)充成像模態(tài)(例如，MRI、PET、PET-CT等)。這允許基于US的設(shè)備跟蹤與從第二成像模態(tài)可用的較好的解剖信息相組合的益處。

在方框512中，流程繼續(xù)。在任何時(shí)間處，用戶可以選擇采用方框506、508和/或510中的任一個(gè)，以輔助執(zhí)行流程。注意，可以在圖5中描繪的方法中的任何點(diǎn)處調(diào)出和執(zhí)行方框506、508和/或510的功能。能夠取決于臨床需要在介入流程期間的任何時(shí)間處執(zhí)行方框506、508和/或510中的每個(gè)。

在解釋權(quán)利要求書時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解：

a)詞語(yǔ)“包括”不排除除了在給定的權(quán)利要求中列出的元件或動(dòng)作以外的其他元件或動(dòng)作的存在；

b)元件前面的詞語(yǔ)“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這樣的元件的存在；

c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不限制其范圍；

d)若干“單元”可以由相同項(xiàng)或者硬件或軟件實(shí)施的結(jié)構(gòu)或功能來(lái)表示；并且

e)除非明確地指示，否則并不旨在要求動(dòng)作的具體順序。

已經(jīng)描述了針對(duì)在針對(duì)介入流程的3D成像工作流中的智能實(shí)時(shí)工具和解剖結(jié)構(gòu)可視化的優(yōu)選實(shí)施例(其旨在為說(shuō)明性的而非限制性的)，應(yīng)當(dāng)指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠鑒于以上教導(dǎo)而做出修改和變型。因此應(yīng)當(dāng)理解，可以在所公開(kāi)的本公開(kāi)的特定實(shí)施例中做出變化，所述變化在如權(quán)利要求書所概括的本文所公開(kāi)的實(shí)施例的范圍內(nèi)。因而已經(jīng)描述了專利法所要求的細(xì)節(jié)和特性，由專利證書所主張并期望保護(hù)的內(nèi)容在權(quán)利要求書中得到闡述。