在运动器官的成像期间的参考库扩展制造技术

在图像引导的治疗程序期间获取的图像有时超过之前为了监测和/或调整治疗所获取的参考库的范围。在该情况下，参考库可以基于新获取的治疗图像和/或其他可用信息被动态地和/或实时地扩展。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在运动器官的成像期间的参考库扩展相关申请的交叉引用本申请要求在2012年2月6日提交的美国临时专利申请No.61/595,338和No.61/595,341的优先权和权益，并且其全部内容通过引用包含于此。还参考了与此相同日期提交的题为“Reference-BasedMotionTrackingDuringNon-InvasiveTherapy”的PCT申请。
本专利技术涉及基于参考的成像应用，并且尤其涉及基于参考的磁共振成像(MRI)。各种实施例涉及用于在图像引导的非侵入式治疗中的温度测量或器官跟踪的运动补偿。
技术介绍
内部身体组织的磁共振(MR)成像可以用于许多医疗程序，包括诊断和外科手术。通常，如图1所示的MRI系统100包括静态场磁体102、一个或多个梯度场线圈104、射频(RF)发射器106、和RF接收器(未示出)。(在一些实施例中，使用相同的装置可替代地作为RF发射器或接收器。)磁体包括用于将患者110容纳其中并在患者上提供静态的相对均匀的磁场的区域108，其使得氢核自旋以对准并围绕磁场的总体方向旋进。自旋对准创建组织中的净磁化，其通常取决于组织的类型并且可以由此可以用于创建MR图像中的对比度。由梯度场线圈104生成的随时间变化的磁场梯度与静态磁场重叠以通过时空改变自旋的旋进频率来对空间信息进行编码。RF发射器106在患者110上发射RF脉冲序列以使得对准的自旋中的一些在短暂的高能未对准状态和对准状态之间交替，从而感应RF响应信号，其被称为MR回波或MR响应信号。为了获得MR图像，MR响应信号在整个(二维或三维)成像区域上积分并由RF接收器采样以产生构成原始图像数据的响应信号的时间序列。该原始数据被传递至计算单元112。时间序列中的每个数据点可以被解释为k空间(即，波矢量空间)中特定点处的依赖于位置的局部磁化的傅里叶变换的值，其中，波矢量k是梯度场的时间进展的函数。由此，通过对响应信号的时间序列进行傅里叶变换，计算单元112可以从原始数据重建组织的实空间图像(即，示出作为空间坐标的函数的所测量的磁化影响的组织性质的图像)。实空间MR图像之后可以向用户显示。MRI系统100可以用来规划医疗程序，以及在程序期间协助定位和引导医疗器械并监视治疗进展。例如，在患者在MRI机器中的同时，可以使用医疗器械对患者执行医疗程序。医疗器械可以被插入患者中，或者非侵入式地使用，即在组织中产生治疗或诊断效果时放置在患者外部。MRI可以用于对患者的解剖区域成像，定位区域内的治疗目标，(优选地实时地)监测医疗器械(或其效果的焦点)相对于目标的位置，和/或监测目标组织中和周围的温度。例如，医疗器械可以是聚焦超声装置114，其位于患者身体外部并且将超声能量聚焦至患者体内。超声波很好地穿透软组织，并且由于其短的波长，可以聚焦至具有几毫米的尺寸的斑点；因此，其可以用于高度定位的非侵入式外科手术——例如，在不对周围健康组织产生显著损害的情况下消融、凝固或以其他方式使癌组织坏死。超声聚焦系统一般利用声换能器表面或换能器表面的阵列以生成超声波束。换能器可以在几何上成形和定位以使得超声能量聚焦在与患者内的目标组织块相对应的“聚焦区域”。在波穿过组织传播期间，超声能量的一部分被吸收，引起温度升高以及最终细胞坏死——优选地在聚焦区域中的目标组织块。换能器阵列的各个表面或“元件”通常是单独可控的，即它们的相位和/或振幅可以被相互独立地设置(例如，使用具有合适延迟的“波束形成器”和用于元件的放大器电路)，允许波束在期望方向上前进，在期望距离处聚焦，并使其波束轮廓符合期望形状。由此，聚焦区域可以通过独立地调节输入至换能器元件中的电信号的振幅和相位来快速位移和/或再成形；换句话说，换能器元件可操作为相位阵列。在MR引导的聚焦超声(MRgFUS)治疗中，患者运动(诸如由于呼吸的周期运动或随机移动)可能对治疗效果和安全性造成相当大的挑战。需要补偿运动以确保超声波束维持聚焦在目标上并且不损害周围的健康组织。在MRgFUS系统中，运动补偿一般通过跟踪图像中的目标并基于所跟踪的位置控制超声波束来完成。目标跟踪的一种方式涉及直接确定图像中目标的坐标或相对于目标位于固定位置的可容易识别的“解剖标志”的坐标。在可替换方法中，连续图像之间的相对偏移通过将一个图像与另一图像的大量的计算上偏移的副本相关联，并且选择提供最好匹配的偏移图像来确定。在任一情况中，花费了大量的图像处理时间来确定目标位置。由此，如果对在治疗期间获取的图像进行了这种图像处理，有效的成像速率通常显著增大，这通常阻碍了实时运动补偿。这可能导致波束靶标的不精确性和/或迫使治疗中断来校正由于目标组织或器官的位移引起的任何错位。为了避免这些问题并便于实时的目标跟踪，可以在治疗之前获取并分析覆盖预期范围的患者运动内的不同阶段的参考图像的库。每个参考图像内目标(或感兴趣的其他对象)的位置与相应图像一起或者与相应图像相关联地存储在例如集成参考记录中。随着实际治疗进行，实时获取的图像与库中的参考图像相关联以基于图像相似度确定匹配。之后，从与相应参考图像相关联的位置信息推断出目标区域在所获取治疗图像中的位置。因为图像匹配一般比检测和定位图像内的对象更少地涉及计算，因而该方法可以实现治疗期间处理时间的显著节省，由此便于实时跟踪。运动补偿在基于MR的温度测量(即从所监测解剖区域的MR图像生成其温度标测图)中也是有关的，其中，其同样可以受益于在治疗之前获取的参考库。温度测量便于监测目标组织的热治疗的进展，以例如确保非目标组织不被疏忽地加热至超出临床可容忍水平。在可用于MR温度测量的各种方法中，质子共振频率(PRF)偏移方法通常是最佳的，这是由于其对于温度变化的出色的线性、与组织类型几乎无关、以及具有高的空间和时间分辨率的温度标测图获取。PRF偏移方法基于以下现象：水分子中质子的MR共振频率随着温度线性改变(具有有利地在组织类型之间相对恒定的比例常数)。由于频率随温度的变化很小，对于大体积水仅-0.01ppm/℃以及组织中大约-0.0096至-0.013ppm/℃，PRF偏移通常利用相位敏感成像方法来检测，其中进行两次成像：首先，在温度改变之前获取基线(或参考)PRF相位图像，之后在温度改变之后获取第二相位图像——即，治疗图像，从而捕获与温度变化成比例的小的相位变化。温度变化的标测图之后可以从(重建的，即实空间)图像通过以下来计算：在逐个像素基础上确定基线图像和治疗图像之间的相位差，并在考虑诸如静磁场的强度和(例如梯度回波的)回波时间(TE)的情况下基于PRF温度依赖性来将相位差转换成温度差。此外，如果在获得基线图像时成像区域中的温度分布是已知的，则温度差标测图可以被添加至基线温度以获得与治疗图像相对应的绝对温度分布。获得治疗图像的温度(差)标测图的能力取决于合适参考图像的存在，即，根据温度分布反映包括感兴趣对象的位置的成像状况的图像，成像状况在获取治疗图像时存在。如果感兴趣区域是静止的(如通常例如前列腺和子宫束那样)，单个参考(或基线)图像可以足够。然而，通常，患者——以及随他被监测的区域或者其中的一个或多个器官——在治疗期间移动；这种运动可以是周期性的(例如，由于呼吸)或突发的和随机的。在该情况下，覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在解剖区域的治疗期间监测所述解剖区域的方法，该方法包括：(a)在所述治疗之前，建立所述解剖区域的参考图像记录的库，每个参考图像记录包括至少一个参考图像；(b)在所述治疗期间，重复地(i)获取所述解剖区域的治疗图像；(ii)根据图像相似度标准来判断来自所述库的参考图像是否匹配所获取的治疗图像；(iii)如果根据所述图像相似度标准，所述库中的参考图像都不匹配所获取的治疗图像，则至少部分地基于所获取治疗图像或之前治疗图像中的至少一个、通过将包括新的参考图像的新的参考图像记录添加至所述库来扩展参考库；以及(c)至少部分地基于所获取的治疗图像和所述参考库来监测所述解剖区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.06 US 61/595338;2012.02.06 US 61/5953411.一种用于在治疗期间监测解剖区域的系统，所述系统包括：(a)成像设备，用于对所述解剖区域成像；(b)存储器，用于存储参考图像记录的库，其包括所述解剖区域的参考图像和与参考图像相关联的数据，与参考图像相关联的数据包括一个或多个感兴趣对象的相应位置或与参考图像相对应的热标测图；以及(c)计算单元，被配置为(i)在所述治疗期间重复地使所述成像设备获取所述解剖区域的治疗图像，(ii)根据图像相似度标准基于实空间或k空间图像数据比较所获取的治疗图像和所述库中的参考图像，来判断所述库中的参考图像中的任一个是否匹配所获取的治疗图像，(iii)如果所述库中的参考图像都不匹配所获取的治疗图像，则至少部分地基于所获取治疗图像或之前治疗图像中的至少一个、通过将包括新的参考图像和与新的参考图像相关联的数据的新的参考图像记录添加至所述库来扩展参考库，所述与新的参考图像相关联的数据包括一个或多个感兴趣对象的新的相应位置或与所述新的参考图像相对应的新的热标测图；(iv)至少部分地基于所获取的治疗图像和所扩展的参考库来监测所述解剖区域；以及(v)重复步骤(i)-(iv)直到连续治疗图像的最大可允许数量落入在步骤(b)中初始存储的所述参考图像记录的库之外。2.根据权利要求1所述的系统，还包括用于将治疗能量波束聚焦在所述解剖区域中的目标的超声换能器阵列。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述计算单元被配置为基于所述监测来调整所述波束。4.根据权利要求1所述的系统，其中，扩展参考库包括基于治疗图像或之前图像中的至少一个来估计解剖...

【专利技术属性】
技术研发人员：约阿夫·利维，约阿夫·麦丹，
申请(专利权)人：因赛泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL