多成像模态导航系统技术方案

一种方法包括：获得针对感兴趣体积的第一3D成像数据。所述第一3D成像数据包括结构成像数据和感兴趣目标组织。所述方法还包括获得2D成像数据。所述2D成像数据包括针对感兴趣体积的平面的结构成像数据。所述平面包括一组基准标记中的至少三个基准标记。所述方法还包括通过将所述至少三个基准标记与在所述第一3D成像数据中识别出的对应基准标记进行匹配并使用映射图，在所述第一3D成像数据中定位对应于所述2D成像数据的所述平面的平面，包括位置和取向。所述方法还包括视觉显示所述第一3D成像数据，其中所述2D成像数据在所述第一3D成像数据中定位的对应平面处被叠加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
以下总体上涉及成像，并由其适用于多成像模态导航系统。
技术介绍
超声成像系统包括将超声射束发射到检查视野的换能器阵列。当射束贯穿视野中的(例如，物体或对象的子部分的)结构时，射束的子部分从所述结构处衰减、散射和/或反射，其中一些反射(回波)贯穿返回换能器阵列。换能器阵列接收回波，所述回波被处理以生成物体或对象的子部分的图像。所述图像被视觉显示。超声成像在医学和非医学应用中得到广泛使用。医学应用的例子是超声引导活检。通常，活检是一种移除感兴趣组织(例如，前列腺、肺、乳房等)的小样本以供后续检查例如癌细胞的异常的过程。对于活检，将针插入通过皮肤并前进到进行采样的目标组织。通常响应于发现肿块、组织的异常物理增大等来执行活检。通过超声引导活检，超声用于帮助医生将针定位和/或导航到感兴趣组织。在Pelissier等人于2010年5月6日提交的、序列号为12/775,403、题目为“Freehand Ultrasound Imaging Systems and Method for Guiding FindElongate Instruments”中描述了一种非限制性的方法，所述文献通过引用全文合并于此。在‘403中，电磁传感器被附接到超声探头和针仪器上，并与监视其位置和取向的位置跟踪系统通信。在‘403中，将换能器探头抵靠患者放置，并采集2D数据。根据探头上的跟踪传感器来确定探头(以及针仪器附接到探头处的针)相对超声图像的位置。在‘403中，当针仪器没有附接到探头上时，一旦目标组织被定位，则根据针仪器上的跟踪传感器来确定针相对于超声图像的位置。两个场景都允许医生确定探头和/或针在3D空间中的位置。通过另一方法，来自第二模态的结构3D体积图像数据也用于进行引
导。MRI系统通常能够捕获富有内部结构和特征的高分辨率的3D数据。相比之下，超声能够以能支持实时交互的高采集率来捕获低分辨率到中高分辨率的二维和三维数据集。对于该方法，在活检之前采集3D MRI图像数据。然后，在活检期间，将2D超声数据与3D MRI数据融合。这已经包括分割以描述不同组织类型，之后将2D US数据和3D MRI数据进行配准。由这两种模态产生的数据集的规模和结构通常由于模态所捕获的不同物理信息而非常不同，需要初始“正规化”过程来重新映射数据集的一个或两者，从而使其尽可能接近结构上可比的空间。融合数据和跟踪系统用于将探头引导到根据结构图像数据识别出的目标组织。不幸的是，基于机电传感器的跟踪系统通常需要昂贵的设备和手动过程，以便提取关于恶性肿瘤的存在和程度的关键信息。甚至最新的基于超声和MRI融合的系统需要昂贵的基于硬件的跟踪技术。此外，由于对相关性和跟踪的不确定性，医生目前在目标组织和周围组织中获取比绝对必要多的样本。这会导致增加的过程时间和患者不适。
技术实现思路
本申请的各方面解决了上述和其它问题。在一个方面，一种方法包括：获得针对感兴趣体积的第一3D成像数据。所述第一3D成像数据包括结构成像数据和感兴趣目标组织。所述方法还包括获得2D成像数据。所述2D成像数据包括针对感兴趣体积的平面的结构成像数据。所述平面包括一组基准标记中的至少三个基准标记。所述方法还包括：通过将所述至少三个基准标记与在所述第一3D成像数据中识别出的对应基准标记进行匹配并使用映射图，在所述第一3D成像数据中定位对应于所述2D成像数据的所述平面的平面，包括位置和方向。所述方法还包括：视觉显示所述第一3D成像数据，其中所述2D成像数据在所述第一3D成像数据中定位的对应平面处被叠加。在另一方面，一种多模态导航系统，包括：成像数据处理器，其处理3D体积非US成像数据或3D体积US成像数据中的至少一个，产生第一图像数据和第二图像数据中的至少一个，其中，在3D体积非US成像数据和3D体积US成像数据中的至少一个中表示的结构被视觉增强。所述多模态
导航系统还包括：3D US成像数据到3D非US成像数据映射生成器，其融合所述3D体积非US成像数据和所述3D体积US成像数据中经处理的至少一个，并基于经融合的所述3D体积非US成像数据和所述3D体积US成像数据中经处理的至少一个，在其间生成映射。所述映射还将在所述3D体积非US成像数据中识别出的标记映射到3D US成像数据。所述映射还将在所述3D体积非US成像数据中识别出的目标组织映射到3D US成像数据。所述多模态导航系统还包括：2D US成像数据到3D非US成像数据组合器，其将2D US成像数据与所述3D非US成像数据进行组合。所述组合器基于所述映射和标记将2D US成像数据放置在3D非US成像数据中对应于相同平面的位置和取向处。所述多模态导航系统还包括显示器，其同时显示经组合的3D非US成像数据和2D US成像数据。在另一方面，一种编码有计算机可执行指令的计算机可读存储介质，当被处理器执行时，所述计算机可执行指令令所述处理器：基于US 3D成像数据与非US 3D成像数据之间的映射以及表示在所述US 3D成像数据和所述非US 3D成像二者中视觉呈现的结构的一组基准以及当前US 2D成像数据来跟踪US探头相对所述非US 3D成像数据的位置。所述计算机可执行指令在被处理器执行时，还令处理器：至少基于映射来建议所述US探头从所述US探头的当前位置到感兴趣目标组织的路径。本领域技术人员在阅读和理解所附说明书时可以想到本申请的其它方面。附图说明通过例子示出了本申请，且本申请不限制于附图中的图，在附图中相同的附图标记表示类似的元件，其中：图1示意性图示了示例性多模态导航系统；图2示意性图示了图1的多模态导航系统的示例性成像数据处理器、3D US成像数据到3D非US成像数据映射生成器、以及2D US成像数据到3D非US成像数据组合器；图3示意性图示了具有被附接到其US探头上的仪器导航引导件的示例性US成像系统；图4示意性图示了具有被附接到其外部的仪器导航引导件的示例性手持US成像系统；以及图5示意性图示了具有集成的仪器导航引导件的示例性手持US成像系统；以及图6图示了用于多模态导航的示例性方法。具体实施方式后文描述了一种用于在对利用US成像探头采集的2D成像数据和感兴趣体积的先前采集的3D成像数据的成像过程期间基于在2D成像数据和3D成像数据二者中视觉呈现的一组基准标记来跟踪US成像探头相对感兴趣体积的位置的方法。后文还描述了用于建议探头的移动以移动探头使得感兴趣目标组织处于探头的视野中的方法。例如，该方法结合例如前列腺的活检的应用便于定位感兴趣目标组织。在一个实例中，在不使用任何外部跟踪系统(例如，机电传感器)和/或从2D成像数据和/或3D成像数据中分割组织的情况下实现跟踪和/或移动。这样，本文描述的方法能够减轻基于硬件的跟踪，提供优异且更快速的位置识别，并减少整体过程成本和过程时间。图1示意性图示了与两个或更多个成像系统102连接的示例性多模态导航系统100。图示的多模态导航系统100从两个或更多个成像系统102接收成像数据。在图示的例子中，所述两个或更多个成像系统102包括至少一个非US成像系统104和US成像系统106。至少一个非US成像系统104生成3D结构成像数据。如本文所使用的，术语“结构成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：获得针对感兴趣体积的第一3D成像数据，其中，所述第一3D成像数据包括结构成像数据和感兴趣目标组织；获得2D成像数据，其中，所述2D成像数据包括针对所述感兴趣体积的平面的结构成像数据，其中，所述平面包括一组基准标记中的至少三个基准标记；通过将所述至少三个基准标记与在所述第一3D成像数据中识别出的对应的基准标记进行匹配并使用映射图，在所述第一3D成像数据中定位对应于所述2D成像数据的所述平面的平面，包括位置和取向；并且视觉显示所述第一3D成像数据，其中，所述2D成像数据在所述第一3D成像数据中定位的对应平面处被叠加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：获得针对感兴趣体积的第一3D成像数据，其中，所述第一3D成像数据包括结构成像数据和感兴趣目标组织；获得2D成像数据，其中，所述2D成像数据包括针对所述感兴趣体积的平面的结构成像数据，其中，所述平面包括一组基准标记中的至少三个基准标记；通过将所述至少三个基准标记与在所述第一3D成像数据中识别出的对应的基准标记进行匹配并使用映射图，在所述第一3D成像数据中定位对应于所述2D成像数据的所述平面的平面，包括位置和取向；并且视觉显示所述第一3D成像数据，其中，所述2D成像数据在所述第一3D成像数据中定位的对应平面处被叠加。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：获得针对所述感兴趣体积的第二3D成像数据，其中，所述第二3D成像数据包括结构成像数据和所述感兴趣目标组织，其中，所述第一成像数据和第二成像数据对应于不同的成像模态；并且基于在所述第一3D成像数据中识别出的所述一组基准标记来生成所述第一3D成像数据的体素与所述第二3D成像数据的体素之间的所述映射图，其中，所述映射图提供所述一组基准标记和所述目标组织到所述第二3D成像数据中的对应位置的映射。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述至少三个基准标记包括在所述第一3D成像数据和所述第二3D成像数据二者中视觉呈现的结构。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述结构包括组织的边缘或者两个不同组织之间的边界。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，还包括：视觉增强所述第一3D成像数据中的结构；在视觉增强的第一3D成像数据中识别所述目标组织；并且在所述视觉增强的第一3D成像数据中识别一组解剖基准标记。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述结构是通过应用梯度缩放或幅度缩放中的一个或多个来视觉增强的。7.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法，还包括：视觉增强所述第二3D成像数据中的结构。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述结构是通过以下中的至少一个来视觉增强的：从所述第二3D成像数据中移除散斑，或应用梯度缩放或幅度缩放中的一个或多个。9.根据权利要求7至8中的任一项所述的方法，还包括：将所述第一3D成像数据或所述第二3D成像数据中的至少一个的大小缩放为近似等于所述第二3D成像数据或所述第一3D成像数据中的至少一个的大小。10.根据权利要求7至8中的任一项所述的方法，还包括：缩放所述第一3D成像数据的和所述第二3D成像数据的每个体素的强度值，使得所述第一3D成像数据的和所述第二3D成像数据的总体强度近似相等。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，利用具有视野的US探头来采集所述2D成像数据，并且所述方法还包括：确定针对所述US探头的路径，所述路径被预测为将所述US探头从所述第一3D成像数据中的当前位置移动到所述目标组织处于所述US探头的所述视野中的位置，其中，所述路径基于在采集所述2D成像数据之前预定
\t数量的采集帧中采集到的2D成像数据。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述路径基于以下中的一个或多个：在帧之间所述US探头的移动的位置、速度、加速度或方向。13.根据权利要求11所述的方法，还包括：视觉显示示出被叠加到所显示的第一3D成像数据上的路径的标识，其中，所述标识示出预测的平移和旋转。14.根据权利要求2至13中的任一项所述的方法，其中，所述第一3D成像数据具有第一图像分辨率，并且所述第二3D成像数据具有第二图像分辨率，并且所述第一图像分辨率大于所述第二图像分辨率。15...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·A·阿科曼多，D·利布利希，J·P·奥康纳，L·普洛，
申请(专利权)人：模拟技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US