多成像模態導航系統的制作方法
【專利摘要】一種方法包括：獲得針對感興趣體積的第一3D成像數據。所述第一3D成像數據包括結構成像數據和感興趣目標組織。所述方法還包括獲得2D成像數據。所述2D成像數據包括針對感興趣體積的平面的結構成像數據。所述平面包括一組基準標記中的至少三個基準標記。所述方法還包括通過將所述至少三個基準標記與在所述第一3D成像數據中識別出的對應基準標記進行匹配并使用映射圖，在所述第一3D成像數據中定位對應于所述2D成像數據的所述平面的平面，包括位置和取向。所述方法還包括視覺顯示所述第一3D成像數據，其中所述2D成像數據在所述第一3D成像數據中定位的對應平面處被疊加。
【專利說明】
多成像模態導航系統
技術領域
[0001]以下總體上涉及成像，并由其適用于多成像模態導航系統。
【背景技術】
[0002]超聲成像系統包括將超聲射束發射到檢查視野的換能器陣列。當射束貫穿視野中的(例如，物體或對象的子部分的)結構時，射束的子部分從所述結構處衰減、散射和/或反射，其中一些反射(回波)貫穿返回換能器陣列。換能器陣列接收回波，所述回波被處理以生成物體或對象的子部分的圖像。所述圖像被視覺顯示。
[0003]超聲成像在醫學和非醫學應用中得到廣泛使用。醫學應用的例子是超聲引導活檢。通常，活檢是一種移除感興趣組織(例如，前列腺、肺、乳房等)的小樣本以供后續檢查例如癌細胞的異常的過程。對于活檢，將針插入通過皮膚并前進到進行采樣的目標組織。通常響應于發現腫塊、組織的異常物理增大等來執行活檢。
[0004]通過超聲引導活檢，超聲用于幫助醫生將針定位和/或導航到感興趣組織。在Pelissier等人于2010年5月6日提交的、序列號為12/775，403、題目為“FreehandUltrasound Imaging Systems and Method for Guiding Find Elongate Instruments”中描述了一種非限制性的方法，所述文獻通過引用全文合并于此。在‘403中，電磁傳感器被附接到超聲探頭和針儀器上，并與監視其位置和取向的位置跟蹤系統通信。
[0005]在‘403中，將換能器探頭抵靠患者放置，并采集2D數據。根據探頭上的跟蹤傳感器來確定探頭(以及針儀器附接到探頭處的針)相對超聲圖像的位置。在‘403中，當針儀器沒有附接到探頭上時，一旦目標組織被定位，則根據針儀器上的跟蹤傳感器來確定針相對于超聲圖像的位置。兩個場景都允許醫生確定探頭和/或針在3D空間中的位置。
[0006]通過另一方法，來自第二模態的結構3D體積圖像數據也用于進行引導。MRI系統通常能夠捕獲富有內部結構和特征的高分辨率的3D數據。相比之下，超聲能夠以能支持實時交互的高采集率來捕獲低分辨率到中高分辨率的二維和三維數據集。對于該方法，在活檢之前采集3D MRI圖像數據。然后，在活檢期間，將2D超聲數據與3D MRI數據融合。
[0007]這已經包括分割以描述不同組織類型，之后將2D US數據和3D MRI數據進行配準。由這兩種模態產生的數據集的規模和結構通常由于模態所捕獲的不同物理信息而非常不同，需要初始“正規化”過程來重新映射數據集的一個或兩者，從而使其盡可能接近結構上可比的空間。融合數據和跟蹤系統用于將探頭引導到根據結構圖像數據識別出的目標組織。
[0008]不幸的是，基于機電傳感器的跟蹤系統通常需要昂貴的設備和手動過程，以便提取關于惡性腫瘤的存在和程度的關鍵信息。甚至最新的基于超聲和MRI融合的系統需要昂貴的基于硬件的跟蹤技術。此外，由于對相關性和跟蹤的不確定性，醫生目前在目標組織和周圍組織中獲取比絕對必要多的樣本。這會導致增加的過程時間和患者不適。
【發明內容】
[0009]本申請的各方面解決了上述和其它問題。
[0010]在一個方面，一種方法包括:獲得針對感興趣體積的第一3D成像數據。所述第一 3D成像數據包括結構成像數據和感興趣目標組織。所述方法還包括獲得2D成像數據。所述2D成像數據包括針對感興趣體積的平面的結構成像數據。所述平面包括一組基準標記中的至少三個基準標記。所述方法還包括:通過將所述至少三個基準標記與在所述第一 3D成像數據中識別出的對應基準標記進行匹配并使用映射圖，在所述第一3D成像數據中定位對應于所述2D成像數據的所述平面的平面，包括位置和方向。所述方法還包括:視覺顯示所述第一3D成像數據，其中所述2D成像數據在所述第一 3D成像數據中定位的對應平面處被疊加。
[0011]在另一方面，一種多模態導航系統，包括:成像數據處理器，其處理3D體積非US成像數據或3D體積US成像數據中的至少一個，產生第一圖像數據和第二圖像數據中的至少一個，其中，在3D體積非US成像數據和3D體積US成像數據中的至少一個中表示的結構被視覺增強。所述多模態導航系統還包括:3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器，其融合所述3D體積非US成像數據和所述3D體積US成像數據中經處理的至少一個，并基于經融合的所述3D體積非US成像數據和所述3D體積US成像數據中經處理的至少一個，在其間生成映射。所述映射還將在所述3D體積非US成像數據中識別出的標記映射到3D US成像數據。所述映射還將在所述3D體積非US成像數據中識別出的目標組織映射到3D US成像數據。所述多模態導航系統還包括:2D US成像數據到3D非US成像數據組合器，其將2D US成像數據與所述3D非US成像數據進行組合。所述組合器基于所述映射和標記將2D US成像數據放置在3D非US成像數據中對應于相同平面的位置和取向處。所述多模態導航系統還包括顯示器，其同時顯示經組合的3D非US成像數據和2D US成像數據。
[0012]在另一方面，一種編碼有計算機可執行指令的計算機可讀存儲介質，當被處理器執行時，所述計算機可執行指令令所述處理器:基于US 3D成像數據與非US 3D成像數據之間的映射以及表示在所述US 3D成像數據和所述非US 3D成像二者中視覺呈現的結構的一組基準以及當前US 2D成像數據來跟蹤US探頭相對所述非US 3D成像數據的位置。所述計算機可執行指令在被處理器執行時，還令處理器:至少基于映射來建議所述US探頭從所述US探頭的當前位置到感興趣目標組織的路徑。
[0013]本領域技術人員在閱讀和理解所附說明書時可以想到本申請的其它方面。
【附圖說明】
[0014]通過例子示出了本申請，且本申請不限制于附圖中的圖，在附圖中相同的附圖標記表示類似的元件，其中:
[0015]圖1示意性圖示了示例性多模態導航系統；
[0016]圖2示意性圖示了圖1的多模態導航系統的示例性成像數據處理器、3DUS成像數據到3D非US成像數據映射生成器、以及2D US成像數據到3D非US成像數據組合器；
[0017]圖3示意性圖示了具有被附接到其US探頭上的儀器導航引導件的示例性US成像系統；
[0018]圖4示意性圖示了具有被附接到其外部的儀器導航引導件的示例性手持US成像系統；以及
[0019]圖5示意性圖示了具有集成的儀器導航引導件的示例性手持US成像系統；以及
[0020]圖6圖示了用于多模態導航的示例性方法。
【具體實施方式】
[0021]后文描述了一種用于在對利用US成像探頭采集的2D成像數據和感興趣體積的先前采集的3D成像數據的成像過程期間基于在2D成像數據和3D成像數據二者中視覺呈現的一組基準標記來跟蹤US成像探頭相對感興趣體積的位置的方法。后文還描述了用于建議探頭的移動以移動探頭使得感興趣目標組織處于探頭的視野中的方法。
[0022]例如，該方法結合例如前列腺的活檢的應用便于定位感興趣目標組織。在一個實例中，在不使用任何外部跟蹤系統(例如，機電傳感器)和/或從2D成像數據和/或3D成像數據中分割組織的情況下實現跟蹤和/或移動。這樣，本文描述的方法能夠減輕基于硬件的跟蹤，提供優異且更快速的位置識別，并減少整體過程成本和過程時間。
[0023]圖1示意性圖示了與兩個或更多個成像系統102連接的示例性多模態導航系統100。圖示的多模態導航系統100從兩個或更多個成像系統102接收成像數據。在圖示的例子中，所述兩個或更多個成像系統102包括至少一個非US成像系統104和US成像系統106。
[0024]至少一個非US成像系統104生成3D結構成像數據。如本文所使用的，術語“結構成像數據”指的是包括具有對應于掃描結構(例如，器官、骨骼、腫瘤等)的值的體素的成像數據，這與其體素表示功能(例如，新陳代謝變化、造影劑吸收/分散等)的功能成像數據相反。
[0025]非US成像系統104例如是MRI成像系統、CT成像系統等。在變型中，從數據儲存庫獲得非US 3D成像數據，所述數據儲存庫例如是放射信息系統(RIS)、醫院信息系統(HIS)、電子醫學記錄(EMR)和/或其它數據儲存庫。此外，非US 3D成像數據可以包括來自多于一個成像系統的3D成像數據。
[0026]US成像系統106生成3D和2D結構US成像數據。US成像數據通常具有比非US成像數據低的分辨率。在生成初始3D成像數據以及之后后續2D成像數據或者后續2D成像數據和后續3D成像數據的過程期間，采用US成像系統106。對于后者，例如，這可以包括在預定數量的2D US成像數據幀之后生成3D US成像數據。利用前列腺活檢過程，當用戶引導探頭到目標位置進行采樣時，以固定時間間隔(例如，幾分之一秒)采集2D US成像數據。
[0027]多模態導航系統100包括成像數據處理器108。成像數據處理器108處理非US3D成像數據和/或US 3D成像數據。如下文更詳細描述的，在一個實例中，這種處理包括視覺增強在非US 3D成像數據和/或US 3D成像數據中表示的解剖結構，繪制比在處理前結構上更類似的圖像數據集。
[0028]多模態導航系統100還包括3DUS成像數據到3D非US成像數據映射生成器IlOdDUS成像數據到3D非US成像數據映射生成器110生成3D US成像數據與3D非US成像數據之間的映射。如下文更詳細描述的，所述映射基于增強結構和在3D非US成像數據中識別出的一組初始基準標記。所述基準標記可以包括解剖基準標記、組織基準標記和/或基準標記。
[0029]所述映射允許在3D非US成像數據中識別出的一個或多個目標組織被定位在3DUS成像數據中。所述映射還允許所述一組初始基準標記被定位在3D US成像數據中。一旦映射，就能夠識別出對應于在兩類成像數據(低、中和高分辨率)中視覺呈現的結構的一個或多個額外基準標記。手動或半自動識別初始和/或額外的基準標記。
[0030]多模態導航系統100還包括2DUS成像數據到3D非US成像數據組合器112。該組合器112將當前2D US成像數據與非US 3D成像數據進行組合。如下文更詳細描述的，這包括將2D US成像數據的基準標記與非US 3D成像數據中的基準標記進行匹配，其使得當前2D US成像數據與在非US 3D成像數據中的平面和取向匹配。
[0031]多模態導航系統100還包括路徑建議器114，其根據US探頭的當前位置來建議將US探頭放置到目標組織(或其它識別出的組織)將處于US探頭的視野中的目標組織位置處的路徑。在根據導出例如其間的US探頭的速度、加速度、方向等的信息基于(存儲于存儲器116中的)一個或多個采集幀的期間采集到的2D US成像數據，來建議所述路徑。
[0032]多模態導航系統100還包括顯示器118。在一個實例中，顯示3D非US成像數據，其中，當前2D US圖像數據被疊加到其上。這允許用戶視覺看到當前US探頭相對在非US成像數據中識別出的感興趣目標組織被定位在何處。同時繪制字母數字和/或圖形標識以在視覺上示出建議的路徑，包括預測的方向、平移和/或旋轉探頭以定位探頭從而目標組織處于視野內。
[0033]多模態導航系統100允許經由軟件跟蹤US探頭相對目標組織和3D非US成像數據的位置，而沒有被附接到US探頭上的任何機電跟蹤傳感器。額外地，圖像數據處理和基準標記減輕了將目標組織分割為可辨別的斑點(blob)或組織以及配準所述斑點的必要。此外，多模態導航系統100允許預測US探頭在較少的時間內以更高的置信度到達目標組織的路徑。
[0034]可以理解的是，可以經由一個或多個計算機處理器(例如，中央處理單元(CPU)、微處理器、控制器等)實現多模態導航系統100，所述計算機處理器執行嵌入或編碼到計算機可讀存儲介質(不包括瞬態介質，例如物理存儲器)上的一個或多個計算機可執行指令。然而，備選地，能夠通過載波、信號和其它瞬態介質攜帶計算機可執行指令中的至少一個，并經由一個或多個計算機處理器來實現。
[0035]圖2示意性圖示了3D成像數據處理器108、3DUS成像數據到3D非US成像數據映射生成器110、以及2D US成像數據到3D非US成像數據組合器112的例子。如本文所討論的，3D成像數據處理器108處理3D非US成像數據和/或3D US成像數據。在該例子中，3D成像數據處理器108處理3D非US成像數據和3D US成像數據。
[0036]3D成像數據處理器108包括非US 3D成像數據處理器202。非US 3D成像數據處理器202包括結構增強器204。該結構增強器204在視覺上增強某些結構特性，例如組織邊緣、諸如組織的結構之間的邊界等。例如，這能夠通過應用梯度算子、縮放體素值的幅度等來實現。非US 3D成像數據處理器102能夠包括額外的或備選的處理部件。
[0037]3D成像數據處理器108還包括US 3D成像數據處理器206 JS 3D成像數據處理器206包括結構增強器208和圖像數據重映射器210。例如通過移除散斑(speckle)、應用梯度算子、縮放體素值的幅度等，結構增強器208在視覺上增強了某些結構特性，例如，組織的邊緣、組織之間的邊界等。
[0038]圖像數據重映射器210將US3D成像數據縮放到非US 3D成像數據的大小，并縮放幅度，使得非US 3D成像數據和US 3D成像數據中的每個的總幅度是近似相同的幅度。類似于非US 3D成像數據處理器202，US 3D成像數據處理器206能夠包括額外的或備選的處理部件。
[0039]通過例子，在一個實例中，通過對US 3D成像數據去除散斑、應用梯度以發現組織邊緣、重新縮放US 3D成像數據和/或非US 3D成像數據(例如，從而US 3D成像數據的大小和非US 3D成像數據的大小近似相同)、并重新縮放US 3D成像數據的和/或非US 3D成像數據的強度(例如，從而非US 3D成像數據的總強度和非US 3D成像數據的強度匹配)，US 3D成像數據處理器206增強US 3D成像數據中的結構。這種處理將US 3D成像數據轉換為更類似于非US 3D成像數據的3D參考系。
[0040]3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器110包括目標組織識別器212。目標組織識別器212允許用戶識別非US 3D成像數據中的感興趣目標組織。這可以包括向用戶提供用于以下的工具:允許用戶手動跟蹤目標組織，在目標組織中設置種子點并隨后調用自動提取，通過名字選擇組織并調用自動提取等。
[0041 ] 3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器110還包括初始基準識別器214，初始基準識別器識別非US 3D成像數據中的一組初始基準標記。用戶可以經由用戶輸入手動設置一個或多個基準標記。額外地或備選地，用戶可以經由用戶輸入自動設置并且改變、確認和/或拒絕一個或多個基準標記。
[0042]3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器110還包括成像數據融合器216。成像數據融合器216將非US 3D成像數據和US 3D成像數據融合到一起。
[0043]3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器110還包括映射部件218。基于增強結構和一組初始基準標記，映射部件218生成融合的非US 3D成像數據和US 3D成像數據之間的映射圖或映射。所述映射圖允許US 3D成像數據中的任意位置被映射到非US 3D成像數據。映射圖還允許目標組織和/或一個或多個基準標記被定位在US 3D成像數據中。
[0044]3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器110還包括后續基準識別器220。后續基準識別器220允許用戶識別一個或多個額外的基準標記。類似地，用戶能夠經由用戶輸入手動和/或自動地設置一個或多個基準標記，并且用戶能夠經由用戶輸入改變、確認和/或拒絕所述一個或多個基準標記。
[0045]2D US成像數據到非US 3D成像數據組合器112包括數據匹配器222。數據匹配器222基于基準標記將當前2D US成像數據與非US 3D成像數據進行匹配。采集當前2D US成像數據，從而其包括基準標記中的至少三個。數據匹配器222基于所述至少三個基準標記將2DUS成像數據的位置和取向映射到非US 3D成像數據的平面上。
[0046]一般而言，至少三個共面基準標記被用于將2D US成像數據與3D非US成像數據中的平面進行匹配。然而，也可以使用多于三個的共面解剖基準標記。使用多于三個的共面解剖基準標記可以減輕由于組織變形而引起的誤差，所述組織變形可以移動2D US成像數據中的基準標記，從而所述基準標記不再與3D非US成像數據中的對應基準標記對齊。
[0047]使用多于三個的共面基準標記還可以改善擬合的分辨率。額外的基準標記也可以是共面的。然而，也可以使用在3D非US成像數據中但是相對2D US成像數據在平面外部的基準標記。可以使用最小二乘法或其它方法將2D US成像數據擬合到3D非US成像數據。在一個實例中，所述擬合優化成像數據集之間的相關性。
[0048]當采集3DUS成像數據時，2D US成像數據到非US 3D成像數據組合器112采用類似的方法來將3D US成像數據映射到3D非US成像數據中的對應的位置和取向。3D非US成像數據與2D US成像數據同時顯示在非US 3D成像數據中的確定的位置和取向處。建議路徑是如上所述確定的，并被同時顯示。
[0049]圖3圖示了US成像系統106的例子。在該例子中，US成像系統106包括控制臺302和與其接口分開的US換能器探頭304。
[0050]超聲換能器探頭304包括具有多個換能器元件306的換能器陣列。換能器陣列能夠是線性的、彎曲的和/或其它形狀的、完全填滿的、稀疏的和/或其組合等。換能器元件306能夠以2D和/或3D模式操作。換能器元件306發射超聲信號并接收回波信號。
[0051]儀器引導件308(例如，活檢針引導件)通過耦合件310(例如，支架、夾子等)被附接到US換能器探頭304。在一個實例中，在儀器引導件308中縮回位置處支撐活檢針，直到如本文所描述的感興趣目標組織通過US換能器探頭304被定位。然后，針前進以采集感興趣目標組織的樣本。
[0052]發射電路312選擇性地啟動或激發換能器元件306中的一個或多個。更具體地，發射電路312生成被傳送到換能器元件306的一組脈沖(或脈沖信號)。所述一組脈沖啟動一組換能器元件306，使得換能器元件306將超聲信號發射到檢查或掃描視野。
[0053]接收電路314接收響應于發射的超聲信號而生成的一組回波(或回波信號)。回波通常是發出的超聲信號與掃描視野中的物體(例如，流動血細胞、器官細胞等)之間的相互作用的結果。接收電路314可以被配置用于空間組合、濾波(例如，FIR和/或IIR)和/或其它回波處理。
[0054]射束形成器316處理接收到的回波。在B模式中，這包括向回波應用時間延遲和權重，并對延遲的和加權的回波進行求和。掃描變換器318例如通過將射束變形的數據變換為用于視覺呈現結果數據的顯示器或顯示區域的坐標系，來掃描變換數據以供顯示。
[0055]用戶接口(UI)320包括一個或多個輸入設備(例如，按鈕、把手、滑動器等，觸摸屏和/或物理機械設備)和/或一個或多個輸出設備(例如，液晶顯示器、發光二極管等)，其允許與系統106進行交互。顯示器322視覺顯示US成像數據。
[0056]控制器324控制系統106的各種部件。例如，這種控制可以包括啟動或激發換能器陣列202的單個換能器元件或換能器元件組用于A模式、B模式、C平面和/或其它數據采集模式，操縱和/或聚焦發射的信號等，啟動換能器元件306用于操縱和/或聚焦接收到的回波等。
[0057]US探頭304和顯示器322是相對控制臺302的物理分離的機電部件。US探頭304和顯示器322與控制臺302通過通信路徑326和328進行通信。通信路徑326和328可以是有線(例如，物理電纜和連接器)和/或無線的。
[0058]圖4圖示了US成像系統106的變型。在該例子中，控制臺302包括單個殼體402。單個殼體402容納并物理上支撐換能器元件306、儀器引導件308、發射電路312、接收電路314、射束形成器316、掃描變換器318和控制器324，其所有都在單個殼體402內部。
[0059]用戶接口320和/或顯示器322是殼體402的一部分。例如，在一個實例中，顯示器322是殼體402的一側的子部分。用戶接口 320可以包括殼體402的其他位置處的物理機械控制件。超聲窗口404也是控制臺200的一部分或與其集成。在該實例中，換能器元件204被放置在殼體402中超聲窗口 404的后方，并通過其發出信號并接收回波。
[0060]在圖4中，US成像系統106是手持超聲裝置，其使用例如來自電源(如電池、電容器等)的內置功率來對其中的部件供電，和/或來自外部電源的功率。手持設備的例子在Walker等人于2003年3月6日提交的、題目為“Intuitive Ultrasonic Imaging System andRelated Method Thereof”的US 7,699,776中描述，其通過引用被并入到本文。[0061 ]具有內部儀器引導件的手持超聲裝置的例子在O’Conner于2011年I月31日提交的、題目為“U1 trasound imaging apparatus”的、序列號為13/017,344中描述，并且具有外部儀器引導件的例子則在Pelissier于2008年8月7日提交的、題目為“Hand-HeldUltrasound System having Sterile Enclosure” 的美國8，226，562中描述，這兩篇文獻都通過引用被并入到本文。
[0062]圖5圖示了圖4的變型，其中儀器引導件308被放置在單個殼體402外部，并通過耦合件310被附接到殼體402上。
[0063]盡管本文描述的方法不需要使用外部跟蹤系統和/或機電傳感器，但是外部跟蹤系統和/或機電傳感器可以結合本文描述的方法一起使用。例如，當儀器引導件不是成像系統106的一部分或被附接到其上時，被附接到儀器的機電傳感器可以被配準到3D非US成像數據坐標系并用于跟蹤儀器。
[0064]圖6圖示了用于將US探頭導航到感興趣目標組織的方法。
[0065]注意，后續動作的順序是出于解釋性的目的而非限制性的。這樣，可以以不同的順序執行一個或多個動作，包括但不限于同時。此外，可以省略一個或多個動作和/或添加一個或多個其它動作。
[0066]在602處，執行感興趣體積的3D體積結構掃描，生成3D體積結構成像數據。
[0067]在604處，處理所述3D體積結構成像數據以視覺增強在此處表示的結構(例如，邊緣、邊界等)。
[0068]在606處，在視覺增強的3D體積結構成像數據中識別一個或多個感興趣目標組織和一組初始基準標記。
[0069]在608處，執行感興趣體積的3D體積US掃描，生成3D體積US成像數據。
[0070]在610處，處理3D US體積結構成像數據以視覺增強在此處表示的結構(例如，邊緣、邊界等)。
[0071]在612處，融合視覺增強的非US體積結構成像數據和US體積結構成像數據。
[0072]在614處，生成在經融合的視覺增強的非US體積結構成像數據與US體積結構成像數據之間的映射。
[0073]在616處，在經融合的成像數據的3D非US成像數據中識別額外的基準標記。
[0074]在618處，利用US探頭執行體積的平面的2DUS掃描，生成2D US成像數據。如本文所討論的，掃描的平面包括至少三個共面基準標記。
[0075]在620處，基于所述基準標記，2DUS平面與3D體積結構成像數據中的對應的2D平面匹配。
[0076]在622處，顯示3D體積結構成像數據，其中，2DUS平面在對應的2D平面的位置處被疊加到其上。
[0077]在624處，基于在過程期間先前執行的2DUS掃描，確定從US探頭的當前位置到目標組織的路徑。
[0078]在626處，在所顯示的3D體積結構成像數據上同時疊加指示路徑的標識。
[0079]在628處，確定目標組織是否在US探頭的視野中。
[0080]如果目標組織不在US探頭的視野內，則在630處，基于建議的路徑移動US探頭，并重復動作618至628。[0081 ] 如果目標組織在US探頭的視野內，則在632處，對目標組織進行活檢。
[0082]在634處，確定是否存在需要活檢的其它目標組織。
[0083]如果存在需要活檢的其它組織，則重復動作618至632。
[0084]如果不存在需要活檢的其它組織，則在636處，完成過程，和/或不再使用多成像模態導航系統100。
[0085]可以通過在計算機可讀存儲介質上編碼或嵌入的計算機可讀指令實現上述內容，當被計算機處理器執行時，所述計算機可讀指令令處理器執行所描述的動作。額外地或備選地，通過信號、載波或其它瞬態介質攜帶計算機可讀指令中的至少一個。
[0086]已經通過各種實施例描述了本申請。當閱讀本申請時，他人可以想到修改和變型。本發明意圖被解釋為包括所有這種修改和變型，包括只要它們落入到隨附權利要求及其等價物的范圍內。
【主權項】
1.一種方法，包括: 獲得針對感興趣體積的第一3D成像數據，其中，所述第一3D成像數據包括結構成像數據和感興趣目標組織； 獲得2D成像數據，其中，所述2D成像數據包括針對所述感興趣體積的平面的結構成像數據，其中，所述平面包括一組基準標記中的至少三個基準標記； 通過將所述至少三個基準標記與在所述第一 3D成像數據中識別出的對應的基準標記進行匹配并使用映射圖，在所述第一3D成像數據中定位對應于所述2D成像數據的所述平面的平面，包括位置和取向；并且 視覺顯示所述第一3D成像數據，其中，所述2D成像數據在所述第一3D成像數據中定位的對應平面處被疊加。2.根據權利要求1所述的方法，還包括: 獲得針對所述感興趣體積的第二3D成像數據，其中，所述第二3D成像數據包括結構成像數據和所述感興趣目標組織，其中，所述第一成像數據和第二成像數據對應于不同的成像模態;并且 基于在所述第一 3D成像數據中識別出的所述一組基準標記來生成所述第一 3D成像數據的體素與所述第二3D成像數據的體素之間的所述映射圖，其中，所述映射圖提供所述一組基準標記和所述目標組織到所述第二 3D成像數據中的對應位置的映射。3.根據權利要求1至2中的任一項所述的方法，其中，所述至少三個基準標記包括在所述第一 3D成像數據和所述第二 3D成像數據二者中視覺呈現的結構。4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述結構包括組織的邊緣或者兩個不同組織之間的邊界。5.根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，還包括: 視覺增強所述第一 3D成像數據中的結構； 在視覺增強的第一 3D成像數據中識別所述目標組織;并且 在所述視覺增強的第一 3D成像數據中識別一組解剖基準標記。6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述結構是通過應用梯度縮放或幅度縮放中的一個或多個來視覺增強的。7.根據權利要求4至5中的任一項所述的方法，還包括: 視覺增強所述第二 3D成像數據中的結構。8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述結構是通過以下中的至少一個來視覺增強的:從所述第二3D成像數據中移除散斑，或應用梯度縮放或幅度縮放中的一個或多個。9.根據權利要求7至8中的任一項所述的方法，還包括: 將所述第一 3D成像數據或所述第二 3D成像數據中的至少一個的大小縮放為近似等于所述第二 3D成像數據或所述第一 3D成像數據中的至少一個的大小。10.根據權利要求7至8中的任一項所述的方法，還包括: 縮放所述第一 3D成像數據的和所述第二 3D成像數據的每個體素的強度值，使得所述第一 3D成像數據的和所述第二 3D成像數據的總體強度近似相等。11.根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，其中，利用具有視野的US探頭來采集所述2D成像數據，并且所述方法還包括: 確定針對所述US探頭的路徑，所述路徑被預測為將所述US探頭從所述第一 3D成像數據中的當前位置移動到所述目標組織處于所述US探頭的所述視野中的位置，其中，所述路徑基于在采集所述2D成像數據之前預定數量的采集幀中采集到的2D成像數據。12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述路徑基于以下中的一個或多個:在幀之間所述US探頭的移動的位置、速度、加速度或方向。13.根據權利要求11所述的方法，還包括: 視覺顯示示出被疊加到所顯示的第一3D成像數據上的路徑的標識，其中，所述標識示出預測的平移和旋轉。14.根據權利要求2至13中的任一項所述的方法，其中，所述第一3D成像數據具有第一圖像分辨率，并且所述第二 3D成像數據具有第二圖像分辨率，并且所述第一圖像分辨率大于所述第二圖像分辨率。15.根據權利要求2至13中的任一項所述的方法，其中，以第一成像模態生成所述第一3D成像數據，并且以第二成像模態生成所述第二3D成像數據，其中，所述第一成像模態是MRI或CT中的一個，并且所述第二成像模態是US。16.—種多模態導航系統(100)，包括: 成像數據處理器(108)，其處理3D體積非US成像數據或3D體積US成像數據中的至少一個，從而產生第一圖像數據和第二圖像數據中的至少一個，其中，在3D體積非US成像數據和所述3D體積US成像數據中的所述至少一個中表示的結構被視覺增強； 3D US成像數據到3D非US成像數據映射生成器(110)，其融合所述3D體積非US成像數據和所述3D體積US成像數據中的經處理的至少一個，并基于經融合的所述3D體積非US成像數據和所述3D體積US成像數據中的經處理的至少一個，在其間生成映射； 其中，所述映射還包括將在所述3D體積非US成像數據中識別出的標記映射到所述3DUS成像數據，并且其中，所述映射還將在所述3D體積非US成像數據中識別出的目標組織映射到所述3D US成像數據； 2D US成像數據到3D非US成像數據組合器(116)，其將2D US成像數據與所述3D非US成像數據進行組合，其中，所述組合器基于所述映射和所述標記將所述2D US成像數據放置在所述3D非US成像數據中對應于相同平面的位置和取向處；以及 顯示器(118)，其同時顯示經組合的3D非US成像數據和所述2D US成像數據。17.根據權利要求16所述的多模態導航系統，還包括: 路徑建議器(114)，其建議針對采集到所述2D US成像數據的US探頭的路徑，其中，所建議的路徑預測從所述US探頭的當前位置到感興趣組織的位置的路徑。18.根據權利要求16至17中的任一項所述的多模態導航系統，其中，所述3D非US成像數據包括MRI 3D成像數據或CT 3D成像數據中的至少一個。19.根據權利要求16至17中的任一項所述的多模態導航系統，其中，所述成像數據處理器通過應用邊緣檢測或幅度縮放算法中的至少一個來處理所述3D體積非US成像數據。20.根據權利要求16至19中的任一項所述的多模態導航系統，其中，所述成像數據處理器通過應用去散斑、邊緣檢測或幅度縮放算法中的至少一個來處理所述3D體積US成像數據。21.根據權利要求20所述的多模態導航系統，其中，所述成像數據處理器通過將所述3D體積US成像數據的大小縮放為所述3D體積非US成像數據的大小來處理所述3D體積US成像數據。22.根據權利要求16至21中的任一項所述的多模態導航系統，其中，所述成像數據處理器通過正規化所述3D體積US成像數據和所述3D體積非US成像數據的總強度來處理所述3D體積US成像數據和所述3D體積非US成像數據。23.根據權利要求16至22中的任一項所述的多模態導航系統，其中，所述標記包括至少三個共面解剖標記。24.—種編碼有計算機可執行指令的計算機可讀存儲介質，當由處理器執行時，所述計算機可執行指令令所述處理器: 基于US 3D成像數據與非US 3D成像數據之間的映射以及表示在所述US 3D成像數據和所述非US 3D成像中二者中視覺呈現的結構的一組基準以及當前US 2D成像數據來跟蹤US探頭相對于所述非US 3D成像數據的位置。25.根據權利要求24所述的計算機可讀存儲介質，其中，當由處理器執行時，所述計算機可執行指令還令所述處理器: 至少基于所述映射來建議針對所述US探頭從所述US探頭的當前位置到感興趣目標組織的路徑。
【文檔編號】G06T7/00GK105874507SQ201380081270
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2013年11月27日
【發明人】N·A·阿科曼多, D·利布利希, J·P·奧康納, L·普洛
【申請人】模擬技術公司