[发明专利]图像引导介入过程中改进的用于补偿手术中发生的运动的图像配准和方法

说明书

技术领域

是用于介入医疗过程中的超声引导的方法和系统。

介入医疗过程通常涉及出于诊断或治疗目的向患者体内的目标解剖学 位置上插入小的生物医疗设备(例如，针或导管)。将来自各种成像模态的 图像用于引导所述设备的插入和/或调整所述设备的放置。一个这样的模态 是超声灰阶成像，其提供了静态图像和/或实时图像，是无创的，而且能够 以低成本运作。超声扫描仪也能够有效地使所述介入设备可视化，而且可 以将超声扫描仪与所述设备容易地结合使用。

但是，一直难以采用超声灰阶模态对某些组织类型成像，例如，那些 相对于周围健康组织具有不相容的声学标记或者非特异性声学标记的组织 类型。例如，肝细胞癌一直难以检测，这是由于其较周围的健康肝实质是 亚回声、超回声或同回声的。因此，对这种类型或者类似类型的恶性组织 的介入性治疗的成功超声引导一直很困难。因此，在仍然采用超声灰阶对 介入设备成像的同时，一直采用由更为灵敏的模态(例如，计算机层析成 像(CT)、对比增强超声(CEUS)或磁共振成像(MRI))获得的信息生成 目标体积的手术前图像。之后，采用配准技术使手术前图像与实时超声图 像结合。使来自手术前图像的目标体积位置与来自所述超声图像的设备位 置相结合为医生增添了对介入设备的放置的信心，并提高了所述放置的准 确性。

当前的配准技术涉及使来自不同模态(例如，CT和超声图像)的图像 配准。交叉模态配准往往价格昂贵，而且需要长的计算时间。CEUS和灰阶 超声之间的配准也一直存在困难，这是因为用于检测目标体积的CEUS图 像是时变的，而用于监测介入设备的灰阶超声图像则是非时变的。

此外，大多数当前的配准技术假设目标器官和周围结构是静止的固体 对象，而忽略了介入过程中的器官运动和形变。但是，在治疗过程中，器 官(例如，呼吸和/或心脏)运动或者患者一般身体运动往往是不可忽略的。 已经有人观察到了腹部目标的10-30mm左右的典型位移(Rohlfing T. Maurer CR Jr.O′dell WG.Zhong J.Medical Physics.31(3)：427-32，2004Mar)。 这些位移导致了对目标体积的准确位置的不利估算，并由此导致了不准确 的治疗。

在图像引导神经外科中，已经通过采用手术前超声进行位移估算的研 究解决了手术前图像或数据集的运动(被称为“脑移位”)补偿的问题。例 如，在Lunn等人的最近的研究当中，向猪的大脑中植入了无锈静止珠(Lunn， K.E.、Paulsen，K.D.、Roberts，D.W.、Kennedy，F.E.、Hartov，A.、West，J.D。 Medical Imaging，IEEE Transactions on，22(11)，PP.1358-1368，Nov.2003)。 采用所述珠作为标记，通过三维手术前CT扫描对大脑成像，之后通过超声 对其进行跟踪。这一跟踪允许获取脑移位运动模型的平移矢量。之后，通 过逆转所推断出的平移矢量而校正手术前数据集。这一方法的主要缺点在 于标记的无创插入，以及只存在平移运动的假设，其忽略了在柔软的目标 结构(例如，大脑或肝脏)或者受到柔软和/或运动的组织包围的结构(例 如，心脏或膈)内产生的形变。因而，需要针对目标移动对图像数据加以 校正的改进的方法。

相应地，文中提供的本发明的体现其特征的实施例是一种用无创地计 算体腔内的柔性目标体积的速度矢量场的方法，包括：采用手术前成像模 态生成围绕目标体积的区域的手术前图像，并生成初始目标体积计算，其 中，所述区域包括目标体积，并且其中，所述模态不是灰阶超声；采用超 声成像模态生成围绕所述目标体积的区域的超声图像，采用图像配准技术 使超声图像与手术前图像空间对准，从而提供更新的目标体积计算，并采 用叠加技术使超声图像与手术前图像相结合，其中，所述区域包括目标体 积；以及计算目标体积的速度矢量场，其中，所述场的计算是无创的，而 且针对目标体积和周围组织的柔性值进行了调整。

在所述方法的相关实施例中，手术前图像和/或手术前模态是下述类型 中的至少一种：磁共振、计算机层析成像、对比增强超声等等。

在另一相关实施例中，初始目标体积计算和更新的目标体积计算的至 少其中之一还包括下述目标体积参数的至少其中之一：目标体积的位置、 范围和形状。