[发明专利]多模态软组织成像的闭环配准控制

说明书

本申请涉及诊断成像技术。其在与靶前列腺活组织检查和治疗的结合使用中具有特别的应用，其中，用超声实时监测活检针的前进，并且将实时超声图像与之前生成的诸如MR或CT图像的诊断图像进行配准，并且将特别参考其进行描述。然而，应该理解，本技术也可以被应用于肾脏、其他器官、其他类型的软组织以及其他成像模态。

前列腺癌是最常见的非皮肤癌症，并且为美国人中癌症死亡的第二主要原因。由于直肠超声(TRUS)引导的针活检的实时特性、低花费以及简易性，其是用于诊断前列腺癌的最经常使用的方法。然而，使用超声检测前列腺癌受到其相对差的图像质量以及其对前列腺癌及其他癌症的低灵敏度的限制。即：超声图像提供了癌症组织和相邻组织之间的很小(如果存在的话)的区别。缺乏前列腺癌和其他癌症的超声可见度导致了有关潜在的癌症组织实际上是否被活检的不确定性。据估计，TRUS引导的活检在近似20％的案例中不能正确地检测前列腺癌的存在。

诸如磁共振成像的其他成像模态提供了前列腺组织和癌组织的优越的区别。然而，磁共振成像花费大，通常是非实时的，并且笨拙或难于使用，使得其不能被用于日常的活检引导。

磁共振图像和超声图像被融合或配准。然而，由于分辨率、清晰性以及解剖标记的特性不同、对比度的不同、图像性质的不同以及磁共振图像和超声图像之间的其他不同，实时超声图像和体积MR图像的可靠自动配准被证明是难于使用的。没有结合、并行或融合显示的简单视觉比较是今天用于在实时超声引导过程中使用预采集磁共振图像的黄金标准。

本申请描述了克服了这些问题和其他问题的新的以及改进的装置和方法。

根据一个方面，提供了图像配准装置。诊断体积图像存储器接收由扫描器生成的靶区域的3D诊断体积图像。超声体积图像存储器存储靶区域的3D超声体积图像。定位器和配准单元确定将靶区域的3D诊断体积图像与3D超声图像配准的基线变换。图像调节处理器根据基线变换调节诊断体积图像的至少所选部分。

根据另一方面，提供了将靶区域的3D诊断体积图像与靶区域的3D超声体积图像进行半自动配准的方法。将沿第一维度或维度的子集进行的配准自动最优化。提供了描述在第一维度配准的3D诊断图像和3D超声体积图像的显示。接收到对配准的手动调节或者操作者对配准的批准中的至少一个。针对多个附加维度的每个重复这些步骤。确定将3D诊断体积图像与3D超声体积图像进行配准的基线变换。

根据另一方面，提供了一种图像配准方法。对靶区域的3D诊断体积图像和靶区域的3D超声体积图像进行配准以生成将3D诊断图像和超声体积图像变换为配准的基线变换。生成一系列实时超声图像。将实时超声图像与3D诊断图像进行配准以生成运动校正变换，所述运动校正变换将3D超声体积图像的至少一部分与实时超声图像进行配准。用基线变换和运动校正变换对3D诊断体积图像的至少对应部分进行操作以将3D诊断体积图像的所述至少对应部分与实时超声图像进行配准。

一个优势在于其便于磁共振和超声图像的精确或半自动基线配准。

本申请的另一个优势在于超声图像和例如磁共振或CT图像的三维体积图像的实时外科手术中的配准。

另一优势在于软组织活检的改进的引导精度。

另一优势在于图像融合的精度仅由图像配准确定，其不依赖于跟踪系统。

另一优势在于融合精度不受跟踪系统的电磁场的金属失真影响。

另一优势在于系统不需要用于配准的任何基准。

本领域的技术人员在阅读并理解下述说明书之后其他的优势和优点将变得明显。

本发明以各种组件及组件的布置、各种步骤及步骤的安排的形式实现。附图仅用于示出优选实施例，而不应该被认为是限制本发明。

图1为闭环配准控制的示意图；

图2为半自动图像配准处理的示意图；以及

图3描述了实时图像配准的方法。