[发明专利]采用受到跟踪的支气管镜检查进行肿瘤运动模拟和运动补偿的系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种成像系统，更具体而言，涉及用于在医学过程中跟踪内部对象的运动的系统和方法。

背景技术

内窥镜检查是一种微创实时成像模态，其中，将照相机插入到体内，从而对诸如肺气道或胃肠系统的内部结构进行目视检查。在肺部应用领域，将内窥镜检查也被称为支气管镜检查。

受到跟踪的内窥镜检查涉及采用位置传感器或跟踪装置，例如，采用电磁（EM）跟踪器，来跟踪内窥镜的顶端，从而将内窥镜的位置与手术前计算机断层摄影（CT）图像相关，并将融合图像显示给临床医生。为了实现CT空间和跟踪器空间之间的数据整合，通常在导航之前执行基于界标的配准过程。在CT图像中识别这些界标（外部基准标记或者内部解剖学界标），并由经校准的跟踪探头触碰这些界标。之后，执行基于点的配准，以找到CT空间和跟踪器空间之间的变换矩阵。由其将得到配准矩阵，其使内窥镜与手术前CT图像对准，从而能够使来自CT扫描的全局信息，诸如，使导航提示和介入目标的位置与来自内窥镜的局部信息相关。

为简单起见，在下文的语境当中，将描述EM跟踪传感器，使之代表能够用于跟踪内窥镜的位置和取向的微型位置传感器。然而，通过基于界标的配准获得的跟踪器空间和CT空间之间的空间对准是在导航之前执行的，并且是一次性过程。所述手术前CT图像是在患者屏住呼吸的条件下采集到的。因此，这一配准矩阵仅是有效地反映了呼吸周期的一个阶段内的EM-CT关系。这一不准确的映射可能导致不准确的EM引导的支气管镜介入，诸如可疑病灶的组织活检。由于肺呼吸运动的动态变化的原因，手术前采集到的变换矩阵无法拟合到肺运动的每一阶段内。由吸气末CT图像获得的配准矩阵与呼气末CT图像的配准矩阵不同。固定的EM-CT配准矩阵无法将EM跟踪范围正确地映射到CT空间内。这是因为，EM跟踪范围随肺部的呼吸运动一起移动；而所述CT图像仅是在呼吸运动的一个阶段内采集的。

可以采用四维计算机断层摄影（4D CT）图像数据获取整个呼吸周期的患者的CT图像。4D CT提供了肺部运动的详细信息。通常采用4D CT评估高精确度放射治疗过程中肿瘤和风险器官受到的辐射剂量。一般的统计学运动模型都已经得到了采集和研究。采用经训练的4D模型来预测一项新的研究的运动可能无法得到足够的准确度，因为患者之间存在大的变异性。4D CT成本高昂，并且具有公知的使患者暴露于高辐射之下的缺陷。并非每所医院都具有足够的获取整个呼吸周期的4D CT图像的资源。辐射剂量不合乎要求，而偿付又带来了另一挑战。

诸如4D CT的EM引导的内窥镜检查也能够提供时域动态信息。EM引导的内窥镜检查通过气道检查提供大量的关于呼吸当中的肺部的运动信息。这一信息并未得到充分利用，而且往往在一个内窥镜流程之后，所有的实时信息都被丢弃了，而没有针对将来的诊断或治疗规划对其做最大化的充分利用。

有利的做法是，在不使患者暴露于风险之下的流程内，在内部组织和器官的跟踪过程中计入呼吸运动。

发明内容

根据本原理，考虑将这一通过一个EM引导过程获得的实时信息用于运动参数计算和未来介入（诸如放射治疗）的规划。本方案还考虑了在不对患者采用4D CT的情况下采用静态CT图像对持续不断地运动的肺部组织进行导航的问题。

在具备了具有患者特异性的病灶或其他感兴趣点的运动模型的情况下，本原理克服了（仅在呼吸周期的一个阶段内实施的）EM-CT配准的限制。本原理实现了对“呼吸中”的病灶的更加实际的目标锁定，因而将在以后的放射治疗规划中得到更高的准确度。

根据尤为有用的实施例，一种系统和方法在不采用4D CT图像的情况下跟踪肿瘤或其他组织的运动轨迹。一种自适应方案采用位置检测器测量局部运动，并利用所述数据采用受到跟踪的内窥镜检查预测肿瘤运动。采集病灶的患者特异性的运动模式，并且能够将其用于同一内窥镜检查过程，也可能将其用于以后的内窥镜介入以及放射治疗规划。将肺部的局部移动看作是刚性物体形变。通过估算局部4D数据以及预测通过EM跟踪发现的肿瘤运动轨迹提供模拟的实时CT引导。