[发明专利]用于超声脊椎阴影特征检测及其成像的系统和方法

说明书

提供了用于使用超声成像和声影检测方法来进行解剖识别的系统和方法。本公开的至少一些实施方案包括以下步骤：获取超声图像；检测阴影区域；提取阴影轮廓；用匹配的滤波器对阴影轮廓进行滤波；识别阴影内的解剖标志；提取解剖标志的特征；对解剖结构进行分类；并且以高置信度确定目标解剖结构在所述图像中被描绘。确定目标解剖结构在所述图像中被描绘的置信度。有条件地，指示目标解剖结构的存在和位置的图形被显示，包括其设置、位置和方位。

相关申请：本申请要求2016年8月18日递交的标题为“SYSTEM AND METHOD FORULTRASOUND SPINE SHADOW FEATURE DETECTION AND IMAGING THEREOF(用于超声脊椎阴影特征检测及其成像的系统和方法)”的美国临时申请No.62/376,770的权益和优先权，该申请整个地通过引用并入本文。

联邦资助研究的声明

本发明是在政府支持下、依据由国家卫生研究院的国家生物医学成像和生物工程研究所授予的R44EB015232和由国际科学基金会授予的1329651做出的。美国政府对于本发明具有某些权利。

技术领域

本公开是针对超声成像以及用于超声图像获取和产生的系统和方法。本公开的各方面涉及产生骨骼的超声图像和/或可视化正被成像的对象中的骨骼的超声图像。具体地说，本发明涉及脊椎阴影特征检测以及通过图形用户界面显示其实时反馈的超声成像以用于探针插入的目的。

背景技术

医学超声可以被用作用于骨骼成像的X射线的替代者。然而，常规的超声系统在它们的应用上是有限的。例如，在许多常规的超声系统中，伪像可能由于离轴反射而产生，这使得生成的图像对于用户不太有用。另外，许多常规的系统生成难以解释的二维(2D)图像。尽管某些换能器几何结构可以被用来减小伪像并且骨骼的三维(3D)超声图像可以被获得，但是这样的图像一般却有低灵敏度的问题，因为超声信号强度很大程度上取决于骨骼表面相对于声束轴的角度。

各种医学操作包括用探针(probe)(比如针(needle)或导管(catheter))刺入皮肤。例如，脊椎麻醉或脊椎诊断操作可以包括向硬膜外位置经皮递送麻醉药或对脊髓液进行取样。这样的脊椎麻醉或脊椎诊断操作一般包括刺入黄韧带，横向于硬脊膜的棘突之间的韧带。一般来说，硬膜外放置期间的期望的最终的针位置在硬脊膜的后部，而在脊椎抽液中，硬脊膜被刺入以便从脊髓腔获得流体。

脊椎抽液具有几个重要的临床应用，包括对脑脊液(CSF)进行取样、直接向脊髓腔给予化疗或其他药物、或排放脊髓腔中的压力以用于心脏手术。CSF的取样也可能是快速诊断各种疾病(比如脑膜炎)所必需的。其他操作可能类似地包括用探针刺入皮肤，比如椎旁躯体神经阻滞(PVB)。

神经轴向麻醉阻滞(例如，硬膜外麻醉或脊椎麻醉阻滞)和相关的脊椎麻醉操作目前在美国医院里每年在大约1千8百万个操作中进行。对于这样的操作的许多临床指标包括妊娠期间的麻醉、慢性疼痛、或臀部或膝盖置换外科手术。

考虑到探针放置由于其敏感位置的重要性，可以使用成像来改善探针引导。在一种方法中，可以使用荧光检查法来以高成功率引导脊椎穿刺针放置。然而，除了荧光检查设备的高成本和缺乏可携带性之外，电离辐射的风险使荧光检查法对于大容量操作是一个不具吸引力的选择。

其他基于x射线的医学成像技术也可以是有效的，但是有类似的风险和缺点。例如，计算机断层扫描(CT)和2维x射线投射常用作用于骨骼成像的成像形态。不幸的是，从这样的医学成像对患者和护理者的电离辐射暴露在过去几十年一直大幅增加(自从20世纪80年代以来估计是600％增加)。这样的辐射剂量的累积效应一直与癌症的风险增加有联系。