[发明专利]配准的基准标记、系统和方法

说明书

提供了使用基准标记和处理算法来自动检测和配准医疗图像的示例性方法、装置和系统。通过或者对具有不同数量、尺寸、形状、结构或材料特性的基准标记进行聚类，或者通过使用布置成环形形状的基准标记，其中基准标记的布置是不对称的，然后应用特征提取来提取基准标记对象，并且将基准标记对象与基准框架的模型配准，可以实现自动配准。

技术领域

本公开一般而言涉及用于医疗成像的系统、方法和设备，并且更具体地涉及使用基准标记和处理算法对医疗图像的自动检测和配准。

背景技术

图像引导的经皮肿瘤消融被广泛用于治疗诸如肝癌和肾癌的癌症。那些疗法包括冷冻消融、射频消融(RFA)、微波消融(MWA)、激光消融和不可逆电穿孔(IRE)。一些有用的成像模态(modalities)包括超声成像、计算机断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)。

虽然超声和CT常常是用于将探针引导到目标病变中并监视治疗效果的成像模态，但MRI可以是优选的，因为不使用电离辐射并且在其它模态中肿瘤可能不会呈现出与周围组织的独特对比。手术中MRI可以提供高分辨率的二维或三维图像，具有优异的软组织对比度。此外，MRI在消融疗法期间对热效应的监视提供独特的优势：在冷冻消融中，“冰球”的形成可以作为MR图像上的信号空隙被监视；在RFA、MWA和激光消融中，基于质子共振频率(PRF)移位方法的MR测温法使得能够监视组织中的热剂量。MRI描绘肿瘤和监视热效应的能力的组合使得医师能够在手术期间确保足够的消融余量，从而能够减少肿瘤复发。此外，MRI不会使患者和临床工作人员暴露于电离辐射。

尽管在目标定位和治疗监视方面具有这些优点，但MRI引导带来了技术挑战；典型的MR台架(gantry)不能让医师在获取图像的等角点方便地接近患者。因此需要将患者从台架上移出，以进行探针放置，然后移回台架进行成像。不像其它成像模态(诸如超声和CT荧光检查)那样，这种移入和移出做法使医师无法在插入探针时相对于目标检查探针位置。一种解决方案是在开放配置的扫描仪中治疗患者。开放配置的扫描仪允许医师在扫描期间接近患者。但是，与常规的闭孔扫描仪相比，由于成像能力有限，开放配置的扫描仪尚未成为主流。

另一种解决方案是使用探针引导设备来引导探针。探针引导设备可以在MRI扫描仪外机械地维持探针轨迹。因此，只要目标位置保持不变，探针就可以插入到目标中。依赖于设备的固定方式，这些设备可以被分类为“台式、台架式和地板安装式”系统或“患者安装式”系统。患者安装式系统直接附连到患者的皮肤而不是房间(或图像坐标系统)，因此可以假设系统比其它类别的设备更不易受患者运动的影响。此外，因为患者安装式系统被设计为安装在皮肤上的探针入口点处，并且只需要使探针在入口点附近成角度的机制，所以它能够以相对简单的机制实现探针引导。

因此，仍然需要将设备相对于治疗区域准确地放置在患者身上。另外，即使对于患者安装式系统，也仍然必须考虑患者的运动。身体表面和内部器官都可以独立移动，并且造成设备和目标病变的位移。倘若用于计划和探针放置的成像发生在操作中的不同时间点，那么需要在整个操作中跟踪由于身体的运动而引起的设备的位移。

尽管基准标记(fiducial marker)是用来辅助的整体工具，但是使用基准标记进行图像配准或辅助治疗计划的自动化方法在用来提供准确放置和患者运动时仍然是有限的且容易出错。因此，期望提供一种用于自动化图像分析和图像配准的、不具有上述缺点的系统和方法。

发明内容

根据本发明的至少一个实施例，提供了一种包括自动配准方法的装置。这种方法包括以下步骤：(1)获得医疗设备的图像数据，(2)检测图像数据内的基准标记对象，以及(3)将基准标记对象与基准框架的模型配准。配准中所涉及的医疗设备包括作为医疗设备上的基准框架布置的多个基准标记，基准框架包括基准标记的至少两个集群，每个集群包括不同数量、尺寸、形状(例如，球形、长椭球形、扁椭球形、三轴椭球形、圆柱体、管等等)、结构或材料特性(例如，具有不同磁场响应的合金)的(一个或多个)基准标记；布置成环形形状的至少三个基准标记，其中基准标记的布置是不对称的；或者其组合。