[发明专利]2D超声引导的介入中的介入仪器的3D跟踪

说明书

具有超声传感器(S1、S2、S3、S4、…)的介入仪器(30)使用超声成像设备(10)来跟踪，所述超声成像设备(10)采集并显示可视化平面(18)的2D超声图像，并且针对通过旋转所述超声探头(12)并且包含所述可视化平面角度而获得平面角度(θ)范围来执行2D超声扫掠。对于每个超声传感器，最佳平面基于所述平面角度范围内的其发出的信号强度来找到，并且通过根据由所述超声探头发射的射束的计时来分析所述传感器信号以在所述超声传感器最佳平面中定位其。处于其相应最佳平面中的这些位置使用由平面角度参数化的变换(42)被变换到3D参考空间，并且显示根据所述一个或多个超声传感器在所述3D参考空间中的位置生成的针对所述介入仪器的空间信息(T、L)的视觉指示符。

技术领域

以下总体涉及医学领域、超声引导的介入流程领域、前列腺活检领域等。

背景技术

超声引导的介入流程(诸如活检、短距离放射治疗粒子植入、冷冻消融、激光消融等等)利用超声成像来将介入仪器引导到目标组织。例如，在经会阴前列腺介入中，使用经直肠超声(TRUS)探头的超声成像，通常与抵靠会阴的引导网格一起，用来引导针插入。在介入流程期间执行的超声成像经常是二维(2D)成像。为了背景化2D超声图像，预先采集的目标区域的三维(3D)-TRUS超声图像和/或3D磁共振(MR)图像可以被使用(Kruecker等人的“Fusion of transrectal ultrasound with pre-acquired MRI for prostate biopsyguidance”,MEDICAMUNDI 52/1 2008/07第25-31页(2008))。然而，超声中的仪器对比度经常是较差的，具有间歇性的仪器可见性，导致所谓的“不可见工具”现象。

为了解决超声中的较差的仪器对比，可以将专用超声传感器安装在介入仪器上(Mung等人的“Tool Tracking for Ultrasound-Guided Interventions”,G.Fichtinger,A.Martel,and T.Peters(Eds.):MICCAI 2011,Part I,LNCS 6891,pp.153 60(2011))。在一种方法中，传感器通过重新辐射接收的超声脉冲来充当主动超声应答器。在另一方法中，当接收到超声信号时，传感器输出电压。在任一方法中，使声处理传感器的超声射束的方向与超声脉冲发出与传感器响应之间的时间间隔(“飞行时间”)的组合的知识实现传感器的定位。如果该方法与实时3D-TRUS超声成像一起使用，那么三维空间中的定位是可实现的。

然而，在实践中，2D超声更常用于针插入期间的实况引导。2D超声更快，能够使用更低成本的超声换能器阵列来执行，并且2D图像被容易地显示在超声设备显示器的视频显示部件上。更具体地，在经会阴前列腺活检流程中，流程前采集的3D MR数据集用来勾画活检样本将取得的靶。在活检流程开始的时候，3D TRUS图像集通过手动地将TRUS探头从前列腺基部扫描到顶点(或当在矢状取向中进行成像时，通过围绕与它自己的平行的轴线将探头从前列腺的左侧位极限旋转到右侧位极限(或反之亦然))来采集，并且从2D TRUS图像帧来重建，并且3D TRUS被配准到之前采集的MR数据集。此后，使用TRUS探头来例如使用常规的亮度或B-模式成像以矢状取向(对于前列腺程序)采集2D图像，以当活检针被插入时提供实况2D引导。TRUS探头使用电磁(EM)或一些其他TRUS探头空间跟踪技术来跟踪，并且实况2D超声图像由此被链接到重建的3D TRUS图像的对应帧，并且因此根据TRUS-MR配准被链接到MR数据集。

Solf Torsten等人的2003年3月27日发表的标题为“Method of and ImagingUltrasound System for Determining the Position of a Catheter”的US2003/060700A1公开了为导管提供至少一个超声接收器的系统和方法，所述至少一个超声接收器检测对由超声换能器发出的超声扫描信号的接收。超声扫描信号从超声换能器的发射元件到导管中的接收器的传输时间然后被测量，并且超声换能器或接收元件与导管上的接收器之间的距离根据被如此测量的传输时间来确定。

发明内容