CN104254369B - 计算机断层摄影(ct)‑高强度聚焦超声(hifu)系统和/或方法 - Google Patents

计算机断层摄影(ct)‑高强度聚焦超声(hifu)系统和/或方法 Download PDF

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Abstract

一种系统(100)，包括CT扫描器(101)，所述CT扫描器具有：辐射源(108)，所述辐射源(108)发射横贯检查区域(112)的辐射；辐射敏感探测器阵列(110)，其跨所述检查区域与所述源相对定位，所述辐射敏感探测器阵列探测横贯所述检查区域以及其中的对象的一部分的辐射并生成指示所述辐射的信号；以及对象支撑物(114)，其将所述对象定位在所述检查中。HIFU装置(124)包括超声探头(126)。主控制器(142)控制所述CT扫描器和所述HIFU装置两者的操作。处置导航器(140)在图形用户接口中视觉表示所述超声探头相对于所述HIFU装置的至少一个基准标记的位置的、并且由所述CT扫描器获得的CT数据，所述CT数据被重叠在先前生成的HIFU流程计划上。

Description

计算机断层摄影(CT)-高强度聚焦超声(HIFU)系统和/或方法
技术领域
下文大体涉及计算机断层摄影(CT)-高强度聚焦超声(HIFU)系统和/或方法。
背景技术
计算机断层摄影(CBCT)扫描器包括辐射源和与辐射源相对定位的二维辐射敏感探测器阵列，并且能够在单次机架旋转中采集对象的被扫描部分的三维(3D)体积数据。在C型臂布置中，源位于C型臂的一端，并且探测器位于C型臂的另一端，在它们之间“C”内侧形成检查区域。C型臂被可枢轴旋转地支撑，并且被配置为绕枢轴点旋转，从而定位源和探测器，以在一个或多个不同角度处采集数据。
高强度聚焦超声(HIFU)装置产生高强度超声波，高强度超声波被聚焦在感兴趣组织(例如肿瘤)处，并且其加热感兴趣组织以用于与辐射和/或药物(例如化疗)施予相联合的消融或高热治疗。这样的流程由图像引导，图像被用于规划并跟踪消融或高热治疗流程。磁共振(MR)成像和超声(US)成像是已被用于生成被用于规划和跟踪消融或高热治疗流程的图像的两种成像模态。
通过非限制性举例的方式，下文联系MR成像引导的流程来描述药物施予的范例。诸如导管或针在患者中的放置的流程常常是在介入性放射学(IR)套件中执行的。在该套件中，荧光透视等被用于引导导管或针在患者中的前进。患者然后被转移到MR套件，以在药物的递送期间，利用HIFU进行消融或利用HIFU进行高热治疗。
然而，验证导管或针位置和/或检查任意问题将要求患者被转移回到IR套件。遗憾的是，这可能妨碍对患者可用的选项。此外，消融和高热治疗流程能够花费若干小时，而当患者在MR套件中以用于消融或高热治疗流程时，MR套件不可用于MR扫描其他患者。而且，MR并非在所有医院都容易获得且昂贵，而针对非浅表病灶的处置，US不提供合适的图像分辨率和品质。
发明内容
本文描述的各方面解决上述问题及其他问题。
在一个方面中，一种系统，包括CT扫描器，所述CT扫描器具有：辐射源，其发射横贯检查区域的辐射；辐射敏感探测器阵列，其跨所述检查区域与所述源相对定位，所述辐射敏感探测器阵列探测横贯所述检查区域以及其中的对象的一部分的辐射并生成指示所述辐射的信号；以及对象支撑物，其将所述对象定位在所述检查区域中。HIFU装置包括超声探头并且被物理集成在所述对象支撑物中。主控制器控制所述CT扫描器和所述HIFU扫描器两者的操作。处置导航器在图形用户接口中视觉表示所述超声探头相对于所述HIFU装置的至少一个基准标记的位置的、并且由所述扫描器获得的CT数据，所述CT数据被重叠在先前生成的HIFU流程计划上。
在另一方面中，一种方法包括使用CT扫描器采集HIFU装置的HIFU超声探头的CT图像数据，所述HIFU装置与对象的HIFU流程相联系，其中，所述HIFU装置与所述扫描器集成。所述方法还包括将所述CT图像数据重叠在HIFU流程计划的视觉表示上，所述视觉表示包括三维体积图像数据和视觉识别的HIFU处置区。所述方法还包括使用所述视觉表示的重叠数据，将所述HIFU超声探头与所述HIFU处置区对齐。所述方法还包括在所述视觉表示的重叠数据中视觉跟踪所述HIFU超声探头的位置的变化。所述方法还包括利用所对齐的HIFU超声探头来执行所述HIFU流程。
在另一方面中，一种计算机可读储存介质被编码有计算机可读指令。所述计算机可读指令在由处理器运行时，令所述处理器：视觉表示显示HIFU超声探头的CT图像数据的图形用户接口，所述HIFU超声探头与针对对象的HFIU流程计划相联系，所述CT图像数据被重叠在所述对象的先前采集的体积数据上，所述图形用户接口包括识别HIFU处置区的图形标识，在所述图形标识中，所述视觉表示视觉跟踪所述HIFU超声探头相对于所述HIFU处置区的位置。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不得被解释为对本发明的限制。
图1示意性地图示范例成像系统，其包括CT扫描器，所述CT扫描器基于位于所述扫描器的对象支撑物中的集成HIFU装置。
图2图示用于使用由图1的所述扫描器采集的CT图像数据，引导HIFU以针对药物施予进行消融或高热治疗的范例方法。
图3图示范例HIFU处置规划GUI，其在来自不同取向的图像中示出感兴趣组织的体积图像数据和图像。
图4图示图3的所述HIFU处置规划GUI，其具有识别的处置区域以及虚拟探头与标记。
图5图示被重叠在图4的所述HIFU处置规划GUI上的荧光透视图像，在所述荧光透视图像中从第一取向对齐真实与虚拟的探头和标记。
图6图示被重叠在图4的所述HIFU处置规划GUI上的荧光透视图像，在所述荧光透视图像中从不同于图5的取向对齐真实与虚拟的探头和标记。
图7示意性地图示用于HIFU流程的仪器的范例设置。
图8图示用于验证和/或确认实际流程映射到所述计划的后续HIFUGUI。
具体实施方式
图1示意性地图示系统100。系统100包括计算机断层摄影(CT)扫描器101，例如锥形束CT C型臂或其他CT扫描器。扫描器101包括固定部分102，固定部分102能够被安装到检查室中的天花板、墙壁、地板或设备，或者被安装到具有轮子等的便携式设备，所述便携式设备能够被容易地转移入或转移出所述检查室。C型臂104经由耦接头106被可枢轴旋转地耦合到固定部分102，并且被配置为枢轴旋转通过预定弧度(例如至少180度)。能够在HIFU流程之前和/或期间枢轴旋转C型臂104以用于扫描。
辐射源108被耦合到C型臂104的一端，并且辐射敏感探测器阵列110被耦合到C型臂104的另一端。辐射源108与探测器阵列110分离，在它们之间形成检查区域112。合适的探测器阵列110包括二维(2D)探测器阵列，例如平板探测器等。探测器阵列110响应于探测辐射而生成信号。源108或探测器110中的至少一个也可以不依赖于C型臂104移动，例如朝向彼此和/或在沿所述C的套筒内移位。
对象支撑物114包括台面115，台面115被可移动地附着到底座123。台面115具有第一侧119和相对侧121，第一侧119支撑检查区域112中的对象。所图示的台面115包括孔117，孔117提供在两侧119和121之间的无材料区域或开口。窗口118相对于孔117布置，并且被配置为至少在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中窗口118关闭孔117，在所述第二位置中窗口118不关闭孔117。在所图示的实施例中，窗口118被示为在关闭位置。
窗口118能够以各种方式被附着到台面115。例如，在一个例子中，窗口118的侧边缘位于台面115的凹陷内或被附接到台面115，并且窗口118在人类或机器控制之下，在所述凹陷中在所述至少两个位置之间滑动。任选的紧固件能够被用于将窗口118保持在期望位置。在另一个例子中，窗口118经由铰链等被附接到台面115，并且在所述至少两个位置之间转摆。类似地，紧固件能够被用于接合窗口118并将窗口118保持在打开和/或关闭位置，或者被释放以在位置之间移动窗口118。本文中也预见到其他途径。
重建器120重建由探测器阵列110输出的信号，并生成3D体积图像数据和/或2D图像。扫描器控制器122控制扫描器101，包括控制枢轴旋转的C型臂104到相对于检查区域112的特定角度取向、激活源108以发射辐射、激活探测器阵列110以探测辐射、以及接收信息和/或与另一设备传送信息。在一个例子中，扫描器控制器122也控制窗口118，例如，以打开和/或关闭窗口118和/或激活机构(例如锁紧销、电磁闸等)以将窗口118保持就置。
高强度聚焦超声(HIFU)装置124包括超声探头126，超声探头126在所图示的实施例中被置于台面115的孔117和窗口118之下。所述HIFU装置还包括HIFU控制器128，HIFU控制器128控制探头126的操作，例如控制超声发射。激活设备131(例如脚踏开关、操纵杆、遥控器等)激活探头126的换能器元件，以发射高频聚焦超声波。在所图示的实施例中，HIFU装置124与扫描器101集成，例如被安装在对象支撑物114的底座123中。在另一实施例中，HIFU装置124能够位于对象支撑物114上方或侧方。
探头保持器130包括铰接臂132，以在HIFU流程之前、期间和/或之后定位探头126。铰接臂132可以包括一个或多个可移动接头，以提供一个或多个自由度，并且可以包括子部分，所述子部分是可由用户手动移动和/或经由探头保持器控制器136以电子方式移动的。在所图示的实施例中，探头保持器130经由紧固件134被附接到对象支撑物114。在一个例子中，紧固件134可以容易地去除，例如为夹钳，并且在另一个例子中，紧固件134包括螺栓、螺钉、铆钉等。在另一实施例中，探头保持器130被附着到单独设备，例如便携式或固定支架等。
处置规划器138接收来自扫描器101(和/或其他扫描器)的重建的图像数据，以及任选地，来自一个或多个成像模态(例如MR、CT、US、正电子发射断层摄影(PET)、荧光透视等)的成像数据。处置规划器138视觉表示用户交互式图形用户接口(GUI)，其中，所接收的重建的图像数据和/或所述任选的成像数据(例如分开地和/或融合在一起地)被视觉显示并被用于生成HIFU计划。这样的生成可以包括识别对应于待处置的感兴趣组织的一个或多个HIFU目标区，和/或超声探头位置和/或取向。
处置导航器140视觉表示GUI，GUI包括被用于例如实时地对齐和跟踪超声探头126的数据，使得对齐和/或跟踪能够与采集和表示所述数据同时被执行。在一个例子中，这包括将超声探头126的(由扫描器101采集的)实时图像数据重叠在所显示的体积上，并且基于所生成的HIFU计划对齐探头126。能够针对至少两个取向执行该操作，这有助于针对HIFU流程确认探头126的三维(3D)位置。处置导航器140也能够被用于在所述HIFU流程期间，显示由扫描器101采集的实时图像数据(例如，如上文讨论地，通过重叠例如所述实时数据和所述计划)，以跟踪探头126的放置和/或引导消融或高热治疗流程。
主控制器142控制以下中的至少一个：扫描器控制器122、HIFU控制器128或探头保持器控制器136。这种控制可以包括指导扫描器控制器122以枢轴旋转C型臂104和/或激活辐射源108和辐射敏感探测器阵列110。这种控制可以包括指导HIFU控制器128以发射集中在感兴趣组织处的高强度聚焦超声波。这种控制可以包括指导探头保持器控制器136以将探头126定位在孔117之下并针对HIFU流程将探头126定位为与HIFU标记相联系，和/或将探头126移动到对象支撑物114的处所或储存位置。
处置规划器138、处置导航器140和/或主控制器142能够经由一个或多个处理器(微处理器、控制器等)得以实施，所述一个或多个处理器运行被嵌入或编码在计算机可读储存介质上的一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可读储存介质例如为物理存储器或其他非暂态储存介质。额外地或备选地，所述一个或多个处理器能够运行由信号、载波和/或其他暂态储存介质承载的计算机可执行指令。在所图示的实施例中，处置规划器138、处置导航器140和主控制器142被包括在计算设备144的计算机可读储存介质中。在另一实施例中，处置规划器138、处置导航器140或主控制器142中的一个或多个可以以其他方式被定位。
在上文的变型中，扫描器101为常规闭环(空心)形CT扫描器。
在另一种变型中，HIFU装置124位于推车或对象支撑物114的底座123外侧的其他设备上。在该例子中，HIFU装置124能够通过对象支撑物114的孔117被使用，如上所述，或者从对象支撑物114的上方或侧方被使用。在不是从台面115下方使用HIFU装置124的情况下，能够省略孔117和窗口118。
在另一种变型中，HIFU装置124与扫描器101相联系或以其他方式位于并且被储存在所述对象上方。类似地，在该例子中，HIFU装置124能够通过对象支撑物114的孔117被使用，或者从对象支撑物114的上方或侧方被使用，并且在不是从台面115的下方使用HIFU装置124的情况下，能够省略孔117和窗口118。
在另一种变型中，可以额外地或备选地使用光学和/或电磁(EM)跟踪来跟踪探头126。
在另一种变型中，探头126包括测量指示感兴趣区域的温度的值的部件(例如热敏电阻等)。
图2图示非限制性方法。
所述方法用于引导HIFU流程，例如针对药物施予的消融或高热治疗。所述引导是使用由扫描器101或常规CT扫描器采集的CT图像数据得以执行的。在该范例中，所述HIFU装置(例如HIFU装置124)与扫描器101物理集成。
要认识到，本文描述的方法中的动作的顺序并非为限制性的。这样，本文中也预见到其他顺序。此外，可以省略一个或多个动作和/或可以包括一个或多个额外的动作。
在202，扫描对象的感兴趣区域。
在204，重建所采集的数据，从而生成体积图像数据。
在206，任选地将所述体积图像数据与其他成像数据融合。
在208，所述体积图像数据(和/或融合的数据)被用于生成HIFU流程计划。如本文所述，这包括基于所述HIFU流程计划识别一个或多个HIFU区和/或探头位置和/或取向。
在210，联系例如实时成像来使用所述计划，以基于所述计划将所述HIFU超声探头放置在用于所述HIFU流程的位置中。
在212，利用所述CT扫描器的成像被用于跟踪和/或引导所述HIFU流程。
以上的至少一部分可以通过计算机可读指令的方式得以实施，所述计算机可读指令被编码或嵌入在计算机可读介质上，所述指令在由(一个或多个)计算机处理器运行时，令所述(一个或多个)处理器执行所描述的额动作。额外地或备选地，所述计算机可读指令中的至少一个由信号、载波或其他暂态介质承载。
接下来联系图3-图8讨论使用本文所述的系统100的范例工作流程。
首先参考图3，处置规划器138显示GUI 300，GUI 300在302视觉表示体积图像数据，并且从不同取向310、312和314选择来自所述体积图像数据的图像304、306和308，它们全部都示出感兴趣目标组织316。
在图4中，用户识别的规划的消融区400被示于联系不同图像304、306、和308的GUI300中。在GUI 300中也示出表示X射线不透明标记402和虚拟HIFU探头406的图形标识。
在图5和图6中，处置导航器140显示GUI 500和600。在图5中，GUI 500示出前取向502，其中，由扫描器101获得的实时图像被重叠在体积图像数据上，其中，HIFU超声探头126和标记与虚拟探头406和标记402对齐。图6示出相同的但来自不同取向602的信息。
图7连同HIFU装置124一起示出躺在台面115上的对象702，HIFU装置124包括探头126、探头控制器128、探头激活器131(在该实施例中为操纵杆)、铰接臂132和紧固件134、以及虚拟探头406和标记402。铰接臂132包括被手动定位的夹钳，以及经由探头激活器131被以电子方式定位的机械臂706。注意在该实施例中，探头126被定位在对象702上方，而非台面115下方孔117之后。
图8示出GUI 300，GUI 300具有来自随后扫描的数据，所述数据包括后续体积数据802，以及后续图像804-808。该GUI中的图像能够被用于验证和确认实际消融810与所述计划对齐。
已参考优选的实施例描述了本发明。他人在阅读和理解前面的详细描述之后可以进行修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这些修改和变型，只要它们落在权利要求书或其等价要件的范围内。

Claims (15)

1.一种成像系统(100)，包括：
CT扫描器(101)，其包括：
辐射源(108)，其发射横贯检查区域(112)的辐射；
辐射敏感探测器阵列(110)，其跨所述检查区域与所述源相对定位，所述辐射敏感探测器阵列探测横贯所述检查区域以及其中的对象的一部分的辐射并生成指示所述辐射的信号；以及
对象支撑物(114)，其包括底座，其中，所述对象支撑物将所述对象定位在所述检查区域中；
HIFU装置(124)，其包括超声探头(126)，其中，所述HIFU装置被集成在所述对象支撑物的所述底座中；
主控制器(142)，其控制所述CT扫描器和所述HIFU装置两者的操作；以及
处置导航器(140)，其在图形用户接口中视觉表示CT图像数据，所述CT图像数据示出所述超声探头相对于HIFU流程的至少一个基准标记的位置，其中，所述CT图像数据由所述CT扫描器采集，所述CT图像数据被重叠在先前生成的HIFU流程计划上。
2.如权利要求1所述的成像系统，其中，在被重叠在所述先前生成的HIFU流程计划图像上的所述CT数据的所述视觉表示中，视觉跟踪所述超声探头相对于所述至少一个基准标记的位置的变化。
3.如权利要求1所述的成像系统，还包括：
处置规划器(138)，其在用户交互性图形用户接口中视觉表示先前获得的所述对象的CT体积数据，接收指示用户识别的HIFU流程区的信号，并基于所述先前获得的CT体积数据和所述HIFU流程区来生成所述HIFU流程计划。
4.如权利要求3所述的成像系统，其中，所述先前获得的CT体积数据被与所述对象的MR、PET或US数据融合，并且所述HIFU流程计划是基于所组合的数据和所述HIFU流程区而生成的。
5.如权利要求1至4中任一项所述的成像系统，所述对象支撑物包括：
孔(117)；以及
窗口(118)，其被配置为在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中所述孔关闭，在所述第二位置中所述孔打开，
其中，所述超声探头位于所述孔的下面，并且当所述窗口在所述第二位置时被激活，以在所述HIFU流程期间向所述对象应用HIFU超声波。
6.如权利要求5所述的成像系统，还包括：
探头保持器(130)，其被附着到所述对象支撑物，其中，所述探头保持器将所述超声探头保持在所述孔的下面的位置。
7.如权利要求6所述的成像系统，所述探头保持器包括：
铰接臂(132)，其被配置为在至少两个位置之间移动，其中，在所述至少两个位置之间移动所述铰接臂使所述探头在所述至少两个位置之间臂向移动。
8.如权利要求7所述的成像系统，还包括：
探头保持器控制器(136)，其以电子方式使所述铰接臂在所述至少两个位置之间移动。
9.如权利要求1至4中任一项所述的成像系统，其中，所述HIFU流程为来自包括组织消融流程或组织高热治疗流程的一组流程中的流程，所述流程与对感兴趣组织的药物施予相联系。
10.如权利要求1至4中任一项所述的成像系统，其中，所述HIFU装置被物理集成在所述对象支撑物中。
11.如权利要求1至4中任一项所述的成像系统，其中，所述处置导航器实时地在所述图形用户接口中视觉表示实时CT数据，所述实时CT数据被重叠在所述先前生成的HIFU流程计划上。
12.一种成像方法，包括：
使用CT扫描器来采集HIFU装置的HIFU超声探头的CT图像数据，所述HIFU装置与对象的HIFU流程相联系；
将所述CT图像数据重叠在HIFU流程计划的视觉表示上，所述视觉表示包括三维体积图像数据和视觉识别的HIFU处置区；
使用所述视觉表示的重叠数据，将所述HIFU超声探头与所述HIFU处置区对齐，其中，所述HIFU超声探头是集成在所述CT扫描器的对象支撑物的底座中的HIFU装置的部分；以及
在所述视觉表示的重叠数据中视觉跟踪所述HIFU超声探头的位置的改变。
13.如权利要求12所述的成像方法，还包括：
打开覆盖所述对象支撑物的台面的孔的窗口，其中，所述HIFU超声探头位于所述孔的下面；以及
将所述HIFU超声探头与所述HFIU处置区对齐。
14.如权利要求13所述的成像方法，还包括：
当不执行所述HIFU流程时，关闭所述窗口，由此覆盖所述孔。
15.如权利要求13至14中任一项所述的成像方法，还包括：
移动所述HIFU装置中支撑所述HIFU超声探头的铰接臂，从而将所述HFIU超声探头移动到所述孔的外部。
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