CN106163408B - 使用同时的x平面成像的图像配准和引导 - Google Patents

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Abstract

一种用于图像对齐的系统包括对齐机构(132)，所述对齐机构被配置为允许对图像的用户对齐。第一图像模态(110)被配置为使用与所述对齐机构(132)相关联的成像机构(134)同时地提供两个成像平面中的图像。图像处理模块(126)被配置为显示利用所述第一成像模态收集的第一图像和利用第二成像模态(130)收集的第二图像，以允许在多个平面中的所述第一图像与所述第二图像之间使用所述对齐机构的用户对齐。配准模块(115)被存储在存储器中并且被配置为在已经实现所述多个平面中的对齐时，将所述多个平面中的所述第一图像与对应的第二图像配准。

Description

使用同时的X平面成像的图像配准和引导
技术领域
本公开涉及医学仪器，并且更具体涉及成像系统和方法，其采用针对医学设备的图像配准和引导的多个平面。
背景技术
图像融合涉及通过与实况超声图像的扫描平面相对应的体积数据集(例如，计算机断层摄影(CT)或磁共振(MR))对图像切片进行重定格式和显示的过程。重定格式的CT能够被叠加在实况超声图像上或者以并列格式示出。与超声相比较，CT提供针对一些肿瘤的更好的病灶可视化。超声提供实况图像，而CT表示患者的解剖结构的静态快照。图像融合的一个优点在于，图像融合提供这两种模态的优点。例如，在融合这两种模态时，来自CT的良好的病灶可视化被提供有来自超声的实况信息和反馈。图像融合能够被采用以对在实况超声中不良可视化的小病灶进行靶向。
对于可能的图像融合而言，超声图像需要被配准到CT图像。配准是CT图像中的空间位置与超声图像中的相同空间位置的相关性。存在许多种配准技术。一种方法被称为平面配准。在该方法中，超声探头保持垂直于患者的身体以得到平行于轴向CT采集切片的超声扫描平面。然后，在CT中并且在超声中标记公共解剖点。公共平面和公共点的该组合足以将CT图像配准到超声图像。
常规探头生成沿着方位角平面的单个扫描平面。利用常规换能器的常规配准可以采用手动平面匹配，其是快速的但由于矢状(非成像的)平面中的探头角度而易于出错。另外，常规探头能够仅示出通过靶向病灶的一个平面，并且经常地，即使扫描平面看起来通过靶向病灶的中心，部分体积效应也能够导致扫描平面偏离中心。结果可以包括针对活检和流程的不精确的针放置或其他错误。
发明内容
根据本原理，一种用于图像对齐的系统，包括对齐机构，所述对齐机构被配置为允许对图像的用户对齐。第一成像模态被配置为同时地提供在两个或更多个成像平面中的图像。图像处理模块被配置为显示利用所述第一成像模态收集的第一图像和利用第二成像模态收集的第二图像以允许在多个平面中的所述第一图像与所述第二图像之间使用所述对齐机构的用户对齐。配准模块被存储在存储器中并且被配置为在已经实现所述多个平面中的对齐时，将所述多个平面中的所述第一图像与对应的第二图像配准。用于流程引导的系统包括融合图像的多个平面，并且多个平面显示器被用于流程引导。
一种用于图像对齐的系统，包括对齐机构，所述对齐机构被配置为允许对图像的用户对齐。第一成像模态被配置为使用与所述对齐机构相关联的成像机构同时地提供两个成像平面中的图像。图像处理模块被配置为显示利用所述第一成像模态收集的第一图像和利用第二成像模态收集的第二图像以允许在多个平面中的所述第一图像与所述第二图像之间使用所述对齐机构的用户对齐。配准模块被存储在存储器中并且被配置为在已经实现所述多个平面中的对齐时，将所述多个平面中的所述第一图像与对应的第二图像配准。
另一种用于图像对齐的系统，包括通过第一成像模态实时取得的第一图像和使用第二成像模态取得的第二图像。与所述第一成像模态相关联的探头被配置为同时地提供与所述第二图像的成像平面相对应的至少两个成像平面中的图像。图像处理模块被配置为将所述第一图像和所述第二图像显示在所述至少两个平面中的每个平面上以允许通过对所述探头的操纵在多个平面中的所述第一图像与所述第二图像之间的用户对齐。配准模块被存储在存储器中并且被配置为在已经实现在所述多个平面中的对齐时，将所述至少两个平面中的所述第一平面与对应的第二图像配准。
一种用于图像对齐的方法，包括：定位与第一成像模态相关联的对齐机构以同时地提供针对对象的至少两个成像平面中的图像；处理利用所述第一成像模态收集的第一图像和利用第二成像模态收集的第二图像以允许多个平面中的所述第一图像与所述第二图像之间的用户对齐；使用所述对齐机构将所述多个平面中的对应的第一图像和第二图像视觉地对齐；并且在已经实现所述多个平面中的视觉对齐时，锁定所述多个平面中的所述第一平面与对应的第二图像的所述对齐。
另一种用于仪器引导的方法，包括：在至少两个成像平面中利用第一模态采集实时图像；在所述至少两个成像平面中将所述实时图像与利用对应于所述实时图像的利用第二成像模态收集的第二图像融合以生成融合图像；并且通过将所述至少两个成像平面中的所述融合图像同时地可视化来引导仪器以在流程期间对所述仪器进行定位。
本公开的这些和其他目标、特征和优点将待结合附图阅读的其说明性实施例的以下详细说明而变得显而易见。
附图说明
本公开将参考以下附图详细呈现优选实施例的以下说明，在附图中：
图1是根据说明性实施例的示出用于图像配准和医学设备引导的系统的框图/流程图；
图2是示出了根据本原理校正的图像对齐误差的示图；
图3A是示出了看起来被标记在其中心处的病灶的第一图像平面的图像；
图3B是示出了正交于图3A的第一图像平面的第二图像平面的图像，该图3A的第一图像平面示出了与中心位置的标记的中心偏移；
图4是根据本原理的示出了具有归因于通过第一模态取得的实况图像与通过第二模态取得的静态图像之间的探头角度的未对齐的轴向成像平面并且还示出了通过第一模态取得的实况图像与通过第二模态取得的静态图像之间对齐的矢状成像平面的示图；
图5是根据本原理的示出了归因于探头的重定向和准备配准的对齐中的轴向成像平面和矢状成像平面的示图；
图6示出了根据本原理的通过使用电子3D探头提供的轴向平面(左上)和与轴向计算机断层摄影(CT)切片融合的相同轴向平面(左下)的实况图像，并且右上图像和右下图像示出了实况矢状平面和与来自CT的矢状切片融合的该相同平面；
图7是根据说明性实施例的示出了用于图像配准和设备对齐的方法的流程图；并且
图8是根据说明性实施例的示出了用于设备引导的方法的流程图。
具体实施方式
根据本原理，提供了用于基于多平面配准来融合图像的系统和方法。在一个实施例中，成像和对齐机构或特征，例如，电子三维(3D)探头，可以被用于生成针对多个平面中的对齐和同时的图像融合、配准和显示的实况X平面。电子3D探头能够生成正交X平面、多平面绘制(MPR)或者甚至通过体积的任何任意切片。根据一些实施例，可以将实时图像(例如，超声、X射线等)与静态图像(例如，计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射断层摄影(SPECT)、锥形射束CT、断层合成、先验超声体积等)配准。静态图像通常包括相对于(实况)图像的更大的准确度或其他益处。
可以使用多平面可视化在图像对齐、图像融合/配准和仪器引导中采用本原理。利用电子3D探头以正交平面的同时实况成像提供对至少两个平面的可视化并且允许用户校正多个平面中的任何误差的机会。类似地，该概念可以被用于提供标记到肿瘤的中心或其他感兴趣点的目标位置和针引导的经改进的准确度，因为与其各自的静态平面图像融合的一对正交实况图像平面将提供对真实的病灶中心或感兴趣点的更为明确的可视化。在一个实施例中，电子3D探头同时地显示多个平面并且可以被用于示出例如在病灶的中心或感兴趣点中的针放置或者其他设备放置。
一旦配准已经成功地发生，则同时的X平面成像可以被用于显示多个平面中的同时的融合图像。针对流程引导这可以是有利的，因为能够实现对病灶中心的真实的可视化，并且能够获得针顶端与病灶的经改进的确定性。在本文中描述了其中实况超声的多个平面(例如，正交平面)与对应的CT切片融合并且平面的这些多个显示被用于流程引导的流程引导的系统。
应当理解，将关于用于医学成像和对齐的仪器来描述本发明；然而，本发明的教导宽泛得多并且适于对包括机械系统、解剖模型、机器、管线系统等的成像。在一些实施例中，在成像或分析复杂生物或机械系统中采用本原理。具体而言，本原理适于用于生物系统的内部成像流程和身体的所有区域(诸如心脏、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。
附图中描绘的元件可以以硬件和软件的各种组合实现并且提供可以组合在单个元件或多个元件中的功能。附图中所示的各种元件的功能可以是通过专用硬件的使用以及能够运行与适当软件相关联的软件的硬件来提供的。当由处理器提供时，功能能够通过单个专用处理器、单个共享处理器或其中的一些可以共享的多个单独的处理器来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当解释为排他性地是指能够运行软件的硬件，并且可以隐含地包括而不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储等等。
此外，记载本发明的原理、方面和实施例以及特定范例的本文中的所有语句旨在包含其结构和功能等同物二者。另外，预期这样的等同物包括当前已知的等同物以及将来形成的等同物二者(即，不管结构而执行相同功能的所形成的任何元件)。因此，例如，本领域技术人员将意识到，本文所呈现的框图表示实现本发明的原理的说明性系统部件和/或电路的概念图。类似地，将意识到，任何流程图、流向图等表示可以基本上表示在计算机可读存储媒体中并且因此由计算机或处理器运行的各种过程，无论这样的计算机或处理器明确示出与否。
此外，本发明的实施例可以采取由计算机可用或计算机可读存储介质可访问的计算机程序产品的形式，所述介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或与其结合的程序代码。出于说明的目的，计算机可用或计算机可读存储介质可以是可以包括、存储、传递、传播或传输用于由指令运行系统、装置或设备或与其结合的任何装置。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体、固态存储器、磁带、可移除的计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前范例包括压缩磁盘-只读存储器(CD-ROM)、压缩磁盘-读/写(CD-R/W)、蓝光光盘和DVD。
现在参考附图，其中，相似的数字表示相同或类似的元件，并且初始参考图1，根据特别有用的实施例，说明性地示出了用于成像、图像对齐、配准和设备引导的系统100。系统100可以包括从其监督和/或管理流程的工作站或控制台112。工作站112优选包括一个或多个处理器114和用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储图像配准或融合模块115，其被配置为对来自两个或更多个图像或成像模态的两个或更多个图像进行融合或配准。成像模态优选包括实时(实况)成像模态110(诸如超声)和更准确或静态成像模态130(诸如例如计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、锥形射束CT、断层合成、先验超声体积等)。
尽管本原理预期两种成像模态，但是可以采用更大数量的成像模态或者可以采用多次相同成像模态或成像模态的任意组合。另外，尽管可以一起采用多种实时成像模态110，但是可以在实时成像模态110之前执行或收集(一个或多个)更准确或静态成像模态130。静态成像模态可以是系统100的部分或者可以是另一系统(未示出)的部分，并且静态成像模态的图像128被提供到存储器116中并且被存储在存储器116中。在存储器116中收集和存储的图像128可以被用于由配准/融合模块115和/或图像处理模块126使用。
系统100可以被用于对医学设备102的引导。医学设备102可以包括针、导管、导丝、探头、内窥镜、机器人、电极、过滤器设备、球囊设备或其他医学部件等。医学设备102可以被引导到对象160(例如，患者)中的体积131或感兴趣点。
在特别有用的实施例中，成像机构134被提供用于与实时成像模态110(例如，超声成像)一起使用。该成像机构134可以包括电子三维(3D)探头或3D超声换能器探头，其提供在至少两个平面中的同时成像。探头134可以包括二维(2D)阵列换能器，其能够生成例如沿着方位角(水平)和高度(垂直)维度的扫描平面。2D阵列换能器，诸如矩阵换能器，在本领域中一般是已知的，并且能够被用于3D超声体积成像。该成像机构134被耦合到对齐接口或机构132，其允许用户将来自实况模态的图像与来自静态模态的图像排队(或其他图像组合)。该对齐机构132能够采取包括轨迹球、操纵杆、刻度盘等的各种形式，其允许对多个平面中的融合图像的对齐。对齐机构132和成像机构134可以集成在一个单元(例如，装置136)中。例如，超声探头自身能够被用作成像机构134和对齐机构132，其中，探头的倾斜和偏转用于修改各自模态的对齐。
能够关于(一个或多个)对齐和成像装置136共同地描述对齐机构132和成像机构134。在特别有用的实施例中，装置136包括电子3D探头，其能够采集和显示在具有任意取向的多个平面中的实况超声图像并且将这些图像对齐以用于配准和引导应用。3D探头能够用作移动图像以对齐的三维鼠标。通过这种方式，3D探头用作成像机构134和对齐机构132两者并且采集和显示多平面实况超声图像，其提供针对相对于周围解剖结构的病灶位置确定的更多确定性，并且促进针对更准确的配准的图像的对齐以及到病灶或其他感兴趣区域的更安全的针引导。3D探头能够采集超声数据的实况体积。超声数据的体积可以被绘制并且可以被用于可视化器官的表面并且允许对这些器官(或者定位在器官内的病灶)的方法的规划。
工作站112包括用于查看对象(患者)或体积131的内部图像122、128的显示器118并且可以包括在不同成像模态之间叠加、融合或以其他方式配准的图像122、128。图像122优选是实况或实时图像，而图像128优选是静态或较高的分辨率/准确性的图像。图像122和128优选包括从公共有利点(平面)取得的图像，使得能够对图像进行配准和/或融合。
提供(一个或多个)显示器118以给出用于对两个或更多个成像模态的图像平面进行对齐的用户视觉反馈。显示器118还可以允许用户与工作站112和其部件和功能或者系统100内的任何其他元件进行交互。这还由可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备或任何其他外围或控制的接口120来促进，以允许来自工作站112的交互的用户反馈。接口120和对齐机构132可以是集成的或可以是分离的特征。
在特别有用的实施例中，电子3D探头(134)被用于生成超声或其他实时成像模态(110)的实况同时正交平面以用于与在类似平面中切片的静态(例如，CT、MR等)数据集(更准确和/或静态的成像模态130)配准。正交X平面可以被用于生成在显示器118上的实况融合叠加视图(例如，CT或MR加上超声)，其能够提供例如在病灶中的针放置或其他器械放置的非常准确的跟踪并且辅助减轻超声引起的不准确，诸如部分体积效应、来自平面目标的影响等。
在一个实施例中，医学数字成像和通信(DICOM)标头信息可以被用于确定如何生成超声平面以用于与图像模态110配准使用的成像模态130(例如，CT或MR)。图像处理模块126从图像128读取采集角度(例如，DICOM标头信息)并且能够做出在实况图像122中的校正。另外，在使用期间，多个对应的平面中的图像122和128可以同时地可视化以允许用户执行例如在两个正交平面之间的对齐功能以在通过配准模块115锁定配准位置之前确保适当的图像对齐。
应当理解，替代提供来自3D探头134的实况X平面，可以针对实时成像模态110采集体积采集。然后，可以通过从将对来自其他先前采集的成像模态130的图像(例如，CT切片)排队的体积(例如，3D超声体积)选择(一个或多个)适当的平面由配准模块115完成平面配准。另外，替代使用配准期间的X平面，可以在超声被融合到CT之后提供实况X平面。通过这种方式，实况图像将具有直到融合图像的确切匹配，其已经包括图像(先前取得的实况图像)的版本。这将使用户操纵和对齐甚至更加准确。该对齐是优选使用融合图像的多个平面手动地执行的。所述对齐包括来自显示图像的视觉反馈以同时地对齐多个平面中的图像。
在另一实施例中，可以由操作者在图像中选择或分配公共点以允许视觉对齐。例如，操作者可以使用对齐机构132(或接口120)点击近似平行于轴向CT平面的超声图像与轴向CT图像之间的公共点，并且然后点击近似平行于矢状CT平面的超声图像与通过CT体积的矢状切片之间的公共点。选择矢状取向中的公共点允许系统100补偿初始超声平面中未确切地平行于轴向CT采集平面的任何倾斜。这是期望用户同时查看CT(或MR)上的超声的叠加图像并且调节超声平面以使得两个模态之间的类似性最大化来做到的。然而，当查看单个平面时，得到完全平行于CT采集平面的超声扫描平面在实际实践中是非常困难的。此处所描述的实施例实现关于归因于两个或更多个平面中的超声和CT叠加的同时可视化的大得多的位置确定性的结果。
例如，当在实况超声中采集两个正交平面连同从CT体积生成的两个正交切片时，存在用于将超声平面与CT平面对齐的若干种方式。一种方式是通过将CT平面叠加在实况超声平面的顶部并且使用探头位置调节来将CT与超声对齐。另一种方式包括使用用户界面120(例如，鼠标点击等)对CT平面和/或超声平面中的公共点进行选择，并且将这些点彼此相关联(例如，同时地对齐多个图像平面中的每个图像平面中的对应的点)。
系统100可以被用于识别成像模态(130)(例如，CT或MR)数据集是否具有非零采集角度(例如，倾斜采集)。该值能够被读取并且传播到3D探头134。实况超声的轴向平面和矢状平面具有通过图像处理模块126或配准模块115被应用到其图像的倾斜角。一旦实现多平面对齐，则用户然后继续视觉地对齐平面并且然后锁定配准，如所描述的。
参考图2，示图示出了平面配准未对齐误差的范例。图202、204和206描绘了相应地垂直于在位置210、212和214处的患者231的轴向方向(例如，矢状平面)取得的CT截面。描绘了通过CT的使用的矢状切片22用于参考。超声探头220被用于实时获得超声图像。尽管能够迅速地完成常规平面配准，但是其易于出错并且可以不与远离在其中对患者231执行(212)配准的平面的CT或MR采集(202、204和206)一起使用。这是因为当定义轴向平面时的超声换能器中的小的角误差导致增加的空间失配，另一个远离配准位置(212)。
例如，对于小部分和肌骨骼(MSK)成像而言，典型地在倾斜取向上完成MR采集。这样，即使操作者小心确保超声探头垂直于患者的位置，也不可以实现超声平面与MR的采集平面之间的对齐。
假定针对患者231采集轴向CT，则用户必须把持超声探头220以提供在扫描患者时平行于轴向平面232(或垂直于患者的身体)的扫描平面。在远离配准位置(亦即，沿着与探头220的取向相对应的旋转轴向平面234行进)时，与平行的任何偏差导致增加的配准误差。尤其由于腹部是弯曲表面，因而完美地垂直于患者的身体的小偏差非常难以视觉地检测。
在配准点处，在CT相对于超声探头220的位置212处的中间切片204是正确的。实况超声图像到先验CT上的叠加示出了完美的对齐。然而，因为超声探头在平面配准期间是稍微倾斜的，因而这有效地以相对于患者231的物理位置的相同的量使CT图像202和206倾斜。朝向患者的脚，叠加到CT上的任何超声扫描将比对应的CT图像低若干厘米(后方向)。相反的情况朝向头部发生。超声扫描示出了对应的CT图像之上(前方向)的若干厘米。如果电磁(EM)跟踪针同时被用于流程，则经由相对于CT的EM跟踪对针顶端的估计将展示相同的误差。在图像202、204和206中的十字线示出了相对于各自图像的针顶端位置。该配准误差不准确度影响用户对其使用超声放置针的位置是CT图像中所示的确切相同位置的置信度。
再次参考图1，成像机构134提供轴向平面和矢状平面(或正交平面或非正交平面的其他集合)二者中的实况超声图像122。执行针对第二成像模态(例如，CT、MR等)的图像128与第一成像模态(例如，超声)的图像122的平面对齐。多个平面中的图像122和128的同时可视化立即突出对齐中的任何倾斜。该倾斜被可视化并且通过例如调节对齐机构132立即地校正直到超声(122)与CT(128)的矢状平面被对齐。除了倾斜之外，如果存在从头到脚方向上的任何误差，则矢状平面将突出该偏移并且允许用户对其进行校正。
替代或者补充矢状平面，也可以采用冠状平面。同时实况超声平面可以生成在冠状维度中，其可以被用于识别和校正该取向中的对齐的误差。也预期了其他平面取向。
对于倾斜的MR或CT采集而言，倾斜采集的角度被存储在DICOM标头中。该值可以由超声或其他实时成像系统读取并且被应用到对X平面的采集，使得X平面具有所应用的该相同的倾斜角。这确保临床用户可以跟随用于配准的一致的协议(“总是将你的探头垂直于患者”)而不是必须逐个患者考虑CT或MR采集的取向。
本原理可以采用一个或多个额外的平面以不仅消除配准和角度误差而且提供对感兴趣点(例如，病灶)的经改进的靶向。图像融合和导航的一个目的是使得能够使用来自多个模态的图像数据对例如病灶的非常精确的靶向(工具引导)。另外，可以采用其他跟踪技术，例如，除了超声引导之外，电磁(EM)跟踪信息可以被用于针。然而，利用常规探头，由于仅提供一个平面，什么经常看起来病灶的中心在另一平面中实际上偏离中心。
参考图3A，示出了具有与轴向平面中的超声图像融合的CT图像的图像352。超声的扫描平面和重定格式的CT看起来经过大病灶的中心，并且该位置然后利用T1进行标记。
参考图3B，当探头在另一方向上被物理地旋转以查看矢状平面时，图像354中的T1显著地偏离中心地定位，使得T1实际上不在病灶356的中间。该误差是通过同时提供对多个平面的实时图像跟踪来校正的，如所描述的。本原理通过采用对公共特征的多个平面可视化提来供经改进的引导准确度。
参考图4，示图示出了根据一个说明性实施例的平面对齐和误差校正的范例。图360和图362描绘了轴向地(图像360)并且垂直于患者231上的位置处的轴向方向(矢状平面)(图像362)取得的CT截面。超声探头364(例如，3D电子探头(134))被用于同时并且实时地获得轴向超声图像366(虚线)和矢状超声图像368(虚线)。
如所描绘的，沿着轴向方向的轻微倾斜(箭头“A”)导致实时图像在轴向方向上未对齐(图像366未与图像360对齐)并且导致矢状平面中的未对齐(图像368和362未对齐)。用户能够通过移动探头364来视觉地校正未对齐的图像，其还用作对齐机构，直到移除未对齐(例如，图像366与图像360对齐，并且图像368与图像362对齐)。倾斜365或其他误差被可视化并且通过使探头364倾斜来立即地校正，直到超声和CT的轴向平面和/或矢状平面(或其他平面)被对齐。对于倾斜的MR或CT采集而言，例如存储在DICOM标头中的倾斜采集的角度可以由超声或其他实时成像系统读取并且被应用到对X平面的采集，使得X平面具有所应用的该相同倾斜角。
应当理解，可以采用其他对齐机构。例如，可以使用多个平面公共的接口选择点。公共点可以然后被用于在多个平面中的视觉对齐。
参考图5，通过将探头364(或其他设备)移动到相应地实现超声图像366和368与图像360和362之间的至少两个平面中的对齐的位置来实现正确的对齐。一旦在至少两个方向/平面(例如，轴向和矢状、轴向、和冠状、矢状和冠状或任何其他平面之间)中做出对齐，则锁定配准，并且可以使用融合或配准的数据进行引导或其他操作以确保对医学仪器的适当的定位和/或轨迹。
参考图6，说明性地示出了范例图像402、404、406和408。左上图像402示出了来自电子3D探头的实况轴向平面。左下平面404示出了与CT图像融合的相同轴向平面。右上图像406和右下图像408相应地示出了实况矢状平面以及与来自CT的矢状切片融合的相同平面。
如所示的，系统100(图1)显示了两个或更多个平面(例如，轴向平面和矢状平面二者)中的实况超声图像。患者的CT或MR还轴向并且矢状地显示切片并且与其各自的超声图像一起显示。当用户识别轴向超声到轴向CT(或者矢状超声到矢状CT)中的公共点时，轴向图像彼此叠加，并且这两个矢状图像彼此叠加。如果矢状图像表明相对于彼此的偏移或特定角旋转，则用户能够在锁定该配准之前立即物理地校正该倾斜。应当理解，除了包括中间平面的其他平面外，所描述的实施例可以采用对额外平面的使用，包括但不限于冠状平面等。
参考图7，根据本原理说明性地描述了用于图像对齐、配准和设备引导的方法。在框502中，与第一成像模态相关联的成像和对齐装置被定位为同时地提供针对对象的至少两个成像平面中的图像。第一模态可以包括超声成像，并且装置可以包括集成成像机构和对齐机构，诸如电子三维探头。在另一实施例中，可以收集三维(3D)图像体积以生成与成像平面对应的第一图像。在另一实施例中，所述装置包括对齐机构，所述对齐机构可以包括用于分配至少两个成像平面公共的可显示点的接口(例如，图1的120)。在框504中，通过将由第二成像模态采集的图像数据的体积重定格式来提供(例如，从存储器生成或提供)与至少两个成像平面对应的第二图像。
在框506中，针对第一成像模态处理第一图像，并且针对第二成像模态处理所收集的第二图像，以允许多个平面中的第一图像与第二图像之间的用户对齐。在框508中，处理可以包括使用来自多个平面的图像确定感兴趣点的中心(或其他位置)。
在框510中，操纵图像以实现多个平面中的对应的第一图像与第二图像之间的对齐。对齐过程优选是视觉的并且在(一个或多个)显示器上提供给用户。在框512中，能够通过利用来自示出两个或更多个平面的一个或多个显示器的视觉反馈对对齐机构(例如，探头)的用户操纵来执行对齐。在一个实施例中，可以通过选择第一图像和/或第二图像中的点(例如，使用接口)以同时地对齐在框514中的多个图像平面的每个图像平面中的对应点来实现对齐。其他对齐操作可以包括对齐参考线、对齐标记等。在框516中，第二模态可以包括计算机断层摄影、磁共振等，并且处理可以包括根据针对第二图像的采集角来调节第一模态图像。
在框518中，当已经实现了多个平面中的对齐时，锁定多个平面中的第一图像与对应的第二图像之间的配准。在框520中，配准可以包括将第一图像和第二图像融合并且还将实况图像配准到融合的第一图像和第二图像。
在框522中，融合/配准图像可以被用于设备引导或其他应用。多平面融合图像可以被用于在流程期间引导一个或多个仪器。可以在图像引导式介入流程中采用图像融合/配准，例如PercuNavTM。在一个实施例中，可以根据图8执行设备引导和组织表征。
参考图8，示出了用于仪器引导和组织表征的说明性方法。在框602中，在至少两个成像平面中利用第一模态采集实时图像。第一模态可以包括超声成像等。第二模态可以包括以下各项之一：计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、锥形射束CT、断层合成、存储的超声体积等。
在框604中，将实时图像与在至少两个成像平面中利用对应于实时图像的第二成像模态采集的第二图像融合以生成融合图像。在一个实施例中，可以采用融合图像，并且实时图像可以被配准到融合图像。在框606中，通过将至少两个成像平面中的融合图像同时地可视化来引导仪器以在流程期间对仪器进行定位。仪器可以包括引导到在多个平面中可视化的目标的针。多平面定位确保设备定位过程中的更好的准确度和滴注操作者置信度。补充或者替代仪器引导，在框608中，可以在融合图像中表征(一个或多个)感兴趣点。感兴趣点可以包括解剖特征、病灶、肿瘤、组织等。在框610中，表征可以包括使用来自多个平面的图像确定感兴趣点上的中心或其他位置。在框612中，根据需要继续流程。
在解析权利要求书时，应当理解：
a)词语“包括”不排除给定权利要求中的那些外的其他元件或行为的存在；
b)在元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在；
c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；
d)若干“装置”可以通过相同项目或硬件或软件实现的结构或功能来表示；并且
e)除非具体指示，否则不旨在要求行为的具体顺序。
已经描述了针对利用电子探头使用同时的X平面成像的图像配准和引导的优选实施例(其旨在是说明性而非限制性的)，应当指出，本领域技术人员可以根据以上教导做出修改和变型。因此，应当理解，可以在如由权利要求书所概述的本文所公开的实施例的范围内的所公开的本公开的特定实施例中做出改变。因此，描述了由专利法要求的细节和特殊性，由专利证书所保护的主张并期望的内容在权利要求书中得以阐述。

Claims (14)

1.一种用于图像对齐的系统，包括：
对齐机构(132)，其被配置为允许对图像的用户对齐；
成像机构(134)，其与第一成像模态(110)相关联，所述成像机构被配置为同时地提供在至少两个成像平面中对象的区域的至少两幅第一图像，并且其中，所述成像机构(134)与所述对齐机构(132)相关联；
图像处理模块(126)，其被配置为在显示器上同时地显示所述至少两幅第一图像，所述至少两幅第一图像中的每幅第一图像示出所述至少两个成像平面中的不同的一个成像平面，
其中，所述图像处理模块被配置为将所述至少两幅第一图像分别与对应的第二图像叠加，
其中，所述对应的第二图像是在所述至少两幅第一图像的捕获之前利用第二成像模态(130)收集的并且被存储在所述系统的存储器中，并且
其中，所述图像处理模块还被配置为允许使用所述对齐机构在所述至少两幅第一图像与所述对应的第二图像之间的用户对齐；以及
配准模块(115)，其被存储在存储器中并且被配置为在已经实现在所述至少两个成像平面中的对齐时，将所述至少两个成像平面中的所述第一图像与所述对应的第二图像配准，
其中，所述用户对齐是通过利用来自在所述显示器上同时显示的所述至少两幅第一图像和所述对应的第二图像的视觉反馈对所述对齐机构的用户操纵来执行的，
其中，所述图像处理模块被配置为确定作为静态图像的所述第二图像中的一个的采集角并且根据所述第二图像的所述采集角对作为实况图像的所述第一图像中的一个进行校正。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一成像模态(110)包括超声成像，并且所述对齐机构(132)和所述成像机构(134)是电子三维探头，并且其中，所述第二成像模态(130)包括如下各项之一：计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、锥形射束CT、断层合成或存储的超声体积，并且其中，所述图像处理模块被配置为根据针对所述第二图像的倾斜采集角来调节所述第一图像。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述配准模块(115)被配置为将所述第一图像和所述第二图像进行融合以用于在设备引导中使用。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述对齐机构(132)包括用户界面，所述用户界面被配置为选择所述第一图像和/或所述第二图像中的点以同时地对齐多个图像平面的每个图像平面中的对应点。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括三维(3D)图像体积，所述三维图像体积被用于生成与所述第二图像的成像平面相对应的所述第一图像。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像处理模块(126)被配置为在仪器引导期间使用来自多个平面的图像来确定感兴趣点的中心。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一图像是通过所述第一成像模态实时取得的，并且所述第二图像是从静态图像导出的。
8.一种用于图像对齐的方法，包括：
定位(502)与第一成像模态相关联的对齐机构以在显示器上同时地提供针对对象的至少两个成像平面中的至少两幅第一图像；
在所述显示器上提供(504)利用第二成像模态收集的并且对应于所述至少两个成像平面的至少两幅第二图像；
处理(506)利用所述第一成像模态收集的所述至少两幅第一图像以及利用所述第二成像模态收集的所述至少两幅第二图像，以允许在所述至少两个成像平面中的所述至少两幅第一图像与所述至少两幅第二图像之间的用户对齐；
使用所述对齐机构将所显示的在所述至少两个成像平面中的对应的至少两幅第一图像和至少两幅第二图像视觉地对齐(510)；并且
在已经实现在所述至少两个成像平面中的视觉对齐之后，锁定(518)在所述至少两个成像平面中所述至少两幅第一图像与对应的至少两幅第二图像的所述对齐，
其中，所述方法还包括确定作为静态图像的所述第二图像中的一个的采集角并且根据所述第二图像的所述采集角对作为实况图像的所述第一图像中的一个进行校正。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一成像模态包括超声成像，并且所述对齐机构包括电子三维探头。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二成像模态包括如下各项之一：计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、锥形射束CT、断层合成或存储的超声体积，并且处理包括根据针对所述第二图像的倾斜采集角来调节所述第一图像。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，视觉地对齐(510)包括选择(514)所述至少两幅第一图像和所述至少两幅第二图像中的点以同时地对齐所述至少两个成像平面的每个成像平面中的对应点。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，同时地提供(502)在所述至少两个成像平面中的至少两幅第一图像包括收集三维(3D)图像体积以生成与所述第二图像的成像平面相对应的所述第一图像。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，锁定(518)所述对齐包括对所述至少两幅第一图像和所述至少两幅第二图像进行配准。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括融合(520)所述对应的至少两幅第一图像和至少两幅第二图像并且采用(522)融合图像以用于设备引导。
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