成像装置和介入器械事件映射器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201480073790.4 (22)申请日 2014.01.22 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2016.07.21 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IB2014/058473 2014.01.22 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2015/110866 EN 2015.07.30 (71)申请人 模拟技术公司 地址 美国马萨诸塞州 (72)发明人 L普洛 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 王英 刘炳胜 (51)Int.。

2、Cl. A61B 8/08(2006.01) A61B 6/12(2006.01) (54)发明名称 成像装置和介入器械事件映射器 (57)摘要 一种系统(102)包括介入器械(104)和成像 装置(106)。 所述介入器械包括介入器械事件跟 踪发射器(116)， 其结合针对对象的感兴趣区域 的介入流程响应于通过介入器械的预定介入器 械事件来发射介入器械事件信号。 所述成像装置 (106)包括成像器(132)， 其生成所述对象的所述 感兴趣区域的图像。 所述成像装置(106)还包括 接收器(126)， 其接收所述介入器械事件信号。 所 述成像装置(106)还包括器械事件映射器(128)， 其基。

3、于所接收的介入器械事件信号来将所述预 定介入器械事件映射到所述图像。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 106061399 A 2016.10.26 CN 106061399 A 1.一种系统(102)， 包括： 介入器械(104)； 其包括： 介入器械事件跟踪发射器(116)， 其结合针对对象的感兴趣区域的介入流程响应于通 过介入器械的预定介入器械事件来发射介入器械事件信号； 成像装置(106)， 其包括： 成像器(132)， 其生成所述对象的所述感兴趣区域的图像； 接收器(126)， 其接收所述介入器械事件信号， 以及 器械事件映射器(128)， 其基于所接收的介入器械事件信号来。

4、将所述预定介入器械事 件映射到所述图像。 2.根据权利要求1所述的系统， 其中， 所述成像装置包括超声成像设备， 并且所述成像 器包括超声换能器。 3.根据权利要求1或2中的任一项所述的系统， 所述介入器械还包括： 致动器(114)， 其引起所述跟踪发射器发射所述信号。 4.根据权利要求3所述的系统， 其中， 所述致动器响应于用户输入而引起所述跟踪发射 器发射所述信号。 5.根据权利要求3所述的系统， 其中， 所述致动器响应于所述介入器械事件而自动地引 起所述跟踪发射器发射所述信号。 6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统， 其中， 所述介入器械包括活检针、 引导丝 或管腔中的一个。 7.。

5、根据权利要求6所述的系统， 其中， 所述介入器械事件是活检。 8.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统， 其中， 所述图像被包括在数据文件中， 并 且所述器械事件映射器包括所述数据文件中的所述信号与所述图像。 9.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统， 其中， 所述图像被包括在数据文件中， 并 且所述信号包括所述介入器械事件发生时的时间， 并且所述器械事件映射器将时间包括在 所述数据文件中。 10.根据权利要求1至9中的任一项所述的系统， 还包括： 器械跟踪系统(122)， 其生成指示所述介入器械在所述对象中的位置和取向的方位信 号， 并且将所述方位信号传送给所述成像装置， 其中， 所述器。

6、械事件映射器将所述介入器械 事件信号映射到所述介入器械的所述位置和所述取向。 11.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统， 还包括： 至少第二成像装置， 所述至少第二成像装置包括： 磁共振成像装置或者计算机断层摄 影成像装置。 12.一种方法， 包括： 接收电子格式的信号， 所述信号指示在介入流程期间的时间点处介入器械在对象中的 感兴趣区域处的动作的发生； 将所述信号映射到在所述介入流程期间的所述时间点处采集的图像， 生成映射信号； 并且 将所述映射信号存储在计算机存储器中。 13.根据权利要求12所述的方法， 其中， 所述映射包括将所述动作发生处的位置映射到 权 利 要 求 书 1/2 。

7、页 2 CN 106061399 A 2 所述图像。 14.根据权利要求12至13中的任一项所述的方法， 其中， 所述映射识别在所述动作发生 的相同时间点处采集的所述图像。 15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法， 还包括： 将所述映射信号合并在包括所述图像的数据文件中， 并且将所述数据文件存储在所述 计算机存储器中。 16.根据权利要求12至15中的任一项所述的方法， 其中， 所述介入器械包括活检针、 引 导丝或管腔中的一个。 17.根据权利要求16所述的方法， 其中， 所述动作包括采集活检样本。 18.根据权利要求12至17中的任一项所述的方法， 还包括： 在图像引导下将所述介入。

8、器械引导到所述感兴趣区域。 19.一种系统， 包括： 用于执行介入流程的单元； 用于采集用于所述介入流程的图像数据的单元； 接收器， 其接收由用于执行所述介入流程的所述单元所发射的信号， 其中， 所述信号指 示发生的预定介入流程事件； 以及 器械事件映射器， 其生成在所述信号与用于采集图像数据的所述单元所生成的对应图 像之间的映射。 20.根据权利要求19所述的系统， 其中， 所述映射将针对所述介入器械的位置和取向的 所述信号映射到所述图像。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 106061399 A 3 成像装置和介入器械事件映射器 技术领域 0001 下文总体涉及成像， 并且更具体涉。

9、及具有介入器械事件映射器的成像装置， 并且 结合对超声(US)成像的具体应用加以描述； 然而， 下文还涉及其他成像模态， 诸如磁共振成 像(MRI)、 计算机断层摄影(CT)、 X射线等。 背景技术 0002 超声成像装置已经包括将超声射束发射到检查视场中的换能器阵列。 当射束横穿 视场中的结构(例如， 目标或对象、 器械等)时， 射束的子部分被衰减、 被散射和/或被反射离 开所述结构， 其中， 反射(回波)中的一些朝向换能器阵列横穿回来。 换能器阵列接收并且处 理回波， 并且生成对象或目标、 器械的一幅或多幅图像。 0003 超声成像已经被用于引导活检流程。 超声成像引导的活检流程已经利用被。

10、附接到 超声探头的活检针(或者以另外的方式被引导， 诸如不受约束地)来执行， 使得活检针的顶 端处在成像视场(FOV)中。 超声成像装置被用于生成视场和针的图像， 并且所述图像被操作 者用于将针移动到感兴趣组织， 使得能够在感兴趣组织的(一个或多个)期望位置处进行 (一个或多个)组织采样并且采集样本。 0004 一旦活检被完成， 针就被移除。 所述图像， 如果被保存的话， 能够稍后用于对针入 口、 针到感兴趣组织的移动、 在感兴趣组织处的针顶端和/或针的移除进行可视化。 然而， 这 样的信息不指示活检被执行的时刻。 因此， 可能不清楚实际在何时以及何处执行所述活检。 此外， 不存在能够被用于引。

11、导和/或比较相同的感兴趣组织的后续活检的参考点。 发明内容 0005 本申请的各方面解决以上问题和其他问题。 0006 在一个方面中， 一种系统， 包括： 介入器械和成像装置。 所述介入器械包括介入器 械事件跟踪发射器， 其结合针对对象的感兴趣区域的介入流程响应于通过介入器械的预定 介入器械事件来发射介入器械事件信号。 所述成像装置包括成像器， 其生成所述对象的感 兴趣区域的图像。 所述成像装置还包括接收器， 其接收所述介入器械事件信号。 所述成像装 置还包括器械事件映射器， 其基于所接收的介入器械事件信号而将所述预定介入器械事件 映射到所述图像。 0007 在另一方面中， 一种方法， 包括：。

12、 接收电子格式的信号， 所述信号指示在介入流程 期间的时间点介入器械在对象中的感兴趣区域处的动作的发生。 所述方法还包括： 将所述 信号映射到在所述介入流程期间的所述时间点采集的图像； 生成映射信号。 所述方法还包 括将所述映射信号存储在计算机存储器中。 0008 在另一方面中， 一种系统， 包括用于执行介入流程的单元。 所述系统还包括用于采 集用于所述介入流程的图像数据的单元。 所述系统还包括接收器， 其接收由所述的用于执 行介入流程的单元发射的信号。 所述信号指示所发生的预定介入流程事件。 所述系统还包 括器械事件映射器， 其生成在所述信号与由所述的用于采集图像数据的单元所生成的对应 说 。

13、明 书 1/6 页 4 CN 106061399 A 4 图像之间的映射。 0009 在阅读并理解说明书之后， 本领域技术人员还将意识到本申请的其他方面。 附图说明 0010 通过范例的方式图示了本申请， 并且本申请并不限于附图的图示， 在附图中， 相同 的附图标记指示相似的元件， 并且在附图中： 0011 图1示意图示了结合介入器械的成像装置； 0012 图2示意图示了图1的介入器械的范例； 0013 图3、 4、 5和6示意图示了图1的成像装置的范例； 并且 0014 图7图示了用于记录介入器械在介入事件的时间点的位置和取向结合介入器械在 该时间点的图像的范例方法。 具体实施方式 0015。

14、 图1示意图示了系统102， 系统102至少包括介入器械(器械)104和至少一个(在图1 中仅示出了一个)成像装置106。 0016 器械104例如是用于成像引导的医学流程的适当的介入器械。 例如， 在成像引导的 流程是针吸活检的情况下， 器械104可以包括针、 引导丝、 管腔和/或其他设备。 在该范例中， 一般来说， 器械104能够是能够获得包括感兴趣细胞(诸如被怀疑包括癌症、 肿瘤等细胞的 细胞)的组织、 流体等的样本的任何装置。 这样的医学流程已经由细胞病理学家、 外科医生、 介入放射科医生、 在执行这样的活检方面(例如， 在X射线、 超声等的引导下)和/或在其他方 面训练过的临床医生来。

15、执行。 0017 处于解释性的目的， 器械104被描述为包括活检针。 在图2中示意示出了这样的器 械的非限制性范例。 在图2中， 器械104包括手柄或支撑件202、 细长针204和长轴206。 细长针 204包括顶端208和杆210， 杆210由支撑件202进行支撑。 返回到图1并且继续参考图2， 至少 用于图示的流程的针204的顶端208要被导航或者被移动到具有接口112的对象110的感兴 趣目标或区域108(例如， 组织、 流体等)内。 在该范例中， 在由成像装置106生成的图像的引 导下， 针204被穿过接口112并且被移动到感兴趣目标108。 0018 继续参考图1和图2， 器械104。

16、还包括致动器114(ACT)。 致动器114例如是物理机械 开关或类似物， 致动器114由用户(例如， 机器人、 人类等)和/或器械104来致动。 对于前者， 例如， 用户可以推动按钮、 枢转杠杆、 滑动元件等来对致动器114进行致动。 对于后者， 例如， 在活检器械的背景下， 引起对活检样本的采集的机构可以对致动器114进行致动。 器械104 还包括事件跟踪发射器(发射器)116(TX)。 响应于通过致动器114的致动， 发射器116生成并 且发射介入器械事件信号， 如在本文中所描述的， 所述介入器械事件信号能够用于指示器 械104已经执行动作(例如， 采集样本)。 0019 图示的器械10。

17、4还包括N个发射体， 1181(EM1)、 、 118N(EMN)(在本文中共同被称为 发射体118)， 其中， N是等于或大于或一(1)的整数。 一般来说， 发射体118包括提供能够用于 确定跟踪设备并且因此器械104的空间位置和/或取向的信息的跟踪设备。 该信息能够被用 于例如识别器械104在由成像装置106生成的图像中的位置， 其中， 器械104在所述图像中是 不可见的。 在这样的情况中， 视觉标记(例如， 箭头、 线等)能够被放置在图像上以提供器械 说 明 书 2/6 页 5 CN 106061399 A 5 104位于哪里的指示。 能够另外地或备选地使用外部跟踪系统。 0020 器械。

18、104还包括接口120(INT)。 接口120能够包括被配置为接收线缆或类似物的互 补的物理连接器的电-机接口。 另外地或备选地， 接口120能够包括无线接口。 在一种情况 下， 从发射器116发射的信号通过接口120被传送离开器械104。 备选地， 发射器120直接发送 信号离开器械104。 接口12还被用于将从发射体118发射的信号传送离开器械104。 接口120 可以是单个接口， 包括多个子接口(例如， 一个用于发射器116并且一个用于发射体118)， 或 者包括两个分离的并且不同的接口(例如， 一个用于发射器116并且一个用于发射体118)。 0021 器械位置确定器122接收来自发射。

19、体118的信号， 并确定发射体的位置和/或取向。 在于2010年2月10日提交的标题为 “Ultrasound Systems Incorporating Position Sensors and Associated Method” (在此通过引用的方式将其全文并入本文)的美国专利 申请NO.12/703706和于2010年5月6日提交的标题为 “Freehand Ultrasound Imaging Systems and Methods for Guiding Elongate Instruments” (在此通过引用的方式将其 全文并入本文)的美国专利申请NO.12/775403中描述。

20、了合适的位置确定器系统的范例。 在 本文中还考虑了其他方案。 如至少在这些参考文献中所公开的， 发射体、 传感器和/或发射 器还能够被固定到图像装置106的成像器。 0022 成像装置106能够是超声(US)、 磁共振(MR)、 计算机断层摄影(CT)、 和/或例如生成 能够用于在成像引导的流程(诸如活检、 外科手术和/或其他流程)期间视觉地观察器械104 的成像数据的其他成像装置。 亦即， 在特定时间点生成的图像将会视觉地示出器械104， 并 且因此， 如果器械104在该时间点可见的话， 示出器械104在该时间点的位置。 在一变型中， 系统102能够包括多于一个成像装置。 在于2013年11。

21、月27日提交的标题为 “Multi-Imaging Modality Navigation System” 的国际申请NO.PCT/US13/72154(在此通过引用的方式将其 全文并入本文)中描述了这样的系统的范例。 0023 成像装置106还包括接收由发射器116生成并且发射的信号的接收器(RX)126。 响 应于接收器126接收信号， 器械事件映射器128至少识别由成像器械106生成的当前图像， 并 且任选地， 如在图示的实施例中， 根据来自器械位置确定器122的信号， 来识别器械104的顶 端的位置和取向。 这可以包括向图像添加标记、 在缓存器中设定(一个或多个)位、 记录帧数 和/或。

22、采集时间等。 在一种情况下， 所述标记指示信号发射器108被致动的时间、 在信号发射 器108被致动的时间处生成的图像和/或将器械104的事件映射到成像装置106的成像数据 的其他信息。 0024 映射标记能够被包括在成像数据文件中， 例如， 在包括成像数据的数据文件的标 头和/或其他字段中。 通过这种方式， 事件发生的时刻是成像数据的一部分。 在另一情况中， 所述标记能够被包括在与成像数据文件有关、 相关联、 被映射到成像数据文件的分离的文 件中。 通过这种方式， 致动器108被致动时的图像能够稍后被检索。 这样的关系例如能够是 基于从成像流程的开始和/或其他参考点的时间， 基于绝对时间等。。

23、 在一种情况中， 这提供 了能够被用于引导后续流程的参考。 标记、 成像数据文件、 分离的文件和/或其他信息能够 被存储在存储器130和/或能够被设置到成像装置和/或在成像装置106外部并且远离成像 装置106的其他存储器中。 所述成像装置还包括采集图像的成像器(IM)132。 0025 应当认识到， 器械事件映射器128能够经由执行被编码或者被嵌入在计算机可读 存储介质(其不包括瞬态介质)(诸如物理计算机存储器)上的一个或多个计算机可读指令 说 明 书 3/6 页 6 CN 106061399 A 6 的一个或多个计算机处理器(例如， 微处理器、 控制处理单元、 控制器等)来实施， 所述一个。

24、 或多个计算机可读指令令一个或多个计算机处理器执行各种动作和/或其他功能和/或动 作。 另外地或备选地， 一个或多个计算机处理器能够执行由瞬态介质(诸如信号或载波)传 输的指令。 0026 图3、 4、 5和6图示了成像系统206的范例， 其中， 成像装置106包括US成像设备。 器械 104在图3、 4和5中是不可见的、 未被安装等。 此外， 为了清楚起见， 未示出路径处理器124、 接 收器126、 器械事件映射器128和存储器130。 0027 在图3中， 成像系统106包括控制台302和与之进行接口的分离的US换能器探头 304。 超声换能器探头304包括具有多个换能器元件306的换能。

25、器阵列。 换能器阵列能够是线 性的、 弯曲的和/或其他形状的、 完全填充的、 稀疏的和/或其组合等。 换能器元件306能够以 2D和/或3D模式进行操作。 换能器元件306发射超声信号并接收回波信号。 器械引导件308 (诸如活检针引导件)通过耦合件310(诸如托架、 夹子等)被固定到US换能器探头304。 在一 种情况下， 器械104(图1)在缩回位置中被支撑在器械引导件308中， 直至感兴趣的靶组织如 在本文中所描述的那样利用US换能器探头304被定位。 然后， 针被推进以采集感兴趣的靶组 织的样本。 0028 发射电路312选择性地致动或激励换能器元件306中的一个或多个。 更具体地， 。

26、发 射电路312生成被传送到换能器元件306的一组脉冲(或脉冲信号)。 该组脉冲致动一组换能 器元件306， 令换能器元件306将超声信号发射到检查或扫描视场中。 接收电路314接收响应 于所发射的超声信号而生成的一组回波(或回波信号)。 一般来说， 回波是所发射的超声信 号与扫描视场内中的对象(例如， 流动的血液细胞、 器官细胞等)之间的相互作用的结果。 接 收电路314可以被配置用于空间混合、 滤波(例如， FIR和/或IIR)和/或其他回波处理。 0029 射束形成器316对所接收的回波进行处理。 在B模式下， 这包括对回波应用时间延 迟和权重并且对经延迟和加权的回波进行求和。 扫描转换。

27、器318扫描转换所述数据用于显 示， 例如通过将射束形成的数据转换到被用于视觉地呈现得到的数据的显示器或显示区域 的坐标系统。 用户接口(UI)320包括一个或多个输入设备(例如， 按钮、 旋钮、 滑条等、 触摸屏 和/或物理机械设备)和/或一个或多个输出设备(例如， 液晶显示器、 发光二极管等)， 其允 许与系统106之间的相互作用。 显示器322视觉地显示US成像数据。 控制器324对系统106的 各种部件进行控制。 例如， 这样的控制可以包括针对B-模式、 C-平面等致动或激励换能器阵 列202的个体或成组的换能器元件。 0030 US探头304和显示器322是相对于控制台302物理地分。

28、离的电动机械部件。 US探头 304和显示器322通过通信路径326和328与控制台302进行通信。 通信路径326和328能够是 有线的(例如， 物理线缆和连接器)和/或无线的。 0031 图4图示了US成像系统106的变型。 在该范例中， 控制台302包括单个壳体402。 单个 壳体402容纳并且物理地支撑换能器元件306、 器械引导件308、 发射电路312、 接收电路314、 射束形成器316、 扫描转换器318和控制器324， 其所有都处在单个壳体402内， 所述壳体是控 制台的物理机械外壳。 用户接口320和/或显示器322能够是壳体402的一部分。 例如， 在一种 情况下， 显示。

29、器322是壳体402的侧面中的一个侧面的子部分。 用户接口320可以包括在壳体 402上的其他位置处的物理机械控制装置。 超声窗口404也是控制台302的一部分或者与控 制台302集成在一起。 在这种情况下， 换能器元件204在壳体402内被设置在超声窗口404后 说 明 书 4/6 页 7 CN 106061399 A 7 面， 并且发射信号和接受通过其中的回波。 0032 在图4中， US成像系统106是手持式超声装置， 其使用内部设置的功率(例如， 来自 功率源， 诸如电池、 电容等)为其中的部件提供动力、 和/或使用来自外部电源的功率。 在 Walker等人于2003年3月6日提交的标。

30、题为 “Intuitive Ultrasonic Imaging Systemand Related Method Thereof” 的US7699776中描述了手持式设备的范例， 在此通过引用的方式 将其全文并入本文。 在O Conner于2011年1月31日提交的标题为 “Ultrasound imaging apparatus” 的NO.13/017344中描述了具有内部器械引导件的手持式超声装置的范例， 并且 在Pelissier于2008年8月7日提交的标题为 “Hand-Held Ultrasound System Having Sterile Enclosure” 的US 822。

31、6562中描述了具有外部器械引导件的手持式超声装置的范 例， 这两个专利都以引用的方式被完全并入本文。 0033 图5图示了图4的变型， 其中， 器械引导件308被设置在单个壳体402的外部并且通 过耦合件310被固定到其上。 图6图示了图4和图5的变型， 其中， 器械引导件308与单个壳体 402物理地分开。 在又一变型中， 器械引导件308被省略， 并且器械104(图1)由用户、 利用机 器人和/或以另其他方式来进行操作。 0034 一般来说， 在本文中所描述的系统合并了器械(诸如生成用于在事件(例如， 组织 采样)被执行的时候进行通信的信号的活检针系统)、 成像系统(例如， 用于在流程期。

32、间进行 实时引导， 并且其示出了活检针的位置和取向)、 用于接收信号的机构以及在事件发生的时 候标志、 记录并且任选地处理器械的图像和方向的机构(例如， 在成像系统中)。 在一种情况 下， 这定义了器械在事件发生时的位置和取向， 这然后可用于永久记录。 因此， 这提供了记 录在利用器械的图像引导的流程期间的成像记录上的的事件的位置的方案， 允许用于引导 和/或诊断的未来参考。 0035 图7图示了用于记录介入器械在预定的介入事件的时间点处的位置和取向的示例 性方法。 0036 应当理解， 以下动作被提供用于解释性的目的， 而非进行限制。 因此， 动作中的一 个或多个可以被省略， 一个或多个动作。

33、可以被添加， 一个或多个动作可以以不同的顺序(包 括与另一动作同时地)发生等。 0037 在702处， 介入器械在图像引导下被导航到对象的感兴趣区域。 0038 在704处， 介入动作利用介入器械在感兴趣区域处执行。 0039 在706处， 介入动作信号被介入器械与动作的执行同时地生成并且发送。 0040 在708处， 图像被成像装置与动作的执行同时地采集。 0041 在710处， 信号与图像之间的映射被确定。 在一种情况下， 映射将介入器械的位置 映射到在介入动作的时间所采集的图像。 0042 在712处， 映射(例如， 动作的位置)被存储在计算机存储器中。 0043 在本文中描述的方法可以。

34、经由执行被编码或被嵌入在计算机可读存储介质上的 一个或多个计算机可读指令的一个或多个处理器来实施， 所述一个或多个计算机可读指令 令一个或多个处理器执行各种动作和/或其他功能和/或动作。 另外地或备选地， 一个或多 个处理器能够执行由瞬态介质(诸如信号或载波)传输的指令。 0044 在活检流程的背景下提供了范例。 在该范例中， 器械104包括活检针， 并且成像装 置包括US成像系统。 当活检针处在视场中时， US成像装置对视场(包括活检针)进行成像。 图 说 明 书 5/6 页 8 CN 106061399 A 8 像能够被用于将活检针引导到活检部位。 当活检(事件)被执行时， 活检针例如经由。

35、在本文 中讨论的发射器116和/或以其他方式来传送指示当活检被执行时的时刻的信号。 US成像系 统接收信号以及标志、 记录等、 在当活检被执行时的时刻采集的图像。 该图像示出了在活检 时刻的活检针， 并且因此示出了在活检时刻的活检采样的位置。 0045 已经参考各种实施例描述了本申请。 他人在阅读本申请之后将想到修改和变型。 本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变型， 只要其落入权利要求书和其等价方案的 范围内。 说 明 书 6/6 页 9 CN 106061399 A 9 图1 图2 说 明 书 附 图 1/4 页 10 CN 106061399 A 10 图3 图4 图5 说 明 书 附 图 2/4 页 11 CN 106061399 A 11 图6 说 明 书 附 图 3/4 页 12 CN 106061399 A 12 图7 说 明 书 附 图 4/4 页 13 CN 106061399 A 13 。