CN103281961A - 用于融合来自在诊断成像中使用的多种不同的成像***的三维图像数据的***和方法 - Google Patents

用于融合来自在诊断成像中使用的多种不同的成像***的三维图像数据的***和方法 Download PDF

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Abstract

本文提供一种多模态癌症筛查和诊断***，所述***允许在患者不重新定位的情况下使用至少两种不同且连续的三维成像技术来筛查和诊断患者的癌症。所述***包括第一三维图像采集装置；具有探头的第二三维图像采集装置，所述探头上安装有发射器；以及定位叶板，其用于在癌症筛查和诊断程序过程中对待成像的对象进行定位和固定。所述定位叶板被设计来促进在患者不移动的情况下以两种三维模态进行的***的可视化，并且优选地被设计来在使用两种成像模态的诊断程序过程中使患者舒适地定位。

Description

用于融合来自在诊断成像中使用的多种不同的成像***的三维图像数据的***和方法
技术领域
本申请涉及2010年12月14日提交的标题为“A Tomo/Ultrasound FusionDevice for Diagnostic Imaging”的临时申请序第61/422,991号，并且根据美国法典第35篇1.119(e)要求其优先权，所述临时申请以引用的方式并入本文。
本申请涉及由与本申请相同的受让人于2010年11月25日提交的、并且标题为“SYSTEMS AND METHOD FOR TRACKING POSITIONS BETWEENIMAGING MODALITIES AND TRANSFORMING A DISPLAYEDTHREE-DIMENSIONAL IMAGE CORRESPONDING TO A POSITION ANDORIENTATION OF A PROBE”的美国专利申请12/954,633，所述专利申请要求于2009年11月27日提交的美国临时申请61/264,743和于2010年10月19日提交的美国临时申请61/394,734的优先权，所述专利申请全部以引用的方式并入本文。
背景技术
医学成像装置提供使患者的内部结构可视化的无创性方法。这种无创性可视化方法可以帮助治疗各种疾病患者。例如，患者的癌症的早期检测对治疗那位患者可能是至关重要的。对于大多数癌症，当在早期阶段检测到时，患者的存活概率可以增加。
在美国，乳癌死亡率仅次于肺癌死亡率。由于其在早期肿瘤检测中的作用，***X线照相术在美国已经变成用于乳癌的筛查、诊断以及评估的最常用的工具。***X线照片是用来使***内的正常和异常的结构可视化的内部***组织的X射线图像。***X线照片提供早期癌症检测是因为它们经常可以在***肿块和/或钙化被手动触知之前显示出它们。***X线照相术的一个缺点是它仅提供压迫的***的二维展示，并且结果是被介于中间的结构隐藏的包块可能并不总能容易地在***X线照片上得以辨别。
层析X射线照相组合***是用于获得***的三维图像体积的X射线***，它近来已经被发展用于乳癌的筛查。一种这样的层析X射线照相组合***，
Figure BDA00003333079200021
Figure BDA00003333079200022
***层析X射线照相组合***，由本发明的受让人Bedford MA.的Hologic公司提供。与典型的***X线照相术***相比，所述层析X射线照相组合***采集了一系列X射线投影图像，每一个投影图像是随着X射线源沿着***上的路径横穿而在不同的角位移下获得的。重构的层析X射线照相组合切片减少或者消除了在单一切片二维***X线照相术成像中由组织重叠和结构噪音所引起的问题。数字化***层析X射线照相组合还提供降低的***压迫、改进的诊断和筛查准确度、更少的召回、以及3D病灶定位的可能性。***层析X射线照相组合***的实例在美国专利申请7,245,694和7,123,684中予以描述，所述专利申请共同为本申请的受让人所有并且以引用的方式并入本文。
虽然***X线照相术(和现在的层析X射线照相组合***)已经变成用于乳癌筛查的“黄金标准”，但如果该筛查识别了肿块或包块，标准规约建议使用不同的成像模态，如超声成像来复查患者以进一步表征乳癌诊断过程中的目标包块或区域。
超声成像，另一种无创性医学成像技术，使用典型地由压电式转换器产生的声波来使患者的组织成像。超声探头集中声波，典型地产生弧形声波，所述弧形声波移动到身体之内，并且部分从患者的不同组织之间的层反射。所述反射的声波被转换器检测到并且转化成电信号，所述电信号可通过超声扫描仪进行处理以形成组织的超声图像。
获得患者的***的超声图像之后的典型程序包括使患者以仰卧位定位在平台上、向患者的***施用凝胶或其它声学偶合剂、并且使超声转换器通过患者***。当转换器横穿***时，超声图像典型地可以在超声***的显示器上实时观测到。所述超声转换器可以是由成像技师手动操纵的手提式转化器，或者可以是自动化的扫描装置，如在美国专利7,731,662中描述的那种。这类方法的一个缺点在于：***是延展性极强的结构；每当患者改变***时，***的几何形状和结构移动并且改变。因此，在为了使用第一模态进行成像而使患者定位的情况下容易识别的包块可能难以在为了使用第二模态进行检查而使患者重新定位的情况下检测到。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了多模态癌症筛查和诊断***，所述***允许在患者不重新定位的情况下使用至少两种不同且连续的三维成像技术筛查和诊断患者的癌症。。所述***包括第一三维图像采集装置；具有探头的第二三维图像采集装置，所述探头上安装有发射器；以及定位叶板，其用于在癌症筛查和诊断程序过程中对待成像的对象进行定位和固定。虽然本发明将不受限制，但在一个实施方案中，待成像的对象是患者的***，并且用于筛查和诊断的患者的***是直立位。所述定位叶板被设计来促进在患者不移动的情况下以两种三维模态进行的***的可视化，并且优选地被设计来在使用两种成像模态的诊断程序过程中使患者舒适地定位。
根据本发明的另一个方面，出于诊断目的检查对象的方法包括以下步骤：在诊断过程之前使用定位机构使对象定位；使用第一成像模态采集所述对象的三维图像；显示所述对象的三维图像；并且在诊断过程期间，使用发射探头采集对象的实时三维图像并且将使用所述第一成像模态采集的三维图像与使用发射探头采集的对象的三维图像进行对比。在诊断过程之后，将定位的对象释放。在一个实施方案中，所述定位的对象是患者的***，并且用来定位患者的***的机构是定位叶板，所述定位叶板使得能够使用多种三维成像模态进行图像采集，同时患者保持一个***，并且优选地同时维持患者的舒适性。
此类布置方式克服了现有技术中乳癌筛查和诊断的问题，现有技术的乳癌筛查和诊断典型地要求患者在优选的直立筛查***至仰卧位之间移动以进行进一步诊断，这经常使得放射科医生难以确保他们已经将在筛查过程期间识别的目标区域定位。
本发明的这些和其它方面将参照以下示出的附图进行更详细地说明。
附图说明
图1是允许用于乳癌诊断的X射线图像和超声图像融合的***的一个实施方案的方框图；
图2是X射线成像机架的侧视图，所述成像机架包括根据本发明的定位叶板，并且在其上可拆卸地安装有导航硬件；
图3更详细地示出可以提供在图2的机架上的定位叶板的一个实施方案；
图4A和4B示出可以在本发明中使用的追踪***的示例性发射器，所示出的发射器分别安装在图4A中的超声探头和图4B中的活检手持件上；
图5示出图2的X射线机架，同时示出在所述机架上安装有追踪***发射器的超声探头；
图6是使用图5示出的发射超声探头进行的超声采集的示例性图解；
图7是示出将三维X射线数据与实时超声数据整合的诊断过程中的示例性步骤的流程图；并且
图8示出可并入放射学套件中以使得能够执行图7的方法的设备。
具体实施方式
现在将描述一种多模态癌症筛查和诊断***，所述***使得能够使用多种三维图像采集***对患者进行筛查和诊断，同时维持恒定的患者定位。适合于在两种不同且独特的成像模态中使用的定位叶板有助于实现这种结果。所述***将关于患者***的筛查和诊断进行说明，其中使用直立的三维X射线***(并且具体地说是层析X射线照相组合成像***)作为第一成像模态，并且使用三维超声成像***作为第二模态，但应理解本发明不限于这些特定的成像模态。例如，本发明可以与经由立体定向X射线采集、SPECT、PET、γ、或其它计算机断层照相术图像采集***等采集的三维图像一起使用。
应理解，融合从不同的成像模态获得的、并且甚至是关于乳癌筛查获得的图像对本领域而言不是新颖的。例如，在标题为“Methods and Apparatus forPerforming Sonomammography”的U.S.5,474,072中，Schmulewitz描述了用于将***X线照相术机器与超声转换器结合以产生与***X线照片相配准的超声图像的方法和器具。所述'072专利的缺点包括这样的事实：经由***X线照相术仅仅获得了二维数据，并且超声探头的路径是预定的，这去除了实时手动操纵的机会。
标题为“Multi modality X-ray and nuclear medicine mammography imagingsystem and method”的美国专利申请号US20030194050描述了一种多模态成像***，所述***包括X射线成像子***和核医学成像子***，其中所述X射线成像子***可以是层析X射线照相组合子***。所述***可以用于***X线照相术成像，以使X射线成像子***和核医学成像子***被适配成使由***压迫叶板压迫的***成像。类似于'072专利，在'050申请中描述的***不允许第二成像模态的实时手动操纵。此外，两种***均使患者受压而定位，这对于患者而言可能在长时间的诊断中变得不适。另外，两种***中的压迫板和成像装置的安排排除了当患者被定位在这些配置中时，进行任何介入性程序如***活检的能力。
相比之下，如通过回顾详述将变得明显的，本发明有助于使用来自至少两种三维图像采集装置(其中至少一个可以实时地操纵)的信息舒适地筛查和诊断患者。例如，现在参考图1，示出了***100的一个实施方案。***100包括X射线图像采集装置10、追踪***15、超声成像***14、导航***13以及显示***16，它们全部代表性地经由通信网络12连接。应注意，虽然所述“***”在图1中被示出为功能块，但不同的***可被整合到一个共同装置中，并且通信链路可以在少于所有的***之间耦接；例如，追踪***、导航***以及显示***可被包含在可以在放射学套件中控制X射线图像采集的采集工作站或技师工作站中。可替代地，导航和追踪***可被整合到超声***中，或者被提供作为单独的模块，分开地通信链路至显示***、X射线采集***以及超声***。类似地，熟练技术人员将另外理解，通信网络12可为局域网、广域网、无线网、互联网、内联网、或其它类似的通信网络。
在一个实施方案中，X射线图像采集***10是层析X射线照相组合采集***，所述***在X射线管扫描通过患者***上的路径时捕获***的一组投影图像。所述一组投影图像随后被重构成可沿着任何平面被视为切片或厚片的三维体积。所述三维体积可被本地存储在X射线成像***10中或在一些实施方案中被存储在影像归档与通信***(PACS)中。典型地，X射线图像的图像格式是DICOM格式，然而，熟练技术人员将理解可以使用其它图像格式。
X射线成像***10将三维X射线图像体积经由通信网络12发射到导航***13，在那里这样的X射线图像可被存储并观测到。熟练技术人员将理解，患者的X射线图像可以在替代实施方案中被本地存储在X射线成像***10上并且可被导航***13经由通信网络12远程访问，并且在其它实施方案中可被存储在经由通信网络12与导航***13进行通信的服务器上。导航***13显示通过X射线成像***获得的、并且曾经用于在导航***13上显示而重构的X射线图像，所述X射线图像可被重定格式并重新定位以在任何平面和任何切片位置或定向上观测所述图像。在一些实施方案中，导航***13在同一屏幕上显示多个框架或窗口，示出了X射线图像切片的替代位置或定向。
熟练技术人员将理解，通过X射线成像***10获得的X射线图像体积可以在任何时点被发射到导航***13，并且不必在获得所述X射线图像体积之后立即发射，而是可以在导航***13要求时发射。在替代实施方案中，所述X射线图像体积通过如闪存驱动器、CD-ROM、软盘、或其它此类可移动介质装置的可移动介质装置发射到导航***13。
超声成像***14典型地使用超声探头获得患者的组织的超声图像，所述超声成像***是用来在超声探头的视野之内使患者的组织的一部分成像。超声成像***14获得并在超声探头的视野之内显示患者的解剖学超声图像并且典型地在使患者成像时实时地显示所述图像。在一些实施方案中，超声图像可另外被存储在如硬盘、CD-ROM、闪存驱动器或软盘的存储介质上以用于在稍后的时间里进行重构或回放。
在一些实施方案中，导航***13可以访问所述超声图像，并且在这类实施方案中，超声成像***14进一步连接到通信网络12上，并且通过超声成像***14获得的超声图像的复件可经由通信网络12发射到导航***13。在其它实施方案中，导航***13可以经由通信网络12远程访问并复制超声图像，并且在替代实施方案中，超声图像的复件可被存储在经由通信网络12与导航***13进行通信的服务器上并且通过导航***13进行远程访问。
追踪***15经由通信网络12与导航***13进行通信并且追踪超声成像***14在其中使患者的组织成像的物理位置。在一些实施方案中，追踪***15可以经由直接的通信链路或无线通信链路直接连接到导航***13上。追踪***15追踪连接到超声成像***14上的发射器的位置并且为导航***13提供表示它们在追踪器坐标空间中的坐标的数据。在一些实施方案中，追踪***可以是包括光学相机和光学发射器的光学追踪***，然而熟练技术人员将理解能够追踪对象在空间中的位置的任何装置或***都可以使用。例如，熟练技术人员将理解，在一些实施方案中可以使用包括RF接收器和RF发射器的RF追踪***。
超声成像***14被配置来用于通过使用追踪***15进行的校准过程与导航***13一起使用。远程连接到超声成像***14的超声探头上的发射器可以将它们在追踪器坐标空间中的位置发射到追踪***13，所述追踪***又将此信息提供给导航***13。例如，发射器可被定位在超声成像***14的探头上，以便追踪***15可以监测超声探头的位置和定向并且将在追踪器坐标空间中的此信息提供给导航***13。导航***13可以使用这个追踪的位置来确定转换器(超声探头)相对于发射器的追踪位置的位置和定向。
在一些实施方案中，配置使用配置工具来进行，其中它的位置和定向可以另外通过追踪***15来追踪。在配置过程中，配置工具接触超声成像***14的超声探头的转换器面，并且追踪***15将表示配置工具在追踪器坐标空间中的位置和定向的信息发射到导航***13。导航***13可以根据连接到超声探头上的发射器的追踪位置确定配置矩阵，所述配置矩阵可以用来确定追踪器坐标空间中的超声探头的视野的位置和定向。在替代实施方案中，具有不同超声探头的多种品牌或型号的配置数据的数据库可以用来在配置过程中将视野配置预加载到导航***13中。
一旦超声成像***14配置有导航***13，患者的组织就可以使用超声成像***14来成像。在超声成像过程中，追踪***15监测超声成像***14的超声探头的位置和定向并且将在追踪器坐标空间中的此信息提供给导航***13。因为超声成像***14已经被配置来用于与导航***13一起使用，所以导航***13能够确定超声成像***14的超声探头的视野的位置和定向。
导航***13可被配置来共配准超声图形与X射线图像。在一些实施方案中，导航***13可被配置来将来自追踪器坐标空间的超声探头的视野的位置和定向变换为在X射线图像中的位置和定向，例如变换为DICOM坐标。这可以通过以下方式来完成：追踪超声探头的位置和定向并且将在追踪器坐标空间中的此位置信息发射到导航***13并且将此位置信息关联到X射线坐标***。例如，在一些实施方案中，用户可以在X射线图像之内选择解剖学平面，并且所述用户然后可以操纵追踪的超声探头的位置和定向以将超声探头的视野与所选择的解剖学平面对齐。一旦完成了对齐，就可以捕获超声图像的相关联的追踪器坐标空间坐标。X射线图像与追踪器坐标空间之间的解剖轴线(上-下(SI)、左-右(LR)以及前-后(AP))的配准可以使用本领域的熟练技术人员已知的技术从追踪的超声视野定向与选择的解剖学平面之间的相对旋转差异中确定。
这种配置进一步包括例如使用允许用户选择解剖学目标的界面在X射线图像之内选择界标。在一些实施方案中，所述界标可以是如静脉或动脉的内部组织界标，并且在其它实施方案中，所述界标可以是如基准皮肤标记的外部界标或如***的外部界标。在X射线图像中选择的相同界标可以使用超声探头来定位，并且在定位时，可以提供一种机构用于捕获目标在追踪器坐标空间中表示的坐标。所述目标在X射线图像中的坐标与目标在追踪器坐标空间中的坐标之间的相对差异被用来确定对齐两个坐标空间所需的平移参数。先前获得的平面定向信息可以与所述平移参数结合以提供能够共配准两个坐标空间的完整的4×4变换矩阵。
导航***13然后可以使用所述变换矩阵来将正在显示的X射线图像重定格式，以使正在显示的组织切片处于与超声成像***14的超声探头的视野相同的平面和相同的定向。匹配的超声和X射线图像然后可以并列显示，或者直接覆盖在单一图像观测框中。在一些实施方案中，导航***13可以在显示屏幕上在分开的框架或位置中显示另外的X射线图像。例如，X射线图像可以使用超声成像***14的视野的图形表示来显示，其中所述视野的图形表示是通过切开X射线图像的3D表示而示出的。在其它实施方案中，可以额外地显示注解，这些注解表示，例如，通过超声成像***14成像的仪器，如活检针、引导线、成像探头或其它类似装置的位置。
在其它实施方案中，正通过超声成像***14显示的超声图像可以叠加在正通过导航***13显示的X射线图像的切片上，这样使得用户可以同时观测覆盖在同一显示器上的X射线和超声图像。在一些实施方案中，导航***13可以增强叠加的超声或X射线图像的某些方面从而提高生成的组合图像的质量。
一种可以用于在三维图像数据集与超声源之间导航、并且用于对其坐标系以使得能够显示共同参考点的示例性方法和***在下文并且在以下专利申请中进行进一步详细地说明：共同待决的专利申请序列号美国专利申请12/954,633(后文为'633申请)，所述专利申请由与本申请相同的受让人于2010年11月25日提交、并且标题为“SYSTEMS AND METHOD FOR TRACKINGPOSITIONS BETWEEN IMAGING MODALITIES AND TRANSFORMING ADISPLAYED THREE-DIMENSIONAL IMAGE CORRESPONDING TO APOSITION AND ORIENTATION OF A PROBE”，其要求于2009年11月27日提交的美国临时申请61/264,743和于2010年10月19日提交的美国临时申请61/394,734的优先权，所述申请全部以引用的方式并入本文。
图2示出X射线机架的实施方案，所述X射线机架已经被修改成并入追踪***15的部件和本发明的定位叶板24。机架200包括X射线管壳体部分22、直立部分23以及检测器壳体部分28。所述直立部分通常可滑动地安装在固定底座装置(未示出)上，所述固定底座装置允许机架被定位在患者***下方以促进检查。所述X射线管壳体部分可旋转地耦接到直立部分23上，这允许X射线图像在多个定向上并且使用多模态(即，CC、MLO、***X线照相术、层析X射线照相组合、立体定向)来捕获。安装在X射线管壳体中的是X射线源(未示出)。光学相机20(追踪***15的一部分)可以可拆卸地或固定地安装到X射线管壳体22上。相对定位的***以固定的方式定位光学相机20的一个优点是，它促进了三维体积和超声转化器的共配准。固定臂26可滑动地安装以用于沿着Y轴移动到机架200的直立部分23上。固定臂26可以包括闩扣27以允许可互换的***定位叶板的耦接。在图2中，***模型25被显示为使用本发明的***定位叶板24定位在检测器壳体28上。在筛查或诊断之前，患者被定位为面对机架200，并且患者的***可被放置在检测器壳体的表面上。压缩臂26向下移动，使叶板24定位在患者***之上。用于使患者的***定位的压力只够使***固定以阻止筛查和诊断程序过程中的组织移动。
如以上所讨论，在层析X射线照相组合图像采集程序过程中，X射线管头沿着总体上在x平面中的路径旋转，并且X射线投影图像是在沿着X射线管的扫描路径的不同点处被捕获。例如，参考图2，X射线管头总体上在垂直于读取者的方向上横穿，所述方向已经在图2中被指示为x平面。
图3更详细地示出定位叶板24。如将说明的，所述定位叶板适合于用于至少两种单独且独特的成像模态，即使用不同的来源成像的图像模态，如X射线成像和超声成像。根据本发明的一方面，适合于通过多模态生成三维图像的定位叶板包括材料30，所述材料被定位在一对相对的臂31a和31b之间，其中所述臂各自附接到底座33上。所述材料是足够透薄的从而对X射线透明，并且因此不干扰X射线图像。在一个实施方案中，所述材料由多孔织物，例如聚酯或尼龙混织物，如薄纱或类似物形成。所述材料可以是无弹性的，或者可以由具有有限量的弹性的材料形成。所述材料的特征在于，它一般应是射线可透过的、具有足够的多孔性以使施加于第一表面的声学偶合剂能够到达第二表面、并且具有足够的拉伸强度和弹性以在筛查和诊断过程中使***固定。另外希望的特征是，所述材料一般是非磨损性的，以便限制正在经受治疗的患者所经历的任何不适。
根据另一方面，所述材料是一次性的。提供一次性的定位叶板的各种方法是在本发明的范围之内。实例包括将所述材料安排在具有配合边缘的双面框架上，其中所述配合边缘滑动到臂31a和31b各自的配合狭槽中。可替代地，可以提供一次性的或可再用的固定叶板，所述叶板包括所述材料作为所述叶板的一部分。可以在叶板的臂或底座上提供开关、旋钮或其它机构以增加所述材料的“紧绷性”。紧绷性可以在材料被定位在患者***上之后、在材料被定位在患者***上之前进行调整，或之前和之后的一个组合。例如，在一个实施方案中，网眼筛板可以滑动到臂之内的插座中，转盘或其它控件可以提供对筛的紧绷性的第一次调整，叶板可以竖直地向下移动以与***相接触，并且可以随后对筛板进行调整以完成最终固定。可替代地，可以简单地使网状材料与***相接触以达到所希望的压迫，如典型地用于***X线照相术所完成的。在仍然另一个实施方案中，臂31a、31b可以耦接到叶板的底座33上以允许它们沿着在图3中大体被表示为箭头A的路径移动。机架的固定臂可以使用位置A'处的臂朝着患者的***向下。当所述固定臂已经到达所希望的相对于患者的***的定向时，所述臂然后可以被向下带入到图3示出的位置中，将材料固定在患者***之上并且允许所希望的任何绷紧得以执行。
在替代实施方案中，臂31a和31b还可沿着x轴调整，如图3中的箭头B所示。以此方式进行的对臂的调整可以允许增大的拉力被施加于患者的***的胸部区域，同时减小的拉力施加于***，如改进的组织捕获有时所希望的。
如将在下文更详细地说明，使用具有多孔性质的材料的一个益处是，它促进了在附加的超声程序过程中声学偶合剂的应用。然而，设想的是，图3示出的网状叶板可能仅对于乳癌筛查、特别是对于层析X射线照相组合筛查具有优点，层析X射线照相组合筛查一般不要求应用如在***X线照相成像中使用的高压迫力。应意识到，在不希望在层析X射线照相组合扫描之后进行超声复查的情况下，可能希望的是提供这样的***：其中网状材料可以仅滚进到所述臂之一31b中，从而为下一位患者提供卫生的材料。因此，本发明的一个实施方案设想，两个臂31a和31b包括滚轮臂，并且机构被提供在所述臂上或在用于将网状材料从一个臂滚到另一个臂的底座处，从而为每位患者提供卫生的材料。
如以上所提及，定位叶板有助于使融合层析X射线照相组合图像和超声图像能够实现，因为它允许患者在两个成像程序中保持单一的***。因为患者保持一个固定***，X射线图像与超声图像源之间的一一对应成为可能。这克服了现有技术中的问题，其中超声诊断通常通过改变患者***来进行，并且医学专业人士只可以猜测在超声中识别的特定区域对应通过X射线识别的区域。
许多追踪***在本领域中是可获得的，并且本发明并不限于任何具体的追踪***。此外，许多***可用于合并自不同的成像模态获得的数据。然而，本文所述的***的另外的优点是，追踪***的光学相机相对于待成像的对象典型地处于固定的定向；即，如图中所示将相机放置在机架上为层析X射线照相组合图像提供了参考平面，所述参考平面促进了用于超声的坐标平面的标绘。然而，应注意，将追踪***的光学相机安装在机架上不是本发明的要求。
追踪***15包括光学相机20和多个光学发射器250，所述光学发射器在图4A中显示为安装在超声探头204上，并且在图4B中安装在活检手持件上；然而，熟练技术人员将理解可以使用替代追踪***，如RF磁追踪***。光学相机20连接到通信网络12上，从而将所述多个光学发射器在追踪器坐标空间中的三维坐标数据发射到导航***13。光学相机20通过追踪超声发射器250来监测超声探头204的位置和定向，并且将此数据经由通信网络12发射到导航***13。熟练技术人员将理解，在一些替代实施方案中，光学相机20可以经由直接的通信链路(可以是物理通信链路或无线通信链路)直接连接到导航***13上。
在示出的实施方案中，超声探头204可拆卸地接合到具有超声发射器250的超声追踪器208上，所述超声发射器被光学相机20在追踪器坐标空间中追踪。熟练技术人员将理解，虽然在示出的实施方案中，超声发射器250是被光学相机20追踪的光学发射器，但可以使用其它发射器-接收器***。例如，在其它实施方案中，RF发射器和接收器可以用来追踪超声探头204在追踪器坐标空间中的位置和定向。此外，熟练技术人员将理解，超声追踪器208上的超声发射器250的其它定向和位置可以用于提供可被光学相机20检测到的并且被发射到导航***13的位置和定向。熟练技术人员将理解，可拆卸地连接到超声探头204上的发射器的使用可能倾向于提供将任何超声探头配置有任何形状的转换器的能力，所述转换器如线性传感器、曲线传感器以及阵列和相控阵列传感器。
导航***的一个方面涉及将超声探头(或者，在活检针的情况下，所述针的远侧尖端)的视野与导航***配准。'633申请描述了记录针的使用，所述记录针是用来为导航***提供关于超声探头的宽度和曲率的信息，并且因此提供视野。如在'633申请中所述，还可以使用配置探头的替代方法，包括使用预生成的校准矩阵。类似的配置矩阵可以用于如活检针的介入性装置，其中所述配置矩阵根据装置的物理特征进行定制。一般来说，配置矩阵提供关于安装在装置/探头上的每个发射器与装置/探头上的相关点之间的距离的信息以使导航***能够定向并配准接收的图像。
在一个实施方案中，设想的是，三维图像数据和超声图像源可以用于允许对***进行引导活检，如其被定位叶板所固定的。活检针可以手工支承，或经由侧臂支承件支承，并且可以从一侧、或在其中声学凝胶可以远离活检进入口的配置中通过网状物本身进入***。
在另一个实施方案中，认识到超声图像源与层析X射线照相组合切片的共配准促进了在对应层析X射线照相组合图像平面的不同平面处的超声图像的捕获。所捕获的超声图像(各自从***内的平行平面采集)可被重构以产生超声数据的三维体积。本发明可以用于将超声探头导航至在使用层析X射线照相组合采集的三维体积内的适当位置。一旦所述探头相对于三维体积处于适当的位置，就可以通过改变超声信号的强度在不同的深度下获得一系列超声图像，从而生成对应的超声图像体积的信息。应意识到，本发明不限于在检查过程中在任何特定位置处生成这样的三维超声图像体积。
例如，图5示出超声转换器(在特定位置)的不同坐标平面和3-D层析X射线照相组合成像几何形状，所述几何形状总体上通过源于X射线管头的锥形光束来指示。所述追踪***使用探头上的发射器所提供的信息来实时确定超声探头的定向和位置，并且因此在任一时刻提供涉及与超声源相关联的具体观测平面的信息。
经由超声图像源提供的实时信息可以按照多种方式来使用。在一个实施方案中，在三维数据集中的目标区域被识别之后，即，例如通过在切片上选择目标区域，3-D图像可以保持稳定并且可以在工作站中显示。可以对超声探头进行手动操纵，其中超声图像源被提供在超声显示器(或在分派给超声图像的工作站显示器的一部分)上。当超声探头靠近目标区域时，(即，当超声探头移动到对应3D体积中的x、y、z坐标或ROI的位置中时)，可向用户提供可视或可听提示，从而允许用户以不同模态观测包块，和/或捕获代表性图像以用于日后复查。
在另一个实施方案中，校准矩阵和动态重构技术可以用于沿着超声转换器的成像平面动态地重构层析X射线照相组合体积。应理解，层析X射线照相组合体积组是相当大的，并且以此方式进行连续的重构是不实际的，而是在医学专业人士识别超声图形源中的目标区域的情况下，提供使用户能够即时重构所选择的平面的用户界面。沿着可变平面重构层析X射线照相组合体积的方法更详细地描述在于2011年11月7日提交的并且标题为“SYSTEM AND METHODFOR SELECTABLE PLANE RECONSTRUCTION OF BREASTTOMOSYNTHESIS IMAGES”的美国专利序号61/556,384中，其以引用的方式并入本文。
图6示出其上安装有发射器的超声探头，当模型被定位在三维层析X射线照相组合***的检测器壳体上时对所述模型进行超声扫描。
图7是示出过程700的示例性一系列步骤的流程图，所述过程是用于出于诊断目的使用多种不同的成像模态检查患者，同时患者保持固定***。在步骤70中，例如使用以上所述的定位叶板将患者固定。在步骤72中，例如使用层析X射线照相组合、CT、PET、SPECT、γ、或其它成像技术捕获3-D图像数据。此3-D图像数据可以在显示装置上显示，所述3-D图像数据对于用户可见，使得用户能够选择目标区域用于进一步复查。在步骤74中，识别或以另外的方式选择目标区域(ROI)。选择可以是手动的，或者可以使用计算机辅助检测(CAD)软件自动选择，或者可以包括两种技术的组合。在步骤76中，在保持固定时，准备进行超声成像。例如，可将声学偶合剂施加于定位叶板的表面。步骤78是“诊断”步骤，包括使用超声探头扫描***以采集图像并且将所述图像与选择的ROI进行对比直到以两种模态观测到ROI为止。一旦完成诊断，在步骤80中可撤回定位叶板并且使患者从他们的***释放。
图8示出可被包含在能够在患者保持一个直立固定***时进行乳癌筛查和诊断的放射学套件中的设备的图形表示。所述套件包括层析X射线照相组合采集***10、超声***14以及工作站800。导航***和追踪***可以实施于如以上关于图1-7所描述的那些的硬件装置和可被实施为加载到工作站800上的计算机程序的软件中，所述工作站在由工作站的一个过程执行时是可操作的，从而进行以上所述的任务。
相应地，已经示出并且说明了一种多模态癌症筛查和诊断***，所述***允许使用至少两种不同且连续的三维成像技术筛查和诊断患者的癌症，而无须使患者重新定位。适合于与两种不同且独特的成像模态一起使用的定位叶板允许患者在整个多模式成像诊断过程中保持固定***。追踪和导航软件促进成像引导的诊断。结果是，诊断的速度和准确度可以大大改善。
已经描述了若干示例性实施方案，将理解的是已经陈述了大量具体的细节以便提供对本文所述的实施方案的彻底理解。然而，本领域技术人员将理解，本文所述的实施方案可以在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其它情况下，众所周知的方法、程序以及部件没有进行详细描述，以便不会遮掩本文所述的实施方案。另外，此说明书不被认为以任何方式限制本文所述的实施方案的范围，而认为是仅说明本文所述的各种实施方案的实现方式。
已经在本文中描述的***和方法的实施方案可以在硬件或软件、或两者的组合中实现。在一个实施方案中，这些***和方法在执行可编程的计算机的计算机程序中实现，所述可编程的计算机各自包括至少一个处理器、数据存储***(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入装置、以及至少一个输出装置。例如但不限于，所述可编程的计算机可以是大型计算机、服务器、个人计算机、笔记本电脑、个人数据助理、或移动电话。将程序代码应用于输入数据以执行本文所述的功能并产生输出信息。将所述输出信息以已知的方式应用于一个或多个输出装置。
每个程序可以以高水平的程序性或面向对象的编程和/或脚本语言来实现以与计算机***进行通信。然而，如果需要，所述程序可以以汇编语言或机器语言来实现。在任何情况下，所述语言可以是编译或解释语言。每一个这样的计算机程序可以被存储在通过一般或特殊目的的可编程计算机可读取的存储介质或装置(例如，ROM或磁性软盘)上，以用于在所述存储介质或装置被计算机读取时配置并操作所述计算机，从而执行本文所述的程序。所述实施方案还可被认为作为配置有计算机程序的计算机可读取存储介质而实现，其中这样配置的存储介质使计算机以特定且预定的方式操作，以执行本文所述的功能。
另外，所述实施方案的***、过程以及方法能够被分配在包括计算机可读取介质的计算机程序产品中，所述计算机可读取介质具有用于一个或多个处理器的计算机可用指令。所述介质可以以各种形式来提供，形式包括一个或多个软盘、光盘、磁带、芯片、有线传输、卫星传输、互联网传输或下载、磁性和电子存储介质、数字和模拟信号，等。计算机可用指令也可以呈现各种形式，包括编译和非编译代码。
因此，虽然已经描述了多种实施方案，但是应理解，本发明不仅仅限于这些实施方案，而是包括其等效物。因此，本发明应仅由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种检查患者***的方法，其包括以下步骤：
使所述***固定，并且当所述***固定时：
i.使用第一成像模态采集所述***的三维图像；
ii.在所述三维体积中选择目标区域，识别步骤包括识别所述三维体积中的所述目标区域(ROI)的坐标；并且
iii.使用第二成像模态采集所述***的图像，所述第二成像模态由所述第一成像模态引导以使得能够在第二成像模态图像中定位所述ROI；以及
解除对所述***的固定。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一成像模态选自包括以下各项的成像模态的组：层析X射线照相组合、计算机断层照相术、SPECT、PET、以及γ成像。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二成像模态包括超声成像。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述选择所述ROI的步骤是手动进行的。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述选择所述ROI的步骤是在计算机辅助检测(CAD)的辅助下进行的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述固定所述***的步骤包括将定位叶板定位在所述***之上的步骤，所述定位叶板包括多孔织物。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述固定所述***的步骤包括将所述织物绷紧在所述***之上的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述使用所述第二模态采集图像的步骤包括确定成像探头在所述第一成像模态的三维图像空间的坐标平面中的位置的步骤。
9.如权利要求1所述的方法，其包括当所述成像探头指向所述ROI的坐标时提供可视或可听提示的步骤。
10.如权利要求8所述的方法，其包括确定所述成像探头的定向平面、并且沿着所述成像探头的所述定向平面重构所述三维体积的步骤。
11.一种检查患者的***，其包括：
定位叶板，其被适配成使***定位以用于通过至少两种单独且独特的成像模态成像，所述定位叶板包括用于将所述定位叶板耦接到成像机架的压缩臂上的机构。
12.如权利要求11所述的***，其中所述成像机架是选自包括以下各项的组的第一成像***的一部分：***X线照相术、层析X射线照相组合、计算机断层照相术、SPECT、PET、以及γ成像。
13.如权利要求12所述的***，其进一步包括耦接到所述机架上的通信***。
14.如权利要求13所述的***，其进一步包括第二成像***，所述第二成像***选自包括超声***的组并且耦接到所述通信***上。
15.如权利要求14所述的***，其进一步包括追踪***，所述追踪***耦接到所述第二成像***上以追踪所述第二成像***的探头的移动。
16.如权利要求15所述的***，其进一步包括耦接到所述追踪***和所述第一成像***上的导航***，其中所述导航***共配准来自所述第一成像***和所述第二成像***的数据，以使用户能够使用来自所述第二成像***的图像数据导航至所述第一成像***的数据集的目标区域。
17.如权利要求11所述的***，其中所述多孔材料是选自包括尼龙和聚酯的组。
18.如权利要求11所述的***，其中所述多孔材料具有有限的弹性。
19.如权利要求11所述的***，其中所述定位叶板包括一对臂，并且其中所述材料被布置在所述一对臂之间。
20.如权利要求11所述的***，其中所述材料耦接到可***所述一对臂中的配合狭槽中的框架。
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