超聲導航/組織定征組合的制作方法
【專利摘要】一種工具導航系統，采用超聲成像器(21)、工具跟蹤器(41)、組織分類器(50)和圖像導航器(60)。在操作中，超聲成像器(21)根據由超聲探頭(20)對解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在所述解剖結構區域內對介入工具(40)進行導航時，所述工具跟蹤器(41)跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置，組織分類器(50)表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織，并且圖像導航器(60)相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導。所述導航引導對用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、所述介入工具(40)的位置跟蹤進行圖示，并且還對用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的所述解剖結構區域的組織定征進行圖示。
【專利說明】
超聲導航/組織定征組合
技術領域
[0001]本發明總體而言涉及顯示對解剖結構區域的超聲圖像內的介入工具(例如，針或導管)的跟蹤，以方便介入工具在解剖結構區域內的導航。本發明具體而言涉及通過組合全局信息和局部信息來增強工具跟蹤顯示，所述全局信息指示用于解剖結構區域內的介入工具的空間引導的解剖結構區域的超聲圖像內的介入工具的精確定位，所述局部信息指示用于介入工具到解剖結構區域內的目標位置的目標引導的對鄰近介入工具的組織(例如，環繞工具端部的組織)的定征。
【背景技術】
[0002]組織定征被已知為幫助區分身體(人類或動物)的特定解剖結構區域的結構和/或功能的醫學流程。結構/功能區分可以是正常性與異常性之間的一個，或者可以涉及與諸如腫瘤生長或腫瘤對輻射的響應的過程相關聯的在時間段上的改變。
[0003]已經針對組織定征提出了很多技術(例如，MR光譜學、光/熒光光譜學、聲學背散射分析、基于聲阻抗和基于電阻抗的組織定征)。例如，材料傳導電流和存儲電能的能力(也被已知為材料的阻抗)在不同的材料之間不同。生物組織也不例外，并且不同的組織具有不同的電阻抗性質。使用組織的阻抗，已經示出腫瘤與其周圍的健康組織不同。
[0004]更特別地，基于超聲的組織定征是研究很好的問題。然而，由于作為非均勻介質的生物組織與聲波之間的相互作用非常難以建模的事實，因此根據脈沖回波數據的深入到器官中的超聲組織定征是具挑戰性的。具體而言，諸如信號衰減(其是頻率依賴的)和波束衍射(其使空間和譜波束特性為深度依賴的)的因素影響諸如超聲背散射的關鍵參數的估計。這已經意味著基于超聲的組織定征不總是嚴格定量的。而且，多數公知的組織定征技術不適于實時流程(例如，不同類型的活檢或微創外科手術)，這是由于實時運行的復雜性和高價格(例如，MR光譜學)和/或由于缺少將介入工具導航到解剖結構區域內的目標位置所需的定位信息(例如，光譜學)。

【發明內容】

[0005]本發明提供了指示用于空間引導的超聲圖像上的介入工具的精確定位(例如，超聲圖像內的介入工具的端部的跟蹤)的全局信息和指示用于目標引導的鄰近介入工具的組織的定征的局部信息(例如，環繞介入工具的端部的組織的識別和/或區分)的組合。這兩個信息源的組合被預期，以增強針將要到達的組織的醫師知識，從而改進手術結果并且減少并發癥。
[0006]本發明的一種形式是一種工具導航系統，其采用超聲探頭(例如，2D超聲探頭)、超聲成像器、介入工具(例如，針或導管)、工具跟蹤器、組織分類器和圖像導航器。在操作中，所述超聲成像器根據由所述超聲探頭對解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在所述解剖結構區域內對所述介入工具進行導航時，所述工具跟蹤器跟蹤所述介入工具相對于所述解剖結構區域的位置(即，所述介入工具的端部相對于所述解剖結構區域的位置和/或取向)，并且所述組織分類器表征鄰近所述介入工具的組織(例如，環繞所述介入工具的端部的組織)。所述圖像導航器相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示上的導航交疊)。所述導航引導同時地圖示用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器對所述介入工具的位置跟蹤和用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的由所述組織分類器對所述解剖結構區域的組織定征。
[0007]出于工具跟蹤的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)位置傳感器，所述位置傳感器能夠將所述介入工具連接到所述工具跟蹤器，以方便用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器進行的位置跟蹤。所述(一個或多個)位置傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)電磁傳感器、(一個或多個)光學傳感器和/或(一個或多個)光纖。具體而言，所述介入工具的聲學跟蹤利用由所述超聲探頭發射的聲學能量作為用于跟蹤所述介入工具的基礎。
[0008]出于組織定征的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)組織傳感器，所述組織傳感器能夠將所述介入工具連接到所述組織分類器，以方便所述組織分類器識別和區分鄰近所述介入工具的組織，以便所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標導航。所述(一個或多個)組織傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)PZT微傳感器和/或(一個或多個)光纖水聽器。具體而言，所述組織的光纖感測利用光譜學技術來識別和區分鄰近所述介入工具的組織。
[0009]對于所述工具導航系統的各種實施例而言，所述傳感器中的一個或多個能夠用作位置傳感器和/或組織傳感器。
[0010]此外，對于采用所述(一個或多個)組織傳感器而言備選地或者同時地，所述組織分類器能夠識別和區分所述解剖結構區域的圖像內的組織，從而映射用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的所述解剖結構區域的所述組織定征(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的組織定征圖、所述解剖結構區域的光聲圖像的組織定征圖和/或所述解剖結構區域的配準的術前圖像的組織定征圖)。
[0011]對于所述導航引導而言，所述工具導航引導能夠采用各種顯示技術中的一個或多個，包括但不限于交疊、并排、顏色編碼、時間序列片和傳送到大監測器。具體而言，所述導航引導能夠是所述介入工具的圖形圖標，其被用于圖示由所述工具跟蹤器對所述介入工具的所述位置跟蹤和/或由所述組織分類器對所述解剖結構區域的所述組織定征。
[0012]所述圖像導航器能夠響應于由所述組織分類器對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制所述圖形圖標的一個或多個特征。備選地或者同時地，圖示多個組織類型的組織定征圖能夠被交疊在所述解剖結構區域的超聲圖像上。在備選中，所述圖形圖標能夠僅圖示由所述工具跟蹤器對所述介入工具的所述位置跟蹤并且當所述圖形圖標接近如所述組織定征圖中圖示的所述解剖結構區域內的所述目標位置時能夠被調制。
[0013]本發明的另一形式是一種工具導航系統，其采用超聲成像器、工具跟蹤器、組織分類器和圖像導航器。在操作中，所述超聲成像器生成根據由超聲探頭對所述解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在解剖結構區域內對所述介入工具進行導航時，所述工具跟蹤器跟蹤所述介入工具相對于所述解剖結構區域的位置(即，所述介入工具的端部相對于所述解剖結構區域的位置和/或取向)，并且所述組織分類器表征鄰近所述介入工具的組織(例如，環繞所述介入工具的端部的組織)。所述圖像導航器相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示上的導航交疊)。所述導航引導同時地圖示用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器對所述介入工具的位置跟蹤和用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的由所述組織分類器對所述解剖結構區域的組織定征。
[0014]出于工具跟蹤的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)位置傳感器，所述位置傳感器能夠將所述介入工具連接到所述工具跟蹤器，以方便用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器進行的位置跟蹤。所述(一個或多個)位置傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)電磁傳感器、(一個或多個)光學傳感器和/或(一個或多個)光纖。具體而言，所述介入工具的聲學跟蹤利用由所述超聲探頭發射的聲學能量作為用于跟蹤所述介入工具的基礎。
[0015]出于組織定征的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)組織傳感器，所述組織傳感器能夠將所述介入工具連接到所述組織分類器，以方便所述組織分類器識別和區分鄰近所述介入工具的組織，以便所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標導航。所述(一個或多個)組織傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)PZT微傳感器和/或(一個或多個)光纖水聽器。具體而言，所述組織的光纖感測利用光譜學技術來識別和區分鄰近所述介入工具的組織。
[0016]對于所述工具導航系統的各種實施例而言，所述傳感器中的一個或多個能夠用作位置傳感器和/或組織傳感器。
[0017]此外，對于采用所述(一個或多個)組織傳感器而言備選地或者同時地，所述組織分類器能夠識別和區分所述解剖結構區域的圖像內的組織，從而映射用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的所述解剖結構區域的所述組織定征(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的組織定征圖、所述解剖結構區域的光聲圖像的組織定征圖和/或所述解剖結構區域的配準的術前圖像的組織定征圖)。
[0018]對于所述導航引導而言，所述工具導航引導能夠采用各種顯示技術中的一個或多個，包括但不限于交疊、并排、顏色編碼、時間序列片和傳送到大監測器。具體而言，所述導航引導能夠是所述介入工具的圖形圖標，其被用于圖示由所述工具跟蹤器對所述介入工具的所述位置跟蹤和/或由所述組織分類器對所述解剖結構區域的所述組織定征。
[0019]所述圖像導航器能夠響應于由所述組織分類器對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制所述圖形圖標的一個或多個特征。備選地或者同時地，圖示多個組織類型的組織定征圖能夠被交疊在所述解剖結構區域的超聲圖像上。在備選中，所述圖形圖標能夠僅圖示由所述工具跟蹤器對所述介入工具的所述位置跟蹤并且當所述圖形圖標接近如所述組織定征圖中圖示的所述解剖結構區域內的所述目標位置時能夠被調制或者以其他方式提供圖形指示。
[0020]本發明的另一形式是一種工具導航方法，其包括根據所述解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在所述解剖結構區域內對介入工具(例如，針或導管)進行導航時，所述方法還包括:跟蹤所述介入工具相對于所述解剖結構區域的位置，表征鄰近所述介入工具的所述解剖結構區域的組織，并且相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導。所述導航引導同時地圖示用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的所述介入工具的位置跟蹤和用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的所述解剖結構區域的組織定征。
[0021]通過結合附圖閱讀本發明的各個實施例的以下詳細描述，本發明的前述形式和其他形式以及本發明的各種特征和優點將變得更顯而易見。詳細描述和附圖僅僅是說明本發明而不是限制性的，本發明的范圍由權利要求書和其等價方案所限定。
【附圖說明】
[0022]圖1圖示了根據本發明的工具導航系統的示范性實施例；
[0023]圖2圖示了根據本發明的工具導航方法的示范性實施例；
[0024]圖3和4圖示了根據本發明的組織分類方法的示范性實施例;并且
[0025]圖5-7圖示了根據本發明的示范性導航引導。
【具體實施方式】
[0026]為了方便對本發明的理解，在本文中將提供涉及圖1中所示的工具導航系統的本發明的示范性實施例。
[0027]參考圖1，工具導航系統采用超聲探頭20、超聲成像器21、任選的術前掃描器30、介入工具40、具有一個或多個任選的位置傳感器42的工具跟蹤器41、具有一個或多個任選的組織傳感器51的組織分類器50以及圖像導航器60。
[0028]超聲探頭20是用于經由聲學能量掃描患者的解剖結構區域(例如，掃描患者10的解剖結構區域U，如圖1中所示)的如本領域已知的任何設備。超聲探頭20的范例包括但不限于具有一維(“1D”)換能器陣列的二維(“2D”)超聲探頭。
[0029]超聲成像器21是用于生成如由超聲探頭20掃描的患者的解剖結構區域的超聲圖像(例如，肝的超聲圖像61，如圖1中所示)的如本領域已知的硬件、軟件、固件和/或電路的結構配置。
[0030]術前掃描器30是用于生成如由術前成像模態(例如，磁共振成像、計算機斷層攝影成像和X射線成像)掃描的患者的解剖結構區域的術前體積的如本領域已知的硬件、軟件、固件和/或電路的結構配置。
[0031]介入工具40是用于執行涉及解剖結構區域內的介入工具40的導航的微創流程的如本領域已知的任何工具。介入工具40的范例包括但不限于針和導管。
[0032]工具跟蹤器41是用于跟蹤介入工具40相對于解剖結構區域的超聲圖像的位置的如本領域已知的硬件、軟件、固件和/或電路的結構配置。為了該目的，介入工具40能夠被裝備有如本領域已知的(一個或多個)位置傳感器42，包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)電磁傳感器、(一個或多個)光學傳感器和/或(一個或多個)光纖。
[0033]在工具跟蹤器41的一個示范性實施例中，介入工具40的遠端關于被附接到超聲圖像的全局參考框架的空間位置是用于對介入工具40進行位置跟蹤的基礎。尤其地，當超聲探頭20以波束掃過解剖結構區域的視場時，介入工具40的遠端處的采取(一個或多個)聲學傳感器的形式的(一個或多個)位置傳感器接收來自超聲探頭20的(一個或多個)信號。(一個或多個)聲學傳感器將聲學感測波形提供給位置跟蹤器41，所述位置跟蹤器繼而運行對聲學感測波形的概況分析。尤其地，對于聲學感測波形而言，超聲波束的到達時間指示(一個或多個)聲學傳感器到成像陣列的距離，并且超聲波束的幅度概況指示(一個或多個)聲學傳感器到超聲探頭的成像陣列的橫向距離或角距離。
[0034]組織分類器50是用于表征解剖結構區域的超聲圖像內的組織的如本領域中已知或如由本發明提供的硬件、軟件、固件和/或電路的結構配置。例如，如圖1中所示，組織分類器50能夠表征健康組織62內的不健康組織63，如解剖結構區域(例如，患者的肝)的超聲圖像61中所示的。
[0035]在實踐中，組織分類器50能夠被操作在一個或多個各種模式中，包括但不限于利用(一個或多個)組織傳感器51的工具信號模式和利用成像設備(例如，術前掃描器30)的圖像模式。
[0036]工具信號模式。對于該模式而言，(一個或多個)組織傳感器42被嵌入/附接到介入工具40(尤其地介入工具40的端部處)，以用于當介入工具40在解剖結構區域內被導航到目標位置時感測鄰近介入工具40的組織。在實踐中，一個或多個傳感器能夠用作組織傳感器42和位置傳感器51兩者。
[0037]在工具信號模式的一個示范性實施例中，(一個或多個)組織傳感器42是如本領域中已知的超聲換能器，其用作介入工具40的聲學傳感器并且用于測量鄰近介入工具40的遠端的組織的聲學特性。例如，超聲換能器能夠被用于通過組織分類器50的脈沖回波信號分析，其中，超聲換能器的操作頻率是環繞介入工具40的遠端的幾毫米的組織(例如，在20至40MHz范圍中)。注意，這樣的高頻元件由于小尺度而容易嵌入介入工具40中并且仍然能夠接收來自流體靜力規則(regime)中的較低頻(?3MHz)超聲探頭20的信號。脈沖回波信號的特性(例如，如由信號的所檢測的包絡的時間濾波和擬合測量的頻率依賴衰減)由組織分類器50用于組織分類。兩個正交或成角的超聲換能器能夠被用于測量介質的各向異性(例如，與硬膜外注射相關，韌帶是高各向異性的，但是硬膜外空間是各向同性的)。
[0038]在工具信號模式的第二示范性實施例中，(一個或多個)組織傳感器42是用于測量鄰近介入工具40的遠端的組織的聲學阻抗的如本領域已知的PZT微傳感器。例如，與介入工具40的遠端接觸的負載的聲學阻抗隨著介入工具40穿過不同的組織類型而改變。負載改變導致PZT微傳感器的諧振峰的幅度和頻率的對應改變，所述PZT微傳感器由組織分類器50用于組織分類。
[0039]在工具信號模式的第三示范性實施例中，(一個或多個)組織傳感器42是如本領域已知的光纖水聽器。例如，如本領域中已知的光譜技術涉及光纖將光遞送給環繞介入工具40的遠端的組織并且操作為水聽器以將組織區分信息提供給組織分類器50。
[0040]在實踐中，對于任何工具信號模式而言，能夠首先在具有已知組織類型的許多解剖結構區域上訓練在信號特性上工作的組織分類器50，并且最好的信號參數被組合使用以輸出為以下預定組織類型之一的概率，所述預定組織類型包括但不限于皮膚、肌肉、脂肪、血液、神經以及腫瘤。例如，如圖3中所示，介入工具40的遠端處的組織感測設備提供指示作為解剖結構區域11的皮膚的組織的信號52、指示作為解剖結構區域11的正常組織的信號的信號53和指示作為解剖結構區域11的腫瘤12的組織的信號54。訓練組織分類器50以識別指示組織界限的跨越的信號特性的銳利變化。訓練曲線圖55表示信號52-54中的可識別的改變。
[0041]圖像模型。對于該模式而言，取決于成像模態被用于該模式，解剖結構區域的組織定征的空間圖由組織分類器50生成。
[0042]在光聲示范性實施例中，聲學能量與光的某些波長之間的相互作用由如本領域中已知的組織分類器50利用以估計解剖結構區域的組織特異性細節。尤其地，模式涉及聲學能量的發射和結果現象的光學識別標志的測量，或者反之亦然。當將(一個或多個)聲學傳感器和解剖結構區域的超聲圖像集成在一起時，組織分類器50生成能夠被疊加到解剖結構區域的超聲圖像的組織定征的空間圖。
[0043]在基于回波的光譜示范性實施例中，組織分類器50實施查看高分辨率原始射頻(“RF”)數據以創建解剖結構區域的B模式超聲圖像的技術，并且它們的時間變化能夠被用于添加額外的組織定征細節。技術的范例是彈性成像，其可以在組織的微心悸的情況下基于RF蹤跡的時間改變檢測某些類型的癌癥團。其他模式能夠是這些技術的延伸，其中，它們能夠使用RF數據的時間變化估計解剖結構區域的超聲圖像中的組織性質。
[0044]在術前組織圖模式中，組織分類器50基于由術前掃描器30(例如，MR光譜學)提供的解剖結構區域的術前圖像來生成組織性質的2D或3D術前圖。備選地，組織分類器50能夠獲得能夠從解剖結構區域的術前圖像的組上的大群體研究獲得的組織定征，其建議具有發展疾病的較高可能性的組織內部的任何區域。此外，組織分類器50能夠根據如本領域已知的組織病理學技術獲得組織定征圖。
[0045]仍然參考圖1，圖像導航器60是用于相對于解剖結構區域的超聲圖像61的顯示來顯示導航引導(未示出)的如本領域中已知的硬件、軟件、固件和/或電路的結構配置。導航引導同時圖示了由工具跟蹤器41對介入工具40的位置跟蹤和由組織分類器50對解剖結構區域的組織定征。在實踐中，如本領域中已知的各種顯示技術能夠被實施用于生成導航引導，包括但不限于交疊、并排、顏色編碼、時間序列片以及傳送到大監測器。具體而言，導航引導能夠包括圖形圖標和/或組織定征圖，如將在圖2的背景下進一步描述的。
[0046]參考圖2，現在將在本文中描述圖1所示的工具導航的操作方法。在操作方法的起始時，操作方法涉及連續運行由如本領域中已知的超聲成像器21對解剖結構區域的解剖成像階段S70和由如本領域中已知的工具跟蹤器41進行的介入工具40相對于解剖結構區域的工具跟蹤階段S71。
[0047]組織分類階段S72根據需要被運行以表征解剖結構區域的超聲圖像內的組織。例如，如在本文中先前陳述的，組織分類器50能夠表征健康組織62內的不健康組織63，如解剖結構區域(例如，患者的肝)的超聲圖像61中所示的。更具體地，對于組織分類階段72而言，取決于組織分類器50的可應用的(一個或多個)工具信號模式和/或(一個或多個)圖像模式，組織分類器50表征解剖結構區域的超聲圖像內的組織。
[0048]對于(一個或多個)工具信號模式而言，如圖4所示，組織分類器50能夠閱讀來自介入工具40的信號，從而傳遞指示作為解剖結構區域的皮膚的組織、解剖結構區域的正常組織或解剖結構區域的腫瘤的組織分類信號TCI。在圖像導航階段S73期間(圖1)，圖像導航器60處理組織分類信號TCI以生成圖示由工具跟蹤器41對介入工具40的位置跟蹤和由組織分類器50對解剖結構區域的組織定征的圖形圖標。
[0049]在實踐中，圖像導航器60調制圖形圖標的一個或多個特征以指示如正被跟蹤的介入工具40何時鄰近腫瘤組織。例如，如圖5所示，當介入工具40的所跟蹤的位置指示介入工具的遠端鄰近正常組織時，采取圓形的箭頭的形式的圖形圖標64能夠交疊在超聲圖像61上，并且當介入工具40的所跟蹤的位置指示介入工具40的遠端鄰近腫瘤組織時，采取尖角箭頭的形式的圖形圖標65能夠交疊在超聲圖像61上。可以備選地或者同時地實施圖形圖標的其他額外調制，包括但不限于圖形圖標的顏色改變或不同的圖形圖標的替代。
[0050]更具體地，箭頭的頭部的形狀指示當前鄰近介入工具40的遠端的組織的類型，并且箭頭的桿指示通過解剖結構區域的介入工具40的路徑。此外，能夠對箭頭的桿進行顏色編碼以指示沿著介入工具40的路徑的組織的類型。此外，為了方便解剖結構區域的多個采樣，標記(未示出)能夠被用于指示先前采樣位置。
[0051]對于(一個或多個)圖像模式而言，組織分類器50生成解剖結構區域的組織定征的空間圖并且將其傳遞給圖像導航器60，所述圖像導航器繼而將組織定征圖交疊在超聲圖像上。例如，圖6圖示了環繞腫瘤組織58的正常組織57的2D空間圖56。在該范例中，2D空間圖由組織分類器50經由光聲模式和/或基于回波的光譜學而生成。在圖像導航階段S73期間，圖像導航器60將2D空間圖交疊在具有指示介入工具40的位置跟蹤的圖形圖標66和指示腫瘤組織58的圖形圖標67的超聲圖像61上。
[0052]還通過范例，如圖7中所示，組織分類器50能夠根據從由術前掃描器30生成的解剖結構區域的術前圖像導出的解剖結構區域的組織定征的3D空間圖59的配準導出2D空間圖56(圖 6)。
[0053]返回參考圖1，在實踐中，超聲成像器21、任選的術前掃描器30、工具跟蹤器41、組織分類器50和圖像導航器60能夠如本領域中已知地被安裝在單個工作站上或跨多個工作站(例如，工作站的網絡)分布。
[0054]參考圖1-7，鑒于本文所提供的教導，本領域的普通技術人員將意識到本發明的很多益處，包括但不限于向臨床醫師提供用于方便每個患者的較好的判斷的豐富的信息源，將處置方案進行個性化，并且保持從何處獲得組織樣本或控制其中注射某種藥物的區域的較好的控制。
[0055]盡管已經圖示和描述了本發明的各種示范性實施例，但是鑒于本文所提供的教導，本領域的普通技術人員將理解，如本文描述的本發明的示范性實施例是說明性的，并且能夠做出各種改變和修改并等價方案能夠替代其元件，而不脫離本發明的真實范圍。另外，在不脫離其中心范圍的情況下，能夠做出許多修改以調整本發明的教導。因此，本發明不是旨在限于作為預期實現本發明的最佳模式所公開的具體示范性實施例，而是包括落在權利要求書的范圍內的所有實施例。
【主權項】
1.一種工具導航系統，包括: 超聲探頭(20)，其能用于掃描解剖結構區域； 超聲成像器(21)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)，以響應于由所述超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描而生成所述解剖結構區域的超聲圖像； 介入工具(40)，其能用于在所述解剖結構區域內被導航； 工具跟蹤器(41)，其能夠被連接到所述介入工具(40)，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置； 組織分類器(50)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)、所述介入工具(40)以及所述工具跟蹤器(41)中的至少一個，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織；以及 圖像導航器(60)，其能夠被連接到所述超聲成像器(21)、所述工具跟蹤器(41)以及所述組織分類器(50)，以相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導， 其中，所述導航引導對用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、由所述工具跟蹤器(41)進行的對所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置跟蹤進行圖示，并且 其中，所述導航引導還對用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的、由所述組織分類器(50)對鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的所述組織的組織定征進行圖示。2.根據權利要求1所述的工具導航系統，還包括: 至少一個位置傳感器，其能夠將所述工具跟蹤器(41)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述工具跟蹤器(41)進行的所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置跟蹤， 其中，所述至少一個位置傳感器能用于感測指示所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置的聲學能量、電磁能量或光學能量中的至少一個。3.根據權利要求2所述的工具導航系統， 其中，每個位置傳感器包括至少一個超聲換能器，所述至少一個超聲換能器能用于生成對由超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描的聲學感測進行指示的聲學感測波形;并且 其中，所述工具跟蹤器(41)能用于當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，運行所述至少一個聲學感測波形的概況分析作為用于聲學跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置的基礎。4.根據權利要求3所述的工具導航系統，其中，所述至少一個位置傳感器包括以下中的至少一種:共聚物超聲換能器、壓電傳感器、電容性微機械超聲換能器或光纖水聽器。5.根據權利要求1所述的工具導航系統，還包括: 至少一個組織傳感器，其能夠將所述組織分類器(50)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述組織分類器(50)對鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的所述組織的組織定征。6.根據權利要求5所述的工具導航系統，其中，所述至少一個組織傳感器包括以下中的至少一種:光纖水聽器、壓電傳感器和電容性微機械超聲換能器。7.根據權利要求5所述的工具導航系統，其中，每個組織傳感器能夠將所述工具跟蹤器(41)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述工具跟蹤器(41)進行的相對于所述解剖結構區域的所述介入工具(40)的所述位置跟蹤。8.根據權利要求1所述的工具導航系統， 其中，所述導航引導包括所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的所述位置跟蹤或由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征中的至少一個;并且 其中，所述圖像導航器(60)能用于響應于由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制所述圖形圖標的至少一個特征。9.根據權利要求8所述的工具導航系統，其中，所述圖形圖標包括具有至少一個特征的箭頭，所述至少一個特征取決于由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變。10.根據權利要求9所述的工具導航系統， 其中，所述箭頭的桿圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的位置跟蹤，并且 其中，所述箭頭的頭部或所述箭頭的所述桿中的至少一個圖示由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征。11.根據權利要求1所述的工具導航系統，其中，所述導航引導包括圖示所述解剖結構區域的采樣位置的至少一個圖形圖標。12.根據權利要求1所述的工具導航系統， 其中，所述組織分類器(50)能夠被連接到所述超聲成像器(21)中的至少一個，以生成包括所述解剖結構區域的多個組織類型的所述解剖結構區域的空間組織定征圖(55);并且其中，所述導航引導包括: 所述空間組織定征圖(55)，以及 所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的所述位置跟蹤。13.根據權利要求1所述的工具導航系統，還包括: 術前掃描器(30)，其能用于生成所述解剖結構區域的術前圖像， 其中，所述組織分類器(50)能夠被連接到所述術前掃描器(30)，以根據所述解剖結構區域的所述術前圖像生成所述解剖結構區域的空間組織定征圖(58)， 其中，所述解剖結構區域的所述空間組織定征圖(55)包括所述解剖結構區域的多個組織類型;并且 其中，所述導航引導包括: 所述空間組織定征圖(55)，以及 所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的所述位置跟蹤。14.一種工具導航系統，包括: 超聲成像器(21)，其能夠被連接到超聲探頭(20)，以響應于由所述超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描而生成解剖結構區域的超聲圖像； 工具跟蹤器(41)，其能夠被連接到能用于在所述解剖結構區域內被導航的介入工具(40)，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置； 組織分類器(50)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)、所述介入工具(40)或所述工具跟蹤器(41)中的至少一個，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織；以及 圖像導航器(60)，其能夠被連接到所述超聲成像器(21)、所述工具跟蹤器(41)以及所述組織分類器(50)以相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導， 其中，所述導航引導對用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、由所述工具跟蹤器(41)進行的對所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置跟蹤進行圖示，并且 其中，所述導航引導還對用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的、由所述組織分類器(50)對鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的所述組織的組織定征進行圖示。15.根據權利要求14所述的工具導航系統，還包括: 至少一個位置傳感器，其能夠將所述工具跟蹤器(41)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述工具跟蹤器(41)進行的所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置跟蹤， 其中，所述至少一個位置傳感器能用于感測指示所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置的聲學能量、電磁能量或光學能量中的至少一個， 其中，每個位置傳感器包括至少一個超聲換能器，所述至少一個超聲換能器能用于生成對由超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描的聲學感測進行指示的聲學感測波形，并且 其中，所述工具跟蹤器(41)能用于當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，運行所述至少一個聲學感測波形的概況分析作為用于聲學跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置的基礎。16.根據權利要求14所述的工具導航系統， 其中，所述導航引導包括所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的所述位置跟蹤或由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征中的至少一個;并且 其中，所述圖像導航器(60)能用于響應于由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制所述圖形圖標的至少一個特征。17.根據權利要求16所述的工具導航系統，其中，所述圖形圖標包括具有至少一個特征的箭頭，所述至少一個特征取決于由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變。18.—種工具導航方法，包括: 根據由超聲探頭(20)對解剖結構區域的掃描生成所述解剖結構區域的超聲圖像； 當在所述解剖結構區域內對介入工具(40)進行導航時，跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置； 當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織;并且 相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導， 其中，所述導航引導圖示用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置跟蹤，并且 其中，所述導航引導還圖示用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的、對所述解剖結構區域的組織定征。19.根據權利要求18所述的工具導航方法，其中，所述導航引導包括以下中的至少一個:(i)所述解剖結構區域的空間組織定征圖(55)或(ii)所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的所述位置跟蹤或由組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征中的至少一個。20.根據權利要求18所述的工具導航方法，還包括: 響應于所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制圖形圖標的至少一個特征。
【文檔編號】A61B8/08GK105899143SQ201480072036
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月26日
【發明人】A·M·塔赫瑪塞比馬拉古奧施, A·K·賈殷, F·G·G·M·維尼翁
【申請人】皇家飛利浦有限公司