用于超声溶栓处置的超声图像和计算机断层摄影图像配准的系统和方法
【专利摘要】一种用于处置患者的目标区(例如，大脑中包括闭塞的区)的方法和系统，其包括：采用超声成像装置来产生对象的区域的超声图像；将所述超声图像与计算机断层摄影(CT)图像数据集进行配准；经由根据所述CT图像数据集产生的目标区的标记在所述超声图像中识别所述目标区的位置；利用所述超声成像装置来验证所述目标区的所述位置；并且对所述目标区提供超声溶栓处置，同时利用所述超声成像装置来监测所述目标区。
【专利说明】
用于超声溶栓处置的超声图像和计算机断层摄影图像配准的系统和方法
技术领域
[0001]本发明涉及医学声学(例如，超声)系统，尤其是涉及执行针对中风患者的治疗的超声系统。
【背景技术】
[0002]缺血性中风是使人衰弱的疾病。对到大脑的血流的阻塞会很快导致麻痹或死亡。已经报道通过溶栓药物治疗来实现再通(例如利用组织纤溶酶原激活物(tPA)进行处置)的尝试会在多种情况下引起有症状脑出血。对这种断裂的痛苦的诊断和处置的进步是持续医学研究的主题。
[0003]使用超声波是新兴的无创中风处置模态，其被应用以帮助溶解引起血管闭塞的血块。特别地，利用超声(US)的超声溶栓(STL)处置(靶向凝块)结合用于凝块溶解和血管再通的微泡当前被研究作为急性中风患者的强处置备选方案。在STL处置中，通过头盖颞骨递送超声脉冲，靶向引起闭塞的凝块。微泡、超声造影剂也形成STL处置的整体部分，因为它们由于所应用的超声能量而在凝块位置处的机械振荡已经示出随时间溶解凝块，并实现用于急性缺血性中风处置的血管再通。STL处置的优点之一在于它们能够被无创地执行，并且无需使用药物(例如，t-PA，或者组织纤溶酶原激活物，共同的“血栓爆破”药物)，药物对它们带来了对它们的使用的显著限制并且整体上较低的处置成功率。
[0004]然而，这种处置需要递送靶向凝块的特定超声剂量。与STL处置相关联的一个挑战是在用于超声溶栓中风治疗的临床试验中正被评估的超声递送设备缺乏成像功能，成像功能将使得它们还用于定位大脑内的凝块位置。这将导致过度处置(即，必须处置(有希望地)包含凝块的较大区域以引起再通)，或者压根没有处置(对甚至不包含凝块的区域进行处置)，并在施予超声能量期间提供对没有处置反馈的限制。
【发明内容】
[0005]因此，期望提供一种利用成像来进行超声溶栓处置或治疗的方法和系统，其实时识别要处置的目标区的位置以将超声溶栓处置超声能量引导到目标区。
[0006]在本发明的一个方面中，一种方法包括:接收由计算机断层摄影(CT)系统产生的计算机断层摄影图像数据集;采用超声成像装置来产生对象的区域的超声图像，所述区域包括要利用超声溶栓处置处理的目标区；生成针对所述超声图像的一个或多个基准标记，其中，所述一个或多个基准标记识别所述对象的能辨识特征;处理器采用针对所述超声图像的所述一个或多个基准标记以及针对所述CT图像数据集的一个或多个对应的基准标记来将所述超声图像与所述CT图像数据集进行配准，所述CT图像数据集包括识别所述目标区在所述CT图像数据集中的位置的标记;将识别所述目标区在所述CT图像数据集中的所述位置的所述标记与所述超声图像进行叠加以产生经叠加的超声图像并显示所述经叠加的超声图像;利用所述超声成像装置来验证所述目标区的所述位置;并且对所述目标区的经验证的位置应用所述超声溶栓处置。
[0007]在一些实施例中，所述对象的所述区域包括所述对象的头部的至少部分，并且其中，所述目标区对应于所述对象的大脑中的闭塞的区。
[0008]在这些实施例的一些版本中，所述一个或多个基准标记包括识别以下中的至少一个的一个或多个标记:所述对象的头盖骨的至少部分的轮廓、所述对象的对侧头盖骨的位置、所述对象的对侧头盖骨的位置、所述对象的脑干的位置、所述对象的颞骨的位置、以及所述对象的一个或多个对应的脑血管。
[0009]在这些实施例的一些版本中，所述方法还包括采用所述超声成像装置来提供对所述目标区的实时成像，同时对所述目标区应用所述超声溶栓处置。
[0010]在这些实施例的一些版本中，所述方法还包括根据所述实时成像来确定所述闭塞是否已经被清除。
[0011]在这些实施例的一些版本中，所述方法还包括根据所述实时成像来确定血流是否已经在所述闭塞的所述区中被恢复。
[0012]在这些实施例的一些版本中，所述方法还包括:一旦已经确定血流已经在所述闭塞的所述区被恢复，则停止所述超声溶栓处置。
[0013]在这些实施例的一些版本中，所述方法还包括:一个或多个处理器基于所述目标区的所述位置来确定针对所述超声成像装置的一个或多个对应的成像参数和所述超声溶栓处置的处置参数的一个或多个值，以便获得对所述目标区的期望的成像。
[0014]在这些实施例的一些版本中，采用所述超声成像装置来提供对所述目标区的实时成像包括采用基于多普勒的算法来处理由所述超声成像装置从所述目标区接收到的信号。
[0015]在这些实施例的一些版本中，对所述目标区的经验证的位置应用所述超声溶栓处置包括:将头戴组件(headset)定位在所述对象的头部上，其中，所述头戴组件包括至少一个超声换能器阵列，所述至少一个超声换能器阵列被配置为将超声处置供应到能调节的处置区域;并且自动调节所述超声换能器阵列的位置和取向中的至少一个以使所述处置区域与所述目标区相匹配。
[0016]在一些实施例中，所述方法还包括:生成针对所述CT图像数据集的一个或多个基准标记。
[0017]在本发明的另一方面中，一种系统包括:超声溶栓处置装置；以及超声成像装置。所述系统包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为:控制所述超声成像装置以产生对象的区域的超声图像;经由根据计算机断层摄影(CT)图像数据集产生的目标区的标记在所述超声图像中识别所述目标区的位置;并且控制所述超声溶栓处置装置以对所述目标区提供所述超声溶栓处置，同时控制所述超声成像装置以对所述目标区成像。
[0018]在一些实施例中，所述超声装置和所述超声溶栓处置装置可以共享一个或多个共同部件，例如处理器、存储器、(一个或多个)波束形成器、(一个或多个)超声阵列等。
[0019]在一些实施例中，所述超声溶栓处置装置包括头戴组件，所述头戴组件包括至少一个超声换能器阵列，所述至少一个超声换能器阵列被配置为将超声处置供应到能调节的处置区域并且被配置为对所述处置区域进行成像，并且其中，控制所述超声溶栓处置装置以对所述目标区提供超声溶栓处置包括自动调节所述超声换能器阵列的位置和取向中的至少一个以使所述处置区域与所述目标区相匹配。
[0020]在一些实施例中，所述一个或多个处理器被配置为:基于所述目标区的所述位置来确定针对所述超声成像装置的一个或多个成像参数和所述超声溶栓处置装置的处置参数的一个或多个值，以便获得对所述目标区的期望的成像和期望的处置中的至少一个。
[0021]在这些实施例的一些版本中，所述一个或多个处理器被配置为将所述超声成像装置的所述一个或多个成像参数和所述超声溶栓处置装置的所述处置参数中的至少一个自动调节为具有一个或多个所确定的值。
[0022]在这些实施例的一些版本中，所述一个或多个处理器被配置为向所述系统的用户指示针对所述超声成像装置的一个或多个对应的成像参数的一个或多个所确定的值。
[0023]在一些实施例中，所述超声成像装置包括用于处理所述目标区的图像的多普勒模式。
[0024]在本发明又一方面中，一种方法包括:采用超声成像装置来产生对象的区域的超声图像;经由根据计算机断层摄影(CT)图像数据集产生的目标区的标记在所述超声图像中识别所述目标区的位置;利用所述超声成像装置来验证所述目标区的所述位置;并且对所述目标区提供超声溶栓处置，同时利用所述超声成像装置来监测所述目标区。
[0025]在一些实施例中，对所述目标区提供超声溶栓处置包括自动调节以下中的至少一个以使超声换能器阵列的处置区域与所述目标区相匹配:被定位在所述对象上的头戴组件的位置、被定位所述对象上的所述头戴组件的所述超声换能器阵列的取向、以及一个或多个处置参数。
[0026]在一些实施例中，所述方法还包括:基于所述目标区的所述位置来自动确定针对以下中的至少一项的一个或多个值以便获得对所述目标区的期望的成像:所述超声成像装置的一个或多个成像参数、以及所述一个或多个处置参数;并且将所述一个或多个成像参数和所述一个或多个处置参数中的至少一个调节为具有一个或多个所确定的值。
[0027]在这些实施例的一些版本中，所述方法还包括基于在利用所述超声成像装置监测所述目标区的同时检测到的血流的存在或血流量来结束所述处置。
【附图说明】
[0028]图1示出了头颅血管造影计算机断层摄影(CT)图像。
[0029]图2示出了在CT图像数据集与对象的头部之间的立体定位配准(基于标尺的)，以及后续治疗超声换能器定位和对准。
[0030]图3是示出了用于生成计算机断层摄影(CT)图像并将CT图像与超声溶栓处置系统进行配准的布置的一个实施例的示意图。
[0031]图4示出了定位主要脑动脉中的凝块的血管造影计算机断层摄影(CT)图像的范例。
[0032]图5示出了用于超声溶栓处置装置的头戴组件的一个实施例。
[0033]图6示出了在将超声溶栓处置应用到在与超声图像配准的CT图像上识别出的闭塞或血块期间的实况超声图像和CT图像的并排的经配准的视图的范例。
[0034]图7示出了CT成像系统的一个示例性实施例。
[0035]图8是超声溶栓处置系统的一个实施例的功能框图。
[0036]图9是用于对目标区(尤其是引起血管闭塞的血块的区)的超声溶栓处置的方法的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0037]现在将在下文结合附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同形式具体实现，且不应该解释为限制于本文所阐述的实施例。而是，将这些实施例提供为本发明的教导范例。
[0038]如上所述，用于超声溶栓中风治疗的临床试验中正被评估的超声递送设备缺乏成像功能，成像功能将使得它们还用于定位大脑内的凝块位置。这将导致过度处置(即，必须处置(有希望地)包含凝块的较大区域以引起再通)，或者压根没有处置(对甚至不包含凝块的区域进行处置)，并在施予超声能量期间提供对没有处置反馈的限制。
[0039]理想地，STL中风处置系统将在单个设备中合并用于中风诊断和凝块位置定位的超声成像功能以及用于中风处置/血管再通的超声治疗功能两者。这将具有以下优点:两个功能(诊断/成像和处置)可以共同配准并共享相同的坐标系，从而使得经由处置规划从凝块识别到凝块靶向的步骤成为一个简单的过程。然而，超声本身通常并不用于诊断中风。为使超声对中风诊断有效，需要与超声造影剂进行组合，这显著改善了定位引起中风的血管闭塞的能力。然而，目前在USA和若干其他国家中未指示超声造影剂用于中风诊断。
[0040]因此，在超声引导下进行处置规划和凝块靶向是有挑战性的。
[0041]最终的挑战涉及护理的当前工作流和标准:CT(具有造影)实际上是用于中风诊断的“黄金标准”，并被很好地建立，因此针对中风诊断不太可能容易地且在很近的将来被其他模式(即，造影超声)代替。
[0042]直到用于STL的组合的超声成像/处置设备和流程被批准用于临床使用并在临床中变得可用，并且超声造影剂被指示用于中风诊断，才需要落实备选方法来能够利用超声进行中风处置。
[0043]下文描述的系统和方法能够准确地利用超声靶向闭塞的区域以实现血管再通并因此处置中风，而不需要通过从分离的计算机断层摄影(CT)扫描获得诊断和靶向信息而使用超声造影剂来定位目标区。
[0044]图1示出了头颅血管造影计算机断层摄影(CT)图像100，其指示存在闭塞或血块IlOo
[0045]如上所述，下文描述的系统和方法的实施例采用例如由CT图像100表示的CT图像数据集，其用于将超声溶栓处置引导到闭塞或血块110的区。
[0046]图2示出了已经提出的用于将超声溶栓处置引导到闭塞或血块110的区的一种方法。特别地，图2示出了在CT图像数据集与对象的头部之间的立体定位(基于标尺的)配准以及后续治疗超声换能器定位和对准的过程。如图2所示，在CT图像215中识别出闭塞或血块110以及参考点220。然后对CT图像进行标记以在坐标系中指示从参考点220到闭塞或血块110的距离。然后，采用标尺250以及患者头部的参考点测量出该距离以找到在患者的头部的闭塞或血块210的位置。
[0047]显然的是，上述立体定位方法不是识别闭塞或血块相对于患者的头部的位置的最优解决方案，更不用提将超声溶栓处置引导到该位置。
[0048]图3是示出了用于生成计算机断层摄影(CT)图像和将CT图像与超声溶栓处置系统进行配准的布置300的一个实施例的图。布置300采用由计算机断层摄影(CT)成像系统310生成的CT图像数据集以帮助将超声溶栓处置从超声溶栓处置和超声成像系统320引导到对象的已经识别出闭塞或血块的目标区。除了别的部件，CT成像系统310还包括一个或多个处理器312、相关联的存储器314以及显示设备316。下文将参考图7描述CT成像系统310的一个实施例的进一步细节。除了别的部件，超声溶栓处置和超声成像系统320还包括一个或多个处理器322、相关联的存储器324以及显示设备326。下文将参考图8描述超声溶栓处置和超声成像系统320的一个实施例的进一步细节。
[0049]现在将描述采用用于超声溶栓处置的布置300的过程的范例。
[0050]在该范例中，采用CT成像系统310用于诊断中风(缺血性的或出血性的)。如果中风是缺血性的，则CT成像系统310采用灌注或血管造影CT来确定血块的存在和位置、被不可逆地梗塞的组织芯以及可能挽回的组织。CT成像系统310生成包含CT图像的CT图像数据集(例如，3D图像数据集)。将一个或多个标记添加到CT图像数据集，识别或突出显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块的(一个或多个)位置。在一些实施例中，CT图像数据集还可以包含一个或多个基准标记，其指示对象的解剖结构的一个或多个特征的位置，所述一个或多个特征的位置能够容易地在CT图像数据集以及在超声图像中识别出。例如，一个基准标记可以是颞骨，即，头盖骨内与最恰当的声窗相对应的位置，以便最小化处置治疗超声脉冲在它们传播通过头盖骨时的衰减。如本文所使用的，术语“基准标记”指的是在成像系统的视场内的对象，其出现在由成像系统产生的图像中，并被用作参考点或度量点。在本文公开的示例性实施例中，基准标记可以包括识别以下的标记:对象头盖骨的至少部分的轮廓;对象的对侧头盖骨的位置;对象的颞骨的位置;脑干；以及对象的一个或多个脑血管，例如大脑中动脉(MCA)或动脉环。预见到使用其他基准标记。在一些实施例中，(一个或多个)基准标记和/或识别或突出显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块相对于CT成像数据集的(一个或多个)位置的标记可以由用户或临床医生经由CT成像系统310生成。在其他实施例中，由CT成像系统310生成的CT成像数据可以被转移到单独的计算机、工作站、或其他数据处理设备，并且在CT数据集中的(一个或多个)基准标记和/或识别或突出显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块相对于CT成像数据集的(一个或多个)位置的标记可以由用户或临床医生经由计算机、工作站、或其他数据处理设备生成。在其他实施例中，在CT数据集中的(一个或多个)基准标记和/或识别或突出显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块相对于CT成像数据集的(一个或多个)位置的标记可以由用户或临床医生经由超声溶栓处置和超声成像系统320生成。
[0051 ] CT图像数据集被转移到超声溶栓处置和超声成像系统320。可以经由CT成像系统310或通过图3中未示出的中间数据处理系统，(例如，由临床医生)将识别或突出显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块的(一个或多个)位置的(一个或多个)标记以及基准标记添加到CT图像数据集，在这种情况下，将CT图像数据集连同识别或突出显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块的(一个或多个)位置的一个或多个标记以及基准标记一起被转移到超声溶栓处置和超声成像系统320。在备选布置中，可以经由超声溶栓处置和超声成像系统320，(例如，由临床医生)将从CT成像系统310转移到超声溶栓处置和超声成像系统320的CT图像数据集、识别或显示(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块的(一个或多个)位置的(一个或多个)标记以及基准标记添加到CT图像数据集。
[0052]图4示出了识别患者的大脑的主要脑动脉中的凝块的位置的血管造影计算机断层摄影(CT)图像400的范例。特别地，图像400已经被注释或标记有标记410，标记410指示闭塞或血块在对象的大脑中的位置。
[0053]取决于超声溶栓处置和超声成像系统320的数据输入接口，可以经由无线链路、经由网络(例如，内联网和互联网)、经由便携式数据存储介质(例如，DVD或闪存设备等)转移CT图像数据。在一些实施例中，可以将CT图像数据集从CT成像装置310转移到网络服务器和相关联的数据存储设备，然后从网络服务器转移到超声溶栓处置和超声成像系统320。
[0054]超声溶栓处置和超声成像系统320可以采用超声用于对大脑和头盖骨成像而无需造影，并且还采用超声来例如经由放置在对象的头部上的探头/头戴组件递送超声溶栓脉冲用于治疗递送。
[0055]可以采用的可以用于超声溶栓处置的头戴组件的示例性实施例在以下文献中公开:于2013年11月21题提交的美国临时专利申请61/906,973;于2013年10月19日提交的美国临时专利申请61/716,007;于2013年8月13日提交的美国临时专利申请61/865279;以及于2013年10月10日提交的国际专利申请PCT/IB2013/059268。
[0056]图5示出了用于超声溶栓处置装置的头戴组件500的一个实施例。头戴组件500包括至少一个超声换能器阵列505，其可以用于超声溶栓处置和超声成像。超声治疗和成像可以通过控制(一个或多个)超声换能器阵列505的操作来指向感兴趣区。
[0057]在操作中，超声溶栓处置和超声成像系统320例如经由头戴组件500实时采集对象的头部10的2D超声图像和/或3D超声图像。超声溶栓处置和超声成像系统320将从CT成像系统310接收到的CT图像数据集与实时的2D和3D超声数据集进行组合以用于处置规划、治疗递送和处置监测。
[0058]有益地，为了促进超声溶栓处置到闭塞或血块可能位于其中的期望目标，超声溶栓处置和超声成像系统320(例如，处理器322和存储器324)可以执行配准算法以将CT图像数据集的CT图像与实况超声图像进行配准。
[0059]在一些实施例中，超声溶栓处置和超声成像系统320(例如，处理器322和存储器324)可以执行自动配准算法，其采用在CT图像数据集中的一个或多个基准标记以及在超声图像中的一个或多个对应的基准标记用于实时配准。在一些实施例中，超声溶栓处置和超声成像系统320(例如，处理器322和存储器324)可以执行图像融合算法以在显示设备326上呈现实况超声图像和CT图像的叠加视图或并排的经配准的视图。图像融合可以提供用于识别用于治疗递送的目标位置的共同坐标系。
[0060]图6示出了在将超声溶栓处置应用到闭塞或血110块期间的实况超声图像602和CT图像604的并排的经配准的视图600的范例。在图6中还示出了三种不同类型的基准标记，其可以单独或一起用于将超声图像602与CT图像604进行配准。基准标记包括:第一基准标记610，其对应于颞骨在超声图像602和CT图像604中的位置;第二基准标记620，其对应于脑干在超声图像602和CT图像604中的位置；以及第三基准标记630，其对应于特定血管在超声图像602和CT图像604中的位置。通过使用(一个或多个)基准标记，将超声图像602与CT图像604进行配准，并且将来自CT图像604的标记410叠加到超声图像602上，以识别包括闭塞或血块110并且应当在其处应用超声溶栓处置的目标区的位置。利用该信息，临床医生能够采用包括超声换能器阵列640的超声溶栓处置装置用于准确地将超声溶栓处置指向到包括闭塞或血块110的目标区。
[0061]超声图像与CT图像数据集的配准允许使用CT图像来使得超声溶栓处置和超声成像系统320能够完成下述中的一些或全部。
[0062]超声溶栓处置和超声成像系统320以可以验证处置超声探头是否正确地被定位在颞骨上(如根据CT图像所确定的具有最低声学衰减的区域)，并且如果未正确定位则提供重新定位信息。
[0063]超声溶栓处置和超声成像系统320可以验证处置超声探头是否正确地被取向在凝块的方向(根据CT造影剂经由血流的缺少/停止识别出的凝块)，并且如果未正确取向则提供重新取向信息。
[0064]超声溶栓处置和超声成像系统320可以基于围绕凝块的位置、定位和区域来自动调节超声成像参数(深度、焦点深度、增益、多普勒区域、颜色多普勒窗、等等)，或向临床医生提供“最佳设置”推荐，并进一步基于围绕凝块的位置、定位、深度等来调节处置参数(功率、处置体积等)，或向临床医生提供“最佳设置”推荐。
[0065]超声溶栓处置和超声成像系统320可以在超声图像上实时突出显示从CT数据集获得的凝块位置以及其范围或者将如从CT数据集获得的凝块位置以及其范围叠加到超声图像。
[0066]超声溶栓处置和超声成像系统320可以自动定义目标区/处置窗口，以准备供临床医生审查和发起治疗。
[0067]超声溶栓处置和超声成像系统320可以选择高分辨率、高敏感度、图像合成模式、或仅在围绕凝块的区域中的尤其被设计生成用于凝块检测的超声图像的其他专门的超声成像模式(可能以其他方式实现是时间/资源密集的)，其克服或部分补偿了针对凝块位置的超声造影剂的缺少。例如，这可以是基于多普勒的算法，其估计若干心跳的流量值并对其求平均，以便提高测量的敏感度和数据的SNR。这种模式对于整个超声视场的实现是资源密集的。还有益的是，这些模式可以与探头或头戴组件组合，其中，超声探头定位以电子方式被控制，例如通过电动探头定位，经由头架固定到患者颞骨上的矩阵探头或类似布置。这种专门的成像模式可以克服在超声造影剂的缺少或其他因素(即，高衰减颞骨、低敏感度、差的SNR、由于操作员引起的探头运动等)的情况下超声成像和中风诊断的缺点。在一些实施例中，这种布置可以使得临床医生能够验证:如由CT成像系统识别出的凝块位置经由超声成像被进一步验证，从而提高位置和处置区域放置准确度/置信度。
[0068]CT数据集还可以提供已经通过中风损坏的组织体积的指示。还可以在CT数据集中记录和识别该信息，并将其叠加在融合的CT/超声图像上，以帮助提供STL处置的预测处置结果值，或者提供至少另一感兴趣区域以将专门的成像模式集中于检测和监测再通。
[0069]当递送了超声治疗时，然后可以使用超声成像来确定血流到凝块外受影响的组织的幅值，例如使用多普勒。具有可见流的血管可以被配准到与如在CT图像上(手动地或通过一些基于模型的技术自动地)分割的大脑的脆弱区域，这些血管可以被配准回到CT图像，从而示出到脆弱区域中的经颜色编码的流。可以基于治疗后检测到的血流的存在或量来建立流程完成点。在一些实施例中，可以采用CT血管图来允许评估可恢复的组织。用户或临床医生可以为在CT血管图上设置用于流量测量的(一个或多个)特定血管，并且CT图像与超声图像的配准可以允许多普勒超声跟踪在这些血管中的血流。可以基于在利用超声成像装置监测目标区的同时检测到的血流的存在或量来终止治疗。
[0070]通过凝块位置引导，高分辨率/专门的超声成像模式(例如B模式和多普勒)还可以以靶向方式用于使得能够处置监测。处置监测(尤其是确定血管再通)可以以更容易的方式完成，如在STL处置期间，治疗微泡将在患者的脉管系统内循环，这还可以(顺便)用于在处置监测期间增强多普勒流信号，即使这将被视为在该特定情况下的标签外使用。
[0071]图7示出了CT成像系统700的一个示例性实施例，其可以用作图3中的CT成像系统310XT成像系统700包括机架412，机架412能够绕旋转轴714旋转，旋转轴714与图7所示的坐标系的z轴平行延伸。为此，机架712可以由电机716以优选恒定是可调节的速度驱动。在机架712上安装有辐射源718，例如X射线源。该X射线源连接到准直器布置720上，准直器布置720尤其利用隔板布置，形成来自由辐射源718产生的辐射的圆锥形辐射束728，即，辐射束728在z轴方向上以及在垂直于其的方向上(也就是，在垂直于旋转轴714的平面上)具有除了零外的有限尺寸。
[0072]辐射束辐照检查区722，布置在患者台726上的对象724(例如患者)可以位于检查区722中。检查区722的形状为圆柱形，其直径由辐射束728的孔径角α确定(孔径角应被理解为表示由位于垂直于旋转轴714的平面相对于由辐射源S和旋转轴定义的平面的边缘处的辐射束728的射线包围的角)。
[0073]在已经贯穿了检查区722之后，X射线束728入射到二维探测器730上，二维探测器730附接到机架712并包括多个探测器行，多个探测器行中的每个包括多个探测器元件731。探测器行布置在垂直于旋转轴714的平面中，优选在围绕辐射源718的圆弧上。然而，它们也可以以不同方式形成；例如，它们可以描述围绕旋转轴714的圆弧或可以是直线的。由辐射束728撞击的每个探测器元件731在辐射源718的每个位置中供应辐射束728的射线的测量值。这种测量值的集合在后文还称作投影数据集。投影数据集包括由一个或多个探测器元件731在一个或多个投影角采集的测量值。
[0074]X射线源718和探测器730—起形成采集单元。探测器730通常与数据用于存储所采集的投影数据的存储单元(例如，存储器)相关联。这种存储单元可以包含于探测器730中，或被提供作为如图7所示的外部的分离的数据存储单元734。
[0075]CT成像系统700还包括用于处理由采集单元采集的各种投影数据集以产生CT成像数据集的处理单元736ΧΤ成像系统700还包括用于显示经重建的图像或图像部分的显示单元738，并且成像模式支持CT血管造影术，其中CT造影剂用于突出显示脉管系统和血流(或其缺少)。
[0076]超声溶栓处置和超声成像系统的示例性实施例(其可以被用作图3中的超声溶栓处置和超声成像系统320)被公开在美国专利申请公开2010/160779以及美国临时专利申请61/842,402 和61/842,404 中。
[0077]图8是超声溶栓处置和超声成像系统800的一个实施例的功能框图，其可以用作图3的超声溶栓处置和超声成像系统320。有益地，超声溶栓处置和超声成像系统800包括超声溶栓处置装置和超声成像装置两者，将超声处置和超声成像功能集成到单个系统中。在超声溶栓处置和超声成像系统500中，超声溶栓处置装置和超声成像装置共享一个或多个共同部件，例如处理器、存储器、(一个或多个)波束形成器、(一个或多个)超声阵列等，如下文更详细描述的。然而，一般地，超声溶栓处置装置和超声成像装置可以采用单独的部件。
[0078]超声溶栓处置系统800包括用于发送超声波和接收回声信息的两个换能器阵列1a和10b。在该范例中，所示出的阵列是换能器元件的二维阵列，其能够提供3D图像信息，但是本发明的实现方式还可以使用产生2D(平面)图像的一维阵列换能器元件。另一备选方式是机械地操纵一维阵列来产生电子地操纵的ID或2D阵列的效果。在该实现方式中，换能器阵列耦合到微型波束形成器12a和12b，其通过阵列元件控制信号的发送和接收，尤其是操纵和集中超声波束用于成像和处置。通过多路复用器14通过时间交错信号将信号路由到微型波束形成器或从微型波束形成器路由出信号。其他实现方式可以要求比微型波束形成器产生的更高的功率发送用于处置的信号，在这种情况下，可以采用能够输出更高功率级别的换能器驱动电路。多路复用器耦合到发送/接收(T/R)开关16，其在发送与接收之间进行切换并保护主波束形成器20的敏感输入电路免受高幅度发送信号干扰。在微型波束形成器12a和12b或其他驱动电路的控制下，从换能器阵列1a和1b对超声波束的发送是由耦合至IJT/R开关的发送控制器18指向的，所述发送控制器接收来自用户接口或控制面板38的用户操作的输入。
[0079]由微型波束形成器12a、12b产生的部分波束形成的回声信号耦合到主波束形成器20，其中来自元件的个体贴片(patch)的部分波束形成的信号被组合到完整波束形成的信号中。例如，主波束形成器20可以具有128个信道，其中的每个信道接收来自12个换能器元件的贴片的部分波束形成的信号。这样，由一维或二维阵列的超过1500个换能器元件接收到的信号可以有效地贡献于单个波束形成的信号。
[0080]波束形成的信号耦合到非线性回声处理器22。回声处理器22用于将由组织结构引起的回声信号与由VAR引起的回声信号分离，因此使得能够识别从VAR返回的强烈非线性的回声信号。所分离的信号耦合到信号处理器24，其中它们可以经受额外的增强，例如斑点去除、信号混合以及噪声消除。
[0081]经处理的信号耦合到B模式处理器26和多普勒处理器28。由这些处理器产生的结构和运动信号被扫描转换并耦合到体积绘制器34，其产生组织结构、血流的图像数据或两种特性的组合图像。体积绘制器34可以将3D数据集转换为如从给定参考点查看的投影3D图像。该图像操纵由用户控制，如在用户接口 38与体积绘制器34之间的显示控制线所指示的。将2D或3D图像从体积绘制器耦合到图像处理器30以进行进一步增强、缓冲和临时存储以用于在图像显示器40上显示静态或实况2D MPR或3D图像。
[0082]图形处理器36耦合到图像处理器30，其生成用于与超声图像一起显示的图形叠加。这些图形叠加可以包含标准识别信息，例如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等，并还可以产生如下所述由用户操纵的治疗波束向量的图形叠加。为此，图形处理器接收来自用户接口 38的输入。用户接口 38还耦合到发送控制器18以控制以处置和成像模式从换能器阵列1a和1b对超声信号的生成，并因此控制由换能器阵列产生的图像和应用的治疗。图形处理器36和图像处理器与一个或多个存储器设备35相关联，一个或多个存储器设备35可以存储由图形处理器36和/或图像处理器30处理的数据。
[0083]换能器阵列1a和1b将超声波从头部的一侧或两侧发送到患者的颅骨中，但是还可以或备选地采用其他位置，例如，头部的前方或在头盖骨的后部的枕骨下的声学窗口。大部分患者的头部的各侧有利地在头部的任一侧上的耳朵周围和上方的颞骨处提供针对经颅超声的适当的声学窗口。为了发送和接收通过这些声学窗口的回声，换能器阵列必须在这些位置处于良好的声接触，这可以通过保持换能器阵列抵靠具有头戴组件的头部进行声学耦合接触完成。
[0084]超声溶栓系统800可以包括血管声学共振器(VAR)，其在受到以所需要的声学压力应用的超声波时与系统的换能器组合地操作。血管声学共振器包括能够将传播介质中的声学压力转换为微米级位移、能够将应力应用到血块或血管壁(其还具有微米级的变形幅度)上的任意部件。适当的VAR范例包括充气微囊泡，S卩，纳米级或微米级的微囊泡包括其中含有适当的气体的稳定化包膜。VAR的配制和制备，包括例如微囊泡的配制和制备对于本领域技术人员而言是众所周知的。
[0085]图9是用于目标区(尤其是引起血管闭塞的血块的区)的超声溶栓处置的方法900的一个实施例的流程图。
[0086]在操作905中，通过CT成像装置(例如，图3的CT成像系统310)执行针对对象或患者中的感兴趣区域的计算机断层摄影(CT)扫描以生成针对该区域的CT图像数据集。例如，CT图像数据集可以是对象的颅骨的三维(3D)图像数据集。
[0087]在特别的范例中，在对象的大脑上执行CT扫描以产生对象的大脑的3D图像数据集，该3D图像数据集可以被存储在存储器(例如，存储器314)中，用于诊断引起血管闭塞的一个或多个血块的存在。可以基于3D CT血管造影来进行中风诊断。如果诊断不是急性缺血性中风，则患者可以被指到别处，并且可以不执行超声溶栓处置的后续步骤。在上文中，图1示出了披露血块110的C T图像1 O的范例。
[0088]在操作910中，如上所述，在CT图像数据集中对任何闭塞或凝块的(一个或多个)位置进行标记或识别。
[0089]在一些实施例中，可以经由CT成像系统(例如，图3的CT成像系统310)执行操作910，并且可以将基准标记与CT成像数据一起存储。例如，在一些实施例中，临床医生可以在显示设备(例如，图3的显示器316)上观察一幅或多幅CT图像，并可以采用用户接口(例如，鼠标、轨迹球、触摸屏、变亮装置(lighten)、等)和由CT成像系统的处理器(例如，处理器312)执行的软件算法，以标记或识别(一个或多个)闭塞或(一个或多个)凝块在被成像区域中的(一个或多个)位置，并在存储器(例如，图3的存储器314)存储所标记的(一幅或多幅)CT图像。所标记的位置在下文讨论的后续操作中识别用于超声溶栓处置的目标区。图4示出了具有标记410的CT图像400的范例，标记410指示血块110的位置，其将是用于超声溶栓处置的目标区。在其他实施例中，在操作905中可以将由CT成像系统生成的CT成像数据转移到单独的计算机、工作站或其他数据处理设备，并且可以经由该计算机、工作站或其他数据处理设备执行操作910。
[0090]在操作915中，根据在操作905中生成的CT图像来生成一个或多个基准标记，并且将一个或多个基准标记与相关联的CT成像数据一起保存。针对CT图像的(一个或多个)基准标记可用于后续操作中，用于将CT图像与在后续操作930中产生的超声图像进行配准。有益地，选择识别在CT图像和超声图像两者中都可见的内容的基准标记。在各个实施例中，基准标记可以包括识别以下的标记:对象头盖骨的至少部分的轮廓;对象的对侧头盖骨的位置；颞骨;脑干;以及对象的一个或多个对应的脑血管。预见到使用其他基准标记。
[0091]在一些实施例中，可以经由CT成像系统(图3的CT成像系统310)执行操作915，并且可以将基准标记与CT成像数据一起存储。例如，在一些实施例中，临床医生可以在CT成像系统的显示设备(例如，图3的显示器316)上观察一幅或多幅CT图像，并可以采用用户接口(例如，鼠标、轨迹球、触摸屏、变亮装置等)以及由CT成像系统的处理器(例如，处理器312)执行的软件算法来将一个或多个基准标记添加到(一幅或多幅)CT图像并在存储器(例如，图3的存储器314)中存储(一幅或多幅)CT图像与(一个或多个)基准标记。在其他实施例中，在操作905中可以将由CT成像系统生成的CT成像数据转移到单独的计算机、工作站或其他数据处理设备，并且可以经由该计算机、工作站或其他数据处理设备执行操作915。
[0092]在操作920中，将CT图像数据集转移到超声溶栓处置装置(例如，图3的超声溶栓处置和超声成像系统320)，其中所述CT图像数据集可以存储到存储器(例如，存储器324)中并由如下所述的超声溶栓处置装置的处理器(例如，处理器322)利用。取决于特定超声溶栓处置装置的数据输入接口，可以经由无线链路、经由网络(例如，内联网或互联网)、经由便携式数据存储介质(例如，DVD或闪存设备等)转移所述数据。在一些实施例中，可以将CT图像数据集从CT成像装置转移到网络服务器和相关联的数据存储设备，然后从网络服务器转移到超声溶栓处置装置。
[0093]在一些实施例中，操作910、915和920的顺序可以重新布置。也就是，例如在一些实施例中，可以将CT图像数据集转移到超声溶栓处置装置，并且可以由临床医生或其他用户经由显示设备(例如，图3的显示器326)和用户接口(例如，鼠标、轨迹球、触摸屏、变亮装置等)标记或识别出任意闭塞或凝块在CT图像数据集中的(一个或多个)位置和/或针对CT成像数据集的一个或多个基准标记。
[0094]在操作925中，在感兴趣区域(例如，对象的大脑)上执行初始超声成像扫描。在一些实施例中，通过与超声溶栓处置装置相关联且被定位在对象的头部上的头戴组件(例如，图5的头戴组件500)执行超声成像。超声溶栓处置装置和相关联的头戴组件可以集成超声成像和超声溶栓处置的功能。也就是说，在操作925中用于超声成像的超声成像装置以及在后续操作中用于超声溶栓处置的超声溶栓处置装置可以集成到单个系统或单元中，并可以共享一个或多个共同部件，例如处理器、存储器、(一个或多个)波束形成器、(一个或多个)超声阵列等，其范例在以上图3和图8中示出。
[0095]在操作930中，根据在操作925中生成的超声图像来生成一个或多个基准标记。针对超声图像的(一个或多个)基准标记可用于后续操作中，用于将超声图像与CT图像数据集和在后续操作915中产生的相关联的(一个或多个)基准标记进行配准。有益地，选择识别在CT图像和超声图像两者中都可见的内容的基准标记。在各个实施例中，基准标记可以包括识别以下的标记:对象头盖骨的至少部分的轮廓;对象的对侧头盖骨的位置;颞骨;脑干；以及对象的一个或多个对应的脑血管。预见到使用其他基准标记。
[0096]可以经由超声溶栓处置和超声成像系统(例如，图3的超声溶栓处置和超声成像系统320)执行操作930。例如，在一些实施例中，临床医生可以在超声溶栓处置和超声成像系统的显示设备(例如，图3的显示器326)上观察一幅或多幅超声图像，并可以采用用户接口(例如，鼠标、轨迹球、触摸屏、变亮装置等)以及由超声溶栓处置和超声成像系统的处理器(例如，处理器322)执行的软件算法来将一个或多个基准标记添加到(一幅或多幅)超声图像。
[0097]在操作9350中，将在操作925中产生的超声图像与在操作905到915中借助于在操作915到930中生成的(一个或多个)基准标记获得的所存储的CT图像数据集进行配准或融合。通过采用基准标记，CT图像/超声图像配准因此可以仅限制于数据集平移、旋转和缩放，所有的线性变换。最后，可以将强的边界条件(例如，超声探头在患者的头盖骨上的近似位置和取向)用作针对迭代CT图像/超声图像配准算法的初始解。这种图像配准算法的实现方式将在本领域技术人员的能力范围内，并且在此不再重复这种算法的进一步细节。
[0098]在操作940中，显示超声图像，并且将用于超声溶栓处置的目标区的位置(例如，闭塞或血块的位置)自动叠加到在操作925中产生的超声图像上，其中，所述位置在操作910中在CT图像数据集中已经被识别出并被标记出，所述超声图像已经借助于(一个或多个)基准标记与CT图像数据集进行配准。在一些实施例中，超声图像可以与对应的CT图像进行融合。图像融合可以用于呈现叠加，或超声图像和CT图像的并排的经配准的视图，例如如图6所示。图像融合帮助提供用于创建用于治疗递送的目标位置的共同坐标系。
[0099]在操作945中，针对感兴趣区域(例如，对象的大脑)重复超声成像以验证目标区在超声图像内的位置，并调节超声溶栓处置装置的一个或多个参数以使超声处置指向目标区。在一些实施例中，可以将(一个或多个)闭塞或(一个或多个)血块的大小和位置转化为用于治疗递送的所推荐的功率/能量/时间值。
[0100]在操作950中，超声溶栓处置装置执行目标区的超声溶栓处置。尽管施予超声溶栓处置，但是可以执行超声成像以监测目标区并提供对目标区的实时成像，同时将超声溶栓处置应用给目标区。在一些实施例中，针对目标区采用高敏感度超声成像模式(例如，B模式和多普勒成像)以评估处置的进展。
[0101]在操作955中，借助于高敏感度超声成像来确定血块或闭塞是否已经被移除并且血流是否已经在目标区中被恢复。如果不是的话，则超声溶栓处置在操作945中继续。
[0102]如果验证已经发生再通，则在操作960中停止超声溶栓处置。在一些实施例中，超声溶栓处置可以由用户在任意时间点停止，和/或其可以在执行了预定时间长度之后自动停止。
[0103]尽管在本文中详细公开了优选实施例，但是能够进行可以保持处于本发明的构思和范围内的许多变型。这种变型本领域普通技术人员在仔细检查本文的说明书、附图和权利要求之后可以变得清楚。因此，本发明仅受随附权利要求的范围限制。
【主权项】
1.一种方法，包括: 接收由计算机断层摄影(CT)系统产生的计算机断层摄影图像数据集； 采用超声成像装置来产生对象的区域的超声图像，所述区域包括要利用超声溶栓处置来处置的目标区； 生成针对所述超声图像的一个或多个基准标记，其中，所述一个或多个基准标记识别所述对象的能辨识特征； 处理器采用针对所述超声图像的所述一个或多个基准标记以及针对所述CT图像数据集的一个或多个对应的基准标记来将所述超声图像与所述CT图像数据集进行配准，所述CT图像数据集包括识别所述目标区在所述CT图像数据集中的位置的标记； 将识别所述目标区在所述CT图像数据集中的所述位置的所述标记与所述超声图像进tx置加; 利用所述超声成像装置来验证所述目标区的所述位置;并且 对所述目标区的经验证的位置应用所述超声溶栓处置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对象的所述区域包括所述对象的头部的至少部分，并且其中，所述目标区对应于所述对象的大脑中的闭塞的区。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个基准标记包括识别以下中的至少一个的一个或多个标记:所述对象的头盖骨的至少部分的轮廓、所述对象的对侧头盖骨的位置、所述对象的对侧头盖骨的位置、所述对象的脑干的位置、所述对象的颞骨的位置、以及所述对象的一个或多个对应的脑血管。4.根据权利要求2所述的方法，还包括采用所述超声成像装置来提供对所述目标区的实时成像，同时对所述目标区应用所述超声溶栓处置。5.根据权利要求4所述的方法，还包括根据所述实时成像来确定所述闭塞是否已经被清除或者确定血流是否已经在所述闭塞的所述区中被恢复。6.根据权利要求5所述的方法，还包括:一旦已经确定血流已经在所述闭塞的所述区被恢复，则停止所述超声溶栓处置。7.根据权利要求4所述的方法，还包括:一个或多个处理器基于所述目标区的所述位置来确定针对所述超声成像装置的一个或多个对应的成像参数和所述超声溶栓处置的处置参数的一个或多个值，以便获得对所述目标区的期望的成像。8.根据权利要求4所述的方法，其中，采用所述超声成像装置来提供对所述目标区的实时成像包括采用基于多普勒的算法来处理由所述超声成像装置从所述目标区接收到的信号。9.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述目标区的经验证的位置应用所述超声溶栓处置包括: 将头戴组件定位在所述对象的头部上，其中，所述头戴组件包括至少一个超声换能器阵列，所述至少一个超声换能器阵列被配置为将超声处置供应到能调节的处置区域;并且 自动调节所述超声换能器阵列的位置和取向中的至少一个以使所述处置区域与所述目标区相匹配。10.根据权利要求1所述的方法，还包括生成针对所述CT图像数据集的一个或多个基准 ο11.一种系统，包括: 超声溶栓处置装置；以及 超声成像装置， 其中，所述系统包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为: 控制所述超声成像装置以产生对象的区域的超声图像； 经由根据计算机断层摄影(CT)图像数据集产生的目标区的标记在所述超声图像中识别所述目标区的位置;并且 控制所述超声溶栓处置装置以对所述目标区提供超声溶栓处置，同时控制所述超声成像装置以对所述目标区进行成像。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述超声溶栓处置装置包括头戴组件，所述头戴组件包括至少一个超声换能器阵列，所述至少一个超声换能器阵列被配置为将超声处置供应到能调节的处置区域并且被配置为对所述处置区域进行成像，并且其中，控制所述超声溶栓处置装置以对所述目标区提供超声溶栓处置包括自动调节所述超声换能器阵列的位置和取向中的至少一个以使所述处置区域与所述目标区相匹配。13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述一个或多个处理器被配置为:基于所述目标区的所述位置来确定针对所述超声成像装置的一个或多个成像参数和所述超声溶栓处置装置的处置参数的一个或多个值，以便获得对所述目标区的期望的成像和期望的处置中的至少一个。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述一个或多个处理器被配置为将所述超声成像装置的所述一个或多个成像参数和所述超声溶栓处置装置的所述处置参数中的至少一个自动调节为具有一个或多个所确定的值。15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述一个或多个处理器被配置为向所述系统的用户指示针对所述超声成像装置的一个或多个对应的成像参数的一个或多个所确定的值。16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述超声成像装置包括用于处理所述目标区的图像的多普勒模式。17.一种方法，包括: 采用(925)超声成像装置(320、800)来产生对象的区域的超声图像(602); 经由根据计算机断层摄影(CT)图像数据集产生的目标区(110)的标记(410)在所述超声图像中识别所述目标区的位置； 利用所述超声成像装置来验证所述目标区的所述位置;并且 对所述目标区提供超声溶栓处置，同时利用所述超声成像装置来监测所述目标区。18.根据权利要求17所述的方法，其中，对所述目标区提供超声溶栓处置包括自动调节以下中的至少一个以使超声换能器阵列的处置区域与所述目标区相匹配:被定位在所述对象上的头戴组件的位置、被定位所述对象上的所述头戴组件的所述超声换能器阵列的取向、以及一个或多个处置参数。19.根据权利要求18所述的方法，还包括: 基于所述目标区的所述位置来自动确定针对以下中的至少一项的一个或多个值以便获得对所述目标区的期望的成像:所述超声成像装置的一个或多个成像参数、以及所述一个或多个处置参数;并且 将所述一个或多个成像参数和所述一个或多个处置参数中的至少一个调节为具有一个或多个所确定的值。20.根据权利要求17所述的方法，还包括基于在利用所述超声成像装置监测所述目标区的同时检测到的血流的存在或血流量来结束所述处置。
【文档编号】A61N7/02GK105828876SQ201480069006
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】R·塞普, S·M·达拉尔
【申请人】皇家飞利浦有限公司