用于介入流程的配准装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在介入流程(例如，近距离治疗或活检)期间对细长引入元件(18)(如导管或针)进行配准的配准装置。包括至少一个开口的引导元件(13)在通过开口将所述引入元件引入到生物(2)中时引导所述引入元件。与所述开口相关联的温度概况生成元件(14)生成所述开口处的特性温度概况，所述特性温度概况用于在所述引入元件存在于所述开口中时被转移到所述引入元件。温度确定单元(15)确定沿着所述引入元件的温度，并且配准单元(16)对所述引入元件进行配准，其中，所述配准包括基于所确定的温度来识别在所述引入元件上的所转移的特性温度概况。这允许配准单元以简单且有效的方式在引入过程期间对引入元件进行配准。
【专利说明】
用于介入流程的配准装置
技术领域
[0001]本发明涉及用于在介入流程(例如，近距离治疗或活检)期间对细长引入元件(例如，导管或针)进行配准的配准装置、配准方法和配准计算机程序。本发明还涉及包括配准装置的用于执行介入流程的系统。此外，本发明还涉及包括配准装置的用于在介入流程期间对生物体内的细长引入元件进行成像的成像系统。
【背景技术】
[0002]在低剂量率(LDR)近距离治疗和高剂量率(HDR)近距离治疗中，用于引入辐射源的细长引入元件，如导管或针，由医师在超声成像引导下引入到人内，以便利用由辐射源发射的辐射治疗人的内部区域。引入元件通常通过引导元件(如网格模板)的开口被引入被到人内，并且必须在引入流程期间在超声探头的图像坐标框架中被可视化。由于在超声图像中直接识别引入元件是困难的且通常是不准确的，因此已经开发了用于确定引入元件的形状的技术，例如光学形状感测(0SS)。然而，利用这些技术，目前在引入过程期间对引入元件的配准仍是具有挑战性的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供用于在介入流程期间配准细长引入元件的配准装置、配准方法和配准计算机程序，其允许以简单且有效的方式配准引入元件。
[0004]在本发明的第一方面，呈现了一种用于对细长引入元件进行配准的配准装置，所述弓I入元件适于被引入到生物中以在所述生物内执行介入流程，其中，所述配准装置包括:
[0005]-引导元件，其包括至少一个开口，以在通过所述开口将所述引入元件引入到所述生物中时引导所述引入元件；
[0006]-温度概况生成元件，其与所述开口相关联，所述温度概况生成元件用于生成所述开口处的特性温度概况，所述特性温度概况用于在所述引入元件存在于所述开口中时被转移到所述引入元件；
[0007]-温度确定单元，其用于确定沿着所述引入元件的温度；以及
[0008]-配准单元，其用于对所述引入元件进行配准，其中，所述配准包括基于所确定的温度来识别在所述引入元件上的所转移的特性温度概况。
[0009]由于与所述开口相关联的温度概况生成元件生成开口处的特性温度概况，以用于在所述弓I入元件存在于所述开口时转移到所述弓I入元件，并且由于温度确定单元确定沿着引入元件的温度，通过基于确定的温度识别在引入元件上的转移的特性温度概况，配准单元能够以简单且有效的方式在引入过程期间对引入元件进行配准。
[0010]在开口处生成的特性温度概况优选地是例如不同于其中配准装置被使用的环境的温度的温度概况，使得当在开口中存在引入元件中时，能够基于沿着引入元件确定的温度在引入元件上可靠地识别转移的特性温度概况。
[0011]优选地，配准单元适于识别所述引入元件上的转移的特性温度概况的位置，并适于基于识别的位置来配准所述弓I入元件的位置。
[0012]例如，在实施例中，引入元件具有用于通过开口被引入到生物中的端部和细长体，其中，配准单元适于相对开口配准引入元件的端部的位置。尤其地，开口优选适于将引入元件引导到特定方向(此处被称为z轴方向)上，其中，配准单元适于相对于开口来配准引入元件的位置。这可以通过在引入元件上的转移的特性温度概况的识别的位置与端部到之间矢量添加线性距离到开口的已知位置来执行。自然，还可以相对于具有与开口的已知空间关系的另一参考点来配准端部的位置。例如，可以关于引导元件的特定点来配准端部的位置。
[0013]优选地，温度概况生成元件被布置在开口内。这能够得到引导元件的非常紧凑和鲁棒的设计。
[0014]优选地，所述引入元件包括用于光学形状感测的一个或多个光学形状感测光纤，其中，所述温度确定单元适于基于由在所述光学形状感测光纤内的温度所诱发的应变来感测沿着所述引入元件的温度。
[0015]如果引入元件包括光学形状感测光纤，则配准单元优选地适于还使用光学形状感测来配准引入元件的位置。这允许准确的配准，即使引入元件不是直的而是弯曲的一例如，因为引入元件当其与生物内的组织、器官等接触时弯曲。在一个范例中，引入元件的整个长度可以被装备有光学形状感测光纤，使得能够在引入过程期间的任何时间处相对于开口配准包括引入元件的端部的整个长度的位置。
[0016]总体而言，光纤感测涉及将光纤集成到仪器中以确定应变、温度、电压、形状等。通常，确定过程涉及处理在将光发射到光纤之后接收到的反射光，所述光纤被装备有光纤传感器。在本发明中，优选使用光纤布拉格光栅确定应变，所述光栅根据应变反射进入光谱的特定部分。通过组合光纤与多个光纤布拉格光栅，能够测量温度诱发应变，以及集成来自例如沿着仪器的三个或更多光纤的应变，以实时重建其形状(所谓的光学形状感测)。针对关于使用光纤感测来确定温度和形状的更多细节，例如参考Francis T.S.Yu和Shizhuo Yin(Editors)，“Fiber Optic Sensors”2002，Dekker Inc.，通过引用将其并入本文。
[0017]因此，在本发明中，通过利用包括光学形状感测光纤的引入元件，能够借助于相同技术，来实施温度确定功能以及例如用于配准包括引入元件的端部的整个长度的配准功會K。
[0018]在实施例中，所述至少一个开口包括多个开口，其中，每个开口包括存在识别元件，所述存在识别元件用于识别在开口中的所述引入元件的存在，并用于提供识别开口的开口识别信息，其中，所述配准单元适于基于所述开口识别信息来配准所述引入元件。
[0019]在一些介入流程期间，例如在低剂量率(LDR)近距离治疗或前列腺活检期间，引入元件必须被引入到生物中到多个紧密排列位置。可以通过使用包括多个开口的引导元件有效执行这种介入流程。引导元件优选是网格模板，其中，开口布置在二维网格，优选是规则网格中。在这种网格模板中，开口优选地适于将引入元件引导到与网格模板的平面(此处被称为χ-y平面)垂直的方向上。通过基于识别其中存在引入元件的开口的开口识别信息来配准引入元件，当配准引入元件的位置时，配准单元能够容易地考虑在χ-y平面中的引入元件的位置。当然，还当开口将引入元件引导到其上的方向不垂直于网格模板的平面时，或当不同开口适于将引入元件引导到不同方向上时，或当开口未布置在二维网格，尤其是规则网格中时，开口识别信息能够有助于配准引入元件的位置，假设已知开口与应当相对于其配准引入元件的位置的参考点之间的空间关系。
[0020]在基于开口识别信息配准引入元件的位置的备选中或者除此之外，可以使用适当的通知机制(例如，可视或可听通知)向医师通知该信息。
[0021 ]优选地，温度概况生成元件适于仅当识别出引入元件存在于开口中时生成开口处的特性温度概况。这使得能够防止或至少减少开口或甚至整个引导元件的温度随着时间的偏移，当使用例如光学形状感测时，这能够导致空间扩展或由光学形状感测光纤中的温度诱发的应变的偏移，并且继而导致空间分辨率的损失。
[0022]优选地，所述配准装置包括开口利用识别单元，所述开口利用识别单元用于针对每个开口识别所述开口是否已经在介入流程期间被利用，其中，所述识别基于所述开口识别信息。
[0023]这能够用作质量检查，以确保在介入流程期间没有重复利用相同开口。例如，在典型的近距离治疗，例如LDR近距离治疗中，相同开口使用不超过一次来递送治疗。通过识别是否已经在介入流程期间利用了开口，使用适当的通知机制(例如可视或可听通知)在医师试图重复利用所述开口时通知所述医师，和/或可以以某种方式，诸如借助于机械快门阻塞开口，从而防止重复利用开口。优选地，如果先前针对至少预定时间段已经识别在开口中的引入元件的存在，则识别开口已经被利用。
[0024]还优选地，所述存在识别元件包括用于发射光的至少一个光源和用于检测光的至少一个光检测器，其中，当所述引入元件存在于所述开口中时，从所述光源到所述光检测器的光路被阻塞，其中，所述存在识别元件适于基于所述光路的所述阻塞来识别所述开口中的所述引入元件的存在。
[0025]通过使用“挡光板”的概念，能够容易地且可靠地识别开口中的引入元件的存在。优选地，存在识别元件，尤其是光源和光检测器，被布置在开口中。这能够得到非常紧凑和鲁棒的引导元件设计。此外，通过在开口内布置存在识别元件，可以以更可靠的方式防止识别机制生成错误的报告。另外，可以更好地屏蔽光检测器以防止周围光的影响，所述周围光会降低其敏感度。
[0026]在实施例中，至少一个开口包括多个开口，其中，针对每个开口，与所述开口相关联的温度概况生成元件适于生成所述开口处的不同的特性温度概况，其中，所述配准装置还包括存在识别单元，其用于识别在所述开口中的所述引入元件的存在，并且用于提供识别所述开口的开口识别信息，其中，所述识别基于在开口处的特性温度概况之间的差异，其中，所述配准单元适于基于所述开口识别信息来配准所述引入元件。
[0027]在这种情况下，不针对每个开口，提供特定的存在识别元件。相反地，针对每个开口，基于在开口处的特性温度概况之间的差异来识别开口中的引入元件的存在。例如，在开口处的特性温度概况能够不同于其绝对温度，或者其能够以不同方式在时间或空间上调制它们，或者这些技术的组合能够用于生成彼此区分的不同特性温度概况。
[0028]还在该实施例中，引导元件优选是网格模板，其中，开口布置在二维网格中，优选在规则网格中，并且开口优选适于将引入元件引导到与网格模板的平面(此处，被称为x-y平面)垂直的方向上。通过基于识别其中存在引入元件的开口的开口识别信息来配准引入元件，配准单元能够在配准引入元件的位置时，容易地考虑在x-y平面中的引入元件的位置。
[0029]除了基于开口识别信息配准引入元件的位置之外或者在对基于开口识别信息配准引入元件的位置的备选中，还可以使用适当的通知机制(例如，可听或可见通知)来向医师通知该信息。因此，在这种情况下，引入元件的配准包括配准其中存在引入元件的开口。
[0030]此外，能够预见通过开口将多个引入元件同时引入到生物内。在这种情况下，温度确定单元优选适于确定沿着每个引入元件的温度，其中，因为生成开口处的不同的特性温度概况，所以配准单元能够优选地适于识别哪个引入元件存在于哪个开口中。还可以使用适当的通知机制(例如，可见或可听通知)来向医师通知该信息。
[0031]还优选地，还在该实施例中，配准装置包括开口利用识别单元，所述开口利用识别单元用于识别开口是否已经在介入流程期间被使用，其中，识别基于开口识别信息。优选地，如果先前针对至少预定时间段已经识别在开口中的引入元件的存在，则识别出开口已经被利用。优选地，温度概况生成元件包括至少一个光源，以用于通过以光源进行加热来生成特性温度概况，或者温度概况生成元件包括特定加热和/或冷却元件，以用于通过加热和/或冷却来生成特性温度概况。
[0032]如果如上所述使用“光栅”概念的存在识别元件被提供在配准装置中，则第一变型是尤其有利的，因为在这种情况下，光源还能够被重新使用，以还通过利用光源进行加热而生成特性温度概况，从而实现配准装置的有效利用。在另一方面，通过提供用于通过加热和/或冷却生成特性温度概况的特定加热和/或冷却元件，可以利用与以光源加热相比更高的准确性生成特性温度概况。
[0033]优选地，所述开口沿着纵向轴延伸，并且所述特性温度概况包括在所述纵向轴的方向上的空间温度梯度。
[0034]能够容易且可靠地识别在开口的纵向轴的方向上的空间温度梯度。此外，例如，与时间温度梯度相比，能够更快地识别空间温度梯度。
[0035]还优选地，所述温度概况生成元件包括加热元件和冷却元件，以通过加热和冷却的组合来生成所述空间温度概况。
[0036]通过由加热和冷却的组合生成空间温度概况，能够防止或者至少减少开口或甚至整个引导元件的温度随着时间的偏移，在例如使用光学形状感测时，所述偏移会导致空间扩展或由在光学形状感测光纤中的温度诱发的应变的偏移，并且继而导致空间分辨率的损失。加热元件和冷却元件的组合包括热电元件，尤其是Pel tier元件的两个接合点，或者开口可以热耦合到这样的两个接合点。优选地，加热元件和冷却元件布置为空间邻近，例如，它们能够靠近彼此被布置在开口的纵向轴的方向上，以便生成在该方向上的空间温度梯度。
[0037]在本发明的又一方面中，呈现了一种用于在生物内执行介入流程的系统，其中，所述系统包括:
[0038]-细长引入元件，其适于被引入到所述生物中，以在所述生物内执行介入流程；以及
[0039]-配准装置，用于配准根据权利要求1所述的引入元件。
[0040]优选地，所述配准装置还包括与所述开口相关联的旋转约束元件，其中，所述旋转约束元件包括第一元件，并且所述弓I入元件包括第二元件，其中，所述第一元件和所述第二元件一起适于将所述引入元件的旋转约束到预定角度，其中，所述配准单元适于基于所述预定角度来配准所述引入元件的位置。
[0041]这在引入元件是弯曲的时是尤其有利的，因为当已知将引入元件的旋转被约束到预定角度时，可以容易地识别其弯曲的取向并将其用于配准引入元件的位置。
[0042]在本发明的又一方面中，呈现了一种用于对生物内的细长引入元件进行成像的成像系统，所述引入元件适于被引入到所述生物中，以在所述生物内执行介入流程，其中，所述成像系统包括:
[0043]-配准装置，其用于配准根据权利要求2所述的引入元件(18);
[0044]-成像单元，其用于基于配准位置生成示出所述生物的内部部分的图像，其包括所述引入元件的所述配准位置；以及
[0045]-显示器，其用于显示所述图像。
[0046]在本发明的又一方面中，呈现了一种用于配准细长元件的配准方法，所述引入元件适于被引入到生物内以在所述生物内执行介入流程，其中，所述配准方法包括:
[0047]-通过使用包括至少一个开口的引导元件来在所述引入元件通过所述开口被引入到所述生物中时引导所述引入元件；
[0048]-通过使用与所述开口相关联的温度概况生成元件来生成在所述开口处的特性温度概况，所述特性温度概况在所述弓I入元件存在于所述开口中时被转移到所述弓I入元件；
[0049]-通过使用温度确定单元来确定沿着所述引入元件的温度;并且
[0050]-通过使用配准单元来配准所述引入元件，其中，所述配准包括基于确定的温度来识别在所述引入元件上的所转移的特性温度概况。
[0051]在本发明的又一方面中，呈现了一种用于配准细长引入元件的配准计算机程序，所述引入元件适于被引入到生物内以在所述生物内执行介入流程，其中，所述配准计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于令根据权利要求1所述的配准装置执行根据权利要求14所述的配准方法的步骤，其中，所述配准计算机程序在控制所述配准装置的计算机上运行。
[0052]应当理解，根据权利要求1所述的配准装置、根据权利要求11所述的系统、根据权利要求13所述的成像系统、根据权利要求14所述的配准方法以及根据权利要求15所述的配准计算程序都具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是如在从属权利要求中定义的实施例。
[0053]应当理解，本发明的优选实施例还能够是从属权利要求与各独立权利要求的任意组合。
[0054]本发明的这些和其他方面将根据下文描述的实施例而显而易见，并且将参考下文描述的实施例得到阐述。
【附图说明】
[0055]在附图中:
[0056]图1示意性且示范性地示出了用于在人内执行近距离治疗的系统的实施例；
[0057]图2示意性且示范性地示出了图1中示出的系统的网格模板和引入元件的截面视图；
[0058]图3示意性且示范性地图示了识别在图2所示的网格模板的开口中的引入元件的存在；
[0059]图4示意性且示范性地图示了对引入元件的旋转进行约束；
[0060]图5示意性且示范性地示出了图1所示的系统的变型的网格模板和引入元件的截面视图；
[0061]图6示意性且示范性地示出了图1所示的系统的变型的温度概况生成元件；
[0062]图7示出了示范性地图示与图1所示的系统一起使用的配准方法的实施例的流程图；
[0063]图8示意性且示范性地示出了用于在人内执行近距离治疗的系统的另外的实施例;并且
[0064]图9示意性且示范性示出了图8所示的系统的网格模板和引入元件的截面视图。
【具体实施方式】
[0065]图1示意性且示范性地示出了用于在生物2(其在该范例中是人)内执行介入流程(此处，近距离治疗)的系统的实施例。系统I包括细长引入元件18，所述引入元件用于将辐射源引入到人2内。在该实施例中，引入元件18是针，其被引入到人2的前列腺19中。在引入过程期间，成像系统27用于对人2内的引入元件18进行成像。
[0066]成像系统27包括:配准装置26，其用于配准引入元件18;成像单元6、28，其用于基于配准位置生成示出人2的内部部分的图像，其包括引入元件18的配准位置；以及用于显示图像的显示器7。
[0067]在图像引导下，将引入元件18手动插入到人2内，尤其是到前列腺19中。具体而言，成像系统27适于在引入过程期间对引入元件18进行成像，以执行LDR近距离治疗或HDR近距离治疗，其中，成像单元6、28优选地适于基于引入元件18的实际配准位置实时更新生成的图像，并且其中，显示器7适于实时显示经更新的图像。
[0068]引入元件18具有要通过开口引入到人2内的端部24和细长体25，所述开口由引导元件13所包括，以用于引导引入元件18。引导元件13此处为网格模板，在所述网格模板中，在二维规则网格中布置多个开口。其在图2中更详细地示范性且示意性地示出。
[0069]图2是示意性且示范性示出具有开口8的网格模板13的截面视图，其中，通过这些开口 8中的一个将引入元件18引入到人2内。尤其是，开口 8适于将引入元件18引入到与网格模板13的平面(此处被称为x-y平面)垂直的特定方向(此处被称为z轴方向)上。有用于将辐射发射到目标区域(此处是人2的前列腺19)的辐射源22被定位在引入元件18内。能够通过使用连接部23(其可以是有线或其它机械连接)来在引入元件18内移动辐射源22(优选是放射性辐射源)。
[0070]除了网格模板13外，针对每个开口8，配准装置26还包括与开口 8相关联的温度概况生成元件14，以生成在开口8处的特性温度概况。当在开口8中存在引入元件18时，将特性温度概况转移到引入元件18。此处，温度概况生成元件14包括至少一个光源3，其被布置在开口 8内，以用于通过利用光源3进行加热而生成特性温度概况。
[0071]配准装置26还包括:温度确定单元15，其用于确定沿着引入元件18的温度；以及配准单元16，用于配准引入元件18，其中，配准包括基于确定的温度来识别在引入元件18上的转移的特性温度概况。
[0072]在该实施例中，配准单元16适于识别在弓I入元件18上的转移的特性温度概况的位置，并适于基于所识别的位置来配准引入元件18的位置。
[0073]例如，配准单元16能够适于相对开口 8配准引入元件18的端部24的位置。这可以通过在引入元件18上的转移的特性温度概况的识别的位置与端部24之间矢量添加线性距离到开口 8的已知位置来执行。
[0074]此处，引入元件18包括一个或多个(此处是三个(在图2中只示出了其中两个))光学形状感测光纤40，以用于光学形状感测，其中，温度确定单元15适于基于由在光学形状感测光纤40中的温度诱发的应变感测沿着引入元件18的温度。
[0075]在该实施例中，然后配准单元16适于使用光纤形状感测来配准引入元件18的位置。这允许准确的配准，即使引入元件18不是直的而是弯曲的一例如，因为引入元件18当其与生物内的组织、器官等接触时弯曲。在该范例中，引入元件18的整个长度被装备有光学形状感测光纤40，使得能够在引入过程期间的任何时间处相对于开口 8配准包括引入元件18的端部24的整个长度的位置。
[0076]此处，每个开口 8包括存在识别元件3、4，以用于识别在开口 8中的引入元件18的存在，并用于提供识别开口8的开口识别信息，其中，配准单元16适于基于开口识别信息来配准引入元件18。
[0077]在近距离治疗期间，必须将引入元件18引入到人2内的多个紧密排列位置处。这通过使用网格模板13有效执行，所述网格模板包括多个开口8。在网格模板13中，开口8适于将引入元件18引导到与网格模板13的平面(此处，指的是x-y平面)垂直的方向上。通过基于识别其中存在引入元件18的开口 8的开口识别信息来配准引入元件18，当配准引入元件18的位置时，配准单元16能够容易地考虑引入元件18在x-y平面中的位置。
[0078]除了基于开口识别信息配准引入元件18的位置外，还可以使用适当的通知机制(例如，可见或可听通知)将该信息通知给医师。
[0079]此处，配准装置26还包括开口利用识别单元50，以用于识别开口8是否已经在近距离治疗期间被使用，其中，识别是基于开口识别信息的。
[0080]这用作质量检查，用于确保在近距离治疗期间不重复利用同一开口 8。通过识别开口8是否已经在近距离治疗期间被利用，当医师试图重复利用开口8时使用适当的通知机制(在图中未示出，例如可视或可听通知)通知医师。备选地，可以以某种方式(图中未示出)，例如借助于机械快门，来阻塞开口 8，以防止重复利用开口 8ο在该实施例中，如果先前针对至少预定时间段已经识别了在开口 8中存在引入元件18，则识别已经利用了开口 8。
[0081]在该实施例中，存在识别元件3、4包括用于发射光的至少一个光源3以及用于检测光的至少一个光检测器4，其中，当引入元件18存在于开口8中时，从光源3到光检测器4的光路被阻塞，其中，存在识别元件3、4适于基于光路的阻塞来识别开口8中的引入元件18的存在。这在图3中更详细地示出，图3示意性且示范性示出了识别在网格模板13的开口8中的引入元件18的存在。
[0082]通过使用“挡光板”的概念，可以容易地且可靠地识别开口8中的引入元件18的存在。在该实施例中，光源3(在这种情况下是与用于生成在开口 8处的特定温度概况的相同的光源3)和光检测器4被布置在开口 8内，这可以得到网格模板13的非常紧凑和鲁棒的设计等优点。
[0083]图4示意性且示范性地图示了对引入元件的旋转进行约束。此处，配准装置26还包括与开口8相关联的旋转约束元件43。旋转约束元件43包括第一元件45，此处是凹口或凹处;并且引入元件18包括第二元件44，此处是手柄46上的纵向突起;其中，第一元件45和第二元件44一起适于将引入元件18的旋转约束到预定角度，其中，配准单元18适于基于所述预定角度来配准引入元件18的位置。尤其地，如果引入元件18是弯曲的，由于引入元件18的旋转已知被约束到预定角度，因此其弯曲的取向能够容易地识别，并被用于配准引入元件18的位置。
[0084]图5示意性且示范性示出了图1所示的系统I的变型的网格模板13和引入元件18的截面视图。该变形类似于系统I，然而，此处温度概况生成元件114包括特定加热和/或冷却元件，其用于通过加热和/或冷却而生成特性温度概况。其在图6中更详细地示意性且示范性地被示出。
[0085]在图6中，示出了开口 8，其沿着纵向轴90延伸，并且温度概况生成元件114包括加热元件113和冷却元件112，其用于通过加热和冷却的组合来生成空间温度概况，其中，在这种情况下，特性温度概况包括在纵向轴90的方向上的空间温度梯度。
[0086]在开口8的纵向轴90的方向上的这样的空间温度梯度能够被容易地且可靠地识别。此外，例如，与时间温度梯度相比，空间温度梯度的识别会更快。
[0087]此外，通过由加热和冷却的组合来生成空间温度概况，能够防止或者至少减少开口 8或甚至整个网格模板13的温度随着时间的偏移，所述偏移能够导致空间扩展或由光学形状感测光纤40中的温度诱发的应变的偏移，并继而导致空间分辨率的损失。加热元件113和冷却元件112的组合在此处包括热电元件，尤其是Pel tier元件的两个接合点，如在图的左侧(a)上图示的。备选地，开口8可以热耦合到这两个接合点，如在图的右侧(b)上图示的。在两种情况下，导电体115被提供用于对热电元件供电并用于控制空间温度概况的幅度。导电体115连接到电源(在图中未示出)，所述电源可以集成到和/或受控于例如温度确定单元15ο
[0088]成像单元6、28包括附接到支撑元件17上的三维经直肠超声探头28，网格模板13也附接到支撑元件17。支撑元件17确保网格模板13和超声探头28在近距离治疗期间都是固定的。在近距离治疗之前，尤其是在引入过程之前，成像单元6、28以及配准单元28已经关于彼此被配准，使得可以将在图像参考框架中的位置变换到在配准参考框架中的位置，反之亦然。由于网格模板13和超声探头28在整个近距离治疗期间是固定的，所以用于在图像参考框架和配准参考框架之间变换位置的该变换通过整个近距离治疗是有效的。因此，例如，在图像参考框架内已知网格模板13的每个开口8的位置，亦即，在图像参考框架中尤其已知通过其将引入元件18引入到人2中的网格模板13的开口 8的位置。因此，在已经基于通过其将弓丨入元件18引入到人2内的网格模板13的开口 8的已知位置识别了引入元件18的端部24和/细长体25的位置之后，在参考成像框架中也已知在人2内的端部24的位置。
[0089]成像单元6、28包括超声探头28和图像生成单元6。如果配准单元16适于配准引入元件18的端部24的位置，则图像生成单元6能够适于确定包括配准引入元件18的端部24的配准位置的人2内的端部切片，并适于生成表示端部切片的端部图像。显示器7适于显示生成的端部图像。
[0090]成像单元6、28能够适于确定轴向端部切片和/或矢状端部切片，并适于生成分别表示轴向端部切片和/或矢状端部切片的轴向端部图像和/或矢状端部图像，其中，显示器7可以适于显示生成的轴向端部图像和/或矢状端部图像。在实施例中，成像单元6、28能够适于确定端部切片，使得其与引入元件18的细长体25垂直。
[0091]此处，配准单元16适于识别细长体25的位置，其中，成像单元6、28适于确定包括细长体25的长度的人2内的体切片，并适于生成表示体切片的体图像，其中，显示器7适于显示所生成的体图像。尤其地，成像单元6、28适于确定体切片，使得确定的体切片包括细长体25的长度的最大部分。成像单元6、28还可以适于确定包括细长体25的长度的另外的部分的另外的体切片，并适于生成表示在人2内的确定的另外的体切片的另外的体图像，其中，显示器7可以适于显示另外的体图像。成像单元6、28可以适于确定轴向端部切片和/或矢状体切片，并适于生成分别表示轴向端部切片和/或矢状体切片的轴向端部图像和/或矢状体图像，其中，显示器7可以适于显示生成的轴向端部图像和/或矢状体图像。
[0092]因此，显示器7能够显示一幅或多幅图像，所述图像例如示出在引入过程期间在人2内的引入元件18的端部24和/或细长体25。例如，可以选择轴向图像平面以包括引入元件18的端部24的配准位置，和/或可以根据超声图像体积重建示出引入元件18的最大长度的图像平面，并将其显示在显示器7上。备选地或额外地，可以调整矢状图像以示出包含引入元件18的最大部分或程度的切片，并可以呈现对应于引入元件18的提醒的一幅或多幅另外的矢状图像，例如，作为缩略图，其中，成像单元可以包括输入单元30，如键盘、计算机鼠标、触摸板等，以用于允许用户选择要更大地显示的这些缩略图中的一个。
[0093]成像单元6、28优选适于覆盖人2的体积，其允许成像单元6、28生成期望的图像切片，而不必在身体上放置超声探头28。在实施例中，如果成像单元6、28不覆盖足够大以生成所有期望的图像切片的图像体积，则超声探头28能够根据应该被成像的人2内的期望切片的位置而安装在由图像生成单元6或另一控制单元所控制的移动单元上。例如，移动单元能够是电动步进器，其相应定位超声探头28。如果替代三维超声探头28而使用具有超声换能器的一维阵列的二维超声探头，还能够使用该受控的移动单元，亦即，也在该情况下，能够定位超声探头28，使得能够对人2的期望切片进行成像。为了相应地控制移动单元，使用引入元件18的配准位置。
[0094]如果成像单元6、28适于覆盖成像体积，亦即，如果超声探头28包括超声换能器的二维阵列，则成像单元6、28能够适于使用来自换能器阵列的超声换能器的子集，其能够用于生成示出引入元件18(尤其是引入元件18的端部24)的超声图像切片。针对该选择，成像单元6、28能够使用引入元件18的配准位置。
[0095]上述成像系统能够用于帮助将引入元件引入以用于执行LDR近距离治疗或HDR近距离治疗。在LDR近距离治疗的情况下，引入元件可以是针，其插入以粘附到预先计划(pre-plan)，其中 ，可以通过针将一个或多个放射性辐射源引入到人内 ，以便针对例如一天或若干天在目标区域中植入一个或若干放射性辐射源。在HDR近距离治疗的情况下，放射性辐射源优选不放置在目标区域中，而是例如仅临时放置于引入元件内的不同位置处几分钟，然后将其移除。如果成像系统用于执行HDR近距离治疗，则当将放射性辐射源引入到引入元件中时，能够使用关于在插入流程期间获得的引入元件的整个三维形状和姿势的知识来确定放射性辐射源的位置。因此，成像系统还能够用于改进在HDR近距离治疗期间放置放射性辐射源的准确性。
[0096]在下文中，将参考在图7所示的流程图描述用于配准细长引入元件18的配准方法的实施例，其中，引入元件18适于被引入到生物2(在该范例中是人)中，以用于执行介入流程(在此处是近距离治疗)。
[0097]在步骤101中，初始化系统I。尤其地，网格模板13邻近人2被布置，并且超声探头28经直肠被引入到人2内。在步骤102中，当被引入到人2中时，通过使用包括至少一个开口8的引导元件13来引导引入元件18。在步骤103中，通过使用与开口8相关联的温度概况生成元件14、114来生成在开口8处的特性温度概况，以用于当存在于开口8中时转移到引入元件
18。在步骤104中，通过使用温度确定单元15来感测沿着引入元件18的温度。在步骤105中，通过使用配准单元16来配准引入元件18，其中，配准包括基于确定的温度来识别在引入元件18上的转移的特定温度概况。在步骤106中，确定是否已经满足了异常终止标准。如果是这样的情况，则在步骤107中结束配准方法。否则，配准方法继续步骤102。因此，循环执行对引入元件18的导引、在开口8处的特性温度概况的生成、沿着引入元件18的温度的感测以及引入元件18的配准，以便实时配准引入元件18，直到满足异常终止标准。异常终止标准例如可以是用户是否已经经由输入30输入应该异常终止所示方法，引入元件18的端部24是否已经到达目标区域，是否识别引入元件18不再存在于开口 8中，等等。
[0098]图8示意性且示范性示出了用于在人2内执行近距离治疗的系统201的另外的实施例，其类似于以上参考图1所述的系统I。然而，在该实施例中，没有针对每个开口 8提供特定的存在识别元件。相反地，如图9所示，针对每个开口 8，温度概况生成元件214适于生成在开口 8处的不同的特性温度概况，此处，包括在纵向轴的方向上的空间温度梯度。然后，配准装置226还包括存在识别单元5，以用于识别在开口8中的引入元件18的存在，并用于提供识别开口 8的开口识别信息，其中，识别基于在开口8处的特定温度概况之间的差异。如在系统I中，配准单元16适于基于开口识别信息来配准弓I入元件18。
[0099]还在该实施例中，引导元件13是网格模板，其中，开口8被布置在二维规则网格中，并且开口 8适于将引入元件18引导到与网格模板的平面(此处，称作x-y平面)垂直的方向上。通过基于识别其中存在引入元件的开口的开口识别信息来配准引入元件18，配准单元16能够在配准引入元件18的位置时，容易地考虑引入元件18在x-y平面中位置。
[0100]作为基于开口识别信息配准引入元件18的位置的备选或者除此之外，可以使用适当的通知机制(在图中未示出，例如，可听或可见通知)来向医师通知该信息。因此，在这种情况下，引入元件18的配准包括配准其中存在弓I入元件18的开口 8。
[0101]此外，能够预见通过开口 8将若干引入元件18(在图中示出仅一个)同时引入到人2内。在这种情况下，温度确定单元15适于确定沿着引入元件18中的每个的温度，其中，因为生成在开口 8处的不同的特性温度概况，所以配准单元16能够适于识别哪个引入元件18存在于哪个开口 8中。还可以使用适当的通知机制(图中未示出)，例如，可见或可听通知，向医师通知该信息。
[0102]还在该实施例中，配准装置226包括开口利用识别单元50，其用于识别开口8是否已经在介入流程期间被使用，其中，识别基于开口识别信息。优选地，如果先前针对至少预定时间段已经识别了开口中的引入元件的存在，则识别已经利用了所示开口。
[0103]尽管在上述实施例中，引入元件适于将辐射源引入到人内以用于执行近距离治疗，但在其它实施例中，引入元件还能够适于执行活检。例如，引入元件能够是活检针，以用于执行前列腺活检流程。
[0104]尽管在图1-5、8和9中仅示出了单个引入元件，但是还能够将若干引入元件插入到人内。此外，尽管在上述实施例中生物是人，但是在其它实施例中生物还能够是动物，并且尽管在上述实施例中引入元件被引入到前列腺中，但是引入元件还可以被插入到生物的其它部分中，尤其是到另一器官中。
[0105]尽管在上述实施例中，温度生成元件和/或存在识别元件被布置在开口内，但在其它实施例中，它们还可以例如在网格模板的前侧或后侧处被布置在开口处。
[0106]还应当注意，可以以改造现有引导元件(尤其是现有的网格模板)的改造设备的形式提供配准装置的各种元件。例如，可以以用于附接到现有网格模板的改造设备的形式提供温度生成元件、旋转约束元件等。
[0107]尽管在超声成像系统的背景下描述了本发明，但是在其它实施例中，成像系统还能够例如是CT成像系统或MRI成像系统。
[0108]通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
[0109]在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
[0110]单个单元或设备可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。尽管互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
[0111]能够由任何其他数目的单元或者设备执行由一个或者若干单元或者设备执行的操作，如沿着引入元件的温度的确定、引入元件的配准等。例如，温度确定单元15能够被集成到配准单元16，使得配准单元6还可以确定沿着引入元件的温度。根据配准方法的配准装置的操作和/或控制可以被实施为计算机程序的程序代码和/或为专用硬件。计算机程序可以存储/分布在诸如与其他硬件一起或者作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质的适合的介质上，但是也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统分布。
[0112]在权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
【主权项】
1.一种用于对细长引入元件(18)进行配准的配准装置，所述引入元件(18)适于被引入到生物(2)中，以在所述生物(2)内执行介入流程，其中，所述配准装置(26; 226)包括: -引导元件(13)，其包括至少一个开口(8)，以在通过所述开口(8)将所述引入元件(18)引入到所述生物(2)中时引导所述引入元件(18); -温度概况生成元件(14; 114; 214)，其与所述开口(8)相关联，所述温度概况生成元件用于生成所述开口(8)处的特性温度概况，所述特性温度概况用于在所述引入元件(18)存在于所述开口( 8)中时被转移到所述弓I入元件(18); -温度确定单元(15)，其用于确定沿着所述引入元件(18)的温度；以及 -配准单元(16)，其用于对所述引入元件(18)进行配准，其中，所述配准包括基于所确定的温度来识别在所述引入元件(18)上的所转移的特性温度概况。2.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述配准单元(16)适于识别在所述引入元件(18)上的所转移的特性温度概况的位置，并且适于基于所识别的位置来对所述引入元件(18)的位置进行配准。3.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述引入元件(18)包括用于光学形状感测的一个或多个光学形状感测光纤(40)，其中，所述温度确定单元(15)适于基于由所述光学形状感测光纤(40)中的温度诱发的应变来感测沿着所述引入元件(18)的所述温度。4.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述至少一个开口(8)包括多个所述开口(8)，其中，每个开口(8)包括存在识别元件(3、4)，所述存在识别元件用于识别所述开口(8)中的所述引入元件(18)的存在，并且用于提供识别所述开口(8)的开口识别信息，其中，所述配准单元(16)适于基于所述开口识别信息来对所述引入元件(18)进行配准。5.根据权利要求4所述的配准装置，还包括开口利用识别单元(50)，其用于针对每个开口(8)识别所述开口(8)是否已经在所述介入流程期间被利用，其中，所述识别基于所述开口识别?目息。6.根据权利要求4所述的配准装置，其中，所述存在识别元件(3、4)包括用于发射光的至少一个光源(3)和用于检测所述光的至少一个光检测器(4)，其中，当所述引入元件(18)存在于所述开口(8)中时，从所述光源(3)到所述光检测器(4)的光路被阻塞，其中，所述存在识别元件(3、4)适于基于所述光路的所述阻塞来识别所述开口(8)中的所述引入元件(18)的所述存在。7.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述至少一个开口(8)包括多个开口(8)，其中，针对每个开口(8)，与所述开口(8)相关联的所述温度概况生成元件(214)适于生成所述开口(8)处的不同的特性温度概况，其中，所述配准装置(226)还包括存在识别单元(5)，所述存在识别单元用于识别所述开口(8)中的所述引入元件(18)的所述存在，并且用于提供识别所述开口(8)的开口识别信息，其中，所述识别基于在所述开口(8)处的所述特性温度概况之间的差异，其中，所述配准单元(16)适于基于所述开口识别信息来对所述引入元件(18)进行配准。8.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述温度概况生成元件(14;214)包括至少一个光源(3)，以通过利用所述光源(3)进行加热来生成所述特性温度概况，或者其中，所述温度概况生成元件(14;214)包括特定加热和/或冷却元件(I 13、112)，以通过加热和/或冷却来生成所述特性温度概况。9.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述开口(8)沿着纵向轴(90)延伸，并且所述特性温度概况包括在所述纵向轴(90)的方向上的空间温度梯度。10.根据权利要求1所述的配准装置，其中，所述温度概况生成元件(114;214)包括加热元件(112)和冷却元件(113)，以通过加热和冷却的组合来生成空间温度概况。11.一种用于在生物(2)内执行介入流程的系统，其中，所述系统(1;201)包括: -细长引入元件(18)，其适于被引入到所述生物(2)中，以在所述生物(2)内执行所述介入流程；以及 -配准装置(26;226)，其用于对根据权利要求1所述的引入元件(18)进行配准。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述配准装置(26)还包括与所述开口(8)相关联的旋转约束元件(43)，其中，所述旋转约束元件(43)包括第一元件(45)，并且所述引入元件(I 8)包括第二元件(44 )，其中，所述第一元件(45)和所述第二元件(44) 一起适于将所述引入元件(18)的旋转约束到预定角度，其中，所述配准单元(16)适于基于所述预定角度来对所述弓I入元件(18)的位置进行配准。13.—种用于对生物(2)内的细长引入元件(18)进行成像的成像系统，所述引入元件(18)适于被引入到所述生物(2)中，以在所述生物(2)内执行介入流程，其中，所述成像系统(27;227)包括: -配准装置(26;226)，其用于对根据权利要求2所述的引入元件(18)进行配准； -成像单元(6、28)，其用于基于配准位置来生成示出所述生物(2)的内部部分的图像，所述图像包括所述引入元件(18)的所述配准位置；以及 -显示器(7)，其用于显示所述图像。14.一种用于对细长引入元件(18)进行配准的配准方法，所述引入元件(18)适于被引入到生物(2)中，以在所述生物(2)内执行介入流程，其中，所述配准方法包括: -通过使用包括至少一个开口(8)的引导元件(13)来在通过所述开口(8)将所述引入元件(18)引入到所述生物(2)中时引导所述引入元件(18); -通过使用与所述开口(8)相关联的温度概况生成元件(14; 114;214)来生成所述开口(8)处的特性温度概况，所述特性温度概况用于在所述导入元件(18)存在于所述开口(8)中时被转移到所述弓I入元件(18); -通过使用温度确定单元(15)来确定沿着所述引入元件(18)的温度;并且 -通过使用配准单元(16)来对所述引入元件(18)进行配准，其中，所述配准包括基于所确定的温度来识别在所述引入元件(18)上的所转移的特性温度概况。15.—种用于对细长引入元件(18)进行配准的配准计算机程序，所述引入元件(18)适于被引入到生物(2)中，以在所述生物(2)内执行介入流程，其中，所述配准计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于令根据权利要求1所述的配准装置(26;226)执行根据权利要求14所述的配准方法的步骤，其中，所述配准计算机程序在控制所述配准装置(26; 226)的计算机上运行。
【文档编号】A61B90/00GK106061417SQ201580010743
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】G·L·T·F·豪特瓦斯特, D·宾内卡普, S·巴拉特, E·德赫甘马尔瓦斯特, J·克吕克尔, M·L·弗莱克斯曼, A·M·塔赫玛塞比马拉古奥施
【申请人】皇家飞利浦有限公司