本申請涉及在時(shí)間上間隔開的時(shí)段期間采集圖像，更具體地，涉及匹配圖像。

背景技術(shù)：

肝癌是生長在肝臟的表面上或內(nèi)部的惡性腫瘤。通過醫(yī)療成像設(shè)備發(fā)現(xiàn)肝腫瘤或者肝腫瘤自身有癥狀地呈現(xiàn)為腹部腫塊、腹痛、黃疸、惡心或肝損傷。每年在世界上有上百萬原發(fā)性肝癌的新病例，其中83％發(fā)生于發(fā)展中國家。大約五十多萬新案例是轉(zhuǎn)移癌，大部分發(fā)生于西半球。

近來，可以準(zhǔn)確地靶向身體內(nèi)任何地方處的腫瘤。

目前，治療肝癌的唯一合理機(jī)會(huì)是手術(shù)，要么通過切除(即，切除腫瘤)要么肝臟移植。如果肝臟中所有的已知癌被成功切除，則患者將具有存活的最佳前景。切除部分肝臟的手術(shù)稱作肝臟部分切除術(shù)。當(dāng)人足夠健康并且切除所有腫瘤的同時(shí)保留足夠的健康肝臟時(shí)，這是可行的。

廣泛應(yīng)用的避免手術(shù)的替代方式是對腫瘤進(jìn)行熱處置的射頻消融(RFA)。

當(dāng)前的臨床應(yīng)用設(shè)法通過插入的加熱電極來遞送致死劑量的熱。電極可以在射頻針的遠(yuǎn)端處被引入。身體組織被局部加熱到高于60°攝氏度(C)，凝固并由此破壞癌變區(qū)域。

在過程期間，密切監(jiān)視溫度的變化以確保治療質(zhì)量。所述監(jiān)視優(yōu)選是無創(chuàng)的。

在歷史上已經(jīng)用過若干溫度監(jiān)視技術(shù)。

其中包括使用安裝在射頻針的端部上的熱電偶，并且通過磁共振成像(MRI)進(jìn)行空間監(jiān)視。

先進(jìn)的電極包括可以關(guān)于其熱沉積而被單獨(dú)控制的多個(gè)端部。

每個(gè)端部具有并入的熱電偶(即，微小的溫度計(jì))，其允許連續(xù)監(jiān)視組織溫度，并且自動(dòng)調(diào)整每個(gè)端部的功率，使得目標(biāo)溫度保持恒定。

采集實(shí)際消融的組織區(qū)的指示以引導(dǎo)改寫自動(dòng)調(diào)節(jié)。由此，降低功率水平，相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)關(guān)于消融程度的目的。

理想地，所述指示將有效地在空間上區(qū)分已經(jīng)被消融的組織與當(dāng)前健康或未消融的組織。

共同受讓的屬于Savery等人的美國專利No.8328721(后文稱作“Savery”)描述了導(dǎo)出光吸收系數(shù)用于確定身體功能和結(jié)構(gòu)。

在Savery中，計(jì)算系數(shù)采用溫度映射模塊，用于基于超聲探詢來形成溫度圖。

為此，隨著時(shí)間的采集被比較并且優(yōu)選利用相同超聲成像參數(shù)進(jìn)行。在此通過引用并入Savery中對溫度映射模塊的描述和其功能背后的分析。

當(dāng)比較隨著時(shí)間的圖像采集時(shí)，已知要補(bǔ)償被成像對象中的周期運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中以下提出的內(nèi)容解決上述關(guān)注點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。

從未消融的組織區(qū)分消融組織將優(yōu)選地通過實(shí)時(shí)監(jiān)視身體內(nèi)的體內(nèi)三維(3D)溫度分布而實(shí)現(xiàn)。

實(shí)時(shí)監(jiān)視身體內(nèi)的體內(nèi)3D溫度分布目前只能通過共振成像(MRI)以合理的準(zhǔn)確度來實(shí)現(xiàn)。

然而，使用MRI掃描器作為3D溫度計(jì)是非常昂貴的。

可以使用計(jì)算斷層掃描(CT)來進(jìn)行溫度測量，但是這只可能進(jìn)行溫度變化的相對粗糙的測量，即，只在5℃內(nèi)是準(zhǔn)確的。

對于實(shí)際的臨床應(yīng)用，這些方法受限于有限的空間采樣(熱電偶)、受限于有限的準(zhǔn)確度(CT)、或受限于過程成本(MRI)。

另外，對于以上描述的RF消融以及基于高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)的消融兩者，在感興趣區(qū)域內(nèi)身體組織的運(yùn)動(dòng)顯示了治療精度和質(zhì)量。

關(guān)于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，計(jì)算機(jī)斷層掃描CT、MRI和其它運(yùn)動(dòng)門控系統(tǒng)使用在呼吸周期的特定階段處的固定時(shí)間延遲觸發(fā)來補(bǔ)償由呼吸引起的身體移動(dòng)。可以將延遲設(shè)置為逐周期地挑選特定階段，以基于在單個(gè)階段的成像采集來穩(wěn)定監(jiān)視到的圖像。

然而，這種系統(tǒng)不能提供基于超聲RF跟蹤的溫度測量的足夠準(zhǔn)確度。

特別地，呼吸運(yùn)動(dòng)從周期到周期是不一致的，并且經(jīng)常是不規(guī)則的。

希望的是，響應(yīng)于固定時(shí)間延遲觸發(fā)而立即采集超聲數(shù)據(jù)，所述觸發(fā)是在檢測到呼吸周期標(biāo)志(例如，每個(gè)周期的峰值)時(shí)引起的。

然而，如果人們要使用信號(hào)水平(例如，每個(gè)周期峰值)作為觸發(fā)，則在檢測到水平和觸發(fā)超聲系統(tǒng)之間將存在固有的延遲；并且使用經(jīng)由超聲接收到的RF數(shù)據(jù)的溫度計(jì)算取決于逐呼吸周期地精確地維持探頭相對于人體的位置。具體地，對于有效的溫度估計(jì)，即，對于基于連續(xù)圖像的準(zhǔn)確的溫度圖，局部溫度誘導(dǎo)的張力(其實(shí)質(zhì)上是表觀位移的空間梯度)必須小于0.5％。

因此，在假設(shè)使用信號(hào)水平作為基于超聲RF跟蹤的溫度測量的觸發(fā)的情況下，考慮到類似的本文中以上提及的逐周期不規(guī)則性，上述固有的延遲將引起足夠的空間移動(dòng)以去相關(guān)并因此使得溫度圖退化。

因此，將犧牲經(jīng)由溫度圖的時(shí)間序列實(shí)時(shí)監(jiān)視3D溫度分布。

這反過來將犧牲消融監(jiān)視。

本文提出的內(nèi)容旨在減輕這樣的犧牲。

根據(jù)本文提出的內(nèi)容，檢測到對象的移動(dòng)?；跈z測到的移動(dòng)，選擇性地開始對對象的成像。成像被中斷為使得所述開始和所述中斷造成所述成像的時(shí)間上間隔開的時(shí)段。比較在各自不同周期內(nèi)采集的圖像內(nèi)容，以基于所述內(nèi)容來匹配圖像。

在子方面中，所述對象包括身體組織，用于通過應(yīng)用來自能量源的能量而被消融。

在另一子方面，要比較的圖像描繪消融的各個(gè)區(qū)域。比較被限制到所述區(qū)域之外。

作為相關(guān)的子方面，可以實(shí)時(shí)地執(zhí)行檢測、選擇、比較和匹配。在本公開中，“實(shí)時(shí)”意味著在給定系統(tǒng)的處理限制和準(zhǔn)確執(zhí)行功能所需的時(shí)間的情況下沒有故意的延遲。

在另一方面中，對象的溫度分布的表示被實(shí)時(shí)地更新并且能夠被顯示為溫度圖的時(shí)間序列以用于監(jiān)視消融。

以下將借助不按比例繪制的附圖闡述新穎的在周期性的成像-對象-運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的采集之間的圖像匹配的細(xì)節(jié)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例性的圖像匹配裝置的示意圖；

圖2和圖3是提供與圖1的裝置的操作有關(guān)的公式和概念的范例的概念圖；并且

圖4是展示圖1的裝置的可能操作的一組流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1通過圖示和非限制的范例描繪了圖像匹配裝置100，其能夠用于在周期性的成像-對象-運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的采集之間進(jìn)行基于圖像的匹配，尤其在運(yùn)動(dòng)門控的超聲溫度測量中。裝置100包括移動(dòng)檢測處理器104，(例如超聲掃描器的)圖像采集電路108，圖像匹配處理器112，(例如超聲掃描器的)圖像監(jiān)視處理器116，用于供應(yīng)能量以加熱身體組織的能量源120，呼吸期傳感器124，以及通信地(例如，物理地)連接到傳感器的呼吸帶128。此外還包括呼吸記錄設(shè)備132和成像探頭136。

如圖2所示，移動(dòng)對象(例如，肝臟或其部分)具有呼吸循環(huán)分量202，其由于最近的肺的對應(yīng)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)。在呼吸圖或“波形”204中，作為縱坐標(biāo)的對象的位移206的范圍隨著沿著橫坐標(biāo)的周期207而變化。還示出后續(xù)的周期208、209。圖204中的連續(xù)“+”符號(hào)表示一系列幀210。每個(gè)序列構(gòu)成采集的時(shí)段212。每個(gè)時(shí)段212被采集中的中斷214所終止，導(dǎo)致間隔開的時(shí)段216。采集時(shí)段212的采集的幀210在本文中稱作文件218。還示出另一后續(xù)文件220。圖2中的每個(gè)采集在呼吸周期標(biāo)志(例如，局部峰值222)之后。移動(dòng)檢測處理器104可以與呼吸記錄設(shè)備132集成為單元，包括硬件或軟件子系統(tǒng)，用于周期性地(即，在檢測到局部峰值222時(shí))向超聲掃描器226發(fā)出幀采集觸發(fā)224，以開始成像采集。發(fā)出觸發(fā)224可以發(fā)生在檢測到呼吸周期208中的峰值222之后的固定時(shí)間。掃描器226的圖像采集電路108開始圖像采集，如開始向上箭頭228所示，并且在固定時(shí)間段之后，中斷214采集，由此終止時(shí)段212，如中斷向上箭頭230所示?？梢葬槍γ總€(gè)周期207-209進(jìn)行采集，或者如圖2所示，僅針對一些周期207、209進(jìn)行，其中在波形204上的點(diǎn)標(biāo)記針對當(dāng)前周期的采集的開始。恰好超過每個(gè)點(diǎn)的波谷的負(fù)峰值對應(yīng)于預(yù)定義的相位。針對周期207-209的采集時(shí)段逐相位地疊加，由此共同地包含相位，例如預(yù)定義的相位。

呼吸帶128和物理地連接的呼吸相位傳感器124分別實(shí)現(xiàn)為Pless的美國專利公開No.2008/0109047的帶110/310和拉伸換能器。呼吸記錄設(shè)備132可以與Pless的存儲(chǔ)設(shè)備440一起被提供，用于在呼吸波形204被采集時(shí)對其進(jìn)行存儲(chǔ)。在此通過引用并入Pless的段落[0090]-[0014]的公開內(nèi)容。呼吸記錄設(shè)備132基于持續(xù)更新的存儲(chǔ)的波形204來檢測局部峰值222。

如圖2所示，每個(gè)采集到的幀210描繪由應(yīng)用來自能量源120(例如，一個(gè)或多個(gè)消融電極234)的熱形成的消融232的區(qū)域。

進(jìn)行本文中提出幀到幀比較，并限于消融232的區(qū)域之外。針對采集到的幀210示出了在消融232的區(qū)域之外的用于比較236的區(qū)域的范例。由于(一個(gè)或多個(gè))電極234和消融232的周圍區(qū)域趨向于集中在幀210中，因而可以將用于比較236的區(qū)域預(yù)設(shè)置為每個(gè)幀的固定區(qū)域，其從中央充分偏移，例如靠近幀的外圍。操作者可以定義比較236的區(qū)域。例如，這可以交互式地在屏幕上進(jìn)行。

在圖2中關(guān)于兩個(gè)相繼的文件218、220示出了在本文提出的方法中的幀到幀比較238的范例，但是比較可以在非相繼的文件中進(jìn)行。例如，如果N個(gè)采集時(shí)段212每個(gè)得到M個(gè)幀210被采集，則幀到幀比較238一般指的是在一對文件248的第一文件218的一個(gè)幀j 244和一對文件的第二文件220的的另一幀k 250之間的比較，其中1≤j≤M并且1≤k≤M。一對248的第一文件218可以但是不必是跨N個(gè)文件的掃描的第一文件。

在圖3所示的取樣實(shí)施例中，逐段地且基于斑點(diǎn)匹配進(jìn)行比較238。從不同的采集時(shí)間段301、302中選擇將進(jìn)行比較303、304的兩個(gè)幀。每個(gè)幀303、304可以逐像素劃分為各個(gè)分段306、308、310和312。分段306可以具有一個(gè)或多個(gè)像素的寬度。幀303可以具有例如容納8或9個(gè)分段的長度。在第一幀303中的每個(gè)分段306與第二幀304中的配對分段310交叉相關(guān)。采用歸一化零滯后交叉相關(guān)(NZLCC)314。

公式314中的值x_i是一個(gè)幀303中的像素的亮度值，且y_i是另一幀304中相對應(yīng)的像素的亮度值。可能的亮度值的集合已經(jīng)過濾到以零為中心的一范圍。在整個(gè)分段306上進(jìn)行公式314中的求和。

NZLCC 314的相關(guān)系數(shù)用作相似指數(shù)。其范圍在-1到1。值1表示兩個(gè)向量{x_i}、{y_i}相等。值-1表示兩個(gè)向量正好相反。

對在幀對303、304的所有分段上的相似指數(shù)求平均以達(dá)到整個(gè)幀對相似指數(shù)。

用針對前兩個(gè)文件315、316中的每個(gè)的M個(gè)幀的MxM個(gè)整體幀對相似指數(shù)來填充MxM矩陣中的條目。

對應(yīng)于最高值條目的兩個(gè)幀210被認(rèn)為在兩個(gè)文件315、316之間最佳匹配。

將兩個(gè)幀315、316選擇作為溫度圖信息的輸入。

在一些實(shí)施例中，不需要從第一文件315中進(jìn)一步選擇幀。

在一個(gè)這種實(shí)施例中，從第一文件315中選擇出的幀210用作參考幀，用于任何后續(xù)基于斑點(diǎn)的比較。特別地，針對用作所述對的第二文件的下一文件(即，第三文件)重復(fù)上述過程；然而，只考慮第一文件315的一個(gè)幀，即，如上所述已經(jīng)確定的參考幀。因此，取代MxM矩陣，形成整體幀對相似指數(shù)的1xM矩陣。最高值條目確定針對當(dāng)前文件(即，第三文件)的幀選擇?；?xM矩陣的該相同過程重復(fù)以從用作一對的第二文件的第四文件選擇幀；并且針對當(dāng)前文件每次重復(fù)過程，直到第N個(gè)文件。因此，總共選擇N個(gè)幀210。在參考幀和各自每個(gè)其它N-1個(gè)選擇幀之間可形成溫度圖。另一可能性是在N個(gè)幀序列的每對連續(xù)幀之間形成溫度圖。在任一情況下，溫度圖和超聲B模式圖像兩者可以表示為在作為掃描器226一部分的顯示器254上的實(shí)時(shí)影片。溫度圖和同時(shí)的B模式圖像可以是分開的，例如，并排的，或者溫度圖可以在B模式圖像中疊加。

在另一這種實(shí)施例中，從被比較的每對文件的第二文件中選擇新的參考幀。特別地，新的參考幀每次是緊鄰前兩幀選集中選擇的幀。因此，如果文件L的幀j與文件L+1的每個(gè)幀進(jìn)行比較，這是因?yàn)閹琷(現(xiàn)在是參考幀)是來自先前幀選集文件L的最佳匹配幀。因此，如在以上緊鄰的實(shí)施例中，第一幀選集利用MxM矩陣，但是后續(xù)幀選集每個(gè)基于各自的1xM矩陣。因此可以在N個(gè)幀序列的每對連續(xù)幀之間形成溫度圖。

替代地，溫度圖的逐對的幀選集每次考慮兩個(gè)文件的所有幀；但是，每次，正在被比較的是N個(gè)文件掃描的第一文件315，其是每對文件中的第一文件。因此，存在N-1個(gè)MxM矩陣。在每對最佳匹配的幀之間或者替代地在相繼的文件的選擇幀之間能夠形成溫度圖。

所有的上述實(shí)施例使用零滯后交叉相關(guān)以識(shí)別跨周期同相位成像。

然而，另一方法是在最大相關(guān)滯后上搜索異相。在該方法中，不是每幀逐片進(jìn)行相關(guān)；而是，在其它幀中的搜索區(qū)域上將比較的幀的單個(gè)區(qū)域交叉相關(guān)。應(yīng)該將該搜索區(qū)域保持足夠小，使得圖像間重疊仍然為消融程度確定提供足夠?qū)挼臏囟葓D。比較的區(qū)域可以是二維的或三維的，用于以兩個(gè)最大滯后或三個(gè)最大滯后相應(yīng)地進(jìn)行搜索。最佳匹配通常仍可以是零滯后的，但是在特定周期階段處由探頭136的差的聲接觸的偶然性可以以輕微的異相幀被準(zhǔn)確地容納。

在該方法中，當(dāng)兩個(gè)比較區(qū)域317、318都駐留在共同搜索區(qū)域320內(nèi)時(shí)，它們可以匹配。點(diǎn)線322、324劃定圖像內(nèi)容，其大部分在一個(gè)幀326內(nèi)。完整的圖像內(nèi)容或類似版本在另一幀328內(nèi)。在圖3的一維搜索的簡化情況中，滯后的交叉相關(guān)(LCC)330在特定滯后332處經(jīng)歷最大的相關(guān)系數(shù)值。兩個(gè)幀326、328的重疊區(qū)域334，其從點(diǎn)線322向右延伸到平行的等長實(shí)線，能夠用于形成相同空間幅度的溫度圖作為重疊區(qū)域。如果文件間匹配限制于相繼的文件218、220并且如果參考幀總是與當(dāng)前文件的M個(gè)幀匹配，則在多文件掃描期間的后續(xù)搜索(即，分別確定幀3到N)可以在零滯后處實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性。對于發(fā)現(xiàn)零滯后是最優(yōu)的時(shí)候，存在考慮重疊而引入的非常少的或沒有另外的區(qū)域縮小的趨勢。該相同的趨勢存在于單個(gè)參考幀(例如，在最初的文件中)被用于在分別確定幀3到N的后續(xù)搜索中匹配的所有幀的情況中。

可操作地且參考圖4作為范例，經(jīng)由呼吸帶128檢測具有大循環(huán)分量的移動(dòng)(步驟S404)。呼吸記錄設(shè)備132記錄移動(dòng)(步驟S408)。重復(fù)這兩個(gè)步驟直到移動(dòng)檢測處理器104檢測到局部峰值222(步驟S412)。當(dāng)檢測到峰值222時(shí)(步驟S412)，移動(dòng)檢測處理器104在檢測之后的固定時(shí)間發(fā)出觸發(fā)224(步驟S416)。圖像采集電路108發(fā)射超聲波來在觸發(fā)224之后的固定時(shí)間開始圖像采集(步驟S420)。當(dāng)采集的當(dāng)前時(shí)段212過期時(shí)(步驟S424)，中斷采集(步驟S428)。如果該過程要繼續(xù)(步驟S432)，則返回到移動(dòng)檢測步驟S404。

在并發(fā)例程中，圖像匹配處理器112執(zhí)行幀選擇算法以在當(dāng)前文件220中發(fā)現(xiàn)匹配的幀210(步驟S436)。圖像監(jiān)視處理器116利用發(fā)現(xiàn)的幀和先前幀作為輸入來執(zhí)行溫度估計(jì)算法(步驟S440)。圖像監(jiān)視處理器116操作顯示器264來呈現(xiàn)基于溫度估計(jì)算法的輸出形成的溫度圖并且任選地呈現(xiàn)對應(yīng)的存儲(chǔ)的B模式圖像(步驟S444)。如果該過程繼續(xù)(步驟S448)，則返回到匹配幀發(fā)現(xiàn)步驟S436。

以上描述了應(yīng)用用于加熱的能量的模式作為射頻消融(RFA)。然而，在本文提出的目標(biāo)范圍內(nèi)，可以以其它方式如通過聚焦激光束而進(jìn)行消融。在這種情況下，經(jīng)由溫度圖確定在波束路徑中的身體組織的化學(xué)成分。消融生物組織改變其化學(xué)成分，但是不一定改變其回聲發(fā)射性。然而，改變了光吸收。至少在激光束的路徑上可確定消融的程度。Savery涉及在材料成分分析時(shí)使用單色光和溫度圖。Savery的未在上文通過引用并入的部分由此通過引用在此并入。程度的指示符可以在顯示器254上在溫度圖或B模式圖像上類似地實(shí)時(shí)顯示。如上所述，可以單獨(dú)的(例如，并排)呈現(xiàn)圖和并發(fā)圖像，或者圖可以重疊到B模式圖像上。

雖然本發(fā)明的方法可以有利地應(yīng)用于向人類或動(dòng)物主體提供醫(yī)學(xué)處置，但是本發(fā)明的范圍不限于此。更廣泛地，本文公開的技術(shù)指向描繪本質(zhì)上以循環(huán)方式移動(dòng)的對象的圖像的相位特定的視圖穩(wěn)定。

雖然已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這種圖示和描述被認(rèn)為是說明性或?qū)嵗缘亩窍拗菩缘?；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。

例如，在步驟S420的RF采集中，可以保存波束成形之后的原始信號(hào)以用于后續(xù)信號(hào)處理。作為另一范例，成像探頭136可以是線性的、凸面的(或“曲線的”)、相位陣列、矩陣、經(jīng)胸廓的(TTE)、或經(jīng)食道的(TEE)探頭。在另一范例中，在傳感器124和呼吸帶124之間的通信連接可以是：使得裝置100配置有遠(yuǎn)離呼吸帶定位的、光學(xué)地監(jiān)視帶移動(dòng)的傳感器。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，通過研究附圖、公開內(nèi)容和隨附權(quán)利要求，可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開實(shí)施例的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且詞語“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。

計(jì)算機(jī)程序可以暫時(shí)、臨時(shí)或較長時(shí)間地存儲(chǔ)于適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，例如光存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)。這種介質(zhì)僅在不是瞬態(tài)傳播信號(hào)的情況下是非瞬態(tài)的，但是包括其它形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如寄存器存儲(chǔ)器、處理器高速緩存和RAM。

單個(gè)處理器或其它單元可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中記載的若干項(xiàng)的功能。盡管在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這不指示不能有利地使用這些措施的組合。