具有用于实时消融生长投影的显示器的消融系统及其方法

摘要

本发明提供了一种用于显示实时消融生长投影的方法。该方法包括由处理器将消融模型应用于患者的图像数据。消融模型基于消融探针的位置，并且消融探针联接到处理器。该方法还包括在联接到处理器的显示器上显示图像数据上的投影消融区。投影消融区基于消融参数和消融探针的位置。投影消融区包括显示置信度的切缘。该方法还包括通过消融探针进行消融。消融基于投影消融区相对于靶标的评估。本发明提供了一种用于执行微波消融规程的系统。本发明提供了一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月21日提交的美国临时专利申请第62/783,307号的申请日的权益。

背景技术

技术领域

本公开涉及用于显示实时消融生长投影的系统和方法。

某些疾病的治疗需要破坏恶性组织生长，例如肿瘤。电磁辐射可用于加热和破坏肿瘤细胞。治疗可涉及将消融探针插入已识别出癌性肿瘤的组织中。一旦探针被定位，电磁能量就穿过该探针进入周围组织。

在疾病诸如癌症的治疗中，已发现某些类型的肿瘤细胞在略低于通常对健康细胞有害的温度的高温下变性。已知的治疗方法(诸如高热疗法)，将患病细胞加热到41℃以上的温度，同时将相邻的健康细胞保持在发生不可逆细胞破坏的温度以下。这些方法涉及施加电磁辐射以加热或消融组织。

利用电磁辐射的电外科装置已被开发用于多种用途和应用。通常，用于消融规程的设备包括发电源，例如，用作能量源的微波或射频(RF)电外科发生器，以及用于将能量引导至靶组织的外科器械(例如，具有天线组件的微波消融探针)。发生器和外科器械通常通过具有多个导体的缆线组件可操作地联接，该导体用于将能量从发生器传输到器械，并且用于在器械和发生器之间传送控制、反馈和识别信号。

目前有几种类型的微波探针在使用，例如单极、偶极和螺旋，其可用于组织消融应用中。在单极天线组件和偶极天线组件中，微波能量通常垂直远离导体的轴线辐射。单极天线组件通常包括单个细长导体。典型的偶极天线组件包括两个细长导体，这两个细长导体线性对齐并且端对端地相对于彼此定位，其间放置有电绝缘体。螺旋天线组件包括各种尺寸(例如，直径和长度)的螺旋形导体构型。螺旋天线组件的主要操作模式是其中由螺旋辐射的场在螺旋轴线的垂直平面中最大的正常模式(宽侧)和其中最大辐射沿着螺旋轴线的轴向模式(端射)。

组织消融规程的特定类型可取决于特定消融体积，以便实现期望的外科结果。消融体积与天线设计、天线性能、天线阻抗、消融时间和瓦数以及组织特性(例如，组织电特性、组织热质量和组织流体移动)相关。

由于变性恶性细胞所需的温度与通常对健康细胞有害的温度之间的温度差较小，因此需要已知的加热模式和精确的温度控制，以得到更可预测的温度分布。这样，可执行消融规程以根除肿瘤细胞，同时最小化对施加电外科能量的组织周围的原本健康的组织的损伤。

发明内容

在本公开的一个方面，提供了一种用于显示实时消融生长投影的方法。该方法包括由处理器将消融模型应用于患者的图像数据。消融模型基于消融探针的位置，并且消融探针联接到处理器。该方法还包括在联接到处理器的显示器上显示图像数据上的投影消融区。投影消融区基于消融参数和消融探针的位置。投影消融区包括显示置信度的切缘。该方法还包括通过消融探针进行消融。消融基于投影消融区相对于靶标的评估。

在本公开的另一方面，该方法还包括将消融参数调整为另外的消融参数，以及在图像数据上显示另外的投影消融区，该另外的投影消融区基于另外的消融参数，该另外的投影消融区包括显示另外的置信度的另外的切缘。

在本公开的又一方面，由消融探针进行的消融还基于另外的投影消融区相对于靶标的另外的评估。使用另外的消融参数执行消融。

在本公开的一个方面，该方法还包括基于靶标位置、靶标尺寸、靶标形状和消融探针的位置中的至少一者确定消融参数。该方法还包括显示消融参数。

在本公开的另一方面，该方法包括基于投影消融区、切缘和靶标的比较确定投影消融区是次优的。该方法还包括将消融参数调整为另外的消融参数，以及显示该另外的消融参数。

在本公开的又一方面，消融参数包括时间选择和功率选择。

在本公开的一个方面，投影消融区包括显示至少一个其他置信度的至少一个其他切缘。

在本公开的另一方面，该方法包括使用不同颜色和不同阴影中的至少一者来显示切缘和至少一个其他切缘。

在本公开的又一方面，该方法还包括显示置信度的数值。

在本公开的一个方面，图像数据包括信息，该信息包括组织材料、病况和动脉位置中的至少一者。将消融模型应用于患者的图像数据包括基于信息使投影消融区偏转。

在本公开的另一方面，消融探针的位置是在消融规程之前确定的消融探针的投影位置。

在本公开的又一方面，该方法包括在消融规程期间跟踪消融探针。消融探针的位置是消融规程期间消融探针的当前位置。

在本公开的一个方面，投影消融区相对于靶标的评估包括确定消融探针的当前位置是次优的。该方法还包括输出指令以重新定位消融探针和/或定位第二消融探针。

在本公开的另一方面，该方法还包括在处理器处接收识别靶标的信息。

在本公开的又一方面，该方法还包括由处理器识别靶标。

在本公开的一个方面，提供了一种用于执行微波消融规程的系统。该系统包括消融探针和电磁跟踪系统，该电磁跟踪系统被配置成通过使用位于消融探针上的至少一个电磁传感器来跟踪消融探针的位置，同时在患者体内导航消融探针。该系统还包括计算装置，该计算装置包括处理器和存储器，该存储器存储指令。该指令在由处理器执行时使得计算装置由处理器将消融模型应用于患者的图像数据。消融模型基于消融探针的位置，并且消融探针联接到处理器。该指令还使得计算装置在联接到处理器的显示器上显示图像数据上的投影消融区。投影消融区基于消融参数和消融探针的位置。投影消融区包括显示置信度的切缘。该指令还使计算装置通过消融探针进行消融。消融基于投影消融区相对于靶标的评估。

在本公开的另一方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储指令。该指令在由处理器执行时使得计算装置通过处理器将消融模型应用于患者的图像数据。消融模型基于消融探针的位置。消融探针联接到处理器。该指令在由处理器执行时使得计算装置在联接到处理器的显示器上显示图像数据上的投影消融区。投影消融区基于消融参数和消融探针的位置。投影消融区包括显示置信度的切缘。该指令在由处理器执行时使得计算装置通过消融探针进行消融。消融基于投影消融区相对于靶标的评估。

任何以上本公开的方面和实施方案均可在不脱离本公开的范围的情况下进行组合。

附图说明

在参照附图阅读其各种实施方案的描述时，本发明所公开的系统和方法的目的和特征对于本领域的普通技术人员而言将变得显而易见，其中：

图1是根据本公开的一个实施方案的示例性系统的示意图；

图2A至图2F是根据本公开的实施方案的显示实时消融生长投影的示意图；

图3是根据本公开的实施方案的用于显示实时消融生长投影的示例性显示方法的示意图；

图4是根据本公开的实施方案的用于显示实时消融生长投影的示例性显示方法的示意图；

图5是根据本公开的实施方案的用于显示实时消融生长投影的示例性显示方法的示意图；

图6是示出根据本公开的实施方案的用于显示实时消融生长投影的方法的流程图；并且

图7是根据本公开的例示性实施方案使用的计算装置的示意图。

具体实施方式

虽然本公开将根据具体的例示性实施方案进行描述，但对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本公开的实质的情况下可进行各种修改、重排和替换。本公开的范围由本公开所附的权利要求书限定。

本公开提出了用于确定、显示和调整投影消融区的系统和方法。消融区可从回顾性数据源以及实时数据源进行预测，诸如解剖结构(血管、血液流速、器官边界、器官疾病状态、肿瘤边界等)的成像。消融预测将具有置信区间，诸如消融直径将介于3.5cm和4.0cm之间的置信为80％。另选地，预测区的整个边界可具有变化的置信范围。本公开提出了以相关联的置信区间显示该预测消融区的方法，该方法可在激活消融能量(计算预测区)之前到完成消融能量施加之间使用。

预测消融区的边界可以不是单个轮廓，而是确定性的区(例如，80％置信区间)。该预测区可根据计划的消融功率和时间、以及得自先前临床应用和/或消融模型的消融结果来计算。可利用其他数据源来获得预测(例如，器官类型、解剖结构、疾病状态等)。置信区间预测包括能量激活时间到能量去激活时间之间的所有时间点的确定性区。当能量被激活时，该预测的确定性区可与实际执行的消融同步显示。结果是实时可视化生长消融区的置信区间。

这样，可实现消融区的实时可视化。通过提供该可视化，可支持关于消融完整性(或健康组织的保留)的实时决策。

图1示出了根据本公开提供的示例性消融系统100。一般来讲，消融系统100被配置成除了通过别的方面以外，通过使用生成一个或多个电磁场的天线组件识别正在朝向患者体内的靶标位置导航的消融探针的位置和/或取向，该电磁场由附连到医疗装置的传感器感测。在一些情况下，消融系统100被进一步配置成在医疗装置通过患者身体朝向目标靶标导航期间，使用计算机断层扫描(CT)图像、磁共振成像(MRI)图像和/或荧光镜图像。

消融系统100包括消融探针115、计算装置120、患者平台140(其可称为EM板)、跟踪装置160和参考传感器170。消融探针115经由有线连接(如图1所示)或无线连接可操作地联接到计算装置120(通过跟踪装置160)。

在规程的导航阶段期间，将消融探针115插入患者150的口腔中，并且附连到消融探针115的电磁(EM)传感器被配置成接收基于由天线组件145辐射的电磁场的信号，并且基于所接收的信号，用于在导航通过肺的管腔网络期间确定消融探针115的位置和/或取向。

计算装置120(诸如，笔记本电脑、台式电脑、平板电脑或其他合适的计算装置)包括显示器122、一个或多个处理器124、一个或多个存储器126、网络接口控制器128和一个或多个输入装置129。图1中示出的计算装置120的具体配置作为示例提供，但还可以想到包括在计算装置120中的图1中所示的部件的其他配置。具体地，在一些实施方案中，图1中所示的包括在计算装置120中的部件(122、124、126、128和/或129)中的一个或多个部件可改为与计算装置120分开，并且可通过一个或多个相应的有线或无线路径联接到计算装置120和/或消融系统100的任何其他部件以有利于在整个消融系统100中传输功率和/或数据信号。

在一些方面，消融系统100也可包括多个计算装置120，其中采用多个计算装置120来进行规划、处理、可视化，或者以适合于医疗操作的方式帮助临床医师。显示器122可以是触敏的和/或声控的，使得显示器122能够充当输入装置和输出装置两者。显示器122可显示肺部的二维(2D)图像或三维(3D)图像(诸如3D模型)以使得执业医生能够定位和识别肺部的显示肺部疾病症状的部分。投影消融区的显示可以是二维视图，但用户可在3D靶标区域上扫描成像平面，以可视化3D中的图像伪影和/或符号。该系统可通过在用户扫描探针通过靶标区域以用于显示时构建3D体积模型来支持该使用。模型可包括靶标图像和/或信息、具有置信区间的消融区、实时消融区生长和/或任何先前分段的对象(例如，血管和器官)。下面更详细地讨论显示器122上显示的内容。

一个或多个存储器126存储一个或多个程序和/或计算机可执行指令，其在由一个或多个处理器124执行时致使一个或多个处理器124执行各种功能和/或规程。例如，处理器124可基于由天线组件145辐射并且由消融探针115上的EM传感器接收的电磁信号计算消融探针115的位置和/或取向。处理器124还可执行图像处理功能以致使肺部的3D模型显示在显示器122上。处理器124还可生成要通过天线组件145辐射的一个或多个电磁信号。在一些实施方案中，计算装置120还可包括仅执行图像处理功能的单独图形加速器，使得一个或多个处理器124可用于其他程序。一个或多个存储器126还存储数据，诸如用于电磁导航(EMN)的映射数据、图像数据、患者的病历数据、处方数据和/或关于患者疾病史的数据，和/或其他类型的数据。

图2A至图2E是显示实时消融生长投影的示意图，并且描绘了叠加在规程成像上的可视化伪影。例如，计算机断层摄影(CT)或磁共振(MR)图像可与超声(US)图像配准，例如CT/超声融合。

图2A示出了在肿瘤210的近侧位置的血管220，如患者中的情况。在另选的实施方案中，血管220可为器官或其他组织，并且肿瘤210可为待消融的任何目标区域。肿瘤边界和血管可由软件从CT或MR图像分割。对于该步骤，可用超声造影(CEUS)来突出肿瘤边界。另选地或除此之外，血管和肿瘤可由用户使用触摸屏上的指状物、或鼠标或其他合适的用户输入直接在显示器上指示。用户可为肿瘤指示三个平面。当通过解剖结构扫描超声时，可通过跟随血管位置来指示血管。可基于血管尺寸和/或通过超声多普勒方法测量来假定通过血管的流速。流速可被标记在进行测量的血管横截面上，并且直接显示在融合图像中的血管上或单独显示。用户可从用户界面(UI)菜单输入其他信息，诸如肝硬化组织、转移性肿瘤、原发性肿瘤、缺血性肿瘤和/或高度血管化的肿瘤。

图2B示出了已插入患者体内并定位成远侧端部位于肿瘤210中并且血管220位于附近的天线230。使用电磁(EM)跟踪系统(也称为电磁导航(EMN))将天线230导航到肿瘤210中。天线230可被显示为融合成像上的重像或阴影图像。EM跟踪传感器可定位在天线230和/或US换能器上。在患者身上还可存在支持CT/US融合和/或跟踪呼吸以用于图像变形算法的传感器。

图2C示出了预测消融区240，该预测消融区为大致球形的并且以天线230的远侧端部为中心。因此，预测消融区240可包封肿瘤210。预测消融区240的尺寸和形状可通过针对所提出的消融、肿瘤(或其他靶标)类型、嵌入式组织类型和/或与血管(例如血管220)的接近度的功率和时间设置来确定。用户可选择可相对于天线230显示的预测消融区240的设置，并且可调整该设置以获得不同的预测消融区240。预测消融区240可具有表示由于消融预测中的不确定性而产生的不确定性区的厚度，并且可另外具有置信区间245，该置信区间可与预测消融区240一起或在别处显示。置信区间245基于预测、不确定性和局部因素，例如肿瘤210的肿瘤类型和血管220的接近度。用户可选择优选的方法来可视化置信区间(参见图3至图5)，并且还可选择期望的置信区间(例如，80％、90％、95％等)。

图2D示出了第二预测消融区250，该第二预测消融区基于血管220的接近度、肿瘤210的边界和/或用户输入的其他信息相对于预测消融区240偏转。血管220的尺寸和/或血管220中的预测流速可由用户输入并且影响预测消融区250相对于预测消融区240的偏转。如图2D所示，由于偏转，第二预测消融区250不完全包封肿瘤210的边界，因此切缘可被认为是最小的或负的。

图2E示出了第三预测消融区260，该第三预测消融区可基于相对于预测消融区250的调整设置(例如功率和时间)来确定。用户可基于图2D所示的最小切缘或负切缘来调整设置。由于第三预测消融区260具有正切缘，因此可使用这些设置来执行消融。

图2F示出了消融后的显示。在消融之后，CEUS可用于指示消融边界270。可用可视化伪影(例如，黑色边界)来强调消融边界270的可视化并且可通过叠加来与第三预测消融区260进行比较。

图3为用于显示实时消融生长投影的示例性显示方法的示意图。图3示出使用围绕天线230的远侧端部布置的嵌套球状体的置信区间可视化300。内球状体310表示置信区间的下边界，并且外球状体320表示置信区间的上边界。

图4为用于使用从最小值重复增长到最大值的球状体来显示实时消融生长投影的另一种示例性显示方法的示意图。图4示出了使用球状体的置信区间可视化400，该球状体从置信区间的下边界410生长到置信区间的上边界420，然后重复。循环时间可由用户选择(例如，1秒、2秒、5秒、10秒等)。该循环可在双端箭头430的任一方向上移动，例如从下边界410移动到上边界420，然后重复，从下边界410移动到上边界420，然后返回到下边界410，或者从上边界420移动到下边界410，然后重复。

图5为用于显示实时消融生长投影的另一种示例性显示方法的示意图。图5示出了使用梯度发光在最小值和最大值之间的球状体的置信区间可视化500。置信区间可视化500从最高置信度510向外延伸距离540到达最低置信度。最高置信度510和最低置信度之间的梯度520提供可变发光，其在最高置信度510附近显示较亮，并且在最低置信度处显示较暗。用于显示该梯度的另选方法是可能的。

本技术使得系统能够在显示具有置信切缘的投影消融区之后，自动确定投影消融区是次优的，从而保证参数的调整。例如，如果肿瘤的边界和投影消融区的边界是已知的并且融合在一起到一个可视化空间中，则系统可以自动确定设置，包括例如功率和时间。另外，该系统可建议临床医生重新定位天线以获得更好的消融投影，并且因此获得更好的消融规程结果。根据本技术的系统可基于肿瘤的边界与预测消融区的比较来显示预测的切缘。如果数量为负(即，肿瘤边界超过预测消融区边界)，则可建议用户增加剂量。另选地，如果数量为正，则可最优化剂量以仅获得所需量的正切缘(例如，1mm、5mm或10mm)。

在本技术中，置信切缘具有相关联的置信度。置信度可以是百分比，并且可以是可调节的。例如，保守的临床医生可能希望靶标落在95％置信度内，而另一临床医生可能对靶标边缘处的80％置信度感到满意。

图6为示出用于显示实时消融生长投影的方法600的流程图。在方法600中，任选的方法步骤以虚线示出。过程从开始椭圆流向操作610，该操作指示基于消融探针的位置将消融模型应用于患者的图像数据。流程从操作610进行到操作620，该操作指示基于消融参数和消融探针的位置在图像数据上显示投影消融区，该投影消融区包括显示置信度的切缘。流程从操作620进行到可选查询630，其询问投影消融区是否相对于靶标是最佳的。如果对可选查询630的回答是否定的，则方法600中的流程进行到可选操作640，该操作指示调整消融参数。流程从可选操作640进行到上文所述的操作620。如果对任选查询630的回答是肯定的，则方法600中的流程进行到操作650，该操作指示用该消融探针来消融靶标。在方法600的不包括可选查询630和可选操作640的实施方案中，流程从操作620进行到操作650。流程从操作650进行到结束椭圆。

参见图7，本公开可使用计算装置700，或者由计算装置执行，诸如，例如，笔记本电脑、台式电脑、平板电脑或其他类似装置，其具有显示器706、存储器702、一个或多个处理器704和/或通常存在于计算装置中的类型的其他部件。显示器706可以是触敏的和/或声控的，使显示器706能够充当输入和输出装置。另选地，可以采用键盘(未示出)、鼠标(未示出)或其他数据输入装置。

存储器702包括可由处理器704执行的用于存储数据和/或软件的任何非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质控制计算装置700的运行。在一个实施方案中，存储器702可包括一个或多个固态存储装置，诸如闪存芯片。可替代地，或除了所述一个或多个固态存储装置之外，存储器702可包括一个或多个大容量存储装置，该一个或多个大容量存储装置通过大容量存储控制器(未示出)和通信总线(未示出)连接至处理器704。虽然本文中关于计算机可读介质的描述是指固态存储器，但本领域的技术人员应当理解，计算机可读存储介质可以是处理器704可访问的任何可用介质。也就是说，计算机可读存储介质包括以任何方法或技术实现的用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的非暂态、易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。例如，计算机可读存储介质可包括：RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他固态存储器技术、CD-ROM、DVD、蓝光或其他光学存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置、或可以用于存储期望信息并且可以通过计算装置700访问的任何其他介质。

存储器702可存储CT数据714，其可以是原始数据或经处理的数据。另外，存储器702可存储应用程序716，其可由处理器704执行以运行本文所述的任何程序。应用程序716可包括用于操作用户界面718的指令，该用户界面可利用输入装置710。

计算装置700还可包括网络接口708，该网络接口经由有线或无线连接来连接到分布式网络或互联网以用于向其他源发送数据和从其他源接收数据。例如，计算装置700可从服务器(例如，医院服务器、互联网服务器或其他类似服务器)接收患者的计算机断层摄影(CT)图像数据，以在外科消融规划期间使用。患者CT图像数据还可经由可移除存储器702提供给计算装置700。

虽然出于例示和描述的目的，已参考附图详细地描述了各种实施方案，但应当理解，本发明的方法和设备不应视为受限的。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以对前述实施方案作出各种修改。