專利名稱：用于概率消融規(guī)劃的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及醫(yī)學(xué)系統(tǒng)與程序，并且更具體地涉及用于更準(zhǔn)確地規(guī)劃對象內(nèi)的消融區(qū)域的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
作為對更有創(chuàng)的手術(shù)程序的替代，諸如射頻消融(RFA)或低溫消融的消融程序正被越來越多地執(zhí)行。RFA過程中，在超聲、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)引導(dǎo)下，將具有未絕緣尖端的電極插入到要被消融的腫瘤或病變中。在放置所述電極時(shí)，施加射頻電流到所述尖端，該電流造成60攝氏度以上的組織發(fā)熱和細(xì)胞死亡。為了摧毀較之在單一消融中被加熱并被摧毀的針尖周圍的體積更大的腫瘤，需要重復(fù)地重新定位所述針尖，以消融腫瘤的不同部分。所述不同部分需要彼此部分交疊。需要重復(fù)該過程直到整個(gè)腫瘤被一組消融“覆蓋”，所述一組消融也被稱作“復(fù)合消融”。當(dāng)前，執(zhí)行這些復(fù)合消融時(shí)沒有定量的或經(jīng)計(jì)算的規(guī)劃，并且依賴于醫(yī)師的直覺和經(jīng)驗(yàn)。復(fù)合消融規(guī)劃的過程困難，并且已有指出，以(較小的)單次消融對規(guī)劃處置體積(PTV)的完全覆蓋一般需要數(shù)量大得驚人的消融。由此，無法保證“在大腦中規(guī)劃的”復(fù)合消融實(shí)際上完全覆蓋所述PTV，或者其以最優(yōu)方式，即用最少數(shù)量的消融(每次消融進(jìn)行12至20分鐘)覆蓋所述PTV。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本公開的原理，用于消融規(guī)劃的系統(tǒng)和方法包括定義個(gè)體消融的概率圖，所述概率圖反映圍繞消融探針的頂端的體積中成功的組織消融的可能性的空間范圍和變化。從多個(gè)重疊的個(gè)體概率圖計(jì)算聯(lián)合消融概率圖。所述聯(lián)合圖被用于優(yōu)化所規(guī)劃的個(gè)體消融的數(shù)量和布局，以便以最優(yōu)方式消融目標(biāo)體積。最優(yōu)計(jì)劃被用于引導(dǎo)所述目標(biāo)體積的實(shí)際消融程序。關(guān)于成功消融的實(shí)際位置和實(shí)際概率圖的程序內(nèi)反饋被用于可視化所述實(shí)際程序的進(jìn)展，以及用于根據(jù)需要更新所述計(jì)劃?！N用于消融規(guī)劃的系統(tǒng)和方法，包括基于處置概率定義一個(gè)或多個(gè)消融體積的形狀和尺寸，以及確定要被處置的目標(biāo)體積。通過使用所述一個(gè)或多個(gè)消融體積確定所述目標(biāo)體積內(nèi)所規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置，提供程序計(jì)劃。針對所述目標(biāo)體積中的至少兩個(gè)所規(guī)劃的消融，確定聯(lián)合概率分布?？梢暬罱K構(gòu)造，以基于所述目標(biāo)體積的處置概率確定是否符合計(jì)劃目標(biāo)。一種用于消融規(guī)劃與執(zhí)行的方法，包括形成用于處置目標(biāo)體積的處置計(jì)劃，所述處置計(jì)劃包括:基于處置概率定義一個(gè)或多個(gè)消融體積的形狀和尺寸；使用所述一個(gè)或多個(gè)消融體積確定所述目標(biāo)體積內(nèi)所規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置；以及確定所述目標(biāo)體積中至少兩個(gè)所規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布。引導(dǎo)消融探針至所規(guī)劃的消融位置，并且根據(jù)所述計(jì)劃消融所述目標(biāo)體積。使用疊加在所述目標(biāo)體積的圖像上的視覺效果，針對所執(zhí)行的消融，在顯示器上顯示概率圖。根據(jù)所顯示的概率更新所述處置計(jì)劃。一種系統(tǒng)和工作站，包括處理器以及被耦合到所述處理器的存儲器。所述存儲器存儲概率估計(jì)模塊和規(guī)劃工具。所述概率估計(jì)模塊被配置為根據(jù)處置概率分布定義消融體積的形狀和尺寸；確定目標(biāo)體積中至少兩個(gè)所規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布；以及使用所述目標(biāo)體積和聯(lián)合概率圖的空間表示計(jì)算度量。所述規(guī)劃工具允許通過使用所述一個(gè)或多個(gè)消融體積確定所述目標(biāo)體積內(nèi)所規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置，根據(jù)計(jì)劃將所述消融體積分配到目標(biāo)體積的離散體積，以及優(yōu)化所述度量以產(chǎn)生具有相關(guān)聯(lián)處置概率分布的消融體積的最終構(gòu)造。所述處置概率分布表示所述消融體積內(nèi)處置的可能性。


根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本公開的這些以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，所述示例性實(shí)施例要結(jié)合附圖來閱讀。本公開將參考以下附圖詳細(xì)呈現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，其中:圖1是示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，用于消融規(guī)劃和消融程序的實(shí)現(xiàn)方式的系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖；圖2是示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，具有不同處置概率的區(qū)域的消融體積的示意
圖3是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例，具有包括累積處置效應(yīng)的不同處置概率的區(qū)域的兩個(gè)消融體積的示意圖；圖4是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例，具有疊加在對象中目標(biāo)體積的圖像上的不同處置概率的區(qū)域的兩個(gè)消融體積的示意圖；圖5是示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，用于使用概率分布規(guī)劃消融的系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖；以及圖6是圖示根據(jù)另一示例性實(shí)施例，用于使用概率分布規(guī)劃和執(zhí)行消融的系統(tǒng)/方法的另一框圖/流程圖。
具體實(shí)施例方式本公開描述經(jīng)由射頻能量(RFA)、冷卻(低溫消融)或其他方法的應(yīng)用的介入性腫瘤消融。引入自動(dòng)規(guī)劃，該自動(dòng)規(guī)劃提供以最小數(shù)量的個(gè)體消融覆蓋規(guī)劃處置體積(PTV)，所述個(gè)體消融具有獨(dú)立于彼此的，離散且明確定義的概率分布形狀和尺寸。本實(shí)施例認(rèn)識至IJ，人體組織中的消融可能不具有明確定義的、可復(fù)制的、離散的形狀和尺寸。相反，消融形狀和尺寸根據(jù)多個(gè)參數(shù)而變化，所述參數(shù)可能不是或不能在程序過程中被精確測量(例如組織的灌注和微結(jié)構(gòu))。結(jié)果，個(gè)體消融似乎“隨機(jī)地”變化，并且可以用概率方法更好地描述。根據(jù)本原理，概率方法提供一種在個(gè)體消融之間引入?yún)f(xié)同效應(yīng)的方式，并且使得醫(yī)師或終端用戶能夠選擇“置信水平”以根除整個(gè)PTV。提供一種先進(jìn)的消融規(guī)劃系統(tǒng)，其利用消融形狀和尺寸的概率描述，并且基于所述PTV的覆蓋范圍的概率優(yōu)化處置計(jì)劃。應(yīng)理解，本發(fā)明將在醫(yī)學(xué)儀器方面進(jìn)行描述，然而本發(fā)明的教導(dǎo)更為寬泛，并且可應(yīng)用于在處置或分析復(fù)雜的生物學(xué)或機(jī)械系統(tǒng)中所采用的任何儀器。尤其地，本原理可應(yīng)用于生物學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部處置程序，人體所有區(qū)域中(例如肺、胃腸道、排泄器官、血管，等)的程序。可以將附圖中所描繪的元件實(shí)現(xiàn)為硬件與軟件的各種組合，并且這些元件提供可以被組合在單一元件或多個(gè)元件中的功能?？梢酝ㄟ^專用硬件以及能夠結(jié)合適當(dāng)軟件來運(yùn)行軟件的硬件的使用，提供附圖中所示的各個(gè)元件的功能。當(dāng)由處理器提供時(shí)，所述功能可以通過單一專用處理器、通過單一共享處理器，或者通過多個(gè)個(gè)體處理器來提供，所述多個(gè)個(gè)體處理器中的一些可以被共享。此外，術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解讀為排他性地指能夠運(yùn)行軟件的硬件，而是可以隱含地、不加限制地包括數(shù)字信號處理器(“DSP”)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲器(“RAM”)、非易失性存儲器，等。此外，本文中記載本發(fā)明的原理、各方面和實(shí)施例，以及其具體范例的所有陳述，均意圖囊括它們在結(jié)構(gòu)上和功能上的等同物。額外地，意圖這樣的等同物包括當(dāng)前已知的等同物以及未來發(fā)展的等同物(即，執(zhí)行相同的功能而無關(guān)乎結(jié)構(gòu)的任何元件)。由此，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本文中呈現(xiàn)的框圖表示體現(xiàn)本發(fā)明原理的說明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念圖。類似地，要認(rèn)識到，任何流程表、流程圖等等表示實(shí)質(zhì)上可以被表示在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，并由此被計(jì)算機(jī)或處理器運(yùn)行的各種過程，而無論這樣的計(jì)算機(jī)或處理器是否被明確示出。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以采取可從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)訪問的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述介質(zhì)提供用于由計(jì)算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用，或結(jié)合計(jì)算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用的程序代碼。為了該說明書的目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)可以是任何裝置，其可以包括、存儲、通信、傳播，或運(yùn)輸用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或結(jié) 合指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的程序。所述介質(zhì)可以是電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或者傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲器、磁帶、可移除電腦磁盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前范例包括只讀光盤存儲器(⑶-ROM)、讀寫光盤(⑶-R/W)和DVD?，F(xiàn)在參考附圖，附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或相似的元素，并且首先參考圖1，圖示性示出系統(tǒng)100，其使用概率方法定義和/或估計(jì)消融形狀和尺寸。所述系統(tǒng)100包括射頻消融(RFA)探針102 (例如單尖頭探針或多尖頭探針)。然而，可以采用多個(gè)探針或其他儀器來執(zhí)行消融，例如低溫消融、微波消融，等。RF發(fā)生器106在程序過程中向所述消融探針102提供電力。工作站108使用例如顯示器110，向用戶提供規(guī)劃/導(dǎo)航/消融反饋信息。所述工作站108可以包括計(jì)算機(jī)處理器112、顯示器110、用戶接口 114 (例如，鼠標(biāo)、鍵盤等)以及用于存儲數(shù)據(jù)和軟件的存儲器120。存儲器120包括軟件，所述軟件可以包括概率估計(jì)模塊122，其被配置為估計(jì)與對象的給定區(qū)域的處置相關(guān)聯(lián)的幾何形狀和概率?？梢韵闰?yàn)地，或者使用針對每個(gè)RFA探針布局的針尖周圍的成功消融的概率(的空間分布)的用戶定制模型確定概率。計(jì)算圍繞消融位點(diǎn)的消融體積最可能的形狀/尺寸，并且所述最可能的形狀/尺寸可以包括給定位置已被處置的概率。所述概率估計(jì)模塊122被配置為根據(jù)處置概率分布，提供或定義消融體積的形狀和尺寸。所述模塊122可以確定目標(biāo)體積中至少兩個(gè)所規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布，并且使用所述目標(biāo)體積和聯(lián)合概率圖的空間表示計(jì)算度量?？梢圆捎每臻g追蹤系統(tǒng)/設(shè)備124，以相對于由成像設(shè)備126提供的醫(yī)學(xué)圖像確定探針位置，所述成像設(shè)備126例如為X射線機(jī)、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像設(shè)備、磁共振成像(MRI)設(shè)備、超聲(US)成像設(shè)備，等。所述空間追蹤系統(tǒng)/設(shè)備124可以包括，例如6個(gè)自由度的電磁(EM)追蹤傳感器，其可以作為所述追蹤設(shè)備124被放置在所述RFA探針上。實(shí)施例中，所述模塊122收集諸如位置、處置時(shí)間、灌注等的數(shù)據(jù)，以能夠估計(jì)該區(qū)域以及周圍區(qū)域的所述處置概率。處置區(qū)域134可以被顯示并且可以被疊加在示出所述探針102、所述處置區(qū)域134和/或規(guī)劃處置體積(PTV) 136的圖像掃描上?？梢允褂貌渴鹪谒鎏结?02上的所述追蹤設(shè)備124，顯示所述探針102、區(qū)域134和所述PTV136在空間上正確的位置。規(guī)劃消融區(qū)域134中及周圍的概率可以由模塊122沿平行赤道平面上的徑向計(jì)算，以將規(guī)劃(或?qū)崿F(xiàn)的)消融形狀表示為概率區(qū)域的形式(參見圖2)。所述消融概率區(qū)域形狀也可以被疊加在掃描或圖像和所述PTV136上，以顯示所述PTV內(nèi)部或周圍要被消融的體積以及附近體素。消融可以將不同概率區(qū)域中的體素顯示為特定顏色、質(zhì)地或其他視覺上有區(qū)別的特征。一個(gè)范例中，所述PTV內(nèi)部的部分可以具有與所述PTV外部部分不同的質(zhì)地或其他效果，例如，它們可以具有不同的顏色?？梢员硎?，并且可以顯示剩余的PTV，以在所述規(guī)劃階段期間幫助針對額外的消融進(jìn)行規(guī)劃。規(guī)劃工具130在規(guī)劃消融的位置以及將所述消融顯示為概率區(qū)域的方面提供幫助。規(guī)劃工具130幫助實(shí)現(xiàn)用于達(dá)到計(jì)劃目標(biāo)的程序計(jì)劃。例如，計(jì)劃目標(biāo)可以包括高于某個(gè)閾值的整個(gè)PTV的處置概率，低于某個(gè)閾值的健康組織的處置概率，以高于閾值的概率處置的健康組織的最小體積等。所述規(guī)劃工具130通過使用一個(gè)或多個(gè)消融體積確定所述目標(biāo)體積內(nèi)所規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置， 允許根據(jù)所述計(jì)劃將所述消融體積分配到目標(biāo)體積的離散體積。所述規(guī)劃工具優(yōu)化由模塊122確定的度量，以產(chǎn)生具有相關(guān)聯(lián)的處置概率分布的消融體積的最終構(gòu)造。所述處置概率分布表示，例如，所述消融體積內(nèi)處置的可能性。應(yīng)理解，所述規(guī)劃模塊和所述概率估計(jì)模塊122可以被組合，或者功能中的一些或全部可以由這兩個(gè)模塊中的一個(gè)或兩者提供。所述模塊122能夠計(jì)算所達(dá)到的復(fù)合消融形狀或處置區(qū)域，所述計(jì)算是基于在個(gè)體消融中對所述復(fù)合消融形狀有貢獻(xiàn)的每個(gè)離散體積(例如，體素)的處置概率。所述概率可以包括諸如消融持續(xù)時(shí)間、探針位置、灌注等的因素。一些實(shí)施例中，另外的引導(dǎo)可以來自從先前程序和技術(shù)收集到的信息。例如，放療處置規(guī)劃使用定量方法，用于使用概率方法對輻射處置在腫瘤和正常組織上的影響進(jìn)行建模?？梢圆捎诜暖熖幹靡?guī)劃評價(jià)的腫瘤控制概率(TCP)和正常組織并發(fā)癥概率(NTCP)。TCP表示成功控制局部腫瘤的概率，而NTCP表示在放療處置計(jì)劃中，針對所規(guī)劃的劑量分布對健康組織的一些所定義的不合期望的影響的概率。其他概念可以包括熱療，其采用被遞送到組織的熱劑量。使用在組織中所達(dá)到的溫度以及時(shí)間-溫度關(guān)系的知識，可以計(jì)算在參考溫度的平衡時(shí)間暴露。熱劑量可以被用于量化組織上的生物作用以達(dá)到成功的治療響應(yīng)的概率。使用對象的內(nèi)部區(qū)域的映射體積或者其他圖像，可以通過規(guī)劃模塊130實(shí)現(xiàn)的在病變或腫瘤的規(guī)劃的目標(biāo)體積(PTV)上疊加聯(lián)合概率分布，從而在顯示器110上可視化復(fù)合消融區(qū)域。所述模塊122計(jì)算圖像中位置或體素的概率，以示出完全或部分處置的區(qū)域。所述概率區(qū)域可以被疊加在PTV上，以便臨床人員或醫(yī)師能夠可視化所處置區(qū)域的更準(zhǔn)確版本。 一個(gè)實(shí)施例中，模塊122可以還提供以下功能:通過減去原始PTV內(nèi)部被完全處置的經(jīng)消融的體素(閾值以內(nèi)，例如95%概率)，計(jì)算并可視化殘余的PTV。消融程序期間的殘余PTV的所述計(jì)算可以被用于反饋，以示出仍需要被處置的區(qū)域。所述消融規(guī)劃工具130可以被存儲在存儲器120中，并且可以計(jì)算消融的最優(yōu)數(shù)量和布局，以在程序期間隨著消融的執(zhí)行，而覆蓋整個(gè)PTV或殘余PTV。在確定針對每次消融的概率分布時(shí)，可以考慮制造商指定的用于規(guī)劃RFA程序的消融的理想尺寸和形狀?？梢栽谖垂嘧⑶彝昝谰鶆蚪M織的假設(shè)下獲得所述形狀和尺寸?？梢曰陉P(guān)于有灌注的非均勻組織的信息，調(diào)節(jié)這些形狀和尺寸。附近血管中的血流通過局部冷卻所述消融區(qū)域，而改變所述消融的形狀。如果所測量的最高溫度低于50°C，則所感測區(qū)域周圍組織不太可能已被消融。系統(tǒng)100在幾何學(xué)方面記錄探針102被插入處的組織區(qū)域的3D位置。這允許確定溫度圖，并且將溫度圖包括在對消融形狀的概率的計(jì)算中。溫度圖可以被用于更新概率圖。溫度圖是一種，例如根據(jù)有限元建模模擬、根據(jù)在體模/動(dòng)物研究上的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，等，生成針對單次消融的先驗(yàn)概率圖的方式。消融規(guī)劃方法可以將消融建模為具有特定尺寸和性質(zhì)(例如，具有固定半徑a、b、c的橢球體)。以此模型，消融形狀“內(nèi)部”的所有組織均被視為完全被消融，即被根除，并且所述形狀外部的所有組織均被視為不受所述消融的影響并因此活著。規(guī)劃目標(biāo)是以最少數(shù)量的相同個(gè)體消融的副本，來完全覆蓋PTV，并且向醫(yī)師提供所述個(gè)體消融的位置。將消融(以及所述PTV)數(shù)學(xué)描述為具有明確定義的、固定的尺寸(內(nèi)部的一切均被消融，但外部的都未消融)有幾個(gè)缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)可以包括:1)當(dāng)試圖通過布局越來越多數(shù)量的消融來覆蓋所述PTV時(shí)，很多時(shí)候存在非常小的所述PTV的部分(例如，單個(gè)體素)仍未被覆蓋，并且因此需要額外的消融的布局。臨床上，對所述處置增加這些額外的消融可能沒有意義，這是因?yàn)閭€(gè)體消融尺寸中固有的不確定性，以及因?yàn)閳?zhí)行所述額外的消融所需要的大量時(shí)間。如果認(rèn)為毗鄰的體素被消融“絕對覆蓋”，則“未被覆蓋的”體素也“非?？赡堋币驯幌?，并且不授權(quán)用于額外的消融的時(shí)間。2)具有“固定的”消融尺寸，個(gè)體消融固有地獨(dú)立于彼此，并且難以對極為接近地布局幾個(gè)消融的“協(xié)同效應(yīng)”進(jìn)行建模。如果體素在所有所布局的消融“外部”，其被認(rèn)為是“未被覆蓋的”，而無論附近有多少消融，以及所述消融有多近(“全有或全無”模型)。現(xiàn)實(shí)中，被一個(gè)消融加熱但卻未被完全摧毀/凝結(jié)的組織更容易被另一毗鄰的消融摧毀，即使其不直接處于任一消融的“殺死區(qū)”內(nèi)部。3)基于醫(yī)師在其他患者中的經(jīng)驗(yàn)，以及基于特定患者的解剖結(jié)構(gòu)、相貌等等，醫(yī)師對可能需要多少消融來覆蓋給定患者中的PTV具有直覺概念。以固定尺寸的消融，難以產(chǎn)生同時(shí)滿足醫(yī)師的直覺的自動(dòng)計(jì)劃，或者難以產(chǎn)生對于創(chuàng)建交互式/半自動(dòng)計(jì)劃必須的反饋。例如，如果覆蓋所述PTV中所有體素的方案似乎使用太多消融，則難以確定哪些消融應(yīng)從所述計(jì)劃中消除一以及應(yīng)如何移動(dòng)剩余的消融一一以優(yōu)化剩余的覆蓋。很容易計(jì)算出未被覆蓋的體素的數(shù)量，但卻不足以描述所述計(jì)劃的質(zhì)量。根據(jù)本原理，采用概率消融模型。基于 可能的消融形狀和尺寸的先驗(yàn)知識，能夠針對每個(gè)體素計(jì)算或估計(jì)覆蓋概率。提前定義這些消融體積，并且可以針對特定計(jì)劃選擇這些消融體積?？梢葬槍λ鯬TV生成概率直方圖，并且所述醫(yī)師可以選擇針對覆蓋的置信水平閾值。
在規(guī)劃階段中，模塊122可以被配置為生成視覺反饋給所述醫(yī)師。在視覺上高亮不可能或較不可能被消融覆蓋的區(qū)域(例如，通過根據(jù)概率進(jìn)行顏色編碼)，允許所述醫(yī)師快速認(rèn)識到可以在哪里采用額外的消融，以確保完全的腫瘤根除(取決于程序時(shí)間限制，以及程序目標(biāo):例如治療性或姑息性)。概率方法實(shí)現(xiàn)了基于醫(yī)師-用戶偏好和經(jīng)驗(yàn)的規(guī)劃的定制。盡管醫(yī)師仍可以采用他們自己有關(guān)最小/最大期望消融尺寸的經(jīng)驗(yàn)，但所述醫(yī)師還可以利用計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃的優(yōu)勢。所述用戶接口 114允許這些參數(shù)的用戶輸入，以及因此允許符合所述醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)生成的計(jì)劃。
規(guī)劃工具130可以基于任何任意形狀的消融或構(gòu)建塊，創(chuàng)建PTV覆蓋計(jì)劃(概率圖 140)。模塊130可以以多種方式描述個(gè)體消融，并且不僅僅為“二元”(一/零=消融的內(nèi)部/外部)形狀，而是具有空間變化的覆蓋概率值的形狀。模塊130包括優(yōu)化器132，優(yōu)化器使用來自模塊122的所述概率值，以針對所述PTV136創(chuàng)建具有最高覆蓋概率(具有最少數(shù)量的消融)的覆蓋計(jì)劃。模塊122可以針對被多于一個(gè)消融覆蓋的區(qū)域計(jì)算覆蓋的聯(lián)合概率圖142。此外，消融之間的區(qū)域可以具有這樣的經(jīng)計(jì)算的概率:被消融的組織之間的間隙或空間也將被分配一概率。這些聯(lián)合概率區(qū)域可以通過規(guī)劃工具130被映射到圖像或視頻上。
顯示器110示出針對任意給定布置的消融，遍及所述PTV的(空間上變化的)覆蓋概率。用戶接口 114允許參數(shù)的交互性輸入，所述參數(shù)描述針對個(gè)體消融的空間變化的覆蓋概率。例如，可以使用醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)/偏好或其他可用的信息，在程序前提供交互性輸入。此夕卜，程序內(nèi)輸入可以包括使用，例如通過在消融程序過程中的成像、測量等獲得的反饋。
所述PTV的覆蓋范圍規(guī)劃是基于與二元覆蓋規(guī)劃相對的空間變化的消融概率，盡管可以采用兩者的組合。所述醫(yī)師-用戶可以定制針對個(gè)體消融的概率描述，并將得到的覆蓋計(jì)劃的總體概率覆蓋可視化。個(gè)體消融被描述為具有空間上變化的標(biāo)量概率值的三維 (3D)對象。
消融概率圖140可以在規(guī)劃階段使用，但也可以在消融程序的執(zhí)行和反饋階段使用。不同的使用情境在后文有描述。在規(guī)劃階段中，所述規(guī)劃工具130將個(gè)體消融區(qū)與預(yù)先確定的或用戶指定的固定的個(gè)體概率圖140關(guān)聯(lián)起來?？梢酝ㄟ^模塊122針對(一個(gè)或幾個(gè)重疊的)個(gè)體規(guī)劃消融的任意可能的構(gòu)造計(jì)算消融的聯(lián)合概率142。使用規(guī)劃工具130， 通過以下創(chuàng)建消融計(jì)劃:計(jì)算從所述聯(lián)合概率圖142相對于所述PTV136的姿態(tài)(pose)推導(dǎo)的度量，以及通過(手動(dòng)地或自動(dòng)地)修改所述消融構(gòu)造直到使用優(yōu)化器132使所述度量得到優(yōu)化。一個(gè)實(shí)施例中，接近所述PTV136的區(qū)域，例如對應(yīng)于醫(yī)學(xué)圖像中某些解剖學(xué)特征的區(qū)域，可以被識別，以修改所述聯(lián)合概率圖142從而反映經(jīng)由主要血管等的局部組織冷卻。
一個(gè)實(shí)施例中，所述消融計(jì)劃的執(zhí)行可以無需反饋地實(shí)施。所述計(jì)劃可以被用于通過相對于醫(yī)學(xué)圖像可視化個(gè)體消融的最終構(gòu)造和/或所述聯(lián)合概率圖142，來引導(dǎo)程序。 可以采用常規(guī)的圖像引導(dǎo)方法，以根據(jù)所述計(jì)劃執(zhí)行所述程序，或者可以將所述計(jì)劃幾何結(jié)構(gòu)發(fā)送到引導(dǎo)系統(tǒng)(例如電磁的或其他的)，以提供針對每個(gè)個(gè)體消融的針引導(dǎo)。該實(shí)施例中，不需要獲得有關(guān)消融的實(shí)際位置、取向、尺寸或概率的信息。
在另一實(shí)施例中，所述消融計(jì)劃的執(zhí)行根據(jù)位置/取向反饋來進(jìn)行。程序執(zhí)行期間，可以在每個(gè)個(gè)體消融期間，使用程序內(nèi)醫(yī)學(xué)成像、所述消融針的程序內(nèi)空間追蹤等，確定消融探針或針102相對于所述醫(yī)學(xué)圖像的實(shí)際位置和取向。針對每個(gè)這樣的個(gè)體執(zhí)行的消融位置，假設(shè)的個(gè)體概率圖140 (例如，與針對程序前規(guī)劃所用的相同)，可以被映射到所述醫(yī)學(xué)圖像，并且被可視化，由此逐個(gè)消融地建立所執(zhí)行的聯(lián)合概率圖142，其可以幫助所述醫(yī)師評估所述PTV136是否被適當(dāng)?shù)叵凇ｎ愃朴谒鲆?guī)劃階段，在一個(gè)實(shí)施例中，所述 PTV136附近對應(yīng)于所述醫(yī)學(xué)圖像中的某些解剖學(xué)特征的區(qū)域可以被識別，以修改所執(zhí)行的聯(lián)合概率圖142從而反映經(jīng)由主要血管等的局部組織冷卻。
在又一實(shí)施例中，所述消融計(jì)劃的執(zhí)行根據(jù)位置/取向以及尺寸或概率反饋來進(jìn)行。除了上文描述的反饋以外，醫(yī)學(xué)成像或其他手段可以被用于確定或評估實(shí)際的、個(gè)體的、所執(zhí)行的消融的實(shí)際尺寸或概率圖(140)(例如，在所述規(guī)劃階段期間修改所述假設(shè)的個(gè)體概率圖)。這些經(jīng)修改的圖可以被用于建立并可視化所執(zhí)行的聯(lián)合概率圖142 (再次， 沒有考慮或考慮了在所述PTV136附近的可能修改消融的所述經(jīng)執(zhí)行的聯(lián)合概率的區(qū)域)。
在又一實(shí)施例中，消融計(jì)劃的執(zhí)行根據(jù)反饋和迭代計(jì)劃更新來進(jìn)行。在所規(guī)劃個(gè)體消融概率圖140與對應(yīng)的所執(zhí)行消融概率圖142之間出現(xiàn)偏差的事件中，每個(gè)所執(zhí)行的消融，以及所執(zhí)行聯(lián)合概率圖142的更新之后，可以采用所述圖142以(手動(dòng)地或自動(dòng)地)更新所述程序計(jì)劃。這確保了在每個(gè)實(shí)際消融之后，針對程序的剩余部分提供改進(jìn)的或優(yōu)化的計(jì)劃。該計(jì)劃更新可以使用與在初始規(guī)劃階段中相同的度量，以及相同的聯(lián)合概率計(jì)算。 (手動(dòng)或自動(dòng))優(yōu)化(132)中的僅有差別在于，一個(gè)或幾個(gè)個(gè)體概率圖140 (例如，所執(zhí)行的那種)將在固定的位置處(如使用反饋所證實(shí)的)，而其他(所規(guī)劃的或尚未被執(zhí)行的那種)的位置/取向仍能被修改，以優(yōu)化整體計(jì)劃。
參考圖2，圖示性示出消融體積的三個(gè)區(qū)域1、2和3。一個(gè)實(shí)施例包括作為具有O (明確未消融的，0%概率)到1.0 (明確被消融的，100%概率)之間的值的3D陣列Aijk的所述消融體積的離散化表示。三個(gè)陣列維度對應(yīng)于消融的X、y和z維度，并且任意定義的體素大小(例如，Imm3)提供所述陣列中體素指數(shù)與消融區(qū)中物理位置之間的對應(yīng)性。
圖2中，示意圖200示出針對個(gè)體消融體積202的示例性概率分布。該實(shí)例中，所述消融體積202包括三個(gè)不同區(qū)域，一個(gè)區(qū)域?yàn)椤懊鞔_被消融的”(區(qū)域1:該范例中與概率 I相關(guān)聯(lián)的所有體素)，一個(gè)為“可能被消融的”(區(qū)域2 ■ 與O到I之間的概率相關(guān)聯(lián)的所有體素值)，以及一個(gè)為“明確未消融的”(區(qū)域3:該范例中與概率O相關(guān)聯(lián)的體素點(diǎn)，其包括區(qū)域I和2外部的所有位置，以及體素陣列外部的區(qū)域)。為了本公開的目的，給定體素的消融概率也可以被稱作體素值。區(qū)域I可以采用簡單的3D幾何形狀，例如球形或橢球形(SP， 該形狀內(nèi)部的所有體素點(diǎn) 具有體素值I)。區(qū)域2可以采用隨著增加空間距離(直到最大距離，從區(qū)域I的邊界在所述明確被消融的區(qū)域I周圍的等向性“不確定邊緣”)從I變化到O的體素值。區(qū)域2中的體素值可以由f2(x/ri±)給出，其中X為距離區(qū)域I的邊界的距離，f2 (O) =l,f2⑴=0。函數(shù)f2和兩者的形狀均可以通過實(shí)驗(yàn)、通過計(jì)算(例如使用有限元模擬)，或者作為基于用戶經(jīng)驗(yàn)的用戶輸入，得到確定。
區(qū)域2的另一有利描述在于為橢圓形殼。這可以包括外徑rx,以及內(nèi)經(jīng)rx最小、ry最小、rz最小，外徑以外的消融概率為0，內(nèi)徑描述區(qū)域I的邊界。該實(shí)現(xiàn)方式中，差值rxit-rx.、、iy最大_:ry最小、rzi±_rz描述區(qū)域I周圍的非等向性“不確定邊緣”。區(qū)域2中的概率再次有利地由函數(shù)f2 (s)描述，其中4(0)=1，^1)=0，并且橢圓形表面的參數(shù)設(shè)定E (s)為使得E (O)為區(qū)域I的邊界，并且E (I)為區(qū)域2的外邊界，
例如，
權(quán)利要求
1.一種方法，包括: 基于處置概率來定義(502) —個(gè)或多個(gè)消融體積的形狀和尺寸； 確定(510)要被處置的目標(biāo)體積； 通過使用所述一個(gè)或多個(gè)消融體積確定所述目標(biāo)體積內(nèi)規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置來確定(516)程序計(jì)劃； 確定(520 )所述目標(biāo)體積內(nèi)至少兩個(gè)規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布；以及 可視化(530)最終構(gòu)造，以基于所述目標(biāo)體積的處置概率確定是否符合計(jì)劃目標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定(530)聯(lián)合概率分布還包括相對于所述目標(biāo)體積的醫(yī)學(xué)圖像，在顯示器上顯示所述目標(biāo)體積的聯(lián)合處置概率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，顯示所述聯(lián)合處置概率包括顯示(538)顏色編碼的概率分布圖，所述顏色編碼的概率分布圖示出在對象的三維圖像中所述目標(biāo)體積的所述處置概率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，定義(502)包括基于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)、模擬、實(shí)驗(yàn)以及消融探針的制造商規(guī)范中的一種，確定(504)所述消融體積的尺寸和形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，定義(502)包括顯示(506)先驗(yàn)概率分布圖供用戶批準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定(510)要被處置的目標(biāo)體積包括定義(512)規(guī)劃處置體積(PTV)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)額外的消融來更新(518)所述聯(lián)合概率分布，以反映多次消融的累積效應(yīng)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定(516)程序計(jì)劃還包括根據(jù)度量改變(524)消融位置和聯(lián)合概率構(gòu)造，以優(yōu)化所述程序計(jì)劃。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，可視化(530)最終構(gòu)造包括相對于所述目標(biāo)體積顯示(532)消融的位置和聯(lián)合概率構(gòu)造。
10.一種方法，包括: 形成(602)用于處置目標(biāo)體積的處置計(jì)劃，包括: 基于處置概率來定義(502) —個(gè)或多個(gè)消融體積的形狀和尺寸； 使用所述一個(gè)或多個(gè)消融體積來確定(518)所述目標(biāo)體積內(nèi)規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置；以及 確定(520)所述目標(biāo)體積中至少兩個(gè)規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布； 以及 引導(dǎo)(614)消融探針到規(guī)劃的消融位置； 根據(jù)所述計(jì)劃消融(616)所述目標(biāo)體積； 使用疊加在所述目標(biāo)體積的圖像上的視覺效果，針對執(zhí)行的消融在顯示器上顯示(612)概率圖；以及 根據(jù)所顯示的概率更新(620)所述處置計(jì)劃。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，顯示概率圖(612)包括顯示顏色編碼的概率分布圖，所述顏色編碼的概率分布圖示出在對象的三維圖像中所述目標(biāo)體積的所述概率。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，定義(502)包括基于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)、模擬、實(shí)驗(yàn)以及消融探針的制造商規(guī)范中的一種，確定(504)所述消融體積的尺寸和形狀。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，定義(502)包括顯示(506)概率分布圖以供用戶批準(zhǔn)。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述目標(biāo)體積包括規(guī)劃處置體積(PTV)。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，確定(520)聯(lián)合概率分布包括根據(jù)額外的消融來更新所述聯(lián)合概率分布，以反映多次消融的累積效應(yīng)。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括根據(jù)度量改變(524)消融位置和聯(lián)合概率構(gòu)造，以優(yōu)化所述程序計(jì)劃。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，顯示概率圖(612)包括顯示消融的位置。
18.一種工作站，包括: 處理器(112);以 及 存儲器(120)，其耦合到所述處理器，所述存儲器存儲概率估計(jì)模塊(122)和規(guī)劃工具(130)； 所述概率估計(jì)模塊被配置為根據(jù)處置概率分布定義消融體積的形狀和尺寸，確定目標(biāo)體積中至少兩個(gè)規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布，以及使用所述目標(biāo)體積和聯(lián)合概率圖的空間表示來計(jì)算度量； 所述規(guī)劃工具允許通過使用一個(gè)或多個(gè)消融體積確定目標(biāo)體積內(nèi)規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置，根據(jù)計(jì)劃將所述消融體積分配到所述目標(biāo)體積的離散體積，以及優(yōu)化所述度量以產(chǎn)生具有相關(guān)聯(lián)處置概率分布的消融體積的最終構(gòu)造，其中，所述處置概率分布表示所述消融體積內(nèi)處置的可能性。
19.如權(quán)利要求18所述的工作站，還包括顯示器(110)，所述顯示器用于相對于所述目標(biāo)體積的圖像顯示處置概率。
20.如權(quán)利要求19所述的工作站，其中，所述處置概率納入顏色編碼的概率分布圖，所述顏色編碼的概率分布圖示出在對象的三維圖像中所述消融體積的處置狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求18所述的工作站，其中，所述概率估計(jì)模塊(122)基于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)、模擬、實(shí)驗(yàn)以及消融探針的制造商規(guī)范中的一種來確定消融體積的尺寸和形狀。
22.如權(quán)利要求18所述的工作站，其中，所述概率估計(jì)模塊根據(jù)額外的消融來更新所述處置概率分布，以反映多次消融的累積效應(yīng)。
23.如權(quán)利要求18所述的工作站，其中，所述目標(biāo)體積包括規(guī)劃的目標(biāo)體積(PTV)(136)。
24.如權(quán)利要求18所述的工作站，其中，在顯示器(110)上生成所述最終構(gòu)造，以基于所述目標(biāo)體積的處置概率確定是否符合計(jì)劃目標(biāo)。
25.如權(quán)利要求18所述的工作站，其中，所述概率估計(jì)模塊(122)至少基于所述目標(biāo)體積中的灌注來調(diào)整所述概率。
26.—種系統(tǒng),包括: 工作站(108)，其包括處理器(112)和耦合到所述處理器的存儲器(120)，所述存儲器存儲概率估計(jì)模塊和規(guī)劃工具； 所述概率估計(jì)模塊被配置為根據(jù)處置概率分布定義消融體積的形狀和尺寸，確定目標(biāo)體積中至少兩個(gè)規(guī)劃的消融的聯(lián)合概率分布，以及使用所述目標(biāo)體積和聯(lián)合概率圖的空間表示來計(jì)算度量； 所述規(guī)劃工具允許通過使用一個(gè)或多個(gè)消融體積確定目標(biāo)體積內(nèi)規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置，根據(jù)計(jì)劃將所述消融體積分配到所述目標(biāo)體積的離散體積，以及優(yōu)化所述度量以產(chǎn)生具有相關(guān)聯(lián)處置概率分布的消融體積的最終構(gòu)造，其中，所述處置概率分布表示所述消融體積內(nèi)處置的可能性； 消融探針(102)，其被配置為消融所述目標(biāo)體積中的組織；以及 顯示器(110)，其被配置為顯示帶有疊加層的所述目標(biāo)體積的圖像，所述疊加層示出所述目標(biāo)體積的圖像上的概率區(qū)域。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述處置概率包括顏色編碼的概率分布圖，所述顏色編碼的概率分布圖示出在對象的三維圖像中所述消融體積的處置狀態(tài)。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述概率估計(jì)模塊(122)基于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)、模擬、實(shí)驗(yàn)以及消融探針的制造商規(guī)范中的一種來確定消融體積的尺寸和形狀。
29.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述概率估計(jì)模塊(122)根據(jù)額外的消融來更新所述處置概率分布，以反映多次消融的累積效應(yīng)。
30.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，在顯示器(110)上生成所述最終構(gòu)造，以基于所述目標(biāo)體積的所述處置概率確定是否符合計(jì)劃目標(biāo)。
31.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述概率估計(jì)模塊(122)至少基于所述目標(biāo)體積中的灌注來調(diào)整所述概 率。
全文摘要
一種用于消融規(guī)劃的系統(tǒng)和方法，包括基于處置概率定義(502)一個(gè)或多個(gè)消融體積的形狀和尺寸，以及確定(510)要被處置的目標(biāo)體積。通過使用所述一個(gè)或多個(gè)消融體積確定所述目標(biāo)體積內(nèi)所規(guī)劃的消融的數(shù)量和位置，從而提供(516)程序計(jì)劃。針對所述目標(biāo)體積中的至少兩個(gè)所規(guī)劃的消融確定聯(lián)合概率分布(520)。可視化(530)最終構(gòu)造，以基于所述目標(biāo)體積的處置概率確定是否符合計(jì)劃目標(biāo)。
文檔編號A61B19/00GK103209653SQ201180054995
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
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