用於消融治療計劃和消融裝置的手術中位置更新的系統和方法與流程

2023-06-23 07:00:36

本申請要求2014年3月22日提交的美國臨時申請第61/969,132號的權益，針對所有目的將該申請的內容以引用其全文的方式併入本文。

技術領域

本發明的實施方案通常涉及組織消融，且具體來說，用於實施計算機指導的消融手術的組織消融計劃、指導和治療系統。

背景技術：

在現有計算機指導的消融治療計劃和指導系統中，制定初始治療計劃，並且界定人體中待治療的區域(癌組織、異常細胞、損傷和器官，如例如，前列腺、乳房、肝、肺、腎、骨等)(「治療區域」)。這些治療計劃和指導系統隨後允許醫師/臨床醫生手動鑑定消融裝置如例如冷凍探針、冷凍針頭、光纖、射頻(RF)針頭/電極、電極、微波天線等相對於治療區域的定位和位置。利用這些系統，臨床醫生必須估算致死消融區以及圍繞致死消融區的安全邊際和圍繞治療區域的治療邊際。此外，當將諸如冷凍探針的消融裝置插穿皮膚並進入治療區域中時，所使用的冷凍探針和任何定位裝置可折曲且器官或其它身體組織還可能響應於消融裝置插入而移位或移動。因此，消融裝置在治療區域中的最終位置可能與治療計劃中所包括的計劃位置不同，導致相比於原計劃的不同致死消融區以及不同消融邊際。

此外，初始治療計劃可以在臨床醫生辦公室，利用患者所提供的初始圖像數據集制定，所述圖像數據集可能不同於臨床醫生在消融手術期間所使用的圖像數據集。因此，對於消融系統有利的是提供配準兩個或更多個不同數據集之間的治療區域位置的方式。另外，在手術期間，臨床醫生可能在兩個或更多個不同位置，例如介入放射(IR)房與控制室之間工作。因此，系統需要提供在多個不同位置的治療計劃和指導消融裝置位置的同時更新。

此外，雖然臨床醫生已制定初始治療計劃，其概括應在人體中安置消融裝置的位置例如治療區域，但臨床醫生難以按計劃在準確位置並以準確取向插入消融裝置。影響消融裝置在人體中的最終位置的因素包括但不限制於經皮膚的插入點和插入角度。因這些變量，臨床醫生按計劃精確安置消融裝置成為挑戰。本領域技術人員將容易理解，消融裝置的正確安置導致更優且更具預見性的手術結果。

現有計算機指導的冷凍手術系統包括在共同受讓的美國專利和公開第5,531,742號；第5,647,868號；第6,139,544號；第6,485,422號；第6,544,176號；第6,643,535號；第7,363,071號；第8,187,260號；和第2008/0154253號中所描述的那些系統，上述美國專利和公開各自的全文內容是針對所有目的以引用全文的方式併入本文。

為了解決上文討論的潛在問題和現有計算機指導的消融計劃、指導和治療系統的問題，本文公開並描述了特別允許臨床醫生/醫師更準確制定消融治療計劃並在消融手術期間提供更優治療指導的系統和方法。

技術實現要素：

本發明的實施方案是關於用於輔助外科醫生將至少一個消融裝置放置到患者的治療區域中的系統，其中所述系統包括至少一個計算機系統，其包括顯示器、用戶界面和軟體。所述軟體經配置為接收所述治療區域的患者圖像數據、在所述顯示器上生成所述治療區域的圖像、用目標鑑定待消融的治療區域、鑑定所述治療區域的組織性質、基於所述治療區域的組織性質實施所述治療區域的熱建模、生成所述至少一個消融裝置的治療參數、基於目標的大小和基於所述治療區域的組織性質實施的治療區域熱建模來計算消融所述治療區域所需的消融裝置數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向、基於消融所述治療區域所需的消融裝置數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向計算消融區，並且在所述計算機系統顯示器上顯示(a)消融所述治療區域所需的消融裝置數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向以及(b)所述消融區。

本發明的實施方案還是關於開發消融治療計劃的方法，其中所述方法包括以下步驟：接收治療區域的患者圖像數據、在顯示器上生成所述治療區域的圖像、用目標鑑定待消融的治療區域、鑑定所述治療區域的組織性質、至少部分基於在所述治療區域中的組織的熱學性質實施所述治療區域的熱建模、確定用於至少一個消融裝置的治療參數、基於所述目標的大小和基於所述治療區域的組織性質實施的治療區域熱建模來計算消融所述治療區域所需的消融裝置數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向、基於消融所述治療區域所需的消融裝置數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向計算消融區、並且在所述顯示器上顯示(a)消融所述治療區域所需的消融裝置數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向以及(b)所述消融區。

在本發明的另一實施方案中，提供用於對患者的治療區域指導並實施消融手術的系統。所述系統包括具有顯示器、用戶界面和軟體的至少一個計算機系統，其中所述計算機系統經配置為接收消融治療計劃，所述消融治療計劃包括(a)治療計劃患者圖像數據集、(b)消融所述治療區域所需的消融裝置的數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向以及(c)消融區的邊界。所述計算機系統還經配置為(a)接收在消融手術當天獲取的治療區域的至少一個患者圖像數據集，(b)將消融手術當天獲取的治療區域的至少一個患者圖像數據集與治療計劃患者圖像數據集配準，(c)允許基於與治療計劃患者圖像數據集配準的在消融手術當天獲取的治療區域的至少一個患者圖像數據集調整治療區域的大小和/或形狀和/或位置，(d)基於以配準的第一患者圖像數據集和第二患者圖像數據集為基礎對目標的大小和/或形狀和/或位置作出的任何調整重新計算消融治療區域所需的消融裝置的數目和每個消融裝置在所述治療區域中的位置和取向，(e)基於消融所述治療區域所需的重新計算的消融裝置的數目和/或每個消融裝置在所述治療區域中的重新計算位置和/或重新計算的取向更新消融區，和(f)更新所述計算機系統上的顯示器以顯示(i)消融所述治療區域所需的重新計算的消融裝置數目和/或每個消融裝置在所述治療區域中的重新計算的位置和/或重新計算的取向和(ii)重新建模的消融區。所述系統還包括消融能量發生器和至少一個消融裝置。

為更好地理解本發明的實施方案、其操作優勢和通過其使用所獲得的具體目標，參考隨附描述性內容，其中在附圖中圖示了本發明的優選實施方案。

附圖說明

圖1是根據本發明的實施方案的消融系統的系統示意圖；

圖2描繪根據本發明實施方案在消融裝置放置期間插入成像裝置中的患者；

圖3描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像；

圖4描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的組織特性文庫的計算機裝置顯示器上的圖像；

圖5描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出兩個不同冷凍探針的個別等溫線；

圖6描繪在治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出圖5中所示出的兩個不同冷凍探針等溫線的組合/複合等溫線；

圖7描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出圖5中所描繪的兩個不同冷凍探針的經修改安置和兩個冷凍探針的經修改個別等溫線；

圖8描繪在治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出圖7中所示出的兩個不同冷凍探針等溫線的組合/複合等溫線；

圖9描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出冷凍探針的部分插入；

圖10描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出冷凍探針的完全插入；

圖11描繪在治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出響應於圖10中所描繪的更新插入冷凍探針的計劃位置的經修改治療計劃；

圖12描繪在根據本發明實施方案的治療計劃和指導系統的計算機裝置顯示器上的三視圖圖像，其示出兩個冷凍探針的插入和所獲得的組合/複合冷凍探針等溫線；且

圖13是根據本發明實施方案的計劃、指導和實施消融手術的方法的流程圖。

具體實施方式

本發明的實施方案將在下文參考附圖更全面地加以描述。然而，本發明的各個實施方案可以許多不同形式體現且不應視為限制於本文陳述的實施方案。相對地，提供這些實施方案使得公開內容變得徹底且完整，且將向本領域技術人員充分傳達本發明的範圍。利用相同或類似參考符號鑑定的元件指代相同或類似元件。作為屬於某些實施方案公開的特徵可與本文公開的本發明其它實施方案一起使用。

應理解本發明不限制於本文描述且/或示出的具體裝置、方法、條件或參數，且本文所使用的術語是出於僅以舉例方式描述特定實施方案的目的。因此，該術語旨在進行廣義解釋且不旨在限制本發明。例如，除非另外明確說明，否則當用於包括用隨附數字編號的段落的說明書中時，單數形式「一」和「一個」包括複數形式，術語「或」意指「和/或」且關於特定數值的引用包括至少那個特定值。此外，除非本文另外明確說明，否則本文描述的任何方法不旨在限制於所描述的步驟順序，而可按照其它順序實施。且附圖中示出的任何尺寸是代表性尺寸且不限制本發明，因為可按需要使用更大或更小尺寸。

還將理解，雖然本文可使用術語第一、第二等描述各個元件，但這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用於將一個元件與另一個區分。因此，在不脫離本發明實施方案的教義下，可將第一元件表述為第二元件。

除非另外定義，否則本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有本發明所屬領域的一般技術人員通常所理解的相同含義。還將理解，諸如常用詞典中所定義的那些術語應解釋為具有與其在相關領域中的含義一致的含義且除非本文明確如此定義，否則不應按理想化或按過分正式概念理解。

在本文公開和描述的本發明實施方案中，消融裝置為冷凍手術探針且消融手術為冷凍消融手術。然而，應理解可根據本發明實施方案的原理使用各種其它類型的消融裝置提供必要消融手術。消融裝置可包括例如RF針頭/電極、雷射纖維、光纖、微波導管和天線、電極、高強度聚焦超聲波裝置和其它合適的消融裝置。此外，雖然本文討論並描繪的消融手術是用於腎臟消融，但本文公開並描述的系統可用於對其它身體組織和器官實施消融手術，如例如前列腺、肝、肺、乳房、皮膚、骨、宮頸、子宮黏膜、心血管系統(包括心臟)、神經系統、癌組織、異常細胞等。此外，臨床醫生、醫師和外科醫生可以交換使用。本領域技術人員容易理解本發明的實施方案可供可實施本文公開的任何消融手術的健康護理專家使用。

現參考附圖和其上標記的參考符號，圖1圖示根據本發明實施方案，一幫指定為10的冷凍手術系統。冷凍手術系統10包括連接至供應手術用低溫流體的冷凍引擎16的流體供應線12。在一些實施方案中，低溫流體由流體源18提供。在一些實施方案中，低溫流體可以是氮氣、氬氣或能夠在身體組織提供低溫效應的任何其它流體。圖1圖示安置在鄰近成像裝置36的臺26上的患者34。此外，冷凍手術系統10包括計算機裝置38，其用經配置為運行消融計劃、指導和治療系統的軟體編程，例如計算機裝置38可運行或訪問並更新/修改消融治療計劃且還可提供治療指導以及在消融手術期間運行消融裝置。除了用經配置為運行消融計劃、指導和治療系統的軟體編程外，計算機裝置38還包括至少一個用戶界面39、顯示器40和處理器。應注意，在手術前的這個點，臨床醫生/醫師已制定初始消融治療計劃，下文將更詳細討論。

如下文將更詳細討論般，在本發明的一些實施方案中，在消融手術期間，如圖2所描繪，患者34在作為治療指導過程一部分的冷凍探針32插入期間被多次引入成像裝置36的成像區段中，以確保冷凍探針32依照先前制定的消融治療計劃放置。還如下文所討論般，如果臨床醫生確定，由於在消融手術期間獲得的額外圖像數據集，冷凍探針並未依照治療計劃放置，那麼臨床醫生可更新並修改治療計劃以補償這些偏差。

在一些實施方案中，成像裝置36可以是例如CT、MRI、PET、SPECT、X射線(包括螢光)、超聲波或其它合適成像裝置。成像裝置36在消融手術期間從患者34的治療區域接收成像數據。治療區域可以是例如人體中的任何區域，包括前列腺區域、乳房區域、肝區域、肺區域、腎區域、心臟區域、骨、癌組織或損傷、其它器官、神經等。成像裝置可以是例如具有拍攝治療區域的3D螢光照片的非集成裝置或其可以是可供臨床醫生或用戶實時鑑定冷凍探針相對於器官的定位、骨質結構或圖像集中的其它鑑定基準數據的集成系統，如例如，超聲波探針。

現轉移至消融計劃、指導和治療系統，在本發明的一些實施方案中，所述系統包括可聯網在一起並用經配置為顯示2D和3D圖像數據的軟體編程的一個或多個計算機裝置。所述軟體還可經配置為顯示冷凍探針/消融裝置的模型和等溫線/消融區信息。所述計算機裝置中的至少一個(可以是主要消融計算機38)能夠操作消融能量裝置如例如冷凍引擎16以將能量/冷劑遞送至治療區域。其它消融能量裝置包括且不限制於電射頻發生器、雷射能量發生器、微波發生器和高強度聚焦超聲波發生器。

所述系統還包括經配置為實施本文所公開並描述的消融計劃、指導和治療功能的軟體。在消融手術前，臨床醫生利用系統的治療計劃能力制定消融治療計劃。為了制定這個計劃，臨床醫生從將上文討論的成像裝置之一所提供的治療區域的患者圖像數據上傳至計劃系統中開始。所述患者圖像數據由患者以電子形式提供或可從圖片歸檔和通信系統(「PACS」)上傳。在一個實施方案中，患者圖像數據呈CT掃描片的形式。

在患者圖像數據上傳至計劃系統後，所述系統如圖3所描繪經配置為在計算機裝置顯示器上產生三視圖圖像100。三視圖圖像100包括軸向視圖102、矢狀視圖104和冠狀視圖106。臨床醫生可更改每個視圖在屏幕上的定位。例如，如果臨床醫生偏好將矢狀視圖作為主視圖，那麼計劃系統允許臨床醫生在顯示器上重新排列視圖的位置。如在圖3中可見，某些患者解剖結構如脊柱椎骨108和肋骨110可在三視圖圖像102中鑑定。這些是臨床醫生在放置消融裝置或冷凍探針的消融手術期間需要避開的結構/解剖結構以及確保消融區不延伸至這些結構/解剖結構。此外，臨床醫生可在CT掃描片上具體標記在手術期間需避開的某個解剖結構。例如，計劃系統允許臨床醫生通過在屏幕右側的選擇框112中選中肺特徵項鑑定患者的肺，所述選擇框包括下拉框以允許臨床醫生從系統所包括的解剖結構文庫選擇各個解剖結構。一旦選中，臨床醫生可利用本領域技術人員已知的任何用戶界面裝置，包括但不限制於電子筆、滑鼠等在軸向視圖102上畫出肺，從而允許在消融手術期間清晰鑑定肺。一旦在軸向視圖102中畫出，系統在矢狀視圖104和冠狀視圖106上自動標記並鑑定對應解剖結構。臨床醫生還可具體鑑定解剖結構文庫中所包括的任何其它解剖結構，如例如骨、肝、腸等。

利用上傳至計劃系統並以三視圖格式100顯示的CT掃描片或圖像數據集，臨床醫生現在可用目標114鑑定治療區域。臨床醫生利用許多快速/直覺方法中的任一種鑑定並描繪目標114，其中一種方法是使用預定目標形狀並將目標形狀居中定位在目標區域中且隨後利用「直覺手感」調整。目標114可具有任何大小或幾何形狀以使其完全覆蓋/鑑定治療區域。用於目標界定的快速/直覺方法的其它實施方案包括來自形狀文庫的atlas形狀，其利用圖像密度信息自動變形為損傷/目標區域的形狀。這些變形方法可具有各種用戶界面方法/裝置以允許臨床醫生利用基於3D重構算法的形狀更新按3D或平面調整目標114的大小、形狀和位置。如在圖3中可見，治療區域是腎115的一部分且目標114呈橢圓形。一旦在軸向視圖102上定位目標114，系統自動生成其在矢狀視圖104和冠狀視圖106上的對應位置。在一些情況中，臨床醫生可能需要相比於系統在屏幕上初始呈現的更優或不同的治療區域視圖。在這些情況中，臨床醫生可轉動或改變軸向視圖102的取向，其還將導致矢狀視圖104和冠狀視圖106按對應方式轉動或重新取向。由於三個視圖在同一屏幕上同時呈現，臨床醫生能夠獲得治療區域的實質3D視圖，其導致治療區域的更優且更準確可視化。因為臨床醫生可改變三個視圖的取向/視角且還可改變目標114在三個視圖各者上的大小、形狀和位置，所以臨床醫生可實質上3D建模目標114以確保在消融手術期間獲得完整且準確的目標解構同時避免對周圍組織/解剖結構的損傷。

除了鑑定臨床醫生在消融手術期間想要避開的解剖結構外，計劃系統還允許臨床醫生鑑定治療區域中的具體解剖結構和組織類型以及圍繞治療區域的解剖結構和組織類型，所有這些均可影響冷凍探針等溫線並因此，影響冷凍消融手術期間的致死冰體形成。某些組織類型具有特定熱學性質，如例如熱容量、導熱性、傳遞速率、密度、灌注、代謝產熱等，其可影響治療區域中的組織和圍繞治療區域的組織的熱學性質。因為圍繞治療區域的組織可影響治療區域內的組織的熱學性質，所以能夠鑑定這個組織也很重要。因此，計劃系統包括具有不同組織類型和其相關組織性質的組織性質資料庫/文庫的模塊116(描繪於圖4中)。這個模塊通過鑑定治療區域內的組織類型以及圍繞治療區域的組織類型並將其納入治療計劃中給臨床醫生提供了更詳細地進一步建模治療計劃的能力。

因此，例如，如果臨床醫生正在對支氣管內腔中的腫瘤實施冷凍消融手術，那麼支氣管內腔可用目標114鑑定且臨床醫生可突顯或選擇所述目標且可從圖4中所描繪的「組織類型」下拉框選中「支氣管內腔」，在該點，系統填入支氣管內腔的相關組織性質如熱容量、導熱性、傳遞速率、密度、灌注和代謝產熱。此外，為了得到治療區域的更準確熱學模型，臨床醫生可鑑定支氣管內腔附近的其它組織類型，如例如乳腺。為此，臨床醫生可利用用戶界面如本文所公開的任何那些用戶界面在三視圖圖像上鑑定乳腺，且隨後可從圖4中所描繪的「組織類型」下拉框選中「乳腺」。選擇「乳腺」組織類型後，系統填入乳腺的相關組織性質如熱容量、導熱性、傳遞速率、密度、灌注和代謝產熱。由於系統鑑定治療區域內和圍繞治療區域的組織類型的能力，所以當計算並開發治療計劃時，系統可將所有鑑定組織類型的組織熱學性質考慮在內。例如，對於具有高熱容量的治療區域組織和/或周圍組織，計劃系統可開發具有更多冷凍探針、不同冷凍探針放置、較高能量功率設定、更長冷凍時間等的治療計劃以補償這些組織性質。因為可實現更準確的治療區域熱建模，所以這允許臨床醫生制定更準確的治療計劃。當臨床醫生更新或修改治療計劃時(下文詳細討論)或在消融手術的治療指導期間如果原治療計劃在消融手術期間發生變化(下文也將詳細討論)，治療區域組織和圍繞治療區域的組織的熱學性質繼續供系統考慮。

組織性質資料庫包括在體溫下測得的身體組織的熱學性質。不幸的是，這些組織性質隨著溫度變化，特別是在相變下。為了對這種情況作出補償，在本發明的一個實施方案中，系統按兩個線性溫度函數(一個低於0℃和一個高於0℃)建模各個組織性質。雖然不存在關於這些組織類型的組織性質依溫性的詳細信息，然而我們確實知曉組織的熱學性質基於組織的水含量如何變化。因此，系統可通過推斷組織水含量的貢獻隨著建模溫度變化調整建模組織的熱學性質。根據從現有組織性質資料庫得到的組織組成推斷，基於水溫的調整可自動應用於在體溫下測定的組織熱學性質(熱容量和密度)。因此，當治療區域組織的熱學性質和周圍組織的熱學性質在手術期間變化時，例如由於治療區域冷凍造成溫度下降，系統可確定這個變化對建模等溫線的作用。

現轉至圖5，一旦臨床醫生在CT掃描片上鑑定治療區域和受關注的任何其它周圍解剖結構，系統向計劃系統確定推薦治療參數如冷凍探針大小118和冷凍時間120。其它治療參數包括但不限制於冷凍/融解循環和循環次數(例如，10分鐘冷凍、8分鐘融解和10分鐘冷凍的消融方案等)。在這個點，計劃系統現在準備計算/開發治療計劃。如在圖5中可見，基於在CT掃描片上鑑定的所有解剖結構(包括治療區域)、由臨床醫生輸入系統中的所有信息(包括周圍解剖結構和組織類型的鑑定)和系統基於組織性質資料庫中的信息實施的任何熱建模，計劃系統開發包括具有在圖5中所鑑定的治療區域中的特定位置和取向(插入角度)的兩個冷凍探針122、124的治療計劃。計劃系統還計算每個冷凍探針122、124(未示出)的功率設定，在消融手術期間，其將供治療系統使用。基於目標114的大小、臨床醫生選中的治療參數和周圍解剖結構和組織類型對治療區域的作用，本領域技術人員將容易理解消融裝置(在這個實施方案中為冷凍探針)的數目可變化並因此不限制於在本發明的這個實施方案中所描繪的兩個。消融裝置(在這個實施方案中為冷凍探針)的數目可在少至一個至多達八個的範圍內。

如上所述，基於臨床醫生用目標114鑑定治療區域和臨床醫生鑑定受關注的目標組織和任何周圍解剖結構，系統基於由系統建議的治療參數計算/生成治療計劃(使用冷凍探針的數目、冷凍探針插入的位置和冷凍探針的取向)。然而在這個點，臨床醫生可基於臨床醫生的偏好和/或經驗改變治療參數如冷凍探針大小、冷凍時間等。對治療參數的任何這類改變導致系統重新計算新治療計劃，其可導致所使用的冷凍探針數目變化、冷凍探針插入的位置變化、冷凍探針取向的變化、冷凍探針功率設定的變化等。

如在圖5中還可見到，計劃系統分別鑑定每個冷凍探針122、124的個別等溫線126、128，以及計算每個冷凍探針122、124離其最近骨質結構的距離(見計劃質量指示框130，其示出探針1(冷凍探針122)離骨5.4mm且探針2(冷凍探針124)離骨9.6mm)。在一些實施方案中，為了避免損傷或遇到圍繞治療區域的組織和解剖結構，計劃系統包括關於冷凍探針和等溫線必須與某個解剖結構保持的距離的計劃質量指示框資料庫。安全距離可由綠色顯示的計劃質量指示框鑑定，可負面影響周圍解剖結構的距離可導致計劃質量指示框顯示為黃色，且極可能導致對周圍解剖結構損傷的距離可導致計劃質量指示框顯示為紅色。因存在這些計劃質量指示框，治療計劃在大部分情況中將包含考慮了離周圍組織和解剖結構的安全距離從而避免對周圍組織和解剖結構損傷的冷凍探針放置。在一些實施方案中，計劃質量指示框還可反映組織和其它解剖結構(器官)存在損傷風險時的最小或最大溫度。計劃質量指示框還可用於將臨床醫師的注意力引導至可含有有關信息的顯示器上的不同圖像視圖。即，點擊或以其它方式選擇可為例如黃色或紅色的計劃質量指示框130可改變顯示器上的當前視圖以在所有圖像視圖(即軸向、矢狀和冠狀視圖)中突顯有關的相關區域(例如最近接近點或最小/最大溫度)，從而給臨床醫生示出在當前視圖102中不可見的有關區域。在治療指導階段，當如下文所討論般臨床醫生/醫師必須調整冷凍探針放置以針對未依照治療計劃插入的先前放置探針作出補償時，這些計劃質量指示框也相關。

因為依照冷凍探針等溫線126、128形成的冰球不會相互分離或獨立地形成且將實質上形成為一個複合冰球(如在圖6中所見)，所以計劃系統計算並生成描繪兩個冷凍探針122、124的複合等溫線/冰球132的大小和形狀的圖像。系統還計算並顯示致死冰區(-20℃)134的邊界和致死冰區(0℃)136的邊際，以及視組織類型和實施的手術類型而定的其它受關注等溫線溫度。

在這個點，治療計劃完成且可完結並保存以供在消融手術期間配合指導系統使用。同樣在這個點，臨床醫生可基於臨床醫生的經驗或偏好對治療計劃作出手動調整。例如，臨床醫生可改變冷凍探針122、124的位置、冷凍探針122、124的取向、目標114的大小和形狀等。因應任何臨床醫生變化，計劃系統將通過例如修改每個冷凍探針的等溫線134、135的大小和形狀和因此複合等溫線/冰球132的大小和形狀反映這些變化。下文將更詳細討論系統通過更新治療計劃對這些變化作出補償的能力。

現在轉移至治療指導。在消融手術當天，先前開發的治療計劃被輸入/上傳至指導系統中。在本發明的一些實施方案中，如圖1中所見，患者34被安置在CT箱中並獲得當前CT-螢光圖像數據(3個或更多個CT切片)。在一些實施方案中，成像裝置36被連接至主要消融計算機38，其用經配置為運行指導系統的軟體編程，以使CT-螢光圖像數據可直接上傳至指導系統中。在指導系統接收當前CT-螢光圖像數據(3個或更多個CT切片)後，指導系統實施CT融合。即，指導系統用將當前CT-螢光圖像數據與/向先前由臨床醫生利用治療計劃系統開發並上傳至指導系統的治療計劃圖像數據(基線CT圖像數據)配準的軟體配置。這個配準過程通過使每個數據集中的相同結構相互對齊而實質上將當前CT-螢光圖像數據疊加至基線CT圖像數據上。融合的基礎是使用協助所述配準過程的已知算法。然而，系統還可使用算法的組合，包括但不限制於交互信息、基準標記、手動輸入等以開發最優融合疊加和因此準確的圖像數據配準。

在這個點，臨床醫生可針對由於配準過程完成而使得現在可見的兩個圖像數據集(來自先前開發的治療計劃的圖像數據集和當前圖像數據集)之間的任何變化或差異作出補償，例如，臨床醫生可更新治療計劃。例如，如果治療區域(可以是例如腫瘤)已生長或在其它情況中具有變化的大小和形狀且基於原治療計劃形成的所得冰球不再覆蓋整個腫瘤或鄰近治療區域的器官如膀胱因現在尿液排空而具有不同大小和形狀，但在開發治療計劃時，其充滿尿液，導致治療區域改變其大小和/或位置，那麼指導系統允許臨床醫生改變/調整目標114的大小和形狀，其例如可保證(i)冷凍探針122、124的定位和位置變化和/或(ii)所獲得的複合等溫線和相關冰球的形狀和大小修改。所有這些變化均指示在計算機的軸向視圖102、矢狀視圖104和冠狀視圖106中。而且，計劃質量指示框可改變且可指示新冷凍探針放置位置離周圍解剖結構不再是安全距離。因此，臨床醫生必須手動改變冷凍探針的定位/位置。這個過程可繼續直至臨床醫生滿意認為所獲得的冰球足以「殺死」腫瘤而不損傷周圍組織/解剖結構。

如圖7中所描繪，如果臨床醫生改變冷凍探針122、124的位置和/或插入角度，那麼每個冷凍探針的個別等溫線126、128的大小、形狀和位置也會變化。如圖8中所描繪，由於個別等溫線126、128的大小、形狀和位置變化，系統自動生成新複合等溫線134、136和因此所獲得複合冰球的大小。冷凍探針定位和等溫線建模還可因臨床醫生改變目標114的大小和形狀而發生變化。

一旦臨床醫生滿意更新的治療計劃，臨床醫生便可通過開始插入第一冷凍探針啟動消融手術。在插入過程期間，臨床醫生不完全插入第一冷凍探針。相對地，如圖9中所描繪，臨床醫生部分插入真實冷凍探針138且隨後利用成像裝置36獲得其它CT-螢光圖像數據(3個或更多個CT切片)。在指導系統接收其它CT-螢光圖像數據後，系統通過將新接收CT-螢光圖像數據與/向基線CT圖像數據配準實施上述CT融合過程。在這個過程時，如果需要，系統還可使用來自CT-螢光圖像數據的冷凍探針定位作為其融合過程的一部分。這個新配準CT-螢光圖像數據現在顯示為圖9中所描繪的三視圖圖像，其示出真實冷凍探針138並未依照治療計劃的計算冷凍探針放置122來放置。

由於臨床醫生可見到真實冷凍探針138放置並未依照計劃冷凍探針122放置，所以當將真實冷凍探針138進一步插入治療區域(目標114)中時，臨床醫生可通過在插入期間更改冷凍探針138的取向/插入角度來嘗試修正這個錯位。為了協助冷凍探針插入的準確性，臨床醫生可在冷凍探針插入過程期間獲得其它CT-螢光圖像數據，在這個過程中系統通過將任何新接收CT-螢光圖像數據與/向先前獲取圖像配準實施上文討論的CT融合過程。在臨床醫生將真實冷凍探針138完全插入至其最終位置後，臨床醫生利用成像裝置36獲得其它CT-螢光圖像數據(3個或更多個CT切片)。在指導系統接收其它CT-螢光圖像數據後，系統通過將新接收CT-螢光圖像數據與/向先前獲取圖像數據配準實施上文討論的CT融合過程。這個新配準的第一冷凍探針138的最終放置的CT-螢光圖像數據可在圖10中見到，其示出冷凍探針138的真實最終位置更靠近計劃冷凍探針122放置位置但仍未準確依照治療計劃放置。因此，在這個點，臨床醫生可通過重新安置計劃冷凍探針122放置再次修改治療計劃，以使其與圖11中所描繪的真實冷凍探針138放置準確重合。這種重新安置可由臨床醫生實施，例如通過在顯示器上藉助用戶界面如例如電子筆、滑鼠或本領域已知的任何其它用戶界面簡單操作計劃冷凍探針122放置。本領域技術人員將容易理解並知曉其它操作方法和裝置。

應注意可將任何CT-螢光圖像數據向任何其它CT-螢光圖像數據配準。即，在當前實施方案中，將CT-螢光圖像數據向基線CT圖像數據配準。然而，在其它實施方案中，可將最新或最近CT-螢光圖像數據向本身可向其最先CT-螢光圖像數據配準的最先CT-螢光圖像數據配準，從而獲得接連配準圖像數據。或者，可將CT-螢光圖像數據向任何其它CT-螢光圖像數據配準，以使其不按照接連方式配準。此外，可將來自手術當天的最終CT-螢光圖像數據向手術後圖像數據配準以觀察治療區域是否發生任何變化，即腫瘤生長等。

如圖11中所見，已更新計劃冷凍探針122放置位置以對應於真實冷凍探針138放置位置。因為這個更新的探針放置位置，系統已更新複合等溫線134、136以反映真實冷凍探針138放置，從而給予臨床醫生關於等溫線134、136和冰球形成的準確視覺信息。基於通過將計劃冷凍探針122放置更新為與真實冷凍探針138放置對應而獲得的「修改治療計劃」，臨床醫生可再次調整目標114大小或其它冷凍探針124的計劃放置以改變複合等溫線134、136的大小和形狀和因此所獲得的冰球的大小和形狀，從而對第一冷凍探針138的錯位作出補償。為補償任何冷凍探針錯位而可對治療計劃作出的其它調整包括但不限制於調整某些冷凍探針或所有冷凍探針的能量功率水平和/或冷凍探針冷凍時間或循環次數。

一旦將兩個真實冷凍探針138、140插入其在目標114中的最終位置，系統可設定為圖12所描繪的治療模式。在治療模式中，系統依照預定消融方案運行冷凍探針138、140並給臨床醫生提供關於冷凍探針138、140的信息。例如，在一些實施方案中，這個信息142包括冷凍探針處於「冷凍」模式或「融解」模式、冷凍探針在「冷凍」或「融解」模式中經歷的時間長度和操作每個冷凍探針的功率水平。「冷凍」和「融解」時間和功率水平可由臨床醫生在消融手術期間手動調整。例如，如果冷凍探針比計劃放置得更靠近某個結構或解剖結構，那麼系統將建模降低的功率設定(例如80％而不是100％)，其將導致較小等溫線。在設定調整的另一實例中，可將時間設定從10分鐘(例如10-8-10方案)調整至3分鐘設定(用於3-5-3-5-5方案)，其中第一時間間隔為冷凍且後續時間間隔是用於交替融解和冷凍模式。

對於某些消融手術，例如涉及前列腺的手術，解剖結構在消融手術期間或成像研究之間「形變」的趨勢限制了剛性配準技術的實用性。因此，對於這些消融手術，系統包括並使用可形變配準來配準圖像。可形變配準提供將來自各個形態的治療前成像與在手術時獲取的成像整合的能力。因為在成像事件之間患者解剖結構可發生變化，包括不同患者姿態、不同器官大小和狀態(例如胃腸或膀胱充盈/排空)所導致的那些變化，和成像本身(例如TRUS中自直腸內超聲波探針位移)所導致的變化，系統應用可形變配準方法以補償並儘可能增大臨床實用性。可形變配準將來自一個數據集的解剖輪廓傳播至另一個數據集，從而允許系統將來自一個數據集的目標、其它解剖結構和冰球形成映射至另一個圖像集。

在前列腺手術中，例如，可形變配準的應用容許在不同時間獲取來自多參數MR成像的解剖和目標細節，可能包括關注的患者解剖結構變化，如插入直腸中的超聲波探針，其向髖骨擠壓前列腺，從而使治療區域(前列腺)形變或移位。由於正常器官移動和形變，和由超聲波探針移動導致的移動和形變，可形變配準是在前列腺消融手術期間配準圖像數據的理想方法。因此，因為可形變配準解決了這些治療區域(目標)形變，所以可形變配準還可優選用於其中目標114會因引入冷凍探針形變或具有隨時間形變趨勢的消融案例中。

在當前系統的一個實施方案中，可形變配準是通過變換一個數據集，使得其中界定的輪廓匹配從第二數據集中所界定的輪廓推斷得到的表面來實施。系統中的輪廓是平面環，其可在多個平面上界定，每個平面相對於所有其它平面平行或垂直，且可按任何順序編輯。

確定兩個表面是否匹配要求量化表面位置在平面輪廓之間的不確定性。這個確定包括輪廓表面之間的距離和輪廓點之間的真實距離。後者針對指定體元進行計算機計算並儲存，作為用邊界體元連接所述指定體元，只穿過體元面的相鄰體元的最小數目。這種排列容許快速評估由坐標變換所得到的總「匹配距離」。為了滿足關聯來自配準系列的解剖結構而不是驅動配準過程的解剖結構(例如，在配準前列腺內或附近的腫瘤輪廓)的要求，所使用的變換提供變換任何坐標的插值和外推。注意這種轉換涉及非平凡表面推理以返回在圖像位置的平面輪廓集，且這種推理算法將在下文進一步討論。這種轉換還可捨棄關於變換和配準系列的信息，特別是如果那個系列較基線系列更密集切片，其中TRUS成像將充當治療基線的MR-TRUS配準通常將會是這種情況。

為了優化變換，所述過程從將兩個輪廓集的中心合併一起的平移開始。然後，6-DOF單純形優化依照上述度量計算3D平移和旋轉。隨後利用平移和旋轉的較小特徵長度和縮放用附加3-DOF實施另一輪優化。隨後利用局部形變微調所獲得的總變換。在這個微調過程期間，插值(三線性)八叉樹位移場以找出在各個節點的位移。利用3-DOF，在只考慮在那個解析水平下位於節點中心的模間距離一半內的那些基線輪廓點下對八叉樹節點進行個別優化，但在其它情況中使用與上文相同的度量。跨節點且按接連變小的解析步驟重複這個過程直至區域中的所有基線輪廓點(i)映射至配準系列輪廓點或(ii)八叉樹節點間距離跨度小於可配置細節閾值(在一個實施方案中，設定為5mm)。在轉移至輪廓節點後，保存八叉樹位移供以後使用。隨後針對高於要求中的閾值距離的節點拉伸掃描每個輪廓。對於每個這樣的拉伸，實施遞歸二叉細分，其中中心節點的位移是根據其鄰近亞閾值節點的插值設定並經調整以將其映射至離那個位置最近的亞閾值點。如此一來，利用全部沿器官邊界界定的位移場，所有基線輪廓節點均被映射至配準系列中的邊緣點。

為了評價在輪廓集內側的位移場，且因此可將配準系列重新格式化為與基線體元位置重合，使用邊界位移和八叉樹節點，根據以下法則建立體積位移場：

·通過鄰近八叉樹節點中心的三線性插值推導含於無輪廓點的八叉樹節點內的點；且

·根據以八叉樹節點內的所有輪廓節點的位移為基礎，根據離採樣點的笛卡爾距離平方倒數加權的加權平均位移計算其它點。

在相鄰切片上的每一對輪廓集給表面段建立具有潛在任意複雜度和模糊度的界限，如間隙中的分歧或不相交區域。表面插值算法在這些區域中作出解剖學適用假定。這個實施方案中所採用的算法建立對應於被相鄰輪廓集中的一個而非兩個包圍的區域的平面區，並根據圖像A所生成的先前計算距離圖對在兩個圖像中的那個點的距離度量和的比率給新域內的點分配了從圖像A至圖像B的切片間間隙比例。所獲得的高度圖描述在那些切片之間的間隙中的表面且所述過程可重複貫穿整個系列。

在利用上述方法或本領域已知的其它可形變配準方法可形變配準來自前列腺手術的圖像後，系統如上文針對剛性配準的圖像數據所述發揮作用。

圖13是描繪計劃、指導和實施消融手術的方法的流程圖。

如本文所討論，本發明的實施方案允許臨床醫生手術中調整消融裝置的定位/放置。因具有手術中調整消融裝置位置的能力，醫師/臨床醫生可將消融裝置引導至最優位置。此外，因知曉每個裝置的最終位置與其計劃位置之間的差異，醫師/臨床醫生可調整那個裝置的消融設定且/或基於先前消融裝置位置調整即將插入的每個後續消融裝置的計劃放置以實現最優消融裝置安置和因此最優致死消融區形成。這個能力將引起具有更優且更確定結果的更高效消融手術。所述系統允許外科醫生按照多種方式調整設定。

在放置冷凍探針後，臨床醫生監測冰球的生長。系統將錄入來自成像裝置的圖像，將那些圖像與最新治療/指導計劃配準並顯示與真實位置配準的位置以使臨床醫生可比對最新計劃核實治療。

雖然本發明已在上文通過示例性實施方案加以描述，但不受其限制。相對地，隨附數字編號的段落應進行廣義解釋以包括本領域技術人員在不脫離本發明等效內容的範圍下實現的本發明的其它變型和實施方案。