CN102892368A - 温度分布确定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置。温度分布测量单元（6、7）在向对象（3）施加能量从而使得对象（3）被加热到第一温度范围内的温度时测量对象（3）中的时空依赖的第一温度分布，并且温度分布估计单元（5）基于所测量的第一温度分布的时空依赖性估计第二温度范围内的对象（3）中的时空依赖的第二温度分布，其中第二温度范围不同于第一温度范围。由于温度分布不但能够第一温度范围中获得而且能够在第二温度范围中获得，因此可增加可确定温度分布的总的温度范围。

Description

温度分布确定装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定由向对象施加能量引起的该对象内温度分布的温度分布确定装置和方法。本发明还涉及一种用于确定由向对象施加能量引起的该对象内温度分布的对应计算机程序。

背景技术

在由Ajay Anand等人的文章“Three-dimensional spatial and temporaltemperature imaging in gel phantoms using backscattered ultrasound”（IEEETransactions on Ultrasonics,Ferreoelectrics,and Frequency Control，第54卷，第1号，第23-31页（2007年1月））中公开了一种用于基于超声的温度成像的装置。使用反向散射超声从凝胶体模采集超声数据，并且从所采集的超声数据确定三维空间和时间超声温度分布。该装置只能在低于55°C的温度范围内测量温度分布，亦即该装置不能在例如约55到60°C的治疗消融温度范围内确定三维空间和时间超声温度分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置，其中，可增加可确定温度分布的温度范围。

在本发明的第一方面中，给出了一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置包括：

-温度分布测量单元，其用于在向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的温度时测量对象中的时空依赖的第一温度分布，

-温度分布估计单元，其用于基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布，所述第二温度范围不同于所述第一温度范围并且在所述第二温度范围中温度分布测量单元不能测量温度分布。

由于温度分布估计单元估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布，因此可增加可确定温度分布的温度范围，并且因此所述装置能够用于例如在扩大的温度范围内监测三维时空温度分布，具体而言，在如用于消融人体的病理病变或完整器官的程序的治疗消融程序期间监测三维时空温度分布，所述第二温度范围不同于所述第一温度范围并且在所述第二温度范围中温度分布测量单元不能测量温度分布。

优选地，温度分布测量单元包括用于采集来自对象的超声数据的超声单元，和用于根据所采集的超声数据计算第一温度分布的温度分布计算单元。例如，与使用磁共振成像系统或计算机断层摄影成像系统采集对象数据相比，使用超声单元允许以相对简单的方式采集数据。此外，超声单元是便携的，从而使得其可为例如私人医师所使用，并且，通过基于超声数据确定温度分布，可高精确度确定温度分布。

温度分布测量单元优选适于测量二维或三维第一温度分布，并且温度分布估计单元优选适于估计二维或三维第二温度分布，亦即第一温度分布和第二温度分布优选具有两个或三个空间维度。时空依赖的第一温度分布优选通过随时间测量空间温度分布而确定。优选地，温度分布估计单元适于将所测量的第一温度分布从第一温度范围外推到第二温度范围以估计第二温度分布。在实施例中，假设向对象施加能量从而使得对象的温度从第一温度范围内的温度改变到第二温度范围内的温度，其中，温度分布估计单元适于将所测量的第一温度分布从对象具有第一温度范围内温度的时间点外推到对象具有第二温度范围内温度的时间点。例如，可施加能量，从而使得温度在随时间测量第一温度分布的时间间隔内从约37°C增加到等于或小于50°C或55°C的值。第一温度分布然后描述第一温度范围中的对象内温度的时空演化。温度分布估计单元优选适于基于所测量的在第一温度范围内温度的时空演化，估计第二温度分布，具体而言，适于在时间和空间外推第二温度分布。温度分布估计单元适于使用热扩散方程和可能已知的对象参数，该参数如局部热扩散系数，具体而言，热扩散系数在对象内的三维分布。

温度分布确定装置可包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度。此外，温度分布估计单元可适于基于所测量的第一温度分布的时空依赖性以及所提供的能量施加特性，估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布。

温度分布确定装置优选适于确定如心脏、肾、肝等人体器官内的温度分布，其中，通过使用导管在人体内施加能量。例如，可施加能量以在器官上或器官内执行消融程序，或执行任何其他形式的温度在55°C以上处置的热启动，例如热药释放或基因治疗。

在消融的情况下，优选施加能量以通过凝结在如人体器官的活体对象一部分内诱导细胞死亡。第二温度范围因此可当作为治疗消融温度范围并优选高于55°C，还优选高于60°C。优选施加能量以在例如心脏或肝的人体器官内的病理上执行热消融。温度分布估计单元因此优选适于在高于55°C或高于60°C的第二温度范围内的热消融期间创建第二温度分布时估计该第二温度分布。例如，第一温度范围低于温度50°C。

温度分布确定装置可适于在对象的相同区域或对象的不同区域中测量第一温度分布并估计第二温度分布。不同区域可为重叠区域或不重叠区域。具体而言，所述区域可为相邻的不重叠区域。如果测量第一温度分布的第一区域不同于估计第二温度分布的第二区域，第一温度分布优选从第一区域空间外推到第二区域，以估计第二区域中的第二温度分布，其中，第一温度分布亦被时间外推。

温度分布确定装置优选还包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到上至第二温度范围内的值的温度，应当在第二温度范围中估计第二温度分布。优选地，能量施加特性提供单元适于提供向对象施加RF能量的能量施加特性。施加RF能量的能量施加特性例如是用于向对象施加RF能量的一个或若干RF电极的结构、一个或若干RF电极相对于对象的位置、经由一个或若干RF电极施加于对象的功率、向对象施加功率的时间模式，等等。通过使用RF能量，可在放置一个或若干RF电极的位置处以高精度局部产生热量。但是，能量施加特性提供单元亦可适于提供如另一种电能的其他种类能量的能量施加特性，所述另一种电能如微波、光能、超声能量、核能，等等。所提供的能量施加特性可为初始提供的能量施加特性，或者经修正的提供的能量施加特性。

优选地，温度分布确定装置还包括估计影响区域确定单元，其用于根据估计的第二温度分布确定对象的估计影响区域，其中，估计影响区域指示通过施加能量将对象影响到预定义程度的对象区域。例如，能够定义温度阈值，其中，关于第二温度分布，对象中具有高于温度阈值的温度的部分形成估计影响区域。温度阈值优选等于或大于60°C。

进一步优选地，温度分布确定装置包括：

-能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得在温度分布测量单元测量第一温度分布时对象被加热到第一温度范围内的温度，并被进一步加热到第二温度范围内的温度，

-影响偏差确定单元，其用于确定估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差，

-能量施加特性调节单元，其用于根据所确定的偏差调节所提供的能量施加特性。预定义影响区域优选是早先计划和/或期望的影响区域。例如，可提供如磁共振图像或计算机断层摄影图像的对象的图像，其中，所述图像示出了例如肿瘤位于其中并且应当对其施加能量的区域。用户然后可在图像中标记该区域，以提供预定义影响区域。同样能够自动执行对区域进行标记以预定义影响区域，其中，优选用户可修正自动预定义影响区域。当根据所提供的能量施加特性向对象施加能量时并且当对象的温度在第一温度范围内增加时，温度分布测量单元测量对象中时空依赖的第一温度分布。基于第一温度分布的时空演化，即基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计第二温度范围内的时空依赖的第二温度分布，优选不将对象加热到第二温度范围内的温度。然后，估计影响区域确定单元根据所估计的第二温度分布确定对象的估计影响区域。由于能量施加特性调节单元被配置成根据所确定的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差调节所提供的能量施加特性，因此能够校正能量施加，从而使得最终的影响区域将更好地匹配预定义影响区域。例如，能量施加特性调节单元适于根据所确定的偏差修改所提供的能量施加特性，其中，然后根据经调节的能量施加特性再次计算第二温度分布和估计影响区域。这能够被执行，直到实际的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差低于预定义阈值或直到已经执行预定义次数的迭代。优选地，在根据经调节的能量施加特性向对象施加能量之前，向用户示出估计影响区域并且用户必须同意该估计影响区域，才能施加能量。例如，可在显示器上示出该估计影响区域，并且温度分布确定装置包括如键盘或鼠标的输入设备，其中，仅在用户已经输入他/她同意估计影响区域时才向对象施加能量。

优选地，温度分布确定装置还包括显示器，其用于示出估计影响区域和预定义影响区域的叠加图像。这允许用户容易识别出旨在向对象施加的能量施加特性是否产生期望的效果，即容易看出估计影响区域与预定义影响区域的匹配程度。

进一步优选地，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，其中，能量施加特性提供单元适于允许用户修正所提供的能量施加特性，其中，温度分布估计单元适于估计在第二温度范围内的对象中经修正的第二温度分布，如果根据经修正的提供的能量施加特性向对象施加能量将存在所估计的经修正的第二温度分布，其中，估计影响区域确定单元适于为根据所估计的经修正的第二温度分布确定经修正的对象的估计影响区域。例如，当根据经修正的提供的能量施加特性向对象施加能量时并当对象温度在第一温度范围内增加时，温度分布测量单元可测量对象中时空依赖的第一温度分布。温度分布估计单元然后能够基于所测量的第一温度分布的时空演化，亦即基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计经修正的第二温度分布。如果用户不同意已经基于所估计的经修正的第二温度分布确定的经修正的估计影响区域，优选不根据经修正的提供的能量施加特性施加能量从而使得对象不被加热到第二温度范围内的温度，如果用户同意经修正的估计影响区域，优选根据经修正的提供的能量施加特性施加能量，以将对象加热到第二温度范围内的温度。温度分布确定装置优选包括允许用户输入他/她同意或者不同意经修正的估计影响区域的输入单元。如果用户不同意经修正的估计影响区域，用户可再次修正能量施加特性。

进一步优选地，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，其中，如果对象的第一部分具有第一温度范围内的温度并且对象的第二部分具有第二温度范围内的温度，温度分布测量单元适于在根据所提供的能量施加特性施加能量时测量在对象的第一部分中第一温度范围内的对象内的第三温度分布，其中，温度分布估计单元适于基于所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少一个，具体而言，通过将所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少一个分别空间和/或时间外推到对应于第四温度范围的空间和/或时间区域来估计第二温度范围内的对象的第二部分的第四温度分布，其中在根据所提供的施加的能量施加特性向对象施加能量时存在第四温度分布。如果通过将所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少两个进行外推已经确定出若干第四温度分布，能够对这些若干第四温度分布求平均以取得单一的第四温度分布。估计影响区域确定单元然后可适于根据所估计的第四温度分布确定对象的估计影响区域。此外，影响偏差确定单元可适于确定已经根据第四温度分布估计出的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差，其中，能量施加特性调节单元被配置成根据所确定的偏差调节描述向对象当前能量施加的能量施加特性。因此，即便在能量施加期间，能够确定温度分布并且根据所确定的温度分布调节能量施加。这可进一步降低对象最终的影响区域和预定义影响区域之间的偏差。

进一步优选地，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元和能量施加单元，所述能量施加特性提供单元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，所述能量施加单元用于根据所提供的能量施加特性向对象施加能量。能量施加单元优选适于根据初始提供的能量施加特性和/或经修正的提供的能量施加特性施加能量。温度分布确定装置因此可被看作向对象施加能量的能量施加装置的控制单元的核心部分，或者温度分布确定装置可被看作能量施加装置本身。

进一步优选地，温度分布测量单元适于当根据若干测量能量施加特性向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的不同温度时，测量对象中若干第一温度分布，其中，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元，其用于提供向对象施加能量的能量施加特性，从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，并且其中，温度分布估计单元适于通过将所测量的若干第一温度分布从若干测量能量施加特性外推到所提供的能量施加特性来估计第二温度分布。外推允许以相对低的计算工作确定第二温度分布。

优选地，温度分布确定装置还包括用于提供对象的结构的对象结构提供单元，其中，温度分布估计单元适于基于所提供的对象结构估计第二温度分布。并且，同样能够基于所提供的对象结构估计第四温度分布。例如，如果对象是器官，所提供的结构可示出使对象冷却并影响温度分布的血管位置。结构可作为对象的分割图像提供。温度分布估计单元可适于使用热扩散方程和如热扩散系数的可能已知对象参数。热扩散系数通常是材料特异的。如果结构示出对象不同区域中的不同材料，可定义热扩散系数的空间分布。热扩散系数的空间分布优选用于通过使用热扩散方程的外推估计温度分布。温度分布估计单元还适于基于血管内血流速度估计第二温度分布。例如能够基于由温度分布测量单元的超声单元采集的超声数据确定血流速度，具体而言，通过使用公知的超声多普勒效应确定血流速度。超声单元因此可用于为至少两个目的采集超声数据：测量第一温度范围内的第一温度分布，和确定血管内血流速度。超声数据还可用于引导目的，以将如消融电极的能量施加元件引导到对象内的期望位置。

优选地，温度分布确定装置还包括影响区域确定单元，其用于确定指示能量施加已将对象影响到预定义程度的对象区域的影响区域。例如，影响区域确定单元可适于使用超声弹性成像来确定影响区域。这允许用户评估所执行的能量施加程序的质量，具体而言，通过将影响区域和预定义影响区域进行比较来估所执行的能量施加程序的质量。

在本发明的另外方面中，给出了一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定方法，其中，温度分布确定方法包括：

-由温度分布测量单元在向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的温度时测量对象中的时空依赖的第一温度分布，

-基于所测量的第一温度分布的时空依赖性估计第二温度范围内的对象内时空依赖的第二温度分布，第二温度范围与第一温度范围不同并且在第二温度范围中温度分布测量单元不能测量温度分布。

在本发明的另外方面中，给出了一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的计算机程序，其中，计算机程序包括程序代码模块，其用于当计算机程序在控制如权利要求1所述的温度分布确定装置的计算机上运行时，令所述温度分布确定装置执行如权利要求14所述的温度分布方法的步骤。

应当理解，权利要求1所述的温度分布确定装置、权利要求14所述的温度分布确定方法以及权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，具体而言，具有如同从属权利要求所述的实施例。

应当理解，本发明的优选实施例亦可为从属权利要求和相应独立权利要求的任何组合。

本发明的这些和其他方面将从下文中描述的实施例中是明显的并根据这些实施例进行阐述。

附图说明

在下列附图中：

图1示意示范性示出了用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置的实施例，

图2到图4示意示范性示出了包括用于向对象施加消融能量的消融电极的导管尖端，

图5示出了示范性说明用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定方法的实施例的流程图，

图6示意示范性示出用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置的另外的实施例。

具体实施方式

图1示意示范性示出了用于确定由向对象3施加能量引起的对象3内温度分布的温度分布确定装置1。在该实施例中，对象3是位于检查床16上的人体17的器官。器官3例如为心脏、肝、其中一个肾，等等。已经预定义了对象3内的影响区域。例如，医师已在对象3的图像中标记出影响区域以预定义影响区域。预定义影响区域可标记对象3内如肿瘤的病变。图像可在由如磁共振成像系统、计算机断层摄影成像系统、核成像系统，超声成像系统等等的成像模态执行的先前测量期间提供。

温度分布确定装置1包括具有导管尖端18的导管2，该导管尖端18布置在预定义影响区域处、具体而言布置在预定义的影响区域内。但是，温度分布确定装置亦可包括具有针尖端的针状设备。图2到图4中详细地示意示范性示出导管尖端18。

图2示出了导管尖端18已经被引入器官3中从而使得该导管尖端到达具有预定义影响区域22的腔40的情形。当从人体17外将导管尖端18推进到腔40时，具有消融电极23的子尖端41位于导管尖端18内。在已经到达腔40后，具有消融电极23的子尖端41从导管尖端18移出，其中，子尖端41弯向不同方向以在不同位置施加电能（图3）。在该实施例中，消融电极是经由导管2内的电连接与RF能量源20电连接的RF电极。消融电极23连同RF能量源20和用于连接消融电极和RF能量源的电连接一起形成用于向对象3施加能量的能量施加单元。

温度分布确定装置1还包括温度分布测量单元，其用于当向对象3施加消融能量从而使得对象3被加热到第一温度范围内的温度时，测量对象3中的第一温度分布。温度分布测量单元包括用于采集来自对象3的超声数据的超声单元6，和用于根据所采集的超声数据计算第一温度分布的温度分布计算单元7。

温度分布测量单元随时间测量三维第一温度分布，其是空间温度分布。施加RF能量从而使得当随时间测量第一温度分布时，温度从约37°C增加到约50°C或55°C的值。在该实施例中，第一温度分布因此描述了从约37°C到约50°C或55°C的第一温度范围中的对象内温度的时空演化。在其他实施例中，第一温度范围可更小，例如，其可为从约37°C到小于50°C的温度的范围。选择第一温度范围从而使得其为估计第二温度范围内的对象中第二温度分布提供足够的温度数据，这将在下面进一步讨论。

超声单元6与人体17相接触以采集超声数据。超声单元6优选尽可能近的位于人体17外表面上的预定义影响区域。超声单元6可为实时、二维超声阵列探头，其用于采集二维超声数据，具体而言，用于采集二维超声B模式图像。从超声数据检测由于温度变化导致的声速变化引起的对象内的明显空间位移，并且从所检测的这些明显空间位移确定温度分布。温度改变和明显空间位移之间的对应关系可通过校准测量来确定，然后并且可由温度分布计算单元7使用所确定的这些关系以基于明显空间位移计算第一温度分布。由Ajay Anand等人的上述文章中公开了用于基于超声数据确定温度分布的这种已知方法的更多细节，该文章以引用方式并入本文中。基于二维或三维超声数据测量三维温度分布的其他已知方法亦可用于随时间测量第一温度分布。

在实施例中，通过使用RF能量源20打开电极功率直到在预定义影响区域或其部分中已经达到55°C的温度。该温度低于永久细胞损伤的阈值。在加热组织期间，使用上述由温度分布测量单元执行的超声温度测定方法持续测量三维第一温度分布。称为第一阶段的该阶段优选只用于采集第一温度分布数据，并且在预定义影响区域或其部分内已经达到55°C的临界温度后，关闭功率并且开始接下来的第二阶段，其中估计第二温度分布。

温度分布确定装置1还包括能量施加特性提供单元4，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象3施加能量从而使得对象3被加热到与第一温度范围不同的第二温度范围内的温度。优选选择第二温度范围从而使得通过凝结在人体17的对象3内引起细胞死亡。第二温度范围因此优选是能够执行热消融程序的治疗消融温度范围。第二温度范围优选高于55°C并且还优选高于60°C。第二温度范围亦可为引起细胞死亡的单一温度、例如60°C。能量施加单元20、23适于根据所提供的能量施加特性向对象3施加能量。温度分布确定装置1因此亦可被看作用于向对象施加能量的能量施加装置。所提供的能量施加特性可为初始提供的能量施加特性或如下所述已经修正的提供的能量施加特性，根据所提供的能量施加特性加热对象3。

能量施加特性提供单元4适于提供向对象3施加RF能量的能量施加特性。能量施加特性例如是若干消融电极23的结构、消融电极相对于对象3的位置、经由消融电极23施加于对象3的功率，等等。能量施加特性提供单元可为其中已经存储有这些特性的存储单元，和/或其可适于允许用户输入能量施加特性。温度分布确定装置1包括如键盘或鼠标的输入单元11，其可用于将能量施加特性输入到温度分布确定装置1中。

温度分布确定装置1还包括温度分布估计单元5，其用于基于所测量的第一温度分布和任选的所提供的能量施加特性，估计在第二温度范围内的对象3中的第二温度分布，如果根据所提供的能量施加特性将向对象3施加能量将存在第二温度分布。并且第二温度分布是随时间的三维空间温度分布。

温度分布确定装置1还包括对象结构提供单元13，其用于提供对象的结构。温度分布估计单元5亦适于基于所提供的对象结构估计第二温度分布。例如，所提供的结构可示出使对象3冷却并且影响温度分布的血管，所提供的结构亦优选包括关于血管中血流速度的信息，和对象中包括不同材料的不同部分。所述结构优选作为对象的分割图像提供，其中，不同的分割段描述例如血管和包括对象中不同材料的另外部分。温度分布估计单元5适于使用热扩散方程和如热扩散系数的已知对象参数。热扩散系数是材料特异的。示出了在对象不同部分的不同材料的所述结构因此定义了热扩散系数的空间分布，其被温度分布估计单元5用于通过将在由所测量的随时间的第一温度分布所定义的第一温度范围内的时空演化外推到第二温度范围来估计第二温度分布。

温度分布确定装置还包括估计影响区域确定单元8，其用于根据所估计的第二温度分布确定对象3的估计影响区域，其中，估计影响区域指示通过施加能量将对象3影响到预定义程度的对象3的区域。在该实施例中，应向对象3施加能量以通过凝结引起细胞死亡。估计影响区域确定单元8因此优选适于确定估计影响区域，从而使得关于第二温度分布对象3中具有高于预定义温度阈值的温度的部分形成估计影响区域。优选定义温度阈值，从而使得高于温度阈值的温度通过凝结引起细胞死亡。例如，温度阈值可为60°C或稍小些，如58°C或59°C。

因而，在第二阶段，亦被看作消融带的估计影响区域将基于在第一阶段由温度分布测量单元测量的随时间的三维温度分布演化并基于第二温度分布而进行预测，其中估计影响区域期望实际上基于所提供的能量施加特性来实现，具体而言，基于初始的提供的电力水平设置达到，第二温度分布优选通过使用热扩散算法的外推并通过考虑关于组织性质的知识而进行确定。关于组织性质的知识，亦即关于待消融组织的信息例如为上述组织特异的热扩散系数和关于血管和这些血管内流速的信息，所述热扩散系数例如可在肌肉和脂肪组织间不同，所述血管和这些血管内流速导致热传递远离消融带。该信息可为关于组织的文献知识与关于位于并优选围绕预定义影响区域的局部解剖结构的信息的组合。关于局部解剖结构的信息优选基于所提供的结构，亦即来自允许区分软组织类型的成像模态的分割的图像，所述成像模态例如为磁共振成像模态或计算机断层摄影成像模态。关于血流和血管位置的信息可经由以多普勒模式操作时的超声探头6获得。如果所提供的结构亦提供关于血管的信息，用于估计第二温度分布的算法可考虑血管的冷却效果，并且可预测血管上的损伤效果，其一直被期望用于消融体积的完整肿瘤体积覆盖，包括预测没有留下完整血液供应的对象区域，如例如C.Hansen等人的文章“Interactive determination of robust safetymargins for oncologic liver surgery”（Proceedings CARS 2009Int.J.of Comp.Assisted Radiology and Surgery，第4卷，增刊1，第94页（2009年6月））中所述，该文章以引用方式并入本文中。

在实施例中，可如下述方式执行随时间观察的第一温度分布演化从低于50°C的第一温度范围到上至60°C或更高的第二温度范围的外推：基于所观察的超声数据，为包括对象的三维超声数据集的每个体积元，确定作为时间函数的温度的上升。温度随时间的每个个体函数然后通过二次或更高次的外推被外推，以延伸至上至60°C或更高的第二温度范围。

当在供能电极布置的高场区中的温度已经上升至50°C时，存在没有经历显著温度上升的体积元，因其位于离电极很大的距离。该情况下，可使用备选算法估计第二温度分布，这将在下文进行描述。

从第一温度范围的随时间观察的第一温度分布演化，计算温度等值线（空间的表面）。随着这些温度等值线从电极的高场区向外传播，其传播可由运动矢量场描述。然后其时间演化可通过沿着运动矢量扩展而外推。如果存在若干电极，等值线以岛开始，然后随时间聚集在一起，当等值线开始重叠时此方法将造成困难，但是由于只感兴趣朝着消融带边界的等值线，并且由于该边界位于远离电极阵列的一段距离处，因此在第一逼近外推方法中无需详细研究这些效果。这些效果将导致近电极处的高温，在近电极处可安全地实现凝结，甚至可容忍一些烧伤。感兴趣的等值线是在凝结临界温度处形成的一个等值线。当该等值线逼近消融带的边界时，其将变成单一闭合轮廓，可检查所述等值线与打算的目标消融带的一致性以看是否需要调整能量水平以修正等值线形状并使其与目标区域更加一致。

如果应使用热扩散方程和热扩散系数估计第二温度分布，温度分布估计单元5可适于使用下述数学框架。

热扩散方程是重要的偏分方程，其描述给定区域内随时间的热分布（或温度变化）。对三个空间变量(x，y，z)和时间变量t的函数u(x，y，z,t)，热方程为

$\frac{\∂u}{\∂t}-\mathrm{\α}(\frac{{\∂}^{2}u}{\∂x^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{\∂y^2}+\frac{{\∂}^{2}u}{\∂z^2})=0---\left(1\right)$

或等同的

$\frac{\∂u}{\∂t}=\mathrm{\α}{\▿}^{2}u---\left(2\right)$

其中

α=k/c_pρ（3）

值α是取决于热传导性k、质量密度ρ、以及特异的比热容c_p的材料特异性量。本发明的上下文中，α称之为热扩散系数，其通常是空间依赖的。

通常，对于非均匀各向异性介质中的热传导，热传导的研究基于若干原则。热流由能流产生，这样有意义讨论热流进入空间区域的时间速率。热流进入区域V的时间速率由时间依赖的量q_t(V)给出。假定q具有密度，则

q_t(V)=∫_vQ(x,t)dx（4）

热流是如下描述的时间依赖的矢量函数H(x)。贯穿面积为d S并具有单位法矢量n的无穷小表面元的热流的时间速率是

H(x)·n(x)dS（5）

因而，热流进入V的速率亦可由面积分给出

$q_t\left(V\right)=-{\∫}_{\∂v}H\left(x\right)\·n\left(x\right)\mathrm{dS}---\left(6\right)$

其中，n(x)是x处的外凸法矢量。

傅里叶法则表明热能量流对温度梯度具有下述线性依赖性

$H\left(x\right)=-A\left(x\right)\·\▿u\left(x\right)---\left(7\right)$

其中，A(x)是对称且正定的3×3实矩阵。通过格林定理，热流进入V的先前面积分可转化为体积分

$q_t\left(V\right)=-{\∫}_{\∂v}H\left(x\right)\·n\left(x\right)\mathrm{dS}$

$={\∫}_{\∂v}A\left(x\right)\·\▿u\left(x\right)\·n\left(x\right)\mathrm{dS}$

$={\∫}_v\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}{\∂}_{x_i}\left(a_{\mathrm{ij}}\left(x\right){\∂}_{x_j}u(x,t)\right)\mathrm{dx}---\left(8\right)$

在x处的温度改变的时间速率与进入无穷小体积元的热流成比例，其中比例常数取决于常数κ

${\∂}_{t}u(x,t)=\mathrm{\κ}\left(x\right)Q(x,t)---\left(9\right)$

将上述方程组合在一起给出热流的通式：

${\∂}_{t}u(x,t)=\mathrm{\κ}\left(x\right)\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}{\∂}_{x_i}\left(a_{\mathrm{ij}}\left(x\right){\∂}_{x_j}u(x,t)\right)---\left(10\right)$

应当注意，系数κ(x)是物质在x处比热的倒数×物质在x处密度的倒数，并且在各向同性介质的情况下，矩阵A是与热传导性相等的纯量矩阵。在各向异性的情况下，其中系数矩阵A不是纯量（即，如果其取决于x），很难写出热方程的解的清楚的公式。尽管，通常可能考虑相关联的抽象柯西问题并表明其为适定问题和/或表明一些定性属性（如正初始数据的保存、无限的传播速度、收敛趋向平衡、平滑属性）。这通常由单参数半群定理完成。例如，如果A是对称矩阵，则清楚的算子如下定义

$\mathrm{Au}\left(x\right):=\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}{\∂}_{x_i}{a}_{\mathrm{ij}}\left(x\right){\∂}_{x_j}u\left(x\right)---\left(11\right)$

该算子是自伴随并耗散的，因而通过谱定理其可产生单参数半群。

使用上述数学框架，可估计空间中随时间的第二温度分布演化。为计算的初始化，温度可设置为在时间t＝0测量的温度分布，并且在供能电极位置处的温度可定义为在电极厂商特异性设置电源参数而给定的这些位置处随时间的温度函数。

如上所述，电极位置处随时间的温度的函数由供给电极电源的参数（或通常情况下通过由能量提供设备供给的空间依赖的能量）确定。电极的厂商提供计划软件，其预测温度分布将如何在空间中随时间演化。显然，此预测基于关于电极周围组织的热传导性的某些相当一般的假设：温度等值线典型地为球面形的，并且其随时间的传播取决于随时间的电极供应电流的函数。

实际上，如同以上述方式在第一温度范围测量的一样，不同的温度分布将演化，展示与球形和随时间的统一传播的显著偏差。但是，由于这样观察的温度分布基于相同的随时间电流供应函数，如果局部热扩散系数（局部热传导性）是公知的或可估计的，可以更好的质量预测实际演化分布，并将其馈送给热扩散数学框架。

通常，所观察的等值线和局部传播速度之间仍存在偏差，偏差亦来自改良的预测。这些偏差可被馈送给迭代算法，这将允许导出关于局部热扩散系数（局部热传导性）和血管冷却效果的改良的信息，此信息然后可用于将温度分布外推到第二温度范围。

基于初始可用和/或迭代改善的局部热扩散系数（局部热传导性）的知识，可为任何随时间的电极电流函数基于上述数学框架计算第二温度分布。此能力允许向用户推荐电极电流参数设置的修正，以使治疗消融温度范围的估计温度分布最优地匹配计划/目标消融区域。

图4示意示范性示出了已经由估计影响区域确定单元8根据所估计的第二温度分布所确定的估计影响区域24，其中，估计影响区域指示通过施加能量将对象影响到预定义程度的对象的区域。在该实施例中，如果对象的相应区域包括已经由凝结引起死亡的细胞，将达到由能量施加影响的预定义程度。在其他实施例中，可预定义能量施加影响的另一程度。

温度分布确定装置1还包括影响偏差确定单元9，和能量施加特性调节单元10，其中影响偏差确定单元用于确定估计影响区域24和预定义影响区域22之间的偏差，而能量施加特性调节单元用于根据所确定的偏差调节所提供的能量施加特性。由于能量施加特性调节单元10被配置成根据所确定的估计影响区域24和预定义影响区域22之间的偏差调节所提供的能量施加特性，因此可校正能量施加从而使得最终的影响区域更好地匹配预定义影响区域22。优选地，能量施加特性调节单元10根据所确定的偏差调节所提供的能量施加特性，其中，基于经调节的能量施加特性再次计算第二温度分布和估计影响区域，直到实际估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差低于预定义阈值或直到已经执行了预定义次数的迭代。

将如基于三维时空第一温度分布向约60°C的治疗温度范围的外推而预测的实际估计消融带、即实际估计影响区域，与原始计划的目标带、即预定义影响区域进行比较，并且能量施加特性调节单元10计算，例如，改良的功率水平设置，其可施加在下述的阶段三。例如，可调整功率设置从而使得预定义影响区域被包括在具有安全余量的估计影响区域内。如果应当调节消融电极相对于对象的位置，优选地使用新的消融电极位置再次计算时空依赖的第一温度分布。消融电极的位置可通过已知方法确定。例如，可重建计算机断层摄影图像，其中消融电极是可见的以确定消融电极的位置。或者，可使用X射线荧光透视系统以确定消融电极的位置。

除在由能量施加特性调节单元10根据所确定的偏差调节所提供的能量施加特性以外或备选地，能量施加特性提供单元4可适于允许用户基于通过利用上述数学框架方法导出的建议，修正所提供的能量施加特性，其中，温度分布估计单元5适于基于所测量的第一温度分布和经修正的提供的能量施加特性，估计在第二温度范围内的对象中的经修正的第二温度分布，如果将根据经修正的提供的能量施加特性向对象施加能量，将会存在经修正的第二温度分布，其中，估计影响区域确定单元8适于根据所估计的经修正的第二温度分布确定对象3的经修正的估计影响区域。例如，可使用输入设备11以允许用户修正所提供的能量施加特性，具体而言，修正自动调节的提供的能量施加特性。

温度分布确定装置1还包括用于示出估计影响区域24和预定义影响区域22的叠加图像的显示器12。用户可修正能量施加特性并且对象的估计影响区域可根据经修正的能量施加特性进行更新。这允许用户修正例如功率设置，直到已经获得期望的估计影响区域。此外，允许用户校正自动调节的提供的能量施加特性并监测用户对估计影响区域的校正的效果。

在可被看作经调整的消融治疗执行阶段的第三阶段中，向对象施加所提供的能量施加特性并且执行消融程序，所提供的能量施加特性可由能量施加特性调节单元10调节和/或由用户修正。应当注意到，在第三阶段之前，优选只在测量第一温度范围内的第一温度分布时已经向对象3施加能量，亦即，在第三阶段之前对象未被加热到治疗温度，例如在治疗温度处由凝结引起细胞死亡。

在第三阶段中，如果对象3的第一部分具有第一温度范围内的温度并且对象3的第二部分具有第二温度范围内的温度，当根据所提供的能量施加特性向对象施加能量时，温度分布测量单元6、7可测量对象3的第一部分中的第一温度范围内的对象3内第三温度分布，其中所提供的能量施加特性可能已经过调节或修正过。温度分布估计单元5适于基于所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布和所测量的第三温度分布中的至少一个，估计第二温度范围内的对象3的第二部分的第四温度分布，当根据所提供的施加的能量施加特性向对象3施加能量时存在第四温度分布。估计影响区域确定单元8可适于根据所估计的第四温度分布，确定对象3的估计影响区域。影响偏差确定单元9然后优选适于确定已经根据第四温度分布估计出的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差，其中，能量施加特性调节单元10可被配置成根据所确定的偏差调节能量施加特性，该能量施加特性描述向对象施加电流能量。因而，即使在第三阶段中施加能量期间，可确定温度分布并根据所确定的温度分布调节能量的施加。此外或备选地，优选持续基于第四温度分布确定的实际估计影响区域可在显示器12上示出，具体而言，通过示出实际估计影响区域和预定义影响区域的叠加图像而在显示器上示出，并且如果估计影响区域不按期望发展，用户可通过使用输入单元11修正能量施加特性。用户亦可通过使用输入单元11停止能量施加程序。因而，亦在第三阶段中，可应用超声温度测定，以便看看三维温度分布如何演化。由于消融带的外围仍将有低于55°C的温度，因此温度测量将仍在该区域中进行，并允许在新测量的第三温度分布和第二阶段中产生的更新预测之间进行比较和/或允许所测量的等值线在第一温度范围内演化时的形状与初始预定义的影响区域的形状之间进行比较。

可基于许多准则计算对应测度。优选地，基于预测消融区域、即估计影响区域与目标消融区域、即预定义影响区域之间的一致性计算对应测度，在本实施例中目标消融区域基于肿瘤的形状和大小。所实现的消融带应当大于肿瘤，并具有有一些预定义余量，以便最优地防止肿瘤复发。接受不完全覆盖肿瘤的仅有情况发生在一旦完全覆盖肿瘤，重要的健康组织结构将被消融时。如果在肝内，供给大的健康肝叶的血管有风险并可能要被消融，就是这种情况。因此，对应测度可被实施为比率r乘以风险因子f，其中r是由预测消融带覆盖的肿瘤体积t_a、即目标消融区域相对于总的肿瘤体积t_t的比率、r＝t_a/t_t，并且风险因子f可被计算为例如f＝(1-h/t_t)，其中h是可能要被消融的健康组织的体积。这产生对应测度为c=r*f＝t_a/t_t*(1-h/t_t)。

如上所述，温度分布估计单元5可适于估计第二温度范围内的对象3的第二部分中的第四温度分布。此外或备选地，温度分布确定装置1可包括对应度确定单元25，其用于确定当向对象施加所提供的能量时所估计的对象的第二部分中的第二温度分布和所测量的对象的第一部分中的第三温度分布之间的对应度。如果对应度低于预定义阈值，这将在显示器12上示出以指示用于估计第二温度分布的计算并且因而对估计影响区域的确定可能不正确。例如，如果向对象施加能量从而使得对象的第二部分（在对象的第二部分中对象已经被加热到第二温度范围）位于电极周围，并且对象的第一部分（在对象的第一部分中对象尚未被加热到第二温度范围，即对象处于第一温度范围中）更加远离电极，所测量的第三温度分布可定义对象的第一部分，并且其中不能测量第三温度分布的对象的部分可定义对象的第二部分。因而，第三温度分布可间接地定义对象的第二部分。此外，对象的第二部分亦可由所估计的第二温度分布定义。然后可以根据例如由所估计的第二温度分布定义的对象的第二部分的体积和由所测量的第三温度分布定义的对象的第二部分的体积来定义所估计的第二温度分布和所测量的第三温度分布之间的对应度。例如，这两个体积的差别或比率可被用作对应度。

如果预测消融区域严重偏离期望的目标带，例如由上述所估计的对象的第二部分中的第二温度分布和所测量的对象的第一部分中的第三温度分布之间的对应度所指示的和/或由同样上述的预测消融区域和目标消融区域之间的对应测度所指示的，用户可停止向对象施加能量的施加和/或温度分布确定装置可适于自动停止向对象施加能量。然后，例如，可再次确定第二温度分布和估计影响区域以获得改良的第二温度分布以及因而获得改良的估计影响区域。这亦可用于启动更加复杂算法的使用，所述更加复杂算法合并有关于热扩散系数和流过血管的血液冷却效果的更多知识，亦即，可能更加耗时、因而将只用于复杂情况中的算法。

温度分布确定装置亦可适于在第三阶段中已经开始能量施加后，将第三温度分布与第一阶段中测量的第一温度分布进行比较。例如，另外的对应测度可被计算为如下的倒数：例如，第一温度分布和第三温度分布中对于50°C的两个等值线之间的绝对差别除以这两个体积的和。因而，若v₁是第一温度分布的50°C等值线内的体积，且若v₃是第三温度分布的50°C等值线内的体积，对应测度可被定义为(v₁+v₃)/abs(v₁-v₃)。如果对应测度超出预定义阈值，该对应测度亦可用于自动中止能量的施加或自动修正能量施加特性。此外或备选地，该对应测度亦可在显示器上示出，并且用户可根据所显示的对应测度修正或中止能量施加。如果能量施加特性被修正，优选再次测量第一温度分布，并且在第三阶段中利用经修正的能量施加特性已经再次开始能量施加后，可基于在第一阶段中根据经修正的能量施加特性新测量的第一温度分布和在第三阶段中同样根据经修正的能量施加特性新测量的第三温度分布，再次计算对应测度。

温度分布确定装置1还包括影响区域确定单元14，其用于确定指示由能量施加已经将对象影响到预定义程度的对象3的区域的影响区域。在该实施例中，如果对象的一部分被凝结从而使得已经引起细胞死亡，该部分已经被影响到预定义程度。影响区域确定单元14优选适于从由超声单元6使用超声弹性成像采集的超声数据确定对象内的弹性分布。在该实施例中，如果在一区域中弹性指示大于刚度阈值的刚度，该区域被看作属于或代表影响区域，因为已知凝结带比活体组织坚硬。刚度阈值可由校准测量确定，其中，在校准测量期间，已知对象的哪部分已经凝结而和对象的哪部分尚未凝结。或者，可进行计算机断层摄影或磁共振成像或者磁共振弹性成像扫描，以便评估三维的凝结带。因而，在第四阶段中，可验证消融体积并可基于所实现的结果预测患者预后。基于与初始诊断图像数据的比较，临床医师可创建关于已经如何好地消融目标体积和具有何种安全余量的报告书。

温度分布计算单元7、温度分布估计单元5、能量施加特性提供单元4、估计影响区域确定单元8、影响偏差确定单元9、能量施加特性调节单元10、对象结构提供单元13、影响区域确定单元14以及对应度确定单元25集成在计算单元15中。在其他实施例中，这些单元中的一个或若干可不集成在单一计算单元内。

温度分布确定装置1包括具有RF能量源20的导管控制单元19，和用于将导管尖端18引导至对象3内的期望位置的引导控制单元21。在该实施例中，引导控制单元21控制导管2的内置引导器件（未在图1中示出）。可通过使用导向线或其他机械器件导向且导航导管2以便将导管尖端18引导至对象3内的期望位置。导向线或用于导向且导航导管尖端的其他机械器件可由引导控制单元21控制。

上述能量施加单元包括RF能量源20和消融电极23，其中，消融电极位于导管尖端18处并且经由如线的电连接与RF能量源相连。能量施加单元优选还包括接地电极，正如现有RF消融系统中已知的。在另一实施例中，除包括具有导管尖端的导管以外或备选地，温度分布确定装置可包括具有针尖端的针，其中针尖端包括用于向对象施加能量的电极。然后温度分布确定装置还包括具有RF能量源的针控制单元，和用于将针尖端引导至对象内的期望位置的引导控制单元。亦在该实施例中，引导控制单元控制针的内置引导器件。例如，可通过使用导向线或如自动针插入设备的其他机械器件导向且导航针。针尖端优选包括一个或若干消融电极，消融电极经由如线的电连接与RF能量源相连。

尽管上述超声单元产生二维超声数据，但是亦可使用三维超声单元产生三维超声数据，其中，超声数据形成可在显示器12上示出的三维超声图像。温度分布计算单元然后适于基于三维超声数据计算第一温度分布。

在下文中，将参考图5所示的流程图示范性地描述温度分布确定方法的实施例。

在步骤101中，由温度分布测量单元在向对象3施加能量从而使得对象3被加热到第一温度范围内的温度时测量对象3中的第一温度分布。具体而言，由超声单元6采集超声数据，并且温度分布计算单元7根据所采集的超声数据计算第一温度分布。对象3从约37°C被加热到这样的温度，即使得得到的第一温度区域为估计与第一温度范围不同的第二温度范围内的第二温度分布提供充分的信息。例如，第一温度范围可从约37°C到约50°C，而第二温度范围可被布置在60°C周围。

在步骤102中，由能量施加特性提供单元4提供描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度的能量施加特性。例如，可提供功率水平设置和消融电极相对于对象的位置。在步骤103中，估计第二温度范围内的对象中的第二温度分布，其中，如果将根据所提供的能量施加特性向对象施加能量，将存在第二温度分布。由温度分布估计单元5基于所测量的第一温度分布执行所述估计。

温度分布确定装置可用于执行热治疗，作为替代手术切除的用于肿瘤处置的无创或微创方法。为了向对象施加能量，具体而言，为了执行热处置，可通过如RF消融、激光、治疗超声、微波等等的各种技术向对象施加能量。在热治疗期间，优选局部加热组织上至高于60°C，由此通过凝结破坏癌组织。例如，温度分布确定装置可用于肝癌领域或其他种类癌症领域。

如果癌症应当被处置，已知的消融技术常常将种子细胞遗留在对象中，例如，因为不适当的计划和/或不充分的消融。在现有技术中，因为来自血管的冷却效果非常难以预测，并且大部分计划工具基于电极尖端周围的球形等值线的假设，所以不适当的计划频繁发生。温度分布确定装置优选适于通过提供更好的计划、在消融过程期间监测并调整热“剂量”来消除该缺陷或将其最小化。消融电极23和RF能量源20优选被调节使得消融电极23中的至少一些、优选全部可各自关于其热沉积进行控制。如图3和图4中可见，经推进的消融电极位于从导管尖端18延伸出的若干子尖端41处。在又一个实施例中，如果使用具有针尖端的针，该针尖端亦可包括若干子尖端，子尖端可从针中推出并且可包括消融电极。优选地，子尖端41中的每个合并有热电偶，热电偶允许持续监测组织温度，并且自动调整每个子尖端的功率从而使得目标温度保持恒定。导管控制单元19因此还包括连接到热电偶的用于监测子尖端41处的温度的温度监测单元26。尖端的功率值以及优选其所应用的时间模式可以如下方式进行调整，即允许一定程度改变得到的消融体积的形状，所述得到的消融体积在现有技术中通常假设为球形，即通常忽略导致严重偏离该球形形状的组织的不均性。

调节功率水平的先决条件是指示出实际消融的组织区域，这最优地通过实时监测身体内的活体三维温度分布来实现。在现有技术中，这只能通过磁共振成像以适当的精度实现，但是仅使用磁共振扫描器作为三维温度计非常昂贵。因此，人们提出出于温度测量目的使用计算机断层摄影，但是该温度测量非常不精确，例如，所述温度测量只可能具有约5°C的精度。超声单元采集超声数据，该超声数据可用于通过超声图像引导将消融电极放置在对象中，具体而言，放置在肿瘤中。但是，在现有技术中，超声数据不能用于包括例如60°C或更高的温度的治疗消融温度范围中的三维温度测定。温度分布确定装置优选适于通过估计优选为治疗消融温度范围的第二温度范围内的第二温度分布来克服这一局限。

温度分布确定装置优选改良对于RF消融、尤其是对于肝肿瘤的RF消融的监测、重新计划以及结果预测，以便降低现有的高复发率，其主要由计划的消融带与所实现的消融带之间的偏差引起。在现有技术中，通常假设消融带对于单个电极位置而言具有球形，而现实中实际消融区域的形状基本上背离这种假设。例如，存在消融电极周围的缺口和由来自血管的冷却效果引起的主要缺口。在治疗程序期间对消融带的估计允许临床医师调整电极尖端的功率水平，以便补偿演化的消融体积与初始计划的形状和范围的不期望偏差，因而基本上降低了由于肿瘤的处置不足区域的肿瘤复发的可能性以及健康组织的不希望损伤的可能性。温度分布确定装置因此优选适于使用关于优选通过使用超声温度测定测量的第一温度范围中的三维温度分布的演化的信息，以合适的方式调整消融电极的功率水平，从而使所实现的消融体积、即影响区域与目标体积、即预测影响区域实现更好的一致性。用于消融的目标体积可从由临床专家执行的初始计划中获得。在实施例中，目标体积可由一个或多个电极相对于对象的位置和这些位置中的每个周围的球形消融带来定义。

单一单元或设备可实现权利要求书中记载的若干项的功能。相互不同的从属权利要求中记载的某些手段并不指示使用这些手段的组合不能获得优势。

由一个或若干单元或设备执行的如第一温度分布的计算或第二温度分布的估计的计算、确定、估计，等等亦可由任何其他数量的单元或设备执行。例如，上述由若干单元执行的计算、估计以及确定亦可由单一单元或由任何其他数量的不同单元执行。计算、确定、估计，等等，和/或根据温度分布确定方法对温度分布确定装置的控制可实施为计算机程序的程序代码模块和/或实施为专用硬件。下文将参考图6描述此类计算机程序的实施例，其亦可实施为专用硬件。

计算机程序合并到图像引导治疗系统201中，该治疗系统作为温度分布确定装置的实施例。图像引导治疗系统201包括治疗监测控制工作站215。用于产生三维超声数据的三维超声换能器206将这些数据提供给三维超声成像单元227，以基于所提供的三维超声数据产生三维超声图像。三维超声图像然后优选由图像引导RFA电极放置模块228用于基于所提供的三维超声图像放置RFA（射频消融）电极，RFA电极亦可看作RFA针。对于这一放置程序而言，亦使用初始病变，其已经由初始病变评估单元229评估过。优选基于三维超声图像评估初始病变。三维超声图像、所放置的RFA电极、初始病变，等等可显示在显示器212上，显示器212优选用于查阅视图和用户沟通目的。因而，图像引导治疗系统201可用于进行初始超声成像、病变评估、计划标准消融，以及图像引导交互电极放置到病变中，其中，定义一个或若干手术目标带。图像引导治疗系统201还包括消融目标带定义单元232，其用于基于初始病变评估定义消融目标带，即用于定义影响区域。

基于预定义的消融目标带，厂商的治疗监测控制工作站215的RFA计划单元230确定消融电极的功率水平设置，从而使得覆盖预定义的消融目标带。厂商的RFA计划单元230使用关于根据所施加的电力的各自消融电极周围的消融球的半径的厂商信息。可将功率水平设置提供给RFA功率控制单元231以控制RFA电极电源220，RFA电极电源电连接到消融电极以向对象施加能量。图像引导治疗系统201因此可启动标准RF消融。

治疗监测控制工作站215还包括用于计算第一温度范围内的时间依赖的三维空间第一温度分布的三维超声温度测定单元207。然后将已随时间测量的三维第一温度分布存储在存储单元233中。因而，在作为监测阶段的第一阶段中，执行超声温度测定并且存储得到的已随时间测量的三维第一温度分布。

治疗监测控制工作站215还包括用于估计第二温度范围中的第二温度分布的温度分布估计单元205，在该实施例中，第二温度范围作为治疗消融温度范围，在该温度范围中细胞凝结以引起细胞死亡。温度分布估计单元205优选适于通过使用所测量且存储的第一温度分布、由热扩散方程提供单元235所提供的热扩散方程，以及由对象结构提供单元213所提供的可能包括血管位置和局部流速信息的三维组织特性，将治疗消融温度范围内的三维第二温度分布外推。影响偏差确定单元209确定估计影响区域和目标消融体积之间的偏差，估计影响区域根据所提供的第二温度分布进行估计。然后将偏差结果提供给能量施加特性调节单元210以根据由影响偏差确定单元209所提供的偏差调节能量施加特性。在该实施例中，能量施加特性调节单元210基于所提供的偏差和由厂商的RFA计划单元230所提供的电极功率设置计算经调整的电极功率设置。因而，在重新计划和计划调整阶段中，亦即在第二阶段中，优选将三维第一温度分布外推到第二治疗消融温度范围，以估计第二温度分布，其中，考虑热扩散方程和潜在可用的关于组织特性的知识，例如局部变化的热扩散系数、血管位置以及这些血管中的局部流速。然后将得到的预测消融体积、亦即估计影响区域与初始定义的消融目标带、亦即预定义影响区域进行比较。然后由能量施加特性调节单元210产生新的电极功率设置。在第三阶段中，然后基于与临床专家的适当交互以及他或她的确认/批准，将所产生的、亦即经调整的电极功率设置载入RFA电力控制单元231，以用于所提议的程序的实际治疗递送，RFA电力控制单元231可由RFA供应商提供。

图像引导治疗系统201任选地还包括用于确定实际消融体积的超声弹性成像单元214，实际消融体积、亦即影响区域将用作复发/预后预测的基础。

具体而言，三维超声温度测定单元207、影响偏差确定单元209、能量施加特性调节单元210、温度分布估计单元205、超声弹性成像单元214、热扩散方程提供单元235、三维超声成像单元227、初始病变评估单元229、厂商的RFA计划单元230以及RFA功率控制单元231中的至少一个、优选全部可作为计算机程序的程序代码模块提供，计算机程序合并在图像引导治疗系统210中。

上述参考图6的执行计算、确定以及估计的不同单元作为计算机程序的程序代码模块提供，计算机程序合并在图像引导治疗系统210中。

在另外的实施例中，温度分布测量单元用于在向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的温度时测量对象中的第一温度分布，温度分布测量单元可适于在根据若干测量能量施加特性向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的不同温度时测量对象中的若干第一温度分布。此外，用于估计第二温度分布的温度分布估计单元可被调节成使得基于在若干测量能量施加特性下测量的若干测得第一温度分布和所提供的能量施加特性估计第二温度分布。同样在该实施例中，温度分布估计单元基于外推估计第二温度分布，其中，在若干测量能量施加特性下测量的若干测得第一温度分布被外推到所提供的能量施加特性。

尽管上述实施例中向对象施加RF能量，但是也可向对象施加其他种类能量，如诸如微波的电能、光能、超声能量、核能等等中的另外种类。温度分布确定装置优选适于应用于与治疗中超声成像兼容的热治疗方法。

尽管上述实施例中已描述特定种类的消融电极以施加RF能量，但是也可使用一个或若干具有另一结构的消融电极以施加RF能量。

尽管上述实施例中温度分布确定装置包括能量施加单元，但是温度分布确定装置也可为不包括能量施加单元的独立装置。于是该独立的温度分布确定装置适于与能量施加装置合作以向对象施加能量。

尽管上述实施例中确定人体器官内的温度，但是温度分布确定装置也可适于确定人体另外部分内或如动物、植物或技术对象的另外对象内的温度。

尽管上述实施例中已定义了一定的第一第二温度范围，但是温度分布确定装置和方法也可适于分别测量和估计其他温度范围中的第一和第二温度分布。具体而言，第一温度范围优选根据其内各自使用的温度分布测量单元能测量第一温度分布的温度范围，并且第二温度范围优选为其中能够获得期望治疗效果的治疗温度范围。例如，如果应当向组织施加能量以直接杀死肿瘤细胞，第二温度范围可为45°C到70°C，优选为50°C到70°C，还优选为55°C到65°C。或者，例如如果应使细胞更易受伴随的放射治疗或化学治疗的影响，第二温度范围可为40°C到50°C，优选为41°C到46°C，还优选为44°C到46°C。第一温度范围和第二温度范围可为重叠的温度范围，或者它们可为不重叠温度范围，具体而言，第一温度范围和第二温度范围可彼此相邻。

本领域技术人员在研究说明书、附图和权利要求后实施所要求保护的发明时能够理解并实现公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除数个。

计算机程序可存储/分布于合适的介质上，这样的介质例如为光存储介质或固态介质，所述介质连同其他硬件一起或作为其部分提供，但是计算机程序亦可以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统分布。

权利要求书中的任何附图标记不应理解为限制范围。

本发明涉及一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置。温度分布测量单元在向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的温度时测量对象内时空依赖的第一温度分布，并且温度分布估计单元基于所测量的第一温度分布的时空依赖性估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布，其中第二温度范围不同于第一温度范围。由于温度分布不但能够在第一温度范围中获得而且能够在第二温度范围中获得，因此可增加可确定温度分布的总的温度范围。

Claims (15)

1.一种用于确定由向对象施加能量引起的所述对象内温度分布的温度分布确定装置，所述温度分布确定装置（1）包括：

-温度分布测量单元（6、7），其用于在向所述对象（3）施加所述能量从而使得所述对象（3）被加热到第一温度范围内的温度时测量所述对象（3）中的时空依赖的第一温度分布，

-温度分布估计单元（5），其用于基于所测量的第一温度分布的时空依赖性估计第二温度范围内的所述对象（3）中的时空依赖的第二温度分布，其中所述第二温度范围不同于所述第一温度范围并且在所述第二温度范围中所述温度分布测量单元（6、7）不能测量温度分布。

2.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布测量单元（6、7）包括用于采集来自所述对象（3）的超声数据的超声单元（6）和用于根据所采集的超声数据计算所述第一温度分布的温度分布计算单元（7）。

3.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布估计单元（5）适于将所测量的第一温度分布从所述第一温度范围外推到所述第二温度范围中以估计所述第二温度分布。

4.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，假设向所述对象施加所述能量从而使得所述对象的温度从所述第一温度范围内的温度改变到所述第二温度范围内的温度，其中，所述温度分布估计单元（5）适于将所测量的第一温度分布从所述对象具有所述第一温度范围内的温度的时间点外推到所述对象具有所述第二温度范围内的温度的时间点。

5.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置（1）还包括用于根据所估计的第二温度分布确定所述对象（3）的估计影响区域的估计影响区域确定单元（8），其中，所述估计影响区域指示其中通过施加能量将所述对象（3）影响到预定义程度的所述对象（3）的区域。

6.根据权利要求5所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置还包括：

-能量施加特性提供单元（4），其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述对象（3）施加能量从而使得在所述温度分布测量单元（6、7）测量所述第一温度分布时所述对象（3）被加热到所述第一温度范围内的温度，并且被进一步加热到所述第二温度范围内的温度，

-影响偏差确定单元（9），其用于确定所述估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差，

-能量施加特性调节单元（10），其用于根据所确定的偏差调节所提供的能量施加特性。

7.根据权利要求5所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置（1）还包括用于示出所述估计影响区域和预定义影响区域的叠加图像的显示器（12）。

8.根据权利要求5所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元（4），其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述对象（3）施加能量从而使得所述对象（3）被加热到所述第二温度范围内的温度，其中，所述能量施加特性提供单元（4）适于允许用户修正所提供的能量施加特性，其中，所述温度分布估计单元（5）适于估计所述第二温度范围内的所述对象中的经修正的第二温度分布，其中如果将根据经修正的提供的能量施加特性向所述对象（3）施加所述能量，将存在所述经修正的第二温度分布，其中，所述估计影响区域确定单元（8）适于根据所估计的经修正的第二温度分布确定所述对象（3）的经修正的估计影响区域。

9.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元（4），所述能量施加特性提供单元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述对象（3）施加能量从而使得所述对象（3）被加热到所述第二温度范围内的温度，其中，如果所述对象（3）的第一部分具有所述第一温度范围内的温度并且所述对象（3）的第二部分具有所述第二温度范围内的温度，所述温度分布测量单元（6、7）适于在根据所提供的能量施加特性向所述对象施加所述能量时测量所述对象（3）的所述第一部分中的所述第一温度范围内的所述对象（3）中的第三温度分布，其中，所述温度分布估计单元（5）适于基于所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少一个，估计所述第二温度范围内的所述对象（3）的所述第二部分中的第四温度分布，其中在根据所提供的施加的能量施加特性向所述对象（3）施加所述能量时存在所述第四温度分布。

10.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置包括：

-能量施加特性提供单元（4），其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述对象（3）施加能量从而使得所述对象（3）被加热到所述第二温度范围内的温度，以及

-能量施加单元（20、23），其用于根据所提供的能量施加特性向所述对象（3）施加所述能量。

11.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，

-所述温度分布测量单元（6、7）适于在根据若干测量能量施加特性向所述对象（3）施加所述能量从而使得所述对象（3）被加热到所述第一温度范围内的不同温度时测量所述对象中的若干第一温度分布，

-所述温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元（4），所述能量施加特性提供单元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述对象（3）施加能量从而使得所述对象（3）被加热到所述第二温度范围内的温度，

-所述温度分布估计单元（5）适于通过将若干测得第一温度分布从所述若干测量能量施加特性外推到所提供的能量施加特性来估计所述第二温度分布。

12.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置（1）还包括用于提供所述对象的结构的对象结构提供单元（13），其中，所述温度分布估计单元（5）适于基于所提供的所述对象的结构估计所述第二温度分布。

13.根据权利要求1所述的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置（13）还包括影响区域确定单元（14），所述影响区域确定单元用于确定指示其中通过施加能量已经将所述对象影响到预定义程度的所述对象的区域的影响区域。

14.一种用于确定由向对象施加能量引起的所述对象内温度分布的温度分布确定方法，所述温度分布确定方法包括：

-由温度分布测量单元在向所述对象施加所述能量从而使得所述对象被加热到第一温度范围内的温度时测量所述对象中的时空依赖的第一温度分布，

-基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计第二温度范围内的所述对象中的时空依赖的第二温度分布，其中所述第二温度范围不同于所述第一温度范围并且在所述第二温度范围中所述温度分布测量单元不能测量温度分布。

15.一种用于确定由向对象施加能量引起的所述对象内温度分布的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于在所述计算机程序运行于控制根据权利要求1所述的温度分布确定装置的计算机上时，令所述温度分布确定装置执行根据权利要求14所述的温度分布方法的步骤。

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