CN103648424B - 能量施加规划设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于规划对诸如肿瘤的对象（3）的能量施加的能量施加规划设备。能量施加元件表示表现诸如消融针的能量施加元件（5），其包括用于施加能量的能量施加部分和感测部分（7）。根据所述能量施加元件表示所界定的所述能量施加部分和所述感测部分（7）相对于所述能量施加元件（5）的位置并且根据所述对象表示确定所述能量施加元件（5）相对于所述对象（3）的布置。因此，通过对所述能量施加的规划不仅能够按照预期执行能量施加，还能够按照预期感测所述对象和所述对象的周围。通过这种方式能够改善规划过程。
Description
技术领域
本发明涉及用于规划对对象的能量施加的能量施加规划设备、能量施加规划方法和能量施加规划计算机程序。
背景技术
US 2011/0015628 A1公开了一种用于对除去患者体内的组织物质的消融过程进行规划的设备。在患者体内识别出组织物质，并生成包括所述组织物质的初始规划目标体积的图像表示。通过包含消融体积的模板椭球体描述初始规划目标体积。对包含消融体积的模板椭球体的短轴和所述初始规划目标体积按比例放大，直到其大小与包含消融体积的模板椭球体的长轴相等为止，从而生成包含按比例改变的规划目标体积的封闭球。在查找表格中，识别出具有最低数量的球形消融区域的预先计算出的消融解决方案，所述最低数量的球形消融区域覆盖了所述封闭球，并且将叠加在所述球上的所识别出的预先计算的消融解决方案的图形表示输出给用户。
发明内容
本发明的目的在于提供用于规划对对象的能量施加的能量施加规划设备、能量施加规划方法和能量施加规划计算机程序，其中，能够改善对能量施加的规划。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划设备，所述能量施加规划设备包括：
-用于提供所述对象的对象表示的对象提供单元，
-用于提供表示能量施加元件的能量施加元件表示的能量施加元件提供单元，所述能量施加元件包括用于向对象施加能量的能量施加部分和用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的感测信号的感测部分，
-用于根据所述能量施加元件表示所界定的所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的位置以及根据所述对象表示确定所述能量施加元件相对于所述对象的布置的布置确定单元。
由于所述布置确定单元适于不仅根据所述能量施加部分相对于所述能量施加元件的位置，还根据所述感测部分相对于所述能量施加元件的位置来确定所述能量施加元件的布置，因而能够在对能量施加进行规划的同时考虑所述感测部分相对于所述对象的位置。其允许将所述能量施加规划为不仅能够按照预期执行能量施加，而且能够按照预期感测所述对象和/或所述对象的周围。通过这种方式能够改善规划过程。
所述对象优选是肿瘤，所述能量施加元件优选是用于使肿瘤消融的消融针。具体而言，所述能量施加部分可以包括被多个感测部分包围的消融电极，所述感测部分优选包括用于对所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性进行光学感测的光传感器。所述消融电极优选是射频(RF)消融电极。可以在所述针按照规划布置处于所述肿瘤内的同时，以及在通过所述消融电极施加能量的同时，采用所述感测部分监测消融区域的发展。
所述布置确定单元能够适于确定能量施加元件相对于对象的一种或多种布置，从而一次或多次向所述对象施加能量。
所述对象提供单元可以适于在诸如计算机层析成像图像或磁共振图像的用于提供对象表示的三维图像中对所述对象进行分割。所述对象提供单元也可以是已经存储了诸如经分割的肿瘤的对象表示的存储单元，或者可以是整个系统，所述系统包括用于生成表示对象的三维图像的成像模态以及用于对所生成的三维图像内对所述对象进行分割的分割单元。
所述能量施加元件提供单元优选是存储了所述能量施加元件表示的存储单元，可以从其中检索出所述能量施加元件表示，以确定所述能量施加元件相对于所述对象的布置。
所述对象优选是肿瘤，所述感测部分优选适于判断相应的感测部分感测到的对象的相应肿瘤区域是否已经受到消融。具体而言，提供一个或多个感测部分，其包括用于对相应的感测部分处的组织进行光学感测的光传感器，其中，能够基于所述光学感测判断出所述组织是否已经受到了消融。
在优选实施例中，所述布置确定单元适于确定所述能量施加元件相对于所述对象的位置和取向，以之作为所述布置。
所述能量施加规划设备优选包括能量影响分配提供单元，所述能量影响分配提供单元用于提供多个预计能量影响区带与多个其他能量施加参数之间的分配，每个预计能量影响区带定义了受到能量施加影响的对象区带的预计形状和预计尺寸，其中，所述布置确定单元适于根据所述对象表示和所提供的所述分配确定其他能量施加参数并确定能量施加部分的位置来确定能量施加元件的位置。例如，所述其他能量施加参数是施加至能量施加部分的功率、施加能量的时间等。
所述对象优选是生物的部分，其中，所述能量施加规划设备能够适于规划通过所述能量施加对对象的组织的消融，其中，所述能量影响区带是预计消融区带，其定义了生物的消融区带的预计形状和预计尺寸。
所述布置确定单元还优选适于确定其他能量施加参数并确定所述能量施加部分的位置来确定所述能量施加元件的位置，从而使所述对象表示完全被所提供的分配、所述能量施加部分的位置和所述其他能量施加参数所定义的能量影响区带所覆盖。其允许将所述能量施加部分的位置，尤其是消融RF电极的位置确定为使诸如肿瘤的对象被完全消融。
所述布置确定单元还优选适于将所述能量施加元件的取向确定为使在所述对象表示周围提供的安全裕量可被所述感测部分感测到。因而，在向对象施加能量的过程中和/或在向对象施加能量之后，在按照所确定的布置将所述能量施加元件布置到所述对象内的同时，能够通过所述能量施加元件的感测部分感测到所述能量施加是否抵达了安全界限，由此能够断定所述对象是否至少在所述能量施加部分的位置和所述感测部分感测到的安全裕量的部分之间已经完全受到影响，例如是否已经完全受到消融。因此，能够判断所述对象是否至少在所述能量施加部分和所述感测部分感测到的安全裕量的部分之间已经完全受到影响，而不必感测出处于所述能量施加部分的位置和所述感测部分感测到的安全裕量的部分之间的对象。
在实施例中，所述布置确定单元还适于根据所确定的所述能量施加元件的位置确定所述能量施加元件的取向。因而，能够在假设按照所述布置确定单元所确定的相对于所述对象固定所述能量施加部分的位置的同时，确定所述能量施加元件的取向。
在优选实施例中，所述布置确定单元适于
-确定多个其他能量施加参数并确定所述能量施加部分的多个位置来确定所述能量施加元件的多个位置，所述多个其他能量施加参数对应于所述能量施加部分的所述多个位置，以及
-针对所述能量施加元件的所述多个位置确定所述能量施加元件的多个取向，
从而
-使所述对象表示完全被所提供的所述分配、所述能量施加部分的多个位置和所述多个其他能量施加参数所定义的多个能量影响区带所覆盖，并且
-使在所述对象表示周围提供的安全裕量可被所述感测部分感测到。可以将所述能量施加元件的多个取向确定为使所述安全裕量是可尽可能均匀地感测到的。其进一步改善了对所述能量施加的规划，从而使可能是肿瘤的对象完全受到所述能量的影响，尤其是被完全消融，其中，可以同时通过感测对象周围的安全裕量而可靠地监测所述能量的施加。
所述布置确定单元还优选适于确定所述能量施加元件的多个位置和取向的顺序，从而在能量施加元件处于接下来的所确定的第二位置上并且处于接下来的所确定的第二取向内时，使通过根据所确定的第一位置、所确定的第一取向和所确定的第一能量施加参数向对象施加能量而生成能量影响区带可被感测部分感测到。其允许在能量施加元件处于接下来的所规划的第二位置上并且处于接下来的所规划的第二取向内时，采用所述感测部分评估根据所规划的第一位置、所规划的第一取向和所规划的第一能量施加参数向对象施加能量的结果。其允许用户立即对根据所述第一规划位置、取向和其他能量施加参数实施的能量施加的结果做出反应。例如，如果感测到非预期的结果，那么第二位置、取向和其他能量施加参数可以考虑这一非预期的结果，其他接下来的位置、取向和能量施加参数也可以任选考虑这一非预期结果。
在优选实施例中，所述对象提供单元适于指示对象内的或者与对象相邻的减弱区域，在所述减弱区域内希望减弱能量施加，其中，所述布置确定单元适于将所述能量施加元件的取向确定为，使所述减弱区域可被所述感测部分感测到。如果所述对象是应当消融的诸如肿瘤的生物部分，那么所述减弱区域可以是接近血管的区域，其可能由于热流泄的原因而影响能量的施加。优选将所述感测部分的取向确定为使处于所述对象周围的安全裕量内的减弱区域可被感测部分感测到。所述减弱区域是已知(例如)不具有根据预期消融区所预计的表现的区域。通过将所述能量施加元件布置为使这些减弱区域可能被感测到，能够感测到这些问题区域上的能量影响，并使能量施加规划能够考虑这些问题区域上的感测结果，由此允许所述能量施加规划设备进一步改善能量施加规划的质量。
所述对象提供单元优选适于指示处于所述对象内或者所述对象周围的禁区，所述能量施加元件不允许位于所述禁区内，其中，所述布置确定单元适于将所述能量施加元件的取向确定为使所述能量施加元件不位于所述禁区内。如果所述对象是诸如人或动物的生物的部分，那么所述禁区可以是不应被所述能量施加元件损害的骨骼区域或血管区域。这种在对能量施加进行规划的同时对禁区的考虑能够进一步提高能量施加规划的质量。
所述能量规划施加设备还优选包括用于在所生成的感测信号的基础上确定所述对象和所述对象周围的至少其中之一的属性的属性确定单元。如果所述能量施加规划设备适于对消融过程进行规划，那么所述属性确定单元则优选适于在所生成的感测信号的基础上判断所述对象和所述对象周围的至少其中之一的感测部分是否已经受到消融。
在优选实施例中，所述布置确定单元适于根据所述对象表示和所确定的所述对象和所述对象周围的至少其中之一的属性修改所确定的所述能量施加元件相对于所述对象的布置。由于能够针对已经测得的对象的属性，尤其在预计应当受到所述能量影响的对象区域实际是否已经受到了所述能量施加的影响的基础上对所述能量施加进行调整，因而能够进一步改善对所述能量施加的规划。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于向对象施加能量的能量施加设备，其中，所述能量施加设备包括：
-用于向对象施加能量的能量施加元件，所述能量施加元件包括用于向对象施加能量的能量施加部分以及用于生成指示所述对象和所述对象周围的至少其中之一的属性的感测信号的感测部分，
-根据本发明的一方面所述的用于规划能量的施加的能量施加规划设备。
因此，所述能量施加设备允许用户或者能够自动根据所述能量施加规划设备确定的能量施加规划向对象施加能量。例如，能够在显示器上将所述能量施加元件的规划布置显示给用户，于是用户能够根据所确定的规划布置对所述能量施加元件进行布置。或者，所述能量施加设备可以包括用于将所述能量施加元件按照规划布置自动引入到对象内的导引单元。
所述能量施加设备可以包括一个或多个能量施加元件，尤其是一个或多个消融针。如果所述能量施加设备包括多个能量施加元件，那么可以同时在不同的位置上施加能量和/或对对象进行感测。
所述感测部分可以包括用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的光学感测信号的光学传感器。例如，可以采用光照射所述对象和所述对象周围的至少其中之一，其中，可以通过光传感器收集受到吸收和散射的光，以生成所述光学感测信号。所述属性确定单元可以采用所述指示所述光的吸收和散射的光学感测信号来确定所述对象和所述对象周围的至少其中之一的属性，从而(例如)判断组织是否已经被消融。
所述能量施加元件可以包括其他包括非光学传感器的感测部分。例如，所述其他感测部分可以包括温度传感器和/或压力传感器。所述其他感测部分可以提供能够用于监测对对象的能量施加的其他信息。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划方法，所述能量施加规划方法包括：
-通过对象提供单元提供所述对象的对象表示，
-通过能量施加元件提供单元提供表示能量施加元件的能量施加元件表示，所述能量施加元件包括用于向所述对象施加能量的能量施加部分和用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的感测信号的感测部分，
-通过布置确定单元根据所述能量施加元件表示所界定的所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的位置以及根据所述对象表示确定所述能量施加元件相对于所述对象的布置。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划计算机程序，其中，所述能量施加规划计算机程序包括程序代码模块，当在控制根据本发明的一方面所述的能量施加设备的计算机上运行所述能量施加计算机程序时，所述程序代码模块用于使所述能量施加规划设备执行根据本发明的另一方面所述的能量施加规划方法的步骤。
应当理解，根据本发明的一方面所述的能量施加规划设备、根据本发明的又一方面所述的能量施加设备、根据本发明的另一方面所述的能量施加规划方法以及根据本发明的再一方面所述的能量施加规划计算机程序具有类似和/或等同的优选实施例，尤其是在从属权利要求中定义的实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性并且示范性地示出了一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划设备的实施例，
图2示意性并且示范性地示出了消融针的实施例，
图3示出了示范性地说明一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划方法的实施例的流程图，
图4示出了示范性地说明一种用于向对象施加能量的能量施加方法的实施例的流程图，
图5示意性并且示范性地示出了消融针的另一实施例的顶端，
图6示意性并且示范性地示出了消融针在对象体内的多种布置，
图7示范性地示出了正常肝脏组织的反射谱，
图8示范性地示出了肿瘤肝脏组织的反射谱，
图9示范性地示出了消融肝脏组织的反射谱，
图10示范性地示出了氧合血红蛋白、血红蛋白、水和脂肪的吸收谱。
具体实施方式
图1示意性并且示范性地示出了一种用于向对象施加能量的能量施加设备的实施例。能量施加设备11是用于向对象实施消融过程的消融设备。在这一实施例中，所述对象是位于台13上的人12的肿瘤。能量施加设备11包括用于向对象施加能量的能量施加元件5。在图2中更加详细地示意性并且示范性地示出了能量施加元件5的实施例。
在这一实施例中，能量施加元件5是消融针，其包括用于向对象施加能量的能量施加部分6和多个用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的感测信号的感测部分7。在能量施加元件5上，能量施加部分6受到感测部分7的包围，在能量施加部分6的每一侧上感测部分7的数量相等。在这一实施例中，在消融针5上，在能量施加部分6的每一侧提供三个感测部分7。在其他实施例中，可以在能量施加元件5上提供更多或更少的感测部分7。
在这一实施例中，所述感测部分7包括用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的光学感测信号的光学传感器。具体而言，所述光学传感器可以包括一条或几条用于发射被指引向对象的光的光纤以及一条或几条用于探测来自对象的光以生成光信号的光纤。所述光学感测信号优选指示光的吸收和/或散射，并且可以采用其确定对象和对象周围的至少其中之一的属性，从而(例如)判断组织是否已经受到了消融。能量施加部分6优选包括作为RF消融电极的消融电极。可以采用感测部分7监测消融区域的扩展，同时使消融针5位于肿瘤内，并通过所述消融电极施加消融能量。
通过诸如电缆的连接元件14将消融针5连接至消融针控制单元15。消融针控制单元15包括电能源16，尤其是RF源，其用于通过连接元件14内的电连接和所述消融电极向对象施加能量，尤其是RF能量。消融针控制单元15还包括光源17和光探测单元18，前者提供采用一条或几条光纤引导至消融针5的感测部分7的光，后者用于探测光，所述光因对象的吸收和/或散射而受到改变，被一条或几条光纤所收集，并通过所述一条或几条光纤而被传输至光探测单元18。诸如医生或放射科医师的用户可以在图像指导下对消融针5进行引导和布置，下文将对此予以说明。
在将消融针5引导至对象的过程中以及在将消融针布置到对象体内的预期位置上并使其具有预期取向的布置过程中，荧光检查装置21对人12体内的消融针5成像。荧光检查装置21包括生成X射线束23的X射线源22，所述射束穿越消融针5所存在的人12的区域。在X射线束23穿越了人12之后，通过X射线探测器24探测所述X射线束23。通过荧光检查控制单元25控制X射线源22和X射线探测器24，所述荧光检查控制单元25基于探测到的X射线束23生成荧光检查图像。
所述能量施加设备11还包括用于规划对对象的能量施加的能量施加规划设备1。能量施加规划设备1包括用于提供对象的对象表示，即这一实施例中的所要消融的肿瘤的表示的对象提供单元2。能量施加规划设备1还包括用于提供表示能量施加元件5，即这一实施例中的消融针5的能量施加元件表示的能量施加元件提供单元4以及用于根据能量施加元件表示所界定的能量施加部分6和感测部分7相对于能量施加元件5的位置并且根据所述对象表示来确定能量施加元件5相对于所述对象的布置的布置确定单元9。在这一实施例中，所述布置确定单元9适于确定能量施加元件5相对于所述对象的多种布置，从而多次向对象施加能量。
对象提供单元2能够适于在所提供的包括所述对象的人12的三维图像中对所述对象进行分割，例如，所述图像是用于提供对象表示的计算机层析成像图像或磁共振图像。因而，所述对象表示优选是三维分割肿瘤。所述对象提供单元也可以是存储单元，在所述存储单元内存储了已经通过另一单元确定的对象表示，或者所述对象提供单元也可以是整个系统，其包括用于生成表现人12以及所述对象连同人12的三维图像的成像模态以及用于在所述生成的三维图像中对对象进行分割的分割单元。
能量施加元件提供单元4优选是存储了能量施加元件表示的存储单元，可以由其检索能量施加元件表示，以确定能量施加元件5相对于对象的布置。能量施加元件提供单元4优选包括定义能量施加部分和感测部分相对于能量施加元件5的位置的能量施加元件模型，其中，所述模型是所述能量施加元件表示。
能量施加规划设备1还包括能量影响分配提供单元8，所述能量影响分配提供单元8用于提供多个预计能量影响区带与多个其他能量施加参数之间的分配，每个预计能量影响区带定义了受到能量施加影响的对象区带的预计形状和预计尺寸。在这一实施例中，能量影响分配提供单元8适于提供多个预计消融区带与多个(像施加RF能量的功率、施加RF能量的时间等的)其他能量施加参数之间的分配，每个预计消融区带定义了人12的消融区带(在所述消融区带内组织已经被消融)的预计形状和预计尺寸。
布置确定单元9可以根据对象表示和所提供的分配确定其他能量施加参数并确定能量施加部分6的位置来确定能量施加元件5的位置。具体而言，布置确定单元9可以适于确定其他能量施加参数并确定能量施加部分6的位置来确定能量施加元件5的位置，从而使对象表示完全被所提供的分配、能量施加部分6的位置和所述其他能量施加参数所定义的能量影响区带所覆盖。
所述布置确定单元9还可以适于确定能量施加元件5的取向，从而可通过所述感测部分7的至少其中之一感测到在所述对象表示周围提供的安全裕量。因此，布置确定单元9不仅能够确定能量施加部分6在对象，即这一实施例中的肿瘤内的位置，还能够确定能量施加元件5在所述对象内的取向，以作为能量施加元件5的布置。具体而言，布置确定单元9优选适于确定多个其他能量施加参数并确定能量施加部分6的多个位置来确定能量施加元件5的多个位置，所述多个其他能量施加参数对应于所述能量施加部分6的多个位置，以及针对所述能量施加元件5的所述多个位置确定能量施加元件5的多个取向，从而使对象表示完全被所提供的分配、能量施加部分6的多个位置和所述多个其他能量施加参数所定义的多个能量影响区带所覆盖，从而可通过所述感测部分7感测到在所述对象表示周围提供的安全裕量。在实施例中，可以将这些能量施加元件5的布置确定为使所述安全裕量是可尽可能均匀地感测到的。或者或此外，也可以根据其他标准确定能量施加元件5的多个取向。
例如，对象提供单元2可以适于指示对象内的或者与对象相邻的减弱区域，在所述减弱区域内期望减弱能量施加，其中，布置确定单元9可以适于将能量施加元件5的取向确定为使所述减弱区域可被所述感测部分7的至少其中之一感测到。所述减弱区域可以是接近血管的区域，其可能由于热流泄(heat drainage)的原因而影响能量的施加。可以通过(例如)在所提供的人12的包括对象和所述对象的周围的三维图像中对血管进行分割而确定接近血管的区域。可以采用相同的三维图像确定对象表示，即这一实施例中的经分割的肿瘤和所述减弱区域。所述对象提供单元可以适于指示一个或多个减弱区域，其中，所述布置确定单元9可以适于设定消融针5的取向，从而使所述多个或多个减弱区域可被感测部分7感测到。在实施例中，所述布置确定单元9适于将消融针5的取向确定为使处于所提供的安全裕量内的至少一个或多个减弱区域可被感测部分7感测到。
布置确定单元9可以用来确定能量施加元件5的取向的另一标准可以是对象内或者对象周围的禁区，不允许所述能量施加元件5处于所述禁区内。所述对象提供单元2可以适于指示这一禁区，并且所述布置确定单元9可以适于将所述能量施加元件5的取向确定为使所述能量施加元件5不位于所述禁区内。人12包括消融针5不能通过其行进的并且消融针5不能位于其内的区域。例如，这样的禁区是由人12体内的骨骼区域或者血管区域界定的，其不应当受到消融针的损害。
可以用于确定能量施加元件5的取向的另一标准可以是将能量施加元件5的取向设定为，在能量施加元件5处于所确定的当前位置和所确定的当前取向内时，使通过根据所确定的先前位置、所确定的先前取向和所确定的先前能量施加参数向对象施加能量而生成的能量影响区带可被感测部分7感测到。因而，能够将能量施加元件5的多个位置和取向的序列确定为，使处于能量施加元件5的当前布置内的感测部分7能够感测到在所述能量施加元件处于先前布置当中，尤其是处于紧挨着的前一布置当中时所生成的能量影响区带。
能量施加规划设备1还包括用于在所生成的感测信号的基础上确定所述对象和所述对象周围的至少其中之一的属性的属性确定单元10。具体而言，所述属性确定单元10适于在所生成的感测信号的基础上判断所述对象和所述对象周围的至少其中之一的感测部分是否已经受到了消融。可以采用这一有关已经消融的组织的信息来修改已经规划的所述能量施加元件5的布置。例如，没有已经消融的区域的对象表示定义了所要消融的区域，其中，布置确定单元9可以适于对能量施加元件的接下来的已经规划的布置进行修改，其方式是为接下来的能量施加确定能量施加元件的位置，从而使对应的能量影响区带完全覆盖所要消融的区域。
因此布置确定单元9可以适于将能量施加元件5的位置确定为，使由所述对象表示和已经消融的区域界定的对象表示和/或所要消融的区域完全被所述能量影响区带所覆盖，并且所述布置确定单元9还适于将能量施加元件5的取向确定为使安全裕量，尤其是减弱区域内的安全裕量可被感测部分7感测到，还任选使所述能量施加元件不位于禁区内以及不行进通过禁区，并且/或者使所述感测部分7能够感测到在能量施加元件5处于先前的布置当中时所执行的先前的能量施加的结果。
所述能量施加设备11还包括用于控制能量施加规划设备1、消融针控制单元15和荧光检查装置21的设备控制单元26以及用于显示(例如)荧光检查装置21生成的荧光检查图像、诸如经分割的三维肿瘤的对象表示、能量施加元件表示等的显示器20。
在下文中，将参考图3所示的流程图示范性地描述一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划方法的实施例。
在步骤101中，通过对象提供单元2提供对象表示。具体而言，在人12的包括肿瘤的三维图像内对所述肿瘤进行分割，并将所述经分割的三维肿瘤提供为对象表示。在步骤102中，通过能量施加元件提供单元4提供表示包括能量施加部分6和感测部分7的能量施加元件5的能量施加元件表示。具体而言，提供一个消融针模型，其定义了能量施加部分6和感测部分7在所述消融针5上的位置。在步骤103中，布置确定单元9根据能量施加元件表示所定义的所述能量施加部分6和所述感测部分7相对于所述能量施加元件5的位置并且根据所述对象表示来确定所述能量施加元件5相对于所述对象的布置。所述布置确定单元9优选确定多个(像施加能量的功率和时间的)其他能量施加参数并确定能量施加部分6的多个位置来确定能量施加元件5的位置，所述多个能量施加参数对应于所述能量施加部分6的多个位置，以及针对所述能量施加元件5的所述多个位置确定能量施加元件5的多个取向，从而使对象表示完全被所提供的分配、能量施加部分6的多个位置和所述多个其他能量施加参数所定义的多个能量影响区带所覆盖，并且使在所述对象表示的周围提供的安全裕量可被所述感测部分7的至少其中之一感测到。
在下文中，将参考图4所示的流程图示范性地描述一种用于向对象施加能量的能量施加方法的实施例。
在步骤201中，根据上文描述的能量施加规划方法对所述能量施加进行规划。在这一实施例中，在步骤201中确定用于将能量施加元件5布置到对象内的多种布置。在步骤202中，根据所确定的多种布置之一将所述能量施加元件5布置到所述对象内，在步骤203中，通过能量施加部分6向对象施加能量。此外，在步骤203中，采用感测部分7监测对象和对象的周围。在步骤204中，基于能量施加元件5的感测部分7生成的感测信号确定所述对象和对象周围的至少其中之一的属性。在这一实施例中，判断感测部分7感测到的对象和对象周围的至少其中之一的部分是否已经被消融。在步骤205中，判断所确定的消融区域是否对应于预计消融区，所述预计消融区是在考虑能量施加部分相对于对象的位置以及考虑所采用的能量施加参数，例如所采用的功率设置和向对象施加能量的时间的情况下预计的。如果所确定的消融区域和预计消融区域类似，并且尚未按照步骤201中确定的能量施加元件5的所有布置施加能量，那么所述能量施加方法将继续进行步骤202。如果所确定的消融区域偏离了预计消融区域，那么在考虑所确定的已经消融的区域的情况下再次规划这些方案，由此对已经规划的能量施加元件5的布置进行修改。因而，所述方法继续进行步骤201，在该步骤中将执行对接下来的布置的重新规划。如果所确定的消融区域指示已经完成了对对象的消融，那么所述能量施加方法在步骤206中终止。
在肿瘤学领域，采用消融针处理各种肿瘤。由于消融针在一个位置上能够处理的面积是有限的，因而对于尺寸较大的肿瘤将需要以不同的针位置进行多次消融。具体而言，需要对这一消融针位置设定进行规划，以实现对肿瘤的良好治疗。除了规划之外，有关在不同针位置上建立的消融区的反馈也是有帮助的，因为这些区域可能强烈地依赖于组织结构，即，例如血管能够充当局部散热器，因而可能降低所建立的消融区的尺寸。所述能量施加规划设备允许在消融针处于不同的取向内时在肿瘤以及所感测到的肿瘤周围的至少其中之一的感测区域的基础上沿消融针方向提供有关病灶扩大，即有关消融区的扩大的反馈和/或有关三维体积扩大的反馈。所述能量施加规划设备不仅适于通过规划消融针的能量施加部分的位置而对针位置进行规划，而且还适于将消融针的取向确定为使针对消融的不同消融针位置的感测部分位置按照具有代表性的方式对肿瘤消融区域的体积抽样。可以将这些传感器部分位置的测量信息反馈给规划算法。根据这一反馈，能够将治疗评估为成功或者不成功，如果不成功可以对话额外的消融针位置，从而使肿瘤彻底消融。可以将所述测量信息存储到上文提及的肿瘤以及肿瘤周围的三维图像中，所述图像优选是用于对所述肿瘤进行分割的图像，其中，可以在显示器20上显示所述具有所存储的测得光反馈信息的三维图像。例如，可以在显示器20上对所识别出的消融区域和未消融区域标示不同的颜色。
所述能量施加规划设备和能量施加设备能够提供的优点在于，不需要在消融过程所需的针插入之外设置额外的针插入就能够获得对消融区的代表性检查。可以仅采用单个消融针，优选分多次将其布置在多个位置和/或取向内，从而在不同的布置内多次施加消融能量，或者可以在消融过程中采用多个消融针，从而使多个消融针的感测部分能够同时感测到肿瘤和/或肿瘤周围。例如，可以将两个消融针布置到肿瘤内，从而使两个消融针的感测部分能够同时感测到肿瘤和/或肿瘤周围。所述感测部分优选包括光传感器。所述消融针还可以设有其他传感器，所述传感器优选不位于所述光传感器所处的感测部分内。这些其他传感器提供了能够用于监测(例如)消融区的增长的额外信息。例如，这些其他传感器是温度传感器、压力传感器等。
图5示意性并且示范性地示出了消融针的另一实施例的顶端。消融针27的顶端包括光纤28和灌注孔29。消融针27的顶端的末端30包括金属消融电极，其通过绝缘套管31与消融针27的其他部分隔开。诸如热偶的温度传感器可以位于消融针27的顶端内，尤其是位于消融针27的金属末端30内，从而提供能够用于(例如)监测消融过程中的温度的额外信息，并且将监测到的温度作为反馈提供给用户和/或控制器，以控制能量施加，从而允许用户和/或控制器根据监测到的温度施加能量。
光纤28形成了光传感器，其中，所述光纤中的一条或两条可以发射光，所述光受到组织的吸收和/或散射，并且其中，所述光纤中的其他一条或两条能够收集受到组织的吸收和/或散射改变的光。图5所示的消融针27可以包括沿消融针27分布的其他感测部分和/或能量施加部分。此外，上文参考图2描述的消融针5还可以包括图5所示的顶端。
通过采用不同的针位置和取向，有可能在三维空间内的不同位置上探测肿瘤周围的区域，从而实现对消融体积的代表性探测。肿瘤的几何结构优选是通过在所提供的三维图像中对肿瘤所做的三维分割而已知的。因而能够确定消融针的，尤其是RF消融电极的感测部分的位置，其中，能够将消融针的允许角度，即可能的取向确定为不会插中诸如骨骼、血管等的要害结构。由这些可能的角度，即，由这些可能的取向，能够将消融针的角度确定为，使对消融区的最佳探测成为可能。此外，能够将用于对所述消融针进行布置的多种不同布置的顺序确定为，当消融针在接下来的第二位置上处于接下来的第二取向内时，能够探测到当消融针在第一位置上处于第一取向内时已经消融的肿瘤消融部分。
图6示意性并且示范性地示出了消融针5在肿瘤3内的三种不同布置。消融针5的能量施加部分处于肿瘤3内。在消融针5的每种布置中，消融针5的两个感测部分7处于肿瘤3之外并且处于肿瘤3周围的安全裕量内。因此，可以采用感测部分7判断消融区是否已经抵达了安全界限。
光源17可以是诸如钨卤素宽带灯的宽带光源或者可以是激光器，其中，可以使所述激光器的波长在(例如)500到1600nm的范围内扫描。可以通过直接修改激光波长和/或通过采用(例如)光栅而执行所述扫描。
通过采用至少一条光纤将光传输至感测部分，其中，将所传输的光向组织发射，所述组织将对所述光进行吸收和/或散射，通过相应感测部分的至少一条其他光纤收集受到组织的吸收和/或散射改变的光，并将所收集的光传输至所述光探测单元18。发射光纤和收集光纤的远端优选具有1到3nm的空间间隔距离，更优选具有1到2nm的距离。
所收集到的光的强度是由对象和/或对象周围的吸收和散射特性决定的，因此能够用于确定对象和/或对象周围的属性。例如，可以判断对象和/或对象周围是否已经消融。可以根据空间和时间多路复用收集消融针的多个部位上的散射和/或吸收光。也可以执行波长相关多路复用。
图7到图9示意性地示出了不同种类的组织的测得谱。图7示出了正常的肝脏组织的谱，图8示出了肿瘤肝脏组织的谱，图9示出了消融肝脏组织的谱。可以看出，这些谱是非常不同的，因而能够在所收集到的吸收和/或散射光的基础上采用其区分正常的肝脏组织、肿瘤肝脏组织和消融肝脏组织。图7到图9依据以nm为单位的波长示出了具有任意单位的强度。
有各种方式对图7到9中观测到的测量谱之间的差异进行定量表示。例如，所述属性确定单元10可以适于将实际测得的谱与相应的消融组织和相应的未消融组织的已知谱进行比较，并基于所述比较判断所述对象的相应的感测部分是否受到了消融。对于所述比较而言，可以采用诸如平方差或者谱相关的相似性测度。
在实施例中，采用诸如血红蛋白、氧合血红蛋白、水、脂肪等的不同组织生色团的诸如散射系数和吸收系数的光学组织特性定量表示针对非消融组织和消融组织测得的谱之间的差异。可以通过在文献“Estimation of lipid and water concentrations inscattering media with diffuse optical spectroscopy from 900to 1600nm”by RamiNachabéet al.,Journal of Biomedical Optics,15(3),2010中所述的谱拟合确定生色团浓度，即该文献中公开的谱拟合不仅能够应用于脂肪和水，还能够应用于诸如血红蛋白和氧合血红蛋白，通过引用将该文献并入本文。正常组织中主导可见光范围和红外范围的吸收的主要吸收成分是血液(即血红蛋白)、水和脂肪。在图10中，给出了这些生色团的作为波长的函数的吸收系数。在图10中，曲线35表示氧合血红蛋白，曲线32表示血红蛋白，曲线33表示水，曲线34表示脂肪。注意，血液主导可见范围的吸收，而水和脂肪则主导近红外范围的吸收。这些光学组织特性在组织消融过程中发生变化，与消融组织相比，未消融组织的所述特性显著不同。此外，基于这些特性，能够将不同类型的组织，尤其是健康的肌肉组织与已经消融的组织或者与脂肪组织区分开。
总吸收系数是(例如)血液、水和脂肪的吸收系数的线性组合(因而，对于每种成分使图10所示的该成分的值乘以其体积分率)。对应地，可以将散射系数表示为波长的幂律。利用上文提到的Nachabéet al.等人的文章所述的谱拟合，能够确定血液、水合脂肪的体积分率以及散射系数。借助这一方法能够将测得的谱转换为可用于区分不同的组织的生理参数。例如，在通过引用并入本文的文献Nachabéet al.“Effect of bile absorptioncoefficients on the estimation of liver tissue optical properties and relatedcomplications in discriminating healthy and tumours samples”,BiomedicalOptics Express,vol.2,pages 600to 614(2011)中，就采用上述方法将健康肝脏组织与肿瘤肝脏组织区分开了。将这种方法用于图7到图9所示的测得光谱揭示了与非消融组织相比，在消融组织中水含量以及散射提高了。此外，在这一例子中，正常的肝脏组织的血液含量显著高于肿瘤组织。属性确定单元10可以适于在上述谱拟合过程的基础上判断所述组织是否消融。例如，所述属性确定单元10可以适于采用谱拟合过程确定水含量、散射系数合血液含量，以及通过使测得的组织属性与对应的所存储的指示消融和非消融组织的组织属性进行比较而判断组织是否消融。
另一种区分谱中的差别的方式是利用主分量分析。这种方法允许对谱中的差别进行分类，因而能够对组织进行鉴别。有可能从所述谱的某些部分中提取出特征，并采用其对各种谱进行区分。此外，可以采用作为温度的函数的水吸收谱的变化确定围绕所述针的组织的温度。
尽管上文描述了漫反射光谱测定法提取组织特性，但是也可以设想其他光学方法确定对象和/或对象周围的属性。例如，可以采用荧光测量、利用多条光纤的漫射光学层析成像、差分传送长度光谱测定和/或喇曼光谱测定来确定对象和/或对象周围的属性。
所述能量施加规划设备和能量施加设备优选适用于肿瘤学领域，尤其适用于肿瘤的RF消融治疗的规划。但是，也可以将所述能量施加设备和能量施加规划设备用于消融其他对象，例如，用于消融心脏组织，以治疗心脏节律问题。
尽管在上述实施例中，所述能量施加元件的感测部分包括光传感器，但是在其他实施例中，所述感测部分也可以适于采用其他技术感测所述对象和/或所述对象的周围。例如，可以采用超声波或者以电的方式感测所述对象和/或所述对象的周围。
尽管在上述实施例中，采用了消融针向对象施加能量，但是也可以采用其他装置施加能量，例如，包括能量施加元件和至少一个感测元件的消融导管顶端，其中，在这种情况下，所述导管顶端不包括消融针。
在上文描述的实施例中，所述能量施加部分包括RF电极，所述能量施加部分也可以包括用于通过其他方式施加能量的其他元件。例如，所述能量施加部分可以适于施加光能，从而(例如)对组织进行光学消融，或者所述能量施加部分可以包括用于对对象冷冻的元件，从而(具体而言)执行冷冻消融。
尽管在上述实施例中，对其施加能量的对象是生物的部分，例如肿瘤或者心脏组织，但是在其他实施例中，所述能量施加设备可以适于向技术对象施加能量。
通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个。
单个单元或装置可以完成权利要求中列举的多个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。
可以通过任何其他数量的单元或装置执行通过一个或多个单元或装置执行的提供(例如对象表示的提供和能量施加元件表示的提供)和确定(例如对所述能量施加元件的位置和取向的确定)。可以将根据所述能量施加规划方法的所述提供和确定和/或对所述能量施加规划设备的控制以及/或者根据所述能量施加方法的对所述能量施加设备的控制实现为计算机程序的计算机代码模块和/或实现为专用硬件。
可以在适当的介质上存储和/或分布的计算机程序，介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，但也可以在其他形式中分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
Claims (14)
1.一种用于规划对对象的能量施加的能量施加规划设备，所述能量施加规划设备(1)包括：
-用于提供所述对象(3)的对象表示的对象提供单元(2)，其特征在于所述能量施加规划设备还包括：
-用于提供表示能量施加元件(5)的能量施加元件表示的能量施加元件提供单元(4)，所述能量施加元件包括用于向所述对象(3)施加能量的能量施加部分(6)和用于生成指示所述对象(3)和所述对象(3)的周围的至少其中之一的属性的光感测信号的感测部分(7)，
-用于根据所述能量施加元件表示所界定的所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的位置以及根据所述对象表示来确定所述能量施加元件(5)相对于所述对象(3)的布置的布置确定单元(9)，其中，所述布置确定单元(9)适于确定所述能量施加元件(5)相对于所述对象(3)的位置和取向作为所述布置。
2.根据权利要求1所述的能量施加规划设备，其中，所述能量施加规划设备(1)包括能量影响分配提供单元(8)，所述能量影响分配提供单元用于提供多个预计能量影响区带与多个其他能量施加参数之间的分配，每个预计能量影响区带定义了受到能量施加影响的所述对象的区带的预计形状和预计尺寸，其中，所述布置确定单元(9)适于根据所述对象表示和所提供的所述分配确定其他能量施加参数并确定所述能量施加部分相对于所述对象(3)的位置来确定所述能量施加元件的所述位置，其中，所述其他能量施加参数是施加能量的功率或施加能量的时间。
3.根据权利要求2所述的能量施加规划设备，其中，所述布置确定单元(9)适于确定其他能量施加参数并确定所述能量施加部分相对于所述对象(3)的位置来确定所述能量施加元件的所述位置，从而使所述对象表示完全被所提供的分配、所述能量施加部分相对于所述对象(3)的所述位置和所述其他能量施加参数所定义的能量影响区带所覆盖。
4.根据权利要求1所述的能量施加规划设备，其中，所述布置确定单元(9)适于确定所述能量施加元件的取向确定为使在所述对象表示周围提供的安全裕量能被所述感测部分感测到。
5.根据权利要求2所述的能量施加规划设备，其中，所述布置确定单元(9)适于
-确定多个其他能量施加参数并确定所述能量施加部分相对于所述对象(3)的多个位置来确定所述能量施加元件相对于所述对象(3)的多个位置，所述多个其他能量施加参数对应于所述能量施加部分的所述多个位置，以及
-针对所述能量施加元件的所述多个位置确定所述能量施加元件的多个取向，
从而
-使所述对象表示完全被所提供的所述分配、所述能量施加部分的所述多个位置和所述多个其他能量施加参数所定义的多个能量影响区带所覆盖，并且
-使在所述对象表示周围提供的安全裕量能被所述感测部分感测到。
6.根据权利要求5所述的能量施加规划设备，其中，所述布置确定单元(9)适于确定所述能量施加元件的多个位置和取向的顺序，从而在所述能量施加元件处于接下来的所确定的第二位置和接下来的所确定的第二取向内时，使通过根据所确定的第一位置、所确定的第一取向和所确定的第一能量施加参数向所述对象施加能量而生成的能量影响区带能被感测部分感测到。
7.根据权利要求1所述的能量施加规划设备，其中，所述对象提供单元(2)适于指示处于对象内或者与对象相邻的减弱区域，在所述减弱区域内期望使能量施加减弱，其中，所述布置确定单元(9)适于将所述能量施加元件的取向确定为使所述减弱区域能被所述感测部分感测到。
8.根据权利要求1所述的能量施加规划设备，其中，所述对象提供单元(2)适于指示处于所述对象内或者所述对象周围的禁区，所述能量施加元件不允许位于所述禁区内，其中，所述布置确定单元(9)适于将所述能量施加元件的取向确定为使所述能量施加元件不位于所述禁区内。
9.根据权利要求1所述的能量施加规划设备，其中，所述能量施加规划设备(1)包括用于在所生成的感测信号的基础上确定所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的属性确定单元(10)。
10.根据权利要求9所述的能量施加规划设备，其中，所述能量施加规划设备(1)适于对消融过程进行规划，并且其中，所述属性确定单元(10)适于在所生成的感测信号的基础上确定所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的感测部分是否已经被消融。
11.根据权利要求9所述的能量施加规划设备，其中，所述布置确定单元(9)适于根据所述对象表示和所确定的所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性来修改所确定的所述能量施加元件相对于所述对象的布置。
12.一种用于对对象施加能量的能量施加设备，所述能量施加设备(11)包括：
-用于对所述对象(3)施加能量的能量源(16)和能量施加元件(5)，所述能量施加元件包括用于向所述对象施加能量的能量施加部分(6)和用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的感测信号的感测部分(7)，
-根据权利要求1所述的用于规划能量的施加的能量施加规划设备(1)。
13.一种用于在能量施加规划设备中使用的方法，其中，所述能量施加规划设备包括对象提供单元(2)、能量施加元件提供单元(4)以及布置确定单元(9)，并且其中，对象(3)的对象表示已经被所述对象提供单元(2)提供了，所述方法包括：
-通过所述能量施加元件提供单元(4)提供表示能量施加元件的能量施加元件表示，所述能量施加元件包括用于向所述对象施加能量的能量施加部分和用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的光感测信号的感测部分，并且
-基于所述能量施加元件表示来确定所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的位置，
其中，所述能量施加元件相对于所述对象的布置是通过所述布置确定单元(9)、根据所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的所述位置以及根据所述对象表示来确定的，并且其中，所述能量施加元件(5)相对于所述对象(3)的位置和取向被确定为所述布置。
14.一种用于在能量施加规划设备中使用的能量施加规划装置，其中，所述能量施加规划设备包括对象提供单元(2)、能量施加元件提供单元(4)以及布置确定单元(9)，并且其中，对象(3)的对象表示已经被所述对象提供单元(2)提供了，所述能量施加规划装置包括：
用于通过所述能量施加元件提供单元(4)提供表示能量施加元件的能量施加元件表示的模块，所述能量施加元件包括用于向所述对象施加能量的能量施加部分和用于生成指示所述对象和所述对象的周围的至少其中之一的属性的光感测信号的感测部分，以及
用于基于所述能量施加元件表示来确定所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的位置的模块，
其中，所述能量施加元件相对于所述对象的布置是通过所述布置确定单元(9)、根据所述能量施加部分和所述感测部分相对于所述能量施加元件的所述位置以及根据所述对象表示来确定的，并且其中，所述能量施加元件(5)相对于所述对象(3)的位置和取向被确定为所述布置。
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