CN106456990A - 目标靶组织专用模板装置 - Google Patents

Abstract

目标靶组织专用模板装置(300)包括材料块(302)以及所述材料中的多个开口(310)。所述多个开口中的开口在所述材料块中位于一位置，该位置对应于目标的所关注解剖学区域的图像中标识的所关注区域，且所关注区域被转移至没有开口的材料块的图像，所述没有开口的材料块的图像几何学上与目标的所关注解剖学区域的图像对正。一种方法包括：利用计算系统将所关注组织的图像与栅格的图像对正；在所关注组织的图像中标记所关注组织的至少一个所关注区域；将所述标记转移至所述栅格的图像；以及将栅格的图像保存为电子格式的文件。

Description

目标靶组织专用模板装置

技术领域

以下大体上涉及目标靶组织专用模板装置，并且针对用于近距离放射疗法的模板栅格的专门应用被描述；然而，目标靶组织专用模板装置还可以针对诸如冷冻疗法、重点疗法、全器官治疗、以及活组织切片检查的其它手术和/或其它手术而修改。

背景技术

在近距离放射疗法中，临床医生已经采用具有标准图案开口的实体栅格来引导针插入，而这是与放射性粒子置入到诸如前列腺的所关注解剖学器官中相关联的。这种栅格也被用于活组织切片检查和其它手术。这种栅格的一个示例在图1中示出。在图1中，方形栅格102包括位于一材料110内的二维阵列的开口104，其包括第一尺寸的开口106以及第二尺寸的开口108。各开口104被彼此等距、中心对中心地预成形和布置。

所示的栅格102包括沿着列114的第一图示标记(在该示例中即字母字符)以及沿着行116的第二图示标记(在该示例中即数字)。图示标记114和116为每个开口104提供了基准框架或者基准坐标系(x,y)。例如，开口104₁对应于坐标B,3。手术计划基于该坐标系创建。手术计划大体上表明了在手术过程中哪个开口104将被使用，由开口的坐标来参照开口104。

在图1中，封闭的线118在栅格102上被叠加，所述封闭的线表明了栅格102的用于特定手术计划的子区域。线118体现了所关注解剖学器官的外周118。外周118例如通过以下措施来被确定，例如经由CT或MR对患者的包括所关注解剖学器官的体积成像。所关注解剖学器官从该体积被分段。这可以包括经由软件绘图包来绘制线118。分段后的所关注解剖学器官与代表该栅格108的图像对正。标出的外周118转换成代表栅格102的图像。

图2(专利公开文献US2011/0009748A1中的图3)示出了在手术中使用这种栅格。注意，104、202和204并不是专利公开文献US2011/0009748A1中的原图3中的一部分，而是出于示意性目的被加至图2。

在图2中，超声波探头130由壳体128支承，并且栅格115由连接臂126支承至壳体128。栅格115类似于图1中的栅格102，原因在于栅格115包括标准图案的开口104。超声波探头130被示出部分地插入到患者的直肠3中。临床医生200基于来自手术计划的针对开口104的坐标将针50穿过开口104并将针50引导至所关注解剖学器官2，同时利用由超声波探头130所获取的数据产生的超声波图像将针50引导至所关注解剖学器官2内的所关注区域。

不幸地，所关注区域由栅格115的标准图案的开口104限制于仅仅通过开口104可达的那些区域。例如，在图2中，区域202通过开口104可达。然而，在两个所示的开口104之间没有开口情况中，针50无法达到区域202之间的区域204。这样，临床医生所关注区域在使用栅格115时无法达到，并且因而针对特定的手术利用栅格115可触及的区域可能不是临床医生所关注区域。此外，临床医生可能必须脑力关注哪个开口已经被使用过了，从而不会使用同一开口两次且不会重复计划的已经完成的步骤。

发明内容

本发明的各方面解决了上述以及其它问题。

在一个方面中，一种目标靶组织专用模板装置包括材料块以及所述材料中的多个开口。多个开口中的开口在所述材料块中位于一位置，该位置对应于目标的所关注解剖学区域的图像中标识的所关注区域，且所关注区域被转移至没有开口的材料块的图像，所述没有开口的材料块的图像几何学上与目标的所关注解剖学区域的图像对正。

在另一个方面中，一种方法，包括利用计算系统将所关注解剖学组织的图像与栅格的图像对正；在所关注组织的图像中标记所关注组织的至少一个所关注区域；将所述标记转移至所述栅格的图像；以及将带有标记的栅格的图像保存为电子格式的文件。

在另一个方面中，一种方法包括由计算机接收来自实体目标专用栅格的表明器械进入所述实体目标专用栅格的多个开口之一的信号。所述多个开口对应于在创建目标靶组织专用模板装置之前在手术计划中限定的位置。所述方法还包括通过由计算机产生消息来表明开口。

本领域技术人员在阅读和理解所附说明书之后将清楚本申请的其它方面。

附图说明

本申请通过示例示出并且不由附图的各视图所限制，其中相同的附图标记表示相同的元件并且其中，

图1示出了现有技术的模板栅格，其包括标准二维阵列的开口；

图2示出了现有技术的模板栅格在近距离放射疗法手术中的示例应用；

图3示意性示出了目标靶组织专用模板装置的示例；

图4示意性示出了示例系统，所述示例系统确定针对目标靶组织专用模板装置的目标专用开口位置；

图5示意性示出了另一示例系统，所述另一示例系统确定针对目标靶组织专用模板装置的目标专用开口位置；

图6示意性示出了固定至超声波探头的目标靶组织专用模板装置；

图7示意性示出了固定至支承超声波探头的支承件的目标靶组织专用模板装置；

图8示意性示出了包括开口传感器的目标靶组织专用模板装置的改型；

图9示意性示出了图6的改型，其包括图9的目标靶组织专用模板装置；

图10示出了表明哪个开口已经被使用的示例显示；

图11示出了表明哪个开口已经被使用的另一示例显示；

图12示意性示出了形状为圆柱形的目标靶组织专用模板装置的改型；

图13示意性示出了形状为三角形的目标靶组织专用模板装置的改型；

图14示意性示出了形状为六角形的目标靶组织专用模板装置的改型；

图15示意性示出了能够与在此所描述的实施例结合使用的示例超声波成像系统；以及

图16示意性示出了根据在此说明书的示例方法。

具体实施方式

图3示意性示出了示例目标靶组织专用模板装置300。

所示的目标靶组织专用模板装置300形状为矩形。诸如方形、椭圆形、圆形的其它形状和/或其它形状在此可以想到使用。目标靶组织专用模板装置300可以是可洗的或用后即弃的，并且可以包括诸如铝、聚合物(例如诸如聚碳酸酯的热塑性聚合物)、和/或其它材料的材料块302。

目标靶组织专用模板装置300具有高度(“H”)304、宽度(“W”)306和深度(“D”)308。合适的高度304的示例是在三(3)至八十(80)毫米(mm)之间。合适的宽度306的示例是在三(3)至八十(80)mm之间。合适的深度(308)的示例是在一(1)至十(10)mm之间。其它高度、宽度、和/或深度是可以想到使用的。

目标靶组织专用模板装置300还包括多个无材料区域或开口310，所述多个无材料区域或开口完全穿过材料块302延伸。各开口310位于一子区域312内，所述子区域的几何形状对应于所关注解剖学组织的几何形状。各开口310的间距和/或尺寸是基于患者和手术的，并且针对患者、针对诸如近距离放射疗法、冷冻疗法、重点疗法、全器官治疗、定制的活组织切片检查的手术、和/或其它手术被半或全定制。

每个开口310具有一直径，所述直径允许具有范围从14至20GA或其它超或无重叠范围的规格的针穿过。例如，开口310可以具有一直径，所述直径允许17GA(1.473mm)和/或18GA(1.270mm)针无阻碍地穿过。为此，直径可以是在恰好大于最大的针规格至比最大的针规格大大约0.100mm的范围内。大体上，开口310的间距和直径允许临床医生在器官边界附近引导针的末端和/或将针的末端置于所关注组织附近或处。开口310可以是直的或弯曲的并且可以是(如所示)筒形的或者包括一个或多个平坦内壁。

正如以下更加详细所述，每个开口310可以是单独地(或成组地)位于基于目标的子区域312内。这样，一对开口310之间的间距可以是与另一对开口310之间的间距相同或者不同。在一个示例中，具有这样定位的开口310的目标靶组织专用模板装置300缓和了对于临床医生所关注区域的触及限制，这可以允许对所关注解剖学组织的最佳区域的触及。此外，通过采用患者专用开口310，与开口310以标准图案方式布置且临床医生所关注区域无法触及的构造相比，手术可以采用更少开口。

图4示意性示出了用于创建目标靶组织专用模板装置300的示例系统400。

系统400包括成像系统402，所述成像系统可以是超声波、计算机断层扫描、磁共振、x射线、和/或其它成像系统。成像系统402扫描目标并且特别是扫描包括所关注解剖学组织的目标区域。成像系统402输出原始数据和/或由原始数据重构的图像。

计算系统404包括处理器406(例如中央处理器或CPU、微处理器等)以及计算机可读存储媒介(“内存”)408，所述计算机可读存储媒介排除了瞬态媒介但是包括物理内存和/或其它非瞬态内存。计算系统404还包括诸如显示器410的输出装置以及诸如鼠标、键盘、触摸屏的触敏区域等的输入装置。

计算系统404接收由成像系统402输出的数据。替代性地，计算系统404自诸如数据库、服务器等的数据资源库接收数据。数据可以在内存408中存储。内存408还可以存储其它数据404以及计算机可读指令416。计算机可读指令416在由处理器406执行时运行允许使用者将所关注解剖学组织从数据分段的软件。软件程序可以包括自动分段工具和/或用于手工分段的工具。

计算机可读指令416在由处理器406执行时还运行将分段后的图像与并未包括任何开口310的模板装置的图像在空间上对正的软件。计算机可读指令416在由处理器406执行时还运行用于对手术规划的软件。这可以包括从输入装置412接收表明分段的数据中一个或多个所关注区域的输入。

取决于手术，一个或多个所关注区域可以对应于用于近距离放射疗法手术的放射性粒子位置、用于活组织切片检查手术的活组织切片检查位置、用于冷冻疗法的靶位置等。一个或多个所关注区域可以利用显示器410被表明和标记，所述显示器在所示的实施例中显示分段的所关注解剖学组织的矢状面。轴向和/或冠状面可以替代地或附加地被显示并用于表明和标记一个或多个所关注区域。

计算机可读指令416在由处理器406执行时还运行将在图像上标记的一个或多个所关注区域转移到在空间上与图像对正的模板的图像上的软件。注意，模板的图像在空间上与图像和分段的数据对正，从而模板的图像体现了“虚拟的”实体模板，其与分段的数据对正，方式为实体模板将与实际的所关注解剖学组织对正。

处理器406以电子格式(例如，“文件”)将带有一个或多个所关注区域的模板的图像存储在内存408中和/或将带有一个或多个所关注区域的模板的图像有线地和/或无线地传输到另一装置中。附加地或替代性地，带有一个或多个所关注区域的模板的图像可以通过便携式存储媒介(例如CD、DVD、光盘、记忆棒、智能手机等)和/或以诸如“云”基和/或其它存储的其它方式被传输至另一装置。

模板产生器418接收带有一个或多个所关注区域的模板的图像。模板产生器418基于所接收到的带有一个或多个所关注区域的模板的图像产生实体模板，其将针对患者是专用的并且是基于针对患者的手术计划的。模板产生器418可以包括三维(3D)打印机，所述三维打印机被构造成由数字化模型制造3D实体物体，所述数字化模型在该示例中是所接收到的模板的图像。目标靶组织专用模板装置300可以替代性地通过机加工、挤出成型、模制成型、和/或其它工艺被产生。

与开口310对应的位置、尺寸、间距、数量等中的至少一者针对目标是专用的，并且在不同目标之间改变。此外，最终的目标靶组织专用模板装置300包括这样的开口310，所述开口被定位成允许触用由临床医生所标识的所关注解剖学组织的所关注区域，而不是将临床医生限制于并不针对任何目标专用的预定图案的开口。也就是说，手术计划决定开口310，而不是开口310指使手术计划。

图5示出了图4的改型，其中，成像系统402是超声波成像系统500，具有操作台502以及探头504，所述探头容纳换能器阵列516。探头504由实体支承件506支承。在该示例中，超声波成像系统500被用于扫描包括目标512的前列腺510的视场(FOV)508。

为此，超声波探头504被部分地插入到患者的直肠514中。在一个示例中，换能器阵列516可以获取FOV 508以及因此前列腺510的3D体积。在另一个示例中，换能器阵列516获取横断切片或矢状切片，所述切片在一起覆盖整个FOV 508以及因此前列腺510。对于后者，超声波探头504可以平移、旋转和/或以其它方式被操纵以获取所述切片。

图6示意性示出了使用中的目标靶组织专用模板装置300。在该示例中，目标靶组织专用模板装置300通过元件600被固定至探头504。元件600可以是夹具、支架、和/或可拆卸地附接至探头504和/或目标靶组织专用模板装置300或者固定地附接至探头504和/或目标靶组织专用模板装置300至少之一的其它支承件。在一个改型中，目标靶组织专用模板装置300并未附接至超声波探头504。在该改型中，超声波探头504轨迹独立于目标靶组织专用模板装置300。

图6还示出了器械602，所述器械602是针，其已经穿过开口310之一并经由显示器606显示的图像604到达前列腺510。器械602的在FOV 508中的一部分608也在所显示的图像604中被显示。器械602的被显示的部分608可以由临床医生使用从而识别何时器械602处于所关注解剖学组织中的所关注区域处。

对于近距离放射疗法手术而言，临床医生可以在处于所关注区域时移植一个或多个粒子，对于活组织切片检查手术而言，临床医生可以在处于所关注区域时触发活组织切片检查，等等。在所示的实施例中，所显示的图像604是经过所关注的解剖学组织的矢状面。临床医生可以移动探头504，从而所显示的矢状面对应于器械602所在的平面。在一个改型中，手术计划被提供给机器人，所述机器人执行手术。

图7示出了图6的一个改型，其中，目标靶组织专用模板装置300通过实体结构化支承构件700固定至实体支承件506。

图8、9、10和11示出了一改型，其中，目标靶组织专用模板装置300包括位于开口310内的感测装置800。

图8仅仅示出了与两个开口310关联的两个感测装置800。然而，应当理解的是目标靶组织专用模板装置300可以包括更多个或更少个感测装置800。还应当理解的是开口310可以包括不止一个感测装置800和/或感测装置800可以与不止一个开口310一起使用。

开口310的感测装置800响应于感测对应开口310内的器械602(图6)发射或传送信号，所述信号表明器械602已经进入对应的开口。信号代表特定的开口310。感测装置800可以包括电容传感器、磁性传感器、线圈、和/或其它传感器。

在一个示例中，感测装置800测量器械602进入和/或穿过开口310时的电容变化。在另一示例中，感测装置800感测施加至开口310的磁场变化。在另一个示例中，感测装置800响应于器械602进入和/或穿过开口310产生电流和/或电压。

图9示出了图8的目标靶组织专用模板装置300，其具有图6的构造。在该实施例中，来自感测装置800的信号通过线缆和/或无线技术(例如，RF、IF、光学等)被传输至成像操作台502的接口装置902。

图10示出了示例显示器，所述显示器提供哪个开口已经被使用的虚拟指示。在图10中，“虚拟的”模板装置复现1000(其模仿目标靶组织专用模板装置300的子区域312)在所关注解剖学组织的平面的图像604的显示旁边被显示。在该实施例中，成像操作台502响应于自感测装置800接收信号(图9)而在复现1000上叠加标记。

例如，在针602插入穿过开口310且对应的感测装置800传输信号的情况中，操作台502响应于信号将对应的开口的“X”置于复现1000中。在另一示例中，操作台502利用颜色和/或灰度比例使得复现1000中的对应开口高亮。在另一示例中，操作台502将开口和/或高亮从复现1000去除。在另一示例中，操作台502使得开口高亮以用于下次插入。

图11示出了虚拟表示包括一系列开口坐标1100的改型。在一个示例中，该系列包括目标靶组织专用模板装置300的将在手术中使用的每个开口310的坐标。同样，高亮可以被添加至系列1100和/或从系列去除，开口310可以从系列1100去除，等等，从而表明开口310已经被使用过了。

大体上，感测装置800允许识别哪个开口310已经被使用了和/或哪个开口将被使用。在一个示例中，这缓和了临床医生再次使用已经用过了的开口310和/或使用错误的开口310。来自感测装置800的信号还可以在内存中被存储，被适用于随后的手术，和/或被用于(经由视觉和/或声学装置)警示临床医生不正确的和/或已经使用过了的开口310正被使用。

图12、13和14示出了目标靶组织专用模板装置300的其它构造。在图12中，目标靶组织专用模板装置300形状为圆形。在图13中，目标靶组织专用模板装置300形状为三角形。在图14中，目标靶组织专用模板装置300形状为六角形。其它几何形状在此也是可以想到使用的。

图15示出了图5至7以及9中的超声波成像系统500的示例。

超声波探头504包括具有多个换能器元件1502的换能器阵列。换能器阵列可以是直线的、弯曲的、和/或其它形状的、全满的、稀疏的和/或这些方式组合的等等。换能器元件1502能够以2D、3D和/或4D模式操作。换能器元件1502发射超声波信号并接收回波信号。

操作台502包括发射电路1504，所述发射电路选择性启动或激活一个或多个换能器元件1502。更具体地，发射电路1504产生传输至换能器元件1502的一组脉冲(或者脉冲信号)。这组脉冲启动一组换能器元件1502，同时使得换能器元件1502将超声波信号传输到检查或扫描视场中。

操作台502还包括接收电路1506，所述接收电路接收响应于所发射的超声波信号而产生的一组回波(或回波信号)。回波大体上是发射的超声波信号与扫描视场内的物体(例如，流动的血细胞、器官细胞等)之间的相互作用结果。接收电路1506可以被构造成用于进行空间复合、滤波(例如，FIR和/或IIR)、和/或其它回波处理。

波束形成器1508处理接收到的回波。在B模式中，这包括向回波施加时间延迟以及加权并且对延迟的和加权的回波进行求和。

扫描转换器1510扫描转换用于显示的数据，例如，通过将波束形成的数据转换至用于视觉体现最终数据的显示器或显示器区域的坐标系。

用户接口装置(UI)1512包括一个或多个输入装置(例如，按钮、旋钮、滑块等、触摸屏和/或实体机械装置)和/或一个或多个输出装置(例如，液晶显示器、发光二极管等)，这允许与系统500进行相互作用。

控制器1514控制系统500的各个部件。

显示器1516视觉地显示US成像数据。显示器1516可以是操作台502的一部分和/或独立于操作台。

图16示出了一个示例方法。

应当理解的是以下步骤出于示意性目的而被提供且不是限制性的。这样，一个或多个步骤可以被省略，一个或多个步骤可以被添加，一个或多个步骤能够以不同的次序出现(包括与另一步骤同时地)，等等。

在1602，获得患者的包括所关注解剖学组织的区域的图像。这可以包括扫描目标和/或从数据资源库检索图像。

在1604，所关注解剖学组织自图像被分段。这可以包括使用手动的、半自动的、和/或自动的基于软件的分段工具。

在1606，分段后的图像与目标专用模板装置的图像对正。这可以包括使用手动的、半自动的、和/或自动的基于软件的对准和/或对正工具。

在1608，基于分段后的图像，通过在分段后的图像上标记一个或多个所关注区域来规划手术(例如，近距离放射疗法、冷冻疗法、重点疗法、全器官治疗、活组织切片检查等)。

在1610，各标记被转移至目标专用模板装置的图像。这可以包括使用手动的、半自动的、和/或自动的基于软件的工具。

在1612，目标靶组织专用模板装置300基于具有标记的目标专用模板装置的图像被创建。

在1614，目标靶组织专用模板装置300被固定至超声波探头或者替代性地支承件。

在1616，目标靶组织专用模板装置300与针对手术的目标对正。

在1618，目标靶组织专用模板装置300的开口310与图像一起被用于将器械引导至目标的所关注解剖学组织。

本申请已经参照各种实施例被描述。在阅读申请后将清楚修改以及替换。应当清楚本发明被理解为包括所有这些修改和体寒，包括符合权利要求书范围内的修改和替换以及它们的等价物。

Claims (20)

1.一种目标靶组织专用模板装置(300)，包括：

材料块(302)；以及

所述材料中的多个开口(310)；

其中，所述多个开口中的开口在所述材料块中位于一位置，该位置对应于目标的所关注解剖学区域的图像中标识的所关注区域，且所关注区域被转移至没有开口的材料块的图像，所述没有开口的材料块的图像几何学上与目标的所关注解剖学区域的图像对正。

2.根据权利要求1所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述多个开口中的若干个开口在所述材料块中位于的位置对应于目标的所关注解剖学区域的图像中标识的所关注区域，且所关注区域被转移至没有开口的材料块的图像，所述没有开口的材料块的图像几何学上与目标的所关注解剖学区域的图像对正。

3.根据权利要求1或2所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述开口具有直径，所述直径具有令预定规格器械(602)穿过的尺寸。

4.根据权利要求1至3任一所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述目标专用模板装置具有高度(304)和宽度(306)，所述高度是在三与一百毫米之间，所述宽度是在三与一百毫米之间。

5.根据权利要求1至4任一所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，还包括：

被构造成固定至超声波探头(504)或支承所述超声波探头的支承件(506)的元件(600)。

6.根据权利要求1至5任一所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，还包括：

随开口布置的至少一个感测装置(800)，所述至少一个感测装置感测所述器械进入所述开口内并且响应于此产生表明所述进入的信号。

7.根据权利要求6所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述信号标识所述多个开口中的对应开口。

8.根据权利要求1至7任一所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述多个开口仅仅位于所述材料的一子区域中。

9.根据权利要求1至8任一所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述多个开口并未以基于预定图案的等距开口的方式设置在所述材料中。

10.根据权利要求1至9任一所述的目标靶组织专用模板装置，其特征在于，所述多个开口的数量和位置针对目标是半或全定制的。

11.一种方法，包括：

利用计算系统将所关注组织的图像与栅格的图像对正；

在所关注组织的图像中标记所关注组织的至少一个所关注区域；

将所述标记转移至所述栅格的图像；以及

将带有标记的栅格的图像保存为电子格式的文件。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述文件修改并不包括任何无材料区域的实体栅格，以包括与目标专用栅格的图像的标记对应的至少一个无材料区域，同时创建实体目标专用栅格。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述文件创建实体目标专用栅格，所述实体目标专用栅格包括与栅格的图像的标记对应的至少一个无材料区域。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

采用3D打印机，从而基于所述文件创建所述实体目标专用栅格以及所述无材料区域。

15.根据权利要求12至14所述的方法，其特征在于，还包括：

基于预定的手术计划在所述栅格内设置所述无材料区域，所述预定的手术计划是在创建所述实体目标专用栅格之前被创建。

16.根据权利要求11至15任一所述的方法，其特征在于，所述无材料区域具有接收预定规格器械的直径。

17.根据权利要求11至16任一所述的方法，其特征在于，还包括：

利用所述实体目标专用栅格的传感器检测进入所述无材料区域的器械；

产生标识所述进入的信号；以及

基于所述信号显示可视标记，其表明所述器械进入所述无材料区域。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：

存储所述信号；以及

在随后的手术中参照所述信号。

19.根据权利要求11至16任一所述的方法，其特征在于，还包括：

利用所述实体目标专用栅格的传感器检测进入所述无材料区域的器械；以及

响应于之前检测所述器械进入所述无材料区域而提供报告。

20.一种方法，包括：

由计算机接收来自实体目标专用栅格的表明器械进入所述实体目标专用栅格的多个开口之一的信号，

其中，所述多个开口对应于在创建目标靶组织专用模板装置之前在手术计划中限定的位置；以及

通过由计算机产生消息来表明开口。