CN107530131A - 用于包括核心肿瘤、边缘和健康组织覆盖的肿瘤消融处置规划的系统和方法 - Google Patents

用于包括核心肿瘤、边缘和健康组织覆盖的肿瘤消融处置规划的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于消融规划和处置的系统包括：描绘模块(124)，其被配置为区分图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区。处置规划模块(140)被配置为在代价函数中应用加权来对包括核心组织和边缘区的组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性。图形用户界面(122)在显示器上被绘制以指示所述核心组织、所述边缘区、所述消融复合并允许用户选择一种或多种处置方法。

Description

用于包括核心肿瘤、边缘和健康组织覆盖的肿瘤消融处置规 划的系统和方法
技术领域
本公开涉及医疗仪器，并且更具体而言，涉及一种消融处置规划系统和方法，其针对围绕肿瘤的边缘区域定制覆盖的程度，在所述边缘区域肿瘤细胞的存在根据用于描绘核心肿瘤区的诊断成像扫描不明显。
背景技术
诸如射频消融(RFA)之类的介入手术已被执行作为对更具侵入性的手术流程的替代方案。在RFA期间，将具有非绝缘端部的电极插入要在成像引导下被消融的肿瘤或病变。当电极被放置时，射频电流被施加到所述端部，当组织温度超过60摄氏度时，其产生组织加热和细胞死亡。为了破坏比在单次消融中被加热和破坏的针端部周围的体积更大的肿瘤，需要用部分交叠的消融区反复地重新定位针端部以消融肿瘤的不同部分。这个过程需要被重复，直到整个肿瘤被一组消融“覆盖”，也被称为“复合消融”。也可以通过冷冻消融，微波，激光，聚焦超声等来创建消融。这些是将能量递送到组织中的不同方法，并且能量递送的每种模态具有从业者已知的各自的优点或缺点。
针对消融处置的介入流程为患者提供益处；然而，针对消融流程观察到的一个限制是与肿瘤的手术切除术(切除)相比，针对大的(>3cm)肿瘤的消融相对差的结果。这可能是由于对较大肿瘤的不完全覆盖。
较大的肿瘤需要更多次数的消融以确保完全覆盖。临床医生通常对需要多少次消融具有不精确的知识，并且关于将消融相对于在诊断成像扫描中看到肿瘤置于何处使用脑力规划方法。
所有个体消融的最佳三维(3D)位置难以手动地/没有计算机辅助地规划，其中“最佳”通常是指使用最大限度地覆盖肿瘤的最小数量的交叠的消融，并且对于给定数量的消融，消融的精确放置破坏最小体积的健康组织。针对与计算机辅助的介入有关的不良结果的另一个重要原因是在流程执行期间缺乏准确的消融放置。
这个问题可以借助于流程内仪器定位来解决，例如嵌入在针头，探针，导引器等中的电磁跟踪传感器。在计算机工作站上使用完全手动，半自动或全自动分割方法来描绘肿瘤。这种描绘是在诊断成像扫描上进行的，例如计算机断层摄影(CT)，正电子发射断层摄影(PET)-CT，磁共振成像(MRI)等。只有核心肿瘤被描绘，因为它在成像扫描中是可区分的。
发明内容
根据本原理，一种用于消融规划和处置的系统包括：描绘模块，其被配置为区分图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区。处置规划模块被配置为在代价函数中应用加权来对包括所述核心组织和所述边缘区的所述组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性。图形用户界面在显示器上被绘制以指示所述核心组织，所述边缘区，所述消融复合，并允许用户选择处置方法。
用于消融规划和处置的另一系统包括：描绘模块，其被配置为区分图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区，所述边缘区包括在所述核心组织之外的多个壳(shell)或环绕区域。处置规划模块被配置为在代价函数中应用加权来对包括所述核心组织和所述边缘区的组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性。图形用户界面在显示器上被绘制以指示所述核心组织，所述边缘区，所述消融复合，并允许用户选择一种或多种处置方法，其中，所述一种或多种处置方法包括不同的权重，并且根据消融处置计划的目标在图形用户界面上选择。
一种用于消融规划和处置的方法包括：描绘图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区；在代价函数中应用加权来对包括所述核心组织和所述边缘区的所述组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性。并且在显示器上绘制图形用户界面以指示所述核心组织，所述边缘区和所述消融复合。
根据以下对本公开的说明性实施例的详细描述，本公开的这些及其他目标、特征以及优点将变得显而易见，本公开的说明性实施例要结合附图进行阅读。
附图说明
本公开将参考下图而详细地呈现下面的优选的实施例的描述，其中：
图1是示出根据一个实施例的采用边缘区来评估消融实现度的消融规划和处置系统的方框/流程图；
图2是示出根据一个实施例的核心组织(肿瘤)和相关联的边缘壳的图解；
图3是示出根据另一实施例的核心组织(肿瘤)和相关联的边缘区的图解；
图4示出了根据说明性实施例的说明性图形用户界面，其示出具有组织区域的图像；
图5是示出根据一个实施例的用于比较消融方法的消融度量的表；
图6是描绘了根据一个实施例的用于比较消融方法的消融度量的图表；并且
图7是示出根据说明性实施例的用于消融规划和处置的方法的流程图。
具体实施方式
根据本原理，提供了一种计算机辅助的肿瘤消融处置规划系统，其创建用于微创消融流程的流程前或流程内处置计划。优化处置计划以最大限度地覆盖可在诊断成像扫描(例如CT，PET-CT，MRI 3D体积数据集等)中进行分割或描绘的核心肿瘤区域。此外，处置计划被同时优化以不覆盖或最小限度地覆盖明显位于肿瘤区域之外的任何关键结构或健康组织。临床医生具有不同的偏好和需要并且需要针对个体患者的需要来调整处置计划，例如集中在对小核心的完全覆盖上，或者最大化超出核心的体积覆盖度。
本原理包括处置规划系统和方法，其定制中间区域(例如边缘区或围绕肿瘤的区，其中肿瘤细胞的存在根据用于描绘核心肿瘤区的诊断成像扫描是不明显的)的覆盖程度。提供消融处置规划方法和用户界面，以针对用户的需要来调整边缘区的覆盖范围。
除了肿瘤外，临床医生还可能希望消融核心肿瘤周围的边缘区。合理的边缘的定义取决于临床医生，例如在肿瘤周围几毫米至1厘米之间。根据本原理的计算机辅助的肿瘤消融处置规划系统提供了在描绘内包括边缘区的特征。利用这种系统生成的处置计划不仅反映了对作为相关感兴趣区域的肿瘤和健康组织的覆盖，而且反映了对边缘区或边缘区的一部分的覆盖。
如本文所述的处置规划系统通过对不同于核心肿瘤的边缘应用一定的优先性或加权，在对优化的消融位置的计算中明确考虑肿瘤的边缘区。该处置规划系统的一个目标是以所需数量的消融最大限度地或完全覆盖核心肿瘤区域，并提供加权函数的选项来覆盖肿瘤周围的边缘区，以基于处置规划系统的用户的需要来调整边缘的覆盖范围。
与边缘区相关联的相对于核心肿瘤的优先性/权重的程度决定了消融在三维空间中如何被放置并影响处置计划度量。该处置计划包括针对处置计划度量的额外的属性。所述额外的属性反映了边缘区的覆盖。例如，如果边缘区被描述为与肿瘤相邻的1mm厚的壳的集合，则所述额外的属性将是每个壳的覆盖的百分比。作为另一个例子，如果边缘区被描述为与肿瘤相邻的一组独立的空间分布区域，则所述额外的属性将是每个区域的覆盖百分比。生成的处置计划使用单独的权重来对核心肿瘤区域和用户定义的每个边缘壳/区域的覆盖进行优先排序。这些权重可以被预先定义为针对给定规划方法的参数。
应当理解，本发明将关于医疗仪器来描述；然而，本发明的教导更广泛并且适用于组合多个处置区域的任何规划系统或工具。在一些实施例中，在跟踪或分析复杂生物或机械系统中采用本原理。具体而言，本原理适用于生物系统的内部跟踪或分析流程，包括身体中所有区域(例如肺、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。附图中描绘的元件可以实现于硬件和软件的各种组合中并提供可以在单个元件或多个元件中进行组合的功能。
可以利用专用硬件以及与适当软件相关联的能够执行软件的硬件来提供附图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或者由多个独立处理器(其中一些可能是共享的)来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解读为仅仅指能够执行软件的硬件，并且能够隐含地包括，但不限于，数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。
此外，本文中提到原理、方面和本发明实施例的所有陈述以及其具体范例都旨在涵盖其结构上和功能上的等价方案。此外，旨在使这样的等价方案既包括当前已知的等价方案，又包括将来开发出的等价方案(即，开发出的执行相同的功能的元件，而不管其结构如何)。因而，例如，本领域技术人员将认识到，本文中呈现的方框图表示体现本发明的原理的示范性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当认识到，流程图、程序框图、状态转移图、伪代码等均表示实质上可以在计算机可读存储介质内表示并且因而可由计算机或处理器执行的各种过程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。
此外，本发明的实施例可以采取计算机程序产品的形式，可由提供程序代码的计算机可用或计算机可读介质访问所述计算机程序产品，以供计算机或者任何指令执行系统使用或者与之结合使用。就本说明书的目的而言，计算机可用或计算机可读介质可以是任何可以包括、存储、交换、传播或传送程序的设备，所述程序供指令执行系统、设备或装置使用或者与之结合使用。所述介质可以是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统(或者设备或装置)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前汇聚例包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)、蓝光碟TM和DVD。
在说明书中对本原理的“一个实施例”或“实施例”的引用以及其变型意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，在贯穿说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”以及任何其他变型的出现不一定全部参考相同实施例。
应认识到，以下“/”、“和/或”和“……中的至少一个”(例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一个”的情况下)中的任一个的使用旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、仅选择第二列出项(B)、或者选择这两项(A和B)。作为另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的短语旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、或者仅选择第二列出项(B)、或者仅选择第三列出项(C)、或者仅选择第一列出项和第二列出项(A和B)、或者仅选择第一列出项和第三列出项(A和C)、或者仅选择第二列出项和第三列出项(B和C)、或者选择所有三个项(A和B和C)。如对于本领域和相关领域中的普通技术人员显而易见的，这可以针对如所列出的许多项进行扩展。
现在参考附图，其中，相同的附图标记表示相同或相似的元件，并且首先参考图1，例示性示出了根据一个实施例的用于消融处置规划和过程跟踪的系统100。系统100可以包括工作站或控制台112，从所述工作站或控制台监视和/管理流程。工作站112优选包括一个或多个处理器114以及用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储用于进行处置规划和/或计划执行的应用(视情况而定)。工作站112执行处置规划功能，并且可以是独立系统或被包括在消融过程中使用的另一系统的一部分，例如与X射线，MR或CT系统相关联的诊断控制台，或甚至嵌入在例如超声系统内。诊断控制台115可以是单独的系统的一部分，或者可以连接到工作站112，并提供用于消融规划的图像136。诊断控制台115可以包括例如X射线，MR，超声或CT系统。
描绘模块124提供分割/描绘工具，其是计算机自动的或交互式的(具有手动监督)以描绘组织区域。可以使用本领域已知的分割技术来区分对象131中的组织并识别组织内或组织周围的区域和特征。组织区域包括：(一个或多个)核心肿瘤区域126，其是诊断成像扫描中显而易见的癌性组织区域；以及一组边缘壳或边缘区128，其是邻近肿瘤区域126勾画的。这些边缘壳或边缘区128可以被数字地生成并显示在显示器118上。所有边缘壳一起构成边缘区130。健康组织132是位于核心肿瘤区126和边缘区130之外的组织区。关键结构133(例如血管，其他器官等)也被考虑。关键结构133的集合(任选的)在肿瘤126和边缘区128之外，但在其附近。可以指定诊断成像扫描的皮肤表面上的皮肤进入点134。这些皮肤进入点134被标记为用于消融针的进入位置，以访问肿瘤区126以递送消融处置。
在一个实施例中，工作站112包括图像生成模块142，图像生成模块142被配置为在要处理的体积131内生成和显示以上描述图像区域的表示。空间或体积131内的图像136可以被显示在显示设备118上示出的区域表示。工作站112包括用于查看对象(患者)或体积131的内部图像的显示器118，并且可以包括图像136作为所述图像区域中的位置的叠加或者其他绘制。显示器118也可以允许用户与工作站112及其部件和功能或系统100内的任何其他元件交互。这进一步地通过接口120来促进，接口120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备或任何其他外围或控制以允许用户从工作站112进行反馈以及与工作站112交互。
接口120可以包括显示器118和图形用户界面(GUI)122，用于创建和可视化核心肿瘤126周围的边缘。可以采用显示器118和GUI 122来显示和规划针对计划中涉及的个体区(例如，核心，边缘，关键结构)的质量度量。GUI 122可以包括虚拟控件121，以允许用户从几种策略的选项中进行选择来创建解决不同临床需求的计划(例如，相对于一个区域强调另一个区域)。
处置规划模块140计算消融处置计划。处置规划模块140采用由描绘模块124描绘的组织区域。处置规划模块140允许用户选择要在处置计划中使用的一个或多个消融设备102。消融针102具有与其相关联的消融几何形状(例如，当根据其制造商描述地使用设备时预期的具有描绘消融尺寸的相关联半径的球形/椭圆形状)。消融针102的其它参数由消融控制器144控制，消融控制器144可以是工作站112的一部分，或者是由工作站112控制的独立设备。要在处置计划中使用的消融的数量(N)是处置规划模块140的输入。消融的数量可以是用户选择的，或者规划方法可以计算必要的消融次数，以最大地(或完全地)覆盖仅核心肿瘤(或覆盖核心肿瘤和边缘区)。处置规划模块140包括反映用于针对组织区域的组织分割的加权参数的处置计划方法或程序146。加权参数在针对计划和执行两者的计算中被采用。触发处置规划模块140，例如，使用GUI 122上的虚拟控件，以开始计算，得到消融规划和度量。
处置规划模块140产生具有反映消融计划的定量属性的度量的消融规划。针对消融计划的度量可能包括例如由消融覆盖的核心肿瘤的百分比，由消融覆盖的每个边缘壳或区域的百分比，破坏的健康组织的总体积(也称为附带损伤)，当从各自的进入点到达任何消融中心时，被消融探针的轨迹消融或相关的关键结构(如果包括的话)的总体积，所选择的处置规划方法，针对消融规划计算的优化的代价函数的值等。
处置规划模块140产生消融规划，其具有消融区域的可视化，其可以向用户示出消融如何精确地放置以覆盖(或不覆盖)包括在计划中的各种组织分割。个体消融可以被组合为称为复合消融的单个区域。消融计划的可视化清楚地描绘了核心肿瘤126，边缘区130，健康组织132，关键结构133(如果包括的话)和皮肤进入点134(如果包括的话)的复合消融的覆盖之间的空间关系，作为消融计划的一部分。
参考图2，核心肿瘤126被描绘为由与肿瘤相邻的多个壳128包围(例如，间隔1mm，但是可以采用任何距离)。边缘壳128包括边缘区130。核心肿瘤126可以与边缘壳或区域128区分开，而不是将这些区域混在一起成为一个区域。传统系统将这些区域混为称为规划的目标体积(PTV)的单个区域。根据本原理的处置规划系统通过对不同于核心肿瘤126的边缘应用一定的优先性/加权，在计算优化的消融位置时明确地考虑肿瘤的边缘区130。处置规划系统(100，图1)的一个目标是以所需数量的消融最大限度地或完全地覆盖核心肿瘤区域126，并提供加权函数的选项以覆盖肿瘤126周围的边缘区130以基于用户需求来调整边缘的覆盖。
与边缘区130相关联的相对于核心肿瘤126的优先性/权重的程度确定消融如何在三维空间中被放置并影响处置计划度量。该处置计划包括针对处置计划度量的额外的属性。所述额外的属性反映了边缘区130的覆盖。例如，如果边缘区130被描述为与肿瘤126相邻的1mm厚的壳128的集合，则所述额外的属性将是每个壳的覆盖的百分比。
参考图3，在另一个实施例中，示意性地示出了与核肿瘤126相邻的边缘区域160。沿着不同取向，边缘区域160可以具有不同的尺寸，可能反映癌细胞在这些区域中的每个中的存在方面的更多或更少的确定性。边缘区域160包括边缘区130。在该范例中，如果边缘区130被描述为与肿瘤126相邻的独立的空间分的布区域(160)集合，则所述额外的属性将是例如每个区域的覆盖百分比。
尽管图2和图3将区域128、160描绘为二维的；但是核心肿瘤126，个体边缘壳/区域128/160，围绕该区域的任何关键结构或健康组织是三维区域，并且处置规划方法考虑三维体积的覆盖。图2和图3展示了边缘的简单描绘；然而，本原理不限于这样的边缘，因为将存在定义边缘区的其他方法。根据本实施例生成的处置计划使用单独的权重来对核心肿瘤区域126和由用户定义的每个边缘壳/区域128/160的覆盖进行优先排序。这些权重可以被预先定义为针对给定规划方法的参数。
再次参考图1，处置规划模块140通过在核心肿瘤126，边缘区130和健康组织132上放置目标数量的消融N来进行规划，并计算代价函数150以对该计划进行排名。不同的处置规划方法各自具有对输入到代价函数150内的针对每种组织类型的相对权重的选择。
代价函数150可以被定义为，例如：
在上述代价函数(公式1)中，Wct是针对核心肿瘤中未被任何消融覆盖的体素的权重，Wht是健康组织中被任何消融覆盖的体素的权量，Wmi是针对边缘壳或区域中未被任何消融覆盖的体素的权重(i是边缘壳/区域的指标，i的上述求和的范围在边缘壳或区域的完整的集合之上)，并且Wcrj是在关键结构中的被消融设备的轨迹覆盖或所切的体素的权量。j是关键结构的指标，上面对于j求和范围在组关键结构的完整集合上(如果包括的话)。
求和中不同的体素数量包括：Nct＝核心肿瘤中未被任何消融覆盖的体素的数量；Nm1，Nm2等＝每个边缘壳/区域中未被任何消融覆盖的体素的数量；Ncr1,Ncr2等＝每个关键结构中由任何消融的覆盖或被从相应的进入点到消融中心消融设备的轨迹所切的体素的数量(如果包括的话)；并且Nht＝健康组织中被任何消融覆盖的体素的数量。
在不失一般性的情况下，边缘区130在下面被描述为围绕核心肿瘤126的一组壳，并且壳的顺序如图2中所示(例如，1mm的边缘壳128紧邻核心肿瘤126，并以1mm的增量逐渐增加到最外边缘壳128)。替代地，用户可以选择使用空间分布在肿瘤周围但是针对有不同权重的边缘区(图3)。
边缘区可以取对系统已知的预定配置，例如，围绕核心肿瘤的预定义范围(例如距核心边缘5mm)的一组同心壳，每个1mm厚。另一个预定义的配置可以包括具有预定义但不均匀厚度的一组同心壳(例如，针对围绕核心肿瘤的第一壳为2mm，并且超出其的壳为1mm(达到预定义的程度))。替代地，边缘区也可以是用户定义的配置，其中，用户可以独立选择每个壳的厚度和壳的数量。预定义的配置还可以包括不同的径向相关的区域(160)或其他配置。
根据一个实施例，描述了具有至少三个可能的权重的均一处置计划方法，如表1中所列。
表1：
根据另一个实施例，描述了具有至少三个可能的权重的对数处置规划方法，如表2中所列。
表2：
根据另一个实施例，描述了一种具有如表3中所指示的权重最大边缘处置规划方法。实际数字是科学读数的，因为它们反映了权重的大的动态范围。
表3：
组织区 权重 值
未消融的肿瘤核心 Wct 1.0e18
未消融的1毫米的边缘壳 Wm1 1.0e15
未消融的2毫米的边缘壳 Wm2 1.0e12
未消融的3毫米的边缘壳 Wm3 1.0e09
未消融的4毫米的边缘壳 Wm4 1,000,000
未消融的5毫米的边缘壳 Wm5 1,000
消融的健康的组织 Wht 1.0
表1-3中的数字不应被解释为限制性的，因为其他方法或计划是可能的。用户可能实际选择类似于以上经由数字示出的趋势的加权，但是与它们不同。可以定制加权函数(自定义加权函数)。
要注意，在该表中未定义Wcr，因为关键结构仅任选地使用。在使用它们的情况下，Wcr的值可以被设置为比Wct的值更高，针对核心肿瘤覆盖的权重通常高于针对边缘或健康组织的所有其它值。
这些方法中的每种都具有与可实现的组织覆盖有关的益处。这些可能包括以下内容。与其他方法相比，均一方法的优点是最大限度地覆盖整个PTV(即包括核心肿瘤和边缘区)。与其他方法相比，对数方法的优点是最小限度地覆盖健康组织。最大边缘方法的优点是覆盖比其他方法更大比例的内部核心边缘壳(比其他壳加权高得多)。与其他边缘区相比，获得了针对更高加权的边缘区的优势，类似于，与外部边缘壳相比内部边缘壳更高地加权。
根据本原理的一个方面，处置规划方法由用户通过合适的用户界面(GUI 122)来选择。用户界面122将提供对处置规划方法的选择。
参考图4，根据一个说明性实施例示出了GUI 122。利用用户选择的规划方法来计算消融规划，并且然后在工作站112(图1)的GUI 122上进行可视化。示出了消融规划可视化的范例，具有被描绘为核心肿瘤204的区域，围绕核心肿瘤204的边缘区或区域206以及复合消融区域208(例如，包括多个个体消融)。复合消融区域208是处置规划系统的输出。可以实时视觉地监视消融计划，以确定消融次数何时不足以覆盖边缘区206或确保对该消融计划消融完全覆盖核心肿瘤204和边缘区206针。
GUI 122包括示出感兴趣区域(包括肿瘤204，边缘区206和消融处置区域208)的视图的窗格202。GUI 122可以包括下拉菜单210或其他控件制以选择对处置规划方法的选择。显示要由用户选择的处置规划方法的名称，例如具有相关联的权重值的均一，对数，最大边缘等。GUI 122可以包括(一个或多个)控制或输入字段212，以明确地选择定制处置规划方法，其意味着用户针对每个区输入一组权重。
GUI 122可以包括引导控制窗口214，其被配置为向用户提供引导以用于选择处置规划方法。例如，系统可以向用户提供临床相关的陈述，隐含地实现对规划方法的选择。例如，用户可以选择方法或将光标悬停在该方法的名称上。引导窗口214可以突出显示针对方法的加权的优点。在替代实施例中，用户可以选择支持处置计划目标的陈述。例如，“我想以更高优先级最小化附带损伤”意味着自动选择对数方法；如果用户指示“我想以更高的优先级最大化边缘区的覆盖范围”，则意味着自动选择最大边缘方法，或者如果用户指示“我想要最大限度地覆盖PTV而没有针对核心肿瘤相对于边缘的任何偏好”意味着自动选择均一方法。
在另一个实施例中，处置计划可以针对给定的肿瘤以不同的权重集来运行处置规划方法多于一次。可以通过用户的确认运行或自动运行“预先指定的处理计划配置”，以允许比较各种计划的结果，例如以表格或其他视觉呈现形式。例如，系统100(图1)将利用方法中的全部或一些使用所选择的参数集(加权值)来自动运行消融处置计划。然后，用户界面120(图1)将向用户示出所计算的消融规划以及针对所述方法中的每种利用那些参数集实现的度量。度量的呈现可以是具有颜色编码等的表格形式，以帮助用户检测针对给定度量的最佳执行方法对下一个最佳执行方法，如图5中说明性地所示。
参考图5，表300示意性地示出了针对不同处置规划方法(例如最大边缘，对数和均一)的度量的比较。表的列顶部的数字10000，1000，100反映了针对所选方法的核心肿瘤的权重。在任何单元302中突出显示的阴影部分306表示对于度量中的一个(在度量列310中列出)针对相应的行312中的数量的消融实现的最佳(分别为第二最佳，第三最佳等等)性能的方法。最佳的，第二最佳的等等可以用不同的颜色，阴影等来指示。
呈现也可以是如图6所示的图形形式，使得用户能够一目了然地判断方法的相对性能，并且用户可以选择呈现的一个消融规划以继续进行处置流程执行。
参考图6，四个图表330、332、334和336提供了利用不同的处置规划方法(例如，最大边缘，对数，均一)实现的两个度量(附带损伤对PTV覆盖)的图形比较。每个图表330、332、334和336中的圆的大小表示通过该方法实现的邻近边缘的大小-较大的圆圈表示较高的邻近边缘。也可以采用其他呈现方法和比较。
如所描述，本原理提供了图形用户界面中的组织元素的视觉呈现，例如通过围绕肿瘤或肿瘤周围区域的边缘壳明确地描绘在核心肿瘤之外的边缘区来定义。消融计划的视觉呈现被示出为具有在核心肿瘤或PTV之上的复合消融和边缘覆盖的可视化中明确识别的对边缘区的覆盖。处置规划方法由用户明确或隐含地选择。还提供了个体壳或区域的边缘区覆盖的表格/数字表示的输出。还提供了导致由用户选择的优选处置规划方法的针对不同处置规划方法的消融计划度量的数值/视觉呈现。
参考图7，根据示例性实施例示意性地示出了用于消融规划和处置的方法。在框402中，收集一幅或多幅图像以用于规划消融程序。在框404中，组织类型在图像中被描绘或分割。组织类型至少包括核心组织和包裹核心组织的边缘区。其他组织类型可以包括围绕核心组织的健康组织，皮肤访问点和关键结构。
在框406中，在代价函数中应用加权来对包括核心组织和边缘区的组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定根据用户偏好实现消融复合的消融特性。加权可能受到许多因素的影响，包括组织类型，处置计划中要使用的消融设备的类型，处置计划中要使用的消融次数(N)，最佳反映用户期望的方法的处置规划方法。使用代价函数来最小化消融的量，并且通过加权、优化/最小化附带损伤(对健康组织的损害)的量，边缘区的百分比覆盖率，核心组织的百分比覆盖等。
在框408中，使用可选择的处置方法来提供加权。可选择的处置方法可以由用户使用包括选择控制的图形用户界面来选择。选择控制允许用户选择一种或多种处置方法。每种处置方法具有不同的消融方案，并向用户提供信息以辅助合适的选择。一种或多种处置方法包括针对代价函数的不同权重。根据消融处置计划的目标来确定不同的体重。所述一种或多种处置方法可以包括均一处置计划，对数处置计划，最大边缘处置计划和定制处置计划中的至少一种。
在框410中，在显示器上的图形用户界面上生成并呈现计划以指示核心组织，边缘区和消融组合。在框412中，使用以表格，图形或数字中的一种或多种所呈现的度量来指示边缘区的覆盖以用于根据多种处理方法中的每种来确定计划的消融程序的覆盖范围。处置规划系统产生具有反映消融计划的定量属性的度量的消融规划。针对消融计划的度量可能包括由消融覆盖的核心肿瘤的百分比，由消融覆盖的每个边缘壳或区域的百分比，破坏的健康组织的总体积(也称为附带损伤)，当从各自的进入点到达任何消融中心时，被消融探针的轨迹消融或相关的关键结构(如果包括的话)的总体积，所选择的处置规划方法中的消融的数量，针对消融规划计算的优化的代价函数的值等。
可以采用这些度量来对处置方法进行比较，并关于总体目标来评价计划。边缘区可以包括多个壳，每个壳彼此间隔开并存在于核心组织的外部。在框414中，可以计算在边缘区的每个壳内的消融覆盖度量。边缘区可以包括与核心组织相邻并围绕核心组织的多个区域，每个区域存在于所述核心组织的外部。在框416中，可以计算在边缘区的每个区域内的消融覆盖度量。
在框418中，选择最佳方案(最小化的代价，边缘区的最佳覆盖等)，并执行该计划以处置患者。
在解释所附权利要求书中，应当理解：
a)“包括”一词不排除在给定权利要求中所列举的其他元件或动作之外的元件或动作的存在；
b)在元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在；
c)权利要求书中的任何附图标记都不限制其范围；
d)若干“单元”可以由相同项或者硬件或软件实施的结构或功能来表示；并且
e)并不旨在要求特定动作的特定顺序，除非专门指出。
已经描述了包括核心肿瘤，边缘和健康组织覆盖的肿瘤消融处置规划的系统和方法的优选实施例(其旨在是说明性的而非限制性的)，应指出，本领域技术人员可以鉴于上述教导进行修改和变化。因此要理解，可以对所公开的公开内容的特定实施例进行变动，这些变动处于本文中所公开的实施例的由所附权利要求界定的范围之内。在已经这样描述了专利法所要求的细节和特性之后，在随附的权利要求中阐述了所主张或期望由专利证书保护的内容。

Claims (25)

1.一种用于消融规划和处置的系统，包括：
描绘模块(124)，其被配置为区分图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区；
处置规划模块(140)，其被配置为在代价函数中应用加权来对包括所述核心组织和所述边缘区的所述组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性；以及
图形用户界面(122)，其在显示器上被绘制以指示所述核心组织、所述边缘区、所述消融复合并允许用户选择一种或多种处置方法。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘区(130)包括多个壳(128)，每个壳与其它壳间隔开并且存在于所述核心组织的外部。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个壳(128)包括能够被自动地选择的预定义配置或用户提供的配置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述边缘区(130)包括与所述核心组织相邻并且围绕所述核心组织的多个区域(160)，每个区域存在于所述核心组织的外部。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述组织类型还包括关键结构和围绕所述核心组织的健康组织(132)。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一种或多种处置方法包括均一处置计划、对数处置计划和最大边缘处置计划中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一种或多种处置方法包括不同的加权并且根据所述消融处置计划的目标而被选择。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，针对所述一种或多种处置方法，以表(300)、图表(330、332、334、336)或数字中的一种或多种呈现的度量来指示对所述边缘区的覆盖，以用于确定针对规划的消融流程的覆盖。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一种或多种处置方法包括定制处置计划。
10.一种用于消融规划和处置的系统，包括：
描绘模块(124)，其被配置为区分图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区，所述边缘区包括在所述核心组织外部的多个壳或环绕区域；
处置规划模块(140)，其被配置为在代价函数中应用加权来对包括所述核心组织和所述边缘区的所述组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性；以及
图形用户界面(122)，其在显示器上被绘制以指示所述核心组织、所述边缘区、所述消融复合并允许用户选择一种或多种处置方法，其中，所述一种或多种处置方法包括不同的加权，并且根据消融处置计划的目标而在所述图形用户界面上被选择。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述核心组织的外部的所述多个壳(128)或所述环绕区域包括能够被自动地选择的预定义配置或用户提供的配置。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述组织类型还包括关键结构和围绕所述核心组织的健康组织(132)。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一种或多种处置方法包括均一处置计划、对数处置计划和最大边缘处置计划中的至少一种。
14.根据权利要求9所述的系统，其中，针对所述一种或多种处置方法，以表(300)、图表(330、332、334、336)、或数字中的一种或多种呈现的度量来指示对所述边缘区的覆盖，以用于确定针对规划的消融流程的覆盖。
15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一种或多种处置方法包括定制处置计划。
16.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一种或多种处置方法计算所述多个壳或区域中的每个被消融覆盖的百分比。
17.一种用于消融规划和处置的方法，包括：
描绘(404)图像中的组织类型，所述组织类型至少包括核心组织和包裹所述核心组织的边缘区；
在代价函数中应用(406)加权来对包括所述核心组织和所述边缘区的所述组织类型的消融覆盖进行优先排序，以确定实现根据用户偏好的消融复合的消融特性；并且
在显示器上绘制(410)图形用户界面以指示所述核心组织、所述边缘区、以及所述消融复合。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述边缘区(130)包括多个壳(128)，每个壳与彼此间隔开并存在于所述核心组织的外部，所述方法还包括计算所述边缘区的每个壳内的消融覆盖度量。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多个壳(128)包括能够被自动地选择的预定义配置或用户提供的配置。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述边缘区(130)包括与所述核心组织相邻并且围绕所述核心组织的多个区域(160)，每个区域存在于所述核心组织的外部，所述方法还包括计算(412)所述边缘区中的每个区域内的消融覆盖度量。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，邻近并围绕所述核心组织的所述多个区域(160)包括能够被自动地选择的预定义配置或用户提供的配置。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述图形用户界面包括选择控件，并且所述方法还包括允许(408)用户使用所述选择控件来选择一种或多种处置方法。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述一种或多种处置方法包括所述代价函数中的不同加权，并且所述不同加权是根据所述消融处置计划的目标来确定(408)的。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一种或多种处置方法包括均一处置计划、对数处置计划、最大边缘处置计划和定制处置计划中的至少一种。
25.根据权利要求17所述的方法，还包括：使用以表、图表或数字中的一种或多种呈现的度量来指示(412)对所述边缘区的覆盖以用于根据多种处置方法中的每种来确定针对规划的消融流程的覆盖。
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