CN112334086A - 辅助定位热消融设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于基于规划的消融位置来辅助用户定位热消融设备(1)的系统。所述系统包括评价单元(6)，所述评价单元适于(i)计算借助于在所述设备(1)的当前位置处操作的所述设备能递送到所述处置区域的优化的热剂量分布，(ii)确定用于将所述设备(1)从所述当前位置操控到所规划的位置的路径并为所确定的路径分配代价，所述代价量化了沿着所计算的路径操控所述设备(1)的估计的不利影响，并且(iii)向所述用户呈现关于所述优化的热剂量分布和关于被分配给所计算的路径的所述代价的信息。

Description

辅助定位热消融设备
技术领域
本发明涉及具体用于处置癌症的热消融治疗。更特别地，本发明涉及用于辅助定位热消融设备的系统和方法。
背景技术
在热消融治疗中，将或高或低的极端温度局部地施加到肿瘤以诱发细胞损伤并且最终对癌症细胞诱发肿瘤细胞凋亡凝固性坏死。为了施加这样的温度，能够借助于微创介入将微型化消融探针引入到患者体内并引导到包括肿瘤的处置区域。为了施加高温，消融探针可以将微波辐射或超声递送到组织。为了施加低温，消融探针可以被配置为冷冻探针，制冷剂流过该冷冻探针以冷却冷冻探针周围的组织。
通过使用消融探针，根据处置计划来施加热消融治疗处置。处置计划具体指定一个或多个消融位置，消融探针要被定位在这一个或多个消融位置处以便施加处置，介入医师将消融探针操控到(一个或多个)规划的消融位置。在该过程中，基于示出靶组织和消融探针的图像来监测消融探针的位置，其中，通常使用计算机断层摄影(CT)来采集图像。由于CT不允许连续成像，因此不时地采集CT图像以便确定消融探针的位置。
通常，执行处置的介入医师设法将消融探针尽可能准确地定位在规划的消融位置处。然而，这通常需要大量的迭代定位步骤和采集相当多数量的图像来定位消融探针。这会导致处置时间增加并导致在成像期间被递送到患者的辐射剂量相当多。此外，消融探针的策略会对健康组织造成额外损伤，即，当探针必须被缩回并在不同的角度下被新插入时就会对健康组织造成额外损伤。
另一方面，对消融探针的准确定位并不总是必要的。而是，从偏离规划的消融位置的位置执行成功的消融会是可能的。在这样的情况下，准确定位消融探针所增加的代价将会超过准确定位所带来的益处。然而，介入医师通常无法识别出这样的情况，这使得介入医师总是以最大准确度定位消融探针，但是这种方法在一些情况下是低效的。
WO 2015/148378公开了一种用于消融处置规划和对被具体配置为冷冻探针的消融设备的术间位置更新的系统。该系统生成用于消融处置的处置计划，其特别指定要在处置中使用的冷冻探针的放置。为了递送处置，临床医生在通过CT透视图像的引导下插入冷冻探针。当临床医生看见冷冻探针的放置情况未与规划的放置情况一致时，临床医生能够尝试修正这种错误对准。在临床医生将冷冻探针一直插入到其最终位置之后，临床医生获得额外的CT透视数据。当冷冻探针的实际最终位置仍然未与处置计划的放置情况精确一致时，临床医生能够通过重新定位规划的冷冻探针放置情况来修正处置计划而使其符合实际的冷冻探针放置情况。
US 9002076公开了一种用于介入流程中的轨迹规划的系统。在该系统中，指定用于该流程的靶点和用于将仪器插入到患者体内以到达靶点的进入点。然后，该系统确定相互连接进入点的轨迹。对于轨迹中的每条轨迹，该系统计算代价函数以便将权重分配给相应的轨迹。加权能够特别包括被施加到与某些解剖部分相交的或横穿某些解剖部分的轨迹的负代价。
发明内容
鉴于以上内容，本发明的目的是特别是在对消融设备的定位方面辅助介入医师更高效地执行热消融处置。
根据第一方面，本发明提供了一种用于基于处置计划中指定的规划的消融位置来辅助用户将热消融设备定位在患者身体的处置区域中的系统，所述热消融设备在操作中将热剂量递送到所述处置区域。所述系统包括定位单元和评价单元，所述定位单元适于确定所述设备的当前位置。所述评价单元适于：(i)计算借助于在所述当前位置处操作的所述设备能递送到所述处置区域的优化的热剂量分布，(ii)计算用于将所述设备从所述当前位置操控到所规划的位置的路径并为所确定的路径分配代价，所述代价量化了沿着所计算的路径操控所述设备的估计的不利影响，并且(iii)向所述用户呈现关于所述优化的热剂量分布和关于被分配给所计算的路径的所述代价的信息。
基于关于借助于在当前位置处操作的设备能递送到处置区域的优化的热剂量分布的信息来和/或基于在关于被分配给所计算的路径的代价的信息，用户能够识别从热消融设备的当前位置执行消融比将设备操控到所规划的消融位置更有益的情况。在这样的情况下通过从当前位置执行消融，能够避免由将热消融设备更准确地定位在所规划的消融位置处产生的不利影响(例如，处置时间增加、在用于定位热消融设备的额外成像期间患者对辐射的暴露增加和额外的组织损伤)。
在一个实施例中，所述评价单元适于：将借助于在所述当前位置处操作的所述设备能递送到所述处置区域的所述优化的热剂量分布与由所述热消融设备的操作产生的规划的热剂量分布进行比较，并且基于所述比较为所述优化的热剂量分布分配代价。基于该代价，能够评估剂量分布的减小量，这是当从当前位置执行消融时的结果。该评估还能够有助于决定从热消融设备的当前位置执行消融是否比从所规划的消融位置执行消融更有益。
相关的实施例包括：所述评价单元适于：确定针对所述优化的热剂量分布和所述规划的热剂量分布的至少一个预定质量参数，并且基于针对所述优化的热剂量分布确定的质量参数与针对所述规划的热剂量分布确定的质量参数的比较为所述优化的热剂量分布分配代价。质量参数可以对应于描述被递送到靶组织和/或靶组织周围的健康组织的热剂量的统计参数。这样的参数的示例包括被递送到靶组织周围的健康组织的最大剂量、被递送到靶组织的最小剂量或合适的剂量体积直方图(DVH)参数(例如，接收不超过某个热剂量的健康组织的百分比或至少接收某个热剂量的靶组织的百分比)。
在另外的相关的实施例中，所述评价单元适于：将被分配给所计算的路径的所述代价与被分配给所述优化的热剂量分布的所述代价进行比较，并且向所述用户呈现所述比较的结果。基于该比较的结果，用户可以决定从热消融设备的当前位置执行消融是否比从所规划的消融位置执行消融更有益。如果被分配给所计算的路径的代价高于被分配给优化的热剂量分布的代价，则特别会是这种情况。
在一个实施例中，所述评价单元适于：基于当沿着所确定的路径移动所述热消融设备时发生的估计的组织损伤来确定被分配给所计算的路径的所述代价。相关的实施例包括：所述评价单元适于：基于当沿着所确定的路径移动所述热消融设备时所述热消融设备行进通过健康组织的距离来确定被分配给所计算的路径的所述代价。基于该距离，能够估计当沿着所确定的路径移动设备时发生的组织损伤。
在另外的实施例中，所述评价单元适于：根据一个或多个段来形成所计算的路径，在每个段中，所述热消融设备是根据预定义操控策略的集合中的一个预定义操控策略而被操控的。该预定义操控策略的集合优选包括对于热消融设备来说可能的操控策略。在针状设备的情况下，这些策略可以特别包括对应于插入策略和缩回策略的来回移动。另外，移动可以是笔直地沿着纵向方向或沿着弧形轨迹。
在一个实施例中，所述评价单元适于：基于当沿着所确定的路径移动所述热消融设备时发生的不同段之间的转变的数量来确定被分配给所计算的路径的所述代价。该代价考虑了不同策略之间的转变经常会导致额外的组织损伤这一事实。
在另外的实施例中，所述热消融设备能够使用在所述用户请求后采集的所述处置区域的图像而被定位，每个图像采集涉及所述患者身体对电离辐射的暴露，并且其中，所述评价单元适于：基于当沿着所确定的路径将所述热消融设备移动到所规划的位置时要采集的图像的估计的数量来确定被分配给所计算的路径的所述代价。该代价考虑了由当沿着所计算的路径操控设备时对处置区域进行成像以定位热消融设备而产生的患者身体对辐射的额外暴露。
相关的实施例包括：要采集的图像的估计的数量对应于所确定的路径的段的数量。这种对应关系基于通常每当段结束时就定位热消融设备的观察结果。
在另外的实施例中，所述评价单元适于：基于用于沿着所确定的路径移动所述设备的估计的时间来确定被分配给所述路径的所述代价。该代价考虑了以下事实：沿着所计算的路径操控热消融设备会延长介入时间，并且延长的介入时间会对患者产生不利影响(例如由于延长的麻醉持续时间)。
在一个实施例中，所述评价单元适于：确定当在所述当前位置处操作所述设备时能递送到所述处置区域的所述剂量分布，使得规定的最小热剂量被递送到靶组织和/或规定的最大热剂量被递送到靶组织周围的健康组织。因此，这确保了满足规定的处置目标。
此外，所述剂量计算单元还可以确定用于实现所确定的剂量分布的所述热消融设备的操作参数。当从热消融设备的当前位置执行消融时，可以使用这些操作参数。
在另外的实施例中，所述定位单元适于：基于所述处置区域的图像来确定所述设备的所述当前位置。然而，同样可能的是，定位单元以另一方式确定设备的当前位置。
在另外的方面中，本发明提供了一种用于基于处置计划中指定的规划的消融位置来辅助用户将热消融设备定位在患者身体的处置区域中的方法，所述热消融设备在操作中将热剂量递送到所述处置区域。所述方法包括：(i)确定所述设备的当前位置，(ii)确定借助于被定位在所述当前位置处的所述设备能递送到所述处置区域的优化的热剂量分布，(iii)计算用于将所述设备从所述当前位置操控到所规划的位置的路径并为所确定的路径分配代价，所述代价量化了沿着所计算的路径操控所述设备的估计的不利影响，并且(iv)向所述用户呈现关于所述优化的热剂量分布和关于被分配给所确定的路径的所述代价的信息。
在另外的方面中，本发明提供了一种包括程序代码的计算机程序，当所述程序代码在计算机设备中被运行时，所述计算机程序用于以指令命令所述计算机设备执行所述方法。
应当理解，根据权利要求1所述的系统、根据权利要求14所述的方法和根据权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是与在从属权利要求中限定的实施例相似和/或相同的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是独立权利要求或以上实施例与相应的从属权利要求的任何组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性且示例性地示出了根据本发明的实施例的用于热消融治疗的系统的部件，并且
图2示意性且示例性地示出了在系统中执行的方法的步骤。
具体实施方式
图1示意性且示例性地示出了热消融治疗系统，该热消融治疗系统包括热消融设备1和作为子系统的用于辅助用户将热消融设备1适当定位在患者身体的处置区域中的系统。通过使用该热消融治疗系统，能够在患者身体2中执行热消融，以便处置患者身体2中的靶组织。靶组织可以特别包括肿瘤。
热消融设备1可以被配置用于高温肿瘤消融，即，它可以被配置为将能量施加到组织(特别是肿瘤)，以便加热组织而杀死细胞(特别是癌症细胞)。例如，可以借助于射频(RF)电流来提供能量(这种方法也被称为RF消融)，或者可以借助于由热消融设备1发射的微波辐射或超声波来提供能量。在RF消融中，借助于热消融设备1的接触患者体内的靶组织的电极将电流直接施加到靶组织。电流流过靶组织并流到第二电极，该第二电极也可以直接接触靶组织，或者第二电极可以被附接到患者身体2的皮肤表面。对于微波消融，热消融设备1包括用于发射微波辐射的天线，该微波辐射可以由患者身体2外部的微波生成器生成并且通过连接热消融设备1和微波生成器的线缆被引导到天线。对于超声消融，热消融设备1可以包括微型化超声换能器，能够使该微型化超声换能器与靶组织接触以将超声波施加到组织。
在另外的实施例中，热消融设备1可以被配置用于低温肿瘤消融，即，它可以冷却靶组织。在该实施例中，热消融设备1可以被配置为用于将冷却流体递送到靶组织的冷冻探针。在这样的探针中，可以将气态制冷剂(例如，氩气)递送到设备1的尖端，其中，气态制冷剂可以膨胀而使得它由于焦耳-汤姆逊效应而冷却下来并且创建冷却相邻组织的冷源。可以将膨胀的气体吸回到设备1中，以便从患者身体2中排出膨胀的气体。作为备选方案，可以在不使合适的制冷剂膨胀的情况下将该制冷剂引导通过设备。在该实施例中，制冷剂可以特别是被保持在其临界点的气体，在临界点处，该气体具有高热容，并且因此创建了大的冷源。
在不同的实施例中，热消融设备1可以被配置为针状设备，该针状设备可以由介入医师在微创介入的范围内插入到患者身体2中。在该流程中，介入医师将热消融设备1插入到患者身体2中并控制设备在一个或多个消融位置处执行组织消融，这将下文中更详细地解释。在该流程期间，介入医师从患者身体外部手动操控设备1，例如通过被布置在设备1的近端处的手柄来操纵设备1，该手柄在该流程期间保持在患者身体2外部。
为了监测热消融设备1的位置，系统可以包括成像设备3，该成像设备3被配置为根据合适的成像模态来采集包括靶组织和靶组织周围的区域的处置区域的图像。借助于成像设备3采集的图像优选是三维图像，并且当热消融设备1在成像设备3的视场内的处置区域中时，图像优选示出靶组织和热消融设备1。另外，借助于成像设备1采集的图像优选示出靶组织周围的敏感组织。在一个实施例中，成像设备3是能够以常规方式配置的CT设备。
可以在显示器4上向介入医师呈现借助于成像设备3采集的图像，并且介入医师可以检查图像以便将热消融设备1定位在处置区域中。在本发明的实施例中，无法连续使用和/或启用成像设备3对处置区域进行成像。而是，成像设备1可以在介入医师请求后采集处置区域的图像。在消融流程期间，当介入医师在处置区域中操控热消融设备1时，当他/她认为有必要精确定位热消融设备1时，他/她可以控制成像设备采集图像。当正在采集图像时，可以不进一步移动热消融设备1。可以由介入医师基于如使用所采集的图像确定的设备1的位置来控制在图像采集之后的进一步移动。
借助于热消融设备1，基于处置计划来执行消融处置。用于消融处置的处置计划具体指定要借助于热消融设备1执行消融的一个或多个消融位置和用于将热消融设备1操控到(一个或多个)规划的消融位置的(一条或多条)路径。此外，处置计划可以指定用于执行消融的一个或多个处置参数。这样的处置参数可以包括与规划的消融相关联的消融时间(即，用于在消融位置处操作热消融设备1以加热或冷却组织的持续时间)，并且还可以包括与规划的消融位置相关联的热消融设备1的一个或多个操作参数。
在高温消融的情况下，在处置计划中指定的操作参数可以具体控制借助于热消融设备1被递送到组织的能量的量。对于RF消融，对应的操作参数可以具体是被施加到组织的电流的量值。对于微波和超声消融，对应的操作参数可以具体确定由热消融设备1发射的电磁辐射或超声波的功率。
在热消融治疗系统的规划单元5中生成处置计划。在一个实施例中，可以借助于规划单元5来执行半自动规划流程。为此目的，规划单元5可以被配置为包括规划软件的计算机设备，该规划软件提供在规划流程期间执行的例程。为了在规划流程期间与规划者交互，计算机设备可以包括或被连接到显示设备和合适的输入设备。在显示设备上，规划单元5可以特别提供允许规划者控制规划流程的图形用户接口。
在规划流程中，针对特定患者确定一个或多个消融位置和到达消融位置的相关联的轨迹。规划流程的目标是确定最小数量的消融位置，使得靶组织的所有细胞都被消融，并且尽可能最小限度地损伤靶组织周围的健康组织。在较小肿瘤的情况下，可以基于单个消融位置来实现该目标；在较大肿瘤的情况下，两个或更多个消融位置会是必要的。此外，消融位置被确定为使得到达该位置的相关联的轨迹是可行的，并且当将热消融设备1沿着该轨迹移动通过患者身体2时，在患者身体中发生最小损伤。
可以基于包括靶组织的患者身体的区域的图像来执行规划流程。可以在处置之前采集该图像，并且在下文中也将该图像称为规划图像。可以使用热消融治疗系统的成像设备3或使用另一成像设备来采集该图像。在规划图像中，可以以对本领域技术人员来说已知的方式使用手动、半自动或自动勾画流程来勾画包括靶组织和患者身体2的其他结构的患者身体2的区域。其他结构可以特别包括能够或不应被热消融设备1横穿的结构。
基于如患者图像所示的解剖结构，可以执行优化流程以便找到(一个或多个)消融位置。可以如对本领域技术人员来说已知的那样配置优化流程。在这样的流程的一个示例性实施例中，可以指定热消融设备1进入患者体内的可能进入点的集合。这可以由规划者手动完成。然后，规划单元5可以针对每个进入点确定是否能够在进入点处开始的轨迹上到达靶组织以及当在该轨迹上的一个或多个点上主动操作热消融设备1时是否能够完全消融靶组织。针对在进入点处开始的多条轨迹，可以特别利用使用热消融设备1执行的消融过程的模型进行这种确定。当找到若干合适的轨迹时，规划单元5可以基于预定准则来选择要在处置中使用的轨迹。根据这样的准则，规划单元5例如可以具体选择需要最小数量的消融点和/或对健康组织引起最小损伤的轨迹。如果需要在不同消融位置处的若干消融来完全消融靶组织，规划单元5也可以选择各自包括消融位置中的一个或多个消融位置的若干轨迹，其中，这些轨迹可以在相同的进入点处或在不同的点处开始。
前面提到的消融过程的模型可以允许近似由热消融设备1在某个位置处针对不同的设备操作参数的操作产生的热剂量分布。热剂量分布针对热消融设备1周围的区域的每个体积元素指定被递送到热消融设备1周围的组织的热剂量。可以基于受(特别是由热消融设备1的设计产生的)热消融设备1的操作影响的区域的几何形状来对热剂量分布进行建模。另外，可以在同质热剂量被递送到该区域内的组织的假设下对该区域进行建模。通过使用更真实且复杂的模型，可以对被施加到该区域内的组织的热剂量的渐变进行建模。
一旦已经在规划单元5中确定了优化的轨迹，规划单元5就生成对应的处置计划并且提供用于患者的后续处置的处置计划。处置计划具体指定选定的轨迹、轨迹上的消融位置以及要被施加到指定的消融位置处的消融的热消融设备1的操作参数。
为了将处置施加到患者，执行处置的介入医师会考虑处置计划。介入医师然后在处置计划中指定的一个或多个进入点处将热消融设备1插入到患者体内，并且设法沿着在处置计划中指定的一条或多条轨迹将热消融设备1操控到在处置计划中指定的规划的消融位置。为了在该流程中定位热消融设备1，介入医师检查在介入医师请求后借助于成像设备3不时采集的处置区域的图像。
通常，可以至少在当介入医师相信热消融设备1被正确定位时而开始消融之前采集图像。在该图像中，检查热消融设备1的定位，并且如果能够确认热消融设备1得到正确定位，则开始消融。否则，即，如果确定设备未得到正确定位，则介入医师必须重新定位热消融设备1。在重新定位仅涉及容易的策略(例如，来回几厘米的线性移动)的情况下，可以在重新定位后开始消融流程而无需另外的图像。如果重新定位涉及更复杂的策略，可以在重新定位后采集另外的图像以便检查热消融设备1的定位，并且只有热消融设备1得到正确定位时才可以开始消融流程。如果热消融设备1未得到正确定位，则如之前描述的那样执行另外的重新定位策略。
另外，当介入医师不完全确信热消融设备1的当前位置时，他/她可以请求借助于成像设备3进行图像采集。在这样的情况下，介入医师可以请求图像采集，以便定位热消融设备1并规划用于将热消融设备1操控到规划的消融位置的接下来的策略。
在将热消融设备1操控到规划的消融位置的流程中，评价单元6鉴于在这些位置而非规划的消融位置处执行消融的可能性来分析在规划的消融位置附近的热消融设备1的至少一些位置。对于热消融设备1的每个评价的位置，评价单元6可以确定能够通过在相应的位置处操作热消融设备1而被递送到靶组织的热剂量。此外，评价单元6确定从分析的位置到达规划的消融位置的路径并将代价与该路径相关联，其中，该代价指示由沿着该路径的移动产生的不利影响。这样的不利影响包括对健康组织的损伤和用于定位热消融设备1的处置区域的额外成像，当成像设备3如上面描述的那样被配置为CT设备时，额外成像涉及患者身体对X射线辐射的额外暴露。
基于由评价单元6提供的信息，介入医师可以决定从由评价单元6评价的位置执行消融有益还是朝向规划的消融位置进一步操控热消融设备1有益。当介入医师决定将热消融设备1进一步操控到规划的消融位置时，同样可以由评价单元6基于这种评价来评价在去往规划的消融位置的路径上的一个或多个另外的位置，介入医师可以决定是否从这些位置中的一个位置执行消融或将热消融设备1操控到规划的消融位置以执行消融是否是必要的或有益的。
评价单元6可以被配置为包括规划软件的计算机设备，该规划软件提供在规划流程期间执行的例程。为了在消融治疗处置期间与介入医师交互，计算机设备可以包括或被连接到显示设备和合适的输入设备。显示设备可以对应于呈现借助于成像单元3采集的图像的显示设备4，或者可以是单独的显示设备。此外，评价单元6包括用于接收成像单元3的图像的接口。如果消融治疗系统还包括如下文中描述的用于跟踪热消融设备1的跟踪单元，则它同样包括从跟踪单元接收跟踪信息的接口。
借助于评价单元6执行分析的位置可以对应于使用在介入医师请求后由成像单元3采集的图像将热消融设备1定位在的位置。评价单元6然后基于采集的图像来执行评价。如上面所解释的，可以在消融流程开始前采集这样的图像，以便确认热消融设备1的正确定位并且/或者以便规划用于朝向规划的消融位置操控热消融设备1的(一个或多个)接下来的策略。
基于图像，评价单元6的定位单元7具体确定热消融设备1相对于靶组织的位置。为了确定该位置，可以在图像中勾画靶组织。这可以以对本领域技术人员来说已知的方式通过将该图像与其中已经勾画出靶组织的另外的图像进行配准来完成，其中，该另外的图像可以例如对应于规划图像。同样可以在图像中定位热消融设备1。可以基于一个或多个特殊标记物来执行对热消融设备1的定位，可以将这一个或多个特殊标记物附接到设备并且能够在图像中清楚识别出这一个或多个特殊标记物。作为备选方案，可以在图像中基于热消融设备1的特性(针状)形状来识别热消融设备1。在另外的备选实施例中，可以借助于根据另一(即，非基于图像的)跟踪模态(例如，电磁跟踪)配置的跟踪单元来定位热消融设备1，并且可以将由跟踪单元确定的热消融设备1的位置变换到其中也提供了靶组织的位置的同一参考系中。
在已经确定了靶组织和热消融设备1的位置后，定位单元7确定靶组织与热消融设备1之间的相对位置。基于该相对位置，评价单元6的剂量计算单元8确定当从热消融设备1的当前位置执行消融时能够被递送到处置区域并且特别是靶组织的热剂量分布。为了确定剂量分布，使用热消融设备1的模型，热消融设备1的模型对由热消融设备1针对消融治疗的不同操作参数发射的热剂量的分布进行建模。在这方面中，剂量计算单元8可以使用与在上面描述的规划流程中使用的相似的或相同的模型。
特别地，剂量计算单元8可以确定从热消融设备1的当前位置能实现的最佳剂量分布，使得靶组织的尽可能大的部分接收到对于组织消融足够大的热剂量。同时，可以确定最佳剂量分布，使得靶组织周围的健康组织接收到低于针对该组织指定的最大剂量的热剂量。换句话说，剂量计算单元8确定能够从热消融设备1的当前位置进行消融的靶组织的最大可能部分，同时对于周围组织不违反可以对应于针对该组织规定的最大剂量的剂量限制。此外，剂量计算单元8确定热消融设备1的消融时间和操作参数以实现该剂量分布。为了确定最优能实现剂量分布和在这样的方式中热消融设备1的操作参数，剂量计算单元8可以执行与在上面关于热消融设备1的当前位置描述的规划流程相似的流程。当在规划流程中时，剂量计算单元8可以特别使用消融过程的模型来估计从热消融设备1的当前位置能实现的热剂量分布。
可以在评价单元6的显示单元处将最优能实现剂量分布可视化给介入医师。为此目的，示出靶组织和热消融设备1的当前图像可以与表示剂量分布的彩色图叠加。额外地或备选地，剂量计算模型可以确定针对关于靶组织的最优剂量分布的剂量体积直方图(DVH)，并且可以在显示单元处将DVH可视化给介入医师。DVH对应于标绘图或对应表(在该标绘图的水平轴上具有热剂量，并且在该标绘图的垂直轴上具有(例如以靶组织的总体积的百分比指定的)靶组织的体积)并且指示靶组织的哪个体积接收到某个热剂量。基于DVH，介入医师能够容易地评价热剂量分布。
额外地或备选地，评价单元6可以基于最优能实现剂量分布来确定是否能够满足消融治疗处置的目标。因此，评价单元6可以检查是否有足够大的热剂量被递送到靶组织以及被递送到周围健康组织的热剂量是否保持低于规定的最大剂量。如果不是这种情况，评价单元6可以确定不建议从热消融设备1的当前位置执行消融，并且可以相应地通知介入医师。
如果当从热消融设备1的当前位置执行消融时能够满足处置目标，则评价可以进一步比较从热消融设备1的当前位置能实现的最优剂量分布与在规划流程中已经确定的并且能够从规划的消融位置实现的规划的分布。作为比较的结果，当该剂量分布具有比规划的剂量分布更低的质量时，热消融设备1可以为从热消融设备1的当前位置能实现的最优剂量分布分配负代价。代价量化了对在从热消融设备1的当前位置而非规划的消融位置执行消融流程的情况下发生的质量损失。
为了确定代价，评价单元6可以针对这两个剂量分布评价一个或多个质量参数，并且可以基于针对剂量分布确定的质量参数的值之差或针对剂量分布确定的质量参数的值之间的比较的其他度量来分配代价。示例性质量参数包括被递送到靶组织周围的健康组织的最大剂量、被递送到靶组织的最小剂量或合适的DVH参数(例如，接收不超过某个热剂量(其可以被选择为小于针对该组织规定的最大剂量)的健康组织的百分比或至少接收某个热剂量(其可以被选择为高于靶组织的规定的最小剂量)的靶组织的百分比)。
此外，评价单元为所计算的从热消融设备1的当前位置到规划的消融位置的路径分配正代价，该正代价近似量化了在沿着路径操控热消融设备1的情况下发生的不利影响。基于量化了从热消融设备1的当前位置执行的消融的降低的质量的负代价和/或与将热消融设备1从当前位置操控到规划的消融位置相关联的负代价，介入医师可以判断是否从当前位置执行消融或者是否值得将热消融设备1操控到规划的消融位置。后者可以特别是以下情况：与如在剂量计算单元8中确定的最优能实现剂量分布相关联的正代价的绝对值比与从热消融设备1的当前位置到规划的消融位置的路径相关联的负代价的绝对值更高。否则，即，如果与如在剂量计算单元8中确定的最优能实现剂量分布相关联的正代价的绝对值比与从热消融设备1的当前位置到规划的消融位置的路径相关联的负代价的绝对值更低，则介入医师可以考虑从热消融设备1的当前位置执行消融。在这种情况下，将热消融设备1操控到规划的消融位置的不利影响会超过从规划的消融位置能实现的剂量分布的较高质量。
为了确定要与用于将热消融设备1操控到规划的消融位置的路径相关联的代价，评价单元6计算对应的路径并为所计算的路径分配代价。可以基于若干贡献来导出相关联的代价，该若干贡献包括例如与由热消融设备1的移动引起的组织损伤、当有必要进行对患者身体的额外成像时患者身体对额外辐射的暴露以及用于将热消融设备1操控到规划的消融位置的额外时间(导致延长的介入时间)有关的贡献。
为了计算路径，评价单元6包括可以计算从热消融设备1的当前位置到规划的消融位置的路径计算单元9。在该计算中，考虑能够利用热消融设备1执行的可能策略。在针状热消融设备1的情况下，这些策略包括在纵向方向上来回的笔直移动，即，针状设备插入到组织内或从组织缩回。此外，可以沿着具有某个半径的弧形路径操控热消融设备1。为此目的，例如，设备1可以包括斜面尖端。可能的策略被存储在路径计算单元9中，并且路径计算单元9计算优化的路径，热消融设备1能够使用可能的策略在该优化的路径上从其当前位置被操控到规划的消融位置。因此，该路径可以包括若干段，其中，每个段对应于执行前面提到的操控策略的中的一个操控策略的路径的部分。优选执行该优化以计算从当前位置到规划的消融位置的最短路径或涉及最少数量的不同种类的相继策略的路径。
例如，可以检查是否能够将热消融设备1沿着直线或在能够根据用于操控热消融设备1的可能策略实现的具有一定半径的弧形路径上从当前位置被操控到规划的消融位置。如果这是可能的，可以相应地计算路径。如果这是不可能的，可以检查在将热消融设备1缩回某一距离后是否能够沿着笔直路径或具有合适半径的弧形路径到达规划的消融位置。如果是这样的话，可以再次相应地计算路径。
在已经在路径计算单元9中计算了用于将热消融设备1操控到规划的消融位置的路径之后，评价单元6为所计算的路径分配负代价。如上所述，对代价的第一贡献可以反映当沿着所计算的路径移动热消融设备1时发生的组织损伤。可以基于为了遵循所计算的路径而必须操控热消融设备1通过健康组织的距离来确定该代价贡献。可以特别使用用于估计由将热消融设备1插入到组织中所引起的医学并发症的概率的模型来确定相关的代价贡献。这样的模型可以用于计算热消融设备1的每单位行进长度的代价，并且该代价可以乘以为了遵循所计算的路径而必须将热消融设备1插入到未受损伤的组织中的距离。
如果所计算的路径涉及若干段(例如，路径涉及热消融设备1的缩回并跟随有在不同角度下的插入)，额外代价可以与针对其中新的段开始的每个位置所计算的路径相关联。该额外代价的原因是热消融设备1的操控运动的改变会导致额外的组织损伤。
除了前面提到的考虑组织损伤的代价，评价单元6还可以为所计算的路径分配考虑了因当将热消融设备1操控到规划的消融位置时变得必要的额外成像所引起的患者身体2对辐射的额外暴露的代价。为此目的，评价单元6可以将预定义代价值分配给要采集的每幅图像的路径。另外，如上所述，在介入医师已经沿着路径操控了规划的消融位置之后，为了在开始消融过程之前检查热消融设备1的位置，通常有必要进行图像采集，除非移动并非仅仅涉及几毫米的纵向位移。另外，在从路径的一段到路径的下一段的转变处，通常有必要进行图像采集。因此，评价单元6可以将乘以路径的段的数量的预定义代价值分配给所计算的路径。然而，如上所述，在该过程中可以仅考虑并非仅仅涉及几毫米的纵向移动的段。
另外，如上所述，评价单元6可以为所计算的路径分配考虑了用于沿着路径操控热消融设备1的额外时间的额外代价。对该代价的分配是基于介入时间的延长具有不利医学影响这一事实，因为它会导致延长的麻醉持续时间。这里，可以将代价值分配给路径的每个段。可以基于用于根据被分配给段的策略操控热消融设备1的典型速度来选择该代价值。另外，可以将代价值分配给很可能要如上面所解释的那样在其处采集图像的每个位置。可以基于用于使用成像设备3采集图像并用于评价图像的典型时间来选择该代价值。
评价单元6对前面提到的被分配给从热消融设备1的当前位置到规划的消融位置的所计算的路径的正代价值进行求和，以便确定被分配给所计算的路径的正总代价。可以向介入医师一起呈现该总代价与被分配给从热消融设备1的当前位置能实现的最优剂量分布的负代价。介入医师然后可以比较这两个代价值，以便确定是从热消融设备1的当前位置执行消融更有益还是将热消融设备1操控到规划的消融位置以便改善剂量分布的质量更有益。
图2示意性且示例性地图示了前面提到的流程的步骤：在步骤201中，确定热消融设备1的当前位置。如上面所描述的，该确定能够基于借助于成像设备3采集的图像和/或使用由非基于图像的跟踪单元采集的信息来进行。另外，在步骤202中，确定当在当前位置处操作热消融设备1时能实现的最优热剂量分布。在一个实施例中，如上面所描述的那样将代价进一步分配给所确定的剂量分布(步骤203)。此外，在步骤204中，确定用于将热消融设备1从其当前位置操控到规划的消融位置的路径，并且在步骤205中，如上面所描述的那样将代价与该路径相关联。然后，在步骤206中，向介入医师呈现关于所确定的最优热剂量分布和关于被分配给所计算的路径的代价的信息。关于所确定的最优热剂量分布的信息可以包括剂量分布的可视化结果和/或被分配给剂量分布的代价。基于所呈现的信息，介入医师可以决定是从热消融设备1的当前位置执行消融还是将热消融设备1操控到规划的位置。
以上面描述的方式，能够辅助介入医师决定是否利用不同的位置(即，如上面所描述的在对设备进行成像时的热消融设备1的当前位置)代替单个规划的消融位置——从该位置执行消融是否比将热消融设备1操控到规划的消融位置更有益。以类似的方式，能够辅助介入医师决定是否利用不同的位置代替多个规划的消融位置中的一个规划的消融位置。如果存在多个规划的消融位置，能够使用热消融设备1在这些位置处相继地执行消融或者使用多个热消融设备在这些位置处并行地执行消融。在这两种情况下，能够以类似的方式应用前面提到的流程。
当在该流程中关于第一消融位置的可能代替来评价热消融设备1的当前位置时，可以假设另外的(一个或多个)规划的消融位置不被代替。因此，能够假设在这些位置处的消融会引起相关的规划的剂量分布。在这种情况下，能够如上面所描述的那样评价当前位置。另外，能够考虑到：从该位置能实现的剂量分布的可能缺陷可以通过在另外的规划的位置处执行的消融(例如通过调整用于执行在这些位置处的消融的操作参数)来补偿。如果对关于是否也代替第二规划的消融位置进行评价，该评价优选考虑通过从第一代替位置进行消融而被递送到处置区域的实际热剂量，而不是考虑从第一规划的位置被递送到处置区域的规划的热剂量。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分而供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统分布。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于基于处置计划中指定的规划的消融位置来辅助用户将热消融设备(1)定位在患者身体的处置区域中的系统，所述热消融设备(1)在操作中将热剂量递送到所述处置区域，所述系统包括定位单元(7)和评价单元(6)，所述定位单元适于确定所述设备(1)的当前位置，所述评价单元适于：
计算借助于在所述当前位置处操作的所述设备(1)能递送到所述处置区域的优化的热剂量分布，
确定用于将所述设备(1)从所述当前位置操控到所规划的位置的路径并为所确定的路径分配代价，所述代价量化了沿着所计算的路径操控所述设备(1)的估计的不利影响，并且
向所述用户呈现关于所述优化的热剂量分布和关于被分配给所计算的路径的所述代价的信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：将借助于在所述当前位置处操作的所述设备(1)能递送到所述处置区域的所述优化的热剂量分布与由所述热消融设备(1)的操作产生的规划的热剂量分布进行比较，并且基于所述比较为所述优化的热剂量分布分配代价。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：确定针对所述优化的热剂量分布和所述规划的热剂量分布的至少一个预定质量参数，并且基于针对所述优化的热剂量分布确定的质量参数与针对所述规划的热剂量分布确定的质量参数的比较为所述优化的热剂量分布分配代价。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：将被分配给所计算的路径的所述代价与被分配给所述优化的热剂量分布的所述代价进行比较，并且向所述用户呈现所述比较的结果。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：基于当沿着所确定的路径移动所述热消融设备(1)时发生的估计的组织损伤来确定被分配给所计算的路径的所述代价。
6.根据权利要求1或5所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：基于当沿着所确定的路径移动所述热消融设备(1)时所述热消融设备(1)行进通过健康组织的距离来确定被分配给所计算的路径的所述代价。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：根据一个或多个段来形成所计算的路径，在每个段中，所述热消融设备(1)是根据预定义操控策略的集合中的一个预定义操控策略而被操控的。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：基于当沿着所确定的路径移动所述热消融设备(1)时发生的不同段之间的转变的数量来确定被分配给所计算的路径的所述代价。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热消融设备(1)能够使用在所述用户请求后采集的所述处置区域的图像而被定位，每个图像采集涉及所述患者身体对电离辐射的暴露，并且其中，所述评价单元(6)适于：基于当沿着所确定的路径将所述热消融设备(1)移动到所规划的位置时要采集的图像的估计的数量来确定被分配给所计算的路径的所述代价。
10.根据权利要求7和9所述的系统，其中，要采集的图像的估计的数量对应于所确定的路径的段的数量。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：基于用于沿着所确定的路径移动所述设备(1)的估计的时间来确定被分配给所述路径的所述代价。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述评价单元(6)适于：确定当在所述当前位置处操作所述设备(1)时能递送到所述处置区域的所述剂量分布，使得规定的最小热剂量被递送到靶组织和/或规定的最大热剂量被递送到靶组织周围的健康组织。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述定位单元(7)适于：基于所述处置区域的图像来确定所述设备(1)的所述当前位置。
14.一种用于基于处置计划中指定的规划的消融位置来辅助用户将热消融设备(1)定位在患者身体的处置区域中的方法，所述热消融设备(1)在操作中将热剂量递送到所述处置区域，所述方法包括：
确定所述设备(1)的当前位置，
确定借助于被定位在所述当前位置处的所述设备(1)能递送到所述处置区域的优化的热剂量分布，
计算用于将所述设备(1)从所述当前位置操控到所规划的位置的路径并为所确定的路径分配代价，所述代价量化了沿着所计算的路径操控所述设备(1)的估计的不利影响，并且
向所述用户呈现关于所述优化的热剂量分布和关于被分配给所确定的路径的所述代价的信息。
15.一种包括程序代码的计算机程序，当所述程序代码在计算机设备中被运行时，所述计算机程序用于以指令命令所述计算机设备执行根据权利要求14所述的方法。
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