CN113018708A - 可视化乳腺癌的治疗 - Google Patents

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Abstract

本发明题为可视化乳腺癌的治疗。本发明公开了一种方法，该方法包括在包括至少第一时间段和第二时间段的时间间隔期间执行的医疗规程中，接收指示手持装置的至少第一位置和第一取向的第一电信号达该第一时间段，该手持装置将能量引导到器官的一个或多个体积部分。接收指示该手持装置的至少第二位置和第二取向的第二电信号达该第二时间段。基于该第一电信号和该第二电信号，来估计施加到该一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的累积能量。将该一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的所估计的累积能量叠加在该器官的解剖图像上。

Description

可视化乳腺癌的治疗
技术领域
本发明总体涉及医疗装置，并且具体地涉及用于可视化乳腺癌的治疗的方法和系统。
背景技术
一些医学规程诸如癌症治疗被可视化，以用于改善治疗的质量。
例如，美国专利申请公布2015/0169836描述了一种医疗器械，该医疗器械包括用于从成像区采集医学图像数据的医学成像系统和用于将能量沉积到治疗区内的治疗系统。执行指令的处理器接收参考位置和一个或多个解剖参考的选择。指令使得处理器重复地进行以下项：使用治疗系统将能量沉积到受治疗者中；利用医学成像系统采集医学成像数据；根据医学图像数据确定累积剂量数据；确定用于参考位置的第一配准；确定用于一个或多个解剖参考的第二配准；在图形用户界面中绘制医学图像、一个或多个解剖参考和累积剂量数据；以及如果从图形用户界面接收到停止命令，则停止将能量沉积到受治疗者中。
美国专利申请公布2015/0082220描述了用于放射治疗的系统的方法。在一些实施方案中，该系统包括转盘，该转盘用于向用户显示多个图像并且接收来自用户的输入由此来选择显示在转盘中的一个或多个图像。可提供图形用户界面以用于向用户显示选自转盘的一个或多个图像。
发明内容
本文所述的本发明的实施方案提供了一种方法，所述方法包括在包括至少第一时间段和第二时间段的时间间隔期间执行的医疗规程中，接收指示手持装置的至少第一位置和第一取向的第一电信号达所述第一时间段，所述手持装置将能量引导到器官的一个或多个体积部分。接收指示所述手持装置的至少第二位置和第二取向的第二电信号达所述第二时间段。基于所述第一电信号和所述第二电信号，来估计施加到所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的累积能量。将所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的所估计的累积能量叠加在所述器官的解剖图像上。
在一些实施方案中，所述手持装置包括超声(US)换能器，所述US换能器被放置成与所述器官或与施加到所述器官的流体物理接触，并且接收所述第一位置和所述第二位置以及所述第一取向和所述第二取向包括接收所述US换能器相对于所述器官的所述第一位置和所述第二位置以及所述第一取向和所述第二取向。在其他实施方案中，所述体积部分中的至少一个体积部分包括癌组织，并且估计所述累积能量包括估计指示施加到所述癌组织的治疗的所述累积能量。在其他实施方案中，所述方法包括接收以下中的至少一者的指示：(i)所引导的能量的功率水平和(ii)在所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个时间段期间由所述手持装置施加的所引导的能量的空间分布，并且估计所述累积能量包括基于所述指示来评估所述累积能量。
在一个实施方案中，所述方法包括保持指示所述器官的相应一个或多个体积部分的一个或多个特性的一个或多个组织参数，并且估计所述累积能量包括基于所述一个或多个组织参数，来估计所引导能量在所述相应一个或多个体积部分中经历的(i)衰减水平和(ii)吸收水平中的至少一者。在另一个实施方案中，叠加所估计的累积能量包括显示描绘所估计的累积能量随时间的演变的图案。
在一些实施方案中，叠加所估计的累积能量包括显示指示所估计的累积能量是否匹配指定水平的标志。在其他实施方案中，接收所述第一电信号和所述第二电信号包括从联接到所述手持装置的位置传感器接收所述第一电信号和所述第二电信号。
根据本发明的实施方案，另外提供了一种包括处理器和显示器的系统。所述处理器被配置为在包括至少第一时间段和第二时间段的时间间隔期间执行的医疗规程中：(a)接收指示手持装置的至少第一位置和第一取向的第一电信号达所述第一时间段，所述手持装置将能量引导到器官的一个或多个体积部分；(b)接收指示所述手持装置的至少第二位置和第二取向的第二电信号达所述第二时间段；并且(c)基于所述第一电信号和所述第二电信号，来估计施加到所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的累积能量。所述显示器被配置为将所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的所估计的累积能量叠加在所述器官的解剖图像上。
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1为根据本发明一个实施方案的用于治疗乳腺癌的系统的示意性图解；
图2A为示意性地示出根据本发明的实施方案的通过将超声(US)波施加到乳腺肿瘤来执行的基于超声的癌症治疗规程的图；
图2B为示意性地示出根据本发明的实施方案的由施加到乳腺肿瘤的由US波携载的能量的可视化的图；并且
图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于确定在癌症治疗规程期间施加到乳腺肿瘤的体积部分的累积能量的方法的流程图。
具体实施方式
概述
下文描述的本发明的实施方案提供了用于使在癌症治疗规程期间施加到乳腺组织的累积超声(US)能量可视化的方法和设备。在一些实施方案中，用于治疗乳腺癌的系统包括US换能器，该US换能器被配置为将由US波携载的能量施加到乳腺组织，该乳腺组织在其一个或多个体积部分中具有肿瘤。
在一些实施方案中，磁位置跟踪系统的磁位置传感器联接到US换能器并且被配置为产生指示US换能器在磁位置跟踪系统的坐标系中的位置和取向的位置信号。
在癌症治疗规程期间，医师将超声能量施加到具有已知肿瘤的乳腺组织的一个或多个体积部分，以便例如通过激发免疫系统破坏肿瘤来减小或消除肿瘤。
在一些实施方案中，医师设定US换能器以将US波的预定义参数(诸如功率、振幅和空间分布)施加到乳腺组织。医师控制US换能器以利用预定义的振幅并且在预定义的时间间隔期间施加US波。
在一些实施方案中，医师可通过将US换能器定位在乳房皮肤上的至少两个不同位置(在本文中被称为第一位置和第二位置)处来施加US波。在此类实施方案中，在该时间间隔期间，医师可在该时间间隔的相应第一时间段和第二时间段期间在第一位置和第二位置处施加US波。
在一些实施方案中，磁位置传感器被配置为产生指示US换能器的第一位置和第一取向的第一电信号达第一时间段，该US换能器将US波引导到乳腺组织的一个或多个体积部分。磁位置传感器还被配置为产生指示US换能器的第二位置和第二取向的第二电信号达第二时间段。
在一些实施方案中，该系统包括处理器，该处理器被配置为保持指示肿瘤的特性的一个或多个组织参数、以及US波的预定义参数。处理器被配置为基于第一电信号和第二电信号并且基于前述肿瘤特性和US波的预定义参数，来估计或评估施加到肿瘤的一个或多个体积部分的累积能量。
在一些实施方案中，处理器被配置为从医学成像系统接收至少肿瘤的解剖图像，并且将解剖图像显示在系统的显示器上。在一些实施方案中，处理器被配置为在医学成像系统的坐标系与磁位置跟踪系统的坐标系之间配准，并且将施加到肿瘤的体积部分中的一个或多个体积部分的所估计的累积能量叠加在解剖图像上。
本发明所公开的技术通过向医师提供指示施加到相应肿瘤的一个或多个体积部分的累积能量的实时动画来改善癌症治疗规程的质量。本发明所公开的技术有助于医师针对每个体积部分施加计划的指定剂量，并且减少规程周期时间和分配的资源(诸如在规程期间对相应肿瘤的补充成像)。
系统描述
图1为根据本发明一个实施方案的用于治疗乳腺癌的系统10的示意性图解。在一些实施方案中，系统10包括由医师33在乳腺癌治疗规程期间操作的手持装置(在本文中被称为装置77)。
在一些实施方案中，装置77被配置为将能量(在本示例中，能量由超声(US)波携载)引导到患者11的乳房55，以便减小或消除乳房55中的已知和预定征的癌组织(在本文中被称为肿瘤66)。装置77的操作详细地描述于下面的图2A中。
在一个实施方案中，医师33可在装置77与乳房55的皮肤之间施加凝胶14或任何其他合适类型的流体，该凝胶或任何其他合适类型的流体被配置为在装置77与乳房55中的肿瘤66之间传送US波。
在一些实施方案中，本文所述的磁位置跟踪系统的磁位置传感器88联接到装置77。磁位置传感器88被配置为产生指示装置77在磁位置跟踪系统的坐标系中的位置和取向的位置信号。
在一些实施方案中，装置77经由电缆46电连接到控制台20。在一个实施方案中，控制台20包括计算机16和用户接口(UI)装置诸如但不限于输入装置23和显示器18。医师33可使用输入装置23来控制装置77和系统10的其他部件的操作。
在一些实施方案中，计算机16包括驱动电路41，该驱动电路被配置为经由缆线27来驱动磁位置跟踪系统的定位垫36的多个磁场发生器。磁场发生器(例如，定位垫36中的三个或四个磁场发生器)被配置为产生交变磁场，并且磁位置传感器88被配置为响应于交变磁场来产生位置信号。在一个实施方案中，定位垫36被放置在躺在手术台29上的患者11外部的已知位置处，例如患者躯干下方或任何其他合适的位置处。
在一些实施方案中，计算机16包括处理器22，该处理器具有合适的前端和接口电路以用于接收使用合适的医学成像系统诸如但不限于计算机断层扫描(CT)系统、磁共振成像(MRI)系统或荧光镜透视检查系统采集的乳房55的解剖图像。前端和接口电路还被配置用于从磁位置传感器88接收位置信号，并且将解剖图像以及将在下文详细描述的附加信息中的一者或多者显示在显示器18上。
在一些实施方案中，处理器22通常包括通用处理器，该通用处理器以软件进行编程以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。
在癌症治疗规程期间，医师33在乳房55的皮肤上移动装置77，并且磁位置传感器88在装置77的每个位置处产生前述位置信号，该位置信号指示装置77在乳房55上的相应位置处的当前位置和取向。
如上所述，处理器22被配置为将具有肿瘤66的乳房55的解剖图像12(例如，由CT系统采集)显示在显示器18上。
在一些实施方案中，基于从磁位置传感器88接收的位置信号，处理器22被配置为在CT系统的坐标系与磁位置跟踪系统的坐标系之间配准，并且将装置77的位置和取向叠加在解剖图像12上。
此位置感测方法例如在由Biosense Webster Inc.(加利福尼亚欧文市(Irvine，Calif.))生产的CARTOTM系统中实施，并且在美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089中、在PCT专利公布WO 96/05768以及在美国专利申请公布2002/0065455 A1、2003/0120150 A1和2004/0068178 A1中详细描述，这些专利的公开内容都以引用方式并入本文。
通过举例的方式示出了系统10的该特定配置，以便示出通过本发明的实施方案解决的某些问题，并且展示这些实施方案在增强此类系统的性能方面的应用。然而，本发明的实施方案决不限于这种特定类别的示例性系统，并且本文所述的原理可类似地应用于其他类别的医疗系统。
可视化施加到癌组织的累积能量
图2A为示意性地示出根据本发明的实施方案的通过将超声(US)波80施加到乳腺肿瘤66来执行的基于超声的癌症治疗规程的图。
在一些实施方案中，装置77包括US换能器76，该US换能器由医师33定位在乳房55的皮肤上的位置90处。装置77被配置为将由US波80携载的能量引导到位于乳房55内的肿瘤66。需注意，US波80具有预定义的参数诸如振幅，并且根据规程计划来预定义将US波80施加到肿瘤66的持续时间。
在一个实施方案中，医师33可将凝胶14或任何其他合适类型的流体施加在US换能器76与皮肤之间的位置90处，该凝胶或任何其他合适类型的流体被配置为在换能器与乳房55内的肿瘤66之间传送US波80。
如上面的图1所述，在癌症治疗规程期间，医师33在乳房55的皮肤表面上移动装置77，并且US换能器76引导US波80以便治疗肿瘤66。在图2A的示例中，医师33将装置77放置在位置90处，并且处理器22从一个或多个磁位置传感器88接收指示装置77的位置90和取向(被示意性地示为虚线78)的位置信号。
在一些实施方案中，处理器22接收与US波80相关的参数。参数可包括由US波80携载的能量的功率水平、US波80的空间分布、US波80被施加到乳房55的位置90处的时间段、以及/或者与US波80相关的任何其他合适的参数。
如上所述，肿瘤66在进行癌症治疗规程之前已被定征。在一些实施方案中，在乳房55和肿瘤66的定征之后，处理器22可保持指示肿瘤66的一个或多个相应体积部分的一个或多个特性的组织参数。体积部分的特性可包括组织密度、US波80的吸收和/或衰减、或任何其他特性。
在一些实施方案中，处理器22被配置为基于US波80的参数和相应体积部分的量化特性，来估计US波80在肿瘤66的相应体积部分中经历的衰减水平和吸收水平。
图2B为示意性地示出根据本发明的实施方案的由施加到乳腺肿瘤66的US波80携载的能量的可视化的图。在一些实施方案中，可视化可在解剖图像12上执行，该解剖图像被显示在例如上面的图1所示的显示器18上。
在一些实施方案中，在癌症治疗规程期间，处理器22对每个位置诸如位置90估计US波80在肿瘤66的相应体积部分中的衰减水平和吸收水平。在此类实施方案中，处理器22被配置为基于US波80的所估计的衰减水平和吸收水平，来估计施加到肿瘤66的体积部分中的一个或多个体积部分的累积能量。
在一些实施方案中，处理器22被配置为将施加到肿瘤66的相应体积部分中的一个或多个体积部分的所估计的累积能量叠加在解剖图像12上。
在一些实施方案中，处理器22可保持一个或多个阈值，该一个或多个阈值指示将被施加到肿瘤66的相应体积部分的累积能量的一个或多个相应指定水平。换句话讲，对于肿瘤66的至少一个体积部分，处理器22保持容许累积能量的最大水平。
在一些实施方案中，处理器22被配置为将指示被充分照射的体积部分(FIVP)99的一个或多个标志叠加在解剖图像12上。需注意，FIVP 99指示所估计的累积能量匹配或超过指定水平。在图2B的示例中，处理器22将颜色分配给肿瘤66的两个FIVP 99，该颜色指示所估计的累积能量的水平匹配FIVP 99处的指定水平。换句话讲，当根据治疗计划利用US波80充分照射肿瘤66的给定体积部分时，处理器22将颜色分配给解剖图像12中的给定体积部分，使得医师33可停止将US波80施加到该给定体积部分。
在一些实施方案中，处理器22被配置为将描绘所估计的累计能量随时间的实时或近实时演变的图案叠加在解剖图像12上。图案可显示为颜色的动画，或可具有任何其他合适的外观。
在其他实施方案中，处理器22可将任何其他合适的指示(在肿瘤66的给定体积部分处，所估计的累积能量匹配累积能量的指定水平)叠加在解剖图像12上。
在其他实施方案中，处理器22可分配色码，该色码指示所估计的累积能量相对于累积能量的指定水平的水平。例如，处理器22可将绿色分配给所估计的累积能量显著低于的累积能量的指定水平的肿瘤66的体积部分，可在所估计的累积能量为累积能量的指定水平的约50％时分配黄色，并且在所估计的累积能量匹配累积能量的指定水平时分配红色。需注意，医师33控制装置77以用于将US波80施加到具有已知肿瘤的肿瘤66的体积部分，以便例如通过激发患者11的免疫系统攻击肿瘤66或通过过度加热肿瘤66来减小或消除肿瘤。
图3为示意性地示出根据本发明的实施方案的用于确定在癌症治疗规程期间施加到肿瘤66的体积部分的累积能量的方法的流程图。该方法开始于定位步骤100，其中医师33将装置77的US换能器76定位在乳房55的皮肤上的位置90处，并且根据治疗计划施加US波80。如上面的图1、图2A和图2B所述，医师33还可将US波80施加到乳房55上除位置90之外的一个或多个位置。
在数据接收步骤102处，处理器22接收与装置77的US换能器76相关的数据。数据可包括：(a)从磁位置传感器88接收的装置77的位置和取向，(b)与由US波80携载的能量相关的数据，诸如但不限于其功率和空间分布，以及(c)在相应位置(例如，位置90和由医师33确定的附加位置)处和上述条件下施加US波80的时间段。
在一些实施方案中，在步骤102处，处理器22针对装置77在乳房55的皮肤上的每个位置实时地接收数据。如上面的图1、图2A和图2B所述，处理器22可保持指示在开始癌症治疗规程之前定征的肿瘤66的相应体积部分的一个或多个特性的组织参数。
在估计步骤104处，处理器22至少基于在步骤102处接收的数据来估计在位置90处和由医师33选择的乳房55上的附加位置处施加到肿瘤66的体积部分的能量(由US波80携载)的累积量。在一些实施方案中，所估计的累积能量被实时地获取。
在显示步骤106处，处理器将由装置77施加到肿瘤66的所估计的累积能量叠加在解剖图像12上。如上面的图2A和图2B所述，处理器22显示施加到肿瘤66的一个或多个体积部分的所估计的累积能量。在一些实施方案中，处理器22被配置为显示描绘所估计的累计能量随时间的实时或近实时演变的图案。
在一些实施方案中，处理器22将颜色编码或任何其他合适的显示技术应用于呈现在解剖图像12中的一个或多个体积部分。在此类实施方案中，处理器22相对于治疗规程计划中所确定的累积能量的指定水平来向医师33提供施加到相应体积部分的所估计的累积能量的可视化。
在一个实施方案中，处理器22可显示肿瘤66的体积部分的演变颜色的实时动画。在该实施方案中，处理器22将FIVP 99的颜色分配给已达到累积能量的指定水平的给定体积。
虽然本文所述的实施方案主要涉及乳腺癌的治疗，但是本文所述的方法和系统也可用于其他应用，诸如任何其他人体器官的癌症治疗、以及/或者涉及将能量施加到任何哺乳动物器官的任何治疗。
因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims (16)

1.一种方法，所述方法包括：
在包括至少第一时间段和第二时间段的时间间隔期间执行的医疗规程中，接收指示手持装置的至少第一位置和第一取向的第一电信号达所述第一时间段，所述手持装置将能量引导到器官的一个或多个体积部分；
接收指示所述手持装置的至少第二位置和第二取向的第二电信号达所述第二时间段；
基于所述第一电信号和所述第二电信号，来估计施加到所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的累积能量；以及
将所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的所估计的累积能量叠加在所述器官的解剖图像上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述手持装置包括超声(US)换能器，所述US换能器被放置成与所述器官或与施加到所述器官的流体物理接触，并且其中接收所述第一位置和所述第二位置以及所述第一取向和所述第二取向包括接收所述US换能器相对于所述器官的所述第一位置和所述第二位置以及所述第一取向和所述第二取向。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述体积部分中的至少一个体积部分包括癌组织，并且其中估计所述累积能量包括估计指示施加到所述癌组织的治疗的所述累积能量。
4.根据权利要求1所述的方法，并且包括接收以下中的至少一者的指示：(i)所引导的能量的功率水平和(ii)在所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个时间段期间由所述手持装置施加的所引导的能量的空间分布，其中估计所述累积能量包括基于所述指示来评估所述累积能量。
5.根据权利要求1所述的方法，并且包括保持指示所述器官的相应一个或多个体积部分的一个或多个特性的一个或多个组织参数，其中估计所述累积能量包括基于所述一个或多个组织参数，来估计所引导的能量在所述相应一个或多个体积部分中经历的(i)衰减水平和(ii)吸收水平中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中叠加所估计的累积能量包括显示描绘所估计的累积能量随时间的演变的图案。
7.根据权利要求6所述的方法，其中叠加所估计的累积能量包括显示指示所估计的累积能量是否匹配指定水平的标志。
8.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述第一电信号和所述第二电信号包括从联接到所述手持装置的位置传感器接收所述第一电信号和所述第二电信号。
9.一种系统，所述系统包括：
处理器，所述处理器被配置为在包括至少第一时间段和第二时间段的时间间隔期间执行的医疗规程中：(a)接收指示手持装置的至少第一位置和第一取向的第一电信号达所述第一时间段，所述手持装置将能量引导到器官的一个或多个体积部分；(b)接收指示所述手持装置的至少第二位置和第二取向的第二电信号达所述第二时间段；并且(c)基于所述第一电信号和所述第二电信号，来估计施加到所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的累积能量；和
显示器，所述显示器被配置为将所述一个或多个体积部分中的至少一个体积部分的所估计的累积能量叠加在所述器官的解剖图像上。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述手持装置包括超声(US)换能器，所述US换能器被放置成与所述器官或与施加到所述器官的流体物理接触，并且其中所述处理器被配置为接收所述US换能器相对于所述器官的第一位置和第二位置以及第一取向和第二取向。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述体积部分中的至少一个体积部分包括癌组织，并且其中所述处理器被配置为估计指示施加到所述癌组织的治疗的所述累积能量。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器被配置为接收以下中的至少一者的指示：(i)所引导的能量的功率水平和(ii)在所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个时间段期间由所述手持装置施加的所引导的能量的空间分布，并且其中所述处理器被配置为基于所述指示来评估所述累积能量。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器被配置为保持指示所述器官的相应一个或多个体积部分的一个或多个特性的一个或多个组织参数，并且其中所述处理器被配置为基于所述一个或多个组织参数，来估计所引导的能量在所述相应一个或多个体积部分中经历的(i)衰减水平和(ii)吸收水平中的至少一者。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器被配置为将描绘所估计的累积能量随时间的演变的图案显示在所述显示器上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器被配置为将指示所估计的累积能量是否匹配指定水平的标志显示在所述显示器上。
16.根据权利要求9所述的系统，其中所述处理器被配置为从联接到所述手持装置的位置传感器接收所述第一电信号和所述第二电信号。
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