CN113329706A - 用于在消融手术的计划期间确定温度探头的位置的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种允许在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置的装置。装置包括用于提供消融计划的消融计划提供单元(121)，其中消融计划包括消融区域和保护区域的几何信息。保护区域应被保护免受消融。几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息。温度探头位置确定单元(122)适于确定温度探头的计划位置，其中温度探头的计划位置是基于消融区域和保护区域的几何信息来确定的。装置允许增加对应被保护的区域(如特定器官)的保护，这样也可以增加患者的消融手术的安全性。

Description

用于在消融手术的计划期间确定温度探头的位置的装置
技术领域
本发明涉及一种用于在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置的装置、方法和计算机程序，并且涉及一种用于计划和引导消融手术的消融手术计划和引导系统，包括该装置。
背景技术
在消融手术期间，消融探头插入患者中的靶区域，例如肿瘤区，其中消融探头向靶区域提供热或冷来消融靶区域。在许多情况下，由于其重要的生物功能，靶区域被不应被消融的组织(例如器官组织)包围。为了保护不应被消融的组织区，例如靶区域附近的器官，通常插入温度探头，该温度探头测量消融手术期间的温度，因此可以向医生给出关于温度分布和在消融区域和应被保护的区域中的温度发展的想法。目前，这些温度探头由医生基于一般规则和/或他/她的经验插入。因此，在消融手术期间能否成功地保护不应被消融的区域，很大程度上取决于执行消融手术的医生的技能。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置、方法和计算机程序，允许在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置，以便可以在消融手术期间改进对处于危险的器官的保护。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置的装置，其中装置包括a)用于提供消融计划的消融计划提供单元，其中消融计划包括消融区域和保护区域的几何信息，其中在消融手术期间，保护区域被保护免受消融，其中几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息，以及b)用于确定温度探头的计划位置的温度探头位置确定单元，该温度探头应被定位为在消融手术期间保护保护区域，其中温度探头的位置是基于消融区域和保护区域的几何信息来确定的。
因为温度探头位置确定单元基于消融区域和保护区域的几何信息(包括相应区域的位置和形状)确定温度探头的计划位置(该温度探头应被定位为保护保护区域)，所以可以确定温度探头的计划位置，使得如果温度探头被定位在计划位置，则它可以测量区域中的温度，如果保护区域(即应被保护的靶区域附近的区域)有被消融的危险，则允许用户(如医生)进行非常准确的估计。因此，装置允许增加对应被保护的区域(如特定器官)的保护，这样也可以增加患者的消融手术的安全性。
例如，适于提供消融计划的消融计划提供单元可以是用于存储消融计划的存储单元。可替代地，消融计划提供单元可以连接到存储消融计划的存储单元。此外，消融计划提供单元也可以直接连接到确定消融计划的消融计划确定单元，其中消融计划确定单元向消融计划提供单元提供消融计划。消融计划至少包括消融区域和保护区域的几何信息，其中几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息，即关于消融区域的位置和形状的信息以及关于保护区域的位置和形状的信息。例如，几何信息可以是基于应进行消融手术的感兴趣区域的医学图像来获取的，其中医学图像可以是诸如超声波图像、CT图像、PET图像等图像。可替代地，几何信息可以是基于感兴趣区域的预先知识(例如基于感兴趣区域的相应结构的一般已知位置和形状)来获取的。此外，位置和形状可以由用户提供，例如通过在所提供的医学图像中划分和分割消融区域和保护区域，或自动地，例如通过自动分割感兴趣区域的医学图像。消融区域是指应被消融的区域，例如具有确保整个肿瘤都被消融的附加安全界限的肿瘤。保护区域是指应被保护的区域，例如因为它包括对患者具有重要功能的器官。在下面，这种器官将被称为处于危险的器官。除了或替代处于危险的器官，保护区域可以包括不应被消融的组织，如肌肉组织或骨组织。进一步地，保护区域还可以包括安全界限，以确保处于危险的器官在消融手术中是安全的。具体地，保护区域和消融区域是指完全不同的区域，这些区域不重叠并且彼此分开，例如通过既不是消融区域的部分也不是保护区域的部分的组织，即中间的组织不需要被消融，但是中间组织的过热或消融部分的后果仍然是可接受的。消融计划还可以包括附加信息，例如消融探头的已经计划的位置或关于为消融手术计划的一般手术的信息。
温度探头位置确定单元适于确定温度探头的计划位置，该温度探头应被定位为在消融手术期间保护保护区域。温度探头被配置为在消融手术期间，当温度探头置于患者内时，测量包围温度探头的组织的温度。当在消融手术期间温度探头被定位为保护保护区域时，温度探头测量与温度探头接触的组织的温度并且向用户(如医生)提供测量到的温度，其中所提供的温度允许用户估计保护区域是否有被消融的危险。可替代地，由温度探头测量的温度可以被提供给警报系统，在消融手术期间，当由温度探头测量的温度超过表明保护区域可能被消融的预定阈值时，该警报系统会发出警报。
温度探头的计划位置是基于消融区域的几何信息和保护区域的几何信息来确定的，这些几何信息被包括在消融计划中。因此，温度探头位置确定单元可以确定温度探头的计划位置，以便根据几何信息，将温度探头定位在最佳位置以提供其保护功能。例如，这种计划位置可以位于消融区域和保护区域之间，以便用户知道消融区域和保护区域之间的区域中的温度何时升高。温度探头的计划位置也可以被确定，这样温度探头被定位在消融区域附近以监控消融区域的周围环境中的温度发展，以便在消融区域的周围环境中的温度变得太高时，可以停止消融手术。可替代地，温度探头可以被定位在保护区域附近，这样保护区域附近的温度变化可以被密切监控，并且如果保护区域中的温度发展不符合用于保护保护区域的计划，则消融手术可以停止。优选地，温度探头位置确定单元适于将最短路径和保护区域之间的交点确定为温度探头的计划位置。
在实施例中，温度探头位置确定单元适于确定消融区域和保护区域之间的最短路径，并且沿最短路径确定温度探头的计划位置。因为消融区域和保护区域之间的最短路径是由温度探头位置确定单元确定的并且温度探头的计划位置是沿该最短路径确定的，所以可以确保在消融手术期间，当温度探头被定位在计划位置时，温度探头监控包括被非自愿消融的最高风险的区域中的温度。因此，可以进一步改进对保护区域的保护。通过使用已知的几何方法，例如基于消融区域和保护区域的形状和位置，可以确定消融区域和保护区域之间的最短路径。此外，计算机模拟可以用于确定消融区域和保护区域之间的最短路径。最短路径可以是指由消融区域的形状定义的消融区域的表面或边界与由受保护区域的形状定义的受保护区域的表面或边界之间的最短路径。可替代地，最短路径可以是指消融区域的中心点与受保护区域的中心点之间的最短路径。
在实施例中，消融计划还包括网格模板的位置，该网格模板包括多个网格点，温度探头可以通过这些网格点插入，其中温度探头位置确定单元还适于基于网格模板的位置确定温度探头的计划位置。在许多消融手术中，网格模板用于增加将探头(如靶探头或温度探头)定位在患者体内的准确性，同时增加手术的简单性。通常，网格模板是指包括多个网格点的网格，手术期间所使用的探头可以通过这些网格点插入患者体内。网格点可以以任何种类的配置设置在网格模板上。例如，网格点可以以矩形或圆形图案一致且均匀地间隔开。在其他示例中，网格点可以不均匀地，甚至是任意地分布在网格模板上。通常，网格模板上的网格点的位置是已知的，因此网格点的位置由网格模板的位置定义。由消融计划提供的网格模板的位置是指网格模板相对于患者(即相对于消融区域和保护区域)的位置。网格模板的网格点可以被配置，以便通过网格点定位的温度探头遵循由网格点的配置确定的预定路径。例如，网格点可以被配置，以便通过网格点插入的温度探头遵循垂直于网格模板的路径。但是，其他路径，例如相对于网格模板的倾斜路径，也可以由网格点提供。温度探头位置确定单元然后适于基于网格模板的位置确定温度探头的计划位置。因此，温度探头位置确定单元可以确定温度探头的计划位置，以便通过网格模板的网格点插入的温度探头可以到达温度探头的这种计划位置。
优选地，位置确定单元适于基于网格模板的网格点的位置和配置确定温度探头的计划位置。这确保用户可以在消融手术期间通过网格模板的网格点非常准确地定位温度探头。优选地，温度探头位置确定单元适于确定温度探头的计划位置，该计划位置包括网格模板的网格点，温度探头应通过该网格点定位。因为温度探头的计划位置主要由网格点(温度探头通过该网格点插入)的位置和配置确定，所以如果所提供的计划位置包括关于特定网格点(温度探头应通过该网格点插入)的信息，则可以为用户简化消融手术。
在实施例中，温度探头位置确定单元适于确定最短路径与保护区域之间的交点，并且将相对于交点的最近网格点的位置确定为温度探头的计划位置。例如，最短路径与保护区域之间的交点可以被定义为最短路径与保护区域的表面或边界交叉的点。如果温度探头的位置然后被确定为相对于交点的最近网格点的位置，则确保尽可能接近保护区域的表面或边界提供温度探头。因为保护区域有最高风险被非自愿消融的部分是保护区域最接近消融区域的部分，所以提供离交点最近的网格点作为温度探头的计划位置允许在温度探头被定位在计划位置时，密切监控保护区域的该部分。因此，可以进一步改进对保护区域的保护。
在实施例中，消融计划还包括消融手术的过程期间受影响区域(包括靶区域和保护区域)的估计温度发展，其中温度探头位置确定单元适于还基于估计温度发展确定温度探头的计划位置。包括在消融计划中的在消融手术的过程期间的估计温度发展可以被提供，例如基于关于计划使用的消融探头和计划用于消融的能量的知识。此外，用于数值模拟消融手术的过程期间的温度发展的更复杂的模型可以用于估计温度发展。
估计整个感兴趣区域(整个受影响区域)的温度发展，该区域包括靶区域和保护区域。如果关于估计温度发展的这种信息在消融计划中是可用的，则温度探头位置确定单元适于还基于估计温度发展确定温度探头的计划位置。这确保可以考虑影响保护区域中或保护区域附近的温度并且可能不会受靶区域和保护区域的几何信息影响的因素。例如，保护区域的某个部分附近的血管的分布可能导致保护区域的该部分的附加冷却，而在保护区域的其他部分中不需要冷却。因此，在这种情况下，温度探头位置确定单元可以确定保护区域不受附加冷却影响的区域附近的温度探头的计划位置，因为在该区域中需要更高的温度。
优选地，温度探头位置确定单元适于基于预期温度发展确定计划温度探头位置，以便在消融手术中，在温度探头的位置的预期温度变化高于受保护区域中的预期温度变化。为了有效地保护保护区域，即为了有效地向用户提供温度信息，该温度信息允许他/她在保护区域被消融损坏之前对温度信息做出反应，当在温度探头的计划位置的温度变化(即在使用热进行消融的情况下升高或在使用冷进行消融的情况下降低)总是高于保护区域中的预期温度变化时，以便提供安全界限并且用户有足够的时间做出反应时，这是有利的。
在实施例中，温度探头位置确定单元适于将温度探头的计划位置确定为某个位置，预期该位置在使用最高温度的热进行消融的情况下和在使用最低温度的冷进行消融的情况下位于受保护区域周围的安全界限内。受保护区域周围的安全界限可以是指包围保护区域的区域。安全界限的边界可以由到保护区域的边界的恒定距离来确定，或者距离可以变化。安全界限可以由用户与消融计划一起或作为消融计划的部分提供，或者安全界限可以被预定义，优选地被预先设定，并且被提供给温度探头位置确定单元。可以预期在最高或最低温度下位于安全界限内的位置可以基于估计温度发展来确定。例如，最高或最低温度可以通过比较安全界限内的所有位置和消融手术期间的所有时间的所有预期温度来确定。
在实施例中，温度探头位置确定单元还适于基于温度探头的所确定的计划位置提供阈值温度，其中阈值温度被确定，以便在组织使用热进行消融的情况下，如果低于阈值温度的温度由位于所确定的位置的温度探头测量，则保护区域中的组织将不会被损坏，或者以便在组织使用冷进行消融的情况下，如果高于阈值温度的温度由位于所确定的位置的温度探头测量，则保护区域中的组织将不会被损坏。阈值温度可以基于温度探头的计划位置来确定，例如通过确定温度探头的计划位置与消融区域之间的距离，并且基于这种距离确定温度。例如，随着离消融区域的距离的增加，温度阈值可以根据消融的种类降低或升高。此外，温度阈值还可以基于保护区域对升高或降低的温度所造成的损坏的敏感性的知识来确定，并且阈值然后可以被确定，以便如果由温度探头测量的温度低于或高于阈值，则预期保护区域中没有损坏。
在优选实施例中，消融计划还包括消融手术的过程期间受影响区域(包括靶区域和受保护区域)的估计温度发展，其中温度探头位置确定单元适于还基于估计温度发展确定温度阈值。在该实施例中，温度阈值可以基于在温度探头的计划位置的温度发展的知识来确定，因此可以被确定，以便如果在消融手术期间与计划位置对应的温度探头的位置测量到的温度超过该位置的预期温度，则可以向医生发出警告。
在实施例中，消融计划还包括关于保护区域的敏感性的信息，其中温度探头位置确定单元还适于基于敏感性信息确定温度探头的计划位置。保护区域的敏感性信息可以是指对温度的敏感性。例如，一些器官组织可能比其他器官组织更敏感，例如除了其他器官组织外，一些器官组织可能在较低温度下被损坏。此外，敏感信息可能包括关于保护区域对穿刺有多敏感的信息。例如，信息可能包括保护区域是否可以被温度探头穿刺。例如，大血管一般不应被温度探头刺穿，因为并发症的风险大，而其他器官通常不会因温度探头的插入而被永久损坏。当确定温度探头的计划位置时，温度探头位置确定单元然后可以考虑这种信息。例如，如果敏感性信息包括保护区域对刺穿的高灵敏性，则温度探头位置确定单元可以适于避免保护区域内的位置。此外，如果敏感性信息表明保护区域对热特别敏感，则温度探头位置确定单元可以适于确定离保护区域更远的温度的计划位置。
在本发明的另一个方面中，提出了一种用于计划和引导消融手术的消融手术计划和引导系统，其中系统包括a)消融计划确定单元，用于确定消融计划，包括关于消融区域和保护区域的几何信息，b)根据权利要求1所述的装置，用于确定消融手术的温度探头的位置，以及c)最终消融计划提供单元，用于向用于控制消融手术的消融手术控制单元提供最终消融计划，包括消融计划和温度探头的位置。
例如，消融计划确定单元可以适于自动地或以与用户交互的方式确定消融计划。为了确定消融计划，例如，消融计划确定单元可以包括图像处理单元，用于处理感兴趣区域(即包括应被消融的结构的区域)的图像，并且可以适于标识感兴趣区域中的消融区域和保护区域。此外，消融计划确定单元还可以包括构件，用于基于例如消融探头的位置、消融探头所提供的能量、受影响区域中组织的组织特性、受影响区域的解剖结构等模拟或计算受影响区域(包括消融区域和保护区域)中的温度发展。
最终消融计划包括消融计划和温度探头的位置，以便在最终消融计划被提供给消融手术控制单元时，消融手术控制单元可以向用户提供执行消融手术必需的所有信息。此外，最终消融计划还可以包括温度阈值，并且消融手术控制单元可以包括警报单元，用于在由根据最终消融计划定位的温度探头测量的温度测量超过先前确定的温度阈值的温度时发出警报。
在实施例中，系统还包括用于控制消融手术的消融过程控制单元，其中消融手术控制单元适于确定消融手术期间温度探头的实际位置，并且基于温度探头的实际位置和计划位置引导温度探头的定位。
例如，消融手术控制单元可以是显示器，用于在消融手术期间将最终消融计划显示给用户，以控制消融手术。消融手术控制单元还可以包括医疗手术执行单元，如医疗机器人，由消融手术控制单元控制以单独或与用户协同执行最终消融计划。
此外，消融手术控制单元适于在消融手术期间确定温度探头的实际位置。例如，温度探头可以适于包括实际位置确定系统，如电磁或光学实际位置确定系统，并且消融手术控制单元可以适于基于实际位置确定系统所提供的信号确定温度探头的实际位置。可替代地，消融手术期间所使用的网格模板可以包括系统，该系统指示探头何时通过网格点之一插入，其中控制单元可以适于基于由网格模板指示的网格点确定温度探头的实际位置。优选地，消融手术是在成像系统(如使温度探头的定位成像的超声系统)的引导下执行的，其中控制单元可以适于接收成像系统的图像并且基于图像确定温度探头的实际位置。
消融手术控制单元还适于基于实际位置和计划位置引导温度探头的定位。例如，引导可以包括向用户提供温度探头应被定位在显示器上的区域的图像并且指示图像上温度探头的实际位置和计划位置。用户然后可以根据所示的位置直接进行导航，并且确保温度探头被正确地定位在计划位置。此外，引导可以包括基于实际位置和计划位置控制机器人，以便机器人操作以使温度探头定位在计划位置。
在本发明的另一个方面中，提出了一种用于在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置的方法，其中方法包括以下步骤：a)提供消融计划，其中消融计划包括消融区域和保护区域的几何信息，其中在消融手术期间，保护区域应被保护免受消融，其中几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息，以及b)确定温度探头的计划位置，该温度探头应被定位为在消融手术期间保护保护区域，其中温度探头的位置是基于消融区域和保护区域的几何信息来确定的。
在另一个方面中，提出了一种用于确定消融手术的温度探头的位置的计算机程序，其中计算机程序包括程序代码构件，用于在计算机程序在装置上执行时使根据权利要求1所述的装置执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
应当理解，根据权利要求1所述的装置、根据权利要求12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的和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所定义的。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或上述实施例与相应独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其他方面通过下文所述的实施例将变得显而易见，并且将参考下文所述的实施例进行说明。
附图说明
在以下图中：
图1示意性地和示例性地示出了用于确定消融手术的温度探头的位置的装置的实施例，
图2示意性地和示例性地示出了这种装置的功能，以及
图3示出了流程图，示例性地图示了用于帮助消融治疗并提供针对消融治疗的模板治疗参数的方法的实施例。
具体实施方式
在图1中，在消融手术计划和引导系统的背景下示意性地和示例性地示出了用于确定消融手术的温度探头的计划位置的装置，该消融手术计划和引导系统包括用于确定温度探头的计划位置的装置。消融手术计划系统100包括消融计划确定单元110、用于确定温度探头的计划位置的装置120和最终消融计划提供单元130。
消融计划确定单元110适于基于由输入提供单元140提供的输入确定消融手术的消融计划。例如，输入可以是指患者的感兴趣区域的医疗图像(如CT图像、超声图像、PET图像等)、患者数据(如年龄、体型、体重等)、关于应被使用的消融系统的信息(如消融系统的构造特性)、应被使用的消融探头所提供的功能等。
在该实施例中，消融计划确定单元110然后适于向消融手术计划系统100的用户提供感兴趣区域的所提供的医疗图像，使得用户可以指示消融区域(是指图像中应被消融的区域)和在消融手术期间应被保护的一个或多个保护区域。在另一个实施例中，消融计划确定单元110可以适于自动分割医疗图像中的解剖结构并且从所分割的结构中自动标识消融区域和保护区域。基于所指示的消融区域和保护区域，消融计划确定单元110适于确定消融手术的消融计划。
消融计划包括消融区域和保护区域的几何信息，优选地包括关于消融区域和保护区域的位置和形状的信息。例如，消融计划还可以包括消融探头的位置。此外，在该实施例中，消融计划还包括关于网格模板的位置和结构的信息，应被用来在消融手术期间定位消融探头和温度探头。在确定消融计划后，消融计划确定单元110向装置120提供消融计划。具体地，消融计划确定单元110向消融计划提供单元121提供消融计划。在该实施例中，消融计划提供单元121是存储单元，其中消融计划确定单元110存储所确定的消融计划。消融计划提供单元121然后适于向温度探头位置确定单元122提供消融计划或至少相应区域的几何信息.
温度探头位置确定单元122适于基于由消融计划确定单元110确定并且由消融计划提供单元121提供的消融区域和保护区域的几何信息确定温度探头的计划位置。此外，在该实施例中，温度探头位置确定单元122适于还基于网格模板的位置确定温度探头的计划位置。基于消融区域和保护区域的几何信息，也基于网格模板的位置示例性地确定温度探头的计划位置应参照图2进行另外说明。
图2示意性地和示例性地示出了网格模板200、消融区域240和保护区域250。网格模板200、消融区域240和保护区域250在图2中是从垂直于网格模板200的观察方向上相对于彼此进行示意性的示出的。网格模板200包括多个网格点210，通过这些网格点，消融探头和温度探头可以插入患者体内。在这里所示的情况下，所有网格点210以周期方形分配二次分配在网格模板200上一致且均匀地间隔开。此外，网格点210被构造，以便它们允许在网格模板200的垂直方向上插入消融探头或温度探头。基于几何信息(包括消融区域240和保护区域250的位置和形状)，温度探头位置确定单元122适于确定消融区域240和保护区域250之间的最短路径260。在该实施例中，最短路径260描述了消融区域240和保护区域250之间的直线，包括消融区域240的边界和保护区域250的边界之间的最短距离。进一步地，温度探头位置确定单元122适于确定最短路径260与保护区域250的边界交叉的交点270。此外，温度探头位置确定单元122适于确定温度探头通过网格模板200的网格点210的所有可能路径。在这种情况下，这些路径是指通过垂直于网格模板200的每个网格点210的直线。进一步地，温度探头位置确定单元122适于确定温度探头最接近交点270的可能路径。此外，温度探头位置确定单元122沿温度探头的先前确定的最接近的可能路径将温度探头的深度位置确定为最接近交点270的点。进一步地，为了确定温度探头的计划位置，温度探头位置确定单元122然后确定属于温度探头的最近的可能路径的网格点230。温度探头的计划位置然后包括所确定的网格点230和深度位置。温度探头位置确定单元122然后可以向最终消融计划提供单元130提供所确定的计划温度探头位置。
最终消融计划提供单元130然后可以将计划温度探头位置与消融计划结合以形成最终消融计划。此外，最终消融计划提供单元130可以包括验证单元，用于验证和检查最终消融计划。例如，验证单元可以检查最终消融计划是否与消融手术的预定目标一致或可以检查最终消融计划中的不一致。然后，最终消融计划提供单元130可以向显示器150提供最终消融计划，该显示器150用于将最终消融计划显示给用户。例如，用户然后可以接受、修改或拒绝最终消融计划。如果用户拒绝或修改最终消融计划，则消融手术计划和引导系统100可以再次基于用户的修改、基于不同的输入或基于不同的消融计划确定算法，根据上述实施例确定最终消融计划，并且再次在显示器150上向用户提供相应的结果最终消融计划。
当最终消融计划最终被用户接受时，最终消融计划提供单元130可以向适于控制相应的消融手术的消融手术控制单元160提供最终消融计划。在这里所提出的实施例中，消融手术控制单元160不是系统100的部分，但是在其他实施例中，消融手术控制单元160可以是系统100的部分。为了引导消融手术，例如，消融手术控制单元160可以逐步向用户提供最终消融计划，以便在消融手术期间用户可以遵循最终消融计划。此外，消融手术控制单元160可以根据最终消融计划控制消融系统的一个或多个组件。例如，消融手术控制单元160可以根据最终消融计划控制消融探头。进一步地，消融手术控制单元160可以连接到医疗机器人并且根据最终消融计划控制医疗机器人，例如在温度探头的插入期间。
进一步地，消融手术控制单元160可以具体适于引导温度探头的定位。例如，消融手术控制单元160可以适于基于温度探头中所提供的实际位置确定系统或基于图像(如超声图像，显示温度探头应被定位的区域中的温度探头)确定温度探头的实际位置。为了在温度探头的定位期间引导用户，消融手术控制单元160然后可以在显示器150上显示实际位置和计划位置，例如，由温度探头应被定位的区域的图像中的符号指示。用户然后可以基于所指示的位置非常准确地定位温度探头。可替代地，如果温度探头由医疗机器人定位，则消融手术控制单元160可以适于基于温度探头的实际位置和计划位置控制医疗机器人，以将温度探头定位在计划位置。
图3示意性地和示例性地示出了用于在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置的方法的流程图。方法300包括第一步骤310：提供消融计划。消融计划包括消融区域和受保护区域的几何信息，其中几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息。在第二步骤320中，温度探头的计划位置是基于消融区域和保护区域的几何信息来确定的。例如，温度探头的位置可以被确定，如上面关于图2所描述的。
上面所描述的本发明优选地涉及介入肿瘤学中的热消融领域，并且可以解决在温度探头的放置期间的计划和引导需求，以帮助用户监控消融手术的安全性和有效性。通常，经皮热消融是介入癌症治疗选项，在过去的十年，该介入癌症治疗选项的应用已经显著增加，预期到2024年将继续以8％到10％的复合年增长率增长。热消融可以使用各种消融模式进行，包括射频、微波、高强度聚焦消融、聚焦激光消融、不可逆电穿孔、冷冻消融等。
在临床实践中，这些消融手术包括将一个或多个消融应用器(即消融探头)放置在靶区域(即消融区域)内或附近，例如在图像引导的帮助下。通常，医生在检查实时超声或介入放射图像时放置针状探头。探头主要是基于制造商所提供的信息、结果和临床试验和/或个人经验。由于它们的可用性有限，使用更先进的消融治疗计划系统来计划消融和引导针放置并不广泛。目前，常用的做法是放置一个或多个温度探头以监控消融的安全性和有效性，其中这些探头的放置同样是基于医生的知识和经验，而不是使用更多的专门支持。
由于目前温度探头的放置完全基于治疗医生的指示、技能和经验，放置在医生之间改变并且在一些手术中可能是次优的。因此，尽管使用了温度探头，处于危险中的器官，即本应受到保护的保护区域，仍然可能因低温/高温而被损坏。
例如，本发明提出了一种消融手术计划和引导系统，包括自动计划方法，该方法允许确定温度探头的计划位置，这可以防止处于危险的器官(即保护区域)中的过高/过低的温度。基于所确定的计划位置，消融手术计划和引导系统然后可以向用户提供引导，以支持温度探头的准确放置。
虽然本发明中所提出的温度探头的计划和引导，即用于确定温度探头的位置的装置，可以用于专用的消融质量保证系统，除了更先进或更复杂的消融手术计划和引导系统，本发明也可以使用或与其集成。这种消融手术计划和引导系统可以允许用户在计划过程期间考虑的医疗图像中描绘靶区域(即消融区域)和处于危险的器官(即保护区域)。这种计划过程然后可以通过允许用户定义一个或多个消融探头的预期位置和消融参数来支持，并且可以可视化相关联的消融区域、温度场或患者接收到的热剂量。另外，在一些系统中，用户可以通过检查各种定量参数来评估计划的质量，诸如，例如在消融区域和/或保护区域中组织被消融的百分比。
本发明中所描述的实施例包括自动确定温度探头的计划位置，以保护处于危险的器官，即保护区域，免受意外消融。优选地，这种计划位置的自动确定可以基于系统可用的几何信息进行计算，因此与使用中的消融模式保持独立。在示例中，可以使用计算机算法，该计算机算法接收消融区域的分割(即位置和形状)、保护区域的分割(即位置和形状)以及网格模板的位置作为输入。算法然后可以首先确定源自网格模板200的所有潜在针路径以及所分割的消融区域和所分割的保护区域之间的最短路径。进一步地，算法可以确定最短路径和保护区域的交点。然后，通过将最接近交点的潜在针路径和与最接近的潜在针路径上的交点最接近的位置确定为温度探头的位置，可以确定温度探头的计划位置。算法然后可以返回温度探头的位置作为输出。
这种算法可以保证，当网格模板200被定位，以便没有潜在的针迹(即温度探头的可能路径)可以通过保护区域找到时，将温度探头定位为更接近消融区域而不是保护区域。在这种情况下，消融手术在所提出的温度探头位置比保护区域导致更明显的温度变化。因此，这种战略定位可以用于防止保护区域中的极端温度。温度探头放置算法中的潜在针路径(即温度探头的可能路径)覆盖所有可能的针位置，即温度探头位置，而不刺穿不应被刺穿的保护区域。保护区域在消融计划中是应避免，还是不可以进行配置。
温度探头位置确定算法可以在单个/选定消融区域和选定保护区域之间、在消融计划中所提供的所有消融区域和所有保护区域之间和/或在消融计划中所提供的特定消融区域和保护区域之间调用。此外，温度探头位置确定算法还可以在一个或多个消融区域和一个或多个保护区域之间根据用户在计划期间或在其接入手术期间的明确要求进行调用，或可以基于消融计划进行自动调用。
为了有效地保护保护区域，如果在消融手术中能够实时处理来自温度探头的温度测量，则这是有利的。例如，实时处理可以包括与阈值温度的比较，该阈值温度可以为单个温度探头确定或对于所有使用中的温度探头来说都可以是相同的。另外，温度阈值可以用于温度警报，其中阈值温度可以是固定的、可作为消融计划的部分进行配置和/或可修改用户在消融手术中的明确要求。
其中集成有上述温度探头位置确定算法的消融手术计划和引导系统可以提供例如图像引导以实现与所确定的和所提出的位置一致的放置。例如，这种引导可以依赖于支持用户放置消融探头的相同的引导机构。这种引导可以帮助保证温度探头的准确放置，这可能对质量保证至关重要。
进一步地，消融手术计划和引导系统能够在整个消融手术中预先计算/模拟组织的估计温度发展。这为使用温度探头监控消融手术提供了可能性。例如，消融手术控制系统可以适于实时比较在表格、图表等中显示的测量到的温度和预先计算的温度。此外，这种消融手术控制系统可以实时处理测量到的温度和预先计算的温度之间的差值，并且如果差值超过预定义阈值，则发出警报。这种阈值可以是固定的、可配置的或可修改的，类似于上述温度阈值。另外，估计温度发展可以用作温度探头位置确定算法的附加输入，其中例如，算法可以沿潜在针路径(即温度探头的可能路径)选择估计最大温度发生的保护区域附近的位置。当处理保护区域附近的潜在散热片时，这种方法可能是有利的，但是对于使用中的消融方式也可能更具体。
虽然在上述实施例中装置是作为消融计划和引导系统中的部分被提供的，但是在其他实施例中，装置也可以是独立系统或集成在消融手术控制单元中的系统。
虽然在上述实施例中温度探头的计划位置是基于消融区域和保护区域的几何信息以及网格模板的位置来确定的，但是在其他实施例中，温度探头位置确定单元可以适于仅基于几何信息确定温度探头的计划位置。此外，在其他实施例中，消融计划提供单元可以适于提供消融计划，还包括消融手术期间的预期温度发展，其中在这种情况下，温度探头位置确定单元可以适于基于消融区域的几何信息、保护区域的几何信息和预期温度发展确定温度探头的计划位置。同样，网格模板可以另外考虑。
虽然在上述实施例中温度探头位置确定单元只确定温度探头的计划位置，但是在其他实施例中温度探头位置确定单元还可以适于确定温度阈值，其中温度阈值可以被确定，以便如果温度探头只测量消融手术期间低于或高于温度阈值的温度，则可以假设保护区域不受消融手术的影响，而如果温度探头测量高于或低于温度阈值的温度，则可以发出警报，以通知用户保护区域可能受消融手术的影响。
虽然在上述实施例中消融探头对消融区域提供了加热，但是在其他实施例中消融探头可以是冷冻消融探头并且对消融区域提供冷却。
通过对图、公开内容和所附权利要求的研究，所公开的实施例的其他变型在实践计划的发明时可以被本领域技术人员理解和实现。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以履行权利要求中所述的几个项的功能。在相互不同的从属权利要求中说明某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能够被有利地使用。
过程，如一个或几个单元或设备所执行的提供消融计划或确定温度探头位置，可以由任何其他数量的单元或设备执行。装置的过程和/或操作可以实施为计算机程序的程序代码构件和/或专用硬件。
计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的任何光学存储介质或固态介质，但也可以按照其他形式分布，诸如通过互联网或其他有线或无线电信系统。
权利要求书中的任何参考符号都不应被视为限制范围。
本发明涉及一种允许在消融手术的计划期间确定温度探头的计划位置的装置。该装置包括用于提供消融计划的消融计划提供单元，其中消融计划包括消融区域和保护区域的几何信息。保护区域应被保护免受消融。几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息。温度探头位置确定单元适于确定温度探头的计划位置，其中温度探头的计划位置是基于消融区域和保护区域的几何信息来确定的。装置允许增加对应被保护的区域(如特定器官)的保护，这样也可以增加患者的消融手术的安全性。

Claims (15)

1.一种用于在消融手术的计划期间确定温度探头的位置的装置，其中所述装置包括：
-消融计划提供单元(121)，用于提供消融计划，其中所述消融计划包括消融区域(240)和保护区域的几何信息，其中所述保护区域(250)在所述消融手术期间应被保护免受消融，其中所述几何信息包括关于相应区域的位置和形状的信息，
-温度探头位置确定单元(122)，用于确定所述温度探头的计划位置，所述温度探头应被定位为在所述消融手术期间保护所述保护区域(250)，其中所述温度探头的所述计划位置是基于所述消融区域(240)和所述保护区域的所述几何信息来确定的。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于确定所述消融区域(240)与所述保护区域(250)之间的最短路径(260)，并且沿所述最短路径(260)确定所述温度探头的所述计划位置。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述消融计划还包括网格模板(200)的位置，所述网格模板包括多个网格点，温度探头能够通过所述多个网格点被插入，其中所述温度探头位置确定单元(122)还适于基于所述网格模板的所述位置，确定所述温度探头的所述计划位置。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于确定所述温度探头的计划位置，所述计划位置包括所述网格模板(200)的网格点，所述温度探头应通过所述网格点被定位。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于确定所述最短路径(260)与所述保护区域之间的交点(270)，并且将相对于所述交点的最近网格点的位置确定为所述温度探头的计划位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述消融计划还包括在所述消融手术的过程期间受影响区域的估计温度发展，所述受影响区域包括所述靶区域和所述保护区域，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于还基于所述估计温度发展，确定所述温度探头的所述计划位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于基于所述预期温度发展，确定所述温度探头的所述计划位置，使得在所述消融手术期间，在所述温度探头的所述计划位置处的预期温度变化高于所述受保护区域中的预期温度变化。
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于将所述温度探头的所述计划位置确定为在所述受保护区域周围的安全界限内被预期为最高温度的位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述温度探头位置确定单元(122)还适于基于所述温度探头的所确定的计划位置，提供阈值温度，其中所述阈值温度被确定，使得在所述组织使用热进行消融的情况下，如果低于所述阈值温度的温度由位于所确定的所述位置处的所述温度探头测量到，则所述保护区域(250)中的组织将不会被损坏，或者使得在所述组织使用冷进行消融的情况下，如果高于所述阈值温度的温度由位于所确定的所述位置处的所述温度探头测量到，则所述保护区域(250)中的组织将不会被损坏。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述消融计划还包括在所述消融手术的过程期间受影响区域的估计温度发展，所述受影响区域包括所述靶区域和所述受保护区域，其中所述温度探头位置确定单元(122)适于还基于所述估计温度发展，确定所述温度阈值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述消融计划还包括关于所述保护区域的敏感性的信息，其中所述温度探头位置确定单元(122)还适于基于所述敏感性信息，确定所述温度探头的所述计划位置。
12.一种用于计划和引导消融手术的消融手术计划和引导系统，其中所述系统包括：
-消融计划确定单元(110)，用于确定消融计划，所述消融计划包括关于消融区域(240)和保护区域的几何信息，
-根据权利要求1所述的装置，用于确定所述消融手术的温度探头的计划位置，以及
-最终消融计划提供单元(130)，用于向用于控制所述消融手术的消融手术控制单元(160)提供最终消融计划，所述最终消融计划包括所述消融计划和所述温度探头的所述位置。
13.根据权利要求12所述的消融手术计划和引导系统，其中所述系统还包括消融手术控制单元(160)，所述消融手术控制单元(160)用于控制所述消融手术，其中所述消融手术控制单元适于在所述消融手术期间确定所述温度探头的实际位置，并且基于所述温度探头的所述实际位置和所述计划位置，引导所述温度探头的所述定位。
14.一种用于在消融手术的计划期间确定温度探头的位置的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-提供消融计划，其中所述消融计划包括消融区域(240)和保护区域的几何信息，其中所述保护区域(250)在所述消融手术期间应被保护免受消融，其中所述几何信息包括关于所述相应区域的位置和形状的信息，
-确定所述温度探头的位置，所述温度探头应被定位为在所述消融手术期间保护所述保护区域(250)，其中所述温度探头的所述位置是基于所述消融区域(240)和所述保护区域的所述几何信息来确定的。
15.一种用于确定消融手术的温度探头的位置的计算机程序，其中所述计算机程序包括程序代码构件，所述程序代码构件用于在所述计算机程序在根据权利要求1所述的装置上被执行时，使所述装置执行根据权利要求13所述的方法的所述步骤。
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