CN113440740B - 沿管腔网络进行治疗的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于沿管腔网络进行治疗的系统、装置和方法，一种示例性方法包括：接收患者肺部的图像数据，基于所接收的图像数据映射所述患者肺部内的一个或多个管腔网络，识别所述图像数据中的治疗靶标，确定经由所述管腔网络中的至少一个管腔网络通向治疗靶标的管腔路径，配置治疗参数以用于对治疗靶标和所述管腔网络中的至少一个管腔网络进行治疗，将所述管腔网络中的至少一个管腔网络内的工具导航至所述治疗靶标，用主要治疗方式治疗所述治疗靶标，并且用辅助治疗方式治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的所述管腔网络中的至少一个管腔网络的管腔路径。

Description

沿管腔网络进行治疗的系统和方法
本申请是发明名称为“沿管腔网络进行治疗的系统和方法”、国际申请日为2017年4月13日、国际申请号为PCT/US2017/027426、国家申请号为201780029195.4的发明专利申请的分案申请。
背景技术
技术领域
本公开涉及沿气道、血管、淋巴(AVL)管腔的组织治疗方法，并且更具体地讲，涉及用于提供沿AVL管腔进行肺癌治疗作为主要治疗方法或者与其他治疗方法共同作为辅助治疗方法的系统、设备和方法。
相关领域
对位于肺中或肺周围的肿瘤和其他癌组织的治疗可以通过使用包括放射、化疗和/或各种外科手术的各种治疗方法来完成。虽然包括手术、放射等的主要治疗方法对于其预期目的是有益的，但是常见的一个挑战是扩散和再种植效应。在某些情况下，这种扩散和再种植可能是由治疗干预本身引起的。或者，由于肿瘤与多种身体网络(例如，循环系统、呼吸系统、淋巴或胆汁分泌系统)连接，肿瘤可随着细胞从肿瘤脱落并被携带通过身体而扩散或再种植。已经描述的用于消除使用消融针的微波肝脏消融中的再种植效应的一种机制是治疗在肿瘤治疗后通过插入消融针形成的针道。对针道的这种持续治疗防止了疾病沿着针道通过消融针本身的移动而扩散，所述消融针已与癌组织接触并且实际上可在去除消融针期间从肿瘤中取出癌细胞。虽然这些技术适合于相对固态的肝脏，但肺内的治疗需要额外的机制来实现对在肺中发现的癌细胞在多个管腔网络内的再种植和扩散的所需预防。
发明内容
根据本公开提供了一种沿管腔网络进行治疗的方法。在本公开的一个方面，该方法包括接收患者肺部的图像数据，基于所接收的图像数据映射患者肺部内的一个或多个管腔网络，识别图像数据中的治疗靶标，经由管腔网络中的至少一个管腔网络确定通向治疗靶标的管腔路径，配置治疗参数以用于对治疗靶标和管腔网络中的至少一个管腔网络进行治疗，将管腔网络中的至少一个管腔网络内的工具导航至治疗靶标，用主要治疗方式治疗治疗靶标，并且用辅助治疗方式治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的管腔网络中的至少一个管腔网络的管腔路径。
在本公开的另一方面，该方法还包括显示指导，该指导用于使用辅助治疗方式来治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的管腔网络中的至少一个管腔网络的管腔路径。
在本公开的另一个方面，该指导指示治疗进展。
在本公开的另一个方面，该指导包括基于所配置的治疗参数的治疗区。
在本公开的另一个方面，一个或多个管腔网络选自患者的肺、血管和淋巴网络。
在本公开的另一个方面，该方法还包括当工具在管腔网络的至少一个管腔网络内导航时跟踪工具的位置。
在本公开的另一个方面，该方法还包括经由管腔网络的至少一个管腔网络确定通向治疗靶标的第二管腔的路径，并且使用辅助治疗方式治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的管腔网络中的至少一个管腔网络的第二管腔路径。
在本公开的另一个方面，主要治疗方式选自由以下项组成的组：微波消融治疗、射频消融治疗、化学疗法、放射治疗、外科手术、冷冻治疗、基因治疗和高剂量近距离放射治疗。
在本公开的另一个方面，辅助治疗方式选自由以下项组成的组：微波消融治疗、射频消融治疗、化学疗法、放射治疗、外科手术、冷冻治疗、基因治疗和高剂量近距离放射治疗。
根据本公开提供了一种沿管腔网络进行治疗的系统。在本公开的一个方面，该系统包括：导航导管，该导航导管可插入管腔网络中的至少一个管腔网络中；工具，该工具被配置用于插入导航导管并在至少一个管腔网络内导航；传感器，该传感器与工具或导航导管可操作地相关联；电磁跟踪系统，该电磁跟踪系统被配置为在导航导管在至少一个管腔网络内导航时跟踪传感器；显示器，该显示器被配置为显示包括示出传感器的跟踪位置的图像数据的用户界面；主要治疗方式，该主要治疗方式能够插入导航导管并且被配置为治疗治疗靶标；和主要治疗方式，该主要治疗方式能够插入导航导管中并且被配置为治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的管腔。
在本公开的另一个方面，至少一个管腔网络选自患者的肺、血管和淋巴网络组成的组。
在本公开的另一个方面，显示器还被配置为显示通向治疗靶标或来自治疗靶标的路径。
在本公开的另一个方面，显示器还被配置为显示通向治疗靶标或来自治疗靶标的第二路径，并且辅助治疗方式被配置为沿着第二路径的至少一部分治疗管腔网络。
在本公开的另一个方面，主要治疗方式选自由以下项组成的组：微波消融治疗、射频(RF)消融治疗、化学疗法、放射治疗、外科手术、冷冻治疗、基因治疗和高剂量近距离放射治疗。
在本公开的另一个方面，辅助治疗方式选自由以下项组成的组：微波消融治疗、射频(RF)消融治疗、化学疗法、放射治疗、外科手术、冷冻治疗、基因治疗和高剂量近距离放射治疗。
根据本公开提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由计算机执行时使得计算机接收患者肺部的图像数据，基于所接收的图像数据确定患者肺部内的一个或多个管腔网络的位置，识别图像数据中的治疗靶标，经由管腔网络中的至少一个管腔网络确定通向治疗靶标的管腔路径，配置治疗参数以治疗治疗靶标和管腔网络中的至少一个管腔网络，提供在管腔网络中的至少一个管腔网络内导航工具的指令，提供用主要治疗方式治疗治疗靶标的指令，并且提供用辅助治疗方式治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的管腔网络中的至少一个管腔网络的管腔路径的指令。
在本公开的另一个方面，指令还使得计算机显示治疗进展。
在本公开的另一个方面，治疗一个或多个管腔网络包括治疗患者的肺、血管和淋巴网络中的一个或多个。
在本公开的另一个方面，当工具在管腔网络中的至少一个管腔网络内导航时，指令还使得计算机跟踪工具的位置。
在本公开的另一个方面，指令还使得计算机通过管腔网络中的至少一个管腔网络确定通向治疗靶标的第二管腔的路径，并且提供使用辅助治疗方式治疗通向治疗靶标或来自治疗靶标的管腔网络中的至少一个管腔网络的第二管腔路径的指令。
任何以上本公开的方面和实施方案均可在不脱离本公开的范围的情况下进行组合。
附图说明
下文结合附图描述了本公开的多个方面和特征，其中：
图1是根据本公开的实施方案的用于沿AVL束进行治疗的系统的示意图；
图2A和图2B示出了根据本公开的实施方案的用于沿AVL束进行治疗的示例性方法的流程图；
图3是根据本公开的实施方案，形成图1的系统的一部分的示例性计算设备的图；并且
图4是根据本公开的实施方案的可由图2的计算设备显示的示例性用户界面。
具体实施方式
本公开涉及用于沿AVL管腔提供肺癌治疗的设备、系统和方法。根据本公开的沿AVL管腔的治疗方法可作为主要治疗方法或者与其他治疗方法共同作为辅助治疗方法，所述其他治疗方法诸如立体定向放射治疗、手术和/或主要治疗区域的支气管镜递送治疗。
在肺中，气道、血管和淋巴管腔通常(尽管不总是)沿着相同的路径行进，因此彼此非常靠近。这种气道、血管和淋巴管腔形成患者体内较大的肺部、血管和淋巴网络的一部分。当AVL官腔彼此非常靠近时，它们可以统称为AVL束。因此，识别这些网络中的一者的位置将相应地识别其他网络中的一者或两者的位置。包括AVL树的三个网络全部汇聚成在肺门处的较大的躯干管腔，也称为肺根。气道会聚到气管中，而脉管系统会聚到肺部和支气管动脉和静脉中。因此，几乎所有流入或流出肺部的空气、血液和淋巴都会通过肺门。图4示出了一个示例性用户界面，该示例性用户界面包括描绘图像482中的AVL束以及与气道484大致重合的血管管腔478和淋巴管腔479的3D图。本公开依赖于改善沿着这些管腔路径的所述治疗的位置具有一般共性。
肿瘤和癌细胞通过身体传播的主要机制之一是沿着AVL束的路径直接进行血管-淋巴管侵入。虽然局部治疗在治疗特定肿瘤方面取得了成功，但是这种局部治疗不太可能完全靶向和捕获出口路径，由此癌细胞可从主要治疗部位扩散和再种植。从回到并且可能包括对向它们的肺门和淋巴结的主要治疗部位的边缘或附近治疗这些出口路径的能力，促使对癌细胞和肿瘤破裂的局部控制的实质性改善，以及在治疗期间和/或治疗之后降低这种癌细胞更远距离扩散的可能性，从而改善治疗的持久性。现在将描述用于通过AVL束提供这种治疗的系统、设备和方法。
随着时间的推移，随着数据的收集，预测模型可能会根据适当的气道和/或最有可能导致癌细胞远距离传播的AVL束的分布而开发，这取决于所治疗组织的类型和在主要治疗部位应用的治疗方法。此外，可利用沿AVL束的治疗从局部治疗方法转变为全身效应，例如通过异位效应，尤其是因为治疗区中包括可能更高量的淋巴管。如下所述，沿AVL束的治疗需要识别治疗部位周围的肺、血管和淋巴网络的位置，并且在开始治疗主要治疗部位之前，进入主要治疗部位周围的气道、血管和淋巴管腔的路径。
AVL束治疗程序通常涉及至少两个阶段：(1)规划通向位于患者肺部内或附近的治疗靶标的一个或多个路径；以及(2)沿着所规划的路径将探头导航到靶标部位。这些阶段通常被称为(1)“规划”和(2)“导航”。虽然本申请的公开内容涉及AVL束的治疗方法、用于包括称为ELECTROMAGNETIC NAVIGATION(ENB)(其是COVIDIEN LP的注册商标)过程的方法的电磁导航(EMN)的系统、设备和方法，也可用于执行AVL束治疗过程的规划和导航阶段，因为如上所述，血管和淋巴树紧密靠近肺中的气道树，并且通常遵循与其相同的路径。本文所述的也可用于AVL治疗的EMN过程的EMN计划软件的示例可见于由Baker等人于2013年3月15日提交的名称为“PATHWAY PLANNING SYSTEM AND METHOD”的美国专利公布No.2014/0281961、No.2014/0270441和No.2014/0282216，以上每者的全部内容均以引用方式并入本文。EMN计划软件的另外的示例可见于由Brown等人于2015年6月29日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR NAVIGATING WITHIN THE LUNG”的共同转让美国专利申请No.14/753,288，其全部内容以引用方式并入本文。
在规划阶段之前，通过例如计算机断层摄影(CT)扫描、磁共振成像(MRI)扫描、正电子发射断层摄影(PET)扫描和/或本领域技术人员已知的其它合适的成像方法将患者的肺成像。为了简洁起见，本公开将参考从CT扫描获得的图像，然而，如上所述，CT扫描图像和数据可在不脱离本公开的范围的情况下用从其它成像方法获得的图像和数据替换。然后可将在CT扫描期间组合的图像数据存储在例如医学数字成像和通信(DICOM)格式中，但本领域的技术人员将知道另外的适用格式。然后可将CT扫描图像数据加载到将在AVL治疗程序的规划阶段期间使用的规划软件应用程序(“应用程序”)中。
应用程序可使用CT扫描图像数据生成患者的肺的前述3D模型。3D模型可包括对应于患者肺脏实际气道的模型气道树等，并且显示患者实际气道树的各个通道、分支和分岔。相似地，3D模型可包括模型血管树和模型淋巴树。此外，3D模型可包括病变、标记、器官和/或其它生理结构。可选择性地显示上述要素中的部分或全部，从而当临床医生查看3D模型时可选择应当显示哪些要素。
虽然CT扫描图像数据可能在图像数据中存在间隔、遗漏和/或其它缺陷，但是3D模型是患者的气道树、血管树和淋巴树的平滑表征，其中CT扫描图像数据中的任何此类间隔、遗漏和/或缺陷均被填补或校正。如下文所详述，可在各种方向观察3D模型。例如，如果临床医生希望查看患者肺部的特定部分，则临床医生可以查看3D渲染中表示的3D模型和/或将患者肺部的特定部分旋转和/或放大。
在路径规划期间，计算设备(参见例如图1的80)利用计算机断层摄影(CT)图像数据来生成和查看患者气道的3D模型，使得能够在3D模型上(自动、半自动或手动地)标识靶标组织，并且允许选择经过患者气道到达靶标组织的一条或多条途径。更具体地讲，CT扫描被处理并组装成3D体，然后用来生成患者气道的3D模型。3D模型可在与计算设备80相连的显示器上显示，或以任何其它合适的方式提供。使用计算设备80，3D体的各个切片和3D模型的视图可以呈现，并且/或者可以由临床医生操纵，以利于识别靶标组织和选择经过患者的气道进入靶标组织周围的AVL管腔的合适路径。该3D模型也可以显示先前已经执行过治疗的位置的标记，包括日期、时间和关于该治疗的其它识别信息。一旦选定，便保存该路径以便在治疗过程期间使用。
一旦确定了通向AVL管腔的路径，就开始导航到主要治疗部位。EMN系统可用于规划通向治疗靶标部位的一条或多条路径，将定位组件导航到靶标，以及将各种工具诸如可定位引导件(LG)、消融天线和/或高剂量辐射(HDR)近距离放射治疗设备导航到靶标。
在开始AVL治疗程序的导航阶段之前，来自规划阶段的3D模型与患者的实际肺部配准。一种可能的配准方法涉及将电磁(EM)传感器导航进入患者肺脏的各个肺叶，并至少到达该肺叶的气道的第二分岔。在配准阶段期间跟踪EM传感器的位置，并且基于所跟踪到的EM传感器在患者肺脏实际气道内的位置，反复更新3D模型。此配准方法在共同所有的美国专利申请公开号2011/0085720(标题为“AUTOMATIC REGISTRATION TECHNIQUE”，由Barak等人于2010年5月14日提交)和美国专利申请序列号14/790,581(标题为“REAL-TIMEAUTOMATIC REGISTRATION FEEDBACK”，由Brown等人于2015年7月2日提交)中有述，以上每者的全部内容以引用方式并入本文。尽管该配准方法侧重于将患者的实际气道与3D模型的气道对准，但配准还确保准确地确定患者的血管树和淋巴树的位置。
参考图1，提供了根据本公开的AVL治疗系统10。可以使用系统10执行的其它任务包括确定通向靶标组织的一条或多条路径，将定位组件导航到靶标组织，将治疗工具导航到靶标组织以使用治疗工具对靶标组织执行治疗，以数字方式标记进行治疗的位置，以及将一个或多个回声标记物置于靶标组织处或周围。
系统10通常包括手术台40，该手术台被构造成支撑患者；支气管镜50，该支气管镜被构造成用于经患者口腔和/或鼻腔插入到该患者的气道中；监测设备60，该监测设备耦接到支气管镜50以用于显示从支气管镜50接收的视频图像；EM跟踪系统70，该EM跟踪系统包括跟踪模块72、多个参照传感器74和电磁场发生器76；计算设备80，该计算设备包括用于促进路径规划、靶标组织的识别、靶标导航以及以数字方式标记靶标组织位置的软件和/或硬件。
图1还示出了两种类型的导管引导组件90、100。这两个导管引导组件90、100均可系统10一起使用，并且共享多个共同的部件。每个导管引导组件90、100包括柄部91，该柄部连接到导航导管，诸如延长的工作通道(EWC)96。EWC96的尺寸为适于安放在支气管镜50的工作通道中。在工作时，可定位引导件(LG)92(包括电磁(EM)传感器94)被插入到EWC 96中并锁定到适当位置使得EM传感器94延伸超出EWC 96的远端末端93一段需要的距离。EM传感器94以及EWC 96的远侧端部在由电磁场发生器76产生的电磁场内的位置可以由跟踪模块72和计算设备80导出。导管引导组件90、100具有不同的操作机制，但每个导管引导组件包含柄部91，该柄部可通过旋转和施压操纵以引导LG 92和EWC 96的远侧末端93。导管引导组件90的一个示例是目前由Medtronic PLC以名称手术工具包交易和销售的那些。类似地，导管引导组件100的一个示例目前由Medtronic PLC以名称EDGETM手术工具包销售。两种手术工具包均包括柄部91、EWC 96和LG 92。有关导管导引组件90、100的更具体的描述，可参考标题为“MICROWAVE ABLATION CATHETER AND METHOD OFUTILIZING THE SAME”的由Ladtkow等人于2013年3月15日提交的共同所有的美国专利No.9,247,992，其全部内容以引用方式并入本文。
如图1所示，其示出患者躺在手术台40上，其中支气管镜50通过患者的口腔插入并进入患者的气道。支气管镜50包括光源和视频成像系统(未明确显示)并被连接到监测设备60，例如，视频显示，用于显示接收自支气管镜50的视频成像系统的视频图像。
导管引导组件90、100(包括LG 92和EWC 96)被配置为用于经支气管镜50的工作通道插入到患者气道中(但另选地该导管引导组件90、100也可在没有支气管镜50的情况下使用)。LG92和EWC96可相对彼此通过锁定机构99选择性地锁定。六自由度电磁跟踪系统70，例如类似于在Gilboa于1998年12月14日提交的标题为“WIRELESS SIX-DEGREE-OF-FREEDOMLOCATOR”的美国专利6,188,355以及已公布的PCT申请WO 00/10456和WO 01/67035中所披露的那些，这些专利各自的全部内容以引用方式并入本文，或任何其它合适的定位测量系统，可用于执行导航，但还可想到其它配置。如下详述，跟踪系统70被配置用于与导管导引组件90、100一起使用以跟踪EM传感器94的位置(当其与EWC 96联动通过患者气道时)。
如图1所示，EM场发生器76定位在患者下方。EM场发生器76和多个参照传感器74与跟踪模块72互连，从而得到各个参照传感器74的六自由度位置。一个或多个参照传感器74附接到患者的胸部。参照传感器74的六自由度坐标被发送到包括应用程序81的计算设备80，其中该应用程序使用由传感器74收集的数据来计算患者参照坐标系。
尽管EM传感器94在上文中被描述为包括在LG 92中，但还是设想了EM传感器94可嵌入或结合到活检工具102中，其中活检工具102可另选地用于导航而无需LG 92或使用LG92所要求的必要的工具替换。同样地，设想EM传感器94可嵌入或结合到微波消融工具104或近距离放射治疗工具108中，其中微波消融工具104或近距离放射治疗工具108可另选地用于导航而无需LG 92或使用LG 92所要求的必要的工具替换。
在导航期间，EM传感器94结合跟踪系统70实现对EM传感器94的跟踪，从而在LG 92或治疗工具诸如活检工具102、微波消融工具104和/或近距离放射治疗工具108中的一者通过患者的气道前进时，跟踪LG 92或治疗工具102、104和108。当LG 92或工具102、104和/或108被导航到患者体内的靶标位置时，EM传感器94的所感测到的位置被显示在计算设备80上，使得临床医生能够遵循在规划阶段期间开发的路径并到达所需的治疗靶标。在到达靶标位置之后，可移除LG 92，从而允许插入工具102、104和/或108中的一者或多者。
图1中还示出了活检工具102，该活检工具可在导航到靶标并移除LG 92后插入导管引导组件90、100中。活检工具102可用于从靶标位置收集一个或多个组织样品，并且在一个实施方案中，它被进一步配置成与跟踪系统70结合使用以便于将活检工具102导航至靶标位置，并且当其相对于靶标位置操纵以获得组织样品时，跟踪活检工具102的位置。类似地，微波消融工具104被配置成可在导航到靶标位置和移除LG 92后插入导管引导组件90、100中。微波消融工具操作104被配置成与微波发生器106一起操作，以通过例如使用微波能来加热组织中的蛋白质并使之变性，导致特定组织的凝结和死亡，由此治疗靶标位置处的组织。微波消融工具104可包括各种微波消融工具和/或导管中的任何一种，其示例在以下专利中有更全面的描述：美国专利9,259,269、9,247,993和9,044,254；以及Ladtkow等人于2013年3月15日提交的标题均为“MICROWAVE ABLATION CATHETER AND METHOD OF USINGTHE SAME”的美国专利申请公开2014/0046176和2014/0046211，以上每一者的全部内容以引用方式并入本文。还示出了近距离放射治疗工具108，其可用于通过例如使用HDR近距离放射治疗处理，诸如通过在患者体内放置和/或移动放射性种子，来治疗靶标位置处的组织。近距离放射治疗工具108被配置为与后装治疗机110一起操作以接收放射性材料。虽然图1中仅显示了活检工具102、微波消融工具104和近距离放射治疗工具108，本领域技术人员将认识到可在不脱离本公开的范围的情况下类似地调配和跟踪其它工具，包括例如RF消融工具、化学疗法工具、冷冻消融工具等。
在主要治疗(例如，微波消融、射频消融、局部化疗治疗、放射治疗、外科手术，冷冻治疗、基因治疗和/或高剂量辐射近距离放射治疗)之后，为了防止再种植效应，通往和来自主要治疗部位的AVL管腔接受二次治疗，例如通过使用HDR近距离放射治疗，但是也设想了其它治疗方法，并且本领域技术人员将理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下使用此类其它治疗方法。沿AVL束的此类治疗使气道保持专用，但治疗疾病的可能遵循这些途径以再种植并导致疾病扩散的细胞成分。在另一个实施方案中，主要治疗可包括外束辐射，诸如立体定向身体放射疗法(SBRT)和/或图像引导的放射疗法(IGRT)、治疗和/或亚叶外科切除。在此类主要治疗之后，随后可以利用辅助治疗来治疗AVL管腔，如下所述。因此，主要治疗和辅助治疗不需要是单个治疗过程的一部分，并且可以是单独的治疗过程。
现在参见图2A和图2B，其中示出了用于沿AVL束执行治疗的示例性方法的流程图。图2A示出了该方法在AVL治疗过程的规划阶段期间发生的部分，图2B示出了该方法在AVL治疗过程的导航阶段期间发生的部分。
该方法可从步骤S302开始，在该步骤，计算设备80接收患者的肺的图像数据。如上所述，可从使用各种成像方法的各种成像设备接收图像，但出于示例性目的，这里的描述将使用CT扫描数据作为图像数据。
在步骤304，在计算设备80上执行的应用程序81基于所接收的图像数据来标测患者的气道树、血管树和淋巴树的位置。例如，应用程序81可以使用各种图像处理和区域生长技术来确定患者的AVL树的位置，并基于所确定的患者的AVL树的位置生成患者的AVL树的标测图。使用此类图像处理和区域生长技术的系统、设备和方法的示例在Bharadwaj等人于2015年8月10日提交的标题为“TREATMENT PROCEDURE PLANNING SYSTEM AND METHOD”的共同未决申请14/821,950以及由Markov等人于2015年6月30日提交的标题为“SYSTEM ANDMETHOD FOR SEGMENTATION OF LUNG”的共同未决申请14/754,867中公开，以上每者的全部内容均以引用方式并入本文。另外，应用程序81可以使用关于在患者呼吸循环期间患者气道的运动的数据来补偿检测到的患者AVL树的位置的差异。用于检测在患者的吸循环期间患者气道的运动的系统、设备和方法在由Lev A.Koyrakh和Ofer Barasofsky于2016年9月1日提交的标题为“RESPIRATION MOTION COMPENSATION FOR LUNG MAGNETIC NAVIGATIONSYSTEM”的美国专利申请序列号15/254,141中进一步描述，其全部内容以引用方式并入本文。
此后，或与此同时，在步骤S306，应用程序81生成患者气道的3D模型。该3D模型可以基于在步骤S302期间接收的图像数据、先前存储在计算设备80上的图像数据，和/或先前生成的该患者的3D模型。接下来，在步骤S308，识别治疗靶标。这可以由正在查看图像数据和/或3D模型并在3D模型上标记靶标位置的临床医生手动执行，或者使用图像处理技术自动执行，由此应用程序81基于图像数据和3D模型识别可能的靶标位置。所识别的治疗靶标和周围组织将被用作主要治疗部位。
在已经鉴定了治疗靶标之后，在步骤S309处，应用程序81进一步分析主要治疗部位，以确定哪些血管和/或淋巴管腔行进至并且/或者穿过主要治疗部位。然后，在步骤S310处，应用程序81经由周围气道确定从靶标位置返回到气管的路径。在一些实施方案中，应用程序81可确定从气管处开始并且行进至靶标位置的路径。应用程序81使用所鉴定的治疗靶标在3D模型上的位置并且跟踪穿过气道通向气管的路径。在步骤S309中，应用程序81可选择作为路径的一部分鉴定到的伴随血管和/或管腔的气道。
在一些实施方案中，可存在多于一个的行进至和/或穿过靶标位置的血管管腔。因此，在步骤S312处，应用程序81确定是否存在通向治疗靶标的位置的另外路径。另外的路径可经由伴随行进到靶标位置并且/或者穿过靶标位置的另外血管管腔的气道和/或靠近治疗靶标的其他气道。如果应用程序81确定了存在通向治疗靶标的位置的另外路径，则处理返回至步骤S310，在该步骤处，应用程序81确定通向治疗靶标的另一路径。
如果不存在通向治疗靶标的另外路径，则处理前进至步骤S314，在该步骤处，治疗参数被配置成用于每个确定的路径。治疗参数可由临床医生手动配置，并且/或者可由应用程序81自动配置。例如，应用程序81可鉴于待治疗靶标的类型和路径的特性(诸如，路径长度、其行进穿过的管腔的宽度以及气道与伴随血管管腔和淋巴官腔之间的距离)来确定哪种类型的治疗将是最有效的。用于确定哪种类型的治疗将最有效的其他因素可包括各种管腔之间的取向和直径在呼吸阶段的变化、待治疗肿瘤或病灶的类型和/或待治疗疾病的状态。治疗参数可包括所用治疗设备的治疗类型、治疗时间、治疗速度、功率和温度等。例如，当使用短距离放射治疗工具108时，治疗参数可包括短距离放射治疗工具108的放射性粒子暴露的时间、短距离放射治疗工具108移动穿过患者气道的速度、以及短距离放射治疗工具108在被重新覆盖之前应该移动的距离。在其中使用微波消融工具104的另一个示例中，治疗参数可包括微波消融工具104的消融天线激活应持续的时间、天线应被激活的时刻、天线被配置成操作时所处的功率以及天线被配置成操作时所处的温度。尽管此处作为示例提及了短距离放射治疗工具108和微波消融工具104，但存在被设想成也可用于AVL治疗过程期间的许多其他治疗方法，所以这些示例并不旨在限制。
如图2A所示，上文所述步骤S302至S314形成AVL治疗过程的规划阶段的一部分。尽管这些步骤中的一些或全部均可在AVL治疗过程的导航阶段期间重复，但在导航阶段开始之前至少执行这些步骤一次。另外，如上文以引用方式并入的文献中所公开的那样，各种其他步骤也可被包括在AVL治疗过程的规划阶段中。然而，这些步骤与用于执行ENB过程的规划的步骤相同或类似，诸如上文所提及的美国专利公布No.2014/0281961、No.2014/0270441和No.2014/0282216中所描述的那样。
在完成AVL治疗过程的规划阶段之后，临床医生可发起导航阶段。类似于上文对规划阶段的描述，为了简洁起见，此处省略了导航阶段的多个步骤，但这些步骤与用于执行EMN过程的导航阶段的步骤相同或类似，诸如上文所提及的美国专利申请No.14/753,288中所描述的。
导航阶段通常从应用程序81显示包括通向治疗靶标的路径的3D模型的视图开始，如图2B的步骤S316中所述并且如图4所示。然后，支气管镜50(EWC 96,LG 92)和/或工具102、104和108被插入到患者的气道中。随后或者与其同时，在步骤S318处，应用程序81通过使用例如EM跟踪系统70来确定EM传感器94在患者气道内的位置。反复重复步骤S318，同时EM传感器94在患者气道周围进行导航。
在导航阶段期间，计算设备80可接收患者肺部的另外的图像数据，例如，来自与AVL治疗过程的导航阶段同时执行或者在AVL治疗过程的导航阶段期间间隔执行的锥形束计算机断层摄影(CBCT)扫描和/或超声波扫描的图像数据。在接收此类另外的图像数据之后，应用程序81可根据另外的数据更新3D模型。应用程序81还可基于在导航阶段期间收集的数据(诸如，与EM传感器94的位置相关的数据)来更新3D模型。此外，在步骤S320处，应用程序81可更新所显示的3D模型的视图，以基于(1)确定的EM传感器94在患者气道内的位置以及(2)步骤S314期间配置的治疗参数来显示治疗区域。
如果根据步骤S314处配置的治疗参数来执行治疗，则治疗区域对应于将由治疗设备治疗的区域。例如，如果治疗设备为短距离放射治疗工具108并且如果短距离放射治疗工具108沿气道以预配置的速度移动，则治疗区域将对应于气道周围将被放射粒子辐射的组织的区域。类似地，如果治疗设备为微波消融工具104，那么如果微波消融工具104基于预配置的参数激活，则治疗区域将对应于气道周围将被天线消融的组织的区域。在一个实施方案中，治疗区域包括血管和淋巴管腔，该血管和淋巴管腔伴随路径经由其行进的气道。
应用程序81还可使用关于患者呼吸周期的数据来补偿患者气道在患者呼吸周期的各个阶段期间的移动。例如，如果应用程序81确定患者的呼吸周期处于特定阶段，则应用程序81可呈现通知临床医生当前显示的EM传感器94位置可能不准确的警示，并且可建议临床医生不进一步进行预定时间的导航，直到患者的呼吸周期处于不同阶段，在该阶段期间，可准确显示EM传感器94的位置。
在另一个实施方案中，如果应用程序81确定患者的呼吸周期处于特定阶段，则应用程序81相对于显示的3D模型视图来调整显示的EM传感器94位置，该显示的3D模型视图基于患者气道的预定生理变化，该患者气道的预定生理变化基于患者呼吸周期的特定阶段。在又一个实施方案中，如果应用程序81确定患者的呼吸周期处于特定阶段，则应用程序81基于患者呼吸周期的特定阶段期间患者气道的预定生理变化来调整所显示的3D模型的视图，以补偿患者呼吸周期的特定阶段期间出现的已知生理变化，使得所显示的EM传感器94的位置保持在气道内，如3D模型上所显示的那样。
当EM传感器94被导航到治疗靶标时，可反复重复步骤S318和S320。到达治疗靶标之后，当EM传感器94已被导航成靠近治疗靶标并且已经到达主要治疗部位时，可确认EM传感器94的放置，诸如，通过使用CBCT和/或荧光镜扫描来验证事实上EM传感器94已经靠近治疗靶标。然后，在步骤S322处，应用程序81接收来自临床医生的用户输入以开始治疗。如上文所述，设想了几种治疗方法，并且治疗的顺序可根据治疗方法来变化。例如，在一些实施方案中，可首先治疗主要治疗部位(即，治疗靶标的标记位置)，诸如，通过外科手术(诸如，叶切除术、切除和/或肺减容手术)以及其他类型的治疗(诸如，射频(RF)消融、微波消融、化学疗法、基因疗法、HDR短距离放射治疗和/或本领域技术人员已知的任何其他相关治疗)。可在主要治疗部位的治疗完成之后处理通向治疗靶标的路径。在另一个实施方案中，可首先处理通向治疗靶标的路径，然后治疗主要治疗部位。
在又一个实施方案中，血管和/或淋巴管腔的位置可通过将不透射线的物质注射到治疗靶标和/或导向治疗靶标的管腔中来鉴定，并且使用成像来确定从治疗靶标引出的血管和/或淋巴管腔。例如，可确定引向主要治疗部位的淋巴结的位置，诸如通过使用荧光染料和/或其他不透射线的材料。然后，此类淋巴结可用作化疗药物以及可在治疗主要治疗部位之前或之后注射的其他试剂的注射部位。此外，从主要治疗部位引出的淋巴管腔可使用上文所述的辅助治疗方法来治疗，并且/或者可被暂时或永久地阻塞以防止癌细胞经由淋巴系统从主要治疗部位扩散，并且保持注射的化疗药物定位到主要治疗部位。使用该方法，可将定向化疗治疗施用到主要治疗部位和导向主要治疗部位的淋巴结两者。
类似于上文所述的通过确定导向主要治疗部位并从主要治疗部位引出的管腔的流动模式经由淋巴管腔来治疗主要治疗部位的方法，可类似地使用血管系统。可通过将化疗药物注射到此类动脉中来执行经由导向主要治疗部位的一个或多个动脉的主要治疗部位的引导和/或定位治疗。
出于说明目的，下文描述了一个示例：首先治疗主要治疗部位，其次用HDR短距离放射治疗治疗通向治疗靶标的路径。在步骤S324处，应用程序81接收主要治疗部位的治疗已完成的指示。该指示可来自临床医生手动选择应用程序81中的按钮，或者可为基于所使用的治疗工具和/或配置的治疗参数来进行的自动确定。在一些实施方案中，其中将不同的治疗方法用于主要治疗部位和AVL束的辅助治疗，可能需要移除用于主要治疗部位的治疗的治疗工具，并且在完成主要治疗部位的治疗之后以及在辅助治疗开始之前插入用于AVL束的辅助治疗的治疗工具。例如，在治疗主要治疗部位的方法使用微波消融工具104以及AVL束的辅助治疗使用短距离放射治疗工具108的情况下，可能必须移除微波消融工具104，并且在完成微波消融过程之后以及在开始HDR短距离放射治疗之前插入短距离放射治疗工具108。在另一个示例中，其中使用不同类型的化学疗法来进行主要治疗部位和AVL束的辅助治疗，化疗治疗工具可能必须在治疗之间切换。
然后，应用程序81显示临床医生开始进行辅助治疗的提示。如上所述，辅助治疗旨在局部治疗由于主要治疗或作为整个身体的自然疾病进展的一部分而导致的肿瘤材料扩散和/或再种植的主要途径。在主要治疗为微波消融的情况下，在施加能量和充分凝聚组织之后，辅助治疗可以涉及HDR近距离放射治疗。在可以开始辅助治疗之前，如上所述，通过沿着路径移动治疗工具，例如近距离放射治疗工具108的放射性种子以治疗AVL束来放置近距离放射治疗工具108。例如，这可能涉及将近距离放射治疗工具108从靶标部位朝近侧移向气管，以便首先治疗最远侧组织(最可能具有携带疾病的组织)并且当临床医生认为合适时，使未治疗组织远离靶标部位。
在近距离放射治疗工具108的移动期间，应用程序81可以在步骤S326处基于治疗参数和治疗时间更新3D模型的显示视图。在EM传感器94嵌入工具102、104和/或108或导管诸如EWC 96的一些实施方案中，还可以使用工具102、104和/或108或EWC 96的确定位置。例如，3D模型的更新视图可以指示AVL束的治疗进程。在步骤S328处，应用程序81基于经配置的治疗参数和治疗持续时间确定路径的治疗是否完成。当应用程序81确定路径的治疗完成时，应用程序81可以向临床医生显示警告以停用治疗工具，诸如通过重新覆盖近距离放射治疗工具108的放射性种子，并且处理可以行进至步骤S330。如果应用程序81确定路径的治疗尚未完成，则处理返回到步骤S326。该确定还可以由临床医生停止治疗并指导应用程序81进行下一步骤来手动执行。
在步骤S330处，应用程序81确定是否存在待治疗的其他路径。如果存在待治疗的其他路径，则处理返回到步骤S316，其中应用程序81显示3D模型的视图，其示出了通向治疗靶标的下一路径。如果应用程序81确定不存在其他待治疗的路径，则处理结束。
虽然本文中主要描述为在导航期间使用LG 92，但是EM传感器94可以另选地或另外地结合到插入EWC 96中以及/或者并入EWC 96自身中的不同类型的工具中。工具的这些EM传感器94使得能够跟踪它们的位置并辅助工具的导航。与LG 94一样，工具上的EM传感器94的跟踪位置可以在患者胸部以及位于其中的气道/血管和淋巴树的三维(3D)模型上可视地显示。参考3D模型和/或2D图像以及计划的路径，EM传感器94在患者体内的位置有助于临床医生围绕气道导航并因此导航患者的AVL树。如下所述，工具102、104和/或108可进一步被配置为与跟踪系统70结合使用，便于将工具102、104和/或108导航到靶标组织，跟踪工具102、104和108中的一者或多者的位置，因为该跟踪系统相对于靶标组织被操纵以治疗靶标组织，以及/或者标记靶标组织的治疗位置。图4示出了可以在AVL治疗过程的导航阶段期间由应用程序81显示的示例性用户界面216。用户界面216可包括各种视图，例如支气管镜视图470、虚拟支气管镜视图472和3D图动态视图482。支气管镜视图470向临床医生呈现从支气管镜50接收的实时图像。支气管镜视图470允许临床医生实时地在视觉上观察患者的气道，因为支气管镜50被导航通过患者的气道朝向主要治疗部位。
虚拟支气管镜视图472向临床医生呈现从3D模型生成的患者气道壁的3D渲染474。虚拟支气管镜视图472还向临床医生呈现导航路径476，其提供临床医生将需要导航以到达主要治疗部位的方向的指示。导航路径476可以与3D渲染474形成对比的颜色或形状呈现，使得临床医生可以容易地确定期望的行进路径。另外，伴随支气管镜50所在的气道的血管管腔可以显示为3D模型的虚拟支气管镜视图472的一部分，诸如血管管腔478所示。类似地，伴随支气管镜50所在的气道的淋巴管腔可以显示为3D模型的虚拟支气管镜视图472的一部分，诸如淋巴管腔479所示。
3D图动态视图482呈现从3D模型生成的患者气道的动态3D模型484。动态3D模型484的取向基于患者气道内的EM传感器94的移动自动更新，为临床医生提供动态3D模型484的视图，该动态3D模型相对不受不在通向靶标452的路径上的气道分支的阻碍。另外，伴随气道树的血管管腔可以显示为3D图动态视图482的一部分，诸如血管管腔478所示。类似地，伴随气道树的淋巴管腔可以显示为3D图动态视图482的一部分，诸如淋巴管腔479所示。
现在转向图3，其显示了计算装置80的系统图。计算装置80可包括：存储器202、处理器204、显示器206、网络接口208、输入装置210以及/或者输出模块212。
存储器202包括可由处理器204执行的用于存储数据和/或软件的任何非暂态计算机可读存储介质，其控制着计算装置80的运行。在实施方案中，存储器202可包括一个或多个固态存储装置，诸如闪存存储器芯片。作为另外一种选择，或除了所述一个或多个固态存储装置之外，存储器202可包括一个或多个大容量存储装置，该一个或多个大容量存储装置通过大容量存储控制器(未示出)和通信总线(未示出)连接至处理器204。虽然本文所述的计算机可读介质是指固态存储器，但本领域的技术人员应当理解，计算机可读存储介质可以是可以通过处理器204访问的任何可用介质。也就是说，计算机可读存储介质包括以任何方法或技术实现的用于存储信息如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的非暂态、易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。例如，计算机可读存储介质包括：RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存存储器或其他固态存储器技术、CD-ROM、DVD、蓝光或其他光学存储器、磁带、磁条、磁盘存储器或其他磁存储装置、或可以用于存储所需信息并可以通过计算装置80访问的任何其他介质。
存储器202可存储应用程序81和/或CT数据214。当由处理器204执行时，应用程序81可使得显示器206提供用户界面216。网络接口208可被配置为连接至网络，诸如由有线网络和/或无线网络组成的局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线移动网络、蓝牙网络以及/或者互联网。输入装置210可以是用户可倚之与计算设备80进行交互的任何装置，如例如，鼠标、键盘、脚踏板、触摸屏以及/或者语音界面。输出模块212可包括任何连接端口或总线，例如，并行端口、串行端口、通用串行总线(USB)或本领域的技术人员已知的任何其他类似的连接端口。
尽管在附图中已经示出了本公开的若干实施方案，但是本公开不旨在限于此，因为本公开旨在与本领域所允许的范围那样宽泛，并且旨在同样宽泛地阅读说明书。因此，以上说明不应理解为限制性的，而是仅作为具体实施方案的例示。本领域的技术人员能够设想在本文所附权利要求书的范围和实质内的其他修改。

Claims (5)

1.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储指令，当所述指令由计算机执行时，使得所述计算机：
接收患者肺部的图像数据；
基于所接收的图像数据确定所述患者肺部内的一个或多个管腔网络的位置；
识别所述图像数据中的治疗靶标；
确定经由所述管腔网络中的至少一个管腔网络通向所述治疗靶标的管腔路径；
配置治疗参数以用于对所述治疗靶标和所述管腔网络中的至少一个管腔网络进行治疗；
提供指令以在所述管腔网络中的至少一个管腔网络内导航工具；
提供指令以由所述工具用主要治疗方式治疗所述治疗靶标，其中所述主要治疗方式是高剂量近距离放射治疗；以及
提供指令以由所述工具或另外的工具用辅助治疗方式治疗通向所述治疗靶标或来自所述治疗靶标的所述管腔网络中的至少一个管腔网络的所述管腔路径。
2.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读存储介质，还包括指令，所述指令在被执行时，使得所述计算机显示治疗进程。
3.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读存储介质，其中所述管腔网络中的至少一个管腔网络的治疗包括对所述患者肺部、血管和淋巴网络中的一者或多者的治疗。
4.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读存储介质，还包括指令，所述指令在被执行时，使得所述计算机在所述工具在所述管腔网络中的至少一个管腔网络内导航时跟踪所述工具的位置。
5.根据权利要求1所述的非暂态计算机可读存储介质，还包括指令，所述指令在被执行时，使得所述计算机：
确定经由所述管腔网络中的至少一个管腔网络通向所述治疗靶标的第二管腔路径，并且
提供指令以用所述辅助治疗方式治疗通向所述治疗靶标或来自所述治疗靶标的所述管腔网络中的至少一个管腔网络的所述第二管腔路径。
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