CN114730631A - 用于优化换能器阵列放置的方法和装置 - Google Patents

用于优化换能器阵列放置的方法和装置 Download PDF

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CN114730631A CN202080083729.3A CN202080083729A CN114730631A CN 114730631 A CN114730631 A CN 114730631A CN 202080083729 A CN202080083729 A CN 202080083729A CN 114730631 A CN114730631 A CN 114730631A
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Abstract

一种方法，包括：确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域；确定横穿受试者身体一部分的平面（1010），其中所述平面包括沿着平面轮廓的多个位置对；基于解剖限制，调整多个对中的一个或多个位置以生成经修改的平面（1020）；为每个对确定模拟电场分布（1030）；基于模拟电场分布，确定每个对的剂量度量（1040）；确定满足角度限制的一个或多个对集合（1050）；并且基于剂量度量和满足角度限制的一个或多个位置对集合，确定候选换能器阵列布局图（1070）；以及因此装置。

Description

用于优化换能器阵列放置的方法和装置
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2019年12月2日提交的美国临时申请号62/942,595的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文中。
背景技术
肿瘤治疗场或TTFields是中频范围（100-300kHz）内的低强度（例如，1-3 V/cm）交变电场。这种非侵入性治疗以实体肿瘤为目标，并且在美国专利号7,565,205中描述，其通过引用以其整体并入本文中。TTFields在有丝分裂期间通过与关键分子的物理相互作用破坏细胞分裂。TTFields疗法是针对复发性胶质母细胞瘤的经批准的单一治疗，并且是针对新诊断患者的经批准的化疗联合疗法。这些电场由直接放置在患者的头皮上的换能器阵列（即，电极阵列）非侵入性地感应。TTFields似乎也有益于治疗身体其它部位中的肿瘤。
发明内容
所描述的方法包括：确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）；基于ROI的中心，确定横穿受试者身体一部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的多个位置对；基于解剖限制，调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面；为经修改的平面上的多个位置对中的每个位置对确定模拟电场分布；基于模拟电场分布，确定多个位置对中的每个位置对的剂量度量；确定满足换能器阵列对之间的角度限制的多个位置对中的一个或多个位置对集合；以及基于剂量度量和满足角度限制的一个或多个位置对集合，确定一个或多个候选换能器阵列布局图。
还描述了方法，包括：确定受试者身体一部分的三维（3D）模型；确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）；基于3D模型、ROI和解剖限制参数，为一个换能器阵列对的多个位置中的每一个确定电场分布图；基于电场分布图为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合确定ROI中的多个剂量度量；基于角度限制参数和ROI中的多个剂量度量，确定一个或多个候选换能器阵列布局规划；通过调整换能器阵列对的一个或多个换能器阵列的位置或取向，为一个或多个候选换能器阵列布局规划中的每一个确定一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划；为每个经调整的候选换能器阵列布局规划确定ROI中经调整的剂量度量；以及基于ROI中经调整的剂量度量，从经调整的候选换能器阵列布局规划确定最终换能器阵列布局规划。
附加的优点将在以下描述中部分阐述，或者可以通过实践了解。优点将借助于所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。将理解，前述一般描述和以下详细描述二者仅是示例性和解释性的，而不是限制性的。
附图说明
为了容易标识任何特定元件或行为的讨论，参考编号中的（一个或多个）最高有效数字指的是其中该元件首次引入的附图编号。
图1示出了电疗治疗的示例装置。
图2示出了示例换能器阵列。
图3A和图3B图示了用于电疗治疗的装置的示例应用。
图4A示出了放置在患者头部上的换能器阵列。
图4B示出了放置在患者腹部上的换能器阵列。
图5A，放置在患者躯干上的换能器阵列。
图5B示出了放置在患者骨盆上的换能器阵列。
图6是描绘电场生成器和患者支持系统的框图。
图7图示了来自有限元方法模拟模型的冠状视图中所示出的电场幅度和分布（以V/cm为单位）。
图8A示出了三维阵列布局图800。
图8B示出了换能器阵列在患者头皮上的放置。
图9A示出了包含最顶端图像的轴向T1序列切片，包括用于测量头部大小的轨道。
图9B示出了选择用于测量头部大小的耳道水平处的图像的冠状T1序列切片。
图9C示出了对比后T1轴向图像，其示出了用于测量肿瘤位置的最大增强肿瘤直径。
图9D示出了对比后T1冠状图像，其示出了用于测量肿瘤位置的最大增强肿瘤直径。
图10示出了一种示例优化方法。
图11A示出了基于患者头部中肿瘤中心点的示例横向平面图。
图11B示出了基于患者胸部中肿瘤中心点的示例横向平面图。
图12示出了示例图谱（atlas）。
图13A-13B示出了指示换能器阵列的有效和无效位置的患者模型（例如，解剖限制）。
图14示出了将解剖限制施加到横向平面轮廓上的位置。
图15示出了换能器阵列对沿着通过头部的横向平面轮廓的旋转。
图16示出了换能器阵列对沿着通过胸部的横向平面轮廓的旋转。
图17示出了将角度限制施加到横向平面轮廓上的位置。
图18示出了示例接口。
图19是描绘示例操作环境的框图。
图20示出了一种示例方法。
图21示出了一种示例方法。
具体实施方式
在公开和描述本方法和系统之前，将理解，该方法和系统不限于特定方法、特定组件或特定实现。还将理解，本文中使用的术语仅为了描述特定实施例，而不意图是限制性的。
如说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确规定。范围在本文中可以表达为从“大约”一个特定值，和/或到“大约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“大约”将值表达为近似值时，将理解，特定值形成另一个实施例。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点是重要的，并且独立于另一个端点。
“可选”或“可选地”意味着后续描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括其中所述事件或情况发生的实例和其中所述事件或情况不发生的实例。
贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包括（comprise）”以及该词语的变体，诸如“包括（comprising）”和“包括（comprises）”，意味着“包括但不限于”，并且不意图排除例如其它组件、整体或步骤。“示例性的”意指“……的示例”，并不意图传达优选或理想实施例的指示。“诸如”不以限制性意义使用，而是出于解释性的目的。
公开了可以用于施行公开的方法和系统的组件。本文中公开了这些和其它组件，并且应当理解，当这些组件的组合、子集、相互作用、组等被公开时，虽然可能没有明确公开对这些中的每个不同个体和集体组合和排列的特定参考，但是对于所有方法和系统，每个均在本文中被具体设想和描述。这适用于本申请的所有方面，包括但不限于公开的方法中的步骤。因此，如果存在可以施行的多种附加步骤，则应当理解，这些附加步骤中的每一个均可以用所公开方法的任何特定实施例或实施例的组合来施行。
通过参考优选实施例的以下详细描述和其中包括的示例以及附图和它们先前和以下描述，可以更容易地理解本方法和系统。
如本领域技术人员将理解的，方法和系统可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式。此外，该方法和系统可以采取计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机可读存储介质具有体现在该存储介质中的计算机可读程序指令（例如，计算机软件）。更特别地，本方法和系统可以采取网络实现的计算机软件的形式。可以利用任何合适的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光学存储设备或磁性存储设备。
下面参考方法、系统、装置和计算机程序产品的框图和流程图说明描述方法和系统的实施例。将理解，框图和流程图说明中的每个框以及框图和流程图说明中的框的组合可以分别由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置上以产生机器，使得在计算机或其它可编程数据处理装置上执行的指令创建用于实现（一个或多个）流程图框中指定的功能的部件。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式运转，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实现（一个或多个）流程图框中指定的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令还可以被加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，以使一系列操作步骤在计算机或其它可编程装置上施行，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现（一个或多个）流程图框中指定的功能的步骤。
因此，框图和流程图说明的框支持用于施行指定功能的部件的组合、用于施行指定功能的步骤的组合和用于施行指定功能的程序指令部件。还将理解，框图和流程图说明中的每个框以及框图和流程图说明中的框的组合可以由施行指定功能或步骤的基于专用硬件的计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
TTFields（在本文中也称为交变电场）被建立为抗有丝分裂的癌症治疗方式，因为它们在中期期间干扰适当的微管组装，并最终在末期和胞质分裂期间毁坏细胞。疗效随着场强的增加而增加，并且最佳频率与癌细胞系相关，其中200kHz是由TTFields引起的胶质瘤细胞生长抑制最高的频率。对于癌症治疗，开发了具有电容耦合换能器的非侵入式设备，该设备直接放置在接近肿瘤的皮肤区域处，例如，用于患有多形性胶质母细胞瘤（GBM）的患者，所述GBM是人类最常见的原发性恶性脑肿瘤。
因为TTFields的效应是定向的，其中平行于场分裂的细胞比以其它方向分裂的细胞受到的影响更大，并且因为细胞以所有方向分裂，所以TTFields通常通过在治疗的肿瘤内生成垂直场的两个换能器阵列对递送。更具体地，一个换能器阵列对可以位于肿瘤的左侧和右侧（LR），而另一个换能器阵列对可以位于肿瘤的前部和后部（AP）。在这两个方向（即，LR和AP）之间循环场确保以最大范围的细胞取向为目标。换能器阵列的其它位置被设想超出垂直场。在实施例中，设想了三个换能器阵列的不对称定位，其中三个换能器阵列中的一对可以递送交变电场，并且然后三个换能器阵列中的另一对可以递送交变电场，而三个换能器阵列中的剩余一对可以递送交变电场。
体内和体外研究示出，随着电场强度的增加，TTFields疗法的疗效也会增加。因此，优化患者头皮上的阵列放置以增加大脑病变区域中的强度是Optune系统的标准实践。阵列放置优化可以通过描述患者头部的几何形状、肿瘤尺寸和/或肿瘤位置的“经验法则”（例如，将阵列放置在尽可能接近肿瘤的头皮上）测量来施行。用作输入的测量可以从成像数据导出。成像数据意图包括任何类型的视觉数据，例如单光子发射计算机断层扫描（SPECT）图像数据、x射线计算机断层扫描（x射线CT）数据、磁共振成像（MRI）数据、正电子发射断层扫描（PET）数据、可以由光学仪器（例如，照相相机、电荷耦合设备（CCD）相机、红外相机等）捕获的数据以及诸如此类。在某些实现中，图像数据可以包括从3D扫描仪获得或由3D扫描仪生成的3D数据（例如，点云数据）。优化可以依赖于对电场如何作为阵列位置的函数在头部内分布的理解，并且在一些方面，考虑不同患者头部内电属性分布的变化。
图1示出了用于电疗治疗的示例装置100。一般而言，装置100可以是便携式电池或电源操作的设备，其经由非侵入式表面换能器阵列在身体内产生交变电场。装置100可以包括电场生成器102和一个或多个换能器阵列104。装置100可以被配置为经由电场生成器102生成肿瘤治疗场（TTFields）（例如，在150kHz下），并且通过一个或多个换能器阵列104将TTFields递送到身体的区域。电场生成器102可以是电池和/或电源操作的设备。在实施例中，一个或多个换能器阵列104是均匀成形的。在实施例中，一个或多个换能器阵列104不是均匀成形的。
电场生成器102可以包括与信号生成器108通信的处理器106。电场生成器102可以包括控制软件110，其被配置用于控制处理器106和信号生成器108的性能。
信号生成器108可以生成以波形或脉冲串形状的一个或多个电信号。信号生成器108可以被配置为在范围从大约50kHz到大约500kHz（优选地从大约100kHz到大约300kHz）的频率下生成交流电压波形（例如，TTFields）。电压是这样的使得待治疗组织中的电场强度在大约0.1 V/cm到大约10 V/cm的范围内。
电场生成器102的一个或多个输出114可以耦合到一个或多个导电引线112，所述导电引线112在其一端附接到信号生成器108。导电引线112的相对端连接到由电信号（例如，波形）激活的一个或多个换能器阵列104。导电引线112可以包括具有柔性金属屏蔽的标准隔离导体，并且可以接地以防止导电引线112生成的电场扩散。一个或多个输出114可以顺序操作。信号生成器108的输出参数可以包括例如场强、波的频率（例如，治疗频率）以及一个或多个换能器阵列104的最大可允许温度。输出参数可以由控制软件110结合处理器106来设置和/或确定。在确定期望的（例如，最佳的）治疗频率之后，控制软件110可以使处理器106向信号生成器108发送控制信号，该控制信号使信号生成器108向一个或多个换能器阵列104输出期望的治疗频率。
一个或多个换能器阵列104可以被配置为以各种形状和位置，以在目标体积处生成期望配置、方向和强度的电场，从而聚焦治疗。一个或多个换能器阵列104可以被配置为通过感兴趣的体积递送两个垂直的场方向。
一个或多个换能器阵列104阵列可以包括一个或多个电极116。一个或多个电极116可以由具有高介电常数的任何材料制成。一个或多个电极116可以包括例如一个或多个绝缘陶瓷盘。电极116可以是生物相容的，并且耦合到柔性电路板118。电极116可以被配置为不与皮肤直接接触，因为电极116通过一层导电水凝胶（未示出）与皮肤分离（类似于心电图衬垫上发现的那个）。
电极116、水凝胶和柔性电路板118可以附接到低过敏性医用粘性绷带120，以将一个或多个换能器阵列104保持在身体上的适当位置并与皮肤持续直接接触。每个换能器阵列104可以包括一个或多个热敏电阻（未示出），例如8个热敏电阻（准确度±1℃），以测量换能器阵列104下方的皮肤温度。热敏电阻可以被配置为周期性地（例如每秒）测量皮肤温度。热敏电阻可以由控制软件110在不递送TTFields时读取，以避免对温度测量的任何干扰。
如果在两次后续测量之间，测量的温度低于预设的最高温度（Tmax），例如38.5-40.0℃±0.3℃，则控制软件110可以增加电流，直到电流达到最大治疗电流（例如，4安培峰峰值）为止。如果温度达到Tmax+0.3℃并继续上升，则控制软件110可以降低电流。如果温度上升到41℃，则控制软件110可以关闭TTFields疗法，并且可以触发过热警报。
一个或多个换能器阵列104可以在大小上变化，并且可以包括基于患者身体大小和/或不同疗法治疗的变化数量的电极116。例如，在患者胸部的背景下，小换能器阵列可以每个包括13个电极，并且大换能器阵列可以每个包括20个电极，其中电极在每个阵列中串联互连。例如，如图2中所示出的，在患者头部的背景下，每个换能器阵列可以每个包括9个电极，其中电极在每个阵列中串联互连。
设想并且也可以使用一个或多个换能器阵列104的替代构造，包括例如使用非盘形陶瓷元件的换能器阵列，以及使用定位在多个扁平导体上的非陶瓷介电材料的换能器阵列。后者的示例包括设置在印刷电路板上的衬垫上或金属扁平片上的聚合物膜。也可以使用使用非电容耦合的电极元件的换能器阵列。在这种情形下，换能器阵列的每个元件将使用导电材料区域来实现，该导电材料区域被配置用于抵靠受试者/患者的身体放置，在导电元件和身体之间没有设置绝缘介电层。也可以使用用于实现换能器阵列的其它替代构造。任何换能器阵列（或类似的设备/组件）配置、布置、类型和/或诸如此类都可以用于本文中所描述的方法和系统，只要换能器阵列（或类似的设备/组件）配置、布置、类型和/或诸如此类（a）能够将TTFields递送到受试者/患者的身体，并且（b）可以如本文中所描述的那样定位、布置和/或放置在患者/受试者身体的一部分上。
装置100的状态和监控的参数可以存储在存储器（未示出）中，并且可以通过有线或无线连接传送到计算设备。装置100可以包括显示器（未示出），用于显示视觉指示器，诸如通电、治疗开启、警报和低电量。
图3A和图3B图示了装置100的示例应用。示出了换能器阵列104a和换能器阵列104b，每个分别并入低过敏性医用粘性绷带120a和120b中。低过敏性医用粘性绷带120a和120b被施加到皮肤表面302。肿瘤304位于皮肤表面302和骨组织306下面，并且位于脑组织308内。电场生成器102使换能器阵列104a和换能器阵列104b在脑组织308内生成交变电场310，该交变电场310破坏肿瘤304的癌细胞所展现出的快速细胞分裂。交变电场310已经在非临床实验中示出阻止肿瘤细胞增殖和/或毁坏肿瘤细胞。交变电场310的使用利用了分裂癌细胞的特殊特性、几何形状和速率，这使得它们容易受到交变电场310的影响。交变电场310以中频（100-300kHz的量级）更改它们的极性。用于特定治疗的频率可以特定于被治疗的细胞类型（例如，针对MPM为150kHz）。交变电场310已经示出破坏有丝分裂纺锤体微管组装，并导致胞质分裂期间细胞内大分子和细胞器的介电泳错位。这些过程导致细胞膜的物理破坏和程序性细胞死亡（凋亡）。
因为交变电场310的效应是定向的，其中平行于该场分裂的细胞比以其它方向分裂的细胞受到的影响更大，并且因为细胞以所有方向分裂，所以交变电场310可以通过在治疗的肿瘤内生成垂直场的两个换能器阵列对104递送。更具体地，一个换能器阵列对104可以位于肿瘤的左侧和右侧（LR），而另一个换能器阵列对104可以位于肿瘤的前部和后部（AP）。在这两个方向（例如，IR和AP）之间循环交变电场310确保以最大范围的细胞取向为目标。在实施例中，交变电场310可以根据换能器阵列104的对称设置（例如，总共四个换能器阵列104，两个匹配对）来递送。在另一个实施例中，交变电场310可以根据换能器阵列104的不对称设置（例如，总共三个换能器阵列104）来递送。换能器阵列104的不对称设置可以接合三个换能器阵列104中的两个来递送交变电场310，并且然后切换到三个换能器阵列104中的另两个来递送交变电场310以及诸如此类。
体内和体外研究示出，随着电场强度的增加，TTFields疗法的疗效也会增加。所描述的方法、系统和装置被配置用于优化患者头皮上的阵列放置，以增加大脑病变区域中的强度。
如图4A中所示出的，换能器阵列104可以放置在患者的头部上。如图4B中所示出的，换能器阵列104可以放置在患者的腹部上。如图5A中所示出的，换能器阵列104可以放置在患者的躯干上。如图5B中所示出的，换能器阵列104可以放置在患者的骨盆上。将换能器阵列104放置在患者身体的其它部分（例如，手臂、腿等）上是具体设想的。
图6是描绘包括患者支持系统602的系统600的非限制性示例的框图。患者支持系统602可以包括被配置为操作和/或存储电场生成器（EFG）配置应用606、患者建模应用608和/或成像数据610的一个或多个计算机。患者支持系统602可以包括例如计算设备。患者支持系统602可以包括例如膝上型计算机、台式计算机、移动电话（例如，智能电话）、平板以及诸如此类。
患者建模应用608可以被配置为根据成像数据610生成患者身体一部分的三维模型（例如，患者模型）。成像数据610可以包括任何类型的视觉数据，例如单光子发射计算机断层扫描（SPECT）图像数据、x射线计算机断层扫描（x射线CT）数据、磁共振成像（MRI）数据、正电子发射断层扫描（PET）数据、可以由光学仪器（例如，照相相机、电荷耦合设备（CCD）相机、红外相机等）捕获的数据以及诸如此类。在某些实现中，图像数据可以包括从3D扫描仪获得或由3D扫描仪生成的3D数据（例如，点云数据）。患者建模应用608还可以被配置为基于患者模型和一个或多个电场模拟来生成三维阵列布局图。
为了适当地优化患者身体一部分上的阵列放置，成像数据610（诸如MRI成像数据）可以由患者建模应用608进行分析，以标识包括肿瘤的感兴趣区域。在患者头部的背景下，为了表征电场如何在人体头部内表现和分布，可以使用基于解剖头部模型的建模框架，该建模框架使用有限元方法（FEM）模拟。这些模拟产生基于磁共振成像（MRI）测量的真实头部模型，并划分头部内的组织类型，诸如颅骨、白质、灰质和脑脊液（CSF）。可以为每种组织类型分配相对电导率和介电常数的介电属性，并且可以运行模拟，由此将不同的换能器阵列配置施加到模型的表面，以理解预设频率的外部施加的电场将如何贯穿患者身体的任何部分（例如大脑）分布。采用成对阵列配置、恒定电流和200kHz的预设频率的这些模拟结果已经表明，电场分布贯穿大脑相对不均匀，并且除了CSF之外，在大多数组织隔室中生成超过1V/cm的电场强度。这些结果是在假设换能器阵列-头皮接口处总电流具有1800毫安（mA）的峰峰值的情况下获得的。这个电场强度阈值足以阻止胶质母细胞瘤细胞系中的细胞增殖。此外，通过操纵成对换能器阵列的配置，有可能实现如图7中所示出的大脑特定区域的电场强度的几乎三倍。图7图示了来自有限元方法模拟模型的冠状视图中所示出的电场幅度和分布（以V/cm为单位）。该模拟采用左右成对的换能器阵列配置。
在一个方面，患者建模应用608可以被配置为基于肿瘤的位置和范围来确定患者的期望的（例如，最佳的）换能器阵列布局。例如，使用轴向和冠状视图，可以从大脑MRI的T1序列确定初始形态测定头部大小测量。可以选择对比后轴向和冠状MRI切片来表明增强病灶的最大直径。采用头部大小和从预确定基准标记到肿瘤边缘的距离的度量，可以评估成对阵列布局的变化排列和组合，以生成将最大电场强度递送到肿瘤部位的配置。如图8A中所示出的，输出可以是三维阵列布局图800。患者和/或看护者可以使用三维阵列布局图800在如图8B中所示出的正常TTFields疗法过程期间在头皮上布置阵列。
在一个方面，患者建模应用608可以被配置为确定患者的三维阵列布局图。可以确定要接收换能器阵列的患者部分的MRI测量。作为示例，MRI测量可以经由标准的医学数字成像和通信（DICOM）查看器接收。MRI测量确定可以自动施行，例如通过人工智能技术的方式，或者可以手动施行，例如通过医生的方式。
手动MRI测量确定可以包括经由DICOM查看器接收和/或提供MRI数据。MRI数据可以包括患者包含肿瘤的部分的扫描。作为示例，在患者头部的背景下，MRI数据可以包括头部的扫描，其包括右额颞肿瘤、右顶颞肿瘤、左额颞肿瘤、左顶枕肿瘤和/或多病灶中线肿瘤中的一个或多个。图9A、图9B、图9C和图9D示出了示出患者头部扫描的示例MRI数据。图9A示出了包含最顶端图像的轴向T1序列切片，包括用于测量头部大小的轨道。图9B示出了选择用于测量头部大小的耳道水平处的图像的冠状T1序列切片。图9C示出了对比后T1轴向图像，其示出了用于测量肿瘤位置的最大增强肿瘤直径。图9D示出了对比后T1冠状图像，其示出了用于测量肿瘤位置的最大增强肿瘤直径。MRI测量可以从头皮外缘处的基准标记开始，并从右、前、上起点切向延伸。形态测定头部大小可以从轴向T1 MRI序列估计，该轴向T1MRI序列选择仍然包括轨道的最顶端图像（或轨道上边缘正上方的图像）。
在一个方面，MRI测量可以包括例如头部大小测量和/或肿瘤测量中的一个或多个。在一个方面，一个或多个MRI测量可以被舍入到最接近的毫米，并且可以被提供给换能器阵列放置模块（例如，软件）用于分析。MRI测量然后可以用于生成三维阵列布局图（例如，三维阵列布局图800）。
MRI测量可以包括一个或多个头部大小测量，诸如：最大前部-后部（A-P）头部大小，从头皮的外缘开始测量；垂直于A-P测量的头部最大宽度：右侧到左侧的横向距离；和/或从头皮最右边缘到解剖中线的距离。
MRI测量可以包括一个或多个头部大小测量，诸如冠状视图头部大小测量。冠状视图头部大小测量可以在选择耳道水平处的图像的T1 MRI序列上获得（图9B）。冠状视图头部大小测量可以包括以下中的一个或多个：从头皮的顶点到描绘颞叶下缘的正交线的垂直测量；最大的右侧至左侧横向头部宽度；和/或从头皮的最右边缘到解剖中线的距离。
MRI测量可以包括一个或多个肿瘤测量，诸如肿瘤位置测量。可以使用T1对比后MRI序列进行肿瘤位置测量，首先在轴向图像上表明最大增强肿瘤直径（图9C）。肿瘤位置测量可以包括以下中的一个或多个：排除鼻子的最大A-P头部大小；垂直于A-P距离测量的最大右侧至左侧横向直径；从头皮的右边缘到解剖中线的距离；平行于右左横向距离并垂直于A-P测量测量的从头皮的右边缘到最近的肿瘤边缘的距离；平行于右左横向距离、垂直于A-P测量测量的从头皮的右边缘到最远肿瘤边缘的距离；平行于A-P测量测量的从头部前方到最近的肿瘤边缘的距离；和/或平行于A-P测量测量的从头部前方到最远的肿瘤边缘的距离。
一个或多个肿瘤测量可以包括冠状视图肿瘤测量。冠状视图肿瘤测量可以包括标识以肿瘤增强的最大直径为特征的对比后T1 MRI切片（图9D）。冠状视图肿瘤测量可以包括以下中的一个或多个：从头皮的顶点到大脑的下缘的最大距离。在前部切片中，这将由画在额叶或颞叶下缘处的水平线来标定，以及后部，它将延伸到可见幕的最低水平；最大的右侧至左侧横向头部宽度；从头皮的右边缘到解剖中线的距离；平行于右左横向距离测量的从头皮的右边缘到最近的肿瘤边缘的距离；平行于右左横向距离测量的从头皮的右边缘到最远的肿瘤边缘的距离；平行于上顶点到下大脑线测量的从头部的顶点到最近的肿瘤边缘的距离；和/或平行于上顶点到下大脑线测量的从头部的顶点到最远的肿瘤边缘的距离。
可以使用其它MRI测量，特别是当肿瘤存在于患者身体的另一部分时。
患者建模应用608可以使用MRI测量来生成患者模型。患者模型然后可以用于确定三维阵列布局图（例如，三维阵列布局图800）。继续患者头部内的肿瘤的示例，可以生成健康头部模型，其用作可变形模板，从该模板可以创建患者模型。当创建患者模型时，可以从患者的MRI数据（例如，一个或多个MRI测量）分割肿瘤。分割MRI数据标识每个体素中的组织类型，并且可以基于经验数据将电属性分配给每个组织类型。表1示出了可以用于模拟的组织的标准电属性。患者MRI数据中的肿瘤区域可以被掩蔽，并且非刚性配准算法可以用于将患者头部的剩余区域配准到表示健康头部模型的可变形模板的3D离散图像上。该过程产生将患者头部的健康部分映射到模板空间中的非刚性变换，以及将模板映射到患者空间中的逆变换。逆变换被应用于3D可变形模板，以在不存在肿瘤的情况下产生患者头部的近似。最后，将肿瘤（称为感兴趣区域（ROI））植入回变形的模板中，以产生完整的患者模型。患者模型可以是患者身体部分的三维空间中的数字表示，包括内部结构，诸如组织、器官、肿瘤等。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
然后，患者建模应用608可以使用患者模型模拟TTFields的递送。在实施例中，患者建模应用608可以被配置为施行图10中所示出的方法1000。方法1000可以高效地标识向感兴趣区域（ROI）（例如，肿瘤）递送高剂量（电场）的最佳换能器阵列布局。方法1000可以包括在步骤1010处确定通过ROI的横向平面。为了确保换能器阵列相对于ROI（例如，肿瘤位置）的系统定位，可以定义参考坐标系。如图11A中所示出的，横向平面1102最初可以由感兴趣区域1104的中心和倾斜角来定义。倾斜角可以由本领域的技术人员定义。作为示例，头部的倾斜角可以偏离轴向平面（例如，水平）150-20度。横向平面1102可以包括由解剖模型（例如，头部、胸部、躯干、腹部、腿部、手臂以及诸如此类）的边界（例如，外形）创建的轮廓。例如，轮廓可以类似于椭圆形、圆形、不规则形状以及诸如此类。确定横向平面1102可以包括沿着横向平面1102的轮廓确定多个位置1106。多个位置1106可以表示其中换能器阵列可以附着到患者的位置。可以确定多个位置1106，使得由换能器阵列在每个位置处生成的电场将穿过ROI 1104。可以设想任何数量的位置1106。在实施例中，位置1106可以分成对，使得由一个换能器阵列对（每个换能器阵列位于该位置对中的一个位置处）生成的交变电场将穿过ROI 1104。位置1106可以间隔开例如达15度，对应于近似2 cm的平移，给出180度范围内总共12个不同的位置。也可以设想其它间距。
图11A示出了患者头部中横向平面1102的定义，以及图11B示出了如患者胸部中定义的横向平面1102。横向平面1102可以定义在患者身体的任何部分中。
返回图10，在步骤1010处确定通过ROI 1104和多个位置1106的横向平面1102之后，方法1000可以在步骤1020处对位置1106施加解剖限制。解剖限制可以基于患者模型和/或通过观察来确定。解剖限制可以与患者的解剖特征——例如眼睛、耳朵、关节、腋窝、乳头、生殖器以及诸如此类——相关联。解剖限制可能与由于可能对患者造成的不适或疼痛而应该避免放置换能器阵列的患者区域——例如发炎、伤口、疤痕以及诸如此类的区域——相关联。
解剖限制的施加确保仅考虑解剖学上有效的位置用于换能器阵列放置。患者建模应用608可以被配置为确定解剖限制。在实施例中，可以通过生成包括患者一部分的图像数据（例如，头部的MRI数据）和二进制图像的图谱来确定解剖限制。二进制图像可以由专家分割图像数据的有效部分来手动创建。图12示出了通过组合头部的MRI图像和二进制图像创建的示例图谱。专家在图谱MRI上手动分割有效区1202，并且有效区1202被保存为二进制图像。例如，有效区1202可以与二进制图像中的“1”相关联。在实施例中，相同的二进制图像可以用于多个患者。在另一个实施例中，可以为每个患者生成二进制图像。
给定新患者的患者模型，可以计算将图谱与患者模型对齐的变换，并将其应用于二进制图像，从而掩蔽有效区。然后可以修改二进制图像以适合患者模型边界。图13A和图13B示出了在患者头部表面（灰色）上指示有效表面（绿色）的患者模型。根据患者模型，可以确定两个有效表面，一个表面用于垂直布局，并且一个表面用于水平布局。这些表面可以包括点和三角形。绿色区域中的每个点可以表示换能器阵列放置的解剖学上有效的位置，而灰色区域表示解剖限制。
在实施例中，解剖限制可以定义在确定电场分布时应当排除使用的横向平面1102的一个或多个位置1106。在实施例中，解剖限制可以定义横向平面1002的一个或多个位置1006，其应该被移动（例如，升高、降低、移位以及诸如此类）以计及解剖限制。如图14中所示出的，可以升高位置1106B以避开解剖限制1402（耳朵），这将横向平面1102的轮廓调整为3D弯曲轮廓。位置1106C可以从进一步的分析排除，因为在位置1106C处放置换能器阵列将导致将换能器阵列放置在解剖限制1404（疤痕）上。
返回到图10，在步骤1020处施加解剖限制之后，方法1000可以确定横向平面1102的位置1106处的一个换能器阵列对的模拟电场分布。在实施例中，如图15中所示出的，换能器阵列120A、120B（未按比例示出）可以虚拟地放置，其中它们的中心和纵轴沿着相对位置1106，所述相对位置1106沿着横向平面1102的边缘定义，其中横向平面1102穿过患者的头部。相对位置1106包括沿着与ROI 1104相交的中心线的位置。如图15中所示出的，相对位置包括1106A:1106F、1106B:1106G、1106D:1106H和1106E:1106I。中心线由连接相对位置1106的虚线指示。中心线可以表示由相对位置1106的任一位置1106处的任一换能器阵列生成的电场1108的路径。图16示出了换能器阵列120A、120B（未按比例示出）可以被虚拟地放置，其中它们的中心和纵轴沿着相对位置1106，所述相对位置1106沿着横向平面1102的边缘定义，其中横向平面1102穿过患者的躯干。
返回到图15，在实施例中，该换能器阵列对120A、120B可以最初放置在任何相对位置1106处，并围绕横向平面1102旋转0-180度到每对相对位置1106，从而覆盖横向平面1002的整个圆周。例如，该换能器阵列对120A、120B可以虚拟地放置在相对位置1106A:1106F，可以确定模拟电场分布；该换能器阵列对120A、120B可以围绕横向平面1102旋转到相对位置1106B:1106G，可以确定模拟电场分布；该换能器阵列对120A、120B可以围绕横向平面1102旋转到相对位置1106D:1106H，可以确定模拟电场分布；该换能器阵列对120A、120B可以围绕横向平面1102旋转到相对位置1106E:1106I，并且可以确定最终的模拟电场分布。如表2中所示出的，可以生成包含每对位置的模拟电场分布的TTFields分布图。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
返回到图10，在步骤1030处确定模拟电场分布之后，方法1000可以继续进行到步骤1040，以确定多个换能器阵列对中每一个的剂量度量。在实施例中，方法1000可以基于为两个换能器阵列对120中的每一个确定的电场分布来确定剂量度量。模拟电场分布、剂量测定和基于模拟的分析在美国专利公开号20190117956 A1和Ballo等人（2019）的出版物“Correlation of Tumor Treating Fields Dosimetry to Survival Outcomes in NewlyDiagnosed Glioblastoma: A Large-Scale Numerical Simulation-based Analysis ofData from the Phase 3 EF-14 randomized Trial”中有所描述，其通过引用以其整体并入本文中。可以为两个换能器阵列对120的所有可能的位置1106组合确定ROI中的剂量度量。表3指示了在步骤1040处确定剂量度量的结果。
Figure DEST_PATH_IMAGE006
在步骤1040处确定剂量度量之后，方法1000可以继续进行到步骤1050，以对多个换能器阵列对施加角度限制。在实施例中，方法1000可以在步骤1050处根据角度限制确定一个或多个候选换能器阵列布局规划。角度限制可以指示关于换能器阵列相对于其它换能器阵列的位置的限制。角度限制可以基于所期望的换能器阵列对的数量来确定。在实施例中，角度限制可以通过将180度除以期望的换能器阵列对的数量来确定。例如，如果期望两个换能器阵列对，则角度限制可以是近似90度。在其中期望三个换能器阵列对的实施例中，角度限制可以是近似60度。在其中期望四个换能器阵列对的实施例中，角度限制可以是近似45度。角度限制可以指定换能器阵列对应该被定位成使得至少一个其它换能器阵列对满足角度限制。可以基于其中换能器阵列对所位于的位置1106之间的中心线来评估角度限制。
角度限制可以从考虑中消除使换能器阵列位置落在角度限制内或落在角度限制之外的换能器阵列位置。例如，角度限制可以指示仅考虑在两个换能器阵列对之间产生正交（90度）角度的换能器阵列位置。可以设想具有角度限制的任何角度。角度限制可以进一步包括一个范围。该范围例如可以在30-90度之间。在实施例中，换能器阵列的大小可能影响角度限制。换能器阵列越小，可以使用的换能器阵列就越多。因此，角度限制可以相对小（例如，30-45度），以计及较小换能器阵列的增加的数量。
在步骤1050处，方法1000可以确定两个换能器阵列对120的每个组合之间的角度。如图17中所示出的，位于位置1106A:1106F处的换能器阵列对与中心线（虚线）相关联，该中心线与位于位置1106D:1106H处的另一个换能器阵列对相关联的中心线成90度角。位于位置1106A:1106F处的换能器阵列对与中心线（虚线）相关联，该中心线与位于位置1106B:1106G处的另一个换能器阵列对相关联的中心线成30度角。表3示出了图17中所示出的换能器阵列对120的位置组合的剂量度量和角度的确定结果。
Figure DEST_PATH_IMAGE008
返回到图10，在步骤1050处，可以通过滤除偏离角度限制的换能器阵列对位置，确定一个或多个候选换能器阵列布局规划。例如，在表3中，候选换能器阵列布局规划可以包括位置：（1106A:1106F）和（1106D:1106H）。另一个候选换能器阵列布局规划可以包括位置1006：（1106B:1106G）和（1106E:1106I）。在实施例中，可以选择落在角度限制之外的候选换能器阵列布局规划，以允许用户检查不同换能器阵列布局规划对剂量密度图和剂量度量的影响。
在步骤1050处施加角度限制之后，方法1000可以继续进行到步骤1060，以确定换能器阵列之间的重叠。由于在步骤1030中施行的电场分布是作为单独的换能器阵列对计算的，因此每个候选换能器阵列布局规划中的换能器阵列120的位置和取向可能在相邻的换能器阵列120之间产生物理重叠。作为换能器阵列120的任何部分与另一个换能器阵列120的任何部分重叠的结果，可以产生相邻换能器阵列120之间的重叠。例如，换能器阵列120可以包括设计成在治疗期间保持换能器阵列120附着到患者的粘性绷带。在步骤1050处，方法1000可以确定一个换能器阵列120的粘性绷带可能与另一个换能器阵列120的一部分重叠（例如，与另一个粘性绷带、导电引线112和/或电极116重叠）的可能性存在。在另一个示例中，在步骤1050处，方法1000可以确定换能器阵列120的一个或多个电极116与另一个换能器阵列120的一部分重叠（例如，与另一个粘性绷带、导电引线112和/或电极116重叠）。在实施例中，一些重叠——诸如重叠的粘性绷带——可能被忽略。在实施例中，一些重叠——诸如重叠的电极116——可能不会被忽略。患者建模应用608可以被配置为基于与每个换能器阵列相关联的预确定大小信息来确定在换能器阵列之间是否存在重叠，并且进一步确定这样的重叠是否保证换能器阵列的调整（例如，重叠的电极与重叠的粘性绷带）。
在实施例中，在步骤1060处，方法1000可以针对每个候选换能器阵列布局规划使换能器阵列120改变取向和/或位置，以消除（或减少）换能器阵列120之间的重叠。在实施例中，在步骤1070处，方法1000可以呈现多个换能器阵列对中的一个或多个。患者建模应用608可以被配置为呈现一个或多个候选换能器阵列布局规划和/或一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划。在实施例中，患者建模应用608可以呈现一个或多个候选换能器阵列布局规划和/或一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划，用于选择作为最终换能器阵列布局规划和/或用于用户的进一步调整。可以基于电场分布和/或剂量度量从候选换能器阵列布局规划和/或经调整的候选换能器阵列布局规划确定最终换能器阵列布局规划。
在图18中所示出的实施例中，可以向用户显示一个或多个候选换能器阵列布局规划。用户可以操纵每个换能器阵列的放置，并且可以显示电场分布和剂量度量的所得到的改变。
上面关于优化方法所描述的电场分布可以由患者建模应用608使用电势的有限元（FE）近似来确定。一般而言，定义时变电磁场的量由复麦克斯韦方程给出。然而，在生物组织中和在低至中频的TTFields（f = 200kHz）下，电磁波长比头部的大小更大得多，并且与实值电导率σ相比，介电常数ε可忽略不计，即其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
是角频率。这暗示组织中的电磁传播效应和电容效应可忽略不计，因此标量电势可以很好地由静态拉普拉斯方程
Figure DEST_PATH_IMAGE014
来近似，在电极和皮肤处具有适当的边界条件。因此，复阻抗被视为电阻性的（即电抗可忽略不计），并且因此在体积导体内流动的电流主要是自由（欧姆）电流。拉普拉斯方程的FE近似可以使用SimNIBS软件（simnibs.org）来计算。基于伽辽金法的计算和共轭梯度解算器的残差要求< lE-9。使用狄利克雷边界条件，其中在每个电极阵列集合处将电势设置为（任意选取的）固定值。电（向量）场可以计算为电势的数值梯度，并且电流密度（向量场）可以使用欧姆定律从电场计算。电场值和电流密度的电势差可以线性地改比例，以确保每个1.8 A的阵列对的总峰峰振幅，计算为有源电极盘上所有三角形表面元件之上的正常电流密度分量的（数值）表面积分。这对应于Optune®设备用于临床TTFields治疗的当前水平。TTFields的“剂量”可以作为场向量的强度（L2范数）来计算。可以假设建模的电流由两个单独且顺序激活的源提供，每个源连接到一个3×3换能器阵列对。在模拟中，左阵列和后阵列可以被定义为源，而右阵列和前阵列分别是对应的汇。然而，因为TTFields采用交变场，所以这种选择是任意的，并且不会影响结果。
可以由患者建模应用608针对一种或多种组织类型确定放置在患者身上多个位置处的换能器阵列生成的平均电场强度。在一方面，对应于（一个或多个）肿瘤组织类型中最高平均电场强度的换能器阵列位置可以被选择作为患者的期望（例如，最佳）换能器阵列位置。因此，对应于（一个或多个）肿瘤组织类型中最高平均电场强度的换能器阵列位置可以被选择作为患者的期望（例如，最佳）换能器阵列布局图。在实施例中，方法1000可以用于确定换能器阵列布局图。
可以修改患者模型，以包括所期望的换能器阵列布局图的指示。包括换能器阵列布局图的（一个或多个）指示的所得到的患者模型可以被称为三维阵列布局图（例如，三维阵列布局图600）。因此，三维阵列布局图可以包括患者身体部分在三维空间中的数字表示、肿瘤位置的指示、放置一个或多个换能器阵列的位置的指示、其组合以及诸如此类。
三维阵列布局图可以以数字形式和/或物理形式提供给患者。患者和/或患者看护者可以使用三维阵列布局图将一个或多个换能器阵列附着到患者身体的相关联部分（例如，头部）。
三维阵列布局图可以进一步包括患者身体部分上的一个或多个界标的指示（例如，曲线、隆起、裂缝、结构（例如，耳朵、鼻子、乳头等））。患者身体部分上的一个或多个界标的指示可以由患者建模应用608从成像数据导出。三维阵列布局图可以包括指示一个或多个换能器阵列在身体部分上的放置的位置数据和指示身体部分的一个或多个界标的表面数据。可以如通过引用并入本文中的Bücking TM, et al. (2017), From medicalimaging data to 3D printed anatomical models. PLoS ONE 12(5): e0178540; AhmedHosny et al. J Thorac Cardiovasc Surg 2018, 155:143-5中所描述的那样使用数字三维表示。
图19是描绘环境1900的框图，包括患者支持系统104的非限制性示例。在一方面，任何描述的方法的一些或所有步骤可以在如本文中所描述的计算设备上施行。患者支持系统104可以包括一个或多个计算机，其被配置为存储EFG配置应用606、患者建模应用608、成像数据610以及诸如此类中的一个或多个。
患者支持系统104可以是数字计算机，就硬件架构而言，其一般包括处理器1908、存储器系统1910、输入/输出（I/O）接口1912和网络接口1914。这些组件（1908、1910、1912和1914）经由本地接口1916通信地耦合。本地接口1916可以是例如但不限于一个或多个总线或其它有线或无线连接，如本领域中已知的。本地接口1916可以具有附加元件，诸如控制器、缓冲器（高速缓存）、驱动器、中继器和接收器，以实现通信，为了简单起见省略了这些附加元件。另外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现上面提到的组件之间的适当通信。
处理器1908可以是用于执行软件、特别是存储在存储系统1910中的软件的硬件设备。处理器1908可以是任何定制的或商业上可获得的处理器、中央处理单元（CPU）、与患者支持系统104相关联的若干处理器当中的辅助处理器、基于半导体的微处理器（以微芯片或芯片集的形式）、或一般用于执行软件指令的任何设备。当患者支持系统104在操作时，处理器1908可以被配置为执行存储在存储器系统1910内的软件，向存储器系统1910传送数据和从存储器系统1910传送数据，以及依据软件总体控制患者支持系统104的操作。
I/O接口1912可以用于从一个或多个设备或组件接收用户输入和/或向一个或多个设备或组件提供系统输出。用户输入可以经由例如键盘和/或鼠标来提供。可以经由显示设备和打印机（未示出）提供系统输出。I/O接口1912可以包括例如串行端口、并行端口、小型计算机系统接口（SCSI）、IR接口、RF接口和/或通用串行总线（USB）接口。
网络接口1914可以用于传输和从患者支持系统104接收。网络接口1914可以包括例如10BaseT以太网适配器、100BaseT以太网适配器、LAN PHY以太网适配器、令牌环适配器、无线网络适配器（例如，WiFi）或任何其它合适的网络接口设备。网络接口1914可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现适当的通信。
存储器系统1910可以包括任何一种易失性存储器元件或其组合（例如，随机存取存储器（RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM等））和非易失性存储器元件（例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CDROM、DVDROM等）。此外，存储器系统1910可以并入电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。注意，存储器系统1910可以具有分布式架构，其中各种组件彼此远离定位，但是可以由处理器1908访问。
存储器系统1910中的软件可以包括一个或多个软件程序，每个软件程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。在图19的示例中，患者支持系统104的存储器系统1910中的软件可以包括EFG配置应用606、患者建模应用608、成像数据610和合适的操作系统（O/S）1918。操作系统1918本质上控制其它计算机程序的执行，并提供调度、输入输出控制、文件和数据管理、存储器管理、以及通信控制和相关服务。
出于说明的目的，应用程序和诸如操作系统1918之类的其它可执行程序组件在本文中被图示为离散的框，尽管认识到这样的程序和组件可以在不同的时间驻留在患者支持系统104的不同存储组件中。EFG配置应用606、患者建模应用608、成像数据610和/或控制软件110的实现可以存储在某种形式的计算机可读介质上或跨某种形式的计算机可读介质传输。任何公开的方法都可以由体现在计算机可读介质上的计算机可读指令来施行。计算机可读介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。作为示例而不意味着限制性的，计算机可读介质可以包括“计算机存储介质”和“通信介质”。“计算机存储介质”可以包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，用于存储信息，诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。示例性计算机存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其它光学存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其它磁性存储设备、或者可以用于存储所期望信息并且可以由计算机访问的任何其它介质。
在图20中所图示的实施例中，本文中所描述的装置100、患者支持系统602、患者建模应用608和/或任何其它设备/组件中的一个或多个可以被配置为施行方法2000，该方法2000包括在2010处确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）。
在2020处，基于ROI的中心确定横穿受试者身体部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的多个位置对。
在2030处，基于解剖限制，调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面。解剖限制可以基于受试者身体部分的解剖特征。例如，可以在第一位置处模拟由第一换能器阵列生成的第一电场，可以在与第一位置相对的第二位置处模拟由第二换能器阵列生成的第二电场，并且基于第一电场和第二电场，可以确定模拟电场分布。在一些实例中，可以在第三位置处模拟由第一换能器阵列生成的第三电场，并且可以在与第三位置相对的第四位置处模拟由第二换能器阵列生成的第四电场，并且基于第三电场和第四电场，可以确定模拟电场分布。
在2040处，为经修改的平面上的多个位置对中的每个位置对确定模拟电场分布。例如。
在2050处，基于模拟电场分布，确定多个位置对中的每个位置对的剂量度量。
在2060处，确定满足换能器阵列对之间的角度限制的多个位置对中的一个或多个位置对集合。例如，角度限制可以是和/或指示多个换能器阵列对之间的正交角度。例如，角度限制可以是和/或指示多个换能器阵列对之间的角度范围。
在2070处，基于剂量度量和满足角度限制的一个或多个位置对集合，确定一个或多个候选换能器阵列布局图。
在一些实例中，方法2000可以包括在一个或多个候选换能器阵列布局图的至少一个位置处，调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，并基于调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，确定最终换能器阵列布局图。
在图21中所图示的实施例中，本文中所描述的装置100、患者支持系统602、患者建模应用608和/或任何其它设备/组件中的一个或多个可以被配置为施行方法2100，包括在2110处确定受试者身体的一部分的三维（3D）模型。
在2120处，确定受试者身体部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）。
在2130处，基于3D模型、ROI和解剖限制参数，为一个换能器阵列对的多个位置中的每一个确定电场分布图。解剖限制参数可以指示在确定电场分布图时应当排除使用的ROI的横向平面的一个或多个位置。在一些实例中，方法2100可以包括基于ROI的中心确定横穿受试者身体部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的换能器阵列对的多个位置对，并且基于解剖限制参数调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面。
在2140处，基于电场分布图，为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合确定ROI中的多个剂量度量。多个剂量度量可以基于为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合生成的模拟电场。
在2150处，基于角度限制参数和ROI中的多个剂量度量，确定一个或多个候选换能器阵列布局规划。在一些实例中，角度限制参数可以指示多个换能器阵列对之间的正交角度。在一些实例中，角度限制参数指示多个换能器阵列对之间的角度范围。
在2160处，通过调整换能器阵列对中的一个或多个换能器阵列的位置或取向，为一个或多个候选换能器阵列布局规划中的每一个确定一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划。
在2170处，为每个经调整的候选换能器阵列布局规划确定ROI中的经调整的剂量度量。
在2180处，基于ROI中的经调整的剂量度量，从经调整的候选换能器阵列布局规划确定最终换能器阵列布局规划。
鉴于所描述的装置、系统和方法及其变型，下文中描述了本发明的某些更特别描述的实施例。然而，这些特别叙述的实施例不应该被解释为对包含本文中描述的不同或更一般的教导的任何不同权利要求有任何限制作用，或者“特定”实施例在某种程度上受限于除了其中字面使用的语言的固有含义之外的某种方式。
实施例1：一种方法，包括：确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）；基于ROI的中心，确定横穿受试者身体一部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的多个位置对；基于解剖限制，调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面；为经修改的平面上的多个位置对中的每个位置对确定模拟电场分布；基于模拟电场分布，确定多个位置对中的每个位置对的剂量度量；确定满足换能器阵列对之间的角度限制的多个位置对中的一个或多个位置对集合；并且基于剂量度量和满足角度限制的一个或多个位置对集合，确定一个或多个候选换能器阵列布局图。
实施例2：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，进一步包括：在一个或多个候选换能器阵列布局图的至少一个位置处，调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，并且基于调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，确定最终换能器阵列布局图。
实施例3：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，其中所述解剖限制包括受试者身体部分的解剖特征。
实施例4：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，其中所述角度限制包括多个换能器阵列对之间的正交角度。
实施例5：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，其中所述角度限制包括多个换能器阵列对之间的角度范围。
实施例6：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，其中为经修改的平面上的多个位置对中的每个位置对确定模拟电场分布包括：在第一位置处模拟由第一换能器阵列生成的第一电场；在与第一位置相对的第二位置处模拟由第二换能器阵列生成的第二电场；并且基于第一电场和第二电场，确定模拟电场分布。
实施例7：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，进一步包括：在第三位置处模拟由第一换能器阵列生成的第三电场；在与第三位置相对的第四位置处模拟由第二换能器阵列生成的第四电场；并且基于第三电场和第四电场，确定模拟电场分布。
实施例8：根据前述实施例中任一实施例所述的实施例，基于多个换能器阵列对的组合，确定换能器阵列布局规划，包括：通过调整第一换能器阵列对中的一个或多个换能器阵列或第二换能器阵列对中的一个或多个换能器阵列的位置或取向，为一个或多个候选换能器阵列布局规划中的每一个确定一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划；为每个经调整的候选换能器阵列布局规划确定ROI中的经调整的剂量度量；并且基于ROI中的经调整的剂量度量，从经调整的候选换能器阵列布局规划确定最终换能器阵列布局规划。
实施例9：一种装置，包括：一个或多个处理器；以及存储处理器可执行指令的存储器，当被一个或多个处理器执行时，所述指令使装置施行根据实施例1-8中任一实施例所述的方法。
实施例10：其上存储处理器可执行指令的一个或多个非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，所述指令使处理器施行根据实施例1-8中任一实施例所述的方法。
实施例11：一种方法，包括：确定受试者身体一部分的三维（3D）模型；确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）；基于3D模型、ROI和解剖限制参数，为一个换能器阵列对的多个位置中的每一个确定电场分布图；基于电场分布图为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合确定ROI中的多个剂量度量；基于角度限制参数和ROI中的多个剂量度量，确定一个或多个候选换能器阵列布局规划；通过调整换能器阵列对的一个或多个换能器阵列的位置或取向，为一个或多个候选换能器阵列布局规划中的每一个确定一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划；为每个经调整的候选换能器阵列布局规划确定ROI中经调整的剂量度量；并且基于ROI中经调整的剂量度量，从经调整的候选换能器阵列布局规划确定最终换能器阵列布局规划。
实施例12：根据实施例11所述的实施例，进一步包括：在一个或多个候选换能器阵列布局图的至少一个位置处，调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，并且基于调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，确定最终换能器阵列布局图。
实施例13：根据实施例11-12中任一实施例所述的实施例，其中所述解剖限制参数指示在确定电场分布图时应当排除使用的ROI的横向平面的一个或多个位置。
实施例14：根据实施例11-13中任一实施例所述的实施例，其中所述角度限制参数指示多个换能器阵列对之间的正交角度。
实施例15：根据实施例11-14中任一实施例所述的实施例，其中所述角度限制参数指示多个换能器阵列对之间的角度范围。
实施例16：根据实施例11-15中任一实施例所述的实施例，进一步包括：基于ROI的中心，确定横穿受试者身体部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的换能器阵列对的多个位置对；并且基于解剖限制参数，调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面。
实施例17：根据实施例11-16中任一实施例所述的实施例，其中所述多个剂量度量基于为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合生成的模拟电场。
实施例18:一种装置，包括：一个或多个处理器；和存储处理器可执行指令的存储器，当被一个或多个处理器执行时，所述指令使装置施行根据实施例11-17中任一实施例所述的方法。
实施例19：其上存储处理器可执行指令的一个或多个非暂时性计算机可读介质，当被处理器执行时，所述指令使处理器施行根据实施例11-17中任一实施例所述的方法。
除非另有明确说明，否则绝不意图本文中阐述的任何方法被解释为要求其步骤以特定次序施行。因此，在方法权利要求实际上没有叙述其步骤遵循的次序，或者在权利要求或描述中没有以其它方式具体说明步骤被限制为特定次序的情况下，在任何方面都绝不意图推断次序。这适用于任何可能的非明确解释的基础，包括：关于步骤布置或操作流程的逻辑问题；从语法组织或标点符号导出的简单意义；说明书中描述的实施例的数量或类型。
虽然已经结合优选实施例和特定示例描述了方法和系统，但是这并不意图范围限于所阐述的特定实施例，因为本文中的实施例在所有方面都意图是说明性的而不是限制性的。
除非另有明确说明，否则绝不意图本文中所阐述的任何方法被解释为要求其步骤以特定次序施行。因此，在方法权利要求实际上没有叙述其步骤遵循的次序，或者在权利要求或描述中没有以其它方式具体说明步骤被限制为特定次序的情况下，在任何方面都绝不意图推断次序。这适用于任何可能的非明确解释的基础，包括：关于步骤布置或操作流程的逻辑问题；从语法组织或标点符号导出的简单意义；说明书中描述的实施例的数量或类型。
对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离范围或精神的情况下，可以进行各种修改和变体。考虑到本文中公开的说明书和实践，其它实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。意图的是说明书和示例仅被认为是示例性的，其中真实的范围和精神由以下权利要求来指示。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）；
基于ROI的中心，确定横穿受试者身体一部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的多个位置对；
基于解剖限制，调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面；
为经修改的平面上的多个位置对中的每个位置对确定模拟电场分布；
基于模拟电场分布，确定多个位置对中的每个位置对的剂量度量；
确定满足换能器阵列对之间的角度限制的多个位置对中的一个或多个位置对集合；并且
基于剂量度量和满足角度限制的一个或多个位置对集合，确定一个或多个候选换能器阵列布局图。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在一个或多个候选换能器阵列布局图的至少一个位置处，调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置；并且
基于调整至少一个换能器阵列的模拟取向或模拟位置，确定最终换能器阵列布局图。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述解剖限制包括受试者身体部分的解剖特征。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述角度限制包括多个换能器阵列对之间的正交角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述角度限制包括多个换能器阵列对之间的角度范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其中为经修改的平面上的多个位置对中的每个位置对确定模拟电场分布包括：
在第一位置处模拟由第一换能器阵列生成的第一电场；
在与第一位置相对的第二位置处模拟由第二换能器阵列生成的第二电场；并且
基于第一电场和第二电场，确定模拟电场分布。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
在第三位置处模拟由第一换能器阵列生成的第三电场；
在与第三位置相对的第四位置处模拟由第二换能器阵列生成的第四电场；并且
基于第三电场和第四电场，确定模拟电场分布。
8. 一种装置，包括：
一个或多个处理器；和
存储处理器可执行指令的存储器，当被一个或多个处理器执行时，所述指令使装置施行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。
9.一种方法，包括：
确定受试者身体一部分的三维（3D）模型；
确定受试者身体一部分的3D模型内的感兴趣区域（ROI）；
基于3D模型、ROI和解剖限制参数，为一个换能器阵列对的多个位置中的每一个确定电场分布图；
基于电场分布图为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合确定ROI中的多个剂量度量；
基于角度限制参数和ROI中的多个剂量度量，确定一个或多个候选换能器阵列布局规划；
通过调整换能器阵列对的一个或多个换能器阵列的位置或取向，为一个或多个候选换能器阵列布局规划中的每一个确定一个或多个经调整的候选换能器阵列布局规划；
为每个经调整的候选换能器阵列布局规划确定ROI中经调整的剂量度量；并且
基于ROI中经调整的剂量度量，从经调整的候选换能器阵列布局规划确定最终换能器阵列布局规划。
10.根据权利要求15所述的方法，其中所述解剖限制参数指示在确定电场分布图时应当排除使用的ROI的横向平面的一个或多个位置。
11.根据权利要求15所述的方法，其中所述角度限制参数指示多个换能器阵列对之间的正交角度。
12.根据权利要求15所述的方法，其中所述角度限制参数指示多个换能器阵列对之间的角度范围。
13. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
基于ROI的中心，确定横穿受试者身体部分的平面，其中所述平面包括沿着平面轮廓的换能器阵列对的多个位置对；并且
基于解剖限制参数，调整多个位置对中的一个或多个位置以生成经修改的平面。
14.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个剂量度量基于为两个换能器阵列对的多个组合中的每个组合生成的模拟电场。
15. 一种装置，包括：
一个或多个处理器；和
存储处理器可执行指令的存储器，当被一个或多个处理器执行时，所述指令使装置施行根据权利要求9-14中任一项所述的方法。
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