CZ20004825A3 - Způsob a zařízení pro měření rozloľení teploty v materiálu, zejména tkáni - Google Patents
Způsob a zařízení pro měření rozloľení teploty v materiálu, zejména tkáni Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20004825A3 CZ20004825A3 CZ20004825A CZ20004825A CZ20004825A3 CZ 20004825 A3 CZ20004825 A3 CZ 20004825A3 CZ 20004825 A CZ20004825 A CZ 20004825A CZ 20004825 A CZ20004825 A CZ 20004825A CZ 20004825 A3 CZ20004825 A3 CZ 20004825A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- temperature
- ultrasonic
- measured
- image
- tissue
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 1
- 125000002066 L-histidyl group Chemical group [H]N1C([H])=NC(C([H])([H])[C@](C(=O)[*])([H])N([H])[H])=C1[H] 0.000 description 1
- 206010027476 Metastases Diseases 0.000 description 1
- 206010060862 Prostate cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000000236 Prostatic Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003340 mental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000013421 nuclear magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Description
Způsob a zařízení pro měření rozložení teploty v materiálu, zejména tkáni.
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu a zařízení pro měření rozložení teploty v materiálu, zejména v
tkám. Řešení zasahuje do oblasti techniky představované automatizovanou akvizicí a zpracováním ultrazvukových dat a do oblasti medicíny, zejména onkologie a nalézá své uplatnění včetně masového využití v lékařství.
Dosavadní stav techniky
V současné době je měření teplotního rozložení v tkáni prováděno převážně invazivními způsoby, kromě vyjma měření teploty povrchu těla nebo tělních dutin. Dané techniky poskytují dostatečné teplotní a časové rozlišení pro klinické aplikace. Princip invazivních metod spočívá v umístění jedné nebo více sond do určité hloubky pod povrch biologické tkáně, kde monitorují rozložení teploty. Sondy mají zpravidla formu injekčních jehel a je v nich umístěno několik Čidel, která mohou měřit teplotu ve svém nejblížším okolí. Čidla jsou napojena na centrální teploměr, který získaná data zpracovává a případně i poskytuje externím zařízením, Z pohledu dnešních znalostí však mají invazivní techniky hned několik nevýhod.
První skupinou problémů jsou problémy technického charakteru. Každé invazivní měření bude mít v podobě, jak se dnes užívá, vždy prostorovou rozlišovací schopnost závislou na počtu měřících sond zavedených do těla. V současné době to znamená například během léčby několika cm3 tkáně znát hodnoty teplot jen v několika málo bodech, obvykle maximálně 12. To dovoluje získat pouze přibližnou informaci o teplotě v celém terapeutizovaném objemu tkáně. Vedle nedostatečného prostorového rozlišení bývá často problémem i interakce měřící soustavy se soustavou terapeutickou. Konkrétně například ohřev částí čidel uvnitř tkáně vlivem absorpce energie určené kjiným terapeutickým nebo diagnostickým aplikacím.
-2• · · · ·· ♦ · ·*·· • · · · · « · « · • ♦ ♦ · * ····· • ♦ · * ♦ *··· ···· ·· ·«· ···· ·· ··
Další skupinou jsou problémy biologické podstaty. Jak již z označení vyplývá, invazivni měření vyžaduji přímé zavedení měřících sond do cílové oblasti, tedy například i do tumoru. Při opětovném vytahováni sond tak hrozí zanesení části rakovinových buněk například do krevního řečiště. Tím rapidně stoupá riziko zanesení těchto buněk do jiných částí těla a vzniku metastáz.
Poslední skupinou, řekněme psychickou, je invazivita zákroku z pohledu nemocného. Pacient s onkologickým onemocněním prochází řadou bolestivých a nepříjemných procedur a je samozřejmou povinností všech, kteří mají tu možnost, počet takových zákroků minimalizovat, neboť i tyto pacientovy zkušenosti mohou mít vliv na změny jeho zdravotního stavu.
Senzory používané pro invazivni měření teploty mohou být více typů. K nejvíce používaným patří: termočlánky, termistory a optické senzory.
Z výše popsaných důvodů jsou vyvíjeny i neinvazivní techniky k měření teploty uvnitř látek. Jedná se o techniky výpočetní tomografie (CT), techniky jaderné magnetické rezonance (JMR) a zobrazení dielektrických vlastností tkáně.
Nevýhodou těchto technik je však buď malá teplotní rozlišovací schopnost nebo v případě JMR příliš vysoké náklady na pořízení zařízení.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny způsobem měření rozložení teploty v materiálu, zejména tkáni podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že měřeným materiálem se šíří ultrazvukové vlny o kmitočtu 16 kHz až 1 GHz s podélným vlněním a z odraženého signálu se vytváří ultrazvukový řez snímané oblasti tvořený snímkem s různou úrovní jasu. Úroveň jasu odpovídá relativní změně teploty a porovnáním velikosti relativní změny s předem zjištěnými referenčními hodnotami se určí teplota v daném místě.
Ve výhodném provedení se měřeným materiálem šíří ultrazvukové vlny v prostora 3D a z odraženého signálu se vytváří snímek ve 3D.
-3» · · ·· 9 · «··* • · · · · «««· ♦ · · * · «··« ···· ·· ··· ···· «·
S výhodou se snímá alespoň jeden další snímek, který se natáčí a posouvá tak, aby se překrýval s předcházejícím snímkem, načež se snímek rozdělí podle typu zobrazované tkáně a vybrané úseky se rozdělí na čtverce a určí se střední hodnota jasu v jednotlivých čtvercích. Poté se střední hodnota jasu porovná s referenčními hodnotami. Před měřením teploty se s výhodou pořizují charakteristiky jednotlivých tkání a z nich se vytváří databáze převodních koeficientů mezi střední hodnotou jasu a teplotou. Před vlastním měřením se ve výhodném provedení v alespoň jednom místě měřeného materiálu změří absolutní teplota.
K provádění uvedeného způsobu slouží zařízení tvořené ultrazvukovým přístrojem ke kterému je připojeno zařízení pro grabování a analýzu snímků, propojené se zařízením pro projekci sítě do daného místa a pro určení střední hodnoty jasu. Výstupy z tohoto zařízení jsou propojeny s obrazovkou.
Vynález spočívá ve vhodném zpracování ultrazvukových dat pořízených běžným 2D nebo 3D ultrazvukovým zařízením.
Ultrazvuková data jsou pořizována buď z klasického 2D ultrazvukového zařízení, kdy výstupem je informace o změně teplotního rozložení v jednom řezu médiem tedy při využití posunovatelného uchycení ultrazvukové sondy informace pro celé snímané těleso, a nebo moderní 3D ultrazvukové zařízení, kdy je získávána informace o změnách teplotního rozložení v celém objemu snímaného tělesa.
V pořízených datech je sledována změna parametrů ultrazvukového vlnění, která závisí na změně teploty libovolné snímané části média. Tyto změny se projeví například ve zrekonstruovaném B-mode obrázku změnou střední hodnoty jasu v místě, které odpovídá oblasti v médiu, kde došlo ke změně teploty.
Aby změny v ultrazvukovém signálu skutečně závisely jen na změně teploty média, je třeba při snímání zajistit některé podmínky: ultrazvukový signál je částečně průměrován, aby došlo ke snížení šumu a ultrazvukový signál je transformován tak, aby byl eliminován vliv translaČního nebo rotačního pohybu sondy mezi dvěma odpovídajícími si úseky, čili snímky při různých teplotách • · · ·♦ φ φ «φφφ • · · · · «φφφ • · · · · «φφφ φφφφ ·· φφφ φφφφ «· φφ
Po zabezpečení výše jmenovaných podmínek je, například v případě zpracovávání ultrazvukových B-mode obrázků, na snímky promítnuta síť „oblastí zájmu“, na kterých jsou spočteny střední hodnoty jasu. Výsledky jsou dále porovnány s hodnotami pro předcházející sadu snímků. Z rozdílu je pak převodní funkcí vyčíslen teplotní nárůst nebo pokles v jednotlivých oblastech média.
Výhodou celého řešení je zejména neinvazivní měření teploty, které je příjemnější pro pacienty. Rovněž nedochází k interakci mezi měřící soustavou a soustavou terapeutickou. Podstatnou výhodou je i to, že nemůže dojít k zanesení části nebezpečných buněk do krevního řečiště nebo okolní tkáně.
Přehled obrázků na výkresech
Řešení podle vynálezu bude popsána na příkladu konkrétního provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma zapojení zařízení. Na obr. 2 je znázorněna schématicky posloupnost operací prováděných s ultrazvukovým snímkem. Na obr, 3 je uveden příklad teplotní mapy při změně teploty vůči referenčnímu vzorku.
Příklad provedeni vynálezu
Celý postup začíná proměřením teplotního rozložení v materiálu technikou, která je schopna určit teplotu bodu absolutně. Výsledkem měření jsou údaje o teplotě v jednotlivých bodech materiálu při standardních podmínkách jako je například pokojová teplota. V následujících krocích se již používá měření podle tohoto vynálezu s využitím ultrazvuku. Pokud je potřeba pouze znalost teplotních změn, pak lze první krok vynechat. Při vlastním měření jsou nejprve sejmuty řezy snímané oblasti. Snímky těchto řezů jsou brány jako referenční a jednotlivým oblastem na snímcích jsou přiřazeny údaje o teplotě z předcházejících měření. Stejný postup se stále opakuje. Při každém dalším měření jsou tak opakovány následující kroky: sejmutí sady nových snímků, natočení a posunutí snímků tak, aby se překrývaly s předcházejícími - registrace, rozdělení snímku podle typu zobrazovaných tkání - segmentace, promítnutí výpočetní sítě na data, tj. rozdělení vy segmentovaných úseků na čtverce, výpočet střední hodnoty jasu, případně jiných texturálních parametrů, na oblasti
-5’ · · ·· 4 · t * ·· •· · · · ···« ♦ · 4 4 4 4 4 44 • 444 44 *4* 4*44·» sítě, srovnání vypočtených hodnot s referenčními a přepočet rozdílu parametru na teplotu podle převodních charakteristik uložených v databázi, Čili výběr převodní charakteristiky podle typu tkáně a nakonec následuje zobrazení teplotního rozložení.
Praktický příklad provedeni vynálezu byl realizován při řešení projektu Neinvazivní měření teplotního rozložení v lidské tkáni pomocí ultrazvuku. Měřící řetězec se skládá ze standardního ultrazvukového přístroje pro lékařské aplikace opatřeného laboratorním posunovacím zařízením. K ultrazvukovému přístroji byl připojen PC PentiumlI 400MHz, 128MB RAM, 13GB HDD sgrabovacím hardwarem a vlastním softwarovým vybavením umožňujícím výpočet rozložení změn teplot ve 3D v nádorové tkáni prostaty. Experimentální zařízení je využíváno k neinvazivním měření rozložení teplot při hypertermii v onkologii, kdy bylo užíváno teplot v rozsahu 35 až 44°C. Paralelně bylo užíváno invazivního měření teploty ve čtyřech diskrétních bodech pomocí optického měřidla. Invazivní a neinvazivní měření, v oblastech odpovídajících invazivně měřeným, dosahovalo značné vzájemné korelace r=0.96±0.03.
Průmyslová využitelnost
Vynález je průmyslově využitelný v masovém měřítku v zařízeních určených pro lékařství, v aplikacích sledujících vedení tepla ve vhodném médiu jako jsou různé umělé hmoty a podobně.
Claims (7)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob měření rozložení teploty v materiálu, zejména tkáni, vyznačující se tím, Že měřeným materiálem se šíři ultrazvukové vlny o kmitočtu 16 kHz až 1 GHz s podélným vlněním a z odraženého signálu se vytváří ultrazvukový řez snímané oblasti tvořený snímkem s různou hodnotou texturalních parametrů, přičemž hodnota texturalních parametrů odpovídá relativní změně teploty a porovnáním velikosti relativní změny s předem zjištěnými referenčními hodnotami se určí teplota v daném místě.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřeným materiálem se šíří ultrazvukové vlny v prostoru 3D a z odraženého signálu se vytváří snímek ve 3D.
- 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se snímá alespoň jeden další snímek, který se natáčí a posouvá tak, aby se překrýval s předcházejícím snímkem, načež se snímek rozdělí podle typu zobrazované tkáně a vybrané úseky se rozdělí na čtverce a určí se texturální parametry v jednotlivých čtvercích, poté se střední hodnota texturálních parametrů porovnává s referenčními hodnotami.
- 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že texturálním parametrem je hodnota jasu.
- 5. Způsob podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že před měřením teploty se pořizuji charakteristiky jednotlivých tkání a z nich se vytváří databáze převodních koeficientů mezi střední hodnotou jasu a teplotou.
- 6. Způsob podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že před vlastním měřením se v alespoň jednom místě měřeného materiálu změří absolutní teplota.
- 7. Zařízení k provádění způsobu podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je tvořeno ultrazvukovým přístrojem ke kterému je připojeno zařízení pro grabováni a analýzy snímků spojené se zařízením pro projekci sítě do daného místa a pro určení střední hodnoty jasu, které je propojené s obrazovkou. j
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20004825A CZ296267B6 (cs) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | Zpusob a zarízení pro merení rozlození teploty v materiálu, zejména tkáni |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20004825A CZ296267B6 (cs) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | Zpusob a zarízení pro merení rozlození teploty v materiálu, zejména tkáni |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20004825A3 true CZ20004825A3 (cs) | 2002-08-14 |
| CZ296267B6 CZ296267B6 (cs) | 2006-02-15 |
Family
ID=5472889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20004825A CZ296267B6 (cs) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | Zpusob a zarízení pro merení rozlození teploty v materiálu, zejména tkáni |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ296267B6 (cs) |
-
2000
- 2000-12-20 CZ CZ20004825A patent/CZ296267B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ296267B6 (cs) | 2006-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113196080B (zh) | 用于校正磁共振测温中的测量伪像的系统和方法 | |
| Varghese et al. | Ultrasound monitoring of temperature change during radiofrequency ablation: preliminary in-vivo results | |
| US5836894A (en) | Apparatus for measuring mechanical parameters of the prostate and for imaging the prostate using such parameters | |
| EP2467729B1 (en) | Techniques for temperature measurement and corrections in long-term magnetic resonance thermometry | |
| Bezerra et al. | An empirical correlation to estimate thermal properties of the breast and of the breast nodule using thermographic images and optimization techniques | |
| JP2013515587A (ja) | 組織画像化と解析のための方法及びシステム | |
| US8882672B2 (en) | Method and system for tissue imaging and analysis | |
| US20030171672A1 (en) | Elastographic imaging of in vivo soft tissue | |
| Arthur et al. | Temperature dependence of ultrasonic backscattered energy in motion compensated images | |
| CN104812324A (zh) | 温度分布确定装置 | |
| EP3216413B1 (en) | Ablation probe with a position sensor and with means for magnetic resonance thermometry | |
| Daniels et al. | Non-invasive ultrasound-based temperature imaging for monitoring radiofrequency heating—phantom results | |
| Samset et al. | Validation of estimated 3D temperature maps during hepatic cryo surgery | |
| WO2012120498A1 (en) | Non-invasive thermal treatment monitoring | |
| Pandian et al. | Intravascular ultrasound estimation of arterial stenosis | |
| Clegg et al. | Reconstruction of experimental hyperthermia temperature distributions: application of state and parameter estimation | |
| RU2145483C1 (ru) | Способ и устройство для диагностирования клинического состояния пациента | |
| Yeshurun et al. | Non-invasive measurement of thermal diffusivity using high-intensity focused ultrasound and through-transmission ultrasonic imaging | |
| CZ20004825A3 (cs) | Způsob a zařízení pro měření rozloľení teploty v materiálu, zejména tkáni | |
| WO2002005715A1 (en) | Cardiac magnetic field diagnosing apparatus by late ventricular potential and method of locating intramyocardial excitement uneven propagation portion | |
| Müller et al. | Preliminary report: Evaluation of three-dimensional echocardiographic volumetry by simultaneous thermal dilution in coronary heart disease | |
| Lemor et al. | Ultrasound temperature and attenuation monitoring for controlling the laser induced thermo therapy | |
| RU2204315C2 (ru) | Способ и устройство для объемной томографии | |
| JPH04352971A (ja) | 生体内部の測温方法 | |
| JPH03284234A (ja) | 非侵襲的温度測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20001220 |