EP4312841A1 - Ensemble de traitement thermique - Google Patents

Ensemble de traitement thermique

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EP4312841A1
EP4312841A1 EP22718744.0A EP22718744A EP4312841A1 EP 4312841 A1 EP4312841 A1 EP 4312841A1 EP 22718744 A EP22718744 A EP 22718744A EP 4312841 A1 EP4312841 A1 EP 4312841A1
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EP
European Patent Office
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heat treatment
temperature
region
regions
pixels
Prior art date
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Pending
Application number
EP22718744.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Quesson
Valéry OZENNE
Pierre Bour
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Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite de Bordeaux
Fondation Bordeaux Universite
Original Assignee
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite de Bordeaux
Fondation Bordeaux Universite
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Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM, Universite de Bordeaux, Fondation Bordeaux Universite filed Critical Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the field of the treatment of a biological tissue by a localized variation of the temperature under guidance by intraoperative imaging.
  • the invention relates to an assembly and a method making it possible to quantify in real time and in 3D the temporal evolution of the heat treatment of the targeted biological tissue.
  • the heat treatment assembly and the associated method can be used during the intraoperative phase, in order to be able to display in real time quantitative information indicating the volume in which a temperature variation has been induced in a target region and/or or in regions neighboring the target region.
  • a first category of heat treatment which consists in depositing a dose of energy in a target zone of a biological tissue via means of energy generators positioned at a distance (focused ultrasound or radiofrequency by induction ) or in the target area by percutaneous or vascular route (radiofrequencies, laser, microwaves, cryotherapy).
  • energy generators positioned at a distance (focused ultrasound or radiofrequency by induction ) or in the target area by percutaneous or vascular route (radiofrequencies, laser, microwaves, cryotherapy).
  • Most devices offer a predefined implementation aimed at achieving a given volume a priori. However, the volume actually treated can vary substantially due to physiological/physiopathological parameters (perfusion, thermal diffusivity, energy absorption, presence of nearby large vessels, tissue and cellular heterogeneity).
  • a phase known as the "preoperative planning phase” aims to evaluate the 3D extension of the pathological zone using suitable imaging techniques, for example by computed tomography (which may be designated by “CT throughout this description) or by Magnetic Resonance Imaging (which may be referred to as "MRI” throughout this description), capable of determining the size, number, location and shape of the target region(s).
  • CT computed tomography
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • a ballistic phase consists of positioning the energy-generating device with regard to the region to be treated. This positioning is usually performed iteratively using intermittent imaging guidance.
  • the energy deposition is generally carried out with monitoring (ultrasound, physiological signals, sensors integrated into the treatment device) which does not make it possible to precisely quantify the 3D distribution of the temperature in the region to be treat.
  • monitoring ultrasound, physiological signals, sensors integrated into the treatment device
  • the temperature variation in the region to be treated is visualized in summary form and the energy deposit can be interrupted when it deviates from the setpoint. From the temperature imagery, it is possible to calculate a thermal dosimetry which is a reliable indicator of the treatment, provided that the uncertainty on the thermometry is less than or equal to 1°C in each pixel of the image .
  • the deviation between the planned and actual energy deposition in the different regions can be accentuated by ballistic errors, for example an imperfect positioning of the energy applicator with regard to the region to be treated.
  • the energy deposition may substantially deviate from that which has been planned.
  • thermotherapies in particular the precise repositioning of the energy applicator to complete the treatment with one or more successive additional energy deposits in the region(s) not yet treated.
  • the practitioner evaluates the effectiveness of the treatment a posteriori, i.e. immediately after the procedure or up to several weeks after the procedure), which does not allow optimal treatment in a single procedure, resulting in a loss of efficiency and a risk of loss of opportunity for the patient).
  • An object of the invention is therefore to propose an assembly and a method which allow, during the intraoperative treatment phase, real-time monitoring, with a refresh rate of one second or better, in 3D by encompassing the completeness of the biological tissue to be treated and its environment and quantitative temperature.
  • the heat treatment assembly of the present invention allows quantitative and dynamic monitoring of the treatment of the targeted biological tissue by proposing quantitative indicators linked to the treatment. Its objective is to improve the effectiveness of heat treatment as well as its safety and therefore to increase the benefit/risk balance of these heat therapies. Another expected consequence of the present invention is to increase the number of patients eligible for these therapies having fewer side effects than conventional surgery and better efficacy than drug treatments.
  • An assembly for the heat treatment of a target region of a biological tissue comprising:
  • an energy applicator coupled to said generator and configured to deposit thermal energy in said target region so as to induce a temperature variation
  • an MRI image acquisition device configured to generate at least one anatomical MRI image (IMG_IRM_A) and at least one phase image (IMG_IRM_P);
  • a planning unit comprising an MRI image processing means configured to define the target region Rc, a region to be preserved Rp and a neutral region Rn on said at least one anatomical MRI image (IMG_IRM_A), said means for processing MRI images also being configured to assign a heat treatment setpoint to each of the three regions and an acceptable temperature measurement uncertainty to each of the three regions;
  • a heat treatment state progress monitoring unit configured to receive data from the planning unit and data from the MRI image acquisition device in real time during a heat treatment phase , said monitoring unit comprising means for generating temperature images from said at least one phase image (IMG_IRM_P), means for calculating a reliability indicator of the temperature variation indicated on the image of temperature and a means of calculating an indicator of the state of the heat treatment in each of the three regions, - the means for calculating a quantitative indicator of the state of the heat treatment (12) being configured for:
  • the practitioner can follow during the heat treatment in real time and continuously the evolution of the quantitative indicators in the three regions.
  • the signal is presented for example in the form of a 2D or 3D map, or a graphical representation.
  • the dynamic display of the number of pixels having reached the predefined temperature set point and/or the thermal dose set point allows it to follow the progress of the treatment not only in the target region but also in the region to be preserved and the neutral region and help him make a decision in real time during treatment.
  • the number of pixels that satisfy the predefined heat treatment setpoint can be compared to the number of predefined pixels in the target region before the start of the treatment in order to provide a percentage of volume treated.
  • the number of pixels which satisfy the predefined heat treatment setpoint can be compared to the number of predefined pixels in this region in order to provide a percentage of alteration volume, which should ideally remain as close as possible to zero.
  • a warning signal for example an audible alert signal can be given for example when 80% of the lethal thermal dose is reached in one or more pixels of this region, or even when the temperature approaches a few degrees from the authorized limit temperature.
  • the alert signal can also be given with similar or different alert signals, but with less criticality, since it is acceptable (even if not desirable) to violate the instructions in this region.
  • warning signals make it possible to warn the practitioner in real time of the risk of creating alterations in the neutral and critical regions to be preserved before the setpoints are reached or exceeded in the neutral and critical regions to be preserved.
  • the heat treatment status indicator signals generated in real time at each new temperature and thermal dose measurement can be visual or audible to indicate the treatment status in the three regions.
  • the assembly further comprises a second image acquisition device configured to generate at least one anatomical image (IMG_A).
  • IMG_A anatomical image
  • the planning unit further comprises an anatomical image processing means configured to define the three regions on said anatomical image (IMG_A), a registration means configured to spatially match the anatomical image with the image Anatomical MRI from the MRI image acquisition device.
  • IMG_A anatomical image processing means configured to define the three regions on said anatomical image
  • registration means configured to spatially match the anatomical image with the image Anatomical MRI from the MRI image acquisition device.
  • the means of calculating a reliability indicator is configured for:
  • the means for calculating a quantitative indicator of the state of the heat treatment is configured to exclude the pixels whose measured temperature variation is not usable or reliable. This makes it possible to increase the reliability of the quantitative indicator generated by the calculation means, in particular by avoiding the generation of untimely warning signals during processing.
  • the heat treatment setpoint assigned to the target region Rc corresponds to a minimum temperature to be reached, a minimum thermal dose to be reached, or a predefined temperature change curve over time.
  • the heat treatment setpoint assigned to the region to be preserved Rp corresponds to a maximum temperature not to be exceeded or a maximum thermal dose not to be exceeded.
  • the heat treatment setpoint assigned to the neutral region corresponds to a maximum temperature not to be exceeded or a maximum thermal dose not to be exceeded.
  • the energy applicator is a laser beam applicator, a microwave applicator, a radiofrequency wave applicator, a focused ultrasound applicator or an energy applicator. cryogenic.
  • the assembly further comprises a display unit configured to display the quantitative indicators of the state of the processing in each of the three regions.
  • the method further comprises a planning phase carried out before the thermal pretreatment phase, said planning phase comprising the following steps: - generating at least one anatomical image (IMG_A);
  • the pre-processing phase further comprises a registration step between the image anatomical image and the anatomical MRI image to define the three regions on the anatomical MRI image.
  • the display step generates a visual and/or sound indicator indicating that the heat treatment is finished in the Rc region when the number of pixels of said Rc region satisfying the processing instruction reaches a predefined threshold.
  • the display step generates a visual and/or sound indicator indicating that the security instruction in the region Rp is not respected when the number of pixels of the region to be preserved does not satisfy the predefined instruction. exceeds a predefined threshold.
  • FIG. 1 A block diagram illustrating an exemplary computing environment in accordance with the present invention.
  • FIG. 1 Figure 1 schematically shows a heat treatment assembly according to one embodiment
  • FIG. 2 Figure 2 schematically shows a heat treatment assembly according to another embodiment
  • FIG. 3 is a flowchart showing the heat treatment monitoring method according to one embodiment
  • Fig. 4 is a flowchart showing the heat treatment monitoring method according to another embodiment.
  • target region means a region comprising the pathological tissue to be treated visible in imaging and a region that surrounds the pathological tissue.
  • the extent of the neighborhood around the pathological tissue is variable and is defined by the practitioner.
  • the target region must undergo a temperature variation in order to treat the pathological tissue.
  • the region is denoted by Rc in Figure 1.
  • critical region to be preserved means a region in which the biological tissue is healthy and which must not undergo a deleterious temperature variation during the heat treatment.
  • the region is denoted by Rp in Figure 1.
  • neutral region means a region in which the biological tissue is healthy and should ideally not undergo a temperature variation during the heat treatment. However, a possible variation in temperature is not considered critical for the patient.
  • the region is denoted by Rn in Figure 1.
  • a 3D anatomical image is a reconstructed image representing the anatomy of the target region and its environment. This 3D anatomical image can be obtained by different imaging techniques.
  • the Magnetic Resonance Imaging (MRI) device is a device configured to provide information concerning the target, critical and neutral regions. This information may be of an anatomical and/or functional nature, it may in particular relate to the temperature variations of the tissues contained in the aforementioned regions.
  • the magnetic resonance imaging device generates 3D MRI images and associates with each voxel of the MRI image (elementary unit of volume of each region) a complex number Mb f , where M is the module and f the phase of the magnetization vector in this voxel.
  • Mb f complex number
  • the term “pixel” of an image represents one or more information items of the associated voxel.
  • the module M in each pixel of the image allows the construction of an anatomical MRI image IMG_IRM_A.
  • the phase difference between two consecutive phase MRI images IMG_IRM_P is directly proportional to a temperature difference, thus allowing the construction of a temperature image.
  • the “thermal dose” corresponds to the integration of the temperature over time.
  • a map of thermal doses it is possible to obtain from a temperature map, a map of thermal doses.
  • the temperature and thermal dose maps obtained during the treatment are indicators of the biological effect induced by the latter.
  • FIG. 1 an assembly 1 for heat treatment of a target region Rc to be treated of a biological tissue according to one embodiment of the invention. It comprises a thermal treatment device comprising an applicator 2 coupled to a thermal energy generator 3, an MRI image acquisition device 4, a planning unit 5 (UNIT PLANIF 1), a monitoring unit 9 (UNIT PLANIF SURV) in real time of the state of the heat treatment by generating at least one quantitative indicator of the state of the heat treatment and a display unit 13 (UNIT VIS).
  • a thermal treatment device comprising an applicator 2 coupled to a thermal energy generator 3, an MRI image acquisition device 4, a planning unit 5 (UNIT PLANIF 1), a monitoring unit 9 (UNIT PLANIF SURV) in real time of the state of the heat treatment by generating at least one quantitative indicator of the state of the heat treatment and a display unit 13 (UNIT VIS).
  • a thermal treatment device comprising an applicator 2 coupled to a thermal energy generator 3, an MRI image acquisition device 4, a planning unit 5
  • the thermal energy applicator 2 is configured to induce a temperature variation in the target region Rc to be treated of the biological tissue. It can be a radio frequency wave applicator, a microwave applicator, a focused ultrasound applicator, a laser beam applicator or a cryogenic energy applicator. In FIG. 1, it is schematized by a percutaneous applicator positioned within the target region Rc to be treated.
  • the thermal energy applicator 2 is powered by the energy generator 3.
  • the thermal energy applicator can also be in the form of a non-invasive extracorporeal transmitter (focused ultrasound, inductive radiofrequency) which is suitable for focusing a deposit of thermal energy in the target region.
  • the MRI image acquisition device 4 is used during a preprocessing phase to generate anatomical MRI images (IMG_IRM_A).
  • the pretreatment phase is a phase carried out just before the start of the heat treatment.
  • the anatomical MRI images (IMG_IRM_A) are then transmitted to the planning unit 5.
  • the MRI image acquisition device 4 is also used to generate phase images (IMG_IRM_P) from a sequence of images sensitive to the temperature variation acquired throughout the duration of the heat treatment.
  • the MRI imaging device 4 is configured to obtain dynamic temperature imaging encompassing the three predefined regions Rc, Rp and Rn, throughout the duration of the heat treatment. This dynamic imaging is obtained using a fast acquisition sequence, of the order of a second or less for each volume acquired, with a spatial resolution of the order of a millimeter or better.
  • the phase images (IMG_IRM_P) are transmitted to the monitoring unit 9.
  • the planning unit 5 comprises an anatomical MRI image processing means 6 (TRAIT IMG_IRM_A) which is configured to define on the 3D anatomical MRI image the target region Rc, the critical region to be preserved Rp and the region neutral Rn.
  • TRAIT IMG_IRM_A an anatomical MRI image processing means 6
  • FIG. 1 schematically represents a biological tissue comprising a target region, named Rc, surrounded by a critical region to be preserved, named Rp and a neutral region, named Rn.
  • the target region Rc must contain the entire pathological zone to be treated and not include the critical region to be preserved.
  • the anatomical MRI image processing means 6 is capable of segmenting the 3D anatomical MRI image in order to determine the target pixels in the Rc region, in the critical region to be preserved the pixels to be preserved , in the neutral region the neutral pixels.
  • the anatomical MRI image processing means 6 is also configured to define a heat treatment setpoint in each of the three regions. More precisely, the MRI image processing means 6 is configured to assign to each of the pixels of each of the three regions a set temperature and/or thermal dose to be respected.
  • the heat treatment setpoint can be either a minimum temperature to be reached, or a minimum thermal dose to be reached, either a predefined temperature change curve over time, or a combination of several temperature and thermal dose setpoints.
  • the heat treatment setpoint can be either a maximum temperature not to be exceeded, or a maximum thermal dose not to be exceeded.
  • the heat treatment setpoint can be either a maximum temperature not to be exceeded, or a maximum thermal dose not to be exceeded.
  • the anatomical MRI image processing means 6 is also configured to define an uncertainty of the acceptable temperature measurements in each of three regions. More precisely, it is configured to assign to each of the pixels determined in each of the three regions Rc, Rp and Rn an acceptable uncertainty for the temperature measurement.
  • the value of the uncertainty can be linked to the predefined temperature set point. For example, when a temperature variation of 5°C is defined in the Rc region, it is not acceptable for example to have an uncertainty greater than 3°C.
  • the anatomical MRI images (IMG_IRM_A) with the information associated with each of the three regions are transmitted to the monitoring unit 9.
  • the associated information is the temperature and/or thermal dose setpoints and the uncertainties of the acceptable temperature measurements attributed to each of the pixels determined in the three regions Rc, Rp and Rn.
  • the monitoring unit 9 is configured to receive in real time during the thermal treatment phase images (IMG_IRM_P) coming from the MRI image acquisition device 4 and to generate a quantitative indicator of the progress of the treatment.
  • thermal in real time during thermal treatment from anatomical MRI images (IMG_IRM_A) and phase images (IMG_IRM_P).
  • the monitoring unit 9 is also configured to receive measurements originating from the internal sensors integrated into the heat treatment device (not illustrated in FIG. 1) and from additional external sensors (not illustrated in FIG. 1).
  • Internal sensors can be example of the sensors integrated into the thermal energy applicator 2 to transmit information on its position in space relative to the target region, the thermal energy sent by the applicator and/or point measurements of the temperature by temperature sensors.
  • the measurements coming from the additional external sensors can comprise for example physiological measurements, for example measurements relating to the respiration, the cardiac activity and to the position of the patient.
  • the monitoring unit 9 is configured to process the data it receives in real time.
  • the monitoring unit is configured so that the data analysis and processing rate is greater than that of the acquisition of the phase images by the MRI image acquisition device 4 to generate dynamically and with latency minimum the quantitative indicator representative of the evolution of the state of the heat treatment during the treatment phase.
  • the monitoring unit 9 comprises means for generating temperature images 10 (IMG T) from the phase images (IMG_IRM_P) acquired by the MRI image acquisition device 4.
  • the means for generating temperature imager 10 further comprises an algorithm adapted to compensate for motion, temporal and spatial drift artifacts of the MRI imaging device and also integrates the analysis of data from the external sensors of the thermal treatment device and the data from additional sensors, for example physiological sensors.
  • the monitoring unit 9 includes means for calculating the reliability indicator of the thermometry 11 (FIAB).
  • Thermometry refers to the temperature variation shown on the temperature image generated from the phase MRI images.
  • the calculation of the reliability indicator of the thermometry is implemented before the deposit of energy by the energy applicator.
  • the calculation means 11 is configured to determine the uncertainty of the temperature in each pixel from a variance of the temperature measured on, for example, a series of several successive temperature images. By way of example, the series may comprise ten successive temperature images to calculate the variance.
  • the reliability indicator calculation means can generate a 2D or 3D map representing the pixels which satisfy the predefined acceptable uncertainties in the planning unit 5.
  • the calculation means 11 is able to determine the reliability indicator, that is to say the number or the percentage of pixels which satisfy the predefined uncertainties in the planning unit 5.
  • the reliability indicator calculation means 11 is configured to compare the determined reliability indicator with a threshold predefined by the practitioner.
  • the reliability indicator calculation means 11 when the reliability indicator is below a predefined threshold, the reliability indicator calculation means 11 is capable of generating a control signal to indicate that the temperature variation indicated on the temperature image is not reliable for calculating the quantitative indicator of heat treatment status and for starting heat treatment monitoring.
  • the control signal is a visual signal transmitted to the display unit 13 and/or an audible signal. The monitoring process is stopped and it is not possible for the practitioner to start the heat treatment.
  • the reliability indicator calculation means 11 when the reliability indicator is lower than the predefined threshold, the reliability indicator calculation means 11 generates a signal indicating that the temperature variation indicated on the temperature image is not reliable for calculating the quantitative indicator of heat treatment status and for starting heat treatment monitoring. However, the decision to start the heat treatment or not is made by the practitioner.
  • the reliability indicator calculation means 11 is able generating a signal prompting the practitioner to modify the MRI image acquisition parameters and/or to apply filtering to reduce the value of the variance of the measured temperature. In this way, the practitioner can manually adjust the various parameters to find acceptable thermometry conditions to start the monitoring and carry out the heat treatment.
  • the monitoring unit 9 includes means for calculating a quantitative indicator of the state of the heat treatment 12 (IND QUANT) from the images of temperature and anatomical MRI images with associated information from the planning unit 5.
  • IND QUANT a quantitative indicator of the state of the heat treatment 12
  • the quantitative indicator calculation means 12 determines the temperature and the thermal dose in each of the pixels of the regions Rc, Rp and Rn. To do this, the calculation means puts in spatial correspondence the anatomical MRI image generated before the heat treatment coming from the planning unit 5 and the temperature images generated during the heat treatment. In this way, the pixels defined in the three regions Rc, Rp and Rn on the anatomical MRI image are associated with the pixels of the generated temperature images.
  • the quantitative indicator calculation means 12 determines in real time during the heat treatment the number or the percentage of pixels satisfying the processing instructions predefined in the planning unit for the three regions. Rc, Rp and Rn.
  • the quantitative indicator calculation means 12 compares, pixel by pixel on the temperature image, the value of the temperature variation with respect to the temperature setpoint assigned to the pixel of the corresponding region.
  • the calculation means 12 is capable of excluding the pixels considered as having no usable or reliable temperature measurement. Excluded pixels, for example, have an uncertainty greater than the predefined uncertainty in the planning unit. According to another example, the excluded pixels have a signal-to-noise ratio of the module close to zero and therefore with an indefinite phase. It is therefore not possible to provide reliable information on compliance with the instruction in these pixels. This information is transmitted to the practitioner so that he can make a decision on the conduct of the treatment.
  • the calculation means 12 is configured in such a way as to obtain a processing speed of the data coming from the MRI imaging device 4 and data coming from the planning unit 5 faster than the speed of acquisition of the module and phase images in order to be able to process the temperature images dynamically and without latency.
  • the monitoring unit 9 transmits in real time to the display unit 13 all the data output from the monitoring unit, such as the temperature and thermal dose maps, the quantitative indicator of the status of the thermal treatment, as well as the data of the physiological sensors and those of the sensors integrated in the thermal treatment device, for a real-time display to the practitioner so that he can follow the evolution of the thermal treatment, to decide on the continuation or a possible stoppage of the heat treatment depending on the state of the heat treatment corresponding to the predefined treatment instructions.
  • the data output from the monitoring unit such as the temperature and thermal dose maps, the quantitative indicator of the status of the thermal treatment, as well as the data of the physiological sensors and those of the sensors integrated in the thermal treatment device, for a real-time display to the practitioner so that he can follow the evolution of the thermal treatment, to decide on the continuation or a possible stoppage of the heat treatment depending on the state of the heat treatment corresponding to the predefined treatment instructions.
  • the display of the quantitative indicators of the heat treatment can take various forms.
  • the pixels having reached the temperature set point defined in the target region Rc are for example represented with a predefined colorimetric coding, allowing a 2D or 3D visualization with a high reading precision of the volume treated during the treatment.
  • This information is complementary to the display of temperature and thermal dose maps superimposed on the anatomical MRI images.
  • the display unit 13 further comprises means for generating visual and/or audible indicators indicating:
  • FIG. 2 illustrates a heat treatment assembly 20 according to another embodiment.
  • the thermal treatment assembly 20 comprises a thermal treatment device comprising an applicator 2 coupled to a thermal energy generator 3, an MRI image acquisition device 4 for generating images by magnetic resonance, an imaging device 21 for generating anatomical images (IMG_A), a planning unit 25 (UNIT PLANIF 2), a monitoring unit 9 (UNIT SURV) in real time of the state of the heat treatment in generating a quantitative indicator of the state of the heat treatment and a display unit 13 (UNIT VIS).
  • a thermal treatment device comprising an applicator 2 coupled to a thermal energy generator 3, an MRI image acquisition device 4 for generating images by magnetic resonance, an imaging device 21 for generating anatomical images (IMG_A), a planning unit 25 (UNIT PLANIF 2), a monitoring unit 9 (UNIT SURV) in real time of the state of the heat treatment in generating a quantitative indicator of the state of the heat treatment and a display unit 13 (UNIT VIS).
  • the thermal energy applicator 2 is configured to induce a temperature variation in the target region Rc to be treated of the biological tissue.
  • the MRI 4 image acquisition device is used during a pre-processing phase to generate anatomical MRI images (IMG_IRM_A) and phase images (IMG_IRM_P) during heat treatment.
  • the anatomical MRI images (IMG_IRM_A) are transmitted to the planning unit 25 and the phase MRI images (IMG_IRM_P) are transmitted to the monitoring unit 9.
  • the imaging device 21 may for example be another MRI image acquisition device, a computed tomography (CT) or an ultrasonic echography (US).
  • CT computed tomography
  • US ultrasonic echography
  • the anatomical image (IMG_A) can thus be generated, for example, during a planning phase, before the day of the heat treatment.
  • the anatomical images can also be generated from a 3D model precalculated from imaging data or other data, such as for example a 3D map of the cardiac electrical signal.
  • the anatomical images (IMG_A) are transmitted by the imaging device 21 to the planning unit 25.
  • the planning unit 25 comprises an anatomical image processing means 22 (TRAIT IMG_A), a registration means 23 (RECAL) and an MRI image processing means 24 (TRAIT IMGJRM).
  • TRAIT IMG_A anatomical image processing means 22
  • RECAL registration means 23
  • TRAIT IMGJRM an MRI image processing means 24
  • the anatomical image processing means 22 is configured to define the three regions Rc, Rp and Rn on the anatomical image IMG_A generated by the imaging device 21 during the planning phase. More precisely, the anatomical image processing means 22 is suitable for segmenting the anatomical image IMG_A in order to determine in the region Rc the target pixels, in the region to be preserved the pixels to be preserved and in the neutral region the neutral pixels.
  • the anatomical image IMG_A with the three delimited regions is transmitted to the registration means 23.
  • the registration means 23 is configured to spatially match the anatomical image (IMG_A) with the MRI anatomical image (IMG_IRM_A) generated just before the start of treatment by the MRI imaging device 4, so as to define the three regions Rc, Rp and Rn on the anatomical MRI image (IMG_IRM_A).
  • the anatomical MRI image with the three defined regions is then transmitted to the MRI image processing means 24.
  • the MRI image processing means 24 is configured to define a heat treatment setpoint and an uncertainty of the temperature measurements that are acceptable in each of the three regions defined on the anatomical MRI images.
  • the anatomical MRI images (IMG_IRM_A) with the information associated with each of the three regions are then transmitted to the monitoring unit 9.
  • the information is the temperature and/or thermal dose instructions and the uncertainties of the temperature measurements acceptable values assigned to each of the pixels determined in the three regions Rc, Rp and Rn.
  • monitoring unit 9 The operation of the monitoring unit 9 is identical to the first embodiment illustrated in Figure 1 and described below and will not be detailed here.
  • the invention also relates to a method for real-time monitoring of the state of the heat treatment, by generating in real time a quantitative indicator of the state of the heat treatment, on the volume treated in relation to the total volume of the target region to be treated and to help the practitioner in his decision-making.
  • the indicator allows the practitioner to visualize the progression over time of the thermal energy deposition and the treated volume.
  • the method comprises a pretreatment phase and a heat treatment phase.
  • the planning unit 5 During the preprocessing phase, the planning unit 5 generates anatomical MRI images (IMG_IRM_A) with the three regions Rc, Rp and Rn defined and information associated with each of the pixels determined in the three regions.
  • the information includes predefined treatment setpoints for each of the three regions and predefined temperature measurement uncertainties at each of the three regions. This pretreatment phase is carried out just before the heat treatment phase.
  • the monitoring unit 9 calculates quantitative indicators on the state of the heat treatment from the data coming from the pre-treatment phase and from the temperature images generated during the heat treatment.
  • the pre-processing phase includes a step 101 for acquiring a 3D MRI anatomical image of the target region and its environment. 3D MRI anatomical images are obtained with the MRI 4 imaging device.
  • the pre-processing phase includes a step 102 for defining a target region Rc, a critical region to preserve Rp and a neutral region on the anatomical MRI image.
  • the method comprises a step of determining the pixels in each of the defined regions 103. This step consists in segmenting the MRI anatomical image so as to determine a first set of target pixels inside the target region, a second set of pixels to be preserved within the region to be preserved, and a third set of neutral pixels within the neutral region.
  • the method comprises a step 104 of assigning to each of the pixels a temperature and thermal dose setpoint to be respected for each of the three defined regions.
  • the method comprises a step 105 of assigning to each of the pixels an acceptable uncertainty for the temperature measurement for each of the three regions defined on the anatomical MRI images (IMG_IRM_A).
  • the anatomical MRI images, the defined temperature setpoints and the temperature measurement uncertainties defined in the three regions Rc, Rp and Rn are transmitted to the monitoring unit 5.
  • the method includes a step of calculating the reliability indicator of the thermometry 106 before starting the heat treatment, that is to say just before the deposition of energy by the applicator 2.
  • the step of Thermometry reliability indicator calculation includes the following sub-steps:
  • the method includes a step 107 of checking the reliability indicator of the thermometry.
  • the monitoring unit checks if the reliability indicator of the thermometry is acceptable, that is to say if the number of pixels satisfying the predefined uncertainties is sufficient to start the thermal treatment with quantitative monitoring of the evolution of the heat treatment implemented by the monitoring unit 9.
  • the reliability indicator calculation means 11 is able to generate a control signal to indicate that the temperature variation shown on the temperature image is not reliable for calculating the quantitative indicator of the state of heat treatment and for starting monitoring. It is not possible for the practitioner to start the heat treatment. This is the step for stopping processing 111.
  • the reliability indicator calculation means 11 is capable of generating a signal inviting the practitioner to modify the MRI image acquisition parameters and/or to apply filtering to reduce the value of the temperature variance. In this way, the practitioner can manually adjust the various parameters to find acceptable thermometry conditions to carry out the heat treatment.
  • the practitioner can start the heat treatment.
  • the monitoring unit 9 is also activated to monitor the progress of the heat treatment state in real time during the heat treatment.
  • the monitoring unit 9 is synchronized with the heat treatment device which deposits the heat energy in the target region so as to start the heat treatment in the target region at the same time as the heat treatment state monitoring.
  • the monitoring phase therefore comprises a step 108 in which the generation of the temperature images and the heat treatment are synchronized.
  • the temperature images are generated from the phase images transmitted by the MRI imaging device 4 to the monitoring unit 9 in real time during the heat treatment.
  • the monitoring phase includes a step of calculating the heat treatment status indicator 109 in real time.
  • This indicator corresponds to the number of pixels satisfying the predefined temperature setpoints for the three regions.
  • the calculation means 12 puts in spatial correspondence the MRI anatomical image generated before the heat treatment coming from the unit planning and temperature images generated during heat treatment. In this way, the pixels defined in the three regions Rc, Rp and Rn on the 3D MRI anatomical image are associated with the pixels of the generated temperature images.
  • the temperature image generated during the heat treatment is compared pixel by pixel to the predefined temperature setpoints in order to determine the number of pixels satisfying the predefined processing setpoints for the three regions Rc, Rp and Rn.
  • the pixels considered as having no exploitable or reliable temperature measurement are excluded in the counting of the number of pixels satisfying the processing instructions.
  • the method includes a step 110 of displaying the heat treatment status indicator in the three regions Rc, Rp and Rn.
  • the indicators can be expressed in various ways, for example in pixels or volume processed or in percentage of volume processed relative to the volume of the region considered. These indicators are displayed in real time on a display interface to inform the practitioner of the evolution of the state of the heat treatment.
  • the pixels having reached the temperature setpoint in the target region are for example represented with a predefined colorimetric coding, allowing a 2D or 3D visualization with a high reading precision of the treated volume during the treatment.
  • the dynamic display of the number of pixels having reached the predefined temperature setpoint allows him to follow the evolution of the treatment not only in the target region but also in the region to be preserved and the neutral region and to help him make a decision in depending on the state of the heat treatment.
  • the display interface also allows the display of 2D or 3D maps of temperatures and thermal doses superimposed on anatomical images.
  • the monitoring unit 9 generates a visual or audible indicator indicating that the heat treatment is finalized when the number of pixels having reached the set point in the target region reaches a predefined threshold (for example 100% of the number of pixels counted in the target region).
  • the monitoring unit generates a visual and/or audible indicator signal when one or more pixels do not comply with the instruction in the region critical to preserve Rp, or when the temperature approaches a few degrees from the permitted limit temperature.
  • the monitoring unit generates a visual and/or audible indicator signal when the number of pixels not respecting the setpoint in the neutral region reaches a predefined threshold, for example when the percentage of alteration volume is close to 5%.
  • the method of quantitative monitoring of the evolution of the state of the heat treatment of the present invention is implemented during the heat treatment, making it possible to provide in real time a cartography of the treated volume.
  • the method comprises a planning phase, a pretreatment phase and a heat treatment phase.
  • the planning phase is carried out before the day of the heat treatment and includes a step 201 for acquiring 3D anatomical images (IMG_A) for example by a CT or US imaging device or generated from a model 3D pre-computed from imagery data.
  • IMG_A 3D anatomical images
  • the practitioner also determines the characteristics of the target region in order to plan the treatment: locate the target region, choose the appropriate thermal energy applicator.
  • the planning phase includes a step 202 for defining a target region Rc, a critical region to be preserved Rp and a neutral region Rn on the 3D anatomical image by means of anatomical image processing 22.
  • the planning phase includes a step 203 for determining target pixels in the target region Rc, pixels to be preserved in the region to be preserved Rp and neutral pixels in the neutral region Rn.
  • the pretreatment phase is carried out just before the heat treatment.
  • the pre-processing phase includes a step of acquiring anatomical MRI images 204 by an MRI imaging device 4.
  • the preprocessing phase includes a registration step 205 to spatially match the anatomical image (IMG_A) acquired during the planning phase with the anatomical MRI image (IMG_IRM_A) so as to define the three regions Rc, Rp and Rn on the anatomical MRI image.
  • the preprocessing phase includes a step 206 for defining heat treatment instructions in each of the three regions defined on the anatomical MRI images (IMG_IRM_A). This step is similar to step 104 of the method according to a first embodiment described above.
  • the pre-processing phase includes a step for defining temperature measurement uncertainties 207 in each of the three regions defined on the anatomical MRI images (IMG_IRM_A). This step is similar to step 105 of the method according to a first embodiment described above.
  • the 3D anatomical MRI images (IMG_IRM_A) with the information associated with each of the three regions are then transmitted to the monitoring unit 9 for the heat treatment phase.
  • the information is the temperature and/or thermal dose setpoints and the uncertainties of the acceptable temperature measurements assigned to each of the pixels determined in the three regions Rc, Rp and Rn.
  • the different steps forming the processing phase are identical to those of the processing phase of the method according to the first embodiment described above.
  • the heat treatment assembly according to the invention with quantitative monitoring of the thermal energy deposit is particularly suitable for any type of treatment by local temperature variation.
  • the invention is particularly suitable for a treatment in which the thermal energy is deposited locally by a laser, microwaves, radiofrequency waves, focused ultrasound or cryotherapy.

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Abstract

Un ensemble de traitement thermique (1) d'une région cible d'un tissu biologique comprenant : - un générateur d'énergie thermique (3); - un applicateur d'énergie (2) couplé audit générateur et configuré pour déposer de l'énergie thermique dans ladite région cible de manière à induire une variation de température; - un dispositif d'acquisition d'images IRM (4) configuré pour générer au moins une image IRM anatomique (IMG_IRM_A) et au moins une image de phase (IMG_IRM_P); - une unité de planification (5) comprenant un moyen de traitement d'images IRM (6) configuré pour définir la région cible Rc, une région à préserver Rp et une région neutre Rn sur ladite au moins une image IRM anatomique (IMG_IRM_A), ledit moyen de traitement d'images IRM étant également configuré pour attribuer une consigne de traitement thermique à chacune des trois régions et une incertitude de mesure de température acceptable à chacune des trois régions; - une unité de surveillance de l'évolution de l'état du traitement thermique (9) configurée pour recevoir des données provenant de l'unité de planification (5) et des données provenant du dispositif d'acquisition d'images IRM (4) en temps réel pendant une phase de traitement thermique, ladite unité de surveillance (9) comprenant un moyen de génération d'images de température (10) à partir de ladite au moins une image de phase (IMG_IRM_P), un moyen de calcul d'un indicateur de fiabilité (11) de la variation de température indiquée sur l'image de température et un moyen de calcul d'un indicateur de l'état du traitement thermique (12) dans chacune des trois régions.

Description

ENSEMBLE DE TRAITEMENT THERMIQUE Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine du traitement d’un tissu biologique par une variation localisée de la température sous guidage par imagerie peropératoire.
[0002] Plus précisément, l’invention concerne un ensemble et un procédé permettant de quantifier en temps réel et en 3D l’évolution temporelle du traitement thermique du tissu biologique ciblé.
[0003] L’ensemble de traitement thermique et le procédé associé peuvent être utilisés pendant la phase peropératoire, afin de pouvoir afficher en temps réel une information quantitative indiquant le volume dans lequel une variation de la température a été induite dans une région cible et/ou dans les régions voisines de la région cible.
Technique antérieure
[0004] Il est connu de traiter localement des tissus biologiques pathologiques par administration ciblée d’une augmentation de la température (hyperthermie) ou d’une diminution de la température (hypothermie) au moyen d’une source d’énergie. L’énergie peut être apportée par exemple par un laser, des micro-ondes, des ondes radiofréquences, des ultrasons focalisées ou par cryothérapie.
[0005] Parmi ces techniques, on distingue une première catégorie de traitement thermique qui consiste à déposer une dose d’énergie dans une zone cible d’un tissu biologique via des moyens générateurs d’énergie positionnés à distance (ultrasons focalisés ou radiofréquences par induction) ou dans la zone cible par voie percutanée ou vasculaire (radiofréquences, laser, micro-ondes, cryothérapie). La plupart des dispositifs proposent une mise en œuvre prédéfinie visant à atteindre un volume donné a priori. Cependant, le volume effectivement traité peut varier substantiellement en raison de paramètres physiologiques/physiopathologiques (perfusion, diffusivité thermique, absorption d’énergie, présence de gros vaisseaux à proximité, hétérogénéité tissulaire et cellulaire). [0006] Préalablement au traitement thermique, une phase dite « phase de planification préopératoire » vise à évaluer l’extension en 3D de la zone pathologique grâce à des techniques d’imagerie adaptées, par exemple par tomodensitométrie (qui peut être désigné par « TDM » dans l’ensemble de la présente description) ou par Imagerie par Résonance Magnétique (qui peut être désigné par « IRM » dans l’ensemble de la présente description), aptes à déterminer la taille, le nombre, la localisation et la forme de la ou de(s) région(s) cible(s).
[0007] Pendant cette phase de planification préopératoire, on définit généralement des indicateurs sommaires des dimensions de la zone à traiter, de leur nombre et de leur localisation relative par rapport à des repères anatomiques identifiables.
[0008] Au début du traitement, une phase de balistique consiste à positionner le dispositif générateur d’énergie au regard de la région à traiter. Ce positionnement est généralement effectué de manière itérative à l’aide d’un guidage d’imagerie intermittent.
[0009] Pendant la phase de traitement, le dépôt d’énergie est généralement effectué avec une surveillance (échographie, signaux physiologiques, capteurs intégrés au dispositif de traitement) qui ne permet pas de quantifier précisément la distribution 3D de la température dans la région à traiter. Dans certains cas particuliers, notamment les traitements par ultrasons focalisés guidés par IRM, la variation de température dans la région à traiter est visualisée de manière sommaire et le dépôt d’énergie peut être interrompu lorsqu’il dévie de la consigne. A partir de l’imagerie de la température, il est possible de calculer une dosimétrie thermique qui est un indicateur fiable du traitement, à condition que l’incertitude sur la thermométrie soit inférieure ou égale à 1 °C dans chaque pixel de l’image.
[0010] En absence de modalité d’imagerie de température, des mesures ponctuelles de la température peuvent être fournis par des capteurs invasifs (sondes implantées dans le tissu et/ou dans le dispositif thérapeutique).
[0011] Bien que la technique de traitement thermique soit beaucoup moins invasive que la chirurgie, elle comprend certaines limitations. Une des problématiques générales du traitement thermique localisé est le manque de surveillance temps réel, en 3D et précis de la température dans les tissus biologiques.
[0012] La déviation entre le dépôt d’énergie planifié et effectif dans les différentes régions peut être accentuée par les erreurs de balistique, par exemple un positionnement imparfait de l’applicateur d’énergie au regard de la région à traiter.
[0013] En conséquence, le dépôt d’énergie peut substantiellement dévier de celui qui a été planifié.
[0014] Une conséquence de cet effet est un traitement incomplet associé à des risques de récidive de la pathologie.
[0015] De même, les risques d’altérer des tissus sains de la région à préserver sont accentués, pouvant donner lieu à des effets secondaires graves.
[0016] En conséquence, le nombre de patients éligibles à ces thérapies minimalement ou non-invasives est fortement réduit par manque de surveillance peropératoire précis de la thérapie.
[0017] Le manque de surveillance 3D précis et en temps réel du traitement rend difficile l’ajustement de ces thermothérapies, notamment le repositionnement précis de l’applicateur d’énergie pour compléter le traitement par un ou plusieurs dépôts d’énergie successifs additionnels dans la (ou les régions) non encore traitée(s). En conséquence, le praticien évalue l’efficacité du traitement à posteriori, c’est-à-dire immédiatement après la procédure ou jusqu’à plusieurs semaines après la procédure), ce qui ne permet pas un traitement optimal en une seule procédure, entraînant une perte d’efficacité et un risque de perte de chance pour le patient).
[0018] Les procédés actuels ne proposent pas une surveillance précise et en temps réel des régions environnantes de la région à traiter, ce qui augmente les risques de complications per et post opératoires.
[0019] Un but de l’invention est donc de proposer un ensemble et un procédé qui permettent, pendant la phase de traitement peropératoire, une surveillance temps réel, avec une cadence de rafraîchissement d’une seconde ou mieux, en 3D en englobant l’intégralité du tissu biologique à traiter et de son environnement et quantitative de la température. [0020] L’ensemble de traitement thermique de la présente invention permet une surveillance quantitative et dynamique du traitement du tissu biologique ciblé en proposant des indicateurs quantitatifs liés au traitement. Il a pour objectif d’améliorer l’efficacité du traitement thermique ainsi que sa sécurité et donc d’augmenter la balance bénéfice/risque de ces thermothérapies. Une autre conséquence attendue de la présente invention est d’augmenter le nombre de patients éligibles à ces thérapies ayant moins d’effets secondaires que la chirurgie conventionnelle et une meilleure efficacité que les traitements médicamenteux.
Exposé de l’invention
[0021] Il est proposé un ensemble de traitement thermique d’une région cible d’un tissu biologique comprenant :
- un générateur d’énergie thermique ;
- un applicateur d’énergie couplé audit générateur et configuré pour déposer de l’énergie thermique dans ladite région cible de manière à induire une variation de température;
- un dispositif d’acquisition d’images IRM configuré pour générer au moins une image IRM anatomique (IMG_IRM_A) et au moins une image de phase (IMG_IRM_P);
- une unité de planification comprenant un moyen de traitement d’images IRM configuré pour définir la région cible Rc, une région à préserver Rp et une région neutre Rn sur ladite au moins une image IRM anatomique (IMG_IRM_A), ledit moyen de traitement d’images IRM étant également configuré pour attribuer une consigne de traitement thermique à chacune des trois régions et une incertitude de mesure de température acceptable à chacune des trois régions ;
- une unité de surveillance de l’évolution de l’état du traitement thermique configurée pour recevoir des données provenant de l’unité de planification et des données provenant du dispositif d’acquisition d’images IRM en temps réel pendant une phase de traitement thermique, ladite unité de surveillance comprenant un moyen de génération d’images de température à partir de ladite au moins une image de phase (IMG_IRM_P), un moyen de calcul d’un indicateur de fiabilité de la variation de température indiquée sur l’image de température et un moyen de calcul d’un indicateur de l’état du traitement thermique dans chacune des trois régions, - le moyen de calcul d’un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique (12) étant configuré pour :
- mettre en correspondance spatiale l’image IRM anatomique avec les images de température générées pendant le traitement thermique ;
- comparer la température et/ou la dose thermique associée à chaque pixel des trois régions par rapport à la consigne de traitement thermique prédéfinie dans chacune des trois régions ;
- déterminer le nombre de pixels qui satisfont la consigne de traitement thermique prédéfinie pour chacune des trois régions, ledit nombre correspondant à l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique en temps réel ;
-générer en temps réel des signaux indicateurs de l’état du traitement thermique et de l’évolution temporelle des indicateurs quantitatifs dans les trois régions.
[0022] Ainsi, le praticien peut suivre pendant le traitement thermique en temps réel et en continu l’évolution des indicateurs quantitatifs dans les trois régions. Le signal est présenté par exemple sous la forme d’une carte 2D ou 3D, ou d’une représentation graphique. L’affichage dynamique du nombre de pixels ayant atteint la consigne de température prédéfinie et/ou la consigne de dose thermique lui permet de suivre l’évolution du traitement non seulement dans la région cible mais également dans la région à préserver et la région neutre et l’aider à prendre une décision en temps réel en cours de traitement.
[0023] Dans la région cible, le nombre de pixels qui satisfont la consigne de traitement thermique prédéfinie peut être comparée au nombre de pixels prédéfinis dans la région cible avant le début du traitement afin de fournir un pourcentage de volume traité.
[0024] Dans la région neutre, le nombre de pixels qui satisfont la consigne de traitement thermique prédéfinie peut être comparée au nombre de pixels prédéfinis dans cette région afin de fournir un pourcentage de volume d’altération, qui doit idéalement rester le plus proche de zéro.
[0025] Dans la région critique à préserver, aucun pixel ne doit enfreindre la ou les consignes prédéfinies. Il est donc nécessaire de fournir un indicateur précoce de risque d’enfreindre ces consignes. En conséquence, un signal d’alerte, par exemple un signal d’alerte sonore, peut être donné par exemple lorsque 80% de la dose thermique létale est atteinte dans un ou plusieurs pixels de cette région, ou encore lorsque la température s'approche de quelques degrés de la température limite autorisée.
[0026] Dans la région neutre, le signal l'alerte peut également être donné avec des signaux d’alerte similaires ou différents, mais avec une criticité moindre, puisqu'il est acceptable (même si non souhaitable) d’enfreindre la/les consignes dans cette région.
[0027] Ces signaux d’alerte permettent d’avertir en temps réel le praticien du risque de créer des altérations dans les régions neutre et critique à préserver avant que les consignes soient atteintes ou dépassées dans les régions neutres et critiques à préserver.
[0028] Les signaux indicateurs de l’état du traitement thermique générés en temps réel à chaque nouvelle mesure de température et de dose thermique peuvent être visuels ou sonores pour indiquer l’état de traitement dans les trois régions.
[0029] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0030] L’ensemble comprend en outre un second dispositif d’acquisition d’images configuré pour générer au moins une image anatomique (IMG_A).
[0031] L’unité de planification comprend en outre un moyen de traitement d’images anatomiques configuré pour définir les trois régions sur ladite image anatomique (IMG_A), un moyen de recalage configuré pour faire correspondre spatialement l’image anatomique avec l’image IRM anatomique provenant du dispositif d’acquisition d’images IRM.
[0032] Le moyen de calcul d’un indicateur de fiabilité est configuré pour :
- déterminer l’incertitude de la température mesurée dans chaque région à partir d’une variance de température déterminée sur une série d’images de température ;
- déterminer un nombre de pixels dans chacune des trois régions qui satisfont à l’incertitude de mesure de température acceptable prédéfinie, ledit nombre correspondant à l’indicateur de fiabilité de la variation de température indiquée sur l’image de température.
[0033] Selon un mode de réalisation, le moyen de calcul d’un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique est configuré pour exclure les pixels dont la variation de température mesurée n’est pas exploitable ou fiable. Ceci permet d’augmenter la fiabilité de l’indicateur quantitatif généré par le moyen de calcul, en évitant notamment de générer des signaux d’alertes intempestifs au cours du traitement.
[0034] Selon un mode de réalisation, la consigne de traitement thermique attribuée à la région cible Rc correspond à une température minimale à atteindre, une dose thermique minimale à atteindre, ou une courbe d’évolution de la température au cours du temps prédéfinie.
[0035] Selon un autre mode de réalisation, la consigne de traitement thermique attribuée à la région à préserver Rp correspond à une température maximale à ne pas dépasser ou une dose thermique maximale à ne pas dépasser.
[0036] Selon encore un autre mode de réalisation, la consigne de traitement thermique attribuée à la région neutre correspond à une température maximale à ne pas dépasser ou une dose thermique maximale à ne pas dépasser.
[0037] Selon un mode de réalisation, l’applicateur d’énergie est un applicateur d’un faisceau laser, un applicateur de micro-ondes, un applicateur d’ondes radiofréquences, un applicateur d’ultrasons focalisés ou un applicateur d’énergie cryogénique.
[0038] Avantageusement, l’ensemble comprend en outre une unité de visualisation configurée pour afficher les indicateurs quantitatifs de l’état du traitement dans chacune des trois régions.
[0039] Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de surveillance quantitative en temps réel de l’état du traitement thermique d’un tissu biologique mettant en œuvre l’ensemble de traitement thermique tel que défini ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- générer au moins une image anatomique IRM;
- définir une région cible Rc, une région à préserver Rc et une région neutre Rn sur ladite image IRM anatomique;
- déterminer un premier ensemble de pixels cibles à l’intérieur de ladite région cible, un deuxième ensemble de pixels à préserver à l’intérieur de ladite région à préserver Rp, et un troisième ensemble de pixels neutres à l’intérieur de ladite région neutre Rn ;
- attribuer une consigne de traitement thermique à chacun des pixels dans les trois régions Rc, Rp et Rn;
- attribuer une incertitude de mesure de température acceptable à chacun des pixels dans les trois régions Rc, Rp et Rn; - déterminer l’indicateur de fiabilité de la variation de température indiquée sur une image de température, ledit indicateur de fiabilité correspondant au nombre de pixels satisfaisant à l’incertitude prédéfinie dans les trois régions;
- générer des images de température à partir des images de phase transmises par le dispositif d’acquisition d’images IRM ; - calculer l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique, ledit indicateur correspondant au nombre de pixels ou le pourcentage de pixels qui satisfont la consigne de traitement thermique prédéfinie pour chacune des trois régions Rc, Rp et Rn;
- afficher en temps réel la cartes de température en 3D et la carte de dose thermique en 3D, l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique dans chacune des trios régions.
[0040] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une phase de planification réalisée avant la phase de prétraitement thermique, ladite phase de planification comprenant les étapes suivantes : - générer au moins une image anatomique (IMG_A);
- définir la région cible Rc, la région à préserver Rc et la région neutre Rn sur ladite image anatomique;
- déterminer un premier ensemble de pixels cibles à l’intérieur de ladite région cible, un deuxième ensemble de pixels à préserver à l’intérieur de ladite région à préserver Rp, et un troisième ensemble de pixels neutres à l’intérieur de ladite région neutre Rn; et la phase de prétraitement comprend en outre une étape de recalage entre l’image anatomique et l’image IRM anatomique afin de définir les trois régions sur l’image IRM anatomique.
[0041] Avantageusement, l’étape d’affichage génère un indicateur visuel et/ou sonre indiquant que le traitement thermique est terminé dans la région Rc lorsque le nombre de pixels de ladite région Rc satisfaisant la consigne de traitement atteint un seuil prédéfini.
[0042] Avantageusement, l’étape d’affichage génère un indicateur visuel et/ou sonore indiquant que la consigne de sécurité dans la région Rp n’est pas respectée lorsque le nombre de pixels de la région à préserver ne satisfaisant pas la consigne prédéfinie est supérieur à un seuil prédéfini.
Brève description des dessins
[0043] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1
[0044] [Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement un ensemble de traitement thermique selon un mode de réalisation ;
Fig. 2
[0045] [Fig. 2] La Figure 2 représente schématiquement un ensemble de traitement thermique selon un autre mode de réalisation ;
Fig. 3
[0046] [Fig. 3] La Figure 3 est un organigramme représentant le procédé de surveillance du traitement thermique selon un mode de réalisation ;
Fig. 4 [0047] [Fig. 4] La Figure 4 est un organigramme représentant le procédé de surveillance du traitement thermique selon un autre mode de réalisation.
[0048] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « région cible » une région comprenant le tissu pathologique à traiter visible en imagerie et une région qui entoure le tissu pathologique. L’étendue du voisinage autour du tissu pathologique est variable et est définie par le praticien. La région cible doit subir une variation de température afin de traiter le tissu pathologique. La région est désignée par Rc sur la figure 1 .
[0049] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « région critique à préserver » une région dans laquelle le tissu biologique est sain et qui ne doit pas subir une variation de température délétère pendant le traitement thermique. La région est désignée par Rp sur la figure 1 .
[0050] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « région neutre » une région dans laquelle le tissu biologique est sain et ne doit idéalement pas subir une variation de température pendant le traitement thermique. Toutefois, une éventuelle variation de température n’est pas considérée comme critique pour le patient. La région est désignée par Rn sur la figure 1 .
[0051] Dans le cadre de la présente invention, une image anatomique 3D est une image reconstruite représentant l’anatomie de la région cible et son environnement. Cette image anatomique 3D peut être obtenue par différentes techniques d’imagerie.
[0052] Dans le cadre de la présente invention, le dispositif d’imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est un dispositif configuré pour fournir des informations concernant les régions cibles, critiques et neutres. Ces informations peuvent être de nature anatomique et/ou bien fonctionnelles, elles peuvent en particulier concerner les variations de température des tissus contenus dans les régions précitées. Pour ce faire, le dispositif d’imagerie par résonance magnétique génère des images IRM 3D et associe à chaque voxel de l’image IRM (unité élémentaire de volume de chaque région) un nombre complexe M.bf, où M est le module et f la phase du vecteur d’aimantation dans ce voxel. Dans la suite de la description et au sens de la présente invention, le terme « pixel » d’une image représente une ou plusieurs informations du voxel associé. Le module M en chaque pixel de l’image permet la construction d’une image IRM anatomique IMG_IRM_A. La différence de phase entre deux images IRM de phase IMG_IRM_P consécutives est directement proportionnelle à une différence de température, permettant ainsi la construction d’une image de température. [0053] Dans le cadre de la présente demande, la « dose thermique » correspond à l’intégration de la température sur le temps. Ainsi, il est possible d’obtenir à partir d’une carte de températures, une carte de doses thermiques. Les cartes de températures et de dose thermique obtenues pendant le traitement sont des indicateurs de l’effet biologique induit par celui-ci.
Description des modes de réalisation
[0054] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0055] Sur la figure 1 est représenté un ensemble de traitement thermique 1 d’une région cible Rc à traiter d’un tissu biologique selon un mode de réalisation de l’invention. Il comprend un dispositif de traitement thermique comprenant un applicateur 2 couplé à un générateur d’énergie thermique 3, un dispositif d’acquisition d’images IRM 4, une unité de planification 5 (UNIT PLANIF 1), une unité de surveillance 9 (UNIT SURV) en temps réel de l’état du traitement thermique en générant au moins un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique et une unité de visualisation 13 (UNIT VIS).
[0056] L’applicateur d’énergie thermique 2 est configuré pour induire une variation de température dans la région cible Rc à traiter du tissu biologique. Il peut s’agir d’un applicateur d’ondes radiofréquences, un applicateur de micro-ondes, un applicateur d’ultrasons focalisés, un applicateur d’un faisceau laser ou un applicateur d’énergie cryogénique. Sur la figure 1 , il est schématisé par un applicateur percutané positionné au sein de la région cible Rc à traiter. L’applicateur d’énergie thermique 2 est alimenté par le générateur d’énergie 3. L’applicateur d’énergie thermique peut également se présenter sous la forme d’un émetteur extracorporel non invasif (ultrasons focalisé, radiofréquence inductif) qui est adapté pour focaliser un dépôt d’énergie thermique dans la région cible.
[0057] Le dispositif d’acquisition d’images IRM 4 est utilisé pendant une phase de prétraitement pour générer des images IRM anatomiques (IMG_IRM_A). La phase de prétraitement est une phase réalisée juste avant le début du traitement thermique. Les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) sont ensuite transmises à l’unité de planification 5.
[0058] Le dispositif d’acquisition d’images IRM 4 est également utilisé pour générer des images de phase (IMG_IRM_P) à partir d’une séquence d’images sensibles à la variation de température acquises pendant toute la durée du traitement thermique. Le dispositif d’imagerie IRM 4 est configuré pour obtenir une imagerie dynamique de température englobant les trois régions prédéfinies Rc, Rp et Rn, pendant toute la durée du traitement thermique. Cette imagerie dynamique est obtenue à l’aide d’une séquence d’acquisition rapide, de l’ordre de la seconde ou moins pour chaque volume acquis, avec une résolution spatiale de l’ordre du millimètre ou mieux. Les images de phase (IMG_IRM_P) sont transmises à l’unité de surveillance 9.
[0059] L’unité de planification 5 comprend un moyen de traitement d’images IRM anatomiques 6 (TRAIT IMG_IRM_A) qui est configuré pour définir sur l’image IRM anatomique 3D la région cible Rc, la région critique à préserver Rp et la région neutre Rn.
[0060] A titre d’exemple, sur la figure 1 est représenté schématiquement un tissu biologique comprenant une région cible, nommée Rc, entourée par une région critique à préserver, nommée Rp et une région neutre, nommée Rn. La région cible Rc doit contenir la totalité de la zone pathologique à traiter et ne pas inclure la région critique à préserver.
[0061] Selon un exemple de réalisation, le moyen de traitement d’images IRM anatomiques 6 est apte à segmenter l’image IRM anatomique 3D afin de déterminer dans la région Rc les pixels cibles, dans la région critique à préserver les pixels à préserver, dans la région neutre les pixels neutres.
[0062] Le moyen de traitement d’images IRM anatomiques 6 est également configuré pour définir une consigne de traitement thermique dans chacune des trois régions. Plus précisément, le moyen de traitement d’images IRM 6 est configuré pour attribuer à chacun des pixels de chacune des trois régions une consigne de température et/ou de dose thermique à respecter.
[0063] Dans la région cible Rc, la consigne de traitement thermique peut être soit une température minimale à atteindre, soit une dose thermique minimale à atteindre, soit une courbe prédéfinie d’évolution de la température au cours du temps, soit une combinaison de plusieurs consignes de température et de dose thermiques.
[0064] Dans la région critique à préserver Rp, la consigne de traitement thermique peut être soit une température maximale à ne pas dépasser, soit une dose thermique maximale à ne pas dépasser.
[0065] Dans la région neutre Rn, la consigne de traitement thermique peut être soit une température maximale à ne pas dépasser, soit une dose thermique maximale à ne pas dépasser.
[0066] Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de traitement d’images IRM anatomiques 6 est également configuré pour définir une incertitude des mesures de température acceptables dans chacune de trois régions. Plus précisément, il est configuré pour attribuer à chacun des pixels déterminés dans chacune des trois régions Rc, Rp et Rn une incertitude acceptable pour la mesure de température. La valeur de l’incertitude peut être liée à la consigne de température prédéfinie. A titre d’exemple, lorsqu’une variation de température de 5° C est définie dans la région Rc, il n’est pas acceptable par exemple d’avoir une incertitude supérieure à 3°C.
[0067] Les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) avec les informations associées à chacune des trois régions sont transmises à l’unité de surveillance 9.
[0068] Les informations associées sont les consignes de température et/ou de dose thermique et les incertitudes des mesures de température acceptables attribuées à chacun des pixels déterminés dans les trois région Rc, Rp et Rn.
[0069] L’unité de surveillance 9 est configurée pour recevoir en temps réel pendant le traitement thermique des images de phase (IMG_IRM_P) provenant du dispositif d’acquisition d’images IRM 4 et pour générer un indicateur quantitatif de l’évolution du traitement thermique en temps réel pendant le traitement thermique à partir des images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) et des images de phase (IMG_IRM_P).
[0070] Avantageusement, l’unité de surveillance 9 est également configurée pour recevoir des mesures provenant des capteurs internes intégrés au dispositif de traitement thermique (non illustrés sur la figure 1 ) et des capteurs externes additionnels (non illustrés sur la figure 1). Les capteurs internes peuvent être par exemple des capteurs intégrés à l’applicateur d’énergie thermique 2 pour transmettre des informations sur sa position dans l’espace par rapport à la région cible, l’énergie thermique envoyée par l’applicateur et/ou des mesures ponctuelles de la température par des capteurs de température. Les mesures provenant des capteurs externes additionnels peuvent comprendre par exemple des mesures physiologiques, par exemple des mesures relatives à la respiration, l’activité cardiaque et à la position du patient.
[0071] L’unité de surveillance 9 est configurée pour traiter les données qu’elle reçoit en temps réel. L’unité de surveillance est configurée de sorte que la cadence d’analyse et de traitement des données est supérieure à celle de l’acquisition des images de phase par le dispositif d’acquisition d’images IRM 4 pour générer dynamiquement et avec une latence minimale l’indicateur quantitatif représentatif de l’évolution de l’état du traitement thermique pendant la phase de traitement.
[0072] L’unité de surveillance 9 comprend un moyen de génération d’images de température 10 (IMG T) à partir des images de phase (IMG_IRM_P) acquises par le dispositif d’acquisition d’images IRM 4. Le moyen de génération d’images de température 10 comprend en outre un algorithme adapté pour compenser les artéfacts de mouvement, de dérive temporelle et spatiale du dispositif d’imagerie IRM et intègre également l’analyse des données provenant des capteurs externes du dispositif de traitement thermique et les données provenant des capteurs additionnels, par exemple des capteurs physiologiques.
[0073] L’unité de surveillance 9 comprend un moyen de calcul d’indicateur de fiabilité de la thermométrie 11 (FIAB). La thermométrie désigne la variation de température indiquée sur l’image de température générée à partir des images IRM de phase. Le calcul d’indicateur de fiabilité de la thermométrie est mis en œuvre avant le dépôt d’énergie par l’applicateur d’énergie. Le moyen de calcul 11 est configuré pour déterminer l’incertitude de la température dans chaque pixel à partir d’une variance de la température mesurée sur par exemple une série de plusieurs images successives de température. A titre d’exemple, la série peut comprendre dix images successives de température pour calculer la variance. Selon un exemple de réalisation, le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité peut générer une carte 2D ou 3D représentant les pixels qui satisfont aux incertitudes acceptables prédéfinies dans l’unité de planification 5. Le moyen de calcul 11 est apte à déterminer l’indicateur de fiabilité, c’est à dire le nombre ou le pourcentage de pixels qui satisfont aux incertitudes prédéfinies dans l’unité de planification 5.
[0074] Le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité 11 est configuré pour comparer l’indicateur de fiabilité déterminé par rapport à un seuil prédéfini par le praticien.
[0075] Selon une première configuration, lorsque l’indicateur de fiabilité est inférieur à un seuil prédéfini, le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité 11 est apte à générer un signal de commande pour indiquer que la variation de température indiquée sur l’image de température n’est pas fiable pour calculer l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique et pour démarre la surveillance du traitement thermique. Le signal de commande est un signal visuel transmis à l’unité de visualisation 13 et/ou un signal sonore. Le processus de la surveillance est arrêté et il n’est pas possible pour le praticien de démarrer le traitement thermique.
[0076] Selon une deuxième configuration, lorsque l’indicateur de fiabilité est inférieur au seuil prédéfini, le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité 11 génère un signal indiquant que la variation de température indiquée sur l’image de température n’est pas fiable pour calculer l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique et pour démarre la surveillance du traitement thermique. Toutefois, la décision de démarrer le traitement thermique ou pas est prise par le praticien.
[0077] Selon encore une autre configuration, lorsque l’indicateur de fiabilité est inférieur au seuil prédéfini mais reste compris dans une gamme de valeurs acceptables pour le praticien pour continuer le traitement thermique, le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité 11 est apte à générer un signal invitant le praticien à modifier les paramètres d’acquisition d’images IRM et/ou à appliquer un filtrage pour réduire la valeur de la variance de la température mesurée. De cette façon, le praticien peut manuellement ajuster les différents paramètres pour trouver des conditions de thermométrie acceptables pour démarrer la surveillance et réaliser le traitement thermique.
[0078] L’unité de surveillance 9 comprend un moyen de calcul d’un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique 12 (IND QUANT) à partir des images de température et des images IRM anatomiques avec les informations associées provenant de l’unité de planification 5.
[0079] Dans une première étape de calcul, le moyen de calcul d’indicateur quantitatif 12 détermine la température et la dose thermique dans chacun des pixels des régions Rc, Rp et Rn. Pour ce faire, le moyen de calcul met en correspondance spatiale l’image IRM anatomique générée avant le traitement thermique provenant de l’unité de planification 5 et les images de température générées pendant le traitement thermique. De cette manière, les pixels définies dans les trois régions Rc, Rp et Rn sur l’image IRM anatomique sont associés aux pixels des images de température générées.
[0080] Selon l’invention, par « mise en correspondance spatiale » d’images, il faut comprendre toute opération qui consiste à mettre en correspondance au moins deux images afin de pouvoir comparer ou combiner leurs informations respectives.
[0081] Dans une deuxième étape de calcul, le moyen de calcul d’indicateur quantitatif 12 détermine en temps réel pendant le traitement thermique le nombre ou le pourcentage de pixels satisfaisant aux consignes de traitement prédéfinies dans l’unité de planification pour les trois régions Rc, Rp et Rn. Le moyen de calcul d’indicateurs quantitatifs 12 compare pixel par pixel sur l’image de température la valeur de la variation de température par rapport à la consigne de température attribué au pixel de la région correspondante.
[0082] Dans la détermination du nombre de pixels qui satisfont les consignes de traitement thermique, le moyen de calcul 12 est apte à exclure les pixels considérés comme n’ayant pas de mesure de température exploitable ou fiable. Les pixels exclus présentent par exemple une incertitude supérieure à l’incertitude prédéfinie dans l’unité de planification. Selon un autre exemple, les pixels exclus présentent un rapport signal sur bruit du module proche de zéro et donc avec une phase indéfinie. Il n’est donc pas possible de donner une information fiable sur le respect de la consigne dans ces pixels. Cette information est transmise au praticien pour qu’il prenne une décision sur la conduite du traitement.
[0083] Avantageusement, le moyen de calcul 12 est configuré de manière à obtenir une vitesse de traitement des données provenant du dispositif d’imagerie IRM 4 et des données provenant de l’unité de planification 5 plus rapide que la vitesse d’acquisition des images de module et de phase pour pouvoir traiter dynamiquement et sans latence les images de température.
[0084] L’unité de surveillance 9 transmet en temps réel à l’unité de visualisation 13 toutes les données en sortie de l’unité de surveillance, telles que les cartes de températures et de doses thermiques, l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique, ainsi que les données des capteurs physiologiques et celles des capteurs intégrés dans le dispositif de traitement thermique, pour un affichage en temps réel au praticien pour qu’il puisse suivre l’évolution du traitement thermique, de décider de la poursuite ou d’un éventuel arrêt du traitement thermique en fonction de l’état du traitement thermique correspondant aux consignes de traitement prédéfinies.
[0085] Selon un mode de réalisation, l’affichage des indicateurs quantitatifs du traitement thermique peut prendre diverses formes. Les pixels ayant atteint la consigne de température définie dans la région cible Rc sont par exemple représentés avec un codage colorimétrique prédéfini, permettant une visualisation 2D ou 3D avec une grande précision de lecture du volume traité pendant le traitement. Cette information est complémentaire de l’affichage des cartes de températures et de doses thermiques superposées aux images anatomiques IRM.
[0086] L’unité de visualisation 13 comprend en outre des moyens de génération d’indicateurs visuels et/ou sonores indiquant :
- que le traitement est terminé dans la région Rc lorsque le nombre de pixels de la région Rc satisfaisant la consigne de température définie dans la région Rc atteint un seuil prédéfini ;
- que la consigne de température dans la région Rp n’est pas respectée ;
- que la consigne de température dans la région Rn n’est pas respectée.
[0087] La figure 2 illustre un ensemble de traitement thermique 20 selon un autre mode de réalisation.
[0088] L’ensemble de traitement thermique 20 comprend un dispositif de traitement thermique comprenant un applicateur 2 couplé à un générateur d’énergie thermique 3, un dispositif d’acquisition d’images IRM 4 pour générer des images par résonance magnétique, un dispositif d’imagerie 21 pour générer des images anatomiques (IMG_A), une unité de planification 25 (UNIT PLANIF 2), une unité de surveillance 9 (UNIT SURV) en temps réel de l’état du traitement thermique en générant un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique et une unité de visualisation 13 (UNIT VIS).
[0089] Comme dans le premier mode de réalisation, l’applicateur d’énergie thermique 2 est configuré pour induire une variation de température dans la région cible Rc à traiter du tissu biologique. Le dispositif d’acquisition d’images IRM 4 est utilisé pendant une phase de prétraitement pour générer des images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) et des images de phase (IMG_IRM_P) pendant le traitement thermique. Les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) sont transmises à l’unité de planification 25 et les images IRM de phase (IMG_IRM_P) sont transmises à l’unité de surveillance 9.
[0090] Le dispositif d’imagerie 21 peut être par exemple un autre dispositif d’acquisition d’images IRM, un Tomodensitométrie (TDM) ou une échographie ultrasonore (US). L’image anatomique (IMG_A) peut être ainsi par exemple générée pendant une phase de planification, avant le jour du traitement thermique. Les images anatomiques peuvent également être générées à partir d’un modèle 3D précalculé à partir des données d’imagerie ou autres données, tel que par exemple une cartographie 3D du signal électrique cardiaque. Les images anatomiques (IMG_A) sont transmises par le dispositif d’imagerie 21 à l’unité de planification 25.
[0091] L’unité de planification 25 comprend un moyen de traitement d’images anatomiques 22 (TRAIT IMG_A), un moyen de recalage 23 (RECAL) et un moyen de traitement d’images IRM 24 (TRAIT IMGJRM).
[0092] Le moyen de traitement d’images anatomiques 22 est configuré pour définir les trois régions Rc, Rp et Rn sur l’image anatomique IMG_A générée par le dispositif d’imagerie 21 pendant la phase de planification. Plus précisément, le moyen de traitement d’images anatomiques 22 est adapté pour segmenter l’image anatomique IMG_A afin de déterminer dans la région Rc les pixels cibles, dans la région à préserver les pixels à préserver et dans la région neutre les pixels neutres. L’image anatomique IMG_A avec les trois régions délimitées est transmise au moyen de recalage 23. [0093] Le moyen de recalage 23 est configuré pour faire correspondre spatialement l’image anatomique (IMG_A) avec l’image anatomique IRM (IMG_IRM_A) générée juste avant le début du traitement par le dispositif d’imagerie IRM 4, de manière à définir les trois régions Rc, Rp et Rn sur l’image IRM anatomique (IMG_IRM_A). L’image anatomique IRM avec les trois régions définies sont ensuite transmises au moyen de traitement d’images IRM 24.
[0094] Comme dans le premier mode de réalisation, le moyen de traitement d’images IRM 24 est configuré pour définir une consigne de traitement thermique et une incertitude des mesures de température acceptables dans chacune des trois régions définies sur les images IRM anatomiques.
[0095] Les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) avec les informations associées à chacune des trois régions sont ensuite transmises à l’unité de surveillance 9. Les informations sont les consignes de température et/ou de dose thermique et les incertitudes des mesures de température acceptables attribuées à chacun des pixels déterminés dans les trois région Rc, Rp et Rn.
[0096] Le fonctionnement de l’unité de surveillance 9 est identique au premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 et décrit ci-dessous et ne sera pas détaillé ici.
[0097] De même le fonctionnement de l’unité de visualisation 13 est identique au premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 et décrit ci-dessous.
[0098] L’invention concerne également un procédé de surveillance en temps réel de l’état du traitement thermique, en générant en temps réel un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique, sur le volume traité par rapport au volume total de la région cible à traiter et d’aider le praticien dans sa prise de décision. L’indicateur permet au praticien de visualiser la progression dans le temps du dépôt d’énergie thermique et du volume traité. Le procédé est mis en œuvre conformément aux étapes décrites ci-dessous à l’aide d’un ensemble de traitement thermique conforme à l’invention.
[0099] En référence à I a figure 3, un procédé mettant en œuvre un ensemble de traitement thermique de la figure 1 est décrit ci-dessus. [0100] Le procédé comprend une phase de prétraitement et une phase traitement thermique.
[0101] Pendant la phase de prétraitement, l’unité de planification 5 génère des images IRM anatomiques (IMG_IRM_A) avec les trois régions Rc, Rp et Rn définies et des informations associées à chacun des pixels déterminés dans les trois régions. Les informations comprennent des consignes de traitement prédéfinies pour chacune des trois régions et des incertitudes de mesures de température prédéfinies à chacune des trois régions. Cette phase de prétraitement est réalisée juste avant la phase de traitement thermique.
[0102] Pendant la phase de traitement, l’unité de surveillance 9 calcule des indicateurs quantitatifs sur l’état du traitement thermique à partir des données provenant de la phase de prétraitement et des images de température générées pendant le traitement thermique.
[0103] La phase de prétraitement comprend une étape d’acquisition 101 d’une image anatomique IRM 3D de la région cible et de son environnement. Les images anatomiques IRM 3D sont obtenues avec le dispositif d’imagerie IRM 4.
[0104] La phase de prétraitement comprend une étape de définition 102 d’une région cible Rc, d’une région critique à préserver Rp et d’une région neutre sur l’image anatomique IRM.
[0105] Le procédé comprend une étape de détermination des pixels dans chacune des régions définies 103. Cette étape consiste à segmenter l’image anatomique IRM de manière à déterminer un premier ensemble de pixels cibles à l’intérieure de la région cible, un deuxième ensemble de pixels à préserver à l’intérieure de la région à préserver, et un troisième ensemble de pixels neutre à l’intérieur de la région neutre.
[0106] Le procédé comprend une étape d’attribution 104 à chacun des pixels une consigne de température et de dose thermique à respecter pour chacune des trois régions définies.
[0107] Le procédé comprend une étape d’attribution 105 à chacun des pixels une incertitude acceptable pour la mesure de température pour chacune des trois régions définies sur les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A). [0108] Les images IRM anatomiques, les consignes de température définies et les incertitudes de mesures de température définies dans les trois régions Rc, Rp et Rn sont transmises à l’unité de surveillance 5.
[0109] Le procédé comprend une étape de calcul d’indicateur de fiabilité de la thermométrie 106 avant de débuter le traitement thermique, c’est-à-dire juste avant le dépôt d’énergie par l’applicateur 2. L’étape de calcul d’indicateur de fiabilité de la thermométrie comprend les sous-étapes suivantes :
- générer une série d’images de température à partir des images de phase transmises par le dispositif d’imagerie IRM 4, les images de phase étant acquises sans dépôt d’énergie thermique dans la région cible;
- faire correspondre spatialement les images de température avec l’image IRM anatomique transmise par l’unité de planification 5 pour définir les trois régions Rc, Rp, Rn sur les images de températures ;
- déterminer une variance de la température mesurée pour chacun des pixels dans les trois régions ;
- calculer l’incertitude de la mesure de température à partir de la variance dans chaque pixel ;
- comparer l’incertitude prédéfinie dans l’unité de planification 5 et l’incertitude déterminée pour chaque pixel des trois régions ;
- déterminer le nombre de pixels satisfaisant aux incertitudes prédéfinies, ce nombre étant représentatif de l’indicateur de fiabilité de de la variation de température indiquée sur l’image de température.
[0110] Selon un exemple de réalisation, il est possible de générer une carte représentant les trois régions montrant les pixels satisfont aux incertitudes prédéfinies par l’unité de planification et les pixels qui ne satisfont pas aux incertitudes prédéfinies par l’unité de planification.
[0111] Le procédé comprend une étape de contrôle 107 de l’indicateur de fiabilité de la thermométrie. En particulier, l’unité de surveillance contrôle si l’indicateur de fiabilité de la thermométrie est acceptable, c’est-à-dire si le nombre de pixels satisfaisant aux incertitudes prédéfinies est suffisant pour démarrer le traitement thermique avec une surveillance quantitative de l’évolution du traitement thermique mise en œuvre par l’unité de surveillance 9. [0112] Selon un exemple de réalisation, lorsque l’indicateur de fiabilité calculé dans l’étape 106 est inférieur à un seuil prédéfini, le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité 11 est apte à générer un signal de commande pour indiquer que la variation de température indiquée sur l’image de température n’est pas fiable pour calculer l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique et pour démarre la surveillance. Il n’est pas possible pour le praticien de démarrer le traitement thermique. C’est l’étape de l’arrêt du processus de traitement 111.
[0113] Selon encore un autre exemple de réalisation, lorsque l’indicateur de fiabilité est inférieur à un seuil prédéfini mais reste compris dans une gamme de valeurs acceptables pour le praticien pour continuer le traitement thermique, le moyen de calcul d’indicateur de fiabilité 11 est apte à générer un signal invitant le praticien à modifier les paramètres d’acquisition d’images IRM et/ou à appliquer un filtrage pour réduire la valeur de la variance de la température. De cette façon, le praticien peut manuellement ajuster les différents paramètres pour trouver des conditions de thermométrie acceptables pour réaliser le traitement thermique.
[0114] Lorsque l’indicateur de fiabilité déterminé est supérieur à un seuil prédéfini par le praticien, le praticien peut démarrer le traitement thermique. L’unité de surveillance 9 est également activée pour surveiller l’évolution de l’état du traitement thermique en temps réel pendant le traitement thermique. L’unité de surveillance 9 est synchronisée avec le dispositif de traitement thermique qui déposé l’énergie thermique dans la région cible de manière à démarrer le traitement thermique dans la région cible en même temps que la surveillance de l’état du traitement thermique.
[0115] La phase de surveillance comprend donc une étape 108 dans laquelle la génération des images de température et le traitement thermique sont synchronisés. Les images de température sont générées à partir des images de phase transmises par le dispositif d’imagerie IRM 4 à l’unité de surveillance 9 en temps réel pendant le traitement thermique.
[0116] La phase de surveillance comprend une étape de calcul de l’indicateur de l’état du traitement thermique 109 en temps réel. Cet indicateur correspond au nombre de pixels satisfaisant aux consignes de température prédéfinies pour les trois régions. Pour ce faire, le moyen de calcul 12 met en correspondance spatiale l’image anatomique IRM générée avant le traitement thermique provenant de l’unité de planification et les images de température générées pendant le traitement thermique. De cette manière, les pixels définis dans les trois régions Rc, Rp et Rn sur l’image anatomique IRM 3D sont associés aux pixels des images de température générées. L’image de température générée au cours du traitement thermique est comparée pixel par pixel aux consignes de température prédéfinies afin de déterminer le nombre de pixels satisfaisant aux consignes de traitement prédéfinies pour les trois régions Rc, Rp et Rn.
[0117] Selon un mode de réalisation de l’invention, les pixels considérés comme n’ayant pas de mesure de température exploitable ou fiable sont exclus dans le comptage du nombre de pixels satisfaisant aux consignes de traitement.
[0118] Le procédé comprend une étape d’affichage 110 de l’indicateur de l’état du traitement thermique dans les trois régions Rc, Rp et Rn. Les indicateurs peuvent être exprimés de diverses manières, par exemple en pixels ou volume traité ou en pourcentage de volume traité par rapport au volume de la région considérée. Ces indicateurs sont visualisés en temps réel sur une interface d’affichage pour informer le praticien de l’évolution de l’état du traitement thermique. Les pixels ayant atteint la consigne de température dans la région cible sont par exemple représentés avec un codage colorimétrique prédéfini, permettant une visualisation 2D ou 3D avec une grande précision de lecture du volume traité pendant le traitement. L’affichage dynamique du nombre de pixels ayant atteint la consigne de température prédéfinie lui permet de suivre l’évolution du traitement non seulement dans la région cible mais également dans la région à préserver et la région neutre et l’aider à prendre une décision en fonction de l’état du traitement thermique. L’interface d’affichage permet également un affichage des cartes 2D ou 3D de températures et de doses thermiques superposées aux images anatomiques.
[0119] Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’unité de surveillance 9 génère un indicateur visuel ou sonore indiquant que le traitement thermique est finalisé lorsque le nombre de pixels ayant atteint la consigne dans la région cible atteint un seuil prédéfini (par exemple 100% du nombre de pixels dénombrés dans la région cible).
[0120] De même, l’unité de surveillance génère un signal indicateur visuel et/ou sonore lorsqu’un ou plusieurs de pixels ne respectant pas la consigne dans la région critique à préserver Rp, ou lorsque la température s'approche de quelques degrés de la température limite autorisée.
[0121] De même, l’unité de surveillance génère un signal indicateur visuel et/ou sonore lorsque le nombre de pixels ne respectant pas la consigne dans la région neutre atteint un seuil prédéfini, par exemple lorsque le pourcentage de volume d’altération est proche de 5%.
[0122] Le procédé de surveillance quantitative de l’évolution de l’état du traitement thermique de la présente invention est mis en œuvre pendant le traitement thermique, permettent de fournir en temps réel une cartographie du volume traité.
[0123] En référence à la figure 4, un procédé selon un autre mode de réalisation mettant en œuvre l’ensemble de traitement thermique de la figure 2 est décrit ci- dessus.
[0124] Le procédé comprend une phase de planification, une phase de prétraitement et une phase de traitement thermique.
[0125] La phase de planification est réalisée avant le jour du traitement thermique et comprend une étape d’acquisition 201 d’images anatomiques 3D (IMG_A) par exemple par un dispositif d’imagerie TDM ou US ou générées à partir d’un modèle 3D précalculé à partir de données d’imagerie. Pendant cette phase de planification, le praticien détermine également les caractéristiques de la région cible afin de planifier le traitement : localiser la région cible, choisir l’applicateur d’énergie thermique adapté.
[0126] La phase de planification comprend une étape de définition 202 d’une région cible Rc, d’une région critique à préserver Rp et d’une région neutre Rn sur l’image anatomique 3D par un moyen de traitement d’images anatomiques 22.
[0127] La phase de planification comprend une étape de détermination 203 de pixels cibles dans la région cible Rc, de pixels à préserver dans la région à préserver Rp et de pixels neutres dans la région neutre Rn.
[0128] La phase de prétraitement est réalisée juste avant le traitement thermique.
[0129] La phase de prétraitement comprend une étape d’acquisition d’images IRM anatomiques 204 par un dispositif d’imagerie IRM 4. [0130] La phase de prétraitement comprend une étape de recalage 205 pour faire correspondre spatialement l’image anatomique (IMG_A) acquise pendant la phase de planification avec l’image IRM anatomique (IMG_IRM_A) de manière à définir les trois régions Rc, Rp et Rn sur l’image IRM anatomique. [0131] La phase de prétraitement comprend une étape de définition 206 de consignes de traitement thermique dans chacune des trois régions définies sur les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A). Cette étape est similaire à l’étape 104 du procédé selon un premier mode de réalisation décrit ci-dessus.
[0132] La phase de prétraitement comprend une étape de définition d’incertitudes de mesures de température 207 dans chacune des trois régions définies sur les images IRM anatomiques (IMG_IRM_A). Cette étape est similaire à l’étape 105 du procédé selon un premier mode de réalisation décrit ci-dessus.
[0133] Les images IRM anatomiques 3D (IMG_IRM_A) avec les informations associées à chacune des trois régions sont ensuite transmises à l’unité de surveillance 9 pour la phase de traitement thermique. Les informations sont les consignes de température et/ou de dose thermique et les incertitudes des mesures de température acceptables affectées à chacun des pixels déterminés dans les trois région Rc, Rp et Rn. Les différentes étapes formant la phase de traitement sont identiques à celles de la phase de traitement du procédé selon le premier mode de réalisation décrite ci-dessus.
Application industrielle
[0134] L’ensemble de traitement thermique selon l’invention avec une surveillance quantitative du dépôt d’énergie thermique est particulièrement adapté pour tout type de traitements par variation locale de la température. L’invention est particulièrement adaptée pour un traitement dont l’énergie thermique est déposée localement par un laser, des micro-ondes, des ondes radiofréquences, des ultrasons focalisés ou de la cryothérapie.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Ensemble de traitement thermique (1 ) d’une région cible d’un tissu biologique comprenant :
- un générateur d’énergie thermique (3) ;
- un applicateur d’énergie (2) couplé audit générateur et configuré pour déposer de l’énergie thermique dans ladite région cible de manière à induire une variation de température;
- un dispositif d’acquisition d’images IRM (4) configuré pour générer au moins une image IRM anatomique (IMG_IRM_A) et au moins une image IRM de phase (IMG_IRM_P);
- une unité de planification (5) comprenant un moyen de traitement d’images IRM (6) configuré pour définir la région cible Rc, une région à préserver Rp et une région neutre Rn sur ladite au moins une image IRM anatomique (IMG_IRM_A), ledit moyen de traitement d’images IRM (6) étant également configuré pour attribuer une consigne de traitement thermique à chacune des trois régions et une incertitude de mesure de température acceptable à chacune des trois régions ;
- une unité de surveillance de l’évolution de l’état du traitement thermique (9) configurée pour recevoir des données provenant de l’unité de planification (5) et des données provenant du dispositif d’acquisition d’images IRM (4) en temps réel pendant une phase de traitement thermique, ladite unité de surveillance (9) comprenant un moyen de génération d’images de température (10) à partir de ladite au moins une image IRM de phase (IMG_IRM_P), un moyen de calcul d’un indicateur de fiabilité (11 ) de la variation de température indiquée sur l’image de température et un moyen de calcul d’un indicateur de l’état du traitement thermique (12) dans chacune des trois régions ;
- le moyen de calcul d’un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique (12) étant configuré pour :
- mettre en correspondance spatiale l’image IRM anatomique avec les images de température générées pendant le traitement thermique ;
- comparer la température et/ou la dose thermique associée à chaque pixel des trois régions par rapport à la consigne de traitement thermique prédéfinie dans chacune des trois régions ; - déterminer le nombre de pixels qui satisfont la consigne de traitement thermique prédéfinie pour chacune des trois régions, ledit nombre correspondant à l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique en temps réel ;
-générer en temps réel des signaux indicateurs de l’état du traitement thermique et de évolution temporelle des indicateurs quantitatifs dans les trois régions.
[Revendication 2] Ensemble selon la revendication 1 , comprenant en outre un second dispositif d’acquisition d’images (21 ) configuré pour générer au moins une image anatomique (IMG_A).
[Revendication 3] Ensemble selon la revendication 2, dans lequel l’unité de planification (25) comprend en outre un moyen de traitement d’images anatomiques (22) configuré pour définir les trois régions sur ladite image anatomique (IMG_A), un moyen de recalage (23) configuré pour faire correspondre spatialement l’image anatomique avec l’image IRM anatomique provenant du dispositif d’acquisition d’images IRM (4).
[Revendication 4] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de calcul d’un indicateur de fiabilité (11 ) est configuré pour :
- déterminer une incertitude de la température mesurée dans chaque région à partir d’une variance de température déterminée sur une série d’images de température ;
- déterminer un nombre de pixels dans chacune des trois régions satisfaisant à l’incertitude de mesure de température acceptable prédéfinie, ledit nombre correspondant à l’indicateur de fiabilité de la variation de température indiquée sur l’image de température.
[Revendication 5] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le moyen de calcul d’un indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique (12) est configuré pour exclure les pixels dont la variation de température mesurée n’est pas exploitable ou fiable.
[Revendication 6] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la consigne de traitement thermique attribuée à la région cible Rc correspond à une température minimale à atteindre, une dose thermique minimale à atteindre, ou une courbe d’évolution de la température au cours du temps prédéfinie.
[Revendication 7] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la consigne de traitement thermique attribuée à la région à préserver Rp correspond à une température maximale à ne pas dépasser ou une dose thermique maximale à ne pas dépasser.
[Revendication 8] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la consigne de traitement thermique attribuée à la région neutre correspond à une température maximale à ne pas dépasser ou une dose thermique maximale à ne pas dépasser.
[Revendication 9] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’applicateur d’énergie (2) est un applicateur d’un faisceau laser, un applicateur de micro-ondes, un applicateur d’ondes radiofréquences, un applicateur d’ultrasons focalisés ou un applicateur d’énergie cryogénique.
[Revendication 10] Ensemble selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant en outre une unité de visualisation (13) configurée pour afficher les indicateurs quantitatifs de l’état du traitement dans chacune des trois régions.
[Revendication 11] Procédé de surveillance quantitative en temps réel de l’état du traitement thermique (100) d’un tissu biologique mettant en œuvre l’ensemble de traitement thermique selon l’une des revendications 1 à 10, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- générer (101 ) au moins une image anatomique IRM;
- définir (102) une région cible Rc, une région à préserver Rc et une région neutre Rn sur ladite image IRM anatomique;
- déterminer (103) un premier ensemble de pixels cibles à l’intérieur de ladite région cible, un deuxième ensemble de pixels à préserver à l’intérieur de ladite région à préserver Rp, et un troisième ensemble de pixels neutres à l’intérieur de ladite région neutre Rn ;
- attribuer (104) une consigne de traitement thermique à chacun des pixels dans les trois régions Rc, Rp et Rn;
- attribuer (105) une incertitude de mesure de température acceptable à chacun des pixels dans les trois régions Rc, Rp et Rn;
- déterminer (106) l’indicateur de fiabilité de la variation de température indiquée sur une image de température, ledit indicateur de fiabilité correspondant au nombre de pixels satisfaisant à l’incertitude de mesure de température acceptable prédéfinie dans les trois régions;
- générer (108) des images de température à partir des images de phase transmises par le dispositif d’acquisition d’images IRM ;
- calculer (109) l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique, ledit indicateur correspondant au nombre de pixels ou le pourcentage de pixels qui satisfont la consigne de traitement thermique prédéfinie pour chacune des trois régions Rc, Rp et Rn;
- afficher (110) en temps réel la cartes de température en 3D et la carte de dose thermique en 3D, l’indicateur quantitatif de l’état du traitement thermique dans chacune des trios régions.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 11 , comprenant en outre une phase de planification réalisée avant la phase de prétraitement thermique, ladite phase de planification comprenant les étapes suivantes :
- générer (201 ) au moins une image anatomique (IMG_A);
- définir (202) la région cible Rc, la région à préserver Rc et la région neutre Rn sur ladite image anatomique;
- déterminer (203) un premier ensemble de pixels cibles à l’intérieur de ladite région cible, un deuxième ensemble de pixels à préserver à l’intérieur de ladite région à préserver Rp, et un troisième ensemble de pixels neutres à l’intérieur de ladite région neutre Rn; et dans lequel la phase de prétraitement comprend en outre une étape de recalage (205) entre l’image anatomique et l’image IRM anatomique afin de définir les trois régions sur l’image IRM anatomique.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l’étape d’affichage génère un indicateur visuel et/ou sonre indiquant que le traitement thermique est terminé dans la région Rc lorsque le nombre de pixels de ladite région Rc satisfaisant la consigne de traitement atteint un seuil prédéfini.
[Revendication 14] Procédé selon l’une des revendications 11 à 13, dans lequel l’étape d’affichage génère un indicateur visuel et/ou sonore indiquant que la consigne de sécurité dans la région Rp n’est pas respectée lorsque le nombre de pixels de la région à préserver ne satisfaisant pas la consigne prédéfinie est supérieur à un seuil prédéfini.
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