JPH0595909A - 温熱治療効果判定支援装置 - Google Patents

温熱治療効果判定支援装置

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JPH0595909A
JPH0595909A JP26219191A JP26219191A JPH0595909A JP H0595909 A JPH0595909 A JP H0595909A JP 26219191 A JP26219191 A JP 26219191A JP 26219191 A JP26219191 A JP 26219191A JP H0595909 A JPH0595909 A JP H0595909A
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JP
Japan
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data
treatment
input interface
equation
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP26219191A
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English (en)
Inventor
Akinori Katou
暁紀 加藤
Noriyuki Takahashi
則幸 高橋
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加温装置の温熱治療時における治療データを
基にして生体内温度分布を改めて解析する装置を提供す
る。 【構成】 生体の断層画像を受ける画像入力インタフェ
ース1と、生体パラメータ等を記憶する外部記憶装置2
と、加温装置の温熱治療時における治療データを受ける
治療時データ入力インタフェース3と、手動入力データ
を受ける手動入力部4,5と、画像入力インタフェース
1と外部記憶装置2と治療時データ入力インタフェース
3と手動入力部4,5からのデータを基にして生体熱輸
送方程式を利用して治療時の生体各部の温度を計算する
中央処理装置6と、この演算結果を表示する表示装置7
とで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高周波電力を用いて
癌の温熱治療を行う加温装置などの支援装置に関し、特
に、生体内の温度を推定して温度治療の効果を判定する
効果判定支援装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来は、温熱治療の後、生体内各部の温
度分布を推定して当該治療の効果を判定する装置が無か
ったので、専ら、生体内に刺入された温度センサによっ
て得られた温度情報を基にして治療効果を判定してい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、温度センサに
よって測定される温度情報は、センサ刺入点における温
度情報に過ぎず、その為に、腫瘍全体が効果的に加温さ
れたか、また、生体内の目的部位以外にホットスポット
が生じていなかったか等の判定が出来なかった。かかる
場合、温度センサの刺入点を増やしても、得られるデー
タは刺入点でのデータに過ぎず、従って、腫瘍全体の温
度を把握することはできないし、また、むやみに刺入点
を増やすと患者の負担増になるという問題点がある。
【0004】また、患者が痛みを訴えた為に治療を中止
した場合、従来のように温度センサの刺入点での温度情
報のみを検討したのでは、患者の痛みの原因がはっきり
せず、次回の治療に今回の治療経験を有効に生かせない
という問題点もある。この発明は、これらの問題点に着
目してなされたものであって、温熱治療時に記録されて
いる加温装置の治療データを基にして温熱治療時の生体
内温度分布を改めて解析し、治療効果を有効に判定する
温熱治療効果判定支援装置を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する
為、この発明に係る温熱治療効果判定支援装置は、患者
の断層画像データを受ける画像入力インタフェースと、
生体各組織についての生体パラメータを記憶する記憶手
段と、温熱治療時に記憶された加温装置の治療データを
受ける治療時データ入力インタフェースと、温度分布の
計算に必要な手動入力によるデータを受ける手動入力手
段と、前記画像入力インタフェースと記憶手段と治療時
データ入力インタフェースと手動入力手段からのデータ
を基にして、代謝による産熱項と体表面からの熱放出項
を含んだ精密な生体熱輸送方程式を利用して治療時の生
体各部の温度分布を解析する解析手段とを特徴的に備え
ている。
【0006】
【作用】この発明は、以下の全体方程式を利用して精密
に生体内の温度分布を推定する装置である。
【0007】
【数1】
【0008】〔数1〕は、生体内の熱輸送を数式モデル
化した生体熱輸送方程式BHT(Bio-Heat Transfer eq
uation)である。〔数1〕の右辺においてWh は高周波
による発熱、WC は血流による冷却、Wm は代謝による
産熱、Wr は体表面から環境への熱放出、他の項は熱伝
導をそれぞれ表している。また、ρは体積密度(Kg/
3 )、cは比熱(J/Kg℃)、Tは温度(℃)、κは
熱電導率(W/m ℃)である。なお、〔数1〕の各値の
うち、Wh は、以下の〔数2〕と〔数3〕で与えられ
る。
【0009】
【数2】
【0010】ここで、φは生体内の特定部位(x,y)
の電位(V)、εはその点の誘電率(F/m)を表して
いる。
【0011】
【数3】
【0012】なお、σは、導電率(S/m)である。ま
た、〔数1〕の血流による冷却項WC は、
【0013】
【数4】
【0014】のように与えられる。ここで、F(T) は血
流量(m3 /KgS )、ρb は血液の体積密度(Kg/m
3 )、Cb は血液の比熱(J/Kg℃)、Tb は血液の温
度(℃)である。そしてこの血流量F(T) は図4のよう
に温度Tに依存して変化する。また、〔数1〕の代謝に
よる産熱項Wm は、
【0015】
【数5】
【0016】但し T≧T0 のとき ΔT=0 T<T0 のとき ΔT=(T0 −T) で与えられる。つまり、各組織における組織温度Tが代
謝基準温度T0 (℃)以上の場合は産熱項Wm が一定値
になり、組織温度Tが代謝基準温度T0 未満の場合は組
織温度Tと代謝基準温度T0 の差に応じて指数的に値が
増加する。
【0017】また、〔数1〕の体表面から環境への熱放
出項Wr は、放射による熱放出Rr 、対流による熱放出
c 、蒸散による熱放出Re を用いて、Wr =Rr +R
c +Re …〔数6〕で与えられる。そして、〔数6〕に
おける放射による熱放出Rr は、ステファン・ボルツマ
ンの法則によって、体表面温度T S (℃)と環境温度T
a (℃)とを絶対温度で表しそれぞれを4乗したものと
の差に比例する。つまり、Rr =γδ〔(TS +27
3.15)4 −(Ta +273.15)4 〕…〔数7〕
である。尚、γは生体の放射率、δはボルツマン定数
(W/m2・K4)である。また、〔数6〕における対流に
よる熱放出項Rc は、皮膚表面の空気の流速の平方根に
比例する。つまり、Rc =hc ×(V/V0 1/2 ×
(Ts −Ta )…〔数8〕である。尚、hc は対流の熱
伝達係数(W/m2・℃)、Vは体表面での空気の流速
(m/s)、V0 は基準の空気の流速(m/s)であ
る。更にまた、〔数6〕における蒸散による熱放出Re
は、体表面温度TS が環境温度Ta より大きい場合は、
体表面温度Ts と環境温度Ta との差に比例する項と、
その差の4乗に比例する項とが加わる。つまり、Ts
a のときRe =E0 +βe 〔αv (Ts −Ta )+λ
v (Ts −Ta 4 〕…〔数9〕である。但し、Re
50E0 であり、E0 は不感蒸散による熱放出(W/
m2)、βe は運動による蒸散の増加係数、αv は比例制
御の蒸散係数(W/m2・℃)、λv は4乗比例制御の蒸
散係数(W/m2・℃4 )である。しかし、Ts ≦Ta
ときはRe =E0 …〔数10〕である。
【0018】以上の諸式を踏まえて、以下、この発明の
各構成要素の作用を説明する。演算手段は、画像入力イ
ンタフェースから患者の断層像を取り込み、自動的に、
又は手動入力手段による入力値を基にして各臓器の輪郭
を抽出し、更に腫瘍の位置及び大きさを特定する。次に
演算手段は、記憶手段や治療時データ入力インタフェー
スから前記〔数1〕を解くための生体各組織ごとの生体
パラメータを受け取る。そして、演算手段は、〔数1〕
の生体熱輸送方程式を有限要素法などの手法を用いて解
いて、各微少単位ごとの温度Tを求め、これを時間順次
に表示装置に温度分布として表示してゆく。
【0019】
【実施例】図1は、この発明の一実施例である温熱治療
効果判定支援装置の回路ブロック図を示したものであ
る。この温熱治療効果判定支援装置は、患者の断層画像
を医用画像装置から取り込む画像入力インタフェース1
と、各組織・臓器の生体パラメータ等を記憶している外
部記憶装置2と、温熱治療時に記録されている加温装置
の治療データを取り込む治療時データ入力インタフェー
ス3と、演算に必要な所定のデータを手動入力するキー
ボード4と、キーボード4の補助入力装置であるマウス
5と、上記〔数1〕の生体熱輸送方程式などを解き治療
時の生体内の温度分布を計算する中央処理装置6と、中
央処理装置6による演算結果を順次表示する表示装置7
とで構成されている。
【0020】尚、画像入力インタフェース1は、CT、
MRなどの医用画像装置からの情報を取り込むものであ
り、例えばイメージスキャナ・カメラが該当する。もっ
とも、この場合は画像を一旦フィルムに現像する必要が
あるので情報量が低下する為、医用画像データから画像
データを直接入力できる構成にするのが望ましい。ま
た、外部記憶装置2には前記〔数1〕〜〔数5〕に関す
る生体パラメータが、各組織・臓器ごとに記憶されてい
る(図2参照)。また、外部記憶装置2には前記〔数
6〕〜〔数10〕に関する体表面から環境への熱放出の
パラメータが記憶されている(図3参照)。なお、マウ
ス5に代えてトラックボールやタブレットを利用しても
よい。
【0021】図5は、温熱治療後、図1の装置を用いて
治療時の患者の生体内温度を推定する場合の処理を示す
フローチャートである。以下、図5に従って動作手順を
説明する。中央処理装置6は、患者の断層像を医用画像
装置から取り込む(ステップST(以下STと略す)
1)。次に、この断層像を用いて各組織・臓器の輪郭を
抽出する(ST2)。この操作は、オペレータの操作に
よってもよいが、医用画像装置からデジタルデータとし
ての断層像が取り込まれた場合のように画質が良好であ
れば自動的に各臓器を認識することもできる。そして、
その後、オペレータは、認識しにくい腫瘍の位置と大き
さを入力する(ST3)。
【0022】続いて、中央処理装置6は、温熱治療時に
記録されている加温装置の治療データを、例えば主記憶
装置(図示せず)に取り込む(ST4)。このデータ
は、温熱治療時における加温装置への設定値や加温装置
による測定値であり、具体的には、アプリケータの種
類、アプリケータの位置、予冷却時間、治療時間、印加
電力、液温、センサ温度などのデータである。そして、
中央処理装置6は、ST4で取り込まれた治療時データ
によってアプリケータの大きさ、位置を設定する(ST
5)。
【0023】以上の作業が終了すると電界解析が可能と
なるので前記〔数2〕と〔数3〕を解くためのデータを
作成する。具体的には、外部記憶装置2から生体各組織
ごとの誘電率εと導電率σの値を受け取る(ST6)。
そして、偏微分方程式〔数2〕を有限要素法などの手法
を用いて解く(ST7)。このST7の処理により生体
各部の電界強度Eが求まるので、この値をそれぞれ〔数
3〕に代入して生体内を発熱させる電力Wh を計算する
(ST8)。
【0024】次に、中央処理装置6は、ST4で取り込
まれた治療データから、加温装置の印加電力、水温、室
温を取得する(ST9)。続いて、以上のデータを用い
て温度分布解析用のデータを作成する。具体的には、外
部記憶手段2から〔数1〕と〔数4〕〜〔数10〕を構
成している生体内の各パラメータを受け取る(ST1
0)。
【0025】そして、作成されたデータを基にして〔数
1〕を解いて生体各部の温度を求め(ST11)、その
結果を外部記憶装置3に記憶すると共に、表示装置7に
各種の色彩などを利用して表示する(ST12)。な
お、生体全体を微少領域に分割して偏微分方程式を解く
手法は公知であるので説明を省略する。ST12の処理
が終われば、治療時間分全てについての温度分布解析が
終わったか否かを判定して、終了していなければST9
に戻って温度分布解析を繰り返す(ST13)。
【0026】以上の処理の結果、表示装置には、温熱治
療時の生体内の温度分布の推移が再現される。また、記
録されているセンサ温度と上記の解析結果と比較すれ
ば、生体パラメータを逆推定することも可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る温
熱治療効果判定装置では、温熱治療後、治療時のデータ
に基づいて温度解析をして、表示装置に加温断面の温度
分布やその時間的推移を表示している。従って、この発
明によれば、温熱治療の効果を判定する為に有用な多く
の情報を得ることができる。
【0028】また、温熱治療中に患者が痛みを訴えて治
療を中止した場合も、治療中止後の温度解析によって痛
みの原因を解明でき、解明結果は次回の治療に生かすこ
とができる。更には、印加電圧や液温など解析に必要な
データは、例えばフロッピーディスク等から取り込まれ
自動入力されるのでオペレータの負担が軽減される。
【0029】以上の諸点を別言すれば、本発明は、加温
装置の治療時データを取り込む手段を設けたことによっ
て、実際の治療に基づいた解析を簡単な操作によって行
うことが出来るようになり、従って、温熱治療後の効果
の判定を有効に支援できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である温熱治療効果判定装
置の回路ブロック図である。
【図2】生体パラメータテーブルの一例を図示したもの
である。
【図3】体表面からの熱放出のパラメータテーブルの一
例を図示したものである。
【図4】血流量の温度依存性を示す図面である。
【図5】図1の温熱治療効果判定装置の動作を説明する
為のフローチャートである。
【符号の説明】
1 画像入力インタフェース 2 外部記憶装置(記憶手段) 3 治療時データ入力インタフェース 4、5 キーボード、マウス(手動入力手段) 6 中央処理装置(解析手段) 7 表示装置(表示手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】患者の断層画像データを受ける画像入力イ
    ンタフェースと、生体各組織についての生体パラメータ
    を記憶する記憶手段と、温熱治療時に記録された加温装
    置の治療データを受ける治療時データ入力インタフェー
    スと、温度分布の計算に必要な手動入力データを受ける
    手動入力手段と、前記画像入力インタフェースと記憶手
    段と治療時データ入力インタフェースと手動入力手段と
    からのデータを基にして、生体熱輸送方程式を利用して
    治療時の生体各部の温度分布を解析する解析手段とを備
    えることを特徴とする温熱治療効果判定支援装置。
JP26219191A 1991-10-09 1991-10-09 温熱治療効果判定支援装置 Pending JPH0595909A (ja)

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JP26219191A JPH0595909A (ja) 1991-10-09 1991-10-09 温熱治療効果判定支援装置

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JPH0595909A true JPH0595909A (ja) 1993-04-20

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5897239B1 (ja) * 2013-02-22 2016-03-30 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. 診断イメージングのためのハイパーサーミア

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5897239B1 (ja) * 2013-02-22 2016-03-30 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. 診断イメージングのためのハイパーサーミア

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