專利名稱：用于對射頻組織消融進行最佳超聲成像的基于圖像的功率反饋的制作方法
用于對射^R消Jiafi^^^成像的基于圖像的功率反饋
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是提供一種方法和系統(tǒng)，用于通過提供來自實時成 像和控制RF功率的反饋，而對射頻(RF)消融期間的超聲圖像進行優(yōu)化。
RF消融是一種通常用于在治療諸如肝轉(zhuǎn)移或肝細胞癌的不同種類癌 中破壞腫瘤的臨床治療程序。RF消融是一種有前途的對不能接受切除手術(shù) 的癌癥患者進行治療的程序。RF消融的臨床目的是用熱的方式消融癌組 織，而不傷害健康實質(zhì)以確保治療的副作用最小化。
RF消融是微創(chuàng)程序，其需要由外部介入成像模態(tài)進行導引和監(jiān)控。當 前，最常用于導引和監(jiān)控RF消融的成像模態(tài)是超聲和計算機斷層攝影。由 于超聲掃描提供實時圖像，幾乎沒有有害的輻射并且成本相對適中，因此 該技術(shù)對于導引和監(jiān)控介入程序而言具有大量現(xiàn)有和未使用的前途。超聲 的優(yōu)點包括其的實時能力和成本因素，然而由于在RF治療期間由加熱強度 產(chǎn)生的空化效應帶來的負面影響，因此可能降低了超聲圖像質(zhì)量。
在RF消融治療期間，體溫局部不同水平地增加以引起靶區(qū)的壞死，即 細胞或組織死亡。通常經(jīng)皮，將RF探針插入靶組織。通過在探針尖端產(chǎn)生 的RF電流通路處的介電損耗產(chǎn)生熱量。在加熱期間，圍繞探針尖端的組織 的溫度可能達到沸點(接近90—10(TC)，這引起空化效應，即，形成氣泡 囊。氣泡的存在影響將成像聲波通過介質(zhì)的傳播，并且破壞超聲圖像質(zhì)量。 當存在氣泡時，對程序進行超聲監(jiān)控的有效性將易于被氣囊遠處信號的"陰 影"或損失而降低。而且，氣泡的產(chǎn)生還可以修改治療自身的結(jié)果，因為 空氣是良好的絕緣體，因此可以防止組織內(nèi)的熱量擴散。因此，需要防止 氣泡形成，以改進RF消融程序在超聲掃描器上的顯像。
因此,本發(fā)明的目的是通過控制RF功率以最小化氣泡形成而最優(yōu)化超 聲圖像，同時最大化RF消融療法的功效。使用超聲成像系統(tǒng)提供的超聲數(shù) 據(jù)作為反饋參數(shù)，RF消融治療期間產(chǎn)生的RF功率得以限制，以便避免熱
5量引起的空化效應。
本文提供的本發(fā)明的特征化實施例是一種用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)射頻(RF)
消融療法以提高成像質(zhì)量的方法，該方法包括使用超聲成像系統(tǒng)對耙區(qū) 進行成像以提供治療前圖像用于校準，并且保持持續(xù)實時采集至少一幅附 加圖像；將RF探針插入靶區(qū)并且產(chǎn)生RF電流以加熱RF探針尖端附近的 靶區(qū)，并且根據(jù)持續(xù)實時采集而產(chǎn)生至少一幅手術(shù)中圖像；以及比較治療 前圖像和手術(shù)中圖像以產(chǎn)生反饋信號，其中，將該反饋信號傳送至RF功率 發(fā)生器，并且響應于反饋信號改變RF功率，以提高手術(shù)中圖像的質(zhì)量。
在相關(guān)實施例中，該方法包括進一步響應于確定靶區(qū)中存在至少一個 氣泡的指數(shù)而比較治療前圖像和手術(shù)中圖像。所述指數(shù)是從指示是否存在 氣泡的超聲圖像導出的。由于氣泡通常表現(xiàn)為高回聲囊，因此可以通過對 若干超聲特征進行檢査做出決定。例如，反饋信號包括聲學特征的變化。 在相關(guān)實施例中，聲學特征是下列中的至少一個回聲的變化、雙重成像 (dupleximaging)中多普勒譜的變化和非線性檢測方案。此外，非線性檢 測方案包括諧波信號和/或次諧波信號。
在另一相關(guān)實施例中，比較治療前圖像和手術(shù)中圖像還包括獲得熱電 偶讀數(shù)或阻抗讀數(shù)。
本文提供的本發(fā)明的另一特征化實施例是一種系統(tǒng)，其包括超聲掃 描器，所述超聲掃描器采集靶區(qū)的治療前圖像用于校準，以及靶區(qū)的至少 一幅附加圖像；射頻(RF)探針，使RF探針插入耙區(qū)；RF功率發(fā)生器； 以及氣泡檢測器，使氣泡檢測器指示靶區(qū)中是否存在至少一個氣泡并產(chǎn)生 反饋信號，并且使得響應于該反饋信號而改變RF功率發(fā)生器。
在相關(guān)實施例中，氣泡檢測器還比較治療錢圖像和至少一幅手術(shù)中圖 像。在替代實施例中，氣泡檢測器包括下列中至少之一無源空化檢測器、 擴音器和聽診器。例如，氣泡檢測器確定回聲的變化、雙重成像中多普勒 譜的變化和非線性檢測方案。此外，非線性檢測方案包括諧波信號和/或次 諧波信號。
在相關(guān)實施例中，檢測靶區(qū)中存在至少一個氣泡啟動閉環(huán)反饋系統(tǒng)中 的至少一個事件。例如，該事件包括改變RF功率。例如，改變RF功率包
括改變施加于RF探針的至少一個尖端的功率。此外，該事件包括RF功率發(fā)生器信號的暫時消失。
在替代或附加實施例中，通知用戶檢測到靶區(qū)中存在至少一個氣泡，
并且用戶啟動開環(huán)反饋系統(tǒng)中的至少一個事件。例如，該事件包括改變RF 功率。此外，改變RF功率包括改變施加于RF探針的至少一個尖端的功率。 此外，該事件包括RF功率發(fā)生器信號的暫時消失。
圖l是示出了超聲掃描器、RF探針或電極和RF功率發(fā)生器的圖，其 中超聲掃描器向RF功率發(fā)生器提供反饋控制；
圖2是示出了使用從超聲信號接收到的反饋而調(diào)整RF功率的流程圖。
用于對RF消融療法進行介入導引的超聲成像具有多種應用，其包括超 聲心動描記術(shù)、腹部和胸部成像以及腫瘤消融。

圖1中示出本發(fā)明的一個 實施例。使用諸如超聲掃描器或超聲探針的超聲成像系統(tǒng)以獲得諸如器官、 組織或腫瘤的靶區(qū)的超聲圖像。將由RF功率發(fā)生器提供動力的RF探針插 入靶區(qū)。使用獲自超聲成像系統(tǒng)的超聲圖像可以導引RF探針的定位。超聲 成像系統(tǒng)還作為反饋控制機構(gòu)，以將反饋信號傳送至RF功率發(fā)生器，進而 允許在開始形成氣泡時減少或關(guān)閉給予RF探針的功率。
如圖2中所示，RF探針的尖端插入諸如器官、組織或腫瘤的靶區(qū)，其 中使用超聲導引以確保正確地放置RF探針。用預設(shè)參數(shù)打開RF功率發(fā)生 器，并且產(chǎn)生RF功率。RF功率發(fā)生器運行直到接到終止信號的提示。例 如，如果RF功率發(fā)生器運行的時間量(t)大于最大時間量(tmax)，則自 動關(guān)閉RF功率發(fā)生器。如果尚未到達U狀，則繼續(xù)采集超聲圖像。如果使 用超聲圖像檢測氣泡，則產(chǎn)生反饋信號，所述反饋信號例如減小或關(guān)閉RF 功率。可以自動減小或關(guān)閉RF功率，或者用戶可以響應于來自系統(tǒng)的警告 或通知而手動調(diào)節(jié)RF功率。如果未檢測到氣泡，則獲得諸如熱電偶讀數(shù)或 阻抗讀數(shù)的讀數(shù)，并且基于所述熱電偶或阻抗參數(shù)調(diào)節(jié)RF功率。
本發(fā)明的一個實施例包括一種超聲成像系統(tǒng)，例如超聲掃描器或超聲 探針。將超聲探針置于患者身體上。超聲成像系統(tǒng)通過超聲耦合凝膠示出 了感興趣的器官或組織的圖像。超聲成像系統(tǒng)最初用于提供諸如器官、組 織或腫瘤的耙區(qū)的治療前圖像，所述圖像用于校準。由超聲成像系統(tǒng)維持持續(xù)實時采集附加圖像。
超聲成像系統(tǒng)還可以用于導引RF探針插入諸如器官、組織或腫瘤的靶區(qū)。應當適當?shù)乜刂茖F探針放置在最優(yōu)位置、治療時間和功率沉積。當選擇RF探針的最優(yōu)位置時要考慮許多因素。腫瘤相對于其他解剖結(jié)構(gòu)的尺寸和位置尤其重要。在示例性情況下，被消融體積的直徑通常限制在約2至約3cm;有時需要多次插入以治療較大的腫瘤。這需要進行治療計劃以及允許導引針插入并顯示被消融區(qū)域的程度的成像模態(tài)。
RF探針包括針部分，其插入諸如器官、組織或腫瘤的靶區(qū)。通常經(jīng)皮，即通過皮膚插入RF探針。在治療期間，在RF探針尖端處灌注輔助生理鹽水。在打開RF功率發(fā)生器之前，在患者的另一體表面(例如大腿)上施加接地墊。
打開RF功率發(fā)生器，從而使得要在RF探針尖端附近的組織中由RF電流通過產(chǎn)生熱量。RF電極位于RF探針尖端，并且允許要在耙區(qū)產(chǎn)生RF功率。從持續(xù)實時采集產(chǎn)生手術(shù)中圖像。比較治療前圖像和手術(shù)中圖像以產(chǎn)生反饋信號。將該反饋信號傳送至RF功率發(fā)生器，并且響應于該反饋信號改變RF功率以提高手術(shù)中圖像的質(zhì)量。
超聲成像系統(tǒng)裝配有氣泡檢測器，所述氣泡檢測器允許要在RF消融程序中檢測是否存在氣泡，并且產(chǎn)生反饋信號。氣泡檢測器比較治療前圖像和手術(shù)中圖像。氣泡檢測器還包括例如無源空化檢測器、擴音器或聽診器或者與例如無源空化檢測器、擴音器或聽診器相關(guān)。氣泡檢測器的檢測方案可以基于所采集的散射超聲波，并且還可以依賴于不同類型的聲學特征，所述聲學特征包括但不局限于回聲的突然變化(例如，在圖像中、或者RF探針尖端周圍的感興趣區(qū)域中)、雙重成像中多普勒譜的變化或者針對微泡造影劑的非線性檢測方案(例如檢測強諧波和域次諧波信號)。
治療前圖像和手術(shù)中圖像的比較響應于確定耙區(qū)中存在氣泡的指數(shù)而發(fā)生。從指示是否存在氣泡的超聲圖像到處所述指數(shù)。由于氣泡通常表現(xiàn)為高回聲囊，因此可以通過對若干超聲特征進行檢查做出決定。如果未檢測到氣泡，則治療前圖像和手術(shù)中圖像之間的比較提示要獲得的熱電偶讀改或阻抗讀數(shù)。
檢測靶區(qū)中存在氣泡啟動閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的事件。當所述指數(shù)高于特
8定閾值時，反饋信號自動發(fā)送至RF發(fā)生器。作為響應，將產(chǎn)生RF功率發(fā)生器信號的減小或暫時消失，或者調(diào)節(jié)給予RF探針的其他部分、尖端或尖頭的功率。或者，用戶可以啟動開環(huán)反饋系統(tǒng)中改變RF功率。
系統(tǒng)產(chǎn)生的反饋避免增加加熱，因而限制了沸騰。由于已知的是，在低于沸點的溫度時觸發(fā)細胞壞死，并且通過諸如化學療法或生理鹽水注射的輔助療法還可以增加細胞對熱治療的敏感性，因此可以期望的是，即使在防止超聲成像場中發(fā)生氣泡時，應當不會減小已凝結(jié)體積的范圍。
此外將顯然的是，在不脫離權(quán)利要求及其等效內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以設(shè)計出本發(fā)明的其他和更多形式以及除上述特定的示例性實施例之外的實施例，因此旨在說明本發(fā)明的范圍包括這些等效內(nèi)容，并且說明書和權(quán)利要求書僅是示例性的，而不應被理解為進一步限定。
權(quán)利要求
1、一種用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)射頻(RF)消融療法以提高成像質(zhì)量的方法，所述方法包括使用超聲成像系統(tǒng)對靶區(qū)進行成像以提供治療前圖像用于校準，并且維持持續(xù)實時采集至少一幅附加圖像；將RF探針插入所述靶區(qū)，并且產(chǎn)生RF電流以加熱所述RF探針尖端附近的靶區(qū)，并且根據(jù)所述持續(xù)實時采集而產(chǎn)生至少一幅手術(shù)中圖像；以及比較所述治療前圖像和所述手術(shù)中圖像，以產(chǎn)生反饋信號，其中，將所述反饋信號傳送至RF功率發(fā)生器，并且響應于所述反饋信號改變RF功率，以提高所述手術(shù)中圖像的質(zhì)量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，比較所述治療前圖像和所述手 術(shù)中圖像還包括響應于確定所述靶區(qū)中存在至少一個氣泡的指數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反饋信號包括聲學特征的 變化。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述聲學特征是選自包括下列 特征的組中的至少一個回聲的變化、雙重成像中多普勒譜的變化以及非 線性檢測方案。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述非線性檢測方案包括諧波 信號和次諧波信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，比較所述治療前圖像和所述手 術(shù)中圖像還包括獲得熱電偶讀數(shù)或阻抗讀數(shù)。
7、 一種系統(tǒng)，包括超聲掃描器，其中，所述超聲掃描器采集靶區(qū)的治療前圖像用于校準，以及所述耙區(qū)的至少一幅附加圖像；射頻(RF)探針，其中，將RF探針插入所述靶區(qū)； RF功率發(fā)生器；以及氣泡檢測器，其中，所述氣泡檢測器指示所述靶區(qū)中是否存在至少一 個氣泡并產(chǎn)生反饋信號，其中，響應于所述反饋信號而改變所述RF功率發(fā) 生器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述氣泡檢測器還比較所述治 療前圖像和至少一幅手術(shù)中圖像。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述氣泡檢測器還包括選自包 括下列特征的組中的至少一個無源空化檢測器、擴音器和聽診器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述氣泡檢測器還確定回聲 的變化、雙重成像中多普勒譜的變化和非線性檢測方案。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述非線性檢測方案包括諧 波信號和次諧波信號。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，檢測所述靶區(qū)中存在至少一 個氣泡啟動閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的至少一個事件。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述事件還包括改變RF功率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述改變RF功率還包括改 f施加于所述RF探針的至少一個尖端的功率。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述事件還包括RF功率發(fā)生器信號的暫時消失。
16、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，通知用戶檢測到所述靶區(qū)中 存在至少一個氣泡，并且其中，所述用戶啟動開環(huán)反饋系統(tǒng)中的至少一個 事件。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述事件還包括改變RF功率。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述改變RF功率還包括RF 功率發(fā)生器信號的暫時消失。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述事件還包括改變施加于 所述RF探針的至少一個尖端的功率。
全文摘要
提供了用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)射頻(RF)消融療法以提高超聲成像的質(zhì)量的方法和系統(tǒng)。由實時超聲成像提供反饋，并且響應于反饋信號改變RF功率以提高圖像質(zhì)量。
文檔編號A61B17/00GK101500502SQ200780029574
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者C·霍爾, D·薩弗里 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司