專利名稱：溫度分布確定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬脑搶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置和方法。本發(fā)明還涉及一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬脑搶ο髢?nèi)溫度分布的對應(yīng)計算機程序。
背景技術(shù)：
在由Ajay Anand 等人的文章 “Three-dimensional spatial andtemporaltemperature imaging in gel phantoms using backscattered ultrasound，，(IEEETransactions on Ultrasonics, Ferreoelectrics, and Frequency Control,第 54卷，第I號，第23-31頁(2007年I月))中公開了一種用于基于超聲的溫度成像的裝置。使用反向散射超聲從凝膠體模采集超聲數(shù)據(jù)，并且從所采集的超聲數(shù)據(jù)確定三維空間和時間 超聲溫度分布。該裝置只能在低于55° C的溫度范圍內(nèi)測量溫度分布，亦即該裝置不能在例如約55到60° C的治療消融溫度范圍內(nèi)確定三維空間和時間超聲溫度分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰抗璉起的對象內(nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置，其中，可增加可確定溫度分布的溫度范圍。在本發(fā)明的第一方面中，給出了一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置包括-溫度分布測量單元，其用于在向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降谝粶囟确秶鷥?nèi)的溫度時測量對象中的時空依賴的第一溫度分布，-溫度分布估計單元，其用于基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性，估計第二溫度范圍內(nèi)的對象中的時空依賴的第二溫度分布，所述第二溫度范圍不同于所述第一溫度范圍并且在所述第二溫度范圍中溫度分布測量單元不能測量溫度分布。由于溫度分布估計單元估計第二溫度范圍內(nèi)的對象中的時空依賴的第二溫度分布，因此可增加可確定溫度分布的溫度范圍，并且因此所述裝置能夠用于例如在擴大的溫度范圍內(nèi)監(jiān)測三維時空溫度分布，具體而言，在如用于消融人體的病理病變或完整器官的程序的治療消融程序期間監(jiān)測三維時空溫度分布，所述第二溫度范圍不同于所述第一溫度范圍并且在所述第二溫度范圍中溫度分布測量單元不能測量溫度分布。優(yōu)選地，溫度分布測量單元包括用于采集來自對象的超聲數(shù)據(jù)的超聲單元，和用于根據(jù)所采集的超聲數(shù)據(jù)計算第一溫度分布的溫度分布計算單元。例如，與使用磁共振成像系統(tǒng)或計算機斷層攝影成像系統(tǒng)采集對象數(shù)據(jù)相比，使用超聲單元允許以相對簡單的方式采集數(shù)據(jù)。此外，超聲單元是便攜的，從而使得其可為例如私人醫(yī)師所使用，并且，通過基于超Jza數(shù)據(jù)確定溫度分布，可聞精確度確定溫度分布。溫度分布測量單元優(yōu)選適于測量二維或三維第一溫度分布，并且溫度分布估計單元優(yōu)選適于估計二維或三維第二溫度分布，亦即第一溫度分布和第二溫度分布優(yōu)選具有兩個或三個空間維度。時空依賴的第一溫度分布優(yōu)選通過隨時間測量空間溫度分布而確定。優(yōu)選地，溫度分布估計單元適于將所測量的第一溫度分布從第一溫度范圍外推到第二溫度范圍以估計第二溫度分布。在實施例中，假設(shè)向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟮臏囟葟牡谝粶囟确秶鷥?nèi)的溫度改變到第二溫度范圍內(nèi)的溫度，其中，溫度分布估計單元適于將所測量的第一溫度分布從對象具有第一溫度范圍內(nèi)溫度的時間點外推到對象具有第二溫度范圍內(nèi)溫度的時間點。例如，可施加能量，從而使得溫度在隨時間測量第一溫度分布的時間間隔內(nèi)從約37° C增加到等于或小于50° C或55° C的值。第一溫度分布然后描述第一溫度范圍中的對象內(nèi)溫度的時空演化。溫度分布估計單元優(yōu)選適于基于所測量的在第一溫度范圍內(nèi)溫度的時空演化，估計第二溫度分布，具體而言，適于在時間和空間外推第二溫度分布。溫度分布估計單元適于使用熱擴散方程和可能已知的對象參數(shù)，該參數(shù)如局部熱擴散系數(shù)，具體而言，熱擴散系數(shù)在對象內(nèi)的三維分布。溫度分布確定裝置可包括能量施加特性提供單元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降诙囟确秶鷥?nèi)的溫度。此夕卜，溫度分布估計單元可適于基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性以及所提供的能量施加特性，估計第二溫度范圍內(nèi)的對象中的時空依賴的第二溫度分布。
溫度分布確定裝置優(yōu)選適于確定如心臟、腎、肝等人體器官內(nèi)的溫度分布，其中，通過使用導(dǎo)管在人體內(nèi)施加能量。例如，可施加能量以在器官上或器官內(nèi)執(zhí)行消融程序，或執(zhí)行任何其他形式的溫度在55° C以上處置的熱啟動，例如熱藥釋放或基因治療。在消融的情況下，優(yōu)選施加能量以通過凝結(jié)在如人體器官的活體對象一部分內(nèi)誘導(dǎo)細胞死亡。第二溫度范圍因此可當作為治療消融溫度范圍并優(yōu)選高于55° C，還優(yōu)選高于60° C。優(yōu)選施加能量以在例如心臟或肝的人體器官內(nèi)的病理上執(zhí)行熱消融。溫度分布估計單元因此優(yōu)選適于在高于55° C或高于60° C的第二溫度范圍內(nèi)的熱消融期間創(chuàng)建第二溫度分布時估計該第二溫度分布。例如，第一溫度范圍低于溫度50° C。溫度分布確定裝置可適于在對象的相同區(qū)域或?qū)ο蟮牟煌瑓^(qū)域中測量第一溫度分布并估計第二溫度分布。不同區(qū)域可為重疊區(qū)域或不重疊區(qū)域。具體而言，所述區(qū)域可為相鄰的不重疊區(qū)域。如果測量第一溫度分布的第一區(qū)域不同于估計第二溫度分布的第二區(qū)域，第一溫度分布優(yōu)選從第一區(qū)域空間外推到第二區(qū)域，以估計第二區(qū)域中的第二溫度分布，其中，第一溫度分布亦被時間外推。溫度分布確定裝置優(yōu)選還包括能量施加特性提供單元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬缴现恋诙囟确秶鷥?nèi)的值的溫度，應(yīng)當在第二溫度范圍中估計第二溫度分布。優(yōu)選地，能量施加特性提供單元適于提供向?qū)ο笫┘覴F能量的能量施加特性。施加RF能量的能量施加特性例如是用于向?qū)ο笫┘覴F能量的一個或若干RF電極的結(jié)構(gòu)、一個或若干RF電極相對于對象的位置、經(jīng)由一個或若干RF電極施加于對象的功率、向?qū)ο笫┘庸β实臅r間模式，等等。通過使用RF能量，可在放置一個或若干RF電極的位置處以高精度局部產(chǎn)生熱量。但是，能量施加特性提供單元亦可適于提供如另一種電能的其他種類能量的能量施加特性，所述另一種電能如微波、光能、超聲能量、核能，等等。所提供的能量施加特性可為初始提供的能量施加特性，或者經(jīng)修正的提供的能量施加特性。優(yōu)選地，溫度分布確定裝置還包括估計影響區(qū)域確定單元，其用于根據(jù)估計的第二溫度分布確定對象的估計影響區(qū)域，其中，估計影響區(qū)域指示通過施加能量將對象影響到預(yù)定義程度的對象區(qū)域。例如，能夠定義溫度閾值，其中，關(guān)于第二溫度分布，對象中具有高于溫度閾值的溫度的部分形成估計影響區(qū)域。溫度閾值優(yōu)選等于或大于60° C。進一步優(yōu)選地，溫度分布確定裝置包括-能量施加特性提供單元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟迷跍囟确植紲y量單元測量第一溫度分布時對象被加熱到第一溫度范圍內(nèi)的溫度，并被進一步加熱到第二溫度范圍內(nèi)的溫度，-影響偏差確定單元，其用于確定估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域之間的偏差，-能量施加特性調(diào)節(jié)單元，其用于根據(jù)所確定的偏差調(diào)節(jié)所提供的能量施加特性。預(yù)定義影響區(qū)域優(yōu)選是早先計劃和/或期望的影響區(qū)域。例如，可提供如磁共振圖像或計算機斷層攝影圖像的對象的圖像，其中，所述圖像示出了例如腫瘤位于其中并且應(yīng)當對其施加能量的區(qū)域。用戶然后可在圖像中標記該區(qū)域，以提供預(yù)定義影響區(qū)域。同樣能夠自動執(zhí)行對區(qū)域進行標記以預(yù)定義影響區(qū)域，其中，優(yōu)選用戶可修正自動預(yù)定義影響區(qū)域。當根 據(jù)所提供的能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰繒r并且當對象的溫度在第一溫度范圍內(nèi)增加時，溫度分布測量單元測量對象中時空依賴的第一溫度分布?；诘谝粶囟确植嫉臅r空演化，即基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性，估計第二溫度范圍內(nèi)的時空依賴的第二溫度分布，優(yōu)選不將對象加熱到第二溫度范圍內(nèi)的溫度。然后，估計影響區(qū)域確定單元根據(jù)所估計的第二溫度分布確定對象的估計影響區(qū)域。由于能量施加特性調(diào)節(jié)單元被配置成根據(jù)所確定的估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域之間的偏差調(diào)節(jié)所提供的能量施加特性，因此能夠校正能量施加，從而使得最終的影響區(qū)域?qū)⒏玫仄ヅ漕A(yù)定義影響區(qū)域。例如，能量施加特性調(diào)節(jié)單元適于根據(jù)所確定的偏差修改所提供的能量施加特性，其中，然后根據(jù)經(jīng)調(diào)節(jié)的能量施加特性再次計算第二溫度分布和估計影響區(qū)域。這能夠被執(zhí)行，直到實際的估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域之間的偏差低于預(yù)定義閾值或直到已經(jīng)執(zhí)行預(yù)定義次數(shù)的迭代。優(yōu)選地，在根據(jù)經(jīng)調(diào)節(jié)的能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰恐埃蛴脩羰境龉烙嬘绊憛^(qū)域并且用戶必須同意該估計影響區(qū)域，才能施加能量。例如，可在顯示器上示出該估計影響區(qū)域，并且溫度分布確定裝置包括如鍵盤或鼠標的輸入設(shè)備，其中，僅在用戶已經(jīng)輸入他/她同意估計影響區(qū)域時才向?qū)ο笫┘幽芰?。?yōu)選地，溫度分布確定裝置還包括顯示器，其用于示出估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域的疊加圖像。這允許用戶容易識別出旨在向?qū)ο笫┘拥哪芰渴┘犹匦允欠癞a(chǎn)生期望的效果，即容易看出估計影響區(qū)域與預(yù)定義影響區(qū)域的匹配程度。進一步優(yōu)選地，溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降诙囟确秶鷥?nèi)的溫度，其中，能量施加特性提供單元適于允許用戶修正所提供的能量施加特性，其中，溫度分布估計單元適于估計在第二溫度范圍內(nèi)的對象中經(jīng)修正的第二溫度分布，如果根據(jù)經(jīng)修正的提供的能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰繉⒋嬖谒烙嫷慕?jīng)修正的第二溫度分布，其中，估計影響區(qū)域確定單元適于為根據(jù)所估計的經(jīng)修正的第二溫度分布確定經(jīng)修正的對象的估計影響區(qū)域。例如，當根據(jù)經(jīng)修正的提供的能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰繒r并當對象溫度在第一溫度范圍內(nèi)增加時，溫度分布測量單元可測量對象中時空依賴的第一溫度分布。溫度分布估計單元然后能夠基于所測量的第一溫度分布的時空演化，亦即基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性，估計經(jīng)修正的第二溫度分布。如果用戶不同意已經(jīng)基于所估計的經(jīng)修正的第二溫度分布確定的經(jīng)修正的估計影響區(qū)域，優(yōu)選不根據(jù)經(jīng)修正的提供的能量施加特性施加能量從而使得對象不被加熱到第二溫度范圍內(nèi)的溫度，如果用戶同意經(jīng)修正的估計影響區(qū)域，優(yōu)選根據(jù)經(jīng)修正的提供的能量施加特性施加能量，以將對象加熱到第二溫度范圍內(nèi)的溫度。溫度分布確定裝置優(yōu)選包括允許用戶輸入他/她同意或者不同意經(jīng)修正的估計影響區(qū)域的輸入單元。如果用戶不同意經(jīng)修正的估計影響區(qū)域，用戶可再次修正能量施加特性。進一步優(yōu)選地，溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降诙囟确秶鷥?nèi)的溫度，其中，如果對象的第一部分具有第一溫度范圍內(nèi)的溫度并且對象的第二部分具有第二溫度范圍內(nèi)的溫度，溫度分布測量單元適于在根據(jù)所提供的能量施加特性施加能量時測量在對象的第一部分中第一溫度范圍內(nèi)的對象內(nèi)的第三溫度分布，其中，溫度分布估計單元適于基于所測量的第一溫度分布、所估計的第二溫度分布以及所測量的第三溫度分布中的至少一個，具體而言，通過將所測量的第一溫度分布、所估計的第二溫度分布以及所測量的第三溫度分布中的至少一個分別空間和/或時間外推到對應(yīng)于第四溫度范圍的空 間和/或時間區(qū)域來估計第二溫度范圍內(nèi)的對象的第二部分的第四溫度分布，其中在根據(jù)所提供的施加的能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰繒r存在第四溫度分布。如果通過將所測量的第一溫度分布、所估計的第二溫度分布以及所測量的第三溫度分布中的至少兩個進行外推已經(jīng)確定出若干第四溫度分布，能夠?qū)@些若干第四溫度分布求平均以取得單一的第四溫度分布。估計影響區(qū)域確定單元然后可適于根據(jù)所估計的第四溫度分布確定對象的估計影響區(qū)域。此外，影響偏差確定單元可適于確定已經(jīng)根據(jù)第四溫度分布估計出的估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域之間的偏差，其中，能量施加特性調(diào)節(jié)單元被配置成根據(jù)所確定的偏差調(diào)節(jié)描述向?qū)ο螽斍澳芰渴┘拥哪芰渴┘犹匦浴Ｒ虼?，即便在能量施加期間，能夠確定溫度分布并且根據(jù)所確定的溫度分布調(diào)節(jié)能量施加。這可進一步降低對象最終的影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域之間的偏差。進一步優(yōu)選地，溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元和能量施加單元，所述能量施加特性提供單元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降诙囟确秶鷥?nèi)的溫度，所述能量施加單元用于根據(jù)所提供的能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰?。能量施加單元?yōu)選適于根據(jù)初始提供的能量施加特性和/或經(jīng)修正的提供的能量施加特性施加能量。溫度分布確定裝置因此可被看作向?qū)ο笫┘幽芰康哪芰渴┘友b置的控制單元的核心部分，或者溫度分布確定裝置可被看作能量施加裝置本身。進一步優(yōu)選地，溫度分布測量單元適于當根據(jù)若干測量能量施加特性向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降谝粶囟确秶鷥?nèi)的不同溫度時，測量對象中若干第一溫度分布，其中，溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元，其用于提供向?qū)ο笫┘幽芰康哪芰渴┘犹匦裕瑥亩沟脤ο蟊患訜岬降诙囟确秶鷥?nèi)的溫度，并且其中，溫度分布估計單元適于通過將所測量的若干第一溫度分布從若干測量能量施加特性外推到所提供的能量施加特性來估計第二溫度分布。外推允許以相對低的計算工作確定第二溫度分布。優(yōu)選地，溫度分布確定裝置還包括用于提供對象的結(jié)構(gòu)的對象結(jié)構(gòu)提供單元，其中，溫度分布估計單元適于基于所提供的對象結(jié)構(gòu)估計第二溫度分布。并且，同樣能夠基于所提供的對象結(jié)構(gòu)估計第四溫度分布。例如，如果對象是器官，所提供的結(jié)構(gòu)可示出使對象冷卻并影響溫度分布的血管位置。結(jié)構(gòu)可作為對象的分割圖像提供。溫度分布估計單元可適于使用熱擴散方程和如熱擴散系數(shù)的可能已知對象參數(shù)。熱擴散系數(shù)通常是材料特異的。如果結(jié)構(gòu)示出對象不同區(qū)域中的不同材料，可定義熱擴散系數(shù)的空間分布。熱擴散系數(shù)的空間分布優(yōu)選用于通過使用熱擴散方程的外推估計溫度分布。溫度分布估計單元還適于基于血管內(nèi)血流速度估計第二溫度分布。例如能夠基于由溫度分布測量單元的超聲單元采集的超聲數(shù)據(jù)確定血流速度，具體而言，通過使用公知的超聲多普勒效應(yīng)確定血流速度。超聲單元因此可用于為至少兩個目的采集超聲數(shù)據(jù)測量第一溫度范圍內(nèi)的第一溫度分布，和確定血管內(nèi)血流速度。超聲數(shù)據(jù)還可用于引導(dǎo)目的，以將如消融電極的能量施加元件引導(dǎo)到對象內(nèi)的期望位置。優(yōu)選地，溫度分布確定裝置還包括影響區(qū)域確定單元，其用于確定指示能量施加已將對象影響到預(yù)定義程度的對象區(qū)域的影響區(qū)域。例如，影響區(qū)域確定單元可適于使用超聲彈性成像來確定影響區(qū)域。這允許用戶評估所執(zhí)行的能量施加程序的質(zhì)量，具體而言， 通過將影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域進行比較來估所執(zhí)行的能量施加程序的質(zhì)量。在本發(fā)明的另外方面中，給出了一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定方法，其中，溫度分布確定方法包括-由溫度分布測量單元在向?qū)ο笫┘幽芰繌亩沟脤ο蟊患訜岬降谝粶囟确秶鷥?nèi)的溫度時測量對象中的時空依賴的第一溫度分布，-基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性估計第二溫度范圍內(nèi)的對象內(nèi)時空依賴的第二溫度分布，第二溫度范圍與第一溫度范圍不同并且在第二溫度范圍中溫度分布測量單元不能測量溫度分布。在本發(fā)明的另外方面中，給出了一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的計算機程序，其中，計算機程序包括程序代碼模塊，其用于當計算機程序在控制如權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置的計算機上運行時，令所述溫度分布確定裝置執(zhí)行如權(quán)利要求14所述的溫度分布方法的步驟。應(yīng)當理解，權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置、權(quán)利要求14所述的溫度分布確定方法以及權(quán)利要求15所述的計算機程序具有相似和/或相同的優(yōu)選實施例，具體而言，具有如同從屬權(quán)利要求所述的實施例。應(yīng)當理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例亦可為從屬權(quán)利要求和相應(yīng)獨立權(quán)利要求的任何組合。本發(fā)明的這些和其他方面將從下文中描述的實施例中是明顯的并根據(jù)這些實施例進行闡述。


在下列附圖中圖I示意示范性示出了用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置的實施例，圖2到圖4示意示范性示出了包括用于向?qū)ο笫┘酉谀芰康南陔姌O的導(dǎo)管尖端，圖5示出了示范性說明用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定方法的實施例的流程圖，圖6示意示范性示出用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置的另外的實施例。
具體實施例方式圖I示意示范性示出了用于確定由向?qū)ο?施加能量引起的對象3內(nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置I。在該實施例中，對象3是位于檢查床16上的人體17的器官。器官3例如為心臟、肝、其中一個腎，等等。已經(jīng)預(yù)定義了對象3內(nèi)的影響區(qū)域。例如，醫(yī)師已在對象3的圖像中標記出影響區(qū)域以預(yù)定義影響區(qū)域。預(yù)定義影響區(qū)域可標記對象3內(nèi)如腫瘤的病變。圖像可在由如磁共振成像系統(tǒng)、計算機斷層攝影成像系統(tǒng)、核成像系統(tǒng)，超聲成像系統(tǒng)等等的成像模態(tài)執(zhí)行的先前測量期間提供。 溫度分布確定裝置I包括具有導(dǎo)管尖端18的導(dǎo)管2，該導(dǎo)管尖端18布置在預(yù)定義影響區(qū)域處、具體而言布置在預(yù)定義的影響區(qū)域內(nèi)。但是，溫度分布確定裝置亦可包括具有針尖端的針狀設(shè)備。圖2到圖4中詳細地示意示范性示出導(dǎo)管尖端18。圖2示出了導(dǎo)管尖端18已經(jīng)被引入器官3中從而使得該導(dǎo)管尖端到達具有預(yù)定義影響區(qū)域22的腔40的情形。當從人體17外將導(dǎo)管尖端18推進到腔40時，具有消融電極23的子尖端41位于導(dǎo)管尖端18內(nèi)。在已經(jīng)到達腔40后，具有消融電極23的子尖端41從導(dǎo)管尖端18移出，其中，子尖端41彎向不同方向以在不同位置施加電能(圖3)。在該實施例中，消融電極是經(jīng)由導(dǎo)管2內(nèi)的電連接與RF能量源20電連接的RF電極。消融電極23連同RF能量源20和用于連接消融電極和RF能量源的電連接一起形成用于向?qū)ο?施加能量的能量施加單元。溫度分布確定裝置I還包括溫度分布測量單元，其用于當向?qū)ο?施加消融能量從而使得對象3被加熱到第一溫度范圍內(nèi)的溫度時，測量對象3中的第一溫度分布。溫度分布測量單元包括用于采集來自對象3的超聲數(shù)據(jù)的超聲單元6，和用于根據(jù)所采集的超聲數(shù)據(jù)計算第一溫度分布的溫度分布計算單元7。溫度分布測量單元隨時間測量三維第一溫度分布，其是空間溫度分布。施加RF能量從而使得當隨時間測量第一溫度分布時，溫度從約37° C增加到約50° C或55° C的值。在該實施例中，第一溫度分布因此描述了從約37° C到約50° C或55° C的第一溫度范圍中的對象內(nèi)溫度的時空演化。在其他實施例中，第一溫度范圍可更小，例如，其可為從約37° C到小于50° C的溫度的范圍。選擇第一溫度范圍從而使得其為估計第二溫度范圍內(nèi)的對象中第二溫度分布提供足夠的溫度數(shù)據(jù)，這將在下面進一步討論。超聲單元6與人體17相接觸以采集超聲數(shù)據(jù)。超聲單元6優(yōu)選盡可能近的位于人體17外表面上的預(yù)定義影響區(qū)域。超聲單元6可為實時、二維超聲陣列探頭，其用于采集二維超聲數(shù)據(jù)，具體而言，用于采集二維超聲B模式圖像。從超聲數(shù)據(jù)檢測由于溫度變化導(dǎo)致的聲速變化引起的對象內(nèi)的明顯空間位移，并且從所檢測的這些明顯空間位移確定溫度分布。溫度改變和明顯空間位移之間的對應(yīng)關(guān)系可通過校準測量來確定，然后并且可由溫度分布計算單元7使用所確定的這些關(guān)系以基于明顯空間位移計算第一溫度分布。由AjayAnand等人的上述文章中公開了用于基于超聲數(shù)據(jù)確定溫度分布的這種已知方法的更多細節(jié)，該文章以引用方式并入本文中。基于二維或三維超聲數(shù)據(jù)測量三維溫度分布的其他已知方法亦可用于隨時間測量第一溫度分布。在實施例中，通過使用RF能量源20打開電極功率直到在預(yù)定義影響區(qū)域或其部分中已經(jīng)達到55° C的溫度。該溫度低于永久細胞損傷 的閾值。在加熱組織期間，使用上述由溫度分布測量單元執(zhí)行的超聲溫度測定方法持續(xù)測量三維第一溫度分布。稱為第一階段的該階段優(yōu)選只用于采集第一溫度分布數(shù)據(jù)，并且在預(yù)定義影響區(qū)域或其部分內(nèi)已經(jīng)達到55° C的臨界溫度后，關(guān)閉功率并且開始接下來的第二階段，其中估計第二溫度分布。溫度分布確定裝置I還包括能量施加特性提供單元4，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向?qū)ο?施加能量從而使得對象3被加熱到與第一溫度范圍不同的第二溫度范圍內(nèi)的溫度。優(yōu)選選擇第二溫度范圍從而使得通過凝結(jié)在人體17的對象3內(nèi)引起細胞死亡。第二溫度范圍因此優(yōu)選是能夠執(zhí)行熱消融程序的治療消融溫度范圍。第二溫度范圍優(yōu)選高于55° C并且還優(yōu)選高于60° C。第二溫度范圍亦可為引起細胞死亡的單一溫度、例如60° C。能量施加單元20、23適于根據(jù)所提供的能量施加特性向?qū)ο?施加能量。溫度分布確定裝置I因此亦可被看作用于向?qū)ο笫┘幽芰康哪芰渴┘友b置。所提供的能量施加特性可為初始提供的能量施加特性或如下所述已經(jīng)修正的提供的能量施加特性，根據(jù)所提供的能量施加特性加熱對象3。能量施加特性提供單元4適于提供向?qū)ο?施加RF能量的能量施加特性。能量施加特性例如是若干消融電極23的結(jié)構(gòu)、消融電極相對于對象3的位置、經(jīng)由消融電極23施加于對象3的功率，等等。能量施加特性提供單元可為其中已經(jīng)存儲有這些特性的存儲單元，和/或其可適于允許用戶輸入能量施加特性。溫度分布確定裝置I包括如鍵盤或鼠標的輸入單元11，其可用于將能量施加特性輸入到溫度分布確定裝置I中。溫度分布確定裝置I還包括溫度分布估計單元5，其用于基于所測量的第一溫度分布和任選的所提供的能量施加特性，估計在第二溫度范圍內(nèi)的對象3中的第二溫度分布，如果根據(jù)所提供的能量施加特性將向?qū)ο?施加能量將存在第二溫度分布。并且第二溫度分布是隨時間的三維空間溫度分布。溫度分布確定裝置I還包括對象結(jié)構(gòu)提供單元13，其用于提供對象的結(jié)構(gòu)。溫度分布估計單元5亦適于基于所提供的對象結(jié)構(gòu)估計第二溫度分布。例如，所提供的結(jié)構(gòu)可示出使對象3冷卻并且影響溫度分布的血管，所提供的結(jié)構(gòu)亦優(yōu)選包括關(guān)于血管中血流速度的信息，和對象中包括不同材料的不同部分。所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選作為對象的分割圖像提供，其中，不同的分割段描述例如血管和包括對象中不同材料的另外部分。溫度分布估計單元5適于使用熱擴散方程和如熱擴散系數(shù)的已知對象參數(shù)。熱擴散系數(shù)是材料特異的。示出了在對象不同部分的不同材料的所述結(jié)構(gòu)因此定義了熱擴散系數(shù)的空間分布，其被溫度分布估計單元5用于通過將在由所測量的隨時間的第一溫度分布所定義的第一溫度范圍內(nèi)的時空演化外推到第二溫度范圍來估計第二溫度分布。溫度分布確定裝置還包括估計影響區(qū)域確定單元8，其用于根據(jù)所估計的第二溫度分布確定對象3的估計影響區(qū)域，其中，估計影響區(qū)域指示通過施加能量將對象3影響到預(yù)定義程度的對象3的區(qū)域。在該實施例中，應(yīng)向?qū)ο?施加能量以通過凝結(jié)引起細胞死亡。估計影響區(qū)域確定單元8因此優(yōu)選適于確定估計影響區(qū)域，從而使得關(guān)于第二溫度分布對象3中具有高于預(yù)定義溫度閾值的溫度的部分形成估計影響區(qū)域。優(yōu)選定義溫度閾值，從而使得高于溫度閾值的溫度通過凝結(jié)引起細胞死亡。例如，溫度閾值可為60° C或稍小些,如58° C或59° C。因而，在第二階段，亦被看作消融帶的估計影響區(qū)域?qū)⒒谠诘谝浑A段由溫度分布測量單元測量的隨時間的三維溫度分布演化并基于第二溫度分布而進行預(yù)測，其中估計影響區(qū)域期望實際上基于所提供的能量施加特性來實現(xiàn)，具體而言，基于初始的提供的電力水平設(shè)置達到，第二溫度分布優(yōu)選通過使用熱擴散算法的外推并通過考慮關(guān)于組織性質(zhì)的知識而進行確定。關(guān)于組織性質(zhì)的知識，亦即關(guān)于待消融組織的信息例如為上述組織特異的熱擴散系數(shù)和關(guān)于血管和這些血管內(nèi)流速的信息，所述熱擴散系數(shù)例如可在肌肉和脂肪組織間不同，所述血管和這些血管內(nèi)流速導(dǎo)致熱傳遞遠離消融帶。該信息可為關(guān)于組織的文獻知識與關(guān)于位于并優(yōu)選圍繞預(yù)定義影響區(qū)域的局部解剖結(jié)構(gòu)的信息的組合。關(guān)于局部解剖結(jié)構(gòu)的信息優(yōu)選基于所提供的結(jié)構(gòu)，亦即來自允許區(qū)分軟組織類型的成像模態(tài)的分割的圖像，所述成像模態(tài)例如為磁共振成像模態(tài)或計算機斷層攝影成像模態(tài)。關(guān)于血流和血管位置的信息可經(jīng)由以多普勒模式操作時的超聲探頭6獲得。如果所提供的結(jié)構(gòu)亦提供關(guān)于血管的信息，用于估計第二溫度分布的算法可考慮血管的冷卻效果，并且可預(yù)測·血管上的損傷效果，其一直被期望用于消融體積的完整腫瘤體積覆蓋，包括預(yù)測沒有留下完整血液供應(yīng)的對象區(qū)域，如例如C. Hansen等人的文章“ Interactive determination ofrobust safetymargins for oncologic liver surgery，， (Proceedings CARS 2009Int.J. of Comp. Assisted Radiology and Surgery,第 4 卷,增刊 I,第 94 頁(2009 年 6 月))中所述，該文章以引用方式并入本文中。在實施例中，可如下述方式執(zhí)行隨時間觀察的第一溫度分布演化從低于50° C的第一溫度范圍到上至60° C或更高的第二溫度范圍的外推基于所觀察的超聲數(shù)據(jù)，為包括對象的三維超聲數(shù)據(jù)集的每個體積元，確定作為時間函數(shù)的溫度的上升。溫度隨時間的每個個體函數(shù)然后通過二次或更高次的外推被外推，以延伸至上至60° C或更高的第二溫度范圍。當在供能電極布置的高場區(qū)中的溫度已經(jīng)上升至50° C時，存在沒有經(jīng)歷顯著溫度上升的體積元，因其位于離電極很大的距離。該情況下，可使用備選算法估計第二溫度分布，這將在下文進行描述。從第一溫度范圍的隨時間觀察的第一溫度分布演化，計算溫度等值線(空間的表面)。隨著這些溫度等值線從電極的高場區(qū)向外傳播，其傳播可由運動矢量場描述。然后其時間演化可通過沿著運動矢量擴展而外推。如果存在若干電極，等值線以島開始，然后隨時間聚集在一起，當?shù)戎稻€開始重疊時此方法將造成困難，但是由于只感興趣朝著消融帶邊界的等值線，并且由于該邊界位于遠離電極陣列的一段距離處，因此在第一逼近外推方法中無需詳細研究這些效果。這些效果將導(dǎo)致近電極處的高溫，在近電極處可安全地實現(xiàn)凝結(jié)，甚至可容忍一些燒傷。感興趣的等值線是在凝結(jié)臨界溫度處形成的一個等值線。當該等值線逼近消融帶的邊界時，其將變成單一閉合輪廓，可檢查所述等值線與打算的目標消融帶的一致性以看是否需要調(diào)整能量水平以修正等值線形狀并使其與目標區(qū)域更加一致。如果應(yīng)使用熱擴散方程和熱擴散系數(shù)估計第二溫度分布，溫度分布估計單元5可適于使用下述數(shù)學(xué)框架。
熱擴散方程是重要的偏分方程，其描述給定區(qū)域內(nèi)隨時間的熱分布(或溫度變化)。對三個空間變量(X，y，Z)和時間變量t的函數(shù)u(x, y, z, t),熱方程為
權(quán)利要求
1.一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰抗璉起的所述對象內(nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置，所述溫度分布確定裝置(I)包括 -溫度分布測量單元(6、7 )，其用于在向所述對象(3 )施加所述能量從而使得所述對象(3)被加熱到第一溫度范圍內(nèi)的溫度時測量所述對象(3)中的時空依賴的第一溫度分布，-溫度分布估計單元(5)，其用于基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性估計第二溫度范圍內(nèi)的所述對象(3)中的時空依賴的第二溫度分布，其中所述第二溫度范圍不同于所述第一溫度范圍并且在所述第二溫度范圍中所述溫度分布測量單元(6、7)不能測量溫度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布測量單元(6、7)包括用于采集來自所述對象(3 )的超聲數(shù)據(jù)的超聲單元(6 )和用于根據(jù)所采集的超聲數(shù)據(jù)計算所述第一溫度分布的溫度分布計算單元(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布估計單元(5)適于將所測量的第一溫度分布從所述第一溫度范圍外推到所述第二溫度范圍中以估計所述第二溫度分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，假設(shè)向所述對象施加所述能量從而使得所述對象的溫度從所述第一溫度范圍內(nèi)的溫度改變到所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度，其中，所述溫度分布估計單元(5)適于將所測量的第一溫度分布從所述對象具有所述第一溫度范圍內(nèi)的溫度的時間點外推到所述對象具有所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度的時間點。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置(I)還包括用于根據(jù)所估計的第二溫度分布確定所述對象(3)的估計影響區(qū)域的估計影響區(qū)域確定單元(8)，其中，所述估計影響區(qū)域指示其中通過施加能量將所述對象(3)影響到預(yù)定義程度的所述對象(3)的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置還包括 -能量施加特性提供單元(4)，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述對象(3)施加能量從而使得在所述溫度分布測量單元(6、7)測量所述第一溫度分布時所述對象(3)被加熱到所述第一溫度范圍內(nèi)的溫度，并且被進一步加熱到所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度， -影響偏差確定單元(9)，其用于確定所述估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域之間的偏差， -能量施加特性調(diào)節(jié)單元(10)，其用于根據(jù)所確定的偏差調(diào)節(jié)所提供的能量施加特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置(I)還包括用于示出所述估計影響區(qū)域和預(yù)定義影響區(qū)域的疊加圖像的顯示器(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元(4)，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述對象(3)施加能量從而使得所述對象(3)被加熱到所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度，其中，所述能量施加特性提供單元(4)適于允許用戶修正所提供的能量施加特性，其中，所述溫度分布估計單元(5)適于估計所述第二溫度范圍內(nèi)的所述對象中的經(jīng)修正的第二溫度分布，其中如果將根據(jù)經(jīng)修正的提供的能量施加特性向所述對象(3)施加所述能量，將存在所述經(jīng)修正的第二溫度分布，其中，所述估計影響區(qū)域確定單元(8)適于根據(jù)所估計的經(jīng)修正的第二溫度分布確定所述對象(3)的經(jīng)修正的估計影響區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元(4)，所述能量施加特性提供單元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述對象(3)施加能量從而使得所述對象(3)被加熱到所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度，其中，如果所述對象(3)的第一部分具有所述第一溫度范圍內(nèi)的溫度并且所述對象(3)的第二部分具有所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度，所述溫度分布測量單元(6、7)適于在根據(jù)所提供的能量施加特性向所述對象施加所述能量時測量所述對象(3)的所述第一部分中的所述第一溫度范圍內(nèi)的所述對象(3)中的第三溫度分布，其中，所述溫度分布估計單元(5)適于基于所測量的第一溫度分布、所估計的第二溫度分布以及所測量的第三溫度分布中的至少一個，估計所述第二溫度范圍內(nèi)的所述對象(3)的所述第二部分中的第四溫度分布，其中在根據(jù)所提供的施加的能量施加特性向所述對象(3 )施加所述能量時存在所述第四溫度分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置包括 -能量施加特性提供單元(4)，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述對象(3)施加能量從而使得所述對象(3)被加熱到所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度，以及 -能量施加單元(20、23)，其用于根據(jù)所提供的能量施加特性向所述對象(3)施加所述倉tfi。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中， -所述溫度分布測量單元(6、7)適于在根據(jù)若干測量能量施加特性向所述對象(3)施加所述能量從而使得所述對象(3)被加熱到所述第一溫度范圍內(nèi)的不同溫度時測量所述對象中的若干第一溫度分布， -所述溫度分布確定裝置包括能量施加特性提供單元(4)，所述能量施加特性提供單元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向所述對象(3)施加能量從而使得所述對象(3)被加熱到所述第二溫度范圍內(nèi)的溫度， -所述溫度分布估計單元(5)適于通過將若干測得第一溫度分布從所述若干測量能量施加特性外推到所提供的能量施加特性來估計所述第二溫度分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置(I)還包括用于提供所述對象的結(jié)構(gòu)的對象結(jié)構(gòu)提供單元(13)，其中，所述溫度分布估計單元(5)適于基于所提供的所述對象的結(jié)構(gòu)估計所述第二溫度分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置，其中，所述溫度分布確定裝置(13)還包括影響區(qū)域確定單元(14)，所述影響區(qū)域確定單元用于確定指示其中通過施加能量已經(jīng)將所述對象影響到預(yù)定義程度的所述對象的區(qū)域的影響區(qū)域。
14.一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬乃鰧ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定方法，所述溫度分布確定方法包括 -由溫度分布測量單元在向所述對象施加所述能量從而使得所述對象被加熱到第一溫度范圍內(nèi)的溫度時測量所述對象中的時空依賴的第一溫度分布， -基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性，估計第二溫度范圍內(nèi)的所述對象中的時空依賴的第二溫度分布，其中所述第二溫度范圍不同于所述第一溫度范圍并且在所述第二溫度范圍中所述溫度分布測量單元不能測量溫度分布。
15.一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬乃鰧ο髢?nèi)溫度分布的計算機程序，所述計算機程序包括程序代碼模塊，所述程序代碼模塊用于在所述計算機程序運行于控制根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度分布確定裝置的計算機上時，令所述溫度分布確定裝置執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求14所述的溫度分布方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定由向?qū)ο笫┘幽芰恳鸬膶ο髢?nèi)溫度分布的溫度分布確定裝置。溫度分布測量單元(6、7)在向?qū)ο?3)施加能量從而使得對象(3)被加熱到第一溫度范圍內(nèi)的溫度時測量對象(3)中的時空依賴的第一溫度分布，并且溫度分布估計單元(5)基于所測量的第一溫度分布的時空依賴性估計第二溫度范圍內(nèi)的對象(3)中的時空依賴的第二溫度分布，其中第二溫度范圍不同于第一溫度范圍。由于溫度分布不但能夠第一溫度范圍中獲得而且能夠在第二溫度范圍中獲得，因此可增加可確定溫度分布的總的溫度范圍。
文檔編號A61B18/12GK102892368SQ201180024196
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者M·H·庫恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司