用于消融可视化的系统的制作方法

本申请要求2018年8月10日提交的临时美国专利申请号62/717,041的提交日的权益，该申请中的每一者的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及可视化治疗规程，并且更具体地讲，涉及用于基于操作消融探针的参数来可视化患者的解剖结构的系统和方法。

背景技术：

计算机断层摄影(CT)图像通常用于识别患者体内的对象，诸如生理结构。具体地讲，医师可以使用CT图像来识别患者体内的恶性组织或有问题的结构并确定它们在体内的位置。一旦确定了位置，就可以创建治疗规划以解决问题，诸如规划进入患者身体的通路以移除恶性组织或规划用于触及和改变有问题的结构的规程。肿瘤的消融是用于肿瘤治疗的更靶向方法的示例。与传统的全身类型的癌症治疗(诸如化学疗法)相比，消融技术更具靶向性和限制性，但同样有效。因此，此类方法有利于提供限制对患者体内的无问题组织或结构的不必要损伤的靶向治疗，但它们需要更复杂的技术工具的辅助。因此，一直关注开发用于辅助对患者体内组织或结构问题的靶向治疗的另外技术工具。

技术实现要素：

本公开整体涉及可视化系统和方法，该可视化系统和方法用于在叠加在患者解剖结构图像上或合并到患者解剖结构图像中的三维中可视化潜在消融尺寸。在一个方面，本公开的特征在于一种执行消融规程的方法。该方法包括：显示患者的至少一个解剖特征的三维图像数据；接收用于将消融针放置在该患者的该至少一个解剖特征中的该目标的用户输入；基于该用户输入来确定该消融针的该位置和取向；根据所确定的位置和取向，在该患者的该至少一个解剖特征的该三维图像数据中显示虚拟消融针的图像；接收操作该消融针的参数的用户输入；以及显示根据该输入参数操作该消融针的结果的三维表示。

在各方面，该方法包括：接收消融针在该患者的该至少一个解剖特征中的移动的另外用户输入；基于该另外用户输入来确定该消融针的新位置和取向；以及根据所确定的另外位置和取向在该三维图像中显示该虚拟消融针。

在各方面，该方法包括：接收操作消融针的其他不同参数的用户输入；以及显示根据该其他不同参数操作该消融针的结果的三维表示。

在各方面，该方法包括：显示相对于该目标的默认消融区；接收调整该消融区的尺寸的用户输入；基于该消融区的该经调整尺寸来计算消融时间；以及显示所计算的消融时间。

在各方面，该方法包括：基于该消融区的该经调整尺寸来计算尖端距离；以及显示所计算的尖端距离。

在各方面，操作该消融针的该参数包括功率电平和消融针类型。

在各方面，操作该消融针的该结果的该三维表示是相对于该消融针的该位置的温度分布、消融区、潜在组织区、多个温度、置信区间、加热区或细胞死亡概率中的至少一者的三维表示。

在各方面，显示该三维图像包括显示该消融针和该消融区的多平面视图，该多平面视图包括冠状视图、矢状视图、轴向视图或三维视图中的至少两者。

在各方面，该方法包括显示用于选择该患者的至少一部分的皮肤视图、肌肉视图或骨骼视图的用户可选择图标。

在各方面，该方法包括：显示单个切片视图，该单个切片视图包括冠状视图、矢状视图或轴向视图；以及显示用于在该冠状视图、该矢状视图或该轴向视图之间进行选择的用户可选择图标。

在各方面，该方法包括：同时显示该冠状视图、该矢状视图或该轴向视图中的不同一者；在该冠状视图、该矢状视图或该轴向视图中的该不同一者上显示用户可移动的横截面线；以及显示对应于该横截面线的位置的切片。

在各方面，该三维图像数据是计算机断层摄影图像数据、磁共振图像数据或超声图像数据中的至少一者。

在各方面，该方法包括：显示快照按钮；接收对该快照按钮的用户选择；以及记录图像，该图像包括该解剖结构的图像、目标、消融区，以及指示该功率电平和该消融时间的文本。

在另一方面，本公开的特征在于一种消融可视化系统，该消融可视化系统包括显示器、处理器，以及其上存储有由该处理器执行的指令的存储器。当该指令由该处理器执行时，该处理器在该显示器上显示患者的至少一个解剖特征的三维图像数据；向用户提示用于将消融针放置在该患者的该至少一个解剖特征中的目标的输入；接收用于将该消融针放置在该患者的该至少一个解剖特征中的该目标的用户输入；基于该用户输入来确定该消融针的位置和取向；在该显示器上，根据所确定的位置和取向，在该患者的该至少一个解剖特征的该三维图像数据中显示虚拟消融针的图像；向该用户提示操作该消融针的参数的输入；接收操作该消融针的参数的用户输入；以及在该显示器上显示根据该输入参数操作该消融针的结果的三维表示。

在各方面，该指令在由该处理器执行时还致使该处理器提示消融针在该患者的该至少一个解剖特征中的移动的另外用户输入；接收消融针在该患者的该至少一个解剖特征中的移动的另外用户输入；基于该另外用户输入来确定该消融针的新位置和取向；以及根据该新位置和取向在该三维图像中显示该虚拟消融针。

附图说明

下文参考附图描述了本公开的多个方面和特征，其中：

图1是根据本公开的各方面的用于消融可视化的示例性系统的框图；

图2是所公开的系统和方法可应用于的患者的示例性区域的图；

图3A和图3B是根据本公开的各方面的用于查看和选择患者图像数据的示例性显示器界面，该患者图像数据用于查看或创建外科计划；

图4是根据本公开的各方面的用于将目标添加到患者图像数据的示例性显示器界面；

图5A和图5B是根据本公开的各方面的用于查看和修改添加的目标的示例性显示器界面；

图6A和图6B是根据本公开的各方面的用于查看和修改各种消融参数的示例性显示器界面；

图7是根据本公开的各方面的用于示出消融器械的放置和操作的不同类型的视图的示例性显示器界面；

图8是根据本公开的各方面的以轴向视图示出可选择性调整的消融区的边界的示例性显示器界面；

图9是根据本公开的各方面的用于示出消融区内的温度分布的示例性显示器界面；

图10是根据本公开的各方面的用于示出消融区周围的温度梯度的示例性显示器界面；

图11是根据本公开的各方面的用于示出在模拟或实际消融规程期间的肝脏的三维视图上的温度分布的示例性显示器界面；

图12是根据本公开的各方面的用于示出在模拟或实际消融规程期间的肺部的三维视图上的温度分布的示例性显示器界面；

图13是根据本公开的各方面的以多个平面图示出消融区的边界的示例性显示器界面；

图14是根据本公开的各方面的以多个平面图示出消融区的边界的示例性显示器界面；并且

图15是根据本公开的各方面的系统的示例性操作的流程图。

具体实施方式

现在参考附图详细描述本公开的实施方案，其中若干视图的每个视图中类似的附图标记代表相同或对应的要素。如本文所用，术语“临床医生”是指医生、护士或任何其他护理提供者，并且可包括支持人员。在本说明书通篇中，短语“在实施方案中”和该短语的变型通常被理解为意指所描述的特定特征、结构、系统或方法包括所公开技术的至少一次迭代。此类短语不应被解读或解释为意指所述的特定特征、结构、系统或方法是可实现该实施方案的最佳方式或唯一方式。相反，此类短语应被解读为意指可实现所述技术的方式的示例，但不必是这样做的唯一方式。

为了使医师或临床医生执行消融并实现良好的临床结果，他们需要实现消融裕度。实现消融裕度需要理解消融设备将产生致命加热的位置。这是三维问题并且涉及理解由特定消融设备以特定功率和时间产生的温度梯度。一些消融设备提供功率、时间和消融尺寸的表。这些表通常来源于体外模型并且提供每个维度的平均值，但略去统计信息(诸如样本尺寸和标准偏差)。这些表中的信息在规程期间用于经由手动过程选择正确的功率和时间，其中例如医师或临床医生在CT扫描上可视化消融设备，并且使用线性测量工具来估计所规划的消融在屏幕上的位置。然而，该过程不考虑消融规划的三维性质，也不考虑正在使用的消融设备的固有可变性。

本公开提供了多种可视化技术，该可视化技术允许在叠加在患者解剖结构图像上或合并到患者解剖结构图像中的三维中可视化潜在消融尺寸。通过将包括设备性能的可变性的不同量度的可视化叠加或合并到实际患者解剖结构的图像上，本公开的可视化技术或方法使在单个可视化中传送的信息最大化。

可视化技术在实际患者解剖结构的上下文中提供了对消融电势的理解。CT、MR或US图像数据上的消融信息的叠加或合并为消融性能数据带来上下文。可视化技术允许在单个视图中同时相对于实际和/或规划的针位置和患者解剖结构来可视化消融性能，由此重新创建消融的整个上下文。这可在放置针作为规划步骤之前或在实际针处于适当位置以辅助针位置或功率和时间的最终调整之后进行。

本公开的方法还允许医师或临床医生参考针和患者解剖结构来可视化温度、组织损伤、潜在组织区、置信区间或细胞死亡概率以及消融电势。

现在参见图1，示出了系统100的框图，该系统包括计算设备102(诸如膝上型电脑、台式电脑、工作站、平板电脑或其他类似设备)、显示器104和消融系统106。计算设备102包括一个或多个处理器108、接口设备110(诸如通信接口和用户界面)、存储器和存储装置112、和/或通常存在于计算设备中的其他部件。显示器104可以是触敏的，这使得显示器能够充当输入和输出设备。在各种实施方案中，可以采用键盘(未示出)、鼠标(未示出)或其他数据输入设备。

存储器/存储装置112可以是用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的任何非暂态、易失性或非易失性、可移动或不可移动介质。在各种实施方案中，存储器112可包括一个或多个固态存储设备，诸如闪存存储器芯片或大容量存储设备。在各种实施方案中，存储器/存储装置112可以是RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存存储器或其他固态存储器技术、CD-ROM、DVD、蓝光或其他光学存储装置、磁带、磁条、磁盘存储装置或其他磁存储设备、或可用于存储期望的信息并可由计算设备102访问的任何其他介质。

计算设备102还可包括接口设备110，该接口设备经由有线或无线连接来连接到网络或互联网以用于数据的传输和接收。例如，计算设备102可从服务器(例如，医院服务器、互联网服务器或其他类似服务器)接收患者的计算机断层摄影(CT)图像数据214，以在外科消融规划期间使用。还可经由可移除存储器将患者CT图像数据114提供给计算设备202。

在所示的实施方案中，存储器/存储装置112包括一个或多个患者的CT图像数据114、关于消融探针的位置和取向116的信息、各种用户设置118(其在下文描述)以及执行本文所述的操作的各种软件120。

在各种实施方案中，系统100包括消融系统106，该消融系统包括发生器(未示出)和包括消融天线的消融探针。下文将更详细地描述消融系统106。

根据本公开的一个方面，图1的软件120包括治疗规划模块，该治疗规划模块引导临床医生识别消融治疗的目标、目标尺寸、治疗区和通往目标的进入路线。如本文所用，术语“临床医生”是指用于规划、执行、监测和/或监督涉及使用本文所述的实施方案的医疗规程的任何医疗专业人员(例如，医生、外科医生、护士、医师助理、技术人员等)。治疗规划模块可生成用于呈现信息和接收临床医生输入的用户界面屏幕。临床医生可经由用户界面选择对应于患者的患者数据集。还参考图2，可基于例如消融目标所位于的区域(诸如肺部区域202、肝脏区域204、肾脏区域206或患者的另一个区域)来选择患者数据集。患者数据集包括所选择的区域202至206的CT图像数据，这将在下文结合图3至图7进行描述。

如本领域技术人员将理解的，CT图像数据是患者解剖结构的“切片”的x射线扫描。虽然每个切片从特定角度观察解剖结构，但多个“切片”上的图像数据可用于从其他角度生成解剖结构的视图。基于消融探针的位置和取向，可针对探针轴向视图、探针矢状视图和探针冠状视图生成解剖结构的图像。图3至图6示出了肺部区域202的这些不同视图的示例。肺部区域202仅是示例性的，并且如上所述，也可观察身体的其他区域。

图3A和图3B是根据本公开的各方面的用于查看和选择患者图像数据的示例性显示器界面，该患者图像数据用于查看或创建外科计划。为了将图像数据导入系统中，用户诸如临床医生选择“导入图像”图标312并在文件系统浏览器窗口(未示出)中选择图像数据文件，该文件系统浏览器窗口可响应于用户选择“导入图像”图标312而显示。

在将图像数据导入系统中之后，识别图像数据的信息被布置在图3A的显示器界面中。用于识别图像数据的信息包括患者姓名302、患者身份(ID)304、出生日期306以及访问特定患者的图像数据的日期308。临床医生可使用该信息来导航到将为其创建外科计划的给定患者的图像数据。显示器界面包括“对于创建计划的提示”以引导临床医生通过创建外科计划的步骤。这允许临床医生在系统的各种显示器界面中进行导航，而不必打开单独窗口(诸如帮助窗口)。另选地，临床医生可通过在搜索字段中输入患者姓名、身份号或其他识别信息并选择搜索执行按钮来快速定位患者的图像数据。

为了创建新计划或打开患者的现有计划，临床医生在图3A的显示器界面中选择患者姓名，这致使显示图3B的显示器界面。图3B的显示器界面示出了对应于选定患者的图像的一个或多个系列。对于每个图像系列，都有“创建新计划”图标，该图标在由临床医生选择时开始创建外科计划的过程。如果已经为特定图像系列创建了一个或多个计划，则提供“打开计划”图标，该图标在由临床医生选择时允许临床医生检查和/或修订该特定计划。每个图像系列还示出了兼容性水平314，其可以指示该图像系列与系统的兼容性。例如，较低兼容性水平可指示图像系列难以利用系统的规划特征。

当临床医生选择图3B所示的“创建新计划”图标或按钮时，显示“可视化”界面，如图4所示。“可视化”界面允许临床医生浏览该图像系列的不同视图以定位病变或其他目标外科手术部位并添加目标。图4的“可视化”界面包括用于从多个视图中进行选择的可选择图标404。多个视图可包括最大强度投影(MIP)视图、单个切片视图(其如图4中选择的那样示出)、多平面视图和三维(3D)视图。在单个切片视图中，图4的“可视化”界面还包括用于在轴向视图(其如图4中选择的那样示出)、冠状视图和矢状视图之间进行选择的可选择图标406。在单个切片视图中，临床医生可浏览图像系列以定位病变。当临床医生定位病变或目标外科手术部位时，临床医生可在病变的中心处点击鼠标按钮以将十字准线图标412放置在病变的中心处。临床医生然后通过选择“添加目标”按钮402来将该目标位置添加到图像系列，这致使系统打开目标窗口和对应标签，如图5A所示。

在打开目标窗口时，最初可示出多平面视图。多平面视图包括冠状图像、矢状图像、轴向图像和在目标位置上居中的4cm立方体。在目标窗口中，在目标位置处居中的目标区域最初可由以下识别：预定尺寸的圆504、目标位置处的可选择性移动点506，以及用于改变冠状视图、矢状视图和轴向视图中的每一者中的目标区域的尺寸和形状的多个可选择性移动点508。关于初始目标区域502a的文本信息也可显示在目标窗口中。文本信息可包括目标区域的宽度(x)、高度(y)、深度(z)、体积和密度。在该示例中，宽度为1.5cm，高度为1.5cm，深度为1.5cm，体积为1.77cm²，密度(平均值)为-889HU，并且密度(标准偏差)为87HU。

临床医生可通过选择和移动多个点508中的一个或多个点来改变目标区域504的尺寸和形状。例如，可改变目标区域504的尺寸和形状，如图5B所示，这产生新文本信息502b。在该示例中，新宽度为1.0cm，新深度为1.1cm，新体积为0.83cm²，密度(平均值)为-924HU，并且密度(标准偏差)为38HU。当临床医生完成限定目标区域504的尺寸和形状时，临床医生可选择“添加消融区”按钮402。

当临床医生选择“添加消融区”按钮402时，显示图6A的显示器界面。图6A的显示器界面示出了在轴向视图、冠状视图和矢状视图中的每一者中显示消融天线或探针611、初始消融区612、在目标位置处的可选择性移动点614，以及用于改变消融区的尺寸和形状的多个可选择性移动点616。另外，在4cm立方体视图622中显示消融区的三维线框表示，并且在目标窗口中显示关于消融天线和消融区的文本信息和用户可选择的操作设置。

用户可选择的操作设置包括区图表设置602、功率设置604和天线类型设置608。文本信息包括消融时间606、消融区信息605、插入深度607和尖端距离609。消融区信息605包括消融区的宽度(x)、高度(y)、体积、最小裕度和最大裕度。在图6A的示例中，初始时间606为8分30秒，初始宽度为3.5cm，初始高度为4.0cm，初始体积为25.75cm³，初始最小裕度为1.0cm，初始最大裕度为1.5cm，初始插入深度607为“--”，并且初始尖端距离609为0.5cm。

区图表设置602、功率设置604和天线类型设置608各自被配置为通过下拉菜单接收用户输入。区图表设置602的下拉菜单可包括用户可在其间选择的“肺部(体外)”菜单项和“肺部(体内)”菜单项。功率电平设置604的下拉菜单可包括“45W”菜单项、“75W”菜单项和“100W”菜单项。在一些实施方案中，功率电平设置604的下拉菜单可包括对应于其他功率电平的其他菜单项，这取决于正在使用的微波发生器的类型或其他因素。在其他实施方案中，功率电平设置604可经由用户可在其中输入功率电平值的文本字段来设置。天线类型设置608的下拉菜单可以包括“15cm”菜单项、“20cm”菜单项和“30cm”菜单项。

如图6A所示，区图表设置602最初被设置为“肺部(体外)”，功率设置最初被设置为100W，并且天线类型设置608最初被设置为“Emprint 20cm”。包括时间信息606的文本信息被配置为基于用户选择用户可选择菜单项中的一者或多者、用户改变消融区的尺寸或位置、或用户改变天线的位置来改变。这允许用户在消融规程的一个或多个参数被改变的情况下可视化消融规程。这样，用户可确定要执行的消融规程的最佳参数。

图6B示出了由于用户改变外科手术规程的设置或参数而引起的对图6A的用户界面的改变。用户可改变设置或参数，例如以避免加热附近的解剖结构。如图6B所示，区图表设置602从“肺部(体外)”改变为“肺部(体内)”，功率设置从100W改变为45W，并且天线类型设置608从“Emprint 20cm”改变为“Emprint 15cm”。另外，消融区612的位置、尺寸、和形状由于用户通过用户输入设备(诸如鼠标)操纵用户可移动点614和616而改变。具体地讲，在图6A和图6B的视图中的一者或多者中，用户通过将点614移动到不同位置来改变消融区612的位置，并且用户通过将点616中的一者或多者移动到不同位置来改变消融区612的尺寸和形状。另外，通过选择和移动点617来重新定位天线。如图6B所示，移动点617以指示患者身体的外表面。

由于设置的改变，时间信息606从8分30秒改变为2分30秒，消融区的宽度从3.5cm改变为2.7cm，高度从4.0cm改变为3.2cm，体积从25.75cm³改变为12.30cm³，最小裕度从1.0cm改变为0.5cm，最大裕度从1.5cm改变为1.2cm，插入深度607从“--”改变为6.8cm，并且尖端距离609从0.5cm改变为0.3cm。在图6B的示例中，用户能够改变设置，使得消融区将不与附近的解剖特征相交。这样，图6A和图6B的用户界面允许用户在查看患者相关解剖结构的轴向、冠状、矢状和4cm立方体视图的同时改变消融规程的各种设置或参数。当用户选择“3D”图标时，在图7中示出了患者整个身体的横截面三维皮肤视图。该视图可帮助临床医生在患者的整个身体的上下文中规划消融规程。

图7示出了根据图6B中设置的参数插入患者肺部中的消融天线。图7还示出了作为实心三维球体的目标并且示出了作为三维线框的消融区。在图7的三维视图中，用户可通过选择对应图标来将用户界面从皮肤视图切换到肌肉视图、骨骼视图或肺部视图。

在实施方案中，可通过选择相机图标来捕获图4至图7的各种显示器界面的图像。临床医生可捕获显示器界面的图像并将它们保存在患者的电子医疗记录中，使得临床医生稍后可在准备消融规程时或在消融规程期间参考图像。

图8是根据本公开的各方面的以轴向视图示出能够选择性调整的消融区的边界的示例性显示器界面。如上所述，提供用户可移动点以使得用户能够改变消融区的尺寸。然而，用户界面对消融区的尺寸放置边界以反映消融天线的实际能力。如图8所示，消融区具有下边界802、中边界804和上边界806。除了别的以外，消融区边界还可以取决于可用功率电平设置。例如，上边界806可涉及100W功率电平设置，中边界804可涉及75W功率电平设置，并且下边界802可涉及45W设置。

图9是根据本公开的各方面的用于示出消融区内的温度分布的示例性显示器界面。显示器界面可示出具有第一颜色(例如，绿色)的圆902的目标、具有不同于第一颜色的第二颜色(例如，红色)的圆904的消融区，以及圆904内的区域906可填充有表示在消融天线被激活时的温度分布的一系列颜色(例如，黄色、绿色、蓝色)。

图10是根据本公开的各方面的示例性显示器界面，该示例性显示器界面示出了患者肝脏区域的多平面视图中的由温度梯度1002表示的温度分布。更具体地讲，图10示出了插入肝脏1000中的消融天线和表示围绕消融天线的远侧部分并围绕消融目标的消融区的圆1004。圆1004被温度梯度1002围绕以展示肝脏1000的邻近消融目标的结构和/或部分上的预计温度水平。在本公开的各方面，温度梯度1002可以动画方式显示并且由任何一种或多种颜色表示。

图11是根据本公开的各方面的用于示出在模拟或实际消融规程期间的肝脏1010的三维视图上的温度分布的示例性显示器界面。温度分布可由肝脏1010的表面上的一系列颜色1020(例如，红色、橙色、黄色、绿色、蓝色)表示。

图12是根据本公开的各方面的用于示出在模拟或实际消融规程期间的肺部1030的三维视图上的温度分布的示例性显示器界面。温度分布可由肺部1030的各个部分的表面上的一系列颜色1040表示，以展示肺部1030的邻近消融目标的结构和/或部分上的预计温度水平。

图13和图14是根据本公开的各方面的示出多平面(例如，轴向、冠状、矢状)视图中的消融区的边界的示例性显示器界面。用户界面对消融区的尺寸放置边界以反映消融天线的实际能力。如图13所示，消融区具有下边界1050和上边界1052。如图14所示，多平面(例如，轴向、冠状、矢状)视图中的一者或多者示出了消融区的尺寸的平均边界1060，其表示在用户界面的详细视图中(例如，在用户界面的右上窗口中)示出的下边界1062和上边界1064的平均值。除了别的以外，消融区边界还可取决于可用功率电平设置。例如，上边界1052、1064可涉及150W功率电平设置，并且下边界802、1062可涉及75W设置。

图15是根据本公开的各方面的系统的示例性操作的流程图。系统可作为规划阶段的一部分或作为实际消融规程的一部分操作。在框1102处，显示至少一个解剖特征的三维图像。例如，可显示肝脏的三维图像。在框1104处，接收用于将消融针放置在患者的至少一个解剖特征中的目标的用户输入。用户输入可包括用户操纵鼠标以选择三维图像上的位置。在框1106处，基于用户输入来确定消融针的位置和取向。在框1108处，根据所确定的位置和取向，在患者的至少一个解剖特征的三维图像数据中显示虚拟消融针的图像。在框1110处，接收操作消融针的一个或多个参数的用户输入。一个或多个参数可包括消融针的类型或功率电平。并且，在框1112处，显示根据输入参数操作消融针的结果的三维表示。

尽管在附图中已经示出了本公开的若干实施方案，但是本公开不旨在限于此，因为本公开旨在与本领域所允许的范围那样宽泛，并且旨在同样宽泛地阅读说明书。还设想了上述实施方案的任何组合并且这些组合也在所附权利要求的范围内。因此，以上说明不应理解为限制性的，而是仅作为具体实施方案的例示。本领域的技术人员能够设想在本文所附权利要求书的范围和实质内的其他修改。例如，虽然本公开参考了与消融规程相关的一些参数，但本公开设想了可有助于规划或执行消融规程的其他参数，包括微波发生器的类型、功率电平分布或被消融的组织的特性。