温度分布确定装置的制造方法_4

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识别和分割,并且该信息与初始模型参数值一起被用于提供经初始化的热学模型。例如,初始可以提供不同的经识别并且经分割的结构的热学和电气参数以用于提供初始热学模型。初始模型参数可以是如不同种类的组织的热导率和电导率的组织属性或如灌注参数、定向流动参数、消融针的端部的参数等的其他参数。灌注参数和定向流动参数可以是初始通过使用已知的信息来初始确定的,所述已知信息可以是从在之前已经执行的其他测量已知的。例如,可以执行超声多普勒测量,以便确定典型的流动速度以及由此的定向流动参数和灌注参数。在图4中,初始化模型的提供是通过方框44来指示的,其中,方框45指示对肝内的结构的识别和分割,并且方框46指示如组织属性的模型参数的提供。在实施例中,初始模型已经被提前确定并初始化,并且仅需要在预处置阶段40中从模型提供单元14进行加载。
[0081]热学模型优选地是例如由H.H.Pennes在文章“Analysis of tissue andarterial blood temperatures in the resting human forearm,,,85:5-34,Journal ofApplied phys1logy (1998)中提出的生物热传递方程(BHTE)的有限元实现方案,通过引用将其并入本文。
[0082]生物热传递方程对组织中的热扩散和灌注进行模拟。其包括对RFA热源的模拟,其中,实现了拉普拉斯方程。模型通过使用用于流体中热传递的方程来考虑大型血管中的定向流动。在针对肝组织的模型的情况下,初始模型参数是例如0.148S/m的导电率、0.465ff/mC的导热率、1060kg/m3的密度、3600J/Ckg的热容量和6.4x 10 _3/s的灌注率。另外的初始模型参数可以是如由相应的制造商记录的消融针的属性,以便考虑消融针的属性对电流分布和热传导的影响。
[0083]在处置阶段41期间,如方框53所指示地执行超声测温。超声探头71执行例如三维超声反向散射采集过程,其中,可以任选地执行呼吸门控。这是由方框54来指示的。接着,如由方框55所指示的,超声测温单元13估计距离采集到的三维超声反向散射数据的超声回波偏移,于是,如由方框56所指示的,热应变以及最后的温度是通过超声测温单元13来估计的,。
[0084]在该实施例中,执行超声测温53,使得在处置阶段41期间,即到肿瘤区域的RF消融能量的施加期间,可以测量超声监测平面60、61中的第一温度分布。因此,在处置期间,针对作为加热的结果的明显位移来分析超声回波,其中,也可以被视为偏移的这些位移被转换为热应变值并且最后转换为温度,并且其中,为了依据热应变值来确定温度,可以使用热应变值与温度之间的已知分配,所述分配可以是通过校准测量来预定的。
[0085]方框50指示基于测得的第一温度分布并且基于从运行热学模型获得的实际估计的第二温度分布的模型参数的更新。通过运行热学模型的对第二温度分布的估计是通过方框47指示的。
[0086]在超声测温流程期间,即平行地,热学模型是利用初始化参数来运行的,从而生成实际空间温度估计,所述实际空间温度估计被与从超声测温过程53获得的第一温度分布进行比较。这些模型估计与超声测温过程53的结果的比较是由方框51来指示的。使用该比较,模型参数不断地使用经建立的最小化方法而被更新,以使模型预测与超声实验数据之间的差异最小化。模型参数的这种修改是由方框52来指示的。这样优化的模型参数包括例如热学常量(例如热扩散率)、电气属性(例如导电率)、由灌注导致的散热器的属性、由于血流的对流冷却等。该优化过程提供模型中的灵活性,其允许考虑生物组织中期望的局部非均匀性。
[0087]为了执行模型,可以使用如COMSOL的已知多物理仿真工具,其将电气热的生成和随后的介质中的热传递组合。散热器是消融区域附近的大型血管。其可以通过这些血管相对于能量施加元件的流率、流动方向以及位置和大小来表征。这些属性可以被并入到生物热传递方程中,并且模型的这些属性和另外的属性可以被优化,使得模型温度分布距测得的第一温度分布之间的偏离最小化。
[0088]由于优化了模型参数,因而在优选地是覆盖肿瘤的感兴趣处置区域的感兴趣区域中生成并且更新温度图。温度图可以被用于通过限定肝20内被加热或已经被加热到大于预定义温度阈值的温度的区域来生成消融轮廓。温度图的该生成和对消融轮廓的任选的确定是通过方框49来指示的。感兴趣区域可以被视为其中第二温度分布被估计的第二区域,或第二区域可以是至少覆盖具有肿瘤的感兴趣区域的更大的区域。在处置阶段41中的整个过程期间,超声回波偏移在远离消融区域的区域中,即由该实施例中的超声监测平面60、61所限定的第一区域中不断地被分析,使得存在对考虑例如组织属性和灌注对热的空间-时间分布的影响的模型的现实反馈。
[0089]为了更新处置阶段41中的模型参数,不仅超声监测平面60、61中的温度分布可以被与从热学模型获得的估计的温度分布进行比较,而且额外地,如由例如热电偶测得的消融针的端部处的温度也可以被与从热学模型获得的估计的温度分布进行比较,其中,可以对模型参数进行优化,使得估计的温度分布尽可能好地适于由超声测温测得的超声监测平面中的温度分布和由消融导管的端部处的热电偶测得的温度。
[0090]温度图可以被用作控制消融能量控制单元12的功率输出的反馈,消融能量控制单元12控制RF消融能量的施加。
[0091]在处置后阶段42中,温度图和/或消融轮廓可以被示为交叠在感兴趣区域上,具体而言交叠在肿瘤区域上,以得到对处置的有效性的现实感测。然后,基于该交叠图像可以决定的是,额外的处置是否是必要的。这由方框57来指示。
[0092]图6示意性并且示范性地示出了如由经优化的热学模型所限定的三维温度分布,所述热学模型已经根据以上参考图4所描述的实施例通过使估计的温度值与测得的温度值之间的差最小化而被优化。
[0093]消融针的端部可以包括基本上直接的消融电极,以及任选地还包括如热电偶的温度感测元件。然而,消融针的端部还可以包括一个或若干消融电极的另一布置,所述布置可以包括或可以不包括如热电偶的温度感测元件。例如,如图7中示意性并且示范性地示出的,消融针的端部105可以包括具有集成的热电偶的若干消融电极70,其中,具有集成的热电偶的消融电极70是可收回到消融针的轴74中的。
[0094]在另一个实施例中,温度测量单元13、71适于使得第一区域依据测得的第一温度分布而被修改,以便测量不同的第一区域中的不同第一温度分布。具体而言,温度分布测量单元适于使得第一区域是通过改变第一区域的位置来修改的。第一区域由平面形成,其中,温度分布测量单元优选地适于使得平面第一区域被连续地定位在不同区域处,其中,如果第一区域的位置改变,则其从更靠近消融针2的位置改变到更远离消融针2的位置。
[0095]温度分布测量单元,具体而言超声测温单元13,可以包括其中存储预定义的位置的序列的存储单元,其中,在实际测量期间,该存储的预定义的序列可以被用于定位平面第一区域。不同位置可以是等距的,使得仅需要存储用于限定位置的序列的单个距离值和方向。然而,位置的序列还可以包括非等距的位置,使得位置可以通过存储至少部分不同的距离值的序列和方向来存储。位置的序列可以是基于校准测量而被预定义的,或其可以由用户根据期望而被人工地进行预定义。位置的序列还可以是通过使用典型的组织电气和热学属性和器官特异的特性的数据库的热学模拟而被预定义的。基于热学模型,可以识别具有相对高的热梯度的位置,并且可以避免这些位置,其中,具有相对低的热梯度的位置也可以被识别并且用于限定扫描平面的位置。因此,基于热学模型,可以确定热梯度,并且通过对热梯度定进行阈值处理来确定位置的序列。用于预定位置的序列的热梯度优选地是空间梯度。
[0096]在实施例中,位置的序列的预定还可以包括相应的位置处的期望的温度上升,其中,与在模拟加热过程期间温度将期望地不上升到50摄氏度的高温度的位置相比较,温度将期望地上升到50摄氏度的位置是优选的。例如,对于每个位置,选择因子可以被计算为在模拟加热过程期间指示相应的位置处的期望的温度上升的第一值和指示该位置处的期望的温度梯度的第二值的组合,特别是线性组合,其中,位置的序列可以是基于计算出的选择因子来预定的。优选地,第一值随着增加的期望的温度上升而增加,并且第二值随着减少的期望的温度梯度而增加。用于确定位置的温度梯度优选地是在模拟加热过程期间在相应的位置处的期望的最高空间温度梯度。为了模拟加热过程,已知的生物热传递模型可以被用作热学模型,其可以是通过使用诸如COMSOL的多物理有限元来实现的。在图8中示意性并且示范性地图示了平面第一区域即不同超声扫描平面的不同位置。
[0097]图8示出了消融针2与由被定位在加热区域23中的消融电极(未示出)形成的加热区域23。温度分布测量单元13、71适于使得不同的第一区域对应于超声扫描平面到消融针2的不同距离。在图8中通过虚线来指示相对应的不同第一区域24。在初始时间tQ,第一温度分布是在相对靠近消融针2的第一区域中测得的。当时间h当前第一区域中的测得的第一温度分布包括优选地为具有50摄氏度的最大温度的温度范围的预定义温度范围外的温度时,温度分布测量单元13、71通过改变第一区域的位置来修改用于测量另外的第一区域中的第一温度分布的第一区域。在图3中,另外的第一区域对应于时间^的超声扫描平面。温度分布测量单元接着测量该另外的第一区域中的温度分布,并且当测得的温度分布包括预定义温度范围外的温度时,温度分布测量单元13、71测量由图3中在时间七2的超声扫描平面指示的甚至更远的第一区域中的温度分布。从第一区域到第一区域,具体而言从超声扫描平面到超声扫描平面的这种移动利用在时间t#P 14的另外的更远的第一区域来继续(如在图8中通过虚线指示的第一区域)。
[0098]在该实施例中,即在不同的超声扫描平面的该实施例中,超声探头71包括用于采集不同的第一区域的超声数据的二维超声换能器。这允许采集不同的第一区域的超声数据,而不需要机械地移动超声探头71。在另一个实施例中,超声探头可以包括一维超声换能器,其中,在这种情况下,一维超声换能器是能相对于消融针2机械移动的,以便采集具有到消融针的不同距离的不同的第一区域的超声数据。
[0099]温度分布测量单元13、71适于使得超声探头71采集参考温度处的不同的第一区域24的参考超声数据和不同的第一区域24的实际超声数据,并且使得超声测温单元13依据针对相应的第一区域24采集到的相应的实际超声数据、针对相应的第一区域24采集到的参考超声数据和相应的参考温度来确定相应的第一区域24中即具有到消融针2的相应的距离的超声扫描平面中的第一温度分布。具体而言,超声测温单元13优选地适于针对在其中已经针对相应的第一区域24采集到超声数据的时间段来确定相应的第一区域24中的三维空间和时间温度分布,如例如以上提到的A.Anand等文章描述的,通过引用将其并入本文。
[0100]在该实
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