热消融系统的制作方法

本发明涉及热消融系统，具体涉及具有治疗响应评估的热消融系统。

背景技术：

近来，具有对无创或微创方法来杀死肿瘤细胞的越来越多的兴趣和发展。具体地，正在研究热消融作为破坏肿瘤的常规方法的备选和/或补充。针对各种形式的癌症(在其中包括乳腺、前列腺、肺、肾脏和肝脏的癌症)，已经开发或者正在开发若干种方法。引入局部化的热的方法包括射频消融(RFA)、微波治疗、体外或直接聚焦超声、激光器消融以及包括治疗性超声施加器的其他间隙热递送方法。具体地，高强度聚焦超声(HIFU)的使用当前正被用作用于针对子宫平滑肌瘤的热治疗介入的方法，并且已经被检查在对肝脏、脑、前列腺和其他癌变病变的处置中的可能用途。超声的使用是期望的，因为其允许在对上层覆盖器官的很小或者没有影响的情况下对深组织的无创处置。用于组织消融的超声治疗通过利用高强度超声(其被吸收并且被转换为热)来对感兴趣组织进行超声处置，从而升高目标组织的温度。随着温度上升到55摄氏度以上，组织的凝固性坏死发生导致即时细胞死亡。在治疗中使用的换能器能够在身体外部或者被插入到身体中，例如，通过血管、尿道、直肠等。

当今，磁共振引导的高强度聚焦超声(MR-HIFU)治疗系统是在商业上可获得的，以使得治疗流程安全并且有效。具体地，MR-HIFU消融是在肿瘤学介入领域中有前景的技术，例如，对子宫中的良性肿瘤(所谓的子宫肌瘤)的消融。

目前，对比增强的MR成像被认为是用于评估紧接在MR-HIFU治疗之后对MR-HIFU消融的治疗响应(表示为非灌注的体积(NPV))的“黄金标准”。然而，对比增强的MR成像要求GD对比剂(GD-DOTA)的注入。尽管对比剂的注射是相对容易忍受的，但是其将不可避免引入不舒适的感觉。更糟糕的是，针对具有过敏和肾功能障碍历史的患者在注射对比剂之后反应可能恶化并且危及生命。由于对比剂的静脉注射，仅能够执行对比增强的MR成像，以评估HIFU治疗之后的处置是否完成，这意味着，评估结果不能够被用于以实时的方式来改善HIFU治疗。尽管EP2636368A1提供了一种能够使用磁共振数据来修改加热系统的处置计划的医学装置，所述修改基于温度记录图MR图像，以确保实现在目标区处的足够的加热，同时保证其他关键解剖结构不受损伤。没有教导如何根据HIFU的治疗响应来修改HIFU治疗的处置计划以改善治疗效力。

技术实现要素：

本发明的目标是在热消融处置的评估期间改善患者舒适度和/或患者安全性。

该目标通过根据权利要求1所述的热消融系统来实现。

该目标也通过根据权利要求8所述的方法来实现。

该目标也通过根据权利要求13所述的方法来实现。

该目标也通过根据权利要求14所述的计算机程序产品来实现。

本发明的实施例在从属权利要求中提供了一种热消融系统、一种用于操作热消融系统的方法、以及一种用于确定热消融体积的方法。在从属权利要求中给出了本发明的实施例。本发明的实施例使用T2*加权的MR成像来评估热消融的治疗响应并且任选地修改处置计划以改善治疗。但是，常规对比增强的MR成像能够在治疗完成之后评估处置，对比剂的注射是不期望的，并且热消融是不可改变的。本发明通过执行T2*加权的MR成像评估热消融来解决这些问题。因此，能够改善患者舒适度和/或安全性。

本发明的实施例提供热消融系统。所述热消融系统包括：热消融装置，其被配置为在所述热消融系统的治疗模式期间根据处置的计划数据在目标组织上执行热消融；MR装置，其被配置为在所述热消融系统的评估模式期间针对所述目标组织执行T2*加权的MR成像以评估所述热消融的治疗响应；控制装置，其被配置为在所述治疗模式与所述评估模式之间切换所述热消融系统。在所述治疗模式中，所述热消融装置被激活以执行热消融，并且在所述评估模式中，所述热消融装置被去激活以终止所述热消融并且所述MR装置被激活以执行所述T2*加权的MR成像。有利地，T2*加权的MR成像使患者免于注射对比剂。在无需注射对比剂的情况下，能够在随访流程中或者在处置期间以实时的方式灵活地执行对热消融的治疗响应的评估。以实时的方式的评估还使得能够修改处置计划以改善治疗效力。

根据本发明的实施例，所述控制装置还被配置为在评估模式期间基于热消融的治疗效应的评估结果来修改处置计划的计划数据。有利地，能够利用经修改的计划数据来改善治疗效力。

根据本发明的实施例，所述热消融系统在根据计划数据完成所述处置之后被从治疗模式切换到评估模式。

根据本发明的实施例，所述热消融系统在所述处置期间被从治疗模式切换到评估模式，从而以实时的方式评估HIFU消融的治疗响应。有利的，操作者能够基于所述热消融的治疗响应的评估结果来修改所述处置计划的计划数据。在完成计划数据修改之后，所述热消融系统被切换回治疗模式，以根据经修改的计划数据来执行热消融。有利地，利用经修改的计划数据，增强了治疗效力。

根据本发明的实施例，所述MR装置还被配置为在所述热消融系统的治疗模式期间引导所述热消融。有利地，其确保了在目标组织处完成足够的加热，同时保护气体解剖结构不受损伤。

根据本发明的实施例，所述热消融系统还包括图形用户接口，其用于显示T2*加权的MR图像，以对热消融的非灌注体积进行可视化。有利地，所述非灌注体积能够被操作者容易地并且清晰地看到，以进行处置评估，并与热消融系统进行交互。

在另一方面中，本发明提供了一种用于操作热消融系统的方法。所述方法包括如下步骤：在热消融系统的治疗模式期间根据处置的计划数据来执行在目标组织上的热消融；在热消融系统的评估模式期间执行针对目标组织的T2*加权的MR成像以采集T2*加权的MR图像；在热消融系统的评估模式期间基于T2*加权的MR图像来评估热消融的治疗响应；并且在治疗模式与评估模式之间切换热消融系统。在所述治疗模式中，激活所述热消融并且去激活所述T2*加权的MR成像，并且，在所述评估模式中，去激活所述热消融并且激活所述T2*加权的MR成像。

根据本发明的实施例，所述目标组织包括子宫平滑肌瘤。

根据本发明的实施例，所述方法还包括在所述评估模式期间基于热消融的治疗响应的评估结果来修改处置计划的计划数据。

根据本发明的实施例，所述热消融系统在根据计划数据完成所述处置之后被从治疗模式切换到评估模式。

根据本发明的实施例，所述热消融系统在所述处置期间被从所述治疗模式切换到所述评估模式，从而以实时的方式评估热消融的治疗响应，并且基于热消融的治疗效应的评估结果来修改处置计划的计划数据。所述热消融系统被切换回治疗模式，以在计划数据修改完成后根据经修改的计划数据来执行热消融。

在另一方面中，本发明提供了一种用于确定利用热消融处置的组织的热消融体积的方法。所述方法包括：从包括利用热消融处置进行处置的组织的区域执行T2*加权的MR成像，以采集T2*加权的MR图像；并且借助T2*加权的MR图像来确定经处置的组织的热消融体积。

在另一方面中，本发明提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括机器可执行指令以由热消融系统的微处理器来执行。所述机器可执行指令的执行令所述微处理器：在热消融系统的治疗模式期间根据处置的计划数据来控制在目标组织上的热消融；在热消融系统的评估模式期间采集目标组织的T2*加权的MR图像；在热消融系统的评估模式期间基于T2*加权的MR图像来评估热消融的治疗响应；并且在治疗模式与评估模式期间切换热消融系统，其中，在所述治疗模式中，激活热消融并且去激活T2*加权的MR成像，并且其中，在所述评估模式中，去激活所述热消融并且激活T2*加权的MR成像。

有利地，T2*加权的MR成像使患者免于注射对比剂。在无需注射对比剂的情况下，能够在随访流程中或者在处置期间以实时的方式灵活地执行对热消融的治疗响应的评估。以实时的方式的评估还使得能够修改处置计划以改善治疗效力。

根据下文描述的实施例并且参考这些实施例加以阐述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。

附图说明

根据下文结合附图考虑的详细描述，本发明的以上和其他目标和特征将变得显而易见，在附图中：

图1图示了根据本发明的一个实施例的用于执行热治疗的流程图100。

图2图示了根据本发明的一个实施例的、1个月的随访流程的T2*加权的MR图像与对比增强的MR图像的比较。

图3图示了根据本发明的一个实施例的、在HIFU治疗之后的的T2*加权的MR图像与对比增强的MR图像的比较。

图4图示了根据本发明的一个实施例的HIFU治疗系统400的框图。

图5图示了根据本发明的又一实施例的用于操作热消融系统的流程图500。

相同的参考标记被用于表示各附图之间的相似的部件。

具体实施方式

下文结合附图给出了本发明的详细描述。

图1图示了根据本发明的一个实施例的用于执行热治疗的流程图100。出于简化描述的目标，但并非限制，图1中的实施例是在子宫肌瘤的MR-HIFU治疗的背景下来描述的。流程图1--包括与处置流程102、处置流程104和随访流程106。

在预处置流程102中，利用临床估计、成像和身体检查来评估患者，以从技术可行性角度判定患者是否是候选的，并且还判定什么处置选项(即，MR-HIFU、子宫肌瘤栓塞术、子宫肌瘤剔除术或子宫切除术)最佳地满足患者的目标。然后，子宫内的纤维瘤的参数，诸如尺寸、位置、数量和T2信号强度，被评估以确定HIFU处置的可行性。尽管对比增强的预处置MR检查并不在MR-HIFU处置之前被所有的实践所执行，但是对比增强能够在选择作为目标进行处置的子宫肌瘤中有所帮助。

在完成预处置流程102后，根据计划数据的处置流程104开始。在MR-HIFU治疗的范例中，聚焦的超声射束被指向目标子宫肌瘤。超声射束被用于在MR成像被用于监测在声穿透区域内的温度分布的同时通过皮肤来加热肿瘤并且对组织进行介入。使用质子共振频率偏移(PRFS)方法，在具有较高水含量的组织中的温度能够被准确地监测。针对被用在HIFU系统中的温度的范围来观察质子共振频率的线性偏移。在该范围中，MR温度测量也是适度敏感的。在超声治疗期间的温度记录MR图像的重建被用于提供反馈以确保在预期位置处完成足够的加热，同时保证其他关键解剖结构是不受损伤的。

在处置流程104根据计划数据完成处置之后，执行T2*(T2星)加权的MR成像以评估NPV，亦即，评价随访流程106中并发症的发生以及消融结果。在MR成像处，当RF能量源被关闭时，净磁化矢量通过T1恢复过程(在此期间，纵向磁化恢复)而与静磁场B0重新对齐。与此同时，横向磁化通过额外的机制(已知为T2*衰减以及T2衰减)来衰减。不同的组织具有不同的T1、T2和T2*值。此外，T2*取决于磁环境。在各种组织中的T1、T2和T2*的差异创建图像上的组织对比度的差异。两个关键参数—重复时间(TR)和回波时间(TE)—影响MR图像上的对比度，因为其提供变化的水平的灵敏度以使各种组织之间的弛豫时间不同。T2*加权的MR成像使用具有中等TE的简单的多切片快速场回波(MS FFE)序列来采集MR图像。

有利的，在无需注射对比剂的情况下，T2*加权的MR成像提供简单的并且有效的解决方案以用于HIFU治疗估计。如先前所提到的，结合子宫肌瘤的MR-HIFU治疗的实施例描述了用于执行HIFU治疗的流程图100。在实践中，如在图1中所图示的HIFU治疗能够通过对预处置和处置流程102和104的变型或修改，被应用于各种组织或者由不同的模态进行引导或者在无图像引导的情况下执行。利用这些变型和修改，T2*加权的MR成像仍能够被用在随访流程106中，以进行处置估计。

图2图示了根据本发明的一个实施例的、在随访流程106中采集的T2*加权的MR图像202。因为对比增强的MR成像被认为是用于估计HIFU消融的治疗响应的“黄金标准”，T2*加权的MR图像202与对比增强的T1加权的MR图像204相比较地被给出，以展示T2*加权的MR成像在处置估计中的有效性。

在图2的实施例中，在1个月的随访流程中，在对比剂GD-DTPA的注射之前采集T2*加权的MR图像202，并且在对比剂GD-DTPA的注射三分钟之后采集对比增强的T1加权的MR图像204。T2*加权的MR成像和对比增强的T1加权的MR成像协议的几何参数是相同的，亦即，这两者协议的扫描位置是相同的，具有相同的视场(FOV)、切片数量、切片厚度、间隙以及矩阵。T2*加权的MR图像202的详细参数如下：快速场回波(TFE)＝17轴向切片；重复时间(TR)/回波时间(TE)＝837/24ms；切片厚度＝5mm，具有1mm的间隙；视场(FOV)＝240X240mm；矩阵＝320X 250；翻转角＝24°。对比增强的T1加权的MR图像204的详细参数如下：TEE＝17轴向切片；TR/TE＝500/10ms；切片厚度＝5mm，具有1mm的间隙；FOV＝240X240mm；矩阵＝320X250；翻转角＝90°。

通过T2*加权的MR成像和对比增强的T1加权的MR成像所采集的得到的图像在每位患者的相位位置处逐切片地比较。参考图2，T2*加权的MR图像202和对比增强T1加权的MR图像204示出了作为范例的单幅切片的比较结果。在图像202上，在子宫肌瘤内部的NPV区域206被可视化。在图像204上，在子宫肌瘤内部的NPV区域208被可视化。从图2看出，能够观察到，由于暗线边缘，与对比增强的T1加权的MR图像204相比，在T2*加权的图像202上更清晰地示出了在子宫肌瘤内部的NPV与正常组织之间的边界。实际上，在T2*加权的图像上的子宫肌瘤的NPV的周围检测到低信号强度。因为由于HIFU消融造成的NPV中的组织坏死，因而在NPV与正常子宫肌瘤组织之间的边界在磁场中引起明显的不均匀，其可能使T2加权的MR图像易受影响。因此，由于信号损失，能够对NPV进行可视化，其周围具有清晰的边界。

此外，经由大量的实验和比较，得出结论：在T2*加权的MR图像上所示出的边缘周围的细节大多数与对比增强的T1加权的MR图像上的那些相同。在T2*加权的MR图像与对比增强的T1加权的MR图像两者上的NPV区域的量化测量的结果表明，它们在所有患者的子宫肌瘤图像的每个切片上非常接近彼此。与此同时，在T2*加权的MR图像与对比增强的T1加权的MR图像之间的NPV区域测量的配对t测试分析示出在它们之间没有显著的差异(t＝1.295、P＝0.203>0.05)。因此，通过量化和统计分析，没有对比剂的注射的T2*加权的MR成像示出了，其作为对最常采用的‘黄金标准’对比增强的MR成像的备选来评估子宫肌瘤内部的消融体积的可行性。

此外，对比剂注射的消除使得T2*加权的MR成像能够成为在临床应用中的HIFU治疗期间以实时的方式监测子宫肌瘤的消融体积的现实工具。由于对消融体积的实时观测，能够根据评估结果来调节HIFU治疗的处置计划，并且能够重复地执行HIFU治疗以改善治疗效力。

参考图3，当目标组织的状况和环境与在HIFU消融期间的那些保持相同时，在HIFU消融之后立即采集T2*加权的MR图像302和对比增强的T1加权的MR图像304。在图像302上，在子宫肌瘤内部的NPV区域306被可视化。在图像304上，在子宫肌瘤内部的NPV区域308被可视化。在T2*加权的MR图像上所示出的边缘周围的细节大多数与对比增强的T1加权的MR图像上的那些相同。在T2*加权的MR图像302与对比增强的T1加权的MR图像304之间的比较结果还展示出T2*加权的MR图像估计子宫肌瘤内部的消融体积的可行性。由于目标组织所处的状况和环境与在治疗期间的那些相似，能够得出结论：T2*加权的MR成像也能够在处置流程期间使用。

图4图示了根据本发明的一个实施例的热消融系统400的框图。HIFU治疗系统400包括热消融装置402和控制装置404。热消融装置402能够是，但不限于：RFA、微波治疗、体外或直接聚焦超声以及激光器消融。在图4的实施例中，出于描述的目的，但并非限制，HIFU治疗装置402是MR-HIFU治疗装置，其包括治疗超声装置406和磁共振装置408。控制装置404具有硬件接口410，硬件接口410用于与外部硬件进行接口。硬件接口408能够发送和接收数据。硬件接口410具有子部件，其是被连接到治疗超声装置406的超声控制接口412。硬件接口408还具有磁共振控制接口414，磁共振控制接口414被连接到磁共振装置408。硬件接口410被连接到微处理器416。微处理器416表示能够执行指令以便控制HIFU治疗装置402的任何处理单元。范例将是微处理器、控制器或嵌入式系统。存在一种计算机程序产品418，其包括机器可执行代码，所述机器可执行代码能够在微处理器416上执行。

计算机程序产品418包括用于执行不同的认为的不同的可执行指令部件或模块。例如，计算机程序产品418包括处置计划模块420，其包含用于提供计划数据以规划HIFU指令的一组指令或数据。计算机程序产品418还包括控制模块422，以根据计划数据在HIFU治疗期间控制HIFU治疗装置402的操作。关于图4中的实施例，更为具体地，控制模块422能够通过经由超声控制接口412来控制治疗超声装置406并其经由磁共振控制接口414来控制磁共振装置408，来控制MR-HIFU治疗。计算机程序产品418也包括图像处理模块424。图像处理模块424能够获取原始磁共振成像数据，并将这些数据转换成磁共振引导图像426，用于引导HIFU治疗以及T2*加权的MR图像428以评估HIFU治疗。

在治疗操作期间，控制模块422能够在治疗模式与评估模式之间切换HIFU治疗装置402。在治疗模式中，治疗超声装置被激活以根据来自处置计划模块420的计划数据来执行HIFU消融。更为具体地，磁共振装置408采集原始磁共振成像数据，以生成磁共振引导图像426。根据计划数据，治疗超声装置406在磁共振引导图像426的引导下同时地执行HIFU消融。在评估模式中，治疗超声装置406被去激活以暂时终止HIFU消融。在HIFU消融的终止期间，磁共振装置408被激活，以例如使用具有中等TE的简单的MS FFE序列来执行T2*加权的MR成像，从而采集T2*加权的MR图像428。处置计划模块420包含计算机可执行代码，其使得微处理器426能够自动地识别消融体积的暗线边缘，并且因此，评估HIFU消融的治疗响应，并根据估计结果来修改计划数据。在完成计划数据修改后，HIFU治疗装置402被通过激活治疗超声装置406而返回到治疗模式。有利地，HIFU处置的计划数据能够被重复地修改，直到实现期望的评估结果，以确保成功的HIFU消融。

在一个实施例中，控制装置440还包括图形用户接口430。图形用户接口430能够与运行在微处理器416上的计算机程序产品418进行交互。图形用户接口430适于显示医学成像图像，诸如以操纵者能够理解的形式的磁共振引导图像426和T2*加权的MR图像428。图像用户接口430也适于接收来自操作者的选择。在图4的实施例中，其中，计算机程序产品418能够基于T2*加权的MR图像428来自动地识别消融体积，以评估处置结果，并相应地修改计划数据，图像用户接口430也能够包括用于显示建议的计划数据的单元，以及可能的供操作者对其进行标记以批准或不批准处置计划的单元。备选地，操作者能够通过图形用户接口430手动地选择由T2*加权的MR图像428所指示的消融体积，并且计算机程序产品418基于由操作者手动选择的消融体积来评估处置结果并修改计划数据。

本领域技术人员将理解，HIFU治疗装置402不一定由磁共振装置408来引导。备选地，HIFU治疗装置也能够由超声装置引导或者没有图像引导装置。针对超声引导的HIFU治疗，所述图像处理模块包括能够获得超声数据并构建超声图像的部件。不管是否结合HIFU治疗采用图像引导或者什么类型的成像模态被用于图像引导，仍能够在HIFU消融的暂时终止期间执行T2*加权的MR成像，以评估处置结果并修改计划数据。在完成计划数据修改后，治疗超声装置406被去激活，以根据经修改的治疗计划继续HIFU治疗。

图5图示了根据本发明的一个实施例的用于操作热消融系统的流程图500。图5是组合图1和图4来描述的。在步骤502，在HIFU治疗系统的治疗模式期间根据处置的计划数据在目标组织上执行HIFU消融。在步骤504，针对目标组织执行T2*加权的MR成像，以在HIFU治疗系统的评估模式期间采集T2*加权的MR图像。在步骤506，在所述HIFU治疗系统的评估模式期间基于所述T2*加权的MR图像来评估所述HIFU消融的治疗响应。在步骤508，HIFU治疗系统在治疗模式与评估模式之间进行切换。

在图4的范例中，HIFU治疗系统400的治疗模式期间，治疗超声装置406被激活，以根据从处置计划模块420示出的计划数据在目标组织上执行HIFU消融。参考图1，通过预处置流程102来选择目标组织。返回参考图4，MR装置408被激活，以执行T2*加权的MR成像，以在HIFU治疗系统400的评估模式期间生成T2*加权的MR图像428。在一个实施例中，处置计划模块420基于T2*加权的MR图像428自动地识别消融体积，以评估处置结果。在备选实施例中，操作者能够通过图形用户接口430手动地选择由T2*加权的MR图像428所指示的消融体积，并且计算机程序产品418基于由操作者手动选择的消融体积来评估处置结果。控制模块422能够在用于执行HIFU消融的治疗模式与用于执行T2*加权的MR成像的评估模式之间来切换HIFU治疗装置402。在一个实施例中，在处置流程104之后的随访流程106中执行T2*加权的MR成像。换言之，在完成HIFU治疗之后评估HIFU消融的治疗响应。在备选实施例中，在处置流程104中执行T2*加权的MR成像。换言之，以实时的方式评估HIFU消融的治疗响应。由于实时的评估，处置计划模块420能够基于评估结果来修改计划数据，以优化治疗效力。

应当注意到，上文所提到的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不背离随附的权利要求的范围的情况下来设计备选实施例。实施例是例示性的而非约束性的。目的是，本发明包括在本发明的范围和精神内的所说明和描述的实施例的所有修改和变型。在权利要求中，置于圆括号之间的任何参考标记都不应当被解释为对权利要求的限制。“包括”一词不排除在权利要求或在说明书中未列出的元件或步骤的存在。在元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在列举若干单元的设备权利要求中，这些单元中的若干单元能够由同一项硬件或软件来实现。第一、第二和第三等词的使用并不指示任何顺序。这些词应被解释为名称。