Способ и система для ультразвуковой терапии
Изобретение относится к средствам для ультразвуковой абляционной терапии. Машиночитаемый носитель данных для способа ультразвуковой абляции содержит коды для осуществления этапов, на которых получают первую визуализацию области, представляющей интерес, графически определяют границы планового целевого объема, выбирают формы ультразвуковых лучей из библиотеки форм ультразвуковой абляции, определенных осевыми и боковыми расстояниями до ультразвукового преобразователя, выполняют первую ультразвуковую абляцию первой части планового целевого объема, получают вторую визуализацию области после выполнения первой ультразвуковой абляции, вычисляют на ее основе формы ультразвуковой абляции, ограниченные индексированными осевыми и боковыми расстояниями в библиотеке, для абляции второй части объема лечения, выбирают другие формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм, основываясь на второй визуализации и вычислении, и выполняют вторую ультразвуковую абляцию, по меньшей мере частично основываясь на выбранных других формах ультразвуковой абляции. Система ультразвуковой абляции содержит устройство визуализации, процессор, содержащий инструмент планирования и графического определения границ планового целевого объема, и ультразвуковой преобразователь. Использование изобретения позволяет снизить повреждение здоровых тканей и минимизировать длительность лечения за счет повышения точности определения объемов лечения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Настоящая заявка относится к области терапии, в частности, к ультразвуковой абляционной терапии и описана с конкретной привязкой к ней. Однако следует понимать, что примеры вариантов осуществления также могут найти применение в сочетании с другими терапевтическими лечениями и т.п.
Ультразвуковые способы становятся предпочтительным подходом для терапевтического вмешательства отчасти благодаря их неинвазивной природе. Использование ультразвука в данных применениях предоставляет возможность неинвазивного лечебного воздействия на глубокие ткани. Например, пользователи применяют фокусированный ультразвук высокой интенсивности для теплового терапевтического воздействия на фиброиды матки. Ультразвуковая терапия для абляции ткани включает облучение ткани, представляющей интерес, ультразвуком с использованием ультразвука высокой интенсивности, который поглощается и преобразуется в тепло, повышая температуру тканей. Когда температура поднимается выше 55°C, происходит коагуляционный некроз тканей, который ведет к незамедлительной смерти клеток.
В абляции ткани на основе ультразвука, повреждения ультразвуком, которые используют для абляции опухоли, как правило, имеют форму сигары, продольная ось которой расположена вдоль направления распространения ультразвука, а поперечная ось расположена в поперечном направлении. Когда используют решетки с электронным управлением для быстрого перенаправления ультразвуковых лучей, пространственное положение этих повреждений ультразвуком можно менять посредством самого луча. Например, когда ультразвуковой луч фокусируют на ткани, которая расположена глубоко относительно преобразователя, размеры луча, как правило, значительно больше, чем в том случае, когда лучи направляют ближе к преобразователю. Также, когда ультразвуковые лучи направляют за пределы оси, они обычно бывают больше и более вытянутые, чем в случае, когда их фокусируют вдоль оси распространения. Типичные размеры ультразвукового луча составляют от 1 до 2 см вдоль оси распространения и 1-2 мм в поперечных направлениях. Размеры повреждения ультразвуком зависят не только от характеристик ультразвукового луча, но также от времени обработки ультразвуком.
Для того, чтобы оказывать оптимальное лечебное воздействие на опухоли, размеры которых превышают размер одного повреждения ультразвуком, ультразвуковой луч нужно повторно позиционировать в различных частях опухоли. Этот процесс повторяют до тех пор, пока не покроют всю опухоль несколькими повреждениями ультразвуком или абляциями. На практике доктор оказывает воздействие на дополнительную небольшую краевую область, окружающую опухоль для того, чтобы также воздействовать на микроскопическую раковую ткань, которая может быть не видна при визуализации диагностического сканирования опухоли. Опухоль и краевая область также известны как плановый целевой объем (ПЦО). В современных системах для получения трехмерного объема лечебного воздействия эти повреждения ультразвуком размещают одно рядом с другим неоптимальным образом. Если ПЦО больше, чем одна абляция, что является распространенным случаем, то следует создавать последовательность из нескольких перекрывающихся абляций, называемую "составной абляцией". Даже если ПЦО лишь немного больше, чем отдельная абляция, то может потребоваться большое число абляций, что усложняет выполнение задачи планирования составной абляции, в особенности, в трех измерениях. Пример инструмента планирования для вычисления составной абляции, покрывающей произвольный ПЦО несколькими перекрывающимися абляциями, описан в публикации патента WO/2008/090484, раскрытие которого включено в настоящее описание посредством ссылки. Несмотря на то, что в публикации описан алгоритм покрытия для планирования радиочастотной абляции, его можно использовать для вычисления количества и размещения ультразвуковых абляций. Инструмент планирования использует типичную форму абляции, чтобы покрыть ПЦО.
Современные устройства, использующие ультразвуковую абляцию, такие как устройства Sonablate® или Ablatherm® для лечения простаты, используют механически фокусируемый преобразователь, который имеет одинаковую форму луча в любом месте, где перемещают фокус, и прямолинейно размещают абляционные повреждения рядом друг с другом. Однако интерес представляют мертвые зоны между повреждениями ультразвуком или излишне большое число повреждений при значительном перекрытии между ними.
Дополнительно фактически наблюдаемые абляционные повреждения могут меняться в зависимости от многих факторов, таких как уровни локальной перфузии (например, присутствие крупного кровеносного сосуда вблизи), локальные степени поглощения ультразвука и неизвестное ослабление промежуточной ткани. В связи с этими неизвестными величинами a priori, уже существующий протокол предварительного планирования лечения зачастую не отвечает требованиям, и фактические повреждения меньше или больше, чем формы запланированных абляций. В процедуре могут использоваться излишне большое число перекрывающихся повреждений, если фактические повреждения больше, чем ожидалось. С другой стороны, если повреждения меньше, чем ожидалось, то после лечения в объеме лечения могут остаться не подвергнутые абляции промежутки.
Современные реализации ультразвуковой абляционной терапии пытаются покрыть объем опухоли посредством системного воздействия тепловой энергии на прилежащие области. Один способ можно осуществить, прикладывая энергию в течение более длительного периода времени в одном местоположении и рассеивая тепло из этой точки так, чтобы она покрывала весь объем. Другой способ можно осуществить посредством сканирования области системным образом посредством последовательной абляции небольших областей ткани и перемещения зоны фокуса по геометрическому шаблону сканирования, чтобы покрыть весь объем. Ни один из этих современных способов не предоставляет оптимальные местоположения для этих абляций ни с точки зрения усовершенствования покрытия планового целевого объема, который содержит желаемую область ткани, минимизируя повреждение здоровой ткани, ни с точки зрения минимизации общего времени процедуры. Исходя из прогноза пациента и доступного времени процедуры, все эти факторы могут иметь значение.
Следующее краткое изложение предоставлено для соблюдения 37 правила США C.F.R. § 1.73, которое требует кратко изложить сущность изобретения, в которой отражена сущность изобретения. Оно представлено, исходя из понимания того, что оно не будет использовано для интерпретации или ограничения объема или значения формулы изобретения.
В соответствии с одним аспектом примеров вариантов осуществления, способ может включать этапы, на которых получают первую визуализацию области, представляющей интерес; определяют границы планового целевого объема с использованием первой визуализации; выбирают формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции; выполняют первую ультразвуковую абляцию в плановом целевом объеме с использованием выбранных форм ультразвуковой абляции; получают вторую визуализацию области, представляющей интерес, после выполнения первой ультразвуковой абляции; и корректируют выбранные формы ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на второй визуализации.
В соответствии с другим аспектом примеров вариантов осуществления, машиночитаемый носитель данных может содержать хранящийся на нем исполняемый компьютером код, причем исполняемый компьютером код выполнен с возможностью предписания компьютерному устройству, в которое загружен машиночитаемый носитель данных, исполнять этапы получения первой визуализации области, представляющей интерес; приема выбора планового целевого объема с использованием первой визуализации; выбора форм ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции; выполнения первой ультразвуковой абляции в плановом целевом объеме с использованием ультразвукового преобразователя, который прикладывает энергию на основе выбранных форм ультразвуковой абляции; получения второй визуализации области, представляющей интерес, после выполнения первой ультразвуковой абляции; выбора других форм ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на второй визуализации; и выполнения второй ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на других выбранных формах ультразвуковой абляции.
В соответствии с другим аспектом примеров вариантов осуществления система ультразвуковой абляции может включать устройство визуализации для захвата первой визуализации области, представляющей интерес, процессор для приема выбора планового целевого объема с использованием первой визуализации и ультразвуковой преобразователь для выполнения первой ультразвуковой абляции в плановом целевом объеме. Процессор может выбирать формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции. Ультразвуковой преобразователь может прикладывать энергию в плановый целевой объем, по меньшей мере частично основываясь на выбранных формах ультразвуковой абляции. Устройство визуализации может захватывать вторую визуализацию области, представляющей интерес, после применения первой ультразвуковой абляции. Процессор может выбирать другие формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере частично основываясь на второй визуализации.
В одном из вариантов осуществления процессор может содержать инструмент планирования для планирования покрытия опухоли перекрывающимися абляциями. Чтобы покрыть ПЦО, инструмент планирования может использовать библиотеку доступных форм абляции. Он может оптимизировать одну или несколько клинических задач, таких как обеспечение покрытия всего ПЦО, минимизация числа абляций, минимизация абляции здоровой ткани, избегание критической ткани, минимизация общего времени лечения и так далее. Результатом работы инструмента планирования может являться план лечения. План можно принять для продолжения лечения после оценки врачом. Инструмент планирования может быстро повторно вычислить планы лечения, по мере необходимости предоставляя врачу возможность повторно взвесить задачи и/или изменить физические параметры осуществляемого лечения. Также инструмент планирования может визуализировать план лечения в форме графического интерфейса, отражающего фокусные точки для доставки энергии и формы повреждения ультразвуком в этих точках, которые устанавливают посредством библиотеки. Примеры вариантов осуществления, используемые для абляции ткани на основе ультразвука, могут включать сочетание использования информации визуализации, физических параметров абляционной терапии и обратной связи по положению во время лечения.
Примеры вариантов осуществления, описанные в настоящем документе, могут иметь множество преимуществ над современными системами и процессами, включая уменьшение или устранение мертвых зон между повреждениями ультразвуком и/или устранение излишне большого числа повреждений со значительным перекрытием. Примеры вариантов осуществления, описанные в настоящем документе, могут обеспечить эффективное ультразвуковое абляционное воздействие на ткань посредством уменьшения времени и уменьшения воздействия ультразвука.
Специалисты в данной области оценят и поймут описанные выше и другие признаки и преимущества настоящего раскрытия, исходя из следующего подробного описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
На Фиг.1 представлено схематическое изображение примера варианта осуществления системы для использования в ультразвуковой абляции;
На Фиг.2 представлена пространственная карта, иллюстрирующая схему размещения абляций, созданных с использованием фазированной ультразвуковой решетки;
На Фиг.3 представлена визуализация с наложенным планом лечения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
На Фиг.4 представлена визуализация с другим наложенным планом лечения согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
На Фиг.5 представлен способ ультразвуковой абляции, который можно использовать в системе с Фиг.1.
Примеры вариантов осуществления, описанные в настоящем документе, предусматривают систему и способ предоставления ультразвуковой абляционной терапии в ПЦО. Система и способ обладают многими преимуществами, включая обеспечение более эффективного лечения посредством вычисления более точных объемов лечения; обеспечение достаточного покрытия и гарантию того, что критические области лечения (например, опухоли) не будут упущены; снижение повреждения здоровых тканей, поскольку можно использовать оптимальное число местоположений повреждений вместо большего числа, которое может вести к излишнему повреждению здоровых тканей, например, кожи; минимизацию длительности лечения (например, в случае низкой перфузии в данной локальной области лечебное воздействие можно выполнить быстрее посредством снижения времени обработки ультразвуком). Примеры вариантов осуществления согласно настоящему раскрытию могут включать инструмент обратной связи для обновления размещения последующих объемов абляции в ткани и/или обновление протокола лечения для последующих местоположений в процессе процедуры.
Примеры вариантов осуществления могут предоставить инструмент планирования, который предоставляет пользователю возможность оценить новый план лечения, включая пользователей, терапевтов, операторов, лаборантов или других людей, перед продолжением процедуры, и гарантия быстрого вычисления планов лечения позволяет повторно взвешивать задачи для вычисления любых модификаций. Инструмент планирования и обратной связи может включать способы визуализации плана лечения в отношении фокусных точек для доставки энергии и ожидаемого повреждения ткани, окружающей фокусные точки по отдельности или в совокупности для всех абляций.
В одном из вариантов осуществления система и способ согласно настоящему раскрытию могут включать устройство визуализации для получения анатомической информации от пациента (например, КТ, ультразвуковые изображения или изображения МРТ); систему для графического определения границ одного или нескольких ПЦО пользователем; и/или библиотеку форм абляции, зависящих от ткани, преобразователя и/или возбуждения. Например, формы абляции можно предварительно вычислить с помощью инструмента термического акустического моделирования и/или получить с помощью экспериментов. Библиотеку можно хранить в памяти или в запоминающем устройстве или можно вычислять в процессе вычисления плана лечения.
В другом варианте осуществления система и способ согласно настоящему раскрытию могут включать систему взаимодействия с пользователем, которая позволяет пользователю выбирать набор форм абляции из библиотеки форм абляции; инструмент планирования, который вычисляет набор абляций, который удовлетворяет набору предварительно сформулированных задач; систему взвешивания задач пользователем, которые использует инструмент планирования; устройство визуализации для визуализации плана лечения в отношении фокусных точек для доставки энергии и ожидаемого повреждения ткани, окружающей фокусные точки по отдельности или в совокупности по всем абляциям; система для мониторинга объемов абляции в процессе процедуры (например, с помощью средств визуализации, таких как МРТ или ультразвуковая эластография); модуль обратной связи, который передает наблюдаемые формы абляции в модуль планирования; и/или модуль повторного вычисления для повторного вычисления и обновления набора местоположений и форм абляций для абляции оставшейся (например, не подвергшейся воздействию) части объема лечения. Например, модуль повторного вычисления можно реализовать в виде части модуля планирования в качестве специального режима работы.
Как показано на Фигурах, в частности, на Фиг.1-3, система 10 ультразвуковой абляции может содержать устройство или систему 50 визуализации и ультразвуковое устройство или систему 150, которую можно использовать для абляционной терапии пациента 20. Конкретный тип абляционной терапии может меняться, включая лечение фиброида матки, а также печени, мозга, простаты и других злокачественных повреждений.
Системы 50 и 150 могут быть связаны с процессором 75, содержащим соединенное с ним устройство 80 отображения (например, монитор). Однако несмотря на то, что в примере варианта осуществления описаны системы 50 и 150, которые соединены с процессором 75, специалисту в данной области будет понятно, что определенные способы, которые описаны в отношении системы 10, можно осуществлять независимо от других способов. Например, система 50 визуализации может представлять собой независимую систему, которую используют для получения изображений пациента 20 перед началом процедуры, тогда как можно использовать другую систему визуализации для предоставления визуальной обратной связи, как описано далее.
В одном из вариантов осуществления в системе 50 визуализации, например, в системе, изображенной на Фиг.1, использующей открытое устройство МРТ, можно использовать МРТ-визуализацию. Система 50 может предоставить пользователю изображения целевой области, на которых можно определить границы или иным образом нанести пометки, чтобы установить ПЦО. Конкретный способ получения изображений может меняться, включая, например, способы получения ультразвуковых или КТ-изображений, а также может включать сочетания способов получения с тем, чтобы пользователь получил более полное описание области, подлежащей воздействию.
В одном из вариантов осуществления система 50 может получать изображения, отображать их на мониторе 80 с использованием процессора 75 и затем предоставить пользовательский интерфейс для определения границ ПЦО. В другом варианте осуществления процессор 75 может импортировать изображения пациента и предусматривать определение границ с использованием графических инструментов, которые позволяют создавать и корректировать (например, перемещать, вращать, масштабировать и так далее) трехмерную границу пораженной ткани. В одном из вариантов осуществления каждую область можно идентифицировать и классифицировать как ПЦО. В другом варианте осуществления пользователь может определить границы критических структур, которые расположены рядом с ПЦО, которые не должны быть повреждены системой ультразвуковой терапии. ПЦО и критические области можно зарегистрировать для использования инструментом 76 планирования процессора 75.
Ультразвуковая система 150 может содержать ультразвуковой контроллер 160 и ультразвуковой преобразователь или зонд 170. Может меняться конкретный тип ультразвукового контроллера 160, преобразователя 170 и других ультразвуковых компонентов, которые используют в системе 10, а также могут меняться конкретные ультразвуковые способы. Несмотря на то, что в примерах вариантов осуществления описан внешний преобразователь 170 для доставки ультразвуковой энергии в ПЦО, в настоящем раскрытии рассмотрен преобразователь, представляющий собой внутренний преобразователь, который доставляет ультразвуковую энергию в ткань, расположенную внутри или в труднодоступных местах. Размеры и форма преобразователя 170 могут позволять вводить его внутрь тела пациента в ПЦО, например, через канюлю, включая позиционирование в пациенте через сосуды, мочеиспускательный канал, прямую кишку и так далее.
В одном из вариантов осуществления контроллер 160 может содержать компоненты и/или использовать способы, связанные с направлением и электронным фокусированием ультразвуковых волн преобразователя 170. Также в настоящем раскрытии рассмотрено использование других компонентов и/или способов в дополнение к или вместо компонентов контроллера 160, описанных выше. Кроме того, специалист в данной области поймет, что контроллер 160 или один или несколько его компонентов могут быть встроены в процессор 75 или совместно использоваться им, например, для обработки данных и способов представления.
Преобразователь 170 может содержать решетку преобразователя или акустические элементы для передачи ультразвуковых волн и для приема отраженных ультразвуковых сигналов. В одном из вариантов осуществления преобразователь 170 может обеспечивать направление и электронное фокусирование ультразвуковых волн относительно целевой области, подлежащей воздействию. Посредством соответствующей задержки импульсов, подаваемых на каждый элемент преобразователя, преобразователь 170 может пропускать фокусированный луч ультразвука вдоль желаемой линии сканирования. Согласно одному из вариантов осуществления решетчатый преобразователь 170 может включать двухмерную решетку, такую как раскрыто в патенте США № 6428477, который принадлежит заявителю настоящего изобретения и включен в настоящее описание посредством ссылки. В одном из вариантов осуществления система 10 может доставлять ультразвуковые терапевтические лучи с высокой степенью фокусировки, например, фокусированный ультразвук высокой интенсивности (ФУВИ). Однако в настоящем раскрытии также рассмотрены другие ультразвуковые способы, включая лучи с меньшей степенью фокусировки, для выполнения абляции ткани.
Инструмент 76 планирования процессора 75 может создать набор форм абляции, которые связаны с характеристиками ткани, физическими характеристиками преобразователя и/или параметрами, выбранными для конкретного применения доставки энергии через преобразователь 170. Характеристики ткани могут модулировать фактический размер и форму абляционных повреждений. Физические характеристики преобразователя могут включать число, форму и местоположение различных основных элементов, активно используемых в преобразователе 170, которые влияют на фокусную точку абляционного повреждения и его соответствующую форму. Параметры доставки энергии могут включать приложенную энергию и время лечения в любом заданном местоположении. Сочетание этих характеристик преобразователя и ткани, а также параметров доставки энергии, при использовании в соответствующим образом спроектированном инструменте термического акустического моделирования, может предоставить способ для определения библиотеки форм абляции, которые можно использовать посредством инструмента 76 планирования.
Инструмент 76 планирования может выбирать абляции различных форм и размеров, которые наилучшим образом отвечают одной или нескольким лечебным задачам, установленным пользователем. Если пользователь взвесил задачи в процессоре 75, то инструмент 76 планирования может приспособить эти результаты в соответствии со взвешиванием. Полученный план лечения можно визуализировать графически, как показано, например, на Фиг.3.
Библиотеку форм абляции, зависящих от ткани, преобразователя и возбуждения, можно создать посредством инструмента термического акустического моделирования, в котором используют сведения о типе органа или ткани, ожидаемых характеристиках преобразователя и параметрах, используемых для доставки акустической энергии. Вычисление формы абляции можно осуществить в конкретном местоположении в трехмерном пространстве относительно положения преобразователя. Например, в таблице 1 приведены примеры ширины акустического луча в осевом, поперечном направлении и вертикальном направлении для различных конфигураций ультразвуковой решетки:
| Таблица 1 | ||||
| Частота и размер отверстия | Размеры акустического луча | |||
| Местоположение фокуса (мм) | Осевое (мм) | Поперечное (мм) | Вертикальное (мм) | |
| 1,5D Линейные решетки | ||||
| 1 МГц (2,5 см по вертикали; 5 см по горизонтали) | [0 0 60 ] [25 0 45] |
24,24 24,73 |
2,41 3,08 |
4,70 4,05 |
| 2 МГц (1,25 см по вертикали: 5 см по горизонтали) | [0 0 60] [25 0 45] |
12,50 11,47 |
1,21 1,42 |
4,71 4,04 |
| 4 МГц (0,6 см по вертикали; 5 см по горизонтали) | [0 0 60] [25 0 45] |
6,30 6,30 |
0,63 0,62 |
4,90 4,30 |
| 2D Решетки со случайным расположением излучателей | ||||
| 1 MHz (2,5 см по вертикали; 5 см по горизонтали) | [0 0 60] [25 0 45] |
24,25 24,30 |
2,57 2,89 |
4,55 4,40 |
Ширину акустического луча можно использовать для воздействия на форму абляции, которая возникает в результате использования акустического луча с определенными параметрами доставки энергии, такими как мощность и длительность. На Фиг.2 показаны фактические формы абляции для данного преобразователя, при использовании при конкретном местоположении фокуса (например, упорядоченные по осевому и боковому расстояниям до наконечника преобразователя) в течение конкретного количества времени, как показано в таблице 2:
| Таблица 2 | |||
| Осевое расстояние (см) | Боковое расстояние (см) | Объем повреждения (см3) | Время (с) |
| 2,5 | 0,00 | 0,1669 | 20 |
| 2,5 | 2,29 | 0,4 | 15,5 |
| 3,5 | 0,00 | 0,037 | 3 |
| 3,5 | 2,50 | 0,047 | 2,5 |
| 4,5 | 0,00 | 0,039 | 2,5 |
| 4,5 | 2,29 | 0,08 | 3 |
| 5,5 | 0,00 | 0,0602 | 3 |
| 5,5 | 1,50 | 0,067 | 3 |
| 6 | 0,00 | 0,099 | 4 |
| Всего | 0,9961 | 56,5 |
В инструменте 76 планирования процессора 75 можно объединить алгоритм, который покрывает весь ПЦО набором форм абляции, в котором формы ограничены теми формами, которые заданы в библиотеке. Инструмент 76 планирования может работать в сочетании с набором пользовательских задач, таких как минимизация числа абляций, в дополнение к любому учету общего времени лечения, или абляция более здоровой ткани за счет общего времени лечения. В одном из вариантов осуществления пользователь может выполнить выбор из списка взвешивания задач с помощью текстового или графического интерфейса для инструмента 76 планирования.
Устройство 80 отображения может предоставить визуализацию плана лечения посредством изображения форм абляции, наложенных на области ПЦО. Графическое представление может содержать фокусные точки для доставки энергии и ожидаемые формы абляции, окружающие фокусные точки или по отдельности или в совокупности для всех абляций. Это графическое представление 300 показано на Фиг.3 и содержит ткань в области, представляющей интерес, 325, ПЦО 350, составную абляцию 375, отдельные фокусные точки 380 для доставки энергии и соответствующие формы абляции и дополнительные срезы визуализации в других плоскостях 385, 395 визуализации. Составную абляцию 375 можно составить из нескольких форм абляции, на данной фигуре она включает только одну форму размером 2 см × 0,25 см × 0,25 см. В графическом представлении 300 показано общее число абляций, составляющее 115, и сопутствующее повреждение здоровой ткани, составляющее 11,4 см3.
В одном из вариантов осуществления пользователь может ограничить используемые инструментом 76 планирования формы абляции из библиотеки ограниченным набором. Это ограничение может снизить время обработки инструмента планирования. В одном из вариантов осуществления инструмент 76 планирования может уведомлять пользователя о наиболее эффективном использовании преобразователя. В другом варианте осуществления инструмент 76 планирования может учитывать ограничения, включая последовательность абляций, при условии, что дистальные абляции, если их выполняют раньше в ходе процедуры, могут не влиять на проксимальные абляции. Это может понизить сложность алгоритма планирования в том отношении, что это уменьшает пространство поиска возможных подходящих местоположений абляций.
В другом варианте осуществления процессор 75 может выполнять абляции с задержкой во времени для охлаждения, чтобы предотвратить повреждение критических структур. Общее время процедуры может учитывать эту задержку во времени. Инструмент 76 планирования может приспособить последовательность абляций таким образом, чтобы покрыть отдельные ПЦО, чтобы чередовать задержку во времени в одной области, представляющей интерес, со временем работы для другой. Даже в случае с одной областью, представляющей интерес, в примерах вариантов осуществления можно последовательно осуществлять переключение между вторичными отверстиями ультразвуковой решетки для абляции по существу различных областей ткани для того, чтобы предотвратить повреждение поверхностных структур.
Дополнительно на Фиг.5 показан способ, который можно использовать для выполнения ультразвуковой абляционной терапии с использованием системы 10 и, в целом, обозначается ссылочной позицией 500. Специалисту в данной области следует понимать, что этапы, описанные в отношении способа 500, являются примером использования системы 10 и можно использовать большее или меньшее количество этапов. Дополнительно другие компоненты или устройства, которые конкретно не описаны в отношении системы 10, также можно использовать при осуществлении способа 500. Способ 500 можно начинать с этапа 502, где процессор 75 получает изображения области пациента, представляющей интерес. Область, представляющая интерес, может содержать одну или несколько опухолей или других областей лечения пациента. На этапе 504 пользователь может описать или иным способом задать один или несколько плановых целевых объемов (ПЦО) на основе наборов данных изображений, полученных перед процедурой.
На этапе 506 процессор 75 может получить характеристики, связанные с ультразвуковым преобразователем, такие как мощность, акустическая частота преобразователя и f-число преобразователя. На этапе 508 процессор 75 может выбрать форму абляции из библиотеки. Например, модуль термического акустического моделирования может предоставить подходящие формы абляции, основываясь на мощности, акустической частоте преобразователя, f-числе преобразователя и длительности лечения для различных пространственных местоположений внутри ПЦО, которые выбраны из библиотеки форм абляции. В одном из вариантов осуществления формы абляции могут обладать специфичностью по местоположению. Инструмент 76 планирования процессора 75 может использовать библиотеку подходящих абляций для предварительного выбора набора форм абляции, которые полностью покрывают ПЦО без разрушения здоровых критических структур.
На этапе 510 абляционную терапию можно инициировать посредством приложения ультразвуковой энергии к ткани. На этапе 512 процессор 75 может выполнять мониторинг формы абляции в процессе операции посредством визуальной обратной связи, например, карты температур МРТ. Несмотря на то, что в примере варианта осуществления описаны измерения температуры с помощью МРТ, которую используют в качестве механизма обратной связи, также можно использовать другие способы визуализации, такие как способы эластографии с использованием ультразвука.
В одном из вариантов осуществления можно получать обратную реакцию с высокой частотой, например, каждые 3-5 секунд, если для обратной связи используют МРТ-визуализацию. Частота обратной реакции может быть основана на множестве факторов, включая тип визуализации, который используют для обратной связи. Визуальная обратная связь может предоставить пространственную карту того, что уже подверглось абляции в ходе процедуры. Способ 500 позволяет определить, завершилась ли абляционная терапия на этапе 514 и, если нет, то переходить к этапу 516, на котором процессор 75 может сравнить формы и объемы, фактически подвергшиеся абляции, с оценками, сделанными до лечения.
На этапе 518 процессор 75 может применить данные обратной связи для коррекции абляционной терапии. Например, если наблюдаемые объемы больше, чем предварительно установленные оценки (например, уровень перфузии ниже, что ведет к увеличению подъема температуры в этом местоположении), затем при меньшем числе точек абляции можно выбрать остальные более крупные формы абляции для остальной части ткани (по меньшей мере локально близкие к этому повреждению). Это может выполняться автоматически и/или подвергаться верификации пользователем перед применением. С другой стороны, если наблюдаемые объемы абляции меньше, чем предварительно установленные оценки, то можно выбрать остальные менее крупные формы абляции для того, чтобы уменьшить или устранить мертвые зоны между ними.
В одном из вариантов осуществления инструмент 76 планирования, используя данные обратной связи, может установить степень соответствия наблюдаемой формы абляции и ожидаемой формы из плана, созданного перед процедурой. Инструмент 76 планирования может выполнить повторное вычисление, если остальные запланированные до процедуры местоположения и формы абляций будут создавать полный план, удовлетворяющий всем взвешенным задачам для оставшегося объема опухоли; и если нет, он может повторно вычислить новый план для оставшегося объема опухоли.
В одном из вариантов осуществления на этапе 520 подходящую библиотеку форм абляций можно обновить на основе данных обратной связи. Можно создать библиотеку для конкретного пациента, или ее часть, которая содержит обновленные формы абляций на основе данных обратной связи. Например, на Фиг.4 показано воздействие на предварительно определенный объем, представляющий интерес, повреждением размерами 2 см × 0,35 см × 0,35 см, которое выбрано на основе номинальных параметров ткани. Это графическое представление 400, показанное на Фиг.4, содержит ткань 425, ПЦО 450, составную абляцию 475, отдельные фокусные точки для доставки 480 энергии и соответствующие формы абляций и дополнительные срезы визуализации в других плоскостях 485, 495 визуализации. В графическом представлении 400 показано лечение, при котором уровень перфузии у пациента ниже ожидаемого, что ведет к повреждениям большего размера, так что требуется только 69 повреждений для того, чтобы покрыть ПЦО. В этом случае процессор 75 может использовать захваченные данные обратной связи для определения того, что фактически наблюдаемый размер повреждения больше предварительно запланированного размера, он обновит форму/размер абляции в библиотеке, чтобы отобразить эту информацию, инструмент 76 планирования использует обновленную форму абляции из библиотеки и затем повторно вычислит план с использованием только 69 абляционных повреждений для того, чтобы покрыть объем лечения. В этом примере, если исходный план лечения продолжают, не используя преимущество обратной связи в процессе процедуры, это приведет к увеличенному на 67% времени лечения, а также приведет к большей дозе ультразвука для промежуточных тканей, таких как поверхность кожи. На практике перфузия и другие свойства могут локально меняться и в определенных подобластях можно использовать повреждения меньшего объема, а в других подобластях можно использовать повреждения большего объема. Эта процедура лечения может обеспечить полное воздействие при сниженном времени лечения.
В другом варианте осуществления система 10 может содержать этап калибровки, на котором абляционные повреждения помещают в достаточное количество точек в ПЦО с тем, чтобы получить достаточное количество примеров характера формирования повреждений на всем протяжении ПЦО. В одном из вариантов осуществления эти абляции можно выполнять последовательно. Затем наблюдаемые повреждения можно сравнить с предварительно запланированными повреждениями для обновления библиотеки форм/размеров абляций, а инструмент 76 планирования может повторно спланировать протокол лечения, который учитывает обновленные формы абляций в различных местоположениях получения примеров. Затем можно инициировать лечение и после завершения этапа калибровки потребуется обратная связь в меньшем объеме в процессе фактической процедуры.
Перед процедурой примеры вариантов осуществления предусматривают вычисление и графическую визуализацию всех местоположений абляций для выполнения ультразвукового терапевтического лечения. План позволяет создавать абляции в некотором диапазоне размеров и форм на основе параметров доставки энергии. Инструмент 76 планирования может использовать сведения о полном диапазоне размеров и форм, которые описаны в библиотеке абляций. Эту библиотеку можно создать многими способами, включая инструмент акустического моделирования, который использует сведения о типе органа или ткани, а также ожидаемые характеристики преобразователя, и/или ее можно создать, используя внешние средства.
В примерах вариантов осуществления также предусмотрена возможность создания плана лечения, который может удовлетворять одной или нескольким следующим задачам: полная абляция ПЦО; минимизация числа абляций; минимизация тепловой дозы для здоровой ткани, окружающей ПЦО; сохранение любых идентифицированных критических структур в безопасности (например, без абляций); минимизация общего времени процедуры; использование фиксированного набора форм абляции из библиотеки; и/или выбор последовательности абляций, которая минимизирует тепловое повреждение в ближней зоне. Перед процедурой врач может взвесить лечебные задачи. В одном из вариантов осуществления настоящее раскрытие предусматривает обеспечение быстрого вычисления планов лечения, что позволяет осуществлять повторное взвешивание задач для вычисления любых модификаций.
Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения описаны в отношении ультразвуковой абляционной терапии для лечения опухолей у человека. Специалист в данной области должен понимать, что примеры вариантов осуществления настоящего изобретения можно применять к другим типам медицинского вмешательства и к другим частям организма как человека, так и животного, включая такие другие лечения, как содействие растворению тромба (сонотромболизис), содействие доставке лекарственного средства и генной терапии, косметические средства (например, удаление жира).
Например, способы и системы, описанные в отношении примеров вариантов осуществления, можно использовать для повышения эффективности существующих медицинских воздействий, таких как использование tPA для пациентов с инсультом. Примеры вариантов осуществления можно использовать при доставке лекарственного средства, опосредованной ультразвуком, и генной терапии. Генетическая экспрессия белков в генной терапии и повышенная доставка лекарственных средств в сайт-направленной терапии обладает потенциалом в лечении широкого диапазона заболеваний с минимальными побочными эффектами. Примеры вариантов осуществления, описанные в настоящем документе, предусматривают использование ультразвука для неинвазивного лечения глубоких тканей при небольшом или полностью отсутствующем эффекте на вышележащие органы. Примеры вариантов осуществления также можно применять у животных, не относящихся к человеку, таких как животные в доклинических исследованиях. В одном из вариантов осуществления ультразвуковые контрастные средства в виде микропузырьков и/или наночастиц можно использовать для визуализации, нацеливания и доставки терапевтического заряда, как описано в отношении примеров вариантов осуществления. В настоящем раскрытии также рассмотрено использование других способов доставки энергии, включая радиочастотную абляцию.
Настоящее изобретение, включая описанные выше этапы способов, можно реализовать в аппаратном обеспечении, программном обеспечении или в виде сочетания аппаратного и программного обеспечения. Настоящее изобретение можно реализовать централизовано в одной компьютерной системе или распределенно, где различные элементы распространены по нескольким взаимно связанным компьютерным системам. Подходит компьютерная система или другое устройство любого типа, приспособленное для осуществления способов, описанных в настоящем документе. Типичное сочетание аппаратного и программного обеспечения может представлять собой компьютерную систему общего назначения с компьютерной программой, которая при загрузке и исполнении управляет компьютерной системой так, что она осуществляет способы, описанные в настоящем документе.
Настоящее изобретение, включая описанные выше этапы способов, можно воплотить в компьютерном программном продукте. Компьютерный программный продукт может содержать машиночитаемый носитель данных, на котором находится компьютерная программа, содержащая исполняемый компьютером код для предписания компьютерному устройству или компьютерной системе выполнять различные процедуры, процессы и способы, описанные в настоящем документе. В настоящем контексте компьютерная программа обозначает любое выражение на любом языке, код или запись набора инструкций, предназначенных для предписания системе, обладающей возможностью обработки информации, выполнять конкретную функцию или напрямую или после одного из или обоих следующих действий: a) преобразование в другой язык, код или запись; б) воспроизведение в другой материальной форме.
Иллюстрации вариантов осуществления, описанные в настоящем документе, предназначены для того, чтобы обеспечить общее понимание структуры различных вариантов осуществления, и они не предназначены для того, чтобы выполнять функцию полного описания всех элементов и признаков устройства и систем, в которых можно использовать структуры, описанные в настоящем документе. Многие другие варианты осуществления будут очевидны специалистам в данной области при рассмотрении приведенного выше описания. Другие варианты осуществления можно использовать и выводить таким образом, что структурные и логические замены и изменения можно осуществлять, не отступая от объема данного изобретения. Фигуры также выполняют лишь изобразительную функцию и могут быть представлены не в масштабе. Определенные их пропорции могут быть увеличены, тогда как другие могут быть уменьшены. Таким образом, описание и чертежи следует рассматривать в качестве иллюстрации, а не ограничения.
Таким образом, несмотря на то, что в настоящем документе описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления, следует принимать во внимание, что любая конфигурация, рассчитанная на достижение той же цели может заменить приведенные конкретные варианты осуществления. Это раскрытие предназначено для того, чтобы охватить любые и все модификации или вариации различных вариантов осуществления. Сочетания приведенных выше вариантов осуществления и других вариантов осуществления, конкретно не описанных в настоящем документе, будут очевидны специалистам в данной области при рассмотрении приведенного выше описания. Следовательно, подразумевается, что раскрытие не ограничено конкретным вариантом(ами) осуществления, раскрытыми в качестве наилучшего варианта, рассмотренного для осуществления данного изобретения, но что изобретение включает все варианты осуществления, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.
Реферат и Описание предоставлены для соблюдения правил 37 США C.F.R. § 1.72(b), согласно которым требуется, чтобы реферат позволил читателю быстро установить сущность технического раскрытия. Реферат представлен, исходя из понимания того, что он не будет использован для интерпретации или ограничения объема или значения формулы изобретения.
1. Машиночитаемый носитель данных, на котором хранятся исполняемые компьютером коды, чтобы предписывать компьютерному устройству осуществлять способ предоставления ультразвуковой абляции, причем способ содержит этапы, на которых:
получают первую визуализацию области, представляющей интерес;
предоставляют возможность графического определения границ планового целевого объема, используя первую визуализацию;
выбирают формы ультразвуковой абляции ультразвуковых лучей для абляции планового целевого объема из библиотеки форм ультразвуковой абляции, определенных осевыми и боковыми расстояниями до ультразвукового преобразователя (170);
выполняют первую ультразвуковую абляцию первой части планового целевого объема, используя ультразвуковой преобразователь (170), который прикладывает энергию на основе выбранных форм ультразвуковой абляции;
получают вторую визуализацию области, представляющей интерес, после выполнения первой ультразвуковой абляции;
вычисляют на основе второй визуализации формы ультразвуковой абляции, ограниченные, как определено индексированными осевыми и боковыми расстояниями в библиотеке, для абляции второй части объема лечения;
выбирают другие формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на второй визуализации и вычислении; и
выполняют вторую ультразвуковую абляцию, по меньшей мере частично основываясь на выбранных других формах ультразвуковой абляции.
2. Машиночитаемый носитель данных по п.1, причем форма ультразвуковой абляции библиотеки соответствует форме повреждения в соответствующей фокальной точке, причем носитель данных дополнительно содержит исполняемый компьютером код для предписания компьютерному устройству выбирать и модифицировать другие формы ультразвуковой абляции посредством сравнения наблюдаемых абляционных повреждений из второй визуализации с оценочными абляционными повреждениями.
3. Машиночитаемый носитель данных по п.1, дополнительно содержащий исполняемый компьютером код для предписания компьютерному устройству отображать первую визуализацию, определять план лечения, используя выбранные формы ультразвуковой абляции из библиотеки, и отображать план лечения, причем план лечения содержит графическое представление планового целевого объема, фокусные точки для доставки энергии, формы ультразвуковой абляции и составную абляцию, которая является результатом выполнения первой и второй ультразвуковой абляции наложенных на плановый целевой объем внутри области, представляющей интерес.
4. Машиночитаемый носитель данных по п.1, дополнительно содержащий исполняемый компьютером код для предписания компьютерному устройству сохранять выбранные другие формы ультразвуковой абляции в библиотеке форм ультразвуковой абляции.
5. Машиночитаемый носитель данных по п.1, дополнительно содержащий исполняемый компьютером код для предписания компьютерному устройству принимать лечебные задачи, введенные пользователем; и выбирать формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на лечебных задачах и характеристиках ультразвука, связанных с ультразвуковым преобразователем (170), который выполняет первую ультразвуковую абляцию.
6. Машиночитаемый носитель данных по п.1, дополнительно содержащий исполняемый компьютером код для предписания компьютерному устройству использовать группу форм ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на соответствии группы форм ультразвуковой абляции с моделью абляции и характеристиках ультразвука, связанных с ультразвуковым преобразователем (170), который выполняет первую ультразвуковую абляцию.
7. Машиночитаемый носитель данных по п.1, дополнительно содержащий исполняемый компьютером код для вычисления набора местоположений абляций, связанных с вычисленными формами ультразвуковой абляции, основываясь на второй визуализации, для абляции второй части объема лечения.
8. Система ультразвуковой абляции, содержащая:
устройство (50) визуализации для захвата первой визуализации области, представляющей интерес;
процессор (75), содержащий инструмент (76) планирования и предоставляющий возможность графического определения границ планового целевого объема, используя первую визуализацию; и
ультразвуковой преобразователь (170) для выполнения первой ультразвуковой абляции первой части планового целевого объема, причем процессор выбирает формы ультразвуковой абляции ультразвуковых лучей для абляции планового целевого объема из библиотеки форм ультразвуковой абляции, определенных осевыми и боковыми расстояниями до ультразвукового преобразователя, инструмент планирования определяет план лечения, и ультразвуковой преобразователь прикладывает энергию к плановому целевому объему, по меньшей мере, частично основываясь на плане лечения, включая выбранные формы ультразвуковой абляции, устройство визуализации захватывает вторую визуализацию области, представляющей интерес, после применения первой ультразвуковой абляции, и процессор на основе второй визуализации вычисляет набор местоположений абляции и форм ультразвуковой абляции для абляции второй части планового целевого объема и выбирает другие формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на второй визуализации.
9. Система по п.8, в которой ультразвуковой преобразователь (170) выполняет вторую ультразвуковую абляцию, по меньшей мере, частично основываясь на выбранных других формах ультразвуковой абляции.
10. Система по п.9, дополнительно содержащая устройство (80) отображения для представления первой визуализации и плана лечения, причем план лечения содержит графическое представление планового целевого объема, фокусные точки для доставки энергии, формы ультразвуковой абляции и составную абляцию, которая является результатом выполнения первой и второй ультразвуковой абляции наложенных на плановый целевой объем внутри области, представляющей интерес.
11. Система по п.8, в которой процессор (75) принимает лечебные задачи, введенные пользователем, и инструмент (76) планирования использует набор форм ультразвуковой абляции из библиотеки форм ультразвуковой абляции, по меньшей мере, частично основываясь на лечебных задачах и характеристиках ультразвука, связанных с ультразвуковым преобразователем (170), который выполняет первую ультразвуковую абляцию.
12. Система по п.8, причем форма ультразвуковой абляции библиотеки соответствует форме повреждения в соответствующей фокальной точке, причем процессор (75) выбирает и модифицирует другие формы ультразвуковой абляции посредством сравнения наблюдаемых абляционных повреждений из второй визуализации с оценочными абляционными повреждениями, причем модификация основана по меньшей мере, на одном из: формы, размера, местоположения и числа форм ультразвуковой абляции.
13. Система по п.8, в которой устройство (50) визуализации выполняет по меньшей мере, одно из: второй визуализации посредством сбора измерений температуры области, представляющей интерес, используя магнитно-резонансную томографию; ультразвуковой визуализации, связанной с формой области, представляющей интерес; и эластографии.
14. Система по п.8, в которой процессор вычисляет набор местоположений абляций, связанных с вычисленными формами ультразвуковой абляции, основываясь на второй визуализации, для абляции второй части объема лечения.
