CN107427280B - 用于基于弹性成像监测的自适应消融和治疗的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于执行消融的系统包括消融设备(102)，所述消融设备被配置为根据控制参数来对组织进行消融，并且被配置为在所述消融过程期间进行测量。成像系统(104)被配置为测量弹性成像相关的参数以监测消融进展。参数估计和监测模块(115)被配置为接收来自所述消融设备的测量结果和/或所述弹性成像相关的参数，以提供反馈从而在消融过程期间的不同时间自适应地调节所述成像设备的成像参数。

Description

用于基于弹性成像监测的自适应消融和治疗的系统和方法

技术领域

本公开涉及消融系统、方法和仪器，并且更具体而言涉及用于优化医学应用中的消融的弹性成像测量。

背景技术

热消融技术为大外科手术提供了极好的替代选择，大外科手术即使对于最有经验的外科医师也可能造成风险。这些技术是微创的，仅需要针(例如，射频(RF)、冷冻治疗和微波消融)或无创热源(诸如使用高强度聚焦超声(HIFU))。在大多数流程中，癌变组织被加热至60℃之上并被凝固。

射频消融(RFA)目前是美国唯一FDA批准的微创加热治疗。它使用具有有源电极端部的探头，460–500kHz交流电流被传导通过所述有源电极端部。电流传播通过身体到达被放置在患者的背部或腿部上的接地垫。电流引起离子运动和摩擦加热。热然后通过热传导被耗散以对肿瘤进行消融。

RFA经常被用来处置肝癌。目前的处置协议使用根据设备制造商的说明书预测的过分简单化的球状消融体积。实际处置体积极大偏离了该预测，导致大的复发率(大约35％)。

RFA通常在超声、计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)引导下执行。高复发率的一个常见原因是不能监测和控制消融尺寸以充分杀死肿瘤细胞。对临床医师的实时反馈目前能够利用基于磁共振(MR)的温度成像而以合理的准确度实现。然而，磁共振成像(MRI)是昂贵的，并且不能随时可用。超声是在针的放置期间针对图像引导经常使用的另一模态。然而，目前用于监测处置的唯一方式是通过在B-模式图像上可视化高回声病变。在大多收情况下，高回波生成是由于RFA期间的微泡的形成，所述微泡的形成是临时效果并且与病变边界较差地相关联。因此，这样的可视化仅仅是近似的，并且不是处置效果的良好指标。

发明内容

根据本原理，一种用于执行消融的系统包括消融设备，所述消融设备被配置为根据控制参数来对组织进行消融，并且被配置为在所述消融过程期间进行测量。成像系统被配置为测量弹性成像相关的参数以监测消融进展。参数估计和监测模块被配置为接收来自所述消融设备的测量结果和/或所述弹性成像相关的参数，以提供反馈从而在消融过程期间的不同时间自适应地调节所述成像设备的成像参数。

用于执行消融的另一系统包括消融设备，所述消融设备被配置为根据控制信号来对组织进行消融。成像系统被配置为进行弹性成像测量。参数估计和监测模块被配置为接收所述弹性成像测量结果作为来自所述成像设备的反馈并且基于所述弹性成像测量结果来调节所述控制信号以控制所述消融设备来实现治疗目标。

一种用于消融的方法包括将消融设备和超声探头定位在对象中以开始消融；在所述消融过程期间生成测量信息作为反馈，所述反馈包括弹性成像相关的参数，所述测量信息包括来自所述消融设备和超声扫描器中的至少一个的信息；根据所述反馈来自适应地更新所述超声扫描器的成像参数和/或所述消融设备的控制信号中的至少一个；并且当达到处置目标时，完成所述消融过程。

根据应与附图结合阅读的对本公开的说明性实施例的以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征以及优点将变得显而易见。

附图说明

本公开将参考以下附图详细呈现优选实施例的以下描述，其中：

图1是示出根据有用和实施例的用于执行消融的系统的方框/流程图；

图2是针对牛肝中的两个病变的形成绘制归一化的位移对处置时间(秒)的曲线图，其示出了消融的组织的软化和硬化特性；

图3是针对牛肝中的三个病变的形成绘制的到达峰值时间(TTP)(ms)对处置时间(秒)的曲线图，其示出了消融的组织的软化和硬化特性；

图4示出了根据一个实施例的针对病变的形成的四个处置时间(分别10分钟、14分钟、18分钟和22分钟)的深度(mm)对跟踪位置(mm)的曲线，其示出了消融的组织的软化和硬化特性；

图5是示出了根据有用的实施例的用于使用来自消融设备的反馈来改变成像参数以执行消融的系统/方法的方框/流程图；

图6是示出了根据有用的实施例的用于使用来自成像设备(弹性成像信息)的反馈来改变成像消融设备参数以执行消融的系统/方法的方框/流程图；

图7是示出了根据有用的实施例的用于使用来自成像设备(弹性成像信息)的反馈来改变用于处置的成像消融设备参数以执行消融的方法的流程图；并且

图8是示出了根据有用的实施例的用于执行消融的方法的流程图。

具体实施方式

根据本原理，描述了用于在消融流程期间为临床医师或其他操作者提供实时反馈的系统、方法和仪器。在特别有用的实施例中，所述系统、方法和仪器采用剪切波弹性成像(SWE)作为用于监测射频消融(RFA)流程的模态。在RFA期间，组织的弹性性质改变，使得正在被消融的区域首先变得更软并且逐渐变得更硬。由于剪切波速度对潜在的硬度的依赖，SWE能够在RFA期间通过病变形成期间确定剪切模量的变化来分辨病变形成的程度。可以提供用于在病变形成过程的各个阶段推动和跟踪剪切模量或其他剪切波或弹性参数的不同参数集。

根据本原理，所述系统、方法和仪器提供了推动和跟踪脉冲参数的实时优化，以通过实现速度和剪切模量的更准确估计而允许RFA流程的更准确且更可靠的监测。RFA处置可以基于估计的剪切模量来进行控制以实现完全的肿瘤破坏。

本原理基于来自RFA系统的输入来自动改变推动和跟踪脉冲的参数。因此，在RFA的所有阶段，都能够获得可靠的速度估计(并且因此剪切模量估计)。本系统包括RFA系统与超声(US)系统之间的通信链路(或反馈环)。被实时优化的参数可以包括但不限于：脉冲重复频率(PRF)、跟踪位置的数量、跟踪波束之间的间距等。例如，在RFA流程开始的时候，可以使用参数向量‘X’。根据逝去的RFA时间(和/或输出功率/电压或其他输入)，参数向量将被相应地改变(首先到‘Y’，然后到‘Z’等等)。针对‘X’、‘Y’、‘Z’等的值可以被经验地确定。RFA与US系统之间的链路的范例可以是以太网电缆、接口计算机/电路板等。

剪切模量是组织的固有性质，并且存在与许多肿瘤和组织损伤(坏死)的程度的直接关系。处置相关的决定可以基于该参数。传统的RFA系统在没有任何反馈的情况下或在RF探头的端部处的温度或闭合电路中的电阻抗的形式的有限反馈的情况下工作。这些反馈方法都是间接的，并且因此在跟踪处置的效果方面倾向于是次佳的。例如，探头端部处的温度可能不完全指示整个肿瘤尤其在肿瘤边缘处是否已经被完全破坏，其是局部复发的最常见临床原因。用于控制RFA处置的更可靠基础将会是关于针对自动的自适应处置方案的在组织中观察到的实际变化(例如，硬度或模量变化)的基本决定。

在一个实施例中，自动方案在消融期间基于估计的组织参数(例如，剪切模量)来实时地调整RFA处置。例如，相比于大约5kPa的正常肝脏的剪切模量，消融的(完全坏死的)肝脏组织具有>20kPa的剪切模量。剪切模量能够在组织中的任何期望的点处进行估计。通过估计病变边界处的模量，能够作出决定以适当地对RFA处置进行调整(例如，增加消融时间、停止消融、重新定位(一个或多个)RF探头等)。例如，如果预期的病变边界处的估计的剪切模量是10kPa，那么可以推断该位置处的组织未完全坏死，并且RFA处置能够被延长直至估计的模量变为～20kPa。该实施例能够通过从US系统到RFA系统的通信链路来实现。通过US系统估计的剪切模量(并且任选地，其他相关的参数)将会经过该链路传送给RFA系统，用于在调整处置协议中使用。

应当理解，将在关于医学仪器描述本发明；然而，本发明的教导要宽广得多并且可应用于任何消融系统或仪器。在一些实施例中，在跟踪、处置或分析生物组织中采用本原理。具体地，本原理可应用于用于处置或修改身体中的所有区域中的生物组织(诸如肺、胃肠道、排泄器官、肝脏、肾脏、血管等的)的流程。附图中描绘的元件可以实现在硬件和软件的各种组合中并且提供可以组合在单个元件或多个元件中的功能。

附图中所示的各种元件的功能可以是通过使用专用硬件以及与适当软件相关联的能够运行软件的硬件来提供的。当由处理器提供时，功能可以是通过单个专用处理器、通过单个共享处理器或者通过其中的一些可以共享的多个个体处理器来提供的。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为排他性地指代能够运行软件的硬件，并且可以隐含地包括而不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储设备等。

此外，记载本发明的原理、方面和实施例以及特定范例的本文中的所有陈述旨在包含其结构和功能等价方案二者。额外地，预期这样的等价方案包括当前已知的等价方案以及将来形成的等价方案二者(即，执行相同功能的发展出的任何元件，不管结构如何)。因此，例如，本领域技术人员将领会到，本文所呈现的框图表示实现本发明的原理的说明性系统部件和/或电路的概念图。类似地，将领会到，任何流程图、流向图等等表示可以基本上表示在计算机可读存储介质中并且因此由计算机或处理器运行的各种过程，无论是否明确示出了这样的计算机或处理器。

此外，本发明的实施例可以采取由计算机可用或计算机可读存储介质可访问的计算机程序产品的形式，所述介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或结合其使用的程序代码。出于该说明的目的，计算机可用或计算机可读存储介质可以是可以包括、存储、传送、传播或传输用于由指令运行系统、装置或设备或与其结合的任何装置。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体、固态存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前范例包括光盘-只读存储器(CD-ROM)、光盘-读/写(CD-R/W)、蓝光碟^TM和DVD。

在对本原理的“一个实施例”或“一实施例”的说明中的引用以及其变型意指结合实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本原理的至少一个实施例中。因此，出现在贯穿说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”以及任何其他变型的出现不一定全部参考相同实施例。

应认识到，以下“/”、“和/或”和“……中的至少一个”(例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一个”的情况下)中的任一个的使用旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、仅选择第二列出项(B)、或者选择这两项(A和B)。作为另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一个”的情况下，这样的短语旨在涵盖：仅选择第一列出项(A)、或者仅选择第二列出项(B)、或者仅选择第三列出项(C)、或者仅选择第一列出项和第二列出项(A和B)、或者仅选择第一列出项和第三列出项(A和C)的选择、或者仅选择第二列出项和第三列出项(B和C)、或者选择所有三个项(A和B和C)。如对于本领域和相关领域中的普通技术人员显而易见的，这可以针对如所列出的许多项进行扩展。

现在参考附图，在附图中，类似的附图标记表示相同或类似的元件，并且首先参考图1，图示性地示出了根据一个实施例的用于执行消融的系统100。系统100可以包括工作站或控制台112，从所述工作站或控制台来监督和/或管理流程。工作站112优选包括一个或多个处理器114和用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储参数估计和监测模块115的至少一部分，所述参数估计和监测模块115被配置为估计/优化针对成像系统104的成像参数(例如，用于推动和跟踪参数)、和/或估计/优化针对(一个或多个)消融仪器102的消融参数(例如，激活或停用消融仪器102)。来自超声(US)设备或系统104的反馈信号被用于测量被成像或被处置的位置处的剪切模量、剪切波速度、组织弹性或其他特性，以在流程期间提供关于进展和处置区域的实时信息。参数估计和监测模块115可以包括软件(例如，用于更新参数的程序)和/或硬件(例如，成像设备104与消融设备102之间的以太网链接)。

规划模块122可以被存储在存储器116中，并且提供用于执行流程的目的、目标和任务顺序。规划模块122可以存储阈值以及用于测量的和监测的参数与阈值/标准之间的比较的其他标准。仪器或消融设备102可以包括导管、导丝、探头、内窥镜、机器人、电极、过滤设备、球囊设备、或者用于执行消融的其他医学部件，或者是它们的部分。消融可以包括RF消融、冷冻消融、高强度聚焦超声(HIFU)、激光消融、微波等。尽管消融设备102可以被连接到消融控制器126并且由消融控制器126进行控制，但是控制器功能可以使用工作站112来操纵。消融设备102和控制器126(其可以包括传感器等)被共同称为消融系统124。本原理提供能够被应用于用于消融治疗的任何商用设备的消融治疗的自适应控制。

消融系统124包括消融仪器102和消融控制器126。消融系统124可以工作站112的一部分，或可以是使用由工作站112生成的反馈进行控制的单独单元。可以提供消融系统124与US系统104之间的通信链路128，以实现在流程期间到消融系统124和/或成像系统104的反馈从而更准确地估计消融的进展和其他参数。

在一个实施例中，工作站112包括图像生成模块148，以显示测量到的参数或在流程期间使用US系统104收集的实时图像。应当注意，弹性成像信息(例如，剪切模量、剪切速度、弹性等)使用US成像来进行测量/监测；然而，除了US之外或者代替US，可以采用其他成像模态，并且可以适合于测量这些或其他参数以为消融过程提供反馈。图像134可以被修改或者被提供以包括弹性或剪切参数的叠加，并且被显示在显示设备118上以为用户提供实时反馈并展示消融流程的进展。另一叠加或修改可以被显示在显示器118上，以展示根据被存储在规划模块122中的计划的目标或标准。例如，当组织正在被处置时，对弹性的比较或变化可以被测量并被显示，并且可以针对照要被处置的区域进行实时视觉比较，如根据被存储在规划模块122中的计划显示的。以此方式，在患者中的空间或或体积(对象)131内要被处置的其余区域和经处置的覆盖区域的立即理解被同时知晓。

工作站112包括用于观察对象(患者)或体积131的一个或多个内部图像134的显示器118。显示器118也可以允许用户与工作站112及其部分和功能、或系统100内的其他元件交互。这通过接口120来进一步促进，所述接口120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备、或允许来自工作站112的用户反馈和与工作站112交互的任何其他外围设备或控制器。

在一个实施例中，消融过程可以具有手动方面。在这样的实例中，当前选定的成像参数以及得到的剪切速度和剪切模量的估计可以被显示在显示器118上以帮助引导操作者。可以为操作者提供改写(override)自动选择的成像参数值并且允许利用来自消融系统124和/或US系统104的反馈的手动操作的机构(例如，软/虚拟按钮)(接口120)。

根据本原理，可以采用剪切波弹性成像(SWE)来监测消融，并且具体而言，射频消融(RFA)。在RFA期间，组织的弹性性质改变，例如，正在被消融的区域首先变得更软并且逐渐变得更硬。由于剪切波速度对潜在基础硬度的依赖，SWE在RFA期间分辨病变的程度。对局部硬度的变化的定量测量结果能够根据诸如辐射力引起的位移和根据剪切波测量到的到达峰值时间(TTP)的参数来获得。

参数估计和监测模块115基于来自RFA系统124的输入来自动改变US系统104的推动和跟踪脉冲的参数(例如，用于辐射力诱发的位移)。因此，在RFA的所有阶段，可靠的速度估计(并且因此剪切模量估计)能够被获得。如果RFA系统124和US系统104是单独的单元，那么链接128可以将RFA系统124连接到US系统104(例如，扫描器控制台)。替代地，RFA系统124和US系统104两者能够被连接到工作站112或是工作站112的一部分，所述工作站112从两个系统收集数据。在这样的情况下，估计的成像参数(即，推动和跟踪参数、消融控制参数等)被传送回相应的系统(例如，US系统104和/或消融系统124)以调节参数。

可以从RFA系统124提取的相关参数可以包括例如逝去的RFA时间、累积的沉积功率、RF探头端部处的当前温度、每个尖头(消融仪器102的电极)处的当前温度以及尖头的位置等。适当的成像参数(即，推动和跟踪参数)可以通过参数估计和监测模块115来进行选择，以在不同时间基于来自RFA系统124的输入(例如，使用预先定义的查找表、程序或其他数据结构或模型130)进行改变。此外，肿瘤或组织中的当前正在被成像的位置也可以是成像参数的选择中的决定因素。例如，相比于对RF病变的中心的成像，对更靠近病变边界的成像可能需要不同的成像设置。

参考图2，针对牛肝的归一化的位移与处置时间(秒)的曲线202、204展示了病变形成期间的参数随着治疗进行的变化。归一化的位移曲线202、204图示了针对在离体牛肝中产生的独立病变的初始软化，随后是硬化。插入的图像201、203表示在大体病理学上可视化的病变。测量是在牛肝中的RF消融期间在加热区核心附近的单个位置处执行的。描绘了与曲线202和204对应的两个样本。由于软化的位移的初始增加206、208的趋势跟随有由于硬化的归一化的位移210、212的减小。位移210、212已经被归一化，使得峰值始终是1。

参考图3，图示性地示出了曲线302、304和306，曲线302、304和306示出了平行于消融电极并且被定位为距消融电极3mm的平面中的到达峰值时间根据处置时间的变化。曲线302、304和306指示远离推动焦斑的横向跟踪位置(不管距离如何)。随着消融进行并且病变被形成，趋势与预期的趋势一致。峰值时间变化显示了初始增加，因为剪切波花费更长时间到达所述位置，随后是由于增加的速度以及硬化的时间减小。

有限元模拟示出了剪切波位移曲线对传播时间的时间概况在软(例如，硬度为大约1.33kPa)与硬(例如，硬度为大约8kPa)组织之间是极为不同的。对于正常组织，剪切模量为～2kPa，而对于消融的组织，它接近40-50kPa或更大，并且因此差异是显著的。如果适合于正常组织的固定采样速率(或脉冲重复频率(PRF))也用于消融的组织，则针对消融组织的位移曲线将会是欠采样的，导致错误的到达峰值时间(TTP)测量并且因此剪切模量的不准确估计。

在消融期间，一旦温度升高，组织最初软化并且然后最终硬化，本原理使用这种知识来优化参数使得到达峰值时间概况的充分完整性在整个处置过程期间被维持。基于对到达峰值时间概况的预期变化的知识，根据处置的阶段来优化一系列参数(例如，采样速率(也被称为脉冲重复频率(PRF))和跟踪位置之间的间距)将会是有用的。这些特征可以在处置期间被即时实施/选择。

响应于温度升高，组织的硬度在加热开始的时候由于组织软化而减小。随着到达组织坏死阈值温度，组织开始硬化并且随着增加的热暴露而继续如此。通过跟踪这种变化，治疗进展能够被评估，并且结束点能够被确定。组织硬度能够使用剪切波成像(或

成像系统上的

ElastPQ^TM)来进行测量。这些技术使用声辐射力来生成然后被跟踪以提取硬度信息的位移和剪切波。

本文中描述的实时治疗监测和评估技术用来即时实现治疗递送参数的修改以优化治疗结果。本原理基于从超声扫描器实时获得的剪切波/模量和/或弹性成像测量来调节治疗参数。这些弹性成像测量能够在整个处置体积内沿多个取向进行测量，并且相比于传统系统在处置效率上提供更完整的图景。

参考图4，图示性地示出了示出在22分钟消融期间的不同时间点处的基于到达峰值时间(TTP)的弹性图。第一图402示出了消融10分钟之后的弹性。第二图404示出了消融14分钟之后的弹性。第三图406示出了消融18分钟之后的弹性。第四图408示出了消融22分钟之后的弹性。贯穿图402-408向左侧移动的暗区410表示软化，而右侧的暗区412表示离体牛肝上的病变的硬化。虚线414表示根据病理评估估计的最终热病变边界。

根据本原理，展示在RFA期间与病变形成同时发生的弹性成像测量的使用的实验由本发明人执行。在这些实验中，跟踪序列包括被放置在距推动波束1.5mm的距离处的七个位置。超声探头被取向为横向于消融针，使得消融针在超声图像上的截面图中。ElastPQ^TM窗口被小心地放置在屏幕上，使得左侧边缘距消融尖头10mm。在整个处置过程期间，每15秒获得响应于每个推动-跟踪序列的原始超声数据。数据被处理以获得在整个消融过程期间的到达峰值时间(TTP)。针对轴向间距处的每个跟踪线获得TTP值。因此，获得图示TTP在经历热消融治疗的整个区域内的变化的空间图。

根据即时TTP图402、404、406、408，通过与在加热之前采集的第一TTP帧的比较获得TTP差异图。在不同的时间点处示出了TTP图402、404、406、408。消融尖头在45mm的深度处，并且距图像的右侧边缘大约2mm。图上的正值指示组织正在硬化(因为TTP在当前图中已经减小)，而负值指示其正在软化(在当前图中TTP已经增加)。利用这种约定，能够看出最初组织在消融尖头处软化(10分钟)，并且这种软化逐渐(14、18和22分钟)远离(靠近尖头的)右侧边缘朝向(靠近病变的边界)左侧边缘移动。同时，右侧边缘也开始硬化，因为它靠近尖头。硬化效果在加热期间也逐渐开始从右侧向左侧移动，即，从更靠尖头的组织向更靠近正在形成的病变的边界的区域移动。

由于病变形成期间的剪切模量的大的变化，针对推动和跟踪的不同参数集在病变形成过程各个阶段是最佳的。能够被优化的参数可以包括脉冲重复频率(PRF)、跟踪位置的数量、跟踪波束之间的间距等。然而，可以基于逝去RF消融时间由操作者手动地进行这些参数的改变。这是不方便的并且也不是最佳的，因为改变这些参数的决定可以在用户的考虑下主观地进行。针对这些参数的最佳值已经根据实验室离体实验针对RFA过程的不同阶段经验地导出。这些经验获得的参数值能够与RFA过程的不同签名(诸如逝去的RFA时间、累积的输出功率、RF探头端部处的温度等等)相关。以自动方式的使用这些度量可以根据本原理用来实时优化成像(推动和跟踪)参数，用于剪切速度和剪切模量的最佳且准确的估计。

参考图5，方框/流程图示出了(通过模块115)提供RFA系统512与US系统516之间的通信链路(反馈)520/522的系统/方法500。通信链路或连接520/522可以包括硬件与软件的组合，以将来自RFA系统512的参数传输并调节为针对US系统516的参数。参数通过参数估计和监测模块115被实时优化，所述参数估计和监测模块115包括沿着链路520/522的优化模块506。优化模块506对参数进行优化，例如，脉冲重复频率(PRF)、跟踪位置的数量、跟踪波束之间的间距、或任何其他合适的参数。例如，在RFA流程开始的时候，参数向量‘X’将会沿着连接520被传送到模块506。根据逝去的RFA时间(和/或输出功率/电压或其他输入)，参数向量将相应地改变(首先到‘Y’，然后到‘Z’等等)。针对‘X’、‘Y’、‘Z’的值可以使用模型、查找表、公式或其他估计技术而被经验地确定。在一个实施例中，当系统500正在配合RFA系统512用来测量参数值时，声场测量(例如，剪切波参数、模量等)可以被执行以测量参数值。例如，向量X可以包括逝去的RFA时间、累积的沉积功率、RF探头端部处的当前温度、每个尖头处的当前温度、以及该尖头的位置等。这些特征可以由模块506更新，以将向量Y输出到连接522、输出到US系统516。连接520/522可以包括以太网线缆、接口计算机/电路板、无线通信链路等。

在一个实施例中，RFA探头(图1，102)在方框502中被插入到组织中以在方框504中开始消融。US探头或感兴趣区域(ROI)也在方框514中被定位并且针对SWE被设置。适当的RFA参数被连续地从RFA系统512读取。优化模块506基于RFA设置与当前探头位置的组合来提出在该时刻的使用的最佳成像设置(例如，推动和跟踪参数设置)。这可以由通过存储的计划或基于操作者经验等来确定。当计算新的推动和跟踪参数时，模块506考虑剪切波成像输出。参数估计和监测模块115还包括图像处理模块508(图1，模块148)，所述图像处理模块508被配置为显示给定位置处的估计的剪切模量(例如，在US系统516的屏幕上、在独立的计算机屏幕上或在显示器118上)。此外，在该时刻已经(被模块506)选择的成像参数也可以被显示。用户也能够通过在任时刻使用接口120(图1)输入他的/她的参数的选择来对成像参数的自动选择进行改写。

在任何时间，操作者可以将US探头(或用于SWE的ROI)移动到不同的位置(方框514)。在了解新的位置关于消融电极的空间坐标的情况下，成像参数将会被相应地更新。消融探头也可以在方框502中被重新定位到新的位置。在方框510中，当流程的一个或多个目标被实现或其他标准已经满足时，消融被停止并且过程结束。系统500通过以自动方式实现速度和剪切模量的准确估计而允许RFA流程的更准确且更可靠的监测。本原理能够被合并到超声平台上的SWE模块内(例如，Philips’ElastPQ^TM和/或剪切波成像(SWI))。

参考图6，另一方框/流程图示出了提供通信链路或连接606来基于来自US系统616的反馈(图像和/或数据)而控制RFA系统612的系统/方法600。通信链路或连接606可以包括硬件与软件的组合，以根据针对US系统616的参数传输并调节RFA系统612的参数。

当前的消融治疗处方依赖于使用来自设备的温度(或一些制造商的设备上的阻抗)读数。温度读数从位于消融电极的端部处的一组分散的热电偶获得。热电偶提供关于病变的中心核心处的温度升高的局部信息，但是缺少关于边界处的治疗效果的有用信息。

根据本原理，通过US系统616的弹性成像提供了测量治疗引起的包含病变的整个范围的潜在多个空间尺寸的变化的直接影响的方式。从超声扫描器导出的这种综合信息然后可以用来优化向在多电极加热构造中使用的各种消融电极输出的功率递送。

该实时信息然后被用于通过基于不仅在病变的核心中而且在病变的边界上执行的综合测量来选择性地增加或减小功率、切断一些消融电极等来调整治疗递送参数。

US系统616包括超声扫描器，所述超声扫描器装备有弹性成像的成像/测量模块604，所述弹性成像的成像/测量模块604能够在消融期间实时获得局部硬度性质的估计。参数估计和监测模块115可以还包括消融控制治疗设备602，所述消融控制治疗设备602能够基于来自独立源的输入(例如，来自US系统616和/或SWE模块604的图像或数据)来动态地改变功率设置。消融控制治疗设备602可以包括控制逻辑或处理器(例如，图1，工作站112)，所述控制逻辑或处理器从超声系统616接受基于超声的测量(例如，剪切模量或弹性成像估计)，并且基于空间和/或时间测量图上的一个或多个点处的所满足的预定阈值来改变消融生成器模块的功率设置或操作模式。

(通过模块115的)数据链路或连接606允许将测量结果从超声系统616传输到消融设备612。

系统600采用例如在RF消融加热期间获得的弹性成像测量。在一个实施例中，弹性成像点量化(ElastPQ^TM模式)的修改的版本被采用，其可以在例如装备有C5-1探头的iU-22超声扫描器上。尽管本文中的实施例参考从超声提取的具体类型的测量，但是本原理能够被延伸到在治疗期间提供病变的轮廓的任何其他实施例。在不同位置处(在病变的中心处和在病变边界附近两者)进行的弹性成像测量(诸如点量化(ElastPQ^TM)技术)指示病变形成的进展。考虑到这些反映治疗的当前状况的基于实时弹性成像的测量，能够执行对消融区的中心和边缘附近的一些代表性空间点的选择，并且能够监测TTP估计的发展。

在一个实施例中，实际的剪切(或杨氏)模量值能够用作到处理器/控制模块602的输入。在另一实施例中，TTP估计的变化能够被采用。诸如剪切速度等的其他控制参数也被考虑。弹性成像参数可以用来更新处置区域(像素/体素)，与规划的处置体积(PTV)进行比较，并且被馈送到与消融设备612相关联的处理器。处理器或控制模块602能够通过将测量结果与预定阈值进行比较而作出停止功率递送或实时修改功率沉积型廓的决定。修改功率的算法或程序(图1，130)可以基于比例-积分-微分(PID)控制器类型的算法。多个空间或时间测量结果可以控制器的决定制定逻辑中被采用。

在另一实施例中，系统600可以建议针对消融尖头的(一个或多个)额外的位置，以确保完全的病变形成。例如，能够在期望的空间位置处进行弹性成像测量。如果测量结果指示该位置中的组织还未坏死并且不大可能利用当前电极位置不进行消融参数的任何改变而坏死，系统600能够建议用于尖头的更靠近组织区域的新位置。该信息能够经由接口(例如，图1，显示器118)被提供给用户。

参考图7，图示性地示出了根据图示性实施例的用于针对消融流程采用弹性成像反馈的方法。在方框702中，消融探头或(一个或多个)尖头和超声探头被定位，并且消融开始。在方框704中，在消融区域附近的单个或多个位置处进行基于超声弹性的测量。在方框706中，将(一个或多个)弹性测量结果与结束点进行比较。结束点可以包括处置结束点或先前的测量以评估进展。在方框708中，关于是否已经到达处置结束点进行确定。如果已经到达处置结束点，那么治疗在方框712中被停止。如果还未到达处置结束点，则治疗参数根据需要而在方框710中更新，并且该过程返回到方框704。被更新的参数可以包括例如功率、持续时间、所使用的加热元件的数量、尖头/加热元件的定位等。

参考图8，图示性地示出了用于使用弹性成像反馈执行消融的方法。应当理解，弹性成像反馈可以用来调节消融设备参数、成像参数、或两者。本原理可以依据流程、测量阈值或其他标准而被间歇地应用。例如，来自成像的反馈可以用来改变消融参数，消融参数可以用来改变成像参数，并且两者改变可以根据需要而在相同的流程期间被采用。

在方框802中，消融设备和(或其多个)超声探头被定位在对象中要被处置的区域处或其附近以开始消融。如果另一成像模态被采用，那么US探头不需要被定位。在方框804中，测量信息在消融过程期间被生成作为反馈，包括弹性成像参数(例如，剪切波、剪切模量、弹性/硬度等)或相关的参数。测量信息包括来自消融设备(消融参数)、超声扫描器(成像参数)或两者的信息。反馈信息也可以由其他源或装置提供。超声扫描器的测量信息可以包括剪切模量、到达峰值时间估计、剪切速度等中的一个或多个。来自消融设备的测量信息可以包括逝去的消融时间、累积的沉积功率、消融探头端部温度、和/或消融尖头参数的当前温度中的一个或多个。

在方框806中，超声扫描器的成像参数和/或消融设备的控制信号中的至少一个根据反馈而被自适应地更新。成像参数可以包括推动和跟踪参数，所述推动和跟踪参数可以还包括脉冲重复频率、跟踪位置的数量、和/或跟踪波束之间的间距中的一个或多个。来自超声扫描器的反馈可以包括来自空间或时间测量图上的一个或多个点的硬度测量，其中对控制信号的调节采用来自空间或时间测量图上的一个或多个点的硬度测量。控制信号可以被配置为调节消融设备的功率设置和/或消融设备的控制模式中的一个或多个。消融设备的定位、处置持续时间和配置(元件的数量等)也可以被控制。

在方框808中，弹性成像(剪切波或相关的)参数相对于成像位置被显示在显示器上。消融参数、成像参数或其他信息也可以被显示。在方框810中，消融和/或成像参数可以借助于通过接口的手动改变而被手动地改写。

在方框812中，当处置目标被实现时，消融过程结束。靶向目标可以包括来自术前计划或其他标准的目标。

在解释权利要求书时，应当理解：

a)词语“包括”不排除除了给定权利要求中的那些之外的其他元件或动作的存在；

b)在元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在；

c)权利要求中的任何附图标记都不限制其范围；

d)若干“器件”可以通过相同项目或硬件或软件实现的结构或功能来表示；并且

e)除非专门指出，否则不旨在要求动作的特定顺序。

己经描述了用于基于弹性成像监测的自适应消融和治疗系统和方法的优选的实施例(其旨在是图示性而非限制性的)，应注意，本领域的技术人员可以根据以上教导做出修改和变型。因此，应理解，可以在如由权利要求书所概述的本文所公开的实施例的范围内的所公开的本公开的特定实施例中做出改变。己经这样描述了由专利法要求的细节和特殊性，由专利证书所保护的主张并期望的在权利要求书中得以阐述。

Claims (10)

1.一种用于执行消融的系统，包括：

消融设备（102），其被配置为根据控制参数来对组织进行消融，并且被配置为在消融过程期间进行测量；

成像系统（104），其被配置为测量弹性成像相关的参数以监测消融进展；以及

参数估计和监测模块（115），其被配置为接收来自所述消融设备的测量结果和/或所述弹性成像相关的参数，以提供反馈从而在消融过程期间的不同时间自适应地调节所述成像系统的成像参数，其中，所述成像参数包括以下中的至少一个：脉冲重复频率、跟踪位置的数量、和跟踪波束之间的间距。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述成像参数包括其他推动和跟踪参数。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，来自所述消融设备（102）的所述测量结果包括以下中的一个或多个：逝去的消融时间、累积的沉积功率、消融探头端部温度、和/或消融尖头参数的当前温度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参数估计和监测模块（115）根据查找表或计算机程序（130）来调节所述成像参数。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括显示模块（508），所述显示模块被配置为在显示器上相对于成像位置绘制所述弹性成像相关的参数。

6.一种用于执行消融的系统，包括：

消融设备（102），其被配置为根据控制信号来对组织进行消融；

成像系统（104），其被配置为进行弹性成像测量；以及

参数估计和监测模块（115），其被配置为接收所述弹性成像测量结果作为来自所述成像系统的反馈以在消融过程期间的不同时间自适应地调节所述成像系统的成像参数，并且被配置为基于所述弹性成像测量结果来调节所述控制信号以控制所述消融设备来实现治疗目标，其中，所述成像参数包括以下中的至少一个：脉冲重复频率、跟踪位置的数量、和跟踪波束之间的间距。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制信号被配置为调节以下中的一个或多个：所述消融设备（102）的功率设置和/或所述消融设备（102）的操作模式。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述弹性成像测量包括以下中的一个或多个：剪切模量、到达峰值时间估计或剪切速度。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，来自所述成像系统（104）的所述反馈包括来自空间或时间测量图上的一个或多个点的硬度测量结果。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，对所述控制信号的调节采用来自所述空间或时间测量图上的一个或多个点的所述弹性成像测量结果。

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