本發(fā)明涉及一種用于在能量到組織的遞送期間的監(jiān)測(cè)階段中監(jiān)測(cè)生物組織的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備。本發(fā)明還涉及一種用于在能量到組織的遞送期間的監(jiān)測(cè)階段中監(jiān)測(cè)生物組織的監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明也關(guān)注一種用于向生物組織遞送能量的能量遞送設(shè)備。此外，本發(fā)明提供了一種用于向生物組織遞送能量的方法。

背景技術(shù)：

WO 2011/161559A1公開(kāi)了檢查當(dāng)在消融時(shí)向生物組織遞送高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)能量以引起生物組織的機(jī)械性質(zhì)改變的效果，這也在US20130096597A1下進(jìn)行了公布，通過(guò)引用將其整體并入本文。HIFU能量的遞送的效果在多于一個(gè)空間維度上被檢查，例如，以針對(duì)處置區(qū)域或針對(duì)該區(qū)域內(nèi)的位置做出消融中止決定。中止決定能夠基于對(duì)照特性曲線實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)的被處置的組織的損傷中心和/或損傷周邊的縱向位移。方位角和/或垂直方向的操縱通過(guò)例如用于治療和成像的線性或2D多通道超聲陣列來(lái)提供?？砂ǖ膮f(xié)議是寬域掃描以及針對(duì)HIFU治療和跟蹤被處置的組織的基于受迫聲輻射的位移兩者的逐位完成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于在能量的遞送期間監(jiān)測(cè)生物組織的備選方案。

在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于在能量到組織的遞送期間的監(jiān)測(cè)階段中監(jiān)測(cè)生物組織的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備。所述組織監(jiān)測(cè)設(shè)備包括：

-探針驅(qū)動(dòng)單元，其被配置為提供探針驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述探針驅(qū)動(dòng)信號(hào)適合于在以下操作中驅(qū)動(dòng)在控制設(shè)備外部的測(cè)量探針單元的集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元：重復(fù)地提供適合于使監(jiān)測(cè)位置處的生物組織移位的至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖，提供適合于檢測(cè)響應(yīng)于所述監(jiān)測(cè)位置處的所述推動(dòng)脈沖而發(fā)生的組織位移的超聲跟蹤脈沖，以及檢測(cè)并遞送與所述跟蹤脈沖有關(guān)的超聲組織響應(yīng)信號(hào)；

-評(píng)價(jià)單元，其被配置為接收所述組織響應(yīng)信號(hào)并實(shí)時(shí)確定以下項(xiàng)目：

-指示檢測(cè)到的組織位移的量的位移量的當(dāng)前值，

-自所述監(jiān)測(cè)階段開(kāi)始以后的所述位移量的當(dāng)前最大值，以及

-取決于所述位移量的所述當(dāng)前值與所述當(dāng)前最大值之間的比率的歸一化的位移量，以及

-所述歸一化的位移量是否已經(jīng)達(dá)到閾值，并且

-所述評(píng)價(jià)單元被配置為當(dāng)所述閾值已經(jīng)被達(dá)到時(shí)提供輸出信號(hào)。

本發(fā)明的第一方面的所述組織監(jiān)測(cè)設(shè)備在監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)位置處的組織位移中控制外部的集成的推動(dòng)和跟蹤超聲換能器單元的操作。

為了在能量到組織的遞送期間監(jiān)測(cè)組織的目的，組織監(jiān)測(cè)設(shè)備因此在執(zhí)行超聲推動(dòng)脈沖和超聲跟蹤脈沖中提供用于同一個(gè)超聲換能器單元的控制。相比于從WO 2011/161559A1知曉的，這形成組織監(jiān)測(cè)的新想法，其中，不同的超聲換能器單元(一個(gè)用于提供治療脈沖和推動(dòng)脈沖，而另一個(gè)用于提供跟蹤脈沖)使用單獨(dú)的控制和包括推動(dòng)脈沖和跟蹤脈沖的組織監(jiān)測(cè)序列中的不同的換能器單元之間的同步。本發(fā)明的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備允許實(shí)現(xiàn)用于控制的特別低的費(fèi)用和用于對(duì)監(jiān)測(cè)生物組織的推動(dòng)脈沖和跟蹤脈沖的遞送中的同步。

在本發(fā)明的情況下，提供了能夠完全獨(dú)立于用于能量遞送的設(shè)備的超聲組織監(jiān)測(cè)設(shè)備。雖然組織監(jiān)測(cè)設(shè)備與給定的能量遞送設(shè)備之間的耦合可以在某些應(yīng)用情況下有用，這將會(huì)在下面以實(shí)施例的方式進(jìn)一步描述，但是這并不是要求的。相比于WO 2011/161559A1，本發(fā)明使得能量遞送設(shè)備與組織監(jiān)測(cè)設(shè)備之間能夠完全獨(dú)立而不需要任何耦合。

術(shù)語(yǔ)“集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元”在本文中用于表達(dá)單個(gè)超聲換能器單元用于提供推動(dòng)脈沖和跟蹤脈沖。推動(dòng)和跟蹤換能器單元在組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的外部，這意味著這樣的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備在沒(méi)有推動(dòng)和跟蹤換能器單元的情況下完全可用。包含組織監(jiān)測(cè)設(shè)備和包括集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元的測(cè)量探針單元的實(shí)施例將在下面在組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的背景下進(jìn)一步描述。

在下文中，將描述第一方面的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)施例。

對(duì)于監(jiān)測(cè)組織，所述評(píng)價(jià)單元確定指示組織位移的量的量，所述組織位移的量是用于彈性成像組織監(jiān)測(cè)方法的合適量。據(jù)此，歸一化的位移量被確定。在組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，所述評(píng)價(jià)單元被配置為根據(jù)以下公式將所述歸一化的位移量確定為歸一化的位移：

其中，

t是相對(duì)于所述監(jiān)測(cè)階段的開(kāi)始的時(shí)間差，

ND(t)是所述歸一化的位移的當(dāng)前值，

D(t)是所述位移量的所述當(dāng)前值，

D_最大(t)是在所述監(jiān)測(cè)階段期間檢測(cè)到的所述位移量的所述當(dāng)前最大值。

所述當(dāng)前最大值是在給定的監(jiān)測(cè)階段期間直到時(shí)間t時(shí)已經(jīng)被觀察到的位移量的最大值。因此，每當(dāng)在給定的監(jiān)測(cè)階段期間已經(jīng)達(dá)到新的最大值，所述當(dāng)前最大值都將改變。

在另一實(shí)施例中，所述評(píng)價(jià)單元被配置為根據(jù)以下公式將歸一化的位移量確定為歸一化的位移差

NDD(t)＝1-ND(t)，

其中，NDD(t)是所述歸一化的位移差，并且所述評(píng)價(jià)單元被配置為使用具有預(yù)先存儲(chǔ)的校準(zhǔn)參數(shù)的校準(zhǔn)函數(shù)根據(jù)所確定的歸一化的位移差來(lái)確定所述消融區(qū)的延伸。

所述校準(zhǔn)函數(shù)優(yōu)選利用兩個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)將所述消融區(qū)的所述延伸定義為所述歸一化的位移差的線性函數(shù)。在實(shí)現(xiàn)更好準(zhǔn)確性的另一實(shí)施例中，校準(zhǔn)函數(shù)利用三個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)將所述消融區(qū)的所述延伸定義為所述歸一化的位移差的二次函數(shù)。代替在數(shù)學(xué)函數(shù)的校準(zhǔn)參數(shù)方面的函數(shù)表示，校準(zhǔn)函數(shù)能夠以將消融區(qū)的延伸分配給NDD(t)的給定值的一組值的形式而被提供。不同的校準(zhǔn)函數(shù)可以被提供用于不同的監(jiān)測(cè)位置和被執(zhí)行的能量遞送的不同參數(shù)，例如，能量的類型、能量密度、或組織類型、能量遞送設(shè)備的類型、超聲波束的特性。

組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的重要應(yīng)用情況是控制能量遞送。特別是醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的到生物組織的能量遞送不應(yīng)當(dāng)越過(guò)期望的位置創(chuàng)建組織損害，在許多情況下，所述期望的位置是預(yù)定義的體積，例如，包含要由能量遞送使其壞死的組織的體積。為此，監(jiān)測(cè)位置必須被合適地選取，以提供對(duì)當(dāng)前通過(guò)能量遞送而創(chuàng)建的消融區(qū)的實(shí)現(xiàn)的延伸的實(shí)時(shí)指示。

在一些實(shí)施例中，合適的監(jiān)測(cè)位置的確定通過(guò)由組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的操作者的手動(dòng)輸入來(lái)進(jìn)行。優(yōu)選實(shí)施例額外地或備選地包括監(jiān)測(cè)控制單元，所述監(jiān)測(cè)控制單元被配置為：

-接收指示能量遞送的規(guī)劃位置處的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸的控制輸入，

-根據(jù)所述控制輸入確定所述規(guī)劃的組織消融區(qū)的周邊位置處的所述監(jiān)測(cè)位置，并且

-取決于所確定的監(jiān)測(cè)位置而確定所述歸一化的位移量的所述閾值。

這些實(shí)施例利用規(guī)劃的組織消融區(qū)的周邊中的監(jiān)測(cè)位置的確定。所確定的監(jiān)測(cè)位置在整個(gè)監(jiān)測(cè)階段期間被維持。到生物組織的能量遞送涉及規(guī)劃的消融區(qū)處的熱的生成，這伴隨有消融區(qū)的核心周圍的氣泡的形成。這能夠?qū)斡耙脒@些位置處的位移估計(jì)結(jié)果，基于硬度進(jìn)行組織監(jiān)測(cè)更不可靠。此外，在微創(chuàng)治療模態(tài)中，治療設(shè)備涂敷器存在于超聲圖像的視場(chǎng)中。金屬設(shè)備在軟組織中的存在將會(huì)干擾剪切波的誘發(fā)和傳播，并且影響組織位移。來(lái)自這些設(shè)備中的金屬的強(qiáng)的超聲反向散射反射也將偽影引入位移估計(jì)結(jié)果中?；谶@些觀察，本實(shí)施例避免將監(jiān)測(cè)位置(例如，超聲成像平面)放置在規(guī)劃的消融區(qū)的核心處或靠近規(guī)劃的消融區(qū)的核心。而是，監(jiān)測(cè)位置被選擇在規(guī)劃的消融區(qū)的周邊中。術(shù)語(yǔ)“周邊”在這里用來(lái)指示遠(yuǎn)離規(guī)劃的組織消融區(qū)的中心或核心區(qū)域的位置。這樣的位置因此比中心或核心更靠近消融區(qū)的邊緣。作為一范例，監(jiān)測(cè)位置可以被選取在相距能量遞送探針(例如，消融針)的規(guī)劃位置至少3mm、優(yōu)選為至少4mm并且特別是至少5mm的距離處，所述能量遞送探針確定組織消融區(qū)的規(guī)劃的核心。通常，監(jiān)測(cè)位置進(jìn)一步取決于超聲推動(dòng)和跟蹤換能器的已知波束特性而被選擇。尤其地，監(jiān)測(cè)位置應(yīng)當(dāng)位于足夠遠(yuǎn)離能量遞送探針的位置，以避免反向散射的超聲信號(hào)中的偽影。

本實(shí)施例的方法允許將根據(jù)任何種類的能量遞送的組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于組織，這是因?yàn)樗苊饬嗽诒O(jiān)測(cè)位置在此以前已經(jīng)被選去在規(guī)劃的消融區(qū)的中心附近或在器械附近的一些環(huán)境中發(fā)生的問(wèn)題。

在一個(gè)實(shí)施例中，周邊處的合適的監(jiān)測(cè)位置基于提供規(guī)劃的組織消融區(qū)的位置和延伸的控制輸入而被完全自動(dòng)地確定。在另一實(shí)施例中，組織消融區(qū)的周邊處的監(jiān)測(cè)位置的自動(dòng)確定能夠最初通過(guò)用戶輸入以期望的方式被影響，或在通過(guò)監(jiān)測(cè)控制單元的最初建議之后通過(guò)用戶輸入來(lái)調(diào)節(jié)。例如，用戶可以提供確定另外的監(jiān)測(cè)參數(shù)(例如，斑點(diǎn)類型監(jiān)測(cè)、線類型監(jiān)測(cè)或平面類型(2D)監(jiān)測(cè))的額外的輸入，或通過(guò)確定線或平面的取向來(lái)確定額外的輸入。

在另外的實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)控制單元包括閾值提供單元，所述閾值提供單元被配置為在所述閾值提供單元的輸入部處接收所述組織中的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸，并且被配置為針對(duì)所述規(guī)劃的組織消融區(qū)的給定的期望的空間延伸使用所述校準(zhǔn)函數(shù)來(lái)確定所述歸一化的位移差的閾值并在所述閾值提供單元的輸出部處提供所述歸一化的位移差的所述閾值。這允許基于檢測(cè)到已經(jīng)達(dá)到組織消融區(qū)的規(guī)劃的延伸而自動(dòng)確定用于觸發(fā)能量遞送的結(jié)束的狀況。例如，閾值能夠被表達(dá)為

NDD_閾值(x)＝1-ND_結(jié)束(x)，

其中，

x是指示組織中的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸的量，

NDD_閾值(x)是針對(duì)規(guī)劃的組織消融區(qū)的給定的期望的空間延伸的閾值，

ND_結(jié)束(x)是在達(dá)到期望的空間延伸x的點(diǎn)處的歸一化的位移的值。

值NDD_閾值(x)能夠在規(guī)劃能量遞送階段的時(shí)間處基于用于能量遞送設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的給定校準(zhǔn)，和要被使用的監(jiān)測(cè)位置，以及要被處置的組織的類型來(lái)確定而不要求用戶輸入。

在組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的另外的實(shí)施例中，所述探針驅(qū)動(dòng)單元被配置為在以下操作中驅(qū)動(dòng)測(cè)量探針：在提供所述推動(dòng)脈沖之前提供第一超聲跟蹤脈沖，并且在提供所述超聲推動(dòng)脈沖之后提供第二超聲跟蹤脈沖。這種形式的跟蹤尤其適合于確定規(guī)劃的組織消融區(qū)的周邊處的組織彈性或硬度。

另一實(shí)施例形成一種組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括根據(jù)第一方面或其實(shí)施例中的一個(gè)的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備，并且所述組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括測(cè)量探針單元，所述測(cè)量探針單元被配置為接收探針驅(qū)動(dòng)信號(hào)并遞送組織響應(yīng)信號(hào)，并且所述測(cè)量探針單元包括被配置為提供至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖和所述超聲跟蹤脈沖的集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元，并且所述測(cè)量探針單元被配置為檢測(cè)與所述跟蹤脈沖有關(guān)的超聲組織響應(yīng)信號(hào)。

本實(shí)施例的組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，它提供了獨(dú)立的組織監(jiān)測(cè)儀器，所述組織監(jiān)測(cè)儀器能夠結(jié)合任何種類的到生物組織的能量遞送一起使用。這種靈活性在研究和臨床治療兩者中打開(kāi)了組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用和使用情況的寬闊領(lǐng)域。組織監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠被應(yīng)用于用于能量遞送的不同技術(shù)環(huán)境(即，在組織到寬范圍的能量形式中的任一種的暴露下，例如，暴露RF電流、光暴露、尤其是到激光的暴露、到熱的直接暴露或熱的提取、或到能量的任何其他種類的暴露)中監(jiān)測(cè)組織位移并且因此監(jiān)測(cè)組織彈性性質(zhì)。

集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元以及因此測(cè)量探針單元可以以不同的形式被提供，取決于期望的應(yīng)用情況。在一些實(shí)施例中，推動(dòng)和跟蹤換能器單元形成由多個(gè)個(gè)體超聲換能器形成的線性陣列、或超聲換能器的二維(2D)陣列、或超聲換能器的相位陣列。推動(dòng)和跟蹤換能器單元向組織提供超聲并響應(yīng)于所提供的超聲而檢測(cè)反向散射的超聲。取決于具體實(shí)施例，反向散射的超聲能夠提供指示監(jiān)測(cè)位置處的組織區(qū)域內(nèi)的彈性響應(yīng)的圖像信息，所述組織區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是零維(斑點(diǎn))、一維(線)、二維(平面或體積的表面)或三維(體積)中的任一種。

在不同的實(shí)施例中，測(cè)量探針單元被配置為通過(guò)計(jì)算機(jī)控制或手動(dòng)方式相對(duì)于監(jiān)測(cè)位置被定位。在其他實(shí)施例中，測(cè)量探針單元包括在如通過(guò)患者的嘴在麻醉狀態(tài)下被在內(nèi)部引入的軸的末端處的推動(dòng)和跟蹤換能器單元。探針可以包含波束形成電路。然而，在其他實(shí)施例中，波束形成電路被布置在探針驅(qū)動(dòng)單元中。

有利地，測(cè)量探針單元僅包括用于至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖的遞送和超聲跟蹤脈沖的遞送和檢測(cè)的一個(gè)(即，單個(gè))測(cè)量探針。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明的第一方面或本文中所描述的其實(shí)施例(包括形成組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例)中的任一個(gè)的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備有利地是用于向生物組織遞送能量的能量遞送設(shè)備的一部分。所述能量遞送設(shè)備還包括能量遞送單元。所述能量遞送單元包括能量遞送探針，所述能量遞送探針被配置為當(dāng)被定位在遞送位置處時(shí)以適合于使組織壞死以形成期望的組織消融區(qū)的能量的量來(lái)遞送能量。所述能量遞送單元優(yōu)選被配置為接收由所述組織監(jiān)測(cè)設(shè)備提供的所述輸出信號(hào)，并且被配置為在所述接收到所述輸出信號(hào)時(shí)停止遞送能量。

本發(fā)明的第二方面的能量遞送設(shè)備享有組織監(jiān)測(cè)設(shè)備和組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各自的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。尤其地，它提供了用于到組織的能量遞送的儀器與用于組織監(jiān)測(cè)的儀器的分離。這例如允許針對(duì)均能夠與同一個(gè)組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組合的不同類型的能量遞送提供覆蓋不同的能量遞送單元的儀器家族。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于在能量到組織的遞送期間的監(jiān)測(cè)階段中監(jiān)測(cè)生物組織的監(jiān)測(cè)方法。所述方法包括：

-提供探針驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述探針驅(qū)動(dòng)信號(hào)適合于在以下操作中驅(qū)動(dòng)在控制設(shè)備外部的測(cè)量探針單元的集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元：重復(fù)地提供適合于使監(jiān)測(cè)位置處的生物組織移位的至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖，提供適合于檢測(cè)響應(yīng)于所述監(jiān)測(cè)位置處的所述推動(dòng)脈沖而發(fā)生的組織位移的超聲跟蹤脈沖，以及適合于檢測(cè)并遞送與所述跟蹤脈沖有關(guān)的超聲組織響應(yīng)信號(hào)；

-根據(jù)所述組織響應(yīng)信號(hào)實(shí)時(shí)確定以下項(xiàng)目：

-指示檢測(cè)到的組織位移的量的位移量的當(dāng)前值，

-自所述監(jiān)測(cè)階段開(kāi)始以后的所述位移量的當(dāng)前最大值，

-取決于所述位移量的值與所述位移量的所述當(dāng)前最大值之間的比率的歸一化的位移量的當(dāng)前值，以及

-所述歸一化的位移量是否已經(jīng)達(dá)到所述歸一化的位移量的預(yù)定閾值，并且

-當(dāng)所述歸一化的位移量的所述預(yù)定閾值已經(jīng)被達(dá)到時(shí)提供輸出信號(hào)。

本發(fā)明的第三方面的方法享有本發(fā)明的第一方面的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。該方法的實(shí)施例以及其優(yōu)點(diǎn)和變體對(duì)應(yīng)于在本發(fā)明的其他方面的背景下所描述的那些。

在下文中，將描述本發(fā)明的第一方面的監(jiān)測(cè)方法的另外的優(yōu)選實(shí)施例。

一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括：

-接收指示能量遞送的規(guī)劃位置處的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸的控制輸入，

-根據(jù)所述控制輸入確定所述規(guī)劃的組織消融區(qū)的周邊位置處的監(jiān)測(cè)位置，并且

-取決于所確定的監(jiān)測(cè)位置而確定所述歸一化的位移量的所述閾值。

另一實(shí)施例還包括：

-根據(jù)以下公式將所述歸一化的位移量確定為歸一化的位移差：

NDD(t)＝1-ND(t)，

其中，

t是相對(duì)于所述監(jiān)測(cè)階段的開(kāi)始的時(shí)間差，

ND(t)是歸一化的位移的當(dāng)前值，

D(t)是所述位移量的所述當(dāng)前值，

D_最大(t)是在所述監(jiān)測(cè)階段期間檢測(cè)到的所述位移量的所述當(dāng)前最大值，并且

NDD(t)是所述歸一化的位移差，

并且

-使用具有預(yù)先存儲(chǔ)的校準(zhǔn)參數(shù)的校準(zhǔn)函數(shù)根據(jù)所確定的歸一化的位移差來(lái)確定所述消融區(qū)的延伸。

優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)函數(shù)利用兩個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)將所述消融區(qū)的所述延伸定義為所述歸一化的位移差的線性函數(shù)，或利用三個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)將所述消融區(qū)的所述延伸定義為所述歸一化的位移差的二次函數(shù)。

所述監(jiān)測(cè)方法是在用于向生物組織遞送能量的方法的背景下使用的優(yōu)選應(yīng)用情境，所述方法包括：

-經(jīng)由被定位在遞送位置處的能量遞送探針以適合于使組織壞死的能量的量向所述組織的期望的消融區(qū)遞送能量；

-根據(jù)本發(fā)明的第二方面或本文中所描述的其實(shí)施例中的一個(gè)的方法執(zhí)行用于監(jiān)測(cè)所述組織的監(jiān)測(cè)階段，并且

-當(dāng)輸出信號(hào)已經(jīng)被提供時(shí)結(jié)束能量到所述組織的所述遞送。

本發(fā)明的第四方面是一種包括程序代碼單元的組織監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序，所述程序代碼單元用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上被運(yùn)行時(shí)令計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)發(fā)明的第二方面或其實(shí)施例中的一個(gè)所述的監(jiān)測(cè)方法。

本發(fā)明的第五方面是一種包括程序代碼單元的能量遞送控制程序，所述程序代碼單元用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)令計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13或其實(shí)施例中的一個(gè)所述的能量遞送方法。

應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求1所述的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備、權(quán)利要求9所述的能量遞送設(shè)備、權(quán)利要求10所述的組織監(jiān)測(cè)方法、權(quán)利要求13所述的能量遞送方法、權(quán)利要求14所述的組織監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序以及所述能量遞送計(jì)算機(jī)程序具有尤其是如在從屬權(quán)利要求中定義的類似的和/或完全相同的優(yōu)選實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

在以下附圖中：

圖1示出了在示范性應(yīng)用情境中由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備控制的能量遞送設(shè)備的實(shí)施例的示意性圖示；

圖2示出了組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的另一實(shí)施例的方框圖；

圖3示出了在組織監(jiān)測(cè)設(shè)備和組織監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施例中使用的脈沖序列的示意性圖示；

圖4示出了根據(jù)以秒為單位的能量遞送時(shí)間(t)標(biāo)繪的歸一化的位移ND(t)的兩個(gè)軌跡和由于各自的能量遞送的對(duì)應(yīng)損傷的嵌入圖像的示意圖；

圖5是對(duì)示出校準(zhǔn)點(diǎn)的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)以及表示損傷直徑對(duì)歸一化的位移差的依賴性的兩個(gè)備選校準(zhǔn)函數(shù)的示范性圖示；并且

圖6示出了用于在能量到組織的遞送期間的監(jiān)測(cè)階段中監(jiān)測(cè)生物組織的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了在示范性應(yīng)用情境中由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備控制的能量遞送設(shè)備的實(shí)施例的示意性圖示。

實(shí)施熱消融技術(shù)的能量遞送設(shè)備提供對(duì)生物組織的處置的有利方式。這尤其保持在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，這是因?yàn)檫@些技術(shù)允許微創(chuàng)技術(shù)的應(yīng)用，例如僅要求用于到組織的能量遞送的針。能夠這樣被遞送的能量的范例形式是具體地在射頻(RF)范圍內(nèi)的交變電流(AC)、電磁波(例如，微波)、無(wú)創(chuàng)熱源(例如，高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU))。在所提到的流程中的大部分中，要通過(guò)各自形式的能量遞送被處置的組織被加熱至60℃之上并且被凝結(jié)，引起組織消融。

在下文中，將描述在圖1中示出的能量遞送設(shè)備100的示范性實(shí)施例。能量遞送設(shè)備100具有能量遞送單元102，所述能量遞送單元102與能量遞送探針106連接。連接通過(guò)箭頭104來(lái)表示，所述箭頭104僅表示連接的功能方面，并不旨在表示連接如何被實(shí)際地建立。這取決于所使用的具體技術(shù)，并且本身對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。能量遞送探針106在本文形式中是被插入到生物組織T中的針，所述能量遞送探針106在圖1中被假設(shè)為延伸到表示生物組織的表面的線S的右側(cè)。能量遞送探針106被配置為當(dāng)被定位在遞送位置處時(shí)以適合于使組織的期望的消融區(qū)中的組織T壞死的能量的量遞送能量，所述遞送位置在圖1中通過(guò)能量遞送探針106的電極108的給定位置來(lái)表示。

因此，示范性能量遞送設(shè)備100被配置為遞送射頻電磁能量形式的能量以實(shí)現(xiàn)RF消融(RFA)。能量遞送探針106的電極108是有源電極，通常在諸如460–500kHz的射頻范圍內(nèi)的頻率下的交變電流被引導(dǎo)通過(guò)所述有源電極。電流傳播通過(guò)組織T到達(dá)接地墊(未示出)。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，這樣的接地墊可以被放置在患者的背部或腿部上。電流引起離子攪動(dòng)和摩擦加熱。熱然后通過(guò)熱傳導(dǎo)被消散，以消融期望的組織消融區(qū)L中的組織，因此形成損傷。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，該技術(shù)可以用于處置腫瘤或人類心臟的功能障礙。

消融區(qū)L通常覆蓋三維體積。已知的處置協(xié)議使用假設(shè)的球形/橢圓形消融體積形式的組織消融區(qū)L的延伸的簡(jiǎn)單化的預(yù)測(cè)。這樣的預(yù)測(cè)通常通過(guò)用于能量遞送設(shè)備的設(shè)備說(shuō)明書來(lái)提供。已經(jīng)觀察到，實(shí)際處置體積極大地偏離了這種預(yù)測(cè)，導(dǎo)致大約35％的大復(fù)發(fā)率。

高復(fù)發(fā)率的一種常見(jiàn)原因是不能精確地監(jiān)測(cè)并控制消融尺寸。到能量遞送設(shè)備的用戶(例如，利用能量遞送設(shè)備執(zhí)行外科手術(shù)的臨床醫(yī)生)的實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前能夠利用基于磁共振的溫度成像以合理的準(zhǔn)確性來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，MRI是昂貴的，并且大部分時(shí)候不容易得到。RFA可以在超聲或計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)引導(dǎo)下被執(zhí)行。

本實(shí)施例使用超聲以用于監(jiān)測(cè)組織。超聲是通常在針106的放置期間用于圖像引導(dǎo)的模態(tài)。由于其使用和獲得性的便利性，它是用于監(jiān)測(cè)生物組織中的損傷的形成的優(yōu)選方法。

在圖1中示出的組織監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110包括組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112，所述組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112具有探針驅(qū)動(dòng)單元和評(píng)價(jià)單元，這將會(huì)在下面進(jìn)一步參考圖2的實(shí)施例來(lái)更加詳細(xì)地描述。它還包括測(cè)量探針單元116，所述測(cè)量探針單元116通過(guò)合適的連接114從組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112接收能量和控制信息。測(cè)量探針單元116和組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112是不同的個(gè)體設(shè)備。在本實(shí)施例中，測(cè)量探針單元116并入用于遞送超聲能量W以監(jiān)測(cè)期望的監(jiān)測(cè)位置M的集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元116.1，在本范例中所述監(jiān)測(cè)位置M合適地為通過(guò)圖1中的虛線指示的平面。在本實(shí)施例中，推動(dòng)和跟蹤換能器單元116.1包括適合于成像并監(jiān)測(cè)形成監(jiān)測(cè)位置M的期望平面中的組織彈性的二維陣列換能器。測(cè)量探針116的另外的部件被概括在參考標(biāo)記116.2下，包括用于為推動(dòng)和跟蹤換能器單元116.1的不同個(gè)體換能器提供由組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112的探針驅(qū)動(dòng)單元生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和用于將檢測(cè)到的響應(yīng)信號(hào)遞送回到組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112的評(píng)價(jià)單元的電路。組織監(jiān)測(cè)設(shè)備112因此不僅控制通過(guò)集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元116.1經(jīng)由推動(dòng)和跟蹤脈沖對(duì)超聲W的遞送，而且還控制通過(guò)測(cè)量探針116的從監(jiān)測(cè)位置M的以從監(jiān)測(cè)位置M中或附近的組織散射回來(lái)的超聲R的形式的響應(yīng)的接收。尤其地，因此，根據(jù)本實(shí)施例，相同的推動(dòng)和跟蹤換能器單元116.1用于將超聲輻射力脈沖和超聲跟蹤脈沖應(yīng)用于量化組織位移。這將在下面進(jìn)一步參考圖2至圖6進(jìn)行更加詳細(xì)地描述。

組織監(jiān)測(cè)位置M在能量遞送處置和對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)階段的開(kāi)始之前被確定。尤其地，根據(jù)本實(shí)施例，監(jiān)測(cè)位置M被確定為位于規(guī)劃的消融區(qū)L的周邊P中。更具體地，監(jiān)測(cè)位置M在不經(jīng)受氣泡形成的區(qū)域中并且在相距能量遞送探針106的合適距離處，以便避免被監(jiān)測(cè)的組織消融區(qū)的超聲響應(yīng)中的偽影。在已知的RFA或微波消融技術(shù)中，被監(jiān)測(cè)的區(qū)域中的氣泡或金屬的存在是妨礙響應(yīng)信號(hào)的干擾的來(lái)源。通過(guò)在規(guī)劃的組織消融區(qū)L的周邊P中選擇監(jiān)測(cè)位置M，超聲位移監(jiān)測(cè)甚至能夠在存在異物例如，被布置在規(guī)劃的組織消融區(qū)L的核心區(qū)域中的金屬電極108)的情況下被執(zhí)行。

現(xiàn)在額外地并行參考圖2和圖3。圖2示出了能夠在圖1的應(yīng)用情況下用作組織監(jiān)測(cè)設(shè)備110的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備210的實(shí)施例的方框圖。圖3示出了由組織監(jiān)測(cè)設(shè)備210生成的超聲脈沖序列的示意性圖示。組織監(jiān)測(cè)設(shè)備210具有探針驅(qū)動(dòng)單元212。探針驅(qū)動(dòng)單元212被配置為在以下操作中重復(fù)地驅(qū)動(dòng)測(cè)量探針(例如，具有集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元116.1的測(cè)量探針單元116)：提供超聲測(cè)量序列300，具體包括適合于使監(jiān)測(cè)位置L處的組織T移位的至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖302、適合于在監(jiān)測(cè)位置M處檢測(cè)響應(yīng)于的推動(dòng)脈沖302而發(fā)生的組織位移的至少兩個(gè)超聲跟蹤脈沖301、303。另外的測(cè)量序列在圖3中被示出在隨后的推動(dòng)脈沖305、308附近。組織位移的確定因此通過(guò)響應(yīng)于跟蹤脈沖301、303而檢測(cè)從監(jiān)測(cè)位置M中的組織散射的超聲來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述跟蹤脈沖301、303在推動(dòng)脈沖302之前(301)和之后不久(303)被提供。推動(dòng)脈沖302因此形成推動(dòng)脈沖，并且兩個(gè)短的跟蹤脈沖301、303被發(fā)射以采集超聲脈沖回波數(shù)據(jù)，一個(gè)在長(zhǎng)的推動(dòng)脈沖之前而另一個(gè)在長(zhǎng)的推動(dòng)脈沖之后，所述長(zhǎng)的推動(dòng)脈沖用于提供聲輻射力并誘發(fā)位移。

通過(guò)使用散斑跟蹤比較對(duì)應(yīng)于經(jīng)散射的短的脈沖的散斑圖案，由于推動(dòng)脈沖的組織位移能夠被測(cè)量。在處置的過(guò)程中，該測(cè)量序列300被重復(fù)，如在圖3中所指示的。組織監(jiān)測(cè)設(shè)備210還包括評(píng)價(jià)單元214，所述評(píng)價(jià)單元214被配置為接收組織響應(yīng)信號(hào)，并且被配置為實(shí)時(shí)確定以下項(xiàng)目：

a)指示被檢測(cè)的組織位移的量的位移量的當(dāng)前值。優(yōu)選地，歸一化的位移量是根據(jù)以下公式得到的歸一化的位移：

其中，

t是相對(duì)于監(jiān)測(cè)階段的開(kāi)始的時(shí)間差，

ND(t)是歸一化的位移的當(dāng)前值，

D(t)是位移量的當(dāng)前值，

D_最大是在監(jiān)測(cè)階段期間檢測(cè)到的位移量的當(dāng)前最大值。

b)自監(jiān)測(cè)階段的開(kāi)始以后的位移量的當(dāng)前最大值。在監(jiān)測(cè)階段期間實(shí)時(shí)維持并且最終確定位移量的總體最大值的一種方法將在圖6的背景下更加詳細(xì)地描述。

c)取決于位移量的當(dāng)前值與當(dāng)前最大值之間的比率的歸一化的位移量。具體地，歸一化的位移差可以根據(jù)以下公式來(lái)確定：

NDD(t)＝1-ND(t)

評(píng)價(jià)單元還被配置為確定歸一化的位移量是否已經(jīng)達(dá)到閾值，并且還被配置為當(dāng)閾值已經(jīng)被達(dá)到時(shí)提供輸出信號(hào)。

組織監(jiān)測(cè)設(shè)備210還包括監(jiān)測(cè)控制單元216，所述監(jiān)測(cè)控制單元216被配置為：

-接收指示能量遞送的規(guī)劃位置處的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸的控制輸入，

-根據(jù)控制輸入確定組織消融區(qū)的周邊位置處的監(jiān)測(cè)位置，并且

-取決于控制輸入并且取決于所確定的監(jiān)測(cè)位置而確定歸一化的位移量的閾值。

其他實(shí)施例備選地或額外地為用戶提供手動(dòng)控制選項(xiàng)，以便確定或至少影響監(jiān)測(cè)位置。

圖4是示出根據(jù)以秒為單位的處置時(shí)間(t)的歸一化的位移ND(t)的兩個(gè)軌跡401和402和由于由能量遞送的各自處置的對(duì)應(yīng)損傷L1和L2的嵌入圖像的示意圖。進(jìn)行作為采樣生物組織的離體牛肝上的RFA實(shí)驗(yàn)，以展示決定處置的結(jié)束點(diǎn)從而基于歸一化的組織位移差的檢測(cè)到的改變而實(shí)現(xiàn)期望的損傷尺寸的可行性，組織位移由聲輻射力誘發(fā)。

脈沖序列被設(shè)計(jì)為允許沿著推動(dòng)方向跟蹤位移。推動(dòng)脈沖的推動(dòng)持續(xù)時(shí)間持續(xù)0.8ms,并且跟蹤脈沖在推動(dòng)脈沖結(jié)束之后被激勵(lì)1.45ms。超聲監(jiān)測(cè)平面M被放置在相距探針/尖端5mm處。數(shù)據(jù)收集開(kāi)始稍早于處置的開(kāi)始，并且繼續(xù)越過(guò)處置的結(jié)束點(diǎn)。每15秒執(zhí)行一次測(cè)量。位移在稍淺于尖端深度的深度處被估計(jì)，以避免與被探針的立面旁瓣拾取的尖端的干擾。

兩個(gè)軌跡401和402以及圖像L1、L2通過(guò)兩個(gè)不同的能量遞送階段在采樣生物組織的不同位置中被獲得。能量遞送使用射頻消融(RFA)技術(shù)來(lái)執(zhí)行。根據(jù)在圖3的背景下描述的監(jiān)測(cè)方法通過(guò)超聲監(jiān)測(cè)檢測(cè)到的位移量關(guān)于對(duì)應(yīng)的位置最大值(即，在一階段期間的峰值位移量)被歸一化。最大值的位置被分別標(biāo)記為M1和M2。還示出了創(chuàng)建的消融區(qū)(損傷)L1和L2的圖像。這些圖像在結(jié)束RFA處置之后被記錄。圖像中的虛線白色圓圈C1和C2指示RFA處置的結(jié)束點(diǎn)處的創(chuàng)建的消融區(qū)的空間延伸。觀察到，在停止RFA處置之后，組織繼續(xù)硬化，但是以更慢的速率。當(dāng)組織硬化相比于斑點(diǎn)2(軌跡402，損傷2)的處置更不顯著時(shí)，停止斑點(diǎn)1(軌跡401，損傷L1)的處置。處置的結(jié)束點(diǎn)處的歸一化的位移差NDD_結(jié)束(通過(guò)虛線白色圓圈指示)根據(jù)公式(1-ND_結(jié)束)來(lái)確定，其中，ND_結(jié)束是相對(duì)于處置的結(jié)束點(diǎn)處的峰值位移的歸一化的位移。能量遞送被終止處的NDD值對(duì)于損傷L1和L2來(lái)說(shuō)分別是0.26和0.66。

損傷L1和L2的圖像被提供有橫向延伸的比例。該比例對(duì)于兩幅圖像來(lái)說(shuō)是相同的。如圖片所示，損傷1比損傷2更小，表明NDD與損傷尺寸之間的相互關(guān)系。

總共十個(gè)損傷通過(guò)RFA來(lái)創(chuàng)建，其中，每個(gè)牛肝兩個(gè)損傷以建立損傷直徑/寬度與NDD之間的關(guān)系。

圖5對(duì)研究進(jìn)行了概括，并且同時(shí)形成了組織監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)的示范性圖示。損傷尺寸通過(guò)肉眼病理學(xué)來(lái)測(cè)量。圖5示出了作為校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果和兩個(gè)備選校準(zhǔn)函數(shù)，一個(gè)是線性的并且一個(gè)是二次的，表示到測(cè)量點(diǎn)的不同準(zhǔn)確性的備選擬合。各自的校準(zhǔn)函數(shù)定義了以mm為單位的消融區(qū)(換言之，損傷尺寸)的延伸x，具有作為歸一化的位移差NDD的線性函數(shù)502的兩個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)或具有作為歸一化的位移差NDD的二次函數(shù)504的三個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)。能夠看出，存在損傷直徑對(duì)歸一化的位移差NDD的明確的函數(shù)相關(guān)性。對(duì)于線性擬合和二次擬合，確定的系數(shù)(R平方)分別為0.90和0.97。也如圖5所示，該函數(shù)的二次項(xiàng)的系數(shù)對(duì)于給定范例來(lái)說(shuō)是正的。

結(jié)果展示了基于規(guī)劃的消融區(qū)的周邊上的平面中的聲輻射力誘發(fā)的位移的改變來(lái)監(jiān)測(cè)RFA進(jìn)程的可行性。不同的損傷尺寸能夠使用不同的NDD值來(lái)獲得。圖6示出了用于在能量到組織的遞送期間的監(jiān)測(cè)階段中監(jiān)測(cè)生物組織的組織監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施例的流程圖。該方法由組織監(jiān)測(cè)設(shè)備(例如，圖1的實(shí)施例的組織監(jiān)測(cè)設(shè)備110)來(lái)執(zhí)行。該方法的運(yùn)行例如可以由計(jì)算機(jī)來(lái)控制，所述計(jì)算機(jī)例如以可編程處理器的形式被合適地實(shí)施，所述可編程處理器被組織監(jiān)測(cè)設(shè)備包括，并且運(yùn)行控制在下文中描述的方法步驟的執(zhí)行的組織監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)程序。另一實(shí)施例僅使用專用電路以用于實(shí)施組織監(jiān)測(cè)設(shè)備110。

組織監(jiān)測(cè)方法在步驟600中開(kāi)始。在一個(gè)實(shí)施例中，方法的開(kāi)始通過(guò)從能量遞送設(shè)備接收觸發(fā)信號(hào)來(lái)觸發(fā)。觸發(fā)信號(hào)指示能量遞送階段到要被監(jiān)測(cè)的生物組織的同時(shí)開(kāi)始。另一實(shí)施例使用組織監(jiān)測(cè)方法的開(kāi)始的手動(dòng)觸發(fā)。

在步驟602中，控制輸入被接收。控制輸入指示能量遞送的規(guī)劃位置處的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸。控制輸入能夠以指示規(guī)劃的組織消融區(qū)在空間中的一個(gè)或多個(gè)方向的延伸的值形式被提供，并且優(yōu)選提供關(guān)于已知參考點(diǎn)的值。合適的參考點(diǎn)例如是被插入到生物組織中的能量遞送探針的電極的當(dāng)前位置。參考點(diǎn)可以對(duì)應(yīng)于消融區(qū)的規(guī)劃的開(kāi)始點(diǎn)、或規(guī)劃的中心點(diǎn)、或允許定義規(guī)劃的組織消融區(qū)的位置和延伸的任何其他點(diǎn)。

在步驟604中，組織監(jiān)測(cè)的位置(在本文中也被稱為監(jiān)測(cè)位置)使用在步驟602中接收的控制輸入來(lái)確定。在不同的實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)位置以組織中的斑點(diǎn)、一維組織區(qū)域(組織線)，作為二維組織區(qū)域(組織平面)或作為三維組織區(qū)域(組織體積)的形式被確定。給定的組織體積能夠例如通過(guò)監(jiān)測(cè)給定的組織體積中的斑點(diǎn)、線或平面來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)位置被選擇為位于規(guī)劃的組織消融區(qū)的周邊位置處。到生物組織的能量遞送涉及規(guī)劃的消融區(qū)處的熱的生成，這伴隨有消融區(qū)的核心周圍的氣泡的形成。這能夠?qū)斡耙脒@些位置處的位移估計(jì)結(jié)果，基于硬度進(jìn)行組織監(jiān)測(cè)更不可靠。此外，在微創(chuàng)治療模態(tài)中，治療設(shè)備涂敷器存在于超聲圖像的視場(chǎng)中。金屬設(shè)備在軟組織中的存在將會(huì)干擾剪切波的誘發(fā)和傳播，并且影響組織位移。來(lái)自這些設(shè)備中的金屬的強(qiáng)的超聲反向散射反射也將偽影引入位移估計(jì)結(jié)果中。基于這些觀察，本實(shí)施例避免了將監(jiān)測(cè)位置(例如，超聲成像平面)放置在規(guī)劃的消融區(qū)的核心處或靠近規(guī)劃的消融區(qū)的核心。而是，監(jiān)測(cè)位置是規(guī)劃的消融區(qū)的周邊上的選定平面。周邊能夠基于規(guī)劃的消融區(qū)的位置和延伸來(lái)確定。在這種情況下，這些鄰近平面中的位移改變能夠在沒(méi)有干擾的情況下被測(cè)量，直至它壞死，假設(shè)從損傷的核心到該周邊的介入?yún)^(qū)域也被消融。

在隨后的步驟606中，取決于控制輸入并且取決于所確定的監(jiān)測(cè)位置，歸一化的位移量的閾值被確定。位移量指示檢測(cè)到的組織位移的量。歸一化的位移量取決于在監(jiān)測(cè)階段期間觀察到的位移量的值與位移量的最大值的比率。該步驟通過(guò)參考現(xiàn)有校準(zhǔn)而被合適地執(zhí)行，如在上面參考圖5所描述的。在本背景下使用的優(yōu)選的歸一化的位移量是之前提到的歸一化的位移差。從提供消融區(qū)的延伸的值的分配的校準(zhǔn)到歸一化的位移差的值，當(dāng)規(guī)劃的消融區(qū)的期望的延伸已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)時(shí)，將達(dá)到的歸一化的位移差的閾值能夠被確定。該閾值因此定義能量遞送的結(jié)束點(diǎn)。該閾值能夠被描述為：

NDD_閾值(x)＝1-ND_結(jié)束(x)

其中，

x是指示組織中的規(guī)劃的組織消融區(qū)的期望的空間延伸的量，

NDD_閾值(x)是針對(duì)規(guī)劃的組織消融區(qū)的給定的期望的空間延伸的閾值。

ND_結(jié)束(x)是在到達(dá)期望的空間延伸x的點(diǎn)處的歸一化的位移的值。

如圖5所示，量NDD能夠在第一近似中被描述為線性函數(shù)，或通過(guò)規(guī)劃的消融區(qū)的空間延伸的二次函數(shù)而具有更高的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)例如以將NDD閾值分配到規(guī)劃的消融區(qū)的輸入空間延伸的成對(duì)值的形式被存儲(chǔ)。在另一變體中，校準(zhǔn)以預(yù)定的線性函數(shù)或二次函數(shù)的校準(zhǔn)參數(shù)的形式被提供，并且通過(guò)使用校準(zhǔn)函數(shù)的計(jì)算來(lái)確定在針對(duì)規(guī)劃的消融區(qū)的給定輸入空間延伸的監(jiān)測(cè)階段中要使用的NDD閾值。

隨后，監(jiān)測(cè)從步驟608通過(guò)在以下操作中重復(fù)地驅(qū)動(dòng)單個(gè)測(cè)量探針而被執(zhí)行：提供適合于使監(jiān)測(cè)位置處的組織移位的至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖，提供適合于檢測(cè)響應(yīng)于監(jiān)測(cè)位置處的推動(dòng)脈沖而發(fā)生的組織位移的超聲跟蹤脈沖，以及響應(yīng)于跟蹤脈沖而檢測(cè)超聲組織響應(yīng)信號(hào)。這些步驟已經(jīng)參考圖3更加詳細(xì)地進(jìn)行描述，并且被概括在圖6的流程圖中的一個(gè)步驟608中。在一個(gè)實(shí)施例中，該測(cè)量的重復(fù)速率可通過(guò)用戶輸入來(lái)控制。在另一實(shí)施例中，它被自動(dòng)地確定，例如取決于控制輸入?yún)?shù)，例如，規(guī)劃的組織消融區(qū)的延伸。

該方法還包括根據(jù)組織響應(yīng)信號(hào)實(shí)時(shí)確定以下項(xiàng)目：

-確定位移量的當(dāng)前值(步驟610)，具體地，指示響應(yīng)于推動(dòng)脈沖而被檢測(cè)到的組織位移的量的組織位移D(t)。

-確定位移量的所確定的值是否形成相對(duì)于到目前為止在監(jiān)測(cè)階段期間確定的值的位移量的最大值(步驟612)。在確定最大值中，平滑算法可以被應(yīng)于位移量的即將到來(lái)的值。如果當(dāng)前檢測(cè)到最大值，則位移量的當(dāng)前值D(t)被存儲(chǔ)為當(dāng)前最大值D_最大值(步驟614)。如果D(t)的當(dāng)前值不形成最大值，則先前存儲(chǔ)的最大值在步驟616中用于計(jì)算歸一化的位移量

作為下一步驟(步驟616)，歸一化的位移差被確定為：

NDD(t)＝1-ND(t)。

此外，在步驟618中，確定歸一化的位移量是否已經(jīng)達(dá)到閾值NDD_閾值(x)。如果達(dá)到閾值NDD_閾值(x)，則輸出信號(hào)被提供(步驟620)。輸出信號(hào)被外部能量遞送設(shè)備用于停止到消融區(qū)的能量遞送。如果未達(dá)到閾值NDD_閾值(x)，則該方法分支回到步驟608，并且在預(yù)定的等待時(shí)間之后執(zhí)行下一測(cè)量和評(píng)價(jià)循環(huán)。

等待時(shí)間通常在5與20秒之間。等待時(shí)間取決于若干因素而被選擇。一個(gè)因素是損傷尺寸。對(duì)于較小的損傷尺寸，等待時(shí)間優(yōu)選小于較大的損傷尺寸的等待時(shí)間。另一因素是用于能量遞送的例如在每立方厘米的功率方面的功率密度。較高的功率密度要求比較低的功率密度更高的監(jiān)測(cè)頻率。等待時(shí)間也可以取決于組織類型。不同的組織類型具有不同的熱容量和對(duì)能量暴露的不同靈敏度，并且因此可以要求不同的監(jiān)測(cè)頻率。

通常，能量遞送階段(例如，消融處置)延伸經(jīng)過(guò)幾分鐘(例如，15至20分鐘)的時(shí)間跨度。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，用于監(jiān)測(cè)該時(shí)間跨度的能量遞送階段的示范性合適重復(fù)速率在5-20秒的范圍內(nèi)。該值取決于用于組織中的熱擴(kuò)散過(guò)程的時(shí)間常數(shù)。它也取決于聲輸出和所使用的儀器的換能器冷卻要求。

在臨床實(shí)施方式中，基于通常在監(jiān)測(cè)之前的治療規(guī)劃輸出，臨床醫(yī)生能夠在期望的損傷尺寸方面“用標(biāo)度盤測(cè)量”以處置腫瘤?；讷@得的如在本發(fā)明中規(guī)定的校準(zhǔn)曲線，組織監(jiān)測(cè)設(shè)備然后計(jì)算形成對(duì)應(yīng)于該損傷尺寸的目標(biāo)值的閾值NDD值。在治療期間，NDD被實(shí)時(shí)計(jì)算并且與目標(biāo)值進(jìn)行比較。當(dāng)達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，治療遞送停止并且處置結(jié)束點(diǎn)已經(jīng)到達(dá)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組織監(jiān)測(cè)包括在能量遞送期間實(shí)時(shí)評(píng)估作為指示組織消融區(qū)的周邊中的組織的機(jī)械硬化的尤其合適的量的相對(duì)于峰值位移的歸一化的位移差以實(shí)現(xiàn)組織消融，并且預(yù)測(cè)期望的體積何時(shí)壞死。組織硬度通過(guò)測(cè)量響應(yīng)于超聲監(jiān)測(cè)位置(例如，規(guī)劃的消融區(qū)的周邊上的成像平面)中的聲輻射力的組織位移來(lái)獲得。組織消融區(qū)的尺寸或延伸能夠基于相對(duì)于處置的結(jié)束點(diǎn)處的峰值位移的歸一化的位移差來(lái)預(yù)測(cè)。亦即，通過(guò)在不同的歸一化的位移水平下停止消融，不同的損傷尺寸將會(huì)以可預(yù)測(cè)的方式被獲得。

總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及在能量的遞送期間監(jiān)測(cè)生物組織。探針驅(qū)動(dòng)單元在以下操作中重復(fù)地驅(qū)動(dòng)在控制設(shè)備外部的集成的推動(dòng)和跟蹤換能器單元：重復(fù)地提供適合于使監(jiān)測(cè)位置處的生物組織移位的至少一個(gè)超聲推動(dòng)脈沖，提供適合于檢測(cè)響應(yīng)于監(jiān)測(cè)位置處的推動(dòng)脈沖而發(fā)生的組織位移的超聲跟蹤脈沖，以及檢測(cè)并遞送與跟蹤脈沖有關(guān)的超聲組織響應(yīng)信號(hào)。評(píng)價(jià)單元接收組織響應(yīng)信號(hào)，實(shí)時(shí)確定歸一化的位移量是否已經(jīng)達(dá)到閾值，并且當(dāng)已經(jīng)達(dá)到閾值時(shí)提供輸出信號(hào)。

本發(fā)明能夠用于提供醫(yī)學(xué)處置。本發(fā)明的一個(gè)有利應(yīng)用是通過(guò)向活體的組織遞送能量的醫(yī)療處置的方法，包括：

-經(jīng)由被定位在遞送位置處的能量遞送探針以適合于使組織壞死的能量的量向組織的期望的消融區(qū)遞送能量；

-執(zhí)行用于根據(jù)本發(fā)明的第三方面或其實(shí)施例中的一個(gè)的方法監(jiān)測(cè)組織的監(jiān)測(cè)階段，并且

-當(dāng)輸出信號(hào)已經(jīng)被提供時(shí)結(jié)束能量的遞送。

該方法可以例如用于腫瘤消融。然而，它不限于腫瘤消融。心律失常的減輕例如可以通過(guò)使心臟組織的特定線壞死從而阻止通過(guò)心臟的消融電路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的方法可以使用本發(fā)明的被監(jiān)測(cè)的能量遞送方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

此外，盡管本發(fā)明的方法能夠被有利地應(yīng)用于提供醫(yī)學(xué)處置，但是本發(fā)明的范圍不限于此。本發(fā)明的技術(shù)涉及遞送能量以引起體內(nèi)、離體或體外的生物組織的機(jī)械性質(zhì)改變并且在至少一個(gè)空間維度中檢查能量遞送的效果。

盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是圖示性或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。

本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)研究附圖、公開(kāi)內(nèi)容以及權(quán)利要求，在實(shí)踐請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明時(shí)能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變型。

在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且詞語(yǔ)“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。

單個(gè)單元可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中記載的若干項(xiàng)的功能。

盡管某些措施被記載在互不相同的從屬權(quán)利要求中，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。

計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)/分布在合適的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起或作為其他硬件的部分供應(yīng)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以被以其他形式分布，例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無(wú)線的電信系統(tǒng)。

權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。