CN116392264A - 提供用于冷冻消融的与解剖结构相关的热导率数据 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提供与解剖结构相关的热导率数据的方法，该方法包括：‑接收与所述解剖结构相关的第一光谱计算机断层扫描数据；‑基于所述第一光谱计算机断层扫描数据计算所述解剖结构的脂肪图和所述解剖结构的水图；‑基于所述脂肪图和所述水图计算与所述解剖结构相关的热导率数据；‑提供所述热导率数据。

Description

提供用于冷冻消融的与解剖结构相关的热导率数据
5技术领域
本发明涉及一种用于提供与解剖结构有关的热导率数据的方法。
本发明还涉及数据处理***、医学成像***和医学冷冻消融***。
背景技术
0冷冻消融在肿瘤的治疗中起着至关重要的作用，例如肾脏、胰腺或骨骼的肿瘤。
与任何热组织破坏类似，消融区的可视化以及在被治疗的和邻近的组织中的温度变化也是在冷冻消融中治疗成功的决定性因素。在不破坏相关的相邻结构的情况下实现肿瘤组织的完全消融很重要。
5组织热导率的干预前测定对于规划探针定位和评估对健康组织的潜在损害至关重要。这两个因素都包含在干预计划中。在消融过程中，冷冻区必须尽可能精确地表现出来。与其他热消融类似，热桥(大脉管)可能会导致不良结果。在这里，消融区随时间的变化尤其相关。
通常，由***的探针引起的图像伪影在执行热消融时会造成问题。
0例如基于超声成像、磁共振成像(MRT)或计算机断层扫描(CT)的医学成像***可用于规划和控制冷冻消融。
在超声图像中，由于结冰而出现反射，并且组织信息因此被擦除。
组织的脂肪含量影响器官纹理的视觉表现。可以评估脉管形式的热桥(多普勒、CEUS)。这里的问题是，这纯粹是定性信息，无论探针5还是结冰，都会导致图像信息发生变化，因此难以精确表现消融区。
在MRT情况下，可以使用特殊序列来表现组织中的温度变化。也可以进行半定量脂肪分析。然而，这些测量序列极易受到伪影的影响。此外，由于结冰会出现磁敏伪影，因此无法充分评估受损组织的确切范围。
发明内容
本发明的目的是，实现对冷冻消融的常规规划和监测的替代方案。独立权利要求的每个主题都实现了这个目的。在从属权利要求中考虑了本发明的其他有利方面。
本发明涉及一种用于提供与解剖结构相关的热导率数据的方法，该方法包括：
-接收与解剖结构相关的第一光谱计算机断层扫描数据；
-基于第一光谱计算机断层扫描数据计算解剖结构的脂肪图和解剖结构的水图；
-基于脂肪图和水图计算与解剖结构相关的热导率数据；
-提供热导率数据。
在此还公开了一种用于提供与解剖结构相关的热导率数据的方法，该方法包括：
-接收与解剖结构相关的第一光谱计算机断层扫描数据；
-基于第一光谱计算机断层扫描数据计算与解剖结构相关的热导率数据；
-提供热导率数据。
可以例如基于光子计数的计算机断层扫描和/或双能计算机断层扫描，特别是双源计算机断层扫描来记录光谱计算机断层扫描数据，特别是第一光谱计算机断层扫描数据。
解剖结构例如可以是器官，例如特别是肾脏、胰腺或骨骼。解剖结构例如可以具有器官和与器官相邻的组织。解剖结构的脂肪图和解剖结构的水图例如可以基于物质分解和/或多隔室分割来计算。例如，解剖结构的脂肪图和解剖结构的水图可以通过如下方式来计算，基于第一光谱计算机断层扫描数据分割脂肪室和水室，特别是通过同时分割它们。
热导率数据例如可以包括解剖结构的热导率图。热导率数据例如可以与组织热导率相关，和/或用于计划和/或监测冷冻消融。组织热导性主要由脂肪和水的相对比例决定。与具有相对高脂肪含量的像素相比，具有相对高的含水量的像素例如可以被分配更高的热导率。脂肪图和水图例如可用于规划解剖结构的要治疗的区域的冷冻疗法，例如计算冷冻消融的范围和/或定位冷冻消融探针。
特别地可以规定，解剖结构的携载液体的部分结构的表示基于第一光谱计算机断层扫描数据和/或基于解剖结构的脂肪图和/或解剖结构的水图而产生，其中，热导率数据是基于解剖结构的携载液体的部分结构的表示而计算的。
解剖结构的携载液体的部分结构例如可以形成热桥。例如，可以通过热桥将热量引入冷冻消融区，这抵消了通过冷冻消融探针发生的热量提取。解剖结构的携载液体的部分结构例如可以是脉管，尤其是血液管。作为解剖结构的示例，肾脏尤其可以具有呈肾盏***形式的携载液体的部分结构。携载液体的部分结构的表示例如可以通过如下方式来生成，即其基于携载液体的部分结构的增加的水含量进行计算。
一个实施方式规定，解剖结构具有待治疗区域，其中，基于热导率数据计算用于待治疗区域的冷冻消融的结冰区的表示。待治疗的区域例如可以是肿瘤。结冰区尤其可以理解为目标消融区，其结冰导致待治疗区域的成功治疗，而不破坏相关的相邻结构。还可以基于待治疗区域和/或待保护区域的表示来计算结冰区的表示。特别是，在计算结冰区的表示时，可以考虑感兴趣的边界区域，例如皮质和神经周围组织之间的过渡形式。
一个实施方式规定，基于热导率数据，针对多个连续时间点中的每个时间点，分别计算关于该时间点的结冰区的表示。由此例如可以生成关于结冰速度的信息。
一个实施方式规定，基于热导率数据计算冷冻消融探针的位置，特别是用于待治疗区域的冷冻消融。冷冻消融探针的位置例如可以与冷冻消融***的解剖结构和/或坐标系相关。此外可以规定，基于热导率数据为多个冷冻消融探针中的每个冷冻消融探针计算该冷冻消融探针的位置，特别是用于待治疗区域的冷冻消融。
一个实施方式规定，第一光谱计算机断层扫描数据与在解剖结构的第一状态下的解剖结构相关，其中没有冷冻消融探针***到解剖结构中，其中，接收与在解剖结构的第二状态下的解剖结构相关的第二光谱计算机断层扫描数据，其中，冷冻消融探针被***解剖结构中，其中，基于第一光谱计算机断层扫描数据和第二光谱计算机断层扫描数据，计算显示在解剖结构的第二状态下的解剖结构的图像，其中，基于第一光谱计算机断层扫描数据，校正在第二光谱计算机断层扫描数据中由冷冻消融探针引起的硬化伪影，以便计算显示在解剖结构的第二状态下的解剖结构的图像。
特别地，可以在将冷冻消融探针***解剖结构中期间记录第二光谱计算机断层扫描数据。特别地，第一光谱计算机断层扫描数据和第二光谱计算机断层扫描数据可以相对于彼此配准，例如基于非刚性变形校正来配准。
基于显示在解剖结构的第二状态下的解剖结构的图像，可以可视化冷冻消融探针和/或冷冻消融探针相对于解剖结构的位置，特别是没有硬化伪影，和/或间接地以解剖结构的变形的形式可视化。
此外可以规定，还基于第二光谱计算机断层扫描数据计算热导率数据。
一个实施方式规定，第二光谱计算机断层扫描数据是用比第一光谱计算机断层扫描数据更高的X射线管电压记录的。
通过使用尽可能高的X射线管电压来记录第二光谱计算机断层扫描数据，可以减少由冷冻消融探针在第二光谱计算机断层扫描数据中引起的硬化伪影。
一个实施方式规定，接收与在解剖结构的第三状态下的解剖结构有关的第三光谱计算机断层扫描数据，其中，冷冻消融探针被***到解剖结构中，其中，解剖结构的第三状态由解剖结构的第二状态借助于冷冻消融探针通过热量提取得到，其中，基于第二光谱计算机断层扫描数据和第三光谱计算机断层扫描数据计算解剖结构的密度变化图。
借助于冷冻消融探针通过热量提取，特别地可以引起结冰并因此引起密度变化。密度变化量对应于结冰程度。密度变化图可以特别地涉及X射线密度，和/或例如在亨斯菲尔德尺度上将CT值分配给多个像素中的每个像素。
特别地，可以在冷冻消融探针***解剖结构期间记录第三光谱计算机断层扫描数据。特别地可以规定，第二光谱计算机断层扫描数据和第三光谱计算机断层扫描数据相对于彼此配准，例如基于非刚性变形校正配准，和/或第一光谱计算机断层扫描数据和第三光谱计算机断层扫描数据可以相对于彼此配准，例如基于非刚性变形校正配准。
此外可以规定，基于第一光谱计算机断层扫描数据和第三光谱计算机断层扫描数据，计算显示在解剖结构的第三状态下的解剖结构的图像，其中，通过冷冻消融探针和/或通过结冰在第三光谱计算机断层扫描数据中引起的硬化伪影，基于第一光谱计算机断层扫描数据予以校正，以便计算显示在解剖结构的第三状态下的解剖结构的图像。
基于显示在解剖结构的第三状态下的解剖结构的图像，冷冻消融探针和/或冷冻消融探针相对于解剖结构的位置可以被可视化，特别是没有硬化伪影，和/或间接地以解剖结构的变形形式可视化。
第二光谱计算机断层扫描数据和/或第三光谱计算机断层扫描数据例如可以基于光子计数的计算机断层扫描和/或双能计算机断层扫描、尤其是双源计算机断层扫描来记录。
尤其可以规定，第三光谱计算机断层造影数据以比第一光谱计算机断层造影数据更高的X射线管电压记录。通过使用尽可能高的X射线管电压来记录第三光谱计算机断层扫描数据，可以减少由冷冻消融探针在第三光谱计算机断层扫描数据中引起的硬化伪影。
在光谱计算机断层扫描的帮助下，密度的变化尤其可以独立于对水含量和脂肪含量的评估来确定，因为在结冰区域中X射线没有完全消失。光谱计算机断层扫描，特别是以单能成像的形式，尤其可以有助于减少由冷冻消融探针和/或结冰在第二光谱计算机断层扫描数据和/或第三光谱计算机断层扫描数据中引起的硬化伪影。
一个实施方式规定，基于密度变化图计算待治疗区域的结冰图。
此外可以规定，结冰图还基于热导率数据计算，和/或结冰图还基于解剖结构的脂肪图和/或解剖结构的水图计算。特别地，结冰图可以将结冰程度分配给多个像素中的每个像素。例如，像素可以是2D像素(像素)或3D像素(体素、立体元素)。
此外可以规定，在密度变化图和/或结冰图上叠加地显示基于热导率数据计算的对结冰区的表示。
一个实施方式规定，冷冻消融探针的操作参数是通过如下方式来计算的，即将控制算法作为操控变量应用于结冰区的表示以及作为受控变量应用于结冰图。以此方式，例如可以控制最佳结冰的实现，和/或可以对待保护区域进行改进的适应，以便实现尽可能完全的消融。冷冻消融探针的操作参数例如可以涉及冷冻消融探针的温度和/或冷冻消融探针的热量提取性能。特别地，可以基于冷冻消融探针的操作参数来控制冷冻消融探针。
特别地可以规定，对于在冷冻消融期间彼此相继的多个消融时间点中的每个消融时间点，为该消融时间点分别提供光谱计算机断层扫描数据，并且待治疗区域的结冰图比如借助第三光谱计算机断层扫描数据所描述的那样予以计算。
结冰的时间过程例如可以基于对多个结冰图的矢量分析来予以分析，和/或特别是针对多个连续时间点中的每个时间点，与热导率数据和/或结冰区域的表示相关联，针对这些时间点分别计算结冰区的表示，特别是以便能够评估结冰的范围，例如能够在与计划的冷冻消融过程的一致性方面进行评估。
特别地，可以记录第一光谱计算机断层扫描数据，而无需为此目的给解剖结构设置造影剂。尤其可以记录第二光谱计算机断层扫描数据，而无需为此目的给解剖结构设置造影剂。尤其可以记录第三光谱计算机断层造影数据，而无需为此目的给解剖结构设置造影剂。
如果在冷冻消融期间例如在怀疑有急性出血的情况下需要造影剂辅助的计算机断层扫描，则也可以在消融区内参考现有密度图对碘进行光谱分割，例如以便生成解剖结构的碘图。
残余出血和更大面积的坏死也可以如上所述可视化，和/或在冷冻消融期间予以检查。也可以通过改变水含量和/或密度来检查结冰情况。
本发明还涉及一种用于提供与解剖结构相关的热导率数据的数据处理***，其具有数据接口和处理器，其中，该数据处理***被设置为执行根据本发明的方法。
本发明还涉及一种医学成像***，其具有根据本发明的数据处理***和用于记录第一光谱计算机断层扫描数据的计算机断层扫描设备。此外可以规定，计算机断层造影设备被设计用于记录第二光谱计算机断层造影数据和/或第三光谱计算机断层造影数据。
计算机断层扫描设备例如可以被设置用于基于光子计数的计算机断层扫描和/或双能计算机断层扫描、尤其是双源计算机断层扫描来记录光谱计算机断层扫描数据，特别是第一、第二和/或第三光谱计算机断层扫描数据。
本发明还涉及一种医学冷冻消融***，其具有医学成像***和冷冻消融探针。
因此，提供热导率数据尤其能够实现功能治疗规划。在这种情况下，尤其是与磁共振断层造影术中的图像融合相比，减少了在消融开始之前要进行的成像的费用。即使在消融期间，计算机断层扫描在3D成像和速度方面的优势以及在检查区域中使用金属部件也可以得到利用。
此外，可以在结冰情况下对冷冻消融区进行治疗监测。因此可以在要治疗的区域的精确和完整的覆盖以及结冰程度方面，评估和记录、特别是定量评估和记录冷冻消融。
用于提供热导率数据的方法尤其可以是计算机实施的方法。
本发明还涉及一种包括指令的计算机程序产品，当计算机执行指令时，使计算机执行根据本发明的方法。
计算机程序产品例如可以是计算机程序，或者除了计算机程序之外还可以包括至少一个附加组件。计算机程序产品的至少一个附加组件可以设计成硬件和/或软件。
计算机程序产品例如可以具有：存储介质，在该存储介质上至少存储了计算机程序产品的一部分；和/或用于验证计算机程序产品的用户的特别是加密狗形式的密钥。计算机程序产品和/或计算机程序例如可以具有云应用程序，该云应用程序被设计用于将指令分配给云计算***的不同处理单元，特别是不同的计算机，其中，每个处理单元被设计用于执行一项或多项指令。
本发明还涉及一种包括指令的计算机可读存储介质，当计算机执行指令时，使计算机执行根据本发明的方法。
在计算机可读的存储介质上例如可以存储根据在本申请中公开的实施方式之一的计算机程序产品和/或根据在本申请中公开的实施方式之一的计算机程序。计算机可读存储介质例如可以是记忆棒、硬盘或其他尤其可与计算机可拆卸地连接或可永久集成到计算机中的数据载体。计算机可读存储介质例如可以形成存储***的区域，其中，数据处理***通过数据接口与存储***连接。
数据处理***例如可以具有一个或多个硬件形式的组件和/或一个或多个软件形式的组件。例如，数据处理***可以至少部分地由云计算***形成。数据处理***例如可以是和/或具有云计算***、计算机网络、计算机、平板电脑、智能手机等或其组合。
硬件例如可以与软件交互和/或可通过软件来配置。软件例如可以使用硬件来执行。硬件例如可以是存储器***、FPGA(现场可编程门阵列)***、ASIC(专用集成电路)***、微控制器***、处理器***及其组合。处理器***例如可以具有一个微处理器和/或多个一起工作的微处理器。
该方法的步骤例如可以在数据处理***的处理器中特别是以计算的形式执行。计算，例如热导率数据的计算和/或结冰区表示的计算，尤其可以通过使用算法、例如在计算所基于的数据上经过训练的机器学习算法来执行。
医学成像***和/或医学冷冻消融***的组件之间的数据传输例如可以分别通过合适的数据传输接口进行。用于向和/或从医学成像***和/或医学冷冻消融***的组件传输数据的数据传输接口可以至少部分地以软件的形式和/或至少部分地以硬件的形式实现。数据传输接口例如可以被设计用于在存储***的一个区域中存储数据和/或从中读取数据，其中，医学成像***和/或医学冷冻消融***的一个或多个组件能够访问存储***的该区域。
例如，可以通过接收携带数据的信号和/或通过特别是从计算机可读存储介质读取数据，来接收数据，特别是第一、第二和/或第三光谱计算机断层扫描数据。可以例如通过传输携带数据的信号和/或通过将数据写入计算机可读的存储介质中和/或通过将数据显示在屏幕上，来提供数据、特别是热导率数据、对结冰区的显示、脂肪图、水图、密度变化图、结冰图和冷冻消融探针的工作参数。
热导率数据、结冰区的表示、脂肪图、水图、密度变化图和结冰图分别可以特别地构造成二维图像数据或三维图像数据的形式。
在本发明的范围内，关于本发明的不同实施方式和/或不同的权利要求类别(方法、用途、装置、***、布置等)描述的特征，可以组合以形成本发明的其他实施方式。例如，与装置相关的权利要求也可以使用结合方法描述或要求保护的特征进行改进，反之亦然。方法的功能特征可以通过相应设计的物理组件来实现。使用不定冠词“a”或“an”并不排除所讨论的特征也可以存在多个的可能性。在本申请的上下文中，表述“基于”尤其可以在表述“使用”的意义上被理解。特别地，基于第二特征计算(或者：确定、生成等)第一特征的措辞不排除第一特征也可以基于第三特征计算(或者：确定、生成等)。
附图说明
下面参考附图借助实施例解释本发明。图中的示图是示意性的、大大简化的并且不一定按比例绘制。
图1示出了在解剖结构的第一状态下的解剖结构；
图2示出了在解剖结构的第二状态下的解剖结构；
图3示出了用于提供与解剖结构N相关的热导率数据的方法的流程图；
图4示出了医疗冷冻消融***。
具体实施方式
图1示出了在解剖结构N的第一状态下的解剖结构N，其中没有冷冻消融探针***到解剖结构N中。解剖结构N示例性地被示出为具有肾囊C和神经周围组织F的肾脏。解剖结构N具有血液管B形式的携载液体的部分结构，特别是肾动脉BA和肾静脉BV的形式，以及肾盏***K形式的携载液体的部分结构。解剖结构N还具有待治疗的肿瘤形式的区域T。
图2示出在解剖结构N的第二状态下的解剖结构N，其中冷冻消融探针D被***到解剖结构N中。还示出了用于待治疗区域T的冷冻消融的结冰区域E。
图3示出了用于提供与解剖结构N相关的热导率数据的方法的流程图，该方法包括：
-接收S1与解剖结构N相关的第一光谱计算机断层扫描数据；
-基于第一光谱计算机断层扫描数据计算S2解剖结构N的脂肪图和解剖结构N的水图；
-基于脂肪图和水图计算S3与解剖结构N相关的热导率数据；
-提供S4热导率数据。
图4示出了具有医学成像***1和冷冻消融探针D的医学冷冻消融***1D。医学成像***1具有数据处理***3和计算机断层扫描设备2，计算机断层扫描设备用于记录第一光谱计算机断层扫描数据、第二光谱计算断层扫描数据和第三光谱计算机断层扫描数据。用于提供热导率数据的数据处理***3具有数据接口3A和处理器3B，其中，数据处理***3被设计用于执行图3所示的方法。数据处理***3与计算机断层扫描设备2连接，特别是有线地或无线地连接，以便从计算机断层扫描设备接收光谱计算机断层扫描数据。数据处理***3与冷冻消融探针D连接，特别是有线地或无线地连接，以便将冷冻消融探针D的操作参数提供给冷冻消融探针D。

Claims (15)

1.一种用于提供与一个解剖结构(N)相关的热导率数据的方法，该方法包括：
-接收(S1)与所述解剖结构(N)相关的第一光谱计算机断层扫描数据；
-基于所述第一光谱计算机断层扫描数据计算(S2)所述解剖结构(N)的一个脂肪图和所述解剖结构(N)的一个水图；
-基于所述脂肪图和所述水图计算(S3)与所述解剖结构(N)相关的热导率数据；
-提供(S4)所述热导率数据。
2.根据权利要求1所述的方法，
-其中，基于所述解剖结构(N)的所述脂肪图和/或所述解剖结构(N)的所述水图生成所述解剖结构(N)的一个携载液体的部分结构的表示，
-其中，基于所述解剖结构(N)的所述携载液体的部分结构的表示来计算所述热导率数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
-其中，所述解剖结构(N)具有一个待治疗区域(T)，
-其中，基于所述热导率数据，计算用于所述待治疗区域(T)的冷冻消融的一个结冰区(E)的表示。
4.根据权利要求3所述的方法
-其中，基于所述热导率数据，针对多个连续时间点中的每个时间点，分别计算与所述时间点相关的所述结冰区(E)的表示。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
-其中，基于所述热导率数据计算一个冷冻消融探针(D)的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
-其中，所述第一光谱计算机断层扫描数据与在所述解剖结构(N)的第一状态下的所述解剖结构(N)相关，其中，没有冷冻消融探针***所述解剖结构(N)中，
-其中，接收与在所述解剖结构(N)的第二状态下的所述解剖结构(N)相关的第二光谱计算机断层扫描数据，其中，冷冻消融探针(D)被***到所述解剖结构(N)中，
-其中，基于所述第一光谱计算机断层扫描数据和所述第二光谱计算机断层扫描数据，计算显示在所述解剖结构(N)的第二状态下的所述解剖结构(N)的一个图像，
-其中，基于所述第一光谱计算机断层扫描数据，将由所述冷冻消融探针(D)在所述第二光谱计算机断层扫描数据中引起的硬化伪影校正，以便计算显示在所述解剖结构(N)的第二状态下的所述解剖结构(N)的所述图像。
7.根据权利要求6所述的方法，
-其中，所述第二光谱计算机断层扫描数据是用比所述第一光谱计算机断层扫描数据更高的X射线管电压记录的。
8.根据权利要求6或7所述的方法，
-其中，接收与在所述解剖结构(N)的第三状态下的所述解剖结构(N)相关的第三光谱计算机断层扫描数据，其中，所述冷冻消融探针(D)被***到所述解剖结构(N)中，
-其中，所述解剖结构(N)的第三状态借助所述冷冻消融探针(D)通过热提取从所述解剖结构的第二状态(N)产生，
-其中，基于所述第二光谱计算机断层扫描数据和所述第三光谱计算机断层扫描数据，计算所述解剖结构(N)的一个密度变化图。
9.根据权利要求8所述的方法，
-其中，基于所述密度变化图计算所述待治疗区域(T)的一个结冰图。
10.根据权利要求9所述的方法，
-其中，通过将控制算法作为操控变量应用于所述结冰区(E)的表示以及作为受控变量应用于所述结冰图，来计算所述冷冻消融探针(D)的一个操作参数。
11.一种用于提供热导率数据的数据处理***(3)，具有一个数据接口(3A)和一个处理器(3B)，其中，所述数据处理***(3)被设置为执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.一种医学成像***(1)，具有根据权利要求11所述的数据处理***(3)和用于记录第一光谱计算机断层扫描数据的一个计算机断层扫描设备(2)。
13.一种医学冷冻消融***(1D)，具有根据权利要求12所述的医学成像***(1)和一个冷冻消融探针(D)。
14.一种计算机程序产品，包括指令，当所述指令被计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
15.一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令被计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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