Основанная на анализе изображений обратная связь для регулирования мощности для формирования оптимального ультразвукового изображения радиочастотного удаления тканей

Основанная на анализе изображений обратная связь для регулирования мощности для формирования оптимального ультразвукового изображения радиочастотного удаления тканей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники изобретения предлагает способ и систему для оптимизации ультразвуковых изображений во время радиочастотного (РЧ, RF) удаления (абляции) посредством обеспечения обратной связи по формированию изображения и регулированию РЧ-мощности в реальном времени.

РЧ-удаление является лечебной клинической процедурой, часто используемой для разрушения новообразований при лечении различных категорий рака, таких как печеночные метастазы или гепатоцеллюлярная карцинома. РЧ-удаление является многообещающей процедурой для лечения раковых больных, которые не могут подвергаться резекционной хирургии. Клиническая цель РЧ-удаления состоит в тепловом удалении раковой ткани наряду со сбережением здоровой паренхимы, чтобы гарантировать, что побочные эффекты лечения минимальны.

РЧ-удаление является минимально инвазивной процедурой, которой необходимо наводиться и контролироваться посредством внешнего способа воздействия с формированием изображения вмешательства. В настоящее время способами воздействия с формированием изображения, которые в большинстве случаев используются для наведения и контроля РЧ-удаления, являются ультразвуковая и компьютерная томография. Так как ультразвуковые снимки предоставляют изображения в реальном времени, с фактически безвредным облучением и при относительно умеренной себестоимости, эта технология имеет большую сложившуюся и неиспользованную перспективу для наведения и контроля процедур с вмешательством. Преимущества ультразвука включают в себя его возможности реального времени и стоимостные аспекты, однако вследствие отрицательных влияний образования полостей, являющихся результатом интенсивности нагрева во время РЧ-лечения, качество ультразвукового изображения может снижаться.

Во время лечения РЧ-удалением температура тела локально повышается до уровней, чтобы вызывать омертвение, то есть гибель клеток или ткани, в целевой области. РЧ-зонд вводится в ткань-мишень (целевую ткань) обычно через кожу. Тепло вырабатывается диэлектрическими потерями в канале РЧ-тока, формируемого на наконечнике(ах) зонда. Во время нагрева температура ткани, окружающей наконечник зонда, может достигать температуры кипения (близкой к 90-100°C), каковое имеет следствием образование полости, то есть формирование пузырьковых карманов. Наличие пузырьков сказывается на распространении акустических волн формирования изображения через среду и нарушает качество ультразвукового изображения. Когда присутствуют пузырьки, эффективность ультразвукового контроля процедуры быстро ухудшается «экранированием» или потерей сигнала, дистально относительно газового кармана. Более того, формирование пузырьков также может ослаблять результат самого лечения, поскольку воздух является хорошим изолятором, а потому может препятствовать рассеянию тепла в пределах ткани. Поэтому желательно предотвращать формирование пузырьков для улучшения визуализации процедуры РЧ-удаления на ультразвуковом сканере.

Соответственно цель настоящего изобретения состоит в оптимизации ультразвуковых изображений регулированием РЧ-мощности, чтобы минимизировать формирование пузырьков, наряду с такой же максимизацией эффективности терапии РЧ-удаления. С использованием ультразвуковых данных, выдаваемых системой формирования ультразвукового изображения, в качестве параметров обратной связи РЧ-мощность, формируемая во время лечения РЧ-удалением, ограничивается для того, чтобы избежать вызванного нагревом образования полостей.

Вариантом осуществления изобретения, предложенного в материалах настоящей заявки, является способ для контроля и регулирования терапии радиочастотным (РЧ) удалением для улучшения качества формирования изображения, способ включает в себя: формирование изображения целевой области с использованием системы ультразвукового формирования изображения, чтобы обеспечивать предоперационное изображение для калибровки, и поддержание непрерывного получения в реальном времени по меньшей мере одного дополнительного изображения; введение РЧ-зонда в целевую область и формирование РЧ-тока для нагрева целевой области возле наконечника РЧ-зонда, и создание по меньшей мере одного интраоперационного изображения из непрерывного получения в реальном времени; и сравнение предоперационного изображения и интраоперационного изображения для формирования сигнала обратной связи, при этом сигнал обратной связи передается в генератор РЧ-мощности, и изменение РЧ-мощности в ответ на сигнал обратной связи для улучшения качества интраоперационного изображения.

В дополнительном варианте осуществления способ включает в себя сравнение предоперационного изображения и интраоперационного изображения, дополнительное реагирование на показатель, который определяет наличие в целевой области по меньшей мере одного пузырька. Показатель выводится из ультразвукового изображения, которое указывает наличие пузырьков. Так как пузырьки часто появляются в качестве высокоэхогенных карманов, решение может приниматься по исследованию нескольких ультразвуковых признаков. Например, сигнал обратной связи включает в себя изменение акустического признака. В дополнительном варианте осуществления акустическим признаком является по меньшей мере одно из: изменения эхогенности, изменения спектра Доплера при формировании сдвоенного изображения и нелинейная схема обнаружения. Кроме того, нелинейная схема обнаружения содержит гармонические сигналы и/или субгармонические сигналы.

В еще одном дополнительном варианте осуществления сравнение предоперационного изображения и интраоперационного изображения дополнительно включает в себя получение показания измерения термопары или показания полного сопротивления.

Еще в одном варианте осуществления изобретения в материалах настоящей заявки раскрывается система, которая включает в себя: ультразвуковой сканер, который получает предоперационное изображение целевой области для калибровки и по меньшей мере одно дополнительное изображение целевой области; радиочастотный (РЧ) зонд из условия, чтобы РЧ-зонд вводился в целевую область; генератор РЧ-мощности и детектор пузырьков из условия, чтобы детектор пузырьков указывал наличие по меньшей мере одного пузырька в целевой области и выдавал сигнал обратной связи, и из условия, чтобы генератор РЧ-мощности подвергался изменению в ответ на сигнал обратной связи.

В связанном варианте осуществления детектор пузырьков дополнительно сравнивает предоперационное изображение и по меньшей мере одно интраоперационное изображение. В альтернативном варианте осуществления детектор пузырьков включает в себя по меньшей мере один из: пассивного детектора образования полостей, микрофона и стетоскопа. Например, детектор пузырьков определяет изменение эхогенности, изменение спектра Доплера при формировании сдвоенного изображения и нелинейную схему обнаружения. Кроме того, нелинейная схема обнаружения включает в себя гармонические сигналы и субгармонические сигналы.

В связанном варианте изобретения обнаружение наличия в целевой области по меньшей мере одного пузырька инициирует по меньшей мере одно событие в системе обратной связи с замкнутым контуром. Например, событие включает в себя изменение РЧ-мощности. Например, изменение РЧ-мощности включает в себя изменение мощности по меньшей мере одного наконечника РЧ-зонда. Кроме того, событие включает в себя временное прекращение сигнала генератора РЧ-мощности.

В альтернативном или дополнительном варианте осуществления пользователь уведомляется об обнаружении наличия в целевой области по меньшей мере одного пузырька, и пользователь инициирует по меньшей мере одно событие в системе обратной связи с разомкнутым контуром. Например, событие включает в себя изменение РЧ-мощности. Кроме того, изменение РЧ-мощности включает в себя изменение мощности по меньшей мере одного наконечника РЧ-зонда. Кроме того, событие включает в себя временное прекращение сигнала генератора РЧ-мощности.

Фиг.1 - схема, показывающая ультразвуковой сканер, РЧ-зонд или электрод и генератор РЧ-мощности, причем ультразвуковой сканер предусматривает управление с обратной связью в отношении генератора РЧ-мощности.

Фиг.2 - блок-схема последовательности операций способа, показывающая регулирование РЧ-мощности с использованием обратной связи, принимаемой из ультразвуковых сигналов.

Формирование ультразвукового изображения для направления вмешательства терапии РЧ-удалением имеет широкое многообразие применений, в том числе эхокардиографию, формирование изображений брюшной полости и грудной клетки и удаление новообразований. Вариант осуществления второго аспекта изобретения показан на фиг.1. Ультразвуковая система формирования изображения, например, ультразвуковой сканер или ультразвуковой зонд, используется для получения ультразвукового изображения целевой области, например, органа, ткани или новообразования. РЧ-зонд, питаемый генератором РЧ-мощности, вводится в целевую область. Позиционирование РЧ-зонда может наводиться с использованием ультразвуковых изображений, полученных системой формирования ультразвукового изображения. Система формирования ультразвукового изображения также служит в качестве механизма регулирования с обратной связью, передающего сигнал обратной связи в генератор РЧ-мощности, предоставляющий мощности у РЧ-зонда возможность снижаться или выключаться, если начали формироваться пузырьки.

Как показано на фиг.2, наконечник РЧ-зонда вводится в целевую область (область мишени), например, орган, ткань или новообразование, с наведением ультразвуком, чтобы гарантировать надлежащее размещение РЧ-зонда. Генератор РЧ-мощности включается в зависимости от предустановленных параметров и вырабатывается РЧ-мощность. Генератор РЧ-мощности работает до тех пор, пока не указан сигнал окончания. Например, если генератор РЧ-мощности был работающим в течение некоторого количества времени (t), большего, чем максимальное количество времени (t_max), генератор РЧ-мощности автоматически выключается. Если t_max не было достигнуто, то ультразвуковые изображения продолжают получаться. Если пузырьки обнаруживаются с использованием ультразвуковых изображений, формируется сигнал обратной связи, который, например, понижает или выключает РЧ-мощность. РЧ-мощность может снижаться или выключаться автоматически, или пользователь может настраивать РЧ-мощность вручную в ответ на предупредительный сигнал или уведомление из системы. Если никаких пузырьков не обнаружено, то получается показание, например, показание измерения термопары или показание измерения полного сопротивления, и РЧ-мощность может настраиваться на основании параметров термопары или полного сопротивления.

Вариант осуществления изобретения включает в себя систему формирования ультразвукового изображения, например ультразвуковой сканер или ультразвуковой зонд. Ультразвуковой зонд размещается на теле пациента. Система формирования ультразвукового изображения показывает изображение интересующего органа или ткани через гель ультразвукового сопряжения. Система формирования ультразвукового изображения в начале используется для предоставления предоперационного изображения целевой области, например, органа, ткани или новообразования, которое используется для калибровки. Непрерывное получение в реальном времени дополнительных изображений поддерживается системой формирования ультразвукового изображения.

Система формирования ультразвукового изображения также может использоваться для направления введения РЧ-зонда в целевую область, такую как орган, ткань или новообразование. Помещение РЧ-зонда в оптимальное местоположение, время лечения и отдача мощности должны регулироваться в достаточной мере. Многие факторы учитываются при выборе оптимального местоположения для РЧ-зонда. Размер и локализация новообразования относительно других анатомических структур являются особенно важными. В примерном случае диаметр удаляемого объема типично ограничен от приблизительно 2 до приблизительно 3 см; многочисленные введения иногда требуются для лечения больших новообразований. Это требует планирования лечения и способа воздействия с формированием изображения, который предоставляет возможность направления введения иглы и который отображает протяженность удаляемой области.

РЧ-зонд включает в себя участок иглы, который вводится в область мишени (целевую область), например, орган, ткань или новообразование. РЧ-зонд обычно вводится чрескожным образом, то есть через кожу. Во время лечения вспомогательный солевой раствор вливается на наконечнике РЧ-зонда. Площадки заземления накладываются на другую поверхность тела пациента, например бедра, перед тем как включается генератор РЧ-мощности.

Генератор РЧ-мощности включается, заставляя тепло вырабатываться в ткани, прилегающей к наконечнику РЧ-зонда, посредством прохождения РЧ-тока. РЧ-электроды расположены на наконечнике РЧ-зонда и предоставляют РЧ-мощности возможность вырабатываться в целевой области. Интраоперационное изображение создается из непрерывного получения в реальном времени. Предоперационное изображение и интраоперационное изображение сравниваются для формирования сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи передается в генератор РЧ-мощности, и РЧ-мощность меняется в ответ на сигнал обратной связи, чтобы улучшать качество интраоперационного изображения.

Система формирования ультразвукового изображения оснащена детектором пузырьков, который предоставляет присутствию пузырьков возможность обнаруживаться на всем протяжении процедуры РЧ-удаления и выдает сигнал обратной связи. Детектор пузырьков сравнивает предоперационное изображение и интраоперационное изображение. Детектор пузырьков, например, также может включать в себя или быть ассоциативно связанным с пассивным детектором образования полостей, микрофоном или стетоскопом. Схема обнаружения детектора пузырьков может быть основана на полученных рассеянных ультразвуковых волнах и также может полагаться на разные типы акустических признаков, в том числе, но не в качестве ограничения, внезапное изменение эхогенности (например, в изображении или в интересующей зоне вокруг наконечника РЧ-зонда), изменение спектра Доплера при формировании сдвоенного изображения, и нелинейные схемы обнаружения, разработанные для различения микропузырьков, такие как детектирование устойчивых гармонических и/или субгармонических сигналов.

Сравнение между предоперационным изображением и интраоперационным изображением происходит в ответ на показатель, который определяет наличие пузырьков в целевой области (области мишени). Показатель выводится из ультразвукового изображения, которое указывает наличие пузырьков. Так как пузырьки часто появляются в качестве высокоэхогенных карманов, решение может приниматься по исследованию нескольких ультразвуковых признаков. Если никакие пузырьки не обнаружены, сравнение между предоперационным изображением и интраоперационным изображением запрашивает, чтобы получалось показание измерений термопары или показание измерений полного сопротивления.

Обнаружение наличия пузырьков в области мишени инициирует событие в системе обратной связи с замкнутым контуром. Когда показатель выше, чем определенное пороговое значение, сигнал обратной связи автоматически отправляется в РЧ-генератор. В ответ будет снижение или временное прекращение сигнала генератора РЧ-мощности, или настройка мощности в отношении других секций, наконечников или хвостовиков РЧ-зонда. В качестве альтернативы пользователь может инициировать изменения РЧ-мощности в системе обратной связи с разомкнутым контуром.

Обратная связь, формируемая системой, устраняет повышенный нагрев, а потому ограничивает кипение. Так как известно, что омертвение клеток вызывается при температурах, меньших чем точка кипения, и что чувствительность клеток к тепловым воздействиям также может повышаться дополнительными лечебными мероприятиями, например химеотерапией или солевой инъекцией, ожидается, что протяженность коагулированного объема не должна уменьшаться даже при предотвращении появления пузырьков в поле формирования ультразвукового изображения.

Более того, будет очевидно, что другие и дополнительные формы изобретения и варианты осуществления, иные, чем отдельные и примерные варианты осуществления, описанные выше, могут быть придуманы, не выходя из сущности и объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов, а потому предполагается, что объем этого изобретения охватывает эти эквиваленты, и что описание и формула изобретения подразумеваются примерными и не должны интерпретироваться в качестве дополнительно ограничивающих.

1. Способ для контроля и регулирования терапии радиочастотным (РЧ) удалением для улучшения качества формирования изображения, способ содержит этапы:формируют изображение целевой области, используя систему ультразвукового формирования изображения, чтобы обеспечить предоперационное изображение для калибровки, и поддерживают непрерывное получение в реальном времени по меньшей мере одного дополнительного изображения;вводят РЧ-зонд в целевую область и формируют РЧ-ток, чтобы нагревать целевую область у наконечника РЧ-зонда, и создают по меньшей мере одно интраоперационное изображение из непрерывного получения в реальном времени; исравнивают предоперационное изображение и интраоперационное изображение для формирования сигнала обратной связи, при этом сигнал обратной связи передается в генератор РЧ-мощности, и изменяют РЧ-мощность в ответ на сигнал обратной связи для улучшения качества интраоперационного изображения.

2. Способ по п.1, в котором сравнение предоперационного изображения и интраоперационного изображения дополнительно состоит в том, что реагируют на показатель, который определяет наличие в целевой области по меньшей мере одного пузырька.

3. Способ по п.1, в котором сигнал обратной связи содержит изменение акустического признака.

4. Способ по п.3, в котором акустическим признаком является по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из: изменения эхогенности, изменения спектра Доплера при формировании сдвоенного изображения и нелинейной схемы обнаружения.

5. Способ по п.4, в котором нелинейная схема обнаружения содержит гармонические сигналы и субгармонические сигналы.

6. Способ по п.1, в котором сравнение предоперационного изображения и интраоперационного изображения дополнительно состоит в том, что получают показание измерения термопары или показание измерения полного сопротивления.

7. Система контроля и регулирования терапии радиочастотным (РЧ) удалением, содержащая:ультразвуковой сканер, при этом ультразвуковой сканер получает предоперационное изображение целевой области для калибровки и по меньшей мере одно дополнительное изображение целевой области; радиочастотный (РЧ) зонд, при этом РЧ-зонд вводится в целевую область; генератор РЧ-мощности, при этом РЧ-мощность указанного генератора изменяется в ответ на сигнал обратной связи; идетектор пузырьков, выполненный с возможностью сравнения предоперационного изображения и по меньшей мере одного интраоперационного изображения, при этом детектор пузырьков указывает наличие по меньшей мере одного пузырька в целевой области и выдает сигнал обратной связи.

8. Система по п.7, в которой детектор пузырьков дополнительно содержит по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из: пассивного детектора образования полостей, микрофона и стетоскопа.

9. Система по п.7, в которой детектор пузырьков дополнительно определяет изменение эхогенности, изменение спектра Доплера при формировании сдвоенного изображения и нелинейную схему обнаружения.

10. Система по п.9, в которой нелинейная схема обнаружения содержит гармонические сигналы и субгармонические сигналы.

11. Система по п.7, в которой обнаружение наличия в целевой области по меньшей мере одного пузырька инициирует по меньшей мере одно событие в системе обратной связи с замкнутым контуром.

12. Система по п.11, в которой событие дополнительно содержит изменение РЧ-мощности.

13. Система по п.12, в которой изменение РЧ-мощности дополнительно содержит изменение мощности по меньшей мере одного наконечника РЧ-зонда.

14. Система по п.11, в которой событие дополнительно содержит временное прекращение сигнала генератора РЧ-мощности.

15. Система по п.7, в которой пользователь уведомляется об обнаружении наличия в целевой области по меньшей мере одного пузырька, и при этом пользователь инициирует по меньшей мере одно событие в системе обратной связи с разомкнутым контуром.

16. Система по п.15, в которой событие дополнительно содержит изменение РЧ-мощности.

17. Система по п.16, в которой изменение РЧ-мощности дополнительно содержит временное прекращение сигнала генератора РЧ-мощности.

18. Система по п.17, в которой событие дополнительно содержит изменение мощности в отношении по меньшей мере одного наконечника РЧ-зонда.