[發明專利]用于基于醫學圖像的組織消融的個體化計算的系統和方法

有效

• 申請號: 201510245325.0
• 申請日: 2015-02-26
• 公開（公告）號: CN104856755B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: C·奧迪吉爾;T·曼西;S·拉帕卡;A·卡門;V·米哈萊夫;H·德林格特;N·阿亞徹;D·科馬尼西尤
• 申請（專利權）人: 西門子公司;國家信息與自動化研究所
• 主分類號: A61B18/12
• 分類號: A61B18/12;A61B34/10
• 代理公司: 11105 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 于小寧<國際申請>=<國際公布>=<進入

披露了一種用于基于患者的醫學圖像進行組織消融程度的個體化計算的方法和系統。根據患者的醫學圖像數據來估計肝臟和肝臟血管的患者特定解剖模型。模擬肝臟和肝臟血管內的血流。執行消融模擬，其基于模擬血流、利用生物熱模型來模擬由消融引起的熱擴散，并基于模擬熱擴散、利用細胞壞死模型來模擬肝臟中的細胞壞死。基于所觀察到的初始消融過程結果來估計生物熱模型和細胞壞死模型的個體化組織參數。隨后利用個體化生物熱方程和細胞壞死模型來進行消融過程方案。該模型隨后能夠隨著獲得更多的消融觀測值而改善。

本申請要求2014年2月26日提交的美國臨時申請No.61/944,713的權益，其公開通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及消融治療方案，并且更具體地涉及利用醫療成像數據進行組織消融的患者特定模擬。

背景技術

盡管癌癥治療中具有最新發展，但是腹部(包括肝臟)的原發和轉移性腫瘤的治療仍然存在重大挑戰。例如肝臟細胞癌(HCC)是全世界最常見的惡性腫瘤之一(每年超過1百萬病例)，其中由于C型肝臟炎的發展盛行而在西方國家更多見。對于原發肝臟癌和肝臟轉移性腫瘤而言，肝臟切除術(部分肝臟切除術)是患有局限性疾病的患者的當前最優選擇。在早期HCC的所選病例中，還可以考慮全部肝臟切除術結合肝臟移植。遺憾的是，少于25％的患有原發或次發肝臟癌的患者作為切除術或移植的候選人，這主要是由于腫瘤類型、位置、或潛在的肝臟疾病。因此，更多的興趣聚焦于消融方法，以用于治療無法切除的肝臟腫瘤或者用于不適于手術的患者。這一技術采用的是局部原位腫瘤破壞，而不是切除。可利用許多方法來局部消融組織。最常用的是射頻消融(RFA)，但是也可以使用其它技術，包括乙醇注射、冷凍治療、不可逆的電穿孔、以及微波消融。

通過將探頭置于惡性組織內或附近來執行RFA過程。探頭尖端的電極產生熱量，其傳導進入周圍組織，引起高于50攝氏度溫度下的凝固性壞死。為了預防復發，如果所產生的壞死區域完全覆蓋腫瘤，則RFA過程就被認為是成功的。為了將探頭置于目標位置，醫生需要依賴手術期間的成像技術，例如超聲。然而，這一過程的成功取決于探頭的優化配置和有關循環系統的熱量傳遞以及肝臟和腫瘤的組織特性。消融的成功還受到消散熱量的肝臟血管的影響，從而可能會降低RFA效率。不同的放置會具有不同的結果，并且有時候需要為了最優過程而結合連續消融。

發明內容

本發明提供了一種用于利用醫學圖像進行腫瘤消融的個體化方案和引導的方法和系統。本發明的實施方式聚焦于肝臟腫瘤并建模消融的效果，包括熱擴散和對流、細胞壞死、以及通過血管和肝臟的血流，特別聚焦于根據患者數據對模型參數的估計，從而使模型能夠捕捉患者肝臟對于熱量的反應。從患者的醫學圖像開始，例如計算機斷層掃描(CT)或磁共振成像(MRI)圖像，本發明的各實施方式根據患者數據來估計熱傳遞中包含的組織參數，以對患者進行肝臟腫瘤射頻消融(RFA)的個體化模擬。由于組織特性因個體而不同并且由于疾病(例如，肝臟硬化、肥胖、腫瘤、等等)的原因，個體化步驟是有益的。依賴于患者醫學圖像的RFA前向模型是以熱擴散、細胞壞死的計算模型以及同時模擬肝臟血管和肝臟主質(parenchyma)中血液循環的血流測定儀為基礎的。本發明的實施方式利用優化器估計患者特定組織參數，從而使模擬的被破壞腫瘤組織與所觀察的病灶相匹配。患者特定組織參數隨后通過模擬不同的消融策略可用于規劃其它消融以用于其它病灶或當前病灶的消融細化。這一模型還能夠隨著進行更多次消融而迭代地改善，以用于越來越精確的預消融方案。除了病灶以外，或者替代病灶，本發明的各實施方式還能夠類似地用于匹配模擬和測量的溫度圖。本發明的各實施方式顯示估計的患者特定組織參數，以及患者特定溫度擴散圖、細胞壞死圖和產生模擬消融圖的虛擬探頭位置和參數。

在本發明的一個實施方式中，根據患者的醫學圖像數據來估計肝臟主質和血管的患者特定解剖模型。根據模擬消融結果和第一消融觀測值來估計患者特定生物熱模型，其組合了肝臟主質和血管中的血流、肝臟中的熱擴散和細胞壞死。利用患者特定生物熱模型來針對患者進行一種或多種虛擬消融。生成由于一種或多種虛擬消融導致的模擬壞死的可視化顯示。