影像引导的肺肿瘤计划和消融系统技术方案

一种肺肿瘤消融计划系统，包括处理器，该处理器可运行以计算目标消融区域和一组最佳消融参数，以利用消融导管创建目标病灶。基于训练数据，采用预测算法对消融区域进行建模。对应于各种指标向医生显示各种消融计划，该各种指标包括但不限于最大化肿瘤消融覆盖范围、最短行程、障碍避免和最短消融时间。描述了相关的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】影像引导的肺肿瘤计划和消融系统相关申请的交叉引用本申请要求2018年2月5日提交的美国临时申请US62/626,533的权益，出于所有目的，该申请的全部内容通过引用整体结合于此。
本专利技术涉及使用微创手术装置的治疗计划的方法，所述微创手术装置可运行以输送足够强度的能量以引起位于人或动物体内的组织的靶向消融。
技术介绍
肺癌现在是美国男性和女性癌症死亡的首要原因。在活检证实的癌症患者中，因为合并症、心肺功能或高龄，只有约30％的患者是手术候选者。这些患者通常接受化学疗法或电离放射疗法(例如立体定向体部放疗，SBRT)治疗。与常规经胸入路相比，使用柔性支气管镜的图像引导肺活检是可以显著降低气胸风险的新兴方法。经皮热消融已成为一种突出的替代治疗选择，与SBRT相比，射频消融(RFA)是最广泛使用的能量形式。RFA具有以下优点：使用非电离辐射，因此适于重复手术；提供改善的肺功能保存；并且可以以相当低的成本输送。最近的一项前瞻性的多中心研究表明，热消融的2年整体生存率与SBRT的整体生存率相似。当前可购的用于肿瘤消融的装置，例如由BostonScientificInc.(马萨诸塞州纳提克)制造的LeveenTM针电极，仅限于经皮入路。一般而言，使用硬的针穿过皮肤和胸膜会有气胸的高风险，而无法治疗中央型肿瘤。此外，有限的治疗引导和计划工具给医生比较评估装置插入路径带来了很大的负担。因此，仍然需要解决上述与消融系统相关的挑战。
技术实现思路
一种用于辅助医生使用消融施用器计划肿瘤消融的基于支气管镜的方法，该方法包括以下步骤：接收包括待消融的患者的肺的目标组织的图像数据；在处理器上计算消融区域和一组最佳候选消融参数，以最大化肿瘤消融覆盖范围。在本专利技术的实施例中，肺肿瘤消融计划系统包括：柔性的射频消融(RFA)施用器，该柔性的射频消融(RFA)施用器可通过支气管镜入路递送到目标；回归建模引擎，该回归建模引擎在给定目标肿瘤的情况下预测肿瘤消融区域和发生器参数；以及路径计划引擎，该路径计划引擎寻找递送RFA施用器的最佳路径。在实施例中，该系统与引导系统集成以帮助医生将RFA设备导航到目标。在本专利技术的实施例中，该系统利用支气管镜运行并且提供早期肺部疾病的精确的且局部的消融。在本专利技术的实施例中，计划和消融方法与引导支气管镜活检技术集成，以便于在活检阳性之后立即治疗局部结节，同时最小化气胸的风险。在本专利技术的实施例中，能量输送装置与个人化治疗计划系统集成，使得医生可以前瞻性地计划和优化针对患者特定的解剖结构的治疗递送。从下面的详细描述以及附图中，本专利技术的这些优点以及其它目的和优点将变得清楚明白。附图说明图1示出了根据本专利技术的一个实施例的消融计划和引导系统的框架图；图2示出了根据本专利技术的一个实施例的消融计划和引导系统的框图；图3A示出了单极RFA导管的示意图；图3B示出了输送鞘管以及插入其中的图3A所示的RFA导管的局部放大图；图4示出了根据本专利技术的一个实施例的用于计划消融的方法的流程图；图5A示出了消融区域的模型的示意图；图5B示出了肿瘤消融覆盖范围的示意图；图6A-6F示出了用于将导管引导至目标的方法的步骤的示意图；图7A示出了测量组织样本的短轴长度的示意图；图7B示出了离体牛肉RFA消融样本的示意图；图8示出了时间相对于病灶长轴的曲线图。图9示出了适合于图8所示数据的回归曲线；图10示出了时间相对于病灶短轴的曲线图；图11示出了适合于图10所示的数据的回归曲线；图12示出了到达目标的不同路线的各种消融计划结果的示意图；以及图13示出了图12中所示的第一计划路线的示意图，以及肿瘤消融覆盖范围的放大图。具体实施方式在详细描述本专利技术之前，应当理解，本专利技术不限于本文阐述的特定变型，因为在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，可以对所描述的本专利技术进行各种变化或修改，并且可以替换等同物。如本领域技术人员在阅读本公开时将知晓的，本文描述和示出的每个单独的实施例具有分立的部件和特征，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，这些部件和特征可以容易地与其他几个实施例中的任意一个的特征分离或组合。此外，可以进行许多修改以使特定情况、材料、物质组成、过程、一个或多个过程动作、或一个或多个步骤适应本专利技术的目的、精神或范围。所有这些修改都在本文所提出的权利要求的范围内。本文所述的方法可以按照列举事项的逻辑上可能的任何顺序以及列举的事项顺序来执行。此外，在提供数值范围的情况下，应当理解，在该范围的上限和下限之间的每个中间值以及该范围内的任何其它规定值或中间值都包括在本专利技术内。还可以预期的是，可以独立地、或者与本文描述的多个特征中的任意一个或多个组合地说明和要求保护所描述的专利技术变型的任何可选特征。本文中提及的所有现有主题(例如，出版物、专利、专利申请和硬件)通过引用整体结合于此，除非主题可能与本专利技术的主题冲突(在此情况下，将以本文中所呈现的为准)。对单个项目的引用包括存在多个相同项目的可能性。更具体地，如本文和所附权利要求书中所使用的，单数形式的“一”，“一个”，“所述”和“该”包括复数个对象，除非上下文另外明确指出。还应注意，权利要求可能排除任何可选要素。因此，此陈述旨在作为与权利要求要素的引用结合使用诸如“唯一”，“仅”等排他性术语或使用“否定”限制的先行基础。还应理解，除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本文描述了基于内窥镜的计划和治疗系统，用于消融位于中心的目标，所述目标包括但不限于通过经皮入路难以接近的目标。在示例性应用中，消融施用器通过支气管镜/延伸的工作通道插入以到达目标部位。消融施用器可以在由执行支气管镜检查的医生确定的介入性支气管镜检查手术期间使用。系统框架图1示出了根据本专利技术的一个实施例的系统框架100的概览。系统100辅助医生基于预测建模来计划和执行消融手术。如图1所示，系统100包括三个子系统：建模110、计划120和引导130。建模子系统110用于学习本文进一步描述的施用器150的候选能量输送参数140与基于实验训练数据的消融区域或目标覆盖范围尺寸之间的关系。学习后的或训练后的模型被用作本文描述的计划子系统120的输入。计划子系统120用于找到最佳气道路径、通向目标的通道的进入点(POE)、以及最佳的施用器能量发生器参数160，以使施用器如医生所期望的那样到达和消融病灶。引导子系统130用于辅助医生到达目标或将医生导航到目标。在图1所示的引导子系统130中，示出了支气管镜图像132、虚拟支气管镜图像134和融合的透视引导136，用于辅助医生通过计划的路线和施用器治疗参数将施用器150递送到目标152。图2是用于计划和消融身体器官中的目标组织的示例性系统210的框图。计算机、服务本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于预测用于消融患者体内目标组织的消融区域的消融建模方法，包括：/n接收第一实验数据，其中，所述第一实验数据通过以下方式产生：/n根据第一组消融参数消融第一组织，/n在所述消融之后对所述第一组织进行测量以获得第一实验数据；/n在处理器上基于所述第一实验数据计算多个候选模型；/n从所述多个候选模型中确定第一学习后的消融模型；和/n存储所述第一学习后的消融模型。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180205 US 62/626,5331.一种用于预测用于消融患者体内目标组织的消融区域的消融建模方法，包括：
接收第一实验数据，其中，所述第一实验数据通过以下方式产生：
根据第一组消融参数消融第一组织，
在所述消融之后对所述第一组织进行测量以获得第一实验数据；
在处理器上基于所述第一实验数据计算多个候选模型；
从所述多个候选模型中确定第一学习后的消融模型；和
存储所述第一学习后的消融模型。


2.如权利要求1所述的方法，还包括基于第二实验数据计算第二学习后的消融模型，其中所述第二实验数据是通过根据第二组消融参数消融所述第一组织或第二组织而生成的；以及存储所述第二学习后的消融模型。


3.如权利要求2所述的方法，还包括基于施加所述第一学习后的消融模型和所述第二学习后的消融模型中的至少一个以及所述目标组织的至少一个特性来预测用于消融所述患者体内的所述目标组织的所述消融区域。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述确定所述第一学习后的消融模型是预测性机器学习算法、线性回归模型、非线性回归模型或支持向量机算法。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述测量选自由几何测量、质量、化学测量、温度和密度组成的组。


6.如权利要求3所述的方法，其中所述目标组织的所述至少一个特性选自由所述目标组织的位置、所述目标组织的尺寸和所述目标组织的组织类型组成的组。


7.如权利要求1所述的方法，其中在处理器上计算并确定所述第一学习后的消融模型是基于来自第一组织类型的多个实验数据的多个物理测量。


8.如权利要求7所述的方法，其中所述多个实验数据包括所述第一组织类型的多个消融组织。


9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组消融参数包括选自由功率、效果和治疗时间组成的组中的至少一个。


10.如权利要求3所述的方法，其中施加步骤还基于最大化所述目标组织的消融组织覆盖范围。


11.一种基于支气管镜的用于计划用消融施用器消融包括患者的肺的呼吸系统中的目标组织的方法，所述方法包括以下步骤：
接收包括所述目标组织的所述患者的呼吸系统的图像数据；
基于一组候选消融参数和所述目标组织的至少一个特性，从多个候选模型中选择学习后的消融模型；和
基于所述学习后的消融模型，在处理器上计算第一消融区域，以最大化所述目标组织的消融覆盖范围。


12.如权利要求11所述的方法，其中所述候选消融参数选自由功率、效果和治疗时间组成的组。


13.如权利要求12所述的方法，还包括推进所述消融施用器通过支气管镜的工作腔到达所述目标组织。


14.如权利要求13所述的方法，还包括通过根据所述候选消融参数从所述消融施用器发射能量来消融所述目标组织。


15.如权利要求14所述的方法，其中所述消融所述目标组织将所述目标组织的温度升高至致死温度。


16.如权利要求15所述的方法，其中通过从电极施加射频能量来执行所述消融所述目标组织。


17.如权利要求11所述的方法，还包括确定到所述目标组织的多条路线的候选消融治疗参数和最佳消融区域。


18.如权利要求11所述的方法，其中所述学习后的消融模型是基于来自多个组织消融的几何测量而训练的预测模型。


19.如权利要求18所述的方法，其中所述学习后的消融模型是非线性回归算法。


20.如权利要求11所述的方法，其中最大化肿瘤消融覆盖范围的计算步骤通过最大化定义为ATT和ATAR的乘积的比率(COV)来执行，其中ATT是消融的肿瘤大小与肿瘤大小的比值，ATAR是所述消融的肿瘤大小与消融的区域大小的比值。


21.一种基于支气管镜的用于计划用消融施用器消融患者的肺中的目标组织的系统，包括：
存储器，所述存储器用于接收包括待消融的所述目标组织的所述患者的所述肺的图像数据；
处理器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘翌勋，朗纳里特·切西尔普，余坤璋，亨盖·维博沃，
申请(专利权)人：堃博生物科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US