СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТА НА ДВУХ И БОЛЕЕ ИЗОБРАЖЕНИЯХ
METHOD OF IDENTIFYING ELEMENT ON TWO OR MORE IMAGES

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу идентификации элемента, общего на двух или более изображениях, и последующего объединения двух или более изображений на основании общего элемента. В частности, настоящее изобретение относится к способу идентификации элемента, который располагают в теле человека или теле животного относительно части тела такой, как ткань или орган или иная часть тела.
Кроме того, изобретение относится к установлению параметра тела, такого, как температура, кровоток, нервные импульсы или иные интересуемые параметры тела человека или тела животного. Параметр тела устанавливают на основании идентификации элемента относительно интересуемого телесного вещества.
Предпосылки изобретения
Проблема, связанная с известными медицинскими способами формирования изображений, касается точного выбора и сравнения видов идентичных областей на изображениях, которые получают оборудованием формирования изображений в разное время, или на изображениях, которые получают практически одновременно с использованием разных модальностей изображения, например КТ, МРТ, SPECT и ПЭТ, или на изображениях, которые получают практически одновременно с использованием разных условий настройки. Эта проблема имеет два аспекта.
Во-первых, для того, чтобы увязать информацию на изображении анатомии с самой анатомией, необходимо установить соответствие один к одному между точками на изображении и точками на анатомии. Это называется точным совмещением пространства изображения с физическим пространством.
Второй аспект касается точного совмещения одного пространства изображения с другим пространством изображения. Цель точного совмещения двух произвольно ориентированных изображений - выставить системы координат двух изображений так, чтобы любой данной точке на обоих изображениях были присвоены идентичные адреса. Расчет преобразования твердого тела, необходимого для совмещения изображений, требует знания движения и вращения анатомии на изображениях.
Расчет преобразования твердого тела анатомии для плоского совмещения координатных систем плоских изображений требует знания координат по меньшей мере двух отдельных точек или линии на изображениях.
Расчет преобразования твердого тела анатомии для трехмерного совмещения координатных систем трехмерных изображений или плоских изображений под несколькими углами требует знания координат по меньшей мере трех отдельных точек, или двух линий, или объемного предмета на изображениях.
Одиночные идентифицируемые точки, маркирующие идентичные места на изображениях, называются «реперными точками» или «реперами», и используемые реперы - это геометрические центры маркеров, которые называются «реперными маркерами». Эти реперы используются для корреляции пространства изображения с физическим пространством и для корреляции одного пространства изображения с другим пространством изображения. Реперные маркеры обеспечивают постоянную систему отсчета, видимую в данном режиме формирования изображений, чтобы сделать точное совмещение возможным.
В статье "Locking acrylic resin dental stent for image-guided surgery", опубликованной в Журнале ортопедической стоматологии, том 83, №4, апрель, 2000 г., Фенлон и другие, раскрывают процедуру создания фиксирующего зубного стента из акрилового полимера. Рамка, несущая группу реперных маркеров, прикрепляется к зубному стенту во время формирования изображения, причем рамка выполнена как альтернатива имплантируемым в кость реперным маркерам. Реперные маркеры зубного стента расположены вне организма. Кроме того, реперным маркерам необходима рамка для размещения относительно черепа. Перед формированием изображения группу маркеров формирования изображения присоединяют к зубному стенту. После формирования изображения, но перед хирургическим вмешательством, группу инфракрасных диодов присоединяют к группе маркеров формирования изображения для обеспечения физической корректировки. Таким образом, расположение черепа относительно любого хирургического оборудования выполняется с помощью инфракрасного света. Кроме того, различные маркеры, т.е. реперные маркеры и инфракрасные диоды, соответственно, необходимо использовать и сменять во время хирургического вмешательства в черепе.
Одна из нынешних проблем в этой области заключается в обеспечении реперов, которые можно использовать с несколькими модальностями формирования изображений. Изображения магнитно-резонансной томографии и рентгеновской компьютерной томографии - это цифровые изображения, в которых изображения образуются по точкам. Эти точки называются элементами изображения или пикселями и связаны с интенсивностью света, излучаемого электронно-лучевой трубкой, или используются для формирования изображения на пленке. Матрица освещенных пикселей позволяет наблюдателю просматривать изображение.
Характер, в каком изменяется или модулируется интенсивность любого данного пикселя, меняется в зависимости от используемой модальности формирования изображений. В рентгеновской компьютерной томографии эта модуляция зависит, главным образом, от числа электронов на единицу сканируемого объема. В магнитно-резонансной томографии параметрами, влияющими на эту модуляцию, являются, главным образом, протонная спиновая плотность и время продольной и поперечной релаксации Т1 и Т2, которые известны также как время спин-решеточной и спин-спиновой релаксации соответственно.
Используя и объединяя разные модальности формирования изображений, можно выиграть от характеристик разных модальностей благодаря тому, что на одном изображении некоторые объекты можно идентифицировать четче и легче, чем на другом, и наоборот. Тем самым обеспечиваются лучшая идентификация объектов в теле и лучшая диагностика.
При построении реперного маркера необходимо знать, что агент, который может визуализироваться при одной модальности формирования изображений, не обязательно может визуализироваться при другой модальности. И все же возможность формировать изображения как при компьютерной, так и магнитно-резонансной томографии при использовании данного маркера было бы особенно преимущественным в том, что можно было бы точно совмещать изображения, полученные при разных модальностях формирования изображений. Например, возможность точно совмещать изображения компьютерной и магнитно-резонансной томографии позволило бы объединить информацию, касающуюся костной структуры, полученную при сканировании методом компьютерной томографии, с анатомической информацией о мягких тканях, полученной при сканировании методом магнитно-резонансной томографии. По-прежнему остается необходимость в реперном маркере, который можно использовать для установления известной системы координат при нескольких модальностях формирования изображений, и который обеспечивает анатомическое совмещение разных изображений.
Еще одна проблема в этой области возникает из противоречивой необходимости обеспечения комфорта для больного, что обычно склоняет врачей-клиницистов к минимизации размера маркера для менее травматического процесса имплантации, и желания врачей-клиницистов использовать маркеры, которые являются максимально яркими и, следовательно, максимально крупными на изображениях. Такая яркость желательна потому, что она обеспечивает мощный сигнал, который можно отличить от шума, присущего процессу формирования изображений. Использование маркеров большого размера желательно еще и для того, чтобы изображение маркера занимало как можно больше полных пикселей. Увеличение числа полных пикселей, занимаемых маркером, повышает точность, с которой можно определить положение маркера, и гарантию того, что реперную точку можно четко идентифицировать и не спутать с другими точками на изображениях.
Кроме того, общая методика использования реперных маркеров требует определения центроиды маркера; для крупного, яркого маркера рассчитать центроиду легче, чем для меньшего, более тусклого маркера. С другой стороны, чем больше известный маркер, тем труднее больному переносить его присутствие в течение продолжительных периодов времени, когда маркер помещен в ткань. По-прежнему остается необходимость в маркере, в котором можно использовать преимущества, предоставленные увеличенными размерами, и который при этом будет легко переноситься больным на протяжении периода его использования. Есть также необходимость в небольшом многомодальном маркере, который можно имплантировать больному и оставлять там на протяжении более продолжительных периодов времени без причинения вреда больному.
Кроме того, есть необходимость в одиночном маркере, который может предоставлять информацию о координатах по меньшей мере трех точек на разных изображениях.
Такой более постоянный реперный маркер предпочтительно будет обнаруживаемым неинвазивным методом, так что положение в физическом пространстве может обнаруживаться, и его центроида рассчитываться, даже если он остается скрытым от визуального контроля под кожей больного.
Международная патентная заявка WO 2006/114721 раскрывает способ применения в медицинской системе визуального отображения и медицинской системе формирования изображения для отображения последовательности изображений. Описывается процесс обработки для отображения последовательности изображений медицинского вмешательства. Во время медицинского вмешательства инструмент, такой как стент внутри артерии, перемещают и разворачивают. Предпочтительно, по меньшей мере, два маркера выполнены на опоре инструмента. Положение инструмента получают путем определения положения маркеров. Из полученного положения инструмента изображение инструмента на последовательности изображений улучшается относительно фона. Используется только лишь одна техника формирования изображения, а именно рентгеновские лучи. Таким образом, не происходит объединения изображений, только последовательность изображений от одного и того же способа формирования изображения получают во время перемещения и/или вращения инструмента.
В патенте США №US 6333971 описывается имплантнруемый реперный маркер, имеющий уплотненную полость, предназначенную для введения визуализирующего средства, которое обеспечивает возможность формирования изображений в нескольких режимах, включая режим формирования изображений методом компьютерной томографии (КТ) и методом магнитно-резонансной томографии (МРТ). Маркер может быть постоянным или может быть временным и легко извлекаться из места его закрепления. Сочетания или средства, которые могут визуализироваться при КТ-сканировании, объединяются со средствами, которые могут визуализироваться при МТР-сканировании. Выбор отображающих средств позволяет получить конструкцию маркера, видимую при обеих модальностях формирования изображений - КТ и МРТ. Кроме того, при использовании маркера, который содержит твердую наружную часть и водную внутреннюю часть, маркер можно локализировать, используя систему неинвазивного чрескожного обнаружения, например систему, использующую ультразвук для обнаружения присутствия поверхности сопряжения твердого тела и жидкости между водной сердцевиной и твердой наружной частью. Использование твердого металла полностью исключено. Присутствие металла может вызывать нежелательные артефакты и искажение изображения на изображении, и может помешать попыткам локализовать маркер.
Visicoil™, изделие корпорации Radiomed Corporation, США, представляет собой линейные реперные маркеры, естественно видимые при использовании различных методов: ультразвукового, рентгеновского, КТ, МРТ и протонов высокой энергии (портальные изображения), позволяющие врачам имплантировать маркеры в одном режиме, а позднее визуализировать их другим способом для планирования лечения. Маркеры Visicoil™ можно распознать легче, чем намного большие точечные маркеры, и с меньшей путаницей. Для предоставления трехмерной объемной информации необходимы два или более маркеров Visicoil™. Маркеры Visicoil™ должны имплантироваться в интересуемую ткань путем инвазивной хирургии, и для установки точного определения места интересуемой ткани методика Visicoil™ требует по меньшей мере двух маркеров. Таким образом, инвазивная хирургия и имплантация двух или даже более маркеров повышают риск травмы больному.
Одним примером применений, выигрывающих от совмещения разных изображений, является лечение раковых поражений в теле человека, при котором для того, чтобы разрушить больную ткань, такую, как опухоль, используют облучение этой больной ткани. Больная ткань может находиться во всех частях тела. В некоторых частях может оказаться трудным облучать больную ткань без причинения серьезного повреждения другим важным частям тела, а в некоторых случаях облучение может вызвать необратимое повреждение.
Таким образом, облучение больной ткани ограничивается количеством облучения, которое здоровая ткань может переносить без критического или необратимого повреждения. Это ограничение облучения еще более усиливается ввиду того факта, что точно локализовать (определить местонахождение) больной ткани и определить размер больной ткани в теле может оказаться трудным.
Ввиду того, что разные технологии диагностического формирования изображений позволяют четче идентифицировать разные части и органы тела больного, для локализации интересуемого телесного вещества (например, раковой опухоли, являющейся мишенью для облучения) часто используется сочетание разных технологий формирования изображений, таких, как КТ, МТ, ПЭТ, SPECT, рентген, высоковольтный рентген. Разные изображения с помощью оборудования для обработки данных можно объединять в слияние двух или более изображений. При объединении разных технологий формирования изображений возможна более точная идентификация и локализация интересуемого телесного вещества, например раковой опухоли. Для того чтобы сделать идентификацию и локализацию интересуемого телесного вещества точной, изображения необходимо точно совместить возле интересуемого телесного вещества.
Сочетание разных изображений, полученных с помощью разных технологий формирования изображений, используется, например, при планировании лучевой терапии. При планировании лучевой терапии на диагностических изображениях, полученных, например, с использованием КТ, МТ, ПЭТ, SPECT, рентгена, идентифицируют раковую опухоль. После этого локализуют положение и форму опухоли, и, исходя из положения и вида опухоли, разрабатывают профиль облучения для больного.
Диагностические изображения, сделанные с помощью разных технологий и устройств формирования изображений, часто получают с определенными промежутками времени между изображениями и перекладкой больного на другою койку для каждого изображения. Это приводит к разным условиям настройки для каждого изображения. Разные условия настройки приводят к различию между фактическими положениями интересуемого телесного вещества внутри тела больного на разных изображениях относительно визуальных объектов на изображениях (костные структуры, наружная поверхность тела человека и т.п.), находящихся на определенном расстоянии от интересуемого телесного вещества. Различие между положениями интересуемого телесного вещества на разных изображениях может возникнуть из-за движения внутреннего органа в теле больного и/или из-за неточного размещения больного под оборудованием формирования изображений.
Сегодня слияние между разными диагностическими изображениями часто выполняют с использованием анатомических маркеров, видимых на разных диагностических изображениях (костная структура, наружная поверхность тела человека и т.п.). Эти анатомические маркеры часто расположены на расстоянии от интересуемого телесного вещества. Из-за того, что интересуемое телесное вещество будет часто совершать относительное движение относительно анатомических маркеров, расположенных на расстоянии от интересуемого телесного вещества, выравнивание разных изображений по анатомическим маркерам приведет к неточному выравниванию изображений возле интересуемого телесного вещества.
Альтернативно, слияние между разными диагностическими изображениями можно выполнять с использованием имплантированных реперных маркеров или имплантированных линейных маркеров.
Другими факторами, которые могут привести к неточному выравниванию изображений, являются различия условий настройки для оборудования формирования изображений или больного (например, изображения получены не точно под тем же углом, и/или качество изображения на отдельных изображениях неодинаково (качество изображения часто зависит от фокусной точки)).
Сочетание разных изображений можно использовать и для настройки лечащих приборов, например оборудования для радиационного облучения для лучевой терапии раковой опухоли. На стадии планирования до сеанса облучения мишень облучения локализуют по меньшей мере на одном референс-изображении. В начале сеанса облучения лечащий прибор можно настроить, исходя из слияния между референс-изображением и изображением, полученным непосредственно перед лечением или во время его.
В патенте США №5853366 описана система, предназначенная для использования для радиотерапии опухоли. Локализация опухоли осуществляется путем введения по меньшей мере трех маркеров в соответствующие положения по периферии опухоли. Эти маркеры изготовлены из нержавеющей стали, которую можно обнаружить на обычном рентгеновском изображении тела, чтобы перед облучением опухоли правильно расположить источник облучения относительно опухоли. На рентгеновском изображении каждый маркер отображается как одна точка. Эти маркеры вводят непосредственно в ткань, окружающую опухоль, и маркеры имеют зазубрины или имеют V-образную форму, чтобы обеспечить надежное прикрепление маркеров в ткани и тем самым предотвратить перемещение маркеров. После расположения маркеров и облучения опухоли маркеры с зазубринами необходимо извлечь путем инвазивной хирургии.
В документе WO 99/27839 раскрыта система для укладки и перекладки части тела больного относительно лечащей машины или машины формирования изображений, включающая несколько камер для просмотра тела, и саму машину. Индексные маркеры, помещенные наружно на тело больного (светоизлучающие, пассивные, геометрические формы или естественные ориентиры), идентифицируются и локализуются камерами в трехмерном пространстве. Анатомические мишени, определенные путем сканирования изображения, можно локализовать относительно референс-положений, увязанных с лечащей или диагностической машиной. Для разных клинических использований предусмотрены несколько форм камеры, индексных маркеров, способов и систем. Рентгеновское изображение больного позволяет уточнить расположение анатомической мишени относительно референс-точки формирования изображений при лечении или диагностике. Перемещения больного, основанные на сравнительном анализе определенных формированием изображений анатомических мишеней, относительно референс-точек на лечащем или диагностическом устройстве, управляются системой и процессом.
В документе WO 02/19908 раскрыты способ и устройство для компенсации дыхания и иных движений больного во время лечения. По этому способу перед лечением получают изображения области-мишени; периодически получают данные о положении внутренней области-мишени на основании маркеров, имплантированных в тело больного; непрерывно получают позиционные данные о наружном движении тела больного, используя один или несколько наружных датчиков; и формируют соответствие между положением внутренней области-мишени и наружных датчиков так, что лечение направляют на положение области-мишени больного, исходя из позиционных данных наружных датчиков. Положение области-мишени затем сопоставляют с положением области-мишени на предоперационных изображениях.
В документе WO 02/100485 раскрыты система и способ для точной локализации и отслеживания положения мишени, такой, как опухоль или подобная мишень, в теле больного. В одном варианте осуществления система содержит один или несколько возбуждаемых маяков, расположенных в мишени или возле нее, внешний источник возбуждения, дистанционно возбуждающий маяки для выдачи идентифицируемого сигнала, и несколько датчиков, отстоящих друг от друга с известной геометрией. К датчикам подключен компьютер, предназначенный для использования сигналов маяков, чтобы идентифицировать изоцентр мишени. Компьютер сравнивает положение изоцентра мишени с положением изоцентра лечения. Кроме того, компьютер управляет движением тела больного и устройства поддержки больного, чтобы изоцентр мишени совпадал с изоцентром лечения перед лучевой терапией и во время ее.
Маркеры, описанные выше, используются для определения степени распространения области больной ткани и/или направления лечащего оборудования, но увидеть на изображении всю область по-прежнему может оказаться трудным. По этой и другим причинам при планировании облучения больной ткани практикующий или лечащий врач планирует облучение, применяя определенный запас облучения для уверенности в том, что облучается вся область больной ткани. Этот запас приводит к тому, что намеренно облучаются некоторые здоровые ткани, в результате чего могут произойти вышеупомянутые критические повреждения. Кроме того, описаны только реперные маркеры. Реперный маркер сам по себе не позволяет идентифицировать любое вращение маркера. Реперные маркеры не позволяют локализовать больную ткань без необходимости использования по меньшей мере двух и, как описано, предпочтительно трех реперных маркеров.
Кроме того, к причинам применения запаса облучения относятся неточность укладки больного под оборудованием для лучевой терапии, неточность разрешения полученного изображения больной ткани и тот факт, что внутренние органы могут со временем перемещаться. Это перемещение внутренних органов может вызываться дыханием и/или суточными перемещениями. Использование имплантированных маркеров для направления лечения, как описано выше, может в некоторой степени повысить точность размещения больного.
В патенте США №6307914 описано следующее за подвижным телом облучающее устройство, которое содержит линейный ускоритель, предназначенный для управления излучением медицинского лечащего луча на опухоль, и маркер опухоли, введенный вблизи опухоли, первый флюороскоп для снятия изображения указанного маркера опухоли с первого направления и второй флюороскоп для снятия изображения указанного маркера опухоли со второго направления одновременно с указанным первым флюороскопом, первую и вторую части обработки распознавания, которые формируют шаблон, сопоставляющий в реальном масштабе времени при заданной частоте смены кадров методом взаимной корреляции нормализации черного пятна для применения изображения шаблона маркера опухоли, зарегистрированного заранее, для отображения информации, оцифрованной указанными первой и второй частями ввода изображения, и расчета первой и второй двухмерных координат указанного маркера опухоли, центральную часть арифметической обработки для расчета трехмерных координат указанного маркера опухоли по первой и второй двухмерным координатам, рассчитанным указанными первой и второй частями обработки распознавания; и часть управления облучением для управления излучением медицинского лечащего луча указанного линейного ускорителя по указанным рассчитанным трехмерным координатам маркера опухоли.
Известные имплантируемые маркеры, которые располагаются в теле больного, вводятся в ткань и поэтому для введения в тело требуют инвазивной хирургии, а также дальнейшей последующей инвазивной хирургии для их извлечения из тела.
Диагностические изображения, полученные разными технологиями формирования изображений и при использовании разного медицинского оборудования формирования изображений, получают с некоторыми промежутками времени между изображениями, причем для каждого изображения больной перекладывается на другою койку. Это приводит к разным условиям настройки для каждого изображения. Разные условия настройки приводят к разнице между фактическим положением интересуемой ткани в теле больного на разных изображениях по сравнению с визуально четкими предметами на изображениях, находящимися на расстоянии от интересуемой ткани, такими, как костные структуры, наружная поверхность тела человека и т.п. Разница между положениями интересуемой ткани на разных изображениях может возникать из-за движения внутреннего органа в теле больного и/или из-за неточной укладки больного под медицинским оборудованием формирования изображений.
Однако существует необходимость в усовершенствованном маркере и способе объединения разных изображений, полученных разным оборудованием формирования изображений, и/или полученных с промежутками времени между изображениями, и/или полученных при разных условиях настройки для изображений, чтобы хотя бы частично устранить вышеупомянутые недостатки известных технических решений в части локализации интересуемой ткани. Усовершенствованный маркер - это маркер, который легко обнаружить и достаточно точный для обнаружения в разном оборудовании формирования изображений. Усовершенствованным маркером может альтернативно или дополнительно быть маркер, который легко вводить в тело человека или животного и/или легко извлекать из него.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание способа для устранения недостатков известных способов и систем, представленных выше.
Эти цели и преимущества, которые станут очевидными из приведенного ниже описания, достигаются благодаря следующим вариантам осуществления и аспектам предлагаемого способа идентификации элемента на двух или более изображениях, который включает следующие стадии:
- стадию, на которой на изображении идентифицируют по меньшей мере один цельный трехмерный элемент, видимый на изображении, причем указанный по меньшей мере один цельный трехмерный элемент выбирают расположенным или располагают в полости тела человека или тела животного в положении относительно интересуемого телесного вещества,
- стадию, на которой на первом изображении идентифицируют трехмерный элемент, видимый на первом изображении,
- стадию, на которой на втором изображении идентифицируют трехмерный элемент, видимый на втором изображении,
- стадию, на которой первое изображение и второе изображение объединяют, исходя из определения положения трехмерного элемента на первом изображении и положения трехмерного элемента на втором изображении.
Предлагаемый способ, в котором используют усовершенствованный маркер, причем в качестве указанного маркера, возможно, используют одиночный маркер по меньшей мере с тремя идентифицируемыми точками, позволяет получить информацию, доселе недостижимую, о перемещении и/или вращении и/или изменении формы и/или изменении распространения интересуемой ткани или органа, предпочтительно, в трех измерениях.
При использовании трехмерного элемента, размещаемого и фиксируемого относительно интересуемого телесного вещества, можно установить взаимное относительное положение трехмерного элемента и интересуемого телесного вещества. Знание положения трехмерного элемента на изображении дает точное знание, где расположено интересуемое телесное вещество, поскольку интересуемое телесное вещество и трехмерный элемент имеют, как установлено, практически постоянное относительное положение, и любое возможное перемещение интересуемого телесного вещества приводит к соответствующему перемещению трехмерного элемента и наоборот. Изображения можно выравнивать по трехмерному элементу, и при этом на изображениях будет выровнено и интересуемое телесное вещество.
В контексте настоящего изобретения выражение «телесное вещество» следует истолковывать как любое вещество, относящееся к телу, например, любой из разных органов тела, ткань тела, включая аномальную ткань тела, такую, как опухоль, или субстанции тела, такие, как перитонеальный выпот, желчь, кровь, цереброспинальная жидкость, лимфа или моча и т.п.
В контексте настоящего изобретения «ткань» - это клетки, сгруппированные в теле для образования тканей, т.е. собрание подобных клеток, которые группируются для выполнения специализированной функции. Четырьмя основными типами тканей в теле человека являются следующие типы.
Эпителиальная ткань. Клетки эпителиальной ткани плотно упакованы вместе и образуют непрерывные листы, которые служат как выстилки в разных частях тела. Эпителиальная ткань служит в качестве мембран, выстилающих органы и помогающих поддерживать органы тела отдельными, на месте и защищенными. Некоторыми примерами эпителиальной ткани служат наружный слой кожи, внутренняя часть рта и желудка, кишки и ткань, окружающая органы тела, эпителий дыхательных путей и эндотелий различных кровеносных сосудов.
Соединительная ткань. Говоря вообще, соединительная ткань придает опору и структуру телу. Большинство типов соединительной ткани содержат фиброзные тяжи из белкового коллагена, которые придают прочность соединительной ткани. Некоторые примеры соединительной ткани включают внутренние слои кожи, сухожилия, связки, хрящ, кость и жировую ткань. В дополнение к этим видам соединительной ткани кость также считается видом соединительной ткани.
Мышечная ткань. Мышечная ткань - это специализированная ткань, которая может сокращаться. Мышечная ткань содержит специализированные белки - актин и миозин, которые скользят друг по другу и обеспечивают перемещение. Примеры мышечной ткани содержатся в мышцах по всему телу.
Нервная ткань. Нервная ткань содержит два типа клеток: нейроны и глиальные клетки. Нервная ткань обладает способностью создавать и проводить электрические сигналы в теле. Эти электрические сообщения управляются нервной тканью в головном мозге и передаются по спинному мозгу в тело.
В контексте настоящего изобретения «органы» - это структура, содержащая по меньшей мере два разных типа ткани, функционирующих для общей цели. Разные органы тела могут представлять интерес для отображения в целях диагностики и/или лечения и/или хирургии. В человеческом теле есть десять основных систем органов.
Костная система. Костная система создает опору телу, защищает внутренние органы и предоставляет места крепления для органов. Основными органами костной системы являются кости, включая череп, хрящ, сухожилия и связки.
Мышечная система. Мышечная система обеспечивает движение. Мышцы работают парами для перемещения конечностей и предоставления организму подвижности. Кроме того, мышцы управляют перемещением материалов через некоторые органы, такие, как желудок и кишка, сердце и кровеносная система. Основными органами мышечной системы являются скелетные мышцы и гладкие мышцы.
2
Кровеносная система. Кровеносная система переносит по телу питательные вещества, газы (такие, как кислород и CO), гормоны и отходы. Основными органами кровеносной системы являются сердце, кровеносные сосуды и кровь.
Нервная система. Нервная система передает по телу электрические сигналы. Нервная система направляет поведение и движение и вместе с эндокринной системой управляет физиологическими процессами, такими, как пищеварение, кровообращение и т.п. Основными органами нервной системы являются головной мозг, спинной мозг и периферийные нервы.
Дыхательная система. Дыхательная система обеспечивает газообмен между кровью и окружающей средой. В основном, из атмосферы в тело поглощается кислород, а из тела удаляется углекислый газ. Основными органами дыхательной системы являются нос, трахея и легкие.
Пищеварительная система. Пищеварительная система разлагает и поглощает питательные вещества, необходимые для роста и жизнедеятельности. Основными органами пищеварительной системы являются рот, пищевод, желудок, малая и большая кишки.
Экскреторная система. Экскреторная система отфильтровывает клеточные отходы, токсины и избыточную воду или избыточные питательные вещества из кровеносной системы. Основными органами экскреторной системы являются почки, мочеточник, мочевой пузырь и уретра.
Эндокринная система. Эндокринная система передает по телу химические сообщения. Вместе с нервной системой эти химические сообщения помогают управлять физиологическими процессами, такими, как всасывание питательных веществ, рост и т.п. В теле есть много желез, которые секретируют гормоны. Среди них основными органами эндокринной системы являются гипоталамус, гипофиз, щитовидная железа, поджелудочная железа и надпочечные железы.
Репродуктивная система. Репродуктивная система производит клетки, которые обеспечивают размножение. У мужчин создается сперма для оплодотворения яйцеклеток, продуцируемых у женщин. Основными органами репродуктивной системы у женщин являются яичники, яйцеводы, матка, влагалище и грудные железы. Основными органами репродуктивной системы у мужчин являются предстательная железа, яички, семенные пузырьки и пенис.
Иммунная система. Иммунная система убивает и удаляет из тела инвазивные микробы и вирусы. Лимфатическая система удаляет также жир и избыточные жидкости из крови. Основными органами иммунной системы являются лимфа, лимфатические узлы, белые клетки крови. Т- и В-клетки.
В соответствии с одним возможным вариантом осуществления предлагаемого способа, способ включает еще одну стадию, на которой
- устанавливают положение и/или устанавливают распространение телесного вещества в теле человека или теле животного, причем установление основывают на объединении первого изображения и второго изображения.
В соответствии с настоящим изобретением, каждое отдельное изображение может быть двумерным проекционным изображением или трехмерным изображением, причем изображение получают и обрабатывают медицинским оборудованием формирования изображений.
В соответствии с изобретением, стадии, на которых идентифицируют трехмерный элемент и изображение объединяют, исходя из определения положения трехмерного элемента на изображениях, могут выполнять на более чем двух изображениях.
В соответствии с изобретением, стадии, на которых идентифицируют трехмерный элемент и изображение объединяют, исходя из определения положения трехмерного элемента на изображениях, могут выполнять на изображениях, которые получают разными модальностями формирования изображений.
В соответствии с изобретением, стадии, на которых идентифицируют трехмерный элемент и изображение объединяют, исходя из определения положения трехмерного элемента на изображениях, могут выполнять на изображениях, которые получают при разных условиях настройки (например, на изображениях, которые получают под разными углами, или изображениях, которые получают при намеренном или ненамеренном смещении больного и/или интересуемой ткани (и, следовательно, смещении трехмерного элемента) между получениями изображений).
В соответствии с изобретением, стадии, на которых идентифицируют трехмерный элемент и изображение объединяют, исходя из определения положения трехмерного элемента на изображениях, могут выполнять на изображениях, которые получают с промежутком времени между получением изображений, что потенциально приводит к разным условиям настройки на изображениях, и/или смещению интересуемой ткани (и, следовательно, смещению трехмерного элемента) в теле человека или теле животного между получениями изображений.
Благодаря возможности выравнивать разные изображения точнее, чем известными способами, появляется возможность отслеживать развитие во времени на изображениях, полученных в разное время. Отслеживание развития во времени на изображениях, полученных в разное время, позволяет отслеживать перемещение и/или рост/уменьшение элементов тела, в целом называемых телесным веществом, для постановки лучшего диагноза (например, отслеживание роста раковой опухоли или отслеживание перемещения раковой опухоли в соответствии с дыхательным циклом больного).
Примеры применений, которые могут выиграть от точного выравнивания разных изображений.
Объединение изображений (полученных разными технологиями формирования изображений и/или полученных в разное время/под разными углами). Объединение изображений (полученных разными технологиями формирования изображений и/или полученных в разное время/под разными углами) предлагаемым способом и внедрение использования трехмерного элемента в качестве маркера дает в результате улучшенную идентификацию телесного вещества, а лучшая идентификация дает в результате лучший диагноз.
Возможными применениями в отношении объединения изображений предлагаемым способом может быть следующий не исчерпывающий перечень применений:
- снижение неточностей, обусловленных различиями настройки для разных изображений;
- идентификация нежелательных элементов в теле (например, положение и размер раковых опухолей, положение и размер инкрустаций или камнеобразований, положение и размер посторонних тел или одного или нескольких плодов);
- планирование лечения и/или идентификация мишени лечения (например, планирование лучевой терапии);
- идентификация и/или диагноз ортопедических повреждений (переломы костей, переломы или вывихи суставов);
- идентификация возможных обструкций просветов в теле (например, уротелиальные обструкции из-за инкрустации или посторонних тел, сердечно-сосудистые обструкции из-за инкрустации и т.п.).
Еще одни примеры применений, которые могут выиграть от точного выравнивания разных изображений.
Сравнение изображений (полученных в разное время, сравнение нынешнего изображения с референс-изображением). Сравнение изображений предлагаемым способом и внедрение использования трехмерного элемента в качестве маркера дает в результате отслеживание перемещения и/или рост/уменьшения интересуемого телесного вещества.
Возможными применениями в отношении сравнения изображений предлагаемым способом может быть следующий не исчерпывающий перечень применений:
- отслеживание роста или уменьшения раковой опухоли;
- отслеживание роста или уменьшения сердечно-сосудистого просвета;
- отслеживание перемещения постороннего тела, паразита и т.п.;
- коррекция неточностей, обусловленных различиями настройки при получении референс-изображения и при получении нынешнего изображения;
- коррекция неточностей, обусловленных перемещениями внутренних органов тела за время между получением референс-изображения и получением нынешнего изображения;
- отслеживание перемещений внутренних органов тела.
Коррекция неточностей, обусловленных различиями настройки и/или перемещениями внутренних органов тела, и/или отслеживание перемещений внутренних органов тела могут выполняться по разным причинам, таким, как:
- управление внешним лечащим оборудованием в соответствии с линейным перемещением и вращение мишени лечения (например, направление оборудования для лучевой терапии).
В соответствии с одним возможным вариантом осуществления изобретения, предлагаемый способ включает стадию, на которой после установления положения интересуемого телесного вещества и/или установления распространения телесного вещества в теле человека или теле животного, телесный параметр выводят, исходя из установления положения и/или распространения телесного вещества.
В контексте настоящего изобретения, выражение «телесные параметры» следует истолковывать как любой параметр, относящийся к телу, например, физиологические параметры, такие, как температура, параметры телесной жидкости, такие, как поток перитонеального выпота, желчи, крови, цереброспинальной (спинномозговой) жидкости, лимфы или мочи, телесные электрохимические параметры, такие, как нервные импульсы и т.п.
Сочетание разных изображений, полученных разными технологиями формирования изображений, и/или полученных при разных условиях настройки, можно использовать при планировании терапии или хирургии. При планировании терапии или хирургии, на диагностических изображениях идентифицируют интересуемое телесное вещество, такое, как интересуемый орган, например предстательная железа, или такое, как интересуемая ткань, например раковая опухоль, или такое, как интересуемая субстанция, например моча. После этого локализуют положение и форму телесного вещества, и, исходя из формы и/или положения и/или распространения телесного вещества, разрабатывают технические условия терапии или хирургии для больного.
Любая неточность при идентификации телесного вещества при планировании терапии или хирургии приведет к неточности во время терапии или хирургии с риском того, что терапия или хирургия не окажут воздействия на намеченное интересуемое телесное вещество. Возможно, это может привести к травматическому воздействию на здоровое вещество и/или к тому, что при лечении нездоровое вещество будет обработано лишь частично или не должным образом.
При получении, по меньшей мере, первого изображения и второго изображения и при объединении этих изображений путем определения положения трехмерного элемента, трехмерный элемент и, тем самым, интересуемое телесное вещество, будут располагаться на изображениях идентично. При этом будут реализованы преимущества первого типа медицинского оборудования формирования изображений и одновременно возможные иные или дополнительные преимущества второго типа медицинского оборудования формирования изображений в части относительного положения трехмерного элемента и интересуемого телесного вещества. Дополнительно или альтернативно, могут быть компенсированы неточности при выравнивании изображений, вызванные разными условиями настройки при получении изображений.
При использовании трехмерного элемента в качестве маркера, расположенного внутри интересуемого телесного вещества или, по крайней мере, в непосредственной близости от него, изображения можно очень точно объединить возле маркера и, следовательно, возле интересуемого телесного вещества. Тем самым возможно точно объединить изображения, исходя из положения трехмерного элемента на изображениях, тем самым обеспечив, что на изображениях точно определяется и положение и/или форма и/или распространение интересуемого телесного вещества, расположенного в точном положении относительно трехмерного элемента.
При использовании трехмерного элемента в качестве маркера, расположенного внутри интересуемого телесного вещества или, по крайней мере, в непосредственной близости от него, можно также откорректировать разное качество изображения на изображениях. Часто качество изображения на одном изображении зависит от фокусной точки изображения. Путем объединения изображений по трехмерному элементу, находящемуся внутри или возле интересуемой ткани, обеспечивается лучшая коррекция разного качества изображения на изображениях, и/или обеспечивается лучшая коррекция разного качества изображения в разных частях каждого отдельного изображения.
Учитывая более точное определение положения и/или формы и/или распространения интересуемого телесного вещества на разных изображениях, полученных с использованием разного медицинского оборудования формирования изображений, врач и/или медицинский персонал смогут очень точно идентифицировать и локализовать интересуемое телесное вещество, такое, как раковая опухоль.
И, напротив, при попытке сравнить изображения, полученные с использованием разного медицинского оборудования формирования изображений известными способами, точно установить относительное положение маркера и интересуемого телесного вещества невозможно из-за того, что либо маркер не присутствует в теле человека или животного, либо маркер не расположен в положении, обеспечивающем постоянное относительное положение маркера и интересуемого телесного вещества.
При использовании маркера, который представляет собой трехмерный элемент, такой, как трубчатый эндоминальный (внутрипросветный) протез с хорошо известной трехмерной геометрией, объединение разных изображений можно направлять путем автоматического обнаружения трехмерного элемента на разных изображениях, тем самым позволяя автоматически направлять объединение положения трехмерного элемента и, таким образом, интересуемого телесного вещества на разных изображениях.
Если размеры трехмерного элемента известны заранее, размеры трехмерного элемента дают точное представление о том, как трехмерный элемент расположен в теле и, возможно, поворачивается в теле. Зная заранее размеры трехмерного элемента и будучи в состоянии обнаружить размеры на изображении, можно автоматически рассчитать точное положение трехмерного элемента в теле. Знание положения трехмерного элемента, установленного на изображении, дает и точное знание, где расположено интересуемое телесное вещество, поскольку интересуемое телесное вещество и трехмерный элемент имеют практически постоянное относительное положение, и любое возможное перемещение интересуемого телесного вещества приводят к соответствующему перемещению трехмерного элемента и наоборот.
Таким образом, выравнивание изображений и интересуемого телесного вещества, показанного на изображениях, можно выполнять точно и автоматически, исходя из положения элемента, даже если больного и/или оборудование формирования изображений переместили между сеансами получения изображений или переместили непосредственно перед укладкой больного и настройкой оборудования формирования изображений.
Точно так же возможно во время лечения больного регулировать лечащее оборудование, чтобы элемент и, соответственно, интересуемое телесное вещество, такое, как опухоль, больного оставалось в фокусе лечащего оборудования.
Благодаря возможности регулировать лечащее оборудование, исходя из положения элемента, лечение можно осуществлять точнее, а регулировку лечащего оборудования можно выполнять автоматически с помощью компьютера.
Кроме того, предлагаемый способ может дополнительно включать стадию, на которой:
- контролируют во времени возможное перемещение трехмерного элемента относительно изображений.
Контролирование во времени перемещения трехмерного элемента и, тем самым, интересуемого телесного вещества обеспечивает постоянное выравнивание изображений и/или расчет циклического перемещения интересуемого телесного вещества (например, из-за дыхания) и/или постоянное выравнивание лечащего прибора, благодаря чему становится возможным улучшенное лечение. Это отслеживание могут рассчитывать и управлять с помощью компьютера.
Стадии идентификации, установления, контроля и регулирования могут выполнять автоматически, а стадию контроля могут выполнять с соответствующей частотой, например каждые 3 секунды или чаще в зависимости от имеющегося оборудования.
Контроль перемещения трехмерного элемента могут, в соответствии с настоящим изобретением, выполнять путем формирования до 50 изображений в секунду, по меньшей мере 2-50 изображений в секунду, по меньшей мере 1 изображение в секунду, по меньшей мере 12 изображений в минуту или по меньшей мере 2 изображения в минуту в зависимости от медицинского оборудования формирования изображений, по меньшей мере 2-50 изображений в секунду, по меньшей мере 1 изображение в секунду, по меньшей мере 12 изображений в минуту или по меньшей мере 2 изображения в минуту.
При описанной частоте контроля возможного перемещения трехмерного элемента и, таким образом, интересуемого телесного вещества можно отслеживать почти в реальном масштабе времени перемещение трехмерного элемента и, тем самым, интересуемого телесного вещества.
Тем самым возможные перемещения тела и/или элемента можно использовать для выравнивания непрерывных изображений путем регулирования изображений в ответ на возможное перемещение трехмерного элемента. Точно так же возможно во время непрерывного формирования изображений регулировать оборудование формирования изображений так, чтобы трехмерный элемент и, таким образом, интересуемое телесное вещество, оставался (оставалось) в фокусе изображения. Кроме того, регулирование изображений может быть регулирование оборудования формирования изображений, койки, на которой находится больной, фокусной точки изображений и т.д.
Дополнительно, возможные перемещения тела и/или элемента можно использовать для регулирования лечащего оборудования, например оборудования для лучевой терапии, исходя из результатов отслеживания.
Отслеживаемым смещением может быть принудительное смещение, такое, как наклон или частичное разворачивание больного во время облучения. Кроме того, смещением может быть добровольное или недобровольное смещение самим больным. Добровольное смещение может быть в случае, когда больной двигается на койке или прохаживается по кабинету для облучения, а недобровольным смещением могут быть перемещения из-за двигательных болезней, таких, как болезнь Паркинсона или церебральный паралич.
Трехмерный элемент в качестве маркера может использоваться для объединения двух или более диагностических изображений, используемых для идентификации, локализации и разработки терапевтической или хирургической схемы, разрабатываемой при планировании терапевтической или хирургической схемы. Использование одного и того же трехмерного элемента как для проведения терапии или хирургии по схеме, так и для объединения изображений для планирования схемы практически осуществимо без какой-либо необходимости в повторном введении или изменении положения трехмерного элемента.
Трехмерный элемент в качестве маркера может использоваться для объединения двух или более диагностических изображений, используемых для идентификации, локализации и разработки профиля облучения, разрабатываемого при планировании лучевой терапии. Использование одного и того же трехмерного элемента как для направления оборудования для лучевой терапии, так и для объединения изображений для планирования лучевой терапии, практически осуществимо без какой-либо необходимости в повторном введении или изменении положения трехмерного элемента.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, трехмерный элемент может предназначаться для расположения в существующей естественной полости в теле человека или животного без погружения в ткань. При расположении трехмерного элемента в существующей естественной полости тела можно исключить или, по меньшей мере, минимизировать риски, связанные с потенциальными повреждениями тканей в случае имплантируемых маркеров, которые имплантируются в ткань больного.
Кроме того, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, введение трехмерного элемента можно выполнять через естественные отверстия тела вообще без пенетрации или, по меньшей мере, без значительной пенетрации любой ткани тела. Этот путь введения трехмерного элемента в качестве маркера не требует инвазивной хирургии, и тем самым риски, связанные с этой хирургией, исключаются или, по меньшей мере, минимизируются по сравнению с имплантируемыми маркерами, которые вставляют путем инвазии поверхностей кожи и/или ткани.
Кроме того, способ может, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, включать стадию, на которой трехмерный элемент извлекают через естественные отверстия тела вообще без пенетрации или, по меньшей мере, без значительной пенетрации любой ткани тела. Благодаря извлечению трехмерного элемента через естественную полость или отверстие, удаление трехмерного элемента осуществляют без инвазивной хирургии, и риски, связанные с этой хирургией, исключают или, по меньшей мере, минимизируют по сравнению с имплантируемыми маркерами, которые вставляют путем инвазии поверхностей кожи и/или ткани.
Трехмерный элемент вводят в естественную полость и, следовательно, не повреждают окружающую ткань, поскольку полость является естественным отверстием тела. Следовательно, для того чтобы закрепиться в теле, элементу не нужно проникать через любую ткань. Трехмерный элемент может закрепляться, по крайней мере, частично, упираясь во внутреннюю часть полости так, чтобы трехмерный элемент не двигался внутри полости.
Трехмерный элемент может иметь разные геометрические свойства в зависимости от фактического намеченного положения трехмерного элемента в теле человека или животного. Дополнительно или альтернативно, трехмерный элемент может иметь разные физические свойства в зависимости от фактического намеченного использования трехмерного элемента в теле человека или животного, помимо использования в качестве маркера на разных изображениях. Возможности геометрических и физических свойств упомянуты ниже.
Так, трехмерный элемент может иметь форму, позволяющую жидкости, газу или твердым веществам проходить внутри полости, в которой трехмерный элемент расположен. Тем самым поддерживается естественный поток жидкости, газа, твердого вещества внутри полости, например мочи в уретре и крови в вене или, например, кишечного газа в кишечнике и вдоха в трахее или в легких или, например, твердых экскрементов в кишечнике, даже если терапия или хирургия может вызвать некоторое набухание телесного вещества, окружающего полость.
Трехмерный элемент может быть расширяемым к полости изнутри полости при высвобождении в полости для фиксации трехмерного элемента в его положении относительно интересуемого телесного вещества. И при этом аналогично поддерживается естественный поток жидкости, газа, твердого вещества внутри полости, например мочи в уретре и крови в вене или, например, кишечного газа в кишечнике и вдоха в трахее или в легких или, например, твердых экскрементов в кишечнике, даже если терапия или хирургия может вызвать некоторое набухание телесного вещества, окружающего полость.
Кроме того, благодаря расширению полости, в которой расположен по меньшей мере один цельный трехмерный элемент, трехмерный элемент прочно располагается внутри полости без движения внутри полости. При этом можно обойтись без любого иного крепящего средства, например, такого, как форма с зубцами трехмерного элемента, и элемент легко удаляется без повреждения внутренней части полости.
Трехмерный элемент может иметь трубчатую форму, позволяющую жидкости, газу или твердому веществу свободно проходить внутри полости, в которой трехмерный элемент расположен. Трубчатая форма будет поддерживать полость открытой и во время облучения и при возможном результирующем последующем набухании.
Трехмерный элемент может представлять собой трубчатый эндолюминальный протез. Поэтому трехмерный элемент может уже находиться в теле для другой цели, например для расширения сузившейся уретры или мочеточника. Трехмерный элемент будет поддерживать полость открытой и во время сеанса лечения и при возможном результирующем последующем набухании, вызванном облучением. Трехмерный элемент может оставаться в полости в течение по меньшей мере 30 дней и, следовательно, может поддерживать полость открытой для проникновения жидкостей, газов или твердых веществ - все это во время курса лечения, даже если лечение разбито на отдельные периоды по несколько часов, дней или недель.
Что касается по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента, который представляет собой практически трубчатый эндолюминальный протез, этот трехмерный элемент снижает необходимость в каких-либо дополнительных катетерах для поддерживания полости, в которую введен трехмерный элемент, открытой для проникновения жидкостей, газов или твердых веществ.
По меньшей мере один цельный трехмерный элемент может, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, быть винтовой катушкой по меньшей мере из одной проволоки. При этом извлечение трехмерного элемента возможно через естественную полость или отверстие, в которую или которое он был введен, путем вытягивания проволоки.
Трехмерный элемент может иметь конструкцию, позволяющую вводить и/или извлекать трехмерный элемент обычным эндоскопическим оборудованием. Трехмерный элемент может иметь сминающуюся конструкцию, позволяющую ему сминаться при его введении в полость тела человека или животного, и позволяющую ему расширяться после того, как он помещен в полости тела человека или животного.
В случае если трехмерный элемент вводят в полость тела, эта полость может иметь по меньшей мере одну окружающую стенку, и по меньшей мере один цельный трехмерный элемент может, в соответствии с изобретением, иметь сминающуюся конструкцию при введении трехмерного элемента, и при этом указанная конструкция трехмерного элемента может расширяться к окружающей стенке полости при своем высвобождении в полости. Сминающаяся конструкция снижает воздействие на внутреннюю стенку естественной полости, через которую осуществляют введение. Будучи в сжатом состоянии, элемент может иметь практически линейное простирание, а будучи в расширенном состоянии, элемент претерпит изменение с возможно линейного простирания на трехмерное простирание.
В связи с изобретением может быть создано устройство, причем указанное устройство может осуществлять способ в соответствии с любым из вышеупомянутых способов, причем указанное устройство содержит средства для идентификации трехмерного элемента, средства для установления предварительного положения трехмерного элемента и/или терапевтического или хирургического оборудования, средства для контроля возможного перемещения элемента и/или средства для регулирования терапевтического или хирургического оборудования или изменения положения тела человека или тела животного в ответ на это перемещение.
Средством для идентификации трехмерного элемента может, в одном аспекте, быть компьютерная программа для обнаружения изображений, а средством для установления предварительного положения трехмерного элемента также может быть компьютерная программа для обнаружения изображений.
Терапевтическим или хирургическим оборудованием может быть любое обычное оборудование для терапевтического или хирургического лечения телесного вещества, такое, как оборудование для лучевой терапии, предназначенное для лечения опухоли. Средством для контроля возможного перемещения элемента может быть компьютер, передающий сигналы в средства для регулирования терапевтического или хирургического оборудования, такого, как оборудование для лучевой терапии, или в средства для изменения положения тела человека или тела животного в ответ на это перемещение.
Трехмерный элемент может изготавливаться из биологически совместимого материала, такого, как полимеры, биологического материала или металла, такого, как нержавеющая сталь, титан, платина, палладий, никелетитановый и другие сплавы или сочетания любых из этих материалов. При использовании трехмерного элемента из такого биологически совместимого материала трехмерный элемент при нахождении в полости тела человека или животного не вызывает инфекцию.
Трехмерный элемент может изготавливаться из сплава с памятью формы, имеющего температуру перехода с односторонним эффектом запоминания при температуре выше температуры тела. При использовании сплава с памятью формы трехмерный элемент способен расширяться внутри полости.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, по меньшей мере один цельный трехмерный элемент может изготавливаться из сплава с памятью формы, имеющего температуру перехода выше температуры тела, предпочтительно, в пределах между +37°С и +50°С. При использовании сплава с памятью формы, имеющего температуру перехода в пределах между +37°С и +50°С, окружение внутри тела не обжигается, что иначе могло бы привести к инфекции или поврежденному телесному веществу.
Под температурой тела подразумевается температура тела человека или животного во время применения предлагаемого способа. В большинстве случаев применения температура тела человека будет примерно +37°С.
Температура тела может, однако, отличаться в зависимости от того, чье это тело - человека или животного. У некоторых животных нормальная температура тела ниже, чем у людей, и у некоторых животных нормальная температура тела выше, чем у людей.
Кроме того, температура тела может отличаться в зависимости от физического состояния человека или животного. Температура тела может быть повышенной из-за жара, если человек или животное страдает болезнью, вызывающей жар, и температура тела может быть пониженной из-за, возможно, неустойчивого кровотока, если человек или животное является новорожденным или преклонного возраста, или если человек или животное страдает болезнью, вызывающей неустойчивый кровоток.
При использовании сплава с памятью формы трехмерный элемент может расширяться в полости при нагреве до температуры перехода. При условии, что температура перехода равна примерно нормальной температуре тела человека или животного, расширение осуществляется, когда тело нагрело элемент, и это расширение трехмерного элемента осуществляется без дополнительного прикладывания тепла. В случае температуры перехода в диапазоне выше температуры тела, расширения добиваются путем нагрева трехмерного элемента, например путем промывки стерильной водой или подобными текучими средами, имеющими температуру выше температуры перехода.
Альтернативно или дополнительно, трехмерный элемент может изготавливаться из материала, пластически деформируемого рукой при температуре ниже температуры тела, предпочтительно, при температуре ниже +37°С, предпочтительнее, при температуре ниже +20°С и выше +5°С. При использовании материала, пластически деформируемого рукой, трехмерный элемент может легко извлекаться усилием руки врача, и трехмерный элемент может легко деформироваться до меньшего размера при извлечении трехмерного элемента.
Даже в этом альтернативном варианте трехмерный элемент может изготавливаться из сплава с памятью формы, сверхэластичного при температуре тела.
В соответствии с одним аспектом изобретения, медицинское оборудование формирования изображений может представлять собой любое одно из следующего оборудования формирования изображений: оборудование для сканирования методом магнитного резонанса (МР-сканирования), оборудование для сканирования методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР-сканирования), оборудование для сканирования методом магнитно-резонансной томографии (МРТ-сканирования), оборудование для сканирования методом компьютерной томографии (КТ-сканирования), оборудование для КТ-сканирования конусного луча, оборудование позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), оборудование эмиссионной компьютерной томографии одиночных позитронов (SPECT), оборудование эмиссионной томографии одиночных позитронов (SPET), оборудование для лучевой терапии под визуальным наблюдением (IGRT), оборудование для ультразвукового сканирования или рентгеновское оборудование с фотонами высокой энергии или высоковольтное оборудование.
Изображение могут, в соответствии с изобретением, получать и обрабатывать с использованием энергии источника облучения. При этом отпадает необходимость использования другого оборудования, и значительно экономятся расходы и пространство кабинета для облучения.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, изображение могут получать и обрабатывать с использованием энергии луча облучения. При этом отпадает необходимость использования другого оборудования, и значительно экономятся расходы и пространство кабинета для облучения.
Элементы медицинского маркера могут доставлять в телесное вещество-мишень, такое, как орган тела или ткань тела, системой доставки элементов маркера. Системой доставки элементов маркера может быть удлиненное устройство, которое пропускают в сосуды тела или другие полости тела или в место вблизи органов-мишеней или ткани мишени. После того как элемент маркера доставляют на место, систему доставки элементов маркера извлекают, а элемент маркера оставляют на месте. Система доставки элементов маркера может разрабатываться специально в зависимости от разных параметров, таких, как форма элемента маркера и/или орган тела и/или ткань тела или полость тела, в котором или которой маркер необходимо расположить, и/или от возможного отверстия в теле, через которое систему доставки элементов маркера необходимо ввести и извлечь. Использование такой системы доставки элементов маркера позволяет медицинскому персоналу выполнить размещение маркера быстро и без инвазии.
Возможными применениями, в которых объединение двух или более диагностических изображений с трехмерным маркером могло бы быть преимущественным, являются следующие не исчерпывающие применения:
- планирование внешней радиотерапии, т.е. лучевым аппаратом, или другие медицинские применения, причем эффект некоторого телесного вещества, такого, как ткань и/или часть тела легче обнаружить на одном типе изображений, чем на другом типе изображения;
- планирование внутренней радиотерапии, включая бранхитерапию, или другие медицинские применения, причем эффект некоторого телесного вещества, такого, как ткань и/или часть тела легче обнаружить на одном типе изображений, чем на другом типе изображения;
- отслеживание анатомических изменений на анатомии больного, например рост или сокращение определенного телесного вещества, такого, как интересуемая ткань, например раковая опухоль или иное постороннее тело, или такого, как интересуемый телесный орган, например печень или иные более или менее жизненно важные органы тела, или такого, как телесные параметры, например нервные импульсы из определенных частей головного мозга;
- отслеживание во время лечения, операции или при постановке диагноза, например внутреннего перемещения определенного телесного вещества, такого, как интересуемая ткань, например раковая опухоль или иное постороннее тело, или такого, как интересуемый телесный орган, например печень или иные более или менее жизненно важные органы тела, или такого, как интересуемый телесный параметр, например нервные импульсы в определенную часть головного мозга и из нее;
- исследование дыхательных движений и/или ритма, например, для использования возможной синхронизации сеанса лечения;
- направление внешнего лечащего оборудования, например оборудования для лучевой терапии, путем отслеживания движений внутренних органов тела и/или коррекции неточностей, обусловленных различиями настройки при получении изображений.
Предлагаемый способ можно использовать вместе со способом направления лечащего оборудования, находящегося снаружи тела человека или снаружи тела животного. Ниже в качестве примера используется оборудование внешней лучевой радиотерапии. Однако этот способ можно было бы использовать и с другими типами лечащего оборудования. Указанный способ направления включает следующие стадии:
- стадию, на которой идентифицируют на изображении по меньшей мере один цельный трехмерный элемент, видимый на этом изображении, причем указанный по меньшей мере один цельный трехмерный элемент выбирают расположенным или располагают в полости тела человека или тела животного,
- стадию, на которой на изображении устанавливают предварительное положение по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента, видимого на этом изображении, относительно некоторого референса,
- стадию, на которой устанавливают предварительное положение оборудования для лучевой терапии относительно этого референса,
- стадию, на которой регулируют оборудование для лучевой терапии относительно референса в ответ на положение по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента относительно референса.
На стадии, на которой идентифицируют на изображении по меньшей мере один цельный трехмерный элемент, видимый на этом изображении, по меньшей мере один цельный трехмерный элемент выбирают расположенным. До стадии, на которой идентифицируют на изображении по меньшей мере один цельный трехмерный элемент, видимый на этом изображении, возможна дополнительная стадия, на которой по меньшей мере один цельный трехмерный элемент вводят в полость тела человека или тела животного.
Путем идентификации положения по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента относительно положения больной ткани, положение больной ткани можно затем установить, исходя из установления положения трехмерного элемента. Это является преимущественным ввиду того факта, что больная ткань не идентифицируема на всех видах изображений, на которых трехмерный элемент является идентифицируемым. Благодаря возможности установить положение трехмерного элемента на двухмерном изображении, точное положение больной ткани можно установить ввиду того факта, что элемент и больная ткань движутся одновременно относительно тела человека или животного.
Размеры трехмерного элемента известны заранее и основаны на двухмерном изображении трехмерного элемента, причем размеры дают точное представление о том, как трехмерный элемент расположен в теле и, возможно, поворачивается в теле. Зная заранее размеры трехмерного элемента, и будучи в состоянии обнаружить размеры на изображении, можно рассчитать точное положение трехмерного элемента в теле. Знание положения трехмерного элемента, установленного на изображении, дает точное знание, где расположена больная ткань, поскольку установлено, что больная ткань и трехмерный элемент имеют практически постоянное относительное положение, и любые возможные перемещения больной ткани приводят к соответствующим перемещениям трехмерного элемента и наоборот.
Таким образом, больную ткань можно точно локализовать, исходя из положения элемента, даже если больного переводят из кабинета для обследования в кабинет для облучения или перемещают непосредственно перед укладкой больного для облучения и настройкой лечащего оборудования для облучения. Точно так же возможно во время облучения больного регулировать оборудование, чтобы элемент и, соответственно, больная ткань, такая, как опухоль, больного оставались в фокусе оборудования для лучевой терапии.
Благодаря возможности регулировать оборудование для лучевой терапии, исходя из элемента, облучение можно осуществлять точнее, а регулировку оборудования для лучевой терапии можно выполнять автоматически с помощью компьютера.
Кроме того, благодаря возможности облучать точнее, можно подвергать больного повышенной общей дозе облучения без повреждения ткани, окружающей больную ткань, и, как результат, можно подвергать больного облучению большее число раз с теми же рефракторными дозами, чтобы эффективнее удалить больную ткань, или подвергать больного облучению меньшее число раз с более высокими рефракторными дозами, чтобы эффективнее удалить больную ткань без повреждения здоровой ткани.
Кроме того, предлагаемый способ можно также использовать вместе со способом регулирования оборудования лучевой терапии, расположенного снаружи тела человека или снаружи тела животного, причем указанный способ включает следующие стадии:
- стадию, на которой контролируют возможное перемещение трехмерного элемента относительно оборудования для лучевой терапии,
- стадию, на которой регулируют оборудование для лучевой терапии в ответ на возможное перемещение трехмерного элемента.
Тем самым вышеупомянутые неточности в большей степени снижаются за счет того, что возможные перемещения тела и/или элемента компенсируются путем регулировки оборудования для лучевой терапии в ответ на возможное перемещение по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента. Точно так же возможно во время облучения больного регулировать оборудование, чтобы элемент и, соответственно, больная ткань, такая, как опухоль, больного оставался в фокусе оборудования для лучевой терапии. Кроме того, регулировка оборудования для лучевой терапии может представлять собой регулировку положения оборудования для лучевой терапии, изменение положения койки, на которой находится больной, регулировку мощности источника облучения, фокусной точки луча, интенсивности луча облучения, перемещения пластин или экрана, изменяющих форму луча облучения и т.д.
Кроме того, регулировка оборудования для лучевой терапии может представлять собой также отклонение или фокусировку луча облучения в зависимости от любых смещений во время облучения. Этим смещением может быть принудительное смещение, такое, как наклон или частичное разворачивание больного во время облучения. Кроме того, смещением может быть добровольное или недобровольное смещение самым больным. Добровольное смещение может быть в случае, когда больной двигается на койке или прохаживается по кабинету для облучения, а недобровольным смещением могут быть перемещения из-за двигательных болезней, таких, как болезнь Паркинсона или церебральный паралич.
Преимущества возможности регулировать оборудование для лучевой терапии во время облучения заключаются в возможности облучения тела под разными углами. Тем самым минимизируется недостаток облучения возможно здоровой ткани, окружающей больную ткань. Кроме того, регулировку можно выполнять таким образом, чтобы избежать облучения некоторой критической здоровой ткани. Регулировкой оборудования для лучевой терапии может быть и ограничение общей дозы облучения под определенным углом, чтобы избежать превышения предела облучения здоровой ткани под этим определенным углом.
Стадии идентификации, установления, контроля и регулировки можно осуществлять автоматически, причем стадию контроля можно осуществлять с соответствующей частотой, например, каждые 3 секунды или чаще в зависимости от имеющегося оборудования.
В соответствии с настоящим изобретением в общем, а не только относительно направления оборудования для лучевой терапии, ниже приводится описание разных аспектов и преимуществ.
В одном аспекте референсом может быть предыдущее изображение трехмерного элемента, введенного в полость тела. Этим предыдущим изображением может легко быть изображение, на котором было обнаружено интересуемое телесное вещество, такое, как опухоль, и положение и/или форма интересуемого телесного вещества были установлены во время предварительного обследования больного.
В другом аспекте предыдущим изображением по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента может быть и последнее полученное изображение трехмерного элемента или изображение, полученное для укладки больного перед лечением или операцией.
Кроме того, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, введение трехмерного элемента можно выполнять через естественное отверстия тела вообще без пенетрации или, по меньшей мере, без значительной пенетрации любой ткани тела. Этот путь введения трехмерного элемента в качестве маркера не требует инвазивной хирургии, и тем самым риски, связанные с этой хирургией, исключают или, по меньшей мере, минимизируют.
Кроме того, способ может, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, включать стадию, на которой трехмерный элемент извлекают через естественные отверстия тела вообще без пенетрации или, по меньшей мере, без значительной пенетрации любой ткани тела. Благодаря извлечению трехмерного элемента через естественную полость или отверстие, удаление трехмерного элемента осуществляют без инвазивной хирургии, и риски загрязнения, связанные с этой хирургией, исключают или, по меньшей мере, минимизируют.
Трехмерный элемент вводят в естественную полость и, следовательно, не повреждают окружающую ткань, поскольку полость является естественным отверстием тела. Следовательно, для того чтобы закрепиться в теле, элементу не нужно проникать через любую ткань. Трехмерный элемент может закрепляться, по крайней мере, частично, упираясь во внутреннюю часть полости так, чтобы трехмерный элемент не двигался внутри полости.
Преимущественно, при использовании изобретения вместе со способом регулирования терапевтического или хирургического оборудования, такого, как оборудование для лучевой терапии, расположенное снаружи тела человека или снаружи тела животного, контроль и регулирование терапевтического или хирургического оборудования, такого, как оборудование для лучевой терапии, можно проводить во время терапевтического или хирургического лечения, такого, как облучение телесного вещества, например больной ткани, такой, как опухоль.
В другом аспекте настоящего изобретения по меньшей мере один цельный трехмерный элемент может представлять собой в целом трубчатый эндолюминальный протез.
Дополнительно, возможный контроль перемещения по меньшей мере одного цельного трехмерного элемента могут, в соответствии с настоящим изобретением, выполнять путем формирования до 50 изображений в секунду, по меньшей мере 2-50 изображений в секунду, по меньшей мере 1 изображение в секунду, по меньшей мере 12 изображений в минуту или по меньшей мере 2 изображения в минуту в зависимости от медицинского оборудования формирования изображений, по меньшей мере 2-50 изображений в секунду, по меньшей мере 1 изображение в секунду, по меньшей мере 12 изображений в минуту или по меньшей мере 2 изображения в минуту.
При описанной частоте контроля возможное перемещение трехмерного элемента и, таким образом, больной ткани, можно компенсировать почти мгновенно, и способ осуществляют почти непрерывно, благодаря чему вышеупомянутое повреждение здоровой ткани можно существенно уменьшить.
В соответствии с настоящим изобретением каждое отдельное изображение может быть двумерным проекционным изображением или трехмерным изображением, причем изображение получают и обрабатывают медицинским оборудованием формирования изображений.
Кроме того, при использовании изобретения вместе со способом регулирования оборудования для лучевой терапии, расположенного снаружи тела человека или снаружи тела животного, больной не получает ненужного облучения. При расчете дозы облучения учитывают облучение больного для получения изображений, чтобы установить распространение больной ткани, такой, как опухоль. Дозу рассчитывают так, чтобы окружающая здоровая ткань не получила необратимого повреждения. Таким образом, облучение больного используют для лечения больного в нужной области, а не просто для получения изображений для обследования.
При использовании для облучения больной ткани одного и того же оборудования экономится время на замену и обратную замену оборудования при необходимости получить изображение.
При использовании изобретения вместе со способом регулирования оборудования для лучевой терапии, расположенного снаружи тела человека или снаружи тела животного изображение могут получать и обрабатывать с использованием электрической энергии от источника энергии, подающего электрическую энергию для источника облучения.
По меньшей мере один цельный трехмерный элемент может иметь конструкцию, позволяющую вводить и/или извлекать трехмерный элемент обычным эндоскопическим оборудованием. Благодаря возможности использовать обычное эндоскопическое оборудование при введении и/или извлечении трехмерного элемента, экономятся расходы на дополнительное оборудование, и сокращается время на переход с одного оборудования на другое при введении или извлечении трехмерного элемента.
В случае если трехмерный элемент вводят в полость тела, эта полость может иметь по меньшей мере одну окружающую стенку, и по меньшей мере один цельный трехмерный элемент может, в соответствии с изобретением, иметь сминающуюся конструкцию при введении трехмерного элемента, и при этом указанный трехмерный элемент может иметь конструкцию, расширяющуюся к окружающей стенке полости при своем высвобождении в полости. Сминающаяся конструкция снижает воздействие на внутреннюю стенку естественной полости, через которую осуществляют введение. Будучи в сжатом состоянии, элемент может иметь практически линейное простирание, а будучи в расширенном состоянии, элемент претерпит изменение с возможно линейного простирания на трехмерное простирание.
В связи с изобретением может быть создано устройство, причем указанное устройство может осуществлять способ в соответствии с любым из вышеупомянутых способов, причем указанное устройство содержит средства для идентификации трехмерного элемента, средства для установления предварительного положения трехмерного элемента и терапевтического или хирургического оборудования, средства для контроля возможного перемещения элемента и средства для регулирования терапевтического или хирургического оборудования или изменения положения тела человека или тела животного в ответ на это перемещение.
Средством для идентификации трехмерного элемента может, в одном аспекте, быть компьютерная программа для обнаружения изображений, а средством для установления предварительного положения трехмерного элемента также может быть компьютерная программа для обнаружения изображений.
Терапевтическим или хирургическим оборудованием может быть любое обычное оборудование для терапевтического или хирургического лечения телесного вещества, такое, как оборудование для лучевой терапии, предназначенное для лечения опухоли. Средством для контроля возможного перемещения элемента может быть компьютер, передающий сигналы в средства для регулирования терапевтического или хирургического оборудования, такого, как оборудование для лучевой терапии, или в средства для изменения положения тела человека или тела животного в ответ на это перемещение.
Элементы медицинского маркера могут доставлять в телесное вещество-мишень, такое, как орган тела или ткань тела, системой доставки элементов маркера. Системой доставки элементов маркера может быть удлиненное устройство, которое пропускают в сосуды тела или другие полости тела или в место вблизи органов-мишеней или ткани мишени. После того как элемент маркера доставляют на место, систему доставки элементов маркера извлекают, а элемент маркера оставляют на месте. Система доставки элементов маркера может разрабатываться специально в зависимости от разных параметров, таких, как форма элемента маркера и/или орган тела и/или ткань тела или полость тела, в котором или которой маркер необходимо расположить, и/или от возможного отверстия в теле, через которое систему доставки элементов маркера необходимо ввести и извлечь. Использование такой системы доставки элементов маркера позволяет медицинскому персоналу выполнить размещение маркера быстро и без инвазии.
Краткое описание графического материала
Далее настоящее изобретение описывается со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
на фиг.1 представлен известный маркер, вводимый хирургическим путем через ткань тела человека,
на фиг.2 представлены три известных маркера, введенные в ткань, окружающую опухоль,
на фиг.3 представлено тело человека, лежащего на койке под терапевтическим или хирургическим оборудованием, в варианте осуществления, показывающем оборудование для лучевой терапии,
на фиг.4 представлен трехмерный элемент, введенный в естественную полость уретры мужчины,
на фиг.5 представлено рентгеновское изображение трехмерного элемента, показанного на фиг.4,
на фиг.6 представлено рентгеновское изображение другого трехмерного элемента,
на фиг.7 представлен трехмерный элемент, введенный в естественную полость уретры мужчины,
на фиг.8 приведен пример трехмерного элемента,
на фиг.9, 10 и 11 приведены другие примеры трехмерного элемента,
на фиг.12 и 13 приведен пример трехмерного элемента на изображении, полученном с помощью мегавольтового оборудования, и
на фиг.14 представлено объединение изображений, имеющих трехмерный элемент в центре и полученных компьютерной томограммой.
Данные фигуры являются схематическими и приведены с целью иллюстрации.
На фиг.1 показано введение известных маркеров m через кожу путем инвазивной хирургии, причем введение осуществляется, чтобы локализовать больную ткань d, такую, как опухоль, на изображении, полученном для позиционирования облучения опухоли d. При введении, как показано на фиг.2, три или более маркеров m располагают относительно оборудования для лучевой терапии, и на определенное время включают источник облучения. После этого времени облучения облучение прерывают. Облучение опухоли d могут продолжать по истечении периода, по меньшей мере, нескольких дней, чтобы окружающая здоровая ткань могла выдержать новое облучение. На протяжении времени облучения оборудование для лучевой терапии мгновенно регулируют для компенсации любого перемещения опухоли во время этого облучения.
Между этими двумя периодами облучения известные маркеры, показанные на фиг.1 и 2, могут значительно переместиться в теле, и в этом случае может потребоваться введение дополнительных маркеров.
Описание настоящего изобретения
Благодаря возможности объединять, выравнивать и сравнивать разные изображения точнее, чем ранее известными способами, появляется возможность объединять разные изображения, получаемые разным оборудованием формирования изображений, возможно, получаемые разными модальностями формирования изображений, и отслеживать развитие во времени на изображениях, полученных в разное время. Объединение изображений, получаемых разным оборудованием формирования изображений, возможно, получаемых разными модальностями формирования изображений, обеспечивает лучшую идентификацию интересуемого телесного вещества, например идентификацию раковой ткани, которую необходимо облучать внешним оборудованием лучевой радиотерапии. Отслеживание развития во времени на изображениях, полученных в разное время, позволяет отслеживать перемещение и/или рост/уменьшение телесного вещества для постановки лучшего диагноза, например отслеживание роста раковой опухоли или отслеживание перемещения раковой опухоли в увязке с дыхательным циклом больного.
В последующем описании изобретения в качестве одного из нескольких примеров, в которых настоящее изобретение может использоваться, будут использоваться идентификация раковой опухоли, планирование технических условий лучевой терапии раковой опухоли и отслеживание перемещения раковой опухоли.
Возможными другими применениями в отношении объединения изображений предлагаемым способом может быть следующий не исчерпывающий перечень применений:
- снижение неточностей, обусловленных различиями настройки для разных изображений. В одном примере, таком, как лучевая терапия, неточности могут привести к трудностям облучения только ткани-мишени или трудностям управления интенсивностью облучения. В примере диагноза неточности могут привести к трудностям проведения медицински безопасного диагноза или проведения достаточно быстрого диагноза. В примере хирургического вмешательства неточности могут привести к трудностям проведения сложной хирургической операции или проведения хирургической операции в узком пространстве;
- идентификация нежелательных элементов в теле (например, положение и размер раковых опухолей, положение и размер инкрустаций или камнеобразований, положение и размер посторонних тел);
- планирование лечения и/или идентификация мишени лечения, например планирование лучевой терапии, или идентификация мишени лечения во время постановки диагноза, или планирование процесса хирургической операции входе хирургической операции, исходя, возможно, из разных изображений под разными углами;
- идентификация и/или диагноз ортопедических повреждений (переломы костей, переломы или вывихи суставов), например идентификация переломов мелких костей в теле или диагноз для правильного лечения переломов и вывихов физически сложных суставов;
- идентификация возможных обструкций просветов в теле, например уротелиальные обструкции из-за инкрустации или посторонних тел, сердечно-сосудистые обструкции из-за инкрустации и т.п.
Возможными применениями в отношении сравнения изображений предлагаемым способом может быть следующий не исчерпывающий перечень применений:
- отслеживание роста или уменьшения телесного вещества, например отслеживание нежелательного роста раковой опухоли, или отслеживание намеченного уменьшения раковой опухоли во время лучевой терапии, или отслеживание нежелательного дальнейшего рубцового сморщивания цирроза печени, или отслеживание намеченного роста внутренних органов тела, например печени, лечимой от цирроза;
- отслеживание роста или уменьшения сердечно-сосудистого просвета, например отслеживание нежелательного стенозного сжатия кровеносных сосудов или отслеживание намеченного роста стеноза кровеносного сосуда во время терапии, или отслеживание нежелательного дальнейшего сокращения уретры, или отслеживание намеченного роста желудочков сердца или объема легких;
- отслеживание перемещения постороннего тела, паразита и т.п., например отслеживание нежелательных желчных камней или отслеживание кишечных паразитов, например глистов;
- коррекция неточностей, обусловленных различиями настройки при получении референс-изображения и при получении нынешнего изображения, например неточностей, возникающих для разных моментов времени лечения, если в качестве референса используется наружный элемент, например койка больного, или, например, неточностей, возникающих между референс-изображением первого оборудования формирования изображений и еще одним референс-изображением второго оборудования формирования изображений;
- коррекция неточностей, обусловленных перемещениями внутренних органов тела за время между получением референс-изображения и получением нынешнего изображения, таких, как внутренние органы тела, движущиеся при вдыхании и выдыхании, или таких, как внутренние органы тела, сместившиеся после одного момента времени получения изображения органа тела к более позднему моменту времени получения изображения органа.
В последующем описании изобретения в качестве одного из нескольких примеров, в которых настоящее изобретение может использоваться, будут использоваться идентификация раковой опухоли, планирование технических условий лучевой терапии раковой опухоли и отслеживание перемещения раковой опухоли.
Ниже как один пример среди всех вышеупомянутых примеров и среди других примеров применения, которые специалист в данной области может предусмотреть как применения предлагаемого способа, будет использоваться планирование лучевой терапии.
Ниже как пример больной ткани будет использоваться опухоль 6. Однако при направлении оборудования для лучевой терапии с использованием предлагаемого способа направления оборудования можно лечить и другие виды больной ткани, иные, нежели опухоли. Кроме того, другие интересуемые телесные вещества, а не только больные ткани, могут подвергаться лечению терапевтическим или хирургическим путем при работе терапевтического или хирургического оборудования при использовании способа управления оборудованием, такого, как описанный способ направления облучения.
Как уже отмечалось, ниже изобретение будет описываться со ссылкой на раковую опухоль как пример интересуемого телесного вещества. Однако, как уже отмечалось, в контексте настоящего изобретения выражение «телесное вещество» следует истолковывать как любое вещество, относящееся к телу, например органы тела, такие, как предстательная железа, ткань тела, такая, как опухоль, или субстанции тела, такие, как моча и т.п. Кроме того, изобретение не ограничивается телесным веществом, а может использоваться и применительно к телесным параметрам. Как уже отмечалось, в контексте настоящего изобретения выражение «телесные параметры» следует истолковывать как любой параметр, относящийся к телу, например физиологические параметры, такие, как температура, параметры телесной жидкости, такие, как поток мочи, телесные электрохимические параметры, такие, как нервные импульсы и т.п.
Кроме того, как уже отмечалось, ниже изобретение будет описываться со ссылкой на облучение и оборудование для лучевой терапии как пример способа и оборудования для лечения. Однако, как уже отмечалось, в контексте настоящего изобретения лечением могут быть и другие типы терапевтического лечения, или может быть хирургическое лечение, например терапевтическое лечение брахитерапией, лечение кровеносных сосудов или иных сосудов для протекания телесного газа, жидкости или твердых веществ и т.п. Возможными типами хирургического лечения могут быть введение источников излучения для использования при брахитерапии, введения хирургического оборудования для биопсии, введение хирургического оборудования для лечения бесплодия, направление хирургического оборудования во время хирургической операции в любых частях тела и т.п.
Соответственно конкретный пример раковой опухоли как интересуемого телесного вещества, и конкретный пример облучения как способа лечения терапевтическим или хирургическим путем, и конкретный пример оборудования для лучевой терапии как оборудования для лечения терапевтическим или хирургическим путем не должны истолковываться как ограничивающие объем защиты, определяемый формулой изобретения.
Если больному 1 поставлен прогноз рака, рак часто расположен в теле больного в виде больной части тела, а именно больной ткани 6, такой, как опухоль 6, как показано на фиг.3. Больная ткань может привести к больному органу, такому, как простата. Если больному намечают пройти лечение лучевой терапией, часто выполняют стадию планирования облучения. Планирование облучения часто основывают на изображениях, показывающих телесное вещество в раковой опухоли и вокруг ее.
Одной важной частью планирования технических параметров облучения является определение вида цели для облучения. Мишень профиля облучения часто будет содержать как ткань, идентифицированную как раковая опухоль, так и запас, окружающий ткань, идентифицированную как раковая опухоль, используемый для коррекции любых неточностей при идентификации раковой опухоли на изображениях при планировании, и для коррекции любых неточностей при фактическом проведении лучевой терапии, например любые неточности, связанные с расположением оборудования для лучевой терапии и больного точно, как планировалось до начала сеанса лечения.
Любое ограничение неточностей при идентификации раковой опухоли и любое ограничение неточностей, связанных с точным расположением оборудования для лучевой терапии и/или больного, позволяют уменьшить запас на коррекцию этих неточностей, и, тем самым, эти ограничения неточностей могут обеспечить более эффективное лечение с потенциалом меньших побочных эффектов для больного.
Перед фактическим лечением больного 1 исследуют изображение 4 для планирования технических параметров облучения, и на изображении 4 локализируют опухоль 6. Для установления распространения опухоли 6 могут получать несколько изображений 4. В одном аспекте настоящего изобретения определяют положение трехмерного элемента 7 путем формирования нескольких изображений 4 с использованием, например, методов МР-сканирования или методов рентгеновского КТ-сканирования. При установлении распространения опухоли, и если в теле больного 1 уже не расположили элемент, перед получением изображений больному 1 вводят трехмерный элемент 7, подходящий в качестве маркера опухоли 6. В других случаях при установлении распространения опухоли элемент, подходящий в качестве маркера опухоли 6, уже расположен в теле больного 1. Трехмерный элемент вводят, или он уже находится в положении на некотором расстоянии от опухоли 6, подлежащей лечению, или внутри объема, подлежащего лечению. При облучении опухоли 6 внутри предстательной железы трехмерный элемент 7 часто располагают в простатической уретре и, таким образом, в непосредственной близости от области 6, подлежащей лечению, как показано на фиг.4, 5, 6, 7, 12, 13 и 14.
После того как трехмерный элемент ввели больному в положение внутри раковой опухоли или в положение возле раковой опухоли, и если известно, что трехмерный элемент расположен и зафиксирован в положении в теле больного, которое перемещается в увязке с перемещением раковой опухоли, трехмерный элемент могут использовать для объединения нескольких диагностических изображений, предназначенных для идентификации мишени лечения и для планирования технических параметров облучения.
Известно, что некоторые типы формирования изображений выдают разную информацию о разных типах телесного вещества. Поэтому материал некоторой ткани (например, раковой ткани) может легче обнаруживаться на МР-изображении, но другая важная информация об окружающем телесном веществе может легче обнаруживаться на рентгеновском КТ-изображении, и наоборот. Поэтому лучший план технических параметров облучения могут разрабатывать, исходя из слияния изображений, которые получают разными методами формирования изображений, например путем объединения МР-изображений и рентгеновских КТ-изображений.
Одной проблемой, связанной с известными способами, является, однако, тот факт, что зачастую очень трудно выполнить точное выравнивание разных типов изображений, поскольку при получении разных изображений условия настройки оборудования формирования изображений и/или укладки больного не точно идентичны. Кроме того, может оказаться трудным четко обнаружить идентичные точки, линии, зоны или объемы на всех разных изображениях из-за разного качества и разных характеристик разных типов формирования изображений.
Трехмерный элемент, введенный в больного до получения изображений, характеристики которого четко обнаруживаются на всех типах изображений, можно использовать как маркер для выравнивания систем координат отдельных изображений так, чтобы разные изображения были точно выровнены по трехмерному элементу, возможно, в трех измерениях. Поскольку известно, что трехмерный элемент расположен и зафиксирован в положении в теле больного в увязке с интересуемым телесным веществом, выравнивание трехмерного элемента на изображениях приводит и к выравниванию интересуемого телесного вещества на изображениях.
Объединение изображений по трехмерному элементу будет точными, даже если изображения получают при разных условиях настройки оборудования формирования изображений и/или укладки больного, и даже если изображения могут получать с промежутком времени между получениями изображений, и даже если изображения могут иметь разное качество изображения.
Объединение изображений, используемых для планирования технических параметров облучения, может выполняться автоматически под управлением компьютера, исходя из известной геометрии трехмерного элемента.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предшествующие лечению изображения для планирования могут хранить как референс для последующего сеанса облучения. На предшествующих лечению изображениях для планирования идентифицируют трехмерный элемент 7, и положение трехмерного элемента относительно раковой опухоли запоминают для последующего использования во время фактического сеанса облучения. Референс-положение на предшествующих лечению изображениях могло бы задаваться, например, как точка в средине трехмерного элемента 7.
В начале фактического сеанса лучевой терапии оборудование для лучевой терапии и/или больного могут направлять (укладывать) в намеченное положение в соответствии с планом технических параметров облучения путем получения нового изображения любым способом формирования изображений и исходя из объединения этого изображения и предшествующих лечению изображений для планирования по положению трехмерного элемента. При объединении этого полученного непосредственно перед лечением изображения и предшествующих лечению изображений для планирования информация об отличии положения и отличии вращения трехмерного элемента на полученном непосредственно перед лечением изображении и предшествующих лечению изображениях для планирования, дает информацию, необходимую для коррекции неточностей при настройке оборудования для лучевой терапии и/или изменении положения больного.
Путем получения дополнительных изображений во время фактического сеанса облучения подобное направление оборудования для лучевой терапии и/или изменение положения больного можно выполнять во время фактического сеанса облучения, исходя из объединения изображений по положению трехмерного элемента на каждом отдельном изображении. При этом становится возможным вносить поправки на любые перемещения оборудования для лучевой терапии или перемещения больного или движения внутренних органов тела человека и т.п., которые могут происходить во время фактического процесса облучения. При высокой частоте получения дополнительных изображений и быстром автоматическом объединении этих изображений возможно почти непрерывное направление лечения. Это обеспечивает, например, направление облучения в соответствии с движением раковой опухоли из-за движений внутренних органов в результате дыхательных движений легких.
Далее приводится более подробное описание одного возможного способа направления оборудования для лучевой терапии в соответствии с настоящим изобретением.
Положение трехмерного элемента 7 могут определять путем получения нескольких изображений 4. Изображения 4 вводят в компьютер. С помощью компьютера рассчитывают и запоминают относительное положение трехмерного элемента 7 и опухоли. Относительное положение получают путем определения расстояния между опухолью 6 и трехмерным элементом 7, которое является фиксированным при любых видах перемещений ткани внутри тела относительно, например, костной структуры или перемещений тела 1 в целом. Под «фиксированным расстоянием» имеется в виду, что опухоль 6 и трехмерный элемент 7 практически не перемещаются относительно друг друга.
В соответствии с изобретением, установление предварительного положения трехмерного элемента 7 на изображении 4 относительно референса могут осуществлять путем идентификации известной геометрической формы, такой, как расстояние шага между витками элемента 7 в виде катушки, изгиб при структурном переходе трехмерного элемента 7, окружность или контур трехмерного элемента 7 и т.п.
Затем с помощью компьютера автоматически устанавливают предварительное положение оборудования для лучевой терапии 2. Установление предварительного положения оборудования для лучевой терапии 2 относительно референса могут осуществлять путем измерения расстояния от положения, в котором из оборудования для лучевой терапии излучается радиация, до начальной точки/настроечной точки на изображении 4, включая идентификацию уровня, на котором расположена плоскость изображения 4. Установление предварительного положения оборудования для лучевой терапии относительно референса могут осуществлять и путем идентификации, где определенная костная структура в теле расположена относительно излучателя облучения, или могут осуществлять путем установления относительного положения койки и положения, в котором из оборудования для лучевой терапии излучается радиация.
На протяжении периода времени, в течение которого оборудование для лучевой терапии 2 включают для облучения опухоли 6, контролируют любое возможное перемещение элемента 7. При обнаружении возможного перемещения оборудование для лучевой терапии 2 регулируют в ответ на это перемещение элемента так, чтобы облучение опухоли 6 осуществлять максимально точно.
В этом отношении оборудование для лучевой терапии 2 содержит среди прочих отличительных признаков койку, на которой больной может лежать или сидеть, источник облучения, луч облучения и пластины или экран, определяющие форму луча.
Таким образом, регулировка оборудования для лучевой терапии 2 может представлять собой регулировку положения оборудования для лучевой терапии 2, регулировку положения койки 5 относительно оборудования 2, регулировку мощности источника облучения, регулировку фокусной точки луча 3, регулировку интенсивности луча 3, регулировку перемещения пластин или экрана для изменения формы луча 3 и т.п. Кроме того, регулировка оборудования для лучевой терапии 2 может представлять собой отклонение луча облучения 3 относительно облучаемого тела.
Регулировка оборудования для лучевой терапии 2 может также представлять собой отключение питания источника облучения, если при контроле элемента 7 обнаруживают, что он находится вне определенной области, и включения питания снова, когда элемент 7 снова находится в пределах этой определенной области. Кроме того, можно регулировать мощность источника облучения во время периода облучения, чтобы облучать определенные области опухоли 6 с более высокой дозой облучения, чем другие области, например, подвергая краевую зону облучения меньшей дозе облучения, чем саму опухоль 6, или подвергая некоторые очень критические области в теле человека или животного меньшей дозе облучения, чем саму опухоль 6.
Вместо включения или выключения питания можно отклонять луч облучения или фокальную точку луча облучения. При облучении всей области опухоли 6 может потребоваться перемещать луч облучения по заданному пути перемещения.
Контроль возможного перемещения трехмерного элемента 7 относительно оборудования для лучевой терапии 2 можно осуществлять через предварительно выбранные промежутки времени, например 10-20 раз в секунду, например 1-2 раза в минуту и т.д. в зависимости от медицинского оборудования формирования изображений и исходя из ожидаемой частоты перемещения трехмерного элемента 7.
При планировании облучения больного используют запас облучения для уверенности в том, что опухоль 6 облучается достаточно, даже если на стадии контроля или регулировки предусматривают уменьшение размеров запаса облучения.
Перед осуществлением фактического облучения трехмерный элемент 7, расположенный относительно опухоли 6, локализуют, когда больной лежит на койке для облучения, или когда больной каким-либо иным образом находится в кабинете для облучения. По одному варианту осуществления местонахождение трехмерного элемента 7 могут устанавливать путем получения высоковольтного изображения 4 с использованием самого оборудования для лучевой терапии 2. Больного или оборудование для лучевой терапии 2 располагают так, что трехмерный элемент 7 расположен, как предварительно планировали, и так, что референс отцентрирован в средине трехмерного элемента 7. Тем самым устанавливают начальную точку, называемую также предварительным положением оборудования для лучевой терапии 2 и элемента 7 относительно референса.
В этом аспекте референсом может быть любое предыдущее изображение 4, полученное при идентификации опухоли 6 относительно трехмерного элемента 7. Предыдущим изображением 4 может быть и последнее изображение 4, полученное для контроля возможного перемещения трехмерного элемента 7, или референсом может быть изображение 4, полученное при предварительном обследовании. Под предварительным изображением 4 имеется в виду изображение 4, полученное перед текущим изображением 4, на котором (предыдущем изображении 4) установили положение трехмерного элемента 7.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, референсом может быть койка, на которой во время облучения находится больной, или референсом может быть само оборудование для лучевой терапии 2. Кроме того, референсом может быть определенная костная структура или другая идентифицируемая структура внутри или снаружи тела человека или животного.
Благодаря автоматическому контролю и обнаружению возможного перемещения трехмерного элемента 7 предлагаемым способом можно регулировать оборудование для лучевой терапии 2 или изменять положение больного относительно друг друга каждый раз, когда трехмерный элемент 7 перемещается из установленного предварительного положения. Тем самым достигается компенсация частого перемещения опухоли, вызванного, например, дыханием или небольшими перемещениями, совершаемыми больным, причем указанные перемещения являются принудительными, совершаемыми добровольно больным или совершаемыми недобровольно больным. При этом достигается значительное повышение точности облучения, и снижается облучение здоровой ткани.
На фиг.14 показано, что слияние разных изображений 4, основанных на центре изображений, расположенных в границах трехмерного элемента 7, дает очень точную локализацию интересуемой ткани, например, простаты.
Путем получения изображений 4 во время облучения опухоли контроль любого возможного перемещения трехмерного элемента 7 и, следовательно, опухоли 6 можно мгновенно откорректировать почти в момент возникновения перемещения. Частота получения изображений может колебаться от десяти или более изображений в секунду до одного изображения каждые три секунды в зависимости от оборудования, используемого для получения изображений 4.
Высоковольтное оборудование, такое, как само оборудование для лучевой терапии 2, имеет частоту (или скорость) получения изображений ниже, чем, например, оборудование МР-сканирования. Однако при использовании самого оборудования для лучевой терапии 2 можно обойтись без другого оборудования.
Часто для получения первого изображения 4 для локализации опухоли 6 относительно трехмерного элемента 7 используют рентгеновское оборудование, но можно использовать и другое оборудование, такое, как оборудование КТ-сканирования и оборудование МР-сканирования. При этом положение опухоли 6 относительно трехмерного элемента 7 определяют до захода больного в кабинет для облучения.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, больной сам вводит первое изображение 4 в компьютер оборудования для лучевой терапии, причем указанное первое изображение 4 принимают в качестве предыдущего изображения 4 и, таким образом, в качестве референса в компьютере оборудования для лучевой терапии 2. Затем с помощью компьютера управляют оборудованием для лучевой терапии 2 для получения изображения 4, чтобы установить положение элемента 7 относительно оборудования для лучевой терапии 2. После этого с помощью компьютера регулируют оборудование для лучевой терапии 2 (при необходимости в этом) относительно положения элемента 7, и начинают облучение тела человека или животного.
Трехмерным элементом 7 могут быть все виды предметов, присутствующие в теле по ряду иных причин. Этими предметами могут быть все виды эндолюминального (внутрипросветного) протеза, часто являющиеся трубчатыми, такие, как элемент 7, помещенный в уретру и другие естественные полости, такие, как урологический тракт, уретра, желчные пути, дыхательные пути, кишечник или кровеносные сосуды в человеческом теле.
Если элемент 7 уже находится вблизи опухоли, подлежащей облучению, элемент 7 будет обеспечивать прохождение жидкости, газа или твердого вещества в этой естественной полости, как уже отмечалось выше. Хорошо известно, что облучаемая ткань вздувается и при этом может вызвать уменьшение объема естественных полостей. Трехмерный элемент 7, такой, как трубчатый эндолюминальный (внутрипросветный) протез, может помогать противодействовать этому уменьшению объема полости.
Для того чтобы избежать уменьшения объема естественных полостей, можно ввести один или несколько элементов 7, которые могут использоваться для направления оборудования для лучевой терапии 2, чтобы вносить поправки на вышеупомянутые мгновенные перемещения во время облучения.
Кроме того, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, трехмерный элемент 7 может иметь форму, позволяющую вводить его в естественную полость и извлекать из нее. Кроме того, после введения в полость часть элемента 7 может расширяться и силой прижиматься к окружающей стенке полости, что закрепит элемент 7 в этом положении. В других вариантах осуществления настоящего изобретения закрепление элемента 7 относительно окружающих стенок полостей может осуществляться посредством, по меньшей мере, части элемента 7, прикрепляемой, по меньшей мере, частично к ткани снаружи естественной полости, или путем выполнения элемента 7 с Y-образной, I-образной или подобными формами, образующими механизм блокирования, блокирующий перемещения в продольном направлении полости, такой, как мочеточник, вена или подобная полость.
Примером такого трехмерного элемента 7 в соответствии с настоящим изобретением служит трубчатый стент, предназначенный для введения в уретру вблизи простаты, как показано на фиг.4, 5, 7 и 8. После того как стент расположен в части уретры мужчины, проходя через простату, и конец элемента 7, ближайший к наружному сфинктеру уретры, расширился, элемент 7 будет оставаться в этом положении и позволять моче проходить без обструкции функции сфинктера.
Проволочная конструкция элемента 7 является особенно предпочтительной, если элемент 7 необходимо удалять или извлекать из полости в теле, поскольку элемент 7 из сплава с памятью формы при охлаждении размягчается. Элемент 7 можно извлекать путем захвата за любую часть спиральной проволоки, и затем вытаскивания спирали как проволоку. Кроме того, элемент 7 может иметь иную конструкцию, нежели спиральная проволока, и может изготавливаться из других сплавов так, что при охлаждении элемент 7 становится сверхэластичным и может извлекаться путем складывания элемента 7 перед извлечением.
Еще одно преимущество использования трехмерного элемента 7 с некоторым видом механизма блокирования заключается в том, что при дыхании или иных частичных перемещениях тела человека или животного или при общем перемещении этого тела элемент 7 будет перемещаться вместе с опухолью 6, как показано на фиг.7. Ввиду того факта, что элемент 7 перемещается практически без относительного перемещения относительно опухоли 6, оборудование для лучевой терапии 2 можно регулировать относительно возможного перемещения трехмерного элемента 7, чтобы точно облучать опухоль 6. На изображении 4, полученном оборудованием для лучевой терапии 2, компьютер не может обнаружить опухоль 6, поскольку на этом изображении 4 она не видна. Однако трехмерный элемент 7, изготовленный из металла, такого, как нержавеющая сталь, титан, платина, палладий, золото, никелетитановый и другие их сплавы, на этом изображении 4 обнаружить легче. Поэтому обнаруживаемым является и любое возможное мгновенное перемещение элемента 7, и оборудование для лучевой терапии 2 можно регулировать для компенсации этого мгновенного перемещения.
Элемент 7 может быть и из других биологически совместимых материалов, таких, как полимеры и биологический материал, обнаруживаемых на некоторых изображениях.
Трехмерный элемент 7 может иметь все виды форм, обнаруживаемые на изображении 4, получаемом всеми видами медицинского оборудования формирования изображений, причем указанная форма дает в результате на указанном изображении 4 предварительно геометрически определенную структуру. Для того чтобы контролировать возможное перемещение, на изображении 4 идентифицируют предварительно геометрически определенную структуру, и регулировкой оборудования для лучевой терапии 2 может быть либо перемещение тела, либо должная регулировка положения других параметров оборудования для лучевой терапии 2 в ответ на это перемещение.
При использовании вышеупомянутого элемента 7, введенного в уретру вблизи простаты, предварительно геометрически определенной структурой может быть диаметр винтовой катушки или расстояние шага между витками катушки. Данная геометрически структура дает ряд обнаруживаемых точек и является автоматически обнаруживаемой на изображении 4 при обработке изображения, выполняемой компьютером.
Еще одной предварительно определенной геометрически структурой элемента 7 может быть угол v между прямой частью элемента 7, показанного на фиг.7, и конической частью; или предварительно определенной геометрически структурой может быть точка перехода, в которой пересекаются прямая часть элемента 7 и коническая часть катушки. Это обнаружение, подобно вышеупомянутым способам обнаружения, также обеспечивает объемную локализацию элемента 7.
Элементы 7 и другие виды эндолюминального протеза часто изготавливаются разной длины, и вышеупомянутая предварительно определенная геометрически структура не зависит от этого колебания длины стентов и другого эндолюминального протеза.
Как уже отмечалось, трехмерный элемент 7 может иметь все виды форм, обеспечивающие распознаваемую определенную геометрически структуру на вышеупомянутом изображении 4. Примеры этих иных форм приведены на фиг.8-11. Вместо винтовой катушки, показанной на этих фигурах, трехмерный элемент 7 может представлять собой трубку со сплошной стенкой и/или расширяющейся частью или разными видами механизмов блокирования. Стенка трубчатого элемента 7 может изготавливаться из проволоки, намотанной разными способами, например со скрещиванием, с перевязкой и т.п. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, трехмерный элемент 7 может представлять собой имплантат, или же этим имплантатом может быть референс.
Под мегавольтным оборудованием имеются в виду все виды ускорителей электронов, работающие при напряжении выше 150 кВ, предпочтительно, выше 1 MB и, предпочтительно, ниже 50 MB. Этим ускорителем электронов может быть оборудование для лучевой терапии 2, предназначенное для лечения больного путем облучения опухоли 6.
Под медицинским оборудованием формирования изображений имеются в виду все виды оборудования, которое можно использовать для получения изображения 4 больной ткани и трехмерного элемента 7. Этим оборудованием могут быть оборудование для сканирования методом магнитного резонанса (МР-сканирования), оборудование для сканирования методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР-сканирования), оборудование для сканирования методом магнитно-резонансного изображения (сканирования методом МР-изображения), оборудование для сканирования методом компьютерной томографии (КТ-сканирования), оборудование для КТ-сканирования конусного луча, оборудование позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), оборудование эмиссионной компьютерной томографии одиночных позитронов (SPECT), оборудование эмиссионной томографии одиночных позитронов (SPET), оборудование для лучевой терапии под визуальным наблюдением (IGRT), оборудование для ультразвукового сканирования или рентгеновское оборудование с фотонами высокой энергии или высоковольтное оборудование.
Термин «сплав с памятью формы» определяется как металл, в определенном температурном диапазоне (от температуры начала превращения в аустенит до температуры окончания превращения в аустенит) превращающийся из мартенсита в аустенит. В этом температурном диапазоне начинается расширение трехмерного элемента 7, которое заканчивается, когда весь мартенсит превращается в аустенит. В этом температурном диапазоне элемент 7 «запоминает» свою первоначальную форму. В другом температурном диапазоне (от температуры начала превращения в мартенсит до температуры окончания превращения в мартенсит) сплав снова превращается в мартенсит. Ниже этой температуры (температуры окончания превращения в мартенсит) элемент 7 легко деформируется рукой, и поэтому элемент 7 может легко деформироваться в полости тела и извлекаться через естественное отверстие, в которое элемент 7 был введен. Альтернативно, этот элемент может извлекаться через другое естественное отверстие, нежели отверстие, через которое он был введен. Сплав с памятью формы может называться и сплавом с температурной активацией.
Термин «сплав с памятью формы» может также означать металл, при определенной температуре, такой, как примерно +37°С, которая является температурой тела, обладающий сверхэластичными свойствами, а при другой температуре, например ниже 0°С, - пластичностью. Термин «сверхэластичные свойства» относится к сплаву, который может эластично деформироваться до очень высоких степеней деформации по сравнению с другими металлами и который не обязательно имеет температуру начала превращения в аустенит, при которой материал способен запоминать первоначальную форму.
Сплавом с памятью формы может быть никелетитановый сплав, никелетитанокобальтовый сплав, другие сплавы переходных и благородных металлов или термопластичный материал, отверждающийся при нагревании, проявляющий характеристики памяти формы. Нагрев проволоки можно осуществлять путем индукционного нагрева, нагрева погружением, прикладывания РЧ-энергии или промывки зоны трехмерного элемента 7 текучей средой при заданной температуре.