СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
IMAGE CONTROL SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к системе для медицинского вмешательства с контролем изображений.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Диагностика ракового заболевания выполняется, в частности, на основании образцов ткани, полученных при процедуре биопсии. Эти процедуры биопсии часто выполняются систематически, взятием множества образцов биопсии из стандартизированного набора местоположений внутри простаты. При наличии систем фузионной биопсии, обычно используется целевой подход, когда выбирается подозрительное повреждение на основании магнитно-резонансной визуализации (МРТ). Если пациент имеет установленную биопсией опухоль, то обычно этот пациент лечится, например, посредством радиотерапии.
В настоящее время, в целом полный клинический цикл исходя из МРТ, при контролируемой фузионной биопсии и патологии для лечения, обычно занимает 2-4 недели в большинстве больниц. В течение этого процесса, вначале могут быть получены изображения МРТ, на которых может быть идентифицирована подозрительная ткань. Изображение МРТ может быть использовано в течение контролируемой ультразвуком процедуры биопсии, сопоставляя его с ультразвуковыми изображениями, полученными системой ультразвуковой визуализации, используемой для контроля биопсии. В этом случае, изображение МРТ определяет заданное конечное местоположение в исследуемом субъекте (например, в пациенте). В этом заданном конечном местоположении должна быть взята биопсия. Образцы биопсии, извлеченные в процессе процедуры биопсии, посылаются в отделение патологии, где ткань анализируется на наличие опухоли и агрессивности. Это дает результат биопсии, описывающей вероятность наличия опухоли в образце биопсии. Если пациент имеет раковое заболевание, установленное биопсией, то обычно пациент лечится. В течение лечения может быть обработан целый орган. Альтернативно, выполняется точечное лечение, причем обрабатывается (подвергается лечению) только часть органа. Примеры возможных обработок - это, например, брахитерапия, криотерапия, обработка методом тепловой абляции. Медицинское изображение, например, изображение МРТ, может быть использовано для планирования лечения. Это изображение определяет заданное конечное местоположение для лечения. Это может быть, например, местоположение, где должны быть установлены микрокапсула радиоизлучения для брахитерапии или игла.
В процессе этого клинического процесса пациент должен много раз посещать больницу для прохождения этих процедур. Эти посещения, так же как многократное использование ресурсов больницы, предполагают значительную стоимость.
Публикация WO2010/140075A2 раскрывает способ для объединения диагностики и лечения для внутренних тканей, содержащий: визуализацию, по меньшей мере, участка внутреннего органа субъекта, используя первую технологию, пригодную для разделения типов ткани; целенаправленное воздействие и доступ к местам биопсии, используя изображения первой технологии, объединенные с изображениями второй технологии, пригодной для обновления изображений в реальном времени; планирование лечения, по меньшей мере, одного из мест биопсии, используя изображения первой технологии; и введение инструментов для лечения, по меньшей мере, одного места биопсии, объединяя изображения первой технологии с изображениями второй технологии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения заключается в предоставлении системы, которая позволяет улучшить относящийся к раковому заболеванию клинический процесс, по сравнению с используемым в настоящее время клиническим процессом, относящимся к раковому заболеванию. Эта цель достигается системой контроля изображения, сконфигурированной для поддержания объединенных процедуры биопсии и процедуры лечения, используя контроль изображения для доставки иглы из определенного местоположения до заданного конечного местоположения в исследуемом субъекте, причем система контроля изображений содержит
- систему медицинской визуализации, сконфигурированную для получения медицинских изображений исследуемой области в исследуемом субъекте, причем медицинские изображения используются для определения текущего положения заданного конечного местоположения и
- систему наведения иглы, сконфигурированную для определения положения иглы в пространстве и, тем самым, для задания определенного местоположения, и сконфигурированную для наведения биопсии и  иглы для лечения в исследуемой области и
- блок калибровки для определения параметров настройки калибровки и, тем самым, согласования системы наведения иглы с медицинскими изображениями до биопсии и
- систему пользовательского интерфейса, сконфигурированную для поддержания и процедуры биопсии и процедуры лечения, так, что размещение пациента должно выполняться только однажды для обеих процедур;
причем система контроля изображений дополнительно сконфигурирована для автоматического использования параметров калибровки, определенных до биопсии в течение лечения.
Понимание изобретателей заключается в том, что процедуры текущей биопсии и лечения содержат некоторые подобные обстоятельства, например, в случае лечения рака простаты. Но также и в случае рака молочной железы. Обе процедуры вызывают подобную же травму, таким образом, требуя подобную же анестезию (и соответственных устройств) и подобные же антибиотики для предотвращения потенциальных инфекций. Кроме того, обе процедуры выполняются в подобных же чистых средах, в которых присутствуют вышеупомянутые медицинские устройства. Доступность таких чистых рабочих зон ограничена.
Кроме того, и для биопсии, и для лечения, должно быть выполнено соответственное размещение пациента. Выполнение размещения пациента означает подготовку пациента и подготовку системы для процедуры. Это означает, например, выбор пациента в системе, предоставление имени, даты рождения для системы, расположение пациента (например, на спине для лечения рака простаты). Выполнение этого размещения пациента вдвое увеличивает время в операционной и, тем самым, увеличивает стоимость. Кроме того, как часть выполнения размещения пациента, должна быть выполнена калибровка для согласования системы наведения иглы с медицинскими изображениями, полученными системой медицинской визуализации. Систему наведения иглы следует понимать как систему, которая может быть использована для наведения иглы в исследуемый субъект. Примеры систем наведения иглы - это EM (электромагнитное) отслеживающее средство, оптическое средство измерения формы, оптические следящие системы, или сетки и муфты для иглы. Такая сетка, например, известна для радиотерапии простаты.
Выполнение калибровки независимо для биопсии и процедуры лечения не только увеличивает полное время проведения процедуры, но также может привнести ошибки, поскольку последовательные процедуры калибровки могут дать несколько отличные результаты. Поэтому, посредством изобретения, полное время проведения пациентом в больнице может быть сокращено. Также изобретение может уменьшить привнесенные ошибки, поскольку биопсия не берется в той же самой системе координат, в которой выполнялось лечение. Тем самым, изобретение поддерживает улучшенный клинический процесс.
Система контроля изображений содержит систему медицинской визуализации. Эта система медицинской визуализации может быть, например, ультразвуковой системой визуализации, cистемой  компьютерной томографии (CT),  системой позитронно-эмиссионной  томографии (PET), cистемой однофотонной компьютерной томографии (SPECT), рентгеновской системой или системой МРТ. Эта система визуализации используется для определения текущего положения заданного конечного местоположения. Например, из-за внутреннего движения в пациенте, положение заданного конечного местоположения может измениться. Заданное конечное местоположение может быть определено на основании изображения, полученного до объединенной процедуры биопсии и процедуры лечения, и может быть переведено в систему координат системы медицинской визуализации, используемой во время объединенной процедуры биопсии и процедуры лечения посредством регистрации изображения. Альтернативно, заданное конечное местоположение может быть определено на основании одного или нескольких медицинских изображений, полученных во время объединенной процедуры биопсии и процедуры лечения.
Как объяснено выше, примеры систем наведения иглы - это электромагнитное(EM) отслеживающее средство, оптическое измерение формы, оптические следящие системы или сетка. Эта система наведения иглы определяет заданное местоположение для иглы. Например, в случае сетки, выбранное отверстие, через которое должна быть вставлена игла, определяет заданное местоположение для иглы. В случае системы наведения иглы, которая сконфигурирована для отслеживания (например, EM отслеживание, оптическое отслеживание), отслеживаемое положение определяет заданное местоположение. Траектория может быть определена из некоторого определенного местоположения до заданного конечного местоположения. В случае отслеживания, это определенное местоположение может регулярно обновляться.
В соответствии с вариантами реализации изобретения, система контроля изображений дополнительно сконфигурирована для сохранения одного или нескольких местоположений биопсии и одного или нескольких местоположений лечения в том же самом координатном пространстве. Это оказывается преимущественным в следующем случае. Результаты патологии рассматриваются как основные результаты. Сохраняя местоположения биопсии и лечения в том же самом координатном пространстве, оказывается возможным установить корреляцию между наличием опухоли и характеристиками данной дозы лечения.
В соответствии с дополнительными вариантами реализации изобретения, система контроля изображений сконфигурирована для создания плана лечения, так, чтобы траектория, используемая во время биопсии, могла быть использована многократно во время лечения. Например, можно использовать внешнюю иглу, которая вначале использовалась для наведения биопсийной иглы к заданному конечному местоположению, и впоследствии использовать внешнюю иглу для помещения радиоактивного препарата (в случае брахитерапии с дозой большой мощности (HDR)). Таким образом, внешняя игла должна быть установлена только однажды. Тем самым, полное время процедуры может быть дополнительно сокращено. Кроме того, нагрузка для пациента может быть снижена благодаря повторному использованию траектории.
В соответствии с дополнительными вариантами реализации изобретения, система контроля изображений дополнительно содержит средство сопоставления, сконфигурированное для сопоставления и сопоставления планового изображения, на основании которого заданное конечное местоположение определяется, по меньшей мере, с одним из медицинских изображений. "Плановое изображение" является известным понятием в области лечения раковых заболеваний. Это изображение, которое используется для задания целевой ткани и одного или нескольких органов с повышенным риском. Клиницист определяет ограничение дозы (например, радиационной, тепловой) для каждой из этих областей. На основании этого ограничения, и на основании планового изображения, может быть выполнен план лечения. Этот план лечения определяет, например, заданное конечное местоположение, но также может определить и другие рабочие параметры, например, время облучения, мощность, используемую в системе абляции.
План лечения также может быть создан во время объединенных процедур биопсии и лечения. Тем самым, опционально результат биопсии также может быть использован для создания плана лечения. Также прежде, чем будет извлечен результат биопсии, могут быть созданы множественные планы лечения, которые зависят от результата биопсии. Таким образом, после того, как результат биопсии получен, пользователь может выбрать план лечения, который наилучшим образом согласуется с результатом биопсии. Таким образом, может быть эффективно использовано время ожидания для анализа образца биопсии. В вышеописанных случаях, ультразвуковое изображение могло использоваться как плановое изображение. Средство контроля изображения может содержать средство оконтуривания, такое, что пользователь может оконтуривать исследуемые области, такие как мишень и один или несколько органов с повышенным риском.
В соответствии с вариантами реализации изобретения, система контроля изображений сконфигурирована для создания первого и второго отчета об объединенных процедур биопсии и лечения, причем первый отчет содержит информацию, отличную от второго отчета. Эти отчеты могут быть направлены различным заинтересованным лицам в больнице. Например, отчет, содержащий информацию относительно дозы лечения, например, посредством гистограмм объема дозы, может быть послано специалисту по лучевой терапии. Другой отчет, например, содержащий местоположение, где была взята биопсия, может быть направлено врачу лабораторной диагностики. Автоматическое создание отчета и автоматическое его направление различным заинтересованным лицам дают преимущество, поскольку это дополнительно улучшает клинический рабочий процесс.
В соответствии с вариантами реализации изобретения, игла для биопсии представляет собой фотонную иглу. При помощи фотонной иглы подозрительная ткань потенциально может быть обнаружена в пределах пациента, и, тем самым, можно избежать необходимости анализа ткани в отделе лабораторной диагностики.
Эти и другие объекты изобретения будут очевидны из пояснений в отношении вариантов реализации, описанных ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает иллюстрацию клинического рабочего процесса, который известен в данной области техники и
Фиг.2 - иллюстрация клинического рабочего процесса, в котором процедуры биопсии и  лечения объединены и
Фиг.3 - иллюстрация другого клинического рабочего процесса, в котором процедуры биопсии и лечения объединены и
Фиг.4 - иллюстрация системы контроля изображений в соответствии с вариантами реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показана иллюстрация клинического рабочего процесса, который известен в данной области техники. Вначале, медицинское изображение получается 100 от исследуемой области в исследуемом субъекте. В этом случае исследуемая область - это простата. Полученное медицинское изображение - это изображение МРТ. Врач определяет области (заданные конечные местоположения), которые вызывают подозрение относительно наличия в ткани опухоли, исходя из изображения МРТ. Это будет обычно приводить к задержке 104 в несколько дней. После задержки 104, пациент должен возвратиться в больницу для процедуры 101 биопсии. Эта биопсия может быть выполнена под ультразвуковым контролем. Изображение МРТ будет сопоставлено с ультразвуковым изображением, так, что заданные конечные местоположения могут быть переведены в систему координат системы ультразвуковой визуализации. Биопсия будет взята из этих заданных конечных местоположений. Затем, пациент будет послан назад, домой. Образцы биопсии будут посланы в отделение патологии, что вызовет дополнительную задержку 104 в несколько дней. В отделении патологии образец биопсии будет проанализирован 102 и проверен на наличие опухоли. Если отделение патологии подтверждает наличие опухоли, пациент приглашается назад в больницу, что вызывает другую задержку 104. Во время этой задержки также планируется лечение на основании планового изображения, которое может быть, например, изображением МРТ, полученным на этапе 100. На основании планового изображения, например, могут быть определены местоположения (заданные конечные местоположения) для радиоактивных микрокапсул. Во время процедуры 103 лечения, которая может быть выполнена под ультразвуковым контролем, плановое изображение сопоставляется с изображениями, полученными посредством ультразвуковой системы визуализации. Таким образом, ультразвуковые изображения могут быть использованы для наведения иглы к заданным конечным местоположениям, и радиоактивные микрокапсулы могут быть установлены в правильное местоположение в случае LDR брахитерапии. В случае HDR брахитерапии, или если катетеры могут быть установлены правильно, такой радиоактивный препарат может управлять HDR источником, как запланировано. После лечения пациент должен регулярно возвращаться в больницу для продолжения 110.
Изобретение сконфигурировано, для поддержания объединенных процедур биопсии и лечения. На Фиг.2 показана иллюстрация клинического рабочего процесса, причем, процедура биопсии и процедура лечения объединены. Эта процедура снова начинается с получения 200 данных планируемого изображения, на основании которого может быть определено заданное конечное местоположение. Может иметься задержка 204 между получением данных планируемого изображения и объединенных биопсии и процедуры лечения. Альтернативно, плановое изображение может быть получено с той же самой системой медицинской визуализации, которая используется во время объединенной биопсии и процедуры лечения. Во время объединенной биопсии и процедуры лечения вначале выполняется размещение пациента. Пациент выбирается из системной информации и/или информация пациента вводится в систему. Пациент располагается на лечебном столе. В случае лечения рака простаты, пациент может быть, например, лежать на спине, что в данном случае является используемым положением для лечения. Также пациент может быть положен на бок, что в данном случае является используемым положением для процедур биопсии. В объединенной процедуре биопсии и лечения предпочтительно используется только одно положение пациента. Если пациент размещается на столе, то получается медицинское изображение, и в случае необходимости это изображение сопоставляется с планируемым изображением. Затем система калибруется. Если используется сетка для наведения иглы в пациента, то может быть использован шаговый двигатель для фиксации расстояния между ультразвуковым зондом системы ультразвуковой визуализации и сеткой. Игла может быть вставлена пользователем в одно из отверстий сетки и обнаружена на медицинском изображении, полученном посредством системы ультразвуковой визуализации. Блок калибровки (Фиг.4, 540) сконфигурирован для преобразования системы координат сетки в систему координат системы ультразвуковой визуализации исходя из этого ввода. Если система наведения иглы представляет собой средство отслеживания (как, например, EM отслеживание или оптическое отслеживание), игла может быть доставлена в определенное положение пользователем. Блок калибровки (Фиг.4, 540) сконфигурирован для связывания координат, указывающих положение иглы, предоставленное системой отслеживания, с координатами, указывающими положение иглы, предоставленное ультразвуковой системой. Таким образом, система координат системы отслеживания может быть преобразована к системе координат ультразвуковой системы (или другой системы медицинской визуализации) на основании ввода, предоставленного пользователем. Система контроля изображений дополнительно сконфигурирована для автоматического использования параметров калибровки, определенных до биопсии во время лечения. Поэтому, калибровка не должна выполняться заново, что снижает риск появления ошибок.
Введение точечного лечения может снизить вероятность побочных эффектов лечения. В результате, полный профиль рисков в отдельных сеансах биопсии и лечения может быть худшим по сравнению с профилем риска объединенных процедур биопсии и лечения, независимо от результата патологии. Это может быть преимущественным при невыраженных болезнях, например, для рака простаты, если обработка не подтвержденных поражений не наносит большого вреда. При таких обстоятельствах, для подозрительного поражения, например, видимого на МРТ, может быть взята биопсия, и оно может быть немедленно подвергнуто лечению (обработано) 205. Образцы биопсии могут быть проанализированы 202 после обработки. Получающиеся результаты патологии будут актуальны для определения продолжения 110. Если обработка поражения, которое еще не подтверждено как злокачественное, может оказаться радикальным, то важно отметить, что до настоящего времени многие пациенты выбирают выполнение радикальной простатэктомии для уверенности в том, что раковое заболевание полностью устранено. Проводимое точечное лечение должно позволить предоставление подобной же гарантии, потенциально уменьшая побочные эффекты лечения.
Кроме того, преимущественно сохранять местоположение образцов биопсии и обработанных областей в информационных системах больницы для облегчения эффективной коммуникации с отделом лабораторной диагностики.
На Фиг.3 показана иллюстрация другого клинического рабочего процесса, причем процедуры биопсии и лечения объединены 306. Если патологическая обработка биоптатов действительно может быть ускорена так, что она занимает только ограниченное время, например, меньше, чем 15 минут, то может быть экономически целесообразным ожидать результатов, в то время как пациент находится на столе в операционной (поскольку второй сеанс для лечения может быть намного более дорогостоящим). Обработка образцов биопсии может быть выполнена в операционной 306 (используя новую диагностику в месте наблюдения за пациентом), частично в операционной (оцифровывая патологические сопряжения в операционной для поддержания удаленного анализа в отделении лабораторной диагностики), или может быть выполнена полностью в отделении лабораторной диагностики (требуя транспортировки образцов, снабженной средством сетевой коммуникации в реальном времени). Поскольку система контроля изображений сконфигурирована для автоматического использования параметров калибровки, определенных до биопсии во время терапии, калибровка не должна выполняться заново, что уменьшает риск возникновения ошибок.
Альтернативно, использование фотонной иглы для анализа ткани в пределах пациента, вместо анализа в отделении патологии, может дополнительно ускорить процедуру. В контексте этого применения игла для биопсии может быть, поэтому, также и фотонной иглой.
Для улучшения временной эффективности, интервенционная система может позволить начинать приготовление лечения, предполагая, что патологический анализ подтверждает, по меньшей мере, в одном из образцов биопсии наличие опухолевой ткани. Эти приготовления могут включать в себя создание различных планов дозирования при лечении, которые зависят от результата биопсии. Как только результаты патологии оказываются доступными, подмножество планов дозирования выбирается для предоставления лечения.
Поддержка этого клинического рабочего процесса требует системы контроля изображений, которая допускает и взятие биопсии, и предоставление лечения в подозрительном очаге повреждения в пределах единственного сеанса. Между взятием биопсии и предоставлением лечения имеется время, предусматриваемое для обработки образцов биопсии.
Кроме того, преимущественно сохранять местоположение биоптатов и обработанных областей в информационных системах больницы для облегчения эффективной коммуникации с отделением патологии.
На Фиг.4 показана иллюстрация системы контроля изображений в соответствии с вариантами реализации изобретения. Система контроля изображений содержит систему 580 медицинской визуализации, сконфигурированную для получения медицинских изображений исследуемой области 403 в исследуемом субъекте. На этом чертеже система медицинской визуализации представляет собой ультразвуковую систему визуализации, содержащую трансректальный зонд 580a. Медицинские изображения используются для определения текущего положения заданного конечного местоположения 404. Система контроля изображений дополнительно содержит систему 402 и 403 наведения иглы, сконфигурированную для определения положения иглы в пространстве и, тем самым, для контроля заданного местоположения 405 и 406. Система наведения иглы дополнительно сконфигурирована для контроля иглы для биопсии и иглы для лечения в исследуемой области. Система наведения иглы содержит сетку 403, через которую может быть вставлена игла для биопсии и игла для лечения. Сетка определяет заданное местоположение 405, которое можно рассматривать как начальное местоположение иглы. Если длина 490 части иглы, которая вставляется через сетку, известна, сетка также может быть использована для определения задаваемого местоположения, которое связано с наконечником иглы 406. Система также содержит электромагнитную (EM) следящую систему 402, содержащую приемник 402a, содержащий катушки приемника. На основании положения и ориентации катушек приемника в пределах электромагнитного поля, могут быть определены положение и ориентация иглы в пространстве, таким образом, может быть определено заданное местоположение катушек приемника иглы. В этом случае, для известной длины иглы, также может быть определено заданное положение наконечника иглы 406 на основании EM системы 402 отслеживания.
Система контроля изображений дополнительно содержит систему 530 пользовательского интерфейса, сконфигурированную для поддержания и биопсии и процедуры лечения, так, что размещение пациента следует выполнять только однажды. Система пользовательского интерфейса содержит блок 540 калибровки для согласования системы направления иглы с медицинскими изображениями. Примеры этой калибровки пояснялись выше. Система контроля изображений дополнительно содержит средство 550 сопоставления, сконфигурированное для сопоставления планового изображения, по меньшей мере, с одним из медицинских изображений, полученных системой 510 медицинской визуализации. Система контроля изображений дополнительно содержит средство 560 оконтуривания, сконфигурированное для оконтуривания одной или нескольких исследуемых областей на основании, по меньшей мере, одного из медицинских изображений. Система контроля изображений также содержит средство 570 планирования лечения, сконфигурированное для создания плана лечения на основании результата биопсии. Это средство планирования лечения может, например, учитывать, действительно ли опухолевая ткань была найдена в образце биопсии. Также, средство планирования лечения может быть сконфигурировано для расчета множественных планов лечения, и система контроля изображений может быть сконфигурирована для возможности выбора одного из этих планов на основании результата биопсии. Таким образом, множественные планы лечения могут быть созданы до того, как будет извлечен результат биопсии. После того, как пользователь извлек результат биопсии, он может выбрать план лечения, который наилучшим образом соответствует результату биопсии. И вероятно, что это будет план лечения, который соответствует только соответственной дозе лечения для областей с содержанием ракового заболевания, установленных биопсией.
Для обоих клинических рабочих процессов, изображенных на Фиг.2 и 3, система контроля изображений может быть сконфигурирована для создания такого плана лечения, при котором траектория, используемая во время биопсии, могла быть повторно использована во время планирования. На Фиг.4 показана иллюстрация повторного использования траектории. Внешняя игла 401 вставляется в пациента, так, что она идет от заданного местоположения 405, задаваемого сеткой 402a, в заданное конечное местоположение 404 в исследуемом объеме 403 (мишень). На этой иллюстрации траектория задается внешней иглой и располагается между некоторым определенным местоположением и заданным конечным местоположением. Игла для биопсии может быть вставлена во внешнюю иглу для взятия биопсии в заданном конечном местоположении. Для того, чтобы дополнительно неоправданно не навредить пациенту, траектория, задаваемая внешней иглой, используется системой контроля изображений для расчета плана лечения, так, что траектория может быть повторно использована для лечения. Таким образом, внешняя игла может быть снова повторно использована для направления иглы для лечения к заданному конечному местоположению.
Хотя изобретение было подробно описано в приведенном описании и проиллюстрировано на чертежах, такие иллюстрации и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные и не ограничительные; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами реализации.