专利名称：用于确定对象的性质的性质确定装置的制作方法WO 2006/064495 Al公开了ー种在心脏热消融过程期间监测组织的热损伤的方法。在消融组织的特定部分同时，采集该组织相邻部分的超声图像，并且从这些超声图像提取指示组织相邻部分对热的生物学响应的參数。在实施例中，所述參数为气泡的累积，并且基于这个參数确定组织相邻部分的损伤。这种监测方法的目的是检测对组织相邻部分的不希望损伤。该监测方法因而通过观测超声图像中的空间和时间变化并通过将这些变化关联到气泡形成来监测组织的可能损伤。这种监测导致确定组织可能损伤中的不精确性，因为 气泡形成仅反映组织中的高温，而不是直接与组织损伤程度相关联。
本发明的目的是提供ー种性质确定装置，其中可以以改善的精度确定对象的性质。本发明的另ー目的是提供ー种包括性质确定装置的对象影响装置并提供相应的方法和计算机程序。在本发明的第一方面中，提供一种用于确定对象的性质的性质确定装置，其中所述性质确定装置包括-超声信号提供単元，其用于提供通过如下方式产生的超声信号-向所述对象发出超声脉冲，-从所述对象接收回波序列，以及-根据所接收的回波序列生成所述超声信号，-散射确定单元，其用于确定至少ー个散射值，该至少ー个散射值指示灌注对象的流体对超声脉冲的散射，其中所述散射确定单元适于根据所述超声信号确定至少ー个散射值，-性质确定単元，其用于根据所述至少一个散射值确定所述对象的性质。由于散射确定单元确定指示流体导致的超声脉冲散射的至少ー个散射值，并且由于性质确定单元适于根据所述至少ー个散射值确定对象的性质，因而能够基于所述至少ー个散射值更直接地确定与流体灌注相关的性质。因而，不必使用非常间接的手段，像检测气泡形成，来确定对象的性质，气泡形成反映组织中高温，但其不直接与例如组织损伤程度相关联。这增大了确定对象的性质的精度。散射确定单元可适于确定若干散射值，其中性质确定単元可适于基于若干散射值确定性质。超声信号提供単元可以是存储单元，在其中已经存储了超声信号，或者超声信号提供単元可以是数据接收単元，像有线或无线数据连接，用于接收所测量的超声信号。此夕卜，超声信号提供单兀可以由用于生成超声信号的ー个或若干超声换能器构成，其中同一超声换能器能够发送超声脉冲并接收回波序列，或者第一超声换能器能够发送超声脉冲，并且另ー个第二超声换能器能够接收回波序列。超声信号提供单元优选地适于针对不同时间和对象内的不同深度提供超声信号。所提供的超声信号优选地是M模式图像。对象优选地是人或动物的器官，其中所述器官被像 血液的体液灌注。特别地，对象优选地是心脏，其中心脏的组织被血液灌注。还优选地，性质确定装置适于基于至少一个散射值确定流体对对象的灌注程度，特别是，毛细管灌注程度，来作为性质。特别是，性质确定単元适于确定对象的哪个部分被灌注，对象的哪个部分未被灌注。由于所述至少ー个散射值指示流体对超声脉冲的散射，因而可以基于所述至少ー个散射值确定对象的灌注程度，特别是，对象或对象的一部分是被灌注还是未被灌注，即，如果对象未被流体灌注，散射确定单元能够确定指示没有流体的散射值，并且性质确定単元能够确定例如对象未被灌注；如果对象被流体灌注，散射确定单元能够确定指示存在流体的散射值，性质确定単元能够确定例如对象被灌注。还优选地，所述对象是生物学对象，像心脏或另一包括组织的器官，其中所述性质确定单元适于基于所述至少ー个散射值确定所述组织的一部分包括消融组织还是未被消融组织，作为对象的性质。特别是，性质确定単元适于确定组织的哪个部分被消融，组织的哪个部分未被消融。通过消融可以修改对象的灌注，其中修改灌注能够修改流体对超声脉冲的散射，从而修改所述至少ー个散射值。因此可以使用所述至少ー个散射值的修改来确定消融程度。例如，通过校准測量，可以确定消融过程开始之后，哪些散射值或散射值的哪些变化，对应于消融程度，其中确定散射值，而消融程度是已知的。可以认为这些确定的散射值是校准值，其中然后能够使用校准值根据实际确定的散射值确定消融程度。可以向组织应用增强通过组织的灌注的手段。这样的手段例如是像异丙基肾上腺素的血管扩张剂。如果增强灌洗，则可以増大消融组织的超声脉冲散射和未被消融组织的超声脉冲散射的差异，由于未被消融组织的灌注和未被消融组织流体造成的相应的散射将増大，而由于被消融组织未被灌注或仅被灌注一点，因此消融组织区域中的散射将不会增大或仅増大一点。这进一歩改善了在被消融组织和未被消融组织间区分的精度。还优选地，性质确定単元适于确定组织的哪部分是被消融组织，组织的哪部分是未被消融组织，井根据组织的这些所确定的部分确定消融深度。由于在确定了组织的哪个部分是被消融组织，组织的哪个部分是未被消融组织之后，就知道组织之内的被消融和未被消融区域的空间分布，因此可以根据所确定的组织的被消融和未被消融部分容易地确定消融深度。还优选地，所提供的超声信号表示流体在a)对象之内不同深度和b)不同时间中的至少ー个时造成的散射，其中由对应于a)不同深度和b)不同时间中的至少ー个的采样窗ロ对超声信号采样，其中所述散射值确定单元适于确定采样窗ロ的散射值，其中对于相应的采样窗ロ，基于所述超声信号中对应于相应采样窗ロ的部分确定至少ー个散射值，并且其中所述性质确定单元适于基于针对相应采样窗ロ确定的至少ー个散射值确定针对相应采样窗ロ的性质。例如，如果超声信号是M模式图像，可以由对应于特定深度范围和特定时间范围的若干米样窗ロ对所述M模式图像米样。对于米样窗口中的姆个，可以确定至少ー个散射值，其中对于采样窗ロ中的每个，可以基于针对相应采样窗ロ所确定的至少ー个散射值确定性质，特别是，相应采样窗ロ之内的组织被消融还是未被消融。这样允许随着时间并在不同深度监测性质。特别是，可以实时监测性质。例如，可以实时监测消融深度。采样窗ロ优选地是交叠的，因为那样可以增大确定对象性质的分辨率，而不减小采样窗ロ的尺寸。不过，采样窗ロ也可以是不交叠的。还优选地，采样窗口中的每个对应于所述超声信号的若干超声強度，其中所述散射确定单兀适于根据相应米样窗ロ内的超声强度直方图确定米样窗ロ的至少ー个散射值。因而，优选地针对米样窗口中的姆个，根据相应米样窗ロ的超声强度的直方图确定至少ー个散射值。特别是，散射确定单元适于基于ー阶直方图和ニ阶直方图中的至少ー个确定至少ー个散射值。也可以使用更高阶统计来确定至少ー个散射值，例如，可以使用Gabor滤波方法确定所述至少ー个散射值。 还优选地，所述散射确定单元适于确定以下值中的至少ー个作为所述至少ー个散射值ー阶直方图的ー阶平均值、一阶直方图的ー阶方差、ー阶直方图的ー阶熵、ニ阶直方图的ニ阶熵、ニ阶直方图的ニ阶能量、ニ阶直方图的ニ阶均一性、ニ阶直方图的ニ阶对比度、ニ阶直方图的ニ阶聚类趋势、ニ阶直方图的ニ阶形状、ニ阶直方图的ニ阶相关性以及ニ阶直方图的ニ阶相关性导数。在实施例中，米样窗口中的姆个对应于所述超声信号的若干超声强度，其中所述散射确定单兀适于根据相应米样窗ロ之内的超声强度之和确定米样窗ロ的至少ー个散射值。因而，除了使用基于直方图的散射值之外或作为替代，也可以使用取决于相应采样窗ロ之内超声强度之和的散射值。例如，散射值可以是相应采样窗ロ之内所有超声强度之和或超声强度之积的和，其中每对的超声强度中的至少ー个位于相应采样窗ロ之内，且其中每个积包括对应于采集时间的超声強度，如果对象是心脏组织，所述采集时间由对象的心脏循环周期分隔。如果一起使用基于直方图的散射值和优选地不基于直方图的基于这些和的散射值确定对象的性质，则可以进一歩改善确定对象性质的精度。还优选地，性质确定単元适于向采样窗ロ应用聚类分析，其中根据针对相应采样窗ロ确定的至少ー个散射值对采样窗ロ分聚类并向采样窗ロ的聚类分配性质。性质确定単元可适于执行聚类算法，例如K均值聚类，用于对散射值分组。如果对于每个采样窗ロ，仅确定单个散射值，则对单个散射值应用聚类算法，如果对于每个采样窗ロ确定了若干散射值，针对单个采样窗ロ确定的散射值形成多维特征矢量，则向针对若干采样窗ロ确定的多维特征矢量应用聚类算法。聚类算法可能分别得到散射值或多维特征矢量的第一聚类，并且因而得到相应的采样窗ロ的第一聚类，以及分别得到散射值或多维特征矢量的第二聚类，并且因而得到相应的采样窗ロ的第二聚类。采样窗ロ的第一聚类可表示被消融组织，采样窗ロ的第二聚类可表示未被消融组织。可以根据与阈值的比较，确定聚类表示被消融还是未被消融组织，可以通过校准測量确定阈值。因而，可以通过执行阈值处理向采样窗ロ的聚类分配对象的性质。还可以在开始消融之前首先应用聚类分析，获得表示未被消融组织的第一组聚类。然后，在执行消融过程时连续应用聚类分析。如果聚类分析获得不属于第一组聚类的新聚类，可以向这些新聚类分配性质“被消融组织”。性质确定単元可适于基于至少一个散射值与至少ー个阈值的比较来确定性质。例如，可以利用上述米样窗ロ对超声信号米样并且可以针对姆个米样窗ロ确定至少ー个散射值。可以定义如果米样窗ロ的散射值高于阈值，则对应于该米样窗ロ的组织未被消融，如果散射值低于阈值，则对应于该米样窗ロ的组织被消融。如果针对同ー米样窗ロ确定了若干散射值，则可以针对每个散射值提供阈值，并且针对每个散射值，可以确定相应散射值高于还是低于相应阈值。例如，如果采样窗ロ的大部分散射值高于相应阈值，则可以定义对应于该米样窗ロ的组织未被消融，并且例如，如果大部分散射值低于相应阈值，则可以定义对应于采样窗ロ的组织被消融。所述ー个或若干阈值例如可以通过校准測量确定。如果针对采样窗ロ确定了若干散射值，则可以将它们组合成多维特征矢量，即，针对每个采样窗ロ，可以定义多维特征矢量，其中可以将多维特征矢量与阈值矢量比较，以确定相应的采样窗ロ对应于被消融组织还是未被消融组织。还优选地，所述超声信号提供単元适于提供通过使用频率大于IOMHz的超声波产生的超声信号。超声波优选地具有20到40MHz频率范围之内的频率，特别是30MHz的频率。利用这些相对较高的超声频率，得到増大的超声信号分辨率。由于超声信号的分辨率的增大，因而能够在超声信号中更好地识别流体造成的超声脉冲散射导致的超声信号模式。因此改善了从超声信号提取至少ー个散射值，因而改善了所确定的性质的质量。 还优选地，所述超声信号提供单元是集成到导管或针中的超声换能器。这允许使用要用于确定例如患者体内心脏或另一器官的性质的性质确定装置，其中至少超声换能器可以被引入患者体内。性质确定単元还可适于基于所确定的至少ー个散射值确定对象的特定部分是否包括血管，特别是，动脉或静脉。特别是，可以将所述至少一个散射值与和血管相关联的预定义散射值范围比较，其中，如果至少一个散射值在预定义散射值范围之内，则确定对象的一部分是血管。也可以通过校准測量确定预定义散射值范围，其中在对象类型已知的同时确定散射值。在本发明的另一方面中，提供了一种用于影响对象的对象影响装置，其中对象影响装置包括用于影响对象的对象影响单元和权利要求I所述的性质确定装置。对象影响装置优选地是用于消融人或动物的器官例如心脏的消融装置。对象影响单元优选地包括消融电极和连接到消融电极的能量源，用于通过例如射频(RF)能量加热对象。除了适于执行RF消融过程，消融装置也可适于执行另ー种消融，例如光学消融、冷冻消融、超声消融、微波消融等。对象影响装置优选地包括用于控制对象影响单元的控制单元，其中控制单元适于根据对象的性质控制对象影响单元，所述对象的性质由性质确定装置的性质确定单元确定。如上所述，对象的性质例如是消融深度。如果对象影响装置是根据消融深度控制的消融装置，那么可以控制消融装置使得能够达到期望的消融深度。此外，可以确定血管，特别是，动脉或静脉是否位于消融电极前方，作为对象的性质。例如，可以控制消融装置，使得如果在消融电极前方检测到血管，则不开始消融或停止消融。总地来说，通过根据所确定的对象的性质控制对象的消融，可以改善对象的消融。在本发明的另一方面中，提供了一种用于确定对象的性质的性质确定方法，其中所述性质确定方法包括-提供通过如下方式产生的超声信号-向所述对象发出超声脉冲，-从所述对象接收回波序列，以及-根据接收的回波序列生成所述超声信号，-确定至少ー个散射值，该至少ー个散射值指示灌注对象的流体导致的超声脉冲的散射，其中根据所述超声信号确定所述至少ー个散射值，-根据所述至少ー个散射值确定对象的性质。 在本发明的另一方面中，提供了一种用于影响对象的对象影响方法，其中对象影响方法包括影响对象和权利要求12所述的性质确定方法的步骤。优选地，对象影响方法包括根据所确定的对象的性质控制对对象的影响的步骤。对象影响方法优选地是用于消融对象的消融方法，其中，优选地根据所确定的对象的性质，特别是，根据所确定的消融深度，控制对象的消融。可以实时确定消融深度，以便在消融对象时控制对象的消融。在本发明的另一方面中，提供了一种用于确定对象的性质的性质确定计算机程序，其中性质确定计算机程序包括程序代码模块，该程序代码模块用于当计算机程序在控制权利要求I所述的性质确定装置的计算机上运行时，令所述性质确定装置执行权利要求12所述的性质确定方法的步骤。在本发明的另一方面中，提供了一种用于影响对象的对象影响计算机程序，其中对象影响计算机程序包括程序代码模块，该程序代码模块用于当计算机程序在控制权利要求11所述的对象影响装置的计算机上运行时，令所述对象影响装置执行权利要求13所述的对象影响方法的步骤。将要理解，权利要求I所述的性质确定装置、权利要求11所述的对象影响装置、权利要求12所述的性质确定方法、权利要求13所述的对象影响方法、权利要求14所述的性质确定计算机程序和权利要求15所述的对象影响计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，特别是，如从属权利要求中所定义的那样。将要理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应独立权利要求的任意组合。參考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐述。

在附图中图I示意性和示范性示出了用于消融对象的消融装置的实施例；图2示意性和示范性示出了消融装置的导管顶端的实施例；图3示范性示出了包括被消融组织和未被消融组织的组织的M模式图像；图4到13示出了取决于时间的若干散射值；图14到16示范性示出了对象的若干M模式图像和对应的聚类结果；图17和18示出的流程图示范性例示了聚类算法；图19示出了 M模式图像的A线；图20示意性和示范性示出了用于确定对象的性质的性质确定装置的实施例；图21示意性和示范性示出了性质确定装置的导管顶端的实施例；
图22示出的流程图示范性图示了用于确定对象的性质的性质确定方法的实施例；图23示出的流程图示范性图示了用于消融对象的消融方法；以及图24示意性和示范性示出了活检针顶端的实施例。

消融装置I还包括导航单元29，导航单元用于将导管21，特别是导管顶端22导航到对象3之内的期望位置。导航单元29可适于允许用户根据导管顶端22的确定的位置和优选的取向，完全手动地或半自动地对导管21导航。导管22包括内置的引导器件(图I中未示出)，可以由导航单元29控制引导器件。例如，可以利用操舵索操纵和导航导管29，以便将导管顶端22引导到对象3之内的期望位置。消融装置I还包括散射确定单元8，散射确定单元用于确定指示心脏组织之内血液对超声脉冲的散射的至少ー个散射值，其中散射确定单元8适于根据超声信号确定至少ー个散射值。图3示意性和示范性地示出了 M模式图像的超声信号30。M模式图像根据时间t和组织之内的不同深度d示出了超声信号的超声強度。在A指示的第一时间段中，组织被血液灌注，在B指示的第二时间段中，组织未被血液灌注。血液灌注的组织对应于未被消融的组织，无血液灌注的组织对应于被消融的组织。由采样窗ロ 31对M模式图像采样，采样窗ロ 31不交叠并沿着M模式图像的整个深度范围延伸。散射值确定単元8适于根据相应米样窗ロ 31之内的超声强度的直方图针对姆个米样窗ロ 3确定若干散射值。特别是，散射确定单元8适于基于ー阶直方图和ニ阶直方图中的至少ー个确定散射值。然而，也可以使用更高阶统计确定散射值，例如，可以使用Gabor滤波方法确定所述至少ー个散射值。散射确定单元8可适于确定以下值中的若干作为相应采样窗ロ 31的散射值ー阶直方图的ー阶平均值Hi1，一阶直方图的ー阶方差m2，一阶直方图的ー阶熵m3，ニ阶直方图的ニ阶熵Ii1，ニ阶直方图的ニ阶能量n2，ニ阶直方图的ニ阶均一性n3，ニ阶直方图的ニ阶对比度n4，ニ阶直方图的ニ阶聚类趋势n5，ニ阶直方图的ニ阶形状n6，ニ阶直方图的ニ阶相关性n7以及ニ阶直方图的ニ阶相关性导数n8和n9。一阶直方图是标准直方图，其中对于不同的超声強度，即对于不同的超声強度箱(bin)，确定具有強度I的像素数量P (I)，即位于相应的強度箱中的像素数量P (I)。这个ー阶直方图的ー阶平均值Hl1可以由以下公式定义Hi1 = Σ IP ⑴，(I)可以由以下公式定义ー阶方差m2和ー阶熵m3 m2 = Σ (In1)2P(I)以及(2)m3 = - Σ P (I) Iog2P (I).(3)
在公式(I)到(3)中，在不同超声強度I上进行求和。ニ阶值优选地基于所谓的共生矩阵，例如，在S. Theodoridis等人的“PatternRecognition”一书(Academic Press, 2003)中公开了这种矩阵。ニ阶值还考虑M模式图像
中超声強度的相对位置，并且ニ阶值基于ニ阶直方图，可以由以下公式定义


本发明涉及一种用于确定对象的性质的性质确定装置，所述对象优选地是心脏。超声信号提供单元提供所述对象的超声信号，散射确定单元(8)根据所述超声信号确定至少一个散射值，该至少一个散射值指示由灌洗所述对象的流体导致的超声脉冲散射。性质确定单元(15)根据所述至少一个散射值确定所述对象的性质。与基于气泡形成的组织损伤检测方法相比，基于流体导致的超声脉冲散射可以较为直接地确定与灌洗相关的对象的性质，例如组织被消融还是未被消融，因而提高确定所述对象的性质的精度。