专利名称：温度分布确定装置的制作方法在由Ajay Anand 等人的文章 “Three-dimensional spatial andtemporaltemperature imaging in gel phantoms using backscattered ultrasound，，(IEEETransactions on Ultrasonics, Ferreoelectrics, and Frequency Control,第 54卷，第I号，第23-31页(2007年I月))中公开了一种用于基于超声的温度成像的装置。使用反向散射超声从凝胶体模采集超声数据，并且从所采集的超声数据确定三维空间和时间 超声温度分布。该装置只能在低于55° C的温度范围内测量温度分布，亦即该装置不能在例如约55到60° C的治疗消融温度范围内确定三维空间和时间超声温度分布。
本发明的目的在于提供一种用于确定由向对象施加能量弓I起的对象内温度分布的温度分布确定装置，其中，可增加可确定温度分布的温度范围。在本发明的第一方面中，给出了一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置，其中，所述温度分布确定装置包括-温度分布测量单元，其用于在向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的温度时测量对象中的时空依赖的第一温度分布，-温度分布估计单元，其用于基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布，所述第二温度范围不同于所述第一温度范围并且在所述第二温度范围中温度分布测量单元不能测量温度分布。由于温度分布估计单元估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布，因此可增加可确定温度分布的温度范围，并且因此所述装置能够用于例如在扩大的温度范围内监测三维时空温度分布，具体而言，在如用于消融人体的病理病变或完整器官的程序的治疗消融程序期间监测三维时空温度分布，所述第二温度范围不同于所述第一温度范围并且在所述第二温度范围中温度分布测量单元不能测量温度分布。优选地，温度分布测量单元包括用于采集来自对象的超声数据的超声单元，和用于根据所采集的超声数据计算第一温度分布的温度分布计算单元。例如，与使用磁共振成像系统或计算机断层摄影成像系统采集对象数据相比，使用超声单元允许以相对简单的方式采集数据。此外，超声单元是便携的，从而使得其可为例如私人医师所使用，并且，通过基于超Jza数据确定温度分布，可闻精确度确定温度分布。温度分布测量单元优选适于测量二维或三维第一温度分布，并且温度分布估计单元优选适于估计二维或三维第二温度分布，亦即第一温度分布和第二温度分布优选具有两个或三个空间维度。时空依赖的第一温度分布优选通过随时间测量空间温度分布而确定。优选地，温度分布估计单元适于将所测量的第一温度分布从第一温度范围外推到第二温度范围以估计第二温度分布。在实施例中，假设向对象施加能量从而使得对象的温度从第一温度范围内的温度改变到第二温度范围内的温度，其中，温度分布估计单元适于将所测量的第一温度分布从对象具有第一温度范围内温度的时间点外推到对象具有第二温度范围内温度的时间点。例如，可施加能量，从而使得温度在随时间测量第一温度分布的时间间隔内从约37° C增加到等于或小于50° C或55° C的值。第一温度分布然后描述第一温度范围中的对象内温度的时空演化。温度分布估计单元优选适于基于所测量的在第一温度范围内温度的时空演化，估计第二温度分布，具体而言，适于在时间和空间外推第二温度分布。温度分布估计单元适于使用热扩散方程和可能已知的对象参数，该参数如局部热扩散系数，具体而言，热扩散系数在对象内的三维分布。温度分布确定装置可包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度。此夕卜，温度分布估计单元可适于基于所测量的第一温度分布的时空依赖性以及所提供的能量施加特性，估计第二温度范围内的对象中的时空依赖的第二温度分布。温度分布确定装置优选适于确定如心脏、肾、肝等人体器官内的温度分布，其中，通过使用导管在人体内施加能量。例如，可施加能量以在器官上或器官内执行消融程序，或执行任何其他形式的温度在55° C以上处置的热启动，例如热药释放或基因治疗。在消融的情况下，优选施加能量以通过凝结在如人体器官的活体对象一部分内诱导细胞死亡。第二温度范围因此可当作为治疗消融温度范围并优选高于55° C，还优选高于60° C。优选施加能量以在例如心脏或肝的人体器官内的病理上执行热消融。温度分布估计单元因此优选适于在高于55° C或高于60° C的第二温度范围内的热消融期间创建第二温度分布时估计该第二温度分布。例如，第一温度范围低于温度50° C。温度分布确定装置可适于在对象的相同区域或对象的不同区域中测量第一温度分布并估计第二温度分布。不同区域可为重叠区域或不重叠区域。具体而言，所述区域可为相邻的不重叠区域。如果测量第一温度分布的第一区域不同于估计第二温度分布的第二区域，第一温度分布优选从第一区域空间外推到第二区域，以估计第二区域中的第二温度分布，其中，第一温度分布亦被时间外推。温度分布确定装置优选还包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到上至第二温度范围内的值的温度，应当在第二温度范围中估计第二温度分布。优选地，能量施加特性提供单元适于提供向对象施加RF能量的能量施加特性。施加RF能量的能量施加特性例如是用于向对象施加RF能量的一个或若干RF电极的结构、一个或若干RF电极相对于对象的位置、经由一个或若干RF电极施加于对象的功率、向对象施加功率的时间模式，等等。通过使用RF能量，可在放置一个或若干RF电极的位置处以高精度局部产生热量。但是，能量施加特性提供单元亦可适于提供如另一种电能的其他种类能量的能量施加特性，所述另一种电能如微波、光能、超声能量、核能，等等。所提供的能量施加特性可为初始提供的能量施加特性，或者经修正的提供的能量施加特性。优选地，温度分布确定装置还包括估计影响区域确定单元，其用于根据估计的第二温度分布确定对象的估计影响区域，其中，估计影响区域指示通过施加能量将对象影响到预定义程度的对象区域。例如，能够定义温度阈值，其中，关于第二温度分布，对象中具有高于温度阈值的温度的部分形成估计影响区域。温度阈值优选等于或大于60° C。进一步优选地，温度分布确定装置包括-能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得在温度分布测量单元测量第一温度分布时对象被加热到第一温度范围内的温度，并被进一步加热到第二温度范围内的温度，-影响偏差确定单元，其用于确定估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差，-能量施加特性调节单元，其用于根据所确定的偏差调节所提供的能量施加特性。预定义影响区域优选是早先计划和/或期望的影响区域。例如，可提供如磁共振图像或计算机断层摄影图像的对象的图像，其中，所述图像示出了例如肿瘤位于其中并且应当对其施加能量的区域。用户然后可在图像中标记该区域，以提供预定义影响区域。同样能够自动执行对区域进行标记以预定义影响区域，其中，优选用户可修正自动预定义影响区域。当根 据所提供的能量施加特性向对象施加能量时并且当对象的温度在第一温度范围内增加时，温度分布测量单元测量对象中时空依赖的第一温度分布。基于第一温度分布的时空演化，即基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计第二温度范围内的时空依赖的第二温度分布，优选不将对象加热到第二温度范围内的温度。然后，估计影响区域确定单元根据所估计的第二温度分布确定对象的估计影响区域。由于能量施加特性调节单元被配置成根据所确定的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差调节所提供的能量施加特性，因此能够校正能量施加，从而使得最终的影响区域将更好地匹配预定义影响区域。例如，能量施加特性调节单元适于根据所确定的偏差修改所提供的能量施加特性，其中，然后根据经调节的能量施加特性再次计算第二温度分布和估计影响区域。这能够被执行，直到实际的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差低于预定义阈值或直到已经执行预定义次数的迭代。优选地，在根据经调节的能量施加特性向对象施加能量之前，向用户示出估计影响区域并且用户必须同意该估计影响区域，才能施加能量。例如，可在显示器上示出该估计影响区域，并且温度分布确定装置包括如键盘或鼠标的输入设备，其中，仅在用户已经输入他/她同意估计影响区域时才向对象施加能量。优选地，温度分布确定装置还包括显示器，其用于示出估计影响区域和预定义影响区域的叠加图像。这允许用户容易识别出旨在向对象施加的能量施加特性是否产生期望的效果，即容易看出估计影响区域与预定义影响区域的匹配程度。进一步优选地，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，其中，能量施加特性提供单元适于允许用户修正所提供的能量施加特性，其中，温度分布估计单元适于估计在第二温度范围内的对象中经修正的第二温度分布，如果根据经修正的提供的能量施加特性向对象施加能量将存在所估计的经修正的第二温度分布，其中，估计影响区域确定单元适于为根据所估计的经修正的第二温度分布确定经修正的对象的估计影响区域。例如，当根据经修正的提供的能量施加特性向对象施加能量时并当对象温度在第一温度范围内增加时，温度分布测量单元可测量对象中时空依赖的第一温度分布。温度分布估计单元然后能够基于所测量的第一温度分布的时空演化，亦即基于所测量的第一温度分布的时空依赖性，估计经修正的第二温度分布。如果用户不同意已经基于所估计的经修正的第二温度分布确定的经修正的估计影响区域，优选不根据经修正的提供的能量施加特性施加能量从而使得对象不被加热到第二温度范围内的温度，如果用户同意经修正的估计影响区域，优选根据经修正的提供的能量施加特性施加能量，以将对象加热到第二温度范围内的温度。温度分布确定装置优选包括允许用户输入他/她同意或者不同意经修正的估计影响区域的输入单元。如果用户不同意经修正的估计影响区域，用户可再次修正能量施加特性。进一步优选地，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元，其用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，其中，如果对象的第一部分具有第一温度范围内的温度并且对象的第二部分具有第二温度范围内的温度，温度分布测量单元适于在根据所提供的能量施加特性施加能量时测量在对象的第一部分中第一温度范围内的对象内的第三温度分布，其中，温度分布估计单元适于基于所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少一个，具体而言，通过将所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少一个分别空间和/或时间外推到对应于第四温度范围的空 间和/或时间区域来估计第二温度范围内的对象的第二部分的第四温度分布，其中在根据所提供的施加的能量施加特性向对象施加能量时存在第四温度分布。如果通过将所测量的第一温度分布、所估计的第二温度分布以及所测量的第三温度分布中的至少两个进行外推已经确定出若干第四温度分布，能够对这些若干第四温度分布求平均以取得单一的第四温度分布。估计影响区域确定单元然后可适于根据所估计的第四温度分布确定对象的估计影响区域。此外，影响偏差确定单元可适于确定已经根据第四温度分布估计出的估计影响区域和预定义影响区域之间的偏差，其中，能量施加特性调节单元被配置成根据所确定的偏差调节描述向对象当前能量施加的能量施加特性。因此，即便在能量施加期间，能够确定温度分布并且根据所确定的温度分布调节能量施加。这可进一步降低对象最终的影响区域和预定义影响区域之间的偏差。进一步优选地，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元和能量施加单元，所述能量施加特性提供单元用于提供能量施加特性，所述能量施加特性描述出向对象施加能量从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，所述能量施加单元用于根据所提供的能量施加特性向对象施加能量。能量施加单元优选适于根据初始提供的能量施加特性和/或经修正的提供的能量施加特性施加能量。温度分布确定装置因此可被看作向对象施加能量的能量施加装置的控制单元的核心部分，或者温度分布确定装置可被看作能量施加装置本身。进一步优选地，温度分布测量单元适于当根据若干测量能量施加特性向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的不同温度时，测量对象中若干第一温度分布，其中，温度分布确定装置包括能量施加特性提供单元，其用于提供向对象施加能量的能量施加特性，从而使得对象被加热到第二温度范围内的温度，并且其中，温度分布估计单元适于通过将所测量的若干第一温度分布从若干测量能量施加特性外推到所提供的能量施加特性来估计第二温度分布。外推允许以相对低的计算工作确定第二温度分布。优选地，温度分布确定装置还包括用于提供对象的结构的对象结构提供单元，其中，温度分布估计单元适于基于所提供的对象结构估计第二温度分布。并且，同样能够基于所提供的对象结构估计第四温度分布。例如，如果对象是器官，所提供的结构可示出使对象冷却并影响温度分布的血管位置。结构可作为对象的分割图像提供。温度分布估计单元可适于使用热扩散方程和如热扩散系数的可能已知对象参数。热扩散系数通常是材料特异的。如果结构示出对象不同区域中的不同材料，可定义热扩散系数的空间分布。热扩散系数的空间分布优选用于通过使用热扩散方程的外推估计温度分布。温度分布估计单元还适于基于血管内血流速度估计第二温度分布。例如能够基于由温度分布测量单元的超声单元采集的超声数据确定血流速度，具体而言，通过使用公知的超声多普勒效应确定血流速度。超声单元因此可用于为至少两个目的采集超声数据测量第一温度范围内的第一温度分布，和确定血管内血流速度。超声数据还可用于引导目的，以将如消融电极的能量施加元件引导到对象内的期望位置。优选地，温度分布确定装置还包括影响区域确定单元，其用于确定指示能量施加已将对象影响到预定义程度的对象区域的影响区域。例如，影响区域确定单元可适于使用超声弹性成像来确定影响区域。这允许用户评估所执行的能量施加程序的质量，具体而言， 通过将影响区域和预定义影响区域进行比较来估所执行的能量施加程序的质量。在本发明的另外方面中，给出了一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定方法，其中，温度分布确定方法包括-由温度分布测量单元在向对象施加能量从而使得对象被加热到第一温度范围内的温度时测量对象中的时空依赖的第一温度分布，-基于所测量的第一温度分布的时空依赖性估计第二温度范围内的对象内时空依赖的第二温度分布，第二温度范围与第一温度范围不同并且在第二温度范围中温度分布测量单元不能测量温度分布。在本发明的另外方面中，给出了一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的计算机程序，其中，计算机程序包括程序代码模块，其用于当计算机程序在控制如权利要求I所述的温度分布确定装置的计算机上运行时，令所述温度分布确定装置执行如权利要求14所述的温度分布方法的步骤。应当理解，权利要求I所述的温度分布确定装置、权利要求14所述的温度分布确定方法以及权利要求15所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，具体而言，具有如同从属权利要求所述的实施例。应当理解，本发明的优选实施例亦可为从属权利要求和相应独立权利要求的任何组合。本发明的这些和其他方面将从下文中描述的实施例中是明显的并根据这些实施例进行阐述。在下列附图中图I示意示范性示出了用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置的实施例，图2到图4示意示范性示出了包括用于向对象施加消融能量的消融电极的导管尖端，图5示出了示范性说明用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定方法的实施例的流程图，图6示意示范性示出用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置的另外的实施例。
热扩散方程是重要的偏分方程，其描述给定区域内随时间的热分布(或温度变化)。对三个空间变量(X，y，Z)和时间变量t的函数u(x, y, z, t),热方程为


本发明涉及一种用于确定由向对象施加能量引起的对象内温度分布的温度分布确定装置。温度分布测量单元(6、7)在向对象(3)施加能量从而使得对象(3)被加热到第一温度范围内的温度时测量对象(3)中的时空依赖的第一温度分布，并且温度分布估计单元(5)基于所测量的第一温度分布的时空依赖性估计第二温度范围内的对象(3)中的时空依赖的第二温度分布，其中第二温度范围不同于第一温度范围。由于温度分布不但能够第一温度范围中获得而且能够在第二温度范围中获得，因此可增加可确定温度分布的总的温度范围。