专利名称：消融处置规划及设备的制作方法为了处置癌症，可能必须去除或破坏患者身体内的肿瘤组织。由于成像技术的进步和高度可控医学设备的可用性，消融技术正成为各种非可切除肿瘤的可行处置选项。 当前，通常使用三种消融方法-RFA (射频消融)是最常用的消融方法，其通过将射频能量转化成热量来杀死肿瘤组织。RFA设备通常具有I. 2-1. 6mm的直径并且也可以产生具有I. 5_7cm的直径的消融区。-另一种广泛可用的消融治疗方法是冷冻消融，其中代替加热组织，冷冻被用于导致组织的坏死。在该方法中，细胞死亡是由于细胞间水分的快速冷冻。为了冷冻肿瘤组织，特殊的针可以被经皮——即穿过皮肤放置到肿瘤中。氩气被递送穿过该针，由此产生具有可预测的尺寸和形状的冰冷消融体积。冷冻消融设备通常具有I. 2-8_的直径并且可以产生具有4-5cm的直径的消融区。-微波消融是即将到来的热消融技术，其中可以利用微波来加热组织。微波消融探头通常具有I. 2-5. 7mm的直径并且产生具有I. 7_6cm的直径的消融区。特定消融设备意欲在其中消融/杀死肿瘤组织的预测消融体积一般由设备制造商确定和供应。例如，对于冷冻消融设备，一般如图I所示在三个不同温度下指定等温线。在此，可以在由冷冻消融针5生成的整体消融体积I内定义各个体积区域3a、3b、3c，使得每个体积区域3a、3b、3c的表面被定义在具有相应温度——例如-40°、-20°和0°的位置处。相应地，等温线内部的体积具有低于该等温线的温度值的温度。因此，0°等温线定义整体消融体积1，在其中组织在冷冻消融期间被冰冻。由于消融针5在冷却过程中形成对称轴，每个消融区域3a、3b、3c以及对应于(TC消融区域3c的整体消融体积I可能具有椭球或椭球体形状。例如，包围最高温度体积区域3c的椭球可以具有尺度为32_X56_的主轴，而由_40°C等温线包围的内体积区域3a可以具有14. 5X 34mm的尺度。冰冻前面可以在针尖前方延伸大约6mm。在消融程序过程中，患者一般被定位在CT或MRI扫描器中，并且一个或多个消融针在实时CT透视或超声的引导下被插入肿瘤组织中。该程序经常由医院的放射科中的介入放射学家执行。在此，实现成功坏死的一些挑战通常是-处置具有例如比消融针的消融体积的典型尺度更大的尺度的中等或大型肿瘤；-精确且可复制的消融针放置，即将消融针朝着肿瘤组织内的正确位置插入患者体内，使得消融针的位置和取向被选择为使得在消融过程期间所有的肿瘤组织都被破坏。创建大的和/或复杂的消融体积的优选方法是使用具有多个交叠消融体积的多个消融针。常规地，此类交叠消融体积可能主要在介入放射学家的头脑中创建而没有视觉反馈。由于针对冷冻消融的示例消融等温线一般是取决于针插入方向对称地确定尺寸的一即可能具有椭球形状，可以由消融针目标位置和消融针插入方向/取向两者确定有效面积。因此，显然，在没有例如外科医生或放射学家的用户的精确可靠的协助一特别是对于消融针的倾斜插入角一的情况下有效消融体积的精确控制可能是困难的
因此，可能需要消融处置规划方法以及消融处置规划和引导方法，其允许可靠地规划患者体内包含例如肿瘤组织的感兴趣区域内的消融体积以及可选地随后引导消融针以便定位和定向该针，使得在消融程序中该消融体积被消融。特别地，可能期望提供允许以倾斜角度递送消融针并允许在任意平面取向观察消融体积覆盖率的此类消融处置规划方法。此外，可能需要适于执行或控制此类方法的消融处置规划设备以及消融处置规划和引导设备、当在计算机上执行时适于控制或执行此类方法的计算机程序单元以及包含存储于其上的此类计算机程序执行的计算机可读介质。这些需求可以通过随附的各个独立权利要求的主题来满足。本发明的实施例在从属权利要求中给出。诸如射频消融、冷冻消融或微波消融的经皮消融的成功可能主要取决于插入消融针时所取的位置和取向的精确性，从而使得在破坏整个肿瘤的同时避免损伤其他器官且使局部复发的风险最小化。最近，例如在WO 2007/113703A2中已经提出一种新型现场3D针图像规划/引导程序。其中提出的针图像规划/引导系统已经被本发明的申请人发明并且还被称为XperGuide0该系统可以允许将经皮针介入带回到血管实验室。此类导航工具可以创建现场透视成像与3D软组织成像的覆盖图，其可以提供关于针路径和目标的信息。XperGuide可以用于从活组织检查和引流到消融的大范围临床程序。其中，XperGuide成像可以提供对针的推进的现场3D反馈以便在介入程序过程中进行额外引导和控制。这可以允许医师更自由地规划和执行针穿刺，特别是以倾斜的角度。此外，可以提供针对此类程序的每个步骤的最佳患者接入。相应地，针引导程序可以在血管实验室中执行，在此所有必要的材料可能是在手边的。活体透视可以与3D软组织成像组合起来以支持医师管理患者。在也被XperGuide使用的通常用于软组织可视化的被称为多平面重定格式(MPR)的技术中，可以从描述体积图像的三维体积数据集内插具有任意取向和切片厚度的2D横截均分切片。此类三维体积数据集可以例如在计算机断层摄影(CT)中通过计算位于在预定z坐标处的x-y平面内的二维断层造影序列来采集。可替换地，也可以从借助于用X射线C形臂系统进行的3D旋转扫描采集的一组2D图像重建此类三维体积数据。在消融处置规划过程中，可能必须确定椭球等温线在被选成像平面内的椭圆横截面积以便支持消融针的灵活倾斜递送角，从而导致任意取向的消融体积和任意MPR观察平面取向。在“Intersections of ellipsoids and planes of arbitrary orientation andposition”，Mathematical Geology, volume 11, no. 3, June 3，1979 中，推导出由均任意取向的三轴椭球和平面的交叉产生的椭圆的轴比和取向的显式。其中，讨论了中心与非中心截面之间的关系以及与交叉概率相关的问题。然而，由可能均任意取向的三轴椭球和平面的交叉产生的椭圆的隐式在计算方面可能不是微不足道的。因此，在此提出使用对消融面积进行标记的更多图形定向建设性手段，由此允许通过对用户的可视化来更容易地规划患者体内包含感兴趣区域的消融体积，并且随后允许以一取向弓I导消融针到一位置以使得可以实现此类消融体积。根据本发明的第一方面，提出一种优选以所指示的顺序包括以下步骤的消融处置规划方法Ca)例如通过使用C形臂X射线图像采集设备的X射线成像采集感兴趣区域的3D图像数据集；(b)将消融体积的3D模型数据引入所述3D图像数据集；以及(c)绘画包括所述感兴趣区域的横截MPR切片和MPR平面内的所述消融体积的至少一个2D图像同时使用所述MPR平面作为裁剪平面。根据本发明的第二方面，提出一种消融处置规划和引导方法，其包括以下步骤(i)使用根据如本发明上述第一方面所述的方法绘画的至少一个2D图像来规划感兴趣区域内的消融体积，其中，通过消融针的所规划的位置和取向预先确定所述消融体积的位置和取向；以及(ii)根据所规划的取向和位置将消融针引导到所述感兴趣区域中。根据本发明的又一方面，提出分别适于执行或控制如本发明上述第一和第二方面所述的方法的消融处置规划设备以及消融处置规划和引导设备、分别适于控制如本发明上述第一和第二方面所述的方法的计算机程序单元以及其上存储有相应计算机程序单元的计算机可读介质。本发明的要旨可以看作基于以下理念使用更基于图像的方法来可视化要在感兴趣区域的3D图像内规划的消融体积，使得消融面积可以在任何期望的观察平面取向上可视化。在这种基于图形的方法中，具体图像处理程序，诸如裁剪成像平面、将消融体积的3D模型数据的部分通过期望的MPR平面标记到模板缓存中、将这些标记的部分混合到颜色缓存、剔除消融体积模型的外部或内部、消融体积的融合、用于在预定方向上标度、定位和/或变换消融体积的3D模型数据的模型变换等，可以有利地被用于可视化感兴趣区域内的消融体积，以使得医师可以容易地规划随后的外科手术介入并且然后根据此类规划引导消融针。换句话说，具有例如之前用X射线成像采集的感兴趣区域的三维图像的医师可以通过将具有可预测的形状和尺寸的模拟消融体积以可选的位置和可选的取向实验性地插入到生理学3D图像内的可视化的感兴趣区域中来规划消融介入。该消融体积应该在生理学3D图像内被可视化为使得医师可以容易地确定是否所有肿瘤组织被包围在所规划的消融体积内。其中，代替解析地计算观察平面与椭球消融体积的交叉面积(如果要可视化任意取向的观察平面和消融体积取向这可能是困难的任务)，使用图形方法，其中利用图形可视化工具在生理学3D图像内可视化所规划的消融体积。在此的基本的理念可能在于，如果在绘画例如椭球体或椭球形状的消融体积的同时使用MPR图像平面作为裁剪平面，则2D横截消融面积可以展示为已经被切除的且可以示出椭球体/椭球的内部的椭球体/椭球的部分。应该注意到，已经部分参考不同主题描述了本发明的各方面和实施例。特别地，一些实施例已经参考方法类型权利要求进行了描述，而其他实施例已经参考装置类型权利要求进行了描述。然而，本领域技术人员将从以上及以下描述中总结出，除非另外指明，除了属于一种类型主题的特征的任何组合外，涉及不同主题的特征之间——特别是设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任何组合也被视为已被本申请公开。本发明的特征和优点将被针对附图所示的具体实施例进一步描述，但是本发明并不局限于此。图I示出由冷冻消融针创建的消融体积的区域；图2、2a、2b、2c示出3D图像内具有未裁剪的消融体积(图3)和具有在各个MPR平面处裁剪的横截面消融面积(图2a、b、c)的椭球消融体积的表示；图3a、b示出多个椭球消融体积的表示，其中以叠加方式可视化交叠的消融面积；图4a、b示出多个椭球消融体积的表示，其中以非叠加方式可视化交叠的消融面 积；图5a_e示出在进入点视图(图5a)以及在多个正交视图(图5c、d、e)中的由三个椭球消融体积组成的规划的整体消融体积；图6示出包括常规C形臂X射线成像设备的消融处置规划设备。附图所示的特征仅是示意性的而非按比例绘出。在所有附图中，相同的附图标记指代相同或类似的特征。
图2、2a、2b、2c中所示的视觉表示对于医师的实际使用来说可能不是最优的。仅椭球消融体积I的内部可能是相关的，而其外部可能是分散注意力的并且甚至可能在交叉MPR平面在消融体积后面的情况下被呈现。此外，阴影绘制可能完全遮挡包括在3D图像数据集中的重要临床信息。为了改善可视化，提出一种使用例如由OpenGL*或DireetXs提供的模板缓存的三步骤绘画序列I.在第一步中，通过剔除其外部，仅椭球消融体积的内部将通过MPR裁剪平面被 绘画/标记到模板缓存中； 2.在第二步中，通过剔除内部，椭球消融体积的外部将通过MPR裁剪平面被绘制到模板缓存，并且作为外部的一部分且在第一步中被标记的那些像素被重置；3.现在，在第三步中，已标记的像素被混合到颜色缓存。在此，“模板缓存”可能类似于颜色缓存，区别之处在于模板缓存中的像素不表示颜色而是可能具有应用程序专用含义。在最后绘画的图像中模板缓存可能不像颜色缓存那样是直接可见的，但是模板平面中的数位可能形成无符号整数标记，其通过模板函数和模板操作影响绘画命令并且可以被其更新。模板函数可以控制是否由模板测试丢弃一片断，并且模板操作可以确定如何根据该测试的结果来更新模板平面。当绘画2D图像时，可以在最后的光栅化步骤期间对2D像素操作模板测试。该测试可以由StencilFunc来控制。模板操作是模板缓存中针对目标像素的值与(为此操作指定的)模板参考值之间的比较。如果模板被使能，应用程序可以利用glStencilOp控制在三种不同情景下发生什么(1)模板测试失败；(2)模板测试成功但是深度测试失败；以及(3)模板测试和深度测试均成功。术语“剔除(culling)”涉及用于通过背面或前面去除来减少填充受限绘画的操作。如果多边形法线是远离观察者的，则它是“背面朝向”的。背面剔除是这样一种过程，即通过该过程将不面向摄像机的多边形(通常是三角形)从绘制流水线中去除。例如，如果有人在绘画球体，在任何给定时间其多边形的一半是背面朝向的。通过缺省来使能背面剔除。当两侧阴影被使能以从内部观看或绘画部分开口的或裁剪的对象的内部时，绘画背面朝向的多边形可能是有用的。如果前面剔除被使能，则仅对象的背侧/内部被绘制。在下面，将更详细地描述用于消融体积标记的上述三步骤绘画序列，并且提供包括OpenGLli命令的适当计算机程序代码以向本领域技术人员澄清根据本发明的实施例提出的消融处置规划方法的计算实施方式。在操作消融绘制的点上，建模和观察变换被设置并且横截体积切片被内插和显示。在这一点上，建模和观察变换将被设置以配置球体的规划消融取向、位置和标度。通过三步骤过程来获得该横截椭圆投影。glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);glStenciIFunc(GL_ALWAYS, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE,，0); glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE);glEnable(GL_CULL_FACE);glCulIFace(GL_FR0NT);gluSphere (term—length);在该第一步中，通过剔除前面，仅投影球体的内部将被绘画。通过ColOTMask操作，这将不影响颜色缓存而仅影响模板缓存。模板缓存被设置为使得将要被绘画的像素被标记STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE。注意到，如上所示，通过绘画内部，如果裁剪平面在消融中心的前方，则过多的投影横截面被绘画。这将在下一步被校正。glCulIFace(GL_BACK);glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_ZER0);glStenciIFunc(GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE,SLICEMASK_ALL);gluSphere(therm_length); 在该第二步中，通过剔除背面，仅构成球体的前面朝向的三角形将被绘画。模板操作被设置以使得仅标记为INSIDE的模板像素将被涉及且受影响的像素将被设置为O。注意至IJ，在这一点上，被标记为STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE的正确横截面现在被绘制到模板缓存中。glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, KEEP);glStenciIFunc(GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE);glColor4fv(ablationColor);glColorMask(GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE);glCulIFace(GL_FR0NT);gluSphere(term_length);最后在第三步中，再次启动颜色缓存(glColorMask)。针对通过之前的操作被标记为STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE的那些像素将外部面绘制到颜色缓存。这些像素被透明地绘制(alpha混合)到体积信息之上。在图像绘制之后且在消融绘画之前，设置正确的模型变换，其在消融针的方向上标度、定位和变换消融面积。在标度的坐标系中椭球被绘画成球体。此外，模板缓存和裁剪平面将需要被初始化。图3a中示出了上述三步骤绘画序列的结果的一个示例。其中，三个交叠的消融体积la、lb、Ic已经被引入3D图像。交叠消融面积是由上述绘制方案绘画的。在图3b中，表示为可能针对各个冷冻消融针定义的消融区域3a、3b、3c的多个等温线被以三种不同颜色可视化(在图3b中指示为不同图案)。如图3a、3b的图像所示，部分交叠的消融面积la、lb、Ic被以叠加在彼此之上的方式可视化，其产生具有不同透明度水平的消融面积表示2a、2b、2c。这种不同的透明度水平可能使要由医师做出的图像解释复杂化。因此，如图4a、4b所示，具有已绘画2D图像的表示可能是优选的可视化，其中对应于多个消融体积的多个标记部分被混合到颜色缓存以使得表示消融体积的轮廓不交叠。这种非交叠表示可以提供更容易的图像解释，特别是在如图4b所示的多个等温线的情况下。为了避免交叠的呈现，必须对上述绘制方案做出某些修改。I. glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);glStenciIFunc(GL_N0TEQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE,STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE);glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE);、
glEnable(GL_CULL_FACE);glCulIFace(GL_FR0NT);gluSphere(term_length);2. glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_ZERO);glStenciIFunc (GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE,STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE);glCulIFace(GL_BACK); gluSphere(term_length);3. glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, KEEP);glStenciIFunc(GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE,STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE);glColor4fv(ablationColor); glColorMask (GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE，GL_TRUE);glCulIFace(GL_FR0NT);gluSphere(term_length);现在模板缓存被设置为使得仅不等于STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE的模板值将被绘画并且在后续消融横截面呈现中被标记为STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE。此外，为了处理在呈现多个冷冻-消融等温线时内部(更冷的)消融面积与外部(较不冷的)面积的交叠，需要以特定顺序绘画消融轮廓。需要从内到外绘画这些轮廓，因此首先是所有较冷的轮廓且然后是所有较不冷的轮廓，以此类推。这可以描述如下针对所有消融绘画-40度等温线绘画-20度等温线绘画0度等温线针规划应该清楚的是针的规划和引导与消融面积的规划是密切相关的。存在定义针目标点和进入点/方向的各种方法。例如在WO 2008/139354A2中提出了一种方法。一般由设备制造商定义消融体积相对于针目标位置的取向。在冷冻消融的情况下(参见图1)，这一关系是通过所谓的冰冻前面(在针尖前方)定义的。可以通过如下所示的程序相对于针目标位置绘画消融体积。


本发明提出了一种消融处置规划及可选的引导方法，其可用于例如用冷冻消融针进行肿瘤组织消融，该冷冻消融针冷却相邻的肿瘤组织以由此生成消融体积。为了能够规划消融处置，可以通过例如使用例如C形臂系统的X射线成像来采集感兴趣区域的3D图像数据集。然后，消融体积的3D模型数据被引入3D图像数据集，例如通过使用模板缓存标记图像像素并且可能通过剔除消融体积的特定内部区域和/或外部区域来实现。最后，绘画要向医师可视化且包括消融体积和感兴趣区域的投影的2D图像，其中，在其中绘画该2D图像的MPR(多平面重定格式)平面被用作裁剪平面。通过这种图形方法，可以通过在任何期望的MPR平面中绘画2D图像而在3D图像空间内可视化具有任何任意形状——例如椭球形状的消融体积，从而也可以表示消融体积的倾斜取向。在后续的引导程序中，消融针可以被引导到之前规划的位置和取向。