Планирование абляционного лечения и устройство

Группа изобретений относится к медицине, онкохирургии, визуализации опухоли. В способе планирования абляционного лечения получают набор данных трехмерного изображения интересующей области (I); вводят данные трехмерной модели объема абляции (ОА) в полученный набор I; вычерчивают двумерное изображение, содержащее поперечный срез MPR интересующей области и ОА в плоскости MPR. Эту плоскость используют в качестве секущей, причем вначале отбрасывают наружную часть ОА так, что только внутренняя часть ОА маркируется на всей плоскости MPR в буфере трафарета. Затем отбрасывают внутреннюю часть ОА так, что наружная часть ОА визуализируется на всей плоскости MPR в буфере трафарета. Пиксели, являющиеся частью внутренней части ОА и маркированные вначале, сбрасываются перед смешиванием в буфере цвета. Устройство планирования абляционного лечения содержит средство для получения набора I; средство для ввода данных трехмерной модели ОА в полученный набор I и средство для вычерчивания двумерного изображения, содержащего поперечный срез MPR интересующей области и ОА в плоскости MPR, используя эту плоскость в качестве секущей. Машиночитаемый носитель содержит компьютерную программу для осуществления упомянутого способа. С помощью описанного графического подхода ОА любой произвольной формы можно визуализировать в пространстве трехмерного изображения путем вычерчивания двумерных изображений в нужной плоскости MPR. Таким образом обеспечивается точность управления ОА, оптимизация положения и направления абляционной иглы в последующих процедурах лечения. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу планирования абляционного лечения и к способу планирования абляционного лечения и направления иглы. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройствам для выполнения таких способов, к компьютерной программе, выполненной с возможностью управления такими способами при исполнении на компьютере, и машиночитаемому носителю с сохраненной на нем такой компьютерной программой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Чтобы лечить рак, может быть необходимо удалить или уничтожить пораженную опухолью ткань в теле пациента. Благодаря прогрессу в технологии визуализации и доступности управляемых медицинских устройств технология абляции становится жизнеспособным вариантом лечения для ряда неоперабельных опухолей.

В настоящее время широко применяются три способа абляции:

- RFA (радиочастотная абляция) является наиболее широко применяемым способом абляции, который нейтрализует пораженную опухолью ткань путем преобразования радиочастотной энергии в тепло. Устройства RFA обычно имеют диаметры от 1,2 до 1,6 мм и могут создавать зоны абляции с диаметром 1,5-7 см.

- Другим общедоступным способом абляционного лечения является криоабляция, где вместо нагревания ткани используется замораживание, чтобы вызвать омертвение ткани. В этом способе некроз клеток обусловлен быстрым замерзанием межклеточной воды. Чтобы заморозить пораженную опухолью ткань, специальные иглы можно ввести через кожу в опухоль. Аргон доставляется через иглу, посредством этого создавая охлажденный объем абляции предсказуемого размера и формы. Устройства криоабляции обычно имеют диаметры 1,2-8 мм и могут создавать зоны абляции с диаметром 4-5 см.

- Микроволновая абляция является развивающейся технологией термальной абляции, в которой ткань может нагреваться с использованием микроволн. Устройства микроволновой абляции обычно имеют диаметры 1,2-5,7 мм и могут создавать зоны абляции с диаметром 1,7-6 см.

Предсказанный объем абляции, в котором определенное устройство абляции предназначено для удаления/нейтрализации пораженной опухолью ткани, обычно определяется и сообщается производителями устройств. Например, в устройствах криоабляции изотермы обычно задаются при трех разных температурах, как показано на Фиг. 1. Там можно задать различные объемные области 3a, 3b, 3c в рамках общего объема 1 абляции, сформированного криоабляционной иглой 5, так что поверхность каждой объемной области 3a, 3b, 3c задается в расположении, обладающем соответствующей температурой, например -40º, -20º и 0º. Соответственно, объем внутри изотермы имеет температуру ниже значения температуры изотермы. Таким образом, изотерма 0º задает общий объем 1 абляции, в котором ткань замораживается во время криоабляции. Так как абляционная игла 5 образует симметричную ось во время процесса охлаждения, каждая из областей 3a, 3b, 3c абляции, а также общий объем 1 абляции, соответствующий области 3c абляции при 0°C, может иметь форму эллипсоида или сфероида. Например, сфероид, окружающий объемную область 3c с наибольшей температурой, может иметь основную ось, имеющую размеры 32 мм×56 мм, тогда как внутренняя объемная область 3a, окруженная изотермой -40°C, может иметь размеры 14,5×34 мм. Слой льда может простираться примерно на 6 мм впереди наконечника иглы.

Во время процедуры абляции пациент обычно располагается в сканере КТ или ЯМР, и одна или несколько абляционных игл вводятся в пораженную опухолью ткань под руководством КТ-рентгеноскопии или ультразвуковой КТ в реальном масштабе времени. Процедура чаще всего выполняется интервенционным радиологом в радиологическом отделении больницы.

Некоторыми трудностями для достижения успешного омертвения обычно являются:

- лечение средних и больших опухолей, имеющих размеры, например, больше типичных размеров объема абляции у абляционной иглы;

- точное и воспроизводимое размещение абляционной иглы, то есть введение абляционной иглы в тело пациента к правильному положению в пораженной опухолью ткани, так что положение и ориентация абляционной иглы выбирается так, что во время процесса абляции уничтожается вся пораженная опухолью ткань.

Предпочтительным способом создания большого и/или сложного объема абляции является использование множества абляционных игл с несколькими перекрывающимися объемами абляции. Традиционно такие перекрывающиеся объемы абляции по большей части могут создаваться интервенционным радиологом в уме без визуальной обратной связи. Из-за того, что в примере криоабляции изотермы абляции обычно имеют асимметричные размеры, то есть могут иметь форму эллипсоида в зависимости от направления введения иглы, затронутая область может определяться как целевым положением абляционной иглы, так и направлением введения/ориентацией абляционной иглы. Таким образом, может быть понятно, что точное управление затронутым объемом абляции может быть сложным без точной и надежной поддержки пользователя, например хирурга или рентгенолога, особенно при косых углах введения абляционной иглы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, может существовать потребность в способе планирования абляционного лечения, а также в способе планирования и направления абляционного лечения, позволяющем надежно планировать объем абляции в интересующей области в пациенте, содержащей, например пораженную опухолью ткань, и при желании направляющем впоследствии абляционную иглу, чтобы расположить и сориентировать иглу так, что объем абляции отсекается во время процедуры абляции. В частности, может быть желательно предоставить такой способ планирования абляционного лечения, позволяющий введение абляционной иглы под косыми углами и позволяющий наблюдение охвата объема абляции в произвольных плоскостных ориентациях. Кроме того, может существовать потребность в устройстве планирования абляционного лечения и устройстве планирования и направления абляционного лечения, приспособленных для выполнения или управления такими способами, в элементе компьютерной программы, приспособленном для управления или выполнения таких способов при исполнении на компьютере, и машиночитаемом носителе, содержащем такой сохраненный на нем элемент компьютерной программы.

Эти потребности можно удовлетворить с помощью предмета изобретения в соответствующих прилагаемых независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления изобретения приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.

Успех чрескожной абляции, например радиочастотной абляции, криоабляции или микроволновой абляции, преимущественно может зависеть от точности в отношении положения и ориентации, с которыми вводится абляционная игла, позволяя уничтожить всю опухоль, избегая при этом повреждений других органов и минимизируя риски локального рецидива.

Недавно предложена новая процедура интерактивного трехмерного планирования/направления изображения иглы, например в WO 2007/113703 A2. Предложенная там система планирования/направления изображения иглы изобретена автором настоящего изобретения и также называется XperGuide. Эта система может позволить вернуть чрескожные интервенционные процедуры в ангиографическую процедурную. Такой навигационный инструмент может создать наложение реального рентгеноскопического изображения на трехмерное изображение мягких тканей, что может предоставить информацию о траектории иглы и цели. XperGuide может использоваться в широком диапазоне клинических процедур от биопсий и дренирований до абляций. XperGuide может предусматривать реальную трехмерную обратную связь о продвижении иглы для дополнительного управления и контроля во время интервенционной процедуры. Это может обеспечить большую свободу для врачей при планировании и выполнении пункционных процедур, особенно при косых углах. Кроме того, может предлагаться оптимизированный доступ к пациенту для каждого этапа такой процедуры. Соответственно, процедуры управления иглой могут выполняться в ангиографической процедурной, где имеются все необходимые материалы. Рентгеноскопия в режиме реального времени может объединяться с трехмерным изображением мягких тканей, помогая врачу в работе с пациентом.

В методике, обычно используемой для визуализации мягких тканей, которая также используется в XperGuide, известной как многоплоскостное переформатирование (MPR), двумерный поперечный усредненный срез с произвольной ориентацией и толщиной среза можно интерполировать из трехмерного массива данных, который описывает объемное изображение. Такой трехмерный массив данных можно получить, например, в компьютерной томографии (КТ) путем вычисления последовательности двумерных томограмм, которые находятся в плоскости x-y в заранее установленных z-координатах. В качестве альтернативы такие трехмерные данные также можно восстановить из набора двумерных изображений, полученных посредством трехмерного вращательного сканирования с помощью рентгеновской системы с рамой C-типа. Во время планирования абляционного лечения может потребоваться определить эллиптические площади поперечного сечения у эллипсоидных изотерм в выбранной плоскости визуализации, чтобы поддерживать гибкие косые углы введения абляционной иглы, приводящие к произвольно ориентированным объемам абляции и произвольной ориентации плоскости наблюдения MPR.

В статье "Intersections of ellipsoids and planes of arbitrary orientation and position", Mathematical Geology, том 11, № 3 от 3 июня 1979 г. выводятся явные выражения для осевого отношения и ориентации эллипса, созданного пересечением трехосного эллипсоида и плоскости, которые оба произвольно ориентированы. В этом документе обсуждается отношение между центральными и нецентральными сечениями и проблема касательно вероятности пересечения. Однако может быть не просто вычислить неявное выражение эллипса, созданного пересечением трехосного эллипсоида и плоскости, которые оба могут быть произвольно ориентированы.

Поэтому в этом документе предлагается использовать более графически ориентированное конструктивное средство маркирования области абляции, посредством этого позволяя легко спланировать объем абляции в теле пациента, содержащий интересующую область, посредством визуализации пользователю и позволяя впоследствии направлять абляционную иглу в такое положение и ориентацию, чтобы можно было реализовать такой объем абляции.

В соответствии с первой особенностью настоящего изобретения предлагается способ планирования абляционного лечения, содержащий следующие этапы, предпочтительно в указанном порядке: (a) получение набора данных трехмерного изображения интересующей области с помощью, например, получения рентгеновских изображений, использующего устройство получения рентгеновских изображений с рамой C-типа; (b) внесение данных трехмерной модели объема абляции в набор данных трехмерного изображения; и (c) вычерчивание по меньшей мере одного двумерного изображения, содержащего поперечный срез MPR интересующей области и объем абляции в плоскости MPR, используя при этом плоскость MPR в качестве плоскости отсечения.

В соответствии со второй особенностью настоящего изобретения предлагается способ планирования и направления абляционного лечения, содержащий этапы (i) планирования объема абляции в интересующей области с использованием по меньшей мере одного двумерного изображения, вычерченного в соответствии со способом согласно вышеупомянутой первой особенности изобретения, где положение и ориентация объема абляции предопределяется плановым положением и ориентацией абляционной иглы; и (ii) направления абляционной иглы в интересующую область в соответствии с плановым положением и ориентацией.

В соответствии с дополнительной особенностью изобретения предлагаются устройство планирования абляционного лечения и устройство планирования и направления абляционного лечения, приспособленные для выполнения или управления способами в соответствии с вышеприведенной первой и второй особенностью изобретения соответственно, элемент компьютерной программы, приспособленный для управления способом в соответствии с вышеупомянутой первой и второй особенностью изобретения соответственно, и машиночитаемый носитель с сохраненным на нем соответствующим элементом компьютерной программы.

Сущность настоящего изобретения можно представить как основанную на идее использовать более графически ориентированный подход, чтобы визуализировать объем абляции, который нужно спланировать в трехмерном изображении интересующей области, так что область абляции можно визуализировать в любой нужной плоскостной ориентации наблюдения. В таком графическом подходе характерные процедуры обработки изображений, например отсечение плоскостей изображения, маркирование частей в данных трехмерной модели объема абляции на нужной плоскости MPR в буфере трафарета, смешивание таких маркированных частей в буфер цвета, отбраковка наружной части или внутренней части модели объема абляции, объединение объемов абляции, преобразование модели для масштабирования, размещения и/или преобразования данных трехмерной модели объема абляции в заранее установленном направлении и т.д., могут использоваться преимущественно для визуализации объема абляции в интересующей области, так что врач может легко спланировать последующее хирургическое вмешательство, а затем направлять абляционную иглу (иглы) в соответствии с таким планом.

Другими словами, врач при наличии трехмерного изображения интересующей области, например полученного ранее с помощью рентгеновского изображения, может планировать абляционное вмешательство путем экспериментального введения моделируемых объемов абляции, имеющих предсказуемую форму и размер, в визуализируемую интересующую область в физиологическом трехмерном изображении в выбираемом положении и выбираемой ориентации. Объем абляции следует визуализировать в физиологическом трехмерном изображении таким образом, чтобы врач мог легко определить, вся ли пораженная опухолью ткань заключена в плановый объем абляции. Вместо аналитического вычисления пересекающихся областей плоскости наблюдения с эллипсоидным объемом абляции, что может быть сложной задачей, если нужно визуализировать произвольно ориентированные плоскости наблюдения и ориентации объема абляции, используется графический подход, в котором плановый объем абляции визуализируется в физиологическом трехмерном изображении с использованием инструментов графической визуализации.

Основная идея может заключаться в том, что если плоскость изображения MPR используется в качестве плоскости отсечения при вычерчивании объема абляции, например, в форме сфероида или эллипсоида, то двумерные поперечные области абляции можно показать как части сфероида/эллипсоида, которые отсечены и которые могут показать внутреннюю часть сфероида/эллипсоида.

Нужно отметить, что особенности и варианты осуществления настоящего изобретения описываются в этом документе частично со ссылкой на разные предметы изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описываются со ссылкой на пункты формулы изобретения на способ, тогда как другие варианты осуществления описываются по отношению к пунктам формулы изобретения на устройство. Однако специалист в данной области техники из вышеприведенного и нижеследующего описания сделает вывод, что пока не указано иное, в дополнение к любому сочетанию признаков, принадлежащих одному типу предмета изобретения, любое сочетание между признаками, относящимися к разным предметам изобретения, в частности, между признаками пунктов формулы изобретения на устройство и признаками пунктов формулы изобретения на способ, также рассматривается как раскрытое с помощью этой заявки.

КРАТКОЕ ОПИСНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно описаны по отношению к характерным вариантам осуществления, которые показаны на прилагаемых чертежах, но которыми не следует ограничивать изобретение.

Фиг. 1 показывает области объема абляции, созданные криоабляционной иглой.

Фиг. 2, 2a, 2b, 2c показывают отображения сфероидного объема абляции в трехмерном изображении с неотсеченным объемом абляции (Фиг. 3) и с отсеченными поперечными областями абляции, выбранными на различных плоскостях MPR (Фиг. 2a, b, c).

Фиг. 3a, b показывают отображение множества сфероидных объемов абляции, где перекрывающиеся области абляции визуализируются наложенным способом.

Фиг. 4a, b показывают отображение множества сфероидных объемов абляции, где перекрывающиеся области абляции визуализируются неналоженным способом.

Фиг. 5a-e показывают плановый общий объем абляции, составленный из трех сфероидных объемов абляции в виде из точки входа (Фиг. 5а), а также в нескольких ортогональных видах (Фиг. 5c, d, e).

Фиг. 6 показывает устройство планирования абляционного лечения, содержащее традиционное устройство получения рентгеновских изображений с рамой C-типа.

Признаки на чертежах показаны лишь схематически, а не в масштабе. На всех фигурах одинаковые знаки ссылок относятся к одинаковым или аналогичным признакам.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ планирования абляционного лечения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения будет описываться по отношению к Фиг. 2, 2a, 2b, 2c и 6.

На Фиг. 2 показано объемное изображение на экране. Такое изображение может основываться на наборе данных трехмерного изображения, полученном устройством получения рентгеновских изображений из интересующей области. Например, система 100 планирования абляционного лечения может содержать такое устройство получения рентгеновских изображений, например систему с рамой C-типа, которая показана на Фиг. 6, которое приспособлено для получения множества рентгеновских проекционных изображений под различными углами получения изображений, так что в конечном счете можно сформировать набор данных трехмерного изображения из множества двумерных проекционных изображений. Там рентгеновский источник 101, прикрепленный к первому концу рамы 109 C-типа, может излучать рентгеновские лучи, которые пропускаются через интересующую область 103 в пациенте (не показан), лежащем на передвижном столе 105. Рентгеновские лучи затем обнаруживаются детектором 107 рентгеновского излучения, прикрепленным ко второму концу рамы 109 C-типа. Здесь рама C-типа может перемещаться и вращаться в различных положениях и ориентации, и различные двумерные проекционные изображения можно получить и передать контроллеру 111, содержащему компьютер и запоминающее устройство. Различные двумерные проекционные изображения могут использоваться для формирования набора данных трехмерного изображения. Такой набор данных трехмерного изображения может отображать объемное изображение интересующей области, например изображение, включающее в себя позвоночник, несколько ребер и почку пациента, как показано на Фиг. 2.

В такой набор данных трехмерного изображения вводятся данные трехмерной модели объема 1 абляции. Как подробнее будет объясняться ниже, введение данных трехмерной модели объема абляции в данные трехмерного изображения интересующей области может выполняться определенным образом, используя буфер трафарета, так что данные трехмерного изображения, отображающие пиксели, могут быть "маркированы" определенным образом, так что на последующем этапе обработки такие маркированные пиксели можно смешать в буфер цвета перед итоговым вычерчиванием двумерного изображения, которое нужно визуализировать.

Фиг. 2a, 2b, 2c показывают отсеченные поперечные области абляции в объеме 1 абляции, расположенном в почке пациента, в прямой проекции (Фиг. 2a), боковой проекции (Фиг. 2b) и аксиальной проекции (Фиг. 2c). В этом документе "отсечение" может означать, что плоскость отсечения используется для отсечения, то есть "скрытия", области отображенного трехмерного пространства. Соответственно, плоскость отсечения может быть плоскостью, которая разделяет отображенное пространство на две области, причем одна область включается в зону видимости, а другая исключается из зоны видимости. Например, если нужно вычертить полусферу, то может использоваться плоскость отсечения, которая "разрезает" сферу и вычерчивает только ее половину.

Визуальные отображения, показанные на Фиг. 2, 2a, 2b, 2c, могут быть не оптимальными для практического использования для врача. Только внутренняя часть сфероидного объема 1 абляции может быть значимой, тогда как его наружная часть может быть отвлекающей и может присутствовать, если пересекающая плоскость MPR находится сзади объема абляции. Кроме того, затемненная визуализация может полностью скрыть важные клинические данные, содержащиеся в наборе данных трехмерного изображения.

Чтобы улучшить визуализацию, предлагается 3-этапная последовательность вычерчивания, которая использует буфер трафарета, предоставленный, например, OpenGL^® или DirectX^®:

1. На первом этапе путем отбраковки наружной части только внутренняя часть сфероидного объема абляции будет вычерчена/маркирована на всей плоскости отсечения MPR в буфере трафарета.

2. На втором этапе путем отбраковки внутренней части наружная часть сфероидного объема абляции будет визуализирована в буфер трафарета по всей плоскости отсечения MPR, и сбрасываются те пиксели, которые являются частью наружной части и которые были промаркированы на первом этапе.

3. Теперь на третьем этапе маркированные пиксели смешиваются в буфер цвета.

В этом документе "буфер трафарета" может быть аналогичен буферу цвета за исключением того, что пиксели в буфере трафарета не отображают цвета, а могут иметь специализированный смысл. Буфер трафарета может не быть непосредственно видимым в итоговом вычерченном изображении, как буфер цвета, но разряды в плоскостях трафарета могут образовать целочисленную метку без знака, которая действует и может обновляться командами вычерчивания, посредством функции трафарета и операций трафарета. Функция трафарета может управлять тем, отбрасывается ли фрагмент проверкой трафарета, а операция трафарета может определять то, как плоскости трафарета обновляются в результате той проверки. Проверка трафарета может проводиться над двумерными пикселями во время завершающего этапа растрирования при вычерчивании двумерного изображения. Проверка может управляться посредством StencilFunc. Операция трафарета является сравнением между значением в буфере трафарета для конечного пикселя и эталонным значением трафарета (заданным для этой операции). Если задействуется использование трафарета, то приложение с использованием glStencilOp может управлять тем, что происходит в трех разных сценариях: (1.) Проверка трафарета терпит неудачу; (2.) Проверка трафарета проходит, но проверка глубины терпит неудачу; и (3.) Проверка трафарета и проверка глубины проходят.

Термин "отбраковка/отбрасывание" относится к операции, используемой для отрисовок с ограниченным заполнением путем удаления невидимой поверхности или лицевой поверхности. Если перпендикуляр многоугольника отвернут от зрителя, то он "обращен назад". Отбраковка невидимой поверхности является процессом, с помощью которого многоугольники (обычно треугольники), которые не обращены к камере, удаляются из конвейера визуализации. Например, если вычерчивается сфера, то половина ее многоугольников обращена назад в любое заданное время. Отбраковка невидимой поверхности задействована по умолчанию.

Вычерчивание обращенных назад многоугольников может быть полезным, когда разрешается двустороннее затенение, чтобы смотреть изнутри или чтобы вычертить внутреннюю часть частично открытых или отсеченных объектов. Если задействуется отбраковка лицевой поверхности, то визуализируется только обратная/внутренняя часть объекта.

В дальнейшем будет подробнее описываться вышеуказанная 3-этапная последовательность вычерчивания для маркирования объема абляции, и подходящий код компьютерной программы, содержащий команды OpenGL^®, предоставляется для разъяснения специалисту в данной области техники вычислительной реализации предложенного способа планирования абляционного лечения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

В момент, когда происходит визуализация абляции, настраиваются преобразования модели и изображения, и поперечные срезы объемов интерполируются и отображаются. В этот момент преобразование модели и изображения будут настроены для конфигурирования плановой ориентации абляции, положения и масштабирования сферы.

Поперечная эллиптическая проекция получается с помощью трехэтапного процесса.

glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);

glStencilFunc(GL_ALWAYS, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE,, 0);

glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE);

glEnable(GL_CULL_FACE);

glCullFace( GL_FRONT);

gluSphere(term_length);

На этом первом этапе только внутренняя часть проецируемой сферы будет вычерчена путем отбраковки лицевых поверхностей. В результате операции colorMask это не окажет влияние на буфер цвета, а только на буфер трафарета. Буфер трафарета настраивается так, что пиксели, которые будут вычерчены, помечаются меткой STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE. Отметим, как показано выше, что в результате вычерчивания внутренней части, если плоскость отсечения находится перед центром абляции, то вычерчивается слишком большая часть проецируемого поперечного сечения. Это будет исправлено на следующем этапе.

glCullFace( GL_BACK);

glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_ZERO);

glStencilFunc( GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, SLICEMASK_ALL);

gluSphere(therm_length);

На этом втором этапе только обращенные вперед треугольники, которые составляют сферу, будут вычерчены путем отбраковки невидимых поверхностей. Операция трафарета задается так, что будут затронуты только помеченные меткой INSIDE пиксели трафарета, и затронутые пиксели будут установлены в 0. Отметим, что в этот момент правильное поперечное сечение, помеченное как STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, визуализируется теперь в буфере трафарета.

glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, KEEP);

glStencilFunc( GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE );

glColor4fv(ablationColor);

glColorMask(GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE);

glCullFace( GL_FRONT);

gluSphere(term_length);

В конечном счете на третьем этапе буфер цвета снова становится активным (glColorMask). Наружные поверхности визуализируются в буфер цвета для тех пикселей, которые помечены как STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE в результате предыдущей операции. Пиксели визуализируются прозрачно (альфа-сопряжение) поверх информации об объеме.

После визуализации изображения и перед вычерчиванием абляции настраивается правильное преобразование модели, которое масштабирует, размещает и преобразует область абляции в направление абляционной иглы. Эллипсоиды вычерчиваются в виде сфер в масштабной системе координат. Кроме того, нужно будет инициализировать буфер трафарета и плоскость отсечения.

Пример результата вышеприведенной 3-этапной последовательности вычерчивания показан на Фиг. 3а. Там три перекрывающихся объема 1a, 1b, 1c абляции введены в трехмерное изображение. Перекрывающиеся области абляции вычерчиваются по схеме визуализации, как описано выше.

На Фиг. 3b несколько изотерм, представленных в качестве областей 3a, 3b, 3c абляции так, как они могут быть заданы для различных криоабляционных игл, визуализируются тремя разными цветами (на Фиг. 3b указаны как разные шаблоны).

Как показано на изображениях из Фиг. 3a, b, частично перекрывающиеся области 1a, 1b, 1c абляции визуализируются наложенными поверх друг друга, что создает отображения 2a, 2b, 2c областей абляции, имеющие разные уровни прозрачности. Такие разные уровни прозрачности могут усложнить интерпретацию изображения, которую должен сделать врач.

Поэтому, как показано на Фиг. 4a, 4b, предпочтительной визуализацией может быть отображение с вычерченным двумерным изображением, на котором множество маркированных частей, соответствующих множеству объемов абляции, смешивается в буфер цвета так, что не перекрываются профили, отображающие объемы абляции. Такое неперекрывающееся отображение может обеспечить простую интерпретацию изображения, особенно в случае нескольких изотерм, как показано на Фиг. 4b.

Чтобы избежать наложенного отображения, необходимо внести некоторые модификации в вышеприведенную схему визуализации.

1. glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);

glStencilFunc(GL_NOTEQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE );

glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE);

glEnable(GL_CULL_FACE );

glCullFace( GL_FRONT);

gluSphere(term_length);

2. glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_ZERO);

glStencilFunc( GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE );

glCullFace( GL_BACK);

gluSphere(term_length);

3. glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, KEEP);

glStencilFunc( GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE);

glColor4fv(ablationColor);

glColorMask(GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE);

glCullFace( GL_FRONT);

gluSphere(term_length);

Буфер трафарета теперь настраивается так, что только значения трафарета, не равные STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, будут вычерчены и помечены как STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE в последующих отображениях поперечного сечения абляции.

Кроме того, чтобы позаботиться о том, что в случае отображения нескольких изотерм криоабляции внутренние (более холодные) области абляции перекрывают внешние (менее холодные) области, профиль абляции нужно вычерчивать в определенном порядке. Профили необходимо вычерчивать изнутри наружу, сначала все более холодные профили, затем все менее холодные и т.д. Это можно описать в виде:

для всех абляций:

вычертить изотерму -40 градусов

вычертить изотерму -20 градусов

вычертить изотерму 0 градусов

Планирование игл

Станет понятно, что планирование и направление игл и планирование областей абляции тесно связаны.

Существуют различные способы задания целевой точки иглы и точки входа/направления. Один способ представлен, например, в WO 2008/139354 A2.

Ориентация объема абляции относительно целевого положения иглы обычно задается производителями устройств. В случае криоабляции (см. Фиг. 1) это отношение задается так называемым Слоем льда (Ice Front, впереди наконечника иглы).

Объем абляции можно вычертить относительно целевого положения иглы с помощью процедуры, которая показана ниже.

void DrawAblationIsoTerm(Vector3D& needleTarget, Matrix16D& neeldleRotation, IsoTherm therm)

{

double therm_length= therm.m_length/2, therm_width= therm.m_width/2, therm_front= therm.m_front;

Vector3D dir= needleRotation* Vector3D(0,0,1);

Vector3D ablatonTarget= needleTarget+ (dir* (therm_length- therm_front));

glPushMatrix();

glLoadIdentity();

glTranslated(ablatonTarget.x ablatonTarget.y ablatonTarget.z);

glMultMatrixd(needleRotation );

glScaled(therm_width/ therm_length, therm_width/therm_length, 1.0);

if (!m_ablation_ellipse) m_ablation_ellipse = gluNewQuadric();

gluQuadricDrawStyle (m_ablation_ellipse, GLU_FLAT);

//Сначала вычертить отсеченную внутреннюю часть

glDisable(GL_DEPTH_TEST);

glColor4fv(m_ablationColor);

glStencilFunc(GL_NOTEQUAL,

STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE);

glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);

glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE);

glEnable( GL_CULL_FACE );

glCullFace( GL_FRONT);

gluSphere(m_ablation_ellipse, therm_length, 100, 100);

//Вычертить отсеченную наружную часть

glCullFace( GL_BACK);

glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_ZERO);

glStencilFunc( GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, SLICEMASK_ALL);

gluSphere(m_ablation_ellipse, therm_length, 100, 100);

//Вычертить по внутренней части трафарета

glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_INCR);

glColorMask(GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE);

glStencilFunc( GL_EQUAL, STENCILMASK_ELIPSE_INSIDE, SLICEMASK_ALL);

glCullFace( GL_FRONT);

gluSphere(m_ablation_ellipse, therm_length, 100, 100);

glPopMatrix();

glDisable( GL_CULL_FACE );

}

Изображение на Фиг. 5а показывает три абляции, спланированные параллельно рядом друг с другом, в виде из точки входа, то есть плоскости, которая ортогональна направлениям игл. Фиг. 5b, 5c, 5d, 5e показывают несколько ортогональных видов на одни и те же абляции. Отметим, что на этих отображениях показана текущая игла 1.

Для реального вмешательства система получения рентгеновских изображений с рамой C-типа сначала может быть подготовлена так, чтобы получить изображения в виде из точки входа. При таком виде игла проецируется в виде одиночной точки в правильном направлении и без параллакса при условии, что рентгеновский источник с рамой C-типа ориентирован правильно в продолжении плановой траектории иглы. Иглу тогда можно ввести на некоторый уровень, чтобы получать указания по ее ориентации. Затем систему с рамой C-типа можно повернуть примерно на 90º так, чтобы получить изображения в плоскости, включающей продольное направление иглы. В такой ориентации дальнейшее введение иглы может контролироваться, и можно наблюдать, достигла ли игла в конечном счете своего планового положения.

Планирование абляции с несколькими иглами

Для введения нескольких игл полезно расположить иглы параллельно первой или выбранной игле. Таким образом, профили абляции/абляционные иглы можно расположить параллельно относительно друг друга. Здесь на основе положения и ориентации профиля абляции можно вычислить цель иглы (слой льда) и точку входа (поперечное сечение с кожей).

Для введения температурных датчиков дополнительные иглы без профилей абляции можно запланировать и расположить относительно изотерм.

В другой конфигурации абляцию можно планировать перед вмешательством на основе прединтервенционных комплексных данных изображения (MR/CT/XperCT) и преобразовать в интервенционную ситуацию посредством трехмерной регистрации с помощью (скоростного) интервенционного сбора данных.

Подводя итог, предлагается способ планирования и, при желании, направления абляционного лечения, применимый, например, для абляции опухолевой ткани с помощью криоабляционной иглы, которая охлаждает соседнюю опухолевую ткань, чтобы посредством этого сформировать объем абляции. Чтобы иметь возможность планировать абляционное лечение, набор данных трехмерного изображения интересующей области можно получить, например, с помощью получения рентгеновских изображений с использованием, например, системы с рамой C-типа. Затем данные трехмерной модели объема абляции вводятся в набор данных трехмерного изображения путем, например, маркирования пикселей изображения с использованием буфера трафарета и, по возможности, путем отбраковки определенных внутренних областей и/или наружных областей объема абляции. В конечном счете вычерчивается двумерное изображение, которое нужно визуализировать врачу, содержащее проекцию интересующей области и объем абляции, где плоскость MPR (многоплоскостное переформатирование), в которой вычерчивается двумерное изображение, используется в качестве плоскости отсечения. С помощью такого графического подхода объем абляции, имеющий любую произвольную форму, например форму эллипсоида, можно визуализировать в пространстве трехмерного изображения путем вычерчивания двумерных изображений в любой нужной плоскости MPR, так что можно представить также наклонные ориентации объема абляции. В последующей процедуре направления абляционная игла может направляться к положению и ориентации, которые запланированы ранее.

Следует отметить, что термин "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а употребление элементов в единственном числе не исключает их множества. Также элементы, описываемые совместно с разными вариантами осуществления, могут объединяться. Также следует отметить, что знаки ссылок в формуле изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем формулы изобретения.

1. Способ планирования абляционного лечения, содержащий этапы, на которых:
(a) получают набор данных трехмерного изображения интересующей области;
(b) вводят данные трехмерной модели объема абляции в полученный набор данных трехмерного изображения;
(c) вычерчивают двумерное изображение, содержащее поперечный срез MPR интересующей области и объем абляции в плоскости MPR, используя при этом плоскость MPR в качестве секущей плоскости;
при этом упомянутый этап (с) содержит этапы, на которых:
вначале отбрасывают наружную часть объема абляции так, что только внутренняя часть объема абляции маркируется на всей плоскости MPR в буфере трафарета, и
потом отбрасывают внутреннюю часть объема абляции так, что наружная часть объема абляции визуализируется на всей плоскости MPR в буфере трафарета,
при этом пиксели, являющиеся частью внутренней части объема абляции и маркированные вначале, сбрасываются перед смешиванием в буфере цвета.

2. Способ планирования абляционного лечения по п. 1,
в котором при вычерчивании двумерного проекционного изображения и объема абляции наружную и внутреннюю части объема абляции маркируют на всей плоскости MPR в буфере трафарета и
в котором маркированные части затем смешиваются в буфере цвета для последующего вычерчивания двумерного изображения.

3. Способ планирования абляционного лечения по п. 2, в котором данные трехмерной модели объема абляции вводятся в набор данных трехмерного изображения и в котором множество маркированных частей, соответствующих объему абляции, смешиваются в буфере цвета так, что не перекрываются профили, отображающие объем абляции.

4. Способ планирования абляционного лечения по одному из пп. 1-2, в котором данные трехмерной модели отображают сфероидный объем абляции, имеющий основную ось симметрии, соответствующую центральной оси абляционной иглы.

5. Устройство планирования абляционного лечения, содержащее:
средство для получения набора данных трехмерного изображения интересующей области;
средство для ввода данных трехмерной модели объема абляции в полученный набор данных трехмерного изображения и
средство для вычерчивания двумерного изображения, содержащего поперечный срез MPR интересующей области и объем абляции в плоскости MPR, используя при этом плоскость MPR в качестве секущей плоскости;
при этом упомянутое средство для вычерчивания двумерного изображения выполнено с возможностью вычерчивания упомянутого двумерного изображения посредством:
вначале отбрасывания наружной части объема абляции так, что только внутренняя часть объема абляции маркируется на всей плоскости MPR в буфере трафарета, и
потом отбрасывания внутренней части объема абляции так, что наружная часть объема абляции визуализируется на всей плоскости MPR в буфере трафарета,
при этом пиксели, являющиеся частью внутренней части объема абляции и маркированные вначале, сбрасываются перед смешиванием в буфере цвета.

6. Машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерная программа, которая при исполнении компьютером побуждает компьютер осуществлять способ по одному из пп. 1-4.