專利名稱：基于等溫線的組織消融控制系統(tǒng)和方法
基于等溫線的組織消融控制系統(tǒng)和方法與相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2008年12月23日提交的臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/203，313的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容引為參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于組織的熱治療、特別是組織的低溫消融的溫度梯度或等溫線的計(jì)劃、監(jiān)測(cè)和調(diào)控。組織的熱治療已變成治療各種病理狀況的越來越有效的方法。例如，通過利用熱或冷不可逆地破壞病理組織的熱消融，成功治療了身體器官例如肝、肺、腎、前列腺、乳腺和其他器官中的惡性腫瘤。一般來說強(qiáng)調(diào)靶溫度，因?yàn)槠茐募?xì)胞的不可逆變化在那些水平下更可靠地發(fā)生，但是所述靶溫度的維持時(shí)間也是重要的。例如，使用熱引起細(xì)胞一致死亡通常需要將超過50°C的溫度維持超過一分鐘，而組織冷凍通常需要兩個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)將低于-20°C的靶組織溫度維持超過三分鐘，中間間隔超過三分鐘的被動(dòng)融化。這些一般性假設(shè)隨著下列局部組織條件而變1)起到熱壑 (heat sink)作用的鄰近血管或血管系統(tǒng)；2)來自微血管系統(tǒng)的血流的組織灌注；以及3) 組織的總體熱特性，例如導(dǎo)熱性和熱容量，其似乎與流體比率和/或纖維含量相關(guān)。對(duì)于低溫處理來說，待處理(例如冷凍)的靶區(qū)域或腫瘤周圍的局部解剖構(gòu)造可以通過各種成像技術(shù)例如超聲(US)、x-射線、計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)(CT)或磁共振成像(MRI) 來評(píng)估。超聲只清楚地顯示來自最接近超聲探頭的冰的前沿的亮回波。冷凍與非冷凍組織之間的界面具有顯著的聲速差異。幾乎所有回波都被反射，只有極少信號(hào)穿透冰球。這在冰的前沿后方產(chǎn)生顯著陰影，遮掩了所有后部結(jié)構(gòu)。普通X-射線只能顯示較低密度的冷凍組織的邊界。然而，只有當(dāng)組織被充分壓縮以允許將密度差作為與X-射線主軸垂直的投射陰影檢測(cè)時(shí)，這才是可能的。因此，超聲和 X-射線技術(shù)二者都只能提供與三維冷凍組織的大小和位置相關(guān)的部分信息，不能確定冷凍組織中包含的整個(gè)三維低溫消融體積。CT和MRI技術(shù)比超聲和X-射線更加優(yōu)選，因?yàn)樗鼈兡軌驈耐ǔ５妮S向圖像順序產(chǎn)生重建的組織體積。此外，它們能夠在進(jìn)行靜脈內(nèi)對(duì)比增強(qiáng)以評(píng)估靶腫瘤相對(duì)于周圍組織的血管分布之前、期間和之后進(jìn)行。在社區(qū)中，CT比干預(yù)性MR裝置更易獲得，并且沒有金屬不相容問題。但是，MRI與CT相比能夠提供不同的軟和/或冷凍組織之間的更大的對(duì)比，并具有溫度敏感性成像順序。與CT不同，MRI不使用電離輻射，而是使用強(qiáng)有力的磁場(chǎng)和脈沖射頻場(chǎng)使氫核產(chǎn)生可以用掃描器檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這些信號(hào)可以通過附加磁場(chǎng)操縱，以產(chǎn)生足夠的信息用于構(gòu)建靶物體的立體圖像。美國(guó)專利No. 6，773，408和6，904，305涉及向靶組織施加消融能量的MRI醫(yī)學(xué)干預(yù)過程和療法，并且還涉及通過磁共振應(yīng)用來監(jiān)測(cè)這種療法。在'408和'305專利中描述的技術(shù)部分基于下述事實(shí)，即某些已知MRI序列是溫度敏感性的，因此使用這些過程獲取的磁共振數(shù)據(jù)將表明組織溫度的變化。例如，被稱為Tl (自旋晶格弛豫時(shí)間)的磁共振參數(shù)將隨溫度而變化。如果開動(dòng)磁共振成像裝置獲取對(duì)象內(nèi)各個(gè)體積元素的Tl，則至少在總體上具有相同組成的組織中，不同元素的數(shù)據(jù)將隨溫度而變化。數(shù)據(jù)可以顯示成可視圖像，因此在所顯示的圖像中不同溫度可以用不同的亮度或顏色來顯示。遺憾的是，這種方法只能顯示被加熱身體內(nèi)位置中的加熱程度。這些過程已經(jīng)公知，但在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中還未被廣泛采納。磁共振成像儀器包括大型精密的磁體，其排列起來產(chǎn)生高磁場(chǎng)，但是也嚴(yán)重限制了靶對(duì)象的進(jìn)入。此外，MRI儀器必須基本上不受MRI系統(tǒng)的強(qiáng)大磁場(chǎng)的影響。由非MRI相容材料構(gòu)造而成的醫(yī)學(xué)儀器可能經(jīng)受儀器與MRI磁場(chǎng)之間的磁相互作用所產(chǎn)生的強(qiáng)大的不想要的力，其可能使MRI圖像失真。 此外，在MRI環(huán)境中使用的電路必須被屏蔽，因?yàn)樗鼈兛赡茉馐茉陔娐分挟a(chǎn)生的感應(yīng)電流。 感應(yīng)電流可能引起不受控制的過程，例如數(shù)據(jù)或控制信號(hào)的失真。由外部磁場(chǎng)誘導(dǎo)的電流與電子線路的組件相互作用，在其正常運(yùn)行過程中可能有失真效應(yīng)。例如，具有以高頻切換的切換組件(例如計(jì)算機(jī))和具有發(fā)射電磁場(chǎng)能力的電子線路，必須被嚴(yán)格屏蔽。
MRI的另一缺點(diǎn)是可商購(gòu)的MRI系統(tǒng)不檢測(cè)和顯示冷凍組織內(nèi)的溫度。已經(jīng)進(jìn)行了評(píng)估超短回波時(shí)間的研究以評(píng)估R2*參數(shù)并產(chǎn)生冰球內(nèi)的溫度評(píng)估，但是這些順序是復(fù)雜的，專用于有限的中心。所需要的是提供了直接鑒定或定位冷凍組織中的等溫線的能力，同時(shí)可靠地鑒定消融體積的外部邊界的系統(tǒng)。此外，還需要能夠在低溫外科中提供消融體積的大小和位置的準(zhǔn)確估算的系統(tǒng)，因?yàn)槟繕?biāo)是消融所有病理組織同時(shí)盡可能少地?fù)p傷病理組織周圍的健康組織。此外，還需要使醫(yī)生在過程中獲得哪些組織已被冷凍的準(zhǔn)確信息。還需要適合于提供消融體積的邊界的系統(tǒng)或可選的便于精確估計(jì)這種邊界的大小和位置的系統(tǒng)，以降低手術(shù)并發(fā)癥的危險(xiǎn)并避免對(duì)恢復(fù)患者的長(zhǎng)期健康和生命質(zhì)量的各種有害結(jié)果。提供用于MRI指導(dǎo)的低溫外科的系統(tǒng)的嘗試，描述在美國(guó)專利No. 5978697和美國(guó)專利申請(qǐng)No. 2006/0155268中。丨697專利描述了具有內(nèi)部和外部模塊的用于MRI指導(dǎo)的低溫外科的系統(tǒng)，其包含具有能夠使外科醫(yī)生接近容納在MRI室中的患者的開口的MRI磁體、貫穿MRI磁體通道的外科裝置線性元件，外科裝置本身包括(a)用于對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)的手術(shù)元件；(b)用于控制手術(shù)元件的控制元件，控制元件位于MRI室外部；(c)具有可以與手術(shù)元件相連的第一個(gè)末端和可以與所述控制元件相連的第二個(gè)末端的線性元件，其中線性元件的一部分收納在MRI磁體的通道內(nèi)。線性元件包括通過地下通道延伸的地下部分。手術(shù)元件是包括Joule-Thomson熱交換器的低溫探頭，線性元件是充氣管?？刂圃ㄓ糜诳刂频蜏赝饪蒲b置操作的微處理器。顯示元件位于MRI室中，顯示元件與微處理器電連通，用于提供與手術(shù)相關(guān)的信息。低溫探針包括與微處理器電連通的熱傳感器。‘ 697專利中描述的系統(tǒng)的缺點(diǎn)是控制功能分成內(nèi)部和外部模塊，這需要兩個(gè)外科設(shè)備操作人員，第一個(gè)操作人員是位于內(nèi)部模塊中、即MRI設(shè)備的磁場(chǎng)中的外科醫(yī)生，第二個(gè)操作人員的作用包括輸入氣體控制命令，并向外科醫(yī)生報(bào)告外科醫(yī)生從其在內(nèi)部模塊中的位置不能看見和自己估計(jì)并且不能直接控制的低溫外科系統(tǒng)狀態(tài)?！?97專利中描述的系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是不可能顯示和控制被消融的冷凍組織中的溫度，因?yàn)椴贾迷诶鋬鎏结樳h(yuǎn)端的熱傳感器只能提供關(guān)于消融體積中心點(diǎn)中的溫度的信息。申請(qǐng)No. 2006/0155268描述了 MRI指導(dǎo)和相容的低溫外科系統(tǒng)，其包含由高壓冷卻氣體通過Joule-Thomason孔口擴(kuò)展進(jìn)行冷卻的可操作的冷凍探針。該示意顯示的系統(tǒng)能夠使外科醫(yī)生同時(shí)位于患者附近和MRI磁環(huán)境內(nèi)，通過實(shí)時(shí)觀察干預(yù)的MR圖像監(jiān)測(cè)干預(yù)的進(jìn)展，并完全控制低溫外科的操作情況。所述裝置可以遙控位于磁環(huán)境外部的流體供應(yīng)源，從而能夠進(jìn)行低溫消融過程的MRI指導(dǎo)的實(shí)時(shí)控制。示意顯示的實(shí)施方案能夠計(jì)算和顯示冷卻的冷凍探針周圍的消融體積的邊界，并能夠進(jìn)一步對(duì)低消融過程的元件進(jìn)行自動(dòng)控制，所述元件在所計(jì)算的消融體積的形狀和位置被發(fā)現(xiàn)時(shí)啟動(dòng)。示意性干預(yù)模塊可以包含多個(gè)冷凍探針、可操作以引導(dǎo)冷凍探針插入到患者體內(nèi)的MRI相容性模板，以及可操作以定位在體內(nèi)選定位置處的熱傳感器。冷凍探針可以包含可操作以報(bào)告冷凍探針內(nèi)的溫度或報(bào)告冷凍探針外的溫度的熱傳感器。申請(qǐng)No. 2006/0155268的缺點(diǎn)在于不可使用熱傳感器獲得關(guān)于冷凍消融體積內(nèi)溫度分布的完整信息。此外，所描述的跨過由冷凍外科探針的尖頭所形成的示意性冷凍組織到冷凍體積的外表面的溫度分布情況圖，似乎有些武斷和不現(xiàn)實(shí)。因此，對(duì)于能夠?yàn)獒t(yī)生提供靶組織中的等溫線分布，以便使用解剖和組織特征的熱響應(yīng)來計(jì)劃、監(jiān)測(cè)和控制組織消融的熱消融系統(tǒng)，存在著需求。發(fā)明簡(jiǎn)述一種使用至少一個(gè)冷凍探針利用熱消融來處理生物組織的系統(tǒng)包括接受過程數(shù)據(jù)，其中過程數(shù)據(jù)包含沿著探針的流入導(dǎo)管的位置處的流入溫度以及沿著流出導(dǎo)管的位置處的流出溫度。處理器根據(jù)過程數(shù)據(jù)計(jì)算過程特征或分布圖，并將過程特征與根據(jù)以前獲取的圖像數(shù)據(jù)和/或組織模型產(chǎn)生的計(jì)劃特征進(jìn)行比較。在其他實(shí)施方案中，計(jì)劃特征是組織的計(jì)劃等溫線體積，過程特征是在干預(yù)或低溫消融期間獲得的組織等溫線體積。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可進(jìn)一步操作處理器以比較信息并自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍劑流向冷凍探針的流速。在另一個(gè)實(shí)施方案中，描述了使用至少一個(gè)熱組織消融裝置來處理靶體積生物組織的方法。方法包含多個(gè)步驟1)接收過程數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)包含入口導(dǎo)管中和裝置的組織處理部分內(nèi)的位置處流體的入口溫度，以及出口導(dǎo)管中和裝置的組織處理部分內(nèi)的位置處流體的出口溫度；幻根據(jù)過程數(shù)據(jù)確定過程特征；以及幻將過程特征與以前確定的計(jì)劃特征進(jìn)行比較。在本發(fā)明的另一方面，方法還包含根據(jù)比較步驟向組織施加一定量的熱能。在本發(fā)明的另一方面，方法還包含提供熱消融裝置的步驟，其中流體是凍結(jié)點(diǎn)低于-90°C的冷液體。在本發(fā)明的另一方面，冷液體是選自丙烷、全氟丙烷、R-IM和R-1270的一種液體。 在本發(fā)明的另一方面，比較步驟在處理過程中基本上連續(xù)進(jìn)行，并根據(jù)由比較步驟確定的實(shí)時(shí)信息調(diào)整施加的熱能的量。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)包括反饋回路，并計(jì)算兩個(gè)特征之間的差異和確定對(duì)冷凍探針功率參數(shù)的調(diào)整量，以迫使過程特征與計(jì)劃的特征匹配或匯和。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，治療計(jì)劃的方法包含觀察在治療之前沉積在靶體積中并可以通過US、CT或MRI良好顯影的標(biāo)志物或籽源?？闪己蔑@影的標(biāo)志物在治療期開始時(shí)用于證實(shí)腫瘤邊緣和血管系統(tǒng)相對(duì)于實(shí)際探針布置的位置。然后將標(biāo)志物用于驗(yàn)證腫瘤邊緣和血管系統(tǒng)相對(duì)于治療過程中發(fā)展的治療邊緣的解剖學(xué)位置，由此用作在治療方案中連續(xù)調(diào)節(jié)探針功率的輸入?yún)?shù)之一。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了允許監(jiān)測(cè)組織對(duì)由插入到靶治療區(qū)域中的探針?biāo)T導(dǎo)的熱變化的響應(yīng)的方法，由此組織的熱響應(yīng)反映在進(jìn)入探針尖端處的交換室的物質(zhì)的入口溫度與其流出交換室時(shí)的出口溫度之間的差異上。本公開和發(fā)明具體包括了可能的各種實(shí)施方案的特點(diǎn)的組合以及各種實(shí)施方案的組合。從下面的詳細(xì)描述和隨附的圖，本發(fā)明的描述、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。附圖
簡(jiǎn)述 圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的組織消融控制系統(tǒng)的圖示。圖Ib是流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的方法的步驟。圖2a是示意圖，顯示了分布在不具有鄰近血管分布的腫瘤中的多個(gè)冷凍探針。圖2b是示意圖，顯示了圖2a中顯示的腫瘤的等溫線分布。圖3a是示意圖，顯示了分布在具有鄰近血管分布的腫瘤中的多個(gè)冷凍探針。圖3b是示意圖，顯示了圖3a中顯示的腫瘤的等溫線分布。圖4a是顯示了由探針提供的血管周(實(shí)線)和非血管靶組織(虛線)的熱負(fù)荷差的圖。圖4b是顯示了具有高的水含量和不具有鄰近血管分布的靶組織的兩個(gè)冷凍階段 (第一個(gè)冷凍=實(shí)線；第二個(gè)冷凍=虛線)之間的熱負(fù)荷差的圖。圖5是顯示了不具有鄰近血管分布的纖維靶組織的兩個(gè)冷凍階段的熱負(fù)荷差的圖。發(fā)明詳述圖Ia顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的熱消融控制系統(tǒng)。顯示了計(jì)算機(jī)100 與一個(gè)或多個(gè)冷凍探針110相通信。計(jì)算機(jī)100可以是包括處理器的通用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)也與控制器(未顯示)相通信(或在其中包含控制器)，以便為冷凍探針提供動(dòng)力。在冷凍探針的情況下，控制器可以控制多種參數(shù)例如冷凍劑液體流向冷凍探針的流速、冷凍劑的溫度、驅(qū)動(dòng)閥等。此外，冷凍劑罐、致冷器、泵、電源和其他設(shè)備可以安放在機(jī)箱120中。探針I(yè)lOa包括手柄112和組織治療部分或冷凍區(qū)114。組織治療部分被顯示為具有尖端的剛性桿狀物。然而，在其他實(shí)施方案中，桿狀物可以是柔性和無創(chuàng)的。此外，盡管本實(shí)施方案針對(duì)冷凍探針，但其他探針也被考慮到并打算包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，除非其被所附的權(quán)利要求書的范圍所排除。在使用中，將桿狀物114插入到靶組織中。這可以在例如經(jīng)皮或開放程序中進(jìn)行。組織治療部分包圍著通過流體入口管道進(jìn)料的交換室。交換室的形狀可以廣泛變化，并且在一個(gè)實(shí)施方案中包含細(xì)長(zhǎng)的空腔。流體出口導(dǎo)管與交換室流體相連，以將流體返回到流體源或儲(chǔ)存罐(未顯示)。組織治療部分向組織施加能量，并且在低溫治療的情況下，冷凍組織治療部分附近的組織?？梢蕴峁┑蜏刂委煹睦鋬鎏结樅拖到y(tǒng)的實(shí)例描述在 Babkin等的美國(guó)專利公開號(hào)No. 20090270851中，其全部?jī)?nèi)容引為參考。在另一個(gè)實(shí)施方案中，冷凍探針本身不具有交換室。導(dǎo)管沿著進(jìn)出組織治療部分的路徑前進(jìn)?？梢蕴峁┮粋€(gè)以上的導(dǎo)管，并且導(dǎo)管的橫截面的形狀和大小可以變化。正如上面提到的，本發(fā)明包括使用來自探針的溫度數(shù)據(jù)。就此而言，可用于本發(fā)明系統(tǒng)的探針在每個(gè)流體入口導(dǎo)管和流體出口導(dǎo)管內(nèi)包含傳感器。優(yōu)選情況下，傳感器例如熱電偶位于探針的組織治療部分或冷凍區(qū)內(nèi)，并且在某些情況下，位于尖頭的最遠(yuǎn)端部分。 傳感器也可以布置在緊鄰交換室的入口和出口處，或探針的絕熱遠(yuǎn)端部分中的任何位置。 通過這種方式，可以在治療前或治療過程中獲得探針110處的現(xiàn)場(chǎng)或?qū)崟r(shí)溫度差并將其送往計(jì)算機(jī)100。圖Ib顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的通用步驟。圖Ib中顯示的步驟包括(a) 根據(jù)各種信息、包括例如計(jì)劃的等溫線分布，來估計(jì)治療特征150 ;(b)根據(jù)接收過程數(shù)據(jù)、 包括流入和流出消融裝置的組織治療部分的流體之間的實(shí)時(shí)溫度梯度，來確定過程的特征或等溫線分布160 ；以及(c)將過程特征與計(jì)劃的治療特征進(jìn)行比較170。在一個(gè)實(shí)施方案中，如附圖標(biāo)記180所示，根據(jù)上述的比較步驟來自動(dòng)調(diào)整向組織供應(yīng)的能量或功率。一旦過程分布圖與估計(jì)的分布圖相匹配，可以如圖Ib中的步驟190所示停止治療。估計(jì)或計(jì)劃的治療分布圖或特征可以具有各種不同的形式。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，治療特征是靶組織體積的計(jì)劃的等溫線分布。然而，確定對(duì)靶組織的熱響應(yīng)取決于多種變量，其不僅僅是血管分布或組織灌注。組織的熱響應(yīng)與腫瘤灌注所引起的生理變化部分相關(guān)。在消融過程中，這些變化可能被鄰近血管系統(tǒng)的主要熱壑效應(yīng)所代替。幾項(xiàng)目前進(jìn)行的研究表明，當(dāng)腫瘤的邊緣緊靠直徑超過3mm的大血管時(shí)，射頻(RF)或其他基于熱的消融具有明顯較高的腫瘤復(fù)發(fā)率。動(dòng)脈和靜脈之間的血流顯著不同，但是低溫治療中的通用規(guī)則認(rèn)為，假定使用目前的Joule-Thomson型(JT)冷凍探針(Endocare，hc，Irvine， CA)的功率水平，直徑超過6mm的靜脈的熱壑效應(yīng)將防止阻塞血管血流的腔內(nèi)凍結(jié)。然而， 大多數(shù)消融步驟的進(jìn)行沒有使用造影劑，其既限制了腫瘤邊緣的區(qū)分也限制了鄰近血管的鑒定。熱壑，不論是否來自于血管分布，都可以包含在組織模型或模擬中，以便為靶組織確定計(jì)劃的等溫線分布。組織模擬可以將組織對(duì)加熱和冷凍的響應(yīng)的大部分決定因素考慮在內(nèi)。已經(jīng)為前列腺治療計(jì)劃開發(fā)了用于低溫治療的模擬估計(jì)，但是它們利用了更溫暖的尿道，其也起到大血管熱壑效應(yīng)的出色代用品的作用。與RF消融模擬類似，這些模型使用了經(jīng)典的生物熱方程= A(kAT) + WbCb(Tb-T) +qmet，其中Cf是組織的體積比熱，T是溫度，t是時(shí)間，k是組織的導(dǎo)熱率，Wb是每單位體積組織的血液灌注體積流速，Cb 是血液的體積比熱，Tb是進(jìn)入熱治療區(qū)域的血液溫度，Qfflet是代謝熱生成。模型也強(qiáng)調(diào)了當(dāng)凍結(jié)過程中發(fā)生相變時(shí)導(dǎo)熱率和比熱變化的非線性，以及溫度對(duì)血液灌注和鄰近血管系統(tǒng)的依賴性的極大不確定性。但是，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)模擬嘗試都沒有考慮到過程中最終探針布置的實(shí)際位置的偏差，更不用說由于這些布置不準(zhǔn)確性而產(chǎn)生的每個(gè)探針?biāo)?jīng)歷的流動(dòng)參數(shù)的差異。因此，計(jì)算機(jī)模擬還沒有變成標(biāo)準(zhǔn)低溫治療的一部分，這是因?yàn)橛捎诓贾貌粶?zhǔn)確性，它們不代表實(shí)際的冷凍條件。冷凍探針在靶組織中的最終位置只能由醫(yī)生使用可用的超聲和/或CT成像或用于前列腺低溫治療的附加的熱電偶數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)。還沒有描述能夠評(píng)估導(dǎo)熱性或熱容量與組織組分例如較高的水或膠原蛋白含量(即纖維濃度)之間的相關(guān)性的可靠的成像參數(shù)。因此，只能根據(jù)與總體冷凍探針總數(shù)和間隔相關(guān)的探針布置考慮因素，來估計(jì)鄰近血管系統(tǒng)的效應(yīng)。圖加顯示了用于估算使用2. 4mm桿直徑的Joules Thompson探針202覆蓋較大腫瘤1(即直徑> 3cm)對(duì)于探針的要求的模型。這按照現(xiàn)有的“1-2規(guī)則”的估算方法進(jìn)行， 其中冷凍探針202以環(huán)繞的方式布置在腫瘤1中，其距腫瘤邊緣不超過1cm，彼此相隔少于 2cm。假設(shè)腫瘤是相對(duì)無纖維的并且沒有鄰近血管分布，并使用上述等溫線方程，獲得了顯示在圖2b中的等溫線分布，其中-40°C等溫線一般只覆蓋腫瘤的外廓，-20°C和0°C等溫線分別從腫瘤邊緣延伸出最多5和10mm。正如所示，通過CT/US/MRI觀察到的可見的冰，預(yù)計(jì)與超出其下腫瘤邊緣多達(dá)IOmm的0°C等溫線近似匹配。圖3a和3b中顯示了與腫瘤2相鄰的大血管1 (即直徑> 3mm)的效應(yīng)，包括仍能實(shí)現(xiàn)遍及整個(gè)腫瘤的細(xì)胞毒性等溫線而在探針布置300中估計(jì)的所需改變。通過如圖3a 中所示將冷凍探針更緊密地放在一起(即 Icm)并與鄰近血管布置得更近(< 5mm)，來克服血管的熱壑。這產(chǎn)生了如圖3b中所示的從-30°C的血管腔溫度到腫瘤內(nèi)致死等溫線的 < 2mm的銳過渡線。 當(dāng)腫瘤尺寸和鄰近血管的位置和大小已知時(shí)，低溫治療的預(yù)測(cè)性模擬更加準(zhǔn)確。 然而，沒有間隙熱電偶的反饋很難預(yù)測(cè)總體冷凍響應(yīng)，更不用說組織濃度的預(yù)測(cè)。這些熱電偶目前在低溫治療過程中布置在前列腺外周周圍，以確保致死溫度延伸到該器官邊緣。前列腺的前部邊緣也具有大量Santorini' s靜脈叢的毗鄰血管。然而，其他器官不像前列腺那么容易接近(例如肝、腎、腹膜后腔)或具有更大的刺穿風(fēng)險(xiǎn)(例如肺)，因此避免使用熱電偶，而傾向于通過CT/US/MRI中的任一種精確布置冷凍探針和對(duì)冰形成(即0°C等溫線)進(jìn)行可視評(píng)估。然而，冰邊緣相對(duì)于其下的腫瘤邊緣的清晰的可視化通常不是最佳。 來自冷凍探針的假象降低了 CT和US圖像兩者的質(zhì)量，而這兩者是最長(zhǎng)使用和可用的引導(dǎo)方法。在探針布置過程中不使用IV造影劑不能很好地看見腫瘤邊緣或鄰近血管，使得通過細(xì)胞毒性溫度不能充分治療所有腫瘤邊緣以及出現(xiàn)更多可能并發(fā)癥的機(jī)會(huì)增加了。本發(fā)明公開了改進(jìn)靶組織的定位與新的低溫技術(shù)相結(jié)合的新概念，用于更精確并自動(dòng)控制細(xì)胞毒性等溫線。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，將標(biāo)志物例如可見的夾子、植入物或籽源，在消融前布置在靶物質(zhì)內(nèi)，用于更好地進(jìn)行治療計(jì)劃和定位。在低溫治療過程前布置的不透輻射的夾子幫助定位腫瘤的邊緣和鄰近血管。如果在消融療程前布置金屬夾，在即將布置冷凍探針之前進(jìn)行簡(jiǎn)單的造影劑注射，能夠相對(duì)于腫瘤靶中的3D夾子定位確認(rèn)腫瘤邊緣和鄰近血管。即使在造影劑團(tuán)通過后，腫瘤邊緣和鄰近血管仍能根據(jù)高度可見的夾子的位置在立體成像順序(例如CT/MRI)中定位?，F(xiàn)在，夾子將用作剩余療程的靜態(tài)3D參比點(diǎn)。然后可以相對(duì)于3D反饋的夾子的解剖位置觀察發(fā)展中的冰球邊緣，以便即時(shí)計(jì)劃冷凍探針的分布并交互式地調(diào)整所有冷凍探針的治療功率。本發(fā)明的下一方面涉及通過對(duì)一個(gè)或多個(gè)探針的組織響應(yīng)進(jìn)行表征來改進(jìn)消融控制。下面描述通過進(jìn)入和流出探針尖頭的物質(zhì)之間的瞬時(shí)溫度差△ T對(duì)探針周圍的組織響應(yīng)進(jìn)行分類的系統(tǒng)和方法。盡管本發(fā)明也可以包括從進(jìn)入探針的熱流動(dòng)物質(zhì)在探針尖頭處產(chǎn)生熱的實(shí)施方案，但本實(shí)施方案包括流入和流出探針尖頭處的室的冷的流動(dòng)物質(zhì)或冷凍劑。向冷凍劑的熱傳導(dǎo)速率反映出周圍組織中的冷凍速率。盡管可以使用多種冷凍劑， 但在優(yōu)選實(shí)施方案中希望冷凍劑具有足夠的導(dǎo)熱性和熱容量，以提供周圍組織變化的溫度的準(zhǔn)確快速或即時(shí)的反饋。監(jiān)測(cè)組織冷凍響應(yīng)的速度和準(zhǔn)確性與循環(huán)冷凍劑的導(dǎo)熱性和熱容量成正比。此外，在本實(shí)施方案中，探針的接觸表面由高導(dǎo)熱材料制成。用于向組織施加能量的裝置包含遠(yuǎn)端組織治療部分、流體入口導(dǎo)管、流體出口導(dǎo)管以及與入口導(dǎo)管和出口導(dǎo)管流體連通的交換室。流體通過流體入口進(jìn)入交換室，并通過流體出口流出交換室。交換室安置在裝置的組織治療部分中。在一個(gè)實(shí)施方案中，裝置是與不具有鄰近血管系統(tǒng)的靶組織接觸的冷凍探針，因此，由于相對(duì)低的熱壑，探針將是診斷性的，并且流動(dòng)冷凍劑的溫度將少量變化。這種變化可以通過溫度傳感器例如熱電偶來檢測(cè)，所述溫度傳感器監(jiān)測(cè)經(jīng)過裝置的組織治療部分或 “冷凍區(qū)”中的入口和出口管中的交換室的冷凍劑的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，裝置是探針， 并且冷凍區(qū)包含探針尖頭。但是，在其他實(shí)施方案中，冷凍區(qū)包含導(dǎo)管向周圍組織傳遞能量的其他部分。相反，高熱壑組織位置，例如與血管近鄰的探針，將顯示出流經(jīng)熱交換室的冷凍劑溫度的大的改變。通過這種方式，可以監(jiān)測(cè)冷凍探針周圍的局部組織的連續(xù)熱壑效應(yīng)的直接信息。 因此，腫瘤中每個(gè)冷凍探針的冷凍功率是確定的，并通過手動(dòng)或自動(dòng)控制進(jìn)行調(diào)整，以考慮每個(gè)冷凍探針位置處的熱壑差異。獲得了更加受控的、仔細(xì)地覆蓋了所有腫瘤邊緣的對(duì)稱冷凍。冷凍探針的功率水平與各個(gè)冷凍探針在其每個(gè)位置處經(jīng)歷的每種熱壑條件成比例設(shè) 置。圖4a的圖顯示了根據(jù)與相鄰血管分布的鄰近性作為組織冷凍的診斷參數(shù)的流入和流出冷凍劑之間的模擬或計(jì)劃的溫度差ΔΤ。血管周探針位置(實(shí)線)與無血管探針位置相比，可能經(jīng)歷兩倍的初始熱負(fù)荷，并可能顯示出非常緩慢的冰形成，正如由ΔΤ非常緩慢地降低到主動(dòng)冷凍4分鐘后所顯示的。無血管探針位置(虛線)顯示出從1至5分鐘， 冰隨著Δ T的逐漸降低形成和生長(zhǎng)，在此后冰穩(wěn)定并達(dá)到穩(wěn)態(tài)。具有高水含量和/或良好導(dǎo)熱性的灌注良好的組織(例如腎皮質(zhì)腫瘤)，能夠徹底冷凍并具有出色結(jié)果。這種情況顯示在圖4b中，其包含具有不同初始熱負(fù)載的兩個(gè)冷凍階段，第一次冷凍ΔΤ = 20 (實(shí)線)，第二次冷凍ΔΤ= IO0C (虛線)。在冷凍后，由于克服灌注良好的皮層組織所需的能量，腎腫瘤在冰形成之前具有初始熱壑，其反映為適度的 ΔΤ。當(dāng)冰繼續(xù)生長(zhǎng)時(shí)，“多水的”腫瘤和周圍正常皮層的類似血管分布將隨著時(shí)間表現(xiàn)出穩(wěn)定降低的熱壑。當(dāng)不能觀察到冰的進(jìn)一步生長(zhǎng)時(shí)，將形成非常低△ T下的穩(wěn)態(tài)。這代表了克服微血管系統(tǒng)，將其轉(zhuǎn)變成高導(dǎo)熱性的、基于水的冰的緩慢進(jìn)展。一旦冰形成后，熱負(fù)載逐漸減小，這是因?yàn)樗朔讼嘧兯璧哪芰?，并且現(xiàn)在的冰具有四倍于液體水的導(dǎo)熱率(即水的0. 61W/mK對(duì)冰的2. 4ff/mK)。然而，生長(zhǎng)的冰最終將達(dá)到靜態(tài)點(diǎn)，這是冰球的大小穩(wěn)定，并且“ Δ T-時(shí)間”曲線變平(例如在圖4中對(duì)第一條冷凍線標(biāo)記為5. 5分鐘3V)。 在兩次冷凍之間的融化(未顯示)期間，當(dāng)冰緩慢融化時(shí)，熱負(fù)載從外周開始增加，但是冰的主體保留。在使用第二次冷凍重新冷凍后，探針經(jīng)歷較低的初始熱負(fù)荷，然后ΔΤ隨著冰生長(zhǎng)以相似速率降低，直到在3分鐘時(shí)已達(dá)到其穩(wěn)態(tài)。圖5顯示了高纖維或低導(dǎo)熱性組織、例如外周肺實(shí)質(zhì)(即無鄰近血管組織)的熱響應(yīng)，由于在第一次冷凍過程中起到絕熱體作用的腫瘤周圍被空氣填充的實(shí)質(zhì)的低導(dǎo)熱性，所述熱響應(yīng)可能具有較低的初始熱負(fù)荷。換句話說，第一次冷凍時(shí)的△ T可能僅為 10°c，而不是圖4上指出的第二次冷凍的20°C。但是，在兩次冷凍之間的融化階段中，更多的水腫或組織滲漏可以從流體產(chǎn)生更大的局部熱傳導(dǎo)。因此，在第二次冷凍的最初幾分鐘內(nèi)，冷凍探針可能經(jīng)歷更大的初始熱壑，例如15°C。此外，第二次冷凍將花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)(即4min對(duì)2. 5min)，因?yàn)楦蟮谋颥F(xiàn)在正包圍著此時(shí)圍繞腫瘤的更加導(dǎo)熱的“多水”組織。類似地，在原發(fā)肝腫瘤(即肝瘤、肝細(xì)胞癌或HCC)的冷凍過程中，肝硬化的纖維質(zhì)背景由于腫瘤的多血管性(即微血管系統(tǒng)較大的初始局部體積)而可能以較高的初始熱負(fù)荷(即ΔΤ 20°C)開始。在冰已經(jīng)前進(jìn)通過腫瘤體積后，與在肺中相似，由于纖維質(zhì)肝的較低導(dǎo)熱性和硬化的肝的相對(duì)絕熱效應(yīng)，ΔΤ可以更快地開始變平。這些假設(shè)的模式表明每個(gè)腫瘤和周圍組織可能具有特征性變化，允許被冷凍組織進(jìn)行快速調(diào)整以改變冷凍過程中的局部條件。上述的立體消融計(jì)劃現(xiàn)在可用于與實(shí)際或現(xiàn)場(chǎng)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并且可以對(duì)探針位置和功率設(shè)置進(jìn)行校正，并調(diào)整靶組織中最終探針位置的差異、查明局部熱負(fù)荷以及進(jìn)行更快的治療循環(huán)同時(shí)更好地控制用于鄰近結(jié)構(gòu)的保護(hù)措施。這些消融過程中的調(diào)整或校正包括但不限于a)校正初始立體治療計(jì)劃的假設(shè)；b)平衡初始探針功率需求以獲得對(duì)稱的凍結(jié)；c)調(diào)整每個(gè)所需功率水平處的每個(gè)探針的冷凍時(shí)間；d)驅(qū)動(dòng)如下所述的保護(hù)性裝置的必要的加熱曲線；e)改變?nèi)诨A段中(第一次冷凍后)的治療以實(shí)現(xiàn)更充分的第二次冷凍覆蓋度?，F(xiàn)在，可以通過在第一個(gè)冷凍循環(huán)期間或之后使用經(jīng)CT(或MRI)獲取的當(dāng)前3D 體積對(duì)計(jì)劃與最終探針布置的差異進(jìn)行觀察，來校正立體治療計(jì)劃。然而，因?yàn)楫?dāng)前不存在反饋，因此這需要估計(jì)用于血管熱負(fù)荷的局部組織條件。但是，由于本發(fā)明使用高導(dǎo)熱性探針和冷凍劑，因此在甚至初始“黏附冷凍”階段(即用于在冰形成最少的情況下將探針固定在組織中的短的非消融性冷循環(huán))過程中的組織反饋被用于表征和預(yù)測(cè)隨后的總體冷凍響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，血管周和灌注效應(yīng)兩者，以及腫瘤和鄰近器官二者的導(dǎo)熱性和熱容量的組織一致性參數(shù)，都在第一次冷凍開始前進(jìn)行推測(cè)。因此，靶組織中探針的真實(shí)熱負(fù)荷狀況或△ T將驗(yàn)證治療計(jì)劃的任何計(jì)算機(jī)模擬，從而允許在開始第一次冷凍循環(huán)之前對(duì)治療計(jì)劃進(jìn)行部分校正。然而，即使是這種校正也不能將冷凍過程中組織特征的變化完全考慮在內(nèi)。在冷凍過程中，通過使用各個(gè)探針熱負(fù)荷特征的組織反饋參數(shù)來平衡探針功率需求和調(diào)整它們的相關(guān)冷凍時(shí)間。當(dāng)冰形成時(shí)，所有初始組織假設(shè)將顯著變化，然后形成冰封閉了微血管系統(tǒng)，并進(jìn)一步改變局部組織的導(dǎo)熱性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)探針功率需求進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)調(diào)整，以維持“平衡的”冷凍，由此所有探針都被驅(qū)動(dòng)，以獲得在整個(gè)腫瘤中產(chǎn)生細(xì)胞毒性組織溫度的總體目標(biāo)。本發(fā)明還包括例如手動(dòng)調(diào)節(jié)探針功率、位置、數(shù)量寸。注意到通過自動(dòng)化程序管理這些多個(gè)探針隨時(shí)間的變化將容易得多。該程序可以只需要對(duì)腫瘤邊緣至每個(gè)探針的距離(即根據(jù)“1-2規(guī)則” < 1cm)和腫瘤中間附近的最終探針間距離進(jìn)行附加成像測(cè)定。然后來自冷凍探針的熱負(fù)荷反饋將根據(jù)長(zhǎng)度、根據(jù)強(qiáng)度、根據(jù)需要來推動(dòng)致死性冰超出所有估計(jì)的腫瘤邊緣之外。因此，通過根據(jù)每個(gè)探針周圍的組織響應(yīng)的ΔΤ特征優(yōu)化探針的功能性能力，可以更快地完成整個(gè)冷凍方案。除了上面描述的步驟之外，通過保護(hù)鄰近的關(guān)鍵組織免于熱損傷，可以進(jìn)一步提高安全性。目前，這可以由醫(yī)生在冰的邊緣發(fā)展到附近的腸、神經(jīng)或其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之前注射流體例如鹽水或布置氣球，來“即時(shí)地”進(jìn)行。然而，當(dāng)前的技術(shù)有些不太理想，因?yàn)樗鼈儤O大依賴于醫(yī)生的手動(dòng)操作和“即時(shí)處理”技巧。相反，本發(fā)明通過提供各種輸入和自動(dòng)安全措施改進(jìn)了熱消融過程。具體來說，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，保護(hù)裝置與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，并用作治療計(jì)劃系統(tǒng)的附加輸入?yún)?shù)作為自動(dòng)安全特點(diǎn)。例如，注射針頭上的熱電偶能夠提供熱輸入，其然后只有在達(dá)到某個(gè)靶溫度(例如< I(TC)時(shí)，才啟動(dòng)加溫鹽水(例如37-42°C )的間歇和/或連續(xù)注射。這種注射將適當(dāng)擴(kuò)展冰球與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之間的空間，升高熱電偶處的溫度。然后該反饋回路將關(guān)閉注射。如果使用多個(gè)這樣的傳感器/探針“加熱器”，也可以設(shè)想針頭本身既作為感應(yīng)元件也作為加熱元件，以提供對(duì)抗冰前進(jìn)的保護(hù)性屏障。這些探針能夠直接加熱(例如電加熱)或以多功能方式使用內(nèi)部循環(huán)加熱流體，以便在需要時(shí)可以將流體切換成冷凍劑。本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特診斷特點(diǎn)在于保護(hù)針頭也可以使用熱差幫助表征消融區(qū)(例如診斷機(jī)構(gòu))外的組織。也就是說，可以在針頭-傳感器-探針中正在循環(huán)的溫?zé)嵋后w的甚至短暫的脈沖之間造成熱差，以避免周圍組織受到熱自身的損傷。當(dāng)需要冷凍劑的短暫診斷脈沖時(shí)，這也可以使用循環(huán)冷凍劑來進(jìn)行，所述短暫診斷脈沖也幫助將針頭_傳感器_探針“黏附”在位。如果在外周位置需要更大的冷凍能力，這種多功能探針也能切換到治療設(shè)置(例如以更大的功率和持續(xù)時(shí)間使用更冷的冷凍劑)。類似地，裝置的熱設(shè)置可以通過將探針周圍的局部加熱增加到> 60°C并持續(xù) < Imin以提供凝結(jié)，來提供治療特點(diǎn)。這也可以構(gòu)思在每個(gè)冷凍探針中，使其不僅具有融化功能以在消融完成后釋放冷凍探針，而且在探針抽出時(shí)也使穿刺路徑凝結(jié)。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括將組織響應(yīng)的ΔΤ特征用于自動(dòng)冷凍控制，以幫助做出布置其他探針或重新調(diào)整現(xiàn)有探針的當(dāng)前方位和配置的決定。本實(shí)施方案包括在實(shí)施冷凍期間或之后分析△ T特征的步驟。例如，對(duì)一個(gè)或多個(gè)探針的△ T特征進(jìn)行分析以尋找(1)所保持的不成比例的高初始ΔΤ，(2)比預(yù)期(或按照計(jì)劃特征所計(jì)劃的)更慢的冰形成或更緩的ΔΤ斜率，和/或(3)在低ΔΤ下不能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在分析和或比較ΔΤ特征后，本實(shí)施方案包括但不限于在融化階段中重新調(diào)整探針位置，和/或添加其他探針以幫助克服熱負(fù)荷并實(shí)現(xiàn)該腫瘤區(qū)域的完全消融。此外，方法可以重復(fù)以施加額外的冷凍，直到最終，最后的冷凍狀態(tài)與預(yù)計(jì)或計(jì)劃的ΔΤ特征匹配或匯合，并使醫(yī)生和患者相信靶腫瘤已執(zhí)行充分消融?？梢岳檬褂密浖绦虻膬?yōu)化技術(shù)，以最小化函數(shù)值，即最小化特征之間的差異。 在本文中引用的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)以其全文引為參考。
權(quán)利要求
1.一種使用熱組織消融來治療生物組織的方法，所述方法包括通過測(cè)量和控制生物組織對(duì)插入到靶治療區(qū)域中的探針?biāo)T導(dǎo)的熱變的響應(yīng)來進(jìn)行治療的計(jì)劃、監(jiān)測(cè)和控制，其中所述生物組織的響應(yīng)根據(jù)循環(huán)物質(zhì)進(jìn)入探針消融區(qū)的交換室的入口溫度與循環(huán)物質(zhì)流出交換室的出口溫度之間的溫度差來測(cè)量和控制。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述循環(huán)物質(zhì)具有低于_90°C的凍結(jié)點(diǎn)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述循環(huán)物質(zhì)是丙烷、全氟丙烷、R-IM和R-1270冷凍劑以及滿足權(quán)利要求2中列出的溫度的所有其他液體物質(zhì)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述循環(huán)物質(zhì)是流體，例如二氧化碳、氮?dú)?、一氧化二氮、氬氣、氙氣、選自R-23、R-116、R-508A和R-508B的氫氟烴/全氟烴、以及三氟甲烷、全氟乙烷、 乙烷、乙烯和三氟胺氧化物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述治療計(jì)劃被設(shè)計(jì)成包含所述溫度差的反饋參數(shù)，以允許連續(xù)調(diào)整所述循環(huán)物質(zhì)在整個(gè)靶體積中獲得細(xì)胞毒性等溫線。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述治療計(jì)劃使用了標(biāo)志物或籽源，所述標(biāo)志物或籽源能夠在治療前沉積在靶體積內(nèi)并可以通過CT、US或MRI被良好地顯影，并且立體治療計(jì)劃軟件使用所述標(biāo)志物或籽源的位置來隨后限定形成內(nèi)部熱壑的所述治療區(qū)域和鄰近血管系統(tǒng)，以便通過調(diào)整探針數(shù)量和位置開發(fā)將所述內(nèi)部熱壑考慮在內(nèi)的治療前計(jì)劃，來實(shí)現(xiàn)所述治療區(qū)的細(xì)胞毒性等溫覆蓋的目標(biāo)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述治療計(jì)劃使用被良好顯影的標(biāo)志物，所述標(biāo)志物然后在治療期開始時(shí)用于證實(shí)靶體積邊緣和血管系統(tǒng)相對(duì)于探針實(shí)際布置的位置。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述治療計(jì)劃使用被良好顯影的標(biāo)志物，所述標(biāo)志物在治療過程中證實(shí)靶體積邊緣和血管系統(tǒng)相對(duì)于發(fā)展中的治療邊緣的解剖學(xué)位置。因此標(biāo)志物位置用作在冷凍過程中連續(xù)調(diào)節(jié)探針功率的輸入?yún)?shù)之一。
9.權(quán)利要求1的方法，其中冷凍探針的最初布置使用每個(gè)探針的所述溫度差來在第一個(gè)冷凍循環(huán)開始之前用組織特異性數(shù)據(jù)驗(yàn)證解剖學(xué)治療前計(jì)劃，其是將冷凍探針固定在位并收集組織特異性數(shù)據(jù)以驗(yàn)證治療前計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)“黏附階段”，或與產(chǎn)生所述靶治療區(qū)域的完全覆蓋的探針位置的假設(shè)相關(guān)的通用治療的一部分。
10.權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)冷凍探針的功率設(shè)置的調(diào)整使用了治療的任何階段中每個(gè)探針的所述溫度差，以便為兩個(gè)冷凍循環(huán)獲得遍及靶體積的完全細(xì)胞毒性的等溫線，其包括在間隔融化期中布置附加的冷凍探針或調(diào)整它們的位置，并且其中立體治療計(jì)劃軟件使用所述冷凍探針的位置和通過橫斷面成像(例如US、CT、MR)記錄到的可見的0°C 冰邊緣，來計(jì)算可以在過程中疊加在冰球圖像上的等溫線。
11.權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)冷凍探針的功率設(shè)置的調(diào)整使用了每個(gè)探針的所述溫度差，來產(chǎn)生與所述溫度差隨時(shí)間變化的斜率相關(guān)的組織響應(yīng)的診斷參數(shù)，以及當(dāng)“溫度差對(duì)時(shí)間”圖的斜率接近零時(shí)的研究狀態(tài)。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述治療計(jì)劃使用傳感器輸入值，來產(chǎn)生介于伸展的冰的前沿與受到保護(hù)以免冷凍損傷的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之間的裝置的加熱或其他保護(hù)性措施。
13.一種用于在靶組織的熱消融治療過程中防止側(cè)面組織損傷的保護(hù)性裝置，所述消融治療包含治療計(jì)劃，并且所述保護(hù)性裝置包含用于評(píng)估保護(hù)性裝置所置于的組織的熱響應(yīng)或溫度差的診斷機(jī)構(gòu)，并且所述保護(hù)性裝置經(jīng)熱傳感器與治療計(jì)劃相連以激活或關(guān)閉消融治療。
14.一種用于向控制器提供反饋的多功能裝置，其包含流體輸入管線、流體輸出管線以及輸入和輸出管線上的熱電偶。
15.一種包含處理器的控制器，其可進(jìn)行操作，以根據(jù)以前獲取的圖像數(shù)據(jù)(使用或不使用夾子、籽源或標(biāo)記物)計(jì)劃治療體積，針對(duì)在治療過程中獲取的過程數(shù)據(jù)檢查治療體積，以及自動(dòng)調(diào)節(jié)向與所述控制器相通訊的至少一個(gè)低溫儀器的流動(dòng)。
16.一種使用至少一個(gè)冷凍探針經(jīng)過熱消融來治療生物組織的系統(tǒng)，所述至少一個(gè)冷凍探針包含遠(yuǎn)端治療部分、用于向所述組織治療部分運(yùn)輸冷凍劑的流入導(dǎo)管和用于將所述冷凍劑從所述組織治療部分運(yùn)出的流出導(dǎo)管，所述系統(tǒng)包含處理器，其可進(jìn)行操作，以接收過程數(shù)據(jù)，所述過程數(shù)據(jù)包含在沿著所述流入導(dǎo)管的一位置處的流入溫度，以及在沿著所述流出導(dǎo)管的一位置處的流出溫度；根據(jù)所述過程數(shù)據(jù)計(jì)算過程特征；以及將過程特征與根據(jù)以前獲取的所述組織的圖像數(shù)據(jù)得到的計(jì)劃特征進(jìn)行比較。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述計(jì)劃特征是組織的計(jì)劃等溫線體積，所述過程特征是在過程期間或之后立即獲得的組織體積等溫線。
18.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述處理器還可操作，以自動(dòng)調(diào)節(jié)所述冷凍劑向所述至少一個(gè)冷凍探針的流速。
19.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述處理器還可操作，以自動(dòng)調(diào)節(jié)流向所述至少一個(gè)冷凍探針的所述冷凍劑的溫度。
20.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述處理器還可操作，以確定所述計(jì)劃特征。
21.權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述處理器還可操作，以接收手動(dòng)輸入。
22.權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述以前獲取的組織圖像數(shù)據(jù)包含沉積在所述組織中的標(biāo)志物的標(biāo)志物數(shù)據(jù)。
23.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述過程數(shù)據(jù)包含現(xiàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)。
24.一種使用至少一個(gè)熱組織消融裝置治療靶體積生物組織的方法，所述裝置包含遠(yuǎn)端組織治療部分、將流體導(dǎo)向所述治療部分的入口導(dǎo)管、將流體從所述治療部分導(dǎo)出的出口導(dǎo)管以及通過所述入口導(dǎo)管和所述出口導(dǎo)管流動(dòng)的流體，所述方法包含接收過程數(shù)據(jù)，所述過程數(shù)據(jù)包含入口導(dǎo)管內(nèi)和裝置的組織治療部分內(nèi)一位置處的流體的入口溫度，以及出口導(dǎo)管內(nèi)和裝置的組織治療部分內(nèi)一位置處的流體的出口溫度；基于所述過程數(shù)據(jù)確定過程特征；以及將所述過程特征與計(jì)劃特征進(jìn)行比較，所述計(jì)劃特征是以前確定的。
25.權(quán)利要求24的方法，其還包含根據(jù)所述比較步驟，通過所述至少一個(gè)熱消融裝置的所述遠(yuǎn)端治療部分向組織施加一定量熱能。
26.權(quán)利要求24的方法，其還包含提供所述至少一個(gè)熱消融裝置的步驟，并且其中所述流體是凍結(jié)點(diǎn)低于_90°C的冷液體。
27.權(quán)利要求26的方法，其中所述冷液體是選自丙烷、全氟丙烷、R-124和R-1270的一種液體。
28.權(quán)利要求25的方法，其中所述比較步驟在治療過程中基本上連續(xù)進(jìn)行，并根據(jù)所述比較步驟自動(dòng)調(diào)整所施加的熱能的量。
29.權(quán)利要求觀的方法，其中對(duì)至少一個(gè)所述消融裝置中流體的流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到過程特征與計(jì)劃特征相匹配。
30.權(quán)利要求四的方法，其中所述計(jì)劃特征的特點(diǎn)在于遍及靶組織的細(xì)胞毒性等溫線。
31.權(quán)利要求沈的方法，其中所述提供至少一個(gè)熱消融裝置的提供步驟包含提供多個(gè)熱消融裝置。
32.權(quán)利要求沈的方法，其中所述熱消融裝置是具有剛性遠(yuǎn)端桿狀物的探針。
33.權(quán)利要求M的方法，其中所述計(jì)劃特征通過鑒定待消融的靶體積來確定，并且其中靶體積通過選自CT、超聲和MRI的成像方法來鑒定和表征。
34.權(quán)利要求33的方法，其中所述鑒定還包含在治療之前對(duì)沉積在靶體積中的標(biāo)志物進(jìn)行顯影，其中所述標(biāo)志物是CT、超聲或MRI可見的。
35.權(quán)利要求34的方法，其還包含限定所述生物組織中血管系統(tǒng)相對(duì)于所述標(biāo)志物的位置。
36.權(quán)利要求35的方法，其還包含涉及所述標(biāo)志物的靶體積邊緣。
37.權(quán)利要求36的方法，其還包含使用所述熱消融裝置治療所述組織的步驟，所述組織形成了治療邊緣，并且其中所述過程數(shù)據(jù)還包含相對(duì)于至少一種標(biāo)志物和靶體積邊緣鑒定實(shí)時(shí)治療體積邊緣。
38.權(quán)利要求37的方法，其還包含根據(jù)所述比較步驟調(diào)節(jié)由消融裝置施加到組織的能量。
39.權(quán)利要求M的方法，其還包含將多個(gè)消融裝置插入到所述靶組織中，并將治療前計(jì)劃與向組織施加能量前的組織過程前計(jì)劃進(jìn)行比較。
40.權(quán)利要求39的方法，其中所述驗(yàn)證步驟包含施加足夠量的能量以將熱裝置固定在位。
41.權(quán)利要求觀的方法，其中所述至少一個(gè)消融裝置包含多個(gè)冷凍探針，并且其中向每個(gè)冷凍探針施加的能量的調(diào)整還包含施加兩個(gè)或多個(gè)冷凍循環(huán)、改變插入到所述組織中的冷凍探針的數(shù)量和/或調(diào)整至少一個(gè)所述冷凍探針的位置。
42.權(quán)利要求對(duì)的方法，其中過程特征包含一段之間內(nèi)所述入口溫度與所述出口溫度之間的溫度差。
43.權(quán)利要求42的方法，其還包含根據(jù)所述比較步驟調(diào)整從組織治療部分施加到組織的能量。
44.權(quán)利要求觀的方法，其還包含將組織保護(hù)性裝置插入到組織中治療體積邊緣的前沿與從靶體積中排出的身體組織結(jié)構(gòu)之間，所述保護(hù)性裝置適合于感應(yīng)溫度、提供熱能或提供流體以阻止治療體積邊緣損傷想要避開的結(jié)構(gòu)。
45.權(quán)利要求44的方法，其中過程數(shù)據(jù)包括來自于所述保護(hù)性裝置的保護(hù)性裝置信息，并根據(jù)所述保護(hù)性信息數(shù)據(jù)控制所述施加到組織的能量。
46.一種利用由使用沿著路徑循環(huán)的冷凍劑所產(chǎn)生的冷卻能來消融靶組織的方法，所述方法包含下列步驟當(dāng)冷凍劑在沿著路徑的第一個(gè)位置處處于液體狀態(tài)并朝向所述組織移動(dòng)時(shí)，測(cè)量冷凍劑的第一個(gè)溫度當(dāng)冷凍劑在沿著路徑的 第二個(gè)位置處處于液體狀態(tài)并遠(yuǎn)離所述組織移動(dòng)時(shí)，測(cè)量冷凍劑的第二個(gè)溫度；計(jì)算所述第一個(gè)溫度與所述第二個(gè)溫度之間的溫度差；以及根據(jù)所述溫度差向組織施加一定量冷卻能。
全文摘要
一種使用至少一個(gè)冷凍探針治療生物組織的系統(tǒng)和方法，其控制施加到組織的能量。本發(fā)明從沿著低溫液體路徑的位置接收現(xiàn)場(chǎng)過程數(shù)據(jù)例如溫度信息，并基于過程數(shù)據(jù)計(jì)算過程特征或分布圖。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算了立體等溫線。將過程特征與根據(jù)以前獲取的圖像數(shù)據(jù)和從模型獲得的溫度梯度估算值而得到的計(jì)劃特征進(jìn)行比較。系統(tǒng)和方法被進(jìn)一步設(shè)計(jì)成根據(jù)計(jì)劃數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)的分析來自動(dòng)調(diào)節(jié)功率的施加。
文檔編號(hào)A61B18/02GK102264315SQ200980152419
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者彼得·利特拉普, 阿萊克謝·巴布金 申請(qǐng)人:克萊米迪克斯有限責(zé)任公司