用于监测组织内的温度的温度监测装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于尤其在热消融过程期间监测组织内的温度的温度监测装置以及尤其在热消融过程期间监测组织内的温度的温度监测方法。
【背景技术】
[0002]在微创外科手术领域中，热消融技术是众所周知的并且提供对大外科手术的非常好的替代。该技术仅仅要求用于提供射频、冷冻治疗和/或微波消融的针或探头。备选地，能够使用无创热源，诸如使用超声。在每种情况下，通过将组织加热到60°C以上的温度来使组织凝结。该技术优选地被用于处置癌症。
[0003]射频消融是当前最为常见的微创加热治疗，以处置癌症，尤其是处置肝癌。射频消融使用具有有源电极尖端的探头，通过所述有源电极尖端传导高频交变电流。电流传播通过身体到接地垫，其中，电流引起离子搅动和摩擦加热。被引入组织中的热通过热传导耗散以对肿瘤进行消融。
[0004]归因于癌症的高复发率，在一个月和另外在三个月间隔内结合肿瘤标志物进行随访检查以检测残留疾病或复发。高复发率的一个常见原因是不能够监测和控制热消融技术的消融尺寸以充分摧毁所有的癌细胞。因此，有必要借助于消融区的温度图来提供实时反馈。
[0005]当前能够通过基于磁共振的温度成像来实现外科手术的温度分布图，然而，该技术昂贵并且不可以是现成的。
[0006]备选地，超声温度测定能够被用于热消融监测，然而，由于该方法在50°C以上显著降低的灵敏度，并且由于超声回波随着组织坏死的开始显著改变，消融区的精确的温度测量以及精确的温度图的生成是不可能的。
[0007]备选地，超声剪切波成像是检查癌症以及提供在消融组织与周边正常组织之间的对比以实时监测热消融的周知的技术。然而，在射频微波消融期间的热引入在消融区的核心周围形成气泡，这会在剪切波成像中引入伪影，从而会干扰对消融的热监测。
[0008]使用超声温度测定或剪切波成像的这两种超声检查方法能够被金属设备干扰，使得归因于射频消融探头的存在，靠近消融区的核心的监测是不可能的。
[0009]备选的方法在消融区的外围上设置剪切波成像平面，并且通过使用热模型确定消融区的温度，然而，归因于由于充当散热源的血管对组织造成的不均匀性，对消融区中的温度的精确确定是不可能的。
[0010]US 2010/0256530 Al公开了一种用于监测组织消融的方法和装置，其中，通过超声换能器监测消融电极的位置，然而，归因于金属电极以及在消融区中的温度和气泡效应，对消融区的精确温度监测是不可能的。
[0011]EP 2387963 Al公开了一种用于确定通过向对象应用能量引起的对象内的温度分布的温度分布确定装置，其中，在能量被应用到对象时，超声单元测量对象的空间和时间相关的第一温度分布，使得对象被加热到在第一温度范围之内的温度，并且温度分布估计单元估计在第二温度范围之内的对象中的空间和时间相关的第二温度分布，所述第二温度范围不同于所述第一温度范围。
[0012]从B.Arnal等人的:“Monitoring of Thermal Therapy Based on Shear ModulusChanges: 1.Shear Wave Thermometry”，IEEE transact1ns on ultrasonics，ferroelectrics and frequency control，第58卷，编号2，2011 年2月I 日，第369-378页，已知基于剪切波温度测定的用于确定组织的温度的方法。
[0013]从A.Anand等人的:“Three-Dimens1nal Spatial and Temporal temperatureImaging in Gel Phantoms Using Backscattered Ultrasound，，，IEEE transact1ns onultrasonics ,ferroelectrics and frequency control，第54卷，编号I，2007年I 月 I 日，第23-31页，已知基于背散射超声的用于确定组织中的温度的方法。
[0014]US 7520877 B2公开了一种使用多个尖头探头的射频系统，其中，所述尖头彼此电绝缘，并且其中，电源在所述尖头之间、在尖头和接地垫或这两者之间快速切换。
【发明内容】
[0015]因此，本发明的目的是以低技术努力提供具有的高精确度的用于监测组织内的温度的经改进的温度监测装置和经改进的温度监测方法。
[0016]根据本发明的第一方面，提供了一种用于尤其在热消融过程期间监测组织内的温度的温度监测装置，包括:
[0017]-温度应用单元，其被配置为将加热功率引入到组织中以对组织进行加热，
[0018]-超声单元，其用于发射和接收超声波，并且用于基于超声剪切波检测来确定组织的测量区域中的温度，以及
[0019]-温度估计单元，其包括热传递模型，所述温度估计单元用于基于确定的温度以及所述热传递模型来估计在组织内的感兴趣区域中的温度，其中，热传递模型基于组织的医学图像。
[0020]根据本发明的另一方面，提供了一种用于尤其在消融过程期间监测组织内的温度的温度监测方法，包括以下步骤:
[0021 ]-将加热功率引入到组织中以对组织进行加热，
[0022]-基于超声剪切波检测来确定在组织的测量区域中的温度，并且
[0023]-基于热传递模型和所确定的温度来估计在组织内的感兴趣区域中的温度，其中，所述热传递模型基于组织的医学图像。
[0024]在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法具有与所要求保护的设备以及与在从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。
[0025]本发明基于这样的思想，S卩:与加热功率被引入组织中的位置分离地无创测量组织的温度，并估计在感兴趣区域中，例如在功率引入的位置与测量区域之间的区域中的组织的温度，使得能够提供温度图并且能够精确地确定消融区。温度估计单元使用热传递模型，以便估计感兴趣区域中的温度并且改善所述估计，基于医学图像，诸如计算机断层摄影图像、超声图像或磁共振图像来确定传递模型的参数。由于通过组织的性质确定了医学图像，热传递模型能够被精确地确定使得能够精确地估计感兴趣区域内的温度，而无需额外的探头或测量单元。因此，以高精度和低技术努力对感兴趣区域内的温度的监测是可能的。
[0026]在优选实施例中，超声单元适于基于医学图像定义组织内的测量区域。定义组织内的最佳位置是可能的，以便提供对感兴趣区域内的温度的精确估计。
[0027]在优选实施例中，温度应用单元适于基于医学图像来确定被引入到组织中的加热功率。由于能够从医学图像导出组织的热性质，精确地预确定通过加热功率加热的组织的温度是可能的。
[0028]在优选实施例中，测量区域包括至少一个测量平面。由于测量平面的距离能够被精确地位于相距感兴趣区域的定义距离，精确地定义测量区域的位置是可能的。
[0029]在优选实施例中，测量区域与感兴趣区域分离地形成。由于能够减少对感兴趣区域中的超声测量的高温度效应的影响，增加超声剪切波温度检测的灵敏度是可能的。
[0030]在优选实施例中，温度估计单元包括位置传感器，其用于确定感兴趣区域的位置和测量区域的位置。精确地确定感兴趣区域和测量区域的距离是可能的，使得能够实现对感兴趣区域内的温度的精确估计。
[0031]在优选实施例中，温度估计单元适于基于医学图像来检测组织内的散热，并且其中，温度估计单元被配置为基于所检测到的散热来调整热传递模型。由于借助于医学图像能够容易地检测能够形成组织内的散热的血管，提高热传递模型的性能是可能的。
[0032]在优选实施例中，温度估计单元被配置为基于在不同测量区域中的超声温度测定来调整热传递模型的参数。将所估计的温度与超声温度测定结果进行比较以及通过调整相应模型参数连续地改善热传递模型是可能的。
[0033]在特定实施例中，在消融区的外围中执行超声温度测定。
[0034]基于在消融期间或者在消融之前执行的剪切波测量，来确定热传递模型参数。因此，对热传递模型的实时调整是可能的。
[0035]在优选实施例中，温度应用单元适于基于感兴趣区域中的所估计的温度，来控制被引入到组织中的加热功率。将感兴趣区域内的温度设置为预定义水平是可能的，使得对组织的精确处置是可能的。
[0036]在优选实施例中，超声单元适于基于根据热传递模型确定的组织的期望温度来定义组织内的测量区域的位置。定义在具有组织温度的位置中的测量区域是可能的，所述组织温度在剪切波检测的高