[发明专利]基于等温线的组织消融控制系统和方法

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月23日提交的临时专利申请号61/203,313的权益，其全部内容引为参考。

发明背景

本发明涉及用于组织的热治疗、特别是组织的低温消融的温度梯度或等温线的计划、监测和调控。

组织的热治疗已变成治疗各种病理状况的越来越有效的方法。例如，通过利用热或冷不可逆地破坏病理组织的热消融，成功治疗了身体器官例如肝、肺、肾、前列腺、乳腺和其他器官中的恶性肿瘤。一般来说强调靶温度，因为破坏细胞的不可逆变化在那些水平下更可靠地发生，但是所述靶温度的维持时间也是重要的。

例如，使用热引起细胞一致死亡通常需要将超过50℃的温度维持超过一分钟，而组织冷冻通常需要两个循环，每个循环将低于-20℃的靶组织温度维持超过三分钟，中间间隔超过三分钟的被动融化。这些一般性假设随着下列局部组织条件而变：1)起到热壑(heat sink)作用的邻近血管或血管系统；2)来自微血管系统的血流的组织灌注；以及3)组织的总体热特性，例如导热性和热容量，其似乎与流体比率和/或纤维含量相关。

对于低温处理来说，待处理(例如冷冻)的靶区域或肿瘤周围的局部解剖构造可以通过各种成像技术例如超声(US)、X-射线、计算机断层扫描术(CT)或磁共振成像(MRI)来评估。

超声只清楚地显示来自最接近超声探头的冰的前沿的亮回波。冷冻与非冷冻组织之间的界面具有显著的声速差异。几乎所有回波都被反射，只有极少信号穿透冰球。这在冰的前沿后方产生显著阴影，遮掩了所有后部结构。

普通X-射线只能显示较低密度的冷冻组织的边界。然而，只有当组织被充分压缩以允许将密度差作为与x-射线主轴垂直的投射阴影检测时，这才是可能的。因此，超声和x-射线技术二者都只能提供与三维冷冻组织的大小和位置相关的部分信息，不能确定冷冻组织中包含的整个三维低温消融体积。

CT和MRI技术比超声和x-射线更加优选，因为它们能够从通常的轴向图像顺序产生重建的组织体积。此外，它们能够在进行静脉内对比增强以评估靶肿瘤相对于周围组织的血管分布之前、期间和之后进行。在社区中，CT比干预性MR装置更易获得，并且没有金属不相容问题。但是，MRI与CT相比能够提供不同的软和/或冷冻组织之间的更大的对比，并具有温度敏感性成像顺序。与CT不同，MRI不使用电离辐射，而是使用强有力的磁场和脉冲射频场使氢核产生可以用扫描器检测到的旋转磁场。这些信号可以通过附加磁场操纵，以产生足够的信息用于构建靶物体的立体图像。

美国专利No.6,773,408和6,904,305涉及向靶组织施加消融能量的MRI医学干预过程和疗法，并且还涉及通过磁共振应用来监测这种疗法。在′408和′305专利中描述的技术部分基于下述事实，即某些已知MRI序列是温度敏感性的，因此使用这些过程获取的磁共振数据将表明组织温度的变化。例如，被称为T1(自旋晶格弛豫时间)的磁共振参数将随温度而变化。如果开动磁共振成像装置获取对象内各个体积元素的T1，则至少在总体上具有相同组成的组织中，不同元素的数据将随温度而变化。数据可以显示成可视图像，因此在所显示的图像中不同温度可以用不同的亮度或颜色来显示。遗憾的是，这种方法只能显示被加热身体内位置中的加热程度。

这些过程已经公知，但在医学实践中还未被广泛采纳。磁共振成像仪器包括大型精密的磁体，其排列起来产生高磁场，但是也严重限制了靶对象的进入。此外，MRI仪器必须基本上不受MRI系统的强大磁场的影响。由非MRI相容材料构造而成的医学仪器可能经受仪器与MRI磁场之间的磁相互作用所产生的强大的不想要的力，其可能使MRI图像失真。此外，在MRI环境中使用的电路必须被屏蔽，因为它们可能遭受在电路中产生的感应电流。感应电流可能引起不受控制的过程，例如数据或控制信号的失真。由外部磁场诱导的电流与电子线路的组件相互作用，在其正常运行过程中可能有失真效应。例如，具有以高频切换的切换组件(例如计算机)和具有发射电磁场能力的电子线路，必须被严格屏蔽。

MRI的另一缺点是可商购的MRI系统不检测和显示冷冻组织内的温度。已经进行了评估超短回波时间的研究以评估R2^*参数并产生冰球内的温度评估，但是这些顺序是复杂的，专用于有限的中心。