[发明专利]用于肝脏肿瘤消融术的患者特定建模的系统和方法

说明书

本申请请求享受2012年11月9日提交的美国临时申请号61／724,567的优先权，其公开内容在此通过引用被并入。

背景技术

本发明涉及消融术规划，并且更具体地涉及基于使用医学成像数据的肝脏肿瘤消融术的患者特定模型的治疗规划和指导。

消融术是用于癌症治疗的一个选择。尽管近来在癌症治疗方面存在进步，但是对于腹部原发性和转移性肿瘤的治疗仍是巨大的挑战。例如，肝细胞癌(HCC)是全世界所遇到的一种最常见的恶性肿瘤(例如，每年大于一百万例)。仅在美国，153个人中就有1人会得上HCC，其中据报告5年存活率小于15％。

对于原发性肝癌和肝转移瘤二者来说，肝脏切除术(部分肝切除)是具有局限性疾病的患者的当前优选的选择。在早期HCC的选定情况中，也可考虑与肝脏移植同时的全肝切除。不幸的是，少于25％的具有原发性或继发性肝癌的患者是切除术或移植的候选人，主要是由于肿瘤类型、位置或潜在的肝病。因此，越来越多的关注聚焦在用于不可切除的肝脏肿瘤的治疗的消融术方法上。该技术采用完全局部原地肿瘤摧毁而非摘除。已经采用各种各样的方法来局部地消融组织。射频消融术(RFA)是最常被使用的，但是也使用其他技术，包括乙醇注射、冷疗、不可逆电穿孔和微波消融术。

RFA过程是通过将探针放置在肝脏软组织中的目标区域、即肿瘤内来执行的。探针的末端处的电极产生热量，其被传导到周围的组织中，从而在50℃至100℃之间的温度下引起凝固性坏死。除了增加不可切除的患者中符合肝癌的治愈性条件的患者的数量之外，局部组织消融术由于可使用微创方法(包括经皮地和经腹腔镜地)来执行消融而具有显著的益处。

为了将探针放置在目标位置处，医师依靠术中成像技术，诸如超声。然而，过程的成功取决于探针的最优放置和热传递。不同的放置可能具有不同的结果。消融术的成功进一步受到耗散热量、由此潜在地减小RFA效率的肝血管的挑战。

发明内容

本发明提供一种用于肝脏肿瘤消融术的患者特定建模的方法和系统。本发明的实施例对包括热扩散、细胞坏死和通过血管和肝脏的血流的消融术的效果进行建模。从诸如计算机断层摄影术(CT)或磁共振成像术(MRI)图像的患者的术前医学图像开始，肝脏和静脉系统的患者特定的几何结构被自动地估计。在生物热传递模型中将患者的血管结构解释作为散热体。生物热传递模型被耦合到计算流体动力学解算器以便精确地将血液循环对耗散的热量的影响考虑进去。采用细胞坏死模型来仿真由于过热而导致的细胞死亡，并且可以将仿真的坏死区域可视化。

在本发明的一个实施例中，根据患者的3D医学图像数据估计肝脏以及肝脏静脉系统的患者特定的解剖模型。基于患者特定的解剖模型仿真肝脏和肝脏的静脉系统中的血液流动。基于虚拟消融探针位置及其操作参数以及肝脏和肝脏的静脉系统中的仿真的血液流动来仿真由于消融术而导致的热扩散。基于仿真的热扩散来仿真肝脏中的细胞坏死。生成仿真的坏死区域和温度地图的可视图。

通过参考下面的详细说明和附图，本发明的这些和其他优点对本领域普通技术人员来说将会显而易见。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的用于肝脏肿瘤消融术的患者特定建模的方法；

图2示出用于估计肝脏的患者特定解剖模型的示例性结果；

图3示出肝静脉循环系统的示例性计算流体动力学(CFID)模型；

图4示出根据本发明的实施例的实施用于仿真射频消融术(ABA)的计算模型的算法；

图5示出仿真的坏死区域的示例性可视图；

图6示出示例性的温度地图；

图7示出与分析解决方案相比的对空间和时间仿真结果的分析；以及

图8是能够实施本发明的计算机的高级框图。

具体实施方式

本发明涉及使用医学成像数据对肝脏肿瘤消融术的患者特定建模和仿真。在本文中描述了本发明的实施例，以给出对使用医学成像数据的患者特定建模和仿真的方法的视觉理解。数字图像通常由一个或多个物体(或形状)的数字表示构成。在本文中物体的数字表示通常就识别和操纵物体而言被描述。这样的操纵是在计算机系统的存储器或其他电路／硬件中完成的虚拟操纵。因此，要理解的是，本发明的实施例可以使用存储在计算机系统内的数据在该计算机系统内被执行。