Результат интеллектуальной деятельности: МАГНИТОРЕЗОНАНСНАЯ ТЕРМОГРАФИЯ: ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ АНОМАЛИЙ

Настоящий документ в целом относится к формированию изображений в медицине. Оно находит конкретное применение совместно с формированием магниторезонансных изображений и будет описываться со ссылкой, в частности, на него. Однако следует понимать, что оно также находит применение в других сценариях использования и не обязательно ограничивается вышеупомянутым применением.

В медицинской литературе сообщается, что различные болезни и/или повреждения проявляют тепловые свойства. Болезни и/или повреждения включают в себя рак, повреждения спины, заболевание груди, артрит, воспалительную боль, повреждение нервов, сосудистое заболевание, нарушение пищеварения, обследование инфарктов и т.д. Тепловые свойства отличают больную и/или поврежденную ткань от нормальной ткани. Например, опухоль обычно имеет больше сосудистой циркуляции, чем нормальная ткань. Ткань, которая имеет больше сосудистой циркуляции, будет охлаждаться быстрее нормальной ткани при восстановлении телом гомеостатического равновесия после нагревания. Схожим образом ткань, которая имеет больше сосудистой циркуляции, будет нагреваться быстрее нормальной ткани при восстановлении телом гомеостатического равновесия после охлаждения.

Измерение температур больной или поврежденной ткани обычно осуществляется посредством поверхностных измерений. Одним методом является Формирование Цифровых Инфракрасных Тепловых Изображений (DITI), который используется с 1980-х годов. Однако DITI может обнаруживать изменения температуры только вблизи кожи, но не по всему телу. Формирование магниторезонансных тепловых изображений является единственной в настоящее время известной методикой, которая способна измерять внутренние температуры тела без инвазивных процедур.

В настоящем документе раскрывается новый и улучшенный способ диагностики с формированием Магниторезонансных (MR) тепловых изображений, который направлен на решение вышеупомянутых и других проблем.

В соответствии с одним аспектом магниторезонансная система включает в себя магниторезонансный сканнер, один или более процессоров и устройство отображения. Магниторезонансный сканнер сконфигурирован для термографического измерения. Упомянутые один или более процессоры принимают данные теплового изображения от магниторезонансного сканнера и реконструируют по меньшей мере одно изображение, в котором каждый воксел представляющей интерес области включает в себя меру изменения температуры. Упомянутые один или более процессоры идентифицируют вокселы с тепловой аномалией. Устройство отображения отображает по меньшей мере одно реконструированное тепловое изображение с идентифицированными вокселами с тепловой аномалией.

В соответствии с другим аспектом на этапах способа магниторезонансной термографии принимают данные теплового изображения от магниторезонансного сканнера и реконструируют по меньшей мере одно тепловое изображение, в котором каждый воксел в представляющей интерес области указывает изменение температуры. Вокселы с тепловой аномалией идентифицируются в упомянутом по меньшей мере одном тепловом изображении.

Одно преимущество состоит в отсутствии инвазивности при формирования тепловых изображений во внутренние части объекта обследования.

Еще одно преимущество состоит в точности формирования магниторезонансных тепловых изображений для измерения аномальных тепловых свойств.

Еще одно преимущество состоит в безопасных способах нагревания или охлаждения целевых областей тела.

Еще одно преимущество состоит в использовании тепловой информации для более точных диагнозов.

Еще одно преимущество состоит в наблюдении за эффективностью лучевой терапии.

Еще одно преимущество состоит в сочетании с развитием, обновлением или уточнением планов лучевой терапии.

Другие дополнительные преимущества настоящего документа будут оценены средними специалистами в уровне техники после прочтения и понимания последующего подробного описания.

Изобретение может принимать форму в различных компонентах и размещениях компонентов и в различных этапах и размещении этапов. Чертежи предлагаются только в целях иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться в качестве накладывающих ограничения на изобретение.

На фиг. 1 схематично изображен вариант осуществления системы магниторезонансного сканнера с различными устройствами для нагревания/охлаждения целевых областей обследуемого тела.

На фиг. 2 схематично изображен пример одного варианта осуществления объема для формирования изображений и измерений температуры (T) относительно времени (t) различных вокселов.

На фиг. 3 изображена блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа диагностической идентификации тепловых аномалий.

На фиг. 4 изображена блок-схема последовательности операций варианта осуществления системы, используемой совместно с планированием лучевой терапии.

На фиг. 1 схематично изображен один вариант осуществления системы 10 магниторезонансного сканнера с различными устройствами для нагревания/охлаждения целевых областей обследуемого тела. Магниторезонансный (MR) сканнер 12 сконфигурирован с возможностью создания магниторезонансных изображений, указывающих температуру каждого воксела представляющей интерес области тела. MR сканнер 12 изображен в поперечном сечении с опорой 14 для пациента. MR сканнеры обнаруживают изменения температуры с точностью до 0,1°C. Изменения температуры по отношению к телу могут быть вызваны использованием множества методов, таких как ультразвук, радиочастотные (RF) импульсы, глотаемые жидкости, вводимые растворы, компрессы и т.д. Изменения температуры вызываются множеством устройств, таких как ультразвуковой излучатель 16, RF излучатель 20, шприц с тепловым/химическим раствором 22, сосуд с тепловой/химической жидкостью, которая должна быть принята пациентом 24, маска, соединенная с газом, который вдыхается пациентом 25, горячий/холодный компресс 26 и т.д. Изменения температуры могут также быть естественными, например из-за активных или пассивных упражнений и естественных температурных циклов тела, которые возникают ежедневно.

Данные формирования тепловых изображений от MR сканнера 12 передаются в один или более процессоров 28 через сеть 30. Процессоры могут содержать непостоянное и постоянное запоминающее устройство. Сеть 30 включает в себя проводное или беспроводное соединение, прямое подключение или сетевое соединение, такое как частная сеть или Интернет. Процессоры могут содержаться внутри одного сервера или во множестве серверов.

Хранилище 32 данных присоединяется к упомянутым одному или более процессорам с помощью множества различных вариантов соединения. Хранилище данных может быть непосредственно присоединенными отдельными томами, присоединенными через сеть хранилищами и т.п. Хранилище 32 данных обеспечивает хранение принятых данных 34 формирования тепловых изображений, сохраненных групп тепловых изображений 36, диагностических баз 38 данных и базы данных планов 40 лучевой терапии и способов 42 лечения. Хранящиеся группы тепловых изображений включают в себя изображения, которые представляют собой заданную совокупность. Заданная совокупность может быть нормальной совокупностью, которая включает в себя тепловые изображения нормальных изображений, которые воксел за вокселом представляют вариации нормальных изменений температуры для здоровых людей. Нормальная группа может сравниваться с тепловым изображением воксел за вокселом после регистрации по отношению к общему пространству, и вычисляется вероятность того, что каждый воксел теплового изображения является отличающимся. Альтернативно группа может представлять собой совокупность(и) больных, например людей с сосудистым заболеванием мозга. Тепловое изображение может сравниваться с группой для определения вероятности того, что воксел подобен вокселам, найденным в группе, например, с сосудистым заболеванием мозга.

Диагностическая база данных включает в себя диагнозы, такие как ICD-10, ICD-0, SNOMED и т.п. Диагностическая база данных включает в себя информацию о морфологии и информацию об аномальном изменении температуры. Диагностическая база данных позволяет сопоставлять тепловые аномалии с возможными диагнозами. База данных планов лучевой терапии включает в себя этапы и альтернативы для лечения диагностированного состояния. База данных способов лечения включает в себя параметры, такие как доза и частота возможной лучевой терапии для диагностированных опухолей и т.д. База данных планов лучевой терапии может продолжаться за пределы только магниторезонансных сканнеров и включать в себя данные относительно других устройств, обычно используемых совместно или в сочетании с магниторезонансными сканнерами, таких как Высоко Сфокусированный Ультразвук (HIFU), Линейный Ускоритель (LINAC), Рентгеновское излучение и т.п.

Устройство 44 отображения соединено с сетью 30 и с упомянутыми одним или более процессорами. Устройство 44 отображения позволяет медицинскому работнику взаимодействовать с системой. Устройство отображения может быть компьютером, портативным компьютером, планшетом, мобильным устройством и т.п. Устройство отображения отображает изображения, возможные диагнозы, планы лучевой терапии, сравнения изображений и т.п. Например, отображается тепловое изображение спины, изображающее изменение температуры в ежедневном температурном цикле. Амплитуда в изменении температуры в каждом вокселе отображается в качестве основанной на цвете интенсивности. Интенсивность может быть нормализована с использованием группы и повреждения спины, которое указывается посредством вокселов, которые значительно отклоняются от нормативной совокупности. Альтернативно, интенсивность может быть нормализована с использованием температуры легочной артерии в качестве опорной области, в которой каждый воксел является разностью между температурой в вокселе и температурой легочной артерии. Интенсивность воксела может быть представлена в качестве среднего значения разности, минимума, максимума или некоторой функции, которая включает в себя температуру опорной области и изменения во времени. Также рассматриваются и другие внутренние органы и области. Устройство 44 отображения также вводит команды и разрешает медицинскому работнику управлять использованием системы формирования изображений.

На фиг. 2 схематично изображен пример одного варианта осуществления объема для формирования изображений и измерений температуры различных вокселов. Данные 34 формирования тепловых изображений изображены в качестве примерного объема вокселов, представленного в качестве 3-мерного прямоугольного объема. Объем вокселов может быть любой формы или размерности. Каждый воксел многократно изображается во времени для создания измерения во времени изменения температуры либо в качестве непрерывного измерения, либо дискретных измерений с использованием методик дискретизации. Например, измерения температуры могут быть непрерывными на основе данных формирования магниторезонансных изображений, когда это становится возможным со сканнера в течение нагревания или охлаждения целевой области. В другом примере изменения температуры от магниторезонансного сканнера измеряются с интервалами в 1 минуту или 10 минут. В дополнительном примере изменения температуры снимаются утром, в полдень и вечером для сравнения ежедневных температурных циклов. Может быть применена аналитика, которая аппроксимирует функции для каждого из измерений, такая как аппроксимация кривой, дискретная статистика и т.п. Например, если количество точек дискретизации увеличивается, то для аппроксимации кривой могут применяться методы регрессии. Альтернативные примеры включают в себя модельные кривые, основанные на нормальном изменении температуры ткани, которые адаптируются или модифицируются с получением точек с данными. Модельная кривая может быть нисходящей параболической функцией для уменьшающейся температуры, где амплитуда изгиба регулируется по отношению к точкам дискретизации. Аппроксимация кривой включает в себя скользящие средние значения, линейную регрессию и т.п. Дискретная статистика включает в себя пороговую величину, минимум, максимум, среднее значение согласно различным распределениям, таким как нормальное, Пуассона, и т.д., и т.п. Количество измерений изменения температуры может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, горячий или холодный источники применяются для первоначального изменения температуры тела до измерения изменения температуры, пока тело восстанавливает гомеостатическое равновесие. Например, источник тепла, такой как слабо сфокусированный HIFU, первоначально применяется к ткани груди для нагревания ткани на несколько градусов. Источник тепла удаляется, и тело охлаждает ткань груди. Опухоли, присутствующие в ткани груди, имеют больше сосудистой циркуляции и покажут более крутую кривую охлаждения. Увеличенная кровь, циркулирующая к больной ткани, охлаждает больную ткань более быстро. В примерных измерениях изменение 46 температуры представлено в качестве кривой со сплошной линией или непрерывного измерения. Кривая со сплошной линией может быть основана на методике дискретизации и методиках аппроксимации кривой, описанных ранее. График измерения температуры одного воксела изображает уменьшающуюся температуру, которая является нормальной 48, в то время как другой воксел изображает аномальную или более быстро уменьшающуюся температуру 50. На примерных графиках более быстро уменьшающаяся температурная кривая указывает на больную ткань, такую как рак груди.

Пунктирная линия на примерных графиках для двух вокселов является ожидаемыми изменениями 52 температуры для здоровой ткани. Ожидаемые изменения 52 температуры могут основываться на множестве источников, таких как группа 36, опорная область пациента, исходные сведения пациента, смежная область пациента и т.д. Различные части тела будут изменять температуру с различными скоростями. Например, ткань и органы в туловище будут охлаждаться или нагреваться быстрее конечностей. Группа представляет собой изменчивость нормальных значений по совокупности, но не представляет собой нормальные значения для отдельного пациента. Опорная область пациента, такая как легочная артерия, представляет собой нормальные значения для пациента, но не учитывает изменчивость между различными тканями или воздействием на больную ткань. Исходные сведения для пациента могут представлять собой то, когда пациент находился в покое перед нагреванием или охлаждением целевой области. Исходные сведения альтернативно могут быть кривой изменения температуры области, отличающейся от представляющей интерес области. Например, холодный компресс может быть приложен к ноге, удален, и кривая изменения температуры может развиться для вокселов внутри ноги. Модельная кривая изменения может быть построена с использованием кривой изменения температуры из вокселов ноги и применена в качестве исходных сведений для кривой изменения температуры, измеренной для другой представляющей интерес области, такой как грудь. Исходные сведения могут быть функцией анатомического признака, такого как мозг, сердце и т.д., среднего значения вокселов целевой области, тела, в покое реагирующего на искусственный источник тепла до выполнения упражнений, и измерения изменения температуры в сравнении, и т.п.

Измеренное изменение 46 температуры сравнивается с ожидаемым изменением 52 температуры, и разность может быть представлена в качестве вероятности аномалии. Разность может быть измерена в качестве области между кривой с пунктирной линией и кривой со сплошной линией в данном примере. Альтернативно может быть измерено максимальное изменение скорости каждой кривой и сравнено со значениями пороговой величины, указывающей аномальный тепловой воксел. Для определения вероятности разности между ожидаемым и измеренным изменением температуры могут применяться различные методы. Создается вероятностная диаграмма, которая включает в себя вероятность присутствия аномалии для каждого воксела. В другом варианте осуществления тепловая кривая каждого воксела сравнивается с последовательностью кривых, при этом каждая кривая связана с некоторым диагнозом, например нормальная кривая, кривая рака, кривые для различных стадий или типов рака, артрита, растяжения, воспаления и т.п.

На фиг. 3 изображена блок-схема последовательности операций варианта осуществления способа диагностической идентификации на основе тепловых аномалий. На первом этапе 54 температура тела изменяется от нормальной или соответствующей исходным сведениям. Изменение может возникнуть до или в течение последовательности формирования MR изображений. Различные устройства, показанные на фиг. 1, могут использоваться для повышения или понижения температуры тела в целевой области. Температура тела может быть повышена с использованием выполнения активных или пассивных упражнений, естественных ежедневных температурных циклов тела и т.п. Температура целевых областей может обычно спокойно увеличиваться на 2-3°C или уменьшаться примерно на 5°C от нормальной величины, что легко обнаруживается посредством MR термографии. Например, HIFU, который используется для умерщвления больной ткани внутренним образом при лучевой терапии, может быть слабее сфокусирован и использован для нагревания представляющей интерес области на несколько градусов. Магнитный резонанс, который используется для наблюдения за HIFU терапией, может также наблюдать за нагреванием представляющей интерес области посредством HIFU в диагностических целях. Альтернативно, если, например, пищеварительный тракт включает в себя представляющую интерес область, то пациент может принять горячую или холодную воду для нагревания или охлаждения пищеварительного тракта. Данная жидкость может иметь химическую основу, которая временно повышает температуру тела, пока происходит поглощение химического вещества. В другом примере может быть введен соляной раствор, который временно уменьшает температуру крови. В другом примере может вдыхаться холодный газ, который временно уменьшает температуру легочной области. Данный газ может быть другим в тепловом отношении, чтобы вызвать тепловое понижение, или иметь химическую основу, которая вызывает расширение и потерю тепла капиллярами в течение выдоха. В другом примере упражнение может повысить температуру представляющей интерес области через тепло, создаваемое мышечной активностью. Активное упражнения пациента является упражнением, выполняемым пациентом, при этом пассивное упражнение является движением, вызываемым кем-либо/чем-либо другим, например физиотерапевтом или электростимуляцией. Независимо от формы используемого упражнения мышечное движение создает тепло, и тело будет через гомеостаз уменьшать данное тепло. Измерение уменьшения тепла может быть сделано легче, когда тело находится в покое, например, в течение формирования изображений, и охлаждение ткани мышцы создает измеряемые изменения температуры.

MR сканнер измеряет изменения температуры на этапе 56, пока тело восстанавливает гомеостатическое равновесие, например многократно измеряет температуру и создает график температуры (T) относительно времени (t). Температура может быть измерена с тепловым разрешением приблизительно в 0,1°C. Измерение изменения температуры было описано со ссылкой на фиг. 2. На этапе 58 развивается вероятностная диаграмма, которая идентифицирует вероятность аномалии в местоположении каждого воксела. Данные местоположения включают в себя отображение на анатомические структуры и/или представляющие интерес области. Тепловые кривые могут также сравниваться с опорными тепловыми кривыми для определения вероятности конкретной аномалии. Например, если максимальная скорость изменения температуры для нормальной ткани составляет 0,3°C/мин, а максимальная скорость тепловой кривой составляет 0,8°C/мин, то существует высокая вероятность того, что присутствует аномальная тепловая ткань. Развитие вероятностной диаграммы было описано со ссылкой на фиг. 2.

Отображаемые аномальные местоположения соотносятся с возможными диагнозами с использованием базы данных диагнозов на этапе 60. Могут использоваться другие источники, такие как другие медицинские тесты пациентов, другие изображения пациентов и т.п. Например, анализ крови, указывающий присутствие некоторых типов опухолей, рентгеновские изображения, показывающие артрит, и т.д. Возможные диагнозы могут быть отображены медицинскому работнику с помощью MR изображений. MR изображения могут включать в себя вероятностную диаграмму аномальных местоположений, представленных с разной интенсивностью. Например, вокселы с высокими вероятностями (например, более 0,9) тепловых аномалий могут изображаться в красном цвете, с более низкими вероятностями (например, более 0,5) - изображаются в желтом цвете и т.д.

Данная блок-схема последовательности операций варианта осуществления использует безинвазивный способ MR термографии, которая идентифицирует температурные аномалии. Идентифицированные температурные аномалии используются для идентификации возможных диагнозов или предоставления информации, которая может быть соотнесена с другими диагностическими инструментами и методиками.

На фиг. 4 изображена блок-схема последовательности операций варианта осуществления системы и способа, используемого совместно с планированием лучевой терапии. Данный вариант осуществления, описываемый со ссылкой на фиг. 3, может использоваться для идентификации аномалий. Могут использоваться другие источники и система для наблюдения за развитием реакции пациента на лучевую терапию. Таким образом, план лучевой терапии может быть создан на этапе 62 или на следующем этапе в прогрессивном цикле планирования лучевой терапии. План лучевой терапии включает в себя начальный размер и местоположение болезни, такой как опухоль. План лучевой терапии определяет образ и дозу лучевой терапии, такой как с использованием LINAC, HIFU, рентгеновского излучения, и т.п., которая применяется на этапе 64. После того как применена лучевая терапия, система измеряет тепловую температурную кривую или изменение в оставшейся целевой ткани, например опухоли. Изменения в тепловой кривой могут указывать относительный успех в умерщвлении опухолевых клеток в каждом вокселе. Система проверяет, обновляет или уточняет план в соответствии с разрушением/выживанием опухоли, определяемой из тепловых кривых.

Следует понимать, что совместно с конкретными примерными вариантами осуществления, представленными в данном документе, некоторые структурные и/или функциональные признаки описываются входящими в состав заданных элементов и/или компонентов. Однако подразумевается, что эти признаки могут, с тем же самым или схожим преимуществом, также аналогично входить в состав других элементов и/или компонентов по необходимости. Следует также понимать, что различные аспекты примерных вариантов осуществления по необходимости могут выборочно использоваться для достижения других альтернативных вариантов осуществления, подходящих для необходимых применений, причем другие альтернативные варианты осуществления тем самым реализуют соответствующие преимущества аспектов, содержащихся там.

Следует также понимать, что конкретные элементы или компоненты, описанные в данном документе, могут иметь свою функциональность, соответственно реализуемую через аппаратное обеспечение, программное обеспечение, встроенное микропрограммное обеспечение или их сочетание. Дополнительно, следует понимать, что конкретные элементы, описанные в данном документе объединенными вместе, могут при подходящих обстоятельствах быть отдельными элементами или разделенными по-иному. Схожим образом множество конкретных функций, описанных выполняемыми одним конкретным элементом, могут выполняться множеством различных элементов, действующих независимо для выполнения отдельных функций, или конкретные отдельные функции могут быть разделены и выполнены множеством различных элементов, действующих совместно. Альтернативно некоторые элементы или компоненты, иначе описанные и/или изображенные в данном документе отличающимися друг от друга, могут быть физически или функционально объединены при необходимости.

Одним словом, настоящее описание было изложено со ссылкой на предпочтенные варианты осуществления. Очевидно, что после прочтения и понимания существующего описания специалистам в уровне техники придут в голову модификации и изменения. Предполагается, что изобретение рассматривается включающим в себя все такие модификации и изменения, поскольку они попадают в объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов. То есть следует понимать, что различные из раскрытых выше и других признаков и функций, или их альтернативы, могут по желанию объединяться со многими другими различными системами или применениями и что также те различные непредусмотренные в настоящее время или непредвиденные альтернативы, модификации, изменения или улучшения могут быть впоследствии созданы специалистами в уровне техники, которые, как аналогичным образом предполагается, охватываются последующей формулой изобретения.