用于加热比电子聚焦区域更大的目标区域的高强度聚焦超声的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高强度聚焦超声，尤其涉及磁共振引导的高强度聚焦超声。
【背景技术】
[0002] 本发明涉及MR图像引导的高强度聚焦超声（HIFU)治疗系统。HIFU模块包括超声 换能器（阵列），其具有发射HIFU波束的换能器元件。能够通过以电子方式控制每个元件 的相位在局部范围内导引焦点（电子导引）。
【发明内容】
[0003] 本发明在独立权利要求中提供了一种医疗仪器和一种计算机程序产品。在从属权 利要求中给出了实施例。
[0004] 根据本发明的一个实施例，将要沉积超声（US)能量的大目标区域分割成若干局 部区域。在个体局部区域之内，通过以电子导引方式在局部区域之内扫描焦点，来沉积US 能量。此外，针对每个局部区域重新定位换能器（阵列）。
[0005] 本发明可以实现在任意形状的大目标区域中应用HIFU治疗（通过沉积超声能 量）。
[0006] 文中使用的"计算机可读存储介质"包含任何可以存储可由计算设备的处理器执 行的指令的有形存储介质。可以将计算机可读存储介质称为计算机可读非暂态存储介质。 也可以将计算机可读存储介质称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存 储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括 但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储设备、USB拇指驱动器、随机存取存储 设备（RAM)、只读存储设备（ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包 括压缩盘（CD)和数字通用盘（DVD)，例如 CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW 或 DVD-R 盘。术语计算机可读存储介质还指计算机设备能够经由网络或通信链路访问的各种类型的 记录介质。例如，可以在调制调解器、因特网或局域网上检索数据。
[0007] "计算机存储器"或"存储器"是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是任 何可由处理器直接访问的存储器。计算机存储器的范例包括但不限于：RAM存储器、寄存器 和寄存器文件。
[0008] "计算机存储设备"或"存储设备"是计算机可读存储介质的范例。计算机存储设 备是任何非易失计算机可读存储介质。计算机存储设备的范例包括但不限于：硬盘驱动器、 USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVDXD-R0M以及固态硬盘驱动器。在一些实施例中， 计算机存储设备还可以是计算机存储器，反之亦然。
[0009] 文中使用的"处理器"包含能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。包括"处 理器"的计算设备的引用应被解读为能够包含超过一个处理器或处理核。例如，处理器可以 是多核处理器。处理器还可以指处于单个计算机系统内的或者分布于多个计算机系统当中 的处理器的集合。术语计算设备还应被解读为能够指每者均包括一个或多个处理器的计算 设备的集合或网络。许多程序具有其由多个处理器执行的指令，这些处理器可以处于相同 计算设备内，甚至可以跨多个计算设备分布。
[0010] 文中使用的"用户接口"是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。 也可以将"用户接口"称为"人类接口设备"。用户接口可以向操作者提供信息或数据，和/ 或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使计算机能够接收来自操作者的输入，并且可 以将来自计算机的输出提供给用户。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机， 并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用 户接口上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、指示杆、图 形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像机、耳机、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞板、 遥控器、以及加速度计的数据接收均为能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范 例。
[0011] 文中使用的"硬件接口"包含能够使计算机系统的处理器与外部计算设备和/或 装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计 算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使处理器与外部计算设备和/或 装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、 IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/ IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
[0012] 文中使用的"显示器"或"显示设备"包含适于显示图像或数据的输出设备或用户 接口。显示器可以输出可视、音频和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监 视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管（CRT)、存储管、双稳态显 示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器（VF)、发光二极管（LED)显示器、 电致发光显示器（ELD)、等离子体显示板（PDP)、液晶显示器（IXD)、有机发光二极管显示器 (OLED)、投影仪和头盔显示器。
[0013] 文中将磁共振（MR)数据定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线记录 的原子自旋发射的射频信号的测量结果。文中将磁共振成像（MRI)图像定义为对磁共振成 像数据内包含的解剖结构和/或功能数据重建的二维或三维可视化。能够使用计算机执行 这种可视化。
[0014] 文中使用的医疗图像数据涵盖描述对象解剖结构的数据。磁共振图像是一类医疗 图像数据。
[0015] 文中将磁共振（MR)测温数据定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线 记录的原子自旋发射的射频信号的测量结果，其包含可以用于磁共振测温的信息。磁共振 测温通过测量对温度变化敏感的参数而工作。可以在磁共振测温中测量的参数范例有：质 子共振频移、扩散系数、或可以用于使用磁共振测量温度的Tl和/或T2弛豫时间的变化。 质子共振频移是与温度相关的，因为个体质子、氢原子经受的磁场取决于周围的分子结构。 由于温度影响到氢键，所以温度升高会减弱分子筛作用。这造成质子共振频率对温度的依 赖性。
[0016] 文中使用的"超声窗口"涵盖能够透射超声波或能量的窗口。通常，将薄膜或膜用 作超声窗口。超声窗口例如可以由BoPET(双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯）薄膜制成。
[0017] 在一个方面中，本发明提供了一种医疗仪器，其包括用于采集来自成像区域之内 的对象的磁共振数据的磁共振成像系统。该医疗仪器还包括高强度聚焦超声系统，所述高 强度聚焦超声系统包括具有电子可控焦点的超声换能器。可以通过使用具有多个换能器元 件的超声换能器实施电子可控焦点。可以控制超声的相位和/或幅度，使得多个超声信号 的相长和相消效应会导致焦点移动位置。高强度聚焦超声系统还包括用于定位超声换能器 的机械定位系统。机械定位系统可以将超声换能器物理移动到不同位置。
[0018] 通常，使用机械定位系统对焦点进行总体控制，并且使用电子控制对焦点进行精 细控制。电子控制的焦点能用于调节聚焦区域之内的焦点。文中使用的聚焦区域涵盖焦点 强度高于预定强度的区域。在以电子方式移动焦点时，可以降低超声的强度。高强度聚焦 超声系统的操作员或制造商可以选择界定聚焦区域的强度极限。聚焦区域的位置取决于超 声换能器的位置。在由机械定位系统物理移动超声换能器时，聚焦区域的位置随着超声换 能器位置的变化而变化。
[0019] 该医疗仪器还包括用于存储机器可执行指令的存储器。该医疗仪器还包括用于控 制医疗仪器的处理器。所述指令的执行令所述处理器接收描述对象之内的体积的目标区 域。也可以将目标区域称为目标体积。例如，目标区域可以在图形用户接口上被定义或者 可以作为处置计划的一部分被接收。在任何情况下，目标区域可以描述对象之内的体积，并 且还可以包含诸如解剖参考的东西，这允许将目标区域配准到对象的位置。文中使用的体 积可以表示二维或三维指定的目标区域。通常，在规划和成像中，使用二维图像。然而，这 些二维图像必然表示体积。在磁共振成像中，通常将数据显示为对象的"切片"或二维区带。 二维图像中的每个体素表示大部分来自小体积的贡献。使用傅里叶变换重建MRI图像，使 得特定体积外部的区带也对特定体素中的图像有贡献。同样地，在对区带进行超声处理时， 可以使用二维图像进行规划。在对目标进行实际超声处理时，超声会加热对象的小体积。
[0020] 目标区域大于聚焦区域。这可能暗示，为了对整个目标区域进行超声处理或加热， 必须要将机械定位系统移动到超过一个位置。机器可执行指令的执行还令处理器将目标区 域划分成多个子区域。也可以将子区域称为亚区域、子体积或亚体积。多个子区域中的每 个都具有换能器位置。在换能器处于换能器位置时，聚焦区域包括该子区域。
[0021] 所述指令的执行还令处理器确定用于将换能器位置移动到多个子区域中的每个 的序列。可以将文中使用的序列宽泛地定义为将超声换能器移动到的位置列表或序列，使 得多个子区域中的每个都被选择。在一些情况下，可以实时地，例如使用决策树，确定序列。 在其他实施例中，该序列是预定义的，但稍后可以由适当算法修改。在一些情况下，该序列 仅指定要加热的第一子区域，并且然后使用诸如决策树的选择算法选择要加热的后续子区 域中的每个。
[0022] 所述指令的执行还令处理器使用该序列确定从多个子区域选择的选定子区域。将 子区域中的每个划分成区带。所述指令的执行还令所述处理器，通过重复控制机械定位系 统以将换能器移动到选定子区域的换能器位置，从而在预定时间内将目标区域维持在目标 温度。可以将目标温度解读成温度范围。预定时间的持续时间也可以在工作期间实时调节 或改变。
[0023] 选定子区域具有针对与其相关联的机械换能器的位置，并且机械定位系统将超声 换能器移动到那里，使得聚焦区域涵盖选定子区域，从而可以对其加热。所述指令的执行还 令所述处理器通过重复采集磁共振测温数据，在预定时间内将目标区域维持在目标温度。
[0024] 磁共振测温数据描述子区域中体素的温度。重要的是要注意，数据仅描述子区域 中体素的温度。可能存在特定属性，例如特定体素中组织的Tl值、T2值或弹性，其可以指 示温度。使用这种与温度相关的磁共振数据而不是直接使用温度数据的控制算法可以被使 用。然而，也可以处理磁共振数据，使得温度被显示在每个体素中，并将此用于直接控制该 过程。
[0025] 所述指令的执行还令所述处理器通过至少使用磁共振测温数据重复确定描述每 个体素中温度的温度属性图，在预定时间内将目标区域维持在目标温度。温度属性图可以 是温度，它可以是从温度值以统计方式计算的特定平均值或其他值，或者它可以是取决于 温度的属性，例如Tl值、自旋相位、T2或其他属性。所述指令的执行还令所述处理器通过 利用使用温度属性图的温度反馈算法控制每个电子控制的焦点来重复将区带独立加热到 目标温度，以在预定时间内将目标区域维持在目标温度。
[0026] 在实施例中，区带中的每个对应于体素。在其他实施例中，区带中的每个对应于体 素的一部分或多个体素。
[0027] 控制算法是基于区带的。区带中的每个被独立评估并被应用控制算法，所述控制 算法控制所述电子控制的焦点，以适当加热每个区带。所述指令的执行还令所述处理器通 过使用所述序列重复改变选定子区域而在预定时间的持续时间内将目标区域维持在目标 温度。这可以包括简单遵循子区域列表以进行加热，或者其可以涉及使用更复杂的算法，该 算法实时修改序列，或甚至可以实时选择下一个子区域。
[0028] 这个实施例可以是有益的，因为它提供了用于将对象的大区域有效加热到特定温 度的手段。这可以用于组织消融，但这在将目标区域的温度维持低于诱发组织坏死的值以 下时，可能特别有益。
[0029] 在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器使用磁共振测温数据针对多个 子区域中的每