通过磁共振流变学控制的实时能量沉积治疗系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括磁共振成像系统的能量沉积治疗系统，以及通过磁共振流变学系统来控制能量沉积治疗系统的方法。
【背景技术】
[0002]在磁共振成像技术中，通过磁共振流变学对人类或动物组织的机械属性进行表征是已知的(例如见 Muthipillai R.等人的 “Magnetic resonance imaging of acousticstrain waves”，Proc.Soc.Magn.Reson.Nice，1:189，1995 年)。在磁共振流变学中，在磁共振成像期间驱动组织以机械地振荡，导致引起成像对比的效果。低频机械波被耦合到组织中并且经由磁共振序列而被可视化，所述磁共振序列被锁相到机械激励。常规的触诊被变成对诊断值能够被量化的客观绝对物理量的评估。例如该信息能够被用来区分健康和恶性组织。
[0003]美国专利申请2011/0131278提到采用磁共振弹性成像来推导通过施加高强度聚焦超声(HIFU)造成的温度分布。其中，提出将磁共振弹性成像数据与温度相关的粘度相关联，以回顾地监测HIFU应用的热效应，以作为对质子共振频移测量的替代。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的是提供一种具有对恶性组织的经改进的可视化和针对恶性组织的经改进的特异性的能量沉积治疗系统。
[0005]在本发明的一方面中，通过能量沉积治疗系统来实现该目的，所述能量沉积治疗系统包括:
[0006]-能量沉积单元，其被提供用于将能量局部地沉积到感兴趣对象的治疗区中，以用于治疗目的；
[0007]-换能器单元，其具有至少一个机械换能器，所述至少一个机械换能器能够被机械地耦合到所述感兴趣对象并且被提供用于将机械振荡施加到所述感兴趣对象的至少部分;
[0008]-磁共振成像系统，其被提供用于采集来自所述感兴趣对象的至少所述部分的磁共振成像数据，包括:
[0009]-磁共振扫描器；
[0010]-图像处理单元，其被配置为通过处理采集到的所述感兴趣对象的所述部分的磁共振成像数据来对所述感兴趣对象的至少所述部分中的所述机械振荡进行成像；
[0011]-控制单元，其能被连接到所述能量沉积单元、所述换能器单元以及所述磁共振扫描器，其中，
[0012]所述控制单元被配置为取决于所述感兴趣对象的所述部分的经处理的磁共振成像数据来控制对能量的沉积。
[0013]如在本申请中使用的，术语“治疗区”应当被具体理解为所述感兴趣对象的组织的区，所述区:(a)已经被识别为要求沉积能量的形式的处置，(b)必须被保护以免过度的能量沉积。通常恶性组织被需要被免于处置的健康的功能性组织包围。
[0014]这样，能够在对能量的沉积的准备中实现例如用于癌症诊断的特异性的大幅上升以及用于区分恶性组织和健康组织的经改进的可视化。这种经改进的分化还支持将能量精确并安全地沉积到所述感兴趣对象的所述治疗区中。
[0015]对采集到的所述感兴趣对象的所述部分的磁共振成像数据的处理可以包括基于相位对比的磁共振成像技术。如在现有技术中已知的，对所述磁共振成像数据的采集可以利用所施加的机械振荡而被锁相，以用于降噪和提高信噪比。
[0016]通过有线连接或通过无线连接或通过二者的组合，所述控制单元能被连接到所述能量沉积单元、所述换能器单元以及所述磁共振扫描器。
[0017]已经提出了用于将所述机械振荡施加到所述组织的若干不同的机械换能器，例如使用MR扫描器里面的主磁场B。的电磁设计。另外，针对临床应用提出了压电驱动换能器或气动设计。总之，可以采用本领域技术人员认为适合的任何机械换能器。
[0018]在另一实施例中，所述控制单元被配置为在靶向区不同于所述治疗区的情况下禁用所述能量沉积单元的能量沉积。如在本申请中使用的，术语“靶向区”应当被具体理解为所述感兴趣对象内的组织体积，所述能量沉积单元将在激活所述能量沉积单元的时刻将能量的95%沉积到所述组织体积。这样，能够防止对将所述能量沉积到不同于所述感兴趣对象的所述治疗区的所述靶向区中的潜在不安全的启用。
[0019]在又一实施例中，所述控制单元被配置为仅在所述靶向区至少部分地与所述治疗区交叠的情况下启用所述能量沉积单元的能量沉积。这样，并且基于经改进的分化，能够实现将能量精确且安全地沉积到所述感兴趣对象的所述治疗区。
[0020]在优选实施例中，所述能量沉积治疗系统包括消融单元，所述消融单元被配置为将组织从所述感兴趣对象消融掉。这样，能够实现将恶性组织从所述感兴趣对象安全且精确地切除。所述消融单元可以由人类用户人工控制，或者其可以由非人用户(例如机器人)控制。
[0021]在另一优选实施例中，所述能量沉积单元包括以下中的至少一项:高强度聚焦超声(HIFU)设备、微波消融单元、冲击波生成设备、热疗设备以及放射治疗设备。这尤其还应包括所提到的设备中的两个或更多个的组合。这样，本发明的优势能够被用在广泛的应用中。
[0022]在一些实施例中，所述换能器单元包括用于介入设备的至少一个开放的访问。这样，能够以所述机械换能器的非常小的干扰来提供用于所述介入设备的访问的广泛选项。
[0023]在又一实施例中，所述换能器单元包括蜂窝结构，其中，所述至少一个机械换能器驻留在所述蜂窝结构的第一蜂窝中，并且所述至少一个开放的访问被提供在所述蜂窝结构的与所述第一蜂窝相邻的第二蜂窝中。这样，结合所述机械换能器与所述介入设备的刚性且明确定义的相对布置，能够容易地提供用于所述介入设备的访问的选项。
[0024]所述蜂窝结构优选地具有与制造蜂窝结构的相同固体材料的大约1/7(±20% )的质量密度。所述蜂窝结构提供足够的机械刚度，能够在操作时稳定地支撑所述换能器单元。以这种方式，能够在所述患者的组织中生成机械剪切波的稳定且被很好地控制的场。由于其开放的结构和较低的质量密度，所述蜂窝结构对于来自所述能量沉积单元的能量沉积辐射具有低反射率。特别当通过高强度聚焦超声完成所述能量沉积时，所述HIFU设备和所述换能器单元的相对取向不受限制。特别地，不需要避免蜂窝结构对HIFU辐射的反射。利用具有21-192kgm3的质量密度的蜂窝结构实现了好的结果。所述换能器单元的活塞和外壳可以由具有1200-1220kgm3的范围中的质量密度的聚碳酸酯制成。
[0025]在又一实施例中，所述换能器单元具有至少两个机械换能器，所述至少两个机械换能器被与所述能量沉积单元一起被集成在单个外壳中。在所述两个机械换能器的适合的布置中，能够提供对于乳腺治疗特别有用的能量沉积治疗系统。
[0026]在本发明的另一方面中，利用通过磁共振流变学系统控制能量沉积治疗的方法来实现所述目的，所述能量沉积治疗系统包括:
[0027]-能量沉积单元，其被提供用于将能量局部地沉积到感兴趣对象的治疗区中，以用于治疗目的；
[0028]-换能器单元，其具有至少一个机械换能器；
[0029]-磁共振成像系统，其包括磁共振扫描器和图像处理单元；
[0030]所述方法包括以下步骤:
[0031]-将所述机械换能器机械地耦合到所述感兴趣区域；
[0032]-激活所述机械换能器以将机械振荡施加到所述感兴趣对象的至少部分；
[0033]-采集来自所述感兴趣对象的所述部分的磁共振成像数据；
[0034]-通过处理采集到的磁共振成像数据来对所述感兴趣对象的所述部分中的所述机械振荡进行成像；
[0035]-在经处理的磁共振成像数据内识别所述能量沉积单元的靶向区；并且
[0036]-在所述靶向区不同于所述治疗区的情况下，省略所述能量沉积单元的能量沉积。
[0037]通过应用该方法，能够在对能量的沉积的准备中实现例如用于癌症诊断的特异性的大幅上升以及用于区分恶性组织和健康组织的经改进的可视化。此外，所述方法防止对将所述能量沉积到不同于所述感兴趣对象的所述治疗区的所述靶向区中的潜在不安全的启用。
[0038]在本发明的另一方面中，通过利用磁共振流变学系统控制能量沉积治疗系统的方法来实现所述目的，所述能量沉积治疗系统包括:
[0039]-能量沉积单元，其被提供用于将能量局部地沉积到感兴趣对象的治疗区中，以用于治疗目的；
[0040]-换能器单元，其具有至少一个机械换能器；
[0041]磁共振成像系统