具有自动控制的高强度聚焦超声（hifu）探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种尤其用于超声消融处置的高强度聚焦超声治疗单元，以及一种磁共振图像引导的高强度聚焦超声治疗系统。
【背景技术】
[0002]在癌症处置的领域中，将高强度聚焦超声施加到恶性肿瘤作为用于对组织的热消融的方法是已知的。所施加的超声到组织中的穿透深度随其频率而变化，其频率典型地位于0.5MHz与10MHz之间的范围中。美国专利6488639B1描述了一种装置，所述装置能够根据目标衰减、被穿过的组织的厚度、温度退化或在发射期间的病灶位移来调节聚焦超声频率。国际申请W097/22015提及简单地控制超声换能器，所述控制在于确定的速度限制，超过所述速度限制则不生成超声。欧洲专利申请EP 2574375涉及一种具有HIFU系统的治疗装置，在所述HIFU系统中基于对在偏转区内的目标区的确定位置或预测位置来控制超声处理。
[0003]期望提供在执行对目标区域的超声处理时具有针对用户的高操作舒适度的治疗单元。
【发明内容】
[0004]在本发明的一方面中，目的是通过一种尤其用于超声消融处置的高强度聚焦超声治疗单元来实现的，所述高强度聚焦超声治疗单元包括:
[0005]-超声换能器探头，其具有主延伸方向和平行于所述主延伸方向的纵轴、以及平行于所述纵轴布置的超声换能器阵列，其中，所述超声换能器探头被配置为在激活后将具有超声频率的聚焦超声波束从所述超声换能器阵列施加到感兴趣对象内的相邻组织；
[0006]-引导单元，其被配置用于监测所述超声换能器阵列相对于所述感兴趣对象的位置，并且被配置用于将关于所监测的位置的信息提供到人类接口 ；以及
[0007]-控制单元，其被配置为控制所述超声换能器阵列的至少一个操作参数，从而取决于所述超声换能器阵列相对于所述感兴趣对象的相对位置的变化率来调节所述聚焦超声波束到对象的组织中的穿透深度。根据本发明，所述超声换能器阵列的一个或若干操作参数是作为所述超声换能器的速率的函数而被调节的。显著地，所述超声频率可以随着所述超声换能器被更缓慢地移动而被降低，以随着所述超声换能器被减速而增加所述穿透深度。接着，所述穿透深度随着所述超声换能器在其最终位置或取向处停住而逐渐增加。这以时间高效的方式实现了准确且全面地将超声能量沉积到患者的组织中的目标区中。所述移动可以包括平移、旋转或两者的组合。因此，所述超声换能器的速率可以为其在每单位时间行进的线性距离以及其旋转速率。
[0008]在适合的实施例中，所述高强度聚焦超声治疗单元也能够被用于降低体温目的。
[0009]本申请中使用的词语“操作参数”应具体涵盖诸如功率水平、频率或传播方向的参数。
[0010]这样，对所述超声换能器阵列的操作参数的调节能够被耦合到对所述超声换能器阵列相对于所述感兴趣对象的所述相对位置的所述变化率的分析。在适合的实施例中，这能够允许使对所述感兴趣对象内的目标区的超声处理的工作流至少部分地自动化的选项。[0011 ] 在优选实施例中，所述超声换能器探头被装备有被布置在所述超声换能器探头的远端部分中的接纳构件，所述接纳构件被配置用于容纳所述超声换能器阵列。在对特定类型的肿瘤(例如前列腺癌)的处置的访问方面，这能够是特别有利的。
[0012]本申请中使用的词语“远端部分”应当具体被理解为所述超声换能器探头在所述主延伸方向上的长度中、包括所述超声换能器探头的远端端部的三分之一、更优选地是四分之一。
[0013]优选地，所述接纳构件被设计为槽或凹陷，但可以被设计为本领域技术人员认为适合的任意其他构件。
[0014]在另外的实施例中，所述高强度聚焦超声治疗单元包括用于使所述超声换能器探头关于所述纵轴旋转的机电驱动器，并且所述控制单元还配备有第一控制构件，所述第一控制构件用于使得能够由用户调节所述超声换能器阵列的旋转位置。
[0015]这样，所述用户能够容易地将所述超声换能器阵列转移到期望位置，并且能够通过咨询所述人类接口来核对所述超声换能器阵列的所述位置。例如，所述用户可以是介入放射科医师，并且所述人类接口可以是平板触摸屏。
[0016]本申请中使用的术语“控制构建”应当具体涵盖诸如旋钮、脚踏板、滑块以及触摸屏上的虚拟软按键以及常见人类接口设备(例如键盘、计算机鼠标、触摸板、绘图板以及操纵杆)的机械构件。所述控制构件也可以被设计为失效安全控制(dead man’s control)，优选地在释放后返回到非超声处理，由此为所述感兴趣对象提供额外的安全性。
[0017]在另一优选实施例中，所述控制单元被配置为在所述超声换能器阵列相对于所述感兴趣对象的所述位置的变化率落在预定值以下的情况下，自动调节所述至少一个操作参数。以此方式，可以降低用于驱动所述超声换能器阵列的功率，和/或可以降低所述频率，以在所述超声换能器阵列的所述相对位置固定的情况下实现较大的穿透深度。所述预定值可以驻留在存储器单元中，所述控制单元具有对所述存储器单元的访问。
[0018]如果对所述至少一个操作参数的所述调节与在其期间所述超声换能器阵列相对于所述感兴趣对象的所述相对位置的所述变化率落在所述预定值以下的持续时间成正比，则能够容易地在所述超声换能器阵列的所述相对位置固定的情况下实现所施加的超声的较大穿透深度。
[0019]在又一优选实施例中，所述控制单元包括第二控制构件，所述第二控制构件用于使得能够由用户调节所述超声频率，其中，所述控制单元被配置为随着超声频率增加而自动减小要由所述超声换能器阵列发射的总功率。通过这种方式，能实现被施加到所述组织的恒定体积热密度，得到恒定的加热，而无论所述用户对所述超声频率的调节如何。
[0020]在另一实施例中，所述控制单元包括第三控制构件，所述第三控制构件用于使得能够由用户调节由所述超声换能器阵列发射的所述总功率。通过这种方式，所述用户能够具有对由所述超声换能器阵列在所述组织中生成的热的直接控制。
[0021]在另一优选实施例中，所述控制单元包括功率分配器单元，并且所述控制单元被配置为经由所述功率分配器单元在所述超声换能器阵列的个体超声换能器间分配选定的功率，以修改由所述超声换能器阵列生成的所述聚焦超声波束的形状。所述控制单元包括第四控制构件，所述第四控制构件用于使得能够由用户调节由所述超声换能器阵列生成的所述聚焦超声波束的所述形状。这样，所述用户被提供有对所述聚焦超声波束的所述形状以及由它生成的加热区的完全控制，并且所述用户能够使波束形状和所述加热区单独地适于所述感兴趣对象的目标区域。修改所述聚焦超声波束的所述形状也应当涵盖以这样的方式在所述个体超声换能器间分配所述选定的功率，所述方式为由所述用户选择的个体超声换能器可以被完全关断。所述用户可以在对超声传感器阵列的激活之前或在超声处理期间控制所述波束的所述形状。
[0022]在又一实施例中，所述控制单元包括第五控制构件，所述第五控制构件被提供给用户以使得能够选择所述超声换能器阵列中要被激活的超声换能器。通过这样的方式，使得所述用户能够改变要被激活的超声换能器的在所述纵轴的方向上的长度，以适于所述感兴趣对象内的目标区域的大小。这对于以受控的方式消融有限的段是尤其有利的。例如，这种状况可以发生在对前列腺组织的典型消融处置中。
[0023]在本发明的另一方面中，提供了一种磁共振图像引导的高强度聚焦超声治疗系统，包括:磁共振成像系统，其被提供用于从感兴趣对象的至少部分采集磁共振成像数据；以及高强度聚焦超声治疗单元，其遵循本文中公开的实施例中的任意一个或它们的组合。
[0024]所述磁共振成像系统包括:磁共振扫描器；检查空间，其被提供为将感兴趣对象定位在内；主磁体，其被提供用于至少在所述检查空间中生成静态磁场；磁梯度线圈系统，其被提供用于生成叠加到所述静态磁场的梯度磁场；图像处理单元，其被配置为通过处理所述感兴趣对象的所述部分的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进行成像；以及磁共振成像控制单元，其被提供用于控制所述磁共振成像系统的功能。所述磁共振成像系统用作所述高强度聚焦超声治疗系统的引导单元。
[0025]如果所述磁共振成像系统被配置为提供与来自所述超声传感器阵列