由空化增强的高强度聚焦超声的制作方法
【专利摘要】一种医疗装置（600、700、800、900），包括高强度聚焦超声系统（602），所述高强度聚焦超声系统被配置用于生成聚焦超声能量（612）以对受试者（601）的目标体积（620）内进行超声处理。所述高强度聚焦超声包括具有可控焦点（618）的超声换能器（606）。所述装置还包括存储器（634）和处理器（628），所述存储器包含用于控制所述医疗装置的机器可执行指令，所述处理器用于执行所述指令。所述指令的执行令所述处理器使用所述高强度聚焦超声系统在所述目标体积内的多个空化位置（622、1002）处导致（100、200、300、400、502）超声空化。所述指令的执行还令所述处理器使用所述高强度聚焦超声系统，对所述目标体积内的多个超声处理位置（1004）进行超声处理（102、206、306、402、504）。所述多个超声处理位置和所述多个空化位置是通过调节所述可控焦点而被瞄准。
【专利说明】由空化增强的高强度聚焦超声
【技术领域】
[0001]本发明涉及高强度聚焦超声，具体而言涉及对目标体积进行空化增强的超声处理。
【背景技术】
[0002]高强度聚焦超声(HIFU)可以用于执行无创热消融。常规的HIFU治疗依赖于超声能量通过黏性物质的经典吸收，以及诱发组织中的温度升高的热传导损耗。通常，热消融提供对温度升高和消融面区域两者的良好可预测性。在体积HIFU治疗中，沿目标区域中的同心圆电子操控焦点，以便实现在更大区域上的受控的温度升高，并因此实现在更大的消融区域上的受控的温度升高。
[0003]如果目标区域在深处或者例如为良好灌注的，则需要通过增大声强度或超声处理的持续时间，来增大施加的能量。然而，这也增大了中间组织接收的热剂量，并且在一些情况中，皮肤的加热可能是危险的并妨碍治疗。
[0004]当组织被暴露于高强度超声波时，存在着空化或其他起泡活动的风险。由于其不可预测性，通常在HIFU治疗期间要设法避免空化。
[0005]美国专利申请公开US2010/0241036公开了一种系统，其中，第一水平的超声被传输到目标组织以导致微泡的生成，且第二水平的超声能量在第二持续时间上被传输到目标组织。
[0006]国际专利申请公开W02003/097162描述了一种聚焦超声系统，其使用组织区域中的微泡，以增强组织凝固。
【发明内容】
[0007]本发明在独立权利要求中提供了一种医疗装置、一种操作所述医疗装置的方法、以及一种计算机程序产品。实施例在从属权利要求中给出。
[0008]在高强度聚焦超声(HIFU)治疗中，组织被暴露于超声波，其导致局部温度升高。利用相控阵列换能器，能够通过操纵驱动信号的相位以电子方式移动焦点，以便扩大消融区域。这被称作体积加热。
[0009]通常，在HIFU治疗中，目标是要导致单纯基于热机制的组织消融，但当强度足够高时，其他现象(例如空化)也可能出现。空化或其他起泡活动使对热消融的可预测性劣化，并因此要被最小化。然而，起泡也可以增加局部加热，并因此改善疗效。
[0010]磁共振成像引导的HIFU(MR-HIFU)中的空化增强的加热可以在具有较低强度的较长超声处理之前，使用短的、高强度脉冲。该短脉冲的目的是在目标区域中诱发起泡活动。所诱发的泡响应于由随后的较低强度超声处理生成的超声场而非线性震荡，由此增大局部吸收。同样，泡与该短脉 冲和较长超声处理的组合交互可以在焦点中生成声屏障，以防止声传播到焦点之外(其也可能引起增加的局部加热)。本发明的实施例可以通过在目标体积内的多个位置处导致超声空化，而创建泡云或声屏障。在已创建起泡活动之后，对多个超声处理位置进行超声处理，也称作体积消融。
[0011]能够通过在体积超声处理之前对不同位置使用多个空化起始脉冲，将空化增强与体积消融组合。目标是针对更大的消融创建更宽的泡云或声屏障。可以通过利用无源空化检测器测量起泡活动的声发射，来控制泡的创建。由所述检测器收集的信息也可以用于改进随后的体积加热程序。
[0012]本发明的实施例可以增大HIFU治疗中对超声的局部吸收。这例如在深处或良好灌注组织的处置中可能是需要的。增大的吸收导致更短的处置时间和/或减少的近场加热。[0013]在一些实施例中，空化增强的HIFU治疗是将其与体积加热组合。短的、非常高强度的空化起始脉冲现在能够应用于多个位置，以便创建比利用一个脉冲所实现的更宽的泡云或声屏障。将以体积方式执行随后的连续波超声处理。
[0014]由于对以声学方式创建的泡的利用为HIFU处置带来更大的不确定性，控制加热增强可能是有益的。可以使用若干方法测量起泡活动。例如，能够利用无源空化检测器PCD检测空化泡的声发射，无源空化检测器PCD给出关于起泡活动的强度和位置的信息。同样，在更大泡或气窝的情况中，可以使用简单的脉冲回波测量，其示出阻抗不连续中的大的反射。如果治疗是在磁共振成像引导下执行的，则快速采集的热图像能够用于测量热行为，并在控制增强的加热中充当反馈。
[0015]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。可以将所述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。对计算机可读存储介质的引用应当被解读为可能是多个计算机可读存储介质。可以在不同位置存储一个或多个程序的各种可执行部件。计算机可读存储介质例如可以是同一计算机系统之内的多个计算机可读存储介质。计算机可读存储介质也可以是分布于多个计算机系统或计算设备之间的计算机可读存储介质。
[0016]“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。对“计算机存储器”或“存储器”的引用应当被解读为可能是多个存储器。存储器例如可以是同一计算机系统之内的多个存储器。存储器也可以是分布于多个计算机系统或计算设备件的多个存储器。
[0017]“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-ROM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。对“计算机存储设备”或“存储设备”的引用应当被解读为可能是多个存储设备。存储设备例如可以是同一计算机系统或计算设备之内的多个存储设备。存储设备也可以是分布于多个计算机系统或计算设备之间的多个存储器。
[0018]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，甚至可以跨越多个计算设备分布。
[0019]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。
[0020]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、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284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。
[0021]本文将视场(FOV)定义为意指针对其构建MRI图像的体积。用于构建MRI像的MRI数据为在频域中收集的无线电信号。因此重要的是要注意，使用傅立叶积分将MRI数据转换成图像，并且因此FOV外部的组织对图像有贡献。
[0022]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。
[0023]文中将磁共振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，其包含可用于磁共振测温的信息。磁共振测温通过测量温度敏感参数的变化而工作。可以在磁共振测温期间测量的参数的范例有:质子共振移频、扩散系数、或者Tl和/或T2弛豫时间的变化可以用于使用磁共振测量温度。质子共振频移是与温度有关的，因为个体质子、氢原子经历的磁场取决于周围的分子结构。由于温度影响氢键，温度升高会降低分子筛选作用。这会导致质子共振频率对温度的依赖。
[0024]质子密度线性地取决于平衡磁化强度。因此能够使用质子密度加权的图像确定温度变化。[0025]弛豫时间Tl、T2和T2星(有时写作T2*)也是与温度有关的。因此能够使用Tl、Τ2和Τ2星加权图像的重建来构建热图或温度图。
[0026]温度还影响水溶液中分子的布朗运动。因此，可以使用能够测量扩散系数的脉冲序列(例如脉冲扩散梯度自旋回波)来测量温度。
[0027]使用磁共振测量温度的最有用方法之一是测量水质子的质子共振频率(PRF)。质子的共振频率是与温度有关的。随着体素中温度变化，频移将令水质子的实测相位变化。因此能够确定两幅相位图像之间的温度变化。这种确定温度的方法具有如下优点:与其他方法相比较相对快。在此将以比其他方法更详细地方式论述PRF方法。不过，文中论述的方法和技术也适用于利用磁共振成像执行测温的其他方法。
[0028]本文使用的“超声窗口 ”涵盖能够发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。
[0029]在本发明的一个方面中，提供了一种医疗装置，所述医疗装置包括高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统被配置用于生成聚焦超声能量以在受试者的目标体积内进行超声处理。所述高强度聚焦超声包括具有可控焦点的超声换能器。所述医疗装置还包括存储器，所述存储器包含机器可执行指令以用于控制所述医疗装置。所述医疗装置还包括处理器，所述处理器用于控制所述医疗装置。所述处理器执行所述机器可执行指令。所述指令的执行令所述处理器使用所述高强度聚焦超声系统在所述目标体积内的多个空化位置处导致超声空化。所述多个空化位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。
[0030]本文中使用的超声处理为使用超声对组织进行加热。本文中使用的空化为通过使用超声在液体中形成空 腔或泡，并且也通过使用超声将它们立即内爆。权利要求书中对使用超声对目标进行超声处理的引用可以被解读为使用具有在诱导空化的阈值以下的强度的超声对目标进行加热。权利要求书中对使用超声在目标中导致空化的引用可以被解读为利用足以诱导泡的形成以及它们的随后空化的超声强度执行的超声处理。
[0031]所述指令的执行还令所述处理器使用所述高强度聚焦超声系统对所述目标体积内的多个超声处理位置进行超声处理。所述多个超声处理位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。所述超声换能器的所述可控焦点可以为电子可控焦点。例如，所述超声换能器可以包括多个换能器元件。通过控制所述元件中每个的幅度以及尤其是相位，由所述元件中的每个生成的超声的相长干涉和相消干涉使得焦点能够被控制或调节。该实施例可以是有益的，因为已使用超声空化的区域发射小得多的量的超声。在该实施例中，首先在所述目标体积中导致超声空化。接下来对所述目标体积进行超声处理。通过首先执行超声空化，超声能量的较大部分留在所述目标体积内。
[0032]在另一实施例中，所述医疗装置还包括无源空化检测器。本文中使用的无源空化检测器为换能器或传感器，其用于检测由所施加的超声处理所带来的超声发射。能够将由空化泡导致的超声发射与其他发射分开，例如通过检查发射的频率成分。空化活动常常被视作以生成超声的频率一半的频率的发射，或者被视作增大的宽带噪声。频率成分给出了有关起泡活动的程度和类型两者的信息。所述指令的执行令所述处理器在导致所述超声空化的过程中，使用所述无源空化检测器测量空化谱。本文中使用的空化谱涵盖在频域中对空化进行超声测量的结果。
[0033]能够以若干方式使用所述空化谱，以确定正在发生的空化的程度或类型:所述空化谱的频域中的峰值的程度可以与正经历空化的泡的总数良好相关。也可以使用在频域中的活动分布。大体上，如果在所述空化谱中存在增大的宽带发射，那么也存在较大程度的空化活动。这可以增大白噪声的水平，该水平是空化程度的良好近似。因此，如将从频谱的积分计算得到的空化能可以为空化程度的改变的指示。
[0034]所述指令的执行还令所述处理器通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化谱控制所述空化。该实施例可以是有益的，因为所述处理器能够利用所述无源空化检测器确定诱导空化的成功。如果所述空化信号太低，那么能够提供更多的能量到所述超声换能器。所述指令的执行还令所述处理器通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化谱控制所述空化。使用由所述空化检测器测量的所述空化谱，能够检测空化的程度或级别。这可以是有益的，因为超声通过不同类型或区域的组织的发射并不总是均匀的。测量所述空化谱使得能够每次都能够生成一致的空化。
[0035]在另一实施例中，所述医疗装置还包括多个无源空化检测器。所述指令的执行还令所述处理器在导致所述超声空化的过程中，使用所述多个空化检测器检测空化位置。所述指令的执行还令所述处理器在导致所述超声空化的过程中，使用所述多个空化检测器检测空化位置。所述多个无源空化检测器每个均能够检测由空化生成的超声。来自所述多个检测器或声传感器的数据能够用于对所述受试者内的位置进行三角测量。所述指令的执行还令所述处理器通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化位置控制所述空化。所述多个空化检测器中的一个或多个也可以用于检测所述空化谱。
[0036]在另一实施例中，所述装置还包括被配置用于执行脉冲回波测量的超声测量换能器。所述超声测量换能器例如可以为诊断超声系统。所述诊断超声系统可以被集成到所述高强度聚焦超声系统中，这例如可以将超声测量换能器并入到所述高强度聚焦超声系统的所述超声换能器中。在其他实施例中，所述超声测量换能器为独立于所述高强度聚焦超声系统的超声换能器的单独 的换能器。所述指令的执行还令所述处理器在导致所述超声空化的过程中或之后，利用所述超声测量换能器测量至少一个脉冲回波测量结果。
[0037]所述指令的执行还令所述处理器通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述脉冲回波测量结果控制所述空化。由所述空化在所述受试者内导致的大量小泡对阻挡超声是有效的。出于该原因，通过在脉冲由所述换能器发送出并且回波被记录的情况下执行脉冲回波测量，诊断或超声测量换能器在检测来自所述空化的泡的方面非常有效。所述脉冲回波测量结果例如能够用于确定由所述空化导致的泡的位置。在这方面，所述泡的位置能够用于控制所述高强度聚焦超声系统，以更准确地瞄准通过空化形成的泡。
[0038]在另一实施例中，所述医疗装置还包括磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振测温数据。所述目标体积在所述成像区内。所述指令的执行还令所述处理器在对所述多个超声处理器位置进行超声处理的过程中，采集所述磁共振测温数据。所述指令的执行还令所述处理器根据所述磁共振测温数据，调节对所述多个超声处理位置的超声处理。该实施例可以是有利的，因为对磁共振测温数据的采集允许对所述受试者内的空间相关温度的直接确定。这可以用于监测所述超声换能器在加热所述受试者的体积中有多有效。对这种加热的了解之后能够用于反馈回路中，以调节对超声处理过程的控制。该实施例可以是有益的，因为其实现了对所述受试者更有效的超声处理，从而得到减少的处置时间，或所述医疗装置的更大吞吐量。[0039]在另一实施例中，所述磁共振成像系统还被配置用于采集相位图像磁共振数据。本文中使用的相位图像磁共振数据为包含详述磁共振数据采集期间的相移的信息的磁共振数据。所述指令的执行还令所述处理器在导致在多个空化位置处的超声空化的过程中，采集所述相位图像磁共振数据。所述指令的执行还令所述处理器根据所述相位图像磁共振数据调节导致所述超声空化的过程。该实施例可以是有益的，因为所述相位图像磁共振数据对于定位由空化产生的泡的体积和密度可以是有用的。在具有对泡的位置和程度的直接测量的情况下，这对在控制回路中的使用是有用的，在所述控制回路中，相位图像数据被采集，之后被用于校正对患者的超声处理。
[0040]在另一实施例中，由所述处理器多次重复以下过程:导致所述超声空化以及对多个超声处理位置进行超声处理。实质上，可以在回路中重复进行以下过程:产生超声空化以及对多个位置进行超声处理。这可以是有益的，因为在空化发生之后，泡将消失或在一短时间之后消散。
[0041]在另一实施例中,所述多个空化位置位于表面上。所述表面例如可以为平坦表面，或者其可以为弯曲表面，例如流形表面。该实施例可以是有益的，因为由空化导致的泡有效吸收超声，这导致超声的衰减。例如，距所述超声换能器最远的目标区的表面可以具有多个空化位置被超声处理。之后，这将有效地阻挡超声离开所述目标区。其可以具有减少所述目标区以外的区域中的加热的益处，并且其也可以帮助增加所述目标区内的加热量。
[0042]在另一实施例中，所述多个空化位置被布置为圆形图案。该实施例可以是有益的，因为所述多个空化位置可以形成屏蔽或阻挡，所述屏蔽或阻挡减少通过其的超声量。
[0043]在另一实施例中，所述多个空化位置与所述多个超声处理位置相同。该实施例可以是尤其有益的，因为这将帮助增大在所述多个空化位置处进行超声处理的效率。
[0044]在另一实施例中，在多个空化位置处的超声空化形成声屏障。通过超声空化生成的泡使得超声难以经过具有所述泡的区域。以此方式在所述多个空化位置处形成空化可以形成声屏障，所述声屏障阻挡或部分阻挡超声通过其行进。
[0045]在本发明的另一方面中，提供了一种操作医疗装置的方法。所述医疗装置包括高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统被配置用于生成聚焦超声能量以在受试者的目标体积内进行超声处理。所述高强度聚焦超声系统包括具有可控焦点的超声换能器。所述方法包括使用所述高强度聚焦超声系统在所述目标体积内的多个空化位置处导致超声空化的步骤。所述多个空化位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。所述方法还包括使用所述高强度聚焦超声系统对所述目标体积内的多个空化位置进行超声处理的步骤。所述多个超声处理位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。该实施例的优点已在前文中给出。
[0046]在另一实施例中，所述医疗装置还包括无源空化检测器。所述方法还包括在导致所述超声空化的过程中，使用所述无源空化检测器检测空化谱的步骤。所述方法还包括通过控制所述高强度聚焦超声系统至少部分地根据所述空化谱控制所述空化的步骤。该实施例的优点已在前文中得以讨论。
[0047]在另一实施例中，所述医疗装置还包括多个无源空化检测器。所述方法还包括在导致所述超声空化的过程中，使用所述多个空化检测器检测空化位置的步骤。所述方法还包括通过控制所述高强度聚焦超声系统至少部分地根据所述空化位置控制所述空化的步骤。该实施例的优点已在前文中得以讨论。[0048]在本发明的另一方面中，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于由处理器执行以控制医疗装置的机器可执行指令。所述医疗装置包括高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统被配置用于生成聚焦超声能量以在受试者的目标体积内进行超声处理。所述高强度聚焦超声包括具有可控焦点的超声换能器。所述指令的执行令所述处理器使用所述高强度聚焦超声系统在所述目标体积内的多个空化位置处导致超声空化。所述多个空化位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。所述指令的执行还令所述处理器使用所述高强度聚焦超声系统对所述目标体积内的多个超声处理位置进行超声处理。所述多个超声处理位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。该实施例的优点已在前文中得以讨论。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]下面将仅通过举例的方式，并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中:
[0050]图1示出了流程图，其图示了根据本发明的实施例的方法；
[0051]图2示出了流程图，其图示了根据本发明的另一实施例的方法；
[0052]图3示出了流程图，其图示了根据本发明的另一实施例的方法；
[0053]图4示出了流程图，其图示了根据本发明的另一实施例的方法；
[0054]图5示出了流程图，其图示了根据本发明的另一实施例的方法；
[0055]图6图示了根据本发明的实施例的医疗装置；
[0056]图7图示了根据本发明的另一实施例的医疗装置；
[0057]图8图示了根据本发明的另一实施例的医疗装置；
[0058]图9图示了根据本发明的另一实施例的医疗装置；并且
[0059]图10示出空化和超声处理位置1000的图案。
[0060]附图标记列表
[0061]600医疗装置
[0062]601受试者
[0063]602高强度聚焦超声系统
[0064]603受试者支撑物
[0065]604填充流体的腔室
[0066]606超声换能器
[0067]608 机构
[0068]610机械致动器/电源
[0069]612超声路径
[0070]614 超声窗口
[0071]616凝胶衬垫
[0072]618超声处理点
[0073]620 目标体积
[0074]622多个空化位置
[0075]624计算机
[0076]626 硬 件接口[0077]628处理器
[0078]630用户接口
[0079]632计算机存储设备
[0080]634计算机存储器
[0081]640处置计划
[0082]642控制模块
[0083]700医疗装置
[0084]702无源空化检测器
[0085]704声传感器
[0086]710空化检测器数据
[0087]712空化谱
[0088]714空化位置
[0089]720空化数据计算模块
[0090]722空化调节控制模块
[0091]800治疗装置
`[0092]802诊断超声系统
[0093]804诊断超声换能器
[0094]806诊断超声数据
[0095]808诊断超声图像
[0096]810图像重建模块
[0097]900医疗装置
[0098]902磁共振成像系统
[0099]904磁体
[0100]906磁体的膛
[0101]908成像区
[0102]910磁场梯度线圈
[0103]912磁场梯度线圈电源
[0104]914射频线圈
[0105]916收发器
[0106]920脉冲序列
[0107]922磁共振测温脉冲序列
[0108]924磁共振数据
[0109]926磁共振图像
[0110]927磁共振测温数据
[0111]928温度图
[0112]930图像重建模块
[0113]932温度绘制模块
[0114]934图像分割模块
[0115]936超声处理控制模块[0116]1000空化和超声处理位置
[0117]1002空化位置
[0118]1004超声处理位置
【具体实施方式】
[0119]这些图中相似编号的元件为等价元件或执行相同的功能。如果功能等价，前文已讨论的元件将不需要在后面的附图中讨论。
[0120]图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。首先在步骤100，使用高强度聚焦超声系统在目标体积内导致在多个空化位置处的超声空化。接下来在步骤102，在所述目标体积内对多个超声处理位置进行超声处理。
[0121]图2示出了根据本发明的另一实施例的方法的流程图。首先在步骤200，在目标体积内的多个空化位置处导致超声空化。接下来在步骤202，使用一个或多个无源空化检测器检测空化谱和/或空化位置。检测程度将给出关于所述空化的强度或程度的信息，并且当然所述空化位置在确定所述空化的位置中是有用的。接下来在步骤204，使用所述空化位置和/或程度控制所述空化。能够调节对所述高强度聚焦超声系统的定位以将所述空化置于适当位置，或者能够调节被施加到所述超声换能器的功率的量，使得所述空化具有适当的程度。最后在步骤206，在所述目标体积内对多个超声处理位置进行超声处理。
[0122]图3示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图。在步骤300，使用高强度聚焦超声系统在目 标体积内的多个空化位置处导致超声空化。接下来在步骤302，利用诊断超声系统测量至少一个脉冲回波测量结果。这在所述多个空化位置中的一些被空化的过程中或之后被执行。在步骤304，使用所述脉冲回波测量结果控制所述空化。所述脉冲回波测量结果对于确定所述空化的位置是有用的。以此方式，已生成空化的位置可以被直接测量，之后被调节。能够使用所述超声换能器的所述可调节焦点调节所述空化的位置。接下来在步骤306，在所述目标体积内对多个超声处理位置进行超声处理。
[0123]图4示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图。首先在步骤400，使用高强度聚焦超声系统在目标体积内的多个空化位置处导致超声空化。接下来在步骤402，在所述目标体积内对多个超声处理位置进行超声处理。所述超声处理用于加热所述目标体积内的区域。在步骤404，在对所述多个超声处理位置进行超声处理的过程中，采集磁共振测温数据。所述磁共振测温数据的采集允许对在超声处理期间已经执行的加热进行直接测量。接下来在步骤406，使用所述磁共振测温数据调节超声处理。例如，可以使用所述磁共振测温数据构建热图、温度变化图、或者沉积能量的增加图。这之后可以用于调节超声处理，以更有效地或更均匀地加热所述目标体积。
[0124]图5示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图。在步骤500，所述方法开始。接下来在步骤502，使用高强度聚焦超声系统在目标体积内的多个空化位置处导致超声空化。接下来在步骤504，在所述目标体积内对多个超声处理位置进行超声处理。在一些情况中，超声处理可能需要比由所述空化导致的泡持续更久。在该情况中，决策框506确定所述超声处理是否结束。如果所述超声处理没有结束，那么可以重复步骤502，以通过在所述目标体积内的多个空化位置处导致更多超声空化而生成更多泡。如果所述超声处理结束，那么所述方法在步骤508结束。应注意，图1至图5中提供的方法中的任一个均可以组合各种要素，以创建新的方法。
[0125]图6图示了根据本发明的实施例的医疗装置600。图6中所示的实施例包括温度处置系统，所述温度处置系统为用于对受试者601进行超声处理的高强度聚焦超声系统602。所述高强度聚焦超声系统被安装在受试者支撑物603之下。受试者601躺在受试者支撑物603上。所述高强度聚焦超声系统包括填充流体的腔室604。在填充流体的腔室604内的是超声换能器606。尽管未在该图中示出，超声换能器606可以包括多个超声换能器元件，每个均能够生成独立的超声射束。这可以用于通过控制供应给每个超声换能器元件的交流电流的相位和/或幅度，以电子方式操控超声处理点618的位置。
[0126]超声换能器606连接到允许以机械方式重新定位超声换能器306的机构608。机构608连接到适于对机构608进行致动的机械致动器310。机械致动器610还表示向超声换能器606供应电功率的电源。在一些实施例中，电源可以控制供应给个体超声换能器兀件的电功率的相位和/或幅度。在一些实施例中，机械致动器/电源610位于磁体602的膛604之外。
[0127]超声换能器606生成超声，其被示为遵循路径612。超声612穿过填充流体的腔室608和超声窗口 614。在这一实施例中，超声之后穿过凝胶衬垫616。所述凝胶衬垫不必存在于所有实施例中，但在这一实施例中，在受试者支撑物603中有凹陷以用于接收凝胶衬垫616。凝胶衬垫616帮助在换能器606和受试者601之间耦合超声功率。在穿过凝胶衬垫616之后，超声612穿过受试者601并被聚焦到超声处理点618。所述超声处理点被理解为超声聚焦到的有限体积或局部化体积。超声处理点618被聚焦在目标体积620之内。可以通过机械定位超声换能器606与电子操控超声处理点618的位置的组合来移动超声处理点 618。
[0128]目标体积620的一部分被标记622。被标记622的区域示出存在多个空化位置的区域。该范例622中的多个空化位置在目标体积620的远离超声换能器606的表面上。由在多个空化位置622处的空化导致的泡大大衰减了超声612。多个空化位置622有效地形成遮挡或大大衰减超声612的屏蔽或屏障。这限制了超声612到达目标体积620的其余地方。
[0129]高强度聚焦超声系统602被示为连接到计算机624的硬件接口 626。硬件接口 626连接到处理器628。硬件接口 626使得处理器628能够发送和接收数据和命令，以控制医疗装置600的操作和功能。处理器328还连接到用户接口 630、计算机存储设备632和计算机存储器634。
[0130]计算机存储设备632被示为包含处置计划640。所述处置规划可以包含针对高强度聚焦超声系统602的详细指令，以用于执行多个空化位置622的空化，以及用于对目标体积620进行超声处理。
[0131 ] 计算机存储器634被示为包含控制模块642。控制模块642包含机器可执行指令，所述机器可执行指令允许处理器628控制医疗装置600的操作和功能。例如控制模块642可以使用处置计划640生成控制序列，以控制高强度聚焦超声系统602的操作和功能。
[0132]图7示出了图示根据本发明的另一实施例的医疗装置700的图。图7中所示的实施例类似于图6中所示的。图7中所示的实施例额外的具有无源空化检测器702。无源空化检测器702包括被分布在受试者601的表面上的若干声传感器704。声传感器704能够检测由在多个空化位置622处空化的泡生成的超声。从该超声，无源空化检测器702能够记录空化检测器数据710。无源空化检测器702经由硬件接口 626连接到计算机624。计算机存储设备632被示为包含使用无源空化检测器702采集的空化检测数据710。计算机存储设备632还被示为包含空化谱712和空化位置714两者，这两者均是根据空化检测器数据710计算得到的。来自多个声传感器704的数据能够用于空化气的位置进行三角测量。
[0133]计算机存储器634还被示为包含空化数据计算模块720。空化数据计算模块720包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器628能够根据空化检测器数据710计算空化谱612和/或空化位置714。计算机存储器634还被示为包含空化调节控制模块。所述空化调节控制模块包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器628能够生成用于调节和控制高强度聚焦超声系统602的命令，以便调节多个空化位置622的空化。空化调节控制模块622使用空化检测器数据710或者空化谱712和空化位置714作为输入。空化检测器710最可能在多个空化位置622的空化期间连续被采集。空化检测器710的采集和由空化调节控制模块722对高强度聚焦超声系统602的控制将因此形成闭合控制回路。
[0134]图8示出了根据本发明的另一实施例的医疗装置800。图8中所示的实施例类似于图8中所示的实施例。在图8中，诊断超声系统802已被添加到医疗装置800。诊断超声换能器804被并入超声换能器606。在一些备选实施例中，诊断超声发射804与超声换能器606分开。诊断超声换能器804连接到诊断超声系统802。诊断超声系统802也连接到硬件接口 626。该实施例中的控制模块643也适于控制诊断超声系统802。
[0135]计算机存储设备632被示为还包含诊断超声数据806。该实施例中的诊断超声数据806等价于脉冲回波测量结果。计算机存储设备632还被示为包含诊断超声图像808。诊断超声图像808是从诊断超声数据806重建的。计算机存储器634还被示为包含图像重建模块810。图像重建模块810包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码用于从诊断超声数据806重建诊断超声图像808。计算机存储器634还被示为包含图像分割模块812。图像分割模块812包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码用于在诊断超声图像808内识别移动目标620的 位置。计算机存储器还被示为包含空化调节控制模块722。在该实施例中，所述空化调节控制模块使用诊断超声数据806和/或诊断超声图像808作为控制回路的输入。
[0136]图9示出根据本发明的另一实施例的治疗装置900。图9中所示的治疗装置900类似于图6中所示的治疗装置600。治疗装置900包括磁共振成像系统902。所述磁共振成像系统包括磁体904。磁体904为圆柱形超导磁体，其具有通过其中心的膛906。高强度聚焦超声系统602位于膛906内。
[0137]磁体904具有液氦冷却的低温保持器，所述低温保持器具有超导线圈。也能够使用永磁体或常导磁体。不同类型的磁体的使用也是可能的，例如也能够使用分裂圆柱形磁体和所谓的开放式磁体两者。分裂圆柱形磁体类似于标准的圆柱形磁体，除了低温保持器已被分成两部分，以允许接近磁体的等平面，这样的磁体例如可以与带电粒子束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个在另一个之上，其间具有足以容纳受试者的空间:两部分区域的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是常用的，因为受试者较少受限。在圆柱形磁体的低温保持器内部有超导线圈的集合。在圆柱形磁体的膛906之内有成像区408，这里的磁场足够强且均匀以执行磁共振成像。
[0138]在磁体的膛906之内还有一组磁场梯度线圈910，其用于磁共振数据的采集，以在磁体904的成像区908内空间编码磁自旋。所述磁场梯度线圈连接到磁场梯度线圈电源912。磁场梯度线圈910旨在为代表性的。通常，磁场梯度线圈包含三组独立的线圈，以在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源912向磁场梯度线圈910供应电流。供应到磁场线圈的所述电流根据时间被控制，并且其可以为倾斜的或脉冲的。
[0139]邻近成像区908的是射频线圈914，射频线圈914用于操纵成像区908内的磁自旋的取向，并用于接收来自也在所述成像区内的自旋的无线电发射。所述射频线圈可以包含多个线圈元件。所述射频线圈也可以被称作通道或天线。射频线圈914连接到射频收发器916。射频线圈914和射频收发器916可以由独立的发射和接收线圈以及独立的发射器和接收器代替。应理解，射频线圈914和射频收发器916为代表性的。射频线圈914旨在也表示专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器916也可以表示独立的发射器和接收器。
[0140]计算机存储设备632被示为额外地包含脉冲序列920。本文中使用的脉冲序列涵盖使得处理器928能够控制磁共振成像系统902以采集磁共振数据924的一组指令。计算机存储设备332还被示为包含使用磁共振成像系统902采集的磁共振数据924。计算机存储设备332还被示为包含磁共振测温脉冲序列922。磁共振测温脉冲序列922为使得磁共振成像系统902能够采集磁共振测温数据927的脉冲序列。所述计算机存储设备还被示为包含使用磁共振成像系统902采集的磁共振测温数据927。计算机存储设备632还被示为包含已从磁共振数据924重建的磁共振图像926。计算机存储设备332还被示为包含已从磁共振测温数据927重建的温度图928。在这样的一些实施例中，磁共振数据924可以包括磁共振测温数据927。计算机存储器334还被示为包含图像重建模块930，图像重建模块930用于将磁共振数据92 4重建成磁共振图像926。计算机存储设备334还被示为包含温度绘制模块932，温度绘制模块932用于从磁共振测温数据927重建温度图928。
[0141]所述计算机存储器还被示为包含高强度聚焦超声控制模块722。所述高强度聚焦超声控制模块包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码允许处理器628控制高强度聚焦超声系统602。高强度聚焦超声控制模块722可以使用磁共振数据924和/或磁共振图像926作为输入，以调节对多个超声处理点的超声处理。高强度聚焦超声控制模块722可以使用磁共振测温数据927和/或温度图928作为输入，以调节对多个空化点622的超声处理。
[0142]在超声发明中，在利用较低强度执行体积热超声处理之前，可以向被处置的区域施加短的非常高强度的一个或多个脉冲。该短脉冲的目的是通过利用泡的非线性振荡，或者通过创建防止超越焦点的波传播的声屏障，而在对焦点区域中的声能的局部吸收的增强中利用空化和其他起泡活动。脉冲的位置，以及由此声屏障或泡云的位置可以以这样的方式得以优化，即使得体积超声处理中的消融区域和/或治疗效率最大化。
[0143]与超声换能器一起被安装在预定位置的，能够执行脉冲回波测量的无源空化检测器能够用于控制声屏障的形成。从声测量结果获得的信息能够用于优化随后的体积加热，并能够用于细化用于改进体积超声处理的反馈算法。例如，如果因组织异质性造成高强度空化脉冲没有在某个位置处诱发空化，则能够向相同位置增加新的脉冲，或者能够在随后的体积超声处理中补偿该作用，使得向对应的轨迹点中施加更长的超声处理。
[0144]图10示出了空化和超声处理位置1000的图案。在被标记为1002的半径处的圆圈示出位置1002 (在该位置处开始空化)的同心环。标记为1004的半径包含指示执行超声处理1004的位置的圆圈。
[0145]图10示出了 MR-HIFU系统的体积的16mm超声处理1004的轨迹点。示出了针对对应的空化脉冲位置1002的一种选择，即，有一个在圆圈的中心的脉冲和两个位于超声处理轨迹之间的脉冲轨迹。没有特别的需要将脉冲轨迹1002定位于超声处理轨迹1004之间；它们甚至可以与超声处理轨迹点相同。当前的选择单纯地是出于图示原因而做出的。在一些情况中，最好不在外侧圆圈上执行脉冲轨迹，因为这可能使得消融区域的边缘不规则。空化起始脉冲1002的长度可以为每个100ms，并且幅度应足够高以诱发惯性空化。
[0146]能够使用若干空化检测器，使得对时间信号进行比较将给出有关气泡活动的位置的了解。检测来自在射束路径内不连续的声阻抗的反射的脉冲回波测量非常快(小于
0.5ms)，并且其能够与体积超声处理交叉进行。
[0147]尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。
[0148]通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实施请求保护的本发明时能够理解和实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，量词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。`
【权利要求】
1.一种医疗装置(600、700、800、900)，包括: -高强度聚焦超声系统(602)，其被配置用于生成聚焦超声能量(612)以在受试者(601)的目标体积(620)内进行超声处理，其中，所述高强度聚焦超声包括具有可控焦点(618)的超声换能器(606)； -存储器(634)，其包含用于控制所述医疗装置的机器可执行指令(642、720、722、810、930、932、934、936)； -处理器(628 )，其用于控制所述医疗装置，其中，所述指令的执行令所述处理器: -控制所述高强度聚焦超声系统，以在所述目标体积内的多个空化位置(622、1002)处导致(100、200、300、400、502)超声空化，其中，所述多个空化位置通过调节所述可控焦点而被瞄准；并且 -控制所述高强度聚焦超声系统，以对所述目标体积内的多个超声处理位置(1004)进行超声处理(102、206、306、402、504)，其中，所述多个超声处理位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。
2.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述医疗装置还包括无源空化检测器(702、704)，其中，所述指令的执行还令所述处理器: -在导致所述超声空化的过程中，使用所述无源空化检测器来测量(202)空化谱；并且 -通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化谱来控制(204)所述空化。
3.如权利要求1或2·所述的医疗装置，其中，所述医疗装置还包括多个无源空化检测器(702、704 )，其中，所述指令的执行还令所述处理器: -在导致所述超声空化的过程中，使用所述多个空化检测器来检测(202)空化位置；以及 -通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化位置来控制(204)所述空化。
4.如权利要求1、2或3所述的医疗装置，其中，所述装置还包括被配置用于执行脉冲回波测量(806)的超声测量换能器(804)，其中，所述指令的执行还令所述处理器: -在导致所述超声空化的过程中或之后，利用所述超声测量换能器来测量(302)至少一次脉冲回波测量；并且 -通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述脉冲回波测量来控制(303)所述空化。
5.如权利要求1至4中任一项所述的医疗装置，其中，所述医疗装置还包括用于采集来自成像区的磁共振测温数据(927)的磁共振成像系统(902)，其中，所述目标体积处在所述成像区内，其中，所述指令的执行还令所述处理器: -控制所述磁共振成像系统，以在对所述多个超声处理位置进行超声处理的过程中，采集(404)所述磁共振测温数据；并且 -控制所述高强度聚焦超声系统，以根据所述磁共振测温数据来调节(406)所述多个超声处理位置的超声处理。
6.如权利要求5所述的医疗装置，其中，所述磁共振成像系统还被配置用于采集相位图像磁共振数据(924)，其中，所述指令的执行还令所述处理器:-控制所述磁共振成像系统，以在导致在多个空化位置处的超声空化的过程中，采集所述相位图像磁共振数据； -控制所述高强度聚焦超声系统，以根据所述相位图像磁共振数据来调节所述超声空化。
7.如前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，由所述处理器多次重复如下过程:导致超声空化；以及对多个超声处理位置进行超声处理。
8.如前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，所述多个空化位置位于表面上。
9.如权利要求8所述的医疗装置，其中，所述多个空化位置被布置为圆形图案。
10.如前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，所述多个空化位置与所述多个超声处理位置相同。
11.如前述权利要求中任一项所述的医疗装置，其中，在所述多个空化位置处的超声空化形成声屏障(622)。
12.—种操作医疗装置(600、700、800、900)的方法，其中，所述医疗装置包括高强度聚焦超声系统(602)，所述高强度聚焦超声系统被配置用于生成聚焦超声能量(612)以在受试者(601)的目标体积(620)内进行超声处理，其中，所述高强度聚焦超声系统包括具有可控焦点(618)的超声换能器(606)，其中，所述方法包括以下步骤: -使用所述高强度聚焦超声系统，在所述目标体积内的多个空化位置(622、1002)处导致(100、200、300、400、502)超声空化，其中，所述多个空化位置通过调节所述可控焦点而被瞄准；并且 -使用所述高强度聚焦超声系统对`所述目标体积内的多个超声处理位置(1004)进行超声处理(102、206、306、402、504)，其中，所述多个超声处理位置通过调节所述可控焦点而被瞄准。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述医疗装置还包括无源空化检测器，其中，所述方法还包括以下步骤: -在导致所述超声空化的过程中，使用所述无源空化检测器(702、704)来检测(202)空化谱；并且 -通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化谱来控制(204)所述空化。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述医疗装置还包括多个无源空化检测器(702、704)，其中，所述方法还包括以下步骤: -在导致所述超声空化的过程中，使用所述多个空化检测器来检测(202)空化位置；并且 -通过控制所述高强度聚焦超声系统，至少部分地根据所述空化位置来控制(204)所述空化。
15.一种计算机程序产品，包括用于由处理器(628)执行以控制医疗装置(600、700、`800,900)的机器可执行指令(642、720、722、810、930、932、934、936)，其中，所述医疗装置包括高强度聚焦超声系统(602)，所述高强度聚焦超声系统被配置用于生成聚焦超声能量(612)以在受试者(601)的目标体积(620)内进行超声处理，其中，所述高强度聚焦超声包括具有可控焦点(618)的超声换能器(606)，其中，所述指令的执行令所述处理器:-控制所述高强度聚焦超声系统，以在所述目标体积内的多个空化位置(622、1002)处导致(100、200、300、400、502)超声空化，其中，所述多个空化位置通过调节所述可控焦点而被瞄准；并且 -控制所述高强度聚焦超声系统，以对所述目标体积内的多个超声处理位置(1004)进行超声处理(102、206、306、402、504)，其中，所述多个超声处理位置通过调节所述可控焦点 而被瞄准。
【文档编号】G01R33/48GK103826699SQ201280046829
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】M·O·蒂兰德, M·O·科勒, S·索卡 申请人:皇家飞利浦有限公司