专利名称：用于治疗性超声换能器的位置跟踪的方法和装置的制作方法
用于治疗性超声换能器的位置跟踪的方法和装置本发明例大体涉及医学系统，并且更特别地，涉及用于治疗性超声换能器的位置 跟踪的方法和装置。采用超声对病理组织进行的当前处置通常没有被有效执行，这是由于用超声成像 对疾病进行描绘不如诸如计算机断层摄影(CT)的另一种成像模态清晰。然而，对于特定的治疗干预，超声正在变为一种更理想的方法。特别地，使用高密 度聚焦超声当前被用作用于子宫肌瘤的热治疗干预的方法，并且可能地用作肝、脑和其他 癌病变的处置。另外，超声已经作为调解凝块溶解(超声溶栓治疗)、药物递送和基因治疗 的手段成为研究对象。在所有这些应用中使用超声是理想的，这是由于其允许对深度组织进行非介入性 处置，而对其上的器官影响很小或无影响。已经揭示出超声增加，诸如在凝块溶解中使用组 织纤溶酶原激活物(tPA)、基因治疗中的蛋白的表达以及位点靶向治疗中的增加的药物递 送的现有医学处置的效能。然而，对于许多医学状况，使用除超声以外的成像模态进行诊断和处置计划，所述 成像模态诸如计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、SPECT以及正电子发射断层摄影 (PET)。另外，这些系统不依赖于用于治疗的方法。因此，用于克服本领域中的问题的改进的方法和系统是期望的。
图1为根据本公开的实施例的用于治疗性超声探头的位置跟踪的系统的部分方 框图视图；图2为更详细地示出的根据本发明的实施例的用于与位置跟踪系统一起使用的 图1的治疗性超声探头的示意性表示视图；图3为示出根据本公开的实施例的系统和方法的治疗性超声探头的位置跟踪的 流程图视图；以及图4为根据本公开的另一实施例的治疗性超声探头的位置跟踪的系统的部分方 框图视图。在附图中，相同附图标记表示相似元件。另外，要注意附图没有按比例绘制。根据一个实施例，用于治疗性超声换能器或探头的位置跟踪的方法和装置包括被 配置为用于改进治疗结果的定位系统和治疗性超声探头。方法和系统装置有利地使其能够 使用诸如CT的一个成像模态以诊断并计划治疗干预，并且之后将超声治疗施加于期望空 间定位。因此，有利地改进了处置的功效。另外，处置可以被定位于对周围组织具有最小影 响的特定感兴趣区域(例如，处置区域)。在一个实施例中，通过对多个传感器的适当放置 而将位置跟踪系统和超声治疗探头配准到相同坐标系。用于跟踪三维空间中的对象的技术是已知的并且包括例如电磁跟踪、红外(光) 跟踪以及机械定位系统。这些跟踪技术允许以亚毫米精度检测对象的位置。因此，为了简 化讨论，在这里仅讨论对于理解本公开的实施例必要的跟踪技术的那些方面。根据本公开的另一实施例，尽管用超声成像对疾病的描绘不如使用诸如CT的另 一成像模态清晰，但是可以使用高密度聚焦超声有效地执行病理组织的处置。一个示例为具有闭塞性脑卒中的患者的处置。首先用CT扫描对患者进行成像以确定存在血凝块。之 后，将CT扫描配准到患者的躯体，并使用相同的配准系统以引导超声溶栓治疗处置，所述 超声溶栓治疗处置利用根据本公开的实施例的位置跟踪治疗性超声系统的高密度聚焦超 声探头。结果，通过将适当声学能量精确地放置入凝结的脉管而有利地提高治疗处置的效 果。治疗处置的类似示例包括药物递送、高密度聚焦超声(HIFU)烧蚀以及基因递送。治疗 处置也可以包括超声的整容使用，例如，脂肪处置。在后面的示例中，MR可以为用于获得脂 肪组织的绘制的良好的模态。在一个实施例中，基因疗法可以包括外源性DNA、RNA、RNAi、酶、蛋白质、siRNA或 小RNA的递送中的一个或多个。在从用于热烧蚀的高密度聚焦超声到用于药物和基因递送的领域中，将超声作为 治疗性技术使用正在变为临床现实。用于描绘要被治疗的病理组织的空间定位的诊断成像 系统(例如，CT、MRI等)与处置方案无关地被获取。使用本公开的有利的实施例，通过将 治疗性聚焦超声的施加空间配准到诊断图像和患者的处置区域而将超声治疗照射适当地 施加到特定的感兴趣区域。本公开的方法和装置涉及用于使用外部位置跟踪系统保持患者的处置区域和超 声治疗探头之间的配准的方法。例如，系统装置包括将在此进一步讨论的通过传感器的适 当放置配准到相同坐标系的位置跟踪系统和超声治疗换能器。在一个示例性实施例中，将电磁跟踪系统放置在患者不移动地躺在其上的桌面 上。桌面在成像系统(CT、MRI、SPECT、PET等)的坐标系中被准确地配准。线圈(传感器) 以如下方式被放置在超声治疗换能器上的一个或多个定位上电磁跟踪系统可以相对于其 自身坐标系计算治疗换能器的三维位置和取向。现在在患者坐标系中跟踪超声治疗探头并 且可以将超声治疗探头聚焦到病理区域以实施处置。在类似于上述实施例的第二示例性实 施例中，跟踪系统包括红外跟踪系统并且传感器包括发光二极管。在类似于第一前述实施例的第三示例性实施例中，跟踪系统包括能够提供磁场的 测量的多个线圈。另外，将另外的多个线圈耦合到治疗换能器。例如，线圈可以经由适当的 机械附件等被耦合到治疗换能器。磁场的测量提供相对于磁共振成像(MRI)系统的位置的 指示。在第四示例性实施例中，类似与第一示例性实施例和第二示例性实施例，将传感器附 着到固定参考系，所述固定参考系例如为超声换能器可以被固定于其中的头戴式耳机。头 戴式耳机可以根据解剖学界标被初始地放置或者通过与先前成像数据集共同配准而初始 地放置。放置之后，跟踪系统用于测量小规模运动。本公开的实施例有利地提供用于执行下述之一的方法和系统装置(i)超声介导 药物递送；(ii)超声介导基因递送；(iii)超声热治疗；(iv)高密度聚焦超声烧蚀；⑷超 声溶栓治疗；以及(Vi)包括去除脂肪以及除疤/除皱纹的超声整容手术。图1为根据本公开的实施例的用于手持式治疗性超声探头12的位置跟踪的系统 10的部分方框图视图。治疗性超声跟踪系统10包括第一多个跟踪元件(14、16、18)、第二 多个跟踪元件(20、22、24)、跟踪发生器26以及系统控制器28。将第一多个跟踪元件(14、 16、18)相对于彼此并且相对于手持治疗性超声探头12的能量发射表面30设置于第一位置 和取向。治疗性超声探头12可以包括可以被配置为实施本公开的实施例以及用于执行给 定超声治疗的需求的任意合适的手持超声探头或者其他探头。治疗性超声探头12包括外壳部分32和手柄部分34，其可以相互形成整体。超声换能器36被设置于外壳部分32内， 接近表面30，以发射期望的超声能量。例如，适当地将各种电子功率和信号线(全部由附图 标记38表示的特征表示)耦合在治疗性超声探头12和系统控制器28的部件之间，用于执 行此处所描述的各种功能和步骤。如将在此处参考图2进一步讨论地，同样示出了耦合到 治疗性超声探头12的跟踪引导40。第二多个跟踪元件(20、22、24)适于相对于彼此并且相对于接受治疗处置的患者 的目标区域在第二位置和取向耦合到患者42。将跟踪发生器26配置为发射跟踪能量以与 第一多个跟踪元件(14、16、18)和第二多个跟踪元件(20、22、24)结合使用。在一个实施例 中，跟踪发生器26包括电磁场发生器，其中，如由附图标记27所表示的，发生器参照固定的 取向和定位。电磁场发生器生成感兴趣区域内的电磁场，所述感兴趣区域包括患者的处置 区域。系统控制器28可以包括任何适当的计算机和/或传感器界面，控制器还被以适 当的指令编程以执行如在这里所讨论的关于执行治疗性超声跟踪的各种功能以及如这里 所讨论的处置。系统控制器28还包括各种输入/输出信号线，诸如38和44，例如，用于电 耦合到治疗性超声跟踪系统10的其他元件。适当的显示设备46被耦合到系统控制器28， 例如，以由系统操作者在给定治疗性超声跟踪和处置应用期间使用。另外，可以针对治疗性 超声跟踪以及处置应用的给定实现方式提供可能需要的诸如输入/输出设备、定点设备等 (未示出)的另外的设备。另外，用于从存储器(例如，包括之前从给定模态获得的图像的 存储器或存储设备)或实时图像采集(例如，来自给定模态采集设备的实时图像)获得图 像采集的器件48被耦合到系统控制器28。图2为更详细地示出的用于本公开的定位跟踪10的系统的图1的治疗性超声探 头12的示意性表示视图。在一个实施例中，跟踪引导40被物理地耦合到治疗性超声探头 12。跟踪引导40可以包括，例如，设备显示器，其中，所述显示器设备产生多个可视同心形 状(50、52、54)、指示器元件56以及方向指示器(58、60、62、64)的可视表示。跟踪引导40 例如，经由功率和信号线38被耦合到系统控制器28。系统控制器28适于控制跟踪引导40 以提供治疗性超声探头12相对于患者的目标区域的位置和取向的引导表示，其中，患者的 目标区域由第二多个跟踪元件(20、22、24)进行配准。因此，本公开的实施例有利地允许系 统操作者或干预放射学家在治疗处置期间与患者的更自然的相互作用(徒手)。另外，尽管 将跟踪引导40示出为并讨论为耦合到探头，但是根据本公开的实施例可以包括跟踪引导 的其他实现方式，例如，跟踪引导作为显示器46的部分或者其他系统部件的部分的实现方 式。在一个实施例中，跟踪引导40包括多个可视同心形状(50、52、54)以及指示器元 件56。可视同心形状(50、52、54)表示治疗性超声探头12相对于目标区域的各种邻近度 (proximity)。指示器元件56相对于同心形状(50、52、54)的定位提供了治疗性超声探头12 相对于目标区域的位置和取向的可视引导表示。在一个实施例中，可视同心形状(50、52、 54)可以包括用于指示在位置上非常靠近目标区域的邻近度的一个可视同心形状50，用于 指示在位置上到目标区域为期望的邻近度的一个可视同心形状52，以及用于指示在位置上 非常远离目标区域的邻近度的一个可视同心形状54。尽管相对于同心形状(50、52、54)仅 对三个不同大小的形状进行示出和讨论，但是根据本公开的实施例可以包括多于三个。
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指示器元件56可以以任意数量的不同尺寸的形状为特征以将对应的给定邻近度 传送到目标区域。例如，如在图2中的跟踪引导40的阐释70中所示的，指示器元件56可以 以第一尺寸形状为特征，用于指示在位置上非常靠近目标区域的邻近度。如在图2中的跟 踪引导40的阐释68和72中所示出的，指示器元件56可以以第二尺寸形状为特征，用于指 示在位置上到目标区域为期望的邻近度。注意到在阐释68，指示器元件56未中心对齐，这 表示探头还没有在相对于目标区域的位置和取向，如这里将要在下面进一步讨论的。如在 图2的跟踪引导40的阐释66中所示出的，指示器元件56还可以以第三尺寸形状为特征， 以指示在位置上与目标区域非常远的邻近度。尽管相对于指示器元件56仅对三个不同尺 寸的形状进行示出和讨论，但是根据本公开的实施例可以包括多于三个。
跟踪引导40还包括多个方向指示器(58、60、62、64)。方向指示器(58、60、62、64) 表示相对于目标区域所需的治疗性超声探头移动的各个取向。连同可视同心形状(50、52、 54)和指示器元件56，方向指示器(58、60、62、64)为系统用户提供引导以实现治疗性超声 探头12相对于患者42的目标区域的可允许位置和取向。各种取向可以包括前进58、后退 62、左移64和右移60，以及，移入(如在阐释66中由指示器元件56所示出的)和移出(如 在阐释70中由指示器元件56所示出的)以最好地处置期望区域。在一个实施例中，引导 包括气泡的形式，其根据所需相对运动前进至/远离中心并在尺寸上增长/收缩。尽管对 于方向指示器仅对四个不同的方向指示器(58、60、62、64)进行示出和讨论，但是根据本公 开的实施例可以包括多于或少于四个。图3为示出根据本公开的实施例的系统和方法的治疗性超声探头的位置跟踪的 流程图视图80。方法包括在步骤82中执行患者和治疗性探头的初始放置。在步骤84，检 测治疗性探头的定位。在步骤86，检测患者从而处置区域(或区)的定位。在步骤88，确 定是否对探头进行定位以允许处置。如在这里所讨论的，确定是至少基于第一多个跟踪元 件和第二多个跟踪元件的位置跟踪的。如果确定未定位探头而不允许进行处置，那么，方法 进行到步骤90。在步骤90，提示系统操作者例如由跟踪引导40所指引的相对于患者移动 探头。在步骤90之后，方法回到如前面所讨论的检测治疗性探头的定位的步骤84。再次参 照步骤88，如果确定探头被定位而允许进行处置，那么处理进行到步骤92。在步骤92，确定探头和目标区域之间的声学路径是否被例如骨或诸如肺的充气空 腔所堵塞。如果确定声学路径被堵塞，那么，方法进行到步骤94，否则，方法进行到步骤96。 步骤94包括执行对探头的声学补偿。例如，声学补偿可以包括更新来自治疗性超声探头的 超声递送的功率和波束角，功率和波束角更新至少基于根据第一多个跟踪传感器、第二多 个跟踪传感器以及跟踪发生器和治疗处置的指定需求所确定的跟踪信息。另一示例可以包 括响应于(i)治疗性超声探头的运动跟踪以及(ii)超声递送相对于患者的目标区域的声 学路径的阻塞来调节治疗性超声探头的孔径，所述孔径调节至少基于根据第一多个跟踪传 感器、第二多个跟踪传感器以及跟踪发生器和治疗处置的指定需求所确定的跟踪信息。另 一示例包括调节超声设置以补偿通向目标区域的改变的声学路径。在后面的示例中，超声 设置的调节适于有效地补偿包括呼吸和心跳的自主和非自主器官运动，以及补偿由于超声 处置的物理或生物响应或超声处置的结果导致的声学路径的改变或目标区的运动。另外的 示例包括响应于所检测到的治疗性超声探头定位和到目标区域的对应的声学路径来改变 治疗性超声探头的电子聚焦。在完成声补偿之后，方法进行到步骤96。
在步骤96，在(图1的)显示器46上提供处置区(或区域)的表示。特别地，处 置区的表示覆盖(i)之前获得的一幅或几幅图像或者(ii) 一幅或几幅实时图像的显示。 在步骤96之后，在适当时允许在步骤98开始或继续治疗处置。在步骤100，确定所期望的 治疗处置是否完成。如果完成，那么，方法在步骤102结束。如果所期望的治疗处置还未完 成，那么，方法返回到步骤84并此后如这里上述讨论地继续。 图4为根据本公开的另一实施例的用于治疗性超声探头112的位置跟踪的系统 110的部分方框图的视图。系统100类似于图1的系统10，但具有如下不同。治疗性超声 跟踪系统110包括第一多个跟踪元件(114、116、118)、第二多个跟踪元件(120、122、124)、 跟踪发生器126以及系统控制器28。将第一多个跟踪元件(114、116、118)相对于彼此并且 相对于治疗性超声探头112的能量发射表面30设置于第一位置和取向。治疗性超声探头 112可以包括可以被配置为实施本公开的实施例以及用于执行给定超声治疗需求的任意合 适的超声探头。治疗性超声探头112包括外壳部分32和手柄部分34，其可以相互形成整 体。将超声换能器36设置于外壳部分32内，接近表面30，以发射期望的超声能量。例如， 适当地将各种电子功率和信号线(全部由附图标记38指示的特征表示)耦合在治疗性超 声探头112和系统控制器28的部件之间，用于执行此处所描述的各种功能和步骤。跟踪引 导40耦合到治疗性超声探头112。第二多个跟踪元件(120、122、124)适于相对于彼此并且相对于接受治疗处置的 患者的目标区域在第二位置和取向耦合到患者42。跟踪发生器126被配置为发射跟踪能量 以与第一多个跟踪元件(114、116、118)和第二多个跟踪元件(120、122、124)结合使用。在 一个实施例中，跟踪发生器126包括光学跟踪发生器，其中，如由附图标记127所表示的，发 生器参照固定的取向和定位。光学跟踪发生器包括，例如，LED跟踪发生器。光学跟踪发生 器126生成感兴趣区域内的光学信号，所述感兴趣区域包括患者的处置区域。另外，第一多 个跟踪元件(114、116、118)和第二多个跟踪元件(120、122、124)包括光学检测传感器。因此，公开了包括第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件、跟踪发生器以及系统 控制器的治疗性超声跟踪系统。将第一多个跟踪元件相对于彼此并且相对于治疗性超声探 头的能量发射表面设置于第一位置和取向。第二多个跟踪元件适于相对于彼此并且相对于 接受治疗处置的患者的目标区域在第二位置和取向耦合到患者。跟踪发生器发射跟踪能量 以与第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件结合使用。系统控制器检测探头是否相对于目 标区域被定位于可允许的位置和取向内，并且(i)响应于检测到探头在可允许位置和取向 之内，系统控制器使能对探头的供能以执行下述中的一个(i) (a)开始治疗处置以及(i) (b)继续治疗处置，并且(ii)响应于未检测到探头在可允许位置和取向之内，系统控制器 停止用于治疗处置的探头供能。治疗处置的开始和治疗处置的继续是根据治疗处置的指定需求的。指定需求还可 以包括系统控制器，所述系统控制器监测目标区域中已经接受处置的定位并禁止对相同定 位进行超过治疗处置所需的过多的处置。在另一实施例中，在经由超声成像系统或具有超 声之外的模态的成像系统获得的医学图像中可检测到第二多个跟踪元件。系统控制器还适 于响应于在医学图像中检测到第二多个跟踪元件来计算(i)成像系统的坐标系中的目标 区域和(ii)跟踪系统的坐标中的目标区域之间的关系。控制器还适于响应于治疗性超声 探头相对于目标区域的一个或多个所测位置自动指定从包括CT、MR、PET和SPECT成像扫描的组中选择的一个，以监测治疗处置的进展。在一个实施例中，系统控制器还被配置为响应于对治疗性超声探头相对于患者的 目标区域的运动跟踪来更新来自治疗性超声探头的超声递送的功率和波束角。功率和波束 角更新至少基于根据第一多个跟踪传感器、第二多个跟踪传感器和跟踪发生器以及治疗处 置的指定需求所确定的跟踪信息。在另一实施例中，系统控制器还被配置为响应于(i)治疗性超声探头的运动跟踪 以及(ii)超声递送相对于患者的目标区域的声学路径的阻塞来调节治疗性超声探头的孔 径。所述孔径调节至少基于根据第一多个跟踪传感器、第二多个跟踪传感器以及跟踪发生 器和治疗处置的指定需求所确定的跟踪信息。在另一实施例中，系统控制器还被配置为响 应于对治疗性超声探头相对于患者的目标区的运动跟踪调节治疗性超声探头的超声设置。 经调节的超声设置被配置为补偿通向目标区的改变的声学路径。在另一实施例中，系统控 制器还被配置为响应于所检测到的治疗超声探头定位和对应的到目标区的声学路径来改 变治疗性超声探头的电子聚焦。在一个实施例中，治疗处置包括以下的一个或多个(i)超声介导药物递送；(ii) 超声介导基因递送；(iii)超声引导热治疗；(iv)高密度聚焦超声烧蚀；(ν)超声溶栓治 疗；以及(Vi)超声整容手术。在另一实施例中，第一多个跟踪元件包括三个跟踪元件，并且 第二多个跟踪元件包括三个跟踪元件。另外，跟踪发生器可以包括以下的至少一个(i)电 磁场发生器，其中，第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件包括电磁传感器，或者(ii)光 学跟踪发生器，其中，第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件包括光学检测传感器。在另一实施例中，治疗性超声跟踪系统包括第一多个跟踪元件、第二多个跟踪元 件、跟踪发生器、系统控制器和跟踪引导。将第一多个跟踪元件相对于彼此并且相对于治疗 性超声探头的能量发射表面设置于第一位置和取向。第二多个跟踪元件适于相对于彼此并 且相对于接受治疗处置的患者的目标区域在第二位置和取向耦合到患者。跟踪发生器被配 置为发射跟踪能量以与第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件结合使用。在一个实施例 中，跟踪发生器包括如下之一(i)电磁场发生器，其中，第一多个跟踪元件和第二多个跟踪 元件包括电磁传感器，或者(ii)光学跟踪发生器，其中，第一多个跟踪元件和第二多个跟 踪元件包括光学检测传感器。在上段的实施例中，系统控制器被耦合到第一多个跟踪传感器、第二多个跟踪传 感器以及跟踪发生器，并且还适于被耦合到治疗性超声探头。系统控制器用于检测治疗性 超声探头是否相对于患者的目标区域被定位于可允许的位置和取向内，并且(i)响应于检 测到治疗性超声探头在可允许位置和取向之内，系统控制器使能对治疗性超声探头的供能 以执行下述中的一个(i) (a)开始治疗处置以及(i) (b)继续治疗处置，并且(ii)响应于 未检测到治疗性超声探头在可允许位置和取向之内， 系统控制器停止用于治疗处置的治疗 性超声探头供能。跟踪引导被耦合到系统控制器，所述系统控制器还用于控制跟踪引导以 提供治疗性超声探头相对于目标区域的位置和取向的引导表示。另外，针对上述实施例，治疗处置的开始和治疗处置的继续是根据治疗处置的指 定需求的。另外，指定需求包括系统控制器，所述系统控制器监测目标区域中已经接受处置 的定位并禁止对相同定位进行超过治疗处置所需的过多的处置。根据另一实施例，用于治疗性超声跟踪的方法包括将第一多个跟踪元件相对于彼此并且相对于治疗性超声探头的能量发射表面设置于第一位置和取向。第二多个跟踪元件 相对于彼此并且相对于接受治疗处置的患者的目标区域在第二位置和取向耦合到患者。跟 踪发生器发射跟踪能量以与第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件结合使用。方法还包括 经由系统控制器检测治疗性超声探头是否相对于患者的目标区域被定位于可允许的位置 和取向内。响应于(i)检测到治疗性超声探头在可允许位置和取向之内，所述方法包括使 能对治疗性超声探头的供能以执行下述中的一个(i) (a)开始治疗处置以及(i) (b)继续 治疗处置。响应于(ii)未检测到治疗性超声探头在可允许位置和取向之内，所述方法包括 停止用于治疗处置的治疗性超声探头的供能。 在方法的一个实施例中，治疗处置的开始和治疗处置的继续是根据治疗处置的指 定需求。另外，指定需求包括监测目标区域中已经接受处置的定位并禁止对相同定位进行 超过治疗处置所需的过多的处置。在另一实施例中，所述方法还包括响应于对治疗性超声探头相对于患者的目标区 域的运动跟踪来经由系统控制器更新来自治疗性超声探头的超声递送的功率和波束角。功 率和波束角更新至少基于根据第一多个跟踪传感器、第二多个跟踪传感器和跟踪发生器以 及治疗处置的指定需求所确定的跟踪信息。在另一实施例中，所述方法还包括响应于(i) 治疗性超声探头的运动跟踪以及(ii)超声递送相对于患者的目标区域的声学路径的阻塞 来经由系统控制器调节治疗性超声探头的孔径。所述孔径调节至少基于根据第一多个跟踪 传感器、第二多个跟踪传感器以及跟踪发生器和治疗处置的指定需求所确定的跟踪信息。 在另一实施例中，方法还包括经由系统控制器控制跟踪引导以提供治疗性超声探头关于目 标区域的位置和取向的引导表示。尽管已经在上面详细描述了若干示例性实施例，但是在本质上不脱离本公开的实 施例的新颖教导和优势的情况下，本领域技术人员将易于理解在示例性实施例中许多改变 是可能的。例如，本公开的实施例可以被应用到人造设备的放置，诸如，纳米载体、纳米信 标、纳米传感器以及纳米机械。因此，旨在将所有这些修改包括在如在以下权利要求中所限 定的本公开的实施例的范围内。在权利要求中，器件_加-功能项旨在覆盖此处描述为执 行所列举的功能的结构，不仅仅是结构等价物，而是还包括等价结构。另外，置于一个或多个权利要求的括号中的附图标记不应该被理解为限制权利要 求。词语“包括”和“包含”等不排除存在除那些在任意权利要求或说明书中作为整体列出 的元件和步骤。单个引用的元件并不排除存在多个这样的元件，反之亦然。借助于包括若干 不同元件的硬件，和/或借助于适当编程的计算机可以实施一个或多个实施例。在列举若 干器件的设备权利要求中，可以由硬件的一个或相同部件实现这些器件的若干器件。在相 互不同的从属权利要求中引用特定措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地应用。
权利要求
一种治疗性超声跟踪系统，包括第一多个跟踪元件，将其相对于彼此并且相对于治疗性超声探头的能量发射表面设置于第一位置和取向；第二多个跟踪元件，其适于相对于彼此并且相对于接受治疗处置的患者的目标区域在第二位置和取向耦合到所述患者；跟踪发生器，将其配置为发射跟踪能量以与所述第一多个跟踪元件和所述第二多个跟踪元件结合使用；以及系统控制器，其耦合到所述第一多个跟踪传感器、所述第二多个跟踪传感器以及所述跟踪发生器，并还适于耦合到所述治疗性超声探头，所述系统控制器用于检测所述治疗性超声探头是否相对于所述患者的所述目标区域被定位于可允许的位置和取向之内，并且(i)响应于检测到所述治疗性超声探头在所述可允许的位置和取向之内，所述系统控制器使能对所述治疗性超声探头的供能以执行下述中的一个(i)(a)开始所述治疗处置以及(i)(b)继续所述治疗处置，并且(ii)响应于未检测到所述治疗性超声探头在所述可允许的位置和取向之内，所述系统控制器停止用于所述治疗处置的所述治疗性超声探头的所述供能。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述治疗处置的开始以及所述治疗处置的继续 是根据所述治疗处置的指定需求的。
3.根据权利要求2所述的系统，并且其中，所述指定需求包括所述系统控制器监测所 述目标区域中已经接受处置的定位并禁止对相同定位进行超过所述治疗处置所需的过多 的处置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统控制器还被配置为响应于对所述治疗 性超声探头相对于所述患者的所述目标区域的运动跟踪来更新来自所述治疗性超声探头 的超声递送的功率和波束角，所述功率和波束角更新至少基于根据所述第一多个跟踪传感 器、所述第二多个跟踪传感器以及所述跟踪发生器和所述治疗处置的指定需求所确定的跟足不f曰息o
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统控制器还被配置为响应于(i)所述治疗 性超声探头的运动跟踪以及(ii)超声递送相对于所述患者的所述目标区域的声学路径的 阻塞来调节所述治疗性超声探头的孔径，所述孔径调节至少基于根据所述第一多个跟踪传 感器、所述第二多个跟踪传感器以及所述跟踪发生器和所述治疗处置的指定需求所确定的 足艮足宗fg ^窗、。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统控制器还被配置为响应于对所述治疗 性超声探头相对于所述患者的所述目标区的运动跟踪来调节所述治疗性超声探头的超声 设置，经调节的超声设置被配置为补偿通向所述目标区域的改变的声学路径。
7.根据权利要求1所述的系统，并且其中，所述系统控制器被配置为响应于所检测到 的治疗性超声探头定位和到所述目标区域的对应的声学路径改变所述治疗性超声探头的 电子聚焦。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合到所述系统控制器的跟踪引导，所述系统控制器还用于控制所述跟踪引导以提供 所述治疗性超声探头相对于所述目标区域的位置和取向的引导表示。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述跟踪引导包括多个可视同心形状以及指示 器元件，所述可视同心形状表示所述治疗性超声探头相对于所述目标区域的各种邻近度， 并且其中，所述指示器元件相对于所述同心形状的定位提供了所述治疗性超声探头相对于 所述目标区域的位置和取向的可视引导表示。
10.根据权利要求9所述的系统，并且其中，所述可视同心形状包括用于指示在位置上 非常靠近所述目标区域的邻近度的一个可视同心形状，用于指示在位置上到所述目标区域 为期望的邻近度的一个可视同心形状，以及用于指示在位置上非常远离所述目标区域的邻 近度的一个可视同心形状。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述指示器元件由下列表征用于指示在位置 上非常靠近所述目标区域的邻近度的第一尺寸形状，用于指示在位置上到所述目标区域为 期望的邻近度的第二尺寸形状，以及用于指示在位置上非常远离所述目标区域的邻近度的 第三尺寸形状。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述跟踪引导还包括多个方向指示器，所述方 向指示器表示相对于所述目标区域所需的治疗性超声探头移动的各个取向，其连同所述可 视同心形状和所述指示器元件为系统用户提供引导以实现所述治疗性超声探头相对于所 述患者的所述目标区域的所述可允许的位置和取向。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述各个取向包括前进、后退、左移和右移。
14.根据权力要求8所述的系统，其中，所述跟踪引导被物理耦合到所述治疗性超声探头。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述跟踪引导还包括设备显示器，并且其中， 所述多个可视同心形状、指示器元件以及方向指示器包括在所述设备显示器上的可视表
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述治疗处置包括从包括以下的内容的组中 选择的至少一个(i)超声介导药物递送；(ii)超声介导基因递送；(iii)超声引导热治疗； (iv)高密度聚焦超声烧蚀；(v)超声溶栓治疗；以及(vi)超声整容手术。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一多个跟踪元件包括三个跟踪元件，并 且其中，所述第二多个跟踪元件包括三个跟踪元件。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述跟踪发生器包括从包括下列的组中选择的 一个(i)电磁场发生器，其中，所述第一多个跟踪元件和所述第二多个跟踪元件包括电磁 场传感器；以及(ii)光学跟踪发生器，其中，所述第一多个跟踪元件和所述第二多个跟踪 元件包括光学检测传感器。
19.一种治疗性超声跟踪系统，包括第一多个跟踪元件，将其相对于彼此并且相对于治疗性超声探头的能量发射表面设置 于第一位置和取向；第二多个跟踪元件，其适于相对于彼此并且相对于接受治疗处置的患者的目标区域在 第二位置和取向耦合到所述患者；跟踪发生器，其被配置为发射跟踪能量以与所述第一多个跟踪元件和所述第二多个 跟踪元件结合使用，其中，所述跟踪发生器包括从包括以下内容的组中选择的一个(i)电 磁场发生器，其中，所述第一多个跟踪元件和所述第二多个跟踪元件包括电磁传感器，以及(ii)光学跟踪发生器，其中，所述第一多个跟踪元件和所述第二多个跟踪元件包括光学检 测传感器；系统控制器，其耦合到所述第一多个跟踪传感器、所述第二多个跟踪传感器以及所述 跟踪发生器，并还适于耦合到所述治疗性超声探头，所述系统控制器用于检测所述治疗性 超声探头是否相对于所述患者的所述目标区域被定位于可允许的位置和取向内，并且(i) 响应于检测到所述治疗性超声探头在所述可允许位置和取向之内，所述系统控制器使能对 所述治疗性超声探头的供能以执行下述中的一个(i) (a)开始所述治疗处置以及(i) (b)继 续所述治疗处置，以及(ii)响应于未检测到所述治疗性超声探头在所述可允许位置和取 向之内，所述系统控制器停止用于所述治疗处置的所述治疗性超声探头的所述供能；以及跟踪引导，其耦合到所述系统控制器，所述系统控制器还用于控制所述跟踪引导以提 供所述治疗性超声探头相对于所述目标区域的位置和取向的引导表示。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述治疗处置的开始以及所述治疗处置的继 续是根据所述治疗处置的指定需求，并且其中，所述指定需求包括所述系统控制器监测所 述目标区域中已经接受处置的定位并禁止对相同定位进行超过所述治疗处置所需的过多 的处置。
21.一种用于治疗性超声跟踪的方法，包括将第一多个跟踪元件相对于彼此并且相对于治疗性超声探头的能量发射表面设置于 第一位置和取向；将第二多个跟踪元件相对于彼此并且相对于接受治疗处置的患者的目标区域在第二 位置和取向耦合到患者；从跟踪发生器发射跟踪能量以与所述第一多个跟踪元件和所述第二多个跟踪元件结 合使用；以及经由系统控制器检测所述治疗性超声探头是否相对于所述患者的所述目标区域被定 位于可允许的位置和取向内，并且(i)响应于检测到所述治疗性超声探头在所述可允许位 置和取向之内，所述系统控制器使能对所述治疗性超声探头的供能以执行下述中的一个 ⑴(a)开始所述治疗处置以及⑴(b)继续所述治疗处置，以及(ii)响应于未检测到所述 治疗性超声探头在所述可允许位置和取向之内，所述系统控制器停止用于所述治疗处置的 所述治疗性超声探头的所述供能。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述治疗处置的开始以及所述治疗处置的继 续是根据所述治疗处置的指定需求，并且其中，所述指定需求包括监测所述目标区域中已 经接受处置的定位并禁止对相同定位进行超过所述治疗处置所需的过多的处置。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括响应于对所述治疗性超声探头相对于所述患 者的所述目标区域的运动跟踪经由所述系统控制器来更新来自所述治疗性超声探头的超 声递送的功率和波束角，所述功率和波束角更新至少基于根据所述第一多个跟踪传感器、 所述第二多个跟踪传感器以及所述跟踪发生器和所述治疗处置的指定需求所确定的跟踪 fn息o
24.根据权利要求21所述的方法，还包括响应于(i)所述治疗性超声探头的运动跟踪 以及(ii)超声递送相对于所述患者的所述目标区域的声学路径的阻塞经由所述系统控制 器来调节所述治疗性超声探头的孔径，所述孔径调节至少基于根据所述第一多个跟踪传感器、所述第二多个跟踪传感器以及所述跟踪发生器和所述治疗处置的指定需求所确定的跟踪信息。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括经由所述系统控制器控制跟踪引导以提供所述治疗性超声探头相对于所述目标区域 的位置和取向的引导表示。
26.根据权利要求1所述的系统，其中，在经由超声成像系统或具有超声之外的模态的 成像系统获得的医学图像中可检测到所述第二多个跟踪元件，并且其中，所述系统控制器 还适于响应于在所述医学图像中检测到所述第二多个跟踪元件来计算(i)所述成像系统 的坐标系中的所述目标区域和(ii)所述跟踪系统的坐标中的所述目标区域之间的关系。
27.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统控制器还适于响应于所述治疗性超声 探头相对于所述目标区域的一个或多个测得的位置，自动指定从包括CT、MR、PET和SPECT 成像扫描的组中选择的一个，以监测所述治疗处置的进展。
全文摘要
一种治疗性超声跟踪系统(10)，包括第一多个跟踪元件(14、16、18)和第二多个跟踪元件(20、22、24)、跟踪发生器(26)和系统控制器(28)。将第一多个跟踪元件(14、16、18)相对于彼此并且相对于治疗性超声探头(12)的能量发射表面(30)设置于第一位置和取向。第二多个跟踪元件(20、22、24)适于相对于彼此并且相对于接受治疗处置的患者的目标区域在第二位置和取向耦合到所述患者。跟踪发生器(26)发射跟踪功率以与第一多个跟踪元件和第二多个跟踪元件结合使用。系统控制器(28)检测探头(12)是否相对于所述目标区域被定位于可允许的位置和取向内，并且(i)响应于检测到所述探头在所述可允许位置和取向之内，所述系统控制器使能对探头的供能以执行下述中的一个(i)(a)开始所述治疗处置以及(i)(b)继续所述治疗处置，并且(ii)响应于未检测到所述探头在所述可允许位置和取向之内，所述系统控制器停止用于所述治疗处置的所述探头的所述供能。
文档编号A61N7/02GK101861186SQ200880116142
公开日2010年10月13日 申请日期2008年11月13日 优先权日2007年11月15日
发明者B·拉朱, C·S·霍尔, C·T·陈, G·谢克特, W·T·史 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司