使用热声学模型的能量密度图计算的制作方法
【专利摘要】一种医学装置(300、400、500、600、700)包括用于加热对象(320)的目标区(324)的加热系统(304)以及用于控制(340)所述加热系统(304)的处理器，其中，使用热模型来对预定义体积中的能量密度进行建模(338)。所述医学装置(300、400、500、600、700)还包括含有机器可执行指令的存储器(336)，其中，对所述指令的执行令所述处理器(330)接收(100、200、342)处置规划，其中，对所述指令的执行还令所述处理器(330)重复地：通过使用所述处置规划来控制(340)所述加热系统(304)以在交替的加热周期和冷却周期期间加热(102、202、344)所述目标区(324)；并且使用所述处置规划和所述热模型来计算(104、204、346)预定义体积中的当前能量密度图(350)，其中，在对所述目标区(324)的加热期间重复地更新(348)所述当前能量密度。
【专利说明】使用热声学模型的能量密度图计算
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于使用处置规划来加热目标区和使用热声学模型计算能量密度图 的加热系统。
【背景技术】
[0002] 来自聚焦超声换能器的超声可以被用来选择性地处置对象内部的区域。超声波被 作为高能量机械振动而被传输。随着这些振动衰减，它们引起组织加热，并且它们还可以造 成空穴作用。在临床设定中组织加热和空穴作用两者可以被用来破坏组织。然而，利用超 声来加热组织比空穴作用更容易控制。超声处置可以被用来消融组织并且用来选择性地破 坏具有癌细胞的区域。这种技术已经被应用于对子宫肌瘤的处置，并且减少了对子宫切除 程序的需要。在较低功率或在脉冲模式中，超声可以被用来选择性地向区域输送基因材料 或药物。
[0003] 为了执行超声治疗，聚焦超声换能器可以被用来将超声聚焦在特定的处置体积 上。将换能器典型地安装在诸如除气水的能够传输超声的介质内。接着使用致动器来调节 对超声换能器的定位，并且由此调节正在被处置的组织区域。
[0004] 典型地对临床设定中的HIFU程序进行图像引导以在施加治疗水平或消融水平的 超声能量之前进行处置规划和靶向。通常将MRI用于图像引导，但是也可能使用超声照相 法。
[0005] 美国专利申请us 2011/0313329定义了用于沉积能量的治疗系统，所述治疗系统 具有治疗模块的前馈控制。具体地，在这种已知的治疗模块中，根据对引起的加热的先验估 计来估计冷却周期。
【发明内容】
[0006] 本发明在独立权利要求中提供了一种医学装置、一种方法和一种计算机程序产 品。在从属权利要求中给出了实施例。
[0007]本发明提供了用于将能量密度数据用于高强度聚焦超声中的安全、规划和处置时 间最优化的医学装置。针对每个超声处理存储处置体积中的施加的能量密度，使得所述 累积能量密度可以被评估并且被用于安全检查（即限制在任意位置处的最大累积能量密 度）、规划对接下来的处置的定位并且被用于对局部能量沉积的视觉评估。
[0008]本文所使用的"处理器"包括能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。所述 处理器比如可以是多核处理器。处理器还可以指单个计算机系统内或分布在多个计算机系 统中的处理器的集合。许多程序使它们的指令被多个处理器执行，所述多个处理器可以在 同一个计算设备内或者甚至可以分布在多个计算设备上。
[0009] "计算机存储器"或"存储器"是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是能 被处理器直接访问的任何存储器。计算机存储器的范例包括但不限于：存储器、寄存器 和寄存器文件。 '
[0010] "计算机存储装置"或"存储装置"是计算机可读存储介质的范例。计算机存储装 置是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机存储装置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、DVD、⑶-ROM、固态硬盘驱动器。在一些实施例中， 计算机存储装置还可以是计算机存储器，或者反之亦然。
[0011]本文所使用的"用户界面"是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的界 面。"用户界面"还可以被称为"人类界面设备"。用户界面可以向所述操作者提供信息或数 据和/或从所述操作者接收信息或数据。用户界面可以使得来自操作者的输入能够被所述 计算机接收，并且可以从所述计算机向所述用户提供输出。换言之，所述用户界面可以允许 操作者控制或操纵计算机，并且所述界面可以允许所述计算机指示所述操作者的控制或操 纵的效果。显示器或图形用户界面上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的范例。通 过键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、指点杆、绘图板、操纵杆、游戏手柄、摄像头、头戴式受话器、 变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度传感器来接收数据都是用户界面 部件的范例，所述用户界面部件实现从操作者接收信息或数据。
[0012] 本文中使用的"硬件接口 "包括使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和 /或装置交互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。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备 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、以太连接、控制电压接口、midi接口、模拟输入接口和数字输入接口。 [00 13] 本文所使用的"显示器"或"显示设备"包括适于显示图像或数据的输出设备或用 户界面。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算 机监视器、电视机屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏、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)、等离子显示板（PDP)、液晶显示器（LCD)、有机发光二极管显示 器（0LED)、投影机和头戴显示器。
[00M] 在一个方面中，本发明提供了包括用于加热对象的目标区的加热系统和用于控制 所述加热系统的处理器的医学装置。所述医学装置还包括含有机器可执行指令的存储器， 其中，对所述指令的执行令所述处理器接收处置规划，其中，对所述指令的执行还令所述处 理器重复地：通过使用所述处置规划来控制所述加热系统以在交替的加热周期和冷却周期 期间加热所述目标区；使用所述处置规划和热声学模型来计算预定义体积中的当前能量密 度图，其中，在对所述目标区的加热期间重复地更新所述当前能量密度；并且使用所述当前 能量密度图来更新所述处置规划。
[0015] 本文所使用的加热系统包括用于局部地加热所述对象的一部分的系统。本文所使 用的处置规划可以包括由内科医师或其他医学专家开发的规划或机器控制，所述规划或机 器控制是对控制的描述，所述控制可以被用来生成控制所述加热系统加热所述对象内的目 标区的控制。本文所使用的热声学模型将声学参数和热学参数组合，以获得加热以及冷却 的可能更准确的模型。
[0016]在热模型的基础上做出针对焦外和/或在所述目标区中的引起的所述加热周期 和/或冷却周期的估计。所述热模型表示热灌注和扩散，即通过所述组织的热传送。用于 模拟的所述热模型需要强度分布作为除了其他热学参数的输入。接下来可以基于多层组织 模型来计算在活体中的强度分布。接下来可以基于所述处置规划来采集所述多层组织模 型。可以基于知识来针对每层确定所述声学参数和热学参数和/或基于所述加热来细化所 述声学参数和热学参数，由此更近一步地改进所述估计的准确性。所述模拟还可以有益于 在将所述热沉积初始化之前估计聚焦区域加热。根据本发明，选择冷却周期使得在开始接 下来的加热之前期望所述组织冷却到预定义的温度。
[0017] 在一个实施例中，对所述指令的执行还令所述处理器考虑估计的组织冷却的速率 而通过使用加权平均来计算各累积能量密度图来计算所述累积能量密度图，并且令所述处 理器在显示器上显示所述累积能量密度图。还可以考虑估计的组织冷却的速率而通过合计 重复地计算出的当前能量密度图来计算所述累积能量密度图。单纯的合计也将构成某种加 权平均。
[0018]本文所使用的累积能量密度图包括对累积热效果的评估，并且可以向所述用户示 出该图以指示接下来的超声处理的最佳位置。
[0019] 该实施例是特别有优势的，这是因为总是以使需要的冷却时间最小化的方式来选 择接下来的处置，因而该实施例可以允许对全部处置时间的最优化。
[0020] 在另一个实施例中，对所述指令的执行还令所述处理器考虑接下来的加热事件根 据所述累积能量密度图来修改所述处置规划。
[0021] 该实施例是特别有优势的，这是因为它可以允许找到最安全并且具有最短冷却时 间的对于所述目标区域的定位，其中，所述系统可以自动地向所述用户指示最适合或最危 险的位置。并且该实施例可以允许对所述处置时间的最优化和对健康组织的保护。本文所 使用的最危险的位置是在所述目标体积之外的具有高温度的位置，即冷却周期太短。另一 方面，最适合的位置是在其中有充分的冷却或未发生先前的加热的位置。
[0022] 在另一个实施例中，对所述指令的执行令所述处理器使用所述累积能量密度图来 确定安全功率水平图并且在显示器上显示所述安全功率水平图。
[0023] 该实施例可以是有优势的，这是因为只有"安全"的位置再次被加热，因而该实施 例通过避免皮肤灼烧来保护所述组织。再者可以利用该实施例来使皮下脂肪硬化最小化。 应当注意"安全功率水平"严重地取决于待执行的超声处理的期望持续时间。原因是近场 加热主要取决于所述能量，即所述功率和超声处理持续时间的乘积。
[0024] 在另一个实施例中，如果所述累积能量密度图的至少一部分高于预定的加热阈 值，那么对所述指令的执行还令所述处理器停止对所述目标区的加热。
[0025] 该实施例可以是有优势的，这是因为它还保护了健康的组织。
[0026] 在另一个实施例中，所述医学装置还包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统 包括具有成像区的磁体，其中，所述磁共振成像系统能够从所述成像区内的目标区采集热 磁共振数据，其中，对所述指令的执行还令所述处理器使用所述磁共振成像系统来重复地 采集所述热磁共振数据并且使用所述热磁共振数据来确定所述预定义体积的热图。
[0027] 该实施例可以是有优势的，这是因为使用这样的被监测的位置中的温度升高可以 帮助校准所述能量密度图。
[0028] 在另一个实施例中，如果所述热图的至少一部分高于预定温度，那么对所述指令 的执行还令所述处理器停止对所述目标区的加热。
[0029]根据以上提到的优势，该实施例还保护健康的组织。
[0030] 在另一个实施例中，对所述指令的执行还令所述处理器使用所述热数据来验证所 述热声学模型。
[0031 ] 在另一个实施例中，对所述指令的执行还令所述处理器将来自所述成像区内的热 数据与累积能量密度数据组合以得到对所述成像区之内和之外的目标区中的实际温度的 评估。
[0032] 该实施例是特别有优势的，这是因为它可以被用来计算温度以协助规划接下来的 处置，从而找到具有最少的在先热积累的位置。
[0033] 在另一个实施例中，所述预定义体积至少部分地处于所述目标区之外。
[0034] 在另一个实施例中，所述加热系统是以下中的任意一个：髙强度聚焦超声、射频加 热系统、微波消融系统、高温治疗系统、激光消融系统和红外消融系统。
[0035] 在另一方面中，本发明提供了操作医学装置的计算机实施方法，其中所述医学装 置包括用于加热对象的目标区的加热系统，其中，所述方法包括：通过所述加热系统来接收 处置规划，并且通过使用所述处置规划控制所述加热系统来在交替的加热周期和冷却周期 期间重复地加热所述目标区；使用所述处置规划和热声学模型来计算预定义体积中的当前 能量密度图，其中，在对所述目标区的加热期间重复地更新所述当前能量密度；并且使用所 述当前能量密度图来更新所述处置规划。
[0036] 在另一方面中，本发明提供了包括由控制医学装置的处理器来执行的机器可执行 指令的计算机程序产品，其中，所述医学装置包括用于加热对象的目标区的加热系统，其 中，对所述指令的执行还令所述处理器接收处置规划，其中，对所述指令的执行还令所述处 理器通过使用所述处置规划控制所述加热系统来在交替的加热周期和冷却周期期间重复 地加热所述目标区，使用所述处置规划和热声学模型来计算预定义体积中的当前能量密度 图，其中，在对所述目标区的加热期间重复地更新所述当前能量密度并且使用所述当前能 量密度图来更新所述处置规划。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 以下将仅通过范例的方式参考附图描述本发明的优选实施例，其中：
[0038] 图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图；
[0039] 图2示出了示出根据本发明的实施例的方法的进一步的实施例的流程图；
[0040] 图3图示了根据本发明的实施例的医学装置；
[0041] 图4示出了图3中示出的本发明的实施例的更详细的图示；
[0042]图5图示了具有根据本发明的实施例的高强度聚焦超声系统的医学装置；
[0043] 图6图示了具有根据本发明的实施例的射频加热系统的医学装置；
[0044] 图7图示了具有根据本发明的实施例的另一个高强度聚焦超声系统的医学装置；
[0045] 图8示出了 1次、2次、3次、5次、7次和8次超声处理之后在皮肤处加热的累积能 量密度图的范例。
[0046] 附图标记列表
[0047] 100-212 步骤
[0048] 300医学装置
[0049] 302磁共振成像系统
[0050] 304加热系统
[0051] 306 磁体
[0052] 308 膛
[0053] 310磁场梯度线圈
[0054] 312磁场梯度线圈电源
[0055] 314射频线圈
[0056] 316收发器
[0057] 318成像区
[0058] 320 对象
[0059] 322对象支撑体
[0060] 324目标区
[0061] 326计算机系统
[0062] 328 硬件接口
[0063] 330处理器
[0064] 332用户界面
[0065] 334计算机存储装置
[0066] 336计算机存储器
[0067] 338热模型建模模块
[0068] 340加热系统控制模块
[0069] 342处置规划接收模块
[0070] 344目标区加热模块 [0071] 346密度图计算模块
[0072] 348密度图更新模块
[0073] 350累积能量密度图
[0074] 400医学装置
[0075] 402密度图显示模块
[0076] 404处置规划优化模块
[0077] 406安全功率水平图确定模块
[0078] 408安全功率水平图显示模块
[0079] 410停止模块 [0080] 412热图确定模块
[0081] 414热声学模型验证模块
[0082] 416数据组合模块
[0083] 418安全功率水平图
[0084] 420磁共振数据
[0085] 422磁共振图像
[0086] 424 热图
[0087] 500医学装置
[0088] 502髙强度聚焦超声系统
[0089] 504流体填充室
[0090] 5〇6超声换能器 [0091] 508 机构
[0092] 5丨〇机械致动器/电源
[0093] 512超声的路径
[0094] 514超声窗
[0095] 516凝胶垫
[0096] 518超声处理点
[0097] 600医学装置
[0098] 602射频加热系统
[0099] 604 天线
[0100] 606射频发射器 [0101] 700医学装置
[0102] 702超声换能器元件
【具体实施方式】
[0103] 在这些附图中，相同的附图标记是等价的元件或执行同样的功能。如果功能是等 价的，那么在较后的附图中将不必讨论之前己经讨论过的元件。
[0104] 图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤100中，通过使用 热模型来接收处置规划。在步骤102中，使用所述处置规划来在交替的加热周期和冷却周 期期间加热目标区。最终在步骤104中，通过使用所述处置规划来计算预定义体积中的能 量密度图。在对目标区的加热期间重复地更新所述能量密度图。可以将步骤102和104重 复若干次。
[0105]图2示出了示出根据本发明的实施例的方法的进一步的实施例的流程图。步骤 200到204与图1的步骤100到104相对应。在步骤200中，通过使用热模型来接收处置规 划。在步骤202中，使用所述处置规划在交替的加热周期和冷却周期期间加热目标区。在 步骤 2〇4中，通过使用所述处置规划来计算预定义体积中的能量密度图。在步骤206中，计 算预定义体积中的累积能量密度图并且将其显示在显示器上。接着在步骤208中，通过使 用来自步骤206的累积能量密度图来使所述处置规划最优化。在步骤210中，通过使用根 据步骤206的累积能量密度图来确定安全功率水平图。最终，步骤212是在显示器上显示 所述安全功率水平图。可以将步骤202和212重复若干次。
[0106] 图3图示了根据本发明的实施例的医学装置300。医学装置300包括磁共振成像 系统302。磁共振成像系统302被示为包括磁体306。磁体306是具有穿过其中心的膛308 的圆柱型超导磁体。磁体306拥有具有超导线圈的液态氦冷却的低温恒温器。也可能使用 永磁体或常导磁体。也可能使用不同类型的磁体，比如也可能使用分离圆柱磁体和所谓开 放磁体两者。分离圆柱磁体与标准圆柱磁体相似，除了低温恒温器被分离成两段以允许对 磁体的等平面的访问，比如可以结合带电粒子束治疗来使用这样的磁体。开放磁体具有两 个磁体段，一个在另一个上面，中间具有足够大以至于能够接受对象的空间：对所述两段区 域的布置与亥姆霍兹线圈的布置相似。开放磁体是普及的，这是因为对象受较少限制。在 圆柱磁体的低温恒温器内部存在超导线圈的集合。在圆柱磁体的膛内存在成像区318，在成 像区318中磁场足够强并且足够均匀以至于能够执行磁共振成像。
[0107] 磁体的膛内还有磁场梯度线圈310,磁场梯度线圈310被用于采集磁共振数据以 对磁体3〇 6的成像区318内的磁自旋在空间上进行编码。磁场梯度线圈310被连接到磁场 梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310是代表性的。磁场梯度线圈310典型地含有用于沿 三个正交空间方向在空间上编码的三个单独的线圈组。磁场梯度电源312向磁场梯度线圈 310提供电流。向磁场线圈提供的电流被控制为时间的函数并且可以是倾斜的和/或脉冲 的。
[0108] 射频线圈314与成像区318相邻。射频线圈314被连接到射频收发器316。卧在 对象支撑体322上的对象320也在磁体306的膛内，并且对象320部分地在成像区318内。 [0109]用于操纵成像区318内的磁自旋的取向并且用于从也在成像区318内的自旋接收 无线电传输的射频线圈314与成像区31 8相邻。射频线圈314可以含有多个线圈元件。射 频线圈314还可以被称为通道或天线。射频线圈314被连接到射频收发器316。可以由单 独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替换射频线圈314和射频收发器 316。应当理解，射频线圈314和射频收发器316是代表性的。射频线圈314也旨在表示专 用发射天线和专用接收天线。类似地收发器 316也可以表示单独的发射器和单独的接收 FLP 〇
[0110] 磁场梯度线圈电源312和射频收发器3ie被连接到计算机系统326的硬件接口 328。计算机系统326还包括处理器330。处理器330被连接到硬件接口 328。硬件接口 328 使得处理器330能够向磁共振成像系统302发送并且接收数据和命令。计算机系统326还 包括用户界面332、计算机存储装置334和计算机存储器336。
[0111] 在这种情况下，加热系统304已经被并入到医学装置300中。加热系统304被连 接到计算机系统3?的硬件接口 328,并且能够被处理器330控制。该实施例中的加热系统 304旨在是泛化的并且可以表示用于加热对象的一部分的任何系统。加热系统304比如可 以是高强度聚焦超声系统、射频加热系统、微波消融系统、高温治疗系统、激光消融系统和 红外消融系统。
[0112]计算机存储器336被示为含有热模型建模模块338。热模型建模模块338含有使 得加热系统304能够使用热模型来对预定义体积中的能量密度进行建模的计算机可执行 代码。计算机存储装置334还含有使得处理器330能够控制加热系统304的加热系统控制 模块340。此外，计算机存储装置 334含有处置规划接收模块342。处置规划接收模块342 含有使得处理器330能够接收100、200处置规划的计算机可执行代码。目标区加热模块 344含有使得处理器 33〇能够通过使用加热系统控制模块34〇来控制加热系统3〇4以在交 替的加热周期和冷却周期期间加热1〇2、202目标区324的计算机可执行代码。并且计算机 存储器336含有密度图计算模块 346和密度图更新模块348。密度图计算模块346使用处 置规划和热声学模型来计算预定义体积中的当前能量密度图，其中，使用密度图更新模块 348在对目标区324的加热期间重复地更新所述当前能量密度。
[0113] 计算机存储装置334被示为含有累积能量密度图350。使用如下来确定累积能量 密度图350,即使用处置规划接收模块342接收100、200的处置规划和使用密度图计算模块 346计算104、204的当前能量密度图。利用累积能量密度图350的结果在对目标区324的 加热102、202期间重复地更新当前能量密度图。
[0114] 图4图示了根据本发明的进一步的实施例的医学装置400。图4中示出的实施例 与图3中示出的实施例相似。除了图3中图示的特征，图4中的医学装置400示出了计算 机存储装置334和计算机存储器336中的额外的特征。计算机存储装置334被示为额外含 有安全功率水平图418和热图424。计算机存储装置334还被示为含有磁共振数据420和 磁共振图像422。使用磁共振成像系统302来采集磁共振数据420。
[0115] 计算机存储器336被示为额外含有密度图显示模块402。密度图显示模块402含 有实现在显示器上显示206累积能量密度图350的计算机可执行代码。进一步地，处置规 划优化模块404含有计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器330能够考虑 历史加热事件和接下来的加热事件两者根据累积能量密度图350来优化208处置规划，以 找到最安全并且具有最短冷却时间的对目标区324的定位，其中，该系统可以自动地向用 户指示最适合或最危险的位置。可以使用安全功率水平图确定模块406和安全功率水平图 显示模块408来确定并且显示安全功率水平图418。安全功率水平图确定模块406含有使 得处理器330能够使用累积能量密度图350来确定210安全功率水平图418的计算机可执 行代码。并且安全功率水平图显示模块408含有使得处理器330能够在显示器上显示212 安全功率水平图418的计算机可执行代码。此外，计算机存储器336含有停止模块410。停 止模块410含有计算机可执行代码，如果累积能量密度图350的至少一部分高于预定的加 热阈值或者如果热图424的至少一部分高于预定温度，那么所述计算机可执行代码使得处 理器330能够停止对目标区324的加热。此外，计算机存储器336含有热图确定模块412， 热图确定模块412含有使得处理器330能够使用热磁共振数据420来确定预定义体积的热 图424的计算机可执行代码。为了验证热声学模型，计算机存储器336含有热声学模型验 证模块414。计算机存储器336还含有数据组合模块416,数据组合模块416含有计算机可 执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器330能够将来自成像区318内的热数据与累 积能量密度数据350组合以得到对成像区318之内和之外的目标区324中的实际温度的评 估。
[0116] 图5示出了根据本发明的医学装置500的进一步的实施例。在该实施例中，加热 系统是高强度聚焦超声系统502。高强度聚焦超声系统502包括流体填充室504。流体填 充室504内是超声换能器506。虽然没有在该图中示出，但是超声换能器506可以包括多个 超声换能器元件，每个超声换能器元件能够生成独立的超声束。这可以被用来通过控制被 提供给超声换能器元件中的每个的交替的电流的相位和/或幅值来引导超声处理点518的 位置。能够控制超声处理点518以对目标区324进行超声处理。
[0117] 超声换能器506被连接到允许超声换能器506被以机械的方式重新定位的机构 508。机构508被连接到适于激励机构508的机械致动器510。机械致动器510还表示用于 向超声换能器506提供电力的电源。在一些实施例中，电源可以控制到独立的超声换能器 元件的电力的相位和/或幅值。在一些实施例中，机械致动器/电源510位于磁体306的 膛308之外。
[0118] 超声换能器506生成被示为沿路径512的超声。超声512通过流体填充室504并 且通过超声窗514。在该实施例中，超声接着经过凝胶垫516。凝胶垫不必出现在所有实施 例中，但是在该实施例中，对象支撑体322中存在用于接收凝胶垫516的凹槽。凝胶垫516 帮助在换能器5〇6与对象32〇之间耦合超声功率。经过凝胶垫5ie之后超声512经过对象 320并且被聚焦到超声处理点518。超声处理点518被聚焦在目标区324内。可以通过以 机械的方式定位超声波换能器506与以电子的方式引导对超声处理点518的定位的组合来 移动超声处理点518,以处置全部目标区324。
[0119] 高强度聚焦超声系统502被示为还被连接到计算机系统326的硬件接口 328。计 算机系统326以及它的存储装置334的内容和它的存储器336的内容是与图4中示出的那 些等价的。
[0120] 图6图示了根据本发明的进一步的实施例的医学装置600。在该实施例中，加热系 统是射频加热系统602。图6中示出的实施例与图3和图4中示出的实施例相似。图6的 计算机系统326与图4和图 5中示出的计算机系统326等价。计算机存储装置334的内容 和计算机存储器336的内容也与如图4和图5中示出的计算机存储装置334和计算机存储 器336等价。在图6中示出的实施例中，射频加热系统602被用作加热系统。射频加热系 统602包括天线604和射频发射器606。天线604在目标区324的附近。由发射器606生 成并且由天线604辐射的射频能量被用来选择性地加热目标区324。在该实施例中，射频发 射器606被示为被连接到硬件接口 328。处理器330和计算机存储装置334的内容和计算 机存储器336的内容被用来以与处理器330控制图5的高强度聚焦超声系统502的方式等 价的方式来控制射频发射器606。
[0121] 图7图示了根据本发明的进一步的实施例的医学装置700。在该实施例中，加热系 统是与图4中示出的高强度聚焦超声系统相似的高强度聚焦超声系统502。与图4的一个 差异是去掉了凝胶垫5ie，这使得对象320的部分能够通过对象支撑体322中的开口。所述 部分延伸并且部分地被超声传导流体包围。在该范例中，六个超声换能器元件702被示为 在流体填充室 5〇4内。这些换能器元件702被按圆柱顺序放置。在这种情况下对象320的 部分是乳房。存在组织的两个区域：存在脂肪组织区域和腺状组织区域。超声的路径512 从超声换能器元件702出发、通过流体504、通过脂肪组织并且通过腺状组织，达到位于目 标区324内的超声处理点518。图7的计算机系统326与图4、图5和图6中示出的计算机 系统 326等价。计算机存储装置334的内容和计算机存储器336的内容也与如图4、图5和 图6中示出的计算机存储装置334和计算机存储器336等价。
[0122] 图8示出了表示1次、2次、3次、5次、7次和8次超声处理之后在皮肤处的估计的 加热的能量密度图。通过合计之前的处置并且加上对冷却的估计来计算累积能量密度图。 这可以通过简单地使用时间滑动窗从而只包括最近的处置来完成，或者如果存在关于邻近 结构的冷却属性的一些数据，则通过假设例如指数的冷却并且评估在选出的位置中的冷却 时间常数来完成。使用时间滑动窗口冷却评估方法来完成图8中示出的图像。比例指代J/ mm2并且对于不同的超声处理所述值是不同的。这意味着最大密度值随超声处理的数量而 增长。图8A示出了在一次超声处理之后的能量密度图和由此的唯一一个圆结果。图8B中 图示的两次超声处理之后，能量密度图示出了两个圆并且一些部分是交叠的。在该交叠的 区域中的能量密度比在其他区域中更高。图8C到图8F示出了在更多的超声处理（3次、5 次、7次和8次）之后的状况。连带区域（with area)是具有最高能量密度和这里的所有的 超声处理交叠的区域。以不同的灰色形状指示的一些区域部分地交叠。所以对此的总结是， 累积能量密度图中的区域越亮，则该组织越热。备选地，可以使用射束形状以及声学参数和 热学参数来应用声学和热建模，以获得针对每个独立的超声处理的以i在包括若t超声处 理的更长的持续时间上（但这并未在图中示出）的加热以及冷却的可能更准确的模型。
【权利要求】
1. 一种医学装置（300、400、500、600、700)，包括： -加热系统（304)，其用于加热对象（320)的目标区（324); -处理器（330)，其用于控制（340)所述加热系统（304); -存储器（336)，其含有机器可执行指令，其中，对所述指令的执行令所述处理器（330) 接收（100、200、342)处置规划，其中，对所述指令的执行还令所述处理器（330)重复地： -通过使用所述处置规划来控制（340)所述加热系统（304)以在交替的加热周期和冷 却周期期间加热（102、202、344)所述目标区（324); -使用所述处置规划和热声学模型来计算（1〇4、204、346)预定义体积中的当前能量密 度图（350)，其中，在对所述目标区（324)的加热期间重复地更新（348)所述当前能量密度； 并且 -使用所述当前能量密度图（350)来更新所述处置规划。
2. 如权利要求1所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，对所述指令的执行还 令所述处理器（330): -考虑估计的组织冷却的速率，通过使用加权平均来计算（346)各累积能量密度图 (350)以计算（206、346)所述累积能量密度图（350);并且 -在显示器上显示（206、402)所述累积能量密度图（350)。
3. 如权利要求2所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，对所述指令的执行 还令所述处理器（330)考虑接下来的加热事件而根据所述累积能量密度图（350)来修改 (208、404)所述处置规划。
4. 如权利要求2或3所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，对所述指令的执 行还令所述处理器（330) : -使用所述累积能量密度图（350)来确定（210、406)安全功率水平图（418);并且 -在显示器上显示（212、408)所述安全功率水平图（418)。
5. 如权利要求2、3或4所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，如果所述累积 能量密度图（350)的至少一部分高于预定的加热阈值，那么对所述指令的执行还令所述处 理器（330)停止（410)对所述目标区（324)的加热。
6. 如前述权利要求中的任一项所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，所述 医学装置（300、400、500、600、700)还包括磁共振成像系统（3〇 2)，所述磁共振成像系统 (302)包括具有成像区（318)的磁体（306)，其中，所述磁共振成像系统（302)能够从所述 成像区（318)内的目标区（324)采集热磁共振数据（420)，其中，对所述指令的执行还令所 述处理器（330)重复地： -使用所述磁共振成像系统（302)来采集所述热磁共振数据（420);并且 -使用所述热磁共振数据（420)来确定（412)所述预定义体积的热图（424)。
7. 如权利要求6所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，如果所述热图（424) 的至少一部分高于预定温度，那么对所述指令的执行还令所述处理器（330)停止（410)对 所述目标区（ 324)的加热。
8. 如权利要求6所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中,对所述指令的执行还 令所述处理器（330)使用所述热数据（424)来验证（414)所述热声学模型。
9. 如前述权利要求中的任一项所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，对所 述指令的执行还令所述处理器（330)将来自所述成像区（318)内的热数据（424)与累积能 量密度数据（350)组合（416)，以得到对所述成像区（318)之内和之外的目标区（314)中的 实际温度的评估。 1〇·如前述权利要求中的任一项所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，所述 预定义体积至少部分地处于所述目标区（324)之外。
11·如前述权利要求中的任一项所述的医学装置（300、400、500、600、700)，其中，所述 加热系统（304)是以下中的任意一个：高强度聚焦超声（504)、射频加热系统￠02)、微波消 融系统、高温治疗系统、激光消融系统和红外消融系统。
12. -种操作医学装置（300、400、500、600、700)的计算机实施的方法，其中，所述医学 装置（300、400、500、600、700)包括用于加热对象（320)的目标区（324)的加热系统（304)， 其中，所述方法包括： -由所述加热系统来接收（100、200、342)处置规划，并且重复地 -通过使用所述处置规划来控制（340)所述加热系统（304)以在交替的加热周期和冷 却周期期间加热（102、202、344)所述目标区（324); -使用所述处置规划和热声学模型来计算（104、204、346)预定义体积中的当前能量密 度图（35〇)，其中，在对所述目标区（324)的加热期间重复地更新（348)所述当前能量密度； 并且 -使用所述当前能量密度图（350)来更新所述处置规划。
13. -种计算机程序产品，包括由控制医学装置（300、400、500、600、700)的处理器 (330)来执行的机器可执行指令，其中，所述医学装置（300、400、500、600、700)包括： -加热系统（304)，其用于加热对象（320)的目标区（324)，其中，对所述指令的执行令 所述处理器（330)接收（100、200、342)处置规划，其中，对所述指令的执行还令所述处理器 (330)重复地： -通过使用所述处置规划来控制（340)所述加热系统（304)以在交替的加热周期和冷 却周期期间加热（102、202、344)所述目标区（324); -使用所述处置规划和热声学模型来计算（1〇4、204、346)预定义体积中的当前能量密 度图（350)，其中，在对所述目标区（324)的加热期间重复地更新（348)所述当前能量密度； 并且 -使用所述当前能量密度图（350)来更新所述处置规划。
【文档编号】A61N7/02GK104203349SQ201380018585
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年4月3日
【发明者】J·K·恩霍尔姆, K·I·努尔米劳卡斯, M·科勒 申请人:皇家飞利浦有限公司