高強(qiáng)度聚焦超聲輻照的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及引導(dǎo)的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及引導(dǎo)的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療。超聲處置設(shè)備(即，HIFU治療模塊)指導(dǎo)超聲輻照朝向感興趣對(duì)象的靶區(qū)，所述感興趣對(duì)象通常是生物，更典型地是人類(lèi)。
[0003]間質(zhì)和管腔內(nèi)超聲輻照設(shè)備常常包括機(jī)械可移動(dòng)的換能器，所述機(jī)械可移動(dòng)的換能器使得超聲輻照的射束路徑能夠移動(dòng)。示范性應(yīng)用是利用能旋轉(zhuǎn)的尿道內(nèi)換能器處置前列腺癌。相應(yīng)地，換能器是能移動(dòng)的，以便控制在靶區(qū)之內(nèi)HIFU能量被沉積的位置。致動(dòng)器被提供以移動(dòng)換能器。致動(dòng)器由控制單元來(lái)控制，以移動(dòng)(即，旋轉(zhuǎn))換能器，使得生成HIFU能量沉積的軌跡。相應(yīng)地，能夠按要求由HIFU模塊加熱整個(gè)靶區(qū)以用于處置。
[0004]如磁共振成像(MRI)的診斷成像在治療領(lǐng)域中變得越來(lái)越重要。具體地，診斷成像用于獲得靶區(qū)的溫度信息，以監(jiān)測(cè)對(duì)靶區(qū)的加熱。這增加了處置的準(zhǔn)確性。備選地，超聲設(shè)備也能夠用作該領(lǐng)域的成像設(shè)備。
[0005]在當(dāng)前的包括診斷成像設(shè)備和超聲處置設(shè)備的超聲處置系統(tǒng)中，診斷成像設(shè)備用于提供在超聲輻照的射束路徑的方向上的溫度信息。即，診斷成像設(shè)備被配置為監(jiān)測(cè)在形成HIFU沉積(也被稱為聲處理)的區(qū)域中的溫度。超聲處置設(shè)備的控制單元被配置為基于測(cè)得的溫度來(lái)控制在當(dāng)前靶區(qū)處的激活。加熱通過(guò)執(zhí)行對(duì)射束方向的同步的聲處理和移位來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，這在 Rajiv Chopra、Mathieu Burtnyk、Masoom A Haider 以及 MichaelJ Bronskill 的文章‘‘Method of MR1-guided conformal thermal therapy of prostatewith planar transurethral ultrasound heating applicators，，(Phys.Med.B1l.50，第4957-4975頁(yè)，2005年)中被提出。具體地，提出使用以上所述的間質(zhì)和管腔內(nèi)超聲輻照單元，聲功率和旋轉(zhuǎn)速度與靶標(biāo)溫度和沿著靶標(biāo)位置處的聲處理方向測(cè)得的溫度之間的差成比例。該反饋溫度控制遞送聲功率，直到沿著在當(dāng)前靶位置處的射束路徑到達(dá)靶溫度。然而，歸因于超聲射束的寬度，沿著每個(gè)方向上的聲處理在一定程度上重疊。此外，當(dāng)超聲射束不再覆蓋區(qū)域時(shí)，熱擴(kuò)散的效應(yīng)可以導(dǎo)致該區(qū)域的進(jìn)一步加熱。作為特定射束路徑取向的結(jié)果，一旦射束被向前移動(dòng)，則在該位置處發(fā)生額外的溫度升高。僅在超聲射束已經(jīng)移動(dòng)地足夠遠(yuǎn)離位置時(shí)，完成對(duì)該位置的加熱。因此，在靶輪廓處的最終溫度超過(guò)靶標(biāo)溫度無(wú)法預(yù)測(cè)的值。
[0006]相應(yīng)地，控制單元基于在當(dāng)前HIFU沉積的區(qū)域之內(nèi)的當(dāng)前溫度來(lái)決定要應(yīng)用哪些聲處理參數(shù)，例如，聲功率、超聲頻率以及移動(dòng)速度。這要求對(duì)超聲輻照單元的精確校準(zhǔn)，尤其是關(guān)于超聲輻照的射束路徑的方向。此外，歸因于射束參數(shù)，如射束寬度，感興趣對(duì)象的一些區(qū)域能夠被暴露在高于所要求的劑量下。這延長(zhǎng)了對(duì)感興趣對(duì)象的處置所要求的時(shí)間，并且能夠?qū)е赂信d趣對(duì)象在靶區(qū)之外的區(qū)域的不期望的處置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)是提供針對(duì)高強(qiáng)度聚焦超聲輻照加熱的改進(jìn)，所述改進(jìn)克服了以上所述缺點(diǎn)中的至少一些。具體地，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種超聲處置設(shè)備、超聲處置系統(tǒng)以及用于超聲處置的方法，其使得能夠?qū)崿F(xiàn)基于高強(qiáng)度聚焦超聲輻照加熱的處置，其能夠被容易地執(zhí)行，其要求少量時(shí)間以用于校準(zhǔn)目的，其能夠在短時(shí)間內(nèi)被執(zhí)行，其能夠以高準(zhǔn)確度來(lái)執(zhí)行，并且其包括損傷感興趣對(duì)象在靶區(qū)之外的區(qū)域的低風(fēng)險(xiǎn)。
[0008]該目標(biāo)由用于對(duì)感興趣對(duì)象的部分進(jìn)行加熱的超聲處置設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述超聲處置設(shè)備包括:超聲輻照單元，其用于生成高強(qiáng)度聚焦超聲輻照，其中，所述超聲輻照的射束路徑是能沿著用于將超聲能量沉積在所述感興趣對(duì)象的靶區(qū)之內(nèi)的軌跡移動(dòng)的；以及，控制單元，其用于控制所述超聲輻照單元，以沿著所述軌跡移動(dòng)所述超聲輻照的所述射束路徑并將超聲劑量施加到所述靶區(qū)，其中，所述控制單元適于接收所述靶區(qū)的溫度信息，并且適于基于接收到的溫度信息來(lái)控制所述超聲輻照單元，并且所述控制單元適于基于沿著所述軌跡的所述超聲輻照的所述射束路徑的當(dāng)前方向和至少一個(gè)先前方向的溫度來(lái)控制所述超聲福照單元。
[0009]該目標(biāo)也由超聲處置系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述超聲處置系統(tǒng)包括以上所述的超聲處置設(shè)備和用于提供感興趣對(duì)象的靶區(qū)的溫度信息的診斷成像設(shè)備，其中，所述超聲處置設(shè)備的控制單元適于接收來(lái)自所述診斷成像設(shè)備的所述溫度信息。
[0010]該目標(biāo)還通過(guò)用于對(duì)感興趣對(duì)象的部分進(jìn)行加熱的超聲處置的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟:生成高強(qiáng)度聚焦超聲輻照，其中，所述超聲輻照的射束路徑是能沿著用于將超聲能量沉積在所述感興趣對(duì)象的靶區(qū)之內(nèi)的軌跡移動(dòng)的；控制所述超聲輻照，以沿著所述軌跡移動(dòng)所述超聲輻照的所述射束路徑并將超聲劑量施加到所述靶區(qū)；接收所述靶區(qū)的溫度信息；并且基于接收到的溫度信息來(lái)控制所述超聲輻照，其中，對(duì)所述超聲輻照的控制是基于沿著所述軌跡的所述超聲輻照的所述射束路徑的當(dāng)前方向和至少一個(gè)先前方向的溫度的。
[0011]該目標(biāo)也通過(guò)用于更新超聲處置設(shè)備的軟件包來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述軟件包包含用于根據(jù)以上所述方法來(lái)控制所述超聲處置設(shè)備的指令。
[0012]該目標(biāo)還通過(guò)用于更新超聲處置系統(tǒng)的軟件包來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述軟件包包含用于根據(jù)以上所述方法來(lái)控制所述超聲處置系統(tǒng)的指令。
[0013]通過(guò)查看沿著已經(jīng)完成加熱的軌跡的所述超聲輻射的聚焦的先前方向的溫度或熱劑量分布，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的對(duì)所述處置的控制。即使該先前聲處理不同于當(dāng)前實(shí)施的聲處理，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這是組織和超聲系統(tǒng)表現(xiàn)的良好指標(biāo)。所述控制單元確定在沿著所述超聲福照軌跡的移動(dòng)聚焦的當(dāng)前加熱未結(jié)束時(shí)施加何種超聲劑量。所述超聲劑量涉及聲處理參數(shù)，例如，聲功率、超聲頻率以及旋轉(zhuǎn)速度。
[0014]對(duì)所述超聲劑量的控制能夠基于由所述診斷成像設(shè)備提供的溫度或基于對(duì)基于由所述診斷成像設(shè)備提供的溫度的熱劑量的計(jì)算。兩種途徑均被證明是可靠的。在相等的分鐘內(nèi)到43°C (EM)處的加熱中定義的熱劑量涉及對(duì)足以獲得對(duì)靶區(qū)的組織的期望的影響的時(shí)間和溫度的評(píng)價(jià)。用來(lái)評(píng)估組織消融的典型熱劑量閾值是240EM。不同的方法能夠用于確定針對(duì)所述射束路徑的先前位置沿著所述超聲輻照的所述射束路徑的所述軌跡達(dá)到的溫度或熱劑量。
[0015]簡(jiǎn)單的溫度驅(qū)動(dòng)途徑包括使用反向定位(即，沿著所述軌跡的沿著所述超聲輻照的所述先前方向)檢測(cè)到的最大溫度。該方法相對(duì)易于實(shí)施，這是因?yàn)椴恍枰_地估計(jì)聲處理在何種程度上在時(shí)間或位置方面已經(jīng)反向完成。該方法不依賴于移動(dòng)速度，并且靶輪廓是相對(duì)魯棒的。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)最大溫度的搜索被限制在所述超聲輻照的所述射束路徑的位置和/或熱位置的相關(guān)范圍。更優(yōu)選地，對(duì)最大溫度的搜索被限制在預(yù)定義的靜態(tài)范圍。對(duì)于具有所述超聲輻照的旋轉(zhuǎn)射束路徑的設(shè)備，所述位