通過磁共振流變學(xué)控制的實(shí)時(shí)能量沉積治療系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括磁共振成像系統(tǒng)的能量沉積治療系統(tǒng)，以及通過磁共振流變學(xué)系統(tǒng)來控制能量沉積治療系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁共振成像技術(shù)中，通過磁共振流變學(xué)對(duì)人類或動(dòng)物組織的機(jī)械屬性進(jìn)行表征是已知的(例如見 Muthipillai R.等人的 “Magnetic resonance imaging of acousticstrain waves”，Proc.Soc.Magn.Reson.Nice，1:189，1995 年)。在磁共振流變學(xué)中，在磁共振成像期間驅(qū)動(dòng)組織以機(jī)械地振蕩，導(dǎo)致引起成像對(duì)比的效果。低頻機(jī)械波被耦合到組織中并且經(jīng)由磁共振序列而被可視化，所述磁共振序列被鎖相到機(jī)械激勵(lì)。常規(guī)的觸診被變成對(duì)診斷值能夠被量化的客觀絕對(duì)物理量的評(píng)估。例如該信息能夠被用來區(qū)分健康和惡性組織。
[0003]美國(guó)專利申請(qǐng)2011/0131278提到采用磁共振彈性成像來推導(dǎo)通過施加高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)造成的溫度分布。其中，提出將磁共振彈性成像數(shù)據(jù)與溫度相關(guān)的粘度相關(guān)聯(lián)，以回顧地監(jiān)測(cè)HIFU應(yīng)用的熱效應(yīng)，以作為對(duì)質(zhì)子共振頻移測(cè)量的替代。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有對(duì)惡性組織的經(jīng)改進(jìn)的可視化和針對(duì)惡性組織的經(jīng)改進(jìn)的特異性的能量沉積治療系統(tǒng)。
[0005]在本發(fā)明的一方面中，通過能量沉積治療系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該目的，所述能量沉積治療系統(tǒng)包括:
[0006]-能量沉積單元，其被提供用于將能量局部地沉積到感興趣對(duì)象的治療區(qū)中，以用于治療目的；
[0007]-換能器單元，其具有至少一個(gè)機(jī)械換能器，所述至少一個(gè)機(jī)械換能器能夠被機(jī)械地耦合到所述感興趣對(duì)象并且被提供用于將機(jī)械振蕩施加到所述感興趣對(duì)象的至少部分;
[0008]-磁共振成像系統(tǒng)，其被提供用于采集來自所述感興趣對(duì)象的至少所述部分的磁共振成像數(shù)據(jù)，包括:
[0009]-磁共振掃描器；
[0010]-圖像處理單元，其被配置為通過處理采集到的所述感興趣對(duì)象的所述部分的磁共振成像數(shù)據(jù)來對(duì)所述感興趣對(duì)象的至少所述部分中的所述機(jī)械振蕩進(jìn)行成像；
[0011]-控制單元，其能被連接到所述能量沉積單元、所述換能器單元以及所述磁共振掃描器，其中，
[0012]所述控制單元被配置為取決于所述感興趣對(duì)象的所述部分的經(jīng)處理的磁共振成像數(shù)據(jù)來控制對(duì)能量的沉積。
[0013]如在本申請(qǐng)中使用的，術(shù)語“治療區(qū)”應(yīng)當(dāng)被具體理解為所述感興趣對(duì)象的組織的區(qū)，所述區(qū):(a)已經(jīng)被識(shí)別為要求沉積能量的形式的處置，(b)必須被保護(hù)以免過度的能量沉積。通常惡性組織被需要被免于處置的健康的功能性組織包圍。
[0014]這樣，能夠在對(duì)能量的沉積的準(zhǔn)備中實(shí)現(xiàn)例如用于癌癥診斷的特異性的大幅上升以及用于區(qū)分惡性組織和健康組織的經(jīng)改進(jìn)的可視化。這種經(jīng)改進(jìn)的分化還支持將能量精確并安全地沉積到所述感興趣對(duì)象的所述治療區(qū)中。
[0015]對(duì)采集到的所述感興趣對(duì)象的所述部分的磁共振成像數(shù)據(jù)的處理可以包括基于相位對(duì)比的磁共振成像技術(shù)。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的，對(duì)所述磁共振成像數(shù)據(jù)的采集可以利用所施加的機(jī)械振蕩而被鎖相，以用于降噪和提高信噪比。
[0016]通過有線連接或通過無線連接或通過二者的組合，所述控制單元能被連接到所述能量沉積單元、所述換能器單元以及所述磁共振掃描器。
[0017]已經(jīng)提出了用于將所述機(jī)械振蕩施加到所述組織的若干不同的機(jī)械換能器，例如使用MR掃描器里面的主磁場(chǎng)B。的電磁設(shè)計(jì)。另外，針對(duì)臨床應(yīng)用提出了壓電驅(qū)動(dòng)換能器或氣動(dòng)設(shè)計(jì)?？傊梢圆捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為適合的任何機(jī)械換能器。
[0018]在另一實(shí)施例中，所述控制單元被配置為在靶向區(qū)不同于所述治療區(qū)的情況下禁用所述能量沉積單元的能量沉積。如在本申請(qǐng)中使用的，術(shù)語“靶向區(qū)”應(yīng)當(dāng)被具體理解為所述感興趣對(duì)象內(nèi)的組織體積，所述能量沉積單元將在激活所述能量沉積單元的時(shí)刻將能量的95%沉積到所述組織體積。這樣，能夠防止對(duì)將所述能量沉積到不同于所述感興趣對(duì)象的所述治療區(qū)的所述靶向區(qū)中的潛在不安全的啟用。
[0019]在又一實(shí)施例中，所述控制單元被配置為僅在所述靶向區(qū)至少部分地與所述治療區(qū)交疊的情況下啟用所述能量沉積單元的能量沉積。這樣，并且基于經(jīng)改進(jìn)的分化，能夠?qū)崿F(xiàn)將能量精確且安全地沉積到所述感興趣對(duì)象的所述治療區(qū)。
[0020]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述能量沉積治療系統(tǒng)包括消融單元，所述消融單元被配置為將組織從所述感興趣對(duì)象消融掉。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)將惡性組織從所述感興趣對(duì)象安全且精確地切除。所述消融單元可以由人類用戶人工控制，或者其可以由非人用戶(例如機(jī)器人)控制。
[0021]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述能量沉積單元包括以下中的至少一項(xiàng):高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)設(shè)備、微波消融單元、沖擊波生成設(shè)備、熱療設(shè)備以及放射治療設(shè)備。這尤其還應(yīng)包括所提到的設(shè)備中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合。這樣，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)能夠被用在廣泛的應(yīng)用中。
[0022]在一些實(shí)施例中，所述換能器單元包括用于介入設(shè)備的至少一個(gè)開放的訪問。這樣，能夠以所述機(jī)械換能器的非常小的干擾來提供用于所述介入設(shè)備的訪問的廣泛選項(xiàng)。
[0023]在又一實(shí)施例中，所述換能器單元包括蜂窩結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)機(jī)械換能器駐留在所述蜂窩結(jié)構(gòu)的第一蜂窩中，并且所述至少一個(gè)開放的訪問被提供在所述蜂窩結(jié)構(gòu)的與所述第一蜂窩相鄰的第二蜂窩中。這樣，結(jié)合所述機(jī)械換能器與所述介入設(shè)備的剛性且明確定義的相對(duì)布置，能夠容易地提供用于所述介入設(shè)備的訪問的選項(xiàng)。
[0024]所述蜂窩結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有與制造蜂窩結(jié)構(gòu)的相同固體材料的大約1/7(±20% )的質(zhì)量密度。所述蜂窩結(jié)構(gòu)提供足夠的機(jī)械剛度，能夠在操作時(shí)穩(wěn)定地支撐所述換能器單元。以這種方式，能夠在所述患者的組織中生成機(jī)械剪切波的穩(wěn)定且被很好地控制的場(chǎng)。由于其開放的結(jié)構(gòu)和較低的質(zhì)量密度，所述蜂窩結(jié)構(gòu)對(duì)于來自所述能量沉積單元的能量沉積輻射具有低反射率。特別當(dāng)通過高強(qiáng)度聚焦超聲完成所述能量沉積時(shí)，所述HIFU設(shè)備和所述換能器單元的相對(duì)取向不受限制。特別地，不需要避免蜂窩結(jié)構(gòu)對(duì)HIFU輻射的反射。利用具有21-192kgm3的質(zhì)量密度的蜂窩結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了好的結(jié)果。所述換能器單元的活塞和外殼可以由具有1200-1220kgm3的范圍中的質(zhì)量密度的聚碳酸酯制成。
[0025]在又一實(shí)施例中，所述換能器單元具有至少兩個(gè)機(jī)械換能器，所述至少兩個(gè)機(jī)械換能器被與所述能量沉積單元一起被集成在單個(gè)外殼中。在所述兩個(gè)機(jī)械換能器的適合的布置中，能夠提供對(duì)于乳腺治療特別有用的能量沉積治療系統(tǒng)。
[0026]在本發(fā)明的另一方面中，利用通過磁共振流變學(xué)系統(tǒng)控制能量沉積治療的方法來實(shí)現(xiàn)所述目的，所述能量沉積治療系統(tǒng)包括:
[0027]-能量沉積單元，其被提供用于將能量局部地沉積到感興趣對(duì)象的治療區(qū)中，以用于治療目的；
[0028]-換能器單元，其具有至少一個(gè)機(jī)械換能器；
[0029]-磁共振成像系統(tǒng)，其包括磁共振掃描器和圖像處理單元；
[0030]所述方法包括以下步驟:
[0031]-將所述機(jī)械換能器機(jī)械地耦合到所述感興趣區(qū)域；
[0032]-激活所述機(jī)械換能器以將機(jī)械振蕩施加到所述感興趣對(duì)象的至少部分；
[0033]-采集來自所述感興趣對(duì)象的所述部分的磁共振成像數(shù)據(jù)；
[0034]-通過處理采集到的磁共振成像數(shù)據(jù)來對(duì)所述感興趣對(duì)象的所述部分中的所述機(jī)械振蕩進(jìn)行成像；
[0035]-在經(jīng)處理的磁共振成像數(shù)據(jù)內(nèi)識(shí)別所述能量沉積單元的靶向區(qū)；并且
[0036]-在所述靶向區(qū)不同于所述治療區(qū)的情況下，省略所述能量沉積單元的能量沉積。
[0037]通過應(yīng)用該方法，能夠在對(duì)能量的沉積的準(zhǔn)備中實(shí)現(xiàn)例如用于癌癥診斷的特異性的大幅上升以及用于區(qū)分惡性組織和健康組織的經(jīng)改進(jìn)的可視化。此外，所述方法防止對(duì)將所述能量沉積到不同于所述感興趣對(duì)象的所述治療區(qū)的所述靶向區(qū)中的潛在不安全的啟用。
[0038]在本發(fā)明的另一方面中，通過利用磁共振流變學(xué)系統(tǒng)控制能量沉積治療系統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)所述目的，所述能量沉積治療系統(tǒng)包括:
[0039]-能量沉積單元，其被提供用于將能量局部地沉積到感興趣對(duì)象的治療區(qū)中，以用于治療目的；
[0040]-換能器單元，其具有至少一個(gè)機(jī)械換能器；
[0041]磁共振成像系統(tǒng)