專(zhuān)利名稱(chēng)：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)挠跋褚龑?dǎo)聚焦超聲治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱治療系統(tǒng)，具體涉及影像引導(dǎo)的聚焦超聲治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如高強(qiáng)度聚焦超聲(頻率大于約20KHz的聲波，更典型地，頻率介于50KHz和5MHz 之間)產(chǎn)生的熱能可用于治療性地處理患者體內(nèi)的內(nèi)部組織。例如，超聲波可用于切除腫 瘤(例如，乳腺腫瘤和子宮纖維瘤)，從而避免了對(duì)侵入性外科手術(shù)的需要。為此，可將具有 由電信號(hào)驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生超聲能量的換能器單元的換能器相控陣列至于患者體外，但是緊靠待 切除的目標(biāo)組織塊。換能器被幾何成型和定位以使得超聲能量聚焦于對(duì)應(yīng)于患者體內(nèi)目標(biāo) 組織塊的“聚焦區(qū)”。波傳播通過(guò)組織時(shí)，一部分超聲能量被吸收，優(yōu)選地引起聚焦區(qū)的目標(biāo) 組織塊溫度增加，并最終導(dǎo)致此處細(xì)胞壞死。可通過(guò)獨(dú)立調(diào)整輸入到每個(gè)換能器單元的電 信號(hào)的幅度和相位快速移置換能器的聚焦區(qū)。超聲換能器的焦斑大小和焦距取決于超聲頻 率、焦深和換能器的孔徑大小。由于目標(biāo)組織塊的大小通常大于聚焦區(qū)的大小，換能器被順 序聚焦到目標(biāo)組織塊中的多個(gè)靶位并被激活，以使目標(biāo)體積完全凝固。順序“聲處理”用于 使期望大小和形狀的整個(gè)組織結(jié)構(gòu)(如腫瘤)發(fā)生凝固性壞死。影像引導(dǎo)的聚焦超聲治療系統(tǒng)提供目標(biāo)可視化和目標(biāo)定位的好處。具體而言，進(jìn) 行聚焦超聲治療步驟之前，先可對(duì)患者進(jìn)行成像，以定位塊并/或設(shè)計(jì)超聲束的軌跡。例 如，利用顯示的體內(nèi)區(qū)域的影像，可以繞目標(biāo)組織塊限定治療邊界，并且可以繞不應(yīng)暴露于 超聲能量束中的組織限定障礙邊界。然后，可以基于這些限定的邊界操作超聲換能器。治 療中，可對(duì)患者進(jìn)行連續(xù)成像以保證目標(biāo)組織塊得到治療而沒(méi)有損傷周?chē)慕】到M織。磁共振成像(MRI)引導(dǎo)提供的另外益處在于體內(nèi)溫度測(cè)繪，這可用于驗(yàn)證每次施 加超聲能量(即聲處理)以殺死目標(biāo)組織塊或其一部分過(guò)程中達(dá)到了足夠的溫度。使用與 圖像處理結(jié)合的傳統(tǒng)MR成像技術(shù)以從MRI數(shù)據(jù)中提取溫度，在每次聲處理期間通過(guò)測(cè)量被 加熱的一部分組織塊的溫度變化(升高)來(lái)完成溫度測(cè)繪。因而，在組織切除預(yù)測(cè)處理過(guò) 程中，準(zhǔn)確的溫度測(cè)量使得可驗(yàn)證聚焦區(qū)的正確位置，并計(jì)算治療期間的累計(jì)熱劑量。如基于MRI的當(dāng)前影像引導(dǎo)的超聲治療系統(tǒng)假定聲學(xué)換能器相對(duì)于待治療的組 織處于預(yù)定且已知的位置。這種情況下，由成像設(shè)備、治療設(shè)備和患者限定的各個(gè)坐標(biāo)系保 持彼此對(duì)齊。然而，如果檢測(cè)到換能器或者患者未經(jīng)計(jì)劃的運(yùn)動(dòng)，這些坐標(biāo)系中一個(gè)或兩個(gè) 坐標(biāo)系就和另外的坐標(biāo)系不再對(duì)齊。就這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，治療過(guò)程必須停止并重新計(jì)劃超聲束的 軌跡。這使治療過(guò)程效率非常低，可能產(chǎn)生較大延誤。有些影像引導(dǎo)的超聲治療系統(tǒng)使用 機(jī)械對(duì)準(zhǔn)的成像和超聲換能器排列，或者使用相同換能器進(jìn)行成像和治療任務(wù)。這些情況 下，如果換能器移動(dòng)的話(huà)，治療系統(tǒng)的坐標(biāo)和成像系統(tǒng)的坐標(biāo)保持對(duì)齊。然而，如果患者移動(dòng)的話(huà)，定義目標(biāo)組織區(qū)域的患者坐標(biāo)系就和成像和治療坐標(biāo)系不再對(duì)齊。當(dāng)代系統(tǒng)要求患者、成像和治療這三個(gè)坐標(biāo)系關(guān)于彼此鎖定或者持續(xù)對(duì)齊，從而可以保證并驗(yàn)證對(duì)目標(biāo)組織區(qū)域進(jìn)行治療而沒(méi)有損傷周?chē)慕】到M織。傳統(tǒng)的，這通過(guò)如 上面簡(jiǎn)單討論的成像和治療換能器的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)以及目標(biāo)組織區(qū)域的靜止不動(dòng)實(shí)現(xiàn)。然而， 換能器控制電路中的電相位改變和電阻抗改變還會(huì)造成成像和治療束未對(duì)準(zhǔn)，即，造成成 像和治療坐標(biāo)系之間的不對(duì)齊。此外，患者治療組織區(qū)域的靜止不動(dòng)實(shí)際上不是總能實(shí)現(xiàn) 的。例如，釋放熱劑量后，例如，進(jìn)行超聲處理，需要冷卻期間以避免在靠近目標(biāo)組織 塊的健康組織處逐步建立的有害且引起疼痛的熱。這一冷卻期間可能明顯比熱劑量期間要 長(zhǎng)。由于徹底治療目標(biāo)組織塊可能需要很多的聲處理過(guò)程，所需的總時(shí)間十分可觀的。這 意味著患者必須在成像設(shè)備內(nèi)很長(zhǎng)時(shí)間保持靜止不動(dòng)，這可能很令人緊張。同時(shí)，切除整個(gè) 目標(biāo)組織塊也很關(guān)鍵的(例如，對(duì)于惡性癌腫瘤)，不能僅為了患者的舒適的緣故而在過(guò)程 中采取捷徑。因此，利用影像引導(dǎo)的聚焦治療系統(tǒng)僅限于治療具有小運(yùn)動(dòng)幅度的組織塊或 者那些易于固定不動(dòng)的組織塊。最近，已提出當(dāng)運(yùn)動(dòng)是周期性時(shí)(例如，由如心動(dòng)周期和呼吸周期的生理周期引 起的運(yùn)動(dòng))，目標(biāo)組織塊相對(duì)于MRI設(shè)備和超聲換能器的運(yùn)動(dòng)可被補(bǔ)償。參看Denis de Senneville,B. ,Mougenot,C.,禾口Moonen,C.,Real-Time Adaptive Methods for Treatment of Mobile Organs byMRI-Controlied High-Intensity Focused Ultrasound, Magnetic Resonance inMedicine 57 :319_330 (2007)。具體而言，可將當(dāng)前治療過(guò)程中獲得的目標(biāo)組 織塊的MRI和治療過(guò)程之前的周期循環(huán)中獲得的目標(biāo)組織塊的參考MRI圖像進(jìn)行比較，然 后信息可被用于預(yù)測(cè)目標(biāo)組織塊相對(duì)于MRI設(shè)備和超聲換能器的偏移。然后，換能器產(chǎn)生 的超聲束可被實(shí)時(shí)電子控制，以連續(xù)將超聲束的聚焦區(qū)保持在運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)組織塊。雖然當(dāng) 跟蹤根據(jù)周期循環(huán)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)組織塊時(shí)，本技術(shù)可能是成功的，但是其不能應(yīng)付目標(biāo)組織 塊的非周期運(yùn)動(dòng)，例如，患者在成像設(shè)備內(nèi)移動(dòng)時(shí)。因而，仍需要一種實(shí)時(shí)使成像設(shè)備、治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)偏移相關(guān) 的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種影像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被配置來(lái) 發(fā)射治療能量束的熱治療設(shè)備。一個(gè)實(shí)施例中，熱治療設(shè)備是被配置來(lái)經(jīng)皮將能量束傳輸 到患者體內(nèi)的外置熱治療設(shè)備。另一個(gè)實(shí)施例中，熱治療設(shè)備是超聲換能器，這種情況下， 能量束是超聲能量束。例如，超聲換能器可以包括多個(gè)獨(dú)立控制的換能器單元，并且可以通 過(guò)調(diào)整施加給各個(gè)換能器單元的各個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位、頻率和幅度中的一個(gè)或多個(gè)控制熱 劑量特性。該系統(tǒng)還包括被配置來(lái)獲得目標(biāo)組織塊和熱治療設(shè)備的圖像的成像設(shè)備(例如 磁共振成像(MRI)設(shè)備)。一個(gè)實(shí)施例中，熱治療設(shè)備和成像設(shè)備是不同設(shè)備，雖然熱治療 設(shè)備和成像設(shè)備可以是同一設(shè)備。該系統(tǒng)還包括控制器，被配置來(lái)控制熱治療設(shè)備的熱劑量特性以將能量束聚焦 在位于患者體內(nèi)區(qū)域的目標(biāo)組織塊；和處理器，被配置來(lái)基于獲得的圖像在共同坐標(biāo)系 (例如三維坐標(biāo)系)中跟蹤熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊各自的位置。可選地，系統(tǒng)包括被配置來(lái)顯示獲得的圖像的顯示器。一個(gè)實(shí)施例中，處理器被配置來(lái)在熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間的非周期性相對(duì) 運(yùn)動(dòng)期間跟蹤熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊各自的位置?？梢远喾N方式中任何一種跟蹤熱治療 設(shè)備和目標(biāo)組織塊各自的位置。例如，處理器可被配置來(lái)以下列方式跟蹤熱治療設(shè)備和目 標(biāo)組織塊各自的位置通過(guò)分析獲得的圖像中和熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之一或者兩者相 關(guān)的基準(zhǔn)標(biāo)志；通過(guò)向和熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之一或者兩者相關(guān)的定位單元發(fā)射信號(hào) 或者接收來(lái)自該定位單元的信號(hào)；或者通過(guò)比較獲得的圖像和一個(gè)或多個(gè)參考圖像?？梢远喾N方式中任何一種使用熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊的被跟蹤的位置。例如， 控制器可被配置來(lái)基于熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊的被跟蹤的位置來(lái)自動(dòng)調(diào)整熱治療設(shè)備 的一個(gè)或多個(gè)熱劑量特性(例如，通過(guò)調(diào)整熱治療設(shè)備的電參數(shù)和/或機(jī)械參數(shù))，以補(bǔ)償 熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間相對(duì)位置的改變。本例中，系統(tǒng)可選地包括用戶(hù)界面，被配置 來(lái)使系統(tǒng)操作員通過(guò)獲得的圖像限定目標(biāo)組織塊的治療邊界；這樣的話(huà)，控制器可被配置 來(lái)自動(dòng)控制熱治療設(shè)備的熱劑量特性以將能量束聚焦于目標(biāo)組織塊限定的治療邊界內(nèi)。用 戶(hù)界面還可被配置來(lái)使系統(tǒng)操作員限定組織的障礙邊界，這種情況下，控制器還可進(jìn)一步 被配置來(lái)控制熱治療設(shè)備的熱劑量特性，以避免用能量束掃過(guò)限定的障礙邊界。如另一個(gè) 例子，處理器可被配置來(lái)基于熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊的被跟蹤的位置跟蹤目標(biāo)組織塊的 經(jīng)治療區(qū)域和未治療區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了另一種影像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被配置 來(lái)發(fā)射具有聚焦區(qū)的治療能量束的熱治療設(shè)備和被配置來(lái)獲得目標(biāo)組織塊的圖像的成像 設(shè)備。熱治療設(shè)備和成像設(shè)備可以具有上述的同樣特征。系統(tǒng)還包括控制器，被配置來(lái)控 制熱治療設(shè)備的熱劑量特性，以將能量束的聚焦區(qū)設(shè)置在和位于患者體內(nèi)的目標(biāo)組織塊一 致的區(qū)域；以及處理器，被配置來(lái)基于獲得的圖像實(shí)時(shí)跟蹤能量束的聚焦區(qū)和目標(biāo)組織塊 之間的相對(duì)非周期運(yùn)動(dòng)?？蛇x地，系統(tǒng)可包括被配置來(lái)顯示獲得的圖像的顯示器。一個(gè)實(shí)施例中，在共同三維坐標(biāo)系中跟蹤能量束的聚焦區(qū)和目標(biāo)組織塊之間的相 對(duì)非周期運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)實(shí)施例中，處理器被配置來(lái)在共同三維坐標(biāo)系中跟蹤能量束的聚焦 區(qū)和目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期運(yùn)動(dòng)?？捎枚喾N方式中任何一種跟蹤能量束的聚焦區(qū)和 目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期運(yùn)動(dòng)。例如，可用上述的任何一種示例技術(shù)在熱治療設(shè)備和 目標(biāo)組織塊之間的非周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間跟蹤熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊各自的位置，或者 如果獲得的圖像是熱敏圖像，可以分析在熱敏圖像中的能量束聚焦區(qū)的熱信號(hào)標(biāo)志。可用多種方式中任何一種使用熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間被跟蹤的相對(duì)非周 期性運(yùn)動(dòng)，其中包括上述方式。例如，控制器可被配置來(lái)根據(jù)能量束的聚焦區(qū)和目標(biāo)組織塊 之間的被跟蹤的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)來(lái)自動(dòng)調(diào)整熱治療設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)熱劑量特性(例 如，通過(guò)調(diào)整熱治療設(shè)備的電參數(shù)和/或機(jī)械參數(shù))，以補(bǔ)償熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間 的相對(duì)位置變化。本例中，系統(tǒng)可選地包括具有上述相同功能的用戶(hù)界面。如另外的例子， 處理器可被配置來(lái)基于熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間的被跟蹤的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)跟蹤 目標(biāo)組織塊的經(jīng)治療區(qū)域和未治療區(qū)域。通過(guò)閱讀下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面和特征將變得顯而易 見(jiàn)，這些實(shí)施例用于說(shuō)明而非限制本發(fā)明。


附圖示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)計(jì)和用途，其中用共同的參考標(biāo)號(hào)指示類(lèi)似的元 件。為了更好地理解如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上面列舉的和其他的益處以及目的，通過(guò)參考附圖 所示的本發(fā)明的具體實(shí)施例給出對(duì)上文簡(jiǎn)述的本發(fā)明的更具體描述。要理解，這些附圖僅 示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，因而不用于限制本發(fā)明的范圍，參考附圖描述和說(shuō)明本發(fā)明更 多特征和細(xì)節(jié)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的影像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)的框圖；圖2是圖1的系統(tǒng)中用于治療位于患者體內(nèi)區(qū)域的目標(biāo)組織塊的超聲換能器的平 面圖；圖3是用電驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制的圖2的超聲換能器的截面視圖；圖4A是圖2的超聲換能器的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖；圖4B是圖2的超聲換能器的替代實(shí)施例的頂視圖；圖5是用圖1的系統(tǒng)執(zhí)行一系列聲處理進(jìn)行治療的組織塊的截面視圖；圖6A-6C是圖1的系統(tǒng)執(zhí)行的一系列聲處理過(guò)程中目標(biāo)組織塊的經(jīng)治療區(qū)域和未 治療區(qū)域的二維像素表示；以及圖7為說(shuō)明圖1中的系統(tǒng)的操作方法的流程圖，該方法用于治療患者體內(nèi)的目標(biāo) 組織塊。
具體實(shí)施例方式總體參看圖1，現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例設(shè)置的影像引導(dǎo)治療系統(tǒng)10。系 統(tǒng)10被設(shè)計(jì)用于由系統(tǒng)操作員12操作以治療患者14體內(nèi)區(qū)域中的目標(biāo)組織塊16(例如 腫瘤)。系統(tǒng)10總體包括聚焦熱治療子系統(tǒng)18、患者臺(tái)20、成像子系統(tǒng)22、計(jì)劃器24、用戶(hù) 界面26和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28。應(yīng)當(dāng)注意到圖1所述部件本質(zhì)上僅為功能性的，并不用于以 任何方式限制執(zhí)行這些功能的結(jié)構(gòu)。例如，幾個(gè)功能塊可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)設(shè)備中，或者一個(gè)功 能塊可在多個(gè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。而且，可用硬件、軟件或固件來(lái)執(zhí)行功能。進(jìn)一步參看圖2，熱治療子系統(tǒng)12包括被配置來(lái)將能量束32傳送到患者14體內(nèi) 的目標(biāo)組織塊16的熱治療設(shè)備30。能量束32通過(guò)將能量束的功率作為熱傳送到目標(biāo)組 織塊16而使目標(biāo)組織塊16的溫度升高。能量束32聚焦在目標(biāo)組織塊16上，以使目標(biāo)組 織塊16的溫度升高到該塊被破壞的溫度。組織中的熱分布由能量束32的聚焦區(qū)34中的 能量密度、組織的聲學(xué)參數(shù)，以及某種程度上還由施加能量束持續(xù)的時(shí)間控制。所示實(shí)施例 中，熱治療設(shè)備30配置為至于患者14體外，這種情況下，能量束32經(jīng)過(guò)皮膚傳送到患者14 體內(nèi)，這樣，能量束32聚焦在距患者14皮膚表面36 —定距離的目標(biāo)組織塊16上。皮膚表 面36到目標(biāo)組織塊16的距離是包括健康組織的近場(chǎng)。近場(chǎng)中的組織不受能量束32損傷 是很重要的。因而，優(yōu)選地，能量束32聚焦在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域，將能量以熱的形式傳 送到目標(biāo)組織塊16。圖3和4A所示的一種實(shí)現(xiàn)方式中，熱治療設(shè)備30采取相控陣超聲換能器的形式， 這種情況下，能量束32采取超聲能量束的形式。一個(gè)實(shí)施例中，換能器30的形狀可能是如 “球形帽”的凹面或者碗形；也就是說(shuō)，其具有基本恒定的曲率半徑，這樣，換能器30具有限 定一部分球面的內(nèi)表面38?；蛘?，如圖4B所示，換能器30具有基本平坦的結(jié)構(gòu)且/或可包括大體為矩形的外周。應(yīng)該理解，換能器330可以采用多種幾何形狀設(shè)計(jì)。此外，系統(tǒng)10的 替代實(shí)施例可以使用聚焦輻射體、聲波透鏡或者聲波反射器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)波束32的最優(yōu)聚焦。 優(yōu)選實(shí)施例中，換能器30的外徑介于大約2厘米和16厘米之間。超聲換能器30將電驅(qū)動(dòng)信號(hào)(下文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)描述)轉(zhuǎn)換成超聲束32形式的 超聲功率。具體而言，超聲換能器30包括多個(gè)換能器單元40，每個(gè)換能器單元40包括壓電 材料或者類(lèi)似硅基換能器的其他材料，這樣，用接近壓電材料或者硅換能器的諧振頻率的 正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，換能器單元40根據(jù)激勵(lì)正弦信號(hào)的相位和幅度振動(dòng)，從而產(chǎn)生期望的超 聲能量束32。換能器30的示例實(shí)施例沿徑向分成6個(gè)同心圓環(huán)42，沿圓周方向分8個(gè)繞中 軸46放置的扇形44，從而將換能器30分成48個(gè)換能器單元40?；蛘撸蓪Q能器30 分成任意期望數(shù)目的圓環(huán)42和/或扇形44。所示實(shí)施例中，每個(gè)換能器單元40的形 狀為弧形的，但是，每個(gè)換能器單元40可具有多種幾何形狀中的一種或多種形狀，例如， 六邊形、三角形、正方形等。圖4B的圖示中示出了一種不同的實(shí)現(xiàn)方式，其中，陣列是平 坦的，具有各向同性地遍布于表面上的大量單元。然而，換能器14的結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明不 重要，可以使用多種公知的超聲換能器中的任一個(gè)，如，平面圓形陣列、線(xiàn)性陣列等。例 如，可在 Cain, C and Umemura, S. , "Concentric-Ringand Sector-Vortex Phase-Array Applications for Ultrasound Hyperthermia，，，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.MTT-34, No. 5，pages 542-551 (May 1986) ^Fjield, T. and Hynyen, K. , "The CombinedConcentric-Ring and Sector-Vortex Phased Array for MRI Guided UltrasoundSurgery，，，IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics,and FrequencyControl, Vol. 44，No. 5，pages 1157-1167 (Sept. 1997)中找到適用于系統(tǒng) 10 的 超聲換能器構(gòu)造的更多信息，在此通過(guò)引用將這些內(nèi)容明確并入。熱治療子系統(tǒng)18還包括電驅(qū)動(dòng)器48，每個(gè)換能器單元40單獨(dú)以傳統(tǒng)方式和電驅(qū) 動(dòng)器48耦合。電驅(qū)動(dòng)器48被配置來(lái)以一個(gè)或多個(gè)頻率向換能器單元40提供電驅(qū)動(dòng)信號(hào) 50，頻率優(yōu)選地為射頻(RF)，例如，從0. 25MHz到10MHz，更優(yōu)選地從0. 5MHz到3. 0MHz。向 換能器單元40提供電驅(qū)動(dòng)信號(hào)50時(shí)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，換能器30從其內(nèi)表面38
發(fā)出超聲能量?，F(xiàn)在具體參看圖1，熱治療子系統(tǒng)18還包括耦合到換能器30的機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52 (或 定位器)。一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52可被操作來(lái)在垂直于換能器30軸的平面內(nèi)與換 能器30共同進(jìn)行移動(dòng)，并且控制換能器30的翻滾和俯仰。題為“Mechanical Positioner for MRI Guided UltrasoundTherapy System” 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 6，582，381 公開(kāi)了優(yōu)選機(jī)械 驅(qū)動(dòng)器(或定位器)，在此通過(guò)引用將該專(zhuān)利明確并入。熱治療子系統(tǒng)18還包括聚焦超聲(FUS)控制器54，其通過(guò)電驅(qū)動(dòng)器48和機(jī)械驅(qū) 動(dòng)器52控制換能器30的熱劑量特性。熱劑量特性可以包括超聲束32的持續(xù)時(shí)間和功率、 超聲束的頻率和超聲束32的聚焦區(qū)34的位置和大小。為了控制換能器30的熱劑量特性， FUS控制器54耦合到電驅(qū)動(dòng)器48，以控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)50(圖3所示)的電參數(shù)(例如，幅度、 頻率和/或相位及持續(xù)時(shí)間)，并由此控制由各個(gè)換能器單元40發(fā)出的超聲能量的電參數(shù)。 例如，F(xiàn)US控制器54可以控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)50的幅度，以控制由換能器30傳送的超聲能量的 強(qiáng)度，和控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)50的相位和頻率以控制聚焦區(qū)34的位置、形狀和大小和/或調(diào)整焦平面的焦距(實(shí)質(zhì)上是位置的子集)(也就是換能器30表面到聚焦區(qū)34的中心的距離)。 也可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)50的頻率以?xún)?yōu)化聚焦區(qū)34內(nèi)的能量密度。為了提供聚焦區(qū)34的精 確定位、動(dòng)態(tài)移動(dòng)和重新確定聚焦區(qū)形狀，希望可以相對(duì)快速地調(diào)整每個(gè)換能器單元40的 相位和/或幅度，例如，在微秒范圍內(nèi)。為了進(jìn)一步控制換能器30的熱劑量特性，并且特別 是聚焦區(qū)34的位置，fus控制器54還耦合到機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52，這樣，可以調(diào)整換能器30的機(jī) 械位置以將聚焦區(qū)34移動(dòng)到期望位置。題為“System and Methods for Controlling Distribution of AcousticEnergy Around a Focal Point Using a Focused Ultrasound System，，的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，506，171， 題為 “Systems and Methods for Reducing Secondary HotSports in a Phase Array Focused Ultrasound System，，的美國(guó)專(zhuān)利 No. 6，419，648 和題為 “Systems and Methods for Creating Longer NecrosedVolumes Using a Phased Array Focused Ultrasound System”的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，613，004公開(kāi)了獲得特定焦距和形狀的更先進(jìn)技術(shù)，在此通過(guò)引 用將這些專(zhuān)利全部明確并入。如下面進(jìn)一步具體描述的，值得注意的是，fus控制器54基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28 提供的信息、基于超聲束32的聚焦區(qū)34和目標(biāo)組織塊16之間的所跟蹤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)自動(dòng)控 制換能器30的電特性和機(jī)械特性，以將超聲能量束32的聚焦區(qū)34位置保持在目標(biāo)組織塊 16內(nèi)。一個(gè)實(shí)施例中，fus控制器54基于換能器30和目標(biāo)組織塊16被跟蹤的位置自動(dòng)控 制換能器30的電特性和機(jī)械特性，以補(bǔ)償治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)位置的任何 變化。還參看圖1，患者臺(tái)56包括填充有脫氣水或類(lèi)似可傳播聲波的液體的腔58，換能 器30放置在腔中?；蛘撸?8可以放置在安裝在活動(dòng)臂上的填充液體的袋子內(nèi)，活動(dòng)臂可 挨著患者身體放置(未示出)?；颊吲_(tái)56還包括可在其上放置患者14的柔性薄膜60。薄 膜60由基本對(duì)超聲波通透的材料構(gòu)成，如Mylar 、聚氯乙烯(pvc)或者其他的適當(dāng)塑料 材料。在薄膜60上提供的填充有液體的袋子(未示出)可以容易地符合放置在臺(tái)56上的 患者14的輪廓，從而聲耦合患者14和腔58內(nèi)的換能器30。另外的或替代實(shí)施例中，可以 在患者14和薄膜60之間提供超聲耦合劑、水或其他液體(未示出)以有助于進(jìn)一步的聲 華禹合。所示實(shí)施例中，成像子系統(tǒng)22被配置來(lái)快速(即實(shí)時(shí))獲得目標(biāo)組織塊16的三 維圖像。明顯地，如下面詳述的，是否實(shí)時(shí)獲得圖像取決于目標(biāo)組織塊16預(yù)期移動(dòng)的速度 以及跟蹤目標(biāo)組織塊16的運(yùn)動(dòng)時(shí)可容許的誤差。例如，如果預(yù)期目標(biāo)組織塊16最快可以 10cm/sec移動(dòng)，跟蹤誤差小于1mm，那么優(yōu)選的成像子系統(tǒng)22每秒至少產(chǎn)生100幅圖像。如 果目標(biāo)組織塊16按照周期循環(huán)運(yùn)動(dòng)(例如，心動(dòng)周期引起的肝臟運(yùn)動(dòng)可以是4cm/sec)，目 標(biāo)組織塊16的運(yùn)動(dòng)就更可預(yù)測(cè)，但是如果目標(biāo)組織塊16非周期循環(huán)運(yùn)動(dòng)(例如，由患者14 的通常動(dòng)作引起的運(yùn)動(dòng))，目標(biāo)組織塊15的移動(dòng)就不可預(yù)測(cè)。優(yōu)選地，成像子系統(tǒng)22獲得 圖像的速率至少5幅圖像/秒，更優(yōu)選地，大于10幅圖像/秒，最優(yōu)選地，大于50幅圖像/ 秒。所示實(shí)施例中，成像子系統(tǒng)22采取為磁共振成像(mri)子系統(tǒng)的形式，其通常包 括高磁場(chǎng)磁體62、梯度場(chǎng)放大器64、射頻(rf)發(fā)射器66、射頻接收器68、mri控制器70、 mri處理器72和顯示器74。
磁體62可以與患者臺(tái)56結(jié)合，并包括用于將患者14容納在其中的區(qū)域。如本領(lǐng) 域所公知的，磁體62在患者14身上提供穩(wěn)定的、相對(duì)均勻的磁場(chǎng)。梯度場(chǎng)放大器64以公 知方式產(chǎn)生改變由磁體62產(chǎn)生的靜態(tài)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)梯度。RF發(fā)射器66產(chǎn)生RF脈沖序列或 者其他信號(hào)并將其發(fā)射到患者14，以使目標(biāo)組織塊16發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，響應(yīng)信號(hào)可包括自由 感應(yīng)衰減(FID)信號(hào)和/或回聲信號(hào)。優(yōu)選實(shí)施例中，RF發(fā)射器66包括磁體62中的RF線(xiàn) 圈(未示出)和脈沖發(fā)射器(也未示出)，脈沖發(fā)射器可具有由合成器(未示出)提供的 和/或由MRI控制器70控制的脈沖發(fā)射器頻率。RF接收器68感測(cè)未經(jīng)處理的MR響應(yīng)信 號(hào)。RF接收器68可以包括獨(dú)立于RF發(fā)射器66的一組RF線(xiàn)圈(未示出)?；蛘?，可以提 供RF發(fā)射器/接收器(未示出)，其被配置來(lái)在發(fā)射RF脈沖序列的發(fā)射模式以和感測(cè)MR 響應(yīng)信號(hào)的接收模式之間交替工作。可以靠近目標(biāo)組織體積放置其他的僅用于接收的或者 接收/發(fā)射MR成像線(xiàn)圈(未示出)，以獲得更好的局部成像質(zhì)量。MRI控制器70提供或以其他方式控制用于操作MRI子系統(tǒng)22的時(shí)序序列。例如， 時(shí)序序列可以包括指示RF發(fā)射器66發(fā)射RF脈沖序列和/或指示RF接收器68監(jiān)聽(tīng)MR響 應(yīng)信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。對(duì)于提供RF發(fā)射器/接收器的替代實(shí)施例，MRI控制器70可以 通過(guò)例如將RF發(fā)射器/接收器的RF線(xiàn)圈在發(fā)射和接收模式之間切換來(lái)控制該操作。MRI 處理器72可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和/或圖像處理器(兩個(gè)都未示出)，用于接收來(lái)自RF接收 器68的MR響應(yīng)信號(hào)，并以傳統(tǒng)方式產(chǎn)生在顯示器74上顯示的MR圖像。另外的或者作為替代，MRI處理器72可以快速地獲得患者14的熱敏圖像。這 種熱敏圖像可以疊加在其他醫(yī)療診斷圖像(如傳統(tǒng)MR圖像)上，或者提供在單獨(dú)的顯 示器上。優(yōu)選地，可以同時(shí)對(duì)目標(biāo)組織塊16和聚焦超聲子系統(tǒng)22加熱的區(qū)域兩者進(jìn)行 成像，從而使操作者可以驗(yàn)證加熱的區(qū)域(即聚焦區(qū)34)對(duì)應(yīng)于目標(biāo)組織塊16。在題為 "MRI-Based TemperatureMapping with Error Resolution" ^^ H^^J No. 6, 559, 644 禾口 題 為"ThermalImaging of Fat and Muscle Using a Simultaneous Phase and MagnitudeDouble Echo Sequence”的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，618，608中可找到關(guān)于獲得熱敏MR圖 像的系統(tǒng)和方法的更多信息，在此通過(guò)引用將這些專(zhuān)利明確并入。明顯地，為了響應(yīng)于內(nèi)臟(如肝臟、腎臟、脾臟、心臟等)的運(yùn)動(dòng)快速調(diào)整超聲能量 束32的聚焦區(qū)34相對(duì)于目標(biāo)組織塊16的位置，希望MR成像器22盡可能快地產(chǎn)生MR圖 像。為此，優(yōu)選地，MR成像器22以相對(duì)小的掃描窗口獲取目標(biāo)組織塊16的圖像。像這樣， 不調(diào)整MR成像器22，運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)組織塊16可能會(huì)移出MR成像器22的掃描窗口之外。為 了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，下文即將詳細(xì)描述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28向MRI控制器70發(fā)送控制信號(hào) 以調(diào)整掃描窗口的位置，以對(duì)應(yīng)目標(biāo)組織塊16的位置。計(jì)劃器24自動(dòng)制定治療計(jì)劃，治療計(jì)劃包括由熱劑量特性代表的一系列治療位 置。治療計(jì)劃的目的是保證通過(guò)計(jì)劃一系列聲處理(即，超聲束32的不同應(yīng)用)完全切除 目標(biāo)組織塊16，如圖5所示，聲處理在目標(biāo)組織塊16內(nèi)的多個(gè)不同點(diǎn)應(yīng)用一系列熱劑量，從 而獲得足以治療整個(gè)目標(biāo)組織塊16的復(fù)合熱劑量。計(jì)劃包括前述根據(jù)缺省參數(shù)確定的熱 劑量特性，如熱劑量閾值、每個(gè)熱劑量的最大允許能量、每個(gè)治療位置的熱劑量持續(xù)時(shí)間、 超聲應(yīng)用(聲處理)之間的冷卻時(shí)間、聲處理的網(wǎng)格密度(多少聲處理應(yīng)重疊)、換能器30 的物理參數(shù)、或者解剖和解剖限制。為了制定治療計(jì)劃，計(jì)劃器24從用戶(hù)界面26接收輸入。例如，一種實(shí)現(xiàn)方式中，用戶(hù)通過(guò)用戶(hù)界面26指定臨床應(yīng)用方案，即，胸、骨盆、眼睛、俯臥等。臨床應(yīng)用方案的選擇 可以控制至少一些缺省參數(shù)。其他實(shí)現(xiàn)方式中，一些或者全部這些參數(shù)都通用戶(hù)界面16作 為用戶(hù)指定的參數(shù)輸入。此外，用戶(hù)可以通過(guò)用戶(hù)界面26編輯任何缺省參數(shù)。一個(gè)實(shí)現(xiàn)方 式中，用戶(hù)界面26包括圖形用戶(hù)界面(GUI)。這種情況下，用戶(hù)采用鼠標(biāo)或觸摸屏導(dǎo)航通過(guò) 顯示器74或其他顯示器所顯示的菜單或選項(xiàng)，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇并提供所需信息。為了進(jìn)一步幫助制定治療計(jì)劃，計(jì)劃器24使用MRI子系統(tǒng)22提供的圖像連同用 戶(hù)界面26提供的輸入。一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，圖像用于限定目標(biāo)組織塊16周?chē)闹委熯吔?，?如，通過(guò)跟蹤顯示器74上顯示的圖像上的線(xiàn)條。圖像是三維的情況下，可以在三個(gè)維度限 定治療邊界。圖像還可用于限定組織周?chē)恼系K邊界，障礙邊界反射聲波(如氣體)，或者 是對(duì)熱照射不同敏感的骨頭或組織。有幾種方法用于改變或更新治療計(jì)劃。例如，每次聲處理結(jié)束時(shí)，目標(biāo)組織塊16 內(nèi)都可能存在累積治療未覆蓋的區(qū)域。每次聲處理之后，可以考慮經(jīng)治療區(qū)域和未治療區(qū) 域以產(chǎn)生更新的治療計(jì)劃。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)未治療區(qū)域的跟蹤，如圖6A-6C所示，每個(gè)目標(biāo)組織 塊16可被保存為由(y)和(x)坐標(biāo)分類(lèi)的像素范圍的二維鏈表。明顯地，如果目標(biāo)組織塊 16要表示成三維塊的形式，目標(biāo)組織塊16可被保存為三維像素范圍的三維鏈表。如圖6A所示，用較淡像素的連續(xù)區(qū)域78代表目標(biāo)組織塊16。然后，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)80 代表像素分布。這種表示類(lèi)型稱(chēng)為“行程編碼”。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)80包括指示包括目標(biāo)組織塊16 的像素的行的鏈表82。因而，對(duì)于行1，表元素82a指示從1到2的像素范圍包括目標(biāo)組織 塊16的一部分，表元素82b指示從7到7的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分，并且表 元素82c指示11到11的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分。對(duì)于行2，表元素82d指 示從1到3的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分，表元素82e指示從7到11的像素范 圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分。對(duì)于行3，表元素82f指示從1到11的像素范圍包括目標(biāo) 組織塊16的一部分。對(duì)于行4，表元素82g指示從1到10的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16 的一部分。還可以看到行0和行5不包括目標(biāo)組織塊16的一部分。因而，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)80中 的這些行不包括任何像素范圍。進(jìn)行聲處理之后，用和圖6A所示的未治療區(qū)域相同的方式顯示被破壞的目標(biāo)組 織塊16的面積(經(jīng)治療區(qū)域)，并且從未治療區(qū)域中減掉經(jīng)治療區(qū)域，以限定目標(biāo)組織塊 16內(nèi)剩余的未治療區(qū)域。幾次聲處理之后，可用如圖6B所示的較淡像素的連續(xù)區(qū)域78表 示目標(biāo)組織塊16。這種情況下，對(duì)于行1，表元素82h指示從1到2的像素范圍包括目標(biāo)組 織塊16的一部分，以及表元素82i指示從6到11的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部 分。對(duì)于行2，表元素82j指示從2到3的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分，表元素 82k指示從7到7的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分，表元素821指示從11到11的 像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分。對(duì)于行3，表元素82m指示從1到11的像素范圍包 括目標(biāo)組織塊16的一部分。對(duì)于行4，表元素82n指示從4到9的像素范圍包括目標(biāo)組織 塊16的一部分。幾次聲處理之后，可用圖6C所示的較淡像素的連續(xù)區(qū)域78表示目標(biāo)組織 塊16。這種情況下，對(duì)于行2，表元素82o指示從1到1的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的 一部分，表元素82p指示從8到10的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分。對(duì)于行4，表 元素82q指示從1到3的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分，并且表元素82r指示從10 到10的像素范圍包括目標(biāo)組織塊16的一部分。題為“Focused UltrasoundSystem withMRI Synchronization"的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，618，620描述了跟蹤目標(biāo)組織塊中的未治療區(qū)域 的更多細(xì)節(jié)，在此通過(guò)引用將該專(zhuān)利明確并入。將治療計(jì)劃或經(jīng)修改的治療計(jì)劃傳給運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28，其計(jì)算由FUS控制器54 用于通過(guò)電驅(qū)動(dòng)器48和機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52控制換能器的熱劑量特性的電和/或機(jī)械參數(shù)。限 定了治療邊界和障礙邊界的情況下，F(xiàn)US控制器54將超聲能量束聚焦在目標(biāo)組織塊的限定 的治療邊界內(nèi)，和/或避免用超聲束32掃過(guò)限定的障礙邊界。值得注意的是，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28被配置來(lái)基于MRI子系統(tǒng)22獲得的圖像實(shí)時(shí) 跟蹤超聲能量束32的聚焦區(qū)34和目標(biāo)組織塊16之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28 跟蹤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以是非周期性的(例如，MRI子系統(tǒng)22內(nèi)的患者的隨機(jī)運(yùn)動(dòng))。由運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償處理器28跟蹤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也可以是周期性的(例如，由生理參數(shù)如呼吸周期和/或心 動(dòng)周期引起的器官運(yùn)動(dòng))。明顯地，超聲束32的聚焦區(qū)34位置和成像坐標(biāo)系中換能器30 的位置有直接關(guān)聯(lián)。因而，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28可以通過(guò)基于獲得的圖像跟蹤換能器30和 目標(biāo)組織塊16在共同的三維坐標(biāo)系(具體為成像坐標(biāo)系)中各自的位置直接跟蹤超聲能 量束32的聚焦區(qū)34相對(duì)于目標(biāo)組織塊16的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一種實(shí)現(xiàn)方式中，可以通過(guò)比較當(dāng)前獲得的換能器30和目標(biāo)組織塊16的圖像和 參考圖像來(lái)定位換能器30和目標(biāo)組織塊16。例如，可以通過(guò)在換能器30的MR圖像和預(yù) 定的圖形模板之間進(jìn)行圖像模板匹配來(lái)定位換能器30，從而推斷出換能器30在圖像坐標(biāo) 系中的坐標(biāo)，該預(yù)定的圖像模板是根據(jù)所使用的視區(qū)確定大小的?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)當(dāng)前獲得的 目標(biāo)組織塊16的圖像和目標(biāo)組織塊16的參考圖像執(zhí)行基于圖像的最大相關(guān)算法來(lái)定位目 標(biāo)組織塊16。替代實(shí)現(xiàn)方式中，不進(jìn)行圖像比較，而是通過(guò)在換能器30上放置定位單元31 定位換能器30。例如，定位單元31可以是基準(zhǔn)單元，這種情況下，可用傳統(tǒng)方法定位MR圖 像內(nèi)代表基準(zhǔn)單元的假象，從而定位換能器30。如另外一個(gè)例子，定位單元31可以是發(fā)射 和/或接收信號(hào)的傳輸/發(fā)射/感測(cè)單元。作為非限定性的例子，發(fā)射/感測(cè)單元31可以 是MR跟蹤設(shè)備，如填充了 MR敏感材料的微線(xiàn)圈，或者是基于梯度的跟蹤設(shè)備，如對(duì)梯度磁 場(chǎng)變化敏感的微線(xiàn)圈，這樣，可以相對(duì)于MRI子系統(tǒng)22定位微線(xiàn)圈(并且由此定位換能器 30)。無(wú)論如何，確定的換能器30和目標(biāo)組織塊16的坐標(biāo)可以等于任何數(shù)，但是，一個(gè)實(shí)現(xiàn) 方式中，坐標(biāo)可以為六個(gè)(例如，x、y和z直角坐標(biāo)和偏航、俯仰和翻滾坐標(biāo))或者這些坐 標(biāo)的一個(gè)子集(例如4個(gè))。雖然上述的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28通過(guò)跟蹤換能器30的位置間接跟蹤超聲能量束 32的聚焦區(qū)34的位置，但是，作為替代或者可選地，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28可以從圖像直接跟 蹤超聲能量束32的聚焦區(qū)34相對(duì)于目標(biāo)組織塊16的位置。例如，可以通過(guò)分析可選的熱 敏圖像，并確定熱敏圖像中的“熱點(diǎn)”或者熱信號(hào)標(biāo)志來(lái)定位超聲能量束的聚焦區(qū)34，熱敏 圖像中的“熱點(diǎn)”或者熱信號(hào)標(biāo)志對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)MR圖像中聚焦區(qū)34相對(duì)于目標(biāo)組織塊16的 位置。聚焦區(qū)34根據(jù)生理周期偏移的情況下，用治療階段之前獲得的MR圖像構(gòu)造運(yùn)動(dòng)圖 冊(cè)，并比較治療期間當(dāng)前獲得的各個(gè)MR圖像和圖冊(cè)中存儲(chǔ)的圖像。Denis de Senneville, B. ,Mougenot,C.,禾口 Moonen,C. ,Real-Time Adaptive Methods for Treatment of Mobile Organs byMRI-Controlied High-Intensity Focused Ultrasound, Magnetic Resonance inMedicine 57 =319-330(2007)公開(kāi)了該技術(shù)的更多細(xì)節(jié)，在此通過(guò)引用將其明確并入。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理器28使用超聲能量束32的聚焦區(qū)34和目標(biāo)組織塊16之間被跟蹤的相對(duì)位置連續(xù)重新計(jì)算或者改變之前基于計(jì)劃器34產(chǎn)生的治療計(jì)劃計(jì)算的電參數(shù)和/ 或機(jī)械參數(shù)的標(biāo)稱(chēng)值。將這些調(diào)整過(guò)的電參數(shù)和/或機(jī)械參數(shù)值傳送給FUS控制器54，其 自動(dòng)調(diào)整換能器30的熱劑量特性，以將超聲能量束32的聚焦區(qū)34位置保持在目標(biāo)組織塊 16，或者以其他方式補(bǔ)償換能器30和目標(biāo)組織塊16之間的相對(duì)位置的變化。如前所述，可通過(guò)控制電驅(qū)動(dòng)器48和機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52改變換能器30的熱劑量特 性，尤其是改變超聲能量束32的聚焦區(qū)34位置。為了實(shí)時(shí)補(bǔ)償換能器30和目標(biāo)組織塊16 之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，必須盡可能快地修改換能器30的熱劑量特性，因而，優(yōu)選地，至少部分通 過(guò)控制比機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52快的電驅(qū)動(dòng)器48調(diào)整超聲能量束32的聚焦區(qū)34位置。作為補(bǔ)償換能器30和目標(biāo)組織塊16之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的替代或者補(bǔ)充，調(diào)整的電 參數(shù)和/或機(jī)械參數(shù)值被傳送給計(jì)劃器24，這樣可以更精確地跟蹤目標(biāo)組織塊16的經(jīng)治療 的和未治療的區(qū)域。即，通過(guò)知道每次聲處理中超聲能量束30的聚焦區(qū)34之間的相對(duì)位 置，可以更精確地生成鏈表82。描述了系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)和功能后，進(jìn)一步參看圖7描述治療目標(biāo)組織塊16時(shí)系統(tǒng) 10的操作。最初，系統(tǒng)操作員12通過(guò)用戶(hù)界面26選擇適當(dāng)?shù)呐R床應(yīng)用方案，之后，計(jì)劃器 24或者FUS控制器54選擇或改變?nèi)笔?shù)(步驟100)。選定臨床方案后，用MRI子系統(tǒng) 22獲得目標(biāo)組織塊16的相關(guān)MR圖像(步驟102)。接下來(lái)，系統(tǒng)操作員12使用獲得的MR 圖像通過(guò)用戶(hù)界面定義治療邊界和障礙邊界(步驟104)。然后，系統(tǒng)操作員12可以通過(guò)用 戶(hù)界面輸入其他缺省參數(shù)，或者修改之前定義的缺省參數(shù)(步驟106)。然后，計(jì)劃器24基 于定義的治療邊界和障礙邊界以及缺省參數(shù)自動(dòng)制定治療計(jì)劃(步驟108)。接下來(lái)，系統(tǒng) 操作員12可以通過(guò)用戶(hù)界面26編輯治療計(jì)劃，例如，通過(guò)增加或刪除治療邊界和/或障礙 邊界，改變一些或全部治療點(diǎn)的位置，或者改變熱劑量特性(步驟110)。如果編輯了治療計(jì) 劃，過(guò)程返回步驟108，重新制定/重新計(jì)算治療計(jì)劃。一旦確定治療計(jì)劃，系統(tǒng)10關(guān)于聚 焦區(qū)34相對(duì)于目標(biāo)組織塊16的位置的正確對(duì)齊被驗(yàn)證(步驟112)。驗(yàn)證步驟可以包括 在目標(biāo)組織塊16的預(yù)定處施加低能熱劑量，產(chǎn)生熱敏圖像，以保證聚焦區(qū)34位于目標(biāo)組織 塊16內(nèi)。如果系統(tǒng)10未能正確對(duì)齊，可以通過(guò)用戶(hù)界面36操作FUS控制器54，以通過(guò)機(jī) 械驅(qū)動(dòng)器52調(diào)整換能器30的機(jī)械位置，然后可將機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52的機(jī)械位置設(shè)為“原始”位 置(步驟114)。然后過(guò)程返回步驟112，重新驗(yàn)證系統(tǒng)10的對(duì)齊。一旦驗(yàn)證完成后，執(zhí)行 治療計(jì)劃(步驟116)。在治療計(jì)劃的執(zhí)行步驟中，可以通過(guò)操作聚焦超聲子系統(tǒng)18進(jìn)行聲處理，同時(shí)通 過(guò)MRI子系統(tǒng)22獲取圖像。MRI圖像可以是隨著執(zhí)行治療計(jì)劃的每個(gè)步驟的熱敏圖像序 列。這些圖像顯示每次連續(xù)熱劑量所造成的實(shí)際熱劑量分布。值得注意的是，在執(zhí)行治療 計(jì)劃時(shí)，位置補(bǔ)償處理器28跟蹤超聲能量束30的聚焦區(qū)34和目標(biāo)組織塊16之間的相對(duì) 位置，并計(jì)算將聚焦區(qū)34保持在目標(biāo)組織塊16的期望位置所需的電參數(shù)和/或機(jī)械參數(shù)， FUS控制器54控制電驅(qū)動(dòng)器48和/或機(jī)械驅(qū)動(dòng)器52，以調(diào)整換能器30的熱劑量參數(shù)。運(yùn) 動(dòng)補(bǔ)償處理器28還可以基于聚焦區(qū)34和目標(biāo)組織塊16之間的被跟蹤的相對(duì)位置跟蹤經(jīng) 治療和未治療的目標(biāo)組織塊16區(qū)域。雖然示出和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，應(yīng)該理解，其意圖不在于將本發(fā)明限于 這些優(yōu)選實(shí)施例，可以不背離本發(fā)明的精神和范圍而進(jìn)行各種修改和改變，這對(duì)本領(lǐng)域技 術(shù)人員是顯見(jiàn)的。因而，本發(fā)明意在包括權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)包括的替代、修改和等價(jià)方式。
權(quán)利要求
一種影像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)，包括配置來(lái)發(fā)射治療能量束的熱治療設(shè)備；配置來(lái)獲得目標(biāo)組織塊和所述熱治療設(shè)備的圖像的成像設(shè)備；控制器，配置來(lái)控制所述熱治療設(shè)備的熱劑量特性，以將所述能量束聚焦在位于患者體內(nèi)區(qū)域的目標(biāo)組織塊；以及處理器，配置來(lái)基于所述獲得的圖像在共同坐標(biāo)系中跟蹤所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊各自的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述熱治療設(shè)備是配置來(lái)經(jīng)皮將所述能量束傳輸?shù)剿?述患者體內(nèi)的外置熱治療設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述熱治療設(shè)備是超聲換能器，所述能量束是超聲能量束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備是磁共振成像(MRI)設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述熱治療設(shè)備和所述成像設(shè)備是同一設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述共同的坐標(biāo)系是三維坐標(biāo)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)在所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組 織塊之間的非周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間跟蹤所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊各自的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)分析所述獲得的圖像中和所 述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊之一或者兩者相關(guān)的基準(zhǔn)標(biāo)志跟蹤所述熱治療設(shè)備和所 述目標(biāo)組織塊各自的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)向和所述熱治療設(shè)備和所述 目標(biāo)組織塊之一或者兩者相關(guān)的定位單元發(fā)射信號(hào)或者接收來(lái)自該定位單元的信號(hào)來(lái)跟 蹤所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊各自的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)比較所述獲得的圖像和一 個(gè)或多個(gè)參考圖像來(lái)跟蹤所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊各自的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置來(lái)基于所述熱治療設(shè)備和目標(biāo)組 織塊的被跟蹤的位置來(lái)自動(dòng)調(diào)整所述熱治療設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)熱劑量特性，以補(bǔ)償所述熱 治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊之間相對(duì)位置的改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，還包括用戶(hù)界面，其被配置來(lái)使系統(tǒng)操作員通過(guò)使用所 述獲得的圖像限定所述目標(biāo)組織塊的治療邊界；其中所述控制器被配置來(lái)自動(dòng)控制所述熱 治療設(shè)備的所述一個(gè)或多個(gè)熱劑量特性以將所述能量束聚焦于所述目標(biāo)組織塊的限定治 療邊界內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)基于所述熱治療設(shè)備和所述目 標(biāo)組織塊的被跟蹤的位置跟蹤所述目標(biāo)組織塊的經(jīng)治療區(qū)域和未治療區(qū)域。
14.一種影像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)，包括配置來(lái)發(fā)射具有聚焦區(qū)的能量束的熱治療設(shè)備；配置來(lái)獲得目標(biāo)組織塊的圖像的成像設(shè)備；控制器，配置來(lái)控制所述熱治療設(shè)備的熱劑量特性，以將能量束的聚焦區(qū)設(shè)置在和位 于患者體內(nèi)的目標(biāo)組織塊一致的區(qū)域；以及處理器，配置來(lái)基于所述獲得的圖像實(shí)時(shí)跟蹤所述能量束的聚焦區(qū)和所述目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述熱治療設(shè)備是配置來(lái)經(jīng)皮將所述能量束傳輸進(jìn) 所述患者體內(nèi)的外置熱治療設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述熱治療設(shè)備和所述成像設(shè)備是同一設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)在共同三維坐標(biāo)系中跟蹤所述 能量束的聚焦區(qū)和所述目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)跟蹤所述熱治療設(shè)備和所 述目標(biāo)組織塊各自的位置跟蹤所述能量束的聚焦區(qū)和所述目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期 性運(yùn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)分析所述獲得的圖像中和 所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊之一或者兩者相關(guān)的基準(zhǔn)標(biāo)志跟蹤所述能量束的聚焦 區(qū)和所述目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)向和所述熱治療設(shè)備和所 述目標(biāo)組織塊之一或者兩者相關(guān)的定位單元發(fā)射信號(hào)或者接收來(lái)自該定位單元的信號(hào)來(lái) 跟蹤所述熱治療設(shè)備和所述目標(biāo)組織塊各自的位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)通過(guò)比較所述獲得的圖像和一 個(gè)或多個(gè)參考圖像來(lái)跟蹤所述能量束的聚焦區(qū)和所述目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期性運(yùn) 動(dòng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述獲得的圖像是熱敏圖像，并且所述處理器被配 置來(lái)通過(guò)分析在所述熱敏圖像內(nèi)所述能量束的聚焦區(qū)的熱信號(hào)標(biāo)志跟蹤所述能量束的聚 焦區(qū)和所述目標(biāo)組織塊之間的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述控制器被配置來(lái)基于所述能量束的聚焦區(qū)和目 標(biāo)組織塊之間的被跟蹤的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)來(lái)自動(dòng)調(diào)整所述熱治療設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)熱 劑量特性，以將所述能量束的聚焦區(qū)位置保持在所述目標(biāo)組織塊處。
24.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置來(lái)基于所述能量束的聚焦區(qū)和所 述目標(biāo)組織塊之間的被跟蹤的相對(duì)非周期性運(yùn)動(dòng)跟蹤所述目標(biāo)組織塊的經(jīng)治療區(qū)域和未 治療區(qū)域。全文摘要
一種影像引導(dǎo)的治療系統(tǒng)，包括配置來(lái)發(fā)射治療能量束的熱治療設(shè)備(超聲換能器)，并且該系統(tǒng)還包括配置來(lái)獲得目標(biāo)組織塊和熱治療設(shè)備的圖像的成像設(shè)備(如磁共振成像(MRI)設(shè)備)。該系統(tǒng)還包括控制器，配置來(lái)控制熱治療設(shè)備的熱劑量特性，以將能量束聚焦在位于患者體內(nèi)區(qū)域的目標(biāo)組織塊；以及處理器，配置來(lái)基于獲得的圖像在共同坐標(biāo)系中跟蹤熱治療設(shè)備和目標(biāo)組織塊各自的位置?？蛇x地，系統(tǒng)包括配置來(lái)顯示獲得的圖像的顯示器。
文檔編號(hào)A61N7/02GK101888876SQ200880109807
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月1日
發(fā)明者B·阿西夫, J·沃特曼, Y·米但 申請(qǐng)人:因賽泰克有限公司