專利名稱：用于實時監(jiān)測響應(yīng)于所施加力的組織位移的消融控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及消融控制，并且更具體而言，涉及實時控制以獲得預(yù)定的損傷 (lesion)尺寸。
背景技術(shù)：
使用高強度聚焦超聲(HIFU)的腫瘤消融治療已經(jīng)開展了多年的研究，并且正在進入美國市場和臨床試驗。可以通過手術(shù)和/或化療醫(yī)學(xué)地治療諸如癌的腫瘤。消融治療提供了一種微創(chuàng)的備選方案。消融可以通過各種備選方式實施，諸如通過加熱(例如，射頻(RF)消融、高強度聚焦超聲(HIFU)消融、微波和激光)、冷凍(例如，低溫消融)或化學(xué)反應(yīng)。HIFU是無創(chuàng)的，因為熱能從體外施加以聚焦在腫瘤上，但能量在集中在目標(biāo)腫瘤上之前，不會足夠地集中以至危害患者皮膚或更多的內(nèi)部組織。諸如HIFU消融的熱消融提高焦點處的溫度直至使消融點處的可能為惡性的腫瘤壞死，即被殺死。壞死的身體組織稱為損傷。然后該過程移動至另一消融點，并逐點地繼續(xù)直到消融了整個腫瘤。根據(jù)經(jīng)受治療的區(qū)域的圖像引導(dǎo)消融。成像可以是超聲、磁共振成像(MRI)或諸如熒光的X-射線成像。MRI被用于在消融中引導(dǎo)HIFU，但較為昂貴。昂貴的費用可能使這一方法的使用僅局限于全球性的研究中心。同時，可能存在熱消融裝置的MR兼容性問題。已經(jīng)提出了借助超聲的聲輻射力來監(jiān)測HIFU消融。超聲波向目標(biāo)身體組織施加集中在波的焦點處的“推動(push) ”。在推動之前和之后的成像數(shù)據(jù)能夠揭示關(guān)于經(jīng)受推動的身體組織的特性的信息。更具體而言，通過HIFU治療或通過其他手段在特定位置使之壞死的組織在某些情況下變得比未經(jīng)治療的組織更為僵硬。因此，對于相同大小的推動力，產(chǎn)生了較小的軸向位移。推動和隨后的追蹤能夠檢測到變小的位移，并且因此能夠用于檢測通過消融形成的損傷的存在。Lizzi等人(“Lizzi”)指出了由于輻射力而產(chǎn)生的位移在實時HIFU消融監(jiān)測中的使用。F. Lizzi、R. Muratore> C. Deng、 Τ. A. Ketterling、S. K. Alam、S. Mikaelian 禾口 A. Kalisz, Ultrasound in Med. & Biol. Vol. 29, No.11,1593-1605 (2003)。Lizzi的研究提出應(yīng)當(dāng)持續(xù)治療直至其響應(yīng)于推動而得到移動特征的預(yù)定改變。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明一方面中，提出需要一種更令人完全滿意的消融監(jiān)測方法的概念和實施方案。本發(fā)明涉及通過提供對一種精確、快速、低成本、簡單和便捷的技術(shù)的實現(xiàn)，來解決在監(jiān)測消融中現(xiàn)有技術(shù)的局限。
基于溫度監(jiān)測HIFU消融治療的現(xiàn)有技術(shù)MRI方法精確，但卻需要使用高成本的MR 套件。在現(xiàn)有技術(shù)中，超聲引導(dǎo)的HIFU(USgHIFU)治療在已經(jīng)實施治療之后，逐個消融點地評估所形成的損傷的程度。在這一評估過程中耗費的時間延長了消融過程的持續(xù)時間。此外，一種典型的方法是輸入消融強度和持續(xù)時間，并且隨后在消融點處執(zhí)行消融。然而，本發(fā)明人已經(jīng)注意到，治療時間并不是損傷尺寸的良好指示(indicator)。因而， 需要在這樣的過程中在將治療聚焦(focus)移動至下一消融點之前評估損傷尺寸(并確保已經(jīng)按照治療規(guī)劃獲得了預(yù)期的損傷尺寸)。此外，由于當(dāng)前使用的超聲解決方案在預(yù)測劑量(S卩，以當(dāng)前強度應(yīng)用HIFU的持續(xù)時間)時不夠精確，該方法在治療期間使劑量過量以確保整個區(qū)域的壞死。Lizzi的研究指出在對HIFU的實時監(jiān)測中使用聲輻射力、超聲技術(shù)，以及基于運動特征的預(yù)定改變終止HIFU。然而，Lizzi的研究未指明什么樣的特定改變將慎重地作為何時終止治療、或者何時以及如何確定實現(xiàn)了預(yù)定改變的指示。具有一種對應(yīng)當(dāng)何時停止治療的可靠的指示將較為有利，所述指示允許可靠地自動進行實時消融。為了更好地解決這些問題中的一個或多個，根據(jù)本發(fā)明，停止(halting)在當(dāng)前消融點處對身體組織的消融以獲得預(yù)定的損傷尺寸包括針對當(dāng)前消融點實時監(jiān)測響應(yīng)于施加到身體組織的力而發(fā)生的位移。通過監(jiān)測位移獲得的一個或多個位移值與特征曲線配準(zhǔn)(register)。基于所述配準(zhǔn)實時停止在當(dāng)前消融點處的消融。在停止時即獲得了預(yù)定的損傷尺寸。在另一方面中，通過監(jiān)測并在出現(xiàn)所監(jiān)測到的位移的峰值之后，在檢測到所監(jiān)測到的位移的端點值時執(zhí)行停止。在又一方面中，在檢測之前確定端點值，并通過配準(zhǔn)執(zhí)行確定。在另一方面中，根據(jù)與特征曲線的配準(zhǔn)，實現(xiàn)端點值的確定。在又一方面中，在推動治療周期(cycle)中執(zhí)行在消融點處的消融，所述推動治療周期具有監(jiān)測部分和治療部分。作為第一周期的結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)對端點值的確定。在另一方面中，確定端點值需要針對相應(yīng)觀測到的損傷尺寸將曲線匹配至標(biāo)準(zhǔn)化的位移差。在本文中，對于已經(jīng)觀測到其尺寸的損傷中相應(yīng)的一個，標(biāo)準(zhǔn)化的位移差是指標(biāo)準(zhǔn)化的峰值位移與標(biāo)準(zhǔn)化的端點位移之間的差。本文中，在峰值位移經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)化之后，隨即對端點位移進行標(biāo)準(zhǔn)化。在又一方面中，根據(jù)經(jīng)驗性的觀測導(dǎo)出特征曲線。確定監(jiān)測到的位移的端點值還需要對通過組織學(xué)確定的曲線進行評估。在又一方面中，所施加的力是聲輻射力。在消融點處的消融需要一系列的監(jiān)測-治療周期。該系列周期被安排在推動之前。響應(yīng)于推動而產(chǎn)生初始位移值。此外，根據(jù)推動，檢測發(fā)生初始位移值的位置。在所述一系列的監(jiān)測-治療周期之前，基于所檢測到的位置以及與消融點重合的預(yù)設(shè)計位置對準(zhǔn)治療焦點(focus)。在基于上述方面的實施例中，初始位移值是空間最大位移的值。
在另一方面中，自動執(zhí)行監(jiān)測、配準(zhǔn)和停止而無需用戶干預(yù)。在后一方面的特定變化方案中，自動重復(fù)這些步驟而無需用戶干預(yù)，從而不斷重復(fù)地推進至不同的消融點。所得到的消融點被設(shè)置在指定的感興趣區(qū)域中，并形成覆蓋在感興趣區(qū)域上的消融點的矩陣。根據(jù)本發(fā)明的這些和其他方面，提供了對劑量施予的更多控制，從而防止組織的劑量不足或劑量過量。提供了一種便捷和經(jīng)濟的全超聲實施方式，使得這種類型的治療能夠在美國和新興市場中得到更為廣泛地應(yīng)用。下文將參考附圖進一步闡述新穎的消融控制的細(xì)節(jié)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性功能圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明所推薦的信號定時安排中的一種類型；圖3是根據(jù)本發(fā)明圖示出通過其能夠使治療焦點與目標(biāo)消融點對準(zhǔn)的一種方法的曲線圖的范例；圖4是根據(jù)本發(fā)明隨時間推移的典型位移以及擬合到曲線圖的初始部分以檢測峰值的二次曲線的曲線圖的一個范例；圖5是根據(jù)本發(fā)明隨時間推移的標(biāo)準(zhǔn)化的位移的典型曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明損傷尺寸與標(biāo)準(zhǔn)化的位移差的曲線圖的范例；圖7是根據(jù)本發(fā)明準(zhǔn)備和初始化消融控制裝置的范例的流程圖；以及圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的消融治療裝置的示范性操作的流程圖，其中，可以由醫(yī)生引導(dǎo)或自動進行逐點移動。
具體實施例方式圖1通過示意性和非限制性范例描繪了消融設(shè)備100的功能圖，如圖1的上部所示，其包括治療部分105和消融控制裝置110。如下部更為詳細(xì)示出的，消融控制裝置110包括監(jiān)測部分115和控制部分120。治療部分105具有高強度聚焦超聲(HIFU)換能器125，其通過匹配網(wǎng)絡(luò)135連接至RF (射頻)放大器130。監(jiān)測部分115包括成像器換能器140，其通過發(fā)送/接收(T/R)開關(guān)155連接至脈沖器145和接收器150?？刂撇糠?20包括任意波形發(fā)生器(AWG)和觸發(fā)器160、數(shù)字轉(zhuǎn)換器165和處理器170。處理器170包括圖形用戶界面(⑶I) 175、主信號發(fā)生器180和用于控制檢查臺和換能器125、140的定位的運動控制器185。換能器被罩在通過計算機控制或手動放置在患者身上的探頭中。備選地，可以將探頭放置在柔性軟軸(shaft)的端部，如在麻醉狀態(tài)下通過患者的口腔引導(dǎo)至體內(nèi)。HIFU換能器125聚焦超聲(其為射頻或“RF”能量)從而由此消融腫瘤或其他消融目標(biāo)。HIFU換能器125通過RF放大器130中放大的信號驅(qū)動。經(jīng)放大的信號通過匹配網(wǎng)絡(luò)135以匹配換能器125和放大器130的阻抗。雖然僅在治療部分105中提供了匹配網(wǎng)絡(luò)135，但相鄰部件之間阻抗的接近度也可以作為或者替代監(jiān)測部分115中的匹配網(wǎng)絡(luò)，或者可以不作為利用匹配網(wǎng)絡(luò)實施的任一部分。HIFU換能器125還以聲輻射力成像(ARFI)推動的形式傳遞超聲，并接收來自消融對象的回波。術(shù)語“消融對象”在下文中是指接受治療的醫(yī)學(xué)患者，即人或動物，或者是諸如開展測試時的任意身體組織。成像器換能器140發(fā)射超聲以詢問ARFI推動已經(jīng)使身體組織移動的程度。所發(fā)射的超聲還能夠用于評估正在治療的腫瘤的范圍。雖然本發(fā)明不局限于用于推動和成像的分立換能器，但用于這兩種功能的分立換能器允許追蹤推動的結(jié)果，從而在推動之后立即緊密跟進，以便由此生成更為精確的結(jié)果。脈沖器145驅(qū)動成像器換能器140，令換能器朝向消融對象發(fā)射超聲。接收器150 接收回來自消融對象的RF數(shù)據(jù)。T/R開關(guān)155在這兩種模式之間切換。AW(i&觸發(fā)器160發(fā)出信號，以控制超聲的發(fā)射以及對回波返回的RF數(shù)據(jù)的接收。 可以選通AWG，從而根據(jù)正經(jīng)受消融的活體消融部位的位置獲得心跳和/或呼吸周期的實時特定快照。數(shù)字轉(zhuǎn)換器165收集進入的RF數(shù)據(jù)并且將其提供至⑶I 170。⑶I 170處理RF數(shù)據(jù)。其還創(chuàng)建圖像以供在監(jiān)視器上顯示并用于進行處理以導(dǎo)出位移數(shù)據(jù)。與GUI 170和監(jiān)視器相關(guān)聯(lián)的是用戶界面輸入/輸出裝置，其可以包括鍵盤、刻度盤、滑動條、追蹤球、觸敏屏、指針和任何其他已知和合適的致動器。圖2圖示了一種用于使消融控制裝置110中的推動、追蹤和治療脈沖同步的方案。 在所示的示范性實施例中，主觸發(fā)205之后是來自HIFU換能器125的推動210。根據(jù)正經(jīng)歷消融的組織的機械特性，推動持續(xù)時間設(shè)置在10和15毫秒(ms)之間。推動210之后是從成像器換能器140發(fā)射的兩個追蹤脈沖215、220。追蹤脈沖215、220是A-模式脈沖，即由單個換能器產(chǎn)生，而非由換能器陣列產(chǎn)生，并被用于在身體組織內(nèi)沿A-線感知不同深度的結(jié)構(gòu)。在推動210之后立即發(fā)出追蹤脈沖215，以詢問受迫(strained)的組織值。在約 12ms之后，追蹤脈沖220發(fā)送并表示松弛(或靜息)的組織值。數(shù)字轉(zhuǎn)換器165在這兩個追蹤脈沖215、220中的每個之后立即記錄兩個脈沖的相應(yīng)返回回波225、230。根據(jù)這兩個返回回波225、230獲得的RF數(shù)據(jù)之間的差表示身體組織響應(yīng)于推動210而行進的位移。這整個序列是監(jiān)測治療周期240的監(jiān)測部分235，并持續(xù)20到30ms。HIFU換能器125在治療部分245期間遞送治療，治療部分245更長并持續(xù)970到980ms。整個監(jiān)測-治療周期240 持續(xù)約1秒，即Is。其他可能的定時序列可以替代圖2中的一個，諸如其中兩個追蹤脈沖的第一個在推動之前，而第二追蹤脈沖發(fā)生在推動之后。如圖2所示，將第一追蹤脈沖的結(jié)果揭示的空間位置與第二追蹤脈沖的結(jié)果揭示的空間位置進行比較，從而導(dǎo)出有推動導(dǎo)致的位移。作為另一范例，監(jiān)測可以與推動同時進行。同樣地，誘發(fā)的位移可以諸如隨諧動成像(HMI)而擺動。由于在推動210中施加的超聲波束的聚焦特性，在焦點處位移最大。然而，在軸向和徑向遠(yuǎn)離焦點處發(fā)生較小程度的位移。隨著時間推移，位移受來自HIFU換能器125的治療超聲波束傳遞的熱量的影響。為了利用更大和更顯見的位移，以及為了在逐個消融點測量過程中的一致性，需要將傳遞推動210的波束聚焦在治療超聲波束的焦點(或“治療焦點”)處，從而使得兩個焦點重合。從同一 HIFU換能器125發(fā)射兩個波束。盡管治療波束與推動波束相比處在更高的功率水平，但是兩種波束共享相同的聚焦參數(shù)和相同的焦點(或“聚焦點”)。追蹤脈沖215、220源自分立的換能器，而非產(chǎn)生推動/治療焦點的換能器；然而， 兩種換能器125、140優(yōu)選以固定的空間關(guān)系并且共焦地進行配置。為了將治療焦點與目標(biāo)身體組織對準(zhǔn)，將A-模式成像用于在治療開始前在屏幕上顯示治療區(qū)域。臨床醫(yī)生可以通過指向(利用觸敏屏)或?qū)Ш街?諸如通過操縱鼠標(biāo))圖像中的相應(yīng)點而定位下一消融點(即，向系統(tǒng)指明其位置)?；谶@一定位，可以調(diào)節(jié)治療焦點參數(shù)以接近所指定的位置。然而，由于組織中不同成分的聲和熱屬性的不確定性，可能影響推動和治療的部位。因而，盡管對參數(shù)進行了調(diào)節(jié)，但推動可能實際上發(fā)生在與臨床醫(yī)生指出的位置略有變化的位置。因此，為了更為精確地聚焦在預(yù)期的位置，在對參數(shù)進行調(diào)節(jié)之后采取附加步驟。 具體而言，根據(jù)本發(fā)明一個方面，如參考圖3更為詳細(xì)的論述，基于反饋回的位移數(shù)據(jù)將治療焦點對準(zhǔn)到指定的位置。圖3示出了一種方法，通過所述方法可以精確地定位治療焦點305用以隨后與目標(biāo)消融點對準(zhǔn)。圖3的曲線圖表示沿A-線的位移310。術(shù)語“初始位移” 315是指沿所示 A-線的位移310的最大值，所述位移全部由預(yù)先周期(pre-cycle)的推動210產(chǎn)生。此外， 因為所示的A-線與推動波束對準(zhǔn)，所以初始位移315的位置不僅是沿A-線空間最大位移的位置，而且是對三維空間中空間最大位移的估計。由于推動和治療波束是共焦的，治療焦點305與初始位移315的位置重合。追蹤現(xiàn)在已經(jīng)定位了初始位移315，即治療焦點305，所有剩下工作是將治療焦點與臨床醫(yī)生在屏幕上指示的位置對準(zhǔn)。后者的位置是下一消融點的預(yù)期的位置。在執(zhí)行對準(zhǔn)的過程中，將臨床醫(yī)生基于憑借成像器換能器140獲取的屏幕成像的指定匹配至作為從相同換能器發(fā)送的追蹤脈沖215、220的結(jié)果返回的RF數(shù)據(jù)225、 230?；仡櫼褜崿F(xiàn)對準(zhǔn)的預(yù)先周期推動210，所述預(yù)先周期在監(jiān)測治療周期240之前并且將不需要治療部分。如上所述，預(yù)先周期推動210的目的是識別進入身體組織的深度，即發(fā)生初始位移315的位置，其在當(dāng)前范例中約為63mm，并由此定位治療焦點305。一旦定位了治療焦點305，就可以將其與在屏幕上指定的位置對準(zhǔn)，所述位置是下一消融點的預(yù)期位置。消融控制裝置110在下一周期之前自動使這一對準(zhǔn)發(fā)生，這是監(jiān)測治療周期MO的第一步。下文將結(jié)合圖5進一步詳細(xì)討論與隨后的監(jiān)測治療周期240分離的預(yù)先周期。圖4是隨著時間推移的典型位移以及擬合至曲線圖的初始部分以檢測峰值的二次曲線的曲線圖的范例。在曲線圖中，周期數(shù)為零是指監(jiān)測治療周期240的開始，并且發(fā)生在預(yù)先周期之后。在圖4的范例中，起始位移405示為大約ΙΙΟμπι。由于身體組織的不均一性，起始位移405根據(jù)逐消融點、逐個體以及逐組織樣本而變化。隨著時間推移，利用每個相繼的監(jiān)測治療周期對0，在治療焦點305處基于組織位移410獲得了治療效果。由于所施加的熱量軟化了組織，位移410初始隨時間而增加。在一定治療時間之后，位移410到達(dá)峰值415并開始減小，這表明組織開始變硬(即，發(fā)生壞死)。直到治療到達(dá)位移410或 “端點位移120中的停止點都可以觀測到減小。在治療結(jié)束之后，隨著組織冷卻位移410緩慢減小。然而，溫度對細(xì)胞壞死的效果仍然存在。正如本文所使用的表述，“停止對身體組織的消融”限定為停止由消融設(shè)備將改變機械屬性的能量傳遞至身體組織的應(yīng)用。二次曲線425可以實時擬合至位移410以檢測峰值415。當(dāng)二次曲線425的斜率變?yōu)榱悴⑶议_始變?yōu)樨?fù)數(shù)時即檢測到了峰值415?？梢酝ㄟ^對零斜率點附近的時段內(nèi)例如五個周期的位移410測量值進行平均來估算峰值415。下文將結(jié)合圖5詳細(xì)討論檢測峰值 415的原因。圖5是隨著時間推移，或者更具體而言，根據(jù)周期數(shù)510的標(biāo)準(zhǔn)化的位移505的示意性曲線圖。圖5的曲線圖，下文稱為特征曲線515，其可以通過將每個位移410除以起始位移405而根據(jù)圖4的位移曲線圖導(dǎo)出。特征曲線515還可以是基于在不同消融點處的經(jīng)驗性觀測對若干這樣的導(dǎo)出的曲線的組合，諸如平均。由于身體組織的上述不均一性，圖 5(周期數(shù)510的)的時間刻度可以根據(jù)消融點、個體或組織樣本而縮小或擴展。因而，標(biāo)準(zhǔn)化位移的時間率(time rate)是可變的。然而，特征曲線515的形狀對于給定類型的身體組織保持恒定，所述組織諸如是肝、乳房、心臟。這意味著，一旦已經(jīng)識別出特征曲線515上的點，則識別了所有的點。這是非常重要的，因為特征曲線515上的一些點與特定的損傷尺寸相關(guān)聯(lián)。因而，識別在消融點處正進行的消融已經(jīng)到達(dá)特征曲線515上特定點的能力，能夠得到對何時停止消融以實現(xiàn)預(yù)期的損傷尺寸的精確預(yù)測。在本文所使用的術(shù)語“特征曲線”中的“特征” 一詞是指區(qū)別特征或?qū)傩浴^(qū)別特征或?qū)傩钥梢允巧眢w組織所特有的。在當(dāng)前消融期間，可以實時獲得預(yù)標(biāo)準(zhǔn)化的位移410。根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)是將一個或多個位移410與特征曲線515的相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)化位移505配準(zhǔn)。特征曲線515上的兩個界標(biāo)點是根據(jù)慣例設(shè)置為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的起始位移530以及標(biāo)準(zhǔn)化的峰值位移535。相關(guān)的預(yù)標(biāo)準(zhǔn)化位移分別是起始位移405和峰值位移415。起始位移405緊隨預(yù)先周期。如上文進一步提到的，預(yù)先周期無需具有治療部分。 事實上，優(yōu)選其不具有治療部分。這是因為，由于身體組織中的不均一性，在近似一秒期間的加熱期間未在監(jiān)測治療周期240開始時造成可靠的位移值。需要在開始時有可靠的位移值410，以便使用該位移值作為預(yù)測何時停止在當(dāng)前消融點處的消融的基礎(chǔ)。特別地，由于在開始時間進行了與當(dāng)前消融點的對準(zhǔn)，預(yù)測適當(dāng)?shù)鼗趶漠?dāng)前消融點導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。此外，如果預(yù)先周期省略了治療部分M5，則避免了上述熱不均勻效應(yīng)。因此，監(jiān)測治療周期中的第一個的位移值，即起始位移405，根據(jù)本發(fā)明，可以取決于對當(dāng)前消融點處的消融的停止點的預(yù)測。更具體而言，起始位移405可以與起始標(biāo)準(zhǔn)化位移530配準(zhǔn)。借助特征曲線515，該配準(zhǔn)允許在預(yù)測何時應(yīng)當(dāng)停止位移方式的消融以在停止之后獲得預(yù)定損傷尺寸的過程中利用起始位移405。如下文更為詳細(xì)地論述，起始位移405因而是可以用作本文中成為治療進展率獨立(therapy-progress-rate-ind印endent) (TPRI)的配準(zhǔn)點的值之一。峰值位移415與標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移535同時發(fā)生。因此，峰值位移415可以與起始位移405 —樣，用作為TPRI配準(zhǔn)點。為了其作為損傷尺寸預(yù)測器的有效性，TPRI配準(zhǔn)點與特征曲線515的配準(zhǔn)取決于標(biāo)準(zhǔn)化位移505中的縮減與損傷尺寸的經(jīng)驗值之間的函數(shù)關(guān)系。為此目的，標(biāo)準(zhǔn)化位移差 (NDD) 540定義為標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移535和標(biāo)準(zhǔn)化位移505的端點之間的差。圖5中示出了為0、0. 25和0. 5的NDD 540值。因而，例如，使NDD等于0，即標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移535和標(biāo)準(zhǔn)化端點位移505相同，這將意味著在峰值位移415處(或者等效地，在標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移535 處)停止施加消融能量。特定的損傷尺寸與NDD 540的每個值相關(guān)。圖6是損傷直徑相對于NDD 540的曲線圖600的范例。在各種組織樣本和樣本中的各個部位上試驗性地執(zhí)行消融。停止消融，并且立即冷卻樣本以停止致其壞死。測量損傷的尺寸。損傷形狀取決于換能器的幾何結(jié)構(gòu)以及其聲波束特征。在HIFU的情況下，損傷形狀通常是橢圓形，其中長軸沿波束的縱向中心。圖6中的損傷直徑因此是指垂直于波束縱向中心的最大損傷直徑。對于每次測量，記錄治療時間、端點位移值420和峰值位移值 415。基于該實際數(shù)據(jù)，繪制觀測點，使得損傷直徑與NDD 540相關(guān)。圖6示出了針對組織類型602的觀測點，所述組織類型602在這種情況下為肝臟?？梢姲l(fā)現(xiàn)，由擬合具有良好一致性的二次多項式描述該關(guān)系，并且多項式的參數(shù)隨著組織類型而改變。參數(shù)還將隨著損傷形狀而改變，但是損傷形狀通常不變。因此，下文中假設(shè)當(dāng)通過組織類型對曲線歸類時， 不需要進一步通過損傷形狀進行歸類。如觀測605-630的不同HIFU強度所示，擬合的函數(shù)不隨治療強度變化。在括號內(nèi)列出了針對六個樣本的治療時間。能夠看到，由于組織的不均一性，治療時間并不是損傷尺寸的良好指示。例如，與觀測625相比，觀測615指示更長的治療時間以獲得更小的損傷尺寸。針對同一組織樣本的不同部分或針對不同組織樣本做出的觀測，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)損傷尺寸并不與治療時間良好相關(guān)。有利的是，如前文所述和下文更為詳細(xì)的描述，本發(fā)明的方法克服了對組織不均一性的敏感性。圖7提供了準(zhǔn)備和初始化消融控制裝置110的范例。在特定組織樣本上執(zhí)行消融 (步驟S710)。終止針對當(dāng)前組織樣本消融，并立即冷卻所述樣本以停止致其壞死。已經(jīng)記錄了端點位移420和峰值位移415。在對已經(jīng)形成的損傷進行組織學(xué)檢查之后，記錄損傷尺寸(步驟S720)。隨后查詢這是否是最后的觀測(步驟S730)。如果不是最后的觀測，則在當(dāng)前組織樣本或另一組織樣本或另一組織類型上進行下一觀測(步驟S740)。另一方面，如果這是最后的觀測，根據(jù)組織類型對觀測分組(步驟S750)。使用已記錄的數(shù)據(jù)和二次曲線擬合根據(jù)組織類型導(dǎo)出擬合曲線600(或“矯正曲線”)(步驟S760)。將各自具有組織類型 602的標(biāo)識符的矯正曲線600發(fā)送至消融控制裝置110。同樣，使得消融控制裝置110可獲得通過組織類型識別的每條特征曲線515。同樣地，如上所述，根據(jù)經(jīng)驗性觀測已導(dǎo)出特征曲線515(步驟S770)。圖8示出了消融設(shè)備100的典型操作，對其而言，可以由臨床醫(yī)生引導(dǎo)或自動進行逐點移動。在開始消融程序時，超聲探頭被定位在消融對象附近并被激活。臨床醫(yī)生使用可以經(jīng)組合以顯示為M-模式掃描(由在顯示器中提供多維運動的換能器陣列)的A-模式屏幕成像(即，基于單換能器的掃描)，例如通過在屏幕上指出或?qū)Ш絹硐薅ㄏ乱幌诘倪吔?步驟S805)。臨床醫(yī)生輸入組織類型以及預(yù)期的損傷尺寸，然后根據(jù)相關(guān)的矯正曲線600進行評估以產(chǎn)生NDD 540 (步驟S810)。步驟S805和S810的順序可以顛倒或者交替(interspersed)。盡管對于公式(1)的計算(如下所示)而言仍然不需要預(yù)期的損傷尺寸，但是通常臨床醫(yī)生在消融點處開始消融之前會指明預(yù)期的損傷尺寸。接下來，臨床醫(yī)生在屏幕上指出當(dāng)前消融點(步驟S815)。在步驟S820，在當(dāng)前消融點處開始消融處理，開始監(jiān)測推動誘發(fā)的位移，以及實時獲取和實時處理一個或多個TPRI配準(zhǔn)點。所述處理包括將所述點(即，起始位移405、峰值位移41 配準(zhǔn)至合適的特征曲線515上的相應(yīng)點(即，標(biāo)準(zhǔn)化起始位移530、標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移53 ?？梢允褂靡韵鹿?br> HD = (NPD-NDD) X RP/CP [公式(1)]其中，HD表示根據(jù)其停止消融的位移；RP表示TPRI配準(zhǔn)點；CP表示特征(即，標(biāo)準(zhǔn)化的)曲線515的相應(yīng)點；NPD表示標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移535 ；以及NDD表示標(biāo)準(zhǔn)化位移差M0。因而，通過TPRI配準(zhǔn)點與特征曲線515的配準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)對HD，即端點位移420的確定。因此，例如，如果起始位移405作為TPRI配準(zhǔn)點，該實現(xiàn)(enabling)過程發(fā)生在完成第一監(jiān)測治療周期240的監(jiān)測部分235時。在完成之前，起始位移405仍然未知，并且因此不能夠用作以上所示公式(1)中的RP。公式(1)中的量RP/CP可以認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)化因子。當(dāng)根據(jù)校準(zhǔn)曲線600估算預(yù)期的損傷尺寸時，識別NDD 5400從NPD 535中減去NDD M0，以產(chǎn)生端點位移420的標(biāo)準(zhǔn)化形式。這一標(biāo)準(zhǔn)化形式乘以標(biāo)準(zhǔn)化因子，以產(chǎn)生“去標(biāo)準(zhǔn)化(de-normalized)”端點位移(或者公式(1)中的HD)。如果使用多于一個的配準(zhǔn)點，可以對相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化因子進行平均以用于公式(1)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，感興趣特征中的一個是在當(dāng)前消融點處的消融過程期間與特征曲線515的配準(zhǔn)，以確定端點位移420。根據(jù)本發(fā)明一方面，另一感興趣特征是對監(jiān)測到的位移的端點值420的確定需要對通過組織學(xué)確定的曲線600的評估。當(dāng)檢測到端點位移420時停止消融(步驟S825)。如果這是最后的消融點(步驟 S830)則完成了該程序，并且當(dāng)前消融點周圍的消融點的矩陣提供了對感興趣區(qū)域、即腫瘤或待消融的其他目標(biāo)區(qū)域的覆蓋(步驟S835)。此外，如果這不是最后的消融點(步驟 S830)，下一步取決于是手動或是自動選擇下一消融點(步驟S840)。如果是自動選擇，則下一消融點作為當(dāng)前消融點(步驟S845)并且處理返回步驟S820，從而自動執(zhí)行逐點處理而無需用戶干預(yù)。另一方面，如果是手動選擇，下一選擇點作為當(dāng)前消融點(步驟S850)并且處理返回步驟S815。一種用于實時停止在當(dāng)前消融點處對身體組織的消融而在停止時獲得預(yù)定的損傷尺寸的系統(tǒng)方法，包括將一個或多個值與特征曲線515配準(zhǔn)，并且基于所述配準(zhǔn)停止消融。針對當(dāng)前消融點通過監(jiān)測獲取一個或多個值，即由施加至身體組織的力引起的位移 410。在一個實施例中，通過監(jiān)測并在已經(jīng)出現(xiàn)所監(jiān)測到的位移的峰值415之后，在檢測到所述已監(jiān)測到的位移端點值420時執(zhí)行停止。在另一實施例中，在檢測之前確定端點值 420，并且通過配準(zhǔn)執(zhí)行確定。根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于在消融點處停止對身體組織的消融的精確、快速、低成本、簡單且便捷的技術(shù)。提供了便捷且經(jīng)濟的全超聲實施方式，從而實現(xiàn)這種類型的治療在美國和新興市場中更為廣泛的應(yīng)用。作為一種超聲方法，HIFU提供了具有上述特征的低成本全超聲消融治療設(shè)備。然而，同樣使得身體組織經(jīng)受機械屬性改變的任何其他形式的消融治療也在本發(fā)明預(yù)期的范圍內(nèi)，諸如通過加熱(例如射頻(RF)消融、高強度聚焦超聲(HIFU)消融、微波和激光)、冷凍(例如，低溫消融)或化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明不局限于腫瘤消融。例如，通過使心臟組織的特定管道壞死，從而阻斷通過心臟的異常電通路，可以實現(xiàn)對心律失常的緩解。使用本發(fā)明的消融方法可以實現(xiàn)這樣的方法。此外，盡管本發(fā)明的方法可以有利地提供醫(yī)學(xué)治療，但本發(fā)明的范圍并不局限于此。更廣泛地講，本發(fā)明的技術(shù)涉及設(shè)置和控制身體組織內(nèi)、活體內(nèi)、或體外的損傷尺寸。應(yīng)當(dāng)注意到，上述實施例圖示而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多備選實施例，而不脫離權(quán)利要求的范圍。例如，HIFU換能器125可以實施為換能器陣列，其具有分離的孔用以推動和治療。作為另一范例，HIFU換能器125和成像器換能器140 可以由用于成像和治療兩者的雙模式換能器替換。在權(quán)利要求中，括號中的附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為限制權(quán)利要求。動詞“包括”及其變體的使用不排除存在除了權(quán)利要求中所述那些之外的元件或步驟。在元件之前的冠詞“一”或“一個”并不排除存在多個這種元件。借助于包括數(shù)個不同元件的硬件，并且借助于具有計算機可讀介質(zhì)的經(jīng)適當(dāng)編程的計算機，可以實施本發(fā)明。在互不相同的從屬權(quán)利要求中引用特定手段的事實，并不指示不能使用這些手段的組合以獲得益處。
權(quán)利要求
1.一種消融控制裝置(110)，被配置成用于停止在當(dāng)前消融點處對身體組織的消融， 以獲得預(yù)定的損傷尺寸，包括監(jiān)測部分(115)，其被配置成用于針對所述當(dāng)前消融點實時監(jiān)測響應(yīng)于施加至所述身體組織的力的位移；以及控制部分(120)，其被配置成用于將通過對所述位移的所述監(jiān)測獲得的一個或多個位移值與特征曲線(515)配準(zhǔn)，并用于基于所述配準(zhǔn)實時停止在所述消融點處的所述消融， 在所述停止時獲得所述預(yù)定的損傷尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融控制裝置，其中，通過所述監(jiān)測并在已經(jīng)出現(xiàn)監(jiān)測到的位移的峰值之后，在檢測到所述監(jiān)測到的位移的端點值(420)時執(zhí)行所述停止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消融控制裝置，其中，所述控制部分還被配置成用于在所述檢測之前確定(S820)所述端點值，通過所述配準(zhǔn)執(zhí)行所述確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消融控制裝置，其中，在所述配準(zhǔn)(S820)時實現(xiàn)所述確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的消融控制裝置，其中，在具有監(jiān)測部分(23 和治療部分 (245)的推動治療周期O40)中在所述消融點處執(zhí)行所述消融，所述實現(xiàn)作為第一周期的結(jié)果發(fā)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的消融控制裝置，其中，在完成所述第一周期的所述監(jiān)測部分 (235)時發(fā)生所述實現(xiàn)(S820)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消融控制裝置，其中，所述確定基于組織學(xué)檢查(S720)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消融控制裝置，其中，所述確定包括針對相應(yīng)觀測到的損傷尺寸將曲線擬合(S760)至標(biāo)準(zhǔn)化位移差(540)，對于已觀測到其尺寸的損傷中的相應(yīng)一個而言，標(biāo)準(zhǔn)化位移差是標(biāo)準(zhǔn)化峰值位移和標(biāo)準(zhǔn)化端點位移之間的差，在峰值位移經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)化之后使所述端點位移經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消融控制裝置，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)化位移的時間率(510)隨著相應(yīng)消融點的位置而改變，經(jīng)擬合的曲線(600)隨著身體組織(602)的類型而改變，而相對于消融強度(605-630)不變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消融控制裝置，其中，所述確定還包括根據(jù)所述經(jīng)擬合的曲線評估(S810)預(yù)期的損傷尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消融控制裝置，其中，已經(jīng)根據(jù)組織學(xué)確定了所述觀測到的損傷尺寸(S720)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的消融控制裝置，其中，所述經(jīng)擬合的曲線是二次函數(shù) (S760)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融控制裝置，其中，所述特征曲線根據(jù)經(jīng)驗性的觀測導(dǎo)出 (S720)，并且確定所述監(jiān)測到的位移的端點值還包括根據(jù)組織學(xué)確定的曲線(600)進行評估(S810)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融控制裝置，其中，要停止的所述消融是高強度聚焦超聲消融(125) 0
15.一種消融設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的消融控制裝置；以及治療部分(105)，其被配置成用于在所述消融點處引起所述消融，并用于施加所述力，所述消融控制裝置還被配置成用于控制所述治療部分。
16.一種用于操作消融設(shè)備以便停止在當(dāng)前消融點處對身體組織的消融從而獲得預(yù)定的損傷尺寸的方法，所述方法包括針對所述當(dāng)前消融點，實時監(jiān)測(S820)響應(yīng)于施加至所述身體組織的力的位移；將通過所述監(jiān)測獲得的一個或多個位移值與特征曲線配準(zhǔn)(S820)；以及基于所述配準(zhǔn)，實時停止(S825)在所述消融點處對身體組織的所述消融，在所述停止時獲得所述預(yù)定的損傷尺寸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所施加的力包括聲輻射力035)，在所述消融點的所述消融需要多個監(jiān)測治療周期，推動(210)在所述多個監(jiān)測治療周期之前，響應(yīng)于所述推動產(chǎn)生初始位移值(315)，所述方法還包括從所述推動檢測發(fā)生所述初始位移值的位置(305)；以及在多個監(jiān)測治療周期之前，對準(zhǔn)治療焦點，所述對準(zhǔn)基于檢測到的位置以及與所述消融點重合的預(yù)設(shè)計的位置(S815)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述初始位移值是空間最大位移(315)的值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述監(jiān)測、所述配準(zhǔn)和所述停止自動執(zhí)行，而無需用戶干預(yù)(S845)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括自動重復(fù)根據(jù)權(quán)利要求19的所述方法而無需用戶干預(yù)，在所述消融點周圍的指定感興趣區(qū)域內(nèi)，不斷重復(fù)地推進至不同的消融點，以完成消融點的矩陣，所述消融點的矩陣提供了對所述感興趣區(qū)域的覆蓋(S835)。
21.一種計算機軟件產(chǎn)品，用于監(jiān)測在當(dāng)前消融點處對身體組織的消融以獲得預(yù)定的損傷尺寸，其包括包含計算機程序的計算機可讀介質(zhì)，所述計算機程序包含能夠由處理器運行以執(zhí)行多個動作的指令，所述多個動作包括以下內(nèi)容針對所述當(dāng)前消融點，實時監(jiān)測(S820)響應(yīng)于施加至所述身體組織的力的位移；將通過所述檢測獲得的一個或多個位移值與特征曲線配準(zhǔn)(S820)；以及基于所述配準(zhǔn)，實時停止(S825)在所述消融點處對身體組織的所述消融，在所述停止時獲得所述預(yù)定的損傷尺寸。
全文摘要
一種消融控制裝置(110)，被配置成用于實時停止在當(dāng)前消融點處對身體組織的消融，從而在停止時獲得預(yù)定的損傷尺寸，其包括控制部分(120)，控制部分(120)被配置成用于將一個或多個值與特征曲線配準(zhǔn)，并基于所述配準(zhǔn)停止消融。針對當(dāng)前消融點，根據(jù)監(jiān)測(115)獲取一個或多個值，即由施加至身體組織的力所引起的位移。在一個實施例中，通過監(jiān)測并在出現(xiàn)監(jiān)測到的位移的峰值之后，在檢測到所述檢測到的位移的端點值時執(zhí)行停止。在另一實施例中，在檢測之前確定端點值，并通過配準(zhǔn)而執(zhí)行確定。
文檔編號A61N7/02GK102256549SQ200980151523
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者A·阿南德, J·彼得魯齊洛, S·周 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司