CN102405078A

CN102405078A - 用于控制治疗设备的控制设备

Info

Publication number: CN102405078A
Application number: CN2010800173015A
Authority: CN
Inventors: B·拉朱; S·索卡
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2012-04-04
Also published as: WO2010122449A1; EP2421610A1; KR20120088545A; RU2011147045A; US20120035464A1

Abstract

一种用于控制治疗设备(100)的控制设备(106)，其中，所述控制设备包括：-超声控制接口(110)，其用于控制治疗超声系统(102)，-磁共振控制接口(112)，其用于控制磁共振设备(104)，所述磁共振设备(104)适于从受检者采集磁共振成像数据以及从受检者(244)采集磁共振波谱数据，-图像处理模块(124、126、128)，其用于从所述磁共振成像数据生成至少一幅磁共振成像图像(500)，以及用于从所述磁共振波谱数据生成至少一幅磁共振波谱图(502、514、516、518、520)，-规划模块(120)，其适于接收所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图以及输出规划数据(732)，-控制模块(122)，其适于利用所述规划数据，使用所述超声控制设备控制所述治疗超声系统，其中，所述控制模块还适于使用所述磁共振控制接口控制所述磁共振成像数据和磁共振波谱数据的采集。

Description

用于控制治疗设备的控制设备

技术领域

本发明涉及对治疗超声设备的控制，尤其涉及对利用磁共振成像和磁共振波谱(spectroscopy)来规划治疗的超声设备的控制。

背景技术

可以将来自聚焦超声换能器的超声用于有选择地处置身体内部的区域。超声波是作为高能量机械振动被发射的。这些振动在受到阻尼时诱发组织发热，并且它们还导致空穴化。组织发热和空穴化两者都可用于在临床环境中破坏组织。然而，利用超声加热组织比空穴化更容易控制。超声治疗能够用于有选择地消融组织和杀死癌细胞的区域。这种技术已经用于治疗子宫肌瘤，并已经降低了对子宫切除术的需求。在更低功率或在脉冲模式下，可以利用超声有选择地向一区域递送遗传物质或药剂。

为了执行超声疗法，可以使用聚焦超声换能器在特定治疗体积上聚焦超声。换能器通常安装在诸如脱气水的介质内，其能够传输超声。然后使用致动器调节超声换能器的位置，并由此调节被治疗的组织的区域。

磁共振成像(MRI)可以用于规划超声治疗，并且还可以用于指导治疗。美国专利US 7343030B2公开了一种用于分析肿瘤图像以进行诊断和规划的系统和方法。

MRI扫描器使用静态磁场对准原子的核自旋，作为产生患者身体内图像流程的一部分。这一静态磁场被称为极化或B0场。

在MRI扫描期间，发射线圈生成的射频(RF)脉冲给局部磁场带来扰动，并由接收线圈检测核自旋发射的RF信号。这些RF信号用于构造MRI图像。这些线圈也可以称为天线。此外，还可以将发射线圈和接收线圈集成到执行这两种功能的单个收发线圈中。应当理解，使用收发线圈这一术语还指使用独立的发射和接收线圈的系统。

使用MRI指导超声疗法的缺点是其不能够检测所有类型的组织中的肿瘤。医师能够识别受检者的解剖结构，但未必一定知道是否识别了需要治疗的所有区域。如果肿瘤已经转移，这是特别有意义的。

发明内容

本发明的实施例提供了独立权利要求中的一种用于控制治疗设备的控制设备、一种治疗设备、一种用于控制治疗设备的方法、以及计算机程序产品。在从属权利要求中给出了本发明的实施例。

超声正在迅速成为特异性治疗介入的合乎需要的方式。具体而言，当前正使用高强度聚焦超声(HIFU)作为子宫肌瘤的热治疗介入和前列腺、肝脏、大脑和其他癌症病灶的治疗的方法。此外，超声也是许多研究的主题，作为调节血块溶解(声学血栓溶解)、定位药物给送和基因治疗的手段。在所有这些应用中使用超声都是合乎需要的，因为其允许非侵入地治疗深处组织而对上层器官几乎没有或没有影响。这使得系统副作用减小、医院停留时间减少并且恢复时间减少。此外，可以反复执行HIFU并可以将其与其他疗法结合使用。

MR波谱分析是一种能够检测各种肿瘤的新陈代谢标记和诸如局部缺血、外伤、感染和炎症的其他状况的技术。原子核相同的不同化学物质，诸如H1、Na23、P31或F19，在共振频率中表现出不同的化学位移(shift)，可以利用其识别化学物质。利用¹H，可以研究若干种分子，诸如胆碱、柠檬酸盐、肌酸、水和脂质。随着高效的水和脂类抑制技术的出现，¹H波谱能够提供可与肿瘤活动相关的其他分子的信息。例如，对于前列腺恶性腺瘤，高胆碱水平表示肿瘤更强的活动，因为胆碱是细胞膜组成所需的。柠檬酸盐是正常前列腺代谢必需的，并且在前列腺癌症中减少。肌酸的峰值接近波谱上的胆碱，在正常组织和前列腺癌之间几乎没有差异。因此，为了评估前列腺癌活动常用的度量是比例：(胆碱+肌酸)/柠檬酸盐。小值的这一比例指示正常组织，而大值指示肿瘤。在将这样的MR波谱信息用于前列腺癌的治疗时，实现了肿瘤检测的显著改善。向MR成像增加MR波谱成像已经证实实现了前列腺中肿瘤检测精确度(52％到75％)和特异性(26％到66％)的显著提高。

已经将胆碱峰值幅度与噪声幅度的比例用作不成块乳腺病灶中恶性病灶的度量。研究发现，MR波谱在识别乳腺中恶性病例时分别具有100％的灵敏度和85％的特异性。在具有9位患者的另一项研究中，表明与良性病灶相比，恶性乳腺病灶的胆碱SNR显著更高。

对于大脑组织而言，常见的代谢物包括NAA(N-乙酰天冬氨酸)、肌酸和胆碱。随着恶性度增加，NAA和肌酸减少，并且胆碱水平增加。低水平的NAA还指示神经元的损伤。在肌肉骨骼肿瘤的研究中，质子MR波谱成像显示，与非恶性组织相比，恶性骨骼肿瘤的胆碱SNR水平显著更高。

尽管H-1是用于MR波谱成像的最常用原子核，但也可以将其他原子核，诸如Na23、P31和F19，用于研究指示各种状况的代谢物。例如，磷的波谱包含关于若干代谢物的信息，所述代谢物诸如是ATP和磷酸肌酸、磷酸单脂和磷酸二脂。已经证明磷代谢物的异常与肿瘤、癫痫和大脑中的其他疾病相关。已经证明TF-MISO的氟MR频谱成像指示缺氧肿瘤。

由于组织中温度的变化，MR波谱还发生移动，这是文献中大量记载的现象，并且是利用MR监测治疗子宫肌瘤的商业产品的基础。

本发明的实施例使用MR波谱成像指导局部化超声疗法，对于消融性超声，通过组织中的温度变化监测治疗，并任选地在手术后评估组织的生存性。

基于超声的消融或局部化给药可以是非侵入性地治疗组织特定区域的有效技术。然而，在最常使用的成像技术中，治疗区的放置并不总是明显的。尽管标准的MRI扫描能够提供详细的解剖信息，但常常与肿瘤生态学相关性非常小。例如，当前没有临床上成熟的方法来向前列腺提供靶向治疗。这是因为前列腺癌是一种多灶性(multi-focal)疾病，不容易在常规成像扫描上显示出来。当前的HIFU治疗设法试图使用超声引导来破坏整个前列腺。整个前列腺的治疗不可避免地增大了对神经与血管束的附带损害的可能，导致不希望出现的阳萎。此外，它导致治疗以及规划时间增加。即使使得HIFU能够精确控制位置，也是这种情况。

本发明通过使用MR波谱定位肿瘤或其他状况的分布解决了这一问题。在配准的集成装置中组合超声疗法和MR波谱成像将能够即时治疗检测到的区域，而且还可能成为度量治疗结果的手段。具有集成系统而非独立的MR波谱和超声治疗系统是高度有利的，这有若干原因，包括实现MR波谱数据与超声治疗系统的配准、实现成像和治疗之间的同步(尤其是在进行重复治疗和成像操作时)、简化了临床医师的用户接口、以及改进了临床环境中的工艺流程、并避免了重复的患者拜访。

在这里将磁共振成像(MRI)数据限定为在磁共振成像扫描期间通过磁共振设备的天线由原子自旋发射的射频信号的记录度量。在这里将磁共振成像(MRI)图像限定为磁共振成像数据内包含的解剖数据的重建的二维或三维可视化。可以利用计算机执行这种可视化。

在这里将磁共振(MR)波谱数据限定为磁共振波谱扫描期间通过磁共振设备的天线由原子自旋发射的射频信号的记录度量。可以使用计算机或处理器从磁共振波谱数据重建磁共振波谱。磁共振波谱与受检者的解剖区域相关联。受检者可以是哺乳动物。然而，分辨率不够大，不足以构造图像。在这里将磁共振(MR)波谱图限定为将磁共振波谱与解剖区域关联起来的映射。在本发明的实施例中，将磁共振波谱图与磁共振成像图像的不同区域相关联。

磁共振(MR)也称为核磁共振(NMR)。在这里将磁共振设备限定为使用磁共振采集三维解析的磁共振成像数据和/或三维解析的磁共振波谱数据的设备。

通常在切片中采集磁共振成像数据和磁共振波谱数据。或者如果将数据作为三维体积采集，通常将数据显示为切片。在这里将切片限定为二维图，针对薄的三维平板显示磁共振成像图像或磁共振波谱图。应当指出，利用傅里叶分析重建磁共振成像图像，使得切片外部的受检者区域对其有贡献。

在这里将磁共振温度测量法限定为使用磁共振成像对受检者一区域进行非侵入性测量，并且是基于温度对影响MRI或NMR信号的物理参数的效果。例如，可以通过测量水的化学位移、测量自旋晶格驰豫时间(T1)的变化、或者通过使用漫射成像技术来进行这种操作。

在这里将治疗超声系统限定为能够在治疗区中发射超声并使其集中的设备，使得集中在这一区域中的超声对治疗有用。在大的功率水平下，可以诱发空穴化，导致对治疗区中组织的损伤。在小于诱发空穴化的功率水平下，可以将超声用于加热组织。可以将这用于组织消融，并且可以将其用于治疗肿瘤。癌组织的血管化程度比健康组织小，可以利用超声疗法有效地破坏。使用超声消融组织并破坏肿瘤被称为高强度聚焦超声(HIFU)。在比用于HIFU的那些更低的功率或使用脉冲化功率，可以利用超声使细胞(cell)的区域瓦解。这样能够向治疗区内的细胞靶向递送遗传物质或药物。

在这里将超声成像数据限定为在利用超声成像系统或治疗超声系统进行超声检查期间由换能器记录的超声的记录度量。将超声图像限定为超声成像数据的重建的二维或三维可视化。可以利用计算机执行这种可视化。

本发明的实施例提供了一种用于控制治疗设备的控制设备。该控制设备包括用于控制治疗超声系统的超声控制接口。超声控制接口适于从治疗超声系统发送和接收指令。该控制设备还包括用于控制磁共振设备的磁共振控制接口，所述磁共振设备适于从受检者采集磁共振成像数据以及用于从受检者采集磁共振波谱数据。如超声控制接口那样，磁共振控制接口适于从磁共振设备发送和接收数据。控制设备还包括用于从磁共振成像数据生成至少一幅磁共振图像的图像处理模块。成像处理模块适于从磁共振波谱数据生成至少一幅磁共振波谱图。图像处理模块可以是单个软件模块，或者可以是适于生成图像处理的软件模块的集合。控制设备还包括规划模块，其适于接收磁共振成像图像和磁共振波谱图，并然后输出规划数据。规划数据是由适于控制治疗超声系统的控制模块使用的数据。控制设备还包括控制模块，其适于利用规划数据来使用超声控制设备控制治疗超声系统。控制模块还适于利用磁共振控制接口控制磁共振成像数据和磁共振波谱数据的采集。

控制设备可以是单个控制系统或者其可以是控制器或处理器的集合。例如，在一个实施例中，控制设备是控制治疗设备的所有功能的单个计算机系统。在另一实施例中，操作员使用控制计算机，然后针对个体功能分开控制器或计算机。例如，可以有执行图像处理的计算机或计算机的集合，可以有用于控制治疗超声系统的独立的计算机，可以有用于控制磁共振控制接口的不同功能的独立计算机或控制器，并且最后，可以有用于规划模块的独立的控制器或计算机。控制设备的各个部分能够通过计算机网络或通过数据接口通信。

在另一实施例中，规划模块包括图形用户界面。该图形用户界面包括显示器，其适于显示磁共振成像图像和磁共振波谱图，其中，磁共振成像图像和磁共振波谱图是叠加的。显示器可以是用于显示图形数据的任何适当装置；范例是计算机监视屏或投影系统。图形用户界面还包括适于从操作员接收选择数据的编辑界面。选择数据指示所显示的磁共振图像和所显示的磁波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域。可以通过不同的方式实现编辑界面。可以使用触敏屏幕供操作员选择要治疗的区域或选择屏幕的一部分。可以使用鼠标或通常用于计算机的图形用户界面的其他定点和选择装置。规划模块还适于使用选择数据生成规划数据。图形用户界面显示叠加的磁共振波谱图和磁共振成像图像，这允许操作员理解波谱信息的分布以及还有受检者的解剖结构。因此操作员能够输入将由超声系统治疗的区域。这种布置是有利的，因为其允许将磁共振图像和磁共振波谱信息两者都用于规划治疗。磁共振成像图像示出了关于受检者解剖结构的非常好的信息，但其未提供详细信息，例如可以利用磁共振波谱图显示的化学过程。在一些实施例中，完全由操作员输入数据。在其他实施例中，控制设备生成要治疗的建议区域。

在磁共振成像和磁共振波谱中，以切片采集数据。磁共振成像图像和磁共振波谱图对应于切片。这样一来，图像或图是指受检者的三维切片。为了执行完整的规划，操作员将需要观看正考虑的患者所有切片。在每个切片中识别受检者体内希望治疗的所有区域。

在另一实施例中，显示器被分成要利用超声疗法处置的区域的块。编辑界面适于从操作员接收对块的选择，并且规划模块还适于利用所选定的块生成规划数据。在这一实施例中，显示器被分成可以由操作员利用图形用户界面选择的区域。本实施例是有利的，因为磁共振波谱的分辨率比磁共振成像大得多。因此磁共振波谱图识别可能必须用超声疗法处置的各区域。块可以是不同形状。它们可以是正方形、矩形、六边形，或可以是平铺显示器的其他图案。

在另一实施例中，编辑界面还适于允许选择子块。在这里将子块限定为个体块的部分。规划模块还适于使用所选的块和所选的子块生成规划数据。本实施例是有利的，因为在显示数据的期间，显然要治疗的区域接近敏感的解剖结构，例如膜或器官的边界。通过选择子块，操作员能够避免对这种敏感区域造成损伤。可以通过几种不同的方式进行子块的选择。用户接口上可以有改变块的分辨率以及允许操作员选择子块的按钮。另一种可能性是用户利用鼠标、指针或用于和图形用户界面交互的其他装置绘制或以其他方式选择几何区域。

在另一实施例中，超声控制系统适于控制能够执行超声疗法和采集超声成像数据的治疗超声系统。图像处理模块还适于从超声成像数据生成至少一幅超声图像。规划模块还适于接收超声成像数据。本实施例是有利的，因为可以采集超声成像数据并可以计算超声图像，可以将其用于辅助在使用治疗超声系统期间对准组织区域。可以通过不同方式实现这一目的，在治疗超声系统内可能有用于执行图像的额外换能器，也可以通过交织的方式操作治疗超声系统的收发器，其中利用执行治疗交替地执行成像。调节一些超声换能器，从而使得能够将收发器系统的一部分可以用于治疗，而一部分可以用于成像。

在另一实施例中，规划模块包括图形用户界面，其中，图形用户界面包括显示器，其用于显示超声图像、磁共振成像图和磁共振波谱图。超声图像、磁共振成像图像和磁共振波谱图是叠加的。这是有利的，因为超声图像能够显示额外的解剖数据。在执行癌症治疗的情况下，可以为受检者注射造影剂，通过超声其变为可见的，因此在同一屏幕上所有三种医学器械中能够在规划治疗期间做出更好的决定。编辑界面适于从操作员接收选择数据。选择数据指示所显示的超声图像和所显示的图像、所显示的磁共振成像和所显示的磁波谱图中可以利用超声疗法处置的至少一个区域。前面已经描述了区域的选择和多个切片中的选择。规划模块适于使用选择数据生成规划数据。

在另一实施例中，显示器还适于显示来自超声造影剂的信号。本实施例是有益的，因为可以设计超声造影剂，使得它们集中在具有具体病理的区域中。例如，超声造影剂可以具有结合到癌细胞的靶向实体。超声造影剂还能够在肿瘤性泄露脉管系统中累积。

在另一实施例中，规划模块使用指示磁共振成像图像和磁共振波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域的选择数据以生成规划数据。规划模块包括用于生成选择数据的模式识别模块。可以使用标准图像分割技术实现模式识别模块。模式识别模块还可以实现为可训练的模式识别模块。

在这里将可训练模式识别模块限定为能够使用一组训练图像训练的模式识别模块，所述组训练图像至少包括磁共振成像图像和磁共振波谱数据。训练图像具有在用于训练前已经针对治疗识别的至少一个区域。可以利用多种不同的方法实施可训练模式识别模块。可以使用的不同的方法或算法的范例是：主成分分析、神经网络、CN2算法、C4.5算法、迭代两分器3(ID3)、最近邻搜索算法、朴素贝叶斯分类器算法、全息关联存储器或感知学习算法。

本实施例是有利的，因为可以使用分割和模式识别软件自动识别要治疗的受检者区域。该系统可以自动进行，或者模式识别模块能够为受检者提供建议的治疗计划。操作员能够简单地批准提出的治疗，或者操作员能够编辑和修改计划。

在另一实施例中，磁共振控制接口适于控制还适于执行磁共振成像温度测量的磁共振设备。超声控制接口适于控制适于向治疗区施加超声治疗的超声装置。控制模块还适于连续监测治疗区周围区域中受检者的温度。控制模块适于基于治疗区周围区域中的温度实时修改规划数据。本实施例是有利的，因为在许多超声疗法中，目标是加热组织，以便消融组织或杀死患病或癌变组织。通过监测治疗区周围组织中的温度，可以维持对治疗的更好控制。

在另一实施例中，磁共振设备适于执行利用磁共振成像对受检者治疗评估的后期评估。在一个实施例中，在HIFU治疗之后将是执行MR对比度成像。钆增强的成像能够显示灌注区域与非灌注区域，并且非灌注区域指示由HIFU破坏的组织。这是有利的，因为可以使用磁共振成像判断治疗效果如何。

在本发明的另一方面中，提供了一种治疗设备。该治疗设备包括根据本发明实施例的控制设备、治疗超声系统和磁共振设备。根据本发明实施例的治疗设备是有利的，因为可以将详细的磁共振波谱和磁共振成像数据进行组合从而为治疗超声系统制订有效的治疗计划。磁共振设备能够执行磁共振成像和磁共振波谱两者。通过具有不同软件以及还有更新的射频系统，从标准的磁共振成像修改能够同时执行这两种功能的磁共振设备。在一些实施例中，射频系统使用的线圈是能够进行磁共振成像和磁共振波谱的单个线圈。在其他实施例中，将独立的线圈用于磁共振成像和磁共振波谱。

在另一方面中，本发明提供了一种用于控制治疗设备的方法。该方法包括利用磁共振设备采集磁共振成像数据。该方法还包括利用成像处理模块处理磁共振成像数据以生成至少一幅磁共振图像。在这一步骤，将磁共振成像数据转变为能够用于诊断目的的图像。该方法还包括利用磁共振成像设备采集磁共振波谱数据。该方法还包括利用图像处理模块处理磁共振波谱数据以生成至少一幅磁共振波谱图。该方法还包括向规划模块输出磁共振成像图像和磁共振波谱图。在规划模块中，生成控制治疗超声系统所需的数据。该方法还包括从规划模块接收规划数据。该方法还包括利用规划数据使用治疗超声系统控制对受检者的治疗。在这一步骤，将规划数据用于治疗受检者。先前已经描述了这种方法的优点。

在另一实施例中，该方法还包括在显示器上显示磁共振成像和磁共振波谱数据，诸如磁共振成像图像和磁共振波谱图是叠加的。先前已经论述了这种方法的优点。该方法还包括利用编辑界面从操作员接收选择数据的步骤。选择数据指示所显示的磁共振成像和所显示的磁波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域。该方法还包括利用选择数据生成规划数据。

该方法还包括在采集磁共振波谱数据之前将受检者的位置与磁共振成像配准的步骤。该方法还包括在开始控制用治疗超声系统治疗受检者的步骤之前再次配准受检者的位置的步骤。本实施例是有利的，因为为了生成规划数据，采集磁共振成像数据，采集磁共振波谱数据，然后制定详细计划并生成规划数据。有利的是再次检查受检者的位置，以确保受检者未移动，因为如果受检者移动了，可能损伤或破坏诸如膜或器官边界的脆弱区域。可以通过若干种方式进行受检者位置的配准。可以使用成像处理模块或控制器来分割图像并自动配准图像。还可能在受检者表面上放置基准标记。这些标记可以包含容易通过磁共振成像进行成像的物质或者其可以是共振的天线。基准标记允许容易地识别受检者的位置。

在另一实施例中，该方法还包括对利用磁共振成像治疗受检者进行后期评估的步骤。在一个实施例中，HIFU治疗之后将是执行MR对比度成像。钆增强的成像能够显示灌注区域与非灌注区域，并且非灌注区域表示由HIFU破坏的组织。这是有利的，因为可以使用磁共振成像判断治疗效果如何。

在另一实施例中，该方法还包括执行磁共振成像温度测量以及利用温度测量用规划模块调节规划数据。超声控制接口适于控制适于向治疗区施加超声治疗的超声设备。控制模块还适于连续监测治疗区周围区域中受检者的温度。控制模块适于基于治疗区周围区域中的温度实时修改规划数据。本实施例是有利的，因为在许多超声疗法中，目标都是加热组织，以便消融组织或杀死患病或癌变组织。通过监测治疗区周围组织中的温度，可以维持对治疗的更好的控制。

在本发明的另一方面中，提供了一种包括机器可执行代码的计算机程序产品，其用于在针对治疗设备的控制设备上执行根据本发明实施例的方法。先前已经论述了这种方法的优点。

附图说明

在下文中，将仅通过举例的方式并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的控制设备的功能图；

图2示出了根据本发明实施例的治疗设备的功能图；

图3示出了根据本发明实施例的图形用户界面的范例；

图4示出了根据本发明实施例的方法的范例；

图5示出了具有MR光谱图的图示的MRI图像；

图6示出了选择要利用治疗超声治疗的区块的方法的实施例；

图7示出了在单一区块中进行治疗的治疗设备的路径。

附图标记列表：

100 治疗设备

102 治疗超声系统

104 磁共振设备

106 控制设备

108 硬件接口

110 超声控制接口

112 磁共振控制接口

114 微处理器

116 计算机程序产品

118 图形用户界面

120 规划模块

122 控制模块

124 图像处理模块

126 用于生成磁共振成像图像的图像处理模块

128 用于生成磁共振波谱图的图像处理模块

130 用于生成超声图像的成像处理模块

232 射频收发器

234 磁体

236 射频线圈

238 磁场梯度线圈电源

240 磁场梯度线圈组件

242 受检者支撑物

244 受检者

248 超声换能器

250 填充有超声传输流体的腔室

254 超声传输膜

256 适于容纳超声耦合介质的腔

258 超声的路径

260 治疗区

262 治疗区周围的区域

264 采集磁共振成像数据的区域

266 采集磁共振波谱数据的区域

370 选择治疗块的按钮

372 选择要治疗的子块区域的按钮

374 生成建议的治疗计划的按钮

376 开始治疗的按钮

378 显示器

380 器官边界

382 块

384 值为12的块

386 值为8的块和通过它的膜的边界

388 先前切片的按钮

390 下一切片的按钮

500 前列腺的磁共振成像图像

502 示出了磁共振波谱图的边界的正方形

504 在图514中示出了MR波谱的区域

506 在图516中示出了MR波谱的区域

508 在图518中示出了MR波谱的区域

510 在图520中示出了MR波谱的区域

514 针对区域504的MR波谱

516 针对区域506的MR波谱

518 针对区域508的MR波谱

520 针对区域510的MR波谱

622 指示要用超声疗法处置的区域的六边形块

624 已经选择了疗法的六边形块

730 表示块510的区域

732 超声治疗遵循的路径

具体实施方式

这些图中编号类似的元件为相同元件或执行相同功能。如果功能相同，在稍后附图中未必一定论述先前论述过的元件。

图1示出了根据本发明实施例的控制设备106。图1示出了治疗设备100和控制设备106。治疗设备100包括治疗超声系统102和磁共振设备104。控制设备106具有硬件接口108，其用于接口连接到外部硬件。硬件接口108能够发送和接收数据。硬件接口108具有子部件，子部件是连接到治疗超声系统102的超声控制接口110。

硬件接口108还具有连接到磁共振设备104的磁共振控制接口112。硬件接口连接到微处理器114。微处理器114表示能够执行指令以便控制治疗设备的任何处理单元。范例将是微处理器、控制器或嵌入式系统。有一种计算机程序产品116包括能够在微处理器114上执行的机器可执行代码。

计算机程序产品包括用于执行不同任务的不同可执行指令部分或模块。计算机程序产品包括控制模块122。该控制模块能够通过超声控制接口110控制治疗超声系统102，并且还能够通过磁共振控制接口112控制磁共振设备104。实质上，控制模块122控制数据的采集，并且其还控制治疗期间治疗设备的运行。计算机程序产品还包括图像处理模块124。该图像处理模块能够取得原始磁共振成像数据和磁共振波谱数据并将这些数据转换成磁共振成像图像和磁共振波谱图。

在一些实施例中，图像处理模块还包括能够取得超声数据并构造超声图像的成分(component)。在实践中，这些可以是独立的软件成分，或者图像处理模块124的成分可以是单个模块。在一附图中，图像处理模块被示为包括用于生成磁共振成像图像126的图像处理模块、用于生成磁共振波谱图128的图像处理模块、以及用于生成超声图像130的图像处理模块。

控制设备106还包括图形用户界面118。图形用户界面118能够与运行在微处理器114上的计算机程序产品116交互作用。图形用户界面118适于以操作员能够理解的格式显示医学成像图像，诸如磁共振波谱图和磁共振成像图像。图形用户界面还适于从操作员接收选择。在一些实施例中，计算机程序产品还包括用于自动规划的模式识别模块，图形用户界面还可以包括用于显示建议的治疗操作的组块(means)并且可能还包括供操作员编辑它或同意或不同意治疗计划的组块。

图2示出了根据本发明实施例的治疗设备的截面示意图。在磁共振设备104内有治疗超声系统102。治疗超声系统102和磁共振设备104受到控制设备106的控制。治疗超声系统102连接到控制设备106的硬件接口108。硬件接口还连接到磁场梯度电源238。磁场梯度电源238适于为磁场梯度线圈组件240供电。磁共振设备包括生成磁场的磁体234，磁场能够使磁共振成像的成像区264内原子的原子自旋极化。这里图示的磁体234的实施例是圆柱磁体的截面图。可以使用永磁体、电磁体、超导磁体或所有三种或仅两种的组合构造磁体。除圆柱之外的磁体其他构造也是可能的。磁场梯度电源为磁场梯度线圈组件加电并生成磁场，磁场能够向成像区264内的原子自旋位置添加空间编码。硬件接口108还连接到射频收发器232。该射频收发器连接到射频线圈236。射频线圈生成射频发射，其能够操纵成像区264内原子自旋的取向。在原子自旋弛豫时，它们发射射频传输，所述射频传输由射频线圈236接收。在一些实施例中，有独立的发射和接收线圈。应当理解，两种可能性都是可能的，在本范例中，仅示出了双重目的的射频线圈236。为了采集磁共振波谱数据以及采集磁共振成像数据，也可以使用独立的射频线圈236。然而，如本实施例中所示，还可以将单个线圈用于这两种目的。在磁体234内是患者支撑物242，其能够支撑受检者244。需要患者支撑物242的是治疗超声系统102。治疗超声系统102包括超声换能器248。超声换能器通常位于填充了超声传导介质250的腔室内部。通常腔室250填充有能够传输超声的气体/水或某种其他材料。在许多实施例中，超声换能器能够轻微移动，以改变受检者244内超声的聚焦。有适于发射超声的超声膜254。这密封了包含超声换能器248的腔室250。在膜254和受检者244之间，通常是适于容纳超声耦合介质256的腔。超声耦合介质可以是水，其可以是超声凝胶，或者其可以是凝胶垫。使用超声耦合介质的目的是，如果在超声到治疗区260的路径中有任何空气泡或任何气隙，受检者可能受到烧伤。超声离开超声换能器248并通过受检者244沿路径258到达治疗区260。在治疗区中可能发生不同的事情，对于非常大的功率，可能发生组织的消融或组织加热，达到组织坏死的程度。在射频线圈236下方，是可以采集磁共振成像数据的区域264。采集磁共振波谱数据通常比磁共振成像数据花费更多时间。因此，通常，医师会采集磁共振成像数据264，并且然后定位受检者244的相关解剖结构并确定要执行磁共振波谱分析的区域266。在实际治疗期间，使用磁共振温度测量法监测治疗区260周围组织的温度可能是有利的。在附图中，治疗区260周围是区域262。这表示要用于测量实际治疗操作期间温度的区域。

图3示出了根据本发明实施例的图形用户界面118的实施例的范例。有能够显示磁共振成像数据和磁共振波谱数据两者的显示器378。曲线380表示磁共振成像图像中所示器官的边界。显示器378中还示出了六边形382。操作员能够点击这些六边形中的任一个，然后该区域将处在用超声疗法处置的区域中。在这些六边形的每个内有数字。这些表示一些磁共振波谱图的任意度量。当操作员观看显示器378时，他或她能够从磁共振成像图像380看到解剖结构，并且然后观看显示器，类似地查看哪个区域需要治疗。在一些实施例中，可以通过不同的方式显示磁共振波谱图。在这一实施例中，用数字显示，也可以对其进行彩色或灰度级编码。六边形384示出了值12。在这种情况下，医师非常可能希望治疗这一区域。因此，在这种情况下，操作员可以简单地点击这一六边形，并将这增加到治疗计划。六边形386情况不同。器官380的边界直接通过这个六边形。操作员或医师可能希望不治疗整个区域。在这种情况下，医师或操作员点击按钮372。然后，医师能够绘制其希望治疗的子区域，于是能够避免破坏器官的边界。有一个按钮370允许操作员进入能够治疗整个区域的模式。按钮372允许选择子块。按钮374令模式识别模块生成建议的治疗计划。操作员然后能够利用图形用户界面118修改治疗计划。当用户对治疗满意时，他或她能够点击按钮378，然后由规划模块生成规划数据。在切片中采集磁共振成像数据和磁共振波谱数据。为了进行完整的治疗计划，需要检查所有感兴趣的切片。按钮388和按钮390允许操作员选择要检查哪个切片。本范例中示出的块382是六边形的。该块也可以是正方形或矩形的。它们不需要具有特定的形状，但选择这些范例是因为它们是统一的，利用治疗超声治疗的区域大致是球体，在一个截面中由六边形进行近似得很好。

图4示出了根据本发明实施例的方法的范例。在步骤400中，采集磁共振成像数据。在步骤402中，使用磁共振成像数据生成至少一幅磁共振成像图像。在步骤404中，采集磁共振波谱数据。在步骤406中，利用磁共振波谱数据生成至少一幅磁共振波谱图。在步骤408中，向规划模块输出磁共振成像图像和磁共振波谱图。在步骤410中，从规划模块接收规划数据。在步骤412中，控制模块使用规划数据控制受检者的治疗超声治疗。

图5示出了组合式磁共振成像图像500和包含磁共振波谱图502的网格的图示。在每个正方形502内，都有关联的磁共振波谱。针对标记为504、506、508和510的这些正方形中的四个示出了详细的磁共振波谱。波谱数据514对应于正方形504。波谱数据516对应于正方形506。波谱数据520对应于区域510。波谱数据518对应于区域508。与柠檬酸盐水平相比，波谱数据518和520显示出高的胆碱加肌酸水平。这指示肿瘤。

图5图示了如下实施例的使用，其中，由用于治疗的一个或多个元件构成的超声换能器位于组织耦合介质中。在MR成像系统的坐标系中配准换能器。MR成像系统拍摄病理性组织的体积图像。优选以3D方式获得基于质子共振的MR波谱(MRS)信息。获得(胆碱+肌酸)/柠檬酸盐的比例，并在MR图像上覆盖这一信息作为网格图案(参考图5)。对大值的这一比例进行彩色编码，以指示存在肿瘤和侵蚀性的更高的概率。MR图像和MRS数据两者都被发送到规划控制台。MRS数据被示为MR图像上的覆盖图。

图6是操作员如何使用图5中呈现的信息选择要利用超声疗法处置的区域的图示。图6示出了与图5所示相同的信息。在图5顶部叠加了六边形块622的格子，其指示可以用超声疗法处置的不同区域。项624是已经选择来进行治疗的一组七个六边形块。这些块覆盖先前是区域510和508的区域。这些是520和518中的MR波谱指示的两个区域，像包含肿瘤那样。使用这些区域生成规划数据事件。

图6图示了操作员如何确认要治疗的区域并向图像(图6)上激活治疗规划六边形网格。该系统在空间上将指示疗法的波谱网格映射到由治疗网格形成的治疗单元。根据所给出的组合式MR图像和MRS数据，操作员还能够将治疗水平(超声功率和/或持续时间和/或占空比)调节到建议的治疗区域。操作员然后激活治疗。通过将超声治疗系统与MR成像坐标系相互配准，向特定患病组织递送超声，每次一个治疗网格。可以通过逐点扫描或体积扫描模式进行在特定治疗单元内的治疗。治疗超声通过消融破坏选定的组织。在断断续续的时段获得基于MR的温度和热剂量分布，以提供直接反馈，进一步调节治疗。

在另一实施例中，超声治疗换能器(例如HIFU换能器)可以是具有大量元件的阵列，放入患者直肠中，指向前列腺。阵列可以是1D、1.5D或2D阵列，能够旋转，以覆盖前列腺中的各个区域。规划控制台针对每个元件计算延迟，以便基于MRS数据向选定区域上聚焦治疗波束。

在另一实施例中，治疗换能器适于与尿道中的一些元件放在一起，直接接近前列腺。如果需要的话，可以旋转或平移超声换能器，以覆盖MRS数据识别的特定区域。

在实施例中，使用波谱信息获得组织温度的变化，以便判断已经凝结或消融的区域。然后使用这样的信息例如通过调节供应给治疗换能器的功率停止或修改治疗。

在另一实施例中，治疗换能器放在患者身体外部(例如，针对乳腺或肝脏应用)。在乳腺应用中，目的是识别和消融恶性组织并留下良性组织。

在另一实施例中，使用超声实现药物或遗传物质的定位递送。在这一实施例中，在激活超声之前，为患者施予声学活性药剂(微泡或全氟化碳纳米颗粒)的注射或注入。这些药剂任选地能够具有靶向模拟物，以结合到身体中的特定部位，这能够增强由MRS数据提供的信息。在这一实施例中，可以不使用温度成像。

在另一实施例中，除了H-1或除H-1之外的一种或多种原子核(例如P-31、Na-23或F-19)，以获得新陈代谢信息，用于指导治疗和/或获得组织温度的变化。

在另一实施例中，将MR波谱分析与漫射成像组合的多参数成像以及动态对比度成像，以获得表示被评估状况的组织标签。

图7示出了生成规划数据的备选方式。在图7中示出了来自图5的磁共振成像数据500和磁共振波谱图502。要素730表示磁共振成像图像500中的区域510。为了确保治疗正方形内更均匀的加热并防止外部损伤，路径732示出了超声波束横贯从中心开始向外移动的路径。

MR波谱分析提供了正方形网格内的组织特异性信息。正方形通常比MR图像分辨率大得多，尺寸可以是大约1cm。焦平面中的超声治疗波束尺寸(1mm)比波谱网格尺寸小得多。因此必须引导治疗波束以覆盖治疗波谱网格。治疗计划取决于所用超声的特定特性，即工作频率、孔径尺寸和焦斑位置。较低的工作频率暗示更大的波束尺寸，因此更少数量的点在正方形内贯穿。简单的逐点扫描方式会花费大量时间，会由于热扩散而导致波谱网格之外的意外损伤。为了确保治疗正方形内更均匀的加热并防止外部损伤，超声波束应当横贯从中心开始向外移动的路径。一种这样的路径如图7所示，是一系列正方形，从内部开始逐渐增大尺寸，并向外运动。

图6中示出了另一种可能的治疗方案。在这里，将MR波谱正方形分成若干治疗单元，图示为六边形单元。治疗从一个单元进行到下一个。每个治疗单元内有多个发声点，以覆盖六边形形状。例如，可以将从内部开始到外部的一系列同心圆用于单元内的超声治疗波束路径。一旦治疗了一个单元，就治疗下一个，等等，以覆盖正方形。

基于MR波谱值调节超声治疗：有几个原因要在一个治疗正方形与下一个之间或在每个正方形自身内调节超声治疗的设置。来自MR波谱分析的数据表示存在肿瘤的分数。常常有这样的区域，其中，计算的分数既不接近健康组织，也不接近恶性组织。此外，可能有接近这样的治疗正方形，即神经或主要血管的关键组织，其需要保持。在这样的情况下，操作员倾向于使用较高频率的发声，以便减小波束尺寸并仅治疗远离紧要器官的正方形部分。这会确保保持紧要器官。这样的流程会提高流程的精确度和安全性，代价是治疗时间增加。这样的调制方案不是从现有技术显而易见的。

发明的应用

利用本发明治疗的状况包括肿瘤、缺血(ischmeia)、梗死、局部损伤和外伤、炎症和传染。

对于肿瘤消融而言，应用包括乳腺、前列腺、肝脏、大脑、骨胳和骨肿瘤。可以连同其他治疗一起使用本发明，尤其是对于诸如辐射的侵入性更强治疗失败的患者。如果希望这样的话，可以重复执行治疗。

除了肿瘤消融之外，可以将本发明用于向局部肿瘤递送药物或基因，或使用超声使组织对其他治疗敏感。

Claims

1.一种用于控制治疗设备(100)的控制设备(106)，其中，所述控制设备包括：

-超声控制接口(110)，其用于控制治疗超声系统(102)，

-磁共振控制接口(112)，其用于控制磁共振设备(104)，所述磁共振设备(104)适于从受检者采集磁共振成像数据以及从受检者(244)采集磁共振波谱数据，

-图像处理模块(124、126、128)，其用于从所述磁共振成像数据生成至少一幅磁共振成像图像(500)，以及用于从所述磁共振波谱数据生成至少一幅磁共振波谱图(502、514、516、518、520)，

-规划模块(120)，其适于接收所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图以及适于输出规划数据(732)，

-控制模块(122)，其适于利用所述规划数据，使用所述超声控制设备控制所述治疗超声系统，其中，所述控制模块还适于使用所述磁共振控制接口控制采集所述磁共振成像数据和磁共振波谱数据的采集过程。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述规划模块包括图形用户界面(118)，其中，所述图形用户界面包括：

-显示器(378)，其适于显示所述磁共振成像图像(380)和所述磁共振波谱图(382)，其中，所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图是叠加的，

-编辑界面(370、372、274、376、382、388、390、622、624)，其适于从操作员接收选择数据，其中，所述选择数据指示所显示的磁共振图像和所显示的磁波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域(624)，并且

其中，所述规划模块适于使用所述选择数据生成所述规划数据。

3.根据权利要求2所述的控制设备，其中，将所述显示器分成表示要利用超声疗法处置的区域的块(382、502、622、624)，并且其中，所述编辑界面适于从所述操作员接收对块的选择，并且其中，所述规划模块还适于利用所选的块生成所述规划数据。

4.根据权利要求3所述的控制设备，其中，所述编辑界面还适于允许选择子块(372)，其中，子块是个体块的一部分，并且其中，所述规划模块还适于利用所选的块和所选的子块生成所述规划数据。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制设备，其中，所述超声控制系统适于控制能够执行超声疗法和采集超声成像数据两者的治疗超声系统，其中，所述图像处理模块(124、130)还适于从所述超声成像数据生成至少一幅超声图像，其中，所述规划模块还适于接收超声成像数据。

6.根据权利要求5所述的控制设备，其中，所述规划模块包括图形用户界面(118)，其中，所述图形用户界面包括：

-显示器(378)，其用于显示所述超声图像、所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图，其中，所述超声图像、所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图是叠加的，

-编辑界面(370、372、274、376、382、388、390、622、624)，其适于从操作员接收选择数据，其中，所述选择数据指示所显示的超声图像、所显示的磁共振图像和所显示的磁波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域，并且

7.根据权利要求5或6所述的控制设备，其中，所述显示器还适于显示来自超声造影剂的信号。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的控制设备，其中，所述规划模块使用指示所述磁共振图像和所述磁波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域(624)的选择数据来生成所述规划数据，其中，所述规划模块包括用于生成所述选择数据的模式识别模块。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的控制设备，其中，所述磁共振控制接口适于控制还适于执行磁共振成像温度测量的磁共振设备，其中，所述超声控制接口适于控制适于向治疗区(260)施加超声疗法的超声设备，其中，所述控制模块还适于连续监测治疗区(262)周围区域中所述受检者的温度，其中，所述控制模块适于基于所述治疗区周围区域中的所述温度实时修改所述规划数据。

10.一种治疗设备(100)，所述治疗设备包括：

-根据前述权利要求中的任一项所述的控制设备(106)，

-治疗超声系统(102)，

-磁共振设备(104)。

11.一种用于控制治疗设备(100)的方法，所述方法包括：

-利用磁共振设备(104)采集磁共振成像数据(400)，

-利用图像处理模块(124、126)处理所述磁共振成像数据(402)以生成至少一幅磁共振图像(380、500)，

-利用磁共振成像设备(104)采集磁共振波谱数据(404)，

-利用所述图像处理模块(124、128)处理所述磁共振波谱数据(406)以生成至少一幅磁共振波谱图(382、502、514、516、518、520)，

-向规划模块(120)输出所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图(408)，

-从所述规划模块接收规划数据(410)，

-使用所述规划数据，利用治疗超声系统控制受检者(244)的治疗(412)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：

-在显示器(378)上显示所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图，使得所述磁共振成像图像和所述磁共振波谱图是重叠的，

-利用编辑界面从操作员接收选择数据，其中，所述选择数据指明所显示磁共振图像和所显示磁波谱图中要利用超声疗法处置的至少一个区域(624)，

-使用所述选择数据生成所述规划数据。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：

-在采集所述磁共振波谱数据之前将所述受检者的位置与所述磁共振图像配准，

-在开始控制利用所述治疗超声系统治疗受检者的步骤之前再次配准所述受检者的位置。

14.根据权利要求11、12或13所述的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：利用磁共振成像执行对所述受检者的后期评估治疗评估。

15.一种计算机程序产品，包括机器可执行代码，用于在针对治疗设备的控制设备上执行根据权利要求11到14中的任一项所述的方法。用于控制治疗设备的控制设备和方法。