CN103313757B - 用于确定高强度聚焦超声可到达靶区域的治疗设备以及方法 - Google Patents

Abstract

一种治疗设备（500）包括用于处置靶区域（526）的高强度聚焦超声系统（100、200、504）。所述治疗设备还包括用于显示处置规划数据（562）的显示器（552）。治疗设备还包括存储器（556），其包含机器可执行指令（580、582、584、586、588）。存储器还包含高强度聚焦超声系统的几何模型（572）。所述指令的执行令所述处理器（548）接收（300、400）处置规划数据。所述指令的执行令处理器在显示器上绘制（302、402）来自处置规划数据的靶区域的几何表示。所述指令的执行还令处理器利用几何模型计算（304、404、406）可到达靶区域（593）。所述指令的执行还令处理器在显示器上绘制（306、408）可到达靶区域。

Description

用于确定高强度聚焦超声可到达靶区域的治疗设备以及方法

技术领域

本发明涉及高强度聚焦超声，尤其涉及确定可以由高强度聚焦超声系统进行声波处理的可到达靶区域。

背景技术

能够使用来自聚焦超声换能器的超声有选择地处置身体内部的区域。发射超声波作为高能量机械振动。这些振动在受到阻尼时诱发组织发热，并且它们还能够导致空化。组织发热和空化两者都能够用于在临床环境中破坏组织。然而，利用超声加热组织比空化更容易控制。能够使用超声处置来消融组织并有选择地杀死癌细胞的区域。这种技术已经应用于处置子宫肌瘤，并且已经减少了对子宫切除术的需求。

为了有选择地处置组织，能够使用聚焦超声换能器在特定的处置或靶体积上聚焦超声。换能器通常安装在能够透射超声的诸如脱气水的介质之内。然后使用致动器调节超声换能器的位置，并由此调节被处置的组织区域。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供了一种治疗设备、计算机程序产品和方法。在从属权利要求中给出了实施例。

在规划高强度聚焦超声(HIFU)治疗时的困难在于：确定受试者体内的特定点或区域是否能够被高强度聚焦超声系统进行声波处理。如本文所使用的，可到达靶区域(ATA)包含潜在的能够由高强度聚焦超声系统进行声波处理的二维区域。可到达靶体积(ATV)涵盖潜在的能够由高强度聚焦超声系统进行声波处理的体积。ATA和ATV是相关的：亦即，ATA是受试者的切片和所述受试者中的ATV的相交区域。ATV对应于有限尺度的实 际处置体积，但在很多情况下，由于二维显示器上的呈现清晰度的原因，ATA对于规划目的而言更实际。

当前，ATA计算中的现有技术基于迭代式或解析式求解以直接在任意切片上计算ATA轮廓。ATV计算中的现有技术基于对体积的预定粗略估算或者基于自由度变化数量的预计算体积。

用于ATA计算的迭代式求解通常很慢，并且妨碍为交互工作提供即时反馈。解析式求解仅对于可能机械装置的小子集而言会成功，并且在装置的机械或特性变化时难以更新。本发明的实施例可以通过执行逐步ATA计算来解决这一问题以及其他问题，这提供了即时的粗略结果，用于交互工作，并且稍后，提供精确结果，用于切片或体积的详细检查。基于棋盘状(tessellation)的冲突测试容易适应HIFU装置及其环境的修改。

现有技术的另一困难在于，预定的粗略ATV模型提供不精确的体积，由于所述体积的边界区域可能有大的误差，其仅能够作为体积的估计来提供。预计算的体积可能需要大量的计算资源，所得的数据集可能很大，并且所得体积的精确度取决于进行预计算的自由度变化的量。

在任意二维切片上的可到达靶区域(ATA)和/或可到达目标体积(ATV)的快速可视化对于流程中的高强度聚焦超声(HIFU)治疗而言将是有益的。由于涉及到大量的变量和自由度，试图基于HIFU装置的机器人学特性和电声特性解析式地求解ATA/ATV区域是困难的，容易出错，并且任务繁重。

在一些实施例中，通过利用HIFU装置能够到达的越来越精确的区域逐步填充靶切片/靶体积来定义ATA/ATV区域，并且其中，每个区域是从有效单个点产生的，所述有效单个点是从装置及其环境的随机、准随机或确定性变化的自由度和变量计算的。

在一些实施例中，利用HIFU装置及其环境的棋盘化表面模型的冲突测试来计算对用于确定切片/体积上的点是否是有效装置位置的检查，将对冲突的检查简化为棋盘状基点(tessellation primitives)之间的相交的简单测试。

在一些实施例中，棋盘化表面能够是随机或确定性变化的自由度和/或其他变量的函数。

在一些实施例中，利用远场形状来近似HIFU装置的电声特性，能够使用所述远场形状与环境或不希望的组织区域或体积之间的冲突来修改本来 在机械和电声方面可接受的自由度或使之无效。

本发明的实施例可以提供用于迅速估计可到达靶区域/体积的方法，同时仍然具有详细工作的精确性。该方法容易适应新的经更改的HIFU装置配置。

在一些实施例中，通过对HIFU装置的不固定自由度(有机械偏移和电偏移两者)进行随机化或确定性测试，来定义ATA/ATV区域。将值馈送到冲突测试算法中。如果算法认为所述值有效，将该点周围的区域可视化为ATA/ATV的一部分。

初始自由度能够从HIFU装置的被允许范围导出，或者能够利用点稀疏地填充整个切片/体积，并且然后使用每个点通过将装置从其焦点(切片/体积中的点)反向投影来计算HIFU装置的自由度。能够通过快速计算，诸如针对自由度的已知最大值进行合理的检查，进一步减少这些初始值。这样，能够减少在计算成本上高的冲突测试的次数。如果使用反向投影，相继轮次在网格的孔隙空间中增加点，而正向投影扩展被允许的区域/体积。在两种情况下，精确度都逐渐改善。

在另一实施例中，利用HIFU装置及其周围机械框的三角形棋盘化表面模型的冲突测试来计算对确定切片/体积上的点是否是有效装置位置的检查，将对冲突的检查简化为三角形之间的相交的简单测试。表面模型不必对机械部分精确建模；模型还能够包含对冲突检查提供额外限制/放宽冲突检查的特征。除了冲突检查之外，装置模型还能够包含其他限制，以进一步限制HIFU装置运动，例如，形式为自由度的最小和最大值。

在另一实施例中，从机械自由度计算HIFU装置的棋盘化表面。HIFU装置模型能够对机械部分的各个部分运动进行建模，从而考虑像臂和杠杆的各个部分的冲突。

在另一实施例中，利用远场形状，诸如锥形，来近似HIFU装置的电声特性，能够使用所述远场形状与环境或不希望的组织区域或体积的冲突来修改本来在机械和电声方面可接受的自由度或者使之无效。

除了能够应用于规划HIFU治疗之外，本发明还与其他最小侵入性处置方法相关，其中，机器人装置的自由度受到其环境的限制。

本文所使用的“计算机可读存储介质”涵盖任何有形存储介质，其可 以存储能够由计算装置的处理器执行的指令。计算机可读存储介质可以称为计算机可读非暂态存储介质。计算机可读存储介质也可以称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可以能够存储能够被计算装置的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘和处理器的寄存器文件。光盘的范例包括紧致盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指各种类型的记录介质，其能够被计算机装置经由网络或通信链路访问。例如，可以通过调制调解器、因特网或局域网检索数据。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是能够直接可被处理器访问的任何存储器。计算机存储器的范例包括，但不限于：RAM存储器、寄存器和寄存器文件。

“计算机储存器”或“储存器”是计算机可读存储介质的范例。计算机储存器是任何非易失性计算机可读存储介质。计算机储存器的范例包括，但不限于：硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVD、CD-ROM和固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机储存器也可以是计算机存储器，或者反之亦然。

本文所使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。提到包括“处理器”的计算装置应当被解释为可能包含超过一个处理器或处理内核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指单个计算机系统之内或分布于多个计算机系统间的处理器的集合。术语计算装置还应当被解释为可能指均包括处理器的计算装置集合或网络。很多程序让多个处理器执行其指令，多个处理器可以在相同的计算装置之内或甚至可以分布于多个计算装置之间。

本文所使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”也可以称为“人机接口装置”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使计算机能够接收来自操作者的输入并可以向用户提供来自计算机的输出。 换言之，用户接口可以允许操作者控制或操作计算机，并且接口可以允许计算机指出操作者的控制或操控的效果。在显示器或图形用户界面上显示数据或信息是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、点击棒、图形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像机、头戴送受话器、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度计接收数据都是能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。

本文所使用的“显示器”或“显示装置”涵盖适于显示图像或数据的输出装置或用户接口。显示器可以输出视觉、音频和或触觉数据。显示器的范例包括，但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子体显示板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头戴式显示器。

本文所使用的“硬件接口”涵盖使计算机系统的处理器能够与外部计算装置和/或设备交互和/或控制其的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算装置和/或设备发送控制信号或指令。硬件接口也可以使处理器能够与外部计算装置和/或设备交互数据。硬件接口的范例包括，但不限于：通用串行总线、并行端口、IEEE 1284、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。

本文所使用的“磁共振(MR)数据”涵盖在磁共振成像扫描期间由磁共振设备的天线记录的原子自旋发射的射频信号测量值。

本文所使用的“磁共振图像”涵盖磁共振成像数据之内包含的解剖数据的重建二维或三维可视化。能够利用计算机执行这种可视化并可以在显示器上显示。磁共振图像是一种类型的医学图像。本文所使用的“医学图像”是包括解剖数据可视化或描述一个或多个解剖结构的图像。

本文所使用的“超声窗口”涵盖能够透射超声或能量的窗口。通常，将薄膜或膜用作超声窗口。超声窗口例如可以由BoPET(双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜制造。

在一个方面中，本发明提供了一种治疗设备，包括用于处置受试者的 靶区域的高强度聚焦超声系统。高强度聚焦超声系统可以通过加热或消融靶区域之内的组织来处置靶区域。所述治疗设备还包括用于控制治疗系统的处理器。所述治疗设备还包括用于显示处置规划数据的显示器。本文所使用的处置规划数据涵盖描述用于操作高强度聚焦超声系统以处置靶区域的指令或计划的数据。所述治疗设备还包括存储器，所述存储器包含供处理器执行的机器可执行指令。处理器可以位于计算机系统之内。如果处理器是指多个处理器，处理器可以分布于多个计算机系统之间。此外，处理器也可以包含在控制器之内。存储器还包含高强度聚焦超声系统的几何模型。

指令的执行令处理器接收处置规划数据。处置规划数据包括靶区域的几何表示。在一些实施例中，显示器可以仅显示处置规划数据的一部分。例如，可以在显示器上仅绘制几何表示。指令的执行还令处理器在显示器上绘制靶区域的几何表示。在一些实施例中，几何表示与其他数据或信息一起显示。例如，可以与受试者的医学图像相邻或叠加地显示靶区域的几何表示。

指令的执行还令处理器根据几何模型计算可到达靶区域。可到达靶区域可以表示体积或面积。可到达靶区域表示高强度聚焦超声系统能够处置的区域。高强度聚焦超声系统可以包括超声换能器，用于将超声聚焦到声波处理点中，以处置靶区域或者靶区域的一部分。通常，通过电手段和/或机械手段的组合来操纵超声。这样，高强度聚焦超声系统仅能够处置其机械运动和电子束操纵可允许的区域。可到达靶区域是高强度聚焦超声系统能够处置的受试者的区域。可到达靶区域的计算也可以被解释为对可到达靶区域的估计。在一些实施例中，通过选取测试声波处理点来计算或估计可到达靶区域。随着更大数量的点被使用，可到达靶区域的估计的精确度得到改善。

指令的执行还令处理器在显示器上绘制可到达靶区域。本实施例可能是有利的，因为可到达靶区域被叠加在靶区域的几何表示上。因此治疗设备的操作者或用户能够容易看出是否可以由高强度聚焦超声系统来处置靶区域。

在另一实施例中，高强度聚焦超声系统包括超声换能器。高强度聚焦 超声系统还包括机械定位系统。机械定位系统可以适于机械定位超声换能器。高强度聚焦超声系统可以包含致动器和联动装置，用于机械定位超声换能器。几何模型描述超声换能器和机械定位系统的机械结构。如本文所使用的，几何模型涵盖描述对象的三维形状的模型。本实施例是有利的，因为几何模型描述超声换能器和机械定位系统的机械结构。这可以用于计算超声换能器的可能位置和定位。这样允许确定能够由超声换能器进行声波处理或处置的位置。

在另一实施例中，所述几何模型包括由所述超声换能器生成的聚焦超声的路径的几何表示。这是尤其有利的，因为可以利用几何模型确定声波处理点。超声换能器通常是抛物面，或至少是凹面形状的。这样允许将超声能量聚焦到特定点或体积中。因此能够由表示超声路径的几何形状来表示超声能量。例如，从凹面形状，可以使用锥形或类似形状做出超声路径的表示。这是有利的，因为可以通过利用纯粹的几何模型非常快速地确定声波处理点。不需要计算超声的路径，因为它是利用几何表示近似的。

在另一实施例中，通过指令的执行，令处理器选择至少一个声波处理点，来计算可到达靶区域。进一步通过指令的执行，令处理器根据几何模型计算允许至少一个声波处理点的声波处理的超声换能器和机械定位系统的位置，来计算可到达靶区域。由于几何模型描述机械定位系统和超声换能器的结构，所以能够将超声换能器和机械定位系统组装到模型中，然后能够使用其计算该位置是否能够被声波处理。

在另一实施例中，根据所述几何模型利用冲突测试来测试声波处理的可允许性。例如，可以通过选取声波处理点，然后将超声换能器定位在一个或多个位置，使得该点被声波处理，来实现这一目的。然后能够测试超声换能器，查看其是否处在超声换能器允许的机械边界之内。例如，如果声波处理点不能够接近，则超声换能器必须被移动通过高强度聚焦超声系统的壁。如果超声换能器位于允许声波处理的位置，那么将需要检查机械定位系统，以查看是否能够将机械定位系统定位在允许的位置。

本文所使用的冲突测试涵盖使用几何模型查看是否能够定位几何模型的不同几何部件而没有冲突。

在另一实施例中，通过处理器执行指令来计算几何靶区域，所述指令 的执行令所述处理器选择描述超声换能器和机械定位系统的机械自由度的被允许位置。被允许位置是从如下中的任一个选择的：预定的位置列表和使用蒙特卡洛过程选择的被允许位置。这是一个备选实施例，其中，并非一开始选择声波处理点，而是通过将几何模型建模的机械部件放置到被允许位置中来确定可到达靶区域。这样允许要确定的可到达靶区域的近似表示。能够通过选取将几何模型移入到其中的额外点来使用更好或改善的可到达靶区域。这非常类似于使用蒙特卡洛过程估计积分面积的过程。

在另一实施例中，在计算可到达靶区域期间反复在所述显示器上呈现可到达靶区域。在所提供的两种方法中，可到达靶区域都是通过测试各个点来确定或计算的。在仅测试几个点时，可到达靶区域的估计并非特别好。随着被测试的点数增加，可到达靶区域的估计逐渐增加，并且变得越来越好。为了执行该模型允许的完美或良好的估计，花费的时间会长到无法接受。对这一问题的解决方案是重复测试额外的点，并且然后在显示器上重新绘制可到达靶区域，作为确定的更好近似。如果靶区域远离可到达靶区域的边界，粗略估计就足够了。例如，医师或治疗设备的其他操作者可能会注意到，在计算的时候，靶区域显然处在可到达靶区域的边界之内。那么保健专业人员将不需要等候确定靶区域是否处在可到达靶区域之内。

在另一实施例中，处理器还执行接收医学图像的步骤。处理器还执行在显示器上绘制医学图像的步骤。将靶区域的几何表示和可到达靶区域叠加在医学图像上。这是尤其有利的，因为在将靶区域和可到达靶区域叠加在医学图像上时，容易确定靶区域和可到达靶区域与受试者的解剖结构的关系。

在另一实施例中，治疗设备还包括用于采集磁共振数据的磁共振成像系统。通过处理器执行指令，令所述处理器利用磁共振成像系统采集医学图像数据，来接收医学图像。进一步通过由处理器执行指令，令所述处理器将磁共振数据重建成医学图像，来接收医学图像。本实施例是有利的，因为可以将由磁共振成像系统采集的医学图像用于精确引导治疗。也可以将医学图像配准到治疗规划数据。

在另一实施例中，所述几何模型包括棋盘化表面模型。在棋盘化表面模型中，使用棋盘化或连接，像片块，生成表面模型。有利的是将棋盘化 的表面模型用于几何模型，因为能够由现代的处理器和计算机系统精确计算棋盘化表面模型的位置。因此可以将几何模型用于迅速计算可到达靶区域。

在另一实施例中，所述几何模型包括超声的几何模型。例如，可以使用棋盘化表面表示超声的路径。

在另一实施例中，指令的执行还令所述处理器生成声波处理命令。本文所使用的靶区域声波处理命令涵盖能够由高强度聚焦超声系统执行并令高强度聚焦超声系统执行靶区域的声波处理或加热的指令。指令的执行还令处理器向高强度聚焦超声系统发送声波处理命令。向高强度聚焦超声系统发送声波处理命令使所述高强度聚集超声系统执行对受试者的靶区域的声波处理或处置。

在另一实施例中，处理器还执行接收对处置规划数据的修改的步骤。例如，处理器可以执行指令，令所述处理器从显示器上的图形用户界面接收数据。用户可以逐步浏览不同的切片和医学图像或医学图像数据，并调节靶区域的定位。如果靶区域不在可到达靶区域之内，这可能是特别有利的。

在另一实施例中，处理器还执行确定可到达靶区域是否不涵盖靶区域的步骤。这等价于确定靶区域是否处在可到达靶区域之内。如果是这种情况，那么靶区域能够被全部进行声波处理。否则，那么可能有不能够被声波处理的靶区域的区域。如果可到达靶区域不涵盖靶区域，处理器还执行在显示器上显示预定消息的步骤。这可能是特别有利的，因为可以使用多个切片或图像来表示靶区域。这将提示操作者靶区域的一部分可能无法被处理的事实。

在另一方面中，本发明提供了一种包括供处理器执行的机器可执行指令的计算机程序产品。计算机程序产品例如可以存储在计算机可读存储介质上。指令的执行令处理器接收处置规划数据。处置规划数据包括受试者靶区域的几何表示。指令的执行还令处理器在显示器上绘制靶区域的几何表示。指令的执行还令处理器根据高强度聚焦超声系统的几何模型计算可到达靶区域。可到达靶区域表示高强度聚焦超声系统能够处置的区域。指令的执行还令处理器在显示器上绘制可到达靶区域。

在本发明的另一方面中，提供了一种在显示器上绘制可到达靶区域的方法。所述方法包括接收处置规划数据的步骤。处置规划数据包括受试者的靶区域的几何表示。所述方法还包括在显示器上绘制靶区域的几何表示的步骤。所述方法还包括根据高强度聚焦超声系统的几何模型来计算可到达靶区域的步骤。可到达靶区域表示高强度聚焦超声系统能够处置的区域。所述方法还包括在显示器上绘制可到达靶区域的步骤。

附图说明

在下文中将仅通过举例，并参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了根据本发明的实施例的高强度聚焦超声系统；

图2图示了根据本发明的另一实施例的高强度聚焦超声系统；

图3示出了图示说明根据本发明的方法的流程图；

图4示出了图示说明根据本发明的另一实施例的方法的流程图；以及

图5图示了根据本发明的实施例的治疗设备。

附图标记列表

100 高强度聚焦超声系统

102 填充流体的腔室

104 超声窗口

106 受试者体内的平面

108 第一声波处理点

110 第二声波处理点

112 超声换能器(第一位置)

114 超声的几何模型(第一位置)

116 超声换能器(第二位置)

118 超声的几何模型(第二位置)

200 高强度聚焦超声系统

202 填充流体的腔室

204 超声窗口

212 超声换能器

214 表示超声的锥体

216 表示超声的锥体

218 表示超声的锥体

500 治疗设备

502 磁共振成像系统

504 高强度聚焦超声系统

508 磁体

510 膛

512 磁场梯度线圈

514 磁场梯度线圈电源

516 线圈

518 收发器

520 成像区

522 受试者

524 受试者支撑物

526 靶区域

528 填充流体的腔室

530 超声换能器

532 机械联动装置

534 致动器

536 超声的路径

538 超声窗口

540 凝胶衬垫

542 声波处理体积

544 计算机系统

546 硬件接口

548 处理器

550 用户接口

552 显示器

554 计算机储存器

556 计算机存储器

558 磁共振数据

560 磁共振图像

562 处置规划数据

564 可到达靶区域

566 脉冲序列

568 声波处理测试点的预定列表

570 声波处理命令

572 几何模型

580 控制模块

582 图像重建模块

584 高强度聚焦超声系统控制模块

586 蒙特卡洛模块

588 冲突测试模块

590 图形用户界面

591 医学图像

592 靶区域

593 可到达靶区域

594 预定消息

595 编辑靶区域按钮

596 执行声波处理按钮

597 选择切片按钮

598 设置分辨率按钮

具体实施方式

在这些附图中，编号类似的元件是等价元件或执行相同功能。如果功能等价，先前论述过的元件未必会在后面的图中加以论述。

图1示出了根据本发明的实施例的高强度聚焦超声系统100的图示。高强度聚焦超声系统包括填充流体的腔室102，其具有超声窗口104。标记 为106的平面表示受试者体内的平面。位于平面106之内是第一声波处理点108和第二声波处理点110。声波处理点108、110下方示出的是位于第一位置的超声换能器112。锥体114是超声换能器112发射的超声的几何模型。能够看出，锥体114的点被置于第一声波处理点108处。然后将超声换能器置入第一位置，使得其能够生成由锥体114表示的超声。能够将锥体114视为部分通过填充流体的腔室102的壁。

第一声波处理点108表示不被允许的声波处理点。第二声波处理点110具有锥体118，其表示第二位置的超声换能器116产生的超声。锥体118的点在第二声波处理点110处。能够看出，超声118通过超声窗口104。第一声波处理点108导致冲突，并且第二声波处理点110不导致冲突。第二声波处理点110将是可到达靶区域的成员。

图1示出了如何可以通过依次测试各个声波处理点来建立可到达靶区域。随着声波处理点数量增加，绘制的可到达靶区域的精确度会提高。

图2示出了根据本发明的实施例的高强度聚焦超声系统200的另一图示。在该图中，有填充流体的腔室202的部分视图，其具有超声窗口204。填充流体的腔室202之内有超声换能器212。在本实施例中，超声换能器212是凹陷平面，具有多个换能器元件，每个换能器元件都适于发射超声能量。为了表示这一点，绘示三个柱形形状214、216和218来表示来自三个不同超声换能器元件的超声。能够看出，换能器元件超声214和216通过超声窗口204。形状218与填充流体的腔室202有冲突。为了到达218表示的超声需要的受试者的区域，会发生冲突。然而，如果不需要锥体218表示的所发射超声，那么能够将超声换能器用于这一当前位置。图2图示了能够如何使用表示来自个体换能器元件的超声的各个形状进一步细化可到达靶区域的估计。

图3示出了流程图，其图示了根据本发明的方法。在步骤300中，接收处置规划数据。在步骤302中，在显示器上绘制靶区域的几何表示。处置规划数据包含靶区域的几何表示。在步骤304中，根据高强度聚焦超声系统上的几何模型来计算可到达靶区域。在一些实施例中，通过选择声波处理点来近似可到达靶区域，或者通过定位高强度聚焦超声系统的部件来测试一点被允许还是不被允许或者是还是不是可到达靶区域的成员，来计 算可到达靶区域。在步骤306中，在显示器上绘制可到达靶区域。通过这种方式，可以将靶区域与可到达靶区域进行比较。

图4示出了流程图，其图示了根据本发明的另一方法。在步骤400中，接收处置规划数据。接下来在步骤402中，在显示器上绘制靶区域的几何表示。在步骤404中，选择至少一个声波处理点。接下来在步骤406中，通过计算超声换能器的位置，根据高强度聚焦超声系统的几何模型，计算可到达靶区域，机械定位系统允许对至少一个声波处理点进行声波处理。例如，可以利用几何模型进行冲突测试。如果有冲突，那么不允许声波处理点。接下来在步骤408中，显示可到达靶区域。

图4中所示的方法还图示了这如何可以是迭代过程。在显示器上绘制可到达靶区域之后，有箭头示出选择了更多声波处理点，方法返回步骤404。利用这些额外的点重新计算可到达靶区域，可到达靶区域的估计得到改善。这可以得到连续改善，直到确定靶区域是否处在可到达靶区域之内为止。这是由判定框410指示的。如果靶区域处在可到达靶区域之内，那么执行声波处理。这是由步骤414指示的。如果不是这样，那么可以重新定位受试者和/或可以重新定义靶区域。这是由判定框412指示的。该方法然后返回步骤402，在此，在显示器上绘制靶区域的几何表示。然后重复该方法，直到在步骤414中执行声波处理。

图5示出了根据本发明的实施例的治疗设备500。治疗设备500包括磁共振成像系统502和高强度聚焦超声系统504。磁共振成像系统502包括磁体508。图5中所示的磁体是圆柱形超导磁体，并具有通过其的膛510。磁体具有带超导线圈的液氦冷却的低温恒温器。还可以使用永久性或电阻式磁体。使用不同类型的磁体也是可能的，例如，也可以使用裂开式圆柱状磁体和所谓的开放式磁体。裂开式圆柱状磁体类似于标准圆柱状磁体，只是低温恒温器已经分裂成两个部分，以允许进入磁体的等平面，使得磁体可以例如结合带电粒子束治疗一起使用。开放磁体具有两个磁体部分，一个在另一个上方，之间的空间大到足以容纳受试者：这种两部分区域的步骤类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是常见的，因为受试者受限较小。在圆柱状磁体的低温恒温器内部，有许多超导线圈。在圆柱状磁体的膛之内是成像区，其中的磁场很强且均匀到足以执行磁共振成像。

在磁体的膛510之内还有磁场梯度线圈512，其适于采集磁共振数据以对磁体成像区之内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈512被连接到磁场梯度线圈电源514。磁场梯度线圈512意在作为代表。通常，磁场梯度线圈包含三个独立的线圈组，用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源514向磁场梯度线圈供应电流。根据时间控制向磁场线圈512供应的电流，其可以是斜变的或脉冲的。

磁体508的膛之内还有连接到收发器518的线圈516或射频天线。线圈516与成像区520相邻。成像区520是磁体508产生的磁场均匀到足以采集磁共振成像数据的区域。线圈516用于操控成像区520之内磁自旋的取向并从也在成像区之内的自旋接收无线电发射。射频天线可以包含多个线圈元件。也可以将线圈称为通道或射频天线。可以由独立的发射和接收线圈和独立的发射器和接收器取代射频线圈516和射频收发器518。显然，线圈516和射频收发器518仅仅是代表性的。线圈516还意在表示专用发射天线和专用接收天线。同样地，收发器518也可以表示独立的发射器和接收器。

受试者支撑物524上躺着受试者522。受试者522部分位于成像区520之内。受试者522有位于成像区520之内的靶区域526。受试者支撑物524下方是高强度聚焦超声系统504。

高强度聚焦超声系统504包括填充流体的腔室528。填充流体的腔室528之内有超声换能器530。超声换能器530连接到适于在填充流体的腔室528之内定位超声换能器530的机械联动装置532。有致动器534，其用于致动联动装置532，从而能够移动和定位超声换能器530。在本图中未示出的是用于向超声换能器530供应交流电的电源。

虚线536示出了由超声换能器530生成的超声的路径。超声536穿过通过超声窗口538的填充流体的腔室528。受试者支撑物524之内是凹陷或开口，用于容纳凝胶衬垫540。凝胶衬垫适于将来自超声窗口538的超声耦合到受试者522。凝胶衬垫540是任选的，不是在所有实施例中都有。超声536然后被聚焦到声波处理体积542。声波处理体积542被示为位于靶区域526之内。

高强度聚焦超声系统504、收发器518和磁场梯度线圈电源514全部被 示为连接到计算机系统544的硬件接口546。计算机系统544还包括处理器548，其适于经由硬件接口546发送和接收信号，用于控制治疗设备500的操作和功能。计算机系统544还包括用户接口550。在本实施例中，接口550的一部分是显示器552。处理器548还被示为连接到计算机储存器554和计算机存储器556。

计算机储存器554被示为包含利用磁共振成像系统502采集的磁共振数据558。计算机储存器554被示为还包含从磁共振数据558生成的磁共振图像560。计算机储存器554还被示为包含处置规划数据562和计算的可到达靶区域564。可到达靶区域564是可到达靶区域的数值表示。计算机储存器554之内还有用于操作磁共振成像系统502的脉冲序列566。在一些实施例中，计算机储存器554包含声波处理测试点的预定列表568。在计算可到达靶区域564期间使用这一列表。计算机储存器554被示为包含用于操作高强度聚焦超声系统504的声波处理命令570。计算机储存器554被示为包含高强度聚焦超声系统504的部件528、530、532的几何模型572。

计算机存储器556包含用于供处理器548执行的计算机可执行代码。计算机存储器556被示为包含控制模块580。控制模块580包含计算机可执行代码，用于控制治疗设备500的操作和功能。计算机存储器556被示为还包含图像重建模块582。所述图像重建模块包含计算机可执行代码，用于从磁共振数据558重建磁共振图像560。计算机存储器556包含高强度聚焦超声系统控制模块584，其使用治疗规划数据562生成声波处理命令570。一些实施例包含蒙特卡洛模块586，用于选择声波处理点以确定可到达靶区域564。计算机存储器556被示为还包含冲突测试模块588。冲突测试模块588包含计算机可执行代码，其使用几何模块572确定声波处理点是否处在可到达靶区域564之内。

在显示器552之内是图形用户界面590。在图形界面上显示了医学图像591。叠加在医学图像上的是靶区域592和可到达靶区域593。在这一特定范例中，靶区域592不完全处在可到达靶区域593之内。因为靶区域592不完全处在可到达靶区域593之内，所以图形用户界面590上显示了预定消息594。预定消息594警告操作者不能对整个靶区域进行声波处理。图形用户界面590还可以包含其他控制元件，用于控制治疗设备500的操作和 功能。例如，有控制按钮595、596、597和598。按钮595能够打开对话，允许编辑靶区域。按钮596导致开始对靶区域526进行声波处理。例如，这可以导致向高强度聚焦超声系统504发送声波处理命令570。按钮597可以导致显示医学图像的不同切片。靶区域526很可能是三维体积。因此，靶区域可以位于医学图像数据的多个切片上。按钮598打开对话框，允许控制可到达靶区域的分辨率。例如，为了提高分辨率，会选择大量的测试声波处理点。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。

通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。可以在适当的介质上存储和/或分布的计算机程序，介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，但也可以在其他形式中分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种治疗设备(500)，包括：

-高强度聚焦超声系统(100、200、504)，其用于处置受试者(522)的靶区域(526)；

-处理器(548)，其用于控制治疗系统；

-显示器(552)，其用于显示处置规划数据(562)；

-存储器(556)，其包含用于供所述处理器执行的机器可执行指令(580、582、584、586、588)，其中，所述存储器还包含所述高强度聚焦超声系统的几何模型(572)，其中，所述指令的执行令所述处理器执行如下操作：

-接收(300、400)所述处置规划数据，其中，所述处置规划数据包括所述靶区域的几何表示(592)；

-在所述显示器上绘制(302、402)所述靶区域的所述几何表示；

-根据所述几何模型计算(304、404、406)可到达靶区域(593)，其中，所述可到达靶区域表示所述高强度聚焦超声系统能够处置的区域；

并且

-在所述显示器上绘制(306、408)所述可到达靶区域。

2.根据权利要求1所述的治疗设备，其中，所述高强度聚焦超声系统包括超声换能器(112、212、530)，其中，所述高强度聚焦超声系统还包括机械定位系统(532、534)，其中，所述几何模型描述所述超声换能器和所述机械定位系统的机械结构。

3.根据权利要求2所述的治疗设备，其中，所述几何模型包括由所述超声换能器生成的聚焦超声的路径的几何表示(114、118、214、216、218)。

4.根据权利要求2或3中的任一项所述的治疗设备，其中，通过所述指令的执行，进一步令所述处理器执行如下操作来计算所述可到达靶区域：

-选择(404)至少一个声波处理点(108、110)；

-根据所述几何模型计算(406)所述超声换能器和所述机械定位系统的位置是否允许对所述至少一个声波处理点进行声波处理。

5.根据权利要求4所述的治疗设备，其中，根据所述几何模型利用冲突测试来测试声波处理的允许。

6.根据权利要求4所述的治疗设备，其中，利用如下中的任一项来选择所述至少一个声波处理点：预定列表(568)或蒙特卡洛过程。

7.根据权利要求4所述的治疗设备，其中，通过所述指令的执行，进一步令所述处理器选择描述所述超声换能器和所述机械定位系统的机械自由度的被允许位置来计算所述可到达靶区域，并且其中，从如下中的任一项选择所述被允许位置：位置的预定列表以及使用蒙特卡洛过程选择的被允许位置。

8.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的治疗设备，其中，在所述可到达靶区域的所述计算期间在所述显示器上反复绘制所述可到达靶区域。

9.根据前述权利要求中1-3的任一项所述的治疗设备，其中，所述处理器还执行如下步骤：

-接收医学图像(560、591)；并且

-在所述显示器上绘制所述医学图像，其中，在所述医学图像上叠加所述靶区域的所述几何表示(592)和所述可到达靶区域(593)。

10.根据权利要求9所述的治疗设备，其中，所述治疗设备还包括用于采集磁共振数据(558)的磁共振成像系统(502)，其中，通过执行所述指令进一步令所述处理器执行如下操作来接收所述医学图像：

-利用所述磁共振成像系统采集所述医学图像的数据，

-将所述磁共振数据重建成所述医学图像。

11.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的治疗设备，其中，所述几何模型包括棋盘化表面模型。

12.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的治疗设备，其中，所述指令的执行还令所述处理器执行如下操作：

-生成声波处理命令(570)；并且

-向所述高强度聚焦超声系统发送声波处理命令。

13.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的治疗设备，其中，所述处理器还执行如下步骤：

-确定所述可到达靶区域是否不涵盖所述靶区域；并且

-如果所述可到达靶区域不涵盖所述靶区域，在所述显示器上显示预定消息(594)。

14.一种绘制可到达靶区域(593)的装置，所述装置包括：

-用于接收(300、400)处置规划数据的单元，其中，所述处置规划数据包括受试者(522)的靶区域(526)的几何表示(592)；

-用于绘制(392、402)所述靶区域的所述几何表示的单元；

-用于根据高强度聚焦超声系统(100、200、504)的几何模型(572)计算(304、404、406)可到达靶区域(593)的单元，其中，所述可到达靶区域表示所述高强度聚焦超声系统能够处置的区域；并且

-用于绘制(306、408)所述可到达靶区域的单元。

15.一种绘制可到达靶区域(593)的方法，所述方法包括如下步骤：

-接收(300、400)处置规划数据，其中，所述处置规划数据包括受试者(522)的靶区域(526)的几何表示(592)；

-绘制(302、402)所述靶区域的所述几何表示；

-根据高强度聚焦超声系统(100、200、504)的几何模型(572)计算(304、404、406)可到达靶区域(593)，其中，所述可到达靶区域表示所述高强度聚焦超声系统能够处置的区域；并且

-绘制(306、408)所述可到达靶区域。