CN103764227B - 使用磁共振成像对高强度聚焦超声的实时控制 - Google Patents

使用磁共振成像对高强度聚焦超声的实时控制 Download PDF

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Abstract

一种医学装置（300、400、500），包括高强度聚焦超声系统（322），其被配置为对受试者（318）的靶体积（340）进行超声处理。所述医学装置还包括磁共振成像系统（302），其用于采集来自成像区（308）的磁共振数据（356、358、360、368、374）。处置体积在所述成像区内。所述医学装置还包括：存储器（352），其包括机器可执行指令；控制模块（382、402），其用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理；以及处理器（346）。指令的执行令所述处理器重复地使用所述磁共振成像系统实时采集（102、202）磁共振数据，并且使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据，实时控制（104、206）由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理。

Description

使用磁共振成像对高强度聚焦超声的实时控制
技术领域
本发明涉及高强度聚焦超声，本发明尤其涉及磁共振图像引导的高强度聚焦超声。
背景技术
近年来，已将磁共振测温与各种加热或冷却组织的手段结合用于治疗。测量所述组织发热或冷却的效果允许对治疗的引导以及评估对受试者的治疗处置效果的能力。
在高强度聚焦超声(HIFU)治疗中，使用例如磁共振成像(MRI)的可靠的实时温度监测是必须的，以确保对靶的充分热坏死，同时避免周围健康组织的过度发热和损伤。为了达到足够的时间和空间分辨，优选地要求具有高空间分辨的快速成像同时维持足够的SNR，用于对可靠温度测量结果的重建。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供一种医学装置、一种操作医学装置的方法以及一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。
目前，在用于高强度聚焦超声的控制的反馈计算中的最新技术是基于来自诊断扫描器的传入图像，例如来自磁共振(MR)扫描器的相位图像。定制的实时重建硬件和软件已被用于磁共振成像(MRI)团注跟踪和实验快速重建方法中，但尚无对在完全实时域中创建可持续的非诊断反馈环路的尝试。
诊断图像计算通常为长时间的操作，并且以重建时间和复杂性为代价，耗费很大工作量以产生视觉上有意义的图像数据。本发明的实施例通过从实时反馈环路分离出诊断观察，可以克服该问题以及其他问题，其中可以针对反馈性能优化重建。
诊断图像计算因其复杂性和易扩展性而通常是在非实时环境中进行的。所述非实时操作系统造成图像通量中大的抖动和性能变化。结果，由于环路中太多的未知变量，而使反馈环路优化仍旧保守。本发明通过使用软或硬的实时操作系统，克服了该问题：定制的反馈算法并不像不断演变的诊断图像重建算法对扩展性具有的类似的需要。可以测量算法时间特性，以及它们针对最小抖动和最大可重复性优化的存储器动作，这有助于反馈回路参数的设计。
本文中使用的‘计算机可读储存介质’包括可以储存指令的任意有形储存介质，所述指令可被计算设备的处理器执行。所述计算机可读储存介质可以被称作计算机可读非暂态储存介质。所述计算机可读存储介质也可以被称作有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读储存介质也可以储存能由所述计算设备的所述处理器访问的数据。计算机可读储存介质的范例包括，但不限于：软盘、硬磁盘驱动、固态硬盘、闪存、USB拇指储存器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘，以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括光盘(CD)和数字通用光盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW，或DVD-R盘。术语计算机可读储存介质也指能够由计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以通过调制解调器、在互联网或者局域网取回数据。应尽可能地将对计算机可读储存介质的引用解释为多种计算机可读储存介质。程序或多个程序的各种可执行组件可以被储存在不同位置。所述计算机可读储存介质例如可以为相同计算机系统内的多个计算机可读储存介质。所述计算机可读储存介质也可以为被分布在多个计算机系统或计算设备间的计算机可读储存介质。
‘计算机存储器’或‘存储器’为计算机可读储存介质的范例。计算机存储器为处理器可直接访问的任意存储器。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。应尽可能地将对‘计算机存储器’或‘存储器’的引用解释为多个存储器。所述存储器例如可以为在相同计算机系统内的多个存储器。所述存储器也可以为被分布在多个计算机系统或计算设备中的多个存储器。
‘计算机储存器’或‘储存器’为计算机可读储存介质的范例。计算机储存器为任意永久性计算机可读储存介质。计算机储存器的范例包括，但不限于：硬盘驱动、USB拇指储存器、软盘驱动、智能卡、DVD、CD-ROM，以及固态硬盘驱动。在一些实施中，计算机储存器也可以为计算机存储器，反之亦然。应尽可能地将对‘计算机储存器’或‘储存器’的引用解释为多个储存设备。所述储存器例如可以为在相同计算机系统或计算设备内的多个储存器设备。所述储存器也可以为被分布在多个计算机系统或计算设备中的多个储存器。
本文中使用的‘处理器’包括能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。应尽可能地将对包括‘处理器’的计算设备的引用解释为包括多于一个处理器或处理核心。所述处理器例如可以为多核处理器。处理器也可以指单个计算机系统内的或分布在多个计算机系统中的处理器的集合。术语计算设备也应被解释为可能指计算设备的集合或网络，每个计算设备均包括一处理器或多个处理器。许多程序具有它们的由多个处理器执行的指令，所述多个处理器可以在相同计算设备内的或者甚至可以跨多个计算设备分布。
本文中使用的‘用户接口’为允许用户或操作者与计算机或计算系统交互的接口。‘用户接口’也可以被称作‘人机接口设备’。用户接口可以向操作者提供信息或数据，和/或从所述操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入被所述计算机接收到，并且可以向所述用户提供来自所述计算机的输出。换言之，所述用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且所述接口可以允许所述计算机显示所述操作者的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用户界面上的显示为向操作者提供信息的范例。数据通过键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、指点杆、绘图板、操纵杆、手柄、网络摄像头、头戴式受话器、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控以及加速度计的接收，均为实现从操作者接收信息或数据的用户接口元件的范例。
本文中使用的‘硬件接口’包括使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或器械交互和/或控制外部计算设备和/或器械的接口。硬件接口可以允许处理器将控制信号或指令发送到外部计算设备和/或器械。硬件接口也可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括，但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
在本文中将视场(FOV)定义为针对其构建MRI图像的体积的意义。被用于构建MRI图像的MRI数据为在频域中收集的无线电信号。因此重要的是要注意，使用傅立叶积分将所述MRI信号转换成图像，以及作为结果，在所述FOV之外的组织对所述图像有贡献。
在本文中将磁共振(MR)数据定义为：在磁共振成像扫描期间，所记录的由磁共振装置的天线发射的原子自旋射频信号的测量结果。在本文中将磁共振成像(MRI)图像定义为对被包括在所述磁共振成像数据内的解剖数据所重建的二维或三维可视化。可以使用计算机执行该可视化。
在本文中将磁共振测温数据定义为：在磁共振成像扫描期间，所记录的由磁共振装置的天线发射的原子自旋射频信号测量结果，其包括可以被用于磁共振测温的信息。磁共振测温通过测量温度敏感参数的改变而工作。可以在磁共振测温期间测量的参数的范例为：质子共振频移、扩散系数或可以被用于使用磁共振测量温度的T1和/或T2弛豫时间的改变。所述质子共振频移为温度相关的，因为个体质子、氢原子经历的磁场取决于周围的分子结构。由于温度影响氢键，因而温度的增加减小了分子屏蔽。这造成质子共振频率的温度依赖性。
质子密度与平衡磁化线性相关。因此有可能使用质子密度加权图像确定温度改变。
弛豫时间T1、T2，以及T2-星(有时写作T2*)也是温度相关的。因此可以将对T1、T2和T2-星加权图像的重建用于构建热图或温度图。
温度也影响水溶液中分子的布朗运动。因此，可以将能够测量扩散系数的脉冲序列(例如脉冲扩散梯度自旋回波)用于测量温度。
使用磁共振测量温度的最有用的方法之一是通过测量水质子的质子共振频率(PRF)位移。质子的共振频率为温度相关的。随着体素中的温度改变，频移将引起水质子的测量相位改变。因此可以确定两个相位图像之间的温度改变。这种确定温度的方法具有与其他方法相比相对地快的优点。与其他方法相比，本文中更详细地讨论PRF方法。然而，本文中讨论的方法和技术也可应用于用磁共振成像执行测温的其他方法。
本文中使用的‘超声窗口’包括能够传输超声波或能量的窗口。典型地，薄膜或膜被用作超声窗口。所述超声窗口例如可以由BoPET(双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯)的薄膜制成。
在本发明的一个方面中，提供一种医学装置，其包括高强度聚焦超声系统，其被配置为生成用于对受试者的靶体积进行超声处理的聚焦超声能。所述医学装置还包括磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振数据。所述靶体积在所述成像区内。所述医学装置还包括存储器，其包括用于控制所述医学装置的机器可执行指令。所述医学装置还包括控制模块，所述控制模块用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理。所述超声处理控制模块可以被实施在软件、硬件中或者实施为硬件与软件组件的组合。
所述超声处理控制模块适用于使用原始磁共振数据，用于控制所述高强度聚焦超声系统。所述医学装置还包括处理器，其用于控制所述医学装置。所述机器可执行指令的执行令所述处理器重复地使用所述磁共振成像系统实时采集磁共振数据。实时采集所述磁共振数据，意味着保障以多久采集一次所述磁共振数据来采集所述磁共振数据。例如，可以以几十毫秒或几百毫秒的间隔提供所述磁共振数据。所述指令的执行还令所述处理器重复地使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据，实时控制由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理。该实施例可以是有益的，因为由使用所述实时磁共振数据的所述超声处理控制模块对所述高强度聚焦超声系统的所述控制而形成了闭合的反馈控制回路。
在另一实施例中，所述磁共振数据包括磁共振测温数据。该实施例可能是有益的，因为所述超声处理控制模块基于所述靶体积的温度的改变来控制所述高强度聚焦超声系统。这对于其中将靶体积保持在特定温度以上或之间特定时期的处置而言，是极其合乎期望的。
在另一实施例中，所述磁共振数据包括子采样的磁共振数据和图像磁共振数据。本文中使用的对‘子采样’的一种解释包括忽略或去除k空间的高频分量。例如，对于N维的目标k空间采样矩阵(N在这里指与现有技术相反的“高分辨”采样策略)针对体线圈和/或线圈阵列数据，采集小于N个k空间样本。对子采样的该解释中，省略了高频分量。
本文中使用的对‘子采样’的另一种解释包括欠采样。在欠采样中，不对所选的频率分量采样。不被采样的所述分量可以基于均匀或不均匀的欠采样模式或分布。
所述器械还包括图像重建模块，所述图像重建模块用于将所述图像磁共振数据重建成磁共振图像。所述超声处理控制模块被配置为使用至少所述子采样的磁共振数据作为所述控制参数。所述指令的执行还令所述处理器重复地使用所述图像重建模块和所述图像磁共振数据来重建图像。该实施例可以是尤其有益的，因为其可以比所述子采样的磁共振数据要求更多的时间以采集所述图像磁共振数据。相比于使用图像磁共振数据来控制所述超声处理，使用所述子采样的磁共振数据实现了对所述磁共振数据的更快采集和处理。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统以交错的方式采集所述子采样的磁共振数据和图像磁共振数据。这可以是有益的，因为相比所述图像磁共振数据，可以更多或更频繁地采集所述子采样的磁共振数据。同样针对对所述超声处理的控制，构建图像所需要的数据的量可以不是必须的。在该实施例的一种可能的实现方式中，以特定的周期性，采集所述子采样的磁共振数据。然后可以较低频率地采集所述图像磁共振数据。所述子采样的磁共振数据可以被用于控制所述超声处理，并且为了方便操作者或医师，所述图像磁共振数据可以被显示在显示器上。
在另一实施例中，所述子采样的磁共振数据相比所述图像磁共振数据为子采样的。这可以是有益的，因为所述子采样的磁共振数据可以被所述图像磁共振数据更快速地采集。所述图像磁共振数据到图像的转换也可能耗费时间。
在另一实施例中，通过在k空间中欠采样来子采样所述子采样的磁共振数据。在磁共振数据的所述采集中，典型地在k空间中进行测量。取决于采样方案，图像可以被采集为包括感兴趣的特定数据。例如，如果确定了k空间的特定部分与控制算法相关，则可以仅采集k空间的该部分。这具有加速采集所述子采样的磁共振数据需要的时间的益处。
在另一实施例中，使用预定的采样模式执行对k空间的所述欠采样。
在另一实施例中，使用随机采样模式，执行对k空间的所述欠采样。
在另一实施例中，通过采样由泊松圆盘分布(Possion-Disk distribution)来确定的k空间元素，执行对所述k空间的所述欠采样。
在另一实施例中，通过在k空间的预定区域内对k空间采样来执行对所述k空间的所述欠采样。例如，可以采样k空间的锁孔形体积。
在另一实施例中，通过对预定k值以下的k空间的核心进行完整采样和对所述预定k值以上进行稀疏采样来执行对所述k空间的所述欠采样。
在另一实施例中，所述子采样的磁共振数据包括磁共振导航器数据。本文中使用的磁共振导航器数据包括从感兴趣的有限区域采集的磁共振数据。典型地，磁共振导航器数据被用于通过检查受试者的部分的运动来监测所述受试者的内部运动。例如，将磁共振导航器放在膈膜上可以与所述受试者的模型联合使用，以预测受试者内的其他器官或内部结构的位置。采集磁共振导航器数据的优点在于可以极其快速地采集所述数据。
在另一实施例中，所述医学装置还包括弹性图超声系统。在如本文使用的所述弹性图超声系统中，其包括引起所述受试者内的振动的超声系统。
本文中使用的电图超声系统包括超声换能器和电源，其被用于在所述受试者的振动区域中产生振动。所述电图超声系统例如可以，但不限于被用于执行超声弹性成像或磁共振成像弹性成像。所述靶体积可以与所述振动区域相同，或其可以为振动区域的子集。所述电图超声系统被用于在所述受试者中产生振动，其可以被用于识别所述受试者内的组织的弹性性质的改变。例如，具有较小弹性的组织将移动较少，和/或引起医学图像中较小的模糊。所述指令还令所述处理器在采集所述磁共振数据的至少部分时，激活所述电图超声系统。
所述超声处理控制模块被配置为使用在所述弹性图超声系统起作用时采集的所述磁共振数据的至少所述部分来控制所述超声处理。例如，当所述系统在所述弹性图超声系统被激活时采集所述磁共振数据时，可以使用编码自旋位置的脉冲序列。
所述弹性图超声系统可以引起所述组织振动。如果例如所述组织被超声处理或已被热处置，则所述组织的弹性性质可能改变。这可以然后通过做出弹性图磁共振图像而被探测到。这例如可以在确定受试者的哪些部分已得到成功处置中有用。这将具有益处，因为一旦所述组织的弹性性质已改变，则可能不需要继续治疗或处置，而是可以处置不同的区域或体积。这可以得到对所述受试者的更快速处置。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述控制器重复地使用所述磁共振数据计算能量沉积图。所述超声处理控制模块被配置为根据所述能量沉积图来确定超声处理轨迹和计时值。该实施例可以是尤其有益的，因为这样的能量沉积图可以被所述超声处理控制模块用于控制所述超声处理。例如，其可以被用于所谓的比例积分微分(PID)自动温度控制算法。这样的控制算法是已知的。例如，在Mougenot等人的Magnetic Resonance inMedicine，603-614页，61卷(2009年)中公开了这样的算法。
在另一实施例中，所述指令的执行令所述处理器将所述磁共振数据广播到所述超声处理控制模块。该实施例可以是尤其有利的，因为所述超声处理控制模块使用所述广播或原始磁共振数据。这可以完全绕开所述磁共振成像系统的成像功能。在一些实施例中，所述超声处理控制模块可以剥离无用数据，这可以加速所述处理。
在另一实施例中，所述超声处理控制模块被配置为控制所述高强度聚焦超声系统而无需从所述磁共振数据生成图像。这可以有益，因为其可以增加所述超声处理控制模块执行的速率。
在本发明的另一方面中，提供一种操作医学装置的方法。所述医学装置包括高强度聚焦超声系统，其被配置为生成用于对受试者的靶体积进行超声处理的聚焦超声能。所述医学装置还包括磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振数据。所述靶体积在所述成像区内。所述医学装置还包括控制模块，其用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理。所述方法包括重复地使用所述磁共振成像系统实时采集磁共振数据的步骤。所述方法还包括重复地使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据，实时控制由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理的步骤。已在前面讨论了该方法的优点。
在本发明的另一方面中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于由控制医学装置的处理器执行的机器可执行指令。所述医学装置包括高强度聚焦超声系统，其被配置为生成用于超声处理受试者的靶体积的聚焦超声能。所述医学装置还包括磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振数据。所述靶体积在所述成像区内。所述医学装置还包括控制模块，其用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理。所述指令的执行令所述处理器重复地使用所述磁共振成像系统实时采集磁共振数据。所述指令的执行还令所述处理器重复地使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据，实时控制由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理。已在前面讨论了该计算机程序产品的优点。
附图说明
以下将参考附图，仅以举例的方式描述优选实施例，附图中：
图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图；
图2示出了图示根据本发明的实施例的另一的方法的流程图；
图3示出了根据本发明的实施例的医学装置的实施例；
图4示出了根据本发明的实施例的医学装置的另外的实施例；并且
图5示出了根据本发明的实施例的医学装置的另外的实施例。
附图标记列表
300 医学装置
302 磁共振成像系统
304 磁体
306 磁体的膛
308 成像区
310 磁场梯度线圈
312 磁场梯度线圈电源
314 射频线圈
316 收发器
318 受试者
320 受试者支撑体
322 高强度聚焦超声系统
324 流体填充腔
326 超声换能器
328 机械器械
330 机械致动器/电源
332 超声的路径
334 超声窗口
336 凝胶垫
338 超声处理点
340 靶体积
342 计算机系统
344 硬件接口
346 处理器
348 用户接口
350 计算机储存器
352 计算机存储器
354 脉冲序列
356 磁共振数据
358 子采样的磁共振数据
360 图像磁共振数据
362 磁共振图像
364 k空间采样模式
368 磁共振导航器数据
370 高强度聚焦超声系统控制命令
372 处置规划
374 磁共振测温数据
376 能量沉积图
380 磁共振成像系统控制程序
382 超声处理控制程序
384 图像重建软件模块
400 医学装置
402 超声处理控制模块
404 处理器
406 计算机存储器
408 超声处理控制程序
410 子采样的磁共振数据
412 高强度聚焦超声系统控制命令
500 医学装置
501 弹性图超声系统
502 超声换能器
504 超声电源
506 超声波
508 组织弹性图
具体实施方式
这些图中相同的附图标记或为等同的要素或执行相同的功能。如果功能等同的话，前面已讨论过的要素将不需要在后面的图中讨论。
图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。所述方法始于步骤100。接下来在步骤102中，使用磁共振成像系统实时采集磁共振数据。接下来在步骤104中，使用超声处理控制模块来控制对靶体积的超声处理，所述超声处理控制模块使用实时采集的所述磁共振数据作为输入。框106为决策框。如果所述超声处理没有完成，则所述方法返回到步骤102。然后重复步骤102和104，直到所述超声处理完成。在所述超声处理完成之后，所述方法在步骤108结束。
图2示出了图示根据本发明的实施例的另外的方法的流程图。所述方法始于步骤200。接下来在步骤202中，使用磁共振成像系统实时采集磁共振数据。接下来在步骤204中，将所述磁共振数据广播到超声处理控制模块。在步骤206中，使用超声处理控制模块，以所述磁共振数据作为输入，控制对所述靶体积的所述超声处理。步骤208为决策框。如果所述超声处理没有完成，则在回路中重复步骤202、204和206，直到所述超声处理完成。当所述超声处理完成时，所述方法在步骤210结束。
图3示出了图示根据本发明的实施例的医学装置300的实施例。医学装置300包括磁共振成像系统302。所述磁共振成像系统包括磁体304。磁体304为圆柱形超导磁体，其具有通过其中心的膛306。所述磁体具有带有超导线圈的液氦冷却低温恒温器。也有可能使用永磁体或常导磁体。不同类型的磁体的使用也是可能的，例如也有可能使用剖分式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体两者。剖分式圆柱形磁体类似于标准的圆柱形磁体，除了所述低温恒温器被分成两部分以允许进入所述磁体的等轴测平面，这样的磁体例如可以与带电粒子束治疗联合使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个在另一个之上，之间有足够大以容纳受试者的空间：所述两个部分的布置类似于亥姆霍兹线圈的步骤。开放式磁体较为流行，因为所述受试者较不受限。在所述圆柱形磁体的低温恒温器内部，有许多超导线圈。在所述圆柱形磁体的膛306内，有成像区308，在这里磁场较强并且足够均匀以执行磁共振成像。
在所述磁体的膛306内，还有一套磁场梯度线圈310，其被用于磁共振数据的采集，以在磁体304的成像区308内对磁自旋进行空间编码。所述磁场梯度线圈被连接到磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310意图为代表性的。典型的磁场梯度线圈包括三套独立的线圈，用于在三个正交空间方向中编码。磁场梯度电源312向磁场梯度线圈310供应电流。被供应到所述磁场线圈的电流被控制为时间的函数，并且可以为斜坡的或脉冲的。
毗邻成像区308的是射频线圈314，其用于操纵成像区308内的磁自旋的取向以用于接收来自也在所述成像区内的自旋的无线电传输。所述射频线圈可以包括多个线圈元件。所述射频线圈也可以被称作通道或天线。射频线圈314被连接到射频收发器316。射频线圈314和射频收发器316可以被分开的发射和接收线圈以及分开的发射器和接收器代替。可以理解射频线圈314和射频收发器316为代表性的。射频线圈314意图还代表专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器316也可以代表分开的发射器和接收器。
受试者318被示为静卧在受试者支撑体320上，并且部分地定位于成像区308内。图3中所示的实施例包括高强度聚焦超声系统322。所述高强度聚焦超声系统包括流体填充腔324。在流体填充腔324内的是超声换能器326。尽管在该图中未示出，但是超声换能器326可以包括多个超声换能器元件，每个均能够生成各自的超声束。这可以被用于通过控制被供应到每个所述超声换能器元件的交流电的相位和/或幅度，以电子方式操纵超声处理点338的位置。
超声换能器326被连接到机械器械328，其允许以机械方式重新定位超声换能器326。机械器械328被连接到机械致动器330，机械致动器330适于致动机械器械328。机械致动器330也代表用于将电力供应到超声换能器326的电源。在一些实施例中，所述电源可以控制到各自超声换能器元件的电力的相位和/或幅度。在一些实施例中，所述机械致动器/电源330位于磁体304的膛306之外。
超声换能器326生成超声，其被示为沿循路径332。超声332通过流体填充腔328并通过超声窗334。在该实施例中，所述超声然后经过凝胶垫336。凝胶垫336并非在所有实施例中都是必须的，但在该实施例中，在受试者支撑体320中有凹陷，用于容纳凝胶垫336。凝胶垫336帮助在换能器326与受试者318之间耦合超声能。在经过凝胶垫336之后，超声332经过受试者318，并被聚焦到超声处理点338。超声处理点338被聚焦在靶体积340内。可以通过机械定位超声换能器426与以电子方式操纵操纵超声处理点338的位置的组合，来移动超声处理点338，以处置整个靶体积340。
高强度聚焦超声系统322的磁场梯度线圈电源312、收发器316和机械致动器/电源330被示为被连接到计算机342的硬件接口344。计算机342还包括处理器346、用户接口348、计算机储存器350和计算机存储器352。硬件接口344使得处理器346能够发送和接收命令和数据，以控制医学装置300的执行。处理器346还被连接到用户接口348、计算机储存器350和计算机存储器352。
计算机储存器350被示为包括一个或多个脉冲序列354。本文中使用的脉冲序列包括一系列命令，其使得处理器346能够使用磁共振成像系统302采集磁共振数据356。计算机储存器350还被示为包括磁共振数据356。在一些实施例中，磁共振数据356可以被分成子采样的磁共振数据358和图像磁共振数据360。计算机储存器350还示出从图像磁共振数据360重建的磁共振图像362。计算机储存器350还被示为包括k空间采样模式364。k空间采样模式364可以在一些实施例中被用于选择所述k空间点或区域，用于采集子采样的磁共振数据358。
计算机储存器350还被示为包括磁共振导航器数据368。磁共振导航器数据368可以在一些实施例中被用作被用于控制高强度聚焦超声系统322的所述磁共振数据。计算机储存器350还包括高强度聚焦超声系统控制命令370。这些命令370使得处理器346能够控制高强度聚焦超声系统322的操作和功能。计算机储存器350还被示为包括处置规划372。本文中使用的所述处置规划可以包括由操作者或医师输入的解剖数据和/或规划，用于对靶体积340的详细的超声处理。计算机储存器350还被示为包括磁共振测温数据374。磁共振测温数据374可以为这样采集的磁共振数据356，使得可以计算热沉积图或能量沉积图376。计算机储存器350还被示为包括能量沉积图376。
计算机存储器352被示为包括磁共振成像系统控制程序380。程序380包括计算机可执行代码，其使得处理器346能够使用脉冲序列354采集磁共振数据356。计算机存储器352被示为还包括超声处理控制程序382。超声处理程序382使用磁共振数据(例如磁共振数据356、子采样的磁共振数据358和/或磁共振导航器数据368)来生成高强度聚焦超声系统控制命令370。在一些实施例中，超声处理控制程序382也可以使用磁共振测温数据374，以做出中间能量沉积图376，其然后被用于生成高强度聚焦超声系统控制命令370。计算机存储器358还被示为包括图像重建软件模块384。所述图像重建软件模块可以被用于从图像磁共振数据360生成磁共振图像362。
在图3中所示的实施例中，超声处理控制程序382起到超声处理控制模块的功能，用于使用所述磁共振数据控制对所述靶体积的所述超声处理。对磁共振图像数据360和子采样的磁共振数据358的所述采集可以被单独地路由到超声处理控制程序382和图像重建软件模块384。这可以实现磁共振数据的采集与高强度聚焦超声系统控制命令370的生成之间更快速的反馈回路。
图4示出了根据本发明的医学装置400的可选实施例。图4中所示的实施例非常类似于图3中所示的实施例。然而，在该实施例中，单独的超声处理控制模块402被用于控制高强度聚焦超声系统322。超声处理控制模块402被示为被联网到硬件接口344。超声处理控制模块402包括处理器404和存储器406。在所述存储器内的是超声处理控制程序408。超声处理控制程序408等同于超声处理控制程序382。计算机存储器406还被示为包括子采样的磁共振数据410。子采样的磁共振数据410为由磁共振成像系统302采集的子采样的磁共振数据，其被以数据流的方式实时发送到超声处理控制模块402。计算机存储器406还示出高强度聚焦超声系统控制命令412。高强度聚焦超声系统控制命令412等同于高强度聚焦超声系统控制命令370。处理器404可以然后将高强度聚焦超声系统控制命令412发送到高强度聚焦超声系统322以对其进行实时控制。
图5示出了根据本发明另外的实施例的医学装置500。图5中所示的实施例类似于图3中所示的实施例。然而，该实施例增加了弹性图超声系统501。弹性图超声系统501包括超声换能器502和超声电源504。超声换能器502被示为与受试者318接触。超声波506从超声换能器502传播到靶体积340。由于组织在超声处理点338被超声处理，因而所述组织性质改变。超声波506引起所述组织振动，通过使用磁共振成像探测所述组织的弹性图性质，可以探测已得到充分超声处理的区域。计算机储存器350被示为包括由超声处理控制程序382构建的组织弹性图508。组织弹性图508然后被超声处理控制程序382用于高强度聚焦超声系统控制命令370的生成。图4的一些特征，例如整个超声处理控制模块402，也可以被并入图5中所示的实施例。
需要在移动的和/或快速发热的组织中操纵聚焦超声的快速热图像反馈，以产生锐利地描绘的坏死和防止附近组织损伤。然而，目前现有技术来自诊断扫描器的重建图像不具有良好定义的时间特性，并且被优化用于重建诊断上有价值的图像数据，这会在图像采集中引入进一步的延迟。
根据本发明另外的实施例，由数据采集、数据分析、反馈命令创建和反馈应用形成的反馈回路整体上是在实时域中进行的，由此扫描器图像重建被绕开，并用实时重建软件代替，所述实时重建软件在软或硬实时操作系统上执行，并且所重建的数据被转换成与所述实时域中的反馈相关的格式。
根据本发明另外的实施例，与反馈相关的所述格式不需要为诊断上可用的，并且二级的、可能为非实时的重建或路由部件可以以更宽松的节凑产生诊断上可察看的数据。
根据本发明另外的实施例，采集的来自所述(一个或多个)靶体积的数据跨越(一个或多个)三维物理体积，在这里发热、移动或组织改变是与所述反馈相关的。
根据本发明另外的实施例，所采集的数据包括针对反馈和针对诊断上可察看的数据的交错部分，并且所述诊断上可察看的数据(可能是以所述反馈数据承载的)被路由到重建算法，所述重建算法不损害实际反馈回路的实时性能。
本发明定义了一种用于针对靶体积的可靠反馈方法。所述方法对于磁共振(MR)引导的高强度聚焦超声治疗尤其有用，在所述高强度聚焦超声治疗中，诊断MR扫描器硬件产生直接进入所述HIFU系统中的实时数据，绕开了诊断MR数据处理。
在另外的实施例中，磁共振成像(MRI)扫描器与高强度聚焦超声(HIFU)系统集成，使得所述实时MR数据采集系统被菊花链式的，以将原始数据(例如来自心脏和呼吸传感器的生理信号、梯度波形、采样的k空间向量)分发到所述HIFU系统。HIFU系统被装配有可以接收所述菊花链数据的软实时Linux服务器：
1)所述数据被转换成内部数据结构，并且传递到重建算法。
2)重建算法产生输出，用于路由所述数据以察看和推演所述反馈值。
3)
a.较低优先级的算法重建要被分发到非实时用户接口的察看图像。
b.较高优先级的算法推演轨迹和功率更新用于HIFU传输，并分发所述数据到硬件用于应用。
在本发明另外的实施例中，所述菊花链诊断重建接受传入的数据，保存交叉反馈数据。结果，从所述诊断扫描器采集用于察看的诊断图像，类似于目前在现有技术中所做的，但同时通过实时部件路由所述反馈数据，有效地分开数据路径。
尽管已在附图和前文的说明中图示并描述了本发明，但是应该将这些图示和描述视作示例性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容以及权利要求书的研究，可以理解并实现对所公开实施例的各种变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且量词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求书中记载的几个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地组合这些措施。计算机程序可以被储存/发布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分提供的光学储存介质或固态介质，但也可以以其他形式发布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为限制其范围。

Claims (12)

1.一种医学装置，包括：
-高强度聚焦超声系统，其被配置为生成用于对受试者的靶体积进行超声处理的聚焦超声能；
-磁共振成像系统，其用于采集来自成像区的磁共振数据，其中，所述靶体积在所述成像区内；
-存储器，其包括用于控制所述医学装置的机器可执行指令；
-超声处理控制模块，其用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理；
-处理器，其用于控制所述医学装置，其中，所述指令的执行令所述处理器重复地：
-使用所述磁共振成像系统实时采集磁共振数据；并且
-使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据，实时控制由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理，并且
-其中，所述磁共振数据包括图像磁共振数据和子采样的磁共振数据，其中，所述医学装置还包括图像重建模块，所述图像重建模块用于将所述图像磁共振数据重建为磁共振图像，其中，所述超声处理控制模块被配置为使用至少所述子采样的磁共振数据作为所述控制参数，并且其中，所述指令的执行还令所述处理器重复地使用所述图像重建模块和所述图像磁共振数据重建图像，并且
-所述磁共振成像系统以交错的方式采集所述图像磁共振数据和所述子采样的磁共振数据。
2.如权利要求1所述的医学装置，其中，所述子采样的磁共振数据与所述图像磁共振数据相比为子采样的。
3.如权利要求2所述的医学装置，所述子采样的磁共振数据是通过在k空间中欠采样而被子采样的。
4.如权利要求3所述的医学装置，其中，对k空间的所述欠采样是在k空间中不均匀分布的。
5.如权利要求3或4所述的医学装置，其中，使用以下中的任意一种执行对k空间的所述欠采样：预定采样模式，随机采样模式，通过对由波松圆盘分布确定的k空间元素进行采样，通过在k空间的预定区域内对k空间进行采样，以及通过对预定k值以下的k空间的核心进行完整采样并且在所述预定k值以上的k空间进行稀疏采样。
6.如权利要求1至4中任一项所述的医学装置，其中，所述子采样的磁共振数据包括磁共振导航器数据。
7.如权利要求1至4中任一项所述的医学装置，其中，所述医学装置还包括弹性图超声系统，其中，所述指令还令所述处理器在采集所述磁共振数据的至少部分时激活所述弹性图超声系统，其中，所述超声处理控制模块被配置为使用在所述弹性图超声系统起作用时采集的所述磁共振数据的至少所述部分来控制所述超声处理。
8.如权利要求1至4中任一项所述的医学装置，其中，所述指令的执行还令所述超声处理控制模块重复地使用所述磁共振数据计算能量沉积图，其中，所述超声处理控制模块被配置为根据所述能量沉积图来确定超声处理轨迹和计时值。
9.如权利要求1至4中任一项所述的医学装置，其中，所述指令的执行令所述处理器将所述磁共振数据广播到所述超声处理控制模块。
10.如权利要求1至4中任一项所述的医学装置，其中，所述超声处理控制模块被配置为控制所述高强度聚焦超声系统而无需从所述磁共振数据生成图像。
11.一种操作医学装置的方法，其中，所述医学装置包括高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统被配置为生成用于对受试者的靶体积进行超声处理的聚焦超声能，其中，所述医学装置还包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区的磁共振数据，其中，所述靶体积在所述成像区内，其中，所述医学装置还包括超声处理控制模块，所述超声处理控制模块用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理，其中，所述方法包括重复地进行以下步骤：
-使用所述磁共振成像系统实时采集磁共振数据；
-使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据，实时控制由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理，
-其中，所述磁共振数据包括由所述磁共振成像系统以交错的方式采集的图像磁共振数据和子采样的磁共振数据，
-通过使用图像重建模块将所述图像磁共振数据重建为磁共振图像，
-由所述超声处理控制模块使用至少所述子采样的磁共振数据作为所述控制参数，并且
-由处理器重复地使用所述图像重建模块和所述图像磁共振数据重建图像。
12.一种用于控制医学装置的医学设备，其中，所述医学装置包括高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统被配置为生成用于对受试者的靶体积进行超声处理的聚焦超声能，其中，所述医学装置还包括磁共振成像系统，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区的磁共振数据，其中，所述靶体积在所述成像区内，其中，所述医学装置还包括超声处理控制模块，所述超声处理控制模块用于使用所述磁共振数据作为控制参数来控制对所述靶体积的所述超声处理，其中，所述医学设备包括：
-用于使用所述磁共振成像系统实时采集磁共振数据的单元；
-用于使用所述超声处理控制模块和所述磁共振数据实时控制由所述高强度聚焦超声系统对所述靶体积的超声处理的单元，
-其中，所述磁共振数据包括由所述磁共振成像系统以交错的方式采集的图像磁共振数据和子采样的磁共振数据，
-用于通过使用图像重建模块将所述图像磁共振数据重建为磁共振图像的单元，
-用于由所述超声处理控制模块使用至少所述子采样的磁共振数据作为所述控制参数的单元，以及
-用于由处理器重复地使用所述图像重建模块和所述图像磁共振数据重建图像的单元。
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