CN104684616A - 减少在高强度聚焦超声的交叠近场区域中的加热 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包括高强度聚焦超声系统(206)的医学装置(200、400、500)。存储器(250)中的机器可运行指令(260、262、264、266、408、526)令处理器(244)：接收(100)描述多个声处理点(224、226、228、230)的位置数据(252)；使用几何换能器元件模型(262)来确定(102)针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径(254)；使用所述声处理路径来检测(104)近场区域中的交叠区域(256、306)；使用所述交叠区域来确定(106)换能器控制命令(258)，其中，所述换能器命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积；并且使用所述换能器控制命令来控制(108)所述高强度聚焦超声系统。

Description

减少在高强度聚焦超声的交叠近场区域中的加热

技术领域

本发明涉及磁共振引导的高强度聚焦超声，具体涉及减少在多个声处理点的交叠近场区域中的超声能量的沉积。

背景技术

来自聚焦超声换能器的超声能够用于选择性地处置在身体内部之内的区域。超声波被发射为高能机械振动。当使这些振动阻尼时，它们诱导组织加热，并且它们也能够导致空穴形成。在临床环境中，组织加热和空穴形成两者能够用于破坏组织。然而，利用超声对组织加热比空穴形成更容易控制。超声处置能够用于消融组织和选择性地杀死癌细胞的区域。该技术已经应用于对子宫肌瘤的处置，并且已经减少了对子宫切除手术的需要。

为了选择性地处置组织，聚焦超声换能器能够用于将超声聚焦在具体处置或靶体积上。换能器通常被安装在介质之内，例如，除气水，其能够发射超声。然后致动器用于调节超声换能器的位置，并且从而调节正在进行处置的组织区域。

聚焦超声换能器通常也具有多个换能器元件，其中，换能器元件的幅值和/或相位是可控制的。具体而言，个体换能器元件或换能器元件组的相位常常被控制为控制超声的焦点的位置。这使得能够对焦点的位置的快速调节和对不同声处理点或位置的按次序的声处理。在换能器与声处理点之间的对象的组织通常被称为近场区域。超声经过近场区域到声处理体积。也对该中间组织加热，尽管不如声处理体积那么多。当对多个声处理点进行声处理时，不同声处理点的近场区域可以交叠。由于近场区域的具体部分可以交叠，因此其可以被多次加热。为了避免使该交叠近场区域过热，可以需要在对多个声处理点进行声处理之间的延时。

发明内容

本发明提供了一种医学装置、计算机程序产品和方法。在从属权利要求中给出了实施例。

本领域的技术人员应当理解，本发明的各方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。相应地，本发明的各方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或对本文中所有的笼统地称为“电路”、“模块”或“系统”的软件方面和硬件方面进行组合的实施例。此外，本发明的各方面可以采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品被实施在一个或多个计算机可读介质中，在所述计算机可读介质上实施了计算机可运行代码。

可以采用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。如本文中所使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储可由计算设备的处理器运行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质还可以被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还能够存储能够由计算设备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、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指(thumb)驱动器、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。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字通用盘(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，可以在调制解调器上、在因特网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来传输在计算机可读介质上实施的计算机可运行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤缆线、RF等，或前述的任何合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括具有被实施在其中的计算机可运行代码的被传播的数据信号，例如，在基带中或作为载波的部分。这样的被传播的信号可以采取多种形式中的任一种，包括但不限于，电磁的、光学的或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何这样的计算机可读介质：其不是计算机可读存储介质并且其能够通信、传播或输送用于由指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备相连接的程序。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是可直接访问处理器的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的其他范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，反之亦然。

本文中所使用的“处理器”涵盖能够运行程序或机器可运行指令或计算机可运行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为可能包含多于一个处理器或处理核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统之内的或被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应当被解读为可能指多个计算设备的集合或网络，所述多个计算设备每个均包括一个或多个处理器。计算机可运行代码可以由可以在相同的计算设备之内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来运行。

计算机可运行代码可以包括令处理器执行本发明的一方面的机器可运行指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可运行代码可以被写成一种或多种编程语言的任何组合，包括面向对象的编程语言(例如，Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(例如，“C”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可运行指令。在一些实例中，计算机可运行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器联机生成机器可运行指令。

计算机可运行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为单机软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或服务器上运行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。

参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图示和/或方框图来描述本发明的各方面。应当理解，所述流程图、图示和/或方框图的每个方框或方框的部分能够由在可应用时以计算机可运行代码的形式的计算机程序指令来实施。还应当理解，在不互相排斥时，可以组合不同的流程图、图示和/或方框图中的方框的组合。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令创建用于实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以具体方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的过程。

本文中所使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统进行交互的接口。“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能够被计算机接收到，并且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纵计算机，并且接口可以允许计算机指示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接口上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式受话器、变速杆、方向盘、脚踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器以及加速度计对数据的接收是使得能够对来自操作者的信息或数据进行接收的用户接口部件的全部范例。

本文中所使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置进行交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。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、IEEE1284端口、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、模拟输入接口以及数字输入接口。

本文中所使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适用于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和或触觉的数据。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)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及头戴式显示器。

如本文中所所使用的“超声窗”涵盖能够发射超声波或能量的窗。通常薄层或膜被用作超声窗。例如，超声窗可以由BoPET(双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯)的薄膜制成。

在一个方面中，本发明提供了一种包括高强度聚焦超声系统的医学装置。所述高强度聚焦超声系统包括具有多个换能器元件的超声换能器，所述多个换能器元件用于将超声聚焦到声处理体积中。在所述超声换能器与所述声处理体积之间具有近场区域。这就是说，当超声被聚焦到所述声处理体积中时，所述超声换能器能用于生成近场区域。如本文中所使用的近场区域涵盖超声经过其进程到达所述声处理体积或焦点的区域。当所述超声也经过所述近场区域时，对所述近场区域进行加热，但是远不及在所述声处理体积内部的那么多。所述多个换能器元件是可成组操作的。换能器元件可以是可操作的，使得可以改变个体换能器元件或元件组的相位和/或幅值。例如，所述相位可以用于将所述焦点的位置进行移位。也可以改变个体换能器元件或换能器元件组的幅值。这样，也可以完全关闭所述个体换能器元件或所述换能器元件组。

所述医学装置还包括用于存储机器可运行指令的存储器。所述医学装置还包括用于控制所述医学装置的处理器。对所述指令的运行令所述处理器接收描述多个声处理点的位置数据。所述位置数据实质上是描述多个声处理点的所述位置的数据。这些是通过将所述声处理体积移动到所述声处理点之内而要被声处理的点。例如，能够接收来自以下的位置数据：处置计划、医学成像系统、手动输入以及它们的组合。

对所述指令的运行还令所述处理器使用几何换能器元件模型来确定针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径。所述声处理路径是超声将采取的以便到达所述多个声处理点中的每个的路径的粗略近似或近似。所述声处理路径可以被创建具有对于所述换能器元件中的每个或所述换能器元件组的简单的几何模型，或者也可以使用射线跟踪方法。

对所述指令的运行还令所述处理器使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测交叠区域。所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠。通常，所述超声换能器具有凹形形状，并且所述超声换能器元件被对准使得它们全部都粗略地聚焦到具体声处理体积或焦点中。所述近场区域卷入明显大于所述声处理体积。如果声处理体积邻近彼此或在具体的预定距离之内，则所述近场区域的部分能够交叠。如前所述，行进通过所述近场区域的超声具有对组织的区域进行加热的作用。如果近场区域在被声处理的声处理点中交叠，则能够将不止一次地对某些近场区域进行加热。这可以导致可以对对象有害的、对所述近场区域的不想要的加热。

对所述指令的运行还令所述处理器使用所述交叠区域来确定换能器控制命令。所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积。很简单，被递送到所述超声换能器的超声功率的幅值和/或相位被修改，使得所述超声在所述交叠区域中采取的路径被减少。这能够包括关闭个体换能器元件或换能器元件组，或者其可以涉及减少在对所述声处理点中的一个或多个的声处理期间的幅值。具有可以被优化的不同方式。

对所述指令的运行还令所述高强度聚焦超声系统使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。所述换能器控制命令令所述高强度聚焦超声系统按次序地对所述多个声处理点进行声处理。该实施例可以具有限制所述近场中的热剂量的益处。这可以具有射束成形由所述超声换能器产生的超声射束的益处。这可以意味着，为了对所述多个声处理点进行声处理，具有更少的等待时间，这是因为不对所述交叠区域进行加热或对它们加热地比在未实践本发明时对它们加热地更少。

在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器接收描述所述近场区域中的热性质的当前的热性质图。或使用医学成像技术(例如，热磁共振成像)能够确定所述热性质图，或通过模型可以创建所述热性质图，所述模型使用来自先前声处理的数据来创建所述热性质图。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述换能器控制命令和换能器热模型来计算对所述热性质的预测的热性质图。所述换能器热模型可以例如是用于预测温度变化的热声学模型，所述温度变化是由利用所述换能器控制命令对所述多个声处理点进行声处理而引起的。

对所述指令的运行还令所述处理器使用所预测的热性质图来确定校正的换能器控制命令。经校正的换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件。所述指令令所述处理器使用经校正的换能器控制命令，以在对多个声处理点的按次序的声处理期间控制所述高强度聚焦超声系统。在该实施例中，所述当前的热性质图描述所述近场区域的当前的热性质。这用于更好地确定所述多个声处理点的所述声处理的作用。例如，如果所述当前的热性质图是温度图，则经校正的换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以将所述近场区域中的温度限制到预定阈值。这可以防止损伤所述近场区域中的对象。当前的热性质图和预测的热性质图都是所述近场区域中的对象的热性质的三维图。

作为温度图的备选，热性质图也可以用于无阈值地最小化温度，以使冷却时间更短。根据利用模拟测量或预测的温度图来计算的热剂量也能够被用作限制量度来代替温度。

在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器接收先前的热剂量。所述先前的热剂量描述使用所述高强度聚焦超声系统由先前的声处理引起的热剂量。所述当前的热性质图和/或所预测的热性质图是至少部分地使用所述先前的热剂量来确定的。该实施例可以是有益的，这是因为该实施例在预测所述多个声处理点对在所述近场区域之内的组织坏死或损伤的未来作用中可以是有用的。

本文中磁共振(MR)数据被定义为在磁共振成像扫描期间通过磁共振装置的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果。本文中磁共振成像(MRI)图像被定义为被包含在磁共振成像数据之内的对解剖结构数据的经重建的二维或三维可视化。能够使用计算机来执行所述可视化。

本文中MR热测定数据被定义为在磁共振成像扫描期间通过磁共振装置的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果，所述测量结果包含可以用于磁共振热测定的信息。磁共振热测定通过测量温度敏感参数的变化来起作用。可以在磁共振热测定期间测量的参数的范例是：质子共振频率移位、扩散系数，或可以用于使用磁共振来测量温度的T1弛豫时间和/或T2弛豫时间的变化。质子共振频率移位是温度依赖性的，这是因为个体质子、氢原子经历的磁场取决于周围的分子结构。归因于温度影响氢键，温度的增加减少了分子屏蔽。这引起质子共振频率的温度依赖性。

质子密度线性地取决于平衡磁化。因此能够使用质子密度加权的图像来确定温度变化。

弛豫时间T1、T2和T2-星(有时被写为T2*)也是温度依赖性的。因此对T1、T2和T2-星加权的图像的重建能够用于构建热图或温度图。

温度也影响在水溶液中的分子的布朗运动。因此，能够测量扩散系数(例如，脉冲扩散梯度自旋回波)的脉冲序列可以用于测量温度。

使用磁共振来测量温度的最有用的方法中的一个是通过测量水质子的质子共振频率(PRF)移位。质子的共振频率是温度依赖性的。随着温度在体素中改变，频率移位将引起水质子的测量相位改变。因此能够确定在两幅相位图像之间的温度变化。这种确定温度的方法具有与其他方法相比相对较快的优点。本文中比其他方法更加详细地讨论了PRF方法。然而，本文中讨论的方法和技术也可应用于利用磁共振成像来执行热测定的其他方法。

在另一实施例中，所述医学装置还包括用于采集热磁共振数据的磁共振成像系统。对所述指令的运行还令所述处理器采集所述热磁共振数据。对所述指令的运行还令所述处理器至少部分地使用所述热磁共振数据来计算所述当前的热性质图。在所述先前的声处理期间或之后能够已经采集所述热磁共振数据。

在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器使用所述换能器热模型和先前的换能器控制命令集来计算所述当前的热性质图。在一些实施例中，能够结合建模使用所述热模型和所述磁共振热测定。

在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器重复地接收描述所述多个声处理点的位置数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述几何换能器元件模型来重复地确定针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径。对所述指令的运行还令所述处理器使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来重复地检测交叠区域。所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠。对所述指令的运行还令所述处理器重复地确定所述换能器控制命令，所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积。对所述指令的运行还令所述处理器重复地控制所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。总之，在该实施例中，重复地完成由所述处理器执行的动作。这可以是有益的，这是因为在对象上使用所述医学装置的过程中可以具有被处置的多组声处理点。

在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器重复地接收所述当前的热性质图。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述换能器控制命令和所述换能器热模型来重复地计算所预测的热性质图。对所述指令的运行还令所述处理器使用所预测的热性质图来重复地确定经校正的换能器控制命令。对所述指令的运行还令所述处理器重复地控制所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。

在另一实施例中，所述多个换能器元件被控制为使用以下中的任一种来减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的所述沉积：选择性地切断所述多个换能器元件的第一部分，选择性地减少由多个换能器元件的第二部分生成的超声能量的幅值，以及它们的组合。所述多个换能器元件的所述第一部分和所述第二部分可以是一个或多个个体换能器元件，或者它们也可以是换能器元件组。

在另一实施例中，所述多个换能器元件中的每个是可独立控制的。

在另一实施例中，所述热性质是以下中的任一种：温度、最大温度、热剂量、冷却时间以及它们的组合。

在另一方面中，本发明提供了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所述医学装置的处理器的运行的机器可运行指令。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包括具有多个换能器元件的超声换能器，所述多个换能器元件用于将超声聚焦到声处理体积中。在所述超声换能器与所述声处理体积之间具有近场区域。所述多个换能器元件是可成组操作的。对所述指令的运行令所述处理器接收描述所述多个声处理点的位置数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用几何换能器元件模型来确定针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径。对所述指令的运行还令所述处理器使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测交叠区域。所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠。

对所述指令的运行还令所述处理器使用所述交叠区域来确定换能器控制命令。所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积。对所述指令的运行还令所述处理器控制所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。对所述指令的运行还令所述处理器接收描述所述近场区域中的热性质的当前的热性质图。

对所述指令的运行还令所述处理器使用所述换能器控制命令和换能器热模型来计算所述热性质的预测的热性质图。对所述指令的运行还令所述处理器使用所预测的热性质图来确定校正的换能器控制命令。经校正的换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件。所述指令令所述处理器使用经校正的换能器控制命令，以在对所述多个声处理点的所述按次序的声处理期间控制所述高强度聚焦超声系统。

在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器接收先前的热剂量。所述先前的热剂量描述使用高强度聚焦超声系统由先前的声处理引起的热剂量。所述当前的热性质图和/或所预测的热性质图是至少部分地使用所述先前的热剂量来确定的。

在另一实施例中，所述医学装置还包括用于采集热磁共振数据的磁共振成像系统。对所述指令的运行还令所述处理器采集所述热磁共振数据。对所述指令的运行还令所述处理器至少部分地使用所述热磁共振数据来计算所述当前的热性质图。

在另一实施例中，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包括具有多个换能器元件的超声换能器，所述多个换能器元件用于将超声聚焦到声处理体积中。在所述超声换能器与所述声处理体积之间具有近场区域。所述多个换能器元件是可成组操作的。所述方法包括接收描述多个声处理点的位置数据的步骤。所述方法还包括使用几何换能器元件模型来确定针对多个所述声处理点中的每个的声处理路径的步骤。

所述方法还包括使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测交叠区域的步骤。所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠。所述方法还包括使用所述交叠区域来确定换能器控制命令的步骤。所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的所述沉积。所述方法还包括控制所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理的步骤。

应当理解，可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个，只要组合的实施例不相互排斥。

附图说明

以下将仅以范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出了图示方法的范例的流程图；

图2示出了医学装置的范例；

图3示出了在第一位置和第二位置中的超声换能器的两个视图；

图4示出了医学装置的其他范例；并且

图5示出了医学装置的其他范例。

附图标记列表

200     医学装置

202     对象

204     对象支撑物

206     高强度聚焦超声系统

208     流体填充室

210     超声换能器

210’   在第二位置中的超声换能器

212     机构

214     机械致动器/电源

216     超声路径

216’   在第二位置中的超声路径

217     近场区域

217’   在第二位置中的近场区域

218     超声窗

220     凝胶垫

222     声处理体积

224     声处理点

226     声处理点

228     声处理点

230     声处理点

240     计算机系统

242     硬件接口

244     处理器

246     用户界面

248     计算机存储设备

250     计算机存储器

252     位置数据

254     声处理路径

256     交叠区域数据

258     换能器控制命令

260     控制模块

262     几何换能器元件模型

264     交叠检测模块

266     换能器控制命令生成模块

300     第一视图

302     第二视图

304     靶体积

306     近场中的交叠区域

400     医学装置

402     热性质图

404     先前的热剂量

404     预测的热性质图

406     校正的换能器控制命令

408     换能器热模型

500     医学装置

502     磁共振成像系统

504     磁体

506     磁体的膛

508     成像区带

510     磁场梯度线圈

512     磁场梯度线圈电源

514     射频线圈

516     收发器

520     脉冲序列

522     热磁共振数据

524     热性质图

526     图像重建模块

具体实施方式

这些附图中的相同的附图标记是等价的元件或执行相同的功能。如果功能是等价的，那么在后面的附图中将不必讨论先前已经讨论过的元件。

图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤100中，接收描述多个声处理点的位置数据。接下来在步骤102中，使用几何换能器元件模型来确定针对多个声处理点中的每个的声处理路径。接下来在步骤104中，使用针对多个声处理点中的每个的声处理路径来检测交叠区域。所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的声处理路径在所述近场区域中的交叠。在一些实施例中，可以检测多于一个的交叠区域。接下来在步骤106中，确定或生成换能器控制命令，所述换能器控制命令能用于控制多个换能器元件，以减少在对两个或更多个声处理点的声处理期间在交叠区域中的超声能量的沉积。并且最后在步骤108中，控制高强度聚焦超声系统，以使用换能器控制命令来按次序地对多个声处理点进行声处理。

图2图示了医学装置200的范例。对象202被示为卧在对象支撑物204上。医学装置200包括高强度聚焦超声系统206。高强度聚焦超声系统206包括流体填充室208。在流体填充室208之内是超声换能器210。尽管未在该附图中示出，但是超声换能器210包括多个超声换能器元件，每个超声换能器元件能够生成个体超声射束。这可以用于通过控制被供应到超声换能器元件中的每个或超声换能器元件组的交变电流的相位和/或幅值来以电子的方式操控声处理体积222的位置。点222表示医学装置200的可调节焦点。

超声换能器210被连接到允许超声换能器210被以机械方式重新放置的机构212。机构212被连接到适于对机构212进行致动的机械致动器214。机械致动器212还表示用于向超声换能器210提供电功率的电源。在一些实施例中，电源可以控制到个体超声换能器元件的电功率的相位和/或幅值。

超声换能器210生成被示为沿循路径216的超声。超声216经过流体填充室208，并且通过超声窗218。在该实施例中，超声然后经过凝胶垫220。凝胶垫220不必存在于所有实施例中，但是在该实施例中，对象支撑物204中存在用于接收凝胶垫220的凹槽。凝胶垫220有助于在换能器210与对象202之间耦合超声功率。经过凝胶垫220之后，超声216经过对象202的近场区域217并且然后被聚焦到声处理体积222或靶区带。

可以通过以机械方式放置超声换能器210与以电子的方式操控声处理体积222的位置的组合来移动声处理体积222。

被定位在对象204之内，具有四个可视的声处理点224、226、228、230。可以通过以电子方式或以机械方式操控声处理体积222的组合来将声处理体积222移动到声处理点224、226、228、230中的每个上。线216指示从超声换能器210到声处理体积222的超声的粗略路径。从该附图中很明显，如果将声处理体积222移动到声处理点224、226、228、230中的每个，则将不止一次地对近场区域217的区域进行加热。高强度聚焦超声系统206被示为连接到计算机系统240的硬件接口242。

计算机240还包括处理器244、用户界面246、计算机存储设备248以及计算机存储器250。硬件接口242使得处理器244能够发射和接收命令和数据，以便控制医学装置200的功能。处理器244还被连接到用户接口246、计算机存储设备248以及计算机存储器250。

计算机存储设备248被示为包含位置数据252。位置数据252描述声处理点224、226、228、230的位置。计算机存储设备248还被示为包含针对声处理点224、226、228、230中的每个已经计算的声处理路径254。计算机存储设备248被示为还包含交叠区域数据256。交叠区域数据256包含在近场区域217中的声处理路径254的交叠的数据。计算机存储设备248被示为还包含换能器控制命令258。当对声处理点224、226、228、230进行声处理时，已经生成换能器控制命令258来最小化对近场区域217中的加热。

计算机存储器250还被示为包含控制模块260。控制模块260包含计算机可运行代码，所述计算机可运行代码使得处理器244能够控制医学装置200的操作和功能。计算机存储器250还被示为包含几何换能器元件模型262。几何换能器元件模型262能够使用位置数据252来计算声处理路径254。计算机存储器250还被示为包含交叠检测模块。交叠检测模块264包含计算机可运行代码，所述计算机可运行代码使得处理器244能够使用声处理路径254来检测以几何方式交叠的区域。对这些交叠区域的识别为256。计算机存储器250还被示为包含换能器控制生成模块266。换能器控制生成模块266能够使用位置数据252和交叠区域数据256来生成换能器控制命令258。

高强度聚焦超声(HIFU)是对组织进行局部加热的方法。尽管目的在于仅仅对选定的靶区域进行加热，但是在一定程度上将不可避免地对超声行进通过的周围组织进行加热。具有完全或部分交叠射束的相继的声处理将引起建立累积的加热。结果，需要在声处理之间的冷却时期来避免对靶区域之外的组织中的过度加热。长的冷却时期能够显著地阻碍处置效率。

如果声处理的射束路径不交叠，则不需要在两个声处理之间的冷却时期。因此，通过避免在不同声处理的射束路径之间的交叠能够优化处置效率。

聚焦超声换能器通常是相位阵列，所述相位阵列包括多个换能器元件。通过切断元件的部分或以其他方式调节从每个元件发射的功率能够使超声射束成形。射束成形通常用于避免对敏感组织进行加热。

实施例可以组合以上两种方法：在最小化来源于交叠射束路径的累积加热中利用射束成形。通过减少从其发射功率行进通过交叠区域的元件中的功率能够减少累积加热。本发明允许更短的冷却时期以及因此的更加有效的处置。

靶区域的尺寸最为经常是有限的。因此，仅通过控制声处理位置不能够完全地避免射束交叠。在射线成形的帮助下，能够进一步减少交叠的影响，或者甚至能够完全地避免交叠的影响。

另外，射束路径中的加热不可以是同质的。改变组织性质可以导致在射束路径的某些部分中的稍微更高温度上升或更慢的冷却。结果，甚至单个的声处理能够导致不想要的组织损伤，除非在实现靶区域中的期望结果之前终止声处理。利用射束成形，将能够减少对特定区域的加热，从而允许声处理持续更长时间。此外，如果使相继的声处理靠近彼此，则将由要求最长冷却时间的组织支配所述冷却时间。在这样的情况下，射束成形能够用于避免具体地在所述组织之内的射束交叠。

根据第一方面，射束成形能够用于最小化来自具有交叠射束路径的声处理的累积加热。这能够通过完全切断元件的部分使得根本没有交叠来实现，或者通过减少发射功率从元件经过交叠区域的所述元件中的功率使得在该区域中的累积加热/能量密度不比在射束路径中的其他地方的更大来实现。

根据第二方面，射束成形能够用于防止对特别容易加热的区域中的局部过度加热。例如基于采集的温度数据或先验知识能够确定这样的区域。当温度数据被测量时，能够动态地(即，立即)考虑所述温度数据。然后所述途径将不仅适用于控制来源于多个声处理的累积加热，而且还适用于在单个声处理期间防止过度加热。

图3示出了超声换能器210、210’的两个视图300和302。在视图300中，在第一位置210和第二位置210’中示出超声换能器210。在两个不同位置中的超声沿循图2中图示的路径。当超声换能器在第一位置210中时，超声沿循由线216定义的体积，并且具有近场区域217。超声正被聚焦到声处理点226中。当超声换能器在第二位置210’中时，超声的体积由线216’定义并被聚焦到声处理点228中。在第二位置210’中，具有近场区域217’。由线304定义的体积包含声处理点226和228。能够看到，当换能器在第一位置210和第二位置210’中时，具有两个近场区域217和217’的交叠区域306。如果按次序地对声处理点226和228进行声处理，那么交叠区域306将被加热两次。这可以对交叠区域306中的组织造成热损伤。视图302示出了本发明的实施例可以如何减少对交叠区域306的加热。在该实施例中，减少超声换能器210、210’的活动区域。能够看到，由线216定义的体积不与由线216’定义的超声的体积相交。在该实施例中，当对两个声处理点226和228进行声处理时，实质上没有或具有非常少的超声交叠。由于在两个声处理之间不需要同样多或减少的等待时间，因此这可以减少在近场区域217、217’中的加热，并且可以使得能够对声处理点226、228进行更加快速的声处理。

在图3中，利用简单的几何模型表示超声射束。元件切断也能够基于能量密度分布的更加复杂的模型，例如，模拟。此外，为了更加准确的估计，能够考虑组织性质的局部变化。

除了能量密度分布之外，所述方法也能够基于模拟或测量的温度分布或这些的任意组合。已经能够在个体声处理期间动态地考虑测量的温度数据，即，在测量到更大加热的区域中能够切断元件。

以最简单的形式，本发明能够用于简单地最小化在个体声处理之前需要的冷却时期—基于关于先前声处理的知识仅仅针对所述声处理来操纵射束形状。为了甚至更加有效的治疗，能够考虑整个处置计划，包括随后的声处理。

图4示出了根据本发明的其他实施例的医学装置400。图4中示出的医学装置400类似于图2中示出的医学装置200。图4中示出的装置400具有修改医学装置400的功能的额外的软件部件。在该实施例中，计算机存储设备248被示为包含热性质图402。热性质图402描述在对象202的近场区域217中的热性质。计算机存储设备248还被示为包含描述由对象202接收的先前热剂量的先前热剂量404。计算机存储设备248被示为还包含经校正的换能器控制命令。使用先前的热剂量和/或预测的热性质图来计算经校正的换能器控制命令。不是所有的实施例都将具有先前的热剂量和热性质图402两者。

计算机存储器被示为包含换能器热模型408，所述换能器热模型408用于根据热性质图402和/或先前的热剂量404计算预测的热性质图404。通过换能器控制命令生成模块266使用预测的热性质图404、位置数据252以及交叠区域数据256来计算经校正的换能器控制命令406。

图5示出了医学装置500的其他范例。医学装置500类似于图4中示出的医学装置400。在该实施例中，具有用于采集热磁共振数据的磁共振成像系统502。所述磁共振成像系统包括磁体504。磁体504是具有通过其中心的膛506的圆柱型超导磁体。在各种实施例中，机械致动器/电源214被定位在磁体504的膛506外部或内部。

磁体具有带有超导线圈的液氦冷却低温恒温器。也能够使用永久磁体或常导磁体。也能够使用不同类型的磁体，例如，也能够使用分裂式圆柱磁体和所谓的开放式磁体两者。分裂式圆柱磁体与标准圆柱磁体类似，除了低温恒温器已经被分裂成两段以允许进入磁体的等平面，例如可以结合带电粒子射束治疗来使用这样的磁体。开放式磁体具有两个磁体段，一个在另一个上面，中间具有足够大的空间以容纳对象：对所述两段区的布置与亥姆霍兹(Helmholtz)线圈的布置类似。由于对象受较少的限制，因此开放式磁体是普及的。在圆柱磁体的低温恒温器内部具有超导线圈的集合。在圆柱形磁体的膛506之内具有成像区带508，在成像区带508中，磁场足够强并且足够均匀以执行磁共振成像。

在磁体的膛506之内还具有磁场梯度线圈集510，所述磁场梯度线圈集510用于采集磁共振数据，以对在磁体504的成像区带508之内的磁自旋在空间上进行编码。磁场梯度线圈被连接到磁场梯度线圈电源512。磁场梯度线圈510旨在是代表性的。通常磁场梯度线圈包含用于在三个正交的空间方向上在空间上编码的三个单独的线圈集。磁场梯度电源512向磁场梯度线圈510供应电流。向磁场线圈供应的电流被根据时间来进行控制，并且可以是被斜坡变化和/或被脉冲的。

邻近成像区带508的是射频线圈514，所述射频线圈514用于操纵在成像区带508之内的磁自旋的取向，并且用于接收来自也在成像区带之内的自旋的无线电信号。射频线圈可以包含多个线圈元件。射频线圈也可以被称为通道或天线。射频线圈514被连接到射频收发器516。射频线圈514和射频收发器516可以由单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替换。应当理解，射频线圈514和射频收发器516是代表性的。射频线圈514也旨在表示专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器516也可以表示单独的发射器和接收器。

计算机存储设备248被示为包含脉冲序列520。如本文所使用的脉冲序列是使得磁共振成像系统502能够采集磁共振数据522的、在不同时间处执行的命令序列。计算机存储设备248被示为包含使用磁共振成像系统502已经采集的热磁共振数据522。计算机存储设备248也被示为包含热性质图524。已经根据热磁共振数据522重建热性质图524。

计算机存储器250被示为包含图像重建模块526。图像重建模块526包含计算机可运行代码244，所述计算机可运行代码244使得处理器能够根据热磁共振数据522重建热性质图524。该实施例被示为在计算机存储设备248中包含先前的热剂量404。在该实施例中先前的热剂量404是任选的。

磁共振成像系统502也可以用于引导高强度聚焦超声系统206。例如，通过正规的磁共振成像，磁共振成像系统502可以用于识别在对象202之内的解剖结构界标，以识别声处理点224、226、228以及230的位置。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，例如经由因特网或其他有线或无线的通信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种医学装置(200、400、500)，包括：

-高强度聚焦超声系统(206)，其包括具有多个换能器元件的超声换能器(210、210’)，所述多个换能器元件用于将超声(216、216’)聚焦到声处理体积(222)中，其中，在所述超声换能器与所述声处理体积之间具有近场区域(217、217’)，其中，所述多个换能器元件可成组操作；

-存储器(250)，其用于存储机器可运行指令(260、262、264、266、408、526)；

-处理器(244)，其用于控制所述医学装置，其中，对所述指令的运行令所述处理器：

-接收(100)描述多个声处理点(224、226、228、230)的位置数据(252)；

-使用几何换能器元件模型(262)来确定(102)针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径(254)；

-使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测(104)交叠区域(256、306)，其中，所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠；

-使用所述交叠区域来确定(106)换能器控制命令(258)，其中，所述换能器命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积；并且

-控制(108)所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。

2.根据权利要求1所述的医学装置，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：

-接收描述所述近场区域中的热性质的当前的热性质图(402)；

-使用所述换能器控制命令和换能器热模型(408)来计算所述热性质的预测的热性质图(404)；

-使用所预测的热性质图来确定校正的换能器控制命令(406)，其中，经校正的换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，其中，所述指令能用于令所述处理器使用经校正的换能器控制命令，以在对所述多个声处理点的所述按次序的声处理期间控制所述高强度聚焦超声系统。

3.根据权利要求2所述的医学装置，其中，对所述指令的运行还令所述处理器接收先前的热剂量(404)，其中，所述先前的热剂量描述使用所述高强度聚焦超声系统由先前的声处理引起的所述热剂量，并且其中，所述当前的热性质图和/或所预测的热性质图是至少部分地使用所述先前的热剂量来确定的。

4.根据权利要求2或3所述的医学装置，其中，所述医学装置还包括用于采集热磁共振数据(522)的磁共振成像系统，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：

-采集所述热磁共振数据，并且

-至少部分地使用所述热磁共振数据来计算所述当前的热性质图。

5.根据权利要求2、3或4所述的医学装置，其中，对所述指令的运行令所述处理器至少部分地使用所述换能器热模型和先前的换能器控制命令集来计算所述当前的热性质图。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，对所述指令的运行令所述处理器重复地：

-接收描述所述多个声处理点的所述位置数据；

-使用所述几何换能器元件模型来确定针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径；

-使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测交叠区域，其中，所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠；

-确定所述换能器控制命令，所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的所述沉积；并且

-控制所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。

7.根据权利要求6所述的医学装置，其中，对所述指令的运行还令所述处理器重复地：

-接收所述当前的热性质图，

-使用所述换能器控制命令和所述换能器热模型来计算所预测的热性质图；

-使用所预测的热性质图来确定经校正的换能器控制命令；并且

-控制所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述多个换能器元件能被控制为使用以下中的任一种来减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的所述沉积：选择性地切断所述多个换能器元件的第一部分，选择性地减少由所述多个换能器元件的第二部分生成的超声能量的幅值，以及它们的组合。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述多个换能器元件中的每个是可独立控制的。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述热性质是以下中的任一种：温度、最大温度、热剂量、冷却时间、以及它们的组合。

11.一种计算机程序产品，包括用于由控制医学装置(200、400、500)的处理器的运行的机器可运行指令(260、262、226、228、230)，其中，所述医学装置包括高强度聚焦超声系统(206)，所述高强度聚焦超声系统包括具有多个换能器元件的超声换能器(210、210’)，所述多个换能器元件用于将超声(216、216’)聚焦到声处理体积(222)中，其中，在所述超声换能器与所述声处理体积之间具有近场区域(217、217’)，其中，所述多个换能器元件可成组操作，其中，对所述指令的运行令所述处理器：

-接收(100)描述多个声处理点(224、226、228、230)的位置数据(252)；

-使用几何换能器元件模型(262)来确定(102)针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径(254)；

-使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测(104)交叠区域(256、306)，其中，所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠；

-使用所述交叠区域来确定(106)换能器控制命令(258)，其中，所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积；并且

-控制(108)所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。

12.根据权利要求11所述的计算机程序产品，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：

-接收描述所述近场区域中的热性质的当前的热性质图(402)，

-使用所述换能器控制命令和换能器热模型(408)来计算所述热性质的预测的热性质图(404)；

-使用所预测的热性质图来确定校正的换能器控制命令(406)，其中，经校正的换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，其中，所述指令能用于令所述处理器使用经校正的换能器控制命令，以在对所述多个声处理点的所述按次序的声处理期间控制所述高强度聚焦超声系统。

13.根据权利要求12所述的计算机程序产品，其中，对所述指令的运行还令所述处理器接收先前的热剂量(404)，其中，所述先前的热剂量描述使用所述高强度聚焦超声系统由先前的声处理引起的所述热剂量，并且其中，所述当前的热性质图和/或所预测的热性质图是至少部分地使用所述先前的热剂量来确定的。

14.根据权利要求12或13所述的计算机程序产品，其中，所述医学装置还包括用于采集热磁共振数据(522)的磁共振成像系统，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：

-采集所述热磁共振数据，并且

-至少部分地使用所述热磁共振数据来计算所述当前的热性质图。

15.一种操作医学装置(200、400、500)的方法，其中，所述医学装置包括高强度聚焦超声系统(206)，所述高强度聚焦超声系统包括具有多个换能器元件的超声换能器(210、210’)，所述多个换能器元件用于将超声(216、216’)聚焦到声处理体积中，其中，所述超声换能器能用于生成在所述超声换能器与所述声处理体积之间的近场区域(217、217’)，其中，所述多个换能器元件可成组操作，其中，所述方法包括以下步骤：

-接收(100)描述多个声处理点的位置数据(252)；

-使用几何换能器元件模型来确定(102)针对所述多个声处理点中的每个的声处理路径(254)；

-使用针对所述多个声处理点中的每个的所述声处理路径来检测(104)交叠区域(256、306)，其中，所述交叠区域指示两个或更多个声处理点的所述声处理路径在所述近场区域中的交叠；

-使用所述交叠区域来确定(106)换能器控制命令(258)，其中，所述换能器控制命令能用于控制所述多个换能器元件，以减少在对所述两个或更多个声处理点的声处理期间在所述交叠区域中的超声能量的沉积；以及

-控制(108)所述高强度聚焦超声系统，以使用所述换能器控制命令来按次序地对所述多个声处理点进行声处理。