CN104837527B - 用于加热比电子聚焦区域更大的目标区域的高强度聚焦超声 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种医疗仪器(200)，包括磁共振成像系统(202)和具有电子可控且机械可控的焦点的高强度聚焦超声系统(204)。控制所述仪器的处理器(244)对指令的执行令所述处理器：接收(100)描述对象之内区域的目标区域(240、264)；将所述目标区域划分(102)成多个子区域(416、418、420、422、424、426、428、430、432、434)；确定(104)用于将换能器位置移动到所述多个子区域中的每个的序列(272)；使用所述序列确定(106)从所述多个子区域中选择的选定子区域；重复控制(108)机械定位系统以将换能器移动到所述选定子区域的换能器位置；重复采集(110)磁共振测温数据；重复确定(112)温度属性图(274)；通过利用温度反馈算法(286)控制电子控制的焦点，重复独立地将区带加热(114)到目标温度；以及使用所述序列重复改变(116)所述选定子区域。
Description
技术领域
本发明涉及高强度聚焦超声，尤其涉及磁共振引导的高强度聚焦超声。
背景技术
本发明涉及MR图像引导的高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统。HIFU模块包括超声换能器(阵列)，其具有发射HIFU波束的换能器元件。能够通过以电子方式控制每个元件的相位在局部范围内导引焦点(电子导引)。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了一种医疗仪器和一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。
根据本发明的一个实施例，将要沉积超声(US)能量的大目标区域分割成若干局部区域。在个体局部区域之内，通过以电子导引方式在局部区域之内扫描焦点，来沉积US能量。此外，针对每个局部区域重新定位换能器(阵列)。
本发明可以实现在任意形状的大目标区域中应用HIFU治疗(通过沉积超声能量)。
文中使用的“计算机可读存储介质”包含任何可以存储可由计算设备的处理器执行的指令的有形存储介质。可以将计算机可读存储介质称为计算机可读非暂态存储介质。也可以将计算机可读存储介质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、闪速存储设备、USB拇指驱动器、随机存取存储设备(RAM)、只读存储设备(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计算机设备能够经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以在调制调解器、因特网或局域网上检索数据。
“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是任何可由处理器直接访问的存储器。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。
“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储设备是任何非易失计算机可读存储介质。计算机存储设备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以及固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机存储设备还可以是计算机存储器，反之亦然。
文中使用的“处理器”包含能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。包括“处理器”的计算设备的引用应被解读为能够包含超过一个处理器或处理核。例如，处理器可以是多核处理器。处理器还可以指处于单个计算机系统内的或者分布于多个计算机系统当中的处理器的集合。术语计算设备还应被解读为能够指每者均包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。许多程序具有其由多个处理器执行的指令，这些处理器可以处于相同计算设备内，甚至可以跨多个计算设备分布。
文中使用的“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。也可以将“用户接口”称为“人类接口设备”。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。用户接口可以使计算机能够接收来自操作者的输入，并且可以将来自计算机的输出提供给用户。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、触摸板、指示杆、图形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像机、耳机、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞板、遥控器、以及加速度计的数据接收均为能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。
文中使用的“硬件接口”包含能够使计算机系统的处理器与外部计算设备和/或装置交互和/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。硬件接口还可以使处理器与外部计算设备和/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。
文中使用的“显示器”或“显示设备”包含适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出可视、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)、投影仪和头盔显示器。
文中将磁共振(MR)数据定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线记录的原子自旋发射的射频信号的测量结果。文中将磁共振成像(MRI)图像定义为对磁共振成像数据内包含的解剖结构和/或功能数据重建的二维或三维可视化。能够使用计算机执行这种可视化。
文中使用的医疗图像数据涵盖描述对象解剖结构的数据。磁共振图像是一类医疗图像数据。
文中将磁共振(MR)测温数据定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线记录的原子自旋发射的射频信号的测量结果，其包含可以用于磁共振测温的信息。磁共振测温通过测量对温度变化敏感的参数而工作。可以在磁共振测温中测量的参数范例有：质子共振频移、扩散系数、或可以用于使用磁共振测量温度的T1和/或T2弛豫时间的变化。质子共振频移是与温度相关的，因为个体质子、氢原子经受的磁场取决于周围的分子结构。由于温度影响到氢键，所以温度升高会减弱分子筛作用。这造成质子共振频率对温度的依赖性。
文中使用的“超声窗口”涵盖能够透射超声波或能量的窗口。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)薄膜制成。
在一个方面中，本发明提供了一种医疗仪器，其包括用于采集来自成像区域之内的对象的磁共振数据的磁共振成像系统。该医疗仪器还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电子可控焦点的超声换能器。可以通过使用具有多个换能器元件的超声换能器实施电子可控焦点。可以控制超声的相位和/或幅度，使得多个超声信号的相长和相消效应会导致焦点移动位置。高强度聚焦超声系统还包括用于定位超声换能器的机械定位系统。机械定位系统可以将超声换能器物理移动到不同位置。
通常，使用机械定位系统对焦点进行总体控制，并且使用电子控制对焦点进行精细控制。电子控制的焦点能用于调节聚焦区域之内的焦点。文中使用的聚焦区域涵盖焦点强度高于预定强度的区域。在以电子方式移动焦点时，可以降低超声的强度。高强度聚焦超声系统的操作员或制造商可以选择界定聚焦区域的强度极限。聚焦区域的位置取决于超声换能器的位置。在由机械定位系统物理移动超声换能器时，聚焦区域的位置随着超声换能器位置的变化而变化。
该医疗仪器还包括用于存储机器可执行指令的存储器。该医疗仪器还包括用于控制医疗仪器的处理器。所述指令的执行令所述处理器接收描述对象之内的体积的目标区域。也可以将目标区域称为目标体积。例如，目标区域可以在图形用户接口上被定义或者可以作为处置计划的一部分被接收。在任何情况下，目标区域可以描述对象之内的体积，并且还可以包含诸如解剖参考的东西，这允许将目标区域配准到对象的位置。文中使用的体积可以表示二维或三维指定的目标区域。通常，在规划和成像中，使用二维图像。然而，这些二维图像必然表示体积。在磁共振成像中，通常将数据显示为对象的“切片”或二维区带。二维图像中的每个体素表示大部分来自小体积的贡献。使用傅里叶变换重建MRI图像，使得特定体积外部的区带也对特定体素中的图像有贡献。同样地，在对区带进行超声处理时，可以使用二维图像进行规划。在对目标进行实际超声处理时，超声会加热对象的小体积。
目标区域大于聚焦区域。这可能暗示，为了对整个目标区域进行超声处理或加热，必须要将机械定位系统移动到超过一个位置。机器可执行指令的执行还令处理器将目标区域划分成多个子区域。也可以将子区域称为亚区域、子体积或亚体积。多个子区域中的每个都具有换能器位置。在换能器处于换能器位置时，聚焦区域包括该子区域。
所述指令的执行还令处理器确定用于将换能器位置移动到多个子区域中的每个的序列。可以将文中使用的序列宽泛地定义为将超声换能器移动到的位置列表或序列，使得多个子区域中的每个都被选择。在一些情况下，可以实时地，例如使用决策树，确定序列。在其他实施例中，该序列是预定义的，但稍后可以由适当算法修改。在一些情况下，该序列仅指定要加热的第一子区域，并且然后使用诸如决策树的选择算法选择要加热的后续子区域中的每个。
所述指令的执行还令处理器使用该序列确定从多个子区域选择的选定子区域。将子区域中的每个划分成区带。所述指令的执行还令所述处理器，通过重复控制机械定位系统以将换能器移动到选定子区域的换能器位置，从而在预定时间内将目标区域维持在目标温度。可以将目标温度解读成温度范围。预定时间的持续时间也可以在工作期间实时调节或改变。
选定子区域具有针对与其相关联的机械换能器的位置，并且机械定位系统将超声换能器移动到那里，使得聚焦区域涵盖选定子区域，从而可以对其加热。所述指令的执行还令所述处理器通过重复采集磁共振测温数据，在预定时间内将目标区域维持在目标温度。
磁共振测温数据描述子区域中体素的温度。重要的是要注意，数据仅描述子区域中体素的温度。可能存在特定属性，例如特定体素中组织的T1值、T2值或弹性，其可以指示温度。使用这种与温度相关的磁共振数据而不是直接使用温度数据的控制算法可以被使用。然而，也可以处理磁共振数据，使得温度被显示在每个体素中，并将此用于直接控制该过程。
所述指令的执行还令所述处理器通过至少使用磁共振测温数据重复确定描述每个体素中温度的温度属性图，在预定时间内将目标区域维持在目标温度。温度属性图可以是温度，它可以是从温度值以统计方式计算的特定平均值或其他值，或者它可以是取决于温度的属性，例如T1值、自旋相位、T2或其他属性。所述指令的执行还令所述处理器通过利用使用温度属性图的温度反馈算法控制每个电子控制的焦点来重复将区带独立加热到目标温度，以在预定时间内将目标区域维持在目标温度。
在实施例中，区带中的每个对应于体素。在其他实施例中，区带中的每个对应于体素的一部分或多个体素。
控制算法是基于区带的。区带中的每个被独立评估并被应用控制算法，所述控制算法控制所述电子控制的焦点，以适当加热每个区带。所述指令的执行还令所述处理器通过使用所述序列重复改变选定子区域而在预定时间的持续时间内将目标区域维持在目标温度。这可以包括简单遵循子区域列表以进行加热，或者其可以涉及使用更复杂的算法，该算法实时修改序列，或甚至可以实时选择下一个子区域。
这个实施例可以是有益的，因为它提供了用于将对象的大区域有效加热到特定温度的手段。这可以用于组织消融，但这在将目标区域的温度维持低于诱发组织坏死的值以下时，可能特别有益。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器使用磁共振测温数据针对多个子区域中的每个确定温度属性。温度属性例如可以是针对多个子区域中的每个的温度属性图的统计属性。例如，最低温度、最高温度或平均温度可以被选择作为温度属性并被使用。在其他情况下，还可以使用表现出温度相关性的其他值，例如T1、T2或其他参数。所述指令的执行还令所述处理器使用针对多个子区域中的每个的温度属性选择下一个子区域。
例如，可以使用算法或决策树算法选择下一个子区域。例如，如果选择平均温度，那么在一些实施例中可以选择具有最低平均温度的子区域。所述指令的执行还令所述处理器修改所述序列，使得下一个子区域是序列中的相继下一个。
这个实施例可以是有益的，因为它能够实时对下一个要加热的子区域进行导航。可以重复执行本实施例中的步骤，以将整个目标区域的温度维持在预定时间。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器控制所述机械定位系统以在将所述目标区域加热到所述目标温度之前，将所述超声换能器移动到针对所述多个子区域中的每个的所述换能器位置。这个实施例可以是有益的，因为在将机械定位系统移动到不同位置时，磁场的各个属性可能变化。在开始加热过程之前将机械定位移动到每个位置能够测量影响MR测量的属性，并且还可以实现在开始加热过程之前执行测试超声暴露或试测拍摄的能力。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器在将目标区域加热到目标温度之前，在处于针对多个子区域中的每个的换能器位置的同时，采集校准磁共振测温数据。至少使用校准磁共振数据确定温度属性图。为了执行准确的温度测量，可能必须使用一些技术，例如自旋相位技术，以执行基线校准测量。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器在将目标区域加热到目标温度之前，在处于针对多个子区域中的至少两个或每个的换能器位置的同时，使用高强度聚焦超声系统执行测试超声暴露。所述指令的执行还令所述处理器针对所述多个子区域中的每个确定电子焦点校正和/或针对所述多个子区域中的每个，调节所述焦点的位置，和/或针对所述多个子区域中的每个计算温升速率。这个实施例可以是有益的，因为它可以提供在开始加热过程之前校正医疗仪器的使用的不同手段。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器使用磁共振数据针对每个体素重复计算灌注系数和/或扩散系数。额外的磁共振数据可以在采集磁共振测温数据期间采集，或者也可以从相同脉冲序列的一些中导出。可以使用这种数据校正每个体素中的灌注和/或扩散系数。
在另一实施例中，所述温度反馈控制算法具有温度控制算法参数。温度控制算法参数是温度反馈控制算法使用的数学公式中使用的恒定值。改变温度控制算法参数会改变温度反馈控制算法的行为。所述指令的执行还令所述处理器使用灌注系数和/或扩散系数重复重新计算温度控制算法参数。例如，在高强度聚焦超声系统开始加热目标区域时，可以存在一组假定的温度控制算法参数。由于该系统在加热目标区域中发挥作用，可以在该过程期间计算灌注系数和/或扩散系数，并且可以将此用于重新计算温度控制算法参数，由此改善温度反馈控制算法的功能。
在另一实施例中，所述温度反馈控制算法是如下中的任何一种：双态温度控制算法、比例温度控制算法、比例-积分温度控制算法和比例-积分-导数温度控制算法。
在另一实施例中，使用中轴变换将所述目标区域划分成多个子区域。
在另一实施例中，所述医疗仪器包括流体冷却系统，所述流体冷却系统循环流体以冷却所述对象。所述流体冷却系统能用于将所述流体维持在工作温度。这个系统例如可以是位于对象表面上的管路或冷却垫，并用于移除过量的热。冷却器或其他冷却系统可以将流体维持在恒温。所述指令的执行还令所述处理器重复采集描述所述流体的自旋相位的磁共振数据，以确定所述自旋相位的变化。例如，如果使用测量温度的自旋相位法，有利的是重复进行相位测量以校准测量。例如，磁场可能有变化，这导致使用医疗仪器期间自旋相位发生漂移。
如果将流体冷却系统中的流体维持在恒温，从而达到稳定状态，那么可以将流体冷却系统之内的流体用作参考。由于磁场变化，自旋相位可能漂移，但温度将是相同的，并且这可以用作参考测量。所述指令的执行还令所述处理器使用流体的自旋相位的变化校正温度属性图。在一些实施例中，可以存在温度传感器，以测量流体的温度，以更准确地进行校正。这可以将磁共振成像系统的磁场的漂移和流体冷却系统的流体温度的漂移都考虑在内。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器在开始将所述目标区域维持在目标温度之后，调节所述子区域的尺寸和/或位置和/或所述换能器位置。这个实施例可以是有益的，因为生成的子区域可能并非是对目标区域进行特定加热而言最优的。调节子区域的体积和位置可以实现对目标区域的更有效或更准确的加热。
在另一实施例中，所述指令的执行还令所述处理器在改变所述选定子区域的同时加热所述目标区域。在这一实施例中，在改变子区域时，将超声换能器从一个位置移动到另一个位置。在将超声换能器从一个位置移动到另一个位置的同时，使用超声换能器加热目标区域可以是有效率的。
在另一实施例中，使用决策树算法发起所述选定子区域的改变。这可以是用于确定何时应当改变子区域或甚至选择接下来将加热哪个子区域的有效且简单的方式。
在另一实施例中，所述目标温度是如下中的任一个：38℃和40℃之间，39℃和40℃之间，40℃和45℃之间，40℃和44℃之间，40℃和43℃之间，40℃和42℃之间，40℃和41℃之间，41℃和45℃之间，41℃和44℃之间，41℃和43℃之间，41℃和42℃之间，42℃和45℃之间，42℃和44℃之间，42℃和43℃之间，43℃和45℃之间，43℃和44℃之间，44℃和45℃之间，38℃和39℃之间，52℃和55℃之间，大于或等于55℃以及50℃和55℃之间。
在另一方面中，本发明提供了一种包括机器可执行指令的计算机程序产品，所述机器可执行指令由控制医疗仪器的处理器执行，所述医疗仪器包括用于采集来自成像区域之内的对象的磁共振测温数据的磁共振成像系统。该医疗仪器还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电子可控焦点的超声换能器。所述高强度聚焦超声系统还包括用于定位超声换能器的机械定位系统。所述电子可控焦点能用于调节聚焦区域之内的焦点。聚焦区域的位置取决于超声换能器的位置。所述指令的执行令所述处理器接收描述对象之内的体积的目标区域。目标区域大于聚焦区域。所述指令的执行还令所述处理器将目标区域划分成多个子区域。子区域被划分成区带。
多个子区域中的每个都具有换能器位置。在换能器处于换能器位置时，聚焦区域包括该子区域。所述指令的执行还令所述处理器确定用于将换能器位置移动到多个子区域中的每个的序列。
所述指令的执行还令所述处理器使用该序列确定从多个子区域中选择的选定子区域。所述指令的执行还令所述处理器，通过重复控制机械定位系统以将换能器移动到选定子区域的换能器位置，从而在预定持续时间内将目标区域维持在目标温度。所述指令的执行还令所述处理器通过使用磁共振成像系统重复采集磁共振测温数据，在预定时间的持续时间内将目标区域维持在目标温度。磁共振测温数据描述子区域中体素的温度。
所述指令的执行还令所述处理器通过至少使用磁共振测温数据重复确定描述每个体素中温度的温度属性图，在预定时间的持续时间内将目标区域维持在目标温度。所述指令的执行还令所述处理器通过利用使用温度属性图的温度反馈算法控制电子可控焦点，重复将每个区带独立加热到目标温度，以在预定时间的持续时间内将目标区域维持在目标温度。所述指令的执行还令所述处理器通过使用所述序列重复改变选定子区域而在预定时间的持续时间内将目标区域维持在目标温度。
应理解，可以组合上述本发明实施例的一种或多种，只要组合的实施例不是互相排斥的即可。
附图说明
在下文中将仅通过举例，并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了流程图，其图示了用于控制医疗仪器的方法的范例；
图2示出了医疗仪器的范例；
图3示出了流程图，其图示了用于对大体积适形加热以实施高温疗法的方法；
图4示出了将目标区域划分成子区域的方法；
图5示出了流程图，其图示了用于决定加热哪个子区域或子体积的决策树的范例；
图6示出了范例时间线，其指示了使用医疗仪器期间的移动和超声作用；
图7示出了在活体内应用大面积适形加热方法；以及
图8示出了可成像低温灵敏脂质体(iLTSL)注射和利用磁共振高强度聚焦超声进行加热之后的磁共振信号强度和亚德利亚霉素荧光。
附图标记列表
200 医疗仪器
202 磁共振成像系统
204 高强度聚焦超声系统
206 磁体
208 磁体的膛
210 磁场梯度线圈
212 磁场梯度线圈电源
214 射频线圈
216 收发器
218 成像区域
220 对象
222 对象支撑物
224 填充流体的腔室
226 超声换能器
228 机械定位系统
230 致动器
232 超声路径
234 超声窗口
236 凝胶衬垫
238 焦点
240 目标区域
242 计算机系统
244 处理器
246 硬件接口
248 用户接口
250 计算机存储设备
252 计算机存储器
260 聚焦区域界定
262 目标区域坐标
264 子区域坐标
266 换能器位置坐标
268 脉冲序列
270 磁共振测温数据
272 序列
274 温度属性图
280 控制模块
282 子区域划分模块
284 图像重建模块
286 温度控制算法
288 子区域选择算法
300 成像
302 磁共振测温
304 处置规划
306 超声作用反馈周期
308 处置区域分区算法
310 多基线校正
312 换能器空间偏移校正
314 温度反馈控制
316 决策树
318 机械移动
400 目标区域视图
402 目标区域视图
404 目标区域视图
406 中轴
408 质心
410 最远的体素
412 焦点
414 聚焦区域
416 子区域1
418 子区域2
420 子区域3
422 子区域4
424 子区域5
426 子区域6
428 子区域7
430 子区域8
500 采集磁共振测温数据
502 决策树
504 决策结果
506 要加热的下一个子区域
600 决策
602 成像
604 延迟
606 加热
608 移动
610 (一个户都讴歌)时间
700 规划图像
702 热图像
704 曲线图时间相对于温度
706 第一子区域
708 第二子区域
710 平均温度
712 加热开始
714 加热停止
具体实施方式
这些附图中的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示出了流程图，其图示了用于控制医疗仪器的方法的范例。在步骤100中，接收目标区域，其描述对象之内的体积。接下来在步骤102中，将目标区域划分成多个子区域。多个子区域中的每个都具有与其相关联的换能器位置。目标区域大于聚焦区域的尺寸。在换能器处于换能器位置时，特定的聚焦区域包括相关联子区域。接下来在步骤104中，确定用于将换能器位置移动到多个子区域中的每个的序列。接下来在步骤106中，使用该序列从多个子区域中选择选定子区域。
下一步骤108控制机械定位系统将换能器移动到选定子区域的位置。接下来在步骤110中，采集磁共振测温数据。磁共振测温数据描述子区域中体素的温度。接下来在步骤112中，至少使用磁共振测温数据确定或计算温度属性图，所述温度属性图描述每个体素中的温度。接下来在步骤114中，通过利用使用了温度属性图的温度反馈算法控制电子控制的焦点，独立地将每个区带加热到目标温度。最后，在步骤116中，使用所述序列改变选定子区域。该方法可以返回到步骤108、110、112、114或116，并且可以重复执行该过程，直到完成加热流程。例如，对于预定时间的持续时间，可以重复步骤108和116之间的方法。
图2示出了医疗仪器200的范例。该医疗仪器包括磁共振成像系统202和高强度聚焦超声系统204。该磁共振成像系统包括磁体206。图2中所示的磁体是圆柱型的超导磁体。磁体具有液氦冷却的低温保持器，所述低温保持器具有超导线圈。也能够使用永久或常导磁体。使用不同类型的磁体也是可能的，例如，还能够使用分裂式圆柱磁体和所谓的开放式磁体两者。分裂式圆柱磁体类似于标准圆柱磁体，只是已经将低温保持器分裂成两段，以允许访问磁体的等平面，这种磁体例如可结合带电粒子束疗法使用。开放式磁体具有两个磁体段，一个在另一个之上，之间有空间，该空间足够大，以接收对象：两段区域的布置类似于亥姆霍兹线圈。开放式磁体很常见，因为对象受到较少约束。在圆柱形磁体的低温保持器内部，有超导线圈的集合。在圆柱形磁体206的膛208之内是成像区域，其中，磁场足够强且均匀以执行磁共振成像。
在磁体的膛206之内，还有磁场梯度线圈210，以在采集磁共振数据期间对磁体成像区域之内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈210连接到磁场梯度线圈电源212。磁场梯度线圈旨在为代表性的。通常，磁场梯度线圈包含三个独立的线圈组，以在三个正交空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源向磁场梯度线圈供应电流。根据时间来控制供应到磁场线圈的电流，并且该电流可以是斜变的和/或脉冲的。
在膛208的中心是成像区域218。与成像区域相邻的是连接到收发器216的射频线圈214。膛208之内还有躺在对象支撑物222上的对象220。射频线圈214适于操控成像区域之内磁自旋的取向并用于从也在成像区域之内的自旋接收无线电发射。射频线圈214可以包含多个线圈元件。也可以将射频线圈称为通道或天线。可以由独立的发射和接收线圈以及独立的发射器和接收器替代射频线圈214和射频收发器216。应理解，射频线圈214和射频收发器216是代表性的。射频线圈214还旨在表示专用的发射天线和专用的接收天线。同样地，收发器也可以表示专用的发射器和接收器。
高强度聚焦超声系统204包括填充流体的腔室224，填充流体的腔室224容纳着超声换能器226。通过机械定位系统228对超声换能器226进行机械定位。存在用于致动机械定位系统的致动器230。在备选实施例中，超声换能器可以是没用填充流体的腔室924或机械定位系统228的人工定位的外部换能器。
超声换能器226还可以包含用于发射超声的多个元件。未示出的电源可以控制供应到超声换能器226的元件的交流电功率的幅度和/或相位和/或频率。虚线232示出了来自超声换能器226的超声的路径。超声232首先通过填充流体的腔室224。超声然后穿过超声窗口234。在穿过超声窗口234之后，超声穿过可以用于在窗口234和对象220之间传导超声的任选的凝胶衬垫236或一层超声传导凝胶。超声232然后进入对象220中并被聚焦到焦点238或超声作用点中。存在作为目标区域的区带240。通过组合焦点238的电子和机械定位，能够加热整个目标区域240。目标区域240在成像区域218之内。高强度聚焦超声系统204、收发器216和磁场梯度线圈电源212全都连接到计算机系统242的硬件接口246。硬件接口246连接到处理器244。处理器244还连接到用户接口248、计算机存储设备250和计算机存储器252。
计算机存储设备250被示为包含聚焦区域界定数据260。聚焦区域界定260是用于界定聚焦区域238的尺寸的数据。可以按照超声强度高于阈值的面积来界定聚焦区域，或者可以按照固定坐标界定它，该固定坐标可以相对于超声换能器226的位置被界定或者可以取决于由机械定位系统228设置的坐标。计算机存储设备250还被示为包含目标区域坐标262。目标区域坐标262包含标识目标区域240的位置的数据。在一些实施例中，目标区域坐标262可以是绝对坐标定义，或者在其他实施例中，可以按照其相对于对象220解剖结构界标的位置被定义。
计算机存储设备250还被示为示出了子区域坐标264。子区域坐标264包含将目标区域划分成各自子区域的坐标。计算机存储设备250还被示为包含换能器位置坐标266。每个子区域都有换能器位置坐标266。计算机存储设备268还被示为包含脉冲序列268。脉冲序列是一组命令，处理器244能够向磁共振成像系统202发出所述一组命令以采集磁共振数据。脉冲序列268可以包含被设计成采集磁共振测温数据的脉冲序列。计算机存储设备250还被示为包含使用脉冲序列268采集的磁共振测温数据270。计算机存储设备250还被示为包含序列272。序列272包含要加热的子区域的序列。这可以是预定义的列表或者可以是初始子区域，并且其余部分可以实时发展或修改。计算机存储设备250还被示为包含从磁共振测温数据270重建的温度属性图274。
计算机存储器252被示为包含控制模块280。控制模块280包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器244能够控制医疗仪器200的工作和功能。计算机存储器252还被示为包含子区域划分模块282。子区域划分模块282包含计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器244能够将目标区域坐标262划分成一组子区域坐标264，并且同时还可以计算换能器位置坐标266。计算机存储器252还被示为包含图像重建模块284。图像重建模块284使得处理器244能够从磁共振测温数据270构建温度属性图274。在一些实施例中，图像重建模块284还可以能够从磁共振数据270重建其他磁共振数据或图像。
计算机存储器252还被示为包含温度控制算法286，温度控制算法286使得处理器244能够通过逐个体素分析温度属性图274，控制高强度聚焦超声系统204以维持选定子区域之内的温度。计算机存储器252还被示为包含子区域选择算法288。子区域选择算法288使得处理器244能够使用磁共振测温数据270和/或温度属性图274选择要加热的下一个子区域。
图3示出了流程图，其图示了用于对大体积适形(conformal)加热以实施高温疗法的方法。图3中的流程图被分成四个主要部分：300表示成像，302表示使用成像数据进行磁共振测温，304是处置规划模块，并且306是超声作用反馈周期306。成像300向治疗规划模块304和MR测温302提供数据。处置规划部分304包括若干子步骤。一个是处置区域分区算法308。处置区域分区算法308能够选择处置区域，并还将其分成子区域。然后将这种信息馈送到表示多基线校正的方框310中。方框304还包含换能器空间偏移校正。这样向多基线校正310，并且还向超声作用反馈周期306提供了数据。多基线校正310还提供对磁共振测温302有用的数据。超声作用反馈周期306接收用于计算温度反馈控制314的磁共振测温数据。这是通过计算每个体素的功率，计算为每个子区域提供多少热量来实现的。然后由决策树316使用这种数据，决策树316使用来自温度反馈控制316和磁共振测温302的信息。决策树316决定继续加热当前子区域还是移动到下一位置。方框318指示移动到下一位置。可以由换能器空间偏移校正312来调节位置318。在移动到下一位置318之后，重复温度反馈控制部分314。重复方框306中的步骤，直到完全完成加热。
中等高温疗法(40-45℃)已经证明能够改善抗癌剂治疗的有效性，癌剂治疗例如是化学治疗和临床前和临床研究中的辐射。低于中等高温疗法的温度可能没有期望效果，而高于这一范围的温度可能会停止组织灌注，从而对药物递送或辐射治疗带来负面影响。对于实现充分中等高温处置而言关键性的参数包括热剂量、目标温度、空间准确度、温度稳定性和持续时间。为了控制这些参数，已经将多个高温疗法施用器用于深处组织和局部高温疗法两者，包括接触式加热、微波、射频和超声。
中等高温疗法温度很窄的40-45℃范围需要利用反馈机制进行严格温度控制。MR引导的高强度聚焦超声(MR-HIFU)能够使用质子共振频移(PRFS)测温技术以无创方式提供这种反馈。MR-HIFU能够使用电子或机械导引加热组织。电子导引涉及通过改变由每个换能器元件生成的声波相位来偏转焦点，而机械导引是通过平移和/或旋转换能器实现的。每种导引方法都具有显著局限：电子导引受限于小偏转(～8mm)[1]，而机械导引会干扰使用PRFS方法的温度成像，位移越大造成的噪声越大，但也显著更慢[2]。尽管在临床中取得了初步积极成果，但当前加热方法的这些缺点迄今为止限制了MR-HIFU在中等高温疗法中的应用[3]。
源自以上局限的最重要的缺点之一是使用MR-HIFU加热到中等高温疗法的目标体积尺寸很小(1-2cc)[2]。大体积组织的消融是通过快速连续消融小体积来实现的[1]。然而，这种分段加热不适合于大体积的中等高温治疗，因为它需要在更长时间(30-60分钟)内连续加热整个体积以施加辐射或药物递送。大部分高温疗法算法需要预定义的处置形状，例如圆，从而不是与肿瘤适形的[1，2，4]。这种对处置体积形状的限制不是很适合于临床，在临床中期望避免加热健康组织和关键/易损坏结构，例如血管。最后，肿瘤组织是不均质的(能量的灌注和吸收)，这表示加热不同区域所需的功率取决于局部组织属性。肿瘤组织的这种不均质属性需要基于体素/区带的反馈。于是，对于利用MR-HIFU的中等高温疗法的临床转化，必须要解决三个问题：1)加热大的体积，2)适形加热，3)加热非均质组织。
为了解决这些挑战，本公开中的实现中等高温疗法的综合方案包括组合电子和机械导引的算法，以便加热大体积。通过分治法和决策树算法架构使这种组合成为可能，分治法用于将处置体积分成子体积，决策树算法架构允许实时调整处置以确保在所有子体积上加热。由单独利用电子导引可达到的最大体积确定这些子体积的尺寸。实施基于体素/区带的反馈以实现均匀加热或期望的处置体积，并使用多基线测温来将换能器运动考虑在内并在处置期间提供温度反馈。在临床Philips Healthcare Sonalleve MR-HIFU平台上实施所提出的算法。
热消融需要将温度提高到能够在短时间(数秒)内诱发坏死的水平(通常>55℃)，而中等高温疗法需要在更长时间内将目标区域中的温度维持在期望水平。由于用于大部分中等高温疗法应用的最佳温度在40-45℃的范围中(T<40℃导致有限的效果，T>45℃可能停止组织灌注)，所以对于中等高温疗法需要与消融完全不同的方法。这样可以提供灵活的算法架构，该算法架构能够在处置期间实时调整，因为能够实时自动调节字体积形状和加热每个体素所用的功率两者。实施例可以提供算法的实践简化、框架和表征，以证明电子和机械导引的组合能够实时更新(先前未公开)和支持任何反馈算法，包括，但不限于双态、比例-积分和比例-积分-导数。这种方式提供了一种使换能器的机械移动最小化的具体方式，从而在不能在换能器移动期间加热的情况下改善加热的稳定性。与已知的双态消融反馈和中等高温疗法反馈算法和其他公开和/或获得专利的技术相比，实施例可以提供针对大体积分区、反馈控制方法和在大于单独使用电子导引可达到的体积的体积中对中等高温疗法的维持的显著改善和额外特征。实施例可以产生组织深处的适形、大体积和均匀的温度分布，这是大部分临床应用所需的。这种均匀的温度分布是通过逐个体素/区带的反馈、体积分区、电子和机械导引、决策树、以及多基线MR测温实现的。
本发明的本质特征可以包括体积分区、决策树、电子和机械导引、逐个体素/区带的反馈、以及多基线MR测温。下文详细论述了这些特征。
适形大体积高温疗法算法
适形大体积高温疗法算法使用一系列步骤来规划处置，采集开始处置所需的信息(即基线温度，各种校正因子)，并执行加热。这些步骤在图3中被示出并在下文中被更详细论述。
在图3中，为适形的大体积高温疗法算法流程图。在处置规划期间，处置体积被选择并使用处置体积分区算法被分成子体积。在算法提供的换能器位置的每个位置处，执行多基线校正和换能器空间偏移校正。然后使用经校正的空间偏移重复多基线收集。在超声作用期间，使用多基线校正和换能器空间偏移校正两者。利用每幅动态MR图像(1.6s)，使用决策树确定是否加热当前子体积，并且如果做出移动的决定，则确定用于加热的下一个位置/子体积。使用比例反馈控制来计算功率图，利用该功率图，使用电子导引加热当前子体积。重复这一反馈环路直到已经过去了用户定义的超声作用时间。
目标体积分区方法：
使用分治算法(参考图4)自动将用户定义的徒手绘制的目标体积划分成子体积。将使用HIFU焦斑的电子导引加热每个子体积，而能够使用HIFU换能器的机械平移将换能器定位在适当位置以加热每个子体积。个体子体积的尺寸限于能够单独利用电子导引充分覆盖的体积(由用户定义)。子体积的尺寸能够变化，但通常受到换能器电子导引能力的限制以确保最佳聚焦、充分的声强以及被加热区域边界的界定(适形加热)。这种方式适用于2D和3D体积分区。
图4示出了将目标区域划分成子体积的方法。存在目标区域240。存在三幅视图400、402、404，其示出了目标区域240。图4示出了中轴方法。计算中轴或骨架。这是由线406指示的。然后定位目标区域240的质心408。大的斑408表示质心的近似位置。接下来沿着中轴406，定位距质心最远的体素410。接下来沿着中轴406，选择焦点412。焦点412是超声换能器的自然未调节焦点，并且被定位成使得目标区域240的最大量处于聚焦414还有体素410的边界之内。这然后界定第一子区域416。视图402示出了区带416相对于目标区域240的位置。目标区域240，不包括区带416，然后重复视图400中所示的过程。重复这样做，直到将整个目标区域240划分成子区域。视图404示出了被划分成十个子体积的目标区域240。这些子体积被标记为416、418、420、422、424、426、428、430、432和434。
图4示出了体积分割算法。在计算骨架406之后，找到距质心(CoM)408最远的体素410，并将骨架扩展到最远体素410。在沿着扩展的骨架发现最佳焦点位置412之后，标记从焦点能够到达的体积。重复这些步骤，直到整个体积被划分成每个被唯一标记的子体积。
如下所述的处置体积分区算法得到1)分成子体积的处置体积，和2)这些子体积中自然未偏转HIFU焦点位置的列表，使用电子导引能够从这些位置到达给定子体积之内的所有体素(文中称为换能器位置)。注意，每个自然HIFU焦点位置对应于物理换能器位置。
该算法使用中轴变换(骨架化)对处置体积分区，其包含关于处置体积形状的信息。使用这种骨架化找到换能器位置，同时使其相关联的子体积尺寸最大化。本过程使得换能器位置的总数最小化，从而减小了处置期间HIFU换能器的总行程时间。减小换能器的机械移动的优点在于，限制了对MR测温的可能干扰，在移动期间不能加热的情况下(像在不连接的区域中那样)提高了加热的稳定性，限制了装置维护成本，并且可能最重要的是提高了患者舒适度并增大了临床处理量。最后，该算法将每个换能器位置与能够单独使用电子导引从该位置加热的体素相关联。
处置体积分区算法工艺流程的范例：
1.计算从处置体积质心的欧几里德距离变换(DT)。
2.对处置体积执行骨架化。
3.选择处置体积之内具有最高DT值的体素(起始体素)。
4.将骨架线性扩展到起始体素。
5.将电子导引体积的中心置于起始体素中，并计算与处置体积的交叠(仅考虑未分配给任何子体积的体素)。
6.通过沿扩展的骨架在每个体素处放置电子导引体积的中心而重复先前的计算，每个体素处于≤电子偏转半径的距起始体素的距离处。
7.确定处置体积和电子导引体积具有最大交叠的体素。如果选择多个体素，则选择距处置体积边界最远的体素。
8.向该组换能器位置增加选定的体素。
9.标记利用电子导引从在考虑中的换能器位置能够达到的所有体素。如果需要在本步骤中再次标记已经标记的体素，则选择距这些体素最近的换能器位置的标记。处置体积外部的体素保持未标记。
10.重复步骤2-9，直到已经标记处置体积中的所有体素。
多基线MR测温和焦斑空间偏移校正：
处置体积选择和分区：能够使用多切片2D或3D MR图像堆来选择处置体积(图5，“处置规划”、处置规划308)。使用上述处置体积分区算法(图4)将这个体积分成子体积。
具有多个换能器位置的多基线测温：在多基线校正期间，在每个换能器位置采集MR相位图像(图3，“处置规划”、处置规划310)。将这些作为基线图像实时代入适当换能器位置处的温度计算。这一流程允许稳定的温度测绘，而没有换能器位置对相位/温度图像的影响。在这个步骤期间，能够使用换能器和焦斑位置之间的几何关系。下一步(“空间偏移校正”)将测量和应用确保准确定位的校正因子，从而必须要在开始处置期间重复基线温度校正。注意，过去已经使用/公开过多基线来校正患者或目标体积的移动。这里描述的方法要将换能器移动考虑在内(我们不知道这种概念是否是现有技术)。校正换能器位置对相位/温度图像影响的备选手段，例如对换能器相位效应的建模，应当包括在本发明的范围中。
空间偏移校正：能够针对一个或多个换能器位置执行任选的空间偏移校正以校正实际的加热位置。在开始MR测温之后，能够在体积分区期间在计算的每个换能器位置处执行低功率测试超声作用(图3，处置规划步骤312)。能够通过找到达到的最高温度位置或温度相对于基线的最大变化等方法，从MR测温确定利用低功率超声作用加热的位置。使用自动算法执行在处置体积附近的邻域中搜索排除了MR测温不准确的区域(肠，移动器官)的焦斑位置。该算法能够在搜索焦斑中检查多个切片。然后通过将几何计算的自然焦斑位置相关到检测的位置来确定针对每个换能器位置(每个都对应于子体积)的焦斑空间偏移。之后能够使用这组3D空间偏移校正换能器运动。在采集空间偏移之后，能够重复多基线校正，以便使用采集的空间偏移在校正的换能器位置处收集基线温度(图3，处置规划步骤310)。
图5示出了流程图，其图示了用于决定加热哪个子区域或子体积的决策树的范例。存在表示采集磁共振测温数据500的方框，然后将其馈送到树中，该树使用条件测试评估特定的温度条件502。方框504表示测试结果，并且506指示加热哪个子体积或子区域。在采集磁共振测温数据之后，然后是方框502中的决策树。例如，能够将平均温度与目标温度加上其误差进行比较。如果温度高于这一平均值，那么可以决定将换能器移动到新位置，例如，以加热冷却的子体积。如果平均值不高于目标加其误差值，那么可以将平均值与目标比较。如果平均值低于目标，那么可以决定停留并加热当前子体积。如果平均值低于目标，例如可以决定确定具有最低平均温度的子体积。如果这是当前子体积，那么换能器可以停留在同一位置。如果具有最低平均温度的温度是另一位置，则可以决定移动并加热最冷的子体积。
图5，超声作用期间使用的决策树。如果当前子体积的平均温度(T平均)低于目标温度(T目标)且如果当前子体积具有最低T平均，则这种算法导致加热当前子体积。在其他情况下，这种算法指导换能器移动到具有最低T平均的子体积。
决策树：
大体积适形加热算法使用决策树确定是继续加热还是机械移动到另一子体积(图3，超声作用-反馈周期，步骤316和图5)。
图6示出了范例时间线，其指示了使用医疗仪器期间的移动和超声作用。短划线600指示决策，并且这可以是决定是加热还是移动换能器。接下来602指示何时进行磁共振成像以采集磁共振测温数据。在方框604中，这示出了何时发生延迟。在做出决定时并且还在将换能器移动到新位置时，发生延迟。606指示何时执行加热。在一些实施例中，在正在进行移动时，仍然可以执行加热。608示出了何时正在移动换能器元件。并且610以任意单位示出了时间。
如果发现当前子体积被充分加热，决策树使用一组标准确定需要加热的下一个子体积，该组标准可以包括平均值、最低值、最大值或其他度量。将决策树用于每幅动态图像以确保使用最新的温度图作决定。有效使用决策树的一个范例(图5)导致在如下情况下加热当前子体积：1)超过了温度误差(T误差)(能够从MR测温图像直接测量T误差)；以及2)子体积的平均温度(T平均)低于目标温度。如果这些条件之一是假的，决策树指导换能器移动到具有最低T平均的子体积。如果具有最低平均温度的子体积是当前子体积，决定停留一个反馈周期的持续时间而不加热。如果决定加热不同的子体积，则将HIFU换能器移动到相关联的换能器位置。在重新加热当前子体积或移动到并加热下一适当子体积的任一种情况下，都重复子体积加热周期。如果决定停留在当前换能器位置而不加热，则允许处置体积冷却一个反馈周期的持续时间，在此时评估温度。能够重复图5中所示的算法，直到过去了用户定义的超声作用时间。图6中示出了系统各部分一起工作的时序图。
图6，移动和超声作用的时间线。示意图表示移动和超声作用的时间线范例，示出了使用决策树的点(a)、成像时间(b)、算法发出的命令之间的延迟(c)、使用电子HIFU导引的加热(d)、机械换能器移动(e)和时间(f)。
逐个体素/区带的反馈：
使用决策树算法架构允许灵活选择温度反馈算法，因为它限制了温度过冲。因此，假设限制最大功率以避免组织损伤(通过机械效应，例如空化)，反馈算法的选择包括，但不限于双态、比例、比例-积分和比例-积分-导数。能够使用这些算法中的任一种，基于来自体素或区带的MR测温反馈，规定每个体素的功率，或针对目标体积之内的任意界定的区带(例如3×3×3mm)的功率。作为功率的替代，反馈算法也可以调节随时间影响总输出能量的超声作用持续时间、占空比或任何其他参数。为了限制换能器运动导致的MR测温伪影的影响，温度反馈控制能够将其功率计算基于停止换能器运动之后采集的最后的准确MR测温图。用于控制子区带中加热的逐个体素/区带的反馈方法是能够将子区带加热到目标温度的一种方法。然而，能够将上述多位置加热和相关方法与其他加热方法组合，并且本发明的范围还包括备选的加热方法。
对于每个处置体积，报告子体积和体素的数量以及尺寸。此外，显示加热时间，加热时间被定义为每个子体积达到大于或等于T目标-T误差的平均温度的时间。此外，显示其他热属性，例如平均温度(平均T)、平均标准偏差(平均SD)、T90-T10范围、平均T90、平均T10、平均最高和最低温度(分别为平均最高和最低T)以及加热之后的总体最高温度(最高T)。通过对加热之后直到超声作用结束的值求平均值，计算平均或平均值。
电子和机械导引的组合：
在每个子体积之内使用HIFU焦斑的电子导引允许根据MR图像分辨率精确加热由个体体素或小区带描绘的区域。如上所述，在“逐个体素/区带的反馈”中，能够使用反馈算法计算加热每个体素/区带的声功率。通过在当前子体积上电子导引HIFU换能器的焦点实现加热。根据动态扫描时间和要加热的体素数量，能够对同一体素进行多次超声作用。在这种情况下，能够将用于这种体素的功率除以它们中超声作用的次数。然后在等于被加热体素数量乘以每个体素上的通过数量乘以体素加热时间的持续时间内执行子体积的加热。沿着波束轴和垂直于波束轴的电子偏转可能减小期望HIFU焦点处的实现强度并改变最大强度的位置。因此，对于每个体素，能够根据从自然焦点位置的电子偏转，使用二次多项式乘数调节功率。
这一数据证明，该系统允许进行快速加热以及适形的控制良好的加热。尽管加热时间确实随着体积增大而增加(1.3-5.5分钟)，但相对于1小时的典型中等高温处置而言，这种增加很小。图7说明了这种算法在活体内的性能，其性能类似于体模试验。
这一数据证明，该系统允许进行快速加热以及适形的控制良好的加热。尽管加热时间确实随着体积增大而增加(1.3-5.5分钟)，但相对于1小时的典型中等高温处置而言，这种增加很小。图7说明了这种算法在活体内的性能，其性能类似于体模试验。
图7示出了两幅图像700、702和曲线图704。图像700为规划图像。图像702示出了在两个子区域都具有高于40℃的平均温度时立即采集的热磁共振图像或温度图。这示出了在整个区域上的适形加热。在图700中，处置不同的区域位置，并将其自动分成子区域，能够单独利用电子聚焦来处置每个子区域。在平面图像700中，能够看到两个子区域。有第一子区域706和第二子区域708。这两个子区域在热图像702中也可见或被标记。曲线图704示出了以分钟为单位的时间相对于以摄氏度为单位的温度。标记为706的曲线对应于第一子区域706之内的平均温度。标记为708的曲线示出了第二子区域708中的温度。虚线710指示41℃的温度，即本试验中的目标温度。一分钟处的虚线712指示一开始加热的时间。对应于11分钟的虚线714指示停止加热的时间。通过检查曲线图704能够看出，该方法能够有效地维持目标区域的温度。
图7示出了针对大体积加热算法的试验测试中等高温疗法：活体内范例。在兔子大腿中的Vx2肿瘤内部选择处置体积。A)处置体积位置以及将其自动分成子体积，能够单独使用电子导引处置每个子体积。B)在两个子体积刚刚具有T平均>40℃时的温度图，示出了整个处置体积的适形加热。C)在10分钟中等高温处置过程内两个子体积中加热的演变。
实施例可以结合这些改善或增强的一种或多种：
1)3D MR测温成像—使用3D MR测温，结合本文所述的大体积加热方法能够更好地实时控制可能的热和/或冷斑，以及提供关于组织温度分布的更完整知识。这种信息能够改善这种技术的安全性，以及为药物递送和辐射效应的研究提供更高质量的数据。最后，使用3D MR测温会允许进行各向同性或近各向同性的体素维度(3D成像允许MR测温中的更薄切片)，这能够改善处置的准确度。已经使用3D执行了上述焦斑偏移的收集以提高校正的空间精确度，并且通过使用不同的MR成像线圈改善SNR能够允许将3D成像用于充分快速的动态成像，以在处置期间进行温度监测。
2)扩展到3D处置规划、执行和监测—所有这些范例技术和算法以及实施例都容易适用于2D和3D处置规划。能够使用类似的例程在3D中实现将目标体积细分成子体积。此外，MR-HIFU平台允许换能器的多维机械移动以及多维电子导引，从而允许整个处置考虑目标和健康组织的3D几何结构。组合3D处置规划与3D成像(参见“改善或增强”/“3D MR测温成像”)能够确保以对于处置的目标而言可能最大的特异性来指导处置。
3)超声作用和换能器移动的可变定时—可以将每次超声作用限于或不限于一次动态图像采集的持续时间。在使用短动态图像采集时间的情况下，或者在需要快速加热/高功率的情况下，可以在每次图像采集时发出或更新超声作用和/或移动命令。然而，如果成像时间增加(这可能是提高信噪比或采集大体积数据所必须的)，能够在一次动态采集之内实现加热和移动到另一位置两者。
4)能够使用功率和所得的热量测量热损失或灌注—实时MR测温和施加超声能量可以允许基于对每个子体积进行加热同时一些子体积被冷却期间的温度演变，以及根据完成高温疗法之后的冷却，确定被加热组织中的相对灌注。最后，由于算法仅在需要时加热组织并基于每个体素中的温度选择功率(功率计算随着反馈方法而变化)，可以使用将组织维持在目标温度(以及加热到该温度)所需的累积以及瞬时功率来评估组织灌注。肿瘤中灌注的模式可以提供对肿瘤的哪些部分利用中等高温疗法和化学治疗或辐射的组合被最好处置的洞察，以及规划将来的处置。
5)更鲁棒的自动化焦斑偏转校正—当前的实施方式允许在每个换能器位置自动和人工收集焦斑偏转校正。组织移动以及局部磁不均一性或局部低SNR区域可能导致在本申请中概述的偏移校正例程期间错误地检测高温。这种错误能够导致加热的空间不准确性，迄今为止是通过增加人工调节来减轻这种不准确性的。能够在估计这些校正因子时更好过滤掉可能误差的更鲁棒的自动检测算法可以减少处置规划时间，还确保加热的更大的空间精确度。
6)实时子体积更新—大体积算法的当前实施方式在高温处置开始之前将目标体积细分成子体积。然而，这种过程在计算上成本不高(在典型工作站上，<0.2s)，因此能够在加热或换能器移动期间实时执行。可以使用这种实时调节来减小换能器机械移动的量，从而减小装置的维护成本，并可能通过减小移动期间发生的冷却来改善加热的稳定性(其中，不可能在运动的同时加热，就像在若干不连接区带的情况下那样)。
7)最优换能器移动的智能实时计算—尽管当前的实施方式在必要时加热最冷的子体积，但对移动进行优先化可以允许进一步的优化，实现更有效率、可能更安全的加热。移动换能器导致MR测温中的伪影，这能够影响温度反馈，并且因此必须要进行最小化或被考虑在内。范例可以通过忽略在换能器移动期间采集的那些MR测温图像并使用多基线成像来将伪影考虑在内。也能够通过使换能器移动的时间和/或距离最小化来使伪影最小化。这能够通过沿最短路径移动换能器来完成。为了加热目标体积的边缘部分(与未加热组织相邻，因此经受最大相对热损失的部分)，可能需要沿最长路径移动换能器。此外，能够使用组织冷却的速率和换能器移动的速率选择定位最优的子体积，以确保在换能器向其机械运动期间最小的冷却。这能够结合实时子体积更新和本文列出的其他实施例使用。
使用多个尺寸的电子偏转极限—使用单个电子偏转极限将目标体积细分成子体积对于大体积适形加热是足够的，如本ID中给出的数据证明的。然而，使用变化的或多个尺寸的电子偏转极限可以允许更快地加热，尤其是在与上文列出的体积分区的实时更新相组合时。使用更小的电子偏转极限能够允许加热的更大空间精确度(偏转增大，焦斑扩散更多)，对于加热接近于关键结构(与血管或神经相邻)的区域而言这能够是有用的，而能够使用更大的偏转极限加热不需要精确空间界定的子体积(例如，远离肿瘤边缘的肿瘤组织)。
8)能够包括期望区域附近的边缘—显著增大由大适形体积MR-HIFU算法实现的最大被加热体积可以允许加热病灶附近的边缘(包括临床中一般看来更大的病灶)，从而能够增强处置效力。
9)能够规划和执行组合式消融和中等高温处置—MR-HIFU系统能够进行消融和中等高温加热。可以将本系统的这个优点与上述其他特征和改善一起使用，以确保最优处置。处置规划能够结合关于肿瘤异质性的知识，例如肿瘤中灌注的模式，以确保使用能够使处置效力最大化的方法处置肿瘤的不同部分。例如，灌注差的区域可以利用消融被最好地处置，而灌注更好的区域可以更容易进行高温疗法和化学治疗的组合。
大体积适形中等高温疗法算法的应用包括MR引导的疼痛缓和、MR引导的辐射敏化、MR引导的化学疗法递送(局部药物递送)、MR引导的药物活化、MR引导的基因送递和基因表达以及诱发生理和细胞变化(在MR引导下)，以便提供临床益处。也可以使用很多算法(体积分区)进行消融(T>55℃)处置。出于这些目的使用MR-HIFU的关键优点之一是其能够提供图像引导和病灶的精确瞄准。另一个可能的优点是使用多种成像数据，例如来自脂质体的造影剂释放或用于流程间反馈的组织输运参数。这样能够大大扩展能够利用中等高温疗法和化学治疗或放射治疗的组合处置的病灶或体积的尺寸。
图8示出了iLTSL注射和利用磁共振高强度聚焦超声进行加热之后的磁共振信号强度和亚德利亚霉素荧光。图像800示出了iLTSL注射之前的信号强度。图像802示出了iLTSL注射之后的信号强度。图像804示出了加热期间的温度图叠加于利用处置规划质子密度加权的扫描获得的信号强度上的范例。图806示出了四个十分钟加热期之后的信号强度。图808示出了近似加热位置中的亚德利亚霉素荧光。
如上所述，图9示出了iLTSL注射和利用MR-HIFU进行加热之后的MR信号强度和亚德利亚霉素荧光。iLTSL注射前的信号强度图像800)和iLTSL注射后的图像802)。图像804)示出了加热期间的温度图叠加于利用处置规划质子密度加权的扫描获得的信号强度上的范例。图像806)是四个10分钟加热期之后的信号强度。图像808)是近似加热位置中的亚德利亚霉素荧光。注意，图像800、802和806示出了T1加权的图像，而图像804示出了质子密度加权的图像。
在一些情况下，执行多基线校正可以是有用的。超声换能器的运动可能会干扰磁共振成像。这可能导致相位图像中的伪影并阻碍温度变化。可以通过执行多基线成像消除这一伪影。这是通过在开始加热之前收集每个单个换能器位置中的磁共振相位图像来执行的，然后可以从加热期间收集的相位图像减去适当的图像。在一些情况下，校正自然焦点偏移也可以是有用的。组织身份或几何结构可能导致实际焦点从自然焦点偏离。这样可能必须要进行换能器位置特有的校正。针对每个换能器位置计算自然焦点偏移可以是有用的。这可以是逐个平面实施的。在一些情况下，校正功率并补偿平面外加热可以是有用的。在使用更大的电子偏转时，导致散焦，这会造成功率减小。这样还可能增大超声换能器进行的近场加热。对于近场加热而言，增加空间偏移以校正换能器位置可以是有用的。对于散焦导致的功率减小，增大功率输出以补偿功率的这种减小可以是有用的。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明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、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实施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型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，量词“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记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，所述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学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。
参考文献：
[1]M.O.Kohler、C.Mougenot、B.Quesson等人，“Volumetric HIFU ablationunder 3D guidance of rapid MRI thermometry”(Med Phys，第36卷，第8期，第3521-35页。2009年8月)。
[2]R.Staruch、R.Chopra和K.Hynynen，“Localised drug release using MRI-controlled focused ultrasound hyperthermia”(Int J Hyperthermia，第27卷，第2期，第156-71页，2011年)。
[3]P.M.Harari、K.H.Hynynen、R.B.Roemer等人，“Development of scannedfocussed ultrasound hyperthermia:clinical response evaluation”(Int J RadiatOncol Biol Phys，第21卷，第3期，第831-40页，1991年8月)。
[4]J.K.Enholm、M.O.Kohler、B.Quesson等人，“Improved volumetric MR-HIFUablation by robust binary feedback control”(IEEE Trans Biomed Eng，第57卷，第1期，第103-13页，2010年1月)。
Claims (15)
1.一种医疗仪器(200)，包括：
-磁共振成像系统(202)，其用于采集来自成像区域(218)之内的对象(220)的磁共振测温数据(270)；
-高强度聚焦超声系统(204)，其包括具有电子控制的焦点的超声换能器(226)，其中，所述高强度聚焦超声系统还包括用于定位所述超声换能器的机械定位系统(228)，其中，所述电子控制的焦点能用于调节聚焦区域(414)之内的焦点，其中，所述聚焦区域的位置取决于所述超声换能器的位置；
-存储器(252)，其用于存储机器可执行指令(280、282、284、286、288)；
-处理器(244)，其用于控制所述医疗仪器，其中，所述指令的执行令所述处理器：
-接收(100)描述所述对象之内的体积的目标区域(240、264)，其中，所述目标区域大于所述聚焦区域；
-将所述目标区域划分(102)成多个子区域(416、418、420、422、424、426、428、430、432、434)，其中，所述多个子区域中的每个具有换能器位置(266)，其中，在所述换能器处于所述换能器位置时，所述聚焦区域包括所述子区域；
-确定(104)用于将所述换能器位置移动到所述多个子区域中的每个的序列(272)；
-使用所述序列确定(106)从所述多个子区域中选择的选定子区域，其中，所述子区域中的每个被分成区带；
其中，所述指令的执行还令所述处理器通过重复执行如下操作将所述目标区域在预定时间内维持在目标温度：
-控制(108)所述机械定位系统以将所述换能器移动到所述选定子区域的所述换能器位置；
-采集(110)所述磁共振测温数据，其中，所述磁共振测温数据描述所述子区域中的体素的温度；
-至少使用所述磁共振测温数据来确定(112)描述所述体素的每个中的温度的温度属性图(274)；
-通过利用使用所述温度属性图的温度反馈算法(286)控制所述电子控制的焦点，将所述子区域的所述区带独立加热(114)到所述目标温度；以及
-使用所述序列改变(116)所述选定子区域。
2.根据权利要求1所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器：
-使用所述磁共振测温数据针对所述多个子区域中的每个确定温度属性；
-针对所述多个子区域中的每个使用所述温度属性选择下一个子区域；以及
-修改所述序列，使得所述下一个子区域是所述序列中的相继下一个。
3.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器控制所述机械定位系统以在将所述目标区域加热到所述目标温度之前，将所述超声换能器移动到针对所述多个子区域中的每个的所述换能器位置。
4.根据权利要求3所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器在将所述目标区域加热到所述目标温度之前，在处于针对所述多个子区域中的每个的所述换能器位置的同时，采集校准磁共振测温数据，并且其中，所述温度属性图是至少使用所述校准磁共振数据来确定的。
5.根据权利要求3所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器：
-在将所述目标区域加热到所述目标温度之前，在处于针对所述多个子区域中的两个或更多个的所述换能器位置的同时，使用所述高强度聚焦超声系统执行测试超声暴露；以及
-针对所述多个子区域中的每个确定电子焦点校正和/或针对所述多个子区域中的所述两个或更多个，调节所述聚焦区域的位置，和/或针对所述多个子区域中的每个计算温升速率。
6.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器使用磁共振数据针对所述体素的每个重复计算灌注系数和/或扩散系数。
7.根据权利要求6所述的医疗仪器，其中，所述温度反馈控制算法具有温度控制算法参数，其中，所述指令的执行还令所述处理器使用所述灌注系数和/或扩散系数来重复重新计算所述温度控制算法参数。
8.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述温度反馈控制算法是如下中的任何一种：双态温度控制算法、比例温度控制算法、比例-积分温度控制算法和比例-积分-导数温度控制算法。
9.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述目标区域使用中轴变换被划分成所述多个子区域。
10.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述医疗仪器包括流体冷却系统，所述流体冷却系统循环流体以冷却所述对象，其中，所述流体冷却系统能用于将所述流体维持在工作温度，其中，所述指令的执行还令所述处理器：
-重复采集描述所述流体的自旋相位的磁共振数据，以确定所述自旋相位的变化；以及
-使用所述流体的所述自旋相位的所述变化来校正所述温度属性图。
11.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器在开始将所述目标区域维持在目标温度之后，调节所述子区域的尺寸和或位置和/或所述换能器位置。
12.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述指令的执行还令所述处理器在改变所述选定子区域的同时加热所述目标区域。
13.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，决策树算法被用于发起所述选定子区域的改变。
14.根据权利要求1或2所述的医疗仪器，其中，所述目标温度是如下中的任一个：38℃和40℃之间，39℃和40℃之间，40和45摄氏度之间，40和44摄氏度之间，40和43摄氏度之间，40和42摄氏度之间，40和41摄氏度之间，41和45摄氏度之间，41和44摄氏度之间，41和43摄氏度之间，41和42摄氏度之间，42和45摄氏度之间，42和44摄氏度之间，42和43摄氏度之间，43和45摄氏度之间，43和44摄氏度之间，44和45摄氏度之间，38和39摄氏度之间，52和55摄氏度之间，大于或等于55摄氏度以及50和55摄氏度之间。
15.一种计算机可读介质，其上存储有机器可执行指令(280、282、284、286、288)，所述机器可执行指令由控制医疗仪器(200)的处理器(244)执行，其中，所述医疗仪器包括磁共振成像系统(202)，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区域(218)之内的对象(220)的磁共振测温数据(270)，其中，所述医疗仪器还包括高强度聚焦超声系统(226)，所述高强度聚焦超声系统包括具有电子控制的焦点(238)的超声换能器(226)，其中，所述高强度聚焦超声系统还包括用于定位所述超声换能器的机械定位系统(228)，其中，所述电子控制的焦点能用于调节聚焦区域(414)之内的焦点，其中，所述聚焦区域的位置取决于所述超声换能器的位置，其中，所述指令的执行令所述处理器：
-接收(100)描述所述对象之内的体积的目标区域(240、264)，其中，所述目标区域大于所述聚焦区域；
-将所述目标区域划分(102)成多个子区域(416、418、420、422、424、426、428、430、432、434)，其中，所述多个子区域中的每个具有换能器位置(266)，其中，在所述换能器处于所述换能器位置时，所述聚焦区域包括所述子区域，其中，所述子区域中的每个被分成区带；
-确定(104)用于将所述换能器位置移动到所述多个子区域中的每个的序列(272)；
-使用所述序列来确定(106)从所述多个子区域中选择的选定子区域；
其中，所述指令的执行还令所述处理器通过重复执行如下操作将所述目标区域在预定时间内维持在目标温度：
-控制(108)所述机械定位系统以将所述换能器移动到所述选定子区域的所述换能器位置；
-使用所述磁共振成像系统采集(110)所述磁共振测温数据，其中，所述磁共振测温数据描述所述子区域中的体素的温度；
-至少使用所述磁共振测温数据来确定(112)描述所述体素的每个中的温度的温度属性图；
-通过利用使用所述温度属性图的温度反馈算法来控制所述电子控制的焦点，将每个区带独立加热(114)到所述目标温度；以及
-使用所述序列来改变(116)所述选定子区域。
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|---|---|---|---|---|
| WO2013166504A2 (en) * | 2012-05-04 | 2013-11-07 | University Of Houston | Targeted delivery of active agents using thermally stimulated large increase of perfusion by high intensity focused ultrasound |
| EP3110335B1 (en) * | 2014-02-28 | 2022-09-07 | Koninklijke Philips N.V. | Zone visualization for ultrasound-guided procedures |
| US10694974B2 (en) | 2014-03-27 | 2020-06-30 | University Of Washington | Method and system for MRI-based targeting, monitoring, and quantification of thermal and mechanical bioeffects in tissue induced by high intensity focused ultrasound |
| BR112017018611A2 (pt) | 2015-03-04 | 2018-04-17 | Koninklijke Philips Nv | aparelho médico, método para operação de um aparelho médico, e produto de programa de computador |
| DE16713754T1 (de) * | 2015-03-27 | 2018-04-12 | Profound Medical Inc. | Medizinisches Instrument zur Beschallung eines Satzes von Zielvolumina |
| US10076249B2 (en) | 2015-08-04 | 2018-09-18 | General Electric Company | Proton density and T1 weighted zero TE MR thermometry |
| CN107537099B (zh) * | 2016-06-27 | 2019-07-19 | 重庆海扶医疗科技股份有限公司 | 一种高强度聚焦超声能量效应的评价方法 |
| US20190262633A1 (en) * | 2016-07-25 | 2019-08-29 | Koninklijke Philips N.V. | Bladder temperature measurement for high intensity focused ultrasound |
| US20200008875A1 (en) * | 2017-03-21 | 2020-01-09 | Canon U.S.A., Inc. | Methods, apparatuses and storage mediums for ablation planning and performance |
| US11393562B2 (en) | 2017-06-07 | 2022-07-19 | Koninklijke Philips N.V. | Device, system, and method for operative personal health records |
| US11272904B2 (en) * | 2017-06-20 | 2022-03-15 | Insightec, Ltd. | Ultrasound focusing using a cross-point switch matrix |
| TWI648030B (zh) * | 2017-10-16 | 2019-01-21 | 凱健企業股份有限公司 | Physiological signal monitoring device |
| US11191444B2 (en) * | 2017-10-19 | 2021-12-07 | Profound Medical Inc. | Processing system and dynamic correction method for thermal therapy |
| US11471053B2 (en) | 2017-10-30 | 2022-10-18 | Profound Medical Inc. | Thermal therapy with dynamic anatomical boundaries using MRI-based temperature uncertainty maps |
| CN111511439A (zh) * | 2017-10-30 | 2020-08-07 | 博放医疗有限公司 | 使用基于mri的温度不确定度图利用动态解剖边界的热疗法 |
| ES2737697A1 (es) * | 2018-07-13 | 2020-01-15 | Univ Sevilla | Procedimiento y dispositivo para el recalentamiento de material biologico criopreservado, basado en ultrasonidos focalizados de alta intensidad |
| US10677866B1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-09 | Insightec, Ltd. | Systems and methods for correcting measurement artifacts in MR thermometry |
| US11684807B2 (en) * | 2018-12-27 | 2023-06-27 | Insightec Ltd. | Optimization of transducer configurations in ultrasound procedures |
| CN110006550B (zh) * | 2019-02-02 | 2024-02-23 | 四川大学 | 一种声波传播路径自适应组网的温度场重建系统及其方法 |
| US11160468B2 (en) * | 2019-06-26 | 2021-11-02 | Profound Medical Inc. | MRI-compatible patient support system |
| US11176717B2 (en) * | 2019-09-26 | 2021-11-16 | Siemens Healthcare Gmbh | Guiding protocol development for magnetic resonance thermometry |
| RU197529U1 (ru) * | 2019-12-27 | 2020-05-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Устройство для измерения зависимости скорости звука от температуры в образцах тканеэквивалентных и биологических материалов |
| CN113117263B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-02-07 | 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 | 超声消融的监控装置 |
| CN111494817B (zh) * | 2020-02-26 | 2022-03-04 | 南北兄弟药业投资有限公司 | 一种hifu设备大焦域形成系统及其焦域形成方法 |
| CN113041522B (zh) * | 2021-04-13 | 2023-02-28 | 王询亮 | 超声波理疗系统 |
| CN113133826B (zh) * | 2021-04-23 | 2023-04-07 | 四川大学华西医院 | 一种hifu低温聚焦方法、设备和系统 |
| CN117204943B (zh) * | 2023-11-07 | 2024-02-09 | 南京康友医疗科技有限公司 | 一种射频消融导管的功率控制方法和系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102802728A (zh) * | 2009-06-02 | 2012-11-28 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | Mr成像引导的治疗 |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3322649B2 (ja) * | 1992-02-28 | 2002-09-09 | 株式会社東芝 | 超音波治療装置 |
| JPH0884740A (ja) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Toshiba Corp | 治療装置 |
| DE69634714T2 (de) | 1995-03-31 | 2006-01-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Therapeutisches Ultraschallgerät |
| JP4574781B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2010-11-04 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴装置及び温熱治療装置 |
| US6618620B1 (en) * | 2000-11-28 | 2003-09-09 | Txsonics Ltd. | Apparatus for controlling thermal dosing in an thermal treatment system |
| JP4127640B2 (ja) * | 2002-09-19 | 2008-07-30 | 株式会社東芝 | 超音波治療装置 |
| US7662114B2 (en) * | 2004-03-02 | 2010-02-16 | Focus Surgery, Inc. | Ultrasound phased arrays |
| US7699780B2 (en) | 2004-08-11 | 2010-04-20 | Insightec—Image-Guided Treatment Ltd. | Focused ultrasound system with adaptive anatomical aperture shaping |
| CN1814323B (zh) * | 2005-01-31 | 2010-05-12 | 重庆海扶(Hifu)技术有限公司 | 一种聚焦超声波治疗系统 |
| US8801701B2 (en) * | 2005-03-09 | 2014-08-12 | Sunnybrook Health Sciences Centre | Method and apparatus for obtaining quantitative temperature measurements in prostate and other tissue undergoing thermal therapy treatment |
| US8038631B1 (en) | 2005-06-01 | 2011-10-18 | Sanghvi Narendra T | Laparoscopic HIFU probe |
| US20070010805A1 (en) | 2005-07-08 | 2007-01-11 | Fedewa Russell J | Method and apparatus for the treatment of tissue |
| JP5081251B2 (ja) * | 2006-12-08 | 2012-11-28 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 結合された治療を計画するシステム、方法、コンピュータ読み取り可能な記録媒体及び使用 |
| JP5497664B2 (ja) * | 2008-01-14 | 2014-05-21 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 温度制御部を持つ治療システム |
| EP2331207B1 (en) | 2008-10-03 | 2013-12-11 | Mirabilis Medica Inc. | Apparatus for treating tissues with hifu |
| JP5685546B2 (ja) * | 2008-12-03 | 2015-03-18 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | インターベンショナル・プランニング及びナビゲーションを一体化するフィードバックシステム |
| US20100286519A1 (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-11 | General Electric Company | Ultrasound system and method to automatically identify and treat adipose tissue |
| DE102009049403A1 (de) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Positioniervorrichtung |
| EP2343103A1 (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Therapeutic apparatus |
| US8932237B2 (en) * | 2010-04-28 | 2015-01-13 | Insightec, Ltd. | Efficient ultrasound focusing |
| US9852727B2 (en) | 2010-04-28 | 2017-12-26 | Insightec, Ltd. | Multi-segment ultrasound transducers |
| EP2619603A1 (en) * | 2010-09-21 | 2013-07-31 | Insightec Ltd. | Magnetic resonance thermometry using prf spectroscopy |
| EP2500740A1 (en) | 2011-03-17 | 2012-09-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Accelerated magnetic resonance thermometry |
| EP2500741A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-19 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Magnetic resonance measurement of ultrasound properties |
| JP5779027B2 (ja) * | 2011-07-25 | 2015-09-16 | 株式会社日立メディコ | 超音波治療装置 |
| US20140277035A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | SonaCare Medical, LLC | System and method for r-mode imaging and treatment planning |
| FR3012042B1 (fr) * | 2013-10-23 | 2015-12-04 | Edap Tms France | Appareil de generation d'ondes ultrasonores focalisees a temps de traitement reduit |
-
2013
- 2013-04-09 EP EP13724882.9A patent/EP2836274B1/en active Active
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102802728A (zh) * | 2009-06-02 | 2012-11-28 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | Mr成像引导的治疗 |
Also Published As
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|---|---|
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