CN107106871A - 用于投射聚焦超声的手持设备以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了简化聚焦超声治疗的设备、系统、套件以及方法。设备包含支撑结构和固定至所述支撑结构的具有中心轴线的聚焦超声(FUS)换能器。设备可以进一步包含成像超声换能器和/或X射线瞄准具，所述成像超声换能器和/或X射线瞄准具可以沿所述FUS换能器的所述中心轴线附接至所述支撑结构。所述FUS换能器连接至配置为控制通过所述换能器的聚焦超声的应用的控制器，并且可以与用于利用超声和/或X射线图像数据对治疗区域成像的成像单元相关联。所述设备是手持的，并且利用联接构件以及来自被同时地成像的治疗区域的反馈，所述设备易于正确地操纵和瞄准。

Description

用于投射聚焦超声的手持设备以及相关方法
技术领域
本发明涉及聚焦超声(FUS)领域，并且更具体地，涉及提供直观的界面的手持可成像FUS设备。
背景技术
通过向治疗位置传送声能，可以将聚焦超声应用于治疗各种症状。例如，在脊神经根切断术中，将脊柱中的内侧神经分支切除以通过去神经来治疗椎间关节相关的颈痛和背痛。
美国专利号7,305,264的全部内容通过引用结合在本申请中，其教导了平面或聚焦超声的经皮应用，用来减少癌症患者中由于骨转移的骨痛。X射线或超声成像可以用来定位和显示治疗靶位，并且可以利用例如凝胶耦合剂在0.75至7.0MHz之间的频率上应用平面或聚焦超声。用来治疗神经的成像换能器和治疗换能器可以是分离的单元，但是通过刚性构造连接，或者成像换能器和治疗换能器可以合并为单个单元，以便使用同一电子控制接口来实现成像和治疗。
美国专利公开号2014/0018708的全部内容通过引用结合在本申请中，其教导了对组织的实时图像引导高强度聚焦超声靶向和治疗。利用超声成像设备，图像引导可以包含对组织的三维可视化，其描述了平行于声极特征的实时图像平面以及描述了正交于所述活动平行平面的实时图像平面的活动正交帧。所述超声成像部件可以配置为从所述系统脱离以用作独立的超声成像设备。
美国专利号7,553,284教导了通过施加更低的超声水平来使用聚焦超声以用于在神经刺激之后减少疼痛。
美国专利公开号2005/0154308的全部内容通过引用结合在本申请中，其教导了一种一次性换能器密封件，所述密封件设计为针对治疗超声过程来密封换能器壳体的开口孔隙。
发明内容
下文是提供对本发明的基本理解的简化概述。所述概述并不一定确定关键要素，也不限制本发明的范围，而仅仅作为对下面的说明书的引言。
本发明的一个方面提供了一种设备，其包含：支撑结构、固定至所述支撑结构的具有中心轴线的聚焦超声(FUS)换能器，以及沿所述FUS换能器的中心轴线附接至所述支撑结构的成像超声换能器，其中FUS换能器连接至配置为控制通过所述换能器的聚焦超声的应用的控制器，以及成像换能器连接至配置为从所述成像换能器导出成像数据的成像单元。
本发明的这些另外的和/或其它方面和/或优点在以下的详细说明中给出；可能可以由所述详细说明来推断；和/或可以通过实践本发明而习得。
附图说明
为了更好地理解本发明的实施例以及显示如何将同样的实施例付诸实践，现在将仅通过实例的方式参考附图，其中自始至终相同的附图标记指示对应的元件或部分。
在附图中：
图1A和图1B是根据本发明的一些实施例的设备的高级示意图。
图2是根据本发明的一些实施例的设备应用的高级示意图。
图3A是根据本发明的一些实施例的设备单元的高级示意图。
图3B是根据本发明的一些实施例的包含所述设备的系统的高级示意图。
图4A和图4B根据本发明的一些实施例的超声图像和治疗应用的示意性实例。
图5A到图5D是根据本发明的一些实施例的具有X射线引导的设备的示意图。
图6A到图6D是根据本发明的一些实施例的X射线瞄准具的高级示意图。
图7A和图7B是根据本发明的一些实施例的X射线瞄准具在不同位置处的X射线图像。
图8A是根据本发明的一些实施例的治疗位置的高级示意图。
图8B是现有技术治疗的高级示意图。
图9是说明根据本发明的一些实施例的方法的高级流程图。
具体实施方式
现在专门详细地参考附图，应当强调的是，所示的细节仅仅作为实例，并且仅仅用于对本发明的优选实施例进行说明性讨论的目的，并且为了提供对本发明的原理和概念方面的最有用的和容易理解的描述而被提出。就这一点而言，相比于对本发明的基本理解所必须的，不用试图更详细地显示本发明的结构细节，参考附图所做的描述使得如何在实践中实现本发明的各种形式对本领域技术人员而言是显而易见的。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明并不限于其对将在以下说明书中阐明的或在附图中说明的结构和部件设置的细节的应用。本发明适用于其它实施例或者能够以各种方式实践或实施。此外，应当理解的是，此处使用的措辞和术语是用于说明的目的，而不应视作限制条件。
提供了简化聚焦超声治疗的设备、系统、套件以及方法。设备包含支撑结构以及固定至所述支撑结构的具有中心轴线的聚焦超声(FUS)换能器。设备可以进一步包含成像超声换能器和/或X射线瞄准具，其可以沿FUS换能器的中心轴线附接至所述支撑结构。FUS换能器连接至配置为控制通过所述换能器的聚焦超声的应用的控制器，并且可以与用于利用超声和/或X射线图像数据对治疗区域成像的成像单元相关联。设备是手持的，并且通过利用联接构件(多个)以及来自被同时地成像的治疗区域的反馈，其易于正确地操纵和瞄准。
图1A和图1B是根据本发明的一些实施例的设备100的高级示意图。设备100包含：支撑结构115(诸如手持框架)、固定至支撑结构115的具有中心轴线112的聚焦超声(FUS)换能器110，以及沿FUS换能器110的中心轴线112附接至支撑结构115的成像超声换能器90。FUS换能器110可以连接至控制器160，控制器160配置为控制通过FUS换能器110的聚焦超声的应用，以及成像换能器90可以连接至成像单元180，成像单元180配置为从成像换能器90导出成像数据。例如，FUS换能器110可以应用于产生治疗结果。
在某些实施例中，支撑结构115可以配置为使得能够使用标准成像换能器90和/或使得允许更换成像换能器90。支撑结构115可以包含手柄116(诸如可能垂直于中心轴线112的把手)，并且可以配置为提供对换能器110、90简单的直观操纵，以使得能够通过基于超声成像的聚焦超声实现有效及灵活的治疗。
诸如FUS能量投射器的聚焦超声(FUS)换能器110可以附接至诸如手持框架的支撑结构115，以向目标患者体内的治疗位置发射超声治疗能量束。FUS换能器110可以按以下方式机械地连接至支撑结构115，即沿中心轴线112并且在超声成像换能器90视场的中心设置FUS换能器110的焦点位置。支撑结构115可以配置为使得显示器120、FUS换能器110以及成像换能器90能够同时倾斜，例如通过单手操纵，与此同时保持换能器沿(现在倾斜的)中心轴线112为中心线并且由此提供对设备100的直观操作。设备100可以配置为使得能够进行单手聚焦超声应用。
支撑结构115可以进一步包含显示器120，所述显示器120连接至成像单元180并且配置为显示来自成像单元180的成像数据。应当注意的是，显示器120可以按照简化聚焦超声对由成像超声换能器90成像的目标的瞄准的方式安装在支撑结构115上，和/或可以与支撑结构115相分离且包含例如屏幕或计算机显示器，所述屏幕或计算机显示器可以由操作者使用以获得更高的放大率和实现进一步处理。安装的显示器120和分离的显示器120的组合同样也作为本发明的实施例。
在某些实施例中，设备100可以进一步包含机械快门117(在图1B中由虚线示意性地说明)，其在成像换能器90前面附接至支撑结构115并且配置为在FUS换能器110的操作期间保护成像换能器90。可选地或作为补充，在FUS换能器110的操作期间对成像换能器90的保护可以电子地实现。
在某些实施例中，FUS换能器110可以以相控阵列技术操作，并且治疗位置可以沿中心轴线112进行调整。在某些实施例中，FUS换能器110可以包含单元件换能器或具有固有焦点的高强度换能器。FUS换能器110可以为环状(环形)且具有沿中心轴线112的焦点位置。可以选择环状FUS换能器110来平衡具有单元件换能器简单性和局限性的相控阵换能器的可配置性和复杂性，允许在治疗期间调整一个自由度(沿中心轴线112的深度)。
图2是根据本发明的一些实施例的设备应用的高级示意图。患者组织80被示出为包括患者脊柱下皮肤83以及具体地包括椎骨部分：棘突81、横突85以及上位和下位关节突82(在这些相应突起之间的滑动关节被称作椎间关节，并且通常与两个相应神经相关联)；以及示意性地示出了脊髓86。在某些实施例中，设备100可以是套件102的一部分，所述套件102进一步包含联接构件130，所述联接构件130配置为将换能器110、90以相对于中心轴线112的特定角度α与诸如患者的身体部位的目标相联接。联接构件130可以例如是呈楔角α的楔形，或者可以是可变形的以使得能够修改和调整角度α。在某些实施例中，为了提高与换能器的联接质量，联接构件130可以设计为模仿换能器110和/或换能器90的内部形状。在某些实施例中，联接构件130可以是可变形凝胶垫。联接构件130可以配置作为超声能量波导，所述超声能量波导配置为引导超声治疗能量束从FUS换能器110向治疗位置141成角度发射。在某些实施例中，联接构件130可以通过任何类型的附接方式(例如，机械地(诸如通过夹子、环、弹性带、薄片等)、气动地、粘附地、形状诱导地等)附接至设备100的前部。在某些实施例中，联接构件130可以为在5mm到120mm之间的厚度，并且为具有在0°到80°范围内或在30°到60°范围内的角度α的楔形。联接构件130可以是柔性的(使得其能够配置为至少两种角度和/或厚度)，并且配置为通过按压设备100而抵靠由相应患者的组织80的患者皮肤83所支撑的联接构件130从而使得能够调整角度。联接构件130可以配置为按照与患者的解剖学和姿势的空间关系限定能量束140到达诸如椎间关节神经的治疗位置141的声路径，以降低由于阻断能量通过被椎骨组织的吸收而对诸如神经根和/或脊髓的非目标组织造成损坏的风险。
联接构件130可以用于具体地相对于周围骨头(例如，椎骨和椎骨突)的超声反射修改治疗位置的位置。可以选择角度α来增加由相邻目标神经的骨组织的能量束吸收，以及降低对诸如神经根和/或脊髓的敏感非目标组织造成损坏的可能性。例如，角度α可以被选择成通过由椎骨(例如，通过特定椎骨突和椎骨板)遮蔽神经根和脊髓而对神经根和脊髓提供保护而不受由能量束造成的意外损坏。在一非限制性说明性实例中，椎骨突可以允许到治疗位置与垂直皮肤有40°的接入角度，并且到治疗位置的深度可以为5cm。联接构件130可以关于位置设备100选择或调整在对应能量传递位置，从中超声能量可以聚焦在限定治疗位置处。在某些实施例中，套件102可以包含多个凝胶垫，所述多个凝胶垫具有不同的固定厚度，例如在5mm到120mm的范围之间，并且具有一个或多个不同的角度。在某些实施例中，套件102可以包含一个或多个柔性联接构件130，诸如凝胶填充的具有不同尺寸的气球、填充有冷脱气水的气球、填充有水或其它流体的柔性薄膜、凝胶或流体填充的垫等。联接构件130可以配置为进一步聚焦、偏斜或散布聚焦超声束140。联接构件130可以配置为一次性元件。
图3A是根据本发明的一些实施例的设备单元的高级示意图。图3B是根据本发明的一些实施例的包含设备100的系统101的高级示意图。
图3A示意性地说明了设备100的概念性构造，其包括FUS换能器110，FUS换能器110具有在其中心的成像换能器90，通过联接构件130联接至组织80。成像换能器90可以配置为在治疗前、在治疗期间和/或在治疗后对组织80包括治疗位置141的区域91成像。可以在包括治疗位置141的固定成像平面上或在可调整成像平面上实现超声成像。FUS换能器110可以配置为都以由放置在患者皮肤83处的联接构件130所限定的角度α向治疗位置141聚焦并传递超声能量140。FUS换能器配置为将声能140以聚焦的方式投射到作为焦点位置的治疗位置141上，可能利用邻近的骨结构并避免对邻近软组织的损坏。
例如，设备100和角度α可以配置为产生沿FUS换能器110的中心轴线112并在成像换能器90的成像平面的中心处的治疗位置141的空间位置。在某些实施例中，FUS换能器110可以为圆形或环状，并且传递的超声束140可以是圆锥形的。可以选择角度α以使得能量束140可以被发射到椎骨上的目标区域内而不穿透椎骨突和板。可以选择角度α以允许相对于骨头表面的入射角大于折射角，以使得大多数能量由骨头所吸收而不被折射。任选地，设备100的成角度的投射的能量140可以用于最大化声能相对于骨头的入射角以最大化由骨头对能量的吸收。
支撑结构115可以配置为将换能器110、90保持在其相对位置处，以及可能使得能够在换能器110、90之间进行位置调整和可能更换换能器90。支撑结构115可以包含手柄116并且可以支撑诸如触发器119、显示器120以及诸如控制器160和/或成像单元180的处理元件的附加元件。一个或多个控制器160和/或180可以配置为处理来自成像换能器90的图像数据并将其提供给显示器120，以及使得能够控制FUS换能器110，例如通过触发器119。
在某些实施例中，在治疗之前可以校准超声成像探头的位置并且可以验证治疗位置，例如通过利用FUS换能器110来超声处理模型以产生气泡、对所述气泡的位置成像并相应地调整在治疗图像上显示的焦点位置141。特别地，可以在施加治疗之前校准中心轴线112相对于图像平面的对准(例如，使设备100与中心轴线112对准以便超声成像探头的成像平面通过声焦点的中间)。例如，设备100可以用来超声处理凝胶垫、由此在凝胶中产生小气泡并对气泡位置成像，成像单元180可以采用气泡位置的图像以允许计算超声成像平面中的焦点的位置。可选地或作为补充，通过将焦点处的组织的目标温度提高到非破坏水平并监测患者反馈和/或检测成像中组织的变化，在治疗开始时可以由FUS换能器110施加低水平能量束发射以验证治疗的靶向。所引起的低温升高可以触发患者的神经响应，这可以用来验证治疗位置，或者缺乏响应则可以表明错误的焦点。在超声和/或其它成像上组织加热是可见的并且可以被用来在刚好治疗开始之前指示波束140的焦点。应当注意的是，可以在治疗期间的任何时间执行所述校准和/或低能量传递。
图3B示意性地说明了系统101的概念性构造。在设备100中的支撑结构115可以包含凹部或插口118，其配置为接纳成像换能器90并使得能够对其进行位置调整和/或更换。凹部或插口118可以尺寸和形状设计为包围并保持成像换能器90在固定位置。凹部或插口118可以具有选定为接纳一个或多个类型的现有技术的成像换能器90的特定对称性。例如，凹部或插口118可以是圆形的或方形的，并且可以具有配置为接纳和保持成像换能器90的边缘。
支撑结构115和/或设备100可以进一步包含快门117，所述快门117配置为在FUS换能器110的操作期间保护成像换能器90。例如，快门117可以由超声阻挡(机械不透明的或超声阻尼的)材料制成。在某些实施例中，快门117可以是位于声可穿透介质中的叶型快门，例如，如硬币形圆盘，填充有水并且定位在成像探头90与联接构件130和/或患者皮肤83之间。
控制器160可以连接至与外部模块进行通信的计算机接口124以提供操作参数和控制。例如，计算机161可以包含与设备100上的计算机接口124进行通信的设备接口164、处理单元162、任选地与显示器185进行通信的用户接口163以及与成像单元180(例如，通过在成像单元180中的网络接口181)进行通信的网络接口165。
成像换能器90可以连接至提供图像处理的外部模块。成像单元180可以通过探头接口182与成像换能器90进行通信并从其接收图像数据，以及可能地通过用户接口183与用户进行通信。在某些实施例中，处理单元162可以包含图像接收模块171(例如，与成像单元180进行通信)、显示模块172(例如，与用户接口163进行通信)以及引导模块173，所述引导模块173配置为例如将聚焦超声应用与图像数据相关并可能地建议和/或控制聚焦超声能量的传递。成像单元180可以配置为处理从成像换能器90接收到的图像，例如，识别皮肤83的位置和以角度α获取的图像上的其它解剖学元素。皮肤83上的标记可以用来校准和配准所显示的图像。
图像单元180可以配置为检测与组织加热和空洞形成相关联的强回声信号，当快速的组织加热达到沸腾水平时或当急剧的压力改变在声能焦点处产生气泡(空洞形成)时产生所述强回声信号。强回声信号和/或其谐波可以用作向用户提供对组织上的能量传递的效果的反馈。成像单元180可以配置为实现图像处理算法以检测和可视化神经分支自身的和/或相对于椎骨突的解剖学结构，在不同的成像平面上和/或作为三维模型。
处理单元162可以配置为计算焦点、能量束位置以及根据治疗图像的有关能量传递参数，以及配置为指示和引导设备100的定位和操纵以使得能够根据计算的参数进行聚焦超声传递。处理单元162可以配置为根据在治疗期间所获取的间歇图像来计算定位精度并提供对治疗进展的反馈。处理单元162可以配置为在二维图像上显示各种三维成像数据以使得能够进行有效的定位和治疗应用。处理单元162和/或控制器160可以配置为提供三维成像和/或在多个位置141处的多个聚焦超声应用后提供组织80的三维图像或模型。控制器160可以进一步配置为向用户提供反馈，例如，以视觉指示、听觉指示和/或触觉反馈指示(例如，通过手柄116)的方式。视觉指示可以显示为例如与所显示的图像中的不同区域有关的有色指示。在某些实施例中，处理单元162和/或控制器160可以配置为超驰操作者对FUS换能器110的启动，例如，当FUS换能器110聚焦在错误位置(例如，由于操作者或患者的意外移动)或以错误强度应用时。
处理单元162可以包含运行在计算机化处理器上的软件模块，并且配置为从成像换能器90接收治疗图像、配置为向计算机化显示器120(和/或显示器185)发送治疗图像以及配置为在对治疗图像的计算机化显示上标记超声治疗波束的焦点位置。计算机161的任何元件在某些实施例中可以结合到控制器160中并且可能地由设备100操作。
系统101可以进一步包含安全子系统170，其用于监测并且如果必要的话根据测量值和预定阈值限制超声能量传递。安全子系统170可以配置为监测实时生成的能量(例如，电子地)以避免投射过多的能量，和/或安全子系统170可以配置为检测声反射水平(例如，利用成像换能器90)以降低由不当声耦合导致的皮肤烧伤的风险。安全子系统170可以配置为监测总能量输出、不当声耦合和/或目标的回声反射性的改变。安全子系统170可以配置为超驰操作员对触发器119的启动。
图4A和图4B是根据本发明的一些实施例的超声图像70和治疗应用的示意性实例。图4A和4B示出了具有所覆盖的指定聚焦超声束140和治疗位置141的图像70，其可以表示在显示器120上的实际复合图像和/或由控制器160和/或处理单元162所进行的计算阶段。
图5A到图5D是根据本发明的一些实施例的具有X射线引导的设备100的示意图。图5A和图5B示意性地说明了聚焦超声的X射线瞄准具以及图5C和5D示意性地例示了由设备100进行的治疗应用。设备100可以包含：支撑结构115、固定至支撑结构115的具有中心轴线112的聚焦超声(FUS)换能器110以及X射线瞄准具150，所述X射线瞄准具150包含至少两个平行并一致的构件151、152，例如十字形构件(诸如基准线)，所述构件以FUS换能器100的中心轴线112为中心。应当注意的是，尽管在图5A到5D中未示出支撑结构115，其可以任选地类似于图1A、图1B和2中任一个中所示的支撑结构115来配置，以X射线瞄准具150替换了超声成像换能器90。X射线瞄准具150可以附接至支撑结构115和/或沿FUS换能器110的中心轴线112直接接到FUS换能器110上。例如，如图1B和/或图3B中示出的凹部或插口118可以尺寸和形状设计为包围并保持X射线瞄准具150在固定位置。FUS换能器110可以连接至控制器160，所述控制器160配置为控制通过换能器110的聚焦超声的应用。FUS换能器110可以按以下方式机械地连接至支撑构件115，即沿中心轴线112并且在X射线瞄准具150的中心设置FUS换能器110的焦点位置。在示出的实施例中的成像单元180可以包含X射线成像系统，如图5B中示意性地示出的。在某些实施例中，臂114可以连接至支撑结构115以使得能够在X射线成像单元180中处理和操纵设备100。将构件151、152对准到重合位置(如图5B到5D中示出的)指示了中心轴线112的方向并使得能够将设备100定位为轴线112通过治疗位置141。X射线瞄准具150可以进一步包含协助X射线瞄准具150定位以及识别构件151、152的正确对准的框架元件154，如图5D的X射线图像71所示出的。X射线图像71和X射线瞄准具150可以利用X射线标记(未示出)来校准。FUS换能器110的焦点位置可以以各种方式(例如，通过软件校正、通过硬件校正)相对于X射线瞄准具150的中心校准、相对于一个或多个参考图像校准、相对于具有超声处理的参考成像模型(利用FUS换能器超声处理以观察其与基准标记151、152的对准)的图像校准等。联接构件130可以用于按照如上所述的类似方式定位。为了不干扰X射线成像，联接构件130可以对X射线是可穿透的。
在某些实施例中，支撑结构115可以包含手柄116(未示出，类似于图1A和1B)并且可以与成像单元120相关联，所述成像单元120配置为生成在患者组织上的X射线瞄准具150的X射线图像71。支撑结构115可以包含凹部或插口118，所述凹部或插口118配置为接纳X射线瞄准具150和使得能够对其进行位置调整。凹部或插口118可以尺寸和形状设计成包围并保持X射线瞄准具150在固定位置。瞄准构件151、152可以由不透X射线材料制成，其在治疗区域的X射线图像上可见并允许验证构件151、152被对准且由此验证治疗位置141在中心轴线112上。在某些实施例中，套件102可以包含具有不同类型的构件151、152(诸如，不同尺寸的基准、不同尺寸的瞄准具150等)的若干组X射线瞄准具150和/或具有平行于中心轴线112的表面的瞄准具150，如例如在图6A中示出的(参见下文)。支撑结构115可以附接至治疗台以允许在X射线引导下对换能器110进行牢固的定位，并且由此避免将治疗医师暴露于X射线辐射。可选地或作为补充，臂114可以用于操纵支撑结构115和/或设备100。
控制器160可以配置为仅在至少两个平行且一致的构件151、152在X射线图线上相重合时涂应用焦超声。因此，X射线瞄准具150提供了用来将FUS换能器110沿治疗线对准并且使得能够在治疗位置上应用聚焦超声的几何手段。
在采用X射线成像的设备100中(如在超声成像装置中那样)，支撑结构115可以进一步包含显示器120，所述显示器120连接至成像单元180并且配置为显示来自成像单元180的成像数据。应当注意的是，显示器120可以按照简化聚焦超声对由成像超声换能器90成像的目标的瞄准的方式安装在支撑结构115上，和/或可以与支撑结构115相分离且包含例如屏幕或计算机显示器，所述屏幕或计算机显示器可以由操作者使用以获得更高的放大率和实现进一步处理。安装的显示器120和分离的显示器120的组合同样也作为本发明的实施例。在某些实施例中，设备100可以进一步包含机械快门117(在图1B和3B中由虚线示意性地示出)，其在成像换能器90前面附接至支撑结构115并且配置为在FUS换能器110的操作期间保护成像换能器90。可选地或作为补充，在FUS换能器110的操作期间对成像换能器90的保护可以电子地实现。
在某些实施例中，可以将超声成像和X射线成像组合且同时地或顺序地使用，并且设备100可以包含超声换能器90和X射线瞄准具150两者。例如，可以采用X射线成像来澄清治疗区域的超声图像中的细节并向用户提供更多的信息。在某些实施例中，超声图像可以用来评估目标141距离治疗FUS换能器110的深度。X射线瞄准具150可以与换能器110、90两者对准以使得能够配准超声图像70和X射线图像71和/或配准来自图像70、71的数据。附加的信息源可以与任何图像70、71组合(例如，叠加)，诸如CT(计算机断层扫描)图像、MRI(磁共振成像)图像、透视图像或任何其它图像。在某些实施例中，监测聚焦超声治疗可以利用与设备分离并且位于患者组织80处或位于患者组织80内的诊断元件来实现。
图6A到图6D是根据本发明的一些实施例的X射线瞄准具150的高级示意图。图6A和6B是透视图，图6C是透视截面图，以及图6D是瞄准具150和换能器110的照片。X射线瞄准具150可以包含具有沿中心轴线112的表面的构件153，在直接沿中心轴线112获取的图像中所述表面表现为线，但是在以相对于中心轴线112成角度(倾斜)获取的图像中其表现为表面。构件153可以设计为达到针对其相对于图像平面垂直线的较小倾斜角的高灵敏度。图7A和7B是根据本发明的一些实施例的在不同位置处的X射线瞄准具150的X射线图像。在图7A中X射线瞄准具150和中心轴线112精确地垂直于图像156A的图像平面，从而导致构件153的表面的线性表现(即，最小的投影宽度)。相比之下，在图7B中X射线瞄准具150和中心轴线112相对于图像156B的图像平面的法线稍微倾斜，而构件153的表面相应地有些模糊且比其在图7A中的线性表现的最小宽度更宽。返回到图6A到6D，构件153示出为平行于中心线112的中心圆柱体153A和平行于中心线112向外突出的表面153B。应当注意的是，突出表面153B可以在垂直于中心轴线112的尺寸上彼此不同，以便简化在图像平面上的定向(分别参见图7A和7B中的图像156A、156B)。可选地或作为补充，一个或多个标记元件(未示出)可以附接至X射线瞄准具150以指示X射线瞄准具150在图像平面中的定向。
在某些实施例中，在图像平面中X射线瞄准具150可以是不对称的(例如，在图像平面中表面153B可以具有不同的长度或不同的形式)以指示X射线瞄准具150在图像平面中的定向。在某些实施例中，X射线瞄准具150可以包含多个圆柱体153A(在垂直于中心轴线112的图像平面中表现为圆环)，可能地是具有不同直径的同心圆柱体。X射线瞄准具150和/或构件153的任何部分可以配置为在X射线图像中提供相对于中心轴线的深度信息。例如，表面153B可以沿中心轴线112延伸至不同深度(在倾斜视图中)和/或可以包含从其突出到图像平面中的元件。
支撑结构115可以配置为沿共同的中心轴线112固定FUS换能器110和成像超声换能器90并使得能够对后者进行更换；和/或支撑结构115可以配置为沿共同的中心轴线112固定FUS换能器110和X射线瞄准具150，并且进一步包含臂114，所述臂114使得能够在其X射线成像期间操纵支撑结构115。
图8A是根据本发明的一些实施例的治疗位置141的高级示意图。作为非限制实例，治疗位置141与脊神经根小面切断术相关。图8B是现有技术治疗的高级示意图。图8B示出了将电极79插入治疗区域141以利用电磁辐射(例如，射频(RF)辐射或激光)切除或切断相应神经分支的现有技术的有创过程。相比之下，如图8A中所示出的聚焦超声治疗仅仅以无创方式将波束140瞄准治疗区域141以便引起对应的效果。此外，本文公开的利用超声成像和X射线成像的任一个或者利用两者的瞄准过程，与FUS换能器110对准，使得能够实现波束14的精确瞄准，从而避免外科手术过程和避免对周围组织的损坏。此外，成像单元180可以配置为自动地检测设备100和/或患者的移动并防止由于移动造成的意外伤害。例如，移动检测可以基于如图8A中所示出的椎骨表面轮廓，所述椎骨表面轮廓可以由图像处理产生。可选地或者作为补充，控制器160可以配置为自动地补偿某些移动，在检测到移动期间和检测到移动之后通过调整波束140的焦点而保持在治疗位置141。
图9是示出根据本发明的一些实施例的方法200的高级流程图。
在某些实施例中，方法200可以包含通过支撑结构沿聚焦超声(FUS)换能器的中心轴线固定成像超声换能器(阶段210)。方法200可以进一步包含配置支撑结构以使得能够更换成像换能器(阶段212)，例如，方法200可以进一步包含在FUS换能器中设计插口以接纳成像换能器(阶段213)。方法200可以进一步包含：显示来自成像超声换能器的图像(阶段214)，对准设备以使得超声成像探头的成像平面通过FUS换能器的声焦点(阶段215)，以及可能地在FUS换能器的操作期间以机械和/或电子方式保护成像超声换能器(阶段216)。
在某些实施例中，方法200可以包含通过支撑结构并沿聚焦超声(FUS)换能器的中心轴线固定X射线瞄准具(阶段220)。应当注意的是，利用成像换能器和利用X射线瞄准具可以是可选的方法步骤并且当可应用时将其它阶段应用于相应的可选方案。
方法200可以包含配置X射线瞄准具以根据其X射线图像在视觉上指示所述X射线图像相对于中心轴线的倾斜(阶段225)。视觉指示可以关于可以指示X射线瞄准具相对于图像平面的倾斜的任何图像特征，并且尤其是指示X射线瞄准具(和设备)相对于图像平面的垂直位置。例如，X射线瞄准具在图像中的清晰度、尺寸和/或形式可以用作视觉指示。
在某些实施例中，方法200可以包含将X射线瞄准具设计为包含平行于FUS换能器的中心轴线的一个或多个表面和/或一个或多个圆柱体(阶段230)，例如至少两个互相垂直的表面、一个或多个同心圆柱体等，可能地具有沿中心轴线的不同长度和/或具有附接至X射线瞄准具的任何部分的标记元件以利于根据所获得的X射线图像调整X射线瞄准具和设备。
X射线瞄准具可以设计为包含至少两个平行且一致的构件(阶段232)，且方法200可以进一步包含仅在所述平行且一致的构件在对应的X射线图像上重合时使得能够通过FUS换能器的聚焦超声的应用。
方法200可以进一步包含利用支撑结构和X射线瞄准具对目标进行X射线成像(阶段235)和任选地显示所述X射线图像(阶段237)。在某些实施例中，方法200可以包含仅当指示X射线图像垂直于中心轴线时使得能够进行聚焦超声的应用(阶段238)。
在某些实施例中，方法200可以包含将FUS换能器以中心轴线相对于目标上方的患者皮肤的特定角度与目标联接(阶段240)。
方法200可以进一步包含根据所显示的图像控制通过FUS换能器的聚焦超声的应用(阶段250)，不管其成像为超声图像和/或X射线图像。
任何超声图像和/或X射线图像可以被处理和加强，例如：(i)通过在图像上勾画出骨头轮廓，(ii)通过根据解剖学图和/或患者的CT图、MRI图、透视图或任何其它图像来配准骨头，和/或(iii)通过表明治疗位置和/或接近角α以利于操作者的定向并改进通过聚焦超声的治疗应用。方法200可以包含利用与解剖学和治疗相关的信息增强任何图像(阶段252)。
在某些实施例中，在脊神经根小面切断术中可以使用设备100、系统101、套件102以及方法200来治疗内侧支神经。例如，设备100可以配置为移动手持低成本设备，其用于根据同时的超声成像和/或X射线成像向治疗位置投射无创聚焦超声能量(例如，引起相应神经的热切除)，如上所述。可以实现聚焦超声的应用来以无创方式获得任何数量的效果，诸如加热、对组织的热破坏、机械效应、空洞形成等。应当注意的是，在治疗位置141上的热效应可以通过直接加热获得，或者通过利用波束140瞄准相邻骨材料间接加热获得，所述相邻骨材料被加热到损坏相应神经的水平。利用聚焦超声的治疗可以达到附加的目标，诸如治疗各种疼痛、处理凝块或其它特定组织、切除肿瘤、增强药物输送等，并且可以通过注入修改声学组织吸收作用的流体得到增强。同时的成像可以利于接近治疗位置、确保聚焦超声能量的正确瞄准以及使得能够在治疗期间观察图像内的治疗位置。可以利用聚焦超声顺序地治疗多个治疗位置，通过使用间歇成像来控制治疗的进展。在某些实施例中，设备100可以用作通用的组织切除设备。
在以上描述中，实施例是本发明的实例或者实施方式。“一个实施例”、“实施例”、“某些实施例”或“一些实施例”的各种表述并不一定全部指代相同的实施例。
尽管可以在单个实施例的情形下描述本发明的各种特征，这些特征也可以分开地或以任何合适的组合进行提供。相反地，尽管为了清楚起见而在分开的实施例的情形下在本文中描述本发明，但是也可以在单个实施例中实施本发明。
本发明的某些实施例可以包括来自以上所公开的不同实施例的特征，而某些实施例可以结合来自以上所公开的其它实施例的要素。在特定实施例的情况下对本发明要素的公开不应被作为将所述要素限制为仅在特定实施例中使用。
此外，应当理解的是，可以以各种方式实现或实践本发明，并且可以在除了以上描述中概述的那些实施例之外的某些实施例中实施本发明。
但本发明不限于那些图式或对应的描述。例如，流程并不需要穿过每个所示的框或状态，也不需要按照与所示和所描述的顺序完全相同的顺序。
本文中用到的技术和科学术语的意思是本发明所属领域中普通技术人员所通常理解的意思，除非有特别的定义。
尽管已相对于有限数目的实施例描述本发明，但这些不应解释为对本发明范围的限制，而是作为一些优选实施例的例证。其它可能的变化、修改以及应用也在本发明的范围内。相应地，除了所附的权利要求及其法定等同形式之外，本发明的范围不应被迄今的描述所限制。

Claims (40)

1.一种设备，其包含：
支撑结构，
聚焦超声(FUS)换能器，其具有中心轴线，并固定至所述支撑结构，以及
成像超声换能器，其沿所述聚焦超声换能器的所述中心轴线附接至所述支撑结构，
其中所述聚焦超声换能器连接至控制器，所述控制器配置为控制通过所述换能器的聚焦超声的应用，且所述成像换能器连接至成像单元，所述成像单元配置为从所述成像换能器导出成像数据。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述支撑结构配置为使得能够更换所述成像换能器。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述支撑结构进一步包含显示器，所述显示器连接至所述成像单元并且显示来自所述成像单元的所述成像数据。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的设备，其进一步包含机械快门，所述机械快门在所述成像换能器前面附接至所述支撑结构并且配置为在所述聚焦超声换能器的操作期间保护所述成像换能器。
5.一种设备，其包含：
支撑结构，
聚焦超声(FUS)换能器，其具有中心轴线，并固定至所述支撑结构，以及
X射线瞄准具，其沿所述聚焦超声换能器的所述中心轴线附接至所述支撑结构，
其中所述聚焦超声换能器连接至控制器，所述控制器配置为控制通过所述换能器的聚焦超声的应用。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述X射线瞄准具包含平行于所述聚焦超声换能器的所述中心轴线的至少一个表面。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个表面包含以下中的至少一个：至少两个表面、至少一个圆柱体以及至少两个同心圆柱体。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述至少一个表面包含沿所述中心轴线具有不同长度的至少两个表面。
9.根据权利要求5到8中任一权利要求所述的设备，其中所述X射线瞄准具进一步包含至少一个标记元件，所述至少一个标记元件附接至所述至少一个表面中的至少一个。
10.根据权利要求5到9中任一权利要求所述的设备，其与成像单元相关联，所述成像单元配置为生成所述X射线瞄准具的X射线图像。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述支撑结构进一步包含臂，所述臂配置为当所述设备与所述成像单元相关联时使得能够重新定向所述设备。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制器配置为仅当利用所述X射线瞄准具的所成像的特征识别所述X射线图像关于所述中心轴线的垂直定向时，才应用聚焦超声。
13.根据权利要求5所述的设备，其中所述X射线瞄准具包含至少两个平行且一致的构件。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制器配置为仅当所述至少两个平行且一致的构件在所述X射线图像上重合时，才应用聚焦超声。
15.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的设备，其中所述聚焦超声换能器是环状的。
16.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的设备，其中所述支撑结构进一步包含手柄。
17.一种套件，其包含权利要求1到4中任一权利要求所述的设备，并且进一步包含联接构件，所述联接构件配置为将聚焦超声换能器和成像换能器以相对于中心轴线的特定角度与目标相联接。
18.一种套件，其包含权利要求5至16中任一权利要求所述的设备，并且进一步包含联接构件，所述联接构件配置为将聚焦超声换能器以中心轴线相对于目标上方的患者的表面的特定角度与所述目标相联接。
19.根据权利要求17或18所述的套件，其中所述联接构件为楔形的。
20.根据权利要求17或18所述的套件，其中所述联接构件为可变形凝胶垫。
21.一种方法，其包含通过支撑结构沿环状聚焦超声(FUS)换能器的中心轴线固定成像超声换能器。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包含配置所述支撑构件以使得能够更换所述成像换能器。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其进一步包含显示来自所述成像超声换能器的图像。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包含根据所述显示的图像来控制通过所述FUS换能器的聚焦超声的应用。
25.根据权利要求21至24中任一权利要求所述的方法，其进一步包含在所述聚焦超声换能器的操作期间以机械和/或电子方式保护所述成像换能器。
26.一种方法，其包含通过支撑结构沿环状聚焦超声(FUS)换能器的中心轴线固定X射线瞄准具。
27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包含配置所述X射线瞄准具以根据其X射线图像在视觉上指示所述X射线图像相对于所述中心轴线的倾斜。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述X射线瞄准具配置为包含平行于所述聚焦超声换能器的所述中心轴线的至少一个表面。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述X射线瞄准具配置为包含至少两个平行且一致的构件。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述视觉指示与所述X射线瞄准具在所述图像中的清晰度、尺寸和形式中的至少一个有关。
31.根据权利要求27到30中任一权利要求所述的方法，其进一步包含利用所述支撑结构和所述X射线瞄准具对目标进行X射线成像。
32.根据权利要求31所述的方法，其进一步包含显示来自包括所述X射线瞄准具的X射线成像系统的图像。
33.根据权利要求31所述的方法，其进一步包含仅当指示所述X射线图像垂直于所述中心轴线时才使得能够实现通过所述FUS换能器的聚焦超声的应用。
34.根据权利要求31所述的方法，其进一步包含根据所显示的图像控制通过所述聚焦超声换能器的聚焦超声的应用。
35.根据权利要求21到34中任一权利要求所述的方法，其进一步包含将所述聚焦超声换能器以所述中心轴线相对于目标上方的患者的表面的特定角度与所述目标联接。
36.一种支撑结构，其配置为沿共同的中心轴线固定聚焦超声(FUS)换能器和成像超声换能器。
37.根据权利要求36所述的支撑结构，其进一步配置为使得能够更换所述成像换能器。
38.根据权利要求36或37所述的支撑结构，其进一步包含显示器，所述显示器连接至成像单元并且显示来自所述成像单元的成像数据。
39.根据权利要求36到38中任一权利要求所述的支撑结构，其进一步包含机械快门，所述机械快门在所述成像换能器前面附接至所述支撑结构并且配置为在所述FUS换能器的操作期间保护所述成像换能器。
40.一种支撑结构，其配置为沿共同的中心轴线固定聚焦超声(FUS)换能器和X射线瞄准具，所述支撑结构进一步包含臂，所述臂配置为使得能够在所述支撑结构的X射线成像期间操纵所述支撑结构。
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