CN111200972A - 无框架超声治疗 - Google Patents

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约阿夫·利维
K·沃特曼
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Abstract

用于创建针对靶的治疗计划的各种方法包括：使用第一成像模态在时间间隔期间获取靶的一个或多个图像，并基于此确定与靶相关联的信息；同样在所述时间间隔期间，使用具有比第一成像模态更高的图像捕获速度的第二成像模态来获取具有相对于靶的相对位置的第一可成像对象的一系列图像；在所述时间间隔期间实时地基于所述解剖学靶的一个或多个图像、所述第一可成像对象的一系列图像以及所述第一可成像对象相对于所述靶的相对位置来跟踪所述解剖学靶的运动；并且至少部分地基于在所述时间间隔期间所跟踪的运动和与解剖学靶相关联的信息，生成用于治疗靶的治疗计划。

Description

无框架超声治疗
相关申请
本申请要求2017年10月5日提交的美国临时专利申请No.62/568,439的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
总的来说，本发明涉及跟踪运动的组织或器官，尤其涉及在超声治疗计划和/或程序期间跟踪组织或器官的运动。
背景技术
诸如患者颅骨或其他身体区域内的良性或恶性肿瘤或血块之类的组织可以通过外科手术切除组织而进行侵入性治疗，或者使用例如热消融术进行非侵入性治疗。两种方法都可以有效治疗体内的某些局部病症，但是涉及复杂的程序，以避免破坏或损伤其他健康的组织。除非健康组织能够免受损伤或其损伤不太可能对生理功能造成不利影响，否则手术可能不适用于其中病变组织和健康组织结合在一起的病症。
超声治疗，由于可以使用聚焦超声来完成，对于治疗被健康组织或器官包围的或者与健康组织或器官相邻的病变组织具有特别的吸引力，因为可以将超声能量的作用限制在明确定义的靶区域内。由于波长相对较短，超声能量可能会集中到横截面只有几毫米的区域(例如，在一兆赫兹(1MHz)，横截面可以小至1.5毫米(mm))。此外，由于声能通常很好地穿透软组织，因此介入解剖结构通常不会对限定所需的聚焦区构成障碍。因此，超声能量可以聚焦在较小的靶上，以便消融病变组织而不会显著损害周围的健康组织。
另外，在神经疾病的治疗中，可以利用超声来打开血脑屏障(BBB)。由中枢神经系统(CNS)中的细胞层形成的血脑屏障可防止大分子进入脑实质，因此成为治疗许多脑疾病的最大障碍之一。具体来说，BBB会阻止许多治疗剂(例如药物和基因治疗载体)到达患者的大脑组织。例如，对于中枢神经系统感染、神经退行性疾病、先天性酶缺陷和脑癌的治疗都因血脑屏障阻止尤其是抗生素、抗逆转录病毒药物、酶替代疗法、基因制剂和抗肿瘤药物通过的这种能力而受到阻碍。因此，人们期望能使用超声能量暂时且在局部“开放”BBB，以使治疗量的这些药剂能进入受影响的脑组织。
超声聚焦系统通常利用声换能器表面或换能器表面的阵列来产生超声束。换能器可以是几何上塑形的并且被放置成将超声能量聚焦在与患者体内的靶组织块相对应的“聚焦区域”。在声波通过组织传播的过程中，一部分超声能量被吸收，从而导致温度升高，并最终导致细胞坏死，优选地在聚焦区的靶组织处。换能器阵列的各个表面或“元件”通常是可单独控制的，即它们的相位和/或幅度可以彼此单独设置(例如，在用于所述元件的连续波和放大器电路的情形下，使用具有适当的延迟或相移的“波束形成器”)，使光束其沿所需方向转向并在所需距离聚焦，同时根据需要对聚焦区性质进行调整。因此，可以通过独立地调整输入到换能器元件的电信号的幅度和/或相位来迅速移动聚焦区域和/或改变聚焦区域的形状。
但是，人体是灵活的，即使患者处于静止状态也可以移动(例如由于呼吸或不自主的小动作引起的)；这可能对治疗功效和安全性带来巨大挑战。一种常规方法是采用立体定向框架来固定头部并将其相对于超声换能器机械地固定住。该方法不利的是需要局部麻醉和刺穿皮肤和软组织的穿刺针，以提供与头骨的牢固界面。此外，尽管适用于单次治疗，但这种方法对于需要进行多次治疗的复发治疗是不可行的。另一种方法是使用覆盖患者面部的热塑性面罩，该热塑性面罩可以将患者的头部固定在桌子上以使其固定。尽管热塑性面罩免除了局部麻醉和穿刺针的需要，但它不能提供足够的刚性固定。其结果是，可能出现明显的治疗效率低下和对健康组织的损伤。此外，用面罩遮盖病人的面部可能会引起不同程度的压力和焦虑。
因此，需要一种方法，其能在治疗过程中实时跟踪超声靶并补偿其运动，无需将患者的头部固定在静止的物体上。
发明内容
本发明的各种实施例提供了用于在超声治疗计划和/或程序期间实时跟踪靶或其他目标对象的运动并基于其结果校正所述靶的测量信息(例如温度和/或位置)和/或调整治疗参数值以补偿靶运动的系统和方法。通常，该技术利用闭环反馈系统向操作者或自动控制系统提供关于靶的信息(例如位置和/或温度)，以进行测量校正和/或治疗调整/优化。在各种实施例中，所述闭环反馈系统涉及基于图像内容的跟踪并且利用两种成像模态-精度更高(例如，更高的分辨率)但速度更低的模态(比如磁共振成像(MRI))和精度更低(例如，更低的分辨率)但速度更快的模态(例如相机或超声成像)。例如，在治疗之前和/或期间，可以获取一个或多个MR图像以在给定时间准确地识别靶位置和/或生成靶热图。但是，由于图像捕获和处理的复杂性，MRI通常具有较低的频率和较高的延迟时间(例如，每秒10个图像帧)。因为在图像获取和/或图像处理间隔期间患者可能会移动，所以希望采用频率更高、延迟时间更短的第二成像系统，以帮助识别和定位靶。例如，超声成像(可以每10毫秒激活一次以捕获图像)可以包括通过将低能量超声脉冲(即对伤害很小或没有伤害的脉冲超声)施加到靶并分析来自靶的反射以获得图像。然后可以将由超声系统提供的图像信息与MR图像信息组合起来，以确定并解释靶运动；这使得能够准确识别靶位置，以创建治疗计划并允许在执行治疗计划期间实时调整治疗计划，从而提高治疗效率和安全性。
为了生成靶和/或其周围组织的热图而不是常规图像，可以采用MR测温法(或MR热成像)。MR热成像允许在治疗期间连续监测靶和/或其周围组织，从而避免延迟，并有助于校正热传导和能量吸收的局部差异，从而提高治疗效率并避免对靶区域周围的组织造成损伤。通常，在MR测温法的情况下，会获取基线质子共振频率(PRF)相位图像(通常在治疗开始之前)，并在治疗过程中(即温度改变之后)获取第二相位图像；在治疗期间获取的图像与基线图像之间的相位差可用于确定温度变化。在一个实施例中，利用较快速度模态获取的图像(例如，相机或超声图像)被用于调整基线相位图像和/或治疗期间采集的图像，从而消除(或至少减少)由靶运动而不是温度变化引起的伪影；这使MRI系统能够实时准确地测量靶和/或非靶区域的温度。
因此，在各种实施例中，本发明可以用于检测靶组织的运动，以创建准确的治疗计划并促进有效和安全的治疗。另外，快速模态可以提供与热图结合的图像信息，以在实时更新的单个显示器中同时显示图像和温度信息。此外，检测到的运动可以被用来消除会使温度信息失真的虚假相位差。
在一些实施例中，MRI和/或超声成像模态获取相对于靶具有特定(例如，固定)相对位置的一个或多个非靶对象的图像。通过识别非靶对象的位置，可以从中推断出靶位置。由于利用非靶对象来推断靶位置，因此可以以更低的分辨率、更快的速度获取其图像，以加快图像的获取和处理，从而可以实时跟踪靶位置。在一个实施例中，使用相机、超声成像或MRI以每帧更快的扫描速度(例如，通过跳过一些扫描线)来获取非靶对象的图像。同样，如果识别出靶运动，则可以利用表征运动的信息来校正温度测量值和/或调整治疗参数以进行补偿。另外，如果非靶物体与靶足够接近，则可以利用MR测温法使用非靶物体的MR成像数据来估计靶温度。非靶对象可以是MRI基准点，例如，包括解剖学特征(例如，患者的鼻尖、耳朵、眼边缘或上鄂齿)和/或MR跟踪器，所述MR跟踪器附接在颅骨外部，或者优选地植入皮下并在整个治疗过程中保持在原位。在一个实施例中，植入标记物是由包裹在薄的生物相容性塑料外壳中的生物相容性磁性纳米粒子制成的小且扁平的颗粒(flat pellet)。
在一些实施例中，超声治疗采用微泡以便例如促进BBB开放，增强治疗效果或执行自动聚焦。提供声信号检测器，以在治疗期间测量来自靶和/或非靶区域的微泡的声信号，并基于此生成微泡剂量图(指示各个位置的微泡的量)或时间空化活动图(指示随着时间在各个位置处与微泡空化相关联的类型、剂量和/或位置)。在一些实施例中，所述微泡剂量图或时间空化活动图可以与MR成像数据组合以生成描绘靶/非靶区域与微泡或空化活动之间的空间关系的图像。基于所述组合图像，为了达到治疗目的，可以调整超声参数值(例如，频率、幅度和/或相位)和/或微泡特征(例如，试剂类型、尺寸、浓度、用于产生微泡的超声能级、微泡注射部位的位置和/或给药方案，例如给药剂量或时间)。
因此，在一个方面，本发明涉及一种用于治疗解剖学靶的系统。在各种实施例中，该系统包括治疗装置；第一成像模态，用于在一时间间隔期间获取解剖学靶的一个或多个图像；第二成像模态，用于在所述时间间隔期间获取第一可成像对象(例如，解剖学特征和/或MR跟踪器)的一系列图像，所述第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，所述第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及控制器，其配置为(i)处理所述解剖学靶的图像以确定与所述靶相关联的信息(例如，位置、热图、微泡剂量图和/或时间空化活动图)，(ii)处理所述第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于所述一系列图像和所述第一可成像对象相对于解剖学靶的相对位置来跟踪解剖学靶的运动，以及(iv)至少部分地基于所跟踪的运动和在所述时间间隔期间与解剖学靶相关联的信息，生成与用于治疗所述解剖学靶的治疗装置相关联的治疗计划。在一个实施方式中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于治疗计划来激活治疗装置。
所述第一或第二成像模态可以进一步配置为获取所述第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。或者，该系统可以进一步包括第三成像模态，用于获取第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。在一些实施例中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于解剖学靶和/或第二可成像对象的预测运动来跟踪解剖学靶的运动。
所述第一可成像对象可以包括所述解剖学靶。或者，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，并且所述控制器进一步配置为确定在步骤(c)获取的一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断出所述解剖学靶的位置。
另外，所述控制器可以进一步配置为基于其跟踪的运动来更新与解剖学靶相关联的信息。例如，所述解剖学靶的图像可以包括一个或多个基线相位图像，并且所述控制器进一步配置为从基线相位图像中减去与所跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。在一个实施例中，所述第一成像模态进一步获取包括所述第一可成像对象的一系列参考图像的参考库。所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像进行比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
所述第一和第二成像模态可以包括MRI装置；所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。或者，所述第一成像模态可以包括MRI装置，并且所述第二成像模态可以包括相机。在一些实施例中，所述第一成像模态包括MRI装置，并且所述第二成像模态包括超声装置。另外，所述治疗装置可以包括与第二成像模态相同或不同的超声装置。在一个实施例中，所述超声装置包括多个换能器元件，并且所述治疗计划规定与一个或多个换能器元件相关联的幅度、频率、相位、方向和/或激活时间。
在另一方面，本发明涉及一种生成用于治疗解剖学靶的治疗计划的方法。在各种实施例中，所述方法包括(a)在一时间间隔期间，使用第一成像模态获取解剖学靶的一个或多个图像并基于此确定与解剖学靶相关联的信息(例如，位置、热图、微泡剂量图和和/或时间空化活动图)；(b)同样在该时间间隔期间，使用第二成像模态获取第一可成像对象(例如，解剖学特征和/或MR跟踪器)的一系列图像，所述第一可成像对象相对于所述解剖学靶具有一相对位置并且所述第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；(c)在该时间间隔期间基于所述解剖学靶的图像、所述第一可成像对象的一系列图像以及所述第一可成像对象相对于所述解剖学靶的相对位置来实时跟踪所述解剖学靶的运动；(d)至少部分地基于在该时间间隔期间与所述解剖学靶相关联的所跟踪的运动和信息，生成用于治疗所述解剖学靶的治疗计划。在一个实施方式中，所述方法进一步包括至少部分地基于所述治疗计划来激活治疗装置。
所述方法可以包括使用第一、第二或第三成像模态来获取第二可成像对象的第二系列图像；以及至少部分地基于第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。在一些实施例中，所述方法进一步包括至少部分地基于所述解剖学靶和/或第二可成像对象的预测运动来跟踪解剖学靶的运动。所述第一可成像对象可以包括所述解剖学靶。或者，所述第一可成像对象可以与所述解剖学靶不同；所述方法进一步包括确定在步骤(c)获取的一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断出所述解剖学靶的位置。
另外，该方法可以进一步包括基于所跟踪的解剖学靶的运动来更新与解剖学靶相关联的信息。例如，所述解剖学靶的图像可以包括一个或多个基线相位图像，并且所述方法进一步包括从基线相位图像中减去与所跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。在一个实施例中，该方法进一步包括使用第一成像模态来获取包括第一可成像对象的一系列参考图像的参考库。该方法还包括将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像进行比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
所述第一和第二成像模态可以包括MRI装置；所述方法进一步包括激活MRI装置以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。或者，所述第一成像模态可以包括MRI装置，并且所述第二成像模态可以包括相机。在一些实施例中，所述第一成像模态包括MRI装置，并且所述第二成像模态包括超声装置。另外，所述治疗装置可以包括与第二成像模态相同或不同的超声装置。在一个实施例中，所述超声装置包括多个换能器元件，并且所述治疗计划规定与一个或多个换能器元件相关联的幅度、频率、相位、方向和/或激活时间。
本发明的另一方面涉及一种用于治疗解剖学靶的系统。在各种实施例中，所述系统包括治疗装置；第一成像模态，用于在治疗期间获取解剖学靶的一个或多个图像；第二成像模态，用于在治疗期间获取第一可成像对象(例如，解剖学特征和/或MR跟踪器)的一系列图像，所述第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，所述第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及控制器，其配置为(i)处理所述解剖学靶的图像以确定与所述靶相关联的信息(例如，位置、热图、微泡剂量图和/或时间空化活动图)，(ii)处理所述第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于所述一系列图像和所述第一可成像对象相对于解剖学靶的相对位置来跟踪解剖学靶的运动，以及(iv)至少部分地基于在治疗期间获取的解剖学靶的所跟踪的运动和信息，使治疗装置将治疗剂递送至解剖学靶。
所述第一或第二成像模态可以进一步配置为获取所述第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。或者，该系统可以进一步包括第三成像模态，用于获取第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。在一些实施例中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于解剖学靶和/或第二可成像对象的预测运动来跟踪解剖学靶的运动。
所述第一可成像对象可以包括所述解剖学靶。或者，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，并且所述控制器进一步配置为确定所述一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断出所述解剖学靶的位置。另外，所述控制器可以进一步配置为基于其跟踪的运动来更新与解剖学靶相关联的信息。例如，所述解剖学靶的图像可以包括一个或多个基线相位图像，并且所述控制器进一步配置为从基线相位图像中减去与所跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。在一个实施例中，所述第一成像模态进一步获取包括所述第一可成像对象的一系列参考图像的参考库。所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像进行比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
所述第一和第二成像模态可以包括MRI装置；所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。或者，所述第一成像模态可以包括MRI装置，并且所述第二成像模态可以包括相机。在一些实施例中，所述第一成像模态包括MRI装置，并且所述第二成像模态包括超声装置。另外，所述治疗装置可以包括与第二成像模态相同或不同的超声装置。在一个实施例中，所述超声装置包括多个换能器元件，并且所述治疗计划规定与一个或多个换能器元件相关联的幅度、频率、相位、方向和/或激活时间。
在又一方面，本发明涉及一种用于在一时间间隔期间提供解剖学靶的热图的系统。在各种实施例中，所述系统包括第一成像模态，用于在一时间间隔期间获取解剖学靶的一个或多个图像；第二成像模态，用于在所述时间间隔期间获取第一可成像对象(例如，解剖学特征和/或MR跟踪器)的一系列图像，所述第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，所述第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及控制器，其配置为(i)处理所述解剖学靶的图像以生成其热图，(ii)处理所述第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于所述一系列图像和第一可成像对象相对于解剖学靶的相对位置跟踪所述解剖学靶的运动，以及(iv)至少部分基于在所述时间间隔期间所述解剖学靶的所跟踪的运动和信息，更新所述解剖学靶的热图。
所述第一或第二成像模态可以进一步配置为获取所述第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。或者，该系统可以进一步包括第三成像模态，用于获取第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。在一些实施例中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于解剖学靶和/或第二可成像对象的预测运动来跟踪解剖学靶的运动。
所述第一可成像对象可以包括所述解剖学靶。或者，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，并且所述控制器进一步配置为确定所述一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断出所述解剖学靶的位置。另外，所述解剖学靶的图像可以包括一个或多个基线相位图像，并且所述控制器进一步配置为从基线相位图像中减去与所跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。在一个实施例中，所述第一成像模态进一步获取包括所述第一可成像对象的一系列参考图像的参考库。所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像进行比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
所述第一和第二成像模态可以包括MRI装置；所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。或者，所述第一成像模态可以包括MRI装置，并且所述第二成像模态可以包括相机。在一些实施例中，所述第一成像模态包括MRI装置，并且所述第二成像模态包括超声装置。
本发明的又一方面涉及一种用于提供绘制与解剖学靶相关联的位置和热图的成像的系统。在各种实施例中，所述系统包括第一成像模态，用于获取所述解剖学靶的一个或多个图像；第二成像模态，用于获取所述第一可成像对象(例如，解剖学特征和/或MR跟踪器)的一系列图像，所述第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，所述第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及控制器，其配置为(i)处理所述解剖学靶的图像以生成热图，(ii)处理所述第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于所述一系列图像和第一可成像对象相对于解剖学靶的相对位置跟踪所述解剖学靶的运动，以及(d)用于同时显示所述解剖学靶的所生成的热图和所跟踪的运动的显示器。
在一个实施方式中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述解剖学靶的所显示的热图和运动来激活治疗装置(例如，超声装置)。另外，所述第一成像模态可以包括MRI装置，并且所述第二成像模态可以包括与用于治疗的超声装置不同的第二超声装置。或者，所述第一成像模态可以包括MRI装置，并且所述第二成像模态可以包括相机。在一个实施例中，所述第一和第二成像模态可以包括MRI装置；所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。
所述第一或第二成像模态可以进一步配置为获取所述第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器可以进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。或者，该系统可以进一步包括第三成像模态，用于获取第二可成像对象的第二系列图像，并且所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。在一些实施例中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于解剖学靶和/或第二可成像对象的预测运动来跟踪解剖学靶的运动。
所述第一可成像对象可以包括所述解剖学靶。或者，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，并且所述控制器进一步配置为确定所述一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断出所述解剖学靶的位置。另外，所述控制器可以进一步配置为基于所跟踪的运动来更新所述热图。例如，所述解剖学靶的图像可以包括一个或多个基线相位图像，并且所述控制器进一步配置为从一个或多个基线相位图像中减去与所跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。在一个实施例中，所述第一成像模态进一步获取包括所述第一可成像对象的一系列参考图像的参考库。所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像进行比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
如本文所用，术语“基本上”是指峰值强度的±10％，在一些实施例中，±5％。在整个说明书中，对“一个示例”、“一示例”、“一个实施例”或“一实施例”的引用是指结合该示例所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明技术方案的至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”、“在一示例中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定都指的是同一示例。此外，特定特征、结构、例程、步骤或特性可以在本发明技术方案的一个或多个示例中以任何合适方式组合。本文提供的标题仅是为了方便起见，并不旨在限制或解释所要求保护的技术的范围或含义。
附图说明
在附图中，不同视图中相同的参考标记通常代表相同的部件。而且，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在下文描述中，参考以下附图描述本发明的各种实施例，其中：
图1示出了根据各种实施例的聚焦超声系统；
图2示出了根据本发明的各种实施例的示例性MRI装置；
图3A和3B是流程图，示出了根据本发明的各个实施例的用于跟踪靶位置并基于其创建治疗计划的方法；
图3C是流程图，示出了根据本发明的各种实施例的用于跟踪靶位置并基于其调整治疗计划的方法；和
图4A和图4B描绘了根据本发明的各种实施例的用于确定靶是否经历显著运动的方法。
具体实施方式
图1示出了用于通过颅骨将超声聚焦到患者大脑中的示例性超声治疗系统100。然而，本领域普通技术人员将理解，本文描述的超声系统100可以应用于人体的任何部分。在各种实施例中，系统100包括换能器元件104的相控阵列102、驱动相控阵列102的波束形成器106、与波束形成器106通信的控制器108，以及向波束形成器106提供输入电子信号的频率发生器110。在各种实施例中，所述系统进一步包括成像器112，例如MRI、计算机断层摄影(CT)设备、正电子发射断层摄影(PET)设备、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)设备或超声波扫描设备，用于获取患者116的大脑和/或颅骨114的信息(例如，几何形状、材料特征、解剖学特征等)。
阵列102可以具有适合于将其放置在颅骨114的表面上或除颅骨之外的身体部分上的弯曲(例如，球形或抛物线形)形状，或者可以包括一个或多个平面或其它形状的部分。其尺寸可根据应用在毫米和数十厘米之间变化。阵列102的换能器元件104可以是压电陶瓷元件或硅基元件，并且可以安装在任何适于阻尼各元件104之间的机械连接的其他材料中。也可以使用压电复合材料或通常能够将电能转换为声能的任何材料(例如，硅器件)。为了确保将最大功率传输到换能器元件104并使反射最小，可以针对特定(即匹配)电共振(例如50Ω)对元件104进行配置。
换能器阵列102耦合到波束形成器106，波束形成器106驱动各个换能器元件104，使得它们共同产生聚焦超声波束或场。对于n个换能器元件，波束形成器106可以包含n个驱动器电路，每个电路包括放大器118和相位延迟电路120或者由放大器118和相位延迟电路120组成；驱动电路驱动换能器元件104中的一个。波束形成器106从频率发生器110接收射频(RF)输入信号，通常在0.1MHz至10MHz的范围内，频率发生器110可以是例如可从斯坦福研究系统(Stanford Resea rch Systems)获得的DS345型发生器。对于波束形成器106的n个放大器118和延迟电路120，输入信号可以分成n个通道。在一些实施例中，频率发生器110与波束形成器106集成在一起。射频发生器110和波束形成器106被配置为以相同的频率但是不同的相位和/或不同的幅度来驱动换能器阵列102的各个换能器元件104。
所述波束形成器106施加的放大或衰减因子α1-αn和相移a1-an用于通过患者的颅骨114发送和聚焦超声波能量到患者大脑的选定区域(例如，靶区域117)，并考虑颅骨114和软脑组织中引起的波失真。使用控制器108计算放大因子和相移，控制器108可以通过软件、硬件、固件、硬接线或上述任何组合来提供计算功能。例如，控制器108可以以常规方式并且在没有过度实验的情况下利用用软件编程的通用或专用数字数据处理器，以确定要获得所期望的焦点或任何其他所期望的空间场模式所需的相移和放大因子。在某些实施例中，计算是基于关于颅骨114的特征(例如，结构、厚度、密度等)的详细信息以及它们对声能传播的影响。这样的信息可以从成像器112获得，如以下进一步所述。图像采集可以是三维的，或者，成像器112可以提供一组适合于重建颅骨114的三维图像的二维图像，从中可以推断出厚度和密度。图像处理功能可以在成像器112中、在控制器108中或在单独的设备中实施。
在各种实施例中，成像器112为MRI装置。参考图2，MRI装置200可包括圆柱形电磁体204，其在电磁体204的孔206内产生必需的静磁场。在医疗程序期间，患者位于可移动支撑托架208上的孔206内。可以在成像区域212内定位目标区域210(例如，患者的头部)，其中电磁体204产生基本上均匀的场。一组圆柱形磁场梯度线圈213也可以设置在孔206内并围绕患者。梯度线圈213在预定时间和三个相互正交的方向上产生预定幅度的磁场梯度。利用场梯度，不同的空间位置可以与不同的进动频率相关联，从而给MR图像提供其空间分辨率。围绕成像区域212的RF发射器线圈214将RF脉冲发射到成像区域212中，并接收从目标区域210发射的MR响应信号。(或者，可以使用单独的MR发射器和接收器线圈。)
MRI装置200通常包括MRI控制器216，其控制脉冲序列，即磁场梯度和RF激励脉冲和响应检测周期的相对定时和强度。MRI控制器216可以与换能器控制器108组合成集成系统控制设施。
使用常规的图像处理系统将MR响应信号放大、调节并数字化为原始数据，并通过本领域普通技术人员已知的常规方法进一步转换成图像数据阵列。图像处理系统可以是MRI控制器216的一部分，或者可以是与MRI控制器216和/或换能器控制器108通信的单独设备(例如，包含图像处理软件的通用计算机)。因为响应信号是与组织和温度有关的，可以对其进行处理以识别图像中的治疗靶区域117，并从图像中计算出温度图。此外，可以使用例如热MRI或基于MR的声辐射力成像来实时监测由超声应用产生的声场。因此，使用MRI数据，可以驱动超声换能器102，以便在监测靶组织和周围组织的温度和/或声场强度的同时将超声聚焦到治疗区域117中(或附近)。
如上所述，MR成像可以提供定量监测体内温度的非侵入性手段。这在MR引导的热疗法(例如，MR引导的聚焦超声(MRgFUS)治疗)中特别有用，在该治疗中应连续监测靶区域117的温度，以评估治疗进展并修正热传导和能量吸收的局部差异，以避免对靶周围的组织造成损害。温度的监测(例如，测量和/或测绘(mapping))通常基于与合适的图像处理软件结合的MR成像(称为MR测温或MR热成像)。
在可用于MR测温的各种方法中，由于PRF位移方法相对于温度变化是线性的、其与组织类型几乎不相关以及由此获得的温度图的高空间和时间分辨率，因此PRF位移方法通常是选择的方法。PRF位移方法基于以下现象：水分子中质子的MR共振频率随温度线性变化(具有有利地在各种组织类型中相对恒定的比例常数)。由于随温度的频率变化很小，体相水仅–0.01ppm/℃且组织中大约–0.0096至–0.013ppm/℃，因此通常使用相敏成像方法检测PRF位移，其中成像进行两次：首先在温度变化之前获取基线PRF相图像，然后在温度变化之后获取第二相图像(即处理图像)，从而捕获与温度变化成比例的小相位变化。然后，可以通过逐个像素确定基线图像和处理图像之间的相位差，并将该相位差转换为基于PRF温度依赖性的温度差，同时考虑到成像参数(例如(例如，梯度回波的)静态磁场强度和回波时间(TE))的(重构的，即实体空间)图像计算温度变化地图。
在各种实施例中，在超声治疗程序之前，MRI装置200获取靶和/或非靶区域的一个或多个图像。获取的MR图像提供用于治疗计划目的的准确的位置信息，以及用于确定治疗期间靶和/或非靶区域的温度的基线相位图。在一些实施例中，超声治疗涉及微泡。例如，微泡可以通过声能产生和/或通过系统性注射引入用于BBB开放，增强治疗效果和/或自动聚焦。声信号检测器(例如，换能器阵列102和/或声信号传感器122)可以实施为获取在靶/非靶区域处关于微泡的信息；然后可以分析所获取的微泡信息以创建微泡剂量图或时间空化活动图。例如，在治疗期间，可以使用声信号检测器来检测从微泡发出的声响应。通过分析检测到的信号，控制器108可以确定微泡的数量和/或与微泡空化相关的类型、剂量和/或位置。基于此，可以创建随时间变化的微气泡剂量图和/或空化活动图。例如，在国际申请PCT/IB2018/000774(提交于2018年5月22日)和美国专利申请号15/415,351(提交于2017年1月25日)提供了测量来自微泡的声响应并确定微泡量和空化类型、剂量和/或位置的方法，其全部内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，将来自微泡的测得的声信号与靶/非靶区域的MR图像组合，以生成组合图像，示出靶/非靶区域的位置之间的空间关系和微泡的位置或空化活动。基于组合图像，可对超声参数值(例如，频率、幅度和/或相位)和/或微泡特征(例如，试剂类型、大小、浓度、用于产生微泡的超声能级、微泡注射位置和/或给药方式，例如给药剂量或时间)进行调节，以打开BBB、增强超声治疗和/或自动聚焦。由于MR成像数据与微泡剂量图或空化活动图的组合可能涉及不同的成像方式(例如，超声成像和MR成像)，因此可能有必要配准它们各自的坐标系；例如，在美国专利号9,934,570中提供了示例性的配准方法，该专利的全部公开内容通过引用合并于此。
然而，MR成像数据的获取可能需要几分钟到几十分钟，而且，由于在此期间患者的运动(例如，呼吸或转身运动)可能会显著改变相位背景和/或靶/非靶位置，因此基于MR成像数据的测量可能不准确。因此，可能需要实时跟踪靶位置并对其运动进行补偿，以提高靶组织的治疗效率并避免对非靶组织的损害。图3A和3B示出了根据各种实施例的用于对靶/非靶区域进行运动跟踪并基于其校正测量信息和/或创建治疗计划的各种程序。为了便于参考，下面的描述仅涉及靶跟踪；但是，应当理解，相同的方法通常也适用于非靶区域的跟踪，例如易受治疗束损害的器官、靶周围的组织、解剖学MRI基准点(例如，患者的鼻尖、耳朵，眼睛边缘或上颚齿，其相对于靶具有固定的位置)或其他目标对象(例如，外连接到头骨114和/或皮下植入头骨114内的MR跟踪器)。因此，如本文所使用的，“非靶”对象可以广泛地包括靶区域外的任何解剖学区域和/或任何非解剖学对象。在各种实施例中，执行准备步骤302-316以在治疗之前创建治疗计划。在第一准备步骤302中，如上所述获取靶组织的一个或多个MR图像。在第二准备步骤304中，由MRI控制器216分析所获取的图像，所述MRI控制器216执行常规的图像分析软件以确定靶组织的位置和靶/非靶组织的解剖学特征，和/或生成用于MR测温的基线PRF相图。在各个实施例中，在获取MR图像期间，具有相对更快的频率和更短的延迟(与MRI系统相比)的第二成像系统被激活以周期性地获取靶的信息(例如，图像)，以便实时跟踪其运动(在步骤306中)。例如，超声换能器102可将100Hz的足够低功率的超声波发射到靶位置(在步骤304中估计)并接收从那里反射的波。优选地，足够低功率的波不会对靶产生任何显著的临床作用。如本文所用，“显著的临床作用”是指临床医生认为的对组织的不希望的(且有时缺乏期望的)作用是显著的，例如，开始对组织有损害或其他临床上不利的作用，无论是暂时的还是永久的。在各种实施例中，换能器102可以同时具有发送和接收能力。例如，每个换能器元件104可以在发射和接收超声波之间交替。替代地，一些换能器元件104可以发射超声波，而其他换能器元件104可以同时接收反射波。换能器阵列的发射和接收区域可以配置为不同的合适的模式和形状。例如，在2018年6月6日提交的美国专利申请号62/681,282中提供了配置用于向靶/非靶区域发射声信号并测量由此反射的声信号的换能器阵列102的方法，其内容通过引用并入本文。另外或替代地，可以使用声信号传感器122来测量来自靶/非靶区域的声信号，所述声信号传感器122然后将所测量的信号传输至控制器108以进行分析。
基于所测量的波反射信号，控制器108可以创建靶和/或非靶区域的图像；基于此，靶位置可以由操作者手动识别，或者由控制器108使用常规技术自动识别(在步骤308中)。例如，可以通过本领域技术人员已知的多种特征检测或跟踪方法中的任何一种来处理超声图像，以确定与靶相关联的坐标。靶位置可以在图像帧内的绝对坐标中确定(例如，根据行数和列数)，或者通常在超声坐标系中使用例如边缘检测或斑点检测来确定。可以周期性地(例如，每100ms)执行超声成像过程，直到完成一个或多个MR图像的获取。在各种实施例中，两个连续超声图像中的靶位置在逐个像素(pixel by pixel)的基础上进行比较以确定靶运动(在步骤310中)。如果它们之间的靶像素的位移落在预定阈值以下(聚合地或单个地)，则可以假定没有发生靶运动，并且不需要对MR成像数据进行校正。例如，用于单个靶像素移位的阈值是两个像素，并且用于聚合的靶像素移位的阈值是十个像素。参照图4A，可以首先在时间t1获取的第一超声图像中的靶像素T1-T5处识别靶区域；在时间t2获取的下一个超声图像中，靶位置移位到靶像素T1’-T5’。因为每个靶像素T1-T5已经在两个图像之间移位一个像素(小于预定的两个像素移位阈值)，并且靶像素的聚合移位为五个像素(小于预定的十个像素移位阈值)，则认为靶运动不显著。相反，当靶像素的单个移位和/或聚合移位超过预定阈值时，可以确定靶已经移动并且需要对MR成像数据进行校正。例如，参照图4B，如果在时间t2获取的超声图像中的靶在靶像素T1”-T5”处被识别，则每个靶像素被移位三个像素(大于预定的两个像素移位阈值)并且靶区域的聚合移位为十五个像素(大于预定的十像素移位阈值)。结果，靶运动被认为是足够显著的，并且可以基于此来校正MR成像数据。
可以基于靶/非靶组织的类型、材料特性和/或位置来确定阈值。例如，如果紧邻靶区域的非靶组织是敏感的和/或重要的器官，则损坏非靶器官的风险很高，并且对治疗准确性的需求增加。因此，在这种情况下，与在两个连续超声图像中的靶像素之间的最大允许像素移位相对应的预定阈值(无需校正MR成像数据)可以比针对非敏感和/或临床上不重要的非靶组织围绕靶区域的情况小。因此，在一种实施方式中，阈值由控制器108基于例如步骤304中获取的靶/非靶组织的解剖学特性和/或表征靶和/或或非靶组织的材料特性的组织模型来确定。例如在2017年12月13日提交的国际申请号为PCT/IB2017/001689中描述了创建组织模型的方法，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
在各种实施例中，一旦通过超声成像检测到靶运动，就采用该信息来校正MR成像数据(在步骤312中)。例如，可以调整在MR成像数据中识别的靶位置和/或由MR成像数据提供的基线PRF相位图，以反映靶运动。同样，可以使用上述方法将超声成像数据与MR成像数据配准，以便将检测到的靶运动从超声坐标转换为MR坐标。例如，图像配准可以像超声和MR系统之间的一对一像素映射一样简单；因此，在确定靶位置已在超声坐标中移位三个像素后(如图4B所述)，控制器可以通过将靶位置在相同方向上移位三个像素(即向下一个像素并且向左两个像素)来校正在步骤302中获取的MR成像数据中的靶位置。
另外，将靶运动转换或映射为PRF相位图像中的相移的模型或查找表可以用于确定与检测到的靶运动相对应的相移；然后从步骤304中创建的PRF基线图像中减去该相移。在一些实施例中，在治疗之前获取覆盖靶运动的预期范围并提供与靶区域中的温度相对应的基线PRF相位图像的相位图像参考库。然后将检测到的靶运动(转换为MR系统的坐标)与参考库中的基线相位图像进行比较，以识别最佳匹配。所识别的最佳匹配参考基线图像然后用作校正的MR成像数据。获取参考库和识别最佳匹配参考图像的示例性方法在美国专利公开号2015/0016682中进行了描述，该公开的全部内容通过引用并入本文。基于调整/校正的MR成像数据，控制器108可以创建治疗计划(在步骤314中)以有效地治疗靶。例如，控制器108可以首先应用组织模型以获得所识别的靶和/或周围组织的材料特性(诸如它们的热敏性和/或可忍受的热能)。然后，治疗计划可以指定治疗目标，包括靶区域的消融温度和/或非靶区域的最大容许温度。模拟由例如穿过非均匀的介入组织的波束、换能器的几何形状和/或声场设计(例如，用于再聚焦目的)而产生的超声场畸变的计算物理模型可用于根据靶区域的位置和消融温度和/或非靶区域的最大可容忍温度，反过来计算与换能器元件相关的所需参数值(例如，幅度、频率、相位、方向和/或与换能器元件相关的激活时间，或连续一系列超声治疗之间的时间间隔)。这些超声参数值也可以包括在治疗计划中。可以将治疗计划存储在超声控制器108和/或MRI控制器216可访问的存储器中以在治疗期间取回。用于创建组织模型和物理模型、模拟超声畸变和治疗效果以及创建治疗计划的示例性方法描述于美国专利公开号2015/0359603和国际申请号PCT/IB2017/001689(2017年12月13日提交)和PCT/IB2018/000834(2018年6月29日提交)，其全部公开内容通过引用并入本文。
因为超声反射以高速度产生图像，所以可以实时地(或基本上实时地)监视靶。因此，使用两种单独的测量模态来跟踪靶——更准确但速度较低的模态(例如MR成像)和不太准确但速度较快的模态(例如超声成像)。每个模态提供不同的反馈回路(其信息可以单独使用或组合)以确定靶信息(例如，位置或温度)。应当注意，虽然这里的实施例描述了使用MRI和超声系统的实例，但在上述方法中可以使用任何两个合适的测量系统，只要它们以不同的速度运行即可。例如，可以采用相机来获取精度较低但速度较快的图像。
或者，参考图3B，可以使用相同的成像模态来完成快速循环和慢速循环跟踪。例如，MRI系统200可以获取与位置跟踪器(例如，MR基准点)相关联的数据，该位置跟踪器具有相对于靶区域的特定(例如，固定的)相对位置并且可以通过MR成像来跟踪(在步骤316中)；基于此，可以推断靶位置(在步骤318中)。MR基准点可以包括患者身体的解剖学特征或由其组成(例如，鼻尖、耳朵、眼边缘或上颚齿)。另外或替代地，MR基准点可以是MR追踪器，其外连到头骨和/或皮下植入患者头部。在一个实施例中，植入标记物是由包裹在薄的生物相容性塑料外壳中的生物相容性磁性纳米粒子制成的小且扁平的颗粒(flat pellet)。因为MR基准点仅用于指示靶位置，并且不需要它们的详细图像，所以可以以较低的分辨率以较高的扫描速度获得MR基准点的图像，以减少图像获取/处理时间。因此，在靶图像的获取期间，MRI系统200可以周期性地(例如，每5个靶图像帧)获取MR基准点的图像。同样，如果MR基准点的位置或两个连续的MR基准点图像之间的推断靶位置相差大于预定阈值，则可以如上所述以慢速校正靶的MR成像数据。
在一种实施方式中，在治疗之前建立MR基准点图像及其相关相位图像的参考库。在治疗期间，可以将每个获取的MR基准点图像与参考库中的MR基准点图像进行比较，以识别其最佳匹配图像；随后，可以识别与最佳匹配的MR基准点图像相关的相位图像。因此，通过在两个连续的帧中比较与识别出的最佳匹配的MR基准点图像相关的相位图像，可以计算出由于MR基准点运动而引起的相移，并且可以校正靶区域的MR成像数据。在一些实施例中，MR基准点与靶足够接近(例如，在几毫米内)；MR基准点位置处的温度可以与靶位置处的温度大致相同。因此，如上所述，可以利用MR测温法利用MR基准点的相位图像来估计靶温度。
另外，可以使用运动预测模型来在治疗之前和/或期间预测靶运动。例如，患者身体的自然运动(例如呼吸循环中腹部区域的规律性隆起和下陷)是可以预测的。可以预期患者身体的其他可能的运动(例如，头部的轻微转动和/或倾斜或手或手臂的滑动)。因此，运动预测模型可以包括在针对靶区域的运动范围内的预测轨迹。靶区域可以与患者的呼吸周期基本同步地遵循并重复预测的轨迹。如果预计患者可能会移动其头部、手或手臂，则也可以通过运动预测模型来估计此类运动的程度或范围。然后可以使用利用快速成像模态和/或位置跟踪器的预测靶运动和测量的靶运动来校正以慢速获取的靶的成像数据。
在各种实施例中，治疗计划指定各种超声参数值(例如，与换能器元件相关联的幅度、频率、相位、方向和/或激活时间，或连续的超声处理之间的时间间隔)，使得具有期望特性(例如，位置、大小、形状和/或声强度)的聚焦区域在靶处产生以产生期望的治疗效果。另外，治疗计划可以包括在靶区域中要达到的最低温度以确保有效治疗和/或在非靶区域中的最高允许温度以避免对非靶组织的损害。在一些实施例中，治疗计划还基于非靶区域的类型和/或位置来指定与非靶区域相关联的风险水平。例如，如果紧邻靶区域的非靶器官是敏感器官和/或关键器官，则治疗计划可指定将导致治疗中止的靶区域的较小的最大运动。如果治疗涉及微泡空化，则治疗计划可以指定用于在靶处创建微泡和/或引起微泡空化的超声参数值、试剂类型、大小、浓度、微泡注射部位的位置和/或与微泡相关的给药方案(例如，给药剂量或时间)。再一次，这些参数可以由控制器108自动确定。
参照图3C，在治疗程序期间，控制器108可以访问存储器以检索存储的治疗计划并据此操作换能器102和/或其他治疗相关装置(例如，微泡施用装置)(在步骤332中)。例如，换能器元件104可以根据治疗计划中指定的参数值被激活，以发射聚焦在靶处的高能超声脉冲用于治疗(例如，热消融)。另外，MRI系统200可以在治疗期间同时获取靶的图像(在步骤334中)，并将图像数据作为反馈提供给控制器108；然后，控制器108可以基于其调整治疗计划(例如，超声参数值和/或微泡特征)，以确保治疗效率和安全性(在步骤336中)。例如，如果MR热成像显示靶处的温度低于所需的消融温度，则控制器可以增加超声波的幅度。相反，如果MR热成像显示非靶区域的温度超过其最大容许温度，则控制器可以降低超声功率。另外，在MR成像数据指示靶已经移动的情况下，控制器可以使用物理模型确定更新的超声参数值，以便将超声波聚焦在新的靶位置。
为了监视治疗进度，可能需要在同一显示器上提供描述靶位置和靶区域温度图的图像。尽管MR成像数据可以提供这两种类型的信息，但每一种类型都需要对靶进行详细的、高分辨率的扫描，可能需要单独处理--例如，创建温差图可能需要重建真实空间处理图像，以确定靶位置，并从处理图像中减去基线相位图像。因此，通常仅利用靶的MR成像数据来同时显示靶的位置和温度信息是不切实际的。为了解决这个问题，在各种实施例中，至少一些换能器元件104的操作从治疗模式切换到成像模式，即，换能器元件104发射低功率波而不是发送高功率的超声波(即，不会对靶造成任何显著临床影响的波)，随后接收来自靶的超声反射(在步骤338中)。同样，每个换能器元件可以在发射和接收超声波之间交替。替代地，一些换能器元件可以发射低功率超声波，而其他换能器元件可以同时接收反射波。基于反射，可以根据常规技术来实时地构建指示靶位置的图像。然后可以将超声图像与MR热图配准，以便实时提供包括靶位置和靶温度的图像，从而允许在治疗期间同时监视靶运动和治疗过程。
在各种实施例中，在反射信号被换能器元件104接收并提供给控制器108以进行图像处理之后，可以在治疗模式下再次激活元件104以发射用于治疗靶的高功率超声波。因为超声成像程序需要很少的时间(例如10毫秒)，所以成像中断不会对靶的治疗产生任何临床上显著的影响。在一种实施方式中，换能器元件104周期性地(例如，每100ms)从治疗模式切换到成像模式，以便在治疗期间提供靶位置的实时测量。此外类似于准备步骤310在治疗期间，可以逐个像素地比较两个连续超声图像中的靶位置，以确定靶运动是否已经发生。如果是(即，当两个连续图像之间的靶像素的移位量超过预定阈值时)，则校正在步骤334中获取的MR图像中识别的相位图和/或靶位置，以消除(或至少减少)靶运动造成的伪像。校正的MR图像然后可以提供靶的更准确和更好的成像分辨率，用于监视目的。同样，利用如上所述的成像配准、模型或查找表可以有利于图像校正。
另外或替代地，可以使用一个或多个位置跟踪器(例如，MR基准点)来监视靶位置(步骤338)。例如，在MRI装置200获取高分辨率靶图像之后，并且在处理获取的数据以重建真实空间图像期间，MRI装置200可以对MR基准点进行快速、低分辨率的扫描。同样，由于MR基准点数据仅用于建立靶位置，因此不需要详细的图像重建。仅识别低分辨率的原始MR基准点数据中的MR基准点的空间位置并从中推断靶位置的处理时间可能相对较短。因此，可以在使用高分辨率靶图像生成MR热图之前或基本同时获得靶位置。这使得靶的位置和温度信息都可以在同一显示器上提供并实时更新(在步骤340中)。再次，可以周期性地(例如，每5个靶图像帧)扫描MR基准点，以在治疗期间实时监视靶位置。
在一个实施例中，使用除了MR基准点以外的其他对象来监视靶位置。例如，运动传感器(例如，呼吸带)124可以绕患者绑上，以提供关于患者运动的额外信息。该信息可以补充由快速模态和/或MR基准点提供的信息，以提高跟踪靶位置的准确性。在美国专利公开2017/0358095号中提供了利用补充信息来提高靶位置跟踪精度的示例性方法，其全部公开内容通过引用并入本文。另外或替代地，快速模态、慢速模态和/或第三成像模态(例如，相机或计算机断层摄影设备)可以获取另外的对象的图像(例如，可以在第三成像模态识别的解剖标志)以提供有关患者运动的图像相关信息。
应当注意，仅使用一种成像模态(例如，超声成像、MR成像或其他合适的成像模态)对靶区域的图像获取足以实时跟踪靶运动。但是，由于超声图像可能比MR图像具有更低的分辨率，而MR成像可能比超声图像具有更高的延迟，因此最好将它们组合以提供高分辨率和短延迟的图像。因此，各种实施例采用具有不同速度的两种成像模态(或具有两种不同速度的一种成像模态)来获取靶/非靶的信息。以较慢速度获取的信息可以提供靶/非靶的更准确的位置和/或热图，而以较快速度获取的信息可以降低信息的准确性/分辨率，从而允许对靶/非靶的更快的运动跟踪。通过组合以两种速度获取的信息，可以创建治疗计划，该计划在执行时可以有效、安全地治疗靶，同时避免损坏非靶组织。在治疗期间，使用两种不同速度获取的信息可以向控制器108提供两个不同的闭环反馈控制信号——快速回路和缓慢回路数据。基于此，控制器108可以继续或调整治疗计划(例如，超声参数值)以补偿靶运动，以便实现治疗目标。另外，当需要除跟踪靶运动以外的目的(例如，创建靶和/或非靶区域的热图和/或同时显示热图和靶运动)时，可能需要两种成像模态。
再次参考图3C，超声治疗可能涉及微泡(出于自动聚焦、BBB开放和/或增强治疗效果的目的)。因此，在各种实施例中，可以使用声信号检测器122来测量来自微泡的声信号(在步骤342中)。基于所测量的微泡信号(以及可选地，MR成像数据(校正的或未校正的)，可以在靶和/或非靶区域生成微泡剂量图或时间空化活动图(在步骤344中)。控制器108然后可以基于此调整治疗计划(例如，超声参数值、药剂类型、微泡的大小和/或浓度、微泡注射部位的位置和/或给药概况(例如，与微泡相关的给药剂量或给药时间)。另外，所产生的微泡剂量图或时间空化活动图可以同时提供，MR热图和/或位置图在同一显示器上。
虽然本文的实例涉及超声能量的传递，但应当理解，这些相同的系统和方法可以应用于其他治疗方式，例如放射治疗、图像引导手术等。
通常，用于创建治疗计划并执行治疗计划的功能包括，例如，分析使用一种或多种成像方式(例如，超声成像、MR成像或相机)获得的靶和/或非靶区域的成像数据，确定靶位置，基于成像数据生成基线相位图像，跟踪靶组织、非靶组织和/或其他非靶对象(例如，位置跟踪器)的运动，基于成像数据创建表征靶/非靶区域的材料特性的组织模型，计算地预测靶/非靶的运动，基于跟踪/预测的靶运动校正靶位置和/或相位图像，确定与治疗相关的设备(例如，超声换能器)相关联的参数值，基于确定的值激活治疗相关设备，从位于靶/非靶区域处的微泡获取声信号，基于获取的微泡信号生成微泡剂量图或时间空化活动图，基于跟踪/预测的靶运动和/或获取的微泡信号调整治疗计划，和/或同时提供靶/非靶的位置和温度信息，在同一显示器上的微泡剂量图和/或时间空化活动图，并实时更新显示的信息，如上所述，无论是否集成在成像器112(例如，MRI装置200)的控制器中，和/或超声系统100，或由单独的外部控制器或其他一个或多个计算实体提供，可以构造为以硬件、软件或两者结合实现的一个或多个模块。超声控制器108和/或MR控制器216可以包括在硬件、软件或两者的组合中实现的一个或多个模块。对于其中功能作为一个或多个软件程序提供的实施例，所述程序可以用许多高级语言中的任何一种来编写，例如PYTHON、FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、BASIC、各种脚本语言和/或HTML。另外，软件可以用指向驻留在靶计算机上的微处理器的汇编语言来实现；例如，如果软件配置为在IBM PC或PC克隆上运行，则可以用Intel 80x86汇编语言实现。所述软件可以实施在制品上，包括但不限于软盘、闪存盘、硬盘、光盘、磁带、PROM、EPROM、EEPROM、现场可编程门阵列或CD-ROM。可以使用例如一个或多个FPGA、CPLD或ASIC处理器来实现使用硬件电路的实施例。
另外，这里使用的术语“控制器”或“自动控制系统”广泛地包括用于执行如上所述的任何功能的所有必要的硬件组件和/或软件模块；所述控制器可以包括多个硬件组件和/或软件模块，并且功能可以在不同的组件和/或模块之间传播。
本文使用的术语和表达用作描述的术语而非限制，并且在使用这些术语和表达时，无意排除所示和所述特征的任何等同物或其部分。另外，已经描述了本发明的某些实施例，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以使用结合本文公开的概念的其他实施例。因此，所描述的实施例被认为是仅在所有方面对本发明进行说明，而非限制。
权利要求书是：

Claims (95)

1.一种用于治疗解剖学靶的系统，所述系统包括：
(a)治疗装置；
(b)第一成像模态，用于在时间间隔期间获取解剖学靶的一个或多个图像；
(c)第二成像模态，用于在所述时间间隔期间获取第一可成像对象的一系列图像，其中第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，且第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及
(d)控制器，其配置为(i)处理解剖学靶的一个或多个图像，以便确定与靶相关的信息，(ii)处理第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于第一可成像对象相对于解剖学靶的一系列图像和相对位置跟踪解剖学靶的运动，以及(iv)至少部分地基于在时间间隔期间与解剖学靶相关的跟踪运动和信息，生成用于治疗解剖学靶的与治疗装置相关的治疗计划。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于治疗计划来激活治疗装置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一或第二成像模态还配置为获取第二可成像对象的第二系列图像，且所述控制器还配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于获取第二可成像对象的第二系列图像的第三成像模态，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述解剖学靶的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于第二可成像对象的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一可成像对象包括所述解剖学靶。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，且所述控制器进一步配置为确定在步骤(c)获取的一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断所述解剖学靶的位置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一可成像对象为解剖学特征。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一可成像对象为MR跟踪器。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，与所述解剖学靶相关联的信息包括其位置、热图、微泡剂量图或时间空化活动图中的至少一个。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基于其跟踪的运动来更新与解剖学靶相关联的信息。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述解剖学靶的一个或多个图像包括一个或多个基线相位图像，且所述控制器进一步配置为从一个或多个基线相位图像减去与跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第一成像模态进一步获取参考库，所述参考库包括所述第一可成像对象的一系列参考图像。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二成像模态包括MRI装置，其中所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的一个或多个图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括相机。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括超声装置。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述治疗装置包括所述超声装置。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述治疗装置包括不同于所述第二成像模态的第二超声装置。
21.根据权利要求18所述的系统，其中，所述超声装置包括多个换能器元件，且所述治疗计划指定与所述换能器元件中的至少一个相关联的幅度、频率、相位、方向或激活时间中的至少之一。
22.一种生成用于治疗解剖学靶的治疗计划的方法，所述方法包括：
(a)在时间间隔期间，使用第一成像模态获取解剖学靶的一个或多个图像并基于此确定与解剖学靶相关联的信息；
(b)还在时间间隔期间，使用第二成像模态获取第一可成像对象的一系列图像，其中所述第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，且第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；
(c)在所述时间间隔期间，实时地基于解剖学靶的一个或多个图像、第一可成像对象的一系列图像以及第一可成像对象相对于解剖学靶的相对位置来跟踪解剖学靶的运动；以及
(d)至少部分地基于在所述时间间隔期间跟踪的运动和与解剖学靶相关联的信息，生成用于治疗解剖学靶的治疗计划。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括至少部分地基于所述治疗计划来激活治疗装置。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述治疗装置包括超声装置。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括超声装置。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述治疗装置包括不同于所述第二成像模态的第二超声装置。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述超声装置包括多个换能器元件，且所述治疗计划指定与所述换能器元件中的至少一个相关联的幅度、频率、相位、方向或激活时间中的至少之一。
28.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括相机。
29.根据权利要求22所述的方法，还包括：
使用第一或第二成像模态来获取第二可成像对象的第二系列图像；以及
至少部分地基于第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。
30.根据权利要求22所述的方法，还包括：
使用第三成像模态用于获取第二可成像对象的第二系列图像；以及
至少部分地基于第二可成像对象的第二系列图像来跟踪解剖学靶的运动。
31.根据权利要求22所述的方法，进一步包括至少部分地基于所述解剖学靶的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
32.根据权利要求22所述的方法，进一步包括至少部分地基于第二可成像对象的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
33.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一可成像对象包括所述解剖学靶。
34.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，所述方法进一步包括确定在步骤(c)获取的一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断所述解剖学靶的位置。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第一可成像对象为解剖学特征。
36.根据权利要求34所述的系统，其中，所述第一可成像对象为MR跟踪器。
37.根据权利要求22所述的方法，其中，与所述解剖学靶相关联的信息包括其位置、热图、微泡剂量图或时间空化活动图中的至少之一。
38.根据权利要求22所述的方法，进一步包括基于解剖学靶的跟踪的运动来更新与解剖学靶相关联的信息。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述解剖学靶的一个或多个图像包括一个或多个基线相位图像，所述方法进一步包括从一个或多个基线相位图像减去与跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。
40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括使用第一成像模态获取参考库，所述参考库包括所述第一可成像对象的一系列参考图像。
41.根据权利要求40所述的方法，还包括：
将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像之一与参考库中的参考图像进行比较，以识别最佳匹配的参考图像；以及
至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像来确定相移。
42.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一和第二成像模态包括MRI装置，所述方法进一步包括激活所述MRI装置，以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的一个或多个图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。
43.一种用于治疗解剖学靶的系统，所述系统包括：
(a)治疗装置；
(b)第一成像模态，用于在治疗期间获取解剖学靶的一个或多个图像；
(c)第二成像模态，用于在治疗期间获取第一可成像对象的一系列图像，其中第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，且第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及
(d)控制器，其配置为(i)处理解剖学靶的一个或多个图像，以便确定与其相关的信息，(ii)处理第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于第一可成像对象相对于解剖学靶的一系列图像和相对位置跟踪解剖学靶的运动，以及(iv)至少部分地基于跟踪的运动和治疗期间获取的解剖学靶的信息使治疗装置向解剖学靶提供治疗。
44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一或第二成像模态还配置为获取第二可成像对象的第二系列图像，且所述控制器还配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
45.根据权利要求43所述的系统，进一步包括用于获取第二可成像对象的第二系列图像的第三成像模态，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
46.根据权利要求43所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述解剖学靶的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
47.根据权利要求43所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于第二可成像对象的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
48.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一可成像对象包括所述解剖学靶。
49.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，且所述控制器进一步配置为确定一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断所述解剖学靶的位置。
50.根据权利要求49所述的系统，其中，所述第一可成像对象为解剖学特征。
51.根据权利要求49所述的系统，其中，所述第一可成像对象为MR跟踪器。
52.根据权利要求43所述的系统，其中，与所述解剖学靶相关联的信息包括其位置、热图、微泡剂量图或时间空化活动图中的至少一个。
53.根据权利要求43所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基于其跟踪的运动来更新与解剖学靶相关联的信息。
54.根据权利要求53所述的系统，其中，所述解剖学靶的一个或多个图像包括一个或多个基线相位图像，且所述控制器进一步配置为从一个或多个基线相位图像减去与跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。
55.根据权利要求54所述的系统，其中，所述第一成像模态进一步获取参考库，所述参考库包括所述第一可成像对象的一系列参考图像。
56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
57.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一和第二成像模态包括MRI装置，其中所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的一个或多个图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。
58.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括相机。
59.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括超声装置。
60.根据权利要求59所述的系统，其中，所述治疗装置包括所述超声装置。
61.根据权利要求59所述的系统，其中，所述治疗装置包括不同于所述第二成像模态的第二超声装置。
62.根据权利要求59所述的系统，其中，所述超声装置包括多个换能器元件，且所述控制器进一步配置为指定与所述换能器元件中的至少一个相关联的幅度、频率、相位、方向或激活时间中的至少之一，从而向解剖学靶提供治疗。
63.一种用于在时间间隔期间提供解剖学靶的热图的系统，所述系统包括：
(a)第一成像模态，用于在时间间隔期间获取解剖学靶的一个或多个图像；
(b)第二成像模态，用于在所述时间间隔期间获取第一可成像对象的一系列图像，其中第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，且第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及
(c)控制器，其配置为(i)处理解剖学靶的一个或多个图像以便生成其热图，(ii)处理第一可成像对象的一系列图像，(iii)基于第一可成像对象相对于解剖学靶的一系列图像和相对位置跟踪解剖学靶的运动，以及(iv)至少部分地基于时间间隔期间跟踪的运动和解剖学靶的信息，更新解剖学靶的热图。
64.根据权利要求63所述的系统，其中，所述第一或第二成像模态还配置为获取第二可成像对象的第二系列图像，且所述控制器还配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
65.根据权利要求63所述的系统，进一步包括用于获取第二可成像对象的第二系列图像的第三成像模态，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
66.根据权利要求63所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述解剖学靶的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
67.根据权利要求63所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于第二可成像对象的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
68.根据权利要求63所述的系统，其中，所述第一可成像对象包括所述解剖学靶。
69.根据权利要求63所述的系统，其中，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，且所述控制器进一步配置为确定一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断所述解剖学靶的位置。
70.根据权利要求69所述的系统，其中，所述第一可成像对象为解剖学特征。
71.根据权利要求69所述的系统，其中，所述第一可成像对象为MR跟踪器。
72.根据权利要求63所述的系统，其中，所述解剖学靶的一个或多个图像包括一个或多个基线相位图像，且所述控制器进一步配置为从一个或多个基线相位图像减去与跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。
73.根据权利要求72所述的系统，其中，所述第一成像模态进一步获取参考库，所述参考库包括所述第一可成像对象的一系列参考图像。
74.根据权利要求73所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
75.根据权利要求63所述的系统，其中，所述第一和第二成像模态包括MRI装置，其中所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的一个或多个图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。
76.根据权利要求63所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括相机。
77.根据权利要求63所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括超声装置。
78.一种用于提供绘制与解剖学靶相关联的位置和热图的成像的系统，所述系统包括：
(a)第一成像模态，用于获取解剖学靶的一个或多个图像；
(b)第二成像模态，用于获取第一可成像对象的一个或多个图像，其中第一可成像对象具有相对于解剖学靶的相对位置，且第二成像模态具有比第一成像模态更高的图像捕获速度；以及
(c)控制器，其配置为(i)处理解剖学靶的一个或多个图像以便生成其热图，(ii)处理第一可成像对象的一系列图像，以及(iii)基于第一可成像对象相对于解剖学靶的一系列图像和相对位置跟踪解剖学靶的运动；以及
(d)显示器，用于同时显示所生成的热图和解剖学靶的跟踪的运动。
79.根据权利要求78所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于显示的热图和解剖学靶的运动来激活治疗装置。
80.根据权利要求79所述的系统，其中，所述治疗装置包括超声装置。
81.根据权利要求80所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括不同于用于治疗的所述超声装置的第二超声装置。
82.根据权利要求78所述的系统，其中，所述第一成像模态包括MRI装置，且所述第二成像模态包括相机。
83.根据权利要求78所述的系统，其中，所述第一或第二成像模态还配置为获取第二可成像对象的第二系列图像，且所述控制器还配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
84.根据权利要求78所述的系统，进一步包括用于获取第二可成像对象的第二系列图像的第三成像模态，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述第二可成像对象的第二系列图像来跟踪所述解剖学靶的运动。
85.根据权利要求78所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述解剖学靶的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
86.根据权利要求78所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为至少部分地基于第二可成像对象的预测运动来跟踪所述解剖学靶的运动。
87.根据权利要求78所述的系统，其中，所述第一可成像对象包括所述解剖学靶。
88.根据权利要求78所述的系统，其中，所述第一可成像对象与所述解剖学靶不同，且所述控制器进一步配置为确定一系列图像的每个中的第一可成像对象的位置，并基于所确定的第一可成像对象的位置推断所述解剖学靶的位置。
89.根据权利要求88所述的系统，其中，所述第一可成像对象为解剖学特征。
90.根据权利要求88所述的系统，其中，所述第一可成像对象为MR跟踪器。
91.根据权利要求78所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为基于跟踪的运动来更新热图。
92.根据权利要求91所述的系统，其中，所述解剖学靶的一个或多个图像包括一个或多个基线相位图像，且所述控制器进一步配置为从一个或多个基线相位图像减去与跟踪的运动相关联的相移，从而生成所述解剖学靶的热图。
93.根据权利要求92所述的系统，其中，所述第一成像模态进一步获取参考库，所述参考库包括所述第一可成像对象的一系列参考图像。
94.根据权利要求93所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为(i)将使用第二成像模态获取的第一可成像对象的图像中的一个与参考库中的参考图像比较，以识别最佳匹配的参考图像，以及(ii)至少部分地基于所识别的最佳匹配的参考图像确定相移。
95.根据权利要求78所述的系统，其中，所述第一和第二成像模态包括MRI装置，其中所述MRI装置配置为以相对较快的扫描速度获取解剖学靶的一个或多个图像并以相对较慢的扫描速度获取第一可成像对象的一系列图像。
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