CN114746148A - 用于聚焦超声程序的治疗前组织敏感化 - Google Patents

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Abstract

用于治疗靶组织的系统和方法包括：生成声处理脉冲的准备序列，用于将声能传递至靶组织；暂停声处理脉冲的生成经过一延迟间隔；以及生成一系列的声处理脉冲的治疗序列，用于将声能传递至靶组织，治疗序列之间具有声处理间隔，且延迟间隔比最大声处理间隔大预定的系数。

Description

用于聚焦超声程序的治疗前组织敏感化
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月11日提交的美国临时专利申请第62/913,772号的优先权和权益，并将其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本发明总体上涉及超声治疗，且特别是涉及用于在超声治疗期间增强组织响应的系统和方法。
背景技术
诸如良性或恶性肿瘤、器官或其它身体区域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最小侵入或完全为非侵入性的治疗。两种方法都可以有效治疗某些局部病症，但是涉及复杂的程序，以避免破坏或损伤其他健康的组织。
热消融，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。由于相对较短的波长，超声能量可以聚焦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期望的聚焦区构成障碍。因此，超声能量可以聚焦在较小的靶上，以便消融病变组织，同时对周围健康组织的损伤最小化。
为了将超声能量聚焦在期望的靶处，可以将驱动信号发送至具有多个换能器元件的声(优选地为压电)换能器，使得在聚焦区处发生相长干涉。在靶处，可以传递足够的声能以加热组织直到发生坏死，即直到组织被破坏。优选地，在聚焦区域外的、声能通过的、沿着路径的非靶组织(“通过区”)仅被最低限度地加热(如果有的话)，从而最小化对聚焦区域外的组织的损伤。
通常，超声能量是根据治疗计划传递的，通常基于靶的预定义模型和患者的解剖结构。在治疗期间，靶处的温度使用例如磁共振成像(MRI)设备进行监测。如果测得的温度低于坏死所需的目标温度，则增加从换能器发射的超声能量。然而，在某些情况下，能够传递到靶的最大声能是受限的——例如，由于周围组织的热敏感性。
因此，需要提供有效的超声治疗而不超过声能的最大允许沉积而对非靶组织造成损伤的方法。
发明内容
本发明提供用于允许对靶组织进行有效超声治疗同时通过在执行超声治疗之前增大靶区域中的组织敏感性来避免对非靶组织的损伤的系统和方法。在各种实施例中，在将靶组织暴露于一系列的一个或多个治疗性声处理序列之前执行将一个或多个声处理序列应用于靶组织的“准备(priming)”阶段。声处理的准备序列可以有效地增强靶中各种类型的组织对各种频率的声能的敏感性。由于靶区域处的组织敏感性增大了，因此其中的组织坏死所需的最小声能可以减小。结果，从超声换能器发射以提供有效靶治疗的声能可以减小，而不超过声能的最大允许沉积而结果对非靶组织造成损伤。
在一个实施例中，在声处理的准备序列结束之后，在应用所述一系列的一个或多个治疗性声处理序列之前，超声换能器停止经过一延迟间隔。此外，延迟间隔优选地比两个连续治疗声处理序列之间的最长声处理间隔长预定的系数(例如，2倍、10倍、50倍或100倍)。附加地或替代地，在准备阶段之前和/或期间可以将小的气/液泡(或“微泡”)引入靶区域；微泡的空化可以进一步增强靶区域中的组织敏感性。在一些实施例中，在准备序列之后(例如，在治疗期间)将微泡引入靶以帮助组织破坏或坏死和/或改善超声聚焦束的聚焦特性。
因此，一方面，本发明涉及一种用于治疗靶组织的系统。在各种实施例中，所述系统包括用于将声能传递至靶组织的超声换能器(例如，相控阵列换能器)；以及控制器，配置为(i)生成声处理脉冲准备序列，用于驱动超声换能器，以根据准备序列将声能传递至靶组织，(ii)暂停驱动超声换能器经过一延迟间隔，以及(iii)生成一系列的声处理脉冲治疗序列，用于驱动超声换能器，以根据一系列的治疗序列将声能传递至靶组织。在一个实施方式中，治疗序列之间具有声处理间隔，且延迟间隔比最大声处理间隔大预定的系数(例如，2倍或10倍)。
此外，所述系统可以进一步包括施用装置，用于施用超声造影剂以作用于靶组织处。例如，控制器可以进一步配置为在准备序列和/或治疗序列期间操作施用装置以施用超声造影剂。在一些实施例中，准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的一个或多个固定参数。控制器可以进一步配置为确定用于维持靶组织处的微泡目标浓度的固定参数的值。附加地或替代地，控制器可以进一步配置为确定用于维持靶组织处的微泡目标浓度的固定参数的值。
在各种实施例中，准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的一个或多个变化参数。控制器可以进一步配置为确定所述变化参数的值，用于(i)在靶组织中引发微泡空化，(ii)在靶组织处维持微泡空化的目标范围，和/或(iii)避免在靶组织中形成微泡云。在一个实施例中，控制器进一步配置为至少部分地基于来自靶组织的声响应来确定微泡空化的目标范围。
此外，所述系统可以进一步包括一个或多个声信号检测器；控制器可以进一步配置为基于由声信号检测器检测到的来自靶组织的声响应来调整与准备序列相关联的参数。在一个实施方式中，准备序列具有混合频率。此外，所述系统可以包括一个或多个成像装置(例如，超声、MRI、CT、X射线、PET、SPECT或红外成像装置)，用于引导准备序列和/或治疗序列。成像装置可以产生1D、2D、3D和/或4D图像。
在另一方面，本发明涉及一种治疗靶组织的方法。在各种实施例中，所述方法包括生成声处理脉冲的准备序列，用于将声能传递至靶组织；暂停生成声处理脉冲经过一延迟间隔；以及生成一系列的声处理脉冲的治疗序列，用于将声能传递至靶组织。在一个实施方式中，治疗序列之间具有声处理间隔，且延迟间隔比最大声处理间隔大预定的系数。
本发明的另一方面涉及一种用于治疗靶组织的系统。在各种实施例中，所述系统包括用于将声能传递至靶组织的超声换能器(例如，相控阵列换能器)；用于在靶组织处施用超声造影剂的施用装置；控制器，配置为(i)生成声处理脉冲的准备序列，用于驱动超声换能器，以根据准备序列将声能传递至靶组织，(ii)操作施用装置以在准备序列期间施用超声造影剂，以及(iii)生成声处理脉冲的治疗序列，用于驱动超声换能器，以根据治疗序列将声能传递至靶组织。
在各种实施例中，准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的一个或多个固定参数。另外，控制器可以进一步配置为确定用于维持靶组织处的微泡目标浓度的固定参数的值。在一个实施例中，准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的一个或多个变化参数。控制器进一步配置为确定所述变化参数的值，用于(i)在靶组织中引发微泡空化，(ii)在靶组织处维持微泡空化的目标范围，和/或(iii)避免在靶组织中形成微泡云。进一步，控制器可以进一步配置为至少部分地基于来自靶组织的声响应来确定微泡空化的目标范围。
在一些实施例中，所述系统进一步包括一个或多个声信号检测器；控制器进一步配置为基于由声信号检测器检测到的来自靶组织的声响应来调整与准备序列相关联的参数。在一个实施例中，准备序列具有混合频率。此外，所述系统可以进一步包括一个或多个成像装置(例如，超声、MRI、CT、X射线、PET、SPECT或红外成像装置)，用于引导准备序列和/或治疗序列。成像装置可以产生1D、2D、3D和/或4D图像。在一个实施方式中，控制器进一步配置为在治疗序列期间操作施用装置以施用超声造影剂。
又另一方面，本发明涉及一种治疗靶组织的方法。在各种实施例中，所述方法包括生成声处理脉冲的准备序列，用于根据准备序列将声能传递至靶组织；在准备序列期间施用超声造影剂；以及生成声处理脉冲的治疗序列，用于根据治疗序列将声能传递至靶组织。
如本文所用，术语“基本上”是指±10％，在一些实施例中，为±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
图1A示出根据本发明的各种实施例的聚焦超声系统；
图1B示意性地示出根据本发明的各种实施例的示例性MRI系统；
图2A示出根据本发明的各种实施例的声处理脉冲的单个连续的准备序列；
图2B示出根据本发明的各种实施例的声处理脉冲的一系列时间上分隔的准备序列；
图3A-3I示出根据本发明的各种实施例的声处理脉冲的一个或多个准备序列的各种配置；
图4示意性地示出根据本发明的各种实施例在准备阶段在靶区域处注射和/或生成的微泡；
图5示出根据本发明的各种实施例的其后跟有一延迟间隔的准备声处理序列和一系列的治疗声处理序列；以及
图6为示出根据本发明的各种实施例的用于治疗靶组织的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1A示出用于将超声聚焦到患者体内的靶区域101上的示例性超声系统100。所述系统100可以以各种方式定形超声能量，例如产生点聚焦、线聚焦、环形聚焦或同时产生多个聚焦。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，以及将输入电子信号提供给波束形成器106的频率发生器110。
阵列102可以具有适合于将其放置在颅骨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可以是压电陶瓷的电容式微机械超声换能器(CMUT)或微机电系统(MEMS)元件，并且可以安装在硅橡胶中或安装在适合于阻尼元件104之间的机械耦合的任何其他材料中。也可以使用压电复合材料或通常以有利于将电能转换为声能的方式定形的任何材料。为了确保向换能器元件104的最大功率传输，可以将元件104配置为用于电谐振，匹配输入阻抗。
换能器阵列102耦合至波束形成器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的超声波束或场。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和相移电路120或者由放大器118和相移电路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4.0MHz的范围内，频率发生器110可以为例如可从斯坦福研究系统(Stanford Research 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。
由波束形成器106施加的放大或衰减因子α1-αn和相移a1-an用于使超声能量通过非均匀组织(例如，位于从换能器元件到靶区域或“路径区域”的超声波束的声路径的患者的颅骨或不同组织)发射和聚焦至靶区域上(例如，患者大脑中的区域)。通过调整放大因子和/或相移，可以在靶区域处形成聚焦区的期望形状和强度。
可以使用控制器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相关的计算功能。例如，控制器108可以以常规方式并且在没有过度试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，以确定要换能器元件104的频率、相移和/或放大因子。在某些实施例中，控制器计算是基于关于位于换能器102和靶101(例如，通过区域)之间的介入组织的特征(例如，结构、厚度、密度等)及其对声能传播的影响的详细信息。在各种实施例中，这类信息从诸如磁共振成像(MRI)装置、电子计算机断层扫描(CT)装置、正电子发射计算机断层扫描(PET)装置、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)装置，或超声检查装置等的成像器112获得。图像采集可以为三维的(3D)，或者替代地，成像器112可以提供一组适合于重建靶区域101和/或其它区域(例如，围绕靶101的区域，或位于换能器和靶之间的通过区域中的区域，或其它靶区域)的三维图像的二维(2D)图像。图像处理功能可以在成像器112、控制器108或单独的设备中实现。
另外，超声系统100可以包括用于将微泡引入患者体内的施用系统124。合适的施用系统的示例在PCT公开第WO 2019/116095号中进行了描述，其全部内容通过引用并入本申请。在一些实施例中，超声系统100和/或成像器112可以用于检测来自位于靶区域101或其附近(例如，在10mm内)的微泡的信号，以便识别微泡空化的量、类型和/或位置。附加地或替代地，系统100可以包括声信号检测器(诸如水听器或合适的替代物)126，检测从微泡发射和/或反射的超声，并且可以将其接收的信号提供给控制器108，用于进一步处理。例如，在美国专利第10,575,816号中提供了利用来自微泡的反射信号来识别微泡空化的量、类型和/或位置的方法，其全部内容通过引用并入本申请。可以使用管理换能器操作的同一控制器108来操作成像器112、施用系统124和/或声信号检测器126；或者，可以通过彼此相互通信的一个或多个专用的控制器单独控制。
图1B示出示例性的成像器——即，MRI设备112。设备112可以包括圆柱形电磁体134，其在电磁体134的孔136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台138上的孔136内。患者体内(例如，患者的头部)的目标区域140可以定位在成像区域142内，其中电磁体134产生基本上均匀的场。一组圆柱形磁场梯度线圈144也可以设置在孔136内并围绕患者。梯度线圈144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(precession frequency)相关联，从而给MR图像提供其空间分辨率。围绕成像区域142的RF发射器线圈146将RF脉冲发射到成像区域142中，使患者的组织发出磁共振(MR)响应信号。原始MR响应信号由RF线圈146感测并传递到MR控制器148，MR控制器然后计算MR图像，可以显示给用户。或者，可以使用单独的MR发射器和接收器线圈。利用MRI设备112获取的图像可以为放射科医生和内科医生提供不同组织之间的视觉对比以及患者解剖结构的详细内部视图，而传统的X射线技术无法将其可视化。
MRI控制器148可以控制脉冲序列，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148可以与换能器控制器108组合成集成系统控制设施。
使用传统图像处理系统将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148的一部分，或者可以是与MRI控制器148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101，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靶区域101中(或附近)。
在示例性程序中，成像器(例如，MRI装置)112在应用超声处理之前获取靶区域和/或非靶区域的信息(诸如位置、大小和/或形状等)。在一个实施例中，所述信息包括对应于靶/非靶区域的一组3D体素，并且在一些情况下，体素包括指定组织特征(例如，类型、性质、结构、厚度、密度等)的属性。基于所获取的信息，可以确定换能器配置(例如，频率、相位和/或幅度)，以在靶区域101处产生焦点，而不会使非靶区域过热。
在各种实施例中，一旦表征了靶/非靶区域，在将靶组织暴露于一系列的治疗性声处理之前，执行涉及对靶组织应用至少一个声处理序列的准备阶段。参照图2A，准备序列可以由声处理脉冲204(以治疗期间使用的频率)的单个连续序列202组成。在一个实施例中，单个连续脉冲序列202持续0.01至10秒。替代地，参照图2B，准备序列可以包括一系列212的时间分离脉冲序列214-218(例如，以10Hz的频率重复的16ms脉冲串，也以与治疗期间将使用的相同的超声频率)。所述一系列212的时间分离脉冲序列214-218可以共同持续1至600秒。
准备序列中的超声输出的各种参数可以为固定的或可以变化。例如，再次参照图2A，连续脉冲序列202内的脉冲204的功率和/或频率可以为固定的；类似地，参照图2B，声处理系列212的时间分离脉冲序列中的脉冲的功率和/或频率可以为固定的，且系列212中的序列214-218的频率可以为固定的。替代地，连续脉冲序列内的脉冲的功率和/或频率可以变化。例如，图3A和3B分别示出连续脉冲序列304中的脉冲302的变化的功率和变化的频率。图3C示出在准备阶段中变化的连续脉冲序列304中的脉冲302的功率和频率。特别地，功率可以从1W至1500W变化，频率可以从50kHz至10MHz变化。类似地，声处理系列的一个时间分离脉冲序列内的脉冲的功率和/或频率可以变化。例如，图3D和3E分别示出声处理系列316的时间分离脉冲序列314中的脉冲312的变化的功率和频率。图3F示出在准备阶段中变化的时间分离脉冲序列314中的脉冲312的功率和频率。进一步，声处理系列316的不同的时间分离脉冲序列314、318可以具有不同的功率水平(图3G和3I)和/或频率(图3H和3I)。
另外，换能器102可以配置为在准备阶段中生成具有多个工作频率的超声脉冲；结果，准备脉冲序列具有两个或更多个超声频率的组合(或混合频率)。混合频率可以在脉冲序列内和/或在声处理系列的不同的时间分离脉冲序列之间为固定的。例如，在美国专利公开第2016/0114193号中描述了用于制造和配置换能器以提供多频率和高功率输出的系统和方法，其全部公开内容通过引用并入本申请。
应当注意，功率和频率为示例性的参数，在准备脉冲序列中可以为固定的或可以变化；其他参数，诸如序列长度、靶组织中的超声机械指数和/或声束形状等，可以为固定的或者也可以变化，且因此落在本发明的范围内。
参照图4，在一些实施例中，微泡402在准备阶段被注入和/或生成在靶区域101中以促进组织敏感性。例如，微泡可以通过施加具有高于阈值的能量的超声脉冲来生成。由于由传播的超声脉冲产生的负压或者当被加热的液体破裂并充入气体/蒸汽时，可以形成微泡。另外地或替代地，微泡402可以使用施用系统124引入靶区域101。例如，微泡可以以诸如SONOVUE、六氟化硫气体微泡的悬浮液等超声造影剂的形式注射。生成微泡和/或将微泡引入靶区域101的方法在例如PCT公开第WO 2018/020315、WO 2019/116097、WO2019/058171、WO 2019/116097和WO 2019/116095，美国专利公开第2019/0083065和美国专利第10,739,316中提供，其内容通过引用并入本申请。
取决于所施加的声场的幅度和频率，微泡402可能会振荡或坍塌(这种机制称为“空化”)。微泡的空化可以增强靶区域101处的组织敏感性，从而导致其中的组织比没有微泡402的情况下更快地加热和更有效地消融。因为空化通常涉及在液体中产生空隙或微泡，这些空隙随着施加的声能的增加而开始爆炸性地坍塌；随着施加的能量进一步增加，爆炸和由此产生的冲击波(其可以作为空化强度的量度进行检测)变得更加猛烈。因此，在各种实施例中，一个或更多个超声参数(诸如功率、频率、机械指数、声束形状和序列长度)可以在准备脉冲序列中改变以诱导空化的目标范围为足以增强组织敏感性同时避免在靶区域中产生显著临床效果(即，在靶和/或非靶区域处的显著温度升高)的极端空化。一旦达到空化的目标范围，就可以固定超声参数以维持空化水平。
在各种实施例中，空化的目标范围在准备阶段之前或期间通过例如倾斜增大超声脉冲的功率和监测微泡的响应曲线来识别。微泡响应可以从由成像器112监测的靶/非靶组织的温度和/或由换能器102和/或声信号检测器126检测到的微泡的声响应进行推断。在一个实施例中，空化的目标范围被识别为具有的功率范围在引起温和和稳定空化的脉冲功率与开始形成微泡云的脉冲功率之间。关于识别空化的目标范围的方法的进一步细节在例如美国专利公开第2019/0175954号中提供；以及配置用于检测微泡响应的换能器阵列的方法在例如PCT公开第WO/2019/234497中提供。这些申请的全部内容通过引用并入本申请。
除了施加的声能外，空化的程度也可能受到微泡浓度的影响。因此，在一些实施例中，一个或更多个超声参数(例如，功率、频率、机械指数、声束形状和序列长度)被优化(且在一些实施例中为固定的)以维持微泡浓度在固定范围内；该范围进而又可以基于微泡在靶/非靶区域处的声学响应和/或如上所述的靶/非靶组织的温度。
参照图5，在准备脉冲序列502结束之后，超声换能器102可以在向靶生成一系列的一个或多个治疗序列506-510之前停止经过一延迟间隔504。如图所示，治疗序列之间具有声处理间隔512；声处理间隔512可以为固定的或者可以在整个治疗序列变化。在一个实施例中，延迟间隔504优选地比最长声处理间隔长预定的系数(例如，2倍、10倍、50倍或100倍)。例如，声处理间隔512可以持续0.1至10秒，且延迟间隔的范围可以从1秒(当声处理间隔为0.1秒时)至3小时，例如3分钟(当声处理间隔为10秒时)。
此外，微泡可以在准备阶段之后生成和/或引入靶区域101。例如，可以在治疗期间施用额外的微泡以改善超声聚焦束的聚焦特性和/或帮助组织破裂或坏死。利用微泡用于改善聚焦特性的方法在例如美国专利公开第2019/0175954号和PCT公开第WO 2020/128615号中提供；以及利用微泡用于帮助组织破坏或坏死的方法在例如美国专利公开第2019/0001154和2020/0139158号和PCT公开第WO 2019/002949号中提供。这些申请的全部内容通过引用并入本申请。
图6为说明用于增强组织敏感性的示例性方法600的流程图，从而允许对靶组织的有效超声治疗同时避免据此对非靶组织的损伤。在第一步骤602中，成像器(例如，MRI设备)激活以获取靶区域和/或非靶区域的信息(诸如位置、大小和/或形状)。在第二步骤604中，基于所获取的信息，准备声处理脉冲的一个或更多个序列可以生成，以将声能施加至靶区域用于增强其中的组织敏感性。此外，微泡可以可选地生成和/或注入至靶区域中以进一步增强组织敏感性(步骤606)。如果微泡在准备阶段使用，一个或更多个超声参数(诸如功率、频率、机械指数、声束形状和序列长度)可以被调整以便诱导和/或维持空化的目标范围为足以增强组织敏感性同时避免在靶区域中产生显著临床效果(即，在靶和/或非靶区域处的显著温度升高)的极端空化(步骤608)。一旦准备阶段完成，超声换能器可以停止预定延迟间隔(步骤610)。此后，超声换能器可以被激活以发射一系列的一个或更多个治疗序列用于靶区域中的组织破裂或坏死(步骤612)。再次，微泡可以可选地在治疗期间引入靶用于帮助组织破裂或坏死和/或改善超声聚焦束的聚焦特性。可选地，准备序列和/或治疗序列可以由成像器112引导。
因此，各种实施例在将治疗性声处理脉冲应用到靶组织之前应用声处理脉冲的准备序列；该方法可以有利地增强各种类型的靶组织对各种频率的声能的敏感性。结果，靶区域中用于组织破坏/坏死所需的声能可以减小。因此，各种实施例有效地减小了来自超声换能器以提供有效的靶治疗同时避免对非靶组织的损伤的所需的声能。
通常，用于执行超声治疗程序的功能，包括例如生成声处理脉冲的一个或多个准备序列，调整准备声处理序列的参数，生成微泡，应用声处理以引起微泡空化，以及生成如上所述的一系列的声处理脉冲的治疗序列，无论是集成在成像器的控制器和/或超声系统中还是由单独的外部控制器提供，都可以在一个或多个以硬件、软件或二者的结合实现的模块中构建。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、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目标计算机(例如，控制器)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”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。进一步，相控阵操作是可选的(对于某些应用来说，简单的换能器是可以接受的)，图像引导也是如此。如果采用成像，则可以由此对治疗序列、准备序列或二者进行引导。如所讨论的，图像模态可以为MRI，或计算机断层扫描(CT)、X射线、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)或红外成像。成像装置可以产生1D、2D、3D和/或4D图像。
本文使用的术语和表达是用作描述性而非限制性的术语和表达，并且在使用这些术语和表达时，无意排除所示出和所描述的特征或其一部分的任何等同体。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，所描述的实施例应认为是仅在所有方面对本发明进行说明而非限制。
权利要求为：

Claims (31)

1.一种用于治疗靶组织的系统，所述系统包括：
用于将声能传递至靶组织的超声换能器；以及
控制器，配置为(i)生成声处理脉冲准备序列，用于驱动超声换能器，以根据准备序列将声能传递至靶组织，(ii)暂停驱动超声换能器经过一延迟间隔，以及(iii)生成一系列的声处理脉冲治疗序列，用于驱动超声换能器，以根据一系列的治疗序列将声能传递至靶组织；
其中，所述治疗序列之间具有声处理间隔，且延迟间隔比最大声处理间隔大预定的系数。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括施用装置，用于施用超声造影剂以作用于靶组织处。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为在准备序列和/或治疗序列期间操作施用装置以施用超声造影剂。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的至少一个固定参数。
5.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为确定用于维持靶组织处的微泡目标浓度的所述至少一个固定参数的值。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的至少一个变化参数。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为确定所述至少一个变化参数的值，用于(i)在靶组织中引发微泡空化，(ii)在靶组织处维持微泡空化的目标范围，和/或(iii)避免在靶组织中形成微泡云。
8.根据权利要求7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来自靶组织的声响应来确定微泡空化的目标范围。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个声信号检测器，所述控制器进一步配置为基于由所述至少一个声信号检测器检测到的来自靶组织的声响应来调整与准备序列相关联的参数。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述准备序列具有混合频率。
11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个成像装置，用于引导所述准备序列或所述治疗序列中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述成像装置包括超声、MRI、CT、X射线、PET、SPECT或红外成像装置中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述成像装置产生1D、2D、3D或4D图像中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定的系数为至少10。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定的系数为至少2。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述换能器为相控阵列换能器。
17.一种治疗靶组织的方法，包括：
生成声处理脉冲准备序列，用于将声能传递至靶组织；
暂停声处理脉冲的生成经过一延迟间隔；以及
生成一系列的声处理脉冲的治疗序列，用于将声能传递至靶组织，
其中，所述治疗序列之间具有声处理间隔，且延迟间隔比最大声处理间隔大预定的系数。
18.一种用于治疗靶组织的系统，所述系统包括：
用于将声能传递至靶组织的超声换能器；
用于在靶组织处施用超声造影剂的施用装置；以及
控制器，配置为(i)生成声处理脉冲的准备序列，用于驱动超声换能器，以根据准备序列将声能传递至靶组织，(ii)操作施用装置以在准备序列期间施用超声造影剂，以及(iii)生成声处理脉冲的治疗序列，用于驱动超声换能器，以根据治疗序列将声能传递至靶组织。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的至少一个固定参数。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为确定用于维持靶组织处的微泡目标浓度的所述至少一个固定参数的值。
21.根据权利要求18所述的系统，其中，所述准备序列具有选自频率、功率、靶组织中的机械指数和声束形状的至少一个变化参数。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为确定所述至少一个变化参数的值，用于(i)在靶组织中引发微泡空化，(ii)在靶组织处维持微泡空化的目标范围，和/或(iii)避免在靶组织中形成微泡云。
23.根据权利要求22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来自靶组织的声响应来确定微泡空化的目标范围。
24.根据权利要求18所述的系统，进一步包括至少一个声信号检测器，所述控制器进一步配置为基于由所述至少一个声信号检测器检测到的来自靶组织的声响应来调整与准备序列相关联的参数。
25.根据权利要求18所述的系统，其中，所述准备序列具有混合频率。
26.根据权利要求18所述的系统，进一步包括至少一个成像装置，用于引导所述准备序列或所述治疗序列中的至少一个。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述成像装置包括超声、MRI、CT、X射线、PET、SPECT或红外成像装置中的至少一种。
28.根据权利要求26所述的系统，其中，所述成像装置产生1D、2D、3D或4D图像中的至少一种。
29.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为在治疗序列期间操作施用装置以施用超声造影剂。
30.根据权利要求18所述的系统，其中，所述换能器为相控阵列换能器。
31.一种治疗靶组织的方法，包括：
生成声处理脉冲准备序列，用于根据准备序列将声能传递至靶组织；
在准备序列期间施用超声造影剂；以及
生成声处理脉冲治疗序列，用于根据治疗序列将声能传递至靶组织。
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