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Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschalltherapie. Zum Beispiel wird fokussierter Ultraschall hoher Intensität (High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) auf einen Bereich innerhalb eines Patienten zur Behandlung angewendet, etwa durch Erwärmen des Bereichs.
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Um den Bereich zu erwärmen, erzeugt ein Wandler akustische Energie. Die Energie breitet sich von dem Wandler durch die Haut und in den Patienten hinein aus. Während der Bereich erwärmt werden soll, sollen andere Orte, wie etwa die Haut, nicht erwärmt werden. Die akustische Energie kann jedoch die Haut erwärmen. Eine Hauterwärmung tritt aufgrund der Nichtübereinstimmung der akustischen Impedanz an dem Kontaktpunkt zwischen dem Körper und dem Wandler oder Kopplungsmittel zwischen dem Körper und dem Wandler auf. Der Wandler kann ebenfalls die Haut erwärmen. Hauterwärmung ist eine negative Nebenwirkung einer HIFU-Therapie.
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Die Hauterwärmung kann durch Planung minimiert werden. Die Dauer, das Impulswiederholungsintervall oder andere Kenngrößen der akustischen Energie können so eingestellt werden, dass die Hauterwärmung begrenzt wird. Diese Einstellungen können jedoch die eigentliche Therapie beeinträchtigen.
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Einleitend wird bemerkt, dass die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, computerlesbare Medien, Anweisungen und Systeme zum Bestimmen der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie beinhalten. Die Temperatur eines Abstandshalters (Standoff) zwischen dem Wandler und der Haut wird mit Ultraschall überwacht. Die Temperatur des Abstandshalters steht mit der Hauttemperatur in Zusammenhang. Die Hauttemperatur wird verwendet, um die Therapie zu steuern. Die Temperaturrückkopplung kann erhöhte oder optimierte Therapieniveaus ermöglichen.
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In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie bereitgestellt. Ein Abstandshalter wird zwischen einem Therapiewandler und der Haut eines Patienten positioniert. Eine thermische Dosis wird von dem Therapiewandler durch den Abstandshalter und durch die Haut hindurch in den Patienten appliziert. Die thermische Dosis wird auf einen Bereich in dem Patienten fokussiert, so dass der Bereich in Reaktion auf die thermische Dosis erwärmt wird. Der Therapiewandler wird auch verwendet, um Ultraschalldaten zu erfassen, welche akustische Echos von dem der Haut benachbarten Abstandshalter repräsentieren. Die Hauttemperatur wird in Abhängigkeit von den akustischen Echos bestimmt. Die Applikation der thermischen Dosis wird in Abhängigkeit von der Hauttemperatur gesteuert.
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In einem zweiten Aspekt sind auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, welche durch einen programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen zum Bestimmen der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie repräsentieren. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum Durchführen einer Prozedur mit fokussiertem Ultraschall hoher Intensität (HIFU) mit einem HIFU-Applikator, Überwachen einer Phantomtemperatur eines Phantommaterials zwischen dem HIFU-Applikator und einem Patienten, Inbeziehungsetzen der Phantomtemperatur zu einer Hauttemperatur und Anpassen der HIFU-Prozedur auf der Basis der Hauttemperatur.
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In einem dritten Aspekt wird ein System zum Steuern der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie bereitgestellt. Ein Pad ist dafür ausgebildet, die Ausbreitung akustischer Energie von einer Anordnung akustischer Elemente aus zu ermöglichen und die akustische Energie zu der Anordnung zu reflektieren. Ein Empfangsstrahlformer ist dafür ausgebildet, Ultraschalldaten zu erfassen, welche das Pad repräsentieren. Ein Prozessor ist dafür ausgebildet, die Erzeugung von Wärme in einem Patienten in Abhängigkeit von den Ultraschalldaten zu steuern, welche das Pad repräsentieren.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden weiter unten in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Komponenten und die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabgerecht; stattdessen wurde Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten durchgehend einander entsprechende Teile.
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1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie;
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2 zeigt eine Anordnung zum Überwachen der Hauttemperatur während der Behandlung eines Bereichs gemäß einer Ausführungsform;
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3 ist ein Beispiel eines Abstandshalters; und
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4 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Systems zum Steuern der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen und gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
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Ein System zur Anwendung von fokussiertem Ultraschall hoher Intensität (High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) überwacht Hauttemperaturen und passt die Therapieprozedur dementsprechend an. Eine Schicht Phantommaterial ist zwischen der Therapievorrichtung und dem Körper des Patienten angeordnet. Die absolute Temperatur oder Temperaturänderungen innerhalb dieser Zwischenschicht können durch Ultraschallbildgebung charakterisiert werden. Die innerhalb dieser Schicht gemessene Temperatur wird verwendet, um die Hauttemperatur widerzuspiegeln. Eventuelle Anpassungen des Ablaufs der HIFU-Therapie können aus der Hauttemperatur bestimmt werden.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie. Gegenstand dieser Ausführungsform ist die Steuerung der Therapie, um die Hauttemperatur zu steuern. Es kann die Vermeidung einer Überhitzung der Haut bei gleichzeitiger Optimierung der thermischen Dosis gewährleistet werden. Die Schritte werden in der dargestellten Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge ausgeführt. Zum Beispiel wird Schritt 14 parallel zu oder verschachtelt mit Schritt 16 ausgeführt. Es können zusätzliche, andere oder weniger Schritte vorgesehen sein. Zum Beispiel können die Schritte 16 und 18 zu einem Schritt zusammengefasst sein, etwa wenn die Temperatur des Abstandshalters als die Hauttemperatur verwendet wird. Als ein weiteres Beispiel wird Schritt 20 nicht ausgeführt, etwa wenn keine Änderung erforderlich ist, da die Hauttemperatur kein Problem darstellt. In einem weiteren Beispiel wird die Temperatur des Behandlungsbereichs oder anderer Bereiche innerhalb des Patienten ebenfalls mit Ultraschall überwacht. Als ein weiteres Beispiel kann ein Bild der Hauttemperatur und/oder anderer Temperaturen erzeugt werden.
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In Schritt 12 wird ein Abstandshalter (Standoff) zwischen einem Therapiewandler und der Haut eines Patienten positioniert. Es kann ein beliebiger Abstandshalter verwendet werden, wie etwa ein Gelkissen (Gelpad), ein Phantom, ein Block, ein mit Flüssigkeit gefüllter Beutel, Kunststoff, Gelatine oder ein anderes Material. Der Abstandshalter hält den Wandler auf Abstand von der Haut. Es kann ein beliebiger Abstand verwendet werden, wie etwa 1–3 Zentimeter oder etwa zwei Zentimeter oder weniger. Das Wort ”etwa” wird hier verwendet, um Schwankungen aufgrund der Toleranz und/oder von Unregelmäßigkeiten der Hautoberfläche Rechnung zu tragen.
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Der Benutzer positioniert den Abstandshalter an dem Patienten. Anschließend wird der Wandler auf dem Abstandshalter positioniert. Es können Haltebänder, Druck, Leim, ein Gel oder ein anderes Verfahren angewendet werden, um den Abstandshalter auf dem Patienten zu halten. Bei anderen Ausführungsformen ist der Abstandshalter an der Wandlersonde befestigt oder auf andere Weise mit ihr integriert, so dass mit der Platzierung des Wandlers auch der Abstandshalter platziert wird.
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Zur akustischen Impedanzanpassung kann Gel aufgebracht werden. Das Gel wird auf die Haut, den Abstandshalter und/oder den Wandler aufgebracht. Zum Beispiel wird Gel an der Grenzfläche des Wandlers mit dem Abstandshalter aufgebracht, und es wird Gel an der Grenzfläche des Abstandshalters mit der Haut des Patienten aufgebracht.
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In Schritt 14 wird eine HIFU-Prozedur mit einem HIFU-Applikator (z. B. Wandler) durchgeführt. Der Wandler erzeugt akustische Energie, die auf einen Behandlungsbereich fokussiert ist. Wie in 2 dargestellt, erzeugt ein Wandler 54 akustische Energie, die als der Strahl 36 dargestellt ist, zur Behandlung des Bereichs 34 innerhalb des Patienten. Die akustische Energie fließt durch den Abstandshalter 30, die Haut 32 und in den Patienten.
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Um die thermische Dosis an dem Bereich 34 zu erzeugen, werden die Elemente des Wandlers angesteuert. Es werden elektrische Wellenformen an die Elemente angelegt. Durch Zeitsteuerung der Wellenfronten für die verschiedenen Elemente wird ein akustischer Strahl mit einem Punkt-, Linien-, Flächen- oder Bereichsfokus erzeugt. Akustische Energie breitet sich von den verschiedenen Elementen der Apertur aus, und die entsprechenden Wellenfronten interferieren konstruktiv entlang des Strahls und an dem Fokus. Der Fokus wird an dem Bereich 34 zur Behandlung positioniert, kann jedoch auch anderswo positioniert werden.
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Die elektrischen Wellenformen werden von Sendern in dem Applikator und/oder in einem separaten Therapiesystem erzeugt. Die Sender arbeiten in Reaktion auf Verzögerungen und/oder eine Phasensteuerung von einem Sendestrahlformer. Es kann auch eine Apodisierungssteuerung verwendet werden.
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Es können die elektrischen Wellenformen für einen beliebigen gegebenen Therapiestrahl ausgelöst werden. Zum Verschachteln wird die Erzeugung von Therapiestrahlen so gesteuert, dass eine Störbeeinflussung mit Temperaturmessungen vermieden wird. Der Auslöser (Trigger) kann zusätzlich oder alternativ zum Steuern dienen, wenn alle gewünschten Vorkehrungen getroffen worden sind und der Patient bereit für die Behandlung ist.
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In Reaktion auf die elektrischen Wellenformen wird der Therapiestrahl erzeugt. Es kann ein beliebiges Therapieniveau angewendet werden. Zum Beispiel wird eine akustische Leistung von mehr als 100 Watt von dem Wandler übertragen, um fokussierten Ultraschall hoher Intensität bereitzustellen. Die akustische Leistung verursacht eine Erwärmung. In Reaktion auf die thermische Dosis wird der Bereich 34 erwärmt.
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Der Therapiestrahl kann verschiedene Kenngrößen aufweisen. Die Amplitude, die Aperturgröße, die Aperturposition, die Impulswiederholfrequenz, die Wellenformfrequenz, die Dauer der Anwendung (Gesamtzahl getrennter Impulse), die Dauer eines gegebenen Impulses (z. B. Anzahl der Zyklen der Wellenform) und/oder andere Kenngrößen werden gesteuert, um die gewünschte thermische Dosis und die entsprechende Behandlung zu gewährleisten. Der Fokus kann im Laufe der Zeit verschoben werden, um einen größeren Bereich zu behandeln.
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In Schritt 16 wird eine Temperatur des Abstandshalters überwacht. Es wird die Temperatur in dem Bereich zwischen dem Wandler 54 und dem Patienten (z. B. der Haut 32) gemessen. Es kann die Temperatur innerhalb der Schicht von Abstandshaltermaterial (z. B. der Schicht von Phantommaterial) überwacht werden.
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Die Überwachung der Temperatur erfolgt während der HIFU-Prozedur. Die Temperatur wird während der Therapie gemessen. Die Messungen sind mit der Therapie verschachtelt. Alternativ dazu werden Frequenzdifferenzen oder eine andere Codierung verwendet, um gleichzeitig sowohl die Ultraschall-Temperaturmessung als auch die Therapie durchzuführen. Bei einer anderen Ausführungsform werden Echos von der Therapie-Wellenform empfangen und zur Bestimmung der Temperatur verwendet.
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Die Temperaturmessung kann während der gesamten Therapie wiederholt werden. Zum Beispiel wird vor Anwendung der Therapie ein Referenzdatensatz erfasst. Für die Anfangsiteration können für einen oder mehrere Parameter Annahmen getroffen werden, etwa indem eine Annahme für eine übliche Temperatur für Patienten oder einen Gewebetyp innerhalb eines Patienten getroffen wird. Sobald die Thermotherapie beginnt, werden die Temperaturmessungen wiederholt, um aktualisierte Messungen bereitzustellen. Es können Änderungen der Temperatur gemessen werden. Alternativ dazu kann zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt eine absolute Temperatur gemessen werden.
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Um eine Temperatur zu messen, wird derselbe Wandler 54 verwendet, der auch für die Therapie verwendet wird. Um eine Temperatur zu messen, kann Ultraschall verwendet werden. Der Ultraschallwandler scannt oder erzeugt Bilder an der oder durch die Grenzfläche zwischen der Phantommaterialschicht (z. B. dem Abstandshalter) und dem Patienten. Das Ultraschallsystem scannt einen Bereich des Abstandshalters an der Grenzfläche. Es werden die Grenzfläche selbst und/oder Orte, die der Grenzfläche benachbart sind, gescannt. Der Scan erfolgt für einen oder mehrere Orte. Zum Beispiel werden Daten, die eine Linie, eine Ebene oder ein Volumen repräsentieren, mit dem Wandler 54 empfangen. Die fokalen Bereiche zum Abtasten werden so eingestellt, dass sie sich innerhalb des Abstandshalters befinden, etwa innerhalb des Abstandshalters an der Grenzfläche. Es werden Ultraschalldaten erfasst, welche den Abstandshalter in der Nähe der Haut repräsentieren.
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Es kann ein beliebiger Typ von Scan, Scanformat oder Bildgebungsmodus verwendet werden. Zum Beispiel wird harmonische Bildgebung verwendet. Als weiteres Beispiel wird B-Modus, M-Modus oder ein anderer Bildgebungsmodus verwendet. Es kann ein Temperaturmessungs-Modus verwendet werden, der nicht anderweitig für Bildgebung verwendet wird.
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Durch den HIFU-Applikator (d. h. den Wandler 54) werden Wellenformen mit Ultraschallfrequenzen gesendet und Echos empfangen. In 2 sind diese Sende- und Empfangsereignisse durch Strahlen 38 dargestellt. Die Strahlen 36 und 38 sind vereinfacht, um Strahlrichtungen oder Scanlinien anstelle von Strömungswegen der gesamten akustischen Energie von und zu der Anordnung darzustellen.
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Der Abstandshalter enthält Streukörper. 3 zeigt den Abstandshalter 30 mit Partikeln. Die Partikel bestehen aus Aluminium oder anderem metallischem Material. Es können auch andere Partikel verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen enthält der Abstandshalter selbst Diskontinuitäten (z. B. Luftblasen oder Unvollkommenheiten, die genügend groß sind, um detektiert zu werden), welche einen Teil der akustischen Energie reflektieren. Bei noch anderen Ausführungsformen sind Objekte wie Drähte oder Kugeln in dem Abstandshalter enthalten, um akustische Energie zu reflektieren.
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Die akustischen Echos werden in elektrische Signale umgewandelt und strahlgeformt (beamformed), um abgetastete Orte innerhalb des Abstandshalters zu repräsentieren. Die strahlgeformten Daten können gefiltert oder auf andere Weise verarbeitet werden. Die strahlgeformten Daten können detektiert werden, etwa indem eine Intensität bestimmt wird, oder können Hochfrequenzdaten vor irgendeiner Detektion sein (z. B. In-Phase- oder Quadraturdaten). Es kann eine Sequenz von Echosignalen von ein und demselben Ort verwendet werden, um die Temperatur zu messen. Es können Echos bei einer oder mehreren Harmonischen der gesendeten Wellenformen verarbeitet werden. Die detektierten Werte können gefiltert und/oder in ein Anzeigeformat scan-konvertiert (scan converted) werden. Die Ultraschalldaten, die den Abstandshalter repräsentieren, stammen von einem beliebigen Punkt entlang des Ultraschall-Verarbeitungsweges, wie etwa Kanaldaten vor der Strahlformung, Hochfrequenz- oder In-Phase- und Quadraturdaten vor der Detektion, detektierte Daten oder scan-konvertierte Daten.
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In Schritt 18 wird die Hauttemperatur bestimmt. Die akustischen Echos von der Überwachung werden verwendet, um die Hauttemperatur zu ermitteln. Es können beliebige Daten verwendet werden, die von den akustischen Echos abgeleitet wurden.
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Die Hauttemperatur wird aus einer Temperatur des Abstandshalters oder der Grenzfläche des Abstandshalters mit der Haut bestimmt. Es kann ein beliebiges derzeit bekanntes oder später entwickeltes Verfahren zum Bestimmen der Temperatur angewendet werden. Es kann eine beliebige temperaturbezogene Messung verwendet werden. Zum Beispiel kann sich das Material des Abstandshalters bei Erwärmung ausdehnen. Aus der Messung der Dehnung kann die Temperatur abgeleitet werden. Es kann die Änderung des Abstands zwischen zwei speziellen Reflektoren gemessen werden, um die Ausdehnung zu bestimmen. Temperaturbezogene Messungen können eine Temperatur direkt oder indirekt angeben. Die Messungen können Roh-Ultraschalldaten sein oder können von Ultraschalldaten abgeleitet sein.
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Messungen werden für nur einen Ort oder für mehrere Orte in dem Abstandshalter ausgeführt. Es kann eine vollständige oder unvollständige Abtastung verwendet werden. Die Messungen werden über die Zeit ausgeführt, jedoch unabhängig von vorhergehenden Messungen. Alternativ dazu oder zusätzlich kann eine Änderung einer Messung gegenüber einer Referenzmessung oder irgendeiner früheren (z. B. der unmittelbar vorangegangenen) Messung verwendet werden.
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Zusätzlich zu Daten von akustischen Echos können andere Informationen verwendet werden, um die Temperatur zu messen. Es können Informationen von der HIFU-Therapie verwendet werden, wie etwa eine Schätzung der thermischen Dosis. Es wird eine Energieabgabe, eine Dosis oder ein anderer Parameter der thermischen Behandlung gemessen oder empfangen.
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Es können nicht in Echtzeit ausgeführte Messungen verwendet werden, wie etwa eine Ausgangstemperatur. Es können MRT-basierte Messungen für die Temperaturverteilung in einem Bereich verwendet werden. Es können Echtzeitmessungen verwendet werden, wie etwa in Verbindung mit Ultraschallmessungen, die während der Anwendung einer Thermotherapie auf einen Bereich des Patienten ausgeführt werden.
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Bei einer Ausführungsform wird eine oder werden mehrere Ultraschallmessungen mit oder ohne andere temperaturbezogene Messungen ausgeführt. Es kann eine beliebige derzeit bekannte oder später entwickelte temperaturbezogene Messung unter Verwendung von Ultraschall verwendet werden. Bei einer Ausführungsform werden eine oder mehrere, wie etwa alle vier, von den folgenden Messungen durchgeführt: Gewebeverschiebung, Schallgeschwindigkeit, Rückstreuintensität und ein normierter Korrelationskoeffizient empfangener Signale. Es sind auch andere Messungen möglich, wie etwa Dehnung.
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Verschiebungen werden gemessen, indem ein Versatz in einer, zwei oder drei Dimensionen bestimmt wird. Es wird eine Verschiebung bestimmt, die einer minimalen Summe absoluter Differenzen oder einer höchsten Korrelation zugeordnet ist. Die aktuellen Scan-Daten werden einer Translation, Rotation und/oder Skalierung in Bezug auf einen Referenzdatensatz, wie etwa einen vorhergehenden Scan oder Anfangs-Scan, unterzogen. Der Versatz, welcher einer größten oder ausreichenden Ähnlichkeit zugeordnet ist, wird als die Verschiebung bestimmt. Es werden Daten des B-Modus oder harmonischen Modus verwendet, es können aber auch andere Daten verwendet werden. Die Verschiebung, die für einen Ort berechnet wurde, kann verwendet werden, um die Suche oder den Suchbereich an einem anderen Ort zu verfeinern. Es können auch andere Maße der Verschiebung verwendet werden.
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Die Schallgeschwindigkeit kann durch Vergleich zwischen dem Zustand vor der Erwärmung und während der Erwärmung gemessen werden. Es wird ein Impuls gesendet. Die Zeit, welche das Echo benötigt, um von einem gegebenen Ort zurückzukehren, kann verwendet werden, um die Schallgeschwindigkeit von dem Wandler zu dem Ort und zurück zu bestimmen. Es kann eine beliebige Apertur verwendet werden, wie etwa indem für dieselben Orte separat mit verschiedenen Aperturen gemessen wird und der Mittelwert gebildet wird. Bei einer anderen Ausführungsform werden Signale korreliert. Zum Beispiel werden In-Phase-Signale und Quadratursignale nach der Strahlformung mit Referenzsignalen korreliert. Es wird ein Phasenversatz zwischen den Referenz- und den aktuellen Signalen bestimmt. Die Frequenz der gesendeten Wellenform (d. h. die Ultraschallfrequenz) wird verwendet, um die Phasendifferenz in eine Zeit oder Schallgeschwindigkeit umzuwandeln. Es können auch andere Messungen der Schallgeschwindigkeit verwendet werden.
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Es kann die Rückstreuintensität gemessen werden. Aus B-Modus- oder M-Modus-Daten kann die Rückstreuintensität abgeleitet werden. Es wird die Intensität oder Energie der Hülle der Echosignale bestimmt. Diese Intensität kann die Temperatur widerspiegeln.
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Es kann der normierte Korrelationskoeffizient empfangener Signale gemessen werden. Strahlgeformte Daten vor der Detektion, wie etwa In-Phase- und Quadraturdaten, werden kreuzkorreliert. Bei einer Ausführungsform wird ein Referenzsample oder werden Referenzsamples erfasst. Während der Behandlung werden nachfolgende Samples erfasst. Für jeden Ort definiert ein räumliches Fenster, wie etwa drei Wellenlängen in der Tiefe, die Daten für die Korrelation. Das Fenster definiert eine Länge, eine Fläche oder ein Volumen. Die aktuellen Daten werden mit den Referenzdaten innerhalb des Fensterraumes korreliert. Die normierte Kreuzkorrelation wird für die Daten in dem Fenster durchgeführt. Sobald neue Daten erfasst werden, wird eine weitere Kreuzkorrelation durchgeführt. Der normierte Kreuzkorrelationskoeffizient kann für die Temperatur indikativ sein.
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Es können beliebige mit der Temperatur zusammenhängende akustische und physikalische Parameter oder Änderungen der Parameter gemessen werden. Weitere Messungen beinhalten Elastizität, Dehnung (Strain), Dehnungsrate, Bewegung (z. B. Verschiebung) oder reflektierte Energie (z. B. Rückstreuquerschnitt).
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Die Temperatur wird aus dem gemessenen Parameter bestimmt. Die Ergebnisse der Ultraschall- oder beliebiger anderer Messungen werden zu der Temperatur in dem Abstandshalter oder an der Grenzfläche in Beziehung gesetzt. Experimentelle Zusammenhänge zwischen den Messungen und der Temperatur können in einer Nachschlagtabelle verwendet werden oder in eine Funktion zum Berechnen der Temperatur integriert sein. Der Abstandshalter wird vor der Prozedur charakterisiert, so dass eine auf Ultraschall basierende thermometrische Messung innerhalb des Materials zu einer Temperatur in Beziehung steht. Zum Beispiel werden Koeffizienten verwendet, welche die Wärmedehnung zur Temperatur in Beziehung setzen.
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Es wird eine Temperatur für jeden Messort bestimmt. Die Temperaturen können separat verwendet werden, so dass sie ein Temperaturmuster zeigen. Die Temperaturen können kombiniert werden, so dass sie eine Durchschnittstemperatur liefern. Bei einer Ausführungsform wird eine Maximaltemperatur bestimmt. Alternativ dazu wird die Temperatur allgemein aus Messungen nur eines Ortes oder mehrerer Orte bestimmt.
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Die Temperatur des Abstandshalters wird zu der Hauttemperatur in Beziehung gesetzt. Diese Beziehung kann speziell als Teil der Nachschlagtabelle oder Temperaturberechnung bestimmt werden. Zum Beispiel werden die Messungen der Kenngröße des Abstandshalters verwendet, um die Hauttemperatur ohne eine gesonderte Berechnung der Abstandshaltertemperatur zu schätzen, sogar wenn die Messungen für Orte in dem Abstandshalter vorgenommen werden. Bei einer Ausführungsform werden eine thermische Kenngröße des Abstandshaltermaterials und die Entfernung des Messortes von der Haut verwendet, um eine Schätzung der Hauttemperatur aus einer speziell bestimmten Abstandshaltertemperatur zu berechnen. Es kann eine lineare oder nichtlineare Beziehung zwischen der Abstandshaltertemperatur und der Hauttemperatur verwendet werden.
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Die Hauttemperatur kann als mit der Abstandshaltertemperatur übereinstimmend angenommen werden. Die Beziehung ist „eins zu eins”. Zum Beispiel wird die Hauttemperatur auf der Basis der Wärmedehnung des Abstandshaltermaterials ermittelt, das einer Grenzfläche des Abstandshalters mit der Haut des Patienten benachbart ist. Es wird keine weitere Ableitung verwendet. Diese Messung der Abstandshaltertemperatur wird verwendet, um die Hauttemperatur widerzuspiegeln.
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Bei einer Ausführungsform wird die Beziehung als ein Wärmeverteilungsmodell modelliert. Die Abstandshaltertemperatur an einem Ort kann verwendet werden, um die Temperatur an einem anderen Ort abzuleiten, wie etwa an der Grenzfläche. Die Hauttemperatur wird anhand einer gemessenen Kenngröße des Abstandshalters mit einem Wärmeverteilungsmodell geschätzt. Zum Beispiel wird das Wärmeverteilungsmodell auf die Temperatur angewendet. Das Wärmeverteilungsmodell berücksichtigt den Typ oder die Typen des Materials des Abstandshalters und die relative Verteilung der Materialien.
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Das Wärmeverteilungsmodell kann verwendet werden, um Temperaturen an anderen Orten als den Messorten zu bestimmen. Die Eingangsinformationen sind unvollständig, wie etwa eine Temperatur zu Zeitpunkten und/oder an Orten, bei denen es sich nicht um alle Zeitpunkte oder Orte handelt. Das Wärmeverteilungsmodell wird verwendet, um die Temperatur zu anderen Zeitpunkten oder an anderen Orten zu bestimmen.
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Bei einer Ausführungsform wird die Beziehung zwischen den Messungen und der Hauttemperatur und/oder zwischen der Abstandshaltertemperatur und der Hauttemperatur durch ein Modell dargestellt. Das Modell wird auf der Basis theoretischer Betrachtungen oder der Durchführung von Versuchen programmiert oder entwickelt. Die empfangenen Signale, welche die akustischen Echos darstellen, oder von den empfangenen Signalen abgeleitete Daten werden als Eingänge an das Modell angelegt.
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Bei einer Ausführungsform ist das Modell ein maschinell lernendes Modell (machine-trained model). Zum Beispiel setzen Koeffizienten rekursiver neuronaler Netze von verschiedenen, aus Ultraschall abgeleiteten Merkmalen den Eingang zur Temperatur in Beziehung. Es kann ein beliebiges Modell verwendet werden, wie etwa ein neuronales Netz oder ein stückweise lineares Modell. Beispiele einer Modellierung zum Bestimmen der Temperatur sind in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2011/0060221 offenbart, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Diese Modelle, die keine Anatomieinformationen enthalten oder Merkmale des Abstandshalters als die Anatomieinformationen verwenden, können verwendet werden, um die Hauttemperatur zu schätzen.
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Der Lernvorgang des Modells erfolgt anhand eines Satzes von Lerndaten, die mit einer Grundwahrheit versehen sind, wie etwa Lerndaten, welche Ist-Temperaturen zugeordnet sind. Zum Beispiel werden die verschiedenen Messwerte oder Empfangsdaten über die Zeit für Abstandshalter erfasst. Während der Thermotherapie wird die Temperatur gemessen. Die Temperatur ist die Grundwahrheit. Durch einen oder mehrere verschiedene Prozesse des maschinellen Lernens erfolgt das Lernen des Modells, um die Temperatur vorherzusagen, wenn die Werte und/oder irgendeine Rückkopplung gegeben sind. Das maschinell lernende Modell stellt eine Wahrscheinlichkeit von temperaturbezogenen Informationen dar. Diese Wahrscheinlichkeit ist eine statistische Mutmaßlichkeit (Likelihood) für die temperaturbezogenen Informationen. Es wird eine Reihe von Wahrscheinlichkeiten ausgegeben, die verschiedenen Temperaturen zugeordnet sind. Alternativ dazu wird die Temperatur mit der höchsten Wahrscheinlichkeit ausgegeben. Bei anderen Ausführungsformen werden die temperaturbezogenen Informationen ohne Wahrscheinlichkeitsinformationen ausgegeben.
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Als eine Alternative zum maschinellen Lernen können manuell programmierte Modelle verwendet werden. Das Modell kann unter Verwendung von maschinellem Lernen oder durch experimentelle Überprüfung validiert werden.
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Es können die aktuellen Messungen oder es kann eine Vorgeschichte von Messungen verwendet werden, um die Temperatur zu modellieren. Der Ausgang des Modells kann als ein Eingang verwendet werden. Die Werte werden während der Anwendung der Thermotherapie angewendet. Für eine anfängliche Anwendung des Modells wird die Rückführung durch eine Referenztemperatur ersetzt, wie etwa die Temperatur des Patienten oder eine Raumtemperatur. Für die weitere Anwendung des Modells wird der vorhergehende Ausgang als ein Eingang rückgeführt, was ein zeitabhängiges Modell liefert. Die temperaturbezogenen Informationen, die von dem Modell ausgegeben werden, werden als eine Vorgeschichte der Informationen rückgeführt, wie etwa die Temperatur zu einem oder mehreren anderen Zeitpunkten. Während der Thermotherapie werden die gemessenen oder empfangenen Werte aktualisiert (d. h. für jede Anwendung des Modells werden aktuelle Werte eingegeben), vorhergehende Werte können jedoch ebenfalls verwendet werden. Die Rückführung liefert eine geschätzte räumliche Verteilung der Temperatur oder damit zusammenhängende Informationen in dem Bereich zu einem vorhergehenden Zeitpunkt. Der nachfolgende Ausgang des Modells ist eine Funktion der Ultraschalldaten oder anderer Werte und eines vorhergehenden Ausgangs der Modellierung. Die Vorgeschichte der Werte kann als Eingänge verwendet werden, so dass die Vorgeschichte und räumliche Verteilungen der temperaturbezogenen und mit der therapeutischen Wirkung zusammenhängenden Parameter als Merkmale des Modells verwendet werden.
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Das Modell gibt anhand der Eingangsinformationen eine Temperatur oder Temperaturverteilung (d. h. eine Temperatur an verschiedenen Orten und/oder zu verschiedenen Zeitpunkten) aus. Die abgeleitete Temperatur kann in einer beliebigen Einheit angegeben werden, wie etwa Grad Fahrenheit oder Celsius. Die Auflösung der Temperatur kann einem beliebigen Niveau entsprechen, wie etwa indem ausgegeben wird, dass die Temperatur in einem von mehreren Drei-Grad-Bereichen oder anderen Gradbereichen liegt. Alternativ dazu werden andere temperaturbezogene Informationen ausgegeben, wie etwa eine Temperaturänderung, eine Dosis oder ein Indexwert.
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In Schritt 20 wird die Applikation der thermischen Dosis auf der Basis der Hauttemperatur gesteuert. Die HIFU-Prozedur wird in Abhängigkeit von der Hauttemperatur angepasst. Es sind verschiedene Anpassungen möglich. Die thermische Dosis kann erhöht oder verringert werden. Zum Verringern der thermischen Dosis kann die Applikation von HIFU beendet werden. Indem die Durchführung der HIFU-Prozedur beendet wird, kann eine Beschädigung der Haut minimiert oder vermieden werden. Wenn zum Beispiel die Temperatur bei oder über einem Schwellenwert liegt, der mit einer Verbrennung oder Schmerzen verbunden ist, kann die Erzeugung akustischer Energie zur Behandlung gestoppt werden, um eine weitere Temperaturerhöhung zu vermeiden.
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Die thermische Dosis kann verringert werden, ohne die Anwendung zu beenden. Zum Beispiel wird das Impulswiederholungsintervall vergrößert (z. B. Verringerung der Frequenz der Impulse), die Amplitude der akustischen Wellenformen wird verkleinert, die Apertur wird verkleinert, oder die Frequenz der Wellenform wird erhöht. Es kann eine beliebige Veränderung angewendet werden, welche die thermische Dosis an dem Behandlungsbereich und/oder an der Hautoberfläche verringert.
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Die thermische Dosis wird in Reaktion auf einen Schwellenwert verringert. Es können unterschiedliche Schwellenwerte zum Beenden und zum Verringern verwendet werden. Zum Beispiel werden 45 Grad Celsius als ein Schwellenwert verwendet, um die thermische Dosis zu verringern, dabei jedoch die Behandlung fortzusetzen. Falls die Hauttemperatur weiter bis auf 52 Grad Celsius ansteigt, wird die Behandlung beendet. Es können mehrere Schwellenwerte für eine allmähliche Verringerung auf der Basis der Erhöhung der Hauttemperatur verwendet werden. Zum Beispiel erfolgt eine erste Verringerung bei einem gewissen Schwellenwertniveau, und eine weitere Verringerung erfolgt bei einem höheren Schwellenwertniveau.
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Die thermische Dosis kann erhöht werden. Ein Schwellenwertniveau kann ein geringes Risiko oder eine akzeptable Hauttemperatur bezeichnen. Solange die Hauttemperatur unter einem gegebenen Niveau bleibt, kann die thermische Dosis erhöht werden. Dies kann eine größere thermische Dosis oder eine schnellere Applikation der thermischen Dosis gestatten.
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Zum Steuern der Durchführung einer Behandlung wird eine Spitzen-, Maximal-, Durchschnitts- oder andere Temperatur verwendet. Zum Beispiel wird die Temperatur an verschiedenen Orten bestimmt. Die verschiedenen Orte befinden sich an der Grenzfläche oder Hautoberfläche. Der Spitzenwert wird ohne eine oder nach einer Tiefpassfilterung ermittelt.
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Bei anderen Ausführungsformen wird die Verteilung von Temperaturen verwendet, um die thermische Dosis oder Therapie anzupassen. Zum Beispiel kann ein Bereich erhöhten Temperaturen zugeordnet werden. Die Aperturposition kann verändert werden, so dass der Therapiestrahl auf den Behandlungsbereich fokussiert ist, wobei jedoch die Quelle der akustischen Energie verschoben ist. Dadurch kann eine Erhöhung der Hauttemperatur an den Orten, an denen bereits erhöhte Temperaturen vorhanden sind, vermieden oder begrenzt werden.
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Es kann der zeitabhängige Verlauf der Temperatur verwendet werden. Anstelle eines absoluten Temperaturschwellenwertes oder zusätzlich zu diesem kann die Geschwindigkeit der Temperaturänderung oder eine andere Kenngröße der Änderung verwendet werden, um die Therapie zu steuern.
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Die Hauttemperaturmessung kann in beliebiger Weise verwendet werden. Auf der Basis der Temperatur kann die Therapie gesteuert werden. Die Steuerung erfolgt manuell, etwa indem der Benutzer Einstellungen oder einen Endpunkt für die Thermotherapie auf der Basis der Temperatur wählt. Alternativ dazu erfolgt die Steuerung automatisch, etwa indem die Therapie beendet oder geändert wird, wenn eine bestimmte Temperatur und/oder Dosis erreicht ist.
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Bei einer Ausführungsform wird die Hauttemperatur in ein Dosimetriemodell eingegeben. Die Hauttemperatur kann verwendet werden, um die thermische Dosis durch Änderung des Dosisplans zu steuern. Das Dosimetriemodell bestimmt die thermische Dosis, wie etwa die maximale thermische Dosis in dem Behandlungsbereich, eine mittlere Dosis oder eine Gesamtdosis, oder die thermische Dosierung für verschiedene Orte. Die thermische Dosis wird aus einem Betrag von Zeit und Temperatur bestimmt, kann jedoch auch auf anderen Faktoren basieren. Die Temperaturen an verschiedenen Behandlungsorten werden verwendet, um die Dosis an den verschiedenen Orten oder eine Gesamtdosis für die Bereiche zu bestimmen, wie etwa eine mittlere Dosis oder Summendosis. Es kann ein beliebiges derzeit bekanntes oder später entwickeltes Dosimetriemodell verwendet werden, wie etwa das von Sapareto und Dewey, eine Dosimetrie-Gleichung oder kumulative äquivalente Minuten bei einer Referenztemperatur. Das Dosimetxiemodell gibt eine Dosis aus.
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Die Temperatur kann angezeigt werden. Dem Arzt und/oder Patienten wird ein Wert angezeigt, wie etwa eine Hauttemperatur. Es kann eine graphische Darstellung der Hauttemperatur als Funktion der Zeit oder entlang einer Linie angezeigt werden.
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Bei einer Ausführungsform wird die Temperatur auf Farben abgebildet und einem zweidimensionalen Bild oder einer dreidimensionalen Darstellung überlagert. Die Abbildung moduliert die Farbe in Abhängigkeit von der Hauttemperatur, etwa als eine Rotschattierung oder eine Farbe zwischen Rot und Gelb, die für unterschiedliche Temperaturen unterschiedlich ist. Alternativ dazu kann die Temperaturänderung auf die ausgegebene Farbe abgebildet oder zusätzlich auf die Helligkeit oder einen anderen Aspekt der Farbe abgebildet werden. Das Overlay wird einem Bild überlagert, welches die Haut darstellt; es wird etwa einem optischen Bild einer typischen Hautoberfläche überlagert.
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Die räumliche Verteilung der Temperatur oder damit zusammenhängende Informationen werden durch das Overlay des Bildes dargestellt. Es kann ein separates Temperaturbild erzeugt werden. Es wird die Temperatur an verschiedenen Orten angegeben.
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Die Bilder werden in Echtzeit oder unmittelbar nach ihrer Erfassung zur Verfügung gestellt. Es können weitere Bilder angezeigt werden, wie etwa Bilder, die dem Behandlungsbereich zugeordnet sind. Es können Temperaturen an dem Behandlungsbereich und um diesen herum angezeigt werden. Das Bild zeigt die resultierende Temperaturverteilung, wobei es eine Anzeige der therapeutischen Wirkung liefert, die in Bezug auf anatomische Informationen ausgerichtet (registriert) und diesen überlagert ist.
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4 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zum Steuern der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie. Das System führt das oben beschriebene Verfahren oder ein anderes Verfahren aus. Es können auch andere Systeme verwendet werden. Das Ultraschallsystem umfasst ein Pad 30, einen Sendestrahlformer 52, einen Wandler 54, einen Empfangsstrahlformer 56, einen Bildprozessor 58, ein Display 60, einen Prozessor 62 und einen Speicher 64. Es können auch zusätzliche, andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel sind auch separate Detektoren und Scan-Converter vorgesehen. Als ein weiteres Beispiel ist ein separater Therapiewandler oder ein separates Behandlungssystem vorgesehen. In einem anderen Beispiel sind der Prozessor 62 und der Bildprozessor 58 kombiniert oder eine einzige Vorrichtung.
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Das System 10 ist ein medizinisches therapeutisches Ultraschallsystem. Ein diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem kann ebenfalls enthalten sein. Die Bildgebung beinhaltet zweidimensionale, dreidimensionale, B-Modus-, Doppler-, Farbfluss-, Spektral-Doppler-, M-Modus- oder andere derzeit bekannte oder später entwickelte Bildgebungsmodalitäten. Das Ultraschallsystem 10 ist ein auf einem Wagen installiertes System normaler Größe, ein kleineres, tragbares System, ein handgehaltenes System oder ein anderes derzeit bekanntes oder später entwickeltes Ultraschalltherapiesystem. Bei einer anderen Ausführungsform sind der Prozessor 62 und der Speicher 64 Teile eines separaten Systems. Zum Beispiel sind der Prozessor 62 und der Speicher 64 eine Workstation oder ein Personalcomputer, die bzw. der unabhängig von dem Ultraschallsystem arbeitet. Als weiteres Beispiel sind der Prozessor 62 und der Speicher 64 Teil eines diagnostischen Ultraschallbildgebungssystems.
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Der Wandler 54 umfasst einen einzelnen, einen eindimensionalen, einen mehrdimensionalen oder einen anderen derzeit bekannten oder später entwickelten Ultraschallwandler. Zum Beispiel ist der Wandler 54 eine Anordnung von Wandlerelementen. Jedes Element des Wandlers 54 ist ein piezoelektrischer, mikroelektromechanischer, kapazitiver Membran-Ultraschallwandler oder ein anderes derzeit bekanntes oder später entwickeltes Wandlerelement zur Umwandlung zwischen akustischer und elektrischer Energie. Jedes der Wandlerelemente ist mit den Strahlformern 52, 56 verbunden, um elektrische Energie von dem Sendestrahlformer 52 zu empfangen und elektrische Energie in Reaktion auf akustische Echos dem Empfangsstrahlformer 56 zuzuführen. Die Elemente können durch die Strahlformer 52, 56 unabhängig adressierbar sein.
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Es kann mehr als ein Wandler 54 verwendet werden. Zum Beispiel wird der in den 2 und 4 dargestellte Wandler 54 zur Therapie verwendet. Ein separater Wandler, der dem Therapiewandler 54 benachbart oder von diesem beabstandet ist, sich jedoch ebenfalls in Kontakt mit dem Pad 30 befindet, kann verwendet werden, um das Pad 30 oder die Grenzfläche mit der Haut zur Bestimmung der Temperatur abzubilden oder zu scannen. Der separate Wandler kann das Pad 30 oder die Grenzfläche unter einem anderen Winkel scannen als der Therapiewandler 54.
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Das Pad 30 ist ein Abstandshalter (Standoff), ein Gelpad, ein Kissen, eine Platte, ein Phantom oder eine andere Vorrichtung. Das Pad 30 weist eine akustische Impedanz auf, die derjenigen von Wasser oder des Wandlers 54 ähnlich ist. Bei einer Ausführungsform ist das Pad 30 Gelatine, Silikon oder ein anderes Ultraschallphantom-Material. Das Pad 30 kann einen oder mehrere Einschlüsse bzw. Einsätze enthalten, wie etwa Luftblasen, Partikel (z. B. Aluminium) oder Drähte. Die Einsätze gewährleisten eine akustische Reflexion zum Messen der Temperatur. Die akustische Energie kann sich durch das Pad 30 hindurch ausbreiten, jedoch die Einsätze oder das Pad selbst können wenigstens einen Teil der akustischen Energie zurück zu dem Wandler 54 reflektieren.
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Bei einer Ausführungsform ist in das Pad 30 eine kleine Menge an akustischen Streukörpern eingebettet. Das Pad 30 kann weniger wirksam sein, was die Weiterleitung der akustischen Energie für die Therapie (z. B. die Weiterleitung von HIFU durch das Pad 30 hindurch) betrifft. Das Pad 30 kann akustisch weniger durchlässig sein als dann, wenn keine Streukörper eingebettet sind. Die Streukörper können eine stärkere Erhöhung der Temperatur in dem Pad 30 verursachen, jedoch auch eine Überwachung von Temperaturänderungen innerhalb des Pads 30 ermöglichen.
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Das Pad 30 hat eine beliebige Form. Die Form ist die einer Platte, wie etwa einer dünnen Platte mit einer Dicke von 1–3 cm. Die Länge und die Breite sind ausreichend, um eine Apertur des Wandlers 54 zu bedecken. Es kann eine Vertiefung für den Wandler 54 vorgesehen sein. Die Fläche des Pads 30 für den Kontakt mit dem Patienten kann gekrümmt sein. Zum Beispiel weisen verschiedene Pads unterschiedliche Oberflächenformen zur Verwendung mit verschiedenen Patienten und/oder an verschiedenen Orten an einem Patienten auf.
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Die Form kann im Wesentlichen fest sein, etwa indem eine Form vorliegt, welche zusammengedrückt werden kann, wodurch die Form verzerrt wird, wobei jedoch beim Lösen des Druckes wieder die ursprüngliche Form angenommen wird. Die Form kann veränderbar sein, wie etwa bei einem mit einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) gefüllten Kissen. Alternativ dazu ist die Form fest oder relativ unkomprimierbar.
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Das Pad 30 ist von dem Wandler 54 getrennt. Der Benutzer kann das Pad 30 wählen und das Pad 30 an dem Patienten positionieren. Es können Gurte, medizinischer Kleber, Gel oder Druck angewendet werden, um das Pad 30 an dem Patienten zu halten.
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Bei anderen Ausführungsformen ist das Pad 30 mit dem Wandler 54 integriert. Das Pad 30 ist mit dem Gehäuse des Wandlers verbunden, so dass eine Bewegung des Wandlers 54 das Pad 30 bewegt. Das Pad 30 ist der Kontaktpunkt der handgehaltenen oder von einem Roboter gehaltenen Therapiesonde mit der Haut des Patienten. Die Verbindung kann durch einen Gurt, einen Bolzen, eine Klemme oder andere Verbindungselemente erfolgen. Das Pad 30 kann als Teil des Gehäuses des Wandlers 54 ausgebildet sein, etwa als Teil einer einheitlichen Konstruktion mit dem Gehäuse.
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Der Sendestrahlformer 52 besteht aus einem oder mehreren Wellenformgeneratoren, Verstärkern, Verzögerungsgliedern, Phasendrehern, Multipliziergliedern, Addiergliedern, Digital-Analog-Wandlern, Filtern, Kombinationen davon und anderen derzeit bekannten oder später entwickelten Sendestrahlformer-Komponenten. Der Sendestrahlformer 52 ist mit einer Vielzahl von Kanälen zum Erzeugen von Sendesignalen für jedes Element einer Sendeapertur konfiguriert. Die Sendesignale für die Elemente werden relativ zueinander verzögert und apodisiert, um akustische Energie entlang einer oder mehrerer Scanlinien zu fokussieren. Während eines Sendeereignisses werden Signale mit unterschiedlichen Amplituden, Frequenzen, Bandbreiten, Verzögerungen, spektralen Energieverteilungen oder anderen Merkmalen für ein oder mehrere Elemente erzeugt.
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Für Temperaturmessungen sendet der Sendestrahlformer 52 einen oder mehrere Strahlen in einem Scanmuster. Beim Senden von akustischen Wellen von dem Wandler 54 in Reaktion auf die erzeugten Wellen werden ein oder mehrere Strahlen geformt. Es wird eine Sequenz von Sendestrahlen erzeugt, um einen ein-, zwei- oder dreidimensionalen Bereich zu scannen. Es können Sektor-, Vector®, lineare oder andere Scanformate verwendet werden. Derselbe Bereich wird mehrere Male gescannt. Für eine Dehnungs-Bildgebung (Strain Imaging) kann Scan- oder Frame-Verschachtelung verwendet werden (d. h. es wird der gesamte Bereich gescannt, bevor erneut gescannt wird). Bei alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 52 eine ebene Welle oder divergierende Welle zum schnelleren Scannen.
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Für die Therapie sendet der Sendestrahlformer 52 einen oder mehrere Strahlen. Der Sendestrahlformer 52 bewirkt die Erzeugung von akustischer Energie für HIFU. Der Therapie-Applikator (z. B. der Wandler für fokussierten Ultraschall hoher Intensität 54) erzeugt Therapie-Wellenformen auf der Basis von fokussiertem Ultraschall hoher Intensität. Durch relative Verzögerungen wird die akustische Energie fokussiert. Ein gegebenes Sendeereignis entspricht einer Übertragung akustischer Energie durch verschiedene Elemente im Wesentlichen zu derselben Zeit, in Anbetracht der Verzögerungen. Das Sendeereignis stellt einen Impuls von Ultraschallenergie zur Behandlung des Gewebes zur Verfügung. Das Sendeereignis kann wiederholt werden und/oder kann kontinuierliche (mehrere Zyklen umfassende) Wellenformen beinhalten.
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Der Empfangsstrahlformer 56 ist dafür ausgebildet, Ultraschalldaten zu erfassen, welche das Pad 30 repräsentieren. Die Ultraschalldaten sind zum Messen der Temperatur bestimmt. Zu anderen Quellen von Daten gehören Sensoren, ein Therapiesystem oder andere Eingänge. Solche Eingänge können dem Prozessor 62 oder dem Speicher 64 zugeführt werden.
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Der Empfangsstrahlformer 56 weist eine Vielzahl von Kanälen zur separaten Verarbeitung von Signalen auf, die von verschiedenen Elementen des Wandlers 54 empfangen wurden. Jeder Kanal kann Verzögerungsglieder, Phasendreher, Verstärker, Filter, Multiplizierglieder, Addierglieder, Analog-Digital-Wandler, Steuerungsprozessoren, Kombinationen davon und andere derzeit bekannte oder später entwickelte Empfangsstrahlformer-Komponenten aufweisen. Der Empfangsstrahlformer 56 enthält außerdem ein oder mehrere Addierglieder zum Kombinieren von Signalen von verschiedenen Kanälen zu einem strahlgeformten Signal. Ein nachfolgendes Filter kann ebenfalls vorgesehen sein. Es können auch andere derzeit bekannte oder später entwickelte Empfangsstrahlformer verwendet werden. Elektrische Signale, welche die akustischen Echos von einem Sendeereignis repräsentieren, werden den Kanälen des Empfangsstrahlformers 56 zugeführt. Der Empfangsstrahlformer gibt In-Phase- und Quadratur-, Hochfrequenz- und andere Daten aus, welche einen oder mehrere Orte in einem gescannten Bereich repräsentieren. Die Kanaldaten oder empfangsstrahlgeformten (receive beamformed) Daten vor der Detektion können durch den Prozessor 62 verwendet werden.
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Falls eine Bildgebung vorgesehen ist, werden die empfangsstrahlgeformten Signale anschließend detektiert und verwendet, um durch den Bildprozessor 58 ein Ultraschallbild zu erzeugen. Der Bildprozessor 58 ist ein B-Modus-/M-Modus-Detektor, Doppler-/Fluss-/Gewebebewegungs-Schätzer, harmonischer Detektor, Kontrastmitteldetektor, Spektral-Doppler-Schätzer, eine Kombination davon oder eine andere derzeit bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildes aus empfangenen Signalen. Der Bildprozessor 58 kann einen Scan-Converter enthalten. Die detektierten oder geschätzten Signale vor oder nach der Scan-Konvertierung können von dem Prozessor 62 verwendet werden.
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Das Display 60 ist ein Monitor, ein Flüssigkristalldisplay (LCD), ein Plasmadisplay, ein Projektor, ein Drucker oder eine andere derzeit bekannte oder später entwickelte Anzeigevorrichtung. Das Display 60 ist dafür ausgebildet, eine Hauttemperatur, Informationen zur Therapiesteuerung und/oder ein Bild, welches die Wirkung der Thermotherapie darstellt, anzuzeigen. Zum Beispiel wird die Hauttemperatur als ein Wert, ein Diagramm oder eine zweidimensionale Darstellung ausgegeben. Der Prozessor 62 und/oder der Bildprozessor 58 erzeugen Anzeigesignale für das Display 60. Die Anzeigesignale, wie etwa RGB-Werte, können von dem Prozessor 62 verwendet werden.
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Der Prozessor 62 ist ein Steuerungsprozessor, ein Strahlformerprozessor, ein allgemeiner Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine feldprogrammierbare Gatteranordnung, eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung, eine Hardwareschaltung, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Verarbeiten von Informationen. Der Prozessor 62 ist dafür ausgebildet, mit Computercode eine Wirkung von Thermotherapie auf einen Behandlungsbereich und/oder eine Hauttemperatur zu modellieren. Zum Beispiel wird die Hauttemperatur für einen oder mehrere Orte auf der Basis von Eingangsgrößen geschätzt. Der Computercode implementiert ein maschinell lernendes Modell und/oder ein anderes Modell, um die Hauttemperatur zu schätzen. Das Modell ist eine Matrix, ein Algorithmus oder Kombinationen davon, zur Schätzung auf der Basis eines oder mehrerer Eingangsmerkmale.
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Der Prozessor 62 steuert die Erzeugung von Wärme in dem Patienten. Die Steuerung wird in Abhängigkeit von Ultraschalldaten durchgeführt, welche das Pad repräsentieren. Es können auch andere Informationen verwendet werden, um die Therapie zu steuern. Was die Ultraschalldaten von dem Pad anbelangt, werden die Ultraschalldaten zur Berücksichtigung der Hauttemperatur bei der Steuerung der Therapie verwendet. Es kann ein beliebiges Maß der Kenngrößen des Pads zu einem gegebenen Zeitpunkt oder eine Änderung einer Kenngröße in Abhängigkeit von der Zeit auf eine Temperatur des Pads und/oder eine Steuerung der Therapie auf der Basis der Temperatur abgebildet werden, sogar ohne Berechnung einer speziellen Temperatur. Wenn eine Beziehung zwischen der Temperatur des Pads und/oder einer gemessenen Kenngröße und der Hauttemperatur gegeben ist, kann die Hauttemperatur aus den Messungen bestimmt werden. Auf der Basis der Hauttemperatur (z. B. so, wie sie durch die Messungen des Pads und/oder die Temperatur des Pads repräsentiert wird) kann die Anwendung von fokussiertem Ultraschall von dem Wandler verändert werden. Falls die Temperatur zu hoch ist, kann die akustische Energie verringert oder ausgeschaltet werden, wenigstens für einen Abkühlungszeitraum. Falls die Temperatur niedrig ist, kann die akustische Energie erhöht werden. Das Muster oder die Apertur, die verwendet wird, um die akustische Energie zuzuführen, kann auf der Basis der Hauttemperatur verschoben oder geändert werden. Es kann eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung der Hauttemperatur verwendet werden, um die Anwendung zu steuern.
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Der Prozessor 62 gibt die Messwerte von dem Pad, die Temperatur des Pads und/oder andere Informationen in ein Modell ein, um die Hauttemperatur und/oder eine aufgrund der Hauttemperatur erforderliche Steuerung zu bestimmen. Das Modell kann eine Nachschlagtabelle und/oder eine programmierte Funktion sein, wie etwa in Verbindung mit einer experimentell bestimmten Beziehung zwischen Hauttemperatur und Pad-Messungen. Bei anderen Ausführungsformen ist das Modell eine Matrix oder andere Darstellung (z. B. Koeffizienten) eines maschinell lernenden Modells. Das Modell gibt eine Hauttemperatur und/oder eine Steuerung auf der Basis der Hauttemperatur aus. Der Prozessor 62 kann ein Dosismodell und/oder ein Wärmeverteilungsmodell implementieren.
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Der Speicher 64 ist ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium, das Daten speichert, welche Anweisungen repräsentieren, die durch den programmierten Prozessor für eine Bestimmung der Hauttemperatur bei medizinischer Ultraschalltherapie ausführbar sind. Die Anweisungen zur Implementierung der hier erläuterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf computerlesbaren Speichermedien oder Speichern bereitgestellt, wie etwa einem Cache-Speicher, Puffer, RAM, auf Wechseldatenträgern, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Zu den computerlesbaren Speichermedien gehören verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Figuren dargestellt oder hierin beschrieben sind, werden in Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ von Anweisungssatz, Speichermedium, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und Ähnliches ausgeführt werden, die allein oder in einer Kombination zum Einsatz kommen. In ähnlicher Weise können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und Ähnliches beinhalten. Bei einer Ausführungsform werden die Anweisungen auf einem Wechselmedienlaufwerk gespeichert, zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme. Bei anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort gespeichert, zur Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen. Bei noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen innerhalb eines gegebenen Computers, einer CPU, einer GPU oder eines Systems gespeichert.
