DE102013007136A1

DE102013007136A1 - Ultraschall zur Therapiekontrolle oder -überwachung

Info

Publication number: DE102013007136A1
Application number: DE102013007136A
Authority: DE
Inventors: Chi-Yin Lee; Caroline Maleke; Kevin Michael Sekins; Liexiang Fan; John Kook; Stephen R. Barnes; Jerry D. Hopple; Xiaozheng Jenny Zeng; Stephen J. Hsu; Christophe Duong
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US20130296743A1; FR2990138A1; CN103381097B; CN103381097A

Abstract

Therapiekontrolle und/oder -überwachung werden mit einem Ultraschallscanner durchgeführt. Der Ultraschallscanner erkennt (20) eine Temperatur, um die Therapie zu überwachen und die Position des HIFU-Strahls des Therapiesystems anhand der Temperatur neu zu fokussieren (22). Die Überwachung wird mittels eines Auslöserausgangs (68) vom Ultraschallscanner mit der Therapie synchronisiert. Der Auslöserausgang (68) ist die Reaktion auf eine Abtastsequenz des Ultraschallscanners. Zur Umsetzung eines vorgegebenen Therapieplans wird die Abtastsequenz angepasst, woraus sich eine angepasste Auslösersequenz ergibt. Die dreidimensionale oder multiplanare Rekonstruktionsdarstellung (32) wird verwendet, um die Temperatur für die Rückmeldung an die Überwachungsfunktion darzustellen. Die Temperatur an nicht zu behandelnden Positionen kann überwacht werden (38). Wenn sich die Temperatur außerhalb der zu behandelnden Region in einer unerwünschten Weise entwickelt (z. B. zu hoch wird), wird die Therapie zumindest zeitweise kontrolliert ausgesetzt (39).

Description

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die Behandlung mit Wärme. Beispielsweise erzeugt hochintensiver, fokussierter Ultraschall (High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) Wärme im Körper eines Patienten. In der HIFU-Therapie zerstört ein HIFU-Therapiegerät Gewebe mittels Hitze (Ablation) und überwacht ein Bildgebungssystem den Fortschritt der Ablation. Das Bildgebungssystem zeigt ein Bild an, auf dem der Benutzer die gewünschte Zielregion für die Therapie markieren kann. Damit die richtigen interessierenden Regionen behandelt werden, werden die Koordinaten des Bildgebungssystems mit den Koordinaten des HIFU-Therapiegeräts registriert.
In einem integrierten System sind der Therapie-Transducer und der Bildgebungs-Transducer in einer definierten oder unveränderlichen Position zueinander angeordnet. Dabei kann derselbe Transducer sowohl für die Bildgebung als auch für die Therapie verwendet werden. Bei anderen Anordnungen erfolgt die Bildgebung mithilfe eines Ultraschallbildgebungssystems und die Behandlung durch ein separates Therapiesystem. Hierbei gibt es jedoch entweder keine Rückmeldung vom Bildgebungssystem an das Therapiesystem oder es wird ein spezieller Kommunikationsweg eingerichtet, um trotz Trennung der Systeme einen integrierten Betrieb zu ermöglichen. Dieser spezielle Kommunikationsweg erfordert unter Umständen teure Veränderungen der Software oder der Hardware.
Einleitend wird festgehalten, dass die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, computerlesbare Medien, Anweisungen und Systeme zur Therapiekontrolle und/oder -überwachung mithilfe eines Ultraschallscanners umfassen. Für die Kontrolle oder Überwachung der Therapie durch ein Therapiegerät mithilfe eines separaten Ultraschallscanners werden verschiedene Funktionen verwendet. (1) Der Ultraschallscanner erkennt eine Temperatur, um die Therapie zu überwachen und die Position des HIFU-Strahls des Therapiesystems anhand der Temperatur neu zu fokussieren. (2) Die Überwachung wird mittels eines Auslöserausgangs vom Ultraschallscanner mit der Therapie synchronisiert. Der Auslöserausgang ist die Reaktion auf eine Abtastsequenz des Ultraschallscanners. Zur Umsetzung eines vorgegebenen Therapieplans wird die Abtastsequenz angepasst, woraus sich eine angepasste Auslösersequenz ergibt. Da der Ultraschallscanner während der Therapie keine Abtastungen vornehmen soll, können die Sender ausgeschaltet sein, auch wenn der Ultraschallscanner eigentlich durch die Abtastsequenz dafür konfiguriert ist, eine Abtastung durchzuführen. (3) Die dreidimensionale oder multiplanare Rekonstruktionsdarstellung wird verwendet, um die Temperatur für die Rückmeldung an die Überwachungsfunktion darzustellen. Der Benutzer kann die Bildrekonstruktion steuern, um die Überwachung des zu behandelnden Volumens in Echtzeit während der Behandlung zu unterstützen. (4) Die Temperatur an zu behandelnden Positionen und/oder nicht zu behandelnden Positionen kann überwacht werden. Wenn sich die Temperatur außerhalb der zu behandelnden Region in einer unerwünschten Weise entwickelt (z. B. zu hoch wird), wird die Therapie zumindest zeitweise kontrolliert ausgesetzt. Alle diese Funktionen können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein System zur Therapiekontrolle mit einem Ultraschallscanner bereitgestellt. Sender des Ultraschallscanners sind dafür vorgesehen, mittels Ultraschallstrahlen nach einer Abtastsequenz abzutasten. Ein Prozessor des Ultraschallscanners ist dafür konfiguriert, die Abtastsequenz für den Ultraschallscanner in Abhängigkeit von dem Therapieplan zu erzeugen und die Sender für mindestens einen Teil der Abtastsequenz auszuschalten. Ein Auslöserausgang des Ultraschallscanners ist dafür konfiguriert, Auslösesignale an ein Therapiegerät auszugeben. Die ausgegebenen Auslösesignale sind die Reaktion auf die Abtastsequenz.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Therapiekontrolle mit einem Ultraschallscanner bereitgestellt. Eine zu behandelnde Position wird identifiziert. Ein Fokus einer Behandlung mit Wärme wird mittels akustischer Wärmemessung erkannt. Der Fokus wird basierend auf der Erkennung mittels akustischer Wärmemessung so justiert, dass er an der zu behandelnden Position liegt.
Gemäß einem dritten Aspekt sind auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium Daten enthalten, die von einem programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen für die Therapieüberwachung mit einem Ultraschallscanner beinhalten. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum Erfassen der Temperatur von Geweben an Positionen, die in drei Dimensionen verteilt sind, zum Verschachteln (Interleaving) von Therapiesendungen mit der Erfassung von Temperaturen, zum Empfangen von Benutzereingaben zur Beeinflussung der Bildrekonstruktion und zum Erzeugen einer dreidimensionalen oder multiplanaren Rekonstruktionsdarstellung der Temperaturen in Echtzeit während der Therapiesendungen in einem zweidimensionalen Bild, wobei die Bildrekonstruktion von der Veränderung der Bildrekonstruktion abhängig ist.
Gemäß einem vierten Aspekt sind auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium Daten enthalten, die von einem programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen für die Therapiekontrolle mit einem Ultraschallscanner beinhalten. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum Senden von therapeutischen, hochintensiven, fokussierten Ultraschall(HIFU)-Strahlen in eine zu behandelnde Region in einer Körperregion eines Patienten, zum Erfassen der Temperaturen von Gewebe an verteilten Positionen innerhalb der Körperregion des Patienten, wobei mindestens ein Teil der Positionen außerhalb der zu behandelnden Region liegt, und zum Aussetzen des Sendens von therapeutischen, hochintensiven, fokussierten Ultraschallstrahlen aufgrund mindestens eines Temperaturwertes für mindestens eine der Positionen außerhalb der zu behandelnden Region.
Die vorliegende Erfindung ist durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert. Keine der Informationen in diesem Abschnitt ist als Einschränkung dieser Patentansprüche aufzufassen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert.
Komponenten und Figuren sind nicht in jedem Fall maßstabsgetreu, vielmehr wurde das Hauptaugenmerk darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Ferner bezeichnen gleiche Bezugsnummern in den Figuren einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zur Therapiekontrolle und -überwachung mit einem Ultraschallbildgebungssystem;
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Ultraschallbildgebungssystems für die medizinische Diagnose zum Kontrollieren oder Überwachen eines Therapiegeräts;
3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Anordnung von Softwaremodulen für einen Ultraschallscanner;
4 stellt eine beispielhafte Auslösersequenz zum Kontrollieren des Betriebs des Therapiegeräts dar;
5 ist eine beispielhafte Benutzerschnittstelle zum Erzeugen einer Abtastsequenz;
6 zeigt eine Darstellung beispielhafter Bilder einer Temperatur, die einer Fokusregion zuzuordnen ist;
7 ist ein Ablaufdiagramm zu einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Therapiekontrolle mit einem Ultraschallbildgebungssystem;
8 ist ein Ablaufdiagramm zu einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Therapieüberwachung mit einem Ultraschallbildgebungssystem; und
9 ist ein Ablaufdiagramm zu einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Therapiekontrolle mit einem Ultraschallbildgebungssystem.
Während des Therapieplanungs- und Behandlungsprozesses kann ein Rückmeldungssystem dem Benutzer Echtzeitinformationen dazu liefern, wie gut die Behandlung durchgeführt wird. Ein dreidimensionales (3D) Ultraschallbildgebungsgerät, beispielsweise das Siemens SC2000, führt die Therapiekontrolle und -überwachung in Verbindung mit einem Therapiemodul, beispielsweise einem separaten HIFU-Therapiesystem, aus. Durch die Erzeugung einer Abtastsequenz synchronisiert das Ultraschallgerät die zeitliche Abfolge von Therapie (z. B. HIFU) und Bildgebung oder Überwachung im Verlauf der Therapie. Das Ultraschallgerät liefert eine Rückmeldung an das Therapiemodul zur Verwendung der akustischen Wärmemessung, beispielsweise die Position, Form und/oder Größe des Fokus. Die Wärmemessung kann zur Kontrolle der gelieferten Leistung verwendet werden. Auf der Basis der Rückmeldung erfolgt die automatische Justage des HIFU-Fokus. Das Ultraschallgerät stellt einen Sicherheitsmechanismus zur Überwachung der Temperatur außerhalb der zu behandelnden Region sowie innerhalb der zu behandelnden Region bereit. Wenn die Temperaturen außerhalb einer zu behandelnden Region einen Schwellenwert erreichen, wird das Senden des HIFU-Strahls automatisch beendet. Das Ultraschallgerät kann in Echtzeit eine visuelle Rückmeldung zum Überwachen der Therapie bereitstellen, etwa eine dreidimensionale oder multiplanare Rekonstruktionsdarstellung (MPR) der Temperaturen.
Für das Überwachen, das Justieren der Fokusposition des HIFU-Strahls und das Kontrollieren durch einen Ultraschallscanner eines Therapiegeräts oder die Therapie können verschiedene Ansätze verwendet werden. Diese verschiedenen Ansätze können zusammen oder unabhängig voneinander verwendet werden. Bei einem ersten Ansatz wird durch das Ultraschallgerät automatisch eine Abtastsequenz erzeugt. Die Abtastsequenz wird dazu verwendet, die zeitliche Abfolge für das Verschachteln der Therapiedosierungs- und der Überwachungsperioden zu kontrollieren. Während der Überwachungsperiode wird die Impulsbildgebung (Acoustic Radiation Force Imaging, ARFI) oder ein ähnlicher Ultraschallmodus verwendet. Die Abtastsequenz gibt den Startzeitpunkt der Therapie vor, beispielsweise des Therapiestrahls. Wenn das Therapiegerät ein HIFU-Gerät ist, kann die Abtastsequenz den Startzeitpunkt für einen ARFI-Anregungsstrahl des HIFU-Geräts vorgeben. Von dem Ultraschallgerät werden aus der Abtastsequenz abgeleitete Auslösesignale erzeugt und an ein angeschlossenes Therapiegerät gesendet.
Bei einem zweiten Ansatz werden in der Abtastsequenz und der daraus folgenden Auslösung ein Dithering in der zu behandelnden Position berücksichtigt. In der Hardware des HIFU-Geräts ist eine Mehrzahl von Zielregionen gespeichert. Die Ultraschall-Abtastsequenz wird außerdem dazu verwendet, die zeitliche Abfolge der Abstufung des HIFU-Strahls auf die verschiedenen Dithering-Positionen (geringen Bewegungen) oder Zielpositionen (zufällige Entfernungen) zu kontrollieren.
Bei einem dritten Ansatz wird ein HIFU-Strahl oder ein anderer Fokus der Behandlung mit Wärme erkannt. Mittels akustischer Wärmemessung wird die Fokusposition des Strahls erkannt. Der Fokus wird automatisch durch eine temperaturbasierte Regelschleifenrückmeldung justiert. Die Regelschleife kann durch die Abtastsequenz gesteuert sein, indem etwa die Sequenz dafür verwendet wird, die zeitliche Abfolge der Erkennung und Justage bereitzustellen.
Bei einem vierten Ansatz werden die visuelle Fokussierung des HIFU-Strahls und die Therapierückmeldung mithilfe einer dreidimensionalen oder multiplanaren Rekonstruktionsdarstellung (MPR) der Temperatur in Echtzeit bereitgestellt. Für die Beeinflussung der Bildrekonstruktion steht dem Benutzer eine grafische Benutzerschnittstelle zur Verfügung.
Bei einem fünften Ansatz verhindert eine Sicherheitsfunktion eine unerwartete Erwärmung außerhalb der Zielregion. Die Therapie, beispielsweise ein HIFU-Strahl, wird automatisch ausgesetzt, wenn außerhalb der Zielregion eine unerwartete Temperatur oder ein unerwarteter Temperaturanstieg erkannt wird.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Systems, bei dem ein Ultraschallscanner zur Kontrolle und/oder Überwachung einer Therapie durch ein separates Therapiegerät verwendet wird. Das System arbeitet in Echtzeit. Auslösen, Justieren des Fokus, bildliches Darstellen der Temperatur und/oder Erkennen von Wärme außerhalb einer Zielregion können in Echtzeit während der Therapie erfolgen. Überwachung und/oder Kontrolle erfolgen in einer geschlossenen Regelschleife abwechselnd während der Behandlung. Die Kommunikation (z. B. das Auslösen) von dem und das Verarbeiten durch den Prozessor des Ultraschallscanners erfolgen während der Behandlung. Das Abtasten zur Überwachung erfolgt verschachtelt mit der Therapie, beispielsweise innerhalb von Sekundenbruchteilen oder Sekunden nacheinander. Die Überwachung und/oder Kontrolle des Therapiegeräts findet in ein und derselben Sitzung zur Behandlung eines Patienten statt.
Das System umfasst ein Bildgebungssystem 40 und ein Therapiesystem 42 für den Einsatz an dem Patienten 44. Das Bildgebungssystem 40 ist ein Ultraschallscanner, jedoch können auch andere Bildgebungssysteme (z. B. Magnetresonanz (MR)) verwendet werden. Das Therapiesystem 42 ist ein HIFU-System, Mikrowellensystem oder eine sonstige Quelle gesendeter therapeutischer Energie. Bei einer Ausführungsform umfasst das Therapiesystem 42 einen Transducer, Sender zum Erzeugen von Wellen, die an den Transducer angelegt werden, Elektronik (z. B. einen Prozessor) zum Kontrollieren der Therapie und eine Schnittstelle zum Kommunizieren, etwa zum Empfangen von Auslöserinformationen und Zieldaten.
Das Bildgebungssystem 40 und das Therapiesystem 42 sind getrennte Systeme. Die Koordinaten der Systeme 40, 42 sind verschieden. Beispielsweise werden für Therapie und Bildgebung verschiedene Transducer verwendet. Gehäuse, Elektronik oder andere Komponenten der Systeme sind verschieden.
Die Systeme 40, 42 kommunizieren miteinander, um eine Kontrolle zu ermöglichen. Positions- oder Koordinateninformationen des Bildgebungssystems 40 werden an das Therapiesystem 42 übermittelt. Zeitsteuerungs- oder Auslösesignale werden von dem Bildgebungssystem 40 an das Therapiesystem 42 übermittelt.
Die Kommunikation erfolgt über die Verbindung 46. Die Verbindung 46 ist ein Kabel. Beispielsweise verbindet ein USB-Kabel das Therapiesystem 42 mit dem Bildgebungssystem 40. Andere Kabeltypen, beispielsweise Ethernetkabel, können ebenfalls verwendet werden. Die Verbindung ist direkt (wie dargestellt, ohne dazwischengeschaltete Geräte) oder indirekt, etwa über ein Netzwerk oder einen Computer.
2 zeigt ein beispielhaftes Ultraschallsystem 40 zum Kontrollieren oder Überwachen des Therapiesystems 42. Das Ultraschallsystem von 2 umfasst einen Sendestrahlformer 52, einen Transducer 54, einen Empfangsstrahlformer 56, einen Bildprozessor 58, ein Anzeigegerät 60, einen Prozessor 62, einen Speicher 64, eine Benutzereingabevorrichtung 66 und einen Auslöserausgang 68. Zusätzliche, andere oder weniger Komponenten können vorgesehen sein. Beispielsweise werden auch separate Detektoren und ein Abtastumwandler bereitgestellt.
Das Ultraschallsystem ist ein Ultraschallbildgebungssystem für die medizinische Diagnose. Die Bildgebung umfasst zweidimensionale, dreidimensionale, B-Modus-, Doppler-, Farbfluss-, Spektral-Doppler-, M-Modus- oder andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Bildgebungsverfahren. Das Ultraschallsystem ist ein auf einen Wagen montiertes System voller Größe, ein kleineres portables System, ein Handsystem oder ein anderes derzeit bekanntes oder künftig zu entwickelndes Ultraschallbildgebungssystem. Bei einer Ausführungsform ist das Ultraschallsystem ein dreidimensionales Bildgebungssystem mit der Fähigkeit, entlang einer Mehrzahl (z. B. 16, 32, 64 oder mehr) von Empfangsleitungen Signale zu empfangen als Reaktion auf einen gegebenen Sendestrahl, zur massiv parallelen Empfangsstrahlformung für das schnelle Abtasten eines Volumens.
Der Prozessor 62 und der Speicher 64 sind Bestandteile des Ultraschallsystems, etwa ein Steuerprozessor mit dem entsprechenden Cache-, RAM-, System- oder sonstigen Speicher. Bei einer anderen Ausführungsform sind der Prozessor 62 und der Speicher 64 Bestandteile eines separaten Systems. Beispielsweise sind der Prozessor 62 und der Speicher 64 eine Workstation oder ein Personal-Computer und arbeiten unabhängig von dem Ultraschallsystem. Als weiteres Beispiel sind der Prozessor 62 und der Speicher 64 Bestandteile des Therapiesystems 42.
Der Transducer 54 umfasst einen oder mehrere Bildgebungs-Transducer. Verwendet werden kann jeder beliebige heute bekannte oder künftig zu entwickelnde Transducer zum Erzeugen von Strahlen, Fächern oder sonstigen akustischen Strukturen aus elektrischer Energie. Ein einzelnes Element kann bereitgestellt werden, etwa wenn der Fokus mechanisch durch Verschieben einer Linse erzeugt wird. Für die elektrische Fokussierung oder Steuerung kann eine Mehrzahl von Elementen in einem ein- oder mehrdimensionalen Array verwendet werden, beispielsweise ein Array aus N × M Elementen, wobei sowohl N als auch M größer ist als 1.
Das Element oder die Elemente sind piezoelektrische, mikroelektromechanische oder andere Transducer zum Umwandeln von elektrischer Energie in akustische Energie sowie von akustischer Energie in elektrische Energie. Beispielsweise ist der Transducer 54 ein kapazitiver Membran-Ultraschall-Transducer.
Der Transducer 54 wird äußerlich bei einem Patienten angewandt. Beispielsweise ist der Transducer 54 ein Sondenkopf oder ein anderes Gerät, das gegen die Haut des Patienten gehalten wird. Der Transducer 54 wird in der Hand gehalten, von einem Gerät positioniert oder mittels Gurtmanschette an dem Patienten befestigt. Bei anderen Ausführungsformen ist der Transducer 54 in einem Sondenkopf, Katheter oder einer anderen Vorrichtung zur innerlichen Anwendung bei einem Patienten enthalten.
Jedes der Transducer-Elemente ist mit dem Sendestrahlformer 52 verbunden, um von dem Sendestrahlformer 52 elektrische Energie zu empfangen. Der Transducer 54 wandelt die elektrische Energie in einen akustischen Strahl für die Abtastung um. Für den Empfang sind die Elemente mit Kanälen des Empfangsstrahlformers 56 verbunden.
Der Bildgebungs-Transducer 54, etwa ein HIFU-Transducer, ist von dem Therapiesystem getrennt. Der Bildgebungs-Transducer 54 kann alternativ mit dem Therapie-Transducer 34 in einer unveränderlichen oder flexiblen Beziehung verbunden sein. Beispielsweise befinden sich die Therapie- und Bildgebungs-Transducer in einer Manschette oder Decke. Die Decke besteht aus Plastik, Metall, Stoff oder einem anderen Material und hält die Mehrzahl der Transducer starr, halbstarr oder flexibel mit oder ohne die Strahlformer 52, 56 und/oder den Prozessor 62. Scharniere, andere Konstruktionen oder ein Außengehäuse verbinden die Transducer.
Die relative Position des Therapie-Transducers 34 oder Applikators und des Bildgebungs-Transducers 54 wird gemessen, kalibriert, registriert oder ist unveränderlich. Anhand dieser Beziehung kann eine Transformation zwischen dem Koordinatenraum des Bildgebungssystems und demjenigen des Therapiegeräts dazu verwendet werden, Positionen in beiden Systemen einander zuzuordnen.
Die Strahlformer 52, 56, der Bildprozessor 58 und der Prozessor 62 sind durch Hardware und/oder Software konfiguriert. Ebenso kann das Therapiegerät durch Hardware und/oder Software konfiguriert sein. 3 stellt Softwaremodule dar, die in dem System von 2 verwendet werden. Es können jedoch auch andere Anordnungen vorgesehen werden. Die dargestellte Anordnung kann in dem Ultraschallgerät SC2000 von Siemens Medical Solutions realisiert werden.
3 zeigt das Zusammenwirken der verschiedenen Softwaremodule in dem Ultraschallgerät und das Zusammenwirken zwischen dem Ultraschallgerät und dem Therapiemodul (d. h. dem Therapiegerät). Für die Bildgebung wird eine Software zur Erfassung der Frontend-Daten bereitgestellt. Die Software steuert oder konfiguriert die Strahlformer 52, 56. Für die Bilderzeugung und den Betrieb des CINE-Speichers wird Software bereitgestellt. Diese Software steuert oder konfiguriert den Bildprozessor 58 und/oder den Speicher 64. Das Modul für den CINE-Betrieb kann hiervon getrennt sein. Die Software steuert oder konfiguriert den Prozessor 62 für die Bildanalyse (z. B. Temperaturschätzung) und -rekonstruktion. Für Bildanalyse und -rekonstruktion können verschiedene oder dieselben Geräte und/oder Softwaremodule verwendet werden. Softwaremodule können zum Kontrollieren der Pufferung, Speicherung oder Übertragung von Daten verwendet werden, beispielsweise zum Kontrollieren der automatischen Datenübertragung an den Speicher 64 oder zum Abrufen von Daten für die Analyse oder Anzeige aus dem Speicher 64 je nach Bedarf. Auch andere Konfigurationen können verwendet werden.
Es wird erneut Bezug genommen auf 2; der Sendestrahlformer 52 ist ein Sender des Ultraschallscanners. Der Sendestrahlformer 52 ist mit dem Bildgebungs-Transducer 54 verbunden. Elektrische Wellen werden erzeugt, etwa mit Impulsgebern oder Wellengeneratoren, um den Bildgebungs-Transducer 54 dazu zu veranlassen, mit einem Strahl aus Ultraschallenergie abzutasten. Die Wellengeneratoren sind Sender. Die Wiederholung der Sendungen nach einem bestimmten Muster wird als Abtastsequenz bezeichnet. Die Frontend-Software ist verantwortlich für die Programmierung des Sendestrahlformers 52 und des Empfangsstrahlformers 56 und enthält eine Zeitsteuerung, um die Ultraschallbild-Abtastsequenz zu erzeugen und Daten für ein oder mehrere Ultraschallbild(er) zu erfassen.
Der Sendestrahlformer 52 besteht aus einem oder mehreren Ultraschallspeicher(n), Impulsgeber(n), Wellengenerator(en), Verstärker(n), Verzögerungsglied(ern), Phasendreher(n), Multiplizierer(n), Summierglied(ern), Digital/Analog-Wandler(n), Filter(n), Kombinationen davon sowie anderen derzeit bekannten oder künftig zu entwickelnden Sendestrahlformerkomponenten. Der Sendestrahlformer 52 ist mit einer Mehrzahl von Kanälen konfiguriert, um Sendesignale für jedes Element einer Sendeöffnung zu erzeugen. Die Sendesignale für jedes Element werden relativ zueinander verzögert und apodisiert, um die akustische Energie entlang einer Abtastlinie oder mehreren Abtastlinien zu fokussieren. Während eines Sendeereignisses werden Signale mit verschiedenen Amplituden, Frequenzen, Bandbreiten, Verzögerungen, spektralen Energieverteilungen oder anderen Merkmalen für ein oder mehrere Element(e) erzeugt.
Für die Bildgebung sendet der Sendestrahlformer 52 eine Mehrzahl von Strahlen in einem Abtastmuster. Beim Senden von Ultraschallwellen von dem Transducer 34 als Reaktion auf die erzeugten Wellen wird ein Empfangsstrahl oder werden mehrere Empfangsstrahlen geformt. Eine Folge von Sendestrahlen wird erzeugt, um eine zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Das Sektor-, Vector^®-, lineare oder ein anderes Abtastformat kann verwendet werden. Dieselbe Region wird mehrmals abgetastet. Für die Fluss- oder Doppler-Bildgebung und für die Belastungsbildgebung (Strain Imaging) wird eine Folge von Abtastungen für dieselben Positionen verwendet. Bei der Doppler-Bildgebung kann die Folge mehrere Strahlen entlang derselben Abtastlinie umfassen, bevor eine benachbarte Abtastlinie abgetastet wird. Für die Belastungsbildgebung kann Scan- oder Frame-Verschachtelung (Interleaving) verwendet werden (d. h., die gesamte Region wird abgetastet, bevor erneut abgetastet wird). Bei alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 52 eine ebene Welle oder divergierende Welle für eine schnellere Abtastung.
Der Empfangsstrahlformer 56 ist dafür konfiguriert, Ultraschalldaten zu erfassen, die eine Körperregion eines Patienten repräsentieren. Die Ultraschalldaten beziehen sich auf die Messung von temperaturbezogenen Informationen, die Erfassung anatomischer Informationen, die Erkennung einer Verschiebung und/oder das Empfangen anderer Daten. Die Temperatur- und/oder anatomischen Informationen stammen zumindest teilweise aus Ultraschalldaten.
Der Empfangsstrahlformer 56 umfasst eine Mehrzahl von Kanälen für die getrennte Verarbeitung der Signale, die von den verschiedenen Elementen des Bildgebungs-Transducers 54 empfangen werden. Jeder Kanal kann Verzögerungsglieder, Phasendreher, Verstärker, Filter, Multiplizierer, Summierglieder, Analog/Digital-Wandler, Steuerprozessoren, Kombinationen davon sowie andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Empfangsstrahlformerkomponenten umfassen. Der Empfangsstrahlformer 56 umfasst außerdem ein Summierglied oder mehrere Summierglieder, um Signale von verschiedenen Kanälen zu einem strahlgeformten Signal zu kombinieren. Ein nachgeschaltetes Filter kann ebenfalls bereitgestellt werden. Auch andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Empfangsstrahlformer können verwendet werden. Elektrische Signale, die die akustischen Echos von einem Sendeereignis repräsentieren, werden an die Kanäle des Empfangsstrahlformers 56 weitergeleitet. Der Empfangsstrahlformer 56 gibt Inphasen- und Quadratur-(IQ), Funkfrequenz- oder andere Daten aus, die eine Position oder mehrere Positionen in einer abgetasteten Region repräsentieren. Die Kanaldaten oder empfangsstrahlgeformten Daten vor der Erkennung können von dem Prozessor 62 genutzt werden.
Die empfangsstrahlgeformten Signale werden anschließend von dem Bildprozessor 58 erkannt und dazu verwendet, ein Ultraschallbild zu erzeugen. Der Bildprozessor 58 ist ein B-Modus-/M-Modus-Detektor, Doppler-/Fluss-/Gewebeverschiebungs-Schätzglied, Harmonische-Detektor, Kontrastmittel-Detektor, Spektral-Doppler-Schätzglied, Kombinationen davon oder ein anderes derzeit bekanntes oder künftig zu entwickelndes Gerät zum Erzeugen eines Bildes aus empfangenen Signalen. Der Bildprozessor 58 kann einen Abtastumwandler umfassen. Die erkannten oder geschätzten Signale vor oder nach der Abtastumwandlung können von dem Prozessor 62 genutzt werden.
Der Bildprozessor 58 ist ein MID-Prozessor oder ein Bildformer. Die verschiedenen, durch die IQ-Daten repräsentierten Ultraschallstrahlen werden für die Bildgebung in akustische Daten umgewandelt. Die Verarbeitung zwischen der Ausgabe des Empfangsstrahlformers 56 und dem Eingang des CINE-Speichers erfolgt im Bildprozessor 58. Bei einer Ausführungsform werden verschiedene Verarbeitungs-Pipelines genutzt, beispielsweise für die Filterung Zeileninterpolation, Phaseneinstellung, Verstärkung oder Demodulation. Für die Temperaturschätzung kann einer oder können mehrere (z. B. alle) dieser Prozesse umgangen werden. Beispielsweise führt der Bildprozessor 58 eine beliebige kohärente Bildverarbeitung (z. B. Zeileninterpolation oder Phaseneinstellung) aus und gibt IQ-Daten an den Speicher 64 aus, ohne Erkennung oder andere Operationen des Bildprozessors 58.
Die IQ-Daten können keinen, einen oder mehrere Puffer durchlaufen, bevor sie in den Speicher 64 ausgegeben werden. Beispielsweise werden die Daten in einem Speicher für Analysedaten gepuffert, um die IQ-Daten vor der Erkennung zu speichern, und in einem Speicher für erkannte Daten, um die erkannten Daten zu speichern. Die IQ-Daten können selbst dann in dem Speicher für erkannte Daten abgelegt werden, wenn sie nicht erkannt wurden. Eine andere Pufferung oder keinerlei Pufferanordnungen können verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform sind die IQ-Daten der Impulsbildgebung (Acoustic Radiation Force Imaging, ARFI) zugeordnet. Mehrfachimpulse werden abgegeben, um eine Folge von Daten zu erfassen, die jede eine Mehrzahl von Positionen repräsentieren. Um in den Puffern oder im Speicher 64 ausreichend Speicherplatz zur Verfügung zu stellen, kann der Speicher 64 dafür konfiguriert werden, eine ausreichende Bandbreite zu reservieren. Beispielsweise ist der CINE-Speicher so konfiguriert, dass keine oder nur eine geringe Reserve für Doppler- oder Farbdaten und/oder B-Modus-Daten vorgesehen ist.
Bei einer Ausführungsform ist der Speicher 64 ein CINE-Speicher. IQ-, erkannte oder andere Ultraschalldaten werden in einer Schleifenstruktur gespeichert. Es werden jeweils die jüngsten Datenrahmen gespeichert. Sobald der Mengen-, Zeit- oder ein sonstiger Schwellenwert erreicht ist, überschreiben die neuesten Daten die jeweils ältesten Daten. Datenrahmen werden für vollständige ein-, zwei- oder dreidimensionale Abtastungen gespeichert. Ein Datenrahmen ist eine Gruppierung der Daten, die die Abtastregion repräsentieren, etwa Daten aus einem Durchlauf durch ein Volumen oder Gruppendaten für mehrere Durchlaufe durch ein Volumen, um ein gegebenes Bild zu erzeugen.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist der Speicher 64 ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium, auf dem Daten enthalten sind, die von dem programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen für die Therapieüberwachung oder -kontrolle mit einem Ultraschallscanner beinhalten. Die Anweisungen zur Implementierung der hier erörterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computerlesbaren Speichermedium oder in Speichern bereitgestellt, etwa einem Cache, Puffer, RAM, Wechselspeichermedien, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien beinhalten verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Abbildungen dargestellt oder hier beschrieben sind, werden in Reaktion auf einen Satz 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 Befehlssatz, Speichermedium, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Microcode und Ähnliches ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Desgleichen können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und Ähnliches umfassen. Bei einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einem Wechselspeichermedium zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. Bei anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort zur Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. Bei noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen innerhalb eines gegebenen Computers, einer CPU, GPU oder eines Systems gespeichert.
Die Benutzereingabevorrichtung 66 ist eine Taste, ein Knopf, ein Schieber, ein Touchpad, eine Maus, ein Trackball, eine Tastatur oder eine andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Eingabevorrichtung. Es können auch Kombinationen von Eingabevorrichtungen verwendet werden. Auf Basis einer grafischen Benutzerschnittstelle, die von dem Prozessor 62 erzeugt und auf dem Anzeigegerät 60 angezeigt wird, verwendet der Benutzer die Benutzereingabevorrichtung 66, um den Ultraschallscanner auszuwählen, Daten einzugeben, zu steuern oder zu konfigurieren.
Die Benutzereingabevorrichtung 66 ist Bestandteil der grafischen Benutzerschnittstelle. Bei einer Ausführungsform empfängt die Benutzereingabevorrichtung 66 Parameter eines Therapieplans. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem der Benutzer eine Anzahl von Positionen für eine zu behandelnde Region eingibt. Die Positionen sind für den räumlichen Versatz der Behandlung vorgesehen, etwa für das räumliche Dithering der Behandlung. Die Dauer an jeder Position wird eingegeben. Für verschiedene Positionen kann dieselbe oder jeweils eine andere Dauer eingegeben werden. Die Anzahl der Überwachungspositionen (z. B. Abtastmuster für das Abtasten zur Bildgebung während der Therapie), die Zeit für die Überwachung und/oder die Gesamtzeit für die Durchführung der Therapie und die Überwachung kann eingegeben werden. Zusätzliche, andere oder weniger Eingaben zur Kontrolle und/oder Überwachung der Therapie können vorgesehen werden. Bei alternativen Ausführungsformen ist das Übertragen oder Laden des Therapieplans vorgesehen.
Der Prozessor 62 ist Bestandteil des Ultraschallscanners, kann jedoch auch ein separater Prozessor einer Workstation, eines Computers oder Servers sein, die/der mit dem Ultraschallscanner verbunden ist. Der Prozessor 62 besteht aus einem Steuerprozessor, einem Strahlformer-Prozessor, einem allgemeinen Prozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einer feldprogrammierbaren Gatterlogik (Gate-Array), digitalen Komponenten, analogen Komponenten, einer Hardwareschaltung, Kombinationen davon oder anderen derzeit bekannten oder künftig zu entwickelnden Geräten zum Verarbeiten von Informationen. Der Prozessor 62 kann ein Einzelgerät zur Ausführung einer oder mehrerer Operation(en) oder eine Gruppe von Geräten für die sequenzielle oder parallele Verarbeitung sein.
Bei einer Ausführungsform steuert der Prozessor 62 die Sende- und Empfangsstrahlformer 52, 56 oder einen Controller für die Sende- und Empfangsstrahlformer 52, 56. Der Prozessor 62 erzeugt die Abtastsequenz für den Ultraschallscanner. Die Abtastsequenz enthält mindestens die zeitliche Abfolge für das Senden. Beispielsweise wird für eine gegebene Tiefe eines Bildfeldes und eine Anzahl (z. B. Dichte und/oder Format) von Sendeabtastlinien, die für das Abtasten des Bildfeldes verwendet werden sollen, eine Sequenz von Sendungen zum Abtasten des Bildfeldes bestimmt. Die Sequenz beinhaltet eine Zeit zwischen den Sendestrahlen oder für jeden einzelnen Sendestrahl. Komplexere Abtastsequenzen können entwickelt werden, etwa im Zusammenhang mit der Doppler- oder Fluss-, M-Modus-, Spektral-Doppler-(CW oder PW), Mehrfachimpuls-(z. B. Harmonische-Bildgebung) oder Impulsbildgebung (ARDI) oder im Zusammenhang mit Kombinationen der verschiedenen Verfahren. Sendestrahlen für verschiedene Bildgebungsmodi können verschachtelt werden, was zu einer Variation der Startzeiten und Intervalle führt. Bei einer Ausführungsform wird die Sequenz für eine Kombination von B-Modus- und Impuls(ARFI)-Bildgebung erzeugt. Der B-Modus-Anteil der Sequenz kann einem Zeitraum zugeordnet sein, in dem eine Mehrzahl von Sendungen regelmäßig ausgeführt wird. Der ARFI-Teil der Sequenz kann ein separater Teil sein und einem Anregungsimpuls zugeordnet sein, dessen Amplitude ausreichend ist, um Gewebe zu verschieben, sowie wiederholten Abtastungen zur Verfolgung entlang verschiedener Linien, um die zeitliche Abfolge und den Grad der Verschiebung zu bestimmen, der durch den Anregungsimpuls an verschiedenen Positionen bewirkt wird.
Die Abtastsequenz ist eine angepasste Sequenz. Die angepasste Sequenz wird gespeichert, beispielsweise um aus einer Mehrzahl von Optionen zu wählen, oder durch Verarbeitung erzeugt. Bei einer vorgegebenen Konfiguration aus Bildgebungsmodi und Einstellungen für diese Modi wird die Abtastsequenz für die betreffende Konfiguration erzeugt.
Die Sequenz wird entsprechend dem Therapieplan angepasst. Der Therapieplan definiert die Dauer an jeder Position, die Anzahl der Positionen oder andere Informationen. Beispielsweise wird eine an jeder einzelnen Position gewünschte Strahlendosis und die Anzahl der Positionen definiert. Die Informationen aus dem Therapieplan werden zum Berechnen der Abtastsequenz verwendet. Der Therapieplan sieht das Starten von Sendungen zu verschiedenen Zeiten vor. Die Abtastsequenz wird erzeugt, um dafür zu sorgen, dass Sendungen oder andere Abtastoperationen zu den für die Therapie gewünschten Startzeiten erfolgen. Wenn sich die Therapie mit Dithering auf verschiedene Positionen richtet, beinhaltet die Abtastsequenz Startzeiten für die verschiedenen Positionen und die entsprechende Dauer an jeder einzelnen Position.
Die eigentliche Therapieausstrahlsequenz wird durch das Therapiegerät ausgeführt, nicht durch den Ultraschallscanner. Allerdings ist das Ultraschallgerät für die Kontrolle der zeitlichen Abfolge der therapeutischen Impulse zuständig. Dies erfolgt durch eine Pseudo-Abtastsequenz für die Bildgebung an dem Ultraschallscanner. Die Pseudo-Abtastsequenz für die Bildgebung beinhaltet die Ausstrahlung mehrerer Sendungen mit Sendeleistung Null. Während diese Ausstrahlungen erfolgen, werden Auslösesignale erzeugt, um die therapeutischen Ausstrahlungen zu synchronisieren.
Die Abtastsequenz dient zum Konfigurieren des Ultraschallscanners, des Sendestrahlformers 52 und/oder des Empfangsstrahlformers 56. Die Abtastsequenz ist für den Betrieb oder das Abtasten durch den Ultraschallscanner vorgesehen, wird jedoch entsprechend der gewünschten Sequenz für die Therapie erzeugt. Für die Teile der Abtastsequenz, die zum Auslösen der Therapie dienen, kann verhindert werden, dass der Ultraschallscanner Abtastungen durchführt, auch wenn er eigentlich dafür konfiguriert wäre, indem die Sender übersteuert werden. Die Sender werden ausgeschaltet, obwohl die Konfiguration eine Abtastung vorsieht. B-Modus und andere Bildgebungsmodi werden verwendet, um die Therapieanteile in der Abtastsequenz zu emulieren oder einzuschließen.
Bei anderen Teilen der Abtastsequenz kann ein Betrieb der Sender zugelassen werden. Für die Überwachung der Therapie wird der Ultraschallscanner verwendet. Die Sender sind in Betrieb, um die Therapie zu überwachen, beispielsweise indem die Temperatur oder Elastizität gemessen wird. Beispielsweise wird eine ARFI-Sequenz verwendet. Die ARFI-Sequenz ist in der angepassten Sequenz für den tatsächlichen Betrieb des Ultraschallscanners enthalten. Bei einer Ausführungsform führt der Ultraschallscanner die gesamte Sequenz aus. Bei anderen Ausführungsformen werden die Anregungsimpulse oder die akustische Energie oder die Strahlen, mit denen das Gewebe verschoben wird, von dem Therapiegerät erzeugt. Die Sender sind für den Anregungsimpuls ausgeschaltet, auch wenn der Anregungsimpuls in der Sequenz enthalten ist. Für die akustische Energie (z. B. Verfolgungsimpulse), die zum Überwachen der durch den Anregungsimpuls verursachten Verschiebung verwendet wird, werden der Ultraschallscanner und entsprechende Sender verwendet.
Der ARFI-Anteil der Sequenz ist so ausgelegt, dass die resultierenden Ultraschalldaten weiterverarbeitet werden können, um die Temperatur in dem Abtastvolumen zu schätzen. Die ARFI-Sequenz ähnelt derjenigen des Farbmodus. An jeder Strahlposition sendet und empfängt das Ultraschallgerät mehrfach (z. B. 10 Mal). Nach einer Erstabtastung (der ersten Ausstrahlung der Gruppe) wird der Anregungsimpuls übertragen, etwa durch das Therapiegerät und basierend auf einem Auslöser aus der Abtastsequenz des Ultraschallscanners. Im Anschluss an den Anregungsimpuls folgen die übrigen Ereignisse der Gruppe (z. B. Senden und Empfangen von Verfolgungsimpulsen).
Der Prozessor 62 erzeugt die Abtastsequenz, um die Sendungen so zu planen, dass sie entsprechend dem Therapieplan und der Überwachung erfolgen. Die Abtastsequenz enthält Sende-, Empfangs- und andere Ereignisse entsprechend dem Therapieplan und der Überwachung, auch wenn die Abtastsequenz Bestandteil des Ultraschallscanners für den Betrieb des Ultraschallscanners ist. In der Abtastsequenz sind Therapie und Überwachung verschachtelt. Verschiedene Teile der Sequenz werden für die Überwachung verwendet, andere Teile werden für die Therapie verwendet. Die Teile für die Überwachung können Anteile enthalten, die durch das Therapiegerät implementiert werden, und andere Teile, die durch den Ultraschallscanner implementiert werden, oder alle Teile für die Überwachung werden durch den Ultraschallscanner implementiert.
4 zeigt zwei Auslösesignale, die von dem Ultraschallscanner an das Therapiegerät gesendet werden. Die zeitliche Abfolge der beiden Auslösesignale wird aus der angepassten Abtastsequenz abgeleitet. Die untere Auslösesequenz dient dazu, die Art der Sendung durch das Therapiegerät zu konfigurieren. Amplitude, Dauer, Frequenz, Anzahl der Zyklen in der Welle oder andere Merkmale der Sendung können für Therapie- und ARFI-Anregungsimpulse unterschiedlich sein. Indem für diese verschiedenen Typen eine zeitliche Abfolge angegeben wird, kann das Therapiegerät dafür konfiguriert werden, die gewünschte Art von akustischer Energie zu erzeugen. Bei alternativen Ausführungsformen wird von dem Therapiegerät nur ein Typ erzeugt oder werden drei oder mehr Typen bereitgestellt. Angesichts binärer Auslösung können die Auslöser für verschiedene Typen der Reihe nach angegeben sein.
Die obere Sequenz zeigt Impulsauslöser, die der zeitlichen Abfolge der HIFU-Strahlsendung zugeordnet sind. Die in regelmäßigen Abständen zueinander liegenden Anteile dienen dem Starten der Therapie. Die dunklen Blöcke repräsentieren mehrere Auslöser, die zeitlich dicht beieinander liegen, etwa im Zusammenhang mit mehreren Anregungsimpulsen für die ARFI-Bildgebung. Bei einer größeren zeitlichen Auflösung wird die Zeit zwischen den Impulsen in dem Blockabschnitt für die Überwachung von Sendungen durch das Ultraschallgerät bereitgestellt. Diese Sequenz stellt die Abtastsequenz oder ausgewählte Teile der Abtastsequenz dar. Die Sequenz wird als Auslöser für das Therapiegerät verwendet. In dem Beispiel von 4 sind die ARFI-Ausstrahlungen und die Therapieausstrahlungen verschachtelt. Jede beliebige Anzahl von Wiederholungen kann vorgesehen werden, etwa bis der Therapieplan vollständig abgearbeitet ist, ein definierter Zeitgrenzwert abläuft oder eine Temperatur erreicht wird.
Der Prozessor 62 steuert die Leistung der Sender oder den Betrieb der Sender des Ultraschallscanners. Beispielsweise wird ein Schalter für das Steuer- oder Ansteuersignal an einen Impulsgeber geöffnet, um einen Betrieb zu verhindern. Als weiteres Beispiel wird eine Stromversorgung ausgeschaltet oder von dem Sender getrennt. Der Prozessor 62 schaltet die Sender direkt oder indirekt für mindestens einen Teil der Abtastsequenz aus. Speziell werden die Sender für Sendungen im Rahmen des Therapieplans ausgeschaltet und für Sendungen im Rahmen der Überwachung eingeschaltet. Beispielsweise werden die Sender für die ARFI- und die Therapieimpulse ausgeschaltet, für die Verfolgungsimpulse jedoch eingeschaltet. Die Verfolgungsimpulse von dem Ultraschallscanner tasten Gewebe als Reaktion auf die ARFI-Impulse ab. Die Verfolgungsimpulse werden innerhalb von Millisekunden nach dem Anregungsimpuls erzeugt, um Gewebeverschiebungen verfolgen zu können.
Die Auslösesignale dienen der Steuerung des externen HIFU-Geräts. Die ARFI-Verfolgungsimpulse werden gemäß der Abtastsequenz im Ultraschallscanner erzeugt und sind daher nicht in dem Auslöseausgang enthalten oder werden aus ihm herausgefiltert.
Der Prozessor 62 kann dafür konfiguriert sein, andere Funktionen auszuführen, etwa im Zusammenhang mit einer zentralen Verarbeitungseinheit oder einem Bildprozessor. Beispielsweise erkennt im Rahmen der akustischen Wärmemessung der Prozessor 62 eine Temperatur anhand von IQ- oder anderen Ultraschalldaten. Abtastdaten, die bei eingeschalteten Sendern erfasst wurden, werden zum Schätzen der Temperatur verwendet. Die Ausdehnung des Gewebes, die Geschwindigkeit des Schalls oder andere Merkmale des Gewebes werden gemessen und zur Bestimmung der Temperatur herangezogen. Verwendet werden kann jedes beliebige heute bekannte oder künftig zu entwickelnde Wärmemessverfahren. Beispielweise modelliert der Prozessor 62 eine Wirkung der Wärmebehandlung auf eine zu behandelnde Region. Die Temperatur für eine Position oder mehrere Positionen in der zu behandelnden Region wird anhand von Eingaben in das Modell geschätzt. Der Computercode implementiert ein maschinell eingelerntes Modell und/oder ein thermisches Modell, um die Temperatur oder die temperaturbezogenen Informationen zu schätzen. Das Modell ist eine Matrix, ein Algorithmus oder Kombinationen davon zum Schätzen auf der Grundlage eines Eingangsmerkmals oder mehrerer Eingangsmerkmale. Bei einer Ausführungsform schätzt der Prozessor 62 Temperaturinformationen wie in der US-amerikanischen Patentanmeldung Nr. 2011/0060221 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis als in dieses Patent aufgenommen gilt. Bei anderen Ausführungsformen verwendet der Prozessor 62 Messungen eines oder mehrerer Parameter, um die Temperatur ohne ein weiteres codebasiertes Modell zu schätzen.
Der Prozessor 62 kann dafür konfiguriert sein, als Reaktion auf eine gemessene Temperatur im Körper eines Patienten die Abtastsequenz zu beenden und die Auslöser anzuhalten. Die Sequenz kann ausgesetzt werden, sobald eine Temperatur in der zu behandelnden Region einen bestimmten Wert erreicht. Eine Maximaltemperatur für die Behandlung kann angewandt werden. Das Aussetzen kann vorübergehend sein, etwa indem ein Zyklus oder mehrere Zyklen des Therapieplans übersprungen wird/werden (z. B. wird für Millisekunden oder eine oder mehrere Sekunden angehalten), oder nicht vorübergehend sein, etwa durch Beenden der Sitzung.
Die Höhe der Temperatur wird verwendet. Alternativ werden andere Merkmale verwendet. Beispielsweise wird die Änderung oder Änderungsrate der Temperatur verwendet. Bei einer Ausführungsform überwacht der Prozessor 62 Positionen außerhalb der zu behandelnden Region. Die zu behandelnde Region umfasst alle Positionen, die einer erhöhten Temperatur ausgesetzt werden sollen, um eine therapeutische Wirkung zu erzielen. Die zu behandelnde Region kann lediglich Positionen umfassen, die der Anwendung der Therapie zugeordnet sind (z. B. Fokuspositionen), oder auch Positionen in der Nachbarschaft von Fokuspositionen umfassen. Die zu behandelnde Läsion oder ein sonstiges zu behandelndes Volumen mit oder ohne Rand ist die zu behandelnde Region. Eine einzelne Position kann als zu behandelnde Region verwendet werden.
Die Temperatur wird an den Positionen innerhalb und/oder außerhalb der zu behandelnden Region gemessen. Dabei können bestimmte Positionen identifiziert werden, die nicht in der zu behandelnden Region liegen. Beispielsweise werden Organe identifiziert, für die nur ein begrenzter Temperaturanstieg erwünscht ist. Für eine Position oder mehrere Positionen außerhalb der zu behandelnden Region wird die Temperatur als Sicherheitsfunktion geschätzt. Wenn die Temperatur einen Schwellenwert übersteigt (oder erreicht), kann die Abtastsequenz angehalten werden. Diese Temperaturüberwachung kann eine unerwünschte Erwärmung außerhalb der zu behandelnden Region vermeiden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Prozessor 62 dafür konfiguriert, die Fokusposition des Therapiegeräts zu kontrollieren. Beispielsweise wird die Position des Fokus mittels Messung der Temperatur oder der Gewebeverschiebung bestimmt. Das Therapiegerät sendet die therapeutische Energie (z. B. HIFU). Infolgedessen wird das Gewebe erwärmt oder verschoben. Der Ultraschallscanner misst die Wirkung der Anwendung der Therapie.
6 zeigt eine längliche Region, der erhöhte oder höhere Temperaturen zugeordnet sind. Diese Region entspricht einer Fokusposition im Mittelpunkt, wobei der Therapiestrahl entlang der Längsachse der länglichen Region verläuft. Die Region mit höheren Temperaturen kann jedoch auch eine andere Form haben. Die längliche Region kann mittels Schwellenwertvergleich, Region Shrinking (Regionenschrumpfung), Skeletonisierung, Bestimmung der Maximaltemperatur oder eines anderen Prozesses erkannt werden. Alternativ ist die Position, der die größte Wirkung (z. B. der größte Anstieg der Temperatur oder die höchste Temperatur) zugeordnet ist, die Fokusposition. Zum Bestimmen der Position kann die Tiefpassfilterung verwendet werden.
Die zu behandelnde Region oder der gewünschte Fokus ist aufgrund einer Benutzereingabe, etwa der Auswahl einer Position in einem Bild oder mehreren Bildern einer multiplanaren Rekonstruktionsdarstellung (MPR), bekannt. Stattdessen kann auch ein automatisches Erkennungsverfahren verwendet werden, etwa die Erkennung einer Läsion mittels Bildverarbeitung. In 6 wird die gewünschte Fokusposition durch das Fadenkreuz dargestellt. Die gewünschte Fokusposition ist bezogen auf die tatsächliche Fokusposition versetzt. In der Darstellung liegt die gewünschte Fokusposition nicht innerhalb der Region mit erhöhten Temperaturen, doch wäre auch dies möglich. Bei anderen Ausführungsformen liegen die Fokuspositionen übereinander (d. h. an demselben Punkt).
Eine eventuelle Differenz zwischen der gewünschten Fokusposition oder zu behandelnden Region und der gemessenen Fokusposition wird bestimmt. Da die Abtasteinstellungen für Tiefe, Linienabstand und Abtastdichte aus der Abtastung bekannt sind, werden die Differenz und die Richtung zwischen der Fokusposition und der zu behandelnden Position mithilfe des Ultraschallscanners bestimmt. Basierend auf der Kalibrierung, der bekannten Beziehung oder einer berechneten Transformation wird die Änderung des Fokus des Therapiegeräts berechnet und an das Therapiegerät übermittelt. Die Übermittlung erfolgt durch Kodieren der Auslösung oder eine separate Datenübertragung.
Das Therapiegerät wird gesteuert, um den Fokus auf eine gewünschte Position zu justieren. Bei Wiederholungen im Verlauf der Therapie kann der Fokus überwacht und regelmäßig neu justiert werden. Alternativ wird der Fokus einmalig oder überhaupt nicht eingestellt. In ähnlicher Weise kann vor dem Behandlungsprozess ein separater Prozess zur Neufokussierung des HIFU-Strahls ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Fokusposition des HIFU-Strahls mit der gewünschten Position zusammenfällt. Außerdem kann die Form und/oder die Größe des Fokus kontrolliert werden.
Der Prozessor 62 kann für die Backend-Verarbeitung und die Bildrekonstruktion konfiguriert sein. Dazu kann ein beliebiges Bilderzeugungsverfahren verwendet werden. Bei einer Ausführungsform wird das Open-Inventor-Programmiermodell für die multiplanare Rekonstruktions-(MPR) oder dreidimensionale Darstellung verwendet. Der Datenfluss und die Verarbeitungseinheiten sind in Szenengraphen beschrieben. Unter einem Szenengraphen versteht man eine Sammlung von Knoten oder Szenenobjekten in einem Graphen oder einer Baumstruktur. Durch Abarbeiten der Knoten oder Szenen im Verlauf der Baumstruktur können Daten, die ein Volumen repräsentieren, für die zweidimensionale Anzeige aufbereitet werden. Beispielsweise wird ein Szenenobjekt bereitgestellt, das eine Analyse von ARFI-Daten und eine Temperaturschätzung ausführt. Ein anderes Szenenobjekt wird für die Bildrekonstruktion bereitgestellt. Durch die Abarbeitung des Szenengraphen wird eine bildliche Darstellung der Temperaturinformationen aus drei Dimensionen für die Anzeige erzeugt. Andere Bildrekonstruktionsalgorithmen können verwendet werden.
Das Bildrekonstruktionsverfahren ist eine Oberflächen- oder Projektionsrekonstruktion oder ein anderes Bildrekonstruktionsverfahren. Die Bildrekonstruktion erfolgt anhand der eingestellten oder vom Benutzer eingegebenen Blickrichtung oder anderer Merkmale. Der Benutzer kann eine Teilmenge des darzustellenden Volumens auswählen, etwa durch Verwenden einer Schnittebene. Bei vorgegebener Blickrichtung wird eine zweidimensionale Darstellung des Volumens bei Betrachtung aus der Blickrichtung erzeugt.
Bei anderen Ausführungsformen ist das Bildrekonstruktionsverfahren eine multiplanare Rekonstruktionsdarstellung (MPR). Der Benutzer wählt oder definiert Ebenenpositionen. Die Daten, etwa Temperaturen, die das Volumen repräsentieren, werden für die sich schneidenden Ebenen interpoliert oder ausgewählt. Es werden zwei oder mehr Ebenen vorgesehen, etwa drei orthogonale Ebenen, die gemäß Auswahl des Benutzers zentriert und ausgerichtet sind. Mehrere zweidimensionale Bilder, die die Ebenen im Volumen repräsentieren, werden für die Betrachtung durch den Benutzer aufbereitet.
Der Auslöserausgang 68 ist ein Port, etwa ein USB-Anschluss. Der Auslöserausgang 68 ist ein Ausgangsanschluss des Ultraschallscanners. Der Ausgang kann speziell für die Auslösung reserviert sein oder ein allgemeiner Ausgang sein, der für die Ausgabe der Auslösung verwendet wird. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Auslöserausgang 68 ein drahtloser Sender für die drahtlose Übermittlung von Auslösesignalen.
Der Auslöserausgang 68 ist mit dem Therapiegerät verbunden, um Auslösesignale bereitzustellen, etwa die in 4 dargestellten Signale. Die Auslösersignale sind analoge oder digitale Signale. Die Auslösersignale werden aus der Abtastsequenz abgeleitet. Indem der Ultraschallscanner für das Abtasten eines Patienten konfiguriert wird, werden durch Hardware und/oder Software aus der Abtastsequenz Auslöser erzeugt. Diese Auslöser werden an den Auslöserausgang 68 bereitgestellt. Anstatt mit einem entfernten oder separaten Therapiegerät Auslöser für die jeweilige Anwendung neu zu programmieren oder zu erzeugen, werden bereits vorhandene Funktionen zum Erzeugen von Auslösern auf Basis der Abtastsequenz genutzt. Bei alternativen Ausführungsformen ist die Software oder Hardware zum Erzeugen der Auslöser speziell für das Auslösen der Therapie durch ein entferntes Therapiegerät ausgelegt.
Durch Anpassen der Abtastsequenz für den Ultraschallscanner gemäß dem Therapieplan und Einschließen von Therapiesendungen von einem anderen Gerät in der Abtastsequenz beinhalten die Auslöser Startzeiten und/oder Endzeiten für den Betrieb der Therapiesendungen, auch wenn diese nicht von dem Ultraschallscanner ausgeführt werden. Die Auslöser für Therapie und Überwachung sind verschachtelt. Die Auslöser können durch eine separate Auslösung unterschieden sein, etwa die Konfigurationsauslöse- und die Sendeauslösesequenz von 4. Die Überwachungsauslöser dienen dem Erzeugen eines Anregungsimpulses in der Impulsbildgebung (ARFI). Das Therapiegerät kann verwendet werden, um die Anregungsimpulse zu erzeugen. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Auslöser lediglich für die Therapie vorgesehen, etwa wenn der Ultraschallscanner die Anregungsimpulse erzeugt. Zusätzliche, andere oder weniger Auslöser können bereitgestellt werden.
Für die Verfolgungsimpulse oder andere Sendungen für Messzwecke oder Sendungen mit geringerer Leistung als die Therapie oder der ARFI-Anregungsimpuls werden keine Auslöser bereitgestellt. Die Sendungen für die Bildgebung werden von dem Ultraschallscanner ausgeführt. Das Anzeigegerät 60 ist ein Monitor, eine LCD-Anzeige, ein Plasmabildschirm, ein Projektor, ein Drucker oder ein anderes derzeit bekanntes oder künftig zu entwickelndes Anzeigegerät. Das Anzeigegerät 60 ist dafür konfiguriert, ein Bild anzuzeigen, das die Körperregion des Patienten und/oder die Wirkung der Wärmebehandlung repräsentiert. Beispielsweise wird ein anatomisches Bild angezeigt. Als weiteres Beispiel wird eine Temperatur oder eine darauf bezogene Information als ein Wert, Graph oder eine zweidimensionale Darstellung ausgegeben. Der Prozessor 62 und/oder der Bildprozessor 58 erzeugen Anzeigesignale für das Anzeigegerät 60. Die Anzeigesignale, etwa RGB-Werte, können von dem Prozessor 62 genutzt werden.
Bei einer Ausführungsform zeigt das Anzeigegerät 60 eine bildliche Darstellung von Daten, die ein Volumen repräsentieren. Beispielsweise werden die Temperaturdaten mittels Oberflächen- oder Projektionsrekonstruktion aus einer Blickrichtung zu einer zweidimensionalen Darstellung (z. B. auf einer Sichtebene) zusammengesetzt. Als weiteres Beispiel werden die Temperaturdaten für mehrere Ebenen in dem Volumen interpoliert oder ausgewählt, um eine multiplanare Rekonstruktionsdarstellung (MPR) zu erzielen. Mehrere zweidimensionale Bilder, die die verschiedenen Ebenen repräsentieren, werden angezeigt.
Die bildlichen Darstellungen repräsentieren die räumliche Temperaturverteilung. Diese Temperaturinformationen können vom Benutzer für das Justieren des Fokus, Überwachen der Therapie, Verifizieren der gewünschten Temperaturen an verschiedenen Positionen (z. B. niedrigere Temperaturen außerhalb der zu behandelnden Region und höhere Temperaturen innerhalb der zu behandelnden Region) oder andere Überwachungsfunktionen verwendet werden. Der Fortschritt der Therapie, etwa der Anstieg der Temperatur an verschiedenen Positionen aufgrund von Dithering, kann durch eine Folge von Bildern beobachtet werden.
Die Bilder werden in Echtzeit angezeigt. Sobald Abtastdaten erfasst und Temperaturwerte geschätzt werden, werden entsprechende Bilder erzeugt. Zwischen dem Ende der Abtastung zur Erfassung der für das Bild zu verwendenden Daten und der Anzeige des Bildes liegt eine Wartezeit von einer Sekunde oder weniger. Die Bilder repräsentieren die Wirkung der Therapie und/oder den Patienten während (z. B. innerhalb einer Sekunde) der Therapie. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Bilder nach dem Abtasten oder dem Ende der Bilderfassungssitzung erzeugt.
7 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Therapieüberwachung mit einem Ultraschallscanner. Das Verfahren sorgt dafür, dass der Therapiefokus an den zu behandelnden Positionen verbleibt. Das Verfahren wird durch das System der 1 oder 2 oder ein anderes System implementiert. Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Beispielsweise sind die Schritte 12 und/oder 14 optional. Als weiteres Beispiel können Schritte aus 8 und/oder 9 enthalten sein. Bei einer Ausführungsform werden die Schritte von 7 in einer Schleife ausgeführt, um in regelmäßigen Abständen die Fokusposition für die Therapie zu justieren. Die Schritte von 8 werden während oder zwischen regelmäßigen Ausführungen der Schritte von 7 ausgeführt, etwa das Bereitstellen von Bildern für den Benutzer auf Basis der Schritte von 8 und das Verwenden dieser Bilder oder automatische Erkennung zum Justieren des Fokus mithilfe der Schritte von 7. Die Schritte zur Sicherheitsüberwachung von 9 werden regelmäßig ausgeführt, etwa mit denselben oder anderen Zeitabständen wie die Schritte von 7. Die Schritte werden in der dargestellten Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge ausgeführt.
Die Schritte werden zu Therapiezwecken ausgeführt. In einer Therapiesitzung für einen bestimmten Patienten wird der Patient für die Therapie vorbereitet. Ein Ultraschalldiagnostiker oder Arzt platziert Therapie- und Bildgebungs-Transducer an dem Patienten. Bevor der hochintensive, fokussierte Ultraschall (HIFU) oder eine andere Therapie zur Ablation oder sonstigen Behandlung beginnt, wird die räumliche Beziehung der Transducer zueinander bestimmt. Die räumliche Beziehung kann zum Transformieren der Koordinaten zwischen dem Ultraschallbildgebungssystem und dem Therapiesystem verwendet werden.
In Schritt 12 wird ein Bild angezeigt. Das Bild repräsentiert eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Region. Das Bild ist ein Belastungs-, Elastografie-, B-Modus- oder ein anderes Bild. Bei einer Ausführungsform ist das Bild eine multiplanare Rekonstruktionsdarstellung (MPR) aus B-Modus-Daten.
In Schritt 14 identifiziert der Benutzer eine zu behandelnde Position. Die Läsion oder sonstige zu behandelnde Position wird vom Benutzer ausgewählt. Die Auswahl kann ein Punkt, eine Linie, ein Bereich oder ein Volumen sein. Beispielsweise kann über eine Benutzerschnittstelle ein Punkt oder Bereich auf jeder der drei orthogonalen Ebenen einer multiplanaren Rekonstruktionsdarstellung (MPR) ausgewählt werden. Die ausgewählten Elemente werden in eine zu behandelnde Volumenregion umgewandelt. Bei alternativen Ausführungsformen erkennt der Prozessor eine zu behandelnde Region mithilfe der Datenverarbeitung.
Sobald die zu behandelnde Region identifiziert ist, kann die Behandlung beginnen. Die Position der zu behandelnden Region wird an das Therapiesystem übermittelt. Die Koordinaten der zu behandelnden Region des Patienten im Therapiegerät werden durch Transformation aus den Koordinaten der Region ermittelt, die anhand der Bilder des Ultraschallbildgebungssystems ausgewählt wurde. Der Therapieplan wird eingegeben und an das Therapiegerät übermittelt oder in das Therapiegerät eingegeben und an das Bildgebungssystem übermittelt. Dosis, Winkel, Fokus und/oder andere Merkmale der Therapie werden für die zu behandelnde Position festgelegt. Die Position des Fokus, des Ursprungs, der Abtastlinie oder die Anwendung der Therapie beruht auf der zu behandelnden Region und dem Therapieplan. Das Therapiegerät ist für die Behandlung aufgrund von Auslösern vom Ultraschallsystem konfiguriert. Sobald die Konfiguration abgeschlossen ist, kann die Behandlung beginnen.
In Schritt 16 wird eine therapeutische Welle gesendet. Bei der HIFU-Ausführungsform werden hochintensive, fokussierte, therapeutische Ultraschallwellen gesendet. Elektrische Wellen mit hoher Spannung werden an den Therapie-Ultraschall-Transducer angelegt, der die therapeutischen HIFU-Wellen im akustischen Bereich erzeugt. Der HIFU-Impuls oder die HIFU-Impulse wird/werden mithilfe eines Phasengitters und/oder eines mechanischen Fokus fokussiert und überträgt/übertragen die hochintensive, akustische Energie auf Gewebe an einer Fokus- oder Strahlposition. Die akustische Energie ist fokussiert, was ein dreidimensionales Strahlprofil ergibt, dessen Fokusposition in einer Tiefe entlang dem Strahl liegt. Der Fokus kann unveränderlich oder steuerbar sein. Die Erregung kann in einer Dimension unfokussiert sein, etwa in der Elevationsdimension. Die Erregung wird in das Gewebe eines Patienten gesendet. Für eine gegebene Sendung wird ein einzelner Strahl geformt. Alternativ kann für eine gegebene Sendung eine Mehrzahl von Strahlen mit entsprechenden Foki geformt werden.
Der therapeutische Ultraschallimpuls weist eine Mehrzahl von Zyklen mit einer beliebigen gewünschten Frequenz und Amplitude auf. Bei einer Ausführungsform dauert der therapeutische Impuls von einem Sekundenbruchteil bis zu mehreren Sekunden bei Ultraschallfrequenz, also 500 KHz–20 MHz. Eine beliebige Spitzenintensität kann vorgesehen werden, etwa 100 oder mehr Watt pro Quadratzentimeter, 500 oder mehr Watt pro Quadratzentimeter, 1000–2000 Watt pro Quadratzentimeter oder ca. 1000 Watt pro Quadratzentimeter. Jede beliebige derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde therapeutische Welle mit beliebiger Intensität, Frequenz und/oder Anzahl Zyklen kann verwendet werden. Die Welle ist konstant oder pulsierend.
Der therapeutische Ultraschallimpuls behandelt das Gewebe, indem er an der gewünschten Gewebeposition Wärme erzeugt. Die Intensität erzeugt darüber hinaus eine Belastung des Gewebes. Der Impuls drückt das Gewebe durch Beaufschlagung mit positivem und negativem akustischem Druck zum Transducer hin bzw. von diesem weg. Für einen therapeutischen Impuls ausreichender Dauer wird eine im Wesentlichen konstante Deformation des Gewebes erzeugt. Die Deformation ε ist abhängig von der Gewebesteifheit E, der Viskosität η und der Belastung durch die HIFU-Strahlungskraft. Die Dauerbelastung während des therapeutischen Impulses ist proportional zum Verhältnis der durchschnittlichen HIFU-Intensität I zur Geschwindigkeit des Schalls im Gewebe C.
Die HIFU-Wellen können auch biomechanische Veränderungen bewirken. Die thermischen Effekte der therapeutischen akustischen Energie können Veränderungen des Volumens aufgrund einer wärmebedingten Ausdehnung, der Geschwindigkeit des Schalls (c), der Gewebesteifheit (E) und/oder der Viskosität (η) von Fluiden in dem Gewebe verursachen. Die therapeutische akustische Energie kann außerdem mechanische Effekte hervorrufen, etwa Strahlungsdruck, Streaming und/oder Kavitationen. Biologische Wirkungen können Hyperthermie bei Gewebetemperaturen von etwa 41–45°C, eine Protein-Denaturierung bei Temperaturen über 45°C sowie Gewebenekrosen bei Temperaturen über 50°C beinhalten.
Die Gewebesteifheit kann bereits bei Temperaturen unter 45°C beeinträchtigt sein. Bei Temperaturen über 45°C kann es zu gesteigerter Viskosität und/oder Steifheit kommen. Bei Temperaturen über 50°C kann das Gewebe eine hohe Steifheit und/oder Dämpfung aufweisen.
In Schritt 18 tastet das Bildgebungssystem den Patienten ab, um die Reaktion des Gewebes auf die therapeutische Probe zu erkennen. Hierfür kann jede beliebige Art von Abtasten, Abtastformat oder Bildgebungsverfahren verwendet werden. Beispielsweise wird die Harmonische-Bildgebung mit oder ohne zusätzliche Verabreichung von Kontrastmitteln verwendet. Als weiteres Beispiel wird B-Modus, Farbfluss-, Spektral-Doppler-, M-Modus oder ein anderer Bildgebungs-Modus verwendet. Jedes beliebige Magnetresonanzverfahren kann verwendet werden.
Daten, die anatomische oder andere Informationen repräsentieren, werden von dem Patienten erfasst. Die Daten repräsentieren einen Punkt, eine Linie, einen Bereich oder ein Volumen des Patienten. Für die Ultraschallbildgebung werden Wellen mit Ultraschallfrequenzen gesendet und Echos empfangen. Die akustischen Echos werden in elektrische Signale umgewandelt und strahlgeformt, um abgetastete Positionen innerhalb einer Körperregion des Patienten darzustellen. Die strahlgeformten Daten können gefiltert oder anderweitig verarbeitet werden. Die strahlgeformten Daten können erkannt werden, beispielsweise wird eine Intensität bestimmt. Eine Abfolge von Echosignalen von derselben Position kann dazu verwendet werden, eine Geschwindigkeit, Varianz und/oder Energie zu schätzen. Echos auf einer oder mehreren Harmonischen der gesendeten Wellen können verarbeitet werden. Die erkannten Werte können gefiltert und/oder in ein Anzeigeformat abtastumgewandelt werden. Die Ultraschalldaten, die den Patienten repräsentieren, stammen von einem beliebigen Punkt entlang dem Ultraschall-Verarbeitungspfad, etwa Kanaldaten vor der Strahlformung, Funkfrequenz- oder Inphasen- und Quadratur-Daten vor der Erkennung, erkannte Daten oder abtastumgewandelte Daten.
Die Daten können aus erfassten Daten abgeleitet werden. Beispielsweise werden die Gewebetypen an verschiedenen Positionen anhand einer Speckle-Charakteristik, einer Echointensität, eines Schablonenvergleichs mit Gewebestrukturen oder einer anderen Art der Verarbeitung bestimmt. Als weiteres Beispiel wird Region Growing (Regionenwachstum) mit B-Modus-Daten oder Farbflussdaten verwendet, um zu bestimmen, ob die Ultraschalldaten ein Gefäß oder eine andere Fluidregion repräsentieren. Es kann eine aktuelle Verteilung der Anatomie, etwa eine Liste der dargestellten Organe, bestimmt werden.
Die Abtastung erfolgt während der Anwendung der Therapie oder nach der Anwendung. Beispielsweise kann die Abtastung zum Erkennen der Temperatur oder der Temperaturänderung nach der Sendung des Therapiestrahls, jedoch vor dem Temperaturausgleich erfolgen. Als weiteres Beispiel erfolgt die Abtastung vor und unmittelbar nach der Sendung des Therapiestrahls, um eine Gewebeverschiebung oder eine Temperaturänderung zu erkennen.
Die Abtastung dient der Wärmemessung. Indem mittels Abtasten und Erkennen eine Wärmemessung durchgeführt wird, kann die Temperatur oder Temperaturänderung an verschiedenen Positionen bestimmt werden. Thermometriebilder oder -daten werden verwendet, um die Temperatur oder den Temperaturanstieg innerhalb des Bildfeldes zu erkennen, die/der der Probe zuzuordnen ist.
Hierfür kann jedes beliebige Temperaturmessverfahren verwendet werden. Ultraschallmessungen können für eine Mehrzahl verschiedener Positionen bereitgestellt werden. Jedes beliebige derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Temperaturmessverfahren mit Ultraschall kann verwendet werden. Beispielsweise dehnt sich Gewebe bei Erwärmung aus. Das Messen der Ausdehnung kann Angaben zur Temperatur liefern. Temperaturmessverfahren können eine Temperatur direkt oder indirekt angeben. Beispielsweise kann eine Messung eines Parameters, der sich auf die Leitfähigkeit oder den Wassergehalt bezieht (z. B. eine Messung des Gewebetyps) indirekt die Temperatur betreffen. Die Messungen können Ultraschall-Rohdaten umfassen oder von Ultraschalldaten abgeleitet sein. Bei einer Ausführungsform werden zwei oder mehr, etwa alle vier, Messungen der Gewebeverschiebung, Geschwindigkeit des Schalls, Rückstreuungsintensität und eines normalisierten Korrelationskoeffizienten der Empfangssignale durchgeführt. Andere Messungen sind möglich, etwa der Ausdehnung der Gefäßwände.
Die Gewebeverschiebung wird durch Bestimmen eines Versatzes in einer, zwei oder drei Dimensionen gemessen. Eine Verschiebung im Zusammenhang mit der minimalen Summe der absoluten Differenzen oder der höchsten Korrelation wird bestimmt. Die aktuellen Abtastdaten werden bezogen auf einen Referenzdatensatz, etwa eine vorangegangene oder erste Abtastung, umgesetzt, rotiert und/oder skaliert. Der Versatz im Zusammenhang mit einer größten oder ausreichenden Ähnlichkeit wird als die Verschiebung bestimmt. Daten des B-Modus oder Harmonische-Modus werden verwendet, jedoch können auch andere Daten verwendet werden. Die für eine Position berechnete Verschiebung kann verwendet werden, um die Suche oder die Suchregion an einer anderen Position zu verfeinern. Andere Messungen der Verschiebung können verwendet werden.
Die Geschwindigkeit des Schalls kann durch Vergleich der Empfangszeit vor der Erwärmung mit der Empfangszeit während der Erwärmung gemessen werden. Ein Impuls wird gesendet. Die Zeit, bis das Echo von einer gegebenen Position eintrifft, kann dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit des Schalls von dem Transducer zu der Position und zurück zu bestimmen. Eine beliebige Öffnung kann verwendet werden, beispielsweise werden dieselben Positionen separat mit verschiedenen Öffnungen gemessen und gemittelt. Bei einer anderen Ausführungsform werden Signale korreliert. Beispielsweise werden Inphasen-und Quadratursignale nach der Strahlformung mit Referenzsignalen korreliert. Ein Phasenversatz zwischen dem Referenzsignal und den aktuellen Signalen wird bestimmt. Die Frequenz der gesendeten Welle (d. h. Ultraschallfrequenz) wird dazu verwendet, die Phasendifferenz in einen Zeitwert oder eine Geschwindigkeit des Schalls umzurechnen. Andere Messungen der Geschwindigkeit des Schalls können verwendet werden.
Die Intensität der Rückstreuung betrifft den B-Modus oder M-Modus. Die Intensität oder Energie der Einhüllenden des Echosignals wird bestimmt. Der normalisierte Korrelationskoeffizient der Empfangssignale kann gemessen werden. Strahlgeformte Daten vor der Erkennung, etwa Inphasen- und Quadratur-Daten, werden kreuzkorreliert. Bei einer Ausführungsform werden eine Referenzprobe oder mehrere Referenzproben erfasst. Während oder nach der Sendung der Probe werden nachfolgende Proben erfasst. Für jede Position definiert ein räumliches Fenster, etwa drei Wellenlängen tief, die Daten für die Korrelation. Das Fenster definiert eine Länge, einen Bereich oder ein Volumen. Die aktuellen Daten werden mit den Referenzdaten in dem Fenster korreliert. Die normalisierte Kreuzkorrelation wird für die Daten im Fenster durchgeführt. Wenn neue Daten erfasst werden, erfolgt eine weitere Kreuzkorrelation.
Es können beliebige, temperaturbezogene akustische und physische Parameter oder Änderungen der Parameter gemessen werden. Andere Messungen umfassen Gewebeelastizität, Deformation, Deformationsgeschwindigkeit, Bewegung (z. B. Verschiebungs- oder Farbflussmessung) oder reflektierte Leistung (z. B. Rückstreuungs-Querschnitt). Bei einer Ausführungsform wird die Temperatur anhand eines Modells geschätzt statt direkt gemessen. Als Eingabewerte für das Modell kann eine oder können mehrere der vorstehend angesprochenen Arten von Informationen verwendet werden. Die tatsächlichen Daten und/oder die abgeleiteten Informationen sind anatomische Parameter, die in Kombination mit dem Modell verwendet werden sollen. Zusätzlich zur Ultraschallabtastung können klinische oder andere Informationen herangezogen werden, um die Temperatur zu bestimmen. Beispielsweise können der Patientenakte genetische oder andere gewebebezogene Daten entnommen werden. Jedes beliebige Merkmal, das zur Bestimmung temperaturbezogener Daten beiträgt, kann verwendet werden.
Ausdehnung, Schrumpfung, Wassergehalt oder andere Therapieparameter können eine aktuelle Temperatur anzeigen. Unabhängig von der Einstufung der Messung werden die Messungen als Eingabewerte für ein Modell oder für die Berechnung von Werten zur Eingabe in das Modell verwendet. Die Daten werden für eine Position oder mehrere Positionen bereitgestellt, beispielsweise werden Daten für alle Positionen in einer zwei- oder dreidimensionalen Region bereitgestellt. Alternativ werden die Daten allgemein der gesamten Region zugeordnet, etwa eine Dosis bzw. Energiestufe für die gesamte Region.
Die temperaturbezogenen Messungen werden auf ein Modell angewandt. Die Messungen oder Daten werden als Rohdaten eingegeben. Alternativ werden die Werte (d. h. Messungen und/oder Daten) verarbeitet und die verarbeiteten Werte eingegeben. Beispielsweise werden die Werte räumlich und/oder zeitlich gefiltert. Als weiteres Beispiel kann eine andere Art von Wert aus den Werten berechnet werden, etwa Bestimmen einer Varianz, einer Ableitung, eines normalisierten Wertes oder einer anderen Funktion anhand der Werte. In einem weiteren Beispiel wird die Veränderung zwischen den aktuellen Werten und Referenz- oder früheren Werten bestimmt. Ein zeitliches Protokoll der Werte über ein Zeitfenster hinweg kann verwendet werden. Die Werte werden als Merkmale in das Modell eingegeben.
Die Ausgabe des Modells kann als Eingabewert verwendet werden. Für eine erstmalige Anwendung des Modells wird die Rückmeldung durch eine Referenztemperatur ersetzt, etwa die Körpertemperatur des Patienten. Für die weitere Anwendung des Modells wird die jeweils vorhergehende Ausgabe wieder als Eingabe eingespeist, sodass sich ein zeitabhängiges Modell ergibt. Die temperaturbezogenen Informationen, die von dem Modell ausgegeben werden, werden als Zeitprotokoll der Informationen wieder eingespeist, etwa die Temperatur zu einem oder mehreren anderen Zeitpunkt(en). Die gemessenen oder empfangenen Werte werden aktualisiert (d. h., es werden bei jeder Anwendung des Modells aktuelle Werte eingegeben), jedoch können auch vorherige Werte verwendet werden. Die Rückmeldung liefert eine geschätzte räumliche Verteilung der Temperatur oder diesbezüglicher Informationen in der Region zu einem früheren Zeitpunkt. Die darauffolgende Ausgabe des Modells ist abhängig von den Ultraschalldaten oder anderen Werten und einer vorherigen Ausgabe der Modellierung. Das Zeitprotokoll der Werte kann als Eingang verwendet werden, etwa das Zeitprotokoll und die räumliche Verteilung der auf die Temperatur und der auf die therapeutische Wirkung bezogenen Parameter, die als Merkmale des Modells verwendet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform wird keine Rückmeldung verwendet.
Das Modell gibt anhand der Eingangsinformationen eine Temperatur oder Temperaturverteilung aus (d. h. eine Temperatur an verschiedenen Positionen und/oder zu verschiedenen Zeitpunkten). Der abgeleitete Temperaturwert kann in einer beliebigen Einheit angegeben werden, etwa Grad Fahrenheit oder Celsius. Die Auflösung der Temperatur kann auf einer beliebigen Ebene erfolgen, beispielsweise wird die Temperatur in einem von einer Mehrzahl von Bereichen in Zwei-Grad- oder anderen Schritten ausgegeben. Alternativ werden andere temperaturbezogene Informationen ausgegeben, etwa eine Änderung der Temperatur, eine Dosis oder ein Indexwert.
Jedes beliebige Modell kann verwendet werden, etwa ein neurales Netz oder ein stückweise lineares Modell. Das Modell wird auf Grundlage einer Theorie oder von Experimenten programmiert oder entwickelt. Bei einer Ausführungsform ist das Modell ein maschinell eingelerntes Modell. Das Modell wird an einem Satz Trainingsdaten trainiert, die mit Ground-Truth-Daten versehen sind, etwa Trainingsdaten, die tatsächlichen Temperaturen zugeordnet sind. Beispielsweise werden die verschiedenen Messwerte oder empfangenen Daten im Laufe der Zeit für jeden aus einer Mehrzahl von Patienten gewonnen. Während des Sendens der therapeutischen Probe wird die Temperatur gemessen. Die Temperatur bildet die Ground Truth. Durch ein oder mehrere verschiedene Maschinenlernverfahren wird das Modell darauf trainiert, anhand der Werte und/oder anderer Rückmeldungen die Temperatur vorauszusagen.
Ein beliebiger Maschinenlern-Algorithmus oder Klassifizierungsansatz kann verwendet werden. Beispielsweise wird eine Support Vector Machine (z. B. eine 2-Norm-SVM), lineare Regression, ein Boosting-Netz, ein probabilistischer Boosting-Baum, lineare Diskriminanzanalyse, eine Relevance Vector Machine, ein neuronales Netz, Kombinationen davon oder ein anderes derzeit bekanntes oder künftig zu entwickelndes maschinelles Lernverfahren bereitgestellt. Das maschinelle Lernverfahren stellt eine Matrix oder einen anderen Ausgang bereit. Die Matrix ist aus der Analyse einer Datenbank mit Trainingsdaten mit bekannten Ergebnissen abgeleitet. Der Maschinenlern-Algorithmus bestimmt die Beziehung der verschiedenen Eingänge zum Ergebnis. Die Lernfunktion kann unter Umständen nur eine Teilmenge der Eingangsmerkmale auswählen oder alle verfügbaren Eingangsmerkmale nutzen. Ein Programmierer kann beeinflussen oder kontrollieren, welche Eingangsmerkmale verwendet werden sollen oder wie das Training ansonsten erfolgen soll. Beispielsweise kann der Programmierer die verfügbaren Merkmale auf in Echtzeit zur Verfügung stehende Messungen beschränken. Die Matrix ordnet Eingangsmerkmale Ausgängen zu und liefert so ein Modell für die Klassifizierung. Das maschinelle Lernen stellt Beziehungen bereit, wozu eine oder mehrere Eingangsvariable(n) mit Ausgang verwendet werden, was die Verifizierung oder Herstellung von Beziehungszusammenhängen ermöglicht, die manuell nicht ohne weiteres durchzuführen wäre.
Das Modell repräsentiert eine Wahrscheinlichkeit von temperaturbezogenen Informationen. Diese Wahrscheinlichkeit ist ein Wahrscheinlichkeitswert für die temperaturbezogenen Informationen. Ein Bereich von Wahrscheinlichkeiten, die verschiedenen Temperaturen zugeordnet sind, wird ausgegeben. Alternativ wird die Temperatur mit der höchsten Wahrscheinlichkeit ausgegeben. Bei anderen Ausführungsformen werden die temperaturbezogenen Informationen ohne Informationen zur Wahrscheinlichkeit ausgegeben.
Als Alternative zum maschinellen Lernen können manuell programmierte Modelle verwendet werden. Das Modell kann mittels maschinellen Lernens validiert werden. Bei einer Ausführungsform wird ein Wärmeverteilungsmodell verwendet. Das Wärmeverteilungsmodell berücksichtigt die Wärmeleitfähigkeit, Dichte oder anderes Verhalten von verschiedenen Geweben, Fluiden oder Strukturen. Das Wärmeverteilungsmodell empfängt Temperaturwerte, temperaturbezogene Informationen, Messwerte oder andere Daten. Möglicherweise sind nur wenige Eingangsinformationen vorhanden, beispielsweise weil Temperaturinformationen für eine oder mehrere, jedoch weniger als alle Positionen vorliegen. Das Wärmeverteilungsmodell bestimmt die Temperatur an anderen Positionen. Das Wärmeverteilungsmodell kann möglicherweise die Temperatur zu verschiedenen Zeitpunkten oder sowohl für den Zeitpunkt als auch für die Position bestimmen.
Bei einer anderen Ausführungsform korrigiert das Wärmeverteilungsmodell die Temperaturen auf Grundlage der anatomischen Gegebenheiten. Beispielsweise schätzt ein maschinell eingelerntes Modell die Temperatur für gleichförmiges Gewebe. Die ausgegebene Temperatur wird korrigiert, um Gewebeunterschieden in der Region Rechnung zu tragen, etwa indem die Temperatur rund um wärmeleitende Gefäße oder Fluidregionen verringert wird.
Als Reaktion auf die Eingabe der Merkmale gibt das Modell die temperaturbezogenen Informationen aus, etwa eine Temperatur. Die räumliche Verteilung der Temperatur dient dazu, in Schritt 20 eine Fokusregion innerhalb der Koordinaten des Bildgebungsgeräts zu identifizieren. Messungen werden für eine Mehrzahl von Positionen in einer Region durchgeführt. Full- oder Sparse-Sampling kann verwendet werden. Die Messungen erfolgen über einen Zeitraum, jedoch unabhängig von vorangegangenen Messungen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine gemessene Veränderung bezogen auf einen Referenzwert oder eine vorangegangene (z. B. die letzte) Messung verwendet werden.
Nicht-Echtzeit-Messungen können verwendet werden, etwa eine Grundtemperatur. MRI-basierte Messungen der Temperaturverteilung in einer Region können verwendet werden. Echtzeitmessungen können verwendet werden, etwa im Zusammenhang mit Ultraschallmessungen, die während der Anwendung einer Wärmetherapie auf eine Körperregion des Patienten durchgeführt werden.
In Schritt 20 wird eine Strahlposition oder Fokusregion für die HIFU mittels der Temperatur oder eines anderen Merkmals bestimmt. Der Therapiefokus wird mittels akustischer Wärmemessung erkannt. Positionen, denen eine ausreichende Größe, Temperaturänderung oder Änderungsrate zugeordnet ist, werden identifiziert. Positionen, an denen Verschiebung, Temperatur oder Temperaturänderungen relativ hoch sind, werden durch Anwendung eines Schwellenwertes identifiziert. Der Schwellenwert kann vorprogrammiert oder an einen gegebenen Datensatz angepasst sein. Der Schwellenwert kann normalisiert sein, beispielsweise ein Schwellenwert auf Grundlage von Daten an räumlichen Positionen, die in einem Abstand zu der wahrscheinlichen Position des Strahls oder der Fokusregion liegen. Als weiteres Beispiel wird eine durchschnittliche oder andere prozentuale Verschiebung oder Temperatur über eine interessierende Region bestimmt. Die Temperaturdaten können vor Anwendung des Schwellenwertes räumlich gefiltert oder nicht gefiltert werden.
Positionen, denen eine über dem Durchschnitt oder einem anderen prozentualen Wert liegende Temperatur zugeordnet ist, zeigen allgemein Strahl- oder Fokuspositionen an. Die Temperaturen oder Positionen mit ausreichender Temperatur können nach der Anwendung des Schwellenwertes und vor der Identifizierung der Fokusregion anhand der übrigen Temperaturdaten tiefpassgefiltert werden.
Ein Mittelpunkt einer größten Region erhöhter Temperaturen, Region Growing (Regionenwachstum), Region Shrinking (Regionenschrumpfung) oder andere Prozesse können verwendet werden, um den Fokuspunkt zu finden. Der Punkt kann mit oder ohne Segmentierung bestimmt werden. Bei dem Punkt kann es sich um den Schwerpunkt einer Region handeln, etwa die größte segmentierte Region mit erhöhter Temperatur. Bei einer Ausführungsform ist der Punkt ein maximaler Temperaturwert (z. B. der höchste Echodeformationswert) in einer Region erhöhter Temperaturwerte. Die Fokusposition ist eine Position mit einer höchsten Temperatur oder einer größten Temperaturänderung bezogen auf umgebende Positionen in einem Volumen. Die Temperaturen können zusätzlich zu jeder anderen Filterung tiefpassgefiltert werden, bevor die Position des Maximums oder des Mittelpunkts bestimmt wird.
In Schritt 22 wird der Fokus der Therapie justiert. Diese Justage erfolgt zusätzlich zu jeder anderen Einstellung im Rahmen der Sequenzierung des Therapieplans. Beispielsweise kann sich die gewünschte Fokusposition mit der Zeit verschieben. Die Justage in Schritt 22 dient dazu, den tatsächlichen Fokus mit dem aktuellen gewünschten Fokus in Übereinstimmung zu bringen. Die Differenz zwischen dem erkannten und dem gewünschten Fokuspunkt wird bestimmt. Die Differenz ist eine Entfernung und eine Richtung, etwa ein zwei- oder ein dreidimensionaler Vektor. Die Differenz ist eine räumliche Differenz.
Das Ultraschallbildgebungssystem bestimmt, ob der Fokus des Therapiestrahls ausreichend nahe bei der Zielposition oder dem gewünschten Fokus liegt. Der Schwellenwert für ausreichende Nähe kann vordefiniert oder adaptiv sein. Beispielsweise kann ausreichend nahe innerhalb von 5 mm bedeuten. Als weiteres Beispiel kann ausreichend nahe bei manchen Organen etwas anderes sein als ausreichend nahe bei anderen Organen. Die Größe der zu behandelnden Region kann verwendet werden, etwa in der Weise, dass innerhalb eines Prozentsatzes (%) des Durchmessers der zu behandelnden Region als ausreichend nahe gilt. Das Ultraschallbildgebungssystem liefert dem Therapiesystem Steuerinformationen, um den Strahl näher an die Zielposition heranzuführen. Die Differenz zeigt eine Justage an. Basierend auf der Transformation zwischen dem Bildgebungs- und dem Therapiesystem wird die von dem Bildgebungssystem erkannte Differenz zwischen dem gewünschten und dem anhand der Temperatur erkannten Fokuspunkt in eine Differenz für das Therapiesystem umgewandelt. Der Fokus des Therapiesystems wird anhand dieser Rückmeldung justiert.
Die Schritte 16, 18 und 20 können wiederholt werden. Der HIFU kann konstant oder sporadisch sein. Es kann ein beliebiges Behandlungsschema verwendet werden. Während der laufenden Behandlung oder zwischen verschiedenen Teilen der Behandlung können die Sendung von Schritt 16, die Bildgebung von Schritt 18 und die Erkennung von Schritt 20 wiederholt werden. Wenn der Fokus justiert werden muss, wird Schritt 22 wiederholt.
8 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahren zum Überwachen der Behandlung. Die Behandlung wird vom Benutzer überwacht. Der Benutzer kann die Bildgebung in Echtzeit einstellen, um die Wirkung der Therapie zu beobachten. Nachdem der Prozess zur Feinabstimmung des Fokus des Therapiestrahls abgeschlossen ist (siehe 7), beginnt das Ultraschallsystem mit der verschachtelten Therapie- und Überwachungssequenz. Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Die Schritte werden in der dargestellten Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge ausgeführt.
In Schritt 26 wird die Temperatur von Geweben an Positionen, die in drei Dimensionen verteilt sind, erfasst. Die Temperatur wird mittels Ultraschall gemessen, etwa unter Verwendung des Modells. Dabei werden Werte gewonnen, die die Temperatur an verschiedenen Positionen repräsentieren. Die Positionen repräsentieren ein Volumen, etwa ein Volumen eines Patienten rund um die zu behandelnde Region und diese einschließend. Das Volumen kann auch nur die zu behandelnde Region umfassen.
In Schritt 28 werden Therapiesendungen ausgeführt. Die Therapie wird angewandt. Die Therapie ist mit der Temperaturmessung verschachtelt. Es kann jede beliebige Verschachtelung (Interleaving) verwendet werden, etwa Behandeln einer Position, anschließend Überwachen der Temperatur, danach Behandeln einer weiteren Position und so fort. Die Verschachtelung kann die Behandlung einer gegebenen Position in verschiedene Teile gliedern, wobei zwischen den einzelnen Teilen jeweils Abtastungen zur Überwachung erfolgen.
In Schritt 30 wird eine Benutzereingabe empfangen. Signale von einer Benutzerschnittstelle, etwa einem Berührungsbildschirm, einer Maus oder einem Trackball mit Taste oder Pfeiltasten, werden empfangen. Der Benutzer gibt die Blickrichtung (den Winkel), eine Position einer Ebene, eine Segmentierung, eine Schnittebene oder andere Informationen für die Bildrekonstruktion an. Diese Eingabe steuert die Bildrekonstruktion. Die Bildrekonstruktion wird durch den Benutzer gesteuert, um verschiedene Perspektiven zu sehen, die angezeigten Informationen zu kontrollieren oder die Wirkungen der Behandlung zu untersuchen.
In Schritt 32 wird eine bildliche Darstellung erzeugt. Das erzeugte Bild ist eine zweidimensionale Darstellung des Volumens des Patienten. Oberflächen- oder Projektionsrekonstruktion kann verwendet werden. Für diese dreidimensionale Darstellung kann das Volumen aus einem beliebigen Winkel betrachtet werden. Verwendet wird der vom Benutzer gewählte Winkel, sodass der Benutzer aus verschiedenen Richtungen oder einer gewünschten Richtung sehen kann. Dies kann es erlauben, die Betrachtung auf bestimmte Organe oder Positionen im Körper des Patienten zu fokussieren.
In ähnlicher Weise kann die Bildrekonstruktion eine multiplanare Rekonstruktionsdarstellung (MPR) sein. Durch Auswählen einer oder mehrerer Schnittebenenpositionen steuert der Benutzer die in der zweidimensionalen Darstellung angezeigten Informationen.
Die bildliche Darstellung zeigt Temperaturen. Die Temperaturen innerhalb des Volumens werden verwendet, um die Farbe, Helligkeit oder andere Merkmale des Bildes zu ändern. Beispielsweise moduliert die Zuordnung die Farbe in Abhängigkeit von den temperaturbezogenen Informationen, etwa indem ein Rotton oder Farbton zwischen Rot und Gelb für verschiedene Temperaturen jeweils unterschiedlich ist. Die Änderung oder Änderungsrate der Temperatur kann alternativ der Ausgabefarbe oder zusätzlich der Helligkeit oder einem anderen Aspekt von Farbe zugeordnet werden. Die Bildrekonstruktion erfolgt in Echtzeit während der Therapiesendungen. Sobald Daten erfasst werden, werden Bilder erzeugt. So können die Wirkungen der Therapie unmittelbar beobachtet werden. Andere Informationen können ebenfalls angezeigt werden. Beispielsweise werden die Temperaturen als Farben dargestellt, die einem aus B-Modus-Daten zusammengesetzten Bild überlagert sind. Dargestellt werden die Temperaturwerte verschiedener anatomischer Strukturen oder Positionen im Gewebe. Die Überlagerung wird über ein Ultraschallbild gelegt, das die Anatomie repräsentiert, etwa einem B-Modus-Bild überlagert. Die Überlagerung wird räumlich und zeitlich an den anatomischen Informationen registriert. Die Überlagerung zeigt durch das Therapiesystem bewirkte Temperaturen, und das darunter liegende anatomische Bild kann die zu behandelnde anatomische Struktur darstellen.
Das Bild kann weitere temperaturbezogene Informationen enthalten. Die temperaturbezogenen Informationen werden als Wert, etwa als Temperatur oder Dosis, angezeigt. Ein Graph der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit oder entlang einer Linie kann angezeigt werden.
9 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Kontrollieren der Behandlung. Die Behandlung wird von dem Ultraschallbildgebungssystem kontrolliert. Die Behandlung wird überwacht, um eine Erwärmung des Gewebes in einem unerwünschten Grad zu verhindern. Insbesondere wird die Erwärmung von nicht zu behandelndem Gewebe auf ein therapeutisch wirksames Niveau verhindert. Während der Therapie und Überwachung durch den Benutzer (siehe 8) überwacht das Bildgebungssystem automatisch die Temperaturen. Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Die Schritte werden in der dargestellten Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge ausgeführt.
In Schritt 34 werden die Therapiestrahlen gesendet. Beispielsweise wird eine HIFU-Behandlung angewandt. Die Behandlung betrifft eine zu behandelnde Region. Der Fokus der Behandlung liegt an einer Position oder einer Mehrzahl von Positionen in der zu behandelnden Region.
In Schritt 36 werden die Temperaturen für ein Volumen erfasst. Das Volumen beinhaltet die zu behandelnde Region und Positionen außerhalb der zu behandelnden Region. Es kann eine Region beliebiger Größe über die zu behandelnde Region hinaus eingeschlossen werden. Beispielsweise ist die zu behandelnde Region in dem Abtastvolumen zentriert und umfasst etwa 10–50% des Volumens. Andere Verhältnisse von zu behandelnder und nicht zu behandelnder Region können verwendet werden. Alternativ wird die Temperatur nur für Positionen außerhalb der zu behandelnden Region geschätzt.
In Schritt 38 werden die Temperaturen überwacht. Die Temperaturen in der zu behandelnden Region können überwacht werden. Beispielsweise wird die Dosierung gemessen. Als weiteres Beispiel kann durch Überwachen der zu behandelnden Region eine Maximaltemperatur verhindert werden. Die Temperaturen außerhalb der zu behandelnden Region werden überwacht. Alle Positionen außerhalb der zu behandelnden Region werden überwacht. Alternativ werden lediglich Positionen im Bereich der zu behandelnden Region überwacht. Bei einer Ausführungsform werden Positionen überwacht, die Risikogewebe zuzuordnen sind. Beispielsweise gibt der Benutzer eine Auswahl von einer oder mehreren beschränkten Position(en) und die entsprechenden Temperaturgrenzen ein. Für die Auswahl einer oder mehrerer Position(en) für die Überwachung können beliebige Kriterien herangezogen werden. Die Überwachung wird von dem Ultraschallbildgebungssystem durchgeführt. Die Überwachung ist automatisiert. Ein Temperaturschwellenwert, eine Temperaturänderung, eine Änderungsrate der Temperatur oder Kombinationen davon werden mit den Temperaturinformationen für die Positionen verglichen. Der Schwellenwert wird so definiert, dass jegliche oder eine bestimmte biologische Wirkung verhindert wird.
In Schritt 39 werden die Therapiesendungen infolge der Überwachung ausgesetzt. Wenn die Temperatur an einer Position außerhalb der zu behandelnden Region den Schwellenwert erreicht oder übersteigt, kann die Therapie angehalten werden. Das Aussetzen kann für einen Teil des Therapieplans erfolgen. Das Aussetzen kann sich auf eine Position beziehen, etwa indem die Behandlung an eine andere Position in der zu behandelnden Region verlagert wird. Das Aussetzen kann vorübergehender Art sein, etwa um eine Anpassung des Therapieplans durch den Benutzer oder das Abkühlen des Gewebes zu ermöglichen. Das Aussetzen kann für den verbleibenden Teil des Therapieplans erfolgen. Die Temperaturinformationen für eine Position können verwendet werden, um die Therapie auszusetzen. Jede Position, an der der Schwellenwert für die betreffende Position überschritten wird, bewirkt die Aussetzung. Alternativ gibt es Temperaturinformationen für eine Mehrzahl von Positionen, an denen die entsprechenden Schwellenwerte überschritten werden, bevor die Therapie ausgesetzt wird.
Das Ultraschallbildgebungssystem erhält Informationen zur Temperatur in dem interessierenden Volumen. Wenn die Temperatur außerhalb der zu behandelnden Region einen unerwarteten Temperaturanstieg zeigt, wird die verschachtelte Therapie- und Überwachungssequenz angehalten. Andernfalls läuft die verschachtelte Therapie- und Überwachungssequenz weiter oder wird wiederholt.
Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangegangene detaillierte Beschreibung als der Veranschaulichung dienend und nicht als einschränkend angesehen wird, und es wird klargestellt, dass die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, den Rahmen dieser Erfindung definieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011/0060221 [0067]

Claims

System zur Therapiekontrolle mit einem Ultraschallscanner, umfassend: Sender (52) des Ultraschallscanners, wobei die Sender (52) dafür vorgesehen sind, mittels Ultraschallstrahlen nach einer Abtastsequenz abzutasten; einen Prozessor (62) des Ultraschallscanners, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, die Abtastsequenz für den Ultraschallscanner in Abhängigkeit von dem Therapieplan zu erzeugen und die Sender (52) für mindestens einen Teil der Abtastsequenz auszuschalten; und einen Auslöserausgang (68) des Ultraschallscanners, der dafür konfiguriert ist, Auslösesignale an ein Therapiegerät auszugeben, wobei die ausgegebenen Auslösesignale die Reaktion auf die Abtastsequenz sind.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Benutzereingabevorrichtung (66), die dazu dient, Parameter aus einem Therapieplan zu empfangen, wobei diese Parameter eine Anzahl von Positionen, eine Dauer oder sowohl die Anzahl der Positionen als auch die Dauer beinhalten.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, die Abtastsequenz zu erzeugen, um die Sendungen so zu planen, dass sie entsprechend einer Dauer im Therapieplan erfolgen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, die Abtastsequenz zu erzeugen, um die Sendungen so zu planen, dass sie entsprechend dem Therapieplan und der Überwachung erfolgen, wobei die Sender (52) für Sendungen im Rahmen des Therapieplans ausgeschaltet und für Sendungen im Rahmen der Überwachung eingeschaltet werden.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtastsequenz Impulsbildgebungs-(ARFI) und Verfolgungsimpulse enthält, wobei die Sender (52) für die ARFI-Impulse ausgeschaltet und für die Verfolgungsimpulse eingeschaltet werden; wobei die Auslöser für das Erzeugen von Impulsbildgebungs(ARFI)-Impulsen durch das Therapiegerät dienen, wobei die Verfolgungsimpulse von dem Ultraschallscanner, die das Gewebe abtasten, die Reaktion auf die ARFI-Impulse darstellen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtastsequenz den Ultraschallscanner für das Abtasten konfiguriert, jedoch die Sender (52) ausgeschaltet sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Therapie- und Überwachungsauslöser verschachtelt sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtastsequenz eine Startzeit für einen Therapiestrahl, einen ARFI-Anregungsstrahl und Überwachungsstrahlen angibt und wobei die Auslöser für den Therapiestrahl und den ARFI-Anregungsstrahl und nicht für die Überwachungsstrahlen gelten.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtastsequenz verschiedene Perioden für Positionsänderungen (Dithering) von Therapiestrahlen durch das Therapiegerät enthält.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, als Reaktion auf eine gemessene Temperatur im Körper eines Patienten und außerhalb einer zu behandelnden Region die Abtastsequenz zu beenden und die Auslöser anzuhalten.
System nach Anspruch 10, wobei die Temperaturmessung die Reaktion auf die Abtastung durch den Ultraschallscanner in der Abtastsequenz bei eingeschalteten Sendern (52) darstellt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, anhand einer mittels Ultraschall gemessenen Temperatur einen Fokus des Therapiegeräts zu bestimmen und eine Position an das Therapiegerät zu senden.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Anzeigegerät (60), das dazu dient, eine dreidimensionale oder multiplanare Rekonstruktionsdarstellung von Temperaturen im Körper eines Patienten anzuzeigen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (62) und der Auslöserausgang (68) in Echtzeit während der Behandlung durch das Therapiegerät arbeiten.
Verfahren zur Therapiekontrolle mit einem Ultraschallscanner, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Identifizieren (14) einer zu behandelnden Position; Erkennen (20) eines Fokus einer Behandlung mit Wärme mit akustischer Wärmemessung; und Justieren (22) des Fokus basierend auf der Erkennung mittels akustischer Wärmemessung derart, dass er an der zu behandelnden Position liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Erkennen (20) das Senden von hochintensivem, fokussiertem Ultraschall (HIFU) und das Erkennen (20) des Fokus als eine erste Position mit höherer Temperatur als die umgebenden Positionen in einem dreidimensionalen Volumen umfasst.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium (64), auf dem Daten enthalten sind, die von einem programmierten Prozessor (62) ausführbare Anweisungen für die Therapieüberwachung mit einem Ultraschallscanner beinhalten, wobei das Speichermedium (64) Anweisungen enthält für: das Erfassen (26) von Temperaturen von Gewebe an Positionen, die in drei Dimensionen verteilt sind; das Verschachteln (Interleaving) von Therapiesendungen (28) mit dem Erfassen der Temperaturen; das Empfangen (30) von Benutzereingaben zur Beeinflussung der Bildrekonstruktion; und das Erzeugen (32) einer dreidimensionalen oder multiplanaren Rekonstruktionsdarstellung der Temperaturen in Echtzeit während der Therapiesendungen in einem zweidimensionalen Bild, wobei die Bildrekonstruktion von der Veränderung der Bildrekonstruktion abhängig ist.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium (64) nach Anspruch 17, wobei das Empfangen (30) das Empfangen eines Blickwinkels umfasst und wobei das Erzeugen (32) das Erzeugen der dreidimensionalen Darstellung in Abhängigkeit von dem Blickwinkel umfasst.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium (64) nach Anspruch 17, wobei das Empfangen (30) das Empfangen einer ausgewählten Schnittebene umfasst und wobei das Erzeugen (32) das Erzeugen der multiplanaren Rekonstruktionsdarstellung (MPR) in Abhängigkeit von der ausgewählten Schnittebene umfasst.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium (64), auf dem Daten enthalten sind, die von einem programmierten Prozessor (62) ausführbare Anweisungen für die Therapiekontrolle mit einem Ultraschallscanner beinhalten, wobei das Speichermedium (64) Anweisungen enthält für: das Senden (34) von therapeutischen, hochintensiven, fokussierten Ultraschallstrahlen in eine zu behandelnde Region in einer Körperregion eines Patienten; das Erfassen (36) der Temperaturen von Gewebe an verteilten Positionen innerhalb der Körperregion des Patienten, wobei mindestens ein Teil der Positionen außerhalb der zu behandelnden Region liegt; und das Aussetzen (39) des Sendens von therapeutischen, hochintensiven, fokussierten Ultraschallstrahlen aufgrund mindestens eines Temperaturwertes für mindestens eine der Positionen außerhalb der zu behandelnden Region.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium (64) nach Anspruch 20, wobei das Aussetzen (39) das Aussetzen umfasst, wenn mindestens eine Temperatur über einem Schwellenwert liegt, wobei der Schwellenwert unter dem Schwellenwert einer biologischen Wirkung auf das Gewebe infolge der Wärme liegt.