KR20120032492A

KR20120032492A - Ｍｒ 영상 유도 치료

Info

Publication number: KR20120032492A
Application number: KR1020117031432A
Authority: KR
Inventors: 아자이 아난드; 가스타 야콥 엔홀름; 발라순다라 이야부 라주
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2012-04-05
Also published as: WO2010140125A1; CN102802728A; EP2437852A1; CN102802728B; JP2012528656A; EP2437852B1; US9399148B2; JP5654580B2; US20120172708A1

Abstract

본 발명은 환자의 신체(2, 508)의 적어도 일부분에 고강도 초음파로 고주파 발사하도록 배열되는 초음파 치료 유닛(1, 518) 및 환자(2, 508)의 일부분으로부터 MR 신호들을 획득하고 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하도록 배열되는 MR 이미징 유닛(3, 500)을 포함하는 치료 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 지방을 포함하는 중요 해부학적 영역 내의 온도 값들이 모니터링될 수 있는 MR 유도 고강도 집속형 초음파(HIFU) 치료를 인에이블하는 것이다. 본 발명은 치료 시스템이 신체(2, 508)의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하도록 배열되고 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 도출하도록 배열되는 초음파 진단 유닛(5, 518)을 추가로 포함하는 것을 제안한다.

Description

ＭＲ 영상 유도 치료{MR IMAGING GUIDED THERAPY}

관련 출원들과의 상호 참조

출원인들은 2009년 6월 2일에 제출된 임시 출원 일련 번호 제 US 61/183,121호 및 2009년 12월 2일에 제출된 제 US 61/265,771호의 이점을 주장한다.

본 발명은 자기 공명(magnetic resonance: MR) 이미징(imaging)의 분야에 관한 것이다. 본 발명은 초음파 치료 유닛 및 MR 이미징 유닛을 포함하는 치료 시스템(therapeutic system)에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 및 고강도 초음파 치료 동작을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.

초음파 치료 유닛 및 MR 이미지 유닛을 포함하는 치료 시스템은 일반적으로, 예를 들면, WO 2008/152542 A2로부터 공지된다.

초음파는 특정한 치료적 개입(therapeutic intervention)들에 대해 점점 더 바람직한 방법이 되고 있다. 특히, 고강도 집속형 초음파(high intensity focused ultrasound)는 현재 자궁 근종(uterine fibroid)들에 대한 열 치료적 개입에 대한 방법으로 이용되고 있고 간, 뇌, 전립선(prostate), 및 다른 암성 병변(cancerous lesion)의 치료에 이용이 가능한지에 대해 검토되어 왔다. 초음파는 또한 혈병융해(clot dissolution)(소노트롬볼리시스(sonothrombolysis))를 매개하는 수단으로서 중요한 연구 대상이 되어 왔으며, 뇌졸증 환자들에 대한 혈전용해제(thrombolytic agent)로서 조직 플라스미노겐 활성화제(plasminogen activator)(tPA)를 이용하는 것과 같은 기존의 의료 치료법들의 효능을 증가시키는 것으로 인식되어 왔다. 초음파 매개 약물 전달 및 유전차 치료는 연구의 추가 활동 영역이다. 유전자 치료에서의 단백질들의 유전자 발현(genetic expression) 및 부위-표적(site targeted) 치료들에서 증가한 약물 전달은 부작용을 최소화되면서도 다양한 질병들을 치료할 잠재성을 지니고 있다. 초음파 치료의 다른 응용예는 미용 수단을 위한 비-침습성(non-invasive) 치료, 예를 들면, 지방 제거이다. 이 모든 응용예들에서 초음파가 이용되는 것이 바람직한데 왜냐하면 초음파는 위에 있는 기관들에 영향을 거의 또는 전혀 미치지 않고 깊이 잇는 조직들의 비-침습성 치료가 가능하기 때문이다.

조직 절개(tissue ablation)를 위한 초음파 치료는 관심 조직에 흡수되고 열로 변환되는 고강도 초음파로 고주파 발사시킴으로써, 각각의 조직들의 온도를 상승시켜서 작용한다. 온도가 약 섭씨 55도 상승하면, 조직들의 응고 괴사(coagulative necrosis)가 발생하여, 세포가 즉시 죽는 결과가 야기된다. 치료에 이용되는 트랜스듀서(transducer)들은 신체 외부에 있고, 예를 들면, 혈관, 요도(urethra), 직장(rectum) 등을 통해 신체 내에 삽입될 수 있다. 그러나, 초음파 치료는 조직 절개로 제한되지 않고, 또한 지혈(hemostasis), 약물 또는 유전자 전달, 혈병융해 등을 포함하는, 다른 유형들의 초음파-기반 생체 효과들의 이용에 관련된다.

오늘날, MR 이미징 유도 고강도 집속형 초음파(MR HIFU) 시스템들은 상업적으로 구입 가능하다. 제 1 임상 응용예는 자궁 내의 양성 종양들, 소위 자궁 근종들의 절개이다. 여기서 집속형 초음파 빔은 복부로 지향된다. 초음파 빔은 피부 및 사이에 있는 조직을 통과하여 종양에 열을 가하는데 이용되고, 반면에 MR 이미징은 고주파 발사 영역 내의 온도 분포를 모니터링하는데 이용된다. 후자는 절차를 안전하고 효율적이도록 한다.

물 속에서의 양자 공진 주파수 시프트(proton resonance frequency shift: PRFS)에 기초하는 MR 체열측정(thermometry)은 그러한 절개 열 치료들의 비-침습성 모니터링에서 '최적 표준(gold standard)'으로 간주된다. PRFS 모델을 이용하면 물함량이 높은 조직들 내에서의 온도가 정확하게 모니터링될 수 있다. 양자 공진 주파수의 선형 시프트는 HIFU에서 이용되고 있는 온도들의 범위에 걸쳐서 관찰된다. 이 범위에서 MR 체열측정은 또한 상당히 민감하다. 초음파 치료 동안 체열측정 MR 이미지들의 재구성은 다른 중요 해부학적 구조들이 본래대로 남는 것을 보호하는 동안 의도된 위치에서 적절한 가열이 성취되는 것을 보장하도록 피드백을 제공하는데 유용하다.

MR 체열측정의 단점은 지방을 함유하는 조직들이 모니터링되지 않는다는 점이다. 이것은 지방 내의 PRFS가 본질적으로 온도와 무관하기 때문이다. 이의 예는 피하 지방층이다. 예를 들면, 자궁 근종들에 대해 치료받고 있는 환자들은 통상적으로 최대 삼사 센티미터의 피부 아래 지방 층을 가진다. 깊이 자리잡은 조직들을 절개하는데 이용되는 집속형 초음파 빔은 이 층을 통과해야만 한다. 열 전도도가 낮고 맥관질(vascularity)을 가지는 지방은 쉽게 과열된다. 많은 환자들의 경우 이것은 위험하게 되어, MR HIFU의 유용성 및 응용 가능성을 제한하게 된다.

상술한 바로부터, MR 이미징 유도 HIFU를 위한 치료 시스템의 개선이 필요하다는 것이 쉽게 인정된다. 결과적으로 본 발명의 목적은 의도되지 않은 부위들의 가능한 열적 손상의 검출을 인에이블하여, 치료 절차의 안전성을 개선하는 것이다.

본 발명은 독립 청구항들에서 고강도 초음파 치료 동작을 모니터링하는 치료 시스템, 컴퓨터 판독가능한 저장 매체, 및 방법을 제공한다. 실시예들은 종속 청구항들에서 제공된다.

본원에서 이용되는 바와 같이, MR은 자기 공명(magnetic resonance)에 대한 약자이다. 본원에서 이용되는 바와 같이, HIFU는 고강도 집속형 초음파(high intensity focused ultrasound)의 약자이다.

본 발명에 따라 치료 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은:

- 고강도 초음파로 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하도록 배열되는 초음파 치료 유닛;

- 신체의 일부로부터 MR 신호들을 획득하고 MR 신호들로부터 체혈측정 MR 이미지를 재구성하도록 배열되는 MR 이미징 유닛; 및

- 신체의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하고 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별(local) 온도 값을 도출하도록 배열되는 초음파 진단 유닛을 포함한다. 초음파 치료 유닛 및 초음파 진단 유닛은 별개의 유닛들일 수 있거나 초음파 치료 유닛은 초음파 진단 유닛을 포함할 수 있다.

본원에서 이용되는 바와 같은 MR 신호들은 MR 이미징 유닛에 의한 이미지의 획득 동안 신체의 일부에서의 원자 스핀(atomic spin)들에 의해 방출되는 무선 주파수 신호들의 측정들 또는 다른 표현들인 것으로 이해된다. 이 MR 신호들은 이미지들로 재구성될 수 있다.

본원에서 이용되는 바와 같은 고주파 발사의 프로세스는 용어 초음파 처리(sonication)와 동의어임이 이해된다. 본원에서 이용되는 바와 같이 초음파 처리는 생물학적 물질(biological material)을 교반(agitate)하기 위해 초음파를 인가함으로써 생물학적 물질을 붕괴하거나 활성 해제하는 동작으로 규정된다.

본 발명의 요점은 물 함류량이 높은 조직들 내에서 뿐만 아니라, 지방을 함유하는 신체의 치료되는 부분의 중요 영역들에서 온도 이미지들을 획득하기 위해 초음파 체열측정 및 MR 체열측정을 결합하는 것이다.

획득된 초음파 신호들로부터 부위별 온도 값들의 도출은 또한 초음파 체열측정으로 칭해진다. 초음파 체열측정은 섭씨 50 내지 60도까지의 범위의 온도들에 대한 온도 이미징을 인에이블하는 것으로 설명되어 왔다. 조직의 영역이 가열되면, 그 결과에 따른 온도 상승으로 인해 음파 및 열 확장의 속도가 부위별로 차이들을 나타낸다. 수성 조직(aqueous tissue)들의 음파 속도는 초기에 최대 섭씨 50도까지 온도에 따라 증가하다가, 안정기에 도달하고나서 더 높은 온도들에서 감소한다. 섭씨 50도에 근접한 온도에 대해서는 감도가 부족하므로 잘못된 추정치들이 야기된다. 더 높은 온도들에서, 다중 값의 추정치들이 발생할 수 있다. 지방 조직의 경우 초음파 속도는 온도에 따라 감소한다. 온도는 신체 온도보다 대략 섭씨 10 내지 15도 상승하기 때문에, 열 확장의 효과는 초음파 속도 변화에 비해 작다. 초음파 체열측정은 수성 및 지방 조직 일 둘에서 약 섭씨 1도의 정확성으로 섭씨 10 내지 15도까지 상승한다.

초음파 체열 측정은 소위 에코-시프트(echo-shift) 방법에 의해 구현된다. 간단한 실시예에서, 단일 초음파 트랜스듀서를 이용함으로써, 초음파 에코 신호는 예를 들면, 음파 펄스(sonic pulse)를 생성했고, 펄스가 모니터링될 가장 먼 거리로 이동했다가 돌아오는데 충분히 긴 시간 동안 등록되었던 것과 동일한 트랜스듀서로부터 수신된다. 짧은 시간 간격 이후에, 다른 펄스가 가열 영역을 통과하여 송신되고 수신된다. 두 신호들은 에코 시프트를 결정하기 위해서 비교된다. 에코 시프트는 널리 확립되어 있는 방법들을 이용하여 온도 변화의 대응하는 값으로 변환된다. 2- 및 3-차원 온도 맵들이 획득될 수 있는 초음파 체열측정의 방법들은 공지되어 있다.

본 발명의 실시예에서 MR 이미징 유닛은 이미징 존(zone) 내에서부터 MR 신호들을 획득하도록 구성된다. 전형적으로 자기 공명 이미징 유닛들은 신체의 일부로부터 자기 공명 신호들을 획득하기 위해 무선 주파수 신호들을 송신하고 수신하도록 자석, 경사 코일(gradient coil)들 및 안테나들 또는 코일들을 포함한다. 이미징 존은 자기 공명 이미지로 재구성될 수 있는 자기 공명 신호들을 획득하기 위해 충분히 일정한 자기 공명 이미징 유닛의 자기장의 영역이다. 초음파 치료 유닛은 환자 내의 타겟 존(target zone)에 고주파 발사하도록 구성된다. 초음파 치료 유닛으로 고주파 발사되는 환자의 신체의 적어도 일부는 타겟 존 내에 위치된다.

초음파 치료 유닛은 타겟 존에 초음파를 집속하도록 구성된 다중-소자 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 다중-요소 초음파 트랜스듀서는 초음파를 발생시킬 수 있는 다수의 초음파 소자들을 가진다. 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 소자들 각각으로부터 방출되는 진폭 및 위상을 제어함으로써, 초음파는 환자 내부의 특정 타겟 존으로 집속되거나 지향될 수 있다. 치료 시스템은 환자를 수용하기 위해 구성된 환자 지지대를 추가로 포함한다. 환자 지지대는 다중-소자 초음파 트랜스듀서로부터 환자로 초음파를 전송하도록 구성된 초음파 윈도우(ultrasound window)를 포함한다.

다중-소자 트랜스듀서는 초음파 전달 매체가 채워져 있는 환자 지지대 하우의 챔버 내에 위치될 수 있다. 예를 들면, 탈기수(degassed water)는 다중-소자 초음파 트랜스듀서를 침지(immerse)하는데 이용될 수 있다. 초음파 트랜스듀서는 트랜스듀서 및 타겟 존 사이에 위치되는 근 필드 영역(near field region)을 가진다. 이미징 존은 근 필드 영역을 포함한다. 이것은 MR 이미징 유닛이 근 필드 영역으로부터 MR 신호들을 획득할 수 있음을 의미한다. 적어도 하나의 부위별 온도 값은 근 필드 영역 내에서 측정된다. 이것은 초음파 진단 유닛이 근 필드 영역 내에서 온도 측정을 행하는 것을 의미한다. 그러므로 초음파 진단 유닛은 근 필드 영역 내의 온도를 모니터링하는데 이용될 수 있다.

치료 시스템은 MR 이미징 유닛을 제어하기 위한 컴퓨팅 디바이스, 초음파 진단 유닛 및 초음파 치료 유닛을 추가로 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 메모리를 추가로 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 메모리에 저장되는 하나 이상의 프로그램들을 포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되도록 구성된다. 하나 이상의 프로그램들은 타겟 존의 고주파 발사를 위한 치료 계획을 수신하기 위한 명령들을 포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 MR 신호들 및 적어도 하나의 부위별 온도를 이용하여 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠를 예측하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠는 테스트 샷 동안 근 필드 영역 내의 온도 증가를 기록함으로써 결정될 수 있다. 테스트 샷은 초음파 치료 유닛은 감소 전력으로 타겟 존에 고주파 발사하는데 이용된다. 예측되거나 미리 결정된 온도 증가보다 더 큰 근 필드 영역에서의 온도의 증가의 검출은 예측되었던 것보다 더 많은 초음파를 감쇠시키는 장애물 또는 영역을 표시할 수 있다. 이것은 유용한데, 왜냐하면 모벨을 이용하여 근 필드 영역에서 초음파 에너지의 감쇠를 정확하게 예측하는 것이 가능하기 때문이다. 예를 들면, 자기 공명 또는 다른 이미징 기술들을 이용하여 실험대상을 이미지화하여 치료 계획을 만들 수 있다. 이것은 초음파 에너지의 감쇠를 정확하게 예측할 수 있거나 예측할 수 없다. MR 체열측정 이미지를 이용함으로써 근 필드 영역 내의 초음파의 적어도 하나의 부위별 온도 감쇠가 검출될 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠의 예측에 기초하여 치료 계획을 조정하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 치료 계획의 조정은 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자에 인가되는 진폭 및/또는 위상의 조정일 수 있다.

다른 실시예에서 근 필드 영역은 하위-근 필드 영역들을 포함한다. 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자에 대응하는 하위-근 필드 영역이 존재한다. 하위-근 필드 영역은 다중-요소 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자에 인접한 근 필드 영역이다. 하나 이상의 프로그램은 MR 체열측정 이미지 및 적어도 하나의 부위별 온도를 이용하여 하위-근 필드 영역들의 각각에서의 초음파 에너지의 감쇠를 예측하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. MR 체열측정 이미지 및 초음파 진단 유닛에 의해 측정되는 부위별 온도는 하위-근 필드 필드 영역에서의 온도 증가를 결정하는데 이용된다. 예상된 온도보다 또는 미리 결정된 온도보다 더 큰 하위-근 필드 영역에서의 온도 증가는 하위-근 필드 영역에서의 감쇠를 표시할 수 있다.

다른 실시예에서 하나 이상의 프로그램들은 자체의 대응하는 하위-근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠가 미리 결정된 값보다 더 크다고 예측되는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자(522, 524, 526)에 의해 방출되는 초음파 에너지의 주파수를 조정하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 예를 들면, 특정한 하위-근 필드 영역 내에 장애물이 존재한다면 초음파 에너지의 주파수를 감소시킴으로써 장애의 효과를 감소시키는 것이 가능할 수 있는데, 왜냐하면 초음파는 집속이 덜 되기 때문이다. 조직 내의 초음파의 감쇠는 주파수 의존형이다. 그러므로 주파수를 조정하는 것은 특정한 하위-근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠가 가능하도록 할 수 있다.

다른 실시예에서 하나 이상의 프로그램들은 자체의 대응하는 하위-근 필드 영역 내에서의 초음파의 감쇠가 미리 결정된 값보다 더 크다고 예측되는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자에 의해 방출되는 초음파 에너지의 크기를 감소시킴으로써 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 어퍼처(aperture)를 조정하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 하위-근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠가 너무 크면 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 대응하는 소자는 비활성화되거나 또는 상기 소자에 의해 방출되는 초음파의 크기를 감소시킬 수 있다. 자체의 하위-근 필드 영역 내에서 비정상적인 감쇠를 경험하지 않는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 나머지 소자들은 초음파를 타겟 존 내로 집속하는데 이용될 수 있다.

다른 실시예에서 다중-소자 트랜스듀서의 어퍼처는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 비-인접 소자들에 의해 형성된다. 다중-소자 트랜스듀서의 활동하는 소자들은 인접할 수 있으나, 필수적인 것은 아니다. 특정한 하위-근 필드 영역에서 예를 들면, 뼈와 같은 부위별 장애물이 존재하는 경우, 그러한 장애물은 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 단일 소자들을 비활성화시킴으로써 예방될 수 있다.

다른 실시예에서 상기 장치는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 그래픽 표현(graphical representation)을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 추가로 포함한다. 디스플레이는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자의 하위-근 필드 영역을 그래프화하여 표현하도록 추가로 적응된다. 디스플레이는 하위-필드 영역들 중 어느 영역이 초음파 에너지를 감쇠하는지를 표시하도록 구성된다. 상기 장치는 타겟 존의 고주파 발사 동안 이용하기 위한 다중-소자 트랜스듀서의 소자들의 선택을 수신하도록 구성된 이용자 인터페이스를 추가로 포함한다. 이용자는 이용자 인터페이스를 이용하여 어떤 소자들이 이용되는지를 선택할 수 있다. 대안으로 이용자는 또한 어떤 요소들이 감소한 크기로 동작하는지를 표시할 수 있다.

다른 실시예에서 상기 장치는 근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠가 미리 결정된 임계치보다 더 클 때 오퍼레이터에게 시그널링하도록 구성된 시그널링 소자를 추가로 포함한다. 이것은 근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠가 미리 결정된 임계치보다 더 큰 경우 그것이 치료 계획에 대한 문제가 있다는 것을 표시할 수 있으므로 유용하다. 오퍼레이터 또는 의료 제공자가 자동으로 진행하는 대신 치료 계획을 점검함는 것이 유용할 수 있다.

다른 실시예에서 하나 이상의 프로그램들은 초음파 시스템의 테스트 샷 동안 자기 공명 체열측정을 이용하여 근 필드 영역 내의 온도의 증가를 측정함으로써 근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠를 예측하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 자기 공명 체열측정은 체열측정 MR 이미지를 구성하는데 이용된다.

다른 실시예에서 하나 이상의 프로그램들은 초음파 신호들로부터의 적어도 하나의 부위별 온도 값을 이용하여 근 필드 영역 내의 온도의 증가를 측정함으로써 근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠를 예측하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 이 실시예에서 초음파 진단 유닛은 근 필드 영역 내의 온도의 증가를 결정하는데 이용된다. 다른 실시예에서 근 필드 영역은 초음파 윈도우(ultrasound window)의 근접부를 포함한다. 이것은 초음파 윈도우 및 환자 사이의 인터페이스에서 버블(bubble)들이 존재할 수 있으므로 유용하다. 버블들은 상당한 양의 초음파 에너지를 산란시키거나 흡수하는 능력을 가진다. 예를 들면, 버블의 캐비테이션(cavitation)은 초음파 에너지의 큰 감쇠를 발생시킨다. 이것은 환자의 표면 또는 피부에 손상을 가할 수 있는 열을 발생시킬 수 있다. 이 방식에서 버블들은 초음파 윈도우의 근접부에서 검출될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 치료 시스템의 MR 이미징 유닛은 신체의 치료된 부분의 물 함유 조직 내의 공간 온도 분포를 모니터링하도록 배열되고, 반면에 초음파 진단 유닛은 지방 조직 내의 부위별 온도를 모니터링하도록 배열된다. 지방 조직 내의 온도를 모니터링하기 위한 초음파 체열측정을, 물을 함유하는 조직의 온도를 모니터링하기 위한 MR 체열측정과 결합함으로써, 안전하고 실제적인 이용을 위한 온도 분포의 완전한 맵이 획득된다. MR 이미징에 의해 종양의 파괴가 모니터링된다. 동시에, 물 함유 조직들 내의 안정성이 보장된다. 초음파 체열측정은 지방 조직을 포함하는 영역들 내의 온도가 안전 한계(safe limit)들을 초과하지 않는지를 모니터링하는데 이용된다. 이 목적을 위해, 본 발명의 시스템의 초음파 진단 유닛은 바람직하게도 미리 설정된 온도 임계 값이 초과될 때를 자동으로 표시하도록 배열된다. 초음파 진단 이미징은 초음파 치료의 병소 외부에서, 온도 상승이 즉 섭씨 2 내지 3도 이상으로 증가할 것으로 예상되지 않는 영역들에서 온도 상승들을 추정하는데 이용되므로, 초음파 체열측정 방법은 자신의 가장 양호한 민감도의 방식으로 이용된다. 그러나, 물 함유 조직들에서 MR 체열측정 및 초음파 체열측정 이 둘 모두는 유용한 결과들을 제공하는 것이 주목되어야만 한다. 그러므로, 초음파 체열측정 방법은 MR 체열측정의 결과들을 검츨하는데 이용될 수 있다. 이 방식에서, 체열측정 시스템의 동작은 더욱 강해진다. 동시에, MR 체열측정에 의해 물 함유 조직들에서 획득되는 온도 값들은 획득된 초음파 신호들로부터 도출되는 온도 값들의 교정에 이용될 수 있다.

본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 치료 시스템은 초음파 진단 유닛에 의해 도출되는 부위별 온도 값이 온도 임계 값을 초과할 때 초음파 치료 유닛의 고주파 발사를 차단하는 제어 로직(control logic)을 포함한다. 이 방식에서, 위험한 과열이 고 강도 집속 초음파 빔이 통과하는 곳 내에 지방을 함유하는 조직 내에서 발생하지 않는 것을 보장한다.

본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면, 치료 시스템은 획득된 초음파 신호들로부터 도출되는 공간 온도 분포가 체열측정 MR 이미지 상에 중첩되는 신체의 일부의 이미지를 생성하도록 배열되는 시각화 유닛을 포함한다. 이 방식에서, 안전성 평가를 요구하는 지방 조직의 영역들은 오퍼레이터에게 제공되는 하나의 단일 이미지에 의해 치료 동안 모니터링될 수 있다. 더욱이, 시스템은 치로 계획 단계 동안 생성되는 MR 이미지들로부터 안전성 모니터링을 요구하는 지방 조직의 영역들을 식별하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 초음파 진단 유닛의 초음파 프로브(probe)는 초음파 치료 유닛의 트랜스듀서와 공동 등록된다. 초음파 치료 유닛 및 초음파 진단 유닛의 트랜스듀서는 물리적으로 동일한 디바이스들일 수 있다. 추가의 초음파 프로브는 요구되지 않는다. 이것은 초음파 진단 유닛이 초음파 치료 유닛의 트랜스듀서의 빔 전파 부분 내의 조직의 영역을 하나 이상의 차원들로 스캔하는 것이 요구되기 때문에 가능하다.

다른 실시예에서 초음파 치료 유닛은 고강도 집속형 초음파 유닛이다.

다른 실시예에서 치료 시스템은 MR 이미징 유닛, 초음파 진단 유닛, 및 초음파 치료 유닛을 제어하기 위한 컴퓨팅 디바이스를 추가로 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 메모리를 추가로 포함한다. 컴퓨팅 디바이스는 메모리에 저장되는 하나 이상의 프로그램들을 포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 프로세서들에 의해 실행되도록 구성된다. 하나 이상의 프로그램들은 고강도 초음파로 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하기 위한 명령들을 포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 신체의 일부로부터 MR 신호들을 획득하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하기 위한 명령들을 추가로 포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 신체의 일부로부터의 초음파 신호들을 획득하기 위한 명령들을 추가로포함한다. 하나 이상의 프로그램들은 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을도출하기 위한 명령들을 추가로 포함한다.

다른 양태에서 본 발명은 치료 시스템의 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 때 컴퓨팅 디바이스로 하여금 고강도 초음파 치료 동작 동안 모니터링하는 방법을 실행하도록 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능한 저장 매체를 제공한다. 고강도 초음파 치료 동작은 고강도 초음파로 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하는 것이다. 컴퓨터-판독가능한 저장 매체는 프로세서에 의해 실행되는 명령들을 저장하도록 구성된 임의의 매체일 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터-판독가능한 저장 매체는 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 고체 하드 드라이브, 플로피 디스크일 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 컴퓨팅 디아비스는 명령들을 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 치료 시스템은 고강도 초음파로 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하도록 배열되는 초음파 치료 유닛을 포함한다. 치료 시스템은 신제의 일부로부터의 MR 신호들을 획득하고 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하도록 배열되는 MR 이미징 유닛을 추가로 포함하고, 여기서 치료 시스템은 신체의 일부로부터의 초음파 신호들을 획득하고 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 도출하도록 배열되는 초음파 진단 유닛을 추가로 포함한다. 상기 방법은 고강도 초음파로 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 MR 이미징 유닛을 이용하여 환자의 신체의 일부로부터 MR 신호들을 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 MR 신호들로부터의 체열측정 MR 이미지를 재구성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 초음파 진단 유닛을 이용하여 신체의 일부로부터의 초음파 신호들을 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 가동(drive)시키는 단계를 추가로 포함한다.

그러므로 지금까지 기술된 본 발명의 시스템에 의해 고강도 초음파 치료 동작을 모니터링하는 방법이 실행될 수 있고, 상기 방법은:

- 환자의 신체의 일부로부터 MR 신호들의 획득;

- MR 신호들로부터 치료 MR 이미지를 재구성;

- 신체의 일부로부터 초음파 신호들의 획득; 및

- 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값의 도출을 포함한다.

본 발명의 방법은 유용하게도 현재 임상에 이용 중인 가장 많은 MR 이미징 유도 HIFU 시스템들에서 실행될 수 있다. 이를 위해 시스템이 제어되는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 본 발명의 상술한 방법 단계들을 실행하도록 하는 것만이 필요하다. 컴퓨터 프로그램은 데이터 캐리어(CD, DVD 또는 USB 스틱) 상에서 존재하거나, 또는 치료 시스템의 대응하는 제어 유닛 내에서의 설치를 위하여 다운로딩되도록 데이터 네트워크 내에 존재할 수 있다.

첨부된 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 개시한다. 그러나, 도면들은 단지 설명을 위해서 설계되는 것으로 이해되어야지, 본 발명의 한계들을 규정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 치료 시스템을 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 초음파 기반 온도 모니터링을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 설명하는 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 방법을 도시하는 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치료 시스템의 실시예를 도시하는 도면,
도 6은 다중-소자 초음파 트랜스듀서에 의한 고주파 발상을 위해 타겟팅되는 타겟 존을 도시하는 도면,
도 7은 도 6에 도시된 예에 대한 근 필드 가열을 도시하는 도면, 및
도 8은 다중-소자 초음파 트랜스듀서에 대한 시프터 어퍼처(shifter aperature)를 구비하는 도 6 및 도 7에서와 동일한 예를 도시하는 도면.

상기 도면들에서 동일한 번호가 매겨진 요소들은 등가의 요소들이거나 동일한 기능을 실행한다. 이전에 논의되었던 요소들은 기능이 동일하면 이후의 도면들에서 반드시 논의되지는 않을 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 치료 시스템은 고강도 집속 초음파 빔으로 환자의 신체(2)의 적어도 일부에 고주파 발사하도록 배령되는 초음파 치료 유닛(1)을 포함한다. 상기 시스템은 신체(2)의 일부로부터 MR 신호들을 획득하는 MR 이미징 유닛(3)을 추가로 포함하고 부위별 양자 공긴 주파수 시프트에 기초하여 획득된 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지들을 재구성한다. 초음파 치료 유닛(1) 및 MR 이미징 유닛(3)은 시스템의 공통 제어 유닛(4)에 접속된다. 그러한 시스템은 2000년의 Magnetic Resonance Imaging, vol.12에서의 p.571 내지 583에서 Salomir 등의 논문 "Local hyperthermia with MR-guided focused ultrasound: Spiral trajectory for the focal point optimized for temperature uniformity in the target region"로부터 인지된다. 제어 유닛(4)은 고강도 초음파 빔의 위치, 방향 및/또는 집속을 제어한다. 제어 유닛(4)은 예를 들면, 치료 계획 단계 동안, MR 이미징 유닛(3)을 통해 획득되는 데이터를 제어한다. 더욱이, 의료용 이미징 및 치료 디바이스들에서 흔히 이용되는 마이크로 컴퓨터일 수 있는 제어 유닛(4)은 체열측정 MR 이미지, 즉, MR 이미징 유닛(3)을 통해 획득되는 MR 신호들에 기초하여 신체(2)의 치료 부위에서의 공간 온도 분조를 계산한다. 제어 유닛은 또한 컴퓨팅 디바이스로 칭해질 수 있다. 시스템은 실시간 MR 체열 측정을 실행하고 - 측정되고 재구성되는 온도 분포 - 치료 동작을 제어할 수 있는, 즉, 초음파 치료 유닛(1)의 집속화된 초음파 빔을 적절하게 조정하는 수단에 의해 조직 내의 부위별 온도의 타겟팅된 상승을 발생시킨다. 더욱이, 신체(2)의 치료 부위로부터의 초음파 신호들을 획득하고 수신된 초음파 신호들로부터 부위별 온도 값들을 도출하도록 배열되는 초음파 진단 유닛(5)이 제공된다. 초음파 치료 유닛(5)의 트랜스듀서는 초음파 치료 유닛(1)의 HIFU 처리 트랜스듀서에 등록되고 치료 트랜스듀서의 빔 전파 경로에서 하나 이상의 차원들로 발생하는 조직의 영역을 스캔한다. 제어 로직은 신체(2) 내의 특정 위치에서의 부위별 온도가 제공된 온도 임계 값을 초과할 때 초음파 치료 유닛(1)의 고주파 발사를 차단하도록 설계되는 제어 유닛(4)에서 구현된다. 이 방식에서, 제어 유닛(4)은 초음파 치료 동안 특히 신체(2)의 지방 조직에서 위험한 과열이 발생하지 않는 것을 자동으로 보장한다. 각각의 관심 영역에서의 온도 상승은 초음파 체열측정을 이용하여 모니터링되고, 여기서 이미지는 제어 유닛(4)에 의해 생성되며, 제어 유닛(4) 내에서 획득된 초음파 신호들로부터 도출되는 공간 온도 분포가 체열측정 MR 이미지 상에서 중첩된다. 결합된 이미지는 디스플레이 유닛(6)을 통해 시스템의 오퍼레이터에 제공된다.

도 1을 계속 참조하고 추가로 도 2를 참조하면, 초음파 진단 유닛(5)의 초음파 이미징 프로브(7)는 시스템의 MR 이미징 환경에서 이용되도록 HIFU 트랜스듀서(8)에 공동 등록된다. 대안으로, 물리적으로 동일한 초음파 프로브는 시간 멀티플렉싱된 모드에서 초음파 이미징 및 치료에 이용될 수 있다. MR 이미징 유닛(3)을 통해 생성되는 MR 계획 이미지들에 기초하여, 온도가 치료 동안 모니터링되어야만 하는 중요 해부 구조들 부근에 지방을 함유하는 영역(9)은 본 발명에 따라 결정된다. 집속된 초음파 빔(11)의 전파 경로 내에서 사이에 있는 지방의 영역(10)이 특히 관심 대상이다. HIFU 초점은 도 2에서 참조 번호(12)에 의해 지정된다. 초점(12)는 물 함유 조직(13)의 영역 내에 위치된다. 영역(10)은 치료 동작 동안 초음파 체열측정에 대한 실제 광심 영역이다. 치료 개시 이후에, 기준 초음파 스캔은 초음파 진단 유닛(5)에 의해 실행된다. 초음파 가열 동안 주기 간격들로, 연속 초음파 스캔들이 실행된다. 획득된 초음파 신호들은 영역(10) 내의 온도 상승을 계산하기 위해 기준 스캔의 대응하는 신호들과 비교된다. 상술한 바와 같이, 결합된 초음파 및 MR 체열측정 공간 맵은 디스플레이 유닛(6)을 통해 제공됨으로써, 지방 조직(9)의 온도 상승을 나타낸다. 중요한 임계 이상의 온도 상승이 검출되면, 이용자는 치료를 중단하는 결심을 할 것이다. 대안으로, 상기 시스템은 대응하는 제어 논리에 의해 자동으로 차단될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시하는 블록도를 도시한다. 단계300에서 환자의 적어도 일부에 고주파가 발사된다. 단계 302에서 환자의 신체의 일부로부터의 MR 신호들이 획득된다. 단계 304에서 체열측정 MR 이미지는 MR 신호들로부터 재구성된다. 단계 306에서 초음파 신호들은 초음파 진단 유닛을 이용하여 획득된다. 단계 308에서 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값이 도출된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 추가 방법을 도시하는 블록도를 도시한다. 단계 400에서 치료 계획이 수신된다. 환자는 이전에 MR 이미징 유닛 또는 다른 일부 다른 의료용 이미지 유닛을 이용하여 이미지화되었을 수 있다. 치료 계획은 환자의 해부 구조를 참조하여 초음파 치료 유닛의 동작을 제어하기 위한 정보를 포함한다. 단계 402에서 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사된다. 단계 404에서 MR 신호들은 환자의 신체의 일부로부터 획득된다. 단계 406에서 체열측정 MR 이미지는 MR 신호들로부터 재구성된다. 단계 408에서 초음파 신호들은 초음파 진단 유닛을 이용하여 획득된다. 단계 410에서 적어도 하나의 부위별 온도 값은 초음파 신호들로부터 도출된다. 단계 412에서 근 필드에서의 초음파 에너지의 감쇠는 MR 체열측정 이미지 및 상기 적어도 하나의 부위별 온도 값을 이용하여 예측된다. 단계 414에서 치료 계획은 근 필드에서의 초음파 에너지의 감쇠의 예측에 기초하여 조정된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치료 시스템의 실시예를 도시한다. 치료 시스템은 MR 이미징 유닛(500)을 포함한다. MR 이미징 유닛(500)은 이미징 영역(514) 내에 위치되는 환자(508)의 핵의 스핀을 정렬시키는 자석(502)을 포함한다. 또한 무선 주파수 신호들을 이미징 존(imaging zone)(514)으로 방출하고 상기 무선 주파수 신호들을 수신하도록 구성된 무선 주파수 코일(510)이 도 5에 도시된다. 이 예에서, 단지 단일 무선 주파수 코일만이 도시된다. 단일 코일은 송신 및 수신을 위해 이용될 수 있고 개별 송신 및 개별 수신 코일이 이용될 수 있다. 무선 주파수 코일은 무선 주파수 송수신기(512)에 접속된다. 무선 주파수 코일(510)에 있어서처럼 개별 송신기들 및 개별 수신기들은 또한 무선 주파수 송수신기 대신에 이용될 수 있다. 환자(508)는 환자 지지대(516)에 의해 지지된다. 환자 지지대 아래에는 초음파 치료 유닛(518)이 있다. 이 실시예에서 초음파 치료 유닛(518)은 또한 초음파 진단 유닛으로 기능을 행한다.

초음파 치료 유닛은 다중-소자 초음파 트랜스듀서(520)를 포함한다. 다중-요소 초음파 트랜스듀서(520)는 제 1 초음파 트랜스듀서 소자(522), 제 2 초음파 트랜스듀서 소자(524), 및 제 3 초음파 트랜스듀서 소자(526)를 가진다. 실제로 다중-소자 초음파 트랜스듀서는 3개 이상의 소자들을 가질 것이다. 다중-소자 초음파 트랜스듀서(522)는 탈기수(528)에 침지된다. 탈기수(528)는 초음파 트랜스듀서 소자들(520, 522, 524)에 의해 방출되는 초음파 에너지를 전달하도록 구성된다. 초음파 치료 유닛(518)은 또한 다중-소자 초음파 트랜스듀서(520)의 위치를 지정하도록 구성된 기계적 스테이지(stage)를 가질 수 있다. 그러나 이 메커니즘은 도시되지 않는다. 탈기수(528)를 포함하는 챔버는 초음파 윈도우(530)에 의해 밀봉된다. 초음파 윈도우는 초음파 에너지를 전달하도록 구성된 마일라(mylar) 같은 얇은 재료이다. 이 방식에서 초음파 에너지는 초음파 트랜스듀서 소자들(520, 522, 524)로부터 환자(508) 내의 타겟 존(532)으로 전도될 수 있다.

타겟 존(532) 및 제 1 초음파 트랜스듀서 소자 사이에 제 1 하위-근 필드 영역(534)이 있다. 타겟 존(532) 및 제 2 초음파 트랜스듀서 소자(524) 사이에 제 2 하위-근 필드 영역(536)이 있다. 타겟 존(532) 및 제 3 초음파 트랜스듀서 소자(526) 사이에 제 3 하위-근 필드 영역(538)이 있다. 타겟 존(532) 및 제 1 초음파 트랜스듀서 소자(522) 사이에서는 장애물(540)이 도시되어 있다. 즉, 장애물(540)은 제 1 하위-근 필드 영역(534) 내에 위치된다. 초음파 에너지가 다중-소자 초음파 트랜스듀서(520)에 의해 방출되면 제 1 하위-근 필드 영역(534)에서는 정상보다 더 높게 가열될 수 있다. 온도의 증가는 이미징 존(514) 내에서 획득되는 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 구성함으로써 검출될 수 있다.

또한 환자 지지대(516)의 개구 내에 위치되는 젤 패드(gel pad)(542)가 도시된다. 젤 패드(542)는 초음파 에너지를 송신하도록 구성된다. 이것은 초음파 에너지르 초음파 윈도우(530)로부터 환자(508)로 전달하는 수단을 형성한다. 버블들은 젤 패드 및 초음파 윈도우(530)의 인터페이스에 또는 환자(508) 및 젤 패드(542) 사이에 형성될 수 있다. 이 예에서 이미징 존은 환자(508) 및 젤 패드(542) 사이의 인터페이스 주위로 확장된다. 다른 실시예들에서 이미징 존(514)은 또한 초음파 윈도우(530) 주위로 확장될 수 있다.

무선 주파수 트랜스듀서(512), 경사 코일 전원(506), 및 초음파 치료 유닛(518)은 컴퓨팅 디바이스(544)에 의해 제어되도록 구성된다. 컴퓨팅 디바이스(544)는 무선 주파수 송수신기(512), 초음파 치료 유닛(518), 및 경사 전원(506)을 제어하기 위한 명령들을 송신 및 수신하도록 구성된 하드웨어 인터페이스(546)를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(544)는 또한 이용자 인터페이스(548)를 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(544)는 마이크로프로세서(550)에 의해 제어된다. 단일 마이크로프로세서(550)가 도시되지만 이것을 또한 다중 프로세서 시스템들에 적용된다. 또한 컴퓨팅 임무들은 다수의 컴퓨팅 디바이스들(544) 또는 컴퓨터들 사이에서 분산될 수 있다. 예를 들면, MR 체열측정 이미지들의 이미지 재구성 또는 구성은 전용 컴퓨터 시스템들에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(544)는 또한 저장소(552)를 포함한다. 컴퓨터 저장소는 임의의 유형의 기계 판독가능한 저장소일 수 있다. 하드 드라이브들, 플로피 드라이브들, USB 섬 드라이브(thumb drive)들 및 플래시 메모리 하드 드라이브들이 예들이지만 이들로 제한되지 않는다. 마이크로프로세서(550)는 또한 메모리(554)에 접속된다. 이것은 마이크로프로세서(550)에 직접 액세스 가능한 컴퓨터 메모리이다. 치료 시스템 제어 모듈은 메모리(554) 내에 위치된다.

제어 모듈은 치료 시스템의 동작을 제어하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 실행가능한 프로그램 또는 컴퓨터 실행가능한 명령들의 세트이다. 또한 체열측정 MR 이미지 재구성 모듈(558)은 메모리(554) 내에 위치된다. 이것은 MR 신호들을 자기 공명 체열측정 이미지들 내에 구성하기 위한 컴퓨터 실행가능한 프로그램 또는 명령들을 포함한다. 또한 초음파 온도 분석 모듈(560)이 메모리(554) 내에 위치된다. 이 모듈은 실행될 때 적어도 하나의 온도 값을 결정하는 초음파 진단 신호들을 분석하는 프로그램 또는 컴퓨터 실행가능한 명령들을 포함한다. 또한 치료 계획 수정 모듈(562)이 메모리(554) 내에 위치된다. 이 모듈은 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠를 예측하고 또한 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠가 미리 결정된 값보다 더 큰 경우 치료 계획을 수정하도록 구성된 프로그램들 또는 명령들을 포함한다. 치료 계획은 컴퓨터 저장소(552) 내에 위치된다. 체열측정 MR 이미지(566)는 컴퓨터 저장소(552) 내에 위치된다. 유사하게 MR 신호들은 저장소(552) 또는 메모리(554) 내에 저장될 수 있다. 또한 치료 시스템을 동작시키기 위한 하나 이상의 프로그램들이 저장소(568) 내에 위치된다.

이용자 인터페이스(548)는 디스플레이(570)에 접속된다. 디스플레이는 음극선관, 액정 디스플레이, 또는 유기 발광 다이오드 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 또는 다른 적절한 컴퓨터 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 상에서는 초음파 치료 유닛(518)의 동작을 제어하기 위한 그래픽 이용자 인터페이스(572)가 디스플레이된다. 오퍼레이터는 마이크로프로세서(550)로 하여금 초음파 치료 유닛(518)의 동작을 제어하도록 하는 선택사양 또는 그래픽 이용자 인터페이스(572)를 이용하여 초음파 치료 유닛(518)의 동작을 수동으로 제어하는 선택사양을 가진다. 그래픽 이용자 인터페이스(572)는 하위-근 필드 영역들(534, 536, 538)에서의 초음파의 감쇠에 대한 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 영역(574)을 가진다. 디스플레이 영역(574) 내에는 타겟 존(532)의 표현(576)이 있다. 또한 하위-근 필드 영역들(534, 536, 538)의 표현(578, 580, 582)이 있다. 또한 제 1(522), 제 2(524), 및 제 3(526) 초음파 트랜스듀서 소자들의 표현(584, 585, 586)이 도시된다. 미리 결정된 임계 이상의 예측된 감쇠를 가지는 영역(590)은 제 1 하위-근 필드 영역(534)의 표현(578)의 내에서 시각화된다. 영역(590)은 장애물(540)에 의해 발생된다. 영역(590)은 초음파 치료 유닛(518)의 초음파 진단 유닛 기능을 이용하거나 또는 MR 이미징 유닛(500)에 의해 생성되는 MR 체열측정 이미지에 의해 식별될 수 있다.

그래픽 이용자 인터페이스(572)는 또한 오퍼레이터가 특정한 초음파 트랜스듀서 소자의 제어 파라미터들을 조정하도록 하는 트랜스듀서 선택기(592)를 포함한다. 일부 실시예들에서 오퍼레이터는 초음파 트랜스듀서 소자의 표현 상에서 클릭함으로써 초음파 트랜스듀서 소자를 선택할 수 있다. 그래픽 이용자 인터페이스(594)는 또한 선택된 초음파 트랜스듀서 소자의 크기를 조정하기 위한 제어기(594)를 포함한다. 그래픽 이용자 인터페이스(594)는 또한 선택된 초음파 트랜스듀서 소자의 주파수를 조정하기 위한 제어기(596)를 포함한다. 그래픽 이용자 인터페이스의 다른 실시예들은 또한 특정한 초음파 트랜스듀서 소자를 활성 해제하기 위한 제어기를 포함할 수 있다.

도 6, 도 7 및 도 8은 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠의 예측에 기초하는 치료 계획의 조정을 도시한다. 도 6에서 의도되는 타겟 존은 초음파 트랜스듀서들의 선형 어레이인 다중-소자 초음파 트랜스듀서(602)에 의한 고주파 발사를 위해 타겟팅된다. 의도되는 타겟 존(600) 및 다중-소자 초음파 트랜스듀서(602) 사이에는 근 필드 영역(604)이 있다. 다중-소자 초음파 트랜스듀서(602)의 초음파 트랜스듀서 소자들의 서브세트가 선택되고 치료 계획에 기초하여 선택되었던 하위-어퍼처(606)를 형성한다.

도 7은 초음파 에너지가 다중-소자 초음파 트랜스듀서(602)에 의해 발생되는 점을 제외하고 도 6에서와 동일한 도면을 도시한다. 이것이 발생하면 근 필드 가열(700)이 발생하고 이는 체열측정 MR 이미지 및/또는 초음파 진단 유닛에 의해 행해지는 적어도 하나의 부위별 온도 측정을 이용하여 검출된다. 근 필드 가열(700)은 초음파 모두 또는 중요한 일부를 차단하는 장애물에 의해 발생될 수 있거나 이것은 치료 계획이 행해질 때 공지되었던 것보다 더 크게 초음파를 흡수하거나 감쇠한 영역일 수 있다.

도 8에서, 어퍼처(806)의 변화가 의도되는 타겟 존 내의 가열(800)이 어떻게 발생하게 하는지가 도시된다. 이 예에서의 하위-어퍼처(806)는 시프트되었고 근 필드 영역(804)은 도 7에 도시된 영역(700)을 더 이상 포함하지 않는다.

1: 초음파 치료 유닛 2: 신체
3: MR 이미징 유닛 4: 제어 유닛
5: 초음파 진단 유닛 6: 디스플레이 유닛
7: 초음파 이미징 프로브 8: HIFU 트랜스듀서
9: 지방 함유 영역
10: 사이에 지방이 있는 영역 11: 집속 초음파 빔
12: HIFU 초점 13: 물 함유 조직
500: MR 이미징 유닛 502: 자석
504: 경사 코일 506: 경사 코일 전원
508: 환자 510: 무선 주파수 코일
512: 무선 주파수 트랜스듀서 514: 이미징 존
516: 환자 지지대 518: 초음파 치료 유닛
520: 다중-소자 초음파 트랜스듀서
522: 제 1 초음파 트랜스듀서 소자
524: 제 2 초음파 트랜스듀서 소자
526: 제 3 초음파 트랜스듀서 소자 528: 탈기수
530: 초음파 윈도우 532: 타겟 존
534: 제 1 하위-근 필드 영역
536: 제 2 하위-근 필드 영역
538: 제 3 하위-근 필드 영역 540: 장애물
542: 젤 패드 544: 컴퓨팅 디바이스
546: 하드웨어 인터페이스 548: 이용자 인터페이스
550: 마이크로프로세서 552: 저장소
554: 메모리
556: 치료 시스템 제어 모듈
558: 체열측정 MR 이미지 재구성 모듈
560: 초음파 온도 분석 모듈
562: 치료 계획 수정 모듈 564: 치료 계획
566: 체열측정 MR 이미지
568: 치료 시스템을 동작시키기 위한 하나 이상의 프로그램
570: 디스플레이
572: 그래픽 이용자 인터페이스 574: 디스플레이 영역
576: 타겟 존의 표현
578: 제 1 하위-근 필드 영역의 표현
580: 제 2 하위-근 필드 영역의 표현
582: 제 3 하위-근 필드 영역의 표현
584: 제 1 초음파 트랜스듀서 소자의 표현
586: 제 2 초음파 트랜스듀서 소자의 표현
588: 제 3 초음파 트랜스 듀서 소자의 표현
590: 초음파 에너지의 예측된 감쇠가 미리 결정된 임계를 초과하는 영역
592: 트랜스듀서 소자 선택기
594: 트랜스듀서 소자 크기에 대한 제어기
596: 트랜스듀서 소자 주파수에 대한 제어기
600: 의도되는 타겟 존
602: 다중-소자 초음파 트랜스듀서 604: 근 필드 영역
606: 치료 계획에 기초하는 하위-어퍼처 700: 근 필드 가열
800: 의도되는 타겟 존에서의 가열 804: 근 필드 영역
806: 근 필드 영역에서의 초음파의 감쇠에 기초하여 선택되는 하위-어퍼처

Claims

치료 시스템에 있어서:
- 고강도 초음파로 환자의 신체(2, 508)의 적어도 일부에 고주파 발사하도록 배열되는 초음파 치료 유닛(1, 518);
- 상기 신체(2, 508)의 일부로부터 MR 신호들을 획득하고 상기 MR 신호들로부터 체혈측정 MR 이미지를 재구성하도록 배열되는 MR 이미징 유닛(3, 500); 및
- 상기 신체(2, 508)의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하고 상기 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별(local) 온도 값을 도출하도록 배열되는 초음파 진단 유닛(5, 518)을 포함하는, 치료 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 MR 이미징 유닛은 이미징 존(zone)(514) 내에서부터 상기 MR 신호들을 획득하도록 구성되고; 상기 초음파 치료 유닛은 상기 환자 내의 타겟 존(target zone)(532)에 고주파 발사하도록 구성되고; 상기 초음파 치료 유닛은 상기 타겟 존에 초음파를 집속하도록 구성된 다중-소자 초음파 트랜스듀서(520)를 갖고;
상기 치료 시스템은:
- 상기 환자를 수용하도록 구성된 환자 지지대(516)로서, 상기 환자 지지대는 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서로부터 상기 환자로 초음파를 전송하도록 구성된 초음파 윈도우(ultrasound window)(530)를 포함하고; 상기 초음파 트랜스듀서는 상기 트랜스듀서 및 상기 타겟 존 사이에 위치되는 근 필드 영역(near field region)(534, 536, 538)을 갖고; 상기 이미징 존은 상기 근 필드 영역을 포함하고; 상기 적어도 하나의 부위별 온도 값은 상기 근 필드 영역 내에서 측정되는, 상기 환자 지지대(516); 및
- 상기 MR 이미징 유닛, 초음파 진단 유닛 및 초음파 치료 유닛, 초음파 진단 유닛 및 초음파 치료 유닛을 제어하기 위한 컴퓨팅 디바이스(4, 544)로서, 상기 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 프로세서들(550)을 포함하고; 상기 컴퓨팅 디바이스는 메모리(554)를 추가로 포함하고; 상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 메모리에 저장되는 하나 이상의 프로그램들(556, 558, 560, 562)을 포함하고; 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되도록 구성되고; 상기 하나 이상의 프로그램들은:
- 상기 타겟 존의 고주파 발사를 위한 치료 계획을 수신하고(400);
- MR 체열측정 이미지 및 상기 적어도 하나의 부위별 온도를 이용하여 상기 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠를 예측하고(412);
- 상기 근 필드 영역 내의 초음파 에너지의 감쇠의 예측에 기초하여 상기 치료 계획을 조정하기(414) 위한 명령들을 포함하는, 치료 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 근 필드 영역은 하위-근 필드 영역(534, 536, 538)을 포함하고; 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자에 대응하는 하위-근 필드 영역이 존재하고; 상기 하나 이상의 프로그램은 MR 체열측정 이미지 및 적어도 하나의 부위별 온도를 이용하여 상기 하위-근 필드 영역들의 각각에서의 초음파 에너지의 감쇠를 예측하기(412) 위한 명령들을 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 하나 이상의 프로그램들은 자체의 대응하는 하위-근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠가 미리 결정된 값보다 더 크다고 예측되는 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자(522, 524, 526)에 의해 방출되는 초음파 에너지의 주파수를 조정하기 위한 명령들을 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 프로그램들은 자체의 대응하는 하위-근 필드 영역 내에서의 초음파의 감쇠가 미리 결정된 값보다 더 크다고 예측되는 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자(522, 524, 526)에 의해 방출되는 초음파 에너지의 크기를 감소시킴으로써 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 어퍼처(aperture)를 조정하기 위한 명령들을 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 다중-소자 트랜스듀서의 어퍼처는 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 비 인접 소자에 의해 형성되는, 치료 시스템.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 그래픽 표현(graphical representation)을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 추가로 포함하고, 상기 디스플레이는 상기 다중-소자 초음파 트랜스듀서의 각각의 소자의 하위-근 필드 영역을 그래프화하여 표현하도록 추가로 적응되고; 상기 디스플레이는 상기 하위-필드 영역들 중 어느 영역이 초음파 에너지를 감쇠하는지를 표시하도록 구성되고;
상기 장치는 상기 타겟 존의 고주파 발사 동안 이용하기 위한 상기 다중-소자 트랜스듀서의 소자들의 선택을 수신하도록 구성된 이용자 인터페이스(548)를 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 근 필드 영역 내에서 미리 결정된 임계치보다 더 큰 초음파의 감쇠가 예측될 때 오퍼레이터(operator)에게 시그널링하도록 구성된 시그널링 소자를 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 프로그램들은 상기 초음파 시스템의 테스트 샷 동안 자기 공명 체열측정을 이용하여 상기 근 필드 영역 내의 온도의 증가를 측정함으로써 상기 근 필드 영역 내의 초음파의 감쇠를 예측하기 위한 명령들을 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 근 필드 영역은 상기 초음파 윈도우의 근접부를 포함하는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 획득된 초음파 신호들로부터 도출되는 적어도 하나의 부위별 온도 값을 이용함으로써 상기 체열측정 MR 이미지를 검증하도록 배열되는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 진단 유닛은 상기 신체(2, 508)의 일부 내의 초음사 신호들의 음파의 부위별 속도로부터 부위별 온도 값을 도출하도록 배열되는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 MR 이미징 유닛(3, 500)은 상기 신체(2)의 일부 내에 부위별 양자 공진 주파수 시프트(shift)로부터 상기 체열측정 이미지를 재구성하도록 배열되는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 MR 이미징 유닛(3, 500)은 상기 신체(2)의 일부의 물 함유 조직(13) 내의 공간 온도 분포를 모니터링하도록 배열되고,
- 상기 초음파 진단 유닛(5)은 상기 신체(2)의 일부의 지방 조직(9) 내의 부위별 온도를 모니터링하도록 배열되는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 진단 유닛(5)은 온도 임계 값의 초과를 표시하도록 추가로 배열되는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 진단 유닛(5)에 의해 도출되는 부위별 온도 값이 온도 임계 값을 초과할 때 상기 초음파 치료 유닛(1)의 고주파 발사를 차단하는 제어 로직(control logic)을 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 획득된 초음파 신호들로부터 도출되는 공간 온도 분포가 상기 체열측정 MR 이미지 상에 중첩되는 상기 신체(2)의 일부의 이미지를 생성하도록 배열되는 시각화 유닛(4, 6)을 추가로 포함하는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 치료 유닛(1) 및 상기 초음파 진단 유닛(5)은 단일 초음파 트랜스듀서를 공유하는, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 치료 유닛은 고강도 집속형 초음파 유닛(518)인, 치료 시스템.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 치료 시스템은 상기 MR 이미징 유닛, 상기 초음파 진단 유닛, 및 상기 초음파 치료 유닛을 제어하기 위한 컴퓨팅 디바이스(computing device)(4, 544)를 추가로 포함하고; 상기 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 프로세서들(550)을 포함하고; 상기 컴퓨팅 디바이스는 메모리(554)를 추가로 포함하고; 상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 메모리에 저장되는 하나 이상의 프로그램들(556, 558, 560, 562)을 포함하고; 상기 하나 이상의 프로그램들은 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되도록 구성되고;
상기 하나 이상의 프로그램들은:
- 고강도 초음파로 상기 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하고(300);
- 상기 신체의 일부로부터 MR 신호들을 획득하고(302);
- 상기 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하고(304);
- 상기 신체의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하고(306);
- 상기 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 도출(308)하기 위한 명령들을 포함하는, 치료 시스템.
치료 시스템의 컴퓨팅 디바이스(544)에 의해 실행될 때 상기 컴퓨팅 디바이스로 하여금 고강도 초음파 치료 동작 동안 모니터링하는 방법을 실행하도록 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능한 저장 매체(554)에 있어서;
상기 컴퓨팅 디바이스는 명령들을 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서들(550)을 포함하고; 상기 치료 시스템은 고강도 초음파로 환자의 신체(2)의 적어도 일부에 고주파 발사하도록 배열되는 초음파 치료 유닛(1, 518)을 포함하고; 상기 치료 시스템은 상기 신체(2)의 일부로부터 MR 신호들을 획득하고 상기 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하도록 배열되는 MR 이미징 유닛(3, 500)을 추가로 포함하고; 상기 치료 시스템은 상기 신체(2, 508)의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하고 상기 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 도출하도록 배열되는 초음파 진단 유닛(5, 518)을 추가로 포함하고,
상기 방법은:
- 고강도 초음파로 상기 환자의 신체의 적어도 일부에 고주파 발사하는 단계(300);
- 상기 MR 이미징 유닛을 이용하여 환자의 신체의 일부로부터 MR 신호들을 획득하는 단계(302);
- 상기 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하는 단계(304);
- 상기 초음파 진단 유닛을 이용하여 상기 신체의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하는 단계(306); 및
- 상기 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 도출하는 단계(308)를 포함하는, 컴퓨터-판독가능한 저장 매체(554).
고강도 초음파 치료 동작을 모니터링하는 방법에 있어서:
- 환자의 신체의 일부로부터 MR 신호들을 획득하는 단계(302);
- 상기 MR 신호들로부터 체열측정 MR 이미지를 재구성하는 단계(304);
- 상기 신체의 일부로부터 초음파 신호들을 획득하는 단계(306); 및
- 상기 초음파 신호들로부터 적어도 하나의 부위별 온도 값을 도출하는 단계(308)를 포함하는, 고강도 초음파 치료 동작을 모니터링하는 방법.