TWI488613B - A system and method for guiding a focused ultrasound release energy by a surgical navigation system - Google Patents

Description

以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統及其方法

本發明係有關於一種聚焦式超音波系統，特別是一種利用手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統及其操作方法。

聚焦式超音波在人體組織中具有相當良好之穿透性，因此可以將能量傳至深層部位，並將超音波大部份能量集中至焦點處，所產生之超音波聚焦點約為米粒一般大小。現有之臨床應用包括有：腫瘤熱燒灼、開啟血腦屏障、進行對神經細胞之刺激與調控等。由於聚焦式超音波將大部份能量集中至焦點處，故可以在完全非侵入性的條件下破壞深層組織且中間組織所吸收到之能量極低而不會產生破壞。因此，聚焦式超音波除了可以作為輔助性外科之熱燒灼，特別是應用在腫瘤治療上，更可應用於其他之臨床醫學生物上，例如，刺激局部或深部細胞、增加血管通透性、溶解血栓，以及局部藥物釋放等等。

然而，在現有的聚焦式超音波應用上所遭遇的一個主要問題為，聚焦式超音波缺乏一個良好的定位導引裝置，因此，無法使超音波能量能以簡單且精確的方式被導引至欲處理的目標點上。

目前聚焦式超音波的導引方式是藉由核磁共振造影(Magnetic Resonance Imaging，MRI)進行導引。此種導引方式主要是利用超音波造成水分子的震動而使聚焦點產熱，從而在核磁共振影像上追蹤到信號，並將聚焦點導引到欲治療的區域。此種方式在熱治療中固然是一種即時的觀測，不過，值得注意的是，此種技術必須要將所有聚焦式超音波裝置完全整合並且嵌入MRI系統內，不僅需要高級的MRI製造能力以達到線路重組，亦具有系統設計困難及造價昂貴等缺點。而且，若是針對導引聚焦式超音波開啟腦部血腦屏障的應用而言，目前並無實際臨床上可使用的導引系統。

此外，利用聚焦式超音波開啟血腦屏障不同於熱治療，無法以MRI 達到即時觀測。換言之，操作者需在聚焦式超音波處理後再次打入MRI顯影劑，並再次進行MRI掃描以確認血腦屏障開啟與否，於此亦造成操作上的繁瑣。此外，現行MRI導引聚焦式超音波亦無法進行即時回授控制。

另一方面，針對許多需要多次給藥的療程而言，例如對於癌症病人的化學治療，若每次搭配給藥時所進行的聚焦式超音波處理均需進行MRI掃描，將耗用相當多的時間以及醫療資源。

因此，如何提出一種創新之定位導引方式，以有效輔助聚焦式超音波將其能量聚焦於病患之目標點上，係為熟習此項技術領域者亟需解決之問題之一。

本發明之主要目的係在提供一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統及其方法，其係利用手術導航系統導引聚焦式超音波能量，成為一種新穎且實際可行之系統及其操作方法。

本發明之另一目的係在提供一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統及其方法，其係透過結合手術導航系統來進行精準之能量釋放，不僅可準確導引超音波能量至瞄準之目標點上，使得超音波能量可以精準的覆蓋在組織中的目標點上，亦可應用於開啟腦部血腦屏障。

本發明之再一目的係在提供一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統及其方法，其無須將聚焦式超音波裝置整合於MRI系統中，操作時亦無需於MRI室中進行，藉此增加系統使用之彈性，並且有效降低習知技術昂貴之造價成本。

為達到上述之目的，本發明提出一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其係用於導引一聚焦能量於一目標點，此種能量釋放系統包括有：一聚焦式超音波裝置、一手術導航系統、以及一固定夾具。其中，聚焦式超音波裝置可產生一聚焦點，以將聚焦能量釋放於該目標點。手術導航系統電性連接聚焦式超音波裝置，其包 括一校正單元，該校正單元係用以建立該聚焦點與一個體待處理部位影像之位置關係、執行校正座標校正程序，以及使該手術導航系統辨識該聚焦點。固定夾具用以固定該個體之待處理部位。

此外，上述之聚焦能量可應用於熱燒灼、局部或深部刺激細胞、局部或深部調控細胞、增加血管通透性、局部溶解血栓、局部藥物釋放或是開啟腦部之血腦屏障。

本發明系統之所適用之目標點可位於手術導航系統可操作導引之部位，例如中樞神經系統之組織、腦、脊髓或被硬組織包覆之組織等。

另一方面而言，本發明另揭露一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其係用於導引一聚焦能量於一目標點上，包括以下步驟：(1)提供一以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其包括一手術導航系統、一聚焦式超音波裝置、以及一固定夾具；(2)取得一個體待處理部位之影像；(3)提供位於一空間位置中之該聚焦能量的一聚焦點；(4)建立該聚焦點與該個體待處理部位影像之位置關係；(5)校正該空間位置與該個體待處理部位影像之座標，使該手術導航系統辨識該聚焦點；(6)利用該手術導航系統導引該聚焦點至該目標點；以及(7)使該聚焦式超音波裝置於該目標點釋放該聚焦能量。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明主要提出一種利用手術導航系統導引聚焦式超音波能量之釋放，其係將原用以導引實體手術器械之手術導航系統轉而導引非實體之聚焦式超音波能量，成為一種新型且實際可行之操作系統。

根據本發明所提出之系統及其操作方法，不需將聚焦式超音波設 備整合於MRI系統中，可以利用各醫院原有之手術導航系統與聚焦式超音波裝置搭配，不僅增加操作系統之彈性，進行聚焦式超音波處理時更無需在MRI掃描室中操作，亦改善了習見超音波能量釋放之處理過程。

以下關於本發明之詳細說明，係以『利用手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量，以將能量聚焦於病患腦部之一目標點上，藉此開啟腦部之血腦屏障』為一較佳之示範例進行說明，但並非用以限定本發明之發明範疇。舉凡應用本發明之技術思想於體內其他可供手術導航系統操作導引之部位，例如：中樞神經系統之組織、腦、脊髓或被硬組織包覆之組織亦當屬本發明之範圍。

首先，請參考第1圖，其係以在腦部進行聚焦式超音波處理為例，用以說明習知技術與本發明之差異。習知利用MRI導引進行聚焦式超音波處理時之一般程序，包括步驟S11至步驟S41、步驟S61以及步驟S71。首先，在步驟S11中，病患接受診斷並確診為腦部病變。在步驟S21中，由醫師選擇適合接受聚焦式超音波處理之病人。在步驟S31中，針對病人進行療程規劃，並在步驟S41中利用MRI造影對於病患腦部需採行聚焦式超音波處理處進行定位，並且進行聚焦式超音波處理。在步驟S61中，再次進行MRI造影，確認聚焦式超音波處理的效果。在步驟S71中，醫師進行療效追蹤。若需要多次進行聚焦式超音波處理的情況下，例如搭配腦癌病患的化學治療，患者於每次給藥後，均需再次經歷上述的程序。

本發明之一般程序包括步驟S11至S51以及步驟S71，與習知技術不同的是，本發明在步驟S41中擷取病患之腦部影像，決定待進行聚焦式超音波處理的區域，此步驟可利用MRI造影、電腦斷層攝影(Computed Tomography，CT)或是其他方式取得病患之腦部影像。在步驟S51中，手術導航系統根據病患之腦部影像，導引聚焦式超音波至需要處理的目標點，在此步驟中，本發明之系統可即時評估聚焦式超音波處理的效果，並且進行及時回授控制。若需進行多次聚焦式超音 波處理的場合，每次處理時，手術導航系統僅需根據前述取得的腦部影像進行導引，無需重覆進行MRI造影。聚焦式超音波處理程序結束後，醫師可以利用MRI造影再次確認聚焦式超音波處理的效果。最後，在步驟S71中，醫師進行療效追蹤。

由上述可知，本發明與習知現有的流程有根本上之差異。習知技術之系統設計需將聚焦式超音波整合於MRI設備中，並且習知技術之步驟S41至S61均需在MRI掃描室中完成。對於需要進行多次聚焦式超音波處理時，每次均需進行MRI造影，除了操作相當繁瑣，更耗費相當多的醫療資源。然而，本發明之系統無需整合於MRI設備中，因此，無需複雜的設計。而且，本發明之系統在步驟S51時無需在MRI掃描室中進行。對於需要進行多次聚焦式超音波處理時，僅需根據先前取得之影像，即可利用手術導航系統重複進行定位以及導引。顯見本發明與習知流程之間存在有相當大之差異。

另外，值得注意的是，本發明所揭示之手術導航系統所需患者待處理部位之影像來源並不以利用MRI造影為限，亦可採用電腦斷層攝影(Computed Tomography，CT)或其他影像來源，唯本發明係以MRI造影作為解釋本發明之技術思想的一示範例之說明而已，然並非用以限定本發明之發明範圍。

請參閱第2圖，其係根據本發明實施例以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法的步驟流程圖，此種方法係適於導引聚焦式超音波將其能量釋放於病患組織的一目標點上，其主要包括有步驟S202、S204、S206以及S208。

第3圖係為根據本發明實施例以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統的方塊圖。第4A圖至第4D圖係為根據本發明實施例透過手術導航系統校正過之超音波探頭架上軌道進行能量釋放之示意圖。

以下為本發明應用於腦部聚焦式超音波處理時的之一實施例。在進行聚焦式超音波處理之前，需先提供一固定機構固定病患之頭部， 藉此固定進行聚焦式超音波處理時之頭部位置，一般而言，此固定機構可固定處理時之處理部位即可。請參第4A圖至第4B圖所示，固定機構306可以是熱塑成型模，其可利用加熱成型，使得病患40與此熱塑成型模緊密接合，並可重複拆裝。病患40將可配戴此固定機構306，進出影像掃描室進行影像掃描。

之後，如第4C圖所示，將固定軌道(fixed track)304與固定機構306扣合。若病患40需多次進行聚焦式超音波處理時，即可套上病患40專用之固定機構306固定處理部位，無需重複做影像掃描，直接取用第一次影像掃描之資訊即可。

第5A圖至第5D圖係為根據本發明實施例進行校正程序時部分裝置之示意圖。以下關於本發明所揭示之操作系統及其方法之說明，請一併參閱第2~4圖以及第5A~5D圖所示，茲詳細說明如下。

首先，在步驟S202中，本發明提供一固定夾具30，此固定夾具30之部分可為類似立體定位頭架(stereotactic frame)之裝置，其係用以固定病患40之頭部(如第4A~4C圖所示)，其中固定夾具30包含有滑動軌道(sliding track)302、固定軌道(fixed track)304，以及固定機構306。

在步驟S204中，取得病患40之前已擷取之腦部影像(參第1圖之步驟41)。然後，在步驟S206中，提供一手術導航系統(neuro-navigation system)20導引一聚焦式超音波裝置(focused ultrasound system)10至目標點位置。

其中，手術導航系統20中係包含一校正單元，其係用以提供至少二追蹤點P1、P2。追蹤點P1係提供固定參考座標，其一般的設置處是設置在不會與待處理部位產生相對位置改變的地方，較佳者例如是設置於如上述固定夾具30之固定軌道304上。聚焦式超音波裝置之超音波探頭106則設置於上述之固定夾具30之滑動軌道302上，至於手術導航系統20之另一追蹤點P2則設置於聚焦式超音波裝置10之超音波探頭106上。本發明係根據追蹤點P1、P2、病患40在步驟S204中所取得之腦 部影像，與聚焦式超音波裝置10之聚焦點O完成一校正程序，藉此確定欲處理目標點之位置。

最後，在步驟S208中，聚焦式超音波裝置10即可將其能量釋放於該確定之目標點上，達成腦內目標點上局部組織通透性增加之目的。

根據本發明之一實施例，如第3圖所示，聚焦式超音波裝置10係電性連接手術導航系統20，並包括一訊號產生器(signal generator)102、一訊號放大器(signal amplifier)104、一超音波探頭(focused ultrasound transducer)106、以及一功率量測器(power meter)108。其中，訊號產生器102係輸出一超音波訊號V1；訊號放大器104連接訊號產生器102，以放大超音波訊號V1為聚焦能量V2。超音波探頭106連接訊號放大器104以將聚焦能量V2釋放於目標點。功率量測器108係連接超音波探頭106，以量測聚焦能量V2之能量大小。

在一實施例中，超音波訊號V1例如可以是一正弦訊號(sinusoidal signal)。聚焦能量V2之中心頻率係可與超音波探頭106產生共振(resonance)。

在本實施例中，手術導航系統20可包含有一電腦單元(computer unit)及其相關之軟體、韌體、記憶體等等，其係記錄病患40之腦部影像並且提供上述之二追蹤點P1、P2，以令手術導航系統20根據病患40之腦部影像、聚焦式超音波裝置10之聚焦點O與追蹤點P1、P2完成校正程序。在本實施例中，追蹤點P1係設置於固定夾具30之固定軌道304上，使其成為一在空間中具有固定座標的參考點，而追蹤點P2則為設置在超音波探頭106上之一感應點。

由於固定夾具30係包括一滑動軌道(sliding track)302與一固定軌道(fixed track)304，藉此設計，手術導航系統20所提供之追蹤點P1係設置於固定軌道304上，以搭配另一追蹤點P2進行其確定目標點之校正程序，而超音波探頭106則設置於滑動軌道302上，藉由此一可滑動之滑動軌道302往復滑移，將聚焦能量V2釋放於確定之目標點上。其中，值得注意的是，如第4D圖中之虛線所示，由於滑 動軌道302係具有360°之自由度，並可往空間中的三軸向樞轉，藉此，設置於其上的超音波探頭106自然也可在空間中任意移/轉動，並在達到確定的目標點時釋放其聚焦能量。

除此之外，當本發明選用固定機構306時，必須注意其材質需適用於影像掃描之程序，例如若是利用MRI掃描擷取待處理部位之影像時，需避免使用不適當之材料，以免受到非預期訊號之干擾，而導致結果的誤判。

接下來，本發明將針對如何將手術導航系統20與聚焦式超音波裝置10做一整合、以及手術導航系統20如何完成其校正程序作以下之詳細說明。

首先，對於兩個完全不同的儀器(聚焦式超音波裝置10以及手術導航系統20)，如何將兩者穩定的結合在一起，需要一個新的校正對準程序。

在傳統實體手術器械之校正上，會在程序中提供一連接手術導航系統20之校正追蹤器(calibration tracker)24來輔助校正(不同於上述之追蹤點P1、P2)。此校正追蹤器24可以將術中任何可能使用的實體手術器械經由校正程序(calibration)介紹給導航系統認識。由於利用手術導航系統如何校正實體手術器械已為習知之技術，因此不再贅述，本發明將針對如何提出一新穎之校正程序得以校正一非實體之超音波焦點O，茲詳細說明如下。

請參閱第5A圖、第5B圖及第6圖所示，其係根據本發明實施例進行校正程序之示意圖及其步驟流程圖之說明。

首先，如步驟S602所示，本發明首先確認聚焦式超音波裝置之聚焦點O。此聚焦點O(以及其完整三維空間聲場分佈)可先由精密之超音波水中聲場量測而得。之後，為了定義出聚焦式超音波裝置的能量聚焦點O，本發明提供一專為此超音波探頭所設計之假具(dummy)26搭配校正追蹤器24一併使用。在本實施例中，上述之假具26係為一T型假具(T-shape dummy)，其主要是用來輔助校正追蹤器24精確指 出聚焦式超音波的焦點於空間中之所在。之後，將聚焦式超音波探頭106掛載上此T型假具26(參第5B圖)。此時，虛擬之能量聚焦位置將會被此T型假具之實體尖端所取代。

之後，在步驟S604中透過假具26指出焦點O位置，並進行影像內之校正程序：首先，將病患之腦部影像輸入導航系統，並在病患頭部選取數個參考點R1、R2、…、Rn(參第5B圖)，導航系統先分別記憶這些參考點R1、R2、…、Rn並確認出這些參考點對應在腦部影像中之座標，以在校正追蹤器24的協助下，進行座標之比對確定是否皆小於可容忍之誤差量。在本實施例中之校正程序，是將感應點P2安裝至聚焦式超音波探頭106上，以依序建立聚焦點O與參考點R1、R2、…、Rn分別對應到腦部影像中之座標的位置關係，藉此方式，感應點P2與聚焦點O在影像中之相對位置關係便能確立。

之後，在步驟S606中進行影像對空間之轉換校正程序。導航系統開始辨識感應點P2之空間位置(此時P1為固定座標亦出現在螢幕中)。利用參考點P1與感應點P2之間進行相對空間位置並參考R1、R2、…、Rn對P2進行相對位置之空間座標校正。此時，在校正追蹤器24的協助下，進行空間位置與影像座標相對位置上之比對，以確定空間位置與影像座標是否一致。待聚焦式超音波焦點校正完成之後，再將T型假具26取下。此時手術導航系統將可辨識聚焦式超音波之虛擬焦點位置O所在，並可確定出超音波所欲瞄準目標點之位置。

之後，如第5C圖至第5D圖所示，本發明續將超音波探頭106綁上水袋50，並架上滑動軌道302中，超音波之焦點位置此時將被導航系統持續追蹤。第4D圖所示係為經由此校正程序後，超音波探頭架上軌道進行聚焦式超音波處理之示意圖，在此情況之下，透過P1與P2同時出現在螢幕中，可以精確得知目標點之實際位置為何，此時，聚焦式超音波即可將聚焦能量釋放於該目標點上。

綜上所述，顯見本發明所提出之裝置在導引聚焦式超音波能量瞄準目標點上是一個快速、有效率、且準確之做法。其原因在於，聚焦 式超音波之聚焦點通常遠離探頭本體數公分遠甚至有10公分以上，且焦點約只有米粒大小，若不經過此一程序利用手術導航方法對聚焦能量進行精確導引，將無法發揮此技術可將能量準確聚焦於特定目標點上之優勢。根據本發明之實施例，結合手術導航系統導引聚焦式超音波，適合可利用手術導航系統操作之部位，不僅可應用於腦部開啟血腦屏障以進行腦部藥物釋放，亦可應用在體內其他中樞系統深部組織之定點加熱燒灼、局部或深部之細胞刺激與調控、局部血管通透性之增加、局部血栓溶解以及局部進行藥物釋放等等。

第7圖為根據本發明實施例使用手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量於動物腦部開啟血腦屏障之MRI實驗結果顯示圖，其係利用手術導航系統導引聚焦式超音波能量至顱內開啟血腦屏障，使其血管通透性增加。在此動物(幼豬)實驗中，先經過上述之焦點校正程序，之後利用脈衝式超音波對局部選取之目標點做超音波刺激。過程中，也在動物體內推入微氣泡(microbubbles)以增強其效果。之後，動物再置回MRI室中進行掃描，以驗證手術導航系統導引聚焦式超音波處理的效果。過程中推入MRI顯影劑，因此若局部血管通透性增加後MRI顯影劑(Gd-DTPA)將會滲漏至腦組織中。過程中並實際量測目標點與實際顯影劑滲漏之位置差距。其中，第7圖第1欄座標1中之1,2為目標點，而第4欄座標2中之1,2為實際產生效果之位置。圖式中第1~2欄掃描之T1係用來偵測待測動物於第一次造影(聚焦式超音波處理前之造影)以及第二次造影(聚焦式超音波處理後之造影)過程是否產生位移；第2~4欄可明顯看出血管通透性增加之位置。箭頭所指處係可見聚焦之目標點與實際產生效果之位置，距離僅相差為1.5及0.7 mm而已(如圖式中右下角之區域1及2放大圖示)。以此實驗結果顯示，目標點在手術導航輔助下可成功導引超音波能量釋放至腦部，導引過程中並未使用MRI進行全程監控，其所產生之距離誤差為目前手術導航應用至實際人體所產生之誤差相當接近，證實本發明所揭示之技術特徵確實可用且有效。

接著，第8A圖係為根據第7圖箭頭所指處，在經超音波聚焦(即聚焦式超音波處理)後之R1分析圖。第8B圖為依據相同實驗參數所得到之腦部區域分析圖。如第8A圖至第8B圖所示，可以發現血腦屏障(Blood Brain Barrier，BBB)可具有較高的定量濃度(靠量測MRI之R1弛緩率(relaxation rate)，約大於4/s)以及較高的Gd-DTPA沉積率(約1.05mM)。並且，藉由超音波聚焦可有效引入至少0.5mM的Gd-DTPA進入腦內組織，有效達到局部釋放藥物之目的。

接著，第9A圖與第9B圖為根據本發明實施例使用手術導航系統導引多點式聚焦超音波(multi-point FUS)釋放能量於動物腦部開啟血腦屏障之實驗結果數據圖，其中每一超音波聚焦點係間隔有5mm，施打3×3=9次。由此二圖可見，血腦屏障之有效開啟直徑係為20mm，遠大於以單點聚焦的4mm，顯見藉由多點式聚焦超音波可達到開啟大幅度血腦屏障之功效。

再者，第10圖係顯示利用本發明所聚焦之目標點與實際產生效果之位置的差異數據圖，由第10圖可見，二者之差異僅僅只有2.3±0.9mm而已，其所產生的誤差相當微小，證實本發明所揭示之技術特徵確實可用且有效。

更進一步而言，由於聚焦式超音波能量往往非一個點分佈而是更接近一個區域三維分布。因此若可以導引辨識一個”能量區”而非”能量點”將更可使導引程序更加精確。第11A圖至第11D圖係為根據本發明另一實施例利用多點式聚焦超音波之對位器的結構示意圖，其主要是使前述之T型假具26可做一立體的區域校正。第11C圖與第11D圖係分別為根據第11A圖之超音波探頭106的上視圖與側視圖。第11B圖係為根據第11A圖所得之聚焦區域107之局部放大圖。由上述這些圖式可以看出，多點式聚焦超音波之對位器的設計係依序讓手術導航系統進行複數次校正程序，以定義並辨識出三維空間的聚焦區分佈，如圖式中校正點O1至O6所示(則代表聚焦超音波之對位器進行六次的點校正程序)，唯在此實施例中是以50%聲壓線作一定義，使 其與第5A~5D圖之單點聚焦有所差距。

第12A圖至第12B圖所示，係根據本發明實施例利用多點式聚焦超音波之聚焦區域示意圖，其係包括第12A圖所示的手動(manual)操作模式以及第12B圖所示的利用固定軌道定位模式，皆可達到如第12C及第12D圖所示，涵蓋一較大三維空間之聚焦區域的目的，其中，第12C與第12D圖係為根據本發明實施例利用單次或多次聚焦超音波進行腦部藥物釋放之即時控制策略，其較粗線條所示則係藉由第11B圖所定義出的3D聚焦區域所分佈。

值得說明的是，根據本發明之實施例，若腦部血管通透性有增加的情況，在超音波回波上將可能伴隨產生次諧波或超諧波之產生，否則，在腦部局部通透性尚未增加時，次諧波或超諧波將不會產生。因此，本發明即是在超音波的施打過程中，即時監控次諧波或超諧波之產生，以決定是否要中止超音波能量的輸出。第13A與第13B為次諧波(subharmonic；0.5×fc,fc指聚焦式超音波中心頻率)的示意圖，第13C與第13D圖則係為其超諧波(ultraharmonic；1.5×fc,fc指聚焦式超音波中心頻率)的示意圖。根據此特性回波之偵測，可以即時偵測局部血管之通透性是否有所改變。

第14圖係為根據本發明實施例利用單次或多次聚焦超音波進行腦部藥物釋放之即時控制策略，其多點聚焦的控制流程係如第14圖所示，包括：步驟S111至S127所示。

如步驟S111~S119所示，系統在開始後，首先取得病患之前已擷取之腦部影像並進行註冊(registration)與校正(calibration)，接著選取區域並開始進行超音波聚焦。然後，在步驟S121中，偵測聚焦頻譜(spectrum)是否產生變化(是否產生次諧波或超諧波)，若是，停止超音波聚焦(參步驟S123)。否則，回到步驟S119繼續超音波聚焦。

然後，在步驟S123後，系統將再次偵測所有聚焦區域是否都已完全覆蓋，若是，則執行步驟S127，以結束流程，否則即回到步驟S117 重新繼續聚焦。

其中，值得注意的是，步驟S115所執行的校正程序為定義出3D聚焦區分佈以及利用頻譜改變判斷出血管通透性增加與否，以進行下一區域的治療，直到所有區域皆被覆蓋為止，其校正程序係依照第11B圖的校正點O1至O6所示而進行之。

綜上所述，本發明提出一種利用手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統及其操作方法，其係為一種非侵入式之新穎技術，使得超音波之焦點能量可以經過手術導航系統正確導引至欲處理之部位釋放能量。

根據本發明所揭示之技術特徵，本發明所實施之系統及其操作方法可以利用臨床上使用的手術導航系統，進行聚焦式超音波之能量導引，因此，無需整合聚焦式超音波裝置與MRI之系統，相對上降低設備之成本，並且增加操作系統之彈性。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧聚焦式超音波裝置

20‧‧‧手術導航系統

24‧‧‧校正追蹤器

26‧‧‧假具

30‧‧‧固定夾具

40‧‧‧病患

50‧‧‧水袋

102‧‧‧訊號產生器

104‧‧‧訊號放大器

106‧‧‧超音波探頭

107‧‧‧聚焦區域

108‧‧‧功率量測器

302‧‧‧滑動軌道

304‧‧‧固定軌道

306‧‧‧固定機構

第1圖為根據本發明手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量系統進行超音波處理程序之流程圖。

第2圖為根據本發明實施例以手術導航系統導引聚焦式超音波進行能量釋放之方法的步驟流程圖。

第3圖為根據本發明實施例以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統方塊圖。

第4A圖至第4D圖為根據本發明實施例進行聚焦式超音波處理前之頭部位置固定裝置與固定程序之示意圖。

第5A圖與第5B圖為根據本發明實施例進行校正程序時超音波裝置、追蹤點P1、P2、假具，以及各參考點之示意圖。

第5C圖與第5D圖為根據本發明實施例完成校正程序後綁上水袋並架上軌道之示意圖。

第6圖係為根據本發明實施例進行校正程序之步驟流程圖。

第7圖係為根據本發明實施例使用手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量於動物腦部開啟血腦屏障之MRI實驗結果顯示圖。

第8A圖與第8B圖分別為根據第7圖在經超音波聚焦後之R1分析與腦部區域分析圖。

第9A圖與第9B圖為根據本發明實施例使用手術導航系統導引多點式聚焦超音波釋放能量於動物腦部開啟血腦屏障之實驗結果數據圖。

第10圖為利用本發明所聚焦之目標點與實際產生效果之位置的差異數據圖。

第11A圖至第11D圖為根據本發明另一實施例，利用多點式聚焦超音波之對位器的結構示意圖。

第12A圖至第12D圖為根據本發明實施例利用多點式聚焦超音波之聚焦區域示意圖。

第13A與第13B圖為根據本發明實施例利開啟腦部血腦屏障時之超音波回波頻譜中之次諧波組成示意圖。

第13C與第13D圖為根據本發明實施例開啟腦部血腦屏障時之超音波回波頻譜中之超諧波組成示意圖。

第14圖係為根據本發明實施例進行多點聚焦之即時控制步驟流程圖。

Claims (26)

1. 一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其係用於導引一聚焦能量於一目標點，該系統包括：一聚焦式超音波裝置，其產生一聚焦點，該聚焦式超音波裝置係將該聚焦能量釋放於該目標點；一手術導航系統，其係電性連接該聚焦式超音波裝置，該手術導航系統包括一校正單元，該校正單元係建立該聚焦點與一個體待處理部位影像之位置關係、執行校正座標校正程序，以及使該手術導航系統辨識該聚焦點，以確定該目標點；一校正追蹤器；一假具，其係用以輔助該校正追蹤器指出該聚焦式超音波裝置之該聚焦點於空間中的位置；以及一固定夾具，係固定該個體之待處理部位。
2. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該聚焦式超音波裝置包括：一訊號產生器，其係輸出一超音波訊號；一訊號放大器，電性連接該訊號產生器，以放大該超音波訊號為該聚焦能量；以及一超音波探頭，電性連接該訊號放大器，以將該聚焦能量釋放於該目標點，其中該聚焦能量之中心頻率係與該超音波探頭產生共振。
3. 如請求項2所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該聚焦式超音波裝置更包括：一功率量測器，該功率量測器係電性連接該超音波探頭，以量測該聚焦能量之能量大小。
4. 如請求項2所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該超音波訊號係為一正弦訊號。
5. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該校正單元提供一第一追蹤點與一第二追蹤點，其中該第一追蹤點係提供一固定參考座標，其設置於與該個體待處理部位不會產 生相對位置改變之處，該第二追蹤點係設於該聚焦式超音波裝置之一超音波探頭上。
6. 如請求項5所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該手術導航系統包含一電腦單元，其係記錄該個體之待處理部位影像，以令該電腦單元根據該個體之待處理部位影像、該聚焦式超音波裝置之該聚焦點與該第一、第二追蹤點完成該校正程序。
7. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該假具係設置於該聚焦式超音波裝置之一超音波探頭上。
8. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該固定夾具係包括一滑動軌道與一固定軌道，該聚焦式超音波裝置之一超音波探頭係設置於該滑動軌道上。
9. 如請求項8所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該固定夾具更包括一固定機構，該固定機構係用以使該個體於擷取該待處理部位影像時配戴以及固定該個體之待處理部位。
10. 如請求項9所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該固定機構為熱塑成型模。
11. 如請求項5所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該固定夾具係包括一滑動軌道與一固定軌道，該第一追蹤點係設於該固定軌道，該第二追蹤點係設於該滑動軌道。
12. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該聚焦能量係用以熱燒灼、局部或深部刺激細胞、局部或深部調控細胞、增加血管通透性、局部溶解血栓或是局部藥物釋放。
13. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該聚焦能量係用以開啟腦部之血腦屏障。
14. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該聚焦式超音波裝置係為多點式聚焦超音波裝置。
15. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該個體之待處理部位影像為核磁共振造影或電腦斷層攝影 之影像。
16. 如請求項1所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該目標點係位於該手術導航系統可操作導引之部位。
17. 如請求項16所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該目標點位於中樞神經系統之組織。
18. 如請求項17所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其中該目標點位於腦、脊髓或被硬組織包覆之組織。
19. 一種以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其係用於導引一聚焦能量於一目標點上，包括以下步驟：提供一以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之系統，其包括一聚焦式超音波裝置、一手術導航系統，以及一固定夾具，其中，該聚焦式超音波裝置產生該聚焦能量，該手術導航系統導引該聚焦能量至該目標點，該固定夾具固定一個體之待處理部位；取得該個體待處理部位之影像；提供位於一空間位置中之該聚焦能量的一聚焦點；藉由一假具指出該聚焦點之位置，以建立該聚焦點與該個體待處理部位影像之位置關係；校正該空間位置與該個體待處理部位影像之座標，使該手術導航系統辨識該聚焦點；利用該手術導航系統導引該聚焦點至該目標點；以及使該聚焦式超音波裝置於該目標點釋放該聚焦能量。
20. 如請求項19所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其中該聚焦能量係用以熱燒灼、局部或深部刺激細胞、局部或深部調控細胞、增加血管通透性、局部溶解血栓或是局部藥物釋放。
21. 如請求項19所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其中該聚焦能量係用以開啟腦部之血腦屏障。
22. 如請求項19所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，更包括： 當一超音波回波伴隨產生一次諧波或一超諧波時，中止該聚焦能量的輸出。
23. 如請求項19所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其中該個體之待處理部位影像為核磁共振造影或電腦斷層攝影之影像。
24. 如請求項19所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其中該目標點位於中樞神經系統之組織。
25. 如請求項24所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其中該目標點位於腦、脊髓或被硬組織包覆之組織。
26. 如請求項19所述之以手術導航系統導引聚焦式超音波釋放能量之方法，其中該聚焦式超音波裝置係為多點式聚焦超音波裝置。