Облучение сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности - RU2661766C2
Код документа: RU2661766C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области управляемой терапии сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к управляемой терапии сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU). Устройство обработки ультразвуком, то есть модуль терапии HIFU, направляет ультразвуковое излучение к целевой зоне представляющего интерес субъекта, который обычно является живым существом, как правило, человеком.
Устройства ультразвукового облучения внутри тканей и внутри полостей часто содержат механически перемещаемый излучатель, который позволяет осуществлять перемещение пути пучка ультразвукового излучения. Типовым применением является лечение рака предстательной железы с помощью поворотного внутриуретрального излучателя. Соответственно излучатель является перемещаемым, с тем, чтобы управлять его положением в целевой зоне, куда подается энергия HIFU. Предоставляется привод для перемещения излучателя. Приводом управляет блок управления с целью перемещения, то есть, вращения излучателя, в результате чего формируется траектория энергетического воздействия HIFU. Соответственно вся целевая зона может быть нагрета модулем HIFU в соответствии с требованиями лечения.
Диагностическая визуализация, такая как магнитно-резонансная визуализация (MRI), становится более важной в области терапии. В частности, диагностическая визуализация применяется для получения температурной информации целевой зоны в целях отслеживания нагревания целевой зоны. Это повышает точность обработки. Альтернативно, ультразвуковые устройства также могут применяться в качестве устройств визуализации в этой области.
В текущих системах обработки ультразвуком, содержащих устройство диагностической визуализации и устройство обработки ультразвуком, устройство диагностической визуализации применяется для предоставления температурной информации в направлении пути пучка ультразвукового излучения. То есть, устройство диагностической визуализации конфигурируется для отслеживания температуры в области, где осуществляется энергетические воздействия HIFU, также называемые разрушениями ультразвуком. Блок управления устройства обработки ультразвуком конфигурируется для управления активацией в текущей целевой зоне на основании измеренной температуры. Нагревание достигается посредством выполнения одновременного разрушения ультразвуком и смещения направления пучка. Это, например, предлагается в статье "Method for MRI-guided conformal thermal therapy of prostate with planar transurethral ultrasound heating applicators" Rajiv Chopra, Mathieu Burtnyk, Masoom A Haider and Michael J Bronskill, Phys. Med. Biol. 50 (2005) 4957-4975. В частности, предлагается применять указанный выше блок облучения ультразвуком внутри тканей и внутри полостей, с акустической мощностью и скоростью вращения, пропорциональными разности между целевой температурой и температурой, измеренной вдоль направления разрушения ультразвуком в целевом местоположении. Такое регулирование температуры с обратной связью выдает акустическую мощность, пока не будет достигнута целевая температура вдоль пути пучка в текущем целевом местоположении. Однако разрушения ультразвуком вдоль каждого направления до некоторой степени накладываются друг на друга из-за ширины ультразвукового пучка. Кроме того, эффект термодиффузии может привести к дальнейшему нагреванию области, когда ультразвуковой пучок больше не покрывает эту область. В результате для конкретной ориентации пути пучка, дополнительное повышение температуры имеет место в этом местоположении, после того как пучок переместился вперед. Нагревание в местоположении завершается только когда ультразвуковой пучок продвинется достаточно далеко от этого местоположения. В результате конечная температура в целевом контуре превышает целевую температуру на непредсказуемое значение.
Соответственно блок управления решает, какие параметры разрушения ультразвуком, такие как акустическая мощность, частота ультразвука и скорость перемещения, должны быть применены, на основании текущей температуры в пределах области текущих энергетических воздействий HIFU. Для этого требуется точная калибровка блока излучения ультразвука, в частности, в отношении направления пути пучка ультразвукового излучения. Кроме того, вследствие параметров пучка, таких как ширина пучка, некоторые области представляющего интерес субъекта могут быть подвергнуты воздействию дозы, являющейся более высокой, чем необходимо. Это увеличивает время, требуемое для обработки представляющего интерес субъекта, и может привести к нежелательной обработке областей представляющего интерес субъекта вне целевой зоны.
В статье “Improved volumetric MR-HIFU ablations by robust binary feedback control” J. Ehnholm и соавт. в IEEE Tr.Biomed.Eng 57(2010) 103-113 рассматривается MR-HIFU абляция посредством устойчивого контроля, основанного на бинарной обратной связи. В документе D1 предлагается выполнять разрушение ультразвуком вдоль последовательных подтраекторий. Подтраектории являются конгруэнтными и концентрическими. Бинарная обратная связь принимает решение о переключении на следующую подтраекторию, когда целевая температура в текущей подтраектории была достигнута.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является предоставление улучшений для нагревания сфокусированным ультразвуковым излучением высокой интенсивности, которые преодолевают, по меньшей мере, некоторые из указанных выше недостатков. В частности, целью изобретения является предоставление устройства обработки ультразвуком, системы обработки ультразвуком и способа для обработки ультразвуком, которые позволяют осуществлять обработку, основанную на нагревании сфокусированным ультразвуковым излучением высокой интенсивности, которая может быть легко выполнена, для которой требуется мало времени для калибровки, которая может быть выполнена за короткий интервал времени, которая может быть выполнена с высокой точностью, и которая имеет низкий риск повреждения областей представляющего интерес субъекта вне целевой области.
Данная цель достигается посредством устройства обработки ультразвуком для нагревания части представляющего интерес субъекта, содержащего блок излучения ультразвука для генерации сфокусированного ультразвукового излучения высокой интенсивности, с помощью которого путь пучка ультразвукового излучения является перемещаемым вдоль траектории для осуществления воздействия энергией ультразвука в целевой зоне представляющего интерес субъекта, и блок управления для управления блоком излучения ультразвука для перемещения пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории и применения дозы ультразвука к целевой зоне, при этом блок управления приспособлен для приема температурной информации целевой зоны и управления блоком излучения ультразвука на основании принятой температурной информации, и блок управления приспособлен для управления блоком излучения ультразвука на основании текущей температуры и по меньшей мере одного предыдущего направления пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории.
Данная цель также достигается посредством системы обработки ультразвуком, включающей в себя указанное выше устройство обработки ультразвуком и устройство диагностической визуализации для предоставления температурной информации целевой зоны представляющего интерес субъекта, при этом блок управления устройства обработки ультразвуком приспособлен для приема температурной информации от устройства диагностической визуализации.
Данная цель дополнительно достигается посредством способа для ультразвуковой обработки для нагревания части представляющего интерес субъекта, включающего в себя этапы генерирования сфокусированного ультразвукового излучения высокой интенсивности, с помощью которого путь пучка ультразвукового излучения является перемещаемым вдоль траектории для осуществления воздействия энергией ультразвука в целевой зоне представляющего интерес субъекта, управления ультразвуковым излучением с целью перемещения пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории и применения дозы ультразвука к целевой зоне, приема температурной информации целевой зоны, и управления ультразвуковым излучением на основании принятой температурной информации, при этом управление ультразвуковым излучением основано на текущей температуре и по меньшей мере одном предыдущем направлении пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории.
Данная цель дополнительно достигается посредством пакета программного обеспечения для модернизации устройства обработки ультразвуком, при этом пакет программного обеспечения содержит инструкции для управления устройством обработки ультразвуком согласно указанному выше способу.
Данная цель дополнительно достигается посредством пакета обеспечения для модернизации системы обработки ультразвуком, при этом пакет программного обеспечения содержит инструкции для управления системой обработки ультразвуком согласно указанному выше способу.
Посредством рассмотрения температуры или теплового распределения дозы вдоль предыдущего направления фокуса ультразвукового излучения вдоль траектории, где было завершено нагревание, достигается улучшенное управление лечением или обработкой. Даже если это предыдущее разрушение ультразвуком отличалось от применяемого в настоящий момент, было обнаружено, что оно представляет собой хороший индикатор функционирования ткани и ультразвуковой системы. Блок управления решает, какая ультразвуковая доза применяется, в то время как текущее нагревание вдоль движущегося фокуса траектории ультразвукового облучения не завершено. Ультразвуковая доза относится к параметрам разрушения ультразвуком, таким как акустическая мощность, частота ультразвука и скорость вращения.
Контроль ультразвуковой дозы может быть основан на температуре в соответствии с устройством диагностической визуализации или на вычислении тепловой дозы на основании температуры, предоставляемой устройством диагностической визуализации. Было показано, что оба подхода являются надежными. Тепловая доза, определенная в эквивалентных минутах к нагреванию при 43°C (EM) относится к оценке времени и температуры, достаточных для получения требуемого воздействия на ткань целевой зоны. Типичный порог тепловой дозы для определения абляции ткани составляет 240 EM. Различные способы могут применяться для определения температурной или тепловой дозы, достигнутой вдоль траектории пути пучка ультразвукового излучения для предыдущего положения пути пучка, для которого разрушение ультразвуком уже было завершено.
Простой основанный на температуре подход включает в себя использование максимальной температуры, обнаруженной в предшествующих местоположениях, то есть вдоль предыдущих направлений ультразвукового излучения вдоль траектории. Этот способ относительно легко реализовать, поскольку отсутствует необходимость в точной оценке того, насколько ранее с точки зрения времени или позиции было завершено разрушение ультразвуком. Этот способ не зависит от скорости перемещения, и целевой контур является относительно устойчивым. Согласно предпочтительному варианту осуществления, поиск максимальной температуры ограничивается соответствующим диапазоном положений и/или временных положений пути пучка ультразвукового излучения. Наиболее предпочтительно, поиск максимальной температуры ограничивается предварительно заданным статическим диапазоном. Для устройств с вращающимся путем пучка ультразвукового излучения положения относятся к угловым положениям. Для таких устройств предпочтительные предварительно заданные диапазоны могут представлять собой, например, [-10°; 0°] или [-60с; 0с], где 0° или 0с представляют текущую позицию пути пучка. В альтернативном варианте осуществления обрабатывается динамический диапазон значений температуры, при этом диапазон настраивается как функция скорости перемещения. Уменьшение количества отдельных точек измерения, то есть вокселов, в случае устройства магнитно-резонансной визуализации, позволяет уменьшить чувствительность системы к артефактам обработки изображений и улучшить устойчивость системы.
После того, как была найдена максимальная температура Tmax вдоль траектории, это значение может использоваться для выполнения любого типа регуляции с обратной связью. Предпочтительно применяется простой бинарный алгоритм регулирования температуры, основанный на Tmax. Такой алгоритм достигает очень точного регулирования температуры вдоль траектории. Также является предпочтительным, чтобы этот алгоритм использовал минимальную скорость перемещения, например, частоту вращения, когда Tmax ниже, чем целевая температура, и использовал максимальную скорость перемещения в противоположном случае. Также является предпочтительным, чтобы этот алгоритм использовал максимальную мощность разрушения ультразвуком, когда Tmax ниже, чем целевая температура, и использовал минимальную мощность разрушения ультразвуком в противоположном случае.
Изобретение обеспечивает возможность теплового лечения, основанного на ультразвуковом облучении, в котором устройство диагностической визуализации применяется для руководства тепловым лечением. Устройство диагностической визуализации может применяться от планирования лечения до контроля пространственной структуры нагревания у представляющего интерес субъекта во время лечения. Предпочтительно устройство диагностической визуализации применяется для потока данных для анализа в реальном времени. Вместе с множеством параметров разрушения ультразвуком, которыми можно управлять, включая энергию, частоту ультразвука и направление/перемещение пути пучка, также предоставляется мощная система обработки ультразвуком. Управление, основанное на температуре текущего и по меньшей мере одного предыдущего направления пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории, позволяет осуществлять улучшенное регулирование температуры. Повышенная пространственная и временная точность системы диагностической визуализации улучшает устойчивость к недостаткам системы и неоднородностям ткани. Предпочтительно блок управления содержит бинарный контроллер, основанный на нечеткой логике, предназначенный для регулирования температуры.
Преимущества управления, основанного на температуре текущего направления и по меньшей мере одного предыдущего направления пути ультразвукового излучения вдоль траектории, состоят в том, что управление не зависит от параметров ткани и что какая-либо тонкая калибровка мощности или настройка параметров усиления не являются необходимыми. Система устойчива к рассогласованию с осью пути пучка ультразвукового излучения, так как управление основано на измеренных температурах, которые получают не только на намеченном направлении пути пучка.
Дальнейшими преимуществами управления, основанного на температуре текущего и по меньшей мере одного предыдущего направления пути ультразвукового излучения вдоль траектории, являются высокая точность температуры, составляющая около 1°C, низкое время срабатывания контроллера, составляющее одну динамическую продолжительность + 60 мс, и пространственное разрешение управления нагревом, составляющее около 1 мм. В приложениях для лечения предстательной железы объем, имеющий радиус в диапазоне от 1 до 3 см, может быть удален в течение 40 минут.
Целевая зона относится к области представляющего интерес субъекта, содержащей ткань, которая должна быть нагрета согласно предварительно заданным параметрам обработки. Траектория определяется на основании целевой зоны, в которой должно быть оказано воздействие энергии ультразвука, и может представлять собой круговую траекторию или линейную траекторию в зависимости от типа устройства обработки ультразвуком и требуемой обработки.
Путь пучка ультразвукового излучения обычно имеет определенную ширину и включает в себя области, на которые оказывает воздействие ультразвуковое излучение. Путь пучка имеет направление, которое относится к основному направлению ультразвукового излучения, например, направлению, в котором излучается самая высокая мощность ультразвука.
Следует отметить, что прием температурной информации целевой зоны включает в себя прием температурной информации за пределами целевой зоны, которая может быть обработана, чтобы получить температурную информацию для целевой зоны. При обработке обычно требуется контроль температуры в целевой зоне, которую трудно получить, так как различные параметры ткани делают сложной интерполяцию температур. Однако в случае, если параметры ткани известны, знание температуры вне целевой зоны может обеспечить возможность достаточно надежной интерполяции температуры определенной точки целевой зоны, например, контура целевой зоны.
Устройство обработки ультразвуком может применяться индивидуально или вместе с другим устройством обработки. Другое устройство обработки может представлять собой, например, устройство линейного ускорителя (linac) или устройство лечения химиотерапией. Эти устройства обработки могут поддерживать ультразвуковую обработку в зависимости от требований.
В системе обработки ультразвуком устройство диагностической визуализации и устройство обработки ультразвуком предпочтительно соединяются через электрический или электронный интерфейс таким образом, чтобы температурную информацию можно было непосредственно передать с устройства диагностической визуализации на устройство обработки ультразвуком. Предпочтительно информацию также передают с устройства обработки ультразвуком на устройство диагностической визуализации. Эта информация может содержать информацию относительно целевой зоны, с тем, чтобы устройство обработки ультразвуком могло получить температурную информацию, в частности, для целевой зоны.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, блок излучения ультразвука содержит ультразвуковой излучатель для генерации ультразвукового излучения и привод для перемещения пути пучка ультразвукового излучения. Блок излучения ультразвука перемещает путь пучка ультразвукового излучения посредством механического перемещения излучателя. Различные виды перемещения излучателя могут быть реализованы, как подробно описано ниже. Управление перемещением излучателя может быть легко реализовано с применением привода. Излучатель может содержать множество элементов излучения, которые обычно размещаются и управляются блоком управления. Например, интрауретральный излучатель может содержать множество элементов излучателя, которые располагаются на прямой, то есть, множество с шириной в один элемент. Это обеспечивает возможность, например, обработки всей предстательной железы представляющего интерес субъекта в одной процедуре, поскольку длина излучателя является достаточной для того, чтобы покрыть всю предстательную железу в данном направлении.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, ультразвуковой излучатель представляет собой поворотный излучатель, и привод представляет собой привод вращения. Соответственно излучатель является подходящим для покрытия всей окружающей области вокруг своей оси вращения. Такой блок излучения ультразвука может быть предоставлен с небольшими габаритами. Например, ультразвуковые устройства внутри ткани и внутри полости часто механически связаны с поворотной системой с целью расширения покрытия выполняемой обработки.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, ультразвуковой излучатель является излучателем, подвижным в осевом направлении, и привод является линейным приводом. Излучатель может быть подвижным вдоль одной оси, или в пределах плоскости, то есть, вдоль двух осей. Излучатель может иметь по одному линейному приводу для каждой оси или один привод для планарного перемещения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, блок излучения ультразвука содержит ультразвуковой излучатель с множеством элементов излучателя, и путь пучка ультразвукового излучения является перемещаемым посредством электронного регулирования относительных фаз элементов излучателя. Для данного излучателя не обязательно требуется наличие механически подвижных частей, он обеспечивает возможность быстрой настройки положения пути пучка ультразвукового излучения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, блок излучения ультразвука содержит множество ультразвуковых излучателей, и блок управления приспособлен для управления множеством ультразвуковых излучателей индивидуально на основании температуры текущего и по меньшей мере одного предыдущего направления пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории каждого излучателя. Множество ультразвуковых излучателей обеспечивает улучшенное нагревание целевой зоны. Гомогенное нагревание может быть достигнуто, поскольку множество излучателей одновременно фокусирует ультразвуковую энергию на множестве областей целевой зоны. Однако индивидуальное управление обеспечивает надежный контроль обработки для всей целевой зоны. При применении множества ультразвуковых излучателей нагревание может быть достигнуто за меньшее время. Каждому излучателю может быть предоставлена матрица отдельных элементов излучателя.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, блок излучения ультразвука содержит множество приводов, и блок управления приспособлен для управления множеством приводов излучателей индивидуально на основании температуры текущего и по меньшей мере одного предыдущего направления пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории каждого излучателя. Соответственно может быть предоставлен блок излучения ультразвука, имеющий множество каналов, которыми управляют индивидуально. Обратная связь может быть реализована посредством рассмотрения направления пути пучка ультразвукового излучения и траектории для каждого канала. В альтернативном варианте осуществления приводами управляют вместе, или один привод предоставляется для перемещения множества излучателей.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, блок управления приспособлен для приема температурной информации контура целевой зоны, и блок управления приспособлен для управления блоком излучения ультразвука на основании температур в контуре целевой зоны, соответствующих текущему и по меньшей мере одному предыдущему направлению ультразвукового излучения. В соответствующем способе этап управления ультразвуковым излучением на основании полученной температурной информации включает в себя управление ультразвуковым излучением на основании температуры в текущем и по меньшей мере одном предыдущем направлении пути пучка ультразвукового излучения. При использовании температуры контура целевой зоны только несколько значений температуры должны быть предоставлены вдоль траектории перемещения пути пучка ультразвукового излучения, что облегчает обработку данных. Кроме того, по контуру целевой зоны температура текущего и по меньшей мере одного предыдущего направления ультразвукового излучения вдоль траектории легко могут быть выбраны. Например, в случае управления, основанного на максимальной температуре предыдущего направления ультразвукового излучения, эта температура может быть легко обнаружена среди предоставленных значений температуры контура целевой зоны. Поскольку контур определяет предел обработки, повреждений тканей вне целевой зоны можно избежать.
Согласно предпочтительному варианту осуществления блок управления приспособлен для управления блоком излучения ультразвука на основании температуры текущего и множества предыдущих направлений пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории. Температуры нескольких обратных ориентаций пути пучка ультразвукового излучения рассматривают для оценки одной ориентации, которая показывает наибольшие контролируемые значения вдоль пути пучка с точки зрения средних или пиковых значений.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, устройство диагностической визуализации представляет устройство магнитно-резонансной визуализации или ультразвуковое устройство визуализации. Оба устройства могут функционировать во время лечения, предпочтительно, в реальном времени, с тем, чтобы можно было применить регуляцию с обратной связью разрушения ультразвуком. Предпочтительно, устройство диагностической визуализации предоставляет трехмерное диагностическое изображение. В частности, в случае блока излучения ультразвука, имеющего поворотный излучатель, также могут использоваться одно или множество двухмерных диагностических изображений, при этом ось вращения составляет прямой угол относительно двух измерений изображения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и будут объяснены в отношении вариантов осуществлений, описанных ниже в настоящем описании. Однако такой вариант осуществления необязательно представляет собой полный объем изобретения, и, следовательно, делается ссылка на формулу изобретения для интерпретации объема изобретения.
На чертежах:
Фиг. 1 представляет собой схематическую фигуру, иллюстрирующую функционирование устройства обработки ультразвуком согласно предпочтительному варианту осуществления,
Фиг. 2 представляет собой схематическую фигуру, иллюстрирующую функционирование устройства обработки ультразвуком согласно предпочтительному варианту осуществления согласно фиг. 1 с дополнительно показанными вокселами, представляющими значения измерений температуры, и
На фиг. 3 показано множество тепловых карт, иллюстрирующих распределение максимальной температуры в конце разрушения ультразвуком.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1 и 2 показано устройство 10 обработки ультразвуком согласно предпочтительному варианту осуществления. Устройство 10 обработки ультразвуком в этом варианте осуществления представляет собой интрауретральное устройство, применяемое для термической обработки предстательной железы.
Устройство 10 обработки ультразвуком содержит блок 12 излучения ультразвука для генерации сфокусированного ультразвукового излучения высокой интенсивности, также называемого HIFU. Блок 12 излучения ультразвука содержит ультразвуковой излучатель 14 для генерации пути пучка ультразвукового излучения, для чего излучатель 14 содержит матрицу элементов 16 излучателя, из которых только один элемент 16 излучателя показан на фиг. 1 и 2. Элементы 16 излучателя располагаются на прямой вдоль продольной оси излучателя 14. Ультразвуковой излучатель 14 является поворотным вдоль своей продольной оси.
Путь пучка ультразвукового излучения имеет ширину и включает в себя области, на который оказывает воздействие ультразвуковое излучение. Путь пучка имеет направление, которое относится к основному направлению ультразвукового излучения, например, направлению, в котором излучает самая высокая мощность ультразвука.
Блок 12 излучения ультразвука также содержит привод для перемещения пути пучка ультразвукового излучения, который схематично показан стрелкой 18. Привод 18 в этом варианте осуществления представляет собой привод вращения для вращения излучателя 14 полностью вдоль его вращательной оси. Вместе с излучателем 14, путь пучка ультразвукового излучения является перемещаемым вдоль траектории для оказания воздействия ультразвуковой энергией в целевой зоне 22 представляющего интерес субъекта. Целевая зона 22 относится к области представляющего интерес субъекта, содержащей ткань, которая должна быть нагрета согласно предварительно заданным параметрам обработки.
Устройство 10 обработки ультразвуком содержит блок 20 управления для управления блоком 12 ультразвукового излучения с целью перемещения пути пучка ультразвукового излучения посредством управления приводом 18 и излучателем 14. В частности, блок 20 управляет скоростью вращения привода 18 и параметрами разрушения ультразвуком для излучателя 14, которые включают в себя энергию и частоту ультразвукового излучения.
Система обработки ультразвуком, которая полностью не показана на фигурах, содержит указанное выше устройство 12 обработки ультразвуком и устройство диагностической визуализации для предоставления температурной информации целевой зоны 22 представляющего интерес субъекта. Устройство диагностической визуализации в этом варианте осуществления представляет собой устройство магнитно-резонансной визуализации (MRI), способное к функционированию в реальном времени с целью обеспечения обратной связи для блока управления 20 устройства 10 обработки ультразвуком.
Устройство диагностической визуализации и устройство 10 обработки ультразвуком соединяются через электронный интерфейс таким образом, чтобы температурную информацию можно было непосредственно передать с устройства диагностической визуализации на блок 20 управления. Температурная информация в этом варианте осуществления относится к температуре контура 24 целевой зоны 22, охватывающему текущее 26 и предыдущие направления 28 пути пучка ультразвукового излучения, как показано для одного предыдущего направления 28 на фиг. 1. Блок 20 управления приспособлен для приема этой температурной информации через электронный интерфейс.
Блок 20 управления приспособлен для управления блоком 12 ультразвукового излучения на основании принятых температур в контуре 24 целевой зоны 22, соответствующих текущему и предыдущему направлению 26, 28 пути пучка ультразвукового излучения. В предпочтительном варианте осуществления управление блока 12 излучения ультразвука через блок 20 управления основано на максимальной температуре контура 24, который путь пучка ультразвукового излучения уже прошел. Как показано на фиг. 2, эта температура обнаруживается среди предоставленных значений температур контура 24 целевой зоны 22. Значения температуры соответствуют вокселам 30 устройства MRI.
В данном варианте осуществления блок 20 управления выполняет управление посредством рассмотрения температуры вдоль предыдущих направлений 28 пути пучка ультразвукового излучения, то есть, вдоль траектории, соответствующей контуру 24, где нагревание было завершено. Блок управления принимает решение, какая ультразвуковая доза будет применена, в то время как текущее нагревание вдоль движущегося пути пучка ультразвуковой траектории облучения не завершено, и управляет блоком 12 ультразвукового излучения, соответственно. Ультразвуковая доза относится к параметрам разрушения ультразвуком, таким как акустическая мощность, частота ультразвука и скорость вращения.
Управление ультразвуковой дозой основано на температуре в соответствии с устройством MRI. В этом варианте осуществления применяется основанный на температуре подход. Он включает в себя использование максимальной температуры, обнаруженной среди значений температуры контура 24 для предыдущих направлений 28 ультразвукового излучения вдоль траектории. Как только обнаруживается максимальная температура Tmax вдоль траектории, это значение используется для выполнения регуляции с обратной связью с помощью бинарного алгоритма регулирования температуры. Этот алгоритм использует минимальный уровень вращения, когда Tmax ниже, чем целевая температура, и использует максимальную скорость перемещения в противоположном случае. Этот алгоритм реализуется в блоке 20 управления с помощью бинарного контроллера, основанного на нечеткой логике.
В то время как ультразвуковая доза применяется к целевой зоне 22 после управления блока 20 управления, часть представляющего интерес субъекта нагревается. В частности, целевая зона 22 нагревается с целью применения ультразвуковой дозы для достижения нагревания целевой зоны 22. Влияние применения ультразвуковой дозы можно заметить на фиг. 1 и 2 по линиям 32, 34, которые соответствуют изотермам 50°C и 55°C, соответственно. При применении ультразвуковой дозы, излучатель 14 блока 12 излучения ультразвука вращается таким образом, чтобы путь пучка ультразвукового излучения был перемещен вдоль контура 24 целевой зоны 22. Это перемещение соответствует траектории, где должно быть оказано воздействие ультразвуковой энергии, и представляет собой круговую траекторию в этом варианте осуществления.
На фиг. 3 показано множество тепловых карт, показывающих преимущества регулирования температуры по предпочтительному варианту осуществления. Как можно заметить на тепловых картах, гомогенное распределение максимальной температуры достигается в конце разрушения ультразвуком вдоль вращательной оси блока 12 излучения ультразвука. В пяти центральных сечениях, выровненных с пятью элементами 16 излучателя блока 12 излучения ультразвука, линия перехода 52°C между красными и желтыми вокселами 30 соответствует расположению первоначально запланированного целевого контура 24 предстательной железы со средней точностью в один воксел 30. Первые и последние сечения обеспечивают такой коэффициент безопасности, что какое-либо чрезмерное нагревание не рассеивается за пределы целевой зоны 22.
Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или типовыми, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и произведены специалистами в данной области техники при практическом применении заявляемого изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретение слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множества. Сам факт того, что определенные меры излагаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не показывает, что комбинация этих мер не может использоваться с выгодой. Любые условные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.
СПИСОК ЦИФРОВЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 устройство обработки ультразвуком
12 блок излучения ультразвука
14 ультразвуковой излучатель
16 элемент излучателя
18 привод, стрелка
20 блок управления
22 целевая зона
24 контур
26 текущее направление
28 предыдущее направление
30 воксел
32 линия, 50°C изотерма
34 линия, 55°C изотерма
Реферат
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам управляемой терапии сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности. Устройство содержит блок излучения ультразвука для генерации сфокусированного ультразвукового излучения высокой интенсивности, при этом путь пучка ультразвукового излучения является перемещаемым вдоль траектории для оказания воздействия ультразвуковой энергии в целевой зоне представляющего интерес субъекта, и блок управления блоком излучения ультразвука для перемещения пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории и применения ультразвуковой дозы к целевой зоне, при этом блок управления выполнен с возможностью приема температурной информации целевой зоны и управления блоком излучения ультразвука на основании полученной температурной информации, и управления блоком излучения ультразвука на основании температуры текущего направления и по меньшей мере одного предыдущего направления пути пучка ультразвукового излучения вдоль траектории. Устройство имеет машиночитаемый носитель для модернизации устройства. Система обработки ультразвуком содержит устройство обработки ультразвуком и устройство диагностической визуализации для предоставления температурной информации целевой зоны представляющего интерес субъекта, при этом блок управления устройства обработки ультразвуком выполнен с возможностью приема температурной информации от устройства диагностической визуализации. Способ ультразвуковой обработки осуществляется посредством устройства. Использование изобретений позволяет расширить арсенал средств для нагревания сфокусированным ультразвуковым излучением. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
