專利名稱：用于超聲治療處置的系統(tǒng)和方法
用于超聲治療處置的系統(tǒng)和方法本申請(qǐng)涉及治療領(lǐng)域，具體而言，涉及用于超聲治療處置、最具體地用于前列腺處置的系統(tǒng)和方法。前列腺癌是世界上帶來(lái)致病率和死亡率的主要原因。根據(jù)美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)(ACS)的研究，2007年將存在預(yù)計(jì)220，000個(gè)新的前列腺癌病例，使得它成為美國(guó)男人中在非黑色素瘤皮膚癌之后的第二最經(jīng)常診斷到的癌癥。還預(yù)計(jì)2007年美國(guó)將有27，000個(gè)男人死于該疾病。前列腺癌不單純是西方世界疾病，它是世界范圍內(nèi)診斷到的前5種癌癥。良性前列腺增生(BPH)或者前列腺肥大是另一種前列腺疾病，并且以泌尿生殖器癥狀為特征。研究表明，所有男性中的50 %在他們50歲期間并且男性中的90 %在它們90歲期間呈現(xiàn)出一些BPH的病態(tài)跡象。前列腺癌和BPH的高發(fā)病率引起對(duì)這些疾病處置的更多調(diào)查研究。當(dāng)前，公認(rèn)的前列腺癌處置包括根治性前列腺切除術(shù)、體外射束放射治療、近距離放射療法、冷凍療法、 激素療法和化療。由于在治療過(guò)程期間的侵入性、非特異性處置、使用電離輻射、或者無(wú)法識(shí)別和瞄準(zhǔn)局部癌癥，所以所有這些治療方法具有與它們相關(guān)聯(lián)的副作用。另外，與當(dāng)前治療方法相關(guān)聯(lián)的副作用(失禁、陽(yáng)痿、排便困難)限制了它們的使用。通過(guò)諸如高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)特別是具有影像指導(dǎo)的治療超聲解決了現(xiàn)在前列腺癌治療方法的許多弱點(diǎn)。 用于前列腺的HIFU是最低限度侵入的；給前列腺內(nèi)的任何位置提供非電離消融治療；并且當(dāng)與影像指導(dǎo)相結(jié)合時(shí)，允許實(shí)時(shí)治療指導(dǎo)從而對(duì)前列腺中和前列腺周圍的局部癌癥區(qū)域進(jìn)行專門識(shí)別。此外，可以使用其作為放射的輔助治療，并且將顯像藥物的遞送局限到前列腺。當(dāng)前的前列腺超聲消融方法包括已經(jīng)在歐洲和世界上一些國(guó)家(Rewcastle 2006)認(rèn)可的經(jīng)直腸設(shè)備。這些設(shè)備的局限包括長(zhǎng)的處置時(shí)間(長(zhǎng)達(dá)3到4小時(shí))、不能處置大前列腺(取決于制造商，前后距離大于2. 5cm或者4cm的前列腺)、以及高達(dá)60 %的陽(yáng)痿率(雖然仍然低于備選技術(shù)報(bào)告的90%)。利用這些設(shè)備處置的全部前列腺體積需要小于40cc，并且在許多情況下，通過(guò)使用激素治療或者TURP (經(jīng)尿道前列腺切除術(shù))預(yù)先完成尺寸縮小。其它局限是在治療超聲到達(dá)前列腺之前受直腸壁扭曲和直腸壁近場(chǎng)加熱的可能性。為了克服上述困難，已經(jīng)提出了經(jīng)尿道超聲施予器，其中，將單一元件換能器插入尿道，從而聲穿透在其前面的區(qū)域，并且有時(shí)旋轉(zhuǎn)該元件換能器從而覆蓋整個(gè)橫截面。由于經(jīng)尿道的設(shè)計(jì)提供了到前列腺腺體的直接聲接入而無(wú)介入組織的影響，所以它是有利的。 實(shí)際上，為了覆蓋3D體積，沿著尿道軸線放置若干換能器。當(dāng)前，由于尿道中的空間限制，經(jīng)尿道的換能器僅使用一個(gè)或幾個(gè)單一元件換能器。由于通常采用使用多個(gè)元件(典型地，在常規(guī)超聲成像陣列中多達(dá)128個(gè)元件)的電子聚焦完成，所以這使得不可能為了瞄準(zhǔn)前列腺中的特定區(qū)域?qū)ι涫霓D(zhuǎn)向或者聚焦進(jìn)行調(diào)整。缺乏射束轉(zhuǎn)向使得當(dāng)瞄準(zhǔn)前列腺中的腫瘤區(qū)域時(shí)很難避免損害諸如神經(jīng)束的敏感性結(jié)構(gòu)。雖然可以使用機(jī)械旋轉(zhuǎn)將射束沿著橫截面移動(dòng)到前列腺中的不同區(qū)域，并且可以使用平移來(lái)沿著前列腺的軸線移動(dòng)射束，但是機(jī)械運(yùn)動(dòng)不能將射束沿著超聲傳播維度(軸線方向)從尿道移動(dòng)到前列腺囊。因此，當(dāng)前制造的單一元件治療換能器具有平坦表面或者彎曲表面/機(jī)械的透鏡 (凹面或凸面)，以便帶來(lái)透鏡的固定焦點(diǎn)。一旦制造出來(lái)，就不可以改變?cè)摀Q能器焦點(diǎn)。流體聚焦技術(shù)是在WO 03/069380和WO 2005/122139中所描述的為了允許經(jīng)過(guò)具有特定折射率的流體填充腔的物理邊界(即彎液面)對(duì)光線進(jìn)行聚焦的目的的解決方案。 稱為電濕潤(rùn)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)了流體表面的移動(dòng)，其中，通過(guò)在導(dǎo)電電極上施加電壓移動(dòng)腔內(nèi)的流體。表面拓?fù)涞倪@種改變?cè)试S以改變傳播路徑從而引起聚焦的方式對(duì)光線進(jìn)行折射。在液體介質(zhì)中的超聲傳播；實(shí)際上，經(jīng)常將人體稱為不能支持除了壓縮波之外的高頻超聲波的液體。在這個(gè)意義上說(shuō)，波對(duì)由超聲在大量組織中傳播的速度的差異造成的失真敏感，并且也對(duì)由聲音在界面處的速度突變?cè)斐傻氖д婷舾小Ｔ搶傩允窃诒景l(fā)明中揭示的屬性，其需要使用可調(diào)液體透鏡(諸如流體聚焦透鏡)的能力，其中，兩種液體具有不同的聲速，使得通過(guò)改變液體之間界面的形狀可以控制焦點(diǎn)的位置和超聲波傳播的方向。依照37C. F. R. § 1. 73，提供了概述，該條款規(guī)定需要本發(fā)明的概述簡(jiǎn)要地指出本發(fā)明的本質(zhì)和實(shí)質(zhì)。提交該概述，應(yīng)該理解，將不使用其解釋或者限制權(quán)利要求的范圍或者
眉、ο根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，描述了用于將超聲治療遞送到組織的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括超聲施予器，其包括至少一個(gè)換能器元件。將至少一個(gè)可變聚焦透鏡附至換能器元件，其中，通過(guò)電壓信號(hào)控制可變聚焦透鏡的焦點(diǎn)。為了獲得將要處置的組織的圖像，包括成像裝置。還提供了可以在旋轉(zhuǎn)方向和軸線方向的至少一個(gè)中移動(dòng)超聲施予器的運(yùn)動(dòng)控制器，以及從成像裝置接收輸入并且控制施加到可變聚焦透鏡的電壓的處置控制器。處置控制器控制至少部分地由來(lái)自成像裝置的輸入確定的透鏡電壓信號(hào)，并且用于引導(dǎo)由所述至少一個(gè)換能器元件所發(fā)射的超聲處置射束。在本發(fā)明中，最好使用流體聚焦透鏡，其使得能夠在掃描過(guò)程期間進(jìn)行換能器焦點(diǎn)調(diào)整，以控制單一或者幾個(gè)元件換能器的軸向、橫向或者垂直焦點(diǎn)?？梢耘渲贸暿┯杵饔糜诮?jīng)尿道接入的處置(例如，前列腺經(jīng)尿道接入的處置)，并且可變聚焦透鏡允許治療換能器將治療射束在前列腺中引導(dǎo)至更深處，并且在必須將換能器旋轉(zhuǎn)到新的區(qū)域之前沿著更多方向(橫向和垂直跨越治療射束角)遞送治療，由此增大治療遞送的準(zhǔn)確性并且減少治療時(shí)間。本發(fā)明還使得能夠?qū)χ委熒涫?xì)調(diào)整，以為各種前列腺尺寸和形狀遞送治療， 同時(shí)避免對(duì)諸如直腸壁和神經(jīng)束的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的損害?？梢允褂孟嗤脑?chuàng)建用于緩慢和保守處置(例如，朝向后側(cè))的發(fā)散射束，以及用于快速和/或更深處置(例如，朝向前側(cè)) 的會(huì)聚射束。在一種布置中，流體聚焦透鏡可以包含布置在換能器元件上的多個(gè)流體聚焦透鏡元件。在優(yōu)選布置中，可以在超聲施予器中提供多個(gè)換能器元件。這多個(gè)換能器元件最好沿著細(xì)長(zhǎng)超聲施予器軸向布置。在一些布置中，可以使用單一可變聚焦透鏡覆蓋諸如鄰近元件的多個(gè)換能器元件。一些布置可以包括換能器元件和可變聚焦透鏡在單一施予器中的組合，例如，一些換能器元件可以具有由多個(gè)流體聚焦透鏡元件組成的可變聚焦透鏡，一些換能器元件可以具有單一可變聚焦透鏡，并且一些換能器元件可以包括覆蓋兩個(gè)或多個(gè)換能器元件的一個(gè)可變聚焦透鏡?？梢赃x擇和改變透鏡和元件的精確布置以適合所期望的應(yīng)
成像裝置可以在處置期間提供處置前計(jì)劃圖像和反饋圖像中的至少一個(gè)。成像裝置可以是任何合適的成像裝置。例如，成像裝置可以是下列中的一個(gè)或多個(gè)以及其任何組合由所述至少一個(gè)換能器元件發(fā)射的間歇超聲成像射束、直腸內(nèi)或者陰道超聲成像系統(tǒng)、 具有外部換能器的超聲成像系統(tǒng)、具有或者不具有執(zhí)行MRI溫度測(cè)量能力的磁共振成像系統(tǒng)、PET成像系統(tǒng)、CT成像系統(tǒng)、對(duì)比度增強(qiáng)成像系統(tǒng)、熱監(jiān)控系統(tǒng)、以及/或者組織彈性監(jiān)控系統(tǒng)。處置控制器還可以控制到至少一個(gè)換能器元件的、至少部分地由來(lái)自成像裝置的輸入確定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？梢蕴峁┯脩艚缑媸沟貌僮髡吣軌驈某上裱b置可視化圖像，并且修改處置控制器的動(dòng)作。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面，描述了對(duì)組織進(jìn)行處置的方法，其包括將具有一個(gè)或多個(gè)超聲換能器元件的超聲施予器放置在感興趣組織附近。該方法還包括利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)至少一個(gè)超聲換能器元件，并且通過(guò)成像裝置監(jiān)控處置的效果。可以基于來(lái)自成像裝置的信息通過(guò)對(duì)施加到附著于超聲換能器元件的可變聚焦透鏡的電壓進(jìn)行調(diào)整來(lái)控制至少一個(gè)超聲換能器元件的焦點(diǎn)。該方法還包括移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)超聲施予器，從而覆蓋在組織中基本上不同區(qū)域處的治療。在優(yōu)選布置中，可變聚焦透鏡是流體聚焦透鏡。調(diào)整射束焦點(diǎn)的能力具有各種優(yōu)點(diǎn)。例如，使射束轉(zhuǎn)向的能力使得可能將射束移動(dòng)到治療平面之外，并且無(wú)需機(jī)械平移就可以避免元件位置之間的死區(qū)。除了在處置期間監(jiān)控圖像之外，該方法還可以包括在處置之前獲得將要處置的組織的計(jì)劃圖像。成像裝置可以提供以下中的至少一個(gè)超聲圖像、磁共振圖像、磁共振溫度測(cè)量圖像、PET圖像、CT圖像、熱監(jiān)控圖像和組織彈性監(jiān)控圖像、以及其任何組合?？梢蕴峁┯脩艚缑媸沟貌僮髡吣軌驈某上裱b置可視化圖像，并且修改對(duì)施加到可變聚焦透鏡的電壓進(jìn)行控制的處置控制器的動(dòng)作?？梢酝ㄟ^(guò)操作者可修改的處置控制器來(lái)控制超聲施予器的移動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)。該方法還可以包括至少部分地基于來(lái)自成像裝置的信息控制到至少一個(gè)超聲換能器元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制該信號(hào)相應(yīng)幅度、頻率和相位中的至少一個(gè)。因此，可以同時(shí)控制射束的聚焦以及射束的強(qiáng)度和頻率。從下列詳細(xì)說(shuō)明、附圖和所附權(quán)利要求中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到并且理解本公開的上述以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。

圖1是前列腺在橫向橫截面中的MR圖像；圖2示出了對(duì)于三種不同曲率的情況下，元件曲率對(duì)熱劑量模式的影響。y軸是超聲射束的傳播方向；圖3a_3d示出了利用流體聚焦透鏡技術(shù)制成的透鏡形態(tài)的子集；圖4a_4d示出了利用流體聚焦透鏡技術(shù)的轉(zhuǎn)向性能的示例場(chǎng)景；圖5a和5b示出了使用3個(gè)透鏡(Li、L2和L3)控制射束孔徑的例子；圖6是根據(jù)本發(fā)明的、元件受流體聚焦透鏡控制的超聲治療系統(tǒng)的示意性表示；圖7是對(duì)臨床環(huán)境中治療遞送/反饋的實(shí)施例進(jìn)行描述的流程圖。關(guān)于人類的超聲治療描述了本公開的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以將本公開的示例性實(shí)施例應(yīng)用于其它類型的超聲治療以及無(wú)論是人還是動(dòng)物的身體的其它部分。本公開的示例性實(shí)施例的方法和系統(tǒng)可以適合于應(yīng)用到其它類型的施予器。參考附圖，圖1示出了前列腺⑴和直腸(2)的橫截面，其中，可以看到從尿道⑶ 到前列腺邊緣(囊)的距離是不均勻的。一般而言，從尿道⑶到前端⑷的距離(例如， 3cm)比到大多數(shù)癌癥發(fā)源的后端(5)的距離更大。當(dāng)尿道到前列腺囊的距離很短時(shí)，醫(yī)師可能更喜歡使用可以提供更慢并且更保守處置的發(fā)散射束。另一方面，當(dāng)尿道到前列腺囊的距離很大時(shí)，醫(yī)師可能更喜歡使用可以提供治療射束增強(qiáng)滲透并且/或者達(dá)到距離換能器更遠(yuǎn)期望位置的聚焦射束。為了說(shuō)明了上述概念，圖2示出了對(duì)于元件上不同元件曲率(在4MHzCW處發(fā)送) 的熱劑量輪廓的仿真(43°C，240分鐘)。頂部行示出了來(lái)自具有-IOmm曲率、導(dǎo)致發(fā)散射束 m^lOmm(橫向χ垂直)元件的加熱的情況。曲率沿著x(橫向)方向，并且元件沿著ζ方向(進(jìn)入紙面，即垂直方向)是平坦的。中間行示出了來(lái)自具有相同尺寸、但是不具有曲率 (即平坦的)的元件的熱劑量。底部行示出了來(lái)自具有相同尺寸、但是具有+IOmm曲率、導(dǎo)致會(huì)聚射束的元件的熱劑量。不同列示出了不同超聲處理持續(xù)時(shí)間30、60或者90秒的影響，所有這些都具有另一個(gè)30秒的隨后冷卻階段?？梢钥闯?，當(dāng)優(yōu)選進(jìn)行保守和緩慢處置時(shí)(例如，為了仔細(xì)監(jiān)控直腸壁或者神經(jīng)束附近的熱劑量)，發(fā)散射束是有利的。另一方面， 當(dāng)處置更深距離并且當(dāng)由于帶來(lái)更快處置而不關(guān)心損害關(guān)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)(例如，朝向前列腺的前側(cè))，會(huì)聚射束可能是有利的。本發(fā)明的示例性實(shí)施例利用單一或者多個(gè)元件的超聲換能器，其中將單一或者多個(gè)流體聚焦超聲透鏡放置在元件之上。透鏡可以由具有匹配阻抗、但是不同聲速的兩種液體組成。這允許最大前向傳播，同時(shí)允許在超聲射束方向上的控制。透鏡腔中的液體將具有所選擇的使超聲信號(hào)的聚焦和折射的靈活性最大的聲速。流體透鏡可以合并兩個(gè)或多個(gè)電極，放置這些電極以允許控制彎液面表面拓?fù)?，反過(guò)來(lái)將允許控制超聲射束的折射。圖3a_3d示出了使用流體聚焦透鏡10的透鏡形態(tài)的子集。在電極11、12上的電壓改變2種液體(在該情況下是油14和水16)之間的表面，從而構(gòu)成不同透鏡配置，這些不同透鏡配置將要沿著軸線方向(傳播方向)改變焦點(diǎn)，或者使從換能器18發(fā)射的治療射束轉(zhuǎn)向。將液體放置在兩個(gè)薄耦合膜層20、22之間，從而避免液體逃逸。當(dāng)由于電極11、 12在導(dǎo)電水16上的作用，迫使油14和水16(或者透鏡中使用的其它液體)之間的彎液面 M構(gòu)成凸面形狀時(shí)，就創(chuàng)建了會(huì)聚透鏡(如圖3a中所示)。類似地，當(dāng)迫使油構(gòu)成凹面形狀時(shí)，就創(chuàng)建了發(fā)散透鏡(如圖北中所示)。如在圖3c和3d中所示，當(dāng)迫使彎液面M形成近似三角形的結(jié)構(gòu)時(shí)，就可以構(gòu)成轉(zhuǎn)向透鏡。根據(jù)用于引起電壓改變的電極對(duì)的數(shù)目，可以推導(dǎo)出沿著元件的一個(gè)維度或者在元件的兩個(gè)維度上彎液面M的曲率一因此可以產(chǎn)生平坦、半球狀、或者圓柱形的透鏡。在處置過(guò)程期間，透鏡改變可以(通過(guò)受外部控制系統(tǒng)控制的電壓改變)實(shí)時(shí)發(fā)生——使得能夠沿著治療射束傳播的方向控制焦點(diǎn)以及使治療射束轉(zhuǎn)向。那么，不僅可以使治療射束沿著橫向維度轉(zhuǎn)向還可以在垂直維度上轉(zhuǎn)向。圖4a_4d示出了能夠利用流體聚焦透鏡技術(shù)、與超聲治療射束沈一起使用的示例轉(zhuǎn)向構(gòu)造。如圖如中所示的轉(zhuǎn)向透鏡可以使射束向左、或者沿著垂直維度向上/向下轉(zhuǎn)向。如圖4d中所示的轉(zhuǎn)向透鏡可以使射束向右轉(zhuǎn)向。使用如圖4b中所示的會(huì)聚透鏡，可以將射束32軸向聚焦在點(diǎn)A處，而如圖4c中所示，通過(guò)改變彎液面24的凸面形狀，可以將射束 26的焦點(diǎn)改變到點(diǎn)B?？梢栽诎l(fā)射超聲治療射束26時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行流體透鏡改變，從而根據(jù)所需改變射束的焦點(diǎn)到達(dá)醫(yī)師想要治療的前列腺區(qū)域。圖5a和5b說(shuō)明了使用3個(gè)流體聚焦透鏡L1、L2和L3控制射束26的孔徑。將透鏡Li、L2和L3并排放置在單一換能器18上。通過(guò)分別控制三套電極11、12，可以創(chuàng)建系統(tǒng)，由此如圖5a中所示使用全孔徑，或者如圖5b中所示通過(guò)使透鏡Ll成為左轉(zhuǎn)向透鏡并且使透鏡L3成為右轉(zhuǎn)向透鏡，可以通過(guò)透鏡L2聚焦大部分射束能量，從而為軸上射束26 使用更小的光圈。從透鏡Li、L3創(chuàng)建較低能量射束28、30，其背離軸上射束并且比主射束 26具有更少能量，由于低能量所以不干擾處置。圖6中示出了用于使用經(jīng)尿道的超聲治療和/或成像系統(tǒng)來(lái)處置前列腺疾病的系統(tǒng)。如前所述，在流體聚焦透鏡技術(shù)的幫助下完成超聲射束的轉(zhuǎn)向和聚焦。本發(fā)明使得能夠?qū)Τ曋委熒涫M(jìn)行精細(xì)調(diào)整，從而為各種前列腺尺寸和形狀遞送治療，同時(shí)避免損害諸如直腸壁和神經(jīng)束的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)?？梢允褂孟嗤脑榫徛捅Ｊ靥幹脛?chuàng)建發(fā)散射束(例如，朝向后側(cè))，以及為更快速和/或更深處置創(chuàng)建會(huì)聚射束(例如，朝向前側(cè))。參考圖6，系統(tǒng)可以包括具有多個(gè)超聲換能器元件102的超聲施予器100，并且可以使用馬達(dá)104移動(dòng)該超聲施予器。例如，可以在施予器中提供8個(gè)超聲換能器元件102，但是應(yīng)該意識(shí)到元件的數(shù)目是可變的。可以給每個(gè)換能器元件102提供流體聚焦透鏡10 (圖 6中未單獨(dú)示出)，或者例如，可以提供單一流體聚焦透鏡10以覆蓋兩個(gè)或多個(gè)鄰近的換能器元件102，或者在其它布置中，可以為單一換能器元件102使用多個(gè)流體聚焦透鏡10。施予器100可放置在將要處置的諸如前列腺的組織T中或者附近?？梢詫⒏鞣N控制元件連接到施予器100，這些控制元件包括用于激勵(lì)換能器元件102的電源106、以及用于控制附接于每個(gè)元件102的流體聚焦透鏡的電壓源108。系統(tǒng)還可以包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制器 110，可以通過(guò)控制馬達(dá)104來(lái)移動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)施予器?？梢苑謩e通過(guò)電纜112、114和116 將部件104、106和108連接到施予器110。可選地，還可以包括冷卻水供應(yīng)源118，使得可以經(jīng)軟管120使水接近換能器元件102循環(huán)。可以提供處置控制器122，其控制部件104、106、108和110的動(dòng)作，并且對(duì)來(lái)自成像子系統(tǒng)124的輸入進(jìn)行接收，該成像子系統(tǒng)124用于采集用于對(duì)處置進(jìn)行監(jiān)控(例如，通過(guò)超聲或MR成像或者任何其它合適的成像系統(tǒng)，或者對(duì)組織中作為對(duì)處置的響應(yīng)的機(jī)械變化進(jìn)行評(píng)估的熱監(jiān)控或者其他圖像信息監(jiān)控方法)的規(guī)劃圖像和/或反饋圖像。處置控制器122控制到換能器元件的激勵(lì)信號(hào)以及施加到流體聚焦透鏡的電壓，從而將治療遞送給前列腺。為了將治療射束放置在預(yù)定目標(biāo)位置，處置控制器122可以控制施予器的移動(dòng)。 可以將處置控制器122連接到用戶界面126，使得可以通過(guò)醫(yī)師操作者對(duì)其進(jìn)行操作。在第一實(shí)施例中，可以沿著尿道的圓周布置一個(gè)或多個(gè)基于流體聚焦的元件102， 組成將要用于治療的一行元件。可以沿著施予器100的軸線布置若干行元件，例如，可以使用8行元件102。典型地，尿道具有大約6mm的直徑，并且因此一行中元件的數(shù)目可以取決于元件的尺寸。另外，應(yīng)該注意，相對(duì)于其寬度而言，流體聚焦透鏡10的高度影響可以實(shí)現(xiàn)的聚焦程度，并且因此應(yīng)該仔細(xì)考慮尺寸因素，從而確保在換能器元件102的數(shù)目和尺寸之間的充分權(quán)衡，這些換能器元件102附接有所期望的流體聚焦透鏡10以及所期望的聚焦
8程度。雖然可以使用從大約0. 5到大約20MHz的任何頻率，但是操作的換能器發(fā)送頻率最好是大約4MHz (Cff或者實(shí)質(zhì)上高占空比)。可以將治療元件嵌入氣囊中，可以給該氣囊填充用于聲耦合的水或者流體?？梢赃x擇透鏡系統(tǒng)中兩種或多種流體的選項(xiàng)(密度、聲速、透鏡到換能器、透鏡到外部流體層)，使得將不存在由治療射束能量造成的透鏡損壞。另外，可以將流體聚焦透鏡10放置在機(jī)械彎曲的換能器元件的頂部。在這種情況下，流體聚焦透鏡10將使得能夠進(jìn)行關(guān)于固定換能器元件焦點(diǎn)的焦點(diǎn)局部調(diào)整，并且允許垂直或者橫向治療射束轉(zhuǎn)向。參考圖7描述了用于前列腺治療遞送的示例性方法。在第一步驟200處，執(zhí)行治療前成像和規(guī)劃。這可以包括常規(guī)超聲圖像(例如，B掃描)，可以獲得該超聲圖像并且將其提供給選擇處置體積(整個(gè)前列腺或者部分)的操作者?？梢允褂弥蹦c內(nèi)換能器、外部換能器等執(zhí)行這種成像。備選地，可以采用磁共振成像系統(tǒng)、PET、CT、造影成像和包括超聲和MR的各種其它技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)直腸內(nèi)換能器或者外部換能器完成超聲成像?？梢栽谥委熤皵?shù)天由處置醫(yī)師酌情決定執(zhí)行治療前成像和規(guī)劃。在步驟202處，一旦如所期望把患者放在適當(dāng)位置并使其鎮(zhèn)定，就將治療探頭插入尿道到達(dá)所期望的第一前列腺處置位置。操作者隨后通過(guò)使用處置控制器122經(jīng)用戶界面1 將流體聚焦透鏡放置到深度聚焦位置，以發(fā)射用于定義適當(dāng)流體聚焦透鏡的控制信號(hào)，以便開始在步驟204處的前列腺前部分的前列腺治療。隨后，在該位置處給予治療，同時(shí)在步驟206處利用成像裝置進(jìn)行監(jiān)控以確保正確的處置進(jìn)程。成像裝置在處置期間提供反饋，并且其可以是單獨(dú)的超聲換能器、磁共振成像系統(tǒng)、PET、CT、造影成像、以及包括超聲和MR(其中包含US或MR溫度測(cè)量)的各種其它技術(shù)。對(duì)于預(yù)規(guī)劃成像，可以使用直腸內(nèi)換能器、外部換能器等執(zhí)行這種成像。在一些實(shí)施例中，作為對(duì)超聲或者其它成像的替代或者補(bǔ)充，可以使用溫度反饋給操作者以反饋(例如，解剖學(xué)的、功能性的、或者機(jī)械剛度信息)。備選地，可以配置治療換能器自身以在處置期間對(duì)前列腺進(jìn)行間歇成像。在步驟208處，再次檢查處置看它是否完成。如果完成，可以在該點(diǎn)停止處置(步驟210)。如果未完成，步驟212詢間對(duì)于該特定換能器位置它是否完成，可以調(diào)整流體聚焦透鏡到更淺的深度，并且可以在該新的方向中遞送治療(步驟214)?？梢园凑掌谕{(diào)整流體聚焦透鏡，以使射束在垂直和橫向維度中轉(zhuǎn)向。通過(guò)換能器孔徑、所選流體、以及流體聚焦透鏡的高度和設(shè)計(jì)確定轉(zhuǎn)向的程度(即，典型的具有5mm透鏡高度的6mm直徑的換能器可以給出距離中心軸線大約+/-22度轉(zhuǎn)向的能力，總共覆蓋了大約45度)。一旦在初始換能器位置處完成了全部轉(zhuǎn)向，那么就可以旋轉(zhuǎn)換能器(步驟216)，并且平移到新的位置繼續(xù)治療，酌情對(duì)流體聚焦透鏡進(jìn)行合適修改，重復(fù)聚焦和重新定位，直到處置了全部前列腺為止。使用流體聚焦透鏡技術(shù)允許通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)向和沿著射束方向的聚焦而得到的更可控的處置，并且允許寬和緊的治療射束。另外，與當(dāng)前換能器單一元件設(shè)計(jì)相比，因?yàn)榱黧w聚焦轉(zhuǎn)向能力使得可以在將其機(jī)械平移/旋轉(zhuǎn)到新的位置之前覆蓋更多前列腺，所以可以縮短處置時(shí)間。因此，本發(fā)明使得能夠?qū)f送治療的超聲治療射束進(jìn)行精細(xì)調(diào)整以用于各種前列腺尺寸和形狀，同時(shí)避免損害諸如直腸壁和神經(jīng)束的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)?？梢允褂孟嗤?chuàng)建用于緩慢和保守處置(例如，朝向后側(cè))的發(fā)散射束，以及用于更快速和/或更深處置(例如，朝向前側(cè))的會(huì)聚射束。在另一些實(shí)施例中，如參考圖5a和5b所描述的，可以在單一治療元件上使用多個(gè)流體聚焦透鏡，以使得孔徑能夠改變，通過(guò)改變孔徑尺寸改變治療射束的場(chǎng)深度和分辨率。 與由治療元件的物理尺寸所定義的較大孔徑相比，較小的孔徑可以在更大的分辨單元上遞送言糧?？梢栽诮?jīng)尿道設(shè)備中設(shè)計(jì)單一或者幾個(gè)元件的治療換能器和超聲成像換能器的組合用于利用流體聚焦透鏡的前列腺治療、監(jiān)控和評(píng)估。在該實(shí)施例中，治療和成像元件可能是不同的，或者可能是相同的。最好在治療之前、之后、或者間歇地在治療期間執(zhí)行成像。雖然關(guān)于前列腺進(jìn)行描述，但是也可以預(yù)期諸如頭、頸和婦科的其它超聲治療處置。本發(fā)明可以用于處置前列腺癌和良性前列腺增生。本發(fā)明可以與其它處置一起使用，特別是對(duì)于諸如放射的比較侵入性的處置已失敗的患者，或者結(jié)合局部藥物遞送使用、 例如使用超聲治療能量在局部區(qū)域形成一個(gè)或多個(gè)治療泡或納米粒子的空穴。如果期望， 可以重復(fù)執(zhí)行處置。本發(fā)明在僅解剖學(xué)上狹窄的接入?yún)^(qū)域可用的其它應(yīng)用中也是有用的， 并且本發(fā)明不是想要局限于前列腺處置。例如，諸如雄性和雌性膀胱癌處置的、需要經(jīng)尿道接入的其它情景適合于利用這里所描述的系統(tǒng)和方法的處置。超聲遞送的精細(xì)控制能夠用于有效治療的其它情景包括，子宮頸內(nèi)超聲治療、子宮栓塞消融、頸動(dòng)脈接入頭部或頸部的某些區(qū)域、經(jīng)血管接入另一個(gè)器官、或者用于在諸如肝臟內(nèi)的侵入式治療中，在這些情況的治療中，期望對(duì)器官或者其它身體組織進(jìn)行小直徑侵入?？梢栽谟布?、軟件、或者硬件和軟件的組合中實(shí)現(xiàn)包括上述方法步驟的本發(fā)明?？梢砸栽谝粋€(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的集中方式、或者不同元件散布在若干互相連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的分布式方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。適合于執(zhí)行這里所描述的方法的任何類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者其它裝置是合適的。硬件和軟件的典型組合可以是具有計(jì)算機(jī)程序的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)加載和執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序時(shí)，其控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使得它執(zhí)行這里所描述的方法?？梢詫ㄉ鲜龇椒ǖ牟襟E的本發(fā)明嵌入在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，在其中嵌入包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼的計(jì)算機(jī)程序，用于指示計(jì)算設(shè)備或者基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)執(zhí)行這里所描述的各個(gè)過(guò)程、處理和方法。本上下文中的計(jì)算機(jī)程序意味著以任何語(yǔ)言、代碼或者符號(hào)表示的、旨在使具有信息處理能力的系統(tǒng)直接或者在下列兩種情況之一或者二者之后執(zhí)行特定功能的一組指令的任何表達(dá)，所述兩種情況為a)轉(zhuǎn)換成另一種語(yǔ)言、代碼或者符號(hào)；b)以不同材料形式復(fù)制。在這里所描述的實(shí)施例說(shuō)明是想要提供對(duì)各個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)的大體理解，并且不是想要作為對(duì)可能利用這里所描述的結(jié)構(gòu)的裝置和系統(tǒng)的所有元件和特征的完整描述。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，一旦查看了上述說(shuō)明，許多其它實(shí)施例將是顯而易見的。可以從其得到并且利用其它實(shí)施例，使得可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)和邏輯替代和改變，而不脫離本公開的范圍。圖也僅僅是代表性的，并且可能不是按比例畫出的?？梢钥浯笃淠承┎糠郑瑫r(shí)可以縮小另一些部分。因此，將說(shuō)明書和附圖視為示例性而不是限制性的意義。因此，雖然這里已經(jīng)說(shuō)明和描述了特定實(shí)施例，但是應(yīng)該意識(shí)到，所計(jì)算出的實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置可以取代所示的特定實(shí)施例。本公開是想要覆蓋各個(gè)實(shí)施例的任何以及全部改變或變化。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，一旦查看了上述說(shuō)明，上述實(shí)施例的組合、以及沒(méi)有在這里專門描述的其它實(shí)施例將是顯而易見的。因此，不是想要將本公開限于作為預(yù)期的用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式所公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。 依照37C. F. R. § 1. 72(b)提供了本公開的摘要，該條款規(guī)定需要允許讀者快速確定技術(shù)公開的性質(zhì)的摘要。應(yīng)該理解，在不使用該摘要解釋或者限制權(quán)利要求的范圍或意義的前提下，提交了該摘要。
權(quán)利要求
1.一種用于將超聲治療遞送到組織的系統(tǒng)，包括超聲施予器(100)，其包括至少一個(gè)換能器元件(102)；可變聚焦透鏡(10)，其附接于每個(gè)所述換能器元件，其中，通過(guò)電壓信號(hào)控制所述可變聚焦透鏡的焦點(diǎn)；成像裝置(124)，用于采集將要處置的所述組織的圖像；運(yùn)動(dòng)控制器(110)，其可以在旋轉(zhuǎn)方向和軸線方向中的至少一個(gè)上移動(dòng)所述超聲施予器；以及處置控制器(122)，其從所述成像裝置接收輸入并且控制施加到所述可變聚焦透鏡的電壓，其中，所述處置控制器控制至少部分地由來(lái)自所述成像裝置的所述輸入確定的所述透鏡電壓信號(hào)，并且用于引導(dǎo)由所述至少一個(gè)換能器元件發(fā)射的超聲處置射束(26)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述可變聚焦透鏡是附接于所述元件(102)的流體聚焦透鏡(10)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述流體聚焦透鏡(10)包括布置在換能器元件 (102)上的多個(gè)流體聚焦透鏡元件。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述超聲施予器(100)中提供多個(gè)換能器元件 (102)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，可變聚焦透鏡(10)布置成覆蓋多個(gè)換能器元件 (102)。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，沿著細(xì)長(zhǎng)超聲施予器(100)軸向地布置所述多個(gè)換能器元件(102)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述成像裝置(124)提供了處置前規(guī)劃圖像和處置期間的反饋圖像中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，從以下的組以及其中的組合中選擇所述成像裝置 (124)，該組包括由所述至少一個(gè)換能器元件發(fā)射的間歇超聲成像波束、直腸內(nèi)或者陰道超聲成像系統(tǒng)、具有外部換能器的超聲成像系統(tǒng)、具有或者不具有執(zhí)行MRI溫度測(cè)量能力的磁共振成像系統(tǒng)、PET成像系統(tǒng)、CT成像系統(tǒng)、對(duì)比度增強(qiáng)成像系統(tǒng)、熱監(jiān)控系統(tǒng)和組織彈性監(jiān)控系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處置控制器(122)還控制到所述至少一個(gè)換能器元件(102)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)至少部分地由來(lái)自所述成像裝置(124)的所述輸入確定。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處置控制器(122)還控制所述運(yùn)動(dòng)控制器 (110)以控制所述施予器(100)的移動(dòng)。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用戶界面(126)，其使得操作者能夠可視化來(lái)自所述成像裝置(124)的圖像，并且修改所述處置控制器(122)的動(dòng)作。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲施予器(100)配置用于經(jīng)尿道接入處置。
13.一種對(duì)組織進(jìn)行處置的方法，包括下列步驟將具有一個(gè)或多個(gè)超聲換能器元件(102)的超聲施予器(100)放置在感興趣組織(T) 附近；利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)所述超聲換能器元件中的至少一個(gè)； 通過(guò)成像裝置(124)監(jiān)控處置的效果；基于來(lái)自所述成像裝置的信息通過(guò)對(duì)施加到附接于所述超聲換能器元件的可變聚焦透鏡(10)的電壓進(jìn)行調(diào)整來(lái)控制所述超聲換能器元件中的至少一個(gè)的焦點(diǎn)；以及移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)所述超聲施予器，以覆蓋在所述組織(T)中基本上不同區(qū)域處的治療。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述可變聚焦透鏡(10)是流體聚焦透鏡。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，對(duì)在所述超聲換能器元件上的所述可變聚焦透鏡的焦點(diǎn)和所述超聲施予器的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的控制基于當(dāng)對(duì)處置進(jìn)行監(jiān)控時(shí)從所述成像裝置所接收的信息。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在處置之前獲得將要處置的所述組織的規(guī)劃圖像。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述成像裝置(124)提供以下中的至少一個(gè)超聲圖像、對(duì)比度增強(qiáng)超聲圖像、磁共振圖像、磁共振溫度測(cè)量圖像、PET圖像、CT圖像、熱監(jiān)控圖像和組織彈性監(jiān)控圖像以及這些的任意組合。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括至少部分地基于來(lái)自所述成像裝置(124)的信息來(lái)控制到所述至少一個(gè)超聲換能器元件(102)的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括提供用戶界面(1 )以使得操作者能夠可視化來(lái)自所述成像裝置(124)的圖像，并且修改對(duì)施加到所述可變聚焦透鏡(10)的所述電壓進(jìn)行控制的處置控制器(122)的動(dòng)作。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述處置控制器(122)還控制到所述至少一個(gè)超聲換能器的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠由操作者進(jìn)行修改。
全文摘要
一種用于使用超聲治療系統(tǒng)處置組織、例如處置前列腺疾病的系統(tǒng)和方法。超聲施予器(100)具有至少一個(gè)換能器元件(102)。超聲射束的轉(zhuǎn)向和聚焦使用至少一個(gè)可變聚焦透鏡，其可以是流體聚焦透鏡(10)，將其附接于每個(gè)換能器元件，使得通過(guò)電壓信號(hào)控制可變聚焦透鏡的焦點(diǎn)。處置控制器(122)從成像裝置(124)接收輸入并且控制施加到可變聚焦透鏡(10)的電壓。處置控制器控制至少部分地由來(lái)自成像裝置的輸入確定的透鏡電壓信號(hào)，并且引導(dǎo)由換能器元件所發(fā)射的超聲治療射束(26)。實(shí)現(xiàn)治療射束的精細(xì)調(diào)整，從而為各種前列腺尺寸和形狀遞送治療，同時(shí)避免對(duì)諸如直腸壁和神經(jīng)束的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的損害。
文檔編號(hào)A61N7/02GK102170938SQ200980138374
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者A·T·費(fèi)爾南德斯, B·拉朱 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司