用于使用磁共振引導(dǎo)的聚焦超聲的高溫處置的多焦點(diǎn)聲處理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及用于使用多焦點(diǎn)聲處理的高溫處置的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輕度高溫（HT)是在其中將組織加熱到高于體溫并且低于消融溫度的溫度（例如 38-45°C)的治療技術(shù)。這些輕度高溫處置可能導(dǎo)致生理的（例如灌注）和細(xì)胞的（例如 基因表達(dá)）改變，其在結(jié)合化學(xué)治療或放射治療使用時(shí)的改善療效。輕度高溫誘發(fā)眾多的 改變，其提供臨床益處，這使得其與許多化學(xué)治療劑和放射治療協(xié)同。除生理和細(xì)胞改變之 外，高溫可以與溫度響應(yīng)以及不響應(yīng)的藥物遞送系統(tǒng)使用來(lái)誘發(fā)毒性和改善總體效力。降 低毒性的一個(gè)解決方案涉及利用溫度敏感的脂質(zhì)體藥物遞送來(lái)對(duì)腫瘤進(jìn)行靶向。在正常體 溫（~37°C )，溫度敏感的脂質(zhì)體是相對(duì)穩(wěn)定的，而在大約38-45°C的輕度高溫溫度，溫度敏 感的脂質(zhì)體展示10-20秒內(nèi)的藥物釋放。
[0003] 存在可以將靶組織加熱到輕度高溫范圍的許多當(dāng)前可用的設(shè)備。一個(gè)范例是射頻 (RF)施加器，其是將RF能量傳送到身體中的調(diào)諧天線。RF施加器由于RF的長(zhǎng)波長(zhǎng)而最佳 地用于對(duì)深層的腫瘤進(jìn)行加熱。也使用微波施加器，但是典型地歸因于其短波長(zhǎng)而僅用于 淺表性腫瘤。也已經(jīng)使用熱水浴、激光和磁流體。這些遭受諸如有創(chuàng)的性質(zhì)、有限或淺表性 的加熱、熱斑和冷斑、不準(zhǔn)確或空間不均勻的加熱和缺乏空間時(shí)間反饋控制的缺點(diǎn)。局部高 溫還通過(guò)磁共振引導(dǎo)的高強(qiáng)度聚焦超聲（MR-HIFU)來(lái)執(zhí)行，其中，聚焦超聲斑快速地掃描 以達(dá)到高溫并且MR被用于監(jiān)測(cè)處置。聚焦斑往往在移動(dòng)到下一位置之前在確切的焦斑位 置處暫時(shí)將組織加熱到高于目標(biāo)溫度的溫度。此外，單個(gè)高強(qiáng)度焦斑也可能更容易引起有 害的機(jī)械組織損傷。
[0004] 使用高強(qiáng)度聚焦超聲可能導(dǎo)致熱和非熱（機(jī)械）生物效應(yīng)兩者，這兩者起因于傳 播的超聲波與組織的復(fù)雜的相互作用。高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU)生物效應(yīng)可以通過(guò)超聲輸 出功率、頻率、占空比、聲處理持續(xù)時(shí)間和焦斑特性來(lái)操縱和/或控制。歸因于通過(guò)組織的 振動(dòng)激發(fā)進(jìn)行加熱的超聲吸收和轉(zhuǎn)換的熱效應(yīng)導(dǎo)致快速的高度局域化的溫度升高。HIFU獨(dú) 特的機(jī)械效應(yīng)包括聲輻射力和聲空化。輻射力可以導(dǎo)致局部組織位移、剪切應(yīng)變和流動(dòng)，而 空化效應(yīng)由氣泡活動(dòng)來(lái)起作用一一使崩潰或振蕩的氣泡導(dǎo)致局部誘發(fā)的應(yīng)力和高能量釋 放，這可能導(dǎo)致和輔助熱凝固和壞死。可以在特定應(yīng)用中利用機(jī)械超聲效應(yīng)來(lái)改善消融效 率或在有或沒(méi)有加入微氣泡的情況下改進(jìn)藥物遞送。
[0005] MRI提供HIFU聲處理期間的體內(nèi)溫度圖。溫度升高的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)可以在溫度圖中得 以監(jiān)測(cè)，并且聲處理的功率、持續(xù)時(shí)間、頻率或軌跡（即空間時(shí)間圖樣）可以相應(yīng)地被調(diào)節(jié)。
[0006] 本申請(qǐng)?zhí)岢鲇糜谘娱L(zhǎng)的時(shí)間段期間的維持輕度高溫的方法，其使用多焦點(diǎn)聲處理 方法來(lái)控制溫度準(zhǔn)確性和一致性來(lái)限制所加熱的體積和降低所加熱的區(qū)域中的峰值聲壓。 本申請(qǐng)細(xì)化多焦點(diǎn)加熱策略作為用于輕度高溫應(yīng)用的工具，例如在臨床腫瘤學(xué)中。然而，多 焦點(diǎn)加熱策略還可以具有其他應(yīng)用，例如在MR-HIFU熱消融中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種輕度高溫處置裝置。所述裝置包括成像器，所述成像器 生成靶區(qū)域的規(guī)劃圖像和溫度圖。所述裝置還包括超聲換能器的相控陣列。超聲換能器驅(qū) 動(dòng)器的陣列個(gè)體地驅(qū)動(dòng)所述相控陣列的所述超聲換能器來(lái)生成所述靶區(qū)域中的多焦點(diǎn)聲 處理。一個(gè)或多個(gè)處理器被編程為接收目標(biāo)溫度簡(jiǎn)檔并且計(jì)算針對(duì)所述超聲換能器的所述 換能器驅(qū)動(dòng)器的功率、頻率和相對(duì)相位，所述功率、頻率和相對(duì)相位被計(jì)算為令超聲換能器 的所述相控陣列生成多焦點(diǎn)聲處理圖樣，所述多焦點(diǎn)聲處理圖樣被配置為利用所述目標(biāo)溫 度簡(jiǎn)檔來(lái)對(duì)所述靶區(qū)域進(jìn)行加熱。
[0008] 根據(jù)另一方面，提供了一種輕度高溫處置的方法。生成包含要接收所述輕度高溫 處置的對(duì)象的靶區(qū)域的規(guī)劃圖像。針對(duì)所述靶區(qū)域創(chuàng)建目標(biāo)溫度簡(jiǎn)檔。計(jì)算功率、頻率和 相對(duì)相位以用于驅(qū)動(dòng)超聲換能器的相控陣列來(lái)根據(jù)所述溫度簡(jiǎn)檔生成所述靶區(qū)域中的多 焦點(diǎn)聲處理圖樣。
[0009] 根據(jù)另一方面，提供了一種輕度高溫處置裝置，所述輕度高溫處置裝置包括成像 器和掃描控制器，所述掃描控制器控制所述成像器以生成靶區(qū)域的規(guī)劃圖像和溫度圖。超 聲換能器驅(qū)動(dòng)器的陣列個(gè)體地驅(qū)動(dòng)超聲換能器的相控陣列以生成靶區(qū)域中的多個(gè)同時(shí)的 焦斑。規(guī)劃控制臺(tái)對(duì)所述規(guī)劃圖像進(jìn)行顯示并且具有輸入部，臨床醫(yī)師通過(guò)所述輸入部來(lái) 輸入目標(biāo)溫度簡(jiǎn)檔和靶位置（區(qū)域或體積）。超聲控制器接收所述目標(biāo)溫度簡(jiǎn)檔并且計(jì)算 用于所述換能器驅(qū)動(dòng)器的功率、頻率和相對(duì)相位，所述功率、頻率和相對(duì)相位被計(jì)算為令超 聲換能器的所述相控陣列生成多焦點(diǎn)聲處理圖樣來(lái)將所述靶區(qū)域加熱到所述目標(biāo)溫度簡(jiǎn) 檔。
[0010] 然而，在閱讀和理解了以下詳細(xì)說(shuō)明之后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解本發(fā)明 的另外的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 本發(fā)明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。 附圖僅出于說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例的目的并且不應(yīng)被解釋對(duì)本發(fā)明的限制。
[0012] 圖1是用于輕度高溫處置的磁共振引導(dǎo)的多焦點(diǎn)聲處理的系統(tǒng)的示意圖；
[0013] 圖2A是針對(duì)向中心的左側(cè)偏離4mm的單個(gè)點(diǎn)的模擬的聲壓場(chǎng)；
[0014] 圖2B是具有在8mm直徑的圓上均勻相隔的16個(gè)同時(shí)的焦點(diǎn)的多焦點(diǎn)聲處理的模 擬；
[0015] 圖2C圖示了對(duì)應(yīng)于圖2A的單個(gè)點(diǎn)聲處理的矢狀圖像平面，即在波束路徑方向 上；
[0016] 圖2D是對(duì)應(yīng)于圖2B的多焦點(diǎn)聲處理圖樣的矢狀圖像平面圖像；
[0017] 圖3A圖示了針對(duì)圖像原點(diǎn)坐標(biāo)左側(cè)4mm的單個(gè)焦點(diǎn)聲處理的聲壓圖；
[0018] 圖3B圖示了針對(duì)圖2B的16焦點(diǎn)圖樣的聲壓圖；
[0019] 圖3C圖示了針對(duì)圖3A的單焦點(diǎn)聲處理的相位圖；
[0020] 圖3D圖示了圖3B的16焦點(diǎn)圖樣的相位圖；
[0021] 圖4A圖示了通過(guò)使用8mm聲處理軌跡獲得的模擬的冠狀溫度分布圖，其中，單個(gè) 點(diǎn)在時(shí)間上足夠快速地掃描通過(guò)16個(gè)焦點(diǎn)以達(dá)到有效的熱平均；
[0022] 圖4B圖示了根據(jù)圖4A的聲處理的矢狀溫度分布圖；
[0023] 圖4C圖示了通過(guò)使用具有16個(gè)同時(shí)的焦點(diǎn)的多焦點(diǎn)聲處理圖樣獲得的模擬的冠 狀溫度分布圖；
[0024] 圖4D圖示了根據(jù)圖4C的多焦點(diǎn)聲處理圖樣的矢狀模擬的溫度分布圖；
[0025] 圖5A圖示了質(zhì)子密度加權(quán)規(guī)劃圖像上的冠狀腫瘤映射；
[0026] 圖5B圖示了在輕度高溫處置期間疊加在規(guī)劃圖像上的所達(dá)到的溫度的冠狀溫度 圖，其示出了加熱3分鐘之后的典型的溫度分布；
[0027] 圖5C是對(duì)應(yīng)于圖5A的矢狀圖像；
[0028] 圖是對(duì)應(yīng)于圖5B的冠狀溫度分布圖的矢狀溫度圖；
[0029] 圖6A圖示了使用單焦點(diǎn)掃描方法的體內(nèi)的5分鐘聲處理期間8mm處置單元內(nèi)的 平均（實(shí)線）、第10個(gè)百分位和第90個(gè)百分位（虛線）溫度；
[0030] 圖6B圖示了使用多焦點(diǎn)方法在5分鐘聲處