基于mr引導(dǎo)的hifu系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MR引導(dǎo)的HIFU系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)是指通過加有交變電壓的壓電換能器產(chǎn)生超聲，通過一定的聚焦方式，使得超聲波能夠聚焦成一個很小焦斑，焦斑處的聲強(qiáng)是診斷超聲(0.1ff/cm2)的4-5倍數(shù)量級，可達(dá)到lOOO-lOOOOW/cm2。高強(qiáng)度聚焦超聲利用超聲波在人體內(nèi)的生物效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)等，可以在很短時間內(nèi)，通過在體外使得組織發(fā)生急性的凝固性壞死，從而達(dá)到微創(chuàng)甚至是無創(chuàng)治療的目的。
[0003]高強(qiáng)度聚焦超聲最早用于開顱治療帕金森病；后續(xù)隨著技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度聚焦超聲在臨床上用于治療良惡性腫瘤，比如子宮平滑肌瘤、前列腺癌等。如今，高強(qiáng)度聚焦超聲以其定位準(zhǔn)確、治療快速、微創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，成為了治療腫瘤的研宄熱點(diǎn)。
[0004]高強(qiáng)度聚焦超聲治療技術(shù)要求主要包括聚焦控制、治療規(guī)劃、圖像引導(dǎo)和治療控制。
[0005]高強(qiáng)度聚焦超聲需要通過一定的聚焦方式將輸出的超聲聚焦到治療靶區(qū)。現(xiàn)有的聚焦方式有聲透鏡聚焦方式、多元自聚焦方式和相控聚焦方式。聲透鏡聚焦方式與光學(xué)聚焦原理相似，超聲波穿過凹面聲透鏡后聚焦。多元自聚焦方式使用不多于十個換能器組成的固定焦點(diǎn)聚焦方式。相控聚焦方式由多個陣元組成，采用電子聚焦方式，通過向每個陣元發(fā)送控制信號在指定的位置聚焦。
[0006]臨床上采用高強(qiáng)度聚焦超聲進(jìn)行治療一般需要制定詳細(xì)的治療規(guī)劃，即術(shù)前治療靶區(qū)定位、治療路徑選擇、治療時超聲劑量的輸送設(shè)定等。通過術(shù)前診斷影像可以用來定位病灶區(qū)域，通過三維重建技術(shù)進(jìn)行HIFU治療路徑優(yōu)化并設(shè)定各個焦點(diǎn)的治療時間和冷卻時間來控制超聲劑量的輸送。
[0007]圖像引導(dǎo)是指HIFU在治療的同時，實(shí)時獲取治療區(qū)域的影像，通過獲取的影像評估當(dāng)前的治療效果，并且引導(dǎo)和控制下一個治療點(diǎn)的位置和劑量?，F(xiàn)有的圖像引導(dǎo)方式包括普通的B超成像引導(dǎo)、彈性成像引導(dǎo)、CT成像引導(dǎo)和磁共振成像引導(dǎo)。圖像引導(dǎo)技術(shù)是HIFU治療的關(guān)鍵技術(shù)。
[0008]治療控制是在治療過程中，根據(jù)病灶區(qū)域溫度和超聲功率輸出的反饋結(jié)果，進(jìn)行閉環(huán)控制治療的過程。治療控制的關(guān)鍵在于病灶區(qū)域熱損害的準(zhǔn)確測量，計(jì)算機(jī)只有通過這些反饋信息才可以進(jìn)行閉環(huán)控制。利用磁共振影像的溫度信息可以提取出治療區(qū)域的溫度，從而實(shí)現(xiàn)治療控制。
[0009]采用聲透鏡聚焦和多元自聚焦方式需要通過機(jī)械移動才能聚焦到不同的位置，因此焦點(diǎn)控制不靈活，焦點(diǎn)切換速度慢；由于聚焦模式單一，無法繞過肋骨等骨骼屏障，治療部位有限。而相控聚焦方式具有治療定位準(zhǔn)確靈活，焦點(diǎn)位置切換快速，聚焦模式多等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]超聲引導(dǎo)的HIFU治療方式具有組織對比度低、骨骼覆蓋下顯示不清楚、敏感度差、沒有溫度反饋等缺點(diǎn)；而且HIFU治療產(chǎn)生的高強(qiáng)度超聲會影響到超聲成像，因此無法實(shí)時同步獲取治療區(qū)域的影像。而CT成像具有電離輻射，不利于長時間治療，增強(qiáng)CT使用的造影劑具有毒性，對人體有一定的損害，而且CT影像也沒有溫度信息，仍然需要額外的測溫輔助功能。磁共振影像具有良好的組織分辨率，具有任意切層能力，可以多平面、多參數(shù)成像，無觀察死角，而且沒有電離輻射，并且包含了溫度信息。使用MRI引導(dǎo)的HIFU可以在術(shù)前提供病灶3D信息便于術(shù)前評估和制定治療規(guī)劃；術(shù)中的溫度敏感信息可以實(shí)現(xiàn)治療閉環(huán)控制；術(shù)后可以及時對治療進(jìn)行評估。
[0011]—套可供臨床使用的HIFU系統(tǒng)需要集合磁共振進(jìn)行成像，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行病人信息和治療信息的存取以及HIFU控制系統(tǒng)。多系統(tǒng)的分布性要求有良好的通信協(xié)議、健壯和高效的通信機(jī)制支持。成熟的HIFU系統(tǒng)需要具備影像傳輸、溫度計(jì)算、治療規(guī)劃、下位機(jī)控制等功能模塊，治療實(shí)時性、可靠性要求設(shè)計(jì)多個進(jìn)程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)間、系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)程間通信將是軟件設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。而磁共振和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器不同的廠家有著不同的接口，甚至運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)上，不可能給不同的廠家開發(fā)不太的通信協(xié)議和接口，因?yàn)檫@樣將帶來更多的開發(fā)和維護(hù)成本。這些限制給軟件設(shè)計(jì)帶來很大的困難。因此需要設(shè)置一套通用、健壯的系統(tǒng)顯得非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種一種基于MR引導(dǎo)的HIFU系統(tǒng)及控制方法。
[0013]一種基于MR引導(dǎo)的HIFU系統(tǒng)，包括MR裝置、HIFU裝置和控制終端；所述控制終端根據(jù)MR裝置采集到的影像信息控制HIFU裝置；所述MR裝置和控制終端以及控制終端與HIFU裝置之間通過消息中間件進(jìn)行信息交互。
[0014]使用MR引導(dǎo)的HIFU治療相比超聲引導(dǎo)的HIFU，獲取的影像具有更好的組織分辨率，并且可以提供組織溫度信息，從而測量到病灶的熱損害程度。
[0015]通過消息中間件，各個服務(wù)之間的交互變得簡單，所有服務(wù)無需關(guān)心IPC，只需要將自己的任務(wù)做好，通過消息中間件的API即可實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的交互。
[0016]與傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法相比，基于消息中間件的軟件設(shè)計(jì)可以降低分布式應(yīng)用程序開發(fā)難度，提高應(yīng)用程序健壯性，節(jié)約開發(fā)成本。傳統(tǒng)的分布式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)既需要考慮本身業(yè)務(wù)處理，又要考慮進(jìn)程間通信；進(jìn)程間通信的復(fù)雜度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本身的業(yè)務(wù)處理。而位于操作系統(tǒng)上層的消息中間件封裝了跨機(jī)和本機(jī)內(nèi)的進(jìn)程間通信，簡化了 IPC操作，這樣應(yīng)用程序只需要關(guān)注自身的業(yè)務(wù)處理。進(jìn)程間通信屬于純計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，開發(fā)一套高性能、穩(wěn)定的進(jìn)程間通信程序需要很豐富的計(jì)算機(jī)知識和工作經(jīng)驗(yàn)，如果每個應(yīng)用程序均要考慮進(jìn)程間通信，需要很高的開發(fā)成本，而且開發(fā)的應(yīng)用程序的性能和健壯性依賴于不同的開發(fā)人員。MR引導(dǎo)的HIFU系統(tǒng)的應(yīng)用程序分布在多臺主機(jī)上，不同廠家的MR主機(jī)運(yùn)行在在不同的操作系統(tǒng)，如果為每個廠家都開發(fā)一套進(jìn)程間的通信協(xié)議將會降低軟件開發(fā)靈活性，增加開發(fā)成本。
[0017]所述的MR裝置包括MR主機(jī)和MR設(shè)備，所述MR主機(jī)設(shè)有:
[0018]影像讀取代理模塊，用于讀取MR設(shè)備采集到的影像信息；
[0019]第一消息中間件模塊，用于將讀取的影像信息通過消息中間件傳輸給控制終端。
[0020]所述的控制終端設(shè)有:
[0021]第二消息中間件模塊，用于接收來自MR主機(jī)的影像信息，并根據(jù)接收到的影像信息向HIFU裝置發(fā)送相應(yīng)的控制指令。
[0022]所述的HIFU裝置包括HIFU主機(jī)和HIFU設(shè)備，所述HIFU主機(jī)設(shè)有第三消息中間件模塊，并通過所述的第三消息中間件模塊接收來自控制終端的控制指令以對HIFU設(shè)備進(jìn)行控制。
[0023]由于在使用時，使用者(醫(yī)生)通過顯示界面的實(shí)時顯示的畫面，可以判斷出治療效果，判斷效果是否良好。因此，作為優(yōu)選，HIFU主機(jī)還用于停止治療，在使用者發(fā)現(xiàn)治療效果不好時，及時停止治療。
[0024]本發(fā)明所指的停止治療指停止整個HIFU系統(tǒng)，即包括停止HIFU裝置、MR裝置以及控制終端。具體實(shí)現(xiàn)時，HIFU主機(jī)通過第三消息中間件模塊將停機(jī)指令發(fā)送個控制終端的第二消息中間件模塊，然后再由第二消息之間件模塊向MR主機(jī)的第一消息中間件模塊發(fā)送對應(yīng)的停機(jī)指令，進(jìn)而停止整個HIFU系統(tǒng)。
[0025]為保證HIFU系統(tǒng)中個部分(包括MR裝置、HIFU裝置和控制終端)之間能夠通過消息中間件進(jìn)行信息交互，本發(fā)明中的第一中間件模型與第二中間件模塊，第二中間件模型與第三中間件模塊之間相互匹配。
[0026]相比多元自聚焦等普通聚焦方式，相控聚焦顯得靈活和快速。因此，作為優(yōu)選，所述的HIFU裝置為P-HIFU裝置。
[0027]本發(fā)明還提供了一種基于MR引導(dǎo)的HIFU控制方法，該控制方法基于上述HIFU系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟:
[0028](I) MR裝置采集到的影像信息并通基于消息中間件發(fā)送給控制終端；
[0029](2)控制終端根據(jù)所述的影像信息形成控制指令并基于消息中間件發(fā)送給HIFU
目.ο
[0030]所述的MR裝置包括MR主機(jī)和MR設(shè)備，所述MR主機(jī)讀取MR設(shè)備采集到的影像信息，并將讀取的影像信息通過消息中間件傳輸給控制終端。
[0031]所