具有冷卻的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括流體冷卻系統(tǒng)的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]這樣的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)從國(guó)際申請(qǐng)W02012/052847知曉。
[0003]已知的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)通過(guò)主動(dòng)冷卻非靶組織來(lái)主動(dòng)調(diào)節(jié)非靶組織的溫度。超聲輻射被聚焦到靶組織以主動(dòng)加熱靶組織。包含靶組織和非靶組織的區(qū)域中的溫度場(chǎng)被監(jiān)測(cè)。超聲聚焦通過(guò)調(diào)節(jié)聚焦的位置或基于監(jiān)測(cè)的溫度場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)聚焦的強(qiáng)度而被調(diào)
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[0004]國(guó)際申請(qǐng)W02012/098482提及了一種與磁共振成像系統(tǒng)集成在一起的HIFU系統(tǒng)。然而，沒(méi)有提及用于冷卻要被聲處理的目標(biāo)的冷卻系統(tǒng)。美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0077056公開(kāi)了一種具有流體循環(huán)系統(tǒng)和脫氣器的HIFU系統(tǒng)。提供了與鄰近換能器的面的流體路徑的連通的流體入口和出口。已知的HIFU系統(tǒng)的流體循環(huán)用于使患者的直腸壁變冷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種更準(zhǔn)確地避免對(duì)要被處置的患者的敏感組織的不想要加熱的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)。
[0006]該目標(biāo)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)包括:超聲換能器，所述超聲換能器用于沿著波束路徑發(fā)出聚焦超聲波束。
[0007]超聲透明窗口，其被定位在所述波束路徑中，以及
[0008]流體冷卻系統(tǒng)，其用于提供對(duì)目標(biāo)的冷卻，所述聚焦超聲波束被導(dǎo)向所述目標(biāo)，其中
[0009]所述流體冷卻系統(tǒng)包括:
[0010]流體容器，其被安裝為鄰近所述超聲透明窗口，所述超聲透明窗口被安裝在患者承載裝置的支持面中，要被處置的所述患者被放置在所述患者承載裝置的所述支持面上。
[0011]冷卻單元，其用于對(duì)冷卻液進(jìn)行冷卻并使所述冷卻液經(jīng)過(guò)所述流體容器，以及
[0012]脫氣模塊，其用于從所述冷卻液去除諸如空氣或氣體的揮發(fā)性成分。
[0013]本發(fā)明的見(jiàn)解是，當(dāng)諸如溶解的空氣或其他氣體或空氣氣泡的揮發(fā)性成分從冷卻液被去除時(shí)，氣泡在冷卻液中的形成被避免或至少被抑制。這樣的氣泡能夠干擾被發(fā)射通過(guò)冷卻液的超聲波束。尤其的，具有與冷卻液本身顯著不同的聲阻抗的任何“顆?！倍寄軌蚋蓴_被發(fā)射通過(guò)冷卻液的超聲波束。這能夠是例如任何氣體氣泡或固體顆粒。歸因于從超聲換能器發(fā)出的超聲輻射的散射和反射，當(dāng)氣泡出現(xiàn)時(shí)，這樣的氣泡可以擾亂超聲波束和超聲聚焦。此外，溶解的空氣或其他氣體形成微泡，當(dāng)所述微泡暴露于強(qiáng)烈的超聲場(chǎng)時(shí)，所述微泡可以更容易地誘發(fā)氣穴并且因此誘發(fā)迅速的局部加熱。因此，冷卻液中的氣泡和溶解的空氣或氣體能夠在不應(yīng)被加熱的組織中(尤其在患者的皮膚中)引起不受控制的加熱。通過(guò)避免這些氣泡被形成，對(duì)在超聲輻射要聚焦于其中的靶區(qū)之外的組織的這樣的不期望的加熱被有效地避免。具體為要被處置的患者的皮膚灼傷被避免。
[0014]本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)裝備有生成聚焦超聲波束的超聲換能器。尤其地，換能器陣列被采用，所述換能器陣列具有通常以矩陣形式布置的多個(gè)換能器元件，而且所述換能器元件的隨機(jī)空間布置是可能的。聚焦通過(guò)調(diào)節(jié)個(gè)體換能器元件的相位而被生成和被(以電子方式)控制。而且，超聲換能器整體上能夠被以機(jī)械方式移位、平移和旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)聚焦的位置。聚焦超聲波束被發(fā)出通過(guò)超聲透明窗口。超聲透明窗口例如被集成在患者承載裝置中，要被處置的患者被放置在所述患者承載裝置上以用于通過(guò)聚焦的超聲輻射來(lái)進(jìn)行處置。具體地，超聲透明窗口被安裝在患者承載裝置的支撐面中，要被處置的患者被放置在所述患者承載裝置的支撐面上。超聲換能器例如被安裝在換能器槽中，也被安裝在患者承載裝置中，例如在支撐面之下。流體容器被安裝在換能器槽的頂部，即，在面向患者承載裝置的支撐面的側(cè)面處。換能器槽通常充滿這樣的物質(zhì):即，所述物質(zhì)具有良好的超聲發(fā)射，并且所述物質(zhì)具有接近或等于要被處置的患者的超聲阻抗的超聲阻抗；水是良好的選擇，備選地，具有接近水的聲阻抗的流體能夠被使用。例如，許多油類是合適的。然而，在磁共振成像(MRI)引導(dǎo)的HIFU系統(tǒng)中，流體還應(yīng)當(dāng)具有適合的MRI性質(zhì)。水如果被更大量地引入到MRI掃描器中，則具有高介電常數(shù)的水通過(guò)縮短波長(zhǎng)來(lái)影響MRI掃描器的射頻發(fā)射場(chǎng)(所謂的BI場(chǎng))。因此，發(fā)射場(chǎng)可以被扭曲，特別是在高場(chǎng)強(qiáng)MRI掃描器(例如，3T MRI掃描器)中。因此，具有比水更低的介電常數(shù)的合適油類或其他流體常常被使用在MRI引導(dǎo)的HIFU系統(tǒng)的換能器槽中。
[0015]在HIFU治療期間，患者直接地或經(jīng)由諸如凝膠墊的耦合介質(zhì)躺在超聲窗口的頂部，使得聲能能夠被發(fā)射到患者。人類體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持身體核心溫度接近37°C，并且溫度通過(guò)皮下脂肪和皮膚層以及通過(guò)超聲接觸介質(zhì)和超聲窗口朝向超聲槽中的流體溫度下降，所述超聲槽中的所述流體溫度通常最初處于室溫。然而，這些層的溫度不是恒定的，這是因?yàn)榛颊呤羌訜峤佑|界面和超聲槽中的流體的熱源。此外，歸因于在超聲聲處理期間不同層的聲損失以及歸因于例如由換能器引起的電損失，這些界面和槽流體能夠被加熱。因此，槽流體和界面溫度趨向于在治療的過(guò)程中增加，這繼而使皮膚和皮下脂肪的溫度升高，并且因此增加對(duì)組織的過(guò)度加熱的風(fēng)險(xiǎn)，在最壞的情況下導(dǎo)致灼傷。
[0016]為了避免超聲接觸的加熱并且為了冷卻目標(biāo)(尤其是當(dāng)高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)處于操作時(shí)超聲波束被導(dǎo)向的要被處置的患者)的部分，流體冷卻系統(tǒng)被提供。流體冷卻系統(tǒng)包括流體容器。使流體冷卻液經(jīng)過(guò)流體容器，即，使流體冷卻液通到流體容器和來(lái)自流體容器，使得通過(guò)冷卻液獲得的熱從容器被帶走，并且向容器供應(yīng)處于更低溫度的冷卻液。因此，具有經(jīng)過(guò)的冷卻液的容器獲得熱以從要被處置的患者去除熱。具有冷卻液的容器被安裝在換能器槽的頂部，例如，流體容器被形成為冷卻腔室，所述冷卻腔室被集成在患者支撐物中，尤其被集成在換能器槽的頂部。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且提供了冷卻液與患者的皮膚之間的良好熱接觸。由于流體容器被安裝為鄰近超聲窗口，因此當(dāng)要被處置的患者被放置在超聲窗口上的適當(dāng)位置以用于通過(guò)超聲輻射的輻照進(jìn)行處置時(shí)，熱接觸將在要被處置的患者的身體與流體容器之間被建立。為了從要被處置的患者帶走通過(guò)流體容器中的冷卻液獲得的熱，通過(guò)冷卻單元的方式使冷卻液經(jīng)過(guò)流體容器。冷卻單元包括熱交換器以對(duì)從流體容器返回的冷卻液進(jìn)行冷卻。冷卻單元然后使被冷卻的流體再次通到流體容器。冷卻單元裝備有流體栗以生成通過(guò)流體容器的冷卻液流。
[0017]為了避免氣泡的形成，脫氣模塊被提供在流體冷卻系統(tǒng)中，以從冷卻液去除揮發(fā)性成分。
[0018]參考在從屬權(quán)利要求中定義的實(shí)施例，本發(fā)明的這些方面和其他方面將被進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的方面，自閉合連接(例如，具有止回閥的快速耦合液壓連接器)用于將流體通道(例如，管道)連接到流體容器并且連接到冷卻單元。以此方式，閉合回路被布置為由冷卻單元、流體通道以及流體容器形成，幾乎沒(méi)有或沒(méi)有氣體或其他揮發(fā)性成分能夠泄露到所述閉合回路中。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，例如被形成為冷卻腔室的流體容器裝備有不透氣的外殼。這進(jìn)一步避免了揮發(fā)性成分泄露到冷卻液中。這減少了氣泡在冷卻液中的形成。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，過(guò)濾器被提供在冷卻單元中，以濾除揮發(fā)性成分。以此方式，任何殘余量的揮發(fā)性成分(例如，空氣或其他氣體)從冷卻液被濾除。因此，實(shí)現(xiàn)了冷卻液中的氣泡形成的進(jìn)一步減少。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，溫度傳感器被提供為測(cè)量流體容器中的冷卻液的溫度。流體冷卻系統(tǒng)基于對(duì)流體容器中的冷卻液的測(cè)量的溫度來(lái)進(jìn)行控制，以準(zhǔn)確地控制患者的溫度，從而避免不想要的加熱，并且尤其避免在高強(qiáng)度聚焦超聲處置期間的皮膚灼傷。
[0023]而且，本發(fā)明可以并入磁共振圖像引導(dǎo)的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)。磁共振引導(dǎo)通過(guò)MR熱描記成像模塊來(lái)提供，所述MR熱描記成像模塊被配置為從采集的磁共振信號(hào)導(dǎo)出溫度分布。溫度分布例如利用隨溫度的質(zhì)子共振頻移從磁共振信號(hào)的相位導(dǎo)出。額外地，溫度分布是利用取決于例如縱向磁化衰減速率(Tl)或橫向磁化的衰減速率(T2)的溫度從磁共振信號(hào)的弛豫速率導(dǎo)出的。基于溫度圖像，冷卻對(duì)患者的影響能夠被監(jiān)測(cè)，并且實(shí)際的近場(chǎng)溫度能夠在治療運(yùn)行中被考慮。
[0024]參考下文描述的實(shí)施例并且參考附圖，本發(fā)明的這些方面和其他方面將獲得闡明。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1示出了本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)的示意性表示；
[0026]圖2示出了圖1的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)的流體冷卻系統(tǒng)的示意性表不O
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出了本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療系統(tǒng)的示意性表示。患者支撐物由HIFU治療臺(tái)(I)形成，所述HIFU治療臺(tái)包含流體貯存器(2)形式的換能器槽，超聲換能器⑶被定位在所述流體貯存器中。為了治療目的(例如，為了消融腫瘤)，向要被處置的患者(5)發(fā)射聚焦超聲波束(4)。超聲波束通過(guò)流體容器被發(fā)射，所述流體容器被形成為充滿超聲透明流體