用于圖像引導(dǎo)超聲溶栓的換能器放置和配準(zhǔn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將一個(gè)超聲換能器配準(zhǔn)到另一個(gè)，并且更具體地涉及對安裝在身體部位的相對側(cè)上的換能器進(jìn)行配準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來已知超聲與溶栓藥物組合，尤其是與組織纖溶酶原激活物(tPA)組合，能夠有助于對引起缺血性腦卒中的血栓的溶解。然而，tPA具有許多副作用并且在用于失血性(出血)腦卒中患者時(shí)可能是致命的，并且因此需要CT在其使用之前排除出血的情況。超聲與微氣泡造影劑組合也已經(jīng)被示為在具有潛在的較少不良作用的情況下溶解血栓。這種作用通常稱為超聲溶栓(STL)。
[0003]經(jīng)顱成像已長期被用于診斷腦血管疾病，例如利用診斷超聲系統(tǒng)來診斷腦卒中。腦卒中幾乎總是發(fā)生在腦的一側(cè)或另一側(cè)上。對腦卒中的最常見臨床診斷是在一側(cè)上的無力，暗示相對側(cè)上的腦卒中，這是由于腦的右側(cè)控制身體左側(cè)上的運(yùn)動(dòng)機(jī)能，反之亦然。全部缺血性腦卒中的約70%發(fā)生在主要血管:大腦中動(dòng)脈(MCA)中，并且這里的腦卒中特別具有破壞性。MCA位于顳骨的后方(在約3-5cm的深度處)，顳骨是頭蓋骨的最薄部分并且因此具有針對超聲的最小衰減。
[0004]Browning等人的共同受讓美國專利公開N0.2010/0160779 (下文中的“Browning申請”)公開了一種其中安裝有用于STL的換能器的頭戴式設(shè)備，在此通過應(yīng)用將其整體內(nèi)容并入本文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]眾所周知，頭蓋骨是高度衰減的，特別是在高于大約1MHz的頻率處。不利用tPA的大多數(shù)STL研究需要的能量明顯多于典型地在成像期間所用的能量。由于血栓的大小和精確位置不能被確切知曉，因此最優(yōu)地使用寬覆蓋來使聲穿透血栓的假定位置中的大面積。微氣泡在該過程中被破壞，因此理想聲場將是具有針對短持續(xù)時(shí)間(0.1-1000毫秒)的相對高強(qiáng)度的寬波束，所述寬波束之后是長達(dá)30秒的暫停，以允許氣泡返回到/再次充滿感興趣區(qū)域(R0I)。寬治療覆蓋還增加了系統(tǒng)的整體定位魯棒性，這是由于，因血栓將繼續(xù)被定位在治療束的覆蓋內(nèi)，治療束與血栓目標(biāo)區(qū)域的小位移或不對準(zhǔn)不會(huì)對處置的遞送產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0006]作為在頭蓋骨穿透與分辨率之間的最佳均衡，經(jīng)顱超聲成像通常以大約
1.5-2.0MHz進(jìn)行。對于軸向分辨率，通常使用在整個(gè)功率傳輸上效率較低的寬帶換能器。換能器前方上提供高度聚焦的透鏡甚至是吸收性的。成像換能器并不被設(shè)計(jì)為特別有效率的，這是因?yàn)閳D像質(zhì)量是起推動(dòng)作用的考慮并且極少考慮輸入功率。
[0007]為了利用超聲換能器來覆蓋大面積腦卒中治療，能夠使用兩種方法:
[0008]1、所述波束能夠被特別設(shè)計(jì)有寬覆蓋。例如，波束能夠散焦，但是這顯著減少R0I中的局部瞬時(shí)功率。
[0009]2、所述波束(具有相對窄的覆蓋)能夠圍繞所述感興趣區(qū)域步進(jìn)掃描，但是在一個(gè)位置中的波束有可能破壞相鄰位置中的氣泡，這可能在氣泡充滿R0I的同時(shí)需要長得多的治療時(shí)間。
[0010]為了使成像波束的由于腦組織的衰減最小化，并且為了維持好的圖像質(zhì)量，將成像換能器放置在同側(cè)的顳窗(temporal window)上(導(dǎo)致在成像換能器與R0I中的血栓之間的較短距離)并且將治療換能器放置在對側(cè)的顳窗上是有利的。成像換能器被用于定位阻塞區(qū)域(R0I)并將治療波束導(dǎo)引向R0I。盡管成像換能器和治療換能器兩者在同一顳窗上的布置是可能的(例如同心地布置或者并排布置)，但顳窗的相對小的大小典型地阻止了這種情況。因此，期望使用單獨(dú)的換能器以用于成像和治療遞送，這是由于這還允許針對它們不同的預(yù)期目的而單獨(dú)(并且最優(yōu)地)定制它們的聲學(xué)特性。在Shi等人的共同受讓的美國專利公開N0.2012/0165670(下文中的“Shi申請”)中具有關(guān)于獲得顱骨成像中的最優(yōu)聲學(xué)窗口的討論，在此通過引用將其公開內(nèi)容整體并入本文。
[0011]在Browning中，兩個(gè)換能器都能夠既成像又治療；然而，本文提出將一個(gè)專用于成像，而另一個(gè)用于治療，其中，所述成像換能器被放置在顱骨的與可能的腦卒中相同的側(cè)上。因此，，如在Browning的圖4中所示的、成像場內(nèi)來自同一換能器的Browning治療波束在本文中將不適用。
[0012]再者，如在Browning的圖5中所示的、在成像平面140內(nèi)的Browning治療波束矢量圖142在本文的提議中不被使用；而是，顯不對側(cè)治療波束的輪廊的置加，如在Vignon等人的共同受讓國際公開號(hào)W0 2102/042494(下文的“Vignon申請”)中的，在此通過引用將其公開內(nèi)容整體并入本文。這里，Browning多普勒處理器28被補(bǔ)充有處理空腔數(shù)據(jù)的功能，如Vignon申請的空腔處理器28。然而在這里，空腔處理器28的處理特征中的一些是任選的。具體而言，在Vignon中，焦點(diǎn)在于空間檢測的益處，以及不那么有益的空洞區(qū)域和微氣泡破壞；這里，任選地僅治療波束輪廓檢測需要較簡單的信號(hào)分析，以便在空間上將成像換能器和治療換能器兩者配準(zhǔn)。在本文的一些實(shí)施例中，檢測用于換能器之間的配準(zhǔn)目的。如在Vignon中，空腔處理器28的疊加函數(shù)引入來自B模式處理器26的輸入。
[0013]此外，在Browning中，焦點(diǎn)之一在于針對顱骨內(nèi)血流變化的患者監(jiān)測。對于本文所提出的，揚(yáng)聲器42、流量變化檢測器50以及圖像存儲(chǔ)52是任選的；然而，如在Vignon中，慣性空腔檢測器50能夠代替流量變化檢測器，用于對空腔的安全和有效水平的監(jiān)測。
[0014]在本文中，如下文更詳細(xì)地討論的，焦點(diǎn)在于換能器之間的配準(zhǔn)。Browning的圖1中的機(jī)械指數(shù)(MI)功能和波束操縱(BEAM STEER)功能是由各備選實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)配準(zhǔn)模塊來控制的，以及是由諸如Browning的用戶接口 38的用戶接口來控制的。模塊的控制器還控制每個(gè)換能器或全部兩個(gè)換能器的任選機(jī)動(dòng)組件。
[0015]當(dāng)前所提出的焦點(diǎn)在于換能器之間的配準(zhǔn)，是由于將功能分開到各自的專用換能器中。
[0016]在換能器功能被分開的情況下，并且在給出了安裝在頭架中的換能器對于(例如在本文所提出的一些實(shí)施例中的)樞軸在期望方向上的可調(diào)節(jié)性的情況下，一個(gè)換能器到另一個(gè)換能器的配準(zhǔn)允許對R0I中的血栓的準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)。甚至在針對全部兩個(gè)換能器的電子操縱的情況下，在初始化期間，通過換能器的共配準(zhǔn)對被針對每個(gè)個(gè)體患者調(diào)節(jié)的頭戴設(shè)備的特征進(jìn)行補(bǔ)償校正。在一個(gè)實(shí)施例中，配準(zhǔn)取決于經(jīng)由治療換能器引起的空腔和/或微氣泡破壞，以及通過成像換能器對這些效果的檢測。在另一實(shí)施例中，治療換能器面外圍上的超聲接收元件允許在不使用微氣泡的情況下進(jìn)行配準(zhǔn)。
[0017]在一些實(shí)施例中，頭架不同于Browning的圖2A、圖2B中所示出的，在Browning的圖2A、圖2B中頭架是可反轉(zhuǎn)的，例如Shi申請的圖1中所示的頭架128。
[0018]頭架還能夠被配置用于模塊化，其中，成像或治療子組件或子系統(tǒng)可以被移除以被部署在別處。例如，一旦成像已經(jīng)被用于將治療波束導(dǎo)引至血栓或其他處置位置，則成像換能器可以被脫離。例如，在一定的時(shí)間段之后，具有成像換能器的可拆卸子系統(tǒng)可以被重新附接到患者，以確定在稍后的時(shí)間點(diǎn)處的處置進(jìn)展。這是將功能分開的益處之一。因此，例如每個(gè)Browning陣列10a、10b被容納在其自身的流體填充的外罩內(nèi)，并且配置用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的繞樞軸運(yùn)動(dòng)。將要接觸患者頭蓋骨的顳骨區(qū)域的所述外罩是柔性且在聲學(xué)上透明的。馬達(dá)和換能器控制到外罩的布線，所述外罩及其內(nèi)容物構(gòu)成單元，即分別為成像可拆卸子系統(tǒng)或治療可拆卸子系統(tǒng)。在另一端，布線附接到與以上提及的控制器的連接并且從所述連接卸下。如果流體是水，則能將到外罩的耦合流體出入管路在另一端處連接至水除氣設(shè)備，所述管路用于改變其中的流體體積，例如使得聲學(xué)連接適形。在Etchells等人的美國專利公開N0.2005/0154309中有這樣的除氣設(shè)備的范例，所述除氣設(shè)備冷卻耦合流體，該特征對于治療子組件特別有用，在此通過引用將其公開內(nèi)容整體并入