具有自動控制的高強度聚焦超聲（hifu）探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尤其用于超聲消融處置的高強度聚焦超聲治療單元，以及一種磁共振圖像引導的高強度聚焦超聲治療系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在癌癥處置的領(lǐng)域中，將高強度聚焦超聲施加到惡性腫瘤作為用于對組織的熱消融的方法是已知的。所施加的超聲到組織中的穿透深度隨其頻率而變化，其頻率典型地位于0.5MHz與10MHz之間的范圍中。美國專利6488639B1描述了一種裝置，所述裝置能夠根據(jù)目標衰減、被穿過的組織的厚度、溫度退化或在發(fā)射期間的病灶位移來調(diào)節(jié)聚焦超聲頻率。國際申請W097/22015提及簡單地控制超聲換能器，所述控制在于確定的速度限制，超過所述速度限制則不生成超聲。歐洲專利申請EP 2574375涉及一種具有HIFU系統(tǒng)的治療裝置，在所述HIFU系統(tǒng)中基于對在偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)的目標區(qū)的確定位置或預(yù)測位置來控制超聲處理。
[0003]期望提供在執(zhí)行對目標區(qū)域的超聲處理時具有針對用戶的高操作舒適度的治療單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本發(fā)明的一方面中，目的是通過一種尤其用于超聲消融處置的高強度聚焦超聲治療單元來實現(xiàn)的，所述高強度聚焦超聲治療單元包括:
[0005]-超聲換能器探頭，其具有主延伸方向和平行于所述主延伸方向的縱軸、以及平行于所述縱軸布置的超聲換能器陣列，其中，所述超聲換能器探頭被配置為在激活后將具有超聲頻率的聚焦超聲波束從所述超聲換能器陣列施加到感興趣對象內(nèi)的相鄰組織；
[0006]-引導單元，其被配置用于監(jiān)測所述超聲換能器陣列相對于所述感興趣對象的位置，并且被配置用于將關(guān)于所監(jiān)測的位置的信息提供到人類接口 ；以及
[0007]-控制單元，其被配置為控制所述超聲換能器陣列的至少一個操作參數(shù)，從而取決于所述超聲換能器陣列相對于所述感興趣對象的相對位置的變化率來調(diào)節(jié)所述聚焦超聲波束到對象的組織中的穿透深度。根據(jù)本發(fā)明，所述超聲換能器陣列的一個或若干操作參數(shù)是作為所述超聲換能器的速率的函數(shù)而被調(diào)節(jié)的。顯著地，所述超聲頻率可以隨著所述超聲換能器被更緩慢地移動而被降低，以隨著所述超聲換能器被減速而增加所述穿透深度。接著，所述穿透深度隨著所述超聲換能器在其最終位置或取向處停住而逐漸增加。這以時間高效的方式實現(xiàn)了準確且全面地將超聲能量沉積到患者的組織中的目標區(qū)中。所述移動可以包括平移、旋轉(zhuǎn)或兩者的組合。因此，所述超聲換能器的速率可以為其在每單位時間行進的線性距離以及其旋轉(zhuǎn)速率。
[0008]在適合的實施例中，所述高強度聚焦超聲治療單元也能夠被用于降低體溫目的。
[0009]本申請中使用的詞語“操作參數(shù)”應(yīng)具體涵蓋諸如功率水平、頻率或傳播方向的參數(shù)。
[0010]這樣，對所述超聲換能器陣列的操作參數(shù)的調(diào)節(jié)能夠被耦合到對所述超聲換能器陣列相對于所述感興趣對象的所述相對位置的所述變化率的分析。在適合的實施例中，這能夠允許使對所述感興趣對象內(nèi)的目標區(qū)的超聲處理的工作流至少部分地自動化的選項。[0011 ] 在優(yōu)選實施例中，所述超聲換能器探頭被裝備有被布置在所述超聲換能器探頭的遠端部分中的接納構(gòu)件，所述接納構(gòu)件被配置用于容納所述超聲換能器陣列。在對特定類型的腫瘤(例如前列腺癌)的處置的訪問方面，這能夠是特別有利的。
[0012]本申請中使用的詞語“遠端部分”應(yīng)當具體被理解為所述超聲換能器探頭在所述主延伸方向上的長度中、包括所述超聲換能器探頭的遠端端部的三分之一、更優(yōu)選地是四分之一。
[0013]優(yōu)選地，所述接納構(gòu)件被設(shè)計為槽或凹陷，但可以被設(shè)計為本領(lǐng)域技術(shù)人員認為適合的任意其他構(gòu)件。
[0014]在另外的實施例中，所述高強度聚焦超聲治療單元包括用于使所述超聲換能器探頭關(guān)于所述縱軸旋轉(zhuǎn)的機電驅(qū)動器，并且所述控制單元還配備有第一控制構(gòu)件，所述第一控制構(gòu)件用于使得能夠由用戶調(diào)節(jié)所述超聲換能器陣列的旋轉(zhuǎn)位置。
[0015]這樣，所述用戶能夠容易地將所述超聲換能器陣列轉(zhuǎn)移到期望位置，并且能夠通過咨詢所述人類接口來核對所述超聲換能器陣列的所述位置。例如，所述用戶可以是介入放射科醫(yī)師，并且所述人類接口可以是平板觸摸屏。
[0016]本申請中使用的術(shù)語“控制構(gòu)建”應(yīng)當具體涵蓋諸如旋鈕、腳踏板、滑塊以及觸摸屏上的虛擬軟按鍵以及常見人類接口設(shè)備(例如鍵盤、計算機鼠標、觸摸板、繪圖板以及操縱桿)的機械構(gòu)件。所述控制構(gòu)件也可以被設(shè)計為失效安全控制(dead man’s control)，優(yōu)選地在釋放后返回到非超聲處理，由此為所述感興趣對象提供額外的安全性。
[0017]在另一優(yōu)選實施例中，所述控制單元被配置為在所述超聲換能器陣列相對于所述感興趣對象的所述位置的變化率落在預(yù)定值以下的情況下，自動調(diào)節(jié)所述至少一個操作參數(shù)。以此方式，可以降低用于驅(qū)動所述超聲換能器陣列的功率，和/或可以降低所述頻率，以在所述超聲換能器陣列的所述相對位置固定的情況下實現(xiàn)較大的穿透深度。所述預(yù)定值可以駐留在存儲器單元中，所述控制單元具有對所述存儲器單元的訪問。
[0018]如果對所述至少一個操作參數(shù)的所述調(diào)節(jié)與在其期間所述超聲換能器陣列相對于所述感興趣對象的所述相對位置的所述變化率落在所述預(yù)定值以下的持續(xù)時間成正比，則能夠容易地在所述超聲換能器陣列的所述相對位置固定的情況下實現(xiàn)所施加的超聲的較大穿透深度。
[0019]在又一優(yōu)選實施例中，所述控制單元包括第二控制構(gòu)件，所述第二控制構(gòu)件用于使得能夠由用戶調(diào)節(jié)所述超聲頻率，其中，所述控制單元被配置為隨著超聲頻率增加而自動減小要由所述超聲換能器陣列發(fā)射的總功率。通過這種方式，能實現(xiàn)被施加到所述組織的恒定體積熱密度，得到恒定的加熱，而無論所述用戶對所述超聲頻率的調(diào)節(jié)如何。
[0020]在另一實施例中，所述控制單元包括第三控制構(gòu)件，所述第三控制構(gòu)件用于使得能夠由用戶調(diào)節(jié)由所述超聲換能器陣列發(fā)射的所述總功率。通過這種方式，所述用戶能夠具有對由所述超聲換能器陣列在所述組織中生成的熱的直接控制。
[0021]在另一優(yōu)選實施例中，所述控制單元包括功率分配器單元，并且所述控制單元被配置為經(jīng)由所述功率分配器單元在所述超聲換能器陣列的個體超聲換能器間分配選定的功率，以修改由所述超聲換能器陣列生成的所述聚焦超聲波束的形狀。所述控制單元包括第四控制構(gòu)件，所述第四控制構(gòu)件用于使得能夠由用戶調(diào)節(jié)由所述超聲換能器陣列生成的所述聚焦超聲波束的所述形狀。這樣，所述用戶被提供有對所述聚焦超聲波束的所述形狀以及由它生成的加熱區(qū)的完全控制，并且所述用戶能夠使波束形狀和所述加熱區(qū)單獨地適于所述感興趣對象的目標區(qū)域。修改所述聚焦超聲波束的所述形狀也應(yīng)當涵蓋以這樣的方式在所述個體超聲換能器間分配所述選定的功率，所述方式為由所述用戶選擇的個體超聲換能器可以被完全關(guān)斷。所述用戶可以在對超聲傳感器陣列的激活之前或在超聲處理期間控制所述波束的所述形狀。
[0022]在又一實施例中，所述控制單元包括第五控制構(gòu)件，所述第五控制構(gòu)件被提供給用戶以使得能夠選擇所述超聲換能器陣列中要被激活的超聲換能器。通過這樣的方式，使得所述用戶能夠改變要被激活的超聲換能器的在所述縱軸的方向上的長度，以適于所述感興趣對象內(nèi)的目標區(qū)域的大小。這對于以受控的方式消融有限的段是尤其有利的。例如，這種狀況可以發(fā)生在對前列腺組織的典型消融處置中。
[0023]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種磁共振圖像引導的高強度聚焦超聲治療系統(tǒng)，包括:磁共振成像系統(tǒng)，其被提供用于從感興趣對象的至少部分采集磁共振成像數(shù)據(jù)；以及高強度聚焦超聲治療單元，其遵循本文中公開的實施例中的任意一個或它們的組合。
[0024]所述磁共振成像系統(tǒng)包括:磁共振掃描器；檢查空間，其被提供為將感興趣對象定位在內(nèi)；主磁體，其被提供用于至少在所述檢查空間中生成靜態(tài)磁場；磁梯度線圈系統(tǒng)，其被提供用于生成疊加到所述靜態(tài)磁場的梯度磁場；圖像處理單元，其被配置為通過處理所述感興趣對象的所述部分的采集到的磁共振成像數(shù)據(jù)來對所述感興趣對象的所述部分進行成像；以及磁共振成像控制單元，其被提供用于控制所述磁共振成像系統(tǒng)的功能。所述磁共振成像系統(tǒng)用作所述高強度聚焦超聲治療系統(tǒng)的引導單元。
[0025]如果所述磁共振成像系統(tǒng)被配置為提供與來自所述超聲傳感器陣列