用于超声治疗的方法和系统的制作方法
专利名称：用于超声治疗的方法和系统的制作方法
用于超声治疗的方法和系统本申请涉及治疗领域，尤其涉及超声消融治疗并将具体参考其加以描述。不过，应该理解，还可以结合其他治疗处置等应用示范性实施例。超声技术正成为用于治疗介入的一种理想方式，这部分由于它们具有无创性质。 在这些应用中使用超声能够对深层组织进行无创处置。例如，用户使用高强度聚焦超声进行子宫肌瘤的热治疗介入。用于组织消融的超声治疗包括利用高强度超声对感兴趣组织进行声照射，超声被吸收并转变成热，提高了组织的温度。在温度升高到55°C以上时，发生组织的凝结坏死，导致细胞立即死亡。在基于超声的组织消融中，用于肿瘤消融的超声损伤典型地是雪茄形的，长度沿着超声的传播方向，宽度沿着横向方向。在使用电子导引阵列迅速重新定位超声波束时，这些超声损伤能够随着波束自身的空间位置而变化。例如，在使超声波束聚焦在距换能器深的组织上时，波束尺寸通常比在波束被导引至更接近换能器的情况大得多。而且，在超声波束被导引偏离轴线时，它们往往会比沿传播轴聚焦的情况更大且更细长。超声波束的典型维度是沿着传播轴为l-2cm，在横向方向为l-2mm。超声损伤的尺寸不仅取决于超声波束的特征，而且取决于超声作用时间。为了最佳地处置比单一超声损伤尺寸更大的肿瘤，需要将超声波束重新定位在肿瘤的不同部分中。重复这一过程，直到整个肿瘤被多个超声损伤或消融区覆盖。在实践中， 医生还处置包围肿瘤的额外的小边缘，以便还处置在肿瘤的诊断成像扫描中可能不可见的微小癌变组织。肿瘤和边缘也被称为规划靶体积(PTV)。在当前的系统中，以非最佳方式逐一定位这些超声损伤，以实现三维处置体积。如果PTV大于一个消融区(常常是这种情况)，必须要产生多个交叠消融区的序列，称为“复合消融”。即使PTV仅稍微大于个体消融区，也可能需要大量的消融，使得难以执行规划复合消融的任务，尤其在三维中。在专利公开W0/2008/090484中描述了一种规划工具的范例，该规划工具用于计算复合消融，以利用多个交叠的消融区覆盖任意的PTV，在此通过引用将其公开内容并入本文。尽管该公开描述了一种用于射频消融规划的覆盖算法，但其能够用于计算超声消融的次数和设置。该规划工具使用典型的消融形状来覆盖PTV。当前的使用超声消融的装置，例如用于前列腺处置的Sonablate 或 Ablatherm 装置，采用的是机械聚焦的换能器，其在焦点移动到的各处都具有同样的波束形状并采用消融损伤区彼此相邻的简单设置方式。不过，要关注的是超声损伤区之间的盲区或其间具有显著交叠的不必要的大量损伤。此外，实际观测到的消融损伤可能随着很多因素变化，例如局部灌注水平(例如， 附近存在主要血管)、局部超声吸收率和未知的居间组织的衰减。由于这些是事先未知的， 因此事先预先规划的治疗规程常常不充分，并且实际的损伤区比规划的消融形状更小或更大。如果实际损伤区大于预期，该流程可能会使用不必要的大量交叠损伤。另一方面，如果损伤小于预期，处置可能会在处置体积中留下未消融的间隙。超声消融治疗的当前实施方式试图通过将组织的相邻区域系统地暴露于热能来覆盖肿瘤体积。一种方法可以是通过在一个位置施加更长持续时间的能量，并从该点开始向外扩散热量，使其覆盖整个体积。另一种方法可以是以系统的方式扫描该区域，顺序消融组织的小区域，并以几何扫描图案移动焦斑，以覆盖整个体积。这些当前技术都未能在改善对包含患病组织区域的规划靶体积的覆盖、使对健康组织的损害最小化或使总流程时间最小化方面为那些消融提供最佳位置。基于患者的预后和可用流程时间，所有这些因素都是重要的。根据条款U.S.37 C.F.R. § 1. 73，提供以下发明内容，该条款要求提供简单表明发明性质和实质的概述。提交该概述的前提是，不应将其用于解释或限制权利要求的范围和含义。根据示范性实施例的一个方面，一种方法可以包括获得感兴趣区域的第一成像； 使用该第一成像描绘规划靶体积；从超声消融形状库选择超声消融形状；使用所选择的超声消融形状在规划靶体积上执行第一超声消融；在执行该第一超声消融之后获得感兴趣区域的第二成像；以及至少部分基于该第二成像调节所选择的超声消融形状。根据示范性实施例的另一方面，一种计算机可读存储介质可以包括存储于其中的计算机可执行代码，其中该计算机可执行代码被配置成致使其中加载了该计算机可读存储介质的计算装置执行如下步骤获得感兴趣区域的第一成像；接收使用该第一成像对规划靶体积的选择；从超声消融形状库选择超声消融形状；使用超声换能器在规划靶体积上执行第一超声消融，该超声换能器基于所选择的超声消融形状施加能量；在执行该第一超声消融之后获得感兴趣区域的第二成像；至少部分基于该第二成像从超声消融形状库选择其他超声消融形状；以及至少部分基于所选择的其他超声消融形状执行第二超声消融。根据示范性实施例的另一方面，一种超声消融系统可以包括用于俘获感兴趣区域的第一成像的成像装置；用于接收使用该第一成像对规划靶体积进行的选择的处理器； 以及用于在规划靶体积上执行第一超声消融的超声换能器。处理器能够从超声消融形状库选择超声消融形状。超声换能器能够至少部分基于所选择的超声消融形状向规划靶体积施加能量。成像装置能够在应用第一超声消融之后俘获感兴趣区域的第二成像。处理器能够至少部分基于第二成像从超声消融形状库选择其他超声消融形状。在一个实施例中，处理器能够包括规划工具，以规划利用交叠消融覆盖肿瘤。规划工具能够使用可用消融形状的库来覆盖PTV。它能够优化一个或多个临床目标，例如保证对整个PTV的覆盖、使消融数目最小化、使对健康组织的消融最小化、避开关键组织、使总处置时间最小化，等等。规划工具的结果可以是处置计划。在医生评估之后可以接受该计划以继续处置。规划工具能够根据需要迅速重新计算处置计划，使得医生能够对目标重新加权和/或修改执行的处置的物理参数。规划工具还可以以图形界面的形式使处置计划可视化，图形界面绘示用于能量输送的焦点以及从库确定的那些点处的超声损伤形状。用于基于超声的组织消融的示范性实施例能够涉及到利用成像信息、消融疗法的物理参数和处置时的位置反馈进行组合。这里描述的示范性实施例相对于当前的系统和过程能够具有若干优点，包括减小或消除超声损伤之间的盲区和/或消除任何显著交叠的不必要的大量损伤。这里描述的示范性实施例能够通过减少的时间和减少的超声曝光实现对组织的高效率超声消融处置。从以下详细描述、附图和所附权利要求，本领域的技术人员将会认识到并理解本公开的上述特征和优点和其他特征和优点。
图1是用于超声消融中的系统的示范性实施例的示意图；图2绘示了一空间图，其图示说明了利用相控超声阵列生成的消融布局；图3绘示了利用根据本发明实施例所施加的处置计划进行成像；图4绘示了利用根据本发明实施例所施加的另一处置计划进行成像；以及图5是能够被图1的系统使用的用于超声消融的方法。这里描述的示范性实施例提供了一种在PTV中提供超声消融治疗的系统和方法。 该系统和方法具有若干优点，包括通过处置体积的更精确计算确保更有效的处置；确保充分覆盖并确保不漏失关键处置区域(例如肿瘤)；减少对健康组织的损害，因为可以使用最佳数量的消融位置，而不是可能导致对诸如皮肤的健康组织不必要的损害的更大数量的消融位置；使处置持续时间最小化(例如，如果灌注量低，那么可以通过减少超声作用时间使对该局部区域的处置进行得更快)。本公开的示范性实施例可以包括用于下列之一或两者的反馈工具更新流程内后续消融体积在组织中的设置和更新用于后续位置的处置规程。示范性实施例可以提供一种规划工具，其允许用户(包括用户、医生、操作员、技师或其他个人)，在继续流程之前评估新的处置计划，并确保快速计算处置计划以允许对目标重新加权进而计算任何修改。规划和反馈工具可以包括在所有消融区上逐个地或集总地关于能量输送的焦点和焦点周围的预期组织损伤可视化处置计划。在一个实施例中，本公开的系统和方法可以包括从患者采集解剖信息(例如CT、 超声或MRI图像)的成像装置；用于基于用户图形描绘一个或多个PTV的系统；和/或取决于组织、换能器和/或激励的消融形状的库。例如，消融形状可以由热声建模工具预先计算和/或通过实验获得。该库可以存储在存储器或存储装置中，或可以在计算处置计划期间计算。在另一实施例中，本公开的系统和方法可以包括用于基于用户的交互的系统，其允许用户从消融形状库选择一组消融形状；计算满足一组之前表述的目标的一组消融的规划工具；由规划工具使用的用于对目标进行基于用户的加权的系统；可视化装置，用于在所有消融区上逐个地或集总地关于用于能量输送的焦点和焦点周围的预期组织损伤可视化处置计划；(例如，通过诸如MRI或超声弹性图描记的成像手段)监测消融体积的流程内系统；向规划模块传送观测到的消融形状的反馈模块；和/或重新计算模块，用于重新计算和更新该组消融位置和形状，以消融处置体积的剩余(例如，未处置)部分。例如，可以将重新计算模块实现为特定运行模式的规划模块的一部分。参考附图，尤其是图1-3，超声消融系统10可以具有成像装置或系统50和可用于在患者20体内进行消融治疗的超声装置或系统150。消融治疗具体的类型可能有所变化， 包括处置子宫肌瘤、以及肝脏、大脑、前列腺和其他癌变病灶的治疗。系统50和150的每个可以与处理器75通信，处理器75具有连接到其上的显示装置80 (例如，监视器)。不过，尽管示范性实施例将系统50和150描述为连接到处理器75， 但本领域普通技术人员要理解，可以独立于其他技术执行结合系统10描述的特定技术。例如，成像系统50可以是独立系统，其可用于在开始流程之前获得患者20的图像，而可以利用另一成像系统提供成像反馈，如下文将要再次描述的。在一个实施例中，成像系统50可以利用MRI成像，例如图1中绘示的使用开放式MRI装置的系统。系统50可以为用户提供靶区域的图像，可以描绘或以其他方式标记靶区域的图像以确立PTV。图像的具体模态可能变化，例如超声和CT模态，也可以包括模态的组合，使得用户能够更好的绘示处置区域。在一个实施例中，系统50能够采集图像，使用处理器75在监视器80上显示这些图像，然后提供用户界面以描绘PTV。在另一实施例中，处理器75能够输入患者的图像并提供这些图像以供图形工具描绘，图形工具能够生成并调节(例如，移动、旋转、缩放等)患病组织的三维轮廓。在一个实施例中，可以识别每个区域并对每个区域分类作为PTV。在另一实施例中，用户能够勾勒出靠近PTV希望不受超声治疗系统损害的关键结构。可以记录 PTV和关键区域，供处理器75的规划工具76使用。超声系统150可以包括超声控制器160和超声换能器或探头170。系统10使用的超声控制器160、换能器170和其他超声部件的具体类型可能有所变化，具体的超声技术也可能有所变化。尽管示范性实施例描绘了用于向PTV输送超声能量的外部换能器170，但本公开预期换能器可以是内部换能器，其向位于内部或难于接近的位置的组织输送超声能量。换能器170的大小与形状允许将其通过例如套管插入患者身体中到达PTV，并且换能器 170可以通过患者体内的血管、尿道、直肠等进行定位。在一个实施例中，控制器160可以包括部件和/或利用与换能器170的超声波的导引和电子聚焦相关联的技术。本公开还预期，作为对上述控制器160的部件的补充或代替，使用其他部件和/或技术。本领域普通技术人员还应当理解，可以将控制器160或其一个或多个部件并入处理器75中或与处理器75共享，处理器75例如用于数据处理和呈现技术。换能器170可以包括换能器或声学元件的阵列，用于发射超声波和接收超声回波信号。在一个实施例中，换能器170提供相对于要被处置的靶区域对超声波的导引和电子聚焦。通过适当延迟应用于每个换能器元件的脉冲，换能器170能够沿着期望的发射扫描线发射聚焦的超声波束。根据一个实施例，阵列换能器170可以包括如转让给本公开受让人并通过引用并入本文的美国专利No. 6428477中公开的二维阵列。在一个实施例中，系统 10能够输送高度聚焦的超声治疗波束，例如高强度聚焦超声(HIFU)。不过，本公开还预期其他超声技术，包括聚焦较差的波束，用于执行组织消融。处理器75的规划工具76能够生成一组与组织特性、换能器的物理特性和/或为通过换能器170提供能量的特定应用而选择的参数相关的消融形状。组织特性能够调节消融损伤区的实际尺寸和形状。换能器的物理特性可以包括有效用于换能器170中的各种基本元件的数目、形状和位置，这影响到消融损伤区的焦点及其对应形状。能量输送参数可以包括施加的功率和任何给定位置的曝光时间。这些换能器和组织特性，以及在适当设计的热声学建模工具中使用时的能量输送参数的组合能够提供一种导出可由规划工具76使用的消融形状库的方法。规划工具76能够在不同形状和尺寸的消融之间选择与由用户定义的一个或多个处置目标最佳匹配的形状和尺寸。如果用户具有对目标的加权给处理器75，规划工具76能够根据加权情况调整其结果。例如如图3中所示，可以以图形方式可视化所得的处置计划。可以通过热声学建模工具生成取决于组织、换能器和激励的消融形状库，该热声学建模工具利用了器官或组织类型、预期的换能器特性和用于输送声学能的参数的知识。可以相对于换能器的位置在3D空间中的特定位置执行消融形状的计算。例如，表1示出了针对不同超声阵列配置沿轴向、横向和竖向的声学波束宽度的范例表1
权利要求
1.一种方法，包括 获得感兴趣区域的第一成像； 使用所述第一成像描绘规划靶体积； 从超声消融形状库选择超声消融形状；使用所选择的超声消融形状在所述规划靶体积上执行第一超声消融； 在执行所述超声消融的一部分之后获得所述感兴趣区域的第二成像；以及至少部分基于所述第二成像调节所选择的超声消融形状。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括至少部分基于经调节的超声消融形状执行第二超声消融。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括如下操作中的至少一个通过基于所述第二成像从所述超声消融形状库中选择一个或多个其他形状来调节所选择的超声消融形状；和在所述超声消融形状库中存储经调节的超声消融形状。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括调节所述超声消融形状的尺寸、位置和数目中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括如下操作中的至少一个通过利用磁共振成像俘获所述感兴趣区域的温度测量结果来执行所述第二成像；执行与所述感兴趣区域的形状相关联的超声成像；以及执行弹性图描记。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括通过将从所述第二成像观测到的消融损伤与估计的消融损伤进行比较来调节所选择的超声消融形状。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括至少部分基于由用户提供的处置目标以及与执行所述第一超声消融的超声换能器(170)相关联的超声特性从所述超声消融形状库选择所述超声消融形状。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括向患者中引入超声换能器(170)以执行所述第一超声消融。
9.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行代码，所述计算机可执行代码被配置成致使其中加载了所述计算机可读存储介质的计算装置执行如下步骤获得感兴趣区域的第一成像；使得能够使用所述第一成像进行规划靶体积的图形描绘； 从超声消融形状库选择超声消融形状；使用超声换能器(170)在所述规划靶体积上执行第一超声消融，所述超声换能器 (170)基于所选择的超声消融形状施加能量；在执行所述第一超声消融之后获得所述感兴趣区域的第二成像；至少部分基于所述第二成像从所述超声消融形状库选择其他超声消融形状；以及至少部分基于所选择的其他超声消融形状执行第二超声消融。
10.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置通过将从所述第二成像观测到的消融损伤与估计的消融损伤进行比较来选择和修改所述其他超声消融形状的计算机可执行代码。
11.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置显示所述第一成像、使用从所述库选择的超声消融形状确定处置计划并显示所述处置计划的计算机可执行代码，其中，所述处置计划包括以下内容的图形表示所述规划靶体积、能量输送焦点、所述超声消融形状和在所述感兴趣区域之内叠加在所述规划靶体积上的复合消融。
12.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置在所述超声消融形状库中存储所选择的其他超声消融形状的计算机可执行代码。
13.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置执行如下操作的计算机可执行代码接收由用户输入的处置目标；以及至少部分基于所述处置目标和与执行所述第一超声消融的所述超声换能器(170)相关联的超声特性从所述超声消融形状库选择所述超声消融形状。
14.根据权利要求10所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置执行如下操作的计算机可执行代码至少部分基于消融模型和与执行所述第一超声消融的所述超声换能器(170)相关联的超声特性使用来自所述超声消融形状库的一组所述超声消融形状。
15.一种超声消融系统，包括成像装置(50)，用于俘获感兴趣区域的第一成像；处理器(75)，其具有规划工具(76)并使得能够使用所述第一成像进行规划靶体积的图形描绘；以及超声换能器(170)，用于在所述规划靶体积上执行第一超声消融，其中，所述处理器从超声消融形状库选择超声消融形状，所述规划工具确定处置计划，且其中，所述超声换能器至少部分基于包括所选择的超声消融形状的所述处置计划向所述规划靶体积施加能量，其中，所述成像装置在应用所述第一超声消融之后俘获所述感兴趣区域的第二成像，且其中， 所述处理器至少部分基于所述第二成像从所述超声消融形状库选择其他超声消融形状。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述超声换能器(170)至少部分基于所选择的其他超声消融形状执行第二超声消融。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括用于呈现所述第一成像和处置计划的显示装置(80)，其中，所述处置计划包括以下内容的图形表示所述规划靶体积、所述能量输送焦点、所述超声消融形状以及在所述感兴趣区域之内叠加在所述规划靶体积上的复合消融。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器(7 接收由用户输入的处置目标， 且其中，所述规划工具(76)至少部分基于所述处置目标和与执行所述第一超声消融的所述超声换能器(170)相关联的超声特性使用来自所述超声消融形状库的一组所述超声消融形状。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器(7 通过将从所述第二成像观测到的消融损伤与估计的消融损伤进行比较来选择和修改所述其他超声消融形状，其中，所述修改基于所述超声消融形状的形状、尺寸、位置和数目中的至少一个。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述成像装置(50)执行如下操作中的至少一种通过利用磁共振成像俘获所述感兴趣区域的温度测量结果的所述第二成像；与所述感兴趣区域的形状相关联的超声成像；以及弹性图描记。
全文摘要
一种超声消融系统，包括用于俘获感兴趣区域的第一成像的成像装置(50)；用于接收利用第一成像对规划靶体积进行的选择的处理器(75)；以及用于在规划靶体积上执行第一超声消融的超声换能器(170)。处理器能够从超声消融形状库选择超声消融形状。超声换能器能够至少部分基于所选择的超声消融形状向规划靶体积施加能量。成像装置能够在应用第一超声消融之后俘获感兴趣区域的第二成像。处理器能够至少部分基于该第二成像从超声消融形状库选择其他超声消融形状。
文档编号G06F19/00GK102202735SQ200980143525
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月12日 优先权日2008年11月4日
发明者A·阿南德, B·拉朱, S·达拉尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
用于超声治疗的方法和系统本申请涉及治疗领域，尤其涉及超声消融治疗并将具体参考其加以描述。不过，应该理解，还可以结合其他治疗处置等应用示范性实施例。超声技术正成为用于治疗介入的一种理想方式，这部分由于它们具有无创性质。 在这些应用中使用超声能够对深层组织进行无创处置。例如，用户使用高强度聚焦超声进行子宫肌瘤的热治疗介入。用于组织消融的超声治疗包括利用高强度超声对感兴趣组织进行声照射，超声被吸收并转变成热，提高了组织的温度。在温度升高到55°C以上时，发生组织的凝结坏死，导致细胞立即死亡。在基于超声的组织消融中，用于肿瘤消融的超声损伤典型地是雪茄形的，长度沿着超声的传播方向，宽度沿着横向方向。在使用电子导引阵列迅速重新定位超声波束时，这些超声损伤能够随着波束自身的空间位置而变化。例如，在使超声波束聚焦在距换能器深的组织上时，波束尺寸通常比在波束被导引至更接近换能器的情况大得多。而且，在超声波束被导引偏离轴线时，它们往往会比沿传播轴聚焦的情况更大且更细长。超声波束的典型维度是沿着传播轴为l-2cm，在横向方向为l-2mm。超声损伤的尺寸不仅取决于超声波束的特征，而且取决于超声作用时间。为了最佳地处置比单一超声损伤尺寸更大的肿瘤，需要将超声波束重新定位在肿瘤的不同部分中。重复这一过程，直到整个肿瘤被多个超声损伤或消融区覆盖。在实践中， 医生还处置包围肿瘤的额外的小边缘，以便还处置在肿瘤的诊断成像扫描中可能不可见的微小癌变组织。肿瘤和边缘也被称为规划靶体积(PTV)。在当前的系统中，以非最佳方式逐一定位这些超声损伤，以实现三维处置体积。如果PTV大于一个消融区(常常是这种情况)，必须要产生多个交叠消融区的序列，称为“复合消融”。即使PTV仅稍微大于个体消融区，也可能需要大量的消融，使得难以执行规划复合消融的任务，尤其在三维中。在专利公开W0/2008/090484中描述了一种规划工具的范例，该规划工具用于计算复合消融，以利用多个交叠的消融区覆盖任意的PTV，在此通过引用将其公开内容并入本文。尽管该公开描述了一种用于射频消融规划的覆盖算法，但其能够用于计算超声消融的次数和设置。该规划工具使用典型的消融形状来覆盖PTV。当前的使用超声消融的装置，例如用于前列腺处置的Sonablate 或 Ablatherm 装置，采用的是机械聚焦的换能器，其在焦点移动到的各处都具有同样的波束形状并采用消融损伤区彼此相邻的简单设置方式。不过，要关注的是超声损伤区之间的盲区或其间具有显著交叠的不必要的大量损伤。此外，实际观测到的消融损伤可能随着很多因素变化，例如局部灌注水平(例如， 附近存在主要血管)、局部超声吸收率和未知的居间组织的衰减。由于这些是事先未知的， 因此事先预先规划的治疗规程常常不充分，并且实际的损伤区比规划的消融形状更小或更大。如果实际损伤区大于预期，该流程可能会使用不必要的大量交叠损伤。另一方面，如果损伤小于预期，处置可能会在处置体积中留下未消融的间隙。超声消融治疗的当前实施方式试图通过将组织的相邻区域系统地暴露于热能来覆盖肿瘤体积。一种方法可以是通过在一个位置施加更长持续时间的能量，并从该点开始向外扩散热量，使其覆盖整个体积。另一种方法可以是以系统的方式扫描该区域，顺序消融组织的小区域，并以几何扫描图案移动焦斑，以覆盖整个体积。这些当前技术都未能在改善对包含患病组织区域的规划靶体积的覆盖、使对健康组织的损害最小化或使总流程时间最小化方面为那些消融提供最佳位置。基于患者的预后和可用流程时间，所有这些因素都是重要的。根据条款U.S.37 C.F.R. § 1. 73，提供以下发明内容，该条款要求提供简单表明发明性质和实质的概述。提交该概述的前提是，不应将其用于解释或限制权利要求的范围和含义。根据示范性实施例的一个方面，一种方法可以包括获得感兴趣区域的第一成像； 使用该第一成像描绘规划靶体积；从超声消融形状库选择超声消融形状；使用所选择的超声消融形状在规划靶体积上执行第一超声消融；在执行该第一超声消融之后获得感兴趣区域的第二成像；以及至少部分基于该第二成像调节所选择的超声消融形状。根据示范性实施例的另一方面，一种计算机可读存储介质可以包括存储于其中的计算机可执行代码，其中该计算机可执行代码被配置成致使其中加载了该计算机可读存储介质的计算装置执行如下步骤获得感兴趣区域的第一成像；接收使用该第一成像对规划靶体积的选择；从超声消融形状库选择超声消融形状；使用超声换能器在规划靶体积上执行第一超声消融，该超声换能器基于所选择的超声消融形状施加能量；在执行该第一超声消融之后获得感兴趣区域的第二成像；至少部分基于该第二成像从超声消融形状库选择其他超声消融形状；以及至少部分基于所选择的其他超声消融形状执行第二超声消融。根据示范性实施例的另一方面，一种超声消融系统可以包括用于俘获感兴趣区域的第一成像的成像装置；用于接收使用该第一成像对规划靶体积进行的选择的处理器； 以及用于在规划靶体积上执行第一超声消融的超声换能器。处理器能够从超声消融形状库选择超声消融形状。超声换能器能够至少部分基于所选择的超声消融形状向规划靶体积施加能量。成像装置能够在应用第一超声消融之后俘获感兴趣区域的第二成像。处理器能够至少部分基于第二成像从超声消融形状库选择其他超声消融形状。在一个实施例中，处理器能够包括规划工具，以规划利用交叠消融覆盖肿瘤。规划工具能够使用可用消融形状的库来覆盖PTV。它能够优化一个或多个临床目标，例如保证对整个PTV的覆盖、使消融数目最小化、使对健康组织的消融最小化、避开关键组织、使总处置时间最小化，等等。规划工具的结果可以是处置计划。在医生评估之后可以接受该计划以继续处置。规划工具能够根据需要迅速重新计算处置计划，使得医生能够对目标重新加权和/或修改执行的处置的物理参数。规划工具还可以以图形界面的形式使处置计划可视化，图形界面绘示用于能量输送的焦点以及从库确定的那些点处的超声损伤形状。用于基于超声的组织消融的示范性实施例能够涉及到利用成像信息、消融疗法的物理参数和处置时的位置反馈进行组合。这里描述的示范性实施例相对于当前的系统和过程能够具有若干优点，包括减小或消除超声损伤之间的盲区和/或消除任何显著交叠的不必要的大量损伤。这里描述的示范性实施例能够通过减少的时间和减少的超声曝光实现对组织的高效率超声消融处置。从以下详细描述、附图和所附权利要求，本领域的技术人员将会认识到并理解本公开的上述特征和优点和其他特征和优点。
图1是用于超声消融中的系统的示范性实施例的示意图；图2绘示了一空间图，其图示说明了利用相控超声阵列生成的消融布局；图3绘示了利用根据本发明实施例所施加的处置计划进行成像；图4绘示了利用根据本发明实施例所施加的另一处置计划进行成像；以及图5是能够被图1的系统使用的用于超声消融的方法。这里描述的示范性实施例提供了一种在PTV中提供超声消融治疗的系统和方法。 该系统和方法具有若干优点，包括通过处置体积的更精确计算确保更有效的处置；确保充分覆盖并确保不漏失关键处置区域(例如肿瘤)；减少对健康组织的损害，因为可以使用最佳数量的消融位置，而不是可能导致对诸如皮肤的健康组织不必要的损害的更大数量的消融位置；使处置持续时间最小化(例如，如果灌注量低，那么可以通过减少超声作用时间使对该局部区域的处置进行得更快)。本公开的示范性实施例可以包括用于下列之一或两者的反馈工具更新流程内后续消融体积在组织中的设置和更新用于后续位置的处置规程。示范性实施例可以提供一种规划工具，其允许用户(包括用户、医生、操作员、技师或其他个人)，在继续流程之前评估新的处置计划，并确保快速计算处置计划以允许对目标重新加权进而计算任何修改。规划和反馈工具可以包括在所有消融区上逐个地或集总地关于能量输送的焦点和焦点周围的预期组织损伤可视化处置计划。在一个实施例中，本公开的系统和方法可以包括从患者采集解剖信息(例如CT、 超声或MRI图像)的成像装置；用于基于用户图形描绘一个或多个PTV的系统；和/或取决于组织、换能器和/或激励的消融形状的库。例如，消融形状可以由热声建模工具预先计算和/或通过实验获得。该库可以存储在存储器或存储装置中，或可以在计算处置计划期间计算。在另一实施例中，本公开的系统和方法可以包括用于基于用户的交互的系统，其允许用户从消融形状库选择一组消融形状；计算满足一组之前表述的目标的一组消融的规划工具；由规划工具使用的用于对目标进行基于用户的加权的系统；可视化装置，用于在所有消融区上逐个地或集总地关于用于能量输送的焦点和焦点周围的预期组织损伤可视化处置计划；(例如，通过诸如MRI或超声弹性图描记的成像手段)监测消融体积的流程内系统；向规划模块传送观测到的消融形状的反馈模块；和/或重新计算模块，用于重新计算和更新该组消融位置和形状，以消融处置体积的剩余(例如，未处置)部分。例如，可以将重新计算模块实现为特定运行模式的规划模块的一部分。参考附图，尤其是图1-3，超声消融系统10可以具有成像装置或系统50和可用于在患者20体内进行消融治疗的超声装置或系统150。消融治疗具体的类型可能有所变化， 包括处置子宫肌瘤、以及肝脏、大脑、前列腺和其他癌变病灶的治疗。系统50和150的每个可以与处理器75通信，处理器75具有连接到其上的显示装置80 (例如，监视器)。不过，尽管示范性实施例将系统50和150描述为连接到处理器75， 但本领域普通技术人员要理解，可以独立于其他技术执行结合系统10描述的特定技术。例如，成像系统50可以是独立系统，其可用于在开始流程之前获得患者20的图像，而可以利用另一成像系统提供成像反馈，如下文将要再次描述的。在一个实施例中，成像系统50可以利用MRI成像，例如图1中绘示的使用开放式MRI装置的系统。系统50可以为用户提供靶区域的图像，可以描绘或以其他方式标记靶区域的图像以确立PTV。图像的具体模态可能变化，例如超声和CT模态，也可以包括模态的组合，使得用户能够更好的绘示处置区域。在一个实施例中，系统50能够采集图像，使用处理器75在监视器80上显示这些图像，然后提供用户界面以描绘PTV。在另一实施例中，处理器75能够输入患者的图像并提供这些图像以供图形工具描绘，图形工具能够生成并调节(例如，移动、旋转、缩放等)患病组织的三维轮廓。在一个实施例中，可以识别每个区域并对每个区域分类作为PTV。在另一实施例中，用户能够勾勒出靠近PTV希望不受超声治疗系统损害的关键结构。可以记录 PTV和关键区域，供处理器75的规划工具76使用。超声系统150可以包括超声控制器160和超声换能器或探头170。系统10使用的超声控制器160、换能器170和其他超声部件的具体类型可能有所变化，具体的超声技术也可能有所变化。尽管示范性实施例描绘了用于向PTV输送超声能量的外部换能器170，但本公开预期换能器可以是内部换能器，其向位于内部或难于接近的位置的组织输送超声能量。换能器170的大小与形状允许将其通过例如套管插入患者身体中到达PTV，并且换能器 170可以通过患者体内的血管、尿道、直肠等进行定位。在一个实施例中，控制器160可以包括部件和/或利用与换能器170的超声波的导引和电子聚焦相关联的技术。本公开还预期，作为对上述控制器160的部件的补充或代替，使用其他部件和/或技术。本领域普通技术人员还应当理解，可以将控制器160或其一个或多个部件并入处理器75中或与处理器75共享，处理器75例如用于数据处理和呈现技术。换能器170可以包括换能器或声学元件的阵列，用于发射超声波和接收超声回波信号。在一个实施例中，换能器170提供相对于要被处置的靶区域对超声波的导引和电子聚焦。通过适当延迟应用于每个换能器元件的脉冲，换能器170能够沿着期望的发射扫描线发射聚焦的超声波束。根据一个实施例，阵列换能器170可以包括如转让给本公开受让人并通过引用并入本文的美国专利No. 6428477中公开的二维阵列。在一个实施例中，系统 10能够输送高度聚焦的超声治疗波束，例如高强度聚焦超声(HIFU)。不过，本公开还预期其他超声技术，包括聚焦较差的波束，用于执行组织消融。处理器75的规划工具76能够生成一组与组织特性、换能器的物理特性和/或为通过换能器170提供能量的特定应用而选择的参数相关的消融形状。组织特性能够调节消融损伤区的实际尺寸和形状。换能器的物理特性可以包括有效用于换能器170中的各种基本元件的数目、形状和位置，这影响到消融损伤区的焦点及其对应形状。能量输送参数可以包括施加的功率和任何给定位置的曝光时间。这些换能器和组织特性，以及在适当设计的热声学建模工具中使用时的能量输送参数的组合能够提供一种导出可由规划工具76使用的消融形状库的方法。规划工具76能够在不同形状和尺寸的消融之间选择与由用户定义的一个或多个处置目标最佳匹配的形状和尺寸。如果用户具有对目标的加权给处理器75，规划工具76能够根据加权情况调整其结果。例如如图3中所示，可以以图形方式可视化所得的处置计划。可以通过热声学建模工具生成取决于组织、换能器和激励的消融形状库，该热声学建模工具利用了器官或组织类型、预期的换能器特性和用于输送声学能的参数的知识。可以相对于换能器的位置在3D空间中的特定位置执行消融形状的计算。例如，表1示出了针对不同超声阵列配置沿轴向、横向和竖向的声学波束宽度的范例表1
权利要求
1.一种方法，包括 获得感兴趣区域的第一成像； 使用所述第一成像描绘规划靶体积； 从超声消融形状库选择超声消融形状；使用所选择的超声消融形状在所述规划靶体积上执行第一超声消融； 在执行所述超声消融的一部分之后获得所述感兴趣区域的第二成像；以及至少部分基于所述第二成像调节所选择的超声消融形状。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括至少部分基于经调节的超声消融形状执行第二超声消融。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括如下操作中的至少一个通过基于所述第二成像从所述超声消融形状库中选择一个或多个其他形状来调节所选择的超声消融形状；和在所述超声消融形状库中存储经调节的超声消融形状。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括调节所述超声消融形状的尺寸、位置和数目中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括如下操作中的至少一个通过利用磁共振成像俘获所述感兴趣区域的温度测量结果来执行所述第二成像；执行与所述感兴趣区域的形状相关联的超声成像；以及执行弹性图描记。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括通过将从所述第二成像观测到的消融损伤与估计的消融损伤进行比较来调节所选择的超声消融形状。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括至少部分基于由用户提供的处置目标以及与执行所述第一超声消融的超声换能器(170)相关联的超声特性从所述超声消融形状库选择所述超声消融形状。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括向患者中引入超声换能器(170)以执行所述第一超声消融。
9.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行代码，所述计算机可执行代码被配置成致使其中加载了所述计算机可读存储介质的计算装置执行如下步骤获得感兴趣区域的第一成像；使得能够使用所述第一成像进行规划靶体积的图形描绘； 从超声消融形状库选择超声消融形状；使用超声换能器(170)在所述规划靶体积上执行第一超声消融，所述超声换能器 (170)基于所选择的超声消融形状施加能量；在执行所述第一超声消融之后获得所述感兴趣区域的第二成像；至少部分基于所述第二成像从所述超声消融形状库选择其他超声消融形状；以及至少部分基于所选择的其他超声消融形状执行第二超声消融。
10.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置通过将从所述第二成像观测到的消融损伤与估计的消融损伤进行比较来选择和修改所述其他超声消融形状的计算机可执行代码。
11.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置显示所述第一成像、使用从所述库选择的超声消融形状确定处置计划并显示所述处置计划的计算机可执行代码，其中，所述处置计划包括以下内容的图形表示所述规划靶体积、能量输送焦点、所述超声消融形状和在所述感兴趣区域之内叠加在所述规划靶体积上的复合消融。
12.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置在所述超声消融形状库中存储所选择的其他超声消融形状的计算机可执行代码。
13.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置执行如下操作的计算机可执行代码接收由用户输入的处置目标；以及至少部分基于所述处置目标和与执行所述第一超声消融的所述超声换能器(170)相关联的超声特性从所述超声消融形状库选择所述超声消融形状。
14.根据权利要求10所述的计算机可读存储介质，还包括用于致使所述计算装置执行如下操作的计算机可执行代码至少部分基于消融模型和与执行所述第一超声消融的所述超声换能器(170)相关联的超声特性使用来自所述超声消融形状库的一组所述超声消融形状。
15.一种超声消融系统，包括成像装置(50)，用于俘获感兴趣区域的第一成像；处理器(75)，其具有规划工具(76)并使得能够使用所述第一成像进行规划靶体积的图形描绘；以及超声换能器(170)，用于在所述规划靶体积上执行第一超声消融，其中，所述处理器从超声消融形状库选择超声消融形状，所述规划工具确定处置计划，且其中，所述超声换能器至少部分基于包括所选择的超声消融形状的所述处置计划向所述规划靶体积施加能量，其中，所述成像装置在应用所述第一超声消融之后俘获所述感兴趣区域的第二成像，且其中， 所述处理器至少部分基于所述第二成像从所述超声消融形状库选择其他超声消融形状。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述超声换能器(170)至少部分基于所选择的其他超声消融形状执行第二超声消融。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括用于呈现所述第一成像和处置计划的显示装置(80)，其中，所述处置计划包括以下内容的图形表示所述规划靶体积、所述能量输送焦点、所述超声消融形状以及在所述感兴趣区域之内叠加在所述规划靶体积上的复合消融。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器(7 接收由用户输入的处置目标， 且其中，所述规划工具(76)至少部分基于所述处置目标和与执行所述第一超声消融的所述超声换能器(170)相关联的超声特性使用来自所述超声消融形状库的一组所述超声消融形状。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器(7 通过将从所述第二成像观测到的消融损伤与估计的消融损伤进行比较来选择和修改所述其他超声消融形状，其中，所述修改基于所述超声消融形状的形状、尺寸、位置和数目中的至少一个。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述成像装置(50)执行如下操作中的至少一种通过利用磁共振成像俘获所述感兴趣区域的温度测量结果的所述第二成像；与所述感兴趣区域的形状相关联的超声成像；以及弹性图描记。
全文摘要
一种超声消融系统，包括用于俘获感兴趣区域的第一成像的成像装置(50)；用于接收利用第一成像对规划靶体积进行的选择的处理器(75)；以及用于在规划靶体积上执行第一超声消融的超声换能器(170)。处理器能够从超声消融形状库选择超声消融形状。超声换能器能够至少部分基于所选择的超声消融形状向规划靶体积施加能量。成像装置能够在应用第一超声消融之后俘获感兴趣区域的第二成像。处理器能够至少部分基于该第二成像从超声消融形状库选择其他超声消融形状。
文档编号G06F19/00GK102202735SQ200980143525
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月12日 优先权日2008年11月4日
发明者A·阿南德, B·拉朱, S·达拉尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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