МЕДИЦИНСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ НАГРЕВАЕМОГО ОБЪЕМА, ЗАДАННОГО ПОВЕРХНОСТЬЮ
MEDICAL DEVICE FOR HEATING OF HEATED VOLUME, DETERMINED BY SURFACE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сфокусированному ультразвуку высокой интенсивности, в частности, к нагреванию объема, определяемого поверхностью.
Уровень техники изобретения
В технологии сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) для формирования ультразвукового преобразователя используется матрица из ультразвуковых преобразовательных элементов. Подача электроэнергии переменного тока на элементы преобразователя заставляет их генерировать ультразвуковые волны. Ультразвуковые волны от каждого из элементов преобразователей складываются конструктивно или деструктивно. Управляя фазой электроэнергии переменного тока, подаваемой на каждый из элементов преобразователя, можно управлять фокальной точкой или объемом, в которых фокусируется ультразвуковая мощность.
Чтобы ослабить боль и страдание некоторых больных раком, используется HIFU-терапия костей, чтобы разрушить нервы на ограниченной площади поверхности кости. Текущие применения HIFU-терапии костей работают, помещая клетки или точки ультразвуковой обработки различных размеров на поверхности кости или позади нее. Чтобы лечить всю поверхность кости, может понадобиться обрабатывать много точек. Пациенты, страдающие раком кости, могут посчитать чрезвычайно трудным оставаться неподвижным в течение длительной процедуры.
Патентная заявка США US2010/0191020 упоминает, что временное облегчение для кости часто достигается повышением температуры поверхности кости, соседствующей с опухолью.
Раскрытие изобретения
В независимых пунктах формулы изобретения обеспечивается медицинское устройство и компьютерный программный продукт. Варианты осуществления приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Как должны понимать специалисты в данной области техники, варианты настоящего изобретения могут осуществляться как устройство, способ или компьютерный программный продукт.
Соответственно, варианты настоящего изобретения могут принимать форму варианта осуществления с полностью аппаратным обеспечением, варианта осуществления с полностью программным обеспечением (в том числе, встроенными программами, резидентным программным обеспечением, микропрограммой и т.д.) или варианта осуществления, объединяющего варианты программного и аппаратного обеспечения, которые могут все вместе в общем виде упоминаться здесь как "схема", "модуль" или "система". Дополнительно, варианты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, осуществляемого в одном или более считываемых компьютером носителях, имеющих реализованную на них исполняемую компьютером управляющую программу.
Может использоваться комбинация одного или более считываемых компьютером носителей. Считываемый компьютером носитель может быть считываемым компьютером носителем сигналов или считываемым компьютером носителем. Термин "считываемый компьютером носитель", как он используется здесь, охватывает любой вещественный носитель, на котором могут храниться команды, исполняемые процессором компьютерного устройства. Считываемый компьютером носитель может упоминаться как считываемый компьютером невременный носитель. Считываемый компьютером носитель может также упоминаться как вещественный считываемый компьютером носитель. В некоторых вариантах осуществления считываемый компьютером носитель может также быть способен хранить данные, к которым может получать доступ процессор компьютерного устройства. Примерами считываемых компьютером носителей являются, в частности: дискета, магнитный жесткий диск, твердотельный жесткий диск, флэш-память, миниатюрный дисковод USB, оперативная память (RAM), постоянная память (ROM), оптический диск, магнитооптический диск и файл регистра процессора. Примерами оптических дисков являются компакт-диски (CD) и цифровые универсальные диски (DVD), например CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или диски DVD-R. Термин "считываемый компьютером носитель" также относится к различным типам носителей записи, пригодных для получения к ним доступа компьютерным устройством через сеть или линию связи. Например, данные могут быть получены через модем, через Интернет или по локальной сети. Исполняемая компьютером управляющая программа, реализованная на считываемом компьютером носителе, может передаваться, используя любую подходящую среду, в том числе, в частности, беспроводную среду, проводную среду, оптоволоконный кабель, радиочастотную среду и т.д. или любую соответствующую комбинацию вышеперечисленного.
Считываемый компьютером носитель сигнала может содержать распространяющийся сигнал передачи данных с реализованной на нем исполняемой компьютером управляющей программой, например, в основной полосе частот или как часть несущей волны. Такой распространяющийся сигнал может принимать любые из множества форм, в том числе, в частности, электромагнитную, оптическую, или любую соответствующую их комбинацию. Считываемый компьютером носитель сигнала может быть любым считываемым компьютером носителем, который не является считываемым компьютером носителем для хранения данных, и который может передавать, распространять или транспортировать программу для использования посредством или в сочетании с системой исполнения команд, оборудованием или устройством.
"Компьютерная память" или "память" является примером считываемого компьютером носителя. Компьютерная память является любой памятью, непосредственно доступной процессору. "Компьютерное запоминающее устройство" или "запоминающее устройство" является дополнительным примером считываемого компьютером носителя. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым считываемым компьютером носителем. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может также быть компьютерной памятью или наоборот.
Термин "процессор", как он используется здесь, охватывает электронный компонент, способный исполнять программу или машинно-исполняемую команду или исполняемую компьютером управляющую программу. Ссылки на компьютерное устройство, содержащее "процессор", должна интерпретироваться как устройство, возможно содержащее больше, чем один процессор или процессорное ядро. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Термин "процессор" может также относиться к набору процессоров внутри единой компьютерной системы или распределенному среди многочисленных компьютерных систем. Термин "компьютерное устройство" должен также интерпретироваться таким образом, что он может относиться к набору или сети компьютерных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Исполняемая компьютером управляющая программа может исполняться многочисленными процессорами, которые могут находиться внутри одного и того же компьютерного устройства или которые могут даже быть распределены через множества компьютерных устройств.
Исполняемый компьютером код может содержать машинно-исполняемые команды или программу, заставляющую процессор выполнять вариант настоящего изобретения. Исполняемый компьютером код выполнения операций для вариантов настоящего изобретения может быть записан в любой комбинации одного или более языков программирования, в том числе, объектно-ориентированного языка программирования, таких как Java, Smalltalk, C++ и т.п., и традиционных языков процедурного программирования, таких как язык программирования "С" или подобные языки программирования, и быть машинно-исполняемыми командами. В некоторых случаях исполняемый компьютером код может быть в форме высокоуровневого языка или в предварительно скомпилированной форме и использоваться в сочетании с интерпретатором, формирующим динамические машинно-исполняемые команды.
Исполняемый компьютером код может исполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, как автономный пакет программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или полностью на удаленном компьютере или на сервере. В последнем сценарии удаленный компьютер может соединяться с компьютером пользователя через любой тип сети, в том числе, локальную сеть (LAN) или глобальную сеть (WAN), или может быть сделано подключение к внешнему компьютеру (например, через Интернет, используя Интернет-провайдера).
Варианты настоящего изобретения описываются со ссылкой на блок-схемы последовательности выполнения операций и/или блок-схемы способов, устройств (систем) и компьютерных программных продуктов, соответствующих вариантам осуществления изобретения. Должно быть понятно, что каждый блок или участок блоков блок-схемы последовательности выполнения операций, иллюстраций и/или блок-схем могут быть осуществлены командами компьютерной программы в форме исполняемого компьютером кода в соответствии с необходимостью. Дополнительно следует понимать, что комбинации блоков в различных блок-схемах последовательности выполнения операций, иллюстрациях и/или блок-схемах, которые не являются взаимно исключающими, могут объединяться. Эти команды компьютерной программы могут подаваться на процессор универсального компьютера, специализированного компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, чтобы создать такую машину, что команды, исполняемые посредством процессора компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, создают средство реализации функций/действий, указанных в блок-схеме последовательности осуществления операций и/или блоке или блоках блок-схемы.
Эти команды компьютерной программы могут также храниться на считываемом компьютером носителе, которая может управлять компьютером, другим программируемым устройством обработки данных или другими устройствами, чтобы они функционировали определенным образом, так чтобы команды, хранящиеся на считываемом компьютером носителе, создавали готовое изделие, содержащее команды, реализующие функцию/действие, указанные в блок-схеме последовательности осуществления операций и блоке или блоках блок-схемы.
Команды компьютерной программы могут также загружаться на компьютер, другое программируемое устройство обработки данных, или другие устройства, чтобы вызвать ряд операционных шагов, которые должны выполняться на компьютере, другом программируемом устройстве или других устройствах, чтобы создать реализуемый компьютером процесс, так чтобы команды, которые исполняются на компьютере или на другом программируемом устройстве, обеспечивали процессы для осуществления функций/действий, указанных в блок-схеме последовательности осуществления операций и/или блоке и блоках блок-схемы.
Термин "интерфейс пользователя", как он используется здесь, является интерфейсом, позволяющим пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. Термин "интерфейс пользователя" может также упоминаться как "устройство взаимодействия с человеком". Интерфейс пользователя может предоставлять информацию или данные оператору и/или принимать информацию или данные от оператора. Интерфейс пользователя может позволить ввод данных от оператора, которые должны приниматься компьютером, и может предоставлять выходной сигнал пользователю от компьютера. Другими словами, интерфейс пользователя может позволить оператору управлять или манипулировать компьютером и интерфейс может позволить компьютеру показывать эффекты от управления или манипуляций оператора. Отображение данных или информации на дисплее или графическом интерфейсе пользователя является примером предоставления информации оператору. Прием данных через клавиатуру, "мышь", шаровой манипулятор, сенсорную панель, джойстик, графический планшет, ручку управления, игровой планшет, веб-камеру, гарнитуру, рычаги переключения, рулевое колесо, педали, проводную рукавицу, танцевальный коврик, дистанционное управление и акселерометр - все это примеры компонент интерфейса пользователя, позволяющих принимать информацию или данные от оператора.
Термин "аппаратный интерфейс", как он используется здесь, охватывает интерфейс, позволяющий процессору компьютерной системы взаимодействовать и/или управлять внешним компьютерным устройством и/или оборудованием. Аппаратный интерфейс может позволить процессору посылать управляющие сигналы или команды на внешнее компьютерное устройство и/или оборудование. Аппаратный интерфейс может также позволить процессору обмениваться данными с внешним компьютерным устройством и/или оборудованием.
Примерами аппаратного интерфейса являются, в частности: универсальная последовательная шина, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE 488, соединение Bluetooth, беспроводное соединение с локальной сетью, соединение TCP/IP, соединение Ethernet, интерфейс напряжений контроля, MIDI-интерфейс, аналоговый входной интерфейс и цифровой входной интерфейс.
Термин "дисплей" или "устройство отображения", как он используется здесь, охватывает устройство вывода или интерфейс пользователя, выполненный с возможностью отображения изображений или данных. Отображение может выводить визуальные, аудио- и/или тактильные данные. Примерами дисплея являются, в частности: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брейля, электронно-лучевая трубка (CRT), запоминающая трубка, бистабильный дисплей, электронная бумага, векторный дисплей, дисплей в виде плоской панели, вакуумный флюоресцирующий (VF) дисплей, светодиодный (LED) дисплей, электролюминесцентный дисплей (ELD), плазменные панели (PDP), жидкокристаллический дисплей (LCD), органические светодиодные дисплеи (OLED), проектор и шлем-дисплей.
Данные медицинского изображения определяются здесь как двух- или трехмерные данные, которые были собраны, используя сканер получения медицинского изображения. Сканер получения медицинского изображения определяется здесь как устройство, выполненное с возможностью сбора информации о физической структуре пациента и создания наборов двумерных или трехмерных данных медицинского изображения. Данные медицинского изображения могут использоваться для создания визуализаций, полезных для врачебного диагноза. Эта визуализация может выполняться, используя компьютер.
Данные магнитного резонанса (MR) определяются здесь как записанные результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами через антенну магнитно-резонансного устройства во время сканирования для получения изображения магнитно-резонансной томографии. Данные магнитного резонанса являются примером данных медицинского изображения. Изображение магнитно-резонансной томографии определяется здесь как реконструированная двух- или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащихся в рамках данных магнитно-резонансной томографии. Эта визуализация может выполняться, используя компьютер.
Магнитно-резонансные данные могут содержать результаты измерения радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами посредством антенны магнитно-резонансного устройства во время магнитно-резонансного сканирования, которые содержат информацию, пригодную для использования при магнитно-резонансной термометрии. Магнитно-резонансная термометрия функционирует, измеряя изменения температурно чувствительных параметров. Примерами параметров, которые могут измеряться во время магнитно-резонансной термометрии, являются: сдвиг резонансной частоты протонов, коэффициент диффузии или изменения во времени релаксации Т1 и/или T2, которые могут использоваться для измерения температуры, используя магнитный резонанс. Смещение резонансной частоты протонов является температурно зависимым, потому что магнитное поле, которому подвергаются индивидуальные протоны, атомы водорода, зависит от окружающей молекулярной структуры. Увеличение температуры уменьшает молекулярный скрининг, благодаря воздействию температуры на водородные связи. Это приводит к температурной зависимости резонансной частоты протонов.
Плотность протонов линейно зависит от равновесного намагничивания. Поэтому возможно определять изменения температуры, используя весовые изображения плотности протонов.
Времена релаксации T1, T2 и T2 со звездочкой (иногда записывают как T2*) также являются температурно зависимыми. Реконструкция весовых изображения T1, T2 и T2 со звездочкой может поэтому использоваться для создания тепловых или температурных карт.
Температура также влияет на броуновское движение молекул в водном растворе. Поэтому пульсирующие последовательности, способные измерять коэффициенты диффузии, такие как импульсное спиновое эхо градиента диффузии, могут использоваться для измерения температуры.
Одним из наиболее полезных способов измерения температуры, используя магнитный резонанс, является измерение смещения резонансной частоты протонов (PRF) воды. Резонансная частота протонов зависима от температуры. По мере изменений температуры в вокселе смещение частоты будет вызывать изменение измеряемой фазы протонов воды. Поэтому может быть определено изменение температуры между двумя фазовыми изображениями. Этот способ определения температуры обладает тем преимуществом, что он относительно быстрый по сравнению с другими способами. Способ PRF обсуждается здесь более подробно, чем другие способы. Однако, обсуждаемые здесь способы и технологии, также применимы к другим способам выполнения термометрии с помощью получения изображения с помощью магнитно-резонансной томографии.
Спектральные данные магнитного резонанса определяются здесь как являющиеся зарегистрированными результатами измерений радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования для получения изображения магнитно-резонансной томографии, которое содержит информацию, описывающую пики многочисленных резонансов.
Спектральные данные магнитного резонанса могут, например, использоваться для получения протонных спектроскопических (PS) изображений, основываясь на способе температурной картографии, который может создавать температурные карты по абсолютной шкале. Эта карта температур по абсолютной шкале может поэтому использоваться для выполнения калибровки температуры. Этот способ полагается на физические принципы температурной зависимости смещения резонансов протонов воды как на способ резонансной частоты протонов, но способ сбора данных отличается: смещение частоты вычисляется из спектров магнитного резонанса. Смещение вычисляется из разности положения пика для воды и эталонного протонного пика. Протоны в липидах могут, например, использоваться в качестве эталона, поскольку их резонансная частота, как известно, почти не зависит от температуры, тогда как протонный пик для воды обладает линейной зависимостью от температуры. Это может быть сделано в вокселах, где присутствуют оба типа ткани. Если в одном и том же вокселе не существуют вода и липиды, можно попытаться использовать в качестве эталонного некоторый другой тип ткани, отличный от липидов. Если это не дает результата, могут существовать некоторые вокселы, для которых эталонные пики и, следовательно, температурные данные, недоступны. Интерполяция и/или температурная фильтрация могут использоваться для оказания помощи в таких ситуациях, так как температура тела обычно, как ожидается, не изменяется быстро пространственно с чрезвычайно локализованным повышением температуры, обычно вызываемым тепловой терапией, являющейся очевидным исключением. Использование эталонных пиков делает способ относительно независимым от дрейфов поля или движения между сканированиями. Поскольку при существующих способах сканирование занимает время, по меньшей мере, порядка одной минуты, способ PS чувствителен к движению в процессе сканирования или к изменению температуры во время сканирования. В случае, когда температура постоянна или изменение температуры мало как во времени, так и в пространстве, способ может создавать полезную информацию. Например, с помощью сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, направляемого магнитным резонансом (MR-HIFU), способ PS может использоваться для предоставления распределения температуры реального тела до того, как начнется MR-HIFU или другая тепловая обработка, в отличие от использования пространственно однородной начальной температуры, взятой в качестве температуры основы тела, измеренной с помощью датчика температуры. Альтернативно, способ PS может использоваться в качестве проверки работоспособности для кумулятивной температуры между тепловыми обработками вне области обработки.
Термин "ультразвуковое окно", как он используется здесь, означает окно, которое эффективно прозрачно для ультразвуковых волн или энергии. Обычно в качестве ультразвукового окна используется тонкая пленка или мембрана. Ультразвуковое окно может, например, быть выполнено из тонкой мембраны BoPET (биоксиально ориентированный полиэтилен терефталат).
В одном из вариантов изобретение обеспечивает медицинское устройство, содержащее систему сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. Система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности содержит матрицу ультразвуковых преобразователей для нагрева нагреваемого объема. Матрица ультразвуковых преобразователей содержит многочисленные элементы ультразвуковых преобразователей. Медицинское устройство дополнительно содержит память для хранения машинно-исполняемых команд. Медицинское устройство дополнительно содержит процессор для управления медицинским устройством.
Медицинское устройство, соответствующее изобретению, содержит матрицу ультразвуковых преобразователей с множеством элементов преобразователей, расположенных в геометрической структуре. Геометрическая структура с помощью расположения и ориентации матрицы преобразователей определяет геометрический фокус, в который фокусируется излучение от индивидуальных элементов преобразователей, когда все элементы датчика активируются синфазно. Фокус может регулироваться, электронно управляя фазой и дополнительно амплитудой индивидуальных элементов преобразователей. Фаза и амплитуда индивидуальных элементов преобразователей управляются посредством набора команд переключения преобразователей. Когда фаза и амплитуда индивидуальных элементов преобразователей регулируется, то регулируется форма объемного ультразвукового луча и размер и положение фактического фокуса ультразвукового излучения меняются. Индивидуальные элементы преобразователей могут регулироваться даже таким образом, чтобы не происходили никакие локальные конструктивные интерференции и, в лучшем случае, чтобы конструктивные интерференции происходили в более широкой области, увеличивая, таким образом, фокусную область, так что на практике никакая эффективная фокусировка не происходит.
В соответствии с изобретением, элементы преобразователей управляются таким образом, чтобы поперечное сечение ближнего поля пучка ультразвукового преобразователя, излучаемого матрицей преобразователей, соответствовало площади поверхности, подвергаемой лечению. То есть, поперечное сечение ближнего поля объемного ультразвукового пучка располагается так, чтобы покрыть площадь поверхности, которая должна лечиться. Предпочтительно, поперечное сечение ближнего поля совпадает с площадью поверхности, которая должна лечиться. То есть, элементы преобразователей управляются таким образом, что в поперечном сечении ближнего поля, соответствующем площади поверхности, которая должна лечиться, плотность ультразвуковой энергии превышает заданный терапевтический порог. Плотность ультразвуковой энергии в поперечном сечении вызывает терапевтический эффект на площади поверхности. Например, плотность ультразвуковой энергии в поперечном сечении вызывает инактивацию нервной ткани поверхности кости. Это облегчает боль в кости, вызываемую раком. Понимание, на котором, таким образом, основано изобретение, основывается на том, что в поперечном сечении объемного ультразвукового пучка достигается достаточная плотность ультразвуковой энергии, чтобы вызвать паллиативный эффект. Дополнительно, в соответствии с изобретением, элементы преобразователей управляются так, что объемный ультразвуковой пучок расфокусируется. Это позволяет избежать высоких плотностей ультразвуковой энергии в области за площадью поверхности, в направлении распространения ультразвукового излучения. Расфокусировка может осуществляться для увеличения размера площади, например, вокруг геометрического фокуса, в котором конструктивная интерференция ультразвукового излучения вызывает в некоторой степени повышенную плотность ультразвуковой энергии. Расфокусировка в геометрическом фокусе может дополнительно смещать фактический центр, если это происходит, в положение, где никакие неблагоприятные эффекты происходить не могут. Например, фактический фокус может смещаться в положение за пределы пациента, который должен лечиться. Или область фактического центра может быть увеличена так, чтобы только частичная конструктивная интерференция происходила без высоких плотностей энергии в небольших областях (то есть, намного меньших, чем площадь поверхности), так чтобы избегать точек локального перегрева. Следовательно, изобретение позволяет использовать плотность ультразвуковой энергии в ближнем поле для создания терапевтического эффекта, например, облегчения боли, на площади поверхности, которая должна лечиться, в то же время избегая непреднамеренных точек перегрева ультразвуком в других местах.
Особенно хорошие результаты достигаются, когда объемный ультразвуковой пучок ориентируется поперечно, то есть, ортогонально к площади поверхности, которая должна лечиться. Эта ориентация достигается посредством набора команд переключения преобразователей, позволяющих применять фазу и амплитуду индивидуальных элементов преобразователей, которые ориентируют главную ось объемного ультразвукового пучка вдоль распространения ультразвукового излучения. Ориентация объемного ультразвукового пучка поперек площади поверхности, которая должна лечиться, позволяет производить точное регулирование плотности ультразвуковой энергии в поперечном сечении ближнего поля, а также точную расфокусировку в геометрическом фокусе.
Исполнение команд предписывает процессору принимать данные о поверхности, описывающие расположение поверхности. Данные о поверхности определяют расположение нагреваемого объема. Система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности фокусирует ультразвук в фокусе для проведения нагревания. Эти точки обычно описываются как точки или места обработки ультразвуком. Работа медицинского устройства, соответствующего изобретению, происходит несколько по-разному; вместо указания точек обработки ультразвуком, описывается поверхность и это описание используется для управления объемом, подлежащим обработке ультразвуком.
Исполнение команд дополнительно предписывает процессору определять набор команд переключения преобразователей, используя данные о месте нагревания и модель элемента ультразвукового преобразователя. Модель элемента ультразвукового преобразователя является моделью, которая может использоваться для прогнозирования пути, которому может следовать ультразвук, генерируемый конкретным элементом преобразователя. Эта модель может быть совершенно простой и может просто быть моделью слежения за лучом, которая моделирует ультразвук проходящим по прямой линии. Могут иметься и другие, более сложные модели, которые могут учитывать более реальное ультразвуковое поле, генерируемое преобразователем. Набор команд переключения преобразователей содержит уровень интенсивности для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей, который выше или ниже заданной интенсивности, для управления формой поперечного сечения нагреваемого объема, чтобы охватить поверхность. Другими словами интенсивность каждого из элементов преобразователей устанавливается выше или ниже конкретного уровня, так что ультразвук, генерируемый всей матрицей ультразвуковых преобразователей, согласуется с формой поверхности. Например, уровень интенсивности для заданной интенсивности может быть порогом, который используется для эффективного включения или выключения каждого из индивидуальных элементов ультразвуковых преобразователей.
Исполнение команд дополнительно предписывает процессору нагревать нагреваемый объем, управляя системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности с помощью набора команд переключения преобразователей. В некоторых вариантах осуществления система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности не управляется набором команд переключения преобразователей, а команды переключения преобразователей только вычисляются. Этот вариант осуществления может обладать тем преимуществом, что медицинское устройство способно нагревать относительно большую область одновременно. Например, системы сфокусированного ультразвука высокой интенсивности обычно действуют, обрабатывая ультразвуком конкретную точку. Варианты осуществления изобретения могут быть способны нагревать большую площадь одновременно. Это может быть полезно для применений, в которых требуется нагревать или лечить большую область очень быстро. Например, возможным применением может быть паллиативное лечение рака кости. Поверхность может быть описанием поверхности кости. Нагреваемый объем может затем использоваться для нагрева нервных клеток внутри нагреваемого объема и деактивации, ослабляя таким образом боль, от которой пациент страдает во время рака.
В другом варианте осуществления данные поверхности могут поступать от системы получения медицинского изображения.
В другом варианте осуществления поверхность может быть поверхностью, поглощающей ультразвук. Поверхность, поглощающая ультразвук, как она используется здесь, является границей области, имеющей затухание ультразвука, которое намного больше, чем обычной мягкой ткани, такой как мышца. Например, область поглощения ультразвука может иметь поглощение, которое в 3-20 раз больше, чем у мышцы.
В другом варианте осуществления нагреваемый объем может также упоминаться как ближнее поле ультразвука, создаваемого матрицей ультразвуковых преобразователей.
В другом варианте осуществления каждый уровень интенсивности каждого из многочисленных элементов преобразователей назначается индивидуально.
В другом варианте осуществления заданная интенсивность может быть такой, что элементы преобразователей эффективно включаются или выключаются.
В другом варианте осуществления модель элемента ультразвукового преобразователя может определять, какие из элементов ультразвуковых преобразователей включаются или выключаются, проецируя нагреваемый объем на матрицу ультразвуковых преобразователей. Термин "проекция", как он используется здесь, используется в геометрическом смысле, где одна поверхность переносится на другую поверхность. Модель элемента ультразвукового преобразователя может использоваться, например, чтобы выполнять такую проекцию.
В другом варианте осуществления модель элемента ультразвукового преобразователя используется для определения или действует, чтобы определить, вносит ли каждый из индивидуальных элементов преобразователей вклад свыше определенного уровня в интенсивность ультразвука, подаваемого к нагреваемому объему. Она может быть тем, что, по существу, определяет, установлен ли элемент ультразвукового преобразователя выше или ниже заданной интенсивности или, по существу, включен или выключен он во время работы системы сфокусированного ультразвука высокой интенсивности.
В другом варианте осуществления матрица ультразвуковых преобразователей имеет фокус. Нагреваемый объем находится между ультразвуковым преобразователем и фокусом. Этот вариант осуществления может быть полезным, потому что для определения нагреваемого объема в наборе индивидуальных точек обработки ультразвуком используется большая поверхность.
В другом варианте осуществления фокус является электронно управляемым. Термин "электронно управляемый фокус", как он используется здесь, является фокусом матрицы ультразвуковых преобразователей, который может смещаться или управляться, управляя интенсивностью (или амплитудой) и/или фазой индивидуальных элементов ультразвуковых преобразователей. Команды переключения преобразователей дополнительно содержат значение фазы для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору определять значение фазы для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей, чтобы расфокусировать электронно управляемый фокус. Этот вариант осуществления может быть полезным, когда фокус не используется в качестве области, которая преднамеренно нагревается или обрабатывается ультразвуком. При расфокусировке электронно управляемого фокуса шанс, что область пациента непреднамеренно нагревается, уменьшается. Расфокусировка может рассматриваться как эквивалент смещения по фазе фокуса. Например, фаза индивидуальных элементов ультразвуковых преобразователей выбирается такой, что в фокусе ослабляющая интерференция значительно уменьшает интенсивность. В этом конкретном варианте осуществления матрица ультразвуковых преобразователей действует в несфокусированном режиме, который не является нормальным путем использования матрицы ультразвуковых преобразователей системы сфокусированного ультразвука высокой интенсивности.
В другом варианте осуществления элемент преобразователя, выбранный из множества элементов преобразователей, имеет ближайшего соседа, также выбранного из множества элементов преобразователей. Значение фазы элемента преобразователя и значение фазы ближайшего соседнего элемента преобразователя находятся в пределах заданного значения фазы. Этот вариант осуществления может быть полезен, когда электронно управляемый фокус расстраивается. Элементы преобразователей, находящиеся вблизи друг друга, имеют значение фазы, которое было в пределах заданного диапазона фаз. Это может помочь уменьшить шанс ослабляющей интерференции, снижающей интенсивность внутри нагреваемого объема. Это может ограничить разность фаз между ближайшими соседями, чтобы помочь препятствовать конструктивной и ослабляющей интерференции оказывать влияние на ближнее поле, которое используется для нагрева нагреваемой зоны.
В другом исполнении варианта осуществления выполнение команд предписывает процессору назначать многочисленным элементам преобразователей с интенсивностью выше заданной интенсивности такие значения фазы, что существует заданный градиент в значениях фазы, чтобы вызвать расфокусировку электронно управляемого фокуса. Этот вариант осуществления может быть полезен, поскольку он обеспечивает средство ослабления конструктивной и ослабляющей интерференции в нагреваемом объеме, расфокусируя фокус.
В другом варианте осуществления исполнение команд дополнительно предписывает процессору делить многочисленные элементы преобразователей на группы. Значение фазы для каждого из множества элементов преобразователей внутри конкретной группы является одинаковым. Другими словами, многочисленные элементы преобразователей, особенно те, которые имеют интенсивность выше заданной интенсивности, назначаются или делятся на группы. Каждая из этих индивидуальных групп затем имеет одинаковое значение фазы. Значения фазы каждой из групп могут быть выбраны так, чтобы расфокусировать электронно управляемый фокус.
В другом варианте осуществления моделью элемента ультразвукового преобразователя является модель слежения за лучом.
В другом варианте осуществления моделью элемента ультразвукового преобразователя является аналитическая модель, в которой путь или поле интенсивности, создаваемой элементом ультразвукового преобразователя, вычисляются аналитически.
В другом варианте осуществления моделью элемента ультразвукового преобразователя является геометрическая модель. В этом варианте осуществления геометрическая форма используется для аппроксимации ультразвукового поля, генерируемого элементом ультразвукового преобразователя. Это может использоваться для предсказания пути ультразвука.
В другом варианте осуществления система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности дополнительно содержит механический привод для механического позиционирования матрицы ультразвуковых преобразователей.
В другом варианте осуществления система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности дополнительно содержит механический привод для механического позиционирования матрицы ультразвуковых преобразователей. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору определять команды привода для позиционирования привода с целью концентрации ультразвуковой энергии в нагреваемом объеме. Это может выполняться, используя данные о поверхности и модель элемента ультразвукового преобразователя.
Исполнение команд дополнительно предписывает процессору управлять приводом, используя команды привода. Этот вариант осуществления может быть полезен, поскольку матрица ультразвуковых преобразователей располагается так, чтобы помочь формировать нагреваемый объем или ближнее поле матрицы ультразвуковых преобразователей.
В другом варианте осуществления команды привода действуют таким образом, чтобы заставить привод выполнять любое из следующих действий: переместить привод ближе к нагреваемой зоне, переместить и/или вращать привод, чтобы увеличить поперечное сечение целевой зоны, или их комбинации.
В другом варианте осуществления исполнение команд дополнительно предписывает процессору определять угол падения на поверхность для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей, используя модель элемента ультразвукового преобразователя. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору назначать уровень интенсивности ниже заданной интенсивности для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей, когда угол падения находится вне пределов заданного диапазона углов. В этом варианте осуществления, если ультразвук, генерируемый конкретным элементом ультразвукового преобразователя, имеет угол падения, больший, чем заданный диапазон, то тогда элемент ультразвукового преобразователя фактически выключается. Это может быть полезно для уменьшения объема рассеянного ультразвука, который может приводить к неправильным участкам нагревания объекта. Это, например, может быть достигнуто, используя данные о поверхности и модель выполнения такой операции. Эта вышеупомянутая модель, такая как модель слежения за лучом или геометрическая модель, может предоставляться самостоятельно для таких вычислений.
В другом варианте осуществления система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности дополнительно содержит механический привод для механического позиционирования матрицы ультразвуковых преобразователей. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору определять команды привода, указывающие, насколько нужно уменьшить количество элементов ультразвуковых преобразователей, имеющих угол падения за пределами заданного диапазона. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору управлять приводом, используя команды привода. По существу, в этом варианте осуществления матрица ультразвуковых преобразователей механически помещается в различных местах, чтобы увеличить количество действующих элементов ультразвуковых преобразователей. Это могло легко быть достигнуто процессором, вычисляющим несколько испытательных положений, используя структуру вокруг существующего положения, чтобы определить, нужно ли перемещать привод для повторного позиционирования матрицы ультразвуковых преобразователей, чтобы увеличить количество многочисленных элементов ультразвуковых преобразователей, являющихся активными.
В другом варианте осуществления матрица ультразвуковых преобразователей является одной из следующих: параболическая матрица преобразователей, плоская матрица преобразователей или сферическая матрица преобразователей.
В другом варианте осуществления медицинское устройство дополнительно содержит систему получения медицинского изображения для сбора данных медицинского изображения из отображаемого объема. Нагреваемый объем находится внутри отображаемого объема. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору собирать данные медицинского изображения и исполнение команд дополнительно предписывает процессору принимать данные о поверхности, указывая данные по местам нагревания в данных медицинского изображения. Это, например, может быть достигнуто, отображая изображение или медицинское изображение, сформированное, используя данные медицинского изображения, на дисплее и принимая затем данные о поверхности от интерфейса пользователя. В других вариантах осуществления данные о поверхности могут быть приняты, выполняя сегментацию изображения данных кообраза или изображения, полученного из данных медицинского изображения.
В другом варианте осуществления система получения медицинского изображения является одной из следующих: система магнитно-резонансной томографии, система компьютерной томографии или диагностическая ультразвуковая система.
В другом варианте осуществления система получения медицинского изображения является системой магнитно-резонансной томографии, выполненной с возможностью сбора тепловых данных магнитного резонанса, по меньшей мере, от нагреваемого объема. Каждый из множества элементов ультразвуковых преобразователей имеет регулируемую амплитуду или уровень интенсивности. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору принимать план обработки, описывающий температуру в нагреваемой зоне. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору собирать тепловые данные магнитного резонанса. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору вычислять тепловую карту, используя тепловые данные магнитного резонанса. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору определять регулировку интенсивности для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей в соответствии с тепловой картой и планом обработки. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору управлять интенсивностью множества элементов ультразвуковых преобразователей, используя регулировку интенсивности. Например, регулировка может выполняться, чтобы увеличить или уменьшить температуру, так чтобы тепловая карта более точно соответствовала требуемым или проектируемым температурам в плане обработки.
В другом варианте изобретение предусматривает компьютерный программный продукт. Компьютерный программный продукт содержит считываемый компьютером носитель, имеющий исполняемый компьютером код для его исполнения процессором, управляющим медицинским устройством. Медицинское устройство содержит систему сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. Система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности содержит матрицу ультразвуковых преобразователей для нагрева нагреваемого объема. Матрица ультразвуковых преобразователей содержит многочисленные элементы ультразвуковых преобразователей. Исполнение команд предписывает процессору принимать данные о поверхности, описывающие поверхность. Поверхность определяет местоположение нагреваемого объема.
Исполнение команд дополнительно предписывает процессору назначать набор команд переключения преобразователей, используя данные о месте нагрева и модель элемента ультразвукового преобразователя. Набор команд переключения преобразователей содержит уровень интенсивности для каждого из множества элементов ультразвуковых преобразователей, который выше или ниже заданной интенсивности, чтобы управлять формой поперечного сечения нагреваемого объема для охвата поверхности. Исполнение команд дополнительно предписывает процессору нагревать нагреваемый объем, управляя системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности с помощью набора команд переключения преобразователей.
В другом варианте изобретение обеспечивает способ паллиативного лечения, используя медицинское устройство. Медицинское устройство содержит систему сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. Система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности содержит матрицу ультразвуковых преобразователей для нагревания нагреваемого объема пациента. Матрица ультразвуковых преобразователей содержит многочисленные элементы ультразвуковых преобразователей. Способ содержит этап получения данных о поверхности, описывающих местоположения поверхности кости внутри пациента. Данные о поверхности определяют местоположение нагреваемого объема. Способ дополнительно содержит этап назначения набора команд переключения преобразователей, используя данные о местоположении нагревания, и модель элемента ультразвукового преобразователя. Набор команд переключения преобразователей содержит уровень интенсивности для каждого из многочисленных элементов ультразвуковых преобразователей, который выше или ниже заданной интенсивности для управления формой поперечного сечения нагреваемого объема, чтобы охватить поверхность кости. Способ дополнительно содержит этап нагревания нагреваемого объема, управляя системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности с помощью набора команд переключения преобразователей.
Следует понимать, что один или более вышеупомянутых вариантов осуществления изобретения могут объединяться, если объединенные варианты осуществления не являются взаимно исключающими.
Краткое описание чертежей
Далее предпочтительные варианты осуществления изобретения будут описаны только для примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 - блок-схема последовательности выполнения операций способа, соответствующего варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 - блок-схема последовательности выполнения операций способа, соответствующего дополнительному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 3 - медицинское устройство, соответствующее варианту осуществления изобретения;
Фиг. 4 - более подробный вид системы сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, показанной на фиг. 3;
Фиг. 5 - медицинское устройство, соответствующее дополнительному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 6 - медицинское устройство, соответствующее дополнительному варианту осуществления изобретения; и
Фиг. 7 - схема, показывающая, как элементы ультразвуковых преобразователей могут переключаться для нагрева нагреваемого объема.
Подробное описание вариантов осуществления
Подобные ссылочные элементы, обозначенные цифрами, являются либо эквивалентными элементами, либо выполняют одну и ту же функцию. Элементы, обсуждавшиеся ранее, не обязательно будут обсуждаться на последующих чертежах, если их функции эквивалентны.
На фиг. 1 представлена блок-схема последовательности выполнения операций способа, соответствующего варианту осуществления изобретения. На этапе 100 принимают данные о поверхности. Затем на этапе 102, используя данные о поверхности и модель элемента ультразвукового преобразователя, определяют команды переключения преобразователей для элементов ультразвуковых преобразователей. Наконец, на этапе 104 нагреваемый объем нагревается, управляя системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, использующей для этого команды переключения преобразователей.
На фиг. 2 представлена блок-схема последовательности выполнения операций способа, соответствующего дополнительному варианту осуществления изобретения. Сначала на этапе 200 собирают данные медицинского изображения. Затем на этапе 202 принимают данные о поверхности с указанием места нагревания в данных медицинского изображения. Этот этап может содержать построение медицинского изображения из данных медицинского изображения, а также нескольких других способов приема данных о поверхности или указания места нагревания в данных медицинского изображения. Эти данные могут быть приняты от интерфейса пользователя или могут быть получены автоматически таким устройством, как модуль сегментации изображения. Затем на этапе 204, используя данные о поверхности и модель элемента ультразвукового преобразователя, определяют команды переключения преобразователей. Наконец, на этапе 206 нагреваемый объем нагревается, управляя системой сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, использующей команды переключения преобразователей.
На фиг. 3 представлено медицинское устройство 300, соответствующее варианту осуществления изобретения. Медицинское устройство 300 содержит систему 302 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. На фиг. 4 та же самая система 302 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности показана более подробно. Фиг. 3 и 4 будут описаны вместе.
Система 302 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности содержит камеру 304, заполненную текучей средой. Внутри камеры 304, заполненной текучей средой, находится ультразвуковой преобразователь 306. Хотя на этом чертеже не показано, ультразвуковой преобразователь 306 может содержать многочисленные элементы ультразвуковых преобразователей, каждый из которых способен генерировать индивидуальный пучок ультразвука. Это может использоваться для электронного управления местоположением фокуса 718, управляя фазой и/или амплитудой переменного электрического тока, подаваемого к каждому из элементов ультразвуковых преобразователей. Фокус 318 способен управляться, чтобы обрабатывать ультразвуком целевую зону 304.
Ультразвуковой преобразователь 306 соединяется с механизмом 308, позволяющим механически изменять положение ультразвукового преобразователя 306. Механизм 308 соединяется с механическим приводом 310, выполненным с возможностью приведения в действие механизма 308. Механический привод 310 также предоставляет источник электропитания для подачи электроэнергии к ультразвуковому преобразователю 306. В некоторых вариантах осуществления источник электропитания может управлять фазой и/или интенсивностью электроэнергии, подаваемой к индивидуальным элементам ультразвуковых преобразователей.
Ультразвуковой преобразователь 306 генерирует ультразвук, который показан как следующий по траектории 312. Ультразвук 312 проходит через заполненную текучей средой камеру 304 и через ультразвуковое окно 314. В этом варианте осуществления ультразвук затем проходит через гелевую прокладку 316. Гелевая прокладка не обязательно присутствует во всех вариантах осуществления, но в этом варианте осуществления в подставке 328 для пациента существует углубление, в которое помещается гелевая прокладка 316. Гелевая прокладка 316 помогает улучшить прохождение ультразвуковой мощности между преобразователем 306 и пациентом 326.
После прохождения через гелевую прокладку 716 ультразвук 712 проходит через пациента 326 и фокусируется в точке 718 обработки ультразвуком. Точка 718 обработки ультразвуком фокусируется внутри целевой зоны 604. Точка 718 обработки ультразвуком может перемещаться посредством объединения механического позиционирования ультразвукового преобразователя 706 и электронного регулирования положения точки 718 обработки ультразвуком, чтобы лечить всю целевую зону 604. Сфокусированный ультразвук 312 высокой интенсивности может попадать в фокус в точке 318 фокуса преобразователя 306 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. Пациент 326 постоянно находится на подставке 328 для пациента. Система 302 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности монтируется ниже подставки 328 для пациента.
Внутри пациента 326 существует объект 320. Объект может быть, например, костной тканью. Фокус 318 находится внутри объекта 320. Объект 320 имеет поверхность 322. Существует нагреваемая зона 324, окружающая поверхность 322, которая пересекается ультразвуком 312. Вместо того, чтобы наводить фокус 318 и обрабатывать ультразвуком многочисленные точки на поверхности 322, можно видеть, что большая область поверхности 322 может обрабатываться ультразвуком одновременно.
Система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности соединяется с аппаратным интерфейсом 332 компьютерной системы 330. Компьютерная система дополнительно содержит процессор 334, который соединяется с аппаратным интерфейсом 332. аппаратный интерфейс 332 позволяет процессору 334 управлять и использовать различные компоненты медицинского устройства 300.
Процессор 334 показан как дополнительно соединенный с интерфейсом 336 пользователя, запоминающим устройством 338 и памятью 340 компьютера.
Запоминающее устройство 338 показано как содержащее данные 342 о поверхности. Запоминающее устройство 338 показано как дополнительно содержащее команды 334 переключения преобразователей. Команды 334 переключения преобразователей могут быть определены, используя данные 342 о поверхности.
Память 340 компьютера показана как содержащая модуль 350 управления. Модуль 350 управления содержит исполняемые компьютером команды, чтобы позволить процессору 334 управлять действием и функцией медицинского устройства 300. Например, модуль 350 управления может использовать команды 334 переключения преобразователей для управления работой системы 302 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности. Память 340 компьютера показана как дополнительно содержащая модель 352 элемента преобразователя. Модель 352 элемента преобразователя может использоваться модулем 354 формирования команд переключения преобразователей в сочетании с данными 342 о поверхности, чтобы определить или вычислить команды 344 переключения преобразователей.
На фиг. 5 показано медицинское устройство 500, соответствующее дополнительному варианту осуществления изобретения. Медицинское устройство 500, показанное на фиг. 5, подобно показанному на фиг. 3 и 4, за исключением добавления системы 502 получения дополнительного изображения. На этом чертеже можно видеть, что медицинское устройство 500 дополнительно содержит систему 502 получения медицинского изображения, выполненную с возможностью сбора данных 506 медицинского изображения зоны 504 получения изображения. Запоминающее устройство 338 показано как содержащее данные 506 медицинского изображения и одно или более медицинских изображений 508, которые были реконструированы из данных 506 медицинского изображения.
Память 340 компьютера показана как содержащая модуль 510 реконструкции изображения. Модуль реконструкции изображения содержит исполняемый компьютером код, позволяющий процессору 344 реконструировать медицинское изображение 508 из данных 506 медицинского изображения. Компьютерная память 340 дополнительно показана как содержащая модуль 512 сегментации изображения. Модуль сегментации изображения может использоваться в сочетании с модулем 514 генерации данных о поверхности, чтобы позволить процессору 334 генерировать данные 342 о поверхности из медицинских изображений 508. Следует заметить, что система 502 получения медицинского изображения предназначена быть основополагающим представлением многих типов систем получения медицинского изображения, таких как, в частности: магнитно-резонансная томография, компьютерная томография и диагностический ультразвук.
На фиг. 6 представлено медицинское устройство 600, соответствующее дополнительному варианту осуществления изобретения. Вариант осуществления, показанный на фиг. 6, подобен показанному на фиг. 5, за исключением того, что в этом случае система получения медицинского изображения является системой 602 магнитно-резонансной томографии. На фиг. 6 медицинское устройство 600 дополнительно содержит систему 602 магнитно-резонансной томографии.
Система 602 магнитно-резонансной томографии показана как содержащая магнит 604. Магнит 604 является сверхпроводящим магнитом цилиндрического типа с отверстием 606, проходящим через его центр. Магнит 604 имеет криостат, охлаждаемый жидким гелием, со сверхпроводящими катушками. Также можно использовать постоянные или резистивные магниты. Использование различных типов магнитов также возможно, например, возможно также использовать разрезной цилиндрический магнит и так называемый открытый магнит. Разрезной цилиндрический магнит подобен стандартному цилиндрическому магниту, за исключением того, что криостат был разделен на две секции, чтобы предоставить доступ к изоплоскости магнита, такие магниты могут, например, использоваться в сочетании с пучком заряженных частиц. Открытый магнит имеет две магнитные секции, одну над другой с промежутком между ними, который является достаточно большим, чтобы принимать пациента: расположение областей двух секций подобно катушке Гельмгольца. Открытые магниты популярны, поскольку пациент менее ограничен. Внутри криостата цилиндрического магнита находится набор сверхпроводящих катушек. Внутри отверстия цилиндрического магнита существует зона 504 получения изображения, где магнитное поле сильное и достаточно однородно, чтобы проводить магнитно-резонансную томографию. В некоторых вариантах осуществления механический привод/источник электропитания 310 располагается за пределами отверстия 606 магнита 604.
Также внутри отверстия магнита находится катушка 610 градиента магнитного поля, которая используется для сбора данных магнитного резонанса, чтобы пространственно кодировать магнитные спины внутри зоны 504 получения изображения магнита. Катушка 610 градиента магнитного поля соединяется с источником 612 электропитания катушки градиента магнитного поля. Катушка градиента магнитного поля - представитель. Обычно катушки градиента магнитного поля содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник 612 электропитания градиента магнитного поля подает ток к катушкам градиента магнитного поля. Ток, подаваемый к катушкам магнитного поля, управляется как функция времени и может быть линейно изменяющимся и/или пульсирующим.
Рядом с зоной 504 получения изображения находится радиочастотная катушка 614. Радиочастотная катушка 614 соединяется с радиочастотным приемопередатчиком 616. Также внутри отверстия магнита 604 находится пациент 618, который отдыхает на подставке 328 для пациента и частично находится в зоне 504 получения изображения.
Рядом с зоной 504 получения изображения находится радиочастотная катушка 614 для манипулирования ориентациями магнитных спинов в зоне 504 получения изображения и для приема радиопередач от спинов также внутри зоны 504 получения изображения. Радиочастотная катушка 614 может содержать множество элементов катушки. Радиочастотная катушка 614 может также упоминаться как канал или антенна. Радиочастотная катушка соединяется с радиочастотным приемопередатчиком 616. Радиочастотная катушка 614 и радиочастотный приемопередатчик 616 могут заменяться отдельными передающей и приемной катушками и отдельными передатчиком и приемником. Следует понимать, что радиочастотная катушка 614 и радиочастотный приемопередатчик 616 являются типовым обобщением. Радиочастотная катушка 614 предназначена также представлять специализированную передающую антенну и специализированную приемную антенну. Аналогично, приемопередатчик 616 может также представлять отдельный передатчик и отдельный приемник.
Источник 612 электропитания катушки градиента магнитного поля и радиочастотный приемопередатчик 616 также соединяются с аппаратным интерфейсом 332 компьютерной системы 330. Компьютерная система 330 и содержание ее запоминающего устройства 338 и памяти 340 эквивалентны показанному на фиг. 3 и фиг. 5.
Компьютерное запоминающее устройство 338 показано как дополнительно содержащее импульсную последовательность 620. Импульсная последовательность, как она используется здесь, является набором команд или данными, которые могут использоваться для формирования команд управления сбором данных при магнитно-резонансной томографии. В этом варианте осуществления данные 506 получения магнитного изображения являются данными магнитного резонанса. Запоминающее устройство 338 дополнительно показано как содержащее план 622 обработки. План обработки может содержать данные, являющиеся описанием областей пациента 326, которые должны нагреваться выше определенной температуры в течение определенной продолжительности времени. В этом варианте осуществления модуль 354 формирования команд переключения преобразователей может дополнительно использовать план 622 обработки при формировании команд 344 переключения преобразователей. Компьютерное запоминающее устройство 338 дополнительно показано как содержащее тепловые данные 624 магнитного резонанса, которые были собраны, используя импульсную последовательность 620 для управления системой 602 магнитно-резонансной томографии. Компьютерное запоминающее устройство 338 показано как дополнительно содержащее тепловую карту 626, которая была реконструирована, используя тепловые данные 624 магнитного резонанса.
Компьютерная память 340 показана как дополнительно содержащая модуль 628 управления сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности. Модуль 628 управления сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности содержит исполняемый компьютером код, позволяющий процессору 338 функционировать как замкнутый контур управления, чтобы использовать план 622 обработки и тепловую карту 628 для управления системой 302 сфокусированного ультразвука высокой интенсивности, чтобы проводить обработку ультразвуком или нагревать нагреваемый объем 324.
На фиг. 7 показана схема, которая поясняет, как элементы ультразвуковых преобразователей могут переключаться, чтобы нагреть нагреваемый объем 324. Линия 306 представляет ультразвуковой преобразователь 306 и имеет многочисленные элементы ультразвуковых преобразователей, рассеянные по его поверхности. Ультразвук фокусируется в фокусе 318. Поверхность, представленная как 312, представляет структуру, такую как кость, внутри пациента 326. Линия 322 представляет поверхность объекта 312. Пунктирные линии 324 вокруг поверхности 322 представляют нагреваемый объем 324. Можно видеть, что на ультразвуковом преобразователе 306 существует область 700, в которой элементы ультразвуковых преобразователей активны или включены, и вторая область 702, в которой элементы 702 ультразвуковых преобразователей 702 выключены. Ультразвук от группы элементов 700 ультразвуковых преобразователей пересекает поверхность 322, нагревая нагреваемую зону 324. Ультразвуковой преобразователь 306 был позиционирован механически, так что центр массы 704 ультразвукового пучка является, насколько возможно, перпендикулярным к поверхности 322. Это увеличивает эффективность нагревания нагреваемого объема 324 и уменьшает риск рассеянного ультразвука.
Хотя изобретение было показано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такое пояснение и описание должны считаться иллюстративными или примерными и не создающими ограничений; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
Варианты осуществления изобретения, описанные здесь, могут иметь несколько проблем, связанных с текущей парадигмой обработки костей. Во-первых, в текущей парадигме обработки, независимо используются ли для абляции фокус или ближнее поле, для терапии необходимы несколько обработок ультразвуком. Каждая обработка ультразвуком занимает время для подготовки, время для охлаждения и т.д., удлиняя лечение и создавая дискомфорт для пациента. Пациенты обычно являются совершенно больными и имеют трудности, чтобы оставаться неподвижными в течение всей обработки. В парадигме обработки, описанной здесь, количество терапевтических обработок ультразвуком может быть минимизировано, делая лечение более быстрым и более терпимым. Во-вторых, в текущей парадигме обработки, независимо используются ли фокус или ближнее поле для абляции, преобразователь должен всегда вращаться механически, чтобы гарантировать, что угол пучка, насколько возможно, перпендикулярен поверхности кости. Иногда механизм, используемый для привода матрицы преобразователей в действие, неспособен достигнуть этого. Кроме того, конструктивное требование больших углов преобразователя вызывает недостатки в механической конструкции. Кроме того, изменение позиционирования пациента, чтобы достигнуть угла с поверхностью кости, который механика может поддерживать, занимает время и может быть болезненным для пациента. Здесь в парадигме обработки эффективный угол входа пучка может изменяться электронно, выбирая структуру активного элемента, взвешенную на одной стороне преобразователей. В-третьих, в текущей парадигме обработки, если для обработки используется ближнее поле, существует опасность непреднамеренного повреждения тканей в месте расположения фокуса. Эта опасность могла быть минимизирована, используя описанную здесь технологию расфокусировки. В-четвертых, в текущей парадигме обработки, это часто является причиной трудности позиционирования преобразователя настолько далеко от пациента, чтобы фокус локализовался на желаемой цели. Это приводит в результате к трудностям и задержками в позиционировании пациента и необходимости накладывания нескольких гелевых прокладок друг на друга. Парадигма обработки, описанная здесь, может позволить позиционирование преобразователя ближе к пациенту.
Устройство, соответствующее варианту осуществления изобретения, может, возможно, использоваться для выполнения терапии кости посредством HIFU. При этой парадигме обработки последовательность выполнения операций терапии кости может быть следующей:
1. Пользователь идентифицирует область поверхности кости, для которой требуется нагревание.
2. Система/пользователь выбирает оптимальное механическое положение преобразователей/структуру выключения элементов. Решение принимается, учитывая следующие соображения:
- для обработки будет использоваться ближнее поле;
- форма ближнего поля в месте обработки совпадает с формой целевой поверхности, насколько это возможно. Таким образом, нагревание достигается всюду на целевой поверхности одновременно. Так как требования мощности для обработки кости - относительно низкое, большинство элементов может быть даже выключено, чтобы результат обработки не создавал опасности;
- если требуется угол преобразователя больший, чем механика может обеспечить, выбирается порядок выключения элементов, так чтобы их вес был на стороне преобразователя. Таким способом эффективный угол пучка может управляться без механического перемещения преобразователя (см. фиг. 7);
- расстояние до преобразователей от мембраны (и цели) оптимизируется так, чтобы достигнуть резкого края поля, и риск нагревания в непреднамеренных областях минимизируется.
3. Испытательная обработка ультразвуком может выполняться, если она считается необходимой.
4. Выполняется лечение посредством обработки ультразвуком. При внимательном планировании одной обработки ультразвуком может быть достаточно, чтобы выполнить лечение.
5. Чтобы избежать непреднамеренного повреждения в геометрическом фокусе, расположенном где-то позади цели, фазы индивидуальных элементов выбираются так, чтобы в геометрическом фокусе происходила только минимальная интерференция.
- Если используются все элементы, самым простым подходом должно быть изменение фазы каждого элемента преобразователя на количество градусов, соответствующее физической координате элемента на преобразователе, выраженной в системе радиальных координат. При таком способе противоположные элементы на поверхности преобразователя всегда должны иметь разность фаз 180 градусов. Теоретически, акустические пучки от всех элементов в геометрическом фокусе должны компенсировать друг друга.
- Если некоторые из элементов выключаются, применяется тот же принцип. Во-первых, определяется центр веса структуры элемента активного преобразователя. Затем фазы элементов выбираются так, что элементы на противоположных сторонах от этого центра всегда компенсируют друг друга. Чем более симметрична структура активного элемента, тем легче становится это сделать.
- Очевидно, что существуют также и другие способы достижения минимальной интерференции в фокусе.
Чтобы дополнительно управлять температурой на поверхности кости, в некоторых вариантах осуществления может использоваться обратная связь по температуре при получении изображения, чтобы во время обработки ультразвуком управлять мощностями индивидуальных элементов. Таким способом может быть достигнуто еще более равномерное нагревание поверхности кости.
Описанные здесь технологии могут также использоваться для других применений помимо кости. Более быстрая обработка с помощью одного только терапевтического ультразвука может также сделать использование анестезии во время обработки более легким и менее опасным. Это может иметь то преимущество, что планирование может быть сделано, когда пациент бодрствует. Посредством ультразвуковой обработки быстродействующая и относительно легкая анестезия может быть достигнута в течение одной-двух минут.
Другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут стать понятны и осуществляться специалистами в данной области техники при практическом осуществлении заявленного изобретения на основе изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и единственное число не исключает множественное число. Единый процессор или другой модуль может выполнять функции нескольких позиций, описанных в формуле изобретения. Простой факт, что определенные критерии описываются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что объединение этих критериев не может использоваться для достижения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на соответствующем носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, предоставляемый вместе с или как часть другого аппаратного обеспечения, но может также распространяться в других формах, таких как через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи. Любые ссылки в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения.
Перечень ссылочных позиций
300
Медицинское устройство
302
Система сфокусированного ультразвука высокой интенсивности
304
Камера, заполненная текучей средой
306
Ультразвуковой преобразователь
308
Механизм
310
Механический привод/источник электропитания
312
Траектория ультразвука
314
Ультразвуковое окно
316
Гелевая прокладка
318
Фокус
320
Объект
322
Поверхность объекта
324
Нагреваемый объем
326
Пациент
328
Подставка для пациента
330
Компьютер
332
Интерфейс аппаратного обеспечения
334
Процессор
336
Интерфейс пользователя
338
Компьютерное запоминающее устройство
340
Компьютерная память
342
Данные о поверхности
344
Команды переключения преобразователей
350
Модуль управления
352
Модель элемента преобразователя
354
Модуль формирования команд переключения преобразователей
500
Медицинское устройство
502
Система получения медицинского изображения
504
Зона получения изображения
506
Данные получения медицинского изображения
508
Медицинское изображение
510
Модуль реконструкции изображения
512
Модуль сегментации изображения
514
Модуль формирования данных о поверхности
600
Медицинское устройство
602
Система магнитно-резонансной томографии
604
Магнит
606
Отверстие магнита
610
Катушка градиента магнитного поля
612
Источник электропитания катушки градиента магнитного поля
614
Радиочастотная катушка
616
Радиочастотный приемопередатчик
620
Импульсная последовательность
622
План обработки
624
Тепловые данные магнитного резонанса
626
Тепловая карта
628
Модуль управления сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности
700
Активные преобразователи
702
Неактивные преобразователи
704
Центр масс ультразвукового пучка