МОДИФИКАЦИЯ ПЛАНА ТЕРАПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ В ПЕРИОД ОХЛАЖДЕНИЯ
THERAPY PLAN MODIFICATION USING MAGNETIC RESONANCE DATA OBTAINED IN COOLING PERIOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к магнитно-резонансному управлению системой нагрева, в частности, изобретение относится к модификации плана терапии с использованием магнитно-резонансных данных, полученных в период охлаждения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Магнитно-резонансную термометрию можно применять для определения либо абсолютной температуры объема, либо изменения температуры, в зависимости от применяемого метода. Для определения абсолютной температуры, обычно измеряют несколько магнитно-резонансных пиков. Способы, которые измеряют изменения температуры, обычно, быстрее и применялись для измерений температуры с целью проведения термотерапии. Например, MR (магнитно-резонансную) термометрию на основе сдвига резонансной частоты протонов можно применять для обеспечения температурных карт в воде внутри ткани во время процедуры абляции для управления с обратной связью в реальном времени процессом нагревания.
При высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой (HIFU) терапии необходим надежный контроль температуры в реальном времени с использованием, например, магнитно-резонансной визуализации (MRI), чтобы обеспечить достаточный тепловой некроз мишени, при исключении чрезмерного нагревания и поражения окружающих здоровых тканей. Чтобы обеспечить достаточную временную и пространственную разрешающую способность, требуется скоростная визуализация, предпочтительно, с высокой пространственной разрешающей способностью, с одновременным сохранением достаточного отношения сигнал/шум для реконструкции надежных измерений температур.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение предлагает медицинское устройство, компьютерный программный продукт и способ в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
При выполнении контроля температуры с использованием магнитно-резонансной визуализации, тепловые магнитно-резонансные данные можно получать из пространственно ограниченной области и/или могут иметь высокую временную разрешающую способность, чтобы получать данные достаточно быстро для использования при проведении нагревания. Сложность использования таких данных состоит в том, что точная оценка поражения ткани или определения пространственно зависимых физических свойств субъекта может быть трудной задачей. Варианты осуществления изобретения могут решать упомянутую проблему или другие проблемы посредством получения более детальных магнитно-резонансных данных в течение, по меньшей мере, одного периода охлаждения. Например, когда область ткани нагревают системой нагрева, нагревание может не быть непрерывным. Может потребоваться чередование периодов нагревания и охлаждения, чтобы исключить перегревание чувствительных областей пациента. Более подробные или другие магнитно-резонансные данные можно собирать в течение периода охлаждения, поскольку система нагрева не производит активного нагревания целевой зоны, и в данный период больше не требуется активно контролировать целевую зону для убеждения в том, что другие области пациента не перегреваются. Данный подход может допускать более точную оценку поражения ткани посредством нагревания или определение физического состояния областей, которые нагревались, и окружающих областей.
«Компьютерно-читаемый носитель данных» в контексте настоящей заявки включает в себя любой материальный носитель данных, который может хранить команды, которые могут выполняться процессором компьютерного устройства. Компьютерно-читаемый носитель данных может называться компьютерно-читаемым некратковременным носителем данных. Компьютерно-читаемый носитель данных может также называться материальным компьютерно-читаемым носителем данных. В некоторых вариантах осуществления, компьютерно-читаемый носитель данных может быть также способен хранить данные, к которым может осуществлять доступ процессор компьютерного устройства. Примера компьютерно-читаемого носителя данных включают в себя, но без ограничения: гибкий диск, накопитель на жестких магнитных дисках, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB-флэш-накопитель, память с произвольной выборкой (RAM), постоянную память (ROM), оптический диск, магнито-оптический диск и регистровый файл процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и универсальные цифровые диски (DVD), например CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R. Термин компьютерно-читаемый носитель данных относится также к различным типам носителей для записи, допускающим доступ посредством компьютерного устройства по сети или каналу связи. Например, данные могут быть извлечены через модем, по сети Интернет или по локальной сети.
«Компьютерная память» или «память» является примером компьютерно-читаемого носителя данных. Компьютерная память является любой памятью, которая непосредственно доступна процессору. Примеры компьютерной памяти включают в себя, но без ограничения: память RAM, регистры и регистровые файлы.
«Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является примером компьютерно-читаемого носителя данных. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым компьютерно-читаемым носителем данных. Примеры компьютерного запоминающего устройства включают в себя, но без ограничения: накопитель на жестких дисках, USB-флэш-накопитель, накопитель на гибких дисках, микропроцессорную карту, DVD-диск, диск CD-ROM и накопитель на твердотельных дисках. В некоторых вариантах осуществления, компьютерное запоминающее устройство может быть также компьютерной памятью или наоборот.
«Процессор» в контексте настоящего описания включает в себя электронный компонент, который может выполнять программу, выполнять выполняемую компьютером команду или может быть запрограммирован. Ссылки на компьютерное устройство, содержащее «процессор», следует интерпретировать как, возможно, содержащее, по меньшей мере, один процессор или процессорное ядро. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Термин процессор может также относиться к множеству процессоров, находящихся в одной компьютерной системе или распределенных по нескольким компьютерным системам. Термин компьютер или компьютерное устройство следует также интерпретировать как, возможно, относящийся к множеству или сети компьютерных устройств, содержащих, каждое, процессор или процессоры. Многие программы содержат команды, выполняемые несколькими процессорами, которые могут находиться в одном компьютерном устройстве, или которые могут быть даже распределены по нескольким компьютерным устройствам.
Термин процессор включает в себя также контроллер, программируемый логический контроллер, PID контроллер, систему распределенного управления (DCS) и интегральные схемы, которые можно программировать пережиганием или настройкой плавких перемычек.
«Пользовательский интерфейс» в контексте настоящей заявки является интерфейсом, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. «Пользовательский интерфейс» может также называться «устройством человеко-машинного интерфейса». Пользовательский интерфейс может обеспечивать информацию или данные для оператора и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может поддерживать получение входных данных от оператора компьютером и может обеспечивать выходные данные для пользователя из компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволять оператору управлять или манипулировать компьютером, и интерфейс может позволять компьютеру показывать результаты операторского управления или манипулирования. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером обеспечения информации для оператора. Получение данных осуществляется посредством клавиатуры, мыши, трекбола, сенсорной панели, ручки координатно-указательного устройства, графического планшета, джойстика, игрового планшета, веб-камеры, гарнитуры, манипуляторов, рулей, педалей, проводной перчатки, танцевального коврика, пульта дистанционного управления и акселерометра, которые являются примерами компонентов пользовательского интерфейса и создают возможность получения информации или данных от оператора.
«Аппаратный интерфейс» в контексте настоящей заявки включает в себя интерфейс, который дает возможность процессору компьютерной системы взаимодействовать с внешним компьютерным устройством и/или аппаратурой и/или управлять ими. Аппаратный интерфейс может предоставлять процессору возможность посылать управляющие сигналы или команды во внешнее компьютерное устройство и/или аппаратуру. Аппаратный интерфейс может также предоставлять процессору возможность обмениваться данными с внешним компьютерным устройством и/или аппаратурой. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но без ограничения: универсальную последовательную шину, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, соединение Bluetooth, беспроводное соединение локальной сети, соединение TCP/IP, соединение Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, интерфейс MIDI, аналоговый интерфейс ввода и цифровой интерфейс ввода.
«Дисплей» или «устройство отображения» в контексте настоящей заявки включает в себя устройство вывода или пользовательский интерфейс, выполненный для отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, аудио и/или тактильные данные. Примеры дисплея включают в себя, но без ограничения: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брайля, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), запоминающую ЭЛТ, бистабильный дисплей, электронную бумагу, векторный дисплей, плоскопанельный дисплей, вакуумный люминесцентный дисплей (VF), дисплей на светоизлучающих диодах (СД), электролюминесцентный дисплей (ELD), плазменные табло (PDP), жидкокристаллический дисплей (LCD), дисплеи на органических светоизлучающих диодах (OLED), проектор и видеошлем.
Магнитно резонансные (MR) данные являются, согласно определению в настоящей заявке, результатами измерений радиочастотных сигналов, испускаемых атомными спинами, записанными антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования магнитно-резонансной визуализации. Изображение магнитно-резонансной визуализации (MRI) является, согласно определению в настоящей заявке, реконструированной двух- или трехмерной визуализацией анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной визуализации. Упомянутая визуализация может выполняться с использованием компьютера.
Магнитно-резонансные данные могут содержать результаты измерений радиочастотных сигналов, испускаемых атомными спинами, антенной магнитно-резонансного устройства во время во время сканирования магнитно-резонансной визуализации, которые содержат информацию, которую можно использовать для магнитно-резонансной термометрии. Магнитно-резонансная термометрия осуществляется посредством измерения изменений температурно-чувствительных параметров. Примерами параметров, которые можно измерять во время магнитно-резонансной термометрии, являются: сдвиг резонансной частоты протонов, коэффициент диффузии или изменения T1 и/или T2 времени релаксации, которые можно использовать для измерения температуры с использованием магнитного резонанса. Сдвиг резонансной частоты протонов зависит от температуры потому, что магнитное поле, воздействие которого испытывают отдельные протоны, атомы водорода, зависит от окружающей молекулярной структуры. Повышение температуры уменьшает молекулярное экранирование из-за влияния температуры на водородные связи. Данное явление приводит к температурной зависимости резонансной частоты протонов.
Плотность протонов линейно зависит от равновесной намагниченности. Поэтому существует возможность определения температурных изменений с использованием изображений, взвешенных по протонной плотности.
Времена релаксации T1, T2 и T2 со звездочкой (иногда записываемое как T2*) также зависят от температуры. Поэтому реконструкцию изображений, взвешенных по T1, T2 и T2*, можно использовать для построения тепловых или температурных карт.
Температура влияет также на броуновское движение молекул в водном растворе. Поэтому, для измерения температуры можно применять импульсные последовательности, которые способны измерять коэффициенты диффузии, например, последовательность спин-эхо с импульсным диффузионным градиентом.
Один из наиболее полезных способов измерения температуры с использованием магнитного резонанса состоит в измерении сдвига резонансной частоты протонов (PRF) для протонов воды. Резонансная частота протонов зависит от температуры. Когда температура в вокселе изменяется, сдвиг частоты будет вызывать изменение измеренной фазы протонов воды. Поэтому можно определять изменение температуры между двумя фазовыми изображениями. Данный способ определения температуры обеспечивает преимущество в том, что он является относительно быстрым по сравнению с другими способами. Способ PRF рассматривается в настоящей заявке подробнее, чем другие способы. Однако, способы и методы, рассматриваемые в настоящей заявке применимы также к другим способам выполнения термометрии при магнитно-резонансной визуализации.
Спектроскопические магнитно-резонансные данные являются, согласно определению в настоящей заявке, результатами измерений радиочастотных сигналов, испускаемых атомными спинами, записанными антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования магнитно-резонансной визуализации, которые содержат информацию, которая описывает несколько резонансных пиков.
Спектроскопические магнитно-резонансные данные можно использовать, например, для выполнения способа картирования температур на основе визуализации методом протонной спектроскопии (PS), который может создавать температурные карты по абсолютной шкале. Поэтому, такую температурную карту по абсолютной шкале можно использовать для выполнения калибровки температур. Приведенный способ основан на физических принципах температурной зависимости сдвига резонанса протонов воды, как и способ резонансной частоты протонов, но отличается способом сбора данных: частотный сдвиг вычисляют по магнитно-резонансным спектрам. Сдвиг вычисляют по разности положений пиков протонов воды и опорных протонов. Например, протоны липидов могут быть опорными, так как известно, что их резонансная частота почти не зависит от температуры, тогда как пик протонов воды имеет линейную зависимость от температуры. Упомянутое вычисление можно выполнять для вокселей, в которых присутствуют ткани обоих типов. Если вода и липиды не существуют в одном и том же вокселе, то ткань какого-то другого типа, кроме липидов, можно попробовать использовать в качестве опорной ткани. При безуспешности попытки, могут существовать некоторые воксели, в которых опорные пики и, следовательно, температурные данные не доступны. В таких случаях можно применить интерполяцию и/или температурную фильтрацию, поскольку предполагается, что температура тела, обычно, не претерпевает быстрых пространственных изменений, за очевидным исключением резко локализованного повышения температуры, обусловленного термотерапией. Использование опорных пиков делает способ относительно независимым от дрейфов поля или движения между сканированиями. Поскольку, при современных способах, сканирование занимает время, по меньшей мере, около одной минуты, PS-способ чувствителен к движению в течение сканирования или измерению температуры во время сканирования. В случае, когда температура является постоянной, или температурные изменения являются незначительными как во времени, так и в пространстве, способ может давать полезную информацию. Например, при высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой (HIFU) терапии с магнитно-резонансным контролем (MR-HIFU-терапии), PS-способ можно применить для обеспечения распределения фактической температуры тела перед началом MR-HIFU-терапии или другой температурной терапии, вместо использования пространственно равномерной начальной температуры, принимаемой в качестве внутренней температуры тела, измеренной температурным датчиком. В качестве альтернативы, PS-способ можно использовать как контроль корректности для накопленной температуры между актами нагревания при терапии, снаружи зоны охвата терапии.
«Ультразвуковое окно» в контексте настоящей заявки включает в себя окно, которое может излучать ультразвуковые волны или энергию. Обычно, в качестве ультразвукового окна применяют тонкую пленку или мембрану. Ультразвуковое окно может быть выполнено, например, из тонкой мембраны из материала BoPET (двуосноориентированного полиэтилентерефталата).
В одном аспекте, изобретение обеспечивает медицинское устройство, содержащее систему магнитно-резонансной визуализации. Система магнитно-резонансной визуализации содержит магнит с зоной визуализации для сбора магнитно-резонансных данных из субъекта в зоны визуализации. Зона визуализации в контексте настоящей заявки включает в себя область с достаточно сильным магнитным полем и достаточно высокой однородностью магнитного поля, чтобы можно было собирать магнитно-резонансные данные изнутри упомянутой зоны. Медицинское устройство дополнительно содержит систему нагрева, предназначенную для нагревания целевой зоны внутри зоны визуализации. Система нагрева в контексте настоящей заявки включает в себя систему или устройство, которое может нагревать локальную область внутри пациента или объекта. Медицинское устройство дополнительно содержит память для хранения выполняемых компьютером команд. Медицинское устройство дополнительно содержит процессор для управления медицинским устройством. Выполнение команд предписывает процессору принимать план терапии. План терапии в контексте настоящей заявки включает в себя набор команд или данных, которые можно использовать для формирования набора команд для приведения в действие системы нагрева. В некоторых вариантах осуществления, план терапии может содержать анатомические или другие данные, описывающие пациента.
Выполнение команд дополнительно предписывает процессору многократно управлять системой нагрева в соответствии с планом терапии. Данное управление осуществляется для нагревания целевой зоны в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения. Система нагрева предназначена для нагревания целевой зоны с использованием чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору многократно собирать магнитно-резонансные данные посредством управления системой магнитно-резонансной визуализации в соответствии с первой импульсной последовательностью. Импульсная последовательность в контексте настоящей заявки включает в себя набор команд или временную диаграмму, пригодную для формирования набора команд. Набор команд применяют для управления зависимым от времени функционированием системы магнитно-резонансной визуализации для сбора магнитно-резонансных данных.
Выполнение команд дополнительно предписывает процессору многократно модифицировать план терапии в соответствии с магнитно-резонансными данными. Команды дополнительно предписывают процессору собирать магнитно-резонансные данные в течение периода охлаждения, выбранного, по меньшей мере, из одного из периодов охлаждения.
Данный вариант осуществления может обеспечивать преимущество потому, что нагревание целевой зоны выполняется с использованием чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения. В течение периода охлаждения, возможно, необязательно контролировать систему нагрева для управления системой нагрева. Поэтому, подробные магнитно-резонансные данные можно собирать из пациента и использовать для уточнения или модификации плана терапии. Если данные собирались в течение периода нагревания, то магнитно-резонансные данные могут быть полезны для управления системой нагрева непосредственно, но не могут быть достаточно подробными для обеспечения данных, которые можно использовать для модификации плана терапии.
В одном варианте осуществления, период охлаждения выбирают в процессе работы. То есть, не обязательно знать, когда будут периоды нагревания и охлаждения, до начала процедуры. Когда нагревание и охлаждение выполняются системой нагрева, по меньшей мере, один из периодов охлаждения может быть выбран для сбора магнитно-резонансных данных.
В другом варианте осуществления, выполнение команд дополнительно предписывает процессору многократно собирать магнитно-резонансные данные управления посредством управления системой магнитно-резонансной визуализации в соответствии со второй импульсной последовательностью. Магнитно-резонансные данные управления в контексте настоящей заявки включают в себя магнитно-резонансные данные. Магнитно-резонансные данные управления используются процессором для формирования замкнутого цикла управления для управления работой системы нагрева. Команды предписывают процессору собирать магнитно-резонансные данные управления в течение периода нагревания, выбранного из, по меньшей мере, одного из периодов нагревания. Период нагревания может быть выбран в процессе работы. Системой нагрева управляют в соответствии с планом терапии и магнитно-резонансными данными управления. По существу, план терапии применяют в сочетании с магнитно-резонансными данными управления для формирования замкнутого цикла управления для управления работой системы нагрева. Данный подход может быть полезен потому, что в пациенте могут быть чувствительные структуры, окружающие целевую зону или около нее. Сбор магнитно-резонансных данных управления во время нагревания целевой зоны может снизить риск случайного поражения или травмы.
В другом варианте осуществления, магнитно-резонансные данные управления содержат первые тепловые магнитно-резонансные данные.
В другом варианте осуществления, магнитно-резонансные данные управления содержат первые тепловые магнитно-резонансные данные. Магнитно-резонансные данные содержат вторые тепловые магнитно-резонансные данные. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору калибровать первые тепловые магнитно-резонансные данные с использованием вторых тепловых магнитно-резонансных данных. Например, первые тепловые магнитно-резонансные данные могут быть данными частотного сдвига, и вторые тепловые магнитно-резонансные данные могут быть, например, спектральными данными ядерного магнитного резонанса, которые используют вычисление абсолютных или истинных температур.
В другом варианте осуществления, магнитно-резонансные данные управления содержат первые тепловые магнитно-резонансные данные. Магнитно-резонансные данные содержат вторые данные магнитно-резонансной термометрии. Первые тепловые магнитно-резонансные данные имеют первую временную разрешающую способность. Вторые тепловые магнитно-резонансные данные имеют вторую временную разрешающую способность. Первая временная разрешающая способность выше, чем вторая временная разрешающая способность. Данный вариант осуществления может быть полезен потому, что, если магнитно-резонансные данные имеют меньшую временную разрешающую способность, то измерение температуры может быть менее точным. В этом отношении, первая временная разрешающая способность предназначена для периода, когда зона активно нагревается. Во время активного нагревания важно принимать данные, которые являются данными реального времени, или собирать их в течение очень коротких интервалов, чтобы исключить вероятность травмы или повреждения пациента. Однако, когда система находится в режиме охлаждения, использование меньшей временной разрешающей способности оказывается безопасным, так что своевременность данных не является критически важной. Данные, собранные со второй временной разрешающей способностью, можно использовать для выполнения более точных измерений и используют для модификации плана терапии.
В другом варианте осуществления, последовательность термометрии изменяют, чтобы обеспечить более надежные оценки температуры при меньшей временной разрешающей способности, которые использовали при воздействии ультразвуком или нагревании.
В другом варианте осуществления, последовательность термометрии изменяют, или импульсную последовательность изменяют, чтобы обеспечить более надежные оценки температуры при наименьшей временной разрешающей способности, по сравнению с использованной при воздействии ультразвуком или нагревании. Меньшая временная разрешающая способность может давать, в результате, более высокое отношение сигнал/шум, которое дает более надежную температуру.
В другом варианте осуществления, выполнение команд дополнительно предписывает процессору управлять системой магнитно-резонансной визуализации таким образом, чтобы магнитно-резонансные данные управления собирались из первой интересующей области. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору управлять системой магнитно-резонансной визуализации таким образом, чтобы магнитно-резонансные данные собирались из второй интересующей области. В одном варианте осуществления, первая интересующая область меньше, чем вторая интересующая область. В альтернативном варианте осуществления, первая интересующая область и вторая интересующая область имеют идентичную зону охвата, при этом, вторая интересующая область сдвинута относительно первой интересующей области. Последнее означает, что интересующие области могут находиться в разных физических местах. В альтернативном варианте осуществления, первая интересующая область имеет первую зону охвата. Вторая интересующая область имеет вторую зону охвата. Вторая зона охвата больше первой зоны охвата.
В другом варианте осуществления, первая импульсная последовательность предназначена для управления системой магнитно-резонансной визуализации таким образом, чтобы магнитно-резонансные данные имели меньшее геометрическое искажение, чем магнитно-резонансные данные управления. Данный подход может быть полезен потому, что, если геометрическое искажение меньше, то изображения, обеспеченные магнитно-резонансными данными могут быть точнее или содержать меньше артефактов.
В другом варианте осуществления, первая импульсная последовательность является импульсной последовательностью градиентное эхо или мультиэхо градиентное эхо. Вторая импульсная последовательность является эхо-планарной (EPI) импульсной последовательностью градиентное эхо. В другом варианте осуществления выполняется больший или разный анатомический охват между магнитно-резонансными данными управления и нормальными магнитно-резонансными данными.
В другом варианте осуществления, система нагрева содержит систему высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука с подвижным преобразователем. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору перемещать преобразователь между первым положением и вторым положением после того, как магнитно-резонансные данные были собраны один раз, так что, по существу, магнитно-резонансные данные могут собираться, когда преобразователь находится в первом положении и затем позже, когда преобразователь находится во втором положении. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору вычислять фазовую карту с использованием магнитно-резонансных данных. Физическое изменение местоположения преобразователя может вызвать изменение фазовой карты.
В другом варианте осуществления, фазовую карту вычисляют с использованием магнитно-резонансных данных, собранных из первого и второго положений.
В другом варианте осуществления, выполнение команд дополнительно предписывает процессору вычислять скорректированную температурную карту с использованием тепловых магнитно-резонансных данных и фазовой карты.
В другом варианте осуществления, первая импульсная последовательность содержит импульсную последовательность для измерения температур жира. Магнитно-резонансные данные собирают, по меньшей мере, два раза. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору вычислять ближнепольную температурную карту жира с использованием магнитно-резонансных данных. Ближнее поле в контексте настоящей заявки охватывает область пациента между целевой зоной и системой нагрева.
В другом варианте осуществления, базовую температуру, применяемую в температурной карте на основе резонансных частот протонов, можно калибровать с альтернативными температурными последовательностями, использующими метод с отличающимися разрешающей способностью или температурной визуализацией. Данный подход может быть полезен потому, что способ резонансной частоты протонов является относительным способом, и целесообразна его калибровка.
В другом варианте осуществления, импульсная последовательность предназначена для измерения температуры жира, например, так называемым, спектральным способом.
В другом варианте осуществления, каждым параметром плана терапии можно управлять автоматически или может управлять пользователь.
В другом варианте осуществления, план терапии можно изменять автоматически или может быть модифицирован врачом.
В другом варианте осуществления, изменения нагревания или воздействия ультразвуком могут быть порядком следования воздействия ультразвуком или нагревания, можно изменять времена охлаждения, можно изменять времена нагревания, можно изменять размеры ячейки, можно изменять размеры мишени, и можно также видоизменять продолжительность нагревания и охлаждения. Ячейка в контексте настоящей заявки охватывает объем, который нагревают.
В другом варианте осуществления, магнитно-резонансные данные собирают, по меньшей мере, два раза. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору реконструировать первое изображение и второе изображение по магнитно-резонансным данным, собранным, по меньшей мере, за два раза. По существу, первое изображение получают в течение первого периода времени, и второе изображение получают в течение второго периода времени. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору определять карту движений с использованием первого изображения и второго изображения. Выполнение команд дополнительно предписывает процессору модифицировать план терапии в соответствии с картой движений. Упомянутая карта может быть полезна потому, что в течение периода охлаждения могут быть собраны подробные изображения, и данный подход может допускать точную модификацию плана терапии с учетом движения пациента.
В другом варианте осуществления, выполнение команд дополнительно предписывает процессору формировать оценочную карту поражений ткани, с использованием системы магнитно-резонансной визуализации, посредством анализа данных магнитно-резонансной визуализации с использованием любого из следующих способов анализа: визуализация T2W, построение эластографической карты, вычисление диффузной карты, определение диффузионного изображения, определение неконтрастированной магнитно-резонансной ангиограммы, определение карты перфузии, определение карты внутривоксельных некогерентных движений, вычисление T1-карты, вычисление T1ρ-карты, вычисление T2*-карты, вычисление спектра ядерного магнитного резонанса и вычисление уровня оксигенации посредством вычисления спектра ядерного магнитного резонанса. План терапии модифицируют в соответствии с картой поражений ткани.
В другом варианте осуществления, магнитно-резонансные данные содержат данные магнитно-резонансной ангиографии, при этом, выполнение команд дополнительно предписывает процессору определять карту окклюзии сосудов с использованием данных магнитно-резонансной ангиографии. План терапии модифицируют в соответствии с картой поражений ткани.
В другом варианте осуществления, неконтрастная MRI может служить для оценки окклюзии сосудов и обеспечивать итерационные попытки абляции сосудов, питающих опухоль.
В другом варианте осуществления, карта окклюзии сосудов также отображается на дисплее для интерпретации врачом.
В другом варианте осуществления, система нагрева является системой высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука.
В другом варианте осуществления, система нагрева является системой радиочастотного нагрева.
В другом варианте осуществления, система нагрева является системой микроволновой абляции.
В другом варианте осуществления, система нагрева является системой гипертермической терапии.
В другом варианте осуществления, система нагрева является системой лазерной абляции.
В другом варианте осуществления, система нагрева является системой инфракрасной абляции.
В другом аспекте, изобретение обеспечивает компьютерный программный продукт, содержащий выполняемые компьютером команды для выполнения процессором, управляющим медицинским устройством. Медицинское устройство содержит систему магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнит с зоной визуализации для сбора магнитно-резонансных данных из пациента внутри зоны визуализации. Медицинское устройство дополнительно содержит систему нагрева, предназначенную для нагревания целевой зоны внутри зоны визуализации. Выполнение выполняемых компьютером команд предписывает процессору принимать план терапии. Выполнение выполняемых компьютером команд дополнительно предписывает процессору многократно управлять системой нагрева в соответствии с планом терапии, чтобы нагревать целевую зону в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения. Выполнение выполняемых компьютером команд дополнительно предписывает процессору многократно собирать магнитно-резонансные данные посредством управления системой магнитно-резонансной визуализации в соответствии с первой импульсной последовательностью. Команды предписывают процессору собирать магнитно-резонансные данные в течение периода охлаждения, выбранного из, по меньшей мере, одного из периодов охлаждения. Выполнение выполняемых компьютером команд дополнительно предписывает процессору многократно модифицировать план терапии в соответствии с магнитно-резонансными данными.
В другом аспекте, изобретение обеспечивает способ управления медицинским устройством. Медицинское устройство содержит систему магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнит с зоной визуализации для сбора магнитно-резонансных данных из пациента изнутри зоны визуализации. Медицинское устройство дополнительно содержит систему нагрева, предназначенную для нагревания целевой зоны внутри зоны визуализации. Способ дополнительно содержит этап приема плана терапии. Способ дополнительно содержит этап многократного повторения этапа управления системой нагрева в соответствии с планом терапии, чтобы нагревать целевую зону в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения. Способ дополнительно содержит этап многократного сбора магнитно-резонансных данных посредством управления системой магнитно-резонансной визуализации в соответствии с первой импульсной последовательностью. Магнитно-резонансные данные собираются в течение периода охлаждения, выбранного, по меньшей мере, из одного из периодов охлаждения. Способ дополнительно содержит этап многократной модификации плана терапии в соответствии с магнитно-резонансными данными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже только для примера приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 - блок-схема последовательности операций способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 3 - медицинское устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 4 - медицинское устройство в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 5 - медицинское устройство в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 6 - медицинское устройство в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 7 - блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 8 - блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 9 - блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения; и
Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На приведенных фигурах, элементы со сходными номерами позиций являются либо эквивалентными элементами, либо выполняют одинаковую функцию. Элементы, которые рассмотрены раньше, не обязательно будут рассматриваться на последующих фигурах, если их функции эквивалентны.
На фиг. 1 приведена блок-схема последовательности операций способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Сначала, на этапе 100 получают план терапии. Затем, на этапе 102 нагревают целевую зону с использованием системы нагрева, в соответствии с планом терапии. План терапии может содержать команды, которые служат для непосредственного управления системой нагрева, или план терапии может содержать информацию, которую используют для формирования упомянутых команд для управления системой нагрева. Затем, на этапе 104 собирают магнитно-резонансные данные с использованием первой импульсной последовательности в течение периода охлаждения. Период охлаждения в контексте настоящей заявки является периодом времени, когда система нагрева не производит активного нагревания целевой зоны. Затем, на этапе 106 принимается решение. Вопрос состоит в том, закончено ли нагревание. Если нагревание закончено, то способ завершается на этапе 108. Если не заканчивается, то способ продолжается возвратом к этапу 110. На этапе 110, план терапии модифицируют в соответствии с магнитно-резонансными данными. Затем способ переходит к этапу 102, и целевую зону снова нагревают с использованием системы нагрева. Приведенный цикл этапов 102, 104 и 110 повторяют, пока способ не завершается на этапе 108.
На фиг. 2 приведена блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Сначала, на этапе 200 получают план терапии. Затем, на этапе 202 собирают магнитно-резонансные данные управления с использованием второй импульсной последовательности. Затем, на этапе 204 нагревают целевую зону с использованием системы нагрева, в соответствии с планом терапии и магнитно-резонансными данными управления. Сбор магнитно-резонансных данных управления можно выполнять в течение всего или части периода, когда система нагрева нагревает целевую зону. Этап 206 является этапом принятия решения, и вопрос состоит в том, является ли текущее время периодом охлаждения. Период охлаждения является периодом, когда система нагрева не производит активного нагревания целевой зоны. Если текущее время не является периодом охлаждения, то способ возвращается обратно к этапу 202, чтобы выполнять этапы 202 и 204. Этапы 202 и 204 могут выполняться одновременно. По существу, этапы 202 и 204 формируют замкнутый цикл для управления системой нагрева с использованием системы магнитно-резонансной визуализации.
Если на этапе 206 имеет место период охлаждения, то выполняют этап 208. На этапе 208 собирают магнитно-резонансные данные с использованием первой импульсной последовательности. В некоторых вариантах осуществления, магнитно-резонансные данные управления можно также собирать в течение, по меньшей мере, участка периода охлаждения. В некоторых вариантах осуществления, магнитно-резонансные данные управления собирают в течение участка периода охлаждения, и тогда магнитно-резонансные данные собирают после того, как заканчивается сбор магнитно-резонансных данных управления.
На следующем этапе 210 принимается другое решение, закончено ли нагревание. Если нагревание закончено, то способ завершается на этапе 212. Если нагревание не закончено, то выполняют этап 214. На этапе 214, план терапии модифицируют в соответствии с магнитно-резонансными данными. Затем способ возвращается к этапу 202, и процесс повторяется. В данном варианте осуществления, магнитно-резонансные данные, собранные с использованием второй импульсной последовательности, используют для управления системой нагрева. В течение периодов, когда система нагрева приостанавливает работу и не производит нагревания, собирают другие магнитно-резонансные данные с использованием первой импульсной последовательности. Упомянутые магнитно-резонансные данные могут быть более подробными и содержать разную информацию, которая, в таком случае, собрана с использованием второй импульсной последовательности. Затем магнитно-резонансные данные, собранные в течение периода охлаждения используют для модификации плана терапии.
На фиг. 3 изображено медицинское устройство 300 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Медицинское устройство 300 содержит систему 302 магнитно-резонансной визуализации. Система 302 магнитно-резонансной визуализации показана в виде, содержащем магнит 304. Магнит 304 является сверхпроводниковым магнитом цилиндрического типа с туннелем 306 по его центру. Магнит 304 содержит криостат, охлаждаемый жидким гелием, со сверхпроводниковыми катушками. Можно также использовать постоянный или резистивный магниты. Возможно также применение разнотипных магнитов, например, можно также использовать как разъемный цилиндрический магнит, так и, так называемый, открытый магнит. Разъемный цилиндрический магнит подобен стандартному цилиндрическому магниту, за исключением того, что криостат разделен на две секции, чтобы обеспечивать доступ к изоплоскости магнита, при этом, упомянутые магниты можно применять, например, в связи с терапией пучком заряженных частиц. Открытый магнит содержит две секции магнита, одну над другой, с пространством между ними, которое является достаточно большим для вмещения пациента: схема расположения двухсекционной зоны охвата аналогична схемы расположения катушки Гельмгольца. Открытые магниты имеют широкое распространение, так как пациент меньше ограничен. Внутри криостата цилиндрического магнита присутствует комплект сверхпроводящих катушек. Внутри туннеля цилиндрического магнита находится зона 308 визуализации, в которой магнитное поле является достаточно сильным и однородным для выполнения магнитно-резонансной визуализации.
Также внутри туннеля магнита находится градиентная магнитная катушка 310, которая применяется для сбора магнитно-резонансных данных, чтобы пространственно кодировать магнитные спины внутри зоны визуализации магнита. Градиентная магнитная катушка 310 соединена с источником 312 питания градиентной магнитной катушки. Градиентной магнитная катушка является репрезентативной. Обычно, градиентные магнитные катушки содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник 312 питания градиентной магнитной катушки подает ток в градиентные магнитные катушки. Ток подается в градиентные магнитные катушки с управлением в зависимости от времени и может быть линейным и/или импульсным.
Вблизи зоны 308 визуализации находится радиочастотная катушка 314. Радиочастотная катушка 314 соединена с радиочастотным приемопередатчиком 316. Кроме того, внутри туннеля магнита 304 находится пациент 318, который расположен на опоре 319 и частично внутри зоны 308 визуализации.
Вблизи зоны 308 визуализации находится радиочастотная катушка 314 для манипулирования ориентациями магнитных спинов внутри зоны 308 визуализации и для приема радиосигналов от спинов также внутри зоны 308 визуализации. Радиочастотная катушка 314 может содержать несколько элементов катушки. Радиочастотная катушка 314 может также называться каналом или антенной. Радиочастотная катушка соединена с радиочастотным приемопередатчиком 316. Радиочастотная катушка 314 и радиочастотный приемопередатчик 316 можно заменить отдельными излучающими и приемными катушками и отдельными передатчиком и приемником. Следует понимать, что радиочастотная катушка 314 и радиочастотный приемопередатчик 316 являются репрезентативными. Предполагается также, что радиочастотная катушка 314 представляет собой специализированную излучающую антенну и специализированную приемную антенну. Аналогично, приемопередатчик 316 также может представлять собой отдельный передатчик и отдельный приемник.
Медицинское устройство дополнительно содержит систему 320 нагрева. Предполагается, что система 320 нагрева является универсальной и может представлять собой любую систему, применяемую для нагревания участка пациента. Система 320 нагрева может быть, например, системой высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, системой радиочастотного нагрева, системой микроволновой абляции, системой гипертермической терапии, системой лазерной абляции и системой инфракрасной абляции. Участок пациента 318 показан как целевая зона 321. Система 320 нагрева допускает управляемое нагревание целевой зоны 321.
Источник 312 питания градиентной магнитной катушки, радиочастотный приемопередатчик 316 и система 320 нагрева подсоединены к аппаратному интерфейсу 324 компьютерной системы 322. Компьютерная система 322 дополнительно содержит процессор 326. Процессор 326 соединен с аппаратным интерфейсом 324. Аппаратный интерфейс 324 дает возможность процессору 326 передавать и принимать данные и команды в/из систему/ы 302 магнитно-резонансной визуализации. Компьютерная система 322 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 328, компьютерное запоминающее устройство 330 и компьютерную память 332.
На схеме показано, что компьютерное запоминающее устройство содержит план 340 терапии. На схеме дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 330 дополнительно содержит первую импульсную последовательность 342. На схеме дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 330 дополнительно содержит магнитно-резонансные данные 344, которые собраны с использованием системы 300 магнитно-резонансной визуализации, с сигналами управления, сформированными или обеспеченными первой импульсной последовательностью 342. На схеме дополнительно показано, что компьютерное запоминающее устройство 330 содержит команды 346 системы нагрева. Команды 346 системы нагрева могут быть взяты из плана 340 терапии и/или могут быть также модифицированными командами 346 системы нагрева, которые были модифицированы с использованием магнитно-резонансных данных 344.
На схеме показано, что компьютерная память 332 содержит управляющий модуль 350. Управляющий модуль содержит выполняемый компьютером код, который содержит команды, которые дают возможность процессору 326 управлять работой и функцией медицинского устройства 300. На схеме дополнительно показано, что компьютерная память 332 содержит модуль 352 модификации плана терапии. Модуль 352 модификации плана терапии содержит выполняемый компьютером код, который дает возможность процессору 326 модифицировать план 340 терапии в соответствии с магнитно-резонансными данными 344. В некоторых случаях, модификация может содержать модификацию команд 346 системы нагрева. Однако, в данном варианте осуществления, модуль 352 модификации плана терапии модифицирует план 340 терапии и/или команды 346 системы нагрева, когда система 320 нагрева не выполняет активного нагревания целевой зоны 321. В некоторых вариантах осуществления, модуль 352 модификации плана терапии может содержать выполняемый компьютером код для обработки магнитно-резонансных данных 344 таким образом, чтобы промежуточные изображения и/или тепловые карты формировались и затем использовались для модификации плана 340 терапии.
На фиг. 4 показано медицинское устройство 400 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, аналогичен варианту осуществления, показанному на фиг. 3. В данном варианте осуществления показано, что компьютерная память 330 дополнительно содержит вторую импульсную последовательность 440. На схеме показано, что компьютерная память 330 дополнительно содержит магнитно-резонансные данные управления, которые собраны с использованием системы 302 магнитно-резонансной визуализации, при управлении второй импульсной последовательностью 440.
На схеме показано, что компьютерная память 330 дополнительно содержит модуль 450 модификации команд системы нагрева. Модуль 450 модификации команд системы нагрева содержит выполняемый компьютером код, который дает возможность процессору 326 модифицировать команды 346 системы нагрева с использованием магнитно-резонансных данных 442 управления. В данном варианте осуществления, модуль 450 модификации команд системы нагрева предназначен для модификации команд 346 системы нагрева в то время, когда собирают магнитно-резонансные данные 442 управления. По существу, модуль 450 модификации команд системы нагрева дает возможность процессору 326 формировать замкнутый цикл управления для управления системой 320 нагрева.
На фиг. 5 показан дополнительный вариант осуществления медицинского устройства 500 в соответствии с изобретением. В данном варианте осуществления, система нагрева является системой 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука. Система высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука содержит камеру 504, заполненную текучей средой. Внутри камеры 504, заполненной текучей средой, находится ультразвуковой преобразователь 506. Хотя на данной фигуре не показано, ультразвуковой преобразователь 506 может содержать несколько ультразвуковых преобразовательных элементов, способных, каждый, формировать отдельный пучок ультразвука. Приведенное построение можно применить к электронному управлению местоположением точки 518 воздействия ультразвуком посредством управления фазой и/или амплитудой переменного электрического тока, подаваемого в каждый из ультразвуковых преобразовательных элементов. Точкой 518 воздействия ультразвуком можно управлять во время работы, чтобы воздействовать ультразвуком на целевую зону 321. В некоторых вариантах осуществления, точку воздействия ультразвуком можно перемещать электронными средствами во время воздействия ультразвуком, чтобы создавать ячейку нагревания предварительно заданного размера.
Ультразвуковой преобразователь 506 соединен с механизмом 508, который допускает механическое изменение положения ультразвукового преобразователя 506. Механизм 508 соединен с механическим приводом 510, который предназначен для приведения в движение механизма 508. Механический привод 510 представляет также источник питания для подачи электрической мощности в ультразвуковой преобразователь 506. В некоторых вариантах осуществления, источник питания может управлять фазой и/или амплитудой электрической мощности в отдельные ультразвуковые преобразовательные элементы. В некоторых вариантах осуществления, механический привод/источник питания 510 расположен снаружи туннеля 306 магнита 304.
Ультразвуковой преобразователь 506 генерирует ультразвук, который показан как следующий пути 512. Ультразвук 512 проходит через камеру 504, заполненную текучей средой, и через ультразвуковое окно 514. В данном варианте осуществления, после этого ультразвук проходит через гелевую прокладку 516. Гелевая прокладка не обязательно присутствует во всех вариантах осуществления, но в данном варианте осуществления имеется углубление в опоре 319 для пациента для вмещения гелевой прокладки 516. Гелевая прокладка 516 способствует вводу ультразвуковой мощности из преобразователя 506 в пациента 518. После прохода через гелевую прокладку 516, ультразвук 512 проходит сквозь пациента 318 и фокусируется в точке 518 воздействия ультразвуком. Точка 518 воздействия ультразвуком фокусируется внутри целевой зоны 321. Точку 518 воздействия ультразвуком можно перемещать посредством механического позиционирования ультразвукового преобразователя 506 в сочетании с электронным управлением положением точки 518 воздействия ультразвуком, чтобы воздействовать на всю целевую зону 321.
Как показано на схеме, система 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука также подсоединена к аппаратному интерфейсу 324 компьютерной системы 322. Компьютерная система 322 и содержимое ее запоминающего устройства 330 и памяти 332 эквивалентны тому, чтобы показано на фиг. 4.
На фиг. 6 изображено медицинское устройство 600 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления, система нагрева является системой 601 радиочастотного нагрева. Вариант осуществления, показанный на фиг. 6 аналогичен варианту осуществления, показанному на фиг. 4. Компьютерная система 322, представленная на фиг. 6, эквивалентна компьютерной системе 322, показанной на фиг. 4. Содержимое компьютерного запоминающего устройства 330 и компьютерной памяти 332 также эквивалентно компьютерному запоминающему устройству 330 и компьютерной памяти 332, показанным на фиг. 4. В данном варианте осуществления, показанном на фиг. 6, в качестве системы нагрева применена система 601 радиочастотного нагрева. Система 601 радиочастотного нагрева содержит антенну 602 и радиочастотный передатчик 604. Антенна 602 находится вблизи целевой зоны 321. Радиочастотную энергию, генерируемую передатчиком 604 и излучаемую антенной 602, используют для селективного нагревания целевой зоны 321. Как показано в данном варианте осуществления, радиочастотный передатчик 604 подсоединен к аппаратному интерфейсу 324. Процессор 326 и содержимое компьютерного запоминающего устройства 330 и компьютерной памяти 332 используют для управления радиочастотным передатчиком 604 эквивалентно тому, как посредством процессора 326 управляют системой 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, показанной на фиг. 5.
На фиг. 7 приведена блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Сначала, на этапе 700 принимают или создают план терапии. Затем, на этапе 702 собирают магнитно-резонансные данные с использованием импульсной последовательности типа A. В данном варианте осуществления, импульсная последовательность типа A предназначена для обнаружения начального эффекта воздействия ультразвуком в целевой ткани. Например, упомянутую последовательность можно применять для определения перфузии или диффузии, или изменений времени релаксации, например, времени релаксации T1 и T2. Затем, на этапе 704 выполняют нагревание зоны системой нагрева. Данный этап может также включать в себя контроль температуры с использованием системы магнитно-резонансной визуализации во время нагревания и, возможно, какое-то время после нагревания. В некоторых вариантах осуществления, нагревание выполняют воздействием ультразвуком. Затем, на этапе 706, импульсную последовательность типа A повторяют, и магнитно-резонансные данные собирают повторно. Затем, на этапе 708 создают оценку уже обработанного объема. Данной оценкой может быть карта ткани, которая, вероятно, подлежит абляции.
Затем, на этапе 710 принимают решение. Решается вопрос, требуется ли изменить план терапии по результатам этапа 708. Если никакой модификации не требуется, то способ возвращается на этап 704, и нагревание выполняют повторно. Если план терапии нуждается в модификации, то способ переходит к этапу 712, на котором план терапии изменяют в соответствии с собранными магнитно-резонансными данными. При данном способе, начало каждого этапа может выполняться автоматически или может выполняться под управлением пользователя или оператора. В некоторых вариантах осуществления, оператор может остановить способ в любой момент. Решение на этапе 710 может приниматься либо оператором, либо алгоритмом. На этапе 712, изменения плана терапии могут содержать повторение некоторых точек воздействия ультразвуком или точек нагревания, увеличение или уменьшение взаимного перекрытия точек нагревания или воздействия ультразвуком, а также решение, что требуется меньшее нагревание или воздействие ультразвуком.
На фиг. 8 приведена блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. На этапе 800 принимают или создают план терапии. Затем, на этапе 802 собирают магнитно-резонансные данные и/или получают изображения с использованием импульсной последовательности типа A. В данном варианте осуществления, импульсная последовательность типа A является импульсной последовательностью, которую применяют для измерения температуры жира. Например, импульсная последовательность может быть импульсной последовательностью, которая собирает информацию, относящуюся к T2 или T1. Затем, на этапе 804 нагревают целевую зону с использованием системы нагрева. Во время нагревания на этапе 804 и, возможно, какое-то время после того, нагревание заканчивается, можно выполнять контроль температуры целевой зоны и/или зоны охвата, окружающей целевую зону. Далее, на этапе 806 собирают магнитно-резонансные данные, снова с использованием импульсной последовательности A. Затем, на этапе 808 создают или вычисляют ближнепольную температурную карту по изображениям, полученным на этапах 802 и 806. Далее, на этапе 810 принимают решение. Решение принимают о том, требуется ли изменить план терапии по результатам на этапе 808. В данном случае, изменением может быть применение более продолжительных периодов охлаждения или изменение положений ячеек, чтобы исключить избыточное накопленное нагревание, приводящее к поражению ткани в области ближнего поля. Область ближнего поля, обычно, содержит подкожный жир. Если ответом является нет, не требуется, то способ возвращается на этап 804, на котором нагревают целевую зону. Если да, требуется, то выполняют этап 812. На этапе 812 план терапии модифицируют с использованием магнитно-резонансных данных, которые были собраны, и затем способ возвращается на этап 804 нагревания.
На фиг. 9 приведена блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Сначала, на этапе 900 выполняют нагревание целевой зоны или воздействие ультразвуком на целевую зону. Затем собирают магнитно-резонансные данные на этапе 902 с использованием импульсной последовательности типа B. В данном конкретном варианте осуществления, импульсная последовательность типа B является импульсной последовательностью, чувствительной к B0. Обычно, последовательность данного вида является последовательностью градиентное эхо, при которой изменение B0 можно видеть на фазовой карте. Последовательность типа B должна создавать фазовую карту и охватывает достаточно большую интересующую область для всего объема терапии. Затем, на этапе 904, ультразвуковой преобразователь перемещают из его первоначального положения в новое положение. Затем, на этапе 906 снова собирают магнитно-резонансные данные с использованием последовательности типа B. В данном варианте осуществления, преобразователь перемещали с места на место, и фазовую карту измеряли в обоих случаях. В способе PRF (на основе сдвига резонансной частоты протонов), изменение температуры наблюдается как изменение фазовой карты. Ошибки фазовой карты, вызванные перемещением преобразователя, затрудняют оценку накопленного нагревания, обусловленного несколькими последовательными актами воздействия ультразвуком. На этапе 908 выполняют оценку изменения фазовой карты между этапами 902 и 906. Затем, на этапе 910 выполняют другое воздействие ультразвуком на целевую зону, и можно выполнить коррекцию с учетом изменения, вызванного перемещением преобразователя, в фазе последовательности, формирующей температурную карту. Приведенная возможность особенно полезна, когда для определения температуры применяют фазовый способ. Затем, на этапе 912 принимается решение по вопросу, закончена ли терапия. Если получают ответ нет, не закончена, то способ возвращается на этап 902. Этап 902 можно пропускать после первого цикла, при этом, способ переходит непосредственно на этап 904. Если первоначально полученные магнитно-резонансные данные используют как опорное изображение для фазы, то можно вычислять накопленную температуру для контроля. Если на этапе 912 принимаю решение, что нагревание закончено, то способ заканчивается на этапе 914.
На фиг. 10 приведена блок-схема последовательности операций способа в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Сначала, на этапе 1000 сканируют опорное изображение в фазе планирования. Опорное изображение может быть изображением, используемым для планирования, или набором изображений, специально получаемым с целью последующего обнаружения движения и/или компенсации. Затем, на этапе 1002 выполняют воздействие ультразвуком на целевую зону или ее нагревание. Затем, на этапе 1004 получают изображения, пригодные для обнаружения движения и измеряют движение. Данное действие выполняют после воздействия ультразвуком. Затем, на этапе 1006 принимают решение. Вопрос состоит в том, обнаружено ли движение. Если никакого движения не обнаружено, то способ возвращается обратно на этап 1002, и выполняют дополнительное воздействие ультразвуком или нагревание. Если движение обнаружено с использованием магнитно-резонансных данных или изображений, то способ переходит на этап 1008. На этапе 1008, измеренное движение компенсируют, и план терапии корректируют. Затем, способ возвращается на этап 1002.
Средства для решения проблем перемещения пациента, накопленных эффектов нагревания и длительных периодов времени процедуры могут быть полезны при терапии высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком (HIFU). Технические средства существующего уровня пробуют выполнять приведенные требования чередованием протоколов сканирования температур и автоматизированного позиционирования объема терапевтического воздействия.
В одном варианте осуществления изобретения, сканирование для определения перемещения пациента и получения температурной информации выполняют до и после воздействия ультразвуком. Упомянутое сканирование называется в дальнейшем вспомогательным сканированием. Данное вспомогательное сканирование может, в некоторых вариантах осуществления, соответствовать магнитно-резонансным данным, собираемым с использованием первой импульсной последовательности или даже различным импульсным последовательностям, названными последовательностями типа A или типа B в предыдущих вариантах осуществления.
В другом варианте осуществления изобретения, вспомогательное сканирование выполняют с использованием протокола(ов) сканирования, который(ые) отличается(ются) от протокола, используемого во время воздействия ультразвуком.
В другом варианте осуществления изобретения, интерактивные или автоматизированные повторное планирование и анализ результатов выполняют одновременно с вспомогательным сканированием.
В другом варианте осуществления изобретения, в соответствии с четвертым аспектом изобретения, вспомогательное сканирование запускается автоматически событиями воздействия ультразвуком или полуавтоматически действиями с пользователем.
В другом варианте осуществления изобретения, вспомогательное сканирование используют для коррекции и калибровки эффектов перемещений пациента и движения ультразвукового преобразователя на изображениях для картирования температур, чтобы обеспечить оценку накопленной температуры.
Как упоминалось выше, технические средства существующего уровня в области визуализации температур HIFU (высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука) сконцентрированы на воздействии ультразвуком, а именно, протокол сканирования воздействия ультразвуком или импульсную последовательность оптимизировали для относительно быстрого вывода изображения за счет морфологических данных и отношения сигнала/контраста к шуму. Когда ткань нагревали, период охлаждения между актами воздействия ультразвуком использовали для сбора дополнительных данных с субоптимальным сканированием воздействия ультразвуком.
Сбор данных изображений других типов приводил к длительным ручным процедурам, которые нарушают терапию.
Автоматизация переключения протоколов может обеспечить данные изображений с произвольным контрастом, а именно, при использовании T1-взвешенной визуализации можно получать температурные карты жировых тканей, можно получать, в результате, более точные оценки времени охлаждения и можно предотвращать перегрев тканей. Можно сканировать более обширные объемы или визуализировать более обширные 3-мерные объемы, чтобы проверять нарастание температуры снаружи нормального объема интереса. Перемещение пациента снаружи воздействия ультразвуком можно немедленно обнаруживать, и можно планировать корректирующие действия.
В системах HIFU существующего уровня техники определяются только температурные изменения. Абсолютные измерения накопленного тепла являются проблематичными вследствие перемещений пациента и влияния движения преобразователя на изображения картирования температур. Вспомогательное сканирование обеспечивает информацию для коррекции движения пациента и калибровки влияния движения преобразователя.
Одновременное планирование и анализ можно выполнять быстрее, так как пользователь не нуждается в выполнении проверок перемещения пациента или в оценке остающегося времени охлаждения на основании собранных данных изображения воздействия ультразвуком, а полагается на автоматизированный анализ вспомогательных сканированных изображений.
Варианты осуществления изобретения обеспечивают способ, в котором время предварительного воздействия ультразвуком или охлаждения используют для сбора данных изображения с измененными геометрией и контрастом изображения, без оптимизаций, требуемых для сканирования воздействия ультразвуком.
Когда пациент помещен внутрь сканера и готов к воздействиям ультразвуком, начинается сканирование перед воздействием ультразвуком, запускаемое с пользовательского интерфейса: программное обеспечение для HIFU посылает запрос к программному обеспечению сканера на включение текущего выполняемого протокола (при наличии) для морфологически точного сканирования, затем посылает другой запрос на точное сканирование для картирования температур. Тем самым формируются высококачественные реперы для последующих проверок перемещения пациента и изменений температур, соответственно.
Когда пользователь запускает воздействие ультразвуком, выполняемый протокол автоматически переключается на сканирование, оптимизированное под воздействие ультразвуком, и воздействие ультразвуком выполняют вместе упомянутым сканированием. Когда аппаратура воздействия ультразвуком останавливается, происходит другое автоматическое переключение протокола, чтобы проконтролировать перемещение пациента и нарастание температуры в жировых тканях. В качестве альтернативы, сканирование, оптимизированное под воздействие ультразвуком, может продолжаться некоторое время после воздействия ультразвуком, перед тем, как начинается другой протокол или импульсная последовательность. Функция контроля последней автоматически обновляет остающееся время охлаждения, так что пользователю остается вносить сопутствующие изменения в остальной план терапии.
В некоторых вариантах осуществления выполняется определение, что протокол сканирования, используемый для контроля повышения температуры во время воздействия ультразвуком, можно переключить на другой протокол сканирования. Однако, вместо использования магнитно-резонансных данных для измерения температуры может существовать совокупность разных протоколов сканирования или импульсных последовательностей, которые пригодны для сканирования между актами воздействия ультразвуком при терапии высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком. Например, несколько разных MR контрастных веществ/параметров могут быть применены для оценки отклика ткани на терапию во время охлаждения и могут, по существу, содействовать обеспечению конечной точки терапии для сеанса, который не зависит от визуализации температур. Кроме того, можно оценивать поток с помощью, например, магнитно-резонансной ангиографии (MRA) без контрастного вещества, чтобы оценить окклюзию сосудов, питающих опухоль. Для калибровки термометрического сканирования можно также выполнять визуализацию абсолютных температур спектроскопическим методом.
В общем, протокол сканирования, используемый для контроля повышения температуры при воздействии ультразвуком в ходе HIFU-терапии, обеспечивает компромисс между пространственной и временной разрешающими способностями, а также пространственным охватом и отношением сигнал/шум/точность температуры. Причина достаточно высоких требований к временной разрешающей способности, обычно, состоит в высоких используемых мощностях и, следовательно, быстром повышении температуре. Контрольное сканирование должно допускать достаточно быстрое определение чрезмерного повышения температуры, чтобы исключить поражения здоровых структур. Когда заканчивается воздействие ультразвуком, и начинается период охлаждения, необходимый для обеспечения охлаждения здоровых тканей, потребность в быстрой оценке температур отсутствует. Данный период времени можно использовать для сканирования по другим протоколам сканирования, чтобы пополнить и/или калибровать температурную информацию, полученную во время воздействия ультразвуком.
Проблемы или недостатки, устраняемые изобретением
Например, сканирование может быть обычным термометрическим сканированием (способ PRF/T1/и т.д.) или может быть сканированием абсолютных температур для калибровки измерения температуры. Данное сканирование может быть также совершенно другим сканированием. Период охлаждения при терапии высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком обычно составляет около 1-5 минут и, следовательно, может быть использован для сканирования по альтернативным протоколам сканирования, при выполнении плана терапии.
Например, для оценки поражения тканей можно использовать несколько MR контрастных веществ и параметров. T2-взвешенные сканирования могут выполняться для получения представления об отеке в мягких тканях, эластография может дать представление о денатурации белков и, в результате, повышения жесткости ткани, и диффузионная визуализация может дать представление об изменении течения воды на клеточном уровне, которое, как оказалось, также испытывает влияние термической коагуляции.
Кроме того, окклюзию сосудов можно оценивать с помощью неконтрастированной или контрастированной MRA. Для некоторых опухолей, частичная или полная эмболизация под действием HIFU может быть целью лечения или, в качестве альтернативы, средством для обеспечения более эффективного нагревания при последующих воздействиях ультразвуком. Данный подход может давать преимущество при итерационных попытках абляции сосудов, питающих опухоль, что, как выяснилось, полезно при некоторых фибромах матки и может также оказаться полезным для органов с сильной перфузией, например, печени.
Хотя настоящее изобретение подробно представлено на чертежах и охарактеризовано в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, специалистами в данной области техники в процессе практической реализации заявленного изобретения могут быть разработаны и выполнены другие варианты раскрытых вариантов осуществления. В формуле изобретения, формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, например, оптическом носителе данных или полупроводниковом носителе, поставляемом совместно с другими аппаратным обеспечением или в его составе, но может также распространяться в других формах, например, по сети Интернет или в других проводных или беспроводных телекоммуникационных системах. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.
СПИСОК ЧИСЛОВЫХ ПОЗИЦИЙ:
300 медицинское устройства
302 система магнитно-резонансной визуализации
304 магнит
306 туннель магнита
308 зона визуализации
310 градиентная магнитная катушка
312 источник питания градиентной магнитной катушки
314 радиочастотная катушка
316 радиочастотный приемопередатчик
318 пациент
319 опора для пациента
320 система нагрева
321 целевая зона
322 компьютерная система
324 аппаратный интерфейс
326 процессор
328 пользовательский интерфейс
330 компьютерное запоминающее устройство
332 компьютерная память
340 план терапии
342 первая импульсная последовательность
344 магнитно-резонансные данные
346 команды системы нагрева
350 управляющий модуль
352 модуль модификации плана терапии
440 вторая импульсная последовательность
442 магнитно-резонансные данные управления
450 модуль модификации команд системы нагрева
500 медицинское устройство
502 система высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука
504 камера, заполненная текучей средой
506 ультразвуковой преобразователь
508 механизм
510 механический привод/источник питания
512 путь ультразвука
514 ультразвуковое окно
516 гелевая прокладка
518 точка воздействия ультразвуком
600 медицинское устройство
601 система радиочастотного нагрева
602 антенна
604 радиочастотный передатчик