本發(fā)明涉及引導(dǎo)式熱處置的領(lǐng)域中的系統(tǒng)，并且更特別地涉及溫度控制。

背景技術(shù)：

在高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)中，治療超聲(US)焦點(diǎn)定位在要被加熱的靶病變內(nèi)。目標(biāo)通常是消融病變，但是存在其中非消融加熱足夠的應(yīng)用。

通常，靶是通過將熱處置脈沖應(yīng)用到其來加熱的，其中，靶被暴露于高強(qiáng)度超聲波相對(duì)短時(shí)間(10-100s量級(jí))。該能量應(yīng)用被稱為聲處理。除靶的加熱之外，超聲束還加熱靶外部的組織。雖然非靶區(qū)中的單個(gè)聲處理的加熱通常太低而不能產(chǎn)生組織損傷，但是若干聲處理的熱積聚可能引起安全問題。HIFU的典型的不良事件是US換能器與靶(皮下地近場(NF)體積)之間的區(qū)域中的皮膚燒傷。因此，在聲處理之間需要冷卻時(shí)段來讓正常組織經(jīng)由正常身體冷卻過程(例如，擴(kuò)散、灌注、輻射)冷卻。該冷卻時(shí)段降低處理效率。

文檔WO2010029474A1描述了一種MR引導(dǎo)的熱處置系統(tǒng)，其中，依賴于在冷卻時(shí)段之前的能量沉積期間的離焦最大溫度來調(diào)節(jié)冷卻時(shí)段。離焦區(qū)域中的最大溫度上升近似線性地取決于沉積的能量密度，并且最大溫度的測量結(jié)果可以因此被用于設(shè)定冷卻時(shí)段。在可以在加熱期間的離焦超聲圓錐的中間中忽略歸因于熱擴(kuò)散的溫度下降時(shí)，線性依賴性看起來是有效的。

WO2010/029479描述了一種執(zhí)行靶區(qū)域中的能量的連續(xù)沉積的治療系統(tǒng)。治療系統(tǒng)被配置為根據(jù)所估計(jì)的誘發(fā)的加熱來產(chǎn)生冷卻時(shí)段的先驗(yàn)估計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明洞悉：為了實(shí)現(xiàn)好的處理效率，需要最小化冷卻次數(shù)并且同時(shí)防止對(duì)被處置的對(duì)象的過度加熱。

該目標(biāo)是通過如權(quán)利要求1所描述的引導(dǎo)式熱處置系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。

該目標(biāo)還是通過如權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)的。

HIFU系統(tǒng)軟件(SW)通常具有估計(jì)保持安全風(fēng)險(xiǎn)低所需要的近場(NF)熱積聚和對(duì)應(yīng)的冷卻時(shí)間的算法。NF算法可以基于理論計(jì)算模型并且可以利用來自MRI溫度圖的信息。然而，MRI溫度圖信息通常是不完整的。質(zhì)子共振頻率偏移(PRFS)方法測量相對(duì)溫度改變并且通常不具有積聚加熱信息。而且，PRFS方法僅在含水組織中工作，并且因此其通常給定來自肌肉的信息，同時(shí)不監(jiān)測皮下脂肪和皮膚(由于薄厚度)。備選的基于T2的方法可以給定關(guān)于脂肪溫度的信息，但是該方法不在其他組織類型中工作。因此，NF加熱的足夠的在線監(jiān)測是具挑戰(zhàn)性的，并且通常針對(duì)安全算法需要計(jì)算模型。

估計(jì)NF區(qū)域中的熱積聚的計(jì)算模型需要考慮聲處理的定時(shí)和能量以及超聲束路徑的定位。在最佳處置中，盡快開始下一聲處理。這要求估計(jì)即將到來的聲處理的熱效應(yīng)的預(yù)測算法。特別地，在使用反饋聲處理(即，其中聲處理的持續(xù)時(shí)間和/或電力基于溫度反饋而被調(diào)節(jié)的聲處理)時(shí)，這可能是困難的任務(wù)。除這些技術(shù)因素之外，熱積聚估計(jì)需要對(duì)場附近的患者的加熱和冷卻進(jìn)行建模。存在單獨(dú)的患者相關(guān)變化；患者具有例如處置熱的不同容量，并且其具有影響熱擴(kuò)散的皮下脂肪層的不同的厚度。因此，熱積聚算法總是近似值，并且應(yīng)當(dāng)允許醫(yī)師基于可用的醫(yī)學(xué)信息、基于與患者的通信并且基于他/她的針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)/收益比的估計(jì)，判斷必要的冷卻時(shí)間。

SW熱積聚算法可以是保守的并且甚至在不利事件的非常小概率的情況下防止聲處理。這將容易地引起針對(duì)大部分患者的次優(yōu)患者處置。如果算法是較不保守的，則用戶得不到來自系統(tǒng)的針對(duì)具有較高的風(fēng)險(xiǎn)的患者的任何支持。

為了解決該問題，本發(fā)明提出了一個(gè)或多個(gè)兩級(jí)冷卻時(shí)段的使用。

軟件估計(jì)基于聲處理歷史和針對(duì)下一聲處理的用戶選擇(例如，通過已知熱模型)的近場體積中的能量積聚。用戶選擇可以是例如US功率、單元大小、US頻率、單元位置(影響超聲束路徑位置)。算法通過將(總)冷卻時(shí)段分割為以下部分而提供冷卻時(shí)段的兩級(jí)冷卻時(shí)段：

-冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分以防止具有不利事件的顯著地增加的風(fēng)險(xiǎn)的聲處理。冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分不能由用戶重寫。原則上，冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分的持續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)足以防止不靈敏患者中的過度加熱(例如，具有正?；蛟黾拥谋３煮w溫的能力)。

-冷卻時(shí)段的推薦部分，其指示當(dāng)在該推薦部分期間進(jìn)行聲處理時(shí)存在針對(duì)靈敏患者(例如，具有降低的保持體溫的能力)的提高的風(fēng)險(xiǎn)?；谒?她的關(guān)于可用的醫(yī)學(xué)信息的判斷和風(fēng)險(xiǎn)/收益分析，可以由用戶重寫總冷卻時(shí)段的該部分。可以例如通過簡單地按壓“開始聲處理”按鈕完成重寫。而且，可以通過對(duì)冷卻時(shí)段的推薦部分的剩余的持續(xù)時(shí)間的手動(dòng)調(diào)節(jié)來完成重寫。同時(shí)，冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分和推薦部分是(總)冷卻時(shí)段。

可以借助于聽覺/視覺顯示器通知用戶關(guān)于冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分和推薦部分的持續(xù)時(shí)間。可以例如通過使用冷卻條與冷卻時(shí)間的顏色編碼指示強(qiáng)制部分和推薦部分將該信息可視化給用戶。

通過使用冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分組合冷卻時(shí)段的推薦部分，可以獲得安全處置，同時(shí)減少總冷卻時(shí)段并且從而降低不必要的處置延遲。

在下一個(gè)聲處理之前的估計(jì)的冷卻時(shí)間取決于下一個(gè)聲處理的參數(shù)。用戶可以在計(jì)劃階段中改變這些參數(shù)并且基于所估計(jì)的冷卻時(shí)間來定義例如聲處理的順序。

本發(fā)明可以例如使用在HIFU系統(tǒng)中或提供無創(chuàng)局部加熱(例如，RF消融)其他治療設(shè)備中。

附圖說明

圖1圖解地圖示了使用本發(fā)明的磁共振引導(dǎo)的熱處置系統(tǒng)；并且

圖2示意性地示出了本發(fā)明的一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方式。

具體實(shí)施方式

圖1圖解地圖示了使用本發(fā)明的引導(dǎo)式熱處置系統(tǒng)的實(shí)施例。圖1中所示的實(shí)施例是MR引導(dǎo)的介入系統(tǒng)，其包括磁共振系統(tǒng)(未完全示出)和熱治療系統(tǒng)30。本發(fā)明不限于使用MR用于引導(dǎo)的系統(tǒng)。可以使用用于引導(dǎo)的其他技術(shù)，其中，可以導(dǎo)出關(guān)于由熱脈沖曝光的區(qū)域的溫度的信息。熱治療系統(tǒng)30可以是被用于MR引導(dǎo)式熱處置的任意物?？梢岳缃柚贖IFU或借助于微波天線應(yīng)用熱處置。熱處置系統(tǒng)被配置用于應(yīng)用熱處置脈沖，其被間隔開冷卻時(shí)段?？梢酝ㄟ^控制器35接通或斷開熱處置系統(tǒng)。

磁共振檢查系統(tǒng)包括主磁體10，其在檢查區(qū)域14內(nèi)生成穩(wěn)定均勻主磁場。該主磁場使得要被檢查的目標(biāo)中的自旋的部分取向沿著主磁場的場線。RF系統(tǒng)被提供有一個(gè)或多個(gè)RF天線12，其將RF激發(fā)磁場發(fā)射到檢查區(qū)域14中以激發(fā)要被檢查的目標(biāo)的身體中的自旋。弛豫的自旋發(fā)射由(尤其是RF接收線圈的形式的)RF天線12拾取的RF范圍內(nèi)的磁共振信號(hào)。RF系統(tǒng)12耦合到Tx/Rx開關(guān)11，Tx/Rx開關(guān)11繼而耦合到RF放大器13。而且，提供梯度線圈16以生成時(shí)間磁梯度場，尤其是讀取梯度脈沖和相位編碼梯度。這些梯度場在相互正交方向上取向并且對(duì)磁共振信號(hào)施加空間編碼。提供梯度放大器18以激活梯度線圈16來生成磁梯度編碼場。由RF接收器天線12獲得的磁共振信號(hào)應(yīng)用到MRI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其包括光譜儀19。所使用的MR協(xié)議確定所采集的數(shù)據(jù)的對(duì)比度類型(例如，T1加權(quán)的或T2加權(quán)的)。MRI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)19將數(shù)據(jù)提供給主機(jī)計(jì)算機(jī)20。根據(jù)磁共振信號(hào)，可以重建圖像?？梢栽陲@示器25上顯示圖像。顯示器還可以被用于顯示關(guān)于冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分和推薦部分的信息。

磁共振檢查系統(tǒng)包括熱模塊40。熱模塊使用一個(gè)或多個(gè)熱模型估計(jì)近場區(qū)域中的熱積聚，其考慮聲處理的定時(shí)和能量以及超聲波束路徑的定位。這樣的模型在本領(lǐng)域中眾所周知并且可以被用于確定冷卻時(shí)段的持續(xù)時(shí)間。通過使用非保守性(例如，代表平均患者的值)模型參數(shù)值，例如針對(duì)組織的熱容量、灌注、脂肪層的厚度，可以計(jì)算冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分的持續(xù)時(shí)間。通過使用針對(duì)模型參數(shù)的更加保守性的值，可以計(jì)算冷卻時(shí)段的推薦部分的持續(xù)時(shí)間。計(jì)算冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分和推薦部分使用的模型參數(shù)的選擇取決于將針對(duì)用戶的安全性與靈活性之間的權(quán)衡放在何處的偏好。

備選地，冷卻時(shí)段的推薦部分的持續(xù)時(shí)間可以是冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分的持續(xù)時(shí)間的百分比。

而且，熱模型可以是與磁共振系統(tǒng)分離的軟件模塊。這樣的熱模型可以被用于升級(jí)磁共振檢查系統(tǒng)或可以被用于計(jì)算冷卻時(shí)段離線的強(qiáng)制部分和推薦部分的持續(xù)時(shí)間，例如作為熱模型計(jì)劃流程的一部分。

可以將熱模型的結(jié)果與一個(gè)或多個(gè)溫度測量結(jié)果組合。這些溫度測量結(jié)果可以被用于調(diào)節(jié)冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分和/或推薦部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括溫度測量模塊26，其從MR信號(hào)導(dǎo)出溫度分布。溫度分布可以定性分布。溫度分布可以例如是在熱處置之前所采集的基于T1、T2或T2*的信號(hào)與在冷卻時(shí)段期間所采集的相同對(duì)比類型的信號(hào)之間的比較的結(jié)果。

在一個(gè)實(shí)施例中，借助于顯示器25將溫度分布顯示給用戶。基于所顯示的溫度分布，用戶可以在冷卻時(shí)段的推薦部分期間決定是否開始新聲處理脈沖。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，磁性引導(dǎo)式熱處置系統(tǒng)被配置為檢查在冷卻時(shí)段期間所采集的溫度相關(guān)磁共振信號(hào)是否與在熱處置之前所采集的相同對(duì)比度類型的溫度相關(guān)磁共振信號(hào)類似。在這些信號(hào)類似的情況下，溫度還將與在處理的開始時(shí)的溫度類似。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，使用基于弛豫時(shí)間常量的溫度測量(例如，T1、T2、T2*)來采集溫度相關(guān)的信號(hào)以便確定脂肪層的溫度或溫度改變。根據(jù)另一實(shí)施例，使用譜學(xué)技術(shù)或多回波技術(shù)來采集溫度相關(guān)的信號(hào)。這些技術(shù)對(duì)于肌肉組織與脂肪之間的邊界上的溫度改變靈敏。那些技術(shù)也可以潛在地應(yīng)用于通過NAA-PRF譜學(xué)溫度測量監(jiān)測腦消融期間的冷卻。利用譜學(xué)或多回波PRF技術(shù)，多個(gè)譜峰可以被解析并且知曉峰的溫度相關(guān)性，峰之間的頻率差可以轉(zhuǎn)換到絕對(duì)溫度估計(jì)。

圖2示意性地示出了用于使用在本發(fā)明的實(shí)施例中的用戶界面的一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方案。熱模塊被配置為將總體冷卻時(shí)段劃分為由條11在圖2中所指示的第一周期和由條3在圖2中所指示的第二周期。這些條可以顯示在圖1的顯示器25上。這些條可以例如是基于其顏色可區(qū)分的。條隨著時(shí)間變得更短，長度指示剩余的冷卻時(shí)段。條3表示在其期間防止聲處理的冷卻時(shí)段的強(qiáng)制部分(禁止開始聲處理按鈕(圖2a中的9))。條1指示推薦的冷卻。在圖2a中，存在6：31的總冷卻時(shí)間5，其大約一分鐘是強(qiáng)制的。在幾分鐘之后，強(qiáng)制部分過去并且剩余的條1指示冷卻時(shí)段的推薦部分。這可以例如通過條的顏色識(shí)別?，F(xiàn)在，如果基于其患者特異性判斷，處理風(fēng)險(xiǎn)是低的，則用戶開始聲處理。在冷卻時(shí)段的推薦部分之前開始的聲處理中所要求的額外護(hù)理可以例如通過黃正方形或其他符號(hào)、顏色示出7在開始聲處理按鈕9處，參見圖2b。在更多的幾分鐘之后，所有冷卻條已經(jīng)消失，這指示推薦的冷卻時(shí)間結(jié)束并且近場體積中的風(fēng)險(xiǎn)是低的(圖2c)。

估計(jì)的冷卻時(shí)間是聲處理相關(guān)的。每次用戶計(jì)劃新的聲處理、選擇已經(jīng)計(jì)劃的聲處理之一或改變聲處理參數(shù)時(shí)，更新冷卻時(shí)段外觀，并且用戶得到針對(duì)冷卻時(shí)段的立即響應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，冷卻時(shí)段是基于以下來估計(jì)的：

-聲處理歷史數(shù)據(jù)，例如所有所運(yùn)行的聲處理的功率、持續(xù)時(shí)間、頻率、位置和定時(shí)

-聲處理預(yù)測數(shù)據(jù)，例如下一個(gè)所選擇的聲處理的功率、期望持續(xù)時(shí)間、頻率和位置

-患者模型，其包括針對(duì)皮膚、脂肪和腹肌的溫度冷卻和超聲吸收模型

-環(huán)境模型，其包括患者接觸的溫度或溫度估計(jì)

-超聲模型，其包括空間超聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)

雖然在附圖和前述描述中已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明，但是這樣的說明和描述將被認(rèn)為是說明性或示范性而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例并且可以被用于MR引導(dǎo)的熱處置的場內(nèi)的溫度控制。