用于使用磁共振引導的聚焦超聲的高溫處置的多焦點聲處理的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及用于使用多焦點聲處理的高溫處置的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 輕度高溫（HT)是在其中將組織加熱到高于體溫并且低于消融溫度的溫度（例如 38-45°C)的治療技術。這些輕度高溫處置可能導致生理的（例如灌注）和細胞的（例如 基因表達）改變，其在結合化學治療或放射治療使用時的改善療效。輕度高溫誘發眾多的 改變，其提供臨床益處，這使得其與許多化學治療劑和放射治療協同。除生理和細胞改變之 外，高溫可以與溫度響應以及不響應的藥物遞送系統使用來誘發毒性和改善總體效力。降 低毒性的一個解決方案涉及利用溫度敏感的脂質體藥物遞送來對腫瘤進行靶向。在正常體 溫（~37°C )，溫度敏感的脂質體是相對穩定的，而在大約38-45°C的輕度高溫溫度，溫度敏 感的脂質體展示10-20秒內的藥物釋放。
[0003] 存在可以將靶組織加熱到輕度高溫范圍的許多當前可用的設備。一個范例是射頻 (RF)施加器，其是將RF能量傳送到身體中的調諧天線。RF施加器由于RF的長波長而最佳 地用于對深層的腫瘤進行加熱。也使用微波施加器，但是典型地歸因于其短波長而僅用于 淺表性腫瘤。也已經使用熱水浴、激光和磁流體。這些遭受諸如有創的性質、有限或淺表性 的加熱、熱斑和冷斑、不準確或空間不均勻的加熱和缺乏空間時間反饋控制的缺點。局部高 溫還通過磁共振引導的高強度聚焦超聲（MR-HIFU)來執行，其中，聚焦超聲斑快速地掃描 以達到高溫并且MR被用于監測處置。聚焦斑往往在移動到下一位置之前在確切的焦斑位 置處暫時將組織加熱到高于目標溫度的溫度。此外，單個高強度焦斑也可能更容易引起有 害的機械組織損傷。
[0004] 使用高強度聚焦超聲可能導致熱和非熱（機械）生物效應兩者，這兩者起因于傳 播的超聲波與組織的復雜的相互作用。高強度聚焦超聲（HIFU)生物效應可以通過超聲輸 出功率、頻率、占空比、聲處理持續時間和焦斑特性來操縱和/或控制。歸因于通過組織的 振動激發進行加熱的超聲吸收和轉換的熱效應導致快速的高度局域化的溫度升高。HIFU獨 特的機械效應包括聲輻射力和聲空化。輻射力可以導致局部組織位移、剪切應變和流動，而 空化效應由氣泡活動來起作用一一使崩潰或振蕩的氣泡導致局部誘發的應力和高能量釋 放，這可能導致和輔助熱凝固和壞死。可以在特定應用中利用機械超聲效應來改善消融效 率或在有或沒有加入微氣泡的情況下改進藥物遞送。
[0005] MRI提供HIFU聲處理期間的體內溫度圖。溫度升高的實時評價可以在溫度圖中得 以監測，并且聲處理的功率、持續時間、頻率或軌跡（即空間時間圖樣）可以相應地被調節。
[0006] 本申請提出用于延長的時間段期間的維持輕度高溫的方法，其使用多焦點聲處理 方法來控制溫度準確性和一致性來限制所加熱的體積和降低所加熱的區域中的峰值聲壓。 本申請細化多焦點加熱策略作為用于輕度高溫應用的工具，例如在臨床腫瘤學中。然而，多 焦點加熱策略還可以具有其他應用，例如在MR-HIFU熱消融中。
【發明內容】
[0007] 根據一個方面，提供了一種輕度高溫處置裝置。所述裝置包括成像器，所述成像器 生成靶區域的規劃圖像和溫度圖。所述裝置還包括超聲換能器的相控陣列。超聲換能器驅 動器的陣列個體地驅動所述相控陣列的所述超聲換能器來生成所述靶區域中的多焦點聲 處理。一個或多個處理器被編程為接收目標溫度簡檔并且計算針對所述超聲換能器的所述 換能器驅動器的功率、頻率和相對相位，所述功率、頻率和相對相位被計算為令超聲換能器 的所述相控陣列生成多焦點聲處理圖樣，所述多焦點聲處理圖樣被配置為利用所述目標溫 度簡檔來對所述靶區域進行加熱。
[0008] 根據另一方面，提供了一種輕度高溫處置的方法。生成包含要接收所述輕度高溫 處置的對象的靶區域的規劃圖像。針對所述靶區域創建目標溫度簡檔。計算功率、頻率和 相對相位以用于驅動超聲換能器的相控陣列來根據所述溫度簡檔生成所述靶區域中的多 焦點聲處理圖樣。
[0009] 根據另一方面，提供了一種輕度高溫處置裝置，所述輕度高溫處置裝置包括成像 器和掃描控制器，所述掃描控制器控制所述成像器以生成靶區域的規劃圖像和溫度圖。超 聲換能器驅動器的陣列個體地驅動超聲換能器的相控陣列以生成靶區域中的多個同時的 焦斑。規劃控制臺對所述規劃圖像進行顯示并且具有輸入部，臨床醫師通過所述輸入部來 輸入目標溫度簡檔和靶位置（區域或體積）。超聲控制器接收所述目標溫度簡檔并且計算 用于所述換能器驅動器的功率、頻率和相對相位，所述功率、頻率和相對相位被計算為令超 聲換能器的所述相控陣列生成多焦點聲處理圖樣來將所述靶區域加熱到所述目標溫度簡 檔。
[0010] 然而，在閱讀和理解了以下詳細說明之后，本領域的普通技術人員將理解本發明 的另外的優點。
【附圖說明】
[0011] 本發明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。 附圖僅出于說明優選實施例的目的并且不應被解釋對本發明的限制。
[0012] 圖1是用于輕度高溫處置的磁共振引導的多焦點聲處理的系統的示意圖；
[0013] 圖2A是針對向中心的左側偏離4mm的單個點的模擬的聲壓場；
[0014] 圖2B是具有在8mm直徑的圓上均勻相隔的16個同時的焦點的多焦點聲處理的模 擬；
[0015] 圖2C圖示了對應于圖2A的單個點聲處理的矢狀圖像平面，即在波束路徑方向 上；
[0016] 圖2D是對應于圖2B的多焦點聲處理圖樣的矢狀圖像平面圖像；
[0017] 圖3A圖示了針對圖像原點坐標左側4mm的單個焦點聲處理的聲壓圖；
[0018] 圖3B圖示了針對圖2B的16焦點圖樣的聲壓圖；
[0019] 圖3C圖示了針對圖3A的單焦點聲處理的相位圖；
[0020] 圖3D圖示了圖3B的16焦點圖樣的相位圖；
[0021] 圖4A圖示了通過使用8mm聲處理軌跡獲得的模擬的冠狀溫度分布圖，其中，單個 點在時間上足夠快速地掃描通過16個焦點以達到有效的熱平均；
[0022] 圖4B圖示了根據圖4A的聲處理的矢狀溫度分布圖；
[0023] 圖4C圖示了通過使用具有16個同時的焦點的多焦點聲處理圖樣獲得的模擬的冠 狀溫度分布圖；
[0024] 圖4D圖示了根據圖4C的多焦點聲處理圖樣的矢狀模擬的溫度分布圖；
[0025] 圖5A圖示了質子密度加權規劃圖像上的冠狀腫瘤映射；
[0026] 圖5B圖示了在輕度高溫處置期間疊加在規劃圖像上的所達到的溫度的冠狀溫度 圖，其示出了加熱3分鐘之后的典型的溫度分布；
[0027] 圖5C是對應于圖5A的矢狀圖像；
[0028] 圖是對應于圖5B的冠狀溫度分布圖的矢狀溫度圖；
[0029] 圖6A圖示了使用單焦點掃描方法的體內的5分鐘聲處理期間8mm處置單元內的 平均（實線）、第10個百分位和第90個百分位（虛線）溫度；
[0030] 圖6B圖示了使用多焦點方法在5分鐘聲處