CN105377130A - 针对带有超声阵列的导管的能量沉积区确定 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种医学装置(300)，包括：磁共振成像系统(302)；超声系统(322)，其用于连接到带有超声阵列(400、402、404、508、602、604)的导管(324、504、600)。所述超声系统能驱动所述超声阵列。机器可执行指令(354、356、358)令用于控制所述医学装置的处理器(334)：利用所述超声系统来生成(100、202)至少一个声辐射脉冲，其中，所生成的超声能量在预定水平之下；使用声辐射力成像脉冲序列来采集(102、204)所述磁共振数据；使用所述磁共振数据来重建(104、206)至少一幅声辐射力脉冲图像；并且至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定(106、208)针对所述导管的能量沉积区。

Description

针对带有超声阵列的导管的能量沉积区确定

技术领域

本发明涉及使用导管对超声能量到对象中的沉积，尤其是使用声辐射力成像对导管的引导。

背景技术

对前列腺肿瘤的无创或微创处置是日益令人感兴趣的领域。对前列腺肿瘤的高强度聚焦超声(HIFU)治疗在减少已被广泛接受的处置的副作用方面已显示出巨大前途，同时仍有效地处置肿瘤。迄今已执行的大多数临床病例是在超声引导下进行的，但MR引导拥有可能进一步改善流程的临床结果的若干益处。除了温度成像以外，MR引导还允许使用MRI用于对流程的规划。

磁共振声辐射力成像是一种能够绘制由聚焦超声脉冲产生的位移的磁共振技术。McDonnold等人的杂志出版物Med.Phys.35(8)，2008年8月，第3748至3758页提供了对磁共振声辐射力成像以及如何应用该技术的综述。

在Holbrook等人的Med.Phys.38(9)，2011年9月，第5081至5089页公开了使用磁共振声辐射力成像来提供针对高强度聚焦超声(HIFU)，快速地使换能器焦点可视化的方法的应用，而不损伤组织，允许对处置计划的准确执行。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供一种医学装置、一种操作所述医学装置的方法、以及一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。

如本领域技术人员将认识到的，本发明的各方面可以被实现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、伪代码等)或者组合了软件与硬件方面的实施例，它们在本文中可以全部被统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取被实现在(一个或多个)计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有被记录在其上的计算机可执行代码。

可以使用(一个或多个)计算机可读介质的任意组合。所述计算机可读介质可以为计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。本文中使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储可由计算设备的处理器运行的指令的任意有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以被称作计算机可读永久性存储介质。所述计算机可读存储介质也可以被称作有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可以能够存储能够由所述计算设备的所述处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘、以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质也指能够由所述计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，数据可以在调制解调器上、在因特网上、或在局域网上被取回。被记录在计算机可读介质上的计算机可执行代码可以使用合适的介质来传输，包括但不限于无线、电话线、光纤线缆、RF等，或者前述的任意合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括具有记录在其中(例如，在基带中或作为载波的部分)的计算机可执行代码的传播数据信号。这样的传播信号可以采取多种形式中的任一种，包括但不限于，电磁的、光学的或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任意这样的计算机可读介质：其不是计算机可读存储介质并且其能够传送、传播或转移程序以供指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备相结合使用。

“计算机存储器”或“存储器”为计算机可读存储介质的范例。计算机存储器为可直接访问处理器的任意存储器。“计算机存储装置”或“存储装置”为计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储装置为任意非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储装置也可以是计算机存储器，反之亦然。

本文中使用的“处理器”涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的所述计算设备的引用应被解释为可能包含多于一个处理器或处理核。所述处理器例如可以为多核处理器。处理器也可以指单个计算机系统内的或被分布在多个计算机系统中的处理器的集合。术语计算设备也应被解释为可能指多个计算设备的集合或网络，每个计算机设备均包括一个或多个处理器。所述计算机可执行代码可以由可以在相同计算设备内的或者可以甚至被分布在多个计算设备上的多个处理器运行。

计算机可执行代码可以包括引起处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。用于执行本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或更多种编程语言的任何组合来编写并被编译成机器可执行指令，所述一种或更多种编程语言包括诸如Java、Smalltalk、C++等等的面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的常规程序化编程语言。在一些实例中，所述计算机可执行代码可以为高级语言的形式或者为预编译的形式，并且连同在运行时生成所述机器可执行指令的解释器一起使用。

所述计算机可执行代码可以整体在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者整体在远程计算机或服务器上运行。在后一种情境中，所述远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任何类型的网络被连接到用户的计算机，或者可以(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)对外部计算机进行连接。

本发明的各方面是参考对根据本发明的实施例的方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图示和/或框图来描述的。应理解，在适用时，流程图、图示和/或方框图中的每个框或一部分框能够通过为计算机可执行代码的形式的计算机程序指令来实施。还应理解，当互不排斥时，可以组合不同的流程图、图示和/或方框图中的方框的组合。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令创建用于实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定的方式来运行，使得在计算机可读介质中存储的指令产生包括实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的指令的制品。

所述计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据装置或其他设备上，以令一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上被执行，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的过程。

本文中使用的“用户接口”为允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”也可以被称作“人机交互接口”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收并且可以将输出从计算机提供给用户。换言之，所述用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且所述接口可以允许计算机指示操作者的控制或操作的作用。对数据或信息在显示器或图形用户界面上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式受话器、变速杆、转向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度计对数据的接收全部都是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。

本文中使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器将控制信号或指令发送到外部计算设备和/或装置。硬件接口也可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。

本文中使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、音频和或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子体显示板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头戴式显示器。

磁共振(MR)数据在本文中被定义为是由磁共振装置的天线在磁共振成像扫描期间对由原子自旋发出的射频信号的所记录的测量结果。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为是对所述磁共振成像数据内包含的解剖数据的所重建的二维或三维可视化。该可视化能够使用计算机来执行。

本文中使用的“脉冲序列”涵盖被用于控制磁共振成像系统以执行特定成像协议的一组连续命令。声辐射力成像脉冲序列为使得所述磁共振成像系统能够采集能够被用于产生由超声脉冲引起的位移的图的磁共振数据的脉冲序列。

本文中使用的“电容式微机械超声换能器(CMUT)”涵盖使用微机械技术制作的电容式超声换能器。微机械技术为薄膜制作技术；通常它们是使用与被用于制作集成电路的那些相同或相似的过程来执行的。

最近的进展已得到这样的前景，即医学超声换能器能够通过半导体过程来制作。这些过程可以是与被用于生产超声探头所需要的电路相同的那些，例如CMOS工艺。这些进展已生产了微机械超声换能器或MUT。MUT已经以两种设计途径中来制作，一种使用具有压电性质的半导体层(PMUT)并且另一种使用具有呈现电容效应的电极板的隔膜和衬底(CMUT)。CMUT换能器为微小的隔膜状设备，具有将接受到的超声信号的声振动转换成调制电容的电极。为了传输，被施加到电极的电容电荷被调制，以使设备的隔膜振动，并由此发射声波。

由于这些设备是通过半导体过程来制作的，因此所述设备通常具有在10-200微米范围的尺寸，但范围能够直到30-500微米的设备尺寸。许多这样的个体CMUT能够被连接到一起，并且作为单个换能器元件一致地操作。例如，四至十六个CMUT能够被耦合到一起，以作为单个换能器元件一致地起作用。典型的二维换能器阵列可以具有2000-3000个压电换能器元件。当被装配为CMUT阵列时，可以使用超过一百万个CMUT元。出人意料地，早期的结果已指示，从半导体制造厂对该大小的CMUT阵列的产出应在针对几千个换能器元件的锆钛酸铅(PZT)阵列的产出上得到显著改善。

在本发明的一个方面中，提供一种医学装置，包括用于从对象采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述医学装置还包括能连接到带有超声阵列的导管的超声系统。所述超声系统能驱动所述超声阵列。本文中使用的驱动所述超声阵列涵盖向所述超声阵列提供电功率，使得其能够生成超声。所述医学装置还包括用于存储机器可执行指令的存储器。所述医学装置还包括用于控制所述医学装置的处理器。所述机器可执行指令的运行令所述处理器控制所述超声系统以由所述超声系统在目标区的位置处生成至少一个声辐射脉冲(impulse)。所生成的超声在预定水平之下。所述预定水平可以被选择为使得所生成的超声能量不局部地在所述对象中引起损伤。

例如，所述预定可以被设置为使得在所述目标区中或在所述目标区周围附近所述对象的发热为使得不发生组织坏死。所述机器可执行指令的运行还令所述处理器至少部分地在所述至少一个声辐射脉冲的所述生成期间，通过利用脉冲序列控制所述磁共振成像系统，采集所述磁共振数据。所述脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列。所述机器可执行指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振数据重建至少一幅声辐射力脉冲图像。所述机器可执行指令的运行还令所述处理器至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定针对所述导管的能量沉积区。

该实施例可以具有以下益处，即能够使用声辐射力成像或者也被称为声辐射力脉冲成像，非常快速且非常有效地完成对导管将在何处执行能量沉积的确定。

声辐射力脉冲成像是使用聚焦超声脉冲来施加的，聚焦超声脉冲使用将超声导向到焦点的换能器阵列。从所述声辐射力成像创建的所述图像通常被刚度加权，并且被用于提供关于局部机械组织性质的信息。在该实施例中，使用相似的技术，然而不是利用高强度聚焦超声系统，而是利用导管的使用。根据其性质，所述导管不必须将超声导向到聚焦点。该挑战是将导管用于超声治疗。使用声辐射力成像，能够准确地预测所述超声能量将去哪里的总体分布。当使用导管时，所述超声能量不仅仅到最大或焦点，而是可以被分布在整个对象中。所述声辐射力成像可以使得来自导管的实质上未聚焦的超声在对象内得以更准确地靶向或导向。如磁共振测温法的技术也能被用于对所述超声进行靶向，但是组织将需要被加热可测量的量。声辐射力成像具有超越磁共振测温法的优点，在于其给出了更快的结果并且仅发生最小的发热。

对所述能量沉积区的所述确定可以例如通过标记出由所述超声产生的最大辐射力在哪里来确定。这可以产生比执行例如测试脉冲更快速且准确的信息。在该实施例中，所述能量可以比通过例如测试脉冲检测所需要的能量低得多。当执行测试脉冲时，可以使用减少的能量并且可以标记出温度的增加。在本实施例中，组织位移可能是由小得多的超声脉冲引起的。这可以实现对针对所述导管的所述能量沉积区的位置的更快速或更高频的测试。这可以实现与利用传统的测试脉冲协议相比使用所述导管的更准确的靶向。

在另一实施例中，所述导管包括多个超声元件。所述多个超声元件中的每个均能以多种频率产生高超声。所述超声系统能控制所述超声元件中的每个以所述多种频率生成超声。所述至少一个声辐射脉冲包括具有使用所述多种频率中的至少一些生成的超声的多个脉冲或冲量。所述指令的运行还令所述处理器使用至少部分地在所述多个脉冲期间采集的磁共振数据重建多个声辐射力图像脉冲图像。

所述机器可执行指令的运行还令所述处理器接收描述所述对象内的目标区的处置计划。所述能量沉积区可以被确定为由所述超声元件生成的所述超声频率的函数。所述指令的运行可以还令所述处理器使用该频率相关的能量沉积区来确定针对所述超声元件中的每个的声处理频率。

取决于所述导管的构造，所述多个超声元件可以具有能够以其生成超声的若干频率或一范围的频率。例如，如果使用压电元件，则可以存在实用的离散数目的频率。如果使用所谓的CMUT电容式微机械超声换能器，则所述频率可以是在由所述CMUT换能器的结构确定的范围内自由可选的。在该实施例中，使用多种频率重复所述流程，并然后针对各个超声元件选择频率，使得所述超声被导向到所述目标区。

该实施例可以是尤其有益的，这是因为能够使用声辐射力图像针对不同的频率以及超声元件中的个体或组做出对所述能量沉积区的确定。能够非常快速地构建大量这样的图像而不太多地有效加热组织。这与例如使用热成像的常规测试脉冲相比，可能实现对所述目标区的更细化的描述。

在另一实施例中，所述多个超声元件包括至少一个电容式微机械超声换能器阵列。所述阵列可以以多种方式来操作。例如，在一些实施例中，所述阵列可以作为单个超声元件来操作，其中所述电容式微机械超声换能器中的全部都以相同的频率操作。在其他实施例中，可以跨一个CMUT阵列变化所述频率。在其他实施例中，也可以控制由所述个体电容式微机械超声换能器产生的相位。这可以实现使用所述导管的更准确或更精确的靶向。

在另一实施例中，所述超声系统能通过控制被供应到所述至少一个电容式微机械超声换能器的电容性元件的电功率的相位，来调节所述至少一个电容式微机械超声换能器阵列的焦点。所述机器可执行指令的运行令所述处理器控制被供应到所述至少一个电容性微机械超声换能器的电容性元件的所述电功率的相位，以控制所述能量沉积区的位置。在该实施例中，也执行对所述电容率的频率和相位的控制。这可以实现对所述目标的靶向的一种形式，并且减少所述导管需要被操纵的量。

在另一实施例中，所述多个超声元件包括压电换能器。

在另一实施例中，所述指令的运行还令所述处理器控制所述超声系统在所述能量沉积区中生成在所述预定阈值以上的超声。例如，在所述能量沉积区的所述位置已准确知晓后，所述导管可以然后被用于消融组织或用于局部加热所述对象的一部分。

在另一实施例中，所述超声系统能控制被供应到所述超声阵列的电功率的相位。所述机器可执行指令的运行还令所述处理器调节所述多个超声换能器元件的相位，以调整所述能量沉积区的位置来匹配所述目标区。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还令所述处理器使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来执行波束路径评价。本文中使用的波束路径涵盖超声所取的在所述换能器与所述能量沉积区之间的路径。该实施例可以是有益的，这是因为使用所述声辐射力成像，能够通过生成的所述位移来准确地估计将在所述换能器与所述能量沉积区之间生成的超声的强度。这在避免以下作用中是有用的，如由于在近场中的高强度超声造成的对对象的表面的近场加热或灼烧。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还令所述处理器确定在所述能量沉积区与所述对象中的预定体积之间的距离。这例如可以被认为是相当于使用所述系统执行试发射。所述能量沉积区是在声处理期间能量将可能到的地方，并且所述预定体积可以是所述对象内期望被靶向的体积。确定在两者之间的距离可以是有用的，因为然后医师或其他操作者能够重新定位所述导管，或者能够改变所述导管内的电靶向，以减小在所述能量沉积区与所述预定体积之间的距离。

在另一实施例中，所述医学装置包括导管。

在另一实施例中，所述导管为经尿道导管。

在另一实施例中，所述导管为间隙导管。

在另一实施例中，所述导管为食管导管。

在本发明的另一方面中，提供给一种操作医学装置的方法。所述医学装置包括用于从对象采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述医学装置还包括超声系统，所述超声系统能连接到带有超声阵列的导管。所述超声系统能驱动所述超声阵列。所述方法把包括控制所述超声系统来利用所述超声系统生成至少一个声辐射脉冲的步骤。所生成的超声能量在预定水平之下。

所述方法还包括至少部分地在所述至少一个声辐射脉冲的所述生成期间，通过利用脉冲序列控制所述磁共振成像系统来采集所述磁共振数据的步骤。所述脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列。所述方法还包括使用所述磁共振数据重建至少一幅声辐射力脉冲图像的步骤。所述方法还包括至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定针对所述导管的能量沉积区。

在另一实施例中，所述方法还包括确定在所述能量沉积区与所述对象中的预定体积之间的距离的步骤。

在本发明的另一方面，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于由控制所述医学装置的处理器运行的机器可执行指令。所述医学装置包括用于从对象采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述医学装置还包括超声系统，所述超声系统能连接到带有超声阵列的导管。所述超声系统能驱动所述超声阵列。所述机器可执行指令的运行令所述处理器控制所述超声系统来利用所述超声系统生成至少一个声辐射脉冲。所生成的超声能量在预定水平之下。

所述机器可执行指令的运行还令所述处理器至少部分地在所述至少一个声辐射脉冲的所述生成期间，通过利用脉冲序列控制所述磁共振成像系统来采集所述磁共振数据。所述脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列。所述机器可执行指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振数据重建至少一幅声辐射力脉冲图像。所述机器可执行指令的运行还令所述处理器至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定针对所述导管的能量沉积区。

要理解，可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个，只要所组合的实施例互不排斥。

附图说明

下面将仅通过举例的方式，并且参考附图来描述本发明的优选的实施例，在附图中：

图1示出了图示方法的范例的流程图；

图2示出了图示方法的另外的范例的流程图；

图3示出了图示医学装置的范例的框图；

图4图示了超声元件的若干范例；

图5图示了导管的范例；

图6图示了导管的另外的范例；

图7图示了导管以解释医学装置的运作；并且

图8图示了导管以解释医学装置的另外的运作；

附图标记：

300医学装置

302磁共振成像系统

304磁体

306磁体的膛

308磁场梯度线圈

310磁场梯度线圈电源

312天线

314收发器

316成像区

318对象

320对象支撑体

322超声系统

324导管

326能量沉积区

330计算机

332硬件接口

334处理器

336用户接口

338计算机存储装置

340计算机存储器

342处置计划

344目标区

346脉冲序列

348磁共振数据

350声辐射力图像

352能量沉积区的位置

354控制模块

356图像重建模块

358图像处理模块

400压电元件

402电容式微机械超声换能器的阵列

404电容式微机械超声换能器的阵列

406电连接

408第一电连接

410第二电连接

412阵列402的放大视图

414电容式微机械超声换能器

416第一电连接的集合

418第二电连接的集合

420阵列404的放大视图

422电容式微机械超声换能器

424第一电连接

426第二电连接

500俯视图

502侧视图

504导管

506平坦表面

508超声换能器

510电连接

600导管的远端

602前视环阵列

604侧视阵列

605杆

606电连接

608孔

700导管

702换能器元件

704超声辐射场

706位移数据

708能量沉积区

710波束路径

712近场

800目标区

具体实施方式

这些附图中相同的附图标记或为等同的元件或执行相同的功能。前面已被讨论过的元件如果功能等同的话，将不必须在后面的附图中讨论。

图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤100中，生成声辐射脉冲。这可以使用超声系统控制带有超声阵列的导管来完成。接下来在步骤102中，至少部分地在至少一个声辐射脉冲的生成期间，通过利用脉冲序列控制磁共振成像系统来采集磁共振数据。脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列。接下来在步骤104中，使用磁共振数据来重建声辐射力脉冲图像。最后在步骤106中，使用声辐射力脉冲图像来确定能量沉积区。通过考虑对象的内部结构的位移，能够确定如果例如执行声处理的话，能量沉积中的大多数会在哪里。

图2示出图示根据本发明的实施例的另外的方法的流程图。首先在步骤200中，接收目标区。其例如可以为处置计划的形式。目标区描述对象的内部解剖结构中的可以期望要被声处理的位置。接下来在步骤202中以多种频率生成声辐射脉冲。接下来在步骤204中，使用声辐射力成像脉冲序列采集磁共振数据，并且该步骤至少部分地是在以多种频率对辐射脉冲的生成期间执行的。接下来在步骤206中，使用磁共振数据来重建多幅声辐射力脉冲图像。接下来在步骤208中，使用声辐射力脉冲图像来确定能量沉积区。实质上这是频率相关的能量沉积区。当有多个换能器时，可以使用多种频率，从而通过控制使用哪些换能器和/或使用哪些频率，能够控制能量沉积区的位置。最后在步骤210中，使用频率相关的能量沉积区以及目标区，来确定针对换能器元件的声处理频率。频率能够针对换能器元件中的每个被选择为使得能量沉积区充分良好地与目标区交叠，从而能够执行声处理。

图3示出了根据本发明的实施例的医学装置300。磁共振成像系统包括磁体304。磁体304为圆柱形超导磁体。磁体具有带有超导线圈的液氦冷却低温恒温器。也有可能使用永磁体或常导磁体。不同类型的磁体的使用也是可能的，例如也有可能使用分裂式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体两者。分裂式圆柱形磁体类似于标准的圆柱形磁体，除了低温恒温器被分割成两段，以允许对磁体的等平面的访问，这样的磁体例如可以与带电粒子束治疗联合使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个在另一个之上之间具有足以容纳对象的空间：两个部分区的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体是流行的，因为对象较少受约束。圆柱形磁体的低温恒温器里面有许多超导线圈。在圆柱形磁体的膛内有成像区，其中的磁场足够强和均匀以执行磁共振成像。

在磁体304的膛306内的是磁场梯度线圈308，由磁场梯度线圈电源310对磁场梯度线圈308供应电流。磁场梯度线圈308被用于在对磁共振数据的采集期间，在磁体的成像区内对磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈308旨在是代表性的。通常磁场梯度线圈包含三组分开的线圈，用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。被供应到磁场线圈308的电流被控制为时间的函数并且可以是斜变的或脉冲的。

在磁体306的膛内的是成像区316，其中的磁场是均匀的，足以用于执行磁共振成像。邻近成像区316的是天线312。天线312被连接到收发器314。射频天线316用于操纵成像区316内的磁自旋的取向，并且用于从也在成像区内的自旋接收射频发射。射频天线可以包括多个线圈元件。射频天线也可以被称作信道。射频线圈被连接到射频收发器314。射频线圈312和射频收发器314可以用分开的发射和接收线圈以及分开的发射器和接收器代替。射频天线旨在也表示专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器314也可以表示分开的发射器和接收器。

对象318能够被看作躺在对象支撑体320上。对象部分地在成像区内。导管324被插入对象318中。存在被示为邻近导管324的能量沉积区326。导管324被连接到超声系统322，超声系统提供电功率用于为导管324上的超声换能器阵列供电。能量沉积区326在成像区316内。

收发器314、磁场梯度线圈电源310以及超声系统322被示为被连接到计算机系统330的硬件接口332。计算机330也包括处理器334。处理器334与硬件接口332通信，这使得处理器334能够控制医学装置300的操作和功能。处理器334也被示为与用户接口336、计算机存储装置338以及计算机存储器340通信。

计算机存储装置被示为包含处置计划342。处置计划342为用于声处理对象318的一部分的计划。其包含描述可能期望要声处理的解剖位置的目标区344。计算机存储装置338被示为还包含脉冲序列346。脉冲序列346包含以时间序列被运行一组控制或命令，其使得磁共振成像系统302能够使用声辐射力成像协议采集磁共振数据。这样，脉冲序列346也可以被用于控制超声系统322。计算机存储装置338还被示为包含使用脉冲序列346采集的磁共振数据348。计算机存储装置338还被示为包含从磁共振数据348重建的声辐射力脉冲图像。计算机存储装置338还被示为包含使用声辐射力脉冲图像350确定的能量沉积区352的位置。

计算机存储器340还被示为包含控制模块354。控制模块354包含使得处理器334能够控制医学装置300的操作和功能的计算机可执行代码。例如其可以使得处理器334能够使用脉冲序列346采集磁共振数据348。计算机存储器340还被示为包含图像重建模块356。图像重建模块356包括使得处理334能够从磁共振数据348重建声辐射力脉冲图像350的计算机可执行代码。计算机存储器340还包含成像处理模块358。成像处理模块358包含使得处理器334能够从声辐射力脉冲图像350确定能量沉积区352的位置的计算机可执行代码。

图4示出能在实施例中使用的换能器元件400、402、404的若干范例。在图4中，示出常规的压电元件400。在压电元件400旁边是电容式微机械超声换能器的两个阵列402、404。压电元件400具有两个电连接406，用于驱动元件400。

电容式微机械超声换能器阵列402具有第一408和第二410电连接。阵列402被接线为使得其以压电元件400的方式起单个换能器元件的作用。这表明阵列402可以如何被用作对整个压电元件400的代替。图412示出阵列402的放大图。能够看到个体电容式微机械超声换能器414。可见，换能器414中的每个都被连接到第一408和第二410电连接。电容式微机械超声换能器的阵列404被布置为线性阵列。针对每行换能器都有一组第一416和第二418电连接。图420为阵列404的放大细节。个体电容式微机械超声换能器422能够被示为被连接到第一424和第二426电连接。连接424和426是从第一416和第二418组电连接中选择的。

除了将电容式微机械超声换能器接线在大块阵列中或线性阵列中以外，个体微机械超声换能器也可以由它们自己的源各自地驱动。

图5示出导管504的俯视图500和侧视图502。这单纯是能够在其中构建导管的一种方式的范例。存在有在其上安装许多超声换能器508的平坦表面506。在该范例中，换能器被布置为线性。存在电连接510，其向超声换能器508中的每个提供电功率。超声换能器508能为压电换能器或者它们可以甚至为CMUT的个体阵列。

图6示出根据本发明的实施例的导管的远端600。在该实施例中，存在前视环阵列602。存在围绕孔608的电容式微机械超声换能器的阵列。在环阵列602之后是侧视阵列604的面板。阵列604形成在导管的杆周围的环。该图中示出的各种电连接606。前视环阵列602可以被用于例如提供三维成像这样的事情。侧视阵列604可以被用于超声消融和监测。个体电容式微机械超声换能器能够被用于在超声消融期间的波束转向。该实施例的益处可以包括，不需要或几乎不需要以机械方式旋转导管。孔608能够被用于额外的器械或用于水灌注。图6中所示的实施例能够在多个方向上聚焦，用于例如可以同时执行在探头周围整个360度地消融前列腺。这将得到较少或的处置时间以及因此也降低了成本。

图7被用于图示医学装置的运作。所示的是导管700的略图，带有被安装在表面上的许多换能器元件702。针对该范例，仅中间的换能器元件702被激活。线704描画出来自超声换能器702的辐射场的大致位置的轮廓。在超声辐射场704内，已使用声辐射力成像协议采集了磁共振数据，并且箭头706指示对因超声引起的对象内的组织的位移的大致度量。通过考虑箭头706的幅值，能够确定最大沉积在点708处。这可以然后被确定为是能量沉积区。

除了定位以外，也能够识别辐射场704的最大值区域。例如，存在在换能器元件702与最大值708之间的束路径。接近元件702的是超声辐射场的近场712。除了仅告知最大值以外，还有大量将描述在执行声处理时能量将如何由换能器元件702分布到对象的信息。能够针对单个元件、多个元件或者甚至以不同频率，执行这样的测量。例如，能够针对多个帧频率重复图7中所示的图，并且这然后能被用于使用导管700准确地对超声进行靶向。

图8示出导管700的另外的范例。在该范例中，超声是由三个中间换能器元件702生成的。再一次，能够看到能量沉积区708。此外，在图上标记出目标区800。该图示出沉积区708不必须在针对目标区800的恰当位置处。这样的图能够被显示在医学器械的显示器上，并且能够被用作针对医师或其他操作者的引导，以更好地定位导管，或者也可以使用电子转向技术，例如能够激活换能器元件702中不同的换能器元件，或者也能改变生成的超声的相位和/或频率，使得能量沉积区708更接近地匹配目标区800的位置。

声辐射力成像(ARFI)可以被用于评价声学环境，并估计声处理可能噪声的热损伤，而不实际引起任何损伤。这继而允许在消融之前对流程的细调，这可能进一步改善处置的安全性和效力。

对前列腺癌的HIFU治疗越来越多地被用作无创的备选方案，具有减少诸如阳痿和失禁的副作用的潜在可能，同时仍提供有效的处置。迄今为止的大多数流程是在超声引导下进行的。MR引导提供了诸如温度成像的若干优点，但也提供了在规划阶段期间的改进。

MRI提供的改进之一是在这些前列腺癌治疗的前期规划步骤中使用声辐射力成像(ARFI)的潜在可能。对前列腺的HIFU治疗能够经直肠或通过直肠壁的声处理来完成，或者HIFU设备为经尿道的并且声处理通过尿道壁发生。ARFI在两种情况中都可以仅以小的总能量来使用以确保从HIFU设备到前列腺的声耦合。这对经直肠HIFU而言尤其是个关注，因为直肠壁非常敏感并且如果接触差的话可能被损伤，差的接触会导致对HIFU能的局部吸收，可能造成对直肠壁的损伤。这对尿道而言问题不太大，然而如果能量不能被传输到它应当在的地方的话，也将妨碍治疗。

通常，对前列腺癌的HIFU治疗是作为一个完整的腺治疗来完成的，其中整个前列腺都被消融。如果能够在前列腺内成功确定癌的位置(在MRI界活跃的研究话题)的话，也能够完成所谓的局部治疗，其中仅处置前列腺中被认为患有癌的部分。这有可能甚至进一步降低发病率。

ARFI提供的另一优点在于，能够经由HIFU施加在组织上的辐射力估计压力场。局部压力场也是HIFU经由其使组织发热的机制。因此，对压力场的分布的估计将给出可能得到的发热的分布的概念。这能够被用于改善对接近诸如直肠壁，并且尤其是(被认为控制阴茎功能以及膀胱功能的)神经束的敏感结构可能发生什么的理解。此外，如果换能器能够生成不同频率，则可以使用该ARFI方法评价并比较这些不同频率的压力场。这可以辅助选择针对前列腺的不同部分最合适的频率，由此提供还要进一步改善的安全性。

压电和CMUT换能器两者都能够从ARFI获益，但是CMUT还能够具有以下益处，即优化敏感结构附近的压力场，从而如果发现癌接近神经束(例如)，则元件内的换能器角度(CMUT能够被做成可机械转向的，亦即它们能够可控地弯曲)、频率和相位能够被选择为针对压力场，在接近前列腺的边缘处高，但向敏感神经束尽可能快地降低。

对前列腺的ARFI将允许验证声路。例如，针对经尿道设备(一般仅约10个元件，能够看到它们各自的压力场)，将预期找到在每个元件的前面施加的一些辐射力。如果没有或者在元件之间有大的差异，则可能在尿道或导管内存在气泡或类似物，阻止换能器元件如其所能执行的那样好。如果问题未被看到或修复的话，这可能损伤尿道(不是个大问题)、损坏换能器，或导致次优的治疗。这对经直肠设备，益处如上所述。

治疗规划还将通过允许对压力场的，以及如果能够改变频率的话，对哪种频率可能最佳地适于消融前列腺的哪些部分的，更好的理解，而得到辅助。这对于完整的腺治疗是重要的，因为理想地将有可能完全消融前列腺的全部而不消融在前列腺之外之物(尤其不消融神经束)。针对聚焦治疗，能够分析要被分别消融的不同的局部区域。

所有这些都能够利用ARFI以测试声处理所需要的能量的一部分来完成。而且，ARFI能够比测试声处理快得多地完成。

在一个范例中，能够将超声处理与能够获得位移图像的运动敏感梯度耦合。常常，需要具有相反运动敏感梯度的另一图像，以去除背景信息。这些位移值取决于局部辐射力，局部辐射力继而又取决于局部压力场。

尽管已在附图和前面的描述中详细图示并描述了本发明，但要将这样的图示和描述视为说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，从对附图、公开内容和所附权利要求的研究，能够理解并实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但可以被分布作为其他形式，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种医学装置(300)，包括：

磁共振成像系统(302)，其用于从对象(318)采集磁共振数据(348)；

超声系统(322)，其能连接到带有超声阵列(400、402、404、508、602、604)的导管(324、504、600)，所述超声阵列包括多个超声元件，其中，所述超声系统能驱动所述超声阵列；

存储器(340)，其用于存储机器可执行指令(354、356、358)；

处理器(334)，其用于控制所述医学装置，其中，所述机器可执行指令的运行令所述处理器：

-控制(100、202)所述超声系统来利用所述超声系统生成至少一个声辐射脉冲，其中，所生成的超声能量在预定水平之下；

-至少部分地在所述至少一个声辐射脉冲的所述生成期间，通过利用脉冲序列(346)控制所述磁共振成像系统来采集(102、204)所述磁共振数据，其中，所述脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列；

-使用所述磁共振数据来重建(104、206)至少一幅声辐射力脉冲图像；并且

-至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定(106、208)针对所述导管的能量沉积区，并且通过控制所述超声元件的相位来准确地对所述超声阵列进行靶向或导向以将超声能量沉积到所述对象内的目标区中。

2.如权利要求1所述的医学装置，其中，所述多个超声元件中的每个能以多种频率产生超声，其中，所述超声系统能控制所述超声元件中的每个以所述多种频率生成超声，其中，所述至少一个声辐射脉冲包括使用所述多种频率中的至少一些来生成的具有超声的多个脉冲，其中，所述指令的运行令所述处理器使用至少部分地在所述多个脉冲期间采集的磁共振数据来重建多幅声辐射力脉冲图像，其中，所述机器可执行指令的所述运行还令所述处理器接收(200)描述所述对象内的目标区的处置计划，并且其中，所述能量沉积区还至少部分地使用所述多幅辐射力脉冲图像而被确定，并且其中，所述指令的运行还令所述处理器使用作为频率的函数的所述能量沉积区以及所述目标区来确定(210)针对所述超声元件中的每个的声处理频率。

3.如权利要求2所述的医学装置，其中，所述多个超声元件包括至少一个电容式微机械超声换能器阵列(402、404)。

4.如权利要求3所述的医学装置，其中，所述超声系统能通过控制被供应到所述至少一个电容式微机械超声换能器的电容性元件的电功率的相位，来调节所述至少一个电容式微机械超声换能器阵列的焦点，其中，所述机器可执行指令的运行令所述处理器控制被供应到所述至少一个电容式微机械超声换能器的电容性元件的电功率的相位，以控制所述能量沉积区的位置。

5.如权利要求2、3或4中的任一项所述的医学装置，其中，所述多个超声元件包括压电换能器。

6.如权利要求2至5中的任一项所述的医学装置，其中，所述超声系统能控制被供应到所述超声阵列的电功率的相位，其中，所述机器可执行指令的运行还令所述处理器调节多个超声换能器元件的相位以调整所述能量沉积区的所述位置从而匹配所述目标区。

7.如前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述指令的运行令所述处理器控制所述超声系统以在所述能量沉积区中生成在所述预定阈值之上的超声。

8.如前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述机器可执行指令的运行还令所述处理器使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来执行波束路径评价。

9.如前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述机器可执行指令的运行还令所述处理器确定在所述能量沉积区与所述对象中的预定体积之间的距离。

10.如前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述医学装置包括所述导管。

11.如权利要求10所述的医学装置，其中，所述导管为以下中的任一种：经尿道导管、间隙导管和食管导管。

12.一种操作医学装置(300)的方法，其中，所述医学装置包括用于从对象(318)采集磁共振数据(348)的磁共振成像系统(302)，其中，所述医学装置还包括超声系统(322)，所述超声系统(322)能连接到带有超声阵列(400、402、404、508、602、604)的导管(324、504、600)，其中，所述超声系统能驱动所述超声阵列，其中，所述方法包括以下步骤：

-控制(100、102)所述超声系统来利用所述超声系统生成至少一个声辐射脉冲，其中，所生成的超声能量在预定水平之下；

-至少部分地在所述至少一个声辐射脉冲的所述生成期间，通过利用脉冲序列控制所述磁共振成像系统，来采集(102、204)所述磁共振数据，其中，所述脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列；

-使用所述磁共振数据来重建(104、206)至少一幅声辐射力脉冲图像；并且

-至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定(106、208)针对所述导管的能量沉积区。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括确定在所述能量沉积区与所述对象中的预定体积之间的距离的步骤。

14.一种计算机程序产品，包括用于由控制医学装置(300)的处理器(334)运行的机器可执行指令(354、356、358)，其中，所述医学装置包括用于从对象(318)采集磁共振数据(348)的磁共振成像系统(302)，其中，所述医学装置还包括超声系统(322)，所述超声系统(322)能连接到带有超声阵列(400、402、404、508、602、604)的导管(324、504、600)，其中，所述超声系统能驱动所述超声阵列，其中，所述机器可执行指令的运行令所述处理器：

-控制(100、102)所述超声系统来利用所述超声系统生成至少一个声辐射脉冲，其中，所生成的超声能量在预定水平之下；

-至少部分地在所述至少一个声辐射脉冲的所述生成期间，通过利用脉冲序列(346)控制所述磁共振成像系统，来采集(102、204)所述磁共振数据，其中，所述脉冲序列为声辐射力成像脉冲序列；

-使用所述磁共振数据来重建(104、206)至少一幅声辐射力脉冲图像；并且

-至少部分地使用所述至少一幅声辐射力脉冲图像来确定(106、208)针对所述导管的能量沉积区。