專利名稱：超聲治療和成像施用器的制作方法
超聲治療和成像施用器相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2009年3月6日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/158，295的優(yōu)先權(quán)， 通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。
背景技術(shù)：
子宮纖維瘤是肌壁中的良性腫瘤，是女性常見的健康問題，并且可發(fā)生于子宮的不同部位。纖維瘤是生殖期女性最常見的良性贅生物，影響美國一千六百萬的女性?；祭w維瘤的所有女性中大約25%表現(xiàn)出臨床上的明顯癥狀，例如重度且不規(guī)律的月經(jīng)失血、骨盆痙攣、尿頻和不孕。目前，治療纖維瘤的最常見的治療選擇是子宮切除術(shù)，其涉及完全去除子宮。通常，在美國進行的每兩個子宮切除術(shù)中就有一個是由于纖維瘤。子宮切除術(shù)對于期望保留生育力的婦女來說不是合理的選擇。盡管子宮切除術(shù)具有侵入性、長時間的恢復(fù)期和其它缺點，但是在美國診斷為纖維瘤的女性中的大約50%進行了子宮切除術(shù)。子宮肌瘤切除術(shù)是移除纖維瘤同時保持子宮完整的手術(shù)方案，與子宮切除術(shù)具有相似的風險，但是對生育力的風險較小。子宮動脈栓塞術(shù)(UAE)試圖通過選擇性缺血損傷來破壞纖維瘤。UAE方案已被證實功效有限，并且由于定位較差而對可能其它器官產(chǎn)生不利影響。激素療法是患者的另一個選擇。但是，藥物介入費用昂貴，具有潛在的副作用并且必須連續(xù)使用以防止癥狀復(fù)發(fā)。較新的治療選擇是使用MRI引導的聚焦超聲手術(shù)(MRgFUS)。但是MRgFUS有以下缺點，包括成本費用過高、轉(zhuǎn)診模式問題和操作時間冗長。MRI系統(tǒng)需花費超過1百萬美元， 并且可兼容MRI的HIFU系統(tǒng)的復(fù)雜性使總資本費用超過2百萬美元。操作可能需要3-4 個小時，并且需要多名醫(yī)生，例如婦科醫(yī)生和放射科醫(yī)生。超聲引導的HIFU(USgHIFU)系統(tǒng)意圖提供非侵入性治療的優(yōu)點，但是沒有MRgFUS 的諸如高費用和有限享用的缺點。USgHIFU利用超聲成像來定位和治療纖維瘤。最常推薦的超聲引導的HIFU系統(tǒng)使用HIFU孔中單獨的成像傳感器，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。該策略在治療孔內(nèi)的空間上產(chǎn)生了問題。減小HIFU孔的面積可能減弱治療能力，而減小成像孔可能限制觀察靶組織和周圍組織的能力。一個實例是將成像陣列置于治療裝置的中間。該方法減小了可用于治療傳感器材料的孔空間，并由于孔中還存在中央孔而影響治療波束的性能。其還在陣列水平上將成像和治療孔進行物理連接。另一個所推薦的方案是設(shè)計具有既能成像又能提供治療的元件的傳感器。這些雙模超聲陣列(DMUA)由于成像和治療要求之間需要權(quán)衡而能力有限。例如，成像需要寬的帶寬，較高頻的操作，而HIFU治療需要窄頻帶的高平均功率，低頻操作。鑒于這些問題，需要具有聯(lián)合施用器的超聲治療系統(tǒng)，所述施用器具有可以向患者傳遞治療信號并接收超聲信號以便對組織進行成像的傳感器。成像元件應(yīng)占據(jù)較小的空間，并且不影響治療元件傳遞治療信號的能力。此外，傳感器應(yīng)當能產(chǎn)生體積圖像和C面 (與傳感器面平行的成像面)，用于方便且快速地解析和追蹤靶組織及周圍組織，傳感器還應(yīng)當能檢測治療波束路徑中的障礙(例如骨、腸、空氣)，評價治療波束分布和在治療之前、治療中和治療之后評價靶標。概述本概述是用于以簡化的形式介紹概念選擇，在以下的詳細描述中進行進一步描述。本概述并非意圖指出要求保護的主題的關(guān)鍵特征，也并非意圖用來幫助確定所要求保護的主題的范圍。為了解決上文所討論的問題以及其它問題，本文所公開的技術(shù)是具有既能傳遞治療又能檢測回波信號的施用器的超聲治療系統(tǒng)。所述施用器包括治療傳感器，所述治療傳感器具有可機械或電子調(diào)節(jié)的焦距和操縱方向，可以選擇性地移動或拓寬所述操縱方向， 從而將照射信號發(fā)射入包含待治療的組織體積的檢查空間中。成像傳感器圍繞治療傳感器的外部。在一個實施方案中，所述治療傳感器提供的照射信號可被傳遞入檢查空間中來產(chǎn)生相應(yīng)的聲回波信號。所述成像傳感器具有多個接收聲回波信號并產(chǎn)生相應(yīng)的電回波信號的元件。處理器被編程為能選擇性地聯(lián)合電回波信號來產(chǎn)生檢查空間中組織的圖像。在一個實施方案中，所述成像傳感器包括多個接收元件的圓環(huán)，每一個接收元件都具有至少一個小于治療傳感器產(chǎn)生的照射信號的波長的維度。在另一個實施方案中，所述施用器包括傳感器元件的第二環(huán)形成像陣列，所述傳感器元件被定向為能捕獲被治療傳感器聲穿透的組織周圍的圓柱形體積中的聲回波信號。在另一個實施方案中，所述成像傳感器可以包括一個或多個較高功率的發(fā)射元件，以產(chǎn)生可被傳遞至組織的照射信號。所述發(fā)射元件可以處于固定的位置，或可圍繞接收元件轉(zhuǎn)動。在另一個實施方案中，所述治療傳感器可用來產(chǎn)生用于彈性或剪切波成像的推動信號。在另一個實施方案中，施用器包括兩個或更多個環(huán)形成像陣列，其中所述環(huán)形成像陣列之一的發(fā)射元件是側(cè)移的或機械或電子聚焦的，從而提供從皮膚表面移動的超聲信號的單一虛擬源。附圖簡要說明當參考以下的詳細描述并結(jié)合附圖時，本發(fā)明的前述方面和多個伴隨的優(yōu)點將更容易被理解，其中

圖1是按照所公開技術(shù)的一個實施方案的超聲成像和治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2A展示了按照所公開技術(shù)的一個實施方案的具有治療傳感器和周圍成像陣列的施用器；圖2B展示了按照所公開技術(shù)的一個實施方案，來自環(huán)形成像陣列上的接收元件的信號如何被組合，從而計算出待成像的靶標體積中一個點的值；圖2C展示了按照所公開技術(shù)的一個實施方案的具有治療傳感器和兩個環(huán)形成像陣列的施用器；圖2D展示了按照所公開技術(shù)的一個實施方案的具有治療傳感器和環(huán)形成像陣列的施用器，所述環(huán)形成像陣列包括一個或多個較高功率的元件；圖3A展示了由環(huán)形成像陣列成像的檢查空間和來自治療傳感器的照射信號；圖;3B展示了由環(huán)形陣列產(chǎn)生的照射信號和由第二環(huán)形成像陣列所捕獲的圓柱形圖像；
圖3C展示了由治療傳感器產(chǎn)生的照射信號和由具有接收元件的環(huán)形成像陣列所捕獲的圓錐形圖像，所述接收元件被定向為聚焦在治療傳感器的聚焦帶外側(cè)；和圖4A和4B展示了按照所公開技術(shù)的另一個實施方案的提高可從環(huán)形陣列傳遞至組織的照射信號水平的備選技術(shù)。發(fā)明的詳細描述如以上所指出的，本文公開的技術(shù)涉及具有組合施用器的超聲治療系統(tǒng)，所述組合施用器既能將治療能量傳遞至患者又能接收超聲信號，以對體內(nèi)組織進行成像。在以下所述的實施方案中，所傳遞的治療是高強度聚焦超聲或HIFU。但是應(yīng)當理解，所公開的技術(shù)也可以用于治療組織的非聚焦超聲能量。按照公開技術(shù)的系統(tǒng)的一個實施方案顯示在圖1中。如圖所示，系統(tǒng)50包括具有一個或多個處理器的計算機系統(tǒng)52，所述處理器被設(shè)置為能執(zhí)行一連串的程序指令，以便實施以下所述的功能和方法。所述指令被存儲在非臨時性的計算機可讀介質(zhì)上，例如硬盤、 CD-R0M、DVD、閃存盤、易失性或非易失性存儲器或集成電路等。計算機系統(tǒng)與醫(yī)生通過輸入機制互動，所述輸入機制例如鍵盤、鼠標、手寫筆、觸摸屏等，使得醫(yī)生能標出待治療的組織體積。計算機系統(tǒng)52將醫(yī)生意圖治療的所需治療組織體積的坐標提供給發(fā)射控制器54。發(fā)射控制器M是電子裝置，可以對其進行操作來確定諸如一個或多個驅(qū)動信號的時序、振幅和相的參數(shù)，所述驅(qū)動信號應(yīng)該被傳遞至治療傳感器，以便將治療能量引導至期望的靶標。還可以操作所述發(fā)射控制器來產(chǎn)生通過電子或機械方式來移動治療傳感器的聚焦的指令。所述發(fā)射控制器還可以配置治療傳感器，以便將組織照射，用于成像和/或瞄準。這是通過在治療傳感器上施加合適的相和振幅來實現(xiàn)的。 發(fā)射控制器M的細節(jié)被認為對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，并且因此不再進一步討論。發(fā)射控制器M的輸出被提供至發(fā)射脈沖器56，發(fā)射脈沖器56產(chǎn)生響應(yīng)于來自發(fā)射控制器M的信號的超聲驅(qū)動信號。在一個實施方案中，發(fā)射脈沖器56通過轉(zhuǎn)換器58與高功率電源60或低功率電源62連接。在一個實施方案中，轉(zhuǎn)換器58受來自發(fā)射控制器M 的信號的控制。電源60和62的選擇取決于由治療傳感器產(chǎn)生的信號是不是高功率治療信號，例如，當積極治療組織時、或者為了調(diào)整治療功率或控制治療時間而監(jiān)測接收的回波信號的諧波量時、或者用于彈性成像時都可以使用高功率治療信號?？梢赃x擇高功率或低功率信號，以產(chǎn)生用于成像或其它用途的照射信號。如果電源可以足夠快地改變其功率輸出并具有充足的動態(tài)范圍，則可以使用單個高/低功率電源。發(fā)射脈沖器56將驅(qū)動信號提供至轉(zhuǎn)換觸排64，轉(zhuǎn)換觸排64將驅(qū)動信號引導至治療傳感器70的一個或多個元件。治療傳感器70優(yōu)選是固定焦距的或可變焦距的傳感器，可以通過機械或電子方式對其進行控制，使得產(chǎn)生的照射信號被引導覆蓋檢查空間?？梢酝ㄟ^伺服電機等機械移動固定焦距傳感器，以便隨著傳感器聚焦帶的移動而照射檢查空間中的組織。如果使用電子控制傳感器，可以通過電子方式移動所述傳感器的聚焦帶，從而依次照射檢查空間中的組織，或者可以將聚焦帶散焦以拓寬所發(fā)射的信號，使得檢查空間中的某些或全部組織被同時照射。電子控制治療傳感器的一個實例是環(huán)形和/或扇形超聲傳感器，可以對其進行控制而選擇性地將高強度聚焦超聲(HIFU)或非聚焦超聲脈沖傳遞至患者的組織。如果治療傳感器70的焦距是電子控制的，那么轉(zhuǎn)換觸排64的配置受發(fā)射控制器M的控制，使得驅(qū)動信號視情況被施加到傳感器的全部或部分元件，從而按需要調(diào)整治療傳感器所產(chǎn)生的信號的焦點或照射區(qū)。發(fā)射脈沖器56和轉(zhuǎn)換觸排64的細節(jié)以及以及治療傳感器70的設(shè)計和構(gòu)造是超聲領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所已知的。為了在包括待治療的靶組織體積(例如纖維瘤)和周圍組織(包括治療傳感器和所述靶組織體積之間的組織)的檢查空間中產(chǎn)生組織的圖像，所述施用器包括環(huán)形圍繞治療傳感器70的環(huán)形成像陣列90。環(huán)形成像陣列90是模塊化的，以便其可以在機械上或在電子上獨立于治療傳感器70。因為環(huán)形成像陣列90位于治療傳感器的外面，因此環(huán)形成像陣列90容易與接收元件產(chǎn)生電連接。此外，可以單獨地控制施用器的接收元件和發(fā)射元件。在所示的實施方案中，環(huán)形成像陣列90包括多個扇形的壓電接收元件，其中每個元件對來自被照射的檢查空間的散射能量的接收信號具有合適的方向性或接收角(例如至少一個維度小于治療傳感器70產(chǎn)生的信號的波長或至少一維是機械成型的或帶透鏡的從而能接收來自檢查空間的散射能)。在一個實施方案中，環(huán)形成像陣列90包括512個位于治療傳感器70圓周周圍的接收元件。環(huán)形成像陣列的壓電元件通常太小而不能產(chǎn)生充足的聲功率，從而不能產(chǎn)生具有足夠信噪比的回波信號，從而不能產(chǎn)生檢查空間中組織的圖像。因此治療傳感器的焦點被調(diào)整成產(chǎn)生被相繼地或同時地發(fā)射入檢查空間中的照射信號。如果在成像后治療組織，那么治療傳感器的焦點被調(diào)整成集中于所產(chǎn)生的超聲信號，來治療期望的治療體積。在本實施方案中，環(huán)形成像陣列90的元件產(chǎn)生響應(yīng)于所檢測到的聲回波信號的電信號，所述聲回波信號是通過治療傳感器70將照射信號傳遞入組織中而產(chǎn)生。由于環(huán)形成像陣列中的接收元件的數(shù)量可能多于接收電子器件中通道的數(shù)量，因此可以分組處理來自環(huán)形成像陣列的信號。在所示的實施方案中，提供了多個復(fù)用器92來選擇來自環(huán)形成像陣列90的接收元件的信號。在一個實施方案中，每個復(fù)用器92選擇8個輸入線之一，所述輸入線中的每一個均與環(huán)形成像陣列中的一個接收元件連接。在所示的示例性實施方案中，如果環(huán)形成像陣列中有512個接收元件，并且每一個復(fù)用器都可以選擇8個接收元件中的一個，那么需要512/8或64個復(fù)用器來接收所有的信號。根據(jù)復(fù)用器92可以轉(zhuǎn)換的速度，可以需要多于一個照射信號或信號，以便從環(huán)形成像陣列中的每一個接收元件獲得信號。復(fù)用器92的輸出通過發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換器96被提供到多通道前置放大器98，所述前置放大器將從環(huán)形成像陣列所接收的信號水平進行加強并且可以執(zhí)行其它的信號調(diào)節(jié)。 前置放大器98的輸出被提供到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器100，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬電回波信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的用于存儲于存儲器102中的數(shù)字形式。存儲器102可以是計算機系統(tǒng)52 的一部分，其可被計算機系統(tǒng)52或其它特定用途數(shù)字信號處理器讀取，所述數(shù)字信號處理器對數(shù)字化的接收信號執(zhí)行波束形成處理，以確定組織體積中區(qū)域的接收信號的振幅、功率和/或相中的一項或多項。波束形成后的信號可用來產(chǎn)生檢查空間中的組織的圖像，其中照射信號被傳遞到顯示器110上?？蛇x地，所述圖像可存儲在計算機可讀的介質(zhì)(硬盤、 DVD、錄像帶等)上或通過有線或無線通訊連接發(fā)射至遠程計算機上。為了使檢查空間中的組織成像，治療傳感器70產(chǎn)生一個或多個照射信號，所述照射信號與檢查空間中的組織相互作用，從而產(chǎn)生可被環(huán)形成像陣列的接收元件檢測到的回波信號。TX控制器將轉(zhuǎn)換觸排64配置為使得驅(qū)動信號被施加到治療傳感器70的所需元件上，從而依次或同時照射檢查空間中的組織。TX控制器M通過轉(zhuǎn)換器58選擇合適的電源。驅(qū)動信號的振幅和時序由TX控制器M根據(jù)待成像的檢查空間的大小和/或位置而決定，并且TX控制器向TX脈沖器56發(fā)信號，從而將驅(qū)動信號傳遞至治療傳感器的所需元件。在將照射信號發(fā)射進檢查空間之前，計算機系統(tǒng)52將接收電子器件配置為檢測來自檢查空間中的組織的回波信號。接收控制器104(下文描述)根據(jù)環(huán)形成像陣列的哪些元件與接收電子器件連接來設(shè)置復(fù)用器92的位置。因此，照射信號的發(fā)射和復(fù)用器92 和接收電子器件的配置是協(xié)調(diào)的。通過使用治療傳感器70來產(chǎn)生照射信號，施加充足的信號功率，從而允許環(huán)形成像陣列的接收元件產(chǎn)生可以產(chǎn)生組織圖像的回波信號。在以下所述的某些實施方案中，環(huán)形成像陣列的所選元件也可以用來將照射信號發(fā)射入檢查空間中。在這種情況下，系統(tǒng)包括接收/發(fā)射控制器104和多個發(fā)射脈沖器106。 當接收控制器用于控制信號發(fā)射時，其可被稱為“IX控制器”，這是指成像陣列(I)的元件用來將照射信號傳遞至組織。當環(huán)形成像陣列的元件用來接收信號時，接收控制器104設(shè)置復(fù)用器92的位置，使得正確的接收元件與前置放大器98和A/D轉(zhuǎn)換器100連接。如果成像陣列的一個或多個元件產(chǎn)生照射信號，那么發(fā)射控制器104提供由發(fā)射脈沖器106產(chǎn)生并且在計算機系統(tǒng)52的指導下被傳遞至環(huán)形成像陣列的元件的驅(qū)動信號的參數(shù)。在一個實施方案中，根據(jù)治療脈沖所產(chǎn)生的回波中的諧波的函數(shù)來調(diào)整用于治療靶體積的治療脈沖的功率。因此，環(huán)形成像陣列中接收元件的設(shè)計(例如大小、聲學材料等)應(yīng)被選擇為對諧波的預(yù)期頻率是敏感的。還可以激發(fā)治療傳感器，以便照射信號的頻率不同于治療信號所用的頻率，從而更好地匹配接收元件的性能。如果環(huán)形成像陣列中接收元件的尺寸小，則可通過電子方式將環(huán)形成像陣列的聚焦帶在組織體積上移動，其中發(fā)射治療傳感器產(chǎn)生的照射信號。圖2A、2C和2D展示了按照所公開的技術(shù)的施用器的不同實施方案，所述施用器包括成像傳感器和治療傳感器。在圖2A中，施用器120具有位于中心的治療傳感器122，所述治療傳感器122被接收元件124的環(huán)形成像陣列所環(huán)繞。在一個實施方案中，治療傳感器122具有多個用于調(diào)整傳感器的焦點的圓環(huán)。盡管顯示了具有圓環(huán)的治療傳感器，但是應(yīng)當理解，也可以使用諸如扇形治療傳感器的其它構(gòu)形。在一個實施方案中，治療傳感器和環(huán)形成像陣列的接收元件被設(shè)計成以同一頻率范圍運行。在其它的實施方案中，環(huán)形成像陣列中每一個元件124的大小均小于由治療傳感器122所產(chǎn)生的信號的波長，從而照射組織，使得接收元件對治療傳感器所產(chǎn)生的信號的諧波是敏感的。當對組織體積進行成像時，可以以相鄰的組處理來自環(huán)形成像陣列的信號。例如， 如果存在512個元件并且每次可處理一組64個元件，則可以響應(yīng)于一次照射脈沖或多次脈沖來處理元件1-64，然后是元件65-1 等。圖2B顯示了按照所公開技術(shù)的一個實施方案，利用環(huán)形成像陣列的接收元件所檢測到的回波信號產(chǎn)生組織體積V的圖像的技術(shù)。接收電子器件運行檢測來自環(huán)形成像陣列的每個接收元件的數(shù)字化回波信號Xl (t)、x2 (t)、x3 (t)…x512 (t)。所述信號用變跡常數(shù)(apodization constant)加權(quán)，并由計算機系統(tǒng)或其它程序化處理器根據(jù)以下參數(shù)進行延時發(fā)射源的方向性、接收元件的接收角、發(fā)射源和接收元件之間孔的距離、發(fā)射源和體積內(nèi)詢問點(interrogation point)之間的距離以及從所述體積內(nèi)詢問點至接收元件間的距離。將來自每個接收元件的加權(quán)并延時的信號求和，以便計算體積中所述點的振幅、功率或其它信號特征。可以使用多個發(fā)射源來產(chǎn)生合成的孔圖像和/或用于圖像復(fù)合。選擇體積中的下一個點，并對體積中的所有點重復(fù)所述過程。在某些情況下，對組織的圓柱形進行成像可能是有利的，所述組織的圓柱形包含被治療傳感器產(chǎn)生的治療信號聲穿透的區(qū)域。例如，如果對組織的圓柱形進行了成像并且在所述圓柱形中不存在氣體、腸、骨或其它不希望的組織，那么用高功率HIFU信號治療圓柱形中的組織可能是安全的。這類成像還有助于檢測HIFU波束與組織表面的聲耦合的任何問題(例如組織表面的高反射區(qū)域可以指示耦合較差)。在圖2C所示的實施方案中，施用器125包括內(nèi)部治療傳感器126、第一環(huán)形成像陣列127和第二環(huán)形成像陣列129。治療傳感器1 和第一環(huán)形成像陣列127如上所述。第二環(huán)形成像陣列1 優(yōu)選包括多個壓電元件129a、U9b、129c等，所述多個壓電元件產(chǎn)生響應(yīng)于接收到的聲回波信號的電信號。第一和第二環(huán)形成像陣列的接收元件可以與轉(zhuǎn)換器或類似物連接，以便可以檢測來自一個或兩個成像陣列的接收元件的信號。在所示的實施方案中，第二環(huán)形成像陣列中接收元件129a、U9b、129c的大小大于第一環(huán)形成像陣列中的接收元件，使得其對接收到的回波更加敏感。然而這些較大的元件檢測斜角信號的能力下降。因此，第二環(huán)形成像陣列的接收元件對直接位于所述接收元件前面的區(qū)域更加敏感。通過使第二環(huán)形成像陣列的接收元件朝向環(huán)繞待治療的組織體積區(qū)域的區(qū)域， 可以產(chǎn)生組織的圓柱形圖像。然而應(yīng)當理解，環(huán)形成像傳感器129中元件的最敏感的方向可以隨著所述元件方向(例如所述元件的安放形式等)的改變而變化。在圖2C所示的實施方案中，第二環(huán)形成像陣列1 被配置為能產(chǎn)生用治療傳感器治療的組織周圍的圓柱形圖像。可以由治療傳感器126或第一或第二環(huán)形成像陣列的元件產(chǎn)生照射信號。如果照射信號由圓環(huán)聚焦的一組元件產(chǎn)生，則為了產(chǎn)生圓柱形圖像，依次處理接收元件的重疊部分， 例如元件1-64，然后是元件2-65、3-66、4-67等。在某些實例中，第一或第二環(huán)形成像陣列中元件的尺寸可能太小而不能產(chǎn)生足夠的信號功率，從而不能產(chǎn)生具有良好信噪比的回波。因此可以將一個或多個“活塞”元件并入環(huán)形成像陣列中。在圖2D所示的實施方案中，施用器130包括中心治療傳感器132和包括多個較小的接收元件的第一環(huán)形成像陣列134。此外，環(huán)形成像陣列134包括多個較高功率的發(fā)射活塞元件136a-136d?；钊?36被設(shè)計成能將較高功率的照射信號發(fā)射入組織中，以便成像陣列的其它元件可以產(chǎn)生具有足夠信噪比的電回波信號，從而可以產(chǎn)生內(nèi)在組織的圖像。在一個實施方案中，發(fā)射活塞元件136a_136d大于所述接收元件，以便所述發(fā)射活塞元件發(fā)射的聲功率大于從所述接收元件發(fā)射出的聲功率。發(fā)射元件可以并入與接收元件相同的陣列中，或可以并入諸如位于接收元件所處的陣列周圍的第二環(huán)形陣列的單獨陣列中。在另一個實施方案中，一個或多個發(fā)射元件136可以圍繞旋轉(zhuǎn)構(gòu)造上的接收元件陣列進行機械運動，使得單個發(fā)射元件可以照射檢查空間?？蛇x地，可以將兩個或更多個發(fā)射元件安裝到構(gòu)造上，所述構(gòu)造使發(fā)射元件圍繞接收陣列圓周來回移動，從而照射檢查空間。 還可以將所述環(huán)形成像陣列構(gòu)建為可繞治療傳感器轉(zhuǎn)動的一個或多個接收元件。接收元件和發(fā)射元件可以受到分別的控制，并且可以非同步移動。為了進一步提高信噪比，發(fā)射元件136可以使用照射信號的時間或空間編碼。圖3A展示了治療傳感器產(chǎn)生的照射信號200。可以以較低的功率或治療功率產(chǎn)生照射信號200。調(diào)整治療傳感器的焦點，使得檢查空間中的組織被同時或依次照射。圍繞治療傳感器的環(huán)形成像陣列接收響應(yīng)于照射信號而產(chǎn)生的回波信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的電回波信號，所述電回波信號用來產(chǎn)生檢查空間中組織體積202的圖像。如果檢查空間中的組織是待治療的，那么為了治療該組織，改變治療傳感器的焦點，從而超聲信號集中于期望的治療體積部分。在圖;3B所示的實例中，環(huán)形成像陣列用來產(chǎn)生圍繞待遞入治療信號的組織體積的部分的圓柱形圖像210。組織的圓柱形圖像的外表面可以在二維顯示器上顯示為條帶 212，通過沿著虛線214切割圓柱形圖像并為了在二維屏幕上進行展示而“展開”圓柱形圖像的周邊而產(chǎn)生所述條帶212。如果在圓柱形圖像中看不到空氣、腸組織、骨或其它不希望的組織，那么很可能在治療波束的途徑中沒有腸或空氣。可以由治療傳感器或由環(huán)形成像陣列中所選的元件產(chǎn)生用于產(chǎn)生圓柱形圖像的照射信號200。如上文所指出，可以將較高功率的活塞元件并入環(huán)形成像陣列中，并且用于提高相應(yīng)回波信號的信噪比。圖3C顯示圓錐形圖像220的實例，可通過將環(huán)形成像陣列中的接收元件進行定向，使得它們能檢測到待傳遞入治療信號的體積的外部，從而來產(chǎn)生錐形圖像。圓錐形圖像 220與圖;3B所示的圓柱形圖像相似，除了圖像中包括的組織的近端和遠端直徑不同。因此， 本文所用圓錐形圖像被認為是一種特殊類型的圓柱形圖像。可以通過沿著虛線222切割圓錐形圖像并為了在二維屏幕上進行展示而“展開”圓錐形的周邊來產(chǎn)生圓錐形圖像的外表面。在某些實施方案中，所述圓錐形圖像包括治療波束預(yù)期通過的外邊界。在所公開技術(shù)的另一個實施方案中，環(huán)形成像陣列可以用來檢測組織的彈性和其它機械特性。當以這種方式使用時，由治療或成像傳感器將照射脈沖傳遞至組織，并檢測相應(yīng)的回波信號。然后由治療傳感器或環(huán)形成像陣列將更高功率的“推動”脈沖傳遞至組織。 推動脈沖傳遞之后，由治療傳感器或環(huán)形成像陣列傳遞另一個較低功率的照射脈沖，并檢測相應(yīng)的回波信號。然后對推動脈沖之前的回波信號進行比較。因此，信號的差異(通常測量為相移)是由于推動脈沖引起的組織體積中任何給定點的相對運動的度量。該相對運動可用來計算機械性能的相對或絕對值，所述機械性能例如組織勞損、彈性或剛度、壓縮性或泊松比(Poisson' s ratio) 0靶體積中組織的這些機械性能可用來確定組織是否已進行了充分治療，鑒定照射空間中組織之間的彈性或剛度差異，或者基于對已知組織類型作出的測量結(jié)果來鑒定組織類型(例如纖維瘤)。機械性能可用顏色編碼和展示，從而指示每個位置處的特征值。因此，本文所用的組織“圖像”意圖包括諸如B型圖像的常規(guī)組織圖像，在B型圖像中，組織中的每個點由其回波強度或功率表示。術(shù)語圖像還包括圖像中的每個點編碼或代表機械特征的展示。圖像可以是人類可辨知的或人類不可辨知的。例如，圖像可以表示存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)陣列，其由計算機系統(tǒng)使用來控制治療而不顯示在用戶屏幕上。因此，照射信號可以用來產(chǎn)生所有這些類型的圖像。此外，來自治療傳感器的較高功率的照射信號可用來治療組織。圖4A展示所公開技術(shù)中通過改善發(fā)射敏感度提高接收到的信噪比的另一個實施方案。在本實施方案中，成像陣列包括從皮膚表面移開距離d的多個元件。如果環(huán)形成像陣列的元件遠離皮膚表面移動，那么可以提高該位置處運行的功率，因為信號在到達皮膚的過程中會分散或傳播。然而，暴露于照射信號的區(qū)域同樣增加，進而將更多的照射功率傳遞入檢查空間中。例如，如果皮膚表面所允許的最大能量是每平方厘米500毫瓦特，則可以以更高的功率運行元件，例如600毫瓦特。由于分散皮膚表面的功率仍是500毫瓦特，但是所暴露的區(qū)域大于元件緊貼皮膚時。圖4B顯示環(huán)形成像陣列的可選實施方案，其中元件緊貼皮膚表面。在這種情況下，操作一組元件260來同時發(fā)射照射信號。如果同時使用幾個元件，則對檢查空間中的組織施加了更多的能量。為了使照射信號如能如同小的單個元件一樣均勻地照射組織，應(yīng)當使能量類似來自單個點源。因此，通過機械(例如成型或帶透鏡)方式或通過電子方式使組沈0的元件聚焦，使得信號似乎來自所述組后的單個點源262或來自組合元件前面的單個點源沈4。為了產(chǎn)生完全合成的孔徑像(例如發(fā)射和接收)，在環(huán)形成像陣列(例如外部環(huán)形成像陣列)之一的每個元件處產(chǎn)生照射信號，并且從另一個環(huán)形成像陣列的每個元件檢測回波信號。結(jié)果存儲在矩陣或其它合適的排列中，并經(jīng)處理以產(chǎn)生合成的孔徑像。應(yīng)當理解，在可選的設(shè)計中，使內(nèi)部環(huán)形成像陣列的元件聚焦或帶有透鏡來提供虛擬的點源，而外部環(huán)形成像陣列的元件用于接收回波信號。由于照射信號的點源是虛擬的并且沒有貼在皮膚上，因此可以施加更大的信號功率。盡管已顯示并描述了示例性的實施方案，但是應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可以進行各種改動。例如，盡管環(huán)形成像陣列被顯示為環(huán)形的，但是應(yīng)當理解，這種環(huán)形成像陣列可以是線性陣列的帶狀形式，從而在治療傳感器周圍形成開放的或閉合的多邊形。同樣，盡管所公開的施用器的實施方案使用一個或兩個環(huán)形成像陣列，但是可以包括其它環(huán)形成像陣列，以輔助超聲信號的發(fā)射和接收。因此，本發(fā)明的范圍意圖從以下的權(quán)利要求書及其等同物來確定。
權(quán)利要求
1.用于對體內(nèi)組織進行治療和成像的系統(tǒng)，包括治療傳感器，所述治療傳感器可操作地向體內(nèi)的靶治療體積選擇性傳遞治療超聲信號或向體內(nèi)的檢查空間傳遞照射信號；多元件成像陣列，包括位于所述治療傳感器周圍的多個接收元件；發(fā)射控制器，其被配置為能控制向所述治療傳感器施加驅(qū)動信號，從而產(chǎn)生用于傳遞至所述檢查空間中的照射信號；接收控制器，其被配置為能從所述多元件成像陣列的元件接收信號，所述信號是暴露于由所述治療傳感器產(chǎn)生的照射信號的組織響應(yīng)產(chǎn)生的；處理器，其被配置為能組合接收的信號，從而產(chǎn)生所述檢查空間中組織的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多元件成像陣列的接收元件被安排為環(huán)形陣列，并且其中每個接收元件具有至少一個小于所述照射信號的波長的維度。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射控制器被配置為能控制向所述治療傳感器施加驅(qū)動信號，從而能以治療功率水平發(fā)射照射信號。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射控制器被配置為能控制向所述治療傳感器施加驅(qū)動信號，從而能以小于治療功率水平的功率水平發(fā)射照射信號。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射控制器被配置為能控制向所述治療傳感器施加驅(qū)動信號，使得來自所述治療傳感器的治療超聲信號和照射信號具有不同的頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多元件成像傳感器是位于所述治療傳感器周圍的圓環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述圖像代表由所述照射信號所照射的區(qū)域內(nèi)的多個位置的回波強度。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述圖像代表由所述照射信號所照射的區(qū)域內(nèi)的多個位置處的組織的機械特征。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述治療傳感器可控制地將照射信號相繼引導通過所述檢查空間。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述治療傳感器可控制地將照射信號同時引導通過所述檢查空間。
11.用于對體內(nèi)組織進行治療和成像的施用器，包括治療傳感器，其被配置為能向所述體內(nèi)組織的靶治療體積傳遞治療超聲信號；成像陣列，其包括位于所述治療傳感器周圍的一個或多個接收元件；和一個或多個驅(qū)動元件，其被定位在所述治療傳感器的周圍，所述驅(qū)動元件大于所述一個或多個接收元件并且被配置為能將足夠聲功率的照射信號傳遞入檢查空間中，使得所述環(huán)形成像陣列中的一個或多個接收元件可以檢測到聲回波信號。
12.如權(quán)利要求11所述的施用器，其中所述一個或多個驅(qū)動元件和所述一個或多個接收元件位于同一陣列中。
13.如權(quán)利要求11所述的施用器，其中所述一個或多個驅(qū)動元件和所述一個或多個接收元件位于單獨的陣列中。
14.如權(quán)利要求11所述的施用器，其中所述一個或多個驅(qū)動元件可以圍繞所述治療傳感器進行機械運動。
15.如權(quán)利要求11所述的施用器，其中所述一個或多個接收元件可以圍繞所述治療傳感器進行機械運動。
16.如權(quán)利要求11所述的施用器，其中所述施用器可與處理器連接，所述處理器被配置為能產(chǎn)生體內(nèi)一個或多個位置處的組織的圖像，其中所述圖像代表由所述照射信號所照射的區(qū)域內(nèi)的多個位置的回波強度。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述施用器可與處理器連接，所述處理器被配置為能產(chǎn)生體內(nèi)一個或多個位置處的組織的圖像，其中所述圖像代表由所述照射信號所照射的區(qū)域內(nèi)的多個位置處的組織的機械特征。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中被施加到所述一個或多個驅(qū)動元件的驅(qū)動信號包括空間編碼或時間編碼。
19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中將所述一個或多個驅(qū)動元件進行聚焦，從而產(chǎn)生似乎起源于點源的照射信號，所述點源離開所述驅(qū)動元件的正面。
20.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中當將所述施用器置于身體上時，所述一個或多個驅(qū)動元件離開組織表面。
21.用于對體內(nèi)組織進行治療和成像的系統(tǒng)，包括治療傳感器，其被配置為能向所述體內(nèi)組織的靶治療體積傳遞治療超聲信號；照射源，其被配置為能向所述體內(nèi)的檢查空間傳遞照射信號；成像陣列，其包括位于所述治療傳感器周圍的一個或多個接收元件，其中所述一個或多個接收元件被定向為檢測來自所述檢查空間中的圓柱形體積的信號；發(fā)射控制器，其被配置為能控制所述照射源將照射信號傳遞入所述檢查空間中；接收控制器，其被配置為能從多元件成像陣列的元件接收信號，所述信號是暴露于所述照射信號的組織響應(yīng)產(chǎn)生的；和處理器，其被配置為能組合接收的信號，從而產(chǎn)生所述檢查空間中的組織的圓柱形圖像。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括顯示器，其中所述處理器被配置為能在所述顯示器上以條帶顯示圓柱形圖像的外表面的圖像。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述圓柱形圖像是圓錐形圖像。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括顯示器，其中所述處理器被配置為能在所述顯示器上顯示圓錐形圖像的外表面的圖像。
25.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述照射源是所述治療傳感器。
26.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述成像陣列包括用作照射源的一個或多個較高功率的驅(qū)動元件。
全文摘要
包括施用器的超聲治療系統(tǒng)，在所述施用器中，治療超聲傳感器被環(huán)形成像傳感器包圍。由治療或成像傳感器產(chǎn)生的照射信號被相繼或同時傳遞至檢查空間中的組織，從而產(chǎn)生相應(yīng)的可被所述環(huán)形成像傳感器的元件接收的回波信號。通過處理器分析這些回波信號，從而產(chǎn)生檢查空間中組織的圖像。
文檔編號A61H23/00GK102341147SQ201080010853
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者巴里·弗里莫, 查爾斯·D·埃默里 申請人:米拉比利斯醫(yī)療公司