專利名稱：聚焦超聲治療裝置以及控制焦點的方法
技術領域：
本公開涉及用于腫瘤的局部治療(treatment)的非侵入性手術的聚焦超聲治療裝置(focused ultrasound therapy apparatus)0
背景技術：
隨著醫(yī)學科學的發(fā)展，最近，非侵入性手術以及最小程度侵入手術已經(jīng)用于腫瘤的局部治療。因為超聲波對人體無害，所以已經(jīng)廣泛地使用非侵入性手術方法當中的高強度聚焦超聲(High intensity focused ultrasound, HIFU)。HIFU是通過將高強度超聲波聚焦并且輻射到人體中的病灶(lesion)來引起病灶壞死的治療方法。聚焦并輻射到病灶的超聲波被轉(zhuǎn)換為熱能，由于超聲波輻射到的部分的溫度升高造成病灶和血管的凝固性 壞死(coagulation necrosis)。因為溫度立即上升,所以可以有效地僅去除被福射的部分，同時防止熱量擴散到被輻射的部分的周圍區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于當去除人體中的各種外形(form)病灶時減小治療時間的聚焦超聲治療
>J-U ρ α裝直。提供控制聚焦超聲治療裝置中的焦點的方法。附加方面將在下面的描述中被部分地闡明，以及部分地，將從該描述中變得清楚，或者可以通過實踐所呈現(xiàn)的實施例而學習到。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種控制用于輻射超聲波以去除病灶的聚焦超聲治療裝置中的焦點的方法，所述方法包括接收將被輻射超聲波以去除病灶的目標區(qū)域；取決于目標區(qū)域的外形確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑；以及在確定的路徑上形成焦點然后向目標區(qū)域輻射超聲波。所述方法還可以包括確定要被用于超聲波輻射的焦點的大小，其中所述路徑的確定包括取決于確定的焦點的大小確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑。所述路徑的確定可以包括設置具有與目標區(qū)域的邊界線相同的外形的路徑。所述路徑的確定可以包括設置多于兩個的路徑，并且所述超聲波的輻射可以包括在彼此不同的路徑上形成具有彼此不同的大小的焦點然后輻射超聲波。所述超聲波的輻射可以包括形成多焦點然后輻射超聲波。所述超聲波的輻射可以包括在靠近目標區(qū)域的邊緣的部分形成較小的焦點然后輻射超聲波。所述超聲波的輻射可以包括計算超聲波的輻射時間；以及向目標區(qū)域輻射超聲波達計算的輻射時間。所述輻射時間的計算可以包括在向目標區(qū)域輻射超聲波情況下，通過使用從生成超聲波的點到目標區(qū)域的距離、器官的病變塊成分以及身體內(nèi)的血液擴散度，估計目標區(qū)域隨時間的溫度變化；通過使用估計的溫度變化計算被發(fā)送到目標區(qū)域的能量達到高于臨界值的值的時間；然后將計算的時間確定為輻射時間。所述超聲波的輻射可以包括在確定的路徑上確定形成焦點的位置；以及確定被確定的位置的次序，取決于確定的次序形成焦點，然后輻射超聲波。所述目標區(qū)域的接收可以包括在確定在目標區(qū)域中是否可以控制焦點之后，如果確定焦點的控制不可能，則接收另一目標區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于輻射超聲波以去除病灶的聚焦超聲治療裝置，所述裝置包括目標區(qū)域輸入單元，用于接收將被輻射超聲波以去除病灶的目標區(qū)域；路徑確定單元，用于取決于目標區(qū)域的外形確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑；超聲波變換器，用于接收電信號然后生成超聲波；以及焦點控制單元，用于控制超聲波變換器在所確定的路徑上形成焦點然后向目標區(qū)域輻射超聲波。所述路徑確定單元可以取決于要被用于超聲波輻射的焦點的大小確定焦點在目 標區(qū)域中沿其移動的路徑。所述路徑確定單元可以設置具有與目標區(qū)域的邊界線相同的外形的路徑。所述路徑確定單元可以設置多于兩個的路徑，并且所述焦點控制單元可以控制超聲波變換器在彼此不同的路徑上形成具有彼此不同的大小的焦點然后輻射超聲波。所述焦點控制單元可以控制超聲波變換器形成多焦點然后輻射超聲波。所述焦點控制單元可以控制超聲波變換器在靠近目標區(qū)域的邊緣的部分中形成較小的焦點然后輻射超聲波。所述裝置還可以包括用于計算超聲波的輻射時間的輻射時間計算單元，其中所述焦點控制單元控制超聲波變換器向目標區(qū)域輻射超聲波達到輻射時間計算單元中計算的輻射時間。所述輻射時間計算單元可以在向目標區(qū)域輻射超聲波情況下，通過使用從生成超聲波的點到目標區(qū)域的距離、器官的病變塊成分以及身體內(nèi)的血液擴散度，估計目標區(qū)域隨時間的溫度變化；可以通過使用估計的溫度變化計算被發(fā)送到目標區(qū)域的能量達到高于臨界值的值的時間，然后將計算的時間確定為輻射時間。所述焦點控制單元可以控制超聲波變換器以在確定的路徑上確定焦點形成的位置，確定被確定的位置的次序，取決于確定的次序形成焦點，然后輻射超聲波。所述目標區(qū)域輸入單元可以在確定在目標區(qū)域中是否可以控制焦點之后，如果確定焦點的控制是不可能的，則接收另一目標區(qū)域。根據(jù)聚焦超聲治療裝置和控制聚焦超聲治療裝置中的焦點的方法，可以通過取決于輸入的目標區(qū)域的外形確定焦點將在目標區(qū)域中移動通過的路徑，并且在所確定的路徑上形成焦點然后輻射超聲波，來去除各種外形的病灶。此外，可以通過預先確定將被使用的焦點的大小、超聲波的輻射時間以及在路徑上焦點將形成的位置和次序，然后根據(jù)所確定的元素輻射超聲波，來縮短治療時間。


通過下面結合附圖對實施例的描述，這些和/或其它方面將變得明顯且更易理解，其中圖I是示出實際使用的根據(jù)本發(fā)明的實施例的聚焦超聲治療裝置的示例的圖2是示出輸入到根據(jù)本發(fā)明實施例的聚焦超聲治療裝置的目標區(qū)域的示例的圖；圖3A-3C是示出在目標區(qū)域中焦點將移動通過的路徑、以及焦點將被形成的位置和次序的圖；圖4是示出在目標區(qū)域中形成的多焦點的示例的圖；圖5A-5C是示出確定焦點將在目標區(qū)域中沿其移動的路徑的方法的圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的、在目標區(qū)域中焦點將沿其移動的路徑、以及焦點被形成的位置和次序；以及圖7到圖10是用于說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的、控制聚焦超聲治療裝置中的焦點的方法的流程圖。
具體實施例方式下面將參考附圖更充分地描述本發(fā)明的示范性實施例。在下面的描述中，如果確定公知的功能或構造將由于不必要的細節(jié)使本發(fā)明模糊，則不對它們進行詳細描述。圖I是示出實際使用的根據(jù)本發(fā)明的實施例的聚焦超聲治療裝置100的示例的圖。參照圖1，聚焦超聲治療裝置100可以包括目標區(qū)域輸入單元110、路徑確定單元120、焦點控制單元130以及超聲波變換器140。如圖I中所示，超聲波變換器140可以安裝在對象102所躺的床104內(nèi)部并且可以通過向?qū)ο?02的身體內(nèi)部的特定部分福射超聲波來去除病灶。凝膠墊(gel pad)可以放置在對象102和床104之間以支持超聲波的傳輸。此外，超聲波變換器140可以通過控制由排列在具有凹形形狀的圓形支承板112中的多個元件114生成的超聲波的相位，在預定的目標區(qū)域中改變焦點(即，聚焦點(focal point))的位置的同時福射超聲波,或者形成多焦點。因為超聲波變換器140在相控類型(phase-controlled type)的聚焦超聲治療裝置中廣泛使用，所以省略對其的詳細描述。下面，描述聚焦超聲治療裝置100的操作。當目標區(qū)域輸入單元110接收到將向其輻射超聲波的目標區(qū)域時聚焦超聲治療裝置100的操作開始。目標區(qū)域意思是可以通過超聲波變換器140的相位控制移動焦點的位置，來向其輻射超聲波的區(qū)域。因此，在其中可以通過相位控制來移動焦點的目標區(qū)域的大小是有限的，并且最近，使用了具有約10毫米(mm)到約20毫米的大小的目標區(qū)域。因此，為了去除大于可實現(xiàn)的目標區(qū)域的病灶，病灶被分為多個目標區(qū)域，然后，超聲波被輻射到該多個目標區(qū)域。然而，通常，因為對于每個聚焦超聲治療裝置可以設置的目標區(qū)域的形狀(例如，圓形)和大小是預定的，所以不可能取決于病灶的外形(form)而不同地設置目標區(qū)域。也就是說，不可能有效地治療各種外形的病灶，特別是在病灶的邊緣部分，嚴重發(fā)生這個問題，這使得治療時間增加。相反地，根據(jù)實施例的聚焦超聲治療裝置100可以接收由操作該裝置的用戶自由地確定其外形的目標區(qū)域，并且可以取決于該目標區(qū)域的外形來確定焦點將沿其移動的路徑，然后可以執(zhí)行超聲波輻射。從而，可以有效地治療各種外形的病灶。此外，目標區(qū)域輸入單元110可以確定從用戶接收到的目標區(qū)域是否是在其中可以控制焦點的區(qū)域，并且在該目標區(qū)域是在其中不能控制焦點的區(qū)域的情況下再次接收新的目標區(qū)域。輸入到目標區(qū)域輸入單元110的目標區(qū)域被發(fā)送到路徑確定單元120和焦點控制單元130，并且被用于確定焦點將沿其移動的路徑和將被使用的焦點的大小。路徑確定單元120取決于接收到的目標區(qū)域的外形確定焦點將沿其移動的路徑。具體來說，路徑確定單元120可以確定該路徑，使得該路徑的軌跡與目標區(qū)域的邊界線相同或相似。例如，如果目標區(qū)域具有菱形外形，則路徑確定單元120可以以菱形外形來確定該路徑?？梢源_定具有與目標區(qū)域的外形相似的外形、并且以相互不同的比率縮小的多個路徑，或者可以確定具有與目標區(qū)域的外形和重心相同的外形和重心、并且以相互不同的比率縮小的多個路徑。下面關于圖5來描述對路徑確定的詳細解釋。路徑確定單元120可以向焦點控制單元130發(fā)送所確定的路徑，以使焦點控制單元130能夠在沿著所確定的路徑移動焦點的同時輻射超聲波。焦點控制單元130可以通過根據(jù)接收到的目標區(qū)域和預定路徑在目標區(qū)域上形成焦點，來控制超聲波變換器140輻射超聲波。焦點控制單元130可以取決于所確定的路徑確定將被使用的焦點的大小，并且可以在多個路徑彼此不同的情況下確定將被使用的焦點的不同大小。例如，可以通過在目標區(qū)域的中心使用大焦點來減小治療時間，并且可以通過在靠近目標區(qū)域的邊緣的部分使用小焦點來準確地輻射超聲波。焦點控制單元130可以控制超聲波變換器140以允許它形成多焦點，并且還可以通過控制由超聲波變換器140的每個元件114生成的超聲波的相位來控制多焦點的大小和多焦點形成的位置。此外，焦點控制單元130可以確定焦點在路徑確定單元120中確定的路徑上的形成位置，以及焦點的形成次序，從而可以控制超聲波變換器140以允許它執(zhí)行超聲波輻射。此外，如果焦點控制單元130確定將被使用的焦點的大小，然后向路徑確定單元120發(fā)送焦點的大小,則路徑確定單元120可以基于所確定的焦點大小和目標區(qū)域的外形，來確定焦點將沿其移動的路徑。根據(jù)本發(fā)明另一實施例的聚焦超聲治療裝置100還可以包括輻射時間計算單元150。如果輻射時間計算單元150預先計算將要輻射到目標區(qū)域的超聲波的輻射時間，則焦點控制單元130可以控制超聲波變換器140以允許它在計算出的輻射時間內(nèi)輻射超聲波以便減小治療時間。輻射時間計算單元150通過使用以下方法計算使目標區(qū)域中的病灶壞死所需的最小時間。首先，如果焦點將沿其移動的路徑和將被使用的焦點的大小被確定，則在向目標區(qū)域輻射超聲波的情況下可以通過使用下面的Pennes生物熱傳遞方程I獲得目標區(qū)域中的溫度隨時間的變化。[方程I]

權利要求
1.一種控制用于輻射超聲波以去除病灶的聚焦超聲治療裝置中的焦點的方法，所述方法包括 接收將被輻射超聲波以去除病灶的目標區(qū)域； 取決于目標區(qū)域的外形確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑；以及 在所確定的路徑上形成焦點，然后向目標區(qū)域輻射超聲波。
2.如權利要求I所述的方法，還包括確定關于超聲波輻射將使用的焦點的大小， 其中所述路徑的確定包括取決于所確定的焦點的大小來確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑。
3.如權利要求I所述的方法，其中所述路徑的確定包括設置具有與目標區(qū)域的邊界線相同的外形的路徑。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述路徑的確定包括設置多于兩個的路徑，并且所述超聲波的輻射包括在相互不同的路徑上形成大小相互不同的焦點，然后輻射超聲波。
5.如權利要求I所述的方法，其中所述超聲波的輻射包括形成多焦點然后輻射超聲波。
6.如權利要求I所述的方法，其中所述超聲波的輻射包括在靠近目標區(qū)域的邊緣的部分形成較小的焦點，然后輻射超聲波。
7.如權利要求I所述的方法，其中所述超聲波的輻射包括 計算超聲波的輻射時間；以及 在計算出的輻射時間內(nèi)向目標區(qū)域輻射超聲波。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述輻射時間的計算包括在向目標區(qū)域輻射超聲波情況下，通過使用從生成超聲波的點到目標區(qū)域的距離、器官的病變塊成分以及身體內(nèi)的血液擴散度，估計目標區(qū)域隨時間的溫度變化；通過使用所估計的溫度變化計算被發(fā)送到目標區(qū)域的能量達到高于臨界值的值的時間；然后將所計算的時間確定為輻射時間。
9.如權利要求I所述的方法，其中所述超聲波的輻射包括 在所確定的路徑上確定形成焦點的位置；以及 確定所確定的位置的次序，取決于所確定的次序形成焦點，然后輻射超聲波。
10.如權利要求I所述的方法，其中所述目標區(qū)域的接收包括在確定在目標區(qū)域中是否可以控制焦點之后，如果確定對焦點的控制是不可能的，則接收另一目標區(qū)域。
11.一種用于輻射超聲波以去除病灶的聚焦超聲治療裝置，所述裝置包括 目標區(qū)域輸入單元，用于接收將被輻射超聲波以去除病灶的目標區(qū)域； 路徑確定單元，用于取決于目標區(qū)域的外形確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑； 超聲波變換器，用于接收電信號然后生成超聲波；以及 焦點控制單元，用于控制超聲波變換器在所確定的路徑上形成焦點然后向目標區(qū)域輻射超聲波。
12.如權利要求11所述的裝置，其中所述路徑確定單元取決于針對超聲波輻射將使用的焦點的大小確定焦點在目標區(qū)域中沿其移動的路徑。
13.如權利要求11所述的裝置，其中所述路徑確定單元設置具有與目標區(qū)域的邊界線相同的外形的路徑。
14.如權利要求11所述的裝置，其中所述路徑確定單元設置多于兩個的路徑，并且所述焦點控制單元控制超聲波變換器在相互不同的路徑上形成具有相互不同的大小的焦點然后輻射超聲波。
15.如權利要求11所述的裝置，其中所述焦點控制單元控制超聲波變換器形成多焦點然后輻射超聲波。
16.如權利要求11所述的裝置，其中所述焦點控制單元控制超聲波變換器在靠近目標區(qū)域的邊緣的部分中形成較小的焦點然后輻射超聲波。
17.如權利要求11所述的裝置，還包括用于計算超聲波的輻射時間的輻射時間計算單元， 其中所述焦點控制單元控制超聲波變換器在輻射時間計算單元所計算的輻射時間內(nèi)向目標區(qū)域輻射超聲波。
18.如權利要求17所述的裝置，其中所述輻射時間計算單元在向目標區(qū)域輻射超聲波情況下，通過使用從生成超聲波的點到目標區(qū)域的距離、器官的病變塊成分以及身體內(nèi)的血液擴散度，估計目標區(qū)域隨時間的溫度變化；通過使用所估計的溫度變化計算被發(fā)送到目標區(qū)域的能量達到高于臨界值的值的時間；然后將所計算的時間確定為輻射時間。
19.如權利要求11所述的裝置，其中所述焦點控制單元控制超聲波變換器以確定在所確定的路徑上焦點形成的位置，確定所確定的位置的次序，取決于所確定的次序形成焦點，然后輻射超聲波。
20.如權利要求11所述的裝置，其中所述目標區(qū)域輸入單元在確定在目標區(qū)域中是否可以控制焦點之后，如果確定對焦點的控制不可能，則接收另一目標區(qū)域。
全文摘要
一種控制聚焦超聲波治療裝置中的焦點的方法，所述方法包括接收向其輻射超聲波以去除病灶的目標區(qū)域；取決于目標區(qū)域的外形確定焦點在目標區(qū)域中移動通過的路徑；以及在所確定的路徑上形成焦點，然后向目標區(qū)域輻射超聲波。
文檔編號A61N7/02GK102872542SQ201210238790
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權日2011年7月14日
發(fā)明者樸俊浩, 李炯機, 李鎬宅, 安民修, 樸志瑛 申請人:三星電子株式會社