在高強度聚焦超聲中的子孔徑的控制的制作方法
【專利摘要】對于高強度聚焦超聲提供子孔徑控制。順序地從不同的子孔徑進行測試發(fā)射。在焦點區(qū)域處的組織響應被確定（40）并且被用來選擇（32）子孔徑。例如，在溫度沒有上升超過一定閾值或組織移位弱的地方，這例如與介于其間的骨或衰減的組織有關，不使用一個或多個子孔徑?？梢蕴娲蜃鳛榻裹c區(qū)域處組織響應的附加，使用其他因素?？梢允褂米涌讖脚c病變（34）的相對接近程度、子孔徑（36）的角度分布、子孔徑焦點區(qū)域與待治療的組織相比（38）的形狀或尺寸，或其組合。一旦被選擇（32），可以基于對于每個子孔徑測量到的組織響應來調(diào)整（42）對于每個子孔徑的相對權重，例如以提供來自于不同子孔徑的更為均等的治療貢獻。
【專利說明】在高強度聚焦超聲中的子孔徑的控制
[0001]聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)
[0002]美國政府對該發(fā)明具有完全償付許可(paid-up license)和在有限情況下要求專利所有者在如由DARPA授予的、由授權號DARPA HR0011-08-3-0004的期限提供的其他合理期限上授權給其他人的權利。
【技術領域】
[0003]本實施方式涉及用于高強度聚焦超聲(HIFU)治療的子孔徑控制。
【背景技術】
[0004]HIFU被用于非介入式腫瘤切除或體內(nèi)平衡?？梢灾委熥訉m纖維瘤、各種骨轉(zhuǎn)移瘤、肝、腎、胰腺和乳腺癌。使用HIFU的其他可能治療包括肝和血管的體內(nèi)平衡。
[ 0005]HIFU可以應用于患者內(nèi)部，諸如使用腔內(nèi)照射器，但是這些設備是介入式的并且僅適用于特殊的器官。體外HIFU設備是非介入式的。存在的體外HIFU設備典型地是碗狀的并且包含有限數(shù)量的元件。多元件HIFU設備已經(jīng)被認可用于子宮纖維瘤治療。一些體外HIFU設備可能缺乏在孔徑尺寸和焦深方面的靈活性。一個示例性體外HIFU設備具有26cm孔徑，由具有對焦點位置中的小變化進行電子控制和對焦點位置的大的變化進行機械定位的251個PZT元件組成。另一個示例性體外HIFU設備具有對于所有焦點位置和深度調(diào)節(jié)進行機械定位的、12cm球形彎曲的單元件。另一種HIFU設備包含少于1000個元件。典型地，元件以個別相位控制來驅(qū)動以實現(xiàn)聚焦和導向。一些體外HIFU設備可能缺少在孔徑尺寸和焦深方面的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通過介紹，以下描述的優(yōu)選的實施方式包括方法、系統(tǒng)、換能器、陣列、計算機可讀介質(zhì)和用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的指令。從不同的子孔徑順序地進行測試發(fā)射。確定組織在焦距區(qū)域處的響應并且用來選擇子孔徑。例如，在溫度沒有升高超過一定的閾值或組織移位弱的地方，這例如與介于其間的骨或衰減的組織有關，不使用一個或多個子孔徑。取代組織在焦點區(qū)域處的響應或附加地，可以使用其他因素?？梢允褂米涌讖脚c病變的相對接近程度、子孔徑的角度分布、子孔徑焦點區(qū)域與治療的組織相比而言的形狀或尺寸、或其組合。一旦選擇了，就可以基于對于每個子孔徑的測量的組織響應來調(diào)整每個子孔徑的相對權重，諸如以提供來自于不同的子孔徑的更均等的治療貢獻。
[0007]在第一方面，提供了一種用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的方法。識別靶。從多個子孔徑中選擇至少第一子孔徑。該選擇是根據(jù)由至少第一子孔徑提供的焦點區(qū)域的區(qū)域形狀與靶的匹配進行的。高強度聚焦超聲以至少第一子孔徑而不是其他子孔徑應用于該靶。
[0008]在第二方面，提供了一種用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的系統(tǒng)。元件的相控陣列包括多個相控子陣列。子孔徑電路用于將子陣列作為相控陣列的子孔徑來激活和禁用。處理器被操作來控制子孔徑電路以選擇一些子孔徑而不選擇其他子孔徑。該選擇是待治療的病變處的由于來自于子孔徑的發(fā)射而測量到的分布的函數(shù)。
[0009]在第三方面，非易失性計算機可讀存儲介質(zhì)具有在其中存儲的、代表了用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的、由編程過的處理器可執(zhí)行的指令的數(shù)據(jù)。存儲介質(zhì)包括用于選擇子孔徑的第一集合作為來自于子孔徑的第二集合的子集的指令，該選擇是根據(jù)子孔徑對病變的空間接近程度、根據(jù)在第一集合中的子孔徑對病變的角度分布、或其組合進行的；并且使用用于高強度聚焦超聲的子孔徑的第一集合。
[0010]本發(fā)明由所附的權利要求限定，并且該部分中沒有什么被認為是對這些權利要求的限制。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點在以下結(jié)合優(yōu)選實施方式討論并且可以在后面獨立地或組合地要求保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]部件和附圖不一定按比例，而是將重點放在本發(fā)明原理的解釋上。此外，在附圖中，將相似的附圖標記分配給全部不同視圖中相對應的部分。
[0012]圖1是用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的系統(tǒng)的一個實施例的框圖；
[0013]圖2是用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的方法的一個實施例的流程圖；
[0014]圖3是不同的子孔徑和它們與患者中的病變的關系的圖形表示；并且
[0015]圖4A是示例性病變，圖4B是示例性測量的、來自于三個子孔徑的焦點分布，以及圖4C是基于焦點測量對三個子孔徑的焦點區(qū)域的示例性調(diào)整。
[0016]附圖和優(yōu)選實施方式的詳細描述
[0017]體外治療超聲設備包括元件的連續(xù)的或不連續(xù)的陣列?？梢赃x擇性地接通陣列的子孔徑并且可以由子孔徑個別地控制發(fā)射功率。要么可以相干地(即，使用相同的頻率)要么不相干地(即使用不同的頻率)來控制子孔徑。選擇子孔徑，并且控制治療劑量施加。
[0018]體外HIFU設備非介入式地切除在深的位置處的癌組織。具有可適配的傳輸孔徑的設備保證了焦點區(qū)域?qū)Π行螤畹淖罴哑ヅ?，同時降低加熱健康組織的風險。靶形狀可以是病變或病變的一部分。使用大數(shù)量元件的可控孔徑，可以按照靶尺寸和位置裁剪孔徑尺寸和形狀，提供更佳的腫瘤覆蓋。孔徑的部分可以基于可用的聲學窗被取消選定。在沿著聲學路徑具有障礙物的情況下，基于成像的反饋機制可以被用來取消選定可能被障礙物遮擋的子孔徑。焦點尺寸和形狀控制也可以通過操縱孔徑來實現(xiàn)。更大或更小的子孔徑可以被用于更深或更淺的靶。來自于分開的角度空間的子孔徑可以產(chǎn)生交叉的束并且產(chǎn)生球形的焦點區(qū)域以便匹配球形的病變，降低附帶損害。
[0019]基于已知的特征和/或基于響應于測試發(fā)射的測量值來選擇子孔徑?？梢詡€別地或同時地以低的劑量來測試子孔徑。組織溫度或移位檢測器可以映射對測試發(fā)射的三維組織響應。所檢測的組織 響應可以被用來選擇子孔徑和劑量。在施加劑量期間，來自于相同的溫度或移位檢測器的反饋可以被用來即時地調(diào)整劑量施加參數(shù)。
[0020]在一種實施方式中，控制器基于來自于子孔徑的測試發(fā)射要么順序地要么同時地執(zhí)行子孔徑的自動選擇。來自于每個子孔徑的低劑量發(fā)射與組織溫度/聲學輻射力成像移位檢測器、超聲或MRI進行組合。檢測器確定選擇的子孔徑是否產(chǎn)生超過一定閾值的溫度或移位。如果不超過，子孔徑被禁用。利用所有選擇的子孔徑以低劑量發(fā)射，所檢測的三維溫度或移位圖可以被用來調(diào)整每個子孔徑以實現(xiàn)期望的焦點形狀。
[0021]對于一個靶病變(諸如病變的部分)，選擇子孔徑。替換地，可以同時使用不同的子孔徑以治療不同的靶，諸如對于多淺靶的情況，其中由于對于更短的束路徑降低的衰減，對于每個靶需要全部孔徑的僅一個子集。該方法通過一次治療多于一個目標可以加速整個治療時間。
[0022]圖1示出了用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括治療換能器12、成像換能器14、子孔徑電路15、發(fā)射束形成器16、接收束形成器18、處理器20和存儲器22。附加地，可以使用不同的或更少的組件。例如，治療和成像換能器12、14可以是相同的設備。作為另一個例子，可以提供任意類型的更多換能器?？梢蕴峁﹥H成像或僅治療換能器12、14。在另一個實施方式中，提供僅單個的換能器陣列。在另一個實施例中，提供顯示器。對于不同類型的換能器12、14可以使用不同的或相同的發(fā)射束形成器16。
[0023]在一種實施方式中，系統(tǒng)10是超聲成像和/或治療系統(tǒng)的部分。系統(tǒng)10可以用于在患者身體內(nèi)或外利用一個或多個換能器12、14進行的手術?？梢允褂密囕d成像系統(tǒng)、計算機、工作站或其他系統(tǒng)。系統(tǒng)10可以包括或具有對來自于磁共振成像(MRI)、計算機斷層成像(CO、X射線或其他成像系統(tǒng)的信息的訪問。在另一種實施方式中，系統(tǒng)10是便攜式的，例如用于由醫(yī)生、戰(zhàn)士、急救人員等攜帶。便攜式系統(tǒng)10重l_30kg。
[0024]換能器12、14是醫(yī)學超聲換能器。換能器12、14分別包括一個或多個元件。例如，每個換能器12、14包括元件的陣列。
[0025]治療換能器12是任意現(xiàn)在已知的或后來開發(fā)的用于從電能產(chǎn)生高強度聚焦超聲的換能器。對于基于電的聚焦或?qū)颍梢允褂迷谝痪S或多維陣列中的多個元件，諸如NXM元件的陣列，其中N和M都大于I。在一種實施方式中，提供連續(xù)陣列的僅一個治療換能器
12。在另一種實施方式中，提供多個治療換能器12。例如，元件的多個二維陣列被用于從不同的位置到治療區(qū)域進行發(fā)射。
[0026]治療換能器12配置為連續(xù)或離散相控陣列。在一種實施方式中，治療換能器12是再分為徑向隔開的扇區(qū)的凹孔徑。孔徑是圓形的，但是可以具有其他形狀。每個扇區(qū)包含作為子陣列或子孔徑操作的多個元件。在中部提供空腔用于成像陣列14。
[0027]在另一種實施方式中，治療換能器12是同心環(huán)陣列。每個環(huán)包括多個元件。每個環(huán)或相鄰環(huán)的組可以是子陣列或可被選為子孔徑。在一個或多個環(huán)中的單獨的元件或元件的組可以是子陣列或可被選為子孔徑。
[0028]另一個實施方式是將方形、矩形或其他形狀的子陣列連續(xù)或離散地成組為一或多行和/或列。每個方形、矩形或其他形狀的子陣列可選為子孔徑?？梢允褂萌缦伦涌讖?，其橫跨和/或采用少于兩個或多個子陣列的全部元件?；旧线B續(xù)的陣列可以包括一個或多個大于鋸口或元件分隔的間隙，以提供鉸鏈或柔性但是具有包括元件的長度的大多數(shù)。
[0029]在一種示例中，治療換能器12是共形相控陣列。毯狀柔性孔徑包括多個(例如兩個或更多個，諸如十個)嵌入的矩形相控陣列。共形陣列可以圍繞患者纏繞。例如，使用在美國公開申請?zhí)?008/0183077、2009/0024034或2009/0003675中公開的共形或其他陣列之一，其公開內(nèi)容通過引用合并于此。包括成像陣列14和治療換能器12的毯子形成為橡皮箍袖帶(cuff)，并且由此可以包括氣球或可膨脹的室。替換地，Velcro? (維可牢)尼龍搭扣、拉鏈扣件、紐扣、帶口或其他連接物允許可調(diào)地圍繞肢體或不同尺寸的身體部位放置橡皮箍袖帶。在另一個實施方式中，毯子符合身體的部位而無需封閉或包圍該部位，諸如作為可以符合患者的軀干的塊。共形陣列柔性地互相連接換能器12、14和/或同一陣列的元件。
[0030]在共形醫(yī)學超聲換能器的另一個實施方式中，單個陣列通過具有柔性地連接在一起的元件而服帖。光纖或其他傳感器檢測元件的相對位置。替換地，換能器14不是柔性的或不服帖。相反，使用凝膠和壓力來維持在換能器14和患者之間的聲學連接。
[0031]元件或多個元件是壓電的、微機電的或用于將電能轉(zhuǎn)換為聲能的其他換能器。例如，治療換能器12是電容膜超聲換能器。
[0032]治療換能器12可以從患者外部操作。例如，治療換能器12是探針或相對于患者的皮膚放置的其他設備。治療換能器12可手持、由設備定位或綁到患者上。在另一種實施方式中，治療換能器12在探針、導管或用于從患者內(nèi)部操作的其他設備中。
[0033]成像換能器14與治療換能器12在類型、材料、尺寸、形狀和結(jié)構方面相同或不同。例如，一個或多個成像換能器14的每一個包括電容膜超聲換能器元件的多維陣列。成像換能器14是現(xiàn)在已知的或后來開發(fā)的用于診斷超聲成像的任何換能器。成像換能器14可操作來發(fā)射和接收聲能。在替換實施方式中，不提供成像換能器14。
[0034]在換能器12、14、陣列的元件和/或不同陣列之間的空間關系是可測量的。例如，成對的成像和治療換能器12、14固定連接在一起。(例如光纖或磁的)傳感器測量在固定連接的對之間的相對位置。作為另一個示例，傳感器測量在成像和治療換能器12、14之間的相對運動。在另一個實施方式中，將掃描數(shù)據(jù)相關以確定相對位置。
[0035]子孔徑電路15選擇子孔徑。例如，選擇不同的子陣列。作為另一個例子，選擇元件的不同組。子孔徑電路15是復用器、數(shù)字信號處理器，和/或束形成器16、18的部分。在一種實施方式中，通過激活或不激活不同通道并且通過對于不同的通道分開進行束形成來提供子孔徑電路15。例如，數(shù)字信號處`理器或束形成器16、18向和從共形陣列中的一些陣列而不是其他陣列提供信號，這激活一些而不激活其他。在替換實施方式中，使用切換來選擇子孔徑。復用器激活一些子孔徑而不激活其他。來自于每個子孔徑的信號被一起地形成束并且與其他子孔徑的信號分離。發(fā)射束通過子孔徑被單獨地形成，例如通過在一個子孔徑中但是不跨越子孔徑將信號相對于彼此延遲。即使分開地進行發(fā)射束形成，來自于一個子孔徑的信號也可能對來自于其他子孔徑的其他束作出貢獻，如果同時發(fā)射的話。
[0036]發(fā)射束形成器16具有多個波形發(fā)生器、放大器、延遲器、相位旋轉(zhuǎn)器和/或其他部件。例如，發(fā)射束形成器16具有用于在多個通道的每個中產(chǎn)生方波或正弦波的波形發(fā)生器。波形發(fā)生器或下游放大器設置電波形的振幅。對于成像，設置振幅以提供利用低于對成像振幅的任何限制的聲束進行的掃描?？梢詫τ诟邚姸染劢钩?、例如和與成像相關相比更高強度來設置振幅。
[0037]波形的相對延遲和/或定相使得發(fā)射的聲能聚焦。通過向換能器的不同元件應用相對延遲的和/或切趾的波形，可以利用沿著掃描線的一個或多個焦距形成聲能束。束具有根據(jù)深度變化的寬度(例如從峰值下10dB)。提供焦點區(qū)域，諸如用于HIFU的一般的橢圓形區(qū)域或用于成像的長形的線性區(qū)域。焦點區(qū)域與更大的功率相關?？梢酝瑫r形成多束。對于電子導向，所述相對延遲建立相對于換能器12、14的束位置和角度。換能器12、14上的束的原點是固定的并且可以通過電子控制來調(diào)節(jié)。例如，原點可以被定位在多維陣列上的不同位置上。不同的原點導致各個束的不同的位置。
[0038]接收束形成器18從成像換能器14接收電信號。電信號來自于不同的元件。使用延遲和總束形成、快速傅里葉變換處理或其他處理，形成代表了在平面中或在體積中不同空間位置的數(shù)據(jù)。一個、一些或多個發(fā)射和接收事件可以被用來利用成像換能器14掃描體積。例如，平面波發(fā)射和接收被用來掃描體積。具有或沒有合成的束內(nèi)插的多束接收可以提高利用延遲和總束形成進行體積掃描的速度。在替換實施方式中，掃描二維平面或掃描線而不是二維體積。
[0039]檢測形成束的數(shù)據(jù)。例如提供B模式檢測。在另一個例子中，檢測多普勒功率、速度和/或差異?？梢允褂矛F(xiàn)在已知或后來開發(fā)的任何檢測。檢測的數(shù)據(jù)可以被掃描轉(zhuǎn)換、保持按照掃描格式(例如極坐標)、被內(nèi)插為三維格柵、其組合或被轉(zhuǎn)換為其他格式。檢測和/或格式轉(zhuǎn)換通過單獨的設備進行，但是可以通過處理器20執(zhí)行。
[0040]獲取的數(shù)據(jù)可以被用于超聲測溫。例如，分析無線電頻率或同相和正交(inphaseand quadrature)數(shù)據(jù)來規(guī)劃溫度測量。
[0041]處理器20是通用的處理器、中央處理單元、控制處理器、圖形處理器、數(shù)字信號處理器、三維渲染處理器、圖像處理器、特定應用集成電路、現(xiàn)場可編程門控陣列、數(shù)字電路、模擬電路、其組合或現(xiàn)在已知或后來開發(fā)的用于控制子孔徑選擇電路15的其他設備。在一種實施方式中，處理器20是用來執(zhí)行子孔徑的自動選擇的控制器，例如束形成控制器、系統(tǒng)控制器、子孔徑電路控制器、專用控制器、通用控制器或系統(tǒng)控制器。處理器20是單個設備或順序地、平行地或單獨地操作的多個設備。處理器20可以是計算機，諸如膝上電腦或臺式計算機的主處理器，或可以是用于處理大系統(tǒng)中，諸如在成像系統(tǒng)中的一些任務的處理器。
[0042]處理器20控制子孔徑電路15以選擇一些子孔徑而不選擇其他子孔徑。所述控制是通過命令信號，諸如對于特定的子陣列編碼的激活信號來進行的。
[0043]可以使用任意選擇標準。在子陣列和病變之間的路徑、病變處的焦點區(qū)域、或子陣列相對于病變的位置是示例性標準。在一種實施方式中，沿著路徑的組織或其他結(jié)構的類型被用來確定，是否應當使用諸如在美國公開申請?zhí)?008/0183077、2009/0024034或2009/0003675中公開的給定的子陣列。
[0044]子孔徑可以基于在治療區(qū)域處測量的效果來選擇。例如，選擇根據(jù)待治療的病變處測量到的分布來進行。可能的治療子孔徑發(fā)射低劑量束，其產(chǎn)生以幾度或更少的范圍的非致命溫度。在病變處或圍繞病變執(zhí)行測量。測量從預計的焦點區(qū)域返回的信號?？梢詼y量大于焦點區(qū)域的區(qū)域，諸如在足夠大的區(qū)域中測量，從而在預測束焦點區(qū)域方面的可能或或許不精確將焦點區(qū)域置于測量的區(qū)域之內(nèi)。測量到的、從發(fā)射得到的分布是子孔徑的焦點區(qū)域的分布。按照一維、二維或三維來測量低劑量發(fā)射的效果的分布。
[0045]為了更好隔離每個子孔徑的貢獻，順序地執(zhí)行測試發(fā)射。每個子孔徑或子孔徑的集合順序地以足夠長以便允許組織響應以達到可檢測的水平的間隔進行發(fā)射?？蓹z測的水平可以對于組織移位測量比對于溫度測量更快速地出現(xiàn)。
[0046]可以通過確定在病變中或周圍不同位置處的溫度變化來測量該分布。例如，如在美國公開專利申請?zhí)枴?序列號12/554749)和US2007/0106157A1 (其內(nèi)容通過引用合并于此)中公開的那樣測量溫度變化。替代溫度變化，可以檢測應力。應力來源于移位并且可以被用來估計溫度。
[0047]來自于成像超聲掃描或MR1、Cl、X射線掃描的解剖信息借助建模來用于確定溫度或其他與溫度相關的參數(shù)。解剖信息可以被用來校準從區(qū)域測量的模型特征。解剖信息可以被用作對模型的輸入。解剖信息可以被用來選擇合適的模型，諸如基于組織的類型進行選擇。解剖信息可以被用來校正模型的輸出，諸如說明由于相鄰的脈管或其他傳導性組織引起的溫度分布。
[0048]在一個給定時間之后較大的或最大的溫度變化的位置可以是用于設置用于子孔徑的發(fā)射束形成器的焦點區(qū)域。與閾值溫度變化相關的區(qū)域被當做焦點區(qū)域。
[0049]在替換實施方式中，測量由測試發(fā)射引起的組織移位。聲學發(fā)射可以移位組織，這例如與超聲橫波或縱波檢測有關。聲輻射力成像對組織應用聲學力。低劑量信號是聲學力輻射，導致組織移動。在從在病變處聚焦的子孔徑發(fā)射的情況下，組織在病變中或周圍可以具有更大的移位。當組織返回到穩(wěn)定狀態(tài)時獲得的成像發(fā)射和接收信號可以與來自于穩(wěn)態(tài)的信號相關以確定在移位之后一個特定時間時移位的量，或者一系列測量可以被用來確定對于每個位置的最大移位。
[0050]存在障礙物的地方，在焦點區(qū)域處的溫度、移位或其他測量值可能小于預計的或小于閾值。不選擇與低于閾值的測量值相關聯(lián)的子孔徑而選擇與高于閾值的測量值相關聯(lián)的子孔徑。替換地或附加地，選擇僅一定數(shù)量的子孔徑，由此選擇與最大測量值相關聯(lián)的子孔徑。測量的分布可以被用來基于病變選擇子孔徑。個別地或作為組，可以選擇以最小程度覆蓋在病變之外的分布?？梢圆贿x擇具有比其他子孔徑更多在病變之外分布的子孔徑。
[0051]作為使用測試發(fā)射的附加或替換，根據(jù)每個子孔徑對病變的接近程度來選擇子孔徑。可以選擇更靠近病變的子孔徑以避免或最小化更長路徑上高功率發(fā)射對組織的傷害。對于更靠近的病變，選擇更少的子孔徑因為發(fā)生更少衰減。更大的整體孔徑可以用于更深的病變。
[0052]子孔徑相對于病 變的角度分布可以被用于選擇子孔徑。通過將圍繞更大入射角的所選子孔徑間隔，可以導致更少的附帶損害。來自于不同的子孔徑的束從不同的方向交叉，因此束較少疊置和在病變外部具有較少的治療水平功率。一個或多個子孔徑或在選擇的子孔徑之間的其他量的間隔可以降低附帶損害。按照角度分布選擇子孔徑的其他益處是更好控制焦點形狀。例如，來自于在角度空間中寬地分布的子孔徑的重疊的束產(chǎn)生相對對稱的焦點。
[0053]在一種實施方式中，靶的形狀沒有反饋或測試測量值地被用來選擇子孔徑。估計每個子孔徑的焦點區(qū)域，諸如基于F#或定義束的其他發(fā)射參數(shù)進行估計。使用提供對病變或病變的部分的最大覆蓋而最小化病變外部的疊置的子孔徑的組合。在另一種實施方式中，估計的來自于子孔徑的輸入功率、在病變位置處的吸收的功率和在皮膚表面的進入功率被用來選擇子孔徑。例如，需要的總功率確定孔徑表面區(qū)域和要使用的功率密度。皮膚灼傷閾值限制了要采用的最小孔徑區(qū)域。
[0054]處理器20也可以被用來對來自于選擇的子孔徑的貢獻進行加權。子孔徑電路15或發(fā)射束形成器16可以被控制來對功率進行加權。改變頻率、周期數(shù)量、振幅、子孔徑尺寸和/或用于HIFU束的發(fā)射的波形的其他特征以調(diào)整相對貢獻?？梢蕴岣呋蚪档蛠碜杂谝粋€子孔徑的功率而對其他子孔徑不作調(diào)整。替換地，對所有子孔徑作出調(diào)整。改變由一個或多個子孔徑提供的功率可以改變相對貢獻。
[0055]在距離、衰減、子孔徑尺寸或障礙物方面的不同可以促使一些子孔徑來將比其他子孔徑更多功率在治療期間應用于病變。雖然這些不同可以是可接受的，但是從空間上不同的子孔徑提供更均等的貢獻可以產(chǎn)生更為球形的病變并且可以降低附帶損害。
[0056]可以預測相對貢獻，例如通過使用基于組織特征的模型。替換地，測量相對貢獻?？梢允褂脺y量到的、來自于測試單獨的子孔徑的分布。在另外的實施方式中，所有選擇的子孔徑同時發(fā)射測試信號。測量在病變處或病變周圍的效果，例如測量溫度或移位。無論個別地或一起地，效果的空間分布可以指示具有更大貢獻的一個或多個子孔徑。例如，檢測的焦點區(qū)域的形狀可以沿著來自一個或多個子孔徑的路徑被拉長，表示來自于那些子孔徑的更大功率。那些子孔徑的功率可以被降低或其他子孔徑的功率可以被提高以更好匹配病變形狀。處理器20根據(jù)測量到的分布對相對功率進行加權。
[0057]處理器20或不同的處理器可以執(zhí)行其他動作。其他可能的動作包括確定換能器12,14相對于彼此和/或病變的位置、對齊和組合圖像數(shù)據(jù)、確定路徑(例如在子孔徑上的原點)、估計組織類型、應用模型、確定施加劑量順序和量、和/或確定發(fā)射的高強度聚焦超聲的功率、頻率或其他特征。
[0058]存儲器22存儲用于圖像處理的超聲數(shù)據(jù)，例如存儲用于確定溫度和/或組織移位的數(shù)據(jù)。替換地或附加地，存儲器22存儲用于對處理器20編程以用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的信息和指令。要使用的信息包括輸入和輸出功率關系、導向方向性、在不同的深度和頻率處焦點區(qū)域的估計的尺寸，和來自于每個子孔徑的其他特征。預先計算的或估計的子孔徑特征的查詢表可以被處理器20使用。
[0059]用于實現(xiàn)上面討論的處理、方法和/或技術的指令在非易失性計算機可讀存儲介質(zhì)或存儲器，諸如高速緩沖存儲器、緩沖存儲器、RAM、可移動介質(zhì)、硬盤驅(qū)動器或其他計算機可讀存儲介質(zhì)上被提供。計算機可讀存儲介質(zhì)包括各種類型的易失性和非易失性存儲介質(zhì)。在附圖中示出的或在此描述的功能、動作或任務響應于存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)之中或之上的指令的一個或多個集合而執(zhí)行。功能、動作或任務獨立于指令集合、存儲介質(zhì)、處理器或處理策略的特定類型并且可以由軟件、硬件、集成電路、固件、微代碼等執(zhí)行，單獨或組合地操作。類似地，處理策略可以包括多處理、多任務、并行處理等。在一個實施方式中，指令存儲在用于由本地或遠程系統(tǒng)讀取的可移動介質(zhì)設備上。在另外的實施方式中，指令存儲在用于通過計算機網(wǎng)絡或通過電話線傳輸?shù)倪h程位置中。在另一個實施方式中，指令存儲在給定的計算機、CPU、GPU或系統(tǒng)內(nèi)。
[0060]圖2示出了用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的方法。該方法使用圖1的系統(tǒng)
10、不同的換能器、不同的共形陣列、和/或不同的系統(tǒng)。動作按照示出的順序或另外的順序執(zhí)行?？梢允褂酶郊拥?、不同的或更少的動作。例如，該方法在沒有動作30、42和/或44的情況下執(zhí)行。作為另一個例子，該方法包括至少動作30、32和36。在另一個例子中，該方法包括至少動作32和34，或動作32和38，或動作32和40，或動作32與34、36、38和40中任意者的組合。
[0061]在動作30中，識別一個或多個病變。為了識別病變，采集代表了患者的圖像數(shù)據(jù)。一個或多個換能器被用來掃描患者的區(qū)域。例如，不同的區(qū)域由不同的子孔徑或由陣列掃描。換能器，例如毯狀超聲設備或共形陣列，被放置在患者上。超聲設備的成像陣列或共形陣列掃描患者的不同的、但是疊置的區(qū)域。例如，利用二維陣列掃描不同的疊置體積。可以使用其他掃描，例如利用使用一個孔徑的一個陣列。
[0062]為了掃描，將聲能沿著多個掃描線發(fā)射，并且響應于發(fā)射接收回波。接收的回波被轉(zhuǎn)換為接收的電信號。執(zhí)行發(fā)射和接收以用于成像、治療和/或測試可能的路徑。替換地，其他成像模式被用來采集代表了體積的數(shù)據(jù)，諸如MRI或CT數(shù)據(jù)。
[0063]對于超聲，掃描線被格式化為用于掃描平面或體積。扇形或其他格式的掃描可以提供比線性掃描更多的疊置。在一個實施方式中，通過發(fā)射和接收形成代表了三維體積的數(shù)據(jù)組。數(shù)據(jù)組通過掃描整個體積形成。替換地，執(zhí)行疊置體積的不同掃描，并且組合疊置體積。不同的換能器掃描不同的但是疊置的體積。觸發(fā)采集并且將多體積分配到外部的或后處理處理器。
[0064]替換地，掃描線相應于可能的治療路徑。例如，發(fā)射和接收束沿著與要被凝固的區(qū)域相交并且來自于高強度聚焦超聲的可用源(例如來自于不同的子孔徑)的掃描線而形成?？梢允褂靡粋€或多個陣列來沿著期望的掃描線形成束。
[0065]在從不同的子孔徑或從移動到不同位置的陣列獲取圖像數(shù)據(jù)的地方，數(shù)據(jù)被對齊并且組合為代表了體積的數(shù)據(jù)組。超聲成像系統(tǒng)確定體素或數(shù)據(jù)樣本與換能器的空間關系，并且換能器位置感測提供換能器或多個換能器的相對或絕對位置。這允許每個超聲檢查采集的每個體素都被分配空間位置。在采集期間，感測換能器的位置和/或取向。在每個聲窗處的換能器位置被確定，以用于空間地對齊所得到的采集數(shù)據(jù)。替換的，使用數(shù)據(jù)相關性來在沒有子孔徑的絕對位置確定的情況下對齊數(shù)據(jù)組。
[0066]在動作30中從圖像數(shù)據(jù)識別針對病變的靶。識別病變的位置。位置可以是點、區(qū)域或體積。在一種實施方式中，病變的輪廓至少二維地被識別，提供病變的尺寸和形狀。針對病變的靶是任何組織異常，諸如可能的癌生長，其他不期望的結(jié)構，或循環(huán)系統(tǒng)中的洞。通過單個的聲波降解法可能不會產(chǎn)生更大的病變。在這種情況下，病變可以被劃分為多個較小的子集，并且每個子集對應于由一個聲波降解法覆蓋的區(qū)域。相同或不同的子孔徑和施加劑量指令可以被用于處理不同的病變子集。
`[0067]使用手動、自動或半自動的識別。例如，用戶選擇不同視圖中的一個點作為出血的血管或其他病變靶的位置的指示。不同視圖的幾何關系可以提供用于治療的體積中的位置的指示。作為另一個例子，處理器識別用于內(nèi)出血的血管關閉的區(qū)域。在另一個例子中，處理器，在用戶輸入或沒有輸入空間位置的情況下，基于組織特征或邊界檢測來識別病變靶。執(zhí)行圖像處理以識別病變靶(例如脈管的滲漏)。可以處理任何類型的數(shù)據(jù)，諸如超聲、CT、X射線或MRI。
[0068]在一個實施方式中，利用處理器，使用代表體積的超聲數(shù)據(jù)，例如利用毯狀超聲設備采集的數(shù)據(jù)，來定位病變靶，例如出血處。例如，多普勒信息顯示與出血或癌生長相關聯(lián)的流圖案。作為另一個例子，B模式數(shù)據(jù)示出邊界檢測和邊界的高通濾波顯示脈管壁中的撕裂或洞或結(jié)節(jié)。在另一個例子中，分割功率多普勒數(shù)據(jù)以識別在體積內(nèi)的流的位置。在另一個例子中，使用聲學力輻射來振動脈管壁或其他組織。在振動結(jié)果方面的不同可以表示出血的或其他類型病變的位置。
[0069]在動作32中，選擇多個子孔徑的至少一個用于創(chuàng)建病變。陣列包括多個子陣列。每個子陣列在物理上與其他子陣列分開，例如具有不同的電連接和/或具有在陣列的外邊緣之間的、大于在元件之間的間隔的間隔。每個子陣列是用來創(chuàng)建病變的孔徑的不同的子孔徑。替換地或附加地，陣列是連續(xù)的并且不同的子孔徑被電地定義，例如選擇元件的不同組以一起操作。子孔徑可以被編程以用于不同的時間或使用。例如，連續(xù)陣列被劃分為具有相等或不相等的間隔或尺寸的子孔徑?？梢允褂眠f歸帶狀等面積球或其他劃分。期望的區(qū)域數(shù)量是輸入，并且確定將大多數(shù)或全部陣列用于提供區(qū)域的輸入數(shù)量的子孔徑。
[0070]選擇一個或多個可能的子孔徑。例如，從可能的20-30個子孔徑中選擇5-10個子孔徑。選擇子孔徑可能對皮膚或不要治療的內(nèi)部組織分布熱負擔。每個選擇的子孔徑與來自用于傳播到病變的束的子孔徑不同的路徑相關聯(lián)。選擇一個或多個可能的子孔徑的全部或子集。
[0071]圖3示出了圍繞治療區(qū)域或病變靶54的HIFU換能器12a_h。鄰近治療區(qū)域是骨50或一片金屬52,例如與由于在腿中的金屬碎片引起的出血相關聯(lián)。用于治療束的可能路徑通過從每個HIFU換能器12a-h向著治療區(qū)域54的線來表示。每個路徑是從原點到患者內(nèi)部待治療的區(qū)域的直線，因此相應于掃描線或用于發(fā)射超聲治療束的束體積。對于HIFU換能器12a和12f-h，這些線相交或接近金屬52或骨50。為了提供用于凝固或其他治療的期望功率，HIFU不應當被發(fā)射到障礙物中。為了防止加熱可能進一步損害的材料(例如金屬52)，不選擇相交的或接近該材料的路徑。選擇沒有障礙物的路徑，例如來自于HIFU換能器12b-e。障礙物可以通過分析圖像數(shù)據(jù)被檢測。選擇是自動的或手動的。
[0072]可以使用用于選擇子孔徑的其他標準。標準可以是在空間上沒有特征性組織或病變(例如與病變的相對距離、病變與一個或多個子孔徑的接近程度，和/或角度分布)。標準可以與病變選擇和 /或尺寸有關，例如選擇孔徑以在焦點區(qū)域中疊置以覆蓋病變的期望部分(例如全部)，而將延伸到病變外部的焦點區(qū)域最小化(例如最小化附帶損害)。標準可以基于來自于測試發(fā)射的反饋，例如基于對于每個子孔徑的單獨的、順序發(fā)射和測量和/或基于從一組子孔徑(例如所有或初步選擇的子孔徑)的發(fā)射和測量，測量在病變處的溫度變化或組織移位。
[0073]可以使用這些選擇的標準的組合。標準的組合可以使用任何函數(shù)或以任何順序執(zhí)行。例如，使用每個標準來對對于每個子孔徑的值進行加權。選擇與較小的值、較大的值相關聯(lián)或在閾值限制內(nèi)的子孔徑。在一個實施方式中，使用順序的選擇過程。按照第一順序，基于子孔徑與靶的空間接近程度、子孔徑的角度分布和/或沒有測試的期望的病變形狀選擇子孔徑。使用圖像數(shù)據(jù)來選擇子孔徑，例如確定靶病變與子孔徑的相對位置和確定病變的形狀。其他選擇以第二順序過程進行。測試發(fā)射從按照第一順序選擇的子孔徑順序地或同時地進行。對于該選擇，前面選擇的子孔徑的一些被取消選擇(即，選擇另一個子集的子孔徑)。
[0074]動作34、36、38和40代表不同的選擇標準。這些動作單獨或組合使用。
[0075]在動作34中，基于子孔徑與病變的空間接近程度選擇子孔徑。更接近的子孔徑可以比更遠的子孔徑以在陣列處更低的功率來操作以提供相同的治療水平，最小化患者中浪費的熱負擔、附帶損害和降低輸入功率消耗。計算在病變和每個子孔徑中心或其他部分的距離。該距離可以從每個體素的尺寸和陣列的相對位置已知的地方的圖像數(shù)據(jù)來確定。
[0076]HIFU換能器與待治療的位置的空間關系是已知的或被測量。例如，每個HIFU換能器剛性安裝到成像換能器。來自于不同成像換能器的數(shù)據(jù)的對齊和為識別治療區(qū)域?qū)Τ上駭?shù)據(jù)的使用提供HIFU換能器與治療區(qū)域的空間關系。作為另一個例子，HIFU換能器與成像換能器的相對位置是可測量的，例如使用應變儀或其他傳感器。在另一個例子中，來自于HIFU換能器的聲學反射指示HIFU換能器與成像換能器的空間關系。在另一個例子中，HIFU換能器和成像換能器在MRI圖像的體積中通過其自然邊界或通過附著于換能器的基準記號被識別?？梢允褂眠@些技術或其他技術的組合。
[0077]對距離施加閾值。不選擇超過閾值距離的子孔徑，但是選擇更接近的子孔徑。例如在圖3中，子孔徑12b-f在閾值距離之內(nèi)并且不選擇子孔徑12a和12g-h。物理上接近于靶的子孔徑被賦予優(yōu)先級，因為可以使用更少的滲透和更小的導向角來到達靶。
[0078]替換地，基于陣列、基于期望的子孔徑數(shù)量或預先編程地，選擇最接近的N個子孔徑，其中N是由用戶設置的整數(shù)。N可以基于病變與最接近的陣列的距離來改變。更小的孔徑被分配給淺的靶；更大的孔徑被分配給深的靶。例如在圖3中，孔徑12d和12e接近病變54，因此是選擇的僅兩個子孔徑。病變離子孔徑更遠的地方，選擇更大數(shù)量的子孔徑。例如，陣列不是橡皮箍袖帶而是僅圍繞患者身體的一部分，例如僅子孔徑12a-c和12g-h可用的地方。子孔徑12a-c和12g-h與病變54進一步間隔，從而選擇更大數(shù)量的子孔徑(例如選擇 12a_b 和 12g_h)。
[0079]在動作36中，基于相對于病變的角度分布選擇子孔徑。子孔徑在相對于病變不同的角度處。在圖3的例子中，子孔徑通常相對于病變54成20、80、135、190、260、290、305和350度。具有更大角度分布的子孔徑可以導致在病變外部區(qū)域中更少束疊置。例如，子孔徑12a和12h可以在病變54附近具有束疊置，但是更淺和更深，導致增加施加于病變外部的附帶的、健康的組織的功率。而通過選擇子孔徑12a和12c，導致病變外部束更少疊置。選擇子孔徑來使束以盡可能大的角度交叉或相交。
[0080]對于基于角度分布的選擇可以使用任何函數(shù)。例如，對于不同數(shù)量的可用子孔徑使用選擇的不同速率或頻率。在具有更大數(shù)量子孔徑的地方，選擇每第四個或每第五個子孔徑。在具有更少子孔徑的地方，選擇三個子孔徑中的每隔一個或每兩個?？梢允褂瞄撝到嵌炔?。例如，順序地檢查子孔徑。如果下一個子孔徑與通過大于閾值角與當前子孔徑的束相交的束相關聯(lián)，則選擇該子孔徑。如果沒有選擇，則將用于當前選擇的子孔徑的角度與用于下一個可能的子孔徑的角度相比較(例如比較用于12a的與12b的角度、丟棄、然后比較12a與12c)。一旦進行另一個選擇，則該子孔徑被用于比較以選擇下一個子孔徑。
[0081]在動作38中，基于通過選擇的子孔徑提供的焦點區(qū)域的區(qū)域形狀與病變靶的匹配選擇子孔徑。病變靶具有尺寸和形狀，例如在圖4A中表示的球形病變靶60。每個子孔徑的焦點區(qū)域具有橢圓形、沙漏或其他形狀。圖4B和4C示出三種橢圓形焦點區(qū)域62、64、66。焦點區(qū)域通過沿著束的強度來確定，例如通過從尖峰下的一定量(例如6dB或12dB)限定的區(qū)域。焦點區(qū)域可以與足夠用于治療的功率量相關聯(lián)。取決于發(fā)射設置，例如焦點的位置或深度、子孔徑的尺寸或空間伸展、切趾法、F#或其他信息，對于給定的子孔徑的焦點區(qū)域可以具有不同的形狀或尺寸。
[0082]由于不同的子孔徑導致以不同角度的焦點區(qū)域，組合的焦點區(qū)域可以具有不同的形狀。例如，圖4C示出了三個橢圓形焦點區(qū)域62、64、66，它們疊置以提供在位于病變靶60中央的疊置區(qū)域處具有最大強度的星形焦點區(qū)域。可以提供其他形狀，例如使用不同功率、焦點深度、焦點參數(shù)以提供對于每個分量束的不同焦點區(qū)域形狀和不同形狀的組合。例如，圖4B示出對于旋轉(zhuǎn)的“T”形病變的疊置焦點區(qū)域。選擇兩個、四個或其他數(shù)量的子孔徑以覆蓋病變并且最小化附帶損害。例如，單個焦點區(qū)域64對于覆蓋圖4Α的整個病變靶60來說太窄，因此選擇三個子孔徑來覆蓋病變60，如圖4C中所示。如果期望病變靶的特定形狀，選擇多個子孔徑并且可以一致地或不一致地驅(qū)動以接近靶尺寸和形狀。在給定病變靶與子陣列的空間關系的情況下束輪廓的模擬引導子孔徑的選擇。
[0083]在一種實施方式中，接近程度、角度分布和病變靶形狀被一起用于在動作32中子孔徑的初始選擇。三個標準可以順序地使用，例如首先基于距離做出第一選擇然后病變靶形狀以及角度分布被用來解決任何選擇，其中大于兩個組合提供期望的病變形狀。三個標準可以使用加權函數(shù)來選擇，例如基于每個標準對每個子孔徑進行加權、將權重求和，并且選擇最高加權的子孔徑。該過程可以是迭代的，例如基于三個標準的加權，然后選擇最高加權的子孔徑。在第一選擇對于選擇不可用但是被用來確定對于每個標準的權重的情況下再次應用加權。在每個迭代中選擇下一個子孔徑。可以測試最終的集合以滿足期望的病變形狀或其他參數(shù)。如果區(qū)域形狀不匹配，則過程可以利用不同的函數(shù)、不同的權重來重復或限制到一些其他方式。模糊邏輯、相關度、矢量相關或其他類似測量可以被用來選擇孔徑。三個標準中的一個或多個可以在它們與靶病變周圍的吸收功率有關的時候被組合。接近程度、角度分布和病變形狀與吸收的功率的映射可以通過查詢表來進行。查詢表通過模擬和/或?qū)嶒炋卣鱽斫?。估計的來自于子孔徑的吸收的功率被疊置并且在特定體積內(nèi)被積分?？梢詫Σ煌淖涌讖绞┘訖嘀匾詫崿F(xiàn)相等的功率。最大算法評估積分的功率并且選擇子孔徑的最佳集合。
[0084]在動作40中，來自于測試發(fā)射的反饋被用來選擇一個或多個子孔徑。焦點區(qū)域的測量的形狀被用于子孔徑選擇。不是模擬焦點區(qū)域，而是檢測焦點區(qū)域形狀。從每個子孔徑進行一個或多個測試發(fā)射并且測量得到的測試發(fā)射效果。用于每個子孔徑的效果區(qū)域指示焦點區(qū)域。如上面討論的，選擇子孔徑來提供覆蓋期望的部分或整個病變同時最小化附帶損害的疊置焦點區(qū)域。通過將子孔徑的不同集合進行分組，最大化了覆蓋的病變的體積與覆蓋的病變外部的體積之比。
[0085]在施加劑量開始時，可以使用低劑量超聲降解法來引導第二順序或初始的子孔徑選擇。對于第二順序選擇，僅測試前面選擇的子孔徑。選擇這些子孔徑的全部或僅一個子集?？梢匀∠x擇一個或多個前`面選擇的子孔徑。測試發(fā)射被用于匹配區(qū)域形狀和/或校驗瞄準精度。
[0086]對于測量，從每個子孔徑進行測試發(fā)射。每個子孔徑發(fā)射低劑量聚焦束。測量所有子孔徑或僅前面使用其他標準或方法選擇的子孔徑。順序地執(zhí)行測試發(fā)射從而可以測量每個子孔徑的效果。在測試之間出現(xiàn)沒有發(fā)射的足夠間隔以允許組織達到穩(wěn)態(tài)。
[0087]測試發(fā)射來自于治療換能器的子陣列。測試發(fā)射按照與實際的治療發(fā)射相同或不同頻率、功率和/或持續(xù)時間。例如，使用相同的，但是具有更少功率和/或更短的持續(xù)時間的頻率。發(fā)射足以導致可測量的直接的(例如用于導致縱波或橫波的聲學輻射力)或過一段時間的(例如3度或更少的溫度變化)效果。
[0088]測量測試發(fā)射的效果。病變靶和病變靶周圍的區(qū)域被利用成像換能器或治療換能器掃描。例如用于成像的聲學能量被沿著用于測試發(fā)射的相同或不同的掃描線發(fā)射。檢查代表了返回的回波的信號以檢測效果。[0089]在一種實施方式中，通過聲學輻射力脈沖成像(ARFI)檢測組織移位。檢測由測試發(fā)射導致的縱波或橫波移位?？梢詧?zhí)行一系列掃描。在一段時間上的從穩(wěn)態(tài)的移位被用來確定對于每個位置的最大移位。將來自于不同次的數(shù)據(jù)相關，例如使用絕對差的最小和，以在考慮或不考慮旋轉(zhuǎn)的情況下找到按照一維、二維或三維的移位。移位可以作為距離來測量，但是可以按照速度或時間來測量。在另一個例子中，移位可以作為在聲學力移動測量的組織之后的設定時間來確定。該設定時間對于在離施加聲學力的焦點不同距離的位置來說是不同的。
[0090]在另一個實施例中，測量溫度的變化。得到的組織溫度通過組織溫度檢測器來測量。使用MR、超聲或其他測溫法。對于超聲，測量組織的一個或多個特征。特征被輸入到模型。模型將特征與組織溫度進行映射。由于測量的是變化，所以可以不需要精確的溫度估計。
[0091]對于多個空間位置進行測量。例如，對于整個體積進行測量。作為另一個例子，對于病變靶內(nèi)部的位置、病變靶的子集，和集合內(nèi)部的位置，編程地或以其他方式確定的與病變靶的或病變靶的中心的距離進行測量。由用戶或自動設置的感興趣區(qū)域可以指示位置，對于所述位置要測量效果。
[0092]子孔徑可以基于測量值來選擇。在一種實施方式中，使用病變靶中測量值的平均值或從病變靶內(nèi)部的最大值。如果值低于閾值，則可能存在阻礙聲學能量充分到達病變靶的障礙物。例如來自于特定子孔徑的溫度變化低于一度而來自于相鄰子孔徑的溫度變化高于三度。一度或其他溫度變化的閾值被用來包括或不包括子孔徑。如果測量值相對于對于其他子孔徑的測量值具有更少的效果，則可以取消選擇相應的子孔徑。
[0093]子孔徑可以基于測量值的空間分布來選擇。在子孔徑的焦點區(qū)域不足夠覆蓋病變靶的地方或如測量的焦點區(qū)域包括對其不提供治療的組織或結(jié)構(例如金屬碎片52或器官)的地方，則可以取消選擇子孔徑。選擇子孔徑以避免聲學障礙、熱敏區(qū)域、高衰減區(qū)域、散射體或其組合，它們將 如測量的那樣受到治療影響。
[0094]可以使用其他或不同的選擇標準。例如，沿著路徑的組織是熱敏的，從而不選擇該路徑。作為另一個例子，路徑穿過多個液體和/或具有更少衰減的組織，由此被選擇。由于缺乏聲學窗可以取消選擇一個或多個子孔徑。例如，肋骨可能阻礙子孔徑。不選擇該子孔徑。阻礙從成像數(shù)據(jù)或從測試發(fā)射來確定。例如，通過使用在治療規(guī)劃階段中的CT或MR圖像來確定聲學窗。由于可以從患者外部充分接近病變靶，選擇一個或多個子孔徑。每個子孔徑的尺寸和形狀可以被配置為期望的窗形狀以避免發(fā)射到骨中。
[0095]在動作42中，可以調(diào)整要由每個選擇的子孔徑提供的相對功率?？梢愿淖儧]有、僅一個、一些或全部選擇的子孔徑的功率。通過改變振幅、頻率、占空比或持續(xù)時間可以增加或降低功率。通過與其他子孔徑相比或多或少改變一個子孔徑的功率，調(diào)整由一個子孔徑貢獻的相對功率。為了限制附帶損害，由每個子孔徑提供的功率更均等。
[0096]在一個實施方式中，選擇的子孔徑的相對功率根據(jù)為焦點分布來調(diào)整。例如在動作40中測量的或在不同時間采集的焦點分布，被用來調(diào)節(jié)相對功率。對于每個子孔徑以相同的功率，對于深度衰減調(diào)節(jié)地或沒有調(diào)節(jié)地，執(zhí)行發(fā)射。使用測試發(fā)射的檢測結(jié)果來縮放(scale)來自于每個子孔徑的功率。計算由每個子孔徑導致的平均或峰值溫度變化或移位?？梢允褂闷渌怠＿@些值代表了每個子孔徑的相對貢獻。例如，子孔徑12c_e分別具有2度、3度和I度的平均溫度變化。為了使得子孔徑相同，將子孔徑12c的功率以0.5加權，將子孔徑12d的功率以0.33加權，并且將子孔徑12e的功率以1.0加權?？梢允褂锰峁┫嗤?、更相似或更不同的相對功率水平的其他加權。
[0097]在另一種實施方式中，調(diào)節(jié)功率以改變焦點區(qū)域的形狀來匹配病變靶。一個焦點區(qū)域可以相對于其他焦點區(qū)域被拉長，例如焦點區(qū)域66。更少衰減或其他因素可以導致來自于給定的子孔徑的更多功率。對于另一個子孔徑的焦點區(qū)域64如期望的那樣示出。對于另一個子孔徑的焦點區(qū)域62是示出的向著(即更淺的)子孔徑的偏置，例如由于象差(aberration).可以基于檢測的焦點區(qū)域調(diào)整每個子孔徑的焦點和/或功率。例如，圖4C示出按照功率縮放的或焦點變化為更接近地覆蓋病變祀60的組合的焦點區(qū)域的焦點區(qū)域62、64、66。 [0098]在另一個或附加的實施方式中，選擇的子孔徑利用或沒有進一步功率調(diào)整地同時地或在同一時間發(fā)射測試信號。使用組織移位和/或溫度測試，檢測所得到的組合的焦點區(qū)域。組合的焦點區(qū)域可以被改變以更好匹配期望的病變形狀或更好避免醫(yī)治特定組織。例如，所有選擇的子孔徑以低劑量發(fā)射時，使用檢測的3D溫度圖來調(diào)整每個子孔徑。可以確定由給定的子空間導致的組合的焦點區(qū)域的部分，例如基于組合的焦點區(qū)域具有沿著從一個子孔徑穿過病變靶的掃描線拉長的部分。為了獲得期望的焦點形狀，調(diào)整子孔徑的相對功率。例如，組合的區(qū)域如在圖4B中示出的那樣出現(xiàn)并且被調(diào)整以提供如在圖4C中示出的組合的焦點區(qū)域。
[0099]在調(diào)整了相對功率之后，可以配置HIFU發(fā)射束。初始施加劑量參數(shù)可以通過查詢表在治療規(guī)劃期間確定。HIFU發(fā)射束或多束的特征通過處理器、通過用戶、或其組合來確定。特征包括功率、相位、頻率。其組合，和/或其他特征(例如持續(xù)時間、順序或脈沖重復間隔)。確定可以根據(jù)選擇的子孔徑來進行。例如，可以對于更少數(shù)量的路徑發(fā)射更高功率脈沖。確定是根據(jù)在特定的時間段中要被提供以產(chǎn)生凝固或提供治療的期望的治療或功率量(即，劑量)進行的。任何現(xiàn)在已知的或后來開發(fā)的用量考慮可以被用于HIFU束或多束。
[0100]在一種實施方式中，至少部分地，作為路徑的特征的函數(shù)，確定高強度聚焦超聲的功率和頻率。例如，高強度超聲的頻率適配為從HIFU換能器到治療區(qū)域的深度、沿著路徑的衰減特征、或其組合的函數(shù)。最佳的HIFU頻率取決于靶深度、衰減常數(shù)、換能器的發(fā)射傳輸函數(shù)和任意限制因素。限制因素可以包括，例如，最大化在靶深度處的功率吸收或最小化在皮膚處的功率吸收。由于聲學吸收的頻率依賴性，聲學強度最高處的頻率可能不是最佳的HIFU頻率。期望的或最佳的HIFU頻率可以在給定靶深度和在靶與換能器之間的組織類型的情況下被計算。圖像處理、閾值或其他技術可以被用來區(qū)分組織類型。例如，液體、軟組織和骨組織類型或結(jié)構可以被區(qū)分?？梢赃M行在軟組織類型之間的更精細的區(qū)分。不同的類型與不同的聲學衰減相關聯(lián)。組織發(fā)熱通過聲學功率的吸收實現(xiàn)。聲學吸收正比于衰減系數(shù)。更高的衰減提供更高的聲學功率吸收和熱產(chǎn)生。衰減和吸收隨著頻率增加，從而對于發(fā)熱期望使用更高的頻率。然而，在更高頻率處的更高的傳播衰減意味著更淺的穿透深度。存在在穿透深度和頻率，和熱之間的權衡。
[0101]附加地或作為替換，確定來自于每個選擇的子孔徑的高強度超聲的功率劑量。功率劑量可以根據(jù)沿著路徑的組織、從換能器到治療區(qū)域的距離、選擇的子孔徑的數(shù)量、發(fā)射的頻率、其組合，或其他因素來確定。例如，不同的組織類型提供不同的衰減。治療區(qū)域和在治療區(qū)域與換能器之間的區(qū)域的不同衰減可以改變?yōu)橹委煻枨蟮墓β?。沿著路徑的更大的衰減可以需求從換能器發(fā)射的更高功率劑量。在治療區(qū)域的更高吸收可以需求從換能器發(fā)射的更低功率劑量。功率劑量通過改變發(fā)射的波形的頻率、振幅、占空比和持續(xù)時間來改變。
[0102] 確定每個子孔徑對劑量的貢獻?？梢允褂镁鹊呢暙I。替換地，通過測量測試發(fā)射的效果確定的相對權重被用來設置發(fā)射功率。每個子陣列的貢獻被設置以匹配權重。用于病變的劑量基于在動作42中確定的每個子孔徑的貢獻在子孔徑之間被劃分。
[0103]在動作44中，子孔徑的選擇的集合被用于高強度聚焦超聲。高強度聚焦超聲以選擇的子孔徑而不是其他子孔徑被應用于病變。高強度超聲沿著來自選擇的子孔徑的一個或多個路徑被發(fā)射。高強度聚焦超聲沿著選擇的射線或掃描線被發(fā)射。當提供多個子孔徑時，對于給定的束所需求的HIFU功率將由于全部組合的發(fā)射功率而更少。
[0104]HIFU束從每個選擇的子孔徑以相同或基本相同的時間被發(fā)射從而在治療區(qū)域在給定的時間提供的功率是足夠的?？梢允褂镁哂胁煌蛳嗤淖涌讖降捻樞虬l(fā)射或順序和同時的組合來提供期望的總功率、時間上分布的功率和/或空間上分布的功率。
[0105]超聲能量在治療區(qū)域處聚焦。如果足夠的能量被輻射到治療區(qū)域，位于焦點體積中的細胞可以被快速加熱而在焦點外部的介于其間的或周圍的組織省去相同的加熱水平。周圍組織不受影響或在超聲束的非聚焦部分中較少受影響因為能量在相應地更大的區(qū)域上分布。發(fā)射的HIFU脈沖具有確定的頻率、功率劑量或其他特征。
[0106]子孔徑的相對貢獻可以在治療期間改變。來自于組織溫度或移位檢測器的反饋可以被用來即時調(diào)整劑量。例如，圍繞靶的平均溫度、焦點形狀或其他信息被用來識別變化。動作包括關閉子孔徑、增加或降低在單獨的子孔徑處的占空比，和/或改變焦點。焦點周圍的峰值或平均溫度可以被用來指導劑量施加打開和關閉時間。如果檢測到成洞，可以降低來自于一個或多個子孔徑的功率。檢測的焦點形狀，如果在一段時間上改變，可以被用來指導功率和焦點模式調(diào)整。例如，向著特定子孔徑方向的過度發(fā)熱指示要降低來自于該方向的功率。
[0107]雖然上面通過參考不同實施方式描述了本發(fā)明，應當理解的是，可以進行許多修改和變化，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此旨在將上面詳細的描述看作是解釋性的而不是限制性的，并且應當理解的是，所附的權利要求，包括所有旨在限定本發(fā)明精神和范圍的等價物。
【權利要求】
1.一種用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的方法，該方法包括: 識別(30)靶； 從多個子孔徑中選擇(32)至少一個第一子孔徑，該選擇(32)是根據(jù)至少第一子孔徑提供的焦點區(qū)域的區(qū)域形狀與靶的匹配進行的；和 以至少第一子孔徑而不是其他子孔徑對靶應用(44)高強度聚焦超聲。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，靶的識別(30)包括識別(30)靶的位置和靶的形狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，包括: 檢測(38)區(qū)域形狀；和 選擇(32)第一子孔徑和至少一個第二子孔徑，從而由至少第一和第二子孔徑提供的焦點區(qū)域覆蓋期望的靶形狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，選擇(32)是根據(jù)第一子孔徑與靶的接近程度進行的，子孔徑是在患者外部圍繞靶的基本上連續(xù)陣列的部分。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，選擇(32)是根據(jù)至少第一子孔徑相對于靶的角度分布進行的。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，包括: 從子孔徑順序地進行發(fā)射；` 測量(40)發(fā)射在鄰接靶處的效果空間分布；和 根據(jù)相對于靶的空間分布，選擇(32)至少第一子孔徑。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 相對于第二子孔徑調(diào)整(42)第一子孔徑的功率。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，調(diào)整(42)包括: 從至少第一子孔徑同時地發(fā)射； 測量(40)區(qū)域形狀；和 通過調(diào)整(42)功率改變區(qū)域選擇，該改變更密切地將區(qū)域形狀與病變匹配。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，測量(40)區(qū)域形狀包括響應于發(fā)射來執(zhí)行聲學輻射力測量。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，測量(40)區(qū)域形狀包括響應于發(fā)射來檢測溫度或應力變化。
11.一種用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 元件的相控陣列(12)，該陣列包括多個相控子陣列； 子孔徑電路(15)，用于將子陣列作為相控陣列的子孔徑來激活或禁用；和處理器(20)，能夠被操作來控制子孔徑電路(15)以選擇一些子孔徑而不選擇其他子孔徑，該選擇是根據(jù)在待治療的靶處由于從子孔徑的發(fā)射而測量到的分布進行的。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，測量到的分布是在靶處順序地從每個子孔徑確定的溫度或應力變化的測量值。
13.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，測量到的分布是在靶處順序地從每個子孔徑確定的組織移位的測量值。
14.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(20)被配置來根據(jù)在靶處由于從第一和第二選擇的子孔徑同時的發(fā)射而測量到的另一分布，而相對于第二選擇的子孔徑的功率對第一選擇的子孔徑的功率進行加權。
15.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(20)被配置來控制子孔徑電路(15)以根據(jù)每個子孔徑與靶的接近程度、子孔徑相對于靶的角度分布，以及通過選擇的子孔徑的組合得到的焦點區(qū)域的形狀來選擇和不選擇。
16.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，測量到的分布是子孔徑的焦點區(qū)域的分布。
17.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，處理器(20)被配置來同時地使用至少兩個不同的子孔徑以便每次治療至少兩個不同的靶。
18.一種非易失性計算機可讀存儲介質(zhì)(22)，具有存儲于其中的、代表由編程過的處理器(20)執(zhí)行的、用于高強度聚焦超聲的子孔徑控制的指令的數(shù)據(jù)，存儲介質(zhì)(22)包括用于以下的指令: 選擇(32)子孔徑的第一集合作為子孔徑的第二集合的子集，該選擇(32)是根據(jù)子孔徑對病變的空間接近程度、根據(jù)第一集合中子孔徑相對于靶的角度分布、或其組合進行的；以及 將子孔徑的第一集合用于(44)高強度聚焦超聲。
19.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀存儲介質(zhì)(22)，還包括用于選擇(32)子孔徑的第一集合的指令，該選 擇也是根據(jù)由第一集合的子孔徑的組合得到的焦點區(qū)域相對于病變形狀而言的形狀進行的。
20.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀存儲介質(zhì)(22)，還包括用于根據(jù)焦點分布來調(diào)整第一集合的子孔徑的相對功率的指令。
21.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀存儲介質(zhì)(22)，還包括用于以下的指令: 順序地從子孔徑進行發(fā)射； 對于各個子孔徑接收(40)焦點區(qū)域的溫度或移位測量值；和 根據(jù)測量值進行選擇(32)。
【文檔編號】A61N7/02GK103619412SQ201280015889
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年2月10日 優(yōu)先權日:2011年2月10日
【發(fā)明者】X.曾, K.M.賽金斯, S.巴恩斯 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司, 西門子公司