相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2010年4月2日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?2/753,813的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)是于2009年10月5日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?2/573,840的美國(guó)專(zhuān)利的接續(xù)部分，后者根據(jù)法規(guī)35u.s.c.§119(e)要求于2008年10月3日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?1/102,804的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益；上述這些申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本申請(qǐng)。

本文的技術(shù)涉及用于對(duì)內(nèi)部人體組織進(jìn)行治療的方法和裝置，尤其涉及用高強(qiáng)度聚焦超聲(highintensityfocusedultrasound,hifu)對(duì)內(nèi)部人體組織的治療。

背景技術(shù)：

當(dāng)前有許多用于治療內(nèi)部人體組織的技術(shù)。例如，可使用例如外科手術(shù)、放射和化療等多種技術(shù)來(lái)治療內(nèi)部惡性和非惡性腫瘤。每一種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一種用于治療內(nèi)部人體組織的有前景的非侵入性技術(shù)是高強(qiáng)度聚焦超聲(highintensityfocusedultrasound,hifu)。通過(guò)hifu，將高強(qiáng)度超聲能量聚焦在理想治療區(qū)。該能量同時(shí)通過(guò)熱機(jī)制和機(jī)械機(jī)制來(lái)導(dǎo)致組織的破壞。

使用hifu其中一個(gè)缺點(diǎn)是治療給定組織區(qū)所需的時(shí)間。當(dāng)前的hifu程序可能需要長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)的時(shí)間來(lái)治療單個(gè)腫瘤，這歸因于醫(yī)生和患者對(duì)這些程序的低接受性。另外，徹底燒蝕一大片組織所需的能量導(dǎo)致大量熱從燒蝕區(qū)向外傳導(dǎo)，這可能增大對(duì)周?chē)慕】到M織造成熱損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于上述問(wèn)題，需求一種以能夠縮短治療時(shí)間、同時(shí)提高安全性和有效性、便于使用且降低了所需的總能量的方式來(lái)治療內(nèi)部人體組織。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本文的技術(shù)涉及一種用于治療子宮肌瘤或其它組織的系統(tǒng)，所述其它組織足夠緊湊，以便能夠在內(nèi)科進(jìn)行處理。該系統(tǒng)使用來(lái)自可包括高強(qiáng)度聚焦超聲(highintensityfocusedultrasound,hifu)的能量源的能量來(lái)治療組織。這類(lèi)能量源還可包括射頻、輻射、微波、冷凍療法、激光等。盡管如此，優(yōu)選方式還是hifu，因?yàn)閔ifu具有無(wú)需穿刺或切開(kāi)便能非侵入地聚焦在人體深處組織的獨(dú)特性能。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)燒蝕多個(gè)相鄰的基本治療區(qū)、以形成用于治療整個(gè)目標(biāo)組織區(qū)的“積木”(buildingblocks)來(lái)治療理想目標(biāo)組織區(qū)。通過(guò)使hifu換能器的焦域聚集以燒蝕比焦域本身大、但比整個(gè)理想治療區(qū)小的子區(qū)域而生成每個(gè)基本治療區(qū)。通過(guò)在施加治療能量時(shí)使hifu換能器的焦域重復(fù)聚集在基本治療區(qū)的周界上而生成每個(gè)基本治療區(qū)?？刹皇褂脺囟葦?shù)據(jù)或反饋控制而將來(lái)自hifu換能器的治療信號(hào)施加在組織上，即便有氣泡存在；這樣，治療時(shí)間顯著地縮短了。

在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械或電動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置使hifu波束的焦域圍繞基本治療區(qū)的周界聚集，直到對(duì)該周界所包圍的組織進(jìn)行了燒蝕。在一個(gè)實(shí)施例中，基本治療區(qū)的中央?yún)^(qū)域不直接燒蝕，而是通過(guò)周界燒蝕時(shí)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)進(jìn)行治療。

在一個(gè)實(shí)施例中，本文的技術(shù)包括用于將治療能量投送至焦域的hifu換能器，以及計(jì)算機(jī)控制的波束轉(zhuǎn)向器，用于在施加治療能量時(shí)使焦域重復(fù)地置于基本治療區(qū)的周界上。

在一個(gè)實(shí)施例中，生成了一種基本治療區(qū)模式，以形成圍繞治療區(qū)的燒蝕組織殼體(類(lèi)似于包圍著蛋的蛋殼的幾何形狀)。在hifu療法中使用這種殼體燒蝕類(lèi)型來(lái)治療理想組織區(qū)，具有兩個(gè)主要作用：(1)在一個(gè)實(shí)施例中，燒蝕殼體中斷了向治療區(qū)內(nèi)部的供血，導(dǎo)致殼體內(nèi)未治療的組織在原處缺血性壞死。通過(guò)這種方式，盡管僅用hifu對(duì)外部邊界進(jìn)行了直接治療，然而對(duì)區(qū)域中央造成的缺血性損傷會(huì)隨時(shí)間推移而破壞整個(gè)區(qū)域。(2)在另一實(shí)施例中，由模式殼體構(gòu)成的基本治療區(qū)這樣一種方式沉積：盡管僅用hifu能量直接燒蝕了外部邊界，然而，朝向區(qū)域內(nèi)部的熱傳導(dǎo)使內(nèi)部組織即刻被熱破壞了。由于殼體燒灼形成的是比用hifu能量直接燒灼的區(qū)域更大的有效組織治療區(qū)，因此，殼體燒蝕所具有的這些優(yōu)點(diǎn)顯著地提高了hufu療法的效率。利用殼體燒蝕的優(yōu)點(diǎn)中的一兩個(gè)便可提高給定hifu步驟的產(chǎn)出效果。

在另一實(shí)施例中，生成了多個(gè)用于填充或部分填充治療目標(biāo)區(qū)的基本治療區(qū)。利用這項(xiàng)技術(shù)，與僅燒蝕外部邊界的情形相比，治療區(qū)內(nèi)有更大比例的組織通過(guò)暴露于燒蝕能量中而直接壞死。

在另一實(shí)施例中，hifu治療裝置使hifu換能器的焦域沿某一路徑移動(dòng)，以環(huán)繞或包圍組織區(qū)。hifu換能器焦域移動(dòng)的模式生成了一串直徑各異的燒蝕組織環(huán)狀體，這些環(huán)狀體堆疊起來(lái)以環(huán)繞或包圍組織區(qū)。在另一實(shí)施例中，移動(dòng)焦域以生成用于包圍治療區(qū)的燒蝕組織螺旋狀殼體。

為最大程度縮短治療時(shí)間并降低對(duì)操作人員的技能要求，在一個(gè)實(shí)施例中使用了計(jì)算機(jī)控制機(jī)構(gòu)來(lái)自動(dòng)移動(dòng)hifu焦域并施加hifu能量，以這種方式生成理想基本治療區(qū)和/或理想幾何形狀的殼體，同時(shí)用戶(hù)僅需簡(jiǎn)單地保持治療儀靜止即可。

本部分內(nèi)容選擇性地簡(jiǎn)要介紹了一些概念，在以下說(shuō)明書(shū)具體實(shí)施方式部分將對(duì)這些概念作進(jìn)一步敘述。本部分內(nèi)容并不旨在辨識(shí)所主張的主體的關(guān)鍵特征，也不旨在幫助確定所主張的主體的范圍。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，前述的本技術(shù)的各方面及其有點(diǎn)將更清晰地展現(xiàn)，其中：

圖1a展示了對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的由燒蝕殼體包圍的內(nèi)部組織區(qū)；

圖1b為燒蝕殼體內(nèi)部和外部的組織的詳細(xì)視圖；

圖2展示了要治療的子宮肌瘤的超聲圖像；

圖3a和3b展示了根據(jù)本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例生成的圓柱形基本治療區(qū)；

圖3c展示了安全性及治療范圍與所hifu信號(hào)的施加功率之間的關(guān)系；

圖3d展示了根據(jù)本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例生成的基本治療區(qū)的側(cè)視圖和俯視圖，以及該實(shí)施例產(chǎn)生的完全填充的燒蝕區(qū)；

圖3e展示了根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)另一實(shí)施例生成的更小的基本治療區(qū)的側(cè)視圖和俯視圖，以及該實(shí)施例產(chǎn)生的完全填充的燒蝕區(qū)；

圖3f展示了根據(jù)本公開(kāi)技術(shù)另一實(shí)施例生成的更大的基本治療區(qū)的側(cè)視圖和俯視圖，以及該實(shí)施例產(chǎn)生的部分填充的燒蝕區(qū)；

圖3g展示了通過(guò)使hifu焦域沿著組織區(qū)單次掃過(guò)的方式施加能量而生成的不均勻的治療組織輪廓；

圖3h展示了通過(guò)使hifu焦域沿著組織區(qū)多次掃過(guò)的方式施加能量而生成的更均勻的治療組織輪廓；

圖3i展示了通過(guò)使焦域來(lái)回聚集在全部理想治療區(qū)周界的一部分上而生成的弧形或弓形基本治療區(qū)；

圖3j和3k展示了對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的、用于從多個(gè)基本治療區(qū)生成圍繞組織區(qū)的燒蝕殼體的技術(shù)；

圖4a和4b展示了對(duì)應(yīng)于本公開(kāi)技術(shù)另一實(shí)施例的、用于生成圍繞組織區(qū)的燒蝕殼體的第二種技術(shù)；

圖4c展示了對(duì)應(yīng)于本公開(kāi)技術(shù)另一實(shí)施例的、用于生成圍繞組織區(qū)的燒蝕殼體的第三種技術(shù)；

圖4d展示了用于生成圍繞子宮肌瘤的燒蝕殼體的技術(shù)，所述燒蝕殼體與至少一部分相鄰子宮內(nèi)膜重疊，以進(jìn)一步減輕月經(jīng)過(guò)多癥狀；

圖5展示了對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的hifu治療設(shè)備；

圖6展示了對(duì)應(yīng)于本公開(kāi)技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的、用于改變hifu換能器的焦域的位置和朝向的機(jī)構(gòu)；

圖6a和6b展示了如何使用圖6所示的機(jī)構(gòu)來(lái)改變焦域的角度朝向；

圖6c和6d展示了用于改變焦域深度和位置的另一機(jī)構(gòu)；

圖7展示了對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的、使用hifu治療組織的系統(tǒng)；

圖8a和8b展示了兩種不同的hifu信號(hào)波形；

圖9展示了治療波形中的多個(gè)可調(diào)節(jié)參數(shù)；

圖10展示了根據(jù)本文技術(shù)另一方面所計(jì)算的保留的基本能量(fundamentalenergyretained,fer)曲線；

圖11展示了根據(jù)本文技術(shù)另一方面所計(jì)算的、圍繞hifu換能器焦域的組織中的hifu信號(hào)估算衰減值與所施加功率變化之間的關(guān)系曲線；

圖12展示了根據(jù)本文技術(shù)另一方面所計(jì)算的一組曲線，分別表示投送至焦域的總功率、保留在hifu治療信號(hào)基頻的功率、以及轉(zhuǎn)換為諧振的功率；

圖13為對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的、用于計(jì)算有多少治療信號(hào)基頻能量轉(zhuǎn)換為基頻諧振能量的方法的流程圖；

圖14為用于估算hifu發(fā)射器焦域的hifu信號(hào)的衰減與輸入功率變化之間關(guān)系的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

如上所述，本文的技術(shù)涉及一種用于治療內(nèi)部人體組織、例如子宮肌瘤、良性或惡性腫瘤或類(lèi)似物的方法。盡管以下說(shuō)明針對(duì)的是本技術(shù)在治療子宮肌瘤中的應(yīng)用，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，該技術(shù)可用于治療任意內(nèi)部人體組織區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在組織上生成一個(gè)或多個(gè)基本治療區(qū)的模式來(lái)治療理想治療區(qū)。盡管本文的技術(shù)描述了這些基本治療區(qū)的可能具有的幾種集合形狀，然而每一類(lèi)基本區(qū)都具有共同特征：所述基本區(qū)由燒蝕組織區(qū)構(gòu)成，所述燒蝕組織區(qū)比hifu焦域區(qū)要大，這是由于焦域以預(yù)定方式圍繞或沿著基本區(qū)作受控運(yùn)動(dòng)。本文所稱(chēng)的聲焦域通常定義為從聲波形的空間最大值處測(cè)得的聲波形的-6db等壓線所包圍的區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，該-6db等壓線的大小也稱(chēng)為半高寬(full-widthhalf-maximum)，或fwhm尺寸。本文的實(shí)施例中應(yīng)用的一個(gè)典型焦域?yàn)槁研?，其fwhm尺寸為：沿著波束軸具有約10mm的長(zhǎng)度，垂直于波束軸具有約2mm的寬度。

對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，要治療的理想組織區(qū)暴露于以殼狀模式燒蝕組織的能量中，所述能量完全或部分地圍繞組織區(qū)，但僅直接燒蝕外部邊界。由所述殼體包圍的組織仍留在體內(nèi)，因非直接燒蝕的效應(yīng)而在原處壞死。引起原處壞死的這些其它效應(yīng)可包括以下組合：

1.缺血性壞死，由部分或全部將所封裝區(qū)域與其供血隔斷引起；

2.直接熱壞死，由生成燒蝕殼體過(guò)程中向內(nèi)的熱傳導(dǎo)引起；和/或

3.由正常愈合過(guò)程引起的繼發(fā)性損傷引起(發(fā)炎、細(xì)胞凋亡等)。

位于治療區(qū)的燒蝕殼體內(nèi)的壞死組織隨后經(jīng)正常人體機(jī)制而再吸收和/或愈合。

圖1a展示了要治療的組織區(qū)，例如子宮肌瘤20。子宮肌瘤可具有不規(guī)則形狀，但常為球形或橢圓形。肌瘤20包括一個(gè)或多個(gè)向肌瘤20供血的血管22。為治療肌瘤20，在肌瘤20邊緣內(nèi)部以一種將殼體內(nèi)肌瘤組織與向其供血的血管22相隔斷、并將血液從肌瘤20中移出的方式形成了立體的燒蝕殼體30。通過(guò)用燒蝕殼體30切斷內(nèi)部組織的供血，可將該內(nèi)部組織留在體內(nèi)以形成缺血性壞死，并最終經(jīng)正常人體愈合機(jī)制在數(shù)天/數(shù)周后吸收或愈合。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將殼體內(nèi)的組織在hifu能量中暴露足夠長(zhǎng)的時(shí)間或暴露在具有足夠大功率的hifu能量中、以導(dǎo)致組織直接壞死來(lái)生成燒蝕殼體30。應(yīng)當(dāng)理解的是，說(shuō)明書(shū)通篇中的“所施加的hifu功率和能量”這些概念用于大致描述發(fā)射至組織的hifu信號(hào)的振幅或“強(qiáng)度”。按照這種含義，術(shù)語(yǔ)“hifu功率”和“hifu能量”基本上可互換使用，除那些上下文有特定含意的場(chǎng)合之外。這與繼發(fā)性缺血壞死相區(qū)別，繼發(fā)性缺血壞死發(fā)生在殼體內(nèi)的組織中，是由于該殼體內(nèi)組織被切斷供血或因以上所列的其它效應(yīng)而導(dǎo)致的。由于被燒蝕以生成殼體的組織區(qū)比要治療的整個(gè)組織區(qū)要小，因此，治療組合體積的組織(即，殼體加上封裝區(qū))所需的時(shí)間縮短至小于直接燒蝕整個(gè)區(qū)域所需的時(shí)間。在此使用的術(shù)語(yǔ)“燒蝕”指的是因組織暴露于能量中而導(dǎo)致的直接熱和/或機(jī)械效應(yīng)所引起的組織直接性壞死。在此使用的術(shù)語(yǔ)“殼體”指的是經(jīng)燒蝕的表面，其減少或消除了沿該表面的血液流。該表面的幾何形狀可以是完全封裝某區(qū)域(例如，球面)或非閉合式、以?xún)H部分地封裝該區(qū)域(例如，凹盤(pán))。術(shù)語(yǔ)“封裝”指的是這種表面的生成。

圖1a展示了完全嵌入在肌瘤20區(qū)內(nèi)的殼體30。當(dāng)然，該殼體的尺寸可變化，以使其內(nèi)部的非燒蝕區(qū)域封裝整個(gè)肌瘤20。替代性地，肌瘤20可具有在其中生成的多個(gè)殼體。

在另一實(shí)施例中，生成了一個(gè)或多個(gè)部分式殼體，這些部分式殼體不會(huì)徹底封裝組織單位，但減少或消除了從這些部分式殼體內(nèi)部流出的或流入部分式殼體內(nèi)部的、經(jīng)過(guò)部分式殼體的血液流。這將使至少部分組織區(qū)壞死。

圖1b展示了肌瘤20內(nèi)部和圍繞肌瘤20的殼體30的近距離視圖。如上所述，肌瘤20包括位于燒蝕殼體30內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域25，該內(nèi)部區(qū)域25將借助被切斷了外部供血的組織(一部分歸因于與愈合、例如發(fā)炎和細(xì)胞凋亡等相關(guān)的其它繼發(fā)性損傷機(jī)制)而缺血性壞死。形成燒蝕殼體30的組織通過(guò)暴露于hifu波束焦域的熱和/或機(jī)械效應(yīng)而直接壞死。燒蝕殼體30外部的一些肌瘤組織35也可通過(guò)熱壞死(由于來(lái)自燒蝕殼體30的熱傳導(dǎo))和/或繼發(fā)性損傷機(jī)制(缺血、發(fā)炎、細(xì)胞凋亡等)而部分或全部被破壞。

圖2展示了超聲成像換能器和其它超聲成像部件所產(chǎn)生的肌瘤20的平面圖像。如以下將詳述的，在一個(gè)實(shí)施例中，成像換能器和hifu換能器組合為一個(gè)單元。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲成像換能器、超聲圖像處理器和顯示器(未圖示)用于產(chǎn)生提供給醫(yī)生的肌瘤20圖像。所述顯示可包括位于肌瘤20圖像上的十字線或其它標(biāo)記38，其中標(biāo)示出了相對(duì)于hifu換能器焦域的參照點(diǎn)，這樣，用戶(hù)能將hifu換能器對(duì)準(zhǔn)在組織區(qū)。醫(yī)生可與所顯示的圖像進(jìn)行互動(dòng)，例如通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)繞十字線38并以其為圓心的圓形標(biāo)記環(huán)40的半徑，以標(biāo)示理想治療區(qū)的邊界或要生成的燒蝕殼體的邊界(二者可能是相同的)。處理系統(tǒng)，例如通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)(未圖示)，根據(jù)標(biāo)記環(huán)40的尺寸所界定的邊界來(lái)計(jì)算要封裝肌瘤20應(yīng)當(dāng)生成的燒蝕殼體的尺寸。

在一些實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)標(biāo)記環(huán)40以形成除圓形外的其它形狀，例如橢圓形或圓錐形等，通過(guò)例如拉伸標(biāo)記環(huán)40的側(cè)部以使醫(yī)生能夠界定立體燒蝕殼體的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)記環(huán)40的尺寸由醫(yī)生手動(dòng)調(diào)節(jié)。在另一實(shí)施例中，可基于要治療組織的邊界用圖像處理技術(shù)自動(dòng)定出標(biāo)記環(huán)的尺寸。需要時(shí)醫(yī)生可進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述邊界。在一些實(shí)施例中，可在組織的立體圖像上調(diào)節(jié)邊界。在一些實(shí)施例中，圖像處理算法可自動(dòng)檢測(cè)要治療的結(jié)構(gòu)的邊緣(例如，邊界檢測(cè))。在這種情形下，醫(yī)生可通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(十字線)置于結(jié)構(gòu)內(nèi)來(lái)定位該結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，圖像處理算法將通過(guò)以下方式尋找結(jié)構(gòu)的邊界：(i)識(shí)別超聲圖像中對(duì)比度(例如光斑亮度)的局部變化；(ii)識(shí)別鏡面背向散射區(qū)域與來(lái)自斑靶的背向散射區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其它技術(shù)也可用于識(shí)別邊界。一旦或手動(dòng)或半自動(dòng)或自動(dòng)地識(shí)別了邊界，則可使用自動(dòng)治療計(jì)劃算法來(lái)確定要產(chǎn)出充分燒蝕的殼體所需的基本治療區(qū)的數(shù)量和位置。醫(yī)生可在投送hifu之前先在超聲圖像上初步排出治療次序，并作出任意所需的調(diào)整。一旦確定了要生成的殼體的尺寸和/或次序，則具有hifu治療系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)便開(kāi)始控制hifu換能器焦域的位置，以燒蝕組織，生成殼體。

在另一實(shí)施例中，目標(biāo)區(qū)可能大于可用的超聲圖像。另一種可能遭遇的情形是，在治療波束的移動(dòng)范圍內(nèi)無(wú)法對(duì)整個(gè)目標(biāo)都進(jìn)行治療。對(duì)于第一種情形，可通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)治療儀將多個(gè)超聲平面圖像或立體區(qū)域拼接在一起，以完全程度顯示目標(biāo)?？纱鎯?chǔ)該圖像數(shù)據(jù)以備將來(lái)參考。接下來(lái)，算法可基于拼接圖像而自動(dòng)計(jì)劃治療過(guò)程，并建議治療應(yīng)當(dāng)從何處開(kāi)始。醫(yī)生也可從拼接圖像數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)劃治療過(guò)程。在計(jì)劃好治療過(guò)程后，醫(yī)生可將換能器移至一處區(qū)域，治療用換能器在該區(qū)域能生成位于目標(biāo)內(nèi)的初始基本治療區(qū)?？墒褂每臻g圖像相關(guān)技術(shù)來(lái)輔助醫(yī)生將治療儀關(guān)于目標(biāo)進(jìn)行定位。在這種情形下，將當(dāng)前的超聲圖像與已在預(yù)治療調(diào)查中獲取的圖像相比較并存儲(chǔ)。也可使用設(shè)備位置傳感器(例如磁性傳感器)來(lái)輔助定位治療儀。所述設(shè)備位置傳感器也可與圖像相關(guān)技術(shù)相結(jié)合以獲得更好的精確度。在設(shè)備盡其所能生成了當(dāng)前治療儀位置下的基本治療區(qū)后，可手動(dòng)移動(dòng)治療儀，以使用圖像相關(guān)技術(shù)和/或位置傳感器來(lái)輔助醫(yī)生針對(duì)下一治療部位定位治療儀。通過(guò)繼續(xù)進(jìn)行這一過(guò)程，目標(biāo)的全部范圍都得以治療。另外，手動(dòng)移動(dòng)治療儀以獲取圖像、從而顯示整個(gè)目標(biāo)，這不是必須的?？稍谥委焹x的一個(gè)位置上獲取要顯示整個(gè)目標(biāo)所需的數(shù)據(jù)集；然而，由于治療儀內(nèi)的治療設(shè)備的移動(dòng)限制，因此，治療儀將需要如前所述那樣移動(dòng)。

圖3a和3b展示了用于建構(gòu)整個(gè)理想治療區(qū)的圓柱形基本治療區(qū)80的一個(gè)示范性設(shè)置。該基本治療區(qū)80是通過(guò)使hifu波束83的焦域81圍繞基本治療區(qū)周界聚集而生成的。所述焦域81可沿基本治療區(qū)的周界持續(xù)移動(dòng)一段時(shí)間或更久，同時(shí)hifu發(fā)射器持續(xù)發(fā)射hifu脈沖，直到基本治療區(qū)80的周界得到充分燒蝕。替代性地，所述焦域81可移動(dòng)至圍繞周界的離散位置，而hifu波束83的脈沖發(fā)射反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷，以充分燒蝕圍繞基本治療區(qū)周界的不同位置。

如圖3b所示，基本治療區(qū)80具有中心區(qū)域79，其不直接暴露于或僅最低程度地暴露于hifu波束83的焦域81中。該中心區(qū)域79因燒蝕基本治療區(qū)周界時(shí)所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)而非直接式壞死。在一個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施例中，基本治療區(qū)80的直徑約為11mm，高度約為10mm，因此體積約為1cc。在該特定優(yōu)選實(shí)施例中，基本治療區(qū)的體積約是焦域區(qū)的40倍。燒蝕基本治療區(qū)周界的帶來(lái)的熱量向內(nèi)傳導(dǎo)，如箭頭67所示，以治療中心區(qū)域79。在基本治療區(qū)的外部，熱量向外散出，如箭頭69所示。

盡管圖3a和3b所示的基本治療區(qū)80為圓柱形，然而應(yīng)當(dāng)理解，還可生成其它形狀的基本治療區(qū)，例如球形或立方體形等，具體取決于hifu波束83的轉(zhuǎn)向性能。

圖3c展現(xiàn)了所施加的hifu功率等級(jí)對(duì)hifu治療體系的治療范圍及安全裕度的影響。對(duì)于那些不結(jié)合本文技術(shù)的效果的傳統(tǒng)技術(shù)而言，使治療體系又有效又安全的聲功率等級(jí)的范圍相對(duì)較窄，如范圍“a”所示。即，hifu功率發(fā)生小的變化，導(dǎo)致功率跌出該窄范圍“a”，從而使該療法失效或可能不安全。盡管如此，通過(guò)使用包括以下中一個(gè)或多個(gè)效應(yīng)的組合效應(yīng)集來(lái)治療目標(biāo)組織，據(jù)信可增大安全有效的hifu功率等級(jí)的范圍，如范圍“b”所述，這樣，治療方法對(duì)所投送的hifu功率變化不敏感，所述效應(yīng)包括：(1)焦域掃描(focalscanning)以產(chǎn)生基本治療區(qū)；(2)基本治療區(qū)中向內(nèi)的熱傳導(dǎo)；以及(3)施加適度低基頻的高度非線性聲能所引起的空間特異性。以下將詳細(xì)描述這些協(xié)同作用以提高h(yuǎn)ifu治療效率和旁側(cè)組織安全性的效應(yīng)。

基本治療區(qū)的尺寸可以隨多個(gè)因素的變化而變化，所述因素包括要施加治療能量的設(shè)備的幾何形狀。在圖3d所示實(shí)施例中，展示了基本治療區(qū)80的俯視圖和側(cè)視圖。該基本治療區(qū)大致為圓柱形，其寬度w和長(zhǎng)度l都近似等于hifu換能器焦域的長(zhǎng)度。隨著焦域圍繞基本治療區(qū)周界以速度v移動(dòng)，基本治療區(qū)的整個(gè)橫截面80a或因直接暴露于hifu波束中、或因被治療周界向內(nèi)的熱傳導(dǎo)引起的非直接式熱壞死而得到治療。

圖3e展示了直徑約為焦域直徑兩倍的一個(gè)較小的基本治療區(qū)85的俯視圖和側(cè)視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，由于在生成基本治療區(qū)時(shí)焦域圍繞基本治療區(qū)的周界進(jìn)行移動(dòng)，因此，該基本治療區(qū)也具有良好界定的邊界。所述基本治療區(qū)具有橫截面85c，該橫截面85c在穿過(guò)基本治療區(qū)內(nèi)部的所有路徑上都得到了基本均勻的治療。這種基本治療區(qū)85的缺點(diǎn)在于，其與圖3d所示的基本治療區(qū)相比更小，因此要治療理想組織單位所需的基本治療區(qū)會(huì)更多。

圖3f展示了另一基本治療區(qū)89的俯視圖和側(cè)視圖，該基本治療區(qū)89的直徑明顯大于hifu換能器焦域的直徑。在該例中，基本治療區(qū)內(nèi)部的協(xié)作性加熱不會(huì)發(fā)生，且僅有基本治療區(qū)的周界89c進(jìn)行了燒蝕。因此，基本治療區(qū)的內(nèi)部可能不像所述的燒蝕環(huán)內(nèi)的敞開(kāi)式中心那樣進(jìn)行治療。盡管基本治療區(qū)89這種幾何形狀對(duì)于生成用于治療組織區(qū)的“積木”而言不是優(yōu)選的，然而如以下將詳述的，在生成圍繞組織治療部位的燒蝕殼體時(shí)，這種幾何形狀可能是有用的。在另一實(shí)施例中，“積木”(基本治療區(qū))可由線性片段形成，所述線性片段通過(guò)沿片段長(zhǎng)度多次掃過(guò)波束而生成。

圖3g展示了一種方案，治療能量的全部劑量以使hifu焦域沿著或圍繞基本區(qū)單次掃過(guò)的方式施加在組織上，這樣，焦域僅掃過(guò)每個(gè)特定點(diǎn)一次，絕不會(huì)再掃過(guò)。這類(lèi)單次掃過(guò)的焦域運(yùn)動(dòng)能使能量迅速沉積，并導(dǎo)致過(guò)度加熱，而這可使組織中形成大型焦域氣泡或焦域前氣泡，所述氣泡反射治療能量并遮蔽了治療區(qū)的遠(yuǎn)端區(qū)域。因此，氣泡的存在可阻止沿著或圍繞基本區(qū)所有深度處的均勻的燒蝕。于是生成了不均勻的或“不規(guī)則的”治療模式91a，該治療模式91a在傷口遠(yuǎn)端側(cè)的不同點(diǎn)處具有程度各異的治療組織。相反，通過(guò)使用將焦域多次聚集在每一特定點(diǎn)的多掃描方式使治療能量劑量沿著或圍繞基本區(qū)分散于一串掃描中，可避免大氣泡的偽形成，并生成更均勻一致的治療模式91b，如圖3h所示。在每一次掃描時(shí)，一部分基本治療區(qū)被燒蝕，且基本治療區(qū)在傷口的所有點(diǎn)上一致開(kāi)始逐漸“累積”。多掃描技術(shù)用于如下所述的基本治療區(qū)的生成中。

圖3i展示了一種用于生成弧形或片段類(lèi)幾何形狀的基本治療區(qū)另一實(shí)施例的技術(shù)。該基本治療區(qū)可用于生成具有均勻治療深度的多個(gè)環(huán)或其它形狀，且可用在一種形成圍繞理想治療區(qū)的殼體的方法中。在該實(shí)施例中，hifu換能器的焦域在周界一部分(例如，一段弧)的上方來(lái)回移動(dòng)。由于在治療中hifu焦域的來(lái)回移動(dòng)將聲能分布在更寬泛的區(qū)域上方，防止形成那些能反射能量并導(dǎo)致非均勻或“不規(guī)則”治療模式的大型焦域氣泡或焦域前氣泡，因此，得到的是深度一致的組織燒蝕。因此，可依次成多個(gè)治療圓弧，以使理想治療區(qū)的治療周界變得完整。

在圖3a到3b和3d到3i所示的每個(gè)例子中，基本治療區(qū)具有與hifu換能器焦域的長(zhǎng)度近似相等的高度或長(zhǎng)度。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)在施加治療能量時(shí)改變焦域深度以增大基本治療區(qū)的高度。

以下所述的一個(gè)實(shí)施例中，在生成基本治療區(qū)時(shí)，用機(jī)械擺動(dòng)器以能將熱量極大地限制在治療區(qū)中央79內(nèi)的速度使hifu波束83的焦域81在圓柱形基本治療區(qū)80的周界上移動(dòng)。hifu信號(hào)的焦域圍繞基本治療區(qū)的周界以一種使治療區(qū)內(nèi)部被向內(nèi)的熱傳導(dǎo)燒蝕、但沉積在治療區(qū)外部邊界之外的能量保持低于導(dǎo)致熱損傷或機(jī)械損傷所需閾值水平的方式聚集。替代性地，可通過(guò)電動(dòng)波束轉(zhuǎn)向使hifu波束83的焦域81圍繞基本治療區(qū)的周界轉(zhuǎn)動(dòng)；在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)使能量沉積在圍繞周界的一組離散點(diǎn)上的方式而非焦域持續(xù)掃描來(lái)進(jìn)行電動(dòng)波束轉(zhuǎn)向操作。

為生成本文所述的基本治療區(qū)，對(duì)基本治療區(qū)的周界施加hifu能量的近似非線性脈沖波形，例如圖8b所示的波形230。該基本單位區(qū)技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例取決于本質(zhì)為近似非線性的hifu治療波形，即，入射波形的初始正弦特征被嚴(yán)重扭曲，當(dāng)其到達(dá)hifu焦域時(shí)，本質(zhì)上已經(jīng)不具有正弦特征。焦域聲波形中存在的非線性特征表示能量從基礎(chǔ)聲頻率轉(zhuǎn)換為更高頻率的諧振，而諧振易于被位于焦域內(nèi)以及直接鄰接焦域的組織所吸收。這一效應(yīng)使加熱速度急劇增大，同時(shí)仍牢牢地保持在焦域內(nèi)加熱，帶來(lái)的是治療效果的提高，同時(shí)保障了旁側(cè)組織的安全。該優(yōu)選實(shí)施例中最佳的焦域波形非線性程度是能夠最低限度地確保焦域壓力波形中發(fā)生振動(dòng)的那種非線性程度。

振動(dòng)開(kāi)始指的是，沿著焦域波形的一些點(diǎn)上具有局部壓力不連續(xù)性(即，壓力波形的斜率為無(wú)限值)。在接受治療的組織區(qū)內(nèi)的一些情形下，本優(yōu)選實(shí)施例中的焦域非線性程度也可更高，其延伸超出初始振動(dòng)開(kāi)始點(diǎn)，以將hifu焦點(diǎn)處組織內(nèi)充分發(fā)展的激波陣面的形成包括在內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，基礎(chǔ)的相當(dāng)一部分能量(例如，20％或更多)轉(zhuǎn)換為治療信號(hào)基頻的諧振的能量。焦域hifu波形的非線性水平通常伴隨著壓力振幅，而壓力振幅可導(dǎo)致或來(lái)自聲源或來(lái)自熱源的氣泡的形成(例如，慣性空化、穩(wěn)壓空化或組織沸騰)。只要用多次掃過(guò)焦域輻照方式以穿過(guò)或沿著單位區(qū)邊緣的分散方式來(lái)施加hifu能量，則來(lái)自這些源中任意一個(gè)源的氣泡在組織中的存在將不會(huì)消極影響基本治療區(qū)技術(shù)的效果和安全性。事實(shí)上，存在這種氣泡極其利于實(shí)現(xiàn)各種反饋技術(shù)(如果需要)，這是因?yàn)榉植加袣馀莸臋M截面可比橫截面本身的幾何尺寸大得多，因此可在治療開(kāi)始和進(jìn)行中用作易檢測(cè)到的指示器。

在一個(gè)特定實(shí)施例中，用于獲取hifu焦域的理想非線性水平的最優(yōu)選聲功率峰值范圍為600到3100w，具體取決于特定基本組織區(qū)相對(duì)于人體表面的深度、hifu換能器的設(shè)計(jì)以及其功率處理能力。這些聲功率以脈沖形式投送至基本區(qū)，其中最優(yōu)選的脈沖由1mhz常規(guī)操作頻率時(shí)的15到45個(gè)循環(huán)構(gòu)成，并以2到8khz的脈沖重復(fù)頻率(pulserepetitionfrequencies,prfs)投送。這些脈沖隨后以一串持續(xù)突發(fā)脈沖進(jìn)行投送，突發(fā)脈沖的總數(shù)決定了總治療時(shí)間。圖9展示了hifu治療信號(hào)的聲時(shí)間結(jié)構(gòu)。每個(gè)治療信號(hào)由hifu信號(hào)的p個(gè)突發(fā)脈沖構(gòu)成，其中每個(gè)突發(fā)脈沖具有在hifu換能器基頻(f0)上的k個(gè)循環(huán)的n個(gè)脈沖。hifu脈沖的這些突發(fā)脈沖隨后以m個(gè)脈沖的突發(fā)脈沖重復(fù)周期進(jìn)行重復(fù)。下表展示了在使用具有125mm直徑的球形殼體和焦距與光圈直徑比值(f-number，也稱(chēng)光圈值、f值或焦距比數(shù))為1的hifu換能器治療組織時(shí)使所用的聲時(shí)間和聲功率參數(shù)的優(yōu)選范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，所列參數(shù)可隨要治療的組織的深度以及要使用的hifu換能器的規(guī)格變化而改變。

表1：所選的聲時(shí)間參數(shù)的優(yōu)選操作范圍

表2：作為組織深度的函數(shù)的聲功率的優(yōu)選操作范圍

(換能器：125mm球形殼體，焦距與直徑的比值(f-number)＝1.0)

hifu發(fā)射器施加這些規(guī)格的能量，同時(shí)通過(guò)機(jī)械擺動(dòng)hifu焦域而生成圓柱形基本治療區(qū)，一個(gè)實(shí)施例中hifu焦域的fwhm尺寸為長(zhǎng)約10mm、寬約2mm，以常規(guī)2hz速度圍繞最優(yōu)選直徑為8到12mm的軌跡擺動(dòng)。在該例中，hifu焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)所圍繞的直徑約等于hifu焦域的長(zhǎng)度，且比hifu焦域的寬度大5倍。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，機(jī)械擺動(dòng)和hifu治療以這種方式持續(xù)對(duì)每個(gè)基本區(qū)進(jìn)行10到50秒總治療時(shí)長(zhǎng)的治療。每單位區(qū)的治療時(shí)長(zhǎng)取決于特定基本區(qū)生成所在的組織的深度，以及整個(gè)理想治療區(qū)。例如，由于許多相鄰單位區(qū)之間的協(xié)同加熱的優(yōu)點(diǎn)，大型的總治療區(qū)通常每單位區(qū)所需的治療時(shí)間較短。類(lèi)似地，預(yù)先治療的、較深層相鄰的淺層中生成的單位區(qū)通常需要較少的燒蝕時(shí)間，這是由于較深層在接受治療時(shí)對(duì)淺層進(jìn)行了溫和的“預(yù)加熱”。因此，可通過(guò)由這些基本治療區(qū)中的一些治療區(qū)構(gòu)成的連續(xù)“堆疊”層來(lái)獲得任意大型治療區(qū)，其中相鄰層之間最優(yōu)選的軸向分離距離為8到12mm。下表總結(jié)了配合上述聲波形和功率使用的焦點(diǎn)移動(dòng)參數(shù)的優(yōu)選范圍。

表3：優(yōu)選操作范圍

盡管該優(yōu)選實(shí)施例使用的是在焦域?yàn)榉蔷€性的脈沖波形，然而應(yīng)當(dāng)理解，也可使用如圖8a所示的波形232這樣的連續(xù)波(continuous-wave,cw)或線性hifu信號(hào)，具體取決于所用的功率等級(jí)和焦域移動(dòng)的速度。

盡管前述例子描述了圍繞基本區(qū)周界的2hz的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度，然而，更低或更高的速度都可用來(lái)燒蝕這些類(lèi)型的基本區(qū)。然而，如果速度太低，則基本區(qū)內(nèi)部所含的要燒蝕基本治療區(qū)周界的熱量可能不夠多，且可能對(duì)旁側(cè)組織產(chǎn)生副作用。而高旋轉(zhuǎn)速度可能需要使用前述的電動(dòng)波束而不是機(jī)械旋轉(zhuǎn)，且也可能對(duì)必要的hifu治療功率產(chǎn)生影響。如果是電動(dòng)轉(zhuǎn)向，則在一個(gè)實(shí)施例中，波束可能會(huì)聚焦在圍繞周界的一組離散點(diǎn)上，而不是連續(xù)掃描。如上表所示，在一個(gè)實(shí)施例中，hifu焦點(diǎn)圍繞單位區(qū)直徑的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度為至少0.25hz。在另一更優(yōu)選的實(shí)施例中，這一旋轉(zhuǎn)速度為至少1hz，而在最優(yōu)選實(shí)施例中該速度為2hz。無(wú)論旋轉(zhuǎn)速度多大，優(yōu)選的是以允許整個(gè)基本治療區(qū)受到一致燒蝕的速度和功率等級(jí)，使用多次掃過(guò)方式圍繞周界在多次掃過(guò)(例如，兩次或更多次)中施加將能量，以使燒蝕基本區(qū)具有對(duì)稱(chēng)的幾何形狀。

否則，在使焦域相對(duì)緩慢地掃過(guò)以實(shí)現(xiàn)燒蝕、而不再重新掃過(guò)某個(gè)特定點(diǎn)的單次掃過(guò)方式中，產(chǎn)生的過(guò)多熱量可導(dǎo)致形成大的焦域或焦域前氣泡，這些氣泡可導(dǎo)致遮蔽和扭曲，阻止產(chǎn)生均勻燒蝕的組織單位，如圖3g到3h所示以及前文所述。另外，應(yīng)當(dāng)注意到，盡管在使用單次掃過(guò)方式時(shí)，大的焦域或焦域前氣泡的存在減損了治療的均一性，但是，只要以多次掃過(guò)方式使hifu的焦點(diǎn)沿著或圍繞單位區(qū)掃過(guò)，以暫時(shí)分散聚集在所述區(qū)中任意一點(diǎn)上的治療能量，則來(lái)自于聲源或熱源的氣泡在組織中的存在便不會(huì)消極影響治療的功效。

應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)基本治療區(qū)的尺寸進(jìn)行優(yōu)選，以使中央?yún)^(qū)域79接受非直接治療，同時(shí)不過(guò)多增加治療理想組織區(qū)所需的治療時(shí)間。如果基本治療區(qū)的尺寸過(guò)大，則中央?yún)^(qū)域79將不能通過(guò)向所述區(qū)內(nèi)部有效的熱傳導(dǎo)而進(jìn)行燒蝕。相反地，如果基本治療區(qū)的尺寸過(guò)小，則必須調(diào)節(jié)要治療理想組織區(qū)所需的時(shí)間，以避免對(duì)治療區(qū)過(guò)量施加能量、從而可能引起旁側(cè)組織的損傷。另外，隨著焦域向人體表面接近移動(dòng)，要生成每個(gè)基本治療區(qū)的時(shí)間可能會(huì)縮短，這是由于來(lái)自對(duì)更遠(yuǎn)端的基本區(qū)進(jìn)行燒蝕而殘留在治療區(qū)中的剩余熱量。

在當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，生成基本治療區(qū)的方法采用了hifu療法的多種特點(diǎn)，這些特點(diǎn)來(lái)自于高度非線性聲波形與hifu焦點(diǎn)圍繞單位區(qū)周界的機(jī)械或電動(dòng)運(yùn)動(dòng)的協(xié)同效應(yīng)。這些組合效應(yīng)包括一組操作要點(diǎn)，這些操作要點(diǎn)使該治療方法在使用時(shí)所觀察到的安全性和功效提高了。這組操作要點(diǎn)包括以下組合：(1)基本治療區(qū)以其內(nèi)部區(qū)域主要通過(guò)向內(nèi)的熱傳導(dǎo)被破壞、而非由hifu直接燒蝕的方式來(lái)進(jìn)行燒蝕。這一特點(diǎn)使基本區(qū)的尺寸增大，但不會(huì)增加要投送至組織以進(jìn)行燒蝕的hifu劑量。(2)hifu焦域圍繞基本治療區(qū)周界的移動(dòng)是通過(guò)以特定旋轉(zhuǎn)速度圍繞周界多次掃過(guò)而實(shí)現(xiàn)的，其與圍繞單位區(qū)的圓周進(jìn)行單次掃過(guò)以實(shí)現(xiàn)燒蝕的方式相反。

這一特征使基本治療內(nèi)的組織被燒蝕并具有一致而平滑的邊界，且在圍繞周界的大致全部點(diǎn)處具有相同的長(zhǎng)度。(3)通過(guò)使用急劇增大焦域中的加熱速度的高度非線性的聲波形，基本治療區(qū)僅在hifu波束的焦點(diǎn)區(qū)域接受高聚聲能量。(4)hifu治療儀的聲基頻保持為足夠低，以確保經(jīng)過(guò)非目標(biāo)旁側(cè)組織進(jìn)行安全傳播。由于系統(tǒng)具有不受組織特征變化或焦域中存在的氣泡的影響而生成大致均一的基本治療區(qū)的能力，因此，治療系統(tǒng)可不依賴(lài)于溫度反饋監(jiān)控而操作，以實(shí)現(xiàn)更快治療并降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。這些優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合確保療法具有足夠功效，避免了確定治療區(qū)內(nèi)的溫度、以驗(yàn)證已實(shí)現(xiàn)了熱壞死所需的溫度等級(jí)的需要。

另外，上述特征集組合利用了對(duì)每一單位區(qū)進(jìn)行燒蝕以形成精確邊界、同時(shí)對(duì)治療區(qū)外部的旁側(cè)組織產(chǎn)生最低程度的熱侵入的協(xié)同效應(yīng)。通過(guò)從基本治療區(qū)的“積木”積聚全部治療區(qū)，可使用每個(gè)單位區(qū)能承受的同一固有空間精確度和熱限制來(lái)燒蝕任意尺寸的治療區(qū)。圖3j和3k展示了一種使用基本治療區(qū)80來(lái)治療理想組織區(qū)的技術(shù)。在該實(shí)施例中，生成了相鄰基本治療區(qū)的立體模式，這些基本治療區(qū)一起形成了圍繞全部或部分理想組織治療區(qū)的燒蝕殼體。在圖3j和3k所示的實(shí)施例中，燒蝕殼體87由多個(gè)較小的燒蝕基本治療區(qū)80、82、84、86和88等形成。每個(gè)基本治療區(qū)都足夠靠近地生成，以形成位于封裝組織與其供血之間的壞死殼體或燒蝕組織屏障。

如圖所示，基本治療區(qū)80、82、84、86和88以彼此相鄰的環(huán)狀模式生成，該環(huán)狀模式具有從理想組織治療區(qū)遠(yuǎn)端向組織區(qū)大致中間延伸的漸增的內(nèi)部直徑，其中治療區(qū)的直徑最大。所述環(huán)狀模式的直徑隨后朝著要治療的組織區(qū)的近端逐漸減小。環(huán)形模式一起形成了具有“中空的”內(nèi)部空間90的殼體，該殼體將要治療的理想組織區(qū)的一部分封裝起來(lái)。隨著基本治療區(qū)被彼此足夠靠近地設(shè)置，向肌瘤或要治療的其它組織的供血被切斷，或極大地減少了，以使該組織留在人體中缺血性壞死。另外，殼體中央內(nèi)的一些或全部組織可能由于生成殼體時(shí)的熱傳導(dǎo)而壞死。由于未燒蝕整個(gè)治療區(qū)，因此，人體內(nèi)產(chǎn)生可能會(huì)損傷非目標(biāo)組織的過(guò)度熱量的可能性降低了，且治療時(shí)間與要直接燒蝕整個(gè)組織所需的時(shí)間相比顯著縮短了。在使用本文的技術(shù)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，活體豬大腿內(nèi)的直徑為5cm的治療區(qū)通過(guò)在約320秒內(nèi)形成圍繞球體表面的20個(gè)基本治療區(qū)殼體來(lái)進(jìn)行治療，其中每個(gè)基本治療區(qū)的體積約為1立方厘米。在一個(gè)實(shí)施例中，殼體每一層中的單個(gè)基本治療區(qū)以一種使相鄰基本治療區(qū)不依次生成的模式來(lái)生成。即，殼體每一層的基本治療區(qū)的模式以一種使兩個(gè)依次生成的基本治療區(qū)之間具有最大距離的方式來(lái)生成。

盡管圖3j和3k所示的殼體87為空心的，然而應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，理想的是在殼體內(nèi)部生成一個(gè)或多個(gè)基本治療區(qū)，以主動(dòng)使殼體87內(nèi)一些或部分組織壞死?；局委焻^(qū)的數(shù)量和間隔可由醫(yī)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、治療可用時(shí)間、接受治療的組織的類(lèi)型或其它因素來(lái)決定。替代性地，可向處理器中輸入程序以確定殼體內(nèi)部是應(yīng)當(dāng)為空還是應(yīng)當(dāng)由一個(gè)或多個(gè)基本治療區(qū)來(lái)填充。

圖3j展示的殼體87圍繞其外表面大致是密封的。然而應(yīng)當(dāng)理解，即使各個(gè)基本治療區(qū)之間存在有間隙，仍可生成殼體87。將基本治療區(qū)設(shè)置得有多靠近以生成殼體，這取決于接受治療的組織的類(lèi)型、組織的導(dǎo)熱率、吸收特性或其它因素。

應(yīng)當(dāng)理解，除基本治療區(qū)殼體外，其它模式也可用于治療理想組織區(qū)。例如，在理想組織區(qū)內(nèi)也可生成水平分布的相鄰基本治療區(qū)的層。一層中的基本治療區(qū)之間的距離可以是靠近分布或隔開(kāi)分布。

圖4a到4b展示了根據(jù)本文技術(shù)用于生成圍繞組織區(qū)的殼體92的替代性技術(shù)。在該實(shí)施例中，燒蝕殼體包括一串堆疊的環(huán)狀體，每個(gè)環(huán)狀體具有不同的內(nèi)徑。內(nèi)徑最小的環(huán)狀體94(或立方盤(pán))置于要治療的組織相對(duì)于hifu換能器的遠(yuǎn)端。附加的環(huán)狀體在靠近遠(yuǎn)端環(huán)狀體94處生成，包括直徑漸增的環(huán)狀體95、96、98，直至環(huán)狀體100，該環(huán)狀體100具有最大內(nèi)徑。隨著hifu焦域更加靠近地移動(dòng)，這些環(huán)狀體102、104和106的內(nèi)徑逐漸變小，最后由位于治療區(qū)最近端位置的內(nèi)徑最小的環(huán)狀體108(或立方盤(pán))閉合殼體9。從圖4b中可見(jiàn)，每個(gè)環(huán)狀體94到108的內(nèi)部在堆疊時(shí)都形成了“中空”(即，未燒蝕)區(qū)域110，該區(qū)域110封裝要治療的組織區(qū)，并將該組織區(qū)與其血液供應(yīng)相隔斷。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)狀體94到108的外徑選擇為對(duì)應(yīng)于肌瘤的外徑，以使hifu直接燒蝕的組織區(qū)最小化。在另一實(shí)施例中，環(huán)狀體92到106的外徑選擇為位于一組距離內(nèi)，該組距離在肌瘤外部邊界之內(nèi)，以使燒蝕殼體92外部的肌瘤組織通過(guò)熱壞死(由于來(lái)自燒蝕殼體92的熱傳導(dǎo))和/或繼發(fā)性損傷通路機(jī)制(缺血、發(fā)炎、細(xì)胞凋亡等)部分或全部毀壞。在另一實(shí)施例中，環(huán)狀體94到108的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)于組織區(qū)的外徑，使所生成的燒蝕殼體92的內(nèi)部110稍大于組織區(qū)，從而更徹底地殺死腫瘤組織，但代價(jià)是殺掉了周?chē)倭康慕】底訉m肌層。這種實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是，具有生成殼體92、以使其與子宮內(nèi)膜重疊的能力，從而使至少一些附近的子宮內(nèi)膜壞死，減輕月經(jīng)過(guò)多癥狀。

圖4c展示了燒蝕模式的另一實(shí)施例，其生成燒蝕殼體以封裝組織區(qū)，并將該組織區(qū)的外部供血隔斷。在圖示實(shí)施例中，以螺旋模式120生成了燒蝕殼體。該螺旋體在接受治療的組織區(qū)的遠(yuǎn)端122處具有最小的直徑，該直徑增大至組織區(qū)約中點(diǎn)處的最大直徑，隨后朝著組織區(qū)的近端124逐漸減小。螺旋模式120的每個(gè)環(huán)都足夠接近其相鄰的環(huán)，以主動(dòng)使組織壞死，從而生成圍繞組織區(qū)的燒蝕殼體，該燒蝕殼體切斷了殼體內(nèi)組織的供血。應(yīng)當(dāng)理解，螺旋模式120還可用于生成上述及圖3a和3b所示的較小的基本治療區(qū)，具體取決于hifu換能器焦域的尺寸和基本治療區(qū)的理想尺寸。

圖4d展示了有三種不同類(lèi)型肌瘤的子宮，包括壁內(nèi)肌瘤130、漿膜下肌瘤132和黏膜下肌瘤134。在所示例子中，生成燒蝕殼體135以封裝位于子宮壁一側(cè)的整個(gè)黏膜下肌瘤134，以及位于子宮壁另一側(cè)的一部分附近的子宮內(nèi)膜組織136。通過(guò)生成燒蝕殼體135以封裝肌瘤134以及一部分相鄰的子宮內(nèi)膜136，月經(jīng)過(guò)多癥狀可有所減輕。

盡管圖3j到3k、4a到4b和4c中所示的燒蝕殼體的形狀大致為球形，然而應(yīng)當(dāng)理解，燒蝕殼體還可以具有其它形狀，例如錐形或雙錐形、卵形(例如蛋形)或矩形。所生成的殼體的特定形狀可取決于要治療的組織區(qū)的形狀，以及用來(lái)以理想模式移動(dòng)hifu換能器焦域的設(shè)備的性能。形成殼體內(nèi)部組織與該組織的外部供血之間的屏障的任何形狀的燒蝕組織殼體都將發(fā)揮作用，使被封裝組織留在體內(nèi)后缺血性壞死。還應(yīng)當(dāng)理解，作為用于燒蝕過(guò)大或非規(guī)則形狀殼體的一種替代性方式，可燒蝕彼此相鄰的兩個(gè)或更多規(guī)則形狀的殼體，以治療絕大部分或整個(gè)理想?yún)^(qū)(例如，在長(zhǎng)形腫瘤內(nèi)可并排燒蝕兩個(gè)球形殼體，而非燒蝕一個(gè)長(zhǎng)形殼體)。如果組織區(qū)內(nèi)生成了多個(gè)殼體，則可形成燒蝕基本組織區(qū)的矩陣(或“蜂窩”)，其中存在有未燒蝕組織的分散區(qū)域，這些未燒蝕組織隨后在原處缺血性壞死。，這種矩陣可能涉及要實(shí)現(xiàn)同樣效果的燒蝕基本治療區(qū)的規(guī)則或隨機(jī)間隔，且該矩陣可由多個(gè)封閉殼體(例如，球形殼體)或堆疊/重疊的基本治療區(qū)的層構(gòu)成。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，殼體燒蝕方式還具有其它優(yōu)點(diǎn)：(1)提高治療速度，這是因?yàn)閮H對(duì)最終治療的組織的子區(qū)施加能量；(2)對(duì)于給定治療時(shí)間，治療尺寸更大；(3)與直接燒蝕包括治療區(qū)內(nèi)部的整個(gè)治療區(qū)相比，所需能量更少。使hifu系統(tǒng)自動(dòng)燒蝕對(duì)稱(chēng)的(例如，球形的)殼體，將降低成像、瞄準(zhǔn)和探測(cè)操作方面對(duì)用戶(hù)的要求。如果殼體是對(duì)稱(chēng)的，則用戶(hù)可容易地想象其關(guān)于由例如超聲成像儀、mri、x光等成像機(jī)構(gòu)所顯示的腫瘤邊界的投影關(guān)系。用戶(hù)僅需操縱hifu系統(tǒng)，將投影殼體的輪廓定位在目標(biāo)組織的圖像內(nèi)，將殼體直徑擴(kuò)大至理想尺寸(例如，恰好位于腫瘤邊緣的內(nèi)部)，并在系統(tǒng)自動(dòng)燒蝕特定的殼體模式時(shí)使系統(tǒng)相對(duì)于目標(biāo)組織保持相對(duì)靜止。

圖5展示了可用于以上述方式治療組織的hifu治療裝置的一個(gè)實(shí)施例。該hifu治療裝置150為手持或手動(dòng)引導(dǎo)治療儀，其包括成像換能器152和hifu換能器154。所述成像換能器152為固定的，用于捕獲包括hifu換能器154焦域在內(nèi)的體內(nèi)組織圖像。如以下將詳述的，hifu換能器154的焦域可以機(jī)械式和/或電動(dòng)式轉(zhuǎn)向，以燒蝕相鄰分布的多個(gè)基本治療區(qū)，從而生成圍繞或封裝理想組織區(qū)的殼體或生成另一模式。將治療裝置150固定在從成像換能器152獲取信號(hào)所產(chǎn)生的圖像中確定的理想位置上，同時(shí)使hifu換能器154的焦域以一種燒蝕基本治療區(qū)、從而生成圍繞治療區(qū)的殼體或生成基本治療區(qū)另一模式的方式移動(dòng)。

治療裝置150可連接至治療系統(tǒng)的其它部件，包括要操作成像換能器152并產(chǎn)生組織區(qū)圖像所需的成像處理器和顯示器。還包括驅(qū)動(dòng)hifu換能器所需的信號(hào)源，以及以某種模式來(lái)定位hifu換能器的焦域、以生成理想模式的基本治療區(qū)的計(jì)算機(jī)，所述理想模式例如圍繞組織區(qū)的殼體。

圖6展示了用hifu信號(hào)治療內(nèi)部人體組織的更詳細(xì)的機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，該機(jī)構(gòu)用于在殼體或其它模式內(nèi)生成一串基本治療區(qū)。治療裝置150包括hifu換能器154。在圖示示例中，hifu換能器154具有由包括換能器頭的壓電元件的曲率所界定的固定焦域。不明顯反射hifu信號(hào)的柔性膜設(shè)置在hifu換能器前方，以形成可引入、存儲(chǔ)和/或循環(huán)液體的室。例如水或除氣水(de-gassedwater)這樣的液體隨后填入該液體室，并包圍換能器154以用作組織的聲耦合劑。端口156將所述治療裝置連接至泵，以使恒定體積的液體圍繞hifu換能器流動(dòng)。

為調(diào)節(jié)投送至患者的hifu信號(hào)焦域的深度，線性執(zhí)行器160或電機(jī)通過(guò)螺桿或其它機(jī)構(gòu)使hifu換能器154在治療裝置150的外殼內(nèi)升高或降低。通過(guò)調(diào)節(jié)換能器154在殼體內(nèi)的高度，可控制hifu信號(hào)在人體內(nèi)的投送深度。

另外，治療裝置150包括偏移軸承170；當(dāng)通過(guò)電機(jī)168旋轉(zhuǎn)時(shí)，該偏移軸承170擺動(dòng)軸172的一個(gè)端部以圍繞偏移軸承170的中心旋轉(zhuǎn)。hifu換能器154通過(guò)可滑動(dòng)軸承連接至軸172的另一端部。線性執(zhí)行器164或電機(jī)將圍繞軸172的球形軸承174置于朝向或遠(yuǎn)離偏移軸承170的位置上。球形軸承174在軸172上的位置控制著hifu換能器154的焦域的角度方位。

如圖6a和6b所示，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)168的軸，以及通過(guò)調(diào)節(jié)球形軸承174沿軸172的長(zhǎng)度的位置來(lái)改變hifu換能器焦域的角度方位，可在人體內(nèi)各深度處生成由燒蝕圓柱體和/或球體構(gòu)成的燒蝕組織的圓環(huán)或環(huán)形模式。

如果電機(jī)164和168以具有約90度相位差的信號(hào)在理想角度上同步來(lái)回旋轉(zhuǎn)，則hifu換能器的焦域?qū)⒗L出偏離治療裝置150中心軸的近似圓形圖案，以在人體內(nèi)的理想位置生成基本治療區(qū)，如圖6b所示。通過(guò)持續(xù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)168，同時(shí)球形軸承174距離電機(jī)168最遠(yuǎn)，基本治療區(qū)可生成在殼體的頂部和底部，具體取決于焦域深度。

在一個(gè)實(shí)施例中，為治療理想組織區(qū)，醫(yī)生使用成像換能器152獲取組織區(qū)圖像，并調(diào)節(jié)圖像上標(biāo)記環(huán)的半徑，或使用其它一些圖形用戶(hù)界面或鍵盤(pán)界定理想殼體的邊界。基于標(biāo)記環(huán)的半徑，計(jì)算機(jī)計(jì)算出要在人體內(nèi)生成的燒蝕殼體的體積或形狀。治療裝置150內(nèi)的hifu換能器和電機(jī)隨后被激活，以對(duì)某種模式的基本治療區(qū)進(jìn)行燒蝕，從而形成圍繞或封裝該組織區(qū)或其它一些理想模式的基本治療區(qū)的殼體。當(dāng)生成基本治療區(qū)時(shí)，hifu換能器的焦域可持續(xù)移動(dòng)，直到治療區(qū)被燒蝕，或者，焦域可移至圍繞基本治療區(qū)周界的離散位置，并施加hifu信號(hào)以生成基本治療區(qū)。

在另一實(shí)施例中，同時(shí)操作調(diào)節(jié)焦域深度的線性執(zhí)行器160、調(diào)節(jié)hifu換能器角度的線性執(zhí)行器164和使軸172旋轉(zhuǎn)的電機(jī)168，以生成如圖4c所示類(lèi)型的螺旋形殼體燒蝕模式。

在隨后的治療中，可對(duì)患者注入造影劑，以便醫(yī)生確定目標(biāo)組織區(qū)內(nèi)的血液灌注已適當(dāng)減輕或消除了?！盁o(wú)灌注”充分表明所治療的組織區(qū)將經(jīng)受(或已經(jīng)受)缺血性壞死。這種造影劑是本領(lǐng)域中公知的，用于包括超聲波、mri、x光、ct等的各種成像形式。

應(yīng)當(dāng)理解，還可使用其它機(jī)構(gòu)來(lái)選擇性地定位hifu換能器的焦域、以生成基本治療區(qū)并治療理想組織區(qū)。圖6c和6d展示了另一替代性實(shí)施例，其中換能器180通過(guò)一對(duì)線性執(zhí)行器182和184在兩個(gè)正交方向上(x,y)移動(dòng)。線性執(zhí)行器可以是驅(qū)動(dòng)渦輪或其它機(jī)構(gòu)的電機(jī)，且線性執(zhí)行器由計(jì)算機(jī)控制，以按理想方式移動(dòng)hifu換能器180的焦域的位置。可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制第三電機(jī)或執(zhí)行器(未圖示)，以改變換能器180的高度，從而改變焦域的深度。

圖7展示了對(duì)應(yīng)于本文一個(gè)實(shí)施例的hifu超聲治療系統(tǒng)的基本框圖。在該實(shí)施例中，患者治療裝置同時(shí)包括hifu換能器154和超聲成像換能器152。這兩個(gè)換能器可以是如圖6所示的分離式設(shè)備，或可以是一體式設(shè)備，其中hifu和成像超聲元件位于同一換能器頭上?？刂瞥上窈蚳ifu換能器的操作的是系統(tǒng)控制器200，該系統(tǒng)控制器200可包括一個(gè)或多個(gè)具有通用或?qū)Ｓ贸绦虻奶幚砥?，以?zhí)行上述功能。系統(tǒng)控制器200向hifu控制單元202提供控制信號(hào)，該hifu控制單元202選擇由hifu換能器154提供的hifu信號(hào)的功率。

在一個(gè)實(shí)施例中，操作功率等級(jí)是通過(guò)發(fā)射多個(gè)不同功率等級(jí)的測(cè)試信號(hào)并對(duì)所發(fā)射的測(cè)試信號(hào)生成的回聲信號(hào)進(jìn)行解析而選擇的。當(dāng)觀察到回聲信號(hào)的理想特征時(shí)，例如在回聲信號(hào)內(nèi)檢測(cè)到不同基頻和諧振成分上的特定功率分布時(shí)，用于hifu治療的這一操作功率等級(jí)便被選擇。以下將詳細(xì)描述用于基于譜功率分布的預(yù)治療聲學(xué)評(píng)估而選擇操作功率等級(jí)的具體實(shí)施例。關(guān)于可能的選擇和控制hifu功率的方法的更多細(xì)節(jié)可在申請(qǐng)日為2009年8月6日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)12/537,217(美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2010/0036292)中找到，在此以引用的方式并入該申請(qǐng)。

成像換能器152通過(guò)成像超聲控制器204進(jìn)行控制，該成像超聲控制器204包括傳統(tǒng)的超聲部件，例如發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)、波束形成器、射頻放大器和信號(hào)處理器。超聲控制器204的輸出反饋至超聲信號(hào)處理器210，以產(chǎn)生用于在視頻監(jiān)控器212或其它顯示設(shè)備上顯示的超聲圖像信號(hào)。所述圖像信號(hào)可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(dvd、錄像帶等)中、由打印機(jī)打出或以其它方式存儲(chǔ)，以便后續(xù)診斷或分析。

計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)向器205(或位置控制)由系統(tǒng)控制器200控制，以生成多個(gè)基本治療區(qū)來(lái)治療理想組織區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)向器205機(jī)械式調(diào)節(jié)hifu換能器154的角度方位或x,y位置以及焦域深度，以使hifu能量聚集在理想位置。在另一實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)向器205電動(dòng)調(diào)節(jié)hifu換能器154焦域的角度方位或x,y位置以及hifu換能器154焦域的深度，以生成基本治療區(qū)。

通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)214，醫(yī)生或其助手能將hifu能量選擇性地投送至患者，以治療組織區(qū)。另外，醫(yī)生可使用控制面板216上的一個(gè)或更多控制鍵手動(dòng)改變治療區(qū)的尺寸和形狀以及系統(tǒng)其它功能。

在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括圖像位置控制器220，其改變成像換能器152的方位，使醫(yī)生能夠以不同角度或在不同平面上查看要治療的理想目標(biāo)組織區(qū)。圖像位置控制可以是機(jī)械式或電動(dòng)式的，且可由系統(tǒng)控制器200進(jìn)行控制。

圖7所示的系統(tǒng)無(wú)需使用溫度數(shù)據(jù)或其它反饋控制來(lái)對(duì)組織進(jìn)行治療。由于不需要溫度數(shù)據(jù)或反饋控制，因此也不需要例如mri機(jī)器這樣的數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)。這使本文的系統(tǒng)能做到足夠小，以便在醫(yī)生辦公室中使用。

如上所述，如果在使治療信號(hào)在組織內(nèi)為非線性的那些功率等級(jí)上投送hifu治療信號(hào)，則確定能同時(shí)獲得兩方面的顯著優(yōu)勢(shì)：減少了生成創(chuàng)口所需時(shí)間，提高了創(chuàng)口的均一性。在上述一個(gè)實(shí)施例中，是基于在基頻的一個(gè)或多個(gè)諧振上檢測(cè)到的能量而選擇用于治療組織的功率等級(jí)的。另一種用于檢測(cè)相同效應(yīng)的方式是，測(cè)量在所施加功率變化的情況下治療信號(hào)基頻的能量向基頻諧振的轉(zhuǎn)換，所測(cè)得的轉(zhuǎn)換結(jié)果用作一種選擇治療信號(hào)的功率等級(jí)的方法。

圖10展示了從焦域背向散射的、保留在hifu治療信號(hào)的基頻中的能量與投送至hifu換能器的電功率的變化之間的關(guān)系曲線300。該例中的曲線在約200w時(shí)達(dá)到常規(guī)最大值1.0，在該處所檢測(cè)到的背向散射信號(hào)中幾乎全部能量(100％)都包含在基頻中。然而，隨著所投送電功率的增大，能量從基頻轉(zhuǎn)換至基頻諧振，因而所保留的基頻能量(fundamentalenergyretained,fer)減少了。例如在圖10中，當(dāng)施加功率為1500w時(shí)，約0.75的fer值表示75％的焦域信號(hào)保留在基頻，而其余25％已轉(zhuǎn)換為諧振頻率。如以下將詳述的，fer曲線300可用于選擇用于治療患者的hifu信號(hào)的發(fā)射功率。取決于組織差異水平，fer曲線可以是用于確定正確療法所需的唯一信息。

在一個(gè)實(shí)施例中，fer曲線300是這樣計(jì)算出的：對(duì)治療部位施加不同功率等級(jí)的多個(gè)測(cè)試信號(hào)，檢測(cè)接收到的背向散射信號(hào)，并確定背向散射信號(hào)中能量的頻率分布與像線性系統(tǒng)那樣對(duì)組織進(jìn)行操作時(shí)將有的分布有何不同。例如，對(duì)于線性系統(tǒng)模型，如果電功率為500w的測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生的是接收的背向散射信號(hào)中基頻的能量x，則1000w施加電功率將產(chǎn)生基頻能量2x。任何來(lái)自2x的變化都是從線性系統(tǒng)衍生而來(lái)的，因此這種變化與多少能量轉(zhuǎn)換為諧振頻率能量是相關(guān)的。

在fer曲線300中，區(qū)域302內(nèi)的曲線上的那些點(diǎn)與信噪比(signaltonoise,s/n)相關(guān)，該信噪比可使數(shù)據(jù)變得不可靠。類(lèi)似地，區(qū)域306內(nèi)的曲線上的那些點(diǎn)是在組織可能空化的那些功率等級(jí)上產(chǎn)生的。由于組織因空化而改變狀態(tài)，因此，在該功率等級(jí)上接收的背向散射信號(hào)在確定有多少能量轉(zhuǎn)換為治療信號(hào)基頻諧振時(shí)可能是不可靠的。

為確定要治療組織單元而應(yīng)當(dāng)向患者施加的功率的量，有必要確定所施加的功率有多少實(shí)際投送至焦域。然而，在一些情形中，識(shí)別與所需fer值相關(guān)的功率等級(jí)便足以確定合適的施加功率。如果需要附加的信息，則可通過(guò)測(cè)量治療信號(hào)在hifu換能器與焦域之間的衰減而獲取實(shí)際投送至焦域的估計(jì)功率值。圖11展示了hifu換能器與hifu換能器焦域之間的估計(jì)衰減值與所施加的發(fā)射功率變化之間的關(guān)系曲線圖。在以下將詳述的一個(gè)實(shí)施例中，圖10所示的fer曲線300和圖11所述的曲線350用于選擇治療功率等級(jí)。

圖12展示了圍繞焦域的基頻所含能量與所施加電功率的變化的關(guān)系曲線360。曲線370描繪了基頻諧振所含能量隨圍繞焦域所施加的電功率改變的變化，曲線380描繪了施加至圍繞焦域的組織的總能量(即，基頻和諧振的功率)與所施加功率改變的關(guān)系圖。

在一個(gè)實(shí)施例中，曲線370用于選擇hifu信號(hào)的治療功率。例如，從動(dòng)物試驗(yàn)或其它來(lái)源獲取的經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)可用來(lái)選擇應(yīng)當(dāng)在基頻諧振上投送至組織的理想功率。在活體豬大腿上進(jìn)行的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)焦域中功率為100到200w的諧振能量與在此所述的聲波形時(shí)間結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)一起使用時(shí)，產(chǎn)生均勻的壞死基本治療區(qū)，同時(shí)對(duì)旁側(cè)組織幾乎不造成損傷。曲線370用于確定要產(chǎn)生100到200w諧振能量，治療信號(hào)的輸入電功率應(yīng)當(dāng)多大。在圖示趨向中，1000到1700w之間的輸入功率將產(chǎn)生100到200w的諧振能量。因此，通過(guò)了解要治療的組織的fer和衰減曲線，以及要投送至組織的諧振能量的理想等級(jí)，可確定應(yīng)當(dāng)施加多少治療功率。

以下描述了幾種用于確定fer和衰減曲線的方法。圖13為信號(hào)處理流程圖，展示了用于計(jì)算對(duì)應(yīng)于本文技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的fer曲線的步驟。在步驟400，確定了hifu輸出所用的測(cè)量單位(通常是發(fā)射功率等級(jí))。例如，發(fā)射功率等級(jí)可從數(shù)字化的發(fā)射信號(hào)的電流和電壓波形計(jì)算，或從發(fā)射信號(hào)的電流或電壓波形結(jié)合hifu換能器的阻抗計(jì)算。如果系統(tǒng)狀態(tài)是已知且穩(wěn)定的，則在計(jì)算fer曲線時(shí)其初始狀態(tài)可再次使用。

在步驟410，來(lái)自以不同功率等級(jí)發(fā)射的多個(gè)測(cè)試信號(hào)的射頻背向散射信號(hào)被檢測(cè)并數(shù)字化，再存儲(chǔ)在內(nèi)存或計(jì)算其它機(jī)可讀介質(zhì)中。在步驟412，選擇要詢(xún)問(wèn)的深度范圍，該范圍包括圍繞hufu換能器焦域的區(qū)域。在步驟414，對(duì)射頻背向散射信號(hào)進(jìn)行了過(guò)濾，以確定發(fā)射信號(hào)基頻的能量。

在步驟416，確定要在基頻上獲取具有良好信噪比的背向散射信號(hào)所需的最小發(fā)射功率?？赏ㄟ^(guò)最近鄰關(guān)聯(lián)或通過(guò)確定在窗口中檢測(cè)到的功率與激勵(lì)功率改變?cè)诤翁帪榫€性相關(guān)來(lái)確定上述最小發(fā)射功率。在步驟418進(jìn)行計(jì)算以確定組織中開(kāi)始發(fā)生空化的發(fā)射功率等級(jí)。這種功率等級(jí)可使用例如模板方法、最近鄰關(guān)聯(lián)或噪聲層計(jì)算來(lái)確定。這些技術(shù)對(duì)超聲信號(hào)處理領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言都是已知的。

在步驟420，確定各種發(fā)射功率上滑動(dòng)窗口中的基頻能量。所述窗口的尺寸通常由發(fā)射脈沖的屬性確定，可根據(jù)用戶(hù)輸入、從內(nèi)存中調(diào)取或動(dòng)態(tài)計(jì)算的方式進(jìn)行選擇。確定窗口中基頻的能量，隨后窗口移至下一數(shù)據(jù)點(diǎn)集。得出的是組織中各種深度處的基頻能量與發(fā)射功率改變之間的表面曲線424。

在步驟426，確定深度范圍內(nèi)每一深度的反向散射信號(hào)中的保留的基頻能量(fer)。在一個(gè)實(shí)施例中，將特定深度的反向散射信號(hào)中所含的基頻能量與像線性系統(tǒng)那樣對(duì)組織進(jìn)行操作時(shí)的預(yù)期能量相對(duì)比。預(yù)期能量eexp可這樣確定：使在足以產(chǎn)生具有良好信噪比的信號(hào)的較低功率pl上檢測(cè)到的基頻能量e0，乘以待定發(fā)射功率ph除以除數(shù)pl所得的商。實(shí)際檢測(cè)到的基頻能量與預(yù)期能量eexp之間的差值用于產(chǎn)生局部fer值與深度和所施加功率之間的表面曲線428。

上述過(guò)程可在步驟430中重復(fù)進(jìn)行，以針對(duì)圍繞焦域的不同詢(xún)問(wèn)角度或位置。

在步驟432，為局部fer值獲取的結(jié)果針對(duì)每一詢(xún)問(wèn)角度(如果有的話)進(jìn)行復(fù)合(例如，通過(guò)求平均值)。將復(fù)合后的結(jié)果在多項(xiàng)式(可以是例如線性多項(xiàng)式的一階多項(xiàng)式)或其它數(shù)學(xué)定義的函數(shù)中進(jìn)行擬合。在一個(gè)實(shí)施例中，fer曲線被歸一化為一條曲線，這樣fer曲線的全部值都小于具有使能量從基頻轉(zhuǎn)換為基頻諧振的深度和功率等級(jí)的值。

應(yīng)當(dāng)理解，還有用于產(chǎn)生fer曲線的其它技術(shù)。例如，步驟414的濾波可通過(guò)數(shù)字fir(finiteimpulseresponse,有限脈沖響應(yīng))濾波器進(jìn)行，且可在步驟420進(jìn)行fft(fastfouriertransform,快速傅里葉變換)，以確定所接收到的背向散射信號(hào)中的基頻能量。類(lèi)似地，可在基帶通過(guò)使背向散射信號(hào)乘以載波信號(hào)、并應(yīng)用低通濾波器使剩余信號(hào)的振幅成為基頻所含能量的表征的方式進(jìn)行信號(hào)處理。

為選擇對(duì)應(yīng)于本實(shí)施例的治療功率，有必要了解組織表面所施加的功率有多少實(shí)際投送至焦域。為確定這一值，在計(jì)算機(jī)、例如系統(tǒng)控制器200中輸入程序，以估算從換能器到要治療的組織單元的組織路徑中的衰減。衰減值可從內(nèi)存中調(diào)取，所述內(nèi)存中存儲(chǔ)有基于先前實(shí)驗(yàn)或已知類(lèi)型組織的文獻(xiàn)研究的數(shù)值。然而，由于每個(gè)患者的生理狀況各不相同，也可基于組織對(duì)于一個(gè)或多個(gè)測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)而估算出衰減情況。

在圖14所示的實(shí)施例中，hifu信號(hào)在hifu換能器與目標(biāo)治療部位之間的衰減是通過(guò)施加不同功率等級(jí)的多個(gè)測(cè)試信號(hào)來(lái)確定的。在步驟502，hifu換能器施加的實(shí)際能量或是通過(guò)先前確定的測(cè)量值來(lái)確定，或是通過(guò)施加至換能器的數(shù)字化電流和電壓波形來(lái)確定。替代性地，如果換能器的阻抗已知，則可使用電流或電壓波形來(lái)計(jì)算功率。

作為對(duì)以不同功率等級(jí)發(fā)射的多個(gè)測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)，在步驟504檢測(cè)到多個(gè)射頻背向散射信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用具有寬帶寬的接收器(例如，成像換能器152)來(lái)檢測(cè)這種信號(hào)，該接收器能在例如發(fā)射信號(hào)的第二到第四個(gè)諧振上(如果可用，也可以是其它諧振)檢測(cè)信號(hào)。

在步驟512，選擇要測(cè)量的衰減的深度范圍。該深度范圍典型地包括換能器的焦域。在步驟514，選擇每一背向散射信號(hào)中包括所選深度范圍的窗口數(shù)據(jù)。在步驟516，系統(tǒng)控制器200或其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行fft或一些其它頻率分析，以確定背向散射信號(hào)第二到第四級(jí)或更高級(jí)諧振中存在有多少能量。隨后根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)來(lái)校正諧振能量，所述響應(yīng)例如由于前置放大器的滾降或檢測(cè)換能器的頻率響應(yīng)而產(chǎn)生。在步驟520，確定射頻背向散射信號(hào)在諧振上具有良好信噪比的投送功率。該功率很可能會(huì)大于在基頻產(chǎn)生具有良好信噪比所需的功率。在步驟518，也以上述方式確定空化開(kāi)始的能量等級(jí)。在步驟524，計(jì)算不同頻率下的能量與所施加的電功率的變化之間的表面曲線。在步驟526，計(jì)算每個(gè)諧振的能量與所施加的電功率的變化之間的關(guān)系。步驟510到526可在步驟528中重復(fù)，以針對(duì)不同的詢(xún)問(wèn)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，圍繞理想治療部位的10個(gè)點(diǎn)上都進(jìn)行了測(cè)量。

一旦確定了每個(gè)詢(xún)問(wèn)點(diǎn)的諧振能量與所施加的電功率的變化之間的關(guān)系，則對(duì)結(jié)果進(jìn)行復(fù)合，例如在步驟530求平均值。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，作出這樣的假定：諧振是從hifu換能器焦域中的周邊區(qū)域發(fā)出的，且主要因所施加的hifu信號(hào)的非線性傳播而生成。因此，假定諧振頻率信號(hào)僅在從焦域返回至檢測(cè)換能器的單向路徑上衰減。一般地，組織中產(chǎn)生的諧振的信號(hào)幅度應(yīng)當(dāng)經(jīng)歷滾降，這一點(diǎn)是已知的。例如，如果諧振的量已飽和，則滾降從1/n行為(其中n表示第n個(gè)諧振)后開(kāi)始。該滾降應(yīng)當(dāng)根據(jù)fer值而校正，且可由fer值確定。由于檢測(cè)到的諧振能量已根據(jù)接收到的電子檢測(cè)換能器的頻率響應(yīng)而校正，因此，一旦諧振等級(jí)根據(jù)當(dāng)前滾降而校正，則諧振峰值之間的任何幅度差都可歸因?yàn)樗p。在步驟532，確定在每一特定輸入功率等級(jí)上每一諧振的能量等級(jí)，并將該值在多項(xiàng)式(或線性多項(xiàng)式)中擬合。多項(xiàng)式的斜率除以信號(hào)被測(cè)點(diǎn)處組織路徑的全部長(zhǎng)度，得到hifu信號(hào)的衰減，該衰減的單位為db/mhz-cm。對(duì)于在獲取良好信噪比所需的最小功率與空化開(kāi)始的功率等級(jí)之間的其它所施加輸入功率，也進(jìn)行該計(jì)算。其結(jié)果是描繪衰減與所施加的輸入功率之間關(guān)系的衰減曲線。

在一些情形下，需要確定例如肌瘤自身的局部衰減值。如步驟544所示，hifu換能器可相對(duì)于組織而移動(dòng)或改變其焦域，并以上述方式確定新的衰減曲線。因此，任意給定輸入功率的局部衰減等于每一深度上的衰減差值乘以其各自深度再除以深度差。

一旦組織的fer曲線和衰減曲線已知，則合適的治療輸入功率可這樣確定：使輸入功率乘以位于要獲取良好信噪比所需的最小功率等級(jí)與空化開(kāi)始的功率等級(jí)之間的多個(gè)衰減曲線350。如圖12所示，利用衰減曲線350(圖11所示)來(lái)調(diào)整輸入功率的大小，得到圖12所示的曲線380。通過(guò)利用fer曲線300來(lái)調(diào)整曲線380的大小，從曲線380計(jì)算出曲線360。最后，諧振曲線370的功率可通過(guò)從曲線380中減去曲線360而計(jì)算出。從曲線370可確定如上所述的實(shí)現(xiàn)組織的理想諧振功率的必要適當(dāng)輸入功率。

應(yīng)當(dāng)理解，用于治療組織的治療信號(hào)的功率也可預(yù)確定，并基于待定組織已測(cè)量的特性從存儲(chǔ)器中調(diào)取。如果組織的局部衰減是已知的，則可使用基于先前研究的fer曲線來(lái)預(yù)測(cè)應(yīng)當(dāng)施加多少能量，以獲得治療部位的理想諧振能量。替代性地，如果待定組織的fer曲線已確定，則可基于先前研究來(lái)選擇治療功率。依賴(lài)于預(yù)確定的經(jīng)驗(yàn)性治療定位點(diǎn)的另一可選方式是，測(cè)量有效地非衰減的組織路徑中任意部分(例如，膀胱內(nèi)含的尿液)的高度，并從已知的經(jīng)驗(yàn)性確定的該組織深度功率值中減去適量的非衰減部分。例如，如果10cm的治療深度的組織路徑包含由膀胱中尿液構(gòu)成的2cm片段，則可施加經(jīng)驗(yàn)性確定的、用于8cm治療深度的功率值作為適當(dāng)?shù)膆ifu輸出等級(jí)的第一階近似值。

盡管闡釋和描述的示意性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下可作出各種改變。例如，盡管所公開(kāi)的實(shí)施例中用于生成燒蝕殼體的能量源是hifu，但也可使用其它能量源，例如輻射、激光、射頻、微波、冷凍消融等。一些能量源具有最低程度的侵入性，因此其必須通過(guò)導(dǎo)管、內(nèi)窺鏡或類(lèi)似工具投送至組織區(qū)。施加來(lái)自這些能量源的能量，燒蝕組織區(qū)的周界，以生成燒蝕殼體。在另一實(shí)施例中，hifu換能器可經(jīng)陰道或直腸插入人體。如果要治療的組織區(qū)從hifu換能器所在位置處是可見(jiàn)的，則可使用圖像傳感器而非超聲圖像傳感器來(lái)獲取組織的圖像。在一些實(shí)施例中，可使用另一類(lèi)成像設(shè)備，例如mri、x光、紅外線或類(lèi)似物，以一種使醫(yī)生能確定hifu正被投送至理想目標(biāo)組織區(qū)的區(qū)域的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)理想治療區(qū)的成像。因此，本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求及其等同例來(lái)確定的。