Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации



Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации
Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации
Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации
Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации
Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации
Терапия под управлением магнитно-резонансной визуализации

 


Владельцы патента RU 2538238:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Группа изобретений относится к медицине, а именно к терапевтической системе и способу мониторинга теплового воздействия на ткань организма. Система содержит блок MR-визуализации, выполненный с возможностью сбора MR-сигналов из тела пациента, расположенного в зоне обследования. Также система содержит блок теплового воздействия для локализации тепловой энергии внутри ткани тела. Система реализует способ мониторинга, заключающийся в первоначальном тепловом воздействии путем нагрева ткани тела в местоположении фокуса в объеме обследования. Далее проводят избирательный сбор MR-сигналов из первой плоскости изображения, при этом фокус теплового воздействия расположен в первой плоскости изображения. После чего реконструируют термографическое MR-изображение из MR-сигналов, собранных из первой плоскости изображения. Затем вычисляют базовое термографическое MR-изображение из температурного распределения в пределах по меньшей мере одной второй плоскости изображения, отличной от первой плоскости изображения. Далее проводят перемещение фокуса теплового воздействия в новое местоположение в пределах объема обследования, изменяют местоположение и/или ориентацию первой плоскости изображения в соответствии с новым местоположением фокуса теплового воздействия. Использование изобретения обеспечивает непрерывный мониторинг температуры в процессе, основанном на MR-термометрии, даже в ситуации, при которой фокус теплового воздействия перемещается. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области магнитно-резонансной (MR) томографии. Оно касается терапевтической системы, содержащей блок MR-томографии и блок теплового воздействия для сфокусированной воздействия тепловой энергии внутри ткани организма пациента. Кроме того, изобретение относится к компьютерной программе и способу мониторинга терапевтического теплового воздействия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как будет подробнее показано ниже, воздействие тепловой энергии все шире используется в медицине в качестве средства для омертвения пораженной ткани. Настоящее изобретение будет раскрыто в контексте терапевтического теплового воздействия с помощью фокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU). В HIFU-способе используются фазированные пьезоэлектрические преобразователи для генерирования сфокусированного ультразвукового луча. Однако следует отметить, что способ по изобретению равным образом может быть применена в сочетании с любым видом устройства для целенаправленного воздействия тепловой энергии. Примерами служат лазеры или радиочастотные антенны.

Терапевтическая система, содержащая ультразвуковой терапевтический блок и блок MR-визуализации, в общем, известна, например, из WO 2008/152542 A2. В данной известной системе блок MR-визуализации используется для контроля гипертермического воздействия, при помощи ультразвукового терапевтического блока.

Ультразвук становится все более и более желанным подходом для специальных терапевтических интервенционных процедур. В частности, фокусированный ультразвук высокой интенсивности в настоящее время используется в качестве подхода для проведения теплового терапевтического вмешательства применительно к фиброме матки, а также исследовался на возможность применения при лечении онкологических образований в печени, головном мозге, предстательной железе и других органах. Ультразвук также является объектом широких исследований в качестве средства для содействия лизису сгустков крови (сонотромболизис) и, как было показано, повышает эффективность существующих способов лечения, например, использования тканевого активатора плазминогена для больных с нарушением мозгового кровообращения. Еще одна область проведения активных исследований - доставка лекарственного вещества с участие ультразвука и генная терапия. Экспрессия протеинов в генной терапии и повышение доставляемости лекарственных препаратов при таргетной терапии имеют перспективы для лечения широкого круга заболеваний при минимальных побочных эффектах. Следующее практическое применение ультразвуковой терапии - неинвазивное лечение в косметологии, например удаление жировых отложений. Использование ультразвука во всех этих практических приложениях желательно, поскольку позволяет провести неинвазивное лечение глубоких тканей, оказывая малое влияние на расположенные над ними органы или не оказывая такого влияния вовсе.

В ультразвуковой терапии для абляции ткани целевая ткань облучается высокоинтенсивным ультразвуком, который поглощается и преобразуется в тепло, повышая температуру ткани. Когда температура превысит 55°С, происходит коагуляционный некроз ткани, приводящий к немедленному отмиранию клеток. Преобразователи, используемые при проведении терапии, могут находиться вне организма или могут вводиться в организм, например, через кровеносные сосуды, уретру, прямую кишку и т.д.

Магнитно-резонансная термометрия, основанная на сдвиге резонансной частоты протонов (PRFS) в воде, в настоящее время считается «золотым стандартом» для неинвазивного мониторинга абляционной термической терапии. Температурная зависимость резонансной частоты протона главным образом обусловлена вызванным температурой разрушением, растяжением или изгибом водородных связей в воде. Температурная зависимость для чистой воды составляет 0,0107 ppm на один градус по Цельсию, при этом температурная зависимость для тканей на водной основе близка к данной величине. Из-за того, что в устройстве MR-визуализации используется неоднородное магнитное поле, абсолютные измерения резонансной частоты протонов невозможны. Вместо этого изменения резонансной частоты протонов проводят путем первоначального получения MR-изображения перед поступлением тепла и вычитания этого базового термографического изображения из последующих измерений. Температурно-индуцированные изменения резонансной частоты протонов оцениваются путем замера изменений фазы MR-сигнала, или сдвига частоты, посредством по существу известных последовательностей MR-визуализации.

Проблемы возникают в тех случаях практического применения, когда ультразвуковой преобразователь перемещается для оказания терапевтического воздействия в различных точках. Перемещение преобразователя порождает изменения локального магнитного поля. Над фазовыми изображениями до и после перемещения нельзя выполнить операцию вычитания для расчета температурных значений. Один из способов избежать этой проблемы заключается в том, чтобы выжидать довольно продолжительное время после каждого перемещения ультразвукового преобразователя с целью позволить ткани охладиться до базового уровня (например, 37°C) перед следующим воздействием. Далее может быть получено новое базовое термографическое MR-изображение, перед тем как начнется обработка ультразвуком в новом местоположении и/или ориентации ультразвукового преобразователя. Недостаток данного способа заключается в том, что продолжительность воздействия существенно превышает необходимую в действительности.

Используемые в настоящее время последовательности действий при MR-термометрии не позволяют осуществить сбор температурных данных по объему в трехмерном пространстве для различных моментов времени. Вместо этого MR-термометрия в настоящее время ограничивается двумерными плоскостями изображений, тем самым обеспечивая разумные временные периоды корректировки для мониторинга воздействия. Расположение плоскостей изображений для MR-термометрии должно тщательно выбираться. Это вызвано требованием обеспечения безопасности, так чтобы ответственные анатомические структуры и здоровые ткани были защищены. Кроме того, необходимо убедиться, что намеченная область в достаточной степени нагрета, и ткань полностью подверглась абляции. В тех областях практического применения, в которых ультразвуковой преобразователь требуется перемещать, а терапевтическая процедура должна продолжаться без перерывов между обработками ультразвуком, как, например, в случае внутриполостных аппликаций, где имеет место вращательные перемещения преобразователя, плоскости изображений для MR-термометрии требуется постоянно перемещать и корректировать. Поскольку проведение терапии предполагает множество местоположений ультразвукового преобразователя и ориентаций, плоскости изображений, используемые для мониторинга температуры, невозможно выбрать для всех соответствующих местоположений и ориентаций преобразователя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Из вышесказанного ясно, что существует потребность в усовершенствованной терапевтической системе для HIFU-воздействий под управлением MR-визуализации. Следовательно, задача изобретения заключается в обеспечении непрерывного мониторинга температуры в процессе термического воздействия на основе MR-термометрии даже в ситуациях, при которых положение и ориентация ультразвукового преобразователя изменяются.

Согласно изобретению раскрыта терапевтическая система. Система по изобретению содержит:

блок MR-визуализации, выполненный с возможностью сбора MR-сигналов из организма пациента, расположенного в зоне обследования, а также

блок теплового воздействия для воздействия тепловой энергии внутри ткани организма. Система по изобретению выполнена с возможностью реализации этапов:

a) начала теплового воздействия путем нагрева ткани организма в местоположении фокуса в зоне обследования,

b) избирательного сбора MR-сигналов из первой плоскости изображения, при этом фокус теплового воздействия расположен в первой плоскости изображения,

c) реконструкции термографического MR-изображения на основе MR-сигналов, собранных из первой плоскости изображения,

d) вычисление базового термографического MR-изображения на основе температурного распределения в пределах по меньшей мере одной второй плоскости изображения, отличной от первой плоскости изображения,

e) перемещение фокуса теплового воздействия в новое положение в пределах объема обследования,

f) изменения местоположения и/или ориентации первой плоскости изображения в соответствии с новым положением фокуса теплового воздействия,

g) повтора этапов b) и c), при этом базовое термографическое MR-изображение, вычисленное на этапе d), используется для реконструкции термографического изображения на последующем этапе c).

Изобретение обеспечивает возможность непрерывного получения данных MR-термометрии в областях, необходимых для мониторинга терапии. В изобретении используется разреженный набор температурных данных, собранных только в нескольких двумерных плоскостях изображений. Подход, предложенный в изобретении, позволяет, чтобы положение и ориентация плоскости изображения сопровождали преобразователь без необходимости в ожидании, пока ткань охладится до базового уровня. Кроме того, в изобретении решены проблемы, возникающие из-за изменений локального магнитного поля вследствие перемещения преобразователя.

Будучи рассчитанным главным образом на внутриполостные аппликации, изобретение также может использоваться в других областях применения, в которых аппликатор, используемый для теплового воздействия, перемещается в различные местоположения и ориентации и воздействие должно продолжаться без перерывов между этапами терапии в различных точках и при различных ориентация.

Обычно перед началом фактического воздействия осуществляется сбор набора MR-изображений для планирования терапии. По завершению этих этапов планирования инициируется тепловое воздействие и начинается нагрев ткани, подвергаемой воздействию. Согласно изобретению мониторинг температуры на основе MR-термометрии выполняется в процессе лечения от первой (динамической) области, т.е. первой плоскости изображения, которая перемещается в соответствии с движением ультразвукового преобразователя. Кроме того, определена вторая (статическая) область, т.е. по меньшей мере одна вторая плоскость изображения, которая остается неподвижной в течение всей терапии. В процессе воздействия в первой и второй областях организма получают температурную информацию по существу через равные промежутки времени. Когда ультразвуковой преобразователь перемещается, это приводит к соответствующему перемещению фокуса теплового воздействия в новое местоположение в пределах зоны обследования. Положение и/или ориентация первой области, т.е. первой плоскости изображения, из которой непрерывно осуществляется сбор и реконструкция MR-термографических изображений, изменяется в соответствии с новым местоположением фокуса теплового воздействия. Распределение температуры в статической второй области, отслеженное до изменения фокуса теплового воздействия, теперь используется для получения распределения температуры в измененной первой области, т.е. после перемещения фокуса теплового воздействия. Это осуществляется путем расчета базового термографического MR-изображения из распределения температуры, полученного во второй области, и путем использования этого базового термографического MR-изображения на последующих этапах реконструкции изображения. В результате могут быть построены карты температур и визуально представлены пользователю терапевтической системы для участков изображений, которые не были выбраны заранее посредством пользовательского интерфейса системы. Вся процедура может повторяться несколько раз для последовательных положений и/или ориентаций ультразвукового преобразователя, при этом первая область изображения постоянно корректируется.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения базовое термографическое MR-изображение, используемое для последующей реконструкции изображения после изменения фокуса теплового воздействия, вычисляются на основе MR-сигналов, которые избирательно собраны из ранее выбранной статической второй области изображения до перемещения фокуса теплового воздействия. Таким образом, разреженный набор температурных данных собран в процессе терапевтического воздействия, что позволяет осуществлять мониторинг температуры в областях, которые не были предварительно выбраны пользователем.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления изобретения первая область изображения конгруэнтна со второй областью изображения после изменения положения и/или ориентации первой области изображения в соответствии с новым местоположением фокуса теплового воздействия. В данном варианте осуществления первая плоскость изображения расположена так, что фокус теплового воздействия расположен в первой плоскости, в то время как фокус последующего второго воздействия расположен во второй плоскости. MR-сигналы, собранные из второй плоскости во время первого воздействия, обеспечивают базовое термографическое MR-изображение в фокусе второго воздействия, тем самым создавая возможность непрерывного мониторинга температуры, после того как фокус переместился с участка первого воздействия на участок второго воздействия. Это предусматривает соответствующее планирование, причем несколько вторых плоскостей изображений выбираются в соответствии с последовательностью участков воздействия.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения используется набор из двух или более вторых плоскостей изображений, ориентированных по существу перпендикулярно первой плоскости изображения. Базовые термографические MR-изображения, используемые для этапов реконструкции изображения вслед за изменением местоположения и/или ориентации фокуса воздействия, в этом случае могут быть вычислены путем пространственной интерполяции термографических MR-изображений, реконструированных из MR-сигналов, собранных из набора вторых плоскостей изображений.

Посредством описанной системы по изобретению может быть реализован способ мониторинга теплового воздействия на ткань организма, при этом способ включает в себя:

избирательный сбор MR-сигналов из первой области организма,

реконструкцию термографического MR-изображения из MR-сигналов, собранных из первой области;

вычисление базового термографического MR-изображения из пространственного распределения температур во второй области организма;

изменение местоположения и/или ориентации первой области,

избирательный сбор MR-сигналов из измененной первой области,

реконструкцию термографического MR-изображения из MR-сигналов, собранных из измененной первой области, с использованием базового термографического MR-изображения, вычисленного из пространственного распределения температуры во второй области.

Способ по изобретению предпочтительно может быть реализован в большинстве имеющихся в настоящее время клинических HIFU-систем, работающих под управлением MR-визуализации. Для этой цели достаточно всего лишь использовать компьютерную программу, с помощью которой осуществляется управление системой, так чтобы она выполняла вышеописанные этапы способа по изобретению. Компьютерная программа может существовать либо на носителе информации (CD, DVD или USB-карта), либо может существовать в сети передачи данных, чтобы быть загруженной с целью инсталляции в соответствующем блоке управления терапевтической системы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На приложенных чертежах раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что чертежи представлены лишь с целью иллюстрации и не определяют границы изобретения.

На Фигуре 1 схематично показана терапевтическая система по изобретению.

На Фигуре 2 представлено вращательное перемещение трансуретрального ультразвукового преобразователя.

На Фигуре 3 показана диаграмма, где значения температуры являются функцией времени в местоположении, представленном на Фигуре 2.

На Фигуре 4 схематично показано продольное термографическое MR-изображение предстательной железы.

На Фигуре 5 схематично показаны пространственные расположения плоскостей изображений согласно изобретению.

На Фигуре 6 показано изменение плоскости изображения после поворота ультразвукового преобразователя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фигуре 1 показана терапевтическая система 1. Система содержит сверхпроводящие или резистивные катушки 2 главного магнита, так что вдоль z-оси, проходящей через зону обследования, создается по существу однородное, постоянное во времени главное магнитное поле.

Система для генерирования и манипуляции магнитным резонансом прикладывает последовательность радиочастотных импульсов и переключаемые градиенты магнитного поля для инвертирования или возбуждения ядерно-магнитных спинов, индуцирования магнитного резонанса, рефокусировки магнитного резонанса, управления магнитным резонансом, пространственного и иного кодирования сигналов магнитного резонанса, насыщения спинов и т.п. для выполнения MR-визуализации.

Конкретнее, градиентный импульсный усилитель 3 прикладывает импульсы тока к выбранным из одних градиентным катушкам 4, 5 и 6 для всего тела вдоль осей x, y и z объема обследования. Цифровой передатчик 7 передает RF-импульсы или пакеты импульсов через переключатель 8 передачи/приема на RF-катушку 9 объема всего тела с целью передачи RF-импульсов в объем обследования. Обычная последовательность MR-визуализации состоит из пакета сегментов RF-импульсов малой продолжительности, которые будучи объединены друг с другом и любыми приложенными градиентами магнитного поля обеспечивают выбранное управление ядерным магнитным резонансом. Радиочастотные импульсы используются для насыщения, возбуждения резонанса, инвертирования вектора намагничивания, рефокусировки резонанса или управления резонансом, а также выбора участка организма 10, расположенного в зоне обследования. Магнитно-резонансные сигналы также принимаются RF-катушкой 9 объема всего тела.

Для генерирования MR-изображений ограниченных областей тела 10, например, с помощью параллельной визуализации, смежно с областью, выбранной для визуализации, помещен набор локальных матричных RF-катушек 11, 12, 13. Матричные катушки 11, 12, 13 могут быть использованы для приема MR-сигналов, индуцированных RF-передачей между телом и катушкой.

Результирующие MR-сигналы принимаются RF-катушкой 9 зоны расположения всего тела и/или матричными RF-катушками 11, 12, 13 и подвергаются демодуляции с помощью приемника 14, который предпочтительно включает в себя предусилитель (не показан). Приемник 14 связан с RF-катушками 9, 11, 12 и 13 посредством переключателя 8 передачи/приема.

Главный компьютер 15 управляет градиентным импульсным усилителем 3 и передатчиком 7 для создания любой из множества MR-визуализаций, например эхо-планарной визуализации (EPI), эхо-объемной визуализации, градиентной и спин-эховой визуализации, визуализации на основе быстрого спин-эха и т.п. Для выбранной последовательности приемник 14 принимает одну или множество линий MR-данных в быстром следовании вслед за каждым RF-импульсом возбуждения. Система 16 сбора данных выполняет аналого-цифровое преобразование принятых сигналов и переводит каждую линию MR-данных в цифровой формат, пригодный для дальнейшей обработки информации. В современных MR-устройствах система 16 сбора данных представляет собой отдельный компьютер, который специализирован на сбор первичных данных изображения. В конечном счете, цифровые первичные данные изображения реконструируются в изображение посредством процессором 17 реконструкции изображений, который применяет преобразование Фурье или иные соответствующие алгоритмы реконструкции. MR-изображение может представлять планарный срез пациента, массив параллельных планарных срезов, трехмерный объем и т.п. Изображение далее сохраняется в памяти изображений, где оно доступно для преобразования срезов, проекций и других составляющих изображения в соответствующий формат для визуального отображения, например с помощью видеомонитора 18, представляющего читаемое человеком отображение результирующего MR-изображения.

Система 1 дополнительно включает в себя блок теплового воздействия, содержащий трансуретральный аппликатор 19, соединенный с блоком 20 ультразвукового управления. Блок 20 ультразвукового управления включает в себя управляющую электронику, а также двигатели для перемещения преобразователя аппликатора 19. Блок 20 ультразвукового управления соединен с главным компьютером 15 системы. Главный компьютер 15 инициирует тепловое воздействие и управляет движением ультразвукового преобразователя аппликатора 19. Преобразователь помещен в уретру тела 10 в верхне-нижнем ориентационном направлении относительно пациента и излучает ультразвуковую энергию по направлению к периферии предстательной железы. Таким образом, обеспечивается нагрев в единственной продольной плоскости, параллельной корпусу преобразователя. Чтобы выполнить абляцию всей предстательной железы преобразователь совершает поворот с помощью блока 20 ультразвукового управления путем дискретных угловых перемещений.

Как показано на Фигуре 2, MR-термометрические изображения в одной плоскости изображения, ориентированной трансверсально относительно уретры 21, показаны для двух различных угловых ориентаций ультразвукового преобразователя. Профили 22 температуры и тепловых доз отражают различные ориентации преобразователя.

С учетом Фигуры 2 и как показано на Фигуре 3, на диаграмме, представленной на Фигуре 3, показана температура в точке 23 в различные моменты времени, обычно с интервалом около одной секунды или более. На протяжении фазы нагрева MR-термометрическая визуализация обеспечивает разность температур в каждый момент времени. Температурные значения Т0 - T8 вычисляются по измеренному сдвигу фазы между последовательными MR-изображениями. Для вычисления температурного значения T0 принимается соответствующее базовое температурное значение (например, 37°C).

Вскоре после получения температурного значения T5 преобразователь совершает поворот. Соответствующий момент времени указан стрелкой на Фигуре 3. С этого момента температура в точке 23 начинает понижаться, как показано падением последующих температурных значений T5, T6, T7, T8. Вследствие перемещения преобразователя основанное на MR-термометрии изменение температуры от температурного значения T5 до T6 будет неточным, поскольку магнитное поле меняется до точки, когда фазовые изменения MR-сигналов не характеризуют температурное изменение. Невозможность измерить температурное значение T6 представляет собой проблему, т.к. предполагает, что все температурные значения после T5 не могут быть измерены.

Различные ориентации преобразователя (определяемые устройством управления двигателем ультразвукового блока 20 управления) передаются в главный компьютер 15 системы 1 (см. Фигуру 1). Главный компьютер 15 учитывает профиль акустической интенсивности в плоскости в новой ориентации преобразователя. На основе распределения акустической интенсивности в новой ориентации и распределения температуры в момент времени, предшествующий повороту преобразователя, биотепловое моделирование с использованием метода конечных разностей может быть применено для вычисления распределения температуры непосредственно после поворота преобразователя. Более простой альтернативой может стать применение справочной таблицы для изменений температуры в точке 23, полученной посредством предшествующего моделирования био тепловой энергии или с помощью искусственных экспериментов. Данные способы позволяют продолжить процесс мониторинга температуры на основе использования магнитного резонанса сразу после поворота преобразователя согласно изобретению. Нет необходимости в том, чтобы ткань могла охладиться до базового температурного значения перед последующими ультразвуковыми воздействиями. Доза тепла зависит от всей истории изменения температуры, а значит изобретение позволяет точно вычислить тепловую дозу после момента, в который преобразователь совершил поворот.

Имитация биотепловой энергии широко применяется в HIFU-приложениях. Такое моделирование может быть проведено априори с использованием номинальных значений характеристик тканей, при этом результаты могут сохраняться в виде справочных таблиц для каждой точки пространства. С другой стороны, моделирование может быть проведено в день проведения терапии на основе сведений о повышении температуры в ткани пациента по результатам теста, выполненного до проведения самого лечения. Кроме того, моделирования могут основываться на повышении температуры в первой ориентации преобразователя до совершения первого поворота. По альтернативному варианту значения температуры могут быть получены посредством искусственных, проведенных вне организма или проведенных ранее в живом организме исследований. Акустические и тепловые характеристики ткани для использования при моделировании могут быть оценены in situ с использованием неинвазивных подходов для оценки тепловых и акустических параметров на основе MR-термометрии (см. Cheng et al., «Tissue thermal conductivity by magnetic resonance thermometry and focused ultrasound heating», Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2002, vol. 16(5), pages 598-609). Таким образом, распределение температуры в подвергаемой воздействию области ткани может быть получено согласно изобретению. Учитывая сказанное, положение и/или ориентация плоскости изображения могут изменяться в соответствии с изменением фокуса теплового воздействия, не прерывая процедуру воздействия и мониторинга.

На Фигурах 4-6 будет показано, как температурные данные, соответствующие пространственному распределению, становятся доступны посредством использования статической и динамической плоскостей изображения для мониторинга температуры согласно изобретению. Возможная конфигурация плоскостей визуализации температуры показана на Фигуре 4. На Фигуре 4 показаны пять плоскостей 24, 25, 26, 27, 28 изображения, расположенных вокруг зоны нагрева преобразователя 29, представленного в виде наложения продольной плоскости 24 изображения. Показан профиль 22 температуры в плоскости 24 изображения. Продольная плоскость 24 образует первую плоскость изображения в смысловом значении, принятом в изобретении. Она проходит через преобразователь 29 вдоль уретры и покрывает плоскость, в которой акустическая энергия максимальна для соответствующей ориентации преобразователя. Когда преобразователь 29 совершает поворот, продольная плоскость 24 будет непрерывно корректироваться, чтобы оставаться ориентированной вдоль максимальных значений акустической энергии. Три плоскости 25, 26, 27 изображения образуют вторые плоскости изображения в смысловом значении, принятом в изобретении. Трансверсальные плоскости 25, 26, 27 изображения являются статическими. Их положение и ориентация не изменяются в процессе проведения терапии. Пятая плоскость 28 изображения используется для оценки безопасности. MR-термометрия в плоскости 28 гарантирует, что ближняя зона ультразвукового луча чрезмерно не нагревается, приводя к нежелательным эффектам, таким как образование полостей, закипание и повышенное затухание, которое может помешать ультразвуковому лучу распространиться до дальнего участка области. Другие возможные местоположения для оценки безопасности включают в себя стенку прямой кишки и нейроваскулярные узлы, которые должны быть защищены от теплового повреждения.

Данные температуры в разреженном множестве вторых плоскостей 25, 26, 27 изображения подвергается пространственной интерполяции для получения оценок температуры в дополнительных плоскостях изображения, в которых непосредственные измерения не проводятся. Таким образом, базовое MR-термометрическое изображение в положении и при пространственной ориентации откорректированной первой плоскости 24 изображения может быть вычислено перед началом нагрева при новом пространственном положении ультразвукового преобразователя 29. Такой подход проиллюстрирован на Фигуре 5, где показан коронарный срез предстательной железы 30. Сплошные линии представляют первую и вторую плоскости 24, 25, 26, 27 изображения, в то время как пунктирная линия 31 представляет интерполированное базовое MR-термометрическое изображение в откорректированном положении. Интерполированное базовое MR-термометрическое изображение получено из подвергнутых измерениям вторых плоскостей 25, 26, 27 изображения. Интерполяция может быть выполнена посредством любого соответствующего способа, такого как линейная интерполяция или интерполяция на основе сплайн-функции. Это позволяет продольной плоскости визуализации температуры сохранять параллельное положение с плоскостью обработки ультразвуком, не прерывая тепловую терапию и мониторинг температуры.

На Фигуре 6 показан поворот первой плоскости изображения. Ориентация первой плоскости изображения перед поворотом преобразователя 29 обозначена позицией 24. Ориентация после поворота преобразователя 29 обозначена позицией 24'. Карту температур в совершившей поворот первой плоскости 24' изображения получают согласно изобретению из непрерывных замеров температуры в статических трансверсальных плоскостях 25, 26, 27 изображения, как показано на Фигуре 5. Таким образом, плоскость 24 постоянно корректируется, чтобы сопровождать ориентацию преобразователя 29.

В другом (не показанном) варианте осуществления две различные продольные плоскости выбраны в качестве первой и второй плоскостей изображения в смысловом значении, принятом в изобретении. Плоскости изображения выстроены так, что первая плоскость изображения всегда расположена на месте фокуса теплового воздействия, в то время как другая (вторая) плоскость изображения расположена на месте следующего воздействия. Измерение температуры во второй плоскости изображения обеспечивает базовые значения температуры, которые могут быть использованы для непрерывного мониторинга температуры, когда фокус теплового воздействия перемещается с первого участка на второй участок.

1. Терапевтическая система (1), содержащая:
блок MR-визуализации, выполненный чтобы собирать MR-сигналы из тела (10) пациента, расположенного в объеме обследования,
блок (19, 20) теплового воздействия для локализации тепловой энергии внутри ткани тела (10),
при этом система выполнена для реализации этапов:
a) начала теплового воздействия путем нагрева ткани тела (10) в местоположении фокуса в объеме обследования,
b) избирательного сбора MR-сигналов из первой плоскости (24) изображения, при этом фокус теплового воздействия расположен в первой плоскости (24) изображения,
c) реконструкции термографического MR-изображения из MR-сигналов, собранных из первой плоскости (24) изображения,
d) вычисления базового термографического MR-изображения из температурного распределения в пределах по меньшей мере одной второй плоскости (25, 26, 27) изображения, отличной от первой плоскости (24) изображения,
e) перемещения фокуса теплового воздействия в новое местоположение в пределах объема обследования,
f) изменения местоположения и/или ориентации первой плоскости (24) изображения в соответствии с новым местоположением фокуса теплового воздействия,
g) повтора этапов b) и c), при этом базовое термографическое MR-изображение, вычисленное на этапе d), используется для реконструкции термографического изображения на последующем этапе c).

2. Система по п.1, дополнительно выполненная с возможностью вычислять базовое термографического MR-изображения на этапе d) из MR-сигналов, избирательно собранных из по меньшей мере одной второй плоскости (25, 26, 27) изображения.

3. Система по п.1, в которой первая плоскость (24) изображения конгруэнтна со второй плоскостью (25, 26, 27) изображения после изменения местоположения и/или ориентации на этапе f).

4. Система по п.1, в которой вторая плоскость (25, 26, 27) изображения ориентирована по существу перпендикулярно первой плоскости (24) изображения.

5. Система по п.1, дополнительно выполненная с возможностью сбора MR-сигналов из набора, состоящего из двух или более вторых плоскостей (25, 26, 27) изображения, причем базовое термографическое MR-изображение вычисляется на этапе d) путем пространственной интерполяции термографических MR-изображений, реконструированных из MR-сигналов, собранных из набора вторых плоскостей (25, 26, 27) изображения.

6. Система по п.1, дополнительно выполненная с возможностью повтора этапов с b) по f) несколько раз, при этом базовое термографическое MR-изображение, вычисленное в ходе каждого повтора на этапе d), используется для реконструкции термографического изображения на этапе c) соответствующего последующего повтора.

7. Система по п.6, в которой местоположение и/или ориентация упомянутой по меньшей мере одной второй плоскости (25, 26, 27) изображения остается неизменной в ходе повторов на этапах с b) по f).

8. Система по любому из пп.1-7, дополнительно выполненная с возможностью реконструкции термографических изображений из локального сдвига резонансной частоты протона.

9. Носитель информации, хранящий исполняемую компьютером программу, содержащую команды для:
инициирования теплового воздействия путем нагрева ткани тела,
избирательного сбора MR-сигналов из первой области тела,
реконструкции термографического MR-изображения из сигналов, собранных из первой области,
вычисления базового термографического MR-изображения из пространственного распределения температуры во второй области тела,
изменения местоположения и/или ориентации первой области,
избирательного сбора MR-сигналов из измененной первой области,
реконструкции термографического MR-изображения из сигналов, собранных из измененной первой области, путем использования базового термографического MR-изображения, вычисленного из пространственного распределения температуры во второй области.

10. Способ мониторинга теплового воздействия на ткань организма, включающий в себя:
избирательный сбор MR-сигналов из первой области организма,
реконструкцию термографического MR-изображения из MR-сигналов, собранных из первой области;
вычисление базового термографического MR-изображения из пространственного распределения температуры во второй области тела;
изменение положения и/или ориентации первой области,
избирательный сбор MR-сигналов из измененной первой области,
реконструкцию термографического MR-изображения из MR-сигналов, собранных из измененной первой области, путем использования базового термографического MR-изображения, рассчитанного из пространственного распределения температуры во второй области.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к управлению абляцией. Устройство (110) управления абляцией содержит секцию (115) мониторинга и секцию (120) управления для регистрации (S820) с помощью характеристической кривой (515) одного или более значений смещения, полученных при мониторинге смещения, и прекращения, в реальном времени, абляции в точке абляции, когда достигается заданный размер поражения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам ультразвуковой терапии. Система для подведения ультразвуковой терапии к ткани содержит ультразвуковой аппликатор, содержащий один или более преобразовательных элементов, работающих в режиме формирования изображения для формирования с перерывами изображения ткани, подлежащей лечению, множество линз с переменным фокусом, прикрепленных к одному или более преобразовательным элементам, причем управление фокусировкой каждой из множества линз осуществляется сигналом напряжения на линзе, контроллер перемещений ультразвукового аппликатора в одном из направления поворота и осевого направления и контроллер лечебной процедуры для приема сигналов изображений в качестве входных данных и управления сигналом напряжения, подаваемым на каждую из множества линз с переменным фокусом.

Изобретение относится к ультразвуковой машине для уменьшения жира и коррекции фигуры. Машина содержит облучающую головку, блок, несущий источник излучения, механическую руку, стол пациента, корпус подъемника, тачскрин и управляющие контуры.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для ультразвуковой трансуретральной терапии простаты. Датчик, совместимый с магнитно-резонансной аппаратурой, содержит аксиально поворотный ультразвуковой элемент, смежный с ним стержень, выполненный с возможностью обеспечения опоры для ультразвукового элемента и поворота вместе с ним, каналы для текучей среды, заключенные в стержень для циркуляции охлаждающей и акустической контактной текучей среды, акустическую мембрану, установленную для охвата ультразвукового элемента и удерживания акустической контактной и охлаждающей текучей среды, и неподвижный внешний кожух, скрепленный с акустической мембраной и выполненный с возможностью размещения ультразвукового элемента и стержня и обеспечения свободного поворота ультразвукового элемента и стержня в кожухе таким образом, что ультразвуковой элемент и стержень поворачиваются внутри внешнего кожуха и акустической мембраны.

Изобретение относится к средствам для ультразвуковой абляционной терапии. Машиночитаемый носитель данных для способа ультразвуковой абляции содержит коды для осуществления этапов, на которых получают первую визуализацию области, представляющей интерес, графически определяют границы планового целевого объема, выбирают формы ультразвуковых лучей из библиотеки форм ультразвуковой абляции, определенных осевыми и боковыми расстояниями до ультразвукового преобразователя, выполняют первую ультразвуковую абляцию первой части планового целевого объема, получают вторую визуализацию области после выполнения первой ультразвуковой абляции, вычисляют на ее основе формы ультразвуковой абляции, ограниченные индексированными осевыми и боковыми расстояниями в библиотеке, для абляции второй части объема лечения, выбирают другие формы ультразвуковой абляции из библиотеки форм, основываясь на второй визуализации и вычислении, и выполняют вторую ультразвуковую абляцию, по меньшей мере частично основываясь на выбранных других формах ультразвуковой абляции.

Изобретение относится к терапевтическим системам для выделения энергии в целевую точку. Система содержит терапевтический модуль для индуцированного нагрева целевой зоны, выполненный с возможностью измерения температуры в поле измерений целевой зоны, и управляющий модуль регулировки терапевтического модуля, выполненный с возможностью создания априорной оценки индуцированного нагрева перед выделениями энергии на основе измеренной температуры, причем последовательные выделения энергии разделены периодом охлаждения.

Изобретение относится к терапевтическим средствам для выделения энергии в целевую точку. Терапевтическая система содержит терапевтический модуль, выполненный с возможностью последовательных выделений энергии в целевую зону, причем последовательные выделения разделены периодом охлаждения, термометрический модуль, выполненный с возможностью измерения максимальной температуры в поле измерений, расположенном вне фокуса выделяемой энергии, и модуль управления, выполненный с возможностью регулировки периода охлаждения в зависимости от измеренной максимальной температуры вне фокуса во время периода выделения энергии перед периодом охлаждения.

Изобретение относится к устройствам для неинвазивного лечения патологий глаза. Устройство для лечения патологий глаза содержит по меньшей мере одно глазное кольцо, причем проксимальный конец глазного кольца выполнен с возможностью наложения на глазное яблоко, и генератор луча ультразвука, неподвижно установленный на дистальном конце глазного кольца.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам лечения патологии глаза фокусированным ультразвуком высокой интенсивности. Устройство содержит по меньшей мере одно глазное кольцо, проксимальный конец которого выполнен с возможностью наложения на глазное яблоко, и средства для генерации фокусированного ультразвукового пучка высокой интенсивности, установленные на дистальном конце глазного кольца.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам для отслеживания положения терапевтического ультразвукового преобразователя. Система содержит первое множество отслеживающих элементов, расположенных в первом положении с первой ориентацией относительно друг друга и поверхности излучения ультразвукового зонда, второе множество отслеживающих элементов, соединенных с пациентом во втором положении со второй ориентацией относительно друг друга и целевой области пациента, генератор слежения, привязанный к фиксированному положению с фиксированной ориентацией, излучающий энергию для отслеживания, системное управляющее устройство, соединенное датчиками слежения, генератором слежения и выполненное с возможностью соединения с терапевтическим ультразвуковым зондом и обнаружения, расположен ли терапевтический ультразвуковой зонд в допустимом положении с допустимой ориентацией относительно целевой области пациента, и включения подачи питания на терапевтический ультразвуковой зонд для начала, продолжения терапевтического воздействия и выключения подачи питания в ответ на отсутствие расположения зонда в допустимом положении и с допустимой ориентацией, и направитель для отслеживания, соединенный с терапевтическим ультразвуковым зондом и системным управляющим устройством, которое выполнено с возможностью управления направителем для обеспечения визуального представления положения и ориентации терапевтического ультразвукового зонда относительно целевой области посредством зрительного представления множества визуально концентрических форм, индикаторного элемента и указателей направления.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к терапевтическим устройствам для лечения пациента с использованием магнитных частиц. Устройство содержит первое средство нагревания, выполненное с возможностью нагревания первой области пациента, первое средство управления мощностью, направленной в первую область так, что мощность остается ниже порогового значения, средство нагревания частиц, выполненное с возможностью нагревания магнитных наночастиц внутри второй области пациента, используя изменяющееся во времени магнитное поле. При этом первая область содержит вторую область, а первое средство нагревания является ультразвуковым средством нагревания окружающей ткани до температуры, которая недостаточно высока, чтобы вызвать некроз клеток. Вторая область содержит, по меньшей мере, одну зону гипертермии, причем упомянутое первое средство нагревания выполнено с возможностью сначала увеличения температуры зоны гипертермии. Средство нагревания частиц выполнено с возможностью дополнительного нагревания любых магнитных наночастиц внутри второй области, вызывая, таким образом, увеличение температуры в зоне гипотермии, при этом ультразвуковое средство нагревания является блоком фокусированного ультразвука высокой интенсивности. Средство нагревания частиц дополнительно содержит средство создания магнитного поля, при этом терапевтическое устройство дополнительно содержит второе средство управления для управления средством нагревания частиц, где второе средство управления выполнено с возможностью управления местоположением второй области и приема данных планирования лечения пациента. Использование изобретения позволяет повысить эффективность лечения. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для ультразвуковой косметической обработки. Система для эстетической визуализации и обработки содержит ручной зонд, включающий первое управляющее устройство, обеспечивающее ультразвуковую визуализацию, второе управляющее устройство, обеспечивающее обработку ультразвуком, перемещающий механизм для направления обработки ультразвуком отдельных тепловых областей воздействия, и сменные преобразующие модули. Перемещающий механизм содержит магнитный соединитель, расположенный между ручным зондом и первым и вторым преобразующими модулями. Способ выполнения косметической процедуры на субъекте осуществляют с использованием системы для эстетической визуализации и обработки. Способ выполнения косметической обработки проводят системой для косметической обработки, содержащей управляющее устройство для управления функцией обработки ультразвуком, и ручной зонд, выполненный с возможностью направления обработки ультразвуком посредством обеспечения линейной последовательности отдельных тепловых областей воздействия и содержащий по меньшей мере первый и второй сменные преобразующие модули, каждый из которых содержит герметичный корпус, заполненный текучей средой с акустически прозрачным элементом, жидкую соединяющую среду и по меньшей мере один ультразвуковой преобразователь. Использование изобретения позволяет повысить эфективность косметической обработки. 8 н. и 27 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам лучевой терапии с магнитно-резонансным наведением. Терапевтическое устройство содержит систему нагревания ткани, систему магнитно-резонансной визуализации для получения данных магнитно-резонансной термометрии и данных магнитно-резонансного изображения от ядер субъекта, расположенных внутри визуализируемого объема, систему лучевой терапии для облучения субъекта согласно плану управления, причем облучаемый объем расположен внутри визуализируемого объема, и контроллер, выполненный с возможностью управления системой магнитно-резонансной визуализации для повторного получения и обновления данных магнитно-резонансной термометрии и данных магнитно-резонансного изображения во время исполнения плана управления, управления системой нагревания ткани, управления системой лучевой терапии для облучения облучаемого объема согласно плану управления, и модификации плана управления повторно во время исполнения плана управления с использованием обновленных данных магнитно-резонансного изображения, чтобы компенсировать движение субъекта. Система снабжена машиночитаемым носителем информации долговременного хранения и осуществляет способ согласно плану управления работой системы. Использование изобретений позволяет минимизировать воздействие ионизирующего излучения на здоровые ткани за счет компенсации движения субъекта. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к терапевтическим системам. Система содержит блок ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью облучения ультразвуком по меньшей мере части тела пациента с использованием ультразвука высокой интенсивности, причем блок ультразвуковой терапии содержит ультразвуковой облучатель, прикрепленный к столу пациента, служащему опорой для его тела, и размещенный под отверстием в столе для проведения лечения, и блок MP-визуализации, выполненный с возможностью получения MP-сигналов от части тела и реконструкции MP изображения по MP-сигналам, причем блок МР-визуализации содержит РЧ приемную антенну, целиком встроенную в стол пациента, расположенную по периферии отверстия для проведения лечения и полностью закрытую кожухом стола пациента. Использование изобретения позволяет повысить качество изображения близко к ультразвуковому облучателю и эксплуатационную пригодность терапевтической системы. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству управления системой абляции. Устройство включает абляционный блок, содержащий терапевтическую решетку и многоэлементную диагностическую решетку, помещенную софокусно с терапевтической решеткой, которая испускает терапевтический пучок переноса энергии для изменения механического свойства биологической ткани, и основанный на силе акустического излучения толкающий пучок для оценки эффектов терапевтического пучка. У терапевтического пучка имеется последняя по времени точка фокусировки. Устройство управления содержит комбинированный модуль согласующей схемы и многоканального усилителя, логический модуль запуска и управления и модуль многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных. Логический модуль запуска и управления выводит запускающие и управляющие сигналы для синхронизации выбора времени и электронного управления тремя типами акустических пучков, включающих терапевтические пучки, толкающие пучки и следящие пучки, которые перемежаются. Комбинированный модуль согласующей схемы и многоканального усилителя отвечает на запускающие и управляющие сигналы, подаваемые логическим модулем запуска и управления, для применения сигналов возбуждения к терапевтической решетке. Модуль многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных отвечает на запускающие и управляющие сигналы, чтобы электронным образом управлять следящим пучком для контроля изменения в конкретном местоположении, которое смещено от последней по времени точки фокусировки терапевтического пучка в по меньшей мере одном из направлений по азимуту и по подъему, и - к целевой периферии повреждения, формируемого терапевтическим пучком. Следящий пучок осуществляет слежение за изменением, обусловленным толчком упомянутой биологической ткани в ответ на основанный на силе акустического излучения толкающий пучок, отдельно от терапевтического пучка. Использование изобретения позволяет повысить точность при определении момента остановки абляции ткани в точке абляции. 14 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано для лечения лучевых язвенных ректитов. Для этого ежедневно, после очищения просвета прямой кишки микроклизмой с фурациллином в прямую кишку с помощью одноразового шприца с насадкой на расстояние, соответствующее локализации язвенного поражения, вводят «ех tempore» составленную смесь, содержащую по 5 мг гидрогелевых салфеток «Колетекс-М» и «Колетекс СП-1» и 1 гр Салофальк в виде ректальной пены. Затем к язвенному повреждению стенки прямой кишки подводят ультразвуковой излучатель и проводят сеанс среднечастотного ультразвукового воздействия частотой 0,88 МГц, I = -1,0 Bm/см2, время экспозиции 10 минут, на ночь ежедневно в прямую кишку вводят свечу с облепихой. Проводят 10 таких лечебных процедур за один курс лечения. При этом с ритмом 2 раза в неделю проводят 5 пресакральных блокад, в том числе и в дни проведения сонодинамической терапии. Изобретение позволяет достичь эффективное лечения лучевого ректита у онкологических больных и улучшить качество их жизни. 1 пр.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковой хирургии. Устройство для неинвазивного локального разрушения биологической ткани состоит из фазированной решетки с непериодическим расположением излучающих элементов и центральным отверстием для установки датчика контроля очага воздействия, непериодическое расположение элементов обеспечивается размещением их по спирали, при этом размер элементов выбран из расчета не более 4 длин волн излучаемого ультразвука с заполнением элементами не менее 85% площади активной поверхности решетки. Способ неинвазивного локального разрушения биологической ткани заключается в том, что на ткань воздействуют импульсами фокусированного ультразвука в частотном диапазоне 0.2-3 МГц, генерируемыми фазированной решеткой с интенсивностью, обеспечивающей образование ударных фронтов с амплитудой 50-150 МПа в профиле волны в фокусе, генерация импульсов с интенсивностью, достаточной для образования ударных фронтов в фокусе, обеспечивается за счет использования фазированной решетки, а локальное разрушение тканей в очаге воздействия, обеспечивают электронным перемещением фокуса с угловым отклонением от оси решетки в пределах не менее чем ±8º, допуская при предельных перемещениях снижение интенсивности в фокусе не более чем на 50% по сравнению с максимальной интенсивностью. Применение данной группы позволит повысить эффективность разрушающего действия ультразвука в фокусе. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.
Наверх