Определение температуры с помощью картирования поля в1
Использование: для измерения температуры с помощью магнитно-резонансной визуализации. Сущность изобретения заключается в том, что медицинское устройство содержит систему магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнит с зоной визуализации для получения данных магнитного резонанса от пациента из зоны визуализации магнита. Медицинское устройство дополнительно содержит память для хранения исполнимых машиной команд. Медицинское устройство дополнительно содержит процессор для управления медицинским устройством. Исполнение команд инициирует выполнение процессором: получения данных магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации и определения карты температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1. Технический результат: обеспечение возможности получения достоверных результатов измерений температуры. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к измерению температуры с помощью магнитно-резонансной визуализации, в частности, к использованию измерения магнитного поля В1 для измерения температуры.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Магнитно-резонансная термометрия в зависимости от используемого метода может применяться для определения либо абсолютной температуры некоторого объема, либо изменения температуры. Для определения абсолютной температуры обычно измеряются несколько пиков магнитного резонанса. Способы измерения изменений температуры обычно быстрее и используются для выполнения измерений температуры при проведении теплотерапии. Например, магнитно-резонансная (MR) термометрия на основе сдвига резонансной частоты протона может применяться для построения карты температуры в воде внутри ткани во время процедуры абляции для регулирования процесса нагрева с использованием обратной связи.
При терапии высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком (HIFU-терапии) надежный контроль температуры в реальном времени с помощью магнитно-резонансной визуализации (MRI) необходим для обеспечения достаточного теплового некроза цели при одновременном недопущении перегрева и повреждения окружающих здоровых тканей. Для достижения достаточного временного и пространственного разрешения требуется быстрая визуализация предпочтительно с высоким пространственным разрешением при одновременном сохранении достаточного отношения сигнал-шум (ОСШ) для восстановления достоверных результатов измерений температуры.
В патентной заявке PCT WO 2007/017779 A2 описывается система, в которой с помощью напряженности магнитного поля индукции вычисляется распределение диэлектрической проницаемости и/или проводимости.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предлагаются медицинское устройство, способ эксплуатации медицинского устройства и компьютерный программный продукт в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления излагаются в зависимых пунктах формулы изобретения.
В вариантах осуществления настоящего изобретения может предусматриваться быстрое и точное средство измерения температуры с помощью магнитно-резонансной визуализации. В данном способе используется термография электрических свойств, а распределение температур проистекает из локальных электрических свойств, таких как локальная электрическая проводимость и/или диэлектрическая проницаемость. Проводимость и/или диэлектрическая проницаемость могут зависеть от температуры.
В вариантах осуществления изобретения может предусматриваться метод неинвазивной термографии, применимый для управления с использованием обратной связи методом гипертермической или гипотермической терапии, корректируемой по MR-изображениям.
Проводимость ткани зависит от приложенной частоты и температуры. Относительные изменения проводимости пораженного участка во время лечения с помощью радиочастотной (РЧ) энергии зависят от биохимических изменений и температуры ткани. Зависящие от температуры изменения проводимости и/или диэлектрической проницаемости могут использоваться для определения температуры тканей с помощью MRI.
Тепловая энергия может использоваться для лечения опухолей в таких органах, как печень и почка. При радиочастотной (РЧ) абляции, микроволновой абляции и гипертермической терапии используются проникновение и поглощение электромагнитных волн, которые зависят от проводимости ткани. Проводимость и диэлектрическая проницаемость ткани зависят от частоты и температуры. Относительные изменения проводимости пораженного участка во время лечения с помощью РЧ энергии зависят от биохимических изменений и от температуры ткани. Проводимость ткани является важным параметром во время онлайн лечения с помощью локального поглощения РЧ энергии. Хотя проводимость как функция частоты убедительно подтверждена документальными доказательствами, температурные эффекты проводимости во время лечения могут быть измерены с помощью Томографии на основе электрических свойств (ЕРТ) на основе MR. ЕРТ обеспечивает неинвазивное средство оценивания электрических свойств ткани, таких как проводимость. Она основана на измерении и последующей обработке комплексного активного компонента РЧ возбуждающего поля (В1).
«Машиночитаемый носитель информации» в данном контексте включает в себя любой материальный носитель информации, который может хранить команды, исполнимые процессором вычислительного устройства. Машиночитаемый носитель информации может называться машиночитаемым долговременным носителем информации. Машиночитаемый носитель информации может также называться материальным машиночитаемым носителем информации. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель информации, возможно, может хранить данные, доступ к которым может осуществляться процессором или вычислительным устройством. К примерам машиночитаемого носителя информации могут относиться, помимо прочего: гибкий магнитный диск, накопитель на жестких магнитных дисках, твердотельный накопитель, флэш-память, флэш-накопитель USB, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оптический диск, магнитооптический диск и регистровый файл процессора. К примерам оптического диска относятся компакт-диски (CD), универсальные цифровые диски (DVD), например диски CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R. Термин «машиночитаемый носитель информации» также относится к различным типам носителей информации, доступ к которым может осуществляться вычислительным устройством с помощью сети или линии связи. Например, данные могут извлекаться по модему, по интернету или по локальной сети.
«Компьютерная память» или «память» является примером машиночитаемого носителя информации. Компьютерная память представляет собой любую память, доступ к которой осуществляется непосредственно с процессора. К примерам компьютерной памяти относятся, помимо прочего: память ОЗУ, регистры и регистровые файлы.
«Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является примером машиночитаемого носителя информации. Компьютерное запоминающее устройство представляет собой любой энергонезависимый машиночитаемый носитель информации. К примерам компьютерного запоминающего устройства относятся, помимо прочего: жесткий диск, флэш-накопитель USB, накопитель на гибких магнитных дисках, микропроцессорная карточка, DVD, CD-ROM и твердотельный накопитель. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может также представлять собой компьютерную память и наоборот.
«Процессор» в данном контексте включает в себя электронный компонент, способный исполнять программу или исполнимую на машине команду. Ссылки на вычислительное устройство, включающие в себя «процессор», должны интерпретироваться как возможно содержащие более одного процессора или процессорного ядра. Процессор может, например, представлять собой многоядерный процессор. Процессор может также относиться к группе процессоров в однокомпьютерной системе или быть распределенным в многокомпьютерных системах. Термин «вычислительная система» должен также интерпретироваться как возможно относящийся к группе или сети вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Во многих программах команды выполняются множеством процессоров, которые могут находиться в одном и том же вычислительном устройстве или которые даже могут быть распределены во множестве вычислительных устройств.
«Пользовательский интерфейс» в данном контексте представляет собой интерфейс, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или вычислительной системой. «Пользовательский интерфейс» может также называться «человеко-машинным интерфейсом». Пользовательский интерфейс может выдавать информацию или данные оператору и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может обеспечивать ввод данных от оператора для приема их компьютером и может обеспечивать вывод данных пользователю от компьютера. Иными словами, пользовательский интерфейс может позволять оператору управлять или манипулировать компьютером, а интерфейс может позволять компьютеру показывать результаты управления или манипулирования оператора. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером выдачи информации оператору. Прием данных с помощью клавиатуры, мыши, шарового манипулятора, сенсорной панели, ручки координатно-указательного устройства, графического планшета, джойстика, геймпада, веб-камеры, гарнитуры, рычага переключения передач, рулевого колеса, педалей, перчатки виртуальной реальности, танцевального коврика, пульта дистанционного управления и акселерометра - примеры компонентов пользовательского интерфейса, которые обеспечивают прием информации или данных от оператора.
«Аппаратный интерфейс» в данном контексте включает в себя интерфейс, который позволяет процессору вычислительной системы взаимодействовать с внешним вычислительным прибором и/или устройством и/или управлять им. Аппаратный интерфейс может позволять процессору передавать управляющие сигналы или команды на внешний вычислительный прибор и/или устройство. Аппаратный интерфейс может также позволять процессору обмениваться данными с внешним вычислительным прибором и/или устройством. К примерам аппаратного интерфейса относятся, помимо прочего: универсальная последовательная шина, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, соединение по технологии Bluetooth, соединение по беспроводной локальной сети, соединение по протоколу TCP/IP, Ethernet-соединение, интерфейс управляющего напряжения, интерфейс MIDI, интерфейс аналогового ввода и интерфейс цифрового ввода.
«Дисплей» или «устройство отображения» в данном контексте включает в себя устройство вывода или пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, звуковые и/или тактильные данные. К примерам дисплея относятся, помимо прочего: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, Брайлевский экран, электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), запоминающая трубка, бистабильный дисплей, электронная бумага, векторный дисплей, плоскопанельный дисплей, вакуумный флуоресцентный дисплей (VF), светодиодные (LED) дисплеи, электролюминесцентный дисплей (ELD), плазменная индикаторная панель (PDP), жидкокристаллический дисплей (LCD), дисплеи на органических светодиодах (OLED), проектор и дисплей, устанавливаемый на голове.
Данные магнитного резонанса (MR) определяются в настоящем документе как зарегистрированные результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых спинами атома, с помощью антенны Магнитно-резонансного аппарата во время сканирования с магнитно-резонансной визуализацией. Изображение магнитно-резонансной визуализации (MRI) определяются в настоящем документе как восстановленная двумерная или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной визуализации. Такая визуализация может выполняться с помощью компьютера.
Данные магнитного резонанса могут включать в себя результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых спинами атома, полученные с помощью антенны магнитно-резонансного аппарата во время сканирования с магнитно-резонансной визуализацией, которые содержат информацию, которая может использоваться для магнитно-резонансной термометрии. Магнитно-резонансная термометрия действует за счет измерения изменений в температурно-чувствительных параметрах. К примерам параметров, которые могут измеряться во время магнитно-резонансной термометрии, относятся: сдвиг резонансной частоты протона, коэффициент диффузии или изменения во времени релаксации Т1 и/или Т2 могут использоваться для измерения температуры с помощью магнитного резонанса. Сдвиг резонансной частоты протона является температурно-зависимым, поскольку магнитное поле, воздействие которого испытывают отдельные протоны и атомы водорода, зависит от окружающей молекулярной структуры. Повышение температуры уменьшает молекулярное экранирование из-за температуры, влияющей на водородные связи. Это приводит к температурной зависимости резонансной частоты протона.
Плотность протонов линейно зависит от равновесного намагничивания. Следовательно, изменения температуры можно определять с помощью изображений, взвешенных по плотности протонов.
Величины времени релаксации Т1, Т2 и Т2 со звездочкой (иногда обозначается Т2*) также являются температурно-зависимыми. Следовательно, взвешенные по Т1, Т2 и Т2 со звездочкой изображения могут использоваться для построения тепловых карт или карт температуры.
Температура также влияет на броуновское движение молекул в водном растворе. Поэтому последовательности импульсов, способные измерять коэффициенты диффузии, например, импульсное спиновое эхо градиента диффузии, могут использоваться для измерения температуры.
Одним из наиболее полезных методов измерения температуры с помощью магнитного резонанса является измерение сдвига резонансной частоты протона (PRF) протонов воды. Резонансная частота протонов является температурно-зависимой. По мере изменения температуры в вокселе сдвиг частоты вызовет изменение измеренной фазы протонов воды. Следовательно, может быть определено изменение температуры между двумя фазовыми изображениями. Преимущество данного способа определения температуры состоит в том, что он является относительно быстрым по сравнению с другими способами. В настоящем документе способ PRF рассматривается подробнее, чем другие способы. Однако рассматриваемые в настоящем документе способы и методы применимы также к другим способам выполнения термометрии с использованием магнитно-резонансной визуализации.
Спектроскопические данные магнитного резонанса определяются в настоящем документе как зарегистрированные результаты измерений радиочастотных сигналов, излучаемых спинами атома, с помощью антенны магнитно-резонансного аппарата во время сканирования с магнитно-резонансной визуализацией, которые содержат информацию, описывающую множество резонансных пиков.
Спектроскопические данные магнитного резонанса могут, например, использоваться для осуществления способа картирования температуры на основе протонно-спектроскопической (PS) визуализации, который позволяет создавать карты температуры по абсолютной шкале. Поэтому такая карта температуры по абсолютной шкале может использоваться для выполнения калибровки температуры. Данный способ основан на физических принципах температурной зависимости сдвига резонансной частоты протона воды в качестве способа резонансной частоты протона, но способ сбора данных при этом иной: сдвиг частоты вычисляется по спектру магнитного резонанса. Сдвиг вычисляется по разности положений воды и пика эталонного протона. Например, в качестве эталона могут использоваться протоны в липидах, поскольку известно, что их резонансная частота почти не зависит от температуры, в то время как пик протона воды имеет линейную зависимость от температуры. Это может осуществляться в тех вокселах, в которых имеются оба типа ткани. Если вода и липиды не присутствуют в одном и том же вокселе, можно попытаться использовать в качестве эталона какой-либо иной тип ткани, отличный от липидов. В случае неудачи могут существовать вокселы, в которых отсутствуют эталонные пики и, следовательно, данные о температуре. Чтобы избежать таких ситуаций, может использоваться интерполяция и/или температурная фильтрация, поскольку обычно не предполагается, что температура тела быстро изменяется пространственно при сильно локализованном повышении температуры, обычно вызываемом теплотерапией, которая является очевидным исключением. Благодаря использованию эталонных пиков данный способ относительно независим от изменчивости поля или движения между сканами. Поскольку при использовании существующих способов сканирование занимает некоторое время, по меньшей мере, порядка одной минуты, способ PS чувствителен к движению в пределах скана или изменению температуры во время сканирования. В случае, если температура постоянна, либо изменение температуры невелико как по времени, так и в пространстве, данный способ может дать полезную информацию. Например, при применении Высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука с магнитным резонансом (MR-HIFU) способ PS может использоваться для получения реального распределения температуры тела перед запуском MR-HIFU или иного теплолечения в отличие от использования пространственно однородной начальной температуры, принимаемой в качестве температуры глубинной части тела, измеряемой температурным зондом. В соответствии с другим вариантом, способ PS может использоваться в качестве проверки работоспособности для накопленной температуры между лечебными нагревами за пределами области лечения.
«Ультразвуковое окно» в данном контексте включает в себя окно, которое способно передавать ультразвуковые волны или энергию. Обычно в качестве ультразвукового окна используется тонкая пленка или мембрана. Ультразвуковое окно может, например, изготавливаться из тонкой мембраны из BoPET (двуосно ориентированного полиэтилентерефталата).
В одном аспекте изобретения предлагается медицинское устройство, содержащее систему магнитно-резонансной визуализации для получения данных магнитного резонанса от пациента из зоны визуализации магнита. Система магнитно-резонансной визуализации содержит магнит, а магнит имеет зону визуализации. Медицинское устройство дополнительно содержит память для хранения исполнимых машиной команд. Медицинское устройство дополнительно содержит процессор для управления медицинским устройством. Исполнение команд инициирует получение процессором данных магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Данные магнитного резонанса карты поля В1 в данном контексте включают в себя данные или информацию, которые могут использоваться для построения карты поля В1. Данные магнитного резонанса карты поля В1 могут быть получены различными способами.
Способы получения карты амплитуды поля В1 хорошо известны, и любой из этих способов может использоваться. К примерам получения карты амплитуды поля В1 относятся, помимо прочего: основанная на подготовке намагниченности Турбо-последовательность FLASH (быстрой малоугловой съемки), способ двойного угла, в котором используется соотношение двух изображений, полученных при различных углах отклонения вектора намагниченности, измерение эффекта, вызываемого подготовительным импульсом насыщения в последовательности импульсов турбо- полевого эха (TFE), способ, основанный на принципе TESSA (Переход из равновесия в сбор данных в стационарном состоянии) для одновременного количественного анализа в организме карт амплитуды В1 и Т1.
Некоторые способы получения карты фазы поля В1 опубликованы, и любой из этих способов может использоваться. Карта фазы поля В1 основана на карте фазы стандартного MR изображения, которое, тем не менее, предпочтительно не содержит вклада со стороны нерезонансных эффектов, таких как неоднородности В0 и магнитная восприимчивость. При этом рекомендуется использовать, например, карты фазы одного из следующих типов последовательности магнитного резонанса: спиновое эхо, турбо-спиновое эхо, сбалансированное быстрое полевое эхо, точность в отсутствие стационарного состояния. Эти карты фазы содержат вклад со стороны как поля В1 (т.е., передачи РЧ), так и приема РЧ, поэтому они обычно называются картой фазы передачи-приема. Поскольку обычно предполагается, что эти два вклада равны по величине, оценка карты фазы поля В1 может быть получена путем деления карты фазы передачи-приема на два.
Выполнение команд дополнительно инициирует определение процессором карты температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1. Данный вариант осуществления может являться целесообразным, поскольку получаемые данные карты поля В1 могут использоваться для определения температуры, которая может использоваться или отображаться и может оказаться полезной врачу. Карта температуры может также использоваться для управления нагревательной системой.
В некоторых вариантах осуществления карта температуры и любое картирование магнитного резонанса карты поля В1 могут быть зависящими от пространства.
В некоторых вариантах осуществления карта температуры может определяться вычислением изменения температуры относительно начального измерения. В других вариантах осуществления для проводимости и/или диэлектрической проницаемости может использоваться таблица преобразования, которая вычисляется по карте поля В1.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует определение процессором карты фазы поля В1 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1. Карта фазы поля В1 в данном контексте представляет собой лишь фазовый компонент картирования поля или карты В1. Выполнение команд дополнительно инициирует вычисление процессором карты проводимости по карте фазы поля В1. Карта температуры определяется, по меньшей мере, частично, с помощью карты проводимости. В данном варианте осуществления проводимость может аппроксимироваться с помощью лишь фазовой компоненты карты поля В1. Вычисление приблизительной карты проводимости обеспечивает вычисление приблизительной карты температуры. Данный вариант осуществления может являться целесообразным, поскольку определение лишь карты фазы поля В1 может оказаться более быстрым, чем определение и фазового поля, и амплитуды В1. Это может приводить к более быстрому определению температуры.
Способ определения приблизительной карты проводимости с помощью фазовой информации В1 описан в работе T. Voigt с соавт. «Количественная визуализация проводимости в организме на основе фазовой информации В1», Труды 18-й ежегодной конференции Международного общества магнитного резонанса в медицине (ISMRM), стр. 2865, 2010 г.
В некоторых вариантах осуществления карта проводимости и получающаяся в результате карта температуры могут являться пространственно зависимыми. Определение карты фазы поля В1 может включать в себя лишь измерение фазы карты поля.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует определение процессором карты амплитуды В1 по данным магнитного резонанса карты поля В1. Выполнение команд дополнительно инициирует вычисление процессором карты диэлектрической проницаемости по карте амплитуды поля В1. Карта температуры определяется, по меньшей мере, частично с помощью карты диэлектрической проницаемости. Данный вариант осуществления может также являться целесообразным, поскольку для вычисления диэлектрической проницаемости используется лишь амплитуда карты В1. Карта диэлектрической проницаемости представляет собой приблизительную карту диэлектрической проницаемости, которая обеспечивает вычисление приблизительной карты температуры. Это может обеспечивать более быстрое определение карты температуры. В некоторых вариантах осуществления карта диэлектрической проницаемости и получающаяся в результате карта температуры могут являться пространственно зависимыми.
Способ определения приблизительной карты диэлектрической проницаемости с помощью амплитудной информации В1 описан в работе Katscher с соавт. «Определение диэлектрической проницаемости с помощью фантома и картирования В1 в организме», Труды 18-й ежегодной конференции Международного общества магнитного резонанса в медицине (ISMRM), стр. 239, 2010 г. ISMRM 18 (2010) 239.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует определение процессором карты амплитуды В1 и карты фазы В1 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1. Совокупность карты амплитуды В1 и карты фазы В1 представляет собой полное картирование или карту поля В1. Выполнение команд дополнительно инициирует вычисление процессором карты проводимости по карте фазы поля В1 и карте амплитуды поля В1. Выполнение команд дополнительно инициирует вычисление процессором карты диэлектрической проницаемости по карте фазы поля В1 и карте амплитуды поля В1. Карта температуры определяется, по меньшей мере, частично с помощью карты проводимости и диэлектрической проницаемости. В данном варианте осуществления проводимость определяется как по фазе, так и по амплитуде. Диэлектрическая проницаемость также вычисляется как по фазе, так и по амплитуде. И проводимость, и диэлектрическая проницаемость определяются более точно. Совокупность использования и проводимости, и диэлектрической проницаемости может обеспечивать более точное определение карты температуры.
В некоторых вариантах осуществления карта температуры определяется лишь с помощью карты проводимости, вычисляемой с помощью карты фазы поля В1 и карты амплитуды поля В1.
Еще в одном варианте осуществления карта температуры определяется лишь с помощью карты диэлектрической проницаемости, вычисляемой с помощью карты фазы поля В1 и карты амплитуды поля В1.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует получение процессором данных магнитного резонанса с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Выполнение команд дополнительно инициирует восстановление процессором данных изображения по данным магнитного резонанса. В некоторых случаях данные магнитного резонанса могут быть идентичными данным магнитного резонанса карты поля В1. Иными словами, они идентичны или они могут быть получены в то же время. Данный вариант осуществления может иметь преимущество, поскольку являться целесообразным получение данных изображения в то же время, когда определяется карта температуры.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует сегментацию процессором данных изображения. Для сегментации изображения процессор может использовать стандартный модуль или метод сегментации изображения. Сегментация данных изображения в данном контексте включает в себя деление изображения на различные области по типу ткани или органам. Выполнение команд дополнительно инициирует определение процессором карты типа ткани с помощью сегментированных данных изображения. Определение карты температуры калибруется, по меньшей мере, частично с помощью карты типа ткани. Данный вариант осуществления может являться целесообразным, поскольку если тип ткани известен, то проводимость и/или диэлектрическая проницаемость конкретного типа имеют известную температурную зависимость. Это может обеспечивать метод абсолютной калибровки определения карты температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1.
Сегментация изображения может выполняться с помощью модуля сегментации изображения. Сегментация изображения может являться пространственно зависимой.
Еще в одном варианте осуществления медицинское устройство дополнительно содержит дисплей. Способ дополнительно включает в себя этап отображения на дисплее карты температуры и данных изображения. Данный вариант осуществления может являться целесообразным, поскольку отображение на дисплее карты температуры и данных изображения может обеспечивать более точную или лучшую интерпретацию карты температуры и/или данных изображения. В некоторых вариантах осуществления карта температуры может быть наложена на данные изображения для обеспечения лучшей интерпретации карты температуры и/или данных изображения.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует оценку процессором удельной мощности поглощения электромагнитной энергии, вызываемой получением данных магнитного резонанса с помощью карты температуры. Удельная мощность поглощения может являться целесообразной при выполнении сканов с магнитно-резонансной визуализацией у пациента. При выполнении магнитно-резонансной визуализации антенна или катушка используется для генерирования поля В1 или поля возбуждения во время процесса выполнения магнитно-резонансной визуализации. Эти радиоволны или поле В1 могут вызывать радиочастотный нагрев участков пациента. В частности, с увеличением напряженности магнитного поля частота поля В1 также увеличивается. Если для поля возбуждения используется слишком высокая частота, это может приводить к нагреву участков пациента, что может быть вредным или опасным. Оценка удельной мощности поглощения может обеспечивать более безопасное получение данных магнитного резонанса.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует получение процессором спектроскопических данных магнитного резонанса. Выполнение команд дополнительно инициирует вычисление процессором тепловой карты калибровки с помощью спектроскопических данных магнитного резонанса. Определение карты температуры калибруется, по меньшей мере, частично с помощью тепловой карты калибровки. Данный вариант осуществления может являться особенно целесообразным, поскольку получение спектроскопических данных магнитного резонанса может обеспечивать абсолютное определение температуры. Тепловая карта калибровки может использоваться в качестве исходного уровня, а затем способ определения карты температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1 может использоваться для измерения изменения температуры относительно тепловой карты калибровки. Это может обеспечивать точное определение температуры у пациента.
Еще в одном варианте осуществления вычисление карты температуры калибруется, по меньшей мере, частично, с помощью предполагаемой тепловой карты калибровки. До получения каких-либо данных магнитно-резонансной визуализации или выполнения нагревания или охлаждения пациента может оказаться возможным формирование подходящей калибровки путем предположения температуры пациента. Это может быть осуществлено путем предположения постоянной температуры у пациента или с помощью области распределения температуры у пациента, типичной для нормальной физиологии.
Еще в одном варианте осуществления медицинское устройство дополнительно содержит нагревательную систему. Нагревательная система в данном контексте включает в себя систему для локального нагрева участка пациента. Для управления нагревательной системой может также использоваться процессор. Выполнение команд дополнительно инициирует прием процессором плана лечения, описывающего нагрев целевой зоны у пациента. План лечения в данном контексте может включать в себя план или механические управляющие воздействия, вырабатываемые врачом или иным медицинским работником, которые описывают управляющие воздействия, которые могут использоваться для формирования таких управляющих воздействий для управления нагревательной системой для нагрева целевой зоны у пациента.
Выполнение команд дополнительно инициирует нагрев процессором целевой зоны с помощью нагревательной системы. Управление нагревательной системой осуществляется в соответствии с планом лечения и картой температуры. Карта температуры может использоваться, чтобы помочь генерировать управляющие воздействия, которые используются таким образом, чтобы можно было руководствоваться этим планом лечения. Карта температуры может также использоваться, чтобы помочь защитить критические зоны у пациента, которые могут прилегать к целевой зоне или непреднамеренно нагреваться нагревательной системой. Например, при нагреве целевой зоны может оказаться желательным поддерживать в ткани, окружающей целевой зоны, температуру ниже предварительно заданной. Это может использоваться для контроля процесса нагрева целевой зоны, чтобы остановить нагревательную систему с целью предотвращения нагрева ей прилегающих областей. Карта температуры может также использоваться для обеспечения того, чтобы область пациента не нагревалась непреднамеренно, например, при применении высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука участки ближней зоны могут самопроизвольно нагреваться.
Еще в одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно инициирует многократное повторное получение процессором данных магнитного резонанса карты поля В1 и повторное вычисление им карты температуры. Выполнение команд дополнительно инициирует регулирование процессором нагрева целевой зоны с помощью повторно вычисленной карты температуры. Данный вариант осуществления может являться целесообразным, поскольку карта температуры используется для образования контура управления с целью более точного управления нагревательной системой.
Данный вариант осуществления может также включать в себя многократное определение карты амплитуды и/или фазы поля В1.
Еще в одном варианте осуществления нагревательная система представляет собой высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук.
Еще в одном варианте осуществления нагревательная система представляет собой радиочастотную нагревательную систему.
Еще в одном варианте осуществления нагревательная система представляет собой систему микроволновой абляции.
Еще в одном варианте осуществления нагревательная система представляет собой систему гипертермической терапии.
Еще в одном варианте осуществления нагревательная система представляет собой систему лазерной абляции.
Еще в одном варианте осуществления нагревательная система представляет собой систему инфракрасной абляции.
Еще в одном аспекте изобретения предлагается способ определения карты (646) температуры. Данный способ включает в себя этап получения (100, 200, 300, 400, 506) данных (642) магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Данный способ дополнительно включает в себя этап определения (102, 206, 306, 408, 512) карты (646) температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1.
Еще в одном аспекте изобретения предлагается способ эксплуатации медицинского устройства, содержащего систему магнитно-резонансной визуализации. Система магнитно-резонансной визуализации содержит магнит с зоной визуализации для получения данных магнитного резонанса от пациента в зоне визуализации. Данный способ включает в себя этап получения данных магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Данный способ дополнительно включает в себя этап определения карты температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1.
Еще в одном аспекте изобретения предлагается компьютерный программный продукт, содержащий исполнимый компьютером код для исполнения процессором, управляющим медицинским устройством. Компьютерный программный продукт может, например, храниться на долговременном машиночитаемом носителе. Медицинское устройство содержит систему магнитно-резонансной визуализации. Система магнитно-резонансной визуализации содержит магнит с зоной визуализации для получения данных магнитного резонанса от пациента. Пациент находится в зоне визуализации. Выполнение команд инициирует получение процессором данных магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Выполнение команд дополнительно инициирует определение процессором карты температуры с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже предпочтительные варианты осуществления изобретения описываются лишь в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 2 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 3 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 4 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 5 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 6 иллюстрирует медицинское устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 7 иллюстрирует медицинское устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 8 иллюстрирует медицинское устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 9 иллюстрирует медицинское устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 10 иллюстрирует медицинское устройство в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 11 изображен график температуры в зависимости от нормированной проводимости множества различных образцов, которые измеряются с помощью томографии электрических свойств; и
на фиг. 12 изображен график температуры в зависимости от нормированной диэлектрической проницаемости множества различных образцов, которые измеряются с помощью томографии электрических свойств.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Элементы с одинаковыми ссылочными позициями на этих чертежах либо являются эквивалентными элементами, либо выполняют одну и ту же функцию. Элементы, которые рассматривались выше, не обязательно будут рассматриваться на последующих чертежах, если их функция эквивалентна.
На фиг. 1 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На этапе 100 осуществляется получение данных магнитного резонанса карты поля В1. Далее на этапе 101 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1 определяется карта температуры.
На фиг. 2 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. На этапе 200 осуществляется получение данных магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации. Далее на этапе 202 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1 определяется карта фазы В1. В1 или поле возбуждения может быть представлено путем картирования, показывающего амплитуды и фазы. В этом случае используется только карта фазы В1. Далее на этапе 204 по карте фазы В1 вычисляется карта проводимости. Наконец, на этапе 206 с помощью карты проводимости определяется карта температуры.
На фиг. 3 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. Сначала на этапе 300 осуществляется получение данных магнитного резонанса карты поля В1. Далее на этапе 302 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1 определяется карта амплитуды. На этапе 304 по карте амплитуды В1 вычисляется карта диэлектрической проницаемости. Наконец, на этапе 306 с помощью карты диэлектрической проницаемости определяется карта температуры.
На фиг. 4 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. Сначала на этапе 400 осуществляется получение данных магнитного резонанса карты поля В1. Далее на этапе 402 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1 определяются карта амплитуды В1 и карта фазы В1. Далее на этапе 404 по карте амплитуды В1 и карте фазы В1 вычисляется карта диэлектрической проницаемости. Далее на этапе 406 по карте амплитуды В1 и карте фазы В1 вычисляется карта проводимости. Этапы 406 и 406 могут выполняться в любом порядке. Наконец, на этапе 408 с помощью карты диэлектрической проницаемости и карты проводимости определяется карта температуры. Существуют также альтернативные варианты осуществления этого способа. Этапы 404 и 406 могут быть исключены. В этом случае карта температуры вычисляется лишь по карте диэлектрической проницаемости или карте проводимости.
На фиг. 5 изображена функциональная диаграмма, которая иллюстрирует способ в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. На этапе 500 способ начинается. Далее на этапе 502 принимается план лечения. Далее на этапе 504 с помощью нагревательной системы нагревается целевая зона. Управление нагревательной системой осуществляется в соответствии с планом лечения или с помощью него. Далее на этапе 506 осуществляется получение данных магнитного резонанса карты поля В1. Далее на этапе 508 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1 определяется карта фазы В1. Далее на этапе 510 по карте фазы В1 вычисляется карта проводимости. Затем на этапе 512 по карте проводимости вычисляется карта температуры. Затем на этапе 514 с помощью карты температуры регулируется нагрев целевой зоны. Иными словами, могут корректироваться управляющие команды для регулирования нагрева целевой зоны с помощью нагревательной системы. Необходимо отметить, что этапы 506-514 могут выполняться в то же время, что и этап 504. Иными словами, в то время как целевая зона нагревается нагревательной системой, система магнитно-резонансной визуализации может получать данные магнитного резонанса карты поля В1 и определять карту температуры, которая затем используется для регулирования нагрева целевой зоны при одновременной работе с ней. Этап 516 является блоком принятия решений, при этом решение принимается относительно того, завершился ли нагрев или нет. Если он не завершился, то способ возвращается на этап 504, и способ образует замкнутый контур управления. Если нагрев завершился, то выполняется этап 518. На этапе 518 способ завершается.
Фиг. 6 иллюстрирует медицинское устройство 600 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Медицинское устройство 600 содержит систему 602 магнитно-резонансной визуализации. Система 602 магнитно-резонансной визуализации изображена как содержащая магнит 604. Магнит 604 представляет собой сверхпроводящий магнит цилиндрического типа с проходящим через его центр туннелем 606. Магнит 604 содержит охлаждаемый жидким гелием криостат со сверхпроводящими катушками. Можно также использовать постоянные или резистивные магниты. Возможно также использование различных типов магнитов, например, можно использовать и разделенный цилиндрический магнит, и так называемый незамкнутый магнит. Разделенный цилиндрический магнит подобен стандартному цилиндрическому магниту за исключением того, что его криостат разделен на две секции для обеспечения доступа к изоплоскости магнита, такие магниты могут, например, использоваться в сочетании с терапией пучком заряженных частиц. Незамкнутый магнит имеет две секции одна над другой с некоторым промежутком между ними, который является достаточно большим для приема пациента: расположение двухсекционной зоны аналогично расположению катушки Гельмгольца. Незамкнутые магниты популярны, поскольку пациент при этом менее стеснен. Внутри криостата цилиндрического магнита имеется набор сверхпроводящих катушек. В туннеле цилиндрического магнита имеется зона 608 визуализации, в которой магнитное поле является достаточно сильным и постоянным для выполнения магнитно-резонансной визуализации.
Кроме того, в туннеле магнита имеется градиентная катушка 610 магнитного поля, которая используется для получения данных магнитного резонанса для пространственного кодирования магнитных спинов в зоне визуализации магнита. Градиентная катушка 610 магнитного поля соединена с источником 612 питания градиентной катушки магнитного поля. Градиентная катушка магнитного поля является типичной. Обычно градиентные катушки магнитного поля содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник 612 питания градиентной катушки магнитного поля подает ток в градиентные катушки магнитного поля. Ток, подаваемый в градиентные катушки магнитного поля, регулируется в зависимости от времени и может быть линейно изменяющимся или импульсным.
Вблизи зоны 608 визуализации находится радиочастотная катушка 614. Радиочастотная катушка 614 соединена с радиочастотным приемопередатчиком 616. Кроме того, в туннеле магнита 604 находится пациент 618, который лежит на опоре 620 пациента и частично находится в зоне 608 визуализации.
Вблизи зоны 608 визуализации находится радиочастотная катушка 614 для манипулирования ориентациями магнитных спинов в зоне 608 визуализации и для приема передаваемых радиосигналов от спинов также в зоне 608 визуализации. Радиочастотная катушка 614 может содержать множество катушечных элементов. Радиочастотная катушка 614 может также называться каналом или антенной. Радиочастотная катушка соединена с радиочастотным приемопередатчиком 616. Радиочастотная катушка 614 и радиочастотный приемопередатчик 616 могут быть заменены на отдельные передающие и приемные катушки и отдельные передатчик и приемник. Следует понимать, что радиочастотная катушка 614 и радиочастотный приемопередатчик 616 являются типичными. Предполагается, что радиочастотная катушка 614 является также эквивалентом специализированной передающей антенны и специализированной приемной антенны. Аналогичным образом, приемопередатчик 616 может также являться эквивалентом отдельного передатчика и отдельного приемника.
Источник 612 питания градиентной катушки магнитного поля и радиочастотный приемопередатчик 616 соединяются с аппаратным интерфейсом 624 компьютерной системы 622. Компьютерная система 622 дополнительно содержит процессор 626. Процессор 626 соединен с аппаратным интерфейсом 624. Аппаратный интерфейс 624 позволяет процессору 626 отправлять данные и команды в систему 602 магнитно-резонансной визуализации и принимать их от нее. Компьютерная система 622 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 628, компьютерное запоминающее устройство 630 и компьютерную память 632.
Компьютерное запоминающее устройство 630 изображено как содержащее последовательность 640 импульсов. Последовательность 640 импульсов содержит набор команд или циклограмму, которая может транслироваться в набор команд для управления системой 602 магнитно-резонансной визуализации таким образом, что она способна получать данные магнитного резонанса. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит данные магнитного резонанса поля В1. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит данные 644 карты В1. Данные 644 карты В1 могут представлять собой одно из следующего: карту фазы поля В1, карту амплитуды поля В1 или совокупность карты фазы поля В1 и карты амплитуды поля В1. Данные 644 карты В1 определяются или генерируются с помощью данных 642 магнитного резонанса карты поля В1. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит карту 646 температуры. Карта 646 температуры определяется с помощью данных 644 карты В1.
Компьютерная память 632 изображена как содержащая модуль 660 управления. Модуль 660 управления содержит исполнимый компьютером код, который позволяет процессору 626 управлять работой и действием медицинского устройства 600. Например, модуль 660 управления может использовать последовательность 640 импульсов для получения данных 642 магнитного резонанса. Компьютерная память 632 также содержит модуль 662 составления карты В1. Модуль 662 составления карты В1 содержит исполнимый компьютером код, который позволяет модулю 662 составления карты В1 генерировать данные 644 карты В1 по данным 642 магнитного резонанса В1. Компьютерная память 632 дополнительно содержит модуль 664 составления карты температуры, который позволяет процессору 626 восстанавливать карту 642 температуры по данным 644 карты В1. В некоторых вариантах осуществления может также иметься калибровка или данные калибровки, которые используются либо для абсолютной калибровки карты 646 температуры, либо для определения изменения температуры.
Фиг. 7 иллюстрирует медицинское устройство 700 в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. Вариант осуществления, изображенный на фиг. 7, аналогичен варианту осуществления, изображенному на фиг. 6. Помимо особенностей, изображенных на фиг. 6, медицинское устройство 700 на фиг. 7 содержит дополнительные особенности в компьютерном запоминающем устройстве 630 и компьютерной памяти 632. Компьютерное запоминающее устройство 630 изображено как дополнительно содержащее карту 740 фазы поля В1 и карту 742 амплитуды поля В1. Может иметься любая из этих двух карт 740, 742 или обе вместе. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит карту 744 проводимости и карту 746 диэлектрической проницаемости. Карта 744 проводимости может аппроксимироваться с помощью карты 740 фазы поля В1 или более точно вычисляться с помощью как карты 740 фазы поля В1, так и карты 742 амплитуды поля В1. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит карту 746 диэлектрической проницаемости, которая может приблизительно вычисляться с помощью карты 742 амплитуды поля В1 или более точно вычисляться с помощью как карты 740 фазы поля В1, так и карты 742 амплитуды поля В1. В данном варианте осуществления могут иметься карта 744 проводимости и/или карта 746 диэлектрической проницаемости. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит данные 748 магнитного резонанса. В некоторых вариантах осуществления данные 748 магнитного резонанса могут быть идентичными данным 642 магнитного резонанса поля В1. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит магнитно-резонансное изображение 750, которое было сгенерировано по данным 748 магнитного резонанса. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит карту 752 типа ткани, которая была сгенерирована по сегментации изображения на магнитно-резонансном изображении 750. Карта 752 типа ткани может использоваться для определения абсолютной калибровки способа измерения температуры поля В1. Компьютерное запоминающее устройство 630 также содержит карту 754 удельной мощности поглощения. Карта 754 удельной мощности поглощения вычисляется, по меньшей мере, частично с помощью карты 646 температуры.
Компьютерная память 632 изображена также как содержащая модуль 760 восстановления изображения. Модуль восстановления изображения содержит исполнимый компьютером код, который позволяет процессору восстанавливать магнитно-резонансное изображение 750 по данным 748 магнитного резонанса. Компьютерная память 632 также содержит модуль 762 сегментации изображения. Модуль 762 сегментации изображения содержит исполнимый компьютером код, который позволяет процессору 626 восстанавливать карту 752 типа ткани по магнитно-резонансному изображению 750. Компьютерная память 632 также содержит модуль 764 вычисления карты удельной мощности поглощения. Модуль 764 вычисления карты удельной мощности поглощения выполнен с возможностью генерирования карты 754 удельной мощности поглощения по карте 646 температуры.
На фиг. 8 изображен еще один вариант осуществления медицинского устройства 800 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления медицинское устройство 800 аналогично медицинскому устройству, изображенной на фиг. 6. и 7. Однако в этом случае в медицинское устройство 800 введена нагревательная система 802. Нагревательная система 802 соединена с аппаратным интерфейсом 624 компьютерной системы 622 и выполнена с возможностью управления процессором 626. Предполагается, что нагревательная система 802 в данном варианте осуществления является универсальной и может представлять собой любую систему, используемую для нагрева участка пациента. Нагревательная система 802 может, например, представлять собой систему высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, радиочастотную нагревательную систему, систему микроволновой абляции, систему гипертермической терапии, систему лазерной абляции и систему инфракрасной абляции. Некоторый участок пациента 618 показан как целевая зона 804. Нагревательная система 802 способна также осуществлять управляемый нагрев целевой зоны 804. Запоминающее устройство 630 компьютера изображено как содержащее план 840 лечения. План 840 лечения может описывать внутреннюю структуру пациента 618 и содержать данные, которые обеспечивают идентификацию местоположения целевой зоны 804. Компьютерное запоминающее устройство 630 дополнительно содержит набор управляющих команд 842 нагревательной системы, которые генерируются с помощью плана 840 лечения. Управляющие команды 842 нагревательной системы включают в себя команды, которые позволяют процессору 626 управлять работой и действием нагревательной системы 802. Компьютерная память 632 также изображена как содержащая модуль 860 генерирования управляющего воздействия нагревательной системы. Модуль 860 генерирования управляющего воздействия нагревательной системы содержит исполнимый компьютером код, который позволяет процессору 626 генерировать управляющие команды 842 нагревательной системы по плану 840 лечения и/или карте 646 температуры. Использование карты 646 температуры позволяет процессору 626 образовывать замкнутый контур управления для управления работой и действием нагревательной системы 802.
На фиг. 9 изображен еще один вариант осуществления медицинского устройства 900 в соответствии с изобретением. В данном варианте осуществления нагревательная система представляет собой систему 902 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука. Система высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука содержит заполненную жидкостью камеру 904. В заполненной жидкостью камере 904 находится ультразвуковой преобразователь 906. Хотя это и не показано на данном чертеже, ультразвуковой преобразователь 906 может содержать множество элементов ультразвукового преобразователя, каждый из которых способен генерировать отдельный ультразвуковой луч. Это может использоваться для электронного управления положением точки 918 разрушения ультразвуком путем управления фазой и/или амплитудой переменного электрического тока, подаваемого в каждый из элементов ультразвукового преобразователя. Точка 918 разрушения ультразвуком выполнена с возможностью управления для разрушения ультразвуком целевой зоны 804.
Ультразвуковой преобразователь 906 соединен с механизмом 908, который позволяет ультразвуковому преобразователю 906 механически перемещаться. Механизм 908 соединен с механическим приводом 910, который выполнен с возможностью приведения в действие механизма 908. Механический привод 910 также представляет собой источник питания для подачи электропитания в ультразвуковой преобразователь 906. В некоторых вариантах осуществления источник питания может управлять фазой и/или амплитудой электропитания, подаваемого в отдельные элементы ультразвукового преобразователя. В некоторых вариантах осуществления механический привод/источник питания 910 расположен снаружи туннеля 606 магнита 604.
Ультразвуковой преобразователь 906 генерирует ультразвук, который изображен как следующий по пути 912. Ультразвук 912 проходит сквозь заполненную жидкостью камеру 904 и сквозь ультразвуковое окно 914. В данном варианте осуществления ультразвук далее проходит сквозь гелевую подушку 916. Гелевая подушка не обязательно имеется во всех вариантах осуществления, но в данном варианте осуществления в опоре 620 пациента имеется ниша для помещения в нее гелевой подушки 916. Гелевая подушка 916 способствует передаче ультразвуковой мощности между преобразователем 906 и пациентом 618. После прохождения сквозь гелевую подушку 916 ультразвук 912 проходит сквозь пациента 618 и фокусируется в точке 918 разрушения ультразвуком. Точка 918 разрушения ультразвуком сосредоточена в целевой зоне 804. Точка 918 разрушения ультразвуком может перемещаться с помощью комбинации механического позиционирования ультразвукового преобразователя 906 и электронного управления положением точки 918 разрушения ультразвуком для лечения всей целевой зоны 804.
Система 902 терапии высокоинтенсивным фокусированным ультразвуком изображена также как соединенная также с аппаратным интерфейсом 624 компьютерной системы 622. Компьютерная система 622 и содержимое ее запоминающего устройства 630 и памяти 632 эквивалентны изображенным на фиг. 8.
Фиг. 10 иллюстрирует медицинское устройство 1000 в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления нагревательная система представляет собой радиочастотную нагревательную систему 1001. Вариант осуществления, изображенный на фиг. 10, аналогичен варианту осуществления, изображенному на фиг. 8. Компьютерная система 622 на фиг. 10 эквивалентна компьютерной системе 622, изображенной на фиг. 8. Содержимое компьютерного запоминающего устройства 630 и компьютерной памяти 632 также эквивалентно компьютерному запоминающему устройству 630 и компьютерной памяти 632, изображенным на фиг. 8. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 10, в качестве нагревательной системы используется радиочастотная нагревательная система 1001. Радиочастотная нагревательная система 1001 содержит антенну 1002 и радиочастотный передатчик 1004. Антенна 1002 находится вблизи целевой зоны 804. Радиочастотная энергия, генерируемая передатчиком 1004 и излучаемая антенной 1002, используется для избирательного нагрева целевой зоны 804. В данном варианте осуществления радиочастотный передатчик 1004 изображен как соединенный с аппаратным интерфейсом 624. Процессор 626 и содержимое компьютерного запоминающего устройства 630 и компьютерной памяти 632 используются для управления радиочастотным передатчиком 1004 аналогично тому, как осуществляется управление системой 902 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука на фиг. 9 с помощью процессора 626.
На фиг. 11 показано, как можно использовать проводимость для выполнения измерения температуры. На фиг. 11 изображен график температуры 1100 в зависимости от нормированной проводимости 1102 множества различных образцов, которые измеряются с помощью измерений посредством томографии на основе электрических свойств на основе магнитного резонанса. Измерения проводимости нормируются делением проводимости на проводимость при 23 градусах Цельсия. Из этого графика видно, что величины нормированной проводимости, измеренные с помощью томографии электрических свойств, для воды 1106, помидора 1108, яблока 1110 и шницеля 1112 почти одинаковы в диапазоне 0-80 градусов Цельсия. Линией 1104 показаны значения, взятые из работы A. Stogryn «Уравнения для вычисления диэлектрической постоянной соленой воды», IEEE Trans. Microwave Theory Tech., MTT-19, 733-736, 1971. Это свидетельствует о том, что путем измерения проводимости у пациента может выполняться относительно точное измерение температуры. Кроме того, при нормировании результаты измерений практически одинаковы. Это свидетельствует о том, что даже если состав ткани или материала некоторого участка пациента неизвестен, относительное изменение температуры может быть определено по изменению нормированной проводимости. Однако, если состав ткани или материала этого участка пациента известен, то абсолютное измерение может проводиться без калибровки.
Измерения, изображенные на фиг. 11, выполнялись с помощью клинического сканера 1,5 Тл (Achieva, Philips Health care, г. Бест, Нидерланды) с использованием головной катушки «птичья клетка». Водный фантом, вареное томатное пюре и сырое яблочное пюре (все по 200 см3) измерялись с помощью последовательности 3-мерного сбалансированного быстрого полевого эха (FFE) (TE/TR=2,3/4,6 мс, альфа=45°, размер вокселя=1×1×3 мм3). Образец телятины (шницель, 1 кг) измерялся с помощью последовательности 3-мерного турбо-спинового эха (TSE) (TE/TR=6/400 мс, размер вокселя=1×1×3 мм3). Температура различных образцов измерялась с помощью оптического термометра во время MRI. Различные образцы нагревались до максимальной температуры с помощью микроволновой печи. Во время последующего падения температуры образцов проводимость измерялась в MR-сканере с помощью вышеуказанных последовательностей с временными интервалами 5-15 минут. Дополнительная серия измерений проводилась с водным фантомом после охлаждения в холодильнике с последующим подогревом до комнатной температуры. Еще одно измерение выполнялось с образцом охлажденной сырой телятины. Восстановление проводимости выполнялось с помощью основанной на фазе ЕРТ. Восстановленная проводимость усреднялась по центральной 2-мерной изучаемой области (∅=2 см).
Фиг. 11 демонстрирует, что данный способ применим для разнообразных биологических образцов и, очевидно, поддается измерению с помощью ЕРТ. В исследуемом образце ткани, нагреваемой с помощью микроволновой печи, этот тепловой эффект полностью перевешивает потенциальные биохимические эффекты, которые не удается выявить.
На фиг. 12 показано, как можно использовать диэлектрическую проницаемость для измерения температуры с помощью томографии электрических свойств. На фиг. 12 изображен график температуры 1200 в зависимости от нормированной диэлектрической проницаемости 1202. Диэлектрическая проницаемость нормируется таким образом, что диэлектрическая проницаемость составляет 80 при комнатной температуре 25 градусов Цельсия. Линией 1204 показаны значения, взятые из работы A. Stogryn «Уравнения для вычисления диэлектрической постоянной соленой воды», IEEE Trans. Microwave Theory Tech., MTT-19, 733-736, 1971.
Крестами, обозначенными 1206, показаны измерения, проводимые с помощью томографии на основе электрических свойств на воде при различных температурах. Фиг. 11 и 12 демонстрируют, что проводимость и/или диэлектрическая проницаемость может использоваться для выполнения точных измерений температуры с помощью системы магнитно-резонансной визуализации.
Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в приведенном выше описании, такие иллюстрации и описание следует считать пояснительными или иллюстративными, а не ограничительными; настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
По результатам изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения специалисты в данной области техники при осуществлении заявляемого изобретения могут представить себе и реализовать другие модификации описанных вариантов осуществления. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множества. Одиночный процессор или иной блок может выполнять функции нескольких элементов, упоминаемых в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что некоторые критерии излагаются в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что совокупность этих критериев не может использоваться с пользой. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как средство оптического хранения информации или твердотельный накопитель, поставляемый вместе с другими аппаратными средствами или в их составе, но может распространяться и в иных формах, таких как Интернет или иные проводные или беспроводные системы связи. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
| 600 | медицинское устройство |
| 602 | система магнитно-резонансной визуализации |
| 604 | магнит |
| 606 | туннель магнита |
| 608 | зона визуализации |
| 610 | градиентная катушка магнитного поля |
| 612 | источник питания градиентной катушки магнитного поля |
| 614 | радиочастотная катушка |
| 616 | радиочастотный приемопередатчик |
| 618 | пациент |
| 620 | опора пациента |
| 622 | компьютерная система |
| 624 | аппаратный интерфейс |
| 626 | процессор |
| 628 | пользовательский интерфейс |
| 630 | компьютерное запоминающее устройство |
| 632 | компьютерная память |
| 640 | последовательность импульсов |
| 642 | данные магнитного резонанса поля В1 |
| 644 | карта поля В1 |
| 646 | карта температуры |
| 660 | модуль управления |
| 662 | модуль составления карты В1 |
| 664 | модуль составления карты температуры |
| 700 | медицинское устройство |
| 740 | карта фазы поля В1 |
| 742 | карта амплитуды поля В1 |
| 744 | карта проводимости |
| 746 | карта диэлектрической проницаемости |
| 748 | данные магнитного резонанса |
| 750 | магнитно-резонансное изображение |
| 752 | карта типа ткани |
| 754 | карта удельной мощности поглощения |
| 760 | модуль восстановления изображения |
| 762 | модуль сегментации изображения |
| 764 | модуль вычисления карты удельной мощности поглощения |
| 800 | медицинское устройство |
| 802 | нагревательная система |
| 804 | целевая зона |
| 840 | план лечения |
| 842 | управляющие команды нагревательной системы |
| 860 | модуль генерирования управляющего воздействия нагревательной системы |
| 900 | медицинское устройство |
| 902 | система высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука |
| 904 | заполненная жидкостью камера |
| 906 | ультразвуковой преобразователь |
| 908 | механизм |
| 910 | механический привод/источник питания |
| 912 | путь ультразвука |
| 914 | ультразвуковое окно |
| 916 | гелевая подушка |
| 918 | точка разрушения ультразвуком |
| 1000 | медицинское устройство |
| 1001 | радиочастотная нагревательная система |
| 1002 | антенна |
| 1004 | радиочастотный передатчик |
| 1100 | температура |
| 1102 | нормированная проводимость |
| 1104 | литературные данные для H2O |
| 1106 | экспериментальные данные для H2O |
| 1108 | экспериментальные данные для помидора |
| 1110 | экспериментальные данные для яблока |
| 1112 | экспериментальные данные для шницеля |
| 1200 | температура |
| 1202 | нормированная диэлектрическая проницаемость |
| 1204 | литературные данные для H2O |
| 1206 | экспериментальные данные для H2O |
1. Медицинское устройство (600, 700, 800, 900, 1000), содержащее:
- систему (602) магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнит (604) с зоной (608) визуализации для получения данных (642, 748) магнитного резонанса от пациента (618) из зоны визуализации;
- память (632) для хранения исполнимых машиной команд (660, 662, 664, 760, 762, 764);
- процессор (626) для управления медицинским устройством, причем исполнение команд побуждает процессор:
- получать (100, 200, 300, 400, 506) данные (642) магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации, причем данные магнитного резонанса карты поля В1 содержат данные или информацию, которые могут быть использованы для составления карты поля В1; и
- вычислять карту проводимости и/или карту диэлектрической проницаемости с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1; и
- определять (102, 206, 306, 408, 512) карту (646) температуры, по меньшей мере, частично с помощью карты проводимости и/или карты диэлектрической проницаемости.
2. Медицинское устройство по п. 1, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- определять (202) карту (644) фазы поля В1 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1; и
- вычислять (204) карту (744) проводимости по карте фазы поля В1, причем карта температуры определяется, по меньшей мере, частично с помощью карты проводимости.
3. Медицинское устройство по п. 1 или 2, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- определять (302) карту (742) амплитуды поля В1 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1; и
- вычислять (304) карту (746) диэлектрической проницаемости по карте амплитуды поля В1, причем карта температуры определяется, по меньшей мере, частично с помощью карты диэлектрической проницаемости.
4. Медицинское устройство по п. 1, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- определять (402) карту (742) амплитуды поля В1 и карту (644) фазы поля В1 с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1; и
- вычислять (406) карту (744) проводимости по карте фазы поля В1 и карте амплитуды поля В1; и
- вычислять (404) карту (746) диэлектрической проницаемости по карте фазы поля В1 и карте амплитуды поля В1, причем карта температуры определяется, по меньшей мере, частично с помощью карты проводимости и карты диэлектрической проницаемости.
5. Медицинское устройство по п. 1, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- получать данные (748) магнитного резонанса с помощью системы магнитно-резонансной визуализации; и
- восстановления данных (750) изображения по данным магнитного резонанса.
6. Медицинское устройство по п. 4, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- сегментировать данные изображения; и
- определять карту (752) типа ткани с помощью сегментированных данных изображения, причем определение карты температуры калибруется, по меньшей мере, частично с помощью карты типа ткани.
7. Медицинское устройство по п. 5 или 6, в котором медицинское устройство дополнительно содержит дисплей (628), при этом карта температуры и данные изображения отображаются на дисплее.
8. Медицинское устройство по п. 1, в котором исполнение команд побуждает процессор оценивать удельную мощность поглощения электромагнитной энергии (745), вызываемую получением данных магнитного резонанса с помощью карты температуры.
9. Медицинское устройство по п. 1, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- получать спектроскопические данные магнитного резонанса; и
- вычислять тепловую карту калибровки с помощью спектроскопических данных магнитного резонанса, причем определение карты температуры калибруется, по меньшей мере, частично с помощью тепловой карты калибровки.
10. Медицинское устройство по п. 1, в котором вычисление карты температуры калибруется, по меньшей мере, частично с помощью предполагаемой тепловой карты калибровки.
11. Медицинское устройство по п. 1, в котором медицинское устройство дополнительно содержит нагревательную систему, причем исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- принимать (502) план лечения, описывающий нагрев целевой зоны (804) у пациента; и
- нагревать (504) целевую зону с помощью нагревательной системы, причем управление нагревательной системой осуществляется в соответствии с планом лечения и картой температуры.
12. Медицинское устройство по п. 11, в котором исполнение команд дополнительно побуждает процессор:
- многократно повторно получать данные магнитного резонанса карты поля В1 и повторно вычислять карту температуры; и
- регулировать (514) нагрев целевой зоны с помощью повторно вычисленной карты температуры.
13. Медицинское устройство по п. 11 или 12, в котором нагревательная система представляет собой одно из следующего: высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (802, 902), радиочастотную нагревательную систему (802, 1001), систему (802) для микроволновой абляции, систему (802) гипертермической терапии, систему (802) для лазерной абляции и систему (802) для инфракрасной абляции.
14. Способ определения карты (646) температуры, причем способ содержит этапы:
- получения (100, 200, 300, 400, 506) данных (642) магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации, причем данные магнитного резонанса карты поля В1 содержат данные или информацию, которые могут быть использованы для составления карты поля В1; и
- вычисления карты проводимости и/или карты диэлектрической проницаемости с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1; и
- определения (102, 206, 306, 408, 512) карты (646) температуры, по меньшей мере, частично с помощью карты проводимости и/или карты диэлектрической проницаемости.
15. Считываемое компьютером устройство памяти, содержащее сохраненный в нем исполнимый компьютером код (660, 662, 664, 760, 762, 764) для исполнения процессором, управляющим медицинским устройством, причем медицинское устройство содержит систему (602) магнитно-резонансной визуализации, причем система магнитно-резонансной визуализации содержит магнит (604) с зоной (608) визуализации для получения данных (642, 748) магнитного резонанса от пациента (618) из зоны визуализации, причем выполнение команд побуждает процессор:
- получать (100, 200, 300, 400, 506) данные (642) магнитного резонанса карты поля В1 с помощью системы магнитно-резонансной визуализации, причем данные магнитного резонанса карты поля В1 содержат данные или информацию, которые могут быть использованы для составления карты поля В1; и
- вычислять карту проводимости и/или карту диэлектрической проницаемости с помощью данных магнитного резонанса карты поля В1; и
- определять (102, 206, 306, 408, 512) карты (646) температуры, по меньшей мере, частично с помощью карты проводимости и/или карты диэлектрической проницаемости.
