局部空化信号测量制造技术

在聚焦超声程序中用于检测来自患者靶区域的空化信号的各种方法包括：超声换能器；成像装置，用于获取来自靶区域的空化信号行进通过的多个解剖区域的生理学特征；控制器，其被配置为至少部分地基于解剖区域的生理学特征选择一个或多个解剖区域，并将所选择的一个或多个解剖区域映射到一个或多个相应的皮肤区域；以及一个或多个空化检测装置，其附接至相应的皮肤区域。

Local cavitation signal measurement

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】局部空化信号测量
本专利技术的领域大体上涉及超声系统，更具体地，涉及用于测量靶区域来自超声聚焦的空化信号的系统和方法。
技术介绍
聚焦超声(即，频率大于约20千赫兹的声波)可用于对患者体内的内部身体组织进行成像或治疗。例如，超声波可用于与肿瘤切除、靶向给药、打开血脑屏障(BBB)、栓体溶解和其他外科手术相关的应用。在肿瘤切除期间，压电陶瓷换能器放置在患者外部，但紧邻待切除的肿瘤(即，靶区域)。换能器将电子驱动信号转换成机械振动，从而产生声波的发射。换能器可以设置几何形状并与其他这样的换能器一起定位，使得它们发射的超声能量共同在对应于靶区域(或在靶区域内)的“聚焦区”处形成聚焦波束。可选地或另外地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，换能器元件的相位可以各自独立地控制。这种“相控阵”换能器有助于通过调整换能器之间的相对相位将聚焦区引导到不同的位置。如本文所用，术语“元件”表示阵列中的单个换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。磁共振成像(MRI)可用于使患者和靶可视化，从而引导超声波束。在聚焦超声程序中，可以在靶区域产生小气泡(或“微泡”)和/或将小气泡(或“微泡”)引入靶区域。根据所施加的声场的幅度和频率，微泡可能发生振荡或坍塌(这种机制被称为“空化”)，从而在靶区域和/或其周围区域中引起各种热效应。例如，在低声压下，微泡空化可以增强超声聚焦区域的能量吸收，从而使其中的组织比不存在微泡时更快地被加热并且更有效地被消融。如果在中枢神经系统中使用，微泡空化会破坏血管，从而引起BBB的开放”，从而增强靶向药物的递送。然而，在高声压下，可能引起不稳定的微泡空化，这可能导致不希望的生物效应，例如出血、细胞死亡和超出靶的大范围组织损伤。为了使超声程序期间微泡空化的不良影响最小化，一种常规方法是联合使用空化检测器与超声换能器，以在每次超声处理后测量来自微泡的空化信号(例如，压力波)；如果空化信号水平高于预定阈值幅度，则暂停超声程序。但是，在被空化检测器接收到之前，空化信号必须遍历位于空化检测器与靶之间的一层或多层介入组织(例如，患者的颅骨和头皮)；空化信号可能通过包括传播、散射、吸收、反射和折射在内的多个过程与介入组织相互作用。其结果是，除了传播信号之外，空化检测器还可能检测到反射、折射和/或散射的空化信号，从而可能无法提供准确反映靶区域上的空化效应的信息。尽管可以过滤掉不想要的空化信号，但这将需要部署大量的空化检测器，以便获得相对于要过滤掉的噪声足够大量的空化信号。这会大大增加设计和经济负担。因此，需要在不带来使用大量空化检测器的负担的情况下，准确地检测和监视在靶区域由超声波产生的微泡空化。
技术实现思路
本专利技术提供了用于在超声程序(例如超声治疗或成像)期间准确、可靠地检测在靶区域和/或其周围区域的超声聚焦中的微泡空化的系统和方法，其不需要使用大量的空化检测器。在各种实施例中，使有限数量(优选地少于五个，或少于十个)的空化检测装置与患者的头皮上为空化信号提供高传输效率(例如，高于预定阈值)的区域直接接触。可以基于从靶区域穿过颅骨和头皮的预测波束路径以及所截取区域中头皮和/或颅骨的解剖学特征计算与每个头皮区域相关联的传输效率。可以使用成像系统(例如，MRI设备和/或计算机断层扫描设备)获取所述解剖学特征。另外，可以通过考虑头皮和/或颅骨区域的其他特征(例如，几何形状)选择要附接空化检测装置的头皮位置。例如，可以优选选择具有基本平坦的表面的颅骨区域和没有疤痕的头皮区域。可以使用例如导电膏或导电胶将空化检测器附接到患者的头皮上。一旦确定了将空化检测装置附接到其上的头皮/颅骨区域的位置，就可以将成像(例如，MRI)系统中头皮/颅骨区域的坐标配准到患者所处环境的空间坐标中。在各种实施例中，通过将至少三个位置跟踪器附接到至少三个MRI基准点(例如，患者的鼻尖、耳朵、眼睛边缘或上颌牙齿)来执行所述配准。可以实时获取所述位置跟踪器的光学图像，这能使用户基于实时图像推断环境中跟踪器的空间坐标。在各种实施例中，基于MR图像中的MRI基准点的位置和光学图像中的跟踪器的位置，可以获得将MRI坐标转换成光学成像系统的坐标的配准矩阵。之后，可以使用光学图像监视跟踪器在空间坐标中的运动，然后使用配准矩阵将其转换为MRI坐标。在一些实施例中，将患者的头皮和位置跟踪器(作为MR图像或光学图像)显示给用户，以帮助将空化检测装置附接到优选的头皮区域(例如，具有高传输效率的区域)。例如，可以使用高亮或圆形在显示器上突出优选的头皮区域，并且可以将跟踪器的实时位置叠加在头皮图像上。然后，用户可以移动位置跟踪器，直到其位置与被突出的头皮区域令人满意地重叠，随后将空化检测装置附接到位置跟踪器指示的头皮位置。作为替换，可以使用各种颜色来显示头皮，每种颜色都与穿过相应的颅骨区域时的空化信号的传输效率相对应。同样，用户可以利用位置跟踪器来引导空化检测装置到具有高传输效率的头皮区域的附接。所述空化检测装置可以是有线或无线装置，并且可以在时域和/或频域中检测信号。在一些实施例中，空化检测装置是现货供应产品(例如，常规可用的收发器)或使用现货供应产品进行改进。在各种实施例中，通过优化容纳空化检测装置的壳体的构造和/或属性来改善所接收的空化信号的信噪比(SNR)。例如，壳体的几何形状可以被定制为与颅骨的几何形状互补，以避免换能器和患者头部之间出现间隙。这可以通过，例如，包括沿着壳体表面的凝胶或其他合适的贴合(但在声学上干扰最小)材料来实现，或者基于患者的颅骨的几何形状，例如，使用患者头部的相机扫描或计算机断层扫描(CT)引导三维打印机来制造外壳。替代地或附加地，空化检测装置可以被定向为与声信号的传播方向一致，以减少在空化检测装置的表面上发生的反射。在一些实施例中，通过调整到达空化检测装置之前穿过颅骨和壳体的声信号的传播距离来优化空化信号的声延迟。此外，可以选择或调整壳体的材料特性，以在颅骨和空化检测装置之间提供阻抗匹配，从而确保空化检测装置接收到最大信号功率。替代地或附加地，所述壳体可以包括声阻抗匹配层，以在颅骨和空化检测装置之间提供阻抗匹配。由于不同的患者可能具有不同的颅骨阻抗，因此调整壳体的材料属性和/或采用阻抗匹配层可以显著改善性能。在一些实施例中，所述壳体还包括一个或多个吸声器和/或反射器，以吸收/反射来自靶区域以外的源的信号。所述吸收器/反射器还可以使空化检测装置接收更少的已被折射、反射和/或散射并因此不能提供准确反映靶区域内的空化的信息的信号。另外，可以相对于靶区域布置空化检测装置，使得接收的空化信号的SNR大于10-6(或者在一些实施例中，大于一)。因此，一方面，本专利技术涉及一种用于在聚焦超声程序中检测来自患者靶区域的空化信号的系统。在各种实施例中，该系统包括超声换能器；成像装置，用于获取来自靶区域的空化信号行进通过的多个解剖区域的生理学特征；控制器；以及一个或多个空化检测装置，其附接到相应的皮肤区域。在一种实施方式中，所述控制器被配置为至少部分地基于所述生理学特征选择一个或多个解剖区域，并将所选择的解剖区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在聚焦超声程序期间检测来自患者靶区域的空化信号的系统，该系统包括：/n超声换能器；/n成像装置，用于获取来自靶区域的空化信号行进通过的多个解剖区域的生理学特征；/n控制器，其被配置为：/n至少部分地基于解剖区域的生理学特征选择解剖区域中的至少一个；和/n将选择的解剖区域映射到相应的皮肤区域；和/n附接到相应的皮肤区域的至少一个空化检测装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170919 US 15/708,2141.一种用于在聚焦超声程序期间检测来自患者靶区域的空化信号的系统，该系统包括：
超声换能器；
成像装置，用于获取来自靶区域的空化信号行进通过的多个解剖区域的生理学特征；
控制器，其被配置为：
至少部分地基于解剖区域的生理学特征选择解剖区域中的至少一个；和
将选择的解剖区域映射到相应的皮肤区域；和
附接到相应的皮肤区域的至少一个空化检测装置。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为基于沿着波束路径的解剖区域的生理学特征来预测从靶区域行进通过每个解剖区域的空化信号的波束路径和束像差。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为基于沿着波束路径的生理学特征来预测与每个解剖区域相关联的传输效率。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述生理学特征包括与每个解剖区域相关联的结构、厚度、层数、局部骨密度、表面几何形状或波束路径的入射角中的至少一个。


5.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为基于与解剖区域相关联的传输效率选择至少一个解剖区域。


6.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为通过将来自靶区域的所预测的信号路径投影到相应的皮肤区域上来将每个所述至少一个所选择的解剖区域映射到相应的皮肤区域。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为将成像装置的坐标与患者所位于的房间中的空间坐标相关联。


8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括用于获取至少三个位置跟踪器的实时图像的二级成像装置。


9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为将二级成像装置中的坐标配准到成像装置中的坐标。


10.根据权利要求8所述的系统，其中所述位置跟踪器附接到三个基准点，并且所述位置跟踪器或基准点中的至少一个可由成像装置检测到。


11.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括用于获取所述靶区域或相应的皮肤区域中的至少一个的生理学特征的二级成像装置，其中所述控制器进一步被配置为将所述二级成像装置中的坐标配准到所述成像装置中的坐标。


12.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于显示相应的皮肤区域的显示硬件。


13.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为至少部分地基于由所述空化检测装置接收的空化信号来操作所述超声换能器。


14.一种用于在聚焦超声程序期间检测来自患者靶区域的空化信号的系统，该系统包括：
超声换能器；
成像装置，用于获取来自靶区域的空化信号行进通过的多个解剖区域的生理学特征；
控制器，其被配置为：
至少部分地基于解剖区域的解剖学特征计算与每个解剖区域相关联的传输效率；和
生成所述解剖区域的地图，该图指示计算出的与解剖区域相关联的传输效率；和
基于所生成的地图，将至少一个空化检测装置附接到至少一个解剖区域。


15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器还被配置为基于沿着波束路径的解剖区域的生理学特征来预测从靶区域行进通过每个解剖区域的空化信号的波束路径和束像差。


16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为基于沿着波束路径生理学特征来预测所述传输效率。


17.根据权利要求16所述的系统，其中所述生理学特征包括与每个解剖区域相关联的结构、厚度、层数、局部骨密度、表面几何形状或波束路径的入射角中的至少一个。


18.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为通过将来自靶区域的所预测的信号路径投影到相应的皮肤区域上来将每个所述至少一个所选择的解剖区域映射到相应的皮肤区域。


19.根据权利要求18所述的系统，所述系统进一步包括用于获取所述靶区域或相应的皮肤区域中的至少一个的生理学特征的二级成像装置，其中所述控制器进一步被配置为将所述二级成像装置中的坐标配准到所述成像装置中的坐标。


20.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为将成像装置的坐标与患者所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·维塔克，约阿夫·利维，
申请(专利权)人：医视特有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL