МОНИТОРИНГ И УПРАВЛЕНИЕ HIFU ТЕРАПИЕЙ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ВО МНОЖЕСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 2016 года по МПК A61N7/02 A61B8/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к переносу энергии для того, чтобы вызывать изменение механического свойства биологической ткани, и, более конкретно, к исследованию эффекта переноса более чем в одном пространственном измерении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Абляционную терапию опухолей с использованием фокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) изучали в течение многих лет, и совсем недавно она вышла на рынок в Соединенных Штатах и в клинические испытания.

Опухоль, такую как раковая опухоль, можно лечить медицинским путем посредством хирургического вмешательства и/или химиотерапии. Абляционная терапия предлагает менее инвазивную альтернативу. Абляцию можно осуществлять с помощью различных альтернатив, например посредством нагрева (например, радиочастотная (РЧ) абляция, абляция фокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU), микроволны и лазер), заморозки (например, криогенная абляция) или химического воздействия.

HIFU является неинвазивной в том отношении, что тепловую энергию подают извне организма для того, чтобы фокусировать на опухоли, но энергию не концентрируют в достаточной мере для того, чтобы нанести вред коже или более внутренней ткани пациента до того, как ее сконцентрируют на опухолевой мишени.

Тепловая абляция, такая как HIFU абляция, повышает температуру в фокусной точке до тех пор, пока опухоль, которая может быть озлокачествленной, не будет подвергнута некрозу, т.е. убита, в этой точке абляции. Подвергнутая некрозу ткань организма известна как повреждение. Затем процедуру перемещают к другой точке абляции и продолжают точка за точкой до тех пор, пока не будет выполнена абляция всей опухоли.

Абляцию направляют в соответствии с изображением зоны, подвергаемой лечению. Формирование изображений может происходить в форме ультразвукового, магнитно-резонансного формирования изображений (МРТ) или рентгеновского формирования изображений, такого как рентгеноскопия.

Для того, чтобы направлять HIFU при абляции, используют МРТ, но это дорого. Затраты могут сдерживать использование этого способа в исследовательских центрах по всему миру. Также существует потенциальная проблема МР-совместимости оборудования для тепловой абляции.

Для мониторинга HIFU абляции предложена сила акустического излучения посредством ультразвука.

Ультразвуковая волна передает целевой ткани организма «толчок», который концентрируется в фокусной точке волны. Данные формирования изображений до и после толчка могут выявлять информацию о свойствах ткани организма, подвергшейся толчку.

Более конкретно, ткань, подвергнутая некрозу посредством HIFU терапии или посредством других средств, в конкретном местоположении становится, в некоторой точке, жестче, чем необработанная ткань. Соответственно, для того же количества толкающей силы возникает меньшее осевое смещение. Толчок и последующее слежение позволяют обнаружить уменьшенное смещение и, следовательно, могут быть использованы для обнаружения присутствия повреждения, сформированного посредством абляции.

Lizzi et. al. («Lizzi») предсказывают использование смещений, связанных с силой излучения, в мониторинге HIFU абляции в реальном времени. F. Lizzi, R. Muratore, C. Deng, J. A. Ketterling, S. K. Alam. S. Mikaelian и A. Kalisz. Ultrasound in Med. & Biol. Vol. 29. № 11. 1593-1605 (2003).

Исследование Lizzi предлагает то, что терапию можно продолжать до тех пор, пока она не приведет к предварительно определяемому изменению в характеристиках движения в реакции на толкание.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов по настоящему изобретению предлагают то, что необходима концептуализация и реализация более полно удовлетворяющего способа мониторинга абляции.

Настоящее изобретение относится к преодолению ограничений известного уровня техники в мониторинге абляции посредством предоставления реализации точного, быстрого, низкозатратного, простого и удобного метода.

МРТ-способы известного уровня техники для мониторинга лечения HIFU абляцией на основе температуры являются точными, но требуют использования дорогостоящего МР-комплекса.

Известный уровень техники в направляемой ультразвуком HIFU (USgHIFU) терапии относится к оценке степени сформированного повреждения, точка абляции за точкой абляции, после применения терапии.

Время, затрачиваемое в этой оценке, увеличивает длительность процедуры абляции.

Вдобавок, типичный способ состоит в том, чтобы вводить интенсивность абляции и длительность времени и затем осуществлять абляцию в точке абляции. Однако авторы настоящего изобретения наблюдали, что время лечения не является хорошим индикатором размера повреждения. Таким образом, существует потребность в такой процедуре для того, чтобы оценивать размер повреждения (и гарантировать, что желаемый размер повреждения достигнут согласно плану лечения) перед перемещением фокуса терапии в следующую точку абляции.

Кроме того, поскольку ультразвуковые решения, используемые в настоящее время, недостаточно точны в предсказании дозы (т.е. длительности применения HIFU при текущей интенсивности), подход состоит в передозировке во время лечения, чтобы гарантировать некроз всей зоны.

Исследование Lizzi предсказывает использование силы акустического излучения, ультразвукового метода, в мониторинге HIFU в реальном времени, и прерывании HIFU, основываясь на предварительно определяемом изменении характеристик движения.

Однако исследование Lizzi не определяет точно, какое конкретное изменение будет аккуратно служить в качестве индикации того, когда следует прерывать терапию или когда и как совершают определение предварительно определяемого изменения.

Будет полезным иметь надежный индикатор того, когда терапию следует останавливать, который позволит в реальном времени надежно автоматически продолжать абляцию.

Чтобы лучше преодолеть один или несколько из этих вопросов, и в соответствии с одним из аспектов по настоящему изобретению, предыдущая переуступленная патентная заявка на основе раскрытия изобретения №776510, озаглавленного «Real-Time Ablation Monitoring for Desired Lesion Size» (далее в настоящем документе «заявка '510») раскрывает точный, быстрый, низкозатратный простой и удобный способ остановки абляции ткани организма в точке абляции.

Настоящее раскрытие продолжает и расширяет эту методику. Как описано в заявке '510, предложенное основано на оценке изменений вдоль одного осевого направления и оценке поперечных размеров повреждения по этому измерению на основе экспериментально полученного a priori соотношения между латеральным размером повреждения и изменением смещения через параметр NDD.

В соответствии с настоящим изобретением этот мониторинг смещения осуществляют в двух или трех измерениях. Например, многоэлементые терапевтические и диагностические решетки можно комбинировать для того, чтобы управлять формированием повреждения во множестве пространственных измерений. Также мониторинг смещения в конкретном местоположении можно сместить от фокуса терапии в направлении по азимуту и/или по подъему. Дополнительно, предложены меры для снижения времени, затрачиваемого на терапию в случаях, в которых область лечения относительно гомогенна, чтобы обобщенные допущения можно было получить из ограниченного количества такого мониторинга.

В одной версии настоящего изобретения устройство управления обеспечено для блока, который испускает пучок для изменения механического свойства, такого как жесткость, биологической ткани. Устройство подает основанный на силе акустического излучения толкающий пучок, фокус которого, в направлении по азимуту и/или по подъему, смещен от самого последнего фокуса меняющего механическое свойство пучка.

В одном из аспектов смещение происходит к целевой периферии повреждения, создаваемого посредством меняющего механическое свойство пучка с использованием этого самого последнего фокуса.

Меняющий механическое свойство пучок в дополнительном аспекте удерживают в текущем местоположении до тех пор, пока не будет определено, что лечение в текущем местоположении завершено.

В одном из вариантов осуществления меняющий механическое свойство пучок повторно рассеивают с использованием толкающего пучка и следящего пучка в реальном времени. Основываясь на определении, касающемся завершения лечения, зависящего от местоположения, в реальном времени, происходит сканирование в реальном времени от текущего местоположения внутри области лечения внутри ткани к следующему местоположению внутри области.

В дополнительной версии устройство управления для блока для переноса энергии для того, чтобы подвергать изменению механического свойства биологической ткани, включает в себя многоканальную решетку ультразвуковых преобразователей. Решетка сконфигурирована с возможностью электронно осуществлять направление следящего пучка в направлении по азимуту и/или по подъему. Слежение содержит смещение, обусловленное толчком ткани для того, чтобы оценить эффект переноса энергии.

В вариации этого аспекта решетка является двумерной и сконфигурирована с возможностью осуществлять направление в направлениях как по азимуту, так и по подъему.

В одном дополнительном аспекте смещение применяют к характеристической кривой для того, чтобы предсказать размер повреждения.

В другом аспекте во время прерывания в переносе энергии осуществляют направление следящего пучка от местоположения к местоположению внутри области лечения внутри ткани.

Согласно конкретному аспекту, перед введением тепловых эффектов в линию или слой лечения внутри ткани посредством переноса энергии создают базовую линию, используемую в решениях о том, завершено ли лечение в местоположениях внутри линии или слоя, это создание основано на результатах сканирования линии или слоя с использованием толчков и следящих импульсов.

В еще одном аспекте определено, что местоположение внутри области лечения внутри указанной ткани более не подлежит лечению пучком, посредством которого происходит перенос энергии.

В соответствии со связанным, другим аспектом, осуществление направления, слежение и определение осуществляют в реальном времени.

В дополнительном связанном аспекте осуществление направления, слежение, определение и принятие решения о том, что лечение области завершено, осуществляют автоматически и без необходимости вмешательства пользователя.

В качестве одного другого аспекта устройство управления сконфигурировано с возможностью осуществлять направление толкающего пучка от местоположения к местоположению внутри области лечения внутри ткани во время прерывания в переносе энергии.

В другом, но связанном аспекте, следящий пучок смещают от толчка к целевой периферии повреждения, формируемого в настоящее время.

В дополнительном аспекте управляемый блок включает в себя многоканальную решетку ультразвуковых преобразователей, сконфигурированную с возможностью осуществлять направление пучка, посредством которого происходит перенос энергии, в направлении по азимуту и/или по подъему.

В дополнительной версии устройство сконфигурировано с возможностью сканирования пучка для изменения механического свойства биологической ткани внутри области лечения и мониторинга смещения в конкретном местоположении внутри области, в качестве характерной для области.

В связанном подаспекте несмотря на то, что мониторинг не осуществляют, сканирование местоположения за местоположением осуществляют в пробегах, которые повторяют, пропуская местоположения, для которых определено, что лечение завершено.

В альтернативном подаспекте, когда определено, что меняющее механическое свойство лечение в текущем местоположении внутри области не следует применять более, сканирование осуществляют в следующем местоположении, если следующее местоположение подлежит лечению, и, без необходимости в каком-либо толкании или каком-либо слежении, лечение повторяют в следующем местоположении, которое теперь служит в качестве текущего местоположения для целей любого дополнительного повторения.

В конкретной версии устройство управления для блока, сконфигурированного с возможностью испускать пучок для того, чтобы подвергать изменению механическое свойство биологической ткани, осуществляет сканирование меняющего механическое свойство пучка, чтобы повторно перекрыть область лечения внутри ткани. Сканирование пропускает какое-либо местоположение, для которого определено более не получать лечение. Сканирование также происходит посредством пучка для слежения, во время прерывания лечения, по меньшей мере, одного несфокусированного толчка в область.

Подробности о новом управлении абляцией изложены дополнительно ниже с помощью следующих чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена примерная функциональная диаграмма абляционной системы;

на фиг. 2 представлен один тип предложенной схемы хронирования сигналов;

на фиг. 3 представлен пример того, как базовую линию начальных значений смещения получают для использования в оценке прогресса абляции на всем протяжении области лечения;

на фиг. 4 представлен один из примеров графика типичного смещения с течением времени в единицах циклов мониторинга/терапии и квадратической кривой, аппроксимированной к начальной части графика для обнаружения пиков;

на фиг. 5 представлен примерный график нормализованного смещения с течением времени;

на фиг. 6 представлен пример графика диаметра повреждения в зависимости от нормализованной разности смещений;

на фиг. 7 представлена блок-схема последовательности операций примера получения и инициализации устройства управления абляцией;

на фиг. 8 представлена иллюстрация, изображающая пример фокуса толчка, смещаемого от фокуса терапевтического пучка, эффект которого измеряют;

на фиг. 9 представлена блок-схема последовательности операций, демонстрирующая примерную процедуру в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять детальный мониторинг абляции, которую осуществляют в одном местоположении за раз;

на фиг. 10 представлена блок-схема последовательности операций, демонстрирующая примерную процедуру в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять детальный мониторинг абляции, которую осуществляют в одном местоположении за раз;

на фиг. 11 представлена блок-схема последовательности операций процедуры в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять мониторинг, эффективный по времени, относительно гомогенной области лечения из одного местоположения, характерного для всей области; и

на фиг. 12 представлена блок-схема последовательности операций, являющаяся примером процедуры в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять мониторинг, эффективный по времени, области лечения, проявляющей некоторую степень однородности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 изображен, в форме иллюстративного и неограничивающего примера, меняющий механическое свойство, или «абляционный», блок 110, его устройство 115 управления для мониторинга терапии во множестве пространственных измерений и устройство 120 отображения в режиме реального времени.

Абляционный блок 110 включает в себя многоэлементную диагностическую решетку 125, помещенную софокусно с терапевтической решеткой 130 или решеткой (130) «терапии».

Устройство 115 управления содержит комбинированный модуль 135 схемы совпадений и многоканального мощного усилителя, логический модуль 140 запуска и управления и модуль 145 многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных. Устройство 115 управления можно реализовать, например, в качестве электрического блока, аналоговых электронных компонентов, гибридной схемы или твердотельного устройства, содержащего интегральную схему, которая включает в себя любую форму RAM, ROM, ASIC, PLD, или их сочетание. Каждый из модулей 135, 140, 145 можно реализовать в программном обеспечении, встроенном программном обеспечении или аппаратном обеспечении или их сочетании.

Терапевтическую решетку 130 можно реализовать как преобразователь фокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) и, подобно диагностической решетке 125, можно реализовать в виде, например, линейной решетки, фазированной решетки или двумерного (2D) матричного преобразователя. Преобразователь HIFU 130 фокусирует ультразвук (который представляет собой радиочастоту или «РЧ» энергию), чтобы тем самым осуществить абляцию опухоли или другой цели абляции. Преобразователь HIFU 130 также доставляет ультразвук в форме толчка формирования изображений силы акустического излучения (ARFI) и получает обратно эхо от субъекта абляции. Термин «субъект абляции» далее в настоящем документе относится к медицинскому пациенту, получающему терапию, человеку или животному, или к любой ткани организма, такой как когда проводят тестирование. Решетки 125, 130 вмещают в зонд (не показан), который должен быть помещен на пациенте посредством компьютерного управления или вручную. Альтернативно зонд можно помещать на конце гибкого вала, который должен быть введен внутрь, например, через рот пациента под анестезией. Зонд может содержать схему формирования пучка или схема может находиться в логическом модуле 140 запуска и управления.

Сигналы возбуждения для терапевтической решетки 130 обеспечены модулем 135 схемы совпадений/многоканального мощного усилителя.

Управляющую логику устройства 115 управления применяют для того, чтобы обеспечивать запускающие и управляющие сигналы, чтобы синхронизировать хронирование трех типов акустических пучков, которые рассеивают. Во-первых, имеют место меняющие механическое свойство, или «терапевтические», пучки, из терапевтической решетки 130, для изменения механического свойства биологической ткани. Во-вторых, имеют место толкающие пучки, от терапевтической решетки, для оценки эффекта терапевтических пучков. В-третьих, имеют место следящие пучки, из диагностической решетки 125, при выполнении оценки, для слежения за смещением ткани в связи с толчком. Запуск можно стробировать для того, чтобы следовать конкретному снимку в такт сердцебиения и/или циклов дыхания в зависимости от местоположения места абляции in vivo, подвергнутого абляции. С управляющей логикой связан графический пользовательский интерфейс (GUI), который имеет средства ввода/вывода пользовательского интерфейса, которые могут включать клавиши, номеронабиратели, ползунки, шаровые манипуляторы, чувствительные к прикосновению экраны, курсоры и любые другие известные и подходящие исполнительные механизмы для описания границ и параметров лечения. Управляющую логику можно реализовать в форме программного обеспечения на базе ПК, например, на базе LabVIEW™.

Модуль 145 многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных взаимодействует с диагностической решеткой 125 для того, чтобы обрабатывать сигналы с обратным рассеянием, чтобы тем самым вычислять изменение в механических смещениях. Вычисление служит в качестве меры жесткости, чтобы тем самым обнаружить завершение терапии в текущем местоположении, которое лечат. Размеры повреждения на основе текущего вычисления необязательно могут быть отображены на устройстве 120 отображения в режиме реального времени в качестве изображения и/или наложены на изображение в B-режиме.

Управляющий сигнал 150 также подают с модуля 145 многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных в логический модуль 140 запуска и управления, чтобы на основе анализа мониторинга остановить терапию, когда достигнута желаемая конечная точка лечения для текущего местоположения или области лечения.

Другие стрелки 155, 160, 165, 170 показывают соотношение управления, в соответствии с рассмотренным выше.

На фиг. 2 проиллюстрирована одна схема для синхронизации толкающих, следящих и терапевтических импульсов соответствующих пучков в устройстве 115 управления абляцией. В представленном примерном варианте осуществления за главным запускающим сигналом 205 следует толчок 210 от преобразователя HIFU 130. Длительность толчка задают между 10 и 15 миллисекундами (мс), в зависимости от механических свойств ткани, подвергаемой абляции. После толчка 210 следуют первый и второй следящие импульсы 215, 220, исходящие из диагностической решетки 125. Следящие импульсы 215, 220 используют для того, чтобы воспринимать структуры на различных глубинах вдоль линии приема в ткани организма. Первый следящий импульс 215 исходит непосредственно после толчка 210, чтобы запросить значение натянутой ткани. Второй следящий импульс 220 исходит приблизительно на 12 мс позже и представляет значение расслабленной ткани (или равновесие). Модуль 145 многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных регистрирует соответствующие возвратные эхо 225, 230 этих двух следящих импульсов 215, 220, непосредственно следующие за каждым из двух импульсов. Различия между РЧ данными, извлеченными из этих двух возвратных эхо 225, 230, представляют смещение ткани организма, которое произошло в реакции на толчок 210. Вся эта последовательность представляет собой часть 235 мониторинга цикла 240 мониторинг-терапия и длится между 20 и 30 мс. Терапевтическая часть 245, во время которой преобразователь HIFU 130 доставляет терапию, значительно длительнее и длится между 2970 и 2980 мс. Следовательно, весь цикл 240 мониторинг-терапия длится в течение приблизительно 3 секунд.

Другие возможные последовательности по времени могут быть заменены на последовательность на фиг. 2, например, где первый следящий импульс 215 предшествует толчку, и второй следящий импульс 220 возникает после толчка. Как на фиг. 2, пространственное положение, выявленное в результате первого следящего импульса 215, сравнивают с пространственным положением, выявленным в результате второго следящего импульса 220, чтобы получить смещение, возникающее в результате толчка. В качестве дополнительного примера, мониторинг можно осуществлять одновременно с толканием. Также вызванное смещение может быть колебательным, как при формировании изображений гармонического движения (HMI).

В связи со сфокусированной природой ультразвукового луча, применяемого в толчке 210, максимальное смещение находится в фокусе. Однако смещение в меньшей степени происходит в осевом и радиальном направлении вдали от фокуса. На смещение с течением времени действует тепло, доставляемое терапевтическим ультразвуковым лучом от преобразователя HIFU 130.

Чтобы получить преимущество большего и более заметного смещения и для однородности в измерении от точки абляции к точке абляции желательно фокусировать пучок, доставляющий толчок 210, в фокус терапевтического ультразвукового луча (или «фокус терапии»), чтобы два фокуса совпадали. Два пучка исходят из одного и того же преобразователя HIFU 130. Несмотря на то, что терапевтический пучок имеет более высокую мощность, чем толкающий пучок, два пучка совместно используют одни и те же параметры фокусировки и один и тот же фокус (или «фокусная точка»).

Следящие импульсы 215, 220 исходят от отдельной решетки 125, чем та, что создает толчок/фокус терапии; однако две решетки 125, 130 можно конфигурировать в фиксированном пространственном соотношении, помещая одну софокусно с другой.

На фиг. 3 представлен пример того, как базовую линию 301 начальных значений 306 смещения получают для использования в оценке прогресса абляции на всей области лечения. На фиг. 3 график представляет смещения 304 вдоль линии 225 приема. Под термином «начальное смещение» 306 понимают максимум смещений 304 вдоль линии 225 приема, все возникают от толчка 210 в одном местоположении сканирования базовой линии перед терапией. Кроме того, поскольку линия 225 приема выровнена относительно толкающего пучка, местоположение начального смещения 306 представляет собой не только местоположение пространственно максимального смещения вдоль линии приема, но оценку пространственно максимального смещения в трехмерном пространстве. Поскольку толчок и терапевтические пучки софокусны, фокус 302 терапии совпадает с местоположением начального смещения 306.

Перед началом лечения можно использовать формирование изображений в B-режиме, чтобы отображать объем 308 лечения на экране для того, чтобы клиницист мог определить целевую ткань, например, посредством вычерчивания границы на экране. Объем 308 лечения внутри биологической ткани 309 включает в себя одну или несколько областей 310 лечения. Область 310 лечения включает в себя одну или несколько линий 312 лечения - каждый один ряд или слоев 314 лечения, каждый имеет множество рядов повреждений 316, 318, 320, 322, 324.., идущих бок о бок. Сбоку на фиг. 3 показан вид сверху (как обозначено стрелкой «I», здесь перпендикулярной листу чертежа) области 310 лечения в случае осуществления направления в 3D. Показана часть верхнего слоя 314. Если решетки 125, 130 выполнены с возможностью осуществления направления в 2D, линию 312 можно сканировать в направлении 325a по азимуту или по подъему 325b, и решетку можно механически перемещать для того, чтобы лечить любую латеральную смежную линию. С другой стороны, если решетки конфигурируют с возможностью осуществления направления в 3D, слой 314 и любой подлежащий слой можно сканировать в направлении по азимуту 325 и/или по подъему 325b.

Терапевтическую решетку 130, если она представляет собой, например, линейную решетку, конфигурируют с возможностью электронно осуществлять направление терапевтического пучка 336 и толкающего пучка 326 в направлении 325a по азимуту. Если вместо этого терапевтическая решетка 130 представляет собой 2D решетку, ее конфигурируют с возможностью электронно осуществлять направление терапевтического пучка 336 и толкающего пучка 326 в направлении 325a по азимуту, в направлении 325b по подъему или в комбинации 325c двух направлений.

Аналогичным образом, для диагностической решетки 125, если она представляет собой линейную решетку, ее конфигурируют с возможностью электронно осуществлять направление следящего пучка 328 импульсов 215, 220 в направлении 325a по азимуту. Если вместо этого диагностическая решетка 125, подобно терапевтической решетке 130, представляет собой 2D решетку, ее конфигурируют с возможностью электронно осуществлять направление следящего пучка 328 в направлении 325a по азимуту, в направлении 325b по подъему или в комбинации 325c двух направлений.

Базовая линия представляет собой решетку полученных начальных смещений 306, соответственно решетка является одномерной в случае линии 312 и двумерной в случае слоя 314. Для вариантов осуществления, в которых повреждения 316-324 формируют одно за одним, лечение в реальном времени по одной линии 312 или слою 314 может переходить к получению базовой линии для следующего, например, лежащей выше или ниже, линии или слоя с небольшой паузой или без паузы, чтобы тепловые эффекты не рассеивались. Для вариантов осуществления, в которых повреждения формируют одновременно, следующая линия 312 или слой 314 могут быть не смежными, чтобы укоротить паузу или избежать ее.

Клиницист также может вводить размер повреждения, который может быть в форме нормализованной разности смещений, которая дополнительно рассмотрена ниже. Альтернативно, размер повреждения задают автоматически.

Для получения базовой линии за толкающим пучком 326 в начальном местоположении 324 следует следящий пучок 328 импульсов 215, 220. Продольно совпадающие соответствующие линии 225, 230 приема (на фиг. 3 показана только линия 225) для импульсов 215, 220 взаимно коррелированы для того, чтобы измерять смещение, максимум которого представляет собой начальное смещение 306. Затем проводят сканирование толкающего пучка 326 и следящего пучка 328 до следующего местоположения 322, и процедуру повторяют.

В некоторых вариантах осуществления значение 330 базовой линии получают для промежуточного местоположения 332, в целевой периферии повреждения 320, где прогнозируют встретить смежное повреждение 318. Толкающий пучок 334 подвергают слежению за фокусами в местоположении 332 встречи. Это выполняют для уточнения или «точной подстройки» размера повреждения, как рассмотрено дополнительно ниже применительно к фиг. 8.

Значение базовой линии и/или промежуточное значение базовой линии в целевой периферии, например, местоположения 320, можно использовать при принятии решения о том, когда завершено лечение меняющим механическое свойство, или «терапевтическим», пучком 336 в этом местоположении, как рассмотрено непосредственно ниже.

На фиг. 4 представлен пример графика типичного смещения с течением времени в единицах циклов 240 мониторинга/терапии и квадратической кривой, аппроксимированной к начальной части графика для обнаружения пиков. Нулевой номер цикла на графике относится к началу циклов 240 мониторинга-терапии. В примере на фиг. 4 показано, что начальное смещение 405 составляет приблизительно 110 мкм. Начальное смещение 405 варьируется от точки абляции к точке абляции, от индивидуума к индивидууму и от образца ткани к образцу ткани по причине неоднородностей ткани организма. Продвигаясь во времени, с каждым последующим циклом 240 мониторинга-терапии, выполняют измерение эффекта 407 или «теплового эффекта» терапевтического пучка 336 в текущем местоположении 316 внутри области 310 лечения внутри ткани 309, оказываемого на смещение 410 ткани в фокус 302 терапии. Смещение 410, посредством толчков во время части 210 толчка, изначально возрастает с течением времени в связи с тем, что приложенное тепло размягчает ткань. После некоторого времени терапии смещение 410 достигает пика 415 и начинает снижаться, что указывает на то, что ткань становится жестче (т.е. после некроза). Снижение наблюдают до тех пор, пока терапия не достигнет точки остановки в смещениях 410 или «смещения 420 конечной точки». После того, как терапию выключают, снижение смещения 410 замедляется по мере охлаждения ткани. Однако эффект температуры, оказываемый на некроз клеток, все еще существует, даже несмотря на то, что перенос энергии больше не применяют, например, посредством пучка, чтобы изменить механическое свойство биологической ткани.

Квадратическую кривую 425 можно аппроксимировать к смещениям 410 в реальном времени, чтобы обнаружить пик 415. Пик 415 обнаруживают, когда наклон квадратической кривой 425 становится нулевым и начинает приобретать отрицательное значение. Пик 415 можно оценивать посредством усреднения измерений смещения 410, например, для пяти циклов, внутри интервала около точки нулевого наклона. Причина для обнаружения пика 415 будет подробно рассмотрена ниже применительно к фиг. 5.

На фиг. 5 представлен примерный график нормализованного смещения 505 с течением времени или, более конкретно, в соответствии с номером 510 цикла. На фиг. 5 график, обозначаемый далее в настоящем документе характеристической кривой 515, можно получать из графика смещения на фиг. 4 посредством деления каждого смещения 410 на начальное смещение 405. Слово «характеристическая» в термине «характеристическая кривая», как используют в настоящем документе, относится к отличающему признаку или атрибуту. Отличающий признак или атрибут может принадлежать организму или биологической ткани. Характеристическая кривая 515 также может представлять собой комбинацию, такую как среднее, некоторого числа таких полученных кривых, основываясь на эмпирическом наблюдении в различных точках абляции. В связи с отмеченными выше неоднородностями ткани организма, шкалу времени на фиг. 5 (номеров 510 цикла) можно сжимать или расширять, в зависимости от точки абляции, индивидуума или образца ткани. Таким образом, расход времени для нормализованного смещения является переменным. Однако форма характеристической кривой 515 остается постоянной для данного типа ткани организма, например, печени, груди, сердца. Посредством импликации после идентификации точки на характеристической кривой 515 идентифицируют все точки. Это значимо, поскольку некоторые точки на характеристической кривой 515 ассоциированы с конкретными размерами повреждения. Таким образом, способность идентифицировать то, что текущая абляция в точке абляции достигла конкретной точки на характеристической кривой 515, может вести к точному предсказанию 540, т.е., например, при NDD 0,5, того, когда останавливать абляцию, чтобы добиться желаемого размера повреждения. Здесь предсказание 540 основывается на «центральном» NDD, NDD в фокусе 302 терапии. Однако параметр NDD, полученный из фокуса толкающего пучка для оценки эффекта самого последнего фокуса 302 терапевтического пучка, может быть смещен в направлении по азимуту 325a и/или по подъему 325b. Смещение может представлять собой, например, предсказанную точку 332 встречи на целевой периферии повреждения 320. «Периферический» NDD можно использовать, или он может вносить вклад, в принятие решения в реальном времени о том, что лечение в текущем местоположении 320 завершено. «Периферический» NDD от 0,1 до 0,15, например, который может подразумевать достаточный прогресс в начале некроза в предсказанной точке 320 встречи с тем, что будет следующим, смежным повреждением 318, может показывать, что лечение завершено в текущем местоположении 320.

Во время текущей абляции предварительно нормализованные смещения 410 доступны в реальном времени. Метод, рассмотренный в переуступленной заявке '510, состоит в регистрации одного или нескольких смещений 410 с ассоциированным нормализованным смещением(ями) 505 характеристической кривой 515.

Две точки ориентира на характеристической кривой 515 представляют собой нормализованное начальное смещение 530, которое по правилу устанавливают равным единице, и нормализованное пиковое смещение 535.

Ассоциированные предварительные нормализованные смещения представляют собой, соответственно, начальное смещение 405 и пиковое смещение 415.

Более конкретно, начальное смещение 405 можно регистрировать на начальном нормализованном смещении 530. Регистрация позволяет посредством характеристической кривой 515 использовать начальное смещение 405 в предсказании, когда смещаемую по ширине абляцию следует останавливать, чтобы достичь предварительно определяемого размера повреждения после остановки. Начальное смещение 405 соответственно представляет собой одно из значений, которые могут служить как то, что обозначают далее в настоящем документе точкой регистрации, независимой от скорости прогресса терапии (TPRI), как рассмотрено в дополнительных деталях ниже.

Пиковое смещение 415 происходит одновременно с нормализованным пиковым смещением 535. Соответственно, пиковое смещение 415, подобно начальному смещению 405, может служить как точка регистрации TPRI.

Для ее эффективности в качестве предиктора размера повреждения регистрация точки регистрации TPRI на характеристической кривой 515 полагается на функциональное соотношение между декрементами в нормализованном смещении 505 и эмпирическими значениями размера повреждения. С этой целью нормализованную разность (NDD) 540 смещений определяют как разность между нормализованным пиковым смещением 535 и конечной точкой нормализованного смещения 505. Значения NDD 540 0, 0,25 и 0,5 показаны на фиг. 5. Таким образом, например, при NDD, равной 0, нормализованное пиковое смещение 535 и нормализованное смещение конечной точки 505 одинаковы, что будет подразумевать, что применение энергии абляции остановлено при пиковом смещении 415 (или, эквивалентно, при нормализованном пиковом смещении 535). Конкретный размер повреждения ассоциирован с каждым значением NDD 540.

На фиг. 6 представлен пример графика 600 зависимости диаметра повреждения от NDD 540. Абляцию проводили экспериментально на различных образцах ткани и различных местах внутри образца. Абляцию останавливали, и образец непосредственно охлаждали для того, чтобы остановить некроз. Измеряли размер повреждения. Форма повреждения зависит от геометрии преобразователя и характеристик его акустического пучка. В случае HIFU форма повреждения обычно является эллипсовидной с большой осью вдоль продольного центра пучка. Диаметр повреждения на фиг. 6 соответственно относится к максимальному диаметру повреждения, перпендикулярному продольному центру пучка. Для каждого измерения отмечены время лечения, значение 420 смещения 420 конечной точки и пиковое значение 415 смещения. Основываясь на этих фактических данных, на график наносили точки наблюдений, связывающие диаметр повреждения с NDD 540. На фиг. 6 показаны некоторые нанесенные на график точки наблюдений для типа 602 ткани, который в этом случае представляет собой печень. Обнаружено, что соотношение описано посредством полиномиальной аппроксимации второго порядка с хорошим совпадением, и что параметры полинома варьируются с типом ткани. Параметры также будут варьироваться с формой повреждения, несмотря на то, что форма повреждения типично не будет варьироваться. Следовательно, далее в настоящем документе предполагают, что когда кривые классифицируются по типу ткани, не существует необходимости дополнительно осуществлять классификацию по форме повреждения. Как показано посредством различных интенсивностей HIFU наблюдений 605-630, аппроксимированная функция инвариантна по интенсивности лечения. Время лечения для шести образцов перечислено в скобках. Можно видеть, что время лечения не является хорошим индикатором размера повреждения в связи с неоднородностями ткани. Наблюдение 615, например, показывает большее время лечения для достижения меньшего размера повреждения в сравнении с наблюдением 625. Для наблюдений, выполненных в различных частях одного и того же образца ткани или для различных образцов ткани, обнаружено, что размеры повреждений не коррелируются хорошо со временем лечения. Преимущественно, методология по заявке '510, которая также изложена выше в настоящем документе и более подробно ниже, преодолевает чувствительность к неоднородности ткани.

На фиг. 7 предоставлен пример подготовки и инициализации устройства 115 управления абляцией. Абляцию осуществляют на конкретном образце ткани (этап S710). Абляцию прерывают для текущего образца ткани, который непосредственно охлаждают для того, чтобы остановить некроз. Регистрируют смещение 420 конечной точки и пиковое смещение 415. После гистологического исследования сформированного повреждения регистрируют размер повреждения (этап S720). Затем выполняют запрос о том, было ли это последним наблюдением (этап S730). Если это не является последним наблюдением, выполняют следующее наблюдение на текущем образце ткани или другом образце ткани, или на другом типе ткани (этап S740). С другой стороны, если это является последним наблюдением, наблюдения группируют по типу ткани (этап S750). Аппроксимированные кривые 600 (или «калибровочные кривые») получают посредством типа ткани, используя зарегистрированные данные и аппроксимацию квадратических кривых (этап S760). Калибровочные кривые 600 - каждая со своим идентификатором типа 602 ткани - отправляют устройству 115 управления абляцией. Также каждую характеристическую кривую 515, идентифицируемую посредством типа ткани, делают доступной для устройства 115 управления абляцией. Характеристические кривые 515 аналогичным образом получают из эмпирического наблюдения, как указано выше (этап S770).

Когда получают базовую линию 301, терапевтический пучок 336 применяют и прерывают для исполнения одной или нескольких частей 235 мониторинга для соответствующих местоположений 316-324, в зависимости от протокола, как дополнительно рассмотрено в подробностях ниже. Прерывания терапии происходят поочередно для того, чтобы сделать возможной каждый раз одну или несколько частей 235 мониторинга. В мониторинге вызываемых толчками смещений 410 в заданном местоположении получают одну или несколько TPRI точек регистрации в реальном времени и осуществляют обработку в реальном времени. Обработка вовлекает в себя регистрацию точки(чек) (например, начального смещения 405, пикового смещения 415) на соответствующей точке(ах) (т.е. нормализованное начальное смещение 530, нормализованное пиковое смещение 535) на подходящей характеристической кривой 515. Можно использовать следующую формулу:

HD=(NPD-NDD)×RP/CP $$\begin{array}{ccc}& & \end{array}$$ [формула (1)]

где HD обозначает смещение, при котором абляция должна быть остановлена;

RP обозначает TPRI точку регистрации;

CP обозначает соответствующую точку характеристической (т.е. нормализованной) кривой 515;

NPD обозначает нормализованное пиковое смещение 535; и

NDD обозначает нормализованную разность 540 смещений.

Таким образом, определение HD, т.е. смещение 420 конечной точки, сделано возможным посредством регистрации точки(чек) регистрации TPRI с помощью характеристической кривой 515.

Следовательно, например, если начальное смещение 405 служит в качестве точки регистрации TPRI, возможность возникает после завершения части 235 мониторинга первого из циклов 240 мониторинг-терапия. Перед этим завершением начальное смещение 405 еще не известно и, следовательно, не может быть применено как RP в формуле (1), приведенной выше.

Величину RP/CP в формуле (1) можно рассматривать в качестве коэффициента нормализации. Когда желаемый размер повреждения оценивают относительно калибровочной кривой 600, идентифицируют NDD 540. NDD 540 вычитают из NPD 535, чтобы получить нормализованную форму смещения 420 конечной точки. Нормализованную форму умножают на коэффициент нормализации, чтобы получить «денормализованное» смещение конечной точки (или HD в формуле (1)). Если используют более чем одну точку регистрации, соответствующие коэффициенты нормализации можно усреднять для использования в уравнении (1).

На фиг. 8 изображен в качестве иллюстрации фокус толчка, являющийся смещенным 830 от фокуса терапевтического пучка, эффект которого измеряют.

Терапевтический пучок 836 применяют в местоположении 840 и сохраняют позиционно фиксированным в этом местоположении. Во время прерывания в терапевтическом пучке 836, имеющем фокус 844, толкающий пучок 848, имеющий фокус 852, применят к точке 856 на целевой периферии 860 повреждения 840, создаваемого посредством терапевтического пучка 836, имеющего самый последний фокус 844. Фокус 852 толкающего пучка 848 предназначен для оценки эффекта самого последнего фокуса 844 терапевтического пучка 836, фокусы 844, 852 являются смещенными 830 в по меньшей мере одном из направления по азимуту и направления по подъему. За толкающим пучком 848 следует пара 864 из первого и второго следящих импульсов для того, чтобы формировать изображения ткани 309 в натянутом и расслабленном положении, соответственно. Как указано выше по отношению к фиг. 3, «периферическая» NDD от 0,1 до 0,15, например, которая может влечь за собой достаточный прогресс в начале некроза в предсказанной точке 856 встречи с тем, что будет следующим, смежным повреждением 868, может указывать на то, что лечение завершено в текущем местоположении 840.

Альтернативно, вместо смещения от терапевтического пучка 836 как толчка, так и слежения, можно смещать, например, только слежение. Получение базовой линии, соответственно, будет включать в себя начальные смещения, основываясь на толчках «в центре повреждения», но следящие импульсы 210, 215 выровнены согласно смещению 830. Следовательно, на фиг. 8 толчок 848 будет выровнен не только относительно предсказанной точки встречи 856, но по центру относительно текущего местоположения 840. Однако следящий пучок 864 должен оставаться выровненным согласно смещению 830. Аналогичным образом во время терапии толкающий пучок выравнивают по центру относительно повреждения 840, тогда как следящие импульсы 864, приведенные в качестве примера на фиг. 8, выравнивают согласно смещению 830, как показано.

На фиг. 9 продемонстрирована процедура 900 в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять детальный мониторинг абляции, который осуществляют в одном местоположении 840 в один момент времени. Изначально получают базовую линию 301, используемую в решениях о том, завершено ли лечение в некотором местоположении 840 (этап S910). Фокус 844 терапевтического пучка удерживают в текущем местоположении 840 (этап S920). Испускают терапевтический пучок 836 (этап S930). Терапевтический пучок 836 прерывают, т.е. терапевтическую часть 245 цикла 240 мониторинг-терапия завершают, например, после приблизительно 3 секунд или конкретного числа циклов, чтобы испускать толкающий пучок 848 и пару 864 следящих импульсов (этап S940). Если определено, что лечение в текущем местоположении 840 еще не завершено (этап S950), обработка возвращается к этапу S930. Иным образом, если определено, что лечение в текущем местоположении 840 выполнено и что текущее местоположение, следовательно, более не подлежит лечению, и существует следующее местоположение в области 310 лечения (этап S960), формирующая пучок логика для терапевтической решетки 130 осуществляет направление для сканирования до следующего местоположения 868 (этап S970), которая становится текущим местоположением для целей дополнительного повторения. Обработка возвращается к этапу S920. Если, с другой стороны, лечение в области 310 лечения завершено (этап S960), процедура заканчивается.

На фиг. 10 представлена процедура в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять детальный мониторинг абляции, который осуществляют одновременно на всей области 310 лечения. Сначала получают базовую линию 301 (этап S1005). Затем терапевтический пучок 836 непрерывно сканирует область 310 лечения местоположение за местоположением в пробегах, которые повторяют, но проскакивает зарегистрированные местоположения 316-324.., для которых лечение завершено. Каждый пробег, кроме пропускания, перекрывает область 310. В слое 314, например, самые нижние местоположения 316-324 (в перспективе вида сверху) могут составлять часть охвата слева направо, затем такой охват продолжается выше ряд за рядом, чтобы составить один пробег. Сканирование продолжают до тех пор, пока не прерывают лечение, например, до истечения периода времени приблизительно в 3 секунды (этап S1010). Первое местоположение 316 становится текущим местоположением (этап S1015). Происходит испускание толкающего пучка 848 и пары 864 следящих импульсов 215, 220 (этап S1020). Если принимают решение о том, что лечение для текущего местоположения завершено (этап S1025), местоположение регистрируют (этап S1030). Если, пропуская зарегистрированные местоположения, имеет место следующее местоположение в области 310 лечения (этап S1035), формирующая пучок логика для терапевтической решетки 130 осуществляет направление для сканирования, т.е. толкающий пучок 848 и следящий пучок 328 импульсов 215, 220, к следующему местоположению (этап S1040), и обработка возвращается к этапу S1020. Иным образом, если мониторинг достиг завершения для текущего прерывания в терапии, и если лечение области 310 лечения еще не завершено (этап S1045), обработка возвращается к этапу S1010.

Описанные выше схемы 900, 1000 мониторинга можно использовать клинически, где присутствие неоднородностей ткани и/или кровеносных сосудов может привести к местоположениям 840 с линией 312 лечения или слоем 314, достигающим некроза быстрее, чем другие, при той же применяемой терапевтической мощности. В таких случаях методы мониторинга в описанных выше процедурах 900, 1000 будут помогать оптимизировать доставку терапии, снижать чрезмерное лечение и тем самым также длительность лечения. Вдобавок, основываясь на процессе рассеяния тепла для того же количества тепла, применяемого по всей сканируемой линии 312 или слою 314, подъем температуры в краевых зонах будет, как правило, ниже, чем в центре, вследствие мощного теплового градиента на краях. Таким образом, центр должен будет подлежать лечению меньше, чем краевые зоны. Протоколы мониторинга описанных выше процедур 900, 1000 мониторинга разработаны для того, соответственно, чтобы предоставлять обратную связь, чтобы продолжить или остановить терапию.

На фиг. 11 показана процедура 1100 в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять мониторинг, эффективный по времени, относительно гомогенной области 310 лечения из одного местоположения 316, характерного для всей области. Получают значение 330 базовой линии, или «начальное значение 306 смещения», для конкретного местоположения 332, которое подлежит слежению (этап S1110). Терапию применяют или к конкретному местоположению 316, или к области 310 лечения посредством непрерывного ее сканирования пробег за пробегом. В любом случае, терапию продолжают до прерывания, когда время истекает (этап S1120). Толкающий пучок 848 и пару 864 следящих импульсов 215, 220 испускают в одно конкретное местоположение 316 (этап S1130). Если лечение, как судят посредством мониторинга одного конкретного местоположения 316, еще не завершено (этап S1140), обработка возвращается на этап S1120. Иным образом, если определяют, что лечение, как судят, завершено (этап S1140), формирующая пучок логика для терапевтической решетки 130 осуществляет направление для сканирования до следующего местоположения, которое становится текущим местоположением для целей повторения (этап S1150). Лечение применяют к текущему местоположению в течение той же длительности, в течение которой его применяли к конкретному местоположению 316, без необходимости какого-либо толкания или слежения в настоящий момент (этап S1160). Если существует следующее местоположение (этап S1170), обработка возвращается к этапу S1150.

На фиг. 12 приведен пример процедуры 1200 в реальном времени для того, чтобы автоматически и без необходимости вмешательства пользователя осуществлять мониторинг, эффективный по времени, области 310 лечения, проявляющей некоторую степень однородности. Базовую линию 301 получают с использованием одного или нескольких несфокусированных толчков 210 - каждый для воздействия на пространственную зону внутри области 310, более широкой, чем для сфокусированного толчка. На каждый несфокусированный толчок испускают одну или несколько пар 864 следящих импульсов 215, 220, положение пар взаимно разнесено в пространстве (этап S1205). Область 310 непрерывно сканируют, перекрывают ее повторно пробег за пробегом, но пропускают зарегистрированные местоположения, сканирование прерывают по истечении периода времени (этап S1210). Логика направлена на первый несфокусированный толчок 210 (этап S1215). Логика направлена на первое местоположение 316, покрываемое посредством текущего несфокусированного пучка 210 (этап S1220). Испускают текущий несфокусированный пучок 210, за чем следует пара 864 следящих импульсов 215, 220 (этап S1225). Если лечение для текущего местоположения 316 завершено (этап S1230), текущее местоположение регистрируют (этап S1235). В любом случае, если имеет место следующее местоположение 316 для слежения текущего несфокусированного толчка 210 (этап S1240), учитывающего пропускание зарегистрированных местоположений 316, формирующая пучок логика осуществляет направление для сканирования, т.е. пучка для несфокусированного толчка 210 и следящего пучка 328 импульсов 215, 220, к следующему местоположению (этап S1245), и обработка возвращается к этапу S1225. Если, с другой стороны, завершено слежение за текущим несфокусированным толчком 210 (этап S1240), и имеет место следующий несфокусированный толчок (этап S1250), обработка возвращается к этапу S1220. Альтернативно, в том случае, когда испущены все несфокусированные толчки для области 310 лечения (этап S1255), но терапия для области лечения еще не завершена, обработка возвращается к этапу S1210.

Энергию переносят для того, чтобы вызывать изменение механического свойства биологической ткани, как при абляции. Эффект переноса исследуют более чем в одном пространственном измерении, например, для того, чтобы принять решение об остановке абляции для области лечения, т.е. линии или слоя, или для местоположения внутри области. Решения об остановке можно принимать, основываясь на продольном смещении к центру повреждения и/или к периферии повреждения обработанной ткани, оцениваемом в реальном времени в сравнении с характеристической кривой. Осуществление направления в направлении по азимуту и/или по подъему предоставляют, например, посредством линейных, или 2D, многоканальных ультразвуковых решеток для терапии и формирования изображений. Протоколы, которые могут быть включены, предназначены для сканирования обширных областей и осуществления завершения местоположение за местоположением как для (HIFU) терапии, так и для смещения слежения (на основе усиленного акустического излучения) обрабатываемой ткани. Детальный мониторинг от местоположения к местоположению можно использовать для относительно негомогенной ткани; тогда как, более быстрый, более разреженный и более генерализованный мониторинг можно использовать для относительно гомогенной ткани.

В соответствии с настоящим изобретением, предложены точные, быстрые, простые и удобные методы абляции ткани организма в реальном времени во множестве пространственных измерений. Предусмотрена удобная и экономичная реализация для всех типов ультразвука, делающая возможным более распространенное использование этого типа лечения в Соединенных Штатах и развивающихся рынках.

HIFU, являющийся ультразвуковым способом, предоставляет недорогое устройство абляционной терапии всех типов ультразвука с признаками, изложенными выше в настоящем документе. Тем не менее, любая другая форма абляционной терапии, которая аналогичным образом подвергает ткань организма изменению в механических свойствах, входит в предполагаемый объем настоящего изобретения, например, посредством нагревания (например, радиочастотная (РЧ) абляция, абляция фокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU), микроволны, лазер), заморозки (например, криогенная абляция) или химического действия.

Настоящее изобретение не ограничено абляцией опухолей. Облегчение сердечной аритмии, например, можно выполнять посредством подвергания некрозу конкретной линии в сердечной ткани, чтобы тем самым блокировать аномальный электрический путь через сердце. Такой способ можно выполнять с использованием способов абляции по настоящему изобретению.

Кроме того, несмотря на то, что способ по настоящему изобретению преимущественно можно применять в предоставлении медицинского лечения, объем настоящего изобретения не ограничен этим. Более широко - способы по настоящему изобретению направлены на перенос энергии для того, чтобы вызывать изменение механического свойства биологической ткани in vivo, in vitro или ex vivo, и чтобы исследовать, более чем в одном пространственном измерении, эффект переноса.

Несмотря на то, что изобретение проиллюстрировано и описано в подробностях на чертежах и в указанном выше описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать иллюстративными или примерными и неограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Например, возможно приведение изобретения в действие в одном из вариантов осуществления, где решение об остановке для местоположения основано и на наблюдении в реальном времени центрального и одного или нескольких периферических NDD для местоположения, и гистологически основанной корреляции между размером повреждения и соответственно смещенными NDD. Смещение может относиться к толканию и/или смещению и не должно быть ограничено периферией или от центра повреждения, формируемого в настоящее время. Также в другом аспекте электронное осуществление направления терапевтических и следящих пучков не ограничено дискретными местоположениями или протоколом какого-либо конкретного направления.

Специалисты в данной области могут понять и реализовать другие вариации раскрытых вариантов осуществления при практическом осуществлении описываемого в заявке изобретения, изучив чертежи, раскрытие и приложенную формулу изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, и формы единственного числа не исключают множественного. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать в качестве ограничения объема.

Компьютерную программу можно хранить мгновенно, временно или в течение более длительного периода времени на подходящем считываемом компьютером носителе, таком как оптический носитель хранения или твердотельный носитель. Такой носитель является невременным только в том смысле, что не является временным, распространяющимся сигналом и, таким образом, может быть реализован, например, в виде регистровой памяти, кэша процессора или RAM.

Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что некоторые меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что комбинацию этих мер нельзя использовать с выгодой.

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.

1. Устройство (115) управления для абляционной системы, которая включает в себя абляционный блок (110), причем абляционный блок включает в себя терапевтическую решетку и многоэлементную диагностическую решетку (125), помещенную софокусно с терапевтической решеткой (130), причем терапевтическая решетка испускает терапевтический пучок для переноса энергии для изменения механического свойства (304) биологической ткани и основанный на силе акустического излучения толкающий пучок для оценки эффектов терапевтического пучка, причем у упомянутого терапевтического пучка имеется последняя по времени точка (844) фокусировки, упомянутое устройство управления содержит:
комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя;
логический модуль (140) запуска и управления; и
модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных,
при этом логический модуль (140) запуска и управления выводит запускающие и управляющие сигналы для того, чтобы синхронизировать выбор времени и электронное управление тремя типами акустических пучков, включающих в себя терапевтические пучки, толкающие пучки и следящие пучки, которые перемежаются,
при этом комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя отвечает на запускающие и управляющие сигналы, подаваемые логическим модулем (140) запуска и управления для того, чтобы применять сигналы возбуждения к терапевтической решетке (130), чтобы испускать основанный на силе акустического излучения толкающий пучок, имеющий точку фокусировку для оценки эффекта в упомянутой последней по времени точке фокусировки упомянутого терапевтического пучка, которая смещена (830) от упомянутой последней по времени точки фокусировки упомянутого терапевтического пучка в по меньшей мере одном из направления по азимуту и по подъему, и
при этом модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных отвечает на запускающие и управляющие сигналы, подаваемые логическим модулем (140) запуска и управления для того, чтобы электронным образом управлять следящим пучком для контроля изменения в конкретном местоположении, которое смещено (i) от упомянутой последней по времени точки фокусировки упомянутого терапевтического пучка в по меньшей мере одном из направления по азимуту и по подъему, и (ii) к целевой периферии (860) повреждения, формируемого упомянутым терапевтическим пучком, причем следящий пучок осуществляет слежение за изменением, обусловленным толчком упомянутой биологической ткани в ответ на упомянутый основанный на силе акустического излучения толкающий пучок, отдельно от терапевтического пучка, чтобы оценить эффект энергии, перенесенной упомянутым меняющим механическое свойство терапевтическим пучком.

2. Устройство управления по п. 1, в котором упомянутое смещение упомянутого основанного на силе акустического излучения толкающего пучка соответствует целевой периферии (860) упомянутого повреждения, создаваемого упомянутым меняющим механическое свойство терапевтическим пучком с помощью упомянутой последней по времени точки фокусировки.

3. Устройство управления по п. 1, в котором упомянутый логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов для удержания упомянутого терапевтического пучка (336) в текущем местоположении в области лечения в упомянутой биологической ткани до тех пор, пока упомянутый модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных не выдаст решение об остановке, основываясь на относящемся к периферии повреждения продольном изменении обрабатываемой ткани, согласно параметру разности относящихся к периферии нормализованных изменений (NDD), по отношению к характеристической кривой, определяя, что лечение в упомянутом местоположении завершено.

4. Устройство управления по п. 3, в котором упомянутый логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов для повторного перемежения (S930, S940) упомянутого терапевтического пучка с упомянутым основанным на силе акустического излучения толкающим пучком и следящим пучком в реальном времени и, основываясь на упомянутом определении в реальном времени, сканирования от упомянутого местоположения к следующему местоположению внутри упомянутой области в реальном времени.

5. Устройство управления по п. 1, в котором упомянутая многоэлементная диагностическая решетка (125) является двумерной и сконфигурирована для управления в упомянутых направлениях по азимуту (325а) и по подъему (325b).

6. Устройство управления по п. 1, в котором упомянутый модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных дополнительно сконфигурирован для применения упомянутого изменения в качестве параметра разности относящихся к периферии нормализованных изменений (NDD) к характеристической кривой (515) для того, чтобы спрогнозировать размер повреждения.

7. Устройство управления по п. 1, в котором логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов на модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных для управления, во время прерывания в переносимой энергии, следящим пучком от местоположения к местоположению в области лечения в упомянутой биологической ткани.

8. Устройство управления по п. 1, в котором упомянутый логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов на (i) комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя и (ii) модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных (iii) для создания, перед введением тепловых эффектов в линию лечения или слой лечения внутри упомянутой биологической ткани посредством переносимой энергии, исходных данных (301), используемых в решениях относительно того, завершено ли лечение в местоположениях в соответственно упомянутой линии лечения или упомянутом слое лечения, упомянутое создание основано на результатах от сканирования соответственно упомянутой линии лечения или упомянутого слоя лечения с помощью толчков и следящих импульсов, при этом исходные данные представляют собой массив полученных исходных изменений.

9. Устройство управления по п. 1, в котором модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных дополнительно сконфигурирован для определения, что местоположение в области лечения в упомянутой биологической ткани более не подлежит лечению с помощью пучка, посредством которого переносится переносимая энергия.

10. Устройство управления по п. 9, в котором логический модуль (140) запуска и управления, комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя и модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных дополнительно сконфигурированы для выполнения в реальном времени упомянутого управления, упомянутого слежения и упомянутого определения.

11. Устройство управления по п. 10, в котором логический модуль (140) запуска и управления, комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя и модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных дополнительно сконфигурированы для выполнения, автоматически и без необходимости вмешательства пользователя, упомянутого управления, упомянутого слежения, упомянутого определения и принятия решения относительно того, что лечение упомянутой области завершено.

12. Устройство управления по п. 1, в котором логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов на комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя для управления основанным на силе акустического излучения толкающим пучком (848) от местоположения к местоположению в области лечения в упомянутой биологической ткани во время прерывания в упомянутом переносе энергии.

13. Устройство управления по п. 1, в котором терапевтическая решетка (130) упомянутого абляционного блока содержит многоканальную решетку ультразвуковых преобразователей, сконфигурированную для управления, в по меньшей мере одном из направления по азимуту и по подъему, терапевтическим пучком, посредством которого переносится переносимая энергия.

14. Устройство управления по п. 9, в котором упомянутый логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов на (i) комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя и (ii) модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных (iii) для того, чтобы, пока не выполняют упомянутый контроль изменения, выполнять упомянутое сканирование упомянутой области, местоположение за местоположением, по сериям, содержащим сканирование каждого местоположения упомянутой области, которые повторяют, пропуская местоположения, для которых определено, что лечение завершено.

15. Устройство управления по п. 9, в котором упомянутый логический модуль (140) запуска и управления дополнительно сконфигурирован для вывода запускающих и управляющих сигналов на (i) комбинированный модуль (135) согласующей схемы и многоканального усилителя и (ii) модуль (145) многоканального сбора и анализа ультразвуковых данных (iii) для того, чтобы, когда определено, что меняющее механическое свойство лечение для текущего местоположения в упомянутой области более применять не следует, выполнять упомянутое сканирование для следующего местоположения, если следующее местоположение подлежит лечению, и, без необходимости какого-либо толкания или какого-либо слежения, повторять упомянутое лечение в упомянутом следующем местоположении, которое теперь служит в качестве упомянутого текущего местоположения для целей какого-либо дополнительного повторения.