ВЫЧИСЛЕНИЕ КАРТЫ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОАКУСТИЧЕСКОГО РЕЖИМА Российский патент 2018 года по МПК A61B18/18 A61N7/02 A61B18/20 A61N5/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе нагревания для нагревания целевой зоны с использованием плана лечения и вычислению карты плотности энергии с использованием термоакустической модели.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ультразвук из сфокусированного ультразвукового преобразователя можно применять для селективной терапии областей внутри пациента. Ультразвуковые волны передаются в виде высокоэнергетических механических колебаний. Упомянутые колебания вызывают нагревание ткани по мере того, как они затухают, и могут также приводить к кавитации. Как нагревание ткани, так и кавитацию можно использовать для разрушения ткани в клинических условиях. Однако нагреванием ткани ультразвуком управлять легче, чем кавитацией. Терапию ультразвуком можно применять для абляции ткани и для селективного разрушения областей раковых клеток. Данный метод применялся для терапии фибром матки и уменьшил потребность в процедурах гистерэктомии. При низких мощностях или в импульсном режиме, ультразвук можно применять для селективной доставки генетического материала или лекарства в область.

Для выполнения ультразвуковой терапии можно применить сфокусированный ультразвуковой преобразователь, чтобы фокусировать ультразвук на конкретный объем терапии. Преобразователь обычно устанавливают внутри среды, например, дегазированной воды, которая способна передавать ультразвук. Затем используют исполнительные механизмы, чтобы регулировать положение ультразвукового преобразователя и, тем самым, регулировать область ткани, которую подвергают терапии.

Процедурами терапии высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком (HIFU-процедуры) в клинических условиях обычно управляют визуально, чтобы допускать планирование и прицеливание терапии перед подачей ультразвуковой энергии лечебного или абляционного уровня. Обычно, для визуального управления применяют МРВ (магнитно-резонансную визуализацию), но можно также применять ультразвуковую эхографию.

В патентной заявке US 2011/0313329 описана система терапии для энергетического воздействия, которая имеет опережающее управление модуля терапии. В частности, в упомянутом известном модуле терапии, период охлаждения оценивают по априорной оценке вызванного нагревания. Международная заявка WO2010/029479 раскрывает систему терапии для подведения последовательных энергетических воздействий в целевую зону. Данная система терапии управляется на основе температуры, измеренной в поле измерений и вызванного нагревания, полученного на основе тепловой модели ткани.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предусматривает медицинское устройство, способ и компьютерный программный продукт в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение обеспечивает медицинское устройство дляиспользования данных по плотности энергии для оптимизации безопасности, планирования и времени терапии при терапии высокоинтенсивным сфокусированным ультразвуком. Примененная плотность энергии в объеме терапии сохраняется для каждой обработки ультразвуком, так что кумулятивную плотность энергии можно оценивать и использовать для проверки безопасности, т.е. ограничения максимальной кумулятивной плотности энергии в любом месте, планирования положения следующей терапии и для визуальной оценки локального энергетического воздействия.

«Процессор» в контексте настоящего документа охватывает электронный компонент, который может выполнять программу или машинно-выполняемую команду. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Термин процессор может также относиться к группе процессоров, входящих в состав одной компьютерной системы или распределенных между несколькими компьютерными системами. Многие программы содержат свои команды, выполняемые несколькими процессорами, которые могут быть в составе одного и того же компьютерного устройства, или которые могут быть даже распределены по многочисленным компьютерным устройствам.

«Компьютерная память» или «память» является примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерная память является любой памятью, которая непосредственно доступна процессору. Примеры компьютерной памяти включают в себя, но без ограничения: оперативную память (RAM), регистры и массивы регистров.

«Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым машиночитаемым носителем данных. Примеры компьютерного запоминающего устройства включают в себя, но без ограничения: накопитель на жестких дисках, USB флэш-накопитель, гибкий диск, микропроцессорную карточку, универсальный цифровой диск (DVD-диск), постоянную память на компакт-диске (CD-ROM) и полупроводниковый жесткий диск. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может быть также компьютерной памятью или наоборот.

«Пользовательский интерфейс» в контексте настоящего документа является интерфейсом, который дает возможность пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. «Пользовательский интерфейс» может также именоваться «устройством человеко-машинного интерфейса». Пользовательский интерфейс может обеспечивать информацию или данные для оператора и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может предоставлять возможность получения компьютером операторского ввода и может обеспечивать вывод информации для пользователя из компьютера. Другими словами, пользовательский интерфейс может предоставлять оператору возможность управления или манипуляции компьютером, и интерфейс может допускать, чтобы компьютер показывал результаты операторского управления или манипуляции. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером предоставления информации оператору. Получение данных посредством клавиатуры, мыши, трекбола, сенсорной панели, манипулятора-указки, графического планшета, джойстика, игрового планшета, веб-камеры, головной гарнитуры, переключающих рычагов, рулевого колеса, педалей, проводной перчатки, игрового пульта типа танцевальной площадки, удаленного органа управления и акселерометра является во всех случаях примерами компонентов пользовательского интерфейса, которые допускают получение информации или данных от оператора.

«Аппаратный интерфейс» в контексте настоящего документа включает в себя интерфейс, который предоставляет процессору компьютерной системы возможность взаимодействовать с и/или управлять внешним компьютерным устройством и/или оборудованием. Аппаратный интерфейс может предоставлять процессору возможность посылать сигналы управления или команды во внешнее компьютерное устройство и/или оборудование. Аппаратный интерфейс может также предоставлять процессору возможность обмениваться данными с и/или управлять внешним компьютерным устройством и/или оборудованием. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но без ограничения: универсальную последовательную шину, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, соединение в стандарте Bluetooth, соединение беспроводной локальной сети, соединение, работающее в протоколе TCP/IP, соединение сети Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, интерфейс MIDI (цифровой интерфейс музыкальных инструментов), интерфейс ввода аналоговых данных и интерфейс ввода цифровых данных.

«Дисплей» или «устройство отображения» в контексте настоящего документа включает в себя устройство вывода или пользовательский интерфейс, предназначенный для отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальные, аудио и/или тактильные данные. Примеры дисплея включают в себя, но без ограничения: компьютерный монитор, телевизионный экран, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брайля, электроннолучевую трубку (ЭЛТ), запоминающую электроннолучевую трубку, бистабильный дисплей, электронную бумагу, векторный дисплей, плоскопанельный дисплей, вакуумный люминесцентный дисплей (ВЛ-дисплей), светодиодные (СД) дисплеи, электролюминесцентный дисплей (ЭЛ-дисплей), плазменные дисплейные панели (ПДП), жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей), дисплей на органических светодиодах (OLED), проектор и нашлемный дисплей.

В одном аспекте изобретение предусматривает медицинское устройство, содержащее систему нагревания для нагревания целевой зоны пациента и процессор для управления системой нагревания. Медицинское устройство дополнительно содержит память, содержащую машинно-выполняемые команды, при этом выполнение команд побуждает процессор получать план лечения, причем выполнение команд дополнительно побуждает процессор многократно: нагревать целевую зону в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления системой нагревания с использованием плана лечения, вычислять текущую карту плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели, причем текущая карта плотности энергии многократно обновляется в процессе нагревания целевой зоны, и обновлять план лечения с использованием текущей карты плотности энергии.

Система нагрева в контексте настоящего документа включает в себя систему для локального нагревания участка пациента. План лечения в контексте настоящего документа может включать в себя плановые или машинные обоснования, проработанные врачом или другим медицинским работником, которые описывают обоснования, которые могут быть использованы для создания таких обоснований для управления системой нагревания для того, чтобы нагревать целевую зону внутри пациента. Термоакустическая модель в контексте настоящего документа объединяет акустические и тепловые параметры для получения, возможно, более точной модели нагревания, а также охлаждения.

Оценку периодов вызванного нагревания, афокального и/или в целевой зоне, и/или охлаждения выполняют на основе тепловой модели. Тепловая модель представляет тепловую перфузию и диффузию, т.е. передачу тепла через ткань. Тепловая модель, используемая для моделирования, нуждается в распределении интенсивности в качестве входных данных в дополнение к другим тепловым параметрам. Распределение интенсивности in vivo можно, в свою очередь, рассчитать на основании многослойной модели ткани. Многослойную модель ткани можно, в свою очередь, получить на основании плана лечения. Акустические и тепловые параметры можно определить для каждого слоя на базе знаний и/или уточнить по результатам нагревания, тем самым дополнительно повышая точность оценки. Моделирование также может быть полезно для оценки нагревания фокальной области перед началом теплового воздействия. Согласно изобретению, период охлаждения выбирают так, чтобы, как ожидается, ткань охлаждалась до предварительно заданной температуры перед началом следующего нагревания.

В одном варианте осуществления выполнение команд дополнительно побуждает процессор вычислять карту кумулятивной плотности энергии с использованием взвешенного осреднения для вычисления карт кумулятивной плотности энергии с учетом оценки скорости охлаждения ткани и отображать карту кумулятивной плотности энергии на дисплее. Карту кумулятивной плотности энергии можно также вычислить суммированием многократно вычисляемых текущих карт плотности энергии с учетом оценки скорости охлаждения ткани. Обычное суммирование также будет представлять нечто вроде взвешенного осреднения.

Карта кумулятивной плотности энергии в контексте настоящего документа содержит оценку кумулятивных тепловых эффектов, и данную карту можно показывать пользователю, чтобы указывать наилучшее место следующей обработки ультразвуком.

Данный вариант осуществления особенно полезен потому, что он может допускать оптимизацию всего времени терапии, поскольку следующую терапию всегда выбирают таким образом, что требуемое время охлаждения минимизируется.

В другом варианте осуществления выполнение команд дополнительно побуждает процессор модифицировать план лечения в соответствии с картой кумулятивной плотности энергии с учетом следующего акта нагревания.

Данный вариант осуществления особенно полезен потому, что он может допускать обнаружение положения для целевой зоны, которое является самым безопасным и с кратчайшим временем охлаждения, при этом система может автоматически указывать наиболее подходящие или наиболее опасные места для пользователя. Причем, данный вариант осуществления может допускать оптимизацию времени терапии и защиту здоровой ткани. Наиболее опасные места в контексте настоящего документа являются местами снаружи заданного объема с высокой температурой, т.е. период охлаждения был слишком коротким. С другой стороны, наиболее подходящие места являются местом, в котором охлаждение было достаточным, или никакого предыдущего нагревания не совершается.

В другом варианте осуществления выполнение команд побуждает процессор определять карту безопасного уровня мощности с использованием карты кумулятивной плотности энергии и отображать карту безопасного уровня мощности на дисплее.

Данный вариант осуществления может быть полезен потому, что он защищает ткань посредством исключения ожога кожи, так как повторно нагревали только места, которые являются «безопасными». В данном варианте осуществления можно также минимизировать склероз подкожной жировой ткани. Следует отметить, что «безопасный уровень мощности» сильно зависит от ожидаемой продолжительности обработки ультразвуком, подлежащей выполнению. Причина состоит в том, что нагревание в ближнем поле во многом зависит от энергии, т.е. произведения мощности и продолжительности обработки ультразвуком.

В другом варианте осуществления выполнение команд дополнительно побуждает процессор прекращать нагревание целевой зоны, если, по меньшей мере, участок карты кумулятивной плотности энергии превышает предварительно заданный порог нагревания.

Данный вариант осуществления может быть полезен потому, что он дополнительно защищает здоровую ткань.

В другом варианте осуществления медицинское устройство дополнительно содержит систему магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнит с зоной визуализации, при этом систему магнитно-резонансной визуализации можно применять для получения термографических магнитно-резонансных данных из целевой зоны внутри зоны визуализации, причем выполнение команд дополнительно побуждает процессор многократно получать термографические магнитно-резонансные данные с использованием системы магнитно-резонансной визуализации и определять тепловую карту предварительно заданного объема с использованием термографических магнитно-резонансных данных.

Данный вариант осуществления может быть полезен потому, что использование повышения температуры в таких местах, которые контролируются, может способствовать калибровке карты плотности энергии.

В другом варианте осуществления выполнение команд дополнительно побуждает процессор прекращать нагревание целевой зоны, если, по меньшей мере, участок тепловой карты превышает предварительно заданную температуру.

В соответствии с вышеупомянутыми преимуществами, данный вариант осуществления дополнительно защищает здоровую ткань.

В другом варианте осуществления выполнение команд дополнительно побуждает процессор валидировать термоакустическую модель с использованием тепловых данных.

В другом варианте осуществления выполнение команд дополнительно побуждает процессор объединять тепловые данные изнутри зоны визуализации с данными кумулятивной плотности энергии для получения оценки фактической температуры в целевых зонах как внутри, так и снаружи зоны визуализации.

Данный вариант осуществления особенно полезен потому, что его можно применять для вычисления температуры, чтобы содействовать при планировании следующей терапии определению мест, которые характеризуются наименьшим предшествующим выделением тепла.

В другом варианте осуществления предварительно заданный объем находится, по меньшей мере, частично снаружи целевой зоны.

В другом варианте осуществления система нагревания является одной из следующих: системой высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, системой радиочастотного нагревания, системой микроволновой абляции, системой гипертермической терапии, системой лазерной абляции и системой инфракрасной абляции.

В другом аспекте изобретение предусматривает реализуемый с помощью компьютера способ приведения в действие медицинского устройства, при этом медицинское устройство содержит систему нагревания для нагревания целевой зоны пациента, причем способ содержит получение плана лечения системой нагревания и многократное повторение нагревания целевой зоны в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления системой нагревания с использованием плана лечения, вычисления текущей карты плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели, причем текущая карта плотности энергии многократно обновляется в процессе нагревания целевой зоны, и обновления плана лечения с использованием текущей карты плотности энергии.

В другом аспекте изобретение предусматривает компьютерный программный продукт, содержащий машинно-выполняемые команды для выполнения процессором, управляющим медицинским устройством, при этом медицинское устройство содержит систему нагревания для нагревания целевой зоны пациента, причем выполнение команд побуждает процессор получать план лечения, причем выполнение команд дополнительно побуждает процессор многократно нагревать целевую зону в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления системой нагревания с использованием плана лечения, вычислять текущую карту плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели, причем текущая карта плотности энергии многократно обновляется в процессе нагревания целевой зоны, и обновлять план лечения с использованием текущей карты плотности энергии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В последующем описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения только для примера и со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг. 1 – блок-схема последовательности операций способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 2 – блок-схема последовательности операций, которая представляет дополнительный вариант осуществления способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 3 – представление медицинского устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 4 – более подробное представление варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 3;

Фиг. 5 – представление медицинского устройства с системой высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 6 – представление медицинского устройства с системой радиочастотного нагревания в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 7 – представление медицинского устройства с другой системой высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и

Фиг. 8 – пример карты кумулятивной плотности энергии нагревания на коже после 1, 2, 3, 5, 7 и 8 обработок ультразвуком.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Элементы с одинаковыми номерами позиций на приведенных фигурах являются либо эквивалентными элементами, либо выполняют одинаковую функцию. Элементы, которые рассмотрены раньше, не обязательно будут рассматриваться на последующих фигурах, если их функции эквивалентны.

На фиг. 1 приведена блок-схема последовательности операций, которая поясняет способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На этапе 100 получают план лечения с использованием тепловой модели. На этапе 102 целевую зону нагревают в течение чередующихся периодов нагревания и охлаждения с использованием плана лечения. Наконец, на этапе 104 вычисляют карту плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения. Карту плотности энергии многократно обновляют в процессе нагревания целевой зоны. Этапы 102 и 104 могут повторяться несколько раз.

На фиг. 2 приведена блок-схема последовательности операций, которая представляет дополнительный вариант осуществления способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Этапы 200-204 соответствуют этапам 100-104 на фиг. 1. На этапе 200 получают план лечения с использованием тепловой модели. На этапе 202 целевую зону нагревают в течение чередующихся периодов нагревания и охлаждения с использованием плана лечения. На этапе 204 карту плотности энергии в предварительно заданном объеме вычисляют с использованием плана лечения. На этапе 206 карту кумулятивной плотности энергии в предварительно заданном объеме вычисляют и отображают на дисплее. Затем план лечения оптимизируют на этапе 208 с использованием карты кумулятивной плотности энергии с этапа 206. На этапе 210 карту безопасного уровня мощности определяют с использованием карты кумулятивной плотности энергии в соответствии с этапом 206. И, наконец, карту безопасного уровня мощности отображают на дисплее, что является этапом 212. Этапы 202 и 212 можно повторять несколько раз.

На фиг. 3 изображено медицинское устройство 300 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Медицинское устройство 300 содержит систему 302 магнитно-резонансной визуализации. Система 302 магнитно-резонансной визуализации показана как содержащая магнит 306. Магнит 306 является сверхпроводящим магнитом цилиндрического типа с туннелем 308 по центру данного магнита. Магнит 306 содержит криостат, охлаждаемый жидким гелием, со сверхпроводящими катушками. Можно также применять постоянные или резистивные магниты. Возможно также применение магнитов разных типов, например, можно также применять и разрезной цилиндрический магнит и, так называемый, открытый магнит. Разрезной цилиндрический магнит аналогичен стандартному цилиндрическому магниту, за исключением того, что криостат разделен на две секции, чтобы обеспечивать возможность доступа к изоплоскости магнита, так что упомянутые магниты можно, например, применять в связи с терапией пучком заряженных частиц. Открытый магнит имеет две секции магнита, одну над другой с пространством посередине, которое является достаточно большим для вмещения пациента: компоновка зоны двух секций аналогична компоновке катушки Гельмгольца. Открытые магниты широко применяются потому, что пациент меньше ограничен. Внутри криостата цилиндрического магнита находится совокупность сверхпроводящих катушек. Внутри туннеля цилиндрического магнита находится зона 318 визуализации, в которой магнитной поле является достаточно сильным и однородным, чтобы выполнять магнитно-резонансную визуализацию.

Внутри туннеля магнита находится также градиентная магнитная катушка 310, которая применяется при сборе магнитно-резонансных данных, чтобы пространственно кодировать магнитные спины внутри зоны 318 визуализации магнита 306. Градиентная магнитная катушка 310 подсоединена к источнику 312 питания градиентных магнитных катушек. Градиентная магнитная катушка 310 является репрезентативной. Обычно, градиентные магнитные катушки 310 содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования по трем ортогональным пространственным направлениям. Источник 312 питания градиентных магнитных катушек подает ток в градиентные магнитные катушки 310. Ток, подаваемый в градиентные магнитные катушки, является управляемым в функции времени и может линейно-изменяемым и/или импульсным.

Вблизи зоны 318 визуализации находится радиочастотная катушка 314. Радиочастотная катушка 314 подсоединена к радиочастотному приемопередатчику 316. Также внутри туннеля магнита 306 находится пациент 320, который покоится на опоре 322 для пациента и находится частично внутри зоны 318 визуализации.

Вблизи зоны 318 визуализации находится радиочастотная катушка 314 для манипулирования ориентациями магнитных спинов внутри зоны 318 визуализации и для приема передач радиосигналов от спинов также внутри зоны 318 визуализации. Радиочастотная катушка 314 может содержать множественные катушечные элементы. Радиочастотная катушка 314 может также называться каналом или антенной. Радиочастотная катушка 314 подсоединена радиочастотному приемопередатчику 316. Радиочастотная катушка 314 и радиочастотный приемопередатчик 316 можно заменить отдельными передающими и приемными катушками и отдельными передатчиком и приемником. Подразумевается, что радиочастотная катушка 314 и радиочастотный приемопередатчик 316 являются репрезентативными. Как предполагается также, радиочастотная катушка 314 представляет собой специальную передающую антенну и специальную приемную антенну. Аналогично, приемопередатчик 316 также может представлять собой отдельный передатчик и отдельный приемник.

Источник 312 питания градиентных магнитных катушек и радиочастотный приемопередатчик 316 подсоединены к аппаратному интерфейсу 328 компьютерной системы 326. Компьютерная система 326 дополнительно содержит процессор 330. Процессор 330 подсоединен к аппаратному интерфейсу 328. Аппаратный интерфейс 328 дает процессору 330 возможность передавать и принимать данные и команды в/из системы 302 магнитно-резонансной визуализации. Компьютерная система 326 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 332, компьютерное запоминающее устройство 334 и компьютерную память 336.

В данном случае, система 304 нагревания входит в состав медицинского устройства 300. Система 304 нагревания была подсоединена к аппаратному интерфейсу 328 компьютерной системы 326 и пригодна к работе под управлением процессора 330. Как предполагается, система 304 нагревания в данном варианте осуществления является концептуальной и может представлять собой любую систему, применяемую для нагревания участка пациента. Система 304 нагревания может быть, например, системой высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, системой радиочастотного нагревания, системой микроволновой абляции, системой гипертермической терапии, системой лазерной абляции и системой инфракрасной абляции.

Компьютерная память 336 показана как содержащая модуль 338 формирования тепловой модели. Модуль 338 формирования тепловой модели содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность системе 304 нагревания моделировать плотность энергии в предварительно заданном объеме с использованием тепловой модели. Компьютерное запоминающее устройство 334 дополнительно содержит модуль 340 управления системой нагревания, который дает возможность процессору 330 управлять системой 304 нагревания. Кроме того, компьютерное запоминающее устройство 334 содержит модуль 342 получения плана лечения. Модуль 342 получения плана лечения содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 получать 100, 200 план лечения. Модуль 344 нагревания целевой зоны содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 нагревать 102, 202 целевую зону 324 в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления системой 304 нагревания с использованием модуля 340 управления системой нагревания. И компьютерная память 336 содержит модуль 346 вычисления карты плотности и модуль 348 обновления карты плотности. Модуль 346 вычисления карты плотности вычисляет текущую карту плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модули, при этом текущая плотность энергии многократно обновляется в процессе нагревания целевой зоны 324 с использованием модуля 348 обновления карты плотности.

Компьютерное запоминающее устройство 334 показано как содержащее карту 350 кумулятивной плотности энергии. Карта 350 кумулятивной плотности энергии определяется с использованием плана лечения, полученного 100, 200 с использованием модуля 342 получения плана лечения, и текущей карты плотности энергии, вычисленной 104, 204 с использованием модуля 346 вычисления карты плотности. Текущая карта плотности энергии многократно обновляется в процессе нагревания 102, 202 целевой зоны 324 с получением в результате карты 350 кумулятивной плотности энергии.

На фиг. 4 изображено медицинское устройство 400 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, аналогичен варианту осуществления, показанному на фиг. 3. В дополнение к признакам, показанным на фиг. 3, медицинское устройство 400 на фиг. 4 проявляет дополнительные признаки в компьютерном запоминающем устройстве 334 и компьютерной памяти 336. Компьютерное запоминающее устройство 334 показано как дополнительно содержащее карту 418 безопасного уровня мощности и тепловую карту 424. Компьютерное запоминающее устройство 334 показано также как содержащее магнитно-резонансные данные 420 и магнитно-резонансные изображения 422. Магнитно-резонансные данные 420 получают с использованием системы 302 магнитно-резонансной визуализации.

Компьютерная память 336 показана как дополнительно содержащая модуль 402 отображения карты плотности. Модуль 402 отображения карты плотности содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность отображать 206 карту 350 кумулятивной плотности энергии на дисплее. Кроме того, модуль 404 оптимизации плана лечения содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 оптимизировать 208 план лечения в соответствии с картой 350 кумулятивной плотности энергии, с учетом как архивных данных, так и следующего акта нагревания, чтобы найти положение целевой зоны 324, которая является самой безопасной и с кратчайшим временем охлаждения, при этом система может автоматически указывать наиболее подходящие или наиболее опасные места пользователю. Карта 418 безопасного уровня мощности может определяться и отображаться с использованием модуля 406 определения карты безопасного уровня мощности и модуля 408 отображения карты безопасного уровня мощности. Модуль 406 определения карты безопасного уровня мощности содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 определять 210 карту 418 безопасного уровня мощности с использованием карты 350 кумулятивной плотности энергии. И модуль 408 отображения карты безопасного уровня мощности содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 отображать 212 карту 418 безопасного уровня мощности на дисплее. Кроме того, компьютерная память 336 содержит модуль 410 останова. Модуль 410 останова содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 прекращать нагревание целевой зоны 324, если, по меньшей мере, участок карты 350 кумулятивной плотности энергии превышает предварительно заданный порог нагревания, или если, по меньшей мере, участок тепловой карты 424 превышает предварительно заданную температуру. Кроме того, компьютерная память 336 содержит модуль 412 определения тепловой карты, который содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 определять тепловую карту 424 предварительно заданного объема с использованием термографических магнитно-резонансных данных 420. Для валидации термоакустической модели компьютерная память 336 содержит модуль 414 валидации термоакустической модели. Компьютерная память 336 дополнительно содержит модуль 416 объединения данных, который содержит машинно-выполняемый код, который дает возможность процессору 330 объединять тепловые данные изнутри зоны 318 визуализации с данными 350 кумулятивной плотности энергии, чтобы получать оценку фактической температуры в целевых зонах 324 как внутри, так и снаружи зоны 318 визуализации.

На фиг. 5 показан дополнительный вариант осуществления медицинского устройства 500 в соответствии с изобретением. В данном варианте осуществления система нагревания является системой 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука. Система 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука содержит камеру 504, заполненную текучей средой. Внутри камеры 504, заполненной текучей средой, находится ультразвуковой преобразователь 506. Хотя на данной фигуре не показано, ультразвуковой преобразователь 506 может содержать множественные ультразвуковые преобразовательные элементы, способные, каждый, генерировать отдельный пучок ультразвука. Этим можно воспользоваться для электронного управления местом точки 518 обработки ультразвуком посредством управления фазой и/или амплитудой переменного электрического тока, подаваемого в каждый из ультразвуковых преобразовательных элементов. Точкой 518 обработки ультразвуком в ходе работы можно управлять, чтобы обрабатывать ультразвуком целевую зону 324.

Ультразвуковой преобразователь 506 соединен с механизмом 508, который позволяет механически репозиционировать ультразвуковой преобразователь 506. Механизм 508 соединен с механическим исполнительным механизмом 510, который выполнен с возможностью приведения в движение механизма 508. Механический исполнительный механизм 510 представляет собой также источник питания для подачи электрической мощности в ультразвуковой преобразователь 506. В некоторых вариантах осуществления источник питания может управлять фазой и/или амплитудой электрической мощности на отдельных ультразвуковых преобразовательных элементах. В некоторых вариантах осуществления механический исполнительный механизм/источник 510 питания расположен снаружи туннеля 308 магнита 306.

Ультразвуковой преобразователь 506 генерирует ультразвук, который показан, как следующий по пути 512. Ультразвук 512 проходит через камеру 504, наполненную текучей средой, и через ультразвуковое окно 514. В данном варианте осуществления ультразвук проходит после этого через гелевую прокладку 516. Гелевая прокладка не обязательно присутствует во всех вариантах осуществления, но в данном варианте осуществления в опоре 322 для пациента имеется углубление для вмещения гелевой прокладки 516. Гелевая прокладка 516 способствует передаче ультразвуковой мощности между преобразователем 506 и пациентом 320. После прохождения через гелевую прокладку 516 ультразвук 512 проходит сквозь пациента 320 и фокусируется в точку 518 обработки ультразвуком. Точка 518 обработки ультразвуком фокусируется внутри целевой зоны 324. Точку 518 обработки ультразвуком можно перемещать посредством сочетания механического позиционирования ультразвукового преобразователя 506 и электронного управления положением точки 518 обработки ультразвуком, чтобы обрабатывать всю целевую зону 324.

Система 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука показана как также подсоединенная к аппаратному интерфейсу 328 компьютерной системы 326. Компьютерная система 326 и содержимое ее запоминающего устройства 334 и памяти 336 эквивалентны тем, которые показаны на фиг. 4.

На фиг. 6 изображено медицинское устройство 600 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления система нагревания является системой 602 радиочастотного нагревания. Вариант осуществления, показанный на фиг. 6, является сходным с вариантом осуществления, показанным на фиг. 3 и 4. Компьютерная система 326, показанная на фиг. 6, эквивалентна компьютерной системе 326, показанной на фиг. 4 и 5. Содержимое компьютерного запоминающего устройства 334 и компьютерной памяти 336 также эквивалентно компьютерному запоминающему устройству 334 и компьютерной памяти 336, показанным на фиг. 4 и 5. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, в качестве системы нагревания применена система 602 радиочастотного нагревания. Система 602 радиочастотного нагревания содержит антенну 604 и радиочастотный передатчик 606. Антенна 604 находится вблизи целевой зоны 324. Радиочастотная энергия, генерируемая передатчиком 606 и излучаемая антенной 604, используется для селективного нагревания целевой зоны 324. В данном варианте осуществления радиочастотный передатчик 606 показан как подсоединенный к аппаратному интерфейсу 328. Процессор 330 и содержимое компьютерного запоминающего устройства 334 и компьютерной памяти 336 используются для управления радиочастотным передатчиком 606 эквивалентно тому, как системой 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука на фиг. 5 управляют посредством процессора 330.

На фиг. 7 изображено медицинское устройство 700 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления система нагревания является системой 502 высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, сходной с системой, показанной на фиг. 5. Единственным различием с фиг. 5 является то, что гелевая прокладка 516 отсутствует, что делает возможным, чтобы участок пациента 320 проходил через отверстие в опоре 322 для пациента. Участок продолжается и частично окружается пропускающей ультразвук текучей средой. В приведенном примере шесть ультразвуковых преобразовательных элементов 702 показаны как находящиеся внутри камеры 504, наполненной текучей средой. Упомянутые преобразовательные элементы 702 размещены в цилиндрическом порядке. Участок пациента 320 в данном случае является молочной железой. Имеются две области ткани; имеется область жировой ткани и область гландулярной ткани. Путь ультразвука 512 проходит от ультразвуковых преобразовательных элементов 702 через текучую среду 504, через жировую ткань и через гландулярную ткань к точке 518 обработки ультразвуком, которая расположена внутри целевой зоны 324. Компьютерная система 326, показанная на фиг. 7, эквивалентна компьютерной системе 326, показанной на фиг. 4, 5 и 6. Содержимое компьютерного запоминающего устройства 334 и компьютерной памяти 336 также эквивалентно содержимому компьютерного запоминающего устройства 334 и компьютерной памяти 336, показанным на фиг. 4, 5 и 6.

На фиг. 8 показаны карты плотности энергии, представляющие оценки нагревания на коже после 1, 2, 3, 5, 7 и 8 обработок ультразвуком. Карта кумулятивной плотности энергии вычисляется суммированием предыдущих актов терапии и добавлением оценки охлаждения. Это можно выполнить просто применением скользящего окна во времени, чтобы охватить только самые недавние акты терапии, или допущением, например, экспоненциального охлаждения и оценки постоянной времени охлаждения в выбранном месте, если существуют некоторые данные по свойствам охлаждения соседних структур. Изображения, показанные на фиг. 8, созданы с использованием способа оценки охлаждения со скользящим окном во времени. Шкала относится к Дж/мм², и значения различаются для разных обработок ультразвуком. Это означает, что максимальное значение плотности возрастает с числом обработок ультразвуком. На фиг. 8A показана карта плотности энергии после одной обработки ультразвуком, и, следовательно, получается только один кружок. После двух обработок ультразвуком, что показано на фиг. 8B, карта плотности энергии демонстрирует два кружка, и некоторые части перекрываются. В данной перекрывающейся зоне плотность энергии выше, чем в других зонах. На фиг. 8C-8F показано состояние после большего числа обработок ультразвуком (3, 5, 7 и 8). Белая зона является зоной с наибольшей плотностью энергии, и в данной зоне все обработки ультразвуком перекрываются. Некоторые зоны, показанные разными серыми формами, перекрываются частично. Поэтому вывод из вышеизложенного состоит в том, что чем светлее зона на карте кумулятивной плотности энергии, тем горячее будет ткань.

В качестве альтернативы можно применить акустическое и тепловое моделирование с использованием формы пучка и акустических и тепловых параметров, чтобы получить как можно более точную модель нагревания, а также охлаждения для каждой отдельной обработки ультразвуком, а также в течение большей длительности, включающей в себя несколько обработок ультразвуком, что, однако, не показано на фигуре.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100-212 этапы

300 медицинское устройство

302 система магнитно-резонансной визуализации

304 система нагревания

306 магнит

308 туннель

310 градиентная магнитная катушка

312 источник питания градиентных магнитных катушек

314 радиочастотная катушка

316 приемопередатчик

318 зона визуализации

320 пациент

322 опора для пациента

324 целевая зона

326 компьютерная система

328 аппаратный интерфейс

330 процессор

332 пользовательский интерфейс

334 компьютерное запоминающее устройство

336 компьютерная память

338 модуль формирования тепловой модели

340 модуль управления системой нагревания

342 модуль получения плана лечения

344 модуль нагревания целевой зоны

346 модуль вычисления карты плотности

348 модуль обновления карты плотности

350 карта кумулятивной плотности энергии

400 медицинское устройство

402 модуль отображения карты плотности

404 модуль оптимизации плана лечения

406 модуля определения карты безопасного уровня мощности

408 модуля отображения карты безопасного уровня мощности

410 модуль останова

412 модуль определения тепловой карты

414 модуль валидации термоакустической модели

416 модуль объединения данных

418 карта безопасного уровня мощности

420 магнитно-резонансные данные

422 магнитно-резонансное изображение

424 тепловая карта

500 медицинское устройство

502 система высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука

504 камера, наполненная текучей средой

506 ультразвуковой преобразователь

508 механизм

510 механический исполнительный механизм/источник питания

512 путь ультразвука

514 ультразвуковое окно

516 гелевая прокладка

518 точка обработки ультразвуком

600 медицинское устройство

602 система радиочастотного нагревания

604 антенна

606 радиочастотный передатчик

700 медицинское устройство

702 ультразвуковые преобразовательные элементы.

Группа изобретений относиться к медицине, а именно к системе нагревания для нагревания целевой зоны с использованием плана лечения и вычислению карты плотности энергии с использованием термоакустической модели. Медицинское устройство содержит машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу для выполнения способа нагревания целевой зоны с использованием плана лечения и данных по плотности энергии. Носитель содержит машинно-выполняемые команды для выполнения процессором, управляющим медицинским устройством. При этом медицинское устройство содержит: систему нагревания для нагревания целевой зоны пациента, причем выполнение команд побуждает процессор получать план лечения. Выполнение команд дополнительно побуждает процессор многократно: нагревать целевую зону в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления системой нагревания с использованием плана лечения. Вычислять карту текущей плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели. Причем текущая плотность энергии многократно обновляется в процессе нагревания целевой зоны. Вычислять карту кумулятивной плотности энергии суммированием многократно вычисляемых карт текущей плотности энергии с учетом оценки скорости охлаждения ткани. Отображать карту кумулятивной плотности энергии на дисплее. Модифицировать план лечения в соответствии с картой кумулятивной плотности энергии с учетом следующего акта нагревания. Группа изобретений позволяет ограничить максимальную кумулятивную плотность энергии в целевой зоне. 3 н. и 9 з.п. ф-лы,8 ил.

1. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) для нагревания целевой зоны с использованием плана лечения и данных по плотности энергии, содержащее:

- систему (304) нагревания для нагревания целевой зоны (324) пациента (320);

- процессор (330) для управления (340) системой (304) нагревания;

- память (336), содержащая машинно-выполняемые команды, при этом выполнение команд побуждает процессор (330) получать (100, 200, 342) план лечения, причем выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) многократно:

- нагревать (102, 202, 344) целевую зону (324) в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления (340) системой (304) нагревания с использованием плана лечения;

- вычислять (104, 204, 346) карту текущей плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели, причем текущая плотность энергии многократно обновляется (348) в процессе нагревания целевой зоны (324);

- вычислять (206, 346) карту (350) кумулятивной плотности энергии с использованием взвешенного осреднения карт текущей плотности энергии;

- отображать (206, 402) карту (350) кумулятивной плотности энергии на дисплее; и

- модифицировать (208, 404) план лечения в соответствии с картой (350) кумулятивной плотности энергии с учетом следующего акта нагревания.

2. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.1, в котором выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330):

- вычислять карту (350) кумулятивной плотности энергии суммированием многократно вычисляемых карт текущей плотности энергии с учетом оценки скорости охлаждения ткани.

3. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.1, в котором выполнение команд побуждает процессор (330):

- определять (210, 406) карту (418) безопасного уровня мощности с использованием карты (350) кумулятивной плотности энергии; и

- отображать (212, 408) карту (418) безопасного уровня мощности на дисплее.

4. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.1, в котором выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) прекращать (410) нагревание целевой зоны (324), если, по меньшей мере, участок карты (350) кумулятивной плотности энергии превышает предварительно заданный порог нагревания.

5. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.1, причем медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) дополнительно содержит систему (302) магнитно-резонансной визуализации, содержащую магнит (306) с зоной (318) визуализации, при этом система (302) магнитно-резонансной визуализации выполнена с возможностью получения термографических магнитно-резонансных данных (420) из целевой зоны (324) внутри зоны (318) визуализации, причем выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) многократно:

- получать термографические магнитно-резонансные данные (420) с использованием системы (302) магнитно-резонансной визуализации; и

- определять (412) тепловую карту (424) предварительно заданного объема с использованием термографических магнитно-резонансных данных (420).

6. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.5, в котором выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) прекращать (410) нагревание целевой зоны (324), если, по меньшей мере, участок тепловой карты (424) превышает предварительно заданную температуру.

7. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.6, в котором выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) валидировать (414) термоакустическую модель с использованием тепловых данных (424).

8. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.1, в котором выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) объединять (416) тепловые данные (424) изнутри зоны (318) визуализации с данными кумулятивной плотности энергии для получения оценки фактической температуры в целевых зонах (324) как внутри, так и снаружи зоны (318) визуализации.

9. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по п.1, в котором предварительно заданный объем находится, по меньшей мере, частично снаружи целевой зоны (324).

10. Медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) по любому из предшествующих пунктов, в котором система (304) нагревания является одной из следующих: системой (504) высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, системой (602) радиочастотного нагревания, системой микроволновой абляции, системой гипертермической терапии, системой лазерной абляции и системой инфракрасной абляции.

11. Способ нагревания целевой зоны с использованием плана лечения и данных по плотности энергии с помощью медицинского устройства (300, 400, 500, 600, 700), при этом медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) содержит систему (304) нагревания для нагревания целевой зоны (324) пациента (320), и способ содержит этапы, на которых:

- получают (100, 200, 342) план лечения системой нагревания

и многократно

- нагревают (102, 202, 344) целевую зону (324) в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления (340) системой (304) нагревания с использованием плана лечения;

- вычисляют (104, 204, 346) карту текущей плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели, причем текущая плотность энергии многократно обновляется (348) в процессе нагревания целевой зоны (324);

- вычисляют (206, 346) карту (350) кумулятивной плотности энергии с использованием взвешенного осреднения карт текущей плотности энергии;

- отображают (206, 402) карту (350) кумулятивной плотности энергии на дисплее; и

- модифицируют (208, 404) план лечения в соответствии с картой (350) кумулятивной плотности энергии с учетом следующего акта нагревания.

12. Машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу для нагревания целевой зоны с использованием плана лечения и данных по плотности энергии, содержащую машинно-выполняемые команды для выполнения процессором (330), управляющим медицинским устройством (300, 400, 500, 600, 700), при этом медицинское устройство (300, 400, 500, 600, 700) содержит:

систему (304) нагревания для нагревания целевой зоны (324) пациента (320), причем выполнение команд побуждает процессор (330) получать (100, 200, 342) план лечения, причем выполнение команд дополнительно побуждает процессор (330) многократно:

- нагревать (102, 202, 344) целевую зону (324) в течение чередующихся периодов нагревания и периодов охлаждения посредством управления (340) системой (304) нагревания с использованием плана лечения;

- вычислять (104, 204, 346) карту текущей плотности энергии в предварительно заданном объеме с использованием плана лечения и термоакустической модели, причем текущая плотность энергии многократно обновляется (348) в процессе нагревания целевой зоны (324);

- вычислять (206, 346) карту (350) кумулятивной плотности энергии суммированием многократно вычисляемых карт текущей плотности энергии с учетом оценки скорости охлаждения ткани;

- отображать (206, 402) карту (350) кумулятивной плотности энергии на дисплее; и

- модифицировать (208, 404) план лечения в соответствии с картой (350) кумулятивной плотности энергии с учетом следующего акта нагревания.