專利名稱：由mri引導的治療裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對人體施加能量的體內(nèi)治療技術(shù)，還涉及利用磁共振對這種治療的監(jiān)控。
背景技術(shù)：
通過從外界施加能量，可以對人類或其它哺乳動物的軀體進行各種形式的治療。在過高超越體溫的治療技術(shù)中，采用從被治療者身體的外部施加超聲波或射頻能量，以對各組織進行加熱。所施加的能量可以聚焦在體內(nèi)的一個很小的點上，從而在這個點上將組織加熱到足以產(chǎn)生一所需治療作用的溫度。這項技術(shù)可以被選用來破壞體內(nèi)不希望有的組織。例如，可以通過施加熱量來破壞腫瘤或其它不希望有的組織，所施加的熱量可以將異常組織加熱到足以使其被殺死的溫度而不會破壞鄰近的正常組織，所述溫度通常是60℃到80℃。這樣一個過程就是通常所說的“熱燒蝕”。對過高超越體溫的其它治療手段包括有選擇地對組織進行加熱，以便有選擇地激活一藥物，或促使被治療者體內(nèi)的某一選定部分產(chǎn)生其它一些生理變化。在其它治療方法中，可利用所施加的能量來破壞體內(nèi)的異物或沉積物，如超聲波碎石。
磁共振技術(shù)可用于醫(yī)學成像，以便進行診斷。在磁共振成像方法中，被治療者的需成像區(qū)域系處于一強磁場內(nèi)。對被治療者的處于成像體積內(nèi)的組織施加射頻信號。在此情況下，原子核受到所施加射頻信號的激勵，發(fā)出微弱的射頻信號，該信號被稱作磁共振信號。通過在進行過程中對磁場施加一個適當?shù)奶荻龋湍軓囊粋€有限的區(qū)域內(nèi)，例如被治療者的組織的一個二維切片，有選擇地獲得磁共振信號?？梢允箒碜郧衅煌糠值男盘柕念l率和相位隨著其在切片上的不同位置而變化。利用這種已知技術(shù)，可以使來自切片不同部分的信號退褶合(deconvolute)，并由這些信號推斷切片內(nèi)每個點上的各組織的特性。
已經(jīng)有很多人建議利用磁共振來監(jiān)控和引導在體內(nèi)施加能量的過程。例如，如可援引在此以作參考的美國專利4,554,925、4,620,546、4,951,688和5,247,935中所揭示的那樣，特定的已知磁共振作用是對溫度敏感的，因而利用這些作用獲取的磁共振數(shù)據(jù)可指示各組織的溫度變化。例如，一個被稱作T1或自旋點陣松弛時間的磁共振參數(shù)是隨溫度變化的。如果啟動磁共振成像設(shè)備以獲取被治療者體內(nèi)的各種體積元素或“體素”的T1值，則不同體素的數(shù)據(jù)將隨溫度而變化，至少在一具有大致相同組份的組織內(nèi)是這樣的。可以將這些數(shù)據(jù)描繪成一可視圖像，所顯示圖像的亮度或顏色的變化可以表示不同的溫度。因此，通過在人體施加能量的過程中對這樣一個可視圖像進行監(jiān)控，就可以監(jiān)控體內(nèi)被加熱的部位。通過監(jiān)控受熱區(qū)域的T1，就可以監(jiān)控加熱的程度。除T1以外的其它磁共振參數(shù)也可以用同樣的方式來描繪或監(jiān)控。
雖然這些方法是眾所周知的，但它們還是沒有被醫(yī)學界廣泛地采納。通常用于醫(yī)學診斷的磁共振成像儀器包括被布置成可施加強磁場的大型且精密的磁鐵，所述磁場的強度是，在直徑一般為10cm或更大的相對較大的成像體積內(nèi)有1特斯拉或更高的磁通密度。給定的磁共振成像靜磁場磁鐵嚴格地限制了通達被治療者的通路。例如，一個螺線管空氣芯型超導磁鐵可以具有一圍繞一個管狀的被治療者接納空間的超導線圈。被治療者躺在一張床上，該床被送入所述管狀空間，使病人的需成像部分處在該管狀空間內(nèi)。鐵芯磁鐵通常具有鐵磁框架，它們限定了相對的兩個磁極和介于磁極之間的被治療者接納空間。有永磁鐵或電磁鐵聯(lián)系于框架，以提供所需的磁通。按照不同的磁鐵設(shè)計，在磁共振儀器的工作過程中，超導線圈或框架可能會阻礙通達病人的通路。此外，由于通常用于醫(yī)學的磁共振成像儀器是昂貴的、固定的結(jié)構(gòu)，因而占用該儀器化費很高。由于施行過高超越體溫。由于施行過高超越體溫的治療過程通常需要相當多的時間，因而病人占用磁共振儀器來進行該治療過程費用就很高。另外，由于此類儀器通常只是建立在專門的成像中心或醫(yī)院的放射科內(nèi)，因而利用該成像儀器來進行治療會給病人以及主治醫(yī)生帶來很大不便。因此，盡管迄今為止已經(jīng)有了很多由MRI引導的對過高體溫的治療方法和設(shè)備，但是對這些方法和設(shè)備的改進，人們?nèi)杂兄喈敶蟮摹]有得到滿足的要求，即要求降低成本，并提高便利性。
另外，還需要對此類過高體溫的治療方法作進一步的改進。醫(yī)生通常用手來使能量施加裝置對準，并施加所謂“限值以下”劑量的能量，這些能量可對組織進行輕微的加熱，但是不足以導致組織內(nèi)發(fā)生永久性變化。隨后，醫(yī)生可以觀察一磁共振圖像上的受熱點的位置，以確定該能量施加裝置是否已對準被治療者體內(nèi)的所需部位。
病人體內(nèi)組織對所施能量的響應是變化的。諸如比熱和導熱率之類的組織特性方面的差別將導致由于吸收特定數(shù)量的能量而產(chǎn)生的溫度變化有所差異。各組織對所施能量的吸收“敏感度”或趨勢也隨位置的不同而變化。因此，當裝置已經(jīng)對準某一特定點之后，醫(yī)生必須這樣來施加一個治療劑量，即，逐步增大對該特定點所施加的能量，并借助磁共振信息來監(jiān)控該點的溫度變化，例如，通過用肉眼觀察顯示出來的磁共振圖像來實現(xiàn)。
通常，在能量施加裝置的每次操作過程中，受熱點是相對較小的，例如直徑為1mm至3mm的點。為了治療病人體內(nèi)的一個較大區(qū)域，必須將所述點重新定位多次。所有這些都需要相當多的時間和精力。另外，該過程的誤差可能會導致相鄰器官受損。例如，通常需施加熱能來治療良性的前列腺增生或前列腺腫瘤。如果醫(yī)生誤將能量施加裝置對準了尿道并啟動而施加一治療劑量時，就可能破壞尿道脆弱的結(jié)構(gòu)。因此，希望能對熱能治療進行改進，以提高這種治療的安全性，并降低進行該治療所需的精力。
對本發(fā)明的揭示本發(fā)明旨在解決這些需要。
本發(fā)明的一個方面是提供治療設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明這個方面的治療設(shè)備最好包括一可動的靜磁場磁鐵，它適于在相對于該靜磁場磁鐵的一個磁共振體積內(nèi)的預定位置上施加一靜磁場，并且還包括一能量施加器，它適于在相對于該施加器的一個能量施加區(qū)域內(nèi)的預定位置上施加能量。根據(jù)本發(fā)明該方面的設(shè)備還包括定位裝置，用于移動靜磁場磁鐵和能量施加器而使兩者定位，以便使磁共振體積至少部分地包圍需治療的被治療者區(qū)域，并使能量施加區(qū)域與磁共振體積在被治療者區(qū)域內(nèi)相互交叉。較佳的是，該設(shè)備包括一底盤，所述靜磁場磁鐵和能量施加器安裝于該底盤。在此情況下，定位裝置包括用于使底盤移動以讓底盤相對于被治療者定位的裝置。靜磁場磁鐵是一個單側(cè)靜磁場磁鐵，布置成使磁共振體積位于靜磁場磁鐵的外側(cè)，并沿著向前的方向與靜磁場磁鐵分開。靜磁場磁鐵最好大大小于傳統(tǒng)的磁共振成像儀器中所采用的靜磁場磁鐵。例如，該靜磁場磁鐵的尺寸可以是1米或更小，并且重量輕得足以使其能由具有合理成本和比例的定位裝置來方便地移動。因此，整個裝置可以根據(jù)需要來移動，從而定位得靠近被治療者身體的需要治療的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明該方面的最佳設(shè)備的小尺寸和低成本足以使其被用作諸如醫(yī)生辦公室或醫(yī)療中心之類的臨床場所。因此，可以在普通的臨床場所來進行磁共振監(jiān)控的能量施加過程。在該過程中，無需占用昂貴的診斷用磁共振成像儀器。
本發(fā)明另外的方面是提供用于磁共振的改進的單側(cè)靜磁場磁鐵。然而，即使具有這樣的改進，小的單側(cè)靜磁場磁鐵通常只能在相對較小的磁共振體積內(nèi)(例如尺寸為幾個厘米的磁共振體積)提供適合于磁共振成像的磁場。這樣一個小的體積對普通的磁共振成像而言通常被看作是不利的。然而，根據(jù)本發(fā)明這一方面的儀器可以將能量施加在被治療者的相對較小的解剖學區(qū)域內(nèi)，因而具有小磁共振體積的儀器還是能提供對控制能量施加過程有用的信息。此外，對控制能量施加所需的圖像質(zhì)量的要求低于診斷用MRI成像所需的質(zhì)量。采用一個相對較小的磁共振體積還可以允許使用一個相對較小、重量輕、成本低的單側(cè)磁鐵。
根據(jù)本發(fā)明該方面的設(shè)備最好還包括例如梯度線圈之類用于在所述磁共振體積內(nèi)施加磁場梯度的輔助設(shè)備。梯度線圈可以安裝于底盤或相對于靜磁場磁鐵固定在位。該設(shè)備也可包括用于將無線電頻率信號施加到被治療者并接收所產(chǎn)生的磁共振信號的無線電頻率設(shè)備，以及啟動梯度線圈以施加梯度場的裝置。該設(shè)備還包括一個用于處理磁共振信號的計算機，以便在工作基準框(例如局部磁共振基準框、靜磁場磁鐵基準框)內(nèi)派生出所述磁共振體積內(nèi)的被治療者組織的圖像。該計算機還可以處理磁共振信號，以派生出工作基準框內(nèi)的一個或多個位置上的被治療者的組織溫度。
能量施加器可以包括一個超聲波發(fā)射換能器陣列，并可包括一個安裝在換能器陣列與能量施加區(qū)域之間的柔性流體容器，以使柔性流體容器可以配合在換能器陣列與被治療者體表之間。在一個特別好的實施例中，能量施加器包括一安裝座，換能器陣列和柔性容器作為一可隨意處理的裝置而可釋放地聯(lián)接于安裝座。換言之，設(shè)備的永久性構(gòu)件可以包括作為能量施加裝置的一個安裝座，它適于接收這樣一個可隨意處理的裝置。通常，安裝座可以為換能器陣列提供電連接，并且還可以為可隨意處理的裝置提供機械固定。在一個特別好的實施例中，該設(shè)備包括一個呈環(huán)件形式的射頻天線，用于發(fā)送或接收RF信號。天線固定于安裝座，因而當超聲波換能器陣列和柔性流體容器固定于安裝座時，該天線可以在或靠近病人身體的位置上環(huán)繞柔性流體容器。靜磁場磁鐵通常是布置成能提供一個在沿中軸線的軸向上受到引導的磁場。較佳的是，能量施加器和RF天線設(shè)置成使一施加器軸線從施加器延伸入能量施加體積與磁共振體積的重疊部分內(nèi)，該施加器軸線垂直于靜磁場磁鐵的中軸線。RF環(huán)形天線的軸線也垂直于靜磁場磁鐵的中軸線。如下所述，這種布置非常便于使用，并且可以加強被傳輸?shù)腞F信號與成像體積內(nèi)的原子核的相互作用以及被接收的磁共振信號的信噪比。
本發(fā)明的另一個方面提供一種磁共振設(shè)備，特別是結(jié)合有如上所述的可動單側(cè)靜磁場磁鐵和定位裝置。根據(jù)本發(fā)明該方面的磁共振設(shè)備可以作為治療裝置的一個單元，也可以出于其它目的而提供被治療者區(qū)域內(nèi)的圖像。
本發(fā)明的另一個方面提供用于治療動物、例如人或其它哺乳動物的方法。根據(jù)本發(fā)明該方面的方法包括如下步驟將一個適于施加靜磁場的可動靜磁場磁鐵定位在一個磁共振體積內(nèi)，該磁鐵相對于被治療者設(shè)置成磁共振體積至少部分地包圍被治療者的一部分區(qū)域。將一個適于施加能量的可動能量施加器相對于被治療者定位在一個能量施加區(qū)域內(nèi)，能量施加區(qū)域與磁共振體積在被治療者的需治療區(qū)域內(nèi)相互交叉。當靜磁場磁鐵在磁共振體積內(nèi)施加靜磁場時，它施加射頻信號，以從磁共振體積內(nèi)的被治療者的組織內(nèi)發(fā)出磁共振信號。該方法還包括接收這些磁共振信號、并相對于來自磁共振體積內(nèi)的被治療者組織的磁共振信號從磁共振信號派生出磁共振信息的步驟。另外，該方法還包括激活可動能量施加裝置的步驟，以對能量施加區(qū)域內(nèi)的病人組織施加能量，從而對這些組織進行治療；以及利用磁共振信息控制治療的一個或多個參數(shù)的步驟。
如以上結(jié)合設(shè)備所述，采用可動靜磁場磁鐵和能量施加裝置可允許這些裝置相對于病人定位。同樣地，最好采用安裝于一共同底盤的靜磁場磁鐵和能量施加器，因而定位步驟包括使底盤移動以使底盤相對于被治療者定位的步驟?？梢栽谥委熯^程之后使底盤移動，從而將磁共振體積和能量施加區(qū)域重新定位在被治療者的一個新的區(qū)域內(nèi)，并且重復步驟(c)、(d)、(e)和(f)，以對新區(qū)域內(nèi)的組織進行治療。根據(jù)本發(fā)明該方面的方法還包括由于治療過程是局部的，所以它可利用一具有相對較小的磁共振體積的磁鐵來實施的方案。
最佳的是，磁共振信息是空間編碼的，以便施行派生磁共振信息的步驟，在磁共振體積內(nèi)的一個或多個點上派生出磁共振信息，各點具有由局部磁共振基準框所限定的位置。利用磁共振信息來控制的治療過程的一個或多個參數(shù)可以包括被治療組織的位置。因此，監(jiān)控步驟可以包括對被治療組織在相關(guān)于局部磁共振基準框的一工作基準框內(nèi)的位置進行控制的步驟。于是，控制被治療組織位置的步驟包括使能量施加器瞄準而在限定于工作基準框內(nèi)的一個或多個治療位置上施加能量。瞄準步驟可以包括使施加器移動，或在一相控陣列式施加器的情況下調(diào)節(jié)施加于陣列各單元的信號的相位和幅度。該方法還包括在工作基準框(最好是局部磁共振基準框)內(nèi)顯示被治療者組織圖像。圖像最好全部都是部分地派生于利用可動靜磁場磁鐵和相關(guān)構(gòu)件獲得的磁共振信息。瞄準步驟還可以至少部分地通過對圖像檢查來進行，例如，通過觀察疊加于圖像的能量施加器的目標標識。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于治療一哺乳類被治療者的方法可以包括如下步驟選擇一個位于所述被治療者體內(nèi)的治療體積，其邊界限定在一個工作基準框內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明這個方面的方法還可以包括如下步驟激活施加器，以在靠近或位于治療體積內(nèi)的多個測試點上施加能量，并確定在每個測試點上的組織加熱程度。最好是該方法還包括這樣的步驟從各測試點的加熱程度和由施加器施加于測試點的能量的關(guān)系派生出由施加器提供的能量與治療位置的加熱程度之間的關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明該方面的方法，最好還包括激活施加器以在各治療位置上施加能量的步驟，施加器在該步驟中施加于每個治療位置的能量至少部分地是根據(jù)在前一個步驟中派生出來的所施能量與對治療位置的加熱程度之間的關(guān)系來選擇的。該方法可以用于磁共振引導的體溫過高的治療，包括前述的利用可動靜磁場磁鐵的方法和其它方法。確定對各測試點加熱程度的步驟最好包括采集用于每個測試點的磁共振信息的步驟。能量的測試劑量最好低于可導致各測試點上的組織發(fā)生永久變化所需的閾值水平。派生出治療與加熱關(guān)系的步驟最好包括派生出一個由施加器施加的能量與每個測試點加熱程度之間的關(guān)系，并在各測試點之間的整個距離上在這些關(guān)系之間進行插值處理。在一個特別好的布置中，治療體積的邊界包括一個或多個多面體圖元，各測試點靠近多面體圖元的各頂點。這些邊界可以這樣來選擇，即，通過顯示在包圍需治療區(qū)域的工作基準框內(nèi)的圖像，顯示疊加在圖像上的所述邊界的可視標識，并且對一控制元件施加一人工輸入信號，以在顯示可視標識的同時來調(diào)節(jié)邊界。
在建立起邊界之后，剩余步驟中的全部或一些步驟最好是能自動地進行。因此，激活施加器以在治療位置上施加能量的步驟是這樣進行的，即，根據(jù)一預定的順序(例如光柵掃描順序)自動地調(diào)節(jié)施加器對不同治療區(qū)域的目標，并使施加器自動地工作而施加適當?shù)闹委焺┝?。根?jù)本發(fā)明該方面的方法非常便利于治療過程。它們可以在整個治療過程中對治療提供良好的控制，并對施加于體內(nèi)各不同點上的能量的不同響應提供良好的補償，同時，又大大減少了用于確定各不同點上的敏感度所需的時間以及進行治療過程所需的精力。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種治療方法，包括這樣的步驟在一工作基準框內(nèi)限定一個包圍無需治療的組織的回避區(qū)域，并記錄回避區(qū)域的邊界。根據(jù)本發(fā)明該方面的方法還包括這樣的步驟人工地使一體內(nèi)治療裝置的目標點相對于被治療者移動，并人工地激活該治療裝置、在目標點上施加治療。根據(jù)本發(fā)明該方面的方法還包括如下步驟在人工操作步驟中，自動地跟蹤工作基準框內(nèi)的目標點，并自動地控制治療裝置的工作，以避免在回避區(qū)域內(nèi)施加治療。自動控制工作的步驟包括自動地阻止目標點移入回避區(qū)域的步驟。例如，人工移動目標點的步驟包括人工地移動一致動器(例如一操縱桿)的步驟，自動地阻止目標點移動的步驟包括當目標點處在回避區(qū)域附近時，相應于目標點移入回避區(qū)域的移動而在與致動器移動方向相反的方向上提供力反饋?；蛘撸詣拥乜刂浦委熝b置工作的步驟包括當目標點位于回避區(qū)域內(nèi)時，阻止施加治療。當治療裝置是一個能量施加器時，若目標點處在預定的回避區(qū)域，則自動控制步驟可以阻止施加能量?；乇軈^(qū)域可以以類似于上述治療體積的方式來限定，即，通過顯示一個被治療者圖像的可視標識，并顯示一疊加在所述圖像的所述標識上的所述回避區(qū)域邊界的可視標識，同時對一控制元件施加一人工輸入信號，以調(diào)節(jié)所述邊界。根據(jù)本發(fā)明該方面的方法大大加強了人工控制的治療過程(例如對組織進行熱燒蝕)的安全性。本發(fā)明的這些和其它的目的將通過以下結(jié)合附圖對較佳實施例所作的描述而變得更加清楚。
附圖簡要說明

圖1是一局部用方框圖表示的立體圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的設(shè)備；圖2是一立體示意圖，示出了安裝在圖1設(shè)備內(nèi)的一磁鐵的各部分；圖3是一示意圖，示出了圖1和圖2所示設(shè)備的另外一些部分；圖4是一正面示意圖，示出了圖1-4中的設(shè)備所采用的梯度線圈；圖5是一橫剖面示意圖，示出了圖1-4中的設(shè)備所采用的一個高強度聚焦超聲波裝置和相關(guān)構(gòu)件；圖6是一橫剖面示意圖，示出了圖5所示的超聲波裝置的一部分；圖7和圖8示出了在利用本發(fā)明的特定方法的操作過程中顯示屏上顯示的情況；圖9是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的梯度線圈的立體示意圖；圖10是一剖面示意圖，示出了圖10的梯度線圈與設(shè)備的其它元件相結(jié)合的情況；圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的梯度線圈的正面示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的設(shè)備的正面示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的設(shè)備的立體示意圖；圖14是本發(fā)明又一實施例的示意圖。
本發(fā)明的實施方式根據(jù)本發(fā)明一實施例的設(shè)備包括一可動裝置10，該裝置具有安裝在一個共同底盤15上的一靜磁場磁鐵12、梯度線圈組件14和一指令及控制臺13。底盤15包括一臂17，它從其它構(gòu)件向上伸出，并如圖1中箭頭F所示的那樣向前凸伸。在臂17前端的一個安裝座19上安裝了一個可隨意處理的高強度聚焦超聲波或“HIFU”發(fā)射器16。在下文中將要詳細描述，靜磁場磁鐵12是布置成能提供一個合適的磁場，藉以在設(shè)置于裝置10前方的磁共振體積內(nèi)進行磁共振成像，而HIFU裝置16是布置成能在與磁共振體積20交叉的一個能量施加區(qū)域21內(nèi)施加超聲波能量。底盤15安裝在一個定位系統(tǒng)23上。定位系統(tǒng)23支承在一底座25上。在底座25上設(shè)有腳輪27。腳輪27可以伸出，使整個可動裝置10和底座25可以在房間的地板上移動，并與躺在床24上的病人床位(pier)的所需區(qū)域?qū)?。一旦裝置已與所需區(qū)域粗略地對準，各腳輪可以縮回，裝置可以利用定位系統(tǒng)23更精確地對準，這在下文中將要詳細描述。腳輪27可以用滑動件、空氣墊支承件來代替。定位系統(tǒng)23包括常用的裝置，例如液壓或氣動的致動器、螺桿千斤頂和轉(zhuǎn)動裝置，以使底盤15能以多個自由度移動，包括可以在所有的垂直方向和水平方向上平動，以及繞三根正交軸線轉(zhuǎn)動。定位系統(tǒng)23還包括常用的驅(qū)動構(gòu)件，例如用于驅(qū)動機械連桿的伺服電動機和用于驅(qū)動液壓或氣壓的移動裝置。另外，定位系統(tǒng)最好包括常用的反饋控制元件，例如電位計和光電編碼器，它們可提供指示各可動元件在定位元件內(nèi)的相對位置的信號，進而指示底盤15的位置和取向。例如，底盤的一個自由度的平動或樞轉(zhuǎn)可以由一個螺桿機構(gòu)來控制，該螺桿軸可以具有一常用的數(shù)字式編碼器，以便檢測和匯報螺桿軸的位置?？刂婆_13與一控制用計算機29相聯(lián)系。該控制用計算機通過一定位器接口31聯(lián)系于定位器23。定位器接口包括常用的構(gòu)件，用于將來自定位器的反饋控制部件轉(zhuǎn)換成可供控制用計算機使用的數(shù)字格式，并將來自控制用計算機的信號轉(zhuǎn)換成可供定位系統(tǒng)使用的驅(qū)動裝置信號。一靜磁場激勵裝置33可控制靜磁場磁鐵12的線圈內(nèi)的電流，如下文所述，一梯度激勵器35可激勵梯度線圈14而施加磁場梯度。一射頻天線37圍繞HIFU裝置16安裝，并聯(lián)系于一RF收發(fā)器39。收發(fā)器39也由控制用計算機29控制。另外，一電動驅(qū)動器41連接于HIFU裝置16。驅(qū)動器41也由控制用計算機29控制。如下文所述，這些構(gòu)件相互協(xié)作而在磁共振體積20內(nèi)進行磁共振成像，以對能量施加體積21內(nèi)的選定點施加超聲波能量。
靜磁場磁鐵最好如圖2所示，靜磁場磁鐵組件12包括多個相對于一中心軸線同心布置的圓筒形超導線圈。在這些線圈中包括彼此同心布置的一內(nèi)線圈28、一中部線圈30和一外線圈34。一環(huán)形的低溫箱36圍繞著這些線圈。最好如圖1所示，低溫箱36限定了一個延伸穿過最內(nèi)線圈28并環(huán)繞軸線26的內(nèi)孔38。低溫箱36是用非鐵磁性材料制成的環(huán)形殼體。該低溫箱還包含例如液氦或液氮之類的制冷劑，以便將各線圈維持在超導溫度。在一種已知的技術(shù)中，各線圈是用內(nèi)支承件(未示)支承在低溫箱內(nèi)的。雖然圖示的低溫箱的壁只是一個單壁，但實際上低溫箱最好是具有一個或多個復壁結(jié)構(gòu)，即在各壁之間具有真空空間。這樣的結(jié)構(gòu)也稱作杜瓦(Dewar)容器，它可以使向低溫箱內(nèi)容物(包括線圈和制冷劑)的熱傳導最小。或者，低溫箱可以是一個絕緣的封閉物，它可以用除低溫流體以外的手段來冷卻，例如通過熱電制冷或其它常用的制冷系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以采用高TC的超導體。
圖3中示出了用于表示各線圈尺寸的基準及尺寸確定系統(tǒng)的框架。每個線圈的平均直徑或Rm以及徑向厚度Tr都是相對中軸線26來確定的。每個線圈的軸向布置是由線圈的平均軸向尺寸Am給出的，這個尺寸是從磁共振體積的中心點22開始測量而獲得的。每個線圈的軸向厚度Ta是線圈在平行于軸線26方向上的尺寸。線圈還在靜磁場磁鐵組件的最前面一個線圈的最前部限定了一個垂直于軸線26的前平面40。
磁鐵12的線圈連接于一常用的電源或靜磁場激勵裝置33(圖1)。裝置33可向線圈提供電流。各線圈內(nèi)的電流流動方向如圖3中的箭頭“正”或“負”符號所示。這些任選的電流方向是彼此相反的。圖3中還示出了前間隔距離f，或者說是從靜磁場磁鐵組件到成像體積20的中心點22的距離。
在表I中示出了用于圖1、2和3所示實施例的各線圈的尺寸。
表1

如上表所示，該磁鐵可以借助一相對較小的線性軸向磁場梯度

在一個直徑為大約5cm、從前平面起大約25-30cm的區(qū)域內(nèi)提供一個大約1千高斯的磁場。在同一個區(qū)域內(nèi)，徑向磁場曲率

也是相對比較小的，因而徑向的磁場梯度也較小。該磁鐵可以借助一線性的軸向梯度和非常小的徑向梯度，在一個軸向尺寸大約為1cm、直徑大約為3cm的磁共振體積或成像體積20內(nèi)產(chǎn)生一個磁場。體積20的中心落在點22，它與前平面40的間隔距離f是大約26cm。該磁鐵相對較??；磁鐵的各線圈可以容納在一個直徑為大約78cm、厚度僅為約14cm的圓柱形空間內(nèi)。磁鐵的這么小的尺寸可以大大降低成本和低溫箱的重量以及操作成本。按照低溫箱所采用的不同材料，整個磁鐵的重量可以小于500kg，因而可以借助一個具有合理尺寸的定位裝置33來移動并相對于病人定位。
梯度線圈尺寸圖4示出了梯度線圈組件14。該梯度線圈組件包括四個繞組50、52、54和56，它們圍繞靜磁場磁鐵的共軸線或中軸線26設(shè)置，繞組50和52形成了一個沿直徑方向相對的成對繞組，而繞組54和56形成了另一個沿直徑方向相對的成對繞組。各繞組大致是平面的，并大體位于垂直于靜磁場磁鐵的軸線26的平面內(nèi)。線圈50和52是沿著一與靜磁場磁鐵12的中軸線26或Z軸方向相垂直的第一軸線(圖4中標以“X”)設(shè)置的，而另一對繞組54和56是沿著與中軸線26或Z軸方向相垂直并垂直于繞組50和52的X軸方向的另一軸線(在圖4中標以“Y”)設(shè)置的。這些繞組是用厚度小、寬度大的金屬帶制成，金屬帶是這樣繞制的，即，金屬帶的寬度方向垂直于繞制平面，平行于軸線26。例如，金屬帶可以是大約0.016英寸(0.4mm)厚，大約0.75英寸(2cm)寬。每個繞組可以包括大約120匝這樣的金屬帶。繞組50包括一大體呈與軸線26同心的圓弧形式的外弧段58，并且還包括一對從弧段58的端部徑向向內(nèi)延伸的徑向段60和62。這兩個段在軸線26附近匯合。另外的繞組52、54和56包括類似的段。由于該靜磁場磁鐵可以在軸向或Z軸方向上固定地施加一磁場梯度，所以該實施例所采用的梯度線圈組件不包括Z向的梯度線圈。然而，如果需要一個Z向的梯度線圈，它可以是一個與中軸線26同心的圓形螺線管。
各繞組都安裝在一個非鐵磁性的殼體57內(nèi)，在該殼體內(nèi)設(shè)有若干個連接于一深冷器或其它制冷劑源的制冷通道(未示)。從每個繞組的中軸線26到外弧段的半徑是大約25cm或更小，因而整個梯度線圈組件14和殼體57的直徑只有大約50cm，厚度只有大約3-4cm。
殼體57設(shè)置得緊靠靜磁場磁鐵12的前部，即，正好在低溫箱36的前面，并盡可能地靠近靜磁場磁鐵的前平面40。這樣就在梯度線圈組件和成像體積20之間沿著軸線26的方向留下了一個很大的空間，因而使成像體積可以深深地位于病人體內(nèi)。梯度線圈組件的各繞組連接于梯度驅(qū)動器35。對梯度線圈的供能和控制可以穿過低溫箱36的孔來進行。
梯度激勵器包括常用的D/A轉(zhuǎn)換器和放大器，用于接收來自計算機29的一個所需的數(shù)字式梯度波形、將該數(shù)字波形轉(zhuǎn)換成模擬形式并復制作為由設(shè)備計算機控制的特定梯度線圈內(nèi)的電流的模擬波形。為了在成像體積20內(nèi)施加一個X方向的磁場梯度，可以對成對的兩個繞組加以激勵，使兩個繞組的外弧段內(nèi)的電流沿著相反的方向繞靜磁場組件的軸線26流動。例如，當繞組50和52受到如圖4中箭頭C所示方向的電流的激勵時，它們可以在X軸方向上提供一個磁場梯度。反向的電流將產(chǎn)生與此相反的梯度。繞組54和56可以用相同的方式來激勵，以便在Y方向上施加一磁場梯度。
HIFU裝置和RF系統(tǒng)在臂17前端或末端的安裝座19包括一機械安裝元件62(圖5)，例如圖中所示的錐形孔或其它常用的裝置，以便形成一個可釋放的機械接配結(jié)構(gòu)。例如，錐形孔62可以用常用的夾具、夾緊件、螺栓接頭或抓持器、多爪夾盤或筒式夾盤來代替。安裝座19還包括一制冷劑供應通道63和制冷劑抽出通道64，它們連接于一常用的制冷劑源(未示)，例如冷水。安裝座19還包括一多元件電接頭66，該接頭依次連接于高強度聚焦超聲波驅(qū)動器41(圖1)。
超聲波能量施加裝置16包括一可的高強度聚焦超聲波裝置68。裝置68包括一基本剛性的框架70，該框架最好是用聚合物材料，例如聚碳酸酯或環(huán)氧樹脂或其它相對較為剛性的高強度聚合物。框架70具有一剛性連接于其上的安裝件72。安裝件72適于和安裝插座62配合而形成一個剛性且可釋放的連接。例如，當安裝插座包括一錐形插座時，安裝件72可以是一個具有相配錐形的銷子?？蚣?0形成了一個淺盤，該淺盤大致為圍繞軸線74的一個回旋表面。
多個超聲波發(fā)射部分76在框架70上設(shè)置成陣列。最好如圖6所示，每個發(fā)射部分76包括一剛性背襯78，例如由鋁、玻璃或剛性聚合物制成的塊。發(fā)射部分還包括一壓電薄膜80，例如由賓夕法尼亞州的Harrisburg的AMP公司生產(chǎn)的商標為Kynar的聚偏氟乙烯薄膜。在薄膜80和背襯78之間設(shè)置了一組后電極82，而在薄膜80的背離背襯78的前表面上設(shè)置了一組前電極84。前電極和后電極成對相配設(shè)置成每一對前電極都重疊于后電極。例如，電極82a和84a就形成了一對。這些電極相互對準，并且相互重疊。雖然在圖6中只能看到三對電極，但發(fā)射部分76可以包括布置在一個陣列中的很多對電極，例如，在一個3×3的陣列中，可以包括9對。有分開的引線伸向每個電極。電極82和84最好是用沉積在壓電薄膜80的表面上的薄導電體來形成，例如在壓電層的表面上涂敷導電油墨，或借助例如濺鍍或化學鍍敷等工藝，隨后再進行電鍍。各引線86從每個電極伸出。
每一對電極和設(shè)置在成對電極之間的薄膜80部分形成了一個可獨立工作的壓電傳感器。通過對成對的兩個電極施加相反的電壓，就可以使這兩個電極之間的薄膜區(qū)域朝著向前或向后的方向(即圖6中的上、下方向)膨脹或收縮。因此，通過施加一個交變的電勢，就可以在超聲波的頻率下驅(qū)動每對電極之間的薄膜部分。圖中所示的特定發(fā)射部分具有直接粘接于背襯78的表面的后電極，因而后電極和薄膜的后表面被剛性地保持。在此配置下，希望將薄膜80的厚度設(shè)置成接近超聲波振動之波長的四分之一。通常的工作頻率是在大約1到1.8Mhz的范圍內(nèi)，最通常的是大約1.5MHz，而在薄膜內(nèi)的超聲波振動波長是大約1mm。因此，當薄膜的后表面如圖6所示實施例那樣剛性地保持在背襯上時，薄膜80的理想厚度是大約250微米。在其它實施例中，薄膜被支承成離開背襯，因而薄膜的后表面與背襯分開，從而使其可以自由地振動。在這些實施例中，薄膜的厚度大約是波長的一半，最好是大約500微米或更大?？梢栽诒∧?0的前表面和電極84上設(shè)置例如聚合物薄膜或密封劑之類的保護層(未示)，以使它們不致與環(huán)境接觸。一個用鋁或聚合物材料等剛性材料制成的環(huán)件90圍繞薄膜的外周延伸。環(huán)件90固定于支承件78。
發(fā)射部分76固定于框架70(圖5)。與所有發(fā)射部分的各電極相連的引線通過一共同的電纜92連接至多元件插頭94，該插頭適于和安裝座19的多元件插座66相配合。各引線和電纜是采用適用于頻率規(guī)格為1.5MHz的電氣結(jié)構(gòu)的標準技術(shù)構(gòu)造而成的。例如，連接于每對電極的各根引線最好是同軸的雙扭線，或其它適于高頻工作的傳輸線。電纜92還可以形成為所謂的柔性電路，它可以接納很多傳輸線。各發(fā)射部分76安裝在框架上，使其前表面或激活表面(攜有前電極84的表面)朝前，即朝著圖6中的向下方向。于是，發(fā)射部分的各元件的前表面構(gòu)成了超聲波發(fā)射器的一個相控陣列(phased array)。各超聲波發(fā)射器所發(fā)出的能量可以聚焦在一個小的焦點94上。較佳的是，該發(fā)射器陣列最好是能提供一個尺寸為大約2-3mm的點。當把裝置用于熱燒蝕時，該陣列最好是能在焦點上提供一大約1500w/cm2的超聲波強度，以便在不到1秒鐘的時間內(nèi)將焦點位置上的組織從大約37℃加熱至60-80℃。通常，必須對陣列施加大約1500瓦的電力，以產(chǎn)生大約500瓦的超聲波發(fā)射。所述焦點可以設(shè)置在能量施加體積21范圍內(nèi)的很多位置上。通過改變施加于各超聲波發(fā)射元件的驅(qū)動信號的相位和幅度，即，改變傳送至各電極82和84的電信號的相位和幅度，就可以將焦點移出能量施加體積21之外。
焦點的尺寸和形狀以及焦點可以移動的范圍取決于各發(fā)射器的相對布置和特性。較佳的是，將發(fā)射器陣列布置成能提供一個大約20cm的焦距，也就是說，沿著軸線74從陣列到能量施加體積21中心的距離是大約20cm或更大。通常，發(fā)射器陣列的直徑是大約15cm。以上討論的特定配置僅僅是示范性的。因此，各個部分可以是如上所述的平的，也可以是彎曲的。彎曲部分可以是球形的，或者也可以沿著各軸線具有不同的曲率半徑。各部分可以比以上討論的更小或更大。極端地說，各部分可以只包括一個元件。在另一個極端的例子中，整個陣列可以由一個彎曲部分形成，該部分的背襯可以作為框架70。陣列內(nèi)的各發(fā)射元件以及一單個部分內(nèi)的各發(fā)射元件可以具有不同的形狀和尺寸。例如，各發(fā)射元件可以具有正方形或其它多邊形形狀，或者可以是圓形或橢圓形的。在Ebbini等人發(fā)表在《Int.J.Hyperthermia》1991年Vol.7，#6，pp.953-973上的“多焦點相控陣列加熱圖案強度增益的優(yōu)化”；Ebbini等人在IEEE《關(guān)于超聲波、鐵電和頻率控制》論文集第36卷pp.540-548(1989)的“多焦點相控陣列圖案的綜合分析過高超越體溫治療技術(shù)用的最佳激勵信號分布”；以及Fan等人在《醫(yī)生》第22卷(#3)，pp.297-305(1995)上發(fā)表的“在非侵入超聲波外科手術(shù)過程中利用—16元件相控陣列對壞死組織體積的控制”等文章中，討論了有關(guān)超聲波相控陣列和對這些陣列的計算機模擬。這些文章的內(nèi)容可援引在此以作參考。
可隨意處理的裝置68還包括一填滿水的柔性袋子98，這個袋子附連于框架70，使框架上的超聲波元件聯(lián)接于水，以便將超聲波傳送入水。例如，袋子98可以附連于框架70的外周邊。袋子98可以用薄的聚合物薄膜制成。例如，在使用時抵著被治療者身體的袋子表面可以用聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜制成，而袋子的其它壁可以用聚乙烯薄膜制成。袋子98中的水最好基本上沒有溶解空氣。如果構(gòu)成袋子98的薄膜是透氣的，則最好是在該可隨意處理裝置的制造過程中將空氣除去，并將該可隨意處理裝置以真空包裝的形式放在一個不透氣的外容器內(nèi)?？呻S意處理裝置還包括一制冷劑通道100，它具有適于接配安裝座19之制冷劑通道63和64的接頭102和104。HIFU驅(qū)動器41(圖1)包括用于提供由計算機29指令的所需驅(qū)動信號的常用構(gòu)件。驅(qū)動器41連接于插座66，因而當電纜92連接于插座時，HIFU驅(qū)動器連接于壓電元件的所有電極82和84。
在臂17的末端安裝有一柔性裙部106，它圍繞安裝座19并從壁17向下凸伸。圓環(huán)形天線37安裝于裙部的遠離臂17的部分。收發(fā)器通常包括一具有相對較高功率的發(fā)射部分和一靈敏的接收器，并包括用于在發(fā)射器啟動時令接收器截止或在接收器啟動時令發(fā)射器截止的裝置。RF天線和收發(fā)器最好是能在這樣一個頻率范圍內(nèi)調(diào)諧，即，和用于處在靜磁場磁鐵的磁場作用下的質(zhì)子的Larmor頻率或磁共振頻率相對應的頻率范圍。較佳的是，在發(fā)生器或接收器上都設(shè)有用于在成像體積內(nèi)的特定位置上進行調(diào)節(jié)或調(diào)諧以與Larmor頻率相匹配的可變構(gòu)件，例如可變電容器或電容器切換網(wǎng)絡。
使用時，將可隨意處理HIFU裝置68接納在裙部106內(nèi)，并使其與安裝座19配合，從而相對于HIFU的軸線74，將HIFU裝置確實地保持在臂17上，所述軸線74向下延伸，并垂直于靜磁場磁鐵的中軸線26。在此情況下，能量施加體積21與成像體積20相重疊。另外，HIFU裝置剛性地保持在一個固定位置上，并相對于靜磁場磁鐵取向。當該裝置被用于病人時，臂17的位置最好是能讓水袋98接觸病人的皮膚。超聲波振動可以從發(fā)射部分76發(fā)出，并通過水袋98內(nèi)的水和袋子本身傳給病人，其損失最小?？梢栽诖拥谋砻嫔贤糠竽z或乳膏，以使振動傳遞的損失最小。環(huán)形天線37設(shè)置在病人體表以內(nèi)或附近。環(huán)形天線的軸線與HIFU裝置的軸線74相接近或?qū)省Q言之，環(huán)形天線108的軸線垂直于靜磁場磁鐵的中軸線26，因而垂直于磁場矢量。
控制臺和控制用計算機控制臺13包括一普通的監(jiān)視器110(例如一陰極射線管或平面面板顯示器)和人工輸入裝置，后者包括一操縱桿112(圖7)和一旋鈕114。操縱桿112最好是一個所謂的“力反饋”操縱桿，配有可響應操縱桿組件所接收的指令而對操縱桿施加力的常用裝置。合適的操縱桿可以是Microsoft公司以SidewinderForce Feedback Pro商標出售的產(chǎn)品。旋鈕114可以結(jié)合在操縱桿組件內(nèi)。操縱桿還裝備了一個按鈕115。
控制臺還包括附加的指令及控制開關(guān)116，并且還包括一鍵盤(未示)。所有這些元件都與控制用計算機29相聯(lián)?？刂朴糜嬎銠C29(圖1)最好是一個通用的數(shù)字式計算機，例如通常被稱作“工作站”類型的計算機，并且包括例如微處理器和數(shù)據(jù)傳遞總線(未示)之類的常用元件?？刂朴糜嬎銠C還包括存儲元件118，它可以結(jié)合例如動態(tài)隨機存儲器、快擦存儲器等常用裝置和例如磁盤可選存儲器之類的大容量存儲器。控制用計算機的數(shù)據(jù)總線通過一常用的接口元件(未示)連接到控制臺的各元件、定位器接口、靜磁場施加裝置33和梯度驅(qū)動器34、以及HIFU驅(qū)動器41和RF收發(fā)器39。希望把控制用計算機的程序布置成能在監(jiān)視器110上顯示一如下所述的工作模式菜單，以便使操作者通過開關(guān)116來選擇所需的工作模式。
操作在根據(jù)本發(fā)明一實施例的方法中，一病人P(圖1)被支承在床24上。可動裝置10依靠腳輪27移動到一個位置上，使磁共振體積20和能量施加體積21大致對準病人的需要治療的器官120。HIFU裝置的水袋與病人的皮膚接觸，RF天線37圍繞水袋定位。操作者可操作計算機來進行一初步的磁共振成像操作。于是，與常規(guī)的磁共振成像的順序一樣，靜磁場磁鐵被啟動而在磁共振體積20內(nèi)施加磁場，梯度線圈和RF收發(fā)器被啟動而施加RF信號和磁場梯度。借助磁共振體積20內(nèi)的某個薄片S(圖3)內(nèi)主要磁場的原子核，最好是質(zhì)子，可以將收發(fā)器39和天線37的頻率調(diào)諧到與Larmor頻率相對應。由于由靜磁場磁鐵提供的磁場在軸向或Z向上有梯度，并由于原子核的larmor頻率與主磁場成正比地變化，所以共振或Larmor頻率隨著沿Z軸方向的距離的變化而變化。以傳統(tǒng)的方式激勵梯度線圈，并在垂直于軸向或Z軸方向的X和Y方向上施加磁場梯度。這將導致來自薄片內(nèi)各個位置的原子核信號的頻率和相位以一種已知的方式發(fā)生變化。RF收發(fā)器被激活而接收磁共振信號，使該信號數(shù)字化，并將已數(shù)字化的信號供應給控制用計算機29。該過程借助于X和Y方向的梯度以一種已知的方式重復進行。收發(fā)器39采集的信號儲存在計算機的存儲器內(nèi)。計算機可利用已知的程序重新構(gòu)成一個位于薄片S內(nèi)的被治療者的圖像。該程序可利用不同的射頻反復進行，藉以在磁共振體積20內(nèi)選擇不同的薄片。最終合成的數(shù)據(jù)可以提供位于磁共振體積內(nèi)的被治療者的一部分的三維圖像。
該圖像顯示在監(jiān)視器110上。操作者可以觀察該圖像，并確定病人的被治療區(qū)域是否對中在視野范圍內(nèi)。如圖7所示，該圖像可以顯示為通過被治療者身體的一對正交剖面圖。如果需要治療的區(qū)域沒有對中在視野范圍內(nèi)，操作者就可以對控制用計算機輸入一個指令，以進入一個重新定位模式。在此模式下，計算機可接收來自操縱桿112和旋鈕114的輸入信號。因此，按照從指令輸入元件116接收到的命令，控制用計算機將把來自操縱桿112和旋鈕1 14的輸入信號翻譯成使底盤15平動或轉(zhuǎn)動的指令。例如，可以將計算機設(shè)定成能接收平動輸入信號，并將操縱桿沿X’方向的移動當作是令底盤向上平動的指令，將操縱桿沿Y’方向的移動當作是令底盤水平移動的指令，而將旋鈕114的移動當作是令底盤前后或Z向平動的指令。當接收到來自指令輸入元件116的其它指令之后，計算機可將操縱桿沿X’方向的移動當作是圍繞一垂直于中軸線26的水平軸線進行俯仰運動的指令，并將操縱桿沿橫向Y’的移動當作是令底盤圍繞一垂直軸線轉(zhuǎn)動的指令。成像過程反復進行，操作者持續(xù)監(jiān)視顯示器上的圖像。當操作者觀察到圖像時，他或他可以利用該圖像來診斷人體內(nèi)的狀況，例如檢測需治療的人體內(nèi)的損害。當身體內(nèi)需要治療的器官或區(qū)域已對中在視野范圍內(nèi)時，操作者可向指令輸入元件116發(fā)出又一個信號，使控制用計算機鎖定該位置，并將底盤15、靜磁場磁鐵、HIFU裝置和其它元件鎖定到位。因此，可以將由靜磁場磁鐵和相關(guān)構(gòu)件建立起來的局部磁共振基準框固定下來。
在此情況下，計算機將來自操縱桿112和旋鈕114的輸入信號當作是讓該固定的局部磁共振框內(nèi)的一個理論目標點移動的指令。因此，當操縱桿沿X’和Y’的方向移動時，理論目標點分別沿X和Y方向改變其位置，而旋鈕114的轉(zhuǎn)動將導致理論目標點在Z方向上移動。一光標124顯示在監(jiān)視器110上的圖像內(nèi)的一個與理論目標點相對應的位置上。操作者可以借助旋鈕和操縱桿將光標124移動到一系列頂點126上。操作者可以對這些頂點加以選擇而構(gòu)成一個多面體，或包圍需加熱的治療區(qū)域的多面體組。在圖8所示的例子中，該圖像顯示了損害L。將頂點126選擇成能形成一對截頭棱錐體128a和128b，它們共同包圍了該損害L。當操作者將光標移動到每個所需點上時，他通過按下操縱桿112上的按鈕130而對控制用計算機發(fā)出又一個指令。計算機將對應于每個頂點的理論目標點記錄在存儲器118內(nèi)。計算機還在顯示器屏幕110上產(chǎn)生一個多面體的線框圖像，并將該圖像疊加于由磁共振信息產(chǎn)生的被治療者的圖像。
在下一個步驟，計算機可激活能量施加或HIFU裝置16，在對應于各頂點126之一位置的一個點94上施加聚焦的超聲波。計算機命令HIFU驅(qū)動器對點94處的組織施加一個相對較小的“限值以下”劑量的能量。也就是說，HIFU驅(qū)動器所提供的能量選擇成該操作所施加的熱量不會對組織造成破壞或改變。例如，對人體而言，應該將組織從正常的體溫(37℃)加熱到大約40℃。理論上，由于HIFU裝置在局部磁共振基準框上的位置和取向是已知的，并且由于點94的位置是以一種已知的方式隨著由HIFU驅(qū)動器41提供給HIFU信號的變化而變化的，因而受熱點應該真實地定位在由計算機29所指令的位置上。實際上，由于設(shè)備的精度不夠以及人體結(jié)構(gòu)對超聲波能量的折射，計算機29所指令的受熱點位置與實際的受熱點位置是有一些偏差的。當已經(jīng)施加了限值以下劑量的能量之后，借助一個對溫度敏感的磁共振順序(例如T1加權(quán)順序)重復成像過程，使所顯示的圖像包括一表示受熱點的點94’。隨后，操作者可以借助操縱桿116和旋鈕114將光標124定位到點94上方，并為按鈕115提供又一個控制輸入信號。因此，計算機可將對應于光標的位置記錄下來而作為實際受熱點。隨后，計算機將指令位置的坐標減去實際位置的坐標。所獲得的結(jié)果就是一修正矢量。在接下來的操作中，計算機將這個修正矢量加到所有的新指令位置上，藉以提供一個修正后的指令位置，以便在真實的指令位置上進行加熱。
一旦獲得修正矢量，計算機就可以執(zhí)行一個測試點順序。在測試點順序中，計算機命令HIFU裝置在每個頂點126處施加一系列限值以下劑量的能量，使每個頂點作為一測試點。當施加限值以下劑量時，計算機可命令HIFU裝置對頂點或測試點施加特定大小的能量。在施加限值以下劑量之前或之后，可以啟動磁共振設(shè)備來確定每個測試點上的溫度。計算機可記錄由HIFU裝置所施加的能量的大小(通常是測量供應給HIFU裝置的輸入功率)和在存儲器118內(nèi)造成的溫度升高。關(guān)于這一點，磁共振成像設(shè)備無需完成整個成像順序來測量溫度。相反，磁共振設(shè)備可以用一種已知的方式來激活以采集來自受熱測試點的信號體積元素或“體素”的磁共振信號。在Mansfield和Morris發(fā)表在《生物醫(yī)學》1982，P.98上的文章“NMR成像”中描述了所謂“敏感點”磁共振方法。通過對隨組織溫度變化的磁共振信號的參數(shù)(例如自旋晶格松弛時間T1)進行監(jiān)控，計算機可以監(jiān)控在受熱頂點或測試點126處的被治療者的組織的溫度。計算機可以根據(jù)記錄下來的所施能量和溫升來計算所施能量相對于溫升的校準曲線。在最簡單的情況下，計算機可僅計算出溫升-所施能量的一個線性曲線的斜率。
一旦已經(jīng)獲得所有頂點的校準曲線，操作者就可以操作計算機進入一治療模式。計算機命令HIFU裝置對處在治療體積或多面體128內(nèi)的被治療者的組織施加能量。計算機命令HIFU施加足以對每個治療位置上的組織進行加熱的治療劑量，以便進行所需的治療。當治療包括熱燒蝕時，可以將治療劑量選擇為能使組織的溫度達到43℃以上，通常達到60-80℃。其它的治療，例如為了加強藥物或放療的作用，通常采用較低的溫度。施加在每個治療位置的能量的大小是根據(jù)一個插值的校準曲線來選擇的。因此，可通過在用于多面體治療體積的測試頂點的校準曲線當中進行線性的插值來計算每個治療位置的校準曲線。例如，該計算機可以計算每個治療位置與包圍該治療位置的多面體的各頂點之間的距離，隨后再根據(jù)下列公式來計算一個加權(quán)平均斜率Save。Save=Σi=1i=nsidiΣi=li=n1di]]>其中Si是ith個頂點或測試點的斜率；以及di是從治療位置到ith個頂點或測試位置的距離。
當治療位置與測試點重合而使距離di為零時，計算機將Save設(shè)定為等于測試點或頂點處的斜率。例如，治療位置136a靠近測試點或頂點126a，遠離測試點或頂點126b。計算機可將能量-溫升曲線上的治療位置136a處的斜率設(shè)定為接近點126a處的斜率。計算機可以自動地選擇新的治療位置，計算新選出來的治療位置的斜率，并施加適當?shù)闹委焺┝?，直到在由多面體128a和128b限定的治療體積內(nèi)所有可能的治療位置上都施加了所述治療劑量。較佳的是，可使每個治療位置能在1秒或更短的時間內(nèi)迅速地達到所需溫度。于是，系統(tǒng)就可以在整個治療體積內(nèi)快速地完成治療。
在施加治療劑量的過程中，計算機可以從治療體積內(nèi)的一個或多個體素采集磁共振信息，并根據(jù)該磁共振信息來監(jiān)控體素內(nèi)的溫度?；蛘撸嬎銠C可以借助一對溫度敏感的成像設(shè)定，激活磁共振設(shè)備進行一個完全的磁共振成像順序，并在顯示器上顯示受熱區(qū)域和周圍組織的圖像。在完成整個治療之后，操作者可以命令系統(tǒng)采集一個新的磁共振圖像，以便獲得治療結(jié)果。
在另外一種過程中，操作者可以借助操縱桿112和旋鈕114來移動理論目標點施加器，從而使光標124(圖8)以上面討論過的方式在顯示的圖像內(nèi)移動，并按下按鈕115以標出頂點126’。然而，計算機被指令將這些頂點作為一回避區(qū)域頂點的記錄下來，而不是治療體積的頂點。計算機以如上所述的方式，借助對應于頂點126’的頂點產(chǎn)生多面體128’的一個線框圖像。操作者可通過觀察所顯示的圖像來選擇頂點126 ’，進而選擇由回避區(qū)域包圍的組織。在圖9所施的例子中，在監(jiān)視顯示器110上示出了一個敏感結(jié)構(gòu)，例如尿道U的圖像。操作者可以建立該回避區(qū)域，以包圍尿道。計算機將作為回避區(qū)域邊界的多面體邊界記錄下來。操作者人工地選擇回避區(qū)域之外的測試點129并進行如上所述的校準步驟，以便校準系統(tǒng)的關(guān)于HIFU對準的誤差，并對每個測試點129的加熱校準曲線獲得一所施劑量。重復一下，各測試點最好是選擇為能使它們處于或靠近需治療的損害L’的邊界。
隨后，操作者可以輸入一個人工燒蝕模式。在此模式下，計算機可響應操縱桿112和旋鈕114的操作來移動HIFU裝置的目標點，并且計算機可響應操縱桿上按鈕的啟動而在當前的目標點上施加一治療劑量。例如，當光標124位于損害L’的圖像范圍內(nèi)時，理論目標點位于損害內(nèi)。施加一個治療劑量就可以在對應于目標點的被治療者體內(nèi)的點上對組織進行加熱。該劑量可以根據(jù)相對于如上所述的加熱校準曲線的劑量來自動地選擇，或者可以人工地選擇。如果操作者試圖將該目標點移動到回避區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)可以防止他這樣做。因此，當目標點靠近回避區(qū)域并且操作者命令系統(tǒng)將目標點移入回避區(qū)域時，系統(tǒng)將不會這樣做。相反，系統(tǒng)將會通過由控制裝置提供力反饋來發(fā)出警告信號。例如，當光標位于圖8中的124’的位置時，沿X方向向上移動將導致光標進入回避區(qū)域。如果操作者試圖使操縱桿112沿X方向向上移動，進而使光標124’向上移動，則系統(tǒng)將施加一個補償力反饋以反抗這種運動。力反饋可以對操作者提供一個獨特的直覺警告。然而，也可以采用其它形式的警告信號。例如，系統(tǒng)可以在監(jiān)視器110上顯示一個字母數(shù)字警告，或者可以使監(jiān)視顯示器閃光，或者可以使光標呈特別的顏色。也可以采用聲音警告的方式。
在該系統(tǒng)的另一種變化型式中，計算機可允許操作者將目標點移入回避區(qū)域，但是可以在目標點位于回避區(qū)域內(nèi)時阻止施加一治療劑量。同樣的是，當操作者試圖在目標點位于回避區(qū)域內(nèi)時施加一治療劑量時，系統(tǒng)可以顯示觸覺、視覺或聽覺中任何一種形式的警告。
在以上討論的方法中，僅僅是在一個磁共振體積內(nèi)采集磁共振信息。然而，該系統(tǒng)可以在多個不同的磁共振體積內(nèi)收集磁共振信息。例如，如圖3所示，靜磁場磁鐵和相關(guān)的構(gòu)件可以圍繞一垂直軸線擺動，借以使中軸線26’擺動到一個新的取向，并將磁共振體積移動到由虛線表示的20’的新位置上。因此，通過移動底盤以及靜磁場磁鐵和安裝于其上的相關(guān)構(gòu)件，就可以建立一個不同的局部磁共振基準框。計算機可記錄底盤在這些位置之間的移動。因此，每個新的局部磁共振基準框相對于所有以前的局部磁共振基準框處在一個已知的位置和取向上。可以將聚集在所有各個基準框內(nèi)的磁共振信息傳遞到一單個的、共同的基準工作框內(nèi)。在此方式下，系統(tǒng)可以顯示包圍了一個相對較大區(qū)域內(nèi)的特征的被治療者圖像。由于HIFU裝置16與靜磁場磁鐵安裝在同一個底盤上，因而HIFU裝置的基準框相對于靜磁場磁鐵的基準框保持固定。于是，系統(tǒng)可以在底盤處在某一位置上時對被治療者進行治療，然后可以移動到一個新的位置上對被治療者體內(nèi)另一個位置上的組織進行治療。實際上，計算機可構(gòu)造一個相對較小磁共振圖像的鑲嵌物，以使該鑲嵌物可整個包圍被治療者的一個較大區(qū)域。
梯度線圈的形狀可以是除以上結(jié)合圖4討論過的形狀以外的形狀。例如，X和Y梯度線圈可以是圓的。還有，當靜磁場磁鐵不能固定地沿軸向或Z向提供一磁場梯度時，可以設(shè)置另外一個或多個線圈。例如，Z梯度線圈可以包括一個與靜磁場磁鐵的中軸線共軸的環(huán)形螺線管。
在又一個實施例中，X梯度線圈可以形成為布置在靜磁場磁鐵中軸線226兩側(cè)的一對鞍形線圈202(圖9和10)。最好如圖10所示，每個X梯度線圈202具有大致沿中軸線方向延伸的細長段203以及部分圍繞中軸線延伸的弧形段205?；⌒味窝卮殴舱窕鶞士虻腦軸方向相互間隔。如圖9所示，梯度線圈組件可以包括一對類似地沿Y方向相互間隔的鞍形線圈204。在線圈前端的X和Y梯度線圈的弧形段設(shè)置在低溫箱的前方，而細長的直線段則穿過低溫箱的中心孔向后延伸。從沿著中軸線226看的端部視圖上可以看到，X和Y梯度線圈部分地重疊。在另一個變化型式中，鞍形線圈的細長段可以在低溫箱的外側(cè)延伸。
在另一個變化型式中，X向梯度線圈210(圖11)在Y方向上是細長的，因而這些線圈可以在一個Y方向尺寸相對較大的細長成像區(qū)域內(nèi)施加一個X方向的梯度。Y向梯度線圈212相對分開得比較遠，因而這些線圈也在同一個細長成像區(qū)域內(nèi)施加Y方向的梯度。梯度線圈可以具有不同的尺寸。例如，X向梯度線圈212可以具有不同的尺寸。
為了代替如上所述的相控陣列的HIFU裝置，HIFU裝置可以具有一固定的焦點，臂17或安裝座19(圖1)可以是活節(jié)連接的，因而通過調(diào)諧HIFU裝置16的軸線74可使HIFU裝置相對于底盤15移動，就可以移動超聲波的焦點。在又一種變化型式中，可以將支承著HIFU裝置16’的一個活節(jié)臂17’或安裝件19’與相控陣列相結(jié)合?；罟?jié)臂17’具有一相關(guān)的定位裝置23’，因而HIFU裝置16’相對于底盤15’的定位和取向是可以變化的。然而，HIFU裝置16’在由靜磁場磁鐵限定的局部磁共振基準框內(nèi)的位置和取向保持為已知狀態(tài)。該方法允許操作者從各個方向上(例如位置16”和16)引導超聲波能量進入被治療者體內(nèi)，以避免影響人體結(jié)構(gòu)?？刂朴糜嬎銠C可以在被治療者的圖像上顯示一個表示能量施加區(qū)域21’中心位置的標記，以便操作者將能量施加區(qū)域移動到所需位置。
在又一個變化型式中，可以將若干個超聲波換能器安裝在一個可變形的凸緣上，該凸緣可以通過一致動器有選擇地變形，以改變超聲波換能器的焦點，進而調(diào)節(jié)對所需位置的焦點?；蛘?，每個換能器可樞轉(zhuǎn)地安裝在儀器框架上，樞轉(zhuǎn)安裝件相互連接，因而各換能器可以一起向朝著或離開HIFU軸線的方向樞轉(zhuǎn)。在又一個變化型實施例中，HIFU裝置可以包括設(shè)置在一個與靜磁場磁鐵中軸線同軸的陣列內(nèi)的超聲波換能器，所述陣列可以是例如圍繞磁鐵組件前側(cè)的環(huán)形配置。在這樣一種配置中，超聲波軸線與磁鐵的中軸線同軸。同樣地，超聲波換能器可以安裝在一個可變形的凸緣或可動元件上，因而超聲波能量的焦點是可以調(diào)節(jié)的。
在另一個變化型式中，超聲波換能器或HIFU可以用其它用于施加能量的裝置來代替，以便加熱體內(nèi)某個點上的組織。例如，可以利用一個用于施加聚焦射頻(RF)能量的系統(tǒng)。該RF系統(tǒng)可以與磁共振構(gòu)件一起安裝。在又一個變化型式中，聚焦的FR能量可以由用于磁共振操作的同一發(fā)射器和天線來提供。
在如上討論的配置中，當定位系統(tǒng)使儀器底盤移動時，能量施加裝置隨著磁鐵一起相對于病人移動。在一個變化型配置中(圖13)，將一能量施加裝置安裝在一個定位系統(tǒng)318上，而將包括靜磁場磁鐵的磁共振設(shè)備321安裝在一個分開的定位系統(tǒng)323上。這兩個定位系統(tǒng)都由安裝在上方的導軌325支承，以便操作者在房間內(nèi)移動各構(gòu)件。在使用該設(shè)備時，在一個與磁共振裝置的定位步驟分開的步驟中，使能量施加裝置相對于被治療者定位。然而，同樣地，能量施加裝置是定位成能對處在磁共振裝置視野內(nèi)的一能量施加區(qū)域321內(nèi)的組織進行加熱，并且對準需治療的身體結(jié)構(gòu)。如果在定位階段激活加熱裝置，則可利用磁共振裝置來幫助定位，以便使加熱裝置的點加熱可以位于磁共振圖像以內(nèi)，或者說可以由磁共振裝置檢測到?；蛘?，可以將計算機布置成能顯示一個表示疊加于被治療者圖像的能量施加區(qū)域之中心點的標識。在定位過程所采用的激活手段最好包括只對組織輕微加熱的限值以下劑量，并且不會對組織造成水久性的傷害。
較佳的是，將定位系統(tǒng)323和318布置成能跟蹤磁共振設(shè)備312和能量施加器316在一共同的基準框內(nèi)的位置和取向。通過使能量施加區(qū)域321與磁共振體積320相互交叉而令磁共振設(shè)備312和能量施加器316相互對準的步驟可以根據(jù)由定位系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)來部分地或完全地進行。
一個或多個定位系統(tǒng)可以利用定位傳感技術(shù)中的已知技術(shù)來對準病人的基準標記或解剖學界標，并且可以記錄以前采集的成像數(shù)據(jù)，例如限定了病人三維圖像的MRI或CT數(shù)據(jù)。例如，一探頭330可以連接于一位置檢測器332，該檢測器適于提供探頭末端在磁共振裝置312的基準框內(nèi)的位置(局部磁共振基準框)，或者是其在一個與局部磁共振基準框具有已知關(guān)系的另一個線框內(nèi)的位置。以前采集的圖像數(shù)據(jù)包括病人身體上的標識點332的圖像332’，所述標識點可以是自然發(fā)生的解剖學特征，例如突出的骨頭隆起或在采集成像數(shù)據(jù)之前附連于被治療者的基準標記。通過將探頭330的末端觸及到標識點332，操作者可以將這些點在局部磁共振基準框內(nèi)的位置輸入給控制用計算機。通過對在顯示以前采集的圖像的監(jiān)視器上的光標進行控制，操作者可以將這些點輸入到以前采集圖像數(shù)據(jù)的基準框內(nèi)，直到該光標對準標識點為止。一旦計算機具有了兩個基準框內(nèi)的相同點的位置，它就可以利用已知技術(shù)在這兩個基準框之間進行轉(zhuǎn)換。
一旦轉(zhuǎn)換是已知的了，就可以用以前采集的圖像數(shù)據(jù)來對磁共振裝置312所采集的數(shù)據(jù)加以補充。例如，在磁共振和加熱裝置的定位步驟中，可以將這些裝置的目標點的代表物標識在能顯示以前采集圖像的顯示器上，它們可以這樣移動，即，使裝置相對于病人移動直到各目標點對準在需治療的區(qū)域上?？梢圆捎猛瑯拥姆椒ㄊ挂粋€兼有MR和加熱能力的單臺儀器來對準。
在該方法的一種變型中，可動磁共振裝置沒有被用來采集被治療者的圖像。相反，該可動磁共振裝置只被用來采集局部磁共振基準框內(nèi)的一個已知位置上的單個體素的磁共振數(shù)據(jù)，以便監(jiān)控加熱過程。于是，可動磁共振設(shè)備可以用來在施加測試劑量的過程中或在施加治療劑量的過程中，對與能量施加裝置的焦點對準的單個體素的溫度進行監(jiān)控。以上討論的諸如限定治療體積或回避區(qū)域的操作可以用基本相同的方式進行；對操作者顯示的圖像是根據(jù)以前采集的圖像數(shù)據(jù)而來的。如果不用該可動磁共振裝置成像，就可以大大放寬對磁鐵的諸如磁場均勻厚度梯度線性等方面的要求，從而大大降低設(shè)備的尺寸和成本。該方法取決于在治療過程中保持在固定位置上的被治療者。在該方法的一種變型中，可以跟蹤被治療者身上的一個標識，以便對被治療者的移動進行跟蹤和補償。這樣的標識補償方案還可以用于將可動磁共振裝置用以采集圖像的場合。
在上述的各較佳實施例中，磁共振設(shè)備的磁鐵是一個單側(cè)的可動磁鐵。也可以采用其它的可動磁鐵。例如，已經(jīng)將特定的可動超導磁鐵用于磁共振成像。這些磁鐵具有安裝于一可動框架的雙線圈，以便將被治療者安排在線圈之間。另外，即使當所述過程是在一個傳統(tǒng)的固定式磁共振磁鐵中進行時，也可以實際應用本發(fā)明的測試點、治療體積和回避區(qū)域等方面的內(nèi)容。
在上述實施例中，可以將HIFU裝置或其它能量施加器的焦點做得盡可能的小，以便精確地進行治療。在根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的方法中，能量施加裝置仍然是聚焦在一個相對較小的焦點上。然而，在施加能量時，焦點可以掃過一個較大的“偽焦點區(qū)域”(以下稱作“PFR”)。PFR的尺寸通常大于焦點區(qū)域。例如，PFR的尺寸范圍可以是大約1cm左右。可以進行掃描以將整個PFR或PFR的一部分加熱到所需溫度或高于所需溫度。最理想的是，PFR的達到所需溫度的部分可以幾乎同時達到這個溫度。在掃描過程中，焦點以一可重復圖案或偽隨機圖案在PFR內(nèi)移動，以便逐次加熱PFR內(nèi)的不同位置。逐次受熱的各個位置不必是連續(xù)的或甚至不必是彼此相鄰的。因此，焦點可以在PFR內(nèi)跳越，從而使焦點可以逐次位于PFR內(nèi)分得很開的點上。例如，焦點可以以一個光柵狀的圖案404移遍PFR 402a，使相鄰各點逐次受熱。
通過控制每個位置上的荷固比，就可以控制施加于PFR內(nèi)的每個點的平均能量。與偽焦點區(qū)域一樣，術(shù)語“荷固比”是指在特定點上施加能量的時間在整個加熱時間中所占的比例。例如，如果對PFR的一個焦點區(qū)域掃描5分鐘，在這5分鐘內(nèi)焦點包圍一特定位置的時間是5秒鐘，則該點的荷固比就是1/60或大約1.6％。在PFR的范圍內(nèi)，荷固比不一定是均勻的。例如，當要將一個球形的PFR均勻地加熱到閾值溫度以上而使該PFR的所有部分幾乎同時達到該閾值溫度時，可以用一個低于PFR外部的荷固比來對PFR的中心進行處理，以便補償從所述外部到周圍組織的更快速的熱損失。例如，在位置406b荷固比低于位置406a的荷固比?；蛘撸瑢FR的各個點施加能量的平均速率可以是非均勻的，即，改變施加于焦點的能量，使PFR內(nèi)的不同焦點位置上的能量水平不相同。此外，焦點的齒書是可以變化的，即，調(diào)節(jié)HIFU裝置或其它能量施加裝置，以隨著焦點區(qū)域的移動而改變能量密度(在焦點范圍內(nèi)的組織的w/cm2)。
PFR可以具有各種形狀，例如球形、橢圓形、桿狀、大致矩形，等等。通常，可以將PFR的形狀選擇成能使PFR成為一個“簡單連接”區(qū)域。在本文中，術(shù)語“簡單連接”是指這樣一個區(qū)域，即，對該區(qū)域內(nèi)的任意兩個點而言，連接這兩個點的一根直線完全處在該區(qū)域內(nèi)。前述的形狀就是簡單連接。相反，環(huán)形就不是簡單連接。
整個PFR范圍內(nèi)的能量輸入可以這樣來計算，即，監(jiān)控PFR內(nèi)的各個位置上的溫度、例如測量PFR內(nèi)的一個或多個點上的磁共振溫度，或者采集可以用圖像顯示的連續(xù)的MRI映像或圖像。借助在加熱周期獲得的信息，可以對加熱過程進行人工或自動的控制，以改變輸入到PFR各區(qū)域的能量大小，并且當PFR的所有區(qū)域都達到了所需閾值溫度時終止加熱過程。當每個區(qū)域分別達到所需溫度時，可以有選擇地終止PFR的不同區(qū)域內(nèi)的加熱。例如，當所需溫度是足以殺死組織的閾值溫度時，加熱過程會隨著PFR的每個區(qū)域達到該閾值溫度而終止?；蛘?，可以借助如上所述的各測試點進行預測而控制加熱過程。
可以用基本上與上述的焦點控制相同的方式對PFR的位置進行控制。例如，在由計算機控制的、可防止對包含敏感的解剖學結(jié)構(gòu)的回避區(qū)域產(chǎn)生熱燒蝕的系統(tǒng)中，可以通過控制計算機而阻止對與回避區(qū)域重疊的任何PFR施加能量。還有，在以上結(jié)合圖7討論的系統(tǒng)中，當用戶對需治療的體積施加幾何坐標時，控制該過程或計算機的操作者可以選擇一個或多個其形狀與需熱燒蝕的區(qū)域配合得很好的PFR。例如，如圖14所示，操作者已經(jīng)限定了一個包圍需治療病人區(qū)域的治療體積400。隨后，操作者可以限定一組填充在該治療體積內(nèi)的PFR402。操作者可以將PFR的邊界輸入計算機，其輸入方式與輸入治療體積的方式相同。隨后，計算機可激活能量施加器來加熱每個PFR。
由于能在不偏離本發(fā)明范圍的情況下采用上述特征的這些和其它變型及其組合，因而對較佳實施例的以上描述應該只起到說明作用，并不限制由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種治療哺乳類被治療者的方法，包括如下步驟(a)將一個適于施加靜磁場的可動靜磁場磁鐵相對于所述被治療者定位在一個磁共振體積內(nèi)，使所述磁共振體積至少部分地包圍被治療者的一部分區(qū)域；(b)將一個適于施加能量的可動能量施加器相對于所述被治療者定位在一個能量施加區(qū)域內(nèi)，以使所述能量施加區(qū)域與所述磁共振體積在所述被治療者的所述區(qū)域內(nèi)相互交叉；(c)當所述靜磁場磁鐵在所述磁共振體積內(nèi)施加所述靜磁場時，它施加磁場梯度和射頻信號，以便從所述磁共振體積內(nèi)的所述被治療者的組織內(nèi)發(fā)出磁共振信號，并接收所述磁共振信號；(d)相對于所述磁共振體積內(nèi)的被治療者的組織，從所述磁共振信號派生出磁共振信息；(e)激活所述可動能量施加裝置，以對所述能量施加區(qū)域內(nèi)的病人組織施加能量，從而對這些組織進行治療；以及(f)利用所述磁共振信息，控制所述治療的一個或多個參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述靜磁場磁鐵和所述能量施加器安裝于一底盤，所述定位步驟包括使所述底盤移動，以便使所述底盤相對于所述被治療者定位。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟在步驟(c)、(d)、(e)和(f)之后，使所述底盤移動，從而將所述磁共振體積和所述能量施加區(qū)域重新定位在被治療者的一個新的區(qū)域內(nèi)，并且重復步驟(c)、(d)、(e)和(f)，以對所述新區(qū)域內(nèi)的組織進行治療。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述派生磁共振信息的步驟包括在所述磁共振體積內(nèi)的一個或多個點上派生出所述磁共振信息，所述各點具有由局部磁共振基準框所限定的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述治療的所述一個或多個參數(shù)包括被治療組織的位置，所述監(jiān)控步驟包括在相關(guān)于局部磁共振基準框的一工作基準框內(nèi)對所述被治療組織的位置進行控制。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制被治療組織位置的步驟包括使所述能量施加器瞄準而在限定于所述工作基準框內(nèi)的一個或多個治療位置上施加能量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述能量施加器適于在一焦點上施加所述能量，所述使能量施加器瞄準的步驟包括使所述焦點相對于所述靜磁場磁鐵移動。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述能量施加器是一個包括多個超聲波發(fā)射器的相控陣列，使所述焦點移動的步驟包括使來自所述發(fā)射器的超聲波輻射的相位改變，同時將所述靜磁場磁鐵維持在一個固定位置上。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述使焦點移動的步驟包括使所述能量施加器移動，同時將所述靜磁場磁鐵維持在一個固定位置上。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟在所述工作基準框內(nèi)顯示被治療者組織圖像，所述瞄準步驟至少部分地通過對所述圖像的檢查而進行。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟顯示一個疊加在所述圖像上的、能量施加裝置的目標標識。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述磁共振信息包括一限定了所述局部磁共振基準框內(nèi)的圖像的信息，在所述工作基準框內(nèi)所顯示的圖像至少部分地是由所述磁共振信息派生的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述被顯示的圖像完全是由所述磁共振信息派生的。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述工作基準框是所述局部磁共振基準框。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該方法還包括使所述靜磁場磁鐵移動的步驟，以便使所述成像體積經(jīng)過多個位置而讓磁共振體積包圍被治療者的多個相鄰區(qū)域，并借助一種或多種已知的轉(zhuǎn)換方法而提供多個相互偏離的局部磁共振基準框，所述發(fā)送和接收磁共振信號的步驟是在所述靜磁場磁體處于每個位置時進行的，因而所述磁共振信息包括所述多個局部磁共振框內(nèi)的信息，所述方法還包括如下對所述磁共振信息中的至少一些進行轉(zhuǎn)換的步驟，以便提供所述工作基準框內(nèi)的所有所述磁共振信息，所述被顯示的圖像包圍所述被治療者的多個相鄰區(qū)域。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟在一個與所述施加器相關(guān)的施加器基準框內(nèi)的至少一個目標檢查點位置上激活所述施加器來施加能量，同時確定所述工作基準框內(nèi)的每一個目標檢查點的位置，并在所述施加器基準框和所述工作基準框之間建立一種轉(zhuǎn)換，所述瞄準步驟包括根據(jù)所述轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)所述施加器的目標。
17.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括提供已有圖像信息的步驟，該信息限定了一個被治療者組織的以前采集的圖像，該圖像包圍了所述被治療者的在已有圖像基準框內(nèi)的所述區(qū)域，該方法還可以轉(zhuǎn)換所述磁共振信息和所述已有圖像信息之一或兩者，以便在一工作基準框內(nèi)提供所述磁共振信息和所述已有圖像信息。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述磁共振信息包括可限定一能表示所述磁共振體積內(nèi)的病人組織的局部圖像的信息，所述方法還包括在所述局部圖像內(nèi)檢測也包括在所述已有圖像信息內(nèi)的某些特征的步驟，并且根據(jù)所述各特征在所述局部圖像和所述以前采集的圖像中的布置而在所述局部磁共振基準框和所述已有圖像基準框之間派生轉(zhuǎn)換。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟確定所述靜磁場磁鐵相對于所述被治療者的布置情況，根據(jù)所述靜磁場磁鐵相對于被治療者的布置情況，在所述局部磁共振基準框和所述已有圖像基準框之間派生轉(zhuǎn)換。
20.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述瞄準步驟包括選擇一個具有限定在所述工作基準框內(nèi)的邊界的治療體積，并將所述能量施加器瞄準而在所述治療體積內(nèi)的多個治療位置上施加所述能量。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟顯示一個包圍被治療者的需治療區(qū)域的被治療者圖像，并顯示疊加在所述圖像上的所述邊界的可視標識。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述選擇一治療體積的步驟是這樣進行的，即，對一控制元件施加一人工輸入信號，以在顯示所述可視標識的同時調(diào)節(jié)所述邊界。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟激活施加器在靠近所述治療區(qū)域的邊界處的多個測試點上施加能量，以由所述磁共振信息來確定在每個所述測試點上的組織加熱程度，并從所述各測試點的加熱程度和由所述施加器施加于所述測試點的能量的關(guān)系而派生出由所述施加器提供的能量與治療位置的加熱程度之間的關(guān)系。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，施加在所述各測試點上的能量水平小于可在所述各測試點上導致組織永久變化所需的閾值水平。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述派生治療位置關(guān)系的步驟包括派生出一個由所述施加器施加的能量與每個所述測試點加熱程度之間的關(guān)系，并在所述各測試點之間的整個距離上在這些關(guān)系之間進行插值處理。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述治療區(qū)域的邊界包括一個或多個多面體圖元，所述各測試點靠近所述多面體圖元的各頂點。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述靜磁場磁鐵安裝在一個共同的底盤上，該底盤具有若干個用于在所述磁共振體積內(nèi)施加磁場梯度線圈，所述各梯度線圈在所述靜磁場磁鐵相對于被治療者定位的步驟中相對于被治療者定位。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述靜磁場磁鐵是一個單側(cè)的靜磁場磁鐵，因而將所述磁共振體積布置在所述靜磁場磁鐵的外側(cè)。
29.一種治療哺乳類被治療者的方法，包括如下步驟(a)在所述被治療者體內(nèi)選擇一個治療體積，其邊界由一個工作基準框限定；(b)激活一施加器，以在所述治療體積內(nèi)或靠近治療體積的多個測試點上施加能量；(c)確定在每個所述測試點上對組織的加熱程度；(d)從所述各測試點的加熱程度與由施加器施加于所述各測試點的能量來派生出由所述施加器提供的能量與所述治療體積內(nèi)的各治療位置的加熱程度之間的關(guān)系；以及(e)激活所述施加器，以在所述治療體積內(nèi)的多個治療位置上施加能量，由所述施加器在所述每個治療位置上施加的能量大小至少部分地是根據(jù)在所述派生步驟派生出來的能量與對治療位置的加熱程度之間的關(guān)系來選擇的。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述確定對每個所述測試點的加熱程度的步驟包括采集每個所述測試點的磁共振信息。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟采集所述治療體積內(nèi)的至少一個點的磁共振信息，并從該磁共振信息確定所施加于所述治療體積的能量值。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，施加在所述各測試點上的所述能量水平小于可導致在所述測試點上的組織發(fā)生永久變化所需的閾值水平。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述派生治療位置關(guān)系的步驟包括派生出一個由所述施加器施加的能量與每個所述測試點加熱程度之間的關(guān)系，并在所述各測試點之間的整個距離上在這些關(guān)系之間進行插值處理。
34.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述治療區(qū)域的邊界包括一個或多個多面體圖元，所述各測試點靠近所述多面體各頂點。
35.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟顯示一個包圍被治療者的需治療區(qū)域的所述工作基準框內(nèi)的被治療者圖像，并顯示疊加在所述圖像上的所述邊界的可視標識。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述選擇一治療體積的步驟是這樣進行的，即，對一控制元件施加一人工輸入信號，以在顯示所述可視標識的同時調(diào)節(jié)所述邊界。
37.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述激活施加器以在所述治療位置上施加能量的步驟是這樣進行的，即，根據(jù)一預定的順序，自動地調(diào)節(jié)施加器對不同治療區(qū)域的目標，并在施加器瞄準每個治療位置時，使施加器工作。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述治療位置的預定順序是光柵掃描，因而所述各治療位置是以一種與這些位置在所述治療體積內(nèi)的空間布置相對應的順序而受到治療的。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述治療位置的預定順序是偽隨機方式。
40.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述能量是這樣施加的，即，對每個治療位置上的組織進行熱燒蝕。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述施加能量的步驟是這樣進行的，即，在1秒或更短的時間內(nèi)將能量施加于每個所述治療位置。
42.一種治療哺乳類被治療者的方法，包括如下步驟(a)在一工作基準框內(nèi)限定一個包圍無需治療的組織的回避區(qū)域，并記錄所述回避區(qū)域的邊界；(b)人工地使一體內(nèi)治療裝置的目標點相對于被治療者移動，并人工地激活該治療裝置在所述目標點上施加治療，藉以操作該治療裝置；(c)在所述人工操作步驟中，自動地跟蹤所述工作基準框內(nèi)的目標點，并自動地控制治療裝置的工作，以避免在所述回避區(qū)域內(nèi)施加治療。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述自動控制工作的步驟包括自動地阻止所述目標點移入所述回避區(qū)域。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述人工移動目標點的步驟包括人工地移動一致動器的步驟，所述自動地阻止所述目標點移動的步驟包括當目標點處在所述回避區(qū)域附近時，相應于目標點移入回避區(qū)域的移動而在與致動器移動方向相反的方向上提供力反饋。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述自動地控制治療裝置工作的步驟包括當所述目標點位于所述回避區(qū)域內(nèi)時，阻止施加治療。
46.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟顯示一個被治療者圖像的可視標識，并顯示一疊加在所述圖像的所述標識上的所述回避區(qū)域邊界的可視標識。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，所述限定一回避區(qū)域的步驟是這樣進行的，即，對一控制元件施加一人工輸入信號，以在顯示所述可視標識的同時調(diào)節(jié)所述邊界。
48.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述體內(nèi)治療裝置是一聚焦超聲波施加器。
49.治療設(shè)備包括(a)一靜磁場磁鐵，它適于在相對于該靜磁場磁鐵的一個磁共振體積內(nèi)的預定位置上施加一靜磁場；(b)一能量施加器，它適于在相對于該施加器的一個能量施加區(qū)域內(nèi)的預定位置上施加能量；(c)定位裝置，用于移動所述靜磁場磁鐵和所述能量施加器而使兩者定位，以便使所述磁共振體積至少部分地包圍需治療的被治療者區(qū)域，并使能量施加區(qū)域與所述磁共振體積在所述被治療者區(qū)域內(nèi)相互交叉。
50.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，所述靜磁場磁鐵和所述能量施加器安裝于所述底盤，所述定位裝置包括用于使所述底盤移動以讓所述底盤相對于所述被治療者定位的裝置。
51.如權(quán)利要求50所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括安裝于所述底盤的梯度線圈，所述梯度線圈可以在所述磁共振體積內(nèi)施加一磁場梯度。
52.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于激活所述梯度線圈以施加所述磁場梯度的裝置，以及用于施加射頻信號的射頻發(fā)射/接收裝置，它可以從所述磁共振體積內(nèi)的被治療者組織發(fā)出磁共振信號，并接收所述磁共振信號。
53.如權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于從所述磁共振信息派生出限定了所述磁共振體積內(nèi)的被治療者組織之圖像的信息的裝置。
54.如權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于從所述磁共振信息派生出所述磁共振體積內(nèi)的局部磁共振基準框中的一個或多個位置上的被治療者組織的溫度的裝置。
55.如權(quán)利要求53或54所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于在所述局部磁共振基準框與被治療者的以前采集的圖像的已有圖像基準框之間派生出一轉(zhuǎn)換的裝置。
56.如權(quán)利要求55所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括位置檢測裝置，用于確定所述靜磁場磁鐵在一固定基準框內(nèi)的位置，所述轉(zhuǎn)換-派生裝置可以至少部分地由所述靜磁場磁鐵的檢測位置派生出所述轉(zhuǎn)換。
57.如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，其特征在于，所述靜磁場磁鐵是一個單側(cè)磁鐵，因而所述磁共振體積設(shè)置在所述靜磁場磁鐵的外側(cè)，并沿著向前的方向與所述靜磁場磁鐵分開。
58.如權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括一可視顯示器和一能將一被治療者的圖像顯示在所述顯示器上的顯示器驅(qū)動器，所述顯示器安裝在所述底盤上的位于所述靜磁場磁鐵后方的位置。
59.如權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其特征在于，所述能量施加器包括一個超聲波發(fā)射換能器陣列和一個安裝在所述超聲波換能器陣列前方的柔性流體容器，所述柔性流體容器可配合在所述換能器陣列與被治療者體表之間。
60.如權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其特征在于，所述能量施加器包括一安裝座，所述換能器陣列和所述柔性容器作為一可隨意處理的裝置而可釋放地聯(lián)接于所述安裝件。
61.一種用于治療哺乳類被治療者的設(shè)備，包括(a)一適于接收輸入能量并向被治療者體內(nèi)施加能量的施加器，所述施加器可以有選擇地瞄準被治療者體內(nèi)的不同點，因而所述施加器可以被激活而有選擇地加熱位于被治療者的一治療體積內(nèi)或附近的若干個測試點；(b)所施能量記錄裝置，用于記錄當所述施加器被激活而加熱所述各測試點時供應給該施加器的輸入能量；(c)磁共振裝置，用于確定當所述施加器被激活而加熱所述各測試點時對每個測試點上的組織進行加熱的程度；以及(d)計算裝置，用于從所述各測試點的加熱程度和由所述施加器施加至所述各測試點的能量大小之間的關(guān)系而派生出由所述施加器提供的輸入能量與對所述治療體積內(nèi)的各治療位置的加熱程度之間的關(guān)系。
62.如權(quán)利要求61所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括控制裝置，用于當所述施加器被激活而在所述各治療位置施加能量時對供應給所述施加器的輸入能量進行控制，在操作過程中提供給所述施加器以向每個所述治療位置提供能量的輸入能量的大小是這樣選擇的，即，至少部分地根據(jù)輸入能量和由所述計算裝置推導出來的治療位置的加熱程度之間的關(guān)系。
63.治療設(shè)備包括(a)回避存儲裝置，用于保存限定了一回避區(qū)域的數(shù)據(jù)，該回避區(qū)域在一工作基準框內(nèi)包圍了不必接受治療的病人組織；(b)一具有一目標點的體內(nèi)治療裝置，所述治療裝置依靠人工操作而在目標點上施加一治療；(c)用于人工移動所述目標點的裝置；(d)用于在所述工作基準框內(nèi)自動跟蹤所述目標點的裝置；以及(e)用于自動控制治療裝置工作以避免在所述回避區(qū)域內(nèi)施加治療的裝置。
64.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于自動控制工作的裝置包括用于自動地組織所述目標點移入所述回避區(qū)域的裝置。
65.如權(quán)利要求64所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于人工移動目標點的裝置包括一致動器，所述用于自動地組織所述目標點移動的裝置包括當目標點處在所述回避區(qū)域附近時，相應于目標點移入回避區(qū)域的移動而在與致動器移動方向相反的方向上提供力反饋的裝置。
66.如權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于自動地控制治療裝置工作的裝置包括用于當所述目標點位于所述回避區(qū)域內(nèi)時阻止施加治療的裝置。
67.磁共振成像設(shè)備，包括(a)一可動的單側(cè)靜磁場磁鐵，它可提供適于在所述靜磁場磁鐵的外側(cè)并與所述靜磁場磁鐵向前分開的成像體積內(nèi)進行磁共振成像，所述靜磁場磁鐵包括一底盤和多個圓筒形超導靜磁場線圈，它安裝于所述底盤，并與穿過所述磁共振體積的一共同的中軸線共軸；(b)定位裝置，用于移動所述靜磁場磁鐵而使該磁鐵相對于一固定的被治療者定位，從而使所述磁共振體積至少部分地包圍一被治療者的區(qū)域。
68.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括安裝于所述底盤的梯度線圈，所述梯度線圈可在所述磁共振體積內(nèi)施加磁場梯度。
69.如權(quán)利要求68所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于激活所述梯度線圈以施加所述磁場梯度的裝置；用于施加射頻信號的射頻發(fā)射/接收裝置，它可以從所述磁共振體積內(nèi)的被治療者組織發(fā)出磁共振信號，并接收所述磁共振信號；以及用于從所述磁共振信息派生出相對于在一局部磁共振基準框內(nèi)的所述磁共振體積內(nèi)的被治療者組織而言的磁共振信息的裝置。
70.如權(quán)利要求69所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于派生磁共振信息的裝置包括這樣的裝置，它可以用于派生出在所述局部磁共振基準框中的被治療者組織圖像，并由所述磁共振信號派生出所述局部磁共振基準框內(nèi)的一個或多個位置上的被治療者組織的溫度。
71.如權(quán)利要求68所述的設(shè)備，其特征在于，所述梯度線圈包括設(shè)置在所述靜磁場線圈前方的環(huán)，每對環(huán)具有沿垂直于所述共軸線的一對軸線彼此間隔開的形心(centroid)，每對環(huán)的軸線相互垂直。
72.如權(quán)利要求71所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述環(huán)是與所述共軸線同軸的一個圓的扇形部分，因而每個環(huán)包括一弧形的外段和一對大致徑向段，前者具有一靠近所述中軸線的曲率中心，后者從所述外段的末端向內(nèi)朝著中軸線延伸。
73.如權(quán)利要求71所述的設(shè)備，其特征在于，所述梯度線圈包括兩對鞍形線圈，每個鞍形線圈具有一設(shè)置在所述靜磁場線圈前方并具有一靠近中軸線的曲率中心的前弧形段，以及一對從所述前弧形段向后延伸的軸向段。
74.如權(quán)利要求67所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個超導線圈包括兩組線圈，該設(shè)備還包括電流驅(qū)動裝置，它適于激活第一組線圈，以在圍繞中軸線的第一方向上攜帶電流，并適于激活第二組線圈，以在圍繞中軸線的反向的第二方向上攜帶電流。
75.如權(quán)利要求74所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一組線圈包括一最內(nèi)線圈和一最外線圈，所述第二組線圈包括一內(nèi)中部線圈和一外中部線圈，所有線圈都設(shè)置在沿所述中軸線的一個共同位置上。
76.一種密封的、可隨意處理的高強度聚焦超聲波施加器，包括一框架、多個安裝于所述框架的超聲波發(fā)射器以及一含有基本上無空氣并永久連接于所述框架的袋子，所述發(fā)射器聯(lián)接于所述流體，以便通過流體傳遞超聲波振動。
77.如權(quán)利要求76所述的施加器，其特征在于，該施加器還包括一圍繞所述框架和袋子的、可拆除的、可透氣的包裝物。
全文摘要
利用由可動磁共振儀器(10)采集到的磁共振信息來監(jiān)控例如組織熱燒蝕等對過高超越體溫的治療過程。該儀器可以包括磁共振設(shè)備(12)和一能量施加器,后者可以例如是高強度聚焦超聲波裝置。治療過程可以在操作者在被治療者圖像上標識出一個治療體積(128)之后進行,所述圖像可以是例如借助可動磁共振儀器采集到的磁共振圖像。這種自動的治療過程可以根據(jù)在治療體積附近的多個測試點(126)上的組織響應曲線上的內(nèi)插值來進行。該系統(tǒng)還可以在人工操作的過程中提供優(yōu)良的自動控制,藉以防止對敏感的組織結(jié)構(gòu)施加熱量。
文檔編號A61B17/225GK1257414SQ98805359
公開日2000年6月21日 申請日期1998年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月23日
發(fā)明者戴維·E·阿克, 馬克·瓦格肖 申請人:外科器械股份有限公司