УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕРАПИЯ С НАВЕДЕНИЕМ ПО МР-ВИЗУАЛИЗАЦИИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области магнитно-резонансной (МР) визуализации. Оно относится к терапевтической системе, содержащей блок ультразвуковой терапии и блок МР-визуализации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ультразвук становится все более и более желательным подходом для конкретных терапевтических вмешательств. В частности, использование сфокусированного ультразвука высокой интенсивности в настоящее время используют в качестве подхода для теплового терапевтического вмешательства для фибромы матки, а также исследовано возможное использование в лечении злокачественных повреждений печени, мозга, простаты и других органов. Ультразвук также является предметом многих исследований в качестве средства, способствующего растворению тромбов (сонотромболизис), а также показано повышение эффективности существующих медицинских воздействий, таких как использование тканевого активатора плазминогена (tPA) в качестве тромболитического средства для пациентов с инсультом. Опосредованная ультразвуком доставка лекарственных средств и генная терапия являются еще одной активной областью исследований. Генетическая экспрессия белков в генной терапии и увеличенная доставка лекарственных средств в таргетной терапии имеет потенциал в лечении широкого спектра заболеваний с минимальными побочными эффектами. Другим применением ультразвуковой терапии является неинвазивное лечение в косметических целях, например удаление жира. Во всех этих применениях желательно использование ультразвука, поскольку он предоставляет возможность неинвазивного лечения глубоких тканей с небольшим воздействием на вышележащие органы или без него.

Ультразвуковая терапия для абляции ткани работает посредством облучения ткани, представляющей интерес, ультразвуком с использованием ультразвука высокой интенсивности, который абсорбируется и превращается в тепло, тем самым повышая температуру соответствующих тканей. Когда температура поднимается выше 55 градусов Цельсия, происходит коагуляционный некроз тканей, что приводит к немедленной гибели клеток. Преобразователи, используемые в терапии, можно располагать за пределами тела или можно вводить в тело, например, через кровеносные сосуды, уретру, прямую кишку и т.д. Однако ультразвуковая терапия не ограничена абляцией ткани, но также относится к использованию основанных на ультразвуке биологических эффектов других типов, включая гемостаз, доставку лекарственных средств или генов, растворение тромбов и т.д.

В наше время коммерчески доступны системы сфокусированного ультразвука высокой интенсивности с наведением по МР-визуализации (СУВИ МР). Первое клиническое применение представляет собой абляцию доброкачественных опухолей в матке, так называемых внутриматочных фибром. Здесь сфокусированный ультразвуковой луч направляют в сторону живота. Ультразвуковой луч используют для нагревания опухоли через кожу и препятствующие ткани, при этом МР-визуализацию используют для мониторинга распределения температур внутри облучаемой ультразвуком области. Последнее делает процедуру безопасной и эффективной. МР-визуализацию, в частности МР-термометрию, используют для неинвазивного мониторинга такой абляционной тепловой терапии. Реконструкция термографических МР-изображений во время ультразвуковой терапии является эффективной для обеспечения обратной связи, чтобы гарантировать, что выполняют достаточное нагревание в запланированном местоположении, и при этом гарантировать, что другие критические анатомические структуры останутся нетронутыми.

В целом, известна терапевтическая система, которая содержит блок ультразвуковой терапии и блок МР-визуализации, например, из US 5590653. В известной системе, ультразвуковой облучатель блока ультразвуковой терапии встроен в стол пациента, который служит опорой пациенту, подлежащему лечению. В блоке МР-визуализации используют РЧ-катушку для приема МР-сигналов, которую можно предоставить либо на поверхностной пленке камеры с водой, используемой для введения ультразвука высокой интенсивности в тело пациента, либо на внутриполостном зонде, на котором также предоставлен ультразвуковой облучатель.

Недостаток известной системы состоит в том, что РЧ-катушку, используемую для приема МР-сигнала, следует правильно расположить во время укладки каждого пациента перед лечением. Дополнительный недостаток состоит в том, что РЧ-катушка вступает в тесный контакт с вводящей жидкостью (водой, водянистым гелем, маслом) для введения ультразвука в тело. Это составляет угрозу для безопасности. В известной системе РЧ-катушка является незакрепленной частью, которую постоянно перемещают для укладки каждого пациента. РЧ-катушку и кабель, посредством которого РЧ- катушку соединяют с приемником блока МР-визуализации, следует тщательно защищать от воды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На основе приведенного выше легко оценить наличие потребности в улучшенной терапевтической системе для СУВИ с наведением по МР-визуализации. Следовательно, цель изобретения состоит в том, чтобы предоставить терапевтическую систему, в которой устранены указанные выше недостатки, и способствует высокому качеству изображения вблизи ультразвукового облучателя.

В соответствии с изобретением раскрыта терапевтическая система. Система по изобретению содержит:

блок ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью облучения ультразвуком по меньшей мере части тела пациента с использованием ультразвука высокой интенсивности, причем блок ультразвуковой терапии содержит ультразвуковой облучатель, прикрепленный к столу пациента, служащему опорой для тела пациента, и

блок МР-визуализации, выполненный с возможностью получения МР сигналов от части тела и реконструкции МР-изображения по МР- сигналам, причем блок МР-визуализации содержит РЧ приемную антенну для приема МР-сигналов, и РЧ приемная антенна целиком встроена в стол пациента.

Сущность изобретения состоит во встраивании как ультразвукового облучателя, так и РЧ приемной антенны в стол пациента. Встроенная РЧ приемная антенна неподвижно встроена в стол пациента. Следовательно, РЧ приемная антенна вовсе не участвует в процессе укладки пациента. Таким образом, значительно повышают эксплуатационную пригодность системы по изобретению по сравнению с известным уровнем техники. Антенна автоматически находится в правильном положении относительно ультразвукового облучателя, тем самым допуская высокое качество изображения в области облучения ультразвуком. Кроме того, РЧ приемную антенну полностью закрывает кожух, образующий стол пациента. Таким образом, антенна может остаться сухой с высокой надежностью. Безопасность системы в соответствии с изобретением повышена, поскольку РЧ приемная антенна (и соединенный кабель) электрически изолированы от пациента кожухом стола пациента.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения ультразвуковой облучатель прикреплен к столу пациента под отверстием для проведения лечения, сформированным в столе пациента, ультразвук высокой интенсивности проходит через отверстие для проведения лечения во время облучения ультразвуком. В этом варианте осуществления, РЧ приемная антенна предпочтительно представляет собой РЧ-катушку, окружающую отверстие для проведения лечения. В этой особенно практичной компоновке ультразвуковой луч проходит через РЧ-катушку, что ведет к высокой чувствительности изображения в области фокуса облучения ультразвуком. Система по изобретению предпочтительно содержит камеру с водой, содержащую вводящее текучее вещество для введения ультразвука высокой интенсивности через отверстие для проведения лечения в тело пациента. РЧ-катушку можно расположить внутри кожуха стола пациента по периферии отверстия для проведения лечения, где она надежно удалена от вводящего текучего вещества.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения РЧ приемная антенна содержит водонепроницаемый корпус. Таким образом, устранен водный контакт электропроводных частей антенны. Кроме того, РЧ приемную антенну можно расположить внутри водонепроницаемого отделения стола пациента, тем самым обеспечивая дополнительную защиту от контакта с текучим веществом. Водонепроницаемое отделение можно расположить по периферии отверстия для проведения лечения так, чтобы РЧ-катушка, расположенная в отделении, окружала отверстие для проведения лечения.

Согласно еще одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения РЧ приемную антенну соединяют с приемником блока МР-визуализации посредством РЧ- кабеля, который также целиком встроен в стол пациента. Это означает, что как РЧ-антенна, так и соединенный кабель встроены в стол пациента. В этом варианте осуществления достигают особенно высокого уровня безопасности. Достигают надежной защиты от РЧ нагревания, поскольку кожух стола пациента предотвращает непосредственный контакт между кабелем и телом пациента. Кроме того, фильтрующий элемент можно встроить в стол пациента, причем фильтрующий элемент размещают вокруг РЧ-кабеля, чтобы блокировать индукцию токов внутри РЧ кабеля. Такая ловушка РЧ- кабеля блокирует прохождение блуждающих РЧ-токов на экранирующие проводники РЧ кабеля. Фильтр соединяют с РЧ-кабелем, чтобы представить высокий импеданс ослабления сигнала на резонансной частоте блока МР-визуализации. В соответствии с изобретением РЧ- кабель и фильтр можно встроить в стол пациента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На приложенных чертежах раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что чертежи созданы только с иллюстративной целью, а не в качестве определения границ изобретения. На чертежах

на фиг. 1 схематически представлена терапевтическая система по изобретению,

на фиг. 2 представлен схематический вид сбоку в разрезе системы по изобретению, и

на фиг. 3 представлен более подробный поперечный разрез стола пациента, который представлен на фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как показано на фиг. 1, терапевтическая система в соответствии с изобретением содержит блок 1 ультразвуковой терапии, выполненный с возможностью облучения ультразвуком по меньшей мере части тела 2 пациента с использованием сфокусированного луча ультразвука высокой интенсивности. Система дополнительно содержит блок 3 МР-визуализации, который получает МР-сигналы от части тела 2 и реконструирует термографические МР- изображения по полученным МР-сигналам, например, на основе локального сдвига резонансной частоты протона (PRFS). Блок 1 ультразвуковой терапии и блок 3 МР-визуализации соединяют с общим блоком 4 управления системы. Блок 4 управления управляет положением, направлением и/или фокусировкой ультразвукового луча высокой интенсивности. Блок 4 управления обрабатывает данные, полученные посредством блока 3 МР-визуализации, например, во время фазы планирования лечения. Кроме того, блок 4 управления, который может предствлять собой микрокомпьютер, поскольку он является общеупотребительным в медицинской визуализации и терапевтических устройствах, рассчитывает термографическое МР- изображение, т.е. пространственное распределение температур в подлежащей лечению части тела 2 на основе МР сигналов, полученных посредством блока 3 МР-визуализации. Система способна осуществлять МР-термографию в реальном времени и, основываясь на измеренном и реконструированном распределении температур, управлять терапевтическим действием, т.е. вызывать запланированное повышение локальной температуры в ткани посредством подходящей коррекции сфокусированного ультразвукового луча блока 1 ультразвуковой терапии. Термографическое МР-изображение представляют посредством блока 5 отображения оператору системы.

Далее, как показано на фиг. 1, а также на фиг. 2 и 3, система содержит катушки 6 сверхпроводящего или резистивного основного магнита так, что создают по существу равномерное, постоянное во времени основное магнитное поле вдоль оси z через исследуемый объем. Система генерации и манипуляции магнитным резонансом подает серию РЧ-импульсов и переключенные градиенты магнитного поля, чтобы инвертировать или возбудить ядерные магнитные спины, индуцировать магнитный резонанс, перефокусировать магнитный резонанс, манипулировать магнитным резонансом, пространственным и иным образом кодировать магнитный резонанс, насытить спины и т.п., чтобы осуществить МР-визуализацию. Более конкретно, усилитель градиентного импульса (не показан) подает импульсы тока на градиентные катушки 7 для всего тела вдоль осей x, y и z исследуемого объема. Цифровой РЧ- передатчик (не показан) передает РЧ-импульсы или пакеты импульсов на объемную РЧ-катушку 8 для всего тела, чтобы передать РЧ-импульсы в исследуемый объем. Типичная последовательность МР-визуализации состоит из пакета сегментов РЧ-импульсов короткой длительности, которые взятые вместе друг с другом и с любыми приложенными градиентными магнитными полями обеспечивают выбранную манипуляцию ядерным магнитным резонансом. РЧ импульсы используют для насыщения, возбуждения резонанса, инверсии намагниченности, перефокусировки резонанса или манипуляции резонансом и выбора части тела 2, расположенного на столе 9 пациента, в исследуемом объеме.

Ультразвуковой облучатель 10 блока 1 ультразвуковой терапии прикрепляют под отверстием 11 для проведения лечения, сформированным в столе 9 пациента. Ультразвуковой облучатель 10 содержит ультразвуковой преобразователь 12 для генерации ультразвука высокой интенсивности. Предусмотрена камера 13, которая содержит вводящее текучее вещество (например, воду, водянистый гель, масло) для введения интенсивного ультразвука в тело 2 через отверстие 11 для проведения лечения. Отверстие 11 для проведения лечения имеет круглую форму и расположено по существу в середине стола 9 пациента. Отверстие 11 для проведения лечения накрывают ультразвуковой мембраной 24, такой как пластмассовая пленочная диафрагма Mylar.

Для генерации МР-изображения ограниченной области тела 2, в которую подают ультразвук, РЧ-катушку 14 встраивают в стол 9 пациента рядом с областью, выбранной для визуализации. РЧ- катушку 14 используют для приема МР сигналов, индуцированных РЧ- передачами катушки для тела 8. Получаемые МР-сигналы принимают посредством РЧ-катушки 14 и демодулируют посредством приемника 15, предпочтительно содержащего предусилитель (не показан).

Блок 4 управления управляет системой для генерации любой из множества последовательностей МР-визуализации, таких как эхо-планарная визуализация (ЭПВ), эхо-объемная визуализация, градиент- и спин-эхо визуализация, быстрая спин-эхо визуализация и т.п. Для выбранной последовательности приемник 15 получает одну или несколько линий МР-данных, которые в быстрой последовательности следуют за каждым РЧ-импульсом возбуждения. Система регистрации данных (не показана) осуществляет аналогово-цифровое преобразование принятых сигналов и преобразует каждую линию МР-данных в цифровой формат, пригодный для дальнейшей обработки. В конечном итоге исходные цифровые данные изображения реконструируют в представление изображения. МР-изображение может представлять плоский срез через пациента, группу параллельных плоских срезов, трехмерный объем и т.п. Затем изображение сохраняют в памяти изображений, где к нему можно получить доступ для преобразования срезов, проекций или других частей представления изображения в подходящий формат для визуализации посредством блока отображения 5.

На фиг. 3 подробно показано, что РЧ-катушку 14 размещают внутри водонепроницаемого отделения 16, которое размещают по периферии отверстия 11 для проведения лечения. Таким образом, РЧ катушка 14 формирует петлю, которая окружает отверстие 11 для проведения лечения. Отделение 16 формируют посредством нижней части 17 и верхней части 18 кожуха стола 9 пациента, а также посредством вставки в форме кольца 19, образующей отверстие 11 для проведения лечения. Таким образом, РЧ-катушка 14 полностью скрыта под частями кожуха стола пациента. Предусмотрено уплотнение 20 для того, чтобы добиться водонепроницаемости. РЧ- катушку 14 выполняют из сформированных в вакууме пластин, которые склеивают вместе так, чтобы электропроводные части РЧ- катушки 14 были заключены внутри дополнительного водонепроницаемого корпуса. Равным образом РЧ-катушку 14 можно изготовить литьем под давлением. Таким образом, достигают высокого уровня безопасности, даже если РЧ-катушку 14 размещают в непосредственной близости от вводящего ультразвук текучего вещества, которое находится в камере 13 и/или в непосредственном контакте с телом 2 пациента. Сама РЧ-катушка 14 является водонепроницаемой, и, кроме того, РЧ-катушка 14 расположена в полностью водонепроницаемом отделении 16 стола 9 пациента. Также РЧ-кабель 21, которым модуль 22 настройки и соответствия РЧ- катушки 14 соединяют с приемником 15, встраивают в стол 9 пациента. Таким образом, кожухи 17, 18 стола пациента обеспечивают электрическую (и тепловую) изоляцию между кабелем 21 и телом 2 пациента. В стол 9 пациента также встраивают фильтрующий элемент 23, который размещают вокруг РЧ-кабеля 21, чтобы блокировать индукцию токов.