[发明专利]无框架超声治疗

说明书

用于创建针对靶的治疗计划的各种方法包括：使用第一成像模态在时间间隔期间获取靶的一个或多个图像，并基于此确定与靶相关联的信息；同样在所述时间间隔期间，使用具有比第一成像模态更高的图像捕获速度的第二成像模态来获取具有相对于靶的相对位置的第一可成像对象的一系列图像；在所述时间间隔期间实时地基于所述解剖学靶的一个或多个图像、所述第一可成像对象的一系列图像以及所述第一可成像对象相对于所述靶的相对位置来跟踪所述解剖学靶的运动；并且至少部分地基于在所述时间间隔期间所跟踪的运动和与解剖学靶相关联的信息，生成用于治疗靶的治疗计划。

相关申请

本申请要求2017年10月5日提交的美国临时专利申请No.62/568,439的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

总的来说，本发明涉及跟踪运动的组织或器官，尤其涉及在超声治疗计划和/或程序期间跟踪组织或器官的运动。

背景技术

诸如患者颅骨或其他身体区域内的良性或恶性肿瘤或血块之类的组织可以通过外科手术切除组织而进行侵入性治疗，或者使用例如热消融术进行非侵入性治疗。两种方法都可以有效治疗体内的某些局部病症，但是涉及复杂的程序，以避免破坏或损伤其他健康的组织。除非健康组织能够免受损伤或其损伤不太可能对生理功能造成不利影响，否则手术可能不适用于其中病变组织和健康组织结合在一起的病症。

超声治疗，由于可以使用聚焦超声来完成，对于治疗被健康组织或器官包围的或者与健康组织或器官相邻的病变组织具有特别的吸引力，因为可以将超声能量的作用限制在明确定义的靶区域内。由于波长相对较短，超声能量可能会集中到横截面只有几毫米的区域(例如，在一兆赫兹(1MHz)，横截面可以小至1.5毫米(mm))。此外，由于声能通常很好地穿透软组织，因此介入解剖结构通常不会对限定所需的聚焦区构成障碍。因此，超声能量可以聚焦在较小的靶上，以便消融病变组织而不会显著损害周围的健康组织。

另外，在神经疾病的治疗中，可以利用超声来打开血脑屏障(BBB)。由中枢神经系统(CNS)中的细胞层形成的血脑屏障可防止大分子进入脑实质，因此成为治疗许多脑疾病的最大障碍之一。具体来说，BBB会阻止许多治疗剂(例如药物和基因治疗载体)到达患者的大脑组织。例如，对于中枢神经系统感染、神经退行性疾病、先天性酶缺陷和脑癌的治疗都因血脑屏障阻止尤其是抗生素、抗逆转录病毒药物、酶替代疗法、基因制剂和抗肿瘤药物通过的这种能力而受到阻碍。因此，人们期望能使用超声能量暂时且在局部“开放”BBB，以使治疗量的这些药剂能进入受影响的脑组织。

超声聚焦系统通常利用声换能器表面或换能器表面的阵列来产生超声束。换能器可以是几何上塑形的并且被放置成将超声能量聚焦在与患者体内的靶组织块相对应的“聚焦区域”。在声波通过组织传播的过程中，一部分超声能量被吸收，从而导致温度升高，并最终导致细胞坏死，优选地在聚焦区的靶组织处。换能器阵列的各个表面或“元件”通常是可单独控制的，即它们的相位和/或幅度可以彼此单独设置(例如，在用于所述元件的连续波和放大器电路的情形下，使用具有适当的延迟或相移的“波束形成器”)，使光束其沿所需方向转向并在所需距离聚焦，同时根据需要对聚焦区性质进行调整。因此，可以通过独立地调整输入到换能器元件的电信号的幅度和/或相位来迅速移动聚焦区域和/或改变聚焦区域的形状。

但是，人体是灵活的，即使患者处于静止状态也可以移动(例如由于呼吸或不自主的小动作引起的)；这可能对治疗功效和安全性带来巨大挑战。一种常规方法是采用立体定向框架来固定头部并将其相对于超声换能器机械地固定住。该方法不利的是需要局部麻醉和刺穿皮肤和软组织的穿刺针，以提供与头骨的牢固界面。此外，尽管适用于单次治疗，但这种方法对于需要进行多次治疗的复发治疗是不可行的。另一种方法是使用覆盖患者面部的热塑性面罩，该热塑性面罩可以将患者的头部固定在桌子上以使其固定。尽管热塑性面罩免除了局部麻醉和穿刺针的需要，但它不能提供足够的刚性固定。其结果是，可能出现明显的治疗效率低下和对健康组织的损伤。此外，用面罩遮盖病人的面部可能会引起不同程度的压力和焦虑。