[发明专利]局部空化信号测量

说明书

在聚焦超声程序中用于检测来自患者靶区域的空化信号的各种方法包括：超声换能器；成像装置，用于获取来自靶区域的空化信号行进通过的多个解剖区域的生理学特征；控制器，其被配置为至少部分地基于解剖区域的生理学特征选择一个或多个解剖区域，并将所选择的一个或多个解剖区域映射到一个或多个相应的皮肤区域；以及一个或多个空化检测装置，其附接至相应的皮肤区域。

技术领域

本发明的领域大体上涉及超声系统，更具体地，涉及用于测量靶区域来自超声聚焦的空化信号的系统和方法。

背景技术

聚焦超声(即，频率大于约20千赫兹的声波)可用于对患者体内的内部身体组织进行成像或治疗。例如，超声波可用于与肿瘤切除、靶向给药、打开血脑屏障(BBB)、栓体溶解和其他外科手术相关的应用。在肿瘤切除期间，压电陶瓷换能器放置在患者外部，但紧邻待切除的肿瘤(即，靶区域)。换能器将电子驱动信号转换成机械振动，从而产生声波的发射。换能器可以设置几何形状并与其他这样的换能器一起定位，使得它们发射的超声能量共同在对应于靶区域(或在靶区域内)的“聚焦区”处形成聚焦波束。可选地或另外地，单个换能器可以由多个单独驱动的换能器元件形成，换能器元件的相位可以各自独立地控制。这种“相控阵”换能器有助于通过调整换能器之间的相对相位将聚焦区引导到不同的位置。如本文所用，术语“元件”表示阵列中的单个换能器或单个换能器的可独立驱动的部分。磁共振成像(MRI)可用于使患者和靶可视化，从而引导超声波束。

在聚焦超声程序中，可以在靶区域产生小气泡(或“微泡”)和/或将小气泡(或“微泡”)引入靶区域。根据所施加的声场的幅度和频率，微泡可能发生振荡或坍塌(这种机制被称为“空化”)，从而在靶区域和/或其周围区域中引起各种热效应。例如，在低声压下，微泡空化可以增强超声聚焦区域的能量吸收，从而使其中的组织比不存在微泡时更快地被加热并且更有效地被消融。如果在中枢神经系统中使用，微泡空化会破坏血管，从而引起BBB的开放”，从而增强靶向药物的递送。然而，在高声压下，可能引起不稳定的微泡空化，这可能导致不希望的生物效应，例如出血、细胞死亡和超出靶的大范围组织损伤。

为了使超声程序期间微泡空化的不良影响最小化，一种常规方法是联合使用空化检测器与超声换能器，以在每次超声处理后测量来自微泡的空化信号(例如，压力波)；如果空化信号水平高于预定阈值幅度，则暂停超声程序。但是，在被空化检测器接收到之前，空化信号必须遍历位于空化检测器与靶之间的一层或多层介入组织(例如，患者的颅骨和头皮)；空化信号可能通过包括传播、散射、吸收、反射和折射在内的多个过程与介入组织相互作用。其结果是，除了传播信号之外，空化检测器还可能检测到反射、折射和/或散射的空化信号，从而可能无法提供准确反映靶区域上的空化效应的信息。尽管可以过滤掉不想要的空化信号，但这将需要部署大量的空化检测器，以便获得相对于要过滤掉的噪声足够大量的空化信号。这会大大增加设计和经济负担。

因此，需要在不带来使用大量空化检测器的负担的情况下，准确地检测和监视在靶区域由超声波产生的微泡空化。

发明内容

本发明提供了用于在超声程序(例如超声治疗或成像)期间准确、可靠地检测在靶区域和/或其周围区域的超声聚焦中的微泡空化的系统和方法，其不需要使用大量的空化检测器。在各种实施例中，使有限数量(优选地少于五个，或少于十个)的空化检测装置与患者的头皮上为空化信号提供高传输效率(例如，高于预定阈值)的区域直接接触。可以基于从靶区域穿过颅骨和头皮的预测波束路径以及所截取区域中头皮和/或颅骨的解剖学特征计算与每个头皮区域相关联的传输效率。可以使用成像系统(例如，MRI设备和/或计算机断层扫描设备)获取所述解剖学特征。另外，可以通过考虑头皮和/或颅骨区域的其他特征(例如，几何形状)选择要附接空化检测装置的头皮位置。例如，可以优选选择具有基本平坦的表面的颅骨区域和没有疤痕的头皮区域。可以使用例如导电膏或导电胶将空化检测器附接到患者的头皮上。