Измерение температуры мочевого пузыря для высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для измерения температуры тела при осуществлении высокоинтенсивного сфокусированного ультразвукового воздействия. Медицинский инструмент содержит высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему для ультразвукового воздействия на целевую область внутри субъекта, источник света для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя, причем источник света выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем мочевого катетера, световой датчик для измерения флуоресценции, испускаемой термочувствительным флуоресцентным красителем, причем световой датчик выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем, резервуар для флуоресцентного красителя и насосную систему, выполненную с возможностью соединения с мочевым катетером, причем насосная система дополнительно соединена с резервуаром для флуоресцентного красителя и выполнена с возможностью перекачивания из резервуара для флуоресцентного красителя к дистальному концу мочевого катетера, память для хранения машиноисполняемых инструкций и процессор для управления медицинским инструментом, причем исполнение машиноисполняемых инструкций заставляет процессор принимать план ультразвукового воздействия на целевую область, измерять флуоресценцию, используя световой датчик, вычислять температуру мочевого пузыря, используя флуоресценцию, и генерировать команды ультразвукового воздействия, используя план ультразвукового воздействия и температуру мочевого пузыря, причем команды ультразвукового воздействия предназначены для управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой для ультразвукового воздействия на целевую область. Устройство снабжено машиночитаемым носителем, хранящим компьютерный программный продукт, содержащий машиноисполняемые инструкции для исполнения процессором, управляющим медицинским инструментом. Использование изобретений позволяет повысить эффективность измерения температуры тела, совместимого с HIFU. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к высокоинтенсивному сфокусированному ультразвуку (HIFU), в частности, к измерению температуры тела до и/или во время ультразвукового воздействия.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ультразвук из сфокусированного ультразвукового датчика может использоваться для выборочной обработки областей в полости тела. Ультразвуковые волны передаются как высокоэнергетические механические колебания. При затухании эти колебания вызывают нагрев ткани, а также могут приводить к кавитации. Как нагрев, так и кавитация ткани могут использоваться для разрушения тканей в клинической практике. Тем не менее, ультразвуковым нагревом ткани управлять проще, чем кавитацией. Ультразвуковое воздействие может использоваться для абляции ткани и для выборочного разрушения раковых клеток ткани. Эта технология была применена при лечении фибромиомы матки и уменьшила необходимость гистерэктомии.

Для выборочного воздействия на ткань может использоваться сфокусированный ультразвуковой датчик для фокусировки ультразвука на конкретной области воздействия или целевом объеме. Датчик обычно помещают в среду, такую как масло или дегазированная вода, способную проводить ультразвук. Затем используют приводы для регулирования положения ультразвукового датчика и, соответственно, для регулирования области ткани, подвергаемой обработке. Известно сопровождение ультразвуковой терапии магнитно-резонансной томографией.

В патенте США 8,233,957 B2 описан модуль датчика для катетера, содержащий блок обнаружения биопленки, выполненный с возможностью обнаруживать свойства биопленки, и электрический контур для выдачи выходного сигнала, показывающего результат обнаружения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В независимых пунктах формулы изобретения предусмотрены медицинский инструмент, компьютерный программный продукт и способ. Варианты осуществления даются в зависимых пунктах формулы.

Перед ультразвуковым воздействием методом высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука (HIFU) измерение температуры тела может быть частью процесса планирования при осуществлении ультразвукового воздействия. Например, температура тела используется в качестве исходного уровня при представлении абсолютных температур пользователю во время ультразвукового воздействия. Во время HIFU участки субъекта имеют свои температуры, возрастая в целевой области до заданной температуры за определенное время. Знание температуры тела при таком планировании может быть полезно.

В клинической практике установление значения температуры тела обычно осуществляется путем измерения температуры в ухе. Это может приводить к нескольким трудностям. Во-первых, если ультразвуковое воздействие проводится в области живота или в другой отдаленной от уха области, это может привести к неточной оценке температуры средней части организма. Другая трудность состоит в том, что во время курса ультразвукового воздействия температура тела обычно меняется, и не обязательно из-за ультразвукового воздействия на пациента. Для ультразвукового воздействия пациент может частично раздеться, что может со временем привести к изменению температуры тела. Также, часто во время воздействия пациент жалуется на холод. Иногда ему могут предоставить одеяло, что тоже изменит температуру тела.

Варианты осуществления, возможно, способны обеспечить улучшенный способ измерения температуры тела, совместимый с HIFU. Термочувствительный флуоресцентный краситель может вводиться в мочевой пузырь субъекта. Термочувствительный флуоресцентный краситель является красителем, в котором в ответ на изменение температуры измеримо меняются частоты света, время жизни возбужденного состояния и/или флуоресценция. Мочевой катетер с оптоволоконным кабелем может использоваться для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя внутри мочевого пузыря. Световой датчик или спектрометр, соединенные с оптоволоконным кабелем, могут затем использоваться для получения спектрограммы или интенсивности света, измеренной при конкретной длине волны (длинах волн) флуоресцентного света, что может использоваться для вычисления температуры внутри мочевого пузыря. Это может обеспечить точное средство измерения температуры текучей среды внутри мочевого пузыря. Эта температура мочевого пузыря является очень точным измерением температуры средней части тела.

Эта технология также может быть полезна для ультразвуковых воздействий вблизи мочевого пузыря или когда ультразвуковые волны проходят через мочевой пузырь. Например, при ультразвуковом воздействии на фибромы простаты или матки измеренная температура мочевого пузыря будет почти идентична температуре целевого объекта облучения.

Измерение флуоресцентного света внутри мочевого пузыря может обеспечить несколько преимуществ. Во-первых, текучая среда внутри мочевого пузыря быстро достигает теплового равновесия. Если участок мочевого пузыря подвергается воздействию (рассеянного) ультразвука, этот рассеянный ультразвук лишь незначительно повлияет на температуру мочи. Во-первых, из-за вышеупомянутого стремления к тепловому равновесию. Во-вторых, из-за того, что катетер собирает свет с участка мочевого пузыря. При измерении температуры здесь возникает пространственный усредняющий эффект. В-третьих, ультразвуковые волны лишь незначительно нагреют мочу из-за ее низкого поглощения ультразвуковой энергии.

Эффективность измерения температуры можно также увеличить добавлением рассеивающей среды, сделанной из твердых частиц, в текучую среду мочевого пузыря. Это может помочь рассеять свет во время облучения термочувствительного флуоресцентного красителя и увеличить полный сигнал. Рассеивающий материал может также служить для улучшения вывода флуоресцентного света, испущенного термочувствительным флуоресцентным красителем, в оптоволокно. Рассеивающая среда может, таким образом, иметь преимущество увеличения пространственного усреднения измерения температур текучей среды внутри мочевого пузыря.

В одном аспекте изобретение относится к медицинскому инструменту, содержащему высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему для ультразвукового воздействия на целевую область внутри субъекта. Медицинский инструмент дополнительно содержит источник света для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя. Источник света выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем мочевого катетера. Медицинский инструмент дополнительно содержит световой датчик, который может быть в одном примере спектрометром, для измерения флуоресценции, испускаемой термочувствительным флуоресцентным красителем. Если световой датчик является спектрометром, то флуоресценция может быть спектром флуоресценции.

Следует понимать, что ссылки на световой датчик могут также относиться к различным инструментам, таким как монохроматор или спектрометр, а ссылки на «флуоресценцию» могут относиться к измеренным данным флуоресцентного света, таким как полная интенсивность измеренной флуоресценции или света в одном или более волновых диапазонах. Ссылки на «флуоресценцию» могут также относиться к спектрам флуоресценции, измеренным спектрометром, или к полосе света, измеренной монохроматором.

Световой датчик или спектрометр выполнены с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем. Медицинский инструмент дополнительно содержит память для хранения машиноисполняемых инструкций. Медицинский инструмент дополнительно содержит процессор для управления медицинским инструментом. Исполнение машиноисполняемых инструкций заставляет процессор принимать план воздействия, описывающий ультразвуковое воздействие на целевую область.

Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор измерять флуоресценцию с использованием светового датчика. В некоторых примерах источник света может быть всегда активным. В этом случае процессору нет необходимости управлять источником света. В других примерах источник света активируется на короткое время перед измерением флуоресценции. В этом случае процессор может контролировать источник света. Тем не менее, это не является необходимым. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор вычислять температуру мочевого пузыря, используя спектр флуоресценции или интенсивность. Флуоресценция термочувствительного флуоресцентного красителя может иметь частотный сдвиг или различную интенсивность испускания в зависимости от температуры. Измеряя световым датчиком, таким как спектрометр, флуоресценцию или интенсивность, можно измерить этот частотный сдвиг и/или изменение испускания, и таким образом можно вычислить или вывести температуру мочевого пузыря. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор может генерировать команды ультразвукового воздействия, используя план воздействия и температуру мочевого пузыря. Команды ультразвукового воздействия предназначены для управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой для ультразвукового воздействия на целевую область.

Когда ультразвуковые воздействия осуществляются с использованием высокоинтенсивных сфокусированных ультразвуковых систем, температура средней части тела обычно используется для генерации команд ультразвукового воздействия. Это можно сделать, например, используя значение температуры в ухе. В данном примере для генерации команд ультразвукового воздействия могут использоваться похожие технологии. Тем не менее, использование температуры мочевого пузыря может быть более точным. Мочевой пузырь находится внутри средней части тела. Это может способствовать более точному измерению температуры средней части тела. При ультразвуковых воздействиях вблизи мочевого пузыря использование температуры мочевого пузыря может быть даже лучше, поскольку оно может быть более показательно для облучаемой области субъекта.

Измерение температуры мочевого пузыря может иметь дополнительные преимущества, так как при наполнении текучей средой, такой как моча или материал, добавленный в мочевой пузырь, он может обладать значительной тепловой инерцией. Например, при ультразвуковом воздействии на область вблизи мочевого пузыря участок мочевого пузыря может нагреться из-за ультразвукового воздействия. Однако это не повлияет на полную температуру текучей среды внутри мочевого пузыря из-за большой теплопроводности воды. Поэтому может быть преимущественным измерять температуру мочевого пузыря по сравнению с какой-то другой областью тела при ультразвуковом воздействии вблизи мочевого пузыря для определения температуры средней части, или основной температуры тела субъекта. Другим преимуществом является то, что поглощение ультразвуковой энергии мочой сопоставимо с водой и мало по сравнению с тканями тела.

В различных примерах оптоволоконный кабель может содержать одно или более оптических волокон. Например, может использоваться одно оптоволокно, с которым соединяются как источник света, так и спектрометр или световой датчик. Если флуоресцентная эмиссия достаточно далека от частоты источника света, то может использоваться одно оптоволокно. В других примерах могут использоваться два отдельных оптоволокна. Например, одно волокно может быть соединено с источником света, а другое соединено со световым датчиком или спектрометром.

В некоторых примерах источник света включен непрерывно. В других примерах машиноисполняемые инструкции могут заставлять процессор управлять источником света так, чтобы он освещал дистальный конец мочевого катетера перед измерением флуоресценции.

В другом варианте осуществления целевая область находится в пределах заданного расстояния от мочевого пузыря внутри субъекта.

В другом варианте осуществления дистальный конец катетера может иметь один или более оптических элементов, соединенных с оптоволоконным кабелем. Например, могут иметься линзы, делающие возможным распространение света в большей области мочевого пузыря. Также может иметься линза, позволяющая световому датчику или спектрометру захватывать больше света. Также могут иметься поляризационные фильтры, помогающие исключить отдельные участки света. Если имеются два волокна внутри оптоволоконного кабеля, то оптоволокно, соединенное со световым датчиком, может иметь фильтр для фильтрации света от источника света.

В другом варианте осуществления медицинский инструмент содержит мочевой катетер. Оптическое волокно простирается от дистального конца мочевого катетера по длине мочевого катетера. Оптоволоконный кабель может, например, быть заделан внутрь мочевого катетера. Оптоволоконный кабель соединен с источником света. Оптоволоконный кабель также соединен со спектрометром или со световым датчиком. Источник света выполнен с возможностью не учитывать дистальный конец мочевого катетера с использованием оптоволоконного кабеля.

В другом варианте осуществления медицинская система визуализации дополнительно содержит резервуар для флуоресцентного красителя. Медицинская система визуализации дополнительно содержит насосную систему, соединенную с мочевым катетером. Насосная система дополнительно соединена с флуоресцентной смесью. Насосная система выполнена с возможностью перекачки флуоресцентного красителя из резервуара на дистальный конец мочевого катетера. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, поскольку он может обеспечить средство эффективного добавления флуоресцентного красителя и/или рассеивающего агента в мочевой пузырь пациента. Насосная система, например, может быть как управляемой вручную, так и управляемой автоматически.

Насосная система может работать по-разному в разных конфигурациях. В одном примере катетер имеет главную трубку. В одном примере катетер имеет только главную трубку. Главная трубка может использоваться для отведения мочи из мочевого пузыря пациента, а также она может использоваться для перекачивания содержимого резервуара для флуоресцентного красителя обратно в мочевой пузырь пациента. Насос может альтернативно удалять материал и перекачивать его в резервуар для отходов, и снова заполнять мочевой пузырь материалом из резервуара для флуоресцентного красителя.

В другом примере мочевой катетер имеет главную трубку для отведения мочи и другого содержимого мочевого пузыря в резервуар для отходов, и дополнительную трубку для накачивания материала из резервуара для флуоресцентного красителя в мочевой пузырь. Наличие главной и дополнительной трубки в мочевом катетере может быть предпочтительным, поскольку это также позволяет обеспечить средство для непрерывного смешивания термочувствительного флуоресцентного красителя и рассеивающей среды внутри мочевого пузыря. Например, насосная система может быть выполнена с возможностью удалять материал с небольшой, но постоянной скоростью, используя дополнительную трубку, так что содержимое мочевого пузыря непрерывно смешивается. Это также позволяет регулировать концентрацию любого рассеивающего агента и термочувствительного флуоресцентного красителя внутри мочевого пузыря субъекта.

В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять насосной системой для перекачивания содержимого резервуара для флуоресцентного красителя на дистальный конец мочевого катетера, если флуоресценция или спектр флуоресценции имеет величину ниже заданного порогового значения. Температура внутри мочевого пузыря может быть измерена посредством измерения температурного сдвига или изменения интенсивности термочувствительного флуоресцентного красителя. Тем не менее, если сигнал слишком мал, измерение может быть недостаточным. Процессор может быть запрограммирован учитывать величину или силу сигнала, исходящего из спектрометра или светового датчика. Если флуоресценция или спектр флуоресценции имеет величину ниже заданного порогового значения, то может быть автоматически добавлено больше термочувствительного флуоресцентного красителя в мочевой пузырь пациента. Добавление текучей среды может также использоваться для увеличения объема мочевого пузыря.

В другом варианте осуществления резервуар для флуоресцентного красителя содержит термочувствительный флуоресцентный краситель.

В другом варианте осуществления резервуар для флуоресцентного красителя содержит рассеивающий материал.

В другом варианте осуществления резервуар для флуоресцентного красителя содержит термочувствительный флуоресцентный краситель и рассеивающий материал.

В другом варианте осуществления рассеивающий материал содержит любое из следующего: частицы диоксида титана, ультразвуковое контрастное вещество, липидные капли, молочные капли, соевые капли, интралипидные капли, латексные частицы и их комбинации. Рассеивающий материал может быть практически любым материалом, который может использоваться для рассеивания света, сгенерированного источником света и/или спектрами флуоресценции, испускаемыми термочувствительным флуоресцентным красителем. Помещение рассеивающего материала в мочевой пузырь субъекта может быть полезно для лучшего соединения источника света и спектрометра или светового датчика с мочевым пузырем. Это может позволить собирать большее количество флуоресцентной эмиссии или спектра флуоресценции.

Ультразвуковая контрастная среда, например, может использоваться в концентрации примерно 0,1 г на литр (грубо от 0,03 г до 0,5 г на литр).

Частицы диоксида титана могут иметь диаметр приблизительно 250 нм (приблизительно от 100 до 500 нм) в некоторых примерах. Они могут также использоваться с плотностью примерно 0,1 г на литр (приблизительно от 0,03 г на литр до 0,5 г на литр) текучей среды мочевого пузыря.

Латексные частицы в одном примере могут иметь диаметр приблизительно 10 мкм (приблизительно от 3 мкм до 50 мкм). Латексные частицы могут, например, использоваться в концентрации приблизительно 1 г на литр (приблизительно от 0,3 г до 5 г на литр).

В одном примере липидные капли (молочные, соевые, интралипидные) имеют приблизительный диаметр от 50 нм до 10 мкм, или смесь различных диаметров. Эти капли могут использоваться в концентрации от 1 до 20 объемных процентов.

Глицерин может использоваться в концентрации от приблизительно 10 объемных процентов (может быть в диапазоне от 1 до 50 объемных процентов) в одном примере.

В другом варианте осуществления термочувствительный флуоресцентный краситель является любым из следующего: флуоресцеин, флуоресцеин 1, флуоресцеин натрия, индоцианин зеленый, фотофрин, 5-аминолевулиновая кислота (ALA) и метиленовый синий.

Флуоресцеин натрия имеет длину волны возбуждения около 480 нм. Спектр испускания имеет центр вблизи 525 нм, что немного меняется с температурой. Могут использоваться различные концентрации флуоресцеина натрия. При использовании в ангиографии обычно вводят 500 мг для взрослого, имеющего 6 литров крови. Это приводит к концентрации 83 мг на литр. Это довольно большая концентрация, поскольку 80% красителя обычно связывается с протеинами плазмы крови. При использовании в мочевом пузыре флуоресцеин может иметь гораздо меньшую концентрацию. Например, концентрация около 5-20 мг на литр текучей среды (альтернативно от 1 до 50 мг на литр текучей среды) внутри мочевого пузыря может подойти. Флуоресцеин используется в качестве флуоресцентного индикатора, в медицине применяется в офтальмологии и имеет зависящий от температуры частотный сдвиг.

Индоцианин зеленый (ICG) используется в качестве индикатора в ангиографии и офтальмологии и сильно связывается с протеинами плазмы, является водным или фотораствором и является термически нестабильным.

Фотофрин используется в фотодинамической терапии. Он имеет зависящий от температуры квантовый выход. Он имеет небольшой сдвиг частот в области больших значений pH в зависимости от температуры.

5-аминолевулиновая кислота (ALA) используется в фотодинамической терапии, и ее флуоресценция увеличивается в зависимости от температуры. При использовании ALA мочевой пузырь может непрерывно наполняться и опустошаться раствором, содержащим известную концентрацию ALA, так что интенсивность спектра флуоресценции можно откалибровать.

В другом варианте осуществления команды ультразвукового воздействия дополнительно вычисляются с использованием температуры мочевого пузыря в качестве начальной температуры ультразвукового воздействия. Как упоминалось выше, при осуществлении ультразвуковых воздействий обычно врач или медицинский техник измеряет температуру средней части тела в ухе. Она затем используется для вычисления команд ультразвукового воздействия. Температура в ухе может быть неточной, а также во время исследования температура средней части тела субъекта может увеличиваться. Обычно во время ультразвуковых воздействий пациенту или субъекту может стать некомфортно. Нередко медицинский техник укрывает субъекта одеялом. Во время курса ультразвуковых воздействий это может привести к изменению температуры средней части или начальной температуры субъекта при отдельных ультразвуковых воздействиях. Измерение температуры мочевого пузыря на протяжении курса ультразвуковых воздействий может обеспечить более точное ультразвуковое воздействие на субъекта.

В другом варианте осуществления план ультразвукового воздействия содержит определенную тепловую дозу. Команды ультразвукового воздействия вычисляются для подведения конкретной тепловой дозы в целевую область с использованием начальной температуры. Использование температуры мочевого пузыря или температуры средней части тела в качестве начальной температуры позволяет более точно вычислить тепловую дозу или прогноз тепловой дозы при вычислении команд ультразвукового воздействия.

В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой с использованием команд ультразвукового воздействия.

В другом варианте осуществления исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно вычислять температуру мочевого пузыря во время управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор многократно корректировать команды ультразвукового воздействия, используя температуру мочевого пузыря, во время управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой. Этот вариант осуществления может быть предпочтительным, так как измерение температуры мочевого пузыря образует замкнутый цикл управления во время ультразвукового воздействия на субъекта.

В другом варианте осуществления команды ультразвукового воздействия задают множество ультразвуковых воздействий. Измерение температуры мочевого пузыря и генерация команд ультразвукового воздействия повторяется по меньшей мере однократно для каждого из упомянутого множества ультразвуковых воздействий. Многократное измерение температуры мочевого пузыря и использование ее в качестве температуры средней части тела или начальной температуры позволяет осуществлять более точные ультразвуковые воздействия.

В другом варианте осуществления высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система имеет регулируемый фокус. Медицинский инструмент дополнительно содержит медицинскую систему визуализации. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор получать медицинское изображение из зоны визуализации. Зона визуализации содержит целевую область. Команды ультразвукового воздействия предназначены для управления положением регулируемого фокуса. Может быть предпочтительным использовать медицинскую систему визуализации для сопровождения ультразвукового воздействия. В различных примерах медицинская система визуализации может, например, быть системой магнитно-резонансной томографии, диагностической ультразвуковой системой или даже радиографической системой визуализации, такой как КТ, или система компьютерной томографии. Использование системы магнитно-резонансной томографии может быть предпочтительным, так как система магнитно-резонансной томографии может, например, осуществлять магнитно-резонансную термометрию, и использоваться для измерения тепловой дозы, подведенной к субъекту. Также температура мочевого пузыря может использоваться для калибровки измерения температуры с использованием магнитно-резонансной термометрии.

В другом аспекте изобретение предусматривает компьютерный программный продукт, содержащий машиноисполняемые инструкции для исполнения процессором, управляющим медицинским инструментом. Медицинский инструмент содержит высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему для ультразвукового воздействия на целевую область внутри субъекта. Медицинский инструмент дополнительно содержит источник света для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя. Источник света выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем мочевого катетера. Медицинский инструмент дополнительно содержит световой датчик или спектрометр для измерения флуоресценции или спектра флуоресценции, испускаемого термочувствительным флуоресцентным красителем. Световой датчик или спектрометр выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем.

Исполнение машиноисполняемых инструкций заставляет процессор принимать план ультразвукового воздействия, описывающий ультразвуковое воздействие на целевую область. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор измерять флуоресценцию или спектр флуоресценции, используя световой датчик или спектрометр. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор вычислять температуру мочевого пузыря, используя флуоресценцию. Исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор генерировать команды ультразвукового воздействия, используя план ультразвукового воздействия и температуру мочевого пузыря. Команды ультразвукового воздействия предназначены для управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой для ультразвукового воздействия на целевую область.

В другом варианте осуществления медицинский инструмент дополнительно содержит мочевой катетер.

В другом варианте осуществления изобретение обеспечивает способ работы медицинского инструмента. Медицинский инструмент содержит высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему для ультразвукового воздействия на целевую область внутри субъекта. Медицинский инструмент дополнительно содержит источник света для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя. Источник света выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем мочевого катетера. Медицинский инструмент дополнительно содержит световой датчик или спектрометр для измерения флуоресценции или спектра флуоресценции, испускаемого термочувствительным флуоресцентным красителем. Источник света или спектрометр выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем.

Способ содержит прием плана ультразвукового воздействия, описывающего ультразвуковое воздействие на целевую область. Способ дополнительно содержит измерение флуоресценции или спектра флуоресценции с использованием светового датчика или спектрометра. Способ дополнительно содержит вычисление температуры мочевого пузыря с использованием флуоресценции. Способ дополнительно содержит генерацию команд ультразвукового воздействия с использованием плана ультразвукового воздействия и температуры мочевого пузыря. Команды ультразвукового воздействия предназначены для управления ультразвуковым воздействием высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системы на целевую область.

В другом варианте осуществления медицинский инструмент дополнительно содержит мочевой катетер.

В некоторых примерах мочевой пузырь может уже быть наполнен флуоресцентным красителем и, необязательно, рассеивающим материалом. Это может осуществляться вручную. В других вариантах осуществления может использоваться насосная система для перекачивания флуоресцентного красителя и, необязательно, рассеивающего материала в мочевой пузырь пациента.

Следует понимать, что один или более упомянутых выше вариантов осуществления изобретения могут комбинироваться, если только комбинируемые варианты осуществления не являются взаимоисключающими.

Как станет понятно специалистам в области техники, аспекты настоящего изобретения могут быть осуществлены в виде устройства, способа или компьютерного программного продукта. Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут быть в виде варианта осуществления полностью технического средства, варианта осуществления полностью программного обеспечения (включая встроенные программы, резидентное программное обеспечение, микрокод и так далее) или варианта осуществления, объединяющего аппаратные средства и программное обеспечение, которые в общем могут называться здесь «контуром», «модулем» или «системой». Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут быть в виде любого компьютерного программного продукта, встроенного в один или более машиночитаемых носителей, имеющих встроенный в них исполняемый компьютером код.

Может использоваться любая комбинация одного или более машиночитаемого носителя. Машиночитаемый носитель может быть машиночитаемым носителем сигналов или машиночитаемым носителем информации. Упомянутый здесь «машиночитаемый носитель информации» включает в себя любой невременный носитель данных, на котором можно хранить инструкции, исполняемые процессором вычислительного устройства. Машиночитаемый носитель данных может называться машиночитаемым невременным носителем данных. Машиночитаемый носитель данных может также называться временным материальным машиночитаемым носителем данных. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель данных может быть также способен хранить данные, доступ к которым может получить процессор компьютерного устройства. Примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя, но не ограничиваются: дискету, жесткий магнитный диск, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB флэш-память, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оптический диск, магнитооптический диск и файл регистра процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и универсальные цифровые диски (DVD), например, CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R диски. Термин «машиночитаемый носитель данных» также относится к различным типам носителей данных, доступ к которым компьютерное устройство может получить по сети или каналу связи. Например, данные могут извлекаться через модем, по интернету или по локальной сети. Исполняемая компьютером программа, записанная на машиночитаемом носителе данных, может передаваться с использованием подходящего средства, включая, но не ограничиваясь, беспроводную или проводную линию, оптоволоконный кабель, радиочастоты и т.д. или любую подходящую их комбинацию.

Машиночитаемый сигнал может включать в себя распространяющийся информационный сигнал с записанным на нем исполняемым компьютером кодом, например, на основной частоте или как часть несущей волны. Такой распространяющийся сигнал может принимать множество форм, включая, но не ограничиваясь, электромагнитную, оптическую или их любую подходящую комбинацию. Машиночитаемый носитель сигнала может быть любым машиночитаемым носителем, который не является машиночитаемым носителем данных и который может соединять, распространять или переносить программу для использования системой, аппаратным комплексом или устройством, или посредством связи с ними.

«Компьютерная память» или «память» является примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерная память является любой памятью, к которой процессор имеет прямой доступ. «Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является еще одним примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерное запоминающее устройство может быть любым энергозависимым или энергонезависимым машиночитаемым носителем данных.

Используемый здесь термин «процессор» обозначает электронный компонент, способный исполнять программу, или машиноисполняемую инструкцию, или исполняемый компьютером код. Ссылки на вычислительное устройство, содержащие термин «процессор» должны рассматриваться как возможно содержащие больше одного процессора или ядра процессора. Процессор может, например, быть многоядерным процессором. Процессор может также означать группу процессоров внутри единственной компьютерной системы или распределенных среди нескольких компьютерных систем. Термин «вычислительное устройство» следует также понимать как относящийся, возможно, к группе или сети вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Исполняемый компьютером код может исполняться несколькими процессорами, которые могут находиться внутри одного вычислительного устройства, или могут быть распределены среди нескольких вычислительных устройств.

Исполняемый компьютером код может содержать машиночитаемые инструкции или программу, которая заставляет процессор исполнять аспект настоящего изобретения. Исполняемый компьютером код, несущий операции для аспектов настоящего изобретения, может быть записан на любой комбинации одного или более языков программирования, включая языки объектно-ориентированного программирования, такие как Java, Smalltalk, C++ или подобные, и традиционные процедурные языки программирования, такие как язык C или похожие языки программирования, составляющие машиноисполняемые инструкции. В некоторых случаях исполняемый компьютером код может быть в виде высокоуровневого языка программирования или в виде предкомпилированного кода, и может использоваться в комбинации с интерпретатором, который генерирует машиночитаемые инструкции в реальном времени.

Исполняемый компьютером код может полностью исполняться на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя, в качестве отдельного пакета программ, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере или полностью на удаленном компьютере или сервере. В последнем случае удаленный компьютер может соединяться с компьютером пользователя по любому типу сети, включая локальную сеть (LAN) или региональную сеть (WAN), или соединение может осуществляться с внешним компьютером (например, по интернету через интернет-провайдера).

Аспекты настоящего изобретения описаны со ссылкой на блок-схемы и/или блок-диаграммы способа, устройства (систем) и компьютерных программных продуктов согласно вариантам осуществления изобретения. Следует понимать, что каждый блок или участок блоков блок-схем, иллюстраций и/или блок-диаграмм может быть осуществлен инструкциями компьютерной программы в виде исполняемого компьютером кода, когда это возможно. Следует также понимать, что, если они не являются взаимоисключающими, могут использоваться комбинации блоков разных блок-схем, иллюстраций и/или блок-диаграмм. Эти машиноисполняемые инструкции могут передаваться процессору универсального компьютера, специализированного компьютера или другого программируемого устройства обработки данных для получения такого устройства, что инструкции, исполняемые процессором компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, создают средства для осуществления функций/действий, обозначенных на блоке или блоках блок-схемы и/или блок-диаграммы.

Эти инструкции компьютерной программы могут также храниться на машиночитаемом носителе, который может указать компьютеру, другому программируемому устройству обработки данных или другим устройствам работать определенным образом, так что хранящиеся на машиночитаемом носителе инструкции образуют готовый продукт, включающий в себя инструкции, осуществляющие функцию/действие, обозначенные на блоке или блоках блок-схемы или блок-диаграммы.

Инструкции компьютерной программы могут также быть загружены на компьютер, другое программируемое устройство обработки данных или на другие устройства для выполнения серии операционных шагов, осуществляемых компьютером, другим программируемым устройством или другими устройствами для получения компьютеризованного процесса такого, что инструкции, исполняемые на компьютере или другом программируемом устройстве, обеспечат процессы для осуществления функций/действий, указанных на блоке или блоках блок-схемы или блок-диаграммы.

Используемый здесь термин «пользовательский интерфейс» представляет собой интерфейс, позволяющий пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или вычислительной системой. «Пользовательский интерфейс» может также называться «устройством с человеко-машинным интерфейсом». Пользовательский интерфейс может передавать информацию или данные оператору и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может позволять оператору осуществлять ввод данных, принимаемых компьютером, и может осуществлять вывод данных от компьютера пользователю. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволить оператору управлять или оперировать компьютером, и интерфейс может позволить компьютеру распознавать действия или операции оператора. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером передачи информации оператору. Прием данных посредством клавиатуры, мыши, трекбола, тачпэда, стилуса, графического планшета, джойстика, геймпада, веб-камеры, гарнитуры, педалей, электронной перчатки, пульта и акселерометра представляет собой примеры таких компонентов пользовательского интерфейса, позволяющих принимать информацию или данные от оператора.

Используемый здесь термин «аппаратный интерфейс» обозначает интерфейс, позволяющий процессору вычислительной системы взаимодействовать и/или управлять внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Аппаратный интерфейс может позволить процессору отправлять управляющие сигналы или инструкции на внешнее вычислительное устройство и/или аппарат. Аппаратный интерфейс может также позволить процессору обмениваться данными с внешним вычислительным устройством и/или аппаратом. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но не ограничиваются этим: универсальную последовательную шину, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, Bluetooth соединение, соединение по локальной сети, соединение TCP/IP, Ethernet соединение, интерфейс управления напряжением, MIDI интерфейс, аналоговый интерфейс ввода и цифровой интерфейс ввода.

Используемые здесь термины «дисплей» или «дисплейное устройство» обозначают устройство вывода или интерфейс пользователя, способный отображать изображения или данные. Дисплей может выводить визуальную, аудио или тактильную информацию. Примеры дисплеев включают в себя, но не ограничиваются: компьютерный монитор, телевизионный экран, тачскрин, сенсорный электронный дисплей, экран Брайля, катодную лучевую трубку, электронную лучевую трубку, бистабильный дисплей, электронную бумагу, векторный дисплей, плоскоэкранный дисплей, вакуумный флуоресцентный дисплей, светодиодный дисплей (СИД), электролюминесцентный дисплей (ЭЛД), плазменную панель, жидкокристаллический дисплей (ЖКД), органический светодиодный дисплей (ОСИД), проектор или налобный дисплей.

Данные медицинской визуализации определяются здесь как двумерные или трехмерные данные, полученные с помощью медицинской системы визуализации. Медицинская система визуализации определяется здесь как устройство, способное получать информацию о физической структуре пациента и создающую наборы двумерных или трехмерных медицинских изображений. Данные медицинской визуализации могут использоваться для создания визуализаций, необходимых терапевту для установления диагноза. Эта визуализация может осуществляться компьютером.

Магнитно-резонансные (МР) данные определяются здесь как записанные измерения радиочастотных сигналов, испущенных спинами атомов, с использованием антенны магнитно-резонансного аппарата во время магнитно-резонансного сканирования Магнитно-резонансные данные являются примером данных медицинской визуализации. Магнитно-резонансное (МР) изображение определяется здесь как реконструированное двумерное или трехмерное изображение анатомической структуры, содержащееся в данных магнитно-резонансной визуализации.

Данные МР-термометрии могут рассматриваться как измерения испущенных спинами атомов радиочастотных сигналов, записанные с помощью антенны магнитно-резонансного аппарата во время магнитно-резонансного сканирования, содержащие информацию, которая может быть использована для магнитно-резонансной термометрии. Магнитно-резонансная термометрия работает за счет измерения изменений термочувствительных параметров. Примерами параметров, которые могут быть измерены во время магнитно-резонансной термометрии, являются: частотный сдвиг протонного резонанса, коэффициент диффузии или изменения времени релаксации T1 и/или T2, и они могут использоваться для измерения температуры с использованием магнитного резонанса. Частотный сдвиг протонного резонанса зависит от температуры, так как магнитное поле, которое действует на отдельные протоны и атомы водорода, зависит от окружающей молекулярной структуры. Увеличение температуры уменьшает отбор молекул из-за влияния температуры на водородные связи. Это приводит к температурной зависимости резонансной частоты протонов.

Протонная плотность линейно зависит от равновесной намагниченности. Поэтому можно определить изменения температуры с использованием взвешенных по протонной плотности изображений.

Времена релаксации T1, T2 и T2-звездочка (иногда пишут как T2*) также зависят от температуры. Поэтому реконструкция изображений, взвешенных по T1, T2 и T2-звездочка, может использоваться для создания тепловых или температурных карт.

Температура также влияет на броуновское движение молекул в водном растворе. Поэтому последовательности импульсов, способных измерить коэффициенты диффузии, такие как спин-эхо импульсные градиенты диффузии, могут использоваться для измерения температуры.

Одним из наиболее полезных способов измерения температуры с использованием магнитного резонанса является измерение сдвига резонансной частоты протонов в воде. Резонансная частота протонов зависит от температуры. Так как температура в вокселе изменяется, частотный сдвиг вызовет изменение измеряемой фазы протонов воды. Затем можно определить изменение температуры между двумя фазовыми изображениями. Преимущество этого способа определения температуры в том, что он является относительно быстрым по сравнению с другими способами. Способ измерения сдвига резонансной частоты протонов обсуждается здесь подробнее других способов. Тем не менее, способы и технологии, обсуждаемые здесь, также могут применяться в других способах осуществления термометрии с использованием магнитной резонансной визуализации.

Используемый здесь термин «ультразвуковое окно» обозначает окно, способное переносить ультразвуковые волны или энергию. Обычно в качестве ультразвукового окна используется тонкая пленка или мембрана. Ультразвуковое окно может, например, быть сделано из тонкой мембраны BoPET (биаксиально-ориентированный полиэтилентерефталат).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее предпочтительные варианты осуществления будут описаны только в качестве примера и со ссылками на чертежи, на которых:

Фигура 1 иллюстрирует пример медицинского инструмента.

Фигура 2 показывает блок-схему, иллюстрирующую способ использования медицинского инструмента с фигуры 1.

Фигура 3 иллюстрирует пример мочевого катетера.

Фигура 4 показывает сечение мочевого катетера с фигур 3 и 5.

Фигура 5 иллюстрирует дополнительный пример мочевого катетера.

Фигура 6 иллюстрирует дополнительный пример мочевого катетера.

Фигура 7 показывает сечение мочевого катетера с фигуры 6.

Фигура 8 иллюстрирует дополнительный пример мочевого катетера, и

Фигура 9 показывает сечение мочевого катетера с фигуры 8.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На данных фигурах элементы, обозначенные одинаковыми номерами, или являются эквивалентными элементами, или осуществляют одинаковую функцию. Обсуждаемые ранее элементы не обязательно будут обсуждаться на последующих чертежах, если их функции эквивалентны.

Фигура 1 показывает пример медицинского инструмента 100. Медицинский инструмент 100 содержит магнитно-резонансную систему 102 визуализации. Магнитно-резонансная система 102 визуализации содержит магнит 104. Магнит 104 является цилиндрическим сверхпроводящим магнитом с имеющимся по центру каналом 106. Магнит имеет охлаждаемый жидким гелием криостат со сверхпроводящей катушкой. Также можно использовать постоянные или резистивные магниты. Использование различных типов магнитов также возможно, например, также возможно использовать как разделенный цилиндрический магнит, так и так называемый открытый магнит. Разделенный цилиндрический магнит похож на стандартный цилиндрический магнит, только криостат в нем разделен на две секции, чтобы позволить доступ к изоплоскости магнита, такие магниты могут, например, использоваться в связи с лучевой терапией заряженными частицами. Открытый магнит имеет две секции, одна над другой, с расстоянием между ними, достаточным для размещения субъекта: расположение двух секций похоже на расположение у катушки Гельмгольца. Открытые магниты популярны, так как они меньше ограничивают субъекта. Внутри криостата цилиндрического магнита имеется набор сверхпроводящих катушек. Внутри канала 106 цилиндрического магнита имеется зона 108 визуализации, в которой магнитное поле достаточно сильно и однородно, чтобы осуществить магнитно-резонансную визуализацию.

Внутри канала 106 магнита имеется также набор катушек 110 с градиентом магнитного поля, используемых для сбора данных магнитного резонанса для пространственного кодирования магнитных спинов в зоне 108 визуализации магнита 104. Катушки 110 с градиентом магнитного поля соединены с источником 112 питания катушки с градиентом магнитного поля. Катушки 110 с градиентом магнитного поля предполагаются типовыми. Обычно катушки с градиентом магнитного поля содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования трех ортогональных пространственных направлений. Источник питания 112 магнитного поля подает ток на катушки 110 с градиентом магнитного поля. Ток, подаваемый на катушки с градиентом магнитного поля, управляется в зависимости от времени, и может быть линейным или переменным.

Рядом с зоной 108 визуализации имеется радиочастотная катушка 114 для управления ориентациями магнитных спинов в зоне 108 визуализации и для приема радиосигналов спинов также в зоне визуализации. Радиочастотная катушка может содержать множество элементов катушки. Радиочастотная катушка может также называться каналом или антенной. Радиочастотная катушка 114 соединена с радиочастотным приемопередатчиком 116. Радиочастотная катушка 114 и радиочастотный приемопередатчик 116 могут быть заменены отдельно принимающей и передающей катушками и отдельным передатчиком и приемником. Следует понимать, что радиочастотная катушка 114 и радиочастотный приемопередатчик 116 являются типовыми. Радиочастотная катушка 114 предполагается представляющей собой специальную передающую антенну и специальную принимающую антенну. Аналогично приемопередатчик 116 может также представлять собой отдельные приемник и передатчик.

Субъект 118 показан расположенным на опоре субъекта 120 и расположен частично в зоне 108 визуализации. Пример, показанный на фигуре 1, содержит высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему 122. Высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система содержит заполненную текучей средой камеру 124. Внутри заполненной текучей средой камеры 124 имеется ультразвуковой преобразователь 126. Хотя это не показано на данной фигуре, ультразвуковой преобразователь 126 может содержать множество элементов ультразвукового преобразователя, каждый из которых способен генерировать отдельные ультразвуковые пучки. Это может использоваться для электронного управления положением точки 138 ультразвукового воздействия посредством управления фазой и/или амплитудой переменного электрического тока, подаваемого на каждый элемент ультразвукового преобразователя. Целевая область 139 также отмечена на фигуре 1. Точку 138 ультразвукового воздействия можно направлять для ультразвукового воздействия на целевую область 139.

Ультразвуковой преобразователь 126 соединен с механизмом 128, позволяющим механически смещать ультразвуковой преобразователь 126. Механизм 128 соединен с механическим приводом 130, предназначенным для запуска механизма 128. Механический привод 130 также представляет собой источник питания для подачи электропитания ультразвуковому преобразователю 126. В некоторых вариантах осуществления источник питания может управлять фазой и/или амплитудой электрической мощности для отдельных элементов ультразвукового преобразователя. В некоторых вариантах осуществления механический привод/источник 130 питания расположен снаружи канала 106 магнита 104.

Ультразвуковой преобразователь 126 генерирует ультразвук, проходящий по пути 132. Ультразвук 132 проходит через заполненную текучей средой камеру 124 и через ультразвуковое окно 134. В этом варианте осуществления ультразвук затем проходит через гелевую подушку 136. Гелевая подушка 136 не обязательно присутствует во всех вариантах осуществления, но в этом варианте осуществления имеется зазор в опоре 120 субъекта для размещения гелевой подушки 136. Гелевая подушка 136 помогает проводить ультразвуковую мощность между преобразователем 126 и пациентом 118. После прохождения через гелевую подушку 136 ультразвук 132 проходит через пациента 118 и фокусируется в точке 138 ультразвукового воздействия. Точка 138 ультразвукового воздействия может перемещаться посредством механического позиционирования ультразвуковым преобразователем 126 и электронного управления положением точки 138.

Медицинский инструмент 100 дополнительно показан содержащим оптический модуль 150 и насосный модуль 152. Катетер 140 показан соединенным с оптическим модулем 150 и с насосным модулем 152. Катетер 140 является мочевым катетером. Катетер 140 имеет дистальный конец 144, введенный в мочевой пузырь 142 пациента 118. Мочевой пузырь 142 расположен рядом с целевой областью 139.

В этом примере катетер 140 имеет баллон 146, который накачен и предотвращает выпадение дистального конца 144 из мочевого пузыря 142. Насосный модуль 152 способен накачивать текучую среду как внутрь, так и наружу из мочевого пузыря 142. Он имеет два резервуара, резервуар 154 для отходов для приема текучей среды, выкаченной из мочевого пузыря 142, и резервуар для флуоресцентного красителя 156 для текучей среды, накачиваемой в мочевой пузырь 142.

В некоторых примерах катетер 140 имеет только главную трубку. В этом случае материалв накачивается внутрь и наружу из мочевого пузыря 142 по главной трубке. В других примерах может быть главная трубка для удаления текучей среды из мочевого пузыря 142 и дополнительная трубка для накачивания текучей среды в мочевой пузырь 142. По длине катетера 140 также проходит оптоволоконный кабель 148. Он показан связанным или соединенным с оптическим модулем 150. Оптический модуль 150 содержит источник 158 света и спектрометр 160. Другой тип светового датчика, такой как монохроматор, может использоваться в других примерах. В некоторых примерах имеется отдельный оптоволоконный кабель для источника 158 света и для спектрометра 160. В других примерах источник света и спектрометр имеют общий оптоволоконный кабель.

Источник 112 питания катушки с градиентом магнитного поля, высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система 122, приемопередатчик 116, оптический модуль 150 и насосный модуль 152 показаны соединенными с аппаратным интерфейсом 172 компьютерной системы 170. Компьютерная система 170 также содержит процессор 174. Процессор 174 может в действительности быть более чем одним процессором, и может также быть процессорами, распределенными среди одного или более компьютеров. Процессор 174 соединен с аппаратным интерфейсом 172, пользовательским интерфейсом 176 и памятью 178. Аппаратным интерфейс 172 представляет собой интерфейс, позволяющий процессору 174 отправлять и принимать данные и/или команды остальным частям медицинского инструмента 100 управлять им. Память 178 может быть любой комбинацией энергозависимой и энергонезависимой памяти, к которой процессор 174 имеет доступ.

Память 178 показана содержащей набор машиноисполняемых инструкций 180, которые процессор 174 может использовать для осуществления вычислений и/или для управления магнитно-резонансной системой 100 визуализации.

В этом примере высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система 122 показана интегрированной в магнитно-резонансную систему 102 визуализации. Однако это является необязательным. Магнитно-резонансная система 102 визуализации может отсутствовать, или она может быть заменена другой медицинской системой визуализации, такой как диагностическая ультразвуковая система визуализации, или радиологической системой визуализации, такой как компьютерный томограф. В этом примере высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система 122 имеет регулируемый фокус 138. Магнитно-резонансная система визуализации используется для управления положением фокуса 138.

Компьютерная память 178 показана необязательно содержащем последовательность 182 импульсов. Последовательность 182 импульсов является временной диаграммой или набором команд, которые могут использоваться для управления магнитно-резонансной системой 102 визуализации для получения данных магнитного резонанса. Компьютерная память 178 также показана содержащей данные 184 магнитного резонанса, полученные посредством управления магнитно-резонансной системой 102 визуализации последовательностью 182 импульсов. Память 178 также показана содержащей магнитно-резонансное изображение 186, реконструированное из данных 184 магнитного резонанса. Компьютерная память 178 также показана содержащей план 188 ультразвукового воздействия, который является спецификацией целевой области, на которую должен быть нацелен фокус 138.

Память 178 также показана содержащей спектр 190 флуоресценции, измеренный спектрометром 160. Компьютерная память 178 также показана содержащей температуру 192 мочевого пузыря, вычисленную из спектра 190 флуоресценции. Компьютерная память 178 также показана содержащей команды 194 ультразвукового воздействия. Команды ультразвукового воздействия являются командами, которые использует процессор 174 для управления ультразвуковым воздействием высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системы на целевую область 139. Команды 194 ультразвукового воздействия могут, например, быть сконструированы с использованием температуры 192 мочевого пузыря в качестве температуры средней части тела, или основной температуры, и плана 188 ультразвукового воздействия. Магнитно-резонансное изображение 186 необязательно также может использоваться для генерации команд 194 ультразвукового воздействия. Магнитно-резонансное изображение 186 может использоваться для идентификации положения конкретных анатомических ориентиров и может использоваться для прописывания плана 188 ультразвукового воздействия субъекту 118.

Фигура 2 показывает блок-схему способа, иллюстрирующую работу медицинского инструмента 100 с фигуры 1. Сначала, на этапе 200, принимается план 188 ультразвукового воздействия. План ультразвукового воздействия описывает ультразвуковое воздействие на целевую область 139. Затем, на этапе 202, измеряется спектр 190 флуоресценции с использованием спектрометра 160. Затем, на этапе 204, вычисляется температура 192 мочевого пузыря с использованием спектра 190 флуоресценции. Наконец, на этапе 206, генерируются или вычисляются команды ультразвукового воздействия с использованием плана 188 ультразвукового воздействия и температуры 192 мочевого пузыря.

Фигура 3 показывает вид сбоку мочевого катетера 140. Катетер имеет отверстие 300 вблизи дистального конца 144. Также вблизи дистального конца 144 можно увидеть оптический элемент 302, соединенный с оптоволоконным кабелем 148. В этом примере имеется один оптический элемент 302. Свет от источника света может испускаться здесь, также как и принятый свет, направляемый на спектрометр. Катетер 140 имеет продольное направление 304. Оптоволоконный кабель 148 проходит параллельно длине катетера 304 по меньшей мере по участку катетера.

Фигура 4 показывает сечение катетера 140 вдали от дистального конца 144. Видно, что катетер имеет главную трубку 400 и стенку 402 катетера. Оптоволоконный кабель 148 в этом примере помещен в стенку 402 катетера.

Фигура 5 показывает еще один пример катетера 140. Катетер на фигуре 5 похож на катетер, показанный на фигуре 3 кроме того, что в этом случае на дистальном конце 144 имеются два оптических элемента 302 и 302'. Один из оптических элементов может быть предназначен для испускания света, а другой может быть предназначен для приема света от спектрометра. В этом случае оптоволоконный кабель 148 может содержать два отдельных оптоволокна, одно из которых идет к оптическому элементу 302 и другое идет к оптическому элементу 302'. Оптические элементы 302 и 302' могут быть линзами, которые могут использоваться для более эффективного соединения оптических волокон с мочевым пузырем. В примере, показанном на фигуре 5, сечение катетера 140 будет эквивалентно сечению, показанному на фигуре 4.

Фигура 6 показывает еще один пример катетера 140. Катетер 140 похож на катетер, показанный на фигуре 3 кроме того, что он имеет баллон 600, который способен надуваться и может использоваться для предотвращения выпадения катетера из мочевого пузыря. Мочевые катетеры с такими баллонами известны как так называемые катетеры Фолея.

Фигура 7 показывает сечение участка катетера 140 в продольном направлении 304. Как видно, катетер имеет две трубки. Есть главная трубка 400, наполняющая трубка 700, которая используется для подачи физиологического раствора, накачивающего баллон 600, и оптоволоконный кабель 148. Все три элемента заключены в стенку 402 катетера 140.

Фигура 8 иллюстрирует еще один пример катетера 140. Катетер, показанный на фигуре 8, похож на катетер, показанный на фигуре 6, кроме того, что этот катетер также имеет выходное отверстие 800. Через выходное отверстие 800 текучая среда может накачиваться в мочевой пузырь. Затем текучая среда может быть выкачана или удалена через входное отверстие 300. Это может, например, использоваться для эффективного добавления термочувствительного флуоресцентного красителя и/или рассеивающего материала в текучую среду внутри мочевого пузыря. Это также может использоваться для эффективного смешивания термочувствительного флуоресцентного красителя внутри мочевого пузыря. Например, текучая среда может накачиваться внутрь с постоянной или периодически меняющейся скоростью через выходное отверстие 800. Текучая среда может также удаляться с той же скоростью через входное отверстие 300. Это может служить для эффективного смешивания текучей среды внутри мочевого пузыря.

Фигура 9 показывает сечение катетера 140 с фигуры 8. Видно, что внутри стенки 402 катетера имеется главная трубка 400, соединенная с входным отверстием 300. Наполняющая трубка 700, соединенная с баллоном 600, также присутствует. Имеется также дополнительная трубка 900, соединенная с выходным отверстием 800. Также на фигуре показан оптоволоконный кабель 148.

Температура средней части тела может меняться во время абляции фибромиомы матки под контролем МРТ и HIFU из-за одеял на пациенте или кондиционера на МР сканере. Наличие лучшего измерения базовой температуры приведет к лучшему контролю тепловой дозы. Температура мочевого пузыря хорошо предсказывает температуру средней части и температуру вблизи матки. При совместном введении флуоресцеина и рассеивающего материала в мочевой пузырь можно регистрировать долгосрочные изменения температуры посредством измерения частотного сдвига флуоресценции в матке. Посредством аппроксимации можно вычислить среднюю температуру спектра флуоресценции и изменения температуры без использования нескольких температурных датчиков, которые могут взаимодействовать с ультразвуковым полем.

Как упомянуто выше, перед началом абляции фибромиомы матки под контролем МРТ и HIFU температуру средней части тела многократно определяют ушным термометром. Это дает хорошую оценку базовой температуры внутри и вблизи матки в начале терапии под контролем МРТ и HIFU. Полное время процедуры может достигать нескольких часов. Во время терапии обычно второе измерение температуры средней части тела не проводят. Во время процедуры температура средней части тела может меняться из-за использования одеял для удобства пациента, кондиционера МР сканера или физиологических изменений внутри тела пациента. Поскольку метод магнитного резонанса позволяет измерять только изменения температуры, считывание абсолютной температуры вблизи целевой области улучшит контроль тепловой дозы.

Температура средней части тела может быть измерена во время процедуры датчиками температуры в прямой кишке, вагине или мочевом пузыре. Мочевой пузырь может быть предпочтительнее для измерения температуры средней части тела по сравнению с измерениями в прямой кишке и на коже и является ближайшим к целевой области. Поскольку требуется базовая температура, можно использовать инерцию мочи для измерения долговременной средней температуры, на которую не сильно влияет нагрев соседней области во время терапии.

Во-вторых, когда используются датчики температуры, их положение должно быть известно, чтобы они не оказались на пути пучка HIFU преобразователя. Поскольку коэффициент поглощения ультразвука жидкостью очень мал, не ожидается, что проходящее через мочевой пузырь ультразвуковое поле повлияет на температуру внутри мочевого пузыря.

Примеры могут содержать катетер мочевого пузыря с заключенным в нем оптическим волокном или оптоволоконным кабелем. На конце волокна может быть установлена линза для освещения всего объема мочевого пузыря светом с длиной волны, например, 480 нм. При совместном введении флуоресцеина или другого термочувствительного флуоресцентного красителя и рассеивающего материала в мочу через катетер можно получить зависящий от температуры спектр испускания. Рассеивающий материал может быть добавлен для создания более гомогенной картины флуоресценции во всем объеме мочевого пузыря. Флуоресцеин соответствует требованиям FDA и показывает зависящие от температуры: спектр абсорбции, относительный сигнал испускаемой флуоресценции и положительный сдвиг пика при повышении температуры при растворении в воде. В особенности сдвиг пика может использоваться в качестве величины абсолютной температуры.

В одном примере может использоваться как стандартный, так и модифицированный катетер мочевого пузыря, а также два оптических волокна (возбуждения и испускания), прикрепленные в просвете катетера. Посредством катетера может вводиться как флуоресцеин, так и рассеивающий материал. Спектрометр может анализировать спектр испускания. Перед введением спектр эмиссии может быть записан для удаления фонового света.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в последующем описании, эти иллюстрации и описания следует считать иллюстративными, или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.

Другие модификации описанных вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в области техники при практическом применении настоящего изобретения, при изучении чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественного. Единственный процессор или другой модуль может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле. Только тот факт, что некоторые характеристики приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы не означает, что комбинация этих характеристик не может использоваться с выгодой. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптическое устройство хранения или твердотельный носитель, поставляемом вместе или как часть других аппаратных средств, но также может распространяться в других формах, например по интернету или другим проводным или беспроводным системам связи. Никакие ссылочные позиции в формуле не должны считаться ограничивающими объем изобретения.

Список ссылочных позиций

100 медицинский инструмент

102 магнитно-резонансная система визуализации

104 магнит

106 канал магнита

108 зона визуализации

110 катушки с градиентом магнитного поля

112 источник питания катушек с градиентом магнитного поля

114 радиочастотная катушка

116 приемопередатчик

118 субъект

120 опора субъекта

122 высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система

124 заполненная текучей средой камера

126 ультразвуковой преобразователь

128 механизм

130 механический привод/источник питания

132 путь ультразвука

134 ультразвуковое окно

136 гелевая подушка

138 точка ультразвукового воздействия

139 целевая область

140 катетер

142 мочевой пузырь

144 дистальный конец

146 баллон

148 оптоволоконный кабель

150 оптический модуль

152 насосный модуль

154 резервуар для отходов

156 резервуар для флуоресцентного красителя

158 источник света

160 световой датчик или спектрометр

170 компьютер

172 аппаратный интерфейс

174 процессор

176 пользовательский интерфейс

178 память

180 машиноисполняемые инструкции

182 последовательность импульсов

184 данные магнитного резонанса

186 магнитно-резонансное изображение

188 план ультразвукового воздействия

190 спектр флуоресценции

192 температура мочевого пузыря

194 команды ультразвукового воздействия

200 прием плана ультразвукового воздействия, описывающего ультразвуковое воздействие на целевую область

202 измерение спектра флуоресценции с использованием спектрометра

204 вычисление температуры мочевого пузыря с использованием спектра флуоресценции

206 генерация команд ультразвукового воздействия с использованием плана ультразвукового воздействия и температуры мочевого пузыря

300 отверстие

302 оптический элемент

304 длина катетера

400 главная трубка

402 стенка катетера

600 баллон

700 наполняющая трубка

800 выходное отверстие

900 дополнительная трубка

1. Медицинский инструмент (100) для измерения температуры тела при осуществлении высокоинтенсивного сфокусированного ультразвукового воздействия, содержащий:

- высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему (122) для ультразвукового воздействия на целевую область (139) внутри субъекта (118);

- источник (158) света для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя, причем источник света выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем (148) мочевого катетера (140);

- световой датчик (160) для измерения флуоресценции (190), испускаемой термочувствительным флуоресцентным красителем, причем световой датчик выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем;

- резервуар для флуоресцентного красителя (156); и

- насосную систему (152), выполненную с возможностью соединения с мочевым катетером, причем насосная система дополнительно соединена с резервуаром для флуоресцентного красителя, причем насосная система выполнена с возможностью перекачивания из резервуара для флуоресцентного красителя к дистальному концу мочевого катетера;

- память (178) для хранения машиноисполняемых инструкций (180); и

- процессор (174) для управления медицинским инструментом;

причем исполнение машиноисполняемых инструкций заставляет процессор:

- принимать (200) план (188) ультразвукового воздействия, описывающий ультразвуковое воздействие на целевую область;

- измерять (202) флуоресценцию, используя световой датчик;

- вычислять (204) температуру (192) мочевого пузыря, используя флуоресценцию; и

- генерировать (206) команды (194) ультразвукового воздействия, используя план ультразвукового воздействия и температуру мочевого пузыря, причем команды ультразвукового воздействия предназначены для управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой для ультразвукового воздействия на целевую область.

2. Медицинский инструмент по п. 1, причем медицинский инструмент содержит мочевой катетер, причем оптоволоконный кабель простирается от дистального конца (144) мочевого катетера по длине (304) мочевого катетера, причем оптоволоконный кабель соединен с источником света, причем оптоволоконный кабель дополнительно соединен со световым датчиком, и причем источник света выполнен с возможностью освещать дистальный конец мочевого катетера, используя оптоволоконный кабель.

3. Медицинский инструмент по п. 1 или 2, причем исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять насосной системой для перекачивания содержимого резервуара для флуоресцентного красителя в дистальный конец мочевого катетера, если флуоресценция имеет величину ниже заданного порогового значения.

4. Медицинский инструмент по п. 3, причем резервуар для флуоресцентного красителя содержит термочувствительный флуоресцентный краситель и рассеивающий материал.

5. Медицинский инструмент по п. 3 или 4, причем рассеивающий материал содержит любое из следующего: частицы диоксида титана, ультразвуковое контрастное вещество, липидные капли, капли молока, капли сои, интралипидные капли, латексные частицы и их комбинации.

6. Медицинский инструмент по любому из предшествующих пунктов, причем флуоресцентный краситель является любым из следующего: флуоресцеин, флуоресцеин I, флуоресцеин натрия, индоцианин зеленый, фотофрин и 5-аминолевулиновая кислота.

7. Медицинский инструмент по любому из предшествующих пунктов, причем команды ультразвукового воздействия дополнительно вычисляются с использованием температуры мочевого пузыря в качестве начальной температуры ультразвукового воздействия.

8. Медицинский инструмент по п. 7, причем план ультразвукового воздействия содержит конкретную тепловую дозу, и причем команды ультразвукового воздействия вычисляются для доставки конкретной тепловой дозы в целевую область с использованием начальной температуры.

9. Медицинский инструмент по любому из предшествующих пунктов, причем исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор управлять высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой с использованием команд ультразвукового воздействия.

10. Медицинский инструмент по любому из предшествующих пунктов, причем исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор:

- многократно вычислять температуру мочевого пузыря во время управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой и

- многократно корректировать команды ультразвукового воздействия с использованием температуры мочевого пузыря во время управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой.

11. Медицинский инструмент по любому из предшествующих пунктов, причем команды ультразвукового воздействия описывают множество ультразвуковых воздействий, причем измерение температуры мочевого пузыря и генерация команд ультразвукового воздействия повторяется по меньшей мере однократно для каждого из упомянутого множества ультразвуковых воздействий.

12. Медицинский инструмент по любому из предшествующих пунктов, причем высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая система имеет регулируемый фокус (138), причем медицинский инструмент дополнительно содержит медицинскую систему (102) визуализации, причем исполнение машиноисполняемых инструкций дополнительно заставляет процессор получать медицинское изображение (186) из зоны визуализации, причем зона визуализации содержит целевую область, причем команды ультразвукового воздействия предназначены для управления положением регулируемого фокуса.

13. Машиночитаемый носитель, хранящий компьютерный программный продукт, содержащий машиноисполняемые инструкции (180) для исполнения процессором (174), управляющим медицинским инструментом (100), причем медицинский инструмент содержит: высокоинтенсивную сфокусированную ультразвуковую систему (122) для ультразвукового воздействия на целевую область (139) внутри субъекта (118); источник (158) света для возбуждения термочувствительного флуоресцентного красителя, причем источник света выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем (148) мочевого катетера (140); световой датчик (160) для измерения флуоресценции (190), испускаемой термочувствительным флуоресцентным красителем, причем световой датчик выполнен с возможностью соединения с оптоволоконным кабелем; резервуар (156) для флуоресцентного красителя и насосную систему (152), выполненную с возможностью соединения с мочевым катетером, причем насосная система дополнительно соединена с резервуаром для флуоресцентного красителя, причем насосная система выполнена с возможностью перекачивания из резервуара для флуоресцентного красителя на дистальный конец мочевого катетера;

причем исполнение машиноисполняемых инструкций заставляет процессор:

- принимать (200) план (188) ультразвукового воздействия, описывающий ультразвуковое воздействие на целевую область;

- измерять (202) флуоресценцию (190), используя световой датчик;

- вычислять (204) температуру (192) мочевого пузыря, используя флуоресценцию; и

- генерировать (206) команды (194) ультразвукового воздействия, используя план ультразвукового воздействия и температуру мочевого пузыря, причем команды ультразвукового воздействия предназначены для управления высокоинтенсивной сфокусированной ультразвуковой системой для ультразвукового воздействия на целевую область.