CN1814323A - 一种聚焦超声波治疗*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波治疗***，具体而言，涉及利用图像对准与融合的方法而引导的聚焦超声波(HIFU)治疗装置。本发明提供的治疗***包括：中央控制装置；超声波能量施加装置；超声波能量施加装置的运动及定位装置；实时B超图像引导装置；进一步，本发明的***还具有***固定装置，借助该***固定装置可以将实时B超图像与诊断图像配准，并在该配准的基础上将所述B超图像与所述诊断图像融合，以引导所述的治疗。与本领域已有的技术方案比较，本发明有效而低成本地解决了高强度超声波聚焦治疗，尤其是针对肿瘤治疗的难题，提供了一种很实用的技术方案，可以容易地在肿瘤临床治疗中应用。

Description

一种聚焦超声波治疗***

技术领域

本发明涉及一种超声波治疗***，具体而言，涉及利用图像对准与融合的方法而引导的聚焦超声波(HIFU)治疗装置。

背景技术

近年来超声波疗法的使用范围日益广泛，随着超声治疗技术发展，超声波特殊疗法，尤其是高强聚焦超声波(High-intensity focusedultrasound，HIFU)，使用损伤剂量可用来有效治疗很多种疾病，特别是***，比传统外科手术或化疗对患者的损伤小，可以实现无创治疗，因而其临床应用发展非常迅速，适应症包括肝癌、骨肉瘤、乳腺癌、胰腺癌、肾癌、软组织肿瘤和盆腔肿瘤等。

***的超声治疗装置通常采用球面聚焦方式，各点发射超声波均指向球心，形成超声波聚焦。在超声治疗装置上，发射器从体外分散发射超声波到人体内，在发射、透射过程中发生聚焦，形成高能聚焦点，在病灶上形成高强度、连续超声能量，从而产生瞬态高温效应(65～100℃)、空化效应、机械效应、以及声化学效应，选择性地使病灶组织凝固性坏死，使肿瘤失去增殖、浸润和转移的能力。

在应用高强度聚焦超声波治疗的过程中，焦点定位的准确性、安全性、有效性是决定治疗成功与否的关键因素，同时，治疗定位操作的方便性也需要进一步提高。

医学成像已经成为现代医疗不可或缺的一部分，其应用贯穿整个临床工作，不仅广泛用于疾病诊断，而且在外科手术和放射治疗等的计划设计、方案实施以及疗效评估方面发挥着重要作用。目前，医学图像可以分为解剖图像和功能图像两个部分。解剖图像主要描述人体形态信息，包括X射线透射成像、CT、MRI、US，以及各类内窥镜(如腹腔镜及喉镜)获取的序列图像等。另外，还有一些衍生而来的特殊技术，例如从X射线成像衍生来的DSA，从MRI技术衍生来的MRA，从US成像衍生而来的Doppler成像等。功能图像主要描述人体代谢信息，包括PET、SPECT、fMRI等。同时，也有一些广义的或者使用较少的功能成像方式：EEG、MEG、pMRI(perfusion MRI)、fCT等。

随着医学影像学的蓬勃发展，其为超声波治疗也提供了多种有助于诊断的信息，可以为治疗定位更多可选择的方法。在超声波治疗领域中，通常采用的是B型超声波显像仪(B超)，也有采用电子计算机X光断层扫描诊断机(CT)，以及核磁共振成像术(MRI)。下面分别进行简单介绍。

B型超声波显像

现有技术的聚焦超声治疗***普遍采用B超设备进行定位以及监控治疗。本发明的相同申请人于1998年1月25日提交、并于2000年11月29日授权公告的中国专利98100283.8号，题为《高强度聚焦超声肿瘤扫描治疗***》，对于此种技术方案进行了详细披露，全文结合于此作为参考文献。采用B超监控***具有如下优点：成本低，图像实时，具有与治疗用超声波相同的声通道，可以利用图像灰度的变化观察高强聚焦超声波(HIFU)照射后组织的变形坏死，等等。但是，超声图像的观察深度有局限性，骨性物质对图像的影响较大，难以观察骨后方组织，并且，在治疗监控中，存在严重的伪影。进一步，超声图像对组织边界的识别能力较差，对肿瘤的分辨率不够理想，尤其对于小肿瘤和体内深部的肿瘤，几乎难以从B超图像上进行分辨，导致操作者很难确定肿瘤的边界，有时甚至完全不能确定。在这种情况下，有些操作者借助肿瘤与周围组织的关系，结合手上的CT或MRI胶片进行大致确定。但是，这样确定的肿瘤靶区和实际肿瘤区会有一定的偏差，治疗靶区有可能超出肿瘤边界，或者比肿瘤边界确定的区域小很多。对于经验不足的操作者，偏差会更大。这样的治疗***需要较多依赖操作者的临床经验，实施治疗的复杂性提高了，治疗结果的不确定性增大，或者在较复杂情况下，甚至是难以实施治疗操作，无法保障治疗的安全性和效果。由此可见准确确定肿瘤边界很重要。电子计算机X光断层扫描诊断机(CT)

CT(电子计算机断层成像)是70年代初放射诊断的一项重大突破。CT是用X射线对人体扫描，取得信息，经计算机处理而获得的一种重建图像，能使传统的X射线检查难以显示的器官及其病变显示成像，并且图像逼真，解剖关系明确，从而扩大了人体的检查范围，大大提高了病变的早期检出率和诊断准确率。这种检查简便、安全、无痛苦、无创伤、无危险，它促进了医学影像诊断学的发展。CT最初只用于头部检查，1974年又出现了全身CT。在短短10余年间，CT已遍及全球，从第一代发展到第五代。全身CT可以作头、胸、腹、骨盆的横断扫描，也可作甲状腺、脊柱、关节和软组织及五官等小部位的区域扫描。CT最适于查明占位性病变，如肿瘤、囊肿、增大的***、血肿、脓肿和肉芽肿，确定其大小、形态、数目和侵犯范围，它可以决定某些器官癌肿的分期。在某些情况下，CT还能区别病变的病理特性如实性、囊性、血管性、炎性、钙性、脂肪等。CT检查有三种方法，一是平扫，为普通扫描，是常规检查；二是增强扫描，从静脉注入水溶性有机碘，再进行扫描，可以使某些病变显示更清楚；三是造影扫描，先行器官或结构的造影，再行扫描，如向脑池内注入造影剂或空气进行脑池造影，再扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。

CT对肿瘤分辨率高于B超，对于1～2厘米的小肿块，CT显示率为88％，B超仅为48％。尤其是脑出血、脑积水、脑动脉畸形。脑肿瘤等，CT更是拿手。在胆囊疾病诊断上，B超准确率超过CT，一般准确率在95％，对于肝硬化、脂肪肝、脾肿大、肠道病变觉察率也很高。

现有技术中已经有一些超声波治疗***，利用固定装置实现了CT扫描图像的坐标***与治疗坐标***联接，利用CT图像作治疗计划，再利用CT图像的坐标***与治疗坐标***的关系，进行自动控制治疗，在治疗时没有任何图像监控。这里的CT诊断图像是过去图像(非实时图像)，这种方式虽然一定程度改善了定位准确性，但是由于人体自身存在生理上的运动，如呼吸运动、心脏跳动、消化器官运动等，仍然会使治疗定位靶区发生偏差。由于没有监控，不能了解这类运动对计划的治疗靶区影响，治疗发生偏差的可能性仍然很大。同时，在完全没有监控的情况下，要保证CT检查时与治疗时的***一致，这是非常困难的。一般的做法是CT检查前，把人体封闭在一次性即时成形的刚性体模中，将人体连同体模一起进行检查，由于体模将人体封闭且刚性，患者不能脱离体模进行休息，以免破坏体模。患者不能长时间固定在封闭的体模中，必须检查后很快就将患者连同体模一起转移到治疗设备上进行治疗。这种方法要求在CT检查后应当马上或在较短的时间作出计划并进行治疗。

另外，由于超声治疗的特性，治疗效果的影响因素很多，例如：患者身体状态(例如患者的肥胖程度)、肿瘤位置、肿瘤特性(如肿瘤内血液供应量)肿瘤距皮肤的深度、肋骨对声通道的阻档等等。这些因素直接影响到超声治疗的效果，并且很多因素都是难以度量的，对治疗的影响也很大。如声通道及治疗区的血液供应对治疗区的温升有很大影响，但血液供应的计算很难实现，如果没有实时的疗效评价，并及时调整治疗计划，则超声波治疗的整体治疗效果是很有限的。核磁共振成像

在生物学和医学方面的一项重要应用是MRI(Magnetic ResonanceImaging)原子核磁共振成像，简称核磁共振成像，又称核磁共振CT(这里的CT是计算机化层析术的英文缩写)。其简单原理为，将患者置于成像体积内，向其施加射频信号，靶区域氢原子核受到射频信号激励，发出微弱的射频信号，称为核磁共振信号。在其过程中对磁场施加适当梯度，可有选择地获得磁共振信号，通过对信息进行处理获得各点的组织特性而对组织成像。

磁共振图像具有极高的组织分辨能力，能较容易地区分正常组织和肿瘤组织，确定肿瘤组织的边界，磁共振图像得到的是一定体积内的立体数据，可以对人体某部分以至全身成像，因此十分适合用来为HIFU治疗进行定位和制订治疗计划。同时，随着技术的发展，现在的磁共振设备已经可以得到实时的组织图像，而且是一定体积的3维图像，为治疗过程中的实时监控提供了很好的技术手段。特别是温度图像，提供了热治疗所期望的非侵入实施测温手段。

本领域已有关于利用MRI成像监控、引导超声波实施患者体内治疗方面的披露。在超声聚焦切除手术中，可以先在术前对患者扫描成像，确定靶区的位置，也可以在术中来引导超声波束到达靶区，同时监控组织的温度变化，以保证只有靶区被加热而不损伤周围健康组织。MRI成像的优点是本领域技术人员明了的。

MRI还能够避免如X射线CT对人体的辐射影响，又能显示病变组织，目前对于骨、关节、脊髓、盆腔脏器、子宫、纵隔疾病，心脏大血管病变及识别心肌梗塞等检测较为理想。

但是，应用MRI成像实时监控成本很高，并且由于MRI成像的磁场稳定性要求，需要高要求的设备无磁化设计，因此，其与治疗***结合难度极大。

综上所述，B超、CT、MRI各有所长，同时各有不足。另外，成像原理不同所造成的图像信息局限性，也使得单独使用某一类图像的效果并不理想。因此，临床治疗迫切需要一种较低成本、更高性能、方便实施的技术方案，解决超声波治疗的定位问题。

发明人希望借助一种新的影像处理方法，解决以上问题。图像融合是九十年代以来随着计算机技术、通讯技术、传感器技术、材料技术等的飞速发展而起步和发展起来的，取得一些突破性的成果只是近几年的事。图像融合技术提供了一种影像处理方法。

最初图像融合是指相同或不同成像模式(Imaging modality)所得图像经过必要的几何变换，空间分辨率统一和位置匹配后，进行叠加获得互补信息，增加信息量。而现在图像融合的研究范围包括：图像对位、融合图像的显示和分析，利用从对应解剖结构图像(MRI，CT)获取的先验信息对发射型数据(SPECT，PET)做有效的衰减校正、数据重建等。

多种成像模式提供的信息常常具有互补性，为了综合使用多种成像模式以提供更全面的信息，常常需要将有效信息进行整合。整合的第一步就是使多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应，这一步骤称为“配准”。整合的第二步就是将配准后图像进行信息的整合显示，这一步骤称为“融合”。

因为临床的需要比较复杂，对于不同的临床需求，希望有能够低成本实现、容易与现有设备匹配，并且具有良好效果，特别是适用于高强度聚焦的超声波治疗***的技术方案，从而能够对超声波治疗技术进一步改进，以提高安全性并有效缩短治疗时间。对于超声波治疗领域，目前还没有这样的技术方案披露。

发明内容

本发明的目的是为HIFU治疗提供一种可靠的病灶定位方法，提高治疗的安全性、有效性，同时，能够以合理的成本有效解决此治疗中的技术难题。同时，本发明希望利用这种定位方法，同时实现治疗监控，以便更安全实施超声波的治疗。为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

本发明第一个方面提供了一种聚焦超声波治疗***，其用于对所述***进行控制，包括控制超声波能量值范围、移动治疗焦点装置，以及对该治疗***输入信息/从该治疗***输出信息的接口装置，其可以使用鼠标和键盘输入操作命令，利用显示器观察超声引导装置传来的B超图像，确定治疗区域；超声波能量施加装置，用于在预定的能量施加区域施加能量，其产生超声能量，将超声能量焦中到一个较小的区域内如0.3*0.3*1cm3，形成治疗焦点；超声波能量施加装置的运动及定位装置，其用于按照指令移动检测探头以成像，及移动所述超声能量施加装置以定位所述治疗焦点；实时B超图像引导装置，其能够对靶区域进行B超扫描，实时生成B超图像，并将所述生成的B超图像实时传送至所述中央控制装置，操作者可以根据所述图像对病灶定位及施加超声波能量进行治疗；进一步，所述聚焦超声波治疗***还具有***固定装置，借助该***固定装置可以将实时B超图像与一诊断图像对准(或者称为配准)，并在对准的基础上将B超图像与诊断图像进行融合，用来引导治疗。

本发明第一个方面中所述的诊断图像包括但不限于CT图像、MRI图像、SPECT图像、PET图像，或者上述图像相互配准融合而成的图像。

本发明提供的治疗***装置，其中所采用的引导治疗是手工制定的计划治疗，还可以利用所述诊断图像制作三维治疗计划，将所述三维治疗计划投影到实时B超图像中，制作自动计划治疗；也可以利用实时采集的B超图像制作三维治疗计划，将所述三维计划投影到所述诊断图像中进行修改与调整，利用所述调整的计划进行自动治疗。

另外，本发明的***还可以是制作三维治疗计划，进行自动治疗。

进一步，本发明的***还可以进一步采用B超监控作为实时的效果评价。

同时，本发明提供了一种定位装置来实现图像的对准。这种特制的定位与固定装置，实现了与诊断设备的接口，可以放在诊断设备如CT、MR等设备的检查床板上进行检查，并且定位装置对检查成像没有影响。此定位装置设计有与治疗设备的接口，将患者通过本装置固定在治疗设备的床板上，在实现患者固定的同时保证治疗***与检查时的***一致，针对不同的检查设备，定位装置的设计接口有相应的变化，以保证定位装置与检查设备最好的配合和进行顺利的安装。

本发明通过提供一种能够更准确定位的聚焦超声波治疗***，将已有的不同医学诊断成像与B超监视图像结合使用，容易实现与现有技术的超声波治疗***接口，特别方便临床肿瘤定位，制定治疗计划，以及实时监控治疗。操作者可以准确找出治疗区域。

本发明的有益效果

通过实时监控的B超图像与诊断图像，如CT或MRI图像对准，操作者可以准确找出治疗区域。在图像对准的基础之上，本发明将已对准的图像，CT或MRI图像和实时监控的B超图像进行融合，更好地指导操作者进行治疗。在图像对准与融合的基础上，通过制作三维计划，进行三维的自动治疗和实时的三维虚拟的治疗监控。与本领域已有的技术方案比较，本发明有效而低成本地解决了高强度超声波聚焦治疗，尤其是针对肿瘤治疗的难题，提供了一种很实用的技术方案，可以容易地在肿瘤临床治疗中应用。

附图说明

上文已经概述了本发明，通过下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细描述，本领域技术人员可以更容易理解本发明的实施，以及更为明了本发明的目的和优点。

图1是本发明超声波治疗***的简要说明性示意图；

图2A为本发明使用B超与CT进行对准融合治疗操作流程；

图2B本发明使用B超与MRI图像进行对准融合治疗操作流程；

图2C本发明使用B超与CT和MRI融合的图像进行再次对准融合治疗操作流程；

图3A本发明定位装置安装位置示意图；

图3B是诊断图像与B超图像对准的定位装置示意图，所示为常态下的真空固定垫；

图3C是诊断图像与B超图像对准的定位装置示意图，所示为抽真空后的真空固定垫；

图4说明本发明图像对准流程；以及

图5说明定位装置在治疗床板上的安装与治疗示意图。

优选具体实施方式

实施例1

参照图1和图2A，本发明实施例包括操作控制***1，三维计划***2，能量控制器3，B超***4，多维运动***5，水处理***6，治疗床7，定位装置8和等。

在本发明实施例1中，诊断图像采用分辨率较高的CT图像。现有的CT机种类很多，可以选用GE，Philips、Siemens、Toshiba等公司市售的产品，如Ge的LightSpeed16。相关信息可参见以下网站：http：//www.gehealthcare.com/cnzh/rad/ct/products/light_series/index.html

在CT图像下，将患者的B超扫描图像(可采用百盛(esaote)的B超机DU4(参见http：//www.esaote.com.cn/product.asp)进行对准、融合，引导操作者进行治疗，或者依据对准、融合后的图像制作三维计划，再实施在操作者监控下的自动治疗。

本发明实施例1的操作流程如图2A所示。

首先根据最初的诊断图像初步位确定***，并在治疗设备上，利用监控B超进行虚拟治疗，并确定最佳治疗***。此过程可称为预定位。预定位完成后，再对肿瘤进行分辨率高的诊断影像检查，如CT或MRI，或者进行功能图像检查如PET，进行检查前，需要将患者按预定的***进行固定，并对准坐标***，检查完成后取出图像，根据图像制作初步的治疗计划。实施治疗前，将患者在治疗设备上按预先的***进行定位，定位完成后，实现图像对准与融合，并确定最终的治疗计划，然后就可以在对准或实时融合的图像引导下，以及三维虚拟现实***的监控下实施治疗。治疗完成后，对治疗效果进行分析和评价，并出具报告。

实施例2

本发明实施例2，参照图1和图2B，通过诊断用的分辨率较高的MRI图像与治疗***下的B超扫描图像进行对准、融合，引导操作者进行治疗，或者依据对准、融合后的图像制作三维计划，再实施在操作者监控下的自动治疗。

该MRI图像可以利用市售的设备获得，例如GE的Signa MR/i1.0/1.5T(可参见网址 http：//www.gehealthcare.com/cnzh/rad/mri/products/mri/mri.html)。

实施例3

本发明实施例2，参照图1和图2C通过诊断用的分辨率较高的图像MRI和CT图像融合图像与治疗***下的B超扫描图像进行对准、融合，引导操作者进行治疗，或者依据对准、融合后的图像制作三维计划，再实施在操作者监控下的自动治疗。

CT与MRI图像在融合前，分别对患者实施CT或MRI检查扫描，检查扫描时，都要使用定位装置8进行定位和固定。

其余步骤与实施例1相同。

本发明实施例的共同工作步骤

下面，对本发明其它处理步骤做进一步详细说明。

初定位和预定位

初定位和预定位的操作都很简单，在以前的很多治疗方式中都会用到。操作者得到最初的诊断图像，这些图像可能是以胶片或光盘文件形式存在。从这些图像中操作者可以确定肿较的大小和位置，根据操作者自己的经验，可以初步确定在何种***下治疗可以达到较好的效果，让超声能量可以充分在肿瘤区域聚焦，并且不会损伤周围正常组织或危险器官。接下来，操作者在依照本发明的治疗设备上进行预定位，用设备上的监控B超观察，确定合适的治疗***，并使用图3中的真空负压垫802成形和固定，以及作好定位配合标志，配合标志一般做在人体不易移动的皮肤上，如胸骨处的皮肤，或者根据骨头端部的位置作标志。

图像对准的实现

本发明利用定位装置8再结合简单的计算就可实现图像的对准。对准只是平移和比例缩放。算法见下面的描述。说明：以下所说的各种坐标系都为三维直角坐标系，各个轴的方向都相同，只是原点的空间位置不同。

检查图像坐标系相对于定位装置的坐标系偏移量为：Offset1(x，y，z)；其中，Offset1的确定见下文的说明(公式7)。

定位装置的坐标系相对于治疗设备的坐标系偏移量为：Offset2(x，y，z)，其中，对Offset2的确定见下文的说明。

检查图像的一个像素点占用的空间位置(mm)，即比例为：PixelSpacingc(x，y，z)，这个比例的x，y分量可由诊断图像上的标尺测量出，z分量等于扫描层间距，也可以从标准医学图像文件DICOM(DigitalImaging and Communications in Medicine)中读取，目前主流的图像诊断设备都提拱这种格式的医学图像。

对于检查图像上的任一点Pc(x，y，z)像素单位，变换成mm为单位后为P(x，y，z)，该点在定位装置中的坐标为P1，则

P.x＝Pc.x*PixelSpacingc.x；

P.y＝Pc.y*PixelSpacingc.y；

P.z＝Pc.z*PixelSpacingc.z；(式1)

知道Pc，求P如下：

Pc.x＝P.x/PixelSpacingc.x；

Pc.y＝P.y/PixelSpacingc.y；

Pc.z＝P.z/PixelSpacingc.z；(式2)

由P求P1如下：

P1.x＝P.x+Offset1.x；

P1.y＝P1.y+Offset1.x；

P1.z＝P1.z+Offset1.y；(式3)

P点在治疗坐标系中的坐标为P2，则

P2.x＝P1.x+Offset2.x＝P.x+Offset1.x+Offset2.x

P2.y＝P1.y+Offset2.y＝P.y+Offset1.y+Offset2.y

P2.z＝P1.z+Offset2.z＝P.z+Offset1.z+Offset2.z(式4)

若已知治疗坐标系中任一点P2，求检查图像坐标下的点P，如下：

P.x＝P2.x-(Offset1.x+Offset2.x)

P.y＝P2.y-(Offset1.y+Offset2.y)

P.z＝P2.z-(Offset1.z+Offset2.z)(式5)

再利用(式2)算出以像素为单位的点Pc

根据B超图像上点Pb求该点在坐疗坐标系中的坐标P2：

B超图像的一个像素点占用的空间位置(mm)，即比例为：PixelSpacingb(x，y，z)，这个比例的x，y分量可以直接从B超图像上的标尺测量出，z分量等于B超扫描层间距

B超图像坐标系相对于治疗坐标系的偏移量为Offsetb(x，y，z)。Offsetb由治疗设备B超探头的安装来确定，由治疗设备决定，不需要计算。

P2.x＝Pb.x*PixelSpacingb.x+Offsetb.x

P2.y＝Pb.y*PixelSpacingb.y+Offsetb.y

P2.y＝Pb.y*PixelSpacingb.y+Offsetb.y(式6)

求得P2后，可利用(式5)计算出P，再利用(式2)计算出该点在检查坐标中点Pc。

对准时，我们一般先实时获得一幅B超图像，若从一个范围内进行对准，设这个范围由点Pb1，和Pb2的x，y分量确定的一个矩形区域(同一图像上的所有点的z坐标相同)

则对Pb1，Pb2分别用(式6)、(式5)、(式2)求出检查诊断图像上的坐标Pc1，Pc2，再取出由Pc1，Pc2的x，y分量确定的矩形区域内的图像。又因为B超图像的比例PixelSpacingb和检查诊断图像的比例PixelSpacingc很可能不一样，，还需要将取出的诊断图像进行缩放，缩放系数Zoom＝PixelSpacingc/PixelSpacingb(式7)，经以上处理，B超图像的某一区域有就一个对准的了诊断图像与之对应。从而实现图像的对准。

定位装置8的使用，相当于把人当作一个刚性体，对这个刚性体，使用B超或者CT，MR对其进行图像采集，因为B超与CT或MR图像的坐标，图像大小，及图像的比例不同，需要变换。由定位装置得到偏移量，

如图3A所示的用于图像对准的***固定装置8，其主要由定位板801，治疗定位标志802，定标架803，定位柱804，真空固定垫805，治疗锁紧装置806以及捆绑带807，和捆绑带上的刺毛扣(尼龙搭扣，hook and loop)808组成。

使用该装置8，相当于把患者固定成为刚性体，在不同的时间，患者身体可以发生空间位置的变化，但不发生变形。

图像对准

图像对准的操作流程如图4所示。定位装置8的原理及安装实施操作如图5所示。

定位装置8的包括定位板801，用于与治疗设备和诊断检查设备的安装接口，定位柱804安装在定位板801的上表面，用于确定真空固定垫的与定位板801的相对位置；真空固定垫805用于人体与定位板之间，其放在定位板801上，并用定位柱804确定水平方向的位置。人体躺在真空固定垫805之上，体表与真空固定垫紧密贴合，真空固定垫805抽真空后成形，具有一定刚性，可将患者固定同时定位。捆绑带807的一端固定在定位板801上，另一端通过缝制在捆绑带807另一端的刺毛扣808与另一捆绑带的刺毛扣快速粘在一起。治疗定位标志802用于确定定位装置沿人体轴向(z坐标)相对与治疗床板的偏移量，它位于定位坐标系z向的零位，锁紧装置806用于将定位板801固定在治疗床板7上，以免治疗时与治疗床板7发生相对运动。

直空固定垫可以参见 http：//www.topslane.com.cn/pro02-VFUc.html，本发明可以采用拓能公司生产的真空固定垫。它是辅助操作者用于癌症患者重复定位及摆位的用具。真空垫主要由小颗粒状的特殊材料填充而成。常压下真空垫呈柔软性，便于患者身体造型。当抽成负压时，真空垫随患者身体形状逐渐***，尔后形成一个充分符合人体轮廓形状的固定模型，这样可确保治疗定位和摆位的精确性，同时减少定、摆位时间，提高工作效率。抽气成形后，真空固定垫具有较长时间的保形能力，一般可以保持30天左右。图3B，图3C，表示了真空垫在不同状态下的形态

定位板801根据超声治疗床与检查设备进行设计，要保证可以进行顺利安装，且不与治疗和检查设备的运动发生干涉。

定位装置8在治疗设备上的安装与定位：

此预定位，如图5所示。定位板801的中部设有开孔，真空固定垫中间也有相应开孔以保证治疗头10发出的超声能量不受阻档地进入人体，在人体病变区域形成治疗焦点12。定位板801下表面设计有配合凹槽，以保证与治疗床板的凸起配合定位，定位板801与治疗床板配合好后，定位装置的坐标系就与治疗坐标系建起联系，一般情况下，二者的x，y两个坐标原点和方向都重合，只是高度方向的z坐标有一个偏移量，此偏移量通过标志802在治疗坐标系中的z坐标读出SP。

安装时x，y，z方向上的偏移量就是定位装置的坐标系相对于治疗设备的坐标系偏移量Offset2(x，y，z)；Offset2.x＝0；Offset2.y＝0；Offset2.z＝SP。

定位板801安装在治疗床上后，将常态下的真空固定垫805放在定位板801上，由于此时真空固定垫805是松软的，所在定位柱会被真空固定垫包裹住，真空固定垫抽气成形后，会沿定位柱形成定位孔。装上真空固定垫805后，再将患者安放在真空固定垫上，注意使治疗区的体表对准真空固定垫805和定位板801的开孔。再使用捆绑带807将松软的真空固定垫均匀地与患者绑在一起。然后用真空泵抽真空固定垫里的空气，使之定型。定型之后，操作者利用B超观察病灶区，以确定这个***是否合理。如果不合理，需要将真空固定垫放入空气，待其松软后，重新调整患者***，再抽真空，直到找到合适的***。确定合适的***后，用记号笔在人体和真空垫上作配合标志。以便重复定位时检查和校正。到此，患者在治疗设备上的安装与定位完成。这个定位过程称定治疗预定位或初定位。

初定位完成后，解开捆绑带。真空固定垫虽成形，但其具有一定弹性，可以适当变形后恢复，再加上不是全封闭，所以很容易将患者从真空垫中取出，而真空垫的形状不会被破坏，再将真空垫从定位板上拿下来保存，并保持抽气孔为密闭状态。最后从治疗床板上取下定位板801。

接下来，在诊断检查设备上进行安装与患者的定位。

定位装置在诊断检查设备中的安装与定位(诊断检查定位)

将患者和定位装置一套一起带到检查室。先将定位板801安装在检查设备如MR或CT等设备上，安装过程比较简单，直接将定位板801放在检查床板上，注意定位板与检查设备保持平行，不要发生斜放。定位板801与检查床板之间不需要锁紧，依靠定位板与检查床板间的磨擦力足以保证在检查过程中定位装置与检查床板不发生相对位移。接下来，将成形后的真空固定垫805放到定位板801上，将真空固定垫上形成的定位孔与定位板上的定位柱804的配合。再把患者置入真空固定垫中，注意检查与校对人体与真空固定垫上的配合记号，最后用捆绑带将真空固定垫和人体绑好，以免发生晃动。

诊断检查定位完成后，就可进行检查图像的扫描，由图像扫描检查设备的操作人员完成。

检查完成后，松捆绑带807，将患者移出真空固定垫。同时设备操作人员将图像数据记录到光盘上，进行图像分析和初步的治疗计划，并为以后与B超图像对准作准备。

定位装置的坐标系相对于治疗设备的坐标系偏移量Offset2已确定，下面确定检查图像坐标系相对于定位装置的坐标系偏移量Offset1(x，y，z)。

以图像标志识别的方式确定Offset1(以前所说的手动，图4已修改，取消已前的自动方式)

在定位装置上设计有定标架803，定标架803上设计有至少一个标志物，每个标志物在定位装置的坐标系中具有固定坐标Ps，而这些标志物在诊断图中有区别其人体组织的灰度级，表示显著的亮点或暗点，如在CT成像中标志物可使用金属如铁，在CT图像表示亮点，通过识别可利用软件功能自动或操作者手动用鼠标在计算机显示的图像上标出这些标志，软件根据鼠标位置可得到为些标志物在图像中的坐标Pcs，则

Offset1.x＝Ps.x-Pcs.x*Pixelspacingc.x

Offset1.y＝Ps.y-Pcs.y*Pixelspacingc.y

Offset1.z＝Ps.z-Pcs.z*Pixelspacingc.z(式7)

治疗时的定位(治疗定位)

参见图5，首先将定位板801固定在治疗床板7上，操作与预定位相同，将成形后的真空固定垫805放到定位板801上，将真空固定垫805上形成的定位孔与定位板801上的定位柱804的配合。再将固定治疗设备水囊9上的封水布11铺在真空固定垫805上，封水布11的下方开口固定在水囊开口的边缘上，实现封水。封水布11很薄，只有不到0.1mm厚，因此相对于检查定位增加一层封水布11对治疗没有影响。再把患者固定在真空固定垫805和封水布11上，注意检查和校准患者与真空固定垫的配合标志。最后将用捆绑带807将患者和真空固定垫803与定位板801固定在一起。如果治疗定位时，定位装置的安装与预定位时有不同，则Offset2以本定位操作的结果为准。

定位装置保证了空间位置的变化仅仅是平移，而不发生旋转。这使得诊断图像与监控B超图像的对准更加简单，不需要复杂的图像算法，是一种靠机械保证的对准，可靠性很高。

在通常情况下，实现图像对准是很复杂的事。通常情况下的对准方法可分为以下几个步骤：提取特征、特征配对、选取变换和确定参数、执行整个变换。每一步的操作都需要大量的操作与运算，以特征提取来举例而言，在进行对准的两幅图像上分别提取相同的标志物如胸骨，需要操作者指明胸骨的在图像上大致位置，或给出胸骨的特征，如灰度特性或纹理特性，再由计算机根据给定特征进行运算提取。虽然目前也有一些自动对准的软件，但运算量大，准确度不高，尤其对于B超图像，其只各个组织的特征并不十分明显，自动对准更加困难，目前还没有实现B超图像与其他诊断图像进自动对准的软件，但本***使用***固定装置，使得用于对准的两种图像之间只存在位置的平移和简单的缩放关系，对准操作很简单，如上面所讲述的算法

当然，由于人体自身的状态变化，或脏器的生理运动，如果诊断图像检查时患者身体状态与治疗时不一样，则可能导致上述完全依靠机械对准的图像有少量偏差。因此在利用治疗设备上的B超进行图像扫描的过程中，要求对患者呼吸抑制，一般在吸气完成或呼气完成时进行扫描，扫描过程中不能进行呼吸，因此扫描一定要较短的时间内完成。这种由于人偏差可以通过比较在两种图像都有明显标志的器官来发现，然后通过软件功能进行修正，实现精确对准。

图像融合

图像对准后，我们还可用利用计算机技术对B超图像与诊断图像进行融合，使两种图像显示在同一个位置，这样在融合后的B超图像上可以清楚地看到原来只有在诊断图像才能看到的组织或肿瘤。在对准的基础上，融合只需要将两种图像按照融合算法进行，再显示出来就可以了。操作者可以直接以融合的图像作为基础，准确快速地确定肿瘤边界及治疗靶区，进行合理有效的治疗。

图像融合显示是计算机图像处理的一种。图像融合的方法很多，我们使用基本于层面的二维融合方法。比较简单有效的方法有如下一些：

1.直接融合：两幅图像进行透明叠加，控制两幅图的显示强度的比例；

2.色采的分量叠加法，计算机表示的每种颜色都有三个分量(R，G，B)。将第一幅图像的某一个或两个分量用第二幅图的灰度级替换掉。这样叠加出的图像是彩色的；

3.将第2种方法生成图像，转化成灰度图像显示；以及

4.间隔选择法，在第一幅图像上每隔一个或几个像素，就用第二幅图像上相应坐标的像素替换掉，得到一新的图像。

可应用根据情况，选择其中一种或几种进行融合。

图像对准后的治疗方法：

如果肿瘤较小，周围没有危险组织，则可以不用三维治疗计划。操作者根据对准或融合的图像直接确定治疗靶区，根据经验施加相应的剂量进行治疗。

利用对准后的图像确定治疗靶区。可以在B超图像确定治疗区域，同时将这个区域在对准的CT图像上显示出来。操作者先在B超图像确定治疗区，并查看治疗区在对准的CT图像上的情况，如果有差异，可以进行适当调整，然后进行治疗。也可在对准的CT图像上确定治疗区域，同时将这引区域显示在实时监控的B超图像上，并查看治疗区在相应的监控B超图像的情况，如果存在差异，可以进行适当调整，然后进行治疗。

在图像对准或融合基础上的三维治疗计划

当患者在诊断设备如CT或MRI上完成了检查，并获取了检查图像。然后我们就可以利用这些检查图像，进行图像分割和三维重建。在三维重建的基础上进行肿瘤边界分析，声通道上的组织分析，危险器官分析，结合超声治疗专家数据***，确定治疗路线和治疗剂量，然后制作出综合考虑的治疗计划。

进行图像对准后，利用对准关系，将上面制定的治疗计划转换到治疗坐标系中，在三维模拟的治疗设备中进行模拟治疗，检查治疗计划的合理性，对治疗计划作出评估或修改。治疗模拟通过后，将治疗计划传给治疗控制***。操作者利用实时B超图像***进行监控，进行疗效评价，并借助三维虚拟治疗监控，进行自动或半自动治疗。

本领域技术人员可以容易地对上述实施方案进行多种修改和改进，或应用于其它领域。本发明申请包括各种实施方案与应用。尽管本发明申请按照某些优选实施方案的内容进行描述，本发明的范围不受此限制，而是在本发明权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种聚焦超声波治疗***，包括：

a.中央控制装置，其用于对所述***进行控制，包括控制超声波能量值范围、移动治疗焦点装置，以及对所述治疗***输入信息/从所述治疗***输出信息的接口装置；

b.超声波能量施加装置，其用于在预定的能量施加区域施加能量，形成治疗焦点；

c.所述超声波能量施加装置的运动及定位装置，其用于按照指令移动检测探头以成像，及移动所述超声能量施加装置以定位所述治疗焦点；

d.实时B超图像引导装置，其能够对靶区域进行B超扫描，实时生成B超图像，并将所述生成的B超图像实时传送至所述中央控制装置，操作者可以根据所述图像对病灶定位及施加超声波能量进行治疗；

其特征在于，所述***还具有***固定装置，借助所述***固定装置可以将所述实时B超图像与诊断图像配准，并在该配准的基础上将所述B超图像与所述诊断图像融合，以引导所述的治疗。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述诊断图像选自CT图像、MRI图像、SPECT图像、PET图像，或者上述图像相互配准融合而成的图像。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述引导治疗是手工制定的计划治疗。

4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，利用所述诊断图像制作三维治疗计划，将所述三维治疗计划投影到实时B超图像中，制作自动计划治疗。

5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，利用实时采集的B超图像制作三维治疗计划，将所述三维计划投影到所述诊断图像中进行修改与调整，利用所述调整的计划进行自动治疗。

6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述引导治疗是制作三维治疗计划，进行自动治疗。

7.根据权利要求2至6中任何一项权利要求所述的***，其特征在于，进一步使用B超监控作为实时的效果评价。

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