專利名稱：具有光聲損傷形成反饋的組織消融設(shè)備的制作方法
具有光聲損傷形成反饋的組織消融設(shè)備本發(fā)明大體涉及一種針對(duì)形成組織損傷的任何類型的組織消融設(shè)備。本發(fā)明具體 涉及從組織消融設(shè)備獲取光聲損傷形成反饋。心房顫動(dòng)(“AF”)消融由于逐漸增加的過程數(shù)量而被認(rèn)為是對(duì)于設(shè)備和成像廠 家的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)?；诶淠?冷凍)、激光和高強(qiáng)度聚焦超聲(“HIFU”)組織破壞的組織消 融設(shè)備技術(shù)允許簡(jiǎn)化圍向損傷的布局，這些技術(shù)被用于電學(xué)隔離肺靜脈開口，從而治愈AF。 然而，除了在治療過程中關(guān)于損傷大小、深度，因此，透壁性的實(shí)時(shí)反饋，不存在用于對(duì)損傷 形成進(jìn)行臨床監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的方法。為了克服該問題，本發(fā)明提供了能夠使用光聲效應(yīng)對(duì)消 融損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估的組織消融設(shè)備。具體而言，該組織消融設(shè)備如本領(lǐng)域所已知地消融 心臟組織，并且根據(jù)本發(fā)明裝備有光聲響應(yīng)傳感器，所述傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)聲組織響應(yīng)并因 此監(jiān)測(cè)消融過程。本發(fā)明的一種形式為一種組織消融設(shè)備，其包括一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)射器和一個(gè)或 多個(gè)光聲傳感器，所述一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)射器和一個(gè)或多個(gè)光聲傳感器協(xié)同布置以向組織 施加組織消融治療。在操作中，(一個(gè)或多個(gè))能量發(fā)射器發(fā)射組織消融射束到組織的靶 部分中以在此形成消融，并且交替地或者同時(shí)地發(fā)射光激發(fā)射束到組織的靶部分中以激發(fā) 組織的光聲響應(yīng)，由此，(一個(gè)或多個(gè))光聲傳感器感測(cè)組織的光聲響應(yīng)。本發(fā)明的第二形式為一種系統(tǒng)，其包括組織消融治療控制系統(tǒng)和上述組織消融設(shè) 備。在操作中，組織消融治療控制系統(tǒng)控制由(一個(gè)或多個(gè))能量發(fā)射器進(jìn)行的組織消融 射束以及光激發(fā)射束的發(fā)射，并基于由(一個(gè)或多個(gè))光聲傳感器感測(cè)到的組織的光聲響 應(yīng)監(jiān)測(cè)組織內(nèi)損傷的形成。本發(fā)明的第三種形式為一種執(zhí)行組織的組織消融治療的方法。該方法包括發(fā)射組 織消融射束到組織中，其中，在組織中形成損傷；發(fā)射光激發(fā)射束到組織中，其中，在組織內(nèi) 生成光聲響應(yīng)；以及感測(cè)組織的光聲響應(yīng)，其中，監(jiān)測(cè)組織內(nèi)的損傷的形成。本發(fā)明的上述形式和其他形式以及本發(fā)明的各特征和優(yōu)勢(shì)將從下面結(jié)合附圖詳 細(xì)描述的本發(fā)明的各實(shí)施例中變得更加明顯。說明書和附圖僅僅說明本發(fā)明而非限制本發(fā) 明，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等價(jià)物限定。

圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的組織消融系統(tǒng)的實(shí)施例的方框圖；圖3示出了表示根據(jù)本發(fā)明的具有光聲損傷形成反饋的組織消融治療方法的流 程圖；圖4-6示出了根據(jù)本發(fā)明的球囊激光消融導(dǎo)管的第一示例性實(shí)施例；圖7-9示出了根據(jù)本發(fā)明的球囊激光消融導(dǎo)管的第二示例性實(shí)施例。參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明的組織消融系統(tǒng)10采用具有一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)射器21和 一個(gè)或多個(gè)光聲傳感器22的組織消融設(shè)備20。通常，設(shè)備20的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器21由激 光消融控制器30驅(qū)動(dòng)以用于消融組織60。交替地或者同時(shí)地，設(shè)備20的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射 器21由光激發(fā)控制器40驅(qū)動(dòng)以用于生成組織60的光聲響應(yīng)。轉(zhuǎn)而，設(shè)備20的一個(gè)或多 個(gè)光聲傳感器22感測(cè)這種組織60的光聲響應(yīng)，并且光聲監(jiān)測(cè)器50基于如由設(shè)備20的一 個(gè)或多個(gè)光聲傳感器22感測(cè)到的光聲響應(yīng)生成在組織60中形成的損傷61的光聲圖像。
具體而言，組織消融系統(tǒng)10執(zhí)行如在圖3中所示的流程圖70，所述流程圖表示根 據(jù)本發(fā)明的具有光聲損傷信息反饋的組織消融治療方法。參照?qǐng)D3，流程圖70的階段S72包括激光損傷控制器30驅(qū)動(dòng)設(shè)備20的一個(gè)或多 個(gè)能量發(fā)射器21以發(fā)射組織消融射束TA到組織60的靶部分中，如在圖1中最佳示出地。 在實(shí)踐中，組織消融射束TA可以從任意源(例如，激光、RF源或高強(qiáng)度超聲源)生成，可以 以任意形式(例如，單個(gè)長(zhǎng)脈沖、連續(xù)波束或一系列短脈沖)生成，并且可以按照需要進(jìn)行 調(diào)制。流程圖70的階段S74包括光激發(fā)控制器40驅(qū)動(dòng)設(shè)備20的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器21 以發(fā)射光激發(fā)射束PE到組織60的經(jīng)消融的靶部分中，如在圖2中最佳示出地。在實(shí)踐中， 光激發(fā)射束PE可以從任意源(例如，激光、RF源或高強(qiáng)度超聲源)生成，可以以任意形式 (例如，單個(gè)長(zhǎng)脈沖、連續(xù)波形束或一系列短脈沖)生成，并且可以按照需要進(jìn)行調(diào)制。另 外，可以由設(shè)備20的一個(gè)或多個(gè)相同發(fā)射器21交錯(cuò)地或者順序地發(fā)射組織消融射束TA和 光激發(fā)射束PE到組織60的相同靶部分中，或者由設(shè)備20的不同發(fā)射器21同時(shí)發(fā)射組織消 融射束TA和光激發(fā)射束PE到組織60的不同靶部分(例如，組織60的一個(gè)靶部分由組織 消融射束TA消融，與此同時(shí)，組織60的另一之前經(jīng)消融的靶部分由光激發(fā)射束PE激發(fā))。流程圖70的階段S76包括設(shè)備20的(一個(gè)或多個(gè))光聲傳感器22感測(cè)組織60 響應(yīng)于光激發(fā)射束PE的光聲響應(yīng)ra，如本領(lǐng)域所公知地。在實(shí)踐中，設(shè)備20的(一個(gè)或 多個(gè))光聲傳感器22可以具有任意結(jié)構(gòu)形式(例如，超聲壓電傳感器、P-MUT、C-MUT、基于 Fabry-Perot光學(xué)干涉或者光學(xué)共振的換能器)。流程圖70的階段S78包括光聲監(jiān)測(cè)器50基于所感測(cè)到的組織60的光聲響應(yīng)I3R 生成如在組織60中形成的損傷61的光聲圖像，由此，利用該光聲圖像確定是否繼續(xù)組織60 的消融治療。在一個(gè)實(shí)施例中，決定為監(jiān)測(cè)器50的自動(dòng)特征，由此，一旦光聲圖像指示損傷 61具有閾值特征(例如，預(yù)定大小和/或深度)，監(jiān)測(cè)器50將終止流程70。在可替代實(shí)施 例中，決定為監(jiān)測(cè)器50的手動(dòng)特征，由此，監(jiān)測(cè)器50顯示光聲圖像以及損傷61的閾值特征 的當(dāng)前列表以便于系統(tǒng)10的用戶確定是否終止組織60的消融治療。組織消融控制器30、光激發(fā)控制器40和光聲圖像監(jiān)測(cè)器50構(gòu)成組織消融治療控 制系統(tǒng)。在實(shí)踐中，該系統(tǒng)可以按照需要具有包括控制器30、控制器40和監(jiān)測(cè)器50的任意 結(jié)構(gòu)配置以控制本發(fā)明的組織消融設(shè)備。為了便于進(jìn)一步理解本發(fā)明，現(xiàn)在本文在形成組織61內(nèi)的圍向損傷63的背景下 描述球囊激光消融設(shè)備120 (圖4-6)和球囊激光消融設(shè)備220 (圖7-9)。參照?qǐng)D4-6，球囊激光消融設(shè)備120采用其上加接有可膨脹球囊122并容納內(nèi)窺 鏡123、超聲壓電感測(cè)器124和激光發(fā)射器125的導(dǎo)管121。為了執(zhí)行激光消融治療，球囊 122填充有合適的光聲介質(zhì)122，所述光聲介質(zhì)122允許來自激光發(fā)射器122的激光射束行 進(jìn)到損傷63，并允許來自組織62的超聲波往回行進(jìn)到超聲壓電傳感器124。更具體而言， 球囊122和介質(zhì)126的材料成分可以匹配組織62的聲阻抗以便于使激光射束從激光發(fā)射 器125到組織62有最佳信號(hào)傳播以及便于使光聲響應(yīng)返回到超聲壓電傳感器124有最佳 信號(hào)傳播(例如，乳膠球囊122內(nèi)填充的鹽水介質(zhì)126)。在實(shí)踐中，介質(zhì)126可以周期性地 更新(flush)以維持球囊122內(nèi)的恒定溫度。在球囊膨脹之后，開始導(dǎo)管121的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并且使用內(nèi)窺鏡123定位組織62的
5靶部分，如在圖4中最佳示出地。在定位到組織62的靶部分之后，由激光發(fā)射器125發(fā)射 以高能光脈沖或大功率連續(xù)波束形式的激光消融射束LA通過介質(zhì)126到組織62的靶部分 中以形成組織62中的損傷63，如在圖5中最佳示出地。與激光消融射束LA相交錯(cuò)地或者 接著激光消融射束LA之后，在微秒數(shù)量級(jí)的以低能近紅外激光脈沖的形式的光激發(fā)射束 PE被用于照射組織62從而引起由超聲壓電傳感器124感測(cè)到的光聲響應(yīng)冊(cè)，如在圖6中 最佳示出地。在實(shí)踐中，激光消融射束LA(圖5)和光激發(fā)射束PE(圖6)可以被按需要偏 轉(zhuǎn)以使用機(jī)電致動(dòng)透鏡或反射鏡改進(jìn)對(duì)消融損傷63的靶定位。參照?qǐng)D7-9，球囊激光消融設(shè)備220采用其上加接有可膨脹球囊222并容納魚眼內(nèi) 窺鏡223的導(dǎo)管221、具有多個(gè)超聲壓電元件的傳感器陣列224以及具有多個(gè)激光發(fā)射器的 激光陣列224。為了執(zhí)行激光消融治療，球囊222填充有合適的光聲介質(zhì)226，該光聲介質(zhì) 使來自激光陣列222的激光射束能夠行進(jìn)到損傷63并且使來自組織62的超聲波往回行進(jìn) 到傳感器陣列224。更具體而言，球囊222和介質(zhì)226的材料成分可以匹配組織62的聲阻 抗以便于激光射束從激光陣列225到組織62有最佳信號(hào)傳播以及光聲響應(yīng)返回到傳感器 陣列224有最佳信號(hào)傳播(例如，乳膠球囊222內(nèi)填充的鹽水介質(zhì)226)。在實(shí)踐中，介質(zhì) 226可以周期性地更新以維持球囊222內(nèi)的恒定溫度。在球囊膨脹之后，導(dǎo)管221保持固定并且使用內(nèi)窺鏡223定位組織62的靶部分， 如在圖7中最佳示出地。一旦定位到組織62的靶部分，由激光陣列225發(fā)射以高能光脈沖 或大功率連續(xù)波射束形式的激光消融射束LA通過介質(zhì)226到組織62的靶部分以形成組織 62中的損傷63，如在圖8中最佳示出地。與激光消融射束LA相交錯(cuò)地或者接著激光消融 射束LA之后，在微秒數(shù)量級(jí)的以低能近紅外激光脈沖的形式的光激發(fā)射束PE被用于照射 組織62從而引起由超聲壓電傳感器124感測(cè)的光聲響應(yīng)PR，如在圖9中最佳示出地。在實(shí) 踐中，激光消融射束LA(圖8)和光激發(fā)射束PE(圖9)可以被按需要偏轉(zhuǎn)以使用機(jī)電致動(dòng) 透鏡或反射鏡改進(jìn)對(duì)消融損傷63的靶定位。在本發(fā)明的球囊激光消融設(shè)備的另外的實(shí)施例中，本文可以包括對(duì)旋轉(zhuǎn)部件(圖 4-6)和固定部件(圖7-9)的組合。例如，激光發(fā)射器可以為靜電透鏡組，其允許射束折射 以進(jìn)行聚焦以及反射/偏轉(zhuǎn)以進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并且為了對(duì)在組織內(nèi)形成的損傷進(jìn)行光聲成像可 以旋轉(zhuǎn)光聲傳感器。通過進(jìn)一步示例，激光發(fā)射器可以為旋轉(zhuǎn)透鏡組，其允許射束折射以進(jìn) 行聚焦以及反射/偏轉(zhuǎn)以進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并且為了對(duì)在組織內(nèi)形成的損傷進(jìn)行光聲成像，光聲 傳感器可以為靜態(tài)的。參照?qǐng)D1-9，本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，本發(fā)明的組織消融設(shè)備可以在若干應(yīng)用中 被使用，并且在實(shí)踐中，本發(fā)明的組織消融設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)配置將取決于設(shè)備的明確應(yīng)用 的特性。因此，本發(fā)明并不規(guī)定在各種潛在應(yīng)用中根據(jù)本發(fā)明的組織消融設(shè)備的最佳結(jié)構(gòu) 配置的任意特定類型。仍然參照?qǐng)D1-9，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明根據(jù)本發(fā)明的組織損傷的光聲成像可以區(qū)分消融 組織和正常組織。例如，對(duì)于包括正常組織以及由用SOOnm激光的123mJ/cm2的全激光功率 形成的消融組織的心臟組織而言，包括在掃描方向以Imm間隔的心臟組織的二十(20)B模 式切片的22mmX20mm的損傷形成區(qū)域的掃描示出了在視覺上不同于正常組織的消融組織。 B模式切片的組合重構(gòu)出損傷形成的C模式圖像。盡管本文公開的本發(fā)明的實(shí)施例在當(dāng)前被看作是優(yōu)選的，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改和改變。權(quán)利要求書指示出本發(fā)明的范圍，并且本 文包括在等價(jià)物的意義和范圍內(nèi)的所有改變。
權(quán)利要求
一種組織消融設(shè)備，包括至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和至少一個(gè)光聲傳感器(22)，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)協(xié)同布置以向組織(60)施加組織消融治療；其中，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)可操作地用于發(fā)射組織消融射束(TA)到所述組織(60)的靶部分中以在此形成損傷(61)；其中，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)還可操作地用于發(fā)射光激發(fā)射束(PE)到所述組織(60)的所述靶部分中以激發(fā)所述組織(60)的光聲響應(yīng)；以及其中，所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)可操作地用于感測(cè)所述組織(60)的所述光聲響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織消融設(shè)備(20)，還包括 內(nèi)窺鏡(123、223)，其用于照射所述組織(60)的所述靶部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織消融設(shè)備(20)，還包括導(dǎo)管(121、221)，其容納所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)；以及可膨脹球囊(122、222)，其加接所述導(dǎo)管(121、221)并且環(huán)繞所述至少一個(gè)能量發(fā)射 器(21)和所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)，其中，所述球囊(122、222)可操作地用于經(jīng)由所 述導(dǎo)管用光聲傳輸介質(zhì)(126、226)進(jìn)行膨脹。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織消融設(shè)備(20)，其中，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和 所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)中的至少一個(gè)在施加所述組織消融治療期間旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織消融設(shè)備(20)，其中 所述組織(60)為肺靜脈血管組織；并且所述損傷(61)為在所述肺靜脈血管組織內(nèi)形成的圍向損傷。
6.一種組織消融系統(tǒng)，包括 組織消融治療控制系統(tǒng)；以及 組織消融設(shè)備(20)，其包括至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和至少一個(gè)光聲傳感器(22)，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)協(xié)同布置以向組織(60)施加組織消融治療；其中，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)能夠由所述組織消融治療控制系統(tǒng)控制以發(fā)射 組織消融射束(TA)到所述組織(60)的靶部分中以在此形成損傷(61)；其中，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)還能夠由所述組織消融治療控制系統(tǒng)控制以發(fā) 射光激發(fā)射束到所述組織(60)的所述靶部分中以激發(fā)所述組織(60)的光聲響應(yīng)；以及其中，所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)可操作地用于感測(cè)所述組織(60)的所述光聲響 應(yīng)以便于由所述組織消融治療控制系統(tǒng)生成所述損傷(61)的光聲圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組織消融系統(tǒng)，還包括內(nèi)窺鏡(123、223)，其用于照射所述組織(60)的所述靶部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組織消融系統(tǒng)，還包括導(dǎo)管(121、221)，其容納所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)；以及可膨脹球囊(122、222)，其加接所述導(dǎo)管(121、221)并環(huán)繞所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和所述至少一個(gè)光聲傳感器(22)，其中，所述球囊(122、222)可操作地用于經(jīng)由所述 導(dǎo)管(121、221)用光聲傳輸介質(zhì)(126、226)進(jìn)行膨脹。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組織消融系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)能量發(fā)射器(21)和所述 至少一個(gè)光聲傳感器(22)中的至少一個(gè)在施加所述組織消融治療期間旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組織消融系統(tǒng)，其中 所述組織(60)為肺靜脈血管組織；以及所述損傷(61)為在所述肺靜脈血管組織內(nèi)形成的圍向損傷。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組織消融系統(tǒng)，其中，所述組織消融控制系統(tǒng)包括組織消融控制器(30)，其可操作地用于控制由所述至少一個(gè)發(fā)射器(21)進(jìn)行的所述 組織消融射束(TA)的發(fā)射；光聲控制器(40)，其可操作地用于控制由所述至少一個(gè)發(fā)射器(21)進(jìn)行的所述光聲 射束(PE)的發(fā)射；以及光聲圖像監(jiān)測(cè)器(50)，其可操作地用于基于如由所述至少一個(gè)光聲傳感器感測(cè)到的所 述組織(60)的光聲響應(yīng)而監(jiān)測(cè)所述組織(60)內(nèi)的所述損傷(61)的形成。
12. 一種用于執(zhí)行組織(60)的組織消融治療的方法，所述方法包括發(fā)射組織消融射束(TA)到所述組織(60)中，其中，在所述組織(60)中形成損傷(61)； 發(fā)射光激發(fā)射束(PE)到所述組織(60)中，其中，在所述組織(60)內(nèi)生成光聲響應(yīng)；以及感測(cè)所述組織(60)的所述光聲響應(yīng)，其中，監(jiān)測(cè)所述組織(60)中所述損傷(61)的形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，同時(shí)進(jìn)行所述組織消融射束(TA)和所述光激 發(fā)射束(PE)的發(fā)射。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，交錯(cuò)進(jìn)行所述組織消融射束(TA)和所述光激 發(fā)射束(PE)的發(fā)射。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，順序進(jìn)行所述組織消融射束(TA)和所述光激 發(fā)射束(PE)的發(fā)射。
全文摘要
一種組織消融設(shè)備，其采用一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)射器(21)和一個(gè)或多個(gè)光聲傳感器(22)，所述一個(gè)或多個(gè)能量發(fā)射器(21)和一個(gè)或多個(gè)光聲傳感器(22)協(xié)同布置以向組織(60)施加組織消融治療。在操作中，能量發(fā)射器(21)發(fā)射組織消融射束(TA)到所述組織(60)的靶部分中以在此形成損傷(61)，并且交錯(cuò)地或者同時(shí)地發(fā)射光激發(fā)射束(PE)到所述組織(60)的所述靶部分中以激發(fā)所述組織(60)的光聲響應(yīng)。所述(一個(gè)或多個(gè))光聲傳感器(22)感測(cè)所述組織(60)的所述光聲響應(yīng)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101909516SQ200880122979
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者D·R·埃爾戈特, K·沙阿扎德, L·揚(yáng)科維奇, R·曼茨克, R·陳 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司