用于控制對身體組織的超聲能量傳送的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于控制對身體組織的超聲能量傳送的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是2012年11月6日提交的標(biāo)題為“Systems and Methods forControlling Delivery of Ultrasonic Energy to a Bodily Tissue，，的序列號為13/669，942的美國專利申請(其全部內(nèi)容通過引用合并于此)的繼續(xù)申請并且要求其優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]此處描述的實(shí)施例通常涉及與超聲消融裝置結(jié)合使用的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及控制通過傳輸構(gòu)件(例如，導(dǎo)管、探頭等等)對身體組織的超聲能量的傳送的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]已知的超聲能量傳輸系統(tǒng)用于許多不同的醫(yī)療應(yīng)用中(諸如，醫(yī)學(xué)成像中)，以破壞梗阻(obstruct1n)和/或消融身體組織。在用于組織消融的已知超聲能量傳輸系統(tǒng)中，超聲能量從超聲能量源通過換能器角(horn)然后通過傳輸構(gòu)件(諸如導(dǎo)線)傳遞到遠(yuǎn)側(cè)頭部。超聲能量以周期波傳播通過傳輸構(gòu)件，由此使遠(yuǎn)側(cè)頭部振動。這種振動能量可以用于消融或者以其它方式破壞身體組織(例如，血管梗阻、腎結(jié)石等等)。為了有效地到達(dá)各種用于治療血管內(nèi)閉塞(occlus1n)的部位或者尿路內(nèi)的區(qū)域，這種超聲傳輸構(gòu)件常由薄的柔性材料構(gòu)造，并且具有大約65cm或者更長的長度。
[0005]已知的超聲能量傳輸系統(tǒng)包括發(fā)生器、換能器組件和探頭(或者傳輸構(gòu)件)。發(fā)生器配置為生成、控制、放大和/或傳遞期望頻率的交變電子信號(例如，電壓信號)至換能器組件。換能器組件通常地包括一個(gè)或者多個(gè)壓電晶體，該壓電晶體在由高頻電子信號激勵(lì)時(shí)以高頻擴(kuò)張和收縮。這些高頻振動被超聲角放大成超聲能量，該超聲能量被傳輸至探頭(或者傳輸構(gòu)件)。超聲能量被傳輸?shù)教筋^的遠(yuǎn)端以消融和/或以其它方式破壞身體組織。
[0006]由于已知探頭常穿過曲折的解剖結(jié)構(gòu)到達(dá)治療的部位，因此傳輸構(gòu)件常構(gòu)造成彈性和/或柔性的，但還具有足夠的強(qiáng)度以向遠(yuǎn)側(cè)尖端傳輸超聲能量(例如，以消融血管或者尿路梗阻)。為了找到強(qiáng)度與柔性之間的平衡，一些已知傳輸構(gòu)件是漸尖的，使得遠(yuǎn)端部分的直徑減小，由此提供具有更大柔性的傳輸構(gòu)件。例如，一些已知傳輸構(gòu)件在近端處的直徑大于在遠(yuǎn)端處的直徑。另外，一些已知傳輸構(gòu)件可以包括焊接至減小的直徑部分并且鄰近要治療的組織安置的遠(yuǎn)側(cè)尖端或者“頭部”。
[0007]為了最大化至目標(biāo)身體組織的能量傳輸，已知系統(tǒng)常配置為產(chǎn)生具有與能量傳送組件(即，換能器和/或探頭組件)的自然頻率匹配的頻率的超聲能量。當(dāng)以自然頻率操作(即，在諧振條件下)時(shí)，傳播通過傳輸構(gòu)件的超聲能量波(或者信號)的幅度處于其最大值?？梢哉J(rèn)為傳輸構(gòu)件具有沿著其長度傳播的超聲能量的駐波。更具體地，駐波沿著傳輸構(gòu)件的長度產(chǎn)生一系列節(jié)點(diǎn)(最小位移區(qū)域)和反節(jié)點(diǎn)(最大位移區(qū)域)。因此，當(dāng)在諧振條件下操作時(shí)，反節(jié)點(diǎn)處的位移和/或振動處于針對給定功率水平的最大值。反節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)可以在與傳輸構(gòu)件接觸的流體中產(chǎn)生氣穴(cavitat1n)以引起相鄰組織的破壞。
[0008]一些已知系統(tǒng)包括用以調(diào)諧電子信號(從發(fā)生器發(fā)送至換能器)的頻率以與能量傳送組件的自然頻率更緊密地匹配的算法。例如，在一些已知系統(tǒng)中，可以通過監(jiān)控到換能器組件的電流輸入(或者電子信號輸入)以及改變到換能器組件的功率輸入以將到換能器組件的電流輸入維持在恒定水平來控制超聲能量的幅度和/或頻率。這種已知算法可以用于考慮由于部件間變化引起的傳輸構(gòu)件的自然頻率變化以及使用能量傳送組件的情況的變化等等。
[0009]然而，連續(xù)地以超聲傳輸構(gòu)件的自然頻率操作已知超聲傳輸構(gòu)件會降低傳輸構(gòu)件的可靠性。更具體地，單頻下的操作在傳輸構(gòu)件中產(chǎn)生基本上恒定的駐波。如類似地陳述，當(dāng)以恒定頻率操作時(shí)，傳輸構(gòu)件內(nèi)的振動反節(jié)點(diǎn)的位置基本上保持恒定。因此，對這種區(qū)域連續(xù)施加高應(yīng)力增加了機(jī)械故障的可能性。另外，在恒定頻率下(甚至在諧振下)的操作可能不會有效地消融目標(biāo)身體組織。
[0010]因此，存在對控制對身體組織的超聲能量傳送的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本文描述了傳輸用于超聲消融系統(tǒng)使用的超聲能量的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，設(shè)備包括發(fā)生器，該發(fā)生器包括可操作地耦合至功率模塊的控制模塊。功率模塊配置為產(chǎn)生要由超聲能量傳送組件接收的電子信號。超聲能量傳送組件由自然頻率表征，以及電子信號由頻率表征。控制模塊配置為向功率模塊發(fā)送控制信號以在至少部分地由自然頻率限定的范圍內(nèi)隨機(jī)地改變電子信號的頻率。
【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)實(shí)施例用于向身體組織傳送超聲能量的系統(tǒng)的圖示。
[0013]圖2是圖1的系統(tǒng)中顯示的超聲換能器組件的截面視圖。
[0014]圖3是圖1中顯示的傳輸構(gòu)件的一部分的示意圖示，其限定了縱軸A-
[0015]圖4是描繪圖1和圖3中顯示的傳輸構(gòu)件圍繞縱軸A1的偏轉(zhuǎn)的圖。
[0016]圖5是當(dāng)根據(jù)實(shí)施例操作時(shí)沿著圖1和圖3中顯示的傳輸構(gòu)件的一部分的縱軸A1的反節(jié)點(diǎn)的位置變化的曲線圖。
[0017]圖6是根據(jù)實(shí)施例用于向身體組織傳送超聲能量的系統(tǒng)的示意圖示。
[0018]圖7是顯示當(dāng)根據(jù)實(shí)施例操作時(shí)通過圖6中顯示的傳輸構(gòu)件輸送的超聲能量的頻率變化的曲線圖。
[0019]圖8是根據(jù)實(shí)施例的超聲能量傳送系統(tǒng)的發(fā)生器的示意圖示。
[0020]圖9是根據(jù)實(shí)施例以硬件形式實(shí)現(xiàn)的反饋模塊的框圖。
[0021]圖10是根據(jù)實(shí)施例的超聲能量傳送系統(tǒng)500的框圖。
[0022]圖11是根據(jù)實(shí)施例的反饋/噪聲檢測模塊的框圖。
[0023]圖12是圖示根據(jù)實(shí)施例生成控制信號以改變超聲能量傳輸系統(tǒng)內(nèi)的電子信號的頻率的方法的流程圖。
[0024]圖13是圖示根據(jù)實(shí)施例接收第一反饋信號和第二反饋信號并且部分地基于反饋信號發(fā)送控制信號以改變電子信號的頻率的方法的流程圖。
[0025]圖14是圖示根據(jù)實(shí)施例響應(yīng)于接收部分地基于隨機(jī)值的控制信號，發(fā)送由頻率表征的電子信號的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本文描述了用于傳輸供超聲消融系統(tǒng)使用的超聲能量的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，設(shè)備包括發(fā)生器，該發(fā)生器包括可操作地耦合至功率模塊的控制模塊。功率模塊配置為產(chǎn)生要由超聲能量傳送組件接收的電子信號。超聲能量傳送組件由自然頻率表征，以及電子信號由頻率表征?？刂颇K配置為向功率模塊發(fā)送控制信號以在至少部分地由自然頻率限定的范圍內(nèi)隨機(jī)地改變電子信號的頻率。
[0027]在一些實(shí)施例中，設(shè)備包括發(fā)生器，該發(fā)生器包括控制模塊和操作性地耦合至控制模塊的反饋模塊。發(fā)生器可操作地耦合至功率模塊，該功率模塊配置為產(chǎn)生要由超聲能量傳送組件接收的電子信號，該超聲能量傳送組件由自然頻率表征。電子信號由頻率表征。反饋模塊配置為產(chǎn)生反饋信號和噪聲信號。反饋信號與由功率模塊產(chǎn)生的電子信號的標(biāo)稱分量相關(guān)聯(lián)，以及噪聲信號至少部分地基于由功率模塊產(chǎn)生的電子信號的噪聲分量。控制模塊配置為基于反饋信號確定自然頻率?？刂颇K還配置為向功率模塊發(fā)送至少部分地基于噪聲信號的控制信號以在至少部分地由自然頻率限定的范圍內(nèi)改變電子信號的頻率。
[0028]在一些實(shí)施例中，方法包括發(fā)送要由超聲能量傳送組件接收的電子信號，該超聲能量傳送組件由自然頻率表征。電子信號由頻率表征。方法還包括產(chǎn)生控制信號以在至少部分地由自然頻率限定的范圍內(nèi)隨機(jī)地改變電子信號的頻率。響應(yīng)于控制信號改變電子信號的頻率。
[0029]在一些實(shí)施例中，方法包括接收第一反饋信號，該第一反饋信號與輸送至超聲能量傳送組件的電子信號的標(biāo)稱分量相關(guān)聯(lián)。超聲能量傳送組件由自然頻率表征。方法包括至少部分地基于第一反饋信號確定超聲能量傳送組件的自然頻率。接收與電子信號的噪聲分量相關(guān)聯(lián)的第二反饋信號。方法還包括至少部分地基于第二反饋信號產(chǎn)生控制信號并且發(fā)送控制信號以改變電子信號的頻率。
[0030]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括傳輸構(gòu)件、超聲換能器和發(fā)生器。傳輸構(gòu)件配置為向目標(biāo)組織輸送超聲能量信號。超聲換能器配置為接收電子信號并且響應(yīng)于電子信號產(chǎn)生超聲能量信號。超聲換能器配置為向傳輸構(gòu)件輸送超聲能量信號。發(fā)生器配置為產(chǎn)生電子信號。發(fā)生器、超聲換能器和/或傳輸構(gòu)件共同地配置以使得當(dāng)通過傳輸構(gòu)件輸送超聲能量信號時(shí)，沿著傳輸構(gòu)件的縱軸隨機(jī)地改變產(chǎn)生的傳輸構(gòu)件的振動反節(jié)點(diǎn)。
[0031]在一些實(shí)施例中，方法包括發(fā)送要由超聲能量傳送組件接收的電子信號，該超聲能量傳送組件由自然頻率表征。電子信號由頻率表征。從控制模塊接收至少部分地基于隨機(jī)值的控制信號。響應(yīng)于接收控制信號，在至少部分地由自然頻率限定的范圍內(nèi)改變電子信號的頻率。
[0032]如在本說明書中使用的，術(shù)語“近”和“遠(yuǎn)”分別指的是靠近和遠(yuǎn)離用戶的方向，該用戶將把裝置放置成與患者接觸。因此，例如首先觸摸患者身體的裝置的端部將是遠(yuǎn)端，而裝置的相對端(例如，由用戶操縱的裝置的端部)將是裝置的近端。
[0033]如此處使用的，術(shù)語“大約”和“近似”通常意味著加或者減所述值的10%。例如，大約0.5將包括0.45和0.55，大約10將包括9至11，大約1000將包括900至1100。
[0034]如此處使用的，術(shù)語“目標(biāo)組織”指的是超聲能量消融技術(shù)所應(yīng)用至的患者的內(nèi)部或者外部組織或者患者內(nèi)的內(nèi)部或者外部組織。例如，目標(biāo)組織可以是癌細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、病變、血管閉塞、血栓、結(jié)石、子宮纖維瘤、骨轉(zhuǎn)移瘤、子宮內(nèi)膜異位或者任何其它身體組織。此外，所提出的目標(biāo)組織示例并不是合適的目標(biāo)組織的窮舉列表。因此，此處描述的超聲能量系統(tǒng)不限于前述組織的治療并且可以用在任何合適的身體組織上。另外，“目標(biāo)組織”還可以包括身體內(nèi)或者與身體相關(guān)聯(lián)的人造物質(zhì)，例如，身體內(nèi)的支架、人造管的一部分、緊固件等等。因此，例如，可以在支架或者人造旁路移植物上或者在支架或者人造旁路移植物內(nèi)使用此處描述的超聲能量系統(tǒng)。
[0035]此處描述的實(shí)施例涉及超聲能量消融系統(tǒng)和用于使用這種系統(tǒng)控制超聲能量傳送的方法。在這種系統(tǒng)中，傳輸構(gòu)件能夠可操作地耦合至超聲能量源以向目標(biāo)身體組織傳送超聲能量。例如，圖1是根據(jù)實(shí)施例的超聲能量消融系統(tǒng)100的圖示。超聲能量消融系統(tǒng)100(此處也稱為“超聲系統(tǒng)”或者僅僅稱為“系統(tǒng)”)包括超聲發(fā)生器180、腳踏開關(guān)170和超聲能量傳送組件105 (其包括超聲換能器組件150和探頭組件110)。如此處詳細(xì)描述的，超聲發(fā)生器180(或者“發(fā)生器”)配置為生成、控制、放大和/或傳遞電子信號ES(例如，電壓或者電流)至換能器組件150。超聲發(fā)生器180可以是此處描述的發(fā)生器中的任何一個(gè)，并且可以根據(jù)此處描述的方法中的任何一個(gè)進(jìn)行操作。
[0036]如圖1所示，腳踏開關(guān)170通過腳踏開關(guān)線纜171與超聲發(fā)生器180電通信。腳踏開關(guān)170包括一組踏板172 (例如，如圖所示的兩個(gè)踏板)，所述踏板操作性地控制提供給超聲換能器組件150的超聲電能量ES的傳送。例如，如此處進(jìn)一步詳細(xì)描述的，在一些實(shí)施例中，用戶(例如，醫(yī)生、技術(shù)人員等等)可以接合和/或壓下踏板172中的一個(gè)或者多個(gè)以控制提供給超聲換能器組件150的超聲電能量ES，使得探頭組件110進(jìn)而向身體組織傳送期望的超聲能量US。