利用沖擊散射對(duì)氣泡云形成進(jìn)行優(yōu)化的組織摧毀術(shù)激發(fā)序列的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉援引
[000引本申請(qǐng)要求按照35U. S.C. 119于2013年7月3日提交的名稱(chēng)為"Modu Iated Excitation Sequences for Enh曰need Pulsed Ultr曰sound Cavitetional Ther曰py"的美 國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 61/842，820的權(quán)益，該申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
[000引引用結(jié)合
[0004]本說(shuō)明書(shū)中提及的全部出版物和專(zhuān)利申請(qǐng)皆通過(guò)引用W如同每一單獨(dú)的出版物 或?qū)＠暾?qǐng)均被明確且單獨(dú)地指明其已通過(guò)引用而結(jié)合的程度結(jié)合在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[000引本發(fā)明總體上設(shè)及利用由超聲療法形成的空化來(lái)治療組織。
【背景技術(shù)】
[0006] 組織摧毀術(shù)或脈沖超聲空化療法是運(yùn)樣的技術(shù)，即，其中聲能的突然且強(qiáng)烈的爆 發(fā)在聚焦體積內(nèi)引起受控的空化(微氣泡或氣泡云形成）。運(yùn)些微氣泡的劇烈膨脹和潰滅使 聚焦體積內(nèi)的細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)機(jī)械地均質(zhì)化。與熱消融的凝固壞死特征相比，運(yùn)是非常不 同的最終結(jié)果。為了在非熱能的組織摧毀術(shù)領(lǐng)域內(nèi)操作，傳送呈現(xiàn)為具有較低工作周期的 高壓力幅值聲脈沖形式的聲能是必要的。
[0007] 與傳統(tǒng)的聚焦超聲技術(shù)相比而言，組織摧毀術(shù)具有重要的優(yōu)點(diǎn)：1)聚焦處的破壞 性過(guò)程是機(jī)械的，而非熱能的；2)氣泡云在超聲成像上顯現(xiàn)為明亮的，借此確定治療的正確 目標(biāo)和位置;3)待被治療的組織在超聲成像上顯現(xiàn)得較暗(低回聲），從而使操作者知道被 治療的是什么;4)組織摧毀術(shù)W受控且精確的方式產(chǎn)生損傷。重要的是強(qiáng)調(diào)與微波、射頻或 高強(qiáng)度聚焦超聲化I即)不同，組織摧毀術(shù)是非熱能的特性。
[0008] 對(duì)前列腺組織摧毀術(shù)均質(zhì)化的早期犬類(lèi)研究采用了設(shè)置成經(jīng)腹傳送組織摧毀術(shù) 的治療換能器。在運(yùn)些研究中，前列腺位于相距皮膚表面僅一短距離處，并且存在用于聚焦 超聲能量的自換能器經(jīng)皮膚的相對(duì)寬的路徑。因此，運(yùn)些研究中采用的球形組織摧毀術(shù)治 療換能器具有14cm的孔和IOcm的聚焦長(zhǎng)度(焦距比數(shù)= 0.71)。與具有低焦距比數(shù)的換能器 相比，具有高焦距比數(shù)的組織摧毀術(shù)治療換能器具有非常低的效能。運(yùn)種低效能主要?dú)w咎 于導(dǎo)致沖擊波形成的非直線的聲傳播。
[0009] 已經(jīng)設(shè)計(jì)出使組織摧毀術(shù)治療經(jīng)會(huì)陰聚焦至前列腺的專(zhuān)口的治療換能器和驅(qū)動(dòng) 電子儀器。配置成將組織摧毀術(shù)治療傳送至前列腺的治療換能器100的一個(gè)示例在圖1中示 出。換能器100可包括布置在殼體104內(nèi)的多個(gè)超聲換能器元件102。換能器可連接至配置成 將來(lái)自換能器的組織摧毀術(shù)波形傳送至組織的波形生成器。按照運(yùn)個(gè)方法的前列腺深度比 前述犬類(lèi)模型中的明顯更深。另外，骨盆的骨骼解剖和超聲成像探針的經(jīng)直腸定位顯著減 小了有效的換能器孔。殼體的較低邊緣中的切口 106可構(gòu)造成容納超聲成像探針(未示出）， 該超聲成像探針在主直徑中具有焦距比數(shù)= 0.85且在切口處具有焦距比數(shù)= 0.98。
[0010] 基于小型臺(tái)式實(shí)驗(yàn)和建模，選擇治療換能器激發(fā)參數(shù)的初始設(shè)定（3循環(huán)/脈沖， 750化p，500Hz PRF(脈沖重復(fù)頻率）），用于利用運(yùn)個(gè)換能器進(jìn)行的犬類(lèi)測(cè)試。運(yùn)個(gè)激發(fā)序列 產(chǎn)生了非直線的聚焦壓力波形，其在水中具有約25M化和IOOM化的峰值負(fù)壓力和峰值正壓 力。我們將運(yùn)個(gè)序列及其變型定義為標(biāo)準(zhǔn)的或非優(yōu)化的序列，因?yàn)樵撔蛄袇?shù)對(duì)于氣泡云 形成而言并非優(yōu)化的。
[0011] 運(yùn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的激發(fā)序列及變型用于對(duì)約30個(gè)犬類(lèi)受試對(duì)象進(jìn)行治療，從而確立了可 行性、劑量(脈沖的累計(jì)數(shù))和治療實(shí)施指導(dǎo)方針。然后，在驗(yàn)證性研究中對(duì)額外的10個(gè)犬類(lèi) 受試對(duì)象進(jìn)行了治療。盡管運(yùn)些研究取得了杰出的效能結(jié)果，但在驗(yàn)證性試驗(yàn)中觀察到對(duì) 10個(gè)受試對(duì)象中的兩個(gè)受試對(duì)象的前焦(prefocal)腹直肌肌肉的顯見(jiàn)的輕微損傷(亞臨床 纖維變性），運(yùn)導(dǎo)致的結(jié)論是需要通過(guò)研發(fā)更有效地傳送能量的組織摧毀術(shù)脈沖序列來(lái)改 進(jìn)安全性配置。隨著換能器被研發(fā)用于經(jīng)骨骼解剖障礙更深地進(jìn)入到組織中，很可能提升 組織摧毀術(shù)效能的需求將變得更加重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在將經(jīng)骨骼解剖障礙深入至皮膚表面下方的軟組織作為目標(biāo)時(shí)一一運(yùn)需要具有 相對(duì)高的焦距比數(shù)(焦距比數(shù)>0.8)的超聲治療換能器，使前焦熱量減少的提升的效能是必 不可少的。已研發(fā)出針對(duì)軟組織的增強(qiáng)的組織摧毀術(shù)均質(zhì)化進(jìn)行優(yōu)化的序列，用W通過(guò)使 序列效能優(yōu)化來(lái)降低前焦熱損傷的可能性。優(yōu)化的激發(fā)序列的提升的效能增加了在組織中 使組織摧毀術(shù)氣泡云初生的可能并減少了經(jīng)組織轉(zhuǎn)移時(shí)氣泡云滅失的發(fā)生。另外，優(yōu)化的 序列能被設(shè)計(jì)成選擇性地消融纖維組織或消融不那么致密的組織，同時(shí)保存更富纖維彈性 的至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)、諸如神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)。
[0013] 用于高焦距比數(shù)換能器的有效的優(yōu)化序列W初生脈沖和沖擊散射脈沖為特征，該 初生脈沖設(shè)計(jì)成用于形成至少單個(gè)的聲生成的核(氣泡），該沖擊散射脈沖（下文中稱(chēng)其為 散射脈沖或散射壓力波形)在一優(yōu)化的時(shí)間延遲之后緊跟著所述初生脈沖用W使沖擊波能 撞擊在第一氣泡上從而形成氣泡云。后續(xù)的散射脈沖也能W優(yōu)化的定時(shí)緊隨，從而保持氣 泡云的效力。應(yīng)注意，"脈沖"和"壓力波形"在本申請(qǐng)中將可交換地使用。
[0014] -種利用超聲能量治療組織的方法，包括將來(lái)自超聲治療換能器的配置成在組織 中產(chǎn)生至少一個(gè)氣泡的初生壓力波形傳送到組織中的步驟，在所述至少一個(gè)氣泡的生命周 期內(nèi)將來(lái)自所述超聲治療換能器的散射壓力波形傳送到該至少一個(gè)氣泡中的步驟，W及利 用所述散射壓力波形在所述至少一個(gè)氣泡附近產(chǎn)生空化核的步驟。
[0015] 在一些實(shí)施例中，在所述初生壓力波形的化S至20化S內(nèi)傳送所述散射壓力波形。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括重復(fù)進(jìn)行傳送初生壓力波形的步驟W及傳送散 射壓力波形的步驟，直至完成組織的治療。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，使所述初生壓力波形的壓力幅值和/或循環(huán)的次數(shù)最小化W減 少組織受熱。
[0018] 在另一實(shí)施例中，所述散射壓力波形的峰峰值壓力的幅值足W在聚焦區(qū)中形成附 加的空化核。
[0019] 在替代實(shí)施例中，使所述散射壓力波形的壓力幅值和/或循環(huán)的次數(shù)最小化W減 少組織受熱。
[0020] 在一些實(shí)施例中，所述方法還包括在傳送所述散射壓力波形W后朝向所述至少一 個(gè)氣泡和所述空化核傳送第二散射壓力波形。
[0021] 在一些實(shí)施例中，在所述散射壓力波形的化S至Is內(nèi)傳送所述第二散射壓力波形。
[0022] 在另一實(shí)施例中，所述方法還包括在不傳送附加的初生壓力波形的前提下傳送附 加的散射壓力波形，直至所述空化核和/或至少一個(gè)氣泡不再存留于組織中。
[0023] 在一些實(shí)施例中，每化S至Is傳送所述附加的散射壓力波形。
[0024] 在一個(gè)實(shí)施例中，包含所述初生壓力波形和所述散射壓力波形的脈沖序列具有范 圍在1 -5000Hz內(nèi)的序列PRF。
[0025] 在其它實(shí)施例中，與所述初生壓力波形相比，所述散射壓力波形傳送用于干預(yù)組 織的更少的能量。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述初生壓力波形和所述散射壓力波形具有基本上相似的壓力 幅值。在另一實(shí)施例中，所述散射壓力波形的壓力幅值比所述初生壓力波形的壓力幅值小。 在替代性實(shí)施例中，所述散射壓力波形的壓力幅值比所述初生壓力波形的壓力幅值大。
[0027] 提供一種利用超聲能量治療組織的方法，包括將來(lái)自超聲治療換能器的配置成在 組織中產(chǎn)生至少一個(gè)氣泡的初生壓力波形傳遞到組織中的步驟，在所述至少一個(gè)氣泡的生 命周期期間將來(lái)自超聲治療換能器的散射壓力波形一一該散射壓力波形配置成在組織中 變成具有沖擊正壓力半循環(huán)和沖擊負(fù)壓力半循環(huán)的沖擊聚焦壓力波形，該沖擊正壓力半循 環(huán)配置成撞擊在所述至少一個(gè)氣泡上并散射、反相且有益地干預(yù)所述沖擊負(fù)壓力半循環(huán)W 形成負(fù)壓力半循環(huán)波形一一傳遞到該至少一個(gè)氣泡中的步驟，W及利用正壓力半循環(huán)波形 與所述至少一個(gè)氣泡之間的沖擊散射機(jī)制在該至少一個(gè)氣泡附近產(chǎn)生空化核的步驟。
[0028] 提供一種將超聲能量傳送至組織的方法，包括傳送來(lái)自超聲治療換能器的配置成 提供至少5M化的峰值負(fù)壓力的初生脈沖W在組織中產(chǎn)生至少一個(gè)氣泡的步驟，在所述初生 脈沖的扣S至20化S內(nèi)將第一散射脈沖傳送到所述至少一個(gè)