專利名稱：超聲治療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求I的利用超聲對(duì)生物的器官或組織進(jìn)行治療的設(shè)備，優(yōu)選地利用高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)波。
背景技術(shù)：
利用超聲波，特別是利用高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)進(jìn)行治療在本領(lǐng)域中是眾所周知的。其特別是用于甲狀腺、乳房、子宮和前列腺的腫瘤的治療。腫瘤由此通過熱能被破壞。所需的熱通過將高強(qiáng)度超聲波聚焦在焦點(diǎn)上而產(chǎn)生。隨著聲波傳播通過組織，聲波的一部分被吸收并轉(zhuǎn)換成熱。在焦點(diǎn)處，由于顯著的能量集中，因此組織內(nèi)的溫度上升到65°到85°C，通過凝固性壞死而破壞有病的組織。利用HIFU進(jìn)行治療的一個(gè)大的優(yōu)勢在于其是非侵入性治療方法，因此相當(dāng)大地降低了對(duì)于患者的危險(xiǎn)。 HIFU治療設(shè)備通常包括具有HIFU換能器的治療頭部。治療頭部被置于待治療的組織上或置于靠近待治療的器官的組織上。這種設(shè)備例如由EDAP TMS以商標(biāo)Ablatherm 或由Theraclion以名稱TH-One銷售。當(dāng)治療例如為甲狀腺的內(nèi)臟器官時(shí)，超聲波一般在到達(dá)聚焦區(qū)域之前行進(jìn)穿過一層健康組織。行進(jìn)的超聲波也在該健康組織內(nèi)產(chǎn)生熱，這些熱可能聚集，引起損傷或甚至壞死。這可以通過以由空閑時(shí)間(blanking period)分開的短脈沖輸送超聲輻射而得以避免，空閑時(shí)間使得健康組織能夠在脈沖之間冷卻，由此避免熱損傷。另一方面，盡管在兩個(gè)脈沖之間存在冷卻階段，但是在聚焦區(qū)域中由脈沖產(chǎn)生的熱也高得足以產(chǎn)生組織損傷。盡管如此，即使有這樣的脈沖治療方法，對(duì)健康組織的損傷也是頻繁的，例如參見LIJian-Jun等的文章(“用于肝細(xì)胞癌患者的高強(qiáng)度聚焦超聲的并發(fā)癥(Complications ofHigh Intensity Focused Ultrasound for Patients with Hepatocellular Carcinoma)，，，癌癥研究治療技術(shù)(Technology in cancer research & treatment)2009 年，第 8 卷，第 3期，第 217-224 頁)。US6, 425，867教示了一種具有掃描換能器和治療換能器的HIFU設(shè)備以及一種用于在HIFU治療期間實(shí)時(shí)超聲成像的方法。提供治療超聲換能器系統(tǒng)相對(duì)于掃描超聲換能器系統(tǒng)的同步，從而使得來自治療波的成像數(shù)據(jù)內(nèi)的任何噪音都轉(zhuǎn)移遠(yuǎn)離治療位置的圖像。因此，提供治療位置的無噪音圖像。US6，425，867還描述了一種具有同步裝置以根據(jù)該方法同步兩個(gè)換能器的超聲設(shè)備。這種方法提供目標(biāo)區(qū)域的良好的同時(shí)成像，并且因此幫助將HIFU波聚焦在目標(biāo)上。W003/008041描述了一種超聲治療頭部，其包括以圍繞軸線旋轉(zhuǎn)方式安裝的探針本體、具有聚焦的超聲聲發(fā)射軸線的治療換能器、和成像換能器，聚焦的超聲聲發(fā)射軸線近乎與探針本體旋轉(zhuǎn)軸線相同。這種頭部具有在同一設(shè)備上執(zhí)行治療和成像手段的優(yōu)勢。此夕卜，目視觀察和治療聲學(xué)軸線與旋轉(zhuǎn)軸線近乎相同，由此確保即使當(dāng)探針本體旋轉(zhuǎn)時(shí)，治療換能器的焦點(diǎn)也保持在同一點(diǎn)處以及在成像換能器的可視化平面內(nèi)。探針本體的旋轉(zhuǎn)主要用于獲取目標(biāo)器官或組織的圖像。通過向目標(biāo)的一個(gè)點(diǎn)發(fā)射短脈沖的超聲、然后運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)的另一個(gè)點(diǎn)上直到全部目標(biāo)區(qū)域已被治療來執(zhí)行目標(biāo)器官的治療。已知超聲頭部的一個(gè)大的缺點(diǎn)是即使短脈沖用于HIFU治療，仍然可能出現(xiàn)對(duì)皮膚與目標(biāo)器官之間的健康組織的損傷
發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)以及提供一種減小對(duì)健康組織熱損傷的超聲治療設(shè)備。本發(fā)明的另一個(gè)目的是使空閑時(shí)間最小化，即使冷卻階段最小化，由此減少全程治療時(shí)間。本發(fā)明涉及一種用于治療生物的器官或組織的設(shè)備。該設(shè)備包括用于發(fā)射超聲波的至少一個(gè)治療換能器，優(yōu)選地是高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)波，所述超聲波聚焦在所述器官或組織內(nèi)的或所述器官或組織的表面上的焦點(diǎn)上。該設(shè)備還包括旋轉(zhuǎn)所述治療換能器的旋轉(zhuǎn)裝置以及同步裝置，同步裝置使治療換能器的旋轉(zhuǎn)至少與從所述治療換能器和/或另外的成像換能器發(fā)射超聲波同步，焦點(diǎn)不會(huì)因旋轉(zhuǎn)而被移動(dòng)。如在本文中理解的“旋轉(zhuǎn)”意思是圍繞限定軸線的運(yùn)動(dòng)。所述運(yùn)動(dòng)可以以恒定速度或變化的速度(例如加速度)進(jìn)行。所述運(yùn)動(dòng)可以圍繞所述限定軸線沿兩個(gè)方向發(fā)生。通過使治療換能器的旋轉(zhuǎn)與超聲波的發(fā)射同步，能夠在換能器與焦點(diǎn)之間的健康組織中更好地分布由來自治療換能器的超聲波產(chǎn)生的熱能。特別是在矩形換能器或具有集成成像換能器的換能器的情況下，在HIFU脈沖或一系列HIFU脈沖期間旋轉(zhuǎn)所述換能器，同時(shí)指向同一焦點(diǎn)，將在更大的區(qū)域上分布熱能而不影響聚焦區(qū)域中的能量輸入。如果存在成像換能器，則從所述成像換能器發(fā)射超聲波優(yōu)選地也與治療換能器的旋轉(zhuǎn)同步。在一個(gè)實(shí)施例中，治療換能器可圍繞中心傳播軸線旋轉(zhuǎn)。對(duì)于對(duì)稱換能器，該軸線與換能器的對(duì)稱軸線相同。治療換能器因此將圍繞自身旋轉(zhuǎn)。中心傳播軸線以及焦點(diǎn)將不會(huì)運(yùn)動(dòng)。在本文中所使用的中心傳播軸線是與換能器的中心和焦點(diǎn)相交的軸線。如本文中理解的，換能器的中心是換能器的表面區(qū)域的幾何中心。當(dāng)利用換能器與患者的皮膚之間的耦合流體或凝膠時(shí)，存在形成氣泡的可能性。通過以適當(dāng)?shù)乃俣葒@所述中心傳播軸線旋轉(zhuǎn)治療換能器，這些氣泡可以通過摩擦力被推動(dòng)至換能器的邊緣。在另一個(gè)實(shí)施例中，治療換能器可圍繞相對(duì)于所述中心傳播軸線成角度并且穿過所述焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)。治療換能器因此將進(jìn)行進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)軸線與焦點(diǎn)相交，因此所述點(diǎn)將不會(huì)運(yùn)動(dòng)。軸線可以以〈90°的任意角度成角度，但優(yōu)選地將以〈45°的角度成角度。該角度可以被固定或者該設(shè)備可以提供用于根據(jù)治療需求適配該角度的裝置。適配裝置必須確保旋轉(zhuǎn)軸線將始終在焦點(diǎn)處穿過換能器的中心傳播軸線。例如，換能器可被固定到具有旋轉(zhuǎn)軸線的弓形臂上。通過使換能器相對(duì)于該臂運(yùn)動(dòng)，能夠改變換能器的中心傳播軸線與旋轉(zhuǎn)軸線的角度。在又一個(gè)實(shí)施例中，治療換能器可圍繞垂直于所述中心傳播軸線并且穿過所述焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)。治療換能器將因此進(jìn)行傾斜或樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)軸線與焦點(diǎn)相交，因此所述點(diǎn)將不會(huì)運(yùn)動(dòng)。例如，該設(shè)備可以包括弓形保持器，治療換能器可以在弓形保持器上來回運(yùn)動(dòng)。在還一個(gè)實(shí)施例中，除可圍繞成角度或垂直的軸線旋轉(zhuǎn)外，探針頭部還可圍繞中心傳播軸線旋轉(zhuǎn)。具有帶有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線的探針頭部的該實(shí)施例可以進(jìn)一步減小目標(biāo)區(qū)域外部的不需要的熱產(chǎn)生。優(yōu)選地，圍繞兩個(gè)軸線的旋轉(zhuǎn)與治療超聲波和/或成像超聲波的發(fā)射同步?？商娲?，覆蓋探針頭部的膜片之間的空間可以填充變化體積的耦合和/或冷卻液體。通過增加液體的壓力，膜片將隆起，因此增大患者的皮膚與換能器之間的液體的體積，因此使焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。這種壓力增大以及壓力減小可以與旋轉(zhuǎn)和/或超聲波的發(fā)射同步。該實(shí)施例使得能夠在減小對(duì)健康組織的熱誘發(fā)損傷的風(fēng)險(xiǎn)的情況下治療具有變化深度的目標(biāo)區(qū)域。治療設(shè)備優(yōu)選地還包括成像換能器，例如超聲探針。該成像換能器因此可與治療換能器共同旋轉(zhuǎn)，并且具有與治療換能器的焦點(diǎn)相交的成像平面。 另外的成像換能器與和治療換能器的焦點(diǎn)相交的成像平面的組合使得在治療期間能夠從目標(biāo)區(qū)域獲取圖像。成像換能器可以是任意適當(dāng)?shù)念愋停鏧-射線，但優(yōu)選地是超聲探針。具有可共同旋轉(zhuǎn)的成像換能器提供在換能器的旋轉(zhuǎn)期間獲取多個(gè)圖像的可能性，多個(gè)圖像可以被處理成目標(biāo)區(qū)域的3維圖示。旋轉(zhuǎn)與成像幀頻之間的同步將使得3維圖示對(duì)于目標(biāo)的形狀是真實(shí)的。對(duì)于每個(gè)處理的2維圖像，3維圖示的產(chǎn)生需要關(guān)于換能器的角位置的信息。因此，治療設(shè)備優(yōu)選地包括另外的裝置，以確定換能器的角位置以及將所述位置信息與成像數(shù)據(jù)一起傳輸。另外，如果可共同旋轉(zhuǎn)的成像換能器具有包括所述旋轉(zhuǎn)軸線的成像平面，則可共同旋轉(zhuǎn)的成像換能器還可以用于在圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)檢測和/或補(bǔ)償患者的運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)軸線在成像平面中可被表示為線。如果沒有運(yùn)動(dòng)發(fā)生，則沿著該線的超聲信號(hào)在旋轉(zhuǎn)過程中保持恒定，使得信號(hào)中的變化可被理解為不需要的運(yùn)動(dòng)的標(biāo)記。另外，治療設(shè)備可以包括基于在旋轉(zhuǎn)期間通過成像換能器獲得的2維圖像產(chǎn)生3維圖像的裝置。在換能器的旋轉(zhuǎn)期間獲得的多個(gè)圖像可被組合并被處理成目標(biāo)區(qū)域的3維表不。一般地，組織運(yùn)動(dòng)發(fā)生在平面中。例如，呼吸運(yùn)動(dòng)發(fā)生在矢狀平面中。如果發(fā)生運(yùn)動(dòng)，則由在旋轉(zhuǎn)期間獲得的圖像計(jì)算的目標(biāo)的3維圖示將失真。以下說明修正方案。優(yōu)選地，在治療開始之前沿運(yùn)動(dòng)的平面的方向獲取至少一個(gè)圖像。在治療期間，來自表示旋轉(zhuǎn)軸線的線的信號(hào)與來自平行于表示平行軸線的線的各條線的信號(hào)相比，平行軸線來自在治療開始之前獲取的至少一個(gè)圖像。這使得能夠檢測信號(hào)的任何位移。該位移信息可被用于校正所獲得的圖像，因此產(chǎn)生無失真的3維圖像。具有目標(biāo)區(qū)域的3維圖示可以幫助監(jiān)測治療以及有助于其功效。其還可以被用于確定焦點(diǎn)必須導(dǎo)向的下一個(gè)點(diǎn)。3維圖示還幫助醫(yī)師識(shí)別目標(biāo)，以在HIFU治療之前和之后更好地比較目標(biāo)的大小和形貌。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)區(qū)域的3維圖示還被處理以便比較其相對(duì)于之前獲得的3維圖示的實(shí)際位置。該處理使得能夠確定目標(biāo)區(qū)域的位移估計(jì)量。然后，該位移估計(jì)量被用于確定超聲的焦點(diǎn)是否仍然在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)。如果情況不是這樣，則可以給予適當(dāng)?shù)木?。?yōu)選地，治療設(shè)備設(shè)置有在治療之前輸入最大位移值的裝置。如果在治療期間該位移估計(jì)量超過該值，則設(shè)備可以警告操作者。在本發(fā)明的另一個(gè)補(bǔ)充的實(shí)施例中，治療和成像換能器與旋轉(zhuǎn)裝置一起安裝在允許換能器的一定自由度的機(jī)器人工作臺(tái)上。位移估計(jì)可用于計(jì)算用于機(jī)器人工作臺(tái)的指令，以便在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)重新對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在HIFU治療期間，自身通過使治療和成像超聲的脈沖與換能器的旋轉(zhuǎn)同步來執(zhí)行位移估計(jì)。治療設(shè)備另外提供裝置，用于如果焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)出目標(biāo)區(qū)域則中斷治療超聲的發(fā)射和/或通過機(jī)器人工作臺(tái)重新對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)與目標(biāo)區(qū)域?？商娲?，可以利用從僅兩個(gè)2維圖像開始的目標(biāo)區(qū)域的非常稀疏的表圖完成位移估計(jì)的計(jì)算。
作為可替代方案，位移估計(jì)量可以利用來自在治療期間連續(xù)地獲得的2維圖像的數(shù)據(jù)以漸進(jìn)的方法計(jì)算，以改進(jìn)位移估計(jì)量的精度。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于操作具有可旋轉(zhuǎn)治療換能器的治療設(shè)備的方法。該方法包括以下步驟-從治療換能器發(fā)射超聲脈沖，超聲脈沖被聚焦在所述器官和/或組織內(nèi)的或表面上的焦點(diǎn)上；以及-以所述焦點(diǎn)不運(yùn)動(dòng)的方式使治療換能器旋轉(zhuǎn)。同步裝置因此使治療換能器的旋轉(zhuǎn)與超聲脈沖的發(fā)射同步。同步裝置優(yōu)選地是包括微芯片的集成電路的形式或者是例如為工作站或微計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的形式。同步裝置更加優(yōu)選地還包括輸入裝置，由此使得操作者能夠改變某些參數(shù)或選擇特定的同步模式。通過在超聲脈沖的發(fā)射期間使治療換能器旋轉(zhuǎn)同時(shí)將能量導(dǎo)向同一焦點(diǎn)，熱能更均勻地分布在位于換能器與焦點(diǎn)之間的組織中。這在矩形換能器或具有集成的成像換能器的換能器的情況下是特別真實(shí)的。例如，如果矩形換能器在超聲脈沖期間圍繞旋轉(zhuǎn)軸線沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)90°，則受超聲波影響的焦點(diǎn)以上的健康組織的區(qū)域?qū)⒋笥谌绻麚Q能器不旋轉(zhuǎn)時(shí)的區(qū)域。因此，由健康組織吸收的熱能分布在較大的體積上，引起較小的溫度增加以及由此更少的損傷。另一方面，到達(dá)焦點(diǎn)的超聲能量的量不受影響。在個(gè)實(shí)施例中，治療換能器圍繞換能器的中心傳播軸線旋轉(zhuǎn)。換句話說，治療換能器將圍繞自身旋轉(zhuǎn)。因此，中心傳播軸線以及焦點(diǎn)將不會(huì)運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，治療換能器圍繞垂直于所述中心傳播軸線并且穿過所述焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)。治療換能器因此將進(jìn)行傾斜運(yùn)動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)軸線與焦點(diǎn)相交，因此所述點(diǎn)將不會(huì)運(yùn)動(dòng)。在又一個(gè)實(shí)施例中，治療換能器圍繞相對(duì)于所述中心傳播軸線成角度并且穿過所述焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)。治療換能器因此將進(jìn)行進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)軸線與焦點(diǎn)相交，因此所述焦點(diǎn)將不會(huì)運(yùn)動(dòng)。集成的成像換能器將在大多數(shù)情況下布置在治療換能器上或其內(nèi)的某處，由此形成在其中沒有治療超聲波將被產(chǎn)生或在其中治療超聲波將被屏蔽的區(qū)域。通過旋轉(zhuǎn)治療換能器，該區(qū)域也將旋轉(zhuǎn)。這將使得被該區(qū)域屏蔽的組織也接收超聲發(fā)射。在兩個(gè)示例性例子中，這使得與如果沒有旋轉(zhuǎn)時(shí)相比所產(chǎn)生的熱分布在更大的區(qū)域，因此減小對(duì)健康組織的熱損傷。另外，可共同旋轉(zhuǎn)的成像換能器使得3維獲取更少地傾向于組織運(yùn)動(dòng)。與需要超聲掃描器在患者的皮膚上運(yùn)動(dòng)的用于3維超聲圖像的已知獲取技術(shù)相比，由可共同旋轉(zhuǎn)的成像換能器產(chǎn)生的摩擦力大大地減小，因此使由于組織移位引起的圖像的模糊最小化。作為可替代方案，可以從成像換能器發(fā)射另外的超聲脈沖。該成像脈沖的發(fā)射與所述成像換能器的旋轉(zhuǎn)、所述治療換能器的旋轉(zhuǎn)和/或所述治療脈沖的發(fā)射中的至少一個(gè)同步。間歇性的成像脈沖使得目標(biāo)區(qū)域和/或焦點(diǎn)能夠在治療期間可視化。這有助于評(píng)價(jià)治療的功效以及有助于發(fā)現(xiàn)使超聲聚焦其上的新的點(diǎn)。使這些成像脈沖與治療和/或成像換能器的旋轉(zhuǎn)或者與從治療換能器發(fā)射超聲脈沖同步能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的最佳采集。 另外，治療換能器和/或成像換能器在一個(gè)超聲脈沖期間旋轉(zhuǎn)n*90°。因此n是>0的任何數(shù)字。如果治療換能器圍繞中心傳播軸線或圍繞與中心傳播軸線成角度的軸線旋轉(zhuǎn)，則n優(yōu)選地是>0的任何整數(shù)，例如1、2、3、4等等。但是，n還可以是任何浮點(diǎn)數(shù)字，例如0. 75、1.5、2.2等等。最優(yōu)選地，n是1、2或4，分別在一個(gè)超聲脈沖期間引起頭部的90°、180°或360°旋轉(zhuǎn)。通過在一個(gè)脈沖期間旋轉(zhuǎn)治療換能器，在健康組織內(nèi)的熱產(chǎn)生被減少，因此使損傷健康組織的風(fēng)險(xiǎn)最小化。可替代地，治療換能器可以在一個(gè)脈沖期間圍繞旋轉(zhuǎn)軸線沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)n*90°以及回到其初始位置。優(yōu)選地，n是>0的任何整數(shù)，例如1、2、3、4等等。但是，n還可以是任何浮點(diǎn)數(shù)字，例如0. 75、I. 5,2. 2等等。最優(yōu)選地，n是1、2或4，分別在一個(gè)脈沖期間引起頭部沿一個(gè)方向的90°、180°或360°旋轉(zhuǎn)以及回到其初始位置。另外的可替代方案是在一個(gè)通過90°的旋轉(zhuǎn)期間從治療換能器和/或成像換能器發(fā)射m個(gè)超聲脈沖。優(yōu)選地，m是>0的任何整數(shù)，例如1、2、3、4等等。在優(yōu)選的實(shí)施例中，m是16，弓I起在頭部在90°旋轉(zhuǎn)期間發(fā)射16個(gè)脈沖。通過在旋轉(zhuǎn)通過90°期間施加脈沖，對(duì)健康組織的熱誘發(fā)損傷被進(jìn)一步最小化，由于除更好的熱分布之外，健康組織還被允許在脈沖之間短暫地冷卻。在治療換能器圍繞垂直于中心傳播軸線并且穿過焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，治療換能器可以沿每個(gè)方向旋轉(zhuǎn)大約45°。在一個(gè)脈沖期間，換能器可以從預(yù)定角度運(yùn)動(dòng)至第二預(yù)定角度。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)在一個(gè)脈沖期間探針頭部從第一預(yù)定角度運(yùn)動(dòng)至第二預(yù)定角度并且返回時(shí)，發(fā)射超聲脈沖。可替代地，在如上所述的運(yùn)動(dòng)期間，可以發(fā)射多個(gè)脈沖。另外，在來自治療換能器的每個(gè)脈沖之間，來自成像換能器的一個(gè)脈沖或一系列脈沖可被發(fā)射。這使得能夠在旋轉(zhuǎn)期間采集多個(gè)圖像，多個(gè)圖像可被處理成目標(biāo)區(qū)域和/或圍繞焦點(diǎn)的區(qū)域的3維圖示。可替代地，鑒于治療組織的特征冷卻速率，頭部的旋轉(zhuǎn)速度和/或脈沖發(fā)射可被優(yōu)化。例如，如果治療組織具有30s的特征冷卻速率，意味著30s之后過高溫度被降低大致2/3，頭部的旋轉(zhuǎn)和/或超聲的發(fā)射可以以焦點(diǎn)外部的任意體積的組織在至少30s內(nèi)不受到治療波的方式被同步。在另一個(gè)可替代的實(shí)施例中，監(jiān)測皮膚溫度，例如利用紅外溫度計(jì)或利用超聲測溫法，旋轉(zhuǎn)和/或超聲的發(fā)射以皮膚溫度不升高到特定值以上的方式同步。作為另一個(gè)實(shí)施例，溫度升高和降低的速率可以被監(jiān)測，根據(jù)測量溫度同步的旋轉(zhuǎn)和/或超聲波的發(fā)射
可以變化?？商娲?，波的平均聲強(qiáng)度在換能器的表面上映射，由此使組織的實(shí)際暴露接近超聲能量。然后，頭部的旋轉(zhuǎn)可以以不超過特定的平均聲強(qiáng)度的方 式與超聲的發(fā)射同步。另外，本發(fā)明還提供通過利用來自所述的治療設(shè)備的超聲脈沖輻射器官或組織治療所述器官或組織的方法。該治療方法提供器官或組織的非侵入式消融治療，由此使對(duì)于患者的風(fēng)險(xiǎn)最小化。此外，與已知的HIFU治療相比，對(duì)治療換能器與焦點(diǎn)之間的健康組織的損傷減小。因此進(jìn)一步使對(duì)于患者的風(fēng)險(xiǎn)最小化。優(yōu)選地，該方法用于治療甲狀腺、甲狀旁腺、乳房、子宮或前列腺。


本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和有益效果從以下附圖和例子中將變得明顯圖I:根據(jù)本發(fā)明的治療設(shè)備的實(shí)施例，其中旋轉(zhuǎn)軸線與中心傳播軸線相同。圖2a :治療設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例，治療設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸線垂直于中心傳播軸線。圖2b :旋轉(zhuǎn)一定角度的圖2a的治療設(shè)備。圖3 :治療設(shè)備的再一個(gè)實(shí)施例，該治療設(shè)備具有相對(duì)于中心傳播軸線成角度的旋轉(zhuǎn)軸線。圖4a :在治療換能器沒有旋轉(zhuǎn)的情況下患者的皮膚的表面上的模擬熱分布。圖4b :在治療換能器旋轉(zhuǎn)的情況下患者的皮膚的表面上的模擬熱分布。圖5 :治療設(shè)備的控制和同步布置的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出根據(jù)本發(fā)明的治療設(shè)備I的實(shí)施例。治療設(shè)備I包括具有中心傳播軸線8的探針頭部2。探針頭部2包括治療換能器3和成像換能器4，兩者均結(jié)合在探針頭部2內(nèi)。膜片5包裹在探針頭部2的周圍。膜片5與探針頭部2之間的空間可以容納冷卻和/或耦合液體。冷卻和/或耦合液體的量可以用于調(diào)整治療換能器3與患者的待治療組織或皮膚27之間的距離。該距離的調(diào)整使得焦點(diǎn)7能夠沿著中心傳播軸線8運(yùn)動(dòng)。焦點(diǎn)7位于目標(biāo)區(qū)域6中，目標(biāo)區(qū)域6通常是癌細(xì)胞或腫瘤。在該實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)軸線29與探針頭部2的中心傳播軸線8相同。在旋轉(zhuǎn)期間為了避免焦點(diǎn)7的轉(zhuǎn)移，旋轉(zhuǎn)軸線29穿過焦點(diǎn)7。在該實(shí)施例中，治療換能器3是具有凹形和球面構(gòu)造的HIFU換能器，因此朝向焦點(diǎn)7聚焦治療超聲波9的發(fā)射。治療換能器3還可以具有使得治療超聲波9的發(fā)射朝向焦點(diǎn)7聚焦的任何其他適當(dāng)?shù)男螤睢４送?，在該?shí)施例中，成像換能器4布置在治療換能器3的凹形球面內(nèi)，相對(duì)中心傳播軸線8對(duì)稱。成像換能器4具有矩形形狀。成像波10環(huán)繞焦點(diǎn)7，但優(yōu)選地，成像換能器4構(gòu)造成沿著球面治療換能器3的整個(gè)直徑獲取圖像。
在圖2a和圖2b中，示出根據(jù)本發(fā)明的治療設(shè)備I的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)軸線29垂直于中心傳播軸線8。圖2a示出位于中間位置的探針頭部2。圖2b示出圍繞旋轉(zhuǎn)軸線29旋轉(zhuǎn)一定的預(yù)定角度的探針頭部2。由于旋轉(zhuǎn)軸線29與焦點(diǎn)7相交，因此在探針頭部2的旋轉(zhuǎn)期間焦點(diǎn)7不運(yùn)動(dòng)。在該示圖中，旋轉(zhuǎn)軸線29垂直于附圖的平面。可替代地，旋轉(zhuǎn)軸線29可以具有任何其他適當(dāng)?shù)亩ㄏ?。但是，為了在旋轉(zhuǎn)期間使焦點(diǎn)7不運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸線29必須始終與焦點(diǎn)7相交。探針頭部2可以圍繞軸線29沿兩個(gè)方向被旋轉(zhuǎn)至任意角度。出于實(shí)用的原因，探針頭部2將優(yōu)選地沿任何方向旋轉(zhuǎn)不大于45°。在探針頭部從一個(gè)預(yù)定角度旋轉(zhuǎn)至第二預(yù)定角度期間，可以發(fā)射一個(gè)治療超聲波?？商娲?，在探針頭部2從一個(gè)預(yù)定角度旋轉(zhuǎn)至第二預(yù)定角度以及返回到第一角度的期間，可以發(fā)射一個(gè)脈沖。此外，在如上所述的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間，可以發(fā)射多個(gè)脈沖。優(yōu)選地，探針頭部2圍繞軸線29的旋轉(zhuǎn)與治療超聲波從換能器3的發(fā)射和/或成像波從成像換能器4的發(fā)射同步。優(yōu)選地，成像的平面垂直于旋轉(zhuǎn)軸線。圖3示出本發(fā)明的治療設(shè)備I的又一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，探針頭部2圍繞旋轉(zhuǎn)軸線29旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線29相對(duì)于中心傳播軸線8成角度。探針頭部2因此將圍繞軸 線29進(jìn)行進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)軸線29與焦點(diǎn)7相交，因此在探針頭部2的旋轉(zhuǎn)期間所述焦點(diǎn)7將不運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，探針頭部2因此安裝在環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線29的弓形臂上。探針頭部2可被滑動(dòng)地安裝在所述臂上，使得角度可以根據(jù)待治療的組織和/或器官而變化?？商娲?，在圍繞所述軸線的旋轉(zhuǎn)期間，探針頭部2可以相對(duì)于所述臂運(yùn)動(dòng)，引起相對(duì)于兩個(gè)軸線的聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。這些運(yùn)動(dòng)必須同步并且與治療波以及成像波的發(fā)射同步。在圖4a和4b上，示出患者的皮膚上的模擬的熱分布。越黑的陰影表示越高的溫度。在圖4a中看到的兩個(gè)半圓表示當(dāng)換能器不旋轉(zhuǎn)時(shí)由治療超聲波產(chǎn)生的熱。在兩個(gè)半圓中間的白色區(qū)域是成像換能器的位置，成像換能器的位置被模擬成具有延伸跨過圓形形狀治療換能器的整個(gè)直徑的矩形形狀。圖4b表示當(dāng)在治療超聲脈沖的發(fā)射期間治療換能器旋轉(zhuǎn)90°時(shí)的熱分布。如圖非常明顯地，現(xiàn)在熱在治療換能器的整個(gè)圓形區(qū)域上更加均勻地分布。這相當(dāng)大地降低了對(duì)于換能器與焦點(diǎn)之間的健康組織的熱誘發(fā)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的治療設(shè)備的示意圖。探針頭部2包括治療換能器3和成像換能器4。電機(jī)12經(jīng)由聯(lián)接器26聯(lián)接至探針頭部3。聯(lián)接器26優(yōu)選地是直接機(jī)械聯(lián)接器，但可替代地，也可以是齒輪的形式，例如蝸輪或類似齒輪。頭部旋轉(zhuǎn)控制器11向電機(jī)12提供電機(jī)旋轉(zhuǎn)信號(hào)25，以及向中央控制單元15傳送關(guān)于頭部位置20的信息，特別是關(guān)于換能器的角位置的信息。中央控制單元15包括用戶界面以及同步裝置，該同步裝置用于探針頭部2的旋轉(zhuǎn)和治療換能器3與成像換能器4兩者的發(fā)射。優(yōu)選地，中央控制單元15包括計(jì)算機(jī)或類似的電子控制設(shè)備和例如為鍵盤、鼠標(biāo)和/或控制球的用戶界面設(shè)備。優(yōu)選地，其還包括例如為屏幕的光學(xué)輸出設(shè)備。中央控制單元15向超聲成像掃描器14提供成像掃描器控制信號(hào)22以及向頻率發(fā)生器13提供治療超聲控制信號(hào)21。治療波所采用的頻率在I至20MHz范圍內(nèi)，優(yōu)選地在I至3MHz。發(fā)生器13中產(chǎn)生的頻率經(jīng)由電力電纜24被傳輸至治療換能器3。治療換能器3然后產(chǎn)生HIFU治療波。超聲成像掃描器14經(jīng)由成像控制信號(hào)28控制成像換能器4。成像信號(hào)23被傳輸回超聲成像掃描器14，超聲成像掃描器14將信號(hào)處理成2維圖示，該2維圖示又可以顯示在中央控制單元15的光學(xué)輸出設(shè)備上。通過中央控制單元15完成探針頭部2的旋轉(zhuǎn)的控制和同步、成像數(shù)據(jù)的獲取以及HIFU治療波的產(chǎn)生?？商娲兀?dāng)頻率經(jīng)由電力電纜24被傳送至治療換能器3時(shí)，通過功率檢測器17向超聲成像掃描器14提供選通信號(hào)18 (所述選通信號(hào)阻止超聲成像掃描器14獲取圖像)，可以實(shí)現(xiàn)HIFU治療波的成像與發(fā)射之間的同步。作為進(jìn)一步可替代的，超聲成像掃描器14在圖像獲取期間向射頻發(fā)生器13提供選通信號(hào)以阻止HIFU治療波的發(fā)射。根據(jù)本發(fā)明的治療設(shè)備可以示例性地用于擴(kuò)大的甲狀旁腺的切除。該方法可以包括以下步驟a)將治療頭部定位在患者頸部上，使得焦點(diǎn)位于甲狀旁腺的中心處。b)[治療頭部圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)，使得圖像平面與患者矢狀地(sagitally)定向。]c)治療換能器在8s期間內(nèi)發(fā)出3MHz、25W的聲波，集中在焦點(diǎn)上。
d)在同步過程中，利用脈沖，使治療頭部在8秒期間內(nèi)圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)90° C。e)治療頭部側(cè)向地運(yùn)動(dòng)2mm并且向回旋轉(zhuǎn)-90°。f)重復(fù)步驟c)至e)直到全部腺體被治療。可替代地，利用根據(jù)本發(fā)明的治療設(shè)備進(jìn)行治療的另一個(gè)示例性方法可以包括以下步驟a)將治療頭部定位在患者頸部上，使得焦點(diǎn)位于甲狀旁腺的中心處。b)記錄一系列17個(gè)圖像，以各圖像之間的已知角180° /16=11.25°旋轉(zhuǎn)頭部并且以在矢狀平面(sagittal plane)中截取的圖像開始。c )由記錄的圖像計(jì)算目標(biāo)的3維圖示。d)使頭部被向回旋轉(zhuǎn)-180°。e)使治療換能器發(fā)出8s、3MHz、25W的集中聲波。f)將頭部旋轉(zhuǎn)11. 25°并且獲得超聲圖像。g)將超聲圖像與3維圖示相比。如果發(fā)生了不需要的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)移頭部以補(bǔ)償該運(yùn)動(dòng)。h)頭部轉(zhuǎn)移2mm,因此,焦點(diǎn)緊挨著第一位置定位。i)重復(fù)步驟e)至h)直到全部腺體被治療。
權(quán)利要求
1.一種用于治療生物的器官或組織的設(shè)備，所述設(shè)備包括 -至少一個(gè)治療換能器(3)，所述至少一個(gè)治療換能器(3)用于發(fā)射超聲波，優(yōu)選地是高強(qiáng)度聚焦超聲波，所述超聲波被聚焦在所述器官或組織內(nèi)的或所述器官或組織的表面上的焦點(diǎn)(7)上；以及 -用于使所述治療換能器(3)以所述焦點(diǎn)(7)不運(yùn)動(dòng)的方式旋轉(zhuǎn)的裝置， 其特征在于，所述設(shè)備(I)還包括同步裝置，所述同步裝置用于使所述治療換能器(3)的旋轉(zhuǎn)至少與從所述治療換能器(3)和/或另外的成像換能器(4)發(fā)射超聲波同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述治療換能器(3)能夠圍繞軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述軸線(29)與所述換能器(3)的中心傳播軸線(8)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述治療換能器(3)能夠圍繞軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述軸線(29)垂直于所述換能器(3)的中心傳播軸線(8)并且穿過所述焦點(diǎn)(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述治療換能器(3)能夠圍繞軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述軸線(29)相對(duì)于所述換能器(3)的中心傳播軸線(8)成角度并且穿過所述焦點(diǎn)(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，另外的成像換能器(4)，例如超聲探針，與所述治療換能器(3)是能夠共同旋轉(zhuǎn)的，并且所述成像換能器(4)具有與所述治療換能器(3)的焦點(diǎn)(7)相交的成像平面(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備(I)還包括用于基于在旋轉(zhuǎn)期間通過成像換能器(4)獲得的2維圖像產(chǎn)生3維圖像的裝置。
7.一種用于操作設(shè)備(I)來治療生物的器官或組織的方法，包括以下步驟 -從治療換能器(3)發(fā)射超聲脈沖，所述超聲脈沖聚焦在所述器官或組織內(nèi)的或所述器官或組織的表面上的焦點(diǎn)(7)上；以及 -使所述治療換能器(3)旋轉(zhuǎn)，所述焦點(diǎn)(7)不運(yùn)動(dòng)， 其特征在于，同步裝置使所述治療換能器(3)的旋轉(zhuǎn)與從所述治療換能器(3)和/或另外的成像換能器(4)發(fā)射超聲脈沖同步。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述治療換能器(3)圍繞軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述軸線(29)與所述治療換能器(3)的中心傳播軸線(8)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述治療換能器(3)圍繞軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述軸線(29)相對(duì)于所述換能器(3)的中心傳播軸線(8)成角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述治療換能器(3)圍繞軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述軸線(29)垂直于所述換能器(3)的所述中心傳播軸線(8)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從成像換能器(4)發(fā)射超聲脈沖的步驟，所述同步裝置使所述成像脈沖的發(fā)射與所述成像換能器(4)的旋轉(zhuǎn)、所述治療換能器(3)的旋轉(zhuǎn)和/或所述治療脈沖的發(fā)射中的至少一個(gè)同步。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述治療換能器(3)和/或所述成像換能器(4)在一個(gè)超聲脈沖期間旋轉(zhuǎn)n*90°，其中η是>0的任何數(shù)字。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在通過90°的一次旋轉(zhuǎn)期間，從所述治療換能器(3)和/或所述成像換能器(4)發(fā)射m個(gè)脈沖，其中m是>0的任何數(shù)字。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述方法，其特征在于，在來自所述治療換能器(3)的每個(gè)脈沖之間，從所述成像換能器(4)發(fā)射脈沖。
15.一種用于通過利用從治療換能器(3)發(fā)射的超聲波照射生物的器官或組織來治療所述器官或組織的方法，所述治療換能器(3)優(yōu)選地是高強(qiáng)度聚焦超聲換能器并且位于可旋轉(zhuǎn)的探針頭部(2)上或探針頭部(2)內(nèi)，其特征在于，所述治療換能器(3)的旋轉(zhuǎn)與從所述治療換能器(3)和/或從另外的成像換能器(4)發(fā)射超聲波同步。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述器官或組織是甲狀腺。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述器官或組織是前列腺。
18.一種用于在具有超聲治療換能器(3)的超聲治療設(shè)備(I)的兩個(gè)獲得的超聲圖像之間確定目標(biāo)區(qū)域的移位的方法，所述治療換能器(3)優(yōu)選地是高強(qiáng)度聚焦超聲換能器、能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(29)旋轉(zhuǎn)并且包括具有成像平面的能夠共同旋轉(zhuǎn)的成像換能器(4)，所述成像平面包括所述旋轉(zhuǎn)軸線(29)，其特征在于，對(duì)兩個(gè)圖像的所述旋轉(zhuǎn)軸線(29)上的區(qū)域的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。
19.一種具有旋轉(zhuǎn)超聲換能器(3)的超聲治療設(shè)備(I)的用途，所述旋轉(zhuǎn)超聲換能器(3)優(yōu)選地是高強(qiáng)度聚焦超聲換能器，其特征在于，所述超聲換能器(3)以一定的速度圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(29)旋轉(zhuǎn)，所述速度足以通過摩擦力將位于所述換能器(3)與患者(27)的皮膚之間的耦合流體中的空氣內(nèi)含物推動(dòng)至所述換能器(3)的邊緣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于治療生物的器官或組織的設(shè)備。該設(shè)備包括用于超聲波的發(fā)射的至少一個(gè)治療換能器以及用于使所述治療換能器圍繞穿過所述焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)的裝置，超聲波優(yōu)選地是高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)波并且可以聚焦在所述器官或組織內(nèi)或表面上的焦點(diǎn)上。該設(shè)備還包括同步裝置，用于使治療換能器的旋轉(zhuǎn)至少與從所述治療換能器和/或另外的成像換能器發(fā)射超聲波同步。
文檔編號(hào)A61N7/02GK102781516SQ201080056198
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者F·拉考斯特, S·楊 申請(qǐng)人:泰拉克利昂公司