CN102497839B - 包括产生了高强度超声波束的装置的超声波设备的参数 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于治疗眼病的设备，该设备包括至少一个眼环(1)和固定在所述眼环(1)的远端的产生超声波束的装置(2)，其中所述眼环(1)的近端适于作用到眼球上，所述产生超声波束的装置呈现出遵从对应于单一方向的单一曲率的凹进的节段形状，其中凹度被设计成朝着眼球调整。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种对于眼病的非创伤的治疗，并且更加具体而言，涉及一种在患有青光眼的眼睛的睫状体的至少一个环形区段上产生高强度的聚焦超声波的设备和方法。
背景技术
在眼科疾病领域中，众所周知青光眼是一个突出的公众健康问题，有1％至2％的人群患有该疾病，这是因为青光眼是导致失明的主要原因。
世界卫生组织将青光眼作为世界上导致失明的第三大病因，宣称造成了15％的失明案例，其发病率是每年240万人。
青光眼的发展很缓慢。青光眼是一种隐伏的健康疾病，这是因为在初期，青光眼没有任何症状；病人并未感觉任何痛苦或任何视觉问题。当出现初次的视觉困扰的时候，损伤通常已经很大并且不可挽回。
由于青光眼而导致的失明同时涉及中心视觉和周边视觉，并且对个人进行独立生活的能力具有严重影响。
青光眼是一种眼神经的疾病，亦即，眼部神经的紊乱，这通常发生在提高的眼内压力固定的情况下。眼睛内部的压力增大，这伴随着外观和眼部神经的功能的变化。如果压力长期保持足够高，则发生整个视觉的丧失。由于内部流体的不平衡而导致了在眼睛中产生高压。
眼睛是一种中空的结构，其包含清澈的流体，被称作“房水”。房水通过睫状体而形成在眼睛的后房当中。在相当恒定流速下的该流体接着通过虹膜中的瞳孔开口而穿过晶状体周围并穿入到眼睛的前房当中。一旦进入到前房，则流体通过两条不同的路径而排出眼睛外。在“葡萄膜巩膜”路径中，流体在睫状体的肌肉纤维之间滤过。该路径占了人体房水排出的大约百分之十。人体中用于房水排出的主要路径是通过“微管”路径，其涉及小梁网组织和施勒姆管。
随着眼内的压力增大，房水由于无法足够快地排出而形成了堵塞聚集起来。随着流体的堵塞，眼睛之内的眼内压力(IOP)增大。该增大的IOP挤压视觉神经中的轴突，并且还会损害到达视觉神经的维管联结。视觉神经将视像从眼睛带入到大脑。某些视觉神经看起来比其它眼睛更容易遭受异常提高的IOP的影响。
在青光眼中当前有用的唯一治疗方法是减小眼内压力。
青光眼的临床治疗是通过逐步式的方法来实现的。除了先天性青光眼之外，第一治疗选择通常是药物治疗，在先天性青光眼中首选治疗方案是手术治疗。
局部用药或者口服用药，这些药物的效用是减少水状产物或者其用于增大流出量。当前有效的药物可能具有很多严重的副作用，其包括：充血性心力衰竭、呼吸窘迫症、高血压、抑郁症、肾结石、再生障碍性贫血、性功能紊乱以及死亡。
通常使用的药物是前列腺素或诸如以下的类似物：拉坦前列素(Xalatan)、比马前列素(Lumigan)和曲伏前列素(Travatan)，这些药物增大了房水的葡萄膜巩膜的流出；局部的β-肾上腺素受体拮抗药，例如噻吗洛尔、左布诺洛尔(Betagan)和倍他索洛尔，其减少了睫状体所产生的房水；诸如溴莫尼定(Alphagan)的α2-肾上腺素促效药通过双重机理来发生效用，减少了水状产物并增大了葡萄膜巩膜的流出；诸如肾上腺素和肾上腺素异戊酯(Propine)的较小选择性的类交感神经药物，其通过小梁网组织或者可以通过葡萄膜巩膜流出路径而增大房水的流出；诸如匹罗卡品的缩瞳剂(拟副交感神经药)，其通过睫状肌肉的收缩、拉紧小梁网组织并使得房水的流出增大而发生效用；碳酸酐酶抑制剂，例如多佐胺(Trusopt)、布林佐胺(Azopt)、乙酰唑胺(Diamox)，其通过抑制睫状体中的碳酸酐酶而减少房水产物。两个最常见的处方药目前是局部前列腺素类似物和β-受体阻滞药。
对药物的依从是一个主要问题，据估计，超过一半的青光眼患者并不遵循他们正确的剂量清单。还经常大量地开出固定组合的处方，这是因为这些固定组合通过简化药物治疗而提高了依从性。
当药物治疗无法充分地减压时，在青光眼治疗中，经常进行手术治疗来作为下一个步骤。激光手术和传统手术都用来治疗青光眼。一般情况下，这些手术只是临时的解决方案，这是因为对于青光眼而言还没有完全令人满意的治疗手段。
有两种不同的方法来治疗青光眼：外科医生要么试图改善房水的引流，要么试图减少房水的产生。
旨在改善房水引流的最成熟的手术是：管道成形术、激光小梁成形术、激光周边虹膜切开术(闭角型青光眼的情况)、小梁切除术、深入的非穿透性巩膜切除术和青光眼引流移植物。
旨在减少房水产生的最成熟的手术是睫状体破坏技术。当睫状体破坏是通过激光进行时，其被称为睫状体光凝术。可使用高强度聚焦超声波来实现睫状体破坏。
已经设想在青光眼治疗中采用受控的超声波能量。“Therapeuticultrasound in the treatment of glaucoma.I.Experimental model-ColemanDJ，Lizzi FL，Driller J，Rosado AL，Chang S，Iwamoto T，Rosenthal D-PMID：3991121(PubMed)1985 Mar；92(3)：339-46”一文中公开了一种以非创伤方式治疗高眼内压的青光眼治疗方法，其向睫状体施加高强度的聚焦超声波(HIFU)以对睫状体上皮细胞进行过滤和聚焦破坏。
US 4 484 569中也描述了一种与这种在青光眼治疗中采用受控的超声波能量的治疗相关的仪器。
但是，这种以SONOCARE的商业名称制造和配销的仪器很难操纵。此外，这种仪器一次只能治疗一个点状区域。
因此，必须多次重复每次发射以治疗眼睛全周，并且所有的仪器都需要多次搬运、安置和校准，因此花费很长的时间(即移动超声波装置，通过光学和回波图形视像装置来确认超声波装置相对于点状待处理区域的位置，将设备装满耦合液以及产生超声波发射)。
此外，治疗区域附近的组织可能被破坏，导致视力模糊、眼肌不平衡或复视。
需要有通过简易和安全地向待治疗眼睛施加高强度的聚焦超声波来治疗眼病的精确、安全、高效和价廉的方法及其设备。
发明内容
上述的需求将通过本文中本发明的以下描述的实施方式而得以解决，其与其它的HIFU治疗不同的是，其以对于治疗区域附近组织更加安全的方式来治疗眼睛。
本发明的另一个目的是提供一种方法和设备，其使得仅仅在一个步骤中治疗眼睛的整个周边，而不需要在该过程期间操控设备。
在一个实施方式当中，公开了一种治疗眼病的设备。
所述设备包括：在眼睛上产生高强度的聚焦超声波束的装置、和连接至所述产生高强度的聚焦超声波束的装置的控制单元。有利地，所述控制单元对所述装置产生的高强度的聚焦超声波束的持续时间和频率进行控制，该持续时间在大约3至6秒的范围内，更优选地等于大约3秒，并且所述频率在大约19至23MHz的范围内，更优选地等于大约21MHz。
优选地，所述控制单元还控制所述装置产生的高强度的聚焦超声波束的功率，所述功率在大约1声瓦特至5声瓦特的范围内，更加优选地等于大约2声瓦特。
在优选的实施方式当中，所述设备还包括至少一个眼环，其中所述眼环的近端适于作用到眼球上，所述装置适于作用到所述眼环的远端。
在本发明的变型当中，所述产生高强度的聚焦超声波束的装置包括至少两个压电元件，并且优选地包括六个压电元件。所述压电元件能够由压电复合材料或者压电陶瓷材料制成。
优选地，所述压电元件被所述控制单元按顺序起动。这使得对设备中心的热累积进行了限制。每个圆柱形压电元件的表面优选地为大约30mm2，其中曲率半径为大约10.2mm。在21MHz的频率下，焦点增益(focal gain)G为大约60，这是因为与换能器的30mm2的表面相比，焦线周围-6dB的等轮廓线具有大约0.5mm2的表面。对于大约2声瓦特的声功率来说，这对应于大约6.65W/cm2的瞬时声强度(亦即，穿过表面元件传递的瞬时声功率与表面元件的面积的商)，并且在焦点上的声强度为大约6.5×G＝390W/cm2，因此对于具有3秒持续时间的发射，其剂量为1170焦耳/厘米2。
在另一实施方式当中，公开了一种通过在至少一个眼睛区域上产生高强度的聚焦超声波来治疗眼病的方法。
所述方法至少包括以下步骤：
-在眼睛上产生高强度的聚焦超声波能量，
-控制高强度的聚焦超声波束的产生。
所述控制步骤包括：对高强度的聚焦超声波束的持续时间和频率进行控制，该持续时间在大约3至6秒的范围内，更加优选地等于大约3秒，该频率在大约19至23MHz的范围内，更加优选地等于大约21MHz。
有利地，所述控制步骤还包括控制所述高强度的聚焦超声波束的功率，所述功率在大约1声瓦特至5声瓦特的范围内，更加优选地等于大约2声瓦特。
在一个实施方式当中，所述方法还包括：对至少一个眼环进行定位，并且将所述装置作用到所述眼环的远端，其中所述眼环的近端适于作用到眼球上。
附图说明
在此描述了不同范围的实施例。除了发明内容部分所描述的各方面之外，参考附图以及参考接下来的详细描述将体现出更多的方面。
-图1是根据本发明的通过应用高强度的聚焦超声波来治疗眼病的设备的示意性立体图，
-图2是图1中所示的设备的一部分的立体图，
-图3是在产生HIFU能量期间的设备的正视图，
我们在下面将公开一种适用于治疗青光眼的方法和设备；然而显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可将该方法和设备用于治疗任何必须进行手术的眼病。
具体实施方式
根据本发明的设备在申请号PCT/EP2009/051892的PCT申请中进行了公开，该PCT申请通过引用的方式并入本文中。
参考图1至3，根据本发明的设备包括眼环1以及产生高强度聚焦超声波能量的装置2，其中所述眼环的近端适于作用到待治疗的眼球上，所述装置被固定在眼环的远端。
固定在所述眼环的远端上的所述装置2适于产生高强度的聚焦超声波束。根据本发明的另一个实施方式，固定在所述眼环的远端上的所述装置适于产生发散的超声波束。
所述装置2连接到控制单元3，控制单元3包括瞬时脉冲群发生器以及指定瞬时脉冲群的参数的装置，所述参数例如为每个瞬时脉冲群的频率、功率和持续时间、瞬时脉冲群的数目(即所要激励的换能器的数目)等等......。瞬时脉冲群发生器至少包括确定频率下的正弦波信号发生器、放大器和功率计，其中所述确定频率介于19MHz和23MHz之间，优选地等于大约21MHz。
超声波束的穿透水平取决于所述超声波束的频率。特别而言，低频的超声波束比高频的超声波束穿透的更深。
发明人已经确定的是，如果超声波束的频率低于19MHz，则具有的风险是波束穿透的太深，以致于睫状体周围的组织可能会被超声波束损坏。
发明人还已经确定的是，如果超声波束的频率高于23MHz，则具有的风险是该超声波束并未穿入到眼睛足够深，从而超声波束并未破坏睫状体。
因此，考虑到超声波束的目标，亦即，睫状体位于眼球表面下方2mm处，超声波束的频率优选地处在大约19MHz至23MHz的范围内。
并且，与治疗相关的风险还取决于时间。操作时间越长，风险就越大。
确实，患者的眼睛在操作期间可以移动等等。
装置2产生能量的持续时间优选地在大约3秒至6秒的范围内，更加优选地等于大约3秒。
该非常短的持续时间使得由于操作时间而导致的出差错的风险最小化，并且在治疗期间增大了病人和医生的舒适度。
优选地，控制单元(3)还控制所述装置2产生的高强度的聚焦超声波束的功率。
高强度的聚焦超声波束的功率在大约1声瓦特至5声瓦特的范围内，更加优选地等于大约2声瓦特。
眼环1由两端开口的锯断的锥体元件构成，其中小底面为近端，大底面为远端。
锯断的锥体元件1的近端包括适合于作用到眼球上的外部环形凸缘4。
锯断的锥形元件的近边缘包括环形凹槽5，该环形凹槽5与锯断的锥形元件1当中形成的至少一个软管7连通并且连接到抽吸设备。
锯断的锥形元件1的近端的内径在实际中等于角膜直径加上2至6毫米，并且更加优选地等于角膜直径与4毫米值的总和。
根据患者的角膜直径，锯断的锥形元件1的近端的内径可以介于12和18mm之间，并且锯断的锥形元件1的远端的内径可以介于26和34mm之间。
并且，锯断的锥形元件1的高度介于8和12mm之间。
锯断的锥形元件1是医用级别的聚合物。
产生高强度的聚焦超声波能量的装置2由至少两个换能器9(更加优选地为六个换能器9)构成，所述换能器9固定在锯断的锥形元件1的远端上，其固定方式使得所述换能器9朝着所述锯断的锥形元件1的旋转轴线延伸。
所述换能器9可以由压电复合材料或压电陶瓷材料或其他满足高强度超声波的产生的材料制成。所述换能器9可通过自身进行聚焦，并具有环面几何形状或圆柱几何形状或球面几何形状或椭圆几何形状，或者它们可以是扁平的并且用于与聚焦系统结合使用，所述聚焦系统例如为声透镜或声反射器15，其具有多种形状和材料并在所述扁平的环形换能器下方或前方延伸。
声反射器15在治疗性超声波中是公知的，目前常用于体外冲击波碎石(通过各种椭球反射体来用于碎石的聚焦水冲击波，Focusing watershock waves for lithotripsy by various ellipsoid reflectors-Müller M.-Biomed Tech(Berl).1989 Apr；34(4)：62-72)。
根据本发明的另一个实施方式，产生高强度的动态聚焦超声波能量的所述装置2由具有圆柱形节段形状的至少两个扁平的换能器9构成，该换能器9固定在锯断的锥形元件1的远端上，其固定方式使得所述换能器9朝着所述锯断的锥形元件1的旋转轴线延伸。
可替代地，产生发散超声波束的所述装置2是产生高强度的非聚焦超声波能量的装置，其由具有环形扁平节段形状的至少两个换能器9构成，该换能器9固定在锯断的锥形元件1的远端上，其固定方式使得所述换能器9朝着所述锯断的锥形元件1的旋转轴线延伸。
并且，所述换能器9连接到控制单元3。
所述设备包括两对换能器9(每对为三个换能器)，该两对换能器9被两个非活动区段13分隔开。
多个换能器9相继被控制单元3起动，或者被所述控制单元3同时起动。
根据本发明的设备的一个优点是：固定在眼环1的远端上的产生超声波束的装置2包括多个换能器，该多个换能器根据治疗模式而进行布置。
这允许一次性地对眼周进行治疗。事实上，与例如US4,484,569和DE44 30 720所述的方法和仪器不同的是，根据本发明的仪器无需多次重复操作即可对眼睛进行治疗。
相对于US4 484 569和DE44 30 720，本发明特别地使得：
-通过提供允许一次性地对眼睛进行治疗的设备来简化操作过程；实际上，一旦仪器被放置并固定在眼睛上，该仪器就保持在适当的位置上，无需操作者移动或保持仪器即可实现眼睛全周的治疗，
-提供可重复的过程；实际上，与现有技术的仪器不同，不需要多次移动本发明的设备来治疗待治疗区域的不同的点状区域，
-产生覆盖了睫状体的较大区域的延长损伤，不同于现有技术中的只产生点状损伤并且需要许多基本损伤才能有效的仪器，
-缩短操作时间，这减少了出差错风险的因素，因此提高了治疗的质量，
-提供较少依赖操作者的治疗，因为其非常易于执行，非常易于通过极短的学习曲线来学习，并且在治疗时间的过程中是相对自动化的。
在优选实施方式当中，本发明涉及一种用于治疗眼病的设备，该设备包括至少一个眼环1和固定在所述眼环1的远端上的产生超声波束的装置2，其中所述眼环1的近端适于作用到眼球上，所述产生超声波束的装置2呈现出遵从对应于单一方向的单一曲率的凹进的节段形状，其中凹度被设计成朝着眼球调整。
优选地，所述单一方向垂直于眼环1的旋转轴线。
使用了呈现出遵从对应于单一方向的单一曲率的凹进的节段形状的产生超声波束的装置，而并不使用产生了具有环面几何形状的超声波束的装置2，这使得：
-消除了具有多个(至少两个)聚焦区域的风险，
-简化了制造过程，
-可以制造各种直径的产生超声波束的装置，而不用改变工具，
-获得了与利用环面元件而获得的损伤形状几乎相同的损伤形状。
在本发明的一个实施方式当中，产生高强度的聚焦超声波能量的装置2包括立冠8，所述立冠8对至少两个换能器9进行保持，所述换能器具有遵从对应于单一方向的单一曲率的凹进的节段形状，所述立冠8固定在眼环1的远端上，其固定方式使得换能器9朝着所述眼环的旋转轴线延伸。
在另一个实施方式当中，产生高强度的聚焦超声波能量的装置2包括立冠8和至少两个聚焦的声学元件15，所述立冠8对至少两个换能器进行保持，所述声学元件在各自的换能器9的下方延伸，每个聚焦的声学元件15具有遵从对应于单一方向的单一曲率的凹进的节段形状，所述立冠8固定在眼环1的远端上，其固定方式使得聚焦的声学元件15朝着所述眼环1的旋转轴线延伸。每个换能器9可以是扁平的节段，其具有总体为矩形的轮廓，该总体为矩形的轮廓在实际中平行于眼环的近边缘和远边缘而延伸。
有利地，所述凹进的节段形状可以是圆柱形节段形状或者椭圆形节段形状。
优选地，换能器9根据治疗图案来进行布置。
在本发明的情况下将会理解，治疗图案对应于由待治疗区域限定的形式。在治疗睫状体的情况下，治疗图案可以是环形的或半环形的。在其它情况下，治疗图案可以是椭圆形、六边形或者八边形。
例如，在一个实施方式当中，换能器9可以根据治疗图案而布置在立冠的周边。更加优选地，换能器9布置在立冠的整个或者局部周边。特别而言，换能器9能够周向地布置在立冠的整个或者局部周边。
现在将更加详细地描述根据本发明的治疗环形病理的方法。
在第一步骤当中，使用者将眼环1定位在待治疗的眼睛上。接着，使用者将产生高强度超声波束的装置2定位在眼环1的远端。
在第二步骤当中，使用者起动所述装置2，从而在介于大约3至6秒的范围的时间段内在介于19和23MHz之间的频率下产生了高强度超声波束。
在一个实施方式当中，使用者利用输入装置来调节高强度超声波束的频率和持续时间。在另一个实施方式中，在控制单元3中预设了高强度超声波束的频率和持续时间。使用者仅仅起动了高强度超声波束的产生，例如通过按下按钮，而控制单元3对该高强度超声波束的频率和持续时间进行控制。
本篇撰写的说明书使用了包括最佳实施例的实例来揭露本发明，也使本领域技术人员能够实现和使用该发明。本文描述的主题的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员能够想到的其他实例。如果其他这些实例具有与权利要求的字面语句并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语句具有非实质性差别的等效结构元件，那么这些实例应落入到权利要求的范围内。
Claims (7)
1.一种用于治疗青光眼的设备，其特征在于，所述设备包括：
-至少一个眼环(1)，其中所述眼环(1)的近端适于作用到眼球上，
-在患有青光眼的眼睛的睫状体的至少一个环形区段上产生高强度的聚焦超声波束的装置(2)，所述装置(2)适于作用到所述眼环(1)的远端，其中所述装置(2)包括根据治疗模式朝着所述眼环(1)的旋转轴线延伸的多个换能器，
-连接至所述产生高强度的聚焦超声波束的装置的控制单元(3)，
其中所述控制单元对所述装置产生的高强度的聚焦超声波束的持续时间和频率进行控制，该持续时间在3至6秒的范围内，该频率在19至23MHz的范围内，所述装置(2)能够在不需要操作者移动装置(2)的情况下治疗待治疗区域的不同的点状区域。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元(3)还控制所述装置产生的高强度的聚焦超声波束的功率，所述功率在1声瓦特至5声瓦特的范围内。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述功率为2声瓦特。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述频率为21MHz。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述持续时间为3秒。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述产生高强度的聚焦超声波束的装置(2)包括至少两个压电元件，所述至少两个压电元件被所述控制单元按顺序起动。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，每个压电元件具有30mm2的表面。
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