CN103251438A

CN103251438A - 冲击波治疗装置

Info

Publication number: CN103251438A
Application number: CN2013100520425A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·布赫里斯
Original assignee: DONELL MED TECH SYSTEM GmbH
Current assignee: DONELL MED TECH SYSTEM GmbH
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2013-02-17
Publication date: 2013-08-21
Also published as: EP2628456A1; US20130211294A1; EP2628456B1

Abstract

本发明涉及一种冲击波治疗装置（1），其具有配置成发射聚焦的冲击波（4）到患者（5）体内目标（7）上的冲击波治疗源（2）；具有配置成显现所述目标（7）的成像装置（10）；具有配置成相对于所发射的冲击波（4）而移动所述目标（7）的控制单元；具有配置成检测患者（5）呼吸和配置成产生呼吸信号的呼吸检测器（13），其特征在于，所述控制单元配置成根据预定运动型式而控制所述目标（7）的运动。

Description

冲击波治疗装置

技术领域

本发明涉及一种冲击波治疗装置，其具有配置成发射具有焦点的冲击波到患者体内目标上的冲击波治疗源；具有配置成使所述目标可见的成像装置；具有配置成相对于所发射的冲击波移动所述目标的控制单元；具有配置成检测患者呼吸并配置成产生呼吸信号的呼吸检测器。

背景技术

在冲击波治疗中，体内凝结物（如泌尿道结石或胆结石）通过聚集的冲击波崩解。其他形式的冲击波治疗是在相应区域中的疼痛治疗、封闭血管治疗、心肌治疗等。

发明内容

使用在所述患者体外的体外源，可以产生所述冲击波，并且所述冲击波聚焦在体内目标上。例如，聚焦可以通过声透镜的使用来实现。

所述聚焦的特征通常是其所谓的-6dB区，即，在所述区中，所述冲击波的最大压力大于焦点最大值的一半。通常情况下，可以通过椭圆体对此进行说明，该椭圆体的长轴沿所述冲击波的传播方向而短轴在侧平面中（垂直于所述轴向方向）。对于不同碎石机，所述-6dB横向焦点宽度范围在3mm至15mm之间；所述轴向焦点宽度通常是约10倍大。

为了对（在所述体内）所述凝结物或目标处的所述冲击波源的焦点进行指向，使用X-射线或超声的图像形式是常见的。

如果所述图像平面相对于所述冲击波焦点的位置和方向是已知的且如果所述冲击波焦点包含在所述冲击波平面内，则所述冲击波焦点可以作为标记存在于诊断图像上。

在实践中，用于将所述冲击波源与成像装置连接的机械装置是常见的。例如，DE3915384C2描述了用于超声传感器的具有支架的机械手，其允许从各个角度为患者的成像，但是迫使所述传感器被定向成使得所述冲击波焦点位于所述图像平面的中心线。

在C.Bohris等人的“Ultrasound Monitoring of Kidney StoneExtracorporeal Shockwave Lithrotripsy with an With anExternal Transducer:Does Fatty Tissue Cause Image Distortions That Affect Stone Comminution?”;J.Endourology24,81-88,2010)”中也公开了相关技术。

因此，例如，相对于所述冲击波源，借助机动化的患者担架，用户可以移动该患者，这样所述冲击波焦点可以对准所成像的结石。

典型的冲击波治疗是指，用1Hz至2Hz频率输送的（例如）3000冲击波的应用。

然而，所述凝结物的位置是受呼吸运动影响的。例如，所述肾运动主要是在颅尾方向（cranio-caudal direction）上。所述器官运动的超声扫描显示，所述运动是准正弦。作为参考，引证了Davis S.et al（戴维斯等人的Ultrasound quantitation of respiratory organ motion in the upper abdomen,J.Br.Radiol67:1096-1102,1994.）“平均而言，在吸气过程中在1s内，器官位移出现大幅上升，之后，在呼气过程中具有较浅的下降，在呼气末具有轻微停顿。呼吸周期的平均长度为4.4s。”

本研究报告了，具有平静呼吸时，肾距离的最大位移约11mm+/-4mm。深呼吸导致约40mm的器官运动。L.Schwartz等人也研究了深呼吸（Kidney mobility during respiration.Radiotherapy and Oncology32:84-86,1994.），得到类似结果。

在冲击波治疗中，呼吸是充分地依据麻醉协议。

由于肾的基本方向是颅尾并且冲击波传播的基本方向是垂直于肾的，所以所述肾运动沿所述冲击波焦点的短横轴线。根据运动振幅和结石大小，呼吸运动可因此导致大量冲击波错过所述目标，因此导致结石崩解显著减少。

在焦点和结石中心之间约5mm的距离处，崩解作用的减少通常是不显著的。然而，在约10mm处，通过所述冲击波的崩解作用被消散约一半。如果认可了更大的距离，则所述作用迅速恶化。再次由C.Bohris在J.Endourology24,81-88,2010中提及。

例如，在DE3146628C3、DE10260594A1、DE3943644C2、DE3811872A1、EP0460536B1、US2003/0149352A1、DE4241161A1、DE3900893A1、DE3736733A1、DE3743883C3和DE102007004334A1中也公开了相关技术。

避免冲击波错过所述目标的方法之一是触发冲击波释放，但这可引起药物副作用，这被公开在DE3146628C3中。

提出了各种对策来区分所述目标与所述冲击波焦点一致或不一致的情况。

可以利用将所述呼吸运动转化成电信号的呼吸监测器。示例是固定在腹部的呼吸带。由于呼吸，其长度增加，这可以通过电感、电阻、压力或其他技术来测量。

另外，用于心电图（ECG）监测器的胸部电极可用于根据肺体积的电阻抗测量。

另外，在全身麻醉的情况下，电动温度传感器可以被引入鼻孔或在舌鞘中。

DE3621935C2披露了一种碎石机，其具有呼吸监测器的和可用于触发的可调阀值。

DE10260594A1披露了具有呼吸监测器、成像装置和关联单元的冲击波治疗装置，这支持用户产生所述呼吸监测器的时间函数的设定点，其与在所述冲击波焦点中的目标相关。该设定点可以用于触发所述冲击波释放。

DE3943644C2和DE3811872A1披露了具有用于连续成像的超声成像装置的冲击波治疗装置。如果所述结石是在所述冲击波焦点内，则通过利用图像处理方法进行监测。这用于触发冲击波应用。

US5065741A进一步公开了具有可变焦点的体外超声碎石机。

在EP0460536B1中，介绍了发射低振幅子治疗试验脉冲的冲击波治疗装置。所述试验脉冲的回波被采集。如果所述回波振幅高于特定水平，则治疗冲击波被释放。

触发所述冲击波释放的缺点是，引入了短周期治疗中断，所述短周期治疗中断是不用于治疗的时间间隔。另外，具有低睡眠的患者可避免由摆脱动作产生的疼痛的冲击波。

为了能够获得连续的冲击波释放，另一种方法是追踪所述结石。这些系统在US2003/0149352A1、DE4241161A1、DE3900893A1、DE3736733A1、DE3743883C3、DE102007004334A1中得到介绍。这些系统利用被施加到所述冲击波治疗系统的超声成像装置的图像处理方法，以检测相对于所述冲击波焦点的所述目标位置，例如所述结石位置。这用于控制碎石机或患者担架中的机械驱动装置，这样所述焦点被指向所述目标。

由于各种原因，通过图像处理的结石检测具有挑战性。

实际上，由于散斑和图像伪影，超声图像质量往往较差。最常见地，采用二维成像，这样由于深呼吸或患者运动，所述结石可能离开图像平面。此外，治疗旨在改变所述目标，例如结石破碎，这样所述目标发生变化，使得其很难追踪。因此，那些系统在实践中往往不是强大的。

发明内容

本发明的目的是，提供在呼吸周期期间保持所述目标区域在所述冲击波焦点中的冲击波治疗装置，其使用方便，可靠且允许连续的冲击波释放。

该目的是通过根据权利要求1的前序部分所述的冲击波治疗装置解决，所述冲击波治疗装置还包括控制单元，其配置成根据预定运动型式而控制所述目标和冲击波焦点之间的相对运动。

通过运动型式，可以理解运动路径和/或运动顺序。不同于那些解决方案（其中，当目标在预定区域内时，只有所述冲击被发射），目标和焦点之间的相对运动补偿了所述目标的呼吸运动并实现了这种连续的冲击波应用。这与那些解决方案是类似的，其中，所述目标的位置被连续追踪。然而，本发明实现了更简单和强大且依然非常精确的操作。

开始假定了稳定的患者位置。使用成像形式，所述目标被可视化，并使用定位方法，例如患者担架的电机，所述目标被对准所述焦点。由于呼吸运动，所述目标以准周期方式相对于所述焦点运动。

这种准周期运动与不满足严格的数学函数但与其具有高相似性的这种周期函数相似。

在患者连续两次呼吸之间的时间可能会有所不同。每次呼吸的振幅也可能会有所不同。因此，随着时间的推移，在所述呼吸运动的精确形式方面，保持了一种模糊性。

相对于所述焦点的所述目标位置P(t)=(P_x(t),P_y(t),P_z(t))时间函数。本发明是以假设为基础的，即，该函数可以近似为一系列连续相同的部分函数（partial function）。所述部分函数R(t)=(R_x(t),R_y(t),R_z(t))表示在单个呼吸周期期间所述目标位置。该装置提供了一种用户界面，这样该部分函数可以由用户调整适应所述呼吸周期。用户可从存储的一组模式中选择函数，这可以通过设置一个或多个参数p₁,p₂,p₃…来进一步优化。模式函数可以从例如从超声图像序列中获得的经验数据中推论出来，其中所述超声图像序列是在以前的典型冲击波治疗过程中获得的。模式函数可能归于特定呼吸条件，例如，具有插入管的人工驱动呼吸或自发呼吸。参数p₁,p₂,p₃…可包括吸气阶段和呼气阶段的最大振幅和时间。优化函数是R_p(t)=R(t,p₁,p₂,p₃,)。

用户也可利用成像装置，以适应所述参数。

例如，一系列的呼吸可以用超声监测器诊断。

用户可推断出所述呼吸运动的最大振幅的平均值。同样地，可以估算吸入和呼出的平均时间段。由R_p(t)定义所产生的运动模式表示，至所述目标的呼吸相关运动的所谓的反向运动，这样所述目标相对于所述冲击波焦点保持大致稳定。

为了保持所述目标在所述冲击波焦点附近，该装置在所述目标和冲击波源之间进行相对运动，这和R_p(t)相同。

例如，所述患者担架的电机以一定速度移动，这可以从函数R_p(t)的时间导数推论出来。所述目标被移动，但所述冲击波源保持固定。

可替换地，电机可移动治疗的头部且所述患者保持固定。使用如US5065741A中所述的冲击波源，所述冲击波源的焦点也可在空间由电子转向转移。

所述运动是由呼吸检测器的输出信号触发。例如，当所述检测器显示吸气时，相对运动开始。

由所述呼吸检测器获得的信号振幅不一定直接与所述目标（如肾）和所述冲击波焦点之间的侧向距离成正比。例如，当使用腹带时，腹围不是线性地连接到所述肾的尾颅运动。

然而，从所述信号振幅的上升边，可以推导出指示吸入阶段开始的触发信号。

用户可以通过成像模式监视和优化所述呼吸运动的补偿。在目视控制下，所述模式函数或其选择的参数可被优化。此外，用户可以通过调节触发电平来优化运动开始的触发。

本发明的优点是，所述目标被追踪且由冲击波阻滞而引起的中断被避免了。该程序是稳定安全的，因为其可以不断地被用户监视和控制。优点的实施例或从属权利要求所包含的实施例将在下面进行详细说明。

成像模式优选是集成到所述冲击波源的超声系统。通常，所述目标，如尿路结石，可以被可视化，这样所述目标在所述呼吸周期中保持在二维图像平面内。所集成的超声传感器的方向限定了运动的基本方向。可能的是，所述控制单元包括配置成相对于所发射冲击波移动所述目标的机械驱动单元。

如果包括有配置成选择存储预定或预选的运动型式的用户界面，这是有利的。如果包括存储装置，其中存储了一个或多个运动型式，则可以使用一种库（library），以重新参考先前获得的患者信息或类似患者的信息，其具有应实际治疗的目标。所述运动型式可涉及预定运动型式。

有利的是，根据在所述冲击波治疗装置的操作之前获得的经验数据，所述预选运动型式是一种运动模式。

如果通过手动选择器（如按钮）或控制装置，所述目标的运动是可选择的，这也是有利的。

另一实施例的特征在于，包括函数发生器，其配置成根据所述呼吸信号选择特定的运动型式。如果所述函数发生器配置成自动选择预定运动型式，则所述冲击波治疗装置甚至可被无经验人员使用，并且由根据本发明的冲击波治疗装置进行的治疗可以缩短。

如果优选无级地或通过选择预定值，所述目标运动的振幅高度和/或吸入相关运动的持续时间，和/或呼出相关运动的长度，和/或所述运动的曲线进展是可选择的，这是有利的。

如果该装置具有用于选择与所述目标运动类似的预定运动型式的超驰（override）按钮，确保相对于适合许多患者的目标运动的偏差最少，使得不管由于呼吸造成的运动如何，所述目标均相对于所述冲击波焦点保持稳定。

另一实施例涉及运动控制单元，其配置成引起一个或多个电机运动，以移动患者担架或移动所述冲击波治疗源，如治疗头部。例如，在患者担架上的患者可以以两个交替方式中的第一方式被移动，以及该患者中所包含的目标因此也被移动。通过这种配置，可以容易地将运动直接施加到所述目标。可以结合引起所述目标的相对运动的这两种可能性。在另一实施例中，所述焦点本身是由电子转向所控制的。

如果所述冲击波治疗装置还包括适于显示包括目标的目标区域的超声图像的监测器，所述目标相对于所述冲击波焦点的位置可以直观地被控制，并可以采取充分的措施，以保持所述目标在聚焦的冲击波中。

附图说明

本发明也在一些附图中详细示出：

图1公开了根据本发明的冲击波治疗装置的示意图。

图2公开了由于所发射的冲击波而与所述聚焦体积类似的椭圆体，如-6dB等压线。所述冲击波源本身未在本图中示出。

图3公开了目标（如肾）由于呼吸运动而相对于所述焦点的侧向位移运动。

图4公开了具有线性运动的示例性运动型式。

图5公开了作为如图4中所示的运动路径的一种替代的运型式的另一示例。

图6公开了如图5中所示的单一运动型式的更详细的示例。

图7公开了呼吸检测信号、用于冲击波和运动型式的触发信号的相互作用。

图8公开了所述目标由于呼吸运动而产生的运动和强制反向运动的相互作用，以保持所述目标大致稳定。

附图仅仅是示意性的，并且为说明本发明而准备的，但不旨在限制保护范围。对于相同的元件，使用相同的参考标号。

具体实施方式

在图1中，公开了冲击波治疗装置1。所述冲击波治疗装置1包括配置成发射冲击波的治疗源2，其由声透镜2’聚焦。所述治疗源2可包括电磁冲击波发射器。通过连接垫（coupling cushion），提供与所述患者5的声连接。所述患者5放置在患者担架11上。所述连接垫的参考标号为3。

图1中所标志的冲击波焦点的参考标号为4。在患者5内，目标器官6包括所述目标7，如尿路结石。

相对于所述患者5及其目标7以及所述治疗源2而封装成像超声传感器8。所述成像超声传感器与配置成扫描所述患者5内区域6’的超声扫描仪9一起操作。所述超声扫描仪9连接到配置成显示超声图像的监测器10，以显示所述目标7的位置。

呼吸传感器12连接到呼吸检测器13，以获得与所述患者的呼吸有关的信息并将其发送到所述控制单元17。

通过函数发生器16，手动地或完全自动地选择预定运动型式。

对于手动选择，用户界面14（如键盘）配置成选择模式函数以限定各自参数。所选择的运动型式被存储在存储装置15中。

在优选实施例中，所述函数发生器16接收所述呼吸信号，以选择预定运动型式。在优选实施例中，可以手动地或通过所述函数发生器16自动地进行选择。

所述函数发生器16连接到所述控制单元17，如运动控制。所选择的运动型式被发送到所述控制单元17。

所述控制单元17配置成控制目标7的相对于所发射冲击波焦点4的运动。图1公开了使用机械驱动单元18通过担架11移动所述目标的一实施例。

患者被放在患者担架上，并且借助所述成像传感器8和所述监测器10，将超声图像显示给所述冲击波治疗装置1的用户。

根据所选择的预定运动型式，结合空间中的三个方向，移动所述患者担架，以便相对于所述冲击波焦点移动目标。如果已经根据实际检测的患者担架11上的患者的呼吸而精心选择了运动型式，则鉴于所述目标7保持在所述冲击波中，所述目标的正确运动的高概率得以实现。

用户可以通过所述成像模式8、9、10监视和优化所述呼吸运动的补偿。

介绍了这样的可靠、安全和节省成本的冲击波治疗装置。

在图2中，-6dB体外冲击波碎石焦点的典型椭圆几何形状是可辨别的。焦点延伸在轴向方向（平行于所述冲击波穿透）比在横轴上更长。那些横轴是x和y，并限定了侧向平面。

由于所述冲击波不能沿纵向颅尾患者轴线被传送，但垂直于所述轴线，肾的颅尾运动大致在所述侧向平面内。由于呼吸运动导致的位移通常比现今的冲击波治疗装置的-6dB横向焦点宽度长。

在图3中，沿横轴线的目标（如在肾内的尿路结石）的呼吸运动被显示作为时间的函数。

七个呼吸周期与其所引起的目标运动一起被绘制成图。所述振幅在11.0mm至14.8mm之间变化。每个呼吸周期的持续时间在4.8秒至5.4秒之间变化。

在图4和图5中，示出了由所述控制单元产生以补偿所述目标的呼吸相关运动的运动路径的示例。在所述目标和所述冲击波焦点之间的相对运动是例如通过移动所述患者担架（如所述目标）或通过移动所述冲击波焦点得到。图4中的运动路径是由两条直线组成。

曲线的进展可以被如下建模：

R_{p} (t) = \{\begin{matrix} P_{1} (\frac{t}{P_{2}}) & with & 0 \leq t \leq P_{2} \\ P_{1} (\frac{t - P_{2}}{P_{3}}) & with & P_{2} < t < P_{2} + P_{3} \end{matrix}

图5示出了平滑曲线的示例：

R_{p} (t) = \{\begin{matrix} P_{1} \cdot \sin^{2} \cdot (\frac{π}{2} \cdot \frac{t}{P_{2}}) & with & 0 \leq t \leq P_{2} \\ P_{1} \cdot \cos^{2} \cdot (\frac{π}{2} \cdot \frac{(t - P_{2})}{P_{3}}) & with & P_{2} \leq t \leq P_{2} + P_{3} \end{matrix}

P₁是分量运动的振幅高度，优选在1mm和30mm之间可无级地或以令人满意的细分比例而选择。至少5mm、10mm、15mm和20mm的值应是可选择的。

P₂类似于所述吸入运动的长度并应是可以无级地或充分细分地选择的，这样至少1秒、1.5秒和2秒的值是可选择的。

P₃类似于所述呼出运动的长度。此外，无级选择或充分细分比例应被设置，这样至少1秒、1.5秒和2秒和/或2.5秒的值是可选择/可选定的。

最后，通过选择预选值，不仅所述振幅高度P₁、所述吸入相关的运动的长度P₂和所述呼出相关的运动的长度P₃应是可选择的，而且所述运动的形式，也就是，如图4中所示的线性形式或如图5中所示的平滑曲线，是可选择的。

在图6中，以更大比例示出了图5的补偿运动。所述振幅高度P₁是一个单位。例如，一个单位可以是10mm。P2已经被选择为1秒，而所述呼出相关运动时间P₃是2秒长。

在图7中，所述呼吸信号是在上部分被示出。从所述呼吸信号推导出的触发信号是在中间部分被示出。在图7的底部给出了由如图4中所示类型的一系列单曲线组成的运动路径。在横坐标上示出了时间，而在纵坐标上示出了所述信号振幅或所述运动振幅。

在图8中，纵坐标显示位移量，而横坐标显示时间。图表19表示由呼吸造成的所述目标的相对于所示冲击波焦点的运动，而图表20显示了由所述控制单元产生的相对运动。因此，所述目标非常接近所述冲击波焦点。

如果由所述控制单元产生的相对运动是通过移动所述患者担架实现，则所述呼吸相关运动是在第一方向上，所述补偿是在第二方向上，通常与所述第一方向相反。另一方面，如果所述相对运动是通过移动所述冲击波焦点实现，则所述补偿通常与所述呼吸相关运动在同一方向上。

Claims

1.一种冲击波治疗装置（1），所述冲击波治疗装置具有：冲击波治疗源（2），所述冲击波治疗源配置成将冲击波（4）发射到患者（5）的体内的目标（7）上，所述冲击波具有焦点；成像装置（10），所述成像装置配置成显现所述目标（7）；控制单元，所述控制单元配置成相对于所发射的冲击波（4）移动所述目标（7）；呼吸检测器（13），所述呼吸检测器配置成检测患者（5）的呼吸并配置成产生呼吸信号，其特征在于，所述控制单元配置成根据预选的运动型式而控制所述目标（7）或所述冲击波焦点的运动。

2.根据权利要求1所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，包括用户界面（14），所述用户界面配置成选择特定运动型式。

3.根据权利要求1或2所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，包括存储装置（15），一个或多个特定运动型式存储在所述存储装置中。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，所述预选的运动型式是基于经验数据的预定运动型式，所述经验数据在所述冲击波治疗装置（1）的操作之前已经被获得。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，所述控制单元配置成引起一个或多个电机运动，以移动所述冲击波治疗源（2），和/或所述控制单元配置成通过电子束转向而引起所述冲击波治疗源的焦点的运动。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，包括函数发生器（16），所述函数发生器配置成根据所述患者（5）的呼吸信号而选择特定的预定运动型式。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，所述目标（7）的运动的振幅的高度（P₁）、和/或吸气相关运动的持续时间（P₂）、和/或呼气相关运动的长度（P₃）、和/或所述运动的曲线形式是可选择的。

8.根据权利要求1至7中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，具有超驰按钮以选择类似于所述目标（7）的运动的预定运动型式，这确保了适合于许多患者的所述目标（7）的运动的最小偏差。

9.根据权利要求6至8中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，所述函数发生器（16）配置成自动地选择所述预定运动型式。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，所述控制单元配置成使得一个或多个电机（18）运动，以移动患者担架（11）。

11.根据权利要求1至10中的一项所述的冲击波治疗装置（1），其特征在于，包括监测器（10），所述监测器适于显示包括所述目标（7）的目标区域（6）的超声图像。