CN1069665A - 一种超声驻波超距作用治疗肿瘤的方法和仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用定域超声驻波治疗肿瘤的 方法和装置。该治疗方法利用两束同频的超声波，以 一定角度交汇，在交汇区域产生相干超声波，让肿瘤 组织位于该交汇区域，达到让肿瘤坏死的目的。本发 明还提供了一种能产生两束高频相干超声波的装 置。利用本发明的构思，所需的超声治疗功率密度在 10W/cm²以下。

Description

超声应用于肿瘤治疗已有数十年的历史。其中超声热疗是较早提出的一个构思。这种方法用聚焦或扫描或两者结合的方式将超声集中于组织深处某一部位，利用癌组织较差的耐热性达到杀死癌细胞的目的。但这种方法存在着温度场难于测定，以及难于准确确定能量集中的部位，血管对温度场影响大等缺陷。近年来，人们尝试用大功率聚焦超声与现代化检测手段相结合的方式治疗肿瘤，所使用的功率极强，如某些实验设备在焦点处的功率密度达数千W/cm²以上，在较短的时间内（如几十秒）使焦点处组织受到破坏。但该方法也存在着缺点，如超声功率过强，损伤位置和形状不易确定等。上述两种方法所存在的问题使它们至今未能正式地应用于临床。

本发明的目的在于提出一种全新的、利用可控定域超声驻波生物效应、能够超距作用的肿瘤治疗方法和仪器。更进一步说，本发明的目的在于提供一种用两束相干超声波以一定角度交汇，从而产生可控定域超声干涉波的治疗方法。由于本发明的独具构思，使得肿瘤治疗所需的功率大大降低。而且，在使用本发明的方法和仪器的过程中，有可能借助其它检测装置完成对于已有技术十分困难的定位。

众所周知，处于超声驻波场内的生物组织将受到严重的损伤，目前人们对损伤的原因有如下几种解释：（1）空化;（2）血流阻滞效应;（3）热效应;（4）剪切力等。由于这些效应，受幅射区域的组织的血管血流将发生栓塞;组织产生变性;细胞受到破坏等，从而使组织因缺氧和养分而坏死。

本发明设计的方法和装置充分利用超声干涉波对活体组织的破坏作用，提供一种可控并可超距实现治疗肿瘤的方法和装置。

本发明的主要构思是：用两束功率和频率受到严格控制的相干超声波以一定角度交汇，则在交汇区域内发生超声干涉，改变换能器的相对方位和距离，则可改变交汇区域的位置。从某种意义上讲其具有驻波的一切性质，因此如果令肿瘤处于干涉区之中，就可达到使其坏死的目的。所需超声强度在10W/cm²以下即可。

本发明的治疗方法的优点是显著的。首先，由于使用两束超声相干波产生可控的、可选择的、定域化的驻波进行治疗，可以达到治疗深部肿瘤的目的;其次，由于利用超声驻波综合的破坏性效应进行治疗，降低了所需的超声功率，避免了正常组织受到的不必要的辐射;再次，由于超声驻波的破坏明显地区别于超声行波，因而在治疗区域与非治疗区域之间可获得清晰的边界。

本发明的治疗方法中的两束超声干涉波的波束宽度d应满足下式：

d＞ (Sinθλ)/(1+Cosθ)

θ是两束波的夹角，参见图1。人是超声波的波长。

θ不应过大，因为这样会使干涉波的破坏作用减弱。所采用的超声波即可是平面式的，也可是汇聚式的。图1示出了这两种方式。其中，201是平面式超声换能器，203、204是两个声透镜，它们使声束产生汇聚。当然也可以直接采用具有汇聚作用的换能器。

两束波相交的区域是干涉发生的区域，通过调整波束的宽度和夹角可改变干涉区的大小和形状，也就是说可控制破坏区的大小和形状。

根据上述构思，本发明设计了一种超声治疗肿瘤的装置，该装置的原理框图如图2。该装置由高频信号源101，两路高频功放电路102和103，两个尽量相同的超声换能器201和202构成。当然为了获得两束相干超声波还可以采用其它的工作方式。

按照本发明的设计原理，本装置应产生两束相干的超声波，因此201和202的参数应尽可能一致。

101可以是通用的高频信号源，对其要求是频率在几百KHz以上。这是因为选用的治疗频率在几百KHz以上。102、103是两路相同的高频功放电路，其作用是将高频信号源产生的信号放大至治疗所需的功率。

治疗的过程是这样的：由操纵者确定肿瘤的位置后，使两束超声相干波交汇在该位置，则由于交汇区域内的超声场的存在，使得肿瘤组织被破坏。

根据本发明的构思，还设计了一种可准确定位的装置，该装置配合以适宜的定位手段，共同构成可定位治疗仪。定位的手段可以是普通B超回波仪和其它成像手段。为了配合定位手段，应将102和103的高频放大电路设置成功率可调型，可调范围在0～200W。

定位的方法可以是以下两种之一或两者的结合。

（1）利用本装置的较低功率的一挡，在大致确定的区域产生适当的干涉区域，该较低功率的大小应能够使处于干涉区域的组织中压力波腹和压力波节有足够大的声阻差别，同时又不至于使区域组织受到不可逆的损伤。之后，采用B超成像技术，判断上述声阻有差别的位置是否是肿瘤组织位置。如果是，则不改变原来换能器的位置，加大功率，即可达到治疗目的。如果不是，则可改变换能器的方位，继续寻找，直至找到肿瘤组织的确切位置。

（2）将本装置调至较低功率一档，然后改变两束超声交汇区域的空间位置，同时以血流成像技术观察小血管中的血液情况。显然只有在干涉区域内血流才会停滞。将这一没有血流的区域与癌组织相重合即可达到定位目的。根据已有的观察，随声场的通断，血流停滞发生与消失的滞后时间只有0.2-0.3S，而且在较低的超声强度下血流停滞大都是可逆的，因此这种定位方法可以达到准实时。

下面结合二个实施例来进一步说明本发明。

实施例1

图2是本发明的装置部分的一个实施例。其中101是高频信号源。所使用的频率是1.7NHz。

虚线框内是高频功放电路102和103。

图3是高频功放电路的电路图。其中11由集成块7407或类似电路构成。它供给VMOS场效应管12足够大的驱动电流。13、14、15、16是4个相同的高频大功率场效应管IRF830。电路处于开关工作状态。当13、16“开”时，14、15处于“关”，或反之。这可由TR₁和TR₂保证。

201和202是两个参数很一致的PZT超声换能器，谐振频率的范围是0.5NHz至3MHz。

实施例2

图4所示为本发明装置的另一实施例。其中101是高频信号源，所用频率为1.7NHz。

102、103是相同的两路高频信号源。

201和202是两个PZT超声换能器。

301是B超探头，302是B超成像装置，401、402是匹配液囊。

102、103通过调整V+和V-可实现功率连续可调，在使用该仪器治疗时，首先将102和103置于较低功率的一档，两路功率尽可能保持一致，然后，根据对肿瘤位置的大致判断，发射该功率下的两束超声干涉波，使相干区域处于上述预计位置，同时打开B超仪，观察相干区域是否与肿瘤组织位置重合，如果是，则加大功率，达到治疗目的，如果不是，可通过变换两个超声换能器的相对位置及其相对肿瘤部位的位置，调整干涉区域，最终使干涉区域与肿瘤组织重合。干涉区的大小应与肿瘤组织的大小相当，这可通过改变两束波宽和夹角θ来实现。

Claims (2)

1、一种超声治疗肿瘤的方法，其特征在于：产生两束高频相干超声波，使两束相干超声波交汇于某一区域，使肿瘤组织置于前述干涉波交汇的区域，在超声驻波综合生物效应的作用下受到破坏。

2、一种超声治疗一肿瘤的装置，其特征在于：由高频信号源101、两个高频功放电路、两个超声换能器构成，每一路功放电路驱动一个超声换能器，产生两束相交汇的超声相干波。

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