CN116867546A - 用于治疗生物组织的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于治疗生物组织(19)的装置，为了在治疗时间段(31)内将多个光脉冲(15)发送至组织(19)而具有光源(14)，以将组织(19)置于振动中。装置包括振动传感器(21)，该振动传感器记录组织(19)的由光源(14)引起的振动(22)的振幅。通过将振幅的当前测量值(27)相对于振幅的初始测量值(26)进行设置，控制单元(16)形成相对值(30)。控制单元(16)处理相对值(30)，以产生用于光源(14)的控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于治疗生物组织的装置。
背景技术
已知的是，如果将组织设置为以超声波范围内的振动频率振动，则能够产生治疗效果。Teudt et al.,IEEE T Bio-med Eng 58(6)2011中描述了神经细胞的这一点以及其他许多内容并且Wenzel et al.,JBO 14(4)2009中描述了耳蜗的听觉神经。
能够通过用重复的光脉冲作用于组织来设置组织振动，后者被组织吸收。光脉冲触发热塑性膨胀和随后的收缩，因此能够用于激发振动。迄今为止，人们发现调节光源以在生物组织中产生期望的效果而不损害组织并不是很简单。组织对光脉冲反应的强度取决于组织的类型和状态以及振动的幅度和频率。对于对光脉冲强烈响应的组织，如果光脉冲太强，则存在由于幅度太高而导致组织永久受损的风险。在组织不太敏感的情况下，如果光脉冲太弱或幅度太低，则可能不会产生期望的效果。
发明内容
本发明的目的在于，介绍了一种用于治疗生物组织的装置，其中，该组织能够利用脉冲的光来治疗，使得可靠地设定组织的期望的振动状态。从提到的现有技术出发，该目的利用独立权利要求的特征所解决。有利的实施方式在从属权利要求中给出。
根据本发明的装置为了在治疗时间段内将多个光脉冲发送至组织而包括光源，以将该组织置于振动中。装置还包括振动传感器，该振动传感器测量组织的由光源引起的振动的振幅。通过将振幅的当前测量值相对于振幅的初始测量值进行设置，在控制单元中形成相对值。在控制单元中处理相对值，以产生用于光源的控制信号。
本发明基于思想，根据控制信号驱控光源，其基于实际上组织的由光脉冲引起的振动而确定。因此，不再根据预先做出的关于光脉冲对组织的影响的假设来调整光源；相反，为光源生成取决于组织实际振动的控制信号。这提供了以有针对性的方式调整光源的可行性，以便在组织中产生特定的振动状态。
已知的是，所测量的振幅的绝对值本身并不总是代表用于控制光源的合适标准。因此，本发明提出，将振幅的当前测量值相对于振幅的初始测量值进行设置。在治疗开始时记录的初始测量值指定了组织在治疗开始时对光脉冲的反应。振幅的当前测量值与初始测量值之间的比率形成与使组织振动的程度相关的量度。该信息以相对值的形式在控制单元中进行处理，以便控制利用光脉冲的治疗的进一步过程。
组织振动的振幅取决于脉冲能量；脉冲能量越高，振幅越大。如果尽管脉冲能量保持相同，但组织振动的振幅增加，则表明振动更强。
能够将振幅的初始测量值和振幅的当前测量值标准化为脉冲能量，使得相对值是标准化的相对值。能够从标准化的相对值读取组织振动的振幅相对于相同脉冲能量是否发生变化。如果具有相同脉冲能量的光脉冲被发送到组织上，则相对值自动地是该含义内的标准化的相对值。
用根据本发明的装置进行的治疗不会引起组织的永久性结构变化。相反，组织应该由振动激发或刺激，而该组织的结构不会被损坏。如果振幅增加太大，则存在由于结构撕裂而对组织造成机械损伤的风险，或者由于目前产生的热量的散发不足而导致的热损伤的风险。因此，能够预定相对值的极限值，并且能够控制光源，使得相对值不超过该极限值。例如，该极限值能够具有在1.1与2之间、优选在1.3与1.6之间的值。
还能够预定相对值的目标值，并控制光源，以使相对值达到目标值。当达到目标值时能够终止治疗，即能够控制光源使其不再发射任何光脉冲。还能够控制光源，使得相对值在预定时间间隔内保持在目标值。其他变体方案也是可行的，例如在达到目标值之后以较低的相对值继续治疗。举例来说，这能够通过减少光源的脉冲能量或脉冲持续时间和/或增加两个连续脉冲之间的时间间隔来实现。例如，相对值的目标值能够在1.05与1.5之间、优选在1.1与1.3之间、进一步优选在1.15与1.25之间。
在实施例中，针对相对值预定随时间变化的特征曲线，并且控制光源，使得相对值遵循该特征曲线。
能够控制光源，以便以恒定的能量发射光脉冲。光脉冲之间的时间间隔在治疗期间能够保持相同。然而，也能够修改治疗内的时间间隔以影响组织振动的进展。
在不同的实施例中，在治疗开始时将低能量光脉冲发送到组织上，能量的大小被确定为，使得可靠地防止对组织的损伤。能够在治疗过程中增加脉冲能量，直到产生组织的期望振动状态。使用标准化的相对值，能够确保振幅不会增加到导致组织受损的程度。
该装置能够包括闭合控制回路，其以将组织的振动设置为预定振幅的方式控制光脉冲的发射。举例来说，能够期望在治疗开始时振幅增加之后将振幅保持在恒定设定值。能够设计光源的控制信号，以产生恒定的设定值。
还可行的是，预定组织振动的振幅的特征曲线，并且通过闭合控制回路控制光源，使得根据预定的特征曲线来设置振幅。举例来说，能够在治疗开始时或在治疗的时间间隔期间预定振幅测量值随时间的预定增加或减少的特征曲线。治疗过程的最终控制能够附加地或作为相对值控制的替代来实施。
光源能够配置用于，使得在治疗期间将大量相似的光脉冲引导至组织。光脉冲能够具有相同的脉冲持续时间。光脉冲能够具有相同的脉冲能量，结果是通过每个光脉冲将相同量的能量传递到组织。为了调节组织的振动而使用不同光脉冲进行治疗也是可行的，其中，特别地，在治疗持续时间期间，脉冲持续时间和/或脉冲能量和/或脉冲重复频率能够通过控制器可调节地控制。举例来说，单个光脉冲的持续时间能够在0.1ns与100μs之间、优选在10ns与2μs之间。
光的波长能够包括一个、两个或多于两个的光谱范围，其被组织不同程度地吸收，以便激发组织在不同部分中不同程度地振动。光源能够是发射严格限定的光谱范围内的光的激光光源。在这种情况下，各种光谱范围能够包括从紫外线光到远红外线光光谱的整个光谱，并且能够例如在300nm与3000nm之间的范围。具体实施例能够包含例如具有在基频及其倍频分量(例如1064nm和532nm)处的发射的激光器。不同波长的脉冲能够以任何所需的顺序同步或异步混合。用于激发振动的优选变体方案是光脉冲的交替发射，其中，光脉冲位于不同的光谱范围内。时间脉冲间隔能够是相同的。
能够以这样的方式发射光脉冲：光脉冲的持续时间短于第一光脉冲的结束和紧随第一光脉冲的第二光脉冲的开始之间的时间间隔。优选地，两个连续光脉冲之间的暂停的持续时间比脉冲持续时间长至少10倍、优选长100倍、进一步优选长1000倍。
两个光脉冲之间的暂停不应太长，以免组织振动在此期间衰减回到初始状态。相反，所追求的是通过引入的光脉冲的总和来激发组织产生连续振动。因此，脉冲之间的间隔应优选地短于受激发组织的热弛豫时间。
治疗是指一系列光脉冲整体上对组织带来连续的振动治疗。如果在组织同时恢复到其初始状态后，将另一个光脉冲引导到组织，那么这就是新治疗的开始。治疗所需的时间称为治疗时间段。
本发明还包括一种装置，其被配置用于，使得治疗脉冲形式的光脉冲和测量脉冲形式的光脉冲在治疗时间段内被引导至组织。治疗脉冲能够具有与测量脉冲不同的空间范围。不同的空间范围意味着治疗组织上覆盖的面积更大或更小。特别地，由治疗脉冲覆盖的区域能够大于由测量脉冲覆盖的区域。举例来说，能够将测量脉冲放置在治疗区域的中心，以便记录组织振动的最大振幅。除了不同的空间范围之外或作为不同的空间范围的替代，测量脉冲和治疗脉冲还能够具有不同的脉冲持续时间和/或脉冲重复频率。
控制单元能够配置用于，使得为了控制光源的目的，其仅处理由测量脉冲触发的组织振动的振幅测量值。一个或多个治疗脉冲(其脉冲持续时间和脉冲能量针对治疗的要求)能够在每种情况下由两个测量脉冲预定。
该装置能够包括用于产生测量脉冲的测量光源，该测量光源与用于组织治疗的光源分开。测量脉冲能够位于与治疗脉冲不同的光谱范围内。测量脉冲和治疗脉冲也能够由均匀光源产生。
光源能够是激光光源。光源的光束路径能够成形为，使得组织上的点被照亮。能够根据所治疗的组织来选择点尺寸，即点的直径。如果治疗眼睛的视网膜，点尺寸能够在50μm与500μm之间、优选在100μm与200μm之间。例如，在耳鼓膜的情况下，该点能够具有5mm的尺寸。例如，在诸如皮下神经组织的其他组织的情况下，能够使用取决于治疗区域的尺寸的其他点尺寸，例如在2mm与20mm之间、优选在3mm与8mm之间的点尺寸。
例如，单个光脉冲的辐射暴露能够在0.1与100mJ/cm2之间，并且能够更优选地小于根据欧洲标准DIN-EN 60825-1规定的组织的最大辐射暴露。单次处理的持续时间能够在0.02s至100s之间，优选在0.05s至10s之间，进一步优选在0.1s至1s之间。然而，也能够考虑永久振动激励，例如用于鼓膜、中耳或内耳的调制激励。治疗期间光脉冲的数量能够在100与100000之间。治疗是指总体上对组织带来连续振动治疗的一系列光脉冲。如果在组织同时恢复到其初始状态后，将另一个光脉冲引导到组织，那么这就是新治疗的开始。治疗期间的所有光脉冲都能够定向到组织的同一区域。
由光脉冲触发的组织振动能够是热塑性膨胀和收缩。振动传感器能够设计用于直接测量组织扩张。举例来说，如果振动传感器是光学或声学干涉仪，则这是可行的。
还能够使用振动传感器来测量振动期间发出的声波、其振幅和/或其频谱，并以这种方式得出关于组织的振动状态的结论。振动传感器能够包括对压力波做出反应的麦克风、水听器或压电元件。
附图说明
下面参考所附附图根据有利的实施方式示例性地描述本发明。其示出：
图1示出根据本发明的装置的实施方式；
图2示出在治疗开始时由光脉冲引起的振动的曲线；
图3示出在治疗的后部阶段期间的图2的示图；
图4-图6示出根据本发明的装置的替代实施方式；和
图7示出在治疗的进程中的组织振动的振幅。
具体实施方式
在图1中所示的根据本发明的装置包括激光光源14，该激光光源在控制单元16的控制下发射至少一种波长的光脉冲15。光脉冲15经由合适的光学元件17引导至病人的神经组织19。每个光脉冲15以热塑性膨胀的方式感应引起视网膜组织的振动。振动引起压力波22，该压力波从神经组织19开始传播。图2和图3示例性地示出压力波随时间变化的曲线。
装置包括以水听器形式的振动传感器21。振动传感器21对压力波22作出反馈并输出电信号，该电信号表示压力波22的振幅和频率。压力波22的振幅与神经组织19的振动的振幅相对应。
由振动传感器21产生的电信号作为振幅测量值经由导线23被发送至控制单元16并且在控制单元16中进行处理。在治疗开始时第一光脉冲15被发送至神经组织19，由此引起第一压力波22，压力波的振幅在图2中示出。压力波22的曲线由振动传感器21所记录。配属的振幅测量值作为振幅的初始测量值26被存储在存储器24中。
在治疗进展期间，以恒定的间隔将另一同类型的光脉冲15引导至神经组织19。每个光脉冲15引起神经组织19的振动的重新激励。在两个光脉冲15之间的暂停中，神经组织19的振动衰退，而不完全消逝。总体上，光脉冲15导致神经组织19的持续振动激励。图7示例性地示出治疗的时间曲线，其中，横轴示出时间t并且纵轴示出组织振动的振幅。通过将振幅的当前测量值相对于振幅的初始测量值26进行设置，确定根据本发明的相对值30。光脉冲的间隔使得组织振动在治疗时间段31期间不完全衰退。
通过利用同类型的光脉冲15的永久激励，压力波22的振幅增加。在图3中示出在图5所示的治疗的结束时的压力波22。振幅测量值27比振幅的初始测量值26大50％。
所有在治疗期间获得的振幅测量值27被引导至控制单元16，通过将每个振幅测量值27相对于在存储器24中存储的振幅的初始测量值26进行设置，在那里形成相对值。相对值在控制单元16的比较器25中与极限值进行比较。只要相对值达到极限值，控制单元16发送关断信号至光源14，使得光源14不再发射光脉冲15。振幅测量值与振幅的初始测量值26之间的比例(相对值)的极限值在实施例中为1.5，当振幅测量值27比振幅的初始测量值26高50％时，达到该极限值。在图7中，在达到极限值时治疗终止。随后，神经组织在没有振动的情况下重新采用其初始状态。
在根据图4的实施例中，光源14优选不发送同类型的光脉冲15，而是在治疗持续时间期间改变脉冲能量和/或间隔。装置包括附加的测量光源28，该光源在由光源14发射的治疗脉冲13之间的暂停中将测量脉冲18引导至神经组织19。治疗脉冲13与测量脉冲18相比在神经组织19上覆盖更大的面积。在控制单元16中评估仅由测量脉冲18引起的压力波，并且将其相对于同样利用测量脉冲18获得的振幅的初始测量值26进行设置。以这种方式，治疗脉冲13的曲线能够与治疗的需求相一致，而不会损坏利用测量脉冲18的测量。在达到用于振幅的目标值之后，减小治疗脉冲13的脉冲能量，使得神经组织19的振动的振幅针对治疗的剩余持续时间保持恒定。
在根据图5的实施方式中，同样地，光脉冲15在治疗的持续时间期间变化。在控制单元16的存储器24中并不仅存储振幅的初始测量值26，而是还存储第一光脉冲15的脉冲能量，利用该脉冲能量引起有关的压力波22。随后，压力波由光脉冲15引起，该光脉冲具有其他脉冲能量、脉冲持续时间和/或脉冲重复率。在将振幅值27输送给比较器25以与振幅的初始测量值26进行比较之前，将振幅值27在模块38中标准化为脉冲能量。生成标准化的相对值，其再现振幅值27与振幅的初始测量值26的标准化为脉冲能量的比例，并且其表示神经组织19的状态的变化。
在图6中示出替代的实施方式，其中，利用振动传感器21以光学传感器的形式测量组织振动的振幅。
Claims (15)
1.一种用于治疗生物组织(19)的装置，所述装置为了在治疗时间段(31)内将多个光脉冲(15)发送到所述组织(19)上而具有光源(14)，以将所述组织(19)置于振动中，所述装置具有振动传感器(21)，所述振动传感器测量所述组织(19)的由所述光源(14)引起的振动(22)的振幅，并且所述装置具有控制单元(16)，所述控制单元通过将所述振幅的当前测量值(27)相对于所述振幅的初始测量值(26)进行设置来形成相对值(30)，并且所述控制单元处理所述相对值(30)以产生用于所述光源(14)的控制信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，将所述振幅的所述初始测量值(26)和所述振幅的所述当前测量值(27)标准化为脉冲能量，使得所述相对值(30)是标准化的相对值。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设有用于所述相对值(30)的目标值，并且所述控制单元(16)驱控所述光源(14)以使所述相对值(30)达到所述目标值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述目标值位于1.05与1.5之间，优选位于1.1与1.3之间，进一步优选位于1.15与1.25之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，设有用于所述相对值(30)的随时间变化的特征曲线，并且所述控制单元(16)驱控所述光源(14)以使所述相对值(30)遵循所述特征曲线。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制信号集成在闭合控制回路中，利用所述闭合控制回路将所述相对值设置到预定目标值或预定时间曲线。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在两个彼此连续的光脉冲之间的暂停的持续时间小于所述组织的弛豫时间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述光脉冲(15)定向到所述组织的点上，其中，所述点具有在0.1mm与10mm之间、优选在0.2mm与3mm之间的直径。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，不同光谱范围的治疗脉冲定向到所述组织上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，在所述治疗时间段(31)内，光脉冲(15)以测量脉冲(18)的形式并且光脉冲(15)以治疗脉冲(13)的形式被发送到所述组织(19)上，其中，所述振动传感器(21)测量利用所述测量脉冲(18)引起的组织振动的振幅，并且测量值在所述控制单元(16)中被处理。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述治疗脉冲(13)与所述测量脉冲(18)相比在所述组织(19)上覆盖了更大的面积。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述治疗脉冲(13)在与所述测量脉冲(18)不同的光谱范围中输出。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，在治疗期间，所述光脉冲(15)的数量位于100与100000之间。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述振动传感器(21)设计用于利用由所述组织(19)的振动引起的压力波(22)来确定振幅测量值(27)。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述振动传感器(21)设计用于借助干涉仪以光学方式确定组织膨胀和收缩的幅度。
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2022
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