CN1261083C - 用于破坏组织中的预定体积的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个装置，用于破坏一个组织中的一预定的体积(10)，例如，在大脑中产生一个受控制的凝结块，即所谓的器官损伤。更特别地，这个装置包括用于发送一个破坏组织的媒质的一个主单元(1)，这个主单元包括用于控制这个媒质发送的一个控制单元(3)，并且这个装置也包括一个传送装置(4)，例如一个电极，这个电极被连接到所述主单元并且被调节成插入到这个预定的体积(10)中，以将这个被发送的媒质转移到这个体积中。根据本发明的这个装置的特征在于这个装置进一步包括用于测量这个预定体积的至少一个光学特性的一个测量装置(5-8)，这个光学特性随被破坏的组织的体积大小而发生变化。这个测量装置被连接到所述控制单元3，以根据所测量的这个体积的光学特性来控制破坏组织的媒质的提供数量。

Description

用于破坏组织中的预定体积的装置

技术领域

本发明涉及用于破坏一个组织中的一个预定体积的一个装置，例如，在大脑中产生一个受控制的凝结块，即所谓的器官损伤。更特别地，这个装置包括用于发送一个破坏组织的媒质的一个主单元，这个主单元包括用于控制这个媒质发送的一个控制单元，并且这个装置也包括一个电极，这个电极被连接到所述主单元并且被调节成插入到这个预定的体积中，以将这个被发送的媒质转移到这个体积中。

背景技术

当治疗特定疾病时，这个方法被用于破坏一个组织中一个预定的和很好限定的区域。例如，可以通过在大脑中产生一个受控制的凝结块，即所谓的组织损伤，来治疗帕金森病。通过使用一个体框(stereotactic frame)将一个电极插入到这个规定区域，来执行这个过程。然后，被连接到这个电极的一个主单元被设置成给这个规定区域提供一个所需要的高频电流，在这个电极的尖端产生热量，并且形成凝结块。这个主单元能够控制这个电流的强度，频率，和治疗周期的持续时间，等等。这样一个主单元的示例是LEKSELL NEUROGENERATOR，这可以从瑞典的埃莱克特仪器公司买到。

但是，前面所讨论的这个已知设备的一个问题是，在这个治疗过程中，很难控制所破坏的区域的大小。这就隐含着这个设备的设置将是非常的复杂，并且需要使用者具有很高的技能与经验。这样，这个治疗就存在可能不成功的风险。

这样，本发明的一个目的是提供一个改进的和对使用者更友好的装置，这个装置已经完全消除了或者至少是部分地消除了上面所讨论的治疗装置的缺点。

发明内容

通过使用根据后附权利要求书的一个装置，就可以实现这个目的。

本发明提供一种用于破坏组织中的预定体积的设备，该设备包括用于发送破坏组织的媒质的主单元，该主单元包括用于控制媒质发送的控制单元，并且该设备也包括传送装置，该传送装置被连接到所述主单元并且被调节成插入到该预定体积中，以将所发送的媒质转移到该体积中，其中该设备进一步包括用于测量该预定体积的至少一个光学特性的测量装置，该光学特性随被破坏的组织的体积大小而发生变化，该测量装置被连接到所述控制单元，以根据所测量的该体积的光学特性来控制被提供的破坏组织的媒质的量，其特征在于该将被测量的光学特性是多普勒频率，所述设备进一步被调节成根据该多普勒频率的值来计算被测量体积中的运动血液细胞的浓度，并且根据该计算来估计被破坏体积的大小。

本发明还提供一种用于检测组织破坏的设备，该设备包括测量装置和告警装置，该测量装置被调节成插入到需要被检测的体积中以连续地测量该预定体积的至少一个光学特性，该光学特性随被破坏的体积的大小而变化，并且该告警装置被调节成当该光学特性超过了一预定门限值时就发出告警信号，其特征在于需要被测量的该光学特性是多普勒频率，并且所述设备进一步被调节成根据该多普勒频率的值来计算被测量体积中的运动血液细胞的浓度，并且根据该计算来估计被破坏体积的大小。

附图说明

图1是根据本发明的一个装置的一第一实施方式的一个示意图，

图2是根据本发明的一个装置的一第二实施方式的一个示意图，和

图3是一个未经处理的多普勒频率信号的相对改变(RMS)与一个典型的器官损坏产生期间的时间之间的相关关系的一个示意图。

现在，通过示例和参考附图来更详细地描述本发明。

根据本发明的这个装置包括用于发送一个破坏组织的媒质的一个主单元。例如，这个媒质可以是在这个主单元的一个发生器2中所产生的高频电流，这个高频电流在这个组织中被转换成热量，这样，就促使这个电极4a的尖端周围发生一个损伤。但是，也可以是其它的媒质，例如直接在这个电极中发送热量，或者发送激光。也可以使用其它的破坏技术，例如发送一个冷冻媒质，发送一个破坏性化学物质或者类似的媒质。

进一步，这个主单元包括用于控制这个媒质发送的一个控制单元3，这样，就可以控制一个多大的组织体积10需要被破坏。例如，如果高频电流被用作一个媒质，这个控制就可以通过控制电流强度，频率，和治疗周期的持续时间等等来进行。

至少一个电极4被连接到这个主单元，并且被调节成插入到需要被破坏的组织的预定体积中，并且被调节成将这个媒质转移到这个体积中。例如，这个电极可以是用于发送电流的一个单极或者双极电极，这类电极已经在神经外科中进行损伤的设备中进行使用。

另外，根据本发明的这个装置包括用于测量这个预定体积的至少一个光学特性的一个测量装置，这个光学特性随被破坏的组织的体积大小而发生变化。这个测量装置被连接到所述控制单元3，以根据所测量的这个体积的光学特性来控制破坏组织的媒质的提供数量。优选地，测量是连续进行的，并且这个控制被进行反馈。这个光学特性被解释来控制对所破坏组织体积大小的估计。优选地，或者可以使用多普勒频率或者可以使用组织的吸收特性来作为这个光学特性。但是，可以使用其它的光学特性或者几个光学特性的组合来进行所述控制。

优选地，进行测量时，将光发送到这个组织的体积内，在这以后，就采集反射光并且对反射光进行分析。例如，可以通过包括一个测量单元5和连接到其上的一个测量探针的测量装置来完成这个过程。这个测量探针包括一个波导6，例如一个光纤光学波导，用于将一个光源7所产生的光插入到这个组织10的预定体积中，这个测量探针也包括一个返回波导8，例如另一个光纤光学波导，用于将这个反射光返回到这个测量单元。然后，这个测量单元5从这个反射光中识别出光学特性。优选地，这个光源7是一个激光器，并且优选地，其波长范围在600-900nm之间。特别地，在红光波段或者红外波段的一个波长是比较理想的(630-800nm)，并且首要的是红外线，因为红外线能够有较大的测量体积。例如，可以使用一个HeNe激光器。

但是，在本发明的范围内，也可以使用其它的光源，例如其它激光器，光谱分析仪，等等。也可以使用其它的波长，而不是使用上面所提到的波长，并且不是使用一个或者几个波长，而是可以使用一个范围内的波长。

特别地，在本发明中，优选使用多普勒频率测量。这个类型的测量可以给出一个比较高的测量准确度，并且也可以给出一个开始的稳定零电平，而当使用前面所提到的光学方法时这是不可能的。另外，这个测量方法允许对一给定体积进行实时的检测。这些特性对神经外科设备来说是特别重要的，因为在这类外科手术中，尽可能确切地和可靠地预先确定被破坏组织体积的大小是极其重要的，因为很小的失误将造成很严重的后果。

在多普勒频率测量中，特别地，组织中血细胞的运动被检测。所提供的光被细胞壁和组织中其光学折射率与周围环境不同的其它界面所反射。正是因为其内部的运动，反射光包括与时间相关的波矢量，它取决于独立发生的反射扩散中的、与时间相关的相位因子的产生。这个运动导致了反射光产生一个多普勒频率移动，并且多普勒频率的大小取决于所检测组织体积中血液循环的程度。现有技术中已经知道如何根据一个多普勒频率来估计血液的微循环流，例如，这被用于测量皮肤中的血液。例如，从Perimed公司可以买到的检测器设备Periflux PF2或者PF3可以被用于完成这个目的。但是，这个设备不是用于控制附属设备的，它仅仅被用于估计血液流动。根据所测量的多普勒频率，在被测量体积中的可移动血液细胞的浓度，CMBC，就可以根据下面的公式被估计出来：

$\mathrm{CMBC}=k\left(\ln (1-\frac{1}{{\mathrm{\η}}^2{i}_T}\underset{{\mathrm{\ω}}_2}{\overset{{\mathrm{\ω}}_2}{\∫}}P\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω})\right)$

其中P(ω)是这个多普勒信号的频谱强度，ω₁是低频阈值，ω₂是高频阈值，k是一个常数，η²是主要与这个检测器中的信号的光学相关性相关的一个仪器因子，并且i_T是总的光电流。当热量被提供时，这个组织就被连续地或者逐步地破坏了。这样，这个组织中的内部运动也慢下来，这减少了这个反射光的相位因子的大小和时间变化。从上面的描述中可以很清楚，这样，这个多普勒频率随着这个微循环的减少而减少，这与围绕在这个电极周围的被破坏组织的体积是同步发生的。所以，当破坏这个组织时，可以区分随后的相位变化，和被破坏组织的体积大小。这样，就可以确定在这个过程中被破坏组织的破坏质量与数量，并且根据这个判断对这个设备进行控制，以使可以获得所希望的组织破坏体积大小和破坏程度。这是通过记录平均多普勒频率和这个多普勒信号的幅度或者强度而执行的。一般来说，这个频率表示了破坏的质量，即破坏程度，而幅度表示破坏的数量，即被破坏组织的体积大小。

图3显示了一个未经处理的多普勒频率信号的相对改变(RMS)与一个典型的器官损坏的时间之间的相关关系的一个示意图。典型地，这个器官损坏发生在一个非常短的时间间隔内，例如20秒内，并且其提供的热量是增加的，并且之间的停顿时间是例如，至少60秒。从这个信号中，可以读取频率和幅度。很清楚，不同的损坏发生会导致不同的结果，其不同的方面有总的信号改变和过程中的信号改变。这样，凝固和组织破坏的不同阶段就可以被区分和识别出来。

替代地，可以测量反射光的强度。这个反射光的强度是所返回的光信号的信号强度，它是周围组织体积的吸收的一个度量。例如，当这个组织凝固时，这个组织的颜色发生改变，并且变得越来越深，这样，其吸收的能力就增加了。

优选地，这个测量探针被连接到这个电极。这可以避免对这个组织进行更多的穿刺，而且，测量位置可以相对这个电极而固定，这样，就固定了所破坏的组织区域，由此增加了这个测量的安全性。图1示意图性地显示了这样一个实施方式。在这个实施方式中，两个光纤光学波导被放置在这个电极的相对两侧，它们中的一个被用于在这个组织体积中发送光，而另一个用于采集和返回扩散光。替代地，但是也可以使用几个波导，例如围绕在这个电极周围的整个波导束。但是，也可以使用其它类型的定位方法。

有利地，这个测量探针可以进一步被集成到这个电极中。这被示意图性地显示在图2中。在这个实施方式中，这些波导在这个电极内进行延伸，并且延伸到这个电极下半部分的开口处。例如，这些开口可以被安排在双极电极中的两个极区域之间的绝缘层内。

通过使用根据本发明的这个装置，优选地，这个使用者可以切实地直接确定被破坏的组织体积的大小。关于这个控制是如何发生的，即来自这个测量装置的测量数据是如何被这个控制单元来理解以获得正确的体积大小，可以使用几个方法来完成，这对该领域内的技术人员来说是很清楚的。例如，被测量特性的测量结果与组织的体积大小之间的直接相关可以针对不同的情形而建立，例如不同的电极，不同的组织类型，等等。替代地，可以根据所保存的表结果来进行控制。在测量结果与体积大小之间的相关可以预先在一个模拟环境中进行测量。例如，在如申请人的瑞典专利申请9702462-4中所公开的一个系统中就可以进行，其中在一个蛋白质溶液，例如白蛋白中就可以产生组织损伤。当在一个测试的流体中产生了这样的组织损伤时，被破坏的体积和程度就可以及时地被测量出来，例如，可以通过在上面所描述的相应测量被执行的相同时刻，使用一个摄像机进行拍摄而进行计算。这样，就可能将测量结果与一个预定的体积大小进行相关。优选地，可以使用一个相对控制，可以一直对组织进行破坏，直到测量结果的信号改变到所希望的程度，例如已经是一半了。但是，很自然，也可以使用绝对控制，其中对组织进行破坏，直到获得了一预定的测量结果电平。

根据本发明的这个装置优选地是用于在大脑中产生器官破坏，以治疗，例如帕金森病。但是，本发明也可以用于其它的装置，例如心脏切除手术，通过在肝脏，延髓，前列腺，和其它组织中破坏一预定体积大小的组织进行治疗。破坏组织的一个方法可以包括将热量提供到这个媒质，直接地或者是通过高频电流，激光，或者类似的。但是，对其它破坏技术来说，也可以使用其它媒质，例如局部进行的冷冻或者致死的化学药剂(deadly chemical agents)。

另外，上面所描述的装置具有连续的反馈控制。但是，也可以仅在特定的时刻来进行测量，例如以固定的间隔来进行测量，然后，根据这些测量来进行控制。这个测量装置也可以有不同的设计，例如将这个测量探针与这个电极分开。在使用激光来破坏组织的情形下，也可以直接测量它，这样，就不需要提供附加的激光来进行测量。这样和其它类似的变化均被认为包括在后附权利要求书所定义的范围内。

Claims (16)

1.一种用于破坏组织中的预定体积的设备，该设备包括用于发送破坏组织的媒质的主单元(1)，该主单元包括用于控制媒质发送的控制单元(3)，并且该设备也包括传送装置(4)，该传送装置被连接到所述主单元并且被调节成插入到该预定体积(10)中，以将所发送的媒质转移到该体积中，其中该设备进一步包括用于测量该预定体积的至少一个光学特性的测量装置(5-8)，该光学特性随被破坏的组织的体积大小而发生变化，该测量装置被连接到所述控制单元(3)，以根据所测量的该体积的光学特性来控制被提供的破坏组织的媒质的量，其特征在于该将被测量的光学特性是多普勒频率，所述设备进一步被调节成根据该多普勒频率的值来计算被测量体积中的运动血液细胞的浓度，并且根据该计算来估计被破坏体积的大小。

2.如权利要求1所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该测量装置(5-8)被调节成在提供该媒质期间连续地测量该体积(10)的光学特性，由此获得一个反馈控制。

3.如权利要求1或者2所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该所提供的媒质是热量，或者被转换成热量，用以控制该预定体积组织的凝固。

4.如权利要求3所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于所提供的媒质是高频电流。

5.如权利要求1所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于，该测量装置包括测量单元(5)和连接到该测量单元的测量探针，该测量探针包括至少一个波导(6)，用于将光源(7)所产生的光插入到该组织的预定体积中，该测量探针也包括至少一个返回波导(8)，用于将反射光返回到该测量单元，该测量单元被调节成从该反射光中识别出光学特性。

6.如权利要求5所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该光源(7)是激光器。

7.如权利要求6所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该激光器的波长范围在600-900nm之间。

8.如权利要求5或者6所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该测量探针被连接到该传送装置。

9.如权利要求8所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该测量探针与该传送装置被集成在一起。

10.如权利要求1所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于可以根据下面的公式来计算被测量体积内的运动血液细胞(CMBE)：

$\mathrm{CMBC}=k\left(\ln (1-\frac{1}{{\mathrm{\η}}^2{i}_T}\underset{{\mathrm{\ω}}_1}{\overset{{\mathrm{\ω}}_2}{\∫}}P\left(\mathrm{\ω}\right)\mathrm{d\ω})\right)$

其中P(ω)是该多普勒信号的频谱强度，ω₁是低频阈值，ω₂是高频阈值，k是一个常数，η²是主要与该检测器中的信号的光学相关性相关的一个仪器因子，并且i_T是总的光电流。

11.如权利要求1所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于该设备被调节成在提供破坏组织的媒质期间，根据该多普勒频率值来区分组织的状态变化。

12.如权利要求1所述的用于破坏组织中的预定体积的设备，其特征在于所述传送装置(4)是电极。

13.一种用于检测组织破坏的设备，该设备包括测量装置(5-8)和告警装置，该测量装置(5-8)被调节成插入到需要被检测的体积(10)中以连续地测量该预定体积的至少一个光学特性，该光学特性随被破坏的体积的大小而变化，并且该告警装置被调节成当该光学特性超过了一预定门限值时就发出告警信号，其特征在于需要被测量的该光学特性是多普勒频率，并且所述设备进一步被调节成根据该多普勒频率的值来计算被测量体积中的运动血液细胞的浓度，并且根据该计算来估计被破坏体积的大小

14.如权利要求13的用于检测组织破坏的设备，其特征在于，该测量装置包括测量单元(5)和连接到该测量单元的测量探针，该测量探针包括至少一个波导(6)，用于将光源(7)所产生的光插入到该组织的预定体积中，该测量探针也包括至少一个返回波导(8)，用于将反射光返回到该测量单元，该测量单元被调节成从该反射光中识别出光学特性。

15.如权利要求13或者14的用于检测组织破坏的设备，其特征在于，该设备被调节成在提供破坏组织的媒质期间，根据该多普勒频率值来区分组织的状态变化。

16.如权利要求13所述的用于检测组织破坏的设备，其特征在于该测量装置(5-8)是电极。