CN1615166B - 通过隔热换能器最小侵入超声波治疗目标的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于最小侵入超声波治疗目标的设备。安排至少一个超声波治疗换能器(2)以通过产生超声波场(3)治疗目标(5)，场的温度焦点位于其治疗的目标(5)内。该超声波治疗换能器(2)包括一个适应于沿着朝向该目标(5)的方向插入体内的探针(10)，探针的前部(10a)适应于靠着或位于该目标(5)内。所述探针(10)包括至少一个用来产生所述超声波场(3)的发送器元件(11)。用来产生超声波场(3)的发送器元件(11)安排成位于该前部(10a)的后面，从而在操作中该发送器元件(11)不加热或者基本上不加热该前部(10a)。

Description

通过隔热换能器最小侵入超声波治疗目标的设备
技术领域
本发明涉及一种最小侵入超声波治疗患者的目标的设备，其中至少一个超声波治疗换能器安排成通过产生其焦点位于该目标内从而加热该目标的超声波场来治疗该目标，其中该超声波治疗换能器包括一个适用于沿着朝着该要治疗的目标插到身体内的探针并且包括一个适用于靠在或位于该目标中的前端，而且所述探针包括至少一个用来产生所述超声波场的发送器元件，操作中允许加热该发送器元件。
背景技术
椎间盘由外纤维组织环、纤维环以及较粘的内部髓核组成。椎间盘充当减震器，如果纤维环断裂，例如由于小裂缝，盘体会向外扩张并造成对神经根的挤压从而引起炎症反应。
从三十年代起通过去掉移位的盘体和/或一部分凸起的盘手术治疗突出的椎间盘。后来，外科治疗向不太侵入的手术发展，并且现在利用经皮的技术去掉盘体。外科治疗的一种替代方法是核化学法，其中把木瓜凝乳蛋白酶注入到髓核即盘的中央部分中。该酶和髓核中的长蛋白多糖链聚后然后丧失吸湿性。这减小髓核以及盘的凸起部分的体积和压力，其解释了核化学法后坐骨神经痛病人疼痛缓解的原因。已经证明该方法在75％的病例中减轻疼痛并且文献都记载费用不高。遗憾的是，该方法在大约1％的病例中引起严重的过敏反应。下一步提高应该是对椎间盘突出的不侵入治疗，其最好应是无痛的、避免感染风险的并且是不卧床的。
组织的温热疗法和凝固疗法涉及利用高强度的聚焦超声波。超声波良好地穿过软组织并且可以聚焦在几毫米表面之内的远程点上。组织中的能量吸收按急剧的温度梯度提高温度从而清晰限定被治疗体积的边界不会损坏周围的组织(US 5291890，US 5501655)。先前已知椎间盘突出的超声波治疗(EP 0872262)。
椎间盘的热疗在称为IDET方法(US 6073051，US 6007570，US 5980504)下证明是有效的。该方法目的是通过套管把导管插入到椎间盘中。该导管的最远端有一个通过施加射频电压加热的线圈(US 5785705)。在该导管的加热元件处于的髓核中热量提高到约90℃并且进行15分钟的治疗。
和其它热技术相比聚焦超声波外科术具有几个优点。焦点可以移动并且可以在短的时段中提供能量。超声波的局限是骨对它的吸收以及它对充气管道的贯穿差。当今超声波外科术的临床应用主要用于眼科、泌尿科和瘤科。超声波的效应可分为热效应和非热效应。
超声波的热效应是因为组织对超声波的吸收造成的。这导致温升，其中温升取决于超声波参数(频率和强度)以及组织的声学特性。肌与骨胳组织对超声波的吸收随磷灰石和蛋白质含量增加，这意味着骨、软骨、腱和韧带中的高吸收。然而，水具有低的超声波吸收能力并且因此可以充当超声波换能器和组织之间的声学媒介。预期纤维环(高胶原蛋白含量)的吸收高于髓核(高水含量)。这会导致椎间盘外围部分的温度高于中央部分的温度。为了防止纤维环的温度超过有害程度同时又使髓核中的温度达到足够的水平，可以从几个超声波源发射超声波。在这种方式下，场彼此叠加并且在可以把周围组织(包括纤维环)中的强度保持低的同时提高髓核里的效果。
在最小侵入超声波治疗中，通过患者皮肤上的小切口插入超声波治疗换能器并且朝要治疗的目标移动。由于操作中加热超声波换能器，存在靠近治疗区的组织遭受不能接受的高热影响的风险。
本发明的目的是克服上述热问题。根据本发明这是通过这样一种用于最小侵入超声波治疗目标的设备实现的，其中安排至少一个超声波治疗换能器用于通过产生超声波场治疗该目标，场的温度焦点位于该目标内以加热目标；其中该超声波治疗换能器包括一个定义纵向方向的细长探针，该细长探针适应于朝着该要治疗的目标插入到体内并且包括一个适应于靠着或位于该目标内的前部；并且其中所述探针包括至少一个用来产生所述超声波场并发送所述超声波场穿过所述前部的发送器元件，其特征在于，所述发送器元件安排在从所述纵向方向上看位于该探针的前部的后面的后部中，以及所述前部配置成是热隔离的。
通过在位于靠着或者位于要治疗的目标内的探针的前部后面的后部中安排发送器元件，达到该发送器元件不加热或者基本上不加热所述前部，即达到在超声波产生期间发热的发送器元件和治疗期间探针的前部所位于的组织之间的热隔离。
附图说明
下面参照附图进一步说明本发明，附图中：
图1示意示出根据本发明的该设备的结构实施例；
图2示意示出包含在根据图1的设备里的超声波治疗换能器的各部分；以及
图3示意示出可包含在根据图1的设备中的校准部件。
具体实施方式
图1中示意示出的治疗设备1用来通过至少一个超声波治疗换能器2(所谓的治疗换能器)产生一个超声波场3，场的温度焦点F要位于患者4的目标5内以进行治疗。该目标例如可以是患者4的椎间盘5中的髓核6，但也可以是其它目标诸如肩、膝、肘或足中的韧带。然而，下面的说明将参照椎间盘的治疗进行。
本例中的超声波治疗换能器2用来穿过患者4的皮肤，例如通过切口或者通过插管，并且和盘5，最好纤维环8，接触，以在髓核6中达到局部温升从而激励盘中存在的诸如胶原酶的酶并且引起胶原蛋白和蛋白多糖的分解，这导致主要由于较小吸湿性使髓核6收缩。例如加热到摄氏60-70度可以直接达到破坏一改变蛋白多糖中的结构，可以在不对纤维环穿孔下使超声波治疗换能器2靠着盘5并且从该处把聚焦在温度焦点F的超声波场3发射到治疗体积内。
超声波治疗换能器包括一个探针10，其最好是一个细长探针10。探针10的前部10a可以定位成和盘5接触。在探针10的在本文中称为后部10b的位于所述前部10a的后面的部分10b中设置至少一个发送器元件11例如压电元件，从而在操作期间加热的发送器元件11不会或者实质上不会加热探针10的前部10a或者所述前部10a周围的组织。
根据本发明的一实施例，在探针的该部分即探针的后部放置或者附着电子电路，而在治疗期间该后部是位于患者的身体外面的。从而没有或者减少治疗期间位于患者体内的电子电路。
最好把探针10的前部10a配置成是热隔离的。例如，可以用PyrexTM或其它适用材料造成构成前部10a。
探针10的前部10a在前端可以封闭，例如通过材料适当的软壁12。此外，探针10的前部10a可以包括或者附上一个聚焦部件13，以便聚焦发送器元件11生成的超声波场3。所述聚焦部件13例如可以安排成和软壁12相邻。
发送器元件11和聚焦部件13之间的距离A可以在0.5-20厘米的范围内并且最好在1-18厘米的范围内。
探针10中发送器元件11和聚焦部件13之间的空间10c可以被安排和/或包含只在其中引起超声波场3小功率损耗的材料。
如果所述空间10c包含材料，可以把该材料改变成单独地或者和聚焦部件13一起地对超声波场3施加聚焦作用。
治疗设备1可以包括一个带有关联的内部部分以及数个位置发送器19，最好至少三个这样的位置发送器，的刚性管18。可以通过光导航技术向要治疗的目标5插入该管18。例如可以背外侧地向盘5插入它。接着用超声波治疗换能器2替换管18的内部部分，所述管18在图1中是用虚线表示的。
治疗设备1还可以包括一个用来导航超声波治疗换能器2的光导航部件20(US 5772594)。该光导航部件20包括至少一个诊断镜头21，其适用于在监视器24上产生治疗部位22至少一个解剖结构图像23。该诊断镜头21可以是一个X射线镜头25，其从不同方向(最好90°中间角)取治疗部位22的二张解剖结构23的画面并在监视器24上显示这些画面。在该光导航部件20上，X射线镜头25和一个模数转换器一起使用，以便在监视器24上得到超声波治疗换能器2的位置及方向上的实时图象(US 6021343，US 5834759，US 5383454)。
X射线镜头25包括一个位于X射线镜头25的物镜前面的并且带有已知它们之间的距离的标记组27的定位部件26，例如圆柱套。这些标记27可以是环绕的并由金属材料例如钽构成。
在光导航部件20中，还可以包括一个参照部件28。在治疗盘的情况下，该参照部件28排列成附着在脊椎29的棘突30上或者排列在可以给出相对于治疗部位22的确定位置的对应位置上。该参照部件28可以包括几个位置发送器31，最好至少三个，并且它们可以用诸如钽的金属材料组成。
超声波治疗换能器2可以包括多个，最好三个或更多，位置发送器7以便确定它的位置。
此外，光导航部件20可以包括一个信号接收和/或信号发送单元32。该单元可以包括适当数量的信号接收器33、34，用于分别接收来自超声波治疗换能器2以及参照部件28的位置发送器7和31的信号。该信号接收和/或信号发送单元32还能包括一个或更多的信号发送器35，用于向安排成接收这些信号的所述位置发送器7和31发送信号。
位置发送器7和31发送的信号例如可以以红外光或可见光或射频电磁波或声波的形式，并且在这样的情况下信号接收器33、34可以是红外光或可见光或射频电磁波或声波的接收器。
在治疗设备1中还可以包括一个用于校准超声波治疗换能器2的温度焦点F的温度效应的校准单元37。校准单元37具有一个或多个热敏元件38，通过热敏元件可以测量所述温度焦点F的效应以便进行校准。这些热敏元件38和示意示出的测量部件39连接。
可以把校准单元37安排成通过一个可以是一个独立的超声波换能器的超声波换能器的回波测量输出功率。校准单元37还可以安排成测量来自超声波治疗换能器2的回波。
在治疗盘5，最好髓核6，之前，参照部件28可以位于患者4的椎骨29上并且可以在校准单元37中校准超声波治疗换能器2。
可以摄取在盘5的患者4的解剖结构23的两个X射线图象，并且这些X射线图象在监视器24上被显示。在这些X射线图象上，可以通过定位部件26的各标记27确定参考部件28相对于盘5的位置。
在盘5，最好髓核6，的治疗期间，可以通过信号接收或信号发送单元32导航超声波治疗换能器2，从而在监视器24上于X射线图象中呈现导航。这是借助超声波治疗换能器2的位置发送器7通过信号和信号接收或信号发送单元32的信号发送器33、34合作实现的。通过所述导航，可以定位超声波治疗换能器2从而它的超声波场3的温度焦点F会落在盘5最好髓核6中。温度焦点F上的温度最好超过45℃。
如果相对于超声波治疗换能器2患者移动到不正确的位置或者如果反过来则可以自动中断治疗。
本发明不受上面说明的方法的限制，而是可以在后面权利要求书的范围内改变。从而，目标5可以是体内盘之外的任何要治疗的目标并且该盘可以是体内的任何盘。
诊断镜头21可以是一个计算机X线断层(CT)扫描仪，其安排成产生所述解剖结构33的图象并且可以在计算机程序或软件中处理这些图象以得到监视器24中的三维图象。诊断镜头21可以替代地是一个X射线镜头或者是一个核磁共振成像(MRI)镜头，其安排成产生所述解剖结构23的图象并且可以在计算机程序中处理这些图象以在监视器24中得到三维图象。
超声波治疗换能器2可以安排成手动地或者通过定位部件40地相对于要治疗的盘5定位。
探针10可以备有包含着在探针10的端头附近传导冷却液的通道的冷却部件(未示出)，其中该端头可以带有薄膜。但是，根据本发明的另一实施例，探针的端头不带有薄膜。在这样的实施例中，探针的端头可以靠着要治疗的目标并且可以围绕该端头在该端头和该要治疗的目标之间的空间中传导冷却液。
在治疗盘的方法中以及治疗身体中的其它目标的方法中使用所说明的设备。例如这些其它目标可以是已提到的诸如肩、膝、肘或足中的韧带。
另外，还应理解，取决于要治疗的目标可以去掉一些上面说明的不同步骤或部件。例如在治疗诸如膝中的韧带的情况下可以去掉光导航部件和/或参照部件，因为确定该结构的位置要比例如椎间盘容易得多。

Claims (31)

1.一种用于最小侵入超声波治疗目标的设备，其中安排至少一个超声波治疗换能器(2)用于通过产生超声波场(3)治疗该目标(5)，场的温度焦点(F)位于该目标(5)内以加热目标；其中该超声波治疗换能器(2)包括一个定义纵向方向的细长探针(10)，该细长探针(10)适应于朝着该要治疗的目标(5)插入到体内并且包括一个适应于靠着或位于该目标(5)内的前部(10a)；并且其中所述探针(10)包括至少一个用来产生所述超声波场(3)并发送所述超声波场穿过所述前部的发送器元件(11)，其特征在于，所述发送器元件(11)安排在从所述纵向方向上看位于该探针(10)的前部(10a)的后面的后部(10b)中，以及所述前部(10a)配置成是热隔离的。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，探针(10)的前部(10a)包括一个用于对发送器元件(11)产生的超声波场(3)进行聚焦的聚焦部件(13)。
3.根据权利要求2的设备，其特征在于，发送器元件(11)和把超声波场(3)聚焦到温度焦点(F)上的聚焦部件(13)之间的距离(A)在0.5-20厘米的范围内。
4.根据权利要求3的设备，其特征在于，发送器元件(11)和把超声波场(3)聚焦到温度焦点(F)上的聚焦部件(13)之间的距离(A)在1-18厘米的范围内。
5.根据权利要求2-4中任一权利要求的设备，其特征在于，探针(10)在发送器元件(11)和把超声波场(3)聚焦到温度焦点(F)上的聚焦部件(13)之间的空间(10c)中配置和/或包含材料从而其中只存在超声波场(3)的降低了的功率损耗。
6.根据权利要求2-4中任一权利要求的设备，其特征在于，探针(10)在发送器元件(11)和把超声波场(3)聚焦到温度焦点(F)上的聚焦部件(13)之间的空间(10c)中包含适应于和该聚焦部件(13)一起对该超声波场(3)施加聚焦作用的材料。
7.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，所述设备包括光导航部件(20)，所述光导航部件(20)包括至少一个安排成产生该要治疗的目标(5)位于其中的治疗部位的至少一个解剖结构(23)的图象的诊断镜头(21)。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于，该诊断镜头(21)是X射线镜头(25)。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，该X射线镜头(25)包括一个带有一组标记(27)的定位部件(26)，这些标记用于确定在监视器(24)上显示的存在在患者(4)的要治疗的椎间盘上的解剖结构(23)的位置。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于，该监视器(24)安排成显示该X射线镜头(25)从二个不同位置摄取的二幅所述解剖结构(23)的X射线照片。
11.根据权利要求7的设备，其特征在于，该诊断镜头(21)是一个计算机X线断层(CT)扫描仪，其安排成产生患者(4)要治疗目标(5)处的解剖结构(23)的图象，这些图象在计算机程序中处理以在监视器(24)上得到三维图象。
12.根据权利要求7的设备，其特征在于，该诊断镜头(21)是一个X射线镜头或者是一个MRI扫描仪，其安排成产生患者(4)要治疗目标(5)处的解剖结构(23)的图象，这些图象在计算机程序中处理以在监视器(24)上得到三维图象。
13.根据权利要求7的设备，其特征在于，该光导航部件(20)还包括至少一个信号接收或信号发送单元(32)，该信号接收或信号发送单元(32)用于从和对
(a)一个带有相对于该目标(5)的设定位置的参照部件(28)上，以及
(b)该超声波治疗换能器(2)上
的位置发送器(31，7)接收和/或发送信号，从而可以其确定相对于所述治疗部位(22)的位置。
14.根据权利要求13的设备，其特征在于所述信号接收或信号发送单元(32)被安排成接收或发送红外光或可见光或射频电磁波或声波形式的信号，还在于所述位置发送器(7，31)被安排成发送或接收红外光或可见光或射频电磁波或声波形式的信号。
15.根据权利要求13的设备，其特征在于，该参照部件(28)附着在患者的脊柱中的椎骨(29)上。
16.根据权利要求13的设备，其特征在于，该参照部件(28)包括由金属球组成的位置发送器(31)。
17.根据权利要求16的设备，其特征在于，光导航部件(20)的该信号接收或信号发送单元(32)为至少一个X射线部件。
18.根据权利要求7的设备，其特征在于，一个带着关联的内部部分的管(18)能够向要治疗的目标(5)插入，并且所述内部部分将被该超声波治疗换能器(2)替代。
19.根据权利要求18的设备，其特征在于，所述管(18)能够通过该光导航部件(20)导航穿过患者(4)的皮肤并和要治疗的目标(5)接触。
20.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，该超声波治疗换能器(2)的温度焦点(F)上的温度超过45℃。
21.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，一个标准部件(37)被安排用于校准该超声波治疗换能器(2)发射的在所述超声波治疗换能器(2)的温度焦点(F)上的功率和/或所述温度焦点(F)相对于该超声波治疗换能器(2)的发送器元件(11)的位置。
22.根据权利要求21的设备，其特征在于，该校准部件(37)安排成通过一个超声波发送器的回波测量发射功率。
23.根据权利要求22的设备，其特征在于，该核准部件(37)安排成测量来自该超声波治疗换能器(2)的回波。
24.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，该探针(10)带有一个包含着在该探针(10)的端头周围传导冷却液的通道的冷却部件，该端头带有一个薄膜。
25.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，该设备安排对患者(4)的椎间盘中的髓核(6)形式的目标(5)进行最小侵入超声波治疗。
26.根据权利要求25的设备，其特征在于，该超声波治疗换能器(2)安排成通过皮肤上的切口或者通过一条套管穿过患者(4)的皮肤并且和要治疗其髓核(8)的椎间盘接触。
27.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于它被安排成对肩或膝中的韧带形式的目标(5)进行最小侵入超声波治疗。
28.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，电子电路位于或者附着在该探针(10)的后部(10b)上并且在治疗期间位于患者的体外。
29.根据权利要求1-4中任一权利要求的设备，其特征在于，该设备用于治疗患者(4)的体内的一个目标(5)。
30.根据权利要求15的设备，其中该参照部件(28)附着在所述椎骨(29)的棘突(30)上。
31.根据权利要求16的设备，其中该位置发送器(31)由钽球组成。
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