CN1798591B - 具有中心开口的超声探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有在用于病人的超声治疗的装置上的中心开口(22)的超声探测器。该探测器具有可被调节以被放置在将被治疗的对象、与该对象相对、或者在该对象中的前端部分，并且该探测器被安排发射具有强度最大值位于对其加热的对象的超声场。中心开口(22)改进发射强度模式并使得发射器能够被冲洗。

Description

具有中心开口的超声探测器
技术领域
本发明涉及一种具有由在用于病人的超声治疗的装置上的一个或多个孔形成的中心开口的超声探测器。该探测器具有一个可被调节以被放置在将被治疗的对象上、与该对象相对、或者在该对象中的前端部分，并且该探测器被安排发射具有强度最大值位于其加热对象上的超声场。中心开口改进发射强度模式并使得发射器能够被冲洗。
背景技术
先前已知为了治疗的目的通过超声来加热病人的组织。一般，具有多个协作发射超声场的水晶的定相阵列换能器已被使用。该多个发射器被控制以实现所获得的聚焦。定相阵列换能器除了该定相阵列换能器自身的成本，还需要复杂和昂贵的电子电路。
具有单个或一些发射器部件的换能器也已被使用。这些换能器具有固定的焦点，该固定的焦点通过对水晶成型或者通过额外的装置聚焦超声场而被实现。
发射的超声场具有最大值位于将被治疗的对象中的强度模式。示例性的模式显示在图6A中。除了期望的最大峰M之外，在邻近的超声场中存在另一个峰P，虽然峰P具有较低的强度。除了位于将被治疗的对象之外从而浪费电力之外，它引起不必要的加热。在将被治疗的对象比较浅，诸如腱或韧带的情况下，此邻近的峰可能位于病人的皮肤并引起疼痛。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声探测器，该探测器减少在邻近的超声场中的不需要的峰的效果。
在第一方面中，本发明提供一种超声探测器，包括：探测器体和用于产生聚焦的超声场的换能器装置，该超声场的密度最大值位于对其加热的对象中。
根据本发明，换能器装置具有由一个或多个孔形成的中心开口，该中心开口被调整以减少在邻近的超声场中的不需要的峰的效果。
在第二方面中，本发明提供一种如上定义的超声探测器的使用方法。
尽管在从属权利要求中阐述了优选实施例，但是本发明被所附权利要求1和20所限定。
附图说明
以下还将参照附图描述本发明，其中：
图1示意性地显示根据本发明的装置的使用；
图2是根据本发明的探测器的横截面的详细视图；
图3是图2中的探测器的前视图；
图4是换能器和连接的管的侧视图；
图5是具有连接的管的换能器的前视图；和
图6A和6B分别是没有中心开口的发射器和根据本发明的有中心开口的发射器的超声场强度相对于距离的示意图.
具体实施方式
以下将描述涉及一种用于热治疗，尤其是椎间盘的微侵入超声治疗的方法的本发明。本发明还可应用于诸如腱和韧带的非侵入治疗，并且本发明不限于任何特定的应用。
热治疗和组织凝结的方法包括使用具有高强度的聚焦的超声。超声良好地穿过软组织并可被聚焦在几立方微米体积内的远点上。组织中的能量吸收以急剧的温度斜率增加温度，从而被治疗的体积的边界被清楚地限制而不会引起对周围组织的任何损害。
在微侵入超声治疗中，治疗超声换能器通过病人皮肤中的小切口被插入并向将被治疗的对象移动。在非侵入超声治疗中，治疗超声换能器被对着病人组织的皮肤使用，这些组织诸如在例如肩、膝、肘或脚部的腱和韧带。在微侵入和非侵入治疗两者中，在邻近超声场中的强度峰(图6中的P)都是不合需要的。
图1中示意性示出的治疗装置1意图通过至少一个治疗超声换能器2(所谓的治疗换能器)产生超声场3，该超声场3的强度最大值F意图位于对其治疗的病人4的对象5中。例如，该对象可以是病人4的椎间盘5中的髓核6，但是它也可以是诸如在例如肩、膝、肘或脚部的韧带或腱的另一对象。然而，在以下的文字描述中，将对盘的治疗进行描述。
治疗超声换能器2在此示例中意图穿过病人4的皮肤，例如通过切口或通过诸如套管18的导引器被插入，并且接触盘5，最好接触纤维环8以实现在盘5的局部温度增加，这导致盘5的收缩。加热到60-70摄氏度可直接实现胶原质收缩。治疗超声换能器2可对着盘5放置而不用在纤维环8上穿孔，并从那里发射其强度最大值F在治疗体积内聚焦的超声场3。
治疗装置1可包括：具有相关联的内部部分的刚性管18、和一个或多个位置指示器19。管18可通过光学导航技术被向着将被治疗的对象5插入。管18的内部部分随后被治疗超声换能器2替换，所述管18在图1中用虚线示意性地示出。
治疗超声换能器2可被安排手动地定位，或者被安排在一个用于对其相对于将被治疗的盘5进行定位的定位装置40。该治疗装置1还可包括具有X射线照相机(未显示)的光学导航装置。该定位和导航装置不构成本发明的部分。
治疗超声换能器2包括探测器10，其最好是延长的探测器10。探测器10的一个或多个前端部分可被定位以与盘5接触。
探测器10的前端部分更详细地显示在图2和图3中。该探测器具有：探测器体20，包含各种组件，诸如发射器部件11(例如压电部件)、冲洗管道22和前盖23；和热敏电阻27。
发射器部件11最好为单个压电部件.然而，本发明同等地适用于多个发射器部件的阵列.如同所显示的，发射器部件具有曲线的前表面以聚焦发送的超声场.一个被动部件也可被放置在发射器前面以实现聚焦功能，其在这种情况下可以是曲线的或平的.发射器部件11最好倾斜角度α，以使焦点(图1中的F)被从探测器的纵向轴偏移，或者该被动部件的设计是这样的以实现所述偏移.这意味着当探测器绕其纵向轴被旋转时，焦点F画出绕着轴的圆.这导致超声场的强度被从焦点F周围的体积扩展到圆环面状的体积.此外，探测器还可沿着纵向轴被纵向地移动，导致最大超声强度被扩展到像螺旋或圆筒状的体积.纵向移动可与旋转同时执行，从而焦点画出螺旋，或者步进可与旋转同时执行，从而焦点画出一些相邻的平行圆.由于焦点的体积和热传导，在环面状或者圆筒体积的中心也实现了热效应.本发明也适用于不倾斜(α＝0)的探测器.
通过马达操作的定位装置40可实现探测器的移动。该移动也可被手动实现。
如在图5中最清楚地显示的，发射器部件11设置有在其中心的开口22。该方向性以及因此产生强烈聚焦的能力实质上应归于换能器的外围部分。已知大的相干发射表面用于产生接近表面的干涉峰。
图6A和6B分别是没有中心开口的发射器和根据本发明的有中心开口的发射器的超声场强度相对于距离的示意图。如可在图6A中看到的，根据现有技术的没有中心开口的发射器部件具有位于将被治疗的对象的在距离x的期望的最大值M和位于邻近场中的在距离y的不需要的峰P。如可看到的，超声场包括几个较窄的峰P’，但是仅有峰P引起问题。该距离y可位于病人的皮肤，不需要的峰P可引起在介绍中提及的疼痛。
另一方面，在发射器部件11中提供中心开口通过如可在图6B中看到的一样重定位超声场的峰来减少不需要的峰P的效果。如果距离y位于敏感位置，则峰P被移动到位置z，在位置z，发射的超声有较小的伤害或者无伤害。在位置y，现在存在低的超声场强度。较窄的峰P’也已被移动并改变形状。由于发射器部件的中心部分也对期望的峰M有贡献，所以根据本发明的发射器部件11的峰M也将被稍微移动和减少。表面面积的损失相当小并可通过驱动电压的微小增加而被补偿，因此增加了发射器部件的每表面单位发射的超声功率。这么作是安全的，尤其考虑到对不需要的峰P的重定位。
在图6A和6B的仿真中，发射器具有15mm的曲率半径和4MHz的频率的发射超声。在图6B中，中心开口的直径是3mm。
超声场强度的确切外形取决于：超声波长、各种涉及的组织的声学特性、焦点的距离和发射器系统的直径、以及中心开口的面积和外部直径之间的比率。一般，超声场强度的外形通过改变这些因素中的任何一个可被调整，但是中心开口还具有下面讨论的优点。
使用没有开口的、但是具有无发射活动的中心区域的实心的发射器，则相同的减少被实现。然而中心开口可被用于插入器具，该器具如下所述用于吸气或用于发射器的冲洗。中心开口可由一个或多个分离的孔形成。
中心开口的表面积为发射器部件的全部表面积的1-25％较合适，最好为5-15％，并且在优选实施例中为大约10％。发射器部件的直径在2-100mm的范围内，正常地为2-20mm，在微侵入治疗的情况下为大约5mm。该直径在非侵入治疗的情况下不关键。
在操作期间，发射器部件11自身被加热，从而它也在它附近产生热量。此热量一般是不合需要的并应该被冷却。为了此目的，流体被带入发射器部件的前面。该流体还起到声学耦合器的作用并防止气穴堵塞超声场。合适地，发射器部件设置有在中心开口22中的通道以让流体通过。原则上，流体可在发射器前面自由流动，但是最好探测器的尖端被合适材料的可变形的壁或穿孔的盖23所覆盖，其限定发射器部件11和盖23之间的小室24。
图3显示这些盖23的示例.该盖设置有一个或多个合适大小的穿孔或孔25，并且最好在盖的上表面上均匀地分布.在该图中，作为示例，六个孔被显示.穿孔25的表面面积与整个面积的比率通常在0.1-0.9的范围内，在0.1-0.7的范围内较合适，最好在0.1-0.5的范围内，在优选实施例中为0.1-0.3.合适的范围取决于流体的粘性和执行的治疗，该流体可为液体或凝胶体.穿孔的盖23导致流体被均匀地分布在发射器部件11前面，从而热量不能过度地增大.盖可被放置在用于插入探测器的套管上，而不是放置在探测器上.
在优选实施例中，探测器还设置有安全开关，该安全开关被安排在冲洗操作存在问题的情况下切断发射器部件11的操作。该安全开关包括温度传感器27，例如热敏电阻。最好，该热敏电阻被放置以接触一个将冲洗流体引导通过发射器部件的金属管26。因此，热敏电阻被放置在发射器部件11后面，不是在流体中而是通过导热管26与发射器部件11进行良好的热接触。该管由金属制成较合适，最好由银制成。以此方式，温度传感器27将以几分之一秒检测冲洗电路何时存在问题。安全开关被安排当检测到一个偏离预设值的温度，例如大于预设值+10℃时，切断发射器部件。在发射器部件的正常使用的功率的情况下，由于安全开关良好地预先行动，所以没有使病人受伤的危险。
描述的设备可被使用在治疗盘的方法中，但是还可被使用在治疗身体的其它对象的方法中。作为这样的其它对象的示例可以提及在例如肩、膝、肘或脚部的腱和韧带。本发明的范围仅由权利要求所限制。

Claims (23)

1.一种用于治疗病人体内对象的超声设备，所述超声设备包括延长的探测器(10)，所述探测器(10)具有能与所述对象接触的前端部分，所述前端部分包括：探测器体(20)和用于产生聚焦的超声场的发射器部件(11)，该超声场的强度最大值(F)位于对其加热的对象(5)中，该超声设备的特征在于发射器部件(11)具有用于发射该超声场的前表面，其中所述前表面包括位于所述发射器部件(11)的一个中心开口(22)，以用于改进所发射的强度模式，从而减小紧靠近所述发射器部件前面的超声场的不希望的峰值强度的效果，并且其中所述发射器部件(11)还具有位于所述一个中心开口(22)中的用于引导流体通过所述发射器部件(11)的通道。
2.一种根据权利要求1的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)具有一个曲面的前表面。
3.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，它还包括在发射器部件(11)前面形成腔室(24)的一个穿孔的盖(23)。
4.一种根据权利要求3的超声探测器，其特征在于，所述盖(23)设置有一些在前表面上分布的穿孔(25)。
5.一种根据权利要求4的超声探测器，其特征在于，穿孔(25)的表面面积相对于整个面积的比率在0.1-0.9的范围内。
6.一种根据权利要求4的超声探测器，其特征在于，穿孔(25)的表面面积相对于整个面积的比率在0.1-0.7的范围内。
7.一种根据权利要求4的超声探测器，其特征在于，穿孔(25)的表面面积相对于整个面积的比率在0.1-0.5的范围内。
8.一种根据权利要求4的超声探测器，其特征在于，穿孔(25)的表面面积相对于整个面积的比率在0.1-0.3的范围内。
9.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，该通道包括导热管(26)，并且该探测器还包括位于发射器部件(11)之后并与导热管(26)热接触的温度传感器(27)，其中温度传感器(27)被连接到控制装置，所述控制装置用于当检测的温度偏离一个预设值时中断发射器部件(11)的操作。
10.一种根据权利要求9的超声探测器，其特征在于，控制装置被配置为当检测的温度从预设值偏离多于+10℃时，中断发射器部件(11)的操作。
11.一种根据权利要求9的超声探测器，其特征在于，温度传感器(27)是热敏电阻。
12.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)被安排为，使超声场的焦点从探测器体(20)的纵向轴移置一个角度(α)。
13.一种根据权利要求12的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)倾斜了角度α。
14.一种根据权利要求12的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)包括具有这样设计的被动部件，该设计使所述移置被实现。
15.一种根据权利要求12的超声探测器，其特征在于，探测器体(20)绕其纵向轴可旋转。
16.一种根据权利要求15的超声探测器，其特征在于，探测器体(20)沿其纵向轴可移置。
17.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，中心开口的表面面积适合为发射器部件(11)的全部表面面积的1-25％。
18.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，中心开口的表面面积适合为发射器部件(11)的全部表面面积的5-15％。
19.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，中心开口的表面面积为发射器部件(11)的全部表面面积的10％。
20.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)的总直径在2-100mm的范围内。
21.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)的总直径在2-20mm的范围内。
22.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)包括单个的压电水晶。
23.一种根据权利要求1或2的超声探测器，其特征在于，发射器部件(11)包括压电水晶的阵列。
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