DE60130642T2

DE60130642T2 - Systeme zur verminderung sekundärer heisser stellen in phasengesteuerten fokusierten ultraschallsystemen

Info

Publication number: DE60130642T2
Application number: DE60130642T
Authority: DE
Inventors: Shuki Vitek; Naama Brenner
Original assignee: Insightec Ltd
Current assignee: Insightec Ltd
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: WO2001080708A2; DE60130642D1; US6419648B1; CN1294881C; EP1274348A4; AU2001250617A1; CN1449261A; JP2004511268A; ATE373988T1; EP1274348A2; WO2001080708A3; EP1274348B1; EP1274348B8

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Ausführen nicht-invasiver chirurgischer Prozeduren unter Verwendung von gebündeltem Ultraschall und insbesondere Systeme zum Reduzieren sekundärer Hot Spots, die durch eine Transducer-Anordnung für gebündelten Ultraschall erzeugt wurden.
STAND DER TECHNIK
Fokussierte akustische Wellen hoher Intensität, wie zum Beispiel Ultraschallwellen (akustische Wellen mit einer Frequenz von mehr als 20 kHz), können zur therapeutischen Behandlung innerer Gewebsbereiche in einem Patienten verwendet werden. Ultraschallwellen können zum Beispiel zum Entfernen von Tumoren verwendet werden, wodurch sie die Notwendigkeit chirurgischer Eingriffe erübrigen. Zu diesem Zweck sind piezoelektrische Transducer, die durch elektrische Signale zum Erzeugen von Ultraschallenergie angesteuert werden, vorgeschlagen wurden, die außerhalb des Patienten, aber in enger Nachbarschaft zum Gewebe, das entfernt werden soll, platziert werden können. Der Transducer besitzt eine derartige geometrische Form und wird so angeordnet, daß die Ultraschallenergie in einem "Brennbereich" fokussiert wird, die einem Zielgewebsbereich im Patienten entspricht, wodurch der Zielgewebsbereich erwärmt wird, bis das Gewebe nekrotisiert ist. Der Transducer kann nacheinander auf eine Reihe von Brennbereichen in enger Nachbarschaft zueinander fokussiert und aktiviert werden. Diese Serie von Beschallungen wird zum Erzeugen einer Koagulationsnekrose einer ganzen Gewebsstruktur, wie zum Beispiel eines Tumors, von einer gewünschten Größe und Form verwendet.
Eine Kugelkappen-Transduceranordnung, wie zum Beispiel die im US-Patent Nr. 4,865,042 offenbarte, welches an Umemura et al. erteilt wurde, ist für diesen Zweck vorgeschlagen worden. Diese Kugelkappen-Transduceranordnung umfaßt mehrere konzentrische Ringe, die auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sind, welche einen Krümmungsradius hat, die einen Teil einer Kugel definiert. Die konzentrischen Ringe haben im allgemeinen gleiche Flächen und können auch in Umfangsrichtung in mehrere gekrümmte Transducerelemente oder -sektoren geteilt sein, wodurch eine Sektorwirbelanordnung erzeugt wird. Die Transducerelemente werden von elektrischen Hochfrequenz-(HF)-Signalen bei einer einzelnen Frequenz betrieben, die in Phase und Amplitude versetzt sind. Die Phase und Amplitude der jeweiligen Treibersignale können insbesondere so gesteuert werden, daß die emittierte Ultraschallenergie auf eine gewünschte "Brennweite", d. h. auf den Abstand vom Transducer bis zur Mitte des Brennbereichs, fokussiert wird und für ein gewünschtes Energieniveau im Zielgewebsbereich sorgt.
Obwohl die Transducerelemente auf einen gewünschten primären Brennbereich fokussiert sind, kann es auch einen oder mehrere sekundäre Brennbereiche an anderen Stellen als dem beabsichtigten primären Brennbereich geben. Zum Beispiel können Räume zwischen den konzentrischen Ringen zu solchen Hot Spots beitragen, insbesondere im "Nahfeld", d. h. in dem Bereich zwischen dem Transducer und dem primären Brennbereich. Solche sekundären Hot Spots können zu einer unerwünschten Erwärmung, Schmerzen für den Patienten und/oder möglicherweise Nekrose des Gewebes im Nahfeld führen. Da der Transducer aus einer endlichen Zahl von Ringen besteht, kann die Stufenfunktion, die zum Ändern der Phase zwischen den Ringen verwendet wird, ebenfalls zur Erzeugung von sekundären Hot Spots beitragen.
Um die Effekte von sekundären Hot Spots zu minimieren, bestand eine vorgeschlagene Lösung darin, ein Breitbandfrequenzsignal zum Ansteuern der Transducerelemente derart zu verwenden, daß der Ort der sekundären Hot Spots durch dieses Breitbandsignal "verwischt" wird, d. h. daß die Energie in Gewebsbereichen an verschiedenen Stellen im Patienten zerstreut wird, wodurch die Gefahr reduziert wird, die Gewebsbereiche so ausreichend zu erwärmen, daß sie nekrotisiert werden. Diese Lösung kann jedoch durch die Bandbreite des Transducers begrenzt sein und kann eine spezielle komplizierte Elektronik erfordern. Breitband-Treibersignale können ebenfalls den primären Brennbereich verwischen, wodurch eine erhöhte Ultraschallenergiezufuhr erforderlich ist, um das Zielgewebe im primären Brennbereich zu entfernen. Das Verwischen des primären Brennbereichs kann zumindest teilweise durch Einführen von geeigneten Verzögerungen in die Signale korrigiert werden, dies kann aber die Steuerung der phasengesteuerten Anordnung beträchtlich verkomplizieren, da es zum Beispiel eine zusätzliche elektronische Phasensteuerung und Fokussierung erfordert.
In WO-A-99 40847 wird ein System zur Ausführung einer therapeutischen Prozedur in einem Zielgewebsbereich eines Patienten unter Verwendung von gebündeltem Ultraschall innerhalb eines primären Brennbereichs gemäß dem Vorwort der Ansprüche 1 und 9 beschrieben. Speziell offenbart WO-A-99 40847 solch ein System, das eine Anordnung von Transdu cerelementen und Treiberschaltungen, die mit den Transducerelementen verbunden sind, umfaßt, wobei die Treiberschaltungen zum Bereitstellen der jeweiligen Treibersignale für die Transducerelemente bei mindestens einer ersten und zweiten diskreten Frequenz ausgelegt sind.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, Systeme und Verfahren zur Behandlung eines Gewebsbereichs bereitzustellen, die Ultraschallenergie bei einer oder mehreren diskreten Frequenzen verwenden, welche sekundäre Hot Spots reduzieren, ohne die Intensität im primären Brennbereich wesentlich zu verringern.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Ausführung einer therapeutischen Prozedur bereitzustellen, die gebündelten Ultraschall verwendet, welches die Effekte von sekundären Hot Spots minimiert, ohne die Energie zu beeinträchtigen, die dem primären Brennbereich zugeführt wird.
Um dies zu erreichen, ist das System der Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 oder 9 beansprucht werden.
Gemäß der Erfindung umfaßt das System ferner einen Controller, der mit den Treiberschaltungen verbunden ist, wobei der Controller zum periodischen Ändern der Frequenz der jeweiligen Treibersignale, die von den Treiberschaltungen mindestens zwischen der ersten und zweiten Frequenz bereitgestellt werden, jeweils nach 0,2–0,5 Sekunden ausgelegt ist, während gleichzeitig die Fokussierung auf den primären Brennbereich während einer einzelnen Beschallung aufrechterhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt ein fokussiertes Ultraschallsystem einen Transducer, der aus einem piezoelektrischen Material gebildet wird, welches mehrere Transducerelemente umfaßt. Die Transducerelemente können in einer Reihe von Anordnungen oder Geometrien bereitgestellt werden. Der Transducer kann zum Beispiel in einer als Beispiel dienenden Ausführungsform eine im wesentlichen konkave phasengesteuerte Anordnung sein, die mehrere konzentrische Ringe umfaßt. Jeder Transducerring kann in Umfangsrichtung in mehrere gekrümmte Elemente oder "Sektoren" unterteilt sein. Alternativ kann eine lineare Anordnung von Transducerelementen bereitgestellt werden. Andere Anordnungen oder Geometrien von Transducerelementen können ebenfalls bereitgestellt werden, wie zum Beispiel ein Schachbrettmuster, ein sechseckiges Gitter oder ein zufälliges Muster von Transducerelementen, und die Erfindung darf nicht auf nur eine besondere Geometrie beschränkt werden.
Die Treiberschaltungen sind mit jedem der jeweiligen Transducerelemente zur Bereitstellung von Treibersignalen für jedes Transducerelement bei einer von mehreren diskreten Frequenzen, vorzugsweise bei Hochfrequenz, verbunden. Ein Controller ist mit den Treiberschaltungen zur periodischen Änderung einer Frequenz der Treibersignale während einer einzelnen Beschallung zwischen den mehreren diskreten Frequenzen verbunden. Insbesondere bestimmt der Controller für jedes der jeweiligen Treibersignale, die bereitgestellt werden, eine Phasenkomponente derart, daß sich ein primärer Brennbereich von einer gegebenen Größe und Form in einem vorgegebenen Abstand vom Transducer ergibt.
Der Transducer ist innerhalb eines Behälters, wie zum Beispiel eines flüssigkeitsgefüllten Tisches, auf dem ein Patient angeordnet sein kann, vorzugsweise einstellbar befestigt. Während der Verwendung des Systems können die mehreren Transducerelemente mit einem Satz von Treibersignalen, jedes bei einer einzelnen Frequenz, aktiviert werden, während die Ultraschallenergie, die von den Transducerelementen erzeugt wird, auf den primären Brennbereich entsprechend der Lage eines Zielgewebsbereichs in einem Patienten fokussiert wird. Die Frequenz der jeweiligen Treibersignale kann periodisch geändert werden, während gleichzeitig die Bündelung auf den primären Brennbereich aufrechterhalten wird. Dies wird vorzugsweise durch Steuern der Phasenkomponente der Treibersignale erreicht, wenn die Frequenz der Treibersignale geändert wird.
Die Reihe der Treibersignale wird für den Transducer bereitgestellt, um eine einzelne Beschallung zu erzeugen, die das Gewebe im Zielgewebsbereich entfernt, während gleichzeitig die Effekte von sekundären Brennbereichen oder "Hot Spots" minimiert werden. Wen die Frequenz geändert wird, kann sich der Ort der sekundären Hot Spots ändern, wodurch die Ultraschallenergie in den sekundären Hot Spots auf mehrere Orte innerhalb des Körpers des Patienten verteilt wird. Während also der Zielgewebsbereich eine ausreichende Energie zum Nekrotisieren des dort befindlichen Gewebes erhält, tun diese die Gewebe an den sekundären Hot Spots nicht.
Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der Betrachtung der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch Beispiele und nicht durch Beschränkungen in den Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei gleiche Bezugszahlen sich auf ähnliche Elemente beziehen; dabei gilt:
1A zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines fokussierten Ultraschallsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine Draufsicht auf die Transduceranordnung des fokussierten Ultraschallsystems von 1A.
2 ist eine schematische Seitenansicht eines Patienten auf einem wassergefüllten Tisch, der eine Ultraschall-Transduceranordnung enthält.
3 ist ein Diagramm, das die Orte von sekundären Hot Spots für verschiedene Frequenzsignale zeigt, die zum Ansteuern eines Ultraschall-Transducers verwendet werden, welcher auf einen festen primären Brennbereich fokussiert ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wendet man sich nun den Zeichnungen zu, so zeigen die 1A, 1B und 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Systems 10 zur Ausführung einer therapeutischen Prozedur, die gebündelten Ultraschall verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 10 umfaßt allgemein einen Transducer 12, Treiberschaltungen 14 zum Bereitstellen von elektrischen Treibersignalen 15 für den Transducer 12 und einen Controller 16 zum Steuern der Treibersignale 15, die von den Treiberschaltungen 14 bereitgestellt werden. Der Transducer 12 ist vorzugsweise ein phasengesteuerter Ultraschall-Transducer, der aus einem piezoelektrischen Material hergestellt wird und so aufgebaut ist, wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die in den 1A und 1B gezeigt wird, kann der Transducer 12 eine konkave oder Schüsselform haben, wie zum Beispiel die Form einer "Kugelkappe", d. h. mit einem im wesentlichen konstanten Krümmungsradius 18 derart, daß der Transducer 12 eine Innenfläche 20 hat, die einen Teil einer Kugel definiert. Der Transducer 12 kann in mehrere konzentrische Ringe 22-1 bis 22-n (wobei n die Gesamtzahl der Ringe ist) unterteilt sein, zum Beispiel durch Schneiden von konzentrischen Ringen aus einer piezoelektrischen Schale (nicht dargestellt). Jeder der Ringe 22-1 bis 22-n hat im wesentlichen vorzugsweise dieselbe Fläche, und daher werden die Breiten der Ringe 22 vom innersten Ring 22-1 nach außen bis zum äußersten Ring 22-n zunehmend kleiner. Alternativ können die Ringe 22 gleiche Breiten (nicht dargestellt) haben, so daß die Fläche jedes Rings 22 vom innersten Ring zum äußersten Ring zunehmend größer wird. Zwischenräume (nicht dargestellt) zwischen den Ringen 22 können mit Silikongummi und dergleichen gefüllt werden, um die Ringe 22 im wesentlichen voneinander zu isolieren. Jeder Ring 22 kann auch in Umfangsrichtung in gekrümmte Elemente oder "Sektoren" 23 unterteilt werden (23-1 bis 23-h werden zur Erläuterung für den innersten Ring 22-1 in 1B gezeigt), zum Beispiel durch Entfernen der dünnen radialen Streifen der Elektrode (nicht dargestellt) von der Rückseite des Transducers 12 zwischen jedem Sektor 23. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Transducer 12 einen Außendurchmesser von etwa 8–12 cm, einen Krümmungsradius 18 von etwa 8–16 cm und umfaßt etwa 10 bis 30 Ringe 22, von denen jeder in 4–16 Sektoren 23 unterteilt ist.
Zusätzliche Informationen über den Aufbau eines Transducers mit phasengesteuerter Anordnung, der sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignet, sind zum Beispiel in T. Fjield und K. Hynynen, "The Combined Concentric-Ring and Sector-Vortex Phased Array for MRI Guided Ultrasound Surgery," IEEE Transactions an Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 44, Nr. 5, Seite 1157–1167 (September 1997), zu finden. Alternativ kann ein Transducer mit konzentrischen Ringen bereitgestellt werden, der nicht in Umfangssektoren (nicht dargestellt) unterteilt ist. Solch ein Transducer mit konzentrischen Ringen wird zum Beispiel in C. Cain und S. Umemura, "Concentric-ring and Sector-Vortex Phased-Array Applicators for Ultrasound Hyperthermia", IEEE Transactions an Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-34, Nr. 5, Seite 542–551 (Mai 1986), gezeigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (nicht dargestellt) kann eine lineare Anordnung von Transducerelementen bereitgestellt werden, die auf einen primären Brennbereich fokussiert werden kann, der eine gewünschte Form, zum Beispiel den eines linearen Brennbereichs, haben kann. Alternativ können andere Anordnungen oder Geometrien von Transducerelementen bereitgestellt werden, wie zum Beispiel ein Schachbrettmuster oder ein hexagonales Gitter. Die Transducerelemente können auf einem gekrümmten, Kugelkappentransducer, einem im wesentlichen ebenen Transducer und dergleichen bereitgestellt werden, der auf einen primären Brennbereich fokussiert ist.
Kehrt man zu 1B zurück, ist jeder der Sektoren 23 der Ringe 22 individuell mit den Treiberschaltungen 14 auf herkömmliche Weise verbunden. Die Treiberschaltungen 14 sind zum Bereitstellen elektrischer Treibersignale 15 für die Sektoren 23 bei mehreren diskreten Frequenzen ausgelegt, vorzugsweise bei Hochfrequenz (HF), zum Beispiel von etwa 0,5–10 MHz und besser zwischen etwa 1,0 und 2,0 MHz. Wenn elektrische Treibersignale 15 für die Sektoren 23 bereitgestellt werden, gibt der Transducer 12 Ultraschallenergie über seine Oberfläche 20 ab, wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
Der Controller 16 ist mit den Treiberschaltungen 14 zum Kontrollieren mehrerer Gesichtspunkte der Treibersignale 15 verbunden, die von den Treiberschaltungen 14 erzeugt werden, wie zum Beispiel Frequenz, Phase und Amplitude. Zuerst kann der Controller 16 die Amplitude der Treibersignale 15 kontrollieren, zum Beispiel um die Intensität der Ultraschallenergie zu kontrollieren, die vom Transducer 12 geliefert wird. Außerdem kann der Controller 16 die Phase zwischen jedem der konzentrischen Ringe 22 und zwischen jedem der Sektoren 23 kontrollieren. Durch Verschieben der Phase zwischen den konzentrischen Ringen 22 kann eine "Brennweite", d. h. der Abstand vom Transducer 12 zur Mitte des Brennbereichs, entlang der z-Achse eingestellt werden, wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
Das Verschieben der Phase zwischen den Sektoren 23 ermöglicht die Kontrolle von Größe und Form des Brennbereichs der Ultraschallenergie oder des "Modus" des Transducers 12, wie den Fachleuten auf dem Gebiet ebenfalls bekannt ist. Weitere Informationen über die Phasenverschiebung von Transducern mit phasengesteuerter Anordnung sind in den Artikeln von Fjield und Cain, auf die oben verwiesen wird, zu finden sowie im US-Patent Nr. 4,865,042 , das an Umemura et al. erteilt wurde.
Der Controller 16 kontrolliert vorzugsweise auch die Frequenz der Treibersignale 15, die für den Transducer 12 bereitgestellt werden. Die Treibersignale 15, die dem Transducer 12 zu einer Zeit zugeführt werden, werden vorzugsweise alle mit derselben diskreten Frequenz bereitgestellt. Während einer einzelnen Beschallung, die eine Dauer von etwa 5–20 Sekunden haben kann, und besser etwa 10 Sekunden oder mehr, ändert der Controller 16 die Frequenz der Treibersignale 15 periodisch aller 0,2–0,5 Sekunden. Zur selben Zeit kontrolliert der Controller 16 die Phase und/oder Amplitude der Treibersignale 15, um den Brennbereich der sich ergebenden Ultraschallenergie, die vom Transducer 12 erzeugt wird, in einem gewünschten Bereich im Körper eines Patienten aufrechtzuerhalten. Der Controller 16 kann also die Treiberschaltungen anweisen, mehrere aufeinanderfolgende Sätze von Treibersignalen 15 bereitzustellen, wobei jeder Satz bei einer diskreten Frequenz liegt, die sich vom vorherigen Satz unterscheidet.
Wie in 2 gezeigt, ist der Transducer 12 vorzugsweise in einem flüssigkeitsgefüllten Behälter montiert, wie zum Beispiel Tisch 30. Tisch 30 umfaßt eine Kammer 32, die mit entgastem Wasser oder einer ähnlichen akustisch übertragenden Flüssigkeit gefüllt ist. Transducer 12 ist vorzugsweise mit einem Positioniersystem 34 verbunden, das den Transducer 12 innerhalb der Kammer 32 verschiebt und folg lich den Brennbereich 38 von Transducer 12 mechanisch einstellt. Das Positioniersystem 34 kann zum Beispiel zum Bewegen des Transducers 12 innerhalb der Kammer 32 in jeder der drei orthogonalen Richtungen, horizontal vorwärts und rückwärts, horizontal von Seite zu Seite und vertikal, ausgelegt sein. US-Patent Nr. 5,247,935 , das an Cline et al. erteilt wurde, und 5,275,165 , das an Ettinger et al. erteilt wurde, offenbaren beispielhafte Positioniersysteme, die verwendet werden können.
Alternativ kann das Positioniersystem 34 einfach den Transducer 12 um einen festen Punkt innerhalb der Kammer 45 drehen, d. h. den Winkel des Transducers 12 und folglich den Brennbereich 38 in Bezug auf eine horizontale Ebene (nicht dargestellt) ändern. Bei dieser Alternative kann die Brennweite von Transducer 12 elektronisch durch Ändern der Phase und/oder Amplitude der Treibersignale 15 ändern, die für den Transducer 12 bereitgestellt werden, wie oben beschrieben. In weiteren Alternativen kann das Positioniersystem 34 den Transducer 12 in einer horizontalen Ebene senkrecht zur Ausbreitungslinie (nicht dargestellt) bewegen, wobei die Tiefe elektronisch gesteuert wird, oder es können andere Kombinationen von mechanischer und elektronischer Positionierung verwendet werden.
Die Oberseite von Tisch 30 umfaßt eine flexible Membran 36, die im wesentlichen für Ultraschall durchlässig ist, wie zum Beispiel eine Mylar-Kunststoff- oder Polyvinylchlorid-(PVC)-Folie. Ein flüssigkeitsgefüllter Beutel oder Kissen wird im allgemeinen entlang der Oberseite des Tisches vorgesehen, der/das sich leicht den Formen eines Patienten auf dem Tisch anpaßt. In einer weiteren Alternative kann Transducer 12 in einem flüssigkeitsgefüllten Beutel befes tigt werden, der auf einem beweglichen Arm (nicht dargestellt) befestigt ist, welcher in Kontakt mit einem Patienten gebracht sein kann, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,526,814 offenbart.
Außerdem kann System 10 ein Abbildungsgerät (nicht dargestellt) zum Überwachen der Verwendung des Systems während der Behandlung eines Patienten umfassen. System 10 kann zum Beispiel in einem Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-Gerät platziert werden, wie zum Beispiel dem, welches in US-Patent Nr. 5,247,935 , 5,291,890 , 5,368,031 , 5,368,032 , 5,443,068 , die an Cline et al. erteilt wurden, und US-Patent Nr. 5,307,812 , 5,323,779 , 5,327,884 , die an Hardy et al. erteilt wurden, offenbart wird.
Wendet man sich wieder 2 zu, so kann während des Einsatzes ein Patient 40 auf Tisch 30 mit Wasser, ultraschellleitendem Gel und dergleichen gelagert werden, welches zwischen dem Patienten 30 und dem Beutel oder der Membran 36 verwendet ist, wodurch der Patient 30 akustisch mit dem Transducer 12 verbunden ist. Transducer 12 kann auf einen Zielgewebsbereich innerhalb der Gewebsstruktur 42 fokussiert werden, die zum Beispiel ein kanzeröser oder gutartiger Tumor sein kann. Transducer 12 kann durch die Zufuhr eines Satzes von Treibersignalen 15 bei einer diskreten Frequenz zu Transducer 12 aktiviert werden, um Ultraschall auf einen Zielgewebsbereich 42 zu fokussieren. Im Verlauf der Beschallung kann die Frequenz der Treibersignale 15 periodisch geändert werden, wie oben beschrieben, während die Fokussierung auf den Zielgewebsbereich 42 beibehalten wird. Transducer 12 kann für eine ausreichende Zeit aktiviert werden, um den Zielgewebsbereich 42 im wesentlichen zu nekrotisieren, z. B. zwischen etwa 5 und 20 Sekunden und besser etwa 10 Sekunden oder mehr.
Transducer 12 kann für eine ausreichende Zeit deaktiviert werden, um die Ableitung der Wärme, die vom Gewebe des Patienten aufgenommen wurde, zu ermöglichen, z. B. zwischen etwa 45 und 90 Sekunden und besser etwa 60 Sekunden oder mehr. Transducer 12 kann dann auf einen anderen Zielgewebsbereich (nicht dargestellt) fokussiert werden, zum Beispiel neben dem Zielgewebsbereich 42, und der Prozeß kann wiederholt werden, bis die gesamte Zielgewebestruktur entfernt ist.
Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die Kontrolle der Frequenz der Treibersignale, vorzugsweise während einer einzelnen, im wesentlichen kontinuierlichen Beschallung, um die Effekte von sekundären Hot Spots zu reduzieren. Da die Orte der primären und sekundären Brennbereiche je nach der Frequenz der Treibersignale variieren, können Treibersignale verschiedener Frequenz bewirken, daß die Brennbereiche oder "Hot Spots", die vom Transducer erzeugt werden, sich zu verschiedenen Orten oder Brennweiten innerhalb des Patienten verschieben, wenn die Frequenz geändert wird. Der Controller eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ändert die Frequenz, behält aber den primären Brennbereich der Ultraschallenergie in einem Zielbereich innerhalb des Körpers eines Patienten bei, indem er gleichzeitig die Phase und/oder Amplitude der Treibersignale ändert, die für die Transducerelemente bereitgestellt werden. Die sekundären Hot Spots bleiben jedoch nicht an denselben Stellen, sondern werden an verschiedenen Orten gebündelt, wenn die Frequenz geändert wird.
Dies wird zum Beispiel in 3 illustriert, welche die Energieintensität (in W/cm²), die von einem Transducer erzeugt wird, in Beziehung zum Abstand (z) vom Transducer zeigt. Bei diesem Beispiel wird der Transducer auf eine Brennweite von etwa 150 mm fokussiert, während die Frequenz der Treibersignale von 1,3 MHz auf 1,5 MHz bis auf 1,7 MHz geändert wird. Wie aus den entsprechenden Kurven zu ersehen ist, verschieben sich die Abstände der sekundären Hot Spots vom Transducer von etwa 55 mm bei 1,3 MHz auf etwa 60 mm bei 1,5 MHz, auf etwa 65 mm bei 1,7 MHz. Die Energie, die den sekundären Hot Spots zugeführt wird, wird also von unterschiedlichen Gewebsbereichen absorbiert, wenn sich die Frequenz ändert. Dadurch wird die Energie zerstreut, was das Risiko wesentlich minimiert, Gewebe in den Hot Spots auf einen Intensitätswert zu erwärmen, der ausreicht, Schmerzen oder Schäden zu verursachen oder das Gewebe zu nekrotisieren. Da der primäre Brennbereich bei einer festen Brennweite im wesentlichen konstant bleibt, kann das Gewebe im primären Brennbereich ausreichend erwärmt werden, um eine Nekrose zu erreichen.

Claims

System zum Ausführen einer therapeutischen Prozedur in einem Zielgewebsbereich eines Patienten unter Verwendung von gebündeltem Ultraschall in einem primären Brennbereich, umfassend: eine Anordnung von Transducerelementen (12); Treiberschaltungen (14), die mit den Transducerelementen (12) verbunden sind, wobei die Treiberschaltungen (14) zum Bereitstellen der jeweiligen Treibersignale (15) für die Transducerelemente (12) bei mindestens ersten und zweiten diskreten Frequenzen ausgelegt sind; und einen Controller (16), der mit den Treiberschaltungen (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (16) zum periodischen Ändern der Frequenz der jeweiligen Treibersignale (15), die von den Treiberschaltungen (14) bereitgestellt werden, mindestens zwischen der ersten und zweiten Frequenz jeweils nach 0,2–0,5 Sekunden ausgelegt ist, während gleichzeitig die Fokussierung auf den primären Brennbereich während einer einzelnen Beschallung aufrechterhalten ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (16) ferner zum Wechseln der jeweiligen Treibersignale (15) zwischen mehreren diskreten Frequenzen in einer vorgegebenen Folge während einer ein zelnen, im wesentlichen kontinuierlichen Beschallung ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (16) ferner zum Kontrollieren einer Phasenkomponente der jeweiligen Treibersignale (15) ausgelegt ist, die für die Transducerelemente (12) bereitgestellt sind, um für eine vorgegebene Größe und Form eines Brennbereichs (38) zu sorgen, der durch die Transducerelemente (12) erzeugt ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (16) ferner zum Kontrollieren einer Phasenkomponente der jeweiligen Treibersignale (15) ausgelegt ist, um die Transducerelemente (12) im wesentlichen auf einen primären Brennbereich bei der ersten und zweiten Frequenz zu fokussieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Transducerelementen (12) eine im wesentlichen konkave konzentrische Ringanordnung von Transducerelementen (12) umfaßt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Transducerelementen (12) eine im wesentlichen lineare Anordnung von Transducerelementen (12) umfaßt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen flüssigkeitsgefüllten Behälter umfaßt, der die Transducerelemente (12) darin enthält, wobei der Behälter eine Fläche hat, zu der die Transducerelemente (12) für die akustische Kopplung der Transdu cerelemente (12) mit einem Patienten in Kontakt mit der Fläche ausgerichtet sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen Stellungsregler (34) umfaßt, der mit den Transducerelementen (12) zur mechanischen Verschiebung eines Brennbereichs (38) derselben verbunden ist.
System zum Ausführen einer therapeutischen Prozedur in einem Zielgewebsbereich eines Patienten unter Verwendung von gebündeltem Ultraschall in einem primären Brennbereich, umfassend: eine Anordnung von Transducerelementen (12); Treiberschaltungen (14), die mit den Transducerelementen (12) verbunden sind, wobei die Treiberschaltungen (14) zum Bereitstellen der jeweiligen Treibersignale (15) für die Transducerelemente (12) bei mindestens ersten, zweiten und dritten diskreten Frequenzen ausgelegt sind; und einen Controller (16), der mit den Treiberschaltungen (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (16) zum periodischen Ändern der Frequenz der jeweiligen Treibersignale (15), die von den Treiberschaltungen (14) bereitgestellt sind, mindestens zwischen der ersten, zweiten und dritten Frequenz jeweils nach 0,2–0,5 Sekunden ausgelegt ist, während gleichzeitig die Fokussierung auf den primären Brennbereich während einer einzelnen, im wesentlichen kontinuierlichen Beschallung aufrechterhalten ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (16) ferner zum Kontrollieren einer Phasenkomponente der jeweiligen Treibersignale (15) ausgelegt ist, um die Transducerelemente (12) im wesentlichen auf einen primären Brennbereich bei der ersten und zweiten Frequenz zu fokussieren.