TWI448275B - 一種非侵入式減少血管斑塊的系統 - Google Patents

Description

一種非侵入式減少血管斑塊的系統

本發明涉及動脈硬化的治療領域，尤其涉及用於降低血管斑塊的系統。

心血管疾病是全世界疾病和死亡率的主要成因。心血管疾病的發病原因是由於一段時間於冠狀動脈內形成了斑塊，這就導致流入如腦及心肌等特定器官內的血液流動減少。在某些情況下，血液流動的減少可能引起短暫性的腦缺血、小腿肚抽筋或心絞痛等症狀。如果動脈的堵塞更加明顯，可能損傷大腦、腿或心肌甚至致命。

治療(心藏)血管疾病和避免進一步損傷組織的方法是藉由侵入性消除斑塊。通常是藉由侵入性手術完成。另一個種可選擇的方法是藉由氣球血管修復術，該手術涉及利用導管插入術進入血管。在這個手術過程中還可以進行經皮冠狀動脈內支架置入術。當斑塊的特性排除利用血管修復術治療時，可以在血管或心臟手術過程中，在斑塊區域周圍移植新血管，藉以繞過斑塊。在一些病人中，血管修復術和遶道手術都不能實施，比如當病人的年齡偏大或身體較弱時，或者當斑塊經不起任何的治療時。在這樣的情況下，病人必須嘗試藉由醫藥管理來控制疾病，比如藉由使用藥物。因為動脈斑塊的手術治療是侵入性，所以治療時會伴隨併發症的風險，並不適合所有的病人，因此，需要一種較少侵入性的方法用於降低或消除動脈內斑塊形成。

用於治療組織和血管內不需要物質的非侵入性方法，通常是心血管，已經被建議過，例如美國專利第5,657,760、5,590,657號的專利和美國專利第5,524,620號的專利。然而，這些方法並不適合用以減少斑塊，更別提用在血管系統中。

因此，需要一種精確又可靠的系統，用以配合計畫及控制治療來除去和減少動脈斑塊。

本發明涉及一種用於減少血管斑塊的方法和系統。

為了達到目的，術語“心節律”係指從一次心跳開始到下一次心跳開始過程中產生的全部或任何與血液流動有關的事件。心臟的每次單一“跳動”涉及三主要階段：心房收縮，心室收縮和完全心臟舒張。

根據本發明，提供了一種非侵入性減少動脈斑塊的方法，其包括下面的步驟：對哺乳動物身體的至少一部分進行成像以產生一影像；在該影像中確定至少一斑塊的所在地；確定該斑塊的基部所在地，該基部的所在地為目標所在地；精確的確定與動物體內的心節律相關的該目標所在地的相關位置；將來自一來源的一超音能量波束發送到相關位置內的焦點，以預定方式提高該目標所在地的溫度；監測目標所在地的溫度；以及當該目標所在地達到預定設置溫度時，中止發送超音能量波。

與本發明相關的方法包括顯示該影像和該目標所在地的步驟。本方法還包括用於治療該血管斑塊之治療計畫的準備步驟。超音能量波的頻率調整到0.8MHz和大約4MHz之間。例如，超音能量波束的焦點為少於約15mm³ 。該超音能量波的強度通常調整成大於約500W/cm² 。另外，超音能量波的發送持續時間通常係根據溫度的變化而調整。一般，超音能量波束的發送持續時間調整到約80ms至1s之間。

根據本發明的另一特點，提供一種用於減少血管斑塊的系統，包括：用於對哺乳動物身體的至少一部分成像的成像裝置；用於將解讀該影像的解讀裝置，以定位出至少一血管斑塊和該血管斑塊的基部，用以確定斑塊的所在地；用於監測關於心節律之該目標所在地的相對位置的監測裝置；用於將預定強度的超音能量波發送到該目標所在地的至少一可替換超音波發送裝置；用於監測該目標所在地的溫度的溫度監測裝置；以及當目標所在地達到預定設置溫度時關閉超音能量波發送的裝置。

監測裝置為一心電圖(electrocardiogram;EC G)機器。超音波發送裝置為高頻超音波(High Frequency Ultrasound;HFU)裝置。成像裝置為核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging;MRI)裝置。

成像裝置和解讀裝置能夠識別成像體的血管系統內斑塊，並確定血管的MRI影像內斑塊的基部。HFU裝置適用於將HFU發送到經成像和解讀裝置辨別作為目標所在地的斑塊的基部。溫度監測裝置能經由熱成像以監測目標所在地處的組織的溫度，從而確定HFU發送完成。

依據本發明的系統可用於治療頸動脈、腸骨、大腿或冠狀動脈內的斑塊。根據本發明的其他實施例，ECG監測裝置適用於在該治療過程中監測心節律並處理來自該監測到ECG的信號。

控制裝置根據從ECG監測裝置中接收的資料控制MRI成像的時間和HFU的發送，使得HFU發送和MRI成像在心動週期內的特定點被觸發。

控制裝置適用於引導超音波發送裝置發射超音能量波，並確定：發送的特定角度或所在地；發射的超音能量波的強度；以及用於發送超音能量波的持續時間。

上述參數係取決於成像裝置所描繪之斑塊的大小和所在地。

該系統包括用於確定發送超音能量波參數的治療計畫。該系統可包括一控制裝置，用於從自動控制單元及/或通過人為干預以接收該治療計畫。

發送HFU到斑塊的基部會引起目標所在地的組織溫度升高。目標組織的MRI監測偵測到溫度升高。當溫度升高足夠時，停止HFU治療。可在相同目標但用另一發送角度以重複HFU治療。也可在相同斑塊內或在不同斑塊內的多目標所在地重複HFU治療。

對於每個目標，持續發送HFU，直到已經發送足夠的治療量而導致結疤和斑塊退化為止。

第1圖顯示非侵入性減少血管斑塊的系統。利用超音波發送裝置對病人10進行治療，通常是藉由高頻超音波(High Frequency Ultrasound;HFU)發送裝置20。在進行治療過程中，病人10同時用心電圖(electrocardiogram;ECG)監測裝置30和核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging;MRI)裝置40進行監測。ECG監測裝置30和MRI裝置40的輸出傳送至處理裝置50，其包括影像識別裝置60和影像顯示裝置70。控制器提供輸出給HFU轉向單元80，該轉向單元80藉由轉向和控制HFU發送裝置以引導能量的發送。

在此過程中，病人10位於治療臺上的舒適位置，在此位置病人必須保持靜止不動。因為治療過程是非侵入性，所以可以不需要任何鎮靜處理而實施，且並不會引起病人的不適。治療台位於MRI裝置40內，使得在治療過程中可取得MRI影像以定位目標病變，並監測治療的進度。在血管壁的斑塊背面上，MRI裝置40必須能提供快速而詳細的動脈影像，使得斑塊的基部能被精確辨別。MRI裝置40提供能在奈米級解析度的情況下看到組織的影像，如1.5、3或7Tesla MRI裝置，可用於本發明實施例中以提供這些精確影像。

在治療過程中還可以利用ECG監測裝置30對病人10進行監測。ECG監測裝置30可以為標準的12引線ECG或可以利用較少引線來實施。如同在MRI裝置40內或附近所使用的全部其他元件，ECG監測裝置30必須不包括任何含鐵的材料。病人的心臟跳動導致心臟及所有動脈都在運動，如同每次心臟收縮時動脈都在擴張。ECG用於使系統補償這個運動。為了獲得有用的MRI影像，所以對應病人的心臟跳動以取得MRI影像，使得每個影像是在每個心跳週期的相同點取得。例如，在心臟放鬆時，MRI裝置可以安排在心臟舒張時取得影像。類似的，使用ECG監測裝置30使HFU治療的發送對應到心跳週期。當目標所在地使用MRI影像確認之後，HFU治療被用於該目標所在地。為了在治療過程中確定正確的目標所在地，在心動週期中取得MRI影像的時間點係與發送HFU治療的時間點相同。根據這個方式，用RMI所確認的目標所在地是與發送HFU治療所到達的所在地相同。

ECG資料在治療過程中傳送到處理裝置50。處理裝置50解讀ECG資料並提供指令給MRI裝置40和HFU控制器80。處理裝置50也會從MRI裝置40中接收資料，並且包括影像識別裝置60和影像顯示裝置70。影像識別裝置60可以經由解讀MRI影像內的信號，來辨別動脈內的斑塊。另一方式是，臨床醫生可以在視覺上辨別在MRI影像的影像顯示裝置70上的斑塊。在一些實施例中，影像識別裝置60識別斑塊，並且臨床醫生利用影像顯示裝置70來驗證該識別。影像識別裝置60及/或臨床醫生識別每個斑塊的基部之所在地，而該所在地為HFU治療的目標。

在處理裝置50及/或臨床醫生識別一個或多個目標所在地之後，會提出治療計畫。單一斑塊可以包括一目標所在地或沿斑塊之基部的數個目標所在地。除此之外，一個體可以具有多個斑塊。在一些情況下，治療計畫將包括發送HFU到全部識別出的斑塊基部上。在其他情況下，希望選擇性的僅處理一些斑塊基部或部分斑塊基部而留下未處理的其他斑塊基部。因此，治療計畫包括決定有哪些將要處理的斑塊以及將這些所在地變為目標所在地。對於每個目標所在地，也必須確定HFU裝置20對病人10的理想排列。這將取決於目標所在地以及如個別病人詳細分析的因素。

以下的參數係取決於MRI裝置40所描繪之斑塊的大小和所在地：發送的特定角度或所在地；發射超音能量波的強度；以及用於發送超音能量波的持續時間。

在一些情況中，可藉由單一角度的靜止HFU波束來實施治療。另一方式是，可以更好地利用多於一個治療角度的靜止HFU波束將HFU發送到目標所在地。在一些情況下，HFU可隨波束藉治療角度的弧線旋轉而發送。在其他情況下，HFU可藉由治療角度的多個弧線來發送。這點可以憑藉多焦變換器來實現。該方法包括替換該波束來源的步驟。該替換可以為線性的或有角度的。藉由利用一個以上的治療角度來發送治療，極小化發送到目標所在地外面之組織上的能量，並因此可降低或消除對其他組織的損傷風險。對於每個治療角度和每個治療所在地，必須選擇目標溫度。因此治療計畫包括關於哪些目標所在地需要處理、發送HFU的角度、是否利用多角度發送HFU到目標所在地進行治療以及對於每次發送HFU到目標所在地後最終溫度是多少的詳細內容。超音能量波的發送可以是間歇性地、連續性地或脈衝式的，在每次脈衝之後或一串列脈衝之後替換超音波發送的來源。發送角度可以固定或在每次脈衝或一串列脈衝之後改變。可以根據臨床醫生編輯的指導方針由處理裝置50，或結合處理裝置50的臨床醫生做出這些決定。

在治療角度的一弧線上發送HFU可以是旋轉的或靜止的。當治療計畫需要在治療角度的弧線上旋轉發送HFU時，HFU治療是在HFU裝置主動移動時發送。然而，由於動脈的運動，所以動脈的HFU治療的旋轉發送可只在每個心跳週期內的特定時間窗口中才提供。因此，旋轉治療的弧線可以利用一系列的小弧線形成，在每次心臟跳動時，藉由一系列小弧線旋轉發送HFU來進行治療。例如，在第一次心跳時，可以在第一角度開始進行治療並旋轉至第二角度，形成第一小弧線。隨著下次心跳，可在第二角度重新治療並旋轉至第三角度，形成與第一小弧線連貫的第二小弧線。因此該治療將連續旋轉經過許多個小弧線，直到這些小弧線形成治療計畫的弧線為止。另一方式是，在HFU治療期間，可以在角度的弧線上發送靜止治療，而不用旋轉。例如，在第一次心跳時，可以在第一角度發送靜止HFU波束來進行治療。HFU裝置可被輕微的調整，例如1mm，並在第二次心跳時，由靜止HFU裝置在第二角度發送治療，第二角度可靠近第一角度。HFU裝置可以持續地調整連續的治療角度，直到在一系列角度上發送治療以形成治療角度的弧線為止。

另一方式是在尺寸與樣式上調整至目標血管的多焦變換器，或具有一個以上以連續方式發送能量之變換器的弧線。

處理裝置根據治療計畫將指令傳給用來控制HFU發送裝置20的HFU控制器80。當HFU發送裝置20位於MRI裝置40內時，必須不包括任何含鐵的材料。在治療過程中，HFU發送裝置20的治療表面與病人10體表直接接觸，或藉由如凝膠貼片的中間媒介物質而與病人的脖頸、鼠蹊部或胸部接觸。當使用凝膠片的時候，能夠施壓來校正病人體表和血管內的目標所在地之間的距離。因此凝膠貼片適合使用於需要在一治療弧線上旋轉發送HFU的治療計畫中，從而當HFU裝置繞目標所在地旋轉時，HFU裝置和目標所在地之間的距離維持一定。高頻超音波發送裝置20為活動式，且病人可以被精確的定位並調整角度，以便直接將HFU精確地發送到目標所在地。高頻超音發送裝置20和目標所在地之間的最大距離最好小於約6cm。可在產生治療計畫時考慮這個最大距離。

發射超音波的HFU發送裝置20發送超音波至斑塊基部的目標所在地，使目標所在地的溫度升高。HFU焦點的大小最好小於約15mm³ ，此HFU焦點的大小可以利用頻率大約在0.8至4MHz、聚焦強度大約在500至3000W/cm² 的HFU波而達成。HFU發送裝置20根據處理裝置50的指令將HFU在重複的短暫區間內發送至目標所在地內的特定點上，該等區間係關聯至藉ECG所探測到的心動週期內的一特定點。每次HFU發送持續時間可以約80ms至約1s。每次HFU發送的適當持續時間係取決於各個病人的心跳速率。每次HFU發送的持續時間可以為適合大多數或全部病人的短持續時間，而不考慮病人的心跳速率。另一方式是，每次HFU發送的持續時間可以取決於所量測到的心跳速率，針對個別病人來決定。最後，每次HFU發送的持續時間可以在治療各個病人過程中變化，以響應所測量到的心跳速率。

HFU發送裝置20連續地將HFU發送到目標所在地，直到組織達到治療計畫所需的溫度為止。在一些實施例中，目標所在地的最大所需溫度約攝氏80度。目標所在地的溫度係藉由處理裝置50根據MRI裝置40所提供的影像來決定。為了監測溫度的升高，系統可以週期地在治療過程中獲取MRI影像。例如，系統可以在每次發送HFU之後取得一MRI影像。另一方式是，複數個MRI影像可以在發送HFU過程中被取得。例如，一MRI影像可以在最初的治療中被取得，然後在幾次HFU脈衝之後重現。然後複數個MRI影像可在監測過程中重現。目標所在地的MRI影像信號係以對應到組織溫度的方式改變。處理裝置50包括可以解讀目標所在地之MRI影像變化的裝置，藉以確定組織的溫度。當達到所需溫度時，處理裝置50指示HFU控制器80間歇性地發送HFU。

第2圖顯示了本發明實施例中治療的方法。治療開始於步驟100。在步驟102中，取得冠狀血管的影像。該影像用於識別步驟104中斑塊基部的斑塊和目標所在地。根據MRI影像，在步驟106中藉由處理裝置及/或通過臨床醫生製作治療計畫。在步驟108中，HFU治療藉由靜止超音波束或旋轉超音波束而施加於血管壁內的精確位置。目標所在地的MRI成像在步驟110中被實施。成像步驟根據步驟112中製作的治療計畫來確定是否達到所需溫度。如果沒有達到，重複HFU治療步驟108、MRI成像步驟110和MRI影像處理步驟112，直到達到所需溫度為止。

在步驟114中決定是否治療計畫需要進一步確定治療角度或治療角度弧線。如果需要進一步計畫治療角度或治療角度弧線，則在步驟116中，調整HFU發射裝置的開始所在地和起始角度，並在步驟108中再一次將HFU治療以一個新的角度施加於同一目標所在地。在步驟110和步驟112中重複MRI成像和影像處理，直到利用新的HFU裝置角度達到所需溫度為止。

當沒有進一步治療計畫給目標所在地時，則在步驟118中作出關於另一個目標所在地的進一步治療計畫的決定。如果沒有治療計畫給其它目標所在地時，則該治療會在步驟122中結束。然而，如果有計畫進一步的治療所在地，則在步驟120中調整HFU裝置的所在地，以發送HFU到新目標所在地，而且針對新目標所在地重複該處理過程。重複該處理，直到所有的計畫目標所在地已經處理完成為止。

藉由施加HFU於斑塊的基部，使血管壁內的目標組織的溫度升高。這種溫度的升高會導致組織發炎，而後形成結疤，足以減少或損壞主動脈血管內自養管(vasa vasorum)，該主動脈血管內自養管係提供給斑塊的血管。據信，對斑塊基部處的血管壁的血管化損壞會導致斑塊最後退化。因為HFU非常精確，可以精確地將能量發送到斑塊的基部而不損壞血管壁。按照這個方式，HFU治療可用以非侵入性減少或消除斑塊。

本發明實施例的利用目標超音波治療以非侵入性治療動脈粥樣硬化疾病，因而避免存在於侵入性治療中的風險。除此之外，藉由避免手術，使得治療過程對於病人和臨床醫生來說更簡單，且可以更加快速地實施並使病人的病痛減輕又能較快速且較容易康復。此外，提供一治療選項給無法承受手術干預的病人。雖然本發明的一些實施例適用於大動脈，但是治該療也可以用來減少體內其他位置的動脈硬化，包括冠狀動脈。

影像導引心臟剝離方法和系統有潛力可以用於下述的血管應用中：用以消除動脈硬化，包括移除動脈粥樣硬化斑塊，通常是在大腿、頸動脈、腎臟或冠狀動脈內。還可以用於消除血栓溶解，該血栓溶解包括顱內血栓形成、血液透析分流內的血栓形成、左心耳(LAA)內的血栓形成、靜脈血栓形成以及肺栓塞。又可以進一步用以消除身體狀況中典型的血管閉塞，如出血、穿刺的密封、靜脈曲張、假性動脈瘤、大腦內的血管畸形、器官的貧血切除、出血食道靜脈曲張，以及用於分割共用單一胎盤的雙胞胎。

影像導引心臟剝離方法和系統有潛力可以延伸用於下面的非血管應用：與惡性癌症有關的情形，包括前列腺癌、乳癌、肝細胞癌、腎細胞癌、膀胱癌、胰臟癌及腎細胞癌。還可以用於其他非血管應用而不涉及惡性癌症，如良性攝護腺肥大、子宮肌瘤及纖維瘤(胸，肝臟)。

另外，影像導引心臟剝離方法和系統可以用於治療青光眼，疼痛治療，大腦的功能性障礙治療(癲癇症，帕金森綜合症)，碎石術(泌尿，膽)，輸精管切除術，滑膜切除術(風濕性關節炎)，皮膚損傷修復(心臟瓣膜萎縮，淋巴引流，皮膚護理)以及涉及心房纖維性顫動(MAZE程序)的情況。

還可以用於基因標靶和藥物輸送的應用。

由於本發明可以具體為各種形式而不脫離其特點，所以可以理解為上述實施例並不侷限於前面所描述的任意細節，除非另作說明，但寧願寬泛地解讀為本發明意圖保護之範疇。在不脫離本發明精神和範圍的情況下可以做出關於本發明內容的任何修飾或變更。是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10．．．病人

20．．．高頻超音波(High Frequency Ultrasound;HFU)發送裝置

30．．．心電圖(electrocardiogram;ECG)監測裝置

40．．．核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging;MRI)裝置

50．．．處理裝置

60．．．影像識別裝置

70．．．影像顯示裝置

80．．．HFU轉向單元

100~122．．．步驟

第1圖為減少血管斑塊的非侵入性系統；以及

第2圖為本發明實施例中治療的方法。

10．．．病人

20．．．高頻超音波(High Frequency Ultrasound;HFU)發送裝置

30．．．心電圖(electrocardiogram;ECG)監測裝置

40．．．核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging;MRI)裝置

50．．．處理裝置

60．．．影像識別裝置

70．．．影像顯示裝置

80．．．HFU轉向單元

Claims (27)

1. 一種非侵入式減少血管斑塊的系統，該系統包括：一成像裝置，係適用於對一哺乳動物體的至少一部分進行成像；一解讀裝置，係適用於理解該影像以定位至少一斑塊及該斑塊的基部，用以確定斑塊的所在地；一監測裝置，係用於監測與哺乳動物之心節律有關的該目標所在地之相關位置；至少一可替換或多焦超音波發送裝置，用於將一預定強度的超音能量波發送到該目標所在地；一溫度監測裝置，係用於監測該目標所在地的溫度；一裝置，係當目標所在地達到一預定設置溫度時，關閉超音能量波的發送；一控制裝置，係適用於控制用以發送間歇性脈衝超音能量波的該超音波發送裝置；以及一定時裝置，係用於確定與心節律有關的每次脈衝的開始和停止。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，包括一成像裝置，適用於對一哺乳動物體的至少一部分進行成像，其中該哺乳動物體為一人體。
3. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，包括一成像裝置，適用於對一哺乳動物體的至少一部分進行成像，其中該哺乳動物體的該部分包括該哺乳動物體的血管系統。
4. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中監測裝置為一ECG機器。
5. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該超音波發送裝置為一高頻超音波裝置。
6. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該超音波發送裝置為一多焦變換器。
7. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該成像裝置和該 溫度監測裝置相同。
8. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該成像裝置為一核磁共振成像裝置。
9. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，包括為核磁共振成像裝置的一成像裝置，其中該核磁共振成像裝置適用範圍在1.5至7Tesla。
10. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該超音波發送裝置位於該成像裝置內。
11. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該超音波發送裝置為不含鐵材料。
12. 依據申請專利範圍第1項中所述的系統，其中該超音波發送裝置適用於產生具有小於15mm³ 焦點的波束。
13. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該超音波發送裝置適用於替換。
14. 依據申請專利範圍第1項中所述的系統，其中該超音波發送裝置適用於有角度的替換。
15. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一控制裝置，用於將發送超音波的焦點強度控制在範圍500W/cm² 至3000W/cm² 之間。
16. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一控制裝置，用於將超音能量波的發送頻率控制在範圍0.8MHz至4MHz內。
17. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一控制裝置，用於控制超音能量波的發送深度到6cm的距離。
18. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括用於確定超音能量波發送參數的一治療計畫。
19. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一治療計畫，用於確定超音能量波發送參數，並且包括一控制裝置，用於從一自動控制單元接收該治療計畫。
20. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一治療計畫，用於確定超音能量波發送參數，並且包括一控制裝置，用於經由手動干預以接收該治療計畫。
21. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一治療計畫，用於確定超音能量波發送參數，並且包括一控制裝置，用於同時藉由手動干預和從一自動控制單元以接收該治療計畫。
22. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一控制裝置，適用於控制用來發送間歇性脈衝超音能量波的該超音波發送裝置。
23. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一裝置，用以在離該目標所在地小於6cm的地點處，固定超音波發送裝置接觸到該哺乳動物體。
24. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一控制裝置，用於從該血管斑塊治療中接收一治療計畫。
25. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括一顯示裝置，用於顯示該血管斑塊的所在地及該目標所在地。
26. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括用於理解成像的軟體。
27. 依據申請專利範圍第1項所述的系統，其中該系統包括用於根據該圖像以理解該目標所在地之溫度變化的軟體。