通过去肾交感神经非侵入性地治疗高血压的方法及装置的制作方法

专利名称：通过去肾交感神经非侵入性地治疗高血压的方法及装置的制作方法
通过去肾交感神经非侵入性地治疗高血压的方法及装置相关申请的交叉引用本申请案要求2009年10月30日申请的、名为“METHOD AND APPARATUS FOR Ν0Ν_ INVASIVE TREATMENT OF HYPERTENSION THROUGH ULTRASOUND RENAL DENERVATION”的美国临时专利申请案61/256，455的申请日权利，该案的全文以引用的方式并入本文中。2009年 10月 30 日申请的、名为“METHOD AND APPARATUS FORTREATMENT OF HYPERTENSION THROUGH ULTRASOUND RENAL DENERVATION”的美国临时专利申请案61/256，4 和2010年1月6日申请的、名为“METHOD AND APPARATUS FOR TREATMENT OF HYPERTENSION THROUGH ULTRASOUND RENAL DENERVATION”的美国临时专利申请案61Λ92，618的完整公开内容以引用的方式并入本文中。指定Reinhard Warnking为发明人、同此日期申请、名为“METHOD AND APPARATUS FOR PERCUTANEOUS TREATMENT OF HYPERTENSION THROUGH RENAL DENERVATION” 的专利合作条约项下的国际申请案的完整公开内容的全文也以引用的方式并入本文中。
背景技术：
本发明涉及用于阻断神经传导的方法和装置。与病症相关的特定神经的阻断可以帮助治疗病症。例如，肾神经传导的阻断可用于治疗高血压。由于种种理由高血压的成功治疗很重要。例如，高血压的成功治疗在防止或限制高血压所导致或加剧的症状(例如，肾病、心率不齐及充血性心力衰竭等)方面具有重大的临床意义。虽然药物疗法可用于治疗高血压，但是不一定成功。一些人对药物疗法治疗具有耐药性或经受来自药物疗法治疗的严重副作用。可通过阻断围绕肾动脉的肾神经传导来治疗高血压。肾交感神经活性对高血压的发生和持续具有重大影响。当大脑感知肾神经活性增大(表明低血量或血压下降)时，其通过增大至心脏、肝脏和肾脏的交感神经活性(其导致心排血量增大；胰岛素抵抗；和最重要的肾脏的肾素分泌量增大)来进行补偿。肾素刺激血管紧张素产生，血管紧张素导致血管收缩，导致血压升高；并且刺激醛留酮的分泌。醛留酮导致肾脏增加血液对钠和水的再吸收，增大血量，从而进一步使血压升高。多年来已证实手术切除肾神经使血压和水潴留降至正常水平，从而使病人的心脏、肝脏和肾脏也能恢复更健康的机能。也证实中断肾神经无严重的有害作用。但是，手术切除肾神经需要大的外科手术。希望的是在无需进行大手术的情况下获取相同的效果。为了说明与在不引发其它损伤的情况下完成此项任务相关的难处，现将描述肾动脉和肾神经的构造。图1所示的是围绕连接到肾脏6的肾动脉10的肾神经8图。肾交感神经8包括从肾脏6到大脑的肾传入感觉神经和从大脑到肾脏6的肾传出交感神经。此外， 图2示出肾动脉10的横截面。肾动脉壁包括下列层内膜3，其包括内部的单层内皮细胞； 中膜5，其是动脉壁的中心；和外膜4，其是外层。还示出了位于外膜4内、肾动脉10的表面上和邻近肾动脉10的肾神经8。从这两个图中可见，肾神经8围绕肾动脉10。不同个体在围绕肾动脉的不同位置上具有肾神经8。所以，肾神经可能与肾动脉的中心轴相距不同径向距离并且还可能位于围绕肾动脉周围的不同位置上。通过采用解剖标记来定位肾神经不切实际。此外，难以或无法使用常见的成像技术定位个体肾神经。无法定位和标定肾神经8使得难以使用非手术技术在不对肾动脉10造成损伤或导致其它副作用的情况下切断肾交感神经活性。例如，向肾神经施加能量的行为可能导致例如狭窄、内膜增生和坏死的结果。其它副作用可能包括血栓症、血小板聚集、纤维蛋白凝块和血管收缩。此外，无法标定和定位肾神经8使得难以确保肾交感神经活性被充分中断以实现满意的治疗。美国专利7，617，005建议使用连接到插入肾动脉中的导管的射频(“RF”)发射器。抵着内膜放置RF发射器并且发射RF能以将肾神经加热到降低碰巧位于发射器紧邻附近的肾神经的活性的温度。为了处理围绕肾动脉的所有肾神经，必须围绕每个肾动脉的内侧重新定位RF发射器源数次。发射器可能漏掉一些肾神经，导致治疗不完全。此外，RF能量源必须接触内膜从而能够加热肾神经，其可能造成单层内皮和内膜损伤或坏死，可能导致内膜增生、肾动脉狭窄和肾动脉剥离。‘ 005专利还建议使用高强度聚焦超声波来阻断肾神经。据称，所述高强度聚焦超声波能量源围绕肾动脉的轴的360°形式发射超声波能量并且无需接触内膜3。但是，高强度聚焦超声波源以围绕动脉的薄聚焦环形式施加聚焦能量。因为肾神经无法用当前技术可视化和标定以及因为肾神经可能位于与肾动脉的中心轴相距不同径向距离的位置上，所以难以或无法将此薄环与肾神经对齐。对于肾动脉形状或厚度变化较大的病人而言，后一问题更严重。此外，沿着神经和动脉的长度方向，薄聚焦环仅可能覆盖每个肾神经的一小部分。由于神经很容易再生长，所以小的治疗区使神经可以在较短时间周期内再接合。多年来，超声波已被用于提高细胞修复、刺激骨细胞的生长、提高药物至特定组织的输送和使体内组织成像。此外，高强度聚焦超声波已被用于加热和切除体内的肿瘤和组织。在高强度聚焦超声波中，超声波换能器和相关元件被设计来使所发射的超声波在体内非常精确地聚焦，接近理论点或线。所以，换能器所施加的超声波能量在体内非常小的加热体积(几mm3的数量级)内消散。这使此体积内的组织快速加热到快速坏死所需的温度，通常为65°C或更高的数量级。在一些应用中，高强度聚焦超声波可在所要点或线上产生组织坏死而不不利地影响超声波能量必须穿透的周围组织和介入结构。如上所述，因为无法使用可行的非手术技术定位肾神经，所以难以或无法使用高强度聚焦超声波阻断肾神经。这使将小的加热体积与肾神经对齐不可行。

发明内容
本发明的一个方面提供用于阻断哺乳动物受试者的治疗区中的神经传导的方法。 根据本发明的这个方面的方法需包括将治疗超声波换能器与远离治疗区的受试者身体耦合(宜在覆盖治疗区的受试者皮肤上)的步骤。方法宜还包括启动治疗超声波换能器以发射有治疗效力的软聚焦超声波能到至少约1. Ocm3的碰撞体积中。碰撞体积需覆盖受试者的治疗区。最好在整个碰撞体积内以足以阻断神经传导但不足以在阻断神经所需的时间内导致组织坏死的强度施加有治疗效力的软聚焦超声波能。如下文进一步所述，软聚焦治疗超声波的碰撞体积比高强度聚焦超声波中所使用的聚焦区大许多倍。因为在整个相对较大的碰撞体积中以适于神经阻断的强度施加超声波功率，所以可以在不定位或标定个体神经的情况下执行根据本发明的这个方面的优选方法。确保身体治疗区中神经阻断所需的是对齐碰撞体积使得碰撞体积覆盖治疗区。例如， 在高血压治疗中，可对齐碰撞体积以在肾动脉的长度的一部分的上方覆盖肾动脉而无需定位或标定个体肾神经。这可以使用如下所述的超声波技术或其它成像技术容易地实现。本发明的另一个方面提供用于阻断哺乳动物受试者的治疗区中的神经传导的装置。根据本发明的这个方面的装置需包括被调适来与治疗区外的受试者身体接合(例如， 受试者的皮肤上)的治疗超声波换能器。该装置需包括启动器，该启动器被调适来启动治疗超声波换能器以发射有治疗效力的软聚焦超声波能到至少约1. Ocm3的碰撞体积中，其中碰撞区域覆盖受试者的治疗区且有治疗效力的软聚焦超声波能为足以阻断整个碰撞体积内的神经传导的强度。


图1是肾动脉和与其相关的肾神经的解剖图；图2是肾动脉和与其相关的肾神经的横截面图；图3是描绘与对象接合的根据本发明的一个实施方案的装置的图解视图；图4A、图4B和图4C是本发明的实施方案中所使用的三个不同超声波换能器总成和相关元件的图解视图；图5A、图5B和图5C是三个不同换能器和来自这些换能器的相关超声波发射的图解视图；图6是根据本发明的一个实施方案的方法的流程图；图7是根据本发明的另一个实施方案的方法的流程图。
具体实施例方式根据本发明的某些实施方案的装置和方法可用于非侵入式地阻断神经传导。例如，装置和方法可用于阻断围绕肾动脉10的所有肾神经8的传导。这包括位于肾动脉10 中、肾动脉10的表面上和邻近肾动脉10的肾神经8。可在无需手术和因此无典型风险(例如血栓症、感染和其它附带损伤)的情况下实现此阻断。根据本发明的一个实施方案的装置1 (图幻包括超声波换能器总成14和超声波系统32 (也被称作启动器)。启动器32并入连接至驱动92的控制计算机90，所述驱动92 被调适来根据控制计算机90的命令按所需的超声波频率产生电信号。本实施方案中的超声波换能器总成14包括治疗超声波换能器31和机械连接到所述治疗换能器的成像换能器 33。在图3的特定实施方案中，成像换能器位于相对于治疗换能器的固定位置和定向，而治疗换能器具有固定焦距。虽然将这些换能器描绘成单独的元件，但是其可如下所述一体化。 在图3所述的特定程序中，换能器总成位于受试者2肉体外并且与受试者2的皮肤接合。这通常使用受试者2皮肤上的耦合凝胶执行。成像换能器33形成成像单元或“成像器”的一部分。成像器还包括成像子系统 34，所述成像子系统34并入连接到影像换能器驱动和传感器96的控制和重现计算机94，所述影像换能器驱动和传感器96接着连接到成像换能器33。驱动和传感器96被配置来启动成像换能器以发射超声成像信号、接收成像换能器回应受试者所反射的超声回波而产生的电信号及将电信号中的信息转移到控制和重现计算机94。控制和重建计算机94被配置来控制驱动和传感器单元及从通过驱动和传感器96接收的电信号中重现受试者组织的影像。控制和重建计算机94连接到显示器98以及启动器的控制计算机90。启动器的控制计算机92和成像器的控制和成像计算机96连接到用户输入控制装置100以接收用户命令。 虽然元件90至96示成单独的功能元件，但是这些可以互相一体化。本领域中已知成像换能器的控制和影像重现所需的算法。治疗换能器31的孔径选择成大至足以避免皮肤灼伤。如下文进一步所述，治疗换能器供应具有足以加热病人体内的碰撞体积22内的组织的总功率的超声波发射。超声波发射穿过皮肤通常导致一些能量在皮肤内消散以及因此皮肤的加热。这限制可发射穿过皮肤的指定区域而不导致灼伤的功率。所以，通常需在大于碰撞体积在垂直于超声波能的传播方向的平面中的横截面积的皮肤区域上方施加治疗超声波。治疗换能器的发射孔径的大小控制用于将超声波能发射到体内的皮肤面积。在阻断肾神经传导时，超声波换能器总成14宜定位在受试者2背部靠近肾脏6的位置以提供相对较大的耦合窗而无介入组织且通常无对超声波具有高反射性的介入骨头或其它障碍物。大的耦合窗还允许利用大孔径治疗换能器31。在优选实施方案中，孔径的典型大小为约20cm2，但是这个大小可取决于受试者2的治疗区和特定身体结构而改变。在根据本发明的一个实施方案的方法中，计算机94和驱动96启动成像换能器33 以发射超声波成像信号18，所述超声波成像信号18从受试者2的结构上反射以产生回波。 回波被成像换能器33接收并且转化成电信号，所述电信号接着被计算机94用于在显示器 98上产生可被用户观看的身体区域的影像16。在优选实施方案中，影像16包括图形覆层 15，所述图形覆层15显示治疗超声波能的预期能量路径和治疗换能器所发射的超声波能会聚成神经阻断所需的强度的碰撞体积22的位置。因为治疗换能器31具有固定焦距且与成像换能器33具有固定空间关系，所以已知成像换能器和影像16的参照系中的路径和碰撞体积的位置，从而可显示覆层。用户宜观看图形覆层15以调整超声波换能器总成14使得碰撞体积的图22'覆盖治疗区10的影像10'(显示成肾动脉)并且能量路径不被骨头或空气阻挡。一旦碰撞体积22覆盖治疗区10，用户即指示控制计算机90启动治疗换能器31，因此治疗换能器发射有治疗效力的软聚焦超声波能20到碰撞体积22。治疗能量20将碰撞体积带至下述温度并且因此阻断碰撞体积22中的所有神经的传导。无需成像或定位个体神经。图4A描绘图3的超声波换能器总成14，其包括成像换能器33和治疗换能器31。 诊断成像换能器33连接到成像子系统34，而治疗子总成31连接到启动器32。成像换能器 33发射并且接收成像超声波18且成像子系统34产生影像，而治疗换能器31发射有治疗效力的软聚焦超声波能20到治疗区。在本实施方案中，通过固定杆36以容许治疗超声波能的碰撞体积定位在所成像的身体区域内的角度将治疗换能器31机械固定到成像换能器 33。参考图4B，超声波换能器总成14的另一个实施方案还包括发射成像超声波18的成像换能器33和治疗换能器31。但是，两个换能器之间的机械连接38不固定。机械连接 38包括位置传感器39，所述位置传感器39将有关治疗换能器31相对于成像换能器33的位置的信息发射到成像子系统34 (图幻。控制和重现计算机使用此位置信息以将治疗换能器 31的位置变换至成像换能器的参照系中或反之亦然，使得碰撞体积和路径的覆层可准确地显示在受试者身体的影像16上。本领域中已知参照系之间的影像的数学变换技术。参考图4C，超声波换能器总成14还可以是相控阵换能器35或类似地环阵换能器 (未示出)。如本领域技术人员所知，这两种换能器具有可单独启用的、单独的换能器元件。 在一个实施方案中，相控阵换能器35执行使用成像超声波18进行的成像和有治疗效力的软聚焦超声波能20的发射。相控阵连接到系统37，所述系统37并入成像器子系统34和启动器32的元件(图幻。这个组合系统37被配置来使用换能器35产生影像16和控制超声波换能器阵35的多个换能器元件40以产生有治疗效力的软聚焦超声波能20。在产生影像 16时，系统37的计算机导致至少一个及至数百个换能器元件49接收所反射的回波。本实施方案有利地降低因超声波能20的诊断路径以及治疗路径相同而错误地识别治疗区10的位置的风险。通常将换能器总成14提供成可更换单元，所述可更换单元可与包括启动器32和成像子系统34(图幻的可再用装置匹配。换能器总成须包括数据携载元件(例如条形码、 电子存储器或类似元件)且配备可再用装置以读取此元件上的数据并且将所述数据传输到启动器和成像子系统的计算机。换能器总成上携载的数据包括换能器参数，例如治疗和成像换能器的正常工作频率、治疗换能器的焦距和治疗换能器的发射孔径的大小和形状。 或者，换能器总成上所携载的数据可包括识别信息(例如序列号)，所述识别信号可由启动器和成像子系统的计算机用于从可通过通信链路(例如因特网)存取的中心数据库中检索与特定换能器总成相关的信息。可在治疗换能器31或35与受试者之间提供可变形耦合介质30 (图4A至图4C)。 可变形耦合可包括容许治疗超声波能20发射穿过其中的材料。例如，可变形耦合介质可包括充满水或凝胶的挠性包或塑料包。通过在超声波换能器上施加力以压缩可变形介质或解除可变形介质的压缩，可调整有治疗效力的软聚焦超声波能20的碰撞体积22的位置以覆盖治疗区10。在另一个实施方案中，治疗换能器可连接到被配置来移动治疗换能器的机械系统。成像子系统的控制和重现计算机可被配置来将碰撞体积的位置与治疗区的位置作比较以及启动机械系统以根据需要移动治疗换能器位置以确保碰撞体积22的位置覆盖治疗区 10。在这种系统中，用户可以例如通过提供手动输入到计算机以将影像上显示的光标移动到治疗区的边界以及输入指示光标在边界上的输入而在影像的参照系中指定治疗区的边界。在其它实施方案中，成像器使用与治疗换能器不相关的影像获取元件。仅举例来说，可使用例如X射线、CAT、MRI及类似方法的成像方法。如果可以在成像系统的参照系中或在已知变换成成像系统的参照系的另一个参照系中确定治疗换能器的位置，那么可将碰撞体积的位置和受试者身体的影像带至共同的参照系中。在上述实施方案中，治疗换能器使超声波能20聚焦，但仅至一定程度。如本公开内容中所使用，针对超声波能，术语“聚焦”指的是超声波能的强度在从发射器到远离发射器、强度最大的位置的传播方向上增大。在传统的高强度聚焦超声波中，换能器被设计以及操作来使能量聚焦到聚焦区，例如具有尽可能接近零的体积(通常为几πιι )的点或线。超声波能在这个小聚焦区中具有高强度，但是强度在聚焦区的边界上尽可能急剧地减小。相比之下，在本发明的优选实施方案中，治疗换能器被构造和操作使得聚焦区被有意地模糊化且超声波能在整个较大区域(在本文中被称作围绕最大强度点的“碰撞体积”)中具有适度均勻的强度。碰撞体积内的强度均勻至足以在整个碰撞体积内产生所要的治疗效果。 在本发明的优选实施方案中，所要的治疗效果是在无组织切除或坏死的情况下阻断神经传导。如下所述，这通常需要将实体组织加热到如下所述的约42°C但小于65°C之间。所以，碰撞体积中超声波能的强度应均勻至足以将碰撞体积内几乎所有实体组织(血液和与例如血液的冷却介质密切接触的组织除外)加热到42°C至65°C，但不将组织加热到高于65°C。 碰撞体积宜具有Icm3但小于5cm3的体积。换句话说，超声波能仍聚焦，因为其强度在从换能器到碰撞体积的传播方向上增大，但是焦点是软焦点。优选的软焦点与用于切除肿瘤和其它组织的、使用高强度锐聚焦的超声波的现有技术装置不同，因为软聚焦超声波的碰撞体积比高强度锐聚焦超声波中的聚焦区的体积大10到100倍。此外，因为超声波能20软聚焦，所以碰撞体积中超声波能的最大强度比组织切除中所使用的高强度锐聚焦超声波的最大强度小10到100倍。例如，在软聚焦超声波中，碰撞体积中的最大强度(也就是波束路径中的最大强度)通常为约1瓦/cm2或小于约10瓦/cm2。如图4A、图4B及图4C中可见，软聚焦的超声波能20被导向至治疗区(在图4A、图 4B及图4C中，该治疗区是肾动脉10)使得碰撞体积22可覆盖肾动脉10和肾动脉外膜内和围绕外膜的神经。在沿着超声波的传播路径的、碰撞体积22之前和超过碰撞体积22的区域中，超声波能20的强度太弱而无法阻断神经传导或导致组织损伤。在碰撞体积内，超声波能20的强度有治疗效力因为其强至足以阻断神经传导，但是其未强至足以在神经阻断所需的时间内切除组织或导致坏死。研究表明神经损伤在低得多的温度下发生且发生的速度比组织坏死快得多。见以引用的方式并入本文中的Bunch、Jared. T等人的“Mechanisms of Phrenic Nerve Injury During Radiofrequency Ablation at the Pulmonary Vein Orifice", Journal of Cardiovascular Electrophysiology，第 16 卷，第 12 期，第 1318 至 1325页(2005年12月8日)。如图3和图4所示，当施加有治疗效力的软聚焦超声波能20 以阻断肾神经8传导时，超声波能20强至足以阻断肾神经8传导但未强至足以导致损伤， 例如狭窄、内膜增生和内膜坏死或可能需要干涉的其它伤害。由于组织坏死通常在处于65°C或更高的温度下达约10秒或更长时间时发生而肾神经传导阻断通常在肾神经处于42°C或更高的温度下达数秒或更长时间时发生，所以选择超声波能的剂量以将碰撞体积11中的温度保持在这个温度范围内达数秒或更长时间。治疗换能器被设计来例如在约IMHz至约数十MHz以及通常在约5MHz的频率下运行。为了在碰撞体积内产生治疗剂量的超声波能，优选实施方案中的换能器所发射的声功率通常为约10瓦至约100瓦。功率施加的持续时间通常为约10秒到约30秒，但是可从约 5秒到约一分钟或更长。可通过数学建模以及宜通过临床前试验以评估用不同剂量达到的实际温度来针对每个治疗区确定精确的功率级和持续时间以提供正确的剂量。由于例如组织层和物理力学(例如血流)的生物结构的复杂性，这种临床前试验是有用的。此外，有治疗效力的软聚焦超声波能20的发射可为工作循环与成像超声波工作循环同步并且交错的脉冲函数。脉冲运行使得装置1可实时产生影像和治疗超声波而不因治疗超声波而模糊影像。如图5A所示，治疗换能器31可几何成形以提供有治疗效力的软聚焦超声波能。换能器的发射表面46是非球形(例如，部分椭圆形)，而非可以产生锐聚焦区域的部分球形。椭圆形导致超声波能会聚，但非会聚成单个点。用于确定由特定发射表面形状所产生的强度分布的数学技术在本领域中已知且可用于选择软聚焦换能器的正确形状。选择非球形换能器的形状和大小以产生至少Icm3的碰撞体积。在图5B所示的另一个实施方案中，治疗换能器31包括平面发射器44，其发射未聚焦超声波能；和超声透镜，例如菲涅耳(Fresnel)透镜，其提供聚焦动作以使未聚焦超声波能形成为有治疗效力的软聚焦超声波能20。为实现此目的，透镜的构造与用于提供锐点聚焦的传统构造稍微不同。例如，传统锐聚焦透镜具有部分球面或(在菲涅耳透镜的情况下)被构造来模拟球面的同心环。为了提供软聚焦超声波，透镜42的表面与此构造稍微不同。超声透镜的数学技术也是众所周知的。透镜42可由用户更换，使得用户可通过基于图形覆层碰撞体积的位置与如成像系统上所显示的治疗位置之间的差异选择不同透镜而更改碰撞体积的位置。每个可更换透镜42可具有不同的焦距以容许有治疗效力的软聚焦超声波能的碰撞体积22的位置可被调整成覆盖治疗区10。个体透镜可承载可通过启动器和 /或成像子系统读取为例如透镜的焦距的机器可读信息。治疗超声波换能器包括相控阵35 (图5C)的，启动器操作相控阵35的个体换能器元件40从而以定时时序发射超声波能20以提供有治疗效力的软聚焦超声波能20。在产生锐聚焦的传统操作中，选择时序从而相对于来自距离焦点更远的元件的发射延迟来自更接近焦点的元件的发射。所以，来自所有换能器元件的超声波能准确地同相到达焦点。为了提供软聚焦波束，延迟次数与用于提供锐聚焦波束的情况稍微不同。相控阵的启动还可以包括在不同振幅下启动不同元件。用于确定指定形式的延迟次数和启动振幅的效果的数学技术也是众所周知的。相控阵35还含有数百个换能器元件40。可改变多个换能器元件40的启动方式以移动治疗能20的碰撞体积的位置以调整成覆盖治疗区。例如，用户可识别身体区域的诊断影像(该诊断影像可通过上述计算机系统显示)上的治疗区和超声波能路径，且计算机系统可基于所识别的处理区和所识别的超声波能路径确定每个换能器元件40的启动顺序和换能器元件功率输出。此外，还可基于受试者的身体结构调整启动方式。在本实施方案中，针对某些元件40，调整不同元件的声功率输出使得超声波能20在能量路径的某些点(其中例如骨头的结构可能阻挡至处理区的治疗超声波能的路径)上较低。这种调整可包括例如降低至一些元件的功率；使一些元件完全不活动或两者。图6示出根据本发明的一个实施方案的方法的流程图。图6的方法使用并入单独的治疗换能器和成像换能器的换能器总成。方法包括将超声波换能器总成与受试者皮肤接合(步骤56)和通过启动器控制治疗换能器以将有治疗效力的超声波能发射到碰撞体积 (步骤66)的步骤。方法根据需要可包括多个额外步骤，该额外步骤示为虚线以指示其是根据需要的。首先，用户将超声波换能器总成连接到启动器和成像子系统(步骤50)。启动器和成像子系统从换能器总成中读取信息并且确定治疗换能器的焦距和孔径大小和成像换能器和治疗换能器的正常启动频率(步骤52)。控制计算机基于孔径和频率确定正确的启动振幅以提供所要剂量的治疗能量(步骤M)。这可例如通过从换能器总成中读取剂量信息或从在换能器制造期间编程的查找表中读取值或通过基于从换能器中读取的参数计算值来实现。接下来，用户将换能器总成与受试者的皮肤接合(步骤56)。这通常使用可变形耦
11合介质(例如，受试者皮肤上的耦合凝胶)实现。成像器随后将显示受试者身体的一部分的影像，超声波能的传播路径和碰撞体积的位置覆盖在该影像上(步骤58)。用户在查看影像的图形显示以确定能量路径是否被骨头或空气阻挡(步骤6 的同时和查看碰撞体积覆盖治疗区(步骤64)的同时调整治疗换能器的位置(步骤60)。换能器总成包括治疗换能器与成像换能器之间的可调整耦合的，用户可在此过程中调整耦合。用户可继续移动换能器总成直到发现无阻挡和碰撞体积覆盖治疗区的位置。当用户调整治疗换能器的位置时， 附着到治疗换能器的可变形耦合介质可被压缩或解除压缩。当用户确定碰撞体积位置正确时，用户启动有治疗效力的软聚焦超声波能的发射(步骤66)。应当注意，用户无需在治疗区中定位个体神经。而是，用户仅需将碰撞体积与治疗区对齐并且启动换能器以在治疗区内实现神经阻断。如果用户无法定位治疗换能器使得传播路径上不存在阻碍，那么用户可以选择具有较小或不同形状的孔径的不同换能器总成(步骤68)并且返回程序的开端(步骤50)。 治疗换能器包括可更换透镜的，用户可以更换治疗子总成上的透镜(步骤72)。当透镜被更换时，启动器或成像子系统从透镜中读取信息以重新确定焦距并重新计算合适的设置以提供所需剂量的治疗超声波能，且其余程序从步骤M开始。图7中描绘根据使用并入具有多个换能器元件的单个相控阵换能器的换能器总成的实施方案的方法。在图7中，许多步骤也是根据需要的。用户也是首先将超声波换能器总成连接到启动器和成像子系统(步骤74)。启动器和成像子系统也是从换能器总成中读取换能器信息(步骤76)。用户随后将换能器总成与受试者的皮肤接合(步骤78)，而成像子系统使用相控阵的元件发射成像超声波信号并接收所得的回波。成像子系统将身体区域的影像显示给用户(步骤80)。用于操作系统以将碰撞体积带到覆盖治疗区的所要位置并且提供无障碍的传播路径(步骤82)。用户可以手动移动相控阵来移动碰撞体积或可以启动启动器的控制计算机以针对阵列操作选择不同参数从而相对于阵列将碰撞体积移动到不同位置。启动器中的计算机系统计算将应用到这种相控阵的治疗参数(步骤84)。在此步骤中，针对多个换能器元件40中的每一个计算定时时序和功率级以在指定碰撞体积位置上产生有治疗效力的软聚焦超声波能。用户随后输入信号以启动治疗超声波的发射(步骤86)。回应该信号，计算机系统控制多个换能器元件(步骤88)以发射软聚焦超声波能到碰撞体积。治疗超声波也是还可以以与诊断成像时序同步和交错的脉冲模式产生以在治疗期间允许影像的实时显示。在不脱离申请专利范围所界定的本发明的情况下可利用上述特征的许多其它变型和组合。如上所述，可使用除超声波成像以外的方法实现成像。此外，单独的成像换能器可与相控阵换能器耦合。在此变型中，相控阵换能器可单独用于发射有治疗效力的软聚焦超声波能。具有除椭圆形以外的发射表面和除菲涅耳透镜以外的透镜的换能器可用于提供模糊或软聚焦效果。此外，透镜可与非平面换能器一起使用。受试者可以是人类或非人类哺乳动物受试者。虽然本文中以参考特定实施方案描述本发明，但是应了解这些实施方案只说明本发明的原理和应用。所以，应了解可在不脱离随附申请专利范围所界定的本发明的精神和范围的情况下对说明性实施方案进行多种修改以及设计其它配置。
权利要求
1.一种用于阻断哺乳动物受试者的治疗区中的神经传导的方法，其包括下列步骤(a)将治疗超声波换能器与远离所述治疗区的所述受试者的所述身体耦合；和(b)启动所述治疗超声波换能器以发射有治疗效力的软聚焦超声波能到至少约1.0cm3 的碰撞体积中，其中所述碰撞体积覆盖所述受试者的所述治疗区以及其中以足以阻断神经传导的强度在整个所述碰撞体积内施加所述有治疗效力的软聚焦超声波能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中藉由将所述换能器耦合到所述受试者的所述皮肤来执行将所述换能器耦合到所述受试者的所述身体的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述受试者的所述治疗区覆盖所述主体的肾动脉。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括下列步骤(a)获取所述受试者身体的一部分的影像，其包括与所述换能器的共同参照系中的所述治疗区；(b)显示覆盖在所述所获取的影像上的所述碰撞体积的图；和(c)在启动所述换能器以发射所述有治疗效果的超声波能之前，基于所述所显示的图和影像调整所述换能器以定位所述碰撞体积以覆盖所述治疗区。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括在所述所获取的影像上显示从所述换能器到所述碰撞体积的图的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述超声波换能器包括孔径并且还包括在所述受试者的结构阻挡所述能量路径时改变所述孔径的步骤。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述治疗超声波换能器是换能器总成的一部分， 获取影像的步骤包括下列步骤(a)控制所述换能器总成以发射诊断超声成像信号，所述诊断超声成像信号导致回波被所述超声波换能器总成接收；和(b)从所述回波中产生所述受试者的身体区域的所述影像。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述超声波换能器总成包括所述治疗超声波换能器和成像子总成，所述治疗换能器以容许所述有治疗效力的软聚焦超声波能的所述碰撞体积位于所述所成像的身体区域内的角度机械耦合到所述成像子总成，且其中产生影像的步骤包括启动所述成像子总成以发射成像超声波并接收回波。
9.根据权利要求8所述的方法，其中通过移动所述治疗超声波换能器以使设置在所述治疗换能器与所述受试者的所述皮肤之间的可变形耦合介质变形来执行调整所述治疗超声波换能器的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其还包括调整所述治疗换能器与所述成像子总成之间的所述机械耦合的步骤，获取影像的步骤包括用一个或多个传感器感测所述治疗换能器与所述诊断子总成的相对位置。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述治疗子总成几何成形以提供软聚焦超声波能。
12.根据权利要求4所述的方法，其中调整所述治疗超声波换能器的步骤包括改变与所述治疗超声波换能器相关的可更换透镜。
13.根据权利要求4所述的方法，其中所述治疗超声波换能器包括相控阵换能器且获取影像的步骤包括启动所述相控阵换能器以发射成像超声波并接收回波。
14.根据权利要求4所述的方法，其中所述治疗超声波换能器包括并入多个换能器元件的相控阵换能器，其中调整所述治疗换能器的步骤包括(a)识别所述治疗区，(b)识别超声波能路径，(c)基于所述所识别的治疗区和所述所识别的超声波能路径确定所述换能器元件的启动顺序和每个换能器元件的功率输出，且其中启动所述治疗超声波换能器的步骤包括基于所述所确定的启动顺序和所述所确定的换能器元件功率输出启动所述多个换能器元件。
15.根据权利要求3所述的方法，其中与所述受试者的所述皮肤的所述接合处于邻近所述受试者的肾脏的位置上。
16.根据权利要求1所述的方法，其中启动所述治疗超声波换能器以按约10瓦至约 100瓦的声功率级发射达约10秒至约30秒。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述有治疗效力的软聚焦超声波能的所述发射导致所述碰撞体积内的实体组织的温度升至高于42°C而不会将所述治疗区的任何部分加热至65°C或更高。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述有治疗效力的软聚焦超声波能以与成像超声波信号同步和交错的脉冲函数发射。
19.一种用于阻断哺乳动物受试者的治疗区中的神经传导的装置，其包括(a)治疗超声波换能器，其经过调适以与所述治疗区外的所述受试者的所述身体接合；和(b)启动器，其经过调适以启动所述治疗超声波换能器以发射有治疗效力的软聚焦超声波能到至少约1. Ocm3的碰撞体积中，其中所述碰撞体积覆盖所述受试者的所述治疗区且所述有治疗效力的软聚焦超声波能处于足以阻断整个所述碰撞体积内的神经传导的强度。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述治疗超声波换能器经过调适以接合所述对象的所述皮肤。
21.根据权利要求20所述的装置，其中治疗换能器经过调适以在邻近所述受试者的所述肾脏的位置上接合所述受试者的所述皮肤使得所述碰撞体积覆盖所述受试者的肾动脉。
22.根据权利要求19所述的装置，其还包括成像器，其经过调适以在与所述治疗超声波换能器共同的参照系中获取包括所述治疗区的所述受试者的所述身体的一部分的影像； 和显示器，其经过调适以显示所述所获取的影像，其中所述碰撞体积的图覆盖在所述影像上。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述成像器包括经过调适以发射超声波成像信号并从所述受试者的身体接收回波的成像子总成，所述成像子总成机械耦合到所述治疗超声波换能器，所述成像子总成和所述治疗超声波换能器组成换能器总成以及其中所述成像器从由所述成像子总成所接收的回波中产生所述影像。
24.根据权利要求23所述的装置，其还包括与所述治疗换能器并置的可压缩耦合介质，使得所述治疗换能器能够通过所述耦合介质耦合到所述受试者的所述皮肤以及使得所述治疗超声波换能器能够移动以压缩所述可压缩介质并重新定位所述受试者体内的碰撞体积。
25.根据权利要求23所述的装置，其中所述治疗换能器与所述成像子总成之间的所述机械耦合可调整，所述装置还包括用于感测所述治疗换能器相对于所述成像子总成的位置并且将其发射到所述成像器的一个或多个传感器。
26.根据权利要求19所述的装置，其中所述治疗换能器几何成形以提供软聚焦超声波能。
27.根据权利要求19所述的装置，其中所述治疗换能器还包括可更换超声透镜。
28.根据权利要求22所述的装置，其中所述治疗超声波换能器包括多元件相控阵换能器，所述成像器被构造和配置来启动所述相控阵换能器以启动所述相控阵换能器的至少一个元件以发射超声成像信号并从所述受试者的身体接收回波。
29.根据权利要求观所述的装置，其中所述成像器控制所述相控阵的超过一个元件以接收所述回波。
30.根据权利要求观所述的装置，其中所述启动器包括控制计算机，所述控制计算机经过调适以(a)接收用户识别的治疗区和用户识别的超声波能路径，(b)基于所述所识别的治疗区和所述所识别的超声波能路径确定启动顺序和换能器元件功率输出，和(c)启动所述相控阵以基于所述所确定的启动顺序和所述所确定的换能器元件功率输出从所述多个换能器发射有治疗效力的软聚焦超声波能。
31.根据权利要求19所述的装置，其中所述启动器可操作以控制所述治疗超声波换能器从而以约10瓦至约100瓦的声功率级发射有治疗效力的软聚焦超声波能达约10秒至约 30秒。
32.根据权利要求19所述的装置，其中所述启动器可操作以控制所述治疗超声波换能器使得所述有治疗效力的软聚焦超声波能导致所述治疗区的所述温度低于65°C但高于 42 °C。
33.根据权利要求22所述的装置，其中所述成像器被配置来发射成像超声波信号并接收回波，且其中所述启动器可操作以控制所述治疗超声波换能器从而以与所述成像信号同步和交错的脉冲函数发射所述有治疗效力的软聚焦超声波能。
34.一种用于阻断哺乳动物受试者的治疗区中的神经传导的装置，其包括(a)治疗超声波换能器；(b)用于将所述治疗超声波换能器与远离所述治疗区的所述受试者的所述身体耦合的构件；和(c)启动所述治疗超声波换能器以发射有治疗效力的软聚焦超声波能到至少约 1. 0cm3的碰撞体积中的构件，其中所述碰撞体积覆盖所述受试者的所述治疗区，以及其中以足以阻断神经传导的强度在整个所述碰撞体积内施加所述有治疗效力的软聚焦超声波能。
全文摘要
本发明公开了非侵入性地阻断哺乳动物受试者的治疗区(例如覆盖肾动脉的区域)中的神经传导。治疗超声波换能器(31)与所述治疗区外的所述受试者的身体接合，宜与邻近所述治疗区(10)的所述受试者的皮肤接合。启动所述换能器以按将整个相对较大碰撞体积(22)(需1cm3或更大)内的组织带到足以阻断传导神经但不足以导致快速坏死的温度的强度发射有治疗效力的软聚焦超声波能。可使用成像技术将所述碰撞体积与所述治疗区对齐。治疗可在未成像或精确定位个体神经的情况下进行并且可用于例如在高血压治疗中阻断肾神经。
文档编号A61N7/02GK102596319SQ201080049192
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月29日 优先权日2009年10月30日
发明者R·J·华金 申请人:声特医疗器械有限公司