利用冲击散射对气泡云形成进行优化的组织摧毁术激发序列的制作方法
【专利说明】
[0001]相关申请的交叉援引
[000引本申请要求按照35U. S.C. 119于2013年7月3日提交的名称为"Modu Iated Excitation Sequences for Enh曰need Pulsed Ultr曰sound Cavitetional Ther曰py"的美 国临时专利申请No. 61/842，820的权益，该申请通过引用结合到本文中。
[000引引用结合
[0004]本说明书中提及的全部出版物和专利申请皆通过引用W如同每一单独的出版物 或专利申请均被明确且单独地指明其已通过引用而结合的程度结合在本文中。
技术领域
[000引本发明总体上设及利用由超声疗法形成的空化来治疗组织。
【背景技术】
[0006] 组织摧毁术或脉冲超声空化疗法是运样的技术，即，其中声能的突然且强烈的爆 发在聚焦体积内引起受控的空化(微气泡或气泡云形成）。运些微气泡的剧烈膨胀和溃灭使 聚焦体积内的细胞和组织结构机械地均质化。与热消融的凝固坏死特征相比，运是非常不 同的最终结果。为了在非热能的组织摧毁术领域内操作，传送呈现为具有较低工作周期的 高压力幅值声脉冲形式的声能是必要的。
[0007] 与传统的聚焦超声技术相比而言，组织摧毁术具有重要的优点：1)聚焦处的破坏 性过程是机械的，而非热能的；2)气泡云在超声成像上显现为明亮的，借此确定治疗的正确 目标和位置;3)待被治疗的组织在超声成像上显现得较暗(低回声），从而使操作者知道被 治疗的是什么;4)组织摧毁术W受控且精确的方式产生损伤。重要的是强调与微波、射频或 高强度聚焦超声化I即)不同，组织摧毁术是非热能的特性。
[0008] 对前列腺组织摧毁术均质化的早期犬类研究采用了设置成经腹传送组织摧毁术 的治疗换能器。在运些研究中，前列腺位于相距皮肤表面仅一短距离处，并且存在用于聚焦 超声能量的自换能器经皮肤的相对宽的路径。因此，运些研究中采用的球形组织摧毁术治 疗换能器具有14cm的孔和IOcm的聚焦长度(焦距比数= 0.71)。与具有低焦距比数的换能器 相比，具有高焦距比数的组织摧毁术治疗换能器具有非常低的效能。运种低效能主要归咎 于导致冲击波形成的非直线的声传播。
[0009] 已经设计出使组织摧毁术治疗经会阴聚焦至前列腺的专口的治疗换能器和驱动 电子仪器。配置成将组织摧毁术治疗传送至前列腺的治疗换能器100的一个示例在图1中示 出。换能器100可包括布置在壳体104内的多个超声换能器元件102。换能器可连接至配置成 将来自换能器的组织摧毁术波形传送至组织的波形生成器。按照运个方法的前列腺深度比 前述犬类模型中的明显更深。另外，骨盆的骨骼解剖和超声成像探针的经直肠定位显著减 小了有效的换能器孔。壳体的较低边缘中的切口 106可构造成容纳超声成像探针(未示出）， 该超声成像探针在主直径中具有焦距比数= 0.85且在切口处具有焦距比数= 0.98。
[0010] 基于小型台式实验和建模，选择治疗换能器激发参数的初始设定（3循环/脉冲， 750化p，500Hz PRF(脉冲重复频率）），用于利用运个换能器进行的犬类测试。运个激发序列 产生了非直线的聚焦压力波形，其在水中具有约25M化和IOOM化的峰值负压力和峰值正压 力。我们将运个序列及其变型定义为标准的或非优化的序列，因为该序列参数对于气泡云 形成而言并非优化的。
[0011] 运个标准的激发序列及变型用于对约30个犬类受试对象进行治疗，从而确立了可 行性、剂量(脉冲的累计数)和治疗实施指导方针。然后，在验证性研究中对额外的10个犬类 受试对象进行了治疗。尽管运些研究取得了杰出的效能结果，但在验证性试验中观察到对 10个受试对象中的两个受试对象的前焦(prefocal)腹直肌肌肉的显见的轻微损伤(亚临床 纤维变性），运导致的结论是需要通过研发更有效地传送能量的组织摧毁术脉冲序列来改 进安全性配置。随着换能器被研发用于经骨骼解剖障碍更深地进入到组织中，很可能提升 组织摧毁术效能的需求将变得更加重要。
【发明内容】
[0012] 在将经骨骼解剖障碍深入至皮肤表面下方的软组织作为目标时一一运需要具有 相对高的焦距比数(焦距比数>0.8)的超声治疗换能器，使前焦热量减少的提升的效能是必 不可少的。已研发出针对软组织的增强的组织摧毁术均质化进行优化的序列，用W通过使 序列效能优化来降低前焦热损伤的可能性。优化的激发序列的提升的效能增加了在组织中 使组织摧毁术气泡云初生的可能并减少了经组织转移时气泡云灭失的发生。另外，优化的 序列能被设计成选择性地消融纤维组织或消融不那么致密的组织，同时保存更富纤维弹性 的至关重要的结构、诸如神经血管结构。
[0013] 用于高焦距比数换能器的有效的优化序列W初生脉冲和冲击散射脉冲为特征，该 初生脉冲设计成用于形成至少单个的声生成的核(气泡），该冲击散射脉冲（下文中称其为 散射脉冲或散射压力波形)在一优化的时间延迟之后紧跟着所述初生脉冲用W使冲击波能 撞击在第一气泡上从而形成气泡云。后续的散射脉冲也能W优化的定时紧随，从而保持气 泡云的效力。应注意，"脉冲"和"压力波形"在本申请中将可交换地使用。
[0014] -种利用超声能量治疗组织的方法，包括将来自超声治疗换能器的配置成在组织 中产生至少一个气泡的初生压力波形传送到组织中的步骤，在所述至少一个气泡的生命周 期内将来自所述超声治疗换能器的散射压力波形传送到该至少一个气泡中的步骤，W及利 用所述散射压力波形在所述至少一个气泡附近产生空化核的步骤。
[0015] 在一些实施例中，在所述初生压力波形的化S至20化S内传送所述散射压力波形。
[0016] 在一个实施例中，所述方法还包括重复进行传送初生压力波形的步骤W及传送散 射压力波形的步骤，直至完成组织的治疗。
[0017] 在一个实施例中，使所述初生压力波形的压力幅值和/或循环的次数最小化W减 少组织受热。
[0018] 在另一实施例中，所述散射压力波形的峰峰值压力的幅值足W在聚焦区中形成附 加的空化核。
[0019] 在替代实施例中，使所述散射压力波形的压力幅值和/或循环的次数最小化W减 少组织受热。
[0020] 在一些实施例中，所述方法还包括在传送所述散射压力波形W后朝向所述至少一 个气泡和所述空化核传送第二散射压力波形。
[0021] 在一些实施例中，在所述散射压力波形的化S至Is内传送所述第二散射压力波形。
[0022] 在另一实施例中，所述方法还包括在不传送附加的初生压力波形的前提下传送附 加的散射压力波形，直至所述空化核和/或至少一个气泡不再存留于组织中。
[0023] 在一些实施例中，每化S至Is传送所述附加的散射压力波形。
[0024] 在一个实施例中，包含所述初生压力波形和所述散射压力波形的脉冲序列具有范 围在1 -5000Hz内的序列PRF。
[0025] 在其它实施例中，与所述初生压力波形相比，所述散射压力波形传送用于干预组 织的更少的能量。
[0026] 在一个实施例中，所述初生压力波形和所述散射压力波形具有基本上相似的压力 幅值。在另一实施例中，所述散射压力波形的压力幅值比所述初生压力波形的压力幅值小。 在替代性实施例中，所述散射压力波形的压力幅值比所述初生压力波形的压力幅值大。
[0027] 提供一种利用超声能量治疗组织的方法，包括将来自超声治疗换能器的配置成在 组织中产生至少一个气泡的初生压力波形传递到组织中的步骤，在所述至少一个气泡的生 命周期期间将来自超声治疗换能器的散射压力波形一一该散射压力波形配置成在组织中 变成具有冲击正压力半循环和冲击负压力半循环的冲击聚焦压力波形，该冲击正压力半循 环配置成撞击在所述至少一个气泡上并散射、反相且有益地干预所述冲击负压力半循环W 形成负压力半循环波形一一传递到该至少一个气泡中的步骤，W及利用正压力半循环波形 与所述至少一个气泡之间的冲击散射机制在该至少一个气泡附近产生空化核的步骤。
[0028] 提供一种将超声能量传送至组织的方法，包括传送来自超声治疗换能器的配置成 提供至少5M化的峰值负压力的初生脉冲W在组织中产生至少一个气泡的步骤，在所述初生 脉冲的扣S至20化S内将第一散射脉冲传送到所述至少一个