用于对缺血性中风的超声处置的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学超声系统，并且尤其涉及与血管声学谐振子相组合地执行针对中风受害者的治疗的超声系统。
【背景技术】
[0002]缺血性中风是医学上已知的最使人衰弱的疾病中的一种。对血液到脑部的流动的阻塞能够快速地导致瘫痪或死亡。已经报道了通过溶栓药物治疗，例如利用组织型纤溶酶原激活物(tPA)的处置，来实现再通的尝试在许多病例中引起症状性脑内出血。在对该严重损害身体的痛苦的诊断和处置上的进展是持续的医学研究的主题。
[0003]超声波的使用是新兴的无创中风处置模态，所述超声波的使用应用于帮助裂解(lyse)血管堵塞的血液凝块。根据某些处置，充气微囊泡或其他血管声学谐振子(VAR)被全身性地注射到血流中。VAR在超声场中的振荡帮助瓦解引起心脏病发作和中风的血液凝块。这些基于超声的处置在本领域中也被称作声处理溶栓或声解。然而，最近的研究已经示出，对凝块的移除并不总是可以恢复对受影响组织的滋养血液流动。此外，本发明人已经观察到，即使在凝块继续堵塞作为到细胞和组织的血液流动的源的动脉时，超声也可以具有有益效果。这些效果背后的生理性质尚不完全清楚。其他人猜测，即使是在凝块被溶解或破碎时，在凝块的位置下游的血管结构中的毛细血管也仍然可以被堵塞，可能是被微凝块、纤维材料(其可以在凝块前面或者是从凝块脱落并继续阻塞到微血管的血流)的小颗粒堵塞。其他人也已经猜测，微血管被中性粒细胞、白血球堵塞，所述中性粒细胞、白血球是受缺血性状况激发作为人体对创伤的响应而冲到微血管的，它们在这里最终使微血管堵塞。其他人还猜想，微血管结构可以通过来自旁支动脉的路径来供应血液，使得一些含氧血可以从备选的源到达缺血性区域，即使是在主要动脉管道仍然被阻塞时。无论对潜在现象及它们的相互影响的实际解释如何，期望的是提供对主要动脉中的堵塞的处置，以提供所期望的再通，同时促进到围绕堵塞的受影响微血管的血液的流动，以提供对毛细血管床的再灌注。
[0004]此外，声处理溶栓是新兴的无创中风处置模态，在所述声处理溶栓中，全身性地注射的VAR被声处理，并且它们的结果产生的振荡或破裂用于裂解引起急性缺血性中风中的堵塞的凝块。声处理溶栓使用在超声场中振荡的VAR来瓦解引起心脏病发作和中风的血液凝块。但是该处置流程中存在着固有的问题，即，递送VAR的持续流到血管阻塞的位点。由于凝块正阻碍脉管中的流动，因此凝块自身妨碍对新的VAR到阻碍的位点及其下游的递送。流动阻碍的程度越大，新鲜的含VAR的血液到凝块的供应量越小。相应地，期望的是，纵使血液供应受凝块阻碍，也能够促进新的VAR到凝块的位点的流动，以有助于增强在谐振子与凝块之间的相互作用来促进凝块裂解。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一方面，一种超声中风处置系统包括:换能器，其能够在血管声学谐振子(VAR)存在的情况下，通过施加中声压水平的超声波或高声压水平的超声波来瞄准堵塞以促进凝块裂解和脉管再通，并且能够在围绕所述堵塞的较宽区上施加较低声压水平的超声波以在VAR存在的情况下促进周围区中的微血管再灌注。较低的超声压和较高的超声压的施加可以被同时地或以时间交错的方式来激活。例如，中/高声压能够在治疗时间间隔期间被指引到堵塞的位点，并且低声压能够在再灌注激发时间间隔期间被指引到围绕所述堵塞的所述位点的区域。在本发明的实施例中，发射控制器可以被配置为在围绕所述堵塞的所述位点的所述区域周围逐步安排低声压水平的超声波(例如通过按顺序的脉冲)。所述换能器可以为电子操控的二维阵列或一维阵列或者为出于该目的而机械操控的单元件超声换能器。优选地，较高压(以及任选地也有较低压)治疗模式被周期性地中断，以允许用于新鲜VAR到处置的位点的输注的时间，在所述时间期间可以执行成像以对所述处置的所述位点进行可视化并维持对所述凝块的准确瞄准。所述VAR充当在经受超声波时的振荡体，因此引起在微观水平上的微小位移(应变)，所述微小位移促进血管或微血管结构内的再通或再灌注。
[0006]根据本发明的另外的方面，描述了一种处置缺血性中风的治疗方法，所述治疗方法促进在血管堵塞的位点处的凝块裂解和血管再通，并且同时促进在围绕所述堵塞的区中的微血管再灌注。所述方法包括:对对象施予VAR组合物；控制阵列换能器以将中声压水平的超声波或高声压水平的超声波指引到存在VAR的堵塞的位点以激发在所述位点处的凝块裂解；并且控制阵列换能器以将低声压水平的超声波指引到围绕所述堵塞的所述位点的区域，以激发微血管再灌注。
[0007]根据本发明的又一方面，一种用于缺血性中风治疗的超声声处理溶栓系统具有两个超声阵列换能器，一个被声学耦合到同侧，或者头部的包含凝块的一侧，并且另一个被声学耦合到头部的对侧(相反)边。对侧换能器将递送非常低声压至低声压(其产生将新的声学谐振子朝向血管堵塞推动的声学辐射力)，同时同侧换能器递送中强度超声能量或高强度超声能量(其在所述堵塞的位点处使谐振子振动或破裂以使阻碍的血栓破碎)。通过来自对侧换能器的声学辐射来增强谐振子到阻塞的供应，同时同侧换能器(其更接近阻塞)递送治疗能量来使阻碍物破碎。
【附图说明】
[0008]图1以方框图的形式图示了根据本发明的原理构建的超声诊断成像系统。
[0009]图2图示了根据本发明的原理对高压超声波束到血液凝块的操控和对下游微血管的低压声波作用。
[0010]图3a-3d图示了根据本发明对高压超声波束和低压超声波束的空间操控和脉冲调制。
[0011]图4为根据本发明对脑部的大脑中动脉(MCA)中的堵塞的处置的解剖学图示。
[0012]图5a和图5b图示了根据本发明的两种处置脉冲序列。
[0013]图6图示了根据本发明利用双换能器头戴式设备的中风处置。
[0014]图7图示了当经受超声振荡时在VAR的紧邻区域中诱导的应变。
[0015]图8图示了根据本发明利用双换能器头戴式设备的中风处置。
[0016]图9为根据本发明的原理对声学辐射力的递送和针对中风的声处理溶栓处置的解剖学图示。
【具体实施方式】
[0017]首先参考图1，以方框图的形式示出了根据本发明的原理构建的超声系统。提供了两个换能器阵列10a和10b，以用于发射超声波并接收回波信息。在该范例中，示出的阵列为能够提供3D图像信息的二维阵列的换能器元件，尽管本发明的实施方式也可以使用能够用于产生2D (平面)图像和/或将超声能量递送到感兴趣区域的一维阵列的换能器元件。另一备选方案为机械操控一维阵列以产生电子操控的1D阵列或2D阵列的效果。该实施方式中的换能器阵列被耦合到微波束形成器12a和12b，所述微波束形成器12a和12b控制由阵列元件对信号的发射和接收，并且尤其控制对用于成像和治疗的超声波束的操控和聚焦。微波束形成器能够对由换能器元件的组或“块”接收到的信号进行至少部分的波束形成，如在美国专利 5997479 (Savord 等人)、6013032 (Savord)以及 6623432 (Powers 等人)中所描述的。通过时间交错的信号由多路复用器14向微波束形成器路由信号或从微波束形成器路由信号。其他实施方式可以要求比由微波束形成器产生的功率发射信号更高的功率发射信号以用于治疗，在该情况中，可以采用能够有更高输出功率水平的换能器驱动电路。多路复用器被耦合到发射/接收(T/R)开关16，所述发射/接收(T/R)开关16在发射与接收之间切换，并保护主波束形成器20的敏感输入电路免于高幅度发射信号。超声波束在微波束形成器12a和12b或其他驱动电路的控制下从换能器阵列10a和10b的发射是由被耦合到T/R开关的发射控制器18来指引的，所述发射控制器18接收来自对用户接口或控制面板38的用户的操作的输入。
[0018]由微波束形成器12a、12b产生的部分波束形成的回波信号被耦合到主波束形成器20，在所述主波束形成器20中，来自元件的个体块的部分波束形成的信号被组合成完全波束形成的信号。例如，主波束形成器20可以具有128个通道，所述128个通道中的每个接收来自12个换能器元件的块的部分波束形成的信号。以此方式，由一维阵列或二维阵列的超过1500个换能器元件接收到的信号能够有效地贡献于单个波束形成的信号。
[0019]波束形成的信号被耦合到非线性回波处理器(或基波/谐波信号分离器)22。处理器(或分离器)22起作用为将起因于组织结构的(线性)回波信号与起因于VAR的(非线性的)回波信号分离开，因此使得能够对从VAR返回的强非线性回波信号的识别。处理器22可以以多种方式操作，例如通过对在基波频带和谐波频带中接收到的信号进行带通滤波，或者通过被称作脉冲反向谐波分离或功率调制的处理，这些处理也能够抵消组织回波同时保留VAR回波，即使是在基波带中。信号分离器能够用于在线性信号与非线性信号或者基波信号与谐波信号之间进行区分。在国际专利公布W0 2005/074805 (Bruce等人)中示出并描述了合适的非线性/线性信号分离器。所分离的信号被耦合到信号处理器24，在所述信号处理器24处，所分离的信号可以经历额外的增强，例如，斑点移除、信号复合以及噪声消除。
[0020]经处理的信号被耦合到B模式处理器26和多普勒处理器28。B模式处理器26采用幅度检测，以用于对身体中的结构，例如肌肉、器官或组织，进行成像。身体的结构的B模式图像可以被形成为非线性模式或线性模式。身体中的组织和VAR两者都返回两种类型的信号，并且VAR的相对强的非线性返回使得在大多数应用中能够在图像中清楚地分割VAR。多普勒处理器处理来自组织和血液流动的时间不同的信号，以用于对图像场中的包括VAR的物质的运动的检测。由这些处理器产生的结构信号和运动信号被扫描转换并被耦合到体积绘制器34，所述体积绘制器34产生组织结构的图像数据、流量的图像数据，或两种特性的组合图像。体积绘制器34将把3D数据集转换成从给定参考点观看的投影3D图像，如在美国专利6530885 (Entrekin等人)中所描述的。如在其中所描述的，当改变绘制的参考点时，3D图像能够显现为以被称为动力学视差的方式旋转。该图像操纵是由用户按照在用户接口38与体积绘制器34之间的显示控制线所指示的来控制的。Entrekin等人还描述了通过不同图像平面的平面图像对3D体积的表示一一一种被称作多平面重组(MPR)的技术。体积绘制器34能够以在直角坐标或极坐标中对图像数据进行操作，如在美国专利6723050 (Dow等人)中所描述的。2D图像或3D图像被从体积绘制器耦合到图像处理器30，以用于进一步增强、缓存和暂时存储，以供在图像显示器40上对静态的或实况的2D MPR或3D图像的显不ο
[0021]图形处理器36被耦合到图像处理器30，所述图像处理器30生成用于与超声图像一起显示的图形覆盖物。这些图形覆盖物能够包含诸如