用于组织热适形体积消融及监视其的间质超声一次性涂布器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及一种用于间质一次性使用的具有多个超声电容式微机械超声换 能器(CMUT)的超声医疗方法和装置，以用相同的设备热消融适形体积病灶并监控消融的体 积。
【背景技术】
[0002] 在肿瘤治疗的最新进展中，手术方法已经朝向微创技术有很大进展，从而为患者 减少手术发病率、疼痛和住院时间。微创手术如内窥镜、血管内手术或经皮手术可以伴随使 用直接插入靶组织体积内或与其相邻放置的探针/涂布器的温热疗法或低温疗法。
[0003] 射频(RF)消融和激光间质性热疗(LITT)在MRI指导下已经被成功用于治疗不同类 型的转移/肿瘤。尽管当前的装置不能用于创建完全匹配靶体积的病灶，初步结果表明了显 著改善的预期寿命。由于RF天线或LITT装置使用全向源(omnidirectional sources)用于 加热周围组织，除非机械移动探针或治疗装置，否则无法完成能量辐射图案的聚焦或转向。 RF和LITT热疗治疗的其它缺点是过热，其发生在与治疗装置接触或与其非常接近的组织 中、由于血流量缺乏对于病灶同质的控制、以及难以对治疗实时监控。
[0004] 在热消融中，身体组织暴露于超过43°C的温度一定时间，以破坏或杀死活细胞。高 强度聚焦超声(HIFU)及高强度接触超声(HICU)是接受几种病理学调查的一些热消融技术 类型。目前压电型装置广泛用于局部加热恶性组织。然而，目前的压电型HIFU/HICU涂布器 显示出不理想的效果和不足之处，如在换能器组织界面处局部组织过热和缺少对于治疗体 积的控制(健康组织或正在治疗的组织的消融的风险）。特别是，在脑治疗中，病理组织（月中 瘤）的治疗需要小直径针形涂布器(最大3-4mm)以对周围组织最小的损伤进入治疗部位，由 于HIFU/HICU源位于待消融组织的中心，间质过程提供了更精确控制消融体积的优点以及 避免伤害健康组织的保证。当前用于间质性HIFU/HICU过程的外科用品显示出有限的消融 能力特性(聚焦、适形体积），并且所有这些都需要有效的冷却系统，以避免与超声源接触的 组织过热从而不能直接与生物组织接触而放置。最后，因为由于气泡、金属零件等的存在可 能出现伪影，所以当前的产品可能不表现出最佳MR兼容性。
[0005] 上述困难导致需要开发替代的方法和设备，其可用于产生对于肿瘤具有适形治疗 体积的更均匀的病灶，并具有实时监测或测量手术期间器官或消融组织的物理和/或生理 功能/参数的能力。涉及适形治疗和/或联合治疗/监控过程的现有技术参照包括以下相关 文献。
[0006] 欧洲专利申请公开号0 643 982 AKBurdette等）和国际专利申请公开号W02007/ 124458 A2(Diederich等）涉及一种用于治疗前列腺或子宫组织的装置和方法。典型地，超 声换能器被安装在传送系统外壳内，所述外壳防止发射装置在手术期间直接接触组织。可 以使用多段换能器，且多个换能器布置的组合可以提供聚焦的声能。很可惜，所描述的设备 仍需要冷却流体在所述传送内部循环来调节探针的温度。此外，其中没有描述适形体积治 疗方法。
[0007] 同样地，在国际专利申请公开号WO 2009/125002 Al(Carpentier等）中，其中，经 皮MRI兼容探针被公开用于医疗系统中，探针被描述为包括待被插入到体内的纵向主体，并 具有设计用于聚焦和非聚焦治疗超声波的具有纵向穿过探针主体的抽吸通道(aspiration channel)的多个超声换能器。换能器可以沿纵向和圆周布置。提供基于流体的冷却系统来 控制装置的温度。虽然换能器可以很容易地纵向布置以形成在圆周上的线性相控阵列，但 由于扇区数是有限的且没有提供形成其的任何指示，因此不清楚探针如何可以实现任何聚 焦。没有公开用于适形体积治疗的细节，且探针仍然需要冷却系统。
[0008] 在美国专利号7，494，467(Makin等）中，公开了一种超声波和RF结合的医疗系统。 在一些实施例中，成像换能器与治疗换能器相结合，以监控消融的组织。但是，没有一个所 描述的实施例可以产生适形体积病灶，而且，该设计要求设备被旋转或移动，以治疗或监控 体积。
[0009] 美国专利号5,697,897(Buchholtz等）描述了一种用于治疗和诊断的具有安装在 纵轴上的单一线性阵列超声换能器的治疗型内窥镜。在一个实施例中，诊断换能器可以与 治疗转化器相分离。该文献公开内容限于一个平面聚焦，并要求该设备被旋转以实现体积 治疗。
[0010] 美国专利申请公开号US WO 02/32506 Al和美国专利申请公开号US 2006/ 0206105 AKChopra等)公开了一种使用多元件超声加热涂布器的热治疗装置。超声涂布器 位于透声窗下方。超声换能器可被电子激活以在2D平面中覆盖处理的区域的几何形状，且 体积病灶(3D)可通过旋转或移动设备来获得。涂布器具有改变各超声波元件功率和转换其 频率的能力，以径向地和沿涂布器的长度能够调节温度。但是，频率控制被限制为在基谐波 (fundamenta 1)的多个窄带谐波内的离散频率之间进行转换。
[0011] 美国专利号6,379,320〇^〇11等)描述了一种用于内部组织加热的超声涂布器，其 中平面发射表面被设置在涂布器头内，并通过密封膜与待治疗组织分离。超声装置和膜之 间的空间填充有液体，其也用于涂布器的温度调节。涂布器不具有聚焦或转向能力，所以将 仅通过原位旋转涂布器来获得治疗体积。
[0012] 欧洲专利申请公开号l，〇90,658(Rabiner等）公开了包括改善上述应用需求的方 法或结构。然而有关具体的适形体积治疗方法、专门的超声热消融装置及其制造方法的一 些问题仍然没有得到解决。
【发明内容】
[0013] 本发明的一个目的是提供一种使用允许消融源和待处理组织的间质性使用和直 接接触的特定配置的超声换能器，用于治疗非均匀病灶和适形体积消融的改进的超声热消 融涂布器。
[0014] 本发明的另一个目的是提供一种具有并排组装的独立线性阵列换能器模块以形 成圆柱源并具有预定宽度以实现平整的适形体积消融的改进的超声热消融涂布器。
[0015] 本发明的另一个目的是提供一种具有宽频带宽度(例如2-30MHZ)的改进的超声热 消融涂布器，它可以用于调节用于适形体积消融的热消融手术过程期间的驱动频率。
[0016] 本发明的进一步的目的是提供一种用于适形体积消融的改进的超声热消融涂布 器，其具有提供进入病理组织和继而进入治疗材料的中空的中心管，并且其可用于原位给 药或成像造影剂。
[0017] 本发明的再一个目的是提供一种改进的超声热消融涂布器和方法，其用于当聚焦 或转向感兴趣/治疗区域中的超声能量时限制电互连的数量。
[0018] 本发明的另一个目的是提供一种改进的超声热消融涂布器和方法，其中两个交直 流激发电压可以独立地调节以控制装置的声输出的量级和空间特性。
[0019] 本发明的另一个目的是提供一种根据所述的改进的超声热消融涂布器的制造方 法，其中内部可移动刚性的主轴(spindle)或传动轴(shaft)被设置在中央中空通道内以在 其制造/装配和用于组织植入期间固定探针。
[0020] 本发明的另一个目的是提供一种与组织直接接触的改进的超声热消融涂布器，其 中换能器装置配备有集成的生物传感器，用于监控治疗之前组织的代谢状态。
[0021] 本发明的另一个目的是提供一种与组织直接接触的改进的超声热消融涂布器，其 中换能器装置配备有集成的纳米激光振荡器发射器，以允许通过近红外多光子诱导的自动 荧光显微法的体内亚细胞组织识别，并允许光敏纳米颗粒递送。
[0022] 本发明的另一个目的是提供一种与组织直接接触的改进的超声热消融涂布器，其 中换能器装置配备有集成的温度传感器和或集成的压力传感器和或微电极用于监控治疗 期间器官的生理功能。
[0023] 本发明的另一个目的是提供一种与组织直接接触的改进的超声热消融涂布器，其 中换能器装置在治疗之前和之后进行组织血管的多普勒成像，用于血管再生功效的证明。
[0024] 根据本发明的一方面，一种用于适形治疗不均匀肿瘤病灶的间质超声热消融涂布 器包括:主体，具有纵向针形和纵轴，所述主体沿所述纵轴限定中空的中央通道，所述中空 的中央通道用作活检针或工具的通路，用于生物材料的抽吸或提供原位给药;多个电容式 微机械超声换能器(CMUT)阵列换能器，安装在所述主体上，并排布置以形成圆柱形状，具有 平行于所述主体的纵轴的方位规划，所述多个CMUT阵列换能器中的每个具有预定的高度尺 寸以引导发射的超声波，以获得肿瘤病灶的适形体积治疗。
[0025] 在一个实施方案中，所述多个CMUT阵列换能器中的每个包括覆盖有电绝缘性保护 层的发射表面，使得间质超声热消融涂布器可与组织直接接触放置。
[0026] 在另一实施方案中，所述多个CMUT阵列换能器中的每