專利名稱：用于引導(dǎo)和施加高強(qiáng)度聚焦超聲波以控制因截肢而出血的方法和設(shè)備的制作方法
用于引導(dǎo)和施加高強(qiáng)度聚焦超聲波以控制因截肢而出血的方法和設(shè)備
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷和治療超聲波系統(tǒng)，具體而言涉及利用高強(qiáng)度聚 焦超聲波控制截?cái)嘌艿某鲅姆椒ê驮O(shè)備。
在戰(zhàn)爭(zhēng)期間涉及近端截肢的戰(zhàn)場(chǎng)創(chuàng)傷是常見的。還可能在車禍和生產(chǎn) 事故中以及由于其他原因?qū)е陆刂?。在這些情況下喪生的主要原因是分別 從臂或腿的主動(dòng)脈、肱動(dòng)脈和股動(dòng)脈迅速失血。在緊急環(huán)境下很難處理這 些傷口，因?yàn)閯?dòng)脈的粗糙切除端不會(huì)痙攣閉合，而是縮回到肢體中，使得 接近并鉗住它們很困難或不可能。希望有一種由受過最少訓(xùn)練的急救醫(yī)護(hù) 技術(shù)人員在受傷現(xiàn)場(chǎng)使用的方法和設(shè)備。
已經(jīng)表明，應(yīng)用低MHz頻率范圍內(nèi)的高強(qiáng)度聚焦超聲波(HIFU)通過 加熱動(dòng)脈壁和血液自身的效應(yīng)減小并消除了穿孔和割開動(dòng)脈的出血，即使 在比上述較大動(dòng)脈血管更小的動(dòng)脈中和更低的流速下也是如此。因此，希 望具有能夠用于在緊急情況下迅速有效地處理來自任何外圍血管的出血的 設(shè)備和方法。
根據(jù)本發(fā)明的原理，描述了治療設(shè)備，其使用施加到受影響肢體的殘 端的完整或部分袖帶，該袖帶包括感測(cè)流動(dòng)的換能器和高強(qiáng)度超聲波換能 器。兩種換能器處于已知的相互關(guān)系，從而能夠使用由感測(cè)流動(dòng)的換能器 定位或跟蹤的血液流動(dòng)數(shù)據(jù)來引導(dǎo)將高強(qiáng)度超聲波應(yīng)用到血液流動(dòng)。用于 換能器以及簡(jiǎn)單顯示機(jī)構(gòu)的支持電子器件可以位于袖帶上或附著于袖帶的 儀器中。顯示器能夠使操作者將袖帶迅速對(duì)準(zhǔn)到靠近被檢測(cè)的流動(dòng)區(qū)域(目 標(biāo)血管)。連接到感測(cè)流動(dòng)的換能器的流動(dòng)處理器提供對(duì)袖帶和目標(biāo)血管之 間的距離的自動(dòng)確定。高強(qiáng)度超聲波換能器可以是環(huán)形或線性陣列，并且 發(fā)射一個(gè)或多個(gè)沿流動(dòng)處理器確定的適當(dāng)深度處的血管聚焦的高強(qiáng)度聚焦 超聲波(HIFU)斑點(diǎn)或HIFU線束。
在下述實(shí)例中，使用多個(gè)多普勒和HIFU相位陣列來自動(dòng)獲取高流速血 管的位置和功能數(shù)據(jù)以在系統(tǒng)內(nèi)部使用，并發(fā)射定制的HIFU束，以沿著血管長(zhǎng)度的一段加熱血管。沿血管長(zhǎng)度提供fflFU能量對(duì)于成功凝固截?cái)嘌?中的血液會(huì)是很重要的。
可以通過阻抗匹配的襯墊或填充流體的外殼來提供袖帶換能器到肢體 的聲耦合。袖帶可以與皮膚上耦合凝膠一起使用，以便在所需的擴(kuò)展區(qū)域 上迅速實(shí)現(xiàn)良好的超聲波耦合。
在附圖中


圖1以方框圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的用于處理截?cái)嘌?br> 的超聲波診斷和治療系統(tǒng)；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的換能器袖帶的一個(gè)實(shí)例； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的換能器袖帶的第二實(shí)例； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的超聲波診斷和治療設(shè)備的信號(hào)處理和
控制系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖5示出一種使用圖2的換能器袖帶加熱被定位的血管的血液的方法； 圖6示出第二種使用圖2的換能器袖帶加熱被定位的血管的血液的方
法；
圖7示出第一種使用圖3的換能器袖帶加熱被定位的血管的血液的方
法；
圖8示出第二種使用圖3的換能器袖帶加熱被定位的血管的血液的方
法；
圖9示出第三種使用圖3的換能器袖帶加熱被定位的血管的血液的方
法；
圖IO示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的換能器袖帶的第三實(shí)例； 圖ll示出本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)例，其具有一排可視指示符，用于在放置 換能器袖帶使其接近血管的過程中引導(dǎo)用戶。
首先參考圖1，以方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的用于處 理截?cái)嘌艿某暡ㄔ\斷和治療系統(tǒng)。在出血血管附近接觸被截肢體的換 能器袖帶10包括診斷換能器12和治療換能器14。診斷換能器優(yōu)選通過血 液流動(dòng)的多普勒檢測(cè)來定位血管。診斷換能器耦合到系統(tǒng)的診斷部20。診斷換能器受到診斷部的流動(dòng)收發(fā)器22的控制，其激活換能器并從血管接收 回波信號(hào)。將回波信號(hào)信息耦合到診斷部的流動(dòng)處理器24，其確定血管的 位置，在下述實(shí)例中還確定血液流動(dòng)速率(速度)。將該血液流動(dòng)信息耦合 到系統(tǒng)的治療部130中的治療處理器132。治療處理器132利用該信息通過 控制治療部的治療發(fā)射器134來控制向血液流動(dòng)提供超聲波治療。通過使 用診斷換能器提供的位置和流動(dòng)信息將高強(qiáng)度超聲波聚焦到血管的血液 上。持續(xù)進(jìn)行治療，直到血管中的血液已充分凝結(jié)而阻止血液流動(dòng)為止。 所示的顯示指示器16位于換能器袖帶10上，但也可以位于包含診斷或治 療部的儀器上，其在放置換能器袖帶使其接近流動(dòng)血管的過程中為用戶提 供目視引導(dǎo)，還可以表示治療何時(shí)進(jìn)行，何時(shí)完成。作為視覺指示器的替 代或除此之外，可以由系統(tǒng)產(chǎn)生聽覺指令以引導(dǎo)用戶。
在使用時(shí)，將換能器袖帶10置于或纏繞于被截肢體的末端周圍。在使
用纏繞型袖帶時(shí)，使袖帶膨脹或勒緊以便處于患者皮膚上和截?cái)嘌苌戏?良好的聲學(xué)和靜態(tài)位置上。診斷換能器優(yōu)選通過對(duì)換能器下方的最高流動(dòng)
速度進(jìn)行多普勒感測(cè)來定位血管。按照血液流動(dòng)的多普勒速度計(jì)算血管的 位置。將該信息提供給治療處理器，其控制治療發(fā)射器發(fā)射高強(qiáng)度超聲波， 該高強(qiáng)度超聲波被聚焦在血管的一定深度和橫向位置上。診斷換能器在治 療期間監(jiān)測(cè)血管。這種監(jiān)測(cè)可以包括連續(xù)跟蹤血管的位置以使治療換能器 保持聚焦在血管的適當(dāng)區(qū)域上，以及監(jiān)測(cè)流動(dòng)，以確定何時(shí)發(fā)生凝固，何 時(shí)血液流動(dòng)停止且何時(shí)完成治療。如果需要，也可以顯示診斷信息，但這 不是必須的。在下述的一個(gè)實(shí)例中，在治療期間通過提供與血管對(duì)準(zhǔn)的一 系列熱量來加熱一段血管，從而使血液凝固。在另一個(gè)實(shí)例中，將高強(qiáng)度 超聲波斑點(diǎn)聚焦在一團(tuán)血液上并隨著血液流動(dòng)而移動(dòng)，以在該段血液通過 治療換能器下方的血管移動(dòng)時(shí)連續(xù)加熱同一段血液。這些技術(shù)對(duì)于克服由 于挾帶熱量的血液通過并離開截?cái)嘌艿母吡鲃?dòng)速率而導(dǎo)致的血管中的熱 量的連續(xù)散失是有用的。在動(dòng)脈的延伸區(qū)域之上施加HIFU能量允許將血液 加熱到足夠的溫度，以促進(jìn)凝固，而不會(huì)超過所介入組織中的可允許的熱
以下示出并描述本發(fā)明的系統(tǒng)的很多實(shí)例。在一個(gè)實(shí)例中，將具有柱 形陣列的部分袖帶用作HIFU源，從而通過用戶在皮膚表面上移動(dòng)袖帶來設(shè)置線聚焦超聲波束的X-Y位置。由簡(jiǎn)單的用戶界面(例如速度計(jì)指示器或 彩色LED陣列)引導(dǎo)用戶，所述界面給出檢測(cè)到最高流速的皮膚位置的指 示。在HIFU陣列兩端和/或旁邊的成對(duì)診斷檢測(cè)器陣列使得能夠?qū)⑿鋷?duì) 準(zhǔn)到非?？拷恢委煹难??；谠诙鄼z測(cè)器系統(tǒng)上所檢測(cè)到的最大多普 勒信號(hào)的范圍，通過驅(qū)動(dòng)柱形治療陣列的發(fā)射器電路自動(dòng)設(shè)置HIFU束的聚 焦深度。該實(shí)例使用單個(gè)大型柱形陣列來提供足夠的能量，以沿著血管在 延伸區(qū)域之上提供凝固效果。
在另一個(gè)實(shí)例中，向肢體施加多相陣列的換能器袖帶，從而利用電子 束導(dǎo)引檢查(interrogate)整個(gè)體積。引導(dǎo)并定位袖帶，使得一個(gè)或多個(gè)治 療HIFU陣列與血管平行。通過表示截?cái)嘌艿母吡鲃?dòng)速率來確定用于凝固 的治療束位置，該高流動(dòng)速率高于當(dāng)血液流動(dòng)速率受到毛細(xì)血管床的阻力 調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)當(dāng)具有的流動(dòng)速率。在漏液處附近以及在其周圍漏液一直流動(dòng)的 蓄血處(blood pool)中還有多普勒信號(hào)的異常。在這種情況下，利用多個(gè) 用于產(chǎn)生治療功率的換能器來提供足夠的功率以進(jìn)行凝固。
圖2是本發(fā)明的換能器袖帶30的一個(gè)實(shí)例。在此以截面示出的袖帶30 是一種類似于用于血壓測(cè)量的套筒的可膨脹囊狀套筒?？梢詫⑿鋷е瞥刹?同的尺寸(直徑)，以用于臂或腿。在適于臂用的袖帶中，換能器可以完全 繞著袖帶或僅繞著袖帶的弧的一部分延伸，該弧例如是對(duì)著90°到1"° 弧的換能器的弧。圖2所示的實(shí)例使用了面向135°的弧的換能器。用于腿 的適當(dāng)?shù)幕〈蠹s為9cm乘9cm。對(duì)于臂，適當(dāng)?shù)幕〈蠹s為6cm乘6cm。袖 帶30具有與患者肢體接觸的內(nèi)表面32和外表面34?？梢杂么驓獗?6使這 些表面之間的空間膨脹起來。袖帶膨脹實(shí)現(xiàn)了三個(gè)目的在袖帶內(nèi)部擠壓 換能器使其與患者肢體處于良好的聲學(xué)接觸；確保換能器相對(duì)于下方的血 管處于靜止位置；以及在肢體周圍提供止血力以幫助阻止血液的流動(dòng)。止 血帶功能還可以減慢血液流動(dòng)，從而有更多時(shí)間來診斷和處理?yè)Q能器范圍 內(nèi)的血液團(tuán)。還可以用較低劑量的聲能來有效處理較低的流動(dòng)速率。將袖 帶30耦合到治療和診斷提供系統(tǒng)100，其控制診斷和治療換能器。換能器 附著于袖帶的內(nèi)表面。兩個(gè)柱形曲線陣列治療HIFU換能器42和44位于內(nèi) 表面上。在該實(shí)例中，在各HIFU換能器的端部和之間留有空隙以放置三個(gè) 二維相位陣列換能器52、 54和56。安裝所有的換能器使其良好地聲學(xué)耦合到袖帶內(nèi)的患者肢體上。 一種提供聲耦合的方式是將換能器置于填充有液
體的隔室中。在該實(shí)例中，虛線38表示聚氨酯膜，其將換能器包封在膜38 和袖帶30的內(nèi)表面32之間的填充有液體的隔室中。另一種提供聲耦合的 方式是利用位于換能器發(fā)射表面和患者皮膚之間的聲耦合襯墊。在該實(shí)例 中，所示的聲耦合襯墊46、 48、 51、 53和55位于換能器42、 44、 52、 54 和56的發(fā)射表面上?？梢允褂梅至⒌囊r墊或一個(gè)連續(xù)的襯墊。該聲耦合襯 墊可以由固體順聚丁二烯絕緣材料或凝膠材料制成，例如Kitecko絕緣襯 墊。
二維相位陣列換能器52、 54和56由切塊的壓電材料制成。HIFU換能 器元件可以由固體壓電材料或壓電陶瓷與環(huán)氧樹脂的合成物形成，這能夠 將彎曲的HIFU陣列彎成所期望的弓形。該陣列是二維的，允許對(duì)陣列下方 的體積進(jìn)行多普勒檢查，使得所述陣列能夠系統(tǒng)地搜索肢體內(nèi)的高流動(dòng)速 率的位置。沿HIFU換能器42和44的縱向尺度(由箭頭L表示)來切割 所述HIFU換能器42和44，從而能夠在定位血管的皮膚表面下方的選定聚 焦深度處聚焦治療束。也可以沿高度方向(進(jìn)入如E處所示的圖平面中) 切割HIFU換能器42、 44，從而能夠以選定的束角(血管定位在其中)導(dǎo) 引和聚焦治療束，并跟蹤血液團(tuán)通過血管的流動(dòng)。HIFU換能器優(yōu)選是背面 有類似氣孔，以減少背側(cè)的顯著加熱。導(dǎo)熱匹配層和涂有低阻抗中間層的 支架可以用于至絕緣襯墊和用于HIFU換能器的機(jī)械支撐的良好熱傳遞。優(yōu) 選地，換能器背部附著倒裝芯片微束形成器，以控制換能器的操作并通過 直接驅(qū)動(dòng)換能器元件來防止驅(qū)動(dòng)電路和換能器元件之間顯著的能量損耗。 在美國(guó)專利6375617 (Fraser)、美國(guó)專利5997479 (Savord〉和美國(guó)專利 6126602 (Savord)中一般性地描述了適當(dāng)?shù)奈⑹纬善骱臀⑹纬杉夹g(shù)。
治療換能器42、 44例如在2.5到4MHz的低MHz范圍內(nèi)工作。對(duì)于非 常深的動(dòng)脈血管，可以優(yōu)選采用更低的1.0到1.5MHz的頻率。根據(jù)工作深 度的期望范圍，診斷換能器52、 54、 56在該范圍內(nèi)或更高的頻率上工作， 對(duì)于較深的腿部深度優(yōu)選較低的頻率，對(duì)于較淺的臂部深度優(yōu)選較高的頻 率。通常以全孔徑操作診斷換能器，可以以陣列元件組的全孔徑或子孔徑 來操作治療換能器?？梢詫?duì)用于HIFU換能器的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行脈沖寬度調(diào) 制，以提高效率。圖3以透視圖示出本發(fā)明的換能器袖帶60的第二實(shí)例。在該實(shí)例中， 除去了袖帶的外表面34，以看到袖帶的內(nèi)表面32上的換能器陣列。排列該 實(shí)例中的HIFU陣列62和64，使它們的縱軸(如箭頭L所示)與袖帶的中 心軸平行。治療陣列的這種取向?qū)A向于使它們與延伸到肢體的被截端的 血管對(duì)齊，尤其是腿和臂的較大的股和肱動(dòng)脈。2D多普勒陣列71、 72、 73、 74和75位于治療陣列的端部，治療陣列之間，或者如圖3的實(shí)例所示位于 這兩個(gè)位置。為了全范圍的治療束聚焦和導(dǎo)引，沿縱向尺度L和高度尺度E (由箭頭E表示)這二者切割治療陣列62和64。如前所述制造換能器陣列 并對(duì)其進(jìn)行聲學(xué)耦合。任選地，袖帶60可以包括附著于袖帶的內(nèi)表面32 上的一個(gè)或多個(gè)力或壓力傳感器82、 84和86。這些傳感器可以是壓電元件 或應(yīng)變計(jì)，其感測(cè)袖帶的內(nèi)表面對(duì)肢體的力或壓力。當(dāng)這些傳感器產(chǎn)生的 信號(hào)降到預(yù)定極限以下時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生指示，即該袖帶未足夠牢固地附著 于肢體或變松了，這將會(huì)導(dǎo)致?lián)Q能器陣列和患者之間的聲耦合的破壞。可 以通過再次使袖帶60膨脹來解決這種狀況。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理的另一實(shí)例，其中更詳細(xì)地示出了治療診斷 和輸送系統(tǒng)的診斷和治療部。治療控制器160控制設(shè)備的兩個(gè)方面。治療 控制器160耦合到圖像驅(qū)動(dòng)器120,以命令圖像驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生用于袖帶10的 診斷換能器陣列12的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這里，術(shù)語(yǔ)"圖像"并不表示形成了超聲 波圖像，因?yàn)樵诒景l(fā)明的實(shí)施中成像不是必須的。相反，在這里該術(shù)語(yǔ)是 指由診斷陣列發(fā)射的超聲波能量處在用于診斷成像的功率范圍內(nèi)而低于治 療用能量范圍。將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給發(fā)射/接收控制器122，其又控制微束形 成器124以使診斷陣列12系統(tǒng)地掃描其下方的體積，尋找高強(qiáng)度或速度多 普勒回波。將發(fā)射/接收控制器122接收到的回波信號(hào)耦合到多普勒處理器， 該多普勒處理器對(duì)來自發(fā)射和接收束的回波信號(hào)進(jìn)行多普勒處理，如進(jìn)行 FFT處理那樣。當(dāng)截?cái)嘌芴幵谠\斷陣列之一的范圍內(nèi)時(shí)，將從位于血管 內(nèi)肢體中的特定點(diǎn)處的樣本體積接收到強(qiáng)或高速多普勒信號(hào)?？梢杂啥嗥?勒處理器24將該指示作為"檢測(cè)到的流動(dòng)"信號(hào)傳送到治療控制器160， 在這種情況下，治療控制器將使顯示器162上的"流動(dòng)"LED 164發(fā)光。 從多普勒射束方向的角度和返回多普勒信號(hào)的范圍(深度)可以確定血管 中心的x、 y、 z坐標(biāo)。返回強(qiáng)或高速多普勒信號(hào)的相鄰樣本體積的數(shù)量或體積流量的計(jì)算結(jié)果表示血管的尺寸。將該信息、尺寸、速度(V)和位置 (x， y， z)耦合到治療規(guī)劃器150。其他回波信號(hào)可以提供關(guān)于血管和陣 列之間的組織的其他信息，例如異物(如彈片或玻璃)的存在，還可以提 供關(guān)于血管之外易受處理影響的組織(例如骨或神經(jīng))的其他信息。治療 規(guī)劃器使用該信息形成用于治療的控制信號(hào)并向治療控制器160發(fā)出信號(hào)， 表示已經(jīng)定位了流動(dòng)源且可以開始治療。
治療控制器通過使顯示器162上的"治療"LED 164變亮對(duì)該信息做 出響應(yīng)。治療控制器命令治療驅(qū)動(dòng)器142開始工作，并且治療開始。治療 驅(qū)動(dòng)器142向治療束形成器144提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)使治療束由治療 陣列14以治療規(guī)劃器150提供的信息確定的功率水平來發(fā)射。通常功率水 平是血管尺寸(較大的血管需要較多的功率)和流動(dòng)速率(較高的流動(dòng)速 率需要較多的功率)的函數(shù)。治療規(guī)劃器150提供血管中心(這里流速最 大)的x、 y、 z位置，治療驅(qū)動(dòng)器142和治療束形成器144使用所述位置 以沿正確的方向?qū)б委熓⒃谘苤行木劢股涫?。時(shí)間信號(hào)t提供時(shí)間變 化，該時(shí)間變化提供了要在血管中的指示位置處聚焦治療束的時(shí)間的長(zhǎng)短。
治療控制器160周期性地中斷治療，以便命令診斷換能器陣列對(duì)治療 區(qū)域進(jìn)行重新抽樣，以確認(rèn)血管中心未從其先前確定的位置移開。血液流 動(dòng)的速度和方向表明了在較早時(shí)間點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的血液團(tuán)在稍后時(shí)間點(diǎn)預(yù)計(jì)要處 的位置。由診斷換能器掃描預(yù)計(jì)位置附近的區(qū)域并將速度和/或多普勒信號(hào) 強(qiáng)度最大的最近樣本體積標(biāo)識(shí)為在稍后(而非現(xiàn)在)時(shí)間點(diǎn)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)此 前被加熱的血液團(tuán)的位置。治療規(guī)劃器150通過適當(dāng)調(diào)節(jié)治療驅(qū)動(dòng)器142 和束形成器144的控制參數(shù)來做出響應(yīng)。通過這種方式，可以在血液團(tuán)進(jìn) 入陣列的范圍內(nèi)時(shí)開始對(duì)其進(jìn)行加熱，并在其流向血管的被截端時(shí)對(duì)其進(jìn) 行跟蹤并繼續(xù)加熱。該血液團(tuán)將處在較高的溫度下，于是比通過治療陣列 的固定焦點(diǎn)的血液團(tuán)更可能促成凝固。通過這種方式，解決了血液流動(dòng)導(dǎo) 致熱量散失的問題。曾研究過該過程涉及的生理現(xiàn)象的其他人指出，加熱 導(dǎo)致血管收縮，降低流速并使被截端周圍的蓄血處凝固形成密封。
圖5示出了通過使用圖2的換能器袖帶如何可以使該過程發(fā)生。在膨 脹的袖帶30內(nèi)部是患者的被截肢體，顯示出諸如股骨200的骨位于肢體的 中心處。諸如股動(dòng)脈202的血管位于股骨200周圍的組織體積中。診斷換
ii能器54已經(jīng)在從換能器陣列54延伸到股動(dòng)脈的虛線的射束方向上對(duì)股動(dòng) 脈202中的血液流動(dòng)進(jìn)行了定位。使用該射束的范圍(深度)和方向信息 引導(dǎo)治療陣列42的孔徑或子孔徑，以將高強(qiáng)度超聲波能量聚焦在由從治療 陣列42延伸到股動(dòng)脈202的實(shí)線表示的股動(dòng)脈處。由于治療能量源自皮膚 表面處的陣列的延伸長(zhǎng)度，因此能量密度不足以導(dǎo)致治療陣列42和股動(dòng)脈 202之間組織的損傷。只有當(dāng)該能量進(jìn)入到血管內(nèi)的焦點(diǎn)中時(shí)，能量密度才 變得高到足以導(dǎo)致截?cái)嘌?02中的血液的加熱和所期望的凝固。
圖6示出了換能器袖帶30的換能器陣列如何在血液團(tuán)通過一段動(dòng)脈 202移動(dòng)到其被截遠(yuǎn)端204時(shí)跟蹤并加熱血液團(tuán)。當(dāng)血液流動(dòng)進(jìn)入焦點(diǎn)Fl 處的范圍內(nèi)時(shí)，開始檢測(cè)血管202的血液流動(dòng)。對(duì)彎曲2D陣列42的分割 能夠?qū)⒅委熓龑?dǎo)到如虛線2、 2'表示的焦點(diǎn)F1處并使其開始在該處聚焦。 速度信息表示血液團(tuán)移動(dòng)通過血管202的速度，并且在所述血液團(tuán)移動(dòng)通 過血管時(shí)對(duì)其進(jìn)行跟蹤和加熱。在稍后的時(shí)間，血液團(tuán)位于焦點(diǎn)F2，如從 診斷陣列延伸的虛線5、 5'所示，由診斷陣列52、 54識(shí)別該焦點(diǎn)F2。使用 診斷確定的焦點(diǎn)F2的范圍和位置信息使治療陣列42在此時(shí)聚焦在由虛線 4、 4'表示的焦點(diǎn)F2處。最終同一血液團(tuán)位于換能器范圍、血管的末端，或 者這兩者的末端，如焦點(diǎn)F3所示。此時(shí)引導(dǎo)治療束并使其聚焦在虛線6、 6'所示的點(diǎn)F3處。于是，在同一血液團(tuán)沿著血管202的長(zhǎng)度段行進(jìn)時(shí)，對(duì) 其進(jìn)行跟蹤和反復(fù)或連續(xù)的加熱。在該實(shí)例中看出，使診斷陣列彼此相對(duì) 取向，使得它們的射束在血管202的區(qū)域中相交。在這種取向下，可以在 脈沖回波模式或?qū)Ｓ檬瞻l(fā)模式下操作診斷陣列52、 54，在所述脈沖回波模 式中，每個(gè)陣列發(fā)射并隨后從其自己的發(fā)射接收回波，在專用收發(fā)模式中， 由診斷陣列之一發(fā)射超聲波并由另一個(gè)用于多普勒處理的診斷陣列接收所 得的回波。因此在這種構(gòu)造中可以使用連續(xù)波技術(shù)。
圖7示 出了使用根據(jù)本發(fā)明的原理的圖3的袖帶60的一種技術(shù)。在所
示的取向下，調(diào)節(jié)袖帶的位置，直到"流動(dòng)"指示器指示血管位于診斷陣 列71、 72下方為止。然后將治療陣列62與如中心線C所示的血管的軸對(duì) 準(zhǔn)。當(dāng)治療陣列62是在高度尺度E上分割的二維陣列時(shí)，可以沿著治療陣 列62從治療陣列62到血管202的中心C聚焦射束?？梢酝ㄟ^使用治療陣 列一側(cè)或兩側(cè)上的診斷陣列(未示出)，或者通過向著治療陣列下方的區(qū)域傾斜診斷陣列71、 72來確定血管沿著治療陣列62下方的長(zhǎng)度的精確中心。 例如，每個(gè)診斷陣列71、 72可以從其治療陣列的末端到陣列中心進(jìn)行掃描。 可以通過這種方式找到治療陣列62下方的血管202的中心C并沿著陣列下 方的血管的整個(gè)長(zhǎng)度對(duì)其進(jìn)行加熱。這是第二種解決因?yàn)檠毫鬟^截?cái)嘌?管202而導(dǎo)致熱量散失的問題的方法。
圖8類似于圖7，除了在該實(shí)例中，治療換能器62的元件子組被聚焦 在方位角(縱向)方向，而不是如圖7那樣被聚焦在在高度方向上。在血 管202的中心線C處聚焦沿著陣列的治療換能器元件的不同連續(xù)子組，從 將射束聚焦在虛線4-4'之間的陣列一端處的子組到將射束聚焦在虛線2-2' 之間的陣列另一端處的子組。
圖9示出了使用圖3的換能器袖帶而在血液團(tuán)流向截?cái)嘌?02的遠(yuǎn) 端204時(shí)跟蹤和反復(fù)加熱所述血液團(tuán)的情況。當(dāng)診斷陣列72在治療陣列62 的近端定位出血液團(tuán)時(shí)開始對(duì)其進(jìn)行加熱。在血液團(tuán)流向截?cái)嘌?02的 遠(yuǎn)端時(shí)，治療元件的被激活子組63以流動(dòng)血液的速度沿陣列62在跟蹤方 向T上移動(dòng)，由此在同一血液團(tuán)穿過治療陣列62下方的血管段時(shí)對(duì)其進(jìn)行 反復(fù)加熱。通過位于治療陣列62縱向末端處的診斷陣列71、 72和/或通過 位于治療陣列62—側(cè)或兩側(cè)上的診斷陣列(未示出)穿過血管的長(zhǎng)度跟蹤
血管中的血液流動(dòng)。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的局部袖帶300。圖IO中以截面示
出的局部袖帶300具有內(nèi)表面304和外表面302，換能器陣列42-56連接到 所述內(nèi)表面304，所述外表面302完成了換能器陣列的包封。為了換能器的 聲耦合，所述表面之間的空間可以用流體填充，和/或可以如前所述在內(nèi)表 面304處提供聲耦合襯墊。通過從局部袖帶的每一末端處的內(nèi)表面304延 伸的帶306、 308將局部陣列附著于患者肢體。所述帶可以與帶扣或夾子或 其他固定裝置固定在一起。在圖9的實(shí)例中，帶306、308包括互補(bǔ)的Vdcro 表面310和312，從而能夠繞著患者肢體迅速而牢固地將帶固定緊，然后能 夠?qū)⑵溲杆俅蜷_和去除。
圖ll示出了本發(fā)明的診斷和治療提供系統(tǒng)的實(shí)例，其具有顯示器，以 幫助引導(dǎo)用戶成功地對(duì)換能器袖帶進(jìn)行定位。在該實(shí)例中，如結(jié)合圖1所 討論的那樣，袖帶IO包括至少一個(gè)診斷陣列和至少一個(gè)治療陣列14。在該實(shí)例中，旨在將袖帶固定成使得治療陣列14與受傷肢體的血管平行并位于 其正上方。利用治療陣列14與換能器袖帶的軸平行的取向容易實(shí)現(xiàn)平行取 向。通過一行指示器16 (在該實(shí)例中為一排LED)使得治療陣列在血管正 上方的對(duì)準(zhǔn)成為可能。在最初將袖帶設(shè)置成與肢體聲學(xué)接觸之后，診斷換 能器12系統(tǒng)地掃描袖帶內(nèi)的體積，搜索強(qiáng)和/或高速多普勒信號(hào)。在定位到 這種血液流動(dòng)時(shí)，多普勒射束與血液流動(dòng)的側(cè)向角表示必須沿其移動(dòng)袖帶 以將治療陣列14置于血管正上方的方向。例如，如果血管位于對(duì)準(zhǔn)的診斷 和治療換能器的左邊，在將多普勒射束對(duì)準(zhǔn)血管中的樣本體積時(shí)該多普勒 射束將向左轉(zhuǎn)變角度。然后用簡(jiǎn)單的幾何學(xué)計(jì)算必須移動(dòng)袖帶以將陣列置 于血管正上方的距離，此時(shí)，在將多普勒射束對(duì)準(zhǔn)樣本體積時(shí)所述多普勒 射束將正交于換能器的發(fā)射表面延伸。在這種情況下不需要精確的距離， 只需要必須將袖帶向左移動(dòng)的信息，即射束傾!4的左/右方向。在圖11的實(shí) 例中，LED行16沿橫向向治療陣列14的左右延伸。如果左側(cè)血管的橫向 距離大于從LED行的中心(由顏色加深的LED表示)到最左側(cè)LED 18的 橫向距離，則使LED18變亮。用戶現(xiàn)在知道必須向左移動(dòng)袖帶。隨著袖帶 的移動(dòng)且多普勒射束角度接近與診斷陣列正交，治療陣列的中心將接近血 管的位置，且隨著其越來越靠近，使越來越向內(nèi)的LED變亮。最后當(dāng)血管 位于治療陣列下方中心時(shí)，使中心LED變亮。變亮的LED的改變就這樣迅 速引導(dǎo)用戶正確地將陣列定位在血管上方，以進(jìn)行最有效且高效的加熱和 凝固。
應(yīng)該理解的是，可以用來自系統(tǒng)的聽覺提示來增強(qiáng)或甚至替代LED顯 示器16，所述聽覺提示指示用戶"向右移動(dòng)袖帶"或"向左移動(dòng)袖帶"并 在將袖帶正確定位在血管上方時(shí)"停止"。
上述系統(tǒng)和技術(shù)的變化處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，如美國(guó)專利 5984881 (Ishibashi等人)所述，可以通過利用診斷換能器接收從被加熱的 血液團(tuán)發(fā)射的強(qiáng)諧波，來跟蹤被加熱的血液團(tuán)。可以通過以接收模式操作 治療換能器來進(jìn)行血液流動(dòng)跟蹤。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易想到其他變化。
權(quán)利要求
1、一種超聲波診斷和治療系統(tǒng)，用于通過超聲波加熱降低外周血管的血液流動(dòng)，該系統(tǒng)包括被配置為附著到肢體的換能器袖帶，其包括至少一個(gè)診斷換能器和至少一個(gè)治療換能器；耦合到所述診斷換能器的流動(dòng)收發(fā)器，其用于控制所述診斷換能器的超聲波發(fā)射并響應(yīng)于所發(fā)射的超聲波接收來自血液流動(dòng)的回波信號(hào)；耦合到所述流動(dòng)收發(fā)器并響應(yīng)于所述回波信號(hào)的流動(dòng)處理器，其用于識(shí)別血液流動(dòng)的位置；治療處理器，其響應(yīng)于對(duì)血液流動(dòng)位置的識(shí)別以產(chǎn)生用于所識(shí)別位置的治療控制信號(hào)；以及耦合到所述治療換能器的治療發(fā)射器，其用于使所述治療換能器向所識(shí)別的血液流動(dòng)位置提供高強(qiáng)度聚焦超聲波。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述流動(dòng)處理 器包括多普勒處理器，其響應(yīng)于對(duì)多普勒回波信號(hào)的接收以識(shí)別血液運(yùn)動(dòng) 的位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述多普勒處 理器產(chǎn)生對(duì)流速的估算。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述流動(dòng)收發(fā) 器控制所述診斷換能器的超聲波發(fā)射使其處于診斷成像功率極限內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述治療發(fā)射 器用于以在所識(shí)別的血液流動(dòng)位置處產(chǎn)生熱量的強(qiáng)度水平提供高強(qiáng)度聚焦 超聲波。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述流動(dòng)處理器用于在三維空間中識(shí)別血液流動(dòng)位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述治療處理 器包括治療控制器，所述治療控制器用于使所述治療換能器在血管中產(chǎn)生 熱量，直到由所述流動(dòng)處理器確定的所述血管中的流速降低到可接受的水 平為止。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述治療控制 器用于在所述診斷換能器采集流動(dòng)回波信息時(shí)暫停由所述治療換能器提供 高強(qiáng)度聚焦超聲波。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述治療處理 器響應(yīng)于來自所述流動(dòng)處理器的信號(hào)，所述信號(hào)表示血管尺寸、所述血管 中的流速和所述血管中的流動(dòng)位置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述治療處 理器產(chǎn)生控制信號(hào)，所述控制信號(hào)控制由所述治療換能器提供的功率、所 述治療換能器的啟動(dòng)時(shí)間以及所提供的高強(qiáng)度聚焦超聲波的焦點(diǎn)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述換能器 袖帶表現(xiàn)出可控制的壓力，其用于控制所述換能器與所述肢體的接觸。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述換能器 袖帶表現(xiàn)出可控制的高壓力，其用于限制血液流過所述肢體的血管。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述換能器 袖帶表現(xiàn)出可控制的高壓力，其用于增加所述換能器和所述肢體之間的聲稱合o
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述換能器袖帶表現(xiàn)出可控制的高壓力，其用于穩(wěn)定所述換能器相對(duì)于所述肢體中的 血管的位置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，還包括顯示器， 其響應(yīng)于被啟動(dòng)的所述流動(dòng)處理器以指示已經(jīng)識(shí)別出血液流動(dòng)的位置。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述顯示器 包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光器件。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述顯示器 包括二維或三維圖像顯示器。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，還包括音頻發(fā)射 器，其響應(yīng)于被啟動(dòng)的所述流動(dòng)處理器以指示已經(jīng)識(shí)別出血液流動(dòng)的位置。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的超聲波診斷和治療系統(tǒng)，其中所述音頻發(fā) 射器進(jìn)一步響應(yīng)于所述流動(dòng)處理器以引導(dǎo)所述換能器袖帶的放置。
全文摘要
描述了一種超聲波診斷和治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于使嚴(yán)重受損的血管或在截肢中被截?cái)嗟难芡Ｖ钩鲅?。將包括診斷換能器陣列和HIFU換能器(42，44)的袖帶(30)附著于被截肢體的殘端。診斷換能器測(cè)量被截肢體的組織，搜索多普勒流動(dòng)信號(hào)。在檢測(cè)到多普勒流動(dòng)信號(hào)時(shí)，確定檢測(cè)到流動(dòng)的樣本體積的范圍和坐標(biāo)以及流速。將該信息提供給HIFU治療換能器控制器，該控制器控制HIFU換能器向流動(dòng)位置的樣本體積、血管腔的中心發(fā)射聚焦超聲波。聚焦超聲波加熱截?cái)嘌苤械难翰⑹蛊淠桃宰柚钩鲅Ｍㄟ^在同一血液團(tuán)流動(dòng)時(shí)對(duì)其進(jìn)行跟蹤和連續(xù)加熱，或者通過加熱很長(zhǎng)一段的血管而不是血管中的固定點(diǎn)來減少由于血液流動(dòng)而導(dǎo)致的熱量散失。
文檔編號(hào)A61B17/138GK101330874SQ200680046803
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者H·勞思, J·弗雷澤, J·彼得魯齊格, S·阿亞提 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司