两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法技术

本发明专利技术公开一种两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，包括：1)采用监控引导系统对样品靶组织进行定位，并调节靶组织的位置至HIFU换能器的焦点；2)第一阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波激励的冲击波及其所产生的沸腾气泡和惯性空化以形成松散的局部组织结构；3)第二阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波进一步的机械粉碎和均匀化损伤区域的组织，实现组织毁损。本发明专利技术充分利用了相对较高占空比脉冲兼顾热效应和机械效应，低占空比脉冲具有良好的机械效应的特点。通过控制先后产生两阶段的单个脉冲持续时间百微秒的相对较高占空比与低占空的脉冲高强度超声序列作用于靶组织，实现对组织的高效毁损。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声
，涉及一种两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法。
技术介绍
组织毁损(Histotripsy)是一种非侵入且可控的组织消融方法，它通过从体外聚焦到靶区的脉冲超声波对软组织进行受控地损毁和均匀化，而不会伤害临近的组织，目前在婴儿心脏病，前列腺病变的治疗，肿瘤的消融，血栓的治疗等方面都有所应用。组织毁损技术属于高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound，HIFU)，主要利用的是高强度聚焦脉冲超声作用于组织和细胞的机械效应，已经成为了一个国际前沿研究热点。在高强度聚焦超声中，热和声空化占据主导地位。热机制和组织毁损机制分别主要利用了HIFU的热效应和空化机械效应。热机制的研究起步更早也更成熟，在治疗实质性组织中有所应用，但是组织毁损方法也有其自身的优点：(a)组织毁损方法不受热机制中常见的热池效应(heat-sink)的影响，可以治疗血管周围的组织，应用范围更广；(b)组织毁损方法的损伤是空化机械作用的结果，可以防止热扩散而影响健康组织；(c)组织毁损方法中产生的空化云，沸腾气泡等更便于超声设备的监控，从而可以用来判断治疗的过程及位置等信息；(d)组织毁损方法将目标组织粉碎，治疗期间不会产生热凝固损伤，可以形成组织可吸收的液体，更适于临床应用；(e)组织毁损方法对较大的病变组织可以围绕肿瘤组织进行连续治疗，将肿瘤组织从健康组织中切割出来，大大提高治疗效率。为了更好地利用机械效应，一般有利用超高强度脉冲超声波产生空化云组织毁损和利用几个毫秒长的脉冲产生沸腾气泡两种方法。精确可控和高效损伤则是组织毁损技术发展的主要目标。空化云组织毁损所需要的空化云只发生在负声压超过阈值的焦区位置。冲击波散射和固有阈值激励是空化云组织毁损的两种主要方式:冲击波散射机制是冲击波从单个或多个微泡反射形成高幅度的负声压，在这个负声压的作用下形成更多的微泡并聚集成像云一样的微泡群；固有阈值激励则是通过提高单个峰值负声压，使短脉冲的能量超过固有空化阈值。美国密西根大学的Cain，专利技术名称为“Methodandassemblyforperformingultrasoundsurgeryusingcavitation”的美国专利US6,309,355B1于2001年较早地披露了利用空化进行组织毁损的治疗方法，该方法采用了持续时间小于50μs的脉冲序列，利用超声诱导空化效应在靶区产生损伤。Cain在专利技术名称为“Pulsedcavitationalultrasoundtherapy”的美国专利US8,057,408B2中则进一步的将治疗过程分为初始，维持，治疗以及反馈等子过程。这种将治疗过程分为多个子过程的方法利用的是不同的声压幅度，占空比以及脉冲重复频率等的超声波会在组织内产生不同的生物效应，该方法克服了早期空化云组织毁损方法可控性较差的问题，形成的损伤更加规则，更适用于临床应用。Cain在专利技术名称为“Pulsedcavitationaltherapeuticultrasoundwithdithering”的美国专利US20,130,090,579A1中则提到了在利用占空比小于1％的脉冲超声波，其目的在于使两次治疗脉冲之间的空化泡被动地消散掉，消除“空化记忆”，从而使损伤区域更易于均匀化。Cain在专利技术名称为“Histotripsyusingveryshortultrasoundpulses”的专利WO2,015,027,164A1则提出了提高峰值负声压使其超过固有空化阈值，并使用小于2个周期的短脉冲来进行组织微毁损(Microtripsy)的方法。该方法使所产生的损伤小于一个波长，使得损伤更加精确可控，在组织中采用该方法所需要的峰值负声压达到了15～30MPa，这使得靶组织周围组织也会有较大声压，给临床应用带来一定压力。沸腾气泡组织毁损主要利用的是几个毫秒长的脉冲引起的快速加热沸腾以及组织和沸腾气泡之间的界面所产生的雾化现象。当一定强度的声压作用一定时间后，焦区的组织温度升至100℃以上，产生沸腾气泡。美国华盛顿大学的MichaelS.Canney等人在专利技术专利名称为“Methodsandsystemsfornon-invasivetreatmentoftissueusinghighintensityfocusedultrasoundtherapy”的美国专利US8,876,740B2中披露了利用几个毫秒长，正声压峰值10～100MPa的脉冲超声波在靶组织产生沸腾气泡的方法和装置。华盛顿大学的VeraKHOKHLOVA等人在专利技术专利“Boilinghistotripsymethodsandsystemsforuniformvolumetricablationofanobjectbyhigh-intensityfocusedultrasoundwaveswithshocks”的专利WO2,015,148,966A1中则披露了利用依次引导的超声波在靶组织的不同点分别利用沸腾气泡进行组织毁损的方法及装置。目前空化云组织毁损和沸腾气泡组织毁损是组织毁损技术的两大主要方向，它们都采用了脉冲式的超声发射模式。空化云组织毁损方法脉冲超声波持续时间仅为10μs左右，峰值负声压为15～25MPa，峰值正声压则需要大于80MPa，换能器的工作频率为0.75～1MHz；而沸腾气泡组织毁损方法脉冲持续时间为几个毫秒，峰值负声压为10～15MPa，峰值正声压需要大于40MPa，换能器的工作频率为1～3MHz。现有的组织毁损方法仍存在以下几点需要改进：1.所需要的峰值声压较大，作为一种非侵入式治疗技术，过高的峰值声压会使周围组织也存在较大声压，给临床安全带来一定压力。2.空化云组织毁损方法脉冲持续时间仅为10μs左右，占空比小于1％，使得超声激励作用时间较短，所需损伤形成时间较长，治疗效率偏低。3.沸腾气泡组织毁损技术由于没有利用声辐射力，损伤常会出现头部比较大的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，通过百微秒长度的两阶段组织毁损方法提损毁安全性、效率，增强有效性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，包括以下步骤：1)采用监控引导系统对样品靶组织进行定位，并相应地调节靶组织的位置至HIFU换能器(5)的焦点；2)进行第一阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波激励的冲击波及其所产生的沸腾气泡和惯性空化以形成松散的局部组织结构，实现组织的初步均匀化，并产生空化核；3)进行第二阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波进一步的机械粉碎和均匀化损伤区域的组织，实现组织毁损。进一步的，步骤1)中监控引导系统为数字化超声成像设备。进一步的，对所确定的靶组织采用损毁边沿，切割组织的方案，或者采用直接损毁的方案。进一步的，步骤1)具体包括以下步骤：通过位于HIFU换能器(5)中心的B超探头进行图像引导，通过调节靶组织的径向位置，使其对准HIFU换能器的中心；通过调节靶组织的位置，用数字化超声成像设备进行图像引导，使靶组织位于HIFU换能器的焦点处。进一步的，步骤2)中脉冲聚焦超声波的占空比DC范围为：3％<DC<10％；百本文档来自技高网...

【技术保护点】
两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用监控引导系统对样品靶组织进行定位，并相应地调节靶组织的位置至HIFU换能器(5)的焦点；2)进行第一阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波激励的冲击波及其所产生的沸腾气泡和惯性空化以形成松散的局部组织结构，实现组织的初步均匀化，并产生空化核；3)进行第二阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波进一步的机械粉碎和均匀化损伤区域的组织，实现组织毁损。

【技术特征摘要】
1.两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用监控引导系统对样品靶组织进行定位，并相应地调节靶组织的位置至HIFU换能器(5)的焦点；2)进行第一阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波激励的冲击波及其所产生的沸腾气泡和惯性空化以形成松散的局部组织结构，实现组织的初步均匀化，并产生空化核；3)进行第二阶段毁损：利用百微秒长度脉冲聚焦超声波进一步的机械粉碎和均匀化损伤区域的组织，实现组织毁损。2.根据权利要求1所述的两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，其特征在于，步骤1)中监控引导系统包括数字化超声成像设备及高速摄像机。3.根据权利要求1所述的两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，其特征在于，对所确定的靶组织采用损毁边沿，切割组织的方案，或者采用直接损毁的方案。4.根据权利要求1所述的两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，其特征在于，步骤1)具体包括以下步骤：通过位于HIFU换能器(5)中心的B超探头进行图像引导，通过调节靶组织的径向位置，使其对准HIFU换能器的中心；通过调节靶组织的位置，用数字化超声成像设备进行图像引导，使靶组织位于HIFU换能器的焦点处。5.根据权利要求1所述的两阶段百微秒脉冲聚焦超声组织毁损方法，其特征在于，步骤2)中脉冲聚焦超声波的占空比DC范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆明珠，王睿，关宇波，李玉娇，黄伟骏，马风超，张灵璐，万明习，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61