具有CMUT阵列和固态冷却的医疗设备以及相关方法和系统技术方案

一种医疗设备包括：被配置为向目标组织发射超声波的电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列，以及与CMUT阵列机械地耦合并且被配置为冷却由超声波加热的非目标组织的至少一个热电冷却器。医疗设备可以与固体热导体一起在导管中实现，固体热导体耦合到热电冷却器并沿着导管延伸以将热量从热电冷却器传导走。导管或导管套筒包括用于插入到身体通道中的管状壁，以及耦合到管状壁用于冷却身体通道壁的至少一个热电冷却器。导管套筒包括用于插入到身体通道中并能够包封导管的管状壳体，以及耦合到管状壳体用于感测身体通道壁的一种或多种特性(诸如温度和压力)的至少一个传感器。

Medical equipment with cMUT array and solid state cooling and related methods and systems

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有CMUT阵列和固态冷却的医疗设备以及相关方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求来自2017年9月13日提交的美国临时专利申请序列号62/558,200、2018年4月9日提交的美国临时专利申请序列号62/654,765和2018年9月7日提交的美国临时专利申请序列号62/728,616的优先权的权益。所有上述申请均通过引用整体并入本文。
技术介绍
正常男性尿道经过前列腺。位于前列腺内的尿道的部分在本文中称为前列腺尿道。良性前列腺增生(BPH)(前列腺内的细胞过度生长经常引起前列腺增大)是很常见的。根据维基百科，到50岁的男性中有50％表现出BPH组织学，到80岁的男性中有75％表现出BPH组织学；其中多达一半可能会出现症状。BPH的最常见症状包括：由增大的前列腺对尿道施加压力而引起的对尿液流动的干扰；对尿液流动的干扰会导致排尿不完全、尿潴留、尿频和尿路感染，从而导致膀胱和肾脏受损。大约80％的男性在80岁之前会患上前列腺癌。尽管大多数这些前列腺癌生长缓慢，但在2010年全世界前列腺癌杀死了大约250,000名男性。即使缓慢生长的前列腺肿瘤也可能通过质量效应和肿瘤侵袭损坏尿道，并阻塞尿液流动，其类似于BPH中的阻塞。BPH和前列腺癌可以在前列腺中共存；这种组合还可能使前列腺充分增大而干扰尿液流动。前列腺中无论是由于肿瘤的质量效应还是BPH引起的高压均会导致尿道部分或全部塌陷，从而限制尿液流动。由BPH增大的前列腺引起的对尿液流动的干扰经常需要治疗以改善尿液流动。这种干扰已经用几种方式进行治疗，包括干扰睾丸激素的药物，或诸如开放式前列腺切除术、经尿道前列腺电切术(TURP)和经尿道前列腺激光消融术的外科手术。经尿道手术是受青睐的，因为与开放式手术相比，感染风险、疼痛和愈合时间通常会被减少。在已知的治疗方法中有经尿道微波治疗(TUMT)，在该治疗中使用放置在前列腺尿道内的微波天线加热前列腺。TUMT副作用可能包括由于尿道过热引起的尿道损伤。激光消融具有类似的副作用。对前列腺进行超声波治疗(其意图对腺体的一部分加热而足以消融BPH过量组织中的一些)已经在以下文献中提出：例如，“ProstatecancerablationwithtransrectalH1gh-intensityfocusedultrasound:assessmentoftissuedestructionwithcontrast-enhancedUS”，Rouviere等，Radiology，2011年5月，第259卷，第2期，第583-91页以及“TransurethralUltrasoundArrayforProstateThermalTherapy:InitialStudies”，ChrisJ.Diederich和EveretteC.Burdette，IEEETransactionsonUltrasonics,Ferroelectrics,andFrequencyControl.，第43卷，第6号，1996年11月(Diederich)。Diederich提出了一种具有两个内腔的导管；冷却水通过一个内腔流入到导管中，并通过第二个内腔越过7MHz压电陶瓷换能器流出。Diederich在猪肌肉中进行实验，报道与换能器相距1.5cm处组织的温度明显升高。这些温度升高被认为足以杀死前列腺组织。SonaCareMedical、AlpinionMedicalSystems和ProfoundMedical(参见http://www.profoundmedical.com/new-tulsa/)提出了使用压电陶瓷换能器加热局部前列腺癌组织的高强度超声波。如“MagneticResonanceImaging–Gu1DedTransurethralUltrasoundAblationofProstateTissueinPatientswithLocalizedProstateCancer:AProspectivePhase1ClinicalTrial，JosephCH1n等，EuropeanUrology，第70卷，第447-455页(2016年)”中所报道的，一种名为MRI-TULSA的ProfoundMedical设备依靠外部核磁共振成像(MRI)精确定位阵列进行治疗，使用具有十个定向压电换能器的刚性尿道导管，并通过直肠导管进行水冷却以避免破坏前列腺尿道。MRI-TULSA的临床试验使前列腺内部温度达到55摄氏度，该温度足以损坏或消融组织。电容式微机械超声波换能器(CMUT)运行的工作原理与压电换能器的不同。压电换能器基于压电晶体，压电晶体响应于施加的电场而弯曲或收缩/扩展。CMUT具有在硅基基板上形成的腔。配备有电极的薄膜悬挂在腔的顶部。另一个电极位于腔下方、固定在基板上。然后，当在两个电极之间施加电压时，静电吸引力将膜向下拉，从而使腔收缩。当移除电压降时，膜则会反弹。如果施加的电压在足够高的频率下是正弦波，则膜以相同的频率振动并将声能发送到与其接触的介质中。与压电换能器相反，CMUT没有明显的内部损耗机制，并且本质上缺乏自发热。
技术实现思路
在实施例中，医疗设备包括：被配置为向目标组织发射超声波的电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列，以及与CMUT阵列机械耦合并且被配置为冷却由超声波加热的非目标组织的至少一个热电冷却器。在实施例中，具有固态冷却的用于超声波治疗的导管包括：(a)被配置为向目标组织发射超声波的CMUT阵列，(b)被配置为冷却由超声波加热的非目标组织的热电冷却器，超声波换能器被设置在导管的远端处，以及(c)固体热导体，被耦合到热电冷却器并沿着导远离远端朝向导管的近端延伸，以将热量从热电冷却器传导走。在实施例中，具有固态冷却的用于增强超声波治疗的系统包括前面段落提及的导管和两个声镜。两个声镜中的每个声镜被配置为与CMUT阵列协作以形成相应的声腔，以增加声腔内的超声波的强度。在实施例中，医疗设备包括用于将目标组织暴露于超声波的导管。导管包括：(a)被设置在导管的远端处并且被配置为向目标组织发射超声波的CMUT阵列；(b)被配置为冷却由超声波加热的非目标组织的热电冷却器；以及(c)固体热导体，被耦合到热电冷却器并沿着导管远离远端朝向导管的近端延伸，以将热量从热电冷却器传导走。医疗设备还包括导管手柄，导管手柄被机械地耦合到导管的近端并且被配置为定位在将导管插入到其中的身体通道的外部，以至少部分地控制导管。在实施例中，用于增强超声波治疗的系统包括导管以及至少一个声镜，导管包括超声波换能器阵列并且被配置为将超声波换能器阵列定位在身体的通道中，以将身体的目标组织暴露于超声波。每个声镜被配置用于定位在目标组织的与超声波换能器阵列相对的一侧上的通道的外部以形成声腔，声腔通过在超声波换能器阵列和声镜之间创建驻声波来在目标组织处增强超声波的强度。在实施例中，用于增强超声波治疗的系统包括第一超声波换能器阵列和与第一超声波换能器阵列协同地配置以形成声腔的第二超声波换能器阵列，通过在声腔内创建驻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医疗设备，包括：/n电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列，被配置为向目标组织发射超声波；以及/n至少一个热电冷却器，与CMUT阵列机械地耦合并且被配置为冷却由超声波加热的非目标组织。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170913 US 62/558,200;20180409 US 62/654,765;20181.一种医疗设备，包括：
电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列，被配置为向目标组织发射超声波；以及
至少一个热电冷却器，与CMUT阵列机械地耦合并且被配置为冷却由超声波加热的非目标组织。


2.根据权利要求1所述的设备，CMUT阵列被配置为从CMUT阵列的第一侧投射超声波，每个热电冷却器热耦合到CMUT阵列的第二侧。


3.根据权利要求2所述的设备，还包括设置在CMUT阵列的第一侧的声透镜，声透镜被配置为与非目标组织热耦合，以在非目标组织与至少一个热电冷却器之间通过CMUT阵列和声透镜提供热通路。


4.根据权利要求2所述的设备，还包括固体热导体，固体热导体热耦合到每个热电冷却器以从热电冷却器移除热量。


5.根据权利要求4所述的设备，每个热电冷却器被实现为层，层具有(a)热耦合到CMUT阵列的第二侧的第一侧以及(b)背对层的第一侧并且热耦合到固体热导体的第二侧。


6.根据权利要求4所述的设备，固体热导体包括金属。


7.根据权利要求1所述的设备，包括具有CMUT阵列的硅基板，每个热电冷却器经由导热粘合剂粘合到硅基板。


8.根据权利要求1所述的设备，还包括用于感测非目标组织的特性的一个或多个传感器，特性选自由温度、压力以及温度和压力的组合组成的组。


9.一种具有固态冷却的用于超声波治疗的导管，包括：
电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列，被配置为向目标组织发射超声波；
热电冷却器，被配置为冷却由超声波加热的非目标组织，超声波换能器被设置在导管的远端处；以及
固体热导体，被耦合到热电冷却器并沿着导管远离远端朝向导管的近端延伸，以将热量从热电冷却器传导走。


10.根据权利要求9所述的导管，热电冷却器与CMUT阵列机械地耦合。


11.根据权利要求9所述的导管，还包括用于感测非目标组织的温度的温度传感器。


12.根据权利要求9所述的导管，还包括用于感测非目标组织的压力的压力传感器。


13.根据权利要求9所述的导管，导管被配置用于插入到尿道中，目标组织是前列腺，非目标组织是尿道壁的至少一部分。


14.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里夫·桑利·埃尔根，安德烈·科里，布特鲁斯·T·库里雅库布，约翰·N·三世·艾温，
申请(专利权)人：奥卓霍姆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US