无创声动力学治疗制造技术

公开了一种用于提供声动力学治疗的系统。该系统包括换能器、患者接口和耦联到换能器的控制器。患者接口被配置为将换能器声耦联到患者。控制器被配置为以从频率范围中选择的频率生成电驱动信号，调制该驱动信号，并用该频率的调制驱动信号驱动换能器来产生调制声波，以产生足以在不损害治疗区域中的健康细胞的情况下激活治疗区域中的声敏剂的平均声强度。况下激活治疗区域中的声敏剂的平均声强度。况下激活治疗区域中的声敏剂的平均声强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】的强度以引起组织的热消融，来提供病变的无创治疗。HIFU技术可以通过将组织加热到42℃以上的温度来无创地消融组织，从而导致坏死细胞死亡。此过程中使用的超声水平设计为对超声焦点内的所有细胞都是致命的，因此使用这种方法，不可能提供区分健康组织和患病组织的广泛覆盖范围。
[0010]采用声动力学治疗的无创技术的其他挑战可能是来自患者身体—尤其是在治疗软组织和骨时的颅骨—的声压的强烈衰减和反射。水/皮肤和骨之间的阻抗不匹配很明显，导致皮肤
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骨和骨
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脑界面处的强烈反射。颅骨的衰减系数也可能相当高，从而导致由于颅骨内的吸收和散射而造成的损失。
[0011]以下公开描述了用于可深刺入身体的完全无创治疗的各种声动力学治疗设备、系统和方法。

技术实现思路

[0012]一种用于声动力学治疗的说明性无创方法包括将多个超声换能器或具有多个元件的单个换能器定位在身体部分外部，超声换能器用于将声波传输穿过皮肤并进入身体部分。换能器的大小可以允许入射声波大致为平面，并且不会承受像圆柱形或球形发散那样的发散损失。一方面，由几个超声换能器或单个换能器的几个元件产生的声波会聚，以允许波前相长干涉。此外，声学元件的总表面积可以允许能量传输而分散到许多元件中，而不是要求所有能量都来自单个元件。
[0013]从临床上讲，这样的系统可以改善患者的体验。它是无创的，因此消除了手术、感染和出血的成本和风险，且也大大降低了医疗保健的成本和复杂性。为患者做好治疗准备可能会花费少得多的时间。在非手术诊所环境中，例如肿瘤诊所，治疗可能会持续30分钟到一个小时。一个医生可以同时监测几个病人。由于该设备的风险较低，这可能为更频繁的治疗、疾病进展内的早期治疗以及对不太致命的疾病的治疗打开大门。
[0014]在以下公开中描述的说明性无创设备、系统和方法与常规方法相比可以在更宽的治疗区域上使用相对低的声强度。下文讨论的说明性无创技术在正在针对病变接受治疗的大部分或者全部身体部分上，例如器官或组织中因损伤或疾病(例如伤口、溃疡、脓肿或肿瘤)而受到损害的区域上，产生在约0.1至约50W/cm2或约0.2至约20W/cm2或约0.5W/cm2至约8.0W/cm2范围内的非热消融时间平均声强度。除非另有特别说明，术语“大约”和“一般”就数值而言是指在最低有效单位的10％以内。例如，“约0.1”表示介于0.09和0.11之间。
附图说明
[0015]以下附图是对本公开的特定方面的示意，且因此不限制所附权利要求的范围。附图旨在与以下描述中的解释结合使用。下文将结合附图描述所公开的方面，其中相同的数字表示相同的元件。
[0016]图1是根据本公开的至少一个方面的经颅声动力学治疗装置的透视图，该装置具有外壳，该外壳具有多个换能器和放置在患者头部上方的冷却系统。
[0017]图2是根据本公开的至少一个方面的具有多个换能器和放置在患者头部上方的冷却系统的经颅声动力学治疗装置的透视图。
[0018]图3是根据本公开的至少一个方面的放置在患者头部上方的经颅声动力学治疗装
置的局部剖视图，示出了多个换能器的局部视图。
[0019]图4是根据本公开的至少一个方面的具有限定凹面的透镜的换能器的示意图。
[0020]图5是根据本公开的至少一个方面的具有限定凸面的透镜的换能器的示意图。
[0021]图6是根据本公开的至少一个方面的具有多个元件的换能器的示意图，该多个元件可以被单独激励以产生多种声波。
[0022]图7是根据本公开的至少一个方面的具有由同心环包围的内部元件的换能器的仰视图。
[0023]图8是根据本公开的至少一个方面的具有以二维(2D)网格阵列布置的内部元件的换能器的仰视图。
[0024]图9是根据本公开的至少一个方面的相长干涉的没有延迟的两个声学超声脉冲的图解。
[0025]图10是根据本公开的至少一个方面的由通过高斯脉冲信号调制的正弦波信号构成的脉冲包的图解。
[0026]图11是根据本公开的至少一个方面的放置在患者头部上方的经颅声动力学治疗装置的局部剖视图，示出了患者的颅骨和脑以及多个换能器的局部视图，其中一个换能器将能量发射到患者的脑中。
[0027]图12是示出根据本公开的至少一方面的跨多个频率的强度传输比的图表。
[0028]图13A是示出根据本公开的至少一个方面的在1MHz处的传输和反射比相对于(versus)以毫米为单位的颅骨厚度的图表。
[0029]图13B是示出根据本公开的至少一个方面的在1MHz处的传输和反射比相对于波长表示的颅骨厚度的图表。
[0030]图14A是示出根据本公开的至少一个方面的作为频率的函数的强度传输比的图表。
[0031]图14B是示出根据本公开的至少一个方面的作为频率的函数的反射率的图表。
[0032]图15是示出根据本公开的至少一个方面的平面波进入多组织颅骨模型的场强的图表。
[0033]图16是示出了根据本公开的至少一个方面的在多个频率处新鲜切除的人类颅骨的能量吸收率的图表。
[0034]图17是根据本公开的至少一个方面的放置在患者头部上方的经颅声动力学治疗装置的局部剖视图，示出了多个换能器的局部视图和冷却系统的全视图。
[0035]图18是根据本公开的至少一个方面的患者接口的透视图。
[0036]图19是示出了根据本公开的至少一个方面的红外(IR)温度传感器的相对灵敏度图的图表。
[0037]图20是根据本公开的至少一个方面的大体无创声动力学治疗系统的框图。
[0038]图21是根据本公开的至少一个方面的图18中所示的声动力学治疗系统的示意图。
[0039]图22是根据本公开的至少一个方面的图18和19中所示的声动力学治疗系统的示意图。
[0040]图23是根据本公开的至少一个方面的具有分开的发射和接收换能器的声动力学治疗系统的示意图。
[0041]图24是根据本公开的至少一个方面的具有单个发射和接收换能器的声动力学治疗系统的示意图。
[0042]图25是根据本公开的至少一个方面的声动力学治疗过程的总览。
[0043]图26是说明根据本公开的至少一个方面的敏化剂选择性积累的初始阶段的癌细胞的图解。
[0044]图27是说明根据本公开的至少一个方面的敏化剂的增加的选择性积累的癌细胞的图解。
[0045]图28是根据本公开的至少一个方面的、图24和25中所示的接受声动力学治疗的癌细胞的图解。
[0046]图29是说明根据本公开的至少一个方面的声致发光过程的图解。
[0047]图30是根据本公开的至少一个方面的癌细胞的示意图，说明了敏化剂的选择性积累。
[0048]图31是根据本公开的至少一个方面的、图28中所示的接受声动力学治疗的癌细胞的示意图。
具体实施方式
[0049]下面的详细描述本质上是示例性的并且提供了一些实用的说明和示例。本领域技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于声动力学治疗的系统，所述系统包括：换能器；将所述换能器声耦联到患者的患者接口；和耦联到所述换能器的控制器，其中所述控制器被配置为：从一组调制声波参数生成电驱动信号；调制所述驱动信号；以及用调制驱动信号以一定频率驱动所述换能器来产生调制声波，以产生足以激活治疗区域中的声敏剂的声强度。2.如权利要求1所述的系统，其中所述声波是波包。3.如权利要求1至2中任一项或多项所述的系统，其中所述换能器被配置为产生由所述控制器调制的会聚声波，以优先瞄准所述治疗区域。4.如权利要求3所述的系统，其中，所述换能器包括凹声透镜以产生所述会聚声波。5.如权利要求3至4中任一项或多项所述的系统，其中所述换能器包括多个元件，所述多个元件能够以预定顺序致动以产生所述会聚声波。6.如权利要求1所述的系统，其中所述换能器被配置为产生由所述控制器调制的发散声波以优先瞄准所述治疗区域。7.如权利要求6所述的系统，其中，所述换能器包括凸声透镜以产生发散声波。8.如权利要求6至7中任一项或多项所述的系统，其中所述换能器包括多个元件，所述多个元件能够以预定方式致动以产生所述发散声波。9.如权利要求1至8中任一项或多项所述的系统，其中所述换能器包括平坦表面以产生平面声波。10.如权利要求1至8中任一项或多项所述的系统，其中所述换能器包括换能器元件的环形阵列。11.如权利要求1至8中任一项或多项所述的系统，其中所述换能器包括换能器元件的网格阵列。12.如权利要求1至11中任一项或多项所述的系统，包括外壳，其中所述换能器固定到所述外壳，以确定所述换能器的位置和取向。13.如权利要求12所述的系统，其中所述外壳由刚性材料制成。14.如权利要求12所述的系统，其中所述外壳由柔性材料制成。15.如权利要求1至14中任一项或多项所述的系统，其中所述调制声波在所述治疗区域内产生约0.1W/cm2至约50.0W/cm2的时间平均声强度。16.如权利要求15所述的系统，其中，所述调制声波在所述治疗区域内产生约0.2W/cm2至约20.0W/cm2的时间平均声强度。17.如权利要求16所述的系统，其中，所述调制声波在所述治疗区域内产生约0.5W/cm2至约8.0W/cm2的时间平均声强度。18.如权利要求1至17中任一项或多项所述的系统，其中所述频率选自约20.00kHz至约12.00MHz之间的超声频率范围。19.如权利要求18所述的系统，其中所述频率选自约650.00kHz至约3.00MHz之间的超声频率范围。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述频率选自约900.00kHz至1.20MHz之间的超声频率范围。21.如权利要求1至20中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为确定现场变量，并且适应性地调制所述声波参数以生成基于所述现场变量而优化的声波。22.如权利要求1至21中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为确定现场变量，并适应性地调整时间平均声强度以生成基于所述现场变量优化的声波。23.如权利要求1至22中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为确定现场变量，并且基于所述现场变量适应性地调制所述声波以优先瞄准治疗区域。24.如权利要求1至23中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为确定从以下中选择的现场变量：组织深度、组织厚度、组织体积、颅骨厚度、温度、至治疗区域的距离或其组合。25.如权利要求1至24中任一项或多项所述的系统，其中所述患者接口包括冷却系统。26.如权利要求25所述的系统，其中，所述患者接口包括用于循环流体的冷却通道。27.如权利要求1至26中任一项或多项所述的系统，其中所述患者接口包括凝胶。28.如权利要求1至27中任一项或多项所述的系统，其中所述患者接口被配置为辅助换能器对准以优先瞄准所述治疗区域。29.如权利要求1至28中任一项或多项所述的系统，其中所述患者接口被配置为适应性地调整，以适合各种患者解剖结构。30.如权利要求1至29中任一项或多项所述的系统，其中所述患者接口包括耦联到所述控制器的传感器。31.如权利要求30所述的系统，其中所述传感器是温度传感器。32.如权利要求1至31中任一项或多项所述的系统，其中所述调制驱动信号是用于产生幅度调制声波的幅度调制驱动信号。33.如权利要求1至31中任一项或多项所述的系统，其中所述调制驱动信号由脉冲信号调制以产生脉冲声波。34.如权利要求1至31中任一项或多项所述的系统，其中所述调制驱动信号是包，所述包包括每个包预定数量的循环，以产生声波包。35.如权利要求1至31中任一项或多项所述的系统，其中所述调制驱动信号是频率调制驱动信号，以产生频率调制声波。36.如权利要求35所述的系统，其中，所述频率调制驱动信号包括脉冲内变化。37.如权利要求35至36中任一项或多项所述的系统，其中所述频率调制驱动信号包括脉冲间变化。38.如权利要求1至31中任一项或多项所述的系统，其中所述调制驱动信号是占空比调制驱动信号，以产生占空比调制声波。39.如权利要求1至38中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为检测所述换能器，并根据所述换能器选择治疗算法。40.如权利要求1至39中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为检测所述患者接口并根据所述患者接口选择治疗算法。41.如权利要求1至40中任一项或多项所述的系统，其中，所述控制器被配置为用所述
调制驱动信号以所述频率来驱动所述换能器，来产生调制声波以产生时间平均声强度而不引起对治疗区域中的健康细胞的热损害或其他损害。42.如权利要求41所述的系统，其中，所述控制器被配置为用所述调制驱动信号以所述频率来驱动所述换能器，来产生调制声波以产生时间平均声强度而不将所述治疗区域中的健康组织的温度升高到高于42℃。43.一种用于声动力学治疗的系统，所述系统包括：第一换能器；第二个换能器；和耦联到所述第一换能器和第二换能器的控制器，其中所述控制器被配置为：从一组调制声波参数生成第一电驱动信号；从所述一组调制声波参数生成第二电驱动信号；以所述第一电驱动信号驱动所述第一换能器以产生第一声波；和以所述第二电驱动信号驱动所述第二换能器以产生第二声波；其中所述第一声波和第二声波能够组合以产生足以激活治疗区域中的声敏剂的声强度。44.如权利要求43所述的系统，其中所述第一声波和所述第二声波能够组合以在距所述第一换能器和所述第二换能器预定距离处产生会聚声波。45.如权利要求43所述的系统，其中所述第一声波和所述第二声波能够组合以产生发散声波。46.如权利要求43所述的系统，其中，所述第一声波和所述第二声波能够组合以产生平面声波。47.如权利要求43至46中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为用第一调制信号调制所述第一电驱动信号并且用第二调制信号调制所述第二电驱动并且驱动所述第一换能器和所述第二换能器，以产生第一调制声波和第二调制声波。48.如权利要求47所述的系统，其中所述控制器被配置为对所述第一电驱动信号和所述第二电驱动信号进行幅度调制，以产生第一幅度调制声波和第二幅度调制声波。49.如权利要求47至48中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为对所述第一电驱动信号和所述第二电驱动信号进行频率调制，以产生第一频率调制声波和第二频率调制声波。50.如权利要求47至49中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为对所述第一电驱动信号和所述第二电驱动信号进行相位调制，以产生第一相位调制声波和第二相位调制声波。51.如权利要求50所述的系统，其中所述控制器被配置为对所述第一电驱动信号和所述第二电驱动信号进行相位调制，以产生相位随机化的声波。52.如权利要求43至51中任一项或多项所述的系统，其中所述控制器被配置为延迟所述第一电驱动信号或所述第二电驱动信号，以产生对应的第一声波或第二声波的相对延迟。53.如权利要求43至52中任一项或多项所述的系统，其中所述第一电驱动信号具有第一频率并且所述第二电驱动信号具有第二频率。
54.如权利要求53所述的系统，其中所述频率选自约20.00kHz至约12.00MHz之间的超声频率范围。55.如权利要求54所述的系统，其中所述频率选自约650.00kHz至约3.00MHz之间的超声频率范围。56.如权利要求54所述的系统，其中所述频率选自约900.00kHz至1.20MHz之间的超声频率范围。57.如权利要求43至56中任一项或多项所述的系统，其中所述第一换能器或所述第二换能器中的至少一个包括换能器元件的环形阵列。58.如权利要求43至56中任一项或多项所述的系统，其中所述第一换能器或所述第二换能器中的至少一个包括换能器元件的网格阵列。59.如权利要求43至58中任一项或多项所述的系统，包括外壳，其中所述第一换能器和所述第二换能器固定到所述外壳，以确定所述第一换能器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦杰阿加沃尔，B，
申请(专利权)人：阿尔菲斯医疗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：