[發明專利]共焦諧波疊加百微秒脈沖超聲組織毀損模式控制方法

有效

• 申請號: 201611180724.4
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106730424B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 陸明珠;劉妍杉;王睿;李玉嬌;張靈璐;韓丹;馬風超;黃偉駿;萬明習
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61N7/00
• 分類號: A61N7/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開一種共焦諧波疊加百微秒脈沖超聲組織毀損模式控制方法，包括：1)采用監控引導系統對靶組織進行定位，并調節靶組織的位置至換能器的焦點；2)進行第一階段的毀損：控制共焦諧波疊加百微秒脈沖超聲所形成的沖擊波作用于焦區的空化核，且負聲壓超過空化閾值，發生慣性空化以產生沸騰氣泡，實現組織部分均勻化；3)進行第二階段毀損：控制共焦諧波疊百微秒脈沖序列同時輻射靶區，進一步地機械粉碎和均勻化靶組織。本發明可以顯著降低組織毀損方法所需要的峰值聲壓，減少對焦點外周圍組織的影響，實現對組織的高效毀損，并保證安全性。

技術領域

本發明屬于聚焦超聲技術領域，涉及一種非侵入式聚焦超聲組織消融模式控制方法，具體涉及一種應用成諧波關系的共焦脈沖聚焦超聲波組織毀損模式控制方法。

背景技術

高強度聚焦超聲(High intensity focused ultrasound,HIFU)是一種非侵入式治療手段，它通過放置在體外的高強度聚焦超聲換能器，將超聲能量聚焦在人體深部目標組織，精確損傷目標組織而不損傷聲路徑上的組織以及靶區周圍正常組織。傳統的HIFU熱消融模式主要利用了超聲的熱效應；組織毀損(Histotripsy)模式主要利用HIFU的空化機械效應，將靶區組織粉碎成微米尺寸的碎片(水化，組織切割)，可用于腫瘤消融，并有治療腎結石、心律不齊及溶栓等擴展應用。

組織毀損模式比起熱消融模式有其自身優勢：1)組織毀損模式克服了熱消融模式由于熱池效應難以有效損傷大血管鄰近組織的缺陷，擴展了HIFU的有效性；2)組織毀損模式治療后形成組織可吸收的液體，相比于熱消融模式中產生的凝固性損傷，易于被組織吸收，術后恢復快，更適于臨床應用；3)組織毀損模式治療過程中產生的空化云、沸騰氣泡等可用B超設備監控，便于實時監控和治療過程的評價。

現有的組織毀損技術主要有利用幾個微秒脈沖串長的超高強度超聲波產生空化云組織毀損和利用幾個毫秒脈沖串長的超聲波產生沸騰氣泡組織毀損兩種模式。空化云組織毀損過程需控制在焦區內形成沖擊波(shock wave)，且負聲壓超過空化閾值，由沖擊波經單個微泡反射形成大幅度的負聲壓，并與入射波疊加瞬間產生空化云。美國密西根大學研究小組提出和發展了利用超高強度脈沖超聲產生空化機械效應對軟組織進行粉碎的治療模式。授權的美國專利US 6,309,355B1，發明人Cain，發明名稱為“Method and assemblyfor performing ultrasound surgery using cavitation”于2001年披露了采用持續時間小于50μs的脈沖序列，在超聲誘導下進行組織毀損的治療方法。Cain在美國專利US8,057,408B2，發明名稱為“Pulsed cavitational ultrasound therapy”中則進一步提出將治療過程分為初始，維持，治療以及反饋等子過程，控制子過程超聲波的聲壓幅度、占空比以及脈沖重復頻率等治療參數來產生不同的空化生物效應，以提高空化云組織毀損模式的可控性。進一步的，Cain在美國專利公開US 20,130,090,579A1，發明名稱為“Pulsedcavitational therapeutic ultrasound with dithering”中提出利用占空比小于1％的脈沖超聲波使兩組脈沖間的空化泡消散，消除“空化記憶”，令空化泡在焦區的分布更隨機從而使損傷區域更均勻。Cain在國際專利WO2,015,027,164A1，發明名稱為“Histotripsyusing veryshort ultrasound pulses”中提出使用小于2個周期的短脈沖進行組織微毀損(Microtripsy)的方法。該方法提高峰值負聲壓，使其超過固有空化閾值，所產生的損傷小于一個波長，且損傷區域精確可控。但過高的聲壓對周圍組織有影響，給臨床應用帶來壓力。沸騰氣泡組織毀損主要利用幾個毫秒脈沖串長的超聲波引起組織的快速加熱沸騰，氣泡破裂時產生較強的機械作用對組織形成損傷。華盛頓大學的Michael S.Canney等人在發明名稱“Methods and systems for non-invasive treatment of tissue using highintensity focused ultrasound therapy”的美國專利US8,876,740B2中披露了利用幾個毫秒脈沖串長超聲波在靶組織產生沸騰氣泡的方法和裝置。VeraKHOKHLOVA等人在世界專利WO2,015,148,966A1，發明名稱“Boiling histotripsy methods and systems foruniform volumetric ablation of an object by high-intensity focused ultrasoundwaves with shocks”中則披露了引導超聲波在靶組織不同點產生沸騰氣泡進行組織毀損的方法及裝置。