[發(fā)明專利]用于執(zhí)行經(jīng)顱超聲治療和成像程序的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780083013.1
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN110191740B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 庫萊沃·許尼寧;亞歷克·休斯;鄧露露;米根·奧賴?yán)?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 新寧研究院
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 成都超凡明遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51258
• 代理人: 魏彥;洪玉姬

提供了用于使用經(jīng)顱超聲換能器陣列執(zhí)行經(jīng)顱診斷程序的系統(tǒng)和方法。陣列元件被定位和定向成使得與其相應(yīng)地關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)場區(qū)域在患者的腦部內(nèi)在空間上重疊。陣列元件可以定向成大致垂直于顱骨，允許超聲能量有效地耦合到腦部中?？刂脐嚵性陨沙暶}沖，其中基于陣列元件和體積圖像數(shù)據(jù)之間的配準(zhǔn)來控制脈沖的時序，使得超聲能量聚焦在位于陣列元件的空間上重疊的遠(yuǎn)場內(nèi)的目標(biāo)處。經(jīng)顱超聲換能器陣列元件可以相對于顱骨定位和定向成使得它們各自的超聲波束聚焦在顱骨內(nèi)并在腦部內(nèi)發(fā)散。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2016年12月22日提交的名稱為“SYSTEMS AND METHODS FORPERFORMING TRANSCRANIAL ULTRASOUND THERAPEUTIC AND IMAGING PROCEDURES”的美國臨時申請No.62/438,283的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

背景

本公開內(nèi)容涉及基于超聲的治療和成像。更具體地，本公開內(nèi)容涉及經(jīng)顱超聲系統(tǒng)和方法。

在現(xiàn)如今的臨床實(shí)現(xiàn)之前，聚焦超聲通過完整的顱骨應(yīng)用于腦部已有很長的歷史。自在1980年經(jīng)顱地使用單個換能器第一次成功消融動物腦組織起，到現(xiàn)如今的用于使用由不止一千個元件組成的半球形相控陣列治療特發(fā)性震顫的磁共振(MR)引導(dǎo)的聚焦超聲的多中心臨床試驗(yàn)為止，新的相控陣列設(shè)計已被概念化，以克服先前的挑戰(zhàn)，諸如顱骨畸變校正、駐波減少、顱骨加熱和雙頻血腦屏障破壞。

目前經(jīng)顱聚焦超聲的大部分臨床工作涉及連續(xù)波超聲以引起熱消融。早期研究表明，脈沖超聲可以用于血腦屏障破壞。這引起了涉及下述項(xiàng)的研究，所述項(xiàng)為血腦屏障破壞連同藥物遞送以治療阿爾茨海默氏病并將免疫細(xì)胞遞送至轉(zhuǎn)移性腦腫瘤等。在這些應(yīng)用中，由于低占空比，顱骨加熱是最不受關(guān)注的，而緊密聚焦和能量遞送是最重要的。最近的研究甚至表明，當(dāng)連同微泡使用時，較低強(qiáng)度脈沖超聲可能毀壞機(jī)械組織。

然而，盡管取得了這些成功，但由于顱骨的聲學(xué)特性，經(jīng)顱超聲實(shí)現(xiàn)已經(jīng)遇到了挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)使超聲傳輸通過人類顱骨以進(jìn)行治療、診斷或監(jiān)測目的時遇到的一個問題是，與周圍軟組織相比顱骨的高聲阻抗。顱骨與周圍軟組織之間的這種聲阻抗失配導(dǎo)致大量的聲能量在兩個顱骨表面處反射。

當(dāng)超聲波束以法線入射進(jìn)入顱骨時，通過顱骨的最大傳輸發(fā)生，其中隨著進(jìn)入角增加，傳輸急劇減少，使得縱波在大約25°至30°的角度之外不能傳輸通過顱骨。當(dāng)入射角高時，入射的縱波將轉(zhuǎn)換為剪切波，并且這些剪切波可以以更大的角度傳播通過骨。然而，在骨中剪切波的衰減比縱波快得多。因此，難以將整個顱骨表面區(qū)域用于偏心目標(biāo)聲處理。

發(fā)明內(nèi)容

提供了用于使用經(jīng)顱超聲換能器陣列執(zhí)行經(jīng)顱診斷程序的系統(tǒng)和方法。陣列元件被定位和定向成使得與其相應(yīng)地關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)場區(qū)域在患者的腦部內(nèi)在空間上重疊。陣列元件可以定向成大致垂直于顱骨，允許超聲能量有效地耦合到腦部中?？刂脐嚵性陨沙暶}沖，其中基于陣列元件和體積圖像數(shù)據(jù)之間的配準(zhǔn)來控制脈沖的時序，使得超聲能量聚焦在位于陣列元件的空間上重疊的遠(yuǎn)場內(nèi)的目標(biāo)處。經(jīng)顱超聲換能器陣列元件可以相對于顱骨定位和定向成使得它們各自的超聲波束聚焦在顱骨內(nèi)并在腦部內(nèi)發(fā)散。

因此，在第一方面，提供了一種用于執(zhí)行診斷性或治療性經(jīng)顱超聲程序的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

支撐框架，該支撐框架被配置為圍繞患者的頭部定位；

通過所述支撐框架支撐的多個經(jīng)顱超聲換能器陣列元件，其中，所述多個經(jīng)顱超聲換能器陣列元件被支撐在相對于所述支撐框架的預(yù)選的位置和取向(orientation，定向、方向)，用于將超聲傳輸通過患者的顱骨，使得當(dāng)所述支撐框架圍繞患者的頭部置放時，與所述多個經(jīng)顱超聲換能器陣列元件相應(yīng)地關(guān)聯(lián)的遠(yuǎn)場區(qū)域在位于患者的腦部內(nèi)的遠(yuǎn)場重疊區(qū)域內(nèi)在空間上重疊；

控制和處理硬件，該控制和處理硬件可操作地連接到所述多個經(jīng)顱超聲換能器陣列元件，其中，所述控制和處理硬件被配置為：