[发明专利]共焦谐波叠加百微秒脉冲超声组织毁损模式控制方法

说明书

本发明公开一种共焦谐波叠加百微秒脉冲超声组织毁损模式控制方法，包括：1)采用监控引导系统对靶组织进行定位，并调节靶组织的位置至换能器的焦点；2)进行第一阶段的毁损：控制共焦谐波叠加百微秒脉冲超声所形成的冲击波作用于焦区的空化核，且负声压超过空化阈值，发生惯性空化以产生沸腾气泡，实现组织部分均匀化；3)进行第二阶段毁损：控制共焦谐波叠百微秒脉冲序列同时辐射靶区，进一步地机械粉碎和均匀化靶组织。本发明可以显著降低组织毁损方法所需要的峰值声压，减少对焦点外周围组织的影响，实现对组织的高效毁损，并保证安全性。

技术领域

本发明属于聚焦超声技术领域，涉及一种非侵入式聚焦超声组织消融模式控制方法，具体涉及一种应用成谐波关系的共焦脉冲聚焦超声波组织毁损模式控制方法。

背景技术

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)是一种非侵入式治疗手段，它通过放置在体外的高强度聚焦超声换能器，将超声能量聚焦在人体深部目标组织，精确损伤目标组织而不损伤声路径上的组织以及靶区周围正常组织。传统的HIFU热消融模式主要利用了超声的热效应；组织毁损(Histotripsy)模式主要利用HIFU的空化机械效应，将靶区组织粉碎成微米尺寸的碎片(水化，组织切割)，可用于肿瘤消融，并有治疗肾结石、心律不齐及溶栓等扩展应用。

组织毁损模式比起热消融模式有其自身优势：1)组织毁损模式克服了热消融模式由于热池效应难以有效损伤大血管邻近组织的缺陷，扩展了HIFU的有效性；2)组织毁损模式治疗后形成组织可吸收的液体，相比于热消融模式中产生的凝固性损伤，易于被组织吸收，术后恢复快，更适于临床应用；3)组织毁损模式治疗过程中产生的空化云、沸腾气泡等可用B超设备监控，便于实时监控和治疗过程的评价。

现有的组织毁损技术主要有利用几个微秒脉冲串长的超高强度超声波产生空化云组织毁损和利用几个毫秒脉冲串长的超声波产生沸腾气泡组织毁损两种模式。空化云组织毁损过程需控制在焦区内形成冲击波(shock wave)，且负声压超过空化阈值，由冲击波经单个微泡反射形成大幅度的负声压，并与入射波叠加瞬间产生空化云。美国密西根大学研究小组提出和发展了利用超高强度脉冲超声产生空化机械效应对软组织进行粉碎的治疗模式。授权的美国专利US 6,309,355B1，发明人Cain，发明名称为“Method and assemblyfor performing ultrasound surgery using cavitation”于2001年披露了采用持续时间小于50μs的脉冲序列，在超声诱导下进行组织毁损的治疗方法。Cain在美国专利US8,057,408B2，发明名称为“Pulsed cavitational ultrasound therapy”中则进一步提出将治疗过程分为初始，维持，治疗以及反馈等子过程，控制子过程超声波的声压幅度、占空比以及脉冲重复频率等治疗参数来产生不同的空化生物效应，以提高空化云组织毁损模式的可控性。进一步的，Cain在美国专利公开US 20,130,090,579A1，发明名称为“Pulsedcavitational therapeutic ultrasound with dithering”中提出利用占空比小于1％的脉冲超声波使两组脉冲间的空化泡消散，消除“空化记忆”，令空化泡在焦区的分布更随机从而使损伤区域更均匀。Cain在国际专利WO2,015,027,164A1，发明名称为“Histotripsyusing veryshort ultrasound pulses”中提出使用小于2个周期的短脉冲进行组织微毁损(Microtripsy)的方法。该方法提高峰值负声压，使其超过固有空化阈值，所产生的损伤小于一个波长，且损伤区域精确可控。但过高的声压对周围组织有影响，给临床应用带来压力。沸腾气泡组织毁损主要利用几个毫秒脉冲串长的超声波引起组织的快速加热沸腾，气泡破裂时产生较强的机械作用对组织形成损伤。华盛顿大学的Michael S.Canney等人在发明名称“Methods and systems for non-invasive treatment of tissue using highintensity focused ultrasound therapy”的美国专利US8,876,740B2中披露了利用几个毫秒脉冲串长超声波在靶组织产生沸腾气泡的方法和装置。VeraKHOKHLOVA等人在世界专利WO2,015,148,966A1，发明名称“Boiling histotripsy methods and systems foruniform volumetric ablation of an object by high-intensity focused ultrasoundwaves with shocks”中则披露了引导超声波在靶组织不同点产生沸腾气泡进行组织毁损的方法及装置。