專利名稱：小侵入超聲治療椎間盤疾病的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于小侵入超聲治療椎間盤疾病的設(shè)備，其中提供至少一個治療超聲波換能器，通過上述的治療超聲波換能器產(chǎn)生的超聲波場進(jìn)行加熱(溫度的焦點(diǎn)位于椎間盤內(nèi)，最好在髓核內(nèi))，從而治療患者的椎間盤，最好是髓核。
背景技術(shù)：
椎間盤由外部的纖維組織環(huán)、纖維環(huán)和內(nèi)部更粘的髓核組成。椎間盤起吸收震動的作用，如果纖維環(huán)破壞，例如小裂縫，椎間盤物質(zhì)便可以找到出口，從而導(dǎo)致壓迫神經(jīng)根并誘發(fā)發(fā)炎反應(yīng)。
從三十年代開始，采取用手術(shù)去除脫出的椎間盤外沿和/或部分椎間盤凸起的方法治療下垂的椎間盤。后來，手術(shù)治療向更少侵入操作方向發(fā)展，目前，顯微鏡和經(jīng)由皮膚的技術(shù)被用于去除脫出的椎間盤物質(zhì)。一種代替外科手術(shù)的方法就是髓核化學(xué)溶解法(chemonucleolys)，該方法中木瓜凝乳蛋白酶被注射到髓核(椎間盤的中間部分)中。這種酶使髓核中的長蛋白多糖鏈發(fā)生聚合從而喪失吸濕性。這減小了髓核和椎間盤凸起部分的體積和壓力，它解釋了坐骨神經(jīng)痛患者在髓核化學(xué)溶解法治療后疼痛的減輕。這種方法被證明在75％的情況中可以使疼痛減輕并且具有較好的有據(jù)可查的成本效率。不幸的是，這種方法在大約1％的情況中導(dǎo)致嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。發(fā)展的下階段應(yīng)該是非侵入治療下垂椎間盤，其中最好是沒有疼痛，避免傳染冒險(xiǎn)而且以流動的方式進(jìn)行。
一種用于組織的溫?zé)岷湍Y(jié)療法的方法包括使用聚焦的高強(qiáng)度超聲波。超聲波很好地穿過軟組織并能被聚焦到在幾個毫米表面上的細(xì)微點(diǎn)上。組織中能量的吸收急劇地提高其溫度，結(jié)果使得治療體積的邊界受到明顯的限制，并不對周圍的組織造成損傷(US 5 291 890，US 5 501655)。下垂椎間盤的超聲波治療以前大家已知道的(EP 0 872 262)。
椎間盤的加熱治療或溫?zé)岑煼ㄒ言诜Q為IDET(US 6 073 051，US 6007 570，US 5 980 504)的方法中得到成功的證實(shí)。作為該方法的目標(biāo)必須通過套管的方法插入一根導(dǎo)管到椎間盤中。導(dǎo)管上的最遠(yuǎn)端有線圈，通過在線圈上應(yīng)用無線電頻率的電壓對線圈進(jìn)行加熱(US 5 785705)。放置有導(dǎo)管加熱元件的髓核中加熱溫度升高到大約900℃，治療進(jìn)行大約15分鐘。
與其它熱治療技術(shù)相比，采用聚焦超聲波手術(shù)具有幾個優(yōu)點(diǎn)。首先，它是非侵入的，第二，焦點(diǎn)可以移動，第三，能量可以在幾秒鐘之內(nèi)供給。超聲波的局限在于其在骨頭中的吸收和對充氣通道的較差的穿透能力。超聲波手術(shù)的臨床應(yīng)用目前在眼科手術(shù)、泌尿?qū)W和腫瘤學(xué)中得到大量的應(yīng)用。超聲波的影響可以劃分為熱影響和非熱影響。
超聲波的熱影響是由于組織對超聲波的吸收引起的。這導(dǎo)致溫度的升高，溫度升高依賴于超聲波的參數(shù)(頻率和強(qiáng)度)以及組織的聲學(xué)特性。超聲波在肌肉與骨骼中的吸收隨著磷灰石和蛋白質(zhì)的含量增加而增加，這意味著在骨、軟骨、腱以及韌帶中的吸收高。然而，水，具有低的超聲波吸收能力，由于這個原因，可以用作超聲波換能器和組織之間的聲學(xué)介質(zhì)。在纖維環(huán)(膠原質(zhì)含量高)中可能引起比在髓核(水含量高)中更高的吸收。這將導(dǎo)致椎間盤外面部分溫度比中間部分更高。為了避免在髓核中溫度達(dá)到足夠水平的同時(shí)纖維環(huán)中的溫度超過有害的水平，超聲波可能從幾個超聲波源發(fā)射。在這種方法中，超聲波場將彼此交迭而且在包括纖維環(huán)的周圍組織中的強(qiáng)度保持較低的同時(shí)，增加在髓核中的作用效果，發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目標(biāo)就是對于上述的設(shè)備，使其容易將超聲波換能器的超聲波場的溫度焦點(diǎn)容易定位于椎間盤(最好是髓核)中的期望點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，采用具有后面權(quán)利要求1所述特性的設(shè)備，該目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
采用權(quán)利要求書中詳細(xì)說明的設(shè)備，治療超聲波換能器的超聲波場的溫度焦點(diǎn)能夠被定位和保持在椎間盤(最好是髓核)中的期望點(diǎn)。


圖1示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)；圖2示意性地說明根據(jù)圖1設(shè)備構(gòu)成部分的治療超聲波換能器；圖3示意性地說明可以作為根據(jù)圖1設(shè)備構(gòu)成部分的校準(zhǔn)設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
圖1中示意性說明的治療設(shè)備1，適合于通過治療超聲波換能器2(稱為治療換能器)產(chǎn)生超聲波場3以用于患者4椎間盤5治療，超聲波場3的溫度焦點(diǎn)F被定位在患者4的椎間盤5內(nèi)，最好在髓核6中。治療超聲波換能器2包括多個用于確定其位置的位置發(fā)射器7，最好是三個以上。
治療超聲波換能器2適合于被插入穿過患者的皮膚并與椎間盤5(最好是纖維環(huán)8)相結(jié)合，使髓核6中的局部溫度升高，激活椎間盤5中的酶(比如膠原酶)，使得膠原質(zhì)和蛋白聚糖發(fā)生分解，導(dǎo)致髓核6主要由于喪失吸濕性而收縮。治療超聲波換能器2可以不對纖維環(huán)8鉆孔靠著椎間盤5放置，因此可以朝向治療體積發(fā)射聚焦于溫度焦點(diǎn)F的超聲波場3。治療超聲波換能器2的發(fā)射元件9，例如壓電元件，可按目前在前列腺癌的微波治療(US 5 964 791)中相似的方式，用水進(jìn)行冷卻，水被用于晶片以及最靠近治療超聲波換能器2組織的冷卻。
為了提供上述的冷卻，在超聲波換能器2的末端10提供至少一個有冷卻液12的冷卻腔11。冷卻腔11位于發(fā)射元件9和膜狀的壁13之間，壁13由柔軟材料制成，當(dāng)彼此接觸時(shí)，上述的壁能夠與纖維環(huán)8的表面適合。
超聲波換能器2還包括至少一個溫度傳感器14用于治療前和/或治療過程中測量溫度。為了增加治療的體積，超聲波換能器2的方向或安裝可以變化從而使溫度焦點(diǎn)掃查更大的面積。溫度傳感器14被用來測量在柔軟壁內(nèi)部側(cè)面的溫度，而且它最好被連接到上述的壁13上，從而使得當(dāng)柔軟壁13與纖維環(huán)8表面接觸時(shí)，溫度傳感器14隨著上述壁13變形。
冷卻液12最好是水，水穿過入口通道15到冷卻腔11，并從此處穿過出口通道16，從而使水可以循環(huán)穿過冷卻腔11。在發(fā)射元件9中采用了密封裝置17以阻止冷卻液找到流出冷卻腔11的途徑。
更詳細(xì)地，治療超聲波換能器2適合于引起髓核6中的局部溫度升高，從而激活椎間盤5中的酶(比如膠原酶)，使得膠原質(zhì)和蛋白聚糖發(fā)生分解，從而導(dǎo)致髓核6主要由于吸濕性降低而收縮。
治療設(shè)備1可以包括帶有相應(yīng)內(nèi)部的硬管18和幾個位置發(fā)射器19，最好是3個這樣的發(fā)射器。管18可以通過光學(xué)導(dǎo)向技術(shù)背向外側(cè)向椎間盤5插入。然后管18的內(nèi)部被治療超聲波換能器2替代，上述的管18在圖1中用用虛線示意性地說明。
治療設(shè)備1還包括光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備20以引導(dǎo)治療超聲波換能器2(US5 772 594)。這種光學(xué)導(dǎo)向器20包括至少一個診斷照相機(jī)21，照相機(jī)21適合于在監(jiān)視器24上產(chǎn)生至少一張治療區(qū)域22解剖結(jié)構(gòu)23的照片或圖像。診斷照相機(jī)21可以是X射線照相機(jī)25，它從不同方向，最好是有90°夾角，獲取兩張治療區(qū)域22的解剖結(jié)構(gòu)照片，并將它們展示或顯示在監(jiān)視器24上。在光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備20方面，X射線照相機(jī)25與光學(xué)同步數(shù)字轉(zhuǎn)換器一起使用，以在監(jiān)視器24上獲得或者產(chǎn)生治療超聲波換能器2位置和方向的實(shí)時(shí)圖像或照片(US 6 021 343，US 5 834 759，US 5 383 454)。
X射線照相機(jī)25包括校準(zhǔn)設(shè)備26，例如校準(zhǔn)罩，校準(zhǔn)設(shè)備位于X射線照相機(jī)25的物鏡之前并且有已知相互距離的標(biāo)記27。標(biāo)記27可以是圓形的并由，例如，鉭組成。
光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備20還包括參照設(shè)備28，參照設(shè)備28被附到椎骨29的棘突30上或者相應(yīng)的位置上，從而獲得相對于治療區(qū)域22的確定或固定位置。參照設(shè)備28具有幾個位置發(fā)射器31，也就是最后至少3個，它們可以由金屬材料(例如鉭)組成。
此外，光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備20還包括信號接收和/或信號發(fā)射單元32。這包括用于分別接收分別來自于治療超聲波換能器2以及參照設(shè)備28的位置發(fā)射器7和31的反射信號或其它信號的適當(dāng)數(shù)量的信號接收器33、34。信號接收和/或信號發(fā)送單元32最終可以包括一個或者更多的信號發(fā)射器35以發(fā)送或傳輸信號到上述被用于接收這些信號的位置發(fā)射器7和31。
由位置發(fā)射器7和31發(fā)射的信號可以是，例如，紅外光的形式，而且在這種情況下，信號接收器33、34可以是紅外光接收器。
在治療設(shè)備1中還可以包括校準(zhǔn)單元37，它用于校準(zhǔn)治療超聲波換能器2溫度焦點(diǎn)F的溫度效果。校準(zhǔn)單元37具有一個或者多個熱電偶38，采用熱電偶38，可以測量上述溫度焦點(diǎn)F的作用效果以用于校準(zhǔn)。熱電偶38連接到示意性說明的測量儀39上。
在椎間盤5(最好是髓核6)的治療之前，將參照設(shè)備28放到患者4的椎骨29上而且治療超聲波換能器2在校準(zhǔn)單元37中校準(zhǔn)。
獲得兩張?jiān)谧甸g盤5處患者4的解剖結(jié)構(gòu)X射線照片，這些X射線照片顯示在監(jiān)視器24上。于是在這些X射線照片上，參照設(shè)備28相對于椎間盤5的位置可以通過校準(zhǔn)設(shè)備26的標(biāo)記27得到確定。
在對椎間盤5(最好是髓核6)治療的過程中，通過信號接收或信號發(fā)送單元32對治療超聲波換能器2進(jìn)行導(dǎo)向，因此治療超聲波換能器2的導(dǎo)向顯示在監(jiān)視器24上。這是在治療超聲波換能器2的位置發(fā)射器7通過信號與信號接收或信號發(fā)送單元32的信號發(fā)射器33，34協(xié)作時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。通過上述的導(dǎo)向，治療超聲波換能器2能夠被放置到其超聲波場3的溫度焦點(diǎn)位于椎間盤5(最好是髓核6)中的位置。溫度焦點(diǎn)內(nèi)的溫度最好超過45℃。
如果患者4移動到相對于治療超聲波換能器2不正確的位置，反過來也是一樣，治療能夠被自動中斷。
本發(fā)明并不限于上述描述的具體實(shí)施方式
，而且可以在隨后權(quán)利要求書的范圍內(nèi)改變。因此，受治療的椎間盤5可以，例如，身體中的任何椎間盤。
診斷相機(jī)21可以是計(jì)算機(jī)斷層圖像(CT)掃描儀，它被用于產(chǎn)生上述解剖結(jié)構(gòu)23的圖像，而且這些圖像可以在計(jì)算機(jī)程序或軟件中被加工以獲得在監(jiān)視器24中的三維(3D)圖像。
治療超聲波換能器2可以被手動放置或被放到配置設(shè)備40上以將其相對于待治療椎間盤5進(jìn)行放置。
權(quán)利要求
1.小侵入超聲治療椎間盤的設(shè)備，其中提供至少一個用于治療患者(4)椎間盤(5)，最好是髓核(6)，的治療超聲波換能器(2)，通過所述的治療超聲波換能器(2)產(chǎn)生用于加熱的超聲波場(3)，溫度的焦點(diǎn)(F)位于椎間盤(5)最好是髓核(6)內(nèi)，該設(shè)備的特征在于光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備(20)包括至少一個診斷照相機(jī)(21)，診斷照相機(jī)(21)產(chǎn)生至少一張治療區(qū)域(22)的解剖結(jié)構(gòu)(23)的照片或圖像，待治療的椎間盤(5)最好是髓核(6)位于治療區(qū)域(22)內(nèi)，光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備(20)還包括至少一個信號接收或信號發(fā)送單元(32)，信號接收或信號發(fā)送單元(32)適合于發(fā)送信號和/或接收來自于位置發(fā)射器(31，7)的反射或其它信號，位置發(fā)射器(31，7)位于a)參照設(shè)備(28)上，參照設(shè)備(28)具有相對于椎間盤(5)最好是髓核(6)的固定位置，以及b)治療超聲波換能器(2)上，從而使得相對于治療區(qū)域(22)的位置能夠得到確定，治療超聲波換能器(2)插入穿過患者(4)的皮膚并與椎間盤(5)最好是纖維環(huán)(8)結(jié)合，在治療超聲波換能器(2)的末端(10)有能適合于纖維環(huán)(8)表面的柔軟壁(13)，在柔軟壁(13)中提供至少一個超聲波發(fā)射元件(G)，在柔軟壁(13)與超聲波發(fā)射元件(G)之間，設(shè)置至少一個有冷卻液(12)的冷卻腔(11)，冷卻液(12)用于對超聲波發(fā)射元件(G)和最接近治療超聲波換能器(2)的組織進(jìn)行冷卻，以及提供至少一個用于測量椎間盤(5)最好是纖維環(huán)(8)內(nèi)溫度的溫度傳感器(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于冷卻液(12)穿過冷卻腔(11)循環(huán)流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其特征在于冷卻液(12)是水。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于溫度傳感器(14)用于測量柔軟壁(13)內(nèi)側(cè)的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于溫度傳感器(14)與柔軟壁(13)連接在一起，使得當(dāng)所述壁(13)與椎間盤(5)最好是纖維環(huán)8接觸變形時(shí)，溫度傳感器(14)隨著所述柔軟壁(13)變形。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于帶有相應(yīng)內(nèi)部的管(18)可以背向外側(cè)向椎間盤5插入并可以通過光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備(20)進(jìn)行導(dǎo)向，而且所述內(nèi)部被治療超聲波換能器(2)替代。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于診斷照相機(jī)(21)是X射線照相機(jī)(25)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于X射線照相機(jī)(25)包括帶有標(biāo)記(27)的校準(zhǔn)設(shè)備(26)，標(biāo)記(27)適合于確定在監(jiān)視器(24)中所顯示解剖結(jié)構(gòu)(23)的位置以及呈現(xiàn)患者(4)的椎間盤(5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于監(jiān)視器(24)被用于顯示兩張由X射線照相機(jī)(25)從兩個不同位置獲得的所述解剖結(jié)構(gòu)(23)的X射線照片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于診斷照相機(jī)(21)為計(jì)算機(jī)斷層圖像(CT)掃描儀，它用于產(chǎn)生患者(4)椎間盤(5)處解剖結(jié)構(gòu)(23)的圖像，在計(jì)算機(jī)程序(軟件)中處理所述圖像以在監(jiān)視器(24)中獲得三維(3D)圖像。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于信號接收或信號發(fā)送單元(32)用于以紅外光的形式接收或者發(fā)送信號，以及所述的位置發(fā)射器(7，31)用于以紅外光的形式發(fā)送或接收信號。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于在治療超聲波換能器(2)的溫度焦點(diǎn)(F)中的溫度超過45℃。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于校準(zhǔn)設(shè)備(26)用于校準(zhǔn)由治療超聲波換能器(2)在所述治療超聲波換能器(2)的溫度焦點(diǎn)(F)中發(fā)射的效果和/或所述溫度焦點(diǎn)(F)相對于治療超聲波換能器(2)超聲波發(fā)射元件(G)的位置。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于參照設(shè)備(28)被附到患者(4)脊柱的椎骨(29)上，最好是所述椎骨(29)的棘突(30)。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其特征在于參照設(shè)備(28)包括由金屬球最好是鉭球組成的位置發(fā)射器(31)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備(20)的信號接收或信號發(fā)送單元(32)由至少一個X射線設(shè)備組成。
全文摘要
小侵入超聲治療椎間盤疾病的設(shè)備。提供一種通過產(chǎn)生用于加熱的超聲波場，其溫度的焦點(diǎn)(F)位于椎間盤(5)內(nèi)，從而治療患者(4)椎間盤(5)的治療超聲波換能器(2)。該設(shè)備包括帶有信號接收或信號發(fā)送單元(32)的光學(xué)導(dǎo)向設(shè)備(20)。參照設(shè)備(28)設(shè)定有與椎間盤(5)相關(guān)的位置。治療超聲波換能器(2)用以插入穿過患者(4)皮膚并與椎間盤(5)，最好是纖維環(huán)(8)相結(jié)合，而且換能器具有柔軟的壁，在柔軟壁中含有超聲波發(fā)射元件。在柔軟壁與超聲波發(fā)射元件之間至少放置有一個冷卻腔(11)，冷卻腔(11)內(nèi)有冷卻液以冷卻超聲波發(fā)射元件和最靠近治療用超聲波換能器(2)的組織，還提供溫度傳感器以測量椎間盤(5)，最好是纖維環(huán)(8)中的溫度。
文檔編號A61B17/00GK1443084SQ01812968
公開日2003年9月17日 申請日期2001年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
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