用於定位如神經的結構的非侵入性設備和方法
2023-05-06 23:40:01 1
專利名稱：用於定位如神經的結構的非侵入性設備和方法
技術領域：
本發明涉及非侵入性地定位身體區域內的結構，如神經。該定位可以是治療靠近該結構的組織之前的步驟。
背景技術：
在醫學領域，經常需要定位神經，特別是運動神經，以例如刺激肌肉，或者在治療附近的組織時避免損壞神經。通常，根據解剖圖可知神經的大概位置，但是，例如，要在非常接近神經的位置進行治療行為時，考慮到通常希望保護神經，知道神經在身體區域中的確切位置很重要。治療行為可以是解剖手術，或者可包括施加能量，例如超聲能量、光(雷射)能、射頻能量、微波或放射性能量。知道了神經的位置，可以避免將治療行為瞄向該神經或其附近，以保護該神經。例如，治療甲狀腺和甲狀旁腺的情況下，保護控制聲帶的喉返神經特別重要。另一個例子和切除前列腺相關，其中保護豎立肌神經很重要。定位敏感神經也是有益的，例如以理解疼痛的來源，或消除疼痛來源從而消除疼痛。精確定位神經通常會引起問題，尤其是需要在非外科手術情況下非侵入性地進行精確定位時更是如此。醫生利用成像(回波描記術、MR1、X射線、掃描儀)定位解剖結構，但是，由於神經大小較小，或者對比度不夠，這些設備通常不能看到神經。目前，很多現代治療方法是「非侵入性」的，也就是非外科手術類的；因而，僅通過成像引導動作。通常，如果治療動作涉及外科手術幹預，外科醫生可以通過適當謹慎的切開看到神經。有疑慮時，外科醫生可以使用神經完整性監測器，如Xomed銷售的NM- Response' 神經完整性監測系統。該設備包括電極和氣管探針，外科醫生把電極放在要定位的神經(例如喉返神經)附近，治療時將氣管探針安放在患者的氣管中。電極發出的激勵電流流過組織然後流過神經，用氣管探針獲取肌肉運動或肌肉接收的電激勵。市面上還有其他刺激器，如WR Medical Electronics C0.的 Silverstein 面目神經監測器 / 刺激器 Model S8n。還可通過內窺鏡檢測聲帶的運動。因而，這些技術使得可以在進行治療行為時檢測對這些神經的可能損傷。申請EP
I409 079對此進行了描述。然而，距目標一定距離進行治療時，例如使用聚焦超聲波(HIFU)或通過間質雷射或射頻針，不能直接接近神經，因而，需要用於精確定位這些神經或更普遍的結構的非侵入性定位方法和非侵入性定位設備。
發明內容
為了實現該目的，本發明提供一種用於非侵入性地定位具有外表面的身體區域中如神經的結構的設備，該設備包括:有益地為HIFU類的聚焦的超聲換能器，用於通過外表面在區域內產生超聲波束，該波束的焦點可位於結構上；監測裝置，用於在結構經受刺激時檢測結構的反應；以及用於刺激結構的刺激裝置，該結構發送由監測裝置檢測的反應，該刺激裝置包括可向結構發送超聲波束以擾動結構的超聲換能器，其特徵在於，所述設備包括:機械耦合到超聲換能器的成像設備，使得成像設備跟蹤換能器的焦點，以在圖像上可視化超聲波束的焦點在身體區域中的位置；以及標記裝置，用於在成像設備產生的圖像上標記結構的位置。有益地，刺激裝置包括至少一個電極，該電極可以向所述結構發送電脈衝。因而，本發明的一個原理在於用如聚焦的超聲波的超聲窄波束聲穿透所關心的區域(例如尋找的神經所處的區域)。超聲波束掃描通過搜索區域，在波束的每個位置，發射超聲脈衝，並且觀察發射超聲脈衝對神經流(nervous influx)傳輸的影響。找到最大影響時，知道神經位於具有最大強度的波束區域。將超聲發射器耦合到醫療成像設備(回波描記術、MR1、X射線、掃描儀)，這樣，知道聲波束相對於患者解剖結構的位置。因而，可以定位神經並標記神經在成像設備產生的圖像上的位置。超聲波束的能量較低，從而不損傷神經或搜索區域內的組織。根據本發明的另一有益方面，可根據具有可變長度的脈衝序(代碼)發射超聲波，以改進檢測閾值(降低所需US功並濾除中樞神經系統的寄生反應。根據本發明的另一有益方面，定位設備還包括同步裝置，用於同步超聲波束和刺激，使得超聲波束和刺激同時或以確定時間偏移通過結構。有益地，同步裝置包括偏移裝置，用於在超聲波束和刺激之間產生時間偏移，使得超聲波束在刺激之前達到結構。這確保超聲波束最有效地影響經受刺激的結構的反應。當刺激是傳送到神經的電脈衝的形式時，脈衝的持續時間非常短，因而，優選地，超聲波束通過神經稍稍先於脈衝經過神經。這就是為什麼在波束和刺激之間提供些微偏移是有益的。根據本發明的另一有益方面，定位設備包括計算裝置，用於基於超聲波束在區域中的聲波飛行時間和刺激的傳播速度確定結構的深度。知道超聲波束的聲波飛行時間和刺激在結構中的傳播速度，可以容易地確定結構在深度方向(即，聲傳播方向)的軸向位置。根據本發明的另一特徵，監測裝置包括用於監測神經反應的設備或者用於監測肌肉反應的設備，如肌電描記器、內窺鏡或壓力傳感器。因而，可以在如神經的結構處直接測量對刺激的反應，或者，在直接依賴於結構的器官(如肌肉)處測量對刺激的反應。本發明還涉及一種用於非侵入性地定位具有外表面的身體區域中如神經的結構的方法，其特徵在於所述方法包括從外表面聲穿透結構，監測結構對刺激的反應並可視化結構的聲穿透位置。有益地，該方法可包括用電脈衝或用超聲波束刺激結構。有益地，該方法包括同步聲穿透和結構上的刺激。該方法還可包括根據超聲波束在區域中的聲波飛行時間和刺激的傳播速度根據外表面確定結構。因而，對結構的刺 激可來自外部刺激，如通過刺激或激勵電極施加到神經上的電刺激。作為變型，刺激可直接來自通過換能器傳送的超聲波束。因而，在依賴於結構的器官(如肌肉)處直接檢測對刺激的反應就足夠了。後一種情況下，不需要提供具體刺激裝置，因為換能器兼具刺激和定位的雙重功能。因而，可將本發明的設備和方法歸納成三個裝置或步驟，即，向目標結構發送超聲波束，檢測目標結構的反應，在肯定性結果的情況下，用耦合到換能器的成像設備標記或記錄目標結構的位置。
現在參考附圖對本發明進行詳盡描述，通過非限定性示例的方式給出本發明的實施例。附圖中:圖1是根據本發明的定位設備的示意圖；圖2的示意圖示出放在患者身上的圖1的定位設備的一部分；以及圖3和圖4是用於解釋本發明定位方法的各個步驟的流程圖。
具體實施例方式簡單起見，以下的說明中僅參考一個神經，該神經作為利用本發明的非侵入性定位設備和方法定位的目標結構的示例。當然，也可利用本發明定位除神經以外的結構類型，而不管這些結構位於活體內或其他種類的物體中。首先，參看圖1，以詳細描述本發明定位設備的各種組成部件。首先，裝置包括聲波發射源1，有益地，聲波發射源I可以是用於產生超聲波束Fu的超聲換能器。優選地，超聲換能器是HIFU類的，使得可以產生聚焦在精確焦點的超聲波束。換能器也可以是具有線性陣列的類型。如從圖2可見的，換能器I可包括填充耦合液體的腔，超聲波束傳播通過耦合液體。例如，腔可以用柔性氣球界定，氣球用於和所尋找的神經所處的身體區域的外表面Se緊密接觸。通常，外表面Se是患者的皮膚。為了使耦合液體在腔11內循環，通常使用循環裝置12，其使得可以控制腔11內的耦合液體的流速和溫度。當然，為了工作，換能器需 要電源13和位移控制14，位移控制14使得換能器可以相對於患者精確地移動並定位。為此，優選地將換能器I安裝在絞接臂16上。最後，換能器和控制器15耦合，控制器15使得可以控制換能器的所有參數，如其功率、頻率、脈衝持續時間
坐寸o本發明的定位設備還包括成像裝置，成像裝置的形式例如是耦合到回波測深儀21和顯示屏22的回波測深探頭2。如從圖1和圖2可見的，探頭2機械耦合到換能器I。具體而言，把探頭2和換能器I固定在一起，這樣，探頭2跟蹤超聲波束Fu的焦點。超聲波束Fu的最大強度區域總是表現在屏幕22上的圖像上。為此，如圖1所示，回波測深儀21可以耦合到換能器的計算機15。還可以使用MRI或X射線成像或掃描儀代替回波測深成像。本發明的定位設備還包括監測裝置3，用於檢測神經經受刺激時的反應。可以直接在神經上檢測電反應脈衝形式的神經反應，或者在神經控制的肌肉處進行檢測。後一種情況下，肌肉的反應可以是肌肉的電運動、視覺上可檢測的動作或者壓力改變或者力的形式。因而，內窺鏡、肌電描記器或者壓力計類型等設備可用作監測裝置。例如，可將壓力計置於環杓後肌上。嚴格來講，監測裝置的類型對本發明來說不是重要要素；可以檢測到經受刺激的神經的反應就夠了，不管該刺激是電的、聲波的或者其他類型的。本發明的定位設備還包括電或聲波形式的刺激裝置。圖1中，塊4代表包括激勵或刺激電極41的電刺激裝置，電極41放置為刺激要尋找的神經或者和要尋找的神經連接的另一神經。這是例如圖2所示的情況,其中示出神經N1,本例中是迷走神經,還有神經N2,本例中是喉返神經。連接到電刺激器4的激勵電極放置成可以刺激迷走神經N1，迷走神經N1會刺激喉返神經N2。將換能器I及其相關聯的回波測深探頭2置於挨著脖子的皮膚，以對脖子區域進行聲穿透，從而將超聲波束Fu發送到喉返神經N2。還可以用超聲波束代替電刺激來刺激神經。因而，換能器I可用於刺激神經。可以通過在受刺激的神經所控制的肌肉處進行監測來跟蹤神經的反應。現有技術中已知施加的聲波束會擾動、減小、增加或消除神經內的電傳輸。這裡利用聲波束的這種能力來定位神經位置。本發明的原理基於如下事實:超聲波束位於神經上時，產生被擾動或減小的神經反應。用例如由經皮技術(如T0ENIES的Nerve StimulatorMulti Linear)產生的電脈衝刺激神經時，可以監測神經的反應，或者監測神經連接的肌肉的反應。當來自換能器的超聲波束置於神經上時，通過監測檢測到的反應受該超聲波束的擾動。因而，必須將換能器置於神經所在的身體區域，直到在監測裝置上檢測到反應的擾動。因而，放置換能器直到檢測到神經反應的該變化。圖3解析性示意本發明定位方法的各個步驟。將換能器置於朝向目標，發送超聲脈衝，觀察是否對神經反應造成影響。如果沒有影響，改變換能器位置，重複操作。如果有影響，意味著波束位於神經上，然後，在可視化於成像裝置屏幕上的圖像上標記該位置。用超聲換能器進行刺激時，可以在肌肉上監測神經反應。如果肌肉做出反應，這再次表明超聲波束位於神經上。可以用肌電描記器、內窺鏡或者用壓力傳感器監測肌肉的反應。還可通過患者的真實大腦來刺激神經。例如，可以讓患者進行一個動作，觀察在聲穿透過程中或之後是否還可進行該動作。例如，如果目的是定位喉返神經，就讓患者發聲，例如，單調的聲音，用上述方法記錄聲音的改變或者到達肌肉的神經流入特徵的改變。當然，來自換 能器I的流入超聲波束不應該破壞搜索區域的神經或周圍的組織。不超過1000瓦/Cm2X 1000毫秒的能量密度(根據超聲密度乘以脈衝持續時間的乘積計算)。優選地，不超過該值的十分之一。還可使用強超聲功率或強度，但是僅使用一個脈衝，例如和腎結石的體外碎石術中所用的類似:通常，聲波束的功率位於100瓦/cm2到100，000瓦/cm2之間，脈衝的持續時間位於I微秒和I毫秒之間，最大壓力從I到500巴。超聲頻率是幾MHz，在0.5到IOMHz之間，更優選地在2到4MHz之間。超聲脈衝可以是一個或幾個，可長可短。本發明的定位設備還包括耦合到換能器I和刺激裝置4的同步裝置5，用於同步超聲波束Fu和電脈衝，從而使超聲波束Fu和電脈衝同時經過神經。這使得可以優化超聲波束對神經的電反應的影響。該同步可以考慮神經流和組織中的超聲波的傳播時間，因而，在聲穿透之處(也就是神經)脈衝總體上都是同步的，並且檢測效果最大。實踐中，同步裝置連接到換能器的電源13。根據本發明，同步裝置還包括偏移裝置51，用於在超聲波束和電激勵之間產生時間偏移，這樣，超聲波束先於電脈衝到達神經。對於降低或增加神經流的傳輸，從5ms到20ms的延遲是最優的，優選地為7ms。因而，超聲脈衝在神經脈衝之前7ms到達神經，以保證神經流受到超聲脈衝的擾動。實踐中，同步裝置發出同步脈衝，該同步脈衝觸發電刺激和換能器。然後，可記錄肌肉反應。圖4示意性地示出本發明的定位方法採用的各個同步步驟。從把激勵電極放在神經區域上開始，然後，發射同步脈衝，發送電激勵和超聲波束，並檢測反應。使用本發明的定位設備和定位方法，還可以確定神經的深度，即，神經在聲波傳播方向上的位置。這基於下面事實:裝置包括用於基於超聲波束的聲波飛行時間和神經流的傳播速度確定神經在深度方向的位置的計算裝置。所有情況下，通過將超聲波束置於多個景象之間或者一系列景象之間，用超聲波束逐點刺激所關心的區域。波束的聚集區域(焦點)到達神經時，如上所述地獲得反應。然後記錄焦點的位置，例如位於回波測深圖像上的位置。因而，在要治療區域的回波測深圖像上定位要保護的神經。注意，本發明的定位設備和方法使用超聲換能器和回波測深探頭，回波測深探頭在後面可用於對神經附近的組織進行後續治療。因而，唯一的額外部件是監測裝置和刺激
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裝 直。
權利要求
1.一種用於非侵入性地定位具有外表面(Se)的身體區域中如神經的結構(N2)的設備，所述設備包括: 一有益地為HIFU類的聚焦的超聲換能器(1)，用於產生穿過所述外表面(Se)到所述區域的超聲波束(Fu)，所述波束(Fu)的焦點可位於所述結構(N2)上，所述超聲換能器(I)能夠提供超聲波束(Fu)至所述結構(N2),所述結構(N2)提供由監測裝置(3)檢測的反應； 一監測裝置(3)，用於在所述結構經受刺激時檢測所述結構的反應；以及 一機械耦合到所述超聲換能器(I)的成像設備(2、21、22)，使得所述成像設備跟蹤所述換能器的焦點，以在圖像上可視化所述超聲波束(Fu)的焦點在所述身體區域中的位置； 其特徵在於，所述設備包括: 一標記裝置，用於在所述成像設備產生的圖像上標記所述結構(N2)的位置；以及 一定位裝置，用於改變所述超聲換能器的位置。
2.根據權利要求1所述的定位設備，包括計算裝置(15)，用於基於所述超聲波束(Fu)在區域中的聲波飛行時間和所述刺激的傳播速度確定所述結構(N2)的深度。
3.根據權利要求1所述的定位設備，其特徵在於所述監測裝置(3)包括用於監測神經反應的設備或者用於監測肌肉反應的設備，如肌電描記器、內窺鏡或壓力傳感器。
4.一種用於非侵入性地定位具有外表面(Se)的身體區域中如神經的結構(N2)的方法，其特徵在於所述方法包括: 一用超聲波束從所述外表面聲穿透所述結構來刺激所述結構，所述超聲波束由有益地為HIFU類的聚焦的超聲換能器產生， 一監測所述結構對所述刺激的反應，並 一如果有效果，通過標記在成像設備的屏幕上可視化的圖像，可視化所述結構的聲穿透位置， 一如果沒有效果，改變所述換能器的位置。
5.根據權利要求4的方法，包括基於所述超聲波束在區域中的聲波飛行時間和所述刺激的傳播速度根據所述外表面確定所述結構。
6.根據權利要求4的方法，其特徵在於該成像設備包括回波測深探頭。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於將該探頭與該換能器機械耦合，使得該探頭與該換能器(I)相互間固定使得該探頭跟蹤超聲波束的焦點。
8.根據權利要求4的方法，其特徵在於在朝向目標定位所述換能器。
全文摘要
本發明涉及用於定位具有外表面(Se)的身體區域中如神經的結構(N2)的非侵入性設備，包括被設計用於產生所述外表面(Se)到所述區域的焦點可位於所述結構(N2)上的超聲波束(Fu)的有益地為HIFU類的聚焦的超聲換能器，所述超聲換能器能夠提供超聲波束(Fu)至所述結構(N2)，所述結構(N2)提供由監測裝置檢測的反應；監測裝置，用於在所述結構經受刺激時檢測所述結構的反應；跟蹤所述換能器的焦點、以在圖像上可視化所述超聲波束(Fu)的焦點在所述身體區域中的位置的機械耦合到所述超聲換能器的成像設備，包括標記裝置，用於在所述成像設備產生的圖像上標記所述結構(N2)的位置;定位裝置，用於改變所述超聲換能器的位置。
文檔編號A61B5/00GK103070667SQ20121053209
公開日2013年5月1日 申請日期2008年11月6日 優先權日2007年11月8日
發明者F·拉考斯特 申請人:泰拉克利昂公司