光-聲血栓溶解方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)是一種用于在生理組織中產(chǎn)生超聲波激勵(lì)的基于導(dǎo)管的裝置。通過光纖（１０）引導(dǎo)脈沖激光以便提供用于產(chǎn)生聲振動的發(fā)生能。光能被存在水基吸收液如鹽水、血栓溶解藥劑、血液或血栓中并通過熱彈性和／或熱力機(jī)理在液體中產(chǎn)生聲脈沖。由于使激光以一定重復(fù)頻率（可能從１０Ｈｚ到１００ｋＨｚ）脈動，可以在介質(zhì)內(nèi)局部地建立超聲波輻射場。此超聲波振動的發(fā)生方法可在生活中被用于急診處理情況，特別是用于溶解血栓或處理血管痙攣。導(dǎo)管（１４）也可以使血栓溶解藥物治療表現(xiàn)為附屬療法，它可以與用于成像和反饋控制的超聲波探測裝置一起工作。它也可以與用于顯示血栓類型和血栓堅(jiān)實(shí)度的光學(xué)探頭一起工作。（*該技術(shù)在2017年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
遵照美國能源部和加利福尼亞大學(xué)之間關(guān)于勞倫斯·利夫摩爾國家實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)作的第W-7405-ENG-48號協(xié)定，美國政府擁有本專利技術(shù)的權(quán)利。本專利技術(shù)涉及去除在管狀組織和器官中的阻塞的方法。具體地說，本專利技術(shù)涉及去除血管內(nèi)閉塞如粥樣硬化斑或血栓的方法。局部缺血癥是由在腦供血?jiǎng)用}網(wǎng)中形成的或沉積的血栓造成的。通常在頸動脈中或更高地位于顱腔中的極細(xì)血管中發(fā)現(xiàn)這些閉塞。為處理在人體任何部位的脈管系統(tǒng)中的上述病灶，急診心臟病學(xué)家和血管外科醫(yī)生至少已設(shè)想出了發(fā)病過程。在這些處理方法中包括將一根微導(dǎo)管引入閉塞部位的超聲血管成型術(shù)。超聲換能器與一個(gè)在導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)過且將振動傳給在緊靠閉塞的遠(yuǎn)端處的工作尖端的傳遞介質(zhì)相連。用于溶解粥樣硬化斑并有助于血塊溶解的超聲波導(dǎo)管早已有所記載。對這些專利技術(shù)的改進(jìn)方案集中在對相同的基本裝置的操作或功能的改進(jìn)方面(弗羅戈?duì)柕热说拿绹鴮＠?,397,301)。傳入組織中的振動有助于通過各種超聲波機(jī)構(gòu)例如使血塊暴露于強(qiáng)大的局部剪切拉伸應(yīng)力下的空化氣泡和微射流來溶解或乳化血塊。這些現(xiàn)有技術(shù)裝置通常與溶解血栓的藥物和/或有助于顯影的放射線造影劑聯(lián)合使用。超聲波導(dǎo)管裝置都具有相同的結(jié)構(gòu)，其中振動源(換能器)設(shè)在導(dǎo)管外面。振動能被傳入導(dǎo)管的近端且通過可傳遞聲波的導(dǎo)線被向下傳遞而經(jīng)過這段導(dǎo)管。與這種結(jié)構(gòu)有關(guān)的缺點(diǎn)是伴隨著近距離地加熱組織在通過彎曲時(shí)存在能量損失；此裝置沒有小到足以被用于急診處理且難于按比例地改變成更小的尺寸；由于不可知的和變化的超聲波發(fā)生器和導(dǎo)管遠(yuǎn)端之間的耦合效率，所以難于估計(jì)或控制劑量。都布盧爾等人的美國專利5,380,273試圖通過將先進(jìn)材料引入傳遞件中來改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)裝置。在導(dǎo)管的遠(yuǎn)端處設(shè)置超聲換能器本身因很多原因而不切實(shí)際，其中一個(gè)原因就是尺寸限制和功率要求。一種去除閉塞的有關(guān)方法是激光血管成型術(shù)，其中使激光照向一根光纖以便直接沖擊閉塞材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)激光血管成型裝置會對周圍組織造成損傷或破壞。在某些情況下，不受控制的加熱導(dǎo)致了血管穿孔。采用低重復(fù)頻率或中等重復(fù)頻率如大約1Hz-100Hz的高能激光脈沖形成了無差別應(yīng)力波，它明顯損傷了健康組織和/或當(dāng)不影響健康組織地調(diào)節(jié)獨(dú)立的激光參數(shù)時(shí)會導(dǎo)致目標(biāo)組織的去除不夠充分。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為避免加熱而采用高能激光會通過與大空化氣泡和沖擊波有關(guān)的其它機(jī)構(gòu)而造成損傷，這些大空化氣泡和沖擊波穿過組織或不利地影響組織。本專利技術(shù)的目的是提供采用低能激光脈沖的高頻序列溶解血管閉塞的方法，其中所述的激光脈沖在緊鄰閉塞的液體中產(chǎn)生了超聲波激勵(lì)。由導(dǎo)管傳遞能量是通過采用一根將激光脈沖導(dǎo)向遠(yuǎn)端的光纖實(shí)現(xiàn)的。但是，與激光血管成型術(shù)或激光血栓溶解方法不同的是，本專利技術(shù)不依靠直接切除閉塞部分，而代之以采用低能激光脈沖的高頻序列從而在緊鄰閉塞的液體中產(chǎn)生超聲波激勵(lì)。于是，通過超聲波作用和/或乳化而不是直接通過激光作用地促進(jìn)了閉塞的溶解。將超聲波響應(yīng)引入組織和液體中的關(guān)鍵在于仔細(xì)地控制激光的波長、脈沖寬度、脈沖能量和重復(fù)頻率。利用光能將超聲波激勵(lì)引入組織中帶來了許多優(yōu)點(diǎn)。可以將光纖加工得很小，但它仍是非常透明的且能夠?qū)⑾喈?dāng)大的光能密度從光源處沒有衰減地或略微衰減地送到輸出位置。光纖也可以柔軟得足以穿過所有被考慮的血管。本專利技術(shù)允許傳遞足夠的能量以便如急診處理所要求的那樣通過小軟管產(chǎn)生聲激勵(lì)。此方法也可以聯(lián)合采用一個(gè)用于監(jiān)視并控制引入組織中的聲振動的幅度的反饋裝置。附圖說明圖1A示出了應(yīng)用本專利技術(shù)的基于光纖的光-聲血栓溶解導(dǎo)管的草圖。圖1B示出了用附加液體對阻塞實(shí)施超聲波溶解的情況。圖2A-2C描述了本專利技術(shù)的熱彈性效應(yīng)。圖3A-3C示出了本專利技術(shù)的過熱蒸汽膨脹模式。圖4A示出了具有凹尖端的光纖。圖4B示出了具有凸尖端的光纖。圖5示出了一光纖線束。圖6示出了直徑可變的光纖。圖7示出了玻璃/塑料光纖的組合物。本專利技術(shù)體現(xiàn)了一種裝有光纖的導(dǎo)管。光纖在近端與一個(gè)將光的脈沖輸入光纖的高重復(fù)頻率激光系統(tǒng)相連。光纖在遠(yuǎn)端發(fā)出的光被包圍導(dǎo)管的液體吸收。此液體可以是血液、含吸收染料在內(nèi)的生理鹽水、溶解血栓的藥物或血栓本身。光纖的作用是傳遞能量，從而使由激光產(chǎn)生的能量被傳給光纖的末端。從光纖的遠(yuǎn)端發(fā)出的激光的脈沖頻率為10Hz-100kHz、波長為200nm-5000nm、能量密度為0.01J/cm2-4J/cm2，或者如果由小直徑光纖控制的話，其能量密度可高達(dá)50J/cm2。所加能量保持在5百萬焦耳以下且最好是在1百萬焦耳以下。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖頻率為5Hz-25kHz?；蛘撸}沖頻率的下限可以是100Hz、200Hz、400Hz、800Hz，而上限為25Hz、50Hz、100Hz。在靠近閉塞處的液體中產(chǎn)生的超聲波輻射場有助于溶解管狀組織中的血栓、粥樣硬化斑或其它任何閉塞體。作為一種附加的處理手段，可以采用一種環(huán)繞或平行于光纖的工作管道以便分散少量溶解血栓的藥劑，從而有助于經(jīng)過聲學(xué)血栓溶解處理后留下的任何很大的碎粒(直徑大于5μm的顆粒)的進(jìn)一步溶解。光能-聲能的轉(zhuǎn)換可以通過幾種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，這些機(jī)構(gòu)可以是熱彈性式的、熱力式的或其組合。圖1A示出了具有一平行的工作管道12的光纖10，光纖10和工作管道12在這里都位于一個(gè)已被插入血管16內(nèi)的導(dǎo)管14中。光纖10的遠(yuǎn)端位于血管16內(nèi)的血栓18和狹窄斑20的附近。在圖1B中，光纖10傳送激光以產(chǎn)生崩潰的空化氣泡11和由此生成的擴(kuò)展聲波13。在導(dǎo)管14內(nèi)的平行工作管道12傳送附加液體15以便從血管16內(nèi)除去閉塞17。如圖2A-2C所示，在熱彈性工作方式中，各激光脈沖22通過光纖將一定大小的能量送入液體24，它在少量液體中形成了高的熱彈性應(yīng)力。該應(yīng)力的擴(kuò)展方向在圖2A中由箭頭25表示。被激光脈沖25加熱的液體24的體積由液體24中激光的吸收深度決定且必須控制液體24的體積以產(chǎn)生所需的尺寸。例如，適當(dāng)?shù)某叽缈梢允抢w維直徑或者是與含閉塞的血管部分差不多長短?？梢酝ㄟ^控制激光波長或液體的成分來進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使大部分激光能量積存在具有所需深度尺寸的液體中。激光脈沖寬度短得足以在短于使聲音傳過吸收區(qū)的最小尺寸的傳遞時(shí)間的時(shí)間內(nèi)將所有的激光能量存儲在吸收液體中。這是一個(gè)等體積(體積恒定)加熱過程。對于直徑約為100μm的吸收體積來說，聲音傳遞時(shí)間約為70ns，從而存儲時(shí)間必須明顯小于70ns，如為10ns左右。吸收液體熱彈性地響應(yīng)能量的存儲，從而在受熱液體量中產(chǎn)生了一個(gè)高壓區(qū)。此高壓區(qū)的邊界衰減成這樣的聲波形式壓力波傳離能量存儲區(qū)(擴(kuò)散波陣面)，而膨脹波傳向能量存儲區(qū)的中心(收斂波陣面)。當(dāng)膨脹波會聚在最初的存儲區(qū)的中心時(shí)，它產(chǎn)生了一個(gè)促進(jìn)形成空化氣泡團(tuán)的拉伸應(yīng)力區(qū)26，所述空化氣泡團(tuán)聚結(jié)成一個(gè)大氣泡30。最終，空化氣泡破裂(32)而形成擴(kuò)展的聲波33?？栈瘹馀莸钠屏押碗S后的回彈將在周圍液體中產(chǎn)生聲音脈沖，這將帶走一部分空化氣泡的能量。破裂和回彈過程發(fā)生在一個(gè)原則上由液體密度和最初空化氣泡的最大尺寸決定的期間內(nèi)。在第一次破裂和回彈之后是減低強(qiáng)度的隨后破裂和回彈過程，這一過程直到空化氣泡的能量散失在液體中才結(jié)束。傳送隨后的激光脈沖以重復(fù)或繼續(xù)這一循環(huán)并在一個(gè)或數(shù)個(gè)由激光脈沖頻率決定的頻率下產(chǎn)生一個(gè)超聲波輻射場?？偠灾?，以第一方式工作的裝置在液體中如此地產(chǎn)生了一個(gè)超聲波輻射場(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于在經(jīng)皮透照進(jìn)入過程中將聲能送入腦血管的方法，它包括：將一根光纖插入血管中直至一個(gè)靠近閉塞的點(diǎn)，其中該光纖包括一個(gè)遠(yuǎn)端和一個(gè)近端；以及將激光耦合地輸入所述近端，所述激光的脈沖頻率為５ＫＨｚ－２５ＫＨｚ、波長為２００ｎｍ－５００ ０ｎｍ、能量密度為０．０１Ｊ／ｃｍ↑［２］－４Ｊ／ｃｍ↑［２］，其中所述激光從遠(yuǎn)端發(fā)出以在一個(gè)液體周圍介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)聲輻射場，所述聲輻射場是通過這樣一種機(jī)理產(chǎn)生的，即該機(jī)理是從包括在該液體周圍介質(zhì)中的熱彈性膨脹或在所述液體周圍介質(zhì)中的過熱蒸汽膨脹的組中選出的。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彼特塞利爾斯，露茨達(dá)席爾瓦，米歇爾格林斯凱，里查德倫敦，鄧肯梅特蘭，丹尼斯馬修斯，約瑟夫P菲奇，
申請(專利權(quán))人：加利福尼亞大學(xué)董事會，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]