在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)并監(jiān)視中風(fēng)患者治療的便攜式設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供了用于在現(xiàn)場(chǎng)和/或在把病人運(yùn)輸?shù)阶o(hù)理設(shè)施期間啟動(dòng)中風(fēng)治療的方法和裝置。為每個(gè)單個(gè)病人提供了對(duì)個(gè)人的治療窗口自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，由于不同年齡、性別和種族的人之間顱骨形態(tài)的顯著區(qū)別，這是至關(guān)重要的。另外，所述方法和裝置基于使用超聲波的非侵入式施加，以及結(jié)合諸如微泡的聲活化劑的超聲波的非侵入式施加，其中可以依賴由超聲波造成的微泡的穩(wěn)定空化作為用于治療應(yīng)用及其控制的底層機(jī)制。
【專利說(shuō)明】在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)并監(jiān)視中風(fēng)患者治療的便攜式設(shè)備
[0001] 本發(fā)明在National Institute of Health資助的HL091043政府支持下進(jìn)行的。 該政府擁有本發(fā)明中的某些權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及治療中風(fēng)或類中風(fēng)情況的患者，并且更具體而言，涉及這樣的便攜式 設(shè)備，其通過(guò)經(jīng)頡骨原樣非侵入地施加超聲波，以及與靜脈注射的微泡（intravenously administered microbubble)相結(jié)合，來(lái)提供"現(xiàn)場(chǎng)"和/或在運(yùn)輸?shù)阶o(hù)理設(shè)施期間啟動(dòng)治 療并監(jiān)視患者。

【背景技術(shù)】
[0003] 中風(fēng)或腦血管意外（cerebrovascular accident) (CVA)指由于大腦血液供應(yīng)的障 礙，例如由于由阻塞或大出血造成的血流缺乏（稱為局部缺血），而造成大腦功能的快速喪 失，其中阻塞例如血栓或動(dòng)脈栓塞。中風(fēng)是全世界造成死亡的第二主導(dǎo)原因和美國(guó)造成死 亡的第三主導(dǎo)原因，在心臟疾?。ㄈ澜绲谝晃坏某Ｒ?jiàn)死因）和腫瘤疾?。ㄈ澜绲谌?的常見(jiàn)死因）之間。大部分急性缺血性中風(fēng)（80%)是由血栓栓塞造成的，并且與例如心臟 和腫瘤相關(guān)的疾病相比，在缺血性中風(fēng)中，中風(fēng)事件初始階段期間急性細(xì)胞死亡的數(shù)量顯 著更大。即，神經(jīng)元腦細(xì)胞（神經(jīng)元）對(duì)氧氣供應(yīng)非常敏感，其中氧氣供應(yīng)會(huì)由于例如突然 的動(dòng)脈血管閉塞而中斷。因而，神經(jīng)元在缺氧的前60秒內(nèi)轉(zhuǎn)入細(xì)胞凋亡（apoptosis)。細(xì) 胞凋亡定義為程序性的細(xì)胞死亡，這意味著，如果重通（recanalization)以及因此提供氧 氣供應(yīng)沒(méi)有發(fā)生，則甚至在這個(gè)非常早的時(shí)間點(diǎn)，神經(jīng)元也開(kāi)始不可逆地死亡。
[0004] 圖1示出了由箭頭10指示的正常血管的一個(gè)例子，由箭頭20指示的閉塞血管的 例子，以及由箭頭30指示的在閉塞例如25分鐘之后重通的血管的例子。圖1還示出如在 施加超聲波治療之前觀察到的血栓40的例子，以及如在施加超聲波之后觀察到的血栓40 的例子。
[0005] 在急性缺血性中風(fēng)的情況下，已經(jīng)顯示每分鐘平均有1，900, 000個(gè)神經(jīng)元由于顱 內(nèi)動(dòng)脈血管閉塞而死亡。由此，全世界公認(rèn)的理解就是應(yīng)當(dāng)盡可能早地施加治療措施來(lái)重 通受影響的大腦動(dòng)脈。中風(fēng)護(hù)理的最近發(fā)展，諸如遠(yuǎn)程醫(yī)療概念或者專業(yè)中風(fēng)中心/單位 的建立，已經(jīng)改善了選定地區(qū)的中風(fēng)護(hù)理。但是，所有這些行為都是主要由發(fā)達(dá)國(guó)家眾所周 知的學(xué)術(shù)中心啟動(dòng)或協(xié)調(diào)的，并且這些改進(jìn)對(duì)中風(fēng)護(hù)理的整體影響可以忽略不計(jì)。
[0006] 應(yīng)當(dāng)指出，全世界日益增長(zhǎng)的中風(fēng)發(fā)病率的原因可以歸結(jié)到三個(gè)主要原因。首先， 缺乏對(duì)該疾病及其癥狀的公眾意識(shí)。第二，所有常規(guī)的治療干預(yù)都需要病人住院治療。第 三，在所有年齡的人當(dāng)中，全球死于中風(fēng)的超過(guò)85%是發(fā)生在全世界總?cè)丝谥写蠹s85%的 人口居住的低或中等收入國(guó)家。圖2示出中等收入個(gè)人由于中風(fēng)造成的死亡在21世紀(jì)初 是大約3百萬(wàn)，并且在增加，如由線210指示的，對(duì)于低收入個(gè)人是將近2百萬(wàn)并且也在增 力口，如由線220指示的。作為對(duì)比，如由線230指示的，高收入個(gè)人由于中風(fēng)造成的死亡在 21世紀(jì)初并且預(yù)計(jì)至2030年都保持在1百萬(wàn)以下。
[0007] 目前，還沒(méi)有允許對(duì)急性中風(fēng)病人的治療"在現(xiàn)場(chǎng)"（例如在急救地點(diǎn)和/或在運(yùn) 輸?shù)街T如醫(yī)院的護(hù)理設(shè)施期間）開(kāi)始的已知治療選項(xiàng)?，F(xiàn)場(chǎng)治療可以被認(rèn)為是至關(guān)重要 的，因?yàn)榇蟛糠种酗L(fēng)發(fā)生在郊區(qū)或農(nóng)村地區(qū)，常常離專業(yè)中風(fēng)中心有很大的距離。在這些情 況下，急救呼叫（例如911呼叫）、到達(dá)急救地點(diǎn)和運(yùn)輸?shù)綄I(yè)中風(fēng)中心之間的時(shí)間延遲對(duì) 于病人是否幸存、是否遭受終身殘疾或者是否完全恢復(fù)而沒(méi)有任何缺陷常常是限制因素。
[0008] -種最近開(kāi)發(fā)出的設(shè)備是由Cerevast Therapeutics公司開(kāi)發(fā)的被稱為 Clotbusttm-ER的設(shè)備，該設(shè)備旨在利用超聲波治療中風(fēng)患者。但是，Clotbusttm-ER超聲波 中風(fēng)治療設(shè)備是為在病人被允許入院之后急救室內(nèi)的中風(fēng)治療開(kāi)發(fā)的，并且結(jié)合組織纖溶 酶原激活劑（tPA)，這是目前用于中風(fēng)治療的唯一FDA批準(zhǔn)的溶解藥物。因而，并且再一次， 即使利用這種設(shè)備，也仍然缺乏對(duì)中風(fēng)患者的現(xiàn)場(chǎng)治療。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及用于"現(xiàn)場(chǎng)"和/或在把病人運(yùn)輸?shù)阶o(hù)理設(shè)施期間發(fā)起 中風(fēng)治療的方法和設(shè)備。為每個(gè)單個(gè)病人提供了對(duì)個(gè)人的"治療窗口"自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力，由 于不同年齡、性別和種族的人之間顱骨形態(tài)的顯著區(qū)別，這是至關(guān)重要的。另外，所述方法 和設(shè)備基于微泡和穩(wěn)定空化的組合使用，作為用于治療應(yīng)用及其控制兩者的底層機(jī)制。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 為了更完整理解本發(fā)明示例實(shí)施例，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖的描述，在附圖中：
[0011] 圖1是正常血管、閉塞血管和重通血管以及超聲波對(duì)血栓的影響的圖示；
[0012] 圖2是示出在不同社會(huì)-經(jīng)濟(jì)群體中與中風(fēng)相關(guān)的死亡的流行程度的圖；
[0013] 圖3示出了根據(jù)用于中風(fēng)患者的現(xiàn)場(chǎng)治療的多種實(shí)施例來(lái)配置和使用的電源和 控制模塊的示例實(shí)現(xiàn)方式；
[0014] 圖4是圖3電源和控制模塊的示意性表示；
[0015] 圖5是在使用多種實(shí)施例時(shí)可能的組織損害減少以及時(shí)間延遲影響的圖示；及
[0016] 圖6示出了根據(jù)多種實(shí)施例為在現(xiàn)場(chǎng)治療中風(fēng)患者而執(zhí)行的示例過(guò)程。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 本文所公開(kāi)的各種實(shí)施例針對(duì)用于在現(xiàn)場(chǎng)和/或在運(yùn)輸?shù)阶o(hù)理設(shè)施期間治療可 能遭受急性缺血性中風(fēng)的病人的方法和裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，這種治療可以通過(guò)經(jīng)原樣 的顱骨/頭顱地非侵入地施加超聲波以觸發(fā)各種生物物理效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施 例，超聲波的這種非侵入的施加可以經(jīng)過(guò)原樣的顱骨/頭顱與靜脈注射微泡結(jié)合來(lái)執(zhí)行， 以觸發(fā)各種生物物理效應(yīng)。除了其它的效應(yīng)，以上提到的根據(jù)各種實(shí)施例的利用而被觸發(fā) 的生物物理效應(yīng)可以包括，但不限于，以下：a)側(cè)支和間質(zhì)流的改善；b)受影響的血管供應(yīng) 區(qū)域中動(dòng)脈流的恢復(fù)；c)伴生水腫的減少；d)伴侶蛋白的激活；e)潛在祖細(xì)胞的刺激；及 f)血管閉塞血栓的實(shí)際溶解。
[0018] 超聲波可以利用例如200kHz的發(fā)送頻率以脈沖的方式施加，在這個(gè)頻率，顱骨導(dǎo) 致的所施加超聲波束的變形是可忽略的。超聲波可以例如以交替的方式從病人頭部的兩側(cè) 施加。由于各個(gè)聲場(chǎng)的重疊，以這種方式施加超聲波可以增加治療面積，并避免并行的潛在 的副作用。具體地，兩個(gè)超聲波探針/電極可以放在顳骨的解剖區(qū)域并且靠近耳朵。根據(jù) 某些實(shí)施例，兩個(gè)超聲波探針可以是一次性的，并且具有發(fā)送超聲波束以及接收由超聲波 微泡引起的空化（cavitation)事件產(chǎn)生的聲信號(hào)的能力。
[0019] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，施加的超聲波束的脈寬可以短（例如，100μ s)，以允許高脈沖 重復(fù)率（例如，5kHz)來(lái)提供足夠的能量沉積。聲輸出功率可以相當(dāng)?shù)停ɡ纾?W)，以實(shí)現(xiàn) 低于食品和藥物管理局（FDA)推薦限值720mW/cm 2的病灶最大強(qiáng)度。關(guān)于射束形成，可以 利用線性調(diào)頻（chirp)模式，但是其它實(shí)施例可以利用基本模式或相位反轉(zhuǎn)模式。
[0020] 根據(jù)另一實(shí)施例，并且如前面提到的，超聲波也可以結(jié)合聲活化劑（例如，微泡） 來(lái)施加。此外，應(yīng)當(dāng)指出，超聲波可以在延長(zhǎng)的時(shí)間段上（例如，幾個(gè)小時(shí)）持續(xù)地施加。 類似于前面所述的實(shí)施例，由上述超聲波探針發(fā)送的超聲波束的脈寬可以是短的（例如， 10μ s-lOOOys)并且結(jié)合例如在1-50%之間的占空比。聲輸出功率可以選擇成實(shí)現(xiàn)低于 FDA推薦限值720mW/cm2的病灶最大強(qiáng)度。
[0021] 可以利用超聲波換能器以及電源和控制設(shè)備/模塊（其可以是相對(duì)小的，優(yōu)選地 是口袋尺寸的）來(lái)執(zhí)行非侵入超聲波單獨(dú)施加或者與靜脈注射聲活化劑（諸如，微泡）相 結(jié)合的施加。電源和控制設(shè)備可以是電池充電的，以允許便攜式和/或無(wú)線功能。此外還 有，電源和控制設(shè)備可以具有基本上容易使用的用戶界面，并且耐用且防水。其它特征和/ 或功能可以結(jié)合到控制設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)中，如由例如設(shè)備在其中使用的一個(gè)或多個(gè) 環(huán)境所規(guī)定的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電源和控制設(shè)備可以具有接通/關(guān)閉（on/off)開(kāi)關(guān)、不 多于兩個(gè)控制按鈕，以及主控制顯示器。這種控制按鈕可以包括，但不限于，以下：聲輸出功 率的自動(dòng)調(diào)節(jié)（"自動(dòng)P⑶控制"）按鈕，其中P⑶可以指被動(dòng)空化檢測(cè)；以及聲功率的手 動(dòng)調(diào)節(jié)（"手動(dòng)PCD控制"）按鈕。應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)某些實(shí)施例，聲功率的手動(dòng)調(diào)節(jié)可以涉 及對(duì)多個(gè)輸出功率范圍之一的選擇，這種選擇可以取決于下列中一個(gè)或多個(gè)（但不必局限 于）：病人年齡組，例如a)〈20, b) 20-40, c) 41-60, d) 61-75, e) >76歲；性別，例如a)女性， b)男性；及種族，例如a)高加索人，b)西班牙人，c)亞裔，d)非洲裔/非洲裔美國(guó)人。此 夕卜，電源和控制設(shè)備可以包括一個(gè)或多個(gè)燈，諸如發(fā)光二極管（LED)燈，例如以向用戶呈現(xiàn) 空化控制和功率上限指示（例如，黃、綠和紅）。
[0022] 類似于心電圖（ECG)墊片，電源和控制設(shè)備可以利用一次性超聲波換能器，所述 一次性超聲波換能器可以經(jīng)某種類型的有線連接連接到電源和控制設(shè)備并且在使用后丟 棄。如上所述，超聲波換能器可以放到病人頭部?jī)蓚?cè)上的顳骨區(qū)域上。超聲波換能器可以 利用像凝膠那樣的暫時(shí)性粘膠（諸如像用于ECG墊的粘膠）保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，如以下?更具體描述的。為了提供超聲波換能器和病人皮膚之間的充分傳導(dǎo)性，可以除去施加超聲 波換能器的位置處的頭發(fā)。在超聲波換能器定位之后，可以利用接通/關(guān)閉開(kāi)關(guān)將電源和 控制設(shè)備通電。如上所述，燈可以在控制設(shè)備中用來(lái)向用戶呈現(xiàn)某些指示。例如，黃色控制 燈可以用來(lái)向用戶提供控制設(shè)備在操作（例如在發(fā)送聲波（即，超聲波束））的視覺(jué)確認(rèn)。 應(yīng)當(dāng)指出，缺省的聲輸出功率值可以在接通控制設(shè)備之后設(shè)置，這個(gè)功率可以在毫瓦范圍 (例如，20mW)。
[0023] 在電源和控制設(shè)備通電之后，可以經(jīng)例如主控制顯示器向用戶提供選項(xiàng)。如果用 戶選擇按自動(dòng)PCD控制按鈕，則第一選項(xiàng)可以被實(shí)行，其中電源和控制設(shè)備可以自動(dòng)增加 聲輸出功率，直到綠色控制燈點(diǎn)亮。這個(gè)綠色控制燈可以用作微泡的穩(wěn)定空化發(fā)生的確認(rèn)。 穩(wěn)定空化被建議作為觸發(fā)以上提到的生物物理效應(yīng)的底層機(jī)制。因此，綠色控制燈的點(diǎn)亮 可以代表期望的治療行為，或者，換句話說(shuō)，"治療窗口"。紅色控制燈可以指示例如已經(jīng)超 過(guò)了該治療窗口。在這種情況下，聲輸出功率將自動(dòng)減小，直到紅色控制燈關(guān)閉并且綠色控 制燈接通。
[0024] 如果用戶選擇按手動(dòng)PCD控制按鈕，則可以實(shí)行第二選項(xiàng)，其中電源和控制設(shè)備 可以允許用戶手動(dòng)地增加聲輸出功率。如上所述，手動(dòng)的聲輸出功率可以依賴于一個(gè)或 多個(gè)因素（例如病人的年齡、性別和/或種族）被向上或向下調(diào)節(jié)/選擇。在手動(dòng)控制期 間，用戶可以例如增加聲輸出功率并且利用綠色控制燈作為量規(guī)（gauge)，其中綠色控制燈 (如前面所討論的）可以指示電源和控制設(shè)備在"適當(dāng)?shù)?治療窗口內(nèi)工作。如果利用手 動(dòng)PCD控制功能超過(guò)了聲輸出功率，則電源和控制設(shè)備可以或者關(guān)閉或者切換回缺省設(shè)置 (即，如前面所述由黃色控制燈所指示的）。
[0025] 電源和控制設(shè)備還可以驅(qū)動(dòng)超聲波換能器，其中電力可以由例如鋰聚合物（LiPo) 或類似的電池（其還可以給以上提到的電源和控制設(shè)備的特征和/或功能供電）提供。電 源轉(zhuǎn)換控制電路可以產(chǎn)生期望的超聲波頻率。電源和控制設(shè)備的另一個(gè)電路可以用來(lái)控制 輸出功率電平，這可以考慮由用戶提供的關(guān)于病人的輸入，例如性別、種族和年齡。還有另 一個(gè)電路可以用來(lái)以防止顱內(nèi)超聲波駐波發(fā)生的方式調(diào)制輸出頻率。還有另一個(gè)電路可以 用來(lái)感測(cè)超聲波換能器是否被連接、可使用（functional)和/或激勵(lì)。
[0026] 如前面所提到的，電源和控制設(shè)備可以是相對(duì)小的，例如，口袋/手持式尺寸，并 且由可以經(jīng)受例如在像救護(hù)車/其中需要救護(hù)車的場(chǎng)景中所經(jīng)歷的環(huán)境中大量使用（hard use)的一種或多種材料制成。例如，電源和控制設(shè)備可以大致為手持式數(shù)字萬(wàn)用表的尺寸， 例如,大約2x4x8英寸。雖然如上所述電池可以是可再充電的（例如，鋰聚合物電池），但是 應(yīng)當(dāng)指出，電源和控制設(shè)備可以替代地或者附加地具有直接從固定電源（諸如墻上的電源 插座（outlet))操作的能力。此外，電源和控制設(shè)備可以配置為使得電池容易替換。
[0027] 而且如前面所提到的，電源和控制設(shè)備可以具有一個(gè)或多個(gè)按鈕、用戶界面等，其 可以允許用戶與電源和控制設(shè)備交互。因而，電源和控制設(shè)備可以具有控制面板，通過(guò)該控 制面板，可以實(shí)現(xiàn)和/或呈現(xiàn)那些各種按鈕和用戶界面，以用于交互，例如，接通/關(guān)閉設(shè) 備，在合適的時(shí)候驗(yàn)證超聲波換能器被激勵(lì)，確定還剩多少電池壽命，聲輸出功率的自動(dòng)調(diào) 節(jié)，以及聲功率的手動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，電源和控制設(shè)備可以包括前面提到的控制燈，指示例如 空化控制和功率上限，作為控制面板的一部分或者與其分離。電源和控制設(shè)備還可以包括 一個(gè)或多個(gè)連接器插座。第一連接器插座可以配置用于從墻上的電源插座給電池再充電和 /或操作，而第二連接器插座可以配置來(lái)接收用于把超聲波換能器連接到電源和控制設(shè)備 的電纜。
[0028] 發(fā)送信號(hào)可以由電源和控制設(shè)備利用被調(diào)諧到例如額定200kHz連續(xù)正弦波的振 蕩器電路生成?？梢詫⒃撜也ǚ糯蟮竭m當(dāng)?shù)墓β孰娖?，并且該發(fā)送信號(hào)可以施加到在兩 組導(dǎo)線（每個(gè)超聲波換能器一組）之間交替發(fā)送的切換電路，例如，在超聲波換能器放置于 病人頭部?jī)蓚?cè)顳骨處的情況下，每100 μ s交替發(fā)送。這種發(fā)送信號(hào)可以施加到已通過(guò)前面 提到的電纜放置并固定到中風(fēng)病人頭部的超聲波換能器。對(duì)于每個(gè)超聲波換能器，切換電 路可以生成例如100 μ s的接通時(shí)間然后是100 μ s的關(guān)閉時(shí)間，使得當(dāng)一個(gè)超聲波換能器 處于接通狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)超聲波換能器處于關(guān)閉狀態(tài)。在超聲波換能器接通狀態(tài)期間，超聲 波換能器可以發(fā)送超聲波能量通過(guò)病人的顱骨。在超聲波換能器關(guān)閉狀態(tài)期間，當(dāng)結(jié)合聲 活化劑施加超聲波時(shí)，超聲波換能器可以接收聲信號(hào)，允許超聲波換能器用作被動(dòng)空化檢 測(cè)器。
[0029] 此外，電源和控制設(shè)備可以包括例如兩個(gè)開(kāi)關(guān)或致動(dòng)器，但是，根據(jù)對(duì)操作控制的 需要/期望水平，可以包括更多或更少開(kāi)關(guān)。第一開(kāi)關(guān)可以用來(lái)接通電源和控制設(shè)備，而第 二開(kāi)關(guān)可以用來(lái)把前面提到的發(fā)送信號(hào)/電壓發(fā)送到超聲波換能器。另外，諸如觸摸板的 輸入設(shè)備可以用來(lái)輸入病人信息或者進(jìn)一步與電源和控制設(shè)備交互。當(dāng)連接超聲波換能器 時(shí)，但在它們被激勵(lì)之前，可以向用戶呈現(xiàn)超聲波換能器已連接并且可使用的指示。例如， 這可以是燈或者觸摸板上的消息。當(dāng)所需要的預(yù)備條件已經(jīng)滿足（例如，病人信息、換能器 功能等），那么用戶就可以激勵(lì)超聲波換能器，并且當(dāng)這個(gè)完成時(shí)，指示器也可以顯示該狀 況。
[0030] 圖4示出了根據(jù)多種實(shí)施例設(shè)計(jì)的電源和控制設(shè)備400的示例示意圖。電源和 控制設(shè)備400可以由電池電源（諸如，LiPo電池組405)供電?？梢酝ㄟ^(guò)直流（DC)充電端 口 410執(zhí)行對(duì)LiPo電池組405的充電。此外，電源和控制設(shè)備可以經(jīng)DC充電端口 410從 例如墻上的插座供電。電源和控制設(shè)備400可以包括用于如以下更具體描述的用于監(jiān)視空 化的充電控制器和氣量規(guī)415 (例如，BQ系列充電控制器/氣量規(guī)），以及電源轉(zhuǎn)換器420。 此外，電源和控制設(shè)備400可以具有觸摸屏顯示器425,諸如有機(jī)發(fā)光二極管（OLED)觸摸 屏顯示器，通過(guò)該顯示器，可以向用戶呈現(xiàn)各種信息/與電源和控制設(shè)備400交互。另外， 電源和控制設(shè)備400可以包括信號(hào)發(fā)生器430,諸如任意波形發(fā)生器（ARB)信號(hào)發(fā)生器、功 率放大器435及電壓駐波比（VSWR)電源監(jiān)視器440,用于如本文所述的超聲波的生成/控 制/發(fā)送。電源和控制設(shè)備400還可以包括一個(gè)或多個(gè)通信無(wú)線電模塊445,這可以是例如 Bluetooth?無(wú)線電，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)以上提到的無(wú)線通信。為了允許超聲波換能器連接 到電源和控制設(shè)備400,也可以在電源和控制設(shè)備400上提供一個(gè)或多個(gè)探針連接器450。 此外，本文所述的電源和控制設(shè)備400的各種功能的操作可以由處理器455執(zhí)行，其可以是 例如ARM3核心處理器，或者處理器/控制器的組合。應(yīng)當(dāng)指出，可以根據(jù)期望的特征和/ 或功能，在電源和控制設(shè)備400中包括更多或更少的元件/模塊/組件。此外，本文所述的 各種元件/模塊可以實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的元件/模塊，或者其組合。
[0031] 如前面所指出的，本文所述的治療方法可以基于單獨(dú)施加超聲波或者結(jié)合聲活化 齊U (諸如，微泡）施加超聲波，這取決于穩(wěn)定空化機(jī)制。此外，聲活化劑（例如微泡）的使 用允許實(shí)現(xiàn)本文所述的監(jiān)視功能。應(yīng)當(dāng)指出，術(shù)語(yǔ)"微泡"可以指設(shè)計(jì)用于診斷目的以增強(qiáng) 圖像質(zhì)量的試劑。應(yīng)當(dāng)指出，如在本文所使用的，術(shù)語(yǔ)"微泡"不意味著局限于僅其診斷應(yīng) 用。而是，根據(jù)不同實(shí)施例，微泡概念可以另外應(yīng)用于主要不是設(shè)計(jì)用于診斷目的的試劑。
[0032] 也就是說(shuō)，診斷微泡可以指平均直徑為例如2_3μπι的球體。這種球體或 微泡的殼結(jié)構(gòu)可以是磷脂或者是人血清蛋白，而這種球體的內(nèi)部可以填充全氟碳 (perf Iuorocarbon)氣體。根據(jù)不同實(shí)施例，可以靜脈注射這些試劑，例如經(jīng)外圍血管，并且 試劑被穩(wěn)定化以通過(guò)肺部進(jìn)入動(dòng)脈循環(huán)。這種試劑的半衰期可以在幾分鐘的范圍內(nèi)。
[0033] 當(dāng)超聲波被發(fā)送經(jīng)過(guò)物理介質(zhì)時(shí)，超聲波可以壓縮和拉伸物理介質(zhì)（諸如，人體 組織）的分子間距。因而，當(dāng)微泡通過(guò)超聲波場(chǎng)時(shí)，它經(jīng)歷頻繁的壓力變化，從而導(dǎo)致泡震 蕩（即，穩(wěn)定空化）或者泡解構(gòu)（即，慣性空化（inertial cavitation))。而慣性空化可能 對(duì)人體組織造成傷害，尤其是內(nèi)皮層（endothelial layer),穩(wěn)定空化已經(jīng)顯示對(duì)于血栓溶 解和組織灌注的改進(jìn)是有效的，穩(wěn)定空化在較低的超聲波能量發(fā)生。
[0034] 回過(guò)頭來(lái)參考在電源和控制設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的控制燈，當(dāng)已經(jīng)到達(dá)治療窗口時(shí)，S卩，當(dāng) 可以檢測(cè)到穩(wěn)定空化時(shí)，可以點(diǎn)亮綠色控制燈。由于慣性空化會(huì)需要更高的能量才發(fā)生，因 此，當(dāng)能量可能增加到超過(guò)治療窗口時(shí)，會(huì)主要地發(fā)生慣性空化。在這種情況下，可以點(diǎn)亮 紅色控制燈。
[0035] 回過(guò)頭來(lái)參考用于發(fā)送超聲波的超聲波換能器，并且為了提供對(duì)空化的控制，可 以設(shè)計(jì)超聲波換能器使得它們能夠在它們不發(fā)送的任何時(shí)候（例如，在處于關(guān)閉階段時(shí)） 檢測(cè)空化信號(hào)。超聲波換能器還可以設(shè)計(jì)成覆蓋例如100-300kHz的帶寬，以捕捉子諧 波頻率（〇. 5x發(fā)送頻率：0. 5x200kHz = IOOkHz)，以及第一超諧波頻率（I. 5x發(fā)送頻率： I. 5x200kHz = 300kHz)。利用這種能力，可以通過(guò)該設(shè)備檢測(cè)空化并將空化表征為穩(wěn)定空 化或慣性空化之一。
[0036] 應(yīng)當(dāng)指出，在超聲波換能器放到病人頭部合適的位置，已經(jīng)啟動(dòng)了具有微泡的靜 脈滴注，并且選擇了優(yōu)選的或優(yōu)化的聲輸出功率之后，構(gòu)思在最早可能的點(diǎn)，即，在已經(jīng)給 予急救并且病人的維持生命所必需的機(jī)能已經(jīng)穩(wěn)定之后，開(kāi)始連續(xù)聲波作用（超聲波的施 加）。這可以是在急救地點(diǎn)時(shí)或者在病人運(yùn)輸?shù)阶o(hù)理設(shè)施期間。此外，連續(xù)聲波作用可以持 續(xù)到提供進(jìn)一步的醫(yī)院內(nèi)診斷或治療程序，病人的癥狀完全消退，病人的癥狀已經(jīng)惡化，和 /或直到在任何給定的時(shí)間點(diǎn)，看護(hù)的醫(yī)生認(rèn)識(shí)到停止這種治療的顯著醫(yī)療指示。
[0037] 如上所述，超聲波換能器可以經(jīng)利用例如傳導(dǎo)性凝膠的凝膠墊定位到患者的頭部 上，其中該凝膠類似于用于把ECG電極固定到病人胸壁的凝膠。超聲波換能器可以定位在 病人頭部的任一側(cè)，在耳朵前方顳骨區(qū)域之上，或者替代地，在頭部的最頂端（頭頂）上。在 某些場(chǎng)景下，后一種替代的定位可能是優(yōu)選的，因?yàn)檫@種經(jīng)顱骨（transskull)路徑可能由 于其特定的聲學(xué)屬性而具有優(yōu)點(diǎn)。
[0038] 此外，優(yōu)選將超聲波換能器設(shè)計(jì)成用于單次使用的應(yīng)用，并且被包裝以便在使用 之前保持無(wú)菌，但是超聲波換能器也可以設(shè)計(jì)成用于多次使用的應(yīng)用。由于是柔韌的，因此 換能器/凝膠墊組合可以順應(yīng)病人頭部/顱骨的形狀，并且可以幫助把超聲波能量/波發(fā) 送到病人大腦的目標(biāo)區(qū)域中。傳導(dǎo)性凝膠可以具有類似于例如在超聲波掃描術(shù)中所使用 的接合凝膠的聲學(xué)屬性。凝膠墊接觸病人頭皮的部分可以具有將要暴露粘合劑層的剝離 條，這層粘合劑可以幫助把超聲波換能器保持在合適的位置，并且通過(guò)幫助消除潛在的氣 囊（例如由于病人頭發(fā)造成的氣囊）還將幫助超聲波能量/波的傳輸?？蛇x地，如前面所 指出的，可以考慮對(duì)超聲波換能器應(yīng)用區(qū)域的須發(fā)剃掉。
[0039] 超聲波換能器本身可以包含在凝膠墊部分當(dāng)中。換能器可以包括壓電元件（例 如，盤形狀的），大約3cm直徑和2mm厚。壓電材料可以是用于醫(yī)學(xué)超聲波的材料，諸如鋯 鈦酸鉛（PZT)，或者任何其它合適的材料。壓電材料，也稱為晶體，其兩個(gè)面（但并不必然 是邊緣）可以涂覆有導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料可以被稱為超聲波換能器的電極。晶體還可以 具有絕緣涂層，在該絕緣涂層之上涂屏蔽層。引線（諸如，輕型且柔性的電纜（屏蔽的雙絞 線）可以附連（例如，焊接）到電極，用于向晶體導(dǎo)電并用于隨后超聲波能量的生成。應(yīng)當(dāng) 指出，
[0040] 可以根據(jù)需要使用其它材料以用于附加的涂層，諸如在晶體最靠近病人的一側(cè)上 幫助能量傳輸?shù)乃姆种徊ㄆヅ鋵印⒕w背離病人的一側(cè)上的背襯層、防止電磁干擾（EMI) 的屏蔽層、和/或防止病人的無(wú)意電擊的另一絕緣涂層。
[0041] 如上所述，通過(guò)設(shè)計(jì)成單次使用，超聲波換能器不需要任何外罩材料或特殊的連 接器。而是，超聲波換能器可以集成到例如尺寸稍大于超聲波換能器本身的低外廓且輕型 的塑料袋中。塑料袋的一側(cè)可以包含用于粘性接合凝膠的分配器，并且另一側(cè)可以具有提 供用于超聲波換能器的氣墊襯的氣囊。這種包裝可以密封在一次性封套或類似的封裝中以 保持無(wú)菌。在使用時(shí)，一次性封套可以被打開(kāi)并且移出超聲波換能器。附加的膜/剝離條 可以從超聲波換能器的一側(cè)除去，以暴露粘合劑和接合凝膠，并可以將超聲波換能器應(yīng)用 到病人頭部的選定區(qū)域。
[0042] 超聲波換能器可以以這樣的方式適配到凝膠墊中：使得一定厚度的凝膠可以維持 在超聲波換能器的能量發(fā)射面和病人的頭皮之間。這可以例如通過(guò)在凝膠墊中結(jié)合套筒 (sleeve)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在制造過(guò)程中，可以將超聲波換能器插入該套筒中。超聲波換能器的電極 引線可以以這樣的方式離開(kāi)凝膠墊：使得它們免受急救部署期間無(wú)意的纏結(jié)（snagging) 和破損。電纜可以用來(lái)把電極引線連接到前面提到的電源和控制設(shè)備。
[0043] 應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，超聲波換能器可以實(shí)現(xiàn)在頭帶中，其中電極引線可 以離開(kāi)頭帶的凝膠墊部分，并且可以結(jié)合到頭帶材料中，以免受急救部署期間無(wú)意的纏結(jié) 和破損。來(lái)自每個(gè)超聲波換能器的引線可以在頭帶的方便的部分處（諸如，位于頭后部上 方的部分）終止。這種終止可以是內(nèi)置到頭帶中的連接器，或者可以是在連接器中終止的 一定長(zhǎng)度的電纜。與頭帶分開(kāi)的另一根電纜可以用來(lái)把頭帶連接到電源和控制設(shè)備。
[0044] 圖3示出了超聲波換能器及電源和控制設(shè)備的示例配置及其使用。圖3示出了電 源和控制設(shè)備300。如前所述，電源和控制設(shè)備可以是相對(duì)小的、由電池供電，并且具有無(wú)線 通信功能，并且可以給超聲波換能器供電并控制超聲波換能器。超聲波換能器310連接到 電源和控制設(shè)備，其被示為附連到病人320頭部。再次地，超聲波換能器310可以經(jīng)凝膠墊 連接到病人320頭部任一側(cè)。超聲波換能器，包括超聲波換能器310,可以經(jīng)電纜330連接 到電源和控制單元。
[0045] 超聲波換能器本身可以設(shè)計(jì)成以200kHz的頻率操作或者在中心在大約200kHz的 頻帶內(nèi)操作。再次地，處于這種頻率的聲場(chǎng)經(jīng)過(guò)顱骨時(shí)，不必經(jīng)受變形，如利用MHz范圍的 更高頻率的情況那樣。因此，可以根據(jù)已知的物理原理高度可預(yù)測(cè)性地設(shè)計(jì)施加到大腦的 聲場(chǎng)。此外，超聲波換能器可以配置為例如具有在例如2cm和3cm之間直徑（從而分別為 例如Icm和I. 5cm的半徑）的平的非聚焦盤。
[0046] 在聲學(xué)術(shù)語(yǔ)中，超聲波換能器的半徑通常表示為a。從該超聲波換能器發(fā)射的聲 場(chǎng)基本上是柱形的，直到它行進(jìn)距離d，此時(shí)它開(kāi)始以錐形方式展開(kāi)。距離d也稱為遠(yuǎn)場(chǎng)轉(zhuǎn) 變，并且可以由下式表示：

【權(quán)利要求】
1. 一種方法，包括： 經(jīng)由附連在圍繞病人頭顱的不同位置處的第一超聲波換能器和第二超聲波換能器非 侵入式地向所述病人的頭顱施加超聲波能量；及 控制所述超聲波能量的施加，使得所述第一超聲波換能器和第二超聲波換能器交替地 以脈沖向所述病人的頭顱施加超聲波能量，其中所述超聲波能量的非侵入式施加是在現(xiàn)場(chǎng) 發(fā)生的。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述超聲波能量的非侵入式施加是在現(xiàn)場(chǎng)并且在病 人到達(dá)護(hù)理設(shè)施之前發(fā)生的。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圍繞病人頭顱的不同位置包括在病人耳朵前面 的顳骨區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括向病人靜脈注射聲活化劑。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述聲活化劑包括微泡。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括：通過(guò)所述超聲波能量刺激所述聲活化劑以產(chǎn)生 穩(wěn)定空化，以及檢測(cè)所述聲活化劑的慣性空化狀態(tài)，作為所述超聲波能量的施加已經(jīng)超過(guò) 與治療窗口相當(dāng)?shù)乃降闹甘尽?br> 7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中對(duì)所述超聲波能量的施加的控制包括控制所述超聲 波能量的輸出功率，使得維持穩(wěn)定空化，該穩(wěn)定空化觸發(fā)病人內(nèi)的多種生物物理效應(yīng)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中對(duì)所述超聲波能量的輸出功率的控制是自動(dòng)或手動(dòng) 執(zhí)行的。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括根據(jù)至少一個(gè)特定于病人的特征執(zhí)行對(duì)所述超聲 波能量的輸出功率的自動(dòng)控制。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述至少一個(gè)特定于病人的特征包括年齡、性別、 種族、顱骨特征以及形態(tài)。
11. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述聲活化劑達(dá)到慣性空化狀態(tài)時(shí)減小所述 超聲波能量的輸出功率。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括執(zhí)行所述超聲波能量的非侵入式施加以及對(duì)所 述超聲波能量的施加的控制，以抵消由于局部缺血造成的腦血管意外、心肌梗塞和深靜脈 血栓形成中的至少一個(gè)的影響。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一超聲波換能器和第二超聲波換能器中的 每一個(gè)都經(jīng)電纜連接到便攜式、靠電池操作的電源和控制設(shè)備，以及其中所述第一超聲波 換能器和第二超聲波換能器包括單次使用超聲波換能器和多次使用超聲波換能器之一。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中單次使用超聲波換能器包括盤形狀的壓電元件。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中單次使用的超聲波換能器操作在200kHz的頻率或 者中心在大約200kHz的頻帶中，以及其中單次使用超聲波換能器接收在100至300kHz之 間的最小帶寬內(nèi)的聲信號(hào)。
16. -種裝置，包括： 第一超聲波換能器兀件； 第二超聲波換能器元件；及 電源和控制模塊，所述電源和控制模塊是便攜式并且靠電池操作的，并且生成超聲波 能量，所述超聲波能量要由所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器元件以交替和 脈沖的方式非侵入式地向病人顱骨發(fā)送。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電源和控制模塊還包括用于以導(dǎo)致聲活化劑 的穩(wěn)定空化和慣性空化當(dāng)中的至少一個(gè)的聲輸出功率電平和頻率來(lái)生成超聲波能量的電 路。
18. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件包括能夠在200kHz的頻率或者中心在大約200kHz的頻帶中操作的盤形狀的壓電元 件。
19. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中每個(gè)盤形狀的壓電元件都具有范圍從2至3cm的 直徑、范圍從1至1. 5cm的半徑，以及2mm的厚度。
20. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中每個(gè)所述盤形狀的壓電元件的兩個(gè)面涂覆有導(dǎo)電 材料，所述導(dǎo)電材料包括所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器元件中的每一個(gè) 的電極。
21. 如權(quán)利要求20所述的裝置，其中每個(gè)所述盤形狀的壓電元件的兩個(gè)面涂覆有以下 中的至少一個(gè)：在面向病人的一側(cè)上的用以幫助能量輸送的四分之一波匹配層、在背離病 人的一側(cè)上的背襯層、防止電磁干擾的屏蔽層和防止對(duì)病人的無(wú)意電擊的絕緣涂層。
22. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)都包括平的非聚焦盤。
23. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能 器元件中的每一個(gè)都被所述電源和控制模塊以10至1000 u s之間的脈沖持續(xù)時(shí)間和1至 50 %之間的占空比驅(qū)動(dòng)。
24. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)都從病人的顱骨內(nèi)接收聲信號(hào)，以檢測(cè)注射到所述病人的聲活化劑的響應(yīng) 是穩(wěn)定空化還是慣性空化。
25. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)是能夠在100至300kHz范圍內(nèi)的最小帶寬內(nèi)操作的。
26. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)被配置為捕捉子諧波頻率和第一超諧波頻率。
27. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述子諧波頻率是100kHz，所述超諧波頻率是 300kHz。
28. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)都設(shè)計(jì)成用于單次使用應(yīng)用并且被封裝以便在使用之前保持無(wú)菌。
29. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)都包含在凝膠墊部分中，該凝膠墊部分是柔韌的，以順應(yīng)病人顱骨的形狀， 并且?guī)椭鷮⑺龀暡芰堪l(fā)送到病人大腦的目標(biāo)區(qū)域中。
30. 如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述凝膠墊部分的接觸病人頭皮的部分包括剝離 帶，該剝離帶配置為暴露粘合劑層，以便把所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能 器元件中的每一個(gè)維持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 31. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中的每一個(gè)都具有二十四小時(shí)的最小半衰期。
32. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電源和控制模塊包括切換電路，在所述切換電 路中，200kHz的連續(xù)波信號(hào)在預(yù)定義的時(shí)間點(diǎn)被從一組導(dǎo)體切換到另一組導(dǎo)體，以從所述 第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器元件產(chǎn)生交替猝發(fā)。
33. 如權(quán)利要求32所述的裝置，其中每100 y s出現(xiàn)所述預(yù)定義的時(shí)間點(diǎn)。
34. 如權(quán)利要求32所述的裝置，其中發(fā)送信號(hào)是利用調(diào)諧到額定200kHz的連續(xù)正弦波 的振蕩電路生成的。
35. 如權(quán)利要求34所述的裝置，其中所述200kHz的連續(xù)正弦波被放大到適當(dāng)?shù)墓β孰?平，并被施加到所述切換電路。
36. 如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述切換電路為所述第一超聲波換能器元件和第 二超聲波換能器元件中的每一個(gè)都產(chǎn)生接通時(shí)間，后面跟著關(guān)閉時(shí)間，使得當(dāng)所述第一超 聲波換能器元件和第二超聲波換能器元件中一個(gè)處于接通狀態(tài)時(shí)，所述第一超聲波換能器 元件和第二超聲波換能器元件中另一個(gè)處于關(guān)閉狀態(tài)。
37. 如權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述接通和關(guān)閉時(shí)間包括100 y s的周期。
38. 如權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述第一超聲波換能器元件和第二超聲波換能器 元件中處于接通狀態(tài)的一個(gè)發(fā)送超聲波能量通過(guò)病人的顱骨，而所述第一超聲波換能器元 件和第二超聲波換能器元件中處于關(guān)閉狀態(tài)的另一個(gè)接收聲信號(hào)并且用作被動(dòng)空化檢測(cè) 器。
39. 如權(quán)利要求16所述的裝置，還包括兩根電纜，每根電纜可操作地將所述第一超聲 波換能器元件和第二超聲波換能器元件中的每一個(gè)連接到所述電源和控制模塊。
40. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電源和控制模塊還包括用于向裝置的用戶顯 示視覺(jué)信息的控制顯示器。
41. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電源和控制模塊配置來(lái)驗(yàn)證所述第一超聲波 換能器元件和第二超聲波換能器元件中的每一個(gè)都通電。
42. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電源和控制模塊配置為允許對(duì)所述超聲波能 量的聲輸出功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
43. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電源和控制模塊配置為允許對(duì)所述超聲波能 量的聲輸出功率進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。
44. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述電源和控制模塊包括用于指示空化控制和所 述超聲波能量的功率上限的三個(gè)燈。
【文檔編號(hào)】A61N7/00GK104363959SQ201380031480
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】T·霍爾舍, A·沃伊 申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)