TWI382860B - 非侵入式低頻超音波腦部治療裝置及其使用方法 - Google Patents
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Description
本發明為一種超音波裝置，特別是一種具有可發出低頻球面形波的超音波裝置。
傳統之聚焦式超音波在適當頻率選擇下(670 kHz至2 MHz)，能夠產生聚焦的作用。同時，由於聚焦區域具有相當高之聲壓，具有進行局部血腦屏障(BBB)之破壞能力，亦可達到腦部局部藥物釋放之目的。惟傳統之聚焦式超音波裝置雖可暫時打開局部聚焦區域之血腦屏障，但其中多為高頻系統，故採取侵入方式以開啟血腦屏障，且集中於微小區域之血腦屏障開啟，無法達到較大範圍血腦屏障之開啟工作，且因系統價格高昂，並未具有較好較廣泛的應用領域。
高頻超音波系統雖較容易將能量聚集於焦點，但易為頭骨等硬組織吸收大部分能量，而失去超音波效能，故必須將動物頭骨移除後才能操作，故高頻超音波系統仍為一侵入性之藥物釋放治療系統。
超音波能量能專聚於單個焦點的特性，亦造成了無法有效率且大範圍的進行血腦屏障開啟；而低頻超音波雖然能夠穿透頭骨，且可以進行大範圍的開啟血腦屏障，於臨床應用時，不需移除頭骨即可進行治療，但其缺點是低頻超音波並無聚焦的功能，更無法有效率的將超音波集中輸出聚焦在所欲進行開啟的動物組織部份。
故而在現有技術無法達到有效之聚焦效果與非侵入式大量破壞之情形下，超音波技術之先進研發對血腦屏障開啟技術更趨重要。
本發明之特點在於以低頻平面非聚焦式超音波開啟血腦屏障，並利用機械式、移動的方式使腦部局部產生血腦屏障暫開之效果。
本發明之特色，在於比起聚焦式超音波系統，本系統可以擴大血腦屏障的開啟區域，達到效果。
此外，由於本系統使用頻率遠低於現有技術，亦使得頭骨吸收超音波時所造成之屏蔽現象可大幅降低，將可運用於不開啟頭骨亦能進行治療的情況下，達到完全非侵入式。
本系統的優點更具有成本低廉，系統簡易，機動性高等，具有相當大的設計新穎性。
本系統的優點在於其本身為一個簡易、方便攜帶的裝置，無須複雜的驅動設備。
此外，本發明可以超音波能量聚焦產生球面波，且利用高聲壓迫使血腦屏障開啟。由於球面波所產生之影響範圍較大，能產生較大的影響區，有利於大範圍的治療。但同時，在小範圍治療時，本發明亦可以利用濾片以及機械移動達到區域聚焦的效果。因此，本系統設計具有治療上最大的治療彈性。
本發明為一種具有低頻球面形波之超音波裝置，如第1圖所示，包括超音波驅動器(Ultrasound Driver) 101具驅動功能，可驅動超音波換能器102；而超音波換能器102，亦可稱為超音波探頭(Transducer)可產生之低頻率超音波為28kHz。而觸發電路(Trigger Circuit)單晶片103具電路控制功能，訊號產生器104 (Signal Generator)可產生正弦波叢集訊號(Sine Burst Signal)，而中空過濾板裝置105具有過濾超音波的功能。
仍如第1圖所示，其中超音波驅動器101連接於超音波換能器102。而觸發電路單晶片103與訊號產生器104相連接後，再與超音波換能器102連接，而中空過濾板裝置105，亦稱聚焦裝置，具有過濾與聚焦超音波的功能，裝設於超音波換能器102之前端，為本發明之低頻超音波裝置。
本發明於使用時須裝置於水槽201中，由訊號產生器104產生訊號，再以觸發電路單晶片103發出觸發電路訊號，藉以觸發超音波換能器102，使超音波換能器102所發出之超音波，透過中空過濾片裝置105將超音波傳送至目標的動物組織上。
本發明在於利用低頻超音波較易達到較高之MI
值，MI
=P
/，其中P
為聲壓(MPa)，f
為頻率(MHz)，因此可產生球面波導致相同的效果。且本發明藉由中空過濾片裝置105，控制超音波的釋放，藉由不同型式之中空過濾片可以達到不同之聚焦效果，進行局部的血腦屏障開啟，亦使動物的
腦可受到局部破壞以進行血腦屏障開啟，而不會進行全面性的破壞。
如第2A圖示中，超音波換能器102可進行角度的調整，如進行向左旋轉或向右旋轉的裝置方式。
或是如第2B圖示中，為固定角度的超音波換能器102裝置方式。
如第3A圖，第3B圖以及第3C圖中，具有不同之中空過濾片之設計，可以不同角度輸出超音波，改善過去低頻超音波無法聚焦的特性，但使低頻超音波皆能聚焦於同一點。
如第4圖所示，進行血腦屏障開啟與時間的觀察結果。如隨著超音波治療時間的改變，血腦屏障開啟的程度也有明顯的差異。時間越短，開啟的區域越小；並且在治療時間縮短至4分鐘時，已經無法觀察到血腦屏障開啟的現象。由此可推論，本發明所進行開啟血腦屏障的臨界值應介於6分鐘至4分鐘之間。
由前述說明可知，使用低頻超音波裝置即可開啟血腦屏障，且低頻超音波不需移除頭骨，即可直接進行非侵入式大範圍血腦屏障的開啟，且可進行腦部的治療。
此外，相較於高頻超音波穿透力低，無法直接穿透頭骨的缺點，低頻超音波具有可進行非侵入性，提高穿透過血腦屏障的通透性。本發明提出一超音波裝置，以低頻非聚焦式超音波穿透動物頭骨，以達成非侵入式之局部血腦屏障開啟。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神
下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
101‧‧‧超音波驅動器
102‧‧‧超音波換能器
103‧‧‧觸發電路單晶片
104‧‧‧訊號產生器
105‧‧‧中空過濾板
201‧‧‧水槽
第1圖中所示為本發明較佳實施例圖
第2A以及2B圖所示之本發明超音波換能器之裝置方式圖
第3A圖，第3B圖以及第3C圖為不同設計之中空過濾片
第4圖所示為血腦屏障開啟與時間的觀察結果
101‧‧‧超音波驅動器
102‧‧‧超音波換能器
103‧‧‧觸發電路單晶片
104‧‧‧訊號產生器
105‧‧‧中空過濾板裝置
201‧‧‧水槽
Claims (2)
- 一種使用於水中具有超音波驅動器、超音波換能器、觸發電路單晶片、訊號產生器、中空過濾板裝置產生球面發散波以開啟血腦屏障之非侵入式超音波裝置，至少包含：一超音波驅動器，該超音波驅動器具有可驅動一超音波換能器的功能；該超音波換能器，該超音波換能器具有產生一低頻率超音波的功能且該超音波換能器可進行角度的調整，其中包含向一左旋轉或向一右旋轉；一觸發電路單晶片，該觸發電路單晶片具有一電路控制功能；一訊號產生器，該訊號產生器具有產生一正弦波叢集訊號的功能；以及一中空過濾板裝置，具有一過濾與聚焦超音波的功能，該中空過濾板裝置設於該超音波換能器的一前端以控制一超音波的釋放；其中該超音波驅動器連接於該超音波換能器，該觸發電路單晶片連接該訊號產生器，該訊號產生器連接該超音波換能器。
- 一種使用於水中具有超音波驅動器、超音波換能器、觸發電路單晶片、訊號產生器、中空過濾板裝置產生球面發散波以開啟血腦屏障之非侵入式超音波裝置的使用方法，至少包含： 產生一訊號至一觸發電路單晶片，該訊號係由一訊號產生器所產生；發出一觸發電路訊號至一超音波驅動器，係觸發電路訊號由該觸發電路單晶片所產生；驅動一超音波換能器，係由該超音波驅動器所驅動，使該超音波換能器發出一低頻超音波，其中該超音波換能器包含進行一角度位置調整；聚焦該低頻超音波，係透過一中空過濾板裝置傳送該低頻超音波，其中該中空過濾片包含以不同角度輸出超音波。
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