一種高強度聚焦超聲治療儀制造技術

本發明專利技術公開了一種高強度聚焦超聲治療儀，包括組合治療頭、超聲發射/接收主機、五自由度機械手臂和工作站，組合治療頭包括位置相對精確固定的B超探頭和一組治療探頭，組合治療頭連接在五自由度機械手臂上，工作站分別控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作。其治療過程采用電子方式進行相控影像掃描和相控治療位置的調整，使二維B超圖像斷面與大功率超聲束治療斷面有效重合，保證了治療和實時觀察的準確性及可靠性，五自由度機械手臂定位準確、操控靈活，三維重建使掃描圖像更直觀、清晰，方便了后續觀察和診斷，其治療儀特別適合對乳腺、肝臟、腎臟、子宮、前列腺等器官的病變組織進行無創高強度聚焦超聲治療。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種醫療儀器，特別涉及一種利用超聲波進行腫瘤治療的高強度聚焦超聲治療儀，屬于醫療儀器領域。
技術介紹
“高強度聚焦超聲治療”是一種新興的腫瘤無創技術。這種技術的基本原理是:通過一定的聚焦方式，將體外超聲源發出的低能量超聲波聚焦于生物體內，在組織內形成一個聲強較高的區域，即焦域，使位于焦域的局部組織瞬間內可以達到65 100°C的高溫，同時，聯合超聲波的空化效應、機械效應、熱效應、免疫效應等綜合作用，導致組織瞬間凝固性壞死，而周圍組織并無顯著損傷。凝固性壞死組織可逐漸被吸收或瘢痕化。通過對腫瘤進行如此由點到線、由線到面、由面到體逐點掃描的固化治療，使得整個腫瘤組織固化，達到治療的目的。在高強度聚焦超聲治療過程中，影響治療效果的關鍵因素是焦點定位的準確性、安全性、有效性，因此，對靶區準確定位和實時監控非常重要，以確保治療能量準確達到靶區組織而避免鄰近正常組織受到損傷。在中國專利技術專利“高強度聚焦超聲治療裝置和方法”(CN1803224A)中，其治療裝置具有通常的超聲換能器、圖像采集裝置、用于驅動超聲換能器的驅動單元以及使超聲換能器和圖像采集裝置移動的運動機構。該治療裝置中，由于采用通常的超聲換能器，受復雜的生物機體組織影響，治療時，固定的幾何焦點通常并不是人體組織升溫最高的點，即幾何焦點與生物焦點不重合，導致治療靶位不準確，影響治療效果。而在圖像采集和監控中，采用治療前接收、存儲靶區原始圖像，在治療過程中某一時刻再次接收并存儲靶區圖像，通過圖像對比來判斷治療效果的方法，不僅實時性差，而且圖像灰度變化在某一個切面可能不明顯，給療效判斷的全面性和準確性帶來嚴重影響。在中國專利技術專利“一種影像設`備引導的高強度聚焦超聲治療系統”(CN101130126A)中，影像設備采用二維成像的非超聲影像設備，如具有二維成像功能的CT機或MRI設備，雖然CT成像圖像逼真，但CT掃描圖像坐標系統與超聲波治療坐標系統準確融合較困難，診斷圖像不具有實時性，治療焦點難以準確定位，并且長時間X射線照射危害人體健康。而MRI圖像雖然具有很高的組織分辨能力，較容易區分正常組織和腫瘤組織，確定腫瘤邊界,并能實現診療部位立體成像。但應用MRI成像實時監控成本很高，并且MRI成像時磁場穩定性要求較高，對超聲治療儀器需進行無磁化設計，給系統結合帶來極大難度。近年來，B超斷層電子扇形掃描，即相控陣掃描技術有了長足的發展，其使用陣列換能器，并通過調整各陣元發射/接收信號的相位延遲，控制合成波陣面的曲率、指向、孔徑等，達到波束聚焦、偏轉、波束形成等多種相控效果。在醫學領域中，其采用尺寸較小的多陣元換能器發射和接收聲束，使聲束很容易通過胸部肋骨小窗口透入體內作扇形掃描，達到電子線性掃描無法探測的生物體部位，如心臟、肝臟右葉等。并且，通過多次扇形掃描還可以得到生物體檢查部位不同位置、深度的斷層圖像，結合后續數字圖像處理，可以對正常組織和病變組織進行三維重建，即定量分析。其應用前景廣闊，并受到醫療領域技術人員的普遍重視。如何利用現有技術的發展，提高高強度聚焦超聲治療儀的使用性能，就成為本專利技術想要解決的問題。
技術實現思路
鑒于上述現有技術的不足，本專利技術旨在提供一種焦點定位準確、可靠，操控方便、靈活，能對治療過程實時、有效監控的高強度聚焦超聲治療儀，以滿足實際治療需要，保證治療效果。本專利技術是通過以下技術方案來實現的:一種高強度聚焦超聲治療儀，包括組合治療頭、超聲發射/接收主機、五自由度機械手臂和工作站，組合治療頭連接在五自由度機械手臂上，超聲發射/接收主機與組合治療頭連接；工作站分別控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作。組合治療頭包括位置相對精確固定的B超探頭和一組治療探頭；B超探頭采用電子扇形掃描方式進行斷層位置和深度的相控掃描；一組治療探頭組成可獨立控制的大功率超聲束發射陣，并通過相控陣方式進行發射后，在目標區域形成HIFU生物焦點；一組治療探頭與B超探頭位于同一平面內，一組治療探頭對稱分布在B超探頭的左右兩側。超聲發射/接收主機，用于控制組合治療頭中的B超探頭，以實現B超影像超聲波發射與影像信號采集，同時，實現治療探頭超聲束發射和控制。五自由度機械手臂，用于模擬人體手臂的運動功能，攜帶安裝其上的組合治療頭進行位置和形態調整。工作站，用于控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作，并保證B超影像二維圖像斷面與大功率超聲束治療斷面重合；同時，對B超二維影像進行后續處理，實現正常組織和病變組織的三維重建，完成人機交互和系統信息管理。超聲發射/接收主機包括相互順序連接的探頭選擇與發射/接收多路器模塊、發射/接收模塊、數字波束形成模塊、二維信號處理模塊和顯示器，以及分別與二維信號處理模塊和探頭選擇與發射/接收多路器模塊分別連接的通訊模塊，并為上述各模塊和顯示器提供電力的電源模塊。探頭選擇與發射/接收多路器模塊，負責B超探頭及治療探頭的連接與切換，控制B超探頭及治療探頭各陣元工作狀態，并進行相應掃描斷面或治療焦域的位置調整。發射/接收模塊，負責產生、發射高壓脈沖信號，接收探頭微弱回波信號，并經信號放大后進行AD模數轉換。數字波束形成模塊，負責數字信號的合成，以及超聲前端的控制。二維信號處理模塊，負責 對二維灰度信號進行質量提高處理，并進行數字掃描變換。顯示器，用于實時顯示B超影像。通訊模塊，向工作站反饋超聲發射/接收主機的工作狀態，接受工作站的工作指令。本專利技術所述的一種高強度聚焦超聲治療儀的有益效果包括:(1)大功率超聲束以相控陣方式進行發射，在目標區域形成高強度聚焦超聲治療的生物焦點，焦點溫度可達65 100°C，焦點區域組織在瞬間形成凝固性壞死，實現了無損傷快速治療。(2)組合治療頭中B超探頭與治療探頭采用精確組合，并通過電子方式進行相控掃描和相控治療位置的調控，使二維B超圖像斷面與大功率超聲束治療斷面有效重合，保證了治療準確性和可靠性，以及實時觀察的有效性。(3)五自由度機械手臂通過模擬人體手臂的運動功能，使其安裝在手臂上的組合治療頭可以進行靈活、準確地定位，方便了患者，保證了治療過程的舒適性，特別是對長時間治療過程提供了有利保障。(4)能夠對組織器官進行斷層掃描、矢量切割、三維重建等超聲影像建立，方便了后續觀察，提高了診斷準確性。(5)整個治療儀體積小、重量輕、操作方便，定位圖像清晰度高，使用靈活，患者無需進行麻醉或只須進行淺度麻醉即可進行長時間治療。(6)特別適合對乳腺、肝臟、腎臟、子宮、前列腺等器官的病變組織進行無創高強度聚焦超聲治療。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖；圖2為本專利技術中超聲發射/接收主機的結構示意框圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術做進一步的描述:如圖1所示，本專利技術所述的一種高強度聚焦超聲治療儀，包括組合治療頭3、超聲發射/接收主機6、五自由度機械手臂2和工作站I。其中，組合治療頭3連接在五自由度機械手臂2上，通過五自由度機械手臂2的位置調整，使組合治療頭3能更好的與患者的患處對應，保證定位方便、準確。超聲發射/接收主機6與組合治療頭3連接，以實現組合治療頭3的超聲波發射和接收，實現治療過程。工作站I分別與五自由度機械手臂2和超聲發射/接收主機6連接，控制五自由度機械手臂2和超聲發射/接收主機6工作的同時，完本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高強度聚焦超聲治療儀，其特征在于，包括組合治療頭、超聲發射/接收主機、五自由度機械手臂和工作站，所述組合治療頭連接在五自由度機械手臂上，超聲發射/接收主機與組合治療頭連接；所述工作站分別控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作；所述組合治療頭包括位置相對精確固定的B超探頭和一組治療探頭；所述B超探頭采用電子扇形掃描方式進行斷層位置和深度的相控掃描；所述一組治療探頭組成可獨立控制的大功率超聲束發射陣，并通過相控陣方式進行發射后，在目標區域形成HIFU生物焦點；所述一組治療探頭與B超探頭位于同一平面內，一組治療探頭對稱分布在B超探頭的左右兩側；所述超聲發射/接收主機，用于控制組合治療頭中的B超探頭，以實現B超影像超聲波發射與影像信號采集，同時，實現治療探頭超聲束發射和控制；所述五自由度機械手臂，用于模擬人體手臂的運動功能，攜帶安裝其上的組合治療頭進行位置和形態調整；所述工作站，用于控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作，并保證B超影像二維圖像斷面與大功率超聲束治療斷面重合；同時，對B超二維影像進行后續處理，實現正常組織和病變組織的三維重建，完成人機交互和系統信息管理。

【技術特征摘要】
1.一種高強度聚焦超聲治療儀，其特征在于，包括組合治療頭、超聲發射/接收主機、五自由度機械手臂和工作站，所述組合治療頭連接在五自由度機械手臂上，超聲發射/接收主機與組合治療頭連接；所述工作站分別控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作； 所述組合治療頭包括位置相對精確固定的B超探頭和一組治療探頭；所述B超探頭采用電子扇形掃描方式進行斷層位置和深度的相控掃描；所述一組治療探頭組成可獨立控制的大功率超聲束發射陣，并通過相控陣方式進行發射后，在目標區域形成HIFU生物焦點；所述一組治療探頭與B超探頭位于同一平面內，一組治療探頭對稱分布在B超探頭的左右兩側； 所述超聲發射/接收主機，用于控制組合治療頭中的B超探頭，以實現B超影像超聲波發射與影像信號采集，同時，實現治療探頭超聲束發射和控制； 所述五自由度機械手臂，用于模擬人體手臂的運動功能，攜帶安裝其上的組合治療頭進行位置和形態調整； 所述工作站，用于控制五自由度機械手臂和超聲發射/接收主機工作，并保證B超影像二維圖像斷面與大功率超聲束治療斷面重合；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡慶生，劉伯濤，胡巧燕，
申請(專利權)人：廣州多浦樂電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：