一種相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲檢測(cè)、治療系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲檢測(cè)、治療系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU (high intensity focused ultrasound)技術(shù)是 20 世紀(jì) 50年代出現(xiàn)的用于腫瘤治療的高強(qiáng)度超聲治療技術(shù)。HIFU治療技術(shù)是利用超聲波具有組織穿透性和可聚焦等物理特征，以及聚焦后的超聲具有高溫、機(jī)械振動(dòng)、空化等物理和生物學(xué)效應(yīng)，作用于人體內(nèi)組織目標(biāo)區(qū)域(如腫瘤)，可使目標(biāo)區(qū)域組織瞬間發(fā)生變性、壞死，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)切除實(shí)體腫瘤，避免外科手術(shù)，目前臨床上已經(jīng)用于乳腺癌、體表轉(zhuǎn)移癌、腹腔腫瘤、盆腔腫瘤及肢體腫瘤的治療。
[0003]在HIFU治療系統(tǒng)中，這種高強(qiáng)度的能量來(lái)自超聲換能器，由電信號(hào)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生超聲能量。超聲換能器置于體外且盡量靠近目標(biāo)區(qū)域的部位，按一定的幾何形狀定位，產(chǎn)生與人體目標(biāo)區(qū)域一致的“聚焦區(qū)”，從而將超聲能作用于目標(biāo)組織，使之壞死或變性。因此，超聲換能器是HIFU治療系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，人們就對(duì)它進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和研宄，從單元透鏡聚焦換能器發(fā)展到后來(lái)的多元小平面幾何聚焦換能器和現(xiàn)在的多元陣雙重聚焦換能器，這些換能器的改進(jìn)一方面提高了電-聲轉(zhuǎn)換效率，使得焦域有更強(qiáng)的超聲能量，另一方面讓HIFU治療系統(tǒng)操作起來(lái)更加方面，監(jiān)測(cè)更加容易，維修更加簡(jiǎn)單。
[0004]相控陣HIFU的出現(xiàn)，可以增強(qiáng)HIFU在目標(biāo)區(qū)域的作用效果，例如增加目標(biāo)區(qū)域組織的壞死面積，或提高作用效率，通過(guò)對(duì)各個(gè)陣元的控制，可通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅，不但可以向聚集區(qū)提供更多的超聲能量，還可以構(gòu)建出更加靈活的焦域，但這樣也同時(shí)增加了穿過(guò)聚集區(qū)周圍組織的能量，造成正常組織(非目標(biāo)組織)的損傷或壞死。既往公布的關(guān)于相控陣HIFU的案例中，雖然可以利用超聲檢測(cè)探頭以二維平面的方式掃描(如B型超聲、彩色多普勒超聲等)進(jìn)行對(duì)目標(biāo)組織的查找和定位，但這種超聲換能器發(fā)射超聲和檢測(cè)探頭分離的工作方式，很難識(shí)別出是否為高強(qiáng)度聚焦超聲聲能穿過(guò)路徑上的非目標(biāo)組織，因此仍無(wú)法避免對(duì)非目標(biāo)組織的損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲檢測(cè)、治療系統(tǒng)，以避免在治療過(guò)程中對(duì)非目標(biāo)組織造成損傷。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下:
[0007]一種相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲檢測(cè)、治療系統(tǒng)，包括:
[0008]超聲波發(fā)射裝置，用于根據(jù)強(qiáng)度指令和頻率指令向人體發(fā)射強(qiáng)度與所述強(qiáng)度指令相對(duì)應(yīng)、頻率與所述頻率指令相對(duì)應(yīng)的多束超聲波，同時(shí)還用于接收所述人體內(nèi)組織反射的背向散射超聲波和反射超聲波，并根據(jù)所述背向散射超聲波生成背向散射超聲波信號(hào)、根據(jù)所述反射超聲波生成反射超聲波信號(hào)。
[0009]信號(hào)處理裝置，用于根據(jù)所述背向散射超聲波信號(hào)和所述反射超聲波信號(hào)獲得各陣元聲通道上的聲學(xué)信息，并構(gòu)建所述人體的目標(biāo)組織立體圖像、超聲路徑的非目標(biāo)組織立體圖像和組織變化量；
[0010]反饋裝置，用于根據(jù)所述目標(biāo)組織每一聲通道的回聲強(qiáng)度及變化、所述目標(biāo)組織立體圖像、所述非目標(biāo)組織立體圖像、所述組織變化量和預(yù)設(shè)的預(yù)設(shè)組織變化量輸出所述強(qiáng)度指令和所述頻率指令；
[0011]人機(jī)交互裝置，用于根據(jù)操作人員的操作命令設(shè)定反饋裝置的工作參數(shù)，并向所述反饋裝置輸出所述預(yù)設(shè)組織變化量。
[0012]優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)射裝置包括:
[0013]超聲波驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述強(qiáng)度指令和所述頻率指令輸出超聲波指令信號(hào)；
[0014]相控陣超聲換能器陣列，用于將來(lái)自所述超聲驅(qū)動(dòng)模塊的指令轉(zhuǎn)換為所述多束超聲波，還用于接收所述每一換能器的背向散射超聲波和所述反射超聲波，并將所述背向散射超聲波信號(hào)和所述反射超聲波信號(hào)向信號(hào)處理裝置輸出。
[0015]優(yōu)選的，所述相控陣超聲換能器陣列包括多個(gè)可獨(dú)立工作的換能器陣元，所述換能器陣元用于根據(jù)所述超聲波信號(hào)發(fā)射單束超聲波和接收所述背向散射超聲波信號(hào)和所述反射超聲波。
[0016]優(yōu)選的，所述相控陣超聲換能器陣列包括一維陣列、二維陣列、三維陣列或按需可變陣列。
[0017]優(yōu)選的，所述換能器陣元包括:
[0018]超聲波換能器，用于根據(jù)所述超聲波信號(hào)發(fā)射所述單束超聲波，還用于接收每一聲通道上所述背向散射超聲波和所述反射超聲波；
[0019]超聲驅(qū)動(dòng)電路，與所述超聲波換能器相連接，用于向所述超聲波換能器輸出所述超聲波指令；
[0020]信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，用于將所述背向散射超聲波輸出所述背向散射超聲波信號(hào)、根據(jù)所述反射超聲波輸出所述反射超聲波信號(hào)。
[0021]優(yōu)選的，所述換能器陣元還用于獨(dú)立作為探測(cè)及治療超聲發(fā)射源和接收單元；
[0022]所述換能器陣元包含一個(gè)探測(cè)用超聲換能器和一個(gè)治療用超聲換能器。
[0023]優(yōu)選的，所述換能器陣元用于發(fā)射探測(cè)超聲和/或及治療超聲。
[0024]優(yōu)選的，所述目標(biāo)組織立體圖像和所述非目標(biāo)組織立體圖像分別為數(shù)表圖、灰度圖、多普勒?qǐng)D。
[0025]優(yōu)選的，所述組織變化量包括目標(biāo)組織受作用后的變化量和/或非目標(biāo)組織受作用后的變化量。
[0026]優(yōu)選的，所述人機(jī)交互裝置包括控制模塊和監(jiān)視模塊，其中:
[0027]所述控制模塊用于接收所述操作命令，并根據(jù)所述操作命令輸出所述預(yù)設(shè)組織變化量；
[0028]所述監(jiān)視模塊用于顯示所述目標(biāo)組織立體圖像和/或所述非目標(biāo)組織立體圖像，并利用不同色標(biāo)顯示各聲束治療的安全程度。
[0029]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)組織變化量包括預(yù)設(shè)達(dá)成治療目標(biāo)的目標(biāo)組織變化量和/或預(yù)設(shè)非目標(biāo)組織變化量。
[0030]優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)射裝置用于將所述多束超聲波在所述人體內(nèi)以相控陣原理構(gòu)造出與所述人體的目標(biāo)組織的治療范圍相一致的焦域。
[0031]優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)射裝置還用于根據(jù)所述范圍控制其指向非目標(biāo)組織或待確定組織的換能器陣元停止發(fā)射。
[0032]優(yōu)選的，當(dāng)入聲通道出現(xiàn)強(qiáng)回聲阻滯聲傳導(dǎo)信號(hào)時(shí)則自動(dòng)停止聲發(fā)射超聲波以避免組織損傷。
[0033]優(yōu)選的，所述反饋裝置還用于根據(jù)其各換能器陣元獲得的聲通道和治療靶區(qū)回聲情況自動(dòng)設(shè)置所述換能器陣元的空間分布、劑量和治療方案，并不斷獲取治療靶區(qū)回聲信號(hào)的變化，并不斷監(jiān)測(cè)組織損傷的副作用，發(fā)出治療達(dá)成和治療終止信號(hào)。
[0034]從上述技術(shù)方案可以看出，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射裝置、信號(hào)處理裝置、反饋裝置和人機(jī)交互裝置。超聲波發(fā)射裝置分別與信號(hào)處理裝置、反饋裝置相連接，反饋裝置還分別與信號(hào)處理裝置、人際交互裝置相連接。本相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的反饋裝置能夠根據(jù)信號(hào)處理裝置輸出的目標(biāo)組織立體圖像、非目標(biāo)組