一种相控阵高强度聚焦超声消融系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，该系统包括治疗床，在治疗床下方是由若干个超声换能器基元组成的凹球面相控阵治疗头，其中心处固定着引导B超探头，治疗头上的换能器基元由相控阵控制电路分别单独控制，其发射信号的相位、幅度均可单独调整，并由监测电路实时测量发射状态和反馈调整；在使用前，首先要在与治疗头相连的水囊中灌入去气水，利用五轴运动系统调整治疗头的位置和角度，寻找到最佳入射角度；在治疗前、中、后都可以通过系统中的引导B超观察病灶部位的情况。本系统不仅能改变超声聚焦点的位置、形状和大小，还可实时监测与调整，在面对复杂的病情时给了医生更多的选择，治疗精度、速度等各方面得到很大的提升。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，该系统包括治疗床，在治疗床下方是由若干个超声换能器基元组成的凹球面相控阵治疗头，其中心处固定着引导B超探头，治疗头上的换能器基元由相控阵控制电路分别单独控制，其发射信号的相位、幅度均可单独调整，并由监测电路实时测量发射状态和反馈调整；在使用前，首先要在与治疗头相连的水囊中灌入去气水，利用五轴运动系统调整治疗头的位置和角度，寻找到最佳入射角度；在治疗前、中、后都可以通过系统中的引导B超观察病灶部位的情况。本系统不仅能改变超声聚焦点的位置、形状和大小，还可实时监测与调整，在面对复杂的病情时给了医生更多的选择，治疗精度、速度等各方面得到很大的提升。【专利说明】一种相控阵高强度聚焦超声消融系统【
】本技术涉及一种在体外通过高强度聚焦超声对体内目标区域进行热消融的外科手术系统，属于医学治疗仪器领域，尤其涉及一种相控阵高强度聚焦超声消融系统。【
技术介绍
】声波是一种机械波，可以将能量从体外传递到人体内部。超声波是一种频率在20KHz以上的声波，具有良好的传播方向性，广泛应用于医疗诊断和治疗领域。高强度聚焦超声(HighIntensity Focused Ultrasound, HIFU),是将超声波能量在人体内特定区域内聚集，在此区域内人体组织被加热升温到65°C以上，引起组织蛋白质变性，并结合机械效应、空化效应等达到消融的效果。在聚焦区域之外，因超声波未聚集、能量密度很低而不会形成温度升高，对正常组织无损伤。聚焦超声消融，因其在治疗过程中对人体没有创伤，是一种新兴的无创医疗手段，受到医生和病人的欢迎。该治疗方法已在癌症、肌瘤、结石等治疗领域得到了广泛的应用，取得了良好的效果。高强度聚焦超声消融系统，一般由引导设备、监测设备、定位装置、机械运动装置、去气水装置、治疗头、控制电路、系统软件等部分组成。各种系统的主要区别在于采用何种治疗头方案及相应的控制电路和软件。目前常采用的方案包括:单换能器、多个非相控阵换能器和相控阵换能器，三者各有优缺点。单换能器方案，具有加工难度低，机械结构简单，成本相对低廉的优点，但是其一旦设计定型，超声聚焦点的位置、形状、大小都是固定的，旁瓣抑制能力也相对较差，且无法实现部分面积发射；多个非相控阵换能器方案，具有旁瓣抑制良好、可部分发射等特点，在单换能器方案的基础上有所改进，但仍存在聚焦点调节困难的不足；相控阵换能器方案，具有聚焦位置和区域双重可调、可任意调整发射面积等优点，对各类待治疗区域有良好的适应性，但存在结构复杂、成本高昂等缺点。随着技术水平的发展，越来越多的高强度聚焦超声消融系统采用相控阵的方案，为医生和患者提供了更好的治疗设备。以凹球面基座为基础，采用几十至几百个小尺寸换能器粘贴在基座内侧，配合对应的控制电路，形成相控阵聚焦控制，是目前比较常见的技术方法。利用凹球面的几何形状，形成初始的聚焦，可降低相控阵聚焦时边缘区域换能器基元的信号延时量，减小控制电路的设计难度。本技术中，采用几百个小尺寸换能器组成相控阵治疗头，配合控制电路可实现聚焦位置的三方向移动，无需机械移动装置即可实现三维扫描治疗，同时可依据需求改变聚焦区域的形状和大小，实现点、线、面等多种聚焦区域；也可根据靶区位置而设置全部发射、部分发射、轮流发射等工作方式，避开骨骼、肺部的阻挡，利用发射功率加权等方法，能进一步抑制声场中的旁瓣，减少对非聚焦区域的不良影响；通过控制电路中的监测电路，可实时调整每一路换能器的相位和幅度，并可在某一路换能器出现异常时单独将其关闭。采用相控阵技术的高强度聚焦超声消融系统，可有效提高治疗精度，满足各种治疗场景，具有良好的适应性和先进性。
技术实现思路
本技术的目的在于:设计一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，采用凹球面基座结合几百个小尺寸圆形换能器，通过控制电路对每一个换能器发射信号的相位、幅度都单独控制，并监测其工作状态以实时调整；根据治疗需求，可实现聚焦位置、形状、大小的调节，满足实际治疗过程中的技术需求。本技术的目的可以通过以下技术方案实现:一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，该系统包括治疗床、治疗床驱动马达、三轴运动驱动系统、三轴运动控制系统、超声波发射组件、聚焦超声驱动电路、聚焦超声控制电路、治疗头驱动马达、治疗头定位系统、五轴运动驱动系统、五轴运动控制系统、引导B超探头、B超机、数据采集卡、去气水管道、去气水生产装置和主控电脑；其中，治疗床驱动马达与治疗床连接，可驱动其在X、Y、Z三个方向直线运动；治疗床驱动马达通过三轴运动驱动系统连接到三轴运动控制系统，再连接到主控电脑，并接收来自主控电脑的指令来调整治疗床的姿态；所述治疗床中间有一个治疗孔,治疗孔下方设有超声波发射组件,超声波发射组件包括治疗头和水囊，治疗头的中心部位安装了引导B超探头，治疗头上方连着水囊；治疗头和附属部分一同安装在治疗头定位系统上，可以在治疗头驱动马达的作用下在X、Y、Z方向直线运动以及绕着X、Y方向转动；治疗头驱动马达通过五轴运动驱动系统连接到五轴运动控制系统，再连接到主控电脑，并接收来自主控电脑的指令来改变治疗头的位置和指向，寻找最佳治疗角度；所述治疗头中的超声换能器通过聚焦超声驱动电路连接到聚焦超声控制电路，再连接到主控电脑，每一个换能器的发射信号都独立控制，其相位、幅度均可独立调整，并且进行实时监测和反馈调整，所有的操作都有主控电脑协调；所述引导B超探头通过线缆和B超机连接，再通过数据采集卡和主控电脑连接，弓丨导B超机可对待治疗区域成像并通过采集卡将实时图像采集到主控电脑中，在系统操作软件的一个窗口中显示，且引导B超探头和治疗头之间的通过螺纹机械固定；所述治疗头上的水囊通过去气水管道与去气水产生装置连接，治疗前在水囊中灌入去气水作为换能器与人体之间的超声传播介质。在本技术中:所述的治疗头由若干个换能器基元放置在凹球面基座上，凹球面基座中间有引导探头安装孔，引导探头安装孔位于凹球面基座的正中心，引导探头安装孔的内侧设有螺纹；其中，引导B超探头结合安装附件拧入引导探头安装孔中并保持位置固定。在本技术中:所述的换能器基元呈圆形，从内到外逐圈放置在凹球面基座上，在同一个圈上换能器基元之间的间距相同。在本技术中:所述的治疗头中的换能器基元通过聚焦超声控制电路和聚焦超声驱动电路单独控制。在本技术中:所述的聚焦超声驱动电路包括聚焦超声功放电路和聚焦超声匹配电路，主控电脑发出的指令在聚焦超声控制电路分解和分析，形成详细的相位和幅度信息，经系统内部总线发送到聚焦超声驱动电路；在此先经聚焦超声功放电路放大到足够功率，后经聚焦超声匹配电路进行阻抗转换后激发超声换能器。在本技术中:所述的聚焦超声控制电路包括控制板ARM、FPGA, RS232接口、USB 接口、键盘鼠标、VGA 接口、显示器、RJ45 网络接口、SDRAM、NandFlash, JTAG 调试口、CAN接口、CAN驱动器、Trigger接口、LVDS总线、LVDS驱动器和控制板电源，其中，主控电脑通过RS232接口与控制板ARM相连，向其发送治疗参数和指令，由其分解和分析成每个通道的发射相位和幅度，其中相位信息被发送到FPGA并生成时序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，其特征在于:该系统包括治疗床(1)、治疗床驱动马达(2)、三轴运动驱动系统(3)、三轴运动控制系统(4)、超声波发射组件、聚焦超声驱动电路(6)、聚焦超声控制电路(7)、治疗头驱动马达(8)、治疗头定位系统(9)、五轴运动驱动系统(10)、五轴运动控制系统(11)、引导B超探头(12)、B超机(14)、数据采集卡(15)、去气水管道(16)、去气水产生装置(17)和 主控电脑(18)；其中，治疗床驱动马达（2）与治疗床（1）连接，可驱动其在X、Y、Z三个方向直线运动；治疗床驱动马达（2）通过三轴运动驱动系统（3）连接到三轴运动控制系统（4），再连接到主控电脑（18），并接收来自主控电脑（18）的指令来调整治疗床（1）的姿态；所述治疗床（1）中间有一个治疗孔，治疗孔下方设有超声波发射组件，超声波发射组件包括治疗头（13）和水囊（5），治疗头（13）的中心部位安装了引导B超探头（12），治疗头（13）上方连着水囊（5）；治疗头（13）和附属部分一同安装在治疗头定位系统（9）上，可以在治疗头驱动马达（8）的作用下在X、Y、Z方向直线运动以及绕着X、Y方向转动；治疗头驱动马达（8）通过五轴运动驱动系统（10）连接到五轴运动控制系统（11），再连接到主控电脑（18），并接收来自主控电脑（18）的指令改变治疗头（13）的位置和指向，寻找最佳治疗角度；所述治疗头（13）中的超声换能器通过聚焦超声驱动电路（6）连接到聚焦超声控制电路（7），再连接到主控电脑（18），每一个换能器的发射信号都独立控制，其相位、幅度均可独立调整，并且进行实时监测和反馈调整，所有的操作都有主控电脑（18）协调；所述引导B超探头（12）通过线缆和B超机（14）连接，再通过数据采集卡（15）和主控电脑（18）连接，B超机（14）可对待治疗区域成像并通过采集卡（15）将实时图像采集到主控电脑（18）中，在系统操作软件的一个窗口中显示，且引导B超探头（12）和治疗头（13）之间的通过螺纹机械固定；所述治疗头（13）上的水囊（5）通过去气水管道（16）与去气水产生装置（17）连接，治疗前在水囊（5）中灌入去气水作为换能器与人体之间的超声传播介质。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛洪惠，孔有年，孔祥清，
申请(专利权)人：南京广慈医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32