用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，包括多阵元相控聚焦换能器以及用于控制所述多阵元相控聚焦换能器的声焦点的位置和形状的驱动电路，所述多阵元相控聚焦换能器中的阵元分布在球面上形成阵元阵列，所述阵元阵列的投影形状与治疗部位的骨骼间隙形状相应。本实用新型专利技术的超声波治疗仪通过对多阵元相控聚焦换能器整体几何形状进行修改，使多阵元相控聚焦换能器的阵元阵列投影与治疗部位的骨骼间隙形状相应，在保持原有多阵元相控换能器优点的同时，避免肋骨处超声能量的积累并保持较高的工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，应用于治疗位于人体肋骨遮挡下的组织器官。
技术介绍
用于超声治疗的超声换能器有各种类型，按照几何特征可以分为聚焦和非聚焦换能器，按照使用方式可以分为体外和体内，按照系统构成可以分为单阵元和多阵元换能器，其中非聚焦换能器通常是用于体内，或是针对体表病灶的治疗，由于其非聚焦的特性，激发的声波能量无法在较深的位置产生治疗效果。在体外进行超声治疗的换能器通常都为聚焦式换能器，聚焦的方式有声透镜聚焦，声反射聚焦等。当换能器只有单一阵元(超声产生的有效器件，如压电陶瓷)组成时，通常是将压电材料制成球面形状或采用声透镜聚焦，使超声能够在球心位置聚焦。但单阵元换能器的缺点在于声场焦点只能固定在一点，同时，对于单一频率的声波激励，所产生的声场分布都是固定的，当由于治疗的要求，需要声场焦点在空间中移动时，通常采用机械移动换能器的方式来完成。在超声治疗中，有时会遇到超声传播路径上有肋骨存在的情况，由于骨骼与组织之间的声阻抗有巨大差异，以及骨骼有非常高的超声吸收系数，因此在这种情况下，肋骨会吸收超声的能量，不但影响焦点处超声能量的聚焦，同时会造成肋骨表面温度的升高，形成不必要的损伤。多阵元换能器通常包括多个超声产生器件，根据实际的应用目的，以不同的方式组成阵列，例如将圆片压电陶瓷固定在一球冠体表面。采用电子聚焦方式控制多阵元换能器的技术可以灵活的控制声场能量分布，在不使用机械移动装置的情况下，也能够通过改变各个阵元的激励信号而自由移动声场焦点的位置。同时，在经肋骨超声体外治疗的应用中，多阵元换能器也有很大的优势，灵活地控制各个阵元的输出对增加声能量的聚焦和减小肋骨带来的负面作用都有着明显的作用。被肋骨遮挡的脏器，如肝脏，肾脏等，会随着呼吸运动发生位移，为了保证超声治疗的准确性，需要焦点能够跟踪目标脏器的运动，多阵元换能器也能够满足这种需求。现有的经肋骨超声治疗所采用的超声换能器通常为球壳型，并有多个小的圆形阵元排布在球面上，换能器的设计参数根据实际需求而定：根据目标在体内深度确定超声频率和球面曲率半径(即自然焦距)；确定所需要的声场焦点尺寸，计算出大概的换能器盘直径；结合超声频率和所需的焦点移动范围，确定大概的单个阵元尺寸和阵元的初步排布方式，之后针对该换能器进行声场的仿真，并根据结果对尺寸和排布进行微调。在经肋骨超声治疗时，为了避免超声能量在肋骨表面的累积，需要对各个阵元的输出进行调整，最常用的调整策略是关闭被肋骨遮挡的阵元。除了圆形的阵元，还有一种条形阵元换能器被设计用于经肋骨的超声治疗。长条形的阵元与肋骨在换能器表面的投影形状基本类似，因此这种换能器的控制比较简单。如果使用上述的这种多阵元换能器专注于经肋骨的超声治疗，就会有一定的缺陷。首先，为了有比较好的聚焦性能，圆形换能器的半径通常都比较大，但由于肋骨的存在，被遮挡的阵元需要关闭，因此通常情况下只有一半左右的阵元处于工作状态。由于这些圆形换能器通常不是单单使用于经肋骨治疗的场合，只有一半数量的阵元工作只能达到原有设计强度的一半，很难完成所需要的治疗效果。而且，如果将这种圆形换能器专注用于经肋骨的超声治疗，只有一半的阵元工作显得有些浪费。同时，当目标位置位于人体深部时，在沿人体头脚方向上超声声束可能会将肺包括在内，由于肺部含有很多其他空腔，当遇到超声照射时，气体空腔不但会反射大部分能量，而且会使超声能量在气体/组织界面聚集，对人体造成损害。而条形阵元在焦点灵活控制方面有比较大的缺陷，焦点只能在阵元的排列方向上进行移动，很难进行对人体呼吸运动造成的位移进行跟踪。
技术实现思路
本技术为针对经肋骨超声治疗的多阵元相控换能器，根据现有多阵元相控换能器在经肋骨超声治疗时所存在的不足，对换能器整体几何形状进行了修改，在保持原有多阵元相控换能器优点的同时，避免肋骨处超声能量的积累并保持较高的工作效率。一种用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，包括多阵元相控聚焦换能器以及用于控制所述多阵元相控聚焦换能器的声焦点的位置和形状的驱动电路，所述多阵元相控聚焦换能器中的阵元分布在球面上形成阵元阵列，所述阵元阵列的投影形状与治疗部位的骨骼间隙形状相应。作为优选，所述阵元阵列的投影形状为三角形或长方形。为了保持较高的聚焦增益以及聚焦控制的方便，本技术中换能器从三维球面(即球面)上截取投影为长方形或三角形。实际上截取部分的投影不是严格的长方形或三角形，要求投影接近长方形或三角形即可。所述球面仅仅是空间上的虚拟区域，是为了表达阵元阵列在三维空间内的排布特点，本技术中投影的承影面切于球面，以该阵元阵列的几何中心为切点，以切点作为阵元阵列上的视点，沿过视点的直径进行俯视投影(即承影面垂直于过视点的直径)。本技术中的换能器俯视投影所形成的几何形状符合人体骨骼结构(肋骨)，为长方形或等腰三角形，一方面能够保持较高的聚焦增益，且便于进行聚焦控制，另一方面，该设计使换能器产生的超声能量束从人体骨骼间的有效声窗(无骨骼或气体空腔的位置)穿过并进入人体深部。长方形的换能器较好的吻合了人体肋骨间隙的几何形状，而三角形的换能器是根据人体第12对肋骨与脊椎之间所形成的类三角形形状区域而来。其中长方形换能器可以用于治疗位于肝脏或肾脏的病灶，而三角形换能器主要用于针对位于肾脏区域病灶的超声治疗。作为优选，所述投影的尺寸为15～20cm(即投影上最远的两点之间的距离为15～20cm)。所述的三角形为等腰三角形，采用等腰三角形而非任意三角形主要是考虑到在人体左右不同侧治疗时，所使用的换能器应该保持相同。为获得相对高的聚焦增益，作为优选，所述三角形的腰长或长方形的长边与所述球面的曲率半径相等。本技术中的多阵元相控聚焦换能器延续了原有的多阵元换能器(多阵元相控换能器)的基本构造，即将多个阵元(即超声阵元，多为压电陶瓷)固定在某一几何形状的基座(球面)，并以某种方式进行排布。本技术中排列在球面上的凹面上。该球面的半径即为换能器的焦距，根据超声治疗所针对的病灶在人体内的深度来确定具体的焦距大小，通常在10～20cm之间。作为优选，所述的阵元为矩形阵元。由于圆形阵元在排布时阵元间的间隙(距离)较大，所形成的有效辐射面积较小，同时会产生较大的旁瓣，在面积较大的圆形换能器中，由于阵元数量多这一效应被掩盖，但在面积相对较小的球面矩形换能器中，会产生比较明显的坏处，采用矩形阵元，这样可以减少阵元之间的间隙，更有效的利用换能器盘上的面积，排布更多超声阵元。当换能器的总体几何形状为长方形或三角形时，相比于同样尺寸的圆形阵元而言(圆直径与长方形或三角形的长边长度相等)，能够用于排布换能器阵元的面积明显减少。进一步优选，所述阵元尺寸为超声波长的6～7倍。最优的，阵元尺寸为超声波长的7倍。为避免相邻阵元间的干扰，相邻阵元之间的距离小于超声工作波长的一半。常见的阵元形状为矩形或圆形等，阵元尺寸指矩形对角线或圆形直径，当采用其它形状时，指该形状边界上最远的两点之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，包括多阵元相控聚焦换能器以及用于控制所述多阵元相控聚焦换能器的声焦点的位置和形状的驱动电路，其特征在于，所述多阵元相控聚焦换能器中的阵元分布在球面上形成阵元阵列，所述阵元阵列的投影形状与治疗部位的骨骼间隙形状相应。

【技术特征摘要】
1.一种用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，包括多阵元相控聚焦
换能器以及用于控制所述多阵元相控聚焦换能器的声焦点的位置和形状的驱
动电路，其特征在于，所述多阵元相控聚焦换能器中的阵元分布在球面上形成
阵元阵列，所述阵元阵列的投影形状与治疗部位的骨骼间隙形状相应。
2.如权利要求1所述的用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，其特
征在于，所述阵元阵列的投影形状为三角形或长方形。
3.如权利要求1所述的用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，其特
征在于，所述投影的尺寸为15～20cm。
4.如权利要求1所述的用于经肋骨超声体外治疗的超声波治疗仪，其特
征在于，所述阵元尺寸为超声波长的6～7倍。
5.如权利要求1所述的用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾振军，孙非，
申请(专利权)人：訾振军，孙非，
类型：新型
国别省市：上海;31