【技术实现步骤摘要】
基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统及方法
本专利技术属于生物医学超声仪器与设备领域，具体涉及一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统与方法。
技术介绍
聚焦超声治疗是将从体外发射的超声波聚焦于体内靶向区域，利用聚焦超声的热机制和机械机制使病变组织形成损伤，从而实现对病变组织的精准切除。由于聚焦超声治疗通过聚焦超声换能器将能量聚焦在焦域处，而不损伤焦域之外的正常组织，因此是一种无创的病灶精准切除技术。同时，聚焦超声治疗还具有成本低廉、操作简单等优点，目前已在子宫肌瘤、骨肉瘤、乳腺癌和肝癌治疗方面取得了积极进展。目前聚焦超声治疗在临床应用中面临的问题是缺少聚焦超声治疗的精准引导和动态实时监控方法。聚焦超声治疗的精准性是建立在对聚焦超声准确引导的基础上的。研究表明磁共振图像能够准确地显示组织的解剖结构，可用于引导聚焦超声治疗；由于磁共振参数本身对温度比较敏感，因此在组织发生损伤之前可检测到温度的升高，从而通过预先估计焦域温度使得聚焦超声焦域局限于靶向区域。但是磁共振成像设备价格极为昂贵，成像时间长，且对于一些体内有金属植...
【技术保护点】
1.一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统，其特征在于：该系统包括可编程数字化超声成像平台(3)、三维被动空化数据采集模块、聚焦超声治疗模块、三维数据处理与显示模块(1)以及六轴机械臂(2)；所述三维被动空化数据采集模块包括并行通道数据采集子模块(4)和超声面阵换能器(5)；所述聚焦超声治疗模块包括聚焦超声换能器(6)、任意波形发生器(7)和功率放大器(8)；所述任意波形发生器(7)分别与可编程数字化超声成像平台(3)及功率放大器(8)相连，聚焦超声换能器(6)与功率放大器(8)相连，超声面阵换能器(5)及六轴机械臂(2)分别与可编程数字化超声成像...
【技术特征摘要】
1.一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统，其特征在于：该系统包括可编程数字化超声成像平台(3)、三维被动空化数据采集模块、聚焦超声治疗模块、三维数据处理与显示模块(1)以及六轴机械臂(2)；所述三维被动空化数据采集模块包括并行通道数据采集子模块(4)和超声面阵换能器(5)；所述聚焦超声治疗模块包括聚焦超声换能器(6)、任意波形发生器(7)和功率放大器(8)；所述任意波形发生器(7)分别与可编程数字化超声成像平台(3)及功率放大器(8)相连，聚焦超声换能器(6)与功率放大器(8)相连，超声面阵换能器(5)及六轴机械臂(2)分别与可编程数字化超声成像平台(3)相连；所述任意波形发生器(7)用于在驱动聚焦超声换能器(6)工作的同时，向可编程数字化超声成像平台(3)发送同步信号；所述可编程数字化超声成像平台(3)用于控制超声面阵换能器(5)的工作模式，并在超声面阵换能器(5)工作在发射接收模式时输出B模式三维超声图像，或者在超声面阵换能器(5)工作在不发射只接收模式时，利用并行通道数据采集子模块(4)同步采集超声面阵换能器(5)被动接收的空化原始通道数据；所述三维数据处理与显示模块(1)包括边界提取子模块、滤波子模块、三维被动空化检测成像子模块、三维坐标转换子模块、椭圆拟合子模块、空化剂量计算子模块、空化能量计算子模块和三维可视化显示与分析子模块；所述边界提取子模块用于提取聚焦超声治疗前基于人体基本轴的B模式三维超声图像中治疗靶向区域(11)的边界坐标和聚焦超声治疗后基于人体基本轴的B模式三维超声图像中损伤区域的边界坐标；所述滤波子模块用于对空化原始通道数据进行滤波以获得稳态空化数据和惯性空化数据；所述三维被动空化检测成像子模块用于处理空化原始通道数据或所述稳态空化数据和惯性空化数据以获得相对应的三维图像；所述三维坐标转换子模块用于将可编程数字化超声成像平台(3)输出的B模式三维超声图像或将由三维被动空化检测成像子模块获得的三维图像转换为相对应的基于人体基本轴的三维图像；所述椭圆拟合子模块用于对基于人体基本轴的空化三维图像在冠状面、矢状面及横断面上的空化切面图像进行椭圆拟合；所述空化剂量计算子模块用于根据空化原始通道数据计算聚焦超声治疗过程中不同时刻的稳态空化剂量和惯性空化剂量；所述空化能量计算子模块用于根据基于人体基本轴的稳态空化三维图像和惯性空化三维图像计算聚焦超声治疗过程中不同时刻的稳态空化能量和惯性空化能量以及稳态空化总能量和惯性空化总能量；所述三维可视化显示与分析子模块包括聚焦超声治疗三维引导界面、聚焦超声治疗动态实时监控界面、聚焦超声治疗多参量监控界面和聚焦超声治疗效果分析评价界面，所述聚焦超声治疗三维引导界面用于根据聚焦超声治疗前B模式三维超声图像的治疗靶向区域边界计算治疗靶向区域(11)的质心坐标、根据处理空化原始通道数据得到的空化三维图像所对应各空化切面图像的椭圆拟合计算空化发生坐标，并根据治疗靶向区域(11)的质心坐标及空化发生坐标规划六轴机械臂(2)的移动路径，实现聚焦超声治疗前的三维引导，使得空化发生在治疗靶向区域(11)的质心位置，聚焦超声治疗动态实时监控界面用于根据基于人体基本轴的稳态空化三维图像和惯性空化三维图像以及相对应的稳态空化切面图像和惯性空化切面图像，实现聚焦超声治疗过程中的动态实时监控，聚焦超声治疗多参量监控界面用于根据计算得到的聚焦超声治疗过程中不同时刻的稳态空化剂量、惯性空化剂量、稳态空化能量和惯性空化能量生成对应的空化剂量、空化能量随时间变化的曲线，实现聚焦超声治疗过程的多参量监控，聚焦超声治疗效果分析评价界面用于对基于人体基本轴的稳态空化三维图像和惯性空化三维图像沿时间轴分别进行叠加得到稳态空化三维叠加图像和惯性空化三维叠加图像、获取稳态空化总能量和惯性空化总能量，并根据治疗前后分别提取的B模式三维超声图像中的边界信息计算治疗靶向区域(11)、损伤区域的体积，实现聚焦超声治疗效果的分析评价。2.根据权利要求1所述一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统，其特征在于：所述聚焦超声治疗模块中，任意波形发生器(7)将治疗引导波形或治疗波形发送至功率放大器(8)，由功率放大器(8)驱动聚焦超声换能器(6)工作，所述治疗引导波形是指在聚焦超声治疗前用于驱动聚焦超声换能器(6)的单脉冲。3.根据权利要求1所述一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统，其特征在于：所述并行通道数据采集子模块(4)使用并行通道同时采集多个通道的射频数据。4.根据权利要求1所述一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控系统，其特征在于：所述六轴机械臂(2)上安装有由所述聚焦超声换能器(6)和超声面阵换能器(5)组成的复合换能器(9)；所述六轴机械臂(2)反馈复合换能器(9)的姿态数据到三维坐标转换子模块，三维坐标转换子模块根据姿态数据得到超声面阵换能器(5)的坐标轴和人体基本轴之间的坐标转换矩阵，六轴机械臂(2)根据所述移动路径进行移动；所述复合换能器(9)通过密封除气水囊(10)耦合于治疗靶向区域(11)的体表，聚焦超声换能器(6)和超声面阵换能器(5)的组合方式为：将超声面阵换能器(5)设置在聚焦超声换能器(6)的中心圆孔内，使超声面阵换能器(5)和聚焦超声换能器(6)内表面相切。5.一种基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导与动态实时监控方法，其特征在于：包括以下步骤：1)基于被动空化检测成像的聚焦超声治疗三维引导利用聚焦超声治疗前获得的治疗靶向区域(11)的B模式三维超声图像确定治疗靶向区域(11)的质心坐标；利用三维被动空化检测成像算法对在较低功率的单脉冲聚焦超声作用下产生的空化原始通道数据进行处理得到空化三维图像，根据该空化三维图像得到空化切面图像，对空化切面图像做椭圆拟合，并根据拟合结果计算得到聚焦超声的空化发生坐标；根据治疗靶向区域(11)的质心坐标和聚焦超声的空化发生坐标完成聚焦超声治疗前的三维引导；2)基于三维被动空化检测成像的聚焦超声治疗动态实时监控及治疗效果分析在聚焦超声治疗过程中采集空化原始通道数据，根据该空化原始通道数据获取聚焦超声治疗过程中实时的稳态空化剂量和惯性空化剂量；通过滤波、三维被动空化检测成像算法对所述空化原始通道数据进行处理，获取聚焦超声治疗过程中实时的稳态空化三维图像和惯性空化三维图像，根据稳态空化三维图像和惯性空化三维图像获取稳态空化切面图像和惯性空化切面图像并计算实时的稳态空化能量和惯性空化能量；聚焦超声治疗结束后计算稳态空化总能量...
【专利技术属性】
技术研发人员：万明习，路舒宽，李任晏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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