一种成像与干预一体化的声共振系统技术方案

本发明专利技术涉及一种成像与干预一体化的声共振系统，其中扫频控制系统与主控计算机相关联，通过调控两组共焦超声束的频差，生成连续递增或递减的差频振动声对共焦区组织进行刺激；振动声信号采集分析显示系统，用于接收和分析所述回波信号，并形成共振频率和共振幅度；共振声图分析显示系统，用于形成目标区域的共振频率及共振幅度分布图；治疗计划单元用于明确目标靶点在目标区域的分布情况及共振频率；通过主控计算机将目标靶点的共振频率设定为消融频率，对目标靶点实施超声消融。该系统采用探测“共振频率和幅度”的方式来获得目标区域组织的共振峰频率和幅度分布图，准确反映目标区域的组织分布状态和待消融靶点位置，在目标靶点组织共振频率下给予治疗功率，提高聚焦超声干预的有效性和安全性。

An integrated acoustic resonance system of imaging and intervention

【技术实现步骤摘要】
一种成像与干预一体化的声共振系统
本专利技术涉及医疗器械
，具体地说，是一种成像与干预一体化的声共振成像系统。
技术介绍
近年来，随着无创超声系统的发展，利用超声系统快速准确的对人体深部组织进行成像，进而找到疾病治疗的靶点并特异性治疗是目前主流的研究方向。高强度聚集超声(HIFU)作为一种无创、有效、安全的治疗方式，在中晚期肝癌、肾上腺肿瘤等实体肿瘤的综合治疗中发挥着重要作用，能够显著改善患者的临床症状和长期预后。但传统HIFU仍然存在以下缺陷：1.无法实现一体化，需要超声影像等其它影像系统引导定位；2.部分患者病灶位置较深，超声影像定位因受各项因素干扰而导致定位成像效果欠佳，一方面可能导致病灶组织消融不全影响疗效，另一方面也可能导致过度消融造成正常组织损伤；3.传统HIFU消融时功率较大，主要通过热效应发挥治疗作用，缺乏组织特异性，且因消融能量较大可能造成声传导路径损害及病灶周围重要组织血管损伤。因此仍需要探索一种成像与干预一体化、治疗更具选择性聚集超声消融方法。本申请人课题组长期致力于差频聚焦超声的研究，探索了差频聚焦超声在人体深部组织成像及干预方面的作用，具体内容如下：采用不同频率但有共同焦点(同轴更好)的超声换能器同时发射超声，两组超声的频率(f1和f2)有细微的差值(即差频⊿f＝f1-f2,⊿f约为主频的1％)，基于波动干涉原理在焦点会产生以差频⊿f工作的低频振动(或称为拍频)辐射力。基于该原理，本申请人已经申请专利：双频聚焦超声系统(CN102793980B)。共焦区组织在该振动辐射力作用下发生低频振动，并向四周发生辐射低频波。申请人课题组继续研究，旨在设计一种能够更加准确反映靶点组织状态和位置，更加高效、安全的进行超声消融的成像与干预一体化的声共振系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种能够应用于人体内部组织，并根据组织共振特征进行成像，进而利用特定组织的共振属性实现组织特异性干预，包括消融、液化、声动力、理疗等作用的一种成像与干预一体化的声共振系统。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种成像与干预一体化的声共振系统，包括：超声信号发生器、差频聚焦超声换能器，其中：所述的超声信号发生器为双频超声信号发生器，用于发出两组不同的频率信号，所述的两组不同的频率信号经所述的差频聚焦超声换能器形成两组不同频率的共焦超声束，其特征在于：所述声共振系统还包括扫频控制系统、振动声信号采集分析显示系统、共振声图分析显示系统以及治疗计划单元，其中，所述扫频控制系统，通过调控两组所述共焦超声束的频差(⊿f)，生成连续递增或递减的差频振动声对共焦区组织进行刺激；所述振动声信号采集分析显示系统，用于接收和分析所述共焦区组织在所述差频振动声刺激下向周围发射的回波信号，并形成所述共焦区组织的共振频率和共振幅度；所述共振声图分析显示系统，用于接收和分析目标区域内连续的多个所述共焦区组织的共振频率和共振幅度，形成所述目标区域的共振频率及共振幅度分布图；所述治疗计划单元通过接收所述共振声图分析显示系统传入的所述目标区域内的共振频率和共振幅度分布图，并与预存的人体常见组织共振频率和共振幅度进行对比分析，明确目标靶点在所述目标区域的分布情况及共振频率；主控计算机，与所述治疗计划单元关联，将所述目标靶点的共振频率设定为消融频率，对所述目标靶点实施超声消融。进一步地，所述振动声信号采集分析显示系统包括：振动声信号采集系统以及振动声信号分析显示系统，其中所述振动声信号采集系统用于接收所述共焦区组织生成的所述回波信号；所述振动声信号分析显示系统通过分析所接收的所述回波信号，获取所述共焦区组织的共振频率和共振幅度。优选地，所述振动声信号分析显示系统包括振动声信号显示系统以及振动声信号分析系统，其中所述振动声信号显示系统将所述回波信号转换成数字化信号，并进行显示；所述振动声信号分析系统通过分析所述回波信号的声压幅值，获取所述共焦区组织的共振峰，并与所述扫频控制系统相关联，获取与所述共振峰相对应的共振频率。优选地，所述振动声信号显示系统包括：前置放大器、滤波器以及数字显示器。优选地，该系统进一步包括生理信号探测系统，用于接收所述差频振动声作用在所述共焦区组织而生成的生理信号而获得标测点，并监测消融前后靶组织对所述差频振动声刺激的反应性。所述的生理信号探测系统用于接收低频振动作用在探测面可兴奋组织的生理信号而获得标测点，并用于监测消融前后靶组织对振动声刺激的反应性，发现可兴奋组织靶、反应幅度、范围及分布，有利于确定可兴奋组织的干预计划，以确保消融的有效性和安全性。优选地，所述治疗计划单元通过灰度图、三维直方图或伪彩图的图像形式，显示建议干预区域的治疗计划。优选地，该系统进一步包括基础影响单元，所述基础影响单元包括超声影像探头及超声影像主机，所述超声影像探头安装在所述差频聚焦超声换能器上，在所述差频聚焦超声换能器工作时进行二维或三维多普勒血流成像。优选地，该系统进一步包括叠加图像单元，对所述治疗计划单元输出的图像以及所述基础影响单元输出的多普勒血流成像进行叠加组合，用于消融时提供影像支持。所述显示控制系统根据治疗需要选择某特定组织进行共振干预时，所述的频率共振成像干预系统适度提升功率，并以靶组织的共振频率对感兴趣区组织进行逐点干预。优选地，该系统进一步包括三维运动扫描系统，控制所述差频聚焦超声换能器相对所述目标区域进行三维任意面运动。本专利技术优点在于：1、本专利技术的一种成像与干预一体化的声共振系统，将高频聚焦超声在机体深部形成焦点，利用差频共焦超声干涉原理，在焦点产生低频振动声的机械应力形成“叩击”力，并通过扫频控制系统调节两组共焦超声束的频差(⊿f)调节共焦区组织的机械应力频率大小，通过对特定频段的连续扫查，以探测组织的共振频率和共振幅度并进行成像，创建利用差频聚焦超声在机体深部组织“共振频率成像”定位方法，结合生理信号探测系统验证和监测，引导聚焦超声能量治疗和疗效验证系统方法，为机体深部组织的标测、调控和消融治疗等提供具有广阔应用前景。2、在某一频段内，以不同差频的超声对某一共焦区组织进行刺激扫描，可观察到在特定共振频率下，共焦区组织振动幅度呈几何级数增加，并出现锐利的共振峰。在共焦区大小确定的情况下，共振频率与组织弹性模量、组织超声波吸收和散射特性相关，因此不同组织有其特异性的共振频率。该声共振系统采用的是探测“共振频率和幅度”的方式来获得目标区域组织的共振峰频率和幅度分布图，显著提高成像精确度，更加准确地反应了目标区域组织的弹性、机械、共振等多种物理属性，形成了一种以组织产生共振为特征的新的成像方法。3、目标区域内消融靶组织在与其共振频率相同的差频振动声作用下将发生共振，与其它类型组织相比靶组织振动幅度显著增加，机械效应明显增强。因此，在靶组织共振频率下给予较低治疗功率能够特异性的干预靶组织，更大程度减少因机械效应和热效应对其它组织造成的损伤，进一步提高聚焦超声干预的有效性和安全性。4、共振声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像与干预一体化的声共振系统，包括：双频超声信号发生器(3)，用于发出两组不同的频率信号，所述的两组不同的频率信号经差频聚焦超声换能器(5)形成两组不同频率的共焦超声束，其特征在于：所述的声共振系统还包括：/n扫频控制系统(2)，通过调控两组所述共焦超声束的频差(⊿f)，生成连续递增或递减的差频振动声对共焦区组织进行刺激；/n振动声信号采集分析显示系统，用于接收和分析所述共焦区组织在所述差频振动声刺激下向周围发射的回波信号，并获取所述共焦区组织的共振频率和共振幅度；/n共振声图分析显示系统(9)，用于接收和分析目标区域内连续的多个所述共焦区组织的共振频率和共振幅度，形成所述目标区域的共振频率及共振幅度分布图；/n治疗计划单元(10)，通过接收所述共振声图分析显示系统(9)传入的所述目标区域内的共振频率和共振幅度分布图，并与预存的人体常见组织共振频率和共振幅度进行对比分析，明确目标靶点在所述目标区域的分布情况及共振频率；/n以及主控计算机(1)，与所述治疗计划单元(10)关联，将所述目标靶点的共振频率设定为消融频率，对所述目标靶点实施超声消融。/n

【技术特征摘要】
1.一种成像与干预一体化的声共振系统，包括：双频超声信号发生器(3)，用于发出两组不同的频率信号，所述的两组不同的频率信号经差频聚焦超声换能器(5)形成两组不同频率的共焦超声束，其特征在于：所述的声共振系统还包括：
扫频控制系统(2)，通过调控两组所述共焦超声束的频差(⊿f)，生成连续递增或递减的差频振动声对共焦区组织进行刺激；
振动声信号采集分析显示系统，用于接收和分析所述共焦区组织在所述差频振动声刺激下向周围发射的回波信号，并获取所述共焦区组织的共振频率和共振幅度；
共振声图分析显示系统(9)，用于接收和分析目标区域内连续的多个所述共焦区组织的共振频率和共振幅度，形成所述目标区域的共振频率及共振幅度分布图；
治疗计划单元(10)，通过接收所述共振声图分析显示系统(9)传入的所述目标区域内的共振频率和共振幅度分布图，并与预存的人体常见组织共振频率和共振幅度进行对比分析，明确目标靶点在所述目标区域的分布情况及共振频率；
以及主控计算机(1)，与所述治疗计划单元(10)关联，将所述目标靶点的共振频率设定为消融频率，对所述目标靶点实施超声消融。


2.根据权利要求1所述的声共振系统，其特征在于，所述的振动声信号采集分析显示系统包括：振动声信号采集系统(7)以及振动声信号分析显示系统(8)，其中所述振动声信号采集系统(7)用于接收所述共焦区组织生成的所述回波信号；所述振动声信号分析显示系统(8)通过分析所接收的所述回波信号，获取所述共焦区组织的共振频率和共振幅度。


3.根据权利要求2所述的声共振系统，其特征在于，所述振动声信号分析显示系统(8)包括振动声信号显示系统(81)以及振动声信号分析系统(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晶，熊波，廖睛瑶，胡天洋，郑小宇，钱俊，容顺康，姚源清，
申请(专利权)人：黄晶，
类型：发明
国别省市：重庆;50