一种HIFU设备大焦域形成系统及其焦域形成方法技术方案

本发明专利技术公开了一种HIFU设备大焦域形成系统及其焦域形成方法，所述系统包括：显示模块，显示待治疗区域，并根据所述待治疗区域的形状建立聚焦区域模型；路径规划模块，规划聚焦区域的扫查过程，进行分区聚焦，形成聚焦路径；聚焦计算模块，计算每一次聚焦过程中，多元平面阵列换能器的每一个阵元的延时和到达聚焦区域的声强，控制所述多元平面阵列换能器阵元的发射和切换；参数配置模块，配置聚焦过程所需的参数，传输到每一个多元平面阵列换能器阵元；监控模块，实时监控聚焦过程；测温模块，测量所述聚焦区域的温度；结果处理模块，在扫查结束后，将扫查结果进行处理和反馈，反馈到路径规划模块，和显示模块一起确定下一次的聚焦区域。本发明专利技术能够调控超大焦域的大小和形态，计算快速，能提升待治疗目标区的治疗效率。

【技术实现步骤摘要】
一种HIFU设备大焦域形成系统及其焦域形成方法
本专利技术涉及医疗设备
，具体涉及一种HIFU设备大焦域形成系统及其焦域形成方法。
技术介绍
高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound，HIFU)利用超声波具有的组织穿透性和能量沉积性，将体外发生的超声波聚焦到生物体内病变组织(治疗靶点，如肿瘤组织)，通过超声的机械效应、热效应和空化效应，使肿瘤区域达到温度大于65摄氏度，进行肿瘤组织热消融治疗，使焦域处肿瘤靶组织发生凝固性坏死，而周围组织极少或不受损伤，达到无创切除肿瘤的目的。HIFU系统主要包括换能器、控制部分、监控显示部分等等，通过控制部分来控制换能器的发射，并实时显示图像或者监控温升。焦域是指HIFU换能器的聚焦声场形成的区域，该焦域的大小、形状最好是可控的，面对不同病灶可以自适应进行调整。对于较大范围病灶的HIFU消融，需要较大的焦域才能完整地覆盖整个病灶区域，缩短治疗时间。通常形成大焦域做法是通过多焦点声场分布合成大焦域，但现有专利使用的是伪逆算法，算法复杂，用时较长，再加上换能器的限制，导致多个焦点不能同时形成，最终不能实时形成大焦域。球面相控阵换能器是将阵元排布在以球冠体中心为原点的若干层同心环上，该换能器有一个自然焦点，也可以通过控制每一个阵元的相位和幅度实现多个焦点聚焦，平面相控阵换能器是将阵元在平面上排布，依靠控制每一个阵元的相位和幅度实现聚焦。相比而言，球面相控阵换能器能偏转的角度小于平面相控阵换能器，所以平面相控阵换能器能形成的焦域会比较大。然而，现有技术中存在以下技术问题：1、因为要扩大HIFU的治疗区，需要“大焦域”，而现有的专利利用球面换能器形成的焦域本身会比平面阵的小，为一个有限的“聚焦区”，现有专利所提及的焦域最大为直径30mm。2、现有专利所述的“大焦域”是根据靶组织的大小和形态来设定热场形态形成多个焦斑区，通过一次形成多个焦点，根据伪逆算法计算声场分布，通过多个焦点合成“大焦域”的声场模式，但其焦点形成方法为使用伪逆算法进行计算，该算法复杂且计算速度慢，不能达到实时形成大焦域。3、现有的HIFU设备系统并没有涉及到大焦域的形成。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术第一方面的目的在于提供一种能形成大焦域的HIFU设备系统，能够调控“超大焦域”的大小和形态，计算快速，能提升待治疗目标区的治疗效率。本专利技术第二方面的目的在于提供一种相控阵HIFU技术的超大焦域实时形成方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种HIFU设备大焦域形成系统，包括：显示模块，用于显示待治疗区域，并根据所述待治疗区域的形状建立聚焦区域模型；路径规划模块，用于规划聚焦区域的扫查过程，进行分区聚焦，形成聚焦路径；聚焦计算模块，用于计算每一次聚焦过程中，多元平面阵列换能器的每一个阵元的延时和到达聚焦区域的声强，控制所述多元平面阵列换能器阵元的发射和切换；参数配置模块，用于配置聚焦过程所需的参数，传输到每一个多元平面阵列换能器阵元；监控模块，用于实时监控聚焦过程；测温模块，用于测量所述聚焦区域的温度；结果处理模块，用于在扫查结束后，将扫查结果进行处理和反馈，反馈到路径规划模块，和显示模块一起确定下一次的聚焦区域。进一步地，所述显示模块包括B超显示模块和/或MRI显示模块。进一步地，所述参数包括：换能器的参数、聚焦位置、聚焦时间、发射次数。进一步地，所述换能器的参数包括发射阵元数、相位和幅值。根据本专利技术的第二方面，提供了一种HIFU设备大焦域形成方法，包括：准备多元平面阵列换能器；根据待治疗区域的B超影像或者MRI图像确定目标的形状和大小，形成待治疗区域；根据所述待治疗区域形成聚焦区域、规划区域；根据所述规划区域，使用所述多元平面阵列换能器对所述待治疗区域进行聚焦扫查，根据每个聚焦区域焦点位置和阵元位置来计算每一个阵元的发射延时；利用Rayleigh-Sommerfeld积分公式计算阵元发射高强度聚焦超声后，声场中每一点的声强，该计算结果用于操作人确定治疗声强；使用所述多元平面阵列换能器对所述待治疗区域进行区域扫查，在形成多个焦点的过程中以一定的短周期进行切换；完成所有区域的扫查。进一步地，所述多元平面阵列换能器由至少1024个矩形平面阵元组成二维阵列结构。进一步地，所述根据待治疗区域形成聚焦区域、规划区域，包括：根据所述待治疗区域进行区域规划，若待治疗区域超出预设阈值，则进行分区聚焦，将所述多元平面阵列换能器的阵元也进行分区，一个区的阵元对应扫描一个区域。进一步地，所述预设阈值根据设备的不同而设置不同的值。进一步地，所述根据每个聚焦区域焦点计算发射延时，包括：通过目标点的位置和每一个阵元的位置，计算每一个阵元的发射延时；进一步地，所述短周期在200ms以内。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种HIFU设备大焦域形成系统，通过路径规划模块对整个聚焦区域进行分区规划，能一次性扫查整个待治疗区域；通过聚焦计算模块计算每一个阵元的延时和形成的声场强度，来控制换能器的发射和快速切换；通过监控模块和测温模型来实时监控治疗过程和治疗区域的温度，实现了功能规划多样、安全可靠、操作简便的HIFU设备大焦域形成系统。(2)本专利技术还提供了一种大焦域形成方法，基于多元平面阵列换能器，规划聚焦区域以覆盖整个治疗区域，通过单个焦点的快速切换，进而实时形成超大焦域，用于高强度聚焦超声，主要优点是针对目前治疗形成的焦域要么不够大，覆盖范围不广，要么是多焦点形成的大焦域计算复杂的问题，有效利用多元平面阵列换能器形成大焦域，在阵元能快速切换达到不影响热场的情况下，瞬间形成一个超大焦域，计算简单，能一次全覆盖，达到实时形成大焦域的目的。对聚焦区域进行规划区域，覆盖整个治疗区域，在治疗过程中可以一次设定区域进行扫查，完成目标区域的治疗。具有计算简单、能实时形成大焦域的优点。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1所示为本专利技术提出的HIFU设备大焦域形成系统的结构示意图。图2所示为本专利技术提出的大焦域形成方法流程图。图3所示为利用本专利技术提出的方法，通过数值模拟计算形成的直径为60mm的大焦域示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HIFU设备大焦域形成系统，其特征在于，包括：/n显示模块，用于显示待治疗区域，并根据所述待治疗区域的形状建立聚焦区域模型；/n路径规划模块，用于规划聚焦区域的扫查过程，进行分区聚焦，形成聚焦路径；/n聚焦计算模块，用于计算每一次聚焦过程中，多元平面阵列换能器的每一个阵元的延时和到达聚焦区域的声强，控制所述多元平面阵列换能器阵元的发射和切换；/n参数配置模块，用于配置聚焦过程所需的参数，传输到每一个多元平面阵列换能器阵元；/n监控模块，用于实时监控聚焦过程；/n测温模块，用于测量所述聚焦区域的温度；/n结果处理模块，用于在扫查结束后，将扫查结果进行处理和反馈，反馈到路径规划模块，和显示模块一起确定下一次的聚焦区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种HIFU设备大焦域形成系统，其特征在于，包括：
显示模块，用于显示待治疗区域，并根据所述待治疗区域的形状建立聚焦区域模型；
路径规划模块，用于规划聚焦区域的扫查过程，进行分区聚焦，形成聚焦路径；
聚焦计算模块，用于计算每一次聚焦过程中，多元平面阵列换能器的每一个阵元的延时和到达聚焦区域的声强，控制所述多元平面阵列换能器阵元的发射和切换；
参数配置模块，用于配置聚焦过程所需的参数，传输到每一个多元平面阵列换能器阵元；
监控模块，用于实时监控聚焦过程；
测温模块，用于测量所述聚焦区域的温度；
结果处理模块，用于在扫查结束后，将扫查结果进行处理和反馈，反馈到路径规划模块，和显示模块一起确定下一次的聚焦区域。


2.根据权利要求1所述的一种HIFU设备大焦域形成系统，其特征在于，
所述参数包括：换能器的参数、聚焦位置、聚焦时间、发射次数。


3.根据权利要求2所述的一种HIFU设备大焦域形成系统，其特征在于，
所述换能器的参数包括发射阵元数、相位和幅值。


4.根据权利要求1所述的一种HIFU设备大焦域形成系统，其特征在于，
所述显示模块包括B超显示模块和/或MRI显示模块。


5.一种HIFU设备大焦域形成方法，其特征在于，包括：
准备多元平面阵列换能器；
根据待治疗区域的B超影像或者MRI图像确定目标的形状和大小，形成待治疗区域；
根据所述待治疗区域形成聚焦区域、规划区域；
根据所述规划区域，使用所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，王祥达，李国威，
申请(专利权)人：南北兄弟药业投资有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81