专利名称：聚焦超声声场中基于b超的无损测温装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗器械技术领域的装置，特别是一种聚焦超声声场中基于 B超的无损测温装置。
背景技术：
高强度聚焦超声(HIFU)治疗是将高声强的超声聚焦到生物体内某一点，即 焦点上，焦点及其周围的小块区域称为焦域。焦域中的超声能量很高，产生局部 瞬间高温(65'C以上)，通过高温等生物学效应破坏肿瘤或病变组织，以此达到 治疗的目的。HIFU焦域的高声强能量除了破坏病变组织外，也能破坏病灶周围 的正常组织，尤其是HIFU剂量过大或治疗时间过长时，将会对病人造成损害。 因此，为了保证HIFU治疗技术安全、有效地运用于临床，必须对HIFU治疗进行 引导、监控和实时疗效评价。
HIFU作为一种肿瘤的局部高温治疗技术，早期的监控多采用测温系统，用 热电偶测温探针插入靶区测量温度变化。但是该方法为有创性检测方法，不能准 确测量HIFU焦域及其周围组织三维温度场的变化，对于深部组织的测温有很大 难度，同时还有导致肿瘤细胞医源性扩散的危险。
一般的无损测温方法如红外摄像仪、光学纤维和激光-声法仅限于表浅温度 测量。电阻抗法、核磁共振成像和超声方法可用于生物体深层温度监控。然而， 电阻抗法无法提供有效的空间分辨率；核磁共振成像虽可以提供高质量的诊断和 引导信息，但费用昂贵且无法做到实时监控，还存在检测设备与无线电频率的兼 容问题。超声无损测温以其对人体危害小、超声波对组织特性差异非常敏感和抗 电磁干扰等优点而备受人们关注。
经对现有技术的文献检索发现，钟徽等在《测试技术学报》(2007年21巻第 2期96-101页)上发表的"准实时高强度聚焦超声背向散射积分监控成像"。该 文中提出了一种基于B超的HIFU治疗检测装置。该装置由装有去气水的水槽，
3HIFU换能器探头，B超探头构成。实验时HIFU换能器探头置于水槽最底部，其 上方有一块隔板，隔板上留有供超声波通过的声窗，声窗上放置实验用动物组织， B超探头从组织上方采集图像，整个装置浸没水槽中的去气水中。实验中HIFU 换能器每发射580ms中断120ms，期间B超探头采集图像和数据，输到计算机中 进行处理。
上述两种装置中，①HIFU换能器探头和B超探头分布在实验组织的上下两 侧，两者的相对位置是不固定的，每次实验需要测量焦点，确定生物组织和B超 探头的位置；②每次实验需要校准HIFU焦点与B超成像平面，使成像平面通过 焦点；③装置中没有测温设备，只能检测和估计组织凝固性坏死的区域，不能与 实际的温度变化相比较。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚焦超声声场中基于B超 的无损测温装置，使其采用超声来安全检测温度变化，所用装置较小，操作简单， 成本低，安全有效。
本发明是通过以下技术方案实现，本发明包括热电偶测温探针，热电偶测温 探针定位板、水槽箱、组合探头。组合探头由B超探头内嵌于HIFU换能器探头 中并固定构成，热电偶测温探针通过热电偶测温定位板定位于加热生物体的焦域 部位，热电偶测温探针定位板固定在水槽箱上盖的一端，水槽箱开口朝上，下部 有圆形开口并与HIFU换能器探头固定，水槽箱与HIFU换能器探头的结合部位垫 有防水的橡胶圈。
所述HIFU换能器探头的频率为1.2M，焦点位置固定且为80mm，输出功率及 超声发射占空比均可调，用于加热实验用生物组织。
所述B超探头，频率为3-5M可调，与聚焦超声不相互干涉，用于实时地观 测聚焦超声加热过程中的生物组织的变化，同时可采集组织变化过程中的图像。
本发明中将HIFU换能器探头和B超探头组合起来，使HIFU换能器探头的焦 点位于B超的扫描平面，使B超能采集到待加热生物组织焦域的图像，也就是待 加热生物组织中"病灶"的图像。
所述的热电偶测温定位板用于将热电偶测温探针定位于待加热组织的焦±或， 它由两块带针孔且相互平行的塑胶板构成，两块塑胶板上的针孔点呈IOXIO矩
4阵分布，板上每个针孔与相邻针孔的间距均为10mm，多路数字采集可控的热电 偶测温探针可通过双平行针孔插入待加热生物组织中。这种双平行针孔设计能使 热电偶测温探针准确地找到加热生物组织焦域及其相邻区域，以实时检测焦域温 度场分布。
所述的水槽箱，中间固定有碗状的塑胶平台，塑胶平台的底部有直径为5cm 的圆孔，以使聚焦超声在无反射物干扰的情况下加热生物组织样品，此平台的底 面位置位于HIFU换能器探头的焦点距离之内，此平台用于放置待加热的生物体 样品。这种加热水槽箱的设计能确保HIFU换能器探头的焦点位于待加热的生物 组织样品内部，易于定位待加热的生物组织样品的焦点位置。
本发明比较现有技术的优势在于
① 此装置为聚焦超声换能器朝上加热生物组织，便于精确定位HIFU焦点位 置，操作简单方便。
② 聚焦超声焦点和放置待加热生物组织的平台位置固定，生物组织每次都可 以方便地置于HIFU焦点上。
③ 通过热电偶测温定位板可准确定位待加热生物组织中的焦域位置。
④ HIFU换能器和B超组合探头互不干扰，设计合理，使HIFU焦点固定在B 超扫描平面上，加热生物组织样品与采集图像更加方便，具有可实时性。
⑤ 整个装置简单，易于实现，体积小，适用于基于B超的无损测温的应用。
图1是本发明整体装置结构示意其中l.HIFU换能器探头，2.B超探头，3.热电偶测温探针，4.待加热生物 组织样品，5.热电偶测温定位板，6.水槽箱，7.组合探头。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括热电偶测温探针3，热电偶测温探针定位板5、 水槽箱6、组合探头7。组合探头7由B超探头2内嵌于HIFU换能器探头1中并 固定构成，热电偶测温探针3通过热电偶测温定位板5定位于加热生物体的焦域部位，热电偶测温探针定位板5固定在水槽箱6上盖的一端，水槽箱6开口朝上， 下部有圆形开口并与HIFU换能器探头1固定，水槽箱6与HIFU换能器探头1的 结合部位垫有防水的橡胶圈。
本实施例中，HIFU换能器探头1的频率为1. 2M，焦点位置固定且为80mm， 输出功率及超声发射占空比均可调，用于加热生物体；
本实施例中，B超探头2，频率为3-8M可调，与HIFU换能器探头1不相互 干涉，用于实时地观测HIFU加热过程中的生物组织的变化，同时通过B超与计 算机相结合，可实时采集加热生物组织变化过程中的图像。
本实施例中，热电偶测温定位板5由两块带针孔且相互平行的塑胶板构成， 两块塑胶板上的针孔点呈10X10矩阵分布，板上每个针孔与相邻针孔的间距均 为lOmrn，多路数字采集可控的热电偶测温探针3可通过双平行针孔插入加热生 物体中。热电偶测温探针定位板5用于热电偶测温探针3定位。只需将待加热的 生物组织样品4放在HIFU的焦域，再将热电偶测温探针3透过热电偶测温探针 定位板5的双平行针？L，插入生物组织中，即可准确地定位并检测出生物组织样 品4待加热区域处的温度场，用于观察生物组织加热过程中焦域位置真实温度场 的变化。
本实施例中，热电偶测温探针3为数字型可控测温探针，其特点是可通过计
算机实时采集i4路热电偶测温探针的温度值，精确度高，分辨率能达到o.rc，
且其在HIFU换能器探头1加热过程中不受超声信号影响，因此保证了在加热过 程中能准确地提取中生物组织焦域温度变化。
本实施例中，水槽箱6是整个装置的核心，此水槽箱6用于放置待加热的生 物组织样品4，并结合了其它各种所述装置。水槽箱6开口朝上，下部有圆形开 口并与HIFU换能器探头1固定，水槽箱6与HIFU换能器探头1的结合部位垫有 防水的橡胶圈。水槽箱6的上盖右端固定有上述热电偶测温定位板5，水槽箱6 的中间有碗状的塑胶平台固定于水槽箱6上盖。塑胶平台底面开孔，且塑胶平台 所放置的位置正好位于HIFU换能器探头1的焦点位置，因此在实验过程中，只 需要将待加热的生物组织样品平整放于塑胶平台上方，即可保证焦域在生物组织 内部，每次实验加热时不需要重新定位生物组织的焦域位置，操作起来简单方便， 高效实用，易于实现。本实施例适用于HIFU加热生物组织过程中，采集生物组织内部实时的B超 图像和焦域位置的真实温度值，主要目的是为了实时计算控制靶向区域温度值， 同时融合了计算机控制HIFU打击剂量的功能。在临床治疗时，在计算机中采集 打击间隔靶向区域的实时图像，进行图像处理，将计算结果实时反馈，同时与热 电偶采集的真实温度进行比较，参与治疗评估。
权利要求
1、一种聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置，包括热电偶测温探针，热电偶测温探针定位板、水槽箱、组合探头，其特征在于所述组合探头由B超探头内嵌于HIFU换能器探头中并固定构成，热电偶测温探针通过热电偶测温定位板定位于加热生物体的焦域部位，热电偶测温探针定位板固定在水槽箱上盖的一端，水槽箱开口朝上，下部有圆形开口并与HIFU换能器探头固定，水槽箱与HIFU换能器探头的结合部位垫有防水的橡胶圈。
2、 根据权利要求1所述的聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置，其特 征是，所述水槽箱的上盖右端固定有热电偶测温定位板，水槽箱的中间有碗状的 塑胶平台固定于水槽箱上盖，塑胶平台底面开孔，且塑胶平台所放置的位置正好 位于HIFU换能器探头的焦点位置。
3、 根据权利要求1所述的聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置，其特 征是，所述热电偶测温定位板由两块带针孔且相互平行的塑胶板构成，两块塑胶 板上的针孔点呈10X10矩阵分布，板上每个针孔与相邻针孔的间距均为10mm， 多路数字采集可控的热电偶测温探针通过双平行针孔插入加热生物体中。
4、 根据权利要求1或3所述的聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置， 其特征是，所述热电偶测温探针为数字型可控测温探针，通过计算机实时采集 14路热电偶测温探针的温度值，分辨率能达到o. rc。
5、 根据权利要求1所述的聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置，其特 征是，所述HIFU换能器探头的频率为1.2M，焦点位置固定且为80mm。
6、 根据权利要求1所述的聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置，其特 征是，所述B超探头的频率为3M—8M，通过B超与计算机相连接。
全文摘要
本发明涉及一种生物医学工程技术领域的聚焦超声声场中基于B超的无损测温装置，包括HIFU换能器探头和B超探头构成的组合探头，热电偶测温探针，热电偶测温探针定位板，水槽箱。热电偶测温探针通过热电偶测温定位板定位于加热生物体的焦域部位，热电偶测温探针定位板固定在水槽箱上盖的一端，水槽箱开口朝上，下部有圆形开口并与HIFU换能器探头固定，水槽箱与HIFU换能器探头的结合部位垫有防水的橡胶圈。组合探头使B超图像能够较好地反映焦域变化；热电偶测温探针定位板能帮助准确定位待加热生物组织上的焦域；具有实时准确检测生物体内真实温度场的功能。本发明体积小，实现简单，操作方便。
文档编号A61B8/00GK101507614SQ20091004634
公开日2009年8月19日 申请日期2009年2月19日 优先权日2009年2月19日
发明者威 李, 牛金海, 胡琦龙, 萧翔麟, 侃 陶 申请人:上海交通大学