高强度超声经颅聚焦的相控方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度超声经颅聚焦的相控方法，特别是对相控换能器不同触发信号组的幅值、初始相位及组间时间延迟进行控制，解决经颅超声对颅骨及周边软组织损伤的问题。它包括以下步骤：S1:确定颅内靶区位置。S2:对聚焦颅内组织的相控换能器各阵元控制信号的触发声强、初始相位调控的阶段。S3:根据聚焦在颅内靶区形成的声压场与温度场分布，确定颅骨内声压和温升较高的热点位置的阶段。S4:计算消除颅骨热点的相控换能器各个阵元的控制信号的声强及时间延迟的阶段。S5:激发阵元，验证颅骨内有无热点的阶段。本发明可实现经颅聚焦，降低经颅超声对颅骨及其周边脑组织和头皮组织造成的损伤。
【专利说明】高强度超声经颅聚焦的相控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度超声经颅聚焦的相控方法，通过调控相控阵列换能器每个阵元激励信号的方法，根据颅骨内高声压处即热点处的稳态声压幅值及振动相位，设定用于消除热点的每个阵元激励信号及不同触发信号组间的时间延迟，降低颅骨内热点处温升，达到避免热点对颅骨及周边软组织造成损伤的目的。
【背景技术】
[0002]目前，聚焦超声已经普遍用于工程、农业、医学等各个领域。高强度聚焦超声技术具有穿透性能好、穿透深度大和指向性强等优势，特别是在医学领域，作为一种无创或微创的治疗方法，受到普遍关注。高强度聚焦超声技术已成功用于如前列腺癌、乳腺癌、肝癌、子宫肌瘤等疾病的临床治疗中。然而，在颅脑肿瘤治疗中，由于颅骨具有三层孔隙物理结构，其声阻抗远远大于软组织，使超声经颅聚焦形成的声场与温度场往往不能形成可治疗焦域或形成的可治疗焦域偏离目标区域。
[0003]在经颅聚焦超声治疗领域中，主要用到两种换能器，一种是半球形相控换能器，另一种是球冠状凹球面相控换能器。其中，以色列Insightec公司(Insightec Ltd.)生产的 Exablate 4000 高强度聚焦超声治疗系统(Exablate 4000 High-1ntensity FocusedUltrasound Therapy System)中，包含1000阵元的一个可用于经颉治疗的半球形相控阵列换能器，其较大的开口直径和曲率半径可扩大超声透过颅骨的声窗，降低颅骨单位面积内的超声能量。但该设备采用1000个阵元的相控换能器，换能器的驱动及控制电路复杂、成本高且其仅限于可调控范 围小的脑深部组织治疗；对颅内浅表组织治疗时，在颅骨内形成温升高的热点，热点会对颅骨及周边软组织造成损伤。对于球冠状凹球面相控换能器，虽然其相控换能器所含阵元较少，驱动及控制电路相对简单，但受其几何形状的影响，该类型换能器发射的声束透过颅骨声窗较小，易造成超声能量沉积，引起颅骨及周边损伤。目前，市场中尚无可用于经颅治疗的球冠状凹球面相控换能器及相关治疗系统。
【发明内容】
[0004]本发明为解决上述现有技术存在问题而提供了一种高强度聚焦超声经颅聚焦的相控方法。
[0005]图2所示为球冠状凹球面相控换能器经颅聚焦的空间示意图，该方法利用相控换能器每个阵元触发声强和初始相位可控的特性及聚焦超声线性传播的特性，叠加具有时间延迟的多组相控换能器激励信号，降低颅骨处高声压，消除颅骨内部存在的热点，实现聚焦超声经颅对脑组织的聚焦及治疗。
[0006]本发明所采取的技术方案是:
一种高强度超声经颅聚焦的相控方法，包括如下步骤:
S1:确定颅内靶区位置。
[0007]S2:根据颅内靶区位置及相控换能器可变焦范围，选定治疗目标深度与颅骨和相控换能器的相对位置，在目标焦点处设置点声源Sf，在一段时间内形成的声压场分布中，记录处于接收模式的相控换能器阵元η的声压信号SFn(t)，对相控换能器每个阵元记录的声压信号按时间序列进行反转处理，利用函数逼近法，根据SFn(t)计算可聚焦在颅内靶区的相控换能器阵元η的激励信号的初始相位延迟Λ tn，根据治疗剂量设定可聚焦在颅内靶区的相控换能器的输入声强Itl和相控换能器阵元激励信号的声压最大幅值匕。
[0008]S3:以信号
【权利要求】
1.一种高强度超声经颅聚焦的相控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: S1:确定颅内靶区位置； 52:根据颅内靶区位置及相控换能器可变焦范围，选定治疗目标深度与颅骨和相控换能器的相对位置，在目标焦点处设置点声源Sf，在一段时间内形成的声压场分布中，记录处于接收模式的相控换能器阵元η的声压信号SFn(t)，对相控换能器每个阵元记录的声压信号按时间序列进行反转处理，利用函数逼近法，根据SFn(t)计算可聚焦在颅内靶区的相控换能器阵元η的激励信号的初始相位延迟Λ tn，根据治疗剂量设定可聚焦在颅内靶区的相控换能器的输入声强Itl和相控换能器阵元激励信号的声压最大幅值Ptl阶段； s3:以信号
2.根据权利要求1所述的高强度超声经颅聚焦脑组织的相控方法，其特征在于:基于
线性系统输入与输出的特性，根据公式a)即
3.根据权利要求1所述的高强度超声经颅聚焦的相控方法，其特征在于:在S3t (f)=P, sin)触发的治疗声场和
【文档编号】A61N7/00GK103990233SQ201410218215
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】菅喜岐, 王意喆, 张千, 周文征, 丁鑫 申请人:天津医科大学