一种聚焦超声治疗系统及其控制方法与流程

本发明属于医疗器械领域，更具体的，尤其涉及一种用于治疗小部位肿瘤的聚焦超声治疗系统及其控制方法。

背景技术

在肿瘤治疗中，hifu根据肿瘤的分期、部位、相邻器官的不同，通过热消融等方式处理肿瘤。热消融可以使肿瘤细胞的蛋白质发生变性坏死，同时尽量保证肿瘤部位旁边的组织不受影响。一般来说，只要是符合一定的物理条件，都能够通过超声波达到肿瘤所在的部位进行hifu治疗。目前的治疗头主要分为上置式和下置式两种，下置式治疗头一般需要将治疗部位表面的皮肤泡在水里，容易造成传染和污染，而且患者需要俯卧式治疗，体位不太舒服；上置式治疗头虽然采用了干式治疗和仰卧式体位，相对于下置式有一定优势，但不管是采用何种聚焦形式的换能器(声透镜聚焦、多元阵聚焦、双重自聚焦和唤醒自聚焦)，换能器本身的直径都在120cm以上，加上换能器需要在治疗头里的运动范围，从而造成整个治疗头体积巨大，与人体皮肤接触的面积也较大，在盆腔、腹腔等可以大面积接触的部位治疗时可以正常进行，但人体表面是复杂的结构，很多部位没有大面积的可接触部位，从而无法用聚焦超声肿瘤治疗系统进行治疗，大大限制了本技术的适应症拓展。

目前市面上虽然也出现了一些小治疗头的治疗系统，但要么是放弃了治疗时的监控功能；要么牺牲了治疗范围，甚至需要手持治疗头进行治疗；或者减小了换能器的尺寸和有限放射面积，从而降低了治疗功率，无法保障治疗效果。总之，无法做到治疗功率、治疗范围和治疗监控三者兼顾。

中国专利公开号：cn1978000a，公开日：2007.06.13的专利文献中，公开了一种组合式超声治疗头及含有该超声治疗头的高强度聚焦超声治疗系统，超声治疗头上还可安装有超声成像装置，超声成像装置可采用b超探头，但是在治疗时换能器的超声波束会在b超图像上形成增强白色光束，大大影响实时监控的效果，因此使用b超进行实时监控的意义并不大。

技术实现要素：

1、要解决的问题

现有技术中，基于人体表面复杂的结构，聚焦超声治疗系统在对一些小部位肿瘤进行治疗时，无法精准地确定治疗范围，针对此问题，本发明提供了一种聚焦超声治疗系统及其控制方法。本发明将治疗头尺寸缩小以满足小部位肿瘤治疗的需求，可以精准地确定治疗范围。2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种聚焦超声治疗系统，包括：聚焦超声换能器和b超探头，所述的聚焦超声换能器和b超探头由电机控制实现升降、旋转，所述的治疗系统还包括中央处理系统，所述的聚焦超声换能器、b超探头、电机均与所述的中央处理系统连接。

优选地，所述的聚焦超声换能器的顶端中间设置有红外测温传感器，所述红外测温传感器与中央处理系统连接。

优选地，所述的治疗系统还包括治疗头外壳，在所述的治疗头外壳的底部设置有薄膜。

优选地，所述的薄膜为水囊薄膜。

优选地，所述的治疗系统还包括固体耦合贴。

优选地，所述的固体耦合贴中包含有降温材料。

优选地，所述的治疗系统还包括底座，所述底座中心位置处设置有向下伸出的转轴，所述转轴下端通过支撑板分别固连所述聚焦超声换能器和b超探头；

所述转轴与旋转电机连接，通过所述旋转电机控制所述转轴的旋转；

所述聚焦超声换能器和b超探头与升降电机连接，由所述升降电机控制所述聚焦超声换能器和b超探头的升降。

优选地，所述的升降电机为两个，独立控制所述聚焦超声换能器、b超探头的升降。

优选地，所述的聚焦超声换能器和b超探头距离所述转轴的距离相等，聚焦超声换能器和b超探头之间的夹角β角为90°或180°。

一种聚焦超声治疗系统的控制方法，其步骤为：

1)所述的中央处理系统发出指令，控制旋转电机转动，旋转电机带动聚焦超声换能器和b超探头同时转动，使得b超探头位于目标区域的正上方，再通过升降电机控制所述b超探头上下移动，使得b超探头对准目标区域，采集图像并记录成像面位置；

2)所述的中央处理系统发出指令，再次控制旋转电机转动β角度，使得聚焦超声换能器位于目标区域的正上方，通过升降电机控制聚焦超声换能器的位置升降，使得聚焦超声换能器的焦点位于b超探头的原成像面位置处；

3)一段时间后，所述的中央处理系统发出指令，旋转电机反向旋转β角度，所述的b超探头重新位于目标区域的正上方，再次采集图像。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的聚焦超声治疗系统不同于原治疗头中将b超设置在聚焦超声换能器上，进而增大聚焦超声换能器的尺寸，而是将聚焦超声换能器和b超探头分开设置，减小了聚焦超声换能器的直径尺寸，进而减小了治疗头的尺寸，使得聚焦超声治疗系统能够满足小部位肿瘤治疗的需求；聚焦超声换能器和b超探头分别由两个独立的升降电机控制升降，可调节两者的相对位置差，从而让聚焦超声换能器1的焦点位于b超图像的最佳成像区域，保障治疗范围和定位的精确性；

(2)本发明在聚焦超声换能器的顶端中间设置了红外测温传感器，红外测温传感器尺寸比b超探头的尺寸小的多，因此聚焦超声换能器中心的开孔就可以减小很多，从而可以在不减小聚焦超声换能器有效面积的情况下减小聚焦超声换能器的直径尺寸，相应地减小治疗头的尺寸，同时，采用聚焦超声治疗系统时，治疗时的温度是否达到了65℃决定了治疗效果，因此温度的监控作用比b超监控更好；

(3)本发明用固体耦合贴代替普通的超声耦合剂，治疗时在水囊薄膜和人体皮肤之间可以起到良好的耦合作用，当水囊薄膜和人体之间由于治疗范围的变化需要作相对位移时，固体耦合贴不会形变，同时耦合贴中添加有降温冷却成分，可以在治疗时冷却皮肤温度，从而减少皮肤灼伤的副作用的发生；

(4)本发明采用治疗前b超定位，治疗时温度监控和治疗后实施评估的方式，改变原有全程通过b超图像进行定位监控和评估的方式，通过红外测温传感器对治疗过程实时监控，同时将聚焦超声换能器在治疗头内作水平二维运动改为整个治疗头(包含换能器)与治疗部位作相对的二维运动，大大缩小了治疗头的尺寸，可以适用于更多的人体部位，特别适用于小部位肿瘤治疗，大大的拓展了超声治疗的适应症范围。

附图说明

图1是本发明治疗头内部结构示意图；

图2是本发明治疗头剖视图；

图3是按图2所示a-a方向的仰视水平剖面示意图；

图4是本发明治疗时耦合示意图。

图中：1、聚焦超声换能器；2、b超探头；3、红外测温传感器；4、旋转电机；5、换能器升降电机；6、b超探头升降电机；7、治疗头外壳；8、薄膜；9、固体耦合贴；10、人体皮肤；11、底座；12、转轴；13、支撑板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅是本发明中的一部分，本领域人员在没有创造性劳动前提下所获得的，都在本发明保护的范围内。

实施例1

参考图1、2、3，本发明的聚焦超声治疗系统改变了原治疗头的内部结构，聚焦超声换能器1、b超探头2分开设置，分别由独立的换能器升降电机5、b超探头升降电机6进行控制升降，这样可以实现分别单独控制聚焦超声换能器1和b超探头2的垂直升降，可调节两者的相对位置差，从而让聚焦超声换能器1的焦点位于b超图像的最佳成像区域，保障治疗范围和定位的精确性，上述的换能器升降电机5、b超探头升降电机6均固定于支撑板13上，支撑板13固定于转轴12上，此处的固定方式可以是螺栓连接也可以是焊接连接抑或是其它固定连接方式；采用同一旋转电机4控制聚焦超声换能器1和b超探头2的旋转，其中旋转电机4固定在底座11上，在底座11的中心设置有旋转轴12，聚焦超声换能器1和b超探头2成像面与转轴12的垂直距离相等，旋转电机4控制两者始终处于一个相对角度β，且聚焦超声换能器1和b超探头2两者相对于转轴12的夹角β为90°或180°；此外，在聚焦超声换能器1的顶端中间设置有红外测温传感器3，且二者同心布置，改变了原有聚焦超声治疗系统全程通过b超图像进行定位监控和评估的方式，同时将聚焦超声换能器在治疗头内作水平二维运动改为整个治疗头(包含换能器)与治疗部位作相对的二维运动，由于红外测温传感器3尺寸比b超探头2的尺寸小的多，因此聚焦超声换能器1中心的开孔就可以减小很多，从而可以在不减小聚焦超声换能器1有效面积的情况下减小聚焦超声换能器1的直径尺寸，相应地减小治疗头的尺寸。本发明的聚焦超声换能器1、b超探头2、旋转电机4、换能器升降电机5、b超探头升降电机6均与中央处理系统连接，信号可与中央处理系统直接进行信号交互，执行相应的动作。

再之，在治疗时聚焦超声换能器的超声波束会在b超图像上形成增强白色光束，大大影响b超实时监控的效果，因此使用b超进行实时监控的意义并不大，另外，在治疗过程中，温度是否达到60～100℃决定了治疗的效果，因此本方案选用红外测温传感器3对治疗时的温度进行实时监控，监控意义更大。

上述治疗系统通过治疗头外壳7封装起来，治疗头外壳7为桶状外壳，其下方通过薄膜8密封，薄膜8为水囊薄膜，用于封固治疗头中的去气水保证不泄露，且上述的聚焦超声换能器1采用高强度聚焦超声换能器，下面以β角取180°为例介绍，即b超探头2与聚焦超声换能器1沿底座11水平中心左右对称排列，旋转电机4可以控制b超探头2与聚焦超声换能器1以底座1水平中心点为轴心作来回180度的转动。聚焦超声治疗系统的操作过程如下：

1)旋转电机4控制转轴12转动，转动之后聚焦超声换能器1的焦点刚好位于b超探头2的原成像面上，红外测温传感器3位于聚焦超声换能器1中心的小孔之中；

2)治疗之前，b超探头2位于治疗部位的正上方，可以对治疗部位进行观察，然后勾画治疗区域，制定治疗方案；

3)然后，旋转电机4控制转轴12旋转180°，此时聚焦超声换能器1位于治疗部位正上方，且焦点位于原b超图像成像面上，红外测温传感器3的中心与聚焦超声换能器1中心对齐，因此也与焦点共同位于原b超图像成像面上，可以对治疗过程实施实时温度监控，通过治疗头和人体皮肤10的相对位置移动及聚焦超声换能器1的升降运动可以治疗整个勾画区域；

4)治疗完成后，旋转电机4控制转轴12反向旋转180度，此时b超探头2重新位于治疗部位上方，可以通过治疗前后的b超图像灰度变化或者多普勒血流情况即时评估治疗效果。

实施例2

参考图4，本实施例的聚焦超声治疗系统，在上述实施例1的基础之上，还包括固体耦合贴9，位于水囊薄膜和人体皮肤10之间，治疗时在水囊薄膜和人体皮肤10之间用固体耦合贴9代替普通的超声耦合剂，可以起到良好的耦合作用，当水囊薄膜和人体之间由于治疗范围的变化需要作相对位移时，固体耦合贴9不会形变从而保障耦合效果不受影响，同时耦合贴9中添加有降温冷却成分，可以在治疗时冷却皮肤温度，从而减少皮肤灼伤的副作用的发生。

实施例3

由于现有技术中的针对小部位肿瘤治疗的设备无法实现精准确定治疗范围、治疗监控不便、设备操作低效，本发明提供了一种聚焦超声治疗系统，基于该聚焦超声治疗系统，以β角取90°为例介绍，其控制方法如下：

1)中央处理系统发出指令，控制旋转电机4转动，旋转电机4带动聚焦超声换能器1和b超探头2同时转动，使得b超探头2位于目标区域的正上方，再通过b超探头升降电机6控制b超探头2的上下位置，使得b超探头2对准目标区域，中央处理器采集图像并记录成像面位置；

2)中央处理系统发出指令，再次控制旋转电机4转动90°角度，使得聚焦超声换能器1位于目标区域的正上方，再通过换能器升降电机5控制聚焦超声换能器1的位置升降使得聚焦超声换能器1的焦点位于b超探头2的原成像面位置处；

3)一段时间后，中央处理器发出指令控制旋转电机4反向旋转90°，旋转电机4控制b超探头2重新位于目标区域的正上方，b超探头升降电机6根据需要调整b超探头2的垂直位置，再次采集图像。

在上述的操作过程中，由位于聚焦超声换能器1上的红外测温系统，对治疗时的人体表面温度进行检测，将实时温度转换为数字信号传送至处理器。

制定治疗计划时，治疗中可用红外测温系统进行治疗温度监控，治疗后可用b超进行治疗后效果实时评估；治疗之前，b超探头2位于治疗部位的正上方，可以对治疗部位进行观察，然后勾画治疗区域，准确选定治疗范围，制定治疗方案；红外测温传感器3的中心与换能器中心对齐，因此也与焦点共同位于原b超图像成像面上，可以对治疗过程实施实施温度监控，通过治疗头和人体皮肤10的相对位置移动及聚焦超声换能器1的升降运动可以治疗整个勾画区域。其步骤为：

(1)、患者病况信息的采集：通过b超探头2对病患部位进行位置和范围的数据进行收集，并将采集到的信息转换为数字信号传输至处理器。

(2)、信号的分析计算：中央处理系统通过预置的算法对数据信号进行计算，计算出治疗肿瘤时聚焦超声换能器所需的温度，以及聚焦超声换能器1距离人体表面的高度距离。

(3)、设备的操作：中央处理系统根据上述分析结果，通过控制器发出指令，控制选择电机的旋转和升降电机调整聚焦超声换能器1和b超探头2距离人体表面的距离，并开始治疗。

(4)、温度的检测与反馈：治疗过程中，由位于聚焦超声换能器1上的红外测温系统，对治疗时的人体表面温度进行检测，将实时温度转换为数字信号传送至处理器。

(5)、终止治疗指令：中央处理系统对由红外测温系统发出的温度信号进行判断，但达到预设值时，中止聚焦超声换能器1工作。

(6)、治疗效果的检测：中央处理系统中止聚焦超声换能器1工作的同时，发出指令，控制旋转电机4旋转90°，使得b超探头2重新回到治疗部位，此时b超开始工作。

(7)、治疗效果的评估：b超探头2对治疗后部位进行检测，检测结果通过数字信号传输至处理器，操作人员通过中央处理系统处理结果评估治疗效果。

以上所述仅为本发明的实施方式，凡是利用本发明说明部分和附图内容中的等效技术，直接或者间接的运用在任何技术领域，均包括在本发明的专利保护范围里。