一种温度增强的微分多焦点超声空化装置的制作方法

本发明涉及高强度聚焦超声技术，具体涉及一种温度增强的微分多焦点超声空化装置。

背景技术：

1、高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound，简称hifu）提供了一种精确消融肿瘤的无创治疗方法。超声波具有良好的组织穿透性和方向性，当超声波传播到液体或生物组织中时，会造成液体的压缩和稀疏，形成微小的气泡，在持续的超声波的影响下，这些气泡会不断地扩张和收缩，并且达到一定大小后会突然破裂，产生高温、高压的现象。普通的超声波在传播过程中能量分布较为均匀，而聚焦超声可以将超声能量汇聚在一个点上，从而在该点产生瞬态的高温效应、空化效应，进而破坏病变的目标组织，达到“消融”病灶的外科手术目的。hifu治疗不产生外部创口，也不会损伤超声路径上的正常组织，已经被应用于子宫肌瘤、肝癌、肾癌、乳腺癌等良恶性肿瘤的临床治疗中。

2、然而，hifu治疗仍然存在诸多不足之处，其中最为明显的缺陷是消融目标组织所需的时间太长。由于产生瞬态高温效应和空化效应所需的能量阈值较高，hifu需要采用高能的电路工作方式在聚焦局部激励形成空化区域，即使在采取高昂的安全措施及高精度器件的情况下，hifu也只能在聚焦点及其周围有限的区域内进行消融，当消融较大区域时需要耗费过长的时间。对于该问题，一种解决思路是进一步提高聚焦点的能量，从而扩大空化区域范围，缩短消融时间。但是，这一思路不仅大幅提高了hifu设备的性能需求，使治疗成本成倍增加，而且显著增加了hifu治疗的风险：hifu治疗过程中在聚焦点汇聚的能量本就已经超过了产生空化效应所需的阈值，而更多的过量能量容易在聚焦点周边形成更大的、不受限的微泡集群，这些边界不稳定的微泡集群极易对周边的正常组织造成损伤，当目标组织临近大血管或脆弱组织时更容易发生风险。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种温度增强的微分多焦点超声空化装置。具体而言，本发明提供的技术方案如下：

2、一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，包括超声生成组件、多焦点聚焦阵列及控制系统，所述超声生成组件用于生成第一超声波及第二超声波，所述多焦点聚焦阵列用于将超声波汇聚在多个焦点上，所述控制系统用于控制超声生成组件及多焦点聚焦阵列的工作状态。其中，所述第一超声波用于将焦点区域升温至低于生物组织损伤温度的第一温度区间内，第二超声波用于使处于第一温度区间内焦点区域的生物组织发生空化效应。

3、超声生成组件用于生成第一超声波及第二超声波。具体而言，超声生成组件可以按照特定的时序生成第一超声波和第二超声波。

4、多焦点聚焦阵列用于将超声波汇聚在多个焦点上。具体而言，多焦点聚焦阵列包括多个以阵列形式排布的凹球面，各个凹球面的焦点按照特定的规则排布，例如排布在同一直线上，或者排布在同一平面/曲面上，或者呈三维排布，具体根据实际需要而定。

5、控制系统用于控制超声生成组件及多焦点聚焦阵列的工作状态。一方面，控制系统能够控制超声生成组件的工作状态，包括在生成第一超声波并持续第一工作时间，直至焦点区域升温至低于生物组织损伤温度的第一温度区间后，继续生成第二超声波并持续第二工作时间，从而使焦点区域的生物组织发生空化效应；另一方面，控制系统能够控制多焦点聚焦阵列的工作状态，包括根据需要调整各个焦点的位置和/或排布方式。

6、第一超声波主要用于提升多个焦点所构成的焦点区域的温度。发明人发现，适当的温度有利于增强超声空化效应，使原本不足以产生空化效应、能量相对较低的超声波也能够引起空化。但是，过高的温度会引起生物组织的变性损伤，这对空化效应是不利的。因此，第一超声波对焦点区域的升温范围应当低于生物组织损伤温度，例如升温至40~42摄氏度。

7、第二超声波主要用于在焦点区域产生空化效应。相对于现有的hifu技术，得益于第一超声波提供的温度增强，本发明允许使用能量相对较低的第二超声波产生空化效应，尤其是使用在没有温度增强的情况下本身难以形成空化效应的超声波作为第二超声波。作为例举，可以使用频率为750khz-1.25mhz、占空比小于1%的超声波作为第二超声波。

8、优选的，本发明提供的温度增强的微分多焦点超声空化装置还包括监测系统，所述监测系统安装有由核磁共振比对的人体各个组织的声速-温度数据库，能够监测生物组织的温度，并将监测结果反馈到控制系统。

9、根据本发明提供的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，本发明取得了如下技术效果：

10、（1）解决了hifu技术消融目标组织所需时间过长的问题。本发明的超声空化装置使用多焦点聚焦阵列，可以将超声波同时聚焦在多个焦点上产生空化效应，大幅提高空化消融效率，缩短治疗时间。

11、（2）降低了hifu技术的成本。本发明的超声空化装置通过温度增强，使能量相对较低的超声波也能够产生空化效应，对硬件的性能需求及安全措施得以降低，极大的降低了硬件的生产成本。同时，随着消融效率的提升，本发明的超声空化装置在相同时间内能够完成对更多病例的治疗，这也使得单个病例对设备的分摊成本更低。

12、（3）降低了hifu技术的风险。传统的hifu技术将超声能量聚焦于一点，为了扩大治疗范围，需要提高聚焦点的能量，这就导致聚焦点的能量大幅过量，容易在聚焦点周边形成更大的、边界不稳定的消融区域，当目标组织临近大血管或脆弱组织时容易发生风险。本发明通过温度增强降低了空化效应的阈值，能够在多个焦点上产生空化效应，并且每个焦点的过量能量有限，能够在形成更大消融区域的同时保持稳定的边界，安全性更高。

13、（4）拓宽了hifu的治疗范围。一方面，超声波在传播过程中会损失能量，受限于空化效应的能量阈值，传统的hifu技术在生物组织内的穿透深度有限；另一方面，由于聚焦点周边消融区域的边界不稳定，当目标组织临近大血管或脆弱组织时并不适用hifu技术。本发明通过温度增强降低了空化效应的阈值，能够取得更深的穿透深度，并且由于风险的降低，本发明的超声空化装置也适用于更广泛的治疗范围。

14、（5）解决了监测困难的问题。传统的hifu技术需要在治疗过程中使用核磁或超声进行图像引导，这就要求形成过量的组织变性才能从图像确认聚焦点位置，而本发明的超声空化装置会使焦点区域具有相对高的温度（但并不足以导致组织损伤），通过监测温度就能对hifu治疗的过程进行有效的监测。

15、以上介绍了本发明所取得的部分技术效果。应当理解，提供
技术实现要素：
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。

技术特征：

1.一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，包括超声生成组件，多焦点聚焦阵列及控制系统；

2.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述第一超声波用于将所述多个焦点形成的焦点区域升温至低于生物组织损伤温度的第一温度区间内；所述第二超声波用于使处于第一温度区间内焦点区域的生物组织发生空化效应。

3.根据权利要求2所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述第一温度区间为40~42摄氏度。

4.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述第二超声波的频率为750khz-1.25mhz，占空比小于1%。

5.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述超声生成组件按时序生成第一超声波和第二超声波。

6.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述多焦点聚焦阵列包括多个以阵列形式排布的凹球面，各个凹球面的焦点按照特定的规则排布。

7.根据权利要求6所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述各个凹球面的焦点排布在同一直线上，或者同一平面上，或者同一曲面上，或者呈三维排布。

8.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述控制系统用于控制超声生成组件，包括在生成第一超声波并持续第一工作时间，直至焦点区域升温至低于生物组织损伤温度的第一温度区间后，继续生成第二超声波并持续第二工作时间，从而使焦点区域的生物组织发生空化效应。

9.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，所述控制系统用于控制多焦点聚焦阵列，包括调整各个焦点的位置和/或排布方式。

10.根据权利要求1所述的一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，其特征在于，还包括监测系统，所述监测系统安装有由核磁共振比对的人体各个组织的声速-温度数据库，能够监测生物组织的温度，并将监测结果反馈到所述控制系统。

技术总结
本发明提供了一种温度增强的微分多焦点超声空化装置，包括超声生成组件、多焦点聚焦阵列及控制系统，所述超声生成组件用于生成第一超声波及第二超声波，所述多焦点聚焦阵列用于将超声波汇聚在多个焦点上，所述控制系统用于控制超声生成组件及多焦点聚焦阵列的工作状态。其中，所述第一超声波用于将焦点区域升温至低于生物组织损伤温度的第一温度区间内，第二超声波用于使处于第一温度区间内焦点区域的生物组织发生空化效应。本发明通过温度增强降低了空化效应的阈值，能够同时在多个焦点上产生空化效应，并且每个焦点的过量能量有限，能够在形成更大消融区域的同时保持稳定的边界，完成组织消融所需的时间更短、成本更低、安全性更高。

技术研发人员：白智诚,彭道响,郝兆义
受保护的技术使用者：北京小超科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16