[發明專利]一種相控陣高強度聚焦超聲消融系統

無效

• 申請號: 201410281799.6
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104013444A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 薛洪惠;孔有年;孔祥清
• 申請（專利權）人: 南京廣慈醫療科技有限公司
• 主分類號: A61B17/00
• 分類號: A61B17/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 鄧麗

【技術領域】

本發明涉及一種在體外通過高強度聚焦超聲對體內目標區域進行熱消融的外科手術系統，屬于醫學治療儀器領域，尤其涉及一種相控陣高強度聚焦超聲消融系統。

【背景技術】

聲波是一種機械波，可以將能量從體外傳遞到人體內部。超聲波是一種頻率在20KHz以上的聲波，具有良好的傳播方向性，廣泛應用于醫療診斷和治療領域。

高強度聚焦超聲（High?Intensity?Focused?Ultrasound，HIFU），是將超聲波能量在人體內特定區域內聚集，在此區域內人體組織被加熱升溫到65℃以上，引起組織蛋白質變性，并結合機械效應、空化效應等達到消融的效果。在聚焦區域之外，因超聲波未聚集、能量密度很低而不會形成溫度升高，對正常組織無損傷。聚焦超聲消融，因其在治療過程中對人體沒有創傷，是一種新興的無創醫療手段，受到醫生和病人的歡迎。該治療方法已在癌癥、肌瘤、結石等治療領域得到了廣泛的應用，取得了良好的效果。

高強度聚焦超聲消融系統，一般由引導設備、監測設備、定位裝置、機械運動裝置、去氣水裝置、治療頭、控制電路、系統軟件等部分組成。

各種系統的主要區別在于采用何種治療頭方案及相應的控制電路和軟件。目前常采用的方案包括：單換能器、多個非相控陣換能器和相控陣換能器，三者各有優缺點。單換能器方案，具有加工難度低，機械結構簡單，成本相對低廉的優點，但是其一旦設計定型，超聲聚焦點的位置、形狀、大小都是固定的，旁瓣抑制能力也相對較差，且無法實現部分面積發射；多個非相控陣換能器方案，具有旁瓣抑制良好、可部分發射等特點，在單換能器方案的基礎上有所改進，但仍存在聚焦點調節困難的不足；相控陣換能器方案，具有聚焦位置和區域雙重可調、可任意調整發射面積等優點，對各類待治療區域有良好的適應性，但存在結構復雜、成本高昂等缺點。隨著技術水平的發展，越來越多的高強度聚焦超聲消融系統采用相控陣的方案，為醫生和患者提供了更好的治療設備。

以凹球面基座為基礎，采用幾十至幾百個小尺寸換能器粘貼在基座內側，配合對應的控制電路，形成相控陣聚焦控制，是目前比較常見的技術方法。利用凹球面的幾何形狀，形成初始的聚焦，可降低相控陣聚焦時邊緣區域換能器基元的信號延時量，減小控制電路的設計難度。

本發明中，采用幾百個小尺寸換能器組成相控陣治療頭，配合控制電路可實現聚焦位置的三方向移動，無需機械移動裝置即可實現三維掃描治療，同時可依據需求改變聚焦區域的形狀和大小，實現點、線、面等多種聚焦區域；也可根據靶區位置而設置全部發射、部分發射、輪流發射等工作方式，避開骨骼、肺部的阻擋，利用發射功率加權等方法，能進一步抑制聲場中的旁瓣，減少對非聚焦區域的不良影響；通過控制電路中的監測電路，可實時調整每一路換能器的相位和幅度，并可在某一路換能器出現異常時單獨將其關閉。

采用相控陣技術的高強度聚焦超聲消融系統，可有效提高治療精度，滿足各種治療場景，具有良好的適應性和先進性。

【發明內容】

本發明的目的在于：設計一種相控陣高強度聚焦超聲消融系統，采用凹球面基座結合幾百個小尺寸圓形換能器，通過控制電路對每一個換能器發射信號的相位、幅度都單獨控制，并監測其工作狀態以實時調整；根據治療需求，可實現聚焦位置、形狀、大小的調節，滿足實際治療過程中的技術需求。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種相控陣高強度聚焦超聲消融系統，該系統包括治療床、治療床驅動馬達、三軸運動驅動系統、三軸運動控制系統、超聲波發射組件、聚焦超聲驅動電路、聚焦超聲控制電路、治療頭驅動馬達、治療頭定位系統、五軸運動驅動系統、五軸運動控制系統、引導B超探頭、B超機、數據采集卡、去氣水管道、去氣水生產裝置和主控電腦；

其中，治療床驅動馬達與治療床連接，可驅動其在X、Y、Z三個方向直線運動；治療床驅動馬達通過三軸運動驅動系統連接到三軸運動控制系統，再連接到主控電腦，并接收來自主控電腦的指令來調整治療床的姿態；

所述治療床中間有一個治療孔，治療孔下方設有超聲波發射組件，超聲波發射組件包括治療頭和水囊，治療頭的中心部位安裝了引導B超探頭，治療頭上方連著水囊；治療頭和附屬部分一同安裝在治療頭定位系統上，可以在治療頭驅動馬達的作用下在X、Y、Z方向直線運動以及繞著X、Y方向轉動；治療頭驅動馬達通過五軸運動驅動系統連接到五軸運動控制系統，再連接到主控電腦，并接收來自主控電腦的指令來改變治療頭的位置和指向，尋找最佳治療角度；