[實(shí)用新型]用于經(jīng)肋骨超聲體外治療的超聲波治療儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520291514.7
• 申請(qǐng)日: 2015-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204864583U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 訾振軍;孫非
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 訾振軍;孫非
• 主分類(lèi)號(hào): A61N7/02
• 分類(lèi)號(hào): A61N7/02
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，尤其涉及一種用于經(jīng)肋骨超聲體外治療的超聲波治療儀，應(yīng)用于治療位于人體肋骨遮擋下的組織器官。

背景技術(shù)

用于超聲治療的超聲換能器有各種類(lèi)型，按照幾何特征可以分為聚焦和非聚焦換能器，按照使用方式可以分為體外和體內(nèi)，按照系統(tǒng)構(gòu)成可以分為單陣元和多陣元換能器，其中非聚焦換能器通常是用于體內(nèi)，或是針對(duì)體表病灶的治療，由于其非聚焦的特性，激發(fā)的聲波能量無(wú)法在較深的位置產(chǎn)生治療效果。在體外進(jìn)行超聲治療的換能器通常都為聚焦式換能器，聚焦的方式有聲透鏡聚焦，聲反射聚焦等。

當(dāng)換能器只有單一陣元(超聲產(chǎn)生的有效器件，如壓電陶瓷)組成時(shí)，通常是將壓電材料制成球面形狀或采用聲透鏡聚焦，使超聲能夠在球心位置聚焦。但單陣元換能器的缺點(diǎn)在于聲場(chǎng)焦點(diǎn)只能固定在一點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于單一頻率的聲波激勵(lì)，所產(chǎn)生的聲場(chǎng)分布都是固定的，當(dāng)由于治療的要求，需要聲場(chǎng)焦點(diǎn)在空間中移動(dòng)時(shí)，通常采用機(jī)械移動(dòng)換能器的方式來(lái)完成。在超聲治療中，有時(shí)會(huì)遇到超聲傳播路徑上有肋骨存在的情況，由于骨骼與組織之間的聲阻抗有巨大差異，以及骨骼有非常高的超聲吸收系數(shù)，因此在這種情況下，肋骨會(huì)吸收超聲的能量，不但影響焦點(diǎn)處超聲能量的聚焦，同時(shí)會(huì)造成肋骨表面溫度的升高，形成不必要的損傷。

多陣元換能器通常包括多個(gè)超聲產(chǎn)生器件，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用目的，以不同的方式組成陣列，例如將圓片壓電陶瓷固定在一球冠體表面。采用電子聚焦方式控制多陣元換能器的技術(shù)可以靈活的控制聲場(chǎng)能量分布，在不使用機(jī)械移動(dòng)裝置的情況下，也能夠通過(guò)改變各個(gè)陣元的激勵(lì)信號(hào)而自由移動(dòng)聲場(chǎng)焦點(diǎn)的位置。同時(shí)，在經(jīng)肋骨超聲體外治療的應(yīng)用中，多陣元換能器也有很大的優(yōu)勢(shì)，靈活地控制各個(gè)陣元的輸出對(duì)增加聲能量的聚焦和減小肋骨帶來(lái)的負(fù)面作用都有著明顯的作用。被肋骨遮擋的臟器，如肝臟，腎臟等，會(huì)隨著呼吸運(yùn)動(dòng)發(fā)生位移，為了保證超聲治療的準(zhǔn)確性，需要焦點(diǎn)能夠跟蹤目標(biāo)臟器的運(yùn)動(dòng)，多陣元換能器也能夠滿足這種需求。

現(xiàn)有的經(jīng)肋骨超聲治療所采用的超聲換能器通常為球殼型，并有多個(gè)小的圓形陣元排布在球面上，換能器的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)實(shí)際需求而定：根據(jù)目標(biāo)在體內(nèi)深度確定超聲頻率和球面曲率半徑(即自然焦距)；確定所需要的聲場(chǎng)焦點(diǎn)尺寸，計(jì)算出大概的換能器盤(pán)直徑；結(jié)合超聲頻率和所需的焦點(diǎn)移動(dòng)范圍，確定大概的單個(gè)陣元尺寸和陣元的初步排布方式，之后針對(duì)該換能器進(jìn)行聲場(chǎng)的仿真，并根據(jù)結(jié)果對(duì)尺寸和排布進(jìn)行微調(diào)。在經(jīng)肋骨超聲治療時(shí)，為了避免超聲能量在肋骨表面的累積，需要對(duì)各個(gè)陣元的輸出進(jìn)行調(diào)整，最常用的調(diào)整策略是關(guān)閉被肋骨遮擋的陣元。

除了圓形的陣元，還有一種條形陣元換能器被設(shè)計(jì)用于經(jīng)肋骨的超聲治療。長(zhǎng)條形的陣元與肋骨在換能器表面的投影形狀基本類(lèi)似，因此這種換能器的控制比較簡(jiǎn)單。如果使用上述的這種多陣元換能器專(zhuān)注于經(jīng)肋骨的超聲治療，就會(huì)有一定的缺陷。首先，為了有比較好的聚焦性能，圓形換能器的半徑通常都比較大，但由于肋骨的存在，被遮擋的陣元需要關(guān)閉，因此通常情況下只有一半左右的陣元處于工作狀態(tài)。

由于這些圓形換能器通常不是單單使用于經(jīng)肋骨治療的場(chǎng)合，只有一半數(shù)量的陣元工作只能達(dá)到原有設(shè)計(jì)強(qiáng)度的一半，很難完成所需要的治療效果。而且，如果將這種圓形換能器專(zhuān)注用于經(jīng)肋骨的超聲治療，只有一半的陣元工作顯得有些浪費(fèi)。同時(shí)，當(dāng)目標(biāo)位置位于人體深部時(shí)，在沿人體頭腳方向上超聲聲束可能會(huì)將肺包括在內(nèi)，由于肺部含有很多其他空腔，當(dāng)遇到超聲照射時(shí)，氣體空腔不但會(huì)反射大部分能量，而且會(huì)使超聲能量在氣體/組織界面聚集，對(duì)人體造成損害。而條形陣元在焦點(diǎn)靈活控制方面有比較大的缺陷，焦點(diǎn)只能在陣元的排列方向上進(jìn)行移動(dòng)，很難進(jìn)行對(duì)人體呼吸運(yùn)動(dòng)造成的位移進(jìn)行跟蹤。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為針對(duì)經(jīng)肋骨超聲治療的多陣元相控?fù)Q能器，根據(jù)現(xiàn)有多陣元相控?fù)Q能器在經(jīng)肋骨超聲治療時(shí)所存在的不足，對(duì)換能器整體幾何形狀進(jìn)行了修改，在保持原有多陣元相控?fù)Q能器優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，避免肋骨處超聲能量的積累并保持較高的工作效率。

一種用于經(jīng)肋骨超聲體外治療的超聲波治療儀，包括多陣元相控聚焦換能器以及用于控制所述多陣元相控聚焦換能器的聲焦點(diǎn)的位置和形狀的驅(qū)動(dòng)電路，所述多陣元相控聚焦換能器中的陣元分布在球面上形成陣元陣列，所述陣元陣列的投影形狀與治療部位的骨骼間隙形狀相應(yīng)。

作為優(yōu)選，所述陣元陣列的投影形狀為三角形或長(zhǎng)方形。

為了保持較高的聚焦增益以及聚焦控制的方便，本實(shí)用新型中換能器從三維球面(即球面)上截取投影為長(zhǎng)方形或三角形。實(shí)際上截取部分的投影不是嚴(yán)格的長(zhǎng)方形或三角形，要求投影接近長(zhǎng)方形或三角形即可。