[發明專利]高強度超聲聚焦焦域的信號疊加相控方法

有效

• 申請號: 201710358381.4
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107019853B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 菅喜岐;常詩卉;吳世敬
• 申請（專利權）人: 天津醫科大學
• 主分類號: A61N7/02
• 分類號: A61N7/02
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司 12103
• 代理人: 孫喬喬

本發明公開了一種高強度超聲聚焦焦域的信號疊加相控方法，包括以下步驟：S1：在聚焦目標F1處設置正弦波點聲源，基于時間反轉法獲取聚焦于F1的激勵信號；S2：在與F1距離L的聚焦目標F2處設置正弦波點聲源，獲取聚焦于F2處的激勵信號；S3：在保證與單焦點聚焦時能量不變的條件下同時實現F1、F2處聚焦；S4：在一個周期內改變△t的取值進行聚焦，篩選融為一個焦域且溫度場接近平臺式分布的△t；S5：在總輸入能量不變的前提下，利用目標焦點F1、F2處的兩個溫度極大值對激勵信號幅值進行調控，根據所得幅值比重新調整換能器陣元的激勵信號進行聚焦。本發明可實現經顱聚焦溫度場呈平臺式分布，同時可改變焦域大小，提高消融速率。

技術領域

本發明涉及超聲波療法，具體是一種高強度超聲聚焦焦域的信號疊加相控方法。

背景技術

高強度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)作為一種新興的腫瘤治療手段，以其非侵入性、能量深入人體深部軟組織和可重復治療等優點受到廣泛的關注，目前已應用于乳腺癌、子宮肌瘤、前列腺癌等實體腫瘤的臨床治療。對于HIFU腦腫瘤治療而言，雖然近些年發展的大開口半球形相控換能器使其成為可能，但溫度的控制及治療時間長等臨床問題尚未解決。若腦組織溫度過高可能導致毛細血管膨脹破裂引發腦出血；而溫度偏低達不到治療目的；同時顱內腫瘤大小、形狀、位置因人而異，因此僅依靠單一橢球體形狀的焦域多次疊加治療這些腫瘤有可能損傷腦部正常組織或使腫瘤組織殘留，同時治療時間過長；通過延長照射時間或者增大輸入聲強雖可增加單次治療焦域體積、縮短治療時間，但可能因照射時間過長或輸入聲強過大使焦域中心溫升過高，出現局部組織過熱引發組織出血。

1984年Hynynen等利用相控換能器進行單次多焦點輻照，并提出HIFU治療的理想焦域應該是在焦域內有均一的劑量分布；2012年Matsumoto等提出熱點消除算法，一定程度上解決了球冠狀換能器治療淺表腫瘤顱骨處熱點沉積的問題；2013年Narumi等利用時間反轉方法結合相關處理對換能器激勵信號進行相位校正和幅值補償，使超聲波能量更有效地聚焦到顱內目標區域；2013年Zhou YF等仿真優化了輻照路徑、輻照間隔使得目標消融區域能量分布更均勻。上述專家提出的方法使顱骨處能量沉積問題得到了解決，然而并未對治療時間長和焦域處溫升過高可能引發腦組織出血問題進行研究討論。另外，針對兩個激勵信號相對觸發延遲時間的方法也未曾有過研究。

發明內容

本發明為解決上述現有技術中存在的問題，提供了一種高強度超聲聚焦焦域的信號疊加調控方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種高強度超聲聚焦焦域的信號疊加相控方法，包括如下步驟：

S1：在聚焦目標F1處按公式(1)S₀(t)＝P₀sin(ωt)設置正弦波點聲源，基于時間反轉法獲取聚焦于F1的激勵信號為公式(2)其中，為各陣元激勵信號初始相位，i為陣元標號，P₁為換能器輸入聲壓幅值。

S2：在與F1距離L的聚焦目標F2處按公式(1)S₀(t)＝P₀sin(ωt)設置正弦波點聲源，基于時間反轉法獲取聚焦于F2的激勵信號為公式(3)其中，為各陣元激勵信號初始相位，i為陣元標號，P₂為換能器輸入聲壓幅值。

S3：在保證與單焦點聚焦時能量不變的條件下，將分別聚焦于F1、F2處時獲取的激勵信號進行疊加同時實現F1、F2處聚焦，陣元激勵信號為公式(4)其中，△t為S_1i(t)相對于S_2i(t)觸發的延遲時間。

S4：在一個周期內(0～2πf)改變△t的取值進行聚焦，其中，f為換能器陣元信號激勵頻率，篩選融為一個焦域且溫度場呈平臺式分布的△t。