[發明專利]一種在空間指定位置上形成多種聚焦超聲焦點的設備

有效

• 申請號: 201710771426.0
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN109125960B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 喬杉;吳昊;劉文杰;蘇志強;張勝發;馬銳鋒
• 申請（專利權）人: 上海沈德醫療器械科技有限公司
• 主分類號: A61N7/02
• 分類號: A61N7/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種在空間指定位置上形成多種聚焦超聲焦點的設備，包括：初始相位值生成裝置，用于計算獲得多陣元相控換能器中各換能器陣元的初始相位值，初始相位值控制形成焦點的尺寸；偏轉相位值生成裝置，用于采用偽逆矩陣算法或根據所述空間指定位置與各換能器陣元的空間幾何關系計算獲得各換能器陣元的偏轉相位值，偏轉相位值控制焦點所形成的位置；相位疊加裝置，用于將所述初始相位值和偏轉相位值疊加獲得各換能器陣元的最終相位信號；超聲焦點形成裝置，用于根據所述最終相位信號控制換能器陣元產生超聲，并在空間指定位置形成尺寸可控的超聲焦點。與現有技術相比，本發明具有焦點控制靈活性高、計算簡單等優點。

技術領域

本發明涉及高強度聚焦超聲技術領域，尤其是涉及一種在空間指定位置上形成多種聚焦超聲焦點的設備。

背景技術

高強度聚焦超聲技術基于超聲的生物學效應，通常是熱效應，通過將超聲能量集中于人體體內一點，在該點產生使組織蛋白質變形的高溫，從而對人體實體腫瘤進行非侵入的治療，目前已經用于子宮肌瘤、乳腺腫瘤、肝腫瘤等疾病的治療。傳統的高強度聚焦超聲，使用單陣元換能器所形成的超聲焦點的尺寸較小，直徑通常在1mm，長度約為5～8mm左右。如果對一體積較大的實體腫瘤進行超聲熱消融，則需要結合機械移動，使得較小的超聲焦點逐點覆蓋整個腫瘤區域，每次超聲焦點移動到一新位置，需要照射10～20s左右，才能形成治療效果，非常耗費時間。之后也出現了對于傳統技術的改進，例如使用相控型聚焦超聲技術，結合多陣元探頭，通過控制每個換能器陣元的相位，可以實現超聲焦點在空間中的快速移動，解決機械移動的問題，或者同時形成多焦點，解決單次超聲照射形成熱消融區域體積小的問題。目前，計算相位控制的方法包括了偽逆矩陣方法、遺傳算法等，但這些方法計算都相對復雜，特別是計算在空間中非自然焦點位置處形成大尺寸超聲焦點的相位信號時，需要對于算法的輸入、初始條件等參數進行綜合考慮才能夠得到較好的結果。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種在空間指定位置上形成多種聚焦超聲焦點的設備。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種在空間指定位置上形成多種聚焦超聲焦點的設備，包括：

初始相位值生成裝置，用于計算獲得多陣元相控換能器中各換能器陣元的初始相位值，初始相位值控制形成超聲焦點的尺寸；

偏轉相位值生成裝置，用于采用偽逆矩陣算法或根據所述空間指定位置與各換能器陣元的空間幾何關系計算獲得各換能器陣元的偏轉相位值，偏轉相位值控制形成超聲焦點的位置；

相位疊加裝置，用于將所述初始相位值和偏轉相位值疊加獲得各換能器陣元的最終相位信號；

超聲焦點形成裝置，用于根據所述最終相位信號控制換能器陣元產生超聲，并在空間指定位置形成尺寸可控的超聲焦點。

所述初始相位值生成裝置包括：

第一初始相位計算模塊，用于根據各換能器陣元的陣元中心的極坐標值計算對應換能器陣元的初始相位值，計算公式為：

其中，為第n個換能器陣元的陣元中心的極坐標值，為該換能器陣元的初始相位值，M為一與形成的超聲焦點尺寸成正比的正整數，ψ(r_n)為各換能器陣元之間的初始相位值差。

所述初始相位值生成裝置包括：

相控換能器分區模塊，用于對所述多陣元相控換能器中的所有換能器陣元根據陣元坐標進行分組，形成多個陣元區域；

第二初始相位計算模塊，用于根據分組結果計算每個陣元區域的初始相位值，并以計算獲得的初始相位值作為該陣元區域中每個陣元的初始相位值。

所述相控換能器分區模塊包括：