[发明专利]相控阵聚焦超声多模式热场形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种生物医学工程技术领域的热场形成方法，特别是一种相控阵聚焦超声多模式热场形成方法。

背景技术

利用热物理肿瘤加热技术可以形成高热模式热场进行肿瘤高温消融，即在数秒内将组织温度加热到70℃以上，导致组织发生不可逆转的凝固坏死。也可以形成温热模式热场进行多元化肿瘤治疗，例如肿瘤热化疗、热敏药物释放、热导向基因表达等。肿瘤形态各异，所处组织环境血运状态各有不同，如果能将多种模式热场相互组合则可以实现以肿瘤特征为导向的个性化可定制治疗。所谓个性化可定制治疗是指基于相控阵聚焦超声系统实施肿瘤治疗不仅可以是单纯的高温消融、温热疗、甚至也不仅是结合局部温热疗和热敏药物的肿瘤靶向治疗，而是根据肿瘤特征选择一种或者多种加热模式相互组合的多模式治疗方式。例如对于高灌注组织中的小体积肿瘤，温热疗往往易受血流影响，则可以考虑采用高温消融肿瘤；而对于某些大体积肿瘤，其肿瘤内部血流灌注较小，外部血流灌注较大，则可以考虑在肿瘤内部采用结合局部温热疗和热敏药物的肿瘤靶向治疗方式，而肿瘤外围采用高热消融的方式。以肿瘤特征为导向的个性化可定制治疗模式可以充分发挥各种加热模式各自的优点，更好地解决复杂形态特征肿瘤的治疗问题。

现有热物理肿瘤加热技术一般只能形成单一模式的热场。例如以色列InSightec公司生产的ExAblate2000，当施于阵列特定的信号驱动模式时，该球面相阵列可以控制焦点在三维空间移动，并形成多焦点聚焦场，形成大体积的高温模式热场，引发组织热损伤。目前该仪器已被获准临床消融子宫肌瘤。又如Fenn发明的热动力自适应相控阵列射频加热系统(Patent USA.5810888)利用自适应相控阵计算控制算法可以在人体深部形成大体积的温热模式热场，实现深部肿瘤的药物定向释放。其他方法例如中国专利申请号为02116887.3，专利名称为肿瘤微波介入治疗多天线热场组合方法；专利申请号02116888.1，专利名称为微波凝固治疗肿瘤热场分布的模拟测量方法；专利申请号为01129558.9，专利名称电容射频热疗装置的深部热场优化控制方法。这些热物理肿瘤加热技术的缺点在于仅能在组织种形成单一模式的热场，而无法同时形成多种模式的热场，多种模式热场相互组合实现以肿瘤特征为导向的个性化可定制治疗无法实现，复杂形态特征的肿瘤治疗问题很难解决。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种相控阵聚焦超声的多模式热场形成方法。本发明能够基于单个多元阵列治疗头实现两种肿瘤治疗手段，既能形成高热模式热场，实现人体深部组织高温消融，又能形成大体积温热模式热场，适合热敏脂质体载药定向适形释放，最终以多种模式热场相互组合的方式实现以肿瘤特征为导向的个性化可定制治疗。

为实现这一目的，本发明方法的基础是多元阵列相治疗头和相控阵聚焦超声热场精确调控技术，其中多元阵列治疗头是该方法的硬件基础，相控阵聚焦超声热场精确调控技术在该硬件基础上实现。本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明包括如下具体步骤：

(1)采用多元阵列的球面开孔不等间距环形阵列治疗头；

该阵列由108个直径为10mm的圆形平面式阵元组成，球面曲率半径为200mm，同时所述的环形阵列治疗头满足的技术要求：最大间距可达30mm的焦点间距和最高可达190的声强增益，能同时形成大体积(最大体积可达4×10⁴mm³)温热模式热场和小体积(最大体积可达240mm³)高热模式热场。解决了现有的多元相控阵列治疗头仅适合于实现高温消融的技术问题。

(2)采用每种声场模式与一组驱动信号的相位与幅值相对应；

所述的驱动信号的相位和幅值，是指：利用伪逆矩阵算法和振速与电压对应关系计算这些模式所需驱动信号的相位和幅值，其步骤如下：

①确定所用声场分布模式，包括控制点(焦点)位置和控制点处声强；