[发明专利]一种相控阵高强度聚焦超声消融系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种在体外通过高强度聚焦超声对体内目标区域进行热消融的外科手术系统，属于医学治疗仪器领域，尤其涉及一种相控阵高强度聚焦超声消融系统。

【背景技术】

声波是一种机械波，可以将能量从体外传递到人体内部。超声波是一种频率在20KHz以上的声波，具有良好的传播方向性，广泛应用于医疗诊断和治疗领域。

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU），是将超声波能量在人体内特定区域内聚集，在此区域内人体组织被加热升温到65℃以上，引起组织蛋白质变性，并结合机械效应、空化效应等达到消融的效果。在聚焦区域之外，因超声波未聚集、能量密度很低而不会形成温度升高，对正常组织无损伤。聚焦超声消融，因其在治疗过程中对人体没有创伤，是一种新兴的无创医疗手段，受到医生和病人的欢迎。该治疗方法已在癌症、肌瘤、结石等治疗领域得到了广泛的应用，取得了良好的效果。

高强度聚焦超声消融系统，一般由引导设备、监测设备、定位装置、机械运动装置、去气水装置、治疗头、控制电路、系统软件等部分组成。

各种系统的主要区别在于采用何种治疗头方案及相应的控制电路和软件。目前常采用的方案包括：单换能器、多个非相控阵换能器和相控阵换能器，三者各有优缺点。单换能器方案，具有加工难度低，机械结构简单，成本相对低廉的优点，但是其一旦设计定型，超声聚焦点的位置、形状、大小都是固定的，旁瓣抑制能力也相对较差，且无法实现部分面积发射；多个非相控阵换能器方案，具有旁瓣抑制良好、可部分发射等特点，在单换能器方案的基础上有所改进，但仍存在聚焦点调节困难的不足；相控阵换能器方案，具有聚焦位置和区域双重可调、可任意调整发射面积等优点，对各类待治疗区域有良好的适应性，但存在结构复杂、成本高昂等缺点。随着技术水平的发展，越来越多的高强度聚焦超声消融系统采用相控阵的方案，为医生和患者提供了更好的治疗设备。

以凹球面基座为基础，采用几十至几百个小尺寸换能器粘贴在基座内侧，配合对应的控制电路，形成相控阵聚焦控制，是目前比较常见的技术方法。利用凹球面的几何形状，形成初始的聚焦，可降低相控阵聚焦时边缘区域换能器基元的信号延时量，减小控制电路的设计难度。

本发明中，采用几百个小尺寸换能器组成相控阵治疗头，配合控制电路可实现聚焦位置的三方向移动，无需机械移动装置即可实现三维扫描治疗，同时可依据需求改变聚焦区域的形状和大小，实现点、线、面等多种聚焦区域；也可根据靶区位置而设置全部发射、部分发射、轮流发射等工作方式，避开骨骼、肺部的阻挡，利用发射功率加权等方法，能进一步抑制声场中的旁瓣，减少对非聚焦区域的不良影响；通过控制电路中的监测电路，可实时调整每一路换能器的相位和幅度，并可在某一路换能器出现异常时单独将其关闭。

采用相控阵技术的高强度聚焦超声消融系统，可有效提高治疗精度，满足各种治疗场景，具有良好的适应性和先进性。

【发明内容】

本发明的目的在于：设计一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，采用凹球面基座结合几百个小尺寸圆形换能器，通过控制电路对每一个换能器发射信号的相位、幅度都单独控制，并监测其工作状态以实时调整；根据治疗需求，可实现聚焦位置、形状、大小的调节，满足实际治疗过程中的技术需求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种相控阵高强度聚焦超声消融系统，该系统包括治疗床、治疗床驱动马达、三轴运动驱动系统、三轴运动控制系统、超声波发射组件、聚焦超声驱动电路、聚焦超声控制电路、治疗头驱动马达、治疗头定位系统、五轴运动驱动系统、五轴运动控制系统、引导B超探头、B超机、数据采集卡、去气水管道、去气水生产装置和主控电脑；

其中，治疗床驱动马达与治疗床连接，可驱动其在X、Y、Z三个方向直线运动；治疗床驱动马达通过三轴运动驱动系统连接到三轴运动控制系统，再连接到主控电脑，并接收来自主控电脑的指令来调整治疗床的姿态；

所述治疗床中间有一个治疗孔，治疗孔下方设有超声波发射组件，超声波发射组件包括治疗头和水囊，治疗头的中心部位安装了引导B超探头，治疗头上方连着水囊；治疗头和附属部分一同安装在治疗头定位系统上，可以在治疗头驱动马达的作用下在X、Y、Z方向直线运动以及绕着X、Y方向转动；治疗头驱动马达通过五轴运动驱动系统连接到五轴运动控制系统，再连接到主控电脑，并接收来自主控电脑的指令来改变治疗头的位置和指向，寻找最佳治疗角度；