[发明专利]高强度聚焦超声治疗疗效监测和超声剂量控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种高强度聚焦超声治疗疗效监测和超声剂量控制系统及方法，提出HIFU焦域径向±0.4 mm范围内达到组织热损伤临界温度70℃时的组织电阻抗突变作为HIFU治疗疗效评估的实时监测参数，并结合超声作用时间进行超声剂量控制，基于相对电阻抗变化RIV和声功率的关系，通过组织体表电阻抗的相对变化定量评估HIFU治疗疗效，还可以通过HIFU超声功率来调节治疗时间，实现超声剂量的精确控制，为HIFU治疗提供一种无创实时疗效监测和超声剂量控制新技术，实现按照HIFU声功率调节治疗时间的超声剂量的精确控制，具有良好的敏感性与较高的分辨率，满足HIFU治疗的应用要求。

技术领域

本发明涉及高强度聚焦超声技术领域，具体涉及一种超声治疗疗效监测和超声剂量控制系统及方法。

背景技术

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)治疗肿瘤技术具有非介入、创伤小、康复快且不易引起癌细胞转移的优点，HIFU疗效和换能器焦域、超声强度、治疗时间以及组织差异有关。为确保HIFU治疗的可靠性和安全性，温度控制是一个关键，既要杀灭肿瘤细胞，又不损伤正常组织，因此HIFU治疗过程中的实时温度监测和疗效评价对肿瘤治疗的临床应用具有重要意义。在HIFU治疗中，需要将焦域组织的温度快速提升到70℃实现组织蛋白的凝固，达到治疗目的，但是mm大小的组织焦域内部存在明显的温度梯度分布，目前没有良好的无创测温手段能实时精确测量组织内部的温度来判断治疗疗效和控制超声剂量。

目前HIFU治疗中常用的非接触测温技术中，红外测温技术利用组织温度和热辐射的关系，通过体外测量体内的热辐射来推测体内温度，但渗透深度有限，测量精度较差。磁共振成像(MRI)测温技术通过和温度相关的扩散系数、质子共振频率或弛豫时间的测量实现组织温度图像的重建，具有良好的温度分辨率，但时间分辨率不高，且设备价格昂贵。超声测温技术通过不同温度下组织声速、声阻抗和非线性声参量等特性参数的测量来实现温度监测，但这些参数的温度变化系数较小，温度测量的精度较低。B超成像虽然可以用来进行HIFU定位引导，监测肿瘤病灶治疗前后的供血变化，但是超声回波对温度的敏感性较差，不能实现HIFU治疗过程中组织焦域内部温度的实时精确监控。因此这几种测温方法虽然能在一定程度上对HIFU治疗的组织温升进行测量，但是其测量精度和速度不能达到实时精确测量的目的，更不能准确判断组织凝固温度HIFU治疗超声疗效，需要寻找一种能够反映组织焦域温度分布特性和组织凝固临界温度变化的参数来实现HIFU疗效监测和治疗剂量的控制。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有HIFU焦域温度和疗效监控方法存在的测量灵敏度低、速度慢和空间分辨率较低等问题，提供一种高强度聚焦超声治疗疗效监测和超声剂量控制系统及方法。

技术方案：本发明提供了一种高强度聚焦超声治疗疗效监测和超声剂量控制系统，包括顺序相连的计算机、信号发生器、功率放大器、HIFU换能器、电极以及阻抗分析仪，所述HIFU换能器在水中产生的超声波在组织中心聚焦，组织表面相对应的两面对称布置电极并通过平衡输出连接阻抗分析仪，所述阻抗分析仪同时连接计算机。

进一步，所述电极包括2根或4根条状银电极，电极和组织之间通过设置导电胶来减少接触电阻。

进一步，所述HIFU换能器为直径10cm、焦距10cm、中心频率1.13MHz的球壳聚焦超声换能器。

一种高强度聚焦超声治疗疗效监测和超声剂量控制方法，包括以下步骤：

(1)建立HIFU治疗系统和电阻抗监测系统，通过计算机控制信号源输出和HIFU换能器同频且幅度可调的正弦信号，经过功率放大器放大后驱动HIFU换能器产生超声波，通过水的传播后在组织中间聚焦，形成椭球形的HIFU治疗热损伤焦域，组织表面的电极连接阻抗分析仪，在计算机的控制下实时测量电阻抗并保存；