[发明专利]一种多核素MRI引导的HIFU聚焦探头定位装置及其使用方法

说明书

本发明提出了一种多核素MRI引导的HIFU聚焦探头定位装置及其使用方法，定位装置包括多自由度机械臂和聚焦探头，多自由度机械臂一端设置有夹持装置，夹持装置用于固定聚焦探头，另一端设置于升降机构上，升降机构滑动设置于治疗床上，多自由度机械臂为七轴机械臂，七轴机械臂的各节机械臂之间均设有关节模块，所述关节模块包括超声波电机，超声波电机用于控制对应机械臂的旋转角度。本发明实现了基于超声波电机驱动的多自由度机械臂固定的聚焦探头，实现了聚焦探头6自由度的精准定位控制，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，具有运动范围大、对MRI装置干涉较少及治疗效果好等优势。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是指一种多核素MRI引导的HIFU聚焦探头定位装置及其使用方法。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)治疗作为一种高效、无创的肿瘤热消融技术展现出巨大的研究应用潜力。基于高能超声波聚焦于靶组织区域内，使靶区产生高温，致使组织凝固坏死的工作原理，可实现对肿瘤组织的精准治疗，而不损伤周围正常组织。高强度聚焦超声实现精准治疗的前提是对体内病灶的精确定位，对HIFU系统的声输出进行精准的时空控制以及对靶组织的温度变化进行全程实时监测和引导。

相比于其他影像学检查方法，磁共振成像(MRI)具有无电离辐射，灵敏度高，软组织分辨率高以及多参数成像等优点，尤其是可实现三维实时定位成像及治疗过程中的实时温度监测等优势，对HIFU精准高效治疗、实时监测治疗疗效及精准判断肿瘤预后具有重要意义。因此，基于MRI引导的HIFU治疗系统目前已广泛应用于子宫肌瘤、骨肿瘤、前列腺癌及乳腺癌等实体肿瘤的临床治疗，成为国内外研究的热点。

HIFU聚焦探头与肿瘤部位的定位关系直接影响到治疗的安全性和有效性。HIFU治疗系统存在着焦点小及单次治疗时间短等固有缺陷，以及肿瘤的异质性、异型性和肿瘤的位置变化性大等因素限制其临床应用。因此，迫切需要研制出一种精确且多自由度的HIFU聚焦探头控制、定位装置。

在现有技术中，MRI引导的HIFU聚焦探头控制、定位装置主要存在以下不足：

(1)下置型治疗方式的聚焦超声治疗系统通过聚焦探头和MRI装置配合完成治疗，需要多次定位，过程相对复杂繁琐；并且由于MRI治疗床下有限的可移动空间，限制了聚焦探头及其定位装置的运动范围，从而影响最终的治疗效果。

(2)在定位控制装置的驱动下，聚焦探头的运动形式单一，无法满足肿瘤或其他疾病治疗时多方位的要求，因此无法实现HIFU精准高效的治疗。

(3)手持式聚焦探头虽可实现多自由度定位聚焦，但需手动操作，无法精准控制治疗焦点及维持治疗时间，从而无法充分满足临床发展需求。

(4)目前安装在MRI装置孔隙中的基于传统电机驱动的定位控制装置会对MRI系统的磁场产生干扰。为避免上述情况发生，有专利对定位控制装置进行高要求的无磁化设计和处理，或将其置于MRI装置孔隙外部，不仅会增加技术难度和成本，还会占用较大的空间，均存在一定的局限性。

(5)基于机械臂的定位装置多采用金属材料构成，容易产生金属伪影，最终会对图像产生干扰；此外，在机械臂中作为执行元件的电磁型电机受其工作原理与结构的限制，难以达到所要求的体积小、响应速度快和定位精度高的标准。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多核素MRI引导的HIFU聚焦探头定位装置及其使用方法，基于超声波电机驱动的多自由度机械臂固定的聚焦探头，实现了聚焦探头6自由度的精准定位控制，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，具有运动范围大、对MRI装置干涉较少及治疗效果好等优势。此外，基于多核素MRI引导的HIFU治疗系统，可实现治疗前精准定位、实时温度监测、早期疗效评价及精准预后评估。