專利名稱：一種超聲波治療設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫用儀器技術領域，特別是一種超聲波治療設備。
背景技術：
高強度超聲波信號在人體組織內可以產生若干生物組織效應，例如由于組織對超聲波能量的吸收導致細胞熱壞死、由于超聲波的機械效應導致的細胞破裂、凋亡等。超聲空化是一種超聲波的機械效應，是由于高強度超聲波作用于液體或類液體中的空化核(微小氣泡)后產生的物理現象。微小氣泡受聲波正負壓強反復驅動而產生體積交替迅速增大和壓縮，由交變聲壓作用產生的氣泡漲縮運動稱為穩態空化。當氣泡迅速劇烈漲縮而導致氣液兩相媒質分界處的氣泡壁上的機械張力超出其臨界值時，氣泡崩潰產生瞬時空化。穩態空化時氣泡體共振產生輻射力作用和微聲流，這些振動源發射對應于聲波驅動頻率或氣泡固有共振頻率及其諧波頻率的若干窄帶聲信號。瞬時空化時，伴隨氣泡體積縮小或崩潰瞬間，由于能量積聚或釋放會產生局部瞬時高溫、放電發光、水蒸汽中H和OH 自由基釋放并與其他成分發生化學反應，由此產生聲至發光、沖擊波和射流等現象。在應用醫學研究領域，最近二十年來，超聲空化的生物組織效應日益受到廣泛研究和應用利用其穩態空化效應，超聲造影劑能顯著提高超聲影像的對比度；利用其瞬時空化效應，脈沖式高強度超聲波在治療腫瘤、藥物輸送、導致細胞破碎或凋零、阻斷神經傳導等方面的應用都有新的進展。在利用超聲波的機械效應改變生物組織特性的過程中，這種改變應該是安全且可控的，以提高治療效果，過低的聲發射劑量無法產生聲空化，而過高的聲劑量則會導致組織吸熱甚至沸騰而生產熱損傷，導致過度治療或其他不必要的組織傷害。然而現有的組織內超聲空化的控制手段都是根據發射換能器發射端所發出的電信號進行控制，上述的控制方式至少存在如下的缺點由于發射端與治療區域之間存在的距離，因此并不是所有發射的能量都能夠在治療區域發生作用；或由于生物組織的個體差異，發射的能量不足以導致預期的超聲空化作用，或遠遠超出空化所需的能量。因此此類方法只能從發射電信號的變化根據經驗推理實際發生的生物組織效應，其僅僅是一種推理，并不是實際發生的狀況，因此存在誤判的可能，也存在精度不高的缺點。這些缺點都會危害治療的安全性和有效性。

發明內容
本發明的目的是提供一種超聲波治療設備，提高超聲空化控制手段的精確性，保證治療效果。為了實現上述目的，本發明實施例提供了一種超聲波治療設備，包括超聲波換能發射器，用于產生并向作用區域發射超聲波；超聲波換能接收器，用于從所述作用區域采集聲信號，并將采集到的聲信號轉化為電信號；
判斷裝置，用于根據所述電信號判斷所述作用區域是否發生預定強度范圍的聲空化，獲取一判斷結果；反饋控制裝置，用于在所述判斷結果指示所述作用區域的聲空化不在預定強度范圍內時，控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，使所述作用區域的聲空化處于所述預定強度范圍內。上述的超聲波治療設備，其中，所述超聲波換能發射器與超聲波換能接收器均為聚焦式設備，且二者共焦點設置。上述的超聲波治療設備，其中，所述超聲波換能發射器與超聲波換能接收器的焦斑以一定角度相交，部分重合。上述的超聲波治療設備，其中，所述聚焦式超聲波換能發射器的球冠中心頂部具有一容納空間，所述聚焦式超聲波換能接收器設置于所述容納空間內，所述超聲波換能發射器與超聲波換能接收器的焦斑以零度交角相交，部分或全部重合。上述的超聲波治療設備，其中，環狀的聚焦式超聲波換能接收器附著于聚焦式超聲波換能發射器外徑之外、或前端耦合錐套出口外側，共聲軸共焦點。上述的超聲波治療設備，其中，所述環狀的聚焦式超聲波換能接收器由多個獨立的超聲波換能接收器沿聚焦式超聲波換能發射器外環狀空間放置組成。上述的超聲波治療設備，其中，所述判斷裝置具體包括變換模塊，用于利用傅立葉分析方法，對所述電信號進行時域到譜域變換；提取模塊，用于從譜域變換后的信號中提取介于超聲波換能發送器的工作基波頻率的預定高次或低于基頻的分數次諧波頻率范圍內的噪聲幅度譜分布；第一判斷模塊，用于判斷噪聲幅度譜分布是否存在至少一個分立的峰值大于第一預設門限的峰值，或者多個連續的峰值大于第二預設門限的峰值，獲取所述判斷結果。上述的超聲波治療設備，其中，所述判斷裝置具體包括變換模塊，用于利用傅立葉分析方法，對所述電信號進行時域至譜域的變換；確定模塊，用于確定譜域變換后的信號在超聲波換能發送器的諧波頻率處的諧振品質因數；第二判斷模塊，用于判斷諧振品質因數是否處于一預定范圍，獲取所述判斷結果。上述的超聲波治療設備，其中，所述判斷裝置具體包括波形包絡提取模塊，用于對所述電信號進行波形包絡提取；時域積分模塊，用于波形包絡提取得到的信號進行時域積分，得到接收信號的總
能量；第三判斷模塊，用于比較所述總能量與預先測量得到的作用區域發生預定強度范圍的聲空化時的能量區間，獲取所述判斷結果。上述的超聲波治療設備，其中，判斷裝置具體包括保存模塊，用于保存作用區域發生預定強度范圍的聲空化時第一參考信號、作用區域發生低于預定強度范圍的聲空化時第二參考信號、以及作用區域發生高于預定強度范圍的聲空化時第三參考信號；互相關程度計算模塊，用于計算所述電信號與第一、第二和第三參考信號的互相關程度；
第四判斷模塊，用于根據所述互相關程度，獲取所述判斷結果。上述的超聲波治療設備，其中，還包括一傳感器；第二控制裝置，用于根據所述傳感器采集到的數據控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量。上述的超聲波治療設備，其中，還包括呈現模塊，用于根據所述判斷結果提供可視化的治療信息。上述的超聲波治療設備，還包括一能夠持續移動的機械臂以及一用于獲取位置信息的機械臂定位裝置，所述超聲波換能發射器設置于所述機械臂上，所述呈現模塊具體用于根據所述位置信息及所述判斷結果提供可視化的治療信息。上述的超聲波治療設備，其中，所述超聲波換能發射器為一能夠手持移動的超聲發射換能器，所述超聲發射換能器上設置有一用于獲取位置信息的3維空間定位裝置，所述呈現模塊具體用于根據所述位置信息及所述判斷結果提供可視化的治療信息。本發明實施例具有以下的有益效果本發明實施例提出了一種用于高功率超聲治療的超聲波治療設備，其能夠通過檢測作用區域的聲音信號來判斷超聲空化效果是否處于預定范圍內，并根據判斷結果控制超聲波的發射，提高了超聲空化控制手段的精確性，保證了治療效果。并通過提取接收信號的特征向治療設備操作者提供治療信息，進而在超聲治療過程中實現基于治療區域聲場檢測信號的實時反饋控制治療超聲發射參數。以此聲場信號數據作為治療安全性和有效性的判據，提供了一個在高強度脈沖超聲治療術中實時監控和術后療效評估的可行方法。


圖1為本發明實施例的超聲波治療設備的結構示意圖。
具體實施例方式本發明實施例中，通過檢測作用區域的聲音信號來判斷超聲空化效果是否處于預定范圍內，并根據判斷結果控制超聲波的發射，以達到預定的治療效果。如圖1所示，本發明實施例的超聲波治療設備包括超聲波換能發射器，用于產生并向作用區域發射超聲波；超聲波換能接收器，用于從所述作用區域采集聲信號，并將采集到的聲信號轉化為電信號；判斷裝置，用于根據所述電信號判斷所述作用區域是否發生預定強度范圍的聲空化，獲取一判斷結果；反饋控制裝置，用于在所述判斷結果指示所述作用區域的聲空化不在預定強度范圍內時，控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，使所述作用區域的聲空化處于所述預定強度范圍內。超聲波換能發射器內部具有一組具有壓電效應的特殊晶體，這種壓電晶體具有特殊的性質，就是在晶體特定方向上加上電壓，晶體會發生形變，產生超聲波，而超聲波換能接收器內部同樣也具有這樣一組具有壓電效應的特殊晶體，當超聲波對晶體作用，使得晶體發生形變時，對應方向上就會產生電壓，實現了電信號與超聲波的轉換。在本發明的具體實施例中，超聲波換能發射器與超聲波換能接收器均為聚焦式設備，在二者都是聚焦式設備時，二者共焦點設置。通常而言，聚焦式超聲波換能發射器的焦斑處聲強最強，是希望的治療位置(聲空化的發生區域)。超聲波換能接收器采用聚焦接收方式時，其焦斑(最靈敏的接收區域) 需要對準聚焦式超聲波換能發射器的焦斑，以提高對聲空化信號的接收靈敏度和降低來自聚焦式超聲波換能發射器焦斑外的噪聲干擾。下面對各種可能的共焦的實現方式進行詳細說明。實現方式一聚焦式超聲波換能發射器和聚焦式超聲波換能接收器偏聲軸共焦點接收，兩個換能器的聲軸互不重合，但其焦斑以一定角度相交部分重合。通常的實現方法可以是在聚焦式超聲波換能發射器外側按照共焦關系固定聚焦式超聲波換能接收器。實現方式二聚焦式超聲波換能發射器和聚焦式超聲波換能接收器共聲軸共焦點接收，兩個換能器的聲軸互相重合，且其焦斑以零度交角相交，部分或全部重合。在實現方式二中，所述聚焦式超聲波換能發射器的球冠中心頂部具有一容納空間 (如孔)，然后所述聚焦式超聲波換能接收器設置于所述容納空間內。實現方式二中，雖然聚焦式超聲波換能發射器的能量發射面積會有一定的犧牲， 但聚焦式超聲波換能發射器和聚焦式超聲波換能接收器一體設置，使得共焦調整更加簡單，方便使用。實現方式三采用環狀的聚焦式超聲波換能接收器附著于聚焦式超聲波換能發射器外徑之外、 或前端耦合錐套出口外側、貼緊作用區域實現與聚焦式超聲波換能發射器的共聲軸共焦點接收。實現方式四在某些情形下，還可以將多個聚焦或非聚焦的獨立超聲波換能接收器沿聚焦式超聲波換能發射器外環狀空間放置，合成一個與聚焦式超聲波換能發射器共軸共焦的聲場接收設備。這種方式能夠解決超聲波換能接收器聚焦數(焦距與換能器直徑之比)過大(接收面積過小)導致的靈敏度下降的問題，以及降低被反射聲能量損壞的風險；而且，聚焦式超聲波換能發射器無需損失其發射面積，和聚焦式超聲波換能接收器的集成一體化也容易實現。更加有利的是，可以通過調整聚焦式超聲波換能接收器的寬度或曲面半徑來微調其接收聲場的焦斑大小，利用其特有的橫向延伸的聲場特性，可以獲得更加寬廣的橫向接收區域，使得該聲場接收設備能夠接收來自聚焦式超聲波換能發射器焦點及其附近生物組織內的聲信號。在聚焦式超聲波換能發射器沿橫向運動進行掃描治療的情形下，檢測更加可靠。在本發明的具體實施例中，該超聲波換能接收器可以采用環狀球冠面自聚焦方式的單換能器結構或者環狀平面壓電陶瓷片配合聲透鏡的單換能器結構，其可以通過改變球面曲率的途徑優化聚焦聲場焦斑，利用聚焦聲場的焦斑靈敏度來選擇性地接收來自指定區域的聲發射/散射信號。當然，該超聲波換能接收器也可以采用相控陣換能器陣列實現，利用相位控制形成聚焦波束，且該聚焦波束可以由改變接收相位的方法來調整波束接收區域，這樣甚至可以實現在二維縱深平面或三維空間掃描接收聲發射/散射信號，以影像的方式表現聲空化治療檢測結果。超聲波換能接收器的焦斑區域應與超聲波換能發射器的焦斑有20%以上的重合，以保證信號接收的靈敏度。在本發明的具體實施例中需要根據采集到的信號來判斷作用區域是否發生預定強度范圍的聲空化，下面對各種實現方式說明如下。<實現方式一 >在實現方式一中，該判斷裝置具體包括變換模塊，用于利用傅立葉分析方法，或短時傅立葉分析方法，對所述電信號整段或分段進行時域至譜域的變換；提取模塊，基于聲空化信號的廣譜特性，用于從譜域變換后的信號中提取介于超聲波換能發射器的工作基波頻率的預定高次諧波頻率范圍(例如2次到10次諧波頻率) 內的聲信號幅度頻譜分布，或提取低于超聲波發射換能器的工作基波頻率的預定分數次諧波頻率范圍(例如1/4到3/4次諧波頻率)內的聲信號幅度頻譜分布。建議避開超聲波換能發射器的工作基波頻率及其周邊頻段避免受到強發射信號的干擾；第一判斷模塊，用于判斷噪聲幅度譜分布是否存在單個或多個分立的峰值大于第一預設門限的峰值，或者多個連續的峰值大于第二預設門限的峰值，獲取一第一判斷結果；此時判斷結果有3種情況情況一、存在至少一個分立的峰值大于預設門限的峰值；情況二、存在多個連續的峰值大于預設門限的峰值；情況三、既不存在至少一個分立的峰值大于預設門限的峰值，也不存在多個連續的峰值大于預設門限的峰值。—旦超聲波換能發射器向預定區域發射超聲波，如果導致預定區域發生聲空化現象時，則超聲波換能發射器焦斑處會發生氣泡振動，則可能出現至少一個個分立的峰值大于預設門限的局部峰值，而如果超聲發射劑量過大時，則會出現很多緊密相鄰的諧振頻率峰，導致譜分布顯示連續局部增強，其幅度甚至超越超聲波換能發射器的諧波信號峰值。因此可以基于以上頻譜特征來判斷作用區域的聲空化是否在預定強度范圍內。當出現結果一時，表明作用區域發生處于預定強度范圍的聲空化，而當出現結果二時，表明作用區域發生超過預定強度范圍的聲空化，而當出現結果三時，表明作用區域的聲空化低于預定強度范圍。當出現結果二時，反饋控制裝置控制所述超聲波換能發射器降低超聲發射劑量， 而出現結果三時，反饋控制裝置控制所述超聲波換能發射器提高超聲發射劑量。當然，上述的兩個門限可以根據需求設置，如要求聲空化強烈一些的治療場合，可以將門限設置高一些，否則可以將門限設置低一些，該門限都可以以超聲波換能發射器的諧波信號峰值的百分比作為參考來設置。判斷模塊的具體實施方法可以采用模擬、數字或模數混合電路方法來實現。采用A/D數模轉換器將超聲波換能接收器的電信號經數字采樣后，以數字信號處理方式對該數字信號實現上述變換、提取和判斷等操作。在實現方式二中，該判斷裝置具體包括變換模塊，用于利用傅立葉分析方法，或短時傅立葉分析方法，對所述電信號整段或分段進行時域至譜域的變換；確定模塊，用于確定譜域變換后的信號在超聲波換能發送器的諧波頻率處的諧振品質因數；第二判斷模塊，用于判斷諧振品質因數是否處于一預定范圍，獲取一第二判斷結果；由于極其窄帶的諧頻信號表示沒有其他諧振信號源，而擴張的諧振峰形狀則表示該諧振頻率的超聲波能量驅動空化氣泡受迫穩定振動(不同氣泡直徑對應不同的氣泡穩定振動頻率，這些氣泡諧振頻率與超聲波換能發射器的諧波頻率略有偏差，導致擴張的諧振峰形狀)。因此，在實現方式二中，諧振品質因數高于預定范圍時，表示所述作用區域的聲空化低于預定強度范圍內，反饋控制裝置應該增加所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，而諧振品質因數低于預定范圍時，表示所述作用區域的聲空化高于預定強度范圍內，反饋控制裝置應該降低所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量。其他模塊的具體實施方法與上述實施方法一類似。在實現方式三中，該判斷裝置具體包括波形包絡提取模塊，用于對所述電信號進行波形包絡提取；時域積分模塊，用于波形包絡提取得到的信號進行時域積分，得到接收信號的總能量；第三判斷模塊，用于比較所述總能量與預先測量得到的作用區域發生預定強度范圍的聲空化時的能量區間，獲取一第三判斷結果；在實現方式三中，時域積分模塊得到的總能量位于預先測量得到的作用區域發生預定強度范圍的聲空化時的能量區間時，則表明作用區域發生預定強度范圍的聲空化，當時域積分模塊得到的總能量小于預先測量得到的作用區域發生預定強度范圍的聲空化時的能量區間的最小值時，表示所述作用區域的聲空化低于預定強度范圍內，反饋控制裝置應該增加所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，當時域積分模塊得到的總能量大于預先測量得到的作用區域發生預定強度范圍的聲空化時的能量區間的最大值時，表示所述作用區域的聲空化高于預定強度范圍內，反饋控制裝置應該降低所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量。該實現方式的波形包絡提取模塊、時域積分模塊和第三判斷模塊具體可以采用包絡檢波器、積分器和減法器等電路實現，因而方案簡單，成本低，易實現。在實現方式四中，該判斷裝置具體包括保存模塊，用于保存作用區域發生預定強度范圍的聲空化時第一參考信號、作用區域發生低于預定強度范圍的聲空化時第二參考信號、以及作用區域發生高于預定強度范圍的聲空化時第三參考信號；互相關程度計算模塊，用于計算所述電信號與第一、第二和第三參考信號的互相關程度；
第四判斷模塊，用于根據所述互相關程度，獲取一第四判斷結果；在實現方式四中，根據互相關程度判斷出電信號與第一參考信號最相關時，則表明作用區域發生預定強度范圍的聲空化，當電信號與第二參考信號最相關時，表示所述作用區域的聲空化低于預定強度范圍內，反饋控制裝置應該增加所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，當電信號與第三參考信號最相關時，表示所述作用區域的聲空化高于預定強度范圍內，反饋控制裝置應該降低所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量。在此，該互相關程度可以通過匹配濾波器來實現，利用匹配濾波器原理。當超聲波換能發射器發射低聲輻照劑量時，超聲波換能接收器同時向治療區域發射某個特定脈沖， 拾取對應的信號作為參考信號設計匹配濾波器；在高功率治療過程中，超聲波換能接收器處于脈沖發射/接收狀態，接收到的信號可以通過該匹配濾波器，其濾波器系統輸出值極大時表示所接收的信號與該參考信號相關性最好，反之則表示由于治療區域的變化導致接收到的信號產生顯著變化。當然，在本發明的具體實施例中，該判斷模塊還可以采用其他的方式來實現，如采用噪聲信號檢測的隨機噪聲建模的方法，對接收到的聲信號進行噪聲模型參數提取，例如自回歸移動平均(ARMA)模型等方法，并使用參數閾值進行二元聲空化判斷，在此，對于其他實現的方式不再一一詳細說明。在實現方式四中，采用A/D模數轉換器可以采集第一、第二和第三參考信號，互相關程度計算模塊可以用數字卷積計算實時聲空化信號和某個參考信號之間的互相關系數 (即數字匹配濾波器)。對于噪聲模型的參數提取，也已有豐富的實用算法可供借鑒。在所述作用區域由多個區域組成時，在本發明的具體實施例中，可以結合聲空化發生是否合適的判斷結果和作用區域的空間坐標，把判斷結果映射到一個空間曲面上，顯示作用區域所在的整個治療區域的聲空化效果空間分布。每個作用區域的空間坐標可以由機械移動軸各自的位置編碼器讀取，或可以采用固定于超聲波換能發射器上的3維定位標志的位置跟蹤方法獲得。若該空間曲面是平行于身體皮膚表面的平面，則聲空化分布效果圖顯示為二維平面圖像。且該分布圖可以進一步疊加到人體組織的影像圖上，作為治療效果的直觀顯示。利用本發明實施例的方法，如在一個由多位置多次超聲輻照組成的高強度超聲治療過程中，對于正在進行的單次超聲輻照，采用上述檢測方法，可以判斷此次輻照是否產生了超聲空化效應。若此次輻照沒有產生超聲空化，則可以在當前位置追加一次超聲輻照，以保證產生效果；若已經產生超聲空化，則治療探頭可以移動到下一個位置進行治療。又例如，在單次超聲輻照過程中，若采集到的信號的短時傅立葉頻譜分析未顯示實時聲空化結果，則可以通過增加脈沖幅度和/或改變脈沖占空比的方法來誘導聲空化發生；反之，若聲空化過于劇烈，則可以適當降低脈沖幅度來抑制聲空化的強度。或者，當超聲波換能接收器和超聲波換能發射器都采用相控陣換能器結構時，可以電子變焦，在當前產生超聲空化的治療位置周圍，利用當前空化產生的氣泡云，立即將超聲波換能發射器的焦點電子聚焦到氣泡云邊緣處進行下一次聲輻照，可以采用較低的聲功率容易地持續激發聲空化效果；同時超聲波換能接收器的焦點也隨超聲波換能發射器的焦點相應電子聚焦跟蹤監測。利于擴大聲空化治療區域，縮短治療時間。再例如，根據前面若干治療位置超聲輻照的聲空化效果，可以得到一個超聲空化參數范圍；從而預測下一個超聲輻照所需要的發射聲參數，來獲得聲空化現象。也可以對特定病人，結合其治療效果建立治療參數數據庫，根據治療歷史參數，選定下次治療所需采用的聲輻照參數范圍。再例如，在每次治療區域完成后，對于整個治療區域，在沒有產生超聲空化效應的區域，調整脈沖幅度、脈沖重復頻率或占空比參數，進行再次治療，以便取得更均勻的療效。上述基于聲空化檢測信號的反饋控制可以實現針對具體病人具體治療部位的組織特性實時調整發射聲參數，是一種根據聲場信號反饋原理進行的自適應的治療過程。利用采集到的聲音信號作為反饋控制參數的治療系統需要有一個合適的反饋控制算法。針對具體需要，可以設計一個合適的系統代價函數，例如廣譜噪聲幅度的大小或者采集到的信號和參考信號之間的互相關系數等指標。該反饋控制算法的目標就是實時地在某個給定的發射聲參數區間內尋找該代價函數的極小值。符合該條件的聲參數即為當前限制條件下最優的發射聲參數。本發明實施例的超聲波治療設備，還包括一傳感器；第二控制裝置，用于根據所述傳感器采集到的數據控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量。說明如下。該基于接收信號的反饋控制自適應治療過程還可以與其他傳感器技術組合使用， 特別對于皮下脂肪的超聲塑形消脂治療，可以采用近紅外射線傳感器檢測皮膚表面及淺表皮膚下溫度，皮膚溫度測量的反饋控制治療發射聲劑量可以防止皮膚損傷。或者采用合適波長的近紅外射線傳感器接收皮膚淺表組織內(約小于1厘米距離)強烈瞬時超聲空化氣泡破裂時產生的近紅外波段的光信號，作為除去超聲波換能發射器檢測空化程度之外的第二參考數據。此外，瞬時超聲空化會導致水中H和OH自由基釋放，近紅外射線波譜分析技術還對堿基OH離子濃度敏感，還可以作為實時或治療后聲空化療效評估的另一手段運用。當然，本發明實施例中，超聲波治療設備還可以包括呈現模塊，用于根據所述判斷結果提供可視化的治療結果。可視化的治療結果需要根據位置信息來控制，在本發明具體實施例中，該超聲波發射換能器可以設置于能夠持續移動的機械臂上，通過機械臂的移動覆蓋需要的治療區域，所述超聲波換能發射器也可以是一能夠手持移動的超聲發射換能器。當超聲波發射換能器可以設置于能夠持續移動的機械臂上時，所述超聲波發射換能器的位置信息可以根據用于獲取位置信息的機械臂定位裝置來獲得。所述呈現模塊根據治療過程中所述超聲波發射換能器的位置信息和在各個位置得到的超聲空化檢測結果，可以重構治療區域聲空化效果，并可以疊加融合在人體治療區域進行圖像顯示治療信息。而當所述超聲波換能發射器為一能夠手持移動的超聲發射換能器，所述超聲發射換能器上設置有一用于獲取位置信息的3維空間定位裝置，，隨著所述超聲波換能發射器的移動，能夠得到各個點的聲空化結果，根據超聲輻照位置信息和該位置的聲空化信號判斷結果構建療效分布供顯示治療信息用。所述呈現模塊具體用于根據所述位置信息及所述判斷結果提供可視化的治療信息。也就是所述呈現模塊根據治療過程中所述超聲波發射換能器的位置信息和在各個位置得到的超聲空化檢測結果，可以重構治療區域聲空化效果，并可以疊加融合在人體治療區域進行圖像顯示治療信息。綜上，本發明實施例提出了一種用于高功率超聲治療的超聲波治療設備，其能夠通過檢測作用區域的聲音信號來判斷超聲空化效果是否處于預定范圍內，并根據判斷結果控制超聲波的發射，提高了超聲空化控制手段的精確性，保證了治療效果。并通過提取接收信號的特征向治療設備操作者提供治療信息，進而在超聲治療過程中實現基于治療區域聲場檢測信號的實時反饋控制治療超聲發射參數。以此聲場信號數據作為治療安全性和有效性的判據，提供了一個在高強度脈沖超聲治療術中實時監控和術后療效評估的可行方法。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種超聲波治療設備，其特征在于，包括超聲波換能發射器，用于產生并向作用區域發射超聲波；超聲波換能接收器，用于從所述作用區域采集聲信號，并將采集到的聲信號轉化為電信號；判斷裝置，用于根據所述電信號判斷所述作用區域是否發生預定強度范圍的聲空化， 獲取一判斷結果；反饋控制裝置，用于在所述判斷結果指示所述作用區域的聲空化不在預定強度范圍內時，控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，使所述作用區域的聲空化處于所述預定強度范圍內。
2.根據權利要求1所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述超聲波換能發射器與超聲波換能接收器均為聚焦式設備，且二者共焦點設置。
3.根據權利要求2所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述超聲波換能發射器與超聲波換能接收器的焦斑以一定角度相交，部分重合。
4.根據權利要求2所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述聚焦式超聲波換能發射器的球冠中心頂部具有一容納空間，所述聚焦式超聲波換能接收器設置于所述容納空間內，所述超聲波換能發射器與超聲波換能接收器的焦斑以零度交角相交，部分或全部重合。
5.根據權利要求2所述的超聲波治療設備，其特征在于，環狀的聚焦式超聲波換能接收器附著于聚焦式超聲波換能發射器外徑之外、或前端耦合錐套出口外側，共聲軸共焦點。
6.根據權利要求5所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述環狀的聚焦式超聲波換能接收器由多個獨立的超聲波換能接收器沿聚焦式超聲波換能發射器外環狀空間放置組成。
7.根據權利要求1所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述判斷裝置具體包括變換模塊，用于利用傅立葉分析方法，對所述電信號進行時域到譜域變換；提取模塊，用于從譜域變換后的信號中提取介于超聲波換能發送器的工作基波頻率的預定高次或低于基頻的分數次諧波頻率范圍內的噪聲幅度譜分布；第一判斷模塊，用于判斷噪聲幅度譜分布是否存在至少一個分立的峰值大于第一預設門限的峰值，或者多個連續的峰值大于第二預設門限的峰值，獲取所述判斷結果。
8.根據權利要求1所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述判斷裝置具體包括變換模塊，用于利用傅立葉分析方法，對所述電信號進行時域至譜域的變換；確定模塊，用于確定譜域變換后的信號在超聲波換能發送器的諧波頻率處的諧振品質因數；第二判斷模塊，用于判斷諧振品質因數是否處于一預定范圍，獲取所述判斷結果。
9.根據權利要求1所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述判斷裝置具體包括波形包絡提取模塊，用于對所述電信號進行波形包絡提取；時域積分模塊，用于波形包絡提取得到的信號進行時域積分，得到接收信號的總能量；第三判斷模塊，用于比較所述總能量與預先測量得到的作用區域發生預定強度范圍的聲空化時的能量區間，獲取所述判斷結果。
10.根據權利要求1所述的超聲波治療設備，其特征在于，判斷裝置具體包括保存模塊，用于保存作用區域發生預定強度范圍的聲空化時第一參考信號、作用區域發生低于預定強度范圍的聲空化時第二參考信號、以及作用區域發生高于預定強度范圍的聲空化時第三參考信號；互相關程度計算模塊，用于計算所述電信號與第一、第二和第三參考信號的互相關程度；第四判斷模塊，用于根據所述互相關程度，獲取所述判斷結果。
11.根據權利要求1-10中任意一項所述的超聲波治療設備，其特征在于，還包括一傳感器；第二控制裝置，用于根據所述傳感器采集到的數據控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量。
12.根據權利要求1所述的超聲波治療設備，其特征在于，還包括 呈現模塊，用于根據所述判斷結果提供可視化的治療信息。
13.根據權利要求12所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述超聲波治療設備還包括一能夠持續移動的機械臂以及一用于獲取位置信息的機械臂定位裝置，所述超聲波換能發射器設置于所述機械臂上，所述呈現模塊具體用于根據所述位置信息及所述判斷結果提供可視化的治療信息。
14.根據權利要求12所述的超聲波治療設備，其特征在于，所述超聲波換能發射器為一能夠手持移動的超聲發射換能器，所述超聲發射換能器上設置有一用于獲取位置信息的 3維空間定位裝置，所述呈現模塊具體用于根據所述位置信息及所述判斷結果提供可視化的治療信息。
全文摘要
本發明提供一種超聲波治療設備，該超聲波治療設備包括超聲波換能發射器，用于產生并向作用區域發射超聲波；超聲波換能接收器，用于從所述作用區域采集聲信號，并將采集到的聲信號轉化為電信號；判斷裝置，用于根據所述電信號判斷所述作用區域是否發生預定強度范圍的聲空化，獲取一判斷結果；反饋控制裝置，用于在所述判斷結果指示所述作用區域的聲空化不在預定強度范圍內時，控制所述超聲波換能發射器的超聲發射劑量，使所述作用區域的聲空化處于所述預定強度范圍內。本發明提高了超聲空化控制手段的精確性，保證了治療效果。
文檔編號A61N7/02GK102451525SQ20101052699
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者于晉生, 印向濤, 費興波 申請人:北京匯福康醫療技術有限公司