一種高強度聚焦超聲治療裝置的製作方法

2023-12-07 05:26:46

專利名稱：一種高強度聚焦超聲治療裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及高強度聚焦超聲治療技術領域，具體涉及一種利用超聲治療高強度聚焦超聲治療裝置，尤其涉及一種利用治療靶區圖像中的散斑分布變化來判斷是否達到治療效果的高強度聚焦超聲治療裝置。
背景技術：
醫學研究發現腫瘤細胞的耐熱性比正常細胞要差，在42. 5°C以上的溫度環境下， 30分鐘內腫瘤細胞死亡，而正常細胞損傷較輕且可逆轉。高強度聚焦超聲腫瘤治療系統就是根據腫瘤細胞的這一特點，以超聲波為能量源，利用其穿透性和可聚焦性，將探頭髮射出的平均聲強較低的超聲波通過介質耦合，經過皮膚進入人體腫瘤組織，聚焦或者匯聚到一個空間點，形成一個平均聲強在1000W/m2以上的焦域(焦域大小Φ3πιπιΧ8πιπι)，使該焦域瞬時(0. 1秒到5秒)產生強烈的溫度升高(高於70°C )，加上其空化作用(即強超聲在液體中產生類似霧狀的氣泡，其形成和消失可以產生極高的溫度和壓力，從而使組織受到嚴重破壞)和機械振蕩作用，破壞焦域處的組織。通過對腫瘤進行如此由點到線、由線到面、 由面到體逐點掃描的固化治療，從而使整個腫瘤組織固化，實現治療的目的。在高強度聚焦超聲治療的臨床應用中，對靶區進行準確定位和實時術中監控至關重要。準確定位可確保治療能量到達靶區組織而避免損傷鄰近正常組織，實時監控可避免由於過度治療或治療劑量不夠所導致的治療失敗。常見的監控方式主要分為三大類CT， MRI和超聲。CT成像解析度高，有一定優勢，但動態顯示困難，而且X射線的長時間照射會危害人體健康；MRI圖像解析度高，可進行無創靶區測溫，但其成像速度慢，難以應用於運動器官的監控，並且MRI中的強磁場與HIFU設備耦合較困難；故而該兩種監控手段都未得到大範圍的使用。超聲因其成像速度快，無輻射，操作簡單、可對運動器官進行實時監控，目前，已成為高強度聚焦超聲治療監控最有潛力的手段。在實際應用中，通常所述的超聲為B超。B超監控的依據是治療前後的B超回波是否發生增強，當用B超儀觀察高強度聚焦超聲照射過程時發現當組織發生凝固性壞死時， 治療靶區的B超回聲會增強。因此認為B超設備可作為高強度聚焦超聲治療的監測裝置。 目前，在高強度聚焦超聲治療中判斷組織是否發生了凝固性壞死都是通過B超圖像中是否有回聲增強來進行的。而在採用高強度聚焦超聲治療裝置進行治療的過程中，判斷B超圖像是否有回聲增強往往是通過輻照前後聲像圖的灰度變化來進行的。實驗發現，當高強度聚焦超聲輻照結束後，即刻灰度增強的聲像圖面積較大，灰度增加值也最高。但是，根據組織在照射過程中聲像圖的變化規律，推測高強度聚焦超聲輻照後即刻的灰度增加並不是組織發生凝固性壞死的直接表現，灰度增強的主要產生原因是超聲熱效應及空化效應產生的大量微氣泡形成的空氣界面，隨著氣泡的散去，回聲增強減弱甚至消失，因此，推斷出實際損傷的區域可能並不是B超設備的聲像圖中所顯示的灰度變化的區域。同時，通過實驗還發現，B超設備聲像圖中的灰度變化不能正確的估計出熱損傷的範圍，治療早期的估計大多偏大，晚期又偏小，B超設備對組織熱損傷程度的估計常常不足。實際使用中，由於在治療位置前面的組織、器官的運動，容易造成治療前和治療後圖像的錯誤配準，形成假的灰度變化。有實驗發現，高強度聚焦超聲輻照後的組織雖然已經發生凝固性壞死，但不一定能通過聲像圖監控檢測或顯示出來。由於灰度值差異的大小和實際的組織損傷沒有對應關係，故而在臨床治療中，需要操作醫生具有較強的經驗，即對醫生所具有的臨床經驗依賴性較大，不利於高強度聚焦超聲技術的推廣。綜上可知，從B超設備聲像圖的灰度變化直接判斷組織是否發生凝固性壞死十分困難，而且也不準確，因此醫療工作者希望能採用一種在進行高強度聚焦超聲治療時能更有效的判斷靶區是否發生凝固性壞死的治療裝置。

發明內容
因此，為了解決現有技術領域中利用高強度聚焦超聲治療前後靶區圖像的灰度變化來判斷治療靶區是否發生凝固性壞死所存在的上述問題，本發明的目的是提供一種利用治療靶區圖像中的散斑分布變化來判斷是否達到治療效果的高強度聚焦超聲治療裝置，從而可大幅度提高判斷靶區是否發生凝固性壞死的準確率，並且不受人為因素影響。根據本發明的目的，提供一種高強度聚焦超聲治療裝置，所述裝置具有超聲換能器，用於向治療靶區發射高強度聚焦超聲波；圖像採集裝置，用來定位治療靶區並且採集治療靶區的圖像；驅動單元，與所述超聲換能器連接，驅動上述超聲換能器向治療靶區發射超聲波；運動機構，與所述超聲換能器連接，使超聲換能器和圖像採集裝置一同移動，對治療靶區進行掃描，同時，該高強度聚焦超聲治療裝置還具有信號處理單元，與所述圖像採集裝置連接，包括圖像存儲模塊，用於接收並存儲治療前圖像採集裝置採集的以一定時間間隔的至少一個原始聲圖像，以及在高強度聚焦超聲治療過程中，接收並存儲圖像採集裝置所採集的某時刻的實時聲圖像；配準模塊，用於提取圖像存儲模塊中的上述原始聲圖像以及實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣信息，再將所提取到的原始聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息與實時聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息進行運動相位配準，根據匹配結果計算找出與實時聲圖像對應的原始聲圖像；判斷處理模塊，用於根據配準模塊中原始聲圖像和實時聲圖像中的散斑分布情況來判斷是否達到治療效果；控制單元，分別與信號處理單元、驅動單元和運動機構連接，當信號處理單元中的判斷處理模塊判斷已達到治療要求時，用於控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止工作，當信號處理單元中的判斷處理模塊判斷還沒有達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續工作。其中，信號處理單元的判斷處理模塊中設定有既定的靶區分布變化值，若從所述實時聲圖像的散斑分布中得到的靶區分布變化值達到或超過所述既定的靶區分布變化值時，判斷處理模塊判斷已達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止工作；若靶區分布變化值沒有達到所述既定的靶區分布變化值時，則判斷處理模塊判斷還沒有達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續工作。在本發明中，所述配準模塊是通過提取原始聲圖像和實時聲圖像散斑中心和組織邊緣位置，形成相應的二值圖像，通過計算它們的相關係數，進行配準。相關係數，用R表示，反映了兩個圖像矩陣的相關程度，其定義式為R=C(IjyyIau)CUJ)其中C(i，j)，C(i，i)，C(j，j)分別是圖像像素(i，j)，(i，i)，(j，j)的協方差矩陣。相關係數R最大的圖像為匹配圖像。本發明的判斷處理模塊還可通過原始聲圖像和實時聲圖像的散斑分布相關係數來判斷判斷凝固性壞死，在判斷處理模塊中計算出相關係數R，當0< |R| <ι時，表示前後兩圖像中的變量存在一定程度的相關|R| < 0.4為低度相關；0.4 < R| <0.7為顯著性相關；0.7彡Rl <1為高度相關。優選地，當R低於0.85時判斷已經發生了凝固性壞死。優選的是，在判斷處理模塊中設有相關係數的基準值，當計算出的相關係數R的絕對值小於或等於所述相關係數的基準值時，則判斷已發生凝固性壞死，判斷處理模塊控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止工作；當計算出的相關係數R的絕對值大於所述相關係數的基準值時，則判斷未發生凝固性壞死，判斷處理模塊控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續工作。優選所述判斷處理模塊中的相關係數的基準值為0. 85。同樣，本發明的判斷處理模塊還可通過原始聲圖像和實時聲圖像中各階子波的變化來判斷凝固性壞死。優選地，當低階子波的變化超過15%，可判斷發生凝固性壞死。同樣，本發明的配準模塊還可通過原始聲圖像和實時聲圖像中各階矩的變化來判斷凝固性壞死。優選地，當低階矩變化10%，可判斷發生了凝固性壞死。同理，本發明可採用相關係數、小波變化係數和圖像階矩的聯合參數的變化進行判斷凝固性壞死。 因此，在本發明中，處理超聲圖像分布變化的方法很多，可採用的有分析各階子波的變化來進行、採用分析散斑的各階矩來進行、根據原始聲圖像和經過治療的圖像的相關係數變化來進行判斷，或者以上方法的任意組合使用來進行判定。在本發明實際應用中，治療前圖像採集裝置採集圖像所利用的一定時間間隔為至少一個呼吸周期，同時所述高強度聚焦超聲治療過程中的某一時刻是指治療對象至少進行一次呼吸周期後的某一時刻，超聲換能器對治療靶區進行至少一次掃描運動之後的時刻。經過試驗證明，採用本發明高強度聚焦超聲治療裝置進行治療，相對於傳統的通過利用灰度變化來進行判斷的治療裝置而言，大幅度提高了凝固性壞死判斷的準確率，而且不受人為因素的影響，非常適合推向臨床使用。應當理解的是，對於發明，無論前面的概述還是下面的詳細說明都是範例和說明性的，旨在對所主張的本發明提供說明，而非對本發明的保護範圍進行限制。


附圖提供對本發明更進一步的理解，並組成本申請的一部分。本發明的具體實施例與說明書一起用以闡明本發明的結構特點。在附圖中圖1示出了本發明裝置的各部件之間的連接關係構造示意圖；圖2示出了利用本發明裝置的第一實施例的工作流程圖；圖3示出了利用本發明裝置的第二實施例的工作流程圖；圖4示出了利用本發明裝置的第三實施例的工作流程圖；圖5示出了利用本發明裝置的第四實施例的工作流程圖，在此實施例中，採用小波變換的方法進行圖像處理。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明內容作進一步詳細描述。發明人通過研究發現，要準確判斷凝固性壞死的區域和程度，需要使用治療後穩定的超聲圖像進行判斷，而穩定後超聲圖像較治療前的回波增強，主要來源於兩個原因，一是變性後的組織與周圍組織形成的邊界反射，二是組織變性區域內的微小粒子變化產生的增強回波。當變性後的組織與周圍組織形成的邊界聲阻抗邊界小時，邊界產生的回波增強實際很弱，另外，組織變性區域內的微小粒子變化既可能使回波增強，也可能使回波變小， 同時，也可能僅僅只是微小粒子的分布發生變化。由於判斷回波是否增強需要避免超聲傳感器噪聲的影響，需要灰度變化量達到一定的閾值。通常通過圖像相減得到灰度變化，如果每個像素平均相差5個灰階，可判斷發生凝固性壞死，當灰度變化量不大時，凝固性壞死無法檢測。其中，進行圖像相減的步驟如下選取治療前後的B超圖像，將兩圖像中對應像素的灰度進行相減，得到治療前後的灰度差分布，其中灰度差數值大於5的區域就是凝固性壞死區域，然後將其在顯示器上顯示出來即可。由於凝固性壞死發生時導致組織所發生的變化主要表現為組織內散射子性質、位置的變化，而在組織內的每一瞬時的回波是B超脈衝在這一瞬時的分辨體積內的所有散射子的超聲散射的總和，這種散射子的總和產生的分布，就是超聲散斑分布。所謂散斑就是指微波、光波、聲波入射粗糙界面後，其散射場呈現無規則分布的斑紋結構。具體到超聲散斑是指超聲散射波相互幹涉，在介質空間中形成相位、振幅或強度起伏變化隨機分布的散斑。超聲散斑的形成一般有兩種情況，一是超聲在介質傳播過程中不斷被具有不同聲阻抗的粒子散射而形成散斑，二是超聲入射粗糙界面時，其散射波在空間發生幹涉而形成散斑，B超圖像中的散斑現象屬於前者。在人體組織中，存在著大量的散射顆粒，這些散射顆粒之間產生的散射波無固定的相位關係，所以超聲波對人體組織成像時得到的是一種散斑圖像，散斑在B超圖像中顯示為一個個或亮或暗的點，是由一個超聲波波長範圍內存在的多個散射子散射的回波相互疊加而形成的。散斑的存在降低了 B超圖像的解析度，但同時也提供了分析組織運動的依據。在散斑分析中，散斑的分布與物質性質和散射子之間的關係密切相關，而不是散斑強度變化與組織性質和組織內散射子的分布密切相關，因此，在超聲圖像中，組織的性質和散射子的分布也與散斑分布非常密切的相關。當組織發生熱消融後(即對組織進行超聲輻照後)，其內部的散射顆粒大小及其之間的位置關係必定會發生變化，因此其超聲圖像的散斑分布也一定發生了相應的變化，因此，可以通過對組織輻照前後超聲圖像中散斑的分布變化進行比較，從而判斷治療靶區是否發生凝固性壞死。另外，在治療中，為了找出病灶區域聲像圖的分布參數變化，需要對治療前和治療後的兩個聲像圖進行精確相位配準。所述的配準是利用檢測的對象物圖像和模板圖像重合部分之間的相似度，從而可根據相似度為最大或超過某一閾值來確定對象物是否存在的一種圖像處理方法。在本發明中，所述對象物圖像為治療後的實時聲圖像，而模板圖像為治療前的原始聲圖像。
但是，當組織器官在自身運動時，要實現兩個超聲圖像的配準是非常困難的，因為超聲圖像存在很強的散斑噪聲，同時在超聲治療中還存在很強的偽影，這些偽影也隨運動發生變化，一般的配準方法無圖像相關計算難於得到理想的效果，因此，必須對配準的圖像進行預處理，從而在本發明中採用呼吸門控找到不同呼吸狀態對應圖像，或通過原始聲圖像和實時聲圖像中首先提取圖像的散斑中心和組織邊緣位置，並利用散斑中心和組織邊緣位置構成的二值圖像進行相關，通過進行運動相位相關配準，得到相關係數。需要說明的是，找出圖像變化指標優選地是通過治療前後兩個相同呼吸狀態的圖像來評估，而某時刻是否產生凝固性壞死，是將在這時刻的聲圖像與治療前對應呼吸狀態的那幅聲圖像進行比較。為了體現本發明的發明構思，現依照附圖對本發明裝置的構成進行詳細描述。如圖1所示，本發明高強度聚焦超聲治療裝置具有超聲換能器、圖像採集裝置、驅動單元、運動機構、信號處理單元和控制單元。其中超聲換能器用於向治療靶區發射高強度聚焦超聲波。圖像採集裝置安裝在超聲換能器上，用來定位治療靶區並且採集治療靶區的圖像，可採用現有的成像設備，比如B 超設備。驅動單元，與所述超聲換能器連接，在控制單元的控制下，驅動超聲換能器向治療靶區發射超聲波；運動機構與超聲換能器連接，在控制單元的控制下，使超聲換能器和圖像採集裝置一同移動。信號處理單元，與所述圖像採集裝置連接，其包括圖像存儲模塊，用於接收並存儲治療前圖像採集裝置採集的以一定時間間隔，例如至少一個呼吸周期的原始聲圖像，以及在高強度聚焦超聲治療過程中，接收並存儲圖像採集裝置所採集的某時刻的實時聲圖像；配準模塊，配準模塊，利用圖像處理分別提取圖像存儲模塊中的上述原始聲圖像以及實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣信息，再將所提取到的原始聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息與實時聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息進行運動相位配準，根據匹配結果找出與實時聲圖像對應原始聲圖像；判斷處理模塊，用於根據配準模塊中原始聲圖像和實時聲圖像中的散斑分布變化情況來判斷是否達到治療效果。控制單元分別與信號處理單元、驅動單元和運動機構連接，接收與處理從信號處理單元中得到的評判結果，然後根據該評判結果控制驅動單元和運動單元的工作。為了進一步體現本發明裝置的結構和工作特點，現描述其工作流程。圖2示出了利用本發明裝置的第一實施例的工作流程圖。在本實施例中，信號處理單元中的配準模塊中採用計算變化參量(散斑二值圖像)的方式對圖像進行處理。在本裝置中，圖像採集裝置首先在至少一個呼吸周期內採集治療前的原始聲圖像，並將所述原始聲圖像存儲在信號處理單元中的圖像存儲模塊中，然後對病灶進行治療，並利用圖像採集裝置在至少一個呼吸周期內進行實時聲圖像採集，並將之存儲在圖像存儲模塊中，利用配準模塊對所存儲的原始聲圖像和實時聲圖像分別進行原始聲圖像以及實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣信息的提取，並將所述原始聲圖像轉換為原始聲圖像的散斑二值圖像，實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣信息轉換為實時聲圖像的散斑二值圖像，再將原始聲圖像的散斑二值圖像與實時聲圖像中的散斑二值圖像做相位相關，計算出最大相位相關係數(此時兩圖像的狀態最相似)時的配準位移值，使實時聲圖
8像中的散斑二值圖像按計算出的位移值移動後與原始散斑二值圖像實現配準，也就是說， 找出兩個時間段的運動相位相同的圖像，即實現運動相位配準，根據匹配結果找出與實時聲圖像對應的原始聲圖像，計算出靶區分布變化值，隨後利用判斷處理模塊，根據其內設定的靶區分布變化值的基準值(可在判斷處理模塊中設定一個靶區分布變化值的基準值，該值為某個具體的數值，根據所得到的靶區分布變化值與該基準值進行比較，根據靶區分布變化值是否大於或小於此基準值，來確定是否發生凝固性壞死)，來判斷配準模塊中原始聲圖像和實時聲圖像中的散斑分布變化情況，若超過所設定的靶區分布變化值的基準值時， 判斷處理模塊判斷已達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止輻照工作；若靶區分布變化值沒有達到所設定的靶區分布變化值的基準值時，則判斷處理模塊判斷還沒有達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續輻照工作。在上面的第一實施例中，可實現其配準模塊功能的模塊有多種，第一實施例中採用的是通過散斑相位相關配準方式進行配準的配準模塊，實際上本實施例中也可以採用具有歸一化相關功能方式、特徵匹配方式、局部熵差方式、互信息等方式進行配準的配準模塊。圖3示出了利用本發明裝置的第二實施例的工作流程圖。在圖3中第二實施例與第一實施例的不同之處在於，在利用配準模塊對所存儲的原始聲圖像和實時聲圖像分別進行原始聲圖像以及實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣信息的提取，將所提取到的原始聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息與實時聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息進行配準，在配準模塊中，將原始聲圖像和實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣位置構成的二值圖像以計算相關係數，相關係數用R來表示，相關係數R反映了兩個圖像矩陣的相關程度，其定義式為R a,j) =C(i,j)/^C{i,i)CU,j)其中C(i，j)，C(i，i)，C(j，j)分別是圖像像素(i，j)，(i，i)，(j，j)的協方差矩陣。其中，相關係數中採用的各圖像像素與進行灰度變化判斷凝固性壞死時採用的圖像像素相同。圖像像素(i，j)表示圖像在水平方向和垂直方向上某點的坐標值。相關係數R最大的圖像為匹配圖像(即此時圖像狀態最相似)，得到與實時聲圖像對應的治療前圖像，利用它們計算相關係數R。本發明的判斷處理模塊可通過將實時聲圖像與對應的原始聲圖像的散斑分布相關係數來判斷是否發生凝固性壞死，當0< IRI <1時，表示治療前後兩圖像中的變量存在一定程度的相關I Rl <0.4為低度相關；0.4彡Rl < 0. 7為顯著性相關；0. 7彡|R| < 1 為高度相關。事實上，當相關係數R的絕對值低於0. 85時就可以判斷病灶已經發生了凝固性壞死。選擇一塊血管及纖維結締組織較少的新鮮牛肝(離體後不超過6小時)，在超聲換能器工作前先由本實施例高強度聚焦超聲治療裝置中的圖像採集裝置採集靶區的原始聲像圖，再由驅動單元驅動超聲換能器對靶區進行輻照(輻照功率為90W)，治療完畢後，圖像採集裝置繼續採集此靶區的實時聲圖像。與此同時，對此靶區治療前後的聲圖像進行灰度處理和判斷。經實驗發現，該靶區中，輻照後有凝固性壞死發生且有明顯灰度變化時，相關係數R的絕對值小於0. 58，輻照後有凝固性壞死發生且無明顯灰度變化時，相關係數R的絕對值小於0. 75。
從上面的實驗可看出，本發明高強度聚焦超聲治療裝置對發生凝固性壞死的判斷相對於利用灰度變化來判斷凝固性壞死的裝置而言，其判斷靈敏度更高，具有很高的判斷穩定性。圖4示出了利用本發明裝置的第三實施例的工作流程。從圖4中可以看出，它是第二實施例的進一步改進。在此實施例中同樣採用計算相關係數的方式來判定病灶是否發生了凝固性壞死。不同的是，圖像採集模塊獲取了治療前的圖像和治療後不同時刻的多個圖像(如即刻、lmin，2min, —，5min)，並利用配準模塊分別提取這些圖像的散斑中心和組織邊緣信息，用治療後的多個實時圖像的散斑中心和組織邊緣信息分別與治療前的原始聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息進行圖像配準，找出各自對應的原始圖像，並分別計算相關係數，利用支撐矢量機(support vector machine，SVM)，根據找出的相關係數值的集合， 計算出相關係數集合的判斷函數，並以此判斷函數來判定病灶是否發生了凝固性壞死，從而決定本發明裝置的超聲換能器根據所述判斷函數進行工作與否。本實施例的特點在於， 通過對治療後多幅聲圖像分別與原始聲圖像配準，從而通過對多幅實時聲圖像的變化作為判定標準，來判定病灶是否發生了凝固性壞死。選擇一塊血管及纖維結締組織較少的新鮮牛肝(離體後不超過6小時)，在超聲換能器工作前先由本實施例高強度聚焦超聲治療裝置中的圖像採集裝置採集某個靶區的兩幅原始聲像圖，再由驅動單元驅動超聲換能器工作，對靶區進行輻照(輻照功率為90W)，治療完畢後，圖像採集裝置繼續採集此靶區輻照後即刻和輻照後5min時的靶區聲像圖，由配準模塊進行配準後，再經判斷處理模塊處理，得到相關係數R。同時，在實驗中也計算輻照後即刻以及輻照後5min靶區的超聲圖像的灰度變化，以對治療前後的聲圖像進行灰度計算和判斷。對於經檢測發生了凝固性壞死的多個病灶樣本而言，實驗後的判斷結果統計如下輻照後即刻，超聲灰度圖像出現灰度變化的比例為51. 5%，而採用本裝置判斷發生凝固性壞死的病灶樣本的比例為76. 4% ；輻照後5min，超聲灰度圖像出現灰度變化的比例為22. 7%，而採用本裝置判斷發生凝固性壞死的病灶樣本的比例為94. 1%。從上述實驗中可看出，本發明高強度聚焦超聲治療裝置的判別靈敏度明顯高於利用灰度變化來判斷凝固性壞死的裝置。同時採用本發明裝置和利用灰度變化來判斷凝固性壞死的裝置在輻照後即刻以及輻照後5min兩個時刻對66個發生了凝固性壞死的樣本組織(CN)以及34個未發生凝固性壞死的樣本組織(NCN)進行判斷，其判斷結果比較見下面的表1(採用灰度變化來判斷的裝置的判斷結果)和表2 (採用本發明裝置的判斷結果)表 權利要求
1.一種高強度聚焦超聲治療裝置，具有超聲換能器，用於向治療靶區發射高強度聚焦超聲波；圖像採集裝置，用來定位治療靶區並且採集治療靶區的圖像；驅動單元，與所述超聲換能器連接，驅動上述超聲換能器向治療靶區發射超聲波；運動機構，與所述超聲換能器連接，使超聲換能器和圖像採集裝置一同移動，對治療靶區進行掃描，其特徵在於該高強度聚焦超聲治療裝置還具有信號處理單元，與所述圖像採集裝置連接，包括圖像存儲模塊，用於接收並存儲治療前圖像採集裝置採集的以一定時間間隔的至少一個原始聲圖像，以及在高強度聚焦超聲治療過程中，接收並存儲圖像採集裝置所採集的某時刻的實時聲圖像；配準模塊，用於提取圖像存儲模塊中的上述原始聲圖像以及實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣信息，再將所提取到的原始聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息與實時聲圖像中的散斑中心和組織邊緣信息進行運動相位配準，根據匹配結果計算並找出與實時聲圖像對應的原始聲圖像；判斷處理模塊，用於根據配準模塊中對應的原始聲圖像和實時聲圖像中的散斑分布變化情況來判斷是否達到治療效果；控制單元，分別與信號處理單元、驅動單元和運動機構連接，當信號處理單元中的判斷處理模塊判斷已達到治療要求時，用於控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止工作， 當信號處理單元中的判斷處理模塊判斷還沒有達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續工作。
2.根據權利要求1所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於所述圖像採集裝置採用B超設備。
3.根據權利要求2所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於信號處理單元的判斷處理模塊中設定有既定的靶區分布變化值的基準值，若從所述實時聲圖像的散斑分布中得到的靶區分布變化值達到或超過所述既定的靶區分布變化值的基準值時，判斷處理模塊判斷已達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止工作；若靶區分布變化值沒有達到所述既定的靶區分布變化值的基準值時，則判斷處理模塊判斷還沒有達到治療要求時，控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續工作。
4.根據權利要求1所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於所述配準模塊是通過原始聲圖像和實時聲圖像中首先提取圖像的散斑中心和組織邊緣位置，再利用散斑中心和組織邊緣位置構成的二值圖像，通過計算兩個圖像的相關係數，進行相關配準。
5.根據權利要求4所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於在判斷處理模塊中， 將對應原始聲圖像和實時聲圖像的散斑分布的圖像計算相關係數，用R表示，相關係數R反映了兩個圖像矩陣的相關程度，其定義式為R (i』j) =C(iJV^C(U)CUJ)其中C(i，j)，C(i，i)，C(j，j)分別是圖像像素(i，j)，(i，i)，(j，j)的協方差矩陣。
6.根據權利要求5所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於在判斷處理模塊中計算出相關係數R，當o< |R| < Ι時，表示前後兩圖像中的變量存在一定程度的相關|R| <0.4為低度相關；0.4彡Rl < 0. 7為顯著性相關；0. 7彡|R| < 1為高度相關。
7.根據權利要求5所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於在判斷處理模塊中設有相關係數的基準值，當計算出的相關係數R的絕對值小於或等於所述相關係數的基準值時，則判斷已發生凝固性壞死，判斷處理模塊控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器停止工作；當計算出的相關係數R的絕對值大於所述相關係數的基準值時，則判斷未發生凝固性壞死，判斷處理模塊控制驅動單元和運動機構，使超聲換能器繼續工作。
8.根據權利要求7所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於所述判斷處理模塊中的相關係數的基準值為0. 85。
9.根據權利要求1所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於所述配準模塊配準後，判斷處理模塊通過實時聲圖像和對應的原始聲圖像和中各階子波的變化來判斷凝固性壞死；或者，所述配準模塊後，判斷處理模塊通過原始聲圖像和實時聲圖像中各階矩的變化來判斷凝固性壞死。
10.根據權利要求1至3任意一項所述的高強度聚焦超聲治療裝置，其特徵在於治療前圖像採集裝置採集圖像所利用的一定時間間隔為至少一個呼吸周期，同時所述高強度聚焦超聲治療過程中的某一時刻是指治療對象至少進行一次呼吸周期後的某一時刻，超聲換能器對治療靶區進行至少一次掃描運動之後的時刻。
全文摘要
本發明涉及一種利用治療靶區圖像中的散斑分布變化來判斷是否達到治療效果的高強度聚焦超聲治療裝置。通過利用裝置中的配準模塊提取治療前的聲圖像和實時聲圖像的散斑中心和組織邊緣，實現治療前後圖像的配準，利用匹配圖像，計算靶區治療前後散斑分布變化的指標來判定病灶是否產生了凝固性壞死。利用本發明的裝置可大幅度提高判斷靶區是否發生凝固性壞死的準確率，並且不受人為因素影響。
文檔編號A61B18/00GK102166135SQ20111004677
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月25日 優先權日2010年2月25日
發明者王 華, 王智彪, 鄒建中 申請人:重慶融海超聲醫學工程研究中心有限公司