利用超聲減脂換能器的治療裝置的製作方法

2023-05-28 02:34:46

專利名稱：利用超聲減脂換能器的治療裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫用超聲治療領域，特別是指一種利用超聲減脂換能器的治療裝置。
背景技術：
眾所周知，超聲波與人體組織相互作用可以產生若干生物組織效應。根據超聲波的局部聲強高低和聲波發射方式，這些生物組織效應可以分為熱效應和非熱機械效應。組織熱效應指細胞對超聲波能量的吸收導致其升溫至熱壞死。組織非熱機械效應指由於聲空化、聲流和局部小振幅振動導致的細胞活動增加進而使細胞形態產生改變、破裂、凋亡等現象。影響超聲生物組織效應的物理因素包括聲場聚焦形式、聲波頻率、聲壓幅度、連續或脈衝聲發射方式(脈衝重複頻率和佔空比)、駐波條件、媒質靜態壓強、溫度、黏滯狀態和邊界條件等因素。近年來，超聲波的生物組織效應在治療超聲領域日益受到廣泛研究和應用。高強度超聲治療在腫瘤熱消融、體外衝擊波粉碎尿結石、藥物輸送、阻斷神經傳導等方面的應用都有新的進展。在減肥和美容應用領域，超聲波也顯現其獨特的優勢，例如採用體外低頻率超聲波輔助微創吸脂手術可以增強局部脂肪破壞效率。單獨採用體外發射高強度聚焦超聲波破壞局部脂肪組織的方法和設備正在經歷臨床驗證，並顯現其療效，其安全性也得到初步驗證。此類治療往往先選定需治療區域，然後採用體外超聲波換能器發射超聲波聚焦於皮下脂肪層內，基於超聲波的人體組織熱效應或機械效應原理在當前焦斑區域破壞脂肪組織， 並逐點移動換能器改變焦點位置覆蓋所需的治療區域。在合適的治療區域和劑量條件下， 超聲波破碎的脂肪組織經由人體自體新陳代謝循環分解。採用聚焦方式可以顯著提升超聲波的局部聚焦聲強，並限制焦斑(_6dB焦點聲強區域)高聲強區域在合適的範圍內，因而便利在特定區域精確定位和產生所希望的超聲波組織效應。在聚焦超聲減脂治療中，避免超聲波輻照對焦斑近聲場皮膚和/或焦斑遠聲場， 以及焦斑徑向周邊正常組織造成熱灼傷和其他損傷已經成為一個急需解決的重要的臨床安全性問題。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種利用超聲減脂換能器的治療裝置，能夠在保證安全性的前提下提高超聲治療的效率。為解決上述技術問題，本實用新型的實施例提供技術方案如下一方面，提供一種利用超聲減脂換能器的治療裝置，包括用於獲取治療靶區的治療情況的測量模塊；用於根據所述治療情況確定超聲減脂換能器的匯聚角的大小的計算模塊；用於調整所述超聲減脂換能器的參數，以得到所確定的匯聚角的控制模塊。[0012]優選地，所述測量模塊包括用於向所述治療靶區發射一超聲波窄脈衝的發射子模塊；用於獲取耦合液體與表皮的層間界面反射的第一超聲回波、和脂肪與肌肉的層間界面反射的第二超聲回波之間的時間間隔的測量子模塊；用於將所述時間間隔乘以脂肪組織的平均聲速後除以2，得到所述治療靶區的脂肪層厚度的獲取子模塊。優選地，所述計算模塊包括用於在所述治療靶區的脂肪層厚度大於第一厚度或所述治療靶區位於脂肪層的中間深度部位時，確定超聲減脂換能器的匯聚角不大於30°的第一計算子模塊；用於在所述治療靶區的脂肪層厚度小於第二厚度或所述治療靶區位於脂肪層的淺表層部位時，確定超聲減脂換能器的匯聚角不小於30°的第二計算子模塊。優選地，所述控制模塊包括用於調整所述超聲減脂換能器的焦距和孔徑之比，以得到所確定的匯聚角的第一控制子模塊。 優選地，所述控制模塊還包括用於調整所述超聲減脂換能器的有效發射面積，以得到所確定的匯聚角的第二控制子模塊。本實用新型的實施例具有以下有益效果上述方案中，利用超聲減脂換能器的治療裝置首先獲取治療靶區的治療情況，根據治療靶區的治療情況確定超聲減脂換能器的匯聚角的大小，之後調整超聲減脂換能器的工作參數，以得到所確定的匯聚角。本實用新型能夠通過控制匯聚角的大小來控制聚焦焦斑區域的大小、焦點聲強的高低和焦斑聲強變化梯度的快慢，從而在提高治療效率的同時減小超聲波輻照對近聲場皮膚、遠聲場組織和其他徑向周邊組織的熱灼傷和其他損傷的風險。

圖1為本實用新型實施例的利用超聲減脂換能器的治療裝置的結構框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本實用新型的實施例針對現有技術中在聚焦超聲減脂治療中，超聲波輻照對近聲場皮膚和/或遠聲場，以及徑向周邊正常組織會造成熱灼傷和其他損傷的問題，提供一種利用超聲減脂換能器的治療裝置，能夠在保證安全性的前提下提高超聲治療的效率。圖1為本實用新型實施例的利用超聲減脂換能器的治療裝置的結構框圖，如圖1 所示，本實施例包括用於獲取治療靶區的治療情況的測量模塊10 ；用於根據治療情況確定超聲減脂換能器的匯聚角的大小的計算模塊12 ；用於調整超聲減脂換能器的參數，以得到所確定的匯聚角的控制模塊14。[0032]優選地，測量模塊10包括用於向治療靶區發射一超聲波窄脈衝的發射子模塊；用於獲取耦合液體與表皮的層間界面反射的第一超聲回波、和脂肪與肌肉的層間界面反射的第二超聲回波之間的時間間隔的測量子模塊；用於將時間間隔乘以脂肪組織的平均聲速後除以2，得到治療靶區的脂肪層厚度的獲取子模塊。優選地，計算模塊12包括用於在治療靶區的脂肪層厚度大於第一厚度或治療靶區位於脂肪層的中間深度部位時，確定超聲減脂換能器的匯聚角不大於30°的第一計算子模塊；用於在治療靶區的脂肪層厚度小於第二厚度或治療靶區位於脂肪層的淺表層部位時，確定超聲減脂換能器的匯聚角不小於30°的第二計算子模塊。優選地，控制模塊14包括用於調整超聲減脂換能器的焦距和孔徑之比，以得到所確定的匯聚角的第一控制子模塊。 優選地，控制模塊14還包括用於調整超聲減脂換能器的有效發射面積，以得到所確定的匯聚角的第二控制子模塊。本實用新型實施例的利用超聲減脂換能器的治療裝置，首先獲取治療靶區的治療情況，根據治療靶區的治療情況確定超聲減脂換能器的匯聚角的大小，之後調整超聲減脂換能器的工作參數，以得到所確定的匯聚角。本實用新型能夠通過控制匯聚角的大小來控制聚焦焦斑區域的大小、焦點聲強的高低和焦斑聲強變化梯度的快慢，從而在提高治療效率的同時減小超聲波輻照對近聲場皮膚、遠聲場組織和其他徑向周邊組織的熱灼傷和其他損傷的風險。下面對本實用新型的利用超聲減脂換能器的治療裝置的工作流程進行詳細說明。 在聚焦超聲減脂治療中，為了減小超聲波輻照對近聲場皮膚、遠聲場組織和其他徑向周邊組織造成的熱灼傷和其他損傷，需要控制聚焦焦斑區域的大小，焦點聲強的高低和焦斑聲強變化梯度的快慢。現有技術中，球面聚焦換能器是常用的高強度聚焦超聲減脂換能器，也是聚焦效率最佳的幾種超聲減脂換能器結構之一。下面就以球面聚焦換能器為例，說明本實用新型的利用超聲減脂換能器的治療裝置如何利用超聲減脂換能器進行超聲減脂治療。球面聚焦換能器的焦斑軸向和橫向尺寸與其匯聚角有關，球面聚焦換能器的匯聚角越大，能量聚焦越集中，焦斑區域則越小，聚焦增益越大，焦點向外的聲強變化梯度就越大，適合單次輻照小體積精細治療；反之，球面聚焦換能器的匯聚角越小，則能量聚焦越分散，焦斑區域越大， 聚焦增益越小，焦點向外的聲強變化梯度越小，適合單次輻照大體積快速治療。因此，可以通過控制球面聚焦換能器的匯聚角以實現控制聚焦焦斑區域的大小，焦點聲強的高低和焦斑聲強變化梯度的快慢。本實用新型的利用超聲減脂換能器的治療裝置的工作流程包括以下步驟步驟Sl 獲取治療靶區的治療情況；在進行超聲減脂治療之前，首先獲取治療靶區的治療情況，以根據治療情況確定所需要的匯聚角。超聲減脂換能器聲波傳播路徑順序包含表皮及真皮層(表皮)、皮下脂肪層(脂肪)、肌肉及結締組織(肌肉)。所獲取的治療情況包括治療靶區處的脂肪層厚度以及治療靶區位於脂肪層的深淺，具體地，獲取治療靶區處的脂肪層厚度可以通過以下步驟實現向治療靶區發射一超聲波窄脈衝；獲取耦合液體與表皮的層間界面反射的第一超聲回波、和脂肪與肌肉的層間界面反射的第二超聲回波之間的時間間隔；將時間間隔乘以脂肪組織的平均聲速後除以2，得到治療靶區的脂肪層厚度。但實現獲取治療靶區處的脂肪層厚度不限於上述技術方案，還可以通過皮褶厚度卡尺測量、CT(computed tomography,電子計算機X射線斷層掃描)/MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)影像測量等方式實現；步驟S2 根據治療靶區的治療情況確定匯聚角的大小；在得到治療靶區處的脂肪層厚度以及治療靶區位於脂肪層的深淺之後，就可以確定一合適的匯聚角角度。採用大匯聚角(30-180度)能夠使超聲減脂換能器獲得足夠強度的聚焦聲強、精細的焦斑區域和焦斑區域聲強梯度的迅速變化。在短脈衝輻照條件下，還有利於用較小的電功率獲得足夠的空化閾值聲強，以及焦斑區域內較大的聲強變化梯度，適宜精確激發組織的機械空化效應；在連續輻照條件下，可以更迅速地，並且精確地控制焦斑區域內的熱壞死區域大小並降低焦斑外圍組織熱壞死的風險。綜上所述，大匯聚角有助於精確控制組織破壞區域的位置和大小，並且由於其尖銳聚焦的特性而特別適於淺表組織的治療。匯聚角大小的確定與超聲減脂換能器工作頻率、焦點位置和脂肪層厚度有關。舉例說明對於給定約20毫米的脂肪層厚度，希望限制球面聚焦換能器聚焦聲場_6dB焦斑沿聲軸方向的長徑小於20毫米並適當留有遠近場的安全距離(例如_6dB長徑為10毫米，超聲減脂換能器焦點位於脂肪層中間位置)。在選定的工作頻率下，該超聲減脂換能器的_6dB長徑約為超聲減脂換能器焦距和孔徑之比平方乘以7倍工作波長。因此，當根據脂肪層厚度確定所需的聚焦聲場_6dB長徑數值後，也就確定了該超聲減脂換能器所需的焦距和孔徑之比。而球面聚焦超聲減脂換能器孔徑和焦距之比的半值即等於半匯聚角的正弦函數值，由此可以根據超聲減脂換能器工作頻率、焦點位置和脂肪層厚度確定匯聚角的大小。上述示例僅提供一種確定匯聚角大小的指導原則，實際使用中，可以由本行業普通技術人員，根據此原則視實際情況靈活調整匯聚角的大小。通常使用的精細強聚焦特性的聚焦超聲減脂換能器其匯聚角均大於30度。因此，在脂肪層較薄或單次超聲輻照的焦點位置位於脂肪層淺表(比如距離脂肪層表面的距離小於脂肪層厚度的三分之一為脂肪層淺表)或接近肌肉和結締組織界面時，可以採用較大的匯聚角，比如說不小於30度的匯聚角，以保證治療安全性。在脂肪層較厚且單次超聲輻照的焦點位置位於脂肪層中間深度部位時，可以採用較小的匯聚角，比如說不大於30度的匯聚角，以在保證焦點遠場和近場安全性的前提下實現單次大體積快速治療；步驟S3 調整球面聚焦換能器的參數，以得到所確定的匯聚角。對於球面聚焦換能器，球面聚焦換能器的焦距和孔徑之比的範圍介於0.5(此時球面聚焦換能器為半球換能器)至無窮大(此時球面聚焦換能器為平面非幾何聚焦換能器)，焦距與孔徑半值(超聲減脂換能器半徑)之比為半匯聚角的正弦函數值，焦距和孔徑之比越大，聚焦匯聚角越小，反之，焦距和孔徑之比越小，則聚焦匯聚角越大。因此，可以通過調整球面聚焦換能器的焦距和孔徑之比，來控制聚焦匯聚角的大小。具體實施中，可以有若干種方式獲得合適的匯聚角，例如固定球面聚焦換能器的焦距，調整球面聚焦換能器的孔徑大小；或改變球面聚焦換能器的焦距長短，固定球面聚焦換能器的孔徑大小；或同時調整球面聚焦換能器的焦距長短和孔徑大小獲得不同的焦距和孔徑比，來改變匯聚角大小。綜上所述，可以選擇合適的球面聚焦換能器焦距(0.5-12釐米)、孔徑(0.5-20釐米)， 以得到確定的匯聚角。進一步地，還可以在焦距長短和孔徑大小已經固定的情況下，通過改變球面聚焦換能器的有效發射面積對匯聚角進行細微調整。因為，改變球面聚焦換能器的有效發射面積可以改變球面聚焦換能器的等效發射孔徑，因而等同於改變焦距與孔徑之比。具體地， 可以在球面聚焦換能器發射面上挖孔以減小有效發射面積，從而對匯聚角進行細微調整。 挖出的孔區域可以用來放置其他監控傳感器或治療發射器，或安排換能器的耦合冷卻水路等。此外，配合多電極局部激發壓電材料的方式(例如多環狀電極)，可以控制整個球面聚焦換能器的部分區域發射而其他區域不發射，進而可以實時微調匯聚角。上述通過改變匯聚角調整焦斑大小和聚焦增益的技術方案並不局限用於球面聚焦換能器，還可以應用於其他非球冠聚焦換能器結構。例如對於柱面聚焦換能器，可以通過改變其聚焦面的大小來構造不同匯聚角的聚焦特性；對於聲透鏡結構的換能器，可以通過改變其透鏡的曲率來改變匯聚角的大小；對於多換能器陣列，可以通過調整換能器間相對位置或激發信號的相對延遲時間(相位差)，以構造不同等效匯聚角的聚焦特性。以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種利用超聲減脂換能器的治療裝置，其特徵在於，包括用於獲取治療靶區的治療情況的測量模塊；用於根據所述治療情況確定超聲減脂換能器的匯聚角的大小的計算模塊；用於調整所述超聲減脂換能器的參數，以得到所確定的匯聚角的控制模塊。
2.根據權利要求1所述的利用超聲減脂換能器的治療裝置，其特徵在於，所述測量模塊包括用於向所述治療靶區發射一超聲波窄脈衝的發射子模塊；用於獲取耦合液體與表皮的層間界面反射的第一超聲回波、和脂肪與肌肉的層間界面反射的第二超聲回波之間的時間間隔的測量子模塊；用於將所述時間間隔乘以脂肪組織的平均聲速後除以2，得到所述治療靶區的脂肪層厚度的獲取子模塊。
3.根據權利要求1所述的利用超聲減脂換能器的治療裝置，其特徵在於，所述計算模塊包括用於在所述治療靶區的脂肪層厚度大於第一厚度或所述治療靶區位於脂肪層的中間深度部位時，確定超聲減脂換能器的匯聚角不大於30°的第一計算子模塊；用於在所述治療靶區的脂肪層厚度小於第二厚度或所述治療靶區位於脂肪層的淺表層部位時，確定超聲減脂換能器的匯聚角不小於30°的第二計算子模塊。
4.根據權利要求1所述的利用超聲減脂換能器的治療裝置，其特徵在於，所述控制模塊包括用於調整所述超聲減脂換能器的焦距和孔徑之比，以得到所確定的匯聚角的第一控制子模塊。
5.根據權利要求1所述的利用超聲減脂換能器的治療裝置，其特徵在於，所述控制模塊還包括用於調整所述超聲減脂換能器的有效發射面積，以得到所確定的匯聚角的第二控制子模塊。
專利摘要本實用新型提供一種利用超聲減脂換能器的治療裝置，屬於醫用超聲治療領域。其中，該利用超聲減脂換能器的治療裝置，包括用於獲取治療靶區的治療情況的測量模塊；用於根據所述治療情況確定超聲減脂換能器的匯聚角的大小的計算模塊；用於調整所述超聲減脂換能器的參數，以得到所確定的匯聚角的控制模塊。本實用新型的技術方案能夠在保證安全性的前提下提高治療的效率。
文檔編號A61N7/02GK202236920SQ20112038021
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月9日 優先權日2011年10月9日
發明者於晉生, 印向濤, 姜克明, 王宏圖, 費興波 申請人:北京匯福康醫療技術有限公司