一種影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統的製作方法

2023-12-07 08:54:56

專利名稱：一種影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫療器械技術領域，涉及一種超聲治療系統，特別 涉及一種影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統。
背景技術：
超聲波治療領域中，當利用超聲溫熱療法進行治療時，由於技術 和認識的原因，人們對焦點在生物體內作用機理不甚了解，希望通過 多焦點而實現快速治療的目的。然而，採用這種多焦點的超聲治療設 備進行治療所達到的治療效果並不理想。同時，隨著超聲技術的發展， 尤其是高強度聚焦超聲波現被廣泛的應用到治療，人們更需要的是一 種精細的外科手術治療設備，因為只有這些設備才可以對某些疾病 (尤其是惡性腫瘤類)進行完整的治療或切除。高強度聚焦超聲治療裝置作為一種治療設備，目前在國內外已 經普遍應用於臨床，該治療裝置將體外低能量超聲波聚焦於患者體內的病灶處，在聚焦區域引起病灶組織產生瞬間高溫效應(60'C 100 °C)、空化效應、機械效應，使細胞膜、核膜破裂、蛋白質凝固，選 擇性地使病灶組織凝固性壞死，使病灶失去增殖、浸潤和轉移的能力， 從而達到治病的目的。高強度聚焦超聲治療的原理如圖1所示，超聲換能器1發射超 聲波，通過藕合介質在患者體內聚焦，所形成的凝固性壞死區域為生 物學焦域(即BFR)。生物學焦域為一比病灶3小的橢球體，為了對 整個病灶3進行治療，生物學焦域2就需定位於病灶3內，並掃描治 療整個病灶3。為了對高強度聚焦超聲治療的過程進行監控，可採用B超儀、 CT機、MRI等設備來進行。美國專利US5,485，839中公開了一種MRI裝置與超聲治療設備
結合的治療系統，該專利指出要治療的腫瘤等組織通常具有較複雜的 三維形狀，單純採用二維超聲斷層圖像很難實現對整個腫瘤的完整治療和療效評價，提出了用MRI三維斷層圖像對靶體治療前後進行成像 並利用二維超聲實時監控治療過程的技術方案。上述專利對靶體治療前後利用MRI建立三維圖像並在顯示器中 顯示出所構造的耙體三維形狀，但是由於腫瘤的形狀是很不規則的， 多為樹枝狀，如果對要治療的靶體採集三維圖像，就會喪失一些末端 的信息，這樣重建得到的三維圖像就是不真實的，不能夠完整的反映 腫瘤的原有形態，按這種失真的圖像進行治療就必然會導致治療不完 全。對於惡性腫瘤來說，這些殘餘的病灶部分會繼續擴展，從而會再 次給患者帶來生命危險，因此上述專利的技術方案並不能夠完成精確 的超聲治療。並且在該專利中，若不對MRI設備進行改造，就必須反 復的移動患者進入和離開MRI的孔隙，這樣就延長了治療時間；而若 不想移動患者，就必須對MRI的結構進行改造，這樣做就會增加治療 成本。發明內容本發明所要解決的技術問題是針對現有技術所存在的上述不 足，提供一種能夠對靶體進行精確成像，從而可以對較複雜的手術進 行精確治療的影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統。解決本發明技術問題採用的技術方案是該影像設備引導的高強 度聚焦超聲治療系統包括含有超聲換能器的超聲治療頭、容置患者的 治療床以及用於對病灶成像的影像設備，其中，所述影像設備採用具 有二維成像的非超聲影像設備，超聲換能器採用生物學焦域中焦核直 徑範圍為0. l-5mm的超聲換能器。在製造超聲換能器時，通過控制超 聲換能器的主要參數，如焦距、頻率等，再由焦域測試及離體實驗驗 證，來確定超聲換能器的生物學焦域中焦核直徑範圍為0. 1-5mm。優選的是，所述超聲換能器採用對病灶聚焦的生物學焦域中焦 核直徑範圍為0. 2-2ram的超聲換能器。隨著人們對生物學焦域研究的深入，經研究發現在整個生物
學焦域中焦域中心即焦核的溫升最高；而焦核的外緣，能量遞減陡峭， 具有"刀"的特徵，具體內容請參閱"高強度聚焦超聲生物學焦域溫 場研究"一文(《中國生物醫學工程學報》、2003， 22 (4) : 321-325， 李發琪等)。圖2所示為生物學焦域的縱截面形狀圖。從該圖中可以看出生 物學焦域是由焦緣21、焦瓣22、焦核23三部分組成的。該研究為精 細外科手術提供了理論支持，使人們認識到，其實在治療過程中使得 靶體發生凝固性壞死中起主要作用的是焦核23部分而非整個生物學 焦域，而焦核23的直徑一般不大於影像設備所形成的二維成像剖面 的直徑(2-5mm)，因此在對這個範圍的靶體治療進行成像時，只需 要對焦核進行二維成像就可以執行。而對需要進行治療的腫瘤如果只 需要建立二維圖像，得到的腫瘤圖像的邊界真實清楚，利用該圖像進 行治療，就可以保證治療的精確性。同時，由於生物學焦域的直徑遠 遠大於焦核的直徑，如果僅僅根據生物學焦域的範圍對病灶進行治 療，在對一些需要精確治療的手術中，病灶組織發生凝固性壞死不完 全，難以達到好的療效，而通過對焦核成像就能消除此缺陷。由於所述超聲治療頭在運動定位單元的控制下是利用焦核對影 像設備建立二維圖像的病灶進行掃描治療，而影像設備所形成的二維 剖面的直徑為2-5nun，因此只要焦核直徑在此範圍內，就可以利用二 維剖面對病灶進行精確成像而現有技術中的聚焦超聲治療設備多採用B超儀設備作為影像 設備來進行定位和監控治療，採用這種B超設備進行監控及治療存在 如下缺點1、由於B超圖像僅是一定角度的平面圖像，即使利用三 維超聲系統，其可視區域仍然存在一定局限性；2、超聲圖像的可觀 察深度有限，骨性物質對圖像的影響特別大，幾乎不能觀察到骨後方 的組織，存在偽影；3、超聲圖像對組織邊界的識別能力較差，尤其 是對小腫瘤和深部腫瘤的分辨更為困難。因此這種超聲影像設備不適 用於各種精細的外科手術，而一些具有二維成像的非超聲影像設備則 不存在上述問題。因此，所述對病灶成像的非超聲影像設備可採用CT機或MRI設
備的二維成像。拿MRI裝置來說，由於其可以對磁場施加適當梯度， 有選擇地獲得磁共振信號，通過對信息進行處理獲得各點的組織特性 而對組織成像。所獲得的磁共振圖像具有極高的組織分辨能力，能較 容易地區分正常組織和腫瘤組織，且得到的是一定體積內的立體數 據，可以對人體某部分以至全身成像，因此十分適合用來進行高強度 聚焦超聲治療中的監控。為了不對非超聲影像設備的結構進行改動，又使之與超聲治療 裝置有良好的兼容性，優選所述超聲治療頭位於患者病灶下方進行治 療，因此在所述治療床上開有一孔路，超聲治療頭位於孔路下方。超 聲治療頭還包括有連接在所述孔路下方、充盈有脫氣水的容納裝置， 超聲換能器置於所述容納裝置中。為了使容納結構中脫氣水的水位平衡，減少因水位變化對成像 的影響，本發明優選治療床的孔路處用可透過液體的帶孔隙的薄膜覆蓋，由於薄膜可以限制最高水位，因而使得在操作超聲治療頭運動時， 容納結構中脫氣水不會隨超聲治療頭的運動而產生大的晃動，液位的 變化較小。該薄膜和所述容納裝置組成一半開放式結構。 所述容納裝置也可採用敞口式結構。當非超聲影像設備採用MRI設備時，在治療床容置患者的一側 上安裝有接收影像設備成像信息的第一表面線圈，第一表面線圈固定 在治療床上的孔路的外圍與MRI設備中的成像信息接收單元相連，以 便於精確的監控焦核掃描靶區的圖像。另，由於焦核的直徑很小，要監控其的治療過程，就需要有很 精確的圖像，所以進一步本發明中，在與第一表面線圈相對的患者身 體的另一側還置有用於進一步接收影像設備成像信息的第二表面線 圈，第二表面線圈也與MRI設備中的成像信息接收單元相連。本發明的高強度聚焦超聲治療系統，在影像設備的引導下利用 焦核對病灶進行掃描治療，只需要二維的影像設備成像監控就可以執 行，因此不需要對影像設備進行改造，同時由於利用焦核進行治療時， 聚焦到病灶處的能量比較大，非常有利於保護聲通道的組織，這種功 能就具有了 "刀"的特徵，使得本發明系統可以應用於各種需要精確
治療的手術中。在本發明中若將MRI中二維成像的功能與生物學焦域 中焦核直徑範圍為0. 1-5imn的超聲換能器相組合形成的影像設備引 導的高強度聚焦超聲治療系統能降低該系統的生產成本，而使用和治 療效果大大提高。


圖1為現有技術中進行高強度聚焦超聲治療的原理2為生物學焦域的縱截面形狀3為本發明實施例1的結構示意4為圖3中治療床11部分的局部放大俯視5為本發明實施例2的結構示意中l一超聲換能器 2—生物學焦域 21-焦緣 22-焦瓣 23-焦核3 —病灶 4一MRI床體 5—成像信息接收單元 6 —信息 處理單元 7 —顯示器 8 —超聲換能器 9 —容納裝置 IO —孔路 ll一治療床 12 —運動定位機構13 —治療床控制單元14一第一 表面線圈 15 —MRI孔隙 16 —第二表面線圈 17—患者具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步詳細描述。實施例1:如圖3所示，本發明的影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系 統包括非超聲影像設備和高強度聚焦超聲治療設備。本實施例中，非超聲影像設備採用MRI設備。圖3所示的MRI設備中，MRI床體4上有接收MRI成像信息的成 像信息接收單元5，成像信息接收單元5與信息處理單元6、顯示器 7依次連接。高強度聚焦超聲治療設備包括超聲治療頭、控制超聲治療頭運 動的運動定位機構12、用於容置患者且開有孔路10的治療床11、控 制治療床11進入或退出MRI孔隙15的治療床控制單元13。
其中，超聲治療頭中包括有超聲換能器8以及容納裝置9。容納 裝置9連接在治療床11的孔路10下方，本實施例中，容納裝置9 採用水囊，水囊對應於治療床11上孔路10的一端為敞口，水囊中充 盈有脫氣水，脫氣水用作超聲波傳播的介質並用於冷卻超聲治療時所 產生的熱量，超聲換能器8置於容納裝置9中。本實施例的容納裝置9為敞口式結構。為了降低因脫氣水水位 的移動對靶區成像的影響，還可在治療床11的孔路IO處用可透過液體的帶孔隙的薄膜覆蓋(圖未示)，該薄膜和所述液體容納裝置9組成一半開放式結構。本實施例中超聲換能器8採用球殼聚焦的壓電換能器，其焦距 範圍為80-200mm,直徑範圍為80-300mm,生物學焦域的焦核直徑範 圍為O. 2 — 2mm，工作頻率為0. 5-2MHz。當然，本實施例也可經適當 的調整，使得相控換能器可以用作發射超聲波的波源。治療時，焦核23對靶體組織進行掃描治療，用MRI設備二維成像功能部分對利用焦核治療的過程進行二維成像監控，並通過顯示器 7將二維成像呈現給操作者。為了保證焦核23二維掃描治療的安全性以及提高MRI所採集的 圖像信息的清晰度，如圖4所示，在治療床11容置患者17的一側上 安裝有用於接收MRI設備成像信息的第一表面線圈14，第一表面線 圈14通過膠粘或者其它任何可行的方法固定在治療床11的孔路10 外圍與MRI設備中的成像信息接收單元5相連，其形狀為圓形。由於 第一表面線圈H接收MRI成像信息的位置更靠近人體治療部位，因 此接受的信號較強，成像質量更好，在治療中能夠更精確地監控焦核 23 二維掃描耙區的圖像。本實施例中，除了添加第一表面線圈14外，不對MRI設備作任 何改動，成像信息接收單元5、信息處理單元6和顯示器7都為MRI 設備既有的部件。本實施例中高強度聚焦超聲治療系統的工作過程如下首先， 在治療床控制單元13的控制下，位於治療床11上的患者17被送入 MRI孔隙15中，使患者17的病灶位於磁共振成像區域內，利用第一
表面線圈14接收MRI成像信息，並將接收到的信息傳遞給MRI床體 4上的成像信息接收單元5，最後成像信息接收單元5將該信息傳輸 到信息處理單元6進行處理，信息處理單元6處理後，將給要治療的 病灶建立的二維圖像通過顯示器7呈現給操作者；然後，在運動定位 機構12的控制下，使超聲換能器6的焦核23和治療靶區的病灶在磁 共振體積區域內重疊，在驅動電路(圖未示)的驅動下，超聲換能器 8發射超聲波，用焦核23部分對治療靶區的病灶進行掃描治療，由 於焦核的直徑(0.2 —2mm)小於MRI單層成像的剖面的直徑(2-5mm)， 所以在治療的過程中，MRI對治療過程進行監控時，只需要建立靶體 的二維圖像就可以了，並將建立的二維圖像通過顯示器呈現給操作 者。本實施例是利用焦核23對患者的病灶進行治療的，而焦核23 的溫度在整個生物學焦域中溫升最高，焦核23的外緣能量遞減十分 陡峭，具有"刀"的特徵，所以本實施例中採用的高強度聚焦超聲治 療系統可以應用於各種複雜的手術治療中。需要說明的是，本實施例以MRI為例說明在影像設備引導下進 行高強度聚焦超聲治療的技術，並非用於限定本發明的技術範圍，對 於本領域技術人員來說，可對本發明技術方案進行適當調整和修訂， 使之適用於其它非超聲影像設備，比如CT機，這種經調整和修訂後 的技術方案仍然在本發明的保護範圍之內。實施例2:如圖5所示，本實施例與實施例1的區別在於在患者17與治療 床11相對的一側增加了第二表面線圈16,第二表面線圈16和第一 表面線圈14結合後與MRI的成像信息接收單元5相連。添加第二表 面線圈16的目的是為了增強接收MRI成像信號的強度，因此本實施 例較實施例1的成像質量更高，更有利於操作者在治療中監控焦核 23掃描靶區的二維圖像。本實施例的其它結構和使用方法和實施例1相同，在此不再贅述。
權利要求
1.一種影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統，包括含有超聲換能器(8)的超聲治療頭、容置患者的治療床(11)以及用於對病灶成像的影像設備，其特徵在於所述影像設備採用具有二維成像的非超聲影像設備，超聲換能器採用對病灶聚焦的生物學焦域中焦核直徑範圍為0.1-5mm的超聲換能器。
2. 根據權利要求1所述的超聲治療系統，其特徵在於所述超聲 換能器(8)採用對病灶聚焦的生物學焦域中焦核直徑範圍為0.2-2mm 的超聲換能器。
3. 根據權利要求l所述的超聲治療系統，其特徵在於所述治療 床(11)上開有一孔路(10)，超聲治療頭位於該孔路下方。
4. 根據權利要求3所述的聚焦超聲治療系統，其特徵在於所述 超聲治療頭還包括有連接在所述孔路(10)下方、充盈有脫氣水的容 納裝置(9)，超聲換能器(8)置於所述容納裝置中。
5. 根據權利要求4所述的聚焦超聲治療系統，其特徵在於所述 容納裝置(9)為敞口式結構。
6. 根據權利要求4所述的聚焦超聲治療系統，其特徵在於所述 治療床(11)的孔路(10)由帶孔隙的薄膜覆蓋，該薄膜同時覆於容 納裝置(9)上部使容納裝置形成一個半開放式結構。
7. 根據權利要求l一6之一所述的聚焦超聲治療系統，其特徵 在於所述對病灶成像的非超聲影像設備採用CT或MRI設備的二維成 像。
8. 根據權利要求3-6之一所述的聚焦超聲治療系統，其特徵在 於當非超聲影像設備採用MRI設備時，在治療床容置患者的一側上安 裝有接收影像設備成像信息的第一表面線圈(14)，第一表面線圈固 定在孔路(10)的外圍與MRI設備中的成像信息接收單元(5)相連。
9. 根據權利要求8所述的聚焦超聲治療系統，其特徵在於在與 第一表面線圈(14)相對的患者(17)身體的另一側還置有用於進一 步接收影像設備成像信息的第二表面線圈(16)，第二表面線圈與 MRI設備中的成像信息接收單元(5)相連。
全文摘要
本發明涉及一種影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統。該影像設備引導的高強度聚焦超聲治療系統包括含有超聲換能器的超聲治療頭、容置患者的治療床以及用於對病灶成像的影像設備，其中，所述影像設備採用二維成像的非超聲影像設備，超聲換能器採用對病灶聚焦的生物學焦域中焦核直徑範圍為0.1-5mm的超聲換能器，優選焦核直徑範圍為0.2-2mm。非超聲影像設備可採用具有二維成像功能的CT機或MRI設備。本發明由於能夠對靶體進行精確成像，因此可以對較複雜的手術進行精確治療，治療效果好。
文檔編號A61N7/02GK101130126SQ20061011192
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月24日 優先權日2006年8月24日
發明者月 古, 煉 張, 海 汪, 龍 汪 申請人:重慶融海超聲醫學工程研究中心有限公司