基於b超圖像的熱療無損測溫裝置的製作方法
2023-05-16 00:01:51 3
專利名稱：基於b超圖像的熱療無損測溫裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療器械工程技術領域的裝置，特別是一種基於B超圖像的 熱療無損測溫裝置。
技術背景高強度聚焦超聲(HIFU)熱療輔助化療，放療，可以有效抑制腫瘤細胞的生 長，治療效果顯著。熱療過程中，HIFU發射劑量的控制至關重要。精確的劑量 控制，不但有助於提高治療效果，而且可以避免溫度過高而造成的組織灼傷，從 而減輕病人的痛苦，減小手術風險。然而到目前為止，臨床上仍然缺乏有效的控 制HIFU發射劑量的方法。目前，臨床上HIFU熱療發射劑量控制的方法主要是，臨床醫生根據HIFU動 物實驗結果以及臨床經驗，通過設定並調整HIFU功放的輸出功率，脈衝波的佔 空比，以及發射時間來控制發射劑量，同時通過醫生與病人的不間斷交流，詢問 病人的感受來調整發射劑量。如果病人感覺疼痛難忍，或者有其它不良反應，醫 生則減小發射劑量，甚至暫時停止治療。這種方法存在如下幾個問題1)由於 病人個體差異性，沒有統一適用的發射劑量。臨床上經常遇到這樣的問題，同樣 的發射劑量，對於病人甲，療效良好；但是對於病人乙，則達不到治療效果；對 於病人丙，'則有可能將其灼傷。2)對於局部麻醉或者全身麻醉的病人，由於病 人與醫生的溝通阻斷，臨床上會發生病人灼傷的案例。經對現有技術的文獻檢索發現，K. Hynynen等在Int J Hyperthermia, 20(7), pp. 725-737, 2004上發表"MRI guided and monitored focused ultrasound thermal ablation methods: a review of progress,，，， 中提出核磁共振(MRI) 是輔助實現HIFU熱療劑量控制的潛在方法，但是目前仍然處在實驗階段。核磁 共振(MRI)具有測溫精度高(精度可達0.5攝氏度)等特點，但是MRI有如下 局限l)MRI設備昂貴，限制了在HIFU測溫上的普及與推廣；2)MRI成像速度 慢以及圖像處理複雜，較難實現實時的溫度監控；特別是HIFU熱療，焦點區域溫度在瞬時(0. 5s 5s)上升到75攝氏度以上，給實時監控帶來新的挑戰。3) MRI 對於臨床治療條件有比較苛刻的要求，不能將帶有磁性的材料，放置到MRI的腔 內，這就對HIFU的探頭以及其它治療設備提出新的要求。 發明內容本發明針對現有技術的不足，提供一種基於B超圖像的熱療無損測溫裝置， 使其採用超聲來檢測溫度變化，不僅所用裝置較小，操作也簡單，成本低。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括計算機控制繼電器開關及 功放模塊、計算機控制B超圖像採集模塊、組合探頭模塊、模塊之間相互緊密聯 系組成一整套裝置。其中所述計算機控制繼電器開關及功放模塊通過串口通訊來設定並調整組合探 頭模塊中聚焦換能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比，以及發射時間來控制發 射劑量；所述的計算機控制B超圖像採集模塊通過計算機來確定圖像採集卡對B 超圖像的採集，在計算機中設置採集圖像的頻率，次數，將採集的圖像實時的反 饋回計算機中；所述的組合探頭模塊，在機械上使B超探頭與聚焦換能器探頭較 好地組合在一起，使B超圖像能夠較好的反映焦域部分信息，最終讓計算機採集 到最有價值的B超圖像。所述的計算機控制繼電器開關及功放模塊，為整個系統的起始模塊，由計算 機自帶串口、 USB 口與繼電器控制電路、功率放大器組成，使用計算機自帶9引 腳串口中的4號，5號引腳和USB 口作為電源為繼電器開關電路供電，同時利用 串口通訊控制繼電器的工作狀態，因此在計算機中設置參數，可以控制功率放大 器對組合探頭中聚焦換能器的供電，最終可以實現的功能是設定並調整聚焦換 能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比，以及發射時間來控制發射劑量。所述的計算機控制B超圖像採集模塊，由計算機、圖像採集卡以及B超組成， 通過視頻輸出S-video端把圖像採集卡與B超連接，通過計算機設置圖像採集參 數，如次數，頻率等。由於組合探頭模塊中的聚焦換能器在臨床治療時，其治療 頻率產生比較寬的頻譜，對B超探頭的診斷頻率有很大的幹擾，此時不能採集B 超圖像。因此，在計算機設置圖像採集參數時，要與計算機控制繼電器開關及功 放模塊協調，錯開採集時間與打擊時間，使整個系統優化。所述的組合探頭模塊，由B超探頭與聚焦換能器組成，B超探頭內嵌於聚焦換能器中。其核心是兩個探頭的組合方式，由於B超探頭所探測的一個平面的圖 像，聚焦換能器治療所形成的焦域為一個橢球體。因此要使得這個橢球的截面與 B超平面重合。本發明採用計算機控制繼電開關的方式來設定並調整聚焦換能器探頭的輸 出功率，脈衝波的佔空比，以及發射時間來控制發射劑量，效率高，更直觀，比 現有技術有了進一步的改善。其中繼電器開關電路，元件簡單，數量小，可集成， 容易實現，且通訊方便，為本發明在效率方面做出了比較大貢獻。本發明相對傳統技術的優勢在於1、以計算機為核心，所有操作均有計算機完成，且操作簡單，具有實際意義。2、基於B超的無損測溫，比基於MRI的無損測溫具有較大優勢成本低，易於實現，對環境要求不高。3、採用計算機控制方式，可以任意設定並調整聚焦換能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比， 以及發射時間來控制發射劑量，效率高，更直觀。在臨床治療上具有一定意義。4、使用計算機控制圖像採集，使整個系統更加協調，避免各模塊之間的衝突。5、 電路部分元件比較簡單，易於實現，通訊方便，且穩定性高。6、組合探頭設計 合理，確保了圖像準確性。
圖1是本發明裝置結構框2是本發明繼電器開關電路3是本發明組合探頭結構剖面a和截面b結構示意圖 其中l.聚焦換能器探頭，2.B超探頭具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括計算機控制繼電器開關及功放模塊、計算機控 制B超圖像採集模塊、組合探頭模塊、模塊之間相互緊密聯繫組成一整套裝置。 其中所述計算機控制繼電器開關及功放模塊通過串口通訊來設定並調整組合探 頭模塊中聚焦換能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比，以及發射時間來控制發 射劑量；所述的計算機控制B超圖像採集模塊通過計算機來確定圖像採集卡對B超圖像的採集，在計算機中設置採集圖像的頻率，次數，將採集的圖像信息實時 地傳輸回計算機中；所述的組合探頭模塊，在機械上使B超探頭與聚焦換能器探 頭較好地組合在一起，B超圖像能夠較好的反映焦域部分信息，最終目的是使得 計算機採集到最有價值的B超圖像。圖1所示的計算機為整個系統的核心組成，由它分別衍生了計算機控制繼電 器開關及功放模塊和計算機控制B超圖像採集模塊，所述計算機控制繼電器開關 及功放模塊只需使用計算機自帶9引腳串口中的4號，5號引腳和USB 口作為電 源為繼電器開關電路供電，同時利用串口通訊控制繼電器的工作狀態，在計算機 中設置參數，可以控制功率放大器對組合探頭中聚焦換能器的供電，最終實現的 功能是設定並調整聚焦換能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比，以及發射時 間來控制發射劑量。所述計算機控制B超圖像採集模塊，只需將圖像採集卡分別連接計算機的 PCI插槽和數字B超Siideo輸出端，通過計算機設置圖像採集具體參數，如頻 率，次數等。由於聚焦換能器在臨床治療時，其治療頻率產生比較寬的頻譜，對 B超探頭的診斷頻率有很大的幹擾，此時不能採集B超圖像。因此，在計算機設 置圖像採集參數時，要與計算機控制繼電器開關及功放模塊協調，錯開採集時間 與打擊時間，使整個系統優化。如圖2所示，繼電器控制開關電路為實現治療劑量控制的關鍵電路，主要功 能是控制功率放大器的開合，最終實現對聚焦換能器工作狀態的控制。其具體連 接方式是Vo端接串口4號引腳，之後首先接一個大小為51K的電阻，其主要 作用是分壓，如圖所示，在分壓電阻之後連接到起開關作用的9012三極體的基 極，其發射極接地，發射極和基極兩端並聯一個4.7K的電阻，其目的是限流， 三極體的集電極連接繼電器負輸入端，繼電器正輸入端接USB供電端，同時在繼 電器輸入端並聯一個發光二極體，起到指示作用，而與發光二極體串聯的大小為 4. 7K的電阻主要起到限流保護作用。其中核心內容是VolOV由串口的4號和5 號引腳供電，Vc5V由USB口供電，9012三極體起到了開關作用，在外部通過發 光二極體確認繼電器工作狀態。當串口提供高電平，即在計算機中設置串口狀態 為打開時，繼電器輸出端閉合，發光二極體燈亮，此時的聚焦換能器處於工作狀 態；串口提供低電平時，繼電器輸出端開啟，發光二極體燈滅，聚焦換能器不工作。如圖3所示，描述了組合探頭兩組成部分的機械結合結構，分為剖面圖a和 截面圖b，聚焦換能器探頭l為凹形，底部中空，B超探頭2內嵌於聚焦換能器 中，與打擊焦域部分成一個平面，以達到採集最理想的B超圖像的目的。本實施例通過實時採集B超圖像，計算機分析處理從B超圖像中提取組織溫 度信息，並反饋控制超聲換能器的發生能量。對超聲換能器發射功率的控制是通 過控制佔空比來實現的。該系統應用於臨床腫瘤治療，所有操作都以計算機為核 心，主要目的為實時計算控制靶向區域溫度值，同時融合了計算機控制治療劑量 的功能。在臨床治療時，在計算機中設置各種相關參數，進而採集打擊間隔靶向 區域的實時圖像，進行圖像處理，將計算結果實時反饋。超聲無損測溫以其對人體危害小，超聲波對組織特性差異非常敏感，抗電磁 幹擾強等優點，而倍受人們關注。而且用超聲方法檢測溫度變化，不僅所用裝置 較小，操作也簡單。超聲無損測溫技術利用超聲掃描熱療生物組織，基於超聲聲 速模型、非線性參數、回波時移特性、回波頻移特性和散射能量等特性，對超聲 信號進行分析,有效地提取組織溫度信息，較其他方法具有更好的綜合性能；超聲 相比MRI技術來說，在實時性，推廣性，可行性方面，大大改善了現有技術水平， 使治療過程中溫度實時反饋成為可能，價格與MRI相比具有非常大的優勢，並且 對於環境的要求也比MRI低得多，為HIFU臨床治療時實時監控溫度提供了可能。
權利要求
1、一種基於B超圖像的熱療無損測溫裝置，其特徵在於，包括計算機控制繼電器開關及功放模塊、計算機控制B超圖像採集模塊、組合探頭模塊，其中所述計算機控制繼電器開關及功放模塊通過串口通訊來設定並調整組合探頭模塊中聚焦換能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比，以及發射時間來控制發射劑量；所述的計算機控制B超圖像採集模塊通過計算機來確定圖像採集卡對B超圖像的採集，在計算機中設置採集圖像的頻率，次數，將採集的圖像實時的反饋回計算機中；所述的組合探頭模塊，在機械上使B超探頭與聚焦換能器探頭組合在一起，使B超圖像反映焦域部分信息，最終讓計算機採集到B超圖像。
2、 根據權利要求1所述的基於B超圖像的熱療無損測溫裝置，其特徵是，所述的計算機控制繼電器開關及功放模塊，為整個系統的起始模塊，由計算機自 帶串口、 USB 口與繼電器控制電路、功率放大器組成，使用計算機自帶9引腳串 口中的4號，5號引腳和USB 口作為電源為繼電器開關電路供電，同時利用串口 通訊控制繼電器的工作狀態，通過在計算機中設置參數控制功率放大器對組合探 頭中聚焦換能器的供電，最終實現設定並調整聚焦換能器探頭的輸出功率、脈衝 波的佔空比以及發射時間來控制發射劑量。
3、 根據權利要求1所述的基於B超圖像的熱療無損測溫裝置，其特徵是， 所述的計算機控制B超圖像採集模塊由計算機、圖像採集卡以及B超組成，通過 視頻輸出S-video端把圖像採集卡與B超連接，通過計算機設置圖像採集參數， 在計算機設置圖像採集參數時，與計算機控制繼電器開關及功放模塊協調，錯開採集時間與打擊時間。
4、 根據權利要求1所述的基於B超圖像的熱療無損測溫裝置，其特徵是， 所述的組合探頭模塊由B超探頭與聚焦換能器組成，B超探頭內嵌於聚焦換能器 中，B超探頭所探測的一個平面的圖像，聚焦換能器治療所形成的焦域為一個橢 球體，必須使這個橢球的截面與B超平面重合。
全文摘要
本發明涉及一種生物醫學工程技術領域的基於B超圖像的熱療無損測溫裝置，包括計算機控制繼電器開關及功放模塊，計算機控制B超圖像採集模塊，組合探頭模塊，計算機控制繼電器開關及功放模塊設定並調整組合探頭模塊中聚焦換能器探頭的輸出功率，脈衝波的佔空比及發射時間來控制發射劑量；計算機控制B超圖像採集模塊確定圖像採集卡對B超圖像的採集，在計算機中設置採集圖像的頻率，次數，將採集的圖像實時的反饋回計算機中；組合探頭模塊使B超探頭與聚焦換能器探頭組合在一起，使B超圖像能夠較好的放映焦域部分信息，最終讓計算機採集到B超圖像。本發明採用超聲來檢測溫度變化，不僅所用裝置較小，操作也簡單，成本低。
文檔編號G01K11/22GK101297761SQ200810039188
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月19日 優先權日2008年6月19日
發明者威 李, 洪祥飛, 牛金海, 蕭翔麟, 侃 陶 申請人:上海交通大學