一種超聲治療裝置及含有該超聲治療裝置的超聲治療系統的製作方法

2023-12-07 08:56:46 3

專利名稱：一種超聲治療裝置及含有該超聲治療裝置的超聲治療系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於超聲治療技術領域，具體涉及一種超聲治療裝置以 及含有該超聲治療裝置的影像設備引導的超聲治療系統。
背景技術：
聚焦超聲治療系統的治療原理是利用超聲波可以穿透人體組織 並能在組織內部聚焦的特點，把波束準確聚焦在體內病灶處，以聚焦 產生的瞬態高溫使靶區內組織發生凝固性壞死，從而達到無創治療的效果。影像設備，比如MRI等能夠快速地獲得患者身體內部結構的高 精確度圖像，因此通常與超聲治療系統結合使用。在聚焦超聲治療系統中，超聲換能器發射的超聲波通過耦合劑 層最終聚焦於靶區。對於焦點固定的超聲換能器來說，其焦點的移動 是靠外部運動定位機構來完成的，比如圖1、 2中所示的機械臂7。 圖1、 2中，超聲治療頭5與機械臂7的一部分位於裝有耦合劑4的 箱體9中，機械臂7和箱體9通過一柔性連接單元8密封連接。治療 過程中，機械臂7帶動超聲治療設備的焦點在耙區內移動時，這將引 起耦合劑液面高低的變化。如圖1中，超聲治療頭5朝X軸正方向移 動AX，圖2中超聲治療頭5朝Y軸正方向移動A Y,引起耦合劑液面 高度從H分別變化為H+AH,、 H+AH2。現有技術中，柔性連接單元8也有採用柔性伸縮套的。在伸縮 套選取合適形狀的情況下，超聲治療頭在Y向移動時，AH2=0，液 面保持平衡；但是超聲治療頭在X向移動，當AX^0時，則AH,^0， 水位高度發生了變化。在超聲治療系統中引入影像設備時，尤其是當引入MRI (Magnetic Resonance Imaging磁共振成像)設備時，耦合劑液面 高低的變化將影響MRI的成像結果，從而影響MRI診斷效果。
因此，保持耦合劑液面穩定對MRI引導下的超聲治療系統具有 重要意義。發明內容本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中超聲治療系統所 存在的上述不足，提供一種運動時能保持耦合劑液面穩定的超聲治療 裝置及含有該超聲治療裝置的超聲治療系統，以使影像設備引導的超 聲治療系統在治療過程中超聲治療頭運動時，保持耦合劑液面穩定， 從而有效減少因液位變化對影像設備的成像結果所產生的幹擾，提高 影像設備的診斷精度和超聲治療裝置的治療效果。解決本發明技術問題所釆用的技術方案是該超聲治療裝置包括 含有超聲換能器的超聲治療頭、容納超聲治療頭並充盈有耦合劑液體 的箱體、穿過箱體壁與超聲治療頭相連的超聲治療頭的運動單元，其 中，箱體上設置有當運動單元帶動超聲治療頭運動時使箱體內的液面 高度保持不變的補償單元。所述補償單元可設置於箱體兩側並與箱體連為一體，運動單元 穿過兩個補償單元，超聲治療頭位於兩補償單元之間。優選的是，所述補償單元可為兩個形狀大小相同的柔性伸縮套。進行超聲治療時，運動單元控制下的超聲換能器發生運動時， 為了使補償單元可以隨著運動單元的運動變化而變化，補償單元採用 柔性材質製成。所述運動單元可以為機械臂，超聲治療頭位於機械臂的中部， 作為補償單元的兩個柔性伸縮套在超聲治療頭的兩端與機械臂密封連接。進一步優選的是，所述兩個柔性伸縮套對稱設置於箱體兩側， 機械臂穿過兩柔性伸縮套。伸縮套的形狀為任何可以對液體體積進行補償的形狀，本發明 中，為了製作的方便，更有效的利用對稱設置，優選伸縮套為圓臺形 或稜台形。所述超聲治療頭可為焦距可變和焦距固定的超聲換能器。對於
焦距可變的超聲換能器來說，其焦點的變化可以通過改變驅動信號來 執行，也可以通過控制運動單元來執行，也可以通過同時改變驅動信 號和控制運動單元來執行；而對於焦距固定的超聲換能器來說，其焦 點的改變，只能通過控制運動單元來執行，因此本發明尤其適用於採 用焦距固定的超聲換能器的超聲治療頭。一種含有上述超聲治療裝置的影像設備引導的超聲治療系統。所述影像設備引導的超聲治療系統中，影像設備可為B超、CT、 MRI設備等，由於B超、CT等在引導超聲治療設備進行治療時，液體 液面變化對其成像影響不明顯，因此本發明尤其適用於MRI引導的超 聲治療系統。本發明提供的在影像設備引導的超聲治療系統，由於補償單元 的使用，治療過程中超聲治療頭的運動時，耦合劑液面保持穩定，消 除了現有技術中因運動單元帶動超聲治療頭運動而引起耦合劑液面 變化的現象，保障了箱體內液體表面的穩定，從而有效減少了因液位 變化對影像設備的成像結果所產生的幹擾，提高了影像設備的診斷精 度。


圖1為現有技術中超聲治療裝置的結構示意圖，該圖顯示了運動單元帶動超聲治療頭在X方向運動時耦合劑液面的變化情況；圖2為現有技術中超聲治療裝置的結構示意圖，該圖顯示了運動單元帶動超聲治療頭在Y方向運動時耦合劑液面的變化情況； 圖3為本發明超聲治療裝置的結構示意圖；圖4為本發明超聲治療裝置的結構示意圖，該圖顯示了運動單元在X方向運動時耦合劑液面的變化情況；圖5為本發明超聲治療裝置的結構示意圖，該圖顯示了運動單元在Y方向運動時耦合劑液面的變化情況；圖6a為本發明實施例1中超聲治療裝置初始狀態下圓臺形伸縮 套的結構主視圖；圖6b為圖6a的側視圖； 圖7a為本發明實施例1中機械臂1在X方向運動時第一補償單 元2的形狀變化圖；圖7b為本發明實施例1機械臂1在X方向運動時第二補償單元 6的形狀變化圖；圖8a為本發明實施例1機械臂1在Y方向運動時第一補償單元 2的形狀變化圖；圖8b為本發明實施例1機械臂1在Y方向運動時第二補償單元 6的形狀變化圖；圖9a為本發明實施例2超聲治療裝置初始狀態下稜台形伸縮套 的結構主視圖；圖9b為圖9b的側視圖；圖10a為本發明實施例2機械臂1在X方向運動時第一補償單元 2的形狀變化圖；圖10b為本發明實施例2機械臂1在X方向運動時第二補償單元 6的形狀變化圖；圖11a為本發明實施例2機械臂1在Y方向運動時第一補償單元 2的形狀變化圖；圖11b為本發明實施例2機械臂1在Y方向運動時第二補償單元6的形狀變化圖。 圖中虛線表示移動前物體所在位置；1、 7 —機械臂2 —第一補償單元 3、 9一箱體 4一耦合劑 5 —超聲治療頭6 —第二補償單元 8 —柔性連接單元具體實施方式
以下結合實施例和附圖，對本發明作進一步詳細描述。 如圖3、 4、 5所示，本發明影像設備引導的超聲治療系統包括 對靶體成像的影像設備(圖中未示出)以及超聲治療裝置，所述超聲 治療裝置包含有超聲換能器的超聲治療頭5、箱體3、與超聲治療頭 5相連控制其運動的運動單元，即機械臂l。 超聲治療頭5置於充盈有耦合劑液體的箱體3中，帶動超聲治 療頭5運動的機械臂1穿過箱體壁與超聲治療頭5相連。箱體3上還 設置有當機械臂7帶動超聲治療頭5運動時使箱體3內的液面高度保 持不變的補償單元。所述補償單元為對稱設置於箱體3兩側並與箱體3連為一體的 第一補償單元2和第二補償單元6，兩對稱補償單元形狀大小相同， 機械臂1水平穿過兩對稱補償單元，在機械臂1上的超聲治療頭5 位於對稱的兩補償單元之間。兩補償單元一端與機械臂1固定密封， 另一端與箱體3固定密封。補償單元採用柔性材質製成的柔性伸縮 套。在與兩柔性伸縮套連接處，機械臂1具有與伸縮套連接端相適應 的形狀。兩柔性伸縮套在機械臂1的帶動下，具有一定的反覆變形能 力。例如機械臂1在X方向上運動時，兩伸縮套相應的伸長或縮短在 X方向上的長度；機械臂1朝Y、 Z方向運動時，兩伸縮套也隨之發 生相應的變形。治療過程中，機械臂l帶動超聲治療頭5移動，焦點隨之移動， 超聲治療頭5發射的超聲波通過耦合劑4聚焦到耙區(圖中未示出)。 超聲治療頭5的焦點可以在X、 Y、 Z三個方向上移動，以滿足治療耙 區是三維實體的要求。補償單元隨機械臂1運動並且在X、 Y、 Z方向 上產生變形。當超聲換能器的焦點要求在X向移動時，機械臂1帶動超聲治 療頭5在X方向上移動。如圖4所示。機械臂l朝+X方向移動AX， 帶動超聲治療頭5移動AX，同時也使第一補償單元2收縮AX，第二 補償單元6伸長△ X。第一補償單元2中體積變化量為△ V,，第二補償 單元6體積變化量為A V2。對第一補償單元2與第二補償單元6選取 一定的構造形狀，可以使AV,+ A V^0，則超聲治療頭5在X向移動時， 箱體3與兩補償單元的容量之和大小不變，從而保持耦合劑在機械臂 運動前後的液面穩定。當超聲換能器的焦點要求在Y向移動時，機械臂1帶動超聲治 療頭5在Y方向上移動。如圖5所示。機械臂l朝+Y方向移動AY， 帶動超聲治療頭5移動A Y，第一補償單元2與第二補償單元6的運動單元端向y向移動ay。第一補償單元2中體積變化量為av,，第二 補償單元6體積變化量為A V2。對第一補償單元2與第二補償單元6 選取一定的構造形狀，可以使AV,+ AV^0，則超聲治療頭5在Y向移 動時，箱體3與兩補償單元的容量之和大小不變，保持耦合劑在機械 臂運動前後的液面穩定。超聲換能器的焦點朝Z向運動時，情況分析可參考Y向運動進 行分析，這裡不再贅敘。以下兩個實施例中，只有補償單元的形狀變化，其餘結構跟上 文中所述結構相同。其中影像設備選用MRI，超聲治療頭5中的超聲 換能器採用焦距固定的超聲換能器。實施例1如圖6a、 6b所示，本實施例中，第一補償單元2和第二補償單 元6都採用圓臺形的柔性伸縮套，圓臺上表面(較小一端a)的面積 為S^圓臺下表面(較大一端b)的面積為S2，當超聲治療頭5處於 靜止狀態時其長度為T。較小一端a與機械臂1固定連接，較大一端 b與箱體3固定連接。在機械臂1的控制下超聲治療頭5的焦點朝X向移動(如圖4 所示)時，如圖7a、 7b所示，令V—申縮套體積，由幾何學可知-7 = * x (S + + S2) x r當超聲治療頭5的焦點朝X向移動時，在移動中由於圓臺形的 補償單元較小一端a與機械臂1固定，因此S1的大小不變；同時較 大一端b與箱體3固定，因此S2的大小也不變。圖7a為第一補償單元2的變化情況-圖7b為第二補償單元6的變化情況ap2 二丄x(s +7sr1xS(2+s2)xr-丄x(s; +7^^+s2)x(j+Ar)
所以，在x向移動時，兩補償單元總體積變化為零，耦合劑液面高度保持平衡。當圖3中超聲治療裝置的焦點朝Y向移動時，在機械臂1的控 制下超聲治療頭5的焦點朝Y向移動(如圖5所示)，第一補償單元 2的體積變化情況如圖8a所示a巧+(5;十^W5"2)x:r+(5; +7^^+5f2)x:r=o 第二補償單元6的變化情況如圖8b所示 a v!+ △ v2=o所以，在Y向移動時，兩補償單元總體積變化為零，耦合劑液 面保持平衡。超聲治療裝置朝z向移動情況與Y向相同，不再贅述。由此可見，在本實施例中，超聲治療頭5在X、 Y、 Z三維方向移動焦點時，可以保證在機械臂1帶動超聲治療頭焦點運動的情況 下，保持耦合劑液面的平衡。實施例2如圖9a、 9b所示，本實施例中，第一補償單元2和第二補償單 元6為稜台形的柔性伸縮套，其上表面長寬A"面積為S1;下 表面長B2，寬A2，面積為S"稜台的高度為T，其餘結構與實施例1 同。稜台體積「臺體+(s1+^^ + s2)xr當圖4中的超聲治療頭5在X向運動時，如圖10a所示，第一 補償單元2的高度從t變為t一 at，而其上表面面積s,與下表面面 積S2在移動中保持不變，移動後第一補償單元2的體積變化為formula see original document page 10如圖10b所示，第二補償單元6的高度從T變為T+AT，而其上 表面面積S,與表面面積S2在移動中保持不變，移動後第二補償單元6 的體積變化為-M +(1s;+7^^+1s*2)x:r+(5;x&+&)x(r+A7)=」x(5; +^/S1x5f2+S>2)xAT △ V一 A V2=|x(5; xS2 +S2)xAT—)x(S x<S2 +S2)xAT=0所以，在x向移動時，兩補償單元總體積變化為零，耦合劑液面保持平衡。當圖5中的超聲治療頭5的焦點朝Y向移動時，第一補償單元2 的變化情況如圖11a所示ap;+(5;+Vs;x512 +s2)xr+(si+7six& +s2)xr=。第二補償單元6的變化情況如圖llb所示 a「2 +(Sx& +&)x:r—^x(:5i +^ x& +&^=0A V+ A V2=0所以，在Y向移動時，兩補償單元總體積變化為零，液面保持平衡。由此，我們可以得出移動前後兩補償單元容積之和不變，耦合劑 液面將維持原有高度。超聲治療裝置朝Z向移動情況與Y向相同，不再贅述。 通過實施例l和實施例2可以看出，通過在箱體3兩側對稱布置 兩個密封固定在機械臂l上的柔性伸縮套，當機械臂在X、 Y、 Z向運 動時，耦合劑液面高低保持平衡，從而最大限度的減少了對MRI的幹 擾，提高了MRI設備的診斷精度。
權利要求
1.一種超聲治療裝置，包括含有超聲換能器的超聲治療頭(5)、容納超聲治療頭並充盈有耦合劑液體的箱體(3)、穿過箱體壁與超聲治療頭相連的超聲治療頭的運動單元，其特徵在於箱體(3)上設置有當運動單元帶動超聲治療頭運動時使箱體內的液面高度保持不變的補償單元(2、6)。
2. 根據權利要求l所述的超聲治療裝置，其特徵在於所述補償 單元設置於箱體兩側並與箱體連為一體，運動單元穿過兩個補償單元(2、 6)，超聲治療頭(5)位於兩補償單元之間。
3. 根據權利要求2所述的超聲治療裝置，其特徵在於所述補償 單元為兩個形狀大小相同的柔性伸縮套。
4. 根據權利要求3所述的超聲治療裝置，其特徵在於所述運動 單元為機械臂(1)，超聲治療頭(5)位於機械臂(1)的中部，作 為補償單元的兩個柔性伸縮套在超聲治療頭(5)的兩端與機械臂(1) 密封連接。
5. 根據權利要求4所述的超聲治療裝置，其特徵在於兩個柔性 伸縮套對稱設置於箱體兩側，機械臂(1)穿過兩柔性伸縮套。
6. 根據權利要求5所述的超聲治療裝置，其特徵在於所述作為 補償單元的兩個柔性伸縮套的形狀為圓臺形或稜台形。
7. —種包含有權利要求l一6之一所述超聲治療裝置的影像設備 引導的超聲治療系統。
8. 根據權利要求7所述的超聲治療系統，其特徵在於所述影像設備為MRI設備。
全文摘要
本發明涉及一種超聲治療裝置及影像設備引導的含該超聲治療裝置的超聲治療系統，超聲治療裝置包括含有超聲換能器的超聲治療頭、容納超聲治療頭並充盈有耦合劑液體的箱體、穿過箱體壁與超聲治療頭相連的超聲治療頭的運動單元，箱體上設置有當運動單元帶動超聲治療頭運動時使箱體內的液面高度保持不變的補償單元。補償單元設置於箱體兩側並與箱體連為一體，運動單元穿過兩補償單元。一種含有上述超聲治療裝置的影像設備引導的超聲治療系統。本發明超聲治療系統消除了現有技術中因運動單元帶動超聲治療頭運動而引起耦合劑液面改變的現象，保障了箱體內液位穩定，從而有效減少了因液位變化對影像設備的成像結果產生的幹擾，提高了影像設備的診斷精度。
文檔編號A61N7/02GK101130125SQ20061011192
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
發明者兵 付, 月 古, 彭友湘, 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