高能聚焦超聲波治療機及其治療參數的確定方法

2023-12-08 06:24:31

專利名稱：高能聚焦超聲波治療機及其治療參數的確定方法
技術領域：
本發明涉及利用高能聚焦超聲波治療設備，尤其涉及一種高能聚焦 超聲波治療機及其治療參數的確定方法。
背景技術：
目前，HiFu (高能聚焦超聲)治療機在臨床應用中已經荻得較好的 效果。HiFu治療機一般包括高能聚焦聲波源(例如，換能器)及其驅 動電路、定位系統、以及高能超聲波傳導結構及傳導介質處理系統。其 中，高能聚焦聲波源用於產生高能聚焦超聲波，定位系統用於尋找定位 目標並將其移動到超聲換能器焦點處，通常定位系統包括醫用影像系統 (例如，B超機)、治療床以及控制治療床和波源之間作空間相對位移 的位移系統。高能聲波傳導結構(如水槽、水嚢等)安排在高能聚焦超 聲波源發射面的前方，用於容納傳導介質。通過該傳導介質將HIFU適 用的超聲波傳入患者體內。傳導介質處理系統主要用於加入、排出傳導 結構內的傳導介質以及對介質進行處理。
HIFU的熱劑量和通道組織的超聲衰減是影響HIFU療效的兩個重 要因素。目前採用超聲引導的HIFU治療系統對參數的調節主要根據治 療靶區超聲灰度變化及醫師的經驗和患者的感覺。由於缺乏有效且準確 的監控手段，導致HIFU療效不穩定。

發明內容
本發明要解決的 一 個技術問題是提供一種高能聚焦超聲波治療機， 能夠根據治療的需要簡單且有效地控制其治療參數。
本發明提供一種高能聚焦超聲波治療機，包括控制臺，以及和控制 臺相連的高能聚焦超聲波源、B超機、和計算設備，該計算設備包括輸入單元，用於輸入治療所需的焦點聲能量；總聲衰減確定單元，用於 獲取第一距離和第二距離，根據第一距離和第二距離以及對應的聲衰減 係數確定總聲衰減；治療參數輸出單元，用於根據從輸入單元輸入的焦 點聲能量和來自總聲衰減確定單元的總聲衰減確定治療機的治療參數， 輸出該治療參數。
根據本發明的治療機的一個實施例，上述治療參數為包括治療機電 功率和發射次數的參數對，輸入單元還用於輸入治療機發射時間。治療
參數輸出單元確定治療參數的公式為
屍電xn二 ( (J7aF)/7)/ 7
其中，P^為治療機電功率，n為發射次數，"F為總聲衰減，j為 治療所需的焦點聲能量，t為發射時間，"為治療機的電聲轉化效率。
根據本發明的治療機的一個實施例，總聲衰減確定單元包括參數 獲取模塊，用於獲取第一距離和第二距離；係數存儲模塊，用於存儲第 一距離的聲衰減係數和所述第二距離的聲衰減係數；總聲衰減計算模 塊，用於從參數獲取模塊接收笫一距離和第二距離，從係數存儲模塊獲 取聲衰減係數，並根據第一距離、第二距離、第一距離的聲衰減係數和 第二距離的聲衰減係數計算總聲衰減。
根據本發明的治療機的一個實施例，總聲衰減確定單元通過如下公 式計算總聲衰減^:
ctr/7 = 10 exp( — (", x d, + "2 x d2)/10 )
其中，《為第一距離，"'為第一距離對應的聲衰減係數，《為第二
距離，"2為第二距離對應的聲衰減係數。
本發明要解決的另 一個技術問題是提供一種高能聚焦超聲波治療機 的治療參數的確定方法，能夠根據治療的需要簡單且有效地控制治療機 的治療參數。
本發明提供一種高能聚焦超聲波治療機的治療參數的確定方法，包
括通過輸入單元輸入治療所需的焦點聲能量；獲取第一距離和第二距
離，根據所述第一距離和第二距離以及對應的聲衰減係數確定總聲衰
減；根據所述焦點聲能量和所述總聲衰減確定治療機的治療參數。
根據本發明的治療機的治療電功率的確定方法的一個實施例，上述治療參數包括治療機電功率和發射次數。該方法還包括通過輸入單元 輸入治療機的發射時間；其中，確定治療參數的公式為
其中，、為治療機電功率，n為發射次數，"F為總聲衰減，j為 治療所需的焦點聲能量，t為發射時間，"為治療機的電聲轉化效率。
根據本發明的治療機的治療電功率的確定方法的一個實施例，上述 第一距離為腹壁厚度，上述第二距離為靶皮距和腹壁厚度之差，與上述 第一距離和第二距離對應的聲衰減係數分別基本為1.2dB/cm和 0.8dB/cm。通過B超機獲得腹壁厚度和乾皮距。
本發明提供的高能聚焦超聲波治療機及其電功率的確定方法，通過 計算設備接收治療需要的焦點能量的輸入，獲得笫 一距離和第二距離， 然後獲得總聲衰減，由此確定治療機的輸出參數。治療參數的確定簡單 且有效，在臨床使用中取得了良好的效果。


圖1為本發明的治療^L的一個實施例的結構圖2為本發明的治療機的計算設備的一個實施例的結構圖3為本發明的治療機的計算設備的另 一個實施例的結構圖4為本發明的治療機的治療參數的確定方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例 性實施例。
圖1為本發明的治療機的一個實施例的結構圖。如圖1所示，該治 療機包括電源拒110、上換能器121、下換能器122、換能器B超探頭 123、治療床124、控制臺130、計算設備140和水處理櫃150。電源櫃 110為上換能器121和下換能器122提供電力。水處理拒150處理上換 能器121和下換能器122工作所需要的傳導介質(如脫氣水)。控制臺130和電源櫃110、計算設備140、換能器B超探頭123、治療床124相 連，用於控制電源拒110向上換能器121和下換能器122輸出的功率， 控制B超探頭123的升降及旋轉，控制上、下換能器左右前後傾斜以及 升降，控制治療床的前後左右移動和床面沿長軸方向偏轉。計算設備 140接收輸入或者數據，並通過控制臺130控制各個部分的參數。
圖2為本發明的計算設備的一個實施例的結構圖。如圖2所示，該 計算設備包括輸入單元21、總聲衰減確定單元22和治療參數輸出單元 23。其中，輸入單元21用於輸入治療所需的焦點聲能量。用戶可以通 過鍵盤等輸入設備輸入該治療所需的焦點聲能量，將所需的焦點聲能量 發送給治療參數輸出單元23 。或者輸入要需要治療的組織的區域大小， 根據單位體積組織所需的HIFU焦點聲能量確定治療所需的焦點聲能 量。總聲衰減確定單元22用於獲取第一距離和第二距離，根據第一距 離和第二距離以及對應的聲衰減係數確定總聲衰減，將總聲衰減發送給 治療參數輸出單元23。第 一距離和第二距離可以分別對應於腹壁厚度和 內臟厚度(即靶皮距和腹壁厚度之差)。治療機可以根據B超機獲得上 述數據並輸入到計算機。也可以通過其他的方式獲得上述距離信息，然 後通過輸入設備輸入到計算設備。治療參數輸出單元23,接收來自輸入 單元21的焦點聲能量和來自總聲衰減確定單元22的總聲衰減，由此確 定並輸出治療機的治療參數。治療機用於治療時一般採用間斷髮射方 式，點累積治療方法。對於每一個點，治療機的治療參數一般包括發射 電功率、發射時間、間歇時間，(單點)發射次數等參數。間歇時間通 常預先設定，例如，在一個具體的應用中採用發射時間和間歇時間為 1: 1。在發射時間確定的情況下，輸出的治療參數可以是由電功率和發 射次數組成的參數對，由電功率和發射次數組成的不同參數對以表格的 形式提供給醫生，供醫生從中選擇合適的電功率和發射次數的組合。
根據本發明的治療機的一個實施例，總聲衰減確定單元根據下述公 式確定總聲衰減
aF = 10 exp( - (a,xd, + "2xd2)/10) (1)
其中，4為第一距離，"'為第一距離對應的聲衰減係數，"2為第二距離，"2為第二距離對應的聲衰減係數。優選地，與第一距離和第二距
離對應的聲衰減係數分別基本為1.2dB/cm和0,8dB/cm。治療參數輸出
單元確定所述治療參數的公式為formula see original document page 9
其中，P^為治療機的輸出電功率、ii為發射次數，^為總聲衰 減，J為治療所需的焦點聲能量，t為發射時間，"為治療機的電聲轉化 效率。t作為發射的時間，可以作為預設值保存在計算設備中，也可以 由用戶通過輸入單元輸入。"可以作為已知參數保存在計算設備中，也 可以通過輸入單元由用戶輸入。
圖3為本發明的治療機的計算設備的另一個實施例的結構圖。如圖 3所示，該計算設備包括輸入單元31、總聲衰減確定單元32和治療參 數輸出單元33。其中，輸入單元31和治療參數輸出單元33的說明可參 見圖2中對應輸入單元21和治療參數輸出單元23的描述。在圖3的實 施例中，總聲衰減確定單元32包括係數存儲模塊321、參數獲取模塊 322、和總聲衰減計算模塊323。其中係數存儲模塊321用於存儲第一距 離的聲衰減係數和第二距離的聲衰減係數。參數獲取模塊322用於獲取 第一距離和第二距離。總聲衰減計算模塊323用於從參數獲l^莫塊接收 322第一距離和第二距離，從係數存儲模塊321獲取聲衰減係數，並根 據第一距離、第二距離、第一距離的聲衰減係數和第二距離的聲衰減系 數計算總聲衰減，將獲得的總聲衰減發送給治療參數輸出單元33。
本發明提供的高能聚焦超聲波治療機，通過計算設備接收治療需要 的焦點能量的輸入，獲得第一距離和第二距離，然後獲得總聲衰減，由 此確定治療機的輸出電功率和發射次數等。治療參數的確定簡單且有 效，在臨床使用中取得了良好的效果。
圖4為本發明的治療機的治療電功率的確定方法的一個實施例的流 程圖。
如圖4所示，在步驟402，通過計算i殳備的輸入單元輸入治療所需 的焦點聲能量。損傷區域的大小與焦點衰減後的聲能量有關，聲能量越 大，損傷區域越大。
在步驟404，獲取第一距離和笫二距離，根據第一距離和第二距離以及對應的聲衰減係數確定總聲衰減。第 一距離和第二距離可以分別對 應於腹壁厚度和內臟厚度，其中內臟厚度可以通過靶皮距減去腹壁厚度 獲得。超聲波一般通過脫氣水為耦合介質進入人體，通道就包括水、皮 膚和各層組織、器官等。其中，脫氣水為良好的聲傳導介質，其聲衰減
係數為0.00025dB/cm ( lMHz)，相對於人體組織可以忽略不計。人體 的各種組織、器官的超聲衰減係數也不盡相同， 一般地，取人體皮膚的 聲衰減係數為1.2Db/cm左右，組織聲衰減係數為0.8dB/cm (例如肝、 腎等)至1.4dB/cm (例如腹壁)。通過B超機獲得腹壁厚度和乾皮距， 計算出內臟厚度，然後可以根據等式(1)求得總聲衰減。
在步驟406，根據所需焦點聲能量和總聲衰減確定治療機的治療參 數。治療參數可以包括電功率及其相應的發射時間和發射次數等信息。 在發射時間已知(或者通過輸入單元輸入)的情況下，輸出的治療參數 可以是由電功率和發射次數組成的參數對。
首先，根據下列^^式獲得通過超聲通道組織的衰減得出實際需要輸 入的聲能量值(W):
U/^F (3)
其中，W為在步驟404中獲得的總聲衰減，J為在步驟402中輸入 的治療所需的焦點聲能量。然後，根據下列等式計算聲功率
(4)
其中，t為發射時間，Il為發射次數。
最後，根據治療機的電聲轉化效率計算治療中需要使用的電功率
屍電=屍聲~ (5) 其中，7為電聲轉化效率。
需要指出的是，在治療機使用過程中，總能量是時間積累形成的， 所以計算結果為同 一條件下，焦點達到相同能量的 一組電功率和發射次
數、發射時間對，醫生可以根據治療過程中的實際情況調整相應的值， 從而達到期望的治療效果。
此外，根據上面的公式和推導過程，也可以輸入電功率和發射次 數，反推焦點能量，從而對治療進行預先估計。根據輸入功率和發射次數求得焦點聲能量的公式如下
J =屍電x " n x;; x (10-(緒a闊m) ( 6 )
其中，t為發射時間，II為發射次數，；;為電聲轉化效率，dl和d2
分別為第一距離和第二距離，al和a2為對應的聲衰減係數，^為治療
機的電功率。
通過在治療機的計算設備中添加本發明的模塊或者裝置，醫生在使 用本發明的治療機進行治療時，可以根據實測的數據和希望達到的治療 能量計算出相應的治療參數。當患者反應不適時，也可以依據計算結果 調整相應的參數值，保證總的治療能量的統一，進而保證治療效果的穩 定。本發明的治療機在臨床治療中取得了良好的效果。
本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的 或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技 術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理 和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適 於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
權利要求
1.一種高能聚焦超聲波治療機，包括控制臺，以及和控制臺相連的高能聚焦超聲波源、B超機、和計算設備，其特徵在於，所述計算設備包括輸入單元，用於輸入治療所需的焦點聲能量；總聲衰減確定單元，用於獲取第一距離和第二距離，根據所述第一距離和第二距離以及對應的聲衰減係數確定總聲衰減；治療參數輸出單元，用於根據從所述輸入單元輸入的焦點聲能量和來自所述總聲衰減確定單元的總聲衰減確定治療機的治療參數，輸出所述治療參數。
2. 根據權利要求1所述的高能聚焦超聲波治療機，其特徵在於， 所述治療參數為包括治療機電功率和發射次數的參數對；所述輸入單元還用於輸入治療機的發射時間； 所述治療參數輸出單元確定所述治療參數的^^式為屍電xn二 ( (J7c^)〃)/T7其中，^為治療機電功率，n為發射次數，"F為所述總聲衰減，J 為所述治療所需的焦點聲能量，t為發射時間，"為治療機的電聲轉化效 率。
3. 根據權利要求1所述的高能聚焦超聲波治療機，其特徵在於， 所述總聲衰減確定單元包括參數獲取模塊，用於獲取所述第一距離和第二距離； 係數存儲模塊，用於存儲所述第一距離的聲衰減係數和所述第二距 離的聲衰減係數；總聲衰減計算模塊，用於從所述參數獲取模塊接收所述第一距離和 第二距離，從所述係數存儲模塊獲取所述聲衰減係數，並根據所述第一 距離、第二距離、所述第一距離的聲衰減係數和所述第二距離的聲衰減係數計算總聲衰減。
4. 根據權利要求1所述的高能聚焦超聲波治療機，其特徵在於，所述總聲衰減確定單元通過如下公式計算所述總聲衰減aF : "77 = 10 exp( -(Q^xd, + 2xJ2)/10)其中，《為所述第一距離，a，為所述第一距離對應的聲衰減係數， ^為所述第二距離，a2為所述第二距離對應的聲衰減係數。
5. 根據權利要求1至4中任意一項所述的高能聚焦超聲波治療 機，其特徵在於，所述第一距離為腹壁厚度，所述第二距離為靶皮距與 腹壁厚度之差，與所述第 一距離和第二距離對應的聲衰減係數分別基本 為1.2dB/cm和0.8dB/cm。
6. —種高能聚焦超聲波治療機的治療參數的確定方法，其特徵在 於，包括通過輸入單元輸入治療所需的焦點聲能量；獲取第一距離和第二距離，根據所述第 一距離和第二距離以及對應 的聲衰減係數確定總聲衰減；根據所述焦點聲能量和所述總聲衰減確定治療機的治療參數。
7. 根據權利要求6所述的高能聚焦超聲波治療機的治療參數的確 定方法，其特徵在於，所述治療參數包括治療機電功率和發射次數；該 方法還包括通過輸入單元輸入治療機的發射時間；確定所述治療參數的公式為formula see original document page 3其中，^為治療機電功率，n為發射次數，W為所述總聲衰減，J 為所述治療所需的焦點聲能量，t為發射時間，"為治療機的電聲轉化效率。
8. 根據權利要求6所述的高能聚焦超聲波治療機的治療參數的確 定方法，其特徵在於，通過B超機獲取所述第一距離和第二距離。
9. 根據權利要求6所述的高能聚焦超聲波治療機的治療參數的確 定方法，其特徵在於，通過如下公式計算所述總聲衰減^:formula see original document page 3其中，《為所述第一距離，a,為所述第一距離對應的聲衰減係數， ^為所述第二距離，《2為所述第二距離對應的聲衰減係數。
10.根據權利要求6至9中任意一項所述的高能聚焦超聲波治療機 的治療參數的確定方法，其特徵在於，所述第一距離為腹壁厚度，所述 第二距離為內臟厚度，與所述第一距離和第二距離對應的聲衰減係數分 別基本為1.2dB/cm和0.8dB/cm。
全文摘要
本發明公開一種高能聚焦超聲波治療機及其治療參數的確定方法，包括控制臺，以及和控制臺相連的高能聚焦超聲波源、B超機、和計算設備，該計算設備包括輸入單元，用於輸入治療所需的焦點聲能量；總聲衰減確定單元，用於獲取第一距離和第二距離，根據第一距離和第二距離以及對應的聲衰減係數確定總聲衰減；治療參數輸出單元，用於根據從輸入單元輸入的焦點聲能量和來自總聲衰減確定單元的總聲衰減確定治療機的治療參數，輸出治療參數。該治療參數包括電功率以及相對應的發射時間、發射次數等。本發明提供的治療機及其參數的確定方法，治療參數的確定簡單且有效，在臨床使用中取得了良好的效果。
文檔編號A61N7/00GK101683550SQ20081022360
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者吳旭東, 吳曉東, 珺 楊, 熊六林, 葛輝玉 申請人:海扶寧高強超聲技術(北京)有限公司