CN103028200A - 超声治疗方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声治疗方法及装置，属于医用超声治疗领域。其中，该超声治疗方法，包括：获取待治疗区域的治疗情况；根据所述治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数；控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波。本发明的技术方案能够提高超声治疗的效率，降低超声治疗的成本。

Description

超声治疗方法及装置

技术领域

本发明涉及医用超声治疗领域，特别是指一种超声治疗方法及装置。

背景技术

众所周知，超声波与人体组织相互作用可以产生若干生物组织效应。根据超声波的局部声强高低和声波发射方式，这些生物组织效应可以分为热效应和非热机械效应。组织热效应指细胞对超声波能量的吸收导致其升温至热坏死。组织非热机械效应指由于声空化、声流和局部小振幅振动导致的细胞活动增加进而使细胞形态产生改变、破裂、凋亡等现象。影响超声生物组织效应的物理因素包括声场聚焦形式、声波频率、声压幅度、连续或脉冲声发射方式(脉冲重复频率和占空比)、驻波条件、媒质静态压强、温度、黏滞状态和边界条件等因素。

近年来，超声波的生物组织效应在治疗超声领域日益受到广泛研究和应用。高强度超声治疗在肿瘤热消融、体外冲击波粉碎尿结石、药物输送、阻断神经传导等方面的应用都有新的进展。

在减肥和美容应用领域，超声波也显现其独特的优势，例如采用体外低频率超声波辅助微创吸脂手术可以增强局部脂肪破坏效率。单独采用体外发射高强度聚焦超声波破坏局部脂肪组织的方法和设备正在经历临床验证，并显现其疗效，其安全性也得到初步验证。此类治疗往往先选定需治疗区域，然后采用体外超声波换能器发射超声波聚焦于皮下脂肪层内，基于超声波的人体组织热效应或机械效应原理在当前焦斑区域破坏脂肪组织，并逐点移动换能器改变焦点位置覆盖所需的治疗区域。在合适的治疗区域和剂量条件下，超声波破碎的脂肪组织经由人体自体新陈代谢循环分解。

采用聚焦方式可以显著提升超声波的局部聚焦声强，并限制焦斑高声强区域(-6dB焦点声强区域)在合适的范围内，因而便利在特定区域精确定位和产生所希望的超声波组织效应。以减肥治疗为例，对于较薄的皮下脂肪层，精确控制焦斑区域大小对避免灼伤表皮组织具有十分重要的治疗安全意义；对于较厚的皮下脂肪层，较大的焦斑区域对增加有效治疗区域体积，提升治疗效率有益。再以其他需要兼顾组织破坏或作用区域的精确性和治疗效率的应用(例如肿瘤热消融、超声止血、药物输送等)为例，焦斑(或组织治疗作用区域)的形状和大小以及聚焦增益和聚焦主瓣/旁瓣比等因素对于治疗安全性和有效性是至关重要的。

由于该类治疗需要逐点治疗覆盖身体表面区域或治疗区域，为了保证治疗的安全性，往往设置的单点治疗区域较小，而单点治疗区域过小会导致对大区域的治疗时间过长，降低治疗效率，从而导致增加治疗成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超声治疗方法及装置，能够在保持精确聚焦特点和治疗安全性的前提下，提升治疗效率，降低治疗成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种超声治疗方法，包括：

获取待治疗区域的治疗情况；

根据所述治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数；

控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波。

进一步地，所述待治疗区域的治疗情况包括待治疗区域的脂肪层厚度，所述获取待治疗区域的治疗情况包括：

向所述待治疗区域发射一超声波窄脉冲；

获取耦合液体与表皮的层间界面反射的第一超声回波、和脂肪与肌肉的层间界面反射的第二超声回波之间的时间间隔；

将所述时间间隔乘以脂肪组织的平均声速后除以2，得到所述待治疗区域的脂肪层厚度。

进一步地，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射频率，所述控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波包括：

控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或

控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波。

进一步地，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的第一发射频率和第二发射频率，所述控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波包括：

控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，同时以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或

控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，顺序以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波。

进一步地，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射幅度，所述控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波包括：

控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波；或

控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波。

本发明实施例还提供了一种超声治疗装置，包括：

用于获取待治疗区域的治疗情况的测量模块；

用于根据所述治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数的计算模块；

用于控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波的控制模块。

进一步地，所述待治疗区域的治疗情况包括待治疗区域的脂肪层厚度，所述测量模块包括：

用于向所述待治疗区域发射一超声波窄脉冲的发送子模块；

用于获取耦合液体与表皮的层间界面反射的第一超声回波、和脂肪与肌肉的层间界面反射的第二超声回波之间的时间间隔的测量子模块；

用于将所述时间间隔乘以脂肪组织的平均声速后除以2，得到所述待治疗区域的脂肪层厚度的计算子模块。

进一步地，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射频率，所述控制模块包括：

用于控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波的第一控制子模块。

进一步地，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的第一发射频率和第二发射频率，所述控制模块包括：

用于控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，同时以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，顺序以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波的第二控制子模块。

进一步地，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射幅度，所述控制模块包括：

用于控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波；或控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波的第三控制子模块。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，首先获取待治疗区域的治疗情况，根据治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数，之后控制超声换能器根据所确定的发射参数向待治疗区域发射至少两个不同的超声波，能够产生人体组织机械空化效应，以更低的局部声强达到相同的局部治疗疗效。本发明实施例能够在保持精确聚焦特点和治疗安全性的前提下，提升治疗效率，降低治疗成本。

附图说明

图1为本发明实施例的超声治疗方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的超声治疗装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例针对现有技术中治疗时间过长，治疗效率较低，从而导致增加治疗成本的问题，提供一种超声治疗方法及装置，能够在保持精确聚焦特点和治疗安全性的前提下，提升治疗效率，降低治疗成本。

图1所示为本发明实施例的超声治疗方法的流程示意图，如图1所示，本实施例包括：

步骤101：获取待治疗区域的治疗情况；

步骤102：根据治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数；

步骤103：控制超声换能器根据所确定的发射参数向待治疗区域发射至少两个不同的超声波。

本发明的超声治疗方法，首先获取待治疗区域的治疗情况，根据治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数，之后控制超声换能器根据所确定的发射参数向待治疗区域发射至少两个不同的超声波，能够产生人体组织机械空化效应，以更低的局部声强达到相同的局部治疗疗效。本发明实施例能够在保持精确聚焦特点和治疗安全性的前提下，提升治疗效率，降低治疗成本。

图2为本发明实施例的超声治疗装置的结构示意图，如图2所示，本实施例包括：

用于获取待治疗区域的治疗情况的测量模块20；

用于根据治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数的计算模块21；

用于控制超声换能器根据所确定的发射参数向待治疗区域发射至少两个不同的超声波的控制模块22。

进一步地，待治疗区域的治疗情况包括待治疗区域的脂肪层厚度，测量模块20包括：

用于向待治疗区域发射一超声波窄脉冲的发送子模块23；

用于获取耦合液体与表皮的层间界面反射的第一超声回波、和脂肪与肌肉的层间界面反射的第二超声回波之间的时间间隔的测量子模块24；

用于将时间间隔乘以脂肪组织的平均声速后除以2，得到待治疗区域的脂肪层厚度的计算子模块25。

进一步地，超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射频率，控制模块22包括：

用于控制超声换能器同时以至少两个不同的发射频率向待治疗区域发射超声波；或控制超声换能器顺序以至少两个不同的发射频率向待治疗区域发射超声波的第一控制子模块。

进一步地，超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的第一发射频率和第二发射频率，控制模块22包括：

用于控制超声换能器按照预设的相位偏差，同时以第一发射频率和第二发射频率向待治疗区域发射超声波；或控制超声换能器按照预设的相位偏差，顺序以第一发射频率和第二发射频率向待治疗区域发射超声波的第二控制子模块。

进一步地，超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射幅度，控制模块22包括：

用于控制超声换能器同时以至少两个不同的发射幅度向待治疗区域发射超声波；或控制超声换能器顺序以至少两个不同的发射幅度向待治疗区域发射超声波的第三控制子模块。

本发明实施例的超声治疗装置，首先获取待治疗区域的治疗情况，根据治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数，之后控制超声换能器根据所确定的发射参数向待治疗区域发射至少两个不同的超声波，能够产生人体组织机械空化效应，以更低的局部声强达到相同的局部治疗疗效。本发明实施例能够在保持精确聚焦特点和治疗安全性的前提下，提升治疗效率，降低治疗成本。

下面对本发明的超声治疗方法进行进一步介绍。传统的优化超声换能器焦斑区域的方法包括改变超声换能器的汇聚角或采用多焦点聚焦等超声换能器结构改变的方式，以及依靠改变超声换能器工作频率的方法来改变焦斑区域的大小。实际上，适当改变传统的脉冲式或连续式单频率超声辐照方法，可以改变超声波生物组织效应的发生阈值、或者促发混合的效应，从而实现改变超声换能器的有效治疗区域大小。

本发明实施例中，在发射治疗能量前，向待治疗区域发射一个超声波窄脉冲，根据耦合液体/表皮和脂肪/肌肉两个层间界面反射的超声回波之间的时间间隔，乘以脂肪组织的平均声速后除以2(扣除双程反射时间)，计算相对应的脂肪层厚度，根据该脂肪层厚度确定待治疗区域位于皮下的深度，选择合适的-6dB聚焦焦斑长径和横径，进而确定超声换能器的至少两组发射参数。该发射参数可以包括超声换能器的发射频率、发射幅度和相位偏差等，参数设定的方法和范围呈现多样性，其基本指导原则是利用至少两种超声波的交互作用，改变单一超声波对脂肪细胞的单调扰动模式，改变声场随时间或空间的变化特征，使得局部脂肪细胞受到叠加增强或减弱的机械或热效应扰动破坏。

(一)发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射频率

可以采用治疗头内置组合式超声换能器或相控阵超声换能器的结构，控制超声换能器同时或顺序向待治疗区域发射两个或多个频率的超声波。

比如，先向待治疗区域发射一个低频率(～百kHz量级或更低)低能量(～百W/cm²量级或更低)的超声波，然后立即向待治疗区域发射一个高频率(～百kHz量级或更高)高能量(～百W/cm²量级或更高)的超声波，由于较低频率的超声波较易引发超声机械和空化作用，在短暂发射低频低能量的超声波时人体组织内可能已经发生局部范围的初始空化现象并产生局部空化汽泡(尚未达到破裂程度)，当高频率高能量超声波入射后，这些尚未破裂的局部汽泡可以更加容易受高频率高能量超声波的驱动并达到破裂状态，从而更有效地实现空化治疗效果。

本实施例还可以采用顺序发射的不同频率的超声波激发混合的组织热效应和非热效应，扩大或减小单点治疗的有效治疗区域。

(二)发射参数包括超声换能器的第一发射频率、第二发射频率以及预设的相位偏差

比如，按照预设的相位偏差，同时以第一发射频率和第二发射频率发射作用于共同的焦斑区域，第一发射频率和第二发射频率为较为接近的高频率，由于拍拼现象会在该焦斑区域产生两个频率之间的差频信号和和频信号。该差频信号在低超声波频段，可以帮助增强组织间液流动；而和频信号则有利于组织的热吸收，易于产生组织热效应。这样，在该焦斑区域就产生混合的机械和热效应，有利于破坏细胞，产生需要的治疗效果。

进一步地，本发明还可以发射幅度或频率调制的超声波束，利用同频率不同波束之间的相干叠加效应或不同频率不同波束之间的相互作用，降低局部组织声空化阈值或改变局部组织的热吸收速率，或改变施加于局部组织的辐射压力，达到破坏组织结构和增强组织间液流动的效果。此外，还可以同时或顺序发射不同幅度(类似幅度调制的超声波发射方式)的超声波，达到类似的效果。例如，当需要增大或减小当前待治疗区域的脂肪破坏区域大小时，可以增大或减小超声换能器发射超声波的幅度，使得待治疗区域之内超越脂肪细胞超声空化声压阈值的绝对声压等压线区域增大或减小，可以控制当前超声空化破坏区域的大小，顺序改变幅度可以连续改变治疗位置的破坏体积大小。类似的，采用多个超声换能器同时发射不同幅度的超声波可以调整待治疗区域之内超越脂肪细胞超声空化声压阈值的绝对声压等压线区域大小，获得相似的效果。增强或减弱这些超声波交互可以优化超声波的人体组织效应，调整单点辐照的治疗区域大小。

上述方法可以单独或联合使用，可以配合治疗头机械移动或用于手持治疗头的操作方式，通过上述超声波束交互作用扩大或减小单个治疗区域的有效治疗面积，适用于小部位精细治疗的要求。

上述技术方案中，利用超声波的人体组织机械空化效应原理，采用同时多频率发射或相位调整的方式改变焦斑局部组织的空化阈值，以更低的局部声强达到相同的局部治疗疗效，增加高强度聚焦超声治疗的安全性，提升了治疗效率，有益于提高治疗的效费比。

在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声治疗方法，其特征在于，包括：

获取待治疗区域的治疗情况；

根据所述治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数；

控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波。

2.根据权利要求1所述的超声治疗方法，其特征在于，所述待治疗区域的治疗情况包括待治疗区域的脂肪层厚度，所述获取待治疗区域的治疗情况包括：

向所述待治疗区域发射一超声波窄脉冲；

获取耦合液体与表皮的层间界面反射的第一超声回波、和脂肪与肌肉的层间界面反射的第二超声回波之间的时间间隔；

将所述时间间隔乘以脂肪组织的平均声速后除以2，得到所述待治疗区域的脂肪层厚度。

3.根据权利要求1所述的超声治疗方法，其特征在于，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射频率，所述控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波包括：

控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或

控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波。

4.根据权利要求1所述的超声治疗方法，其特征在于，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的第一发射频率和第二发射频率，所述控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波包括：

控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，同时以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或

控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，顺序以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波。

5.根据权利要求1所述的超声治疗方法，其特征在于，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射幅度，所述控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波包括：

控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波；或

控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波。

6.一种超声治疗装置，其特征在于，包括：

用于获取待治疗区域的治疗情况的测量模块；

用于根据所述治疗情况确定超声换能器的至少两组发射参数的计算模块；

用于控制所述超声换能器根据所确定的发射参数向所述待治疗区域发射至少两个不同的超声波的控制模块。

7.根据权利要求6所述的超声治疗装置，其特征在于，所述待治疗区域的治疗情况包括待治疗区域的脂肪层厚度，所述测量模块包括：

用于向所述待治疗区域发射一超声波窄脉冲的发送子模块；

用于获取耦合液体与表皮的层间界面反射的第一超声回波、和脂肪与肌肉的层间界面反射的第二超声回波之间的时间间隔的测量子模块；

用于将所述时间间隔乘以脂肪组织的平均声速后除以2，得到所述待治疗区域的脂肪层厚度的计算子模块。

8.根据权利要求6所述的超声治疗装置，其特征在于，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射频率，所述控制模块包括：

用于控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射频率向所述待治疗区域发射超声波的第一控制子模块。

9.根据权利要求6所述的超声治疗装置，其特征在于，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的第一发射频率和第二发射频率，所述控制模块包括：

用于控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，同时以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波；或控制所述超声换能器按照预设的相位偏差，顺序以所述第一发射频率和所述第二发射频率向所述待治疗区域发射超声波的第二控制子模块。

10.根据权利要求6所述的超声治疗装置，其特征在于，所述超声换能器的至少两组发射参数包括超声换能器的至少两个不同的发射幅度，所述控制模块包括：

用于控制所述超声换能器同时以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波；或控制所述超声换能器顺序以所述至少两个不同的发射幅度向所述待治疗区域发射超声波的第三控制子模块。

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