CN104225810B - 基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置及方法，通过控制双阵元环形共焦功率超声换能器以分时工作方式依次发射高、低频或低、高频功率超声波，或联合使用相变微纳米液滴，达到提高超声介导的粘弹性介质力学毁损和热凝固效率的目的。

Description

基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置及 方法

技术领域

本发明涉及超声物理和超声仪器及其应用，具体涉及一种基于双频共焦超声分时激励的高效超声力学毁损和热凝固装置及方法。

背景技术

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound HIFU)作为一种无创超声治疗技术，主要利用超声波良好的组织穿透性、方向性，在机体组织内汇聚形成高强度声场，通过超声波的瞬态高温效应、空化效应和机械效应等破坏焦域处靶组织，而对声路径上的组织以及周围的组织则无损伤，从而可达到无创治疗或外科切除病灶的目的。根据其作用机制，HIFU对于靶组织的损伤方式主要分为两种：基于热效应的超声热消融(即物理形态的凝固)和基于空化效应的超声力学毁损。超声热消融(也称为热凝固)指的是当超声作用在生物组织上时，焦域内生物组织对超声波能量的直接吸收可使其温度在数秒内迅速上升到65℃以上，使靶区的病变组织发生不可逆转的蛋白变性、细胞裂解死亡，形成消融性坏死灶，从而达到消融病变组织的目的。而超声力学毁损主要是将高声功率、低占空的脉冲式高强度聚焦超声作用在病变组织，利用超声空化效应直接将靶区组织细胞撕裂成碎片状，最后被机体逐渐吸收从而达到力学毁损病变组织的目的。到目前为止，HIFU因其无创性等优点在肿瘤治疗中已经得到临床的认可，国际上已有数个临床中心将HIFU用于子宫、肝脏、肾脏、前列腺、乳腺、胰腺等器官和软组织实体瘤的治疗。尤其是在我国，经HIFU治疗的患者已经超过3000人，临床结果表明HIFU是一种安全、有效、无创性实体瘤治疗方法。但HIFU仍然存在一定的局限性，主要的一点是单次HIFU辐照产生的热消融或者力学毁损灶体积小，对于体积较大的肿瘤进行消融或者毁损所需治疗时间长，一般较大的都需要几个小时，患者难以在如此长时间的治疗时间内保持不动，从而增加较大风险及并发症的发生率。

针对以上不足，最常用的方法是提高HIFU的能量，虽然该方法可以扩大消融(或毁损)灶的体积，并缩短治疗时间，但同时提高HIFU传播路径上的声能量，会对声传播路径上的组织造成额外伤害，尤其对焦域周围的组织，因此该方法存在缺陷。

发明内容

为了提高超声对粘弹性介质造成的局域性力学毁损及热凝固的效率，本发明提供了一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置，该装置包括超声发射系统、同步信号控制系统以及反应容器，同步信号控制系统与超声发射系统相连，超声发射系统至少产生高、低两种不同频率的超声波，且所述两种不同频率的超声波聚焦于所述反应容器内同一点。

所述超声发射系统包括双频超声换能器，双频超声换能器由两个具有不同频率的单阵元聚焦超声换能器构成。

所述装置还包括与同步信号控制系统相连的空化检测系统以及用于提供聚焦区域的B超监控图像的监控系统。

所述空化检测系统包括与同步信号控制系统相连的数字采集装置以及与数字采集装置相连的声-电信号转换装置，声-电信号转换装置包括超声换能器或水听器等。

低频率超声波的频率f₁为20KHz≤f₁≤1MHz，高频率超声波的频率f₂为1MHz<f₂≤5MHz。

一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固方法，包括以下步骤：通过控制高、低频超声波发射的先后顺序，利用高频超声波所具有的更好的热效应和低频超声波所具有的更好的力学效应，实现对粘弹性介质的力学毁损和热凝固。

所述方法具体包括以下步骤：

首先发射高频超声波辐照粘弹性介质，粘弹性介质的局部区域内嵌有相变微纳米液滴，高频超声波的焦点作用在所述局部区域，使相变微纳米液滴发生相变并产生相变微泡，然后，以相变微泡作为空化核，利用共焦低频超声波辐照对所述局部区域进行力学毁损；

或者，首先发射低频超声波辐照粘弹性介质，低频超声波的焦点作用在所述粘弹性介质上，使粘弹性介质局部发生空化并产生空化气泡，然后，以空化气泡为空化核，利用共焦高频超声波辐照对粘弹性介质的空化区域进行热凝固。

或者，首先发射高频超声波辐照粘弹性介质，高频超声波的焦点作用在所述粘弹性介质上，使粘弹性介质局部凝固，然后发射共焦低频超声波辐照粘弹性介质，对粘弹性介质的凝固区域进行力学毁损。

所述粘弹性介质为组织仿体或离体动物组织。

所述低频超声波的频率f₁为20KHz≤f₁≤1MHz，高频超声波的频率f₂为1MHz<f₂≤5MHz。

本发明通过双频共焦超声分时作用达到提高粘弹性介质力学毁损和热凝固效率的目的，其技术要点及技术效果如下：

本发明提供的基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固方法，以粘弹性介质(组织仿体，离体动物组织等)作为研究对象，将高频超声所具有的更好的热效应和低频超声所具有的更好的力学效应有效利用，通过控制高、低频或低、高频超声发射的先后顺序，或联合使用相变微纳米液滴，实现对粘弹性介质的高效力学毁损及热凝固。本发明同时提供的基于上述方法的装置，通过同步信号控制系统控制超声换能器的高、低频超声的发射顺序和时间，提高超声对粘弹性介质造成的局域性力学毁损及热凝固的效率。

进一步的，本发明利用高频超声所具有的良好的热效应，先一步辐照内嵌有相变液滴的粘弹性介质，产生相变微泡，随后利用低频超声所具有的良好的空化效应，以相变微泡为空化核，对粘弹性介质造成高效的力学毁损，整个过程由于很好结合高频热效应、相变微纳米液滴及低频的空化效应，可以以较低的声能量对焦域的粘弹性介质造成高效的力学毁损，而不影响周围介质；

进一步的，本发明利用低频超声所具有的良好的空化效应，先一步辐照均匀的粘弹性介质，产生空化微泡，随后利用高频超声所具有的良好的热效应，并以空化微泡为空化核，对粘弹性介质造成高效的热凝固，整个过程由于将低频空化效应、高频热效应以及空化效应对于热凝固的促进作用结合起来，同样可以以较低的声能量对焦域的粘弹性介质造成高效的热凝固，而不影响周围介质；

进一步的，对于一些类似于“浆糊”状不易直接利用超声毁损的粘弹性介质，本发明同样利用高频超声所具有的良好的热效应，先一步辐照使得粘弹性介质局部产生热凝固，随后利用低频超声所具有的良好的空化效应，对凝固区域造成高效力学毁损。整个过程由于很好结合高频热效应和低频的空化效应，可以在相同的声能量下提高毁损的效率。

附图说明

图1是双阵元环形共焦功率超声换能器的示意图及内外环形换能器的轴向声场分布仿真图；图1中：(a)为双阵元环形共焦功率超声换能器的示意图，(b)是中心频率为1MHz外环环形换能器轴向声场分布图，(c)是中心频率为5MHz内环环形换能器轴向声场分布图；

图2是基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置的系统框图；图2中：1为超声功率放大系统、2为双阵元环形共焦功率超声换能器、3为实时监控系统、4为空化检测系统、5为同步信号控制系统、6为反应容器、7为线阵换能器、8为样品、9除气水；

图3是双频共焦超声分时工作方式下每个过程的示意图；图3中：(a)是高频先产生相变，低频后产生力学毁损的过程示意图，11指的是相变微纳米液滴，21指的是高频作用后产生的相变微泡，31指的是低频作用后的毁损介质；(b)是低频先产生空化，高频后产生热凝固的过程示意图，12指的是焦域，22指的是低频作用后产生的空化微泡，32指的是高频作用后的凝固介质；(c)是高频先产生热凝固，低频后产生力学毁损的过程示意图，13指的是焦域，23指的是高频作用后的凝固介质，33指的是低频作用后的毁损介质；

图4是双频共焦超声分时激励提高超声力学毁损和热凝固的系统同步工作时序图；图4中：(a)是高频先产生相变，低频后产生力学毁损的时序图；(b)是低频先产生空化，高频后产生热凝固的时序；(c)是高频先产生热凝固，低频后产生力学毁损的时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

基于高强度聚焦超声的应用现状，本发明提出了基于双频共焦功率超声分时激励的方法来最终提高超声力学毁损和热凝固的效率。一方面，生物组织对于超声的吸收是随着其频率成线性增加的，频率越高则会有更多的能量转化为组织的温升，因此高频超声更适合产生组织的热消融；另一方面，组织或液体中空化产生的阈值与超声的频率成正比，即频率越低，空化阈值越低，因此低频超声更容易产生超声空化，也就更适合产生组织的力学毁损。此外，在超声相变的研究中发现，相变微纳米液滴在超声的作用下可以由纳米级液滴相变成微米尺度的相变微泡，这一现象由超声的空化效应和热效应共同产生的，而热效应占主导。

为了提高超声毁损的效率，本发明中先一步利用高频超声辐照使相变微纳米液滴产生相变微泡，而后以相变微泡作为空化核，利用低频超声的强空化效应，以较小的声能量造成目标组织的高效力学毁损。为了提高超声热消融的效率，本发明中先一步利用低频超声的强空化效应，在目标组织内部产生空化微泡，随后根据超声空化效应可以促进热消融的基本原理，以空化微泡作为空化核，利用较低能量的高频超声加热组织及产生空化效应达到提高超声消融效率的目的。此外，在有些时候，目标组织可能呈现出一种“浆糊”状态，不方便直接利用超声来造成毁损，本发明中双频共焦超声分时激励的方式同样可以解决上述困难，即先利用高频超声的高热效应将目标组织热消融，待消融完成后，控制低频超声将其毁损直至变成碎末或肉眼不可见的颗粒。

虽然HIFU主要作用于超声治疗领域，但对于其他的领域也同样有借鉴作用，本发明不直接涉及到HIFU治疗领域，而是以粘弹性介质作为研究对象，探索双频共焦功率超声分时激励的方法对于提高超声力学毁损和热凝固的效果。

如图1(a)所示，本发明中产生高、低频超声波所使用的双阵元环形共焦功率超声换能器是一个中间有孔的、由两个不同频率的单阵元环形聚焦超声换能器构成的同轴凹球面形共焦超声换能器，曲率半径为R_s。具体而言，外围是内外半径分别为R₁、R₂的单阵元环形聚焦超声换能器，中心频率为f₁，里层同样是一个单阵元环形聚焦超声换能器，内外半径分别为R₀、R₁，中心频率为f₂；中心留有一个半径为R₀的孔洞，在本发明中，配套设计一个直径略小于孔洞的单阵元聚焦超声换能器(例如单阵元圆形换能器，半径为R)，中心频率为f₀；该换能器主要用于超声空化检测。三个换能器均以1-3复合压电材料为基础研制而成，并且同轴共焦点，焦距均为l。图1(b)和(c)是根据双阵元环形共焦功率超声换能器的具体参数(包括R_s＝65mm，R₀＝14.5mm，R₁＝32mm，R₂＝46mm)及控制发射相关参数得到的中心频率分别为f₁＝1MHz、f₂＝5MHz的单阵元环形换能器在仿体中轴向方向的声场仿真图，仿真所用的超声衰减系数为0.2dB/cm。

如图2所示，本发明中双频共焦功率超声分时激励提高超声力学毁损和热凝固的系统包括：超声发射系统、实时监控系统3、空化检测系统4、同步信号控制系统5、反应容器6。超声发射系统主要由原始波形产生系统如任意波形发生器、超声功率放大系统1如功率放大器以及双阵元环形共焦功率超声换能器2构成；实时监控系统3是一台数字化超声成像设备(B超)，监控换能器是线阵换能器7；空化检测系统4由数字采集装置和声-电信号转换装置如单阵元超声换能器或水听器构成；同步信号控制系统5由同步信号发生器如多通道任意波形发生器构成，主要同步各个系统之间按一定时序工作；反应容器6是一个方形水槽，内盛放除气水9和样品8。超声功率放大系统1激励双阵元环形共焦功率超声换能器2发射高或低频超声波，声波作用在样品上从而产生毁损或凝固。实时监控系统3在整个过程中实时监控样品内部的情况，包括相变、空化、毁损或凝固；空化检测系统驱动数字采集装置按一定的采样频率采集聚焦区域的空化信号，在发生毁损或热凝固过程中，进行相应的空化检测，判断不同发射顺序与发射时间作用下，产生的相应的空化信号的强弱，有利于进一步控制毁损或热凝固过程中的空化强度。

(1)在超声压力或者能量及外界环境温度连续可调的情况下，同步信号控制系统控制超声发射系统激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射一定持续时间的高频聚焦波(>1MHz，且≤5MHz)，使超声波的焦点作用在内嵌于粘弹性介质中的相变微纳米液滴上，调节超声的能量及外界环境温度，使相变微纳米液滴发生相变，成为微米尺度的相变微泡。随后，同步信号控制系统转而控制超声发射系统发射具有一定占空比和脉冲重复频率的共焦低频聚焦超声波(≥20KHz，且≤1MHz)，该超声波以相变微泡作为空化核，对焦点区域的粘弹性介质造成高效的局域化的力学毁损。

(2)在超声声压及脉冲持续时间连续可调的情况下，同步信号控制系统控制超声发射系统激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射具有一定占空比和脉冲重复频率的低频聚焦超声波(≥20KHz，且≤1MHz)，调节超声声压及脉冲持续作用时间，在目标粘弹性介质表面或者内部产生空化气泡。随后，同步信号控制系统转而控制超声发射系统发射具有一定持续时间的共焦高频超声波(>1MHz，且≤5MHz)，该高频超声波以低频超声波产生的空化气泡作为空化核，对焦点区域的粘弹性介质造成高效的局域化的热凝固。

(3)在超声声压及脉冲持续时间连续可调的情况下，同步信号控制系统控制超声发射系统激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射具有一定持续时间的高频聚焦超声波(>1MHz，且≤5MHz)，调节超声声压及持续作用时间，对目标粘弹性介质造成局域化的热凝固。随后，同步信号控制系统转而控制超声发射系统激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射具有一定占空比和脉冲重复频率的共焦低频脉冲波(≥20KHz，且≤1MHz)，调节超声声压及持续时间，对凝固的介质造成高效力学毁损。

(4)本发明所述方法的时序控制主要由同步信号控制系统控制。在(1)、(2)(3)中同步信号控制系统均同步控制两路信号工作，一路激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射超声波，另一路控制空化检测系统检测超声作用过程中的空化信息。具体来说：同步信号控制系统依次激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射一定持续时间的高、低频或低、高频超声，即在高(低)频超声作用结束的时刻，同步激励换能器发射低(高)频超声；于此同时，在高(低)频超声发射起始，到低(高)频超声作用终止的整个过程中，同步信号控制系统另一路信号分别控制空化检测系统同步采集高、低频超声作用过程(包括相变过程、热凝固过程、力学毁损过程)中产生的空化信息。此外，在(1)、(2)、(3)中，数字化超声成像设备在整个过程中实时监控，提供焦点区域在任意时刻的B超监控图像。

图3(a)是如下过程的直观描述：高频超声波先一步作用在相变微纳米液滴上，产生相变微泡，随后共焦低频超声波作用在相变区域造成粘弹性介质的局部力学毁损；图3(b)是如下过程的直观描述：低频超声波先一步作用在粘弹性介质表面或者内部，产生空化微泡，随后共焦高频超声波作用在空化区域造成粘弹性介质的局部热凝固；图3(c)是如下过程的直观描述：高频超声波先一步在粘弹性介质表面或者内部产生热凝固，随后共焦低频超声波对凝固区域造成高效的力学毁损。

双频共焦功率超声分时激励及空化信号的检测的工作控制时序如图4所示，整个工作时序由同步信号控制系统统一控制，具体地：

1)如图4(a)所示，是实现超声高效力学毁损过程中的时序控制。同步信号发生器将一路信号送入超声功率放大系统，先一步控制双阵元环形共焦功率超声换能器的高频换能器发射具有一定持续时间和能量强度的高频超声波，辐照于内嵌在粘弹性介质中的相变微纳米液滴，产生相变微泡；随后激励双阵元环形共焦功率超声换能器的低频换能器发射具有一定占空比、脉冲重复频率和声能量的共焦低频超声波，该低频超声波以相变产生的气泡作为空化核，对粘弹性介质造成局域化的高效力学毁损；同步信号控制系统控制另一路信号在高频超声发射起始时刻，控制空化检测系统开始工作，直到低频超声作用结束，用来检测高、低频超声作用过程中的空化信息。另外，数字化超声成像设备在整个过程中实时监控，提供焦点区域在任意时刻的B超监控图像。

2)如图4(b)所示，是实现超声高效热凝固过程的时序控制。同步信号发生器将一路信号送入超声功率放大系统，先一步控制双阵元环形共焦功率超声换能器的低频换能器发射具有一定占空比和脉冲重复频率的低频超声波，辐照于粘弹性介质表面或者内部，产生空化微泡；随后激励双阵元环形共焦功率超声换能器的高频换能器发射具有一定持续时间和声能量的共焦高频超声波，该高频超声波以空化微泡作为空化核，对粘弹性介质造成局域化的高效热凝固；同样的，同步信号控制系统控制另一路信号在低频超声发射起始时刻，控制空化检测系统开始工作，直到高频超声作用结束，用来检测低、高频超声作用过程中的空化信息。另外，数字化超声成像设备在整个过程中实时监控，提供焦点区域在任意时刻的B超监控图像。

3)如图4(c)所示，是实现超声高效力学毁损-热凝固过程的时序控制。同步信号发生器将一路信号送入超声功率放大系统，先一步控制双阵元环形共焦功率超声换能器的高频换能器发射具有一定持续时间和声能量的高频超声波，辐照于粘弹性介质表面或者内部，使焦点处的粘弹性介质发生热凝固；随后激励双阵元环形共焦功率超声换能器的低频换能器发射具有一定占空比、脉冲重复频率和声能量的共焦低频超声波，对凝固的粘弹性介质造成局域化的高效力学毁损；同样的，同步信号控制系统控制另一路信号在高频超声发射起始时刻，控制空化检测系统开始工作，直到低频超声作用结束，用来检测高、低频超声作用过程中的空化信息。另外，数字化超声成像设备在整个过程中实时监控，提供焦点区域在任意时刻的B超监控图像。

下面以一具体实施例为例，详细说明本发明所提出的基于双频超声分时激励的高效超声毁损和凝固方法的实现步骤：

1)制备两块均匀的丙烯酰胺仿体，该仿体的密度为1.003g/cm³，仿体中的声速为1512.2m/s，声衰减为0.2dB/cm，其中一块仿体内嵌有相变微纳米液滴，该相变液滴是全氟戊烷和生理盐水的按1:2000比例配制的混合液，有助于人为地提供空化核。

2)将双阵元环形共焦功率超声换能器固定在反应容器的侧壁，并在换能器的中孔处耦合一个单阵元聚焦超声换能器，用于被动空化检测，换能器系统的焦距均为100mm；向反应容器中注入适量的水，并将注入有相变微纳米液滴的丙烯酰胺仿体放置在反应容器内换能器的几何焦点位置，即仿体的中心与换能器的几何焦点重合。随后，将5MHz的线阵换能器固定于仿体的中心的正上方，开启超声成像设备，对仿体整个焦点区域进行实时B超监控成像。

3)按照图4(a)的时序编写双通道任意波形发生器所要产生的信号。通道1输出信号作为双阵元环形共焦功率超声换能器的原始激励信号，该信号由两部分子波信号构成，即高频和低频周期信号，两部分信号一前一后依次输出，经过功率放大器放大后分别激励高、低频超声换能器发射相应的高频和低频超声波。高频超声波的频率为5MHz，持续时间为10μs；低频超声波的脉冲重复频率为1KHz，占空比为1％，频率为1MHz，一共重复40,000个周期，总的作用时间为40s。通道2为同步信号，用于触发空化检测系统同步进行空化检测，输出信号为具有上升沿的方波信号，幅值为2V，脉冲重复频率为10Hz。

4)将双通道任意波形发生器通道1与功率放大器连接，通道2与数字采集装置相连接，开启各个设备，手动触发任意波形发生器，通道1信号输出后经过功率放大器放大，激励双阵元环形共焦功率超声换能器依次发射高频和低频超声波，同时通道2的触发信号触发空化检测系统采集仿体中心区域的空化信号。两通道信号输出完成以后，先通过超声成像设备观察仿体中心区域毁损情况，然后将仿体取出，剖开后再仔细分析毁损情况。

5)选用第二块不含相变微纳米液滴的仿体，其他操作同步骤2)一样。按照图4(b)的时序编写双通道任意波形发生器所要产生的信号。通道1输出信号作为双阵元环形共焦功率超声换能器的原始激励信号，同样由两部分子波信号构成，即低频和高频周期信号，两部分信号一前一后依次输出，经过功率放大器放大后分别激励低、高频超声换能器发射相应的低频和高频超声波。低频超声波的脉冲重复频率为1KHz，占空比为1％，频率为1MHz，一共重复40,000个周期。高频超声波频率为5MHz，持续时间为10μs，总的作用时间约为40s。通道2为同步信号，用于触发空化检测系统同步进行空化检测，输出信号为具有上升沿的方波信号，幅值为2V，脉冲重复频率为10Hz。

6)将双通道任意波形发生器通道1与功率放大器连接，通道2与数字采集装置相连接，开启各个设备，手动触发任意波形发生器，通道1信号输出后经过功率放大器放大，激励双阵元环形共焦功率超声换能器依次发射低频和高频超声波，同时通道2的触发信号触发空化检测系统采集仿体中心区域的空化信号。两通道信号输出完成以后，先通过超声成像设备观察仿体中心区域凝固情况，然后将仿体取出，剖开后再仔细分析凝固情况。

7)选用一块有炎症产生并局部化脓的猪肝来作为“浆糊状”实验对象，其他操作同步骤2)一样。按照图4(c)的时序编写双通道任意波形发生器所要产生的信号。通道1输出信号作为双阵元环形共焦功率超声换能器的原始激励信号，同样由两部分子波信号构成，即高频和低频周期信号，两部分信号一前一后依次输出，经过功率放大器放大后分别激励高、低频超声换能器发射相应的高频和低频超声波。高频超声波是频率为5MHz的正弦波，持续作用时间为30s。低频超声波的脉冲重复频率为1KHz，占空比为1％，脉冲信号的中心频率为1MHz，一共重复40000个周期，总的作用时间为40s。通道2为同步信号，用于空化检测系统同步进行空化检测，输出信号为具有上升沿的方波信号，幅值为2V，脉冲重复频率为10Hz。

8)将双通道任意波形发生器通道1与功率放大器连接，通道2与数字采集装置相连接，开启各个设备，手动触发任意波形发生器，通道1信号输出后经过功率放大器放大，激励双阵元环形共焦功率超声换能器依次发射高频和低频超声波，同时通道2的触发信号触发空化检测系统采集仿体中心区域的空化信号。两通道信号输出完成以后，先通过超声成像设备观察毁损情况，然后将猪肝取出，剖开后再仔细分析化脓区域猪肝的毁损情况。

分析结果：

将经过上述处理方式得到的两块仿体及猪肝的结果与相应的对照组进行对比，对照组所用仿体的制备方式相同，超声的总作用时间及声压相同，不同点在于对照组均采用单一频率的超声对仿体或猪肝进行辐照，即采用或者均为高频或者均为低频的超声脉冲序列。对比结果表明，采用单一频率的超声以相应的时序对仿体或猪肝进行辐照后，第一块对照组仿体的毁损面积以及第二块对照组仿体的凝固面积均不如双频分时工作条件下得到的仿体的毁损面积和凝固面积大，即效率较低。第三块对照组猪肝出现了或者无法毁损(均为高频超声波)或者无法凝固(均为低频超声波)的情况。因此，本发明提出的方案可以提高对粘弹性组织进行毁损及凝固的效率。

Claims (6)

1.一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置，其特征在于：该装置包括超声发射系统、同步信号控制系统(5)以及反应容器(6)，同步信号控制系统(5)与超声发射系统相连，超声发射系统至少产生高、低两种不同频率的超声波，高频超声波具有更好的热效应，低频超声波具有更好的力学效应，且所述两种不同频率的超声波聚焦于所述反应容器(6)内同一点；

所述装置还包括与同步信号控制系统(5)相连的空化检测系统(4)以及用于提供聚焦区域的B超监控图像的监控系统；

所述超声发射系统包括双阵元环形共焦功率超声换能器；

时序控制主要由同步信号控制系统控制，同步信号控制系统同步控制两路信号工作，一路激励双阵元环形共焦功率超声换能器发射超声波，另一路控制空化检测系统检测超声作用过程中的空化信息。

2.根据权利要求1所述一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置，其特征在于：所述空化检测系统(4)包括与同步信号控制系统相连的数字采集装置以及与数字采集装置相连的声-电信号转换装置，声-电信号转换装置包括超声换能器或水听器。

3.根据权利要求1所述一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固装置，其特征在于：低频率超声波的频率f₁为20KHz≤f₁≤1MHz，高频率超声波的频率f₂为1MHz<f₂≤5MHz。

4.一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固方法，其特征在于：包括以下步骤：通过控制高、低频超声波发射的先后顺序和时间，利用高频超声波所具有的更好的热效应和低频超声波所具有的更好的力学效应，实现对粘弹性介质的力学毁损和热凝固；

所述方法具体包括以下步骤：

首先发射高频超声波辐照粘弹性介质，粘弹性介质的局部区域内嵌有相变微纳米液滴，高频超声波的焦点作用在所述局部区域，使相变微纳米液滴发生相变并产生相变微泡，然后，以相变微泡作为空化核，利用共焦低频超声波辐照对所述局部区域进行力学毁损；

或者，首先发射低频超声波辐照粘弹性介质，低频超声波的焦点作用在所述粘弹性介质上，使粘弹性介质局部发生空化并产生空化气泡，然后，以空化气泡为空化核，利用共焦高频超声波辐照对粘弹性介质的空化区域进行热凝固；

或者，首先发射高频超声波辐照粘弹性介质，高频超声波的焦点作用在所述粘弹性介质上，使粘弹性介质局部凝固，然后发射共焦低频超声波辐照粘弹性介质，对粘弹性介质的凝固区域进行力学毁损。

5.根据权利要求4所述一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固方法，其特征在于：所述粘弹性介质为组织仿体或离体动物组织。

6.根据权利要求4所述一种基于双频共焦超声分时激励的超声力学毁损和热凝固方法，其特征在于：所述低频超声波的频率f₁为20KHz≤f₁≤1MHz，高频超声波的频率f₂为1MHz<f₂≤5MHz。