CN107362466A - 一种用于声动力治疗的超声聚焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于声动力治疗的超声聚焦方法，该方法首先利用二维超声相控阵技术获取到声动力治疗的目标区域的三维几何模型，然后构建该目标区域的三维声学模型，根据目标位置、目标尺寸以及三维声学模型计算治疗所需的相控阵聚焦法则，并根据相控阵聚焦法则对二维超声相控阵探头中的各阵元进行激励。本发明能够使能量准确聚焦到病变处，提高声动力治疗的准确性，最大程度降低对正常部位的损伤；由于采用了聚焦方式，从而提高了声能量输入效率效率；另外，本发明中的目标位置通过聚焦法则确定，治疗过程中探头无需移动即可将声能量聚焦到病变处，操作简便，效率高。本发明解决了传统声动力疗法中声能量输入效率不高和治疗准确性不佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及声动力治疗领域，具体而言，涉及一种用于声动力治疗的超声聚焦方法。
背景技术
声动力技术(Sonodynamic Therapy,SDT)是指通过超声激活声敏剂、利用组织氧产生活性氧进而发挥生物学作用的技术。SDT利用超声的强穿透力特性，可实现深部组织的无创治疗，在抑制肿瘤生长、调控动脉粥样硬化演变方面有着广阔的应用前景。其中，超声能量输入是SDT的关键，其输入方式决定了SDT的效率和准确性。目前SDT研究中使用的超声换能器多为平面单晶探头，其在组织内形成的声场呈扩散状，且离探头中心越远，声场强度越低。声动力治疗过程中，若要使目标区域声场达到治疗所需强度，则整个声场覆盖范围内的组织都将承受较高强度的声辐射，且离探头越近，强度越高。因而采用此方法时，声能量不能有效集中于目标处，治疗效率低，同时可能对正常组织形成不必要的损伤。因此人们期望采用聚焦方式提高声能量输入效率和治疗准确性。
现有的聚焦方式主要分为几何聚焦控制和电子聚焦控制两种。几何聚焦控制通过聚焦换能器实现，其中应用最多的是声透镜聚焦技术。但此类方法焦点固定，且通常使用液浸法，为了将焦点移动到病变处，需要附加机械装置，因而不适于用于声动力治疗。相比之下，电子聚焦速度快，并可对焦点尺寸、焦区深度进行控制，因而有望成为声动力治疗的首选。然而，声动力治疗的对象多为不规则形状，且其在组织内的深度也因人而异，因此聚焦之前，还需要对获取病变区域的位置、尺寸等信息，并对治疗区域组织进行声学建模，以便于聚焦声场设计与聚焦法则的计算。
发明内容
本发明提供一种用于声动力治疗的超声聚焦方法，用以解决传统声动力疗法中声能量输入效率不高和治疗准确性不佳的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于声动力治疗的超声聚焦方法，其包括以下步骤：
S1：初步确定声动力治疗的目标区域所在的三维空间范围S；
S2：将二维超声相控阵探头固定于一预设位置P；
S3：根据三维空间范围S和预设位置P确定二维超声相控阵探头中的各阵元于扫描时的聚焦法则；
S4：电子相控阵扫描系统根据聚焦法则控制二维超声相控阵探头中的各阵元工作，并将扫描结果构建为三维几何模型M1；
S5：根据三维几何模型M1确定病变部位的目标位置T1以及目标尺寸S1；
S6：根据三维几何模型M1、三维空间范围S中各组织的空间分布以及各组织对应的声学参数构建一三维声学模型M2；
S7：根据目标位置T1、目标尺寸S1以及三维声学模型M2计算治疗所需的相控阵聚焦法则；
S8：根据相控阵聚焦法则对二维超声相控阵探头中的各阵元进行激励。
在本发明的一实施例中，所述三维空间范围S对应空间直角坐标系O-xyz下的一区域，于扫描时是在x-z平面内沿y方向进行多次扫描，并于每次扫描后获得一在x-z平面内的二维图像，其中，x-y平面是二维超声相控阵探头所在平面，z轴垂直于二维超声相控阵探头与皮肤的接触面并指向皮肤深度方向。
在本发明的一实施例中，所述组织包括皮肤、脂肪、肌肉、结缔组织以及各组织之间的连接部分。
在本发明的一实施例中，聚焦法则包括探头内各阵元的激励次序以及相对的延迟时间间隔。
在本发明的一实施例中，每一阵元由一个独立的压电晶片构成。
在本发明的一实施例中，于步骤S7中计算相控阵聚焦法则时考虑不同组织对超声波的传播速度以及传播路径的影响。
本发明提供的用于声动力治疗的超声聚焦方法首先需要确定病变部位的目标位置以及目标尺寸，然后计算治疗所需的相控阵聚焦法则，以使得能量准确聚焦到病变处，提高声动力治疗的准确性，最大程度降低对正常部位的损伤；由于采用了聚焦方式，从而提高了声能量输入效率效率；另外，本发明中的目标位置通过聚焦法则确定，治疗过程中探头无需移动即可将声能量聚焦到病变处，操作简便，效率高。本发明解决了传统声动力疗法中声能量输入效率不高和治疗准确性不佳的问题，具有很强的实用性以及推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为利用超声相控阵实现声束偏转的示意图；
图1b为利用超声相控阵实现声束聚焦的示意图；
图2为通过扫描的方式获得在x-z平面内的二维图像的示意图。
附图标记说明：1-二维超声相控阵探头；11-阵元；2-x-z平面内的二维图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
超声相控阵是基于Huygens-Fresnel原理，用若干压电阵元组成阵列换能器，由各个阵元发出的超声波经过干涉形成预期的声束。以同一频率的脉冲激发各个阵元，并对各个阵元的激发时间施加一定的延迟，于是各阵元的发射声波产生了相位差，从而影响干涉结果，即可以形成偏转及聚焦声束，如图1a、图1b所示分别为利用超声相控阵实现声束偏转和聚焦的示意图，此为本领域技术人员较为熟悉的技术，在此不予赘述。各阵元的激发延时一般被称为聚焦法则或延时法则，通过调整聚焦法则(发射声束的相位)即可动态调节声束的偏转方向和聚焦深度。在此基础上即可实现超声成像、治疗等功能。
本发明提供的用于声动力治疗的超声聚焦方法包括以下步骤：
S1：初步确定声动力治疗的目标区域所在的三维空间范围S；
根据患者的实际病症以及症状确定三维空间范围S，可由医生采用相应的医学检查设备(例如影像设备、核磁共振设备等)而确定，三维空间范围S以覆盖所有病变区域以及病变区域引起异常的周边区域为准，其中，可以令三维空间范围S对应空间直角坐标系O-xyz下的一区域，如图2所示，以便于进行后续过程。
S2：将二维超声相控阵探头1固定于一预设位置P；
二维超声相控阵探头1包含多个阵元11，如图2所示，之后二维超声相控阵探头1便不再移动。
S3：根据三维空间范围S和预设位置P确定二维超声相控阵探头中的各阵元于扫描时的聚焦法则；
也即，聚焦法则与患者的实际病症以及二维超声相控阵探头1所处的预设位置P有关，病症种类、病情严重程度以及病变发展态势均影响聚焦法则，另外，于上一步骤S2中确定预设位置P时应考虑三维空间范围S所在的具体区域，以预设位置P与三维空间范围S距离以及相对位置相对合适为较佳，其中，每一阵元一般由一个独立的压电晶片构成。
S4：电子相控阵扫描系统根据聚焦法则控制二维超声相控阵探头中的各阵元工作，并将扫描结果构建为三维几何模型M1；
如图2所示，二维超声相控阵探头1中的各阵元对三维空间范围S进行扫描，于扫描时是在x-z平面内沿y方向进行多次扫描，并于每次扫描后获得一在x-z平面内的二维图像2，其中，x-y平面是二维超声相控阵探头1所在平面，z轴垂直于二维超声相控阵探头1与皮肤的接触面并指向皮肤深度方向，扫描得到的多张x-z平面内的二维图像2构建为三维几何模型M1。
S5：根据三维几何模型M1确定病变部位的目标位置T1以及目标尺寸S1；
S6：根据三维几何模型M1、三维空间范围S中各组织的空间分布以及各组织对应的声学参数构建一三维声学模型M2；
其中，组织包括皮肤、脂肪、肌肉、结缔组织以及各组织之间的连接部分。
S7：根据目标位置T1、目标尺寸S1以及三维声学模型M2计算治疗所需的相控阵聚焦法则；
聚焦法则包括探头内各阵元的激励次序以及相对的延迟时间间隔，计算相控阵聚焦法则时一般考虑不同组织对超声波的传播速度以及传播路径的影响。
S8：根据相控阵聚焦法则对二维超声相控阵探头中的各阵元进行激励。
本发明提供的用于声动力治疗的超声聚焦方法首先需要确定病变部位的目标位置以及目标尺寸，然后计算治疗所需的相控阵聚焦法则，以使得能量准确聚焦到病变处，提高声动力治疗的准确性，最大程度降低对正常部位的损伤；由于采用了聚焦方式，从而提高了声能量输入效率效率；另外，本发明中的目标位置通过聚焦法则确定，治疗过程中探头无需移动即可将声能量聚焦到病变处，操作简便，效率高。本发明解决了传统声动力疗法中声能量输入效率不高和治疗准确性不佳的问题，具有很强的实用性以及推广价值。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种用于声动力治疗的超声聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：初步确定声动力治疗的目标区域所在的三维空间范围S；
S2：将二维超声相控阵探头固定于一预设位置P；
S3：根据三维空间范围S和预设位置P确定二维超声相控阵探头中的各阵元于扫描时的聚焦法则；
S4：电子相控阵扫描系统根据聚焦法则控制二维超声相控阵探头中的各阵元工作，并将扫描结果构建为三维几何模型M1；
S5：根据三维几何模型M1确定病变部位的目标位置T1以及目标尺寸S1；
S6：根据三维几何模型M1、三维空间范围S中各组织的空间分布以及各组织对应的声学参数构建一三维声学模型M2；
S7：根据目标位置T1、目标尺寸S1以及三维声学模型M2计算治疗所需的相控阵聚焦法则；
S8：根据相控阵聚焦法则对二维超声相控阵探头中的各阵元进行激励。
2.根据权利要求1所述的用于声动力治疗的超声聚焦方法，其特征在于，所述三维空间范围S对应空间直角坐标系O-xyz下的一区域，于扫描时是在x-z平面内沿y方向进行多次扫描，并于每次扫描后获得一在x-z平面内的二维图像，其中，x-y平面是二维超声相控阵探头所在平面，z轴垂直于二维超声相控阵探头与皮肤的接触面并指向皮肤深度方向。
3.根据权利要求1所述的用于声动力治疗的超声聚焦方法，其特征在于，所述组织包括皮肤、脂肪、肌肉、结缔组织以及各组织之间的连接部分。
4.根据权利要求1所述的用于声动力治疗的超声聚焦方法，其特征在于，聚焦法则包括探头内各阵元的激励次序以及相对的延迟时间间隔。
5.根据权利要求1所述的用于声动力治疗的超声聚焦方法，其特征在于，每一阵元由一个独立的压电晶片构成。
6.根据权利要求1所述的用于声动力治疗的超声聚焦方法，其特征在于，于步骤S7中计算相控阵聚焦法则时考虑不同组织对超声波的传播速度以及传播路径的影响。
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Application publication date: 20171121 Assignee: Shenzhen Shengnuo Medical Technology Co.,Ltd. Assignor: Harbin Shengnuo Medical Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2022230000030 Denomination of invention: A dynamic method for ultrasonic focusing therapy Granted publication date: 20191210 License type: Exclusive License Record date: 20220512 |
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Assignee: Shenzhen Shengnuo Medical Technology Co.,Ltd. Assignor: Harbin Shengnuo Medical Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2022230000030 Date of cancellation: 20221019 |