CN107913477A - 一种阵列超声换能器的激励方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明适用超声医疗技术领域，提供了一种阵列超声换能器的激励方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求，使用多频率对阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，从而有效地增大单个阵列超声换能器的声窗、增强了其空化效果，提高了待治疗组织的升温效率以及受热一致性，并减小了超声通道中组织的热损伤，进而提高了超声治疗效果，同时本发明通过与使用该激励方法的超声治疗设备相连接的电子设备灵活控制激励焦点变化，使得超声治疗操作更简便。

Description

一种阵列超声换能器的激励方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明属于超声医疗技术领域，尤其涉及一种阵列超声换能器的激励方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

超声在医疗领域已经获得了广泛的应用，尤其是在神经、肿瘤、血液等疾病中，超声治疗的作用越来越大。国内外对超声神经刺激和调控，超声消融等领域的研究越来越深入，无创超声治疗取得的效果也越来越明显。

无创超声治疗就是利用超声波的热效应、机械效应和空化效应等达到治疗的目的。要达到治疗所需的超声辐射力强度或温升效果，需要较大的换能器激励能量，由于使用单阵元换能器很难达到这么高的能量，即使激励能量达到要求，也会减小换能器的使用寿命，同时还会因为声窗较小，在长时间激励后对超声通道中的无病变组织造成较大的热损伤，因此，采用将激励能量均摊到多个单阵元换能器上或使用阵列换能器，从而可以减小每个阵元的激励能量，也能防止超声通道中的热量过于集中而对无病变组织造成损伤。

近年来国内外的研究表明，使用双频率或多频率超声聚焦，那么共焦区域的组织不仅受到多种频率的超声波作用，同时也受到多个频率超声波引起的差频波的作用，差频波为低频激励信号时将会大大增强空化的效果，提高温升效率，进而提高超声治疗的效率。此外，多频激励还能产生多个焦点，增大辐射中覆盖的组织面积，扩大加热范围，提高组织的受热一致性，进而提高治疗效果。

现有包括超声神经刺激、调控和超声消融在内的超声治疗系统中，常见的换能器的激励方法有两种：一种是使用单个换能器并用单个频率进行聚焦，该方法虽然装置简单，但是只有单个频率聚焦，在高频超声治疗特别是使用单阵元换能器过程中，声窗较小，超声穿透组织时的衰减较大，靶区的能量相对较小，辐射力强度、温升等治疗效果相对较差，而且在换能器激励能量加到一定值后，容易对超声通道中的组织造成热烫伤；另一种是使用两个或更多的换能器，每个换能器采用不同的频率同时对一个区域进行聚焦，该方法能够在高频治疗的同时，达到低频治疗的效果，超声治疗时的声窗更大，超声通道中组织衰减更小，靶区即焦点处能量更大、温升效果也更好，但是这样系统电路、换能器等装置复杂，造成对焦点、波束控制以及操作使用等不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阵列超声换能器的激励方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术导致超声治疗效果差、超声治疗操作复杂的问题。

一方面，本发明提供了一种阵列超声换能器的激励方法，所述方法包括下述步骤：

接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求；

使用多频率对所述阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

另一方面，本发明提供了一种阵列超声换能器的激励装置，所述装置包括：

请求接收单元，用于接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求；

换能器激励单元，用于使用多频率对所述阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

另一方面，本发明还提供了一种超声治疗设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述方法的步骤。

另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述方法的步骤。

本发明接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求，使用多频率对阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，从而有效地增大了单个阵列超声换能器的声窗、增强了其空化效果，提高了待治疗组织的升温效率以及受热一致性，并减小了超声通道中组织的热损伤，进而提高了超声治疗效果，同时通过与使用该激励方法的超声治疗设备相连接的电子设备灵活控制激励焦点变化，使得超声治疗操作更简便。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的阵列超声换能器的激励方法的实现流程图；

图2是本发明实施例一提供的阵列超声换能器的激励方法中步骤S102的实现流程图；

图3是本发明实施例一提供的阵列超声换能器的激励方法中矩形阵列超声换能器、圆形阵列超声换能器的示例图；

图4是本发明实施例二提供的阵列超声换能器的激励装置的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的阵列超声换能器的激励装置的优选结构示意图；以及

图6是本发明实施例三提供的超声治疗设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明实施例一提供的阵列超声换能器的激励方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S101中，接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求。

本发明实施例适用于超声治疗设备，该超声治疗设备包括控制逻辑器、功放电路、输出匹配电路以及换能器。优选地，该超声治疗设备能与个人电子设备相连接，以便于接收用户输入的超声治疗请求，通过与该超声治疗设备相连接的电子设备灵活控制激励焦点变化，使得超声治疗操作更简便。优选地，本发明实施例中的阵列超声换能器为多阵元阵列超声换能器，作为示例地，如图3中3a所示的矩形阵列超声换能器、3b所示的圆形阵列超声换能器，从而使得超声波投射到体表时的声窗较大，有效地降低了超声通道途径组织中超声波的声强，避免引起不必要的损伤。

在步骤S102中，使用多频率对阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波。

在发明实施例中，使用多个激励频率同时对阵列超声换能器进行激励，从而有效地增大了单个阵列超声换能器的声窗、增强了其空化效果，提高了待治疗组织的升温效率以及受热一致性，并减小了超声通道中组织的热损伤，进而提高了超声治疗效果。

优选地，如图2所示，步骤S102的具体过程可通过下述步骤实现：

在步骤S201中，根据超声治疗请求，获取用于对阵列超声换能器进行激励的多个激励频率、与多个激励频率对应的焦点位置以及阵列超声换能器的不同阵元通道，多个激励频率包含两种或两种以上不同频率。

本发明实施例中，阵列超声换能器的多个激励频率、与多个激励频率对应的焦点位置以及不同阵元通道等参数的获取或设置与待治疗组织的位置、范围以及病变程度相关。

优选地，在本发明实施例中，获取用于对阵列超声换能器进行激励的多个激励频率以及与多个激励频率对应的焦点位置，其中，同步频率的激励频率可以作用于一个焦点位置，也可以作用于不同的焦点位置，从而保证超声治疗的效果及准确性。

作为示例地，对患者的血栓进行超声血栓消融治疗时，根据血栓的位置、范围以及病变程度确定超声治疗需求，根据超声治疗需求，确定需要超声波刺激的焦点位置，可以是一个或多个焦点位置，对每个焦点位置设置相应的激励频率，以使待治疗组织的焦点位置获得不同的频率的超声波进行治疗。

在步骤S202中，根据对应的焦点位置以及不同阵元通道，产生与多个激励频率相应的多个激励脉冲信号。

在本发明实施例中，各阵元通道之间都是相互独立的，各阵元通道由逻辑控制器根据相应的激励频率进行独立控制，从而产生相应的多个激励脉冲信号。各阵元通道与待治疗组织的距离不一样，为保证各阵元辐射的超声波在待治疗组织的焦点位置进行能量增强，需要对超声波束进行聚焦，因此，优选地，在产生与多个激励频率相应的多个激励脉冲信号时，根据焦点位置对每个阵元通道的、相应的激励脉冲信号进行延时控制，以对激励脉冲信号形成的超声波束进行合成并聚焦，从而提高了对阵元通道发出的超声波波束进行聚焦的性能。

在步骤S203中，控制多个激励脉冲信号对阵列超声换能器的不同阵元通道同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波。

在本发明实施例中，由于不同阵元通道发出的超声波相位不同，因此，控制产生的激励脉冲信号对阵列超声换能器的不同阵元通道进行激励，可以使得阵元通道发出的同频率的超声波在焦点位置形成聚焦，不同频率的超声波在焦点位置形成低频的差频超声波。

作为示例地，本发明实施例的阵列超声换能器为图3中3a所示矩形阵列超声换能器，根据待治疗组织的超声治疗需求，将激励频率为1.0MHz的正弦波经调制后对奇数列的阵元进行激励和聚焦，同时将激励频率为1.1MHz的正弦波经调制后对偶数列的阵元进行激励和聚焦，待治疗组织将同时受到1.0MHz和1.1MHZ超声波的治疗作用，同时还在共焦区形成了100KHZ的差频超声波，该差频超声波频率较低，可以大大的增加空化效果，提高温升效果，对血栓消融等治疗效果有显著的增强。

在本发明实施例中，接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求，根据超声治疗请求，获取用于对阵列超声换能器进行激励的多个激励频率、与多个激励频率对应的焦点位置以及阵列超声换能器的不同阵元通道，根据对应的焦点位置以及不同阵元通道，产生与多个激励频率相应的多个激励脉冲信号，控制多个激励脉冲信号对阵列超声换能器的不同阵元通道进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，从而有效地增大了单个阵列超声换能器的声窗、增强了其空化效果，提高了待治疗组织的升温效率以及受热一致性，并减小了超声通道中组织的热损伤，进而提高了超声治疗效果，同时通过与使用该激励方法的超声治疗设备相连接的电子设备灵活控制激励焦点变化，使得超声治疗操作更简便。

实施例二：

图4示出了本发明实施例二提供的阵列超声换能器的激励装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：

请求接收单元41，用于接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求；以及

换能器激励单元42，用于使用多频率对阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波。

如图4所示，优选地，其中，换能器激励单元42包括：

激励参数获取单元421，用于根据超声治疗请求，获取用于对阵列超声换能器进行激励的多个激励频率、与多个激励频率对应的焦点位置以及阵列超声换能器的不同阵元通道，多个激励频率包含两种或两种以上不同频率；

激励信号产生单元422，用于根据对应的焦点位置以及不同阵元通道，产生与多个激励频率相应的多个激励脉冲信号；以及

换能器激励子单元423，用于控制多个激励脉冲信号对阵列超声换能器的不同阵元通道同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波。

激励信号产生单元422包括：

延时控制单元4221，用于根据焦点位置对每个阵元通道的、相应的激励脉冲信号进行延时控制，以对激励脉冲信号形成的超声波束进行合成并聚焦。

在本发明实施例中，阵列超声换能器的激励装置的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，在此不用以限制本发明，各单元的具体实施方式可参考实施例一的描述，在此不再赘述。

实施例三：

图6示出了本发明实施例三提供的超声治疗设备的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例的超声治疗设备6包括处理器60、存储器61以及存储在存储器61中并可在处理器60上运行的计算机程序62。该处理器60执行计算机程序62时实现上述阵列超声换能器的激励方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S102。或者，处理器60执行计算机程序62时实现上述各装置实施例中各单元的功能，例如图3所示单元31至32的功能。

在本发明实施例中，接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求，使用多频率对阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，从而有效地增大了单个阵列超声换能器的声窗、增强了其空化效果，提高了待治疗组织的升温效率以及受热一致性，并减小了超声通道中组织的热损伤，进而提高了超声治疗效果，同时通过与使用该激励方法的超声治疗设备相连接的电子设备灵活控制激励焦点变化，使得超声治疗操作更简便。

本发明实施例的超声治疗设备可以为超声治疗仪。该超声治疗设备6中处理器60执行计算机程序62时实现阵列超声换能器的激励方法时实现的步骤可参考前述方法实施例的描述，在此不再赘述。

实施例四：

在本发明实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述阵列超声换能器的激励方法实施例中的步骤，例如，图1所示的步骤S101至S102。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述各装置实施例中各单元的功能，例如图3所示单元31至32的功能。

在本发明实施例中，接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求，使用多频率对阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，从而有效地增大了单个阵列超声换能器的声窗、增强了其空化效果，提高了待治疗组织的升温效率以及受热一致性，并减小了超声通道中组织的热损伤，进而提高了超声治疗效果，同时通过与使用该激励方法的超声治疗设备相连接的电子设备灵活控制激励焦点变化，使得超声治疗操作更简便。

本发明实施例的计算机可读存储介质可以包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质，例如，ROM/RAM、磁盘、光盘、闪存等存储器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阵列超声换能器的激励方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求；

使用多频率对所述阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

2.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用多频率激励所述阵列超声换能器的步骤，包括：

根据所述超声治疗请求，获取用于对所述阵列超声换能器进行激励的多个激励频率、与所述多个激励频率对应的焦点位置以及所述阵列超声换能器的不同阵元通道，所述多个激励频率包含两种或两种以上不同频率；

根据所述对应的焦点位置以及所述不同阵元通道，产生与所述多个激励频率相应的多个激励脉冲信号；

控制所述多个激励脉冲信号对所述阵列超声换能器的所述不同阵元通道同时进行激励，以产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激励频率对应的焦点位置包含但不限于同一个焦点位置。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述对应的焦点位置以及所述不同阵元通道，产生与所述多个激励频率相应的多个激励脉冲信号的步骤，包括：

根据所述焦点位置对每个阵元通道的、相应的激励脉冲信号进行延时控制，以对所述激励脉冲信号形成的超声波束进行合成并聚焦。

5.一种阵列超声换能器的激励装置，其特征在于，所述装置包括：

请求接收单元，用于接收用户输入的使用单个阵列超声换能器对待治疗组织进行超声治疗的请求；

换能器激励单元，用于使用多频率对所述阵列超声换能器同时进行激励，以产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述换能器激励单元包括：

激励参数获取单元，用于根据所述超声治疗请求，获取用于对所述阵列超声换能器进行激励的多个激励频率、与所述多个激励频率对应的焦点位置以及所述阵列超声换能器的不同阵元通道，所述多个激励频率包含两种或两种以上不同频率；

激励信号产生单元，用于根据所述对应的焦点位置以及所述不同阵元通道，产生与所述多个激励频率相应的多个激励脉冲信号；以及

换能器激励子单元，用于控制所述多个激励脉冲信号对所述阵列超声换能器的所述不同阵元通道同时进行激励，以产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激励频率对应的焦点位置包含但不限于同一个焦点位置。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激励信号产生单元包括：

延时控制单元，用于根据所述焦点位置对每个阵元通道的、相应的激励脉冲信号进行延时控制，以对所述激励脉冲信号形成的超声波束进行合成并聚焦。

9.一种超声治疗设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。