CN109381807A - 超声监控系统和方法、超声治疗系统 - Google Patents

超声监控系统和方法、超声治疗系统 Download PDF

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李雁浩
胡红兵
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Abstract

本发明提供的一种超声监控系统和方法、超声治疗系统中，采用高功率超声波，进而能够获得较高的信噪比，同时，为了确保在高功率下成像的安全性，还限定了特殊的功率范围，并在发射面与人体之间设有介质，从而保证在不伤害人体的情况下，监控超声能达到人体更深处，并获得清晰度较高的成像。

Description

超声监控系统和方法、超声治疗系统
技术领域
本发明涉及超声医疗技术，具体涉及一种超声监控系统和方法、超声治疗系统。
背景技术
目前高强度聚焦超声治疗过程中，通常采用B超或者MRI的形式对人体内部情况进行监控。其中，B超的监控原理为：将换能器贴在人体表面并发射超声波，超声波碰到内部器官回声反射，再接收其回波处理成像，从而进行器官位置、轮廓方面的判断。在实际临床应用中，为了获得高分辨率，通常用B超仪器发射功率为20mW以下、频率较高的超声波。但是，在这一超声波的参数之下，较低的功率造成信噪比差，较高的频率导致了其无法到达人体深处，不满足超声治疗中“更关注器官边缘、轮廓及位置”的要求，不符合治疗中实时看清治疗部位变化的需求。并且，B超回波信号相对较弱，组织引起的超声回波信号的幅度和频率变化很小，且在组织内传播时又经过各种反射、折射和散射等作用，致使回波信号混合了多种组织声波信息，使得最后的组织变化在B超成像结果上观察不到或失真。
为克服上述问题，需要提高发射功率。但是，如果盲目提高发射功率，则可能会对人体造成伤害，无法完全满足体外无创或微创治疗的需要。
综上，如何在不伤害人体的情况下，提高监控的清晰度成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明至少部分解决现有的超声成像技术的成像清晰度低、信噪比差的问题，提供一种超声监控系统和方法、超声治疗系统。
解决本发明技术问题所采用的一种超声监控系统，包括：
发射模块，其具有用于发射超声波的发射面；
接收模块，其具有用于接收由发射模块发射的超声波的接收面；
成像模块，其用于利用所述接收模块接收的超声波成像；
其特征在于，还包括：
介质容纳单元，其用于容纳传递超声波的介质，并使人体至少部分位置位于介质中，且所述介质至少位于所述发射面外，所述发射面发射的超声波能经介质进入所述人体并到达待成像组织；
所述发射模块用于发射功率为200mW-700W的超声波。
其中，所述介质的声阻抗与所述人体的声阻抗之间的比值不超过1。
其中，还包括：调节模块，其用于根据所述待成像组织的硬度、所述待成像组织的密度和待成像组织在所述人体中的深度，调整所述发射面发出的超声波到达所述人体表面之前所经过的所述介质的距离。
其中，所述发射模块用于发射频率为1MHz-7MHz的超声波。
其中，所述发射模块用于发射脉冲超声波。
其中，每个脉冲的长度为100ns～1um。
其中，所述发射模块用于发射功率为50W-200W的超声波。
其中，所述发射模块和接收模块为同一个超声换能器，所述发射面和接收面为超声换能器的同一个面；或者
所述发射模块和接收模块为两个同轴设置的超声换能器。
其中，所述发射面和接收面均设于介质容纳单元内，且所述介质容纳单元的内表面设有吸声结构。
其中，所述发射模块设于介质容纳单元内，且其除了所述发射面外的其它表面上设有吸声结构，和/或，
所述接收模块设于介质容纳单元内，且其除了所述接收面外的其它表面上设有吸声结构。
其中，所述吸声结构为吸声涂层。
其中，还包括：判断模块，其用于判断所成图像中的器官组织轮廓。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种超声治疗系统，包括超声监控系统和治疗用发射模块，其中，所述超声监控系统采用本发明提供的超声监控系统。
其中，所述治疗用发射模块用于发射治疗用超声波；
所述发射模块用于在所述治疗用超声波全部离开所述人体之后，发射所述超声波用于成像。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种超声监控方法，其中，包括：
发射功率为200mW-700W的超声波，所述超声波经过介质后传入人体内的待成像组织；
接收由待成像组织反射的所述超声波；
利用所述超声波形成所述待成像组织的图像。
其中，所述超声波的频率为1MHz-7MHz。
本发明提供的一种超声监控系统和方法、超声治疗系统中，采用高功率超声波，进而能够获得较高的信噪比，同时，为了确保在高功率下成像的安全性，还限定了特殊的功率范围，并在发射面与人体之间设有介质，从而保证在不伤害人体的情况下，监控超声能达到人体更深处，并获得清晰度较高的成像。
附图说明
图1为本发明的实施例的一种超声监控系统的结构示意图；
图2为本发明的实施例的一种超声监控系统的另一结构示意图；
图3a为本发明的实施例中提供的一种接收模块与发射模块的结构示意图；
图3b为本发明的实施例中提供的另一种接收模块与发射模块的结构示意图。
图4a为使用本发明的实施例对待成像组织辐照后取得的组织剖面图
图4b为没有介质但使用本发明限定的高功率的情况下，对待成像组织辐照后取得的组织剖面图
图4c为具有介质但没有使用本发明限定的功率的情况下，对待成像组织辐照后取得的组织剖面图
其中，附图标记为：1、待成像组织；2、介质；3、介质容纳单元；4、超声换能器；41、发射模块；42、接收模块；5、成像模块；6、组织损伤。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种超声监控系统，包括：
发射模块，其具有用于发射超声波的发射面；
接收模块，其具有用于接收由发射模块发射的超声波的接收面；
成像模块5，其用于利用接收模块接收的超声波成像，其中，成像模块为具有计算能力的结构，例如计算机等；
介质容纳单元3，其内部用于容纳传递超声波的介质2，并使人体的至少部分位置位于介质2中，且介质2至少位于发射面外，发射面发射的超声波能经由介质2进入人体并到达待成像组织1；
其中，发射模块用于发射功率为200mW-700W的超声波。
本发明提供的超声监控系统，通过采用较高功率的超声波能够提高信噪比，能获得高清晰度的成像，因此，无需像现有技术那样依赖高频率来提高分辨率。同时，由于发射功率在特定范围内，并在人体与发射面之间设有介质，因而不会对人体造成伤害。
在本实施例中，为防止高功率超声波对人体造成伤害，介质2的声阻抗与人体的声阻抗之间的差值不应过大，一旦介质2的声阻抗与人体的声阻抗之间的差值过大，在超声波碰触到人体时，则会在人体表面产生较大的反射，该反射会导致超声波的能量大量损失，致使超声波无法到达待成像组织，同时，在人体表面产生较大的反射会导致人体表面造成损伤，例如烧伤等。优选地，介质2的声阻抗与人体的声阻抗之间的比值不超过1。
优选地，介质2为液体。以液体进行传导，能够提高超声波的传导效率，降低超声波的损耗。具体地，介质2为脱气水。
其中，介质2可以完全填充从发射面到人体之间的空间，也可以部分填充从发射面到人体之间的空间，但是应保证该介质2至少与人体上超声波进入人体的区域相接触，以避免超声波对人体造成损伤。
相应的，介质容纳单元3可如图1中所示为水槽，人体和发射均进入水槽中，故全部经过介质。或者，介质容纳单元3可如图2中所示为具有柔性表面的水囊，可将水囊至于人体表面，故可发射模块不与水囊接触，此时，由发射面发射的超声波先在大气中传输，而后进入水囊中的介质2，最后进入人体。
优选地，超声监控系统还包括调节模块，其用于根据待成像组织的硬度、待成像组织的密度和待成像组织在人体中的深度，来调整超声波自发射面到人体表面的过程中所经过的介质2的距离。由于待成像组织在人体中的位置不同，会对超声波产生不同的影响，例如，在对头部进行超声成像时，由于头骨较硬，会吸收较多超声波的能量，而在对腹部进行超声成像时，由于腹部组织较软，则不会吸收大量超声波的能量，因此，需要在针对不同部位进行成像时，应当对超声监控系统的参数进行相应调节。
具体地，待成像组织的硬度越大，将超声波在介质2中经过的距离调节的越短；待成像组织在人体中的深度越深，将超声波在介质2中经过的距离调节的越长。
其中，调节模块的调节方式包括：当介质2完全填充从发射面到人体之间的空间时，可以通过调节发射面到人体表面之间的距离来调整发射面发出的超声波到达人体表面之前所经过的介质的距离(如调整水槽中发射面的位置)；当介质2部分填充从发射面到人体之间的空间时，可以通过调节介质容纳单元在超声波传播方向上的厚度来调节发射面发出的超声波到达人体表面之前所经过的介质的距离(如改变水囊形状)。
优选地，超声监控系统还包括：用于调节介质容纳单元中介质的温度的温度调节模块；和/或，用于调节介质容纳单元中介质的密度的密度调节模块。
为确保在非接触情况下的监控超声穿透效果，可以对介质容纳单元中介质的密度及温度需要进行调控，以确保最佳声阻抗匹配值，因此，可设置相应的温度调节模块和密度调节模块。
其中，超声波的频率为1MHz-7MHz。
优选地，超声波的功率为50W-200W，超声波的频率为1MHz-2.5MHz。由于本实施例中的超声监控系统，通过采用较高功率的超声波能够提高信噪比，能获得高清晰度的成像，因此，无需像现有技术那样依赖高频率来提高分辨率，而在采用低频率超声波的情况下，能够提高超声波的穿透性，从而获得待成像组织1的边缘、轮廓区域的更清晰的成像
其中，发射模块用于发射脉冲超声波。其中，每个脉冲的长度为100ns～1um。
优选地，以上发射面和接收面均设于介质容纳单元3内。例如介质容纳单元3可为水箱，而发射面和接收面位于水箱中。也就是说，以上发射面和接收面可均浸泡在介质容纳单元3中，故只要人体也与介质2接触，则超声波即可通过介质2在发射面/接收面与人体之间传导。
为了提高非必要噪声的吸收率，本实施例提供的超声监控系统优选还具有吸声结构，其至少设置于以下三处之一：介质容纳单元3的内表面上、发射模块设于介质容纳单元内且其除了发射面外的其它表面上、接收模块设于介质容纳单元内且其除了接收面外的其它表面上。具体地，吸声结构为吸声涂层。
如图1所示，发射模块和接收模块优选为一个超声换能器4，发射面和接收面为超声换能器4的同一个面，也就是说，该超声换能器既能发射超声波，也能接收从待成像组织1反射回来的超声波(二者可同时进行)。
当然，发射模块和接收模块也可以为两个同轴设置的超声换能器。例如图3a所示，接收模块42设置在发射模块41的中心孔内。又如图3b所示，多个接收模块42均匀设置在发射模块31的发射面上。
应当理解，当采用两个超声换能器时，它们可以是设于人体的同一侧，从而通过待成像组织1对超声波的反射进行成像；或者，它们也可设于人体的两侧，从而通过穿透待成像组织1的超声波进行成像。
另外，超声换能器可以是聚焦的，也可以是不聚焦的。
且该超声监控系统可以是单独的用于进行成像的检查系统，也可与高强度聚焦超声治疗系统配合使用，即用于在高强度聚焦超声治疗过程中对治疗效果进行评估。
优选地，超声监控系统还包括判断模块，其用于判断所成图像中的器官组织轮廓。
通过采用本发明实施例提供的超声监控系统，能够获得更清晰的成像，在此基础上，再通过判断模块(例如具有计算能力的计算机)，从而能够获得待成像组织1的边缘、轮廓区域的更清晰的成像。
为了更好的说明本发明的先进性，以本发明限定的方法，既具有介质且使用功率为150W的超声，与只使用功率150W的超声但不使用介质，及具有介质但使用低功率80mW的两种方法进行对比。用上述的三种不同方案对待成像组织1进行辐照，成像后组织的剖面图分别如图4a、图4b以及图4c所示。其中，如图4b所示，在使用功率150W的超声但不使用介质的情况下，虽然成像较为清晰，但会对组织造成组织创伤6；如图4c所示，在具有介质但使用低功率80mW的情况下，其成像结果无法满足清晰度的要求；如图4a所示，在使用本发明实施例提供的方式的情况下，既不会对组织造成的损伤，又能够获得清晰的组织边界。
需要说明的是，尽管在上述对比例中本发明使用功率为150W的超声，但是，只要功率为200mW-700W，均能实现本发明的效果。其中，当功率为200mW-50W时，功率较低，可能不会对组织产生创伤，但相较现有技术中使用的功率仍有所提高，因而，需要在人体与发射面之间设置介质以保证组织内的安全性；当功率为50W-350W时，能够满足待成像组织在人体中深度适中的成像；当待成像组织在人体中深度较深、待成像组织的密度较大、待成像组织的硬度较高的情况下，优先将功率设定为350W-700W，此时，超声波信号增强，能够获得更为清晰的组织边界，同时，由于功率较大，为了避免对人体创伤，可以增加发射面与人体之间介质的深度、调节调节介质的温度或密度，以避免对组织产生创伤。
实施例2：
本实施例提供一种超声治疗系统，其包括超声监控系统和治疗用发射模块，超声监控系统采用本发明实施例提供的超声监控系统。
本发明提供的超声治疗系统，由于采用本发明实施例提供的超声监控系统，因此，无需像现有技术那样依赖高频率来提高分辨率，而在采用低频率超声波的情况下，能够提高超声波的穿透性，从而获得待成像部位的边缘、轮廓区域的更清晰的成像。
优选地，治疗用发射模块用于发射治疗用超声波；
发射模块用于在治疗用超声波全部离开人体之后，发射超声波用于成像。
由于在治疗过程中，治疗用超声波的残余回波需要一段时间才能完全离开人体，为避免治疗用超声波的残余回波对超声监控系统发射的成像用的超声波产生影响，本实施例中，发射模块在治疗用超声波全部离开人体之后，再发射超声波用于成像。
实施例3：
本实施例提供一种超声监控方法，其包括：
发射功率为200mW-700W的超声波，超声波经过介质后传入人体的待成像组织；
接收超声波；
利用超声波形成待成像组织的图像。
本实施例提供的超声监控方法，采用高功率超声波，进而能够获得较高的信噪比，同时，为了确保在高功率下成像的安全性，超声波经过介质后再传入人体的待成像组织，从而保证在不伤害人体的情况下，获得清晰度较高的成像。
优选地，还包括以下步骤：判断所成图像中的器官组织轮廓。
通过采用本发明实施例提供的超声监控方法，能够获得更清晰的成像，在此基础上，再通过判断步骤，从而能够获得待成像组织的边缘、轮廓区域的更清晰的成像。
优选地，超声波的频率为1MHz-7MHz。
优选地，超声波的功率为200mW-700W。优选地，超声波的频率为1MHz-2.5MHz。
本实施例通过采用较高功率的超声波能够提高信噪比，获得高清晰度的成像，因此，无需像现有技术那样依赖高频率来提高分辨率，而在采用低频率超声波的情况下，能够提高超声波的穿透性，从而获得待成像组织的边缘、轮廓区域的更清晰的成像。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种超声监控系统，包括：
发射模块，其具有用于发射超声波的发射面；
接收模块，其具有用于接收由发射模块发射的超声波的接收面；
成像模块，其用于利用所述接收模块接收的超声波成像；
其特征在于，还包括：
介质容纳单元，其用于容纳传递超声波的介质，并使人体至少部分位置位于介质中，且所述介质至少位于所述发射面外，所述发射面发射的超声波能经介质进入所述人体并到达待成像组织；
所述发射模块用于发射功率为200mW-700W的超声波。
2.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，所述介质的声阻抗与所述人体的声阻抗之间的比值不超过1。
3.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，还包括：调节模块，其用于根据所述待成像组织的硬度、所述待成像组织的密度和待成像组织在所述人体中的深度，调整所述发射面发出的超声波到达所述人体表面之前所经过的所述介质的距离。
4.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，所述发射模块用于发射频率为1MHz-7MHz的超声波。
5.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，所述发射模块用于发射脉冲超声波。
6.根据权利要求5所述的超声监控系统，其特征在于，每个脉冲的长度为100ns～1um。
7.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，所述发射模块用于发射功率为50W-200W的超声波。
8.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，
所述发射模块和接收模块为同一个超声换能器，所述发射面和接收面为超声换能器的同一个面；或者
所述发射模块和接收模块为两个同轴设置的超声换能器。
9.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，所述发射面和接收面均设于介质容纳单元内，且所述介质容纳单元的内表面设有吸声结构。
10.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，
所述发射模块设于介质容纳单元内，且其除了所述发射面外的其它表面上设有吸声结构，和/或，
所述接收模块设于介质容纳单元内，且其除了所述接收面外的其它表面上设有吸声结构。
11.根据权利要求9或10所述的超声监控系统，其特征在于，所述吸声结构为吸声涂层。
12.根据权利要求1所述的超声监控系统，其特征在于，还包括：判断模块，其用于判断所成图像中的器官组织轮廓。
13.一种超声治疗系统，包括超声监控系统和治疗用发射模块，其特征在于，所述超声监控系统采用权利要求1-12中任一所述的超声监控系统。
14.根据权利要求13所述的超声治疗系统，其特征在于，所述治疗用发射模块用于发射治疗用超声波；
所述发射模块用于在所述治疗用超声波全部离开所述人体之后，发射所述超声波用于成像。
15.一种超声监控方法，其特征在于，包括：
发射功率为200mW-700W的超声波，所述超声波经过介质后传入人体内的待成像组织；
接收由待成像组织反射的所述超声波；
利用所述超声波形成所述待成像组织的图像。
16.根据权利要求15所述的超声监控方法，其特征在于，所述超声波的频率为1MHz-7MHz。
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