CN110801582A - 一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统，包括功率源单元、水循环冷却单元和支撑臂单元和治疗头，治疗头包括基座，包括碗状结构和柱状结构；治疗头手柄，设于基座的外部，固定于支撑臂单元上；监控探头，设于基座的中心并贯穿碗状结构和柱状结构；自聚焦超声换能器，与功率源单元电连接，其固定在碗状结构的凹面，其材料为压电陶瓷晶片，自聚焦超声换能器的凹面和该凹面的周缘附近的基座上共同包覆有高分子材料；以及水囊膜，与基座的碗状结构的周缘连接。本发明的高强度聚焦超声消融系统用高分子材料包覆于自聚焦超声换能器和基座，增强了压电陶瓷谐振工作的稳定性，避免压电陶瓷表面银镀层的氧化脱落，还降低了对超声传导介质的要求。

Description

一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统

技术领域

本发明涉及一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统。

技术背景

浅表结节，是常见病、多发病，如淋巴结节、甲状腺结节等。目前外科手术是治疗的常规方法，但术后创伤大、患者体表受损、损伤正常腺体引起功能减退等。

高强度聚焦超声消融术(HIFU)目前已用于包括子宫肌瘤、肝肿瘤、胰腺肿瘤等恶性肿瘤的消融治疗。其作用机理为：高强度聚焦超声换能器，将电能转换为机械能，产生一定频率的声波，声波通过汇聚，作用于需要消融的组织一点(焦点)，组织焦点处产生多重生物学效应，瞬间温度能够达到65℃以上，使组织发生凝固性坏死。与此同时，焦点以外的区域，因声功率不强，组织温度升高不明显，不会损伤焦点外的组织，能够实现无创、精准消融治疗。

在高强度聚焦超声消融过程中，焦点定位的准确，能量释放可控是决定治疗成功与否的关键。专利号为CN 101227860A的专利文件公开了一种活体器官或组织的成像和治疗头，其能够实现焦点的准确定位和高强度聚焦超声消融。然而，其依旧具有如下缺点：

1、现有的聚焦超声消融系统的自聚焦超声换能器采用裸陶瓷，压电陶瓷工作的不稳定,介质需要去离子水。

2、现有的聚焦超声消融系统需要设置滑动装置在基座内移动，从而调整焦点的位置。

3、现有的聚焦超声消融系统的治疗头和B超间需要适配器安装，可以拆卸，容易发生漏水，B超定位移位风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统，以解决解决压电陶瓷工作的不稳定的问题，并调节治疗深度，改善定位精度。

为了实现上述目的，本发明提供一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统，包括功率源单元、水循环冷却单元和支撑臂单元，以及与功率源单元、水循环冷却单元和支撑臂单元均相连的治疗头，所述治疗头包括：基座，包括碗状结构和自该碗状结构的凸面的中心向上延伸的柱状结构；治疗头手柄，设于所述基座的外部，且固定于所述支撑臂单元上；监控探头，其设于所述基座的中心并贯穿基座的碗状结构和柱状结构；自聚焦超声换能器，与所述功率源单元电连接，其固定在所述基座的碗状结构的凹面，自聚焦超声换能器的材料为压电陶瓷晶片，自聚焦超声换能器的凹面和该凹面的周缘附近的基座上共同包覆有一层高分子材料；以及水囊膜，与所述基座的碗状结构的周缘连接。

所述功率源单元、水循环冷却单元和支撑臂单元与一中央处理器单元电连接，且所述监控探头通过一B超机与所述中央处理器单元相连。

所述基座的柱状结构的上端面上开设有进水口和出水口，且进水口和出水口上分别设有螺纹固定于其上的小口径连接器，所述水循环冷却单元通过管路和小口径连接器与所述进水口和出水口分别连接，形成水循环冷却回路。

所述小口径连接器是一种旋接式快插接头，且所述小口径连接器的材料为聚碳酸酯。

所述水循环冷却单元的管路中装有压力传感器，所述水循环冷却单元依据所述压力传感器的压力大小注水、排水。

所述监控探头为B超线阵探头或相控阵探头，其通过夹具和固定螺钉固定连接于所述基座，且所述夹具和监控探头之间、所述夹具和基座之间通过涂抹密封胶密封。

所述自聚焦超声换能器为一中间设有开孔的碗状薄片，其聚焦面为球形弧面。

所述开孔的面积至多为所述自聚焦超声换能器的总面积的50％，且所述开孔套设于所述监控探头上。

所述基座与自聚焦超声换能器之间设有背衬层。

所述基座在与所述水囊膜的连接处开设槽口，所述水囊膜通过一水囊膜安装卡箍卡进槽口处，且所述水囊膜为硅橡胶材料。

本发明的浅表结节高强度聚焦超声消融系统采用高分子材料包覆于自聚焦超声换能器和基座，有别于裸陶瓷，增强了压电陶瓷谐振工作的稳定性，避免压电陶瓷表面银镀层的氧化脱落，还降低了对超声传导介质的要求，普通自来水脱气即可，无需绝缘要求高的去离子水或油类介质。现有技术中的水都需要去离子水或特殊介质。

本发明的浅表结节高强度聚焦超声消融系统通过在水循环冷却单元中增加压力传感器，治疗头腔内压力恒定，外力挤压或施放水囊膜时，可自动对治疗头空腔注水、排水，从而实现治疗深度的调节。有别于现有靠移动治疗头内自聚焦换能器来调节治疗深度；此外，本发明的浅表结节高强度聚焦超声消融系统的自聚焦超声换能器固定在所述基座的碗状结构的凹面上，使得自聚焦超声换能器和基座的下端口平齐，结合水囊膜的注水和排水可以实现焦点位置的。

本发明的浅表结节高强度聚焦超声消融系统的探头通过夹具和固定螺钉固定连接于基座，且所述夹具和监控探头之间、所述夹具和基座之间通过涂抹密封胶密封，由此可以避免漏水。

本发明的浅表结节高强度聚焦超声消融系统采用支撑臂单元，可实现医护人员目标定位结束后，放手让设备自行实现点治疗或体治疗，现有技术现有医护人员继续把持才能完成后续治疗，治疗精度更精确，减少医护人员体力劳动。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的浅表结节高强度聚焦超声消融系统的结构示意图；

图2是如图1所示的浅表结节高强度聚焦超声消融系统的治疗头的部分剖视图；

图3是如图2所示的治疗头的基座与背衬、自聚焦超声换能器的装配图。

图4是如图1所示的浅表结节高强度聚焦超声消融系统的治疗头与支撑臂单元的装配图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统，能够在实时超声图像监控下进行浅表结节的治疗，该系统包括一中央处理器单元1、与该中央处理器单元1电连接的功率源单元3、水循环冷却单元4和支撑臂单元5，以及与功率源单元3、水循环冷却单元4和支撑臂单元5均相连的治疗头2。其中，所述的中央处理器单元1设置为提供人机对话接口，制定治疗计划，监控定位目标靶区，执行治疗方案。

如图2所示，所述治疗头2包括一基座21以及固定于该基座21上的治疗头手柄22、监控探头23、自聚焦超声换能器24和水囊膜26。基座21是治疗头2的承载体，其优选为由金属铝质材料加工而成，铝质材料散热性高且质量轻。基座21包括与自聚焦超声换能器24形状一致的碗状结构和自该碗状结构的凸面的中心向上延伸的柱状结构，碗状结构的凹面为球面。

所述治疗头手柄22设于所述基座21的外部，其通过螺钉与基座21相连接，其上装有注水开关221和排水开关222。

所述监控探头23优先选用B超，其声窗面积至多为自聚焦超声换能器的总面积的50％，监控探头23可以是体积较小的B超线阵探头或相控阵探头，其设于所述基座21的中心并贯穿基座21的碗状结构和柱状结构，其探测方向是竖直向下的。该监控探头23通过夹具231和固定螺钉固定连接于基座21，且夹具231和监控探头23之间、夹具231和基座21之间通过涂抹密封胶密封，以达到水密封效果。监控探头23的材质为橡胶或塑料，使得密封效果更好。再请参见图1，监控探头23通过一B超机与所述中央处理器单元1相连，通过B超机将图像信号传递给中央处理器单元1显示。

如图3所示，自聚焦超声换能器24固定在所述基座21的碗状结构的凹面。所述自聚焦超声换能器24为一中间设有开孔的碗状薄片，其聚焦面为球形弧面，有别于需要在基座内增加滑动装置使治疗头内自聚焦超声换能器24移动从而来调节治疗深度，本发明中的水囊膜具有高弹性，通过水囊膜里水的多少，即鼓起的程度来调整治疗深度的(即焦点位置的调整)，自聚焦超声换能器24的聚焦面的焦距为5mm-30mm,使得治疗深度随水囊膜鼓起的程度的变化更明显。此外，由于自聚焦超声换能器24的聚焦面的焦点体积比较小，聚焦能量更集中，使得自聚焦超声换能器发射的超声能量聚集到一个直径小于1mm的区域，治疗时依据热积累原理，自成圆形，由此区别于现有的需要旋转或微移才能形成实心焦域的环状换能器。开孔的面积至多为其总面积的50％且可以是规则或不规则的任意形状。所述开孔套设于所述监控探头23上。自聚焦超声换能器24的材料优选为压电陶瓷晶片，自聚焦超声换能器24的凹面和自聚焦超声换能器24的凹面的周缘附近的基座21上共同包覆有一层高分子材料，在本实施例中所述高分子材料为聚氨酯，有别于现有技术中的裸陶瓷，一方面增强了压电陶瓷谐振工作的稳定性，避免压电陶瓷表面银镀层的氧化脱落，另一方面降低了对超声传导介质的要求，普通自来水脱气即可，无需绝缘要求高的去离子水或油类介质。

基座21与自聚焦超声换能器24之间设有背衬层25，使自聚焦超声换能器24表面治疗时产生的声能量被吸收，防止产生反射干扰，背衬层25的形状优选的是与自聚焦超声换能器24形状一致的凹陷的球形结构，它可以由任何适当材料如聚氨酯通过开模具形成。背衬层25的两面分别与基座21的凹面和自聚焦超声换能器24粘结，其中，背衬层25的外球面与基座的凹面粘结，背衬层25的内球面与自聚焦超声换能器24的凸面粘结。

如图3所示，水囊膜26与基座21的碗状结构的周缘连接。其中，基座21在与水囊膜26的连接处开设槽口214，水囊膜26通过一水囊膜安装卡箍卡进槽口214处，从而以挤压机械密封的方式实现与基座21的碗状结构的连接和密封，并且装拆都比较方便。该水囊膜26为硅橡胶材料，即满足了生物相容性又增加与皮肤接触的舒适性。由此，水被密封在基座21、自聚焦超声换能器24与水囊膜26形成的空腔内。

再请参见图2，基座21的柱状结构的上端面上开设有进水口211和出水口212，且进水口211和出水口212上分别设有螺纹固定于其上的小口径连接器213。所述小口径连接器213是一种旋接式快插接头，优选地，小口径连接器213的材料为医疗级聚碳酸酯，使用快速方便，材质轻。

基座21在其碗状结构上(即基座21的靠近与人体皮肤接触的地方)还设有温度传感器27，以检测水囊膜26中循环水的温度，并反馈给中央处理器单元1控制水循环冷却单元4的冷却效率，避免烫伤患者，亦可保护自聚焦超声换能器24避免高温受损。

再请参见图1和图2，所述功率源单元3与所述治疗头2的自聚焦超声换能器24通过电接口电连接，设置为调制电信号，激励自聚焦超声换能器24输出超声波。

所述水循环冷却单元4通过管路和小口径连接器213与治疗头2的进水口211和出水口212分别连接，形成水循环冷却回路，使得水通过进水口211、出水口212、小口径连接器213和软管连接于循环冷却系统4，进而通过独特的小口径连接器213与循环冷却系统4连接带走内部超声发射的热量，使得治疗头2与患者皮肤接触处不超过41℃。其中，该管路优选为硅橡胶软管。此外，所述水循环冷却单元4的管路中装有压力传感器，所述水循环冷却单元4依据所述压力传感器的压力大小，自动对治疗头2的空腔注水、排水，从而实现治疗深度的调节，调节深度设置为使治疗头2的下端口(即基座21的碗状结构的周缘)距离患者皮肤5mm～30mm。

如图4所示，所述治疗头手柄22固定于所述支撑臂单元5上。所述的支撑臂单元5模拟人手臂具有三关节万向转动机构，在医护人员完成目标定位后，需要长时间对目标靶区7实施治疗时，锁定支撑臂完成治疗，以减轻医护人员的体力劳动及聚焦超声打击的精度，待目标靶区7完成治疗，可解除支撑臂锁定，对下一目标靶区进行定位、治疗。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，包括功率源单元(3)、水循环冷却单元(4)和支撑臂单元(5)，以及与功率源单元(3)、水循环冷却单元(4)和支撑臂单元(5)均相连的治疗头(2)，所述治疗头(2)包括：

基座(21)，包括碗状结构和自该碗状结构的凸面的中心向上延伸的柱状结构；

治疗头手柄(22)，设于所述基座(21)的外部，且固定于所述支撑臂单元(5)上；

监控探头(23)，其设于所述基座(21)的中心并贯穿基座(21)的碗状结构和柱状结构；

自聚焦超声换能器(24)，与所述功率源单元(3)电连接，其固定在所述基座(21)的碗状结构的凹面，自聚焦超声换能器(24)的材料为压电陶瓷晶片，自聚焦超声换能器(24)的凹面和该凹面的周缘附近的基座(21)上共同包覆有一层高分子材料；以及

水囊膜(26)，与所述基座(21)的碗状结构的周缘连接。

2.根据权利要求1所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述功率源单元(3)、水循环冷却单元(4)和支撑臂单元(5)与一中央处理器单元(1)电连接，且所述监控探头(23)通过一B超机与所述中央处理器单元(1)相连。

3.根据权利要求1所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述基座(21)的柱状结构的上端面上开设有进水口(211)和出水口(212)，且进水口(211)和出水口(212)上分别设有螺纹固定于其上的小口径连接器(213)，所述水循环冷却单元(4)通过管路和小口径连接器(213)与所述进水口(211)和出水口(212)分别连接，形成水循环冷却回路。

4.根据权利要求3所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述小口径连接器(213)是一种旋接式快插接头，且所述小口径连接器(213)的材料为聚碳酸酯。

5.根据权利要求3所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述水循环冷却单元(4)的管路中装有压力传感器，所述水循环冷却单元(4)依据所述压力传感器的压力大小注水、排水。

6.根据权利要求1所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述监控探头(23)为B超线阵探头或相控阵探头，其通过夹具(231)和固定螺钉固定连接于所述基座(21)，且所述夹具(231)和监控探头(23)之间、所述夹具(231)和基座(21)之间通过涂抹密封胶密封。

7.根据权利要求1所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述自聚焦超声换能器(24)为一中间设有开孔的碗状薄片，其聚焦面为球形弧面。

8.根据权利要求7所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述开孔的面积至多为所述自聚焦超声换能器(24)的总面积的50％，且所述开孔套设于所述监控探头(23)上。

9.根据权利要求1所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述基座(21)与自聚焦超声换能器(24)之间设有背衬层(25)。

10.根据权利要求1所述的浅表结节高强度聚焦超声消融系统，其特征在于，所述基座(21)在与所述水囊膜(26)的连接处开设槽口(214)，所述水囊膜(26)通过一水囊膜安装卡箍卡进槽口(214)处，且所述水囊膜(26)为硅橡胶材料。

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