CN113101551A - 用于乳腺肿瘤的超声治疗探头及包括其的装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种用于乳腺肿瘤的超声治疗探头以及包括其的超声治疗乳腺肿瘤的装置。该超声治疗探头包括呈环状设置的治疗换能器阵列；该治疗换能器阵列中的治疗换能器所发出的超声波汇聚于一点而形成该治疗换能器阵列的焦点；该焦点用于作用于受试者的乳腺肿瘤上，利用超声波的空化作用，使得乳腺肿瘤液化。

Description

用于乳腺肿瘤的超声治疗探头及包括其的装置
技术领域
本申请涉及超声治疗乳腺肿瘤的技术，尤其涉及利用超声的空化治疗乳腺肿瘤的装置。
背景技术
随着社会的发展，人们物质生活水平的不断提高，寿命不断延长，同时压力越来越大，乳腺肿瘤的发病率不断上升，包括良性结节和恶性癌变等。乳腺肿瘤的治疗，现在主要有两种方式，一是传统的开放式手术切除，出血较多，创伤比较大，患者体验痛苦，留有疤痕，影响女性患者的形体；二是真空负压旋切，创伤较小，基本不影响女性患者的形体，但仍然有创伤，有出血，患者体验比较痛苦，有较小的疤痕。
高强度聚焦超声(HIFU)的热消融已经被应用于一些肿瘤的治疗，如子宫肌瘤、肾脏肿瘤等。但它应用于乳腺肿瘤的消融，有以下的不足：
如图1所示，为了能治疗不同深度的肿瘤，治疗超声探头的焦点位于探头外较长的距离的地方，通过调整探头和乳腺的相对位置，就可以把位于乳腺不同地方的肿瘤置于探头的焦点上。这样的结构带来的问题是，探头的焦点一旦偏离了肿瘤位置，而位于乳腺后面的胸腔内，将有可能给心脏带来严重的影响，甚至是致命的影响。探头焦点位置的偏离原因有很多，可能是操作者的失误，可能是设备定位故障，可能是设备机械故障，也可能是设备软硬件故障等。
高强度聚焦超声(HIFU)的热消融的范围很难控制，因为热扩散是没有明确的边界的。
高强度聚焦超声(HIFU)热消融后的肿瘤蛋白质变性、细胞失活，但细胞结构仍然在较长的时间内存在(可能是数年)，患者仍然会感觉一个硬块在那，对患者的心理影响一直存在。
发明内容
鉴于上述问题，本申请旨在提出一种用于乳腺肿瘤的超声治疗探头及包括其的超声治疗乳腺肿瘤的装置。
本申请的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其包括呈环状设置的治疗换能器阵列；该治疗换能器阵列中的治疗换能器所发出的超声波汇聚于一点而形成该治疗换能器阵列的焦点；该焦点用于作用于受试者的乳腺肿瘤上，利用超声波的空化效应，使得乳腺肿瘤液化。
优选地，所述焦点位于所述环状的治疗换能器阵列所在的平面外不超过20mm的位置。
优选地，所述焦点位于所述环状的治疗换能器阵列的中心轴线上。
优选地，所述探头上还包括成像换能器阵列；成像换能器阵列用于发出超声波到受试者的乳腺上，并接收其反射和/或透射的超声波，以用于对所述乳腺成像。
优选地，所述成像换能器阵列的排列形式和移动方式采用下面方式中的一种方式实现：
所述成像换能器阵列采用环形排列形式，通过上下移动方式实现扫描；
所述成像换能器阵列采用单侧或对侧上下排列的线阵或凸阵形式，通过旋转移动方式实现扫描；
所述成像换能器阵列采用单侧或对侧水平排列的线阵或凸阵形式，通过上下移动和水平旋转方式实现扫描；
所述成像换能器阵列采用单侧或对侧面阵排列形式，通过水平旋转方式扫描。
本申请的超声治疗乳腺肿瘤的装置，其包括上述的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头。
优选地，还包括治疗床，治疗床用于支撑呈俯卧姿势的受试者；治疗床上开设有通孔，受试者待治疗的乳房自该通孔穿过，暴露于治疗床下方；所述用于乳腺肿瘤的超声治疗探头设置在所述治疗床的下方。
优选地，所述治疗床下方设置有水箱，水箱中容纳有用于传导超声的液体；水箱位于所述通孔的正下方，患者的自所述通孔穿过的乳房浸没在所述液体中；所述用于乳腺肿瘤的超声治疗探头位于所述水箱内。
优选地，所述液体为去离子除气水。
优选地，所述用于乳腺肿瘤的超声治疗探头安装在三维定位系统上。
本申请的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头及包括其的超声治疗乳腺肿瘤的装置，利用高强度聚焦超声作用于乳腺肿瘤，采用超声的空化效应，尽量避免超声的热效应，既克服了现有技术的高强度聚焦超声(HIFU)的热消融的聚焦偏离、热扩散、以及硬块长期存在的问题，同时具有无创伤、无出血、无疤痕、无女性患者体形变化等优点，患者体验无痛苦。本申请的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其焦点设置在探头外较小距离处，不超过20mm，在使用时保证了焦点不会位于受试者的胸腔内的心脏上，避免对心脏的误损伤。
附图说明
图1为现有技术的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头对乳腺癌进行治疗时的示意图；
图2为本申请的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头对乳腺癌进行治疗时的示意图；
图3-11为本申请的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头的治疗换能器阵列和成像换能器整列的配置示意图；
图12为本申请的超声治疗乳腺肿瘤的装置的示意图；
图13为利用图12的超声治疗乳腺肿瘤的装置进行超声治疗的流程图。
具体实施方式
下面，结合附图对本申请的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头及包括其的超声治疗乳腺肿瘤的装置进行详细说明。
本申请公开一种利用高强度聚焦超声的超声治疗乳腺肿瘤装置，如图12所示，包括超声治疗系统、超声成像系统、三维定位系统、超声治疗探头、治疗床、水箱；超声治疗探头包括至少一个治疗换能器阵列和至少一个成像换能器阵列和水箱。超声治疗系统、超声成像系统、三维定位系统均为现有技术，本申请只是对其进行利用，没有对其进行改进。本申请的创新之处是为了治疗乳腺肿瘤而设计的超声治疗探头，以及超声治疗探头中治疗超声换能器阵列和成像超声换能器阵列的组合形式。
超声治疗系统用高强度聚焦超声治疗乳腺肿瘤。超声治疗系统驱动治疗换能器阵列，发出高强度的超声波，聚焦于治疗换能器阵列的焦点处，对焦点处的病灶靶组织进行空化消融。超声波的空化效应或空化作用是本领域技术人员所熟知的技术，这里不再赘述。本申请只是利用超声的空化效应来治疗肿瘤，以避免超声的热消融所带来的种种弊端。
超声成像系统采用数字波束形成器，驱动成像换能器阵列，发出超声波到乳腺，接收其反射和(或)透射超声波信号，经处理得到乳腺组织的超声图像。
三维定位系统控制和记录超声治疗头的位置，驱动治疗头运动，使得治疗头上的治疗换能器阵列和成像换能器阵列同时或单独运动，包括X、Y、Z方向的平动和绕乳腺的转动。
治疗换能器阵列采用环形排列方式，实现高强超声聚焦，其焦点位于环形阵列换能器的中心轴线上，控制焦点到治疗换能器阵列的对称中心的距离，保持在一个小的范围内。环形的治疗换能器阵列水平放置，其中心轴线在竖直方向，其焦点在环形的上缘平面的上方。治疗时，患者俯卧在环形的治疗换能器阵列的上方，其拟治疗的一测乳房放入环形的治疗换能器阵列内，通过三维定位系统，水平或竖直移动治疗头，使治疗换能器阵列的焦点位于拟治疗的靶点(即乳腺肿瘤)，即可实现超声空化消融治疗。只要环形的治疗换能器阵列的焦点设计在其上缘平面上方较小距离的地方，例如小于20毫米，治疗换能器阵列的焦点就会永远位于胸腔的外部，聚焦的超声波就不会作用于胸腔内的器官(如心脏)，从而避免了现有技术中所出现的问题，保证了患者的安全。
治疗换能器阵列发出一系列的脉冲超声波，在焦点处的温升很小，但产生空化作用，不是利用超声热的温升，而是利用超声空化作用消融肿瘤细胞组织，使得肿瘤细胞被液化，液化的浆液很快地被身体吸收，避免了聚焦超声热消融方法产生的硬块，患者没有精神负担。而且，空化的区域可以精准控制，避免了热消融时由于热扩散而导致的消融范围难以控制的问题。
如图2-11所示，成像换能器阵列可以采用环形排列形式、上下移动方式扫描；或采用单侧或对侧上下排列的线阵或凸阵形式、旋转移动方式扫描；或采用单侧或对侧水平排列的线阵或凸阵形式、上下移动和水平旋转方式扫描；或采用单侧或对侧面阵排列形式，水平旋转方式扫描，实现乳腺组织的反射和/或透射成像，并覆盖到整个乳腺组织。成像换能器阵列可以是一个，可以是两个；可以是环形阵列，可以是一维的线阵阵列，可以是一维的凸阵阵列(换能器阵元位于弧上)，可以是二维的面阵阵列；成像换能器阵列和治疗换能器阵列可以固定在一起，也可以各自独立运动。
水箱中的液体为透声液体，满足几个条件：
透声液体的声阻抗与人体软组织接近，以利于超声波的耦合；
透声液体的声衰减要小，以利于声能量的传输；
透声液体的粘度要低，以利于超声换能器的移动。
水是很好的透声液，它的声阻抗与人体软组织接近，声衰减小，粘度低。优选使用去离子水，除气后使用。
工作时，首先是超声成像系统驱动治疗头的成像换能器阵列通过超声扫描乳腺组织，获得乳腺的超声图像，配合三维定位系统持续地移动和(或)转动成像换能器阵列的位置和方向，可以得到乳腺的全部或重点部位的超声图像，根据这些图像以及定位系统记录的位置信息，可以重建出乳腺组织的三维超声图像。基于这些二维和三维的超声图像，诊断和确定乳腺肿瘤的位置和边界，然后就可以规划出治疗的方案。
然后，根据治疗方案，三维定位系统移动治疗头，使得治疗换能器阵列的焦点位于拟治疗的肿瘤区域的初始靶点，超声治疗系统驱动治疗换能器阵列发出超声波，超声波聚焦于其焦点处，焦点处的肿瘤靶点产生空化消融，液化了肿瘤细胞。然后，三维定位系统移动治疗头，使的治疗换能器阵列的焦点位于拟治疗的肿瘤区域的下一个靶点，超声治疗系统驱动治疗换能器阵列发出超声波，其焦点处的肿瘤组织被空化消融。重复这种治疗过程，直至完成对所有拟治疗肿瘤区域的空化消融。
在上述治疗过程中，超声成像系统在超声治疗系统工作的前后和间隙工作，其实时的超声扫描图像，被用来做位置确认和靶点空化消融的观察确认。具体地说，在每次定位系统移动超声治疗换能器阵列，使其焦点位于拟治疗的肿瘤区域的靶点后，都会在超声成像系统的实时扫描的超声图像上确认；在对每一个肿瘤区域靶点进行超声空化消融时，超声治疗系统需要重复多次脉冲超声波系列，在每一个或每几个脉冲超声波系列之后，超声成像系统工作，通过实时超声扫描图像，观察和确认空化消融的效果。总的来说，超声成像系统可以在任何超声治疗系统不工作的时候工作，实时确认超声治疗换能器的焦点位置，实时观察乳腺肿瘤的位置和状态。
除非另有定义，本申请中使用的所有技术和/或科学术语具有与由本发明所涉及的领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本申请中提到的材料、方法和实施例仅为说明性的，而非限制性的。
虽然已结合具体实施方式对本发明进行了描述，在本申请的发明主旨下，本领域的技术人员可以进行适当的替换、修改和变化，这种替换、修改和变化仍属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其包括呈环状设置的治疗换能器阵列；该治疗换能器阵列中的治疗换能器所发出的超声波汇聚于一点而形成该治疗换能器阵列的焦点；该焦点用于作用于受试者的乳腺肿瘤上，利用超声波的空化作用，使得乳腺肿瘤液化。
2.根据权利要求1所述的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其特征在于：
所述焦点位于所述环状的治疗换能器阵列所在的平面外不超过20mm的位置。
3.根据权利要求1所述的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其特征在于：
所述焦点位于所述环状的治疗换能器阵列的中心轴线上。
4.根据权利要求1所述的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其特征在于：
所述探头上还包括成像换能器阵列；成像换能器阵列用于发出超声波到受试者的乳腺上，并接收其反射和/或透射的超声波，以用于对所述乳腺成像。
5.根据权利要求4所述的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头，其特征在于：
所述成像换能器阵列的排列形式和移动方式采用下面方式中的一种方式实现：
所述成像换能器阵列采用环形排列形式，通过上下移动方式实现扫描；
所述成像换能器阵列采用单侧或对侧上下排列的线阵或凸阵形式，通过旋转移动方式实现扫描；
所述成像换能器阵列采用单侧或对侧水平排列的线阵或凸阵形式，通过上下移动和水平旋转方式实现扫描；
所述成像换能器阵列采用单侧或对侧面阵排列形式，通过水平旋转方式扫描。
6.一种超声治疗乳腺肿瘤的装置，其包括如权利要求1-5任一项所述的用于乳腺肿瘤的超声治疗探头。
7.根据权利要求6所述的超声治疗乳腺肿瘤的装置，其特征在于：包括治疗床，治疗床用于支撑呈俯卧姿势的受试者；治疗床上开设有通孔，受试者待治疗的乳腺所对应的乳房自该通孔穿过，暴露于治疗床下方；所述用于乳腺肿瘤的超声治疗探头设置在所述治疗床的下方。
8.根据权利要求7所述的超声治疗乳腺肿瘤的装置，其特征在于：
所述治疗床下方设置有水箱，水箱中容纳有用于传导超声的液体；水箱位于所述通孔的正下方，患者的自所述通孔穿过的乳房浸没在所述液体中；所述用于乳腺肿瘤的超声治疗探头位于所述水箱内。
9.根据权利要求8所述的超声治疗乳腺肿瘤的装置，其特征在于：
所述液体为去离子除气水。
10.根据权利要求6所述的超声治疗乳腺肿瘤的装置，其特征在于：
所述用于乳腺肿瘤的超声治疗探头安装在三维定位系统上。
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