CN113117262B - 用于检测空化效应的装置、超声治疗设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供用于检测空化效应的方法，包括：在HIFU治疗过程中，控制第一聚焦换能器在多个时刻向焦点区域发射检测信号；获取第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号；对声信号进行滤波处理，得到每个时刻的频率为第一预设频率的信号，频率为第一预设频率的信号包括经由焦点区域反射产生的检测信号对应的回波信号；根据每个时刻的检测信号对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息；至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。本公开还提供了用于检测空化效应的装置及超声治疗设备。

Description

用于检测空化效应的装置、超声治疗设备

技术领域

本公开实施例涉及超声治疗技术领域，特别涉及一种用于检测空化效应的方法及装置、超声治疗设备。

背景技术

目前，高强度聚焦超声(HIFU)治疗技术主要通过将超声波聚焦在人体内很小的焦点区域处，在焦点区域对应的组织(病变组织、靶区组织)上形成高强度、连续超声能量，从而产生瞬态高温效应、空化效应、机械效应和声化效应，使细胞膜、核膜破裂、蛋白质凝固，进而可以选择性地使焦域点区域的组织发生凝固性坏死，以使焦点区域的组织失去增殖、浸润和转移的能力，从而达到治疗的效果。高强度聚焦超声治疗技术作为一种治疗肿瘤和其他疾病的新技术已经得到临床的认可，且在临床上广泛应用于多种肿瘤和非肿瘤疾病的治疗。

空化效应是高强度超声作用下影响治疗结果的重要因素。在治疗过程中，在焦点区域处产生空化时，可能使焦斑发生不可控的扩散，影响治疗的准确性，并且空化泡所产生的声遮挡效应会影响声束聚集，使损伤变得更宽同时向换能器方向移动，导致损伤形状发生改变。因此，空化的不可控性和破坏性决定了空化检测在HIFU治疗过程中的重要性。但现有技术中缺少一种行之有效的空化效应的检测方法。

发明内容

本公开实施例提供一种用于检测空化效应的方法及装置、超声治疗设备，能够有效检测HIFU治疗过程中产生的空化效应。

第一方面，本公开实施例提供了一种用于检测空化效应的方法，该方法包括：

在HIFU治疗过程中，控制第一聚焦换能器在多个时刻向焦点区域发射检测信号，每个时刻发射一次检测信号，所述检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；

获取所述第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号；

对每个时刻对应的所述声信号进行滤波处理，得到每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号，所述频率为第一预设频率的信号包括经由焦点区域反射产生的所述检测信号对应的回波信号，所述第一预设频率为所述第一聚焦换能器的工作频率；

根据每个时刻对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息；

至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应。

在一些实施例中，在HIFU治疗过程中，用于HIFU治疗的第二聚焦换能器的工作频率为第二预设频率，所述第二预设频率为所述第一预设频率的两倍，所述频率为第一预设频率的信号还包括所述第二聚焦换能器发射的治疗信号所对应的次谐波信号；

所述根据每个时刻对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息之前，还包括：

针对每个时刻，获取至少一个接收换能器中每个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号；

针对每个时刻，根据该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和至少一个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的所述检测信号所对应的回波信号。

在一些实施例中，所述接收换能器的数量为多个；所述针对每个时刻，根据该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和至少一个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的所述检测信号对应的回波信号，包括：

针对每个时刻，根据多个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的平均次谐波信号；

将该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和该时刻对应的所述平均次谐波信号进行做差处理，得到该时刻对应的所述检测信号对应的回波信号。

在一些实施例中，所述根据每个时刻对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息，包括：

针对每个时刻，从该时刻对应的所述回波信号中，获取该时刻对应的所述回波信号所对应的回波幅值，该时刻对应的回波特征信息包括该时刻对应的回波幅值。

在一些实施例中，所述至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应，包括：

根据每个时刻对应的回波幅值，生成该预设时间段对应的回波幅值曲线；

确定该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率；

当该斜率大于预设斜率阈值时，检测出所述焦点区域内产生空化效应。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在HIFU治疗过程开始之前，控制所述第一聚焦换能器向焦点区域发射初始检测信号，所述初始检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；

获取所述第一聚焦换能器在HIFU治疗过程开始之前接收到的初始回波信息，所述初始回波信息包括在HIFU治疗过程开始之前经由所述焦点区域反射产生的所述初始检测信号对应的初始回波信号；

根据所述初始回波信号，生成初始回波特征信息；

所述至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应，包括：根据所述初始回波特征信息和每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应。

第二方面，本公开实施例提供了一种用于检测空化效应的装置，包括：

控制单元，用于在HIFU治疗过程中，控制第一聚焦换能器在多个时刻向焦点区域发射检测信号，每个时刻发射一次检测信号，所述检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；

获取单元，用于获取所述第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号；

滤波单元，用于对每个时刻对应的所述声信号进行滤波处理，得到每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号，所述频率为第一预设频率的信号包括经由焦点区域反射产生的所述检测信号对应的回波信号，所述第一预设频率为所述第一聚焦换能器的工作频率；

生成单元，用于根据每个时刻对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息；

检测单元，用于至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应。

在一些实施例中，在HIFU治疗过程中，用于HIFU治疗的第二聚焦换能器的工作频率为第二预设频率，所述第二预设频率为所述第一预设频率的两倍，所述频率为第一预设频率的信号还包括所述第二聚焦换能器发射的治疗信号所对应的次谐波信号；

所述获取单元还用于针对每个时刻，获取至少一个接收换能器中每个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号；

所述生成单元还用于针对每个时刻，根据该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和至少一个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的所述检测信号所对应的回波信号。

在一些实施例中，所述接收换能器的数量为多个；所述生成单元具体用于针对每个时刻，根据多个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的平均次谐波信号；将该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和该时刻对应的所述平均次谐波信号进行做差处理，得到该时刻对应的所述检测信号对应的回波信号。

在一些实施例中，所述生成单元具体用于针对每个时刻，从该时刻对应的所述回波信号中，获取该时刻对应的所述回波信号所对应的回波幅值，该时刻对应的回波特征信息包括该时刻对应的回波幅值。

在一些实施例中，所述检测单元具体用于根据每个时刻对应的回波幅值，生成该预设时间段对应的回波幅值曲线；确定该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率；当该斜率大于预设斜率阈值时，检测出所述焦点区域内产生空化效应。

在一些实施例中，所述控制单元还用于在HIFU治疗过程开始之前，控制所述第一聚焦换能器向焦点区域发射初始检测信号，所述初始检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；

所述获取单元还用于获取所述第一聚焦换能器在HIFU治疗过程开始之前接收到的初始回波信息，所述初始回波信息包括在HIFU治疗过程开始之前经由所述焦点区域反射产生的所述初始检测信号对应的初始回波信号；

所述生成单元还用于根据所述初始回波信号，生成初始回波特征信息；

所述检测单元具体用于根据所述初始回波特征信息和每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应。

第三方面，本公开实施例提供一种超声治疗设备，包括第一聚焦换能器、第二聚焦换能器、至少一个接收换能器以及用于检测空化效应的装置，所述装置包括上述任一实施例所提供的装置。

本公开实施例所提供的用于检测空化效应的方法及装置、超声治疗设备中，在HIFU治疗过程中，通过检测在该HIFU治疗过程中在每个时刻经由焦点区域反射产生的回波信号所对应的回波特征信息，并至少基于该HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。在本实施例中，通过分析HIFU治疗过程中在每个时刻经由焦点区域反射产生的回波信号的回波特征信息，能够有效地、准确地检测在HIFU治疗过程中在焦点区域内产生的空化效应，进而有助于医生及时有效地进行应对措施。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种用于检测空化效应的方法的流程图；

图2为图1中步骤14的一种具体实现方式的流程图；

图3为图1中步骤15的一种具体实现方式的流程图；

图4为本公开实施例所提供的另一种用于检测空化效应的方法的流程图；

图5为本公开实施例的一种应用场景的侧视图；

图6为图5所示应用场景的俯视图；

图7为图4中步骤132的一种具体实现方式的流程图；

图8为本公开实施例所提供的又一种用于检测空化效应的方法的流程图；

图9为本公开实施例提供的一种用于检测空化效应的装置的结构框图；

图10为本公开实施例提供的一种超声治疗设备的结构框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本公开实施例的技术方案，下面结合附图对本公开实施例提供的用于检测空化效应的方法及装置、超声治疗设备进行详细描述。

在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

将理解的是，虽然本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件/结构，但这些元件/结构不应当受限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件/结构和另一元件/结构。

除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。

在本公开实施例中，HIFU治疗过程通常包括多个HIFU治疗回合，在每个HIFU治疗回合中，通常利用第二聚焦换能器向焦点区域内的组织连续发射聚焦超声信号，连续的超声波(聚焦超声信号)在焦点区域处聚焦，产生热效应，从而达到治疗的效果。在HIFU治疗过程中，在焦点区域，由于高强度的超声能量的聚焦，使得焦点区域内容易产生空化效应。

为了能够有效地检测出在HIFU治疗过程中产生的空化效应，本公开实施例提出了一种用于检测空化效应的方法，利用第一聚焦换能器在HIFU治疗过程中的多个时刻，分别向焦点区域发射N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3，当焦点区域内产生空化效应时，空化泡的存在将使得焦点区域反射的信号明显加强，因此，通过分析在多个时刻经由焦点区域反射产生的与聚焦脉冲信号对应的回波信号，能够有效地反映出在HIFU治疗过程中在焦点区域内产生的空化效应。

图1为本公开实施例提供的一种用于检测空化效应的方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤11、在HIFU治疗过程中，控制第一聚焦换能器在多个时刻向焦点区域发射检测信号。

在本公开实施例中，第一聚焦换能器作为检测用的聚焦换能器，其能够发射聚焦脉冲信号，聚焦脉冲信号可以用作检测信号。

在本公开实施例中，在HIFU治疗过程中，利用第二聚焦换能器作为HIFU治疗设备，第二聚焦换能器能够连续发射聚焦超声信号，连续的聚焦超声信号可以用作治疗信号。

在本公开实施例中，用作检测信号的聚焦脉冲信号的能量远低于的用作治疗信号的聚焦超声信号的能量，这是为了使焦点区域内的组织在受到治疗信号时能够产生凝固性坏死，以使焦点区域内的组织能够被治疗，而受到检测信号时不会产生变化，以避免影响治疗效果。

在本公开实施例中，第一聚焦换能器和第二聚焦换能器为共焦点双频换能器，第一聚焦换能器和第二聚焦换能器可以采用同心环设计，其中，位于外环的可以是第一聚焦换能器，位于内环的可以是第二聚焦换能器。其中，第一聚焦换能器的工作频率为第一预设频率，即第一聚焦换能器产生的检测信号的频率为第一预设频率；第二聚焦换能器的工作频率为第二预设频率，即第一聚焦换能器产生的治疗信号的频率为第二预设频率。

在一些实施例中，第二预设频率是第一预设频率的两倍。但在一些实施例中，第二预设频率还可以是第一预设频率的非整数倍，例如，第二预设频率是第一预设频率的1.5倍。

在本公开实施例中，检测信号可以为N个周期的聚焦脉冲信号，即聚焦脉冲信号的周期个数为N，1≤N≤3。在本公开实施例中，在HIFU治疗过程中，利用第二聚焦换能器向焦点区域连续发射治疗信号(聚焦超声信号)，以对焦点区域内的组织进行治疗。同时，利用第二聚焦换能器在HIFU治疗过程中的多个时刻向焦点区域发射检测信号。

在本公开实施例中，在HIFU治疗过程中的多个时刻中，每相邻两个时刻的时间间隔范围可以为50微秒至400微秒，例如，每相邻两个时刻的时间间隔可以为250微秒。在一些实施例中，在HIFU治疗过程中，每隔250微秒，控制第一聚焦换能器向焦点区域发射检测信号。在本公开实施例中，每个时刻发射一次(个)检测信号。

步骤12、获取第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号。

在本公开实施例中，检测信号传播到焦点区域后，被焦点区域内的组织等反射，产生相应的回波信号，而第一聚焦换能器为收发一体的聚焦换能器，因此，被焦点区域反射的与检测信号对应的回波信号以及检测信号对应的高次谐波信号能够被第一聚焦换能器接收。同时，由于在HIFU治疗过程中，第二聚焦换能器向焦点区域发射治疗信号，以对焦点区域内的靶区组织进行治疗，因此，第一聚焦换能器还能够接收到经焦点区域反射的与治疗信号对应的回波信号以及治疗信号对应的高次谐波信号。

因此，在本公开实施例中，第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号至少包括检测信号对应的回波信号、治疗信号对应的回波信号、检测信号对应的高次谐波信号以及治疗信号对应的高次谐波信号。其中，每个检测信号对应的回波信号为第一预设频率，检测信号对应的高次谐波信号的频率为第一预设频率的n倍(n≥2)，治疗信号对应的回波信号的频率为第二预设频率，治疗信号对应的高次谐波信号的频率为第二预设频率的n倍(n≥2)。

在步骤12中，获取第一聚焦换能器在HIFU治疗过程的各个时刻接收到的声信号。其中，针对每个时刻，该时刻对应的声信号至少包括第一聚焦换能器在该时刻发射检测信号时焦点区域反射的与检测信号对应的回波信号、检测信号对应的高次谐波信号、第二聚焦换能器在该时刻发射治疗信号时焦点区域反射的与治疗信号对应的回波信号以及治疗信号对应的高次谐波信号。

此外，在HIFU治疗过程中，当焦点区域内产生空化效应(如稳态空化)时，该时刻对应的声信号中还将包含治疗信号对应的次谐波信号，其中，次谐波信号的频率为治疗信号的频率(即第二预设频率)的一半，例如，当第一预设频率为f，第二预设频率为2f时，则次谐波信号的频率为第一预设频率f。另一方面，每个时刻对应的声信号中还包括经由焦点区域反射、散射产生的其他频率的信号和噪声信号等，其他频率的信号是指频率与检测信号的频率不同的信号，该其他频率的信号和噪声信号等均可以通过滤波、降噪等信号处理算法进行滤除。

步骤13、对每个时刻对应的声信号进行滤波处理，得到每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号，频率为第一预设频率的信号包括经由焦点区域反射产生的检测信号对应的回波信号。

如上所述，在步骤12中获取的是第一聚焦换能器在HIFU治疗过程的各个时刻接收到的声信号，因此在步骤13中，对各个时刻对应的声信号进行滤波处理，得到各个时刻对应的频率为第一预设频率的信号。

如上所述，第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号至少包括检测信号对应的回波信号、检测信号对应的高次谐波信号、治疗信号对应的回波信号以及治疗信号对应的高次谐波信号。

在本公开实施例中，当焦点区域的组织附近或组织内产生空化效应时，检测信号传播至空化泡处会有一个强反射，将使得检测信号所对应的回波信号相比于未产生空化效应时检测信号所对应的回波信号发生明显变化。可见，检测信号所对应的回波信号的变化能够反映出焦点区域内发生的空化效应。因此，通过检测检测信号所对应的回波信号，能够分析出焦点区域的空化活动，即检测信号所对应的回波信号为所需的信号。

为了能够从第一聚焦换能器接收到的声信号中筛选出所需的信号(即检测信号所对应的回波信号)，在步骤13中，需要对每个时刻对应的声信号进行滤波处理，以去除每个时刻对应的声信号中频率非为第一预设频率的信号，而保留频率为第一预设频率的信号。而在每个时刻对应的声信号中，只有检测信号对应的回波信号的频率为第一预设频率，每个时刻对应的声信号中的其他信号的频率均非为第一预设频率，故经步骤13处理后得到每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号至少包括经由焦点区域反射产生的检测信号对应的回波信号。

步骤14、根据每个时刻对应的检测信号所对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息。

如上所述，每个时刻可以发射一次检测信号，因此，每个时刻对应的、经由焦点区域反射产生的回波信号为一个。

在一些实施例中，每个时刻发射一次(个)检测信号，相应的，每个时刻对应的回波信号为一个。图2为图1中步骤14的一种具体实现方式的流程图，在一些实施例中，在每个时刻发射一次检测信号的情形下，如图2所示，步骤14包括：步骤141a、针对每个时刻，从该时刻对应的回波信号中，获取该回波信号的回波幅值，该时刻对应的回波特征信息包括该时刻对应的该回波信号的回波幅值。

在步骤141a中，针对每个时刻，对该时刻对应的回波信号进行信号处理，以从该时刻对应的回波信号中提取出该回波信号对应的回波幅值。由此，可以获取每个时刻对应的回波幅值，从而获得每个时刻对应的回波特征信息。

步骤15、至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应。

在本公开实施例中，在HIFU治疗过程中，当焦点区域的组织附近或组织内产生空化效应时，检测信号传播至空化泡处会有一个强反射，将使得第一聚焦换能器接收到的与检测信号对应的回波信号相比于未产生空化效应时接收到的回波信号发生明显变化。因此，在本公开实施例中，在获取第一聚焦换能器在HIFU治疗过程中每个时刻对应的回波信号后，至少通过对各个时刻所对应的回波信号进行分析，从而检测焦点区域内是否产生空化效应。

具体而言，至少通过对每个时刻对应的回波信号进行分析，得到每个时刻对应的回波特征信息，每个时刻对应的回波特征信息能够用于表征每个时刻对应的经由焦点区域反射产生的回波信号的情况，故本公开实施例中，基于HIFU治疗过程中每个时刻对应的回波特征信息，能够分析检测焦点区域内的空化情况。

因此，在步骤15中，至少可以根据HIFU治疗过程中每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。

在一些实施例中，至少根据每个时刻对应的回波特征信息，确定HIFU治疗过程中回波特征信息的变化情况，然后至少根据HIFU治疗过程中回波特征信息的变化情况，检测焦点区域内是否产生空化效应。例如，在某一时刻后，回波特征信息发生明显增强时，则表明焦点区域反射产生的与检测信号对应的回波信号的明显增强，从而可以检测出焦点区域内产生空化效应。

图3为图1中步骤15的一种具体实现方式的流程图，如图3所示，在一些实施例中，在每个时刻发射一次检测信号的情形下，在上述步骤14包括上述步骤141a的情形下，步骤15可以包括：

步骤151a、根据每个时刻对应的回波幅值，生成HIFU治疗过程对应的回波幅值曲线。

例如，在步骤151a中，可以在二维坐标系中，基于HIFU治疗过程中每个时刻对应的回波幅值，利用预设的拟合曲线模型，绘制出该HIFU治疗过程中回波幅值随时间变化的回波幅值曲线，其中，横坐标表示HIFU治疗过程中的每个时刻，纵坐标表示HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波幅值。

步骤151b、确定该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率。

在步骤151b中，针对每相邻两个时刻，根据该相邻两个时刻分别对应的回波幅值的差值和该相邻两个时刻的差值的比值，计算得到该相邻两个时刻对应的斜率，该斜率能够反映出每个时刻的回波幅值的变化情况。

步骤151c、当该斜率大于预设斜率阈值时，检测出焦点区域内产生空化效应。

在产生空化效应前后，回波信号的变化可以体现在回波信号的幅值的变化，即与未产生空化效应时第一聚焦换能器接收到的与检测信号对应的回波信号的幅值相比，产生空化效应时第一聚焦换能器接收到的与检测信号对应的回波信号的幅值明显较大。因此，在一些实施例中，可以通过获取HIFU治疗过程中每个时刻对应的回波幅值，基于每个时刻对应的回波幅值即能够分析出焦点区域的回波幅值的变化情况，从而能够有效地、准确地检测在HIFU治疗过程中在焦点区域内产生的空化效应，进而有助于医生及时有效地进行应对措施。

具体而言，在一些实施例中，通过构建HIFU治疗过程对应的回波幅值曲线，并计算该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率，该回波幅值曲线能够反映出在HIFU治疗过程中检测到的回波幅值的变化情况，而该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率能够有效反映出每个时刻的回波幅值的变化情况，故，通过判断每相邻两个时刻对应的斜率是否大于预设斜率阈值，即可检测出HIFU治疗过程中焦点区域内是否产生空化效应。

在步骤151c中，当检测出相邻两个时刻对应的斜率大于预设斜率阈值时，表明从该相邻两个时刻中的一个时刻到另一个时刻，回波幅值明显提高，从而可知，焦点区域反射产生的与检测信号对应的回波信号的明显增强，进而检测出焦点区域内产生空化效应。其中，预设斜率阈值可以根据实际需要设置，例如，可以设置为大于0的数值。

而当检测出相邻两个时刻对应的斜率小于或等于预设斜率阈值时，表明从该相邻两个时刻中的一个时刻到另一个时刻，回波幅值不变或微降，即焦点区域反射产生的与检测信号对应的回波信号的强度不变或微降，从而检测出焦点区域内未产生空化效应。

在一些实施例中，在HIFU治疗过程中，第二预设频率为第一预设频率的两倍，在HIFU治疗过程中，当焦点区域内产生空化效应(如稳态空化)时，导致第一聚焦换能器接收到的声信号中还将包含治疗信号对应的次谐波信号，且该次谐波信号的频率为第二预设频率的一半，即该次谐波信号的频率为第一预设频率，与检测信号、检测信号对应的回波信号的频率相同，因此，在步骤13中，得到的频率为第一预设频率的信号还将包括第二聚焦换能器发射的治疗信号所对应的次谐波信号。图4为本公开实施例提供的另一种用于检测空化效应的方法的流程图，在一些实施例中，与前述图1所示实施例的方法不同的是，在步骤14之前，还包括：

步骤131、针对每个时刻，获取至少一个接收换能器中每个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号。

在一些实施例中，为了进一步地准确地从每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号中筛选出所需的信号(即检测信号所对应的回波信号)，需要将频率为第一预设频率的信号中可能包含的治疗信号所对应的次谐波信号进行滤除。在一些实施例，通过获取每个时刻对应的治疗信号所对应的次谐波信号，从而将每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号中治疗信号所对应的次谐波信号去除。

具体地，在一些实施例，通过在焦点区域的多个预设方向(如上、下、左、右等方向)上额外设置至少一个接收换能器，使得接收换能器能够用于接收第二聚焦换能器发射的治疗信号所对应的次谐波信号。

其中，接收换能器的数量可以为1个，也可以为多个。在一些实施例中，每个预设方向上可以设置一个接收换能器，此时，接收换能器的数量被配置为多个。图5为本公开实施例的一种应用场景的侧视图，图6为图5所示应用场景的俯视图，例如，如图5和图6所示，共焦点双频换能器1(包括第一聚焦换能器和第二聚焦换能器)设置于焦点区域S的正上方，在焦点区域S的周围的其他方向上分别设置有至少一个接收换能器2，例如，如图6所示，D为4。

在一些实施例中，接收换能器可以为与用于治疗的第二聚焦换能器具备相同结构和功能的聚焦换能器，此时，在HIFU治疗过程中，可以控制至少一个接收换能器进行工作，但接收换能器不用于发射任何信号，仅开启其接收信号的功能。在一些实施例中，接收换能器还可以为不聚焦的换能器，其仅用于在每个时刻接收经由焦点区域产生的信号。在一些实施例，在每个时刻，除接收到治疗信号所对应的次谐波信号以外，每个接收换能器还能够接收到其他频率的信号以及噪声信号等，其他频率的信号是指与次谐波信号的频率不同的信号，该其他频率的信号以及噪声信号等可以通过滤波、降噪等信号处理算法进行滤除，本公开实施例只关注治疗信号所对应的次谐波信号。

因此，在步骤131中，可以获取至少一个接收换能器中每个接收换能器在每个时刻接收到的次谐波信号。可以理解的是，接收换能器接收到的次谐波信号即为上述治疗信号所对应的次谐波信号，二者频率相同。

步骤132、针对每个时刻，根据该时刻对应的频率为第一预设频率的信号和至少一个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的检测信号对应的回波信号。

如上所述，每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号中包括检测信号对应的回波信号以及治疗信号所对应的次谐波信号，因此，在上述步骤131中通过接收换能器获取治疗信号所对应的次谐波信号后，针对每个时刻，在步骤132中，即可根据该时刻对应的频率为第一预设频率的信号和至少一个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号和，对该时刻对应的频率为第一预设频率的信号中的次谐波信号进行滤除，从而筛选出所需的信号，即该时刻对应的检测信号对应的回波信号。

在一些实施例中，步骤132包括：将该时刻对应的频率为第一预设频率的信号和任意一个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号进行做差处理，得到该时刻对应的检测信号对应的回波信号。

可以理解的是，第一聚焦换能器接收到的治疗信号所对应的次谐波信号与接收换能器接收到的次谐波信号相同，因此，在步骤132中，将频率为第一预设频率的信号和任意一个接收换能器接收到的次谐波信号进行做差处理，即可去除频率为第一预设频率的信号中的次谐波信号，而得到所需的信号，即检测信号对应的回波信号。

图7为图4中步骤132的一种具体实现方式的流程图，在一些实施例中，为了减小每个时刻接收到的次谐波信号的误差，接收换能器的数量可以配置为多个，因此，在步骤131中每个接收换能器在每个时刻获取的次谐波信号也为多个，如图7所示，步骤132包括：

步骤1321、针对每个时刻，根据多个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的平均次谐波信号。

在步骤1321中，针对每个时刻，对多个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号进行求和处理，并将求和结果除以在该时刻对应的次谐波信号的总数量，即可得到在该时刻对应的平均次谐波信号。

步骤1322、将该时刻对应的频率为第一预设频率的信号和该时刻对应的平均次谐波信号进行做差处理，得到该时刻对应的检测信号对应的回波信号。

在步骤1322中，将该时刻对应的频率为第一预设频率的信号与该时刻对应的平均次谐波信号相减，从而滤除该时刻对应的频率为第一预设频率的信号中的次谐波信号，最终得到该时刻对应的检测信号对应的回波信号。

图8为本公开实施例所提供的又一种用于检测空化效应的方法的流程图，如图8所示，与前述任一实施例的区别在于，在步骤11之前，该方法还包括：步骤101至步骤103。

步骤101、在HIFU治疗过程开始之前，控制第一聚焦换能器向焦点区域发射初始检测信号。

在步骤101中，在HIFU治疗过程开始之前，即在第一个HIFU治疗回合开始之前即在HIFU治疗开始之前，控制第一聚焦换能器向焦点区域发射初始检测信号。由于初始检测信号在第一个HIFU治疗回合开始之前发射，从而不会对治疗过程中的治疗信号造成干扰。且为了避免影响治疗效果，初始检测信号可以为低能量的包含N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3，从而在向焦点区域发射初始检测信号时，不会产生治疗作用。

在一些实施例中，在第一个HIFU治疗回合开始之前，初始检测信号的发射次数可以为1次。

步骤102、获取第一聚焦换能器在HIFU治疗过程开始之前接收到的初始回波信息，初始回波信息包括在HIFU治疗过程开始之前经由焦点区域反射产生的初始检测信号对应的初始回波信号。

在步骤102中，初始检测信号传播到焦点区域后，被焦点区域内的组织等反射，产生相应的初始回波信号，而第一聚焦换能器为收发一体的聚焦换能器，因此，被焦点区域反射的初始回波信号能够被第一聚焦换能器接收，同时在每次发射初始检测信号后，第一聚焦换能器还能够接收到其他频率的信号以及噪声信号，其他频率的信号是指频率与初始检测信号的频率不同的信号。

在步骤102中，在第一个HIFU治疗回合开始之前，在第一聚焦换能器接收到初始回波信号后，获取第一聚焦换能器在第一个HIFU治疗回合开始之前接收到的初始回波信息。其中，初始回波信息包括在第一个HIFU治疗回合开始之前经由焦点区域反射产生的初始检测信号对应的初始回波信号。可以理解的是，由于在第一个HIFU治疗回合开始之前发射了一次初始检测信号，因此，初始回波信息中包括一个初始回波信号。此外，初始回波信息中还包括经由焦点区域反射、散射产生的其他频率的信号以及噪声信号等，该其他频率的信号以及噪声等可以通过滤波、降噪等信号处理算法进行滤除，本公开实施例只关注初始回波信息中经由焦点区域反射产生的初始检测信号对应的初始回波信号，其中，初始检测信号对应的初始回波信号的频率与该初始检测信号的频率相同。

由于初始检测信号是在HIFU治疗开始之前发射，因此在步骤102中所获取的初始回波信息能够与第二聚焦换能器在HIFU治疗过程中发射的治疗信号(聚焦超声信号)和第一聚焦换能器在HIFU治疗过程中发射的检测信号完全区分开，而且初始检测信号为包含N个周期的聚焦脉冲信号，其非线性效应较弱，因此基本不会产生高次谐波，所以在步骤102中获取的初始回波信息中也基本不会包含高次谐波信号，而只包含经由焦点区域反射产生的与初始检测信号对应的初始回波信号。

在HIFU治疗开始之前，没有高强度的超声能量的聚焦，焦点区域不会产生空化效应，因此，在一些实施例中，在步骤102所获取的初始回波信号可以作为未产生空化效应的基准数据，该基准数据可以作为评判空化效应的有效因素。

步骤103、根据初始回波信号，生成初始回波特征信息。

在一些实施例中，在第一个HIFU治疗回合开始之前发射一次(个)初始检测信号，相应的，在第一个HIFU治疗回合开始之前经由焦点区域反射产生的初始回波信号为一个。此种情形下，步骤103包括：从该初始回波信号中，获取该初始回波信号的初始回波幅值，该初始回波特征信息包括该初始回波幅值。

在如图8所示的实施例中，步骤15具体包括：根据初始回波特征信息和每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。

在一些实施例中，在初始回波特征信息包括一个初始回波信号的初始回波幅值，且上述步骤14包括上述步骤141a的情形下，步骤15可以包括下述步骤153a至步骤153c。

步骤153a、根据初始回波幅值和每个时刻对应的回波幅值，生成回波幅值曲线。

例如，在步骤153a中，可以在二维坐标系中，基于初始回波幅值和HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波幅值，利用预设的拟合曲线模型，绘制出HIFU治疗过程之前和HIFU治疗过程中回波幅值随时间变化的回波幅值曲线，其中，横坐标表示HIFU治疗过程之前的时刻以及HIFU治疗过程中的每个时刻，纵坐标表示HIFU治疗过程之前对应的初始回波幅值以及HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波幅值。

步骤153b、确定该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率。

在步骤153b中，针对每相邻两个时刻，根据该相邻两个时刻分别对应的回波幅值的差值和该相邻两个时刻的差值的比值，计算得到该相邻两个时刻对应的斜率，该斜率能够反映出每个时刻的回波幅值的变化情况。

步骤153c、当该斜率大于预设斜率阈值时，检测出焦点区域内产生空化效应。

在产生空化效应前后，回波信号的变化可以体现在回波信号的幅值的变化，即与未产生空化效应时第一聚焦换能器接收到的与检测信号对应的回波信号的幅值相比，产生空化效应时第一聚焦换能器接收到的与检测信号对应的回波信号的幅值明显较大。因此，在一些实施例中，可以通过获取在第一个HIFU治疗回合之前的初始回波幅值以及HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波幅值，基于该初始回波幅值和HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波幅值即能够分析出焦点区域的回波幅值的变化情况，从而能够有效地、准确地检测在HIFU治疗过程中在焦点区域内产生的空化效应，进而有助于医生及时有效地进行应对措施。

具体而言，在一些实施例中，通过构建在第一个HIFU治疗回合之前和HIFU治疗过程中对应的回波幅值曲线，并计算该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率，该回波幅值曲线能够反映出在第一个HIFU治疗回合之前和HIFU治疗过检测到的回波幅值的变化情况，而该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率能够有效反映出每个时刻的回波幅值的变化情况，故，通过判断每相邻两个时刻对应的斜率是否大于预设斜率阈值，即可检测出在HIFU治疗过程中焦点区域内是否产生空化效应。

在步骤153c中，当检测出相邻两个时刻对应的斜率大于预设斜率阈值时，表明从该相邻两个时刻中的一个时刻到另一个时刻，回波幅值明显提高，从而可知，焦点区域反射产生的与检测信号对应的回波信号的明显增强，进而检测出焦点区域内产生空化效应。其中，预设斜率阈值可以根据实际需要设置，例如，预设斜率阈值可以设置为大于0的数值。

而当检测出相邻两个时刻对应的斜率小于或等于预设斜率阈值时，表明从该相邻两个时刻中的一个时刻到另一个时刻，回波幅值不变或微降，即焦点区域反射产生的与检测信号对应的回波信号的强度不变或微降，从而检测出焦点区域内未产生空化效应。

在一些实施例中，还可以通过对上述任一实施例中拟合出的回波幅值曲线进行求导处理，从而得到该回波幅值曲线的斜率曲线(函数)，若该斜率曲线在某一时刻后发生明显上升时，则表明回波幅值发生明显上升，即焦点区域反射产生的与检测信号对应的回波信号的明显增强，进而检测出焦点区域内产生空化效应。

需要说明的是，在本公开实施例中，通过上述用于检测空化效应的方法得到的检测结果(检测焦点区域内是否产生空化效应的结果)可以作为评判焦点区域内的空化效应的有力的参考依据，并不作为实际的最终的空化检测结果。

本实施例所提供的用于检测空化效应的方法，在HIFU治疗过程中，通过检测在该HIFU治疗过程中在每个时刻经由焦点区域反射产生的回波信号所对应的回波特征信息，并至少基于该HIFU治疗过程中的每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。在本实施例中，通过分析HIFU治疗过程中在每个时刻经由焦点区域反射产生的回波信号的回波特征信息，能够有效地、准确地检测在HIFU治疗过程中在焦点区域内产生的空化效应，进而有助于医生及时有效地进行应对措施。

图9为本公开实施例提供的一种用于检测空化效应的装置的结构框图，如图4所示，该装置包括控制单元201、获取单元202、滤波单元203、生成单元204和检测单元205。

其中，控制单元201用于在HIFU治疗过程中，控制第一聚焦换能器在多个时刻向焦点区域发射检测信号，每个时刻发射一次检测信号，检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3。

获取单元202用于获取第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号。

滤波单元203用于对每个时刻对应的声信号进行滤波处理，得到每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号，频率为第一预设频率的信号包括经由焦点区域反射产生的每个检测信号对应的回波信号。

生成单元204用于根据每个时刻对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息。

检测单元205用于至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。

在一些实施例中，在HIFU治疗过程中，用于HIFU治疗的第二聚焦换能器的工作频率为第二预设频率，第二预设频率为所述第一预设频率的两倍，频率为第一预设频率的信号还包括第二聚焦换能器发射的治疗信号所对应的次谐波信号。获取单元202还用于针对每个时刻，获取至少一个接收换能器中每个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号；生成单元204还用于针对每个时刻，根据该时刻对应的频率为第一预设频率的信号和至少一个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的检测信号所对应的回波信号。

在一些实施例中，接收换能器的数量为多个；生成单元204具体用于针对每个时刻，根据多个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的平均次谐波信号；将该时刻对应的频率为第一预设频率的信号和该时刻对应的平均次谐波信号进行做差处理，得到该时刻对应的检测信号对应的回波信号。

在一些实施例中，生成单元204具体用于针对每个时刻，从该时刻对应的回波信号中，获取该时刻对应的回波信号所对应的回波幅值，该时刻对应的回波特征信息包括该时刻对应的回波幅值。

在一些实施例中，检测单元205具体用于根据每个时刻对应的回波幅值，生成该预设时间段对应的回波幅值曲线；确定该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率；当该斜率大于预设斜率阈值时，检测出焦点区域内产生空化效应。

在一些实施例中，控制单元201还用于在HIFU治疗过程开始之前，控制第一聚焦换能器向焦点区域发射初始检测信号，初始检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；获取单元202还用于获取第一聚焦换能器在HIFU治疗过程开始之前接收到的初始回波信息，初始回波信息包括在HIFU治疗过程开始之前经由焦点区域反射产生的初始检测信号对应的初始回波信号；生成单元204还用于根据初始回波信号，生成初始回波特征信息；检测单元205具体用于根据初始回波特征信息和每个时刻对应的回波特征信息，检测焦点区域内是否产生空化效应。

此外，本公开实施例所提供的用于检测空化效应的装置，用于实现上述任一实施例所提供的用于检测空化效应的方法，具体相关描述可参见上述实施例所提供的方法的描述，此处不再赘述。

图10为本公开实施例提供的一种超声治疗设备的结构框图，如图10所示，该超声治疗设备包括：第一聚焦换能器301、第二聚焦换能器302、至少一个接收换能器303和用于检测空化效应的装置304，其中，第一聚焦换能器301、第二聚焦换能器302、至少一个接收换能器303均与该装置304连接，该装置304包括上述任一实施例所提供的用于检测空化效应的装置，关于该装置的描述可参见上述任一实施例的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开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公开的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于检测空化效应的装置，其特征在于，包括：

控制单元，用于在HIFU治疗过程中，控制第一聚焦换能器在多个时刻向焦点区域发射检测信号，每个时刻发射一次检测信号，所述检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；

获取单元，用于获取所述第一聚焦换能器在每个时刻接收到的声信号；

滤波单元，用于对每个时刻对应的所述声信号进行滤波处理，得到每个时刻对应的频率为第一预设频率的信号，所述频率为第一预设频率的信号包括经由焦点区域反射产生的所述检测信号对应的回波信号，所述第一预设频率为所述第一聚焦换能器的工作频率；

生成单元，用于根据每个时刻对应的回波信号，生成每个时刻对应的回波特征信息；

检测单元，用于至少根据每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应；

其中，所述生成单元具体用于针对每个时刻，从该时刻对应的所述回波信号中，获取该时刻对应的所述回波信号所对应的回波幅值，该时刻对应的回波特征信息包括该时刻对应的回波幅值；

其中，所述检测单元具体用于根据每个时刻对应的回波幅值，生成对应的回波幅值曲线；确定该回波幅值曲线中每相邻两个时刻对应的斜率；当该斜率大于预设斜率阈值时，检测出所述焦点区域内产生空化效应。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在HIFU治疗过程中，用于HIFU治疗的第二聚焦换能器的工作频率为第二预设频率，所述第二预设频率为所述第一预设频率的两倍，所述频率为第一预设频率的信号还包括所述第二聚焦换能器发射的治疗信号所对应的次谐波信号；

所述获取单元还用于针对每个时刻，获取至少一个接收换能器中每个接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号；

所述生成单元还用于针对每个时刻，根据该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和至少一个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的所述检测信号所对应的回波信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述接收换能器的数量为多个；所述生成单元具体用于针对每个时刻，根据多个所述接收换能器在该时刻接收到的次谐波信号，得到该时刻对应的平均次谐波信号；将该时刻对应的所述频率为第一预设频率的信号和该时刻对应的所述平均次谐波信号进行做差处理，得到该时刻对应的所述检测信号对应的回波信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元还用于在HIFU治疗过程开始之前，控制所述第一聚焦换能器向焦点区域发射初始检测信号，所述初始检测信号为N个周期的聚焦脉冲信号，1≤N≤3；

所述获取单元还用于获取所述第一聚焦换能器在HIFU治疗过程开始之前接收到的初始回波信息，所述初始回波信息包括在HIFU治疗过程开始之前经由所述焦点区域反射产生的所述初始检测信号对应的初始回波信号；

所述生成单元还用于根据所述初始回波信号，生成初始回波特征信息；

所述检测单元具体用于根据所述初始回波特征信息和每个时刻对应的回波特征信息，检测所述焦点区域内是否产生空化效应。

5.一种超声治疗设备，其特征在于，包括第一聚焦换能器、第二聚焦换能器、至少一个接收换能器以及用于检测空化效应的装置，所述装置包括上述权利要求1-4中任一项所述的装置。

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