CN109939368A - 磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用磁共振成像技术领域，提供了一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统、方法及装置，该系统包括：设备屏蔽罩、外部供电电源接口、电源滤波器、电源器件、信号发生器、功率放大器以及超声换能器，本发明通过设备屏蔽罩将该治疗系统的内部器件的电磁波进行屏蔽，通过电源滤波器将外部电源的电源线产生的、指定的频率进行滤除，使得该系统在磁共振引导下进行高强度聚焦超声治疗时，有效地抑制了高强度聚焦超声治疗系统对磁共振成像环境造成的干扰，从而提高了磁共振成像的清晰度，进而提高了超声治疗的效果。

Description

磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统、方法及装置

技术领域

本发明属于磁共振成像技术领域，尤其涉及一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统、方法及装置。

背景技术

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，缩写为HIFU)是近年来兴起的治疗肿瘤的一种有效的无创治疗技术，HIFU利用超声波的穿透性、聚焦性，将高强超声聚焦至人体肿瘤组织，在超声的机械效应、热效应以及空化效应下，使焦点区域在短时间内聚焦很高热量，致使蛋白质变性坏死，从而杀死肿瘤细胞，目前利用HIFU消融肿瘤在临床上已较广泛应用于前列腺、子宫、肝脏、乳腺等器官的良、恶性肿瘤。

HIFU聚焦方式有三种：单阵元自聚焦、声透镜聚焦和相控阵列聚焦。相控阵高强度聚焦超声(Phased High Intensity Focused Ultrasound，缩写为PHIFU)利用相控雷达阵列原理，通过调节各个阵元的幅度和相位，产生单焦点或多焦点声场模式，进而形成所需形状、大小的焦域，完成目标靶组织的定向适形加热，实现超声在三维空间的聚焦和扫描，从而不需要机械移动换能器的前提下，实现超声焦点的三维移动。相对单阵元换能器HIFU和声透镜换能器HIFU，PHIFU具有更加灵活的聚焦方式，可以根据具体的治疗区域形成不同的焦点强度和分布模式，形成单焦点或多焦点，声束路径控制更加灵活，避免声束穿越骨骼等屏障，使正常组织免受损伤，从而大大提高肿瘤的消融效率。

在PHIFU治疗肿瘤的过程中，影像监控必不可少，目前应用最多的监控手段是超声，它经济方便，可以实时反映靶区的影像特征，通过图像灰度的改变来判断治疗效果，但它存在着许多局限性，如图像质量较差，不能实时无创地反映组织内的温度变化，容易造成正常组织的损伤等安全性问题。

随着磁共振成像(MRI)技术的不断发展，磁共振成像引导PHIFU目前在临床上获得广泛应用，磁共振成像利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测信号，通过计算机处理得到物质内部结构，在人体内利用氢核成像，获得人体内部组织结构，是断层成像的一种，对软组织分辨率高，对人体无放射性损害。磁共振成像在引导PHIFU治疗中，不仅可以清晰的分辨和定位肿瘤组织，还可以实时准确的测量治疗过程靶区组织的温度变化，从而为PHIFU的精准安全治疗提供了有效的监控手段。

由于磁共振成像对环境要求非常严格，而磁共振成像和相控阵高强度聚焦超声治疗是同时进行的，并且相控阵高强度聚焦超声系统是放在磁共振环境中的，因此相控阵高强聚焦超声会对磁共振成像造成干扰，造成磁共振成像不清晰的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统、方法及装置，旨在解决磁共振引导下高强度聚焦超声治疗过程中，磁共振成像不清晰的问题。

一方面，本发明提供了一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统，所述系统包括：

设备屏蔽罩，所述设备屏蔽罩接地，用于屏蔽所述高强度聚焦超声治疗系统内部部件产生的电磁波；

位于所述设备屏蔽罩外部且与所述设备屏蔽罩连接的外部供电电源接口，用于给所述内部器件提供电源输入；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述外部供电电源接口连接的电源滤波器；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述电源滤波器连接的电源器件；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述电源器件连接的信号发生器；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述电源器件以及所述信号发生器连接的功率放大器；以及

超声换能器，用于将所述功率放大器输出的激励信号转换成超声波，以对患者进行超声治疗。

另一方面，本发明提供了一种上述治疗系统的治疗方法，所述方法包括下述步骤：

当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制所述信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号；

控制所述功率放大器将所述产生的相位延迟信号进行放大，通过所述功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号；

控制所述超声换能器根据所述激励信号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，本发明提供了一种上述治疗系统的治疗装置，所述装置包括：

延迟信号产生单元，用于当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制所述信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号；

激励信号输出单元，用于控制所述功率放大器将所述产生的相位延迟信号进行放大，通过所述功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号；以及

超声波产生单元，用于控制所述超声换能器根据所述激励信号产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

本发明提供了一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统，该系统包括设备屏蔽罩、位于设备屏蔽罩外部且与设备屏蔽罩连接的外部供电电源接口、位于设备屏蔽罩内的且与外部供电电源接口连接的电源滤波器、位于设备屏蔽罩内的且与电源滤波器连接的电源器件、位于设备屏蔽罩内的且与电源器件连接的信号发生器、位于设备屏蔽罩内的且与电源器件和信号发生器连接的功率放大器、以及超声换能器，本发明在使用磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统对患者进行超声治疗时，通过设备屏蔽罩将该治疗系统的内部器件的电磁波进行屏蔽，通过电源滤波器将外部电源的电源线产生的、与预设的谐波频率相同的频率进行滤除，从而降低了高强度聚焦超声对磁共振成像的干扰，提高了磁共振引导下高强度聚焦超声治疗中磁共振成像的清晰度，进而提高了超声治疗的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统的优选结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗方法的实现流程图；以及

图4是本发明实施例三提供的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗装置的结构示意图。

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磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例提供了一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统，该系统包括设备屏蔽罩11、外部供电电源接口12、电源滤波器13、电源器件14、信号发生器15、功率放大器16以及超声换能器17，其中：

设备屏蔽罩11接地，用于屏蔽高强度聚焦超声治疗系统内部部件产生的电磁波。外部供电电源接口12位于设备屏蔽罩11外部且与设备屏蔽罩11连接，用于给高强度聚焦超声治疗系统内部器件提供电源输入。电源滤波器13位于设备屏蔽罩11内，且与外部供电电源接口12相连接，用于将电源线产生的指定频率进行滤除。位于设备屏蔽罩11内的、与电源滤波器13连接的电源器件14，用于为高强度聚焦超声治疗系统内部器件进行供电。信号发生器15位于设备屏蔽罩11内，且与电源器件14相连接，用于产生指定频率的相位延迟信号。功率放大器16位于设备屏蔽罩11内，且与电源器件14以及信号发生器15相连接，用于将信号发生器15产生的相位延迟信号进行放大。超声换能器17用于将功率放大器16输出的激励信号转换成超声波，以对患者进行超声治疗。

优选地，电源滤波器13的外壳与设备屏蔽罩11固定连接，从而提高了电源滤波器13的滤波性能。

可选地，电源滤波器13可以设置在设备屏蔽罩11外部，且电源滤波器13的外壳与设备屏蔽罩11固定连接(例如，通过焊接连接)，以便于电源滤波器的散热。

优选地，信号发生器15为相控阵信号发生器，通过相控原理，在不需要机械移动超声换能器的情况下，实现焦点在一定范围内的三维空间里移动，从而避免了由于机械移动给磁共振成像造成的干扰。

如图2所示，优选地，该治疗系统还包括匹配器18，该匹配器18的输入端与设备屏蔽罩11内的功率放大器16连接，匹配器18的输出端与超声换能器17连接，从而对设备屏蔽罩11内的内部器件产生的谐波干扰信号进行抑制，提高了传输线的输出功率。

优选地，匹配器18与功率放大器16以及超声换能器17连接的传输线为同轴电缆线，该同轴电缆线具有很强的屏蔽能力，从而对信号传输中产生的电磁干扰进行有效的屏蔽。

本发明提供了一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统，该系统包括设备屏蔽罩、位于设备屏蔽罩外部且与设备屏蔽罩连接的外部供电电源接口、位于设备屏蔽罩内的且与外部供电电源接口连接的电源滤波器、位于设备屏蔽罩内的且与电源滤波器连接的电源器件、位于设备屏蔽罩内的且与电源器件连接的信号发生器、位于设备屏蔽罩内的且与电源器件和信号发生器连接的功率放大器、以及超声换能器，本发明通过设备屏蔽罩将该治疗系统的内部器件的电磁波进行屏蔽，通过电源滤波器将外部电源的电源线产生的、指定的频率进行滤除，使得该系统在磁共振引导下进行高强度聚焦超声治疗时，有效地抑制了高强度聚焦超声治疗系统对磁共振成像环境造成的干扰，提高了磁共振成像的清晰度，进而提高了超声治疗的效果。

实施例二：

图3示出了本发明实施例二提供的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗方法的实现流程，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S301中，当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号。

本发明实施例适用于实施例一中的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统，以对用户的待治疗组织进行超声治疗。优选地，在接收对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求之前，通过外部供电电源接口接入外部电源，以用于对高强度聚焦超声治疗系统内部部件进行供电，控制电源滤波器将外部电源的电源线产生的、与预设的谐波频率相同的频率进行滤除，从而降低因电流传输造成的谐波干扰。

进一步优选地，本发明实施例的信号发生器为相控阵信号发生器，可产生多种相位延迟、频率可调的相控信号，从而提高了该治疗系统的聚焦性能。

在步骤S302中，控制功率放大器将产生的相位延迟信号进行放大，通过功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号。

在本发明实施例中，功率放大器本质上是一个LC谐振电路，功率放大器将信号发生器产生的相位延迟信号经过谐振放大，通过功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号，优选地，将通过功率放大器放大的相位延迟信号传输至匹配器，通过匹配器输出与预先设置的相位一致的激励信号，从而使得超声换能器的阻抗与功率放大器阻抗相匹配，提高了传输线的输出功率。

在步骤S303中，控制超声换能器根据激励信号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，控制超声换能器根据激励信号产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，优选地，超声换能器为相控阵高强度聚焦超声换能器，该换能器可在无需机械移动换能器下实现较大范围内焦点的三维移动，同时该换能器可形成多焦点，从而提高了该超声治疗的治疗效率。

在本发明实施例中，当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号之前，首先，控制电源滤波器将外部电源的电源线产生的、与预设的谐波频率相同的频率进行滤除，从而降低因电流传输造成的谐波干扰，之后，控制功率放大器将产生的相位延迟信号进行放大，再将放大后的信号传输至匹配器，从而使得超声换能器的阻抗与功率放大器阻抗相匹配，提高了传输线的输出功率，之后，通过匹配器输出与预先设置的相位一致的激励信号，最后，控制超声换能器根据激励信号产生用于对待治疗组织进行超声治疗的超声波，通过本发明实施例的方法进行超声治疗时，从而有效地抑制了高强度聚焦超声治疗系统对磁共振成像环境造成的干扰，提高了磁共振成像的清晰度，进而提高了超声治疗的效果。

实施例三：

图4示出了本发明实施例三提供的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗装置的结构，该治疗装置适用于实施例一中的治疗系统，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：

延迟信号产生单元41，用于当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号；

激励信号输出单元42，用于控制功率放大器将产生的相位延迟信号进行放大，通过功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号；以及

超声波产生单元43，用于控制超声换能器根据激励信号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，磁共振引导下高强度聚焦超声治疗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二的描述，在此不再赘述。

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)

1.一种磁共振引导下高强度聚焦超声治疗系统，其特征在于，所述系统包括：

设备屏蔽罩，所述设备屏蔽罩接地，用于屏蔽所述高强度聚焦超声治疗系统内部部件产生的电磁波；

位于所述设备屏蔽罩外部且与所述设备屏蔽罩连接的外部供电电源接口，用于给所述内部器件提供电源输入；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述外部供电电源接口连接的电源滤波器；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述电源滤波器连接的电源器件；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述电源器件连接的信号发生器；

位于所述设备屏蔽罩内的、与所述电源器件以及所述信号发生器连接的功率放大器；以及

超声换能器，用于将所述功率放大器输出的激励信号转换成超声波，以对患者进行超声治疗。

2.如权利要求1所述治疗系统，其特征在于，所述处理系统还包括匹配器，所述匹配器的输入端与所述设备屏蔽罩内的所述功率放大器连接、输出端与所述超声换能器连接。

3.如权利要求2所述治疗系统，其特征在于，所述匹配器与所述功率放大器以及所述超声换能器连接的传输线为同轴电缆线。

4.如权利要求1所述治疗系统，其特征在于，所述电源滤波器的外壳与所述设备屏蔽罩固定连接。

5.如权利要求1所述治疗系统，其特征在于，所述信号发生器为相控阵信号发生器。

6.一种基于权利要求1-5任一所述治疗系统的磁共振引导下高强度聚焦超声治疗方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制所述信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号；

控制所述功率放大器将所述产生的相位延迟信号进行放大，通过所述功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号；

控制所述超声换能器根据所述激励信号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所述的治疗方法，其特征在于，当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制所述信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号的步骤之前，包括：

通过外部供电电源接口接入外部电源，以用于对高强度聚焦超声治疗系统内部部件进行供电；

控制所述电源滤波器将所述外部电源的电源线产生的、与预设的谐波频率相同的频率进行滤除。

8.如权利要求6所述的治疗方法，其特征在于，控制所述功率放大器将所述产生的相位延迟信号进行放大，通过所述功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号的步骤，包括：

将通过所述功率放大器放大的相位延迟信号传输至所述匹配器，通过所述匹配器输出与预先设置的相位一致的激励信号。

9.一种基于权利要求1-5任一所述处理系统治疗装置，其特征在于，所述装置包括：

延迟信号产生单元，用于当接收到对用户的待治疗组织进行磁共振引导下高强度聚焦超声的治疗请求时，控制所述信号发生器根据预先设置的激励频率产生相应的相位延迟信号；

激励信号输出单元，用于控制所述功率放大器将所述产生的相位延迟信号进行放大，通过所述功率放大器输出与预先设置的相位一致的激励信号；以及

超声波产生单元，用于控制所述超声换能器根据所述激励信号产生用于对所述待治疗组织进行超声治疗的超声波。

10.如权利要求9所述的治疗装置，其特征在于，所述激励信号输出单元包括：

信号输出子单元，用于将通过所述功率放大器放大的相位延迟信号传输至所述匹配器，通过所述匹配器输出与预先设置的相位一致的激励信号。