CN112915409A - 可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，涉及技术领域，提高了一种新的可靶向定位的超声治疗装置。该装置包括相控聚焦组件，其中，相控聚焦组件的外轮廓呈半球状；相控聚焦组件包括外壳、密封水囊以及超声波换能器，超声波换能器封装在密封水囊内，密封水囊用以贴于患者头部，超声波换能器分布在外轮廓呈半球状的外壳的内侧面上；超声波换能器为多振元超声波换能器，超声波换能器中的每个振元能单独输出超声波。本发明用于采用物理聚焦以及相控聚焦相结合的方式，实现对人体头部病灶区域的靶向治疗。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置。
背景技术
超声波是一种频率高于20KHz的声波，它的方向性好，反射能力强，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离比空气中远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
在医疗领域的应用，主要是诊断超声，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。其优点是：受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高。可应用于耳鼻喉科，放射科，心脏病学，妇产科，血管科等，常用频率为1MHz-30MHz，功率密度通常p≥0.3w/cm2。
超声发散类型分为三大类：凖直型、发散型、聚焦超声。超声聚焦就是利用超声波作为能源。很多束超声波从体外发射到组织内部，在发射透射过程中发生聚焦，聚焦在一个点上，通过声波和热能转化，在短时间内形成一个高温治疗点，从而实现靶向治疗的目的。超声聚焦能够使肿瘤组织产生凝固性坏死，失去增殖、浸润和转移能力。
聚焦超声系统具有良好的组织穿透性和定位性，能将能量透过表层组织，聚焦于特定深度的靶区组织，产生生物学效应，使病变组织得以快速康复，并且聚焦超声治疗的剂量易于控制，安全性高，能够长效的刺激皮下深层组织，能做到对周边组织零伤害，治疗后仅局部组织有一过性充血水肿，表层细胞可保持完整，术后恢复快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，提高了一种新的可靶向定位的超声治疗装置。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，包括相控聚焦组件，其中，所述相控聚焦组件的外轮廓呈半球状；所述相控聚焦组件包括外壳、密封水囊以及超声波换能器，所述密封水囊封装在所述外壳的内侧面上，所述超声波换能器密封在所述密封水囊内，所述密封水囊用以贴于患者头部，所述超声波换能器分布在外轮廓呈半球状的所述外壳的内侧面上；所述超声波换能器为多振元超声波换能器，所述超声波换能器中的每个振元能单独输出超声波。
进一步地，所述相控聚焦组件还包括换能器固定架，所述换能器固定架固定在所述外壳的内侧面上，所述换能器固定架成半球状；所述换能器固定架上形成有若干平面安装区，所述超声波换能器分别固定在对应的所述平面安装区上。
进一步地，所述超声波换能器中的每个振元呈阵列分布；且每个所述振元的形状为方形或为圆形。
进一步地，所述密封水囊内部设置有隔层，所述隔层用以将所述密封水囊内分割成多个腔室且各所述腔室相互连通。
进一步地，所述密封水囊上设置有注水口和出水口，所述密封水囊通过所述注水口和所述出水口与所述治疗装置的水处理系统相连接；所述隔层上设置有导流孔或/和所述隔层与所述密封水囊的内侧壁之间形成流水通道。
进一步地，所述注水口和所述出水口靠近所述密封水囊的下边缘且所述注水口和所述出水口显露在所述相控聚焦组件外，所述注水口和所述出水口设置有单向截止阀。
进一步地，所述相控聚焦组件的内侧面以及外侧面均呈半球面状，所述外壳的两端与所述治疗装置的机械手相连接；所述相控聚焦组件与所述机械手固定连接，或者，所述相控聚焦组件与所述机械手转动连接。
进一步地，所述机械手包括机械手主体和连接架，所述连接架与所述机械手主体相连接，所述连接架与所述相控聚焦组件转动连接，所述连接架上设置有驱动电机，两个所述驱动电机分别与所述外壳相连接，所述驱动电机动作用以带动所述外壳相对于所述连接架发生转动。
进一步地，所述治疗装置还包括温度传感器，所述温度传感器设在所述超声波换能器或者设置在所述治疗装置的水处理系统上，所述温度传感器与所述治疗装置的控制系统相连接；所述治疗装置还包括压力传感器，所述压力传感器与所述治疗装置的控制系统相连接，所述压力传感器用以测量所述密封水囊与患者头部之间的压力。
进一步地，所述治疗装置还包括报警装置，所述报警装置与所述治疗装置的控制系统相连接，当所述温度传感器检测的温度值超出设定的温度范围或当所述压力传感器检测的压力值超出预设的压力范围时，所述报警装置能发出报警信号，所述报警信号为声信号和/或光信号。
本发明提供了一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，包括相控聚焦组件，相控聚焦组件外轮廓呈半球状；相控聚焦组件包括外壳、密封水囊以及超声波换能器，密封水囊设置在外壳的内侧面上，超声波换能器密封在密封水囊内，密封水囊用以贴于患者头部，密封水囊作为超声的传播介质还能够起到冷却作用，避免患者被烫伤，且能够通过调节密封水囊内部水压，以适应不同头围的患者，使密封水囊充分紧密的与患者头皮接触；超声波换能器分布在外轮廓呈半球状的外壳的内侧面上，相控聚焦组件的形状利于相控聚焦组件与患者的头部相匹配；超声波换能器为多振元超声波换能器，超声波换能器中的每个振元能单独输出超声波，通过调节相应振元发射出的超声波的幅值以及调节发射出超声波之间的相位差，可以实现多种焦点模式，利于提高靶向定位的精准度。
本发明优选技术方案至少还可以产生如下技术效果：
采用物理聚焦(即通过机械臂定位相控聚焦组件的位置)、相控聚焦(通过相控聚焦组件实现相控聚焦)相结合的方式，实现对人体头部病灶区域的靶向治疗；通过CT平扫等，主机可将坐标数据传输给机械臂，使得机械臂带动相控聚焦组件移向患者头部相应位置，并通过相控聚焦的方式实现焦点可调。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的相控聚焦组件与机械手相连接的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的相控聚焦组件与机械手相连接的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的超声波换能器分布的俯视示意图(仅示意出了部分超声波换能器)。
图中1-外壳；2-密封水囊；21-注水口；22-出水口；3-超声波换能器；4-机械手主体；5-连接架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，包括相控聚焦组件，其中，相控聚焦组件外轮廓呈半球状；相控聚焦组件包括外壳1、密封水囊2以及超声波换能器3，密封水囊2设置在外壳1的内侧面上，超声波换能器3密封在密封水囊2内，密封水囊2用以贴于患者头部，密封水囊2作为超声的传播介质还能够起到冷却作用，避免患者被烫伤，且能够通过调节密封水囊2内部水压，以适应不同头围的患者，使密封水囊2充分紧密的与患者头皮接触；超声波换能器3分布在外轮廓呈半球状的外壳1的内侧面上，相控聚焦组件的形状利于相控聚焦组件与患者的头部相匹配；超声波换能器3为多振元超声波换能器，超声波换能器3中的每个振元能单独输出超声波。超声波换能器3中的每个振元有独立的电激励信号反馈线，分别连接至信号激励系统，各阵元的电激励信号都是可控的，通过调节相应振元发射出的超声波的幅值以及调节发射出超声波之间的相位差，可以适合多种焦点模式，利于提高靶向定位的精准度。
作为本发明实施例可选地实施方式，相控聚焦组件还包括换能器固定架，换能器固定架固定在外壳1的内侧面上，换能器固定架成半球状；换能器固定架上形成有若干平面安装区，超声波换能器3分别固定在对应的平面安装区上。超声波换能器3为平面相控超声换能器，换能器固定架整体呈半球状，以匹配外壳1的形状，换能器固定架上形成多个安装面，安装面为平面，且安装面沿换能器固定架的延伸方向分布，超声波换能器3固定在对应的安装面上。参见图3，示意出了超声波换能器3的分布情况。
关于超声波换能器3，超声波换能器3上的振元可以呈圆形，超声波换能器3上振元的数量情况可以如下：超声波换能器3上存在五排振元，每排振元的数量以六个或七个。当然，关于超声波换能器3上振元的形状以及分布情况，不限于上述所述内容，例如，超声波换能器3上的振元可以为方形，并以7*7的方式呈阵列分布。另外，在外壳1上的超声波换能器3的大小以及各超声波换能器3上振元的数量情况，应基于尽量实现“振元均匀分布在换能器固定架上”，需要对超声波换能器3进行合理的布置以及选择。
作为本发明实施例可选地实施方式，密封水囊2内部设置有隔层，隔层用以将密封水囊2内分割成多个腔室且各腔室相互连通，隔层用以防止密封水囊2内部的水介质由于重力或压力导致出现不均匀的情况。
参见图2，密封水囊2上设置有注水口21和出水口22，密封水囊2通过注水口21和出水口22与治疗装置的水处理系统相连接；隔层上设置有导流孔或/和隔层与密封水囊2的内侧壁之间形成流水通道。
注水口21和出水口22靠近密封水囊2的下边缘且注水口21和出水口22显露在相控聚焦组件外，以便于实现密封水囊2与水处理系统的连接，注水口21和出水口22设置有单向截止阀。即水介质可以通过注水口21处的单向截止阀流向密封水囊2内，但不能反向流动。同理，密封水囊2内的水介质可以通过出水口22内的单向截止阀流出。另外，单向截止阀可以是鸭嘴阀。
作为本发明实施例可选地实施方式，相控聚焦组件的内侧面以及外侧面均呈半球面状，外壳1的两端与治疗装置的机械手相连接；相控聚焦组件与机械手固定连接，或者，相控聚焦组件与机械手转动连接。本发明提供的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，采用物理聚焦(即通过机械臂定位相控聚焦组件的位置)、相控聚焦(通过相控聚焦组件实现相控聚焦)相结合的方式，实现对人体头部病灶区域的靶向治疗。通过CT平扫等，主机可将坐标数据传输给机械臂，使得机械臂带动相控聚焦组件移向患者头部，并通过相控聚焦的方式实现焦点可调。
参见图1，机械手包括机械手主体4和连接架5，连接架5与机械手主体4相连接，连接架5与相控聚焦组件转动连接，连接架5上设置有驱动电机，两个驱动电机分别与外壳1相连接，驱动电机动作用以带动外壳1相对于连接架5发生转动。驱动电机可以是步进电机，可以对外壳1相对于连接架5的位置进行微调。通过主机将坐标数据传输机械臂主体4时(图中仅是对机械臂的简单示意，对于机械臂，可采用现有的能带动相控聚焦组件移动的机械臂结构)，机械臂主体4带动相控聚焦组件移向患者头部相应位置，然后控制驱动电机转动，使得相控聚焦组件转动至合适位置，然后调节相控聚焦组件，调节合适焦点位置，以实现靶向治疗。
作为本发明实施例可选地实施方式，治疗装置还包括温度传感器，温度传感器用以测量密封水囊2内水介质的温度，温度传感器与治疗装置的控制系统相连接；由于密封水囊2作为超声的传播介质还能够起到冷却作用，以避免患者被烫伤，可以通过增设温度传感器，实时检测密封水囊2内水介质的温度，以掌握密封水囊2内水介质的温度信息，通过监测温度来判断超声能量输出是否顺畅，如果输出顺畅则不会有能量堆积而导致温度上升，此温度监测信息将会传给主机控制系统，为下一步的超声换能器能量输出做判断分析和控制的依据。
治疗装置还包括压力传感器，压力传感器与治疗装置的控制系统相连接，压力传感器用以测量密封水囊2与患者头部之间的压力；因为能够通过调节密封水囊2内部水压的方式，可适应不同头围的患者，但为了避免对患者头部挤压力的大小不可控的情况，增设了压力传感器，可依据压力传感器测得压力值，来进行密封水囊2内水压的调节。
治疗装置还包括报警装置，报警装置与治疗装置的控制系统相连接，当温度传感器检测的温度值超出设定的温度范围时，温度监测信息将会传给主机控制系统，主机控制系统能控制报警装置能发出报警信号，报警信号为声信号和/或光信号，同理，当压力传感器检测的压力值超出预设的压力范围时，压力监测信息将会传给主机控制系统，主机控制系统能控制报警装置也能发出报警信号。报警装置具有警惕、提醒的作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，包括相控聚焦组件，其中，
所述相控聚焦组件的外轮廓呈半球状；
所述相控聚焦组件包括外壳(1)、密封水囊(2)以及超声波换能器(3)，所述密封水囊(2)设置在所述外壳(1)的内侧面上，所述超声波换能器(3)封装在所述密封水囊(2)内，所述密封水囊(2)用以贴于患者头部；
所述超声波换能器(3)为多振元超声波换能器，所述超声波换能器(3)中的每个振元能单独输出超声波。
2.根据权利要求1所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述相控聚焦组件还包括换能器固定架，所述换能器固定架固定在所述密封水囊(2)的内侧面上，所述换能器固定架成半球状；
所述换能器固定架上形成有若干平面安装区，所述超声波换能器(3)分别固定在对应的所述平面安装区上。
3.根据权利要求2所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述超声波换能器(3)中的每个振元呈阵列分布；且每个所述振元的形状为方形或为圆形。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述密封水囊(2)内部设置有隔层，所述隔层用以将所述密封水囊(2)内分割成多个腔室且各所述腔室相互连通。
5.根据权利要求4所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述密封水囊(2)上设置有注水口(21)和出水口(22)，所述密封水囊(2)通过所述注水口(21)和所述出水口(22)与所述治疗装置的水处理系统相连接；
所述隔层上设置有导流孔或/和所述隔层与所述密封水囊(2)的内侧壁之间形成流水通道。
6.根据权利要求4所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述注水口(21)和所述出水口(22)靠近所述密封水囊(2)的下边缘且所述注水口(21)和所述出水口(22)显露在所述相控聚焦组件外，所述注水口(21)和所述出水口(22)设置有单向截止阀。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述相控聚焦组件的内侧面以及外侧面均呈半球面状，所述外壳(1)的两端与所述治疗装置的机械手相连接；
所述相控聚焦组件与所述机械手固定连接，或者，所述相控聚焦组件与所述机械手转动连接。
8.根据权利要求7所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述机械手包括机械手主体(4)和连接架(5)，所述连接架(5)与所述机械手主体(4)相连接，所述连接架(5)与所述相控聚焦组件转动连接，所述连接架(5)上设置有驱动电机，两个所述驱动电机分别与所述外壳(1)相连接，所述驱动电机动作用以带动所述外壳(1)相对于所述连接架(5)发生转动。
9.根据权利要求1所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述治疗装置还包括温度传感器，所述温度传感器设在所述超声波换能器(3)或者设置在所述治疗装置的水处理系统上，所述温度传感器与所述治疗装置的控制系统相连接；
所述治疗装置还包括压力传感器，所述压力传感器与所述治疗装置的控制系统相连接，所述压力传感器用以测量所述密封水囊(2)与患者头部之间的压力。
10.根据权利要求9所述的可智能靶向定位的超声球面相控治疗装置，其特征在于，所述治疗装置还包括报警装置，所述报警装置与所述治疗装置的控制系统相连接，当所述温度传感器检测的温度值超出设定的温度范围或当所述压力传感器检测的压力值超出预设的压力范围时，所述报警装置能发出报警信号，所述报警信号为声信号和/或光信号。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116338009A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-06-27 | 长江地球物理探测（武汉）有限公司 | 用于声波换能器的辅助液包和超声波ct检测系统 |
Citations (3)
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| US20050277824A1 (en) * | 2002-08-28 | 2005-12-15 | Jean-Francois Aubry | Non-invasive method of obtaining a pre-determined acoustic wave field in an essentially uniform medium which is concealed by a bone barrier, imaging method and device for carrying out said methods |
| CN107155309A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-09-12 | 深圳先进技术研究院 | 头戴式超声刺激设备及系统 |
| WO2020167992A1 (en) * | 2019-02-13 | 2020-08-20 | Craniovation, Inc. | Non-invasive sonodynamic therapy |
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2021
- 2021-03-01 CN CN202110223787.8A patent/CN112915409A/zh active Pending
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