[发明专利]聚焦超声治疗组合阵元相控阵及多焦点剪切波成像系统

说明书

技术领域

本发明属于生物医学仪器技术领域，涉及一种聚焦超声非侵入性外科手术治疗的设备，具体涉及一种组合阵元相控阵换能器，应用于多焦点聚焦超声治疗和辐射力成像激励；以及采用该组合阵元相控阵换能器的多焦点平面剪切波成像系统。

背景技术

聚焦超声手术(Focused ultrasound surgery，FUS)是将超声能量聚焦在人体深部目标组织，以达到精确选定热损伤目标组织而丝毫不伤害临近正常组织的治疗方式，目前主要应用于肿瘤的非侵入性治疗。聚焦超声手术属于治疗超声(Therapeutic ultrasound)的高能量治疗，治疗超声中较低能量的治疗，如骨修复、超声波导入(Sonophoresis)、声致穿孔(Sonoporation)和基因治疗(Gene therapy)等的聚焦治疗和生物效应也是目前的国际前沿研究。

在聚焦超声治疗的研究中，相控阵换能器作为治疗的主要技术手段已得到基本认可。相控阵比起单阵元有诸多优势，如：(a)相控阵不仅能达到单阵元的焦点声强，更重要的是它具有电子控制焦点扫描；(b)相控阵适合灵活、多变的单焦点治疗，以及同时多点的聚焦模式同单阵元单焦点相比可增大单次治疗的聚焦区体积，大大减少治疗时间，加快了聚焦超声手术的治疗速度；(c)相控阵可采用子阵方式有效避开一些声传播障碍物进行无创治疗，如避开肋骨的治疗等；(d)相控阵可以校正由于超声穿越颅骨时带来的焦点偏移和栅瓣。

为了获得大的声强增益，一般采用具有几何焦区的球冠(凹球面)作为相控阵治疗换能器的外形，阵元排布在球面上；阵元的形式有环形、圆形、矩形和扇蜗形等形式。发明人Umemura、发明名称为“Ultrasonic irradiationsystem”的美国专利US4,865,042较早于1989年披露了球冠相控阵换能器，也就是球面环形相控阵和球面扇蜗形相控阵；其控制驱动方式能够产生焦平面上环形对称分布的多焦点，而驱动方法只做相位控制，即相角调制，而各阵元的幅度保持一样。

在相控阵聚焦方法方面有以色列InSightec-TxSonics.Ltd.公司申请的专利名称为“System and method for creating longer necrosed volumes using a phasedarray focused ultrasound”的美国专利US 6,613,004B1以及专利名称为“利用相控阵聚焦超声系统增加坏死体积的系统和方法”的相应的中国发明专利01813606.0，其中采用了全阵等幅和变迹的聚焦方式交替工作，增大了相控阵聚焦超声手术中组织损伤的治疗体积，克服了仅用变迹所生成的组织损伤体积易造成焦前区过热的现象。以色列InSightec-TxSonics.Ltd.公司的专利名称是“减少相控阵聚焦系统中次热点的系统和方法”的另一中国发明专利01808265.3，以及专利名称是“Systems and methods for controlling a phasedarray focused ultrasound system”的美国专利US 6,506,171B1和专利名称是“用于控制相控阵聚焦超声系统的系统方法”的相应的中国发明专利01819664.0，披露了在聚焦超声发射时周期性地变动发射频率，实际上是增加驱动信号的带宽，来有效地抑制聚焦超声相控阵所产生的次焦点；还披露了在系统幅度和相位控制上采用数字电位器和数字合成法产生的正弦波矢量作为相控阵的驱动信号的方法。