[发明专利]一种在空间指定位置上形成多种聚焦超声焦点的设备

说明书

本发明涉及一种在空间指定位置上形成多种聚焦超声焦点的设备，包括：初始相位值生成装置，用于计算获得多阵元相控换能器中各换能器阵元的初始相位值，初始相位值控制形成焦点的尺寸；偏转相位值生成装置，用于采用伪逆矩阵算法或根据所述空间指定位置与各换能器阵元的空间几何关系计算获得各换能器阵元的偏转相位值，偏转相位值控制焦点所形成的位置；相位叠加装置，用于将所述初始相位值和偏转相位值叠加获得各换能器阵元的最终相位信号；超声焦点形成装置，用于根据所述最终相位信号控制换能器阵元产生超声，并在空间指定位置形成尺寸可控的超声焦点。与现有技术相比，本发明具有焦点控制灵活性高、计算简单等优点。

技术领域

本发明涉及高强度聚焦超声技术领域，尤其是涉及一种在空间指定位置上形成多种聚焦超声焦点的设备。

背景技术

高强度聚焦超声技术基于超声的生物学效应，通常是热效应，通过将超声能量集中于人体体内一点，在该点产生使组织蛋白质变形的高温，从而对人体实体肿瘤进行非侵入的治疗，目前已经用于子宫肌瘤、乳腺肿瘤、肝肿瘤等疾病的治疗。传统的高强度聚焦超声，使用单阵元换能器所形成的超声焦点的尺寸较小，直径通常在1mm，长度约为5～8mm左右。如果对一体积较大的实体肿瘤进行超声热消融，则需要结合机械移动，使得较小的超声焦点逐点覆盖整个肿瘤区域，每次超声焦点移动到一新位置，需要照射10～20s左右，才能形成治疗效果，非常耗费时间。之后也出现了对于传统技术的改进，例如使用相控型聚焦超声技术，结合多阵元探头，通过控制每个换能器阵元的相位，可以实现超声焦点在空间中的快速移动，解决机械移动的问题，或者同时形成多焦点，解决单次超声照射形成热消融区域体积小的问题。目前，计算相位控制的方法包括了伪逆矩阵方法、遗传算法等，但这些方法计算都相对复杂，特别是计算在空间中非自然焦点位置处形成大尺寸超声焦点的相位信号时，需要对于算法的输入、初始条件等参数进行综合考虑才能够得到较好的结果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在空间指定位置上形成多种聚焦超声焦点的设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种在空间指定位置上形成多种聚焦超声焦点的设备，包括：

初始相位值生成装置，用于计算获得多阵元相控换能器中各换能器阵元的初始相位值，初始相位值控制形成超声焦点的尺寸；

偏转相位值生成装置，用于采用伪逆矩阵算法或根据所述空间指定位置与各换能器阵元的空间几何关系计算获得各换能器阵元的偏转相位值，偏转相位值控制形成超声焦点的位置；

相位叠加装置，用于将所述初始相位值和偏转相位值叠加获得各换能器阵元的最终相位信号；

超声焦点形成装置，用于根据所述最终相位信号控制换能器阵元产生超声，并在空间指定位置形成尺寸可控的超声焦点。

所述初始相位值生成装置包括：

第一初始相位计算模块，用于根据各换能器阵元的阵元中心的极坐标值计算对应换能器阵元的初始相位值，计算公式为：

其中，为第n个换能器阵元的阵元中心的极坐标值，为该换能器阵元的初始相位值，M为一与形成的超声焦点尺寸成正比的正整数，ψ(r_n)为各换能器阵元之间的初始相位值差。

所述初始相位值生成装置包括：

相控换能器分区模块，用于对所述多阵元相控换能器中的所有换能器阵元根据阵元坐标进行分组，形成多个阵元区域；

第二初始相位计算模块，用于根据分组结果计算每个阵元区域的初始相位值，并以计算获得的初始相位值作为该阵元区域中每个阵元的初始相位值。

所述相控换能器分区模块包括：