专利名称：高能聚焦超声波治疗机及其治疗参数的确定方法
技术领域：
本发明涉及利用高能聚焦超声波治疗设备，尤其涉及一种高能聚焦 超声波治疗机及其治疗参数的确定方法。
背景技术：
目前，HiFu (高能聚焦超声)治疗机在临床应用中已经荻得较好的 效果。HiFu治疗机一般包括高能聚焦声波源(例如，换能器)及其驱 动电路、定位系统、以及高能超声波传导结构及传导介质处理系统。其 中，高能聚焦声波源用于产生高能聚焦超声波，定位系统用于寻找定位 目标并将其移动到超声换能器焦点处，通常定位系统包括医用影像系统 (例如，B超机)、治疗床以及控制治疗床和波源之间作空间相对位移 的位移系统。高能声波传导结构(如水槽、水嚢等)安排在高能聚焦超 声波源发射面的前方，用于容纳传导介质。通过该传导介质将HIFU适 用的超声波传入患者体内。传导介质处理系统主要用于加入、排出传导 结构内的传导介质以及对介质进行处理。
HIFU的热剂量和通道组织的超声衰减是影响HIFU疗效的两个重 要因素。目前采用超声引导的HIFU治疗系统对参数的调节主要根据治 疗靶区超声灰度变化及医师的经验和患者的感觉。由于缺乏有效且准确 的监控手段，导致HIFU疗效不稳定。
发明内容
本发明要解决的 一 个技术问题是提供一种高能聚焦超声波治疗机， 能够根据治疗的需要简单且有效地控制其治疗参数。
本发明提供一种高能聚焦超声波治疗机，包括控制台，以及和控制 台相连的高能聚焦超声波源、B超机、和计算设备，该计算设备包括输入单元，用于输入治疗所需的焦点声能量；总声衰减确定单元，用于 获取第一距离和第二距离，根据第一距离和第二距离以及对应的声衰减 系数确定总声衰减；治疗参数输出单元，用于根据从输入单元输入的焦 点声能量和来自总声衰减确定单元的总声衰减确定治疗机的治疗参数， 输出该治疗参数。
根据本发明的治疗机的一个实施例，上述治疗参数为包括治疗机电 功率和发射次数的参数对，输入单元还用于输入治疗机发射时间。治疗
参数输出单元确定治疗参数的公式为
尸电xn二 ( (J7aF)/7)/ 7
其中，P^为治疗机电功率，n为发射次数，"F为总声衰减，j为 治疗所需的焦点声能量，t为发射时间，"为治疗机的电声转化效率。
根据本发明的治疗机的一个实施例，总声衰减确定单元包括参数 获取模块，用于获取第一距离和第二距离；系数存储模块，用于存储第 一距离的声衰减系数和所述第二距离的声衰减系数；总声衰减计算模 块，用于从参数获取模块接收笫一距离和第二距离，从系数存储模块获 取声衰减系数，并根据第一距离、第二距离、第一距离的声衰减系数和 第二距离的声衰减系数计算总声衰减。
根据本发明的治疗机的一个实施例，总声衰减确定单元通过如下公 式计算总声衰减^:
ctr/7 = 10 exp( — (", x d, + "2 x d2)/10 )
其中，《为第一距离，"'为第一距离对应的声衰减系数，《为第二
距离，"2为第二距离对应的声衰减系数。
本发明要解决的另 一个技术问题是提供一种高能聚焦超声波治疗机 的治疗参数的确定方法，能够根据治疗的需要简单且有效地控制治疗机 的治疗参数。
本发明提供一种高能聚焦超声波治疗机的治疗参数的确定方法，包
括通过输入单元输入治疗所需的焦点声能量；获取第一距离和第二距
离，根据所述第一距离和第二距离以及对应的声衰减系数确定总声衰
减；根据所述焦点声能量和所述总声衰减确定治疗机的治疗参数。
根据本发明的治疗机的治疗电功率的确定方法的一个实施例，上述治疗参数包括治疗机电功率和发射次数。该方法还包括通过输入单元 输入治疗机的发射时间；其中，确定治疗参数的公式为
其中，、为治疗机电功率，n为发射次数，"F为总声衰减，j为 治疗所需的焦点声能量，t为发射时间，"为治疗机的电声转化效率。
根据本发明的治疗机的治疗电功率的确定方法的一个实施例，上述 第一距离为腹壁厚度，上述第二距离为靶皮距和腹壁厚度之差，与上述 第一距离和第二距离对应的声衰减系数分别基本为1.2dB/cm和 0.8dB/cm。通过B超机获得腹壁厚度和乾皮距。
本发明提供的高能聚焦超声波治疗机及其电功率的确定方法，通过 计算设备接收治疗需要的焦点能量的输入，获得笫 一距离和第二距离， 然后获得总声衰减，由此确定治疗机的输出参数。治疗参数的确定简单 且有效，在临床使用中取得了良好的效果。
图1为本发明的治疗^L的一个实施例的结构图2为本发明的治疗机的计算设备的一个实施例的结构图3为本发明的治疗机的计算设备的另 一个实施例的结构图4为本发明的治疗机的治疗参数的确定方法的一个实施例的流程图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例 性实施例。
图1为本发明的治疗机的一个实施例的结构图。如图1所示，该治 疗机包括电源拒110、上换能器121、下换能器122、换能器B超探头 123、治疗床124、控制台130、计算设备140和水处理柜150。电源柜 110为上换能器121和下换能器122提供电力。水处理拒150处理上换 能器121和下换能器122工作所需要的传导介质(如脱气水)。控制台130和电源柜110、计算设备140、换能器B超探头123、治疗床124相 连，用于控制电源拒110向上换能器121和下换能器122输出的功率， 控制B超探头123的升降及旋转，控制上、下换能器左右前后倾斜以及 升降，控制治疗床的前后左右移动和床面沿长轴方向偏转。计算设备 140接收输入或者数据，并通过控制台130控制各个部分的参数。
图2为本发明的计算设备的一个实施例的结构图。如图2所示，该 计算设备包括输入单元21、总声衰减确定单元22和治疗参数输出单元 23。其中，输入单元21用于输入治疗所需的焦点声能量。用户可以通 过键盘等输入设备输入该治疗所需的焦点声能量，将所需的焦点声能量 发送给治疗参数输出单元23 。或者输入要需要治疗的组织的区域大小， 根据单位体积组织所需的HIFU焦点声能量确定治疗所需的焦点声能 量。总声衰减确定单元22用于获取第一距离和第二距离，根据第一距 离和第二距离以及对应的声衰减系数确定总声衰减，将总声衰减发送给 治疗参数输出单元23。第 一距离和第二距离可以分别对应于腹壁厚度和 内脏厚度(即靶皮距和腹壁厚度之差)。治疗机可以根据B超机获得上 述数据并输入到计算机。也可以通过其他的方式获得上述距离信息，然 后通过输入设备输入到计算设备。治疗参数输出单元23,接收来自输入 单元21的焦点声能量和来自总声衰减确定单元22的总声衰减，由此确 定并输出治疗机的治疗参数。治疗机用于治疗时一般采用间断发射方 式，点累积治疗方法。对于每一个点，治疗机的治疗参数一般包括发射 电功率、发射时间、间歇时间，(单点)发射次数等参数。间歇时间通 常预先设定，例如，在一个具体的应用中采用发射时间和间歇时间为 1: 1。在发射时间确定的情况下，输出的治疗参数可以是由电功率和发 射次数组成的参数对，由电功率和发射次数组成的不同参数对以表格的 形式提供给医生，供医生从中选择合适的电功率和发射次数的组合。
根据本发明的治疗机的一个实施例，总声衰减确定单元根据下述公 式确定总声衰减
aF = 10 exp( - (a,xd, + "2xd2)/10) (1)
其中，4为第一距离，"'为第一距离对应的声衰减系数，"2为第二距离，"2为第二距离对应的声衰减系数。优选地，与第一距离和第二距
离对应的声衰减系数分别基本为1.2dB/cm和0,8dB/cm。治疗参数输出
单元确定所述治疗参数的公式为<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，P^为治疗机的输出电功率、ii为发射次数，^为总声衰 减，J为治疗所需的焦点声能量，t为发射时间，"为治疗机的电声转化 效率。t作为发射的时间，可以作为预设值保存在计算设备中，也可以 由用户通过输入单元输入。"可以作为已知参数保存在计算设备中，也 可以通过输入单元由用户输入。
图3为本发明的治疗机的计算设备的另一个实施例的结构图。如图 3所示，该计算设备包括输入单元31、总声衰减确定单元32和治疗参 数输出单元33。其中，输入单元31和治疗参数输出单元33的说明可参 见图2中对应输入单元21和治疗参数输出单元23的描述。在图3的实 施例中，总声衰减确定单元32包括系数存储模块321、参数获取模块 322、和总声衰减计算模块323。其中系数存储模块321用于存储第一距 离的声衰减系数和第二距离的声衰减系数。参数获取模块322用于获取 第一距离和第二距离。总声衰减计算模块323用于从参数获l^莫块接收 322第一距离和第二距离，从系数存储模块321获取声衰减系数，并根 据第一距离、第二距离、第一距离的声衰减系数和第二距离的声衰减系 数计算总声衰减，将获得的总声衰减发送给治疗参数输出单元33。
本发明提供的高能聚焦超声波治疗机，通过计算设备接收治疗需要 的焦点能量的输入，获得第一距离和第二距离，然后获得总声衰减，由 此确定治疗机的输出电功率和发射次数等。治疗参数的确定简单且有 效，在临床使用中取得了良好的效果。
图4为本发明的治疗机的治疗电功率的确定方法的一个实施例的流 程图。
如图4所示，在步骤402，通过计算i殳备的输入单元输入治疗所需 的焦点声能量。损伤区域的大小与焦点衰减后的声能量有关，声能量越 大，损伤区域越大。
在步骤404，获取第一距离和笫二距离，根据第一距离和第二距离以及对应的声衰减系数确定总声衰减。第 一距离和第二距离可以分别对 应于腹壁厚度和内脏厚度，其中内脏厚度可以通过靶皮距减去腹壁厚度 获得。超声波一般通过脱气水为耦合介质进入人体，通道就包括水、皮 肤和各层组织、器官等。其中，脱气水为良好的声传导介质，其声衰减
系数为0.00025dB/cm ( lMHz)，相对于人体组织可以忽略不计。人体 的各种组织、器官的超声衰减系数也不尽相同， 一般地，取人体皮肤的 声衰减系数为1.2Db/cm左右，组织声衰减系数为0.8dB/cm (例如肝、 肾等)至1.4dB/cm (例如腹壁)。通过B超机获得腹壁厚度和乾皮距， 计算出内脏厚度，然后可以根据等式(1)求得总声衰减。
在步骤406，根据所需焦点声能量和总声衰减确定治疗机的治疗参 数。治疗参数可以包括电功率及其相应的发射时间和发射次数等信息。 在发射时间已知(或者通过输入单元输入)的情况下，输出的治疗参数 可以是由电功率和发射次数组成的参数对。
首先，根据下列^^式获得通过超声通道组织的衰减得出实际需要输 入的声能量值(W):
U/^F (3)
其中，W为在步骤404中获得的总声衰减，J为在步骤402中输入 的治疗所需的焦点声能量。然后，根据下列等式计算声功率
(4)
其中，t为发射时间，Il为发射次数。
最后，根据治疗机的电声转化效率计算治疗中需要使用的电功率
尸电=尸声~ (5) 其中，7为电声转化效率。
需要指出的是，在治疗机使用过程中，总能量是时间积累形成的， 所以计算结果为同 一条件下，焦点达到相同能量的 一组电功率和发射次
数、发射时间对，医生可以根据治疗过程中的实际情况调整相应的值， 从而达到期望的治疗效果。
此外，根据上面的公式和推导过程，也可以输入电功率和发射次 数，反推焦点能量，从而对治疗进行预先估计。根据输入功率和发射次数求得焦点声能量的公式如下
J =尸电x " n x;; x (10-(緒a阔m) ( 6 )
其中，t为发射时间，II为发射次数，；;为电声转化效率，dl和d2
分别为第一距离和第二距离，al和a2为对应的声衰减系数，^为治疗
机的电功率。
通过在治疗机的计算设备中添加本发明的模块或者装置，医生在使 用本发明的治疗机进行治疗时，可以根据实测的数据和希望达到的治疗 能量计算出相应的治疗参数。当患者反应不适时，也可以依据计算结果 调整相应的参数值，保证总的治疗能量的统一，进而保证治疗效果的稳 定。本发明的治疗机在临床治疗中取得了良好的效果。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的 或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技 术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理 和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适 于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1.一种高能聚焦超声波治疗机，包括控制台，以及和控制台相连的高能聚焦超声波源、B超机、和计算设备，其特征在于，所述计算设备包括输入单元，用于输入治疗所需的焦点声能量；总声衰减确定单元，用于获取第一距离和第二距离，根据所述第一距离和第二距离以及对应的声衰减系数确定总声衰减；治疗参数输出单元，用于根据从所述输入单元输入的焦点声能量和来自所述总声衰减确定单元的总声衰减确定治疗机的治疗参数，输出所述治疗参数。
2. 根据权利要求1所述的高能聚焦超声波治疗机，其特征在于， 所述治疗参数为包括治疗机电功率和发射次数的参数对；所述输入单元还用于输入治疗机的发射时间； 所述治疗参数输出单元确定所述治疗参数的^^式为尸电xn二 ( (J7c^)〃)/T7其中，^为治疗机电功率，n为发射次数，"F为所述总声衰减，J 为所述治疗所需的焦点声能量，t为发射时间，"为治疗机的电声转化效 率。
3. 根据权利要求1所述的高能聚焦超声波治疗机，其特征在于， 所述总声衰减确定单元包括参数获取模块，用于获取所述第一距离和第二距离； 系数存储模块，用于存储所述第一距离的声衰减系数和所述第二距 离的声衰减系数；总声衰减计算模块，用于从所述参数获取模块接收所述第一距离和 第二距离，从所述系数存储模块获取所述声衰减系数，并根据所述第一 距离、第二距离、所述第一距离的声衰减系数和所述第二距离的声衰减系数计算总声衰减。
4. 根据权利要求1所述的高能聚焦超声波治疗机，其特征在于，所述总声衰减确定单元通过如下公式计算所述总声衰减aF : "77 = 10 exp( -(Q^xd, + 2xJ2)/10)其中，《为所述第一距离，a，为所述第一距离对应的声衰减系数， ^为所述第二距离，a2为所述第二距离对应的声衰减系数。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的高能聚焦超声波治疗 机，其特征在于，所述第一距离为腹壁厚度，所述第二距离为靶皮距与 腹壁厚度之差，与所述第 一距离和第二距离对应的声衰减系数分别基本 为1.2dB/cm和0.8dB/cm。
6. —种高能聚焦超声波治疗机的治疗参数的确定方法，其特征在 于，包括通过输入单元输入治疗所需的焦点声能量；获取第一距离和第二距离，根据所述第 一距离和第二距离以及对应 的声衰减系数确定总声衰减；根据所述焦点声能量和所述总声衰减确定治疗机的治疗参数。
7. 根据权利要求6所述的高能聚焦超声波治疗机的治疗参数的确 定方法，其特征在于，所述治疗参数包括治疗机电功率和发射次数；该 方法还包括通过输入单元输入治疗机的发射时间；确定所述治疗参数的公式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，^为治疗机电功率，n为发射次数，W为所述总声衰减，J 为所述治疗所需的焦点声能量，t为发射时间，"为治疗机的电声转化效率。
8. 根据权利要求6所述的高能聚焦超声波治疗机的治疗参数的确 定方法，其特征在于，通过B超机获取所述第一距离和第二距离。
9. 根据权利要求6所述的高能聚焦超声波治疗机的治疗参数的确 定方法，其特征在于，通过如下公式计算所述总声衰减^:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，《为所述第一距离，a,为所述第一距离对应的声衰减系数， ^为所述第二距离，《2为所述第二距离对应的声衰减系数。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的高能聚焦超声波治疗机 的治疗参数的确定方法，其特征在于，所述第一距离为腹壁厚度，所述 第二距离为内脏厚度，与所述第一距离和第二距离对应的声衰减系数分 别基本为1.2dB/cm和0.8dB/cm。
全文摘要
本发明公开一种高能聚焦超声波治疗机及其治疗参数的确定方法，包括控制台，以及和控制台相连的高能聚焦超声波源、B超机、和计算设备，该计算设备包括输入单元，用于输入治疗所需的焦点声能量；总声衰减确定单元，用于获取第一距离和第二距离，根据第一距离和第二距离以及对应的声衰减系数确定总声衰减；治疗参数输出单元，用于根据从输入单元输入的焦点声能量和来自总声衰减确定单元的总声衰减确定治疗机的治疗参数，输出治疗参数。该治疗参数包括电功率以及相对应的发射时间、发射次数等。本发明提供的治疗机及其参数的确定方法，治疗参数的确定简单且有效，在临床使用中取得了良好的效果。
文档编号A61N7/00GK101683550SQ20081022360
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者吴旭东, 吴晓东, 珺 杨, 熊六林, 葛辉玉 申请人:海扶宁高强超声技术(北京)有限公司