CN114028741A - 一种结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术领域,旨在提供一种结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头。该探头包括:浅表线阵探头和高强度聚焦超声探头,后者的换能器位于前端并具有汇集超声能量的球壳,的焦点与球壳的球心重合;夹具,用于将浅表线阵探头和高强度聚焦超声探头并列夹持,并使浅表线阵探头的影像平面经过高强度聚焦超声探头的焦点。本发明可基于现有的浅表线阵探头进行改造,可在最低成本条件下实现可视化消融。组装方式灵活,可根据需要更换不同规格的HIFU探头,以及更换不同固定角度的夹具,实现不同深度以及不同焦点形状聚焦。可基于现有的浅表线阵探头的操作习惯,只需单手操作。能够极大降低高强度聚焦超声技术的应用成本,适于普遍推广。
Description
技术领域
本发明专利属于医疗器械技术领域,具体涉及一种结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头,用于可视化HIFU聚焦技术领域。
背景技术
超声成像是通过超声回波获取人体组织的结构影像,已被广泛应用于超声诊断领域。超声成像设备通常采用浅表线阵探头,其技术成熟,医疗机构应用普遍,价格低廉。高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU,又叫海扶刀)是一种将超声能量聚焦破坏人体组织以达到治疗目的一种技术,已被应用于肿瘤治疗、组织修复等领域。
但由于超声成像的频率、强度与用于高强度聚焦的频率、强度有较大差异,每个振元只能参与聚焦或成像中的一个功能,目前仅有面阵复合探头能同时具备高强度聚焦和成像的功能。在面阵复合探头中,利用不同振元通过相位差模拟出一个球面振元。其优点是聚焦点可控,但由于需要精确控制每个振元的相位,导致设备成本高昂,不利于大规模推广。
如能在超声成像设备的基础上进行改造,使探头同时具备高强度聚焦和成像的功能,无疑能够极大降低高强度聚焦超声技术的应用成本,给医疗机构或病患带来好处。但是,目前尚无文献记载过相关的改造技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头。
为解决技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头,包括:浅表线阵探头,用于通过超声回波获取人体组织的结构影像;高强度聚焦超声探头,用于将超声能量聚焦破坏局部人体组织进行治疗或修复;该探头的换能器位于探头前端并具有汇集超声能量的球壳,探头的焦点与球壳的球心重合;夹具,用于将所述浅表线阵探头和高强度聚焦超声探头并列夹持,并使浅表线阵探头的影像平面经过高强度聚焦超声探头的焦点。
作为一种优选方案,在浅表线阵探头和/或高强度聚焦超声探头上设有定位凸台,用于与夹具上的定位孔或定位槽配合实现安装定位;或者,在浅表线阵探头和/或高强度聚焦超声探头上设有定位孔或定位槽,用于与夹具上的定位凸台配合实现安装定位。
作为一种优选方案,所述夹具包括两个环状的夹持件,通过中间的连接部位构成8字形的主体结构。
作为一种优选方案,所述夹持件由两个相对布置的弧形扣组成,弧形扣之间通过转轴活动连接;在弧形扣的开口端设有相互配合的搭扣、啮合齿,或螺孔-螺母锁紧组件。
作为一种优选方案,所述连接部位设有转动轴,两个夹持件能够绕转动轴进行转动,用于调整两个探头的相对位置,调节聚焦位置。
作为一种优选方案,所述连接部位设有至少一个转动轴,转动轴的安装方式是下述的任意一种:(1)转动轴平行于两个探头的轴向布置;(2)转动轴垂直于两个探头的轴向布置。
作为一种优选方案,所述高强度聚焦超声探头的换能器具有锅盖型的局部球壳振源,其两侧对称设有狭长缺口;其中一个缺口用于放置浅表线阵探头,另一缺口用于保持振源对称性。
技术原理描述:
超声振源是通过换能器实现的,当高频电信号通过压电陶瓷等换能器,换能器会根据电压发生形变,高频的往复形变即为振动。
现有技术中的面阵复合探头,通常是在中间设置一列用于成像的换能器,用于发射低强度超声并接收回波,在成像换能器的两侧设置HIFU换能器阵列。该技术是利用不同振元以相位差方式模拟出一个球面振元,具体工作原理是:选定一个焦点后调整每个振源的相位,使得不同的振源发出的波的波峰同时到达焦点,在焦点处的振动幅度远远高于其它位置,从而起到能量聚焦的效果。该技术的优点是聚焦点可控,但由于需要精确控制每个振元的相位,导致设备结构复杂、成本高昂。
本发明采用了与现有面阵复合探头完全不同的技术思路。根据波的叠加原理,空间中某个点的振动受多个振源影响时,其振动为受到每个振源单独影响的叠加。当波峰与波峰重合,波谷与波谷重合时,振幅增大,当波峰与波谷重合时,振动相互抵消振幅减小。本发明创新性地提出,以球壳作为HIFU换能器的整体单一振源,其几何形态决定了球壳的球心与球壳每点等距,当球壳整体震动的时候,波峰会恰好同时到达球心,HIFU换能器的球心即HIFU探头的焦点。
基于上述技术原理,本发明将HIFU探头的球壳状换能器设置在整个探设备的中部,将浅表线阵探头的成像换能器设于球壳状换能器的边缘。成像换能器的成像范围是一个有一定深度的断面,HIFU换能器球壳的球心位于该断面上,即可通过两种超声探头的组合使用实现可视化消融。本发明的HIFU换能器采用球壳振源的形式,无需设置多个换能器,也无需分别进行控制;虽然不可变焦,但优点是加工生产的成本低廉,手术过程中的操作也很简便。
与现有技术相比,本发明专利的有益效果是:
1、本发明可基于现有的浅表线阵探头进行改造,只需额外增加高强度聚焦超声探头及配套换能器即可。相对于价格高昂的面阵复合探头,本发明可以在最低成本条件下实现可视化消融。
2、本发明组装方式灵活,可根据需要更换不同规格的HIFU探头,以及更换不同固定角度的夹具。使浅表线阵探头能以不同角度来贴合HIFU换能器的球壳缺口,从而实现不同深度以及不同焦点形状聚焦。
3、本发明可基于现有的浅表线阵探头的操作习惯,只需单手操作即可精确观察、调整HIFU探头的聚焦位置。
4、本发明能够极大降低高强度聚焦超声技术的应用成本,适于普遍推广。
附图说明
图1为浅表线阵探头示意图;
图2为高强度聚焦超声探头示意图;
图3为夹具的结构示意图;
图4为夹持件的安装示意图;
图5为夹具在高强度聚焦超声探头上的安装示意图;
图6、7、8为夹具在不同视角下的结构示意图;
图9为使用螺孔-螺母锁紧组件的探头组装示意图;
图10为使用搭扣组件的探头组装示意图。
图11为工作原理示意图。
图中,1浅表线阵探头;2定位凸台;3定位凸台;4高强度聚焦超声探头;5夹具;6转轴;7螺丝;8夹持件;9定位孔;10定位孔;11螺丝;12夹持件;13锁紧螺丝;换能器(振元)14;皮肤15;消融超声波16;成像超声波17;待消融组织18。
具体实施方式
本发明中,高强度聚焦超声探头只表示该部件是应用于高强度聚焦超声技术的探头也可称为HIFU探头。该探头属于现有技术,有市售商品。在对HIFU技术的具体应用过程中,该部件命名与超声波的具体强度数值范围并无关联,特此说明。本发明中,浅表线阵探头是常规市售产品,本发明没有特别技术要求。
下面结合附图,对本发明的具体实现方式进行详细描述。
本发明所述结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头,包括:浅表线阵探头1,用于通过超声回波获取人体组织的结构影像;高强度聚焦超声探头4,用于将超声能量聚焦破坏局部人体组织进行治疗或修复;该探头的换能器位于探头前端并具有汇集超声能量的球壳,探头的焦点与球壳的球心重合;夹具5,用于将浅表线阵探头1和高强度聚焦超声探头4并列夹持,并使浅表线阵探头1的影像平面经过高强度聚焦超声探头的焦点。
在浅表线阵探头1和高强度聚焦超声探头4上分别设有定位凸台2、3,用于与夹具5上的定位孔9、10配合实现安装定位,防止使用过程中发生滑移。该定位方式可以根据实际需要进行调整,例如,可以改为在浅表线阵探头1和/或高强度聚焦超声4探头上设定位孔或定位槽,用于与夹具上的定位凸台(或定位销钉)配合,实现安装定位。
夹具5包括两个环状的夹持件8,通过中间的连接部位构成8字形的主体结构。夹持件8是由两个相对布置的弧形扣组成,弧形扣之间通过转轴6活动连接;在弧形扣的开口端设有相互配合的搭扣组件(如图5、7中所示)、啮合齿,或螺孔-螺母锁紧组件(如图3、6中所示)。
为使浅表线阵探头1和高强度聚焦超声探头4的相对位置能够进行调整,在夹具5的连接部位设有转动轴,两个夹持件能够绕转动轴进行转动,以此调整两个探头的相对位置实现聚焦位置的调节。转动轴可以设一个,也可以设置相互垂直的两个转动轴;转动轴可以平行于两个探头的轴向布置,也可以垂直于两个探头的轴向布置。
作为另一种选择,可以在连接部位不设转动轴(如图3、5、6、7中所示),两个环状的夹持件8之间为固定连接,其相对位置是固定的无法进行调整。这种情况下,就需要多配套几个不同安装倾角的夹具5,以便在需要调整聚焦的时候进行更换。
与高强度聚焦超声探头4配套的换能器(称为HIFU换能器),具体可设置为具有锅盖型的局部球壳,该外形的换能器能聚焦于一条横向线段。在球壳的两侧对称设有狭长缺口,其中一个缺口用于放置浅表线阵探头1,另一缺口用于满足振源的对称性要求。缺口的长度、宽度可根据需要调整,以适应不同深度的探头,以及更换不同角度和尺寸的夹具,从而实现浅表线阵探头和高强度聚焦超声探头发射的超声波聚焦在同一个点上,该焦点与球壳的球心重合。
安装及使用方法示例:
先将夹具5的一个夹持件8安装在高强度聚焦超声探头4上,以螺孔-螺母锁紧组件或搭扣实现锁紧。然后利用夹具5的另一个夹持件8,将高强度聚焦超声探头4上和夹具8一并固定在浅表线阵探头1上,通过定位凸台与定位孔的配合实现定位安装。
在使用时,启动并调整浅表线阵探头1,通过超声回波获取局部人体组织的结构影像,准确定位拟进行高强度聚焦超声的目标位置。然后启动高强度聚焦超声探头4,调整其超声发射功率,对选定的目标位置进行治疗或修复。由于浅表线阵探头1和高强度聚焦超声探头4的相对位置是固定的,因此两者发射的超声波始终会聚焦在同一个点上,无需在手术过程中调整焦点,操作十分简便。针对不同的病患情况,可通过更换不同聚焦深度的探头或不同角度的夹具5,满足不同深度的高强度聚焦和对焦形状的可视化操作。
Claims (7)
1.一种结合高强度聚焦超声和浅表成像超声的探头,其特征在于,包括:
浅表线阵探头,用于通过超声回波获取人体组织的结构影像;
高强度聚焦超声探头,用于将超声能量聚焦破坏局部人体组织进行治疗或修复;该探头的换能器位于探头前端并具有汇集超声能量的球壳,探头的焦点与球壳的球心重合;
夹具,用于将所述浅表线阵探头和高强度聚焦超声探头并列夹持,并使浅表线阵探头的影像平面经过高强度聚焦超声探头的焦点。
2.根据权利要求1所述的探头,其特征在于,在浅表线阵探头和/或高强度聚焦超声探头上设有定位凸台,用于与夹具上的定位孔或定位槽配合实现安装定位;或者,在浅表线阵探头和/或高强度聚焦超声探头上设有定位孔或定位槽,用于与夹具上的定位凸台配合实现安装定位。
3.根据权利要求1所述的探头,其特征在于,所述夹具包括两个环状的夹持件,通过中间的连接部位构成8字形的主体结构。
4.根据权利要求3所述的探头,其特征在于,所述夹持件由两个相对布置的弧形扣组成,弧形扣之间通过转轴活动连接;在弧形扣的开口端设有相互配合的搭扣、啮合齿,或螺孔-螺母锁紧组件。
5.根据权利要求3所述的探头,其特征在于,所述连接部位设有转动轴,两个夹持件能够绕转动轴进行转动。
6.根据权利要求5所述的探头,其特征在于,所述连接部位设有至少一个转动轴,转动轴的安装方式是下述的任意一种:
(1)转动轴平行于两个探头的轴向布置;
(2)转动轴垂直于两个探头的轴向布置。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的探头,其特征在于,所述高强度聚焦超声探头的换能器具有锅盖型的局部球壳振源,其两侧对称设有狭长缺口;其中一个缺口用于放置浅表线阵探头,另一缺口用于保持振源对称性。
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