專利名稱：相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乳腺腫瘤治療裝置，尤其涉及一種相控型高強(qiáng)度聚焦超聲 (PHIFU)換能器和磁共振(MRI)乳腺線圈融合的乳腺腫瘤治療裝置，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度聚焦超聲(HighIntensity Focused Ultrasound-HIFU)是目前正在興起 的治療實(shí)體腫瘤的一種新型有效方法。HIFU的原理是利用超聲波的穿透性、聚焦性，將高強(qiáng) 度超聲聚焦至人體腫瘤組織，在超聲的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)以及空化效應(yīng)下，使焦點(diǎn)區(qū)域在短 時(shí)間內(nèi)聚集很高熱量，致使蛋白質(zhì)變性壞死，從而殺死腫瘤細(xì)胞。目前利用HIFU消融腫瘤 在臨床上已較廣泛應(yīng)用于前列腺、子宮、肝臟、乳腺等器官的良、惡性腫瘤。相控型高強(qiáng)度聚焦超聲(PhasedHigh Intensity Focused Ultrasound-PHIFU) 利用相控雷達(dá)陣列原理，通過調(diào)節(jié)各個(gè)陣元的幅度和相位，實(shí)現(xiàn)超聲在三維空間的聚焦和 掃描，從而在不需要機(jī)械移動換能器的前提下，實(shí)現(xiàn)超聲焦點(diǎn)的三維移動。相對單陣元換能 器的HIFU，PHIFU主要優(yōu)勢在于1、提高了焦點(diǎn)位移精度、節(jié)省了機(jī)械移動時(shí)間，2、在和磁 共振(Magnetic Resonance Imaging-MRI)融合中，因?yàn)镻HIFU換能器不需要機(jī)械移動，就 可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)在三維空間里掃描，克服了單陣元換能器需要依靠步進(jìn)電機(jī)控制焦點(diǎn)移動的 缺陷，從而大大減少了步進(jìn)電機(jī)對MRI成像的干擾。MRI和PHIFU的融合，MRI至少在以下三個(gè)方面有重大優(yōu)勢1、MRI能夠清晰的定 位腫瘤，為PHIFU治療提供實(shí)時(shí)精確的引導(dǎo)。2、MRI利用特定的對溫度敏感的序列，能夠準(zhǔn) 確的測量治療靶區(qū)的溫度，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控靶區(qū)的治療情況，從而實(shí)現(xiàn)在PHIFU治療過程 中實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的反饋控制熱量的加載，既可完全消融腫瘤組織，又可以不過度消融周圍正常 組織，實(shí)現(xiàn)真正意義上的適形加熱，保證治療的安全性和有效性。3、MRI術(shù)后療效評估也更 準(zhǔn)確。因此MRI和PHIFU融合治療乳腺腫瘤的方案在臨床上有重大的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)MRI 和 PHIFU 的融合是一大難題。Hynynen 等人在”MR Imaging-guided Focused Ultrasound Surgery of Fibroadenomas in the Breast :A Feasibility Studying” (Radiology, April 2001，Vol，219，176-185.)文章中提出 了將超聲換能器連同 三維移動的機(jī)械裝置、水囊都放置在MRI成像的床體上，超聲換能器從下往上治療。這種融 合系統(tǒng)要求改造原來MRI成像設(shè)備的床體，將HIFU換能器放置于MRI的床體里面，同時(shí)該 三維移動裝置是用超聲馬達(dá)做成，實(shí)現(xiàn)起來有一定難度。所以這種做法需對MRI床體做較 大改動，操作起來較困難。中國專利CN1903390A，將超聲換能器放在一個(gè)支撐體上，治療過程中將該支撐體 推入成像MRI的空隙里，通過移動支撐桿來移動換能器。這種方法容易在MRI成像過程中 引入電磁干擾。另一中國專利CN101164637A雖然解決了部分的MRI電磁干擾問題，但沒有 根本解決問題，因?yàn)檫@里的電機(jī)馬達(dá)不是用無磁性材料做成。同時(shí)由于MRI成像設(shè)備孔徑 大小有限，在不改變MRI現(xiàn)有床體結(jié)構(gòu)前提下，支撐體的移動空間有限，限制了 HIFU治療。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和 磁共振乳腺線圈融合的裝置，在不改造MRI的床體前提下，將PHIFU換能器和MRI的乳腺線 圈有機(jī)融合，在有限的空間里實(shí)現(xiàn)換能器的固定和超聲波的傳播，實(shí)現(xiàn)PHIFU掃描消融腫瘤。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于現(xiàn)有磁共振MRI乳腺線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了將 PHIFU換能器及其附屬裝置固定于乳腺線圈側(cè)邊的方案，巧妙利用乳腺線圈的內(nèi)部空間固 定PHIFU換能器及其附屬裝置，在有限的空間里實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和傳播。采用無磁 性的壓電陶瓷材料、無磁性的屏蔽線包裹換能器的驅(qū)動信號線等方法，避免在MRI成像中 引入電磁干擾。本發(fā)明在現(xiàn)有磁共振乳腺線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用磁共振乳腺線圈的內(nèi)部空 間放置相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器，構(gòu)成相控型高強(qiáng)度聚焦超聲和磁共振融合的乳腺腫 瘤治療裝置。裝置的具體結(jié)構(gòu)為在所述磁共振乳腺線圈的四個(gè)支柱構(gòu)成的內(nèi)部空間中安置底板，底板上設(shè)置兩個(gè) 固定罩分別卡在對應(yīng)的磁共振乳腺線圈容納乳腺的兩個(gè)圓孔里。底板一側(cè)安裝的側(cè)板置于 兩條導(dǎo)軌內(nèi)，相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器通過調(diào)節(jié)螺絲安裝在側(cè)板的中央，并通過沿調(diào) 節(jié)螺絲的軸線轉(zhuǎn)動調(diào)整傾斜角度，通過側(cè)板沿導(dǎo)軌在底板上的移動來調(diào)整前后位置和左右 轉(zhuǎn)動位置。相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器與近側(cè)的一個(gè)固定罩之間通過伸縮囊相連通。固 定罩及伸縮囊內(nèi)部充滿去氣水。相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器的驅(qū)動信號線從換能器背面 引出，連接到遠(yuǎn)端的與相控信號發(fā)生器相連的功放系統(tǒng)。本發(fā)明中，PHIFU換能器的側(cè)板與底板之間通過導(dǎo)軌相連，實(shí)現(xiàn)了 PHIFU換能器在 軸向上一定范圍內(nèi)前后移動和在水平徑向上一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。PHIFU換能器和側(cè)板之間用 兩根調(diào)節(jié)螺絲固定，使得PHIFU換能器可以在垂直徑向上一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明采用的PHIFU換能器包含有多個(gè)壓電陶瓷片，該材料無磁性，對MRI成像不 產(chǎn)生影響。每個(gè)壓電陶瓷片為一個(gè)獨(dú)立的超聲陣元。相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器的驅(qū)動 信號線驅(qū)全部用絕緣的無磁性材料包裹，為無磁性的屏蔽線。連接到遠(yuǎn)端(磁共振室外) 的與相控信號發(fā)生器相連的功放系統(tǒng)。整個(gè)裝置沒有任何鐵磁性材料，不引入任何干擾源， 所以對MRI的成像基本沒有干擾。本發(fā)明中，在所述磁共振乳腺線圈的支柱構(gòu)成的內(nèi)部空間中安置的底板上設(shè)置的 固定罩一般為兩個(gè)，分別與磁共振乳腺線圈容納乳腺的兩個(gè)圓孔對應(yīng)，也可以是一個(gè)，根據(jù) 需要將固定罩放置在形狀對稱的乳腺線圈的其中任意一側(cè)圓孔里面。固定罩與換能器之間 通過伸縮囊相連通。治療過程中乳腺放置在固定罩里，固定罩通過伸縮囊和PHIFU換能器連接起來。 固定罩、伸縮囊和PHIFU換能器之間充滿去氣水。PHIFU超聲能量通過伸縮囊內(nèi)的去氣水耦 合至放置在固定罩里的人體乳腺組織。本發(fā)明提供的乳腺腫瘤治療裝置，巧妙利用現(xiàn)有MRI乳腺線圈的有限空間放置 PHIFU換能器，兩者互不干擾，協(xié)同作用，解決了兩者融合過程中電磁兼容的難題，實(shí)現(xiàn)了 MRI和PHIFU的有機(jī)融合，具有的優(yōu)勢是明顯的。由于采用電機(jī)移動換能器很難避免在MRI
4成像中引入干擾，除非采用特殊的材料如超聲馬達(dá)驅(qū)動換能器移動，所以在治療過程中不 需機(jī)械移動的相控聚焦超聲(PHIFU)在這里凸顯巨大作用。PHIFU通過調(diào)節(jié)每個(gè)陣元的激 勵(lì)信號電壓和相位，使得焦點(diǎn)在三維空間里移動以覆蓋靶區(qū)。本發(fā)明為達(dá)到PHIFU工作過 程中的精確圖像定位引導(dǎo)和無損測溫提供了有效的解決方案


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1為MRI磁共振乳腺線圈，2為乳腺線圈的支柱，3為乳腺線圈容納乳房的 圓孔，4為底板，5為側(cè)板，6為伸縮囊，7為固定罩，8為導(dǎo)軌，9為調(diào)節(jié)螺絲，10為PHIFU相控 型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器。圖2為本發(fā)明中安裝PHIFU換能器的側(cè)板、伸縮囊、固定罩及底板的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)示意 圖。圖2中，4為底板，5為側(cè)板，6為伸縮囊，7為固定罩，8為導(dǎo)軌，9為調(diào)節(jié)螺絲，10為 PHIFU相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器。圖3為本發(fā)明中PHIFU換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中，5為側(cè)板，10為PHIFU相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明的相控型高強(qiáng)度聚焦超聲和磁共振融合的乳腺腫瘤治療裝置結(jié)構(gòu) 示意圖。在不改變現(xiàn)有診斷MRI設(shè)備結(jié)構(gòu)的前提下，本發(fā)明利用MRI乳腺線圈的內(nèi)部空間 放置PHIFU換能器。如圖1所示，在磁共振乳腺線圈1的支柱2構(gòu)成的內(nèi)部空間中安置底 板4，底板4上設(shè)置固定罩7，卡在對應(yīng)的磁共振乳腺線圈1容納乳腺的圓孔3里。底板4 一側(cè)安裝側(cè)板5，側(cè)板5置于兩條導(dǎo)軌8內(nèi)，相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器10通過調(diào)節(jié)螺 絲9安裝在側(cè)板5的中央，并可通過沿調(diào)節(jié)螺絲9的軸線轉(zhuǎn)動調(diào)整傾斜角度，通過側(cè)板5沿 導(dǎo)軌8在底板4上的移動來調(diào)整前后位置和左右轉(zhuǎn)動位置。相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器 10與固定罩7之間通過伸縮囊6相連通，固定罩7及伸縮囊6內(nèi)部充滿去氣水。相控型高 強(qiáng)度聚焦超聲換能器10的驅(qū)動信號線從換能器背面引出，連接到遠(yuǎn)端的與相控信號發(fā)生 器相連的功放系統(tǒng)。圖2更為清晰的給出了本發(fā)明中安裝PHIFU換能器的側(cè)板、伸縮囊、固定罩及底板 的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。如圖2所示，底板4上設(shè)置固定罩7，與磁共振乳腺線圈容納乳腺的圓孔對應(yīng)。 底板4 一側(cè)安裝側(cè)板5，側(cè)板5可沿導(dǎo)軌8移動，相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器10通過調(diào)節(jié) 螺絲9安裝在側(cè)板5的中央，可通過調(diào)節(jié)螺絲9調(diào)整其轉(zhuǎn)動角度，通過側(cè)板5沿導(dǎo)軌8在底 板4上的移動來調(diào)整前后位置和左右轉(zhuǎn)動位置。相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器10與固定 罩7之間通過伸縮囊6相連通。本發(fā)明中PHIFU換能器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器10安裝 在側(cè)板5上，換能器的球冠上緊密排布許多無磁壓電陶瓷片，每個(gè)壓電陶瓷片為一個(gè)獨(dú)立 的超聲陣元。PHIFU換能器驅(qū)動信號線在PHIFU換能器10背面引出來，連接到遠(yuǎn)端的與相控信號發(fā)生器相連的功放系統(tǒng)。整套驅(qū)動信號線為無磁性的屏蔽線，即全部用無磁性的非金屬 絕緣層包裹，以消除MRI成像的電磁干擾。本發(fā)明采用相控原理，通過調(diào)節(jié)每個(gè)超聲陣元激勵(lì)信號的相位和幅度實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)在 三維空間的聚焦和掃描，也可以生成多種焦點(diǎn)模式。由于不需要機(jī)械移動換能器就可以實(shí) 現(xiàn)焦點(diǎn)的在一定范圍內(nèi)的三維空間里移動，避免了由于電機(jī)移動給MRI造成的干擾，這是 PHIFU和MRI融合的一個(gè)重要優(yōu)勢。在本發(fā)明的實(shí)施例中，為實(shí)現(xiàn)較大的掃描范圍和較高的聲能量輸出，相控型高強(qiáng) 度聚焦超聲換能器10的球冠曲率半徑為130mm，口徑為100mm，球冠上緊密排布了 65個(gè) 無磁壓電陶瓷片。每個(gè)壓電陶瓷片為一個(gè)獨(dú)立的超聲陣元，每個(gè)陣元頻率1.36MHz、直徑 IOmm0采用這種緊密排布的球面陣方法，一方面為提高聲場增益，另一方面為在有限空間增 大陣元輻射面積，實(shí)現(xiàn)最大的焦點(diǎn)掃描空間和焦點(diǎn)最大能量，為PHIFU治療腫瘤帶來諸多 便利。本發(fā)明中，所述的固定罩可以為兩個(gè)，適應(yīng)性更強(qiáng)，使用比較方便實(shí)用，也可以只 采用一個(gè)，根據(jù)需要放在形狀對稱的乳腺線圈的其中任意一側(cè)圓孔里面，治療過程中乳腺 放置在該固定罩里，該固定罩里充滿去氣水。本發(fā)明中，連接PHIFU換能器和固定罩的伸縮囊有一定伸縮能力，其內(nèi)部充滿去 氣水，超聲波通過去氣水耦合到固定罩里的乳腺組織。本發(fā)明應(yīng)用于乳腺腫瘤的治療。在治療過程中，乳腺放置在固定罩7里面，固定罩 7、伸縮囊6、PHIFU換能器5之間都充滿去氣水，超聲波通過水耦合到人體乳腺組織，進(jìn)而可 消融腫瘤，實(shí)現(xiàn)對乳腺腫瘤的治療。由于安裝了 PHIFU換能器的側(cè)板5可通過導(dǎo)軌8在底板4上移動，同時(shí)由于伸縮囊 6具有一定伸縮性，所以實(shí)現(xiàn)了 PHIFU換能器10在軸線方向上一定范圍內(nèi)前后移動和沿水 平徑向上一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。PHIFU換能器10通過調(diào)節(jié)螺絲9固定在側(cè)板5上，使得PHIFU 換能器10可以在垂直徑向上一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。這樣的調(diào)節(jié)可以使得治療更為靈活、有效。本發(fā)明提出了一種相控型高強(qiáng)度聚焦超聲和磁共振融合的乳腺腫瘤治療裝置， 充分利用了乳腺線圈的空間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了適當(dāng)大小的PHIFU換能器和固定的機(jī)械裝置，實(shí) 現(xiàn)了兩者的有機(jī)融合，解決了一直以來MRI和HIFU融合過程中的電磁兼容等難題，為達(dá)到 PHIFU工作過程中的MRI精確圖像實(shí)時(shí)定位引導(dǎo)和無損測溫提供了有效的解決方案。
權(quán)利要求
一種相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置，包括磁共振乳腺線圈(1)，其特征在于在所述磁共振乳腺線圈(1)的支柱(2)構(gòu)成的內(nèi)部空間中安置底板(4)，底板(4)上設(shè)置固定罩(7)卡在對應(yīng)的磁共振乳腺線圈(1)容納乳腺的圓孔(3)里；底板(4)一側(cè)安裝的側(cè)板(5)置于兩條導(dǎo)軌(8)內(nèi)，相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(10)通過調(diào)節(jié)螺絲(9)安裝在側(cè)板(5)的中央，并通過沿調(diào)節(jié)螺絲(9)的軸線轉(zhuǎn)動調(diào)整傾斜角度，通過側(cè)板(5)沿導(dǎo)軌(8)在底板(4)上的移動來調(diào)整前后位置和左右轉(zhuǎn)動位置；相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(10)與固定罩(7)之間通過伸縮囊(6)相連通；固定罩(7)及伸縮囊(6)內(nèi)部充滿去氣水；相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(10)的驅(qū)動信號線從換能器背面引出，連接到遠(yuǎn)端的與相控信號發(fā)生器相連的功放系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置，其特 征在于所述相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(10)的球冠曲率半徑為130mm，口徑為100mm，球 冠上緊密排布65個(gè)直徑為IOmm的無磁壓電陶瓷片，每個(gè)壓電陶瓷片為一個(gè)獨(dú)立的超聲陣兀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置，其特 征在于所述相控型高強(qiáng)度聚焦超聲換能器(10)的驅(qū)動信號線為無磁性的屏蔽線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置，其特 征在于所述固定罩(7)為一個(gè)，根據(jù)需要放在形狀對稱的乳腺線圈(1)的其中任意一側(cè)圓 孔⑶里面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置，其特 征在于所述固定罩(7)為兩個(gè)，分別卡在對應(yīng)的磁共振乳腺線圈(1)容納乳腺的圓孔(3)里。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相控高強(qiáng)度聚焦超聲換能器和磁共振乳腺線圈融合的裝置，基于現(xiàn)有磁共振MRI乳腺線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了將PHIFU換能器及其附屬裝置固定于乳腺線圈側(cè)邊的方案，在乳腺線圈有限的內(nèi)部空間里實(shí)現(xiàn)了PHIFU換能器的固定，并實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和傳播。采用無磁性的壓電陶瓷材料、無磁性的屏蔽線包裹換能器的驅(qū)動信號線等方法，避免在MRI成像中引入電磁干擾。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了MRI線圈和PHIFU換能器的有機(jī)融合，解決了兩者融合過程中電磁兼容的難題，為達(dá)到PHIFU工作過程中的精確圖像實(shí)時(shí)定位引導(dǎo)和無損測溫提供了有效的解決方案。
文檔編號A61B18/04GK101947129SQ201010503068
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者孫非, 沈國峰, 潘鋼, 陳亞珠 申請人:上海交通大學(xué)