一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于物理治療【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包括：仿生體系、聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備以及監(jiān)控子系統(tǒng)；所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備用于向所述仿生體系的指定位置上發(fā)送聚焦超聲波，在所述仿生體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合；所述監(jiān)控子系統(tǒng)包括多個熱電偶，所述多個熱電偶內(nèi)嵌于所述仿生體系中，用于在超聲聚焦治療的超聲聚焦過程中探測仿生體系內(nèi)的溫度變化信息。從而實現(xiàn)對超聲聚焦治療的模擬仿真，以及對超聲聚焦過程中聚焦焦域處的組織以及超聲通道上的溫度的監(jiān)控，分析超聲聚焦的能量變化規(guī)律，實現(xiàn)對超聲聚焦治療劑量的安全與性能評估。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于物理治療【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng) 及方法。 一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)及方法

【背景技術(shù)】
[0002]咼強度聚焦超聲（high-intensity focused ultrasound, HIFU)技術(shù)是一種利用 聲波作為能源的醫(yī)療手段。通過將很多束超聲波從體外射到身體里去，在發(fā)射和投射的過 程中間發(fā)生聚焦，生成一個聚焦點，所述聚焦點通過聲波和熱能的轉(zhuǎn)化，在〇. 5-1秒內(nèi)形成 一個70°C -10(TC高溫治療點。當腫瘤位于所述聚焦點附近的一定區(qū)域內(nèi)時，腫瘤組織將產(chǎn) 生凝固性壞死，失去增值、浸潤和轉(zhuǎn)移能力，從而達到熱切除腫瘤的治療效果。
[0003] 然而，由于超聲換能器的技術(shù)局限以及人體的多界面間出現(xiàn)的反射以及衍射等相 關(guān)聲波的線路變化，會對腫瘤周圍的組織產(chǎn)生一定程度的溫度變化，因此，需要對周圍組織 以及超聲通道上的溫度進行監(jiān)控。
[0004] 國內(nèi)外有很多聚焦超聲領(lǐng)域的研究者采用各種透明或者不透明的超聲體模，用 于超聲聚焦焦域形態(tài)的呈現(xiàn)和評價。透明的超聲體模有雞蛋清類蛋白質(zhì)體模、牛血清蛋 白（BSA)類蛋白質(zhì)體模，甚至牛眼睛晶狀體，這一類的透明體模可以通過肉眼實時觀測到 HIFU焦域熱效應(yīng)的變化，并可通過圖片或錄像拍攝進行記錄和測量。不透明的超聲體模有 蛋白質(zhì)類體模，所述蛋白質(zhì)類體模不能實時觀測，如同牛肝的HIFU實驗一樣，輻射后需要 切開并尋找到最大焦域切面。通過對透明體模內(nèi)可視化的焦域觀測，確定聚焦超聲所形成 的焦域形態(tài)及位置，從而可以對聚焦超聲的聚焦性能進行評估。由上可知，傳統(tǒng)意義上對焦 斑的大小研究更多的是基于離體組織上進行，由于離體組織不具備可視化以及不能多次重 復(fù)利用，因此在大量數(shù)據(jù)輸出的平臺上，不能高效地進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與觀察。另一方面，在超 聲治療中，超聲波的輻照劑量的確定也很重要。一個理想的聲波劑量計量方法應(yīng)該能夠滿 足：（1)反應(yīng)聲強和輻照持續(xù)時間；(2)較好反應(yīng)聲波輻照下的生物學(xué)效應(yīng)；（3)便于文獻 見相互比較。但是目前仍沒有一種對超聲聚焦治療中聲波劑量進行評估的產(chǎn)品或者設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)及方法，以實現(xiàn)超 聲聚焦治療中的模擬耦合，對聚焦焦域處組織、超聲通道上溫度的監(jiān)控以及對超聲聚焦治 療劑量的評估。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0007] 仿生體系、聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備以及監(jiān)控子系統(tǒng)；
[0008] 所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備用于向所述仿生體系的指定位置上發(fā)送聚焦超聲波，在 所述仿生體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合；
[0009] 所述監(jiān)控子系統(tǒng)包括多個熱電偶，所述多個熱電偶內(nèi)嵌于所述仿生體系中，用于 在超聲聚焦治療的超聲聚焦過程中探測仿生體系內(nèi)的溫度變化信息。
[0010] 進一步地，所述仿生體系包括多個仿生層，所述多個仿生層分別為：
[0011] 仿生體系的表皮層，用于模擬人體皮膚層；
[0012] 仿生體系的仿生體模層,位于所述仿生體系的表皮層的下方，用于模擬人體肌肉 層；
[0013] 仿生體系的脂肪層，位于所述仿生體系的仿生體模層的下方，用于模擬人體脂肪 層；
[0014] 仿生體系的水囊袋，位于所述仿生體系的脂肪層的下方，用于模擬人體膀胱，所述 水囊袋上設(shè)有一注射用的針頭口；
[0015] 仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層，位于所述仿生體系的水囊袋的下方，用于模擬人 體子宮和子宮肌瘤的相對位置和相對狀態(tài)；以及
[0016] 仿生體系的記憶型仿生體模層，位于所述仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層的下方， 用于探測超聲聚焦的反射及折射狀況。
[0017] 進一步地，所述仿生體系的指定位置為仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層；
[0018] 所述多個熱電偶按照預(yù)設(shè)的方式內(nèi)嵌于仿生體系的預(yù)選仿生層中，以探測在超聲 聚焦過程中仿生體系內(nèi)所述預(yù)選仿生層的溫度變化信息。
[0019] 進一步地，所述預(yù)設(shè)的方式為熱電偶并排嵌入所述預(yù)選仿生層中，且相鄰兩個熱 電偶之間相隔10毫米。
[0020] 進一步地，所述監(jiān)控子系統(tǒng)還包括主控計算機，所述主控計算機與所述多個熱電 偶連接，用于：
[0021] 采集熱電偶探測到的溫度信息，根據(jù)所述溫度信息估算出超聲能量的衰減程度以 及超聲能量對人體組織的損傷程度；以及
[0022] 存儲所采集到的溫度信息、超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷 程度，并以圖形的方式顯示所述超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程 度。
[0023] 本發(fā)明的第二方面，提供了一種基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，所述方法應(yīng) 用于由仿生體系、聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備以及監(jiān)控子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，所述監(jiān)控子系統(tǒng)包括 多個熱電偶和主控計算機，所述多個熱電偶與所述主控計算機連接，所述多個熱電偶內(nèi)嵌 于所述仿生體系中，所述方法包括：
[0024] 所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向所述仿生體系的指定位置上發(fā)送聚焦超聲波，在所述 仿生體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合；
[0025] 所述熱電偶用于在超聲聚焦治療的超聲聚焦過程中探測仿生體系內(nèi)的溫度變化 ?音息；
[0026] 所述主控計算機采集熱電偶探測到的溫度信息，并根據(jù)所述溫度信息估算出超聲 能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程度。
[0027] 進一步地，所述仿生體系包括多個仿生層，所述多個仿生層分別為：
[0028] 仿生體系的表皮層，用于模擬人體皮膚層；
[0029] 仿生體系的仿生體模層，位于所述仿生體系的表皮層的下方，用于模擬人體肌肉 層；
[0030] 仿生體系的脂肪層，位于所述仿生體系的仿生體模層的下方，用于模擬人體脂肪 層；
[0031] 仿生體系的水囊袋，位于所述仿生體系的脂肪層的下方，用于模擬人體膀胱，所述 水囊袋上設(shè)有一注射用的針頭口；
[0032] 仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層，位于所述仿生體系的水囊袋的下方，用于模擬人 體子宮和子宮肌瘤的相對位置和相對狀態(tài)；以及
[0033] 仿生體系的記憶型仿生體模層，位于所述仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層的下方， 用于探測超聲聚焦的反射及折射狀況。
[0034] 進一步地，所述仿生體系的指定位置為仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層；
[0035] 所述熱電偶按照預(yù)設(shè)的方式內(nèi)嵌于仿生體系的預(yù)選仿生層中，以探測超聲聚焦過 程中仿生體系內(nèi)所述預(yù)選仿生層的溫度變化信息。
[0036] 進一步地，所述預(yù)設(shè)的方式為熱電偶并排嵌入所述預(yù)選仿生層中，且相鄰兩個熱 電偶之間相隔10毫米。
[0037] 進一步地，所述方法還包括：
[0038] 所述主控計算機存儲所獲取到的溫度信息、超聲能量的衰減程度以及超聲能量對 人體組織的損傷程度，并以圖形的方式顯示所述超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體 組織的損傷程度。
[0039] 本發(fā)明根據(jù)人體的結(jié)構(gòu)特點、聲學(xué)特性以及熱學(xué)特性構(gòu)造出一個仿生模擬體系， 即仿生體系。所述仿生體系具有與人體組織相近的聲學(xué)特性和熱學(xué)特性。將所述仿生體系 與聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備結(jié)合，通過聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向所述仿生體系發(fā)射聚焦超聲波形 成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合；并且在超聲聚焦過程中，通過內(nèi)嵌于 仿生體系的熱電偶探測仿生體系內(nèi)仿生層的溫度變化信息，從而實現(xiàn)對超聲聚焦治療的實 時觀測，以及對超聲聚焦過程中聚焦焦域處組織以及超聲通道上溫度的監(jiān)控，分析超聲聚 焦的能量變化規(guī)律，實現(xiàn)對超聲聚焦治療劑量的安全和性能評估。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明實施例一提供的基于仿生體模的超聲聚焦評估系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖；
[0041] 圖2是本發(fā)明實施例一提供的仿生體模的組成結(jié)構(gòu)圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明實施例二提供的基于仿生體模的超聲聚焦評估方法的實現(xiàn)流程圖；
[0043] 圖4是本發(fā)明實施例二提供的仿生體系中的超聲聚焦通道示意圖。

【具體實施方式】
[0044]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0045] 在本實施例中，超聲聚焦評估系統(tǒng)主要用于對人體子宮肌瘤的超聲聚焦治療的模 擬評估。生物組織的超聲性質(zhì)是借助若千物理參數(shù)來描述的。這些物理參數(shù)包括：超聲波 傳輸速度、超聲衰減、超聲吸收、阻抗特性等。而高強度聚焦超聲治療腫瘤的機制主要是利 用超聲波的熱效應(yīng)。因此，本發(fā)明根據(jù)人體的結(jié)構(gòu)特點、聲學(xué)特性以及熱學(xué)特性構(gòu)造出一個 仿生模擬體系，即仿生體系。所述仿生體系具有與人體組織相近的聲學(xué)特性和熱學(xué)特性。進 一步地，本發(fā)明將所述仿生體系與聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備結(jié)合，通過聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向 所述仿生體系發(fā)送聚焦超聲波形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合。而 在超聲聚焦過程中，通過內(nèi)嵌于仿生體系的熱電偶探測仿生體系內(nèi)仿生層的溫度信息，從 而實現(xiàn)對超聲聚焦治療的實時觀測，以及對超聲聚焦過程中聚焦焦域處的組織以及超聲聚 焦通道上溫度的監(jiān)控，分析超聲聚焦的能量變化規(guī)律，實現(xiàn)了對超聲聚焦治療劑量的安全 和性能評估。
[0046] 圖1示出了本發(fā)明實施例一提供的基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)。為了便于 說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
[0047] 如圖1所示，所述系統(tǒng)包括仿生體系1、聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備2以及監(jiān)控子系統(tǒng)3。 所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備2用于向所述仿生體系1的指定位置上發(fā)送聚焦超聲波，在所述 仿生體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合。所述監(jiān)控子系統(tǒng)3包 括多個熱電偶4,所述多個熱電偶4內(nèi)嵌于所述仿生體系1中，用于在超聲聚焦治療的超聲 聚焦過程中探測仿生體系內(nèi)的溫度變化信息。
[0048] 在本實施例中，所述基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)主要用于模擬肌瘤的超聲 聚焦治療，所述仿生體系優(yōu)選為基于超聲聚焦治療的子宮肌瘤的仿生體系。所述聚焦超聲 波發(fā)射設(shè)備為PR〇2〇〇 8超聲聚焦子宮肌瘤治療系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在實際應(yīng)用中能夠向人體 的子宮肌瘤發(fā)射聚焦超聲波，以實現(xiàn)對人體子宮肌瘤的無創(chuàng)治療。而在本實施例中，所述 PR〇2〇〇8超聲聚焦子宮肌瘤治療系統(tǒng)用于向所述仿生體系的指定位置發(fā)射聚焦超聲波，所 述指定位置為用于模擬人體子宮和子宮肌瘤的相對位置和相對狀態(tài)的內(nèi)嵌式仿生體模層。 通過向所述仿生體系發(fā)送聚焦超聲波，在所述仿生體系中產(chǎn)生一個超聲聚焦通道，以實現(xiàn) 超聲聚焦治療中的模擬耦合。
[0049] 在超聲聚焦治療中，超聲聚焦的過程由聲阻抗等相關(guān)參數(shù)及其特性決定了超聲傳 遞的效率。因此，本實施例中，聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向仿生體模的內(nèi)嵌式仿生體模層發(fā)射聚 焦超聲波后，在超聲聚焦過程中由內(nèi)嵌在所述仿生體系各仿生層中的熱電偶探測聚焦焦域 處組織以及超聲通道上的溫度變化信息。
[0050] 在本實施例中，所述仿生體系1包括多個仿生層。如圖2所示，所述多個仿生層分 別為：
[0051] 仿生體系的表皮層11，由表面經(jīng)過打蠟防腐的豬皮制備而成，用于模擬人體皮膚 層。
[0052] 仿生體系的仿生體模層12,由凝膠聚合反應(yīng)原液制備而成，位于所述仿生體系的 表皮層11下方，用于模擬人體肌肉層。
[0053] 仿生體系的脂肪層13,由豬的脂肪封裝進密封保險袋并注入去氣水制備而成，位 于所述仿生體系的仿生體模層12的下方，用于模擬人體脂肪層。
[0054] 仿生體系的水囊袋14,由裝有預(yù)設(shè)水量的水袋構(gòu)成，位于所述仿生體系的脂肪層 13的下方，用于模擬人體膀胱。所述水囊袋上還設(shè)有一針頭口。
[0055] 仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層15,由離體組織和聚丙烯酰胺仿生體模制備而成， 位于所述仿生體系的水囊袋14的下方，用于模擬人體子宮和子宮肌瘤的相對位置和相對 狀態(tài)。以及
[0056] 仿生體系的記憶型仿生體模層16,位于所述仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層15的 下方，用于探測超聲聚焦的反射及折射狀況。
[0057] 在離體實驗以及相關(guān)聲學(xué)測量試驗發(fā)現(xiàn)，人體皮膚層和脂肪層的聲學(xué)參數(shù)與豬的 脂肪聲學(xué)參數(shù)相近。本發(fā)明實施例中優(yōu)選采用接近人體皮膚的豬皮，對其表面進行打蠟防 腐處理，從而得到仿生體系的表皮層，用于模擬人體的皮膚層。根據(jù)實際需求，以所述表皮 層為預(yù)選仿生層時，將多根熱電偶按照預(yù)設(shè)的方式內(nèi)嵌在所述豬皮中，并做好標記。
[0058]由于超聲聚焦仿生體模在聲學(xué)特性上與人體的肌肉組織有著比較相近的參數(shù)，因 此，本發(fā)明實施例以仿生體模層來模擬人體的肌肉層。所述仿生體模層的組要成分優(yōu)選為 凝膠聚合反應(yīng)原液。所述凝膠聚合反應(yīng)原液的制備過程包括下述步驟：
[0059] 在步驟S2〇l中，以脫氣去氣水作為溶劑加入到第一塑料杯中，將N-異丙基丙烯酰 胺單體溶于所述溶劑中，再對所述溶劑進行單方向攪拌均勻，直至所述N-異丙基丙烯酰胺 單體完全溶于溶劑中，以獲得N-異丙基丙烯酰胺溶液。
[0060] 在本實施例中，所述N-異丙基丙烯酰胺（NIPA)為白色晶體，可溶于水。因其為熱 敏性材料，優(yōu)選用于制備本發(fā)明實施例中的凝膠聚合反應(yīng)原液。
[0061] 在步驟S202中，以脫氣去氣水作為溶劑加入到第二塑料杯中，將過硫酸銨和偏重 亞硫酸鈉溶于所述溶劑中，以制得過硫酸銨和偏重亞硫酸鈉的混合溶液。
[0062] 在步驟S203中，向所述N-異丙基丙烯酰胺溶液中加入甲叉雙丙烯酰胺及丙烯酰 胺，對加入了甲叉雙丙烯酰胺及丙烯酰胺的N-異丙基丙烯酰胺溶液進行單方向攪拌，直至 所述甲叉雙丙烯酰胺及丙烯酰胺完全溶于所述N-異丙基丙烯酰胺溶液中，得到N-異丙基 丙烯酰胺反應(yīng)原液。
[0063] 在步驟S204中，向所述過硫酸銨和偏重亞硫酸鈉的混合溶液中加入N-異丙基丙 烯酰胺反應(yīng)原液，單方向攪拌至均勻，從而制得凝膠聚合反應(yīng)原液。
[0064] 在本實施例中，所述攪拌可以通過人工攪拌，也可以通過磁力攪拌器攪拌。所述單 方向可以為順時針方向或者逆時針方向。
[0065] 通過上述步驟制得的凝膠聚合反應(yīng)原液呈果凍狀、無色透明，表面光滑平整，具有 良好的可塑性、彈性以及韌性；其內(nèi)部質(zhì)地均勻，無氣泡。
[0066] 在實際的超聲聚焦評估過程中，可根據(jù)不同的需要，選擇適量的凝膠聚合反應(yīng)原 液進行凝固，制作出不同尺寸規(guī)格的仿生體模層，以進一步地模擬肌肉層能量的變化過程 和變化趨勢。與透明的超聲體模中的蛋白質(zhì)體模相比，以凝膠聚合反應(yīng)原液制成的仿生體 模層在外觀上更加無色透明，且與人體軟組織有更相近的聲學(xué)特性和熱學(xué)特性，有利于對 聚焦超聲波安全劑量的評估。在本實施例中，所述仿生體模層位于所述仿生體系的皮膚層 (即豬皮）下方，以模擬人體的肌肉層。進一步地，本發(fā)明實施例還可以根據(jù)對超聲能量的 探測需求，以所述仿生體模層為預(yù)選仿生層，在所述仿生體模層中間與所述仿生體系的皮 膚層（即豬皮）的平行方向下按照預(yù)設(shè)的方式安置多根熱電偶；優(yōu)選為三根熱電偶，并且設(shè) 置相鄰熱電偶之間的相隔距離為10毫米。
[0067] 在本實施例中，仿生體系的脂肪層優(yōu)選采用豬的脂肪。其制作過程為：選取不同厚 度的豬脂肪，將其裝進密封的保險袋子里，并灌注去氣水后進行密封，從而得到所述仿生體 系的脂肪層。所述述仿生體系的脂肪層位于上述仿生體模層的下方。同樣的，在以所述脂 肪層為預(yù)選仿生層時，按照預(yù)設(shè)的方式將多根熱電偶插入所述仿生體系的脂肪層中，優(yōu)選 為二根熱電偶。
[0068] 仿生體系的水囊袋主要用于模擬人體的膀胱，可以通過在水袋里面注入預(yù)設(shè)水量 的去氣水制備得到。優(yōu)選地，所述水囊袋上面設(shè)置一注射用的針頭口，用于增加或者減少水 囊袋中的去氣水量。所述仿生體模的水囊袋位于所述仿生體系的脂肪層下方。同樣的，在 以所述水囊袋為預(yù)選的仿生層時，按照預(yù)設(shè)的方式將多根熱電偶插入所述仿生體系的水囊 袋中，優(yōu)選為三根熱電偶。
[0069] 仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層主要用于模擬人體子宮和子宮肌瘤的相對位置以 及相對狀態(tài)。所述內(nèi)嵌式仿生體模層的主要制備過程為：將特定形狀的離體組織放置在容 器的中部位置，然后加入聚丙烯仿生體模原液，通過快速成型技術(shù)，使得離體組織凝固在所 述聚丙烯仿生體模原液內(nèi)部，從而獲得所述內(nèi)嵌式仿生體模層。優(yōu)選地，所述離體組織為豬 瘦肉。所述內(nèi)嵌式仿生體模層位于仿生體模的水囊袋的下方。同樣地，本發(fā)明實施例可按 照實際需要，以所述內(nèi)嵌式仿生體模層為預(yù)選仿生層，按照預(yù)設(shè)的方式將多根熱電偶按內(nèi) 嵌在所述內(nèi)嵌式仿生體模層內(nèi)，優(yōu)選為六根熱電偶。
[0070] 本發(fā)明實施例中，所述仿生體系的最內(nèi)層為記憶型仿生體模層，位于所述仿生體 系的內(nèi)嵌式仿生體模層下方，用于探測超聲聚焦的反射及折射狀況。同樣的，在以所述記憶 型仿生體模層為預(yù)選仿生層時，按照預(yù)設(shè)的方式在所述記憶型仿生體模層內(nèi)部安置六根熱 電偶。
[0071] 以上所述的預(yù)設(shè)的方式可以為多根熱電偶并排嵌入相應(yīng)預(yù)選仿生層中，且相鄰兩 個熱電偶之間相隔10毫米。
[0072] 進一步地，在本實施例中，所述監(jiān)控子系統(tǒng)3還包括：
[0073] 主控計算機5,用于采集熱電偶探測到的溫度信息，并根據(jù)所述溫度信息估算出超 聲能量的衰減程度和超聲能量對人體組織的損傷程度；以及
[0074] 存儲所采集到的溫度信息、超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷 程度，并以圖形的方式顯示所述超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程 度。
[0075] 優(yōu)選地，所述主控計算機還可以根據(jù)所述超聲能量的衰減層度以及超聲能量對人 體組織的損傷程度，反饋出最優(yōu)的超聲聚焦治療劑量，以供醫(yī)療參考。
[0076] 在本實施例中，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)特點、聲學(xué)特性以及熱學(xué)特性構(gòu)造出一個仿生體系， 并將所述仿生體系與聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備結(jié)合，通過聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向所述仿生體系 發(fā)送聚焦超聲波形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合，模擬對子宮肌瘤 的無創(chuàng)治療。在超聲聚焦過程中，通過內(nèi)嵌于仿生體系的熱電偶探測仿生體系內(nèi)仿生層的 溫度變信息，從而實現(xiàn)了對超聲聚焦治療的實時觀測；并且通過對聚焦焦域處組織以及超 聲通道上溫度的監(jiān)控來分析超聲聚焦的能量變化規(guī)律，實現(xiàn)了對超聲聚焦治療劑量的安全 和性能評估。
[0077] 實施例二
[0078]圖3示出了本發(fā)明實施例二提供的基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，為了便于 說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
[0079] 所述方法應(yīng)用于圖1實施例所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)。
[0080] 如圖3所示，所述方法包括：
[0081] 在步驟S301中，所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向所述仿生體系的指定位置上發(fā)送聚 焦超聲波，在所述仿生體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合。
[0082] 在本實施例中，所述仿生體系優(yōu)選為基于超聲聚焦治療的子宮肌瘤的仿生體系。 所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層發(fā)送聚焦超聲波，在所述仿生體 系中產(chǎn)生一個超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療中的模擬耦合，模擬人體子宮肌瘤的無 創(chuàng)治療。圖4是本發(fā)明實施例二提供的仿生體系中的超聲聚焦通道示意圖。由圖4可知， 所述聚焦焦域位于仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層中。
[0083] 在步驟S302中，所述熱電偶在超聲聚焦治療的超聲聚焦過程中探測仿生體系內(nèi) 的溫度變化信息。
[0084] 內(nèi)嵌于仿生體系的預(yù)選仿生層中的熱電偶分別探測相應(yīng)預(yù)選仿生層在超聲聚焦 過程中的溫度變化信息。
[0085] 在步驟S303中，所述主控計算機采集熱電偶探測到的溫度信息，并根據(jù)所述溫度 信息估算出超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程度。
[0086] 進一步，所述方法還包括：
[0087] 在步驟S304中，所述主控計算機存儲所采集到的溫度信息、超聲能量的衰減程度 以及超聲能量對人體組織的損傷程度，并以圖形的方式顯示所述超聲能量的衰減程度以及 超聲能量對人體組織的損傷程度。
[0088] 在本實施例中，所述圖形可以為折線圖、柱狀圖等。作為本發(fā)明的一個實施示例， 所述超聲能量隨時間變化的衰減程度可通過折線圖顯示，或者所述超聲能量對人體組織的 損傷程度可通過柱狀圖顯示。
[0089] 優(yōu)選地，所述方法還包括：
[0090] 在步驟S305中，所述主控計算根據(jù)所述超聲能量的衰減層度以及超聲能量對人 體組織的損傷程度，反饋出最優(yōu)的超聲聚焦治療劑量，以供醫(yī)療參考。
[0091] 在本實施例中，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)特點、聲學(xué)特性以及熱學(xué)特性構(gòu)造出一個仿生體系， 并將所述仿生體系與聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備結(jié)合，通過聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向所述仿生體系 的內(nèi)嵌式仿生體模層發(fā)送聚焦超聲波，以模擬子宮肌瘤的超聲聚焦無創(chuàng)治療。在超聲聚焦 治療的超聲聚焦過程中，通過內(nèi)嵌于仿生體系的熱電偶探測仿生體系內(nèi)仿生層的溫度變化 信息，從而實現(xiàn)了對超聲聚焦治療的實時觀測，并且通過對聚焦焦域處的組織以及超聲通 道上的溫度監(jiān)控來分析超聲聚焦的能量變化規(guī)律，從而實現(xiàn)了對超聲聚焦治療劑量的安全 和性能評估。
[0092] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可 以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以在存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì) 中，所述的存儲介質(zhì)，包括R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0093]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。例如，各個模塊只 是按照功能邏輯進行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能即可；另 夕卜，各功能模塊的具體名稱也只是為了便于相互區(qū)分，并不用于限制本發(fā)明的保護范圍。 [0094] 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 仿生體系、聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備以及監(jiān)控子系統(tǒng)； 所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備用于向所述仿生體系的指定位置上發(fā)送聚焦超聲波，在所述 仿生體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療的模擬耦合； 所述監(jiān)控子系統(tǒng)包括多個熱電偶，所述多個熱電偶內(nèi)嵌于所述仿生體系中，用于在超 聲聚焦治療的超聲聚焦過程中探測仿生體系內(nèi)的溫度變化信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)，其特征在于，所述仿生體 系包括多個仿生層，所述多個仿生層分別為： 仿生體系的表皮層，用于模擬人體皮膚層； 仿生體系的仿生體模層，位于所述仿生體系的表皮層的下方，用于模擬人體肌肉層； 仿生體系的脂肪層，位于所述仿生體系的仿生體模層的下方，用于模擬人體脂肪層； 仿生體系的水囊袋，位于所述仿生體系的脂肪層的下方，用于模擬人體膀胱，所述水囊 袋上設(shè)有一注射用的針頭口； 仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層，位于所述仿生體系的水囊袋的下方，用于模擬人體子 宮和子宮肌瘤的相對位置和相對狀態(tài)；以及 仿生體系的記憶型仿生體模層，位于所述仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層的下方，用于 探測超聲聚焦的反射及折射狀況。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)，其特征在于，所述仿生 體系的指定位置為仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層； 所述多個熱電偶按照預(yù)設(shè)的方式內(nèi)嵌于所述仿生體系的預(yù)選仿生層中，以探測超聲聚 焦過程中仿生體系內(nèi)所述預(yù)選仿生層的溫度變化信息。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的 方式為熱電偶并排嵌入所述預(yù)選仿生層中，且相鄰兩個熱電偶之間相隔1〇毫米。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控子 系統(tǒng)還包括主控計算機，所述主控計算機與所述多個熱電偶連接，用于： 采集熱電偶探測到的溫度信息，根據(jù)所述溫度信息估算出超聲能量的衰減程度以及超 聲能量對人體組織的損傷程度；以及 存儲所采集到的溫度信息、超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程 度，并以圖形的方式顯示所述超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程度。
6. -種基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于由仿生體系、 聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備以及監(jiān)控子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，所述監(jiān)控子系統(tǒng)包括多個熱電偶和主控 計算機，所述多個熱電偶與所述主控計算機連接，所述多個熱電偶內(nèi)嵌于所述仿生體系中， 所述方法包括： 所述聚焦超聲波發(fā)射設(shè)備向所述仿生體系的指定位置上發(fā)送聚焦超聲波，在所述仿生 體系內(nèi)形成超聲聚焦通道，以實現(xiàn)超聲聚焦治療的模擬耦合； 所述熱電偶用于在超聲聚焦治療的超聲聚焦過程中探測仿生體系內(nèi)的溫度變化信 肩、； 所述主控計算機采集熱電偶探測到的溫度信息，并根據(jù)所述溫度信息估算出超聲能量 的衰減程度以及超聲能量對人體組織的損傷程度。
7. 如權(quán)利要求6所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，其特征在于，所述仿生體 系包括多個仿生層，所述多個仿生層分別為： 仿生體系的表皮層，用于模擬人體皮膚層； 仿生體系的仿生體模層，位于所述仿生體系的表皮層的下方，用于模擬人體肌肉層； 仿生體系的脂肪層，位于所述仿生體系的仿生體模層的下方，用于模擬人體脂肪層； 仿生體系的水囊袋，位于所述仿生體系的脂肪層的下方，用于模擬人體膀胱，所述水囊 袋上設(shè)有一注射用的針頭口； 仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層，位于所述仿生體系的水囊袋的下方，用于模擬人體子 宮和子宮肌瘤的相對位置和相對狀態(tài)；以及 仿生體系的記憶型仿生體模層，位于所述仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層的下方，用于 探測超聲聚焦的反射及折射狀況。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，其特征在于，所述仿生 體系的指定位置為仿生體系的內(nèi)嵌式仿生體模層； 所述多個熱電偶按照預(yù)設(shè)的方式內(nèi)嵌于仿生體系的預(yù)選仿生層中，以探測超聲聚焦過 程中仿生體系內(nèi)所述預(yù)選仿生層的溫度變化信息。
9. 如權(quán)利要求8所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的 方式為熱電偶并排嵌入所述預(yù)選仿生層中，且相鄰兩個熱電偶之間相隔10毫米。
10. 如權(quán)利要求1所述的基于仿生體系的超聲聚焦評估方法，其特征在于，所述方法還 包括： 所述主控計算機存儲所獲取到的溫度信息、超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體 組織的損傷程度，并以圖形的方式顯示所述超聲能量的衰減程度以及超聲能量對人體組織 的損傷程度。
【文檔編號】A61N7/02GK104190005SQ201410378264
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】黃漢年, 江劍暉 申請人:深圳市普羅惠仁醫(yī)學(xué)科技有限公司