專利名稱：上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬生物醫(yī)學(xué)儀器與設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種高強(qiáng)度聚焦超聲非侵入性外科手術(shù)的治療系統(tǒng)，尤其涉及上百陣元球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound，HIFU)是將超聲能量聚焦在人體深部目標(biāo)組織，達(dá)到精確熱損傷選定的目標(biāo)組織而絲毫不傷害臨近正常組織的治療，現(xiàn)稱為聚焦超聲手術(shù)(ocused Ultrasound Surgery，F(xiàn)US)HIFU的聚焦點(diǎn)峰值聲強(qiáng)為數(shù)百W/cm～數(shù)千W/cm2，作用時間僅為幾秒鐘(通常為1-3S)，而使組織溫度超過56℃-60℃以上，這時細(xì)胞蛋白突然被凝固，且還有空化形成氣泡迫使細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)破壞，稱組織燒融或消融。高強(qiáng)度聚焦超聲具有高度的準(zhǔn)確性、無創(chuàng)性和快速性的特點(diǎn)，目前已在腫瘤治療方面應(yīng)用。
HIFU治療換能器有單陣元換能器、相控陣換能器和由幾個陣元組成的非相控直接疊加聚能的多陣元換能器。單陣元換能器焦點(diǎn)固定、結(jié)構(gòu)簡單，采用的換能器材料為壓電陶瓷PZT。相控陣換能器最主要的特點(diǎn)是可產(chǎn)生適合治療的靈活多變的單焦點(diǎn)和同時多點(diǎn)的聚焦焦點(diǎn)模式，同單陣元單焦點(diǎn)相比多點(diǎn)聚焦可增大單次治療聚焦體積，大大減少了治療時間，加快了超聲治療的治療速度。再有相控陣可以采用子陣技術(shù)避開一些障礙物(如肋骨)來進(jìn)行治療。
據(jù)申請人所進(jìn)行的資料檢索，中國發(fā)明專利《高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤掃描治療系統(tǒng)》ZL98100283.8(
公開日1999年5月5日，公開號1215616)，和中國發(fā)明專利《體外高能聚焦超聲波治療機(jī)》ZL01134485.7(
公開日2002年4月3日，公開號1342503)披露了兩種HIFU系統(tǒng)，都是采用HIFU單陣元換能器，由單陣元換能器、B超圖像和相應(yīng)的多自由度運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。
授權(quán)的美國專利4,865,042，發(fā)明人Umemura，發(fā)明名稱為“Ultrasonicirradiation system”早在1989年就披露了一種相控陣HIFU換能器，它所采用的是球冠相控陣換能器，也就是球面環(huán)形相控陣和球面扇蝸形相控陣；專利中運(yùn)用環(huán)狀陣相角調(diào)制方法能夠產(chǎn)生焦平面的環(huán)形分布的多焦點(diǎn)，而不能產(chǎn)生非軸對稱的多焦點(diǎn)，因而不能形成三維空間的多焦點(diǎn)掃描。
球冠作為具有幾何焦區(qū)的相控陣換能器外形，到目前為止仍然是人們普遍采用的相控陣換能器外形形式。在本發(fā)明專利中我們將采用矩形陣元的結(jié)構(gòu)形式，矩形陣元相控陣可以形成的聲場波形好、旁瓣小、焦點(diǎn)外無不希望的聲壓波動，結(jié)構(gòu)上排列亦緊湊。目前換能器材料采用壓電復(fù)合材料、換能器陣元數(shù)大于一百，在技術(shù)上是有可能實(shí)現(xiàn)的；這樣的換能器形式能夠產(chǎn)生適合腫瘤超聲治療的精細(xì)、靈活和多變的焦點(diǎn)形式。本專利球面矩形陣元結(jié)構(gòu)是2D陣形式用相關(guān)的控制方法可進(jìn)行3D空間的焦點(diǎn)掃描。大規(guī)模陣元相控陣換能器要求先進(jìn)的聚焦控制方法與之匹配，同時要有大規(guī)模、高技術(shù)的通道功率驅(qū)動進(jìn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，采用新型1-3壓電復(fù)合材料(1-3Piezocomposite)和結(jié)構(gòu)為上百陣元球面矩形相控陣換能器，從而確保適合體外聚焦超聲治療的高性能、高效率、靈活、多變的焦點(diǎn)控制形狀。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，它是用B超圖像引導(dǎo)的立體定位相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲手術(shù)治療系統(tǒng)。其特征在于，該系統(tǒng)包括置于治療床下部的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器，該上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器的探頭中同軸安裝有繞中心軸自轉(zhuǎn)θ角度的B超探頭，與百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器的探頭共同構(gòu)成組合探頭；其中B超探頭連接有B超儀和圖像采集裝置；B超探頭在治療換能器中的同軸自轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)三維圖像監(jiān)控，也就是能在三維空間跟蹤和評價(jià)治療目標(biāo)靶組織的治療損傷狀況。上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器發(fā)射面的前方設(shè)置有水囊，該水囊與脫氣凈化水系統(tǒng)相連接，水囊中還設(shè)置有進(jìn)行表面皮膚監(jiān)視的攝像機(jī)；系統(tǒng)還包括有主控計(jì)算機(jī)、6軸運(yùn)動系統(tǒng)及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)；主控計(jì)算機(jī)控制了百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制和上百陣元復(fù)合材料球面相控陣HIFU換能器子系統(tǒng)、6軸立體運(yùn)動定位控制子系統(tǒng)、B超圖像采集子系統(tǒng)和脫氣凈化水子系統(tǒng)。主控計(jì)算機(jī)通過高速雙向數(shù)據(jù)傳輸控制接口與上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)連接，主控計(jì)算機(jī)同時還通過雙向數(shù)據(jù)傳輸線與6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)連通，用于控制組合探頭以5自由度運(yùn)動姿態(tài)定位，并驅(qū)動B超探頭自轉(zhuǎn)；主控計(jì)算機(jī)還與圖像采集裝置和脫氣凈化水系統(tǒng)互連。
由于本發(fā)明采用了上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器，可以產(chǎn)生適合體外聚焦超聲治療的多種焦點(diǎn)模式，而且焦點(diǎn)形式精細(xì)、靈活多變，特別是可以產(chǎn)生同時多焦點(diǎn)形成的大焦點(diǎn)比單陣元單焦點(diǎn)單次治療體積大，因而減少了治療時間、提高了效率，同時也能以可避開肋骨遮擋的子陣焦點(diǎn)模式實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)治療，該系統(tǒng)從醫(yī)生直觀的B超圖像引導(dǎo)的視點(diǎn)角度，根據(jù)病灶的具體情況靈活選擇不同的焦點(diǎn)形狀，方便地進(jìn)行立體定位和聚焦超聲操作。


圖1是本發(fā)明上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)原理圖；圖2是本發(fā)明中球面相控陣換能器結(jié)構(gòu)示意圖，其中a是主視圖，b是a的側(cè)視圖；圖3是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)分層分布結(jié)構(gòu)框圖；圖4是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制中上位機(jī)的一種實(shí)例結(jié)構(gòu)框圖；圖5是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制中下位機(jī)結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是上百通道相控陣HIFU功率驅(qū)動通道功率驅(qū)動器原理圖；圖7是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制中上位機(jī)軟件狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；圖8是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制中下位機(jī)軟件流程圖；圖9是HIFU工作與B超圖像采集時序圖，其中，a是HIFU工作的占空比波形圖，b是B超成像的時序圖；圖10是本發(fā)明主控計(jì)算機(jī)軟件流程圖。
圖中所示的標(biāo)號分別表示1.治療床，2.上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器，3.B超探頭，4.B超儀與B超探頭連線，5.B超儀，6.B超儀與圖像采集裝置連線，7.圖像采集裝置，8.主控計(jì)算機(jī)與圖像采集接口，9.攝像機(jī)，10.水囊，11.6軸運(yùn)動系統(tǒng)，12.6軸運(yùn)動與運(yùn)動控制連線，13.6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)，14.主控計(jì)算機(jī)與6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)雙向數(shù)據(jù)傳輸線，15.主控計(jì)算機(jī)，16.上百陣元相控陣換能器與相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)的連接電纜，17.上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)，18.主控計(jì)算機(jī)與上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸控制接口，19.脫氣凈化水系統(tǒng)，20.矩形陣元，23.上位機(jī)，24.自定義內(nèi)部總線，25.下位機(jī)，26.通道功率驅(qū)動器，31.調(diào)試顯示器，32.ARM核，33.RS232通道，34.鍵盤，35.JTAG調(diào)試口，36.CS8900網(wǎng)絡(luò)口，37.電源，38.64MSDRAM控制器，39.64MNandFlash，40.FPGA，41.頻率合成器DDS，42.驅(qū)動與緩沖，44.上位機(jī)與下位機(jī)通訊通道，45.雙端口RAM，46.時鐘信號，48.數(shù)字相位移產(chǎn)生器，49.八通道AD，50.四通道DA，51.功率幅值信號，52.數(shù)字相位移信號，53.功率測量，54.控制信號，56.數(shù)字幅度控制的DC-DC電源，57.D/E類通道功率放大器，58.PLL相位檢測器，59.諧波濾波器，60.匹配電路。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，其中示出了一種上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的原理圖。整體系統(tǒng)由上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2、上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17、B超探頭3、B超儀5、圖像采集裝置7、6軸運(yùn)動系統(tǒng)11及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13、主控計(jì)算機(jī)15、脫氣凈化水系統(tǒng)19、攝像機(jī)9、水囊10和治療床1組成。
本發(fā)明的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2安裝于治療床1的下方，在上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2探頭的中心孔中，同軸安裝有B超探頭3，B超探頭3與它形成組合探頭，B超探頭3可繞中心軸自轉(zhuǎn)θ角度，B超探頭3與B超儀5和圖像采集裝置7相連接。上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2的驅(qū)動通過上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17來完成，其姿態(tài)的立體定位由6軸運(yùn)動系統(tǒng)11及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13來控制。在治療床1中心有孔，上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2的發(fā)射面的前方還設(shè)置有水囊10，水囊10中通有脫氣凈化水系統(tǒng)19提供的循環(huán)、恒溫的脫氣水，脫氣水一方面做治療超聲的耦合液，另-方面可冷卻聲窗中表面皮膚，為防止聲窗中表面皮膚過熱灼傷，還設(shè)置有置于水囊中的攝像機(jī)9，進(jìn)行窗中表面皮膚的監(jiān)視。主控計(jì)算機(jī)15通過高速雙向數(shù)據(jù)傳輸控制接口18控制上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17，然后驅(qū)動上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2發(fā)射聚焦超聲波束進(jìn)行治療；主控計(jì)算機(jī)15同時還通過雙向數(shù)據(jù)傳輸線14控制6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13，進(jìn)而控制6軸運(yùn)動系統(tǒng)11使組合探頭以5自由度運(yùn)動姿態(tài)定位治療，并使B超探頭3自轉(zhuǎn)；主控計(jì)算機(jī)15還控制B超圖像的圖像采集裝置7和脫氣凈化水系統(tǒng)19的水循環(huán)。
上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2的結(jié)構(gòu)為上百陣元球面矩形相控陣，從圖2中可看到，每一陣元的投影面積為相等的矩形20，這樣的結(jié)構(gòu)排布緊湊，陣元數(shù)多則有利于產(chǎn)生精細(xì)、靈活多變的焦點(diǎn)形式。換能器的工作頻率為0.5-4MHz。采用的材料是新型1-3壓電復(fù)合材料(1-3Piezocomposite)，1-3壓電復(fù)合材料利用其主振動模式即厚度模式，抑制其他方向模式，減少寄生旁瓣，因而1-3壓電復(fù)合材料的球面換能器僅有焦點(diǎn)處聲壓的光滑分布。1-3壓電復(fù)合材料可直接做成球面，無需聲透鏡，因而減少了聲透鏡帶來的聲衰減，還具有寬頻帶、高信噪比和低聲阻抗的特性。
上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17可將適合腫瘤治療的三維單焦點(diǎn)、三維多焦點(diǎn)、組合切換焦點(diǎn)以及可避開肋骨遮擋的子陣焦點(diǎn)模式的驅(qū)動控制信號傳輸給上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2。一般的聚焦超聲治療換能器尺寸較大，其聲窗容易被肋骨或障礙物遮擋，單陣元換能器治療時只能將遮擋肋骨去掉，而相控陣聚焦超聲換能器在這種被肋骨遮擋情況下就可以采用子陣的方法，就是讓被肋骨遮擋的換能器陣元部分不工作，其余陣元工作。上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2中心孔的B超探頭3可以判斷哪部分陣元被肋骨遮擋從而確定被肋骨遮擋部分陣元不工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了無創(chuàng)手術(shù)。
為產(chǎn)生適合腫瘤的多種焦點(diǎn)模式，控制方法是必不可少的，與上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2相配的是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17?？刂品椒ㄔO(shè)計(jì)的焦點(diǎn)形式對應(yīng)各陣元的驅(qū)動信號，所有的焦點(diǎn)模式對應(yīng)的驅(qū)動信號形成模式庫存于上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17的存儲器中，在HIFU治療時即時取出相應(yīng)焦點(diǎn)模式的驅(qū)動信號由上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17實(shí)現(xiàn)對上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2的驅(qū)動控制，即每一陣元要對應(yīng)一個通道的功率控制，治療時所有陣元和驅(qū)動通道都同時工作，每一陣元的通道驅(qū)動的功率幅度和相位都獨(dú)立可控。
高精度、含局部反饋的各通道相位和功率可獨(dú)立控制、計(jì)算機(jī)分層和分布管理控制以及高速數(shù)據(jù)傳輸控制接口的系統(tǒng)是本發(fā)明上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17的構(gòu)架。從圖3中可以看出上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17的分層分布結(jié)構(gòu)框圖；本發(fā)明中的上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17設(shè)計(jì)為一個典型的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，分為HIFU驅(qū)動控制器上位機(jī)23和分布的下位機(jī)25以及分布的各通道功率驅(qū)動器26。主控計(jì)算機(jī)15通過雙向數(shù)據(jù)傳輸控制接口18和上位機(jī)23雙向通訊傳輸命令。上位機(jī)23可以是一單板計(jì)算機(jī)或嵌入式ARM-Linux系統(tǒng)，上位機(jī)23通過自定義內(nèi)部總線24驅(qū)動控制分布式下位機(jī)25，下位機(jī)25為單片機(jī)，每個下位機(jī)控制4或8或16個通道功率驅(qū)動器26，在這樣的分布式結(jié)構(gòu)中下位機(jī)25的數(shù)量取為4、8、16的倍數(shù)，同樣每個下位機(jī)25控制的功率驅(qū)動器26也取為4、8、16的倍數(shù)。
每一陣元對應(yīng)一個通道的功率控制，上百陣元HIFU相控陣要求上百通道的功率驅(qū)動控制器驅(qū)動發(fā)射超聲波；每一通道的功率、相位信號可獨(dú)立控制，連續(xù)波的相位控制范圍為0-360°，所有通道的相位是相對于一參考基準(zhǔn)頻率時鐘信號的相位。相控陣HIFU驅(qū)動控制實(shí)現(xiàn)的主要功能就是接收主控計(jì)算機(jī)15的命令和治療數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)化成包含各通道相位、幅值信息的電信號作為功率通道的前端輸入信號，同時通過實(shí)時監(jiān)測功率放大通道工作過程中反饋回來的信息，對各個通道的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)安全自鎖等功能。
圖4是上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制中上位機(jī)的一種實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的上位機(jī)23采用了嵌入式ARM-Linux系統(tǒng)，硬件上采用ARM+FPGA+DDS+Driver+TFT結(jié)構(gòu)，軟件上采用嵌入式Linux+MiniGUI+上位機(jī)功能軟件的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。在微控制器ARM核32的外圍有·兩個通道RS23233，一個通道用來外接鍵盤34，一個通道用來和主控計(jì)算機(jī)15連通；·一個NANDFlash控制器，用來外接64MNandFlash 39，用來存貯bootloader，內(nèi)核，根文件系統(tǒng)，上位機(jī)程序等；·64MSDRAM控制器38，用來做系統(tǒng)內(nèi)存；·現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Prorammable Gates Array)40，采用Altera中等規(guī)模芯片作各種控制信號的產(chǎn)生；·頻率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)41是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率時鐘信號的，可采用美國AD公司的AD9850頻率合成器。
·LCD液晶顯示器31系統(tǒng)測試調(diào)試顯示；·JTAG調(diào)試口35用于系統(tǒng)測試調(diào)試；·CS8900網(wǎng)絡(luò)口36在調(diào)試階段，可以用來作為系統(tǒng)的調(diào)試口，在商品化階段，用于上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)；·驅(qū)動與緩沖42傳送數(shù)據(jù)到自定義內(nèi)部總線24
系統(tǒng)軟件主要指嵌入式Linux和MiniGUI。系統(tǒng)通電以后運(yùn)行bootloader，初始化各種CPU運(yùn)行環(huán)境并加載內(nèi)核，內(nèi)核啟動以后掛載根文件系統(tǒng)，開始運(yùn)行MiniGUI，接著運(yùn)行上位機(jī)23的功能軟件。
在本實(shí)施例中自定義了與主控計(jì)算機(jī)通訊和控制的協(xié)議，上位機(jī)23遵循本系統(tǒng)自定義的與主控計(jì)算機(jī)的通訊和控制協(xié)議主要完成以下功能·產(chǎn)生整體相控陣HIFU驅(qū)動控制器所需的基準(zhǔn)頻率時鐘信號，如本實(shí)施例中基準(zhǔn)頻率時鐘信號與換能器的工作頻率一致為1.2MHz。
·接收主控計(jì)算機(jī)發(fā)來的治療命令和數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理。
·根據(jù)接受到的命令發(fā)生治療模式信號等控制信號。
·驅(qū)動各級信號，與下位機(jī)通訊，把信號發(fā)送到下位機(jī)進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。
·實(shí)時監(jiān)控各個信號通道，做相應(yīng)的安全處理。
圖5是本發(fā)明中上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制中分布的下位機(jī)的一種實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。首先下位機(jī)25的硬件設(shè)計(jì)選用了單片機(jī)作為實(shí)現(xiàn)下位各功能的核心處理器，單片機(jī)25負(fù)責(zé)調(diào)度、管理每個功能模塊的協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)25與雙端口RAM 45進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；下位機(jī)25通過雙端口RAM 45與上位機(jī)23通過內(nèi)部上位機(jī)與下位機(jī)通訊通道44進(jìn)行雙向通訊，接收上位機(jī)23發(fā)送來的治療數(shù)據(jù)和控制信息，并且適時地上傳功率等通道檢測信息。單片機(jī)25把接收到的治療數(shù)據(jù)分解為每個通道的數(shù)字相位數(shù)據(jù)和數(shù)字功率幅度數(shù)據(jù)，然后一邊把控制信號54發(fā)送到通道功率驅(qū)動器26，一邊把數(shù)字相位數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字相位移產(chǎn)生器48。數(shù)字相位移產(chǎn)生器48接受兩個信號控制一個是單片機(jī)25給的8位數(shù)字相移量，另一是從上位機(jī)23通過內(nèi)部上位機(jī)與下位機(jī)通訊通道44直接傳遞過來的換能器基準(zhǔn)頻率時鐘信號46，根據(jù)這兩個信號數(shù)字相位移產(chǎn)生器48進(jìn)行相位延時后產(chǎn)生數(shù)字相移信號52傳遞給通道功率驅(qū)動器26。單片機(jī)25將分解得到的數(shù)字功率幅度數(shù)據(jù)發(fā)送到四通道DA 50進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換的功率幅值信號51傳遞給通道功率驅(qū)動器26，本實(shí)施例的功率幅度控制是8位精度數(shù)字量。在工作期間，通道功率驅(qū)動器26的每一個通道都設(shè)有每一陣元驅(qū)動電功率的檢測，還有相關(guān)點(diǎn)電壓檢測；單片機(jī)25控制八通道AD 49通過功率測量53將四個通道的功率和電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸送、存放到雙端口RAM 45中，以便上位機(jī)23查詢。根據(jù)各通道的功率和電壓的檢測數(shù)據(jù)判斷每一通道功率驅(qū)動器的工作狀態(tài)是否正常，如果不正常，立刻關(guān)閉該通道。
下位機(jī)25在上位機(jī)23的控制下，直接向功率放大通道提供各種信息，其主要功能包括·與上位機(jī)通訊，接受各種控制信號。
·把上位機(jī)發(fā)來的治療數(shù)據(jù)通過DA轉(zhuǎn)換器變成換能器幅值信息，并發(fā)送給相應(yīng)的功率放大通道。
·信號經(jīng)過延時電路產(chǎn)生各通道相位信息，并發(fā)送給相應(yīng)功率放大通道。
·根據(jù)上位機(jī)提供的治療模式數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對功率放大通道各種工作方式的控制。
·實(shí)時監(jiān)測各功率放大通道的工作狀態(tài)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，發(fā)送給上位機(jī)。
圖6是本發(fā)明中上百通道相控陣HIFU功率驅(qū)動通道原理圖。圖中顯示的是通道功率驅(qū)動26中一個通道的驅(qū)動。通道的功率幅度和相位是獨(dú)立控制的，幅度控制方式有兩種可供選擇一種是電壓反饋的電壓控制方式，另一種是功率反饋的功率控制方式，他們由單片機(jī)25直接控制。由于相控陣換能器2的陣元20在工作時其電阻抗會發(fā)生變化，因而采用功率反饋的功率控制方式使輸出功率穩(wěn)定而不受電阻抗變化的影響。通道功率驅(qū)動的放大器設(shè)計(jì)采用D/E類通道功率放大器57，D/E類通道功率放大器57工作在開關(guān)狀態(tài)，這里是周期方波，因而效率比A/B類放大器高可達(dá)90％，且體積小；D/E類通道功率放大器57產(chǎn)生的功率驅(qū)動信號的相位和幅度是由單片機(jī)25控制的結(jié)果首先數(shù)字相位移產(chǎn)生器48將上位機(jī)23產(chǎn)生的基準(zhǔn)時鐘方波信號按單片機(jī)25發(fā)送的數(shù)字延時量產(chǎn)生相移的方波信號送入D/E類通道功率放大器57進(jìn)行相位控制，與此同時D/E類通道功率放大器57放大的方波幅度受單片機(jī)25發(fā)送的數(shù)字幅度信號通過DA 50控制DC-DC電源56的幅度實(shí)現(xiàn)幅度控制。數(shù)字幅度控制的DC-DC電源56實(shí)際上是脈寬可調(diào)的脈沖DC-DC電源，其效率高可達(dá)85％。D/E類通道功率放大器57輸出的方波信號經(jīng)2倍于工作頻率帶寬的諧波濾波器59濾波后再經(jīng)過L-C匹配電路60將工作頻率的正弦波信號經(jīng)同軸屏蔽電纜送到上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2驅(qū)動其陣元。本實(shí)施例的功率測量53完全用硬件乘法器和積分器實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)的功率測量53的功率信號在功率控制方式時作為反饋信號。放大通道各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的相移可以通過鎖相環(huán)PLL相位檢測器58進(jìn)行相位反饋的補(bǔ)償。通道的功率測量53和電壓的檢測量經(jīng)八通道AD(49)轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)25，單片機(jī)25根據(jù)各通道的功率和電壓的檢測數(shù)據(jù)判斷每一通道功率驅(qū)動器的工作狀態(tài)是否正常，如果不正常，通過使能控制立刻關(guān)閉該通道。
按照上位機(jī)要完成的功能上位機(jī)軟件狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖參見圖7，系統(tǒng)開機(jī)即運(yùn)行位于指定地址的bootloader程序，設(shè)置完Linux內(nèi)核運(yùn)行環(huán)境以后，加載Linux內(nèi)核，內(nèi)核運(yùn)行過程中掛載需要的根文件系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動完成以后，運(yùn)行基于MiniGUI的圖形用戶接口，在MiniGUI圖形接口上運(yùn)行上位機(jī)功能軟件。上位機(jī)功能軟件是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)各種功能的具體部件，首先需要初始化系統(tǒng)軟硬件，包括FPGA(40)中相應(yīng)的控制字，DDS(41)的復(fù)位初始化，串行通訊口，以及軟件中的各種標(biāo)志位等，初始化通過以后即進(jìn)入無限循環(huán)模式，按接收到的不同的命令幀進(jìn)行相應(yīng)的處理。
當(dāng)收到配置命令時，需要設(shè)置上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)置換能器工作頻率，設(shè)置上百通道校正因子和系統(tǒng)自檢等。當(dāng)通訊出錯時，需要重新初始化串口，清空緩沖區(qū)，進(jìn)行出錯處理。當(dāng)收到查詢命令時，需要查詢設(shè)備標(biāo)識，查詢功放狀態(tài)值，查詢通道功率檢測值。當(dāng)應(yīng)答查詢命令時，需要向主控機(jī)發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)，包括設(shè)備標(biāo)識，系統(tǒng)狀態(tài)值。當(dāng)接收到開始治療命令時，進(jìn)入到治療模式循環(huán)狀態(tài)，HIFU模式(on)發(fā)送治療脈沖，HIFU模式(off)關(guān)閉治療脈沖。在這個治療過程中均需要查詢系統(tǒng)狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)信號不在預(yù)先設(shè)定的閾值范圍以內(nèi)，自動停止治療，進(jìn)行錯誤分析，如果系統(tǒng)正常工作，并且HIFU模式循環(huán)結(jié)束，意味著一點(diǎn)治療結(jié)束，正常停止治療。
按照下位機(jī)23要完成的功能下位機(jī)軟件流程參見圖8，上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)下位機(jī)23為單片機(jī)控制，系統(tǒng)上電以后，進(jìn)行各項(xiàng)初始化工作，為程序設(shè)置運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)初始化成功以后，設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)供上位機(jī)檢查，開數(shù)據(jù)發(fā)送中斷，以便能夠從上位機(jī)接收治療數(shù)據(jù)。接下來檢查系統(tǒng)工作時鐘是否正常，如果時鐘出錯，設(shè)置時鐘出錯狀態(tài)；如果時鐘正常，設(shè)置工作時鐘正確狀態(tài)，讀取當(dāng)前各通道工作狀態(tài)，設(shè)置狀態(tài)字節(jié)供上位機(jī)23檢查。接下來檢查是否有通道處于工作狀態(tài)，如果有，則采集20組功率、電壓值存放到雙口RAM(45)中，并且置數(shù)據(jù)采集完標(biāo)志位，等待上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如果上位機(jī)數(shù)據(jù)處理完成，判斷通道正常，便可以讀取功率使能控制字節(jié)并設(shè)置相應(yīng)通道為了讓聚焦超聲從體外任意方位和短的焦距聚焦于體內(nèi)，采用6軸運(yùn)動系統(tǒng)11及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13來進(jìn)行換能器的姿態(tài)，實(shí)施立體定位治療。其中3個自由度為x軸、y軸、z軸相互垂直的直線運(yùn)動和2個繞軸擺動，再有一個自由度是B超探頭3的自轉(zhuǎn)。x軸、y軸、z軸相互垂直的直線運(yùn)動采用伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲桿或螺母使其沿直線導(dǎo)軌做直線運(yùn)動，2個繞二垂直軸的擺動則是采用兩相互垂直運(yùn)動的擺船結(jié)構(gòu)繞其錐頂進(jìn)行擺動，采用伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲桿使其螺母做直線運(yùn)動，再轉(zhuǎn)化為圓弧擺動；兩擺動結(jié)構(gòu)緊湊、高精度并且擺角與電機(jī)控制成線性關(guān)系。而本發(fā)明再有一個自由度的運(yùn)動是讓B超探頭3同軸裝于上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2探頭的中心孔內(nèi)做±90°的自轉(zhuǎn)；這樣可監(jiān)測三維空間的不同面的治療損傷狀況。6個軸的運(yùn)動都采用伺服電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動閉環(huán)控制。本發(fā)明的6軸運(yùn)動系統(tǒng)11及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13以緊湊和高精度實(shí)現(xiàn)6自由度的姿態(tài)運(yùn)動控制和立體定位。6自由度的運(yùn)動采用了美國DelatTau公司產(chǎn)的PMAC(Programmable Multiaxes Controller)多軸控制卡進(jìn)行聯(lián)動控制。
上百陣元球面相控陣可以實(shí)現(xiàn)3D空間的焦點(diǎn)掃描，因而聚焦超聲治療的損傷B超圖像監(jiān)控的扇掃面也應(yīng)達(dá)能在3D空間查找到治療損傷點(diǎn)。本發(fā)明中B超探頭3在相控陣治療換能器中心孔的自轉(zhuǎn)，就能在3D空間查找到治療損傷點(diǎn)，也能進(jìn)行3D成像。
本發(fā)明專利的治療系統(tǒng)采用B超圖像引導(dǎo)和監(jiān)控聚焦超聲治療，主控計(jì)算機(jī)軟件可以控制B超圖像采集和監(jiān)控為準(zhǔn)實(shí)時的圖像監(jiān)控，即在治療占空周期的空時段進(jìn)行B超圖像采集。一般HIFU工作的時間段中是采用占空比的工作方式，即周期性的間斷工作；HIFU工作的占空比波形見圖9a，B超成像是在HIFU的空的時間段中進(jìn)行，以防止HIFU的強(qiáng)干擾，B超成像的時序見圖9b。這樣的方式就是B超準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)控成像。
水囊10與脫氣凈化水系統(tǒng)19的連接控制與現(xiàn)有技術(shù)相同。
圖10表示出了本發(fā)明實(shí)施例上百陣元球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)軟件流程，主控計(jì)算機(jī)軟件對各子系統(tǒng)進(jìn)行管理實(shí)現(xiàn)了圖像引導(dǎo)的立體定位的聚焦超聲治療和治療損傷圖像顯示。主控計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行后，首先檢查脫氣凈化水系統(tǒng)19、上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17、6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13、11以及內(nèi)部各部件的狀態(tài)，引導(dǎo)6軸運(yùn)動裝置歸位；而后顯示病人資料輸入界面，由醫(yī)生輸入病人資料，以便于載入其他圖像資料時的有效性校驗(yàn)。醫(yī)生利用主控計(jì)算機(jī)軟件提供的導(dǎo)航工具尋找病灶組織位置，同時可以通過DICOM文件接口載入其他模態(tài)的三維檢查圖像，通過交互式的方法，進(jìn)行各模態(tài)數(shù)據(jù)和當(dāng)前治療位置的配準(zhǔn)，通過主控計(jì)算機(jī)軟件提供的各種處理方法進(jìn)行三維可視化顯示，直觀地觀察病灶組織的情況，以面為基礎(chǔ)制定治療規(guī)劃。啟動治療后主控計(jì)算機(jī)軟件控制脫氣凈化水系統(tǒng)19、上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17、6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13、圖像采集裝置7等子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。首先進(jìn)行一次預(yù)掃描，然后按照治療規(guī)劃所要求的位置聲窗、功率和工作模式進(jìn)行工作，同時記錄治療前后的超聲圖像，用于治療效果評價(jià)。當(dāng)所有治療目標(biāo)完成后，一次治療過程結(jié)束，主控計(jì)算機(jī)軟件負(fù)責(zé)6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13、脫氣凈化水系統(tǒng)19的復(fù)位。治療過程中，主控計(jì)算機(jī)軟件對于系統(tǒng)水溫、上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2的溫度、上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17的各通道狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，確保治療過程設(shè)備安全運(yùn)行。
治療系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)軟件功能為·對上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)、6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)、B超圖像采集裝置和脫氣凈化水系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。
·醫(yī)生可以根據(jù)治療病灶的不同，采用不同的焦點(diǎn)模式和位置軸上單焦點(diǎn)、離軸單焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)合成的大焦點(diǎn)；多焦點(diǎn)比單焦點(diǎn)有更快的治療速度，同時靈活多變的焦點(diǎn)模式擴(kuò)大了治療范圍。
·醫(yī)生可以根據(jù)B超圖像確定換能器哪部分被肋骨等障礙遮擋，從而選用相應(yīng)的子陣，即被遮擋的子陣不工作，其陣元工作；系統(tǒng)中存儲了32種子陣可以選擇，從而是真正意義上的無創(chuàng)手術(shù)。
·醫(yī)生可以在B超圖像上直接上、下、左、右、前、后操作進(jìn)行聚焦超聲治療立體定位。
·可視化的聲窗、焦點(diǎn)調(diào)整技術(shù)使得治療規(guī)劃的制定速度更快，更準(zhǔn)確。
·治療功率、時間、焦點(diǎn)模式、焦點(diǎn)切換模式等可設(shè)定，可進(jìn)行點(diǎn)掃、線掃等治療規(guī)劃，并且設(shè)有預(yù)掃進(jìn)行規(guī)劃方案確定。
·DICOM文件導(dǎo)入近期病灶區(qū)域的其他診斷圖像，并能夠在醫(yī)生的介入下進(jìn)行配準(zhǔn)，可以克服B超圖像質(zhì)量不足的缺點(diǎn)，便于醫(yī)生在治療過程中了解治療區(qū)域的情況，采取合理的治療方案，避免正常組織的意外損傷。
·通過B超監(jiān)控圖像對組織進(jìn)行掃描，采用體繪制方法獲取三維重建圖像。
·B超圖像顯示。
·B超旋轉(zhuǎn)成像技術(shù)，可以觀察到治療區(qū)域的全方位超聲圖像而不是某一個限定的方向，使得對于病灶區(qū)域的了解更全面，超聲監(jiān)控更加準(zhǔn)確。
·攝像頭可以直接觀察聲窗部位偏皮膚組織的狀態(tài)。
本發(fā)明的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的工作過程如下本發(fā)明治療過程實(shí)際上是在B超圖像引導(dǎo)下的立體定位聚焦超聲手術(shù)治療，整體系統(tǒng)的操作是在主控計(jì)算機(jī)15的主控計(jì)算機(jī)軟件上進(jìn)行。一般首先是確定患病部位，醫(yī)生是基于B超視圖進(jìn)行立體掃查，這時主控計(jì)算機(jī)15控制6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13通過6軸運(yùn)動系統(tǒng)11來控制B超探頭3的運(yùn)動，從而B超扇掃面運(yùn)動得到各切面圖像，用主控計(jì)算機(jī)軟件提供的三維可視化處理得到器官組織內(nèi)部及患病部位三維圖像；也可用DICOM文件接口載入其他MRI或CT圖像作配準(zhǔn)確定患病部位，并可對載入的各模態(tài)的圖像進(jìn)行三維重構(gòu)和圖像分析。B超圖像采集是在主控計(jì)算機(jī)15的主控計(jì)算機(jī)軟件控制下由在圖像采集裝置7獲得。腫瘤的HIFU治療需要由單點(diǎn)聚焦照射，再由點(diǎn)組成線，再由線組成面，多個面(多層)則形成一定體積的治療。一般點(diǎn)、線、面組成的治療順序由遠(yuǎn)及近，醫(yī)生治療時會制作相應(yīng)的治療規(guī)劃。治療時根據(jù)聲窗的立體定位治療是由醫(yī)生基于B超視圖通過主控計(jì)算機(jī)15控制6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)13通過6軸運(yùn)動系統(tǒng)11來控制上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2姿態(tài)進(jìn)行立體定位治療，治療時醫(yī)生可采用相應(yīng)的焦點(diǎn)模式如單焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)合成的大焦、組合切換焦點(diǎn)和可避開肋骨等障礙的子陣焦點(diǎn)模式，以及選擇發(fā)射功率、發(fā)射持續(xù)時間等參數(shù)，主控計(jì)算機(jī)15通過雙向數(shù)據(jù)傳輸控制接口18發(fā)送治療命令到上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)17控制上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器2發(fā)射出高強(qiáng)聚焦超聲進(jìn)行治療。主控計(jì)算機(jī)軟件在治療前可進(jìn)行預(yù)掃描以便治療方案的確定。治療完一點(diǎn)或相應(yīng)的區(qū)域，可用B超視圖觀察對比治療效果，B超探頭可以自傳以便在三維空間尋到治療損傷組織的位置和對治療損傷狀況的三維成像。治療中的輔助子系統(tǒng).脫氣凈化水系統(tǒng)19也是由主控計(jì)算機(jī)15主控計(jì)算機(jī)軟件控制的。
權(quán)利要求
1.一種上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括置于治療床(1)下部的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)，上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)的探頭中同軸安裝有繞中心軸自轉(zhuǎn)θ角度的B超探頭(3)，與百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)的探頭共同構(gòu)成組合探頭；其中，上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)和上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)(17)連接；B超探頭(3)連接有B超儀(5)和圖像采集裝置(7)；在上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)發(fā)射面的前方設(shè)置有水囊(10)，該水囊(10)與脫氣凈化水系統(tǒng)(19)相連接，水囊(10)中還設(shè)置有進(jìn)行表面皮膚監(jiān)視的攝像機(jī)(9)；系統(tǒng)還包括有主控計(jì)算機(jī)(15)、6軸運(yùn)動系統(tǒng)(11)及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)(13)；主控計(jì)算機(jī)(15)內(nèi)有主控計(jì)算機(jī)軟件，用于支持系統(tǒng)的B超圖像引導(dǎo)立體定位的聚焦超聲治療；主控計(jì)算機(jī)(15)通過高速雙向數(shù)據(jù)傳輸控制接口(18)與上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)(17)連接；主控計(jì)算機(jī)(15)同時還通過雙向數(shù)據(jù)傳輸線(14)與6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)(13)連通，并通過6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)(13)與6軸運(yùn)動系統(tǒng)(11)連接，用于控制組合探頭以5自由度運(yùn)動姿態(tài)定位，并驅(qū)動B超探頭(3)自轉(zhuǎn)；主控計(jì)算機(jī)(15)還與圖像采集裝置(7)和脫氣凈化水系統(tǒng)(19)互連。
2.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)的結(jié)構(gòu)為上百陣元球面矩形相控陣，采用的材料是新型1-3壓電復(fù)合材料直接做成球面，每一陣元的投影面積為相等的矩形，其工作頻率為0.5-4MHz。
3.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的主計(jì)算機(jī)(15)控制上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)(17)，進(jìn)而驅(qū)動上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)發(fā)射聚焦超聲，同時控制6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)(13)，使組合探頭以5自由度運(yùn)動姿態(tài)定位，和B超探頭(3)自轉(zhuǎn)形成的三維圖像監(jiān)控，也控制B超圖像的圖像采集裝置(7)和脫氣凈化水系統(tǒng)(19)的水循環(huán)。
4.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)(17)中每一陣元的通道驅(qū)動的功率幅度和相位是獨(dú)立可控的，連續(xù)波的相位控制范圍為0-360°。
5.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)(17)為分層分布結(jié)構(gòu)，包括上位機(jī)(23)和分布的下位機(jī)(25)以及分布的各通道功率驅(qū)動器(26)。
6.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)(23)為嵌入式ARM-Linux控制硬件結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)(23)設(shè)置有與主控計(jì)算機(jī)(15)的通訊和控制協(xié)議。
8.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的上位機(jī)(23)采用頻率合成器DDS(41)產(chǎn)生所有通道的基準(zhǔn)頻率時鐘信號，從而高精度地控制信號相位。
9.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的分布式下位機(jī)(25)采用雙向RAM(45)的雙向數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，并用于對各通道功率驅(qū)動器(26)實(shí)施數(shù)字相位延時控制和數(shù)字幅度控制。
10.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的分布通道功率驅(qū)動器(26)采用高電效率的D/E類功率放大器，同時也采用了數(shù)字幅度控制的DC-DC電源結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述分布通道功率驅(qū)動器(26)采用了硬件乘法器實(shí)現(xiàn)的功率檢測和功率反饋控制。
12.如權(quán)利要求5所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述分布通道功率驅(qū)動器(26)采用了數(shù)字相移器和鎖相環(huán)PLL實(shí)現(xiàn)的相位反饋，從而確保了通道相位控制的精確性。
13.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)(17)的存儲器中存有焦點(diǎn)模式對應(yīng)的驅(qū)動信號形成的模式庫，在HIFU治療時即時取出相應(yīng)焦點(diǎn)模式的驅(qū)動信號對上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器(2)的每一陣元進(jìn)行驅(qū)動控制。
14.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的6軸運(yùn)動系統(tǒng)(11)及6軸運(yùn)動控制系統(tǒng)(13)的運(yùn)動為3個自由度為x軸、y軸、z軸相互垂直的直線運(yùn)動和2個繞軸擺動，再有一個自由度是B超探頭3的自轉(zhuǎn)；各軸均采用了伺服電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)高精度的閉環(huán)控制。
15.如權(quán)利要求1所述的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計(jì)算機(jī)軟件包括有三維圖像的可視化處理，用于提供的B超扇掃面運(yùn)動的切面圖像構(gòu)成器官組織內(nèi)部和治療目標(biāo)靶組織的治療損傷狀況的三維圖像，并進(jìn)行基于B超視圖的立體定位。
16.按照權(quán)利要求1所述的百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的B超探頭(3)得到的圖像能夠判斷哪部分陣元被肋骨遮擋，從而確定被肋骨遮擋部分陣元不工作的子陣工作方式。
17.按照權(quán)利要求1所述的百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計(jì)算機(jī)軟件能夠載入DICOM圖像文件、能夠在醫(yī)生的介入下進(jìn)行多模態(tài)圖像配準(zhǔn)，并能夠?qū)d入的各模態(tài)的圖像進(jìn)行三維重構(gòu)和圖像分析。
18.按照權(quán)利要求1所述的百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控計(jì)算機(jī)軟件具有B超圖像準(zhǔn)實(shí)時監(jiān)控功能，即在治療占空周期的空時段進(jìn)行B超圖像的采集。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種上百陣元復(fù)合材料球面相控陣高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，包括置于治療床下部的上百陣元復(fù)合材料球面相控陣換能器、B超探頭、上百通道相控陣HIFU驅(qū)動控制系統(tǒng)、控制換能器姿態(tài)的6軸運(yùn)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，B超探頭與B超儀和圖像采集裝置，在換能器發(fā)射面的前方設(shè)置有與脫氣凈化水系統(tǒng)連接的水囊，還包括分別控制上述系統(tǒng)動作的主控計(jì)算機(jī)。由于采用1－3壓電復(fù)合材料的球面相控陣聚焦換能器及相應(yīng)的驅(qū)動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生適合體外聚焦超聲治療的多種焦點(diǎn)模式，比單陣元單焦點(diǎn)單次治療體積大，減少了治療時間、提高了效率，同時也能以避開肋骨遮擋的子陣焦點(diǎn)模式實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)治療。
文檔編號A61N7/00GK1743026SQ200510096068
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者萬明習(xí), 陸明珠, 王曉東, 徐豐, 駱志堅(jiān) 申請人:西安交通大學(xué)