[发明专利]超声换能器的声场监控方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及医用超声治疗领域，特别是指一种超声换能器的声场监控方法及装置。

背景技术

众所周知，超声波与人体组织相互作用可以产生若干生物组织效应。根据超声波的局部声强高低和声波发射方式，这些生物组织效应可以分为热效应和非热机械效应。组织热效应指细胞对超声波能量的吸收导致其升温至热坏死。组织非热机械效应指由于声空化、声流和局部小振幅振动导致的细胞活动增加进而使细胞形态产生改变、破裂、凋亡等现象。影响超声生物组织效应的物理因素包括声场聚焦形式、声波频率、声压幅度、连续或脉冲声发射方式(脉冲重复频率和占空比)、驻波条件、媒质静态压强、温度、黏滞状态和边界条件等因素。

近年来，超声波的生物组织效应在治疗超声领域日益受到广泛研究和应用。高强度超声治疗在肿瘤热消融、体外冲击波粉碎尿结石、药物输送、阻断神经传导等方面的应用都有新的进展。

在减肥和美容应用领域，超声波也显现其独特的优势，例如采用体外低频率超声波辅助微创吸脂手术可以增强局部脂肪破坏效率。单独采用体外发射高强度聚焦超声波破坏局部脂肪组织的方法和设备正在经历临床验证，并显现其疗效，其安全性也得到初步验证。此类治疗往往先选定需治疗区域，然后采用体外超声波超声换能器发射超声波聚焦于皮下脂肪层内，基于超声波的人体组织热效应或机械效应原理在当前焦斑区域破坏脂肪组织，并逐点移动超声换能器改变焦点位置覆盖所需的治疗区域。在合适的治疗区域和剂量条件下，超声波破碎的脂肪组织经由人体自体新陈代谢循环分解。

在超声治疗中，由于超声换能器压电材料本身特性的离散性，以及治疗时的使用参数和工作环境往往不尽相同，使得超声换能器的输出能量随使用时间变化，而超声输出能量会影响治疗质量的一致性和有效性。更为危险的是，若超声换能器或其驱动电路出现故障，从安全性的角度考虑，迫切需要能够在能量超出安全边界时立刻停止治疗，避免进一步的伤害。

此外，由于常用的高强度聚焦超声换能器大多工作于高谐振品质因数(Q值)状态，若超声换能器的谐振频率有所飘移，可能导致驱动频率与谐振频率失配而无法产生所希望的超声换能器输出功率，影响治疗效果或损坏超声换能器。从延长超声换能器使用寿命和保证治疗有效性的角度，也需要能够对超声换能器的工作状态进行实时监测和调整。

而对超声换能器的声场输出特征进行直接测量能够为调整超声换能器工作状态提供最直接的定量依据，因此，对超声换能器的声场进行监控已经成为一个急需解决的重要的临床安全性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超声换能器的声场监控方法及装置，能够对超声换能器的声场状况进行实时监测，并适当反馈调整超声换能器的工作参数，从而增加超声换能器使用的安全性，以及提升超声治疗质量。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种超声换能器的声场监控方法，包括：

获取第一超声换能器当前发射的声信号，并提取所获取的声信号的参数；

比较所获取的声信号的参数和设定的参数；

根据比较结果控制所述第一超声换能器的工作状态参数，以使所述第一超声换能器发射的声信号符合设定的参数。

进一步地，所述获取第一超声换能器当前发射的声信号，并提取所获取的声信号的参数包括：

采用第二超声换能器接收所述第一超声换能器发射的声信号，其中，所述第二超声换能器为单个或多个宽带超声换能器或水听器。

进一步地，所获取的声信号包括所述第一超声换能器的直接发射声信号、或治疗焦斑区域的散射声信号、或治疗头与人体组织分界面的声反射信号、或耦合液腔体内的声散射信号；

所述声信号的参数包括声信号的时间延迟、频率、幅度和相位。

进一步地，当所获取的声信号为治疗焦斑区域的散射声信号时，所述提取所获取的声信号的参数，比较所获取的声信号的参数和设定的参数，根据比较结果控制所述第一超声换能器的工作状态参数，以使所述第一超声换能器发射的声信号符合设定的参数包括：

将所述声信号与所述第一超声换能器的输入信号进行匹配滤波，获得两者之间的互相关系数；

将所述互相关系数与第一预设阈值进行比较；

当所述互相关系数在允许的变化范围内，调整所述第一超声换能器的输入信号频率以使所述互相关系数达到预设阈值；

当所述互相关系数超出允许的变化范围，或所述声信号的时间延迟与预期的传播距离不符，则控制所述第一超声换能器停止发射并报错。