[发明专利]一种高强度聚焦超声测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种高强度聚焦超声测量装置及方法，属于高强度聚焦超声测量技术领域。测量装置，包括容器，还包括测量分析系统、红外线成像测温仪、除气处理水、超声吸收体、耦合媒质，所述容器被耦合界面分隔为上下两部分，耦合界面上部为除气处理水，超声吸收体安装在除气处理水表面，耦合界面下部为耦合媒质，HIFU探头放置在耦合媒质中，HIFU控制系统分别连接HIFU探头及测量分析系统，测量分析系统连接红外线成像测温仪。高强度聚焦超声测量方法通过高强度聚焦超声测量装置实现。本发明提供的高强度聚焦超声测量装置及方法，测量速度快，测量功率范围大，空间分辨率高，适用超声频率范围广，适合HIFU设备“在线”测量。

技术领域

本发明具体涉及一种高强度聚焦超声测量装置及方法，属于高强度聚焦超声测量技术领域。

背景技术

高强度聚焦超声(High-Intensity Focused Ultrasound，HIFU)作为非侵入式(non-invasive)的治疗手段，可以治疗肝脏、乳腺、胰腺、前列腺、肾脏以及骨等器官或组织的恶性肿瘤，同时还被用于脑部神经系统疾病和脑部肿瘤的治疗，以及血脑屏障的开关控制，为临床医生提供了除手术、放化疗外的一种新型“绿色”物理治疗的选择，在国内外正在进行广泛的基础和临床应用研究。根据Focused Ultrasound Foundation统计，截止2015年底，全球已经有超过100,000名患者接受了聚焦超声治疗，其中2015年就超过25,000名患者。

为了保证治疗的安全性和疗效，需要精确控制HIFU设备输出参数(声功率、声场分布等)。因此，自上世纪90年代以来，国际电工学会(IEC)在超声声场参数测量方面制定了大量的标准。2005年9月，我国国家标准化管理委员会批准发布了《高强度聚焦超声(HIFU)声功率和声场特性的测量》国家标准(GB/T19890)，成为世界上首个HIFU测量标准。2005年12月7日，国家武汉医用超声设备检测中心起草的《高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统》行业标准(YY0592-2005)由国家药监局批准发布，自2006年12月1日起实施。

HIFU声场测量参数包括声功率、声强、声焦域、声压等。目前声功率的主要测量方法有辐射力法、量热法和声光衍射法等，声场分布主要是通过水听器法来获得。

目前已有的关于聚焦声场特性和超声功率测量标准的基本方法是：在小功率条件下(全功率输出的10％～20％)，用水听器三维扫描法找到声压焦点位置，对聚焦声场进行扫描测量，并计算出焦点的几何参数；用水听器或辐射力法测量超声功率，再按照相关公式求出最大声强。该方法的主要存在以下问题：

1)获取聚焦声场三维特征值的过程十分耗时；

2)焦域的声强能量过大，容易导致水听器的损坏；

3)换能器辐射面各点振动相位若不全一致，则焦点处声强不一定正比于声压平方；

4)由于有限振幅波在传播过程中会产生波形畸变，滋生谐波、声衰减、声饱和等非线性现象，通过外插办法来推测HIFU声场的方法得到的结果会存在较大误差。

针对利用传统利用水听器法进行高强度聚焦超声声场测试存在的问题，如何寻找更加快速、有效、准确的测量输出参数的方法，成为HIFU技术领域中重要的研究分支方向。

该方法早期采用有损的测温方式，通过将温度传感器通过微小的创口植入测温靶区进行温度测量，通过热平衡法测量出该区域的加热温度[17]。但是由于在声场中介入一个异质材料，会对声场分布和温度场分布造成干扰，使得测量结果的精度、可靠性、鲁棒性都有欠缺。

远红外热成像无损测温的方法，对目标物中的声场和温度场没有干扰、测温范围广、不受测温上限的限制、反应速度较快、工业技术成熟，因此，近年来，基于红外热成像技术对诊断超声和聚焦超声的声场参数进行快速、定量测量的方法，得到了日益广泛的关注，是一个很有前景的发展方向。该项技术的主要优势在于：

1)声场扫描速度快。