[发明专利]一种六路合成超大功率高强度聚焦超声射频驱动系统

说明书

一种六路合成超大功率高强度聚焦超声射频驱动系统，就是为了解决目前超声换能器输出功率较低，无法有效地治疗肿瘤病变组织的问题；本次设计采用的是6路合成的方案，通过驱动6片超声换能器，自聚焦合成超大功率高强度超声波于病变组织处，在病变组织处瞬间产生很高的温度，从而达到有效治疗病变组织的目的；系统控制台控制直流电源的输出电压值，用来驱动超声换能器；系统控制台控制具有ARM+FPGA双核系统的射频控制单元的工作情况，输出频率超高，可微调，相位可微调的PWM波，用来作为射频驱动单元全桥电路的开关信号；系统集成呼吸门控系统，使得超声激励更具安全性；本次设计采用闭环控制调节风扇的转速，提高系统的工作环境适应能力。

技术领域

本发明主要涉及医学超声治疗领域，针对目前高强度聚焦超声(High IntensityFocused Ultrasound，HIFU)治疗由于功率不足导致在治疗位置较深的肿瘤时疗效不佳的问题，结合超声换能器设计、制作以及医学治疗的实际情况，设计了一种六路合成超大功率高强度聚焦超声射频驱动系统。

背景技术

随着医疗技术的发展，21世纪的外科手术由微创进入无创的时代。高强度聚焦超声(HIFU)作为一种新兴的无创肿瘤治疗技术已经在国内外广泛开展，并取得了显著临床效果，尤其是近年来在子宫肌瘤的治疗上取得了较好的临床效果。

超声波是一种高频机械振动波，具有可聚焦性、组织穿透性和能量沉积性。利用超声波具有的组织穿透性和能量沉积性，将体外发生的超声波聚焦到生物体内病变组织(治疗靶点)，通过超声的机械效应、热效应和瞬态空化效应达到治疗疾病的目的。聚焦超声在其所穿过的非治疗部位的声强低，剂量不足以对组织造成损伤，而在其聚焦焦域，由于声强很高，通过超声的综合热效应使该处组织的温度瞬间上升至70～95℃，从而导致蛋白变性及组织细胞消融坏死；同时还通过焦域内高强度超声的瞬态空化效应使焦域组织在超声波正、负压相作用下形成气泡，并随之收缩和膨胀以致最终爆破，导致细胞损伤、坏死。

然而，HIFU在实际应用过程中存在如下问题：(1)由于超声波在穿过人体到达病患处的传输路径上有用声功率会有损耗，所以对于开始声功率就比较小的发射超声波束来说，到达病患焦域处时有用声强度已经不足以在有限时间内将病变组织消融，在治疗位于人体内较深部位的组织时，这种情况尤其明显；(2)使用更大功率的聚焦超声束，可以在较短时间内达到有效剂量，从而缩短治疗时间，提升病人就诊的有效安全空间。因此，提升超声换能器的发射功率，产生高强度聚焦超声束就成了迫切的需求。

本发明设计的六路合成大功率高强度聚焦超声驱动器系统就是为了解决目前单一超声换能器制作难度大，输出效率低，无法有效输出大功率聚焦超声从而治疗位置较深的病变组织的问题；本发明采用的是6路合成的方案，因为制作大面积单片自聚焦换能器时，对工艺要求较高，内部特性难以保持一致，而采用多片合成自聚焦换能器时，也同样存在面积越大，一致性越差的问题。在现有工艺条件下，经过实验验证，使用6片晶片合成大面积自聚焦换能器是一个最佳选择，一致性有保障，成品率较高。与之配套，需要设计六路合成大功率高强度聚焦超声射频驱动器。

发明内容

本发明要解决的问题是：由于超声波在穿过人体到达病患处之前有用声强度会有损耗，所以对于开始发射声功率就比较小的超声波束来说，到达病患处时有用声强度已经不足以将病变组织消融；或者由于人体器官有的处在距离体表较远的位置，超声波更难以使必要的超声强度穿透人体组织到达患病病灶处，从而根本起不到应有的治疗的作用，因此就需要发明一种高强度超声波驱动系统，使超声波在到达病患处仍然具有可以有效治疗病灶的强度。