[发明专利]一种用于小动物实验的聚焦超声平台

说明书

本发明涉及一种用于小动物实验的聚焦超声平台，包括上位机、功率放大模块、运动控制单元、超声成像设备、治疗头及小动物固定装置。治疗头包含超声成像探头及高强度聚焦超声换能器，且固定于水槽中。超声成像探头采集的图像可定位聚焦超声焦点位置并实时监测辐照过程。超声图像采集至上位机显示、重建并根据处理后的图像进行治疗计划。运动控制单元包含电机驱动的多维机械运动机构并由上位机控制，其另一端连接小动物固定装置。功率放大模块包含电压调节、信号生成及谐振电路，通过上位机可控制电压调整及信号发射和停止，功率放大模块的输出电连接于治疗头中的聚焦超声换能器。本发明结构简单、成本低，稳定可靠，体积小。

技术领域

本发明涉及动物实验设备技术领域，具体为一种用于小动物实验的聚焦超声平台，可用于采用小动物进行的基础实验研究。

背景技术

聚焦超声是一种将一定强度的超声波进行聚焦的技术，在焦点处可产生高的声强。聚焦超声已在工业和医疗领域得到了越来越广泛的应用。

在医疗领域体外式聚焦超声设备已应用于子宫肌瘤及各类肿瘤的消融治疗。该类设备能够聚焦到体内较深部位置，一般频率约1MHz、焦点轴向长约10mm。在基础研究领域聚焦超声越来越多的被用于离体和活体实验中，但由于实验中主要采用小动物，聚焦超声作用区域大多为浅表且范围较小，直接使用临床体外式聚焦超声设备用于小动物实验会遇到两个问题：1.难以对小动物浅表区域进行定位；2.焦点轴向较长，实验中易对目标区域以外组织特别是皮肤造成损伤。

目前国内还未有应用于小动物实验的聚焦超声设备，申请号为201811210773.7的专利公开了一种用于小动物具备二维成像和HIFU治疗一体的聚焦超声装置。该装置同时具有成像引导及聚焦超声发射功能，为上置干式探头，由于实验小动物比较小，聚焦超声换能器通过透声窗口与涂有耦合剂的小动物皮肤接触。在实验中聚焦超声换能器需要移动，与小动物皮肤的相对位移易造成目标位置的变化。同时，上置式的探头也需对小动物施加一定压力，易对其产生损伤。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于小动物实验的聚焦超声平台。该平台采用湿式聚焦方式，将小动物通过特定固定装置与去气水接触，固定装置与多维移动装置连接并由其进行运动控制，解决了聚焦超声换能器与小动物相对移动时可能造成的靶区位置变化以及对小动物造成损伤等问题。同时，采用较高频率的聚焦超声使得焦点尺寸更小，更适用于小动物的聚焦超声实验。

(二)技术方案

本发明提供如下技术方案：一种用于小动物实验的聚焦超声平台，包括上位机、功率放大模块、运动控制单元、超声成像设备、治疗头及小动物固定装置等。

所述上位机包含系统控制软件及其运行环境。软件可实现对运动控制单元、超声图像采集和处理及功率放大模块的输出控制。

通过上位机软件控制机械运动部件在不同维度的运动可调节小动物固定装置的方向和位置，在采集到的实时超声图像引导下实现对小动物体内目标区域的定位。在进行治疗计划时上位机通过控制机械运动部件，采集并处理目标区域不同层面的超声图像，治疗时根据计划焦点的位置移动机械运动部件，并逐个辐照计划焦点位置。

治疗面图像可通过采集的超声图像序列经三维重建得到，或直接采用采集到的超声图像。进行治疗计划时，通过在软件界面中治疗面图像上选定目标位置所在区域，自动计算生成离散的焦点位置及对应的辐照参数，不同焦点对应辐照参数(电压、脉冲长度、占空比及脉冲个数)均可进行调节。完成计划开始治疗时将辐照参数发送至功率放大模块使其输出高强度聚焦超声，在治疗过程中整个治疗进程及辐照信息在软件界面实时显示。

所述运动控制单元包含可多维移动的机械部件，可沿上下、左右、前后方向以设定的步距移动。机械部件包含直线运动模组、电机及相关联的金属转接部件，电机驱动器通过CAN总线可与上位机通信并由其进行机械移动控制。