超声探测系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及超声监控技术领域，具体而言，本申请涉及一种超声探测系统及其控制方法。

背景技术

目前，在聚焦超声消融手术中，医生主要依赖B超声像图的灰度变化以及临床经验对肿瘤组织是否发生坏死以及人体正常组织是否安全进行评价。由于在肿瘤组织坏死的过程中，B超声像图的灰度变化并不明显，当B超声像图上出现强回声时，往往已经造成肿瘤组织过度治疗，阻挡超声波穿过焦域到达后场正常组织。这些都会影响对焦域后场正常组织安全性的监测。在聚焦超声消融手术过程中，由于B超声像图仅显示一个二维截面的组织构架，不足以实时对人体正常组织是否安全进行评价，往往导致正常组织的安全性无法保证。此外，在聚焦超声消融手术系统的培训过程中，经常需要根据医生经验制定临床方案以及术中同样需要借助医生经验来对组织是否受损做出判别，这势必会增加医生培训的成本以及延长手术治疗时间。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种超声探测系统及其控制方法，用以解决现有技术中存在的安全性差及治疗效率低的技术问题，实现了聚焦超声手术的数字化治疗及数字化监控。

第一个方面，本申请实施例提供了一种超声探测系统，用于对人体的组织进行超声监测，包括：超声换能器、驱动装置及控制装置；

所述超声换能器与所述驱动装置连接，所述驱动装置驱动所述超声换能器多次发射连续超声波，以对焦域内的靶组织进行消融；以及，在一个或多个任意相邻两次连续超声波的间隙内，所述驱动装置驱动所述超声换能器向所述组织发射脉冲超声波，并且接收一组或多组回波信号；所述控制装置与所述驱动装置连接，用于控制超声换能器向所述组织发射连续超声波以及脉冲超声波；所述控制器还用于根据所述一组或多组回波信号的波动状态确定波动规律。

于本申请的一实施例中，所述驱动装置包括功率源，所述功率源与所述超声换能器连接，所述控制装置控制所述功率源发射连续波信号以驱动所述超声换能器。

于本申请的一实施例中，所述驱动装置还包括有脉冲信号器，所述脉冲信号器与所述超声换能器连接，所述控制装置控制所述脉冲信号器发射脉冲信号驱动所述超声换能器，以及通过所述脉冲信号器接收所述回波信号。

于本申请的一实施例中，每个所述间隙内，所述脉冲信号器向所述超声换能器发射多个脉冲信号，所述控制装置通过所述脉冲信号器获取多个所述回波信号，且根据多个所述回波信号确定波动规律。

于本申请的一实施例中，所述驱动装置还包括有匹配器，所述匹配器分别与所述超声换能器、功率源及所述脉冲信号器连接，用于调节负载阻抗与所述功率源的阻抗相匹配，且在超声换能器的工作频率上进行调谐。

于本申请的一实施例中，所述驱动装置还包括高压隔离开关，所述高压隔离开关设置于所述功率源与所述脉冲信号器之间；当所述功率源驱动所述超声换能器时，所述高压隔离开关用于断开所述功率源与所述脉冲信号器的连接。

于本申请的一实施例中，所述控制装置包括有控制器及滤波器，所述控制器控制所述滤波器对所述回波信号进行处理，所述滤波器对所述回波信号进行滤波、降噪及频谱分析处理。

于本申请的一实施例中，所述控制装置还包括存储器，所述存储器与所述控制器连接，所述存储器用于存储所述回波信号。

于本申请的一实施例中，所述控制装置还包括警报器，所述警报器与所述控制器连接，所述控制器根据所述波动规律控制所述警报器发出警报信息。

于本申请的一实施例中，所述控制装置为下位机，所述超声换能器为聚焦超声换能器。

第二个方面，本申请实施例提供了一种超声探测系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

控制超声换能器多次发射连续超声波以对焦域内的靶组织进行消融。

在一个或多个任意相邻两次连续超声波的间隙内，控制所述超声换能器向组织发射脉冲超声波，并控制所述超声换能器接收一组或多组回波信号。

通过所述超声换能器获取一组或多组所述回波信号，且根据一组或多组所述回波信号的波动状态确定波动规律。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过在超声换能器每次对靶组织消融后，再通过超声换能器发射脉冲超声波以对靶组织及靶组织周边进行探测，并且根据回波信号波动规律来建立靶组织坏死及正常组织安全性的监测的评价机制，根据这些回波信号波动规律分别实现靶组织状态以及正常组织安全性预警，从而为该超声消融手术的安全性和高效性及准确性提供直接技术支持。进一步的，本申请实施例利用超声换能器接收到的人体的组织的反射信号特性，实现超声消融手术的数字化治疗，进而可以有效提高治疗效率和安全性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种超声探测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种超声探测系统的控制方法中的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种超声探测系统，用于对人体的组织进行超声监测，该超声探测系统的结构示意图如图1所示，包括：超声换能器1、驱动装置2及控制装置3；超声换能器1与驱动装置2连接，驱动装置2驱动超声换能器1多次发射连续超声波，以对焦域内的靶组织10进行消融；以及，在一个或多个任意相邻两次连续超声波的间隙内，驱动装置2驱动超声换能器1向组织发射脉冲超声波，并且接收一组或多组回波信号；控制装置3与驱动装置2连接，用于控制超声换能器1向组织发射连续超声波以及脉冲超声波；控制器还用于根据一组或多组回波信号的波动状态确定波动规律。

如图1所示，超声换能器1可以与驱动装置2连接，用于向人体的组织进行超声监测。超声换能器1可以采用聚焦超声换能器1，其可以利用驱动装置2驱动以发射连续超声波，将人体外侧的低能量超声波穿过人体多层组织后在人体内进行聚焦，形成高能量聚集的声焦域，进而将聚焦的声能量转化为热能以对焦域内靶组织10进行消融，即对肿瘤组织进行消融治疗。在每次消融结束后，控制装置3可以控制驱动装置2以驱动超声换能器1发射脉冲超声波，该脉冲超声波穿过人体多层组织后到达焦域及焦域外的区域(包括焦域前场区域及后场区域)。具体来说，脉冲超声波可以对肿瘤组织及肿瘤组织周边的正常组织进行探测，并且反射回来的回波信号到达超声换能器1表面后被叠加接收，并且可以经由驱动装置2发送至控制装置3。控制装置3可以根据接收到的回波信号进行相应的信号处理，根据这些信号特征分别实现肿瘤组织坏死状态以及正常组织安全性预警。进一步的，超声换能器1可以多次发射连续超声波，并且在任意一个或多个两次相邻的发射间隙内，超声换能器1可以发射脉冲超声波以进行探测。

本申请实施例通过在超声换能器1每次对靶组织10消融后，再通过超声换能器1发射脉冲超声波以对靶组织10及靶组织10周边进行探测，并且根据回波信号波动规律来建立靶组织10坏死及正常组织安全性的监测的评价机制，根据这些回波信号波动规律分别实现靶组织10状态以及正常组织安全性预警，从而为该超声消融手术的安全性和高效性及准确性提供直接技术支持。进一步的，本申请实施例利用超声换能器1接收到的人体的组织的反射信号特性，实现超声消融手术的数字化治疗，进而可以有效提高治疗效率和安全性。

于本申请的一实施例中，如图1所示，驱动装置2包括功率源21，功率源21与超声换能器1连接，控制装置3控制功率源21发射连续波信号以驱动超声换能器1。功率源21可以采用一高功率电源，但是本申请实施例对此并不进行限定。功率源21具体可以与超声换能器1电连接，以及与控制装置3之间可以采用控制连接。在实际应用时，控制装置3可以控制功率源21发送连续波信号，连续波信号驱动超声换能器1向靶组织10发送连续超声波，从而实现对靶组织10消融。

可选地，驱动装置2及控制装置3均可以是单独的设备，两者之间可以采用导线连接。但是本申请实施例并不以此为限，控制装置3也可以与驱动装置2集成为一体化设备。因此本申请实施对此并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1所示，驱动装置2还包括有脉冲信号器22，脉冲信号器22与超声换能器1连接，控制装置3控制脉冲信号器22发射脉冲信号驱动超声换能器1，以及通过脉冲信号器22接收回波信号。脉冲信号器22具体可以包括信号发生部以及示波部，信号发生部与超声换能器1连接，信号发生部可以向超声换能器1发射脉冲信号，脉冲信号可以驱动超声换能器1发射脉冲超声波，脉冲超声波在经过人体复杂的组织后到靶组织10及其周边区域，并且返回回波信号由超声换能器1接收，超声换能器1可以将接收到回波信号发送至示波部进行显示。示波部具体可体可以采用数字示波器，在实际应用时操作人员可根据示波部显示的数值来确定回波信号的波动规律，进而确认靶组织10及靶组织10周边的状态。采用上述设计，通过脉冲信号器22与超声换能器1连接，因此实现了超声换能器1可以在对靶组织10进行消融的间隙，实现对靶组织10及靶组织10周边进行实行探测，进而确保超声消融手术的安全性以及提高效率。

需要说明的是，本申请实施并不限定脉冲信号器22的具体实施方式，例如脉冲信号发射器可以仅包括信号发生部，其可以将接收到的信号发送至控制装置3处理。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，结合参照如图1所示，每个间隙内脉冲信号器22向超声换能器1发射多个脉冲信号，控制装置3通过脉冲信号器22获取多个回波信号，且根据多个回波信号确定波动规律。具体来说，由于超声换能器1需要多次向靶组织10发送连续超声波，因此需要在每次连续超声波对靶组织10进行消融后，超声换能器1需要对靶组织10及靶组织10周边发射脉冲超声波以进行探测，由此可以实现实时监控以确保超声消融手术的安全性。在实际操作时，在每个间隙内脉冲信号器22可以向超声换能器1发射一组或者多组脉冲信号，并且每组脉冲信号均可以包括有多个脉冲信号，以使得超声换能器1发射一组脉冲超声波或者多组脉冲超声波。控制装置3可以通过脉冲信号器22接收一组回波信号或者多组回波信号，并且可以根据一组内的多个回波信号的来确定其波动规律，或者可以多组回波信号确定波动规律。由此不仅可以实现大幅提升探测的准确性及安全性，而且还可以为下一次连续超声波发射提供数据参考，从而进一步提高了超声消融手术的效率及安全性。但是本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1所示，驱动装置2还包括有匹配器23，匹配器23分别与超声换能器1、功率源21及脉冲信号器22连接，用于调节负载阻抗与功率源21的阻抗相匹配，且在超声换能器1的工作频率上进行调谐。匹配器23具体可以直接集成于驱动装置2内部，并且功率源21及脉冲信号器22均可以通过匹配器23与超声换能器1连接。匹配器23可以用于调节超声换能器1的负载阻抗与功率源21及脉冲信号器22的阻抗相匹配，并且对超声换能器1的工作频率上进行调谐。采用上述设计，不仅可以使得本申请实施例结构简单，而且可以有效提高本申请实施例的安全性及稳定性，从而进一步提高了超声消融手术的安全性。

需要说明的是，本申请实施并不限定匹配器23的具体实施方式，例如匹配器23也可以与驱动装置2采用分体式设计并且通过导线连接；在一些其它实施例中也可以不包括匹配器23。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图1所示，驱动装置2还包括高压隔离开关24，高压隔离开关24设置于功率源21与脉冲信号器22之间；当功率源21驱动超声换能器1时，高压隔离开关24用于断开功率源21与脉冲信号器22的连接。高压隔离开关24的两端可以分别与功率及脉冲信号器22连接，其可以用于当功率源21驱动超声换能器1时，可以用于断开功率源21与脉冲信号器22的连接。具体来说脉冲信号器22可以在控制装置3的控制下发送脉冲信号，脉冲信号可以通过高压隔离开关24，然后再经过匹配器23后驱动超声换能器1发送脉冲超声波；而功率源21则可以在控制装置3的控制下发送连续波信号，连续波信号可以被高压隔离开关24隔绝，以防止连续波信号对脉冲信号器22造成干扰，而连续波信号可以直接经过匹配器23匹配后驱动超声换能器1发送连续超声波。采用上述设计，可以使得本申请实施例在发射连续超声波信号时，可以避免对脉冲信号器22造成干扰，从而提高了本申请实施的安全性及准确性。

需要说明的是，本申请实施并不限定高隔离开关的具体实施方式，只要其可以起到隔绝功率源21及脉冲信号器22之间的连接即可，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，控制装置3包括有控制器及滤波器，控制器控制滤波器对回波信号进行处理，滤波器对回波信号进行滤波、降噪及频谱分析处理。可选地，控制装置3还包括存储器，存储器与控制器连接，存储器用于存储回波信号。可选地，控制装置3还包括警报器，警报器与控制器连接，控制器根据波动规律控制警报器发出警报信息。

如图1所示，控制装置3具体可以为上位机，而驱动装置2及超声换能器1可集成为一个设备，控制装置3可以与该设备之间通过数据线控制连接，操作人员可以在该控制装置3上对驱动装置2及超声换能器1进行控制。但是需要说明的是，本申请实施例对于控制装置3的类型并不进行限定，本领域技术人员可以实际情况自行调整设置。滤波器可以是控制装置3的回波处理软件或者硬件，其可以将接收到的回波信号进行滤波、降噪及频谱分析处理之后，控制器可以将处理后的回波信号依次存储至存储器。控制器可以针对回波信号进行分析，而当回波信号的波动规律发生变化时，控制器可以控制警报器发出警报。警报器具体也可以是控制装置3内置的软件或者硬件，例如警报即可以展示在控制装置3的显示器上的文字及图形信息，还可以其它声光电等报警信息。采用上述设计，不仅可以实现超声消融手术的数字化治疗及数字化监控，而且可以有效降低本申请实施例的应用及维护成本，进而还可以降低操作人员的培训时间和成本。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种超声探测系统的控制方法，该方法的流程示意图如图2所示，该方法包括：

S201：控制超声换能器多次发射连续超声波以对焦域内的靶组织进行消融。

例如，在开始对人体内的靶组织进行超声消融时，控制装置可以控制超声换能器多次发射连续超声波，从而可以对焦域内的靶组织进行超声消融。具体来说，控制装置内的控制器可以控制功率源多次发射连续波信号，连续波信号在经过匹配器匹配后驱动超声换能器发送连续超声波，连续超声波可以对焦域内靶组织进行超声消融。

S202：在一个或多个任意相邻两次连续超声波的间隙内，控制超声换能器向组织发射脉冲超声波，并控制超声换能器接收一组或多组回波信号。

例如，当超声换能器还未发射连续超声波时，或者超声换能器在发射两次连续超声波的间隙内，控制装置的控制器可以控制驱动装置的脉冲信号器发射一组或多组脉冲信号，脉冲信号可以驱动超声换能器向组织发射脉冲超声波，以对靶组织及靶组织周边进行探测，脉冲超声波到达组织后返回回波信号，回波信号可以由超声换能器的表面叠加接收。需要说明的是，每组脉冲信号的个数并不进行限定，每组脉冲信号既可以是一个也可以是一个以上，因此本申请实施例对于脉冲信号的个数并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

S203：通过超声换能器获取一组或多组回波信号，且根据一组或多组回波信号的波动状态确定波动规律。

例如，控制装置的控制器可以控制脉冲信号器接收超声换能器发送的一组或多组回波信号，控制装置可以根据该一组或多组回波信号的波动状态确定波动规律。控制装置还可以根据波动规律来建立靶组织坏死以及靶组织周边安全性评价机制，从而实现了对靶组织坏死状态的实时监测以及靶组织周边的安全性实时监测，进而可以有效提高超声消融手术的安全性及准确性，另外还可以使得超声消融手术实现了数字化以及有效降低了应用及使用成本。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过在超声换能器每次对靶组织消融后，再通过超声换能器发射脉冲超声波以对靶组织及靶组织周边进行探测，并且根据回波信号波动规律来建立靶组织坏死及正常组织安全性的监测的评价机制，根据这些回波信号波动规律分别实现靶组织状态以及正常组织安全性预警，从而为该超声消融手术的安全性和高效性及准确性提供直接技术支持。进一步的，本申请实施例利用超声换能器接收到的人体的组织的反射信号特性，实现超声消融手术的数字化治疗，进而可以有效提高治疗效率和安全性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。