專利名稱：一種聚焦超聲治療系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲治療技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚焦超聲治療系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
技術(shù)背景
聚焦超聲治療技術(shù)是一種利用超聲波的可聚焦性和穿透性作用于病變組織的非侵入性治療技術(shù)，近年來已廣泛應(yīng)用于多種疾病的臨床治療。但是，在治療過程中，如果控制不當(dāng)(例如，治療劑量或治療頭等部件的位置的控制不當(dāng))或者病人體位變動(dòng)過大，則有可能導(dǎo)致正常組織被誤燒傷或受到機(jī)械擠壓損傷，造成危險(xiǎn)。
以高強(qiáng)度聚焦超聲技術(shù)為例，其工作原理是將超聲波聚焦于靶區(qū)組織，利用超聲波具有的組織穿透性和能量沉積性，將體外發(fā)生的超聲波聚焦到生物體內(nèi)病變組織(治療靶點(diǎn))，通過超聲的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)達(dá)到治療疾病的目的。在超聲治療過程中， 要求聚焦超聲在其所穿過的非治療部位的能量不足以對(duì)組織造成損傷，而在其聚焦點(diǎn)，要求通過超聲的熱效應(yīng)使該處組織的溫度能瞬間上升至60 100°C，從而達(dá)到蛋白變性及組織細(xì)胞不可逆凝固性壞死的目的。
高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)一般包括用于對(duì)病變組織進(jìn)行治療的治療頭和用于獲得超聲圖像的超聲成像機(jī)及超聲探頭(通常為B超探頭)，通過移動(dòng)超聲探頭，可形成病人身體不同區(qū)域的B超圖像以供醫(yī)生進(jìn)行診斷。高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)在治療過程中，存在以下幾個(gè)問題
(1)正常組織被誤燒傷
由于高強(qiáng)度聚焦超聲不僅在焦點(diǎn)處會(huì)使組織壞死，在超聲治療的整個(gè)聲通道上， 組織都可能會(huì)受到一定的損傷，尤其是不同組織或物體之間形成的邊界，比如人體的皮膚， 因此在超聲治療過程中，如果控制不當(dāng)，就可能發(fā)生皮膚被燒傷的情況，這在早期的超聲治療過程時(shí)有發(fā)生，是超聲治療時(shí)發(fā)生機(jī)率較高的并發(fā)癥之一。目前，只能通過培訓(xùn)和提醒醫(yī)生合理使用治療劑量并注意治療過程中的反應(yīng)，達(dá)到減少這種并發(fā)癥的目的，并確實(shí)有一定的效果，但醫(yī)生總難免有疏忽的時(shí)侯。
(2)機(jī)械擠壓損傷
在超聲治療過程中，病人可能會(huì)移動(dòng)，如果及時(shí)未監(jiān)測到這種移動(dòng)，再加上治療過程中B超圖像質(zhì)量可能下降，醫(yī)生可能不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)病人移動(dòng)了，則可能造成病人身體因治療頭和B超探頭的機(jī)械擠壓而受傷。
還有一種情況，在移動(dòng)治療頭和B超探頭的過程中，醫(yī)生可能會(huì)因?yàn)槭韬龆鴽]有及時(shí)發(fā)現(xiàn)治療頭及B超探頭與病人的位置關(guān)系，誤將治療頭和B超探頭移動(dòng)得過高，也可導(dǎo)致病人身體受到治療頭和B超探頭的機(jī)械擠壓而受到傷害。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種聚焦超聲治療系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，以防止病人的正常組織被誤燒傷和受到機(jī)械擠壓損傷，從而提高聚焦超聲治療的安全性。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種聚焦超聲治療系統(tǒng)，包括治療頭、用于獲得超聲圖像的超聲探頭、超聲成像機(jī)和圖像采集卡，其特征在于，該系統(tǒng)還包括監(jiān)控裝置，其用于根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，所述監(jiān)控裝置包括圖像采集模塊，其用于獲得由圖像采集卡采集的超聲圖像；皮膚位置檢測模塊，其用于根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算治療深度；皮膚保護(hù)模塊，其用于根據(jù)計(jì)算的治療深度計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則通知報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警處理；和報(bào)警模塊，其用于進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，所述監(jiān)控裝置還包括體位變動(dòng)檢測模塊，其用于根據(jù)檢測的皮膚位置形成皮膚曲線并實(shí)時(shí)檢測皮膚曲線的變化，如果皮膚曲線的變化超過預(yù)定的偏差，則通知報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，所述監(jiān)控裝置還包括運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊，其用于根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚位置和治療頭的距離，如果皮膚位置和治療頭的距離大于預(yù)定的差值，則通知報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，所述監(jiān)控裝置還包括治療記錄模塊，其用于保存計(jì)算的治療深度和皮膚能量強(qiáng)度。
相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種聚焦超聲治療系統(tǒng)的監(jiān)控方法，所述聚焦超聲治療系統(tǒng)包括治療頭、用于獲得超聲圖像的超聲探頭、超聲成像機(jī)和圖像采集卡，其特征在于，該監(jiān)控方法包括根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置；根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，該方法還包括根據(jù)檢測的皮膚位置形成皮膚曲線并實(shí)時(shí)檢測皮膚曲線的變化，如果皮膚曲線的變化超過預(yù)定的偏差，則進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，該方法還包括根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚位置和治療頭的距離，如果皮膚位置和治療頭的距離大于預(yù)定的差值，則進(jìn)行報(bào)警處理。
優(yōu)選地，該方法還包括保存計(jì)算的治療深度和皮膚能量強(qiáng)度。
從以上技術(shù)方案可看出，本發(fā)明檢測病人的皮膚位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置來判斷所施加的治療劑量以及治療頭和超聲探頭與皮膚位置的距離是否安全，從而防止由于治療劑量、病人體位變動(dòng)、治療頭和超聲探頭的運(yùn)動(dòng)控制過大而導(dǎo)致的正常組織被誤燒傷和受到機(jī)械擠壓損傷的問題，從而提高聚焦超聲治療的安全性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2A是治療頭和超聲探頭的安裝關(guān)系示意圖2B是在超聲成像顯示界面上表示的超聲圖像與治療頭、治療頭聲通道和焦點(diǎn)之間的關(guān)系的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖4是由皮膚位置檢測模塊執(zhí)行的皮膚位置檢測操作的流程圖5是由皮膚保護(hù)模塊和報(bào)警模塊執(zhí)行的皮膚保護(hù)操作的流程圖6是由體位變動(dòng)檢測模塊和報(bào)警模塊執(zhí)行的體位變動(dòng)檢測操作的流程圖7是由運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊執(zhí)行和報(bào)警模塊的運(yùn)動(dòng)保護(hù)操作的流程圖；和
圖8是利用運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊和報(bào)警模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)保護(hù)的示例的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下，將參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。在以下將描述的實(shí)施例中，以高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)為例進(jìn)行說明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)，而是可同樣地應(yīng)用于其它類型的聚焦超聲治療系統(tǒng)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。從圖1可看出，根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)有的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)的改進(jìn)之處在于增加了一個(gè)監(jiān)控裝置8，用于對(duì)高強(qiáng)度聚焦超聲治療過程進(jìn)行監(jiān)控。
具體地講，現(xiàn)有的高強(qiáng)度聚焦超聲治療系統(tǒng)一般包括超聲探頭2、超聲成像機(jī)3、 治療頭4、多子系統(tǒng)5、系統(tǒng)控制器6和圖像采集卡7，其中，超聲探頭2和治療頭4作用于人體1。超聲探頭2安裝在治療頭4的上方，并作為超聲成像機(jī)3的一部分與超聲成像機(jī)3 直接連接，在超聲成像機(jī)3的控制下獲得病人的超聲圖像。圖像采集卡7通過VGA，DVI連接線或復(fù)合同軸視頻線與超聲成像機(jī)3連接，實(shí)時(shí)地將采集的超聲圖像發(fā)送到治療工作站 (未顯示)。多子系統(tǒng)5至少包括用于對(duì)治療頭4的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)用需要，多子系統(tǒng)5還可包括能量控制子系統(tǒng)和水處理子系統(tǒng)等各種子系統(tǒng)。系統(tǒng)控制器6通過控制總線與多子系統(tǒng)5連接，對(duì)多子系統(tǒng)5中的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)地將各個(gè)子系統(tǒng)5的狀態(tài)信息反饋給治療工作站。
本發(fā)明在此基礎(chǔ)之上增加了一個(gè)監(jiān)控裝置8。監(jiān)控裝置8可以是單獨(dú)的一個(gè)裝置， 也可以通過硬件或軟件嵌入到治療工作站中。如圖1所示，監(jiān)控裝置8與圖像采集卡7連接，通過圖像采集卡7從超聲成像機(jī)3上實(shí)時(shí)獲得超聲圖像。監(jiān)控裝置8根據(jù)獲得的超聲圖像檢測病人皮膚的位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則進(jìn)行報(bào)警處理。另一方面，監(jiān)控裝置8與系統(tǒng)控制器6 連接，通過系統(tǒng)控制器6可實(shí)時(shí)獲得各個(gè)子系統(tǒng)5的狀態(tài)信息，包括治療頭4和超聲探頭2 的空間位置(具體地，在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo))。此外，由于超聲探頭2安裝在治療頭4的上方，所以監(jiān)控裝置8可通過控制系統(tǒng)控制器6來控制治療頭4的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制超聲探頭 2的運(yùn)動(dòng)，從而可獲得病人身體不同區(qū)域的超聲圖像。
圖2A描繪了人體1、治療頭4、超聲探頭2、超聲圖像13、治療頭焦點(diǎn)16、治療前通道14、治療后通道15之間的關(guān)系。如圖2A所示，超聲探頭2安裝在治療頭4的中心，超聲探頭2的上表面與治療頭4球面的底部距離為H，治療頭4球面的中心即焦點(diǎn)所在位置，治療頭4發(fā)出超聲波并在球心處自聚焦，形成焦點(diǎn)16，焦距F為球的半徑。圖2A中標(biāo)注了人體1的皮膚與焦點(diǎn)16之間的距離D印，單位是mm。
圖2B為超聲成像顯示界面上表示的人體1、治療頭4、超聲探頭2、超聲圖像13、治療頭焦點(diǎn)16、圖像標(biāo)尺20之間的關(guān)系。如圖2B所示，在超聲圖像上人體1的皮膚有明顯的邊界，可通過邊界識(shí)別算法，找出一段皮膚曲線，如圖2B中的黃色粗線所示。治療頭4用其球面的輪廓曲線表示，圖像標(biāo)尺20用于計(jì)算超聲圖像的像素空間Sp (即圖像一個(gè)點(diǎn)占用的空間位置)。通過圖像采集模塊801中的標(biāo)尺識(shí)別功能在超聲圖像13的標(biāo)尺20上測得CN 102526899 AIOmm的距離上圖像點(diǎn)數(shù)Np，則超聲圖像的像素空間Sp為
Sp = 10/Np(1)
在圖2A和圖2B中，繪有同一個(gè)XOY圖像坐標(biāo)系，該M)Y圖像坐標(biāo)系的原點(diǎn)0位于超聲探頭2的上表面中心。根據(jù)超聲圖像的坐標(biāo)系與超聲探頭2的這種位置關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)圖像坐標(biāo)(即，圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo))到空間坐標(biāo)或設(shè)備坐標(biāo)(即，設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)) 的轉(zhuǎn)換。
(第一實(shí)施例)
在本實(shí)施例中，監(jiān)控裝置8檢測病人皮膚在超聲圖像上的位置，根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，并根據(jù)計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度檢查治療劑量的合理性，從而防止由于治療劑量過大而導(dǎo)致的皮膚等正常組織被誤燒傷的問題。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)控裝置8的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3中的實(shí)線框所示， 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的監(jiān)控裝置8包括圖像采集模塊801、皮膚位置檢測模塊802、皮膚保護(hù)模塊803和報(bào)警模塊804，其中，圖像采集模塊801用于獲得由圖像采集卡7采集的超聲圖像；皮膚位置檢測模塊802用于根據(jù)獲得的超聲圖像檢測病人皮膚在超聲圖像上的位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算治療深度；皮膚保護(hù)模塊803用于根據(jù)計(jì)算的治療深度計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則通知報(bào)警模塊804進(jìn)行報(bào)警處理。此外，監(jiān)控裝置8還可包括設(shè)備信息模塊805和治療記錄模塊806，其中，設(shè)備信息模塊805用于保存治療頭4的相關(guān)參數(shù)(包括治療頭4的直徑Dt和焦距F)，治療記錄模塊806用于保存治療記錄文件的治療記錄模塊806，在治療記錄文件中可記錄計(jì)算的治療深度和皮膚能量強(qiáng)度，以用于治療后的分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，幫助醫(yī)生提高技術(shù)水平。
圖4是由皮膚位置檢測模塊802執(zhí)行的皮膚位置檢測操作的流程圖。
首先，在步驟S401中，根據(jù)圖2A和圖2B中描繪的治療頭4和超聲探頭2與超聲圖像13的關(guān)系確定分析的圖像Y向矩形范圍[Ya，％]Ja為超聲圖像原點(diǎn)的Y坐標(biāo)，％為焦點(diǎn)在超聲圖像上的Y坐標(biāo)，具體計(jì)算如下
Ya = 0(2)
Yb = (F-H) /Sp
接著，在步驟S402中，從超聲圖像的中線(即Y軸線)自下向上在私到％范圍內(nèi)搜索進(jìn)行邊界識(shí)別，找到皮膚邊界點(diǎn)。從圖2B的超聲圖像可觀察到，從下往上搜索時(shí)，黑色突然變成白色(白色部分是皮膚)。因此，可以使用很簡單的邊界判定算法來尋找皮膚邊界點(diǎn)如果超聲圖像的鄰近的幾個(gè)像素值發(fā)生突變，則表明遇到了皮膚邊界，記錄突變點(diǎn)的 Y坐標(biāo)，即^。當(dāng)然，還可利用其它邊界檢測方法(例如，利用顏色)來檢測皮膚邊界點(diǎn)。
接著，在步驟S403中，得到超聲圖像上Y軸線與病人皮膚的交點(diǎn)的坐標(biāo)I^s
Ps. χ = 0(3)
Ps. y = Ys
接著，在步驟S404中，得到焦點(diǎn)在超聲圖像上的坐標(biāo)Pf。根據(jù)圖2B可知，焦點(diǎn)在超聲圖像上的像素坐標(biāo)點(diǎn)Pf的計(jì)算方式為
Pf. χ = 0(4)
Pf. y = (F-H) /Sp
接著，在步驟S405中，計(jì)算Pf與I^s的垂直距離Dl。Dl在圖2B中有標(biāo)注，計(jì)算方法如下
Dl = Pf. y-Ps. y(5)
最后，在步驟S406中，根據(jù)距離Dl和像素空間Sp，計(jì)算治療深度D印。D印在圖 2A中有標(biāo)注，計(jì)算方法如下
Dep = Dl*Sp(6)
以上只是計(jì)算了 Y軸線上的皮膚位置。治療時(shí)，可僅對(duì)這個(gè)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，即可實(shí)現(xiàn)皮膚等組織的安全保護(hù)。當(dāng)然，當(dāng)需要時(shí)，還可對(duì)治療前通道內(nèi)的其它位置(即，不在Y軸線上的位置)進(jìn)行皮膚位置檢測。此時(shí)，只需要指定這些位置的)(8坐標(biāo)并在超聲圖像上對(duì)這些位置的fe坐標(biāo)和k坐標(biāo)進(jìn)行檢測即可，可以得到皮膚曲線上每一點(diǎn)的坐標(biāo) Px
Px. χ = Xs(7)
Px. y = Ys
通過以上流程，可檢測出皮膚在超聲圖像上的位置(具體地，Y軸線與皮膚的交點(diǎn)的圖像坐標(biāo))，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算出治療深度。然后，根據(jù)計(jì)算的治療深度進(jìn)行皮膚保護(hù)。在皮膚保護(hù)操作中，首先通過利用通過Y軸線與皮膚的交點(diǎn)的水平面切割圓錐形的聲道，得到一個(gè)圓，然后再根據(jù)醫(yī)生在治療計(jì)劃時(shí)所設(shè)定的治療劑量(具體地，功率WO 計(jì)算該圓的單位面積所承受的皮膚能量強(qiáng)度。根據(jù)計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度，可對(duì)治療計(jì)劃時(shí)醫(yī)生設(shè)定的治療劑量進(jìn)行安全檢測，如果不安全，則提請(qǐng)醫(yī)生注意或進(jìn)行修改。在治療過程中，實(shí)時(shí)檢測并計(jì)算出皮膚能量強(qiáng)度，如果超出安全范圍，則給出提示或警告或產(chǎn)生動(dòng)作， 例如停止治療。
圖5是由皮膚保護(hù)模塊803和報(bào)警模塊804執(zhí)行的皮膚保護(hù)操作的流程圖。
首先，在步驟S501中，實(shí)時(shí)地從皮膚位置檢測模塊802獲得治療深度D印。
接著，在步驟S502中，根據(jù)治療深度D印計(jì)算治療前通道通過皮膚的面積S。這里，面積S是指通過I^s點(diǎn)的水平面切割圓錐形聲道而得到的圓的面積，計(jì)算方法如下。
首先，計(jì)算該圓的半徑R :
R = (Dep*Dt/2) / (F-H)(8)
然后，計(jì)算該圓的面積S
S = PI*R*R(9)
其中，PI為圓周率。
接著，在步驟S503中，操作者(例如，醫(yī)生)設(shè)定治療時(shí)的治療劑量，特別是功率 Wi。該步驟也可在計(jì)算治療通道上的面積S之前執(zhí)行。
接著，在步驟S504中，計(jì)算治療區(qū)皮膚承受的能量強(qiáng)度Ex
Ex = Ph/S(10)
這里指出，由于人體皮膚并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平面，而是一個(gè)曲面，曲面的面積可能比公式(9)所計(jì)算的面積大一些。但是，從公式(10)可知，面積S越小，Ex越大，這樣可以實(shí)現(xiàn)更安全的保護(hù)。因此，根據(jù)公式(9)那樣將面積S計(jì)算得小一些是有利的。
接著，在步驟S505中，判斷Ex是否大于預(yù)定的安全能量強(qiáng)度&。如果Ex > Es， 則在步驟S506中產(chǎn)生報(bào)警，并在步驟S507中轉(zhuǎn)由醫(yī)生進(jìn)行處理，當(dāng)醫(yī)生進(jìn)行相應(yīng)處理后， 可以繼續(xù)治療，并跳轉(zhuǎn)到步驟S501繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。如果Ex ≤ Es，則表明不危險(xiǎn)，在步驟S508中允許繼續(xù)進(jìn)行治療，并在步驟S509中將計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度Ex存入治療記錄文件中，然后跳轉(zhuǎn)到步驟S501繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。
這里，安全能量強(qiáng)度h的確定與人體的微循環(huán)等很多因素有關(guān)，可先取經(jīng)驗(yàn)值。 例如，當(dāng)Ex < 5ff/cm2時(shí)，高強(qiáng)度聚焦超聲治療的持續(xù)時(shí)間不受皮膚的限制；當(dāng)Ex = 20W/ cm2時(shí)，高強(qiáng)度聚焦超聲治療的持續(xù)時(shí)間不超過5秒是安全的；當(dāng)Ex> lOOW/cm2時(shí)，極短時(shí)間也可能造成傷害，在這種情況下就不允許進(jìn)行治療了。
(第二實(shí)施例)
本實(shí)施例的目的在于，除了監(jiān)測治療劑量之外，還實(shí)時(shí)監(jiān)測皮膚曲線的變化，從而檢測病人的體位變動(dòng)，以防止由于病人體位變動(dòng)過大而導(dǎo)致的正常組織被誤燒傷和受到機(jī)械擠壓損傷的問題。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，監(jiān)控裝置8還包括體位變動(dòng)檢測模塊807(如圖 3所示)，其不僅可以用于檢測病人整體的位置移動(dòng)，而且還可用于檢測治療部位的局部變形，例如，人體在治療過程中，腹肌肉收緊和放松會(huì)導(dǎo)致局部變形。這些位置移動(dòng)和局部變形都可以通過皮膚曲線的變化表現(xiàn)出來。
為了檢測皮膚曲線的變化，可在治療計(jì)劃時(shí)根據(jù)檢測的皮膚位置形成皮膚曲線A， 并在治療時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測的皮膚位置形成皮膚曲線B，然后將計(jì)劃時(shí)的皮膚曲線A與治療時(shí)的實(shí)時(shí)檢測的皮膚曲線B進(jìn)行比較，從而檢測病人體位變動(dòng)或身體變形。
圖6是由體位變動(dòng)檢測模塊807和報(bào)警模塊804執(zhí)行的體位變動(dòng)檢測操作的流程圖。
首先，在步驟S601中，在治療計(jì)劃時(shí)，利用皮膚檢測模塊802檢測超聲圖像上皮膚曲線上的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)圖像坐標(biāo))，并將&轉(zhuǎn)換成設(shè)備坐標(biāo)Pxl保存起來。這些點(diǎn)形成計(jì)劃時(shí)的皮膚曲線A，并存入例如內(nèi)存中。Pxl的計(jì)算過程如下通過系統(tǒng)控制器6，獲得治療頭4在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Pd。由于治療頭4和超聲探頭2的安裝關(guān)系固定(即，超聲探頭2安裝在治療頭4的上方)，所以獲得治療頭4在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Pd即可獲得超聲探頭2的上表面中心在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，而圖像坐標(biāo)的坐標(biāo)系是以超聲探頭2 的上表面中心為原點(diǎn)的XOY圖像坐標(biāo)系，設(shè)備坐標(biāo)系的XY方向與圖像坐標(biāo)系的XY方向相同。當(dāng)設(shè)備坐標(biāo)的各個(gè)軸的坐標(biāo)值都為0，也就是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)處于坐標(biāo)系的原點(diǎn)時(shí)，設(shè)備坐標(biāo)系的原點(diǎn)與圖像坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，Pxl的計(jì)算為
Pxl. χ = Pd. x+Px. x*Sp(11)
Pxl. y = Pd. y+Px. y氺Sp
Pxl. ζ = Pd. ζ
接著，在步驟S602中，在治療過程中，利用皮膚檢測模塊802實(shí)時(shí)檢測皮膚位置， 并與步驟S601相同的方法形成皮膚曲線B。
接著，在步驟S603中，在同一平面內(nèi)，即Z坐標(biāo)相同時(shí)，逐一比較皮膚曲線A和皮膚曲線B上的點(diǎn)。比較時(shí)，需要設(shè)定偏差tol，tol的設(shè)定根據(jù)不同的病種會(huì)有所不同。在治療肝腫瘤時(shí)，tol可設(shè)定為4mm。如果兩曲線上任一組對(duì)應(yīng)點(diǎn)的Y向誤差大于設(shè)定的偏差 tol，則在步驟S604中產(chǎn)生報(bào)警，并在步驟S605中轉(zhuǎn)由醫(yī)生進(jìn)行處理，當(dāng)醫(yī)生進(jìn)行相應(yīng)處理后，可以繼續(xù)治療，并跳轉(zhuǎn)到步驟S602繼續(xù)監(jiān)測皮膚曲線的變化。如果兩曲線上任一組對(duì)應(yīng)點(diǎn)的Y向誤差小于設(shè)定的偏差tol，則可以認(rèn)為病人沒有移動(dòng)，可以繼續(xù)治療，此時(shí)跳轉(zhuǎn)到步驟S602繼續(xù)監(jiān)測皮膚曲線的變化。
(第三實(shí)施例)
本實(shí)施例的目的在于，根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚位置和治療頭的距離，以防止病人身體受到治療頭4和超聲探頭2的機(jī)械擠壓，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)保護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，監(jiān)控裝置8還包括運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊808 (如圖3所示)。
圖7是由運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊808和報(bào)警模塊804執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)保護(hù)操作的流程圖。
首先，在步驟S701中，與步驟S601相同，通過系統(tǒng)模塊控制6實(shí)時(shí)獲得治療頭4 的位置坐標(biāo)Pd (設(shè)備坐標(biāo))。
接著，在步驟S702中，通過皮膚位置檢測模塊802實(shí)時(shí)檢測超聲圖像中線處的皮膚位置，得到皮膚在超聲圖像中線上的坐標(biāo)點(diǎn)Ps (圖像坐標(biāo))。
接著，在步驟S703中，利用公式(11)將圖像坐標(biāo)I3S轉(zhuǎn)換為設(shè)備坐標(biāo)1^1。
接著，在步驟S704中，判斷Pd與hi在Y方向的差值是否大于預(yù)定的差值dif (例如 15mm)，即
Pd. y-Psl. y > dif(12)
如果公式(12)成立，則表明此時(shí)治療頭4和超聲探頭2的運(yùn)動(dòng)是危險(xiǎn)的，要馬上停止運(yùn)動(dòng)，因此，在步驟S705中命令治療頭4停止運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生報(bào)警，然后在步驟S706中轉(zhuǎn)由醫(yī)生進(jìn)行處理，當(dāng)醫(yī)生進(jìn)行相應(yīng)處理后，可繼續(xù)進(jìn)行治療，并跳轉(zhuǎn)到步驟S701繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。如果公式(12)不成立，則表明此時(shí)治療頭4和超聲探頭2的運(yùn)動(dòng)是安全，可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，跳轉(zhuǎn)到步驟S701繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。
(第四實(shí)施例)
第四實(shí)施例是第三實(shí)施例的一個(gè)運(yùn)動(dòng)保護(hù)應(yīng)用示例。在本實(shí)施例中，操作者(例如，醫(yī)生)指定一個(gè)目標(biāo)位置后，讓治療頭4自動(dòng)到達(dá)該目標(biāo)位置，在此過程中利用運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊808對(duì)治療頭4和皮膚位置的距離進(jìn)行監(jiān)測，以防止在治療頭4和超聲探頭2運(yùn)動(dòng)過程中病人身體受到治療頭4和超聲探頭2的機(jī)械擠壓。
圖8是根據(jù)第四實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)保護(hù)過程的流程圖。
首先，在步驟S801中，操作者(例如，醫(yī)生)輸入目標(biāo)位置Pd，并通過系統(tǒng)控制器 6控制治療頭運(yùn)動(dòng)到該目標(biāo)位置。
接著，在步驟S802中，通過皮膚位置檢測模塊802實(shí)時(shí)檢測超聲圖像中線處的皮膚位置，得到皮膚在超聲圖像中線上的坐標(biāo)點(diǎn)Ps (圖像坐標(biāo))。
接著，在步驟S803中，利用公式(11)將圖像坐標(biāo)I3S轉(zhuǎn)換到設(shè)備坐標(biāo)1^1。
接著，在步驟S804中，利用公式(12)判斷Pd與Psl在Y方向的差值是否大于預(yù)定的差值。如果公式(12)成立，則表明治療頭4和超聲探頭2的運(yùn)動(dòng)是危險(xiǎn)的，則在步驟 S805中命令不執(zhí)行操作者想要的運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生報(bào)警提示。如果公式(12)不成立，則表明治療頭4和超聲探頭2的運(yùn)動(dòng)是安全的，此時(shí)，在步驟S806中按操作者的要求執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。
以上已參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于以上所公開的具體實(shí)施例，任何基于本發(fā)明的變型都應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聚焦超聲治療系統(tǒng)，包括治療頭、用于獲得超聲圖像的超聲探頭、超聲成像機(jī)和圖像采集卡，其特征在于，該系統(tǒng)還包括監(jiān)控裝置，其用于根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則進(jìn)行報(bào)警處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括圖像采集模塊，其用于獲得由圖像采集卡采集的超聲圖像；皮膚位置檢測模塊，其用于根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算治療深度；皮膚保護(hù)模塊，其用于根據(jù)計(jì)算的治療深度計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則通知報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警處理；和報(bào)警模塊，其用于進(jìn)行報(bào)警處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置還包括體位變動(dòng)檢測模塊，其用于根據(jù)檢測的皮膚位置形成皮膚曲線并實(shí)時(shí)檢測皮膚曲線的變化，如果皮膚曲線的變化超過預(yù)定的偏差，則通知報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置還包括運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊，其用于根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚位置和治療頭的距離，如果皮膚位置和治療頭的距離大于預(yù)定的差值，則通知報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置還包括治療記錄模塊，其用于保存計(jì)算的治療深度和皮膚能量強(qiáng)度。
6.一種聚焦超聲治療系統(tǒng)的監(jiān)控方法，所述聚焦超聲治療系統(tǒng)包括治療頭、用于獲得超聲圖像的超聲探頭、超聲成像機(jī)和圖像采集卡，其特征在于，該監(jiān)控方法包括根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置；根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則進(jìn)行報(bào)警處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)檢測的皮膚位置形成皮膚曲線并實(shí)時(shí)檢測皮膚曲線的變化，如果皮膚曲線的變化超過預(yù)定的偏差，則進(jìn)行報(bào)警處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚位置和治療頭的距離，如果皮膚位置和治療頭的距離大于預(yù)定的差值，則進(jìn)行報(bào)警處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括保存計(jì)算的治療深度和皮膚能量強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聚焦超聲治療系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。該系統(tǒng)包括監(jiān)控裝置，用于根據(jù)獲得的超聲圖像檢測皮膚位置，并根據(jù)檢測的皮膚位置計(jì)算皮膚能量強(qiáng)度，如果計(jì)算的皮膚能量強(qiáng)度超過預(yù)定的安全能量強(qiáng)度，則進(jìn)行報(bào)警處理。此外，該系統(tǒng)還包括用于根據(jù)檢測的皮膚位置檢測體位變動(dòng)的體位變動(dòng)檢測模塊和用于根據(jù)檢測的皮膚位置檢測皮膚與治療頭的距離的運(yùn)動(dòng)保護(hù)模塊。通過本發(fā)明，可防止由于治療劑量、病人體位變動(dòng)、治療頭和超聲探頭的運(yùn)動(dòng)控制過大而導(dǎo)致的正常組織被誤燒傷和受到機(jī)械擠壓損傷的問題，從而提高聚焦超聲治療的安全性。
文檔編號(hào)A61N7/02GK102526899SQ201010624708
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者文銀剛, 林濤, 王智彪 申請(qǐng)人:重慶微海軟件開發(fā)有限公司