壓信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，測(cè)量出各超聲波換能器輸出信 號(hào)的脈沖前沿所對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲量?\、T2、T3、T4，可獲得沖擊波從震源輻射、經(jīng)過(guò)結(jié)石反射， 再被各超聲波換能器接收所經(jīng)歷的傳播時(shí)間。當(dāng)結(jié)石位于體外震波碎石儀的焦域中時(shí)，回 波信號(hào)到達(dá)各超聲波換能器的延時(shí)時(shí)間相同，設(shè)為t。，如果結(jié)石位于焦域之外，則散射回波 到達(dá)各超聲波換能器的傳播時(shí)間將各不相同，在圖4定義的直角坐標(biāo)系中，四個(gè)超聲波換 能器的坐標(biāo)位置分別為Pi(a，0,0)，P2 (0,a，0)，P3 (_a，0,0)，P4(0, -a，0)，則當(dāng)結(jié)石偏離z軸 位于第1象限中時(shí)，回波達(dá)到Pi、P2的時(shí)間將小于P3、P4。因此，可以調(diào)節(jié)體外震波碎石儀的 角度，使結(jié)石重新位于z軸，則回波到達(dá)各超聲波換能器的時(shí)間延遲接近相同。如果結(jié)石位 于體外震波碎石儀焦域之前或之后，則超聲波換能器輸出的時(shí)間延遲將小于或大于t。，此 時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)體外震波碎石儀的位置，直至回波時(shí)間延遲接近t。為止。
[0052] 因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)四個(gè)超聲波換能器輸出的時(shí)間延遲，調(diào)節(jié)體外震波碎石儀的角度 和位置，使各超聲波換能器的時(shí)間延遲接近標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間t。，可保證結(jié)石能處于體外震波碎石 儀的焦域中。此時(shí)，可以加大脈沖功率和提高工作頻率，進(jìn)行正常治療。在治療過(guò)程中，通 過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各超聲波換能器的時(shí)間延遲，并及時(shí)進(jìn)行體外震波碎石儀角度和位置的調(diào)整， 可保證臨床治療的安全和有效。
[0053] 該利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀進(jìn)行結(jié)石定位的方法，具體步驟如 下：
[0054] 步驟一、四根換能器電纜線(xiàn)5伸出外殼3外的一端均與信號(hào)采集儀13連接，電纜 引線(xiàn)2伸出外殼3外的一端與驅(qū)動(dòng)功率源10連接；驅(qū)動(dòng)功率源10與信號(hào)采集儀13通過(guò)觸 發(fā)電纜線(xiàn)11連接，驅(qū)動(dòng)功率源10發(fā)出驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)作為信號(hào)采集儀的觸發(fā)信號(hào)；信號(hào)采集 儀的輸出信號(hào)傳給信號(hào)分析儀12的輸入端。
[0055] 步驟二、粗調(diào)體外震波碎石儀的位置，使得結(jié)石靠近體外震波碎石儀的焦域；開(kāi)啟 信號(hào)采集儀和信號(hào)分析儀；通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率源10設(shè)置體外震波碎石儀發(fā)射沖擊波的強(qiáng)度和 工作頻率，初始時(shí)選擇低功率的脈沖方式和低工作頻率。
[0056] 步驟三、細(xì)調(diào)體外震波碎石儀的角度和位置來(lái)定位結(jié)石。使用沖擊波回波信號(hào) 對(duì)結(jié)石進(jìn)行定位的工作原理如圖4所示，以震波發(fā)生源1中心位置作為直角坐標(biāo)系的原 點(diǎn)0，四個(gè)超聲波換能器在直角坐標(biāo)系中位置分別為？ 1仏，0,0)，？2(0，&，0)，？3(- &，0,0)， P4(〇, -a，0)，震波發(fā)生源1的沖擊波沿z軸傳播，并在焦點(diǎn)0#，0,z。）處聚焦；其中，a、z。 均不等于〇。
[0057] (1)如果結(jié)石位于沖擊波的焦點(diǎn)上，當(dāng)沖擊波從震波發(fā)生源1發(fā)出，經(jīng)結(jié)石反射后 被四個(gè)超聲波換能器接收所產(chǎn)生的時(shí)間延遲相同，用t。表示：
[0059] 其中，c為沖擊波在水介質(zhì)中的傳播速度。
[0060] (2)如果結(jié)石偏離焦點(diǎn)但仍位于焦平面的S(Xl，yi，z。）點(diǎn)上，此時(shí)：
[0061] xx= rcosθ
[0062] yi= rsinΘ
[0063] 其中，r為S點(diǎn)到z軸的距離，Θ為S點(diǎn)和x軸之間的夾角。
[0064] 沖擊波從震波發(fā)生源1發(fā)出后作用到結(jié)石的時(shí)間為：
[0066] 而散射回波到達(dá)四個(gè)超聲波換能器的時(shí)間分別為：
[0071] 四個(gè)超聲波換能器接收到的總延遲時(shí)間分別為：
[0072] Tj= t' 〇+t1；
[0073] T2= t' 0+t2
[0074] T3= t' 0+t3
[0075] T4= t' 〇+t4
[0076] (3)由于t'。是相同的，當(dāng)S點(diǎn)位于第一象限中，即0〈θ〈90°時(shí)：T'TWTy 當(dāng)S點(diǎn)位于第二象限中，即90°〈Θ〈180°時(shí)：T4;當(dāng)S點(diǎn)位于第三象限中， 即 180° <θ〈270。時(shí) 當(dāng)S點(diǎn)位于第四象限中，SP270。<θ〈360。時(shí)：1\ <Τ3;Τ2〉Τ4。
[0077] 因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)四個(gè)超聲波換能器接收到的總延遲時(shí)間，可以對(duì)結(jié)石所處的位置 進(jìn)行判斷，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀，包括治療頭，其特征在于：還包括震波 發(fā)生源、電纜引線(xiàn)、超聲波換能器、換能器電纜線(xiàn)、水密膠囊和水介質(zhì)；所述治療頭的外殼上 位于震波發(fā)生源一側(cè)加工有錐形安裝臺(tái)面，安裝臺(tái)面等距加工四個(gè)安裝孔各自固定一個(gè)超 聲波換能器，四個(gè)超聲波換能器的聲軸均經(jīng)過(guò)治療頭的焦點(diǎn)；四個(gè)超聲波換能器均接有換 能器電纜線(xiàn)，四根換能器電纜線(xiàn)均伸出治療頭的外殼外；所述電纜引線(xiàn)的一端與震波發(fā)生 源連接，另一端伸出治療頭的外殼外；所述的水密膠囊套置在外殼上，且水密膠囊與外殼之 間充有水介質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀，其特征在于：所 述的外殼采用不銹鋼材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀，其特征在于：所 述超聲波換能器的有源材料采用直徑為12mm、厚度為0. 2mm的壓電陶瓷圓片，能接收100~ 10MHz頻段的超聲波信號(hào)并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓波形輸出；所述超聲波換能器的外殼為圓柱 型，超聲波換能器的聲軸與治療頭外殼上的錐形安裝臺(tái)面垂直設(shè)置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀，其特征在于：所 述的換能器電纜線(xiàn)為雙芯屏蔽水密電纜，二根芯線(xiàn)分別連接超聲波換能器的有源材料正、 負(fù)電極，屏蔽線(xiàn)與超聲波換能器的外殼連接；電纜線(xiàn)一端與超聲波換能器連接，另一端伸出 治療頭的外殼外。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀進(jìn)行 結(jié)石定位的方法，其特征在于：該方法的具體步驟如下： 步驟一、四根換能器電纜線(xiàn)伸出外殼外的一端均與信號(hào)采集儀連接，電纜引線(xiàn)伸出外 殼外的一端與驅(qū)動(dòng)功率源連接；驅(qū)動(dòng)功率源發(fā)出驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)作為信號(hào)采集儀的觸發(fā)信 號(hào)；信號(hào)采集儀的輸出信號(hào)傳給信號(hào)分析儀的輸入端； 步驟二、粗調(diào)體外震波碎石儀的位置，使得結(jié)石靠近體外震波碎石儀的焦域；開(kāi)啟信 號(hào)采集儀和信號(hào)分析儀；通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率源設(shè)置體外震波碎石儀發(fā)射沖擊波的強(qiáng)度和工作頻 率； 步驟三、細(xì)調(diào)體外震波碎石儀的角度和位置來(lái)定位結(jié)石；以震波發(fā)生源中心位置作為 直角坐標(biāo)系xyz的原點(diǎn)，四個(gè)超聲波換能器在直角坐標(biāo)系中位置分別為Pja，0, 0)，P2(0， a，0)，P3(-a，0，0)，P4(0，-a，0)，震波發(fā)生源的沖擊波沿z軸傳播，并在焦點(diǎn)0J0，0， z。）處聚焦；其中，a、z。均不等于0; (1) 如果結(jié)石位于沖擊波的焦點(diǎn)上，當(dāng)沖擊波從震波發(fā)生源發(fā)出，經(jīng)結(jié)石反射后被四個(gè) 超聲波換能器接收所產(chǎn)生的時(shí)間延遲相同，用t。表示：其中，c為沖擊波在水介質(zhì)中的傳播速度； (2) 如果結(jié)石偏離焦點(diǎn)但仍位于焦平面的S(Xl，yi，z。）點(diǎn)上，此時(shí)： Xi= rcos θ 5^= rsin θ 其中，r為S點(diǎn)到z軸的距離，Θ為S點(diǎn)和x軸之間的夾角； 沖擊波從震波發(fā)生源發(fā)出后作用到結(jié)石的時(shí)間為：而散射回波到達(dá)四個(gè)超聲波換能器的時(shí)間分別為： 四個(gè)超聲波換能器接收到散射回波的總延遲時(shí)間分別為： Ti=t' 0+t1； T2=t' 0+t2 T3=t' 0+t3 T4=t' 〇+t4 (3)由于t'。是相同的，當(dāng)S點(diǎn)位于第一象限中，即0〈θ〈90°時(shí)： S點(diǎn)位于第二象限中，即90° <θ〈180°時(shí)：1'1>1'3;1'2<1' 4;當(dāng)3點(diǎn)位于第三象限中，即 180?！处ā?70。時(shí) 當(dāng)S點(diǎn)位于第四象限中，即 270?！处ā?60。時(shí)：1\ <Τ3；Τ2>Τ4； 因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)四個(gè)超聲波換能器接收到散射回波的總延遲時(shí)間來(lái)判斷結(jié)石所處的位 置，進(jìn)而調(diào)整體外震波碎石儀的角度和位置。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀進(jìn)行結(jié)石定位的 方法，其特征在于：所述步驟二中，體外震波碎石儀發(fā)射的沖擊波初始時(shí)選擇低功率的脈沖 方式和低工作頻率。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀進(jìn)行結(jié)石定位的 方法，其特征在于：所述的信號(hào)采集儀對(duì)超聲波換能器的輸出信號(hào)進(jìn)行采集、記錄所輸出的 超聲波信號(hào)波形；信號(hào)采集儀的采樣頻率為20MHz，垂直量化精度為16bit;信號(hào)采集儀具 有四個(gè)以上的輸入通道，能對(duì)四個(gè)超聲波換能器的輸入信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采集；信號(hào)采集儀具 有外接信號(hào)觸發(fā)輸入通道，在外部信號(hào)觸發(fā)下進(jìn)行波形的同步采集和記錄工作。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀進(jìn)行結(jié)石定位的 方法，其特征在于：所述的信號(hào)分析儀對(duì)信號(hào)采集儀所記錄的多通道脈沖回波信號(hào)進(jìn)行分 析，測(cè)量出四個(gè)超聲波換能器所接收到回波信號(hào)的傳播時(shí)間。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了利用超聲波定位治療點(diǎn)的體外震波碎石儀及其定位方法。安裝B超機(jī)使其準(zhǔn)確判定體外震波碎石儀的治療點(diǎn)十分困難。本發(fā)明裝置的四個(gè)超聲波換能器均固定在治療頭上，其聲軸均經(jīng)過(guò)治療頭的焦點(diǎn)；四個(gè)超聲波換能器均接有換能器電纜線(xiàn)，四根換能器電纜線(xiàn)均伸出治療頭的外殼外；電纜引線(xiàn)的一端與震波發(fā)生源連接，另一端伸出治療頭的外殼外。本發(fā)明的結(jié)石定位方法：以產(chǎn)生的沖擊波在結(jié)石上的回波為探測(cè)信號(hào)，并使用信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理和分析，確定出結(jié)石所在的位置以及與體外震波碎石儀治療點(diǎn)的偏離情況，為調(diào)整體外震波碎石儀位置提供依據(jù)。本發(fā)明保證了沖擊波和回波在相同的路徑上傳播，提高了超聲波探測(cè)的準(zhǔn)確性。
【IPC分類(lèi)】A61B17/225, A61B8/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105249995
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510716477
【發(fā)明人】陳洪斌
【申請(qǐng)人】杭州迪比聲學(xué)技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日