【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，具体为新型超声聚焦热疗装置及应用。
技术介绍
1、高强度聚焦超声(hifu)作为一种非侵入性治疗技术，近年来在临床治疗中得到了广泛应用。其核心技术是利用超声波的聚焦效应，将超声波能量聚集在病灶区域，使该区域的组织在高温下发生凝固性坏死。这项技术尤其适用于治疗实体肿瘤，如子宫肌瘤、肝癌、胰腺癌等，具有无创、精确、恢复快等优势。然而，现有的超声聚焦热疗设备在临床应用中仍存在一些亟待解决的问题。
2、当前的超声聚焦热疗设备依赖于二维矩阵式的换能器阵列，虽然可以通过调节相位控制超声波的聚焦位置，但由于换能器单元分布有限，焦点的移动范围和精准度受限，特别是在深部肿瘤的治疗中，容易出现焦点偏移，导致部分病灶未能充分治疗。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了新型超声聚焦热疗装置及应用，解决当前的超声聚焦热疗设备换能器单元分布有限，焦点的移动范围和精准度受限的问题。
2、第一方面，本专利技术提供了如下技术方案，新型超声聚焦热疗装置，包括：
3、超声聚焦模块，包括多个换能器单元和聚焦控制单元，所述换能器单元排列为二维矩阵，并通过聚焦控制单元基于波束成形算法进行相位调整，所述超声聚焦模块用于生成并精确聚焦超声波至目标治疗区域；
4、温度监控及反馈模块，包括温度传感器单元和温控反馈单元，所述温度传感器单元布置在目标区域及其周围，用于实时监测治疗区域的温度，温控反馈单元基于温度传感器单元获取的温度数据，通过pid控
5、治疗模式模块，与超声聚焦模块和温度监控及反馈模块相连接，能够根据设定的治疗需求选择连续热疗模式或脉冲热疗模式，并通过调节超声聚焦模块的工作参数，实施所需的治疗模式；
6、动态焦点调节模块，与超声聚焦模块相连接，所述模块包括深度调节单元和横向调节单元，通过影像导航系统对治疗区域进行定位，根据治疗区域的深度和横向位置，动态调节超声波的焦点位置；
7、自动安全防护模块，与温度监控及反馈模块相连接，所述模块包括温度超限保护单元和功率超限保护单元，当治疗区域的温度或功率超过预设值时，自动降低超声波输出功率或暂停治疗；
8、非热效应模块，与超声聚焦模块相连接，所述模块包括空化效应单元和机械效应单元，通过微气泡与超声波的相互作用，辅助超声聚焦模块增强治疗功能，通过空化和机械效应破坏肿瘤组织。
9、优选的，所述换能器单元的具体实现方法为，每个换能器单元能够独立调节其相位，通过计算换能器单元与目标治疗区域的相对距离，动态调节每个换能器单元的相位偏移，进行超声波聚焦，具体通过以下公式实现：
10、
11、计算距离后，利用以下公式进行相位偏移调整：
12、
13、其中f为超声波频率，c为声波在组织中的传播速度；
14、所述换能器单元的工作频率范围为0.5mhz至3mhz，每个换能器单元的直径为5毫米至10毫米，单元之间的间距为1毫米至2毫米。
15、优选的，所述温度监控及反馈模块通过多个布置在治疗区域的温度传感器进行实时温度监测，传感器能够检测温度范围为35℃至80℃，并将监测到的温度数据以每秒10次的频率发送至温控反馈单元；
16、所述温控反馈单元使用pid控制算法，通过对温度反馈误差的实时计算调整超声波输出功率，pid控制算法包括以下公式：
17、
18、其中，e(t)为当前温度误差，kp、ki和kd分别为比例、积分和微分控制系数，pid算法通过控制超声波输出功率确保治疗区域温度始终维持在安全范围内。
19、优选的，所述连续热疗模式具体用于通过超声波持续加热病灶区域，所述模式通过控制输出功率确保病灶区域温度维持在60℃至70℃之间，并通过实时温度反馈调节功率输出，治疗时间设定为5分钟至15分钟；
20、所述脉冲热疗模式通过间歇性超声波作用控制病灶区域温度的波动，每个脉冲的持续时间为1秒至5秒，脉冲间隔时间为2秒至10秒，温度控制在45℃至55℃范围内。
21、优选的，所述深度调节单元通过影像导航系统实时分析病灶区域的深度，自动调节超声波焦点位置，深度调节范围为3厘米至10厘米，确保超声波能够精准聚焦至不同深度的目标组织；
22、所述横向调节单元能够在2厘米至8厘米的范围内调整超声波焦点的横向位置，以适应不同形状和大小的病灶。
23、优选的，所述温度超限保护单元在检测到治疗区域温度超过70℃时，能够自动降低超声波输出功率或暂停治疗，防止温度过高导致的组织损伤，并发出警告信号；
24、所述功率超限保护单元能够在检测到某个换能器单元的功率输出超过5w时，自动关闭该换能器单元。
25、优选的，所述空化效应单元通过引入微气泡并利用低强度超声波诱导空化效应，空化效应产生的微气泡振动能够破坏肿瘤细胞的结构，使得病灶组织失去功能；
26、所述机械效应单元通过微秒级超声脉冲引发细胞的高速振动，细胞结构在振动过程中被破坏，破坏肿瘤组织的支持结构，辅助实现肿瘤组织的清除。
27、第二方面，本专利技术提供以下技术方案，新型超声聚焦热疗装置的应用方法，包括以下步骤：
28、s1、影像导航确定病灶位置：通过影像导航系统获取患者的病灶部位，并根据病灶的位置、深度和大小确定超声波的目标区域；
29、s2、设置治疗参数：根据病灶的类型和治疗需求，选择治疗模式，并设定治疗参数，包括超声波的频率、输出功率、聚焦位置以及治疗时间；
30、s3、超声波聚焦：通过超声聚焦模块的换能器单元生成超声波，利用波束成形算法调整相位，使得超声波能够精准聚焦至目标治疗区域，形成一个集中热量的焦点；
31、s4、实时温度监控：在治疗过程中，通过温度监控模块中的温度传感器实时监测病灶及其周围组织的温度变化，温控反馈单元基于监测数据使用pid控制算法，动态调整超声波输出功率，使得治疗区域温度始终保持在预设范围内；
32、s5、治疗执行：超声波聚焦在病灶区域，利用超声波的热效应对目标组织进行加热处理，连续热疗模式用于肿瘤消融，脉冲热疗模式用于疼痛管理；
33、s6、自动安全防护：在治疗过程中，自动安全防护模块监控治疗区域的温度和换能器单元的功率输出，当温度或功率超出设定范围时，系统自动降低功率或暂停治疗；
34、s7、治疗结束：根据设定的治疗时间或病灶的反馈，自动停止超声波输出，并记录治疗数据。
35、第三方面，该专利技术提供以下技术方案，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的新型超声聚焦热疗装置的应用方法。
36、第四方面，本专利技术提供以下技术方案，一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述换能器单元的具体实现方法为，每个换能器单元能够独立调节其相位，通过计算换能器单元与目标治疗区域的相对距离，动态调节每个换能器单元的相位偏移，进行超声波聚焦，具体通过以下公式实现：
3.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述温度监控及反馈模块通过多个布置在治疗区域的温度传感器进行实时温度监测，传感器能够检测温度范围为35℃至80℃，并将监测到的温度数据以每秒10次的频率发送至温控反馈单元；
4.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述连续热疗模式具体用于通过超声波持续加热病灶区域，所述模式通过控制输出功率确保病灶区域温度维持在60℃至70℃之间，并通过实时温度反馈调节功率输出，治疗时间设定为5分钟至15分钟；
5.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述深度调节单元通过影像导航系统实时分析病灶区域的深度，自动调节超声波焦点位置，深度调节范围为3厘米至10厘米，确保超声波能够
6.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述温度超限保护单元在检测到治疗区域温度超过70℃时，能够自动降低超声波输出功率或暂停治疗，防止温度过高导致的组织损伤，并发出警告信号；
7.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述空化效应单元通过引入微气泡并利用低强度超声波诱导空化效应，空化效应产生的微气泡振动能够破坏肿瘤细胞的结构，使得病灶组织失去功能；
8.新型超声聚焦热疗装置的应用方法，其特征在于，用于权利要求1-7任一项所述的新型超声聚焦热疗装置，包括以下步骤：
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求8所述的新型超声聚焦热疗装置的应用方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的新型超声聚焦热疗装置的应用方法。
...【技术特征摘要】
1.新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述换能器单元的具体实现方法为，每个换能器单元能够独立调节其相位，通过计算换能器单元与目标治疗区域的相对距离，动态调节每个换能器单元的相位偏移，进行超声波聚焦，具体通过以下公式实现：
3.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述温度监控及反馈模块通过多个布置在治疗区域的温度传感器进行实时温度监测，传感器能够检测温度范围为35℃至80℃，并将监测到的温度数据以每秒10次的频率发送至温控反馈单元；
4.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述连续热疗模式具体用于通过超声波持续加热病灶区域，所述模式通过控制输出功率确保病灶区域温度维持在60℃至70℃之间，并通过实时温度反馈调节功率输出，治疗时间设定为5分钟至15分钟；
5.根据权利要求1所述的新型超声聚焦热疗装置，其特征在于，所述深度调节单元通过影像导航系统实时分析病灶区域的深度，自动调节超声波焦点位置，深度调节范围为3厘米至...
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