專利名稱：一種數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腫瘤的治療系統(tǒng)裝置，尤其涉及一種數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
惡性腫瘤是嚴(yán)重威脅人類生命健康的疾病，其治療一直是醫(yī)學(xué)界的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前， 治療癌癥的基本方法有外科手術(shù)切除、放療、化療和生物免疫等療法，但這些治療手段往往 不能滿足患者的治療要求，而且存在相當(dāng)多的缺點(diǎn)，易產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥和副作用，不僅風(fēng) 險性大，而且降低了患者的生存質(zhì)量。
外科手術(shù)切除治療，手術(shù)創(chuàng)口面大，特別對惡性腫瘤完全摘除不容易，術(shù)后對人體的傷 害極大。
放療是以放射性的物質(zhì)如鐳、鈷等所放射出來的放射線進(jìn)行照射腫瘤達(dá)到治療的效果。 雖然達(dá)到了殺死腫瘤細(xì)胞的目的，但是正常的免疫細(xì)胞也一同被殺死了。由于放射線的破壞 ，病人的血象改變、骨髓肌體受到損傷、白細(xì)胞和血小板減少，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致敗血癥，例 如容易引起口腔黏膜潰瘍，唾液腺萎縮，口干難忍，甚至發(fā)生放射性肺炎、充血和水腫， 所有這些的損傷很可能是終身性的。
化療則是把"化學(xué)藥物"注入體內(nèi)用以毒死癌細(xì)胞。這類化學(xué)藥物對人體的損傷是相當(dāng) 明顯的，在殺死癌細(xì)胞的同時，對人體正常細(xì)胞同樣帶來嚴(yán)重的損傷。造成骨髓造血功能的 嚴(yán)重抑制，嚴(yán)重殺傷體內(nèi)的免疫細(xì)胞，白細(xì)胞、紅細(xì)胞和血小板的嚴(yán)重降低，免疫力十分低 下，患者身體素質(zhì)極度虛弱，對胃腸黏膜細(xì)胞的嚴(yán)重抑制，嚴(yán)重的打擊了消化功能。胃腸道 出現(xiàn)明顯不良反應(yīng)，患者最突出的表現(xiàn)是惡心、嘔吐、食欲不振等。所有這些藥物都必需經(jīng) 過內(nèi)臟的分解。同樣在不同程度地對肝臟、腎臟等重要臟器帶來損害。此外，放、化療也可 以引起脫發(fā)、皮膚損害等，給患者心理、生活造成極大的壓力和影響。
為了解決以上治療方法的不足，業(yè)界在治療方法上也在努力的探索其他的治療方法。
實(shí)體腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲以及轉(zhuǎn)移依賴腫瘤血管生成(Tumor angiogenesis)，故 以抑制、栓塞或阻斷腫瘤新生血管為治療目的的腫瘤"休眠療法"是近年來繼手術(shù)、放化療 后發(fā)展起來的一種新的腫瘤治療模式。目前，介入血管栓塞療法只能栓塞較大管徑的動脈， 對側(cè)枝循環(huán)無能為力；使用化學(xué)或生物制劑抗腫瘤血管生成治療可以直接作用腫瘤新生血管 的靶點(diǎn)，但特異性不高，療效不理想。腫瘤物理治療方法包括各種介入性熱消融、冷凍、電化學(xué)等，均通過穿刺或者手術(shù)直接殺傷腫瘤組織，但副作用也較大。
超聲空化效應(yīng)是指液體中微氣泡在超聲波作用下產(chǎn)生震蕩、膨脹、收縮以及內(nèi)爆等一系 列動力學(xué)過程，伴隨瞬態(tài)高溫、高壓、沖擊波和射流等極端能量釋放的行為是超聲波的生物 物理效應(yīng)之一。
利用超聲能量非創(chuàng)傷性治療腫瘤一直是業(yè)界追求的目標(biāo)。近年來，超聲空化效應(yīng)在非創(chuàng) 傷性超聲治療領(lǐng)域中的基礎(chǔ)研究十分活躍，但是大多數(shù)相關(guān)研究主要涉及藥物釋放和基因轉(zhuǎn) 染，對其空化產(chǎn)生的機(jī)械性損傷效應(yīng)研究不多。
超聲空化治療需要針對在生物血液體循環(huán)中的介導(dǎo)(微泡)發(fā)射高峰值負(fù)壓的超聲脈沖 ，使介導(dǎo)(微泡)產(chǎn)生瞬態(tài)空化，釋放出高溫、高壓、沖擊波、微射流等能量形式。為了避 免產(chǎn)生類似HIFU的熱效應(yīng)，超聲能量必須是高聲壓、低平均聲強(qiáng)、低占空比的能量形式。目 前，現(xiàn)有的超聲治療設(shè)備中未見專門為高聲壓超聲作用介導(dǎo)(微泡)產(chǎn)生的空化效應(yīng)而設(shè)計 的超聲能量方式，尚未見專用超聲空化介導(dǎo)(微泡)治療的超聲物理治療儀和本裝置發(fā)射的 超聲能量形式報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種為了克服傳統(tǒng)超聲治療的上述缺點(diǎn)，設(shè)計一種非創(chuàng)傷性數(shù)字化 高聲壓超聲脈沖治療系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)，包括供電系統(tǒng)16，顯示系統(tǒng)15、組合式晶片超聲治 療頭14，其特征在于，還包括工作站控制系統(tǒng)ll、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12、高聲壓數(shù)字脈沖 功率放大器13;顯示系統(tǒng)15、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13、組合 式晶片超聲治療頭14分別與工作站控制系統(tǒng)11連接；數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12的輸出接口與高 聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13的輸入接口連接；高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13的輸出接口與組 合式晶片超聲治療頭14的輸入接口連接；
工作站控制系統(tǒng)ll:對數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13下發(fā)控制 參數(shù)命令，并輸出參數(shù)的信息提示，供用戶根據(jù)提示隨時修改下發(fā)的控制參數(shù)；
數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12:用于接收工作站控制系統(tǒng)ll發(fā)出的指令，根據(jù)工作站控制系統(tǒng) ll的指令產(chǎn)生一個數(shù)字脈沖信號，并向工作站控制系統(tǒng)11反饋數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12當(dāng)前工 作狀態(tài)；
高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13:接收工作站控制系統(tǒng)ll發(fā)出的指令，保持與數(shù)字脈沖信 號發(fā)生器12精確同步工作，反饋高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13當(dāng)前工作狀態(tài)，生成高壓超聲治療脈沖，將高壓超聲治療脈沖傳輸給組合式晶片超聲治療頭14。
所述的數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12包括單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列和鎖存器；
單片機(jī)通過工作站軟件接口完成人機(jī)數(shù)據(jù)交互，對鎖存器下發(fā)控制信號，對現(xiàn)場可 編程邏輯門陣列進(jìn)行配置，并將控制參數(shù)下發(fā)到現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，使現(xiàn)場可編程邏輯 門陣列按照界面設(shè)置要求工作；
現(xiàn)場可編程邏輯門陣列接收單片機(jī)下發(fā)的控制參數(shù)后，完成數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算，并輸 出時序邏輯信號，時序邏輯信號通過接口發(fā)送到高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13，同時并向單 片機(jī)反饋將當(dāng)前工作狀態(tài)，單片機(jī)將信息發(fā)送給工作站控制系統(tǒng)。
鎖存器接收單片機(jī)的控制信號，對需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行鎖存輸出。
所述的控制參數(shù)包括調(diào)制方式、調(diào)制寬度、治療方式、治療時間、輸出調(diào)節(jié)、開始/暫 停、終止治療。
所述的高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13包括脈沖放大器131和脈沖功率源132 。 所述的脈沖功率源132由固態(tài)繼電器、電磁繼電器、整流橋、濾波穩(wěn)壓電路、溫控電路
組成；
固態(tài)繼電器、電磁繼電器用于隔離控制輸入/輸出，選擇電源輸入電壓； 整流橋，將交流信號整流為直流電壓；
濾波穩(wěn)壓電路，對整流橋輸出的直流電壓進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓，得到較穩(wěn)定的直流電壓； 溫控電路，監(jiān)控環(huán)境溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時啟動散熱裝置。 所述的脈沖放大器131包括耦合隔離部分、前級放大部分和功率放大部分； 耦合隔離部分將數(shù)字信號脈沖發(fā)生器12與高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13進(jìn)行物理隔
離；
前級放大部分對數(shù)字信號脈沖發(fā)生器12發(fā)射的脈沖進(jìn)行整形和電壓放大，推動功率 放大部分工作；
功率放大部分在脈沖功率源132的支持下對前級放大部分的脈沖信號進(jìn)行功率放大。 所述的組合式晶片超聲治療頭14的陣元組合方式，由工作站控制系統(tǒng)ll進(jìn)行組合控制
本發(fā)明是一種數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)，產(chǎn)生超聲空化治療所需的高聲壓、低 平均聲強(qiáng)、低占空比的能量形式，通過組合式晶片治療頭發(fā)射高聲壓脈沖，對腫瘤進(jìn)行高聲 壓超聲治療。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。 圖2是數(shù)字脈沖信號發(fā)生器的原理圖。 圖3是本發(fā)明的界面軟件控制原理圖。 圖4是本發(fā)明的界面軟件控制圖5是脈沖放大器的原理圖6a是脈沖放大器的耦合隔離原理圖6b是脈沖放大器的前級放大原理圖； 圖6C是脈沖放大器的功率放大原理圖； 圖7是脈沖功率源的固態(tài)繼電器、電磁繼電器電路圖； 圖8是脈沖功率源的繼電器電路圖9a是晶片的多陣元復(fù)合扇形組合方式；
圖9b是晶片的多陣元多頻率復(fù)合性組合方式；
圖9C是晶片的多陣元雙頻復(fù)合型組合方式；
圖9d是晶片的診斷多陣元發(fā)射復(fù)合型組合方式；
圖9e是晶片的診斷發(fā)射復(fù)合型組合方式； 圖9f是晶片的倍頻復(fù)合型組合方式。
其中，圖l的ll為工作站控制系統(tǒng)，12為數(shù)字脈沖信號發(fā)生器，13為高聲壓數(shù)字脈沖功 率放大器，14為組合式晶片超聲治療頭，15為顯示系統(tǒng)，16為供電系統(tǒng)，131為脈沖放大器 ，132為脈沖功率源。
具體實(shí)施例方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征 和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述， 均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。S卩，除非特別敘述，每個特征只是一 系列等效或類似特征中的一個例子而已。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
一數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)，包括供電系統(tǒng)16，顯示系統(tǒng)15、組合式晶片超聲治 療頭14，其特征在于，還包括工作站控制系統(tǒng)ll、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12、高聲壓數(shù)字脈沖 功率放大器13;顯示系統(tǒng)15、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13、組合式晶片超聲治療頭14分別與工作站控制系統(tǒng)連接；數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12的輸出接口與高聲
壓數(shù)字脈沖功率放大器13的輸入接口連接；高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13的輸出接口與組合
式晶片超聲治療頭14的輸入接口連接；
一種數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)，整個系統(tǒng)是以工作站控制系統(tǒng)ll為中心，控制數(shù)
字脈沖信號發(fā)生器12的發(fā)射頻率、發(fā)射方式、發(fā)射時間、啟動、暫停、終止等參數(shù)，控制高 聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13的工作方式，控制超聲治療頭晶片的不同組合方式來實(shí)現(xiàn)整體的 技術(shù)效果。工作站控制系統(tǒng)ll、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13、 組合式晶片治療頭14的原理組成及作用如下
1、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12:數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12用于接收工作站控制系統(tǒng)11發(fā)出的 指令，通過編程軟件產(chǎn)生一個高精度、高可靠、高穩(wěn)定的數(shù)字脈沖信號，并向接收工作站控 制系統(tǒng)11及時反饋數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12當(dāng)前工作狀態(tài)。
數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12主要包括單片機(jī)(MCU)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)芯片 、鎖存器，如圖2所示；在治療系統(tǒng)中，關(guān)鍵是對所發(fā)射超聲波的發(fā)射頻率、發(fā)射時間、脈 沖寬度等參數(shù)進(jìn)行控制，所產(chǎn)生的超聲波決定著超聲空化的效率，也決定治療的成功率。所 以，治療設(shè)備對信號發(fā)生器的數(shù)字脈沖控制功能要求很高；FPGA (Field Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)是在PAL、 GAL、 PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn) 物，是專用集成電路(ASIC)中集成度最高的一種，F(xiàn)PGA具有速度快、配置靈活、二次開發(fā) 容易等優(yōu)點(diǎn)，所以本發(fā)明采用單片機(jī)(MCU) + 0八的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)對數(shù)字脈沖信號發(fā)生器 12進(jìn)行特殊設(shè)計。
數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12的工作原理
單片機(jī)(MCU)通過工作站軟件接口完成人機(jī)數(shù)據(jù)交互，同時配置FPGA使其工作，將控 制參數(shù)下發(fā)到FPGA使其按照界面設(shè)置要求工作；FPGA接收控制參數(shù)后，完成數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算 并輸出相應(yīng)的時序邏輯信號，時序邏輯信號通過接口發(fā)送到高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13， 同時向單片機(jī)(MCU)反饋數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12當(dāng)前工作狀態(tài)，單片機(jī)(MCU)將信息發(fā)送 給工作站控制系統(tǒng)并最終在顯示系統(tǒng)15的屏幕上直觀的顯示出來。具體的實(shí)現(xiàn)方式為
如圖3所示，單片機(jī)(MCU)通過串口工作站軟件進(jìn)行通信，接收工作站軟件的控制參數(shù) ，并按參數(shù)控制FPGA工作，通過FPGA的I/0端口向超聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13發(fā)送數(shù)字脈 沖信號，并且接收FPGA反饋的一些當(dāng)前工作狀態(tài)信息并將狀態(tài)通過單片機(jī)(MCU)發(fā)送給工 作站控制系統(tǒng)并顯示。
工作站軟件向單片機(jī)(MCU)發(fā)送的控制參數(shù)包括調(diào)制方式、調(diào)制寬度、治療方式、治療時間、輸出調(diào)節(jié)、開始/暫停、終止治療。
面板控制端不直接向單片機(jī)(MCU)發(fā)送的控制參數(shù)，而是向工作站軟件發(fā)送控制參數(shù) ，最終由工作站軟件將控制參數(shù)發(fā)送到單片機(jī)(MCU)。
單片機(jī)(MCU)與界面軟件的通信規(guī)則如下
使用串口通信，工作站軟件向單片機(jī)(MCU)發(fā)送指令，單片機(jī)(MCU)在收到界面軟件 的數(shù)據(jù)后將對進(jìn)行CRC校驗(yàn)并將得到的字節(jié)數(shù)回發(fā)給工作站軟件以確保通信可靠。
單片機(jī)(MCU)在收到工作站欽件的有效命令后將控制參數(shù)通過I/0口發(fā)送到FPGA，數(shù)據(jù) 總線，F(xiàn)PGA根據(jù)得到的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生所需的脈沖信號并輸出至鎖存器，最終由單片機(jī)(MCU) 控制鎖存器輸出。
FPGA通過內(nèi)部程序計數(shù)產(chǎn)生所需頻率，同時根據(jù)單片機(jī)(MCU)發(fā)來的命令來產(chǎn)生控制 信號，從而形成所需的最終合成脈沖信號并送至功率放大器工作。 FPGA的信號產(chǎn)生原理如下
FPGA只接收4個參數(shù)數(shù)據(jù)輸出調(diào)節(jié)、調(diào)制寬度、調(diào)制方式、治療方式；治療時間由單 片機(jī)(MCU)控制鎖存器輸出與截止實(shí)現(xiàn)。
FPGA與單片機(jī)(MCU)的數(shù)據(jù)通信規(guī)則如下在地址寫邏輯時鐘信號和數(shù)據(jù)寫邏輯時鐘 信號的上升沿FPGA讀取MCU送到I/0口的地扯和數(shù)據(jù)，根據(jù)收到數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號及控 制信號送至鎖存器，等待單片機(jī)(MCU)開啟鎖存器則信號送至高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器 13。具體的數(shù)據(jù)通信規(guī)則如下
單片機(jī)(MCU)向FPGA發(fā)送的指令，分別為地址和對應(yīng)的數(shù)據(jù)。地址用于輸出調(diào)節(jié)、調(diào) 制寬度、調(diào)制方式、治療方式4個參數(shù)的識別，數(shù)據(jù)則代表該地址對應(yīng)的大小值，F(xiàn)PGA根據(jù) 數(shù)據(jù)的大小產(chǎn)生對應(yīng)的脈沖信號及控制信號。
采用單片機(jī)(MCU)加FPGA結(jié)構(gòu)的數(shù)字化合成實(shí)現(xiàn)，具有可編程、可靠性、穩(wěn)定性好、 頻率精度高、抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字控制信號源，滿足設(shè)備對脈沖的要求，提高設(shè)備整體可高 性。同時也預(yù)留二次開發(fā)擴(kuò)展的接口。
數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12在工作站控制系統(tǒng)11控制下，通過工作站控制系統(tǒng)ll控制下發(fā)發(fā) 射頻率、發(fā)射時間、脈沖寬度等控制參數(shù)命令，數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12相應(yīng)控制命令，產(chǎn)生 的占空比在O. 01% 20%內(nèi)可調(diào)。
2、工作站控制系統(tǒng)ll:對數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器 (13)下發(fā)控制參數(shù)命令，并輸出參數(shù)的信息提示，供用戶根據(jù)提示隨時修改下發(fā)的控制參數(shù)整個治療系統(tǒng)以計算機(jī)為平臺，用工作站軟件進(jìn)行控制方式工作，具有豐富友好的人機(jī) 交互界面。
可通過觸摸屏下發(fā)脈沖控制參數(shù)、治療時間參數(shù)、輸出參數(shù)給數(shù)字脈沖信號發(fā)生器與脈 沖輸出放大器，同時考慮用戶的習(xí)慣保留按鍵式方法下發(fā)脈沖控制參數(shù)、治療時間參數(shù)、輸 出參數(shù)數(shù)字脈沖信號發(fā)生器給脈沖輸出放大器，同時反饋數(shù)字脈沖信號發(fā)生器與脈沖輸出放 大器當(dāng)前工作狀態(tài)，保證設(shè)備工作可控、可靠；同時，可以通過觸摸屏或鍵盤輸入組合式晶 片超聲治療頭14的陣元組合方式；調(diào)制方式、調(diào)制寬度、治療方式、治療時間、輸出調(diào)節(jié)( 聲壓)等控制參數(shù)由用戶輸入。
設(shè)計具有人性化的信息提示并反映數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12與高聲壓數(shù)字脈沖放大器13工
作的情況，顯示系統(tǒng)當(dāng)前設(shè)置參數(shù)和已治療時間和未治療時間來提示用戶，如圖4所示。
有豐富的用戶設(shè)置，用戶根據(jù)個人習(xí)慣可設(shè)置背景、時間提示等功能。
工作站軟件是整個系統(tǒng)的控制核心，控制數(shù)字信號發(fā)生器12所產(chǎn)生的脈沖信號的調(diào)制方 式、調(diào)制時間、治療方式、治療時間、啟動、暫停、終止、聲壓大小與高聲壓數(shù)字脈沖放大 器13。
3、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13:接收工作站控制系統(tǒng)ll發(fā)出的指令，保持與數(shù)字脈 沖信號發(fā)生器12精確同步工作，及時反饋脈沖輸出放大器當(dāng)前工作狀態(tài)，提供治療所需要的 超聲聲壓，達(dá)到治療目的。
高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13是一種特殊放大器電路。采用光電隔離方式耦合，其特點(diǎn) 是安全性好、抗干擾強(qiáng)，能輸出微秒級的超聲脈沖波，實(shí)現(xiàn)峰值聲壓(包括峰值負(fù)壓和峰值 正壓)可調(diào)節(jié)，輸出平均聲強(qiáng)可調(diào)節(jié)；具有效率高、頻帶寬、多個諧振點(diǎn)，適應(yīng)二次諧波、 脈沖波、鋸齒波的特點(diǎn)。適應(yīng)在不同的頻率下具有功耗低，效率高，熱能低特點(diǎn)，保證高速 專用數(shù)控超聲脈沖電路能長期穩(wěn)定工作，獲取最佳功率輸出，達(dá)到理想的治療效果。
高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13包括脈沖放大器131與脈沖功率源132。
脈沖放大器131，如圖5所示，包括耦合隔離部分、前級放大部分、功率放大部分；脈沖 功率源132包括固態(tài)繼電器、電磁繼電器、整流橋、濾波穩(wěn)壓電路、溫控電路。
脈沖放大器131:耦合隔離部分，如圖6a所示，目的是將數(shù)字信號脈沖發(fā)生器(12)與 高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)進(jìn)行物理隔離；減小互相之間的干擾，確保工作穩(wěn)定；前 級放大部分，Ql、 Q2、 Q3組成的如圖6b所示的前級放大器，對脈沖具有整形、電壓放大的 功能，保證能推動功率級工作；功率放大部分，如圖6c所示，由功放模塊組成功率輸出，在 脈沖功率源132的支持下對前級放大部分的脈沖信號進(jìn)行功率放大。
10脈沖放大器131工作原理高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器13接收數(shù)字脈沖信號發(fā)生器12產(chǎn) 生的數(shù)字脈沖信號，并經(jīng)過耦合P1隔離后送入Q1、 Q2、 Q3前級放大電路放大，效率與發(fā)熱量 都較為理想，不需要散熱器，經(jīng)功放放大后的信號直接控制功率模塊工作。
脈沖功率源132:固態(tài)繼電器、電磁繼電器用于選擇電源輸入電壓；整流橋，將交流信 號整流為直流電壓；濾波穩(wěn)壓電路，對整流橋輸出的脈動直流進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓，得到較穩(wěn)定 的直流電壓；溫控電路，監(jiān)控環(huán)境溫度，當(dāng)溫度過高時啟動散熱風(fēng)扇散熱，為電源提供良好 的工作環(huán)境。
脈沖功率源132工作原理如圖7所示，其中圖中的J表示繼電器，交流信號分別接入繼 電器，繼電器組選擇其中一路接入電源轉(zhuǎn)換模塊，整流為直流后送入濾波電路，得到較穩(wěn)定 的直流電壓為電路提供電源；同時設(shè)計了溫度監(jiān)控電路檢測電源溫度，如果電源溫度超過一 定限度則開啟散熱風(fēng)扇降溫，為電源提供良好的工作環(huán)境，確保電源輸出穩(wěn)定；如圖8所示 ，由控制信號控制固態(tài)繼電器(J)，固態(tài)繼電器控制電磁繼電器工作，抗干擾能力強(qiáng)，防 止誤動作。
4、組合式晶體超聲治療頭14:組合式晶片超聲治療頭14是由工作站控制系統(tǒng)11的控制 電路控制發(fā)射晶片組合工作方式，或者間歇脈沖式超聲發(fā)射，發(fā)射晶片是聚焦型或是平面型 超聲換能器，可選頻率在0.2腿z 2腿z士20。/。任意一頻率點(diǎn)或多頻率點(diǎn)的晶片組成超聲治療 頭。例如0.2腿z、 0. 5腿z、 l腿z、 2腿z等的超聲治療頭，達(dá)到治療不同部位所需要的工 作方式，實(shí)現(xiàn)在一個超聲換能器上有多種發(fā)射方式可選，方便用戶的操作，提高治療效率。
高聲壓超聲無創(chuàng)治療裝置治療頭晶片組合方式有
組合方式一，如圖9a所示，為晶片的多陣元復(fù)合扇型組合式，陣元l、 2、 3、 4在同一個 發(fā)射頻率下工作，可以分別激勵l、 2、 3、 4陣元工作；陣元l、 2、 3、 4可以以不同的組合方 式單個或多個陣元交替或同時工作。例如，可以是陣元l、陣元2、陣元3、陣元4分別單獨(dú)工 作，也可以以任意兩個陣元或任意三個陣元以任何組合方式進(jìn)行工作或交替工作，或四個陣 元同時工作。
組合方式二，如圖9b所示，為多陣元多頻率復(fù)合型組合方式，可以在5個發(fā)射頻率下， 分別激勵陣元l、 2、 3、 4、 5發(fā)射脈沖；陣元l、 2、 3、 4、 5以不同的組合方式單個或多個陣 元交替或同時工作。
組合方式三，如圖9c所示，為多陣元雙頻復(fù)合型組合方式，兩種發(fā)射頻率以不同組合方 式分別激勵l、 2、 3、 4、 5陣元。1、 2、 3、 4、 5陣元以不同的組合方式單個或多個陣元交替 或同時工作。組合方式四，如圖9d所示，為診斷多陣元發(fā)射復(fù)合型組合方式，5是診斷頭，陣元l、 2 、3、 4以不同的組合方式單個或多個陣元交替或同時工作。例如，可以是陣元l、陣元2、陣 元3、陣元4分別單獨(dú)工作，也可以以任意兩個陣元或任意三個陣元以任何組合方式進(jìn)行工作 或交替工作，或四個陣元同時工作。
組合方式五，如圖9e所示，為診斷發(fā)射復(fù)合型組合方式，l是發(fā)射治療陣元，2是診斷頭 ，以交替方式工作，即在治療的時間里治療陣元1工作而診斷設(shè)備的診斷頭2停止工作，反之 在診斷的時間里診斷設(shè)備的診斷頭2工作而治療陣元1停止工作。
組合方式六，如圖9f為倍頻復(fù)合型組合方式，陣元l為發(fā)射陣元，2是陣元1發(fā)射頻率的 倍頻發(fā)射陣元，可以單獨(dú)方式工作或組合方式交替或同時工作。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征 或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)，包括供電系統(tǒng)(16)、顯示系統(tǒng)(15)、組合式晶片超聲治療頭(14)，其特征在于，還包括工作站控制系統(tǒng)(11)、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)；顯示系統(tǒng)(15)、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)、組合式晶片超聲治療頭(14)分別與工作站控制系統(tǒng)(11)連接；數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)的輸出接口與高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)的輸入接口連接；高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)的輸出接口與組合式晶片超聲治療頭(14)的輸入接口連接；工作站控制系統(tǒng)(11)對數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)下發(fā)控制參數(shù)命令，并輸出參數(shù)的信息提示，用戶根據(jù)提示隨時修改下發(fā)的控制參數(shù)；數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)用于接收工作站控制系統(tǒng)(11)發(fā)出的指令，根據(jù)工作站控制系統(tǒng)(11)的指令產(chǎn)生一個數(shù)字脈沖信號，并向工作站控制系統(tǒng)(11)反饋數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)當(dāng)前工作狀態(tài)；高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)接收工作站控制系統(tǒng)(11)發(fā)出的指令，保持與數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)精確同步工作，輸出高壓超聲治療脈沖，將高壓超聲治療脈沖傳送給組合式晶片超聲治療頭(14)，并反饋高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)當(dāng)前工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)字脈沖信號發(fā) 生器(12)包括單片機(jī)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列和鎖存器；單片機(jī)通過工作站軟件接口完成人機(jī)數(shù)據(jù)交互，向鎖存器下發(fā)控制信號，對現(xiàn)場可 編程邏輯門陣列進(jìn)行配置，并將控制參數(shù)下發(fā)到現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，使現(xiàn)場可編程邏輯 門陣列按照工作站軟件設(shè)置要求工作；現(xiàn)場可編程邏輯門陣列接收單片機(jī)下發(fā)的控制參數(shù)后，完成數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算，并輸 出時序邏輯信號，時序邏輯信號通過接口發(fā)送到高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)，同時并 向單片機(jī)反饋將當(dāng)前工作狀態(tài)，單片機(jī)將信息發(fā)送給工作站控制系統(tǒng)；鎖存器接收單片機(jī)的控制信號，對需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行鎖存輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制參數(shù)包 括調(diào)制方式、調(diào)制寬度、治療方式、治療時間、輸出調(diào)節(jié)、開始/暫停、終止治療。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的高聲壓數(shù)字脈沖 功率放大器(13)包括脈沖放大器(131)和脈沖功率源(132)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的脈沖功率源( 132)由固態(tài)繼電器、電磁繼電器、整流橋、濾波穩(wěn)壓電路、溫控電路；固態(tài)繼電器、電磁繼電器用于隔離控制輸入/輸出，選擇電源輸入電壓； 整流橋，將交流信號整流為直流電壓；濾波穩(wěn)壓電路，對整流橋輸出的直流電壓進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓，得到較穩(wěn)定的直流電壓； 溫控電路，監(jiān)控環(huán)境溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時啟動散熱裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的脈沖放大器( 131)包括耦合隔離部分、前級放大部分和功率放大部分；耦合隔離部分將數(shù)字信號脈沖發(fā)生器(12)與高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)進(jìn) 行物理隔離；前級放大部分對數(shù)字信號脈沖發(fā)生器(12)發(fā)射的脈沖進(jìn)行整形和電壓放大，推動 功率放大部分工作；功率放大部分在脈沖功率源(132)的支持下對前級放大部分的脈沖信號進(jìn)行功率放大。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的組合式晶片超聲 治療頭(14)的陣元組合方式，由工作站主控系統(tǒng)(11)進(jìn)行組合控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字化高聲壓超聲無創(chuàng)治療系統(tǒng)，包括供電系統(tǒng)(16)、顯示系統(tǒng)(15)、組合式晶片超聲治療頭(14)，還包括工作站控制系統(tǒng)(11)、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)；顯示系統(tǒng)(15)、數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)、高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)、組合式晶片超聲治療頭(14)分別與工作站控制系統(tǒng)(11)連接；數(shù)字脈沖信號發(fā)生器(12)的輸出接口與高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)的輸入接口連接；高聲壓數(shù)字脈沖功率放大器(13)的輸出接口與組合式晶片超聲治療頭(14)的輸入接口連接。本系統(tǒng)可以根據(jù)治療需要，產(chǎn)生所需要的高聲壓脈沖。
文檔編號A61N7/00GK101670155SQ20091030840
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者何躍明, 政 劉, 張正新, 李俊峰, 李汶洲, 蘇強(qiáng)華, 鄭國策, 陳兆林, 陳祠松 申請人:綿陽索尼克電子有限責(zé)任公司