專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量超聲穿透深度的方法及系統(tǒng)的制作方法
測(cè)量超聲穿透深度的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)，特別是涉及一種測(cè)量超聲穿透深度的方法及系統(tǒng)。背景技術(shù)：
近年來(lái)超聲療法的使用范圍日益廣泛，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)理療科原來(lái)的一般療法，如超聲治癌、泌尿系碎石及口腔醫(yī)學(xué)的應(yīng)用等，因此超聲療法的概念應(yīng)有廣義的(包括各種特殊超聲療法)及狹義的(指理療科常用的無(wú)損傷劑量療法)兩種。同時(shí)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，超聲不僅用于治療，還已廣泛用于診斷、基礎(chǔ)及實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)、因此已有“超聲醫(yī)學(xué)”之稱(chēng)。超聲針灸是傳統(tǒng)針灸技術(shù)與現(xiàn)代針灸相結(jié)合的產(chǎn)物之一，它是在現(xiàn)代聲學(xué)原理基礎(chǔ)上，運(yùn)用聲能、熱能等為刺激手段，通過(guò)神經(jīng)反射作用、神經(jīng)體液調(diào)節(jié)作用、神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫作用和直接作用等途徑，最終達(dá)到治療疾病和調(diào)節(jié)機(jī)體功能的目的。早在70年代， 國(guó)外已應(yīng)用超聲穴位治療疾病。國(guó)內(nèi)于80年代初期陸續(xù)有采用國(guó)產(chǎn)穴位超聲治療機(jī)治療的報(bào)道。超聲針灸的最主要特點(diǎn)是無(wú)痛、無(wú)不適反應(yīng)；其次，穴位超聲療法是通過(guò)聲能透入穴位來(lái)治療的，而且又具有對(duì)組織無(wú)損傷、無(wú)副作用、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此易為兒童和懼針的患者所接受。針灸的深度對(duì)針灸效果有一定的影響。然而，相對(duì)于傳統(tǒng)的針灸技術(shù)，超聲穿透深度無(wú)法很直觀(guān)的獲得，而針灸的深度影響到了針灸的效果。對(duì)于其它超聲療法，如超聲治癌等，精確控制超聲穿透深度也是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種能精確測(cè)量超聲穿透深度的方法。一種測(cè)量超聲穿透深度的方法，包括以下步驟設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層；在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況；根據(jù)所述每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)；根據(jù)所述超聲穿透的層數(shù)及所述層厚得到超聲穿透深度。進(jìn)一步地，還包括設(shè)定一個(gè)需求深度，判斷所述超聲穿透深度是否達(dá)到所述需求深度的步驟，如果達(dá)到需求深度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果未達(dá)到需求深度，則調(diào)整超聲的頻率。進(jìn)一步地，還包括如下步驟根據(jù)所述每一層的溫度變化情況，計(jì)算得到每一層的絕對(duì)溫度；設(shè)定一個(gè)需求溫度，判斷所述絕對(duì)溫度是否等于需求溫度，如果絕對(duì)溫度等于需求溫度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果絕對(duì)溫度高于或低于需求溫度，則調(diào)整超聲的強(qiáng)度。進(jìn)一步地，所述在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況的步驟前還包括對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖的步驟；所述在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況的步驟是對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖；將所述超聲相位圖與所述基準(zhǔn)相位圖進(jìn)行比較，得到物體的每一層的相位改變值；根據(jù)所述每一層的相位改變值計(jì)算得到每一層的溫度變化情況。此外，還有必要提供一種能精確測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)。一種測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)，包括磁共振成像模塊，用于設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況；深度獲取模塊，用于根據(jù)每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)，并根據(jù)所述超聲穿透的層數(shù)及所述層厚得到超聲穿透深度。進(jìn)一步地，還包括第一判斷模塊，用于設(shè)定一個(gè)需求深度，判斷所述超聲穿透深度是否達(dá)到需求深度，如果達(dá)到需求深度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果未達(dá)到需求深度， 則調(diào)整超聲的頻率。進(jìn)一步地，還包括絕對(duì)溫度獲取模塊，用于根據(jù)所述每一層的溫度變化情況，計(jì)算得到每一層的絕對(duì)溫度；第二判斷模塊，用于設(shè)定一個(gè)需求溫度，判斷所述絕對(duì)溫度是否等于需求溫度，如果絕對(duì)溫度等于需求溫度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果絕對(duì)溫度高于或低于需求溫度， 則調(diào)整聲波的強(qiáng)度。進(jìn)一步地，所述磁共振成像模塊包括掃描單元，用于對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖；所述掃描單元還用于在超聲未作用于物體的情況下對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖；比較單元，用于將所述超聲相位圖與所述基準(zhǔn)相位圖進(jìn)行比較，得到物體的每一層的相位改變值；計(jì)算單元，用于根據(jù)所述每一層的相位改變值計(jì)算得到每一層的溫度變化情況。上述測(cè)量超聲穿透深度的方法及系統(tǒng)中，通過(guò)磁共振溫度成像來(lái)確定被超聲作用時(shí)物體的溫度變化情況，并根據(jù)溫度變化情況得到超聲穿透深度，結(jié)果精確可靠。

圖1為測(cè)量超聲穿透深度的方法的流程圖；圖2為圖1所示步驟S20的具體流程圖；圖3為一實(shí)施例的測(cè)量超聲穿透深度的方法的流程圖；圖4為另一實(shí)施例的測(cè)量超聲穿透深度的方法的具體流程圖；圖5為測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)的模塊圖；圖6為圖5所示測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)的的詳細(xì)模塊圖。
具體實(shí)施方式為了解決在超聲療法中超聲穿透深度無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，提出了提供一種能精確測(cè)量超聲穿透深度的方法。請(qǐng)參閱圖1，一種測(cè)量超聲穿透深度的方法，包括以下步驟步驟S10，設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層。物體在將被超聲穿透作用的方向上，按一定的厚度進(jìn)行分層。層厚是在磁共振序列參數(shù)里設(shè)置，分層時(shí)每層的厚度越薄，測(cè)得的超聲穿透深度就越精確。步驟S20，在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況。由于超聲波具有溫?zé)嶙饔茫诮橘|(zhì)中傳播時(shí)，實(shí)質(zhì)上機(jī)械能在介質(zhì)中轉(zhuǎn)變成熱能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。超聲波的熱作用，可引起人體血管功能和代謝過(guò)程的變化，以及發(fā)生一系列復(fù)雜的神經(jīng)反射，在人體組織產(chǎn)生各種效應(yīng)。因此，被超聲穿透的每一層物體必然會(huì)產(chǎn)生溫度的變化。通過(guò)磁共振溫度成像方法能得到每一層的溫度變化情況。步驟S30，根據(jù)每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)。在磁共振聚焦或測(cè)量過(guò)程中所用到的大角度射頻場(chǎng)發(fā)射，其電磁能量在物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成熱能，也會(huì)使物體溫度升高，而被超聲穿透的每一層物體溫度升高的更為明顯。因此可以通過(guò)步驟S20中得到的每一層的溫度變化情況得到超聲穿透到了哪一層，并最終確定層數(shù)。步驟S40，根據(jù)超聲穿透的層數(shù)及層厚得到超聲穿透深度。上述測(cè)量超聲穿透深度的方法可以對(duì)超聲穿透物體的深度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果精確可靠。在上述實(shí)施例中，測(cè)量超聲穿透深度的方法更具體的流程為步驟S20前還包括對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖的步驟。由于在磁共振掃描等過(guò)程中，電磁能量在物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成熱能，引起物體的溫度變化，所以先在物體未在超聲作用下先通過(guò)磁共振掃描得到物體每一層的基準(zhǔn)相位圖Ob-。為了保證準(zhǔn)確性，可以對(duì)每一層提取多次基準(zhǔn)相位圖Φ—，然后取平均值。同時(shí)，請(qǐng)參閱圖2，步驟S20的具體步驟為步驟S210，對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖。對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖Φ。步驟S220，將超聲相位圖與基準(zhǔn)相位圖進(jìn)行比較，得到物體的每一層的相位改變值。用每一層的超聲相位圖Φ與基準(zhǔn)相位圖Φ—相減得到每一層相位改變值ΔΦ。步驟S230，根據(jù)每一層的相位改變值計(jì)算得到每一層的溫度變化情況。利用以下公式進(jìn)行計(jì)算得到物體每一層的溫度變化ΔΤ
ΔΦΔΓ =-
γ · α· Β0· TE其中，Υ為旋磁比，是原子核所固有的特性，與離子電荷和質(zhì)量的比有關(guān)。不同的原子核有不同的旋磁比值。磁共振技術(shù)主要涉及氫原子核(質(zhì)子)與外加磁場(chǎng)的相互作用， 水中氫核質(zhì)子的Y值為2. 68X 108rad/s/T。α = -0.01ppm/°C α為溫度和水質(zhì)子化學(xué)位移之間的比例系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)溫度系數(shù)。B0為主磁場(chǎng)強(qiáng)度，和用的磁共振的儀器有關(guān)，就是磁場(chǎng)強(qiáng)度，目前市場(chǎng)上的磁共振儀器大多主磁場(chǎng)強(qiáng)度為1. 5Τ和3Τ。
TE為序列的回波時(shí)間，掃描時(shí)在序列里面設(shè)置的，Y、α、B。TE這些參數(shù)在掃描時(shí)都已經(jīng)是已知數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算每一層物體的溫度變化Δ Τ,能夠分辨出哪些層被超聲所穿透，并根據(jù)層厚和穿透的層數(shù)得到超聲穿透深度。需要指出的是，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖的步驟可以省去?；鶞?zhǔn)相位圖Obaseline可以在步驟S210中獲得的超聲相位圖Φ中預(yù)估獲取，不需要在步驟S20前在未作用超聲的情況對(duì)物體進(jìn)行獨(dú)立的每一層的磁共振預(yù)掃描。在一實(shí)施例中，如圖3所示，上述測(cè)量超聲穿透深度的方法，還包括步驟S50，設(shè)定一個(gè)需求深度，并判斷超聲穿透深度是否達(dá)到所述需求深度。如果達(dá)到需求深度，則進(jìn)入步驟S510 ；如果未達(dá)到需求深度，則進(jìn)入步驟S520。在進(jìn)行超聲作用于物體如超聲針灸時(shí)，超聲穿透深度對(duì)超聲針灸效果有一定的影響，這里的需求深度就是使超聲針灸效果達(dá)到最大所需要的深度。步驟S510，繼續(xù)用超聲作用于物體。達(dá)到需求深度后，繼續(xù)用超聲作用于物體，不需要再進(jìn)行調(diào)整，直到超聲作用的劑量滿(mǎn)足需求。步驟S520，調(diào)整超聲的頻率。當(dāng)超聲穿透深度未達(dá)到需求深度時(shí)，對(duì)超聲的頻率進(jìn)行調(diào)整，頻率關(guān)系到超聲穿透的深度，頻率越高超聲穿透能力就越強(qiáng)。為了使調(diào)整過(guò)的超聲穿透深度達(dá)到需求深度，在步驟S520之后還加入了返回步驟S20的步驟，使得調(diào)整之后的超聲穿透深度再次被測(cè)量，若達(dá)到需求深度，則用超聲作用于物體，不需要再進(jìn)行調(diào)整，直到超聲的劑量滿(mǎn)足需求；若沒(méi)有達(dá)到需求深度，則繼續(xù)調(diào)整并返回步驟S20，直到超聲調(diào)整到達(dá)到需求深度為止。通過(guò)上述步驟的調(diào)節(jié)，能夠精確的控制了超聲穿透深度，滿(mǎn)足了精確控制穿透深度的需求。在超聲針灸過(guò)程中，由于超聲作用于物體時(shí)，物體溫度會(huì)升高。超聲強(qiáng)度過(guò)大，溫度過(guò)高，穴位組織受損；超聲強(qiáng)度過(guò)小，穴位刺激感應(yīng)不足。為了精確控制超聲強(qiáng)度，如圖4 所示，上述測(cè)量超聲穿透深度的方法，還包括步驟S60，根據(jù)所述每一層的溫度變化情況，計(jì)算得到每一層的絕對(duì)溫度。通過(guò)步驟S20得到的溫度變化情況ΔΤ，加上物體在未進(jìn)行超聲作用下的每一層的溫度，便可得到物體每一層的絕對(duì)溫度。步驟S70，設(shè)定一個(gè)需求溫度，判斷絕對(duì)溫度是否等于需求溫度，如果絕對(duì)溫度等于需求溫度，則進(jìn)入步驟S710 ；如果絕對(duì)溫度高于或低于需求溫度，則進(jìn)入步驟S720。這里的需求溫度是當(dāng)超聲作用于物體，其強(qiáng)度正好所需效果時(shí)的溫度。超聲作用于物體時(shí)，如果某些物體如人體的絕對(duì)溫度過(guò)高則有可能導(dǎo)致?tīng)C傷。步驟S710，繼續(xù)用超聲作用于物體。當(dāng)絕對(duì)溫度等于需求溫度時(shí)，說(shuō)明超聲強(qiáng)度正好滿(mǎn)足需求，則繼續(xù)用超聲作用于物體，不需要再進(jìn)行調(diào)整，直到超聲的劑量滿(mǎn)足需求。步驟S720，調(diào)整超聲的強(qiáng)度。當(dāng)絕對(duì)溫度高于或低于需求溫度時(shí)，對(duì)超聲的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。為了使調(diào)整過(guò)的超聲強(qiáng)度滿(mǎn)足需求，在調(diào)整超聲的強(qiáng)度之后還加入了返回步驟 S20的步驟，使得調(diào)整之后的物體每一層的絕對(duì)溫度再次被測(cè)量，若滿(mǎn)足需求溫度，則用超聲作用于物體，不需要再進(jìn)行調(diào)整，直到超聲的劑量滿(mǎn)足需求；若還是高于或低于需求溫度，則繼續(xù)調(diào)整并返回步驟S20，直到超聲調(diào)整到達(dá)到需求溫度為止。還提供了一種測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)，該路徑控制系統(tǒng)包括磁共振成像模塊和深度獲取模塊。磁共振成像模塊用于設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況。按一定的層厚在磁共振成像模塊對(duì)物體在超聲作用方向上進(jìn)行分層，并對(duì)每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層在超聲作用下的溫度變化情況。深度獲取模塊與磁共振成像模塊相連接，用于根據(jù)每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)，并根據(jù)超聲穿透的層數(shù)及層厚得到超聲穿透深度。如圖5在上述磁共振成像模塊更具體的模塊結(jié)構(gòu)為掃描單元，用于對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖；掃描單元還用于在超聲未作用物體的情況下對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖。需要指出的是，基準(zhǔn)相位圖Obaselim可以在超聲相位圖Φ中預(yù)估獲取，不需要掃描單元在未作用超聲的情況對(duì)物體進(jìn)行獨(dú)立的每一層的磁共振預(yù)掃描。比較單元，與掃描單元電連接，用于將超聲相位圖與所述基準(zhǔn)相位圖進(jìn)行比較，得到物體的每一層的相位改變值。用超聲相位圖Φ與基準(zhǔn)相位圖Oba-相減得到相位改變值Δ Φ。計(jì)算單元，與比較單元電連接，用于根據(jù)每一層的相位改變值計(jì)算得到每一層的溫度變化情況。利用以下公式進(jìn)行計(jì)算得到溫度變化ΔΤ:
ΔΦ
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量超聲穿透深度的方法，其特征在于，包括以下步驟 設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層；在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況； 根據(jù)所述每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)； 根據(jù)所述超聲穿透的層數(shù)及所述層厚得到超聲穿透深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量超聲穿透深度的方法，其特征在于，還包括設(shè)定一個(gè)需求深度，判斷所述超聲穿透深度是否達(dá)到所述需求深度的步驟，如果達(dá)到需求深度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果未達(dá)到需求深度，則調(diào)整超聲的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量超聲穿透深度的方法，其特征在于，還包括如下步驟 根據(jù)所述每一層的溫度變化情況，計(jì)算得到每一層的絕對(duì)溫度；設(shè)定一個(gè)需求溫度，判斷所述絕對(duì)溫度是否等于需求溫度，如果絕對(duì)溫度等于需求溫度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果絕對(duì)溫度高于或低于需求溫度，則調(diào)整超聲的強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量超聲穿透深度的方法，其特征在于，所述在超聲作用下， 對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況的步驟前還包括對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖的步驟；所述在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況的步驟是對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖；將所述超聲相位圖與所述基準(zhǔn)相位圖進(jìn)行比較，得到物體的每一層的相位改變值；根據(jù)所述每一層的相位改變值計(jì)算得到每一層的溫度變化情況。
5.一種測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)，其特征在于，包括磁共振成像模塊，用于設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況；深度獲取模塊，用于根據(jù)每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)，并根據(jù)所述超聲穿透的層數(shù)及所述層厚得到超聲穿透深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一判斷模塊，用于設(shè)定一個(gè)需求深度，判斷所述超聲穿透深度是否達(dá)到需求深度，如果達(dá)到需求深度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果未達(dá)到需求深度，則調(diào)整超聲的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)，其特征在于，還包括絕對(duì)溫度獲取模塊，用于根據(jù)所述每一層的溫度變化情況，計(jì)算得到每一層的絕對(duì)溫度；第二判斷模塊，用于設(shè)定一個(gè)需求溫度，判斷所述絕對(duì)溫度是否等于需求溫度，如果絕對(duì)溫度等于需求溫度，則繼續(xù)用超聲作用于物體；如果絕對(duì)溫度高于或低于需求溫度，則調(diào)整聲波的強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)，其特征在于，所述磁共振成像模塊包括掃描單元，用于對(duì)超聲作用物體的每一層進(jìn)行磁共振掃描，得到每一層超聲相位圖；所述掃描單元還用于在超聲未作用于物體的情況下對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振預(yù)掃描，得到未在超聲作用下的每一層的基準(zhǔn)相位圖；比較單元，用于將所述超聲相位圖與所述基準(zhǔn)相位圖進(jìn)行比較，得到物體的每一層的相位改變值；計(jì)算單元，用于根據(jù)所述每一層的相位改變值計(jì)算得到每一層的溫度變化情況。
全文摘要
一種測(cè)量超聲穿透深度的方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置層厚，對(duì)物體進(jìn)行分層；在超聲作用下，對(duì)物體的每一層進(jìn)行磁共振溫度成像，得到每一層的溫度變化情況；根據(jù)所述每一層的溫度變化情況得到超聲穿透的層數(shù)；根據(jù)所述超聲穿透的層數(shù)及所述層厚得到超聲穿透深度。上述測(cè)量超聲穿透深度的方法及系統(tǒng)中，通過(guò)磁共振溫度成像來(lái)確定被超聲作用時(shí)物體的溫度變化情況，并根據(jù)溫度變化情況得到超聲穿透深度，結(jié)果精確可靠。此外，還提供了一種測(cè)量超聲穿透深度的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102379698SQ201110236248
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者劉新, 梅玲, 沈歡, 鄒超, 鄭海榮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院