本發明涉及超聲醫療相控，特別是一種子宮肌瘤組織界面3d模型及制作方法和相控換能器焦域形態調控系統。

背景技術：

1、子宮肌瘤是女性常見的良性腫瘤，傳統治療方法如藥物和手術存在創傷性大、恢復期長等問題。hifu作為一種無創治療手段，已廣泛應用于臨床。然而，治療過程中常出現焦域發散、焦點偏移、或皮膚燙傷等問題，這主要是由于患者組織結構和組織的界面形狀差異引起的。盡管組織本身的聲學特性差異相對較小，邊界的存在及其形狀卻對聲波的傳播和焦域的穩定性有著顯著影響。

2、不同組織之間的界面形狀和厚度在hifu治療中至關重要，尤其是在軟組織環境下。邊界形狀的變化會導致聲波的反射與透射，從而影響治療效果。

3、因此，亟需開發能夠精確模擬這些界面的仿體模型，以優化焦域的調控方案。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的目的在于提供一種子宮肌瘤組織界面3d模型及制作方法和相控換能器焦域形態調控系統，該方法利用具有邊界界面特征的模型能有效地調控焦域形態。

2、為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、本發明提供的子宮肌瘤組織界面3d模型制作方法，包括以下步驟：

4、s1：獲取患者子宮肌瘤mri圖像；

5、s2：對mri圖像進行處理得到具有輪廓標記二維圖像數據；

6、s3：利用具有輪廓標記二維圖像數據構建具有標記信息的三維建模；

7、s4：根據三維模型選用聲學特性上與生物組織相似的材料通過3d打印得到3d模型。

8、進一步，所述步驟s2中的圖像按照以下方式進行處理：

9、s21.對子宮肌瘤mri圖像進行去噪處理；

10、s22.通過增強對比度處理得到具有肌瘤的邊界區域的輪廓圖像：

11、s23.輪廓圖像上進行標記得到具有輪廓標記二維圖像數據；

12、s24.根據mri圖像與超聲參數確定制作3d模型的仿體材料的種類及厚度參數。

13、進一步，所述步驟s3中的三維建模按照以下方式進行：

14、s31.將具有輪廓標記二維圖像數據導入三維模型制作軟件；

15、s32.確定三維模型的不同區域的組織特性；

16、s33.根據具有輪廓標記二維圖像數據和不同區域的組織特性制作三維模型；根據不同區域的組織特性采用對應的仿體材料通過三維模型制造軟件得到基于標記信息的子宮和肌瘤的三維邊界的形態特征圖像；

17、s34.采用不同顏色來標注不同組織之間的界面形狀以及各組織的聲阻抗、聲衰減參數。

18、進一步，所述生物組織相似的材料包括聚合物或復合材料；

19、進一步，所述生物組織相似的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、水凝膠、聚乳酸、聚乙烯醇、氧化鋁、耳蠟石膏、鈦酸鋇中的任一項或多項。

20、本發明提供了根據上述權子宮肌瘤組織界面3d模型制作方法制作的子宮肌瘤組織界面模型，包括用于模擬子宮內不同組織區域的形狀的若干子模型，所述子模型包括由仿體材料構成的子宮肌瘤區域、皮膚區域、腹壁肌肉組織區域、脂肪區域、骨頭區域、筋膜；

21、所述子宮肌瘤區域，位于模型的中心，模擬實際子宮內的肌瘤；所述皮膚區域，位于最外層，環繞在其他各部分周圍；所述腹壁肌肉組織區域，位于皮膚和脂肪之間，模擬真實的腹壁組織；所述脂肪區域，通常位于腹壁肌肉組織和子宮肌瘤之間；所述骨頭區域，位于模型的底部或內層，模擬真實骨骼的結構；所述筋膜區域，位于脂肪和腹壁肌肉之間，起到連接和隔離不同組織的作用。

22、進一步，所述仿體材料按照以下方式設置：采用聚甲基丙烯酸甲酯模擬皮膚組織，聚氨酯模仿脂肪或子宮肌瘤組織，耳蠟石膏或水凝膠模擬軟組織，聚乳酸模擬肌肉組織，氧化鋁模擬骨骼組織。

23、本發明提供了根據上述子宮肌瘤組織界面模型構建的基于高強度聚焦超聲的焦域形狀動態調控系統，包括水箱、子宮肌瘤仿體模型、相控換能器、水聽器、聲場掃描主機、上位機、相控換能器驅動、三維步進電機驅動、三維步進電機；

24、所述水箱，用于盛放水作為聲傳播介質；

25、所述子宮肌瘤仿體模型，用于模擬真實的子宮肌瘤組織，反映生物組織的聲學特性，確保hifu系統的測試和應用在真實情況下的有效性；

26、所述相控換能器，負責將電信號轉化為高強度超聲波，并通過調整各陣元的振幅和相位，控制超聲波的方向和焦點，實現動態調控；

27、所述水聽器，接收相控陣各陣元發出的聲波，監測聲壓、振幅信息，為系統優化提供實時反饋，確保超聲波的聚焦精準度；

28、所述聲場掃描主機，負責控制聲場掃描過程，協調各組件的運行，包括調節換能器發射參數和分析接收到的聲場數據，以實現有效的聲波聚焦和傳輸；

29、所述上位機，用于進行數據處理和分析，監控系統的運行狀態，提供用戶界面，幫助控制實驗并處理收集到的超聲數據；

30、所述相控換能器驅動，提供電信號以驅動相控換能器，使其按照預定頻率和相位進行工作，實現期望的聲波發射模式；

31、所述三維步進電機驅動，用于精確控制電機，以使電機夾具上的水聽器在三個維度上勻速移動；

32、所述三維步進電機，執行實際的機械移動，允許水聽器在三維空間內沿x、y、z軸勻速運動，以適應不同的實驗需求和調控效果。

33、進一步，所述基于高強度聚焦超聲的焦域形狀動態調控系統按照以下步驟進行：

34、驅動三維步進電機，實現x、y、z軸勻速運動；

35、固定水聽器，掃描相控換能器的自由場焦點聲壓分布，得到基準焦域形態s1；

36、將水聽器置于焦點p，放置子宮肌瘤仿體模型；

37、進行相控換能器聚焦，掃描焦點p處聲場分布，得到畸變焦域形態s2；

38、控制算法進行相位和振幅補償，重新在焦點p掃描聲壓分布，得到改善的焦域形態s3；

39、對比s1、s2、s3的面積和形狀變化，評估焦域調控結果。

40、本發明的有益效果在于：

41、本發明提供的子宮肌瘤組織界面3d模型及制作方法和相控換能器焦域形態調控系統，該方法首先獲取患者子宮肌瘤mri圖像；然后對mri圖像進行處理得到具有輪廓標記二維圖像數據；并構建具有標記信息的三維建模；最后根據三維模型選用聲學特性上與生物組織相似的材料通過3d打印得到3d模型。3d子宮肌瘤組織界面模型能精確反映不同生物組織之間的邊界界面形狀和聲阻抗差異。通過這一模型，能夠更有效地調控焦域形態，從而提升hifu在治療子宮肌瘤中的精準性與治療效果。該模型集成了組織厚度、聲阻抗特性及其相互作用的多維信息，為醫療器械的臨床前驗證和個性化治療方案制定提供了重要支持。

42、通過將子宮肌瘤組織界面模型與相控換能器的焦域調控相結合，本發明具有多重有益效果。

43、1.該模型能夠精準評估相控換能器在不同操作參數條件下對周圍健康組織的影響，進而有效識別潛在的損傷風險，確保治療過程的安全性。基于子宮肌瘤組織界面模型，研究人員可以進一步進行相控換能器的焦域調控參數優化，包括超聲頻率、輸出功率、脈沖持續時間、各陣元的調相參數及幅值設置等，以確定最優的治療方案。

44、2.該模型在醫療器械的臨床前驗證中提供了重要支持，通過模擬不同患者的個體特征，能夠幫助研究人員預測hifu治療對各類患者的預期效果。這不僅為實施個體化治療方案提供了科學依據，同時也顯著提升了治療的成功率和安全性。

45、3.醫生可以基于這一模型制定針對特定子宮肌瘤特征的個性化治療策略，從而實現更高效、精準的治療效果。

46、本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。