система фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей

Формула изобретения

1. Система фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для лечения ткани, включающая комбинированную лечебную головку, содержащую терапевтическую головку с ультразвуковой линзой и пьезокерамическим элементом, фокусирующую ультразвуковой луч на фокальной области, установленную на устройстве многомерного перемещения, соединенную с высокочастотным источником электропитания и имеющую ультразвуковой датчик В-режима, связанный с ультразвуковым сканером В-режима для сканирования и установленный на центральной оси терапевтической головки, обеспечивающий фиксацию фокальной области терапевтической головки в заранее заданном положении на плоскости сканирования; компьютерную систему, управляющую работой всей системой фокусированного воздействия ультразвуком, отличающаяся тем, что она содержит терапевтическую кушетку со сквозным отверстием, в проеме которого размещен баллон, заполненный дегазированной вакуумом водой, с акустическим импедансом, подобным акустическому импедансу человеческой ткани, нижняя часть баллона соединена с комбинированной лечебной головкой, а верхняя часть баллона выполнена открытой, при этом поверхность дегазированной воды находится в непосредственном контакте с телом пациента; в упомянутой терапевтической головке, содержащей ультразвуковую линзу и пьезокерамический элемент, последний размещен под ультразвуковой линзой.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое устройство многомерного перемещения, на котором установлена комбинированная лечебная головка и которое обеспечивает перемещение вдоль трехмерных прямоугольных координат и вращение вокруг одно- или двумерных осей, для управления упомянутой комбинированной лечебной головкой, включает в себя устройства одномерного перемещения, каждое из которых содержит шаговый электродвигатель для перемещения упомянутой комбинированной лечебной головки в конкретном направлении, посредством шарового ходового винта, заставляющего основание перемещаться по шаровому тракту; датчик положения для восприятия действительного положения упомянутой комбинированной лечебной головки и цепь обратной связи для координирования воспринятого действительного положения с перемещением упомянутого шагового электродвигателя.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый высокочастотный источник электропитания содержит источник сигнала для генерирования синусоидальных сигналов, имеющих низкое напряжение, низкие токи и частоту от 0,2 до 3,5 МГц; модулятор сигнала, модулирующий синусоидальные сигналы в постоянный сигнал или в сигнал несущей частоты от 10 до 1000 Гц, и усилитель для удвоения, усиления и подачи модулированных сигналов на упомянутую терапевтическую головку.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая комбинированная лечебная головка содержит экранированную оболочку и сердечник, расположенный внутри этой оболочки, при этом на сердечнике датчика имеется упомянутая ультразвуковая линза, а в центре сердечника датчика находится упомянутый ультразвуковой датчик В-режима.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вакуумный дегазатор соединен с баллоном с водой для удаления газов из воды, при этом вакуумный дегазатор включает в себя отсек для воды, вакуумный насос для удаления газов из воды, хранящейся в отсеке, и циркуляционный насос для доставки воды в баллон.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в ней содержится компьютерная система управления и сканирующая система с цифровым управлением, раздельно подключенные для управления упомянутым высокочастотным источником электропитания, при этом упомянутые ультразвуковой сканер В-режима, вакуумный дегазатор и устройство многомерного перемещения выполнены с возможностью исключения одновременной работы упомянутых терапевтической головки и ультразвукового сканера В-режима.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что интенсивность звука в ультразвуковом потоке составляет 100-10000 Вт/см² в фокальной зоне, причем фокальная зона имеет эллипсоидальную форму с размером вдоль короткой оси от 1,1 до 5 мм и с размером вдоль длинной оси от 3,5 до 12 мм, а фокусное расстояние от фокальной зоны до терапевтической головки составляет от 40 до 280 мм, при этом соотношение между средней акустической интенсивностью фокальной области и средней акустической интенсивностью поверхности зонда поддерживают максимальным.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к ультразвуковому терапевтическому аппарату, в частности к системе фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности (HIFU) для сканирования и лечения опухолей. Эта система представляет собой аппарат, использующий мощность звука с высокой энергией излучения в фокальной зоне HIFU для сканирования и лечения опухолевых тканей.

Предшествующий уровень техники

Ультразвук - это механическая энергия с хорошей направленностью, которая может проникать в организм человека. С давних пор человек стал применять ультразвук для лечения и диагностики заболеваний, и впоследствии были созданы ультразвуковые аппараты для физиотерапии, например, ультразвуковой аппарат А-режима, ультразвуковой аппарат В-режима и тому подобное. Общей особенностью указанных аппаратов является то, что они генерируют поток звуковой энергии очень малой мощности в ткани-мишени. Обычно средняя мощность звука составляет менее 3 Вт/см². За последние 20 лет большие достижения были сделаны в области ультразвуковой диагностики, а терапия с использованием ультразвука получила постепенное, а затем очень быстрое развитие, при этом прогресс, достигнутый в области ультразвуковой термотерапии и терапии ультразвуком высокой интенсивности, особенно очевиден.

Исследователи в области практической медицины обнаружили, что при воздействии температуры в интервале от 42,5 до 45^oС раковые клетки умирают в течение 30 минут, в то время как нормальные клетки повреждаются незначительно и эти повреждения является обратимым процессом. Используя различие между этими клетками и тепловым эффектом, создаваемым ультразвуковой волной, был создан ультразвуковой аппарат для термотерапии.

Известное изобретение, раскрытое в патенте CN 91105010.8 под названием "Сверхбыстродействующий ультразвуковой аппарат для наружного применения с высоким теплообразованием", относится к вышеуказанному типу прибора. Особенностью данного изобретения является то, что терапевтическое воздействие ультразвуком производится неоднократно на определенную точку ткани исследуемого объекта (например, центральную зону). В результате такого воздействия клетки и ткани объекта (опухоли) разрушаются при диффузии тепла, которое образуется в этой зоне. Следует указать, однако, что терапевтический эффект при воздействии этого аппарата невысок по нижеследующим причинам:

- активные раковые клетки располагаются, главным образом, по краю злокачественного образования, а повышение температуры на этом участке относительно небольшое;

- поскольку масса злокачественной опухоли сама по себе имеет неправильную форму, то это создает затруднение при осуществлении контроля рассеяния тепла, и поэтому существует проблема, связанная с температурным градиентом; неинвазивные методы измерения температуры глубоколежащих тканей организма, особенно измерение повышения температуры и температурного градиента в объеме диффузии тепла является труднорешаемой проблемой во всем мире;

- нельзя избежать большого размера повреждения нормальной клеточной ткани, чтобы обеспечить облучение всей массы раковой опухоли, имеющей неправильную форму;

- детектор отраженных звуковых волн В-типа используют в течение очень коротких промежутков времени между терапевтическим воздействием пучка ультразвуковых волн для захвата эхо и исследования степени повреждения объекта во время лечения по эхо-изображению А-типа. Для этой цели используют специальное запоминающее изображение устройство и компаратор выборки; ввиду того, что память запоминает только два последовательно полученных изображения эхо А-типа, то трудно оценить непосредственно полученный терапевтический эффект, что в свою очередь усложняет конструкцию аппарата;

- недостатком также является то, что терапевтическая головка не может прицельно действовать на мишень для осуществления сканирующего перемещения, и поэтому диапазон лечения ограничен. Она не пригодна для терапии как объектов, имеющих диффузно-очаговую, разветвленную, полосчатую или неправильную форму, так и объектов, расположенных в особой зоне.

В другой патентной заявке CN 93100813.1 описан "Способ и аппарат для прицельного воздействия энергии излучения на ткани органа-мишени у человека для их лечения". В известном способе используют акустический регистрирующий датчик измерения расстояния в реальном времени и генерирующий терапевтические колебания датчик и, кроме того, используют видимую опорную метку для определения теоретического месторасположения одной контрольной точки в двух пучках ультразвуковых волн. Заданное смещение получают с помощью относительного фокуса F в координатной системе и опорной метки R, при этом вызывая совпадение видимых опорных меток изображения, полученного с вышеуказанного регистрирующего датчика, и затем смещая указанный терапевтический генератор до положения, пока не совпадут вышеуказанные первая и вторая опорные метки, можно обеспечить совпадение фокуса F зоны терапевтического воздействия пучка ультразвуковых волн и исследуемого объекта. Этот аппарат пригоден для локальной терапии только простаты, и его использование для лечения других внутренних органов организма человека свидетельствует об отсутствии достоверно значимого терапевтического эффекта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату при использовании к настоящему изобретению является техническое решение, раскрытое в описании к Европатенту ЕР 0734742 А2, в котором приводятся характеристики ультразвуковой терапевтической аппаратуры: при действии опорной частоты первого класса терапевтический ультразвуковой генератор имеет способность к резонансным колебаниям. Задающее устройство запускает терапевтический ультразвуковой генератор в режиме работы с задающим сигналом опорной частоты первого класса. В режиме работы с задающим сигналом опорной частоты второго класса задающее устройство запускает ультразвуковой датчик для получения ультразвукового изображения состояния внутренних органов и приема отраженного эхо-сигнала ультразвуковой волны первого класса, создаваемой терапевтическим ультразвуковым генератором, а также отраженного эхо-сигнала второй ультразвуковой волны, генерируемой ультразвуковым датчиком.

В данном техническом решении в значительной степени были устранены недостатки, присущие аналогичным решениям, представляющим известный уровень техники. Вместе с тем практическое использование этого решения выявило и ряд недостатков, в том числе и обусловленных постоянным повышением требований к качеству проводимого лечения, основными из которых являются следующие:

- необходимость создания зоны ультразвуковой волны высокой энергии (фокальная зона), и отношение между длинной и короткой осями области фокуса должно быть небольшим;

- ткань объекта, подвергаемого терапевтическому воздействию ультразвуком, должна быть видимой так, чтобы можно было легко определить расположение и форму опухоли;

- для опухолей неправильной формы возможно целесообразно проведение сканирующей терапии, при этом выбор различных вариантов проведения сканирования должен производится медицинским персоналом;

- целесообразным представляется осуществление мониторинга в реальном времени для оценки терапевтических эффектов. В случае когда используют ультразвуковой сканер в В-режиме во время мониторинга, следует исключить сильное отражение звука, которое служит помехой получению ультразвукового изображения в В-режиме;

- в качестве контактной среды следует использовать особую жидкую среду, акустический импеданс которой должен быть близок к таковому тела человека и которая должна иметь малый коэффициент затухания ультразвуковых волн, чтобы не служить помехой фокусированному ультразвуковому полю.

В изобретении предложена улучшенная комбинация использования ультразвуковой терапии с ультразвуковой визуализацией, представляющая 14 режимов, наиболее часто используемых в клинической практике.

В последние годы для устранения недостатков, связанных с термотерапией, были проведены многочисленные исследования по лечению рака фокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU). Предложенный метод терапии с использованием HIFU характеризуется тем, что ультразвук, излучаемый датчиком с относительной низкой наивысшей мощностью звука (обычно несколько Вт/м²), фокусируют или сводят в ультразвуковые пучки в определенной зоне и затем формируют фокальную зону с наивысшей мощностью звука свыше 1000 Вт/м². В этой зоне происходит мгновенное повышение температуры (>70^oС) и кавитация или механическая вибрация, в результате чего происходит разрушение опухолевых тканей и тем самым обеспечивается лечение.

Ткань злокачественной опухоли имеет три примечательных особенности:

- ввиду того, что эта ткань образована из юных гранулоцитов, она более чувствительна к воздействию ультразвука, чем ткани нормальных клеток;

- она существует в организме человека в трех формах: а) в диффузно-очаговой; b) в форме большой массы; с) в форме с тремя ветвями;

- степень злокачественности опухолевых клеток по краю опухоли существенно больше, чем в ее сердцевине.

Подробное описание изобретения

В связи с перечисленными выше техническими трудностями, выявленными при лечении опухолей фокусированным ультразвуком высокой интенсивности (HIFU), задачей настоящего изобретения является создание системы фокусированного ультразвука высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей, свободной от упомянутых недостатков. Это достигается посредством фокусирования, в процессе которого система формирует из ультразвуковых волн объемную точку с высокой энергией (фокальную зону). Энергия в этой зоне достигает свыше 1000 Вт/см² и температура мгновенно повышается до >70^oС. Кроме того, фокальная зона создается для проникновения в опухолевую ткань в теле человека и проведения сканирования, с тем чтобы убедиться в том, что она полностью захватывает опухолевые ткани и обеспечивает лечение опухоли.

Для осуществления вышеуказанной задачи с достижением упомянутого технического результата предложена следующая конструкция: система фокусированного ультразвука высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей состоит из комбинированной лечебной головки, источника энергии высокой интенсивности, ультразвукового сканера В-режима, устройства многомерного перемещения с цифровым управлением, вакуумного дегазатора, терапевтической кушетки и компьютерной системы управления, в которой комбинированная лечебная головка содержит терапевтическую головку, генерирующую терапевтическое ультразвуковое излучение, и ультразвуковой датчик В-режима в ультразвуковом сканере В-режима; он установлен на устройстве перемещения, позволяющим позиционировать в трехмерной системе прямоугольных координат и одно- или двумерной системах вращательных координат. Верхний конец комбинированной лечебной головки соединен с центральным отверстием терапевтической кушетки через открытый баллон с водой; в середине терапевтической кушетки расположено большое отверстие для установки баллона с водой; нижняя часть баллона с водой соединена с комбинированной лечебной головкой, которая установлена на устройстве перемещения. Комбинированная лечебная головка соединена также с высокочастотным источником электропитания; ультразвуковой датчик В-режима работы установлен на центральной оси комбинированной лечебной головки и соединен с ультразвуковым сканером В-режима. Устройство перемещения соединено с системой сканирования с цифровым управлением; баллон с водой соединен с вакуумным дегазатором; компьютерная система управления независимо соединена с высокочастотным источником электропитания, ультразвуковым сканером В-режима, аппаратом сканирования с цифровым управлением и вакуумным дегазатором.

Ультразвуковой датчик В-режима установлен в центральной части терапевтической головки; специальная регулировка обеспечивает, чтобы объемная точка (фокальная зона) создаваемая терапевтической головкой, попадала в плоскость изображения, создаваемого ультразвуковым сканером В-режима. Излучающая ультразвук поверхность комбинированной лечебной головки расположена под той частью тела, которая подвергается воздействию, и контактирует с кожей пациента через открытый баллон с водой. В качестве контактной среды служит дегазированная под вакуумом вода, акустический импеданс которой близок к импедансу тела человека и которая имеет малый коэффициент затухания для звуковых колебаний.

Посредством шарового ходового винта шаговый электродвигатель упомянутого устройства перемещения передвигает основание по шаровому пути (запускает формирователь курса так, чтобы он перемещался по шаровому пути). Фактическое положение при передвижении контролируется датчиком положения, который воспринимает сигнал положения и замыкает контур системы управления устройством перемещения; устройство многомерного перемещения образовано объединением и последовательным добавлением определенного числа одномерных устройств перемещения.

Упомянутый высокочастотный источник электропитания содержит источник сигнала, модулятор сигнала, усилитель, устройство согласования, трехфазный источник питания, блок ручного управления, компьютерный интерфейс и устройство отображения. Модулятор сигнала независимо соединен с трехфазным электропитанием, источником сигнала, компьютерным интерфейсом и усилителем; источник сигнала независимо соединен с трехфазным электропитанием, усилителем, устройством отображения и блоком ручного управления; усилитель соединен соответственно с трехфазным электропитанием и устройством для согласования; устройство согласования выдает постоянное или импульсное с частотой 0,2-0,3 МГц электрическое напряжение; источник сигнала выдает высокочастотный синусоидальный низковольтный сигнал с малым током, который преобразуется электрической цепью модуляции сигнала в постоянный сигнал или в сигнал несущей частоты 10-1000 Гц. Упомянутый вакуумный дегазатор представляет собой аппарат для вакуумной дегазации циркулирующей воды, который содержит вакуумный насос, циркуляционный насос для воды, отсек для воды, регулятор температуры воды, баллон с водой комбинированной лечебной головки и управляющей электрической схемы. Отсек для воды независимо соединен с вакуумным насосом, регулятором температуры воды, циркуляционным насосом для воды и баллоном для воды комбинированной лечебной головки. Управляющая электрическая схема независимо соединена с циркуляционным насосом для воды, регулятором температуры воды и вакуумным насосом; комбинированная лечебная головка и водяной баллон независимо соединены с циркуляционным насосом для воды. Этот аппарат дегазирует воду, которая затем используется как среда сопряжения для ультразвука.

Под управлением системы обработки информации, система многомерного сканирования с цифровым управлением управляет шаговым двигателем и перемещает комбинированную лечебную головку для двух- или трехмерного сканирования, так что происходит двух- или трехмерное сканирующее воздействие или детектирование соответствующей ткани тела фокальной зоной (объемной точкой) комбинированной лечебной головкой.

Промышленная пригодность изобретения

Вышеописанная методика терапии имеет следующие преимущества:

- не требуется хирургического вмешательства, малая инвазивность процедуры;

- опухоль, сканируемая и удаляемая методом HIFU, остается внутри тела; медицинские исследования показали, что когда разрушенная опухоль остается в теле, она усиливает иммунитет организма; в конечном счете она рассасывается в организме и замещается фиброзной тканью.

При применении вышеупомянутой системы происходит поиск опухолевой ткани путем секторного сканирования в плоскости ультразвукового детектора, работающего в В-режиме, и область, подлежащая воздействию, определяется медицинским работником. Фокальную зону терапевтической головки устанавливают путем монтажа в плоскости секторного сканирования ультразвукового сканера, работающего в В-режиме, и положение ее записывается в памяти компьютера. Компьютер, управляемый медицинским работником, выдает инструкции сканирующей системе с цифровым управлением и управляет перемещением терапевтической головки для проведения сканирования. Одновременно он выдает инструкции источнику питания на включение или выключение и регулирует его мощность. Так как расположение фокальной зоны жестко связано с терапевтической головкой и движение головки повторяет движение фокальной зоны, то сканирующее движение терапевтической головки вне тела обеспечивает сканирующее перемещение фокальной зоны внутри тела.

Для подтверждения эффективности указанной системы ее конструкция проиллюстрирована также нижеследующими чертежами.

Перечень чертежей

Ниже приведены чертежи к описанию изобретения, на которых:

фиг.1 изображает объект изобретения;

фиг.2 изображает конструкцию комбинированной лечебной головки;

фиг.3 изображает функциональную схему изобретения;

фиг. 4 изображает функциональную схему силового генератора, обеспечивающего электропитание ультразвуковой высокой частоты;

фиг.5 изображает функциональную схему вакуумного дегазатора;

фиг. 6а и 6b изображают алгоритм функционирования компьютерной системы управления.

Варианты осуществления изобретения

Устройство системы HIFU для лечения опухолей показано на фиг.1. В центральной части терапевтической кушетки имеется большое отверстие для установки баллона с водой 2; нижняя часть баллона с водой 2 соединена с комбинированной лечебной головкой 3; комбинированная лечебная головка 3 установлена на устройстве перемещения 4, позволяющим позиционировать в трехмерной прямоугольной системе координат и двумерной системе координат вращения. Электрическое питание терапевтического ультразвука в комбинированной лечебной головке 3 обеспечивается синусоидальным источником от высокочастотного источника 6 электропитания; ультразвуковой датчик В-режима установлен на центральной оси комбинированной лечебной головки, и его работа инициируется ультразвуковым сканером В-режима 7. Ультразвуковое изображение в В-режиме удобно для определения положения фокальной зоны. Движение устройства 4 перемещения управляется и осуществляется системой многомерного сканирования с цифровым управлением 8. Баллон 2 заполняется дегазированной под вакуумом водой, акустический импеданс которой близок к импедансу тканей человека. Дегазированная под вакуумом вода подается в баллон 2 от вакуумного дегазатора 5, который обеспечивает ее рециркуляцию. Компьютер 9 управляет работой блоков 6, 7, 8, и 5, а также определяет место для сканирующей терапии.

Устройство комбинированной лечебной головки показано на фиг.2. Ультразвуковой датчик В-режима в ультразвуковом сканере В-режима 10 установлен на оси терапевтической головки, с тем чтобы обеспечить попадание фокальной зоны (объемной точки) в плоскость ультразвукового сканирования в В-режиме. Так как мощность звука, создаваемая терапевтической головкой в фокальной области, составляет от 100 до 10000 Вт/см² и более, температура опухолевой ткани в фокальной зоне очень велика (>70^oС). Высокая температура приводит к разрушению и некрозу тканей и еще больше увеличивает высокий звуковой импеданс в этом месте. В результате на ультразвуковом изображении в В-режиме образуется сильный эхо луч. Это позволяет наблюдать пространственное положение терапевтической точки и дает объективное представление о степени воздействия по изменениям в шкале яркости.

Пьезокерамический элемент 14 установлен на задней части терапевтической головки; электрическое питание пьезокерамического элемента для генерации ультразвука подается по кабелю 16. Вся комбинированная лечебная головка помещена в экранированную оболочку 13; подложка 12 для баллона с водой и сам баллон с водой 2 установлены в передней части экранированной оболочки. На сердечнике датчика 15 имеется ультразвуковая линза 11, а в центре сердечника датчика находится ультразвуковой датчик для работы в В-режиме.

Упомянутая комбинированная лечебная головка устанавливается начиная с нижних ее деталей к верхним. Такой метод установки уменьшает смещения положения тела, вызванные дыханием, поскольку воздействие производится под телом, когда пациент находится в положении лежа на животе. Кроме того, кожа тела человека находится в непосредственном контакте с дегазированной водой, поэтому повреждение, вызванное отражением ультразвука высокой интенсивности при прохождении через кожу, уменьшается. В экспериментах на животных было показано, что такой способ установки является целесообразным.

Технические характеристики комбинированного детектора:

1. Фокусное расстояние: 40-280 мм.

2. Рабочая частота при терапевтическом воздействии ультразвуком: 0,2-3,5 МГц.

3. Форма фокальной зоны: эллипсоидная; малый диаметр: 1,1-5 мм, большой диаметр: 3,5-12 мм.

4. Максимальная интенсивность звука в центре фокальной зоны: свыше 1000 Вт/см²

5. Угол фокусирования: 30-120 градусов.

Функционирование системы HIFU при лечении опухолей проиллюстрированы на фиг.3.

Источник питания обеспечивает электрическое напряжение высокой частоты, которое используется терапевтической головкой для излучения фокусированного ультразвука высокой интенсивности и формирования фокальной зоны высокой интенсивности, вызывающей повреждение опухоли. Многомерная система сканирования обеспечивает сканирующее перемещение комбинированной лечебной головки, в результате чего фокальная зона формирует зону сканирования, обеспечивающую повреждение опухоли. Ультразвуковой датчик В-режима комбинированной лечебной головки отслеживает положение и форму опухоли, а также изменения на терапевтической шкале яркости и обеспечивает наблюдение за ними на экране ультразвукового сканера В-режима. Весь процесс лечения контролируется компьютерной программой, разработанной медицинскими работниками, и наблюдается на компьютере. Сканирующее перемещение комбинированной лечебной головки вызывает изменение уровня воды, а терапевтическая головка нуждается в охлаждении, поэтому компьютер также обеспечивает автоматическое управление аппаратом циркуляции воды.

Главным элементом для функционирования упомянутой системы является комбинированная лечебная головка. С помощью этого датчика производится разрушение в ткани путем воздействием через кожу в определенных точках.

Силовой генератор является устройством, обеспечивающим высокочастотное электропитание для формирования терапевтического ультразвука. Его функциональная схема показана на фиг.4. В этом источнике питания источник сигнала выдает низковольтный высокочастотный, 0,2-3,5 МГц, синусоидальный сигнал, который затем модулируется модулятором сигнала в низкочастотный сигнал несущей частоты, 10-1000 Гц, или в незатухающую волну. Модулированный сигнал передается на усилитель для удвоения, усиления и подается на выход. Импеданс терапевтической головки и источника питания сильно отличаются друг от друга, и различные датчики также отличаются по импедансу, поэтому для обеспечения сопряжения усилителя с датчиком между ними включена согласующая схема.

Ультразвуковой сканер В-режима обеспечивает функции комбинированной лечебной головки, связанные с получением изображения и наблюдением. Использован готовый серийно выпускаемый прибор. Его основные функции такие же, как у обычно используемого ультразвукового сканера В-режима. Поэтому он не требует более подробного описания.

В устройстве перемещения шаровой ходовой винт приводится в движение шаговым электродвигателем для перемещения по шаровому пути. Такой способ обеспечивает высокую точность и малый шум, а применяемая растровая система измерения расстояния с замкнутым контуром регулирования снижает влияние нарушений синхронности, вызванных шаговым электродвигателем.

Вакуумный дегазатор содержит водяную камеру для вакуумной дегазации, вакуумный насос, циркуляционный насос для воды, регулятор температуры воды и блок регулирования, которые показаны на фиг.5.

На фиг.6а и 6б проиллюстрированы алгоритмы функционирования компьютерной системы управления.

Основными функциями обработки изображения компьютерной системы цифрового управления являются:

- топографическое сканирование тканей ультразвуковым сканером, работающим в В-режиме, после чего компьютер реконструирует трехмерное изображение;

- выбор медицинским персоналом плана лечения и параметров в зависимости от формы опухоли;

- ввод в систему сканирования выбранных параметров и осуществление сканирующей терапии в соответствии с терапевтическими границами, определяемыми медицинским персоналом;

- использование изменений по шкале яркости в намеченной точке до и после терапевтического воздействия при проведении операции и затем для оценки терапевтического эффекта;

- регулирование интенсивности ультразвукового излучения и подача энергии в соответствии с изменением глубины терапевтического воздействия.

Ниже приведены терапевтические режимы системы HIFU для сканирования и лечения опухолей в соответствии с настоящим изобретением:

1. Разрушающее воздействие в фиксированной точке: этот режим показан на фиг. 6. Данный режим используется в основном для воздействия на ткани опухолей размером менее 1 см³ и небольшие по размеру диффузные опухоли.

Характерным для этого режима является то, что положение подлежащей воздействию ткани определяется с помощью устройства перемещения с последующем терапевтическим воздействием без перемещения. Воздействие может быть приложено индивидуально к одной или нескольким точкам в топографической плоскости В-режима ультразвука.

2. Комбинированное разрушающее воздействие в последовательных точках: этот режим используется в основном для обработки опухолевых тканей размером более 1 см³.

Характеристика этого режима.

После обнаружения с помощью устройства перемещения подлежащей воздействию ткани производится воздействие в процессе дискретного перемещения. Разрушенная масса формируется из единичных точек повреждения. Две соседние точки разрушения перекрываются на 1/10-1/2 часть для того, чтобы обеспечить полное разрушение опухолевой ткани терапевтическим воздействием. Кроме того, происходит соответственное перекрывание в каждой плоскости томографического сканирования, что обеспечивает полное разрушение всей массы опухоли.

3. Непрерывное разрушающее воздействие: облучение производится однократно в течение относительно длительного времени (например, 30 с). В процессе облучения координатная система производит двух- или трехмерные перемещения, давая возможность фокальной зоне производить непрерывное "удаление" внутри тела. Этот режим особенно подходит для воздействия на опухолевые ткани, которые имеют форму длинных тяжей.

Характеристика этого режима: после обнаружения с помощью устройства перемещения ткани, подлежащей воздействию, последнее производится в процессе непрерывного перемещения. Общее время облучения и скорость перемещения фиксированы, и различные точки опухолевой ткани получают одинаковую дозу ультразвукового излучения.

4. Может быть использовано воздействие, сочетающее все три упомянутых режима.

Для обеспечения эффективного практического использования изобретения рекомендуется следующая методика:

- применяется максимально возможное отношение энергий (отношение наивысшей интенсивности звука в фокальной зоне и на поверхности датчика), как проиллюстрировано на фиг. 1. Выбор частоты и способа изготовления датчика являются ключевыми факторами для увеличения отношения между этими энергетическими характеристиками независимо от коэффициента акустического ослабления, Ia=(D/d)²ID;

- после того как обеспечено необходимое отношение энергетических характеристик необходимо использовать процесс с наименьшим коэффициентом акустического ослабления. Известно, что наименьший коэффициент акустического ослабления имеет вода, обработанная методом вакуумного дегазирования. В качестве сопрягающей среды наиболее целесообразно использовать дегазированную воду; в зависимости от требований воздействия можно использовать частоты в диапазоне 0,2-3,5 МГц;

- использование ультразвукового сканера В-режима в качестве устройства для получения изображения. Ультразвуковой сканер В-режима является технически совершенным устройством, так что датчик может быть без труда установлен на терапевтической головке, и фокальная зона терапевтической головки может быть легко выставлена в плоскости ультразвукового сканирования в В-режиме, как показано на фиг.2. Эксперимент показал, что при использовании этого способа можно легко определить положение фокальной зоны терапевтической головки в плоскости секторного сканирования, запомнить его с помощью компьютера и затем осуществлять сканирующее перемещение;

- использование четырехкоординатного сканирующего и однокоординатного вращательного устройства с цифровым управлением. Это необходимо по следующим причинам: опухолевые ткани представляют собой трехмерные образования и для обеспечения полноты воздействия сканирующей терапии необходимо использовать перемещение, по крайней мере, в трехмерных координатах. Для воздействия на некоторые ткани в теле человека, такие как ткань печени, требуется только трехмерное координатное сканирование. Для обработки других тканей, таких как ткань молочной железы, наилучшим методом сканирования является использование двумерных прямоугольных координат и одномерной вращательной координаты. Кроме того, обычно опухоли молочной железы развиваются в основании груди, так что лучше всего использовать ручное управление по вращательной координате для наклона комбинированной лечебной головки во время воздействия. Обычно конструкция датчика позволяет наклонять его на угол 0-60 градусов относительно вертикали;

- вся процедура терапии с использованием сканирования должна проводится автоматически под управлением с компьютера. Это необходимо по следующим причинам:

(а) для опухолевой ткани, которая имеет неправильную форму, следует использовать нестандартные формы сканирования;

(б) во время лечения изменяется глубина терапевтического воздействия. Для обеспечения гарантии того, что все опухолевые ткани, расположенные на различных расстояниях от поверхности тела, получают одну и ту же дозу ультразвукового излучения, энергию излучения следует наращивать автоматически в соответствии с изменением глубины;

(в) так как разница между опорным сигналом на экране дисплея до и после лечения существенна, то операции по настройке яркости изображения объекта до и после лечения дадут объективную картину терапевтического эффекта;

(г) важно также осуществлять самоконтроль терапии.

5. Для предотвращения интерференции в представлении диагностической ультразвуковой информации В-типа под воздействием фокусированного ультразвука высокой мощности используют методику непрерывной работы. Управляемые с компьютера источник питания, ультразвуковой сканер В-режима и датчик с цифровым управлением работают в непрерывном режиме работы. После дискретизации на ранней стадии изображения от ультразвукового сканера В-типа компьютер запоминает изображение и дает инструкции устройству с цифровым управлением для перемещения. При достижении следующего положения компьютер запоминает дискретизированное на поздней стадии изображение с В-ультразвукового сканера и дает инструкции источнику питания для включения запускающего устройства, после чего рабочий цикл завершается. Используя дискретизированный на ранней стадии изображение из второго цикла и дискретизированного изображения на поздней стадии первого цикла, компьютер выполняет расчетные показатели серой шкалы, при этом о полученных терапевтических эффектах можно судить по изменению в серой шкале.

Плоскость секторного сканирования ультразвукового датчика В-режима используют для поиска опухолевой ткани. Диапазон терапевтического воздействия подбирается медицинским персоналом. Расположение фокальной зоны терапевтической головки устанавливают в положение путем монтажа на плоскости секторного сканирования ультразвукового датчика В-режима, после чего компьютер запоминает это расположение. Под управлением медицинского персонала компьютер дает инструкции устройству с цифровым управлением, который запускает терапевтическую головку для выполнения сканирующего перемещения. Одновременно с этим компьютер дает инструкции источнику питания для включения или отключения и регулирования уровня подачи энергии. Расстояние между расположением фокусной зоны и терапевтической головки является фиксированным фокусным расстоянием, и поэтому перемещение терапевтической головки в фокусную область, так как расположение фокальной зоны жестко связано с терапевтической головкой, и движение головки повторяет движение фокальной зоны, то поэтому сканирующее движение терапевтической головки вне тела обеспечивает сканирующее перемещение фокальной зоны внутри тела.