專利名稱：減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統及其圖像獲取方法
技術領域：
本發明涉及醫療輔助器械，特別涉及一種減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統及其圖像獲取方法。
背景技術：
高強度聚焦超聲技術(HighIntensity Focused Ultrasound)，簡稱 HIFU 技術。是將超聲波聚焦于靶區組織，利用超聲波具有的組織穿透性和能量沉積性，將體外發生的超聲波聚焦到生物體內病變組織(治療靶點)，通過超聲的機械效應、熱效應和空化效應達到治療疾病的目的。采用高強度聚焦超聲技術的超聲治療儀是一種比較新的無創的治療儀，現有的此類超聲治療大多數采用超聲成像設備作為影像監控系統。此類設備的一個特點是在HIFU照射過程中，超聲探頭必須位于治療頭的底部，才能確保超聲探頭不被HIFU損壞和超聲探頭不阻擋HIFU聲通道，但是這樣一來，由于超聲探頭與病人體表(皮膚)之間就會有一段距離，B超探頭發出的超聲波會在這段距離內發生反射，將會導致超聲監控圖像出現重影等現象，我們稱之為偽影。這種情況下的超聲圖像將會影響醫生對治療區和療效的判斷.現有采用B超作為影像監控的超聲治療儀，由于具有上述的偽影問題.為了解決這個問題，現有臨床方案的應對如下醫生在超聲輸出前將B超探頭上升靠近病灶，看清圖像后將B超探頭降下來，再輸出治療超聲。由于結構上的原因，超聲治療時B超探頭升降的速度較慢，再加上這一系列動作完全由醫生手動操作實現.因而在治療時如果頻繁升降B超探頭，會需要耗費大量時間，也會使醫生感覺勞累，并進一步影響治療效率，甚至影響治療效果。因此，如果能有一種自動控制HIFU治療過程中的偽影的系統，具有于能大幅提高B超探頭在攝取圖像以及在超聲治療之間的升降速度，并結合圖像獲取過程進行B超探頭升降控制，獲取近距離的清晰圖像，既能增強操作者對組織圖像的判斷能力，又能縮短非治療時的等待時間，提高治療效率。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的是提供一種減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統及其監控方法，，具有于能大幅提高B超探頭在攝取圖像以及在超聲治療之間的升降速度，并結合圖像獲取過程進行B超探頭升降控制，獲取近距離的清晰圖像，既能增強操作者對組織圖像的判斷能力，又能縮短非治療時的等待時間，提高治療效率。本發明的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，包括B超探頭，用于獲取參照圖像和監控圖像；升降驅動機構，與B超探頭連接并用于驅動B超探頭沿工作方向升降運動；導向機構，用于限制B超探頭橫向自由度的導向機構；還包括
中央處理系統，接收取B超探頭傳來的參照圖像并根據參照圖像信息獲取B超探頭處于皮膚表面位置坐標，根據B超探頭處于皮膚表面位置坐標向驅動機構發出命令驅動 B超探頭沿工作方向升降并獲取監控圖像。進一步，所述導向機構為豎直設置的導向套，驅動機構至少包括滑動配合內套于導向套并用于驅動B超探頭沿工作方向升降的滑動體和用于驅動滑動體沿導向套軸向往復滑動的升降動力總成，所述B超探頭下降至低點時其工作面低于或部分低于導向套的上端部；進一步，所述升降動力總成包括升降伺服電機和由升降伺服電機驅動的升降傳動機構，所述升降傳動機構設有用于連接并驅動滑動體沿導向套軸向滑動的往復動力輸出端；所述中央處理系統的命令輸出端連接于升降伺服電機的控制電路；所述升降傳動機構包括沿動力輸出方向依次傳動的升降蝸輪蝸桿副和絲杠副，所述升降蝸輪蝸桿副的蝸桿與升降伺服電機動力輸出軸傳動配合，升降蝸輪蝸桿副的蝸輪與絲杠副的絲杠傳動配合，絲杠副的螺母與滑動體沿軸向傳動配合并可驅動滑動體沿B超探頭的升降方向往復運動；進一步，所述導向套內表面設有與滑動體外表面無間隙滑動配合的導向面，導向面分布沿軸向并列設置的周向槽；所述導向面兩端位于導向套內表面和滑動體外表面之間分別設有軸向密封件；進一步，還包括轉動驅動組件，所述轉動驅動組件至少包括轉動伺服電機和由轉動伺服電機驅動的轉動傳動機構，所述B超探頭以可軸向限位圓周方向相對轉動的方式設置于滑動體，轉動傳動機構設有轉動動力輸出端并與B超探頭以可驅動其繞軸線轉動的方式傳動配合；進一步，所述滑動體為圓形內表面的滑套，所述B超探頭以沿軸向至少向下限位沿圓周方向轉動的方式同軸設置于滑套內，B超探頭的工作面凸出于滑套端部；絲杠副的螺母與滑套至少在軸向固定配合；進一步，所述轉動傳動機構的轉動動力輸出端為伸縮軸組件，所述滑套與形成用于支撐B超探頭的環形凸臺，所述B超探頭下部形成縮頸的探頭柄，所述探頭柄沿圓周方向固定配合外套有T形軸套，所述T形軸套小頭向下同軸穿過環形凸臺形成的內圓并與伸縮軸組件的動力輸出端同軸傳動配合，所述T形軸套大頭下部擔在環形凸臺上并與其轉動配合，T形軸套大頭上部托住B超探頭；進一步，所述轉動傳動機構包括轉動蝸輪蝸桿副，轉動蝸輪蝸桿副的蝸桿與轉動伺服電機的動力輸出軸傳動配合，轉動蝸輪蝸桿副的蝸輪與轉動輸出軸的動力輸入端傳動配合。本發明還公開了一種利用減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統的圖像獲取方法， 包括下列步驟a.中央處理系統中設定當前治療頭和B超探頭；b.從中央處理系統中，獲取當前B超探頭下降時的安全位置；c.利用B超探頭獲取實時超聲圖像，驅動并升降B超探頭移動到目標位置；自動獲取皮膚位置；d.驅動升降B超探頭移動到皮膚位置的位置，以貼近人體皮膚；e.治療頭照射前，停止采集，保留當前的清晰圖像，B超探頭移動到安全位置；
5
f.根據需要重復c至f。進一步，所述安全位置數據儲存于中央處理系統中，并與治療頭和B超探頭對應。本發明的有益效果本發明的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統及其監控方法，其包含超聲治療儀快速升降B超探頭組件和減少偽影控制模塊和皮膚位置檢測模塊; 其中，快速升降B超探頭組件大幅提高B超探頭在攝取圖像以及在超聲治療之間的升降速度，而偽影控制模塊可以根據皮膚檢測模塊得到的皮膚位置(B超探頭的需要升到的位置) 和從配置文件中獲取的B超探頭下降到安全位置(B超探頭需要下降到的位置)，結合圖像采集模塊，實現自動的探頭升降和圖像采集；實現在B超探頭在治療超聲輸出前快速下降， 治療超聲輸出后快速上升至原高度，使操作者可連續的觀察到近距離的清晰圖像，既能增強操作者對組織圖像的判斷能力，又能縮短非治療時的等待時間，提高治療效率。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明結構示意圖；圖2為圖1沿A-A向剖視圖；圖3為本發明圖像獲取原理框圖。
具體實施例方式圖1為本發明結構示意圖，圖2為圖1沿A-A向剖視圖，如圖所示本實施例的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，包括B超探頭1，用于獲取參照圖像和監控圖像；升降驅動機構，與B超探頭1連接并用于驅動B超探頭沿工作方向升降運動；驅動機構包括現有的能夠進行往復驅動的驅動機構，包括電動、氣動或液動驅動機構，也包括磁驅動結構，均能實現目的；而導向機構包括滑軌導向、滑套導向等等，均能夠實現本發明的目的；當然，需要配置一些輔助結構，比如支撐和底座等等；導向機構，用于限制B超探頭1橫向自由度的導向機構；橫向是指與B超探頭沿工作方向往復運動相垂直方向的運動，包括分運動，不包括轉動；還包括中央處理系統，接收取B超探頭傳來的參照圖像并根據參照圖像信息獲取B超探頭處于皮膚表面位置坐標，根據B超探頭處于皮膚表面位置坐標向驅動機構發出命令驅動 B超探頭沿工作方向升降并獲取監控圖像。中央處理系統包括實時影像監控系統，由影像設備，及其探頭組成，所述影像設備可以是B超機，也可彩超機等；運動控制系統，可采用PLC，或者單片機等；所述運動控制系統不僅能驅動降B超探頭升降，還可控制治療頭和B超探頭組件整體在空間位置進行移動，以達到對治療目標區域的全覆蓋治療；圖像采集模塊，由高清圖像采集卡，采集線，采集控制軟件組成.高清圖像采集可采用常用的DVI，VGA采集卡；
皮膚檢測模塊，屬于軟件，由于要自動控制B超探頭上升，因此上升到哪個位置， 并且保證此位置是安全還需要通過一定法進行來確定，皮膚檢測模塊就是用來確定上升時的位置的一種方法；皮膚檢測模塊根據圖像采集模塊獲取的圖像，利用水在超聲圖像上不顯影的特性，可以在圖像上看到是非常明顯的皮膚邊界，皮膚檢測模塊通過邊緣檢測算法 (如Carmy邊緣檢測算法)，找到皮膚在圖像上的位置，并通過圖像與實物的比例關系，換算到空間上距離，從而取得人體皮膚在坐標系統中的位置，以此作為B超探頭上升時安全位置；偽影控制模塊，屬于軟件，用于獲取清晰的圖像，可以實現減少HIFU治療過程中監控圖像偽影；并減少醫生的勞動強度，提高治療效率。本實施例中，所述導向機構為豎直設置的導向套19，驅動機構至少包括滑動配合內套于導向套19并用于驅動B超探頭1沿工作方向升降的滑動體4和用于驅動滑動體4 沿導向套軸向往復滑動的升降動力總成，所述B超探頭1下降至低點時其工作面低于或部分低于導向套19的上端口 ；結構簡單，操作容易，具有較好的導向性，同時，導向套19形成對B超探頭1的有效保護。本實施例中，所述升降動力總成包括升降伺服電機12和由升降伺服電機12驅動的升降傳動機構，所述升降傳動機構設有用于連接并驅動滑動體4沿導向套19軸向滑動的往復動力輸出端，采用升降伺服電機12控制升降，具有控制靈敏，精度高的特點，利于實現完全的自動化。本實施例中，所述升降傳動機構包括沿動力輸出方向依次傳動的升降蝸輪蝸桿副和絲杠副，所述升降蝸輪蝸桿副的蝸桿9與升降伺服電機12動力輸出軸傳動配合，升降蝸輪蝸桿副的蝸輪10與絲杠副的絲杠5傳動配合，絲杠副的螺母7與滑動體4沿軸向傳動配合并可驅動滑動體4沿B超探頭1的升降方向往復運動；采用依次傳遞動力的升降蝸輪蝸桿副和絲杠副，在保證快速升降的同時，還使升降過程柔和，避免發生快速撞擊等現象發生；當然，升降蝸輪蝸桿副的蝸輪設置于絲杠，絲杠5豎直支撐于箱體13的底座并通過平面軸承20與箱體13的底座轉動配合，屬于現有支撐結構，升降伺服電機12安裝于箱體13的底座上；伺服電機結合蝸輪蝸桿以及絲杠副，能夠實現快速升降，且傳動機構順滑穩定，能夠適應于快速升降。本實施例中，所述導向套19內表面設有與滑動體4外表面無間隙滑動配合的導向面3，采用導向面3結構能夠實現導向的目的的同時減小接觸面積，避免造成較大的升降阻力，無間隙滑動配合指的是二者之間不存在間隙并可相對運動的配合結構；導向面3分布沿軸向并列設置的周向槽31，周向槽31進一步減小接觸面積，同時，可以用于儲存潤滑油脂，保證升降時的順暢。本實施例中，所述導向面3兩端位于導向套19內表面和滑動體4外表面之間分別設有軸向密封件，如圖所示，軸向密封件分別是軸向密封環32和軸向密封環33 ；形成密封， 保證潤滑油脂盡量少的流失，同時，軸向密封件對滑動體4形成支撐，減小導向面與滑動體之間的摩擦。本實施例中，還包括轉動驅動組件，所述轉動驅動組件至少包括轉動伺服電機8 和由轉動伺服電機8驅動的轉動傳動機構，所述B超探頭1以可軸向限位圓周方向相對轉動的方式設置于滑動體4，能夠被滑動體4軸向驅動；轉動傳動機構設有轉動動力輸出端并與B超探頭1以可驅動其繞軸線轉動的方式傳動配合；轉動結構與升降結構相結合，使B超探頭1不但能夠快速升降，還能較快旋轉，能夠提供0度及360度的實時正交圖像，使操作者能夠較快的獲得不同方位和不同角度的病灶周邊組織圖像，治療效率較高，提高治療效果及治療安全性。本實施例中，所述滑動體4為圓形內表面的滑套，所述B超探頭1以沿軸向至少向下限位沿圓周方向轉動的方式同軸設置于滑套內，B超探頭1的工作面凸出于滑套端部，滑套能夠對B超探頭1除工作面以外的其他部位形成有效保護；絲杠副的螺母7與滑套至少在軸向固定配合，在驅動滑套上下滑動時實現驅動B超探頭升降的目的。本實施例中，所述轉動傳動機構的轉動動力輸出端為伸縮軸組件，所述滑套與形成用于支撐B超探1頭的環形凸臺18，所述B超探頭1下部形成縮頸的探頭柄17，所述探頭柄17沿圓周方向固定配合外套有T形軸套16，所述T形軸套16小頭向下同軸穿過環形凸臺18形成的內圓并與伸縮軸組件的動力輸出端同軸傳動配合，所述T形軸套17大頭下部擔在環形凸臺18上并與其轉動配合，T形軸套16大頭上部托住B超探頭1，T形軸套17 大頭下部通過一自潤滑材料制成的平面滑動軸承2擔在環形凸臺18，減小滑動摩擦力；伸縮軸組件可采用現有技術的任何伸縮結構，并不局限于軸狀的伸縮結構，可以是軸相對于齒輪等傳動部件的軸向滑動形成伸縮結構。本實施例中，所述轉動傳動機構包括轉動蝸輪蝸桿副，轉動蝸輪蝸桿副的蝸桿11 與轉動伺服電機12的動力輸出軸傳動配合，轉動蝸輪蝸桿副的蝸輪23與伸縮軸組件的動力輸入端傳動配合，如圖所示，伸縮軸組件包括蝸輪軸21、齒輪副和輸出軸15，所述齒輪副的主動齒輪22與蝸輪軸21在圓周方向固定配合并在軸向可滑動配合，蝸輪軸21由蝸輪23 驅動轉動，齒輪副的從動齒輪14與輸出軸15傳動配合(在圓周方向固定配合，進行傳動)， 輸出軸15與T形軸套16小頭同軸轉動傳動配合，在輸出軸15外部套有支撐套6，該支撐套6上端轉動配合支撐于輸出軸15上端形成的軸肩并作用于T形軸套16小頭，下端支撐于滑套內圓底部形成的向內凸臺，為固定結構，保持整個轉動結構的穩定性。所述轉動蝸輪蝸桿副的蝸輪23支撐于箱體13的底座并與其轉動配合，底座上設有用于支撐轉動蝸輪蝸桿副的蝸輪23的支承座，該支撐座同時支撐轉動蝸輪蝸桿副的蝸桿11。同理，升降蝸輪蝸桿副的設置結構與轉動蝸輪蝸桿副的設置結構相似，均采用現有技術的結構，本領域技術人員根據記載能夠知道該結構，在此不再贅述。本發明還公開了一種利用減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統的圖像獲取方法， 包括下列步驟a.中央處理系統中設定當前治療頭和B超探頭；即啟動偽影控制模塊，從中央處理系統中獲取當前治療頭Tl和B超探頭Pl ；b.從中央處理系統中，獲取當前B超探頭下降時的安全位置；獲取配置表，根據前治療頭Tl和B超探頭Pl從配置表中查出B超探頭下降時的安全位置Rnin ；所述安全位置數據儲存于中央處理系統中，并與治療頭和B超探頭對應。中央處理系統中儲存配置表
8
權利要求
1.一種減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于包括B超探頭，用于獲取參照圖像和監控圖像；升降驅動機構，與B超探頭連接并用于驅動B超探頭沿工作方向升降運動；導向機構，用于限制B超探頭橫向自由度的導向機構；還包括中央處理系統，接收取B超探頭傳來的參照圖像并根據參照圖像信息獲取B超探頭處于皮膚表面位置坐標，根據B超探頭處于皮膚表面位置坐標向驅動機構發出命令驅動B超探頭沿工作方向升降并獲取監控圖像。
2.根據權利要求1所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于所述導向機構為豎直設置的導向套，驅動機構至少包括滑動配合內套于導向套并用于驅動B超探頭沿工作方向升降的滑動體和用于驅動滑動體沿導向套軸向往復滑動的升降動力總成，所述B超探頭下降至低點時其工作面低于或部分低于導向套的上端部。
3.根據權利要求2所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于所述升降動力總成包括升降伺服電機和由升降伺服電機驅動的升降傳動機構，所述升降傳動機構設有用于連接并驅動滑動體沿導向套軸向滑動的往復動力輸出端；所述中央處理系統的命令輸出端連接于升降伺服電機的控制電路；所述升降傳動機構包括沿動力輸出方向依次傳動的升降蝸輪蝸桿副和絲杠副，所述升降蝸輪蝸桿副的蝸桿與升降伺服電機動力輸出軸傳動配合，升降蝸輪蝸桿副的蝸輪與絲杠副的絲杠傳動配合，絲杠副的螺母與滑動體沿軸向傳動配合并可驅動滑動體沿B超探頭的升降方向往復運動。
4.根據權利要求3所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于所述導向套內表面設有與滑動體外表面無間隙滑動配合的導向面，導向面分布沿軸向并列設置的周向槽；所述導向面兩端位于導向套內表面和滑動體外表面之間分別設有軸向密封件。
5.根據權利要求2至4任一權利要求所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于還包括轉動驅動組件，所述轉動驅動組件至少包括轉動伺服電機和由轉動伺服電機驅動的轉動傳動機構，所述B超探頭以可軸向限位圓周方向相對轉動的方式設置于滑動體，轉動傳動機構設有轉動動力輸出端并與B超探頭以可驅動其繞軸線轉動的方式傳動配合。
6.根據權利要求5所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于所述滑動體為圓形內表面的滑套，所述B超探頭以沿軸向至少向下限位沿圓周方向轉動的方式同軸設置于滑套內，B超探頭的工作面凸出于滑套端部；絲杠副的螺母與滑套至少在軸向固定配合。
7.根據權利要求6所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于所述轉動傳動機構的轉動動力輸出端為伸縮軸組件，所述滑套與形成用于支撐B超探頭的環形凸臺，所述B超探頭下部形成縮頸的探頭柄，所述探頭柄沿圓周方向固定配合外套有T形軸套，所述T形軸套小頭向下同軸穿過環形凸臺形成的內圓并與伸縮軸組件的動力輸出端同軸傳動配合，所述T形軸套大頭下部擔在環形凸臺上并與其轉動配合，T形軸套大頭上部托住B超探頭。
8.根據權利要求7所述的減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統，其特征在于所述轉動傳動機構包括轉動蝸輪蝸桿副，轉動蝸輪蝸桿副的蝸桿與轉動伺服電機的動力輸出軸傳動配合，轉動蝸輪蝸桿副的蝸輪與轉動輸出軸的動力輸入端傳動配合。
9.一種利用減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統的圖像獲取方法，其特征在于包括下列步驟a.中央處理系統中設定當前治療頭和B超探頭；b.從中央處理系統中，獲取當前B超探頭下降時的安全位置；c.利用B超探頭獲取實時超聲圖像，驅動并升降B超探頭移動到目標位置；自動獲取皮膚位置；d.驅動升降B超探頭移動到皮膚位置的位置，以貼近人體皮膚；e.治療頭照射前，停止采集，保留當前的清晰圖像，B超探頭移動到安全位置；f.根據需要重復c至f。
10.根據權利要求9所述的利用減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統的圖像獲取方法，其特征在于所述安全位置數據儲存于中央處理系統中，并與治療頭和B超探頭對應。
全文摘要
本發明公開了一種減少圖像偽影的超聲治療儀監控系統及其圖像獲取方法，包括B超探頭、升降驅動機構、導向機構和中央處理系統，接收取B超探頭傳來的參照圖像并根據參照圖像信息獲取B超探頭處于皮膚表面位置坐標，根據B超探頭處于皮膚表面位置坐標向驅動機構發出命令驅動B超探頭沿工作方向升降并獲取監控圖像；本發明提高B超探頭在攝取圖像以及在超聲治療之間的升降速度，而偽影控制模塊可以根據皮膚檢測模塊得到的皮膚位置和從配置文件中獲取的B超探頭下降到安全位置，結合圖像采集模塊，使操作者可連續的觀察到近距離的清晰圖像，既能增強操作者對組織圖像的判斷能力，又能縮短非治療時的等待時間，提高治療效率。
文檔編號A61N7/00GK102551804SQ201110459770
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者伍小兵, 文銀剛, 林濤, 溫洪軍, 鄒穎 申請人:重慶海扶(Hifu)技術有限公司