УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО И СИСТЕМА
ULTRASONIC THERAPEUTIC APPARATUS AND SYSTEM

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области ультразвуковой терапии и, в частности, относится к ультразвуковым терапевтическим средствам и ультразвуковой терапевтической системе, управляемой формирователем изображений, использующим эту систему.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принцип терапии с использованием сфокусированной ультразвуковой терапевтической системы включает формирование ультразвуковых волн, способных проходить через физическую ткань и фокусироваться в пределах этой ткани. В результате, ультразвуковые лучи сфокусированы точно в больной части тела пациента, и мгновенная высокая температура, вызванная сфокусированными лучами в фокальном пятне, может вызвать коагуляцию некроза ткани в пределах целенаправленного местоположения, и может быть осуществлена неинвазивная терапия. Формирователь изображений, например устройство магнитно-резонансной томографии (ЯМР), помогает быстро получить изображения внутренних органов тела пациента с высокой точностью; поэтому формирователь изображений всегда используется вместе с ультразвуковой терапевтической системой.
1
2
В сфокусированной ультразвуковой терапевтической системе ультразвуковые волны, переданные ультразвуковым преобразователем, в конечном счете, фокусируются в целевой области через контактирующую жидкость. Для ультразвукового преобразователя с фиксированной фокальной точкой перемещение фокальной точки обеспечивается движением внешнего установочного механизма, например манипулятора 7, показанного на фигуре 1 и на фигуре 2. Как показано на фигуре 1 и на фигуре 2, ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 и определенная часть манипулятора 7 расположены в контейнере 9, который содержит контактирующую жидкость 4. Манипулятор 7 герметично соединен с контейнером 9 через гибкий соединительный узел 8. Во время лечения, когда манипулятор 7 перемещает фокальную точку ультразвукового терапевтического средства в пределах целевой области, уровень контактирующей жидкости в блоке соответственно изменяется. Как показано на фигуре 1, когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 перемещается на расстояние ΔX вдоль положительного направления оси X, уровень контактирующей жидкости в контейнере изменяется от H до H+ΔH. Как показано на фигуре 2, когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 перемещается на расстояние ΔY в положительном направлении оси Y, уровень контактирующей жидкости в контейнере изменяется от H до H+ΔH.
2
1
В известном уровне техники гибкий соединительный узел 8 иногда включает гибкую телескопическую трубу. Если форма телескопической трубы выбрана правильно, ультразвуковой терапевтический аппликатор движется в направлении Y, ΔH=0 и уровень жидкости сохраняется неизменным; но когда ультразвуковой терапевтический аппликатор движется в направление X, то тогда ΔX≠0, ΔH≠0, и уровень жидкости изменяется.
Когда в ультразвуковую терапевтическую систему введен формирователь изображений, в частности системы ЯМР, изменения уровня контактирующей жидкости будут влиять на результаты создания изображений ЯМР и, соответственно, будут влиять на диагностический эффект ЯМР.
Поэтому, для ультразвуковой терапевтической системы, управляемой ЯМР, очень важно сохранить постоянный уровень контактирующей жидкости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Стремясь устранить упомянутые выше недостатки ультразвуковой терапевтической системы известного уровня техники, настоящее изобретение призвано обеспечить ультразвуковое терапевтическое средство и ультразвуковую терапевтическую систему использования этого средства, которое может сохранить устойчивый уровень контактирующей жидкости при движении ультразвукового терапевтического аппликатора. Таким образом, во время обработки ультразвуковая терапевтическая система, управляемая формирователем изображений, сохраняет неизменным уровень контактирующей жидкости при движении ультразвукового терапевтического аппликатора. Соответственно, искажения изображений в устройстве создания изображений из-за изменений уровня жидкости могут быть значительно снижены, и точность диагностики формирователя изображений и терапевтические эффекты ультразвукового терапевтического средства могут быть улучшены.
Техническое решение, предложенное в соответствии с настоящим изобретением, заключается в следующем: ультразвуковое терапевтическое средство содержит ультразвуковой терапевтический аппликатор, который включает ультразвуковой преобразователь, контейнер, содержащий ультразвуковой терапевтический аппликатор и контактирующую жидкость, и подвижный узел, который проходит через стенку контейнера и соединен с ультразвуковым терапевтическим аппликатором. При этом уравнительные блоки, которые обеспечивают постоянный уровень контактирующей жидкости в контейнере, когда подвижный узел приводит в движение ультразвуковой терапевтический аппликатор, установлены на контейнере.
Указанные уравнительные блоки могут быть установлены по обеим сторонам контейнера и могут быть выполнены заодно с контейнером. Подвижный узел проходит через оба уравнительных блока, а ультразвуковой терапевтический аппликатор расположен между этими двумя уравнительными блоками.
Предпочтительно, указанные уравнительные блоки могут быть двумя гибкими телескопическими трубами одинаковой формы и размера.
Во время ультразвуковой лечебной обработки уравнительный блок примыкает к гибкому материалу и может двигаться вместе с движением подвижного узла, когда ультразвуковой преобразователь перемещается под управлением подвижного узла.
Указанный подвижный узел может быть выполнен как манипулятор. Ультразвуковой терапевтический аппликатор расположен в середине манипулятора. Две гибкие телескопические трубы в виде уравнительных блоков расположены по обеим сторонам ультразвукового терапевтического аппликатора и герметично соединены с манипулятором.
Более предпочтительно, чтобы указанные две гибкие телескопические трубы были бы симметрично установлены по обеим сторонам контейнера, и манипулятор проходит через эти две гибкие телескопические трубы.
Форма телескопической трубы может быть любой формой, которая может компенсировать объем жидкости. В настоящем изобретении, чтобы облегчить изготовление телескопической трубы и использовать ее симметричное устройство более эффективно, предпочтительно, чтобы телескопическая труба имела бы форму усеченного конуса или форму призмоида.
Указанный ультразвуковой терапевтический аппликатор может быть ультразвуковым преобразователем с переменным или постоянным фокусным расстоянием. Для ультразвукового преобразователя с переменным фокусным расстоянием его фокальная точка может быть изменена, изменяя сигналы привода, или управляя подвижным узлом, или одновременно выполняя обе эти функции. Для ультразвукового преобразователя с постоянным фокусным расстоянием его фокальная точка может быть изменена только управляя подвижным узлом. Поэтому ультразвуковой терапевтический аппликатор с ультразвуковым преобразователем, имеющим постоянное фокусное расстояние, является наиболее подходящим для использования в настоящем изобретении.
Ультразвуковая терапевтическая система, в которой используется вышеуказанное ультразвуковое терапевтическое средство, управляется известным формирователем изображений.
В указанной ультразвуковой терапевтической системе, управляемой формирователем изображений, формирователь изображений может сканером двумерного режима, компьютерным томографом, ЯМР и т.д. Когда используются двумерный сканер и томограф для управления ультразвуковой терапевтической системой, изменения уровня жидкости не влияют явным образом на создание изображений; поэтому настоящее изобретение особенно подходит для ультразвуковой терапевтической системы, управляемой ЯМР.
Для ультразвуковой терапевтической системы, управляемой формирователем изображений по настоящему изобретению, когда в процессе терапевтической обработки перемещается ультразвуковой аппликатор, уровень контактирующей жидкости остается постоянным благодаря использованию уравнительных блоков. Таким образом, явление изменения уровня контактирующей жидкости, вызванное движением ультразвукового терапевтического аппликатора, перемещаемого подвижным узлом в известном уровне техники, может быть устранено. Может быть обеспечен постоянный уровень жидкости в контейнере, и, соответственно, помехи при создании изображений формирователем изображений из-за изменений уровня жидкости могут быть эффективно снижены, и точность диагностики формирователя изображений может быть повышена.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - структурная схема ультразвукового терапевтического средства известного уровня техники. Здесь показано изменение уровня контактирующей жидкости, когда подвижный узел перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор в направлении X.
Фигура 2 - структурная схема ультразвукового терапевтического средства известного уровня техники. Здесь показано изменение уровня контактирующей жидкости, когда подвижный узел перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор в направление Y.
Фигура 3 - структурная схема ультразвукового терапевтического средства настоящего изобретения.
Фигура 4 - структурная схема ультразвукового терапевтического средства по настоящему изобретению. Здесь показаны изменения уровня контактирующей жидкости, когда подвижный узел перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор в направлении X.
Фигура 5 - структурная схема ультразвукового терапевтического средства по настоящему изобретению. Здесь показаны изменения уровня контактирующей жидкости, когда подвижный узел перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор в направление Y.
Фигура 6а - вид спереди на конструкцию телескопической трубы, имеющей форму «усеченного конуса» в начальном положении ультразвукового терапевтического средства в варианте воплощения 1 настоящего изобретения.
Фигура 6b - вид сбоку на устройство фигуры 6а.
Фигура 7а иллюстрирует изменения формы первого уравнительного блока 2, когда манипулятор 1 перемещается в направлении Х в варианте воплощения 1 настоящего изобретения.
Фигура 7b иллюстрирует изменения формы второго уравнительного блока 6, когда манипулятор 1 перемещается в направлении Х в варианте воплощения 1 настоящего изобретения.
Фигура 8а иллюстрирует изменения формы первого уравнительного блока 2, когда манипулятор 1 перемещается в направлении Y в варианте воплощения 1 настоящего изобретения.
Фигура 8b иллюстрирует изменения формы второго уравнительного блока 6, когда манипулятор 1 перемещается в направлении Y в варианте воплощения 1 настоящего изобретения.
Фигура 9а - вид спереди на конструкцию телескопической трубы, имеющей форму призмоида в начальном положении ультразвукового терапевтического средства в варианте воплощения 2 настоящего изобретения.
Фигура 9b - вид сбоку на устройство фигуры 9а.
Фигура 10а иллюстрирует изменения формы первого уравнительного блока 2, когда манипулятор 1 перемещается в направлении X в варианте воплощения 2 настоящего изобретения.
Фигура 10b иллюстрирует изменения формы второго уравнительного блока 6, когда манипулятор 1 перемещается в направлении X в варианте воплощения 2 настоящего изобретения.
Фигура 11а иллюстрирует изменения формы первого уравнительного блока 2, когда манипулятор 1 перемещается в направлении Y в варианте воплощения 2 настоящего изобретения.
Фигура 11b иллюстрирует изменения формы второго уравнительного блока 6, когда манипулятор 1 перемещается в направлении Y в варианте воплощения 2 настоящего изобретения.
Пунктирные линии на чертежах указывают на первоначальное положение объекта перед началом движения.
1, 7 - манипулятор; 2 - первый уравнительный блок; 3, 9 - контейнер; 4 - контактирующая жидкость; 5 - ультразвуковой терапевтический аппликатор; 6 - второй уравнительный блок; 8 - гибкий соединительный узел.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
Настоящее изобретение будет подробно описано ниже на примерах предпочтительных вариантов со ссылками на приложенные чертежи.
Как показано на фигуре 3, фигуре 4 и на фигуре 5, ультразвуковая терапевтическая система, управляемая формирователем изображений, состоит из формирователя изображений для отображения цели (не показана) и ультразвуковое терапевтическое средство. Указанное ультразвуковое терапевтическое средство содержит ультразвуковой терапевтический аппликатор 5, который включает ультразвуковой преобразователь, контейнер 3, и подвижный узел, который соединен с ультразвуковым терапевтическим аппликатором 5 и управляет его движением, т.е. манипулятор 1.
Ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 помещен в контейнер 3, который заполнен контактирующей жидкостью. Манипулятор 1, который перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5, проходит через стенку контейнера и соединен с ультразвуковым терапевтическим аппликатором 5. Уравнительные блоки установлены на контейнере 3 и делают уровень контактирующей жидкости в контейнере 3 неизменным, когда манипулятор 7 перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5.
Указанные уравнительные блоки - первый уравнительный блок 2 и второй уравнительный блок 6, которые установлены симметрично по обеим сторонам контейнера 3, встроены в этот контейнер 3. Два симметричных уравнительных блока имеют одинаковую форму и размер. Манипулятор 1 проходит горизонтально через два симметричных уравнительных блока; ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 на манипуляторе 1 расположен между этими двумя уравнительными блоками. Эти два уравнительных блока герметизированы и прикреплены к манипулятору 1 на одном конце и герметизированы и прикреплены к контейнеру 3 на другом конце. В уравнительные блоки входят гибкие телескопические трубы, которые изготовлены из гибкого материала. В точках соединения двух гибких телескопических рукавов манипулятор 1 имеет форму, соответствующую концам подключения гибких телескопических труб. Две гибкие телескопические трубы могут повторно деформироваться в процессе перемещения манипулятором 1. Например, когда манипулятор 1 перемещается в направлении X, две гибкие телескопические трубы соответственно удлиняют или сокращают эту длину в направлении X; когда манипулятор 1 перемещается в направлении Y и Z, две гибкие телескопические трубы соответственно деформируются.
Во время терапевтической обработки манипулятор 1 перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 и, соответственно, перемещает его фокальную точку. Ультразвуковые волны от ультразвукового терапевтического аппликатора 5 проходят через контактирующую жидкость 4 и затем фокусируются в фокальной точке цели (не показана). Фокальная точка ультразвукового терапевтического аппликатора 5 может двигаться в направлениях X, Y, Z, чтобы ответить требованиям трехмерного объекта цели, подлежащей обработке. Уравнительные блоки перемещаются при движении манипулятора 1 и могут деформироваться в направлениях X, Y, Z.
1
2
1
2
Когда требуется переместить фокальную точку ультразвукового преобразователя в направлении X, манипулятор 1 перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 в направление X. Как показано на фигуре 4, когда манипулятор 1 движется в направлении от ΔX к направлению +X, он перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 в направлении ΔX, при этом первый уравнительный блок 2 сокращается на длину ΔX и второй уравнительный блок 6 удлиняется на длину ΔX. Изменение объема в первом уравнительном блоке 2 равно ΔV и изменение объема во втором уравнительном блоке 6 равно ΔV. Определенная структурная форма для первого уравнительного блока 2 и второго уравнительного блока 6 может быть выбрана с расчетом возможности использования формулы ΔV+ΔV=0. Поэтому, когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 перемещается в направлении X, сумма объемов контейнера 3 и этих двух уравнительных блоков не изменяется, и, соответственно, уровень контактирующей жидкости в контейнере остается неизменным до и после перемещения манипулятора.
1
2
1
2
Когда нужно переместить фокальную точку ультразвукового преобразователя в направлении Y, манипулятор 1 перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 в направление Y. Как показано на фигуре 5, когда манипулятор 1 движется в направлении от ΔY до +Y, он перемещает ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 на расстояние ΔY, сдвигая первый уравнительный блок 2 и второй уравнительный блок 6 на длину ΔY в направлении Y. Изменение объема в первом уравнительном блоке 2 составляет ΔV и изменение объема во втором уравнительном блоке 6 составляет ΔV. Определенная структурная форма для первого уравнительного блока 2 и второго уравнительного блока 6 может быть выбрана с расчетом возможного использования формулы ΔV+ΔV=0. Поэтому, когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 перемещается в направлении Y, сумма объемов контейнера 3 и этих двух уравнительных блоков не изменяется и, соответственно, уровень контактирующей жидкости в контейнере остается неизменным до и после перемещения манипулятора.
Когда нужно переместить фокальную точку ультразвукового преобразователя в направлении Z, условия движения могут быть проанализированы с учетом движения в направлении Y, и это описание этой операции здесь не будет повторено.
В следующих двух вариантах примерных воплощений изобретения будут описаны изменения формы уравнительных блоков, а другие конструкции - те же самые, что описаны выше. В данном случае в качестве формирователя изображений выбран аппарат ЯМР, и ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 включает ультразвуковой преобразователь с постоянным фокусным расстоянием.
Пример воплощения изобретения 1
1
2
Как показано на фигуре 6a и на фигуре 6b, в этом примере воплощения, первый уравнительный блок 2 и второй уравнительный блок 6 имеют форму "усеченных конических" гибких телескопических труб. Область верхней поверхности усеченного конуса малый конец "а" - S и область нижней поверхности усеченного конуса большой конец "b" - S. Длина усеченного конуса равна T, когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 находится в статическом состоянии. Малый конец "a" закреплен и соединен с манипулятором 1, а большой конец "b" также закреплен и соединен с контейнером 3.
Под управлением манипулятором 1 фокальная точка ультразвукового терапевтического аппликатора 5 перемещается в направлении X, см. фигуру 4, как показано на фигуре 7a и на фигуре 7b, причем объем V телескопической трубы определяется по формуле:
1
2
Когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 движется в направление X, S во время этого движения не изменяется, потому что малый конец "a" уравнительного блока, имеющего форму усеченного конуса, установлен с манипулятором 1, причем S также не изменяется, потому что большой конец "b" уравнительного блока, имеющего форму усеченного конуса, прикреплен к контейнеру 3.
Фигура 7a иллюстрирует изменения формы первого уравнительного блока 2, как показано ниже:
Фигура 7b иллюстрирует изменения формы второго уравнительного блока 6, как показано ниже:
Следовательно, при движении в направление X общее изменение объема этих двух уравнительных блоков равно нулю, и уровень контактирующей жидкости сохраняется неизменным.
Когда фокальная точка ультразвукового терапевтического средства на фигуре 3 движется в направлении Y под управлением манипулятора 1, фокальная точка ультразвукового терапевтического аппликатора 5 движется в направлении Y, как показано на фигуре 5. Изменение объема первого уравнительного блока 2 показано на фигуре 8a:
Изменение объема второго уравнительного блока 6 показано на фигуре 8b:
Следовательно, при движении в направлении Y общее изменение объема двух модулей компенсации равно нулю, и уровень контактирующей жидкости остается неизменным.
Условия движения, когда ультразвуковое терапевтическое средство движется в направлении Z, остаются теми же самым, что и при движении в направлении Y, и его описание здесь не будет повторено.
Следует отметить, что в этом примере воплощения изобретения уровень контактирующей жидкости может сохранять устойчивость, когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 движется в направлениях X, Y и Z и когда манипулятор 1 перемещает фокальную точку ультразвукового терапевтического аппликатора.
Пример воплощения изобретения 2
1
1
1
2
2
2
Как показано на фигуре 9a и на фигуре 9b, в этом примере воплощения, первый уравнительный блок 2 и второй уравнительный блок 6 являются гибкими телескопическими трубами, имеющими форму призмоида. Длина и ширина верхней поверхности трубы - B и A, соответственно, и ее площадь - S. Длина и ширина ее нижней поверхности - B и A, соответственно, и ее площадь - S. Высота призмоида - Т. Другие элементы конструкции - те же самые, что и в примере воплощения 1.
Объем призмоида:
Когда ультразвуковой терапевтический аппликатор 5 фигуры 4 движется в направление X, как показано на фигуре 10a, высота первого уравнительного блока 2 изменяется от T до T=ΔТ, но S1 и S2 во время этого движения не изменяются. Изменение объема первого уравнительного блока 2 после движения показано ниже:
Как показано на фигуре 10b, высота второго уравнительного блока 6 изменяется от T до T+ΔT, но S1 и S2 во время этого движения не изменяются. Изменение объема второго уравнительного блока 6 после движения показано ниже:
Следовательно, при движении в направлении X, общее изменение объема этих двух уравнительных блоков равно нулю, и уровень контактирующей жидкости остается неизменным.
Когда фокальная точка ультразвукового терапевтического аппликатора 5 на фигуре 5 движется в направлении Y, изменение объема первого уравнительного блока 2 показано на фигуре 11a как:
Изменение объема второго уравнительного блока 6 показано на фигуре 11b:
Следовательно, при движении в направлении Y, общее изменение объема этих двух уравнительных блоков равно нулю, и уровень контактирующей жидкости остается неизменным.
Из всего этого мы можем заключить, что сумма объемов этих двух уравнительных блоков до и после движения остается неизменной, и уровень контактирующей жидкости сохраняет первоначальную величину.
Условия перемещения, когда ультразвуковые терапевтические средства движутся в направлении Z, остаются теми же самыми, что и при движении в направлении Y, и описание этой операции здесь не будет повторено.
Из описания вариантов воплощения изобретения 1 и 2 можно видеть, что две гибкие телескопические трубы, расположенные симметрично по обеим сторонам контейнера 3 и герметично соединенные с манипулятором 1, обеспечивают постоянный уровень контактирующей жидкости при движении манипулятора 1 в направлениях X, Y и Z, соответственно, причем помехи со стороны ЯМР могут быть сведены к минимуму, и точность диагностики аппарата ЯМР значительно повышена.