治疗头及其控制方法、超声波治疗装置、存储介质与流程

1.本发明涉及生物医学仪器与设备领域，尤其涉及一种治疗头及其控制方法、超声波治疗装置、存储介质。


背景技术：

2.高强度聚焦超声治疗技术(high intensity focused ultrasound，hifu)是近年来逐渐发展起来的一种无创治疗技术，其原理是以超声波为能源，利用其可穿透性和可聚焦性，将体外的超声波精准聚焦于体内病灶靶点，通过超声波的机械效应、热效应和空化效应，使病灶产生凝固性坏死，从而可实现安全有效、无创地消融病灶，不伤及周边组织。该治疗技术作为一种非侵入性肿瘤治疗技术，已经广泛应用于前列腺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤和肾脏肿瘤等良恶性实体肿瘤的临床治疗，具有不开刀、不流血、绿色无辐射、保留患者器官等优势特点，具有良好的临床应用前景。
3.相关技术中，治疗头的控制方法包括两种，一种为通过三维电机驱动治疗头三维空间进行机械位移以对病灶进行逐步消融治疗，一种为基于相控阵换能器的治疗头，可通过电子激励方式移动焦点进行逐步消融治疗。然而，两种治疗头的控制方式中的超声通路都较为单一，在对某些血供丰富、大尺寸病灶和超声通路上需要避开重点器官组织的临床治疗情况时，治疗效果较差。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种治疗头及其控制方法、超声波治疗装置、存储介质，能够对超声通路进行变换，提高了超声治疗效果。
5.第一方面，本发明提供一种治疗头，包括：
6.超声换能器，所述超声换能器用于发射超声波；
7.图像采集器，所述图像采集器用于获取所述治疗头与靶点位置之间的超声图像；
8.控制器，所述控制器分别与所述超声换能器、所述图像采集器连接，所述控制器用于：
9.获取靶点位置和当前倾斜角度，其中，所述当前倾斜角度为所述超声换能器所发送超声波的声束轴相对于中心轴的倾斜角度；
10.根据所述当前倾斜角度，检测所述治疗头与所述靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度；
11.根据所述目标倾斜角度，控制所述超声换能器发射超声波至所述靶点位置。
12.根据本发明第一方面提供的治疗头，至少具有如下有益效果：治疗头包括超声换能器、图像采集器和控制器，其中，图像采集器可用于获取治疗头与靶点位置之间的超声图像，控制器用于获取靶点位置，并把超声换能器所发送的超声波的声束轴相对于声束轴的倾斜角度作为当前倾斜角度，控制器还用于根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之
间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度，控制器用于根据目标倾斜角度，控制超声换能器发射超声波至靶点位置，治疗头从当前倾斜角度到目标倾斜角度，实现了靶点位置不变而超声通路变换，并选取治疗头与靶点位置之间具有的良好的超声穿透通路作为超声治疗的通路，有效避开了重点器官，提高了超声治疗的治疗效果，提升了用户的使用体验。
13.根据本发明第一方面的一些实施例，所述控制器根据所述当前倾斜角度，检测所述治疗头与所述靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度时，执行：
14.根据所述当前倾斜角度，控制所述图像采集器获取所述治疗头与所述靶点位置之间的第一超声图像；
15.根据所述第一超声图像，判断所述治疗头与所述靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路；
16.根据判断结果，得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度。
17.根据本发明第一方面的一些实施例，所述控制器根据所述当前倾斜角度，检测所述治疗头与所述靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度时，执行：
18.当所述治疗头与所述靶点位置之间具有良好的超声穿透通路时，将所述当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
19.根据本发明第一方面的一些实施例，所述控制器根据所述当前倾斜角度，检测所述治疗头与所述靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度时，执行：
20.当所述治疗头与所述靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，更新所述当前倾斜角度；
21.根据所述当前倾斜角度，控制所述图像采集器获取所述当前倾斜角度对应的所述治疗头与所述靶点位置之间的第一超声图像；
22.当所述治疗头与所述靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，返回更新所述当前倾斜角度，直至所述治疗头与所述靶点位置之间具有良好的超声穿透通路；
23.将最后一次得到的所述当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
24.根据本发明第一方面的一些实施例，所述控制器根据所述目标倾斜角度，控制所述超声换能器发射超声波至所述靶点位置时，执行：
25.根据所述目标倾斜角度，控制所述图像采集器得到所述目标倾斜角度对应的所述治疗头与所述靶点位置之间的第二超声图像；
26.根据所述目标倾斜角度，得到所述治疗头的运动路径；
27.根据所述第二超声图像，控制所述超声换能器的超声发射剂量以及所述治疗头的运动时间；
28.根据所述治疗头的运动路径、运动时间，控制所述治疗头相对于所述靶点位置进行运动；
29.根据所述超声换能器的超声发射剂量，控制所述超声换能器发射超声波至所述靶点位置。
30.根据本发明第一方面的一些实施例，所述超声发射剂量包括脉冲持续时间、超声间隔时间和超声发射功率。
31.根据本发明第一方面的一些实施例，所述控制器根据所述治疗头的运动路径、运动时间，控制所述治疗头相对于所述靶点位置进行运动时，执行：
32.根据所述目标倾斜角度，得到所述治疗头的超声焦点的当前位姿参数；
33.根据所述超声焦点的当前位姿参数，计算所述超声焦点的当前位姿参数对应的齐次矩阵；
34.根据所述治疗头的运动时间，将所述齐次矩阵进行复合变换得到若干个齐次矩阵；
35.将所述齐次矩阵转换为目标位姿参数；
36.根据所述运动路径和所述目标位姿参数，控制所述治疗头相对于所述靶点位置进行运动。
37.第二方面，本发明提供一种治疗头的控制方法，应用于治疗头，所述治疗头包括超声换能器，所述控制方法包括：
38.获取靶点位置和当前倾斜角度，其中，所述当前倾斜角度为超声换能器所发送超声波的声束轴相对于中心轴的倾斜角度；
39.根据所述当前倾斜角度，检测所述治疗头与所述靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度；
40.根据所述目标倾斜角度，控制所述超声换能器发射超声波至所述靶点位置。
41.根据本发明第二方面提供的治疗头的控制方法，至少具有如下有益效果：获取靶点位置，并把超声换能器所发送的超声波的声束轴相对于声束轴的倾斜角度作为当前倾斜角度，根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度，超声换能器发射超声波至靶点位置通过目标倾斜角度进行控制，治疗头从当前倾斜角度到目标倾斜角度，实现了对超声通路的变换，并选取治疗头与靶点位置之间具有的良好的超声穿透通路作为超声治疗的通路，有效避开了重点器官，提高了超声治疗的治疗效果，提升了用户的使用体验。
42.第三方面，本发明提供一种超声治疗仪，包括：
43.如第一方面任一项所述的治疗头；
44.超声治疗主机，所述超声治疗主机分别与所述治疗头、所述控制器连接。
45.由于超声治疗仪运用如第一方面任一项所述的治疗头，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
46.第四方面，本发明提供一种计算机存储介质，包括存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第二方面所述的治疗头的控制方法。
47.由于计算机存储介质可执行如第二方面所述的治疗头的控制方法，因此具有本发明第二方面的所有有益效果。
48.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
49.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
50.图1是本技术一个实施例提供的一种治疗头的结构框图；
51.图2是本技术一个实施例提供的一种治疗头的控制方法的主要步骤图；
52.图3是本技术一个实施例提供的一种治疗头的控制方法的计算目标倾斜角度的步骤图；
53.图4是本技术一个实施例提供的一种治疗头的控制方法的计算目标倾斜角度的另一步骤图；
54.图5是本技术一个实施例提供的一种治疗头的控制方法的计算目标倾斜角度的另一步骤图；
55.图6是本技术一个实施例提供的一种治疗头的控制方法的超声波发射的步骤图；
56.图7是本技术一个实施例提供的一种治疗头的控制方法的治疗头运动的步骤图；
57.图8是本技术一个实施例提供的一种超声治疗仪的结构示意图；
58.图9是本技术一个实施例提供的位姿变换的示意图；
59.图10是本技术一个实施例提供的治疗头运动的示意图。
60.附图标记：超声治疗仪100；治疗头110；超声治疗主机120；六轴协作机器人130；控制器140。
具体实施方式
61.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术实施例。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术实施例的描述。
62.需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
63.还应当理解，在本技术实施例说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术实施例的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
64.本技术实施例的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术实施例中的具体含义。
65.高强度聚焦超声治疗技术(high intensity focused ultrasound，hifu)是近年来逐渐发展起来的一种无创治疗技术，其原理是以超声波为能源，利用其可穿透性和可聚焦性，将体外的超声波精准聚焦于体内病灶靶点，通过超声波的机械效应、热效应和空化效应，使病灶产生凝固性坏死，从而可实现安全有效、无创地消融病灶，不伤及周边组织。该治疗技术作为一种非侵入性肿瘤治疗技术，已经广泛应用于前列腺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤和肾脏肿瘤等良恶性实体肿瘤的临床治疗，具有不开刀、不流血、绿色无辐射、保留患者器官等优势特点，具有良好的临床应用前景。
66.相关技术中，治疗头的控制方法包括两种，一种为通过三维电机驱动治疗头在x,y,z这三个方向以机械位移的方式对病灶进行逐步消融治疗，一种为基于相控阵换能器的治疗头，可通过电子激励方式移动焦点进行逐步消融治疗。然而，前者在治疗过程中由于其灵活度不高，在完成病灶定位后只能垂直于人体进行治疗，无法对其他切面观察和治疗，可能影响最终治疗效果；后者的焦点移动范围较小。并且两种治疗头的控制方式中的超声通路都较为单一，在对某些血供丰富、大尺寸病灶和超声通路上需要避开重点器官组织的临床治疗情况时，治疗效果较差。
67.基于此，本技术实施例提供一种治疗头及其控制方法、超声波治疗装置、存储介质。本技术实施例通过检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果实现超声通路的变换，提高了超声治疗的治疗效果。
68.下面结合附图，对本技术实施例作进一步阐述。
69.参照图1，图1是本技术实施例提供的一种治疗头的结构框图。在图1的示例中，治疗头包括超声换能器、图像采集器和控制器。
70.其中，超声换能器与控制器连接，超声换能器用于发射超声波。
71.图像采集器与控制器连接，图像采集器用于获取治疗头与靶点位置之间的超声图像。
72.控制器分别与超声换能器、凸显采集器连接，控制器用于获取靶点位置和当前倾斜角度，且当前倾斜角度为超声换能器所发送超声波的声束轴相对于中心轴的倾斜角度；控制器用于根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度；控制器用于根据目标倾斜角度，控制超声换能器发射超声波至靶点位置。
73.在一些实施例中，控制器控制图像采集器获取治疗头与靶点位置之间的超声图像，并根据超声图像判断治疗头愈靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路。
74.在一些实施例中，目标倾斜角度可以为当前倾斜角度，目标倾斜角度也可以不是当前倾斜角度，目标倾斜角度的具体值需要根据实际情况中治疗头与靶点位置之间的超声穿透通路而定。
75.在一些实施例中，目标倾斜角度可以为一个或多个，目标倾斜角度的具体数量对应于治疗头与靶点位置之间的良好的超声穿透通路数量。
76.在一些实施例中，超声换能器所发送超声波的声束轴相对于中心轴的倾斜角度不同，对应的治疗头与靶点位置之间的超声通路不同，控制器根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度，控制器通过对当前倾斜角度到目标倾斜角度的转换，实现对超声
通路进行变换，良好的超声穿透通路有益于超声治疗过程中避开重点器官，提高了超声治疗的治疗效果，提升了用户的使用体验。
77.需要说明的是，控制器根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度时，执行：
78.根据当前倾斜角度，控制图像采集器获取治疗头与靶点位置之间的第一超声图像。
79.根据第一超声图像，判断治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路。
80.可以理解的是，若治疗头与靶点位置之间的超声穿透通路上不存在重要的器官，即超声波经过超声穿透通路不会对人体造成伤害，则治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路。
81.根据判断结果，得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度。
82.需要说明的是，控制器根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度时，执行：
83.当治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路时，将当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
84.需要说明的是，控制器根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度时，执行：
85.当治疗头与靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，更新当前倾斜角度。
86.可以理解的是，当治疗头与靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，对当前倾斜角度进行更新，更新后的倾斜角度的值不同于更新前的倾斜角度的值。
87.根据当前倾斜角度，控制图像采集器获取当前倾斜角度对应的治疗头与靶点位置之间的第一超声图像。
88.当治疗头与靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，返回更新当前倾斜角度，直至治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路。
89.将最后一次得到的当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
90.需要说明的是，控制器根据目标倾斜角度，控制超声换能器发射超声波至靶点位置时，执行：
91.根据目标倾斜角度，控制图像采集器得到目标倾斜角度对应的治疗头与靶点位置之间的第二超声图像。
92.可以理解的是，根据目标倾斜角度，控制图像采集器得到目标倾斜角度对应的治疗头与靶点位置之间的第二超声图像，第二超声图像中包含靶点的相关信息，可根据靶点的相关信息，对治疗头的相关参数进行设置。
93.根据目标倾斜角度，得到治疗头的运动路径。
94.可以理解的是，治疗头的运动方式不受限制，治疗头可做圆周运动，也可固定不动，治疗头的具体运动方式可根据实际需求进行改变。
95.根据第二超声图像，控制超声换能器的超声发射剂量以及治疗头的运动时间。
96.可以理解的是，根据第二超声图像，可以得到靶点的患病信息，根据靶点的患病信息，控制超声换能器的超声发射剂量以及治疗头的运动时间。
97.根据治疗头的运动路径、运动时间，控制治疗头相对于靶点位置进行运动。
98.根据超声换能器的超声发射剂量，控制超声换能器发射超声波至靶点位置。
99.可以理解的是，治疗头的运动与超声换能器发射超声波是同时进行的。
100.需要说明的是，超声发射剂量包括脉冲持续时间、超声间隔时间和超声发射功率。
101.需要说明的是，控制器根据治疗头的运动路径、运动时间，控制治疗头相对于靶点位置进行运动时，执行：
102.根据目标倾斜角度，得到治疗头的超声焦点的当前位姿参数。
103.可以理解的是，治疗头的超声焦点为治疗头或超声换能器所发射超声波的焦点位置，超声焦点位于治疗头上，一般位于治疗头的中心位置。
104.在一些实施例中，超声治疗仪通过六轴协作机器人控制治疗头进行运动，治疗头的运动可以看作为治疗头的超声焦点的运动，且将治疗头的超声焦点为工具中心点，并以靶点位置为原点建立基坐标系，以六轴协作机器人的工具坐标系为参考坐标系。
105.可以理解的是，任何一个刚体在基坐标系(oxyz)中都可以用位置坐标(x、y、z)和姿态(治疗头与ox轴的夹角rx、治疗头与oy轴的夹角ry、治疗头与oz轴的夹角rz)来精确、唯一地表示其位置状态。对于六轴协作机器人而言，空间中的任何一个点都必须用上述六个参数明确指定位姿，即(x,y,z,rx,ry,rz)。即使(x,y,z)都一样，(rx,ry,rz)不同，也代表机器人以不同的姿态去到达同一个点。对于治疗头的超声焦点，其当前位姿参数为(x,y,z,rx,ry,rz)。
106.可以理解的是，对于超声焦点的当前位姿参数(x,y,z,rx,ry,rz)，保持(x,y,z)不变，将(rx,ry,rz)中rx或ry改变为目标倾斜角度(也就是工具坐标系绕x轴或y轴旋转指定角度)，根据治疗头的运动时间t，生成1000t个位姿参数，再不断地改变rz，将改变后的位姿坐标发送给协作机器人，实现治疗头的运动。位姿参数的具体变换可以通过齐次矩阵来实现。
107.根据超声焦点的当前位姿参数，计算超声焦点的当前位姿参数对应的齐次矩阵。
108.可以理解的是，假设基坐标系为oxyz,参考坐标系为omxmymzm，超声治疗头的位置可以用一个3x1的矩阵来表示，也就是参考坐标系中心om在基坐标系中的位置，即：
[0109][0110]
超声治疗头的姿态可以用一个3x3的矩阵来表示，也就是参考坐标系在基坐标系中的姿态，即：
[0111][0112]
其中，第一列表示参考坐标系的omxm轴在基坐标系的三个轴方向上的分量，称为单位主矢量。同理，第二列和第三列分别是参考坐标系的omym轴和omzm轴在基坐标系的三个轴
方向上的分量。
[0113]
因此，超声焦点的当前位姿参数对应的齐次矩阵为：
[0114][0115]
根据治疗头的运动时间，将齐次矩阵进行复合变换得到若干个齐次坐标。
[0116]
在一些实施例中，参照图9，图9是本技术一个实施例提供的位姿变换的示意图，其中，坐标系oxyz为基坐标系，omxmymzm为参考坐标系，且omxmymzm相对于oxyz代表治疗头的姿态。假设治疗头沿坐标系oxyz平移了(0,20,15)，绕oz轴逆时针旋转了90度，对此，治疗头在坐标系oxyz中的姿态可以描述为：
[0117][0118]
据此，可以得到参考坐标系绕x轴(y轴、z轴)旋转角度θ后的姿态矩阵为：
[0119][0120]
齐次变换可以用来描述刚体在空间中的位姿变换，齐次矩阵不仅可以描述刚体在空间中的位姿，还可以描述位姿变换过程。齐次变换分为平移变换、旋转变换以及前两者的结合。
[0121]
初始位姿表示为：
[0122][0123]
最终位姿表示为：
[0124][0125]
其中，rot(zi,rz)为参考坐标系绕oz轴旋转rz所对应的矩阵，rot(yi,ry)为参考坐标系相对于oy轴旋转ry所对应的矩阵，rot(xi,rx)为参考坐标系相对于ox轴旋转rx所对应的矩阵，trans(x,y,z)为参考坐标系的原点相对于初始位置的移动距离。
[0126]
将齐次矩阵转换为目标位姿参数。
[0127]
可以理解的是，假设齐次矩阵已知，且齐次矩阵的形式为：
[0128][0129]
可以得到位置参数为：
[0130]
x＝p
x
,y＝py,z＝pz[0131]
姿态参数则可以由以下表达式得出：
[0132][0133]
ry＝arcsin(sinry)＝arcsin(-nz)
[0134][0135][0136]
则位姿参数表示为：
[0137]
ry＝arcsin(sinry)＝arcsin(-nz)
[0138][0139][0140]
根据运动路径和目标位姿参数，控制治疗头相对于靶点位置进行运动。
[0141]
本技术实施例提供的治疗头，通过检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度，使得治疗头在治疗过程中围绕靶点位置运动，实现靶点位置不变但超声通路不断变化，降低了超声通路上超声能量的累积效应，解决血供丰富、大尺寸病灶和超声通路上需要避开器官组织等临床情况下的超声治疗问题，拓展了治疗设备在临床使用中的应用范围。
[0142]
本技术实施例描述的装置以及应用场景是为了更加清楚的说明本技术实施例的技术方案，并不构成对于本技术实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着系统架构的演变和新应用场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
[0143]
本领域技术人员可以理解的是，图1中示出的装置结构并不构成对本技术实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0144]
在图1所示的装置结构中，各个模块可以分别调用其储存的治疗头的控制方法程序，以执行治疗头的控制方法。
[0145]
基于上述装置，提出本技术实施例的治疗头的控制方法的各个实施例。
[0146]
参照图2，图2是本技术实施例提供的一种治疗头的控制方法的主要步骤图。该控制方法包括但不限于以下步骤:
[0147]
步骤s100、获取靶点位置和当前倾斜角度，其中，当前倾斜角度为超声换能器所发送超声波的声束轴相对于中心轴的倾斜角度。
[0148]
步骤s200、根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度。
[0149]
步骤s300、根据目标倾斜角度，控制超声换能器发射超声波至靶点位置。
[0150]
可以理解的是，本技术实施例提供的治疗头的控制方法获取靶点位置和当前倾斜角度，当前倾斜角度为超声换能器所发送的超声波的声束轴相对于声束轴的倾斜角度作为，根据当前倾斜角度，检测治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路，并根据检测结果得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度，超声换能器发射超声波至靶点位置通过目标倾斜角度进行控制，治疗头从当前倾斜角度到目标倾斜角度，实现了对超声通路的变换，并选取治疗头与靶点位置之间具有的良好的超声穿透通路作为超声治疗的通路，有效避开了重点器官，提高了超声治疗的治疗效果，提升了用户的使用体验。
[0151]
参照图3，图3是本技术实施例提供的一种治疗头的控制方法的计算目标倾斜角度的步骤图。步骤s200包括但不限于以下步骤：
[0152]
步骤s210、根据当前倾斜角度，控制图像采集器获取治疗头与靶点位置之间的第一超声图像。
[0153]
步骤s220、根据第一超声图像，判断治疗头与靶点位置之间是否具有良好的超声穿透通路。
[0154]
可以理解的是，若治疗头与靶点位置之间的超声穿透通路上不存在重要的器官，即超声波经过超声穿透通路不会对人体造成伤害，则治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路。
[0155]
可以理解的是，治疗头与靶点位置之间存在多条良好的超声穿透通路，可根据需要选择其中一条或多条超声穿透通路使用。
[0156]
步骤s230、根据判断结果，得到对应于良好的超声穿透通路的目标倾斜角度。
[0157]
参照图4，图4是本技术实施例提供的一种治疗头的控制方法的计算目标倾斜角度的另一步骤图。步骤s230包括但不限于以下步骤：
[0158]
步骤s231、当治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路时，将当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
[0159]
需要说明的是，当治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路，即当前倾斜角度所对应的当治疗头与靶点位置之间存在良好的超声穿透通路时，将当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
[0160]
参照图5，图5是本技术实施例提供的一种治疗头的控制方法的计算目标倾斜角度的另一步骤图。步骤s230包括但不限于以下步骤：
[0161]
步骤s232、当治疗头与靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，更新当前倾斜角度。
[0162]
可以理解的是，当治疗头与靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，对当前
倾斜角度进行更新，更新后的倾斜角度的值不同于更新前的倾斜角度的值。
[0163]
步骤s233、根据当前倾斜角度，控制图像采集器获取当前倾斜角度对应的治疗头与靶点位置之间的第一超声图像。
[0164]
步骤s234、当治疗头与靶点位置之间不具有良好的超声穿透通路时，返回更新当前倾斜角度，直至治疗头与靶点位置之间具有良好的超声穿透通路。
[0165]
步骤s235、将最后一次得到的当前倾斜角度作为目标倾斜角度。
[0166]
参照图6，图6是本技术实施例提供的一种治疗头的控制方法的超声波发射的步骤图。
[0167]
步骤s300包括但不限于以下步骤：
[0168]
步骤s310、根据目标倾斜角度，控制图像采集器得到目标倾斜角度对应的治疗头与靶点位置之间的第二超声图像。
[0169]
可以理解的是，根据第二超声图像，可以得到靶点的患病信息，根据靶点的患病信息，控制超声换能器的超声发射剂量以及治疗头的运动时间。
[0170]
步骤s320、根据目标倾斜角度，得到治疗头的运动路径。
[0171]
步骤s330、根据第二超声图像，控制超声换能器的超声发射剂量以及治疗头的运动时间。
[0172]
可以理解的是，超声发射剂量包括脉冲持续时间、超声间隔时间和超声发射功率。
[0173]
步骤s340、根据治疗头的运动路径、运动时间，控制治疗头相对于靶点位置进行运动。
[0174]
步骤s350、根据超声换能器的超声发射剂量，控制超声换能器发射超声波至靶点位置。
[0175]
可以理解的是，治疗头的运动与超声换能器发射超声波是同时进行的。
[0176]
参照图7，图7是本技术实施例提供的一种治疗头的控制方法的治疗头运动的步骤图，步骤s340包括但不限于以下步骤：
[0177]
步骤s341、根据目标倾斜角度，得到治疗头的超声焦点的当前位姿参数。
[0178]
可以理解的是，治疗头的超声焦点为治疗头或超声换能器所发射超声波的焦点位置，超声焦点位于治疗头上，一般位于治疗头的中心位置。
[0179]
在一些实施例中，如图10所示，图10为本技术一个实施例提供的治疗头运动的示意图，且图10为治疗头在超声治疗过程中相对于患者的步骤图。超声治疗仪100通过六轴协作机器人130控制治疗头110围绕患者的病灶点进行运动，治疗头110的运动可以看作为治疗头110的超声焦点的运动，且将治疗头110的超声焦点为工具中心点，并以靶点位置为原点建立基坐标系，以六轴协作机器人130的工具坐标系为参考坐标系。
[0180]
可以理解的是，任何一个刚体在基坐标系(oxyz)中都可以用位置坐标(x、y、z)和姿态(治疗头与ox轴的夹角rx、治疗头与oy轴的夹角ry、治疗头与oz轴的夹角rz)来精确、唯一地表示其位置状态。对于六轴协作机器人而言，空间中的任何一个点都必须用上述六个参数明确指定位姿，即(x,y,z,rx,ry,rz)。即使(x,y,z)都一样，(rx,ry,rz)不同，也代表机器人以不同的姿态去到达同一个点。对于治疗头的超声焦点，其当前位姿参数为(x,y,z,rx,ry,rz)。
[0181]
可以理解的是，对于超声焦点的当前位姿参数(x,y,z,rx,ry,rz)，保持(x,y,z)不
变，将(rx,ry,rz)中rx或ry改变为目标倾斜角度(也就是工具坐标系绕x轴或y轴旋转指定角度)，根据治疗头的运动时间t，生成1000t个位姿参数，再不断地改变rz，将改变后的位姿坐标发送给协作机器人，实现治疗头的运动。位姿参数的具体变换可以通过齐次矩阵来实现。
[0182]
步骤s342、根据超声焦点的当前位姿参数，计算超声焦点的当前位姿参数对应的齐次矩阵。
[0183]
可以理解的是，假设基坐标系为oxyz,参考坐标系为omxmymzm，超声治疗头的位置可以用一个3x1的矩阵来表示，也就是参考坐标系中心om在基坐标系中的位置，即：
[0184][0185]
超声治疗头的姿态可以用一个3x3的矩阵来表示，也就是参考坐标系在基坐标系中的姿态，即：
[0186][0187]
其中，第一列表示参考坐标系的omxm轴在基坐标系的三个轴方向上的分量，称为单位主矢量。同理，第二列和第三列分别是参考坐标系的omym轴和omzm轴在基坐标系的三个轴方向上的分量。
[0188]
因此，超声焦点的当前位姿参数对应的齐次矩阵为：
[0189][0190]
步骤s343、根据治疗头的运动时间，将齐次矩阵进行复合变换得到若干个齐次矩阵。
[0191]
在一些实施例中，参照图9，图9是本技术一个实施例提供的位姿变换的示意图，其中，坐标系oxyz为基坐标系，omxmymzm为参考坐标系，且omxmymzm相对于oxyz代表治疗头的姿态。假设治疗头沿坐标系oxyz平移了(0,20,15)，绕oz轴逆时针旋转了90度，对此，治疗头在坐标系oxyz中的姿态可以描述为：
[0192][0193]
据此，可以得到参考坐标系绕x轴(y轴、z轴)旋转角度θ后的姿态矩阵为：
[0194][0195]
齐次变换可以用来描述刚体在空间中的位姿变换，齐次矩阵不仅可以描述刚体在
空间中的位姿，还可以描述位姿变换过程。齐次变换分为平移变换、旋转变换以及前两者的结合。
[0196]
初始位姿表示为：
[0197][0198]
最终位姿表示为：
[0199][0200]
其中，rot(zi,rz)为参考坐标系绕oz轴旋转rz所对应的矩阵，rot(yi,ry)为参考坐标系相对于oy轴旋转ry所对应的矩阵，rot(xi,rx)为参考坐标系相对于ox轴旋转rx所对应的矩阵，trans(x,y,z)为参考坐标系的原点相对于初始位置的移动距离。
[0201]
步骤s344、将齐次矩阵转换为目标位姿参数。
[0202]
可以理解的是，假设齐次矩阵已知，且齐次矩阵的形式为：
[0203][0204]
可以得到位置参数为：
[0205]
x＝p
x
,y＝py,z＝pz[0206]
姿态参数则可以由以下表达式得出：
[0207][0208]
ry＝arcsin(sinry)＝arcsin(-nz)
[0209][0210]
[0211]
则位姿参数表示为：
[0212]
ry＝arcsin(sinry)＝arcsin(-nz)
[0213][0214][0215]
步骤s345、根据运动路径和目标位姿参数，控制治疗头相对于靶点位置进行运动。
[0216]
可以理解的是，治疗头围绕靶点位置做倾斜圆周运动，实现聚焦点不变但超声通路不断变化，降低超声通路上超声能量的累积效应，解决血供丰富、大尺寸病灶和超声通路上需要避开器官组织等临床情况下的超声治疗问题，拓展了治疗设备在临床使用中的应用范围。
[0217]
参照图8，图8是本技术实施例提供的一种超声治疗仪的结构示意图。本技术实施例提供一种超声治疗仪100，包括治疗头110和超声治疗主机120，治疗头110包括超声换能器、图像采集器和控制器140，控制器140与超声换能器、图像采集器连接，且超声治疗主机120分别与治疗头110、控制器140连接，治疗头110可通过六轴协作机器人130与超声治疗主机120连接。控制器140可执行如步骤s100至步骤s300的控制方法，因此，超声治疗仪100能够实现超声穿透通路的变换，降低超声通路上超声能量的累积效应，解决血供丰富、大尺寸病灶和超声通路上需要避开器官组织等临床情况下的超声治疗问题，拓展了治疗设备在临床使用中的应用范围。
[0218]
另外，本技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时如步骤s100至步骤s300的治疗头的控制方法。
[0219]
处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
[0220]
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0221]
实现上述实施例的治疗头的控制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的治疗头的控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤s100至s300。
[0222]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0223]
此外，本技术实施例的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的治疗头的控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤s100至s300、图3中的方法步骤s210至s230、图4中的方法步骤s210至s231、图
5中的方法步骤s210和s235、图6中的方法步骤s310至s350、图7中的方法步骤s341至s345。
[0224]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0225]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。