CN101342069A - 用于妇科的可视化光声诊治装置 - Google Patents

Abstract

一种生物医学工程技术领域的用于妇科的可视化光声诊治装置，包括计算机工作站、可视化观测子系统、超声聚焦治疗子系统、生物疼痛监测子系统，其中，可视化观测子系统利用基于光学技术的CCDsensor阵列摄像系统，观测与诊断阴道组织，超声聚焦治疗子系统在可视化条件下利用超声聚焦技术在皮下生物组织处形成38－80℃的温度场，对妇科疾病进行快速、无创伤治疗，生物疼痛监测子系统实时记录和监测人体在超声聚焦治疗条件下的生物信息反馈。采用本发明装置治疗妇科病具有较高的安全性，不损伤表层和相邻组织，同时治疗、诊断过程具有可视性。

Description

用于妇科的可视化光声诊治装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域的装置，具体是一种用于妇科的可视化光声诊治装置。

背景技术

早在1942年，Lynn发现高强度聚焦超声(High-intensity FocusedUltrasound)现象，从此超声聚焦技术在工业、军事等领域获得广泛应用。在医学上的应用主要体现在两个方面，1，超声聚焦成像技术，用于疾病诊断；2，高强度聚焦超声治疗肿瘤技术。为此而发明了不同种类的超声聚焦治疗系统，以及基于压电换能器的超声聚焦治疗头、温度监控技术等。1956年Burov首次将高强度聚焦超声(HIFU)技术用于治疗恶性肿瘤，1989年日本Umemura.S报道了利用超声激活血卟啉抗肿瘤效应，并称之为“声动力学治疗方法”，到了二十世纪八十年代已经被当作治疗肿瘤的一种重要手段加以研究，其原理是通过声聚焦在治疗区产生高能量，使病变组织温度在短时间内升至70℃以上，从而使病变组织直接消融。1997年HIFU正式开始在中国使用，其工作频率多为1-3MHz，用于治疗实体肿瘤，人们在不断探索与完善医学聚焦超声技术，寻求新的医学应用方向。

经对现有技术文献检索发现，专利申请号为01144259.X的中国专利、专利公告号为CN1426819A的中国专利，均涉及聚焦超声技术，尤其是专利名称为“超声妇科及皮肤病治疗仪”，其技术要点与我们申请的专利有相近之处。该治疗仪由冷却水箱、治疗枪、主机和面板组成，控制单元分别与电源及功放相连，面板连主机和治疗枪，面板上有显示电路。冷却水箱通过循环泵由电缆连主机。治疗枪分别通过水管连冷却水箱的出水口及水箱盖。

目前，现有技术存在以下不足之处：(1)只能治疗不能诊断。从治疗妇科病的整体理念来讲，需要能够在诊断之后，立即进入治疗状态，而现有技术对这些问题依然未获得解决；(2)处于盲视环境下治疗，不能够在可视化图像化条件下治疗；(3)个性化治疗条件选择与控制技术比较落后，无人机对话措施。尤其在治疗频率、功率、时间优化选择方面不能根据病情选择最佳的治疗模式，自动化程度也不足；(4)在超声焦域温度不可控的情况下，不能够在线快速知道治疗过程生物体对治疗区域引起生物组织快速反应的信息如温度高低、疼痛的信息、行为信息，尤其是在注射镇痛剂的情况下，这些信息已经不能够通过人的神经系统明确的传递给治疗医生，因而会出现一些不安全的隐患；(5)治疗过程与结果无历史记录，患者不能够在线观察治疗前与治疗后的组织显微形貌；(5)性价比相对低。诸如此类已经不能够满足治疗妇女疾病的实际要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供了一种用于妇科的可视化光声诊治装置，利用基于光学技术的CCDsensor阵列摄像系统，观测与诊断阴道组织，在这种可视化条件下利用超声聚焦系统在生物组织皮下1-10mm处形成38-80℃的温度场，可对妇科疾病进行快速、无创伤、有效、可视化的诊断与治疗、以及治疗过程图像和生物传感系统监测。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括：计算机工作站、可视化观测子系统、超声聚焦治疗子系统、生物疼痛监测子系统，其中：

可视化观测子系统包括：主关节臂、阴道镜、副显示器、图像采集卡、主显示器，阴道镜固定在主关节臂的一端，阴道镜通过图像采集卡与计算机工作站相连，副显示器悬挂在主关节臂中间，副显示器和主显示器均与计算机工作站相连；

超声聚焦治疗子系统，包括：数字化微机控制模块、数字化高频可控电源、微型超声聚焦治疗器、真空供水系统，其中，数字微机控制模块与计算机工作站相连，并受其控制，数字微机控制模块与数字化高频可控电源相连，数字微机控制模块通过控制占空比调节数字化高频可控电源输出给微型超声聚焦治疗器的输出功率、工作时间、工作频率，真空供水系统一端与计算机工作站相连，另一端与微型超声聚焦治疗器相连，真空供水系统由计算机工作站控制；

生物疼痛监测子系统包括：疼痛神经传感器、应变生物传感器、声音传感器、数据采集卡、副关节臂，其中，三个传感器设置在副关节臂上，并通过数据采集卡与计算机工作站相连，三个传感器实时记录和监测人体在超声聚焦治疗条件下的生物信息反馈，包括疼痛信息、声音信息以及与此相关的行为信息。

所述真空供水系统，包括：真空微泵、微小水泵、真空水箱、真空水泵控制模块，微小水泵、真空微泵与真空水泵控制模块相连，真空水泵控制模块与计算机工作站相接，微小水泵、真空微泵的工作时间与工作顺序由计算机工作站通过真空水泵控制模块控制，真空水箱一端与微小水泵相连，另一端与微型超声聚焦治疗器相连。

所述微型超声聚焦治疗器与数字化高频可控电源之间的工作频率形成阻抗匹配，微型超声聚焦治疗器输出功率受数字化高频可控电源控制。

所述微型超声聚焦治疗器中的核心部件是压电超声换能器，压电超声换能器由一种纳米PZT(锆钛酸铅)晶体复合材料制作而成，复合材料的晶粒尺寸50-300nm。

所述压电超声换能器的形状为喇叭状，其表面附有一种100-1000nm的聚对二甲苯生物薄膜材料。

所述压电超声换能器，其工作频率为6MHz-12MHz，输出超声功率为0W-50W，焦距为2mm-10mm，以水作为介质，在封闭真空连接器环境中工作。

所述阴道镜为一种CCDsensor(电荷耦合器件传感器)图像获取阵列光学传感器，CCDsensor的相素是50-180万。

所述副显示器，可以随镜头在三维方向移动，医生在线实时观测阴道表面组织相貌、与主显示器同时提供诊断图像信息与数据，在图象监控下治疗，并能将诊治结果信息存储、打印。

本发明工作时具体如下：

可视化观测子系统在计算机工作站的控制下，实时观测阴道生物组织状态，并将图象传输到计算机工作站，主显示器和副显示器显示图像、存储、提供疾病严重程度与微小区域位置的图像信息；医生根据观测图像信息选择治疗模式与条件，并在主显示器上进行设定，计算机工作站依据设定的工作条件，首先向真空水泵控制模块发出指令，微小水泵、真空微泵开时运转，以保证在微型超声聚焦治疗器内部形成真空水循环环境，计算机工作站自动向数字化微机控制模块发出指令，并控制数字化高频可控电源工作，将疼痛神经传感器、声音传感器、应变生物传感器分别贴附在印堂、人中、脚部相关穴位，采集人体在超声聚焦治疗条件下的生物信息，预测预报治疗部位的超声波与生物组织作用后的疼痛状态以及与此相关的行为信息；按照可视化观测子系统提供的图像信息，将微型超声聚焦治疗器的头部水平紧贴生物组织的病变部位，一旦发出工作指令，微型超声聚焦治疗器中的聚焦超声换能器开始工作，形成一定的三维空间焦域，使微小区域病变组织达到治疗目的，通过人工操作微型超声聚焦治疗器就可以对拟治疗的生物组织进行点线扫面治疗，从而实现对病变组织整体治疗的目标。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)将过去的超声聚焦盲视治疗，改进为可视化治疗，可以根据不同微区域生物组织的病灶信息特征，随时调整治疗头对病灶组织的扫描方案，同时患者也可以在线观测生物组织治疗后的图像，专家会诊、教学可以在图示化环境条件下进行。(2)本发明可以对治疗前后与治疗过程进行在线的诊断与疗效评估，超声聚焦治疗的条件可以通过计算机工作站由医生自主设定，同现有的超声聚焦妇科病治疗技术相比其安全性、可视性、精确性、方便性等方面具有更加明显的优势。将高强度聚焦超声技术用于治疗妇科疾病，其治疗基本原理有两大特点：(1)在可视化条件下由微型聚焦换能器产生的聚焦超声波(8-12MHz)可以直接聚焦于特定深度病变组织，形成45-80℃的温度场及相应的空间焦域，而不损伤表层和相邻组织；(2)在可视化条件下超声聚焦到外阴白色病变的组织部位，能促进血管增生，改善神经末梢营养，使皮肤恢复正常的颜色和弹性。目前这种技术在宫颈炎、宫颈糜烂、盆腔炎、附件炎、病毒湿疣、疱疹、外阴白斑、外阴瘙痒等妇科疾病方面发挥着积极推动作用。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明的外部结构示意图；

图3为本发明中压电超声换能器的治疗原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例中，包括：计算机工作站1、可视化观测子系统、超声聚焦治疗子系统、生物疼痛监测子系统，其中：

可视化观测子系统包括：主关节臂9、阴道镜10、副显示器12、图像采集卡11、主显示器13，阴道镜10固定在主关节臂9的一端，阴道镜10通过图像采集卡11与计算机工作站1相连，副显示器12悬挂在主关节臂9中间，副显示器12和主显示器13均与计算机工作站1相连；

超声聚焦治疗子系统，包括：数字化微机控制模块2、数字化高频可控电源3、微型超声聚焦治疗器6、真空供水系统，其中，数字微机控制模块2与计算机工作站1相连，并受其控制，数字微机控制模块1与数字化高频可控电源3相连，数字微机控制模块2通过控制占空比调节数字化高频可控电源3输出给微型超声聚焦治疗器6的输出功率、工作时间、工作频率，真空供水系统一端与计算机工作站1相连，另一端与微型超声聚焦治疗器6相连，真空供水系统由计算机工作站1控制；

生物疼痛监测子系统包括：疼痛神经传感器14、应变生物传感器15、声音传感器16、数据采集卡17、副关节臂18，其中，三个传感器设置在副关节臂18上，并通过数据采集卡17与计算机工作站1相连，三个传感器实时记录和监测人体在超声聚焦治疗条件下的生物信息反馈，包括疼痛信息、声音信息以及与此相关的行为信息。

所述真空供水系统，包括：真空微泵5、微小水泵7、真空水箱8、真空水泵控制模块4，微小水泵7、真空微泵5与真空水泵控制模块4相连，真空水泵控制模块4与计算机工作站1相接，微小水泵7、真空微泵5的工作时间与工作顺序由计算机工作站1通过真空水泵控制模块4控制，真空水箱8一端与微小水泵7相连，另一端与微型超声聚焦治疗器6相连。

所述微型超声聚焦治疗器6与数字化高频可控电源3之间的工作频率形成最佳阻抗匹配，微型超声聚焦治疗器6输出功率受数字化高频可控电源3控制。

如图3所示，所述微型超声聚焦治疗器6中的核心部件是压电超声换能器24，压电超声换能器由一种纳米PZT(锆钛酸铅)晶体复合材料制作而成，复合材料的晶粒尺寸50-300nm。压电超声换能器25安装在换能器金属支架24中，经用硅橡胶封装，压电超声换能器25在工作时在病变的生物组织22中产生焦域温度场23。

所述压电超声换能器的形状为喇叭状，中间开有小孔，喇叭口直径7-15mm，中间小孔尺寸2-5mm，臂厚0.2-0.3mm。

所述压电超声换能器，其工作频率为6MHz-12MHz，输出超声功率为0W-50W，焦距为2mm-10mm，以水作为介质，在封闭真空连接器环境中工作。

所述压电超声换能器，其表面设有附一层对二甲苯生物薄膜材料，薄膜的厚度为100-300nm。

所述阴道镜为一种CCDsensor(电荷耦合器件传感器)图像获取阵列光学传感器，CCDsensor的相素是50--180万。

所述副显示器，可以随镜头在三维方向移动，医生在线实时观测阴道表面组织相貌、与主显示器同时提供诊断图像信息与数据，在图象监控下治疗，并能将诊治结果信息存储、打印。

所述主关节臂、副关节臂，其长度分别为1000mm和2000mm，可以任意旋转，变化三维旋转角度。

本实施例工作时，工作过程具体如下：

第一、打开电源，计算机工作站1开始工作；

第二、在主显示器13上设定仪器系统工作条件，计算机工作站1按所设指令开始正常运行；

第三，可视化观测子系统在计算机工作站1的控制下，开始实时观测阴道生物组织状态，并将图象传输到计算机工作站1，主显示器13和副显示器12显示图像、存储、提供疾病严重程度与微小区域位置的图像信息；

第四、根据观测图像信息选择治疗模式与条件，并在主显示器13上进行设定，计算机工作站1依据设定的工作条件，首先向真空水泵控制模块4发出指令，微小水泵7、真空微泵5开时运转，以保证在微型超声聚焦治疗器6内部形成真空水循环环境，待该体系稳定工作30-60秒钟后，计算机工作站1自动向数字化微机控制模块2发出指令，并控制数字化高频可控电源3工作，微型聚焦超声治疗器6在数字化高频可控电源3控制下工作数秒钟后，主显示器13上所显示的工作状态参数一旦达到设定值，超声聚焦治疗子系统就处于待命的工作状态；

第五、将疼痛神经传感器14、声音传感器16、应变生物传感器15分别贴附在印堂、人中、脚部相关穴位，生物疼痛监测子系统在计算机工作站1控制下，采集人体在超声聚焦治疗条件下的生物信息，预测预报治疗部位的超声波与生物组织作用后的疼痛状态以及与此相关的行为信息；

第六、按照可视化观测子系统提供的图像信息，将微型超声聚焦治疗器6的头部水平紧贴生物组织的病变部位22，一旦发出工作指令，微型超声聚焦治疗器中的聚焦超声换能器24开始工作，发出工作频率在6-12MHz范围、超声功率在0-10范围可控制的聚焦超声波，即可在皮下深度4mm左右范围，形成一定的三维空间焦域，其温度场可达45-70℃范围，2-15秒可以使微小区域病变组织达到治疗目的，通过人工操作微型超声聚焦治疗器就可以对拟治疗的生物组织进行点线扫面治疗，从而实现对病变组织整体治疗的目标；

第七、治疗过程中与治疗前后生物组织的表面状态发生改变的差异，其生物图像信息由可视化观测子系统实时提供、存储。如果治疗过程中因对正常生物组织产生人损伤，生物疼痛监测子系统会及时向治疗医生提示相关信息，以便随时对治疗条件进行设定；

第八，将副显示器12朝向患者，向患者展现治疗后的生物组织图像。

本实施例的工作频率(6-12MHz)、输出超声功率(0-10瓦)、焦距(2-10mm)在一定范围可调，在皮下深度4-10mm范围，控制精度可以达到±1mm，其温度场可以在45-70℃范围可控，控制精度为2℃。

Claims (8)

1、一种用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征在于，包括：计算机工作站、可视化观测子系统、超声聚焦治疗子系统、生物疼痛监测子系统，其中：

可视化观测子系统包括：主关节臂、阴道镜、副显示器、图像采集卡、主显示器，阴道镜固定在主关节臂的一端，阴道镜通过图像采集卡与计算机工作站相连，副显示器悬挂在主关节臂中间，副显示器和主显示器均与计算机工作站相连；

超声聚焦治疗子系统，包括：数字化微机控制模块、数字化高频可控电源、微型超声聚焦治疗器、真空供水系统，其中，数字微机控制模块与计算机工作站相连，并受其控制，数字微机控制模块与数字化高频可控电源相连，数字微机控制模块通过控制占空比调节数字化高频可控电源输出给微型超声聚焦治疗器的输出功率、工作时间、工作频率，真空供水系统一端与计算机工作站相连，另一端与微型超声聚焦治疗器相连，真空供水系统由计算机工作站控制；

生物疼痛监测子系统包括：疼痛神经传感器、应变生物传感器、声音传感器、数据采集卡、副关节臂，其中，三个传感器设置在副关节臂上，并通过数据采集卡与计算机工作站相连，三个传感器实时记录和监测人体在超声聚焦治疗条件下的生物信息反馈，包括疼痛信息、声音信息以及行为信息。

2、根据权利要求1所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述真空供水系统，包括：真空微泵、微小水泵、真空水箱、真空水泵控制模块，微小水泵、真空微泵与真空水泵控制模块相连，真空水泵控制模块与计算机工作站相接，微小水泵、真空微泵的工作时间与工作顺序由计算机工作站通过真空水泵控制模块控制，真空水箱一端与微小水泵相连，另一端与微型超声聚焦治疗器相连。

3、根据权利要求1所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述微型超声聚焦治疗器与数字化高频可控电源之间的工作频率形成阻抗匹配，微型超声聚焦治疗器输出功率受数字化高频可控电源控制。

4、根据权利要求1所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述微型超声聚焦治疗器中的核心部件是压电超声换能器，压电超声换能器由一种纳米PZT晶体复合材料制作而成。

5、根据权利要求4所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述复合材料，其晶粒尺寸为50-300nm。

6、根据权利要求4所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述压电超声换能器的形状为喇叭状，其表面附有一种100-1000nm的聚对二甲苯生物薄膜材料。

7、根据权利要求4或6所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述压电超声换能器，其工作频率为6MHz-12MHz，输出超声功率为0W-50W，焦距为2mm-10mm，压电超声换能器以水作为介质，在封闭真空连接器环境中工作。

8、根据权利要求1所述的用于妇科的可视化光声诊治装置，其特征是，所述阴道镜为一种CCDsensor图像获取阵列光学传感器，CCDsensor的相素是50--180万。

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