CN104225780B - 一种智能超声诊疗仪及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种智能超声诊疗仪及其应用方法，包括信息采集传输系统、专家知识数据库、处方数据库、数据存储服务器、人机对话系统、超声透药系统以及智能分析转换系统，所述智能分析转换系统分别与其他各系统连接，信息采集传输系统能够采集测量并传输制定超声透药治疗方案所需的相关数据信息，得出并自动生成超声透药治疗方案，执行超声透药治疗，实时测量并传输超声透药时的相关数据信息，循环测量得出最佳超声透药治疗方案。通过整合诊断，治疗两部分功能模块，实现了诊断治疗一体化和智能化，另外实现了治疗过程控制的智能化和精确引导。

Description

一种智能超声诊疗仪及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种医用超声波影像引导超声透药的仪器，具体涉及一种智能超声诊疗仪。

背景技术

超声波用于促进药物的局部透皮吸收和体内物质靶位传递的研究已取得了长足的进展，其技术原理和作用机制已被成功探明,并进入产品开发和应用阶段。自上世纪八十年代初前苏联学者首开超声局部透药技术的研究，并应用于炎症和感染的临床治疗；1996美国麻省理工Langer R.发现证实低频超声波能够提高细胞膜和组织膜的通透性，可以用作促进药物局部透皮的动力。Katherine W.首先提出了超声运载理论，指出超声促透将解决基因给药途径。英国Nikolitsa证实超声致孔可引促进化疗药物从血管向组织的扩散，提高化疗药物的杀瘤作用。美国Bryant J.等观察到超声和阿霉素联合作用使荷瘤大鼠模型的肿瘤增长速度有效减缓。德国Daffertshofer,M.等观察到了经颅超声改变血脑屏障的通透作用并可以促进溶栓药物的溶栓效果。一时间超声靶位透药技术研究和开发展现出诱人的应用前景，研究者们都争先进入这一研究开发领域，并取得了丰富的研究成果。

近年来，作为一类促进药物靶位组织传输和经皮肤体内透入的手段，强力透皮(active transdermal，AT)方法被广泛关注。它是通过 特定物理参数的超声波，改变了皮肤和组织对药物的通透性，对药物分子或粒子施加动能，在超声能量的介导下，促使其透过皮肤进入组织或促进已进入循环内的药物分子向病变组织定向释放或传输，达到药物组织和细胞内的富集和靶位治疗的目的，是一种高效、无痛无创，可避免全身毒副作用的精确药物治疗方法。

CN2460122Y公开了一种超声电导透皮给药装置的治疗头，超声波换能器置于外壳中部，通过导线与超声波发生器相连，其上为耦合绝缘层，再其上为脉冲电极，并通过导线与脉冲发生器相连，脉冲电极与外壳形成贮药仓，实现了超声波和电离子导入促进头皮给药叠加作用，可促使药物分子或粒子迅速进入人体达到治疗的目的。

CN 203539901 U公开了一种超声低中频电导治疗仪，使用者通过触摸屏的操作，可对超声波及低中频的强度、持续时间等参数进行控制，控制器响应触摸屏的触摸信号，对超声波控制电路和低中频控制电路进行控制，从而使超声波发生器和低中频发生器通过治疗头输出使用者所需的强度及时间，对使用者进行有效治疗。

超声诊断技术是现代三大医学影像诊断技术之一，它是利用超声波的声学特性，检测和显示人体组织和器官的结构和功能状态来诊断疾病的方法和技术，当前临床应用的B超、彩超检查等都属于超声诊断技术。由于人体各种组织有声学的特性差异，超声波在人体内传播时可以在两种不同组织界面处产生反射、折射、散射、绕射、衰减以及多普勒频移等物理变化。通过接收这些反射、散射信号，形成图像显示各种组织及其病变的形态、方位等信息，结合病理学、临床医 学，观察、分析、总结不同的反射规律，而对病变部位、性质和功能障碍程度作出诊断，还可对各种局部靶位治疗提供超声图像数据的引导。

除诊断之外，B超还常被用于穿刺和手术治疗的定位，近年来还被用于微创穿刺介入治疗过程中的可视化影像引导，使治疗更加准确、安全、高效。《医学信息(中旬刊)》2010年第10期，“彩超引导下穿刺硬化治疗腹腔脏器囊肿体会”彩超引导下经皮穿刺治疗肝、肾、卵巢囊肿的应用价值进行了研究，研究结果显示，彩超引导下无水酒精硬化治疗肝、肾、卵巢囊肿,准确性高,痛苦轻,创伤小,疗效显著,费用低,是目前该类疾病首选和最佳的治疗方法；《中国现代医学杂志》2013年第19期，“B超引导下穿刺置管引流术治疗肝脓肿临床观察”对在超声引导下穿刺置管引流术对肝脓肿治疗的疗效进行了研究和分析，方法回顾性分析30例肝脓肿病人通过进行B超引导下行肝脓肿穿刺置管引流治疗的临床资料。结果该组30例病人共进行36次穿刺置管引流术,治疗效果满意，结论B超引导下肝脓肿穿刺置管引流术具有简便、安全、并发症低的优点,可用于治疗大多数肝脓肿。

201010181254.X公开了一种双定位体外碎石机，具体涉及一种解除人体内结石的双定位机器，通过B超检测系统、X光检测系统和冲击波源，利用全机械机构在一个病灶上实现B超检测和X光检测，可进行全方位移动，能够提高检测效率及冲击结石的精确度，操作时通过电动缸A来调整活动架A的上下距离，实现了B超探头 和X光线机的上下位置调整，当上下位置确定后，再利用电动缸B来调整活动架B的前后距离，实现了B超探头和X光线机的前后位置调整，当前后位置确定后，再利用电动缸C调整活动架C的左右距离，实现了B超探头和X光线机的左右位置调整，上述三方式的调整可以依次调整，也可以仅调整其中的一或二项；C形臂运动机构还可以结合三维运动装置再进行小范围内B超头位置调整当X光线机4查出病灶时，X光线影像系统5接收后将病灶显像于X光线监视器此时驱动三维运动装置使焦点与影像重合，病灶影像定位于监视器的十字线标记后，弧形摆臂在电动缸D的作用下摆动，运动到一定的斜度后，再次重复以上的动作，即可进入治疗；利用冲击波源运动机构带动冲击波源，使其焦点到病灶位置即可进行治疗，使用B超检测时，由三维运动装置9驱动冲击波源运动装置8，并结合C形臂运动机构使B超头1贴住人体，寻找到病灶，B超头将影像传导到监视器2,根据所寻找到的病灶在监视器2的位置，利用冲击波源运动机构带动冲击波源，使其焦点到病灶位置即可进行治疗。

CN 202355446 U公开了一种压电聚焦式超声波碎石装置，采用高强度聚焦式超声探头作为碎石超声波源，同时，为避免碎石过程中热效应的产生，采用具有一定占空比的正弦波填充脉冲信号，不会使得治疗区域产生明显的温升；通过将超声波能量聚焦到焦点处产生空化作用，将结石粉碎，根据压电聚焦式超声探头7的工作频率，控制计算机1控制信号源产生具有一定占空比的正弦填充脉冲波，正弦波的频率与压电聚焦式超声探头7的工作频率相同，填充波的波数 一般在数十至数百个，脉冲重复周期须大于信号作用的时间。信号经过高频功率放大器2进行放大输出，经过阻抗匹配网络3后加载到压电聚焦式超声探头7，驱动其向介质中辐射声波，声波在压电聚焦式超声探头7的声学焦点上汇聚。控制计算机1通过步进电机控制接口可分别控制XYZ三个步进电机，将结石仿真模型9移动到压电聚焦式超声探头7的焦点附近，利用B超机对回波图像进行观察将结石仿真模型9准确定位到压电聚焦式超声探头7的声学焦点上。定位完成后，增加信号源的信号幅度和高频功率放大器2的输出增益，使得在压电聚焦式超声探头7的焦点处产生空化，可由B超回波图像上观察到，持续作用一段时间，可以看到空化在结石仿真模型9表面产生明显的磨蚀，磨蚀过程中产生很细微的结石粉末，可形成直径约3～4mm的蚀坑。

CN102920429A公开了一种乳腺病诊疗一体化装置，通过一预存有患者资料信息的并设有智能判读专家系统的主机控制系统，与超声影像子系统、红外热像子系统及超声电导治疗子系统配合进行靶点药透治疗，红外热像子系统检测的热图、超声影像子系统检测的超声图、乳腺病专家触诊的结果信息均保存于主机控制系统内，智能判读专家系统根据患者的资料信息、热图、超声图及触诊的结果信息，结合预存的乳腺病图像特征知识库，给予合理的诊疗方案。但是此发明并没有具体说明转换和智能判读的过程，并且仅通过图像信息的采集和判读只能对疾病状态进行有限的定性判断，并不能够全面的提供定量数据支撑定量分析诊断和治疗方案及治疗参数的制定，无法实现智能化 病情判读、治疗方案制定和治疗参数转换的关键诊疗过程，另外预存的患者非动态、非即时信息无法进行实时更新和录入，其利用价值有限。此发明只注重一体化而没有注重智能化，其实际意义值得商榷。

综上，现有的B超以及彩超已经具有人工影像数据采集和储存的功能，可以帮助手术医生进行治疗定位和操作方向的引导。但这一过程还需要专业B超医生对数据和图像进行人工脑力分析和处理后作出相应的判断，然后将检测结果报告给治疗医生；治疗医生再经分析判断，将检测结果转化为治疗操作的控制程序和实施参数，再进一步指导治疗医生进行实施。可以看出，用B超引导治疗需要经过数据和图像采集、脑力分析和判断、检测结果报告、再分析判断、控制程序和实施参数、指导实施的复杂脑力过程，并且必须由经验丰富的高级专业医生来现场实施。即使这样，人工操作过程中的偏差和失误也在所难免。由于存在门栏高、效率低、风险大、成本高，使得这一技术难于广泛采用。

超声透药治疗是典型的靶位精确治疗，特别是一些特殊疾病的治疗如肿瘤的靶位化疗、血栓的药物消融，需要事先对治疗的部位进行精确的定位，还要对病变组织的多方面信息进行了解和掌握，再由医生分析判断后做出治疗方案和设定治疗参数，由护士实施。不然的话靶点定位和方向不准确，参数不符合实际需求就会导致无效，甚至损伤。一系列经验性的人工操作，难以避免判断的偏差和失误，严重影响了这项技术在一些重大疾病治疗的开展。因此，设计智能化的，集数据传输、分析判断、制定治疗程序和参数设定为一体的诊疗系统， 实现治疗过程控制的智能化和精确引导，就显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有超声影像引导功能的超声透药装置以及应用该装置的方法。

本发明的技术方案是：一种智能超声诊疗仪，包括信息采集传输系统、专家知识数据库、处方数据库、数据存储服务器、人机对话系统、超声透药系统以及智能分析转换系统，智能分析转换系统分别与其他各系统连接，其中，

信息采集传输系统用于采集所述超声透药系统治疗所需病变局部的相关数据信息，并传送给智能分析转换系统，实现各系统之间相关数据信息的交互；

专家知识数据库用于储存与多种疾病数据信息对应的专家诊断方案；

处方数据库用于储存对应诊断方案的治疗方案；

数据存储服务器用于储存所述信息采集传输系统采集并传输和人工录入的疾病数据信息，以及人工设定的治疗参数和患者病史信息；

人机对话系统用于对患者病史信息进行人工录入和设定治疗参数，显示人工录入和自动生成的病变数据表单、治疗方案、治疗参数及相关数据信息；

超声透药系统用于产生输出超声波实施超声透药治疗；

智能分析转换系统能够将相关数据信息自动生成超声透药诊断 和治疗方案，且将治疗方案智能的转换成超声透药治疗参数，控制所述超声透药系统实施超声透药治疗。

信息采集传输系统采集的相关数据信息，包括但不仅限于病变组织的方位、距离体表的尺寸、病变的纵横径尺寸、病变的体积、病变组织密度、病变组织的血流状况。

信息采集传输系统是B型超声波诊断系统。

人机对话系统包括输入及显示模块。

智能分析转换系统包括：疾病诊断/治疗方案自动生成单元、分析处理单元和超声透药治疗参数智能转换单元，其中，

疾病诊断/治疗方案自动生成单元用于自动生成协议形式的诊断和对应的超声透药治疗方案；

分析处理单元用于接收信息采集传输系统采集并传输和人工录入的疾病数据信息，并对信息进行分析、运算；

超声透药治疗参数智能转换单元用于自动生成协议形式的超声透药治疗参数，将治疗方案智能的转换成超声透药治疗参数。

专家知识数据库、处方数据库、数据存储服务器、人机对话系统可整合进智能分析转换系统中，与智能分析转换系统一体化。

应用该设备的方法，包括以下步骤：

(1)采集测量并传输制定超声透药治疗方案所需的相关数据信息：信息采集传输系统在超声透药之前测量患者的相关数据信息，并将测得的数值上传到智能分析转换系统，同时人工录入上传疾病的其他相关信息；

(2)得出并自动生成超声透药治疗方案：智能分析转换系统根据接收到的患者相关数据信息，分析处理并得出诊断，并自动生成超声透药治疗方案；

(3)执行超声透药治疗：智能分析转换系统将超声透药治疗方案自动转换成治疗参数，并通过超声透药系统执行超声透药治疗；

(4)测量并传输超声透药时的相关数据信息：超声透药系统执行超声透药治疗时，信息采集传输系统实时测量并传输超声透药治疗时的相关数据信息；

(5)循环测量得出最佳超声透药治疗方案：循环步骤(2)～(4)，智能分析转换系统根据超声透药治疗过程中相关数据信息的变化，实时修正超声透药治疗参数，得出适合患者的最佳超声透药治疗；

其中，步骤(3)还包括智能分析转换系统将超声透药治疗方案转换为视频信号，通过人机对话系统显示出来。

本发明通过整合诊断，治疗两部分功能模块，实现了诊断治疗一体化和智能化，另外实现了治疗过程控制的智能化和精确引导。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是智能超声诊疗仪的示意图；

图2是智能分析转换系统执行步骤的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述。

一种智能超声诊疗仪，包括信息采集传输系统、专家知识数据库、 处方数据库、数据存储服务器、人机对话系统、超声透药系统以及智能分析转换系统，智能分析转换系统分别与其他各系统连接。其中，信息采集传输系统是B型超声波诊断系统，用于采集所述超声透药系统治疗所需病变局部的相关数据信息，并传送给智能分析转换系统，实现各系统之间相关数据信息的交互；专家知识数据库用于储存与多种疾病数据信息对应的专家诊断方案；处方数据库用于储存对应诊断方案的治疗方案；超声透药系统用于产生输出超声波实施超声透药治疗；数据存储服务器用于储存所述信息采集传输系统采集并传输和人工录入的疾病数据信息，以及人工设定的治疗参数和患者病史信息；智能分析转换系统用于接收、分析、处理、存储所述相关数据信息，并将相关数据信息自动生成治疗方案，控制所述超声透药系统将治疗方案智能的转换成超声透药治疗参数。信息采集传输系统采集的相关数据信息，包括但不仅限于病变组织的方位、距离体表的尺寸、病变的纵横径尺寸、病变的体积、病变组织密度、病变组织的血流状况。

超声透药系统是一种产生输出超声波，能对患者实施透药治疗的装置。超声药物透入治疗技术是已被临床普遍采用的专业治疗方法。它采用一定频率的超声波改变了皮肤和器官的组织膜的通透性，并通过辐射压和对流转运作用，将接触剂中的药物成分经过皮肤或黏膜透入机体，起到局部靶位治疗的效果，可替代或部分替代药物的口服和注射。作为一种高效、安全、便捷、价廉的药物治疗方法，已被许多医生所掌握用于众多急慢性疾病的治疗，并发挥了突出的优势。

本发明通过将B型超声波诊断与超声透药系统有机的结合，其中B超完成诊断信息的采集、传输、显示和存储、用户界面显示等工作；数据存储系统接收到信息采集传输系统采集并传输的疾病数据信息后传输给智能分析转换系统，智能分析转换系统对这些信息和人工录入的疾病数据信息一并进行分析、运算、储存并调用专家知识服务器内的相关信息，自动生成协议形式的诊断和对应的超声透药治疗方案，并控制所述超声透药系统将治疗方案智能的转换成超声透药治疗参数，还要对设定后的治疗参数，以及人工录入的患者病史信息进行储存。

人机对话系统包括输入及显示模块，能够对患者病史信息进行人工录入，显示人工录入和自动生成的病变数据表单、治疗方案、治疗参数及相关数据信息。

由智能分析转换系统中内置的专家数据库软件根据具体疾病信息和疾病状况作出诊断而自动生成相应的治疗方案，通过通讯端口发送给超声透药系统，并转换成对应的治疗参数，执行相应的透药治疗操作。

超声透药系统在执行智能分析转换系统的操作命令，进行有针对性的治疗过程中，会发送状态信息给B超主机软件，并通过显示屏显示信息，供仪器使用者实时观察治疗情况。

实施例

应用本发明对腹腔实体肿瘤进行治疗时，责任医生将通过B超或彩超对患者进行人工探查检测，采集患者的肿瘤相关数据信息，确定并记录肿瘤组织的方位、距离体表的尺寸、病变的纵横径尺寸、病变的体积、病变组织密度、病变组织的血流状况、病变与毗邻组织的关系等信息，发送给智能分析转换系统。智能分析转换系统接收上述信息后，将责任医生通过人机对话系统人工录入的患者其他相关信息如病程、年龄、体重营养状况、疾病分期等进行综合分析得出功能评分，并整理分析成表单，具体实例如下表所示：

诊断完成后，经责任医生确认，智能分析转换系统智能化地给出的患者关节炎症的治疗方案，主要是指该应用超声透药系统进行本疗程肿瘤治疗的协定方案，其内容主要包括药物处方、透药速率、治疗次数、治疗周期和疗程等，然后再翻译成治疗设备上的相应物理性能参数设定方案如：超声调制频率、峰值声强、有效功率、调制波形、作用时间等，直接实施超声透药治疗。

本发明的超声透药系统，可以是一种中频调制低频的超声透药系统。

超声透药治疗系统是应用超声药物透入治疗技术，通过超声透药装置产生输出超声波对患者实施透药治疗的。超声药物透入治疗技术是已被临床普遍采用的专业治疗方法。它采用一定频率的超声波改变了皮肤和器官的组织膜的通透性，并通过辐射压和对流转运作用，将接触剂中的药物成分经过皮肤或黏膜透入机体，起到局部靶位治疗的效果，可替代或部分替代药物的口服和注射。作为一种高效、安全、便捷、价廉的药物治疗方法，已被许多医生所掌握用于众多急慢性疾病的治疗，并发挥了突出的优势。

该超声透药系统，包括电源模块、信号发生模块、控制模块、数字开关模块、功率放大模块、输出模块和人机交互模块。其中，所述数字开关模块包括通断时间调制单元和波幅调制单元，所述输出模块包括匹配电路和超声换能器。电源模块将市电通过变压整流稳压后提供给信号发生模块和控制模块及其周围电路。信号发生模块产生中频信号，并在通断时间调制单元、波幅调制单元控制下将中频信号调制成低频斩波。波幅调制单元调控低频斩波信号的波幅和波形。控制模块分别连接并控制数字开关模块和人机交互模块获得工作要求，并根据要求向所述数字开关模块的通断时间调制单元和波幅调制单元，分别发出调制指令。功率放大模块将调制后的低频斩波信号放大并发送给输出模块，输出模块接受经放大后的低频斩波信号，经所述匹配电路处理输入超声换能器，通过超声换能器将电信号转换为超声波机械信号向外辐射，该系统将中频信号调制成低频超声驱动信号，用中频震源代替低频震源，产生用于药物促渗的调制低频超声波做为定位治 疗的能量源。

本发明操作简单、应用安全，能够依据采集的患者的相关数据信息以及根据录入的患者病情的信息进行诊断，确定处方、治疗部位、范围、深度和速度等治疗要素；再翻译成治疗设备上的相应物理性能参数设定方案直接实施治疗。本发明整合诊断，治疗两个功能模块，患者只需要在一个地点和科室，便可完成诊断和治疗的一条龙服务。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种智能超声诊疗仪，包括用于产生输出超声波实施超声透药治疗的超声透药系统、数据存储服务器，其特征在于：还包括信息采集传输系统、专家知识数据库、处方数据库、人机对话系统以及智能分析转换系统，所述智能分析转换系统分别与超声透药系统、数据存储服务器、信息采集传输系统、专家知识数据库、处方数据库、人机对话系统连接，其中，

所述信息采集传输系统是B型超声波诊断系统，用于在超声透药之前测量包括但不仅限于肿瘤组织的方位、病变组织距离体表的尺寸、病变的纵横径尺寸、病变的体积、病变组织密度、病变组织的血流状况的患者相关数据信息，在执行超声透药治疗时实时测量超声透药治疗时的相关数据信息，并传送给智能分析转换系统，实现超声透药系统、数据存储服务器、信息采集传输系统、专家知识数据库、处方数据库、人机对话系统和智能分析转换系统之间相关数据信息的交互；

所述专家知识数据库，用于储存与多种疾病数据信息对应的专家诊断方案；处方数据库用于储存对应诊断方案的治疗方案；

所述数据存储服务器用于储存所述信息采集传输系统采集并传输和人工录入的疾病数据信息，以及人工设定的治疗参数和患者病史信息；

所述人机对话系统包括输入及显示模块，用于对患者病史信息进行人工录入和设定治疗参数，显示人工录入和自动生成的病变数据表单、治疗方案、治疗参数及相关数据信息；

所述智能分析转换系统用于控制所述超声透药系统实施超声透药治疗，并根据超声透药治疗过程中相关数据信息的变化，实时修正超声透药治疗参数，所述智能分析转换系统包括：疾病诊断/治疗方案自动生成单元、分析处理单元和超声透药治疗参数智能转换单元，其中，所述疾病诊断/治疗方案自动生成单元，用于自动生成协议形式的诊断和对应的超声透药治疗方案；所述分析处理单元，用于接收信息采集传输系统采集并传输和人工录入的疾病数据信息，并对信息进行分析、运算；所述超声透药治疗参数智能转换单元用于自动生成协议形式的超声透药治疗参数，将治疗方案智能地转换成包括超声调制频率、峰值声强、有效功率、调制波形、作用时间的超声透药治疗参数。

2.根据权利要求1所述超声诊疗仪，其特征在于：所述专家知识数据库、所述处方数据库、所述数据存储服务器、所述人机对话系统可整合进智能分析转换系统中，与智能分析转换系统一体化。