CN105596054A - 一种基于静电场疏通血管栓塞的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于静电场疏通血管栓塞的装置，包括：荷电颗粒，注入血管中且内部带正电粒子和负电粒子；外驱静电场单元，具有N组电极，每组电极内至少具有两个配对电极，各个配对电极中的正、负电极间在通电后形成驱动荷电颗粒穿透血栓的静电场；驱动电路，用于周期性改变各配对电极间的电场方向。本发明通过静电场驱动荷电颗粒撞击来疏通血栓，提高形成初始小通路的成功率，降低介入治疗方法的风险。

Description

一种基于静电场疏通血管栓塞的装置
技术领域
本发明属于物理医疗器械领域，具体涉及一种基于静电场疏通血管栓塞的装置。
背景技术
血管栓塞是血管内血液流动显著或完全被阻塞的一种心血管疾病。血管栓塞是由血管内脂肪、纤维或钙化沉积物沿血管内壁的逐渐沉积所造成的。
血管栓塞的治疗方法包括药物治疗与物理治疗两种方法。药物治疗是通过引起人体内一系列生物化学反应使血栓溶解的一种方法。药物治疗对血管栓塞具有一定的疗效，但其也具有一定的弊端。弊端之一是对于完全的血管栓塞，药物治疗只能使其软化，并不能彻底清除；另一个弊端是药物治疗具有一定的不可控性，因此会有一定的副作用，甚至造成新的医源性疾病。
血管栓塞的物理治疗方法包括基于导管的介入疗法和手术方法。在基于导管的介入疗法中，首先产生穿过血管栓塞的初始小通路，随后利用气囊血管成形术将小通路径向扩张，使其直径扩张至与栓塞前血管的原始直径相等，从而使被栓塞的血管重新通畅。介入治疗中的初始小通路是通过将称为导向线的专用线引入到与栓塞接近的血管中并使其向前穿过栓塞来产生的。然而，导向线在穿过栓塞的过程中极有可能发生偏离，致使其可能穿透血管壁，这是因为整个栓塞的组成是非常不均匀的，所以采用该种方法治疗血管栓塞具有一定的风险。
手术方法是采用外部导管(一端连接栓塞近端的血管，另一端连接栓塞远端的血管)绕过血管栓塞从而使血流重新通畅的方法。虽然手术方法具有满意的治疗效果，但由于其具有一定的侵入性，导致患者需要较长的康复期，所以患者并不希望采取手术的方法来进行治疗。
就目前血管栓塞的治疗方法来看，介入疗法由于创伤小，恢复快较容易为患者所接受，但介入疗法又具有较高的风险。
发明内容
针对现有治疗方法中存在的缺陷，本发明提供了一种基于静电场疏通血管栓塞的装置，从而提高形成初始小通路的成功率，降低介入治疗方法的风险。
本发明的具体技术方案如下：
一种基于静电场疏通血管栓塞的装置，包括信息收集单元、控制单元、荷电颗粒、外驱静电场单元。
所述信息收集单元用于收集栓塞血管、荷电颗粒、N组电极的空间位置等信息，其中栓塞血管的空间位置信息可通过栓塞血管定位成像系统(如X光成像系统、血管造影系统等)、辅助定位框架(在整个治疗过程中一直安装在栓塞血管所在体表外)来获取。
所述荷电颗粒具有椭球形的壳体，在椭球形壳体内经过长轴的水平和竖直平面上分别设有一隔板，同时在壳体内一半充满带正电的粒子，另一半充满带负电的粒子，且所带正、负电荷量相等，带电粒子在外驱静电场的作用下作定向运动，推动隔板，从而带动了荷电颗粒壳体的运动。壳体和隔板都是由绝缘且与人体不产生排异反应的材料制成。为了增强荷电颗粒在旋转时穿透血栓的能力，可在壳体的表面设置增强穿透的凸起，具体优选在壳体长轴和短轴的两端分别设有螺纹。
所述荷电颗粒的外观为椭球形，椭球形的外观既有利于荷电颗粒在血管中的运动，且不会损伤血管壁。本发明中，荷电颗粒内部设置两块隔板，在某些情况下，可允许采用三块或三块以上的隔板。
所述外驱静电场单元是由两个规格相同、安装有N组电极、且用绝缘材料制成的半环柱形构件组成。每组电极均包括A、B、C、D四个电极，即第1组电极包括A1、B1、C1、D1四个电极，第2组电极包括A2、B2、C2、D2四个电极……，依次类推，第N组电极包括AN、BN、CN、DN四个电极。其中A、B电极均匀分布在一个半环柱形构件上，C、D电极均匀分布在另一个半环柱形构件上。在对栓塞血管疏通的过程中，两个半环柱形构件包围在栓塞血管所在体表外且每组电极的A电极正对C电极形成一个配对电极，B电极正对D电极形成另一个配对电极。配对电极间电压可通过一个直流电源提供，电压大小可调，在不永久伤害人体健康的情况下，电压尽可能大，配对电极间可产生足够大的电场强度，使荷电颗粒加速平动和转动。
本发明中，N组电极中的N为≥2的整数，电极的组数由血管位置以及半环柱形构件的长度确定；每组电极的环内至少具有两个配对电极，在某些情况下，可允许采用三个或三个以上的配对电极。为了保证在各组电极间进行切换时，荷电颗粒始终处于通电配对电极所产生的静电场中，所述外驱静电场单元中的N组电极的电极宽度m、以及相邻组电极间的距离d和荷电颗粒的长轴长度l之间应满足的关系。N组电极的电极宽度m和相邻组电极间的距离d应尽可能减小。
所述控制单元的输入端接收信息收集单元收集到的信息(即栓塞血管、荷电颗粒、N组电极的空间位置等信息)，经过计算生成控制信号，输出端与外驱静电场单元相连。
所述控制单元设有驱动电路，通过驱动电路实时确定每一时刻需通电的一组配对电极及其极性，从而控制外驱静电场的方向，使荷电颗粒在外驱静电场作用下加速平动和旋转，反复撞击血栓，达到疏通血管的目的。
本发明的工作原理为：根据信息收集单元收集到的栓塞血管成像图像并结合图像处理技术确定栓塞血管在人体的具体位置，通过注射(必要时可通过微创手术)将荷电颗粒配置到栓塞血管处。控制单元接收信息收集单元收集到的信息(即栓塞血管、荷电颗粒、N组电极的空间位置等信息)，经过计算生成控制信号，通过驱动电路实时确定每一时刻需通电的一组配对电极及其极性，从而控制外驱静电场的方向，使血液中荷电颗粒在外驱静电场作用下加速平动和旋转，反复撞击血栓，达到疏通血管的目的。
上述装置的工作步骤如下：
(1)根据信息收集单元收集到的栓塞血管成像图像并结合图像处理技术确定栓塞血管在人体中的空间位置和走向，通过注射(必要时可通过微创手术)将荷电颗粒配置到栓塞血管处。
(2)将两个半环柱形构件包围在栓塞血管所在体表外合成一个环柱形构件，并且使环柱形构件的轴线方向(N组电极的排列方向)与栓塞血管的方向尽可能一致。
(3)根据荷电颗粒、血管栓塞和N组电极的空间位置等信息，通过控制单元确定离荷电颗粒最近的一组电极(假设为第X组电极)，使第X组电极的电极Ax接通电源的正极且电极Cx接通电源的负极，Bx、Dx不通电，荷电颗粒在电场力的作用下达到平衡状态。
(4)通过对已知极性的配对电极的切换，使荷电颗粒持续受到顺时针(或逆时针)力矩并旋转。若第X组电极按照Ax正Cx负(简称配对电极X1)、Dx正Bx负(简称配对电极X2)、Cx正Ax负(简称配对电极X3)、Bx正Dx负(简称配对电极X4)的顺序循环通电，可在荷电颗粒处产生顺时针旋转电场，荷电颗粒在顺时针旋转电场的作用下绕自身长轴顺时针旋转；若第X组电极按照Ax正Cx负(简称配对电极X1)、Bx正Dx负(简称配对电极X2)、Cx正Ax负(简称配对电极X3)、Dx正Bx负(简称配对电极X4)的顺序循环通电，则在荷电颗粒处产生逆时针的旋转电场，荷电颗粒在逆时针旋转电场的作用下绕自身长轴逆时针旋转。上述四组配对电极Xi(i＝1,2,3,4)具体通电策略如下：假设当前通电的配对电极为Xi，若配对电极Xi断电而配对电极Xi+1(若i+1>4时，Xi+1取X1)通电，荷电颗粒仍受到相同方向的旋转力矩，则让配对电极Xi断电，配对电极Xi+1通电，并执行步骤(5)；否则仍让配对电极Xi保持通电，并执行步骤(5)。
(5)环柱型构件内电极组的切换方向根据所期望的荷电颗粒的运动方向确定。若当前通电的配对电极属第X组电极，在期望荷电颗粒运动方向上离第X组电极最近的一组电极为第X+1组电极，则下一组通电的电极为第X+1组电极；若期望荷电颗粒运动方向上离第X组电极最近的一组电极为第X-1组电极，则下一组通电的电极为第X-1组电极。在电极的切换方向确定后，其具体通电策略如下：假设当前通电的是第X组电极中的配对电极Xi，若第X+1(或X-1)组电极中配对电极(X+1)i[或(X-1)i]通电对荷电颗粒在运动方向上的电场力大于第X组电极中配对电极Xi通电时对荷电颗粒在运动方向上的电场力，则让第X组电极中配对电极Xi断电，第X+1(或X-1)组电极中配对电极(X+1)i[或(X-1)i]通电，即当前通电的配对电极改为(X+1)i[或(X-1)i]，并重复执行步骤(5)；若前者小于后者，则重复执行步骤(4)。
(6)循环执行步骤(4)和步骤(5)，可使荷电粒子持续加速平动和旋转，反复撞击血栓，达到疏通血管的目的。
附图说明
图1为荷电颗粒示意图；
图2为安装有A、B、C、D四个电极的环柱形构件横断面图；
图3为安装有A、B电极的半环柱形构件三维结构示意图；
图4为血管方向与环柱形构件轴线方向平行时的布置示意图；
图5为荷电颗粒在配对电极产生的电场中的受力示意图；
图6为通过配对电极切换使荷电颗粒旋转的示意图；
图7为驱动电路的电极切换流程图。
图中：1-壳体；2-隔板；3-带正电的粒子；4-带负电的粒子；5-电极；6-半环柱形构件；7-栓塞血管；8-栓塞血管所在的人体部位；9-荷电颗粒；10-血管栓塞。
具体实施方式
一种基于静电场疏通血管栓塞的装置，包括信息收集单元、控制单元、荷电颗粒和外驱静电场单元。
如图1所示，本实施例的荷电颗粒具有椭球形的壳体1，在椭球形壳体内经过长轴的水平和竖直平面上分别设有一隔板2，同时在壳体内一半充满带正电的粒子3，另一半充满带负电的粒子4，且所带正、负电荷量相等。壳体1和隔板2都是由绝缘且与人体不产生排异反应的材料制成。为了增强荷电颗粒在旋转时穿透血栓的能力，在壳体长轴和短轴的两端分别设有螺纹。
如图2所示，外驱静电场单元是由两个规格相同的、安装有N组电极5的、且用绝缘材料制成的半环柱形构件6组成。
如图3所示外驱静电场单元中的半环柱形构件6上安装有N组电极5，每组电极包括A、B、C、D四个电极，即第一组电极包括A1、B1、C1、D1四个电极，第二组电极包括A2、B2、C2、D2四个电极……，依次类推，第N组电极包括AN、BN、CN、DN四个电极。其中A、B电极均匀分布在一个半环柱形构件6上，C、D电极均匀分布在另一个半环柱形构件上。在对栓塞血管疏通的过程中，两个半环柱形构件6安装在栓塞血管所在体表外且每组电极的A电极正对C电极形成一组配对电极，B电极正对D电极形成另一组配对电极。配对电极间电压可通过一个直流电源提供，电压大小可调，在不永久伤害人体健康情况下，电压尽可能大，配对电极间可产生足够大的电场强度，使荷电颗粒加速平动和转动。
上述装置的工作步骤如下：
(1)根据信息收集单元收集到的栓塞血管成像图像并结合图像处理技术确定栓塞血管7在人体的具体位置，通过注射(必要时可通过微创手术)将荷电颗粒9配置到栓塞血管7处。
(2)如图4所示，将两个半环柱形构件6包围在栓塞血管所在人体部位8的体表外合成一个环柱形构件，并且使环柱形构件的轴线方向与栓塞血管的方向尽可能一致。
(3)根据荷电颗粒9、血管栓塞10和N组电极5的空间位置等信息，通过控制单元确定离荷电颗粒9最近的一组电极(假设为第X组电极)，使第X组电极的电极Ax接通电源的正极并且电极Cx接通电源的负极，Bx、Dx不通电，荷电颗粒9在电场力的作用下达到平衡状态。如图5所示为荷电颗粒9在配对电极产生的电场中的受力示意图。
(4)通过对已知极性的配对电极的切换，使荷电颗粒9持续受到顺时针(或逆时针)力矩并旋转。如图6所示，若第X组电极按照Ax正Cx负(简称配对电极X1)、Dx正Bx负(简称配对电极X2)、Cx正Ax负(简称配对电极X3)、Bx正Dx负(简称配对电极X4)的顺序循环通电，可在荷电颗粒9处产生顺时针旋转电场，荷电颗粒9在顺时针旋转电场的作用下绕自身长轴顺时针旋转；若第X组电极按照Ax正Cx负(简称配对电极X1)、Bx正Dx负(简称配对电极X2)、Cx正Ax负(简称配对电极X3)、Dx正Bx负(简称配对电极X4)的顺序循环通电，则在荷电颗粒9处产生逆时针的旋转电场，荷电颗粒9在逆时针旋转电场的作用下绕自身长轴逆时针旋转。上述四组配对电极Xi(i＝1,2,3,4)具体通电策略如图7所示：假设当前通电的配对电极为Xi，若配对电极Xi断电而配对电极Xi+1(若i+1>4时，Xi+1取X1)通电，荷电颗粒仍受到相同方向的旋转力矩，则让配对电极Xi断电，配对电极Xi+1通电，并执行步骤(5)；否则仍让配对电极Xi保持通电，并执行步骤(5)。
(5)环柱型构件内电极组的切换方向根据期望荷电颗粒的运动方向确定。若当前通电的配对电极属第X组电极，在期望荷电颗粒运动方向上离第X组电极最近的一组电极为第X+1组电极，则下一组通电的电极为第X+1组电极；若期望荷电颗粒运动方向上离第X组电极最近的一组电极为第X-1组电极，则下一组通电的电极为第X-1组电极。在电极的切换方向确定后，其具体通电策略如图7所示：假设当前通电的是第X组电极中的配对电极Xi，若第X+1(或X-1)组电极中配对电极(X+1)i[或(X-1)i]通电对荷电颗粒在运动方向上的电场力大于第X组电极中配对电极Xi通电时对荷电颗粒在运动方向上的电场力，则让第X组电极中配对电极Xi断电，第X+1(或X-1)组电极中配对电极(X+1)i[或(X-1)i]通电，即当前通电的配对电极改为(X+1)i[或(X-1)i]，并重复执行步骤(5)；若前者小于后者，则重复执行步骤(4)。
(6)循环执行步骤(4)和步骤(5)，可使荷电粒子持续加速平动和旋转，反复撞击血栓，达到疏通血管的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，包括：
荷电颗粒，注入血管中且内部有带正电的粒子和带负电的粒子；
外驱静电场单元，具有N组电极，每组电极内至少具有两个配对电极，各个配对电极中的正、负电极间在通电后形成驱动荷电颗粒穿透血栓的静电场；
驱动电路，用于实时确定每一时刻需通电的一组配对电极及其极性。
2.如权利要求1所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述带正电的粒子和带负电的粒子位于荷电颗粒的壳体内并由隔板隔开，且正电粒子和负电粒子所带正、负电荷量相等。
3.如权利要求1所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述的N组电极沿轴向串列布置，各组电极内的配对电极位于同一环内。
4.如权利要求3所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述N组电极的电极宽度m、相邻组电极间的距离d以及荷电颗粒的长轴长度l之间应满足的关系。
5.如权利要求3所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述外驱静电场单元的电极安装在由绝缘材料制成的半环柱形构件内。
6.如权利要求1所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述荷电颗粒的壳体为椭球形，壳体内的隔板为相互垂直的两块，且两块隔板的相交线位于壳体内长轴上。
7.如权利要求6所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述壳体和隔板均为绝缘材料。
8.如权利要求6所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述壳体的表面具有增强穿透能力的凸起。
9.如权利要求8所述的基于静电场疏通血管栓塞的装置，其特征在于，所述凸起为设置在壳体长轴和短轴两端的螺纹。
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