CN105709342B - 一种x射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统及其使用方法，该系统包括图像显示器、主控计算机、X射线发生模块、移动平台控制模块、B超信号采集模块和移动检查床；所述图像显示器与主控计算机连接；所述X射线发生模块通过RS232接口与主控计算机连接；所述移动平台控制模块通过PCI总线与主控计算机连接；所述B超信号采集模块通过USB接口与主控计算机连接。本发明设计合理，结构简单，靶向纳米粒增强造影，能实现对深部肿瘤组织的诊断与治疗相结合使用，并且能有效提高诊断与治疗的准确性和治疗效果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及了一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统及其使用方法。
背景技术
根据国际癌症论坛统计，我国每年新发癌病例约337万人，死亡211万人，全球每年癌症新发病例1400万，死亡约80万人，我国新发病例占全球新发病例22%，死亡人数占26%，男性当中肺癌发病率最高，女性是乳腺癌。面对这样一种形势如何利用高端先进医疗仪器设备对肿瘤患者开展普查活动，对肿瘤患者努力做到早诊断早治疗是当务之急，这是抗击癌症，降低复发率和死亡率的一项重要措施。现有的肿瘤检查包括X射线检查，B超声波检查，放射性核素检查，电子计算机X射线体层摄影（CT）检查及核磁共振检查等。而对肿瘤的治疗方法有化学治疗、中医治疗、免疫治疗、冷冻治疗、加热治疗、激光治疗等。上述的诊断与治疗方法各有优缺点，并且没有可以同时达到对深部肿瘤组织的诊断与治疗相结合的效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供了一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统及其使用方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统，包括图像显示器、主控计算机、X射线发生模块、移动平台控制模块、B超信号采集模块和移动检查床；所述图像显示器与主控计算机连接；所述X射线发生模块通过RS232接口与主控计算机连接；所述移动平台控制模块通过PCI总线与主控计算机连接；所述B超信号采集模块通过USB接口与主控计算机连接。
对本发明的进一步说明，所述X射线发生模块包括依次连接的整流滤波单元、桥式逆变单元、整流倍压单元、取样反馈单元、X射线控制单元和RS232电平转换单元；还包括与整流倍压单元连接的X射线管；所述X射线控制单元还与桥式逆变单元连接；所述RS232电平转换单元通过RS232接口与主控计算机连接。
对本发明的进一步说明，所述移动平台控制模块包括依次连接的运动控制卡、驱动器、伺服电机和位置传感器；所述驱动器包括X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器；所述伺服电机包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；所述X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器分别与X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机连接；所述运动控制卡与主控计算机连接；所述伺服电机分别与位置传感器和移动检查床连接。
对本发明的进一步说明，所述运动控制卡主要由依次连接的PCI接口、FPGA控制器和光电隔离器组成；所述FPGA控制器为FPGA芯片；所述运动控制卡通过PCI总线与主控计算机连接；所述FPGA控制器分别通过光电隔离器与X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器连接。
FPGA控制器通过对位置传感器和伺服电机反馈的状态信号进行处理，然后向主控计算机反馈X、Y和Z方向的理想位置、实际位置及运动装置的报警、行程、减速等状态信息，主控计算机针对反馈的信息处理后发出控制命令或运动参数到FPGA控制器，FPGA控制器根据理想位置和实际位置进行分析后向驱动器发出控制脉冲和方向信号，并控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机运动，使其进行精确控制，使移动检查床达到准确位置。
对本发明的进一步说明，所述B超信号采集模块包括依次连接的B超探头、数字B超采集板和USB控制器；所述USB控制器通过USB接口与主控计算机连接。
对本发明的进一步说明，所述数字B超采集板主要包括依次连接的主控制器、多路发射脉冲放大电路、多路发射/接收电路、前置放大电路、发送/接收开关、放大和时间增益补偿电路以及A/D转换电路；所述A/D转换电路和放大和时间增益补偿电路分别与主控制器连接；所述B超探头分别与主控制器和多路发射/接收电路连接。
工作时，主控计算机通过USB接口向数字B超采集板发送控制命令或信息，主控制器输出信号到多路发射脉冲放大电路，经放大后，连接到多路发射接收电路中的发射电路部分，再经过B超探头向患者发出超声波信号，该超声波信号在患者体内产生强弱不等的回波，B超探头接收到回波信号后，经多路发射/接收电路中的接收电路接收形成微弱的电信号，该信号连接到前置放大电路输入端，由前置放大电路进行放大，发送/接收开关在发送电路输出信号时，是断开状态，只有非发送状态下才能开关才接通，使回波信号进一步连接到放大和时间增益补偿电路，然后经A/D转换后形成数字信号传输到主控制器，经主控制器处理后，形成B超图像，并可以通过USB接口传输到主控计算机上。
一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统的使用方法，包括以下步骤：
（1）上电初始化：打开系统电源，运行主控计算机上的治疗系统管理软件，同时该软件向X射线发生模块、移动平台控制模块和B超信号采集模块发送初始化命令及参数信息，系统各模块处理待机状态，等待接收主控计算机的控制命令；
（2）靶向纳米粒增强造影：通过注射或口服进入人体内，靶向纳米粒会自动跟踪靶向肿瘤组织细胞，并与其表面受体相结合，30～40分钟后，纳米粒将肿瘤组织细胞造影染色成蓝绿色组织，实现对肿瘤部位的造影效果；
（3）B超检查：主控计算机向运动控制卡发出移动指令，运动控制卡接受指令后，给驱动器发出运动脉冲信号，驱动器驱动伺服电机控制移动检查床移动，同时，B超探头实时探测患者体内B超图像，送给数字B超采集板处理后，形成B超图像，然后由USB接口传输到主控计算机，并在图像显示器显示出来，通过观察B超图像确定肿瘤或病变部位；
（4）定位：通过B超图像获得肿瘤或病变部位的参数信息后，运动控制卡通过对位置传感器和伺服电机反馈的状态信号进行处理，使其对伺服电机进行精确控制，从而定位肿瘤或病变部位在人体的位置；
（5）X射线光动力治疗：主控计算机接收移动平台控制模块反馈的肿瘤或病变部位的位置信息，并通过X射线控制单元控制X射线管对准肿瘤或病变部位，产生肿瘤或病变部位所需的足够强度的X射线；
（6）治疗效果评价：治疗后，启动B超信号采集模块，从B超探头探测肿瘤或病变部位治疗后的图像信号，经过数字B超采集板处理后，形成B超图像数据，经USB接口传输到主控计算机，在主控计算机上进一步识别和处理，获得肿瘤或病变部位信息，通过观察肿瘤体积是否缩小或者不再增大，肿瘤数目是否不再增加和其他的生理变化，实现对治疗效果的评估。
所述的靶向纳米粒是一种对肿瘤细胞有靶向作用的小分子多肽为靶向剂的纳米粒，同时携带增氧剂、光敏剂，通过注射或口服等途径进入体内靶向肿瘤病变组织，靶向纳米粒会自动跟踪靶向肿瘤组织细胞，将肿瘤组织细胞染色成蓝绿色组织，实现对肿瘤组织部位的造影效果，当吸收X光能量后被靶向的肿瘤组织细胞会产生光动力反应或光化学反应生成活性很强的单线态氧和或自由基，单纯态氧和多种生物大分子发生氧化反应，并迅速升温到一定温度后将肿瘤组织细胞杀死，而对正常组织细胞无毒副作用和无创损伤。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
本发明设计合理，结构简单，采用纳米粒将肿瘤组织细胞造影染色成蓝绿色组织，实现对肿瘤部位的造影效果，通过采用X射线发生模块产生的X射线激发肿瘤靶向纳米光敏剂产生光动力治疗、B超信号采集模块和图显示器的互相结合使用，提高肿瘤诊断准确率和对治疗前后进行具体分析和判定，进一步的提高治疗效果。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明移动平台控制模块的结构示意图；
图3是本发明数字B超采集板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的结构原理和工作原理做进一步详细说明。
实施例：
如图所示，一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统，包括图像显示器、主控计算机、X射线发生模块、移动平台控制模块、B超信号采集模块和移动检查床；所述图像显示器与主控计算机连接；所述X射线发生模块通过RS232接口与主控计算机连接；所述移动平台控制模块通过PCI总线与主控计算机连接；所述B超信号采集模块通过USB接口与主控计算机连接。
所述X射线发生模块包括依次连接的整流滤波单元、桥式逆变单元、整流倍压单元、取样反馈单元、X射线控制单元和RS232电平转换单元；还包括与整流倍压单元连接的X射线管；所述X射线控制单元还与桥式逆变单元连接；所述RS232电平转换单元通过RS232接口与主控计算机连接。
所述移动平台控制模块包括依次连接的运动控制卡、驱动器、伺服电机和位置传感器；所述驱动器包括X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器；所述伺服电机包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；所述X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器分别与X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机连接；所述运动控制卡与主控计算机连接；所述伺服电机分别与位置传感器和移动检查床连接。
所述运动控制卡主要由依次连接的PCI接口、FPGA控制器和光电隔离器组成；所述FPGA控制器为FPGA芯片；所述运动控制卡通过PCI总线与主控计算机连接；所述FPGA控制器分别通过光电隔离器与X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器连接。
FPGA控制器通过对位置传感器和伺服电机反馈的状态信号进行处理，然后向主控计算机反馈X、Y和Z方向的理想位置、实际位置及运动装置的报警、行程、减速等状态信息，主控计算机针对反馈的信息处理后发出控制命令或运动参数到FPGA控制器，FPGA控制器根据理想位置和实际位置进行分析后向驱动器发出控制脉冲和方向信号，并控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机运动，使其进行精确控制，使移动检查床达到准确位置。
所述B超信号采集模块包括依次连接的B超探头、数字B超采集板和USB控制器；所述USB控制器通过USB接口与主控计算机连接。
所述数字B超采集板主要包括依次连接的主控制器、多路发射脉冲放大电路、多路发射/接收电路、前置放大电路、发送/接收开关、放大和时间增益补偿电路以及A/D转换电路；所述A/D转换电路和放大和时间增益补偿电路分别与主控制器连接；所述B超探头分别与主控制器和多路发射/接收电路连接。
工作时，主控计算机通过USB接口向数字B超采集板发送控制命令或信息，主控制器输出信号到多路发射脉冲放大电路，经放大后，连接到多路发射接收电路中的发射电路部分，再经过B超探头向患者发出超声波信号，该超声波信号在患者体内产生强弱不等的回波，B超探头接收到回波信号后，经多路发射/接收电路中的接收电路接收形成微弱的电信号，该信号连接到前置放大电路输入端，由前置放大电路进行放大，发送/接收开关在发送电路输出信号时，是断开状态，只有非发送状态下才能开关才接通，使回波信号进一步连接到放大和时间增益补偿电路，然后经A/D转换后形成数字信号传输到主控制器，经主控制器处理后，形成B超图像，并可以通过USB接口传输到主控计算机上。
本实施例的使用方法，包括以下步骤：
（1）上电初始化：打开系统电源，运行主控计算机上的治疗系统管理软件，同时该软件向X射线发生模块、移动平台控制模块和B超信号采集模块发送初始化命令及参数信息，系统各模块处理待机状态，等待接收主控计算机的控制命令；
（2）靶向纳米粒增强造影：通过注射或口服进入人体内，靶向纳米粒会自动跟踪靶向肿瘤组织细胞，并与其表面受体相结合，30～40分钟后，纳米粒将肿瘤组织细胞造影染色成蓝绿色组织，实现对肿瘤部位的造影效果；
（3）B超检查：主控计算机向运动控制卡发出移动指令，运动控制卡接受指令后，给驱动器发出运动脉冲信号，驱动器驱动伺服电机控制移动检查床移动，同时，B超探头实时探测患者体内B超图像，送给数字B超采集板处理后，形成B超图像，然后由USB接口传输到主控计算机，并在图像显示器显示出来，通过观察B超图像确定肿瘤或病变部位；
（4）定位：通过B超图像获得肿瘤或病变部位的参数信息后，运动控制卡通过对位置传感器和伺服电机反馈的状态信号进行处理，使其对伺服电机进行精确控制，从而定位肿瘤或病变部位在人体的位置；
（5）X射线光动力治疗：主控计算机接收移动平台控制模块反馈的肿瘤或病变部位的位置信息，并通过X射线控制单元控制X射线管对准肿瘤或病变部位，产生肿瘤或病变部位所需的足够强度的X射线；
（6）治疗效果评价：治疗后，启动B超信号采集模块，从B超探头探测肿瘤或病变部位治疗后的图像信号，经过数字B超采集板处理后，形成B超图像数据，经USB接口传输到主控计算机，在主控计算机上进一步识别和处理，获得肿瘤或病变部位信息，通过观察肿瘤体积是否缩小或者不再增大，肿瘤数目是否不再增加和其他的生理变化，实现对治疗效果的评估。
Claims (1)
1.一种X射线激发光动力诊断与治疗深部肿瘤系统，其特征在于：设置图像显示器、主控计算机、X射线发生模块、移动平台控制模块、B超信号采集模块和移动检查床，图像显示器与主控计算机连接，X射线发生模块通过RS232接口与主控计算机连接，移动平台控制模块通过PCI总线与主控计算机连接，B超信号采集模块通过USB接口与主控计算机连接，
X射线发生模块依次设有连接的整流滤波单元、桥式逆变单元、整流倍压单元、取样反馈单元、X射线控制单元和RS232电平转换单元，还包括与整流倍压单元连接的X射线管，X射线控制单元还与桥式逆变单元连接，RS232电平转换单元通过RS232接口与主控计算机连接，
移动平台控制模块依次设有连接的运动控制卡、驱动器、伺服电机和位置传感器，驱动器包括X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器，伺服电机包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机，X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器分别与X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机连接，运动控制卡与主控计算机连接，伺服电机分别与位置传感器和移动检查床连接；
运动控制卡主要由依次连接的PCI接口、FPGA控制器和光电隔离器组成，FPGA控制器为FPGA芯片，运动控制卡通过PCI总线与主控计算机连接，FPGA控制器分别通过光电隔离器与X轴驱动器、Y轴驱动器和Z轴驱动器连接；
FPGA控制器通过对位置传感器和伺服电机反馈的状态信号进行处理，然后向主控计算机反馈X、Y和Z方向的理想位置、实际位置及运动装置的报警、行程、减速状态信息，主控计算机针对反馈的信息处理后发出控制命令或运动参数到FPGA控制器，FPGA控制器根据理想位置和实际位置进行分析后向驱动器发出控制脉冲和方向信号，并控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机运动，使其进行精确控制，使移动检查床达到准确位置；
B超信号采集模块包括依次连接的B超探头、数字B超采集板和USB控制器，USB控制器通过USB接口与主控计算机连接；
数字B超采集板主要包括依次连接的主控制器、多路发射脉冲放大电路、多路发射/接收电路、前置放大电路、发送/接收开关、放大和时间增益补偿电路以及A/D转换电路，A/D转换电路和放大和时间增益补偿电路分别与主控制器连接，B超探头分别与主控制器和多路发射/接收电路连接；
工作时，主控计算机通过USB接口向数字B超采集板发送控制命令或信息，主控制器输出信号到多路发射脉冲放大电路，经放大后，连接到多路发射接收电路中的发射电路部分，再经过B超探头向患者发出超声波信号，该超声波信号在患者体内产生强弱不等的回波，B超探头接收到回波信号后，经多路发射/接收电路中的接收电路接收形成微弱的电信号，该信号连接到前置放大电路输入端，由前置放大电路进行放大，发送/接收开关在发送电路输出信号时，是断开状态，只有非发送状态下开关才能接通，使回波信号进一步连接到放大和时间增益补偿电路，然后经A/D转换后形成数字信号传输到主控制器，经主控制器处理后，形成B超图像，并可以通过USB接口传输到主控计算机上；
操作步骤为：
（1）上电初始化：打开系统电源，运行主控计算机上的治疗系统管理软件，同时该软件向X射线发生模块、移动平台控制模块和B超信号采集模块发送初始化命令及参数信息，系统各模块处理待机状态，等待接收主控计算机的控制命令；
（2）靶向纳米粒增强造影：通过注射或口服进入人体内，靶向纳米粒会自动跟踪靶向肿瘤组织细胞，并与其表面受体相结合，30～40分钟后，纳米粒将肿瘤组织细胞造影染色成蓝绿色组织，实现对肿瘤部位的造影效果；
（3）B超检查：主控计算机向运动控制卡发出移动指令，运动控制卡接受指令后，给驱动器发出运动脉冲信号，驱动器驱动伺服电机控制移动检查床移动，同时，B超探头实时探测患者体内B超图像，送给数字B超采集板处理后，形成B超图像，然后由USB接口传输到主控计算机，并在图像显示器显示出来，通过观察B超图像确定肿瘤或病变部位；
（4）定位：通过B超图像获得肿瘤或病变部位的参数信息后，运动控制卡通过对位置传感器和伺服电机反馈的状态信号进行处理，使其对伺服电机进行精确控制，从而定位肿瘤或病变部位在人体的位置；
（5）X射线光动力治疗：主控计算机接收移动平台控制模块反馈的肿瘤或病变部位的位置信息，并通过X射线控制单元控制X射线管对准肿瘤或病变部位，产生肿瘤或病变部位所需的足够强度的X射线；
（6）治疗效果评价：治疗后，启动B超信号采集模块，从B超探头探测肿瘤或病变部位治疗后的图像信号，经过数字B超采集板处理后，形成B超图像数据，经USB接口传输到主控计算机，在主控计算机上进一步识别和处理，获得肿瘤或病变部位信息，通过观察肿瘤体积是否缩小或者不再增大，肿瘤数目是否不再增加和其他的生理变化，实现对治疗效果的评估。
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