CN106038038A - 用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及肿瘤热疗设备技术领域，涉及一种用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统。其包括用于贴合人体皮肤的第一袋体和用于与第一袋体配合的第二袋体，第一袋体内设有多个冷却腔，第二袋体内设有多个热交换腔；任一冷却腔内均设有冷却介质，任一热交换腔内均设有热交换介质；任一冷却腔与对应热交换腔间均设有循环管道，任一循环管道内均充满导热介质，任一循环管道处均设有用于使导热介质循环流动的循环泵；任一热交换腔均与一散热池体管道连接，散热池体内填充有热交换介质，散热池体与任一热交换腔间均设有用于使热交换介质在散热池体与对应热交换腔间流动的冷却泵。本发明能够较佳的对肿瘤热疗过程中的患者皮肤温度进行控制。

Description

用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统
技术领域
本发明涉及肿瘤热疗设备技术领域，具体地说，涉及一种用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统。
背景技术
肿瘤热疗主要是利用物理学方法来加热肿瘤组织，使肿瘤组织在41.5～43.5℃之间保持一定的时间而同时又不引起附近正常组织严重的或者永久性的损伤。目前临床上针对如胸腔、腹腔恶性肿瘤采用最普遍最有效的方法就是内生场加热方法，其基本原理是利用人体组织液中存在的大量正负离子和极性分子(Na+，K+，Ca++，-CO2，-HCO2，-CL)，当人体组织处于高频振荡的外加电磁场中时，正负离子和极性分子在体内产生高速分子扭动摩擦产生热量，这些热量被组织吸收，造成组织温度升高。
由于人体组织的不均匀性，人体中组织、脂肪、肌肉、骨骼、肺等各种组织的比热、电导率、介电常数、导热系数、血流量等都不尽相同，因此会造成热疗过程中温度分布不均匀而导致人体局部组织温度过高，发生II度以上的损伤等副反应。特别是皮下脂肪层，由于脂肪比热低，血流量较少以及肌肉-脂肪界面对电磁波的发射作用，使得脂肪很容易被加热但是却很难散热，致使很多患者在热疗后出现皮下脂肪永久性块状结节，对患者后继治疗和生活质量造成很大影响。
目前国内外临床热疗中普遍采用的体表温度监测方法是不分肿瘤位置而固定的选择在热疗过程中对患者的直肠和内耳三个点温度进行监测，如果温度超过45℃，则减小输出功率。该方法的主要缺陷是存在较大的不可靠性和滞后性：①这些点的温度反应的并不是治疗区域附近的体表和皮下脂肪的温度，是通过人体到达热平衡后，由人体的热传导而反应的温度，因此不能直接反映治疗区体表和皮下的真实温度，是一种间接测温方法，温度数据存在严重的不可靠性；②由于直肠和内耳离实际治疗区(胸腔、腹腔)有一定的距离，治疗区热量需要经过人体传导到相应监测点，这需要一定的时间，因此存在一定的滞后性，对预防损伤极为不利。
为防止热疗过程中组织和皮下组织的损伤，现在临床上通常采用冷敷水袋和患者自觉报警法。
采用冷敷水袋方法时，由于水袋容量大概为300CC，在加热场中很容易被加热，需要在治疗过程中多次更换因而冷却效率比较低；另外，热疗医师在更换冷敷水袋过程中受到高频电磁波的辐射，出现职业暴露，不少刚刚接触热疗工作的医务人员会出现疲劳、头痛等神经衰弱、血压偏低和周围血象改变或者异常波动等植物神经紊乱症状。
采用患者自觉报警法时，由于患者对热的耐受性存在个体差异，因此有很多患者在加热尚未达到临床治疗温度时，因为体表灼热而频繁要求降低温度，或者终止治疗；另外，晚期热疗病人自感较差，有些患者同时需要吸氧，容易出现昏睡等情况，临床上发现这些病人治疗结束后往往出现组织红肿、起泡、严重者发生溃疡、继发感染、皮下脂肪结块等反应，但是治疗过程中患者没有报警，因此仅仅依靠患者自觉地预防体系是不可靠的；而且，当患者感觉组织温度较高而报警时，一般采用降低热疗加热功率的办法减少加热极板功率输出以降低体表温度，但是这样同时也降低了肿瘤区的热疗功率，使得有效治疗时间减少，影响疗效。
目前国内外的研究都集中在采用不同的技术手段对肿瘤热疗温度进行测量和修正，而一旦监测系统监测温度异常，缺乏较佳的降温方案。
发明内容
本发明的内容是提供一种用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本发明的用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其包括用于贴合人体皮肤的第一袋体和用于与第一袋体配合的第二袋体，第一袋体内设有多个冷却腔，第二袋体内与所述多个冷却腔一一对应的设有多个热交换腔；任一冷却腔内均设有冷却介质，任一热交换腔内均设有热交换介质；任一冷却腔与对应热交换腔间均设有循环管道，任一循环管道均部分位于相应冷却腔与对应热交换腔内部；任一循环管道内均充满导热介质，任一循环管道处均设有用于使导热介质循环流动的循环泵；任一热交换腔均与一散热池体管道连接，散热池体内填充有热交换介质，散热池体与任一热交换腔间均设有用于使热交换介质在散热池体与对应热交换腔间流动的冷却泵；
任一热交换腔处均设有用于对热交换介质的温度进行检测的温度检测模块，任一冷却泵均通过一继电器控制启、闭；温度检测模块用于将所检测的温度转换为温度信号并发送给一温度处理模块，温度处理模块用于对接收到的温度信号进行处理后发送给一主控模块，主控模块内设有设定温度阈值，主控模块用于在某一温度信号超过设定温度阈值时通过相应继电器控制对应冷却泵的开启。
本发明中，第一袋体能够设于病患部位处，在循环泵的作用下，循环管道内的导热介质能够循环流动，从而使得第一袋体处的热量能够持续性的被导热介质带至第二袋体处，这使得第一袋体能够较佳的被持续性降温。由于循环管道内的导热介质能够始终循环流动，从而使得第二袋体处的温度能够与第一袋体处的温度近似等同，通过对第二袋体处的温度进行测量即可较为及时、准确的获知第一袋体处的温度，从而能够较为准确的获知病患部位处的温度，通过采用温度检测模块对第二袋体处的温度进行检测，当第二袋体处的温度过高时，主控模块能够控制冷却泵运转，从而能够对第二袋体内的高温热交换介质进行替换，从而能够较佳的对第一袋体处的温度进行控制。
本发明中，第一袋体内能够设有多个冷却腔，第二袋体内能够一一对应的设有多个热交换腔，每个相对应的冷却腔与热交换腔间均设有循环管道，且任一循环管道内均设有导热介质，且导热介质能够在一循环泵的作用下循环流动；这种构造使得：一方面，成倍的增加了第一袋体与第二袋体间的热交换效率，从而不仅能够较佳的对第一袋体进行冷却，而且还能够较佳的保证第二袋体处的温度与第一袋体处温度的相近；另一方面，由于病患部位的组织分布不同，因而使得病患部位的局部温度分布也存在较大的差异，通过采用多个冷却腔对病患部位进行冷却，能够有效的降低局部温度差异对整体降温效果造成的影响。
本发明中，任一个冷却腔内均设有冷却介质，病患部位处的热量能够通过冷却介质传递至导热介质处，这使得，第一袋体在降温过程中不会因温度骤降而对患者造成刺激。
本发明能够较佳的克服肿瘤深部热疗中现有测温间接和滞后的问题，能够直接监测加热区域体表和皮下温度，从而及时、准确地预防组织损伤。
本发明能够较佳的克服现在临床上采用的冷敷水袋在加热场中很容易被加热，需要在治疗过程中多次更换冷却效率低下的弊端。
本发明能够较佳的减少患者因热耐受性差异造成的治疗效果难以保证的问题，解决晚期热疗病人因自感较差，昏睡等情况下，出现皮肤红肿、起泡等反应难以预警问题。
本发明能够较佳的解决传统采用降低热疗加热功率的办法减少加热极板功率输出以降低体表温度，降低了肿瘤区的热疗功率，使得有效治疗时间减少，疗效下降的弊端。
本发明能够较佳的避免热疗医师在换取冷敷水袋过程中受到高频电磁波的辐射，出现职业暴露。
作为优选，任一循环管道位于对应冷却腔内的部分均呈S形弯折多道。
本发明中，任一循环管道位于对应冷却腔内的部分能够均呈S形弯折多道，从而能够较佳的增加循环管道与冷却介质间的接触面积，从而能够较佳的增加换热效率。
作为优选，任一循环管道位于对应热交换腔内的部分均呈S形弯折多道。
本发明中，任一循环管道位于对应热交换腔内的部分能够均呈S形弯折多道，从而能够较佳的增加循环管道与热交换介质间的接触面积，从而能够较佳的增加换热效率。
作为优选，温度处理模块处还设有红外热像仪，红外热像仪用于采集第一袋体处的热分布信息，温度处理模块还用于将热分布信息处理后发送至主控模块处；主控模块还与一上位机连接，上位机用于接收主控模块处发送的热分布信息并对主控模块进行控制。
本发明中，红外热像仪的采用，能够较佳的对温度检测模块所采集的温度进行验证，从而能够较佳的确保第一袋体处的可靠降温；上位机的设置，使得使用者(医师)能够较佳的对患者的体表温度状况进行监视，并能够根据热分布信息，实时对每个冷却泵进行手动控制。
作为优选，温度处理模块与主控模块通过RS-485协议进行通讯。
作为优选，主控模块与上位机通过RS-232协议进行通讯。
本发明将生物医学工程的系统论和自动控制理论应用于临床实践，解决现阶段阻碍深部热疗进一步发展的连续温度监测和组织及皮下脂肪过热损伤控制的难题，使临床热疗变得更加可控，变人工干预的损伤预防机制为数字式智能自动干预模式，可以有效降低热疗时过热区域发生II度以上的组织损伤发生概率，提高患者治疗的耐受性，并且对于热敏感性高的肿瘤，提供了进一步提高治疗温度的空间，为增加肿瘤局控率提供了可能。通过本发明的应用不但能够使得更多的患者将受益于热疗，而且临床、护理上可以节省一大笔用于处理患者热疗导致组织损伤的费用，保证患者的后继治疗同时减轻了社会和患者的经济负担。同时，本发明的应用也为肿瘤热疗医务工作者免受长期高频电磁场辐射提供了保护。
目前恶性肿瘤已经成为我国居民正常死亡的首要因素，已经超过心脑血管疾病，恶性肿瘤治疗方法，非手术治疗的综合治疗手段在中晚期肿瘤治疗中已经凸显其价值，其中肿瘤热疗联合放化疗等综合治疗手段已经为国内外肿瘤中心采用并取得良好效果。按照中国卫生统计年鉴2011数据显示，到2010年底我国有三级甲等医院1284家，开展肿瘤科的二级以上医院数量6472家，由于肿瘤热疗相对较外科、放射治疗治疗成本较低，因此肿瘤热疗设备的市场需要非常之大，与之相配套的智能温度控制系统也有较大的市场潜力，按照成本推算本发明的系统价格15万元计算，加上后续的配套软件费用，系统价格估计20万元左右，那么按照一个热疗中心配备一台热疗设备估算，全国肿瘤热疗领域对智能温度控制系统的市场需要大概在128000万元，因此市场潜力巨大。一旦顺利完成医学转化并且投入规模生产，必将对我国肿瘤热疗温度控制专业技术领域产生深远影响，将恶性肿瘤热疗带入实时精确的治疗时代。
附图说明
图1为实施例1中第一袋体与第二袋体的连接示意图；
图2为实施例1中第一袋体、第二袋体和散热池体的连接示意图；
图3为实施例1中的温度监控系统的结构框图；
图4为实施例1中传感器数据采集板的结构框图；
图5为实施例1中主控板的结构框图；
图6为实施例1中主控模块的电路图；
图7为实施例1中主控板处的485通信模块的电路图；
图8为实施例1中主控板处的232通信模块的电路图；
图9为实施例1中继电器控制模块的电路图；
图10为实施例1中温度处理模块的电路图；
图11为实施例1中传感器数据采集板处的485通信模块的电路图；
图12为实施例1中温度检测模块的电路图；
图13为实施例1中红外热像仪调理电路的电路图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
本实施例提供了一种用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其能够较佳的在肿瘤热疗过程中对患者的皮肤温度进行实时监视并能够及时对患者皮肤温度进行降温处理。
如图1所示，其包括用于贴合人体皮肤的第一袋体A和用于与第一袋体A配合的第二袋体B，第一袋体A内设有多个冷却腔，第二袋体B内与所述多个冷却腔一一对应的设有多个热交换腔；本实施例中冷却腔为8个，分别为A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7和A-8；本实施例中热交换腔也为8个，分别对应8个冷却腔为B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7和B-8。
如图2所示，任一冷却腔内均设有冷却介质210，任一热交换腔内均设有热交换介质220；任一冷却腔与对应热交换腔间均设有循环管道230，任一循环管道230均部分位于相应冷却腔与对应热交换腔内部；任一循环管道230内均充满导热介质，任一循环管道230处均设有用于使导热介质循环流动的循环泵231；任一热交换腔均与一散热池体C管道连接，散热池体C内填充有热交换介质220，散热池体C与任一热交换腔间均设有用于使热交换介质220在散热池体C与对应热交换腔间流动的冷却泵240(分别为第一冷却泵至第八冷却泵)。
本实施例中，任一循环管道230位于对应冷却腔内的部分均呈S形弯折多道，任一循环管道230位于对应热交换腔内的部分均呈S形弯折多道。
如图3所示，任一热交换腔处均设有用于对热交换介质220的温度进行检测的温度检测模块(分别为第一温度检测模块至第八温度检测模块)，任一冷却泵240均通过一继电器控制启、闭；温度检测模块用于将所检测的温度转换为温度信号并发送给一温度处理模块，温度处理模块用于对接收到的温度信号进行处理后发送给一主控模块，主控模块内设有设定温度阈值，主控模块用于在某一温度信号超过设定温度阈值时通过相应继电器控制对应冷却泵240的开启。
本实施例中，温度处理模块处还设有红外热像仪，红外热像仪用于采集第一袋体A处的热分布信息，温度处理模块还用于将热分布信息处理后发送至主控模块处；主控模块还与一上位机连接，上位机用于接收主控模块处发送的热分布信息并对主控模块进行控制。
本实施例中，温度处理模块与主控模块通过RS-485协议进行通讯，主控模块与上位机通过RS-232协议进行通讯。
本实施例中，温度检测模块、温度处理模块和红外热像仪的调理电路均集成至传感器数据采集板中，主控模块与相应的通信模块均集成至主控板中，从而便于生产制造。
如图4所示，为传感器数据采集板的结构框图；如图5所示，为主控板的结构框图。传感器数据采集板与主控板通过485通信模块进行通信，传感器数据采集板通过温度检测模块与温度检测元件(本实施例中为热电偶PT)进行连接，传感器数据采集板通过红外热像仪调理电路与红外热像仪的输出端进行连接；主控板与上位机通过232通信模块进行通信，主控板与继电器通过继电器控制模块进行连接，2个JATG电路分别为传感器数据采集板和主控板提供了内部测试接口。
本实施例中的主控模块包括ST公司的STM32F103VBT6，其电路图如图6所示。
本实施例中，主控板处的485通信模块包括TI公司的MAX3485芯片，其电路图如图7所示。
本实施例中，主控板处的232通信模块包括TI公司的MAX3232芯片，其电路图如图8所示。
如图9所示，为本实施例中继电器控制模块的电路图。
本实施例中，温度处理模块包括ST公司的STM32F103C8V6，其电路图如图10所示。
本实施例中，传感器数据采集板处的485通信模块包括TI公司的MAX3485芯片，其电路图如图11所示。
本实施例中，温度检测模块包括热电偶PT和TI公司的MAX6675芯片，其电路图如图12所示。
如图13所示，为本实施例中红外热像仪调理电路的电路图。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其特征在于：包括用于贴合人体皮肤的第一袋体(A)和用于与第一袋体(A)配合的第二袋体(B)，第一袋体(A)内设有多个冷却腔，第二袋体(B)内与所述多个冷却腔一一对应的设有多个热交换腔；任一冷却腔内均设有冷却介质(210)，任一热交换腔内均设有热交换介质(220)；任一冷却腔与对应热交换腔间均设有循环管道(230)，任一循环管道(230)均部分位于相应冷却腔与对应热交换腔内部；任一循环管道(230)内均充满导热介质，任一循环管道(230)处均设有用于使导热介质循环流动的循环泵(231)；任一热交换腔均与一散热池体(C)管道连接，散热池体(C)内填充有热交换介质(220)，散热池体(C)与任一热交换腔间均设有用于使热交换介质(220)在散热池体(C)与对应热交换腔间流动的冷却泵(240)；
任一热交换腔处均设有用于对热交换介质(220)的温度进行检测的温度检测模块，任一冷却泵(240)均通过一继电器控制启、闭；温度检测模块用于将所检测的温度转换为温度信号并发送给一温度处理模块，温度处理模块用于对接收到的温度信号进行处理后发送给一主控模块，主控模块内设有设定温度阈值，主控模块用于在某一温度信号超过设定温度阈值时通过相应继电器控制对应冷却泵(240)的开启。
2.根据权利要求1所述的用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其特征在于：任一循环管道(230)位于对应冷却腔内的部分均呈S形弯折多道。
3.根据权利要求1所述的用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其特征在于：任一循环管道(230)位于对应热交换腔内的部分均呈S形弯折多道。
4.根据权利要求1所述的用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其特征在于：温度处理模块处还设有红外热像仪，红外热像仪用于采集第一袋体(A)处的热分布信息，温度处理模块还用于将热分布信息处理后发送至主控模块处；主控模块还与一上位机连接，上位机用于接收主控模块处发送的热分布信息并对主控模块进行控制。
5.根据权利要求4所述的用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其特征在于：温度处理模块与主控模块通过RS-485协议进行通讯。
6.根据权利要求4所述的用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其特征在于：主控模块与上位机通过RS-232协议进行通讯。
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