CN1079270C - 超声增敏治疗肿瘤的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声增敏治疗肿瘤的装置，由超声波发生器、超声换能器、放射治疗机、多路传感器、信号处理系统等构成，在用放射线治疗肿瘤过程中，利用超声波作为增敏剂，与放射线共同作用，能够提高治疗肿瘤疗效，减少放射线对人体的伤害。

Description

超声增敏治疗肿瘤的装置

本发明涉及一种生物医学工程领域的放射治疗装置，具体地说是一种超声增敏治疗肿瘤的装置。

超声在医学上的应用始于治疗，研究结果证明，超声对人体组织可产生多种生物效应，利用这些生物效应可以达到治疗的目的。但截止目前，国内外对超声的生物效应的研究还都集中在超声的热效应的研究上。国外已有应用热效应原理研制的肿瘤治疗机，如美国生产的SONOTHERM 1000超声治癌系统，就是利用超声的热效应，对肿瘤进行每次一小时，保持温度41℃-45℃，每周两次，每疗程8-10次治疗肿瘤，可大量杀死癌细胞。这种仪器由于只靠超声的热效应进行治疗，它的治疗疗效受到限制，持续保持高温也会对人体正常组织造成伤害。

在肿瘤放射治疗中，放射剂量与治疗效果是一对矛盾。为了杀死肿瘤细胞所用的照射剂量往往对病人的正常细胞和组织损伤较大，有时还会出现严重的局部或全身反应。因此，若能找到一种增敏剂使肿瘤细胞对放射线敏感，在同样的放射剂量下，使用增敏剂后疗效显著增加，或者在同样疗效下，可大大减少放射剂量，这在临床上将有很大应用价值。

本发明的目的是，提供一种超声增敏治疗肿瘤的装置，利用超声作用与放射治疗相结合，减少放疗剂量，降低放射线对人体的伤害，提高肿瘤治疗疗效。

本发明的原理是，生物组织细胞在静止期(Go期)对放射治疗不敏感，一定剂量的超声照射能使肿瘤细胞的周期时相发生变化，加速进入并延长分裂前期(G2期)及分裂期(M期)，从而对放疗敏感，起到增敏作用。可依赖的原则是由于动物肿瘤组织对超声生物效应的敏感性与对放射线的敏感性基本一致。

本发明的特点是，利用超声中对肿瘤细胞的生物效应，使肿瘤细胞对放射线变得敏感，提高放射治疗疗效，减少放射线对人体的伤害，有效地解决了放射剂量与治疗效果之间的矛盾，这是肿瘤治疗中一个全新的治疗方案。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：采用直线加速器或钴60放疗机，与超声增敏治疗肿瘤仪器对肿瘤组织交替或同时进行照射，几个疗程后，通过检查肿瘤的病理变化，确定肿瘤细胞在放疗及超声交替作用下的治疗效果，然后通过改变超声参数及施加时间，确定超声增敏治疗的作用时间及最佳超声频率、功率等超声参数，以达到最佳的治疗效果。

本发明的装置主要由以下几部分组成：

包括超声波发生器1、超声换能器2、耦合器3、放射治疗机4、多路传感器6、信号处理系统7等构成

图1是本发明装置的方框图；

图2是本发明装置超声波发生器1的结构方框图；

图3是本发明装置的压控振荡电路8的原理图；

图4是本发明装置的功率放大与合成电路10的原理图；

图5是本发明装置的超声换能器2的结构示意图；

图6是本发明装置的超声换能器2的聚焦平面声场分布图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1-6，在图1中，超声波发生器1的输出端接到超声换能器2的输入端上，超声换能器2的输出端接到耦合器3的输入端上，耦合器3的输出端和放射治疗机4的输出端及多路传感器6的输入端分别接到人体肿瘤部位5上，多路传感器6的输出端接到信号处理系统7的输入端上。

图1中，超声波发生器1产生高频信号，送到超声换能器2上，通过耦合器3向人体肿瘤部位5辐射超声，耦合器3用于超声换能器与治疗对象之间的声阻抗匹配，放射治疗机4用于照射人体肿瘤部位5，多路传感器6用于检测超声信号，并送至信号处理系统7分析处理。

在本发明中，超声波发生器和超声换能器是至关重要的两部分。由于肿瘤类型及部位都不同，超声波发生器要求能够提供频带宽、功率可调的电信号，它的设计性能直接关系到超声辐射的强度分布及增敏治疗的效果。因此，在下面的图2、图3、图4中对超声波发生器原理作了进一步的说明，而在图5、图6中对超声换能器的结构及声场分布作了说明。

在图2中，控制电路11控制压控振荡电路8产生方波信号，通过功率放大与合成电路10放大并经匹配电路12实现功率分配，再送至超声换能器2，换能器中心频率通过频率自动跟踪电路9送到压控振荡电路8上，功率检测电路13用来显示输出功率及振荡频率。图中关键电路为压控振荡电路8和功率放大与合成电路10，如图3、图4所示。

在图3中，电路ICI产生一固定中心频率的三角波信号，通过电路IC2把信号变换为方波信号，并通过电路IC3、电路IC4产生等幅反相的两路输出V1、V2送到图4中的放大电路T1、T2输入端，WR2和CF是振荡器外接电阻、电容，用于确定振荡器中心频率，R1、R2电阻用于稳定IC2工作点，VF端引自图2的频率自动跟踪电路9的输出端实现频率自动跟踪。

在图4中，放大电路T1、T2作为前端放大器，通过传输线变压器TR1进行功率合成并提供阻抗变换，再经传输线变压器TR2的平衡-不平衡耦合及L1和C4的调谐匹配后，将放大合成的高频电信号送给换能器C5。D1、D2和D3、D4是宽频带齐纳二极管，由C1、R3与C2、R4构成的钳位网络，用于抑制大于电容上电位的逆程电压，CT、R5用于取出换能器两端电流信号Vi，R6、R7用于取出换能器两端电压信号Vu，Vi、Vu分别送到图2中的功率检测电路13及频率自动跟踪电路9，用于功率计算和频率跟踪。

图5是超声换能器2的一个具体实例。采用多探头可变聚焦组合换能器，它可以实现对不同深度肿瘤的大功率辐射治疗。由多个单阵元换能器对称置于半径R的大球壳上，图5.b为换能器组的俯视图，图中只给出了四个单振元换能器的示意结构，在图5.a中，单阵元换能器对称轴线均相交于0′点，这点即为聚焦点，由于单阵元换能器在球壳上可分别方便地调节其倾角θ，聚焦点0′的位置在一定范围内可调，而焦点处的声压是各单阵元共同作用产生的，其幅值为所有振子声压的算术累加，因此，聚焦点声能量大大增加了。图6是这种多探头深聚焦组合换能器在聚焦平面产生的合成声场。横坐标为距离，纵坐标声压取归一化后的值，在聚焦区它是单阵元换能器声能量的算术累加。

实施本发明时，用放疗机与超声增敏装置对肿瘤进行照射，通过对肿瘤大小、病理变化等的检查，可以确定超声增敏治疗的疗程长短及最佳超声频率、功率等超声参数。

本发明研究了超声作用的机理及超声增敏治疗与超声参数、肿瘤类型的关系，本发明的超声增敏治疗肿瘤的装置，临床实验证明，对于减少放疗剂量、降低放射线对人体的伤害，提高肿瘤治疗疗效，有重要的临床应用价值。

Claims (5)

1.一种超声增敏治疗肿瘤的装置，包括超声波发生器[1]，其特征在于：超声波发生器[1]的输出端接到超声换能器[2]的输入端上，超声换能器[2]的输出端接到耦合器[3]的输入端上，耦合器[3]的输出端和放射治疗机[4]的输出端及多路传感器[6]的输入端分别接到人体肿瘤部位[5]上，多路传感器[6]的输出端接到信号处理系统[7]的输入端上。

2.根据权利要求1所述的超声增敏治疗肿瘤的装置，其特征在于：超声波发生器[1]包括一控制电路[11]，控制电路[11]的输出端接到压控振荡电路[8]和功率放大与合成电路[10]的输入端上，压控振荡电路[8]的输出端也接到功率放大与合成电路[10]的输入端上，功率放大与合成电路[10]的输出端接到匹配电路[12]的输入端上，匹配电路[12]的输出端分别接到超声换能器[2]、频率自动跟踪电路[9]和功率检测电路[13]的输入端上，频率自动跟踪电路[9]的输出端接到压控振荡电路[8]的输入端上。

3.根据权利要求2所述的超声增敏治疗肿瘤的装置，其特征在于：所述的压控振荡电路[8]采用电路ICI产生一固定中心频率的三角波信号，通过电路IC2把信号变换为方波信号，并通过电路IC3、电路IC4产生等幅反相的两路输出V1、V2，WR2和CF是振荡器外接电阻、电容，用于确定振荡器中心频率，R1、R2电阻用于稳定IC2工作点，VF端引自频率自动跟踪电路[9]的输出端实现频率自动跟踪。

4.根据权利要求2所述的超声增敏治疗肿瘤的装置，其特征在于：所述的功率放大与合成电路[10]采用放大电路T1、T2作为前端放大器，通过传输线变压器TR1进行功率合成并提供阻抗变换，再经传输线变压器TR2的平衡-不平衡耦合及L1和C4的调谐匹配后，将放大合成的高频电信号送给换能器C5；D1、D2和D3、D4是宽频带齐纳二极管，由C1、R3与C2、R4构成的钳位网络，用于抑制大于电容上电位的逆程电压，CT、R5用于取出换能器两端电流信号Vi，R6、R7用于取出换能器两端电压信号Vu，Vi、Vu分别送到功率检测电路[13]及频率自动跟踪电路[9]，用于功率计算和频率跟踪。

5.根据权利要求1所述的超声增敏治疗肿瘤的装置，其特征在于：所述的超声换能器[2]是由多个单阵元组成的多探头可变聚焦组合换能器，单阵元换能器对称地置于一个半球壳上，它们与半球壳中心的倾角θ可调，每个单阵元换能器的几何中心均相交于一点，即聚焦点。

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