CN112971977A - 一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，可以在实现实体瘤的微波消融精准治疗的同时对术中疗效进行实时评估。该仪器包括软件控制系统、硬件控制系统、术中监测单元、微波消融单元，该仪器具有2450MHz四通道微波输出，可选择多针组合消融，本仪器可在治疗前预测同功率时间下的消融热场，并在消融过程中反映当前消融情况，能够获取微波消融过程中肿瘤组织的疗效评估参数，实现精准消融疗效评估。本发明对临床肿瘤微波消融精准治疗具有重大价值。

Description

一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器
技术领域
本发明设计一种治疗装置，该装置能够在治疗前查看不同功率时间下消融热场分布，在术中实时监测温度和近红外光学参数等消融参数实时评估组织热损伤程度，实现精准消融的作用。
背景技术
根据调查显示，2018年全球癌症人数超过1800万例，其中中国癌症新发病例超过380万例，占全球癌症新发病例的21％，癌症传统治疗方法包括手术、化疗、放疗等，随着科学技术的发展微波消融治疗以其微创，毒副作用小，疗效明显等优势逐渐在癌症治疗过程中发挥了重要的作用，成为当前肿瘤治疗一种高效快捷的方法。微波消融原理是基于微波的生物热效应，通过影像引导将微波天线插入到肿瘤组织中，天线辐射周围组织内极性分子高速震荡，吸收微波能量产生热量，达到杀死肿瘤细胞的作用。
目前使用的商业微波消融仪存在着几个技术缺陷包括1、缺少有效的术中疗效评估手段，2、缺少精准消融软件，不能实现术前的消融剂量规划3、不能在治疗过程中反馈消融情况，由于这些因素在实际消融过程中经常存在着消融不完全或者消融范围过大的难题，容易导致手术失败需要进行二次消融，另外对于重要器官或血管旁的肿瘤，实现完全消融却能够有效的不危及其他组织是一个重要的问题，如何能够实现有效的控制消融剂量，实现精准消融更是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对目前消融仪存在的几个技术缺陷，提出一种微波消融治疗及评估仪，能够在术前进行消融剂量的规划，在术中多参数实时监测消融情况，并反馈消融信息，实现精准消融。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，包括软件控制系统、硬件控制系统、术中监测单元、微波消融单元；
软件控制系统包括病人信息管理模块、软硬件通信模块、术中监测模块；
硬件控制系统包括控制器、串口通信电路、测温电路、微波源驱动电路、水泵驱动电路；
微波消融单元包括微波消融针、双频微波源、蠕动泵；
术中监测单元包括光源、光谱仪、三点测温针、光纤探头；
病人信息管理模块通过连接本地数据库查询病人信息，并通过软硬件通信模块向硬件控制系统下发控制指令；控制器通过串口通信电路接收软件控制系统下发的控制指令后，控制微波源驱动电路驱动双频微波源，控制水泵驱动电路驱动蠕动泵；双频微波源的发射端口连接微波消融针的后端，微波消融针的前端插入待消融组织，蠕动泵外接消融针的水冷管；
光源提供的入射光信号通过光纤探头进入待消融组织后，被待消融组织反射的光信号进入光谱仪，光谱仪将解析得到的光谱发送至术中监测模块，术中监测模块将接收到的光谱解析为近红外参数；三点测温针的前端插入待消融组织，后端连接测温电路，测温电路将温度信号发送至控制器，控制器接将接收到的温度信号依次经串口通信电路、软硬件通信模块发送至术中监测模块。
进一步：控制器为STM32F103最小系统。
进一步：软件控制系统还包括术前仿真模块，用于在治疗前查看不同时间功率下的消融热场分布。
进一步：病人信息管理模块通过连接本地数据库进行查询、保存、打印病人信息。
进一步：硬件控制系统还包括用于供电的电源电路。
进一步：硬件控制系统还包括警报电路，警报电路在发生故障或消融针温度过高时将报警信号发送给术中监测模块，术中监测模块通过弹窗显示在界面上提醒操作者。
本发明的有益效果如下：
本发明微波消融治疗及评估仪具有更好的稳定性及消融的可控性，针对消融前消融剂量规划，消融过程中实时监测功能能够有效的控制消融范围，能够有效的实现完全消融，防止消融范围过大危及健康组织实现精准消融避免二次消融。
附图说明
图1为本发明的实施例所提供的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器示意图；
图2为本发明的实施例所提供的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器离体猪肝消融示意图；
图3为本发明的实施例所提供的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器软件流程图；
图4为本发明的实施例所提供的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器术前仿真模块流程图；
图5为本发明的实施例所提供的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器测温电路示意图；
图6为本发明的实施例所提供的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器RS485通信电路；
具体实施方式
本发明公开了一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，可以实现实体瘤的微波消融治疗术中实时疗效评估。该仪器包括软件控制系统、硬件控制系统、术中监测单元、微波消融单元，该仪器具有2450MHz四通道微波输出，可选择多针组合消融，本仪器可在治疗前预测同功率时间下的消融热场，并在消融过程中反馈消融情况，能够实现手术过程中的疗效评估，达到精准消融的目标。本发明对临床肿瘤微波消融精准治疗具有重大价值。
本发明一实施例提出了微波消融治疗及评估仪器，通过术前仿真模块实现微波消融前可查看二/三维动态微波热场分布情况，消融过程中可实现同时显示旁开三点测温曲线，监测猪肝近红外参数的实时变化达到多参数同时评估消融，可显示消融过程中治疗时间，便于治疗人员观察消融情况实现精准消融。
结合图1所示，微波消融治疗及评估仪器包括：软件控制系统100、术中监测单元200、微波消融单元300、硬件控制系统400，其中：
软件控制系统100包括：术前仿真模块110、术中监测模块120、病人信息管理模块130和软硬件通信模块140；
术中监测单元200包括HL2000光源210、光纤探头220、FX2000光谱仪230和三点测温针240；
微波消融单元300包括微波消融针310、双频微波源320和蠕动泵330，微波消融针310包括2450微波消融针和915微波消融针两种，双频微波源320包括2450四路通道口；
硬件控制系统400包括STM32F103最小系统440、串口通信电路410、测温电路450、微波源驱动电路430、电源电路450、水泵驱动电路460、警报电路470。
术中监测模块120通过USB接口连接FX2000光谱仪230，接收近红外光谱信号。软硬件通信模块140用于设置消融参数消融时间、功率，查看各硬件当前工作状态等功能。术中监测单元200实时反馈光谱信息，术中监测模块120将光谱信息解析成直观的近红外参数如约化散射系数、血氧饱和度等，并实时反馈温度信息，结合各个参数实现术中的实时监测功能，实现肿瘤精准消融。
结合图2所示，双频微波源320通过微波传输线连接微波消融针310进行微波传输，消融针的水冷接口通过水冷管组合蠕动泵进行针体的水冷循环，防止针杆温度过高烫伤正常组织；微波消融针310前端插入待消融组织内，光纤探头220后端连接HL2000光源210和FX2000光谱仪230，光纤探头220前端插入待消融组织内部需要监测的点，光谱仪230通过USB接口将监测的光谱信息传输至软件控制系统100中的术中监测模块120；三点测温针240前端插入待消融组织内部，后端连接测温电路420如图5，硬件控制系统400将温度信息传输给术中监测模块120。
结合图3所示，打开软件控制系统100，软件初始化后连接硬件控制系统400，进入术前仿真模块110根据肿瘤大小设置合适的消融系统工作参数，导入仿真数据，开始消融，并在消融过程中通过串口通信电路410如图6进行软硬件通信实时显示消融过程中的工作参数温度，硬件工作状态、近红外参数，消融时间到自动关闭微波源，可打印消融患者的消融报告。
结合图4所示，术前仿真模块110具体操作为，进入仿真界面后得知仿真的消融参数，软件根据设置的消融参数导入相应的仿真数据，操作和可以直观的观察到消融热场分布，通过仿真工具对热场进行测量等操作可以得到不同时间功率下准确的仿真热场的大小，退出仿真界面后根据实际肿瘤大小和仿真热场实现精准消融。
消融过程中硬件控制系统400实时监测硬件工作状态，将信息传输给软件控制系统100保证消融过程的安全性。硬件控制系统400中的警报电路470在硬件发生故障或消融针温度过高时将报警信号通过通讯协议发送给上位机(软件控制系统100)，上位机解析出来后通过弹窗显示在界面上提醒操作者。
以上所述为本发明的优选实例而已，并不用于限制发明，对于本技术的领域的普通技术人员来说对本发明在不脱离构思和范围的前提下进行润色和修饰，皆应仍属于本专利涵盖范畴。

Claims (6)

1.一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，其特征在于，包括软件控制系统、硬件控制系统、术中监测单元、微波消融单元；
软件控制系统包括病人信息管理模块、软硬件通信模块、术中监测模块；
硬件控制系统包括控制器、串口通信电路、测温电路、微波源驱动电路、水泵驱动电路；
微波消融单元包括微波消融针、双频微波源、蠕动泵；
术中监测单元包括光源、光谱仪、三点测温针、光纤探头；
病人信息管理模块通过连接本地数据库查询病人信息，并通过软硬件通信模块向硬件控制系统下发控制指令；控制器通过串口通信电路接收软件控制系统下发的控制指令后，控制微波源驱动电路驱动双频微波源，控制水泵驱动电路驱动蠕动泵；双频微波源的发射端口连接微波消融针的后端，微波消融针的前端插入待消融组织，蠕动泵外接消融针的水冷管；
光源提供的入射光信号通过光纤探头进入待消融组织后，被待消融组织反射的光信号进入光谱仪，光谱仪将解析得到的光谱发送至术中监测模块，术中监测模块将接收到的光谱解析为近红外参数；三点测温针的前端插入待消融组织，后端连接测温电路，测温电路将温度信号发送至控制器，控制器将接收到的温度信号依次经串口通信电路、软硬件通信模块发送至术中监测模块。
2.根据权利要求1所述的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，其特征在于：控制器为STM32F103最小系统。
3.根据权利要求1所述的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，其特征在于：软件控制系统还包括术前仿真模块，用于在治疗前查看不同时间功率下的消融热场分布。
4.根据权利要求1所述的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，其特征在于：病人信息管理模块通过连接本地数据库进行查询、保存、打印病人信息。
5.根据权利要求1所述的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，其特征在于：硬件控制系统还包括用于供电的电源电路。
6.根据权利要求1所述的一种肿瘤微波消融精准治疗及评估仪器，其特征在于：硬件控制系统还包括警报电路，警报电路在发生故障或消融针温度过高时将报警信号发送给术中监测模块，术中监测模块通过弹窗显示在界面上提醒操作者。
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