CN115501491A - 一种无创血管再狭窄防治系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无创血管再狭窄防治系统,属于生物医学工程领域。所述系统包括控制采集单元、变频射频信号发生器、聚焦射频天线阵列和无线治疗单元。所述的系统控制采集单元控制变频射频信号发生器发出的特定频率的射频信号，传输到聚焦射频天线阵列，将射频信号转化成高频电磁波发射出去，并且将电磁波能量聚焦到无线治疗单元，无线治疗单元接收电磁波后，将其转化成治疗的射频信号传输到治疗单元的治疗电极上，对外周血管狭窄区域进行消融治疗。本发明能够实现在动脉粥样硬化斑块的无线治疗与治疗后的再狭窄抑制，可以大大减轻患者的疼痛和医疗负担。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程领域，尤其涉及一种无创血管再狭窄防治系统。
背景技术
随着人口老龄化和饮食结构改变，动脉粥样硬化(Atherosclerosis，AS)所致动脉狭窄或闭塞性疾病(心、脑、内脏及外周血管)已成为人类死亡的首要原因。目前，经皮经腔血管球囊成形术(Percutaneous Transluminal Angioplasty,PTA)和血管内支架置入术已成为治疗血管狭窄的主要手段。与传统外科手术治疗相比，介入方法开通血管狭窄具有创伤性小、技术成功率较高、住院时间短、并发症少、疗效优良、可重复应用及不影响其他治疗方法等优点，因而具有广阔的应用前景。
但是临床数据表明，治疗之后血管会出现再狭窄，并且发生率很高。在普通血管成形术后6个月即会发生再狭窄，再狭窄的发生率高达30～50％，植入金属裸支架在12个月后，再狭窄率为20～30％，特别是对于人体下肢股腘动脉，接受球囊成形术和金属裸支架植入术的患者，术后一年再狭窄率高达40％～60％。对于再狭窄的血管，临床上，需要重复用器械侵入体内进行治疗，给患者带来身体上的疼痛和经济负担。因此，如何防治血管腔内治疗术后再狭窄是临床亟待解决的难题。
再狭窄的主要原因是球囊或者支架的扩张会对动脉壁造成机械刺激，损伤血管内皮细胞、引发一系列炎症反应，大量平滑肌细胞迁移、增殖，导致内膜增厚、平滑肌细胞侵入血管内腔，因此，临床上主要是通过控制平滑肌细胞的增殖，来实现控制再狭窄的目的。
目前，为了防止支架内再狭窄，常常采用药物洗脱支架和药物洗脱球囊。药物洗脱支架通过在血管内洗脱释放雷帕霉素、紫杉醇等抗增殖药物来抑制血管平滑肌细胞的增殖，已被证实对抑制再狭窄有效。然而抗增殖药物同时对平滑肌细胞和内皮细胞产生作用，虽然在短期内有效抑制了内膜的增生,但因为药物的长期的洗脱释放，推迟了血管再内皮化，需要延长双联抗血小板治疗时间，增加了血栓形成的机率。而药物洗脱球囊对于原发的冠状动脉粥样硬化治疗结果仍存在争议，目前并不支持大规模临床使用。
已有研究表明：热物理治疗可以消融斑块，实现减容，融合中膜和内膜，避免血管撕裂，还可以选择性的抑制平滑肌细胞的增值。但是无论是基于激光球囊还是射频球囊的热物理治疗方法，都需要通过球囊以有创的方式进入体内，并且是一次性治疗，如球囊成形术后的出现血管再狭窄，仍需重复侵入体内，给患者带来身体上的疼痛和经济压力。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种无创血管再狭窄防治系统，通过接收聚焦射频发射天线阵列发出的电磁波，将其转化成射频电流并通过LC谐振电路选频后，转化成射频消融电流，传输到消融电极，使其对斑块组织进行加热治疗，能够实现在动脉粥样硬化斑块无线治疗与治疗后的再狭窄抑制，可以大大减轻患者的疼痛和医疗负担。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种无创血管再狭窄防治系统，所述系统包括控制采集单元、变频射频信号发生器、聚焦射频天线阵列和无线治疗单元；
所述控制采集单元，用于实时精准控制所述变频射频信号发生器发出特定频率和功率的射频信号，并控制所述聚焦射频天线阵列的工作状态，同时实时采集治疗信息；
所述变频射频信号发生器，用于发出不同频率的射频信号，并将所述射频信号传输到所述聚焦射频天线阵列，其工作频率由所述控制采集单元控制；
所述聚焦射频天线阵列，用于将高频射频信号转化成高频电磁波信号，将所述高频电磁波信号无线聚焦到所述无线治疗单元；
所述无线治疗单元，用于接收所述高频电磁波信号，并将接收到的所述高频电磁波信号转化成热能用于血管狭窄区域的治疗。
优选地，所述控制采集单元包括主控制模块与数据采集模块，所述数据采集模块实时采集治疗过程中的参数，反馈到所述主控制模块，用于实时控制射频能量与调整无线发射天线的方向，使其能量精准聚焦到所述无线治疗单元。
优选地，所述的变频射频发生器包括基频驱动电路，射频放大电路，阻抗匹配电路，功率调节器，检波采集电路；所述基频驱动电路对基频信号初级放大后，送入射频放大电路，通过功率调节器调节射频输出的功率，再通过阻抗匹配电路匹配输出阻抗，最后通过检波采集电路采集射频输出信号参数，用于反馈控制射频。
优选地，所述变频射频信号发生器，能够发出多路同相位的射频信号，每路射频信号独立控制输出到所述聚焦射频天线阵列中的天线上。
优选地，所述变频射频信号发生器在所述控制采集单元的控制发出基频信号，将基频信号传输到射频信号发生器的频率基频驱动电路后，由控制射频功放电路输出对应频率的射频信号，所述射频信号的频率范围为大于100KHz。
优选地，所述聚焦射频天线阵列采用多个天线组合，通过独立控制每个天线的能量、发射相位、工作时间，从而控制发射电磁波的能量与聚焦方向。
优选地，所述无线治疗单元包括无线射频感应支架、无线射频感应导管或者磁纳米材料。
优选地，所述无线射频感应支架包括治疗电极、接收天线、LC谐振电路。
优选地，所述无线治疗单元包括电感L，所述电感L作为无线接收天线接收射频电磁波，并将其转换成射频电流，经过LC谐振电路选频滤波后作用于支架上的治疗电极。
优选地，所述磁纳米材料作为无线治疗单元，是具有功能性的纳米材料，能够吸收射频电磁波，并将所述射频电磁波转化为热能。
有益效果：本发明提供的无创血管再狭窄防治系统，其操作简单，使用方便，能够实现无创的热疗，特别是在动脉粥样硬化斑块治疗后的再狭窄的抑制。通过本发明体外无创诱导的方式，对动脉粥样硬化病灶进行适时的无创的温热治疗，抑制平滑肌细胞的增生，可以大大减轻患者的疼痛和医疗负担。
通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。
附图说明
图1是本发明的无创血管再狭窄防治系统的结构示意图；
图2是本发明的变频射频发射天线阵列的结构示意图；
图3是本发明的无线治疗单元的等效电路图。
其中，1-控制采集单元，2-射频信号发生器，3-射频发射天线阵列，4-无线治疗单元，11-控制处理器，12-数据采集单元，13-控制输出模块，14-显示设置模块，21-基频驱动电路，22-射频功放电路，23-功率调节器，24-阻抗匹配电路，25-多路射频转化输出模块，26-射频参数采集电路，31-无线发射天线，32-发射天线固定曲面，41-支架等效电感L，42-谐振电容C，43-治疗电极。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1、图2和图3，本发明提供了一种无创血管再狭窄防治系统，所述系统包括控制采集单元1、变频射频信号发生器2、聚焦射频天线阵列3和无线治疗单元4；
所述控制采集单元1，用于实时精准控制所述变频射频信号发生器2发出特定频率和功率的射频信号，并控制所述聚焦射频天线阵列3的工作状态，同时实时采集治疗信息；
所述变频射频信号发生器2，用于发出不同频率的射频信号，并将所述射频信号传输到所述聚焦射频天线阵列3，其工作频率由所述控制采集单元控制；
所述聚焦射频天线阵列3，用于将高频射频信号转化成高频电磁波信号，将所述高频电磁波信号无线聚焦到所述无线治疗单元4；
所述无线治疗单元4，用于接收所述高频电磁波信号，并将接收到的所述高频电磁波信号转化成热能用于血管狭窄区域的治疗。
优选地，所述控制采集单元1包括主控制模块与数据采集模块，所述数据采集模块实时采集治疗过程中的参数，反馈到所述主控制模块，用于实时控制射频能量与调整无线发射天线的方向，使其能量精准聚焦到所述无线治疗单元。
优选地，所述的变频射频发生器2包括基频驱动电路，射频放大电路，阻抗匹配电路，功率调节器，检波采集电路；所述基频驱动电路对基频信号初级放大后，送入射频放大电路，通过功率调节器调节射频输出的功率，再通过阻抗匹配电路匹配输出阻抗，最后通过检波采集电路采集射频输出信号参数，用于反馈控制射频。
优选地，所述变频射频信号发生器2，能够发出多路同相位的射频信号，每路射频信号独立控制输出到所述聚焦射频天线阵列中的天线上。
优选地，所述变频射频信号发生器2在所述控制采集单元的控制发出基频信号，将基频信号传输到射频信号发生器的频率基频驱动电路后，由控制射频功放电路输出对应频率的射频信号，所述射频信号的频率范围为大于100KHz。
优选地，所述聚焦射频天线阵列3采用多个天线组合，通过独立控制每个天线的能量、发射相位、工作时间，从而控制发射电磁波的能量与聚焦方向。
优选地，所述无线治疗单元4包括无线射频感应支架、无线射频感应导管或者磁纳米材料。
优选地，所述无线射频感应支架包括治疗电极、接收天线、LC谐振电路。
优选地，所述无线治疗单元4包括电感L，所述电感L作为接收天线接收射频电磁波，并将其转换成射频电流，经过LC谐振电路选频滤波后作用于支架上的治疗电极。
优选地，所述磁纳米材料作为无线治疗单元，是具有功能性的纳米材料，能够吸收射频电磁波，并将所述射频电磁波转化为热能。
本发明提供的无创血管再狭窄防治系统，其操作简单，使用方便，能够实现无创的热疗，特别是在动脉粥样硬化斑块治疗后的再狭窄的抑制。通过本发明体外无创诱导的方式，对动脉粥样硬化病灶进行适时的无创的温热治疗，抑制平滑肌细胞的增生，可以大大减轻患者的疼痛和医疗负担。
实施例2
本实施例中的一种无创血管再狭窄防治系统的结构示意图参照图1，控制采集单元1发出射频控制信号控制变频射频信号发生器2产生多路射频，同时系统控制采集单元控制多路射频的通断，将射频传输到聚焦发射天线阵列3。聚焦射频发射天线阵列3接收到变频射频信号发生器2的射频信号，将其转化成射频电磁波发射出去，无线治疗单元4接收到对应频率的射频信号，将其转换成可治疗的射频电流信号，用于外周血管再狭窄部位的射频加热治疗。同时在治疗过程中可以通过控制聚焦射频发射天线阵列的方向以及相应射频发射天线的工作，控制射频消融的区域。
如图1所示，系统控制采集单元1包括了控制处理器11，数据采集单元12，控制输出模块13，显示控制模块14；变频射频信号发生器2包括了基频驱动电路21，射频功放电路22，功率调节器23，阻抗匹配网络24，射频信号检测电路26，多路射频输出电路25。系统工作时，显示设置模块14根据实际治疗情况设置治疗参数，传输到控制处理器11，控制处理器11根据相应的外周血光再狭窄治疗方法控制输出模块13输出治疗射频信号的控制信号，传输到变频射频信号发生器，其中所述的控制信号包括射频功率控制，射频频率控制，射频输出通道控制。基频驱动电路21的接收到控制输出模块13的基频控制信号后，将频率信号进行驱动放大，传输到射频功放电路22，驱动射频功放电路22的工作，控制射频功率调节器23调节输出射频的功率，经过阻抗匹配网络24后输出正弦波的射频信号，传输到多路射频输出电路25，传输到聚焦射频发射天线阵列3转化成射频电磁波发射出去，无线治疗单元4接收到了相应频率的射频信号，经过内部谐振电路选频后，传输到治疗电极进行对再狭窄斑块进行治疗，或者通过磁纳米材料吸收电磁波转化成热能，对血管再狭窄斑块进行加热。
如图2所示，聚焦射频发射天线阵列3的一种优选示意图，所述的聚焦射频发射天线阵列3内部呈曲面形式设计，主要包括了多个天线31和天线固定曲面32，工作过程中，天线呈一定序列的有序排列在曲面上，通过一定的分布方式，将每根天线的电磁波聚焦在无线治疗单元4上，使得电磁波在治疗位置得到增强，提高系统的效率，与治疗效果。
如图3所示，无线治疗单元4的无线射频感应支架等效原理图，其中包括了支架线圈41，电容42，消融治疗电极43，治疗过程中支架线圈41设计成接收天线形式，接收射频电磁波，同时其等效电感L与电容C形成谐振电路，接收到的电磁波经协整电路后变成具有特定频率的射频消融信号传输到消融电建43上，对组织进行射频治疗。
本实施例中的一种无创血管再狭窄防治系统的工作原理如下：
无创外周血管再狭窄防治系统的主要原理利用的是交变电流的电磁感应原理，本实施例中首先通过控制系统控制射频发生器，产生高频的射频信号，经过阻抗匹配网络与发射天线进行阻抗匹配，从而提高射频的工作效率，在产生的射频信号，经过天线后会形成射频电流，交变的射频电流会产生交变的磁场，在支架上利用支架的金属设置成接收线圈的形式，当线圈接收到特定频率的交变磁场时，能够将磁场能量转化成电流场，形成交变电流，交变电流经过无线治疗单元的谐振电路进行选频后，形成正弦的射频电流信号，作用于组织，进行射频消融治疗。
本发明中涉及无创血管再狭窄防治系统主要是利用了电磁转化原理将射频消融信号通过无线的方式作用到组织内部。进行消融。但是由于探头与消融支架存在一定的距离，射频信号在传播过程中存在损耗。并且低频电磁波传输距离远，但很容易被空气中电离吸收，损耗大，因此本实施例中根据实际射频消融的需要以及射频传输的实际，通过两个方面解决电磁损耗问题。1、合适选择射频的工作频率，2、设计多组天线，按照一定的曲面排列，使其在工作过程中，增强电磁场，并且通过天线的设计将最强电磁场聚焦到无线接收单元的支架接收端，提高治疗过程中能量传输的效率，达到有效治疗。
实施例3
本实施例中的一种无创血管再狭窄防治系统的结构示意图参照图1，无创外周血管再狭窄防治系统包括了系统控制采集单元1，变频射频信号发生器2，聚焦射频发射天线阵列3，无线治疗单元4，其中无线射频治疗单元可以是无线射频接收治疗支架、射频接收治疗导管、磁纳米材料。
其中控制采集单元包括了控制处理器11，显示设置模块14，数据采集模块12，输出控制模块13。
系统工作时，显示设置模块14根据实际治疗情况设置相应的治疗参数与发送治疗命令，将治疗参数传输到控制处理器11，控制处理器11接收到治疗命令和相应的治疗参数，根据内部的无创血管再狭窄治疗控制方法，输出控制信号，控制输出控制模块13的工作，从而控制变频射频信号发生器2的工作，同时，数据采集模块12实时采集射频发生器2的工作状态信息与治疗参数，并将其进行信号处理后，反馈到控制处理器11，用于实时修正控制方法中的对于算法。使其精确的输出控制信号，同时控制处理器11驱动显示设置模块14，将相应的治疗信号和参数进行显示。
其中，所述的控制处理器11可以是工控机、嵌入式处理器、单片机、DSP等其中的一种或多种组合。所述的控制输出模块13主要是控制输出射频基本工作频率，控制射频功率，控制射频的工作状态等；所述的显示设置模块14可以是触控显示屏也可以是显示屏与键盘或按键的输入方式。
所述的射变频射频信号发生器2包括射频基频驱动电路21,、射频功放电路22、功率调节器23，阻抗匹配网络24、射频采集电路26、多路射频输出电路25。
工作过程中，变频射频信号发生器2接收到系统控制采集单元1发出的射频工作频率信号后，通过基频驱动电路21对基频信号放大后，传输到射频功放电路22，射频功放电路将其信号进行放大输出具有一定功率的基频频率的射频信号，再通过射频功率调节器23调节射频功率后，传输到阻抗匹配网络24，阻抗匹配网络根据实际应用需求进行选择合适是输出负载网络，同时输出正弦波的射频信号，传输到多路射频输出电路25，多路射频输出电路25将分解成多路同相位、同频率的射频信号，其输出有控制采集单元1进行控制输出。在治疗过程中，射频采集电路26实时采集射频的电压电流信号。
其中，射频采集电路26主要包括了射频电流采集和射频电压采集，电流的采集采用了电流互感的原理将其隔离采集后，对信号进行检波处理后，经过信号的滤波放大处理转换成直流电压信号传输到控制采集单元1中数据采集模块12。电压的采集采用了隔离分压式电压采集方法，对采集的电压同样进行检波处理后，经过信号滤波放大转化成直流电压信号传输到数据采集模块12。数据采集模块12将实时采集的射频电压、电流信号传输到控制处理器11，控制处理器11将对其进行分析计算，实时掌控治疗状态以及调整治疗参数与治疗策略。
如图2所示的聚焦射频发射天线阵列的一种优选设计方法示意图，聚焦射频发射天线阵列主要包括了多个天线组合的天线阵列和天线安装固定曲面32，在工作过程中，可以根据具体的实际情况选择无线发射天线31的工作模式以及天线的选择。所述的安装固定曲面参照一定的弧度设计，将天线合理的安装在曲面上，主要是为了实现将曲面上的天线发射的无线射频信号能够聚集到一点，在治疗位置上的到增强，以及降低电磁波在空气传输的过程中的损耗，以及合理的控制天线的方向与每个小天线的工作方式，来调整其消融区域。
本实施例中的无线治疗单元可以是无线射频感应支架、无线射频感应导管、磁纳米材料中的一种，主要根据实际射频消融治疗方法或治疗部位而定。
如图3所示为无线治疗支架的等效治疗电路图，其中所述的无线射频感应支架主要是在现有市场上的血管支架进行改进设计的，当患者有动脉粥样硬化等疾病时，首次将支架通过球囊导管安装在体内，在体内撑开的支架形成了具有一定电感值的射频接收线圈，可以接收射频电磁波信号，并将其信号通过电磁转化后，转换成射频电流，再经过支架上设置的电容选频滤波后，传输到支架上设置好射频电极，进行射频加热治疗。其中，最有益的效果在于患者在动脉粥样硬化治疗后出现再狭窄时，通过无线射频进行再加热治疗抑制动脉粥样硬化的再狭窄与平滑肌细胞的再生长。
另一种优选的无线治疗单元可以采用在治疗区域注入靶向磁纳米材料，是的治疗部位吸收了磁纳米材料，然后在加入一定功率的射频电磁场时，磁纳米材料吸收电磁场能量，将其转换成热能进行无线射频加热治疗，实现对狭窄斑块的治疗，以及防治斑块的再狭窄。
本实施例中考虑到射频的实际传输情况优选的射频信号频率为大于100KHz的射频信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述系统包括控制采集单元、变频射频信号发生器、聚焦射频天线阵列和无线治疗单元；
所述控制采集单元，用于实时精准控制所述变频射频信号发生器发出特定频率和功率的射频信号，并控制所述聚焦射频天线阵列的工作状态，同时实时采集治疗信息；
所述变频射频信号发生器，用于发出不同频率的射频信号，并将所述射频信号传输到所述聚焦射频天线阵列，其工作频率由所述控制采集单元控制；
所述聚焦射频天线阵列，用于将高频射频信号转化成高频电磁波信号，将所述高频电磁波信号无线聚焦到所述无线治疗单元；
所述无线治疗单元，用于接收所述高频电磁波信号，并将接收到的所述高频电磁波信号转化成热能用于外周血管狭窄区域的治疗。
2.根据权利要求1所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述控制采集单元包括主控制模块与数据采集模块，所述数据采集模块实时采集治疗过程中的参数，反馈到所述主控制模块，用于实时控制射频能量与调整无线发射天线的方向，使其能量精准聚焦到所述无线治疗单元。
3.根据权利要求1所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述的变频射频发生器包括基频驱动电路，射频放大电路，阻抗匹配电路，功率调节器，检波采集电路；所述基频驱动电路对基频信号初级放大后，送入射频放大电路，通过功率调节器调节射频输出的功率，再通过阻抗匹配电路匹配输出阻抗，最后通过检波采集电路采集射频输出信号参数，用于反馈控制射频。
4.根据权利要求3所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述变频射频信号发生器，能够发出多路同相位的射频信号，每路射频信号独立控制输出到所述聚焦射频天线阵列中的天线上。
5.根据权利要求4所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述变频射频信号发生器在所述控制采集单元的控制发出基频信号，将基频信号传输到射频信号发生器的频率基频驱动电路后，由控制射频功放电路输出对应频率的射频信号，所述射频信号的频率范围为大于100KHz。
6.根据权利要求1所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述聚焦射频天线阵列采用多个天线组合，通过独立控制每个天线的能量、发射相位、工作时间，从而控制发射电磁波的能量与聚焦方向。
7.根据权利要求1所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述无线治疗单元包括无线射频感应支架、无线射频感应导管或者磁纳米材料。
8.根据权利要求7所述的无创血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述无线射频感应支架包括治疗电极、接收天线、LC谐振电路。
9.根据权利要求8所述的无创外周血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述无线治疗单元包括电感L，所述电感L作为射频接收天线接收射频电磁波，并将其转换成射频电流，经过LC谐振电路选频滤波后作用于支架上的治疗电极。
10.根据权利要求7所述的无创外周血管再狭窄防治系统，其特征在于，所述磁纳米材料作为无线治疗单元，是具有功能性的纳米材料，能够吸收射频电磁波，并将所述射频电磁波转化为热能。
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