CN1814324A - 用于高强度聚焦超声治疗的渗透膜式耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度聚焦超声治疗的渗透膜式耦合装置，其具有用于盛放与患者体表接触的耦合介质液体的水囊，还具有：可使介质液体单向透过的渗透膜，设置在水囊上，以该渗透膜为界，上部形成渗透介质液体区，下部形成半封闭介质液体区；压力检测装置，设置在半封闭介质液体区中或者设置在渗透介质液体区内；介质液体调节单元，用于向半封闭介质液体区供应介质液体，以及将介质液体排出半封闭介质液体区，并排放渗透介质液体区溢流出的介质液体；以及控制单元，控制介质液体调节单元向水囊中供应介质液体，并且接收压力检测装置输出的液体压力检测值，根据该液体压力检测值来控制介质液体调节单元，从而控制半封闭介质液体区中的液体压力以及渗透介质液体区中的介质液体高度。

Description

用于高强度聚焦超声治疗的渗透膜式耦合装置

技术领域

本发明涉及一种用于高强度聚焦超声治疗的渗透膜式耦合装置，它能通过所渗透的介质液体传导超声波到患者体内进行高强度聚焦超声治疗。

背景技术

医学研究发现肿瘤细胞的耐热性比正常细胞要差，在42.5℃以上的温度环境下，30分钟内肿瘤细胞死亡，而正常细胞损伤较轻且可逆转。高强度聚焦超声肿瘤治疗系统就是根据肿瘤细胞的这一特点，以超声波为能量源，利用其穿透性和可聚焦性，将探头发射出的平均声强较低的超声波通过介质耦合，经过皮肤进入人体肿瘤组织，聚焦或者汇聚到一个空间点，形成一个平均声强在1000W/cm²以上的焦域(焦域大小：Φ3×8mm)，使该焦域瞬时(0.1秒到5秒)产生强烈的温度升高(高于70℃)，加上其空化作用(即强超声在液体中产生类似雾状的气泡，其形成和消失可以产生极高的温度和压力，从而使组织受到严重破坏)和机械振荡作用，破坏焦域处的组织。通过对肿瘤进行如此由点到线、由线到面、由面到体逐点扫描的固化治疗，从而使整个肿瘤组织固化，实现治疗的目的。

高强度聚焦超声治疗设备主要包括治疗头、治疗介质、运动装置、驱动装置、控制系统、治疗介质处理装置等。由于超声波在到达预定焦域之前需先经过人体正常组织，虽然可以采取一些措施(如扩大超声波通道范围)来较少对正常组织的损伤，但在应用中仍需要大量的介质液体对接触的人体皮肤进行散热降温。由于水与人体皮肤亲合性好、散热快，目前常用的介质液体主要是水。使用时，通常以水囊的形式提供。

封闭式水囊很具典型性，它也用于许多超声治疗设备中，如日本专利2795880，2535052。在图1所示的现有技术中的封闭式水囊，由于水囊的变形和患者的移动，极易使空气进入水囊与人体的接触部位，形成图1中的空气区13。在空气区13处，超声波在人体与水囊之间折射和反射，造成能量积累，使患者体表受损，从而降低了治疗的安全性。即使采用日本专利2795880中的蛇管装置，也不能避免空气进入水囊与人体的接触部位。因此，封闭式水囊不能大量使用于临床。

为了减少存在于介质液体和患者体表之间的空气，中国专利98100283.8高强度聚焦超声肿瘤扫描治疗系统提出了一种开放式水囊，如图2所示。开放式水囊由于人体自重以及水的良好流动性，与封闭式水囊相比，增大了水与患者体表接触的面积，减少了两者之间空气存在的可能性。但是在治疗过程中介质水与患者体表相接触，水质被污染，不能循环使用。而为了降低患者在治疗过程中所产生的热量，又需要经常换水，从而导致用水量增加，设备庞大。

由此可见，水囊与患者体表之间的有无能量累积是高强度聚焦超声治疗是否安全的重要因素之一。如何既能维持原有高强度聚焦超声设备的安全性，又能减少治疗时所需的介质液体，减小设备体积就成为目前急需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的主要目的就在于提供一种渗透膜式耦合装置，在不影响治疗安全性和有效性的前提下，能减少用水量，并使现有高强度聚焦超声治疗设备小型化。

本发明的用于高强度聚焦超声治疗的渗透膜式耦合装置，其具有用于盛放与患者体表接触的耦合介质液体的水囊，其特征在于，具有：可使介质液体单向透过的渗透膜，设置在上述水囊上，以该渗透膜为界，上部形成渗透介质液体区，下部形成半封闭介质液体区；压力检测装置，设置在上述半封闭介质液体区中或者设置在渗透介质液体区内，检测上述半封闭介质液体区中或者渗透介质液体区内的液体压力；介质液体调节单元，与上述渗透介质液体区和上述半封闭介质液体区相连，用于向上述半封闭介质液体区供应介质液体，以及将介质液体排出上述半封闭介质液体区，并排放渗透介质液体区溢流出的介质液体；以及控制单元，分别与上述压力检测装置和上述介质液体调节单元相连，控制上述介质液体调节单元向上述水囊中供应介质液体，并且接收上述压力检测装置输出的液体压力检测值，根据该液体压力检测值来控制上述介质液体调节单元，从而控制半封闭介质液体区中的液体压力以及渗透介质液体区中的介质液体高度。

因此，介质液体可渗透过渗透膜，与患者体表接触，从而使渗透膜与患者体表紧密接触。这样，患者体表和渗透膜之间始终有介质液体存在，从而可以避免其中进入空气。此外，可以根据患者的治疗需求，通过调整介质液体透过渗透膜的量，来达到最佳的治疗效果。

另外，由于渗透膜的存在，与患者体表直接接触的介质液体仅为渗透介质液体区中的介质液体，而半封闭介质液体区中介质液体不直接与患者体表接触。当与患者体表直接接触的渗透介质液体区中的介质液体被污染时，可以通过操作主控制器中的溢流装置直接排放，同时通过调节半封闭介质液体区中的液体压力，使渗透介质液体区8中又充满满足治疗要求的介质液体从而使其始终保持清洁。这样，可以节约大量的介质液体，从而减小了设备体积。

本发明的渗透膜式耦合装置的介质液体调节单元可以包括：给排水装置，与上述半封闭介质液体区相连，具有向上述半封闭介质液体区供应介质液体的进水装置、从上述半封闭介质液体区中排出介质液体的排水装置；以及溢流装置，与上述渗透介质液体区相连，排放从渗透介质液体区溢流出的介质液体。

此外，本发明的渗透膜式耦合装置的控制单元可以包括：主控制器，分别与上述压力检测装置和上述给排水装置相连，接收并记录上述压力检测装置输出的上述压力检测值，并且控制上述给排水装置的进水装置向上述半封闭介质液体区供应介质液体、控制上述排水装置从上述半封闭介质液体区中排出介质液体；以及压力及渗透量调节装置，分别与上述主控制器以及给排水装置、溢流装置连接，在主控制器的控制下，控制排水装置、溢流装置，从而对半封闭介质液体区中的液体压力、渗透介质液体区的液体高度进行调节。

此外，本发明的渗透膜式耦合装置的介质液体调节单元还可以包括真空脱气装置，脱去介质液体中的气体。通过设置真空脱气装置，可以脱去介质液体中的气体，使介质液体达到最佳的超声传输效果。

此外，本发明的渗透膜式耦合装置的介质液体调节单元还可以包括恒温水槽，使介质液体保持恒温。通过设置恒温水槽，可以使介质液体总是保持人体感觉舒适的温度。

本发明的渗透膜式耦合装置所使用的介质液体优选水。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是现有技术中利用封闭式水囊进行治疗的示意图。

图2是现有技术中利用开放式水囊进行治疗的示意图。

图3是利用本发明的渗透膜式耦合装置进行治疗的示意图。

图4是本发明的渗透膜式耦合装置的结构原理示意图。

图5是本发明的渗透膜式耦合装置的结构示意图

具体实施方式

以下利用图3、图4和图5，对本发明的渗透膜式耦合装置进行说明。图3是利用本发明的渗透膜式耦合装置进行治疗的示意图，如图3所示，人体俯卧在治疗床(图中未示出)上，与本发明的渗透膜式耦合装置接触，超声治疗装置10发射出的超声波经介质液体而进入人体，汇聚在治疗靶区11，使治疗靶区11处的病灶细胞的温度升高，从而杀死病灶细胞。

图4是本发明的渗透膜式耦合装置的结构原理示意图，包括可单向渗透的弹性膜1、压力检测装置4、患者体表7、渗透介质液体区8、水囊81、半封闭介质液体区9、超声治疗装置10、治疗靶点11、控制单元16、介质液体调节单元17，可单向渗透的弹性膜1设置在上述水囊81上，以该渗透膜为界，上部形成渗透介质液体区8，下部形成半封闭介质液体区9；

压力检测装置4，设置在上述半封闭介质液体区9中或者设置在渗透介质液体区8内，检测上述半封闭介质液体区9中或者渗透介质液体区8内的液体压力；

介质液体调节单元17，与上述渗透介质液体区8和上述半封闭介质液体区9相连，用于向上述半封闭介质液体区9供应介质液体，以及将介质液体排出上述半封闭介质液体区9，并排放渗透介质液体区8溢流出的介质液体；

控制单元16，分别与上述压力检测装置4和上述介质液体调节单元17相连，控制上述介质液体调节单元17向上述水囊81中供应介质液体，并且接收上述压力检测装置4输出的液体压力检测值，根据该液体压力检测值来控制上述介质液体调节单元17，从而控制半封闭介质液体区9中的液体压力以及渗透介质液体区8中的介质液体高度。

图5是本发明的渗透膜式耦合装置的结构示意图，以下将利用图5，对本发明的渗透膜式耦合装置进行详细说明。

如图5所示，本发明的渗透膜式耦合装置具有用于盛放介质液体的水囊12，此外还具有渗透膜1、给排水装置2、压力及渗透量调节装置3、压力检测装置4和主控制器6。另外，为了排放从渗透介质液体区8溢流的多余介质液体，如图5所示，本发明的渗透膜式耦合装置还可以设置溢流装置5。

其中，渗透膜1设置在水囊12上，以渗透膜1为界，上部是渗透介质液体区8，下部是半封闭介质液体区9。渗透膜1是可使介质液体单向透过的弹性膜，在本发明中优选复合性聚氨酯等橡塑材料。另外，本发明的渗透膜1不限于此，只要是可使介质液体单向透过、具有一定弹性和韧性的膜，都可以应用于本发明。此外，在本发明中，使用水作为介质液体，但本发明不限于此，也可以使用其他液体作为介质液体。

给排水装置2在后述的主控制器6的控制下，向包围超声治疗装置10的半封闭介质液体区9供应介质液体并将介质液体排出，它由具有进水泵及控制电路的进水装置22和具有排水泵及控制电路的排水装置21构成。另外，给排水装置2还可以包括真空脱气装置24和具有循环水泵，水质处理器，控温系统的恒温水槽23。真空脱气装置24用于脱去介质液体(水)中的气体，提高超声波治疗装置10产生的超声波的治疗效果。恒温水槽23用于使介质液体(水)保持恒定的温度，使接受治疗的患者感觉舒适。

压力及渗透量调节装置3可在后述的主控制器6的控制下，向给排水装置2、溢流装置5发出指令，控制排水装置2、溢流装置5对半封闭介质液体区9中的液体压力、渗透介质液体区8的液体高度进行调节。

压力检测装置4设置在半封闭介质液体区9中，可检测半封闭介质液体区9中的液体压力，并将检测结果数据输出给主控制器6。

主控制器6接收并存储来自于压力检测装置4的检测结果数据，并根据该检测结果数据来控制给排水装置2、压力及渗透量调节装置3的工作，从而调节半封闭介质液体区9的液体压力、渗透介质液体区8的液体高度。

溢流装置5设置在渗透介质液体区8处，用于排放从渗透介质液体区8溢流出的多余介质液体，以保持最佳的治疗液体量。

其中，上述主控制器6和压力及渗透量调节装置3构成了本发明的控制单元，上述给排水装置2和溢流装置5构成了本发明的介质液体调节单元。

以下对利用本发明的渗透膜式耦合装置进行治疗的过程进行说明。首先，操作人员在治疗前操作主控制器6，控制排水装置2中的真空脱气装置24、恒温水槽23、进水装置22、排水装置21，使介质液体(水)经过脱气、恒温，然后进入半封闭介质液体区9，直至介质液体透过渗透膜1至预先设定的高度停止。

完成以上工作后，患者按治疗体位放置在渗透膜1上。由于患者的自重，膜开始变形，半封闭介质液体区9中压力开始变化，压力检测装置4检测该压力，并将检测结果数据输出给主控制器6。主控制器6控制压力及渗透量调节装置3开始工作，压力及渗透装置3通过控制进水装置22、排水装置21、溢流装置5，对半封闭介质液体区9的液体压力、渗透介质液体区8的液体高度进行调节，直至达到治疗需求。压力检测装置4检测该压力，并将检测结果数据传输给主控制器6，主控制器6记录该液体压力检测值，作为该患者治疗中的标准值，以便在治疗过程中进行及时地调节。

完成以上工作后，就可以使超声治疗装置10开始工作，发射出超声波进行治疗。在治疗过程中，如果主控制器6判断压力检测装置4检测到的压力值与标准值之差超过一个经验值(该经验值根据患者实际情况有所不同)，则主控制器6控制压力及渗透量调节装置3，使液体压力恢复到标准值。

由于在治疗过程中，患者与渗透膜1之间始终有介质液体的存在，从而避免了其中进入空气，导致超声波在人体与水囊之间产生折射和反射而造成能量积累的问题。

另外，与患者体表直接接触的介质液体仅为渗透介质液体区8中的介质液体，而半封闭介质液体区9中介质液体不直接与患者体表接触。当与患者体表直接接触的介质液体被污染时，可以通过操作主控制器中的溢流装置直接排放，同时通过调节半封闭介质液体区中的液体压力，使渗透介质液体区8中又充满满足治疗要求的介质液体，从而使其始终保持清洁。这样，可以节约大量的介质液体，从而减小了设备体积。

以上所述仅为本发明具体实施例而已，并非用以限定本发明的专利申请范围，凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述的专利申请的范围内。

Claims (7)

1.一种用于高强度聚焦超声治疗的渗透膜式耦合装置，其具有用于盛放与患者体表接触的耦合介质液体的水囊，其特征在于，具有：

可使介质液体单向透过的渗透膜，设置在上述水囊上，以该渗透膜为界，上部形成渗透介质液体区，下部形成半封闭介质液体区；

压力检测装置，设置在上述半封闭介质液体区中或者设置在渗透介质液体区内，检测上述半封闭介质液体区中或者渗透介质液体区内的液体压力；

介质液体调节单元，与上述渗透介质液体区和上述半封闭介质液体区相连，用于向上述半封闭介质液体区供应介质液体，以及将介质液体排出上述半封闭介质液体区，并排放渗透介质液体区溢流出的介质液体；

控制单元，分别与上述压力检测装置和上述介质液体调节单元相连，控制上述介质液体调节单元向上述水囊中供应介质液体，并且接收上述压力检测装置输出的液体压力检测值，根据该液体压力检测值来控制上述介质液体调节单元，从而控制半封闭介质液体区中的液体压力以及渗透介质液体区中的介质液体高度。

2.根据权利要求1所述的渗透膜式耦合装置，其特征在于，上述介质液体调节单元包括：

给排水装置，与上述半封闭介质液体区相连，具有向上述半封闭介质液体区供应介质液体的进水装置、从上述半封闭介质液体区中排出介质液体的排水装置；以及

溢流装置，与上述渗透介质液体区相连，排放从渗透介质液体区溢流出的介质液体。

3.根据权利要求2所述的渗透膜式耦合装置，其特征在于，上述控制单元包括：

主控制器，分别与上述压力检测装置和上述给排水装置相连，接收并记录上述压力检测装置输出的上述压力检测值，并且控制上述给排水装置的进水装置向上述半封闭介质液体区供应介质液体、控制上述排水装置从上述半封闭介质液体区中排出介质液体；

压力及渗透量调节装置，分别与上述主控制器以及给排水装置、溢流装置连接，在主控制器的控制下，控制排水装置、溢流装置，从而对半封闭介质液体区中的液体压力、渗透介质液体区的液体高度进行调节。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的渗透膜式耦合装置，其特征在于，上述介质液体调节单元还包括真空脱气装置，脱去介质液体中的气体。

5.根据权利要求4所述的渗透膜式耦合装置，其特征在于，上述介质液体调节单元还包括恒温水槽，使介质液体保持恒温。

6.根据权利要求1、2、3或5任意一项所述的渗透膜式耦合装置，其特征在于，上述介质液体是水。

7.根据权利要求4所述的渗透膜式耦合装置，其特征在于，上述介质液体是水。

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