一種智能超聲診療儀及其應用方法

2023-09-20 03:58:05

一種智能超聲診療儀及其應用方法
【專利摘要】一種智能超聲診療儀及其應用方法，包括信息採集傳輸系統、專家知識資料庫、處方資料庫、數據存儲伺服器、人機對話系統、超聲透藥系統以及智能分析轉換系統，所述智能分析轉換系統分別與其他各系統連接，信息採集傳輸系統能夠採集測量並傳輸制定超聲透藥治療方案所需的相關數據信息，得出並自動生成超聲透藥治療方案，執行超聲透藥治療，實時測量並傳輸超聲透藥時的相關數據信息，循環測量得出最佳超聲透藥治療方案。通過整合診斷，治療兩部分功能模塊，實現了診斷治療一體化和智能化，另外實現了治療過程控制的智能化和精確引導。
【專利說明】一種智能超聲診療儀及其應用方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種醫用超聲波影像引導超聲透藥的儀器，具體涉及一種智能超聲診 療儀。

【背景技術】
[0002] 超聲波用於促進藥物的局部透皮吸收和體內物質靶位傳遞的研究已取得了長足 的進展，其技術原理和作用機制已被成功探明，並進入產品開發和應用階段。自上世紀 八十年代初前蘇聯學者首開超聲局部透藥技術的研究，並應用於炎症和感染的臨床治療； 1996美國麻省理工Langer R.發現證實低頻超聲波能夠提高細胞膜和組織膜的通透性,可 以用作促進藥物局部透皮的動力。Katherine W.首先提出了超聲運載理論,指出超聲促透 將解決基因給藥途徑。英國Nikolitsa證實超聲致孔可引促進化療藥物從血管向組織的擴 散，提高化療藥物的殺瘤作用。美國Bryant J.等觀察到超聲和阿黴素聯合作用使荷瘤大 鼠模型的腫瘤增長速度有效減緩。德國Daffertshofer, M.等觀察到了經頡超聲改變血腦 屏障的通透作用並可以促進溶栓藥物的溶栓效果。一時間超聲靶位透藥技術研究和開發展 現出誘人的應用前景，研究者們都爭先進入這一研究開發領域，並取得了豐富的研究成果。
[0003] 近年來，作為一類促進藥物靶位組織傳輸和經皮膚體內透入的手段，強力透皮 (active transdermal，AT)方法被廣泛關注。它是通過特定物理參數的超聲波，改變了皮 膚和組織對藥物的通透性，對藥物分子或粒子施加動能，在超聲能量的介導下，促使其透過 皮膚進入組織或促進已進入循環內的藥物分子向病變組織定向釋放或傳輸，達到藥物組織 和細胞內的富集和靶位治療的目的，是一種高效、無痛無創，可避免全身毒副作用的精確藥 物治療方法。
[0004] CN2460122Y公開了一種超聲電導透皮給藥裝置的治療頭，超聲波換能器置於外殼 中部，通過導線與超聲波發生器相連，其上為耦合絕緣層，再其上為脈衝電極，並通過導線 與脈衝發生器相連，脈衝電極與外殼形成貯藥倉，實現了超聲波和電離子導入促進頭皮給 藥疊加作用，可促使藥物分子或粒子迅速進入人體達到治療的目的。
[0005] CN 203539901 U公開了一種超聲低中頻電導治療儀，使用者通過觸控螢幕的操作， 可對超聲波及低中頻的強度、持續時間等參數進行控制，控制器響應觸控螢幕的觸摸信號，對 超聲波控制電路和低中頻控制電路進行控制，從而使超聲波發生器和低中頻發生器通過治 療頭輸出使用者所需的強度及時間，對使用者進行有效治療。
[0006] 超聲診斷技術是現代三大醫學影像診斷技術之一，它是利用超聲波的聲學特性， 檢測和顯示人體組織和器官的結構和功能狀態來診斷疾病的方法和技術，當前臨床應用的 B超、彩超檢查等都屬於超聲診斷技術。由於人體各種組織有聲學的特性差異，超聲波在人 體內傳播時可以在兩種不同組織界面處產生反射、折射、散射、繞射、衰減以及都卜勒頻移 等物理變化。通過接收這些反射、散射信號，形成圖像顯示各種組織及其病變的形態、方位 等信息，結合病理學、臨床醫學，觀察、分析、總結不同的反射規律，而對病變部位、性質和 功能障礙程度作出診斷，還可對各種局部靶位治療提供超聲圖像數據的引導。
[0007] 除診斷之外，B超還常被用於穿刺和手術治療的定位，近年來還被用於微創穿刺介 入治療過程中的可視化影像引導，使治療更加準確、安全、高效。《醫學信息（中旬刊）》2010 年第10期，"彩超引導下穿刺硬化治療腹腔臟器囊腫體會"彩超引導下經皮穿刺治療肝、腎、 卵巢囊腫的應用價值進行了研究，研究結果顯示，彩超引導下無水酒精硬化治療肝、腎、卵 巢囊腫，準確性高，痛苦輕，創傷小，療效顯著，費用低，是目前該類疾病首選和最佳的 治療方法；《中國現代醫學雜誌》2013年第19期，"B超引導下穿刺置管引流術治療肝膿腫 臨床觀察"對在超聲引導下穿刺置管引流術對肝膿腫治療的療效進行了研究和分析，方法 回顧性分析30例肝膿腫病人通過進行B超引導下行肝膿腫穿刺置管引流治療的臨床資料。 結果該組30例病人共進行36次穿刺置管引流術，治療效果滿意，結論B超引導下肝膿腫 穿刺置管引流術具有簡便、安全、併發症低的優點，可用於治療大多數肝膿腫。
[0008] 201010181254. X公開了一種雙定位體外碎石機，具體涉及一種解除人體內結石的 雙定位機器，通過B超檢測系統、X光檢測系統和衝擊波源，利用全機械機構在一個病灶上 實現B超檢測和X光檢測，可進行全方位移動，能夠提高檢測效率及衝擊結石的精確度，操 作時通過電動缸A來調整活動架A的上下距離，實現了 B超探頭和X光線機的上下位置調 整，當上下位置確定後，再利用電動缸B來調整活動架B的前後距離，實現了 B超探頭和X 光線機的前後位置調整，當前後位置確定後，再利用電動缸C調整活動架C的左右距離，實 現了 B超探頭和X光線機的左右位置調整，上述三方式的調整可以依次調整，也可以僅調整 其中的一或二項；C形臂運動機構還可以結合三維運動裝置再進行小範圍內B超頭位置調 整當X光線機4查出病灶時，X光線影像系統5接收後將病灶顯像於X光線監視器此時驅 動三維運動裝置使焦點與影像重合，病灶影像定位於監視器的十字線標記後，弧形擺臂在 電動缸D的作用下擺動，運動到一定的斜度後，再次重複以上的動作，即可進入治療；利用 衝擊波源運動機構帶動衝擊波源，使其焦點到病灶位置即可進行治療，使用B超檢測時，由 三維運動裝置9驅動衝擊波源運動裝置8,並結合C形臂運動機構使B超頭1貼住人體，尋 找到病灶，B超頭將影像傳導到監視器2,根據所尋找到的病灶在監視器2的位置，利用衝 擊波源運動機構帶動衝擊波源，使其焦點到病灶位置即可進行治療。
[0009] CN 202355446 U公開了一種壓電聚焦式超聲波碎石裝置，採用高強度聚焦式超聲 探頭作為碎石超聲波源，同時，為避免碎石過程中熱效應的產生，採用具有一定佔空比的正 弦波填充脈衝信號，不會使得治療區域產生明顯的溫升；通過將超聲波能量聚焦到焦點處 產生空化作用，將結石粉碎，根據壓電聚焦式超聲探頭7的工作頻率，控制計算機1控制信 號源產生具有一定佔空比的正弦填充脈衝波，正弦波的頻率與壓電聚焦式超聲探頭7的工 作頻率相同，填充波的波數一般在數十至數百個，脈衝重複周期須大於信號作用的時間。 信號經過高頻功率放大器2進行放大輸出，經過阻抗匹配網絡3後加載到壓電聚焦式超聲 探頭7,驅動其向介質中輻射聲波，聲波在壓電聚焦式超聲探頭7的聲學焦點上匯聚。控制 計算機1通過步進電機控制接口可分別控制XYZ三個步進電機，將結石仿真模型9移動到 壓電聚焦式超聲探頭7的焦點附近，利用B超機對回波圖像進行觀察將結石仿真模型9準 確定位到壓電聚焦式超聲探頭7的聲學焦點上。定位完成後，增加信號源的信號幅度和高 頻功率放大器2的輸出增益，使得在壓電聚焦式超聲探頭7的焦點處產生空化，可由B超回 波圖像上觀察到，持續作用一段時間，可以看到空化在結石仿真模型9表面產生明顯的磨 蝕，磨蝕過程中產生很細微的結石粉末，可形成直徑約3?4mm的蝕坑。
[0010] CN102920429A公開了一種乳腺病診療一體化裝置，通過一預存有患者資料信息的 並設有智能判讀專家系統的主機控制系統，與超聲影像子系統、紅外熱像子系統及超聲電 導治療子系統配合進行靶點藥透治療，紅外熱像子系統檢測的熱圖、超聲影像子系統檢測 的超聲圖、乳腺病專家觸診的結果信息均保存於主機控制系統內，智能判讀專家系統根據 患者的資料信息、熱圖、超聲圖及觸診的結果信息，結合預存的乳腺病圖像特徵知識庫，給 予合理的診療方案。但是此發明並沒有具體說明轉換和智能判讀的過程，並且僅通過圖像 信息的採集和判讀只能對疾病狀態進行有限的定性判斷，並不能夠全面的提供定量數據支 撐定量分析診斷和治療方案及治療參數的制定，無法實現智能化病情判讀、治療方案制定 和治療參數轉換的關鍵診療過程，另外預存的患者非動態、非即時信息無法進行實時更新 和錄入，其利用價值有限。此發明只注重一體化而沒有注重智能化，其實際意義值得商榷。
[0011] 綜上，現有的B超以及彩超已經具有人工影像數據採集和儲存的功能，可以幫助 手術醫生進行治療定位和操作方向的引導。但這一過程還需要專業B超醫生對數據和圖像 進行人工腦力分析和處理後作出相應的判斷，然後將檢測結果報告給治療醫生；治療醫生 再經分析判斷，將檢測結果轉化為治療操作的控制程序和實施參數，再進一步指導治療醫 生進行實施。可以看出，用B超引導治療需要經過數據和圖像採集、腦力分析和判斷、檢測 結果報告、再分析判斷、控制程序和實施參數、指導實施的複雜腦力過程，並且必須由經驗 豐富的高級專業醫生來現場實施。即使這樣，人工操作過程中的偏差和失誤也在所難免。由 於存在門欄高、效率低、風險大、成本高，使得這一技術難於廣泛採用。
[0012] 超聲透藥治療是典型的靶位精確治療，特別是一些特殊疾病的治療如腫瘤的靶位 化療、血栓的藥物消融，需要事先對治療的部位進行精確的定位，還要對病變組織的多方面 信息進行了解和掌握，再由醫生分析判斷後做出治療方案和設定治療參數，由護士實施。不 然的話靶點定位和方向不準確，參數不符合實際需求就會導致無效，甚至損傷。一系列經驗 性的人工操作，難以避免判斷的偏差和失誤，嚴重影響了這項技術在一些重大疾病治療的 開展。因此，設計智能化的，集數據傳輸、分析判斷、制定治療程序和參數設定為一體的診療 系統，實現治療過程控制的智能化和精確引導，就顯得尤為必要。


【發明內容】

[0013] 本發明的目的是提供一種具有超聲影像引導功能的超聲透藥裝置以及應用該裝 置的方法。
[0014] 本發明的技術方案是：一種智能超聲診療儀，包括信息採集傳輸系統、專家知識數 據庫、處方資料庫、數據存儲伺服器、人機對話系統、超聲透藥系統以及智能分析轉換系統， 智能分析轉換系統分別與其他各系統連接，其中，
[0015] 信息採集傳輸系統用於採集所述超聲透藥系統治療所需病變局部的相關數據信 息，並傳送給智能分析轉換系統，實現各系統之間相關數據信息的交互；
[0016] 專家知識資料庫用於儲存與多種疾病數據信息對應的專家診斷方案；
[0017] 處方資料庫用於儲存對應診斷方案的治療方案；
[0018] 數據存儲伺服器用於儲存所述信息採集傳輸系統採集並傳輸和人工錄入的疾病 數據信息，以及人工設定的治療參數和患者病史信息；
[0019] 人機對話系統用於對患者病史信息進行人工錄入和設定治療參數，顯示人工錄入 和自動生成的病變數據表單、治療方案、治療參數及相關數據信息；
[0020] 超聲透藥系統用於產生輸出超聲波實施超聲透藥治療；
[0021] 智能分析轉換系統能夠將相關數據信息自動生成超聲透藥診斷和治療方案，且 將治療方案智能的轉換成超聲透藥治療參數，控制所述超聲透藥系統實施超聲透藥治療。
[0022] 信息採集傳輸系統採集的相關數據信息，包括但不僅限於病變組織的方位、距離 體表的尺寸、病變的縱橫徑尺寸、病變的體積、病變組織密度、病變組織的血流狀況。
[0023] 信息採集傳輸系統是B型超聲波診斷系統。
[0024] 人機對話系統包括輸入及顯示模塊。
[0025] 智能分析轉換系統包括：疾病診斷/治療方案自動生成單元、分析處理單元和超 聲透藥治療參數智能轉換單元，其中，
[0026] 疾病診斷/治療方案自動生成單元用於自動生成協議形式的診斷和對應的超聲 透藥治療方案；
[0027] 分析處理單元用於接收信息採集傳輸系統採集並傳輸和人工錄入的疾病數據信 息，並對信息進行分析、運算；
[0028] 超聲透藥治療參數智能轉換單元用於自動生成協議形式的超聲透藥治療參數，將 治療方案智能的轉換成超聲透藥治療參數。
[0029] 專家知識資料庫、處方資料庫、數據存儲伺服器、人機對話系統可整合進智能分析 轉換系統中，與智能分析轉換系統一體化。
[0030] 應用該設備的方法，包括以下步驟：
[0031] (1)採集測量並傳輸制定超聲透藥治療方案所需的相關數據信息：信息採集傳輸 系統在超聲透藥之前測量患者的相關數據信息，並將測得的數值上傳到智能分析轉換系 統，同時人工錄入上傳疾病的其他相關信息；
[0032] (2)得出並自動生成超聲透藥治療方案：智能分析轉換系統根據接收到的患者相 關數據信息，分析處理並得出診斷，並自動生成超聲透藥治療方案；
[0033] (3)執行超聲透藥治療：智能分析轉換系統將超聲透藥治療方案自動轉換成治療 參數，並通過超聲透藥系統執行超聲透藥治療；
[0034] (4)測量並傳輸超聲透藥時的相關數據信息：超聲透藥系統執行超聲透藥治療 時，信息採集傳輸系統實時測量並傳輸超聲透藥治療時的相關數據信息；
[0035] (5)循環測量得出最佳超聲透藥治療方案：循環步驟（2)?（4)，智能分析轉換系 統根據超聲透藥治療過程中相關數據信息的變化，實時修正超聲透藥治療參數，得出適合 患者的最佳超聲透藥治療；
[0036] 其中，步驟（3)還包括智能分析轉換系統將超聲透藥治療方案轉換為視頻信號， 通過人機對話系統顯示出來。
[0037] 本發明通過整合診斷，治療兩部分功能模塊，實現了診斷治療一體化和智能化，另 外實現了治療過程控制的智能化和精確引導。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0039] 圖1是智能超聲診療儀的示意圖；
[0040]圖2是智能分析轉換系統執行步驟的示意圖。

【具體實施方式】
[0041] 以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述。
[0042] 一種智能超聲診療儀，包括信息採集傳輸系統、專家知識資料庫、處方資料庫、數 據存儲伺服器、人機對話系統、超聲透藥系統以及智能分析轉換系統，智能分析轉換系統分 別與其他各系統連接。其中，信息採集傳輸系統是B型超聲波診斷系統，用於採集所述超聲 透藥系統治療所需病變局部的相關數據信息，並傳送給智能分析轉換系統，實現各系統之 間相關數據信息的交互；專家知識資料庫用於儲存與多種疾病數據信息對應的專家診斷方 案；處方資料庫用於儲存對應診斷方案的治療方案；超聲透藥系統用於產生輸出超聲波實 施超聲透藥治療；數據存儲伺服器用於儲存所述信息採集傳輸系統採集並傳輸和人工錄入 的疾病數據信息，以及人工設定的治療參數和患者病史信息；智能分析轉換系統用於接收、 分析、處理、存儲所述相關數據信息，並將相關數據信息自動生成治療方案，控制所述超聲 透藥系統將治療方案智能的轉換成超聲透藥治療參數。信息採集傳輸系統採集的相關數據 信息，包括但不僅限於病變組織的方位、距離體表的尺寸、病變的縱橫徑尺寸、病變的體積、 病變組織密度、病變組織的血流狀況。
[0043] 超聲透藥系統是一種產生輸出超聲波，能對患者實施透藥治療的裝置。超聲藥物 透入治療技術是已被臨床普遍採用的專業治療方法。它採用一定頻率的超聲波改變了皮膚 和器官的組織膜的通透性，並通過輻射壓和對流轉運作用，將接觸劑中的藥物成分經過皮 膚或黏膜透入機體，起到局部靶位治療的效果，可替代或部分替代藥物的口服和注射。作為 一種高效、安全、便捷、價廉的藥物治療方法，已被許多醫生所掌握用於眾多急慢性疾病的 治療，並發揮了突出的優勢。
[0044] 本發明通過將B型超聲波診斷與超聲透藥系統有機的結合，其中B超完成診斷信 息的採集、傳輸、顯示和存儲、用戶界面顯示等工作；數據存儲系統接收到信息採集傳輸系 統採集並傳輸的疾病數據信息後傳輸給智能分析轉換系統，智能分析轉換系統對這些信息 和人工錄入的疾病數據信息一併進行分析、運算、儲存並調用專家知識伺服器內的相關信 息，自動生成協議形式的診斷和對應的超聲透藥治療方案，並控制所述超聲透藥系統將治 療方案智能的轉換成超聲透藥治療參數，還要對設定後的治療參數，以及人工錄入的患者 病史信息進行儲存。
[0045] 人機對話系統包括輸入及顯示模塊，能夠對患者病史信息進行人工錄入，顯示人 工錄入和自動生成的病變數據表單、治療方案、治療參數及相關數據信息。
[0046] 由智能分析轉換系統中內置的專家資料庫軟體根據具體疾病信息和疾病狀況作 出診斷而自動生成相應的治療方案，通過通訊埠發送給超聲透藥系統，並轉換成對應的 治療參數，執行相應的透藥治療操作。
[0047] 超聲透藥系統在執行智能分析轉換系統的操作命令，進行有針對性的治療過程 中，會發送狀態信息給B超主機軟體，並通過顯示屏顯示信息，供儀器使用者實時觀察治療 情況。
[0048] 實施例
[0049] 應用本發明對腹腔實體腫瘤進行治療時，責任醫生將通過B超或彩超對患者進行 人工探查檢測，採集患者的腫瘤相關數據信息，確定並記錄腫瘤組織的方位、距離體表的尺 寸、病變的縱橫徑尺寸、病變的體積、病變組織密度、病變組織的血流狀況、病變與毗鄰組織 的關係等信息，發送給智能分析轉換系統。智能分析轉換系統接收上述信息後，將責任醫生 通過人機對話系統人工錄入的患者其他相關信息如病程、年齡、體重營養狀況、疾病分期等 進行綜合分析得出功能評分，並整理分析成表單，具體實例如下表所示：
[0050] 診斷完成後，經責任醫生確認，智能分析轉換系統智能化地給出的患者關節炎症 的治療方案，主要是指該應用超聲透藥系統進行本療程腫瘤治療的協定方案，其內容主要 包括藥物處方、透藥速率、治療次數、治療周期和療程等，然後再翻譯成治療設備上的相應 物理性能參數設定方案如：超聲調製頻率、峰值聲強、有效功率、調製波形、作用時間等，直 接實施超聲透藥治療。
[0051] 本發明的超聲透藥系統，可以是一種中頻調製低頻的超聲透藥系統。
[0052]

【權利要求】
1. 一種智能超聲診療儀，其特徵在於：包括信息採集傳輸系統、專家知識資料庫、處方 資料庫、數據存儲伺服器、人機對話系統、超聲透藥系統以及智能分析轉換系統，所述智能 分析轉換系統分別與其他各系統連接，其中， 所述信息採集傳輸系統用於採集所述超聲透藥系統治療所需病變局部的相關數據信 息，並傳送給智能分析轉換系統，實現各系統之間相關數據信息的交互； 所述專家知識資料庫，用於儲存與多種疾病數據信息對應的專家診斷方案； 所述處方資料庫，用於儲存對應診斷方案的治療方案； 所述數據存儲伺服器用於儲存所述信息採集傳輸系統採集並傳輸和人工錄入的疾病 數據信息，以及人工設定的治療參數和患者病史信息； 所述人機對話系統用於對患者病史信息進行人工錄入和設定治療參數，顯示人工錄入 和自動生成的病變數據表單、治療方案、治療參數及相關數據信息； 所述超聲透藥系統用於產生輸出超聲波實施超聲透藥治療； 所述智能分析轉換系統能夠將相關數據信息自動生成超聲透藥診斷和治療方案，且將 治療方案智能的轉換成超聲透藥治療參數，控制所述超聲透藥系統實施超聲透藥治療。
2. 根據權利要求1所述超聲診療儀，其特徵在於：所述信息採集傳輸系統採集的相關 數據信息，包括但不僅限於病變組織的方位、距離體表的尺寸、病變的縱橫徑尺寸、病變的 體積、病變組織密度、病變組織的血流狀況。
3. 根據權利要求1或2所述超聲診療儀，其特徵在於：所述信息採集傳輸系統是B型 超聲波診斷系統。
4. 根據權利要求1所述超聲診療儀，其特徵在於：所述人機對話系統包括輸入及顯示 模塊。
5. 根據權利要求1所述超聲診療儀，其特徵在於：所述智能分析轉換系統包括：疾病診 斷/治療方案自動生成單元、分析處理單元和超聲透藥治療參數智能轉換單元，其中， 所述疾病診斷/治療方案自動生成單元，用於自動生成協議形式的診斷和對應的超聲 透藥治療方案； 所述分析處理單元，用於接收信息採集傳輸系統採集並傳輸和人工錄入的疾病數據信 息，並對信息進行分析、運算； 所述超聲透藥治療參數智能轉換單元用於自動生成協議形式的超聲透藥治療參數，將 治療方案智能的轉換成超聲透藥治療參數。
6. 根據權利要求1所述超聲診療儀，其特徵在於：所述專家知識資料庫、所述處方數據 庫、所述數據存儲伺服器、所述人機對話系統可整合進智能分析轉換系統中，與智能分析轉 換系統一體化。
7. -種智能超聲診療儀的應用方法，其特徵在於：它包括以下步驟： (1) 採集測量並傳輸制定超聲透藥治療方案所需的相關數據信息：信息採集傳輸系統 在超聲透藥之前測量患者的相關數據信息，並將測得的數值上傳到智能分析轉換系統，同 時人工摘錄上傳疾病的其他相關信息； (2) 得出並自動生成超聲透藥治療方案：智能分析轉換系統根據接收到的患者相關數 據信息，分析處理並得出診斷，並自動生成超聲透藥治療方案； (3) 執行超聲透藥治療：智能分析轉換系統將超聲透藥治療方案自動轉換成治療參 數，並通過超聲透藥系統執行超聲透藥治療； (4) 測量並傳輸超聲透藥時的相關數據信息：超聲透藥系統執行超聲透藥治療時，信 息採集傳輸系統實時測量並傳輸超聲透藥治療時的相關數據信息； (5) 循環測量得出最佳超聲透藥治療方案：循環步驟（2)?（4)，智能分析轉換系統根 據超聲透藥治療過程中相關數據信息的變化，實時修正超聲透藥治療參數，得出適合患者 的最佳超聲透藥治療。
8.根據權利要求6所述智能超聲診療方法，其特徵在於：所述步驟（3)還包括智能分 析轉換系統將超聲透藥治療方案轉換為視頻信號，通過人機對話系統顯示出來。
【文檔編號】A61M37/00GK104225780SQ201410513287
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】翁春曉, 鄭淑麗, 郭正陽 申請人:北京中美聯醫學科學研究院有限公司