可調控聚焦低能超聲波裝置及其體外治療白血病的應用的製作方法
2023-07-27 06:57:01 1
專利名稱：可調控聚焦低能超聲波裝置及其體外治療白血病的應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於超聲波應用技術領域，具體涉及一種利用聚焦的低能超聲波從體外直接作用於人體骨髓，使白血病細胞逐漸凋亡的聚焦低能超聲波白血病體外治療系統。
背景技術：
白血病是嚴重威脅兒童、青壯年和部分老年人群生命的血液惡性腫瘤，近年來發病率有增加的趨勢。迄今，治療白血病的主要治療方法是不斷地用化學藥物治療(簡稱化療)，誘導白血病細胞凋亡；在有條件時還用健康的骨髓造血幹細胞植入病人體內，以替代已發生病變、會產生白血病細胞的骨髓造血幹細胞。由於上述治療方法有不少缺陷，故白血病的治癒率依然很低。
超聲波是一種頻率很高的聲波，可以很方便轉換為可以利用的機械能，具有很強的物體穿透性，當其作用於某種物質時會使物質內部分子間產生強烈震動而發生不同的物理變化，利用超聲波這種特性人們可以了解不同物質的狀態，甚至可以對物質加以改造。人們對超聲波的利用由來已久，應用領域不斷地被拓展。人們利用超聲波進行疾病的診斷與治療非常成功，比如，超聲波理療設備、A超機、B超機等診斷設備；以及超聲溫熱治療與高強度超聲治療設備等，均取得了非常好的應用效果，已經成為臨床上必不可少的診療設備。專利申請98100283.8公開了一種高強度聚焦超聲腫瘤掃描治療系統。現有技術設備的一個突出特點就是應用於目標組織與非目標組織之間有較為明確的界限，或對超聲波有吸收上的差別，或是直接需要破壞與殺死的病變組織。對於前者對超聲波的聚焦性要求不高，而對於後者則追求聚焦與高能量。如果從治療的角度來說，後者的目的是利用高能量聚焦超聲波直接殺死病變組織。對高能量超聲波正常組織與病變組織是沒有選擇性的，只能依賴於聚焦超聲波達到不傷及正常組織的目的。因此，這種治療設備僅適用於實體瘤的治療，而對於無法區分正常組織與病變組織的白血病的治療來說是完全不適用的。
白血病細胞是一群發育異常的幼稚細胞，它對超聲波的耐受力不如正常細胞。研究發現，當白血病細胞與正常細胞混在一起時，用低能超聲波同時作用於他們，如果超聲波的強度與頻率控制適當，就可以在正常細胞(包括造血幹細胞)基本不受損傷的前提下選擇性地使白血病細胞發生凋亡。本發明人結合超聲波與白血病細胞的特點，以及現有技術的不足，研製開發出了一種聚焦超聲波白血病體外治療系統。實驗證明，技術方案可行，應用效果良好。
發明創造內容1、要解決的技術問題本發明的目的在於提供一種結構設計合理，成本低廉，高聚焦性，頻率、強度(能量)可調控聚焦低能超聲波裝置。
本發明的另一個目的在於將可調控聚焦低能超聲波裝置應用於體外治療白血病。
2、技術方案本發明的第一個目的是這樣實現的，主要包括機架、數控運動平臺、超聲源、超聲波聚焦控制裝置、超聲波偶合裝置、超聲波定位監控系統、超聲波強度檢測及控制系統組成。機架呈臥式龍門架結構，設有底座，底座的一端裝置有立柱，立柱上端與橫支架相固接；橫支架中部設有電機固定架，其中安裝有步進電機，步進電機通過齒輪驅動旋轉架，旋轉架下部設有弧形導軌，弧形導軌分別與超聲源固定座、超聲波探測器固定座動配合；橫支架上對稱於固定架的兩側分別安裝X光發生器，交叉對應於底座上分別設置的X光接受器，兩束X光的交叉點與超聲波發射器及接受器聲波反射點同處於「O」點；機架裝置於數控平臺上，以實現機架的升降與平移，超聲波發生器的頂端設有超聲波偶合裝置；數控治療床與機架交叉配置，數控治療床的床架上設有移動控制機構，步進電機驅動齒輪、螺杆螺母裝置帶動床板精確移動。
本發明的另一目的是這樣實現的，應用於可調控聚焦低能超聲波裝置體外治療白血病包括下列步驟(1)治療前，首先抽取人體骨髓進行白血病細胞檢測，實驗確定白血病細胞發生凋亡而正常細胞不受損傷的臨界超聲波能量、頻率和輻照時間(輻照強度)。
(2)根據病人的具體情況確定需要超聲波輻照治療的骨骼，進行X光控制定位，將被輻照骨骼空間位置參數輸入到計算機中；測定反射超聲波的強度，再與臨界輻照強度值比較，確定治療輻照時的控制強度。
(3)根據不同骨骼的形狀及通過X光確定的空間位置參數，控制數控運動平臺和數控治療床，將裝置的工作「O」點按照步驟2所確定的空間位置參數進行定位，從而對該段骨骼進行多斷面適形超聲波輻照，達到確定的控制劑量後停止輻照，完成一次治療過程。
3、有益效果由於本發明採用了超聲波聚焦系統、超聲波定位監控、反射超聲波檢測控制導入劑量以及數控運動平臺等技術，使得不僅可以精確控制超聲波治療劑量，而且可以準確地對人體任何部位進行掃描輻射，本裝置應用於體外治療白血病。
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步的說明，但不以任何方式對本發明加以限制。
圖1為本發明機架結構主視示意圖；圖2為本發明數控治療床結構示意圖；圖3為本發明數控運動平臺示意圖；圖4為本發明整體結構立體示意圖。
圖5為本發明計算機控制工作流程圖。
具體實施例方式
如圖1-圖3所示，本發明主要包括機架、數控運動平臺、超聲源、超聲波聚焦控制裝置、超聲波偶合裝置、超聲波定位監控系統、超聲波強度檢測及控制系統組成。機架呈臥式龍門架結構，設有底座30，底座30的一端裝置有立柱29，立柱29上端與橫支架28相固接；橫支架28中部設有電機固定架12，其中安裝有步進電機11，步進電機11通過齒輪10、9驅動旋轉架8，旋轉架8下部設有弧形導軌4，弧形導軌4分別與超聲源固定座2、超聲波探測器固定座6動配合；橫支架上對稱於固定架12的兩側分別安裝X光發生器13、14，交叉對應於底座30上分別設置的X光接受器15、16，兩束X光的交叉點與超聲波發射器1及接受器5聲波反射點同處於「O」點，超聲波發生器1的頂端設有超聲波偶合裝置17。
超聲源固定座2的齒輪3，超聲波探測器固定座6的齒輪7分別與弧形軌道4上的齒條相嚙合，達到控制位移的目的。
圖2示出了數控治療床的結構，其基座18上裝置床架19上設有移動控制機構，步進電機20驅動齒輪22、螺杆螺母裝置21帶動床板23精確移動。
圖3示出了數控平臺的結構，其基座27上裝置有平移板26，其上一端裝置固定支撐板25，固定支撐板25上裝置升降板24。機架立柱29與數控平臺上升降板24相固接，以實現機架的升降與平移。
圖4示出了本發明的整體結構。數控治療床與裝置在數控平臺上的機架交叉配置，以實現治療床與超聲波聚焦點「O」的相對三維位置移動。
作為可調控聚焦低能超聲波裝置的一種應用，即體外治療白血病。圖5示出了應用本發明之裝置體外治療白血病的計算機控制工作流程圖。
超聲源由超聲壓電換能器及控制電源組成，壓電換能器在震蕩電路產生的超音頻電信號作用下產生超聲波，改變電信號的頻率與振幅即可改變超聲波的頻率和強度(功率)。將電換能器組合陣列(組合探頭)做成凹球面或凹柱面狀有利於超聲波聚焦成點狀或線狀。
當超聲波聚焦點掃描到某一人體骨骼斷面位置時，計算機立即會顯示出對應的骨骼圖象，便於確定超聲波的焦點作用位置。
超聲波在作用於人體的時候，受軟組織、骨表面形狀、骨骼密度以及超聲波入射角度不同的影響，在不同組織表面會產生反射和折射，乃至散焦(焦域的擴大)，只有一部分超聲進入了骨內，通過檢測反射超聲波的強度即可推算出導入人體骨內的總超聲波能量，通過計算機控制可以準確地控制超聲波對局部的作用劑量。
本發明的工作原理與工作過程將超聲波聚焦並調整到較低的能量和特定頻率狀態下，利用白血病細胞與正常血細胞對低能及特定頻率超聲波的耐受力差異，再通過輻照時間，達到在正常血細胞不受傷害的前提下，使白血病細胞逐漸凋亡的目的。
本發明的特點1、本發明裝置結構簡單，控制精確，超聲波的頻率、強度可以精確調控，工作穩定可靠。
2、本發明可用於體外治療白血病。應用低能量聚焦超聲波體外治療系統誘導骨髓內或/和淺表血管內白血病細胞凋亡。可以達到維持患者白血病長期緩解的目的，可不採用或較少採用目前白血病治療中常規所進行的鞏固化療方法，可能減少或一定程度上取代鞏固化療，又最大限度地降低甚至避免了化療的副作用，提高白血病患者的生存質量。
3、可應用於治療老年性白血病、低增生性白血病、耐藥性白血病、難治性白血病。這些白血病的共同特點是不能耐受正規化療藥物治療或正規化療的效果很差，而本發明可誘導白血病細胞逐漸凋亡，而正常細胞損傷較小。
4、可應用於白血病骨髓移植後復發的治療與預防。
5、本發明是繼化療、骨髓移植治療白血病後的重要治療手段，可成為白血病治療的第三種主要治療手段。
權利要求
1.一種可調控聚焦低能超聲波裝置，主要包括機架、數控五維運動平臺、超聲源、超聲波聚焦控制裝置、超聲波偶合裝置、超聲波定位監控系統、超聲波強度檢測及控制系統組成，機架呈臥式龍門架結構，設有底座(30)，底座(30)的一端裝置有立柱(29)，立柱(29)上端與橫支架(28)相固接，其特徵是橫支架(28)中部設有電機固定架(12)，其中安裝有步進電機(11)，步進電機(11)通過齒輪(10、9)驅動旋轉架(8)，旋轉架(8)下部設有弧形導軌(4)，弧形導軌(4)分別與超聲源固定座(2)、超聲波探測器固定座(6)動配合；橫支架上對稱於固定架(12)的兩側分別安裝X光發生器(13、14)，交叉對應於底座(30)上分別設置的X光接受器(15、16)，兩束X光的交叉點與超聲波發射器(1)及接受器(5)聲波反射點同處於「O」點；機架立柱(29)與數控平臺上(27)升降板(24)相固接；數控治療床(18)與裝置在數控平臺(27)上的機架交叉配置，以實現治療床與超聲波聚焦點「O」的相對三維位置移動。
2.如權利要求1所述的可調控聚焦低能超聲波裝置，其特徵是超聲波發生器(1)的頂端設有超聲波偶合裝置(17)。
3.如權利要求1所述的可調控聚焦低能超聲波裝置，其特徵是超聲源固定座(2)的齒輪(3)，超聲波探測器固定座(6)的齒輪(7)分別與弧形軌道(4)上的齒條相嚙合。
4.如權利要求1所述的可調控聚焦低能超聲波裝置，其特徵是所述的數控治療床(18)基座上裝置床架(19)上設有移動控制機構，步進電機(20)驅動齒輪(22)、螺杆螺母裝置(21)帶動床板(23)精確移動。
5.如權利要求1所述的可調控聚焦低能超聲波裝置，其特徵是所述的數控平臺(27)的基座上裝置有平移板(26)，其上一端裝置固定支撐板(25)，固定支撐板(25)上裝置升降板(24)。
6.一種如權利要求1所述的裝置在體外治療白血病的應用，其特徵是包括下列步驟(1)治療前，首先抽取人體骨髓進行白血病細胞檢測，實驗確定白血病細胞發生凋亡而正常細胞不受損傷的臨界超聲波能量、頻率和輻照時間(輻照強度)。(2)確定需要超聲波輻照治療的骨骼，進行X光控制定位，將被輻照骨骼空間位置參數輸入到計算機中；測定反射超聲波的強度，再與臨界輻照強度值比較，確定治療輻照時的控制強度。(3)根據不同骨骼的形狀及通過X光確定的空間位置參數，控制數控運動平臺和數控治療床，將裝置的工作「O」點按照步驟2所確定的空間位置參數進行定位，從而對該段骨骼進行多斷面適形超聲波輻照，達到確定的控制劑量後停止輻照，完成一次治療過程。
全文摘要
本發明公開一種可調控聚焦低能超聲波裝置及其體外治療白血病的應用。裝置主要包括機架、數控運動平臺、超聲源、超聲波聚焦控制裝置、超聲波耦合裝置、超聲波定位監控系統、超聲波強度檢測及控制系統組成。本發明可用於體外治療白血病，老年性白血病、低增生性白血病、耐藥性白血病、難治性白血病，以及白血病骨髓移植後復發的治療與預防，將成為白血病治療的第三種主要治療手段。
文檔編號A61N7/00GK1569277SQ20041002244
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月29日 優先權日2004年4月29日
發明者朱念麟, 何明生 申請人:朱念麟, 何明生