專利名稱：可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置及其體外治療白血病的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用聚焦的低能超聲波從體外直接作用于人體骨髓，使白血病細(xì)胞逐漸凋亡的聚焦低能超聲波白血病體外治療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
白血病是嚴(yán)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(fā)病率有增加的趨勢(shì)。迄今，治療白血病的主要治療方法是不斷地用化學(xué)藥物治療(簡(jiǎn)稱化療)，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡；在有條件時(shí)還用健康的骨髓造血干細(xì)胞植入病人體內(nèi)，以替代已發(fā)生病變、會(huì)產(chǎn)生白血病細(xì)胞的骨髓造血干細(xì)胞。由于上述治療方法有不少缺陷，故白血病的治愈率依然很低。
超聲波是一種頻率很高的聲波，可以很方便轉(zhuǎn)換為可以利用的機(jī)械能，具有很強(qiáng)的物體穿透性，當(dāng)其作用于某種物質(zhì)時(shí)會(huì)使物質(zhì)內(nèi)部分子間產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)而發(fā)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(zhì)的狀態(tài)，甚至可以對(duì)物質(zhì)加以改造。人們對(duì)超聲波的利用由來已久，應(yīng)用領(lǐng)域不斷地被拓展。人們利用超聲波進(jìn)行疾病的診斷與治療非常成功，比如，超聲波理療設(shè)備、A超機(jī)、B超機(jī)等診斷設(shè)備；以及超聲溫?zé)嶂委熍c高強(qiáng)度超聲治療設(shè)備等，均取得了非常好的應(yīng)用效果，已經(jīng)成為臨床上必不可少的診療設(shè)備。專利申請(qǐng)98100283.8公開了一種高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤掃描治療系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的一個(gè)突出特點(diǎn)就是應(yīng)用于目標(biāo)組織與非目標(biāo)組織之間有較為明確的界限，或?qū)Τ暡ㄓ形丈系牟顒e，或是直接需要破壞與殺死的病變組織。對(duì)于前者對(duì)超聲波的聚焦性要求不高，而對(duì)于后者則追求聚焦與高能量。如果從治療的角度來說，后者的目的是利用高能量聚焦超聲波直接殺死病變組織。對(duì)高能量超聲波正常組織與病變組織是沒有選擇性的，只能依賴于聚焦超聲波達(dá)到不傷及正常組織的目的。因此，這種治療設(shè)備僅適用于實(shí)體瘤的治療，而對(duì)于無法區(qū)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(xì)胞是一群發(fā)育異常的幼稚細(xì)胞，它對(duì)超聲波的耐受力不如正常細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)白血病細(xì)胞與正常細(xì)胞混在一起時(shí)，用低能超聲波同時(shí)作用于他們，如果超聲波的強(qiáng)度與頻率控制適當(dāng)，就可以在正常細(xì)胞(包括造血干細(xì)胞)基本不受損傷的前提下選擇性地使白血病細(xì)胞發(fā)生凋亡。本發(fā)明人結(jié)合超聲波與白血病細(xì)胞的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制開發(fā)出了一種聚焦超聲波白血病體外治療系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，技術(shù)方案可行，應(yīng)用效果良好。
發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容1、要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，成本低廉，高聚焦性，頻率、強(qiáng)度(能量)可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于將可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置應(yīng)用于體外治療白血病。
2、技術(shù)方案本發(fā)明的第一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，主要包括機(jī)架、數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、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(jiān)控系統(tǒng)、超聲波強(qiáng)度檢測(cè)及控制系統(tǒng)組成。機(jī)架呈臥式龍門架結(jié)構(gòu)，設(shè)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(shè)有電機(jī)固定架，其中安裝有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過齒輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)架，旋轉(zhuǎn)架下部設(shè)有弧形導(dǎo)軌，弧形導(dǎo)軌分別與超聲源固定座、超聲波探測(cè)器固定座動(dòng)配合；橫支架上對(duì)稱于固定架的兩側(cè)分別安裝X光發(fā)生器，交叉對(duì)應(yīng)于底座上分別設(shè)置的X光接受器，兩束X光的交叉點(diǎn)與超聲波發(fā)射器及接受器聲波反射點(diǎn)同處于“O”點(diǎn)；機(jī)架裝置于數(shù)控平臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)機(jī)架的升降與平移，超聲波發(fā)生器的頂端設(shè)有超聲波偶合裝置；數(shù)控治療床與機(jī)架交叉配置，數(shù)控治療床的床架上設(shè)有移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、螺桿螺母裝置帶動(dòng)床板精確移動(dòng)。
本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用于可調(diào)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(jìn)行白血病細(xì)胞檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)確定白血病細(xì)胞發(fā)生凋亡而正常細(xì)胞不受損傷的臨界超聲波能量、頻率和輻照時(shí)間(輻照強(qiáng)度)。
(2)根據(jù)病人的具體情況確定需要超聲波輻照治療的骨骼，進(jìn)行X光控制定位，將被輻照骨骼空間位置參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中；測(cè)定反射超聲波的強(qiáng)度，再與臨界輻照強(qiáng)度值比較，確定治療輻照時(shí)的控制強(qiáng)度。
(3)根據(jù)不同骨骼的形狀及通過X光確定的空間位置參數(shù)，控制數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和數(shù)控治療床，將裝置的工作“O”點(diǎn)按照步驟2所確定的空間位置參數(shù)進(jìn)行定位，從而對(duì)該段骨骼進(jìn)行多斷面適形超聲波輻照，達(dá)到確定的控制劑量后停止輻照，完成一次治療過程。
3、有益效果由于本發(fā)明采用了超聲波聚焦系統(tǒng)、超聲波定位監(jiān)控、反射超聲波檢測(cè)控制導(dǎo)入劑量以及數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等技術(shù)，使得不僅可以精確控制超聲波治療劑量，而且可以準(zhǔn)確地對(duì)人體任何部位進(jìn)行掃描輻射，本裝置應(yīng)用于體外治療白血病。
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對(duì)本發(fā)明加以限制。
圖1為本發(fā)明機(jī)架結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖2為本發(fā)明數(shù)控治療床結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)示意圖；圖4為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖5為本發(fā)明計(jì)算機(jī)控制工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1-圖3所示，本發(fā)明主要包括機(jī)架、數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、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(jiān)控系統(tǒng)、超聲波強(qiáng)度檢測(cè)及控制系統(tǒng)組成。機(jī)架呈臥式龍門架結(jié)構(gòu)，設(shè)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(shè)有電機(jī)固定架12，其中安裝有步進(jìn)電機(jī)11，步進(jìn)電機(jī)11通過齒輪10、9驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)架8，旋轉(zhuǎn)架8下部設(shè)有弧形導(dǎo)軌4，弧形導(dǎo)軌4分別與超聲源固定座2、超聲波探測(cè)器固定座6動(dòng)配合；橫支架上對(duì)稱于固定架12的兩側(cè)分別安裝X光發(fā)生器13、14，交叉對(duì)應(yīng)于底座30上分別設(shè)置的X光接受器15、16，兩束X光的交叉點(diǎn)與超聲波發(fā)射器1及接受器5聲波反射點(diǎn)同處于“O”點(diǎn)，超聲波發(fā)生器1的頂端設(shè)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(cè)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(dá)到控制位移的目的。
圖2示出了數(shù)控治療床的結(jié)構(gòu)，其基座18上裝置床架19上設(shè)有移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)20驅(qū)動(dòng)齒輪22、螺桿螺母裝置21帶動(dòng)床板23精確移動(dòng)。
圖3示出了數(shù)控平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，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(jī)架立柱29與數(shù)控平臺(tái)上升降板24相固接，以實(shí)現(xiàn)機(jī)架的升降與平移。
圖4示出了本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)。數(shù)控治療床與裝置在數(shù)控平臺(tái)上的機(jī)架交叉配置，以實(shí)現(xiàn)治療床與超聲波聚焦點(diǎn)“O”的相對(duì)三維位置移動(dòng)。
作為可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置的一種應(yīng)用，即體外治療白血病。圖5示出了應(yīng)用本發(fā)明之裝置體外治療白血病的計(jì)算機(jī)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(chǎn)生的超音頻電信號(hào)作用下產(chǎn)生超聲波，改變電信號(hào)的頻率與振幅即可改變超聲波的頻率和強(qiáng)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于超聲波聚焦成點(diǎn)狀或線狀。
當(dāng)超聲波聚焦點(diǎn)掃描到某一人體骨骼斷面位置時(shí)，計(jì)算機(jī)立即會(huì)顯示出對(duì)應(yīng)的骨骼圖象，便于確定超聲波的焦點(diǎn)作用位置。
超聲波在作用于人體的時(shí)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(huì)產(chǎn)生反射和折射，乃至散焦(焦域的擴(kuò)大)，只有一部分超聲進(jìn)入了骨內(nèi)，通過檢測(cè)反射超聲波的強(qiáng)度即可推算出導(dǎo)入人體骨內(nèi)的總超聲波能量，通過計(jì)算機(jī)控制可以準(zhǔn)確地控制超聲波對(duì)局部的作用劑量。
本發(fā)明的工作原理與工作過程將超聲波聚焦并調(diào)整到較低的能量和特定頻率狀態(tài)下，利用白血病細(xì)胞與正常血細(xì)胞對(duì)低能及特定頻率超聲波的耐受力差異，再通過輻照時(shí)間，達(dá)到在正常血細(xì)胞不受傷害的前提下，使白血病細(xì)胞逐漸凋亡的目的。
本發(fā)明的特點(diǎn)1、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精確，超聲波的頻率、強(qiáng)度可以精確調(diào)控，工作穩(wěn)定可靠。
2、本發(fā)明可用于體外治療白血病。應(yīng)用低能量聚焦超聲波體外治療系統(tǒng)誘導(dǎo)骨髓內(nèi)或/和淺表血管內(nèi)白血病細(xì)胞凋亡?？梢赃_(dá)到維持患者白血病長(zhǎng)期緩解的目的，可不采用或較少采用目前白血病治療中常規(guī)所進(jìn)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(zhì)量。
3、可應(yīng)用于治療老年性白血病、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(diǎn)是不能耐受正規(guī)化療藥物治療或正規(guī)化療的效果很差，而本發(fā)明可誘導(dǎo)白血病細(xì)胞逐漸凋亡，而正常細(xì)胞損傷較小。
4、可應(yīng)用于白血病骨髓移植后復(fù)發(fā)的治療與預(yù)防。
5、本發(fā)明是繼化療、骨髓移植治療白血病后的重要治療手段，可成為白血病治療的第三種主要治療手段。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置，主要包括機(jī)架、數(shù)控五維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、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(jiān)控系統(tǒng)、超聲波強(qiáng)度檢測(cè)及控制系統(tǒng)組成，機(jī)架呈臥式龍門架結(jié)構(gòu)，設(shè)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，其特征是橫支架(28)中部設(shè)有電機(jī)固定架(12)，其中安裝有步進(jìn)電機(jī)(11)，步進(jìn)電機(jī)(11)通過齒輪(10、9)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)架(8)，旋轉(zhuǎn)架(8)下部設(shè)有弧形導(dǎo)軌(4)，弧形導(dǎo)軌(4)分別與超聲源固定座(2)、超聲波探測(cè)器固定座(6)動(dòng)配合；橫支架上對(duì)稱于固定架(12)的兩側(cè)分別安裝X光發(fā)生器(13、14)，交叉對(duì)應(yīng)于底座(30)上分別設(shè)置的X光接受器(15、16)，兩束X光的交叉點(diǎn)與超聲波發(fā)射器(1)及接受器(5)聲波反射點(diǎn)同處于“O”點(diǎn)；機(jī)架立柱(29)與數(shù)控平臺(tái)上(27)升降板(24)相固接；數(shù)控治療床(18)與裝置在數(shù)控平臺(tái)(27)上的機(jī)架交叉配置，以實(shí)現(xiàn)治療床與超聲波聚焦點(diǎn)“O”的相對(duì)三維位置移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置，其特征是超聲波發(fā)生器(1)的頂端設(shè)有超聲波偶合裝置(17)。
3.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置，其特征是超聲源固定座(2)的齒輪(3)，超聲波探測(cè)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(quán)利要求1所述的可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置，其特征是所述的數(shù)控治療床(18)基座上裝置床架(19)上設(shè)有移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)(20)驅(qū)動(dòng)齒輪(22)、螺桿螺母裝置(21)帶動(dòng)床板(23)精確移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置，其特征是所述的數(shù)控平臺(tái)(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(quán)利要求1所述的裝置在體外治療白血病的應(yīng)用，其特征是包括下列步驟(1)治療前，首先抽取人體骨髓進(jìn)行白血病細(xì)胞檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)確定白血病細(xì)胞發(fā)生凋亡而正常細(xì)胞不受損傷的臨界超聲波能量、頻率和輻照時(shí)間(輻照強(qiáng)度)。(2)確定需要超聲波輻照治療的骨骼，進(jìn)行X光控制定位，將被輻照骨骼空間位置參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中；測(cè)定反射超聲波的強(qiáng)度，再與臨界輻照強(qiáng)度值比較，確定治療輻照時(shí)的控制強(qiáng)度。(3)根據(jù)不同骨骼的形狀及通過X光確定的空間位置參數(shù)，控制數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和數(shù)控治療床，將裝置的工作“O”點(diǎn)按照步驟2所確定的空間位置參數(shù)進(jìn)行定位，從而對(duì)該段骨骼進(jìn)行多斷面適形超聲波輻照，達(dá)到確定的控制劑量后停止輻照，完成一次治療過程。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可調(diào)控聚焦低能超聲波裝置及其體外治療白血病的應(yīng)用。裝置主要包括機(jī)架、數(shù)控運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、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(jiān)控系統(tǒng)、超聲波強(qiáng)度檢測(cè)及控制系統(tǒng)組成。本發(fā)明可用于體外治療白血病，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后復(fù)發(fā)的治療與預(yù)防，將成為白血病治療的第三種主要治療手段。
文檔編號(hào)A61N7/00GK1569277SQ20041002244
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者朱念麟, 何明生 申請(qǐng)人:朱念麟, 何明生