CN100408128C - 可调控聚焦低能超声波装置及其体外治疗白血病的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可调控聚焦低能超声波装置及其体外治疗白血病的应用。装置主要包括机架、数控平台、超声源、超声波聚焦控制装置、超声波耦合装置、超声波定位监控***、超声波强度检测及控制***组成。本发明可用于体外治疗白血病，老年性白血病、低增生性白血病、耐药性白血病、难治性白血病，以及白血病骨髓移植后复发的治疗与预防，将成为白血病治疗的第三种主要治疗手段。

Description

可调控聚焦低能超声波装置及其体外治疗白血病的应用
技术领域
本发明属于超声波应用技术领域，具体涉及一种利用聚焦的低能超声波从体外直接作用于人体骨髓，使白血病细胞逐渐凋亡的聚焦低能超声波白血病体外治疗***。
背景技术
白血病是严重威胁儿童、青壮年和部分老年人群生命的血液恶性肿瘤，近年来发病率有增加的趋势。迄今，治疗白血病的主要治疗方法是不断地用化学药物治疗(简称化疗)，诱导白血病细胞凋亡；在有条件时还用健康的骨髓造血干细胞植入病人体内，以替代已发生病变、会产生白血病细胞的骨髓造血干细胞。由于上述治疗方法有不少缺陷，故白血病的治愈率依然很低。
超声波是一种频率很高的声波，可以很方便转换为可以利用的机械能，具有很强的物体穿透性，当其作用于某种物质时会使物质内部分子间产生强烈震动而发生不同的物理变化，利用超声波这种特性人们可以了解不同物质的状态，甚至可以对物质加以改造。人们对超声波的利用由来已久，应用领域不断地被拓展。人们利用超声波进行疾病的诊断与治疗非常成功，比如，超声波理疗设备、A超机、B超机等诊断设备；以及超声温热治疗与高强度超声治疗设备等，均取得了非常好的应用效果，已经成为临床上必不可少的诊疗设备。专利申请98100283.8公开了一种高强度聚焦超声肿瘤扫描治疗***。现有技术设备的一个突出特点就是应用于目标组织与非目标组织之间有较为明确的界限，或对超声波有吸收上的差别，或是直接需要破坏与杀死的病变组织。对于前者对超声波的聚焦性要求不高，而对于后者则追求聚焦与高能量。如果从治疗的角度来说，后者的目的是利用高能量聚焦超声波直接杀死病变组织。对高能量超声波正常组织与病变组织是没有选择性的，只能依赖于聚焦超声波达到不伤及正常组织的目的。因此，这种治疗设备仅适用于实体瘤的治疗，而对于无法区分正常组织与病变组织的白血病的治疗来说是完全不适用的。
白血病细胞是一群发育异常的幼稚细胞，它对超声波的耐受力不如正常细胞。研究发现，当白血病细胞与正常细胞混在一起时，用低能超声波同时作用于他们，如果超声波的强度与频率控制适当，就可以在正常细胞(包括造血干细胞)基本不受损伤的前提下选择性地使白血病细胞发生凋亡。本发明人结合超声波与白血病细胞的特点，以及现有技术的不足，研制开发出了一种聚焦超声波白血病体外治疗***。实验证明，技术方案可行，应用效果良好。
发明创造内容
1、要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种结构设计合理，成本低廉，高聚焦性，频率、强度(能量)可调控聚焦低能超声波装置。
2、技术方案
本发明的目的是这样实现的，主要包括机架、数控平台、超声源、超声波聚焦控制装置、超声波耦合装置、超声波定位监控***、超声波强度检测及控制***组成。机架呈卧式龙门架结构，设有底座，底座的一端装置有立柱，立柱上端与横支架相固接；横支架中部设有电机固定架，其中安装有步进电机，步进电机通过齿轮驱动旋转架，旋转架下部设有弧形导轨，弧形导轨分别与超声源固定座、超声波探测器固定座动配合；横支架上对称于固定架的两侧分别安装X光发生器，交叉对应于底座上分别设置的X光接受器，两束X光的交叉点与超声波发射器及接受器声波反射点同处于“O”点；机架装置于数控平台上，以实现机架的升降与平移，超声波发生器的顶端设有超声波耦合装置；数控治疗床与机架交叉配置，数控治疗床的床架上设有移动控制机构，步进电机驱动齿轮、螺杆螺母装置带动床板精确移动。
3、有益效果
由于本发明采用了超声波聚焦***、超声波定位监控、反射超声波检测控制导入剂量以及数控平台等技术，使得不仅可以精确控制超声波治疗剂量，而且可以准确地对人体任何部位进行扫描辐射，本装置应用于体外治疗白血病。
附图说明
下面结合附图与实施例对本发明做进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制。
图1为本发明机架结构主视示意图；
图2为本发明数控治疗床结构示意图；
图3为本发明数控平台示意图；
图4为本发明整体结构立体示意图。
图5为本发明计算机控制工作流程图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明主要包括机架、数控平台、超声源、超声波聚焦控制装置、超声波耦合装置、超声波定位监控***、超声波强度检测及控制***组成。机架呈卧式龙门架结构，设有底座30，底座30的一端装置有立柱29，立柱29上端与横支架28相固接；横支架28中部设有电机固定架12，其中安装有步进电机11，步进电机11通过齿轮10、9驱动旋转架8，旋转架8下部设有弧形导轨4，弧形导轨4分别与超声源固定座2、超声波探测器固定座6动配合；横支架上对称于固定架12的两侧分别安装X光发生器13、14，交叉对应于底座30上分别设置的X光接受器15、16，两束X光的交叉点与超声波发射器1及接受器5声波反射点同处于“O”点，超声波发生器1的顶端设有超声波耦合装置17。
超声源固定座2的齿轮3，超声波探测器固定座6的齿轮7分别与弧形轨道4上的齿条相啮合，达到控制位移的目的。
图2示出了数控治疗床的结构，其基座18上装设的床架19上设有移动控制机构，步进电机20驱动齿轮22、螺杆螺母装置21带动床板23精确移动。
图3示出了数控平台的结构，其基座18上装置有平移板26，其上一端装置固定支撑板25，固定支撑板25上装置升降板24。机架立柱29与数控平台上升降板24相固接，以实现机架的升降与平移。
图4示出了本发明的整体结构。数控治疗床与装置在数控平台上的机架交叉配置，以实现治疗床与超声波聚焦点“O”的相对三维位置移动。
作为可调控聚焦低能超声波装置的一种应用，即体外治疗白血病。图5示出了应用本发明之装置体外治疗白血病的计算机控制工作流程图。
超声源由超声压电换能器及控制电源组成，压电换能器在震荡电路产生的超音频电信号作用下产生超声波，改变电信号的频率与振幅即可改变超声波的频率和强度(功率)。将电换能器组合阵列(组合探头)做成凹球面或凹柱面状有利于超声波聚焦成点状或线状。
当超声波聚焦点扫描到某一人体骨骼断面位置时，计算机立即会显示出对应的骨骼图象，便于确定超声波的焦点作用位置。
超声波在作用于人体的时候，受软组织、骨表面形状、骨骼密度以及超声波入射角度不同的影响，在不同组织表面会产生反射和折射，乃至散焦(焦域的扩大)，只有一部分超声进入了骨内，通过检测反射超声波的强度即可推算出导入人体骨内的总超声波能量，通过计算机控制可以准确地控制超声波对局部的作用剂量。
本发明的工作原理与工作过程：
将超声波聚焦并调整到较低的能量和特定频率状态下，利用白血病细胞与正常血细胞对低能及特定频率超声波的耐受力差异，再通过辐照时间，达到在正常血细胞不受伤害的前提下，使白血病细胞逐渐凋亡的目的。
本发明的特点：
1、本发明装置结构简单，控制精确，超声波的频率、强度可以精确调控，工作稳定可靠。
2、本发明可用于体外治疗白血病。应用低能量聚焦超声波体外治疗***诱导骨髓内或/和浅表血管内白血病细胞凋亡。可以达到维持患者白血病长期缓解的目的，可不采用或较少采用目前白血病治疗中常规所进行的巩固化疗方法，可能减少或一定程度上取代巩固化疗，又最大限度地降低甚至避免了化疗的副作用，提高白血病患者的生存质量。
3、可应用于治疗老年性白血病、低增生性白血病、耐药性白血病、难治性白血病。这些白血病的共同特点是不能耐受正规化疗药物治疗或正规化疗的效果很差，而本发明可诱导白血病细胞逐渐凋亡，而正常细胞损伤较小。
4、可应用于白血病骨髓移植后复发的治疗与预防。
5、本发明是继化疗、骨髓移植治疗白血病后的重要治疗手段，可成为白血病治疗的第三种主要治疗手段。

Claims (5)

1. 一种可调控聚焦低能超声波装置，主要包括机架、数控平台、超声源、超声波聚焦控制装置、超声波耦合装置、超声波定位监控***、超声波强度检测及控制***组成，机架呈卧式龙门架结构，设有底座(30)，底座(30)的一端装置有立柱(29)，立柱(29)上端与横支架(28)相固接，其特征是：横支架(28)中部设有电机固定架(12)，其中安装有步进电机(11)，步进电机(11)通过齿轮(10、9)驱动旋转架(8)，旋转架(8)下部设有弧形导轨(4)，弧形导轨(4)分别与超声源固定座(2)、超声波探测器固定座(6)动配合；横支架上对称于固定架(12)的两侧分别安装X光发生器(13、14)，交叉对应于底座(30)上分别设置的X光接受器(15、16)，两束X光的交叉点与超声波发射器(1)及接受器(5)声波反射点同处于“O”点；机架立柱(29)与数控平台(27)上升降板(24)相固接；数控治疗床(18)与装置在数控平台(27)上的机架交叉配置，以实现治疗床与超声波聚焦点“O”的相对三维位置移动。
2. 如权利要求1所述的可调控聚焦低能超声波装置，其特征是：超声波发生器(1)的顶端设有超声波耦合装置(17).
3. 如权利要求1所述的可调控聚焦低能超声波装置，其特征是：超声源固定座(2)的齿轮(3)，超声波探测器固定座(6)的齿轮(7)分别与弧形轨道(4)上的齿条相啮合。
4. 如权利要求1所述的可调控聚焦低能超声波装置，其特征是：所述的数控治疗床(18)基座上装设的床架(19)上设有移动控制机构，步进电机(20)驱动齿轮(22)、螺杆螺母装置(21)带动床板(23)精确移动。
5. 如权利要求1所述的可调控聚焦低能超声波装置，其特征是：所述的数控平台(27)的基座上装置有平移板(26)，其上一端装置固定支撑板(25)，固定支撑板(25)上装置升降板(24)。
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