CN110890795B - 一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置。该装置包括：电磁产生装置、发射线圈、接收线圈和电热元件；电磁产生装置的输出端与发射线圈连接，电磁产生装置用于产生电磁能，并将电磁能传输至发射线圈；接收线圈与发射线圈对应设置，用于接收发射线圈发射的电磁能，并将电磁能转换为电能；接收线圈的输出端与电热元件连接；当进行肿瘤热消融处理时，电热元件布置于待处理的肿瘤区域。本发明的基于非接触供电的肿瘤热消融装置采用非接触供电技术，将电能直接导入到肿瘤组织部位，通过电热元件温控加热实现对肿瘤组织的热消融；在微创尺度内能够实现精确定位、适形性好、热场分布均匀且可调控，对人体创伤小，对正常组织破坏小。

Description

一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置

技术领域

本发明涉及生物医学电子技术领域，特别是涉及一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置。

背景技术

恶性肿瘤具有高发病率和高复发率的特点，已成为威胁人类健康的重大疾病之一。传统的***方法包括手术切除、放疗与化疗。近年来，随着生物医学工程技术的快速发展，肿瘤热消融技术成功实现了肿瘤治疗的临床应用，为肿瘤治疗开辟了新的途径。

肿瘤热消融是针对某一脏器或组织中特定的一个或多个肿瘤病灶，利用物理方法使组织加热产生生物学效应，直接导致肿瘤细胞发生不可逆损伤或凝固性坏死的一种原位灭活技术。通常采用微波或射频等技术产生致热源，以肿瘤为中心最大限度地消融靶肿瘤及周围0.5～1cm的正常组织，加热至有效治疗温度范围并维持特定时间，引起肿瘤细胞分子结构发生改变和溶酶体活性增强，达到杀灭肿瘤细胞，***的目的。与传统方法相比，热消融具有安全性高、并发症少、适形、微创和可重复性好等优点，现已成为继手术切除、放疗、化疗外的有效肿瘤治疗手段。

以射频为热源的消融技术以电流形式发生，组织的导电性和阻抗性限制了消融范围，受炭化、干燥组织和热沉降效应影响较大，所形成的热场分布不均匀、可控性差。以微波为热源的消融技术直接以微波传输形式将能量传输至肿瘤区域，受穿透组织深度影响很大，同时容易造成目标区域外正常组织的热损伤，此外该方法设备不完善、效果不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置，以提高热场分布的均匀性，进而提高肿瘤热消融的定位精准度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置，包括：电磁产生装置、发射线圈、接收线圈和电热元件；

所述电磁产生装置的输出端与所述发射线圈连接，所述电磁产生装置用于产生电磁能，并将所述电磁能传输至所述发射线圈；所述接收线圈与所述发射线圈对应设置，用于接收所述发射线圈发射的电磁能，并将所述电磁能转换为电能；所述接收线圈的输出端与所述电热元件连接；当进行肿瘤热消融处理时，所述电热元件布置于待处理的肿瘤区域。

可选的，所述电磁产生装置包括：高频信号发生器和功率驱动器；所述高频信号发生器的输出端与所述功率驱动器连接，所述功率驱动器的输出端与所述发射线圈连接，所述高频信号发生器用于产生带有调制信息的高频电磁信号，所述功率发生器用于对所述高频电磁信号进行功率放大。

可选的，还包括：整流滤波电路和线性稳压装置，所述接收线圈通过所述整流滤波电路和所述线性稳压装置与所述电热元件连接；所述接收线圈的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接，所述整流滤波电路的输出端与所述线性稳压装置连接，所述线性稳压装置的输出端与所述电热元件连接；所述接收线圈用于将所述电磁能转换为高频交流电能，所述整流滤波电路用于将所述高频交流电能转换为直流电能，所述线性稳压装置用于对所述直流电能进行稳压。

可选的，还包括控制电路和温度传感器；所述接收线圈通过所述控制电路与所述电热元件连接，所述温度传感器布设于所述待处理的肿瘤区域；所述控制电路用于根据所述温度传感器的测量数据调节所述加热元件的加热参数。

可选的，所述温度传感器的个数为多个，多个所述温度传感器分散布置于所述待处理的肿瘤区域。

可选的，所述电热元件的个数为多个，且每个所述电热元件的形状可调节，多个所述电热元件的形状根据待处理的肿瘤区域的形状进行调节，使得多个所述电热元件的加热区域均匀分布于所述待处理的肿瘤区域。

可选的，所述控制电路包括多点闭环控制电路和微控制器；所述微控制器中存储有所述待处理的肿瘤区域的加热制度，所述微控制器接收多个所述温度传感器的测量数据，并采用PID控制策略通过所述多点闭环控制电路调节多个所述加热元件的加热参数。

可选的，还包括显示装置，所述显示装置与所述微控制器的输出端连接，用于实时显示待处理的肿瘤区域的温度数据。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(1)定位性好：在使用时，通过微创技术能够将电热元件精确放置于肿瘤区域；

(2)适形性好：根据肿瘤大小、形状和所处区域，调节电热元件的数量、分布密度、长度、布设形状等参数，以适应待处理的肿瘤，能够很好的对肿瘤进行热消融，不会对周围正常组织造成不良影响。

(3)热场均匀且可调控：多点闭环控制电路实现对肿瘤区域的温度测量和控制，对分布于肿瘤组织中的各个电热元件提供不同加热功率、加热时间实现热场均匀性的控制，能够对肿瘤达到可持续性热疗的效果；

(4)设定、实时控制加热：肿瘤组织的温度信息可以实时发送至体外的显示装置，在显示装置上显示肿瘤温度，再通过微控制器实时设定加热制度参数；

(5)安全方便：采用微创技术和手术牵引手段布置细小的电热丝元件，采用空间感应耦合技术，便捷且传输效率高，能够有效减少目标区域外正常组织的热损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的示意图；

图3为本发明实施例2中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的电热元件在肿瘤内部放置示意图；

图4为本发明实施例3中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的电热元件在肿瘤内部放置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本发明实施例1中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的结构示意图。如图1所示，本实施例中所述基于非接触供电的肿瘤热消融装置包括：电磁产生装置、发射线圈、接收线圈和电热元件；所述电磁产生装置的输出端与所述发射线圈连接，所述电磁产生装置用于产生电磁能，并将所述电磁能传输至所述发射线圈；所述接收线圈与所述发射线圈对应设置，用于接收所述发射线圈发射的电磁能，并将所述电磁能转换为电能；所述接收线圈的输出端与所述电热元件连接；当进行肿瘤热消融处理时，所述电热元件布置于待处理的肿瘤区域。

具体的，电磁产生装置包括高频信号发生器和功率驱动器；所述高频信号发生器的输出端与所述功率驱动器连接，所述功率驱动器的输出端与所述发射线圈连接，所述高频信号发生器用于产生带有调制信息的高频电磁信号，所述功率发生器用于对所述高频电磁信号进行功率放大。

所述接收线圈通过整流滤波电路和线性稳压装置与所述电热元件连接；所述接收线圈的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接，所述整流滤波电路的输出端与所述线性稳压装置连接，所述线性稳压装置的输出端与所述电热元件连接；所述接收线圈用于将所述电磁能转换为高频交流电能，所述整流滤波电路用于将所述高频交流电能转换为直流电能，所述线性稳压装置用于对所述直流电能进行稳压。

所述接收线圈通过控制电路与所述电热元件连接，控制电路包括接收电路和微控制器；所述微控制器中存储有所述待处理的肿瘤区域的加热制度，所述微控制器接收多个温度传感器的测量数据，并采用PID控制策略通过多点闭环控制电路调节多个所述加热元件的加热参数。所述温度传感器布设于所述待处理的肿瘤区域；所述控制电路用于根据所述温度传感器的测量数据调节所述加热元件的加热参数。

所述温度传感器的个数为多个，多个所述温度传感器分散布置于所述待处理的肿瘤区域。所述电热元件的个数为多个，且每个所述电热元件的形状可调节，多个所述电热元件的形状根据待处理的肿瘤区域的形状进行调节，使得多个所述电热元件的加热区域均匀分布于所述待处理的肿瘤区域。

本实施例还包括显示装置，所述显示装置通过发射电路与所述微控制器的输出端连接，用于实时显示待处理的肿瘤区域的温度数据。

实施例2

图2为本发明实施例2中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的示意图。如图2所示，本实施例的基于非接触供电的肿瘤热消融装置采用非接触供电技术，将电能直接导入到肿瘤组织部位，通过电热元件温控加热实现对肿瘤组织的热消融。本实施例的基于非接触供电的肿瘤热消融装置包括体外能量发射部分和体内能量接收部分，体外能量发射部分包括信号发生及功率驱动器1和发射线圈2，信号发生及功率驱动器1通过高频信号发生器产生带有调制信息的高频信号，再功率驱动器将高频信号的功率放大至适当水平后送给发射线圈2，发射线圈2将电磁能发射出去。其中，功率驱动器采用推挽结构。

体内能量接收部分包括接收线圈3、整流滤波稳压电路4、微控制器5、电热元件6和温度传感器8。接收线圈3与发射线圈2正面相对，两线圈重叠面积越大能量传送效率越高。接收线圈3将空间的电磁能转换为高频交流电能，通过整流滤波稳压电路4的整流滤波电路将高频交流电能转换为直流电能，线性稳压装置对直流电压进行稳压，然后通过控制电路及低阻导线，将电流导入置于肿瘤区域7内的电热元件6中。其中，微控制器5属于控制电路中的一部分，控制电路控制加热功率，受控功率通过低阻导线将加热能量传递给电热元件6，电热元件6对肿瘤组织受控加热。

具体的，控制电路包含多点闭环控制电路和微控制器5。多点闭环控制电路实现对肿瘤区域的温度测量和控制。多点是指对被控对象进行多点温度采样，闭环控制是指被控对象的当前温度、热容等参数计算得到加热功率，以提高温度控制精度。微控制器5可以实现对肿瘤区域7的加热温度控制，控温算法采用智能自整定PID控温算法。

本实施例将电能直接导入到肿瘤区域7后，采用电热元件6温控加热实现对肿瘤组织的热消融，通过体内外收发装置及闭环控制电路及微控制器5，设定并实时控制加热制度，包括对肿瘤组织的加热温度、加热时间、加热温度梯度曲线。加热制度是执行者预先根据实验经验确定，通过发射线圈将加热制度传递给多点闭环控制器，多点闭环控制器执行设定好的加热制度。这样的加热制度能够实现仅对肿瘤组织进行可控温度加热，而尽可能地减小对周围正常组织9的热影响，实现了肿瘤热消融和保护正常组织的双重目的。其中，可设定并可实时控制的加热制度，是通过发射电路将肿瘤组织的温度信息发送至体外装置，在体外装置上显示肿瘤温度；通过接收电路，微控制器5接收设定加热制度参数。

本实施例是对肿瘤组织的加热采用多点电热元件加热，对肿瘤的不同区域用多个电热元件加热，实现尽可能均匀的加热效果；采用多点温度传感器8测温，根据测温所得目标温度来控制电热元件6的加热功率。

本实施例的高频信号生成后经功率驱动器传输至发射线圈2，发射线圈2与植入体内表层皮肤下的接收线圈3感应耦合实现能量传递，经整流滤波及稳压电路4，最终将电磁能转化为稳定的直流电能，经多点闭环控制电路、微控制器5及低阻导线，将电流导入置于肿瘤区域7内的电热元件6中。通过体内外收发装置、闭环控制电路及微控制器5，设定并实时控制加热制度，包括对肿瘤组织的加热温度、加热时间、加热温度梯度曲线。其中，多点闭环控制电路测量和控制肿瘤区域的温度，微控制器控制肿瘤加热温度，控温算法采用智能自整定PID控温算法，经发射电路将肿瘤组织的温度信息发送至体外装置，在体外装置上显示肿瘤温度，通过接收电路，微控制器接收设定加热制度参数。如图3所示，图3为本发明实施例2中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的电热元件在肿瘤内部放置示意，四根电热元件等间距放置于肿瘤块中，实现对肿瘤组织的多点加热，加热元件附近放置多点温度传感器测温，根据测温所得目标温度来控制电热元件的加热功率。

实施例3

本实施例的实施过程与实施例2大致相同，不同的是本实施例中由于肿瘤快的形态与实施例2中形态不同，因此，本实施例中加热元件的布设方式与实施例2中有所不同。图4为本发明实施例3中基于非接触供电的肿瘤热消融装置的电热元件在肿瘤内部放置示意图，如图4所示，本实施例中1根电热元件放置于肿瘤块中，两根电热元件水平环绕肿瘤块，两根电热元件垂直环绕肿瘤快，实现对肿瘤组织的多点加热，加热元件附件放置多点温度传感器测温，根据测温所得目标温度来控制电热元件的加热功率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于非接触供电的肿瘤热消融装置，其特征在于，包括：电磁产生装置、发射线圈、接收线圈和电热元件；

所述电磁产生装置的输出端与所述发射线圈连接，所述电磁产生装置用于产生电磁能，并将所述电磁能传输至所述发射线圈；所述接收线圈与所述发射线圈对应设置，用于接收所述发射线圈发射的电磁能，并将所述电磁能转换为电能；所述接收线圈的输出端与所述电热元件连接；当进行肿瘤热消融处理时，所述电热元件布置于待处理的肿瘤区域，对肿瘤组织的加热采用多点电热元件加热，对肿瘤区域的不同区域用多个电热元件加热；

所述电磁产生装置还包括控制电路和温度传感器；所述接收线圈通过所述控制电路与所述电热元件连接，所述温度传感器布设于所述待处理的肿瘤区域；所述控制电路用于根据所述温度传感器的测量数据调节所述电热元件的加热参数；

所述温度传感器的个数为多个，多个所述温度传感器分散布置于所述待处理的肿瘤区域。

2.根据权利要求1所述的基于非接触供电的肿瘤热消融装置，其特征在于，所述电磁产生装置包括：高频信号发生器和功率驱动器；所述高频信号发生器的输出端与所述功率驱动器连接，所述功率驱动器的输出端与所述发射线圈连接，所述高频信号发生器用于产生带有调制信息的高频电磁信号，所述功率驱动器用于对所述高频电磁信号进行功率放大。

3.根据权利要求1所述的基于非接触供电的肿瘤热消融装置，其特征在于，还包括：整流滤波电路和线性稳压装置，所述接收线圈通过所述整流滤波电路和所述线性稳压装置与所述电热元件连接；所述接收线圈的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接，所述整流滤波电路的输出端与所述线性稳压装置连接，所述线性稳压装置的输出端与所述电热元件连接；所述接收线圈用于将所述电磁能转换为高频交流电能，所述整流滤波电路用于将所述高频交流电能转换为直流电能，所述线性稳压装置用于对所述直流电能进行稳压。

4.根据权利要求1所述的基于非接触供电的肿瘤热消融装置，其特征在于，所述电热元件的个数为多个，且每个所述电热元件的形状可调节，多个所述电热元件的形状根据待处理的肿瘤区域的形状进行调节，使得多个所述电热元件的加热区域均匀分布于所述待处理的肿瘤区域。

5.根据权利要求1所述的基于非接触供电的肿瘤热消融装置，其特征在于，所述控制电路包括多点闭环控制电路和微控制器；所述微控制器中存储有所述待处理的肿瘤区域的加热制度，所述微控制器接收多个所述温度传感器的测量数据，并采用PID控制策略通过所述多点闭环控制电路调节多个所述电热元件的加热参数。

6.根据权利要求5所述的基于非接触供电的肿瘤热消融装置，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述微控制器的输出端连接，用于实时显示待处理的肿瘤区域的温度数据。

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