专利名称：口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统，应用于口腔颌面部恶性肿瘤治疗，属于生物医学工程技术领域。
背景技术：
利用超声、微波、射频等物理因子的生物效应，制成热疗系统来治疗恶性肿瘤，是继外科手术、放疗、化疗后的又一常规治疗手段。超声热疗不仅安全、可控，适合于浅表及深部肿瘤，还可以准确测温，易于达到肿瘤组织均匀加热，疗效良好，无副作用，而且无电离、非电离辐射和电磁辐射，既不会对医务人员带来任何损害，又不会污染环境，是一种新兴有力的抗癌手段。动物试验和临床研究表明，在口腔颌面部恶性肿瘤的综合治疗中，超声热疗同样是有效手段之一，超声热疗不仅对肿瘤细胞具有直接杀伤作用，而且能增强肿瘤细胞对放疗和化疗的敏感性。热疗结合化疗能提高口腔颌面部恶性肿瘤患者的局部肿瘤控制率，同时可以保存口腔颌面部的外形与功能，提高口腔颌面部恶性肿瘤患者的生存质量。美国联合医药集团LABTHERMICS公司生产的SONOTHERM1000型超声治癌系统是恶性肿瘤超声热疗系统的代表，但其价格昂贵、结构复杂、系统庞大、操作要求高，特别是它根本不适合治疗口腔颌面部恶性肿瘤。其它的超声热疗系统也都没有考虑到口腔颌面部的特点，因而同样不适合治疗口腔颌面部恶性肿瘤。可见，口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统在目前尚属空缺。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，从提高治疗性能、增强灵活性和降低成本的角度出发，直接针对口腔颌面部恶性肿瘤这类特定的治疗对象，设计提供一种新颖、灵巧、小型的口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统。
为实现这样的目的，本发明设计的口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统，主要包括主控计算机、可控高频功率源、恒温循环水装置及超声治疗头。主控计算机通过监控插卡分别与可控高频功率源、恒温循环水装置、靶组织温度测量探针、监控点温度测量探针和体表温度测量探针相连，可控高频功率源包括主振荡器、选通门、脉冲宽度调制、功率放大器和馈电电源等电路，超声治疗头固定在三维组合定位机械臂上并以水囊作为偶合体，其中流通的恒温循环水由以半导体致冷器为中心的恒温循环水装置提供。主控计算机及监控插卡、智能化软件、人机对话外设构成智能化监控子系统，对各工作部件的温度调节、频率选择、脉冲宽度调制等进行信号控制，完成各通道所测得的温度值的计算、各种图形数据显示。
本发明的口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统由可控高频功率源、监控插卡、主控计算机、智能化软件、人机对话外设、三维组合定位机械臂、超声治疗头、恒温循环水装置、靶组织温度测量探针、监控点温度测量探针、恒温循环水温度测量传感器和体表温度测量探针等构成，其特征是主控计算机的主板总线槽口上插有监控插卡，存储器内装有智能化软件，主控计算机通过监控插卡分别与可控高频功率源、含温度测量传感器的恒温循环水装置、靶组织温度测量探针、监控点温度测量探针和体表温度测量探针相连。主控计算机、可控高频功率源及恒温循环水装置均安装在主机箱内，人机对话外设安装在主机箱面板上并与主控计算机相连。三维组合定位机械臂的一端紧固在主机箱顶盖上，另一端安装的超声治疗头与可控高频功率源有电气连接，同时与恒温循环水装置的进、出水管相连。
所述三维组合定位机械臂由三段直臂、一个可自锁的三维滚动机构和两个可锁紧的二维运动机构组成，由人工操纵，使超声治疗头的超声输出面对准人体口腔颌面部病灶(靶组织)并紧贴在其上方的体表皮肤上。
所述可控高频功率源包括主振荡器、选通门、脉冲宽度调制、功率放大器和馈电电源等电路。频率为1MHZ或3.3MHZ的两个主振荡器的输出分别加至选通门的输入端，选通门选通的主振信号经宽度调制、功率放大后送至超声换能器。功率放大器的馈电电源分4级步进。脉冲宽度调制的信号占空比可在0～100％之间任选。选通门、脉冲宽度调制和馈电电源的工作全都由主控计算机控制。
所述超声治疗头的核心部件是压电换能器，压电换能器粘结在支座内，支座则紧固在主壳体上。压电换能器的背面连接有引线(+)，正面(超声发射面)连接有引线(-)，引线(+)和引线(-)与可控高频功率源相连接。超声治疗头的下方为水囊，进水管流入恒温循环水，其在水囊中进行热交换后，由出水管返回，进、出水管均与恒温循环水装置相通。位于超声治疗头上方的连接头将超声治疗头固定在三维组合定位机械臂上。
所述恒温循环水装置包括12V电源，控制电路，两个散热风扇，两个半导体致冷器，微型水泵和水箱。半导体致冷器紧贴在水箱的底面上，散热风扇安装在水箱上，直接对准半导体致冷器吹风，半导体致冷器与散热风扇一一对应。12V电源经控制电路加至半导体致冷器上。微型水泵、进、出水管和超声治疗头的水囊构成恒温循环水徊路。控制电路的工作受主控计算机控制。
所述靶组织温度测量探针、监控点温度测量探针、体表温度测量探针和恒温循环水温度测量传感器，在系统工作时分别插入至靶组织、医生指定的监控点、口腔颌面部病灶上方的体表皮下和水箱内。它们借各自的连接电缆分别与监控插卡相通。
所述监控插卡、主控计算机、智能化软件、人机对话外设构成智能化监控子系统。监控插卡插入在主控计算机的主板总线槽口上。智能化软件安装在存储器内。人机对话外设通过连接电缆与主控计算机相通。智能化监控子系统完成各通道所测得的温度值的计算；各种图形、数据显示；加温控制的计算(PID)；工作频率选择；馈电电源电压的步进调节，进而实现输出超声功率粗调；发送控制数据流给多通道PWM发生电路，以实现精细控制超声功率输出；病历挡案的管理等诸多功能。
本发明结构新颖，适用于治疗各种口腔颌面部恶性肿瘤，疗效好、安全方便、价格低廉，它与放疗或化疗相结合，可成为一种有效的口腔颌面部恶性肿瘤的综合治疗手段，具有广阔的应用前景和市场潜力。
图1为本发明的系统结构及连接关系示意图。
图1中，1为可控高频功率源，2为监控插卡，3为主控计算机，4为智能化软件，5为人机对话外设，6为三维组合定位机械臂，7为超声治疗头，8为恒温循环水装置，9为人体口腔颌面部，10为病灶(靶组织)，11为靶组织温度测量探针，12为监控点温度测量探针，13为恒温循环水温度测量传感器，14为体表温度测量探针。
图2为本发明的可控高频功率源组成示意图。
图3为本发明的超声治疗头结构示意图。
图3中，31为引线(-)，32为引线(+)，33为进水管，34为连接头，35为主壳体，36为出水管，37为压电换能器，38为支座，39为水囊。
图4为本发明的恒温循环水装置结构示意图。
图4中，33为进水管，36为出水管，43为散热风扇，44为半导体致冷器，45为微型水泵，46为水箱。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的系统组成如图1所示，由可控高频功率源1、监控插卡2、主控计算机3、智能化软件4、人机对话外设5、三维组合定位机械臂6、超声治疗头7、恒温循环水装置8、靶组织温度测量探针11、监控点温度测量探针12、恒温循环水温度测量传感器13和体表温度测量探针14等构成，其特征是主控计算机3的主板总线槽口上插有监控插卡2，存储器内装有智能化软件4，主控计算机3通过监控插卡2分别与可控高频功率源1、含温度测量传感器13的恒温循环水装置8、靶组织温度测量探针11、监控点温度测量探针12和体表温度测量探针14相连。主控计算机3、可控高频功率源1及恒温循环水装置8均安装在主机箱内，人机对话外设5安装在主机箱面板上并与主控计算机3相连。三维组合定位机械臂6的一端紧固在主机箱顶盖上，另一端安装超声治疗头7，超声治疗头7与可控高频功率源1有电气连接，同时与恒温循环水装置的进、出水管相连。
所述三维组合定位机械臂6由三段直臂、一个可自锁的三维滚动机构和两个可锁紧的二维运动机构组成，由人工操纵，使超声治疗头7的超声输出面对准人体口腔颌面部9的病灶(靶组织)10，并紧贴在其上方的体表皮肤上。
所述可控高频功率源1的组成如图2所示，包括主振荡器、选通门、脉冲宽度调制、功率放大器和馈电电源等电路。频率分别为1MHz和3MHz的两个主振荡器的输出分别加至选通门的输入端。选通门的工作由频率选择决定，其选通的主振信号经宽度调制、功率放大后送至超声治疗头中的超声换能器。功率放大器的馈电电源分4级步进，分别为24V、27V、30V和33V，由电压选择器控制。宽度调制的工作受脉冲宽度调制(PWM)信号控制，其占空比可在0～100％之间任选。频率选择、电压选择和脉冲宽度调制(PWM)等控制信号全都来自主控计算机。
所述超声治疗头7以水囊作为偶合体，其中流通恒温循环水。恒温循环水由以半导体致冷器为中心的恒温循环水装置提供。超声治疗头7的具体结构如图3所示。超声治疗头7的核心部件是压电换能器37，它是一种高功率发射型、非聚焦、圆形超声换能器，用压电材料PZT-8(PbZrO3-PbTiO3，镐钛酸铅)制成。压电换能器37粘结在支座38内，支座38则紧固在主壳体35上。压电换能器37的背面连接有引线(+)32，正面(超声发射面)连接有引线(-)31，引线(+)32和引线(-)31与可控高频功率源1相连接。超声治疗头7的下方为水囊39，进水管33流入恒温循环水，其在水囊中进行热交换后，由出水管36返回，进、出水管33和36均与恒温循环水装置8相通。位于超声治疗头7上方的连接头34将超声治疗头7固定在三维组合定位机械臂6上。
所述恒温循环水装置8的结构如图4所示。它包括12V电源，控制电路，两个散热风扇43，两个半导体致冷器44，微型水泵45和水箱46。半导体致冷器44紧贴在水箱46的底面上，散热风扇43安装在水箱46上，直接对准半导体致冷器44吹风，两个半导体致冷器44与两个散热风扇43一一对应。12V电源经控制电路加至半导体致冷器44上。微型水泵45、进水管33、出水管36与超声治疗头7中的水囊39构成恒温循环水徊路。控制电路的工作受主控计算机控制。
所述靶组织温度测量探针11、监控点温度测量探针12、体表温度测量探针14和恒温循环水温度测量传感器13，在系统工作时分别插入至靶组织10、医生指定的监控点、口腔颌面部9病灶上方的体表皮下和水箱46内，并通过各自的连接电缆分别与监控插卡2相连接。
所述监控插卡2、主控计算机3、智能化软件4、人机对话外设5构成智能化监控子系统。监控插卡2插入在主控计算机3的主板总线槽口上。智能化软件4安装在主控计算机3的存储器内。人机对话外设5通过连接电缆与主控计算机3相通。主控计算机3采用小型工控机，操作系统为Windows98。智能化软件的编程语言为C++。智能化监控子系统完成各通道所测得的温度值的计算；各种图形、数据显示；加温控制的计算(PID)；工作频率选择；馈电电源电压的步进调节，进而实现输出超声功率粗调；发送控制数据流给多通道PWM发生电路，以实现精细控制超声功率输出；病历挡案的管理等诸多功能。
权利要求
1.一种口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统，其特征在于由可控高频功率源(1)、监控插卡(2)、主控计算机(3)、智能化软件(4)、人机对话外设(5)、三维组合定位机械臂(6)、超声治疗头(7)、恒温循环水装置(8)、靶组织温度测量探针(11)、监控点温度测量探针(12)、恒温循环水温度测量传感器(13)和体表温度测量探针(14)构成，主控计算机(3)的主板总线槽口上插有监控插卡(2)，存储器内装有智能化软件(4)，主控计算机(3)通过监控插卡(2)分别与可控高频功率源(1)、含温度测量传感器(13)的恒温循环水装置(8)、靶组织温度测量探针(11)、监控点温度测量探针(12)和体表温度测量探针(14)相连，主控计算机(3)、可控高频功率源(1)及恒温循环水装置(8)均安装在主机箱内，人机对话外设(5)安装在主机箱面板上并与主控计算机(3)相连，三维组合定位机械臂(6)的一端紧固在主机箱顶盖上，另一端安装超声治疗头(7)，超声治疗头(7)与可控高频功率源(1)有电气连接，同时与恒温循环水装置(8)的进、出水管相连。
2.如权利要求1的口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统，其特征在于所述可控高频功率源(1)包括主振荡器、选通门、脉冲宽度调制、功率放大器和馈电电源，频率分别为1MHz和3MHz的两个主振荡器的输出分别加至选通门的输入端，选通门的工作由频率选择决定，其选通的主振信号经宽度调制、功率放大后送至超声治疗头中的超声换能器，功率放大器的馈电电源由电压选择器控制，宽度调制的工作受脉冲宽度调制信号控制，其占空比在0～100％之间任选，频率选择、电压选择和脉冲宽度调制信号全都来自主控计算机。
3.如权利要求1的口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统，其特征在于所述超声治疗头(7)采用高功率发射型、非聚焦、圆形超声换能器，超声治疗头以水囊作为偶合体，其中流通恒温循环水，恒温循环水由以半导体致冷器(44)为中心的恒温循环水装置(8)提供。
全文摘要
一种口腔颌面部恶性肿瘤超声热疗系统，主控计算机分别与可控高频功率源、恒温循环水装置、靶组织温度测量探针、监控点温度测量探针和体表温度测量探针相连，可控高频功率源包括主振荡器、选通门、脉冲宽度调制、功率放大器和馈电电源等电路，超声治疗头固定在三维组合定位机械臂上并以水囊作为偶合体，其中流通的恒温循环水由以半导体致冷器为中心的恒温循环水装置提供。主控计算机及监控插卡、智能化软件、人机对话外设构成智能化监控子系统，进行系统的信号控制，完成各通道所测得的温度值的计算及数据显示。本发明适用于治疗各种口腔颌面部恶性肿瘤，安全方便，与放疗或化疗相结合，可成为一种有效的口腔颌面部恶性肿瘤的综合治疗手段。
文档编号A61N7/00GK1593689SQ20041002521
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月17日 优先权日2004年6月17日
发明者陈亚珠, 白景峰 申请人:上海交通大学