可进行超声热效应智能化调节的超声辐照实验系统及方法

本发明涉及超声辐照设备，特别是一种可进行超声热效应智能化调节的超声辐照实验系统及方法。

背景技术：

1、随着超声在医学领域的应用日趋广泛，除了传统的影响诊断外，超声作为医学治疗手段的研究和应用也日益增多。超声作为一种非侵入性技术，可从体外对体内进行不同深度的辐照治疗，并具有时空域可控的优势，因此在癌症治疗、药物递送、组织康复等治疗领域得到了广泛应用，相关的基础研究也大规模增加。

2、超声的治疗效果和超声传播过程中产生的生物效应相关，其中最重要的是超声的热效应，即超声波振动时引起组织中能量沉积，从而产生局部温度升高的现象。由于热效应的发生，及其产生的时长和空间范围与超声的剂量密切相关，不同超声设置下，产生的热效应存在较大差异，通常需要对超声产生的温度变化进行密切监测，以保证超声治疗的实际效果。在超声治疗的基础研究中，为了筛选最佳的治疗方案，保障治疗效果的同时亦保证其安全性和有效性，通常需要进行多个参数系统性的剂量实验，来检测不同实验条件下的温度变化及其引起的组织生物学效应。

3、在一些治疗场景中，温度的控制尤为重要。例如，在以肿瘤消融为目标的治疗中，需要局部组织温度达到约60℃，方可实现有效的组织消融，达到治疗效果。而在一些药物及基因递送的研究中，则需要尽量避免热效应从而减少对药物递送系统的干扰。由此可见，在超声治疗实验中，有效的温度监测对治疗的研发具有举足轻重的作用。

4、在以往的超声治疗的实验中，温度监测通常只依赖于外部的独立系统，如热电偶、红外测温仪等，存在两大问题：一、测量一致性较差，外部测温仪器与动物或组织的相对位置在多次测量中容易偏移，且在多次实验中，需要反复拆除与安装，故而测量的一致性较差，降低了治疗效果的可靠性；二、缺乏实时数据反馈，外部测温设备的温度数据通常只能通过其设备显示读数获取，无法在超声辐照系统中依据实时温度变化进行智能化参数调整，从而影响了治疗的实时性和精准性。

5、目前的技术难点在于实验过程中的人为误差和系统分离问题。现有的超声实验多使用独立的固定装置和温度监测设备，这种非集成化设计导致超声探头定位和温度监测可能不一致，难以保证实验的精确性。此外，常用的温度监测方法如热电偶和红外测温存在局限：热电偶等电子传感器容易受到超声波干扰，同时金属原件亦会影响超声波原有的分布情况；红外测温仅能测量表面温度，无法反映深层组织的热效应。更重要的是，超声功率和温度的实时联动调节尚未被有效解决，容易引发治疗中的不确定性。

6、因此，需要一种能实时进行温度监测以及与超声治疗系统进行整合的方法和系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可进行超声热效应智能化调节的超声辐照实验系统，该系统利用嵌入温度监测功能实时调节超声辐照靶区的超声发射信号。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供的可进行超声热效应智能化调节的超声辐照实验系统，包括恒温脱气水浴锅、动物固定平台、超声辐照系统、光纤温度监测系统、信号处理系统；

4、所述恒温脱气水浴锅的主体内腔用于固定超声辅助系统；

5、所述恒温脱气水浴锅的上部用于设置固定平台，所述固定平台用于固定实验目标对象；

6、所述超声辐照系统，用于向实验目标对象的超声辐照靶区发射超声信号；

7、所述光纤温度监测系统，用于监测实验目标对象的超声辐照靶区的温度信号，并将温度信号发送到信号处理系统；

8、所述信号处理系统，用于根据温度信号进行分析处理得到判断结果，并根据判断结果来控制所述超声辐照系统的超声信号的发射状态。

9、进一步，所述信号处理系统中根据判断结果来控制所述超声辐照系统的超声信号的发射状态，具体过程如下：

10、根据监测靶区的温度信号计算温度变化值，如果温度变化值是否大于预设阈值，如果是，则发出警报，调节超声输出信号；如果否，则返回继续监测靶区温度信号。

11、进一步，所述动物固定平台包括动物稳固平台、动物尾部固定装置、动物四肢固定装置、动物躯干固定装置；

12、所述动物稳固平台，用于在超声辐照时承载动物；

13、所述动物尾部固定装置，用于在超声辐照时固定动物尾部及尾静脉药物注射辅助装置；

14、所述动物四肢固定装置，用于在超声辐照时固定四肢；

15、所述动物躯干固定装置，用于在超声辐照时固定躯干。

16、进一步，所述动物固定平台还包括尾静脉药物注射辅助装置，所述尾静脉药物注射辅助装置，用于在进行动物超声辐照时，对动物尾部进行加热、光照。

17、进一步，还包括气体麻醉系统、气体麻醉面罩；

18、所述气体麻醉系统，用于动物超声辐照时，为实验动物提供镇静镇痛的实验环境；

19、所述气体麻醉面罩，用于动物超声辐照时，将气体麻醉剂送入实验动物体内。

20、进一步，所述超声辐照系统包括超声换能器固定装置、超声换能器、超声辐照区域校准孔；

21、所述超声换能器固定装置，用于固定超声换能器，同时换能器的高度可根据具体使用场景调整；

22、所述超声换能器，用于小鼠超声辐照时，将输入的电信号转换为声信号，从而产生超声能量；

23、所述超声辐照区域校准孔，用于根据超声辐照区域校准孔来确定超声辐照有效区域；

24、进一步，所述光纤温度监测系统包括光纤温度传感器固定装置、光纤温度传感器；

25、所述光纤温度传感器固定装置，用于小鼠超声辐照时，固定光纤温度传感器与超声辐照区域校准孔的相对位置；

26、所述光纤温度传感器，用于小鼠超声辐照时，收集超声辐照区域的温度信息；

27、所述光纤温度传感器前端需达到超声辐照区域校准孔中心点位置，以达到光纤温度传感器前端贴合超声辐照靶区。

28、本发明提供的利用上述可进行超声热效应智能化调节的超声辐照实验系统来进行超声辐照实验方法，具体按照以下步骤进行：

29、s1：搭建超声辐照实验系统，固定实验动物，并将动物肿瘤部位对准超声辐照区域校准孔，并将光纤温度传感器紧贴超声辐照靶区；

30、s2：启动系统，采集温度与判断温度变化值；

31、s3：当温度在预定范围内时，超声输出保持；

32、s4：当温度超出预定范围时，调整超声输出；

33、s5：电脑绘制温度变化曲线。

34、进一步，所述温度在预定范围按照以下方式设置：

35、当前温度t1-初始温度t0>预设阈值；所述预设阈值位1-2℃。

36、本发明的有益效果在于：

37、本发明提供的一种可进行超声热效应智能化调节的超声辐照实验系统，该系统通过光纤温度传感器实现了高灵敏度、微创的温度测量，能够实时获取深部组织的准确温度数据，同时光纤温度传感器具有高灵敏度、不带电、体积小、不受电磁场或超声波干扰、高稳定性等优点。结合固定装置的集成设计，确保了超声探头和小鼠位置的稳定性，减少了人为误差。尾静脉注射装置和麻醉装置的集成进一步提升了实验的操作便利性和安全性。最重要的是，该系统利用计算机采集温度变化信号并控制超声输出功率，形成闭环调节机制，实现了治疗参数的精确控制。

38、该系统的优点包括：一、提高了温度监测的准确性与灵敏性；二、通过系统集成减少实验中的人为误差和操作复杂性；三、实现了超声输出功率与温度变化的联动控制，增强了实验数据的可重复性和可靠性；四、提升了小鼠治疗的安全性和研究效率。该系统为小鼠超声治疗研究提供了更高效和精准的平台。

39、本系统整合光纤温度传感器、小鼠和超声探头固定装置，实现了实验过程中温度的精准实时监测与控制。通过闭环调节机制，将温度监测信号与超声输出功率联动控制，大幅提高实验的精确性和可重复性。集成化设计简化了实验操作，减少人为误差，同时提升了小鼠治疗的安全性与研究效率。

40、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。