專利名稱：水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，是一種應(yīng)用射頻消融技術(shù)并借水冷卻技術(shù)來(lái)增大并控制消融范圍的射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，應(yīng)用于腫瘤治療，屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于射頻原位滅活技術(shù)的射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)是一種新穎的腫瘤手術(shù)器械，因具有適應(yīng)癥廣、創(chuàng)傷微小、療效良好、快速安全、方便易行等特點(diǎn)而成為最具前景的腫瘤治療手段之一，自二十世紀(jì)90年代末以來(lái)，一直是國(guó)內(nèi)外的研究、開發(fā)熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)基本上可分為兩大類型冷循環(huán)型和“多彈頭”型。冷循環(huán)型以美國(guó)RADIONICS公司的“冷循環(huán)超能射頻腫瘤治療系統(tǒng)”為代表，其射頻消融能量采用脈沖發(fā)送技術(shù)；冷循環(huán)電極表面采用特殊的納米涂層、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不予公開；因其系統(tǒng)復(fù)雜，選料特別而導(dǎo)致價(jià)格昂貴，特別是冷循環(huán)電極不能多次重復(fù)使用更讓患者難以承受。“多彈頭”型由美國(guó)Radio Therapeutics Corp公司率先推出，系統(tǒng)采用“多彈頭”(多極針)消融電極，電極的尺寸較大，且需在體內(nèi)張開，因而不但創(chuàng)傷較大，而且大大增加了損傷鄰近重要組織的潛在性危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足及國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用的需要，提供一種高性能價(jià)格比的水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，具有價(jià)格低廉，使用安全，療效顯著的特點(diǎn)，造?；颊?。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中應(yīng)用了射頻消融技術(shù)、水冷卻技術(shù)和智能化控制技術(shù)，采用射頻容性加熱方法，即將人體中的靶組織置于消融電極和引導(dǎo)電極之間。射頻功率放大采用串聯(lián)諧振電路，冷循環(huán)針狀消融電極的消融電極針后部鍍有絕緣塗層，而前端裸露形成裸露尖端，射頻能量從其四周向引導(dǎo)電極輻射，形成消融區(qū)。循環(huán)冷卻水從進(jìn)水管流至消融電極針，進(jìn)行熱交換后從出水管流回到循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)。智能化監(jiān)控子系統(tǒng)中的下位機(jī)以單片機(jī)為核心，內(nèi)嵌信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、操作執(zhí)行軟件包，上位機(jī)的硬件平臺(tái)是工控機(jī)，由智能化軟件——控制策略與算法軟件包實(shí)現(xiàn)控制策略與算法，上位機(jī)與下位機(jī)兩者之間借通訊協(xié)議互相聯(lián)系。并采用保護(hù)性測(cè)溫探針實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要器官與靶組織相鄰邊界上的溫度。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)包括循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)、可控射頻功率源、下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)、主機(jī)箱、冷循環(huán)針狀消融電極、保護(hù)性測(cè)溫探針和板狀引導(dǎo)電極。下位機(jī)、人機(jī)對(duì)話外設(shè)通過(guò)各自的連接電纜與上位機(jī)相連接，智能化軟件安裝在上位機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)，下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)共同組成智能化監(jiān)控子系統(tǒng)；可控射頻功率源通過(guò)連接電纜分別與冷循環(huán)針狀消融電極、板狀引導(dǎo)電極相連接。冷循環(huán)針狀消融電極直接插入至靶組織，與緊貼在人體體表的板狀引導(dǎo)電極一起構(gòu)成射頻回路。可控射頻功率源通過(guò)連接電纜與下位機(jī)相連接，一方面接受下位機(jī)的調(diào)控，另一方面向其提供自身的狀態(tài)信息；可控射頻功率源、下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)全部安裝在主機(jī)箱內(nèi)；循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)安放在主機(jī)箱旁邊，它通過(guò)連接電纜與下位機(jī)相連接，通過(guò)進(jìn)、出水管與冷循環(huán)針狀消融電極相連通；冷循環(huán)針狀消融電極、保護(hù)性測(cè)溫探針通過(guò)各自的連接電纜向下位機(jī)提供自身檢測(cè)到的溫度信息。
所述可控射頻功率源由低通濾波器、0-60V可控電源、12V電源，接通繼電器、射頻信號(hào)發(fā)生、耦合隔離變壓器、諧振功率放大、前置放大、輸出繼電器和溫度保護(hù)等電路構(gòu)成。諧振功率放大采用串聯(lián)諧振電路，借其良好的選頻特性，將方波轉(zhuǎn)變成正弦波輸出；諧振功率放大能高效地提供5～100W的輸出功率，且輸出信號(hào)失真小；諧振功率放大由功率管MOSFET-IRFP350，耦合電容，諧振電感和諧振電容組成；來(lái)自下位機(jī)的PWM信號(hào)加至低通濾波器的輸入端，其輸出端則相應(yīng)地輸出0～5V的直流電壓并加至0-60V(可控)電源的控制電壓端，從而控制了諧振功放的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到了功率控制的目的。
所述冷循環(huán)針狀消融電極由進(jìn)水管、出水管、電纜插頭、連接電纜、手柄、絕緣塗層、裸露尖端和消融電極針等部件構(gòu)成。消融電極針的后部鍍有絕緣塗層，而前端裸露形成裸露尖端，射頻能量從其四周向引導(dǎo)電極輻射，形成消融區(qū)。連接電纜通過(guò)電纜插頭與主機(jī)箱相連接，從可控射頻功率源輸入射頻能量，輸出溫度檢測(cè)信號(hào)到下位機(jī)；進(jìn)、出水管連接至循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水從進(jìn)水管流至消融電極針，進(jìn)行熱交換后從出水管流回到循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)。
所述循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)由上蓋、保溫水箱、回水管及連接插座、出水管及連接插座、微型水泵、連接電纜、電纜插頭、Y形管和溫度傳感器組成。回水管出水管分別與冷循環(huán)針狀消融電極相連通。微型水泵設(shè)置在出水管回路中，從出水管引出的Y形管內(nèi)放置溫度傳感器，微型水泵的控制信號(hào)線及溫度傳感器均通過(guò)連接電纜連接到下位機(jī)。
所述智能化監(jiān)控子系統(tǒng)由下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)組成。下位機(jī)是以PIC16F877單片機(jī)為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)嵌信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、操作執(zhí)行軟件包，它實(shí)時(shí)地采集各種數(shù)據(jù)并發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)接收上位機(jī)的指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作；上位機(jī)的硬件平臺(tái)是工控機(jī)，操作系統(tǒng)為Windows98，由智能化軟件——控制策略與算法軟件包實(shí)現(xiàn)控制策略與算法，其編程語(yǔ)言為VB；上位機(jī)不斷地接收來(lái)自下位機(jī)的各種數(shù)據(jù)，快速地進(jìn)行處理、分析，根據(jù)既定的控制策略與算法向下位機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令性數(shù)據(jù)和控制指令。也可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話外設(shè)進(jìn)行人工干預(yù)。上、下位機(jī)兩者之間，借通訊協(xié)議互相聯(lián)系，協(xié)同工作，達(dá)到智能化監(jiān)控的目的。
所述保護(hù)性測(cè)溫探針由連接電纜，電纜插頭，手柄，針體，溫度傳感器構(gòu)成，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要器官與靶組織相鄰邊界上的溫度。
本發(fā)明具有價(jià)格低廉、使用安全方便、療效顯著的特點(diǎn)，射頻功率放大采用串聯(lián)諧振電路，效率高、失真?。徊捎玫睦溲h(huán)針狀消融電極結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，能提高消融性能、增強(qiáng)安全性；采用下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件以及人機(jī)對(duì)話外設(shè)組成智能化監(jiān)控子系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)可靠工作。本發(fā)明適用于肝癌、肺癌、腎癌、前列腺癌等病癥的臨床治療，有著廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，8為冷循環(huán)針狀消融電極，9為人體組織，10為病灶(靶組織)，11為人體，12為保護(hù)性測(cè)溫探針，13為板狀引導(dǎo)電極。
圖2為本發(fā)明的可控射頻功率源組成示意圖。
圖3為本發(fā)明的冷循環(huán)針狀消融電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3中，31為進(jìn)水管，32為出水管，33為電纜插頭，34為連接電纜，35為手柄，36為絕緣塗層，37為裸露尖端，38為消融電極針。
圖4為本發(fā)明的循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4中，41為上蓋、42為保溫水箱、43為回水管及連接插座、44為出水管及連接插座、45為微型水泵、46為連接電纜、47為電纜插頭、48為Y形管、49為溫度傳感器。
圖5為本發(fā)明的保護(hù)性測(cè)溫探針結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5中，51為連接電纜，52為電纜插頭，53為手柄，54為針體，55為溫度傳感器。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)、可控射頻功率源、下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)、主機(jī)箱、冷循環(huán)針狀消融電極8、保護(hù)性測(cè)溫探針12和板狀引導(dǎo)電極13組成。下位機(jī)、人機(jī)對(duì)話外設(shè)通過(guò)各自的連接電纜與上位機(jī)相連接，智能化軟件安裝在上位機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)，下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)共同組成智能化監(jiān)控子系統(tǒng)；可控射頻功率源通過(guò)連接電纜分別與冷循環(huán)針狀消融電極8、板狀引導(dǎo)電極13相連接，冷循環(huán)針狀消融電極8直接插入至靶組織10，與緊貼在人體體表的板狀引導(dǎo)電極13一起構(gòu)成射頻回路?？煽厣漕l功率源通過(guò)連接電纜與下位機(jī)相連接，一方面接受下位機(jī)的調(diào)控，另一方面向其提供自身的狀態(tài)信息；可控射頻功率源、下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)全部安裝在主機(jī)箱內(nèi)；循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)安放在主機(jī)箱旁邊，它通過(guò)連接電纜與下位機(jī)相連接，通過(guò)進(jìn)、出水管與冷循環(huán)針狀消融電極8相連通；冷循環(huán)針狀消融電極8、保護(hù)性測(cè)溫探針12通過(guò)各自的連接電纜向下位機(jī)提供自身檢測(cè)到的溫度信息。
所述可控射頻功率源的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由低通濾波器、0-60V可控電源、12V電源，接通繼電器、射頻信號(hào)發(fā)生、耦合隔離變壓器、諧振功率放大、前置放大、輸出繼電器和溫度保護(hù)等電路構(gòu)成。諧振功率放大采用串聯(lián)諧振電路，借其良好的選頻特性，將方波轉(zhuǎn)變成正弦波輸出；諧振功率放大能高效地提供5～100W的輸出功率，且輸出信號(hào)失真小；諧振功率放大由功率管MOSFET-IRFP350，耦合電容，諧振電感和諧振電容組成；來(lái)自下位機(jī)的PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)加至低通濾波器的輸入端，其輸出端則相應(yīng)地輸出0～5V的直流電壓并加至0-60V(可控)電源的控制電壓端，從而控制了諧振功率放大的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到了功率控制的目的。
所述冷循環(huán)針狀消融電極8的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由進(jìn)水管31、出水管32、電纜插頭33、連接電纜34、手柄35、絕緣塗層36、裸露尖端37和消融電極針38等部件構(gòu)成。消融電極針38的后部鍍有絕緣塗層36，而前端裸露形成裸露尖端37，射頻能量從針尖四周向引導(dǎo)電極13輻射，形成消融區(qū)。連接電纜34通過(guò)電纜插頭33與主機(jī)箱相連接，從可控射頻功率源輸入射頻能量，輸出溫度檢測(cè)信號(hào)到下位機(jī)；進(jìn)出水31、出水管32連接至循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)，3℃～25℃的循環(huán)冷卻水從進(jìn)水管31流至消融電極針38，進(jìn)行熱交換后從出水管32流回到循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)。
所述循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由上蓋41、保溫水箱42、回水管及連接插座43、出水管及連接插座44、微型水泵45、連接電纜46、電纜插頭47、Y形管48和溫度傳感器49組成。回水管及連接插座43、出水管及連接插座44分別與冷循環(huán)針狀消融電極8相連通。微型水泵45設(shè)置在出水管回路中，從出水管引出的Y形管48內(nèi)放置溫度傳感器49，微型水泵45的控制信號(hào)線及溫度傳感器49均通過(guò)連接電纜46及電纜插頭47連接到下位機(jī)。循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)向冷循環(huán)針狀消融電極8提供3℃～25℃的循環(huán)冷卻水，并使之充滿其中，從而使電極四周的靶組織得到充分的冷卻，避免靶組織因溫度過(guò)高而氣化結(jié)碳，并可實(shí)現(xiàn)射頻能量積累，得到較大范圍的消融區(qū)。
所述智能化監(jiān)控子系統(tǒng)由下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況并對(duì)其實(shí)施智能化調(diào)整，從而保證系統(tǒng)安全正常地工作，得到最佳的消融治療效果。下位機(jī)是以PIC16F877單片機(jī)為核心的單片機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)嵌信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、操作執(zhí)行軟件包，它實(shí)時(shí)地采集各種數(shù)據(jù)并發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)接收上位機(jī)的指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作；上位機(jī)的硬件平臺(tái)是工控機(jī)，由智能化軟件——控制策略與算法軟件包實(shí)現(xiàn)控制策略與算法；上位機(jī)不斷地接收來(lái)自下位機(jī)的各種數(shù)據(jù)，快速地進(jìn)行處理、分析，根據(jù)既定的控制策略與算法向下位機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令性數(shù)據(jù)和控制指令。也可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話外設(shè)進(jìn)行人工干預(yù)。上、下位機(jī)兩者之間，借通訊協(xié)議互相聯(lián)系，協(xié)同工作，達(dá)到智能化監(jiān)控的目的。
所述保護(hù)性測(cè)溫探針由連接電纜51，電纜插頭52，手柄53，針體54，溫度傳感器55構(gòu)成。保護(hù)性測(cè)溫探針用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要器官與靶組織相鄰邊界上的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到限定值時(shí)，治療自動(dòng)結(jié)束并發(fā)出提示信號(hào)，從而保證重要器官組織，如神經(jīng)等，不會(huì)在治療過(guò)程中因意外而受到不可逆轉(zhuǎn)的病理性損傷。
權(quán)利要求
1.一種水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，其特征在于由循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)、可控射頻功率源、下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)、主機(jī)箱、冷循環(huán)針狀消融電極(8)、保護(hù)性測(cè)溫探針(12)和板狀引導(dǎo)電極(13)組成，下位機(jī)、人機(jī)對(duì)話外設(shè)通過(guò)各自的連接電纜與上位機(jī)相連接，智能化軟件安裝在上位機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)，下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)共同組成智能化監(jiān)控子系統(tǒng)，可控射頻功率源分別與冷循環(huán)針狀消融電極(8)、板狀引導(dǎo)電極(13)相連，冷循環(huán)針狀消融電極(8)直接插入至靶組織(10)，與緊貼在人體體表的板狀引導(dǎo)電極(13)一起構(gòu)成射頻回路，可控射頻功率源及循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)分別與下位機(jī)相連接，循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)的進(jìn)、出水管與冷循環(huán)針狀消融電極(8)相連通，冷循環(huán)針狀消融電極(8)、保護(hù)性測(cè)溫探針(12)通過(guò)各自的連接電纜向下位機(jī)提供檢測(cè)到的溫度信息。
2.如權(quán)利要求1的水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，其特征在于所述可控射頻功率源由低通濾波器，0-60V可控電源，12V電源，接通繼電器，射頻信號(hào)發(fā)生，耦合隔離變壓器，諧振功率放大，前置放大，輸出繼電器和溫度保護(hù)電路構(gòu)成，諧振功率放大采用串聯(lián)諧振電路，借其良好的選頻特性，將方波轉(zhuǎn)變成正弦波輸出；諧振功率放大提供5～100W的輸出功率，諧振功率放大由功率管MOSFET-IRFP350，耦合電容，諧振電感和諧振電容組成，來(lái)自下位機(jī)的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)加至低通濾波器的輸入端，其輸出端則相應(yīng)地輸出0～5V的直流電壓并加至0-60V可控電源的控制電壓端，從而控制諧振功率放大的電源電壓，達(dá)到功率控制。
3.如權(quán)利要求1的水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，其特征在于冷循環(huán)針狀消融電極(8)由進(jìn)水管(31)、出水管(32)、電纜插頭(33)、連接電纜(34)、手柄(35)、絕緣塗層(36)、裸露尖端(37)和消融電極針(38)構(gòu)成，消融電極針(38)的后部鍍有絕緣塗層(36)，前端裸露形成裸露尖端(37)，射頻能量從針尖四周向引導(dǎo)電極(13)輻射，形成消融區(qū)，連接電纜(34)通過(guò)電纜插頭(33)與主機(jī)箱相連接，從可控射頻功率源輸入射頻能量，輸出溫度檢測(cè)信號(hào)到下位機(jī)，進(jìn)、出水管連接至循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水從進(jìn)水管(31)流至消融電極針(38)，進(jìn)行熱交換后從出水管(32)流回到循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1的水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，其特征在于所述智能化監(jiān)控子系統(tǒng)由下位機(jī)、上位機(jī)、智能化軟件、人機(jī)對(duì)話外設(shè)組成，下位機(jī)內(nèi)嵌信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、操作執(zhí)行軟件包，實(shí)時(shí)采集各種數(shù)據(jù)并發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)接收上位機(jī)的指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作，上位機(jī)由智能化軟件實(shí)現(xiàn)控制策略與算法，上位機(jī)、下位機(jī)兩者之間借通訊協(xié)議互相聯(lián)系。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)，采用射頻容性加熱方法，將人體中的靶組織置于消融電極和引導(dǎo)電極之間，射頻功率放大采用串聯(lián)諧振電路，冷循環(huán)針狀消融電極的消融電極針后部鍍有絕緣塗層，而前端裸露形成裸露尖端，射頻能量從其四周向引導(dǎo)電極輻射，形成消融區(qū)。循環(huán)冷卻水從進(jìn)水管流至消融電極針，進(jìn)行熱交換后從出水管流回到循環(huán)水冷卻子系統(tǒng)。智能化監(jiān)控子系統(tǒng)中的下位機(jī)以單片機(jī)為核心，內(nèi)嵌信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、操作執(zhí)行軟件包，上位機(jī)的硬件平臺(tái)是工控機(jī)，由智能化軟件實(shí)現(xiàn)控制策略與算法，上下位機(jī)之間借通訊協(xié)議互相聯(lián)系，采用保護(hù)性測(cè)溫探針實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要器官與靶組織相鄰邊界上的溫度。
文檔編號(hào)A61N5/00GK1593353SQ20041002521
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者陳亞珠, 白景峰, 馮學(xué)蘇, 潘鋼 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)