声动力无创肿瘤靶向治疗工作站

技术领域

本发明涉及医疗高端装备控制技术领域，具体涉及声动力无创肿瘤靶向治疗工作站。

背景技术

声动力疗法（Sonodynamic therapy，简称SDT）是从光动力疗法发展而来。光动力疗法（Photodynamic Therapy，简称PDT）是利用光动力效应进行定位诊断和治疗的一种医疗技术。其作用基理是光动力效应结合靶向治疗药物（简称光敏剂）。PDT是一种有氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应。光敏剂是一种特殊的靶向化学物质，可通过靶向特性聚集到肿瘤细胞。之后特定波长的激光照射使肿瘤细胞吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的活性氧（Reactive Oxygen Species，简称ROS），活性氧在肿瘤细胞内发生氧化反应，进而导致肿瘤细胞受损乃至凋亡。

我国于1981年开始研制可用于PDT疗法的光敏剂血卟啉注射液（Hema-toporphyrin derivative,HpD）；商品名：喜泊分。该光敏剂药品于2007年批准上市。目前临床上适用于定位诊断和治疗口腔、膀胱、支气管、肺、消化系统等部位的浅表性癌症。

1990年有研究者发现超声波也能激活光敏剂(血卟啉HpD)对小鼠肿瘤生长抑制的协同效应，研究者发现利用中低强度超声波（1W～10 W/cm2）作用于富集血卟啉声敏剂药物的肿瘤细胞，效果与激光照射类似。与PDT相比，SDT的优势是超声波作为机械波，既具有高组织穿透性，又具有大范围覆盖性，还具有对肿瘤组织起物理治疗效果的空化效应，超声波的这些特性克服了PDT组织穿透深度的限制，为SDT在深部肿瘤和全身性肿瘤的靶向治疗提供了新方法。

SDT的作用机理是超声波空化效应结合声机械叠加声化学过程，空化效应及声化学过程可激活声敏剂，激发态的声敏剂产生活性氧，活性氧在肿瘤细胞内发生氧化反应，引起肿瘤细胞一系列生物效应，最终导致肿瘤细胞凋亡。实验数据表明，对于部分肿瘤细胞而言，声动力疗法与传统放疗、化疗及手术治疗相比，具有无创靶向、副作用小、无耐药性、可重复治疗的多项优势，具有很高的临床应用价值。

从1990年发现超声波也能激活光敏剂药品HP(血卟啉)对小鼠肿瘤生长抑制的协同效应已32年之久！目前声动力疗法SDT涉及的研究文献或专利发明，第一大类是研究声动力疗法SDT的技术原理、疗法、细胞性试验及动物性实验数据的（例如：20070930-发明专利CN101156848A《啉类在制备声动力疗法药物中的应用及声动力疗法》；《声动力疗法的研究进展》作者：赖可欣、田娅、吴惠霞，上海师范大学学报·自然科学版2020年4期文章编号：1000-5137（2020）04-0405-11）。

第二大类是研究光敏剂药品的声动力应用或声敏剂药品开发的（例如：20130826-发明专利CN103432583A《一种酞菁与白蛋白复合物在制备声敏剂中的应用》；20130903-发明专利CN103417530A《一种青蒿素衍生物及其脂质体在制备声敏剂中的应用》；《中药声敏剂的研究进展》作者：付玉凤、刘晓燕，2016维普期刊专业版DOI：CNKI:SUN:ZYJL.0.2016-10-032；《金属-有机骨架衍生的碳纳米结构增强声动力学癌症治疗》作者：潘学亭、白立新、王辉、吴清元、王宏宇、刘爽、徐伯龙、石兴华、刘惠宇，DOI: 10.1002/adma.201800180国际学术期刊《先进材料》Advanced materials；20190723-发明专利CN201910665180.8《一种用于肿瘤超声治疗的靶向显影微泡及其制备方法》；20210322-发明专利CN113058035A《替莫唑胺及其活性产物MTIC的声动力新应用》）。

第三大类是研究声动力疗法SDT的超声波探头、实验装置、声动力治疗设备或控制系统的（例如：20140109-实用新型CN203634666U《一种可调便携式超声治疗仪》、20160627-发明专利CN106108945A《一种用于声动力治疗的远场超声探头》、20170625-发明专利CN107261344A《一种用于声动力治疗的超声自适应聚焦方法》、20171023-发明专利CN109847204A《450KHz四通道声动力肿瘤治疗仪》、20200212-发明专利CN113677397A《无创声动力学治疗》、20200720-实用新型CN212327216U《一种相控阵声动力肿瘤及肿瘤血管诊疗合一系统》、20200901-发明专利CN112023284A《一种用于聚焦声动力疗法的焦点位置实时监测方法》、20201112-实用新型CN214435899U《用于研究超声及声动力治疗的实验装置》）。

由于声动力疗法SDT是典型的声敏剂药物和超声波激活设备的药械联动，就如枪弹协同一样，有枪无弹，有弹无枪，枪弹不匹配等因素，都会造成声动力疗法SDT难以临床实际使用。由于“血卟啉注射液”具有声敏剂特性，在静脉注入人体后，血卟啉会随着血液循环系统聚集到每一个肿瘤细胞内与细胞器结合48-72小时，再随着循环系统的运转而被人体代谢掉。因此，如何实现在48-72小时内，用超声波充分激活每个肿瘤细胞内的血卟啉释放活性氧是实现声动力无创肿瘤靶向治疗效果的关键。因此要求声动力激活设备能够支持48-72小时连续工作，在充分激发血卟啉的同时，还要照顾到患者的身体状况、饮食起居，以及医护人员工作效率和设备操作便利性等一系列难题。

虽然国内外声动力疗法SDT的研究者众多，相关研究文献或专利发明层出不穷，但癌症病人、肿瘤医院、临床医生们急需的是一套能够实际投入临床使用的治疗系统。通过对上述专利文献进行分析，单一的声动力治疗设备在使用时弊端包括：导致病人在接受治疗的过程中存在被高能量灼伤、被探头温升过高而烫伤，或者长时间的保持固定姿势去配合治疗仪器的疲劳不适等等，严重影响治疗效果和患者体验。因此，本申请通过对以往的声动力治疗实验设备进行改进，结合成本测算和大量临床的能量效果分析，旨在得到一套更加人性化、能量覆盖全面、能量辐射分区域有可控回波反馈的声动力无创肿瘤靶向治疗工作站。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，克服传统的声动力治疗设备由于能量高造成患者的皮肤灼伤、患者必须长时间保持治疗姿势配合设备，整套设备对患者和医护人员都必须在整个治疗周期（如治疗周期为48-72小时疗程）高度关注，导致医疗资源本大量占用，对传统实验性设备进行改进，得到新的一套操作治疗设备。

具体通过以下技术方案来实现的：声动力无创肿瘤靶向治疗工作站，所述设备舱连通有医护舱和多个治疗舱，所述治疗舱中还包含有穿戴式声动力治疗设备，所述穿戴式声动力治疗设备和所述聚焦型无创声动力治疗设备均配置有声动力诊疗系统，

声动力诊疗系统包括有病灶采集单元、功率控制单元，其中，病灶采集单元用于接收病灶坐标，病灶采集单元与所述功率控制单元连接，所述，功率控制单元通过通信模块将一级能量输出值发送至聚焦型无创声动力治疗设备，功率控制单元通过通信模块将二级能量输出值发送至穿戴式声动力治疗设备，一级能量和二级能量依次与病人体内的光敏剂发生对应的靶向效果，所述穿戴式声动力治疗设备包含有多个探头，探头用于向病灶区发出和接收超声波。

通过上述技术手段，患者在治疗舱中，医护人员在医护舱中通过声动力诊疗系统（SDT-HNIS）与远程声动力医疗专家云平台（SDT-TMEC）和远程（DSA+MDCT）影像诊断系统及医院其他系统进行网络连接，获取患者肿瘤部位的3D影像定位数据和会诊治疗信息，依照医嘱操作设备舱中的深部肿瘤聚焦型无创声动力治疗设备为注射声敏剂药物的患者进行深部肿瘤定位聚焦治疗；也可依照医嘱控制治疗舱中的穿戴式声动力治疗设备为注射声敏剂药物的患者进行浅部肿瘤治疗；舱体物联网（CIoT）管理控制整个医疗工作站内所有智能化设施设备为患者和医护人员提供48-72小时疗程的服务保障，实现声动力疗法SDT的临床医疗应用。

优选的，所述探头用于向病灶区发出和接收超声波的工作过程包括：病灶采集单元输出探头激活周期通过通信模块发送至探头，探头通过接收的二级能量并在激活周期内发出超声波，激活周期还具体包括参数为超声波的波长、频率、波形、强度、时长和占空比。

通过上述技术手段，通过监测并控制超声波的各项参数指标，达到实现穿戴式声动力治疗设备能够进行多层次超声波发射，适配患者在不同时期不同阶段下所需求的频段。

优选的，所述聚焦型无创声动力治疗设备上设置有聚焦型超声波能量输出端和控制模块，所述聚焦型超声波能量输出端用于发出一级能量，所述控制模块用于设置所述能量输出端的工作参数。

通过上述技术手段，可调控一级能量的工作时间，提高聚焦型无创声动力治疗设备的安全性和利用率。

优选的，所述穿戴式声动力治疗设备包括穿戴式本体和若干个超声波非聚焦型收发探头，若干个超声波非聚焦型收发探头按照蜂窝状分布在穿戴式本体上组成探头阵列，穿戴式本体为探头提供电力和分布位置的物理性支撑。

通过上述技术手段，多个探头进行周期性同频率的超声波发出，提供声波激活的安全性。

优选的，二级能量中输出的声功率小于一级能量中输出的声功率。

通过上述技术手段，能够合理安排穿戴式声动力治疗设备和聚焦型无创声动力治疗设备的治疗时间，提高了安全性的同时并没有降低声波的发射时间周期，提高了治疗的效率。

优选的，二级能量中输出的超声波为非聚焦的阵列面辐射超声波。

通过上述技术手段，通过脉冲占空比的大小确定能量的主要输出大小，本套系统以聚焦型无创声动力治疗设备为高能量发射装备，结合其使用时间短，大大的减少了治疗的成本。

优选的，所述穿戴式声动力治疗设备上还设置有超声波反射回波接收的功能模块。

通过上述技术手段，增加穿戴式声动力治疗设备的效果，通过接收超声波反射回波的功能模块获取相应的反射回波数据并发送至声动力诊疗系统，实现声动力诊疗系统的全程可视化治疗。

优选的，声动力诊疗系统还包括有病人生命体征数据远程医护舱监控显示单元，所述穿戴式声动力治疗设备里还包括有心电监护单元，心电监护单元通过无线通信模块发送病人生命体征数据至医护舱监控显示单元，医护人员即可远程监控病人治疗过程中的生命体征数据。

优选的，穿戴式声动力治疗设备上还包括有离线模块供电单元，离线模块供电单元为所述穿戴式声动力治疗设备在脱离有线供电的状态下，进行离线供电，保障穿戴式声动力治疗设备在离线状态下持续工作。（例如患者上卫生间时，无需脱下穿戴式治疗设备）。

通过上述技术手段，通过超声波反馈单元获取反射回的超声波，通过分析其波长、频率、声阻抗、强度等数据来修正探头的激活参数，并将各个参数发送至声动力诊疗系统。

优选的，所述通信模块选用5G和Zigbee混合组网的无线通讯系统。

通过上述技术手段，通过光纤和5G双网络与远程声动力医疗专家云平台（SDT-TMEC）、远程（DSA+MDCT）影像诊断系统及医院其他系统进行网络连接。

优选的，所述探头包括圆柱形硅胶超声波耦合套、圆柱形钛合金空腔，空腔内设置有超声波陶瓷换能片、控制电路板、Zigbee通信模块、供电触点、散热模块，所述圆柱形钛合金空腔通过所述圆柱形硅胶超声波耦合套进行密封。

通过上述技术手段，通过等六边蜂窝形底座布设超声波发生器，构建圆形与蜂窝形之间的冷却空气流通空腔，保留超声波发生器相互之间的散热通道，在提高散热性能的同时，也降低了超声波发生器的工作温度，提高了可靠性。

本发明的有益效果是：

（1）在医疗工作站中设置有舱体物联网（CIoT）系统来管理控制整个医疗工作站内所有智能化设施设备，不但为患者和医护人员提供了高效的服务，也降低了医院设备及后勤部门的管护难度和成本支出；

（2）实现了医疗工作站规模大小的灵活配置，医院可根据场地大小进行舱室选择；

（3）实现了医护人员对患者轮换进行深部肿瘤聚焦型无创声动力治疗时的零距离，不但节约了患者的等候时间，更提高了医护人员工作效率和设备的利用效率，大幅降低了护理难度和护理工作量。

附图说明

图 1为本发明的整体系统框图；

图 2为本发明的医疗工作站图；

图 3为本发明的聚焦型无创声动力治疗设备示意图；

图 4为本发明的穿戴式声动力治疗设备示意图。

附图标记说明：1、设备舱；2、聚焦型无创声动力治疗设备；3、医护舱；4、穿戴式声动力治疗设备；5、治疗舱；6、休息舱；7、工作站；8楼梯；9、电梯。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-4，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均属于本申请的保护范围。

实施例：

请参照图1，本实施例中选用血卟啉注射液（Hema-toporphyrin derivative,HpD）作为声敏剂，深部肿瘤聚焦型无创声动力治疗设备和穿戴式声动力治疗设备结合与声敏剂药物形成药械联动；患者在治疗舱中，医护人员在医护舱中通过声动力诊疗系统（SDT-HNIS）与远程声动力医疗专家云平台（SDT-TMEC）和远程（DSA+MDCT）影像诊断系统及医院其他系统进行网络连接，获取患者肿瘤部位的3D影像定位数据和会诊治疗信息，依照医嘱操作设备舱中的深部肿瘤聚焦型无创声动力治疗设备为注射声敏剂药物的患者进行深部肿瘤定位聚焦治疗；也可依照医嘱控制治疗舱中的穿戴式声动力治疗设备为注射声敏剂药物的患者进行浅部肿瘤治疗；舱体物联网（CIoT）管理控制整个医疗工作站内所有智能化设施设备为患者和医护人员提供48-72小时疗程的服务保障，实现声动力疗法SDT的临床医疗应用。

治疗工作站7包括：设备舱1、治疗舱5、医护舱3、休息舱6；

请参照图2，所述设备舱中置，把七个治疗舱、一个医护舱、八个休息舱连接为一体，形成八角形组合舱；

请参照图3，所述设备舱中设有一套深部肿瘤聚焦型无创声动力治疗设备2、两个导医巡检机器人；

所述治疗舱中设有治疗室、整体厨房和卫生间，请参照图4，治疗室中设有两套穿戴式声动力治疗设备4；

所述医护舱中设有患者抢救室、心里疏导室、设备控制室和医护人员工作台；

所述四套八角形组合舱叠加起来，成为一个四层六十八舱位的声动力无创肿瘤靶向治疗工作站，每层设置有楼梯8和电梯9，站内设有四套深部肿瘤聚焦型无创声动力治疗设备加五十六套穿戴式声动力治疗设备；还设有用于管理控制整个医疗工作站内所有智能化设施设备的舱体物联网（CIoT）；还设有用于对病人进行诊疗的声动力诊疗系统（SDT-HNIS）；还设有用于联网的5G通讯系统（5GNet），通过光纤和5G双网络与远程声动力医疗专家云平台（SDT-TMEC）、远程（DSA+MDCT）影像诊断系统及医院其他系统进行网络连接。

值得说明的是，能够实现48-72小时不间断的药械联动治疗，对PDT光敏剂药物“血卟啉注射液”的激活更为高效彻底，超声波空化效应模式在对患者进行深部肿瘤聚焦治疗时，焦点处产生的空化效应让深部肿瘤细胞膜、细胞核破裂，再叠加声敏剂药物激活释放活性氧ROS对肿瘤细胞的伤害，疗效实现倍增(扩散前声敏剂作用体)；而焦点周围的深部肿瘤细胞（(扩散后声敏剂作用体)）中因聚集了声敏剂药物，同样会被余波激发出的活性氧ROS杀死，不会出现海扶刀那样因焦点偏离而漏杀或错伤人体正常组织的情况，大幅降低了治疗设备的病灶部位精准度要求，大幅提高了设备的安全性，改善了设备操作的难度。

值得说明的是，本发明使用穿戴式声动力治疗设备对患者进行特定肿瘤区域的持续脉冲式声动力治疗，治疗范围通过穿戴式设备上的探头数量及分布位置进行动态调节，脉冲频率、输出功率、脉冲占空比大小、持续时间都能根据患者病情进行设置与动态调整，实现了对不同患者的持续精准治疗，治疗效率高、医护人员工作量小、患者体验好。本发明在每个患者治疗舱中设有双人治疗室、整体厨房和卫生间，实现了两名患者在48-72小时内穿戴着声动力激活设备也不影响坐卧休息、自主进食与上卫生间，为医护人员或家属照顾好患者的身体，提供了必备条件，不但实现了让患者在一个身心愉悦的状态下获得治疗的目的，还大幅降低了护理难度和护理工作量。

值得说明的是，本发明实现了聚焦超声波空化效应深部肿瘤治疗和声动力无创肿瘤靶向治疗的优势互补，穿戴式声动力治疗设备与聚焦型无创声动力治疗设备优势互补，聚焦型无创声动力治疗设备产生针对性小区域的高能量超声波，穿戴式声动力治疗设备产生大范围低能量的超声波，两者配合互补。

值得说明的是，本实施例还能实现声动力诊疗系统（SDT-HNIS）与远程声动力医疗专家云平台（SDT-TMEC）、远程（DSA+MDCT）影像诊断系统以及医院其他系统的网络连接，让各相关科室的医生或专家教授能够远程实时参与整个医疗过程，为患者提供远程多学科协作诊疗（Multidisciplinary team，简称MDT）服务。

值得说明的是，本发明在医疗工作站中设置有舱体物联网（CIoT）系统来管理控制整个医疗工作站内所有智能化设施设备，不但为患者和医护人员提供了高效的服务，也降低了医院设备及后勤部门的管护难度和成本支出，本发明实现了医疗工作站规模大小的灵活配置，医院可根据场地大小进行舱室选择；最小配置为单层结构，一个设备舱配一个治疗舱、一个医护舱、两个休息舱，合计五个舱室；最大配置为四层结构，四个设备舱、二十八个治疗舱、四个医护舱、三十二个休息舱，共计六十八个舱室；可容纳56位患者、56个家属、8位医护人员。

综上所述，本申请的医疗工作站单元通过将超声波分别以两套设备进行输出，并分别计算出一级能量和二级能量，搭建完全避光且人性化的工作站，既保证了穿戴式声动力治疗设备的长时间工作，又能最大化患者和医护人员的活动范围，全程可视化监测，包括但不局限超声波激活动作中的各项参数变化、患者的体征和设备的运行状态。其中，穿戴式声动力治疗设备并不局限附图4中的马甲，包括但不限于头盔、裤子或腰带等，根据患者病灶区的部位选用对应部位的穿戴式声动力治疗设备。