專利名稱：診療治療頭、診療治療設(shè)備、使治療頭的激活階段程序化的方法以及間接確定皮膚溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于治療活體組織的診療治療頭。本發(fā)明還涉及一種包括 這種診療治療頭的診療治療設(shè)備。此外，本發(fā)明還涉及一種使所述治療頭的激 活階段程序化的方法。此外，本發(fā)明涉及一種間接確定接受治療的活體組織的 應(yīng)用表面的溫度的方法。因此，本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域在于用于治療活體組織 的診療治療設(shè)備、器具和系統(tǒng)的領(lǐng)域。更特別地，較狹義的應(yīng)用領(lǐng)域是超聲診 療治療領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知有各種類型的超聲診療治療設(shè)備，這些設(shè)備使用實(shí)現(xiàn)超
聲診療換能器(其發(fā)射超聲)的診療治療頭，例如高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)類 型的頭。通常，超聲診療換能器安裝在形成凹形或圓頂形結(jié)構(gòu)的治療頭的外殼 上。超聲診療換能器安裝在凹入圓頂中，因而也呈現(xiàn)凹入圓頂形狀。通常，治 療頭還具有安裝在外殼上的可變形柔軟隔膜，以利用外殼和換能器形成腔體。 該腔體傳統(tǒng)上被聲學(xué)耦合液體填充，聲學(xué)耦合液體可以是水。該液體在入口與 出口之間流動(dòng)通過腔體。為了將液體保持在相對(duì)低的恒定溫度， 一般在腔體的 出口與入口之間提供有冷卻器裝置。換能器以使得通過腔體的傳播區(qū)域向隔膜
發(fā)射超聲(優(yōu)選是聚焦的超聲)的方式位于外殼上。在使用中，隔膜被設(shè)計(jì)成 與接受治療的組織的應(yīng)用表面(例如皮膚)接觸。由換能器發(fā)射的超聲因此穿 過腔體的傳播區(qū)域、隔膜、組織的應(yīng)用表面、以及組織，并且通常聚焦在位于 組織中的目標(biāo)上。因此超聲被組織吸收，其中，所吸收功率的量是組織的吸收容量和超聲強(qiáng)度的函數(shù)。這例如由于血流中的傳導(dǎo)而導(dǎo)致組織溫度上升，該溫 度上升取決于所吸收的功率、組織的熱容以及熱損。當(dāng)然，流動(dòng)通過腔體的聲 學(xué)耦合液體用于帶走一些熱，從而避免灼燒組織。此外，隔膜在與接受治療的 組織的應(yīng)用表面緊密接觸時(shí)可利于聲學(xué)接觸。
與組織的超聲治療有關(guān)的問題之一在于監(jiān)測組織的實(shí)際吸收，特別是在治 療頭與組織之間的界面處(即隔膜接觸接受治療的組織的應(yīng)用表面的地方)監(jiān) 測組織的實(shí)際吸收。當(dāng)治療是在體外時(shí)，則應(yīng)用表面為皮膚。如果過多的熱留 在皮膚上，則皮膚將受到熱損傷，例如起水泡或灼燒。
關(guān)于組織的超聲治療的另 一問題在于對(duì)治療頭與接受治療的組織之間的聲 學(xué)接觸進(jìn)行監(jiān)測。有可能隔膜與組織并未良好接觸，而這引起超聲能量被隔膜 反射，并且將導(dǎo)致治療不充分。在有些情況下，當(dāng)隔膜未與皮膚接觸時(shí)，甚至 存在損壞換能器的風(fēng)險(xiǎn)。尤其當(dāng)隔膜與皮膚被空氣層分開時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況。
另一問題在于控制由換能器發(fā)射的能量的量。有可能治療頭會(huì)出故障，并 且出于某些原因，換能器可能不再發(fā)射足夠的超聲。于是，無法再以滿意的方 式進(jìn)行熱治療。
另一問題包括確定將超聲能量施加到組織的最佳順序。在將隔膜放置在皮 膚上之前，皮膚處于身體溫度。有必要等待幾分鐘使皮膚和皮下組織被充分冷 卻，從而確保由聲波引起的加熱不會(huì)導(dǎo)致皮膚損傷或皮下?lián)p傷。
總之，本發(fā)明的目的在于避免使接受治療的組織的應(yīng)用表面(皮膚)受到 熱損傷，檢測在治療頭與接受治療的組織的應(yīng)用表面之間的不良接觸，以及檢 測治療頭的換能器的不良操作。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提出了一種用于治療活體組織的診療治療頭，所述治療頭包
括外殼、安裝在該外殼上的超聲診療換能器、以及安裝在該外殼上的隔膜， 所述隔膜被設(shè)計(jì)成與組織的應(yīng)用表面(例如皮膚)接觸；所述隔膜、換能器和外殼一起限定腔體，該腔體填充有聲學(xué)耦合液體，該液體在入口和出口之間流
動(dòng)通過所述腔體；換能器以使得通過腔體的傳播區(qū)域向隔膜發(fā)射超聲的方式放 置；所述治療頭的特征在于，第一溫度傳感器被放置在接近所述入口處，且第 二溫度傳感器被放置在接近所述出口處，所述傳感器發(fā)送表示溫度的信號(hào)。舉 例而言，這些信號(hào)可以用于提供腔體中的耦合液體的溫度差，該溫度差間接用 于確定所述應(yīng)用表面的溫度。接受治療的組織的應(yīng)用表面(皮膚)的溫度用于 確定是否存在以下風(fēng)險(xiǎn)灼燒、所述治療頭與所述應(yīng)用表面之間接觸不良、或 所述換能器的操作有故障。想到的第一解決方案是例如通過在與應(yīng)用表面接觸 的隔膜上放置溫度傳感器來直接測量應(yīng)用表面的溫度。在技術(shù)上這是有可能的， 但因?yàn)閭鞲衅鞅话惭b在由換能器發(fā)射的超聲所傳播通過的區(qū)域中，從而導(dǎo)致傳 感器吸收一部分超聲能量，所以通過安裝在隔膜上的該傳感器測量出的值可能 有錯(cuò)誤。由于測量出的溫度值可能受到溫度傳感器與聲場之間的交互的干擾， 因此它們可能是錯(cuò)誤的。因此，不能借助安裝在隔膜上的溫度傳感器來直接測 量應(yīng)用表面(皮膚)的溫度。此外，通過將溫度傳感器放置在超聲傳播區(qū)域之 外，仍然不能測量應(yīng)用表面的溫度，即使是間接測量應(yīng)用表面的溫度。這是在 本發(fā)明中提供被有利地布置在腔體兩則的兩個(gè)溫度傳感器的原因。有利的是， 所述溫度傳感器位于所述傳播區(qū)域之外。因此，可以持續(xù)測量溫度差，并結(jié)合 其它因素或參數(shù)來分析所述溫度差的變化，以間接確定、推導(dǎo)或計(jì)算所述應(yīng)用 表面(皮膚)的溫度。
通常，本發(fā)明的診療治療頭集成在診療治療設(shè)備中，所述診療治療設(shè)備有 利地包括電子裝置，該電子裝置接收由溫度傳感器發(fā)送的溫度信號(hào)，以提供適 用于確定所述應(yīng)用表面的溫度的溫度差。有利的是，所述電子裝置計(jì)算由腔體 中的液體吸收或者發(fā)出的熱能。有利的是，所述治療設(shè)備包括液體流速傳感器， 該液體流速傳感器發(fā)送流速信號(hào)給所述電子裝置，以計(jì)算由所述腔體中的液體 吸收或發(fā)出的熱能。優(yōu)選地，所述治療設(shè)備包括冷卻器裝置，用于在將液體通 過入口注入腔體之前對(duì)該液體進(jìn)行冷卻。有利的是，所述冷卻器裝置包括至少一個(gè)冷卻器板，所述冷卻器板對(duì)液體的儲(chǔ)藏袋施加可調(diào)節(jié)的壓力。這樣，所述 電子裝置接收由所述兩個(gè)傳感器發(fā)送的入口溫度值和出口溫度值，并且可能還 接收通過所述流速傳感器接收到的液體流速的值。此外，所述電子裝置可以將 環(huán)境溫度和來自超聲換能器的熱損考慮在內(nèi)。所有超聲換能器的效率限于大約
50%至80%的范圍內(nèi)。這意味著傳遞給換能器的電能的50°/。至20%被轉(zhuǎn)換成熱。 借助于所有這些測量值和這些參數(shù)，所述電子裝置能夠確定接受治療的組織的 應(yīng)用表面的溫度。
根據(jù)本發(fā)明另一特征，所述設(shè)備可以包括至少一個(gè)泵和壓力傳感器，該壓 力傳感器耦合到用于調(diào)節(jié)腔體中的壓力的壓力調(diào)節(jié)器。
在本發(fā)明的另 一有利方面，所述治療設(shè)備還包括耦合到所述電子裝置的開 關(guān)裝置，當(dāng)溫度差達(dá)到表示所述應(yīng)用表面過熱的預(yù)定最高值時(shí)，該開關(guān)裝置停 用所述換能器。有利的是，當(dāng)溫度差已回到表示所述應(yīng)用表面的正常溫度的預(yù) 定閾值之下時(shí)，該開關(guān)裝置激活所述換能器。
本發(fā)明還限定一種使如上限定的治療頭的換能器的激活階段程序化的方 法，其中，依照根據(jù)測得的溫度差而間接確定的應(yīng)用表面溫度的函數(shù)來激活和 停用所述換能器。這樣，用于間接確定應(yīng)用表面(皮膚)溫度的所述溫度差用 作激活和停用所述超聲換能器的觸發(fā)因素。因此，所述換能器的工作周期由所 述溫度差直接確定，或者，根據(jù)所述溫度差間接確定所述應(yīng)用表面的溫度。這 避免了損傷所述應(yīng)用表面的風(fēng)險(xiǎn)，以及所述隔膜與所述應(yīng)用表面之間接觸不良 的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明還限定一種間接確定與如上限定的診療治療頭的隔膜接觸的應(yīng)用表 面的溫度的方法，其特征在于，將腔體的出口和入口之間的溫度差與穿過腔體 的液體的流速相關(guān)聯(lián)，以確定所述應(yīng)用表面的溫度。有利的是，將所述溫度差 與環(huán)境溫度相關(guān)聯(lián)，以確定所述應(yīng)用表面的溫度。有利的是，將所述溫度差與 以熱的形式散發(fā)到腔體的液體中的換能器能量相關(guān)聯(lián)，以確定所述應(yīng)用表面的 溫度。根據(jù)溫度差、環(huán)境溫度以及由換能器散發(fā)的熱來間接確定應(yīng)用表面的溫度 的步驟由電子裝置的合適的軟件來實(shí)現(xiàn)。在有利的操作模式下，在所述換能器 激活之前的初始階段中，將所述隔膜與所述應(yīng)用表面接觸，直到所述應(yīng)用表面 的估計(jì)溫度充分穩(wěn)定。
通過間接確定應(yīng)用表面(皮膚)的溫度，因而可以監(jiān)測皮月夫的溫度，以在 開始診療治療(激活換能器)之前將皮膚充分冷卻，以避免灼燒的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的有利原理在于通過測量腔體中聲學(xué)耦合液體的溫度差以及通過將 該溫度差與作用于耦合液體溫度的其它外部參數(shù)或內(nèi)部參數(shù)相關(guān)聯(lián)，間接確定 接受治療的活體組織的應(yīng)用表面的溫度?？傊鰷囟炔畛蔀橹苯颖硎舅?應(yīng)用表面溫度的值。


以下參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖通過非限制性示例示出本發(fā)明的 實(shí)施例。
圖1是與電子裝置關(guān)聯(lián)的、本發(fā)明的包括診療治療頭的診療治療設(shè)備的示
意性分解^L圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的診療治療設(shè)備包括診療治療頭，該診療治療頭在圖1中僅部分示 出。僅示出本發(fā)明所關(guān)心的治療頭的底部部分。治療頭還具有頂部部分(未示 出)，用于例如使得治療頭能夠被安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，并且能夠電連接到圖像數(shù) 據(jù)通道。在圖1中，治療頭的底部部分與聲學(xué)耦合液體回路一起被示意性示出。 治療頭(并且有可能還有所述回路)連接到處理器電子裝置E，該裝置E由計(jì) 算機(jī)表示。治療頭與電子裝置之間的連接以虛線繪制。該設(shè)備還具有開關(guān)K, 其連接到所述治療頭和電子裝置E兩者。在此，治療頭被示出為與待治療的組 織T的應(yīng)用表面S接觸。在以下描述中，假設(shè)應(yīng)用表面S是皮膚，但是，應(yīng)用表面S可以由其它類型的表面(例如l占膜)或沒有皮膚或黏膜的組織構(gòu)成。
診療治療頭包括主體或外殼1，其可以由任何其它合適的材料(例如金屬)
制成，或者有利地，由例如PEEK⑧的材料制成。有利的是外殼以隔熱材料制成。 外殼1用作構(gòu)成治療頭的大量元件(例如，超聲診療換能器2、可變形柔軟隔膜 3和回聲圖形(echographic )探針6 )的支撐。外殼1還限定入口通道41和出口 通道42。外殼1具有球形或圓頂形的凹入結(jié)構(gòu)的底部表面。超聲診療換能器2 固定到這個(gè)凹入結(jié)構(gòu)，從而占據(jù)其主要部分，但這在圖1中不可見。因此，換 能器2也呈現(xiàn)出圓頂形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在回聲圖形探針6所處的窗口處中斷。然 而，探針和窗口是任選的。通常，回聲圖形探針6是布置在將診療換能器2分 成兩個(gè)基本對(duì)稱的部分的長窗口中的長探針，該探針例如為條帶形式。換能器2 有利的是圍繞回聲圖形探針6所處的窗口。當(dāng)然，回聲圖形探針6具有提供接 受治療的組織的回聲圖形顯示的功能。診療探針2的功能是向組織T內(nèi)部的目 標(biāo)發(fā)射超聲，優(yōu)選是HIFU類型的聚焦超聲。在圖1中還可以看到，通道41和 42開在外殼的凹入結(jié)構(gòu)中，接近回聲圖形探針6的窗口 。
可變形柔軟隔膜3通過任何適當(dāng)?shù)难b置固定到外殼1的外部。隔膜分布在 安裝有換能器2和回聲圖形探針6的外殼的凹入結(jié)構(gòu)的前面。假定隔膜3是可 變形的，則隔膜3、外殼l、換能器2和回聲圖形探針6—起限定體積可變的腔 體4。腔體4填充有聲學(xué)耦合液體L，聲學(xué)耦合液體L可以是水或合適的凝膠。 填充了液體的腔體連同其隔膜被統(tǒng)稱為"嚢"。腔體4經(jīng)由入口通道41和出口 通道42與外部相通。通道41和42連接到回路C,回路C使得聲學(xué)耦合液體L 通過腔體4循環(huán)。在通道42的出口處，該回路可以例如設(shè)置有流速傳感器53， 其測量回路C中的耦合液體的流速。流速傳感器53發(fā)送流速信號(hào)，流速信號(hào)被 發(fā)送到電子裝置E?；芈稢包括液體耦合儲(chǔ)藏袋R。這個(gè)袋插入在兩個(gè)冷卻板F (例如通過Peltier效應(yīng)熱電元件被冷卻的板)之間的冷水槽中，以對(duì)它進(jìn)行冷 卻。這兩個(gè)板F可以通過鉸鏈連接在一起，因而使得能夠通過壓縮所述板之間 的袋R來調(diào)節(jié)回路中的壓力。在此情況下，單個(gè)板F對(duì)袋R施加壓力可能就足夠了?；芈稢還包括至少一個(gè)泵，更特別地，包括兩個(gè)泵出口泵Po和入口泵 Pi。還可以設(shè)想在回路C中使用單個(gè)泵。然而，使用兩個(gè)泵使得可以確保恒定 的流速和恒定的壓力。有利的是，壓力傳感器54位于治療頭中，與耦合液體相 通，并且能夠測量腔體中的壓力。來自壓力傳感器54以及泵Pi和Po的信息被 發(fā)送到壓力調(diào)節(jié)器C。因此，可以依照壓力信息的函數(shù)，以及任選地依照流體流 速信息的函數(shù)，控制這兩個(gè)泵。通過使這兩個(gè)泵Pi和Po存在速度差異來調(diào)節(jié)壓 力。因此，具有兩個(gè)泵也使得容易通過使它們的旋轉(zhuǎn)反向而在腔體中填充液體 和清空腔體中的液體?？梢栽诖黂的頂部設(shè)置排;故口，以利于乂人腔體去除液體 以及將液體轉(zhuǎn)移到袋中。因此，經(jīng)由入口通道41注入到治療頭中的液體是經(jīng)過 冷卻的，并且呈現(xiàn)比出口通道42中的液體更低的溫度。箭頭F2表示由冷卻后 液體的流動(dòng)而注入的熱通量。箭頭F3表示由在腔體4中經(jīng)過加熱的液體的流動(dòng) 而取出的熱通量。從腔體4可見，可以認(rèn)為入口通道41構(gòu)成到腔體4的入口， 而出口通道42構(gòu)成離開腔體4的出口。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在整個(gè)說明書中，術(shù) 語"入口通道，，表示到腔體4的入口，而術(shù)語"出口通道"表示離開腔體4的 出口。
參照?qǐng)D1，可見，隔膜3與組織T的皮膚S接觸，有利的是，在它們之間放 入接觸凝膠G。隔膜3在隔膜形成腔體4的地方與皮膚S接觸。因此，處于大 約30。C溫度的皮膚將熱傳遞給腔體4內(nèi)部的液體L。箭頭Fl表示從皮膚S到 液體L的熱流。
此外，隔膜3和外殼還與周圍空氣接觸，周圍空氣通常處于比液體L的溫 度更高的溫度。因此，空氣也將熱傳遞給液體L。箭頭F4表示從周圍空氣到液 體L的熱流動(dòng)。
超聲診療換能器2也將熱散發(fā)在液體L內(nèi)，任選地，回聲圖形探針6也將 熱散發(fā)在液體L內(nèi)。箭頭F5表示從換能器2 (以及也可能有從探針6 )到液體L 的熱流。應(yīng)當(dāng)理解，所有的超聲換能器2都將供應(yīng)給它們的一小部分能量以熱 的形式散發(fā)出去。其余能量用于產(chǎn)生超聲。假定所散發(fā)的熱占供給換能器的能量的20%至50%，則散發(fā)在液體L內(nèi)的熱的量相當(dāng)多。在圖1中，以陰影來表 示從換能器2進(jìn)入腔體4的超聲的傳播區(qū)域Z。在腔體外部，傳播區(qū)域Z由虛 線來表示。因此可以看到，來自換能器2的超聲穿過腔體4的主要部分。相反， 還可以看出，通道41和42,進(jìn)而其溫度傳感器51和52既不位于來自換能器2 的超聲的傳播區(qū)域Z中，也不位于回聲圖形探針6中。
在本發(fā)明中，第一溫度傳感器51放置在腔體4的入口附近或該入口處，并 且第二溫度傳感器52位于離開腔體4的出口附近或該出口處。更準(zhǔn)確地說，傳 感器51 ;故置在入口通道41中，且第二傳感器52》文置在出口通道42中。還可 以將傳感器51和52直接放置在腔體4中入口和出口附近，但優(yōu)選是在換能器2 和探針6的波傳播區(qū)域之外。因此，第 一溫度傳感器51用于測量進(jìn)入腔體4的 液體的溫度Ti,而第二溫度傳感器52用于測量離開腔體4的液體的溫度T。。例 如，通過將溫度Ti減去溫度T。，可關(guān)于通道中的耦合液體獲得溫度差A(yù)T。這個(gè) 溫度差A(yù)T間接用于確定皮膚的溫度。
這是通過電子裝置E來完成，其中，溫度傳感器51和52 二者以及流速傳 感器53都連接到該電子裝置E。電子裝置E接收來自傳感器51和52的溫度信 號(hào)以及來自傳感器53的流速信號(hào)。電子裝置E集成有合適的軟件，該軟件用于 根據(jù)由傳感器51和52測量出的入口溫度Ti和出口溫度T。提供溫度差A(yù)T。電子 裝置E還考慮流速的值、環(huán)境溫度Ta的值以及由腔體4內(nèi)的換能器2 (并且有 可能還有探針6)散發(fā)的熱的值。電子裝置E因此能夠計(jì)算由腔體4中的液體L 所吸收或者發(fā)出的熱能。電子裝置E能夠計(jì)算所有的熱流F2至F5，并且基于 這些熱流，電子裝置E能夠間接確定熱流Fl,并最終確定皮膚的溫度。
由物理公式表示的能量平衡給出更清楚的描述。應(yīng)當(dāng)考慮耦合液體在腔體 中所經(jīng)過的所有熱交換。因此，這些交換可以再分成四個(gè)主要的熱流，即
a) F3-F2:入液體流與出液體流之間的差。進(jìn)入腔體的冷的液體提供的熱不 止是被離開腔體的加熱后液體中的熱所抵消。
b) 穿過隔膜的熱流Fl:由于皮膚的溫度高于液體L的溫度，因此熱從皮膚流向腔體中的液體。
c) 周圍空氣熱流F4。周圍空氣的溫度高于液體的溫度，所以熱從周圍空氣 傳遞到腔體中的液體。
d) 電聲(electro-acoustic)流F5:由于換能器并非是理想高效的，因此換 能器發(fā)熱并且將熱傳遞給腔體中的液體。
a) F3-F2:這與由液體帶走的功率對(duì)應(yīng)。F3表示出功率，而F2表示入功率。 總之，可以如下計(jì)算取出的功率
取出功率pe = 4.1855(7;化-7;",)
其中
Ti =輸入的水(incoming water)的溫度，以。C為單位； D^輸入的水的質(zhì)量流率(mass flow rate),以克每秒(g/s)為單位； 丁。=輸出的加熱后的水的溫度，以。C為單位；以及
D。-輸出的水的質(zhì)量流率，以g/s為單位。在穩(wěn)定的流體流條件下，D。=Dj。
b) Fl:由于皮膚的溫度高于液體的溫度，因此可以如下表示從皮膚到液體 的熱流
供給功率=— j;)
五m
其中
丁8=交換結(jié)構(gòu)S上的平均皮膚溫度，以。C為單位； T^腔體中液體的平均溫度，以。C為單位； S-隔膜與皮膚的交換面積，以平方厘米(cm2)為單位； Em二P鬲膜厚度，以厘米(cm)為單位；以及 、=隔膜的熱導(dǎo)率，以瓦特每攝氏度每厘米(W/。C/cm)為單位。 可以將所有的常量組合為以W/。C為單位的單個(gè)常量km:
供給功率=^ (rs - 7;)
其中，務(wù)-M
A — 一
c) F4:供給的功率=- 7;) 其中
T^治療頭附近的周圍空氣的平均溫度，以。C為單位； Tr腔體中液體的平均溫度，以。C為單位；以及 Ka-與用于治療頭的形狀和材料有關(guān)的常數(shù)，以W/。C為單位。
, 、
F5:供給功率= 其中
悲+曙
tOn-HIFU脈沖發(fā)射的持續(xù)時(shí)間，以秒(s)為單位； tOff-HIFU脈沖之間的靜止持續(xù)時(shí)間，以s為單位；
Pf在各脈沖期間傳送給換能器的電功率，以瓦特(W)為單位；以及 K^將換能器的聲效率以及聲混響(acoustic reverberation)效應(yīng)考慮在內(nèi)的 相關(guān)系數(shù)，并且其沒有單位。
根據(jù)這些功率，可以建立穩(wěn)定條件下熱平衡的公式。這表示如下
A 0" 、
,0" +離 因此，可以如下推導(dǎo)皮膚的溫度
《。_刁)+ t (K —乃)=4.1855 (r?；?7;a)
f 悲
7; = 7; +
4.翻(W -刺—《 —《。(t; - t;)
乂
還可以建立瞬時(shí)條件下的熱平衡公式。如果熱平纟軒的上述公式不平衡，則 治療頭中液體的溫度將變化。如果供給的功率大于取出的功率，則該溫度增加， 反之則相反。
傳送功率-取出功率=4.1855 ^m,
其中
dTVdt-通道中液體的溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，以。C每秒(。C/s)為單位；
14M尸腔體中液體的質(zhì)量，以克(g)為單位；
<formula>formula see original document page 15</formula>
這樣，可以根據(jù)以下推導(dǎo)出皮膚的溫度<formula>formula see original document page 15</formula>大多數(shù)數(shù)據(jù)由可以通過設(shè)置參數(shù)來確定的常數(shù)組成。溫度1\和T。由溫度傳 感器51和52來測量。流速由傳感器53測量，或者是預(yù)先已知的。環(huán)境溫度可 以由溫度計(jì)來測量。平均溫度Tm可以取作Ti和T。的平均值。作為l和Ti的函 數(shù)或T。的函數(shù)的流F4可以通過校準(zhǔn)獲得。
電子裝置E中的軟件計(jì)算上述溫度平衡公式，并確定接受治療的組織的皮 膚溫度。通過十分普通的方式，電子裝置E計(jì)算溫度差A(yù)T,并且將其與流體流 速、外部環(huán)境溫度以及由換能器在液體中散發(fā)的熱量進(jìn)行相關(guān)，以通過間接的 方式確定皮膚的溫度。因?yàn)橛辛诉@種測量的溫度差和關(guān)聯(lián)的電子裝置E，所以可 以知道隔膜3與皮膚S之間的接觸是否良好，或者反之，確定隔膜是否已與皮 膚局部分離或全部分離。例如，隔膜可能在皮膚上移動(dòng)了。如果接觸面積大因 而接觸的質(zhì)量良好，則移動(dòng)隔膜僅僅引起溫度差的最小限度變化。與之相反， 如果面積較小因而接觸的質(zhì)量不好，則移動(dòng)隔膜將改變接觸區(qū)域，并引起溫度 差的相當(dāng)大的變化。還可以利用溫度差來確定換能器是否實(shí)際正在工作。如果 換能器出故障，則換能器不接收任何電力所以沒有熱量散發(fā)到液體中并且溫度 差將改變很小，或者換能器接收電力但不發(fā)射超聲，在此情況下溫度差將劇烈 增加。當(dāng)換能器被激活并且正在發(fā)射超聲時(shí)，估計(jì)應(yīng)用表面的溫度使得在皮膚 的溫度上升過多時(shí)梯:作者能夠得到告警。為此，有利的是，在換能器未被激活 的初始階段期間，將隔膜放置在接受治療的組織的皮膚上，并使液體通過腔體 流動(dòng)，直到皮膚的溫度穩(wěn)定，使得皮膚與腔體中的液體之間交換的熱接近于最小。
一旦實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的皮膚溫度，則可以非常安全地開始對(duì)皮膚的治療。類似地， 可以通過監(jiān)測腔體中的壓力來檢測患者的運(yùn)動(dòng)。例如，如果治療頭離開皮膚， 則壓力將下降，并且嚢將填充以補(bǔ)償該壓力。通過(經(jīng)由泵的速度變化)檢測 囊的體積變化，可以看出耦合已發(fā)生變化。
假定測量的溫度差通常較小，則重要的是測量要準(zhǔn)確。為了消除差異，有 利的是例如在校準(zhǔn)階段期間使液體流的方向反向，從而執(zhí)行兩個(gè)測量， 一個(gè)測 量是在前向方向上，而另一個(gè)測量是在反向方向上。此外，為了使得熱交換最
小，有利的是使用隔熱特性已知的材料(例如PEEK⑧)來制成外殼。
再次參照?qǐng)D1,可以看出，診療治療設(shè)備可以包括開關(guān)K,其用于激活和停 用診療換能器2。開關(guān)K被示為耦合到電子裝置E。根據(jù)本發(fā)明的有利特征，溫 度差A(yù)T或從溫度差A(yù)T間接測量出的皮膚的溫度Ts用作觸發(fā)開關(guān)K的值。更準(zhǔn) 確地說， 一旦AT或i;達(dá)到表示皮膚過熱的預(yù)定最高值，開關(guān)K停用換能器2。 此外， 一旦AT或Ts下降到表示皮膚的正常溫度或低溫度的預(yù)定閾值，開關(guān)K 將激活換能器2。換句話說，受電子裝置E控制的開關(guān)K實(shí)施激活換能器和停 用換能器的順序，該電子裝置E使用溫度差或皮膚溫度以觸發(fā)開關(guān)K。鑒于換 能器2根據(jù)皮膚溫度或溫度差的函數(shù)被自動(dòng)激活和停用，負(fù)責(zé)診療治療的操作 者于是不再需要擔(dān)心接受治療的組織的皮膚溫度。這用于減少傷害皮膚的風(fēng)險(xiǎn)。 估計(jì)出應(yīng)用表面溫度的異常低的值(例如，比液體溫度低的溫度)與換能 器的故障對(duì)應(yīng)，更具體地說，與缺少熱散發(fā)對(duì)應(yīng)，但是這是在預(yù)期中的。
開關(guān)K由電子裝置E自動(dòng)、直接地觸發(fā)。在一變型中，也可以將開關(guān)K與 電子裝置E去耦合。在此情況下， 一旦皮膚溫度或溫度差達(dá)到最高值和所述閾 值時(shí)，由執(zhí)行診療治療的操作者來決定激活和停用換能器。
在一變型中，可以瞬間減少流體回路的流速，以增加AT和提高測量準(zhǔn)確度。 通過本發(fā)明，可以使用由兩個(gè)傳感器測得的溫度差，以間接確定接受治療 的組織的應(yīng)用表面的溫度。
權(quán)利要求
1、一種用于治療活體組織(T)的診療治療頭，所述治療頭包括外殼(1)、安裝在所述外殼上的超聲診療換能器(2)、以及安裝在所述外殼上的隔膜(3)，所述隔膜(3)被設(shè)計(jì)成與所述組織(T)的應(yīng)用表面(S)接觸，該應(yīng)用表面(S)例如為皮膚；所述隔膜(3)、所述換能器(2)和所述外殼(1)一起限定腔體(4)，所述腔體填充有聲學(xué)耦合液體(L)，該液體在入口(41)和出口(42)之間流動(dòng)通過所述腔體；所述換能器(2)以使得通過所述腔體的傳播區(qū)域(Z)向所述隔膜(3)發(fā)射超聲的方式放置；所述治療頭的特征在于，在接近所述入口(41)處放置有第一溫度傳感器(51)，并且在接近所述出口(42)處放置有第二溫度傳感器(52)，所述傳感器(51，52)發(fā)送表示溫度的信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的診療治療頭，其中，所述溫度傳感器(51， 52) 位于所述傳播區(qū)域(Z)之外。
3、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的治療頭的診療治療設(shè)備， 所述設(shè)備包括電子裝置(E),所述電子裝置(E)接收由所述溫度傳感器(51， 52)發(fā)送的溫度信號(hào)，以提供溫度差(AT)，該溫度差用于確定所述應(yīng)用表面(S) 的溫度(Ts)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所迷的診療治療設(shè)備，其中，所述電子裝置(E)計(jì)算 由所述腔體(4)中的液體(L)吸收或發(fā)出的熱能。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的診療治療設(shè)備，包括液體流速傳 感器(53)，其將流速信號(hào)發(fā)送給所述電子裝置(E),以計(jì)算由所述腔體(4) 中的液體(L)吸收或發(fā)出的熱能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5所述的診療治療設(shè)備，包括冷卻器裝置(F)，其用于在將所述液體(L)通過所述入口 (41)注入所述腔體(4)之前對(duì)所述 液體(L)進(jìn)行冷卻。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的治療設(shè)備，其中，所述冷卻器裝置包括至少一個(gè) 冷卻器板(F),所述冷卻器板(F)對(duì)液體(L)的儲(chǔ)藏袋(R)施加可調(diào)節(jié)的壓 力。
8、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的治療設(shè)備，包括至少一個(gè)泵(Pi， Po)以 及壓力傳感器(54)，所述壓力傳感器(54)耦合到用于調(diào)節(jié)所述腔體(4)中 的壓力的壓力調(diào)節(jié)器(C)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3至7中的任意一項(xiàng)所述的診療治療設(shè)備，包括開關(guān)裝置 (K),其耦合到所述電子裝置(E)，當(dāng)所述溫度差(AT)達(dá)到表示應(yīng)用表面(S)過熱的預(yù)定最高值時(shí)，所述切換裝置停用所述換能器(2)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的診療治療設(shè)備，其中，當(dāng)所述溫度差(AT)已 回到表示所述應(yīng)用表面(S)的正常溫度的預(yù)定閾值之下時(shí)，所述開關(guān)裝置(K) 激活所述換能器(2)。
11、 一種使根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的治療頭的換能器的激活 階段程序化的方法，其中，所迷換能器(2)依照根據(jù)測得的溫度差(AT)而間 接確定的應(yīng)用表面(S)溫度的函數(shù)被激活和停用。
12、 一種間接確定與根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的診療治療頭的 隔膜接觸的應(yīng)用表面的溫度的方法，其特征在于，將所述腔體的出口 (42)和 入口 (41)之間的溫度差(AT)與穿過所述腔體(4)的液體(L)的流速相關(guān) 聯(lián)，以確定所述應(yīng)用表面(S)的溫度(Ts)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，將所述溫度差(AT)與環(huán)境溫度 (Ta)相關(guān)聯(lián)，以確定所述應(yīng)用表面(S)的溫度(Ts)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的方法，其中，將所述溫度差(AT) 與以熱的形式散發(fā)到所述腔體的液體(L)中的換能器能量相關(guān)聯(lián)，以確定所述 應(yīng)用表面(S)的溫度(Ts)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12至14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在激活所述換 能器(2)之前的初始階段期間，將所述隔膜(3)與所述應(yīng)用表面(S)接觸， 直到所述液體(L)與所述應(yīng)用表面(S)之間交換的熱達(dá)到最小。
全文摘要
一種治療活體組織(T)的診療治療頭，所述治療頭包括外殼(1)、安裝在外殼上的超聲診療換能器(2)、以及安裝在外殼(1)上的隔膜(3)，隔膜(3)被設(shè)計(jì)成與組織(T)的應(yīng)用表面(S)(例如皮膚)接觸；隔膜(3)、換能器(2)和外殼(1)一起限定腔體(4)，該腔體填充有聲學(xué)耦合液體(L)，其在入口(41)和出口(42)之間流動(dòng)通過腔體；換能器(2)被放置成通過腔體的傳播區(qū)域(Z)向隔膜(3)發(fā)射超聲；所述治療頭的特征在于，在接近入口(41)處放置有第一溫度傳感器(51)且在接近出口(42)處放置有第二溫度傳感器(52)，所述傳感器(51，52)發(fā)送表示溫度的信號(hào)，以提供腔體(4)中的耦合液體的溫度差(ΔT)，該溫度差用于間接確定應(yīng)用表面(S)的溫度(T_s)。
文檔編號(hào)A61N7/02GK101563133SQ200780046763
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者弗朗索斯·拉科斯特, 舍爾利·皮舒 申請(qǐng)人:泰拉克利昂公司