本發(fā)明屬于透皮給藥，具體涉及一種渦旋超聲透皮給藥裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、透皮給藥是指通過物理或化學(xué)的方法使放置在皮膚上的藥物穿透皮膚進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)起到治療作用的治療方式。透皮給藥具有諸多優(yōu)點(diǎn)，可以不經(jīng)過肝臟的“首過效應(yīng)”和胃腸道的破壞。

2、超聲透皮給藥是一種利用超聲波的物理效應(yīng)來促進(jìn)藥物通過皮膚屏障進(jìn)入體內(nèi)的方法。相比較于化學(xué)及藥劑學(xué)促滲法，低頻超聲波作用于皮膚時(shí)給患者帶來的刺激小，避免人體對(duì)促滲劑和微泡中的某些溶劑產(chǎn)生過敏反應(yīng)的現(xiàn)象，具有更高安全性。

3、現(xiàn)有的超聲透皮給藥方案中，主要是利用聲空化效應(yīng)增加皮膚的滲透性，而基于超聲的機(jī)械效應(yīng)來促進(jìn)藥物滲透的方案相對(duì)較少。聲輻射力作為超聲波機(jī)械效應(yīng)的直接體現(xiàn)，現(xiàn)有方案中往往只考慮通過使用聚焦聲束等方式產(chǎn)生垂直于皮膚的軸向輻射力將藥物推向靶向區(qū)域來促進(jìn)給藥，通過該方式進(jìn)行透皮給藥的效率和效果一般，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種渦旋超聲透皮給藥裝置，通過渦旋聲束產(chǎn)生的橫向聲輻射力和軸向輻射力促進(jìn)角質(zhì)層的間隙擴(kuò)大，推動(dòng)藥物深層滲透，從而提高透皮給藥的效率和效果。

2、一種渦旋超聲透皮給藥裝置，包括環(huán)形換能器陣列和多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊，多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊用于控制環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器產(chǎn)生不同初始相位的超聲波，多個(gè)不同初始相位的超聲波在傳遞的過程中相干疊加，最終在需要透皮給藥的區(qū)域形成渦旋聲束；渦旋聲束在主傳播方向上具有用于深層推動(dòng)藥物的軸向聲輻射力，渦旋聲束在垂直于主傳播方向的平面上具有用于擴(kuò)大皮膚孔隙滲透率的橫向聲輻射力，在軸向聲輻射力和橫向聲輻射力的作用下，提高透皮給藥的效率和效果。

3、優(yōu)選的，環(huán)形換能器陣列包括n個(gè)超聲換能器和環(huán)形連接件，環(huán)形連接件的圓心設(shè)置于透皮給藥區(qū)域的中心處，環(huán)形連接件的n個(gè)連接端分別與n個(gè)超聲換能器連接，使n個(gè)超聲換能器呈圓周陣列分布。

4、優(yōu)選的，設(shè)置環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器均處于同一高度，使環(huán)形換能器陣列緊貼于藥物池。

5、優(yōu)選的，所述環(huán)形連接件制作材料為樹脂，通過3d打印制成。

6、優(yōu)選的，所述環(huán)形換能器陣列中第n個(gè)超聲換能器所產(chǎn)生的超聲波的初始相位的計(jì)算公式為：，其中m為拓?fù)浜蓴?shù)，n為換能器個(gè)數(shù)，。

7、優(yōu)選的，所述超聲換能器的個(gè)數(shù)設(shè)置為八，八個(gè)超聲換能器和環(huán)形連接件構(gòu)成的環(huán)形換能器陣列產(chǎn)生拓?fù)浜蓴?shù)m為1或2的渦旋聲束。

8、優(yōu)選的，多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊包括fpga板、信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，fpga板控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過功率放大器處理后到達(dá)環(huán)形換能器陣列以驅(qū)動(dòng)超聲換能器發(fā)出對(duì)應(yīng)初始相位的超聲波。

9、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種渦旋超聲透皮給藥方法，包括如下步驟：

10、第一步，接收給藥指令，所述給藥指令包括給藥時(shí)間和透皮給藥區(qū)域，所述給藥時(shí)間用于確定給藥裝置的起止時(shí)間，所述透皮給藥區(qū)域用于確定給藥裝置輸出藥物范圍的面積大?。?/p>

11、第二步，根據(jù)確定的透皮給藥區(qū)域產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所需的渦旋聲束：通過多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊控制環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器產(chǎn)生不同初始相位的超聲波，多個(gè)不同初始相位的超聲波在傳遞的過程中相干疊加，最終在透皮給藥區(qū)域形成渦旋聲束；

12、第三步，釋放藥物：通過渦旋聲束產(chǎn)生的用于深層推動(dòng)藥物的軸向聲輻射力以及用于擴(kuò)大皮膚孔隙滲透率的橫向聲輻射力驅(qū)動(dòng)藥物移動(dòng)。

13、優(yōu)選的，所述環(huán)形換能器陣列包括n個(gè)超聲換能器和環(huán)形連接件，環(huán)形連接件的圓心設(shè)置于透皮給藥區(qū)域的中心處，環(huán)形連接件的n個(gè)連接端分別與n個(gè)超聲換能器連接，使n個(gè)超聲換能器呈圓周陣列分布，設(shè)置環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器均處于同一高度，使環(huán)形換能器陣列緊貼于藥物池；多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊包括fpga板、信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，fpga板控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過功率放大器處理后到達(dá)環(huán)形換能器陣列以驅(qū)動(dòng)超聲換能器發(fā)出對(duì)應(yīng)初始相位的超聲波。

14、優(yōu)選的，所述渦旋聲束的軸向聲輻射力方向?yàn)闇u旋聲束的主傳播方向，所述渦旋聲束的橫向聲輻射力方向垂直于渦旋聲束的主傳播方向。

15、本發(fā)明的有益效果是：該渦旋超聲透皮給藥裝置及方法，通過多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊控制環(huán)形換能器陣列產(chǎn)生渦旋聲束，依靠渦旋聲束螺旋相位分布的特性使其在垂直于主傳播方向的平面上能夠產(chǎn)生橫向的聲輻射力，從而能夠通過機(jī)械效應(yīng)擴(kuò)大皮膚角質(zhì)層上孔隙的滲透率；并且渦旋聲束同樣能在主傳播方向上產(chǎn)生很強(qiáng)的軸向聲輻射力，從而推動(dòng)藥物往皮膚深層推動(dòng)。

16、與傳統(tǒng)超聲透皮給藥的方法相比，采用特殊的渦旋聲束同樣可以在皮膚上產(chǎn)生聲空化效應(yīng)增加藥物滲透率，并且渦旋聲束可以產(chǎn)生較強(qiáng)的橫向聲輻射力給超聲透皮給藥方案設(shè)計(jì)提供了新的自由度，可以獲得更好的給藥效果。

17、此外，面對(duì)透皮給藥過程的不同情況，環(huán)形換能器陣列可以通過調(diào)節(jié)超聲換能器的個(gè)數(shù)和所產(chǎn)生超聲波的初始相位來產(chǎn)生不同拓?fù)浜蓴?shù)的渦旋聲束來應(yīng)對(duì)，然后通過改變激勵(lì)信號(hào)的幅度，可以控制產(chǎn)生的聲輻射力的大小，從而控制藥物的滲透率，使用靈活性高，有較高的適配性。

技術(shù)特征：

1.一種渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，包括環(huán)形換能器陣列和多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊，多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊用于控制環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器產(chǎn)生不同初始相位的超聲波，多個(gè)不同初始相位的超聲波在傳遞的過程中相干疊加，最終在需要透皮給藥的區(qū)域形成渦旋聲束；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，所述環(huán)形換能器陣列包括n個(gè)超聲換能器和環(huán)形連接件，環(huán)形連接件的圓心設(shè)置于透皮給藥區(qū)域的中心處，環(huán)形連接件的n個(gè)連接端分別與n個(gè)超聲換能器連接，使n個(gè)超聲換能器呈圓周陣列分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，設(shè)置環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器均處于同一高度，使環(huán)形換能器陣列緊貼于藥物池。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，所述環(huán)形連接件制作材料為樹脂。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，所述環(huán)形換能器陣列中第n個(gè)超聲換能器所產(chǎn)生的超聲波的初始相位的計(jì)算公式為：，其中m為拓?fù)浜蓴?shù)，n為換能器個(gè)數(shù),。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，所述超聲換能器的個(gè)數(shù)設(shè)置為八，八個(gè)超聲換能器和環(huán)形連接件構(gòu)成的環(huán)形換能器陣列產(chǎn)生拓?fù)浜蓴?shù)m為1或2的渦旋聲束。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，所述多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊包括fpga板、信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，fpga板控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過功率放大器處理后到達(dá)環(huán)形換能器陣列以驅(qū)動(dòng)超聲換能器發(fā)出對(duì)應(yīng)初始相位的超聲波。

8.一種渦旋超聲透皮給藥方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的渦旋超聲透皮給藥裝置，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦旋超聲透皮給藥方法，其特征在于，所述環(huán)形換能器陣列包括n個(gè)超聲換能器和環(huán)形連接件，環(huán)形連接件的圓心設(shè)置于透皮給藥區(qū)域的中心處，環(huán)形連接件的n個(gè)連接端分別與n個(gè)超聲換能器連接，使n個(gè)超聲換能器呈圓周陣列分布，設(shè)置環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器均處于同一高度，使環(huán)形換能器陣列緊貼于藥物池；

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦旋超聲透皮給藥方法，其特征在于，所述渦旋聲束的軸向聲輻射力方向?yàn)闇u旋聲束的主傳播方向，所述渦旋聲束的橫向聲輻射力方向垂直于渦旋聲束的主傳播方向。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種渦旋超聲透皮給藥裝置及方法，應(yīng)用于透皮給藥技術(shù)領(lǐng)域，包括環(huán)形換能器陣列和多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊，多通道相位驅(qū)動(dòng)模塊用于控制環(huán)形換能器陣列中的每個(gè)超聲換能器產(chǎn)生不同初始相位的超聲波，多個(gè)不同初始相位的超聲波在傳遞的過程中相干疊加，最終在需要透皮給藥的區(qū)域形成渦旋聲束；渦旋聲束在主傳播方向上具有用于深層推動(dòng)藥物的軸向聲輻射力，渦旋聲束在垂直于主傳播方向的平面上具有用于擴(kuò)大皮膚孔隙滲透率的橫向聲輻射力，在軸向聲輻射力和橫向聲輻射力的作用下，提高透皮給藥的效率和效果。通過渦旋聲束產(chǎn)生的橫向聲輻射力和軸向輻射力促進(jìn)角質(zhì)層的間隙擴(kuò)大，推動(dòng)藥物深層滲透，從而提高透皮給藥的效率和效果。

技術(shù)研發(fā)人員：章東,穆道龍,鐘靈,陳依璇,陸海濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：木斐樂醫(yī)療科技（蘇州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23