用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及腫瘤熱療設備技術領域，涉及一種用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統。其包括用于貼合人體皮膚的第一袋體和用于與第一袋體配合的第二袋體，第一袋體內設有多個冷卻腔，第二袋體內設有多個熱交換腔；任一冷卻腔內均設有冷卻介質，任一熱交換腔內均設有熱交換介質；任一冷卻腔與對應熱交換腔間均設有循環管道，任一循環管道內均充滿導熱介質，任一循環管道處均設有用于使導熱介質循環流動的循環泵；任一熱交換腔均與一散熱池體管道連接，散熱池體內填充有熱交換介質，散熱池體與任一熱交換腔間均設有用于使熱交換介質在散熱池體與對應熱交換腔間流動的冷卻泵。本發明能夠較佳的對腫瘤熱療過程中的患者皮膚溫度進行控制。
【專利說明】
用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及腫瘤熱療設備技術領域，具體地說，涉及一種用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統。
【背景技術】
[0002]腫瘤熱療主要是利用物理學方法來加熱腫瘤組織，使腫瘤組織在41.5?43.5°C之間保持一定的時間而同時又不引起附近正常組織嚴重的或者永久性的損傷。目前臨床上針對如胸腔、腹腔惡性腫瘤采用最普遍最有效的方法就是內生場加熱方法，其基本原理是利用人體組織液中存在的大量正負離子和極性分子(Na+，K+，Ca++，-C02，-HC02，-CL)，當人體組織處于高頻振蕩的外加電磁場中時，正負離子和極性分子在體內產生高速分子扭動摩擦產生熱量，這些熱量被組織吸收，造成組織溫度升高。
[0003]由于人體組織的不均勻性，人體中組織、脂肪、肌肉、骨骼、肺等各種組織的比熱、電導率、介電常數、導熱系數、血流量等都不盡相同，因此會造成熱療過程中溫度分布不均勻而導致人體局部組織溫度過高，發生II度以上的損傷等副反應。特別是皮下脂肪層，由于脂肪比熱低，血流量較少以及肌肉-脂肪界面對電磁波的發射作用，使得脂肪很容易被加熱但是卻很難散熱，致使很多患者在熱療后出現皮下脂肪永久性塊狀結節，對患者后繼治療和生活質量造成很大影響。
[0004]目前國內外臨床熱療中普遍采用的體表溫度監測方法是不分腫瘤位置而固定的選擇在熱療過程中對患者的直腸和內耳三個點溫度進行監測，如果溫度超過45°C，則減小輸出功率。該方法的主要缺陷是存在較大的不可靠性和滯后性:①這些點的溫度反應的并不是治療區域附近的體表和皮下脂肪的溫度，是通過人體到達熱平衡后，由人體的熱傳導而反應的溫度，因此不能直接反映治療區體表和皮下的真實溫度，是一種間接測溫方法，溫度數據存在嚴重的不可靠性;②由于直腸和內耳離實際治療區(胸腔、腹腔)有一定的距離，治療區熱量需要經過人體傳導到相應監測點，這需要一定的時間，因此存在一定的滯后性，對預防損傷極為不利。
[0005]為防止熱療過程中組織和皮下組織的損傷，現在臨床上通常采用冷敷水袋和患者自覺報警法。
[0006]采用冷敷水袋方法時，由于水袋容量大概為300CC，在加熱場中很容易被加熱，需要在治療過程中多次更換因而冷卻效率比較低；另外，熱療醫師在更換冷敷水袋過程中受到高頻電磁波的輻射，出現職業暴露，不少剛剛接觸熱療工作的醫務人員會出現疲勞、頭痛等神經衰弱、血壓偏低和周圍血象改變或者異常波動等植物神經紊亂癥狀。
[0007]采用患者自覺報警法時，由于患者對熱的耐受性存在個體差異，因此有很多患者在加熱尚未達到臨床治療溫度時，因為體表灼熱而頻繁要求降低溫度，或者終止治療；另夕卜，晚期熱療病人自感較差，有些患者同時需要吸氧，容易出現昏睡等情況，臨床上發現這些病人治療結束后往往出現組織紅腫、起泡、嚴重者發生潰瘍、繼發感染、皮下脂肪結塊等反應，但是治療過程中患者沒有報警，因此僅僅依靠患者自覺地預防體系是不可靠的；而且，當患者感覺組織溫度較高而報警時，一般采用降低熱療加熱功率的辦法減少加熱極板功率輸出以降低體表溫度，但是這樣同時也降低了腫瘤區的熱療功率，使得有效治療時間減少，影響療效。
[0008]目前國內外的研究都集中在采用不同的技術手段對腫瘤熱療溫度進行測量和修正，而一旦監測系統監測溫度異常，缺乏較佳的降溫方案。
【發明內容】
[0009]本發明的內容是提供一種用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其能夠克服現有技術的某種或某些缺陷。
[0010]根據本發明的用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其包括用于貼合人體皮膚的第一袋體和用于與第一袋體配合的第二袋體，第一袋體內設有多個冷卻腔，第二袋體內與所述多個冷卻腔一一對應的設有多個熱交換腔;任一冷卻腔內均設有冷卻介質，任一熱交換腔內均設有熱交換介質；任一冷卻腔與對應熱交換腔間均設有循環管道，任一循環管道均部分位于相應冷卻腔與對應熱交換腔內部;任一循環管道內均充滿導熱介質，任一循環管道處均設有用于使導熱介質循環流動的循環栗；任一熱交換腔均與一散熱池體管道連接，散熱池體內填充有熱交換介質，散熱池體與任一熱交換腔間均設有用于使熱交換介質在散熱池體與對應熱交換腔間流動的冷卻栗；
[0011]任一熱交換腔處均設有用于對熱交換介質的溫度進行檢測的溫度檢測模塊，任一冷卻栗均通過一繼電器控制啟、閉；溫度檢測模塊用于將所檢測的溫度轉換為溫度信號并發送給一溫度處理模塊，溫度處理模塊用于對接收到的溫度信號進行處理后發送給一主控模塊，主控模塊內設有設定溫度閾值，主控模塊用于在某一溫度信號超過設定溫度閾值時通過相應繼電器控制對應冷卻栗的開啟。
[0012]本發明中，第一袋體能夠設于病患部位處，在循環栗的作用下，循環管道內的導熱介質能夠循環流動，從而使得第一袋體處的熱量能夠持續性的被導熱介質帶至第二袋體處，這使得第一袋體能夠較佳的被持續性降溫。由于循環管道內的導熱介質能夠始終循環流動，從而使得第二袋體處的溫度能夠與第一袋體處的溫度近似等同，通過對第二袋體處的溫度進行測量即可較為及時、準確的獲知第一袋體處的溫度，從而能夠較為準確的獲知病患部位處的溫度，通過采用溫度檢測模塊對第二袋體處的溫度進行檢測，當第二袋體處的溫度過高時，主控模塊能夠控制冷卻栗運轉，從而能夠對第二袋體內的高溫熱交換介質進行替換，從而能夠較佳的對第一袋體處的溫度進行控制。
[0013]本發明中，第一袋體內能夠設有多個冷卻腔，第二袋體內能夠一一對應的設有多個熱交換腔，每個相對應的冷卻腔與熱交換腔間均設有循環管道，且任一循環管道內均設有導熱介質，且導熱介質能夠在一循環栗的作用下循環流動;這種構造使得:一方面，成倍的增加了第一袋體與第二袋體間的熱交換效率，從而不僅能夠較佳的對第一袋體進行冷卻，而且還能夠較佳的保證第二袋體處的溫度與第一袋體處溫度的相近;另一方面，由于病患部位的組織分布不同，因而使得病患部位的局部溫度分布也存在較大的差異，通過采用多個冷卻腔對病患部位進行冷卻，能夠有效的降低局部溫度差異對整體降溫效果造成的影響。
[0014]本發明中，任一個冷卻腔內均設有冷卻介質，病患部位處的熱量能夠通過冷卻介質傳遞至導熱介質處，這使得，第一袋體在降溫過程中不會因溫度驟降而對患者造成刺激。
[0015]本發明能夠較佳的克服腫瘤深部熱療中現有測溫間接和滯后的問題，能夠直接監測加熱區域體表和皮下溫度，從而及時、準確地預防組織損傷。
[0016]本發明能夠較佳的克服現在臨床上采用的冷敷水袋在加熱場中很容易被加熱，需要在治療過程中多次更換冷卻效率低下的弊端。
[0017]本發明能夠較佳的減少患者因熱耐受性差異造成的治療效果難以保證的問題，解決晚期熱療病人因自感較差，昏睡等情況下，出現皮膚紅腫、起泡等反應難以預警問題。
[0018]本發明能夠較佳的解決傳統采用降低熱療加熱功率的辦法減少加熱極板功率輸出以降低體表溫度，降低了腫瘤區的熱療功率，使得有效治療時間減少，療效下降的弊端。
[0019]本發明能夠較佳的避免熱療醫師在換取冷敷水袋過程中受到高頻電磁波的輻射，出現職業暴露。
[0020]作為優選，任一循環管道位于對應冷卻腔內的部分均呈S形彎折多道。
[0021]本發明中，任一循環管道位于對應冷卻腔內的部分能夠均呈S形彎折多道，從而能夠較佳的增加循環管道與冷卻介質間的接觸面積，從而能夠較佳的增加換熱效率。
[0022]作為優選，任一循環管道位于對應熱交換腔內的部分均呈S形彎折多道。
[0023]本發明中，任一循環管道位于對應熱交換腔內的部分能夠均呈S形彎折多道，從而能夠較佳的增加循環管道與熱交換介質間的接觸面積，從而能夠較佳的增加換熱效率。
[0024]作為優選，溫度處理模塊處還設有紅外熱像儀，紅外熱像儀用于采集第一袋體處的熱分布信息，溫度處理模塊還用于將熱分布信息處理后發送至主控模塊處；主控模塊還與一上位機連接，上位機用于接收主控模塊處發送的熱分布信息并對主控模塊進行控制。
[0025]本發明中，紅外熱像儀的采用，能夠較佳的對溫度檢測模塊所采集的溫度進行驗證，從而能夠較佳的確保第一袋體處的可靠降溫;上位機的設置，使得使用者(醫師)能夠較佳的對患者的體表溫度狀況進行監視，并能夠根據熱分布信息，實時對每個冷卻栗進行手動控制。
[0026]作為優選，溫度處理模塊與主控模塊通過RS-485協議進行通訊。
[0027]作為優選，主控模塊與上位機通過RS-232協議進行通訊。
[0028]本發明將生物醫學工程的系統論和自動控制理論應用于臨床實踐，解決現階段阻礙深部熱療進一步發展的連續溫度監測和組織及皮下脂肪過熱損傷控制的難題，使臨床熱療變得更加可控，變人工干預的損傷預防機制為數字式智能自動干預模式，可以有效降低熱療時過熱區域發生II度以上的組織損傷發生概率，提高患者治療的耐受性，并且對于熱敏感性高的腫瘤，提供了進一步提高治療溫度的空間，為增加腫瘤局控率提供了可能。通過本發明的應用不但能夠使得更多的患者將受益于熱療，而且臨床、護理上可以節省一大筆用于處理患者熱療導致組織損傷的費用，保證患者的后繼治療同時減輕了社會和患者的經濟負擔。同時，本發明的應用也為腫瘤熱療醫務工作者免受長期高頻電磁場輻射提供了保護。
[0029]目前惡性腫瘤已經成為我國居民正常死亡的首要因素，已經超過心腦血管疾病，惡性腫瘤治療方法，非手術治療的綜合治療手段在中晚期腫瘤治療中已經凸顯其價值，其中腫瘤熱療聯合放化療等綜合治療手段已經為國內外腫瘤中心采用并取得良好效果。按照中國衛生統計年鑒2011數據顯示，到2010年底我國有三級甲等醫院1284家，開展腫瘤科的二級以上醫院數量6472家，由于腫瘤熱療相對較外科、放射治療治療成本較低，因此腫瘤熱療設備的市場需要非常之大，與之相配套的智能溫度控制系統也有較大的市場潛力，按照成本推算本發明的系統價格15萬元計算，加上后續的配套軟件費用，系統價格估計20萬元左右，那么按照一個熱療中心配備一臺熱療設備估算，全國腫瘤熱療領域對智能溫度控制系統的市場需要大概在128000萬元，因此市場潛力巨大。一旦順利完成醫學轉化并且投入規模生產，必將對我國腫瘤熱療溫度控制專業技術領域產生深遠影響，將惡性腫瘤熱療帶入實時精確的治療時代。
【附圖說明】
[0030]圖1為實施例1中第一袋體與第二袋體的連接示意圖；
[0031]圖2為實施例1中第一袋體、第二袋體和散熱池體的連接示意圖；
[0032]圖3為實施例1中的溫度監控系統的結構框圖；
[0033]圖4為實施例1中傳感器數據采集板的結構框圖；
[0034]圖5為實施例1中主控板的結構框圖；
[0035]圖6為實施例1中主控模塊的電路圖；
[0036]圖7為實施例1中主控板處的485通信模塊的電路圖；
[0037]圖8為實施例1中主控板處的232通信模塊的電路圖；
[0038]圖9為實施例1中繼電器控制模塊的電路圖；
[0039]圖10為實施例1中溫度處理模塊的電路圖；
[0040]圖11為實施例1中傳感器數據采集板處的485通信模塊的電路圖；
[0041]圖12為實施例1中溫度檢測模塊的電路圖；
[0042 ]圖13為實施例1中紅外熱像儀調理電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0043]為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。應當理解的是，實施例僅僅是對本發明進行解釋而并非限定。
[0044]實施例1
[0045]本實施例提供了一種用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其能夠較佳的在腫瘤熱療過程中對患者的皮膚溫度進行實時監視并能夠及時對患者皮膚溫度進行降溫處理。
[0046]如圖1所示，其包括用于貼合人體皮膚的第一袋體A和用于與第一袋體A配合的第二袋體B，第一袋體A內設有多個冷卻腔，第二袋體B內與所述多個冷卻腔一一對應的設有多個熱交換腔;本實施例中冷卻腔為8個，分別為A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7和A-8 ；本實施例中熱交換腔也為8個，分別對應8個冷卻腔為8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6、8-7和8-8。
[0047]如圖2所不，任一冷卻腔內均設有冷卻介質210，任一熱交換腔內均設有熱交換介質220;任一冷卻腔與對應熱交換腔間均設有循環管道230，任一循環管道230均部分位于相應冷卻腔與對應熱交換腔內部;任一循環管道230內均充滿導熱介質，任一循環管道230處均設有用于使導熱介質循環流動的循環栗231;任一熱交換腔均與一散熱池體C管道連接，散熱池體C內填充有熱交換介質220，散熱池體C與任一熱交換腔間均設有用于使熱交換介質220在散熱池體C與對應熱交換腔間流動的冷卻栗240(分別為第一冷卻栗至第八冷卻栗)。
[0048]本實施例中，任一循環管道230位于對應冷卻腔內的部分均呈S形彎折多道，任一循環管道230位于對應熱交換腔內的部分均呈S形彎折多道。
[0049]如圖3所示，任一熱交換腔處均設有用于對熱交換介質220的溫度進行檢測的溫度檢測模塊(分別為第一溫度檢測模塊至第八溫度檢測模塊)，任一冷卻栗240均通過一繼電器控制啟、閉；溫度檢測模塊用于將所檢測的溫度轉換為溫度信號并發送給一溫度處理模塊，溫度處理模塊用于對接收到的溫度信號進行處理后發送給一主控模塊，主控模塊內設有設定溫度閾值，主控模塊用于在某一溫度信號超過設定溫度閾值時通過相應繼電器控制對應冷卻栗240的開啟。
[0050]本實施例中，溫度處理模塊處還設有紅外熱像儀，紅外熱像儀用于采集第一袋體A處的熱分布信息，溫度處理模塊還用于將熱分布信息處理后發送至主控模塊處；主控模塊還與一上位機連接，上位機用于接收主控模塊處發送的熱分布信息并對主控模塊進行控制。
[0051 ]本實施例中，溫度處理模塊與主控模塊通過RS-485協議進行通訊，主控模塊與上位機通過RS-232協議進行通訊。
[0052]本實施例中，溫度檢測模塊、溫度處理模塊和紅外熱像儀的調理電路均集成至傳感器數據采集板中，主控模塊與相應的通信模塊均集成至主控板中，從而便于生產制造。
[0053]如圖4所示，為傳感器數據采集板的結構框圖；如圖5所示，為主控板的結構框圖。傳感器數據采集板與主控板通過485通信模塊進行通信，傳感器數據采集板通過溫度檢測模塊與溫度檢測元件(本實施例中為熱電偶PT)進行連接，傳感器數據采集板通過紅外熱像儀調理電路與紅外熱像儀的輸出端進行連接;主控板與上位機通過232通信模塊進行通信，主控板與繼電器通過繼電器控制模塊進行連接，2個JATG電路分別為傳感器數據采集板和主控板提供了內部測試接口。
[0054]本實施例中的主控模塊包括ST公司的STM32F103VBT6，其電路圖如圖6所示。
[0055]本實施例中，主控板處的485通信模塊包括TI公司的MAX3485芯片，其電路圖如圖7所示。
[0056]本實施例中，主控板處的232通信模塊包括TI公司的MAX3232芯片，其電路圖如圖8所示。
[0057]如圖9所示，為本實施例中繼電器控制模塊的電路圖。
[0058]本實施例中，溫度處理模塊包括ST公司的STM32F103C8V6，其電路圖如圖10所示。
[0059]本實施例中，傳感器數據采集板處的485通信模塊包括TI公司的MAX3485芯片，其電路圖如圖11所示。
[0060]本實施例中，溫度檢測模塊包括熱電偶PT和TI公司的MAX6675芯片，其電路圖如圖12所示。
[0061 ]如圖13所示，為本實施例中紅外熱像儀調理電路的電路圖。
[0062]以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其特征在于:包括用于貼合人體皮膚的第一袋體(A)和用于與第一袋體(A)配合的第二袋體(B)，第一袋體(A)內設有多個冷卻腔，第二袋體(B)內與所述多個冷卻腔一一對應的設有多個熱交換腔;任一冷卻腔內均設有冷卻介質(210)，任一熱交換腔內均設有熱交換介質(220);任一冷卻腔與對應熱交換腔間均設有循環管道(230)，任一循環管道(230)均部分位于相應冷卻腔與對應熱交換腔內部;任一循環管道(230)內均充滿導熱介質，任一循環管道(230)處均設有用于使導熱介質循環流動的循環栗(231);任一熱交換腔均與一散熱池體(C)管道連接，散熱池體(C)內填充有熱交換介質(220)，散熱池體(C)與任一熱交換腔間均設有用于使熱交換介質(220)在散熱池體(C)與對應熱交換腔間流動的冷卻栗(240); 任一熱交換腔處均設有用于對熱交換介質(220)的溫度進行檢測的溫度檢測模塊，任一冷卻栗(240)均通過一繼電器控制啟、閉;溫度檢測模塊用于將所檢測的溫度轉換為溫度信號并發送給一溫度處理模塊，溫度處理模塊用于對接收到的溫度信號進行處理后發送給一主控模塊，主控模塊內設有設定溫度閾值，主控模塊用于在某一溫度信號超過設定溫度閾值時通過相應繼電器控制對應冷卻栗(240)的開啟。2.根據權利要求1所述的用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其特征在于:任一循環管道(230)位于對應冷卻腔內的部分均呈S形彎折多道。3.根據權利要求1所述的用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其特征在于:任一循環管道(230)位于對應熱交換腔內的部分均呈S形彎折多道。4.根據權利要求1所述的用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其特征在于:溫度處理模塊處還設有紅外熱像儀，紅外熱像儀用于采集第一袋體(A)處的熱分布信息，溫度處理模塊還用于將熱分布信息處理后發送至主控模塊處;主控模塊還與一上位機連接，上位機用于接收主控模塊處發送的熱分布信息并對主控模塊進行控制。5.根據權利要求4所述的用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其特征在于:溫度處理模塊與主控模塊通過RS-485協議進行通訊。6.根據權利要求4所述的用于腫瘤熱療中的皮膚溫度監控系統，其特征在于:主控模塊與上位機通過RS-232協議進行通訊。
【文檔編號】A61F7/00GK106038038SQ201610533332
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】馬勝林, 李夏東, 吳稚冰
【申請人】馬勝林