一种医用介入超声治疗仪

    超声理疗、超声药物透入等多种超声波疗法已广泛运用于临床医学中^[1]。但超声波作为一种物理能量,存在治疗的安全阈值剂量^[2],大于阈值时会对组织产生不可逆的有害效应或损伤^[3];并且超声与组织的相互作用十分复杂,即使同等剂量的体外超声辐照,经不同的超声辐照条件和方式,最终对组织细胞产生的生物效应会表现出较大的差异^[4],因此对声波引入方式,超声剂量、强度、频率等参数的控制,是超声治疗的重点^[2]。

    用体外超声辐照心脏等深部脏器,超声通过含空气的肺、骨骼等介质后明显衰减,加之心脏本身结构的复杂性,最终到达需要辐照部位心肌的声能量、超声辐照效果难以准确控制。因此,研究组在前期的超声辐照导管研究基础上^[5],与中国电子科技集团公司二十六研究所共同研制了介入超声治疗仪。该超声治疗仪与医学介入导管技术结合,在介入导管顶端安装微型超声治疗换能器(组合成超声辐照导管),通过成熟的介入技术,使治疗仪的超声辐照导管进入深部脏器腔内,实现以下治疗优点:

    (1)可操控、照射范围广。借助医学微创介入技术平台和导管的可操控性,在体外用X线等影像技术引导,超声辐照导管可安全快捷地进入心血管、膀胱及胃肠等人体深部空腔器官内,超声辐照导管的自由延伸和回撤可辐照不同层面组织,并在体腔内较灵活转动,多角度照射,使各个部位均可被超声辐照。

    (2)安全准确。超声辐照导管顶端的微型换能器位于深部脏器腔内,近距离直接照射组织,避免声窗等外界因素的影响,通过调节压电超声发生器的频率、功率、以及作用的时间等方式,可以较准确控制超声辐照环境和声波能量,从而实现安全准确的治疗。

    (3)多功能。该治疗仪可同时利用超声的热、机械、空化等效应发挥治疗作用,并附带有投递物质的功能,因此具有增强局部药物效应、促进基因转染表达、改善微循环等多种功能;而不同尺寸的超声辐照导管可分别进入心脏、膀胱、胃肠等多种空腔器官,协助炎症、增生、狭窄、肿瘤等多种疾患的治疗,实现一机多用。

    1　介入超声治疗仪的结构设计和工艺

    介入超声治疗仪由超声辐照导管和主机组成。超声辐照导管总体外观和操控性能类似于临床射频消融所用的可操控导管。导管顶端安装有微型的压电陶瓷超声换能器,导管中空可通过超声换能器的供电线及信号线,并在导管的末端穿出与主机连接。同时导管顶端开有侧孔,容许导引钢丝或微型注射针穿过,尾端可连接注射器(见图1)。

    压电超声换能器按照传统工艺制作:按照材料的收缩比设计好模具,采用双面加压法压制、干压成型法成型。最终超声换能器为一薄壁细小圆管,其外径2.3 mm,内径1.5 mm,长3.5 mm,工作频率为4.3 MHz,经重庆市计量研究所测定换能器发射功率为1.0~1.2 W /cm²。换能器的表面均匀涂布一层无毒、无腐蚀性、耐磨、有弹性、声阻抗接近于水、声衰减小并能进行无菌消毒处理的透明橡胶薄膜,既保护了换能器延长其使用寿命,也可防止电解电离作用给血液中的蛋白带来不利影响,阻止在心腔内辐照时在换能器表面出现血凝块现象。进入其他脏器的微型换能器,根据治疗需要可设计为不同的形状和大小。