[发明专利]一种基于超声导波的高效稳定的人体插管菌膜抑制系统

说明书

本发明公开了一种基于超声导波的人体插管菌膜抑制系统。系统包括主控系统(1)、信号发射子系统(2)、超声导波耦合子系统(3)、人体插管(4)、导波振动反馈子系统(5)。工作原理为：信号发射子系统(2)发射多路(或单路)猝发电信号，施加到多个轴对称排列的(或单个)超声换能器(31)上；通过导波耦合子系统(3)将超声信号高效地耦合到人体插管(4)上；利用人体插管(4)表面产生的机械振动进行菌膜抑制；通过导波振动反馈子系统(5)实时检测人体插管(4)表面的振动幅度，实现稳定地闭环控制。本发明能使人体插管(4)表面产生稳定可控的机械振动效应，抑制细菌在人体插管(4)表面的粘连，降低临床感染的概率。

技术领域

本发明属超声医学仪器与设备领域，涉及一种超声非侵入式人体菌膜抑制系统，特别是涉及一种超声非侵入式人体留置气管插管及导尿管的菌膜抑制系统。

背景技术

人体插管，如导尿管、气管插管等，已被广泛应用于临床。不幸的是，长时间置入人体的插管装置往往会导致细菌感染，成为发病、甚至死亡的一个主要原因。细菌在自然生长状态下存在游离和菌膜两种形式，游离状态下的细菌粘连到插管装置表面后，会形成矩阵形式复杂结构的菌膜，据NIH统计，超过80％的细菌感染与菌膜有关，其中大部分(大于65％)，与长时间置入体内的医疗装置相关。

据申请人所进行的文献及专利资料检索，2006年，Hazen使用100-300千赫兹的超声激励对人体置入的导尿管进行了菌膜抑制实验，通过对其施加超声振动，有效抑制了导尿管上的菌膜生长。2011年，Kopel在表面波抗菌文献中，阐述了人体插管上的超声振动，也能够有效抑制菌膜的产生。Hazen和Kopel的研究结果证明了超声导波对于菌膜抑制的有效性，分析了表面波对菌膜抑制的机理主要是机械振动效应抑制了游离细菌在导尿管表面的粘连，从而抑制了菌膜的生成。

Hazen和Kopel所使用的超声激励方法是在导尿管管端施加超声平面波，能在导尿管上产生0.2-2纳米的振动。按照文献中的方法进行人体插管超声激励，振动传播距离很短，因为人体插管一般都是软PVC材料，其存在非常大的振动衰减，Hazen的文献中也只是使用了6厘米长的导尿管进行实验。然而，人体插管的长度一般为几十厘米，甚至更长，文献中的方法显然是不够实用的；其次，文献中并未给出具体的频率选择方法，所使用的超声激励方法，会导致人体插管上出现非常多的传播模式，包括纵振波、扭曲波、弯曲波，这也是造成振动传播距离短的原因之一；再次，另外，文献中的方法也无法精确控制人体插管上的振动幅度，菌膜抑制的效果无法得到精确的控制，安全性也无法保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超声导波的高效稳定的人体插管4菌膜抑制系统，能够解决前面提及的振动传播距离短、传播模式多、无法精确控制振动幅度、安全性差等问题。

本发明采用的技术方案是：为改善振动传播距离短的问题，本发明中提出超声斜入射方式，并采用可变角度的导波耦合子系统3，能够将超声信号高效地耦合到人体插管4上；根据不同的人体插管4，可以通过更换不同倾角的耦合支架32，达到最优化的耦合。为改善传播模式多的问题，本发明采用的超声激励方式为轴对称激励，在耦合支架32上等间隔对称发射超声信号，可以减少导波的传播模式，尽量避免扭曲波和弯曲波，通过合理的频率选择提高振动的传播效率。为改善无法精确控制的问题，本发明采用“控制-发射-测量-反馈-控制”方式的闭环控制，以达到设定的精确振动幅度要求。为解决安全性的问题，本发明在超声换能器31表面进行温度检测，以避免温度过高时，对人体造成的安全隐患。

由于本发明采用的新颖的导波耦合子系统32，可以将超声信号高效地传导到人体插管4表面，插管表面可以获得更大幅度的振动，振动的传播距离相应会更远；由于本发明采用了闭环的控制方式，也可以使得人体插管4表面的振动幅度得到稳定控制，避免了因为接触不良或耦合性能差造成的振动幅度变化；同时解决治疗过程中的烫伤风险。

附图说明

图1是本发明一种基于超声导波的高效稳定的人体插管菌膜抑制系统的实施例原理图；