CN102814004A - 一种基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统。本发明的治疗系统包括：磁性纳米粒子、n组磁场加载系统、治疗床和机架；其中，治疗床水平放置；磁性纳米粒子注入至放置在治疗床上的被治疗体内；n组磁场加载系统相对或围绕着治疗床安装在机架上，其中，n为自然数。本发明将磁性纳米粒子作为治疗靶标直接注射入需要治疗的动物或患者的被治疗体内，磁性纳米粒子可以通过表面特异性的修饰从而在体内病灶处形成聚集，在交变的磁场下通过产生高热和对细胞、组织产生力的作用而杀死癌细胞，达到治疗效果。本发明的治疗系统，磁场作用靶标明确，治疗机里明确，治疗效果可进行定量分析。

Description

一种基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统

技术领域

本发明涉及旋磁治疗系统，具体涉及一种基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统。

背景技术

癌症的治疗到目前为止，在国内外所采用的方法主要是手术切除、放射治疗、化学药物治疗、和生物治疗。大量的科学研究、遇临床实验、临床实验和成功病例都已经证明了这些疗法在治疗某些癌症方面的有效性，但是，每一种治疗手段甚至是联合治疗手段都无法解决根本问题，而且都有相应的副作用。因此，临床治疗仍然十分需要新型的治疗手段。

外科手术切除治疗癌症，短期疗效显著，早期癌症手术切除后，可以获得临床治愈，是早期治疗肿瘤的最有效手段。但手术无法切除肉眼不可见的微小病灶和转移扩散的癌细胞，以及已经大量转移扩散的中晚期癌症。

化疗的药物均有一定的毒性，而且化疗的药物往往没有良好的靶向性，它作用于全身，利用癌症细胞生长、代谢更加旺盛而优先杀死癌细胞，化疗对多种癌症都有疗效，可以治疗全身性广泛性的资政和资政转移灶，有的能够明显缩小肿瘤、防治转移和复发。但是，化疗的药物对正常组织损伤很大，有明显副作用。

放疗利用放射性射线对癌症进行治疗，具有杀死局部肿瘤细胞的作用，对于一些对放射敏感的癌症首选的治疗方法。但是高能射线的穿透能力很强，治疗中很难聚焦，因此产生的辐射伤害也很难局限在病灶范围内。辐射的伤害随射线能量和暴露时间的增加而增大，常用的放射医学和核医学诊疗手段其使用的射线能量都很高，都可以对正常组织产生不能逆转的伤害。小剂量的放疗达不到治疗效果，大剂量放疗则可能引起诸如放射性肺炎在内的多重放射性疾病。因此，常见的,放疗手段和剂量的选择应十分的慎重。

生物治疗，如干扰素、自介素-II等，对部分癌症如肾癌、黑色素瘤等有一定的疗效，但价格较昂贵，许多肿瘤疗效不确切。基因疗法目前尚处于实验阶段，临床疗效不确切，价格也较昂贵。

多年以来，国内外对磁场的生物学作用进行了广泛的研究，人们发现，利用磁场对疾病进行治疗确实有一定的疗效。多种磁疗器械都早己应用于临床，但是目前其作用效果和作用机理都没有得到科学界的广泛认可。由于机理不明，目前所有的磁疗器械都只能作为保健器材而非医用器材销售和使用。

同时现有的磁疗法提出了多种治疗机理，如：1）使多极聚合体（肿瘤）解体；2）磁场促进新陈代谢；3）磁场加强人体经络生物电流；4）对肿瘤直接进行热治疗；5）磁场减少对肿瘤的营养供应；6）磁场对DNA合成进行作用。但是上述机理都没有切实可信的实验结果予以证实，相应的机理研究也没能开展，因此只存在于假设。

经对现有技术的文献检索，专利公开号CN 101658714A，公开日期2010年3.3，专利名称为“闭合式双磁头旋磁治疗机”。在此专利中，旋磁治疗系统包括磁体排列组成的磁头、电机驱动和传动机构、控制机构、病人床和机架。该专利提到了机架和磁头、驱动机构、控制机构等的整体布局和磁头的具体设计与不同布置，但并没有使用纳米粒子作为治疗系统的必要组成部分，同时也没有对仪器对治疗区域哪些靶标产生作用进行说明。该专利中的方案设计简便，但临床治疗效果不好。同时存在作用靶标不明确、治疗机理不清、治疗效果无法定量等技术和科学问题。在作用靶标上，该专利声称可以作用于人体血液、人体神经、人体经络、人类细胞DNA甚至直接作用到癌细胞或体内营养物质。但是至今没有科学结果证明磁场作用到人体内的何种组织部位，也没有科学证据说明磁场对人体某种组织是如何产生的影响。同时其治疗效果受人主观感受影响很大，同时生物学观察和检测也无法发现治疗效果，因此其治疗效果无法进行科学定性、定量。

美国研究人员Challa S.S.R.Kumar和Faruq Mohammad与2011年在《Advanced DrugDelivery Reviews》杂志中中发表文章《Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapyand controlled drug delivery》系统总结了使用磁性纳米粒子和交变磁场对癌症进行治疗的方法和研究方向。其中阐述的多种使用交变磁场的治疗方法，都是基于将电磁线圈至于患病动物体表，或者围绕患病动物全身，然后在线圈中通入交变电流产生交变磁场加热磁性纳米粒子。其中使用的高频交变电磁场是由电磁体产生，其频率在50kHz到10MHz，但场强较弱。此方法中使用的变化磁场对磁性纳米粒子有加热作用已经得到广泛证实，此种加热作用的功率随交变磁场的频率与场强升高而增大，同时可以引起磁性纳米粒子表面携带的药物进行释放。但是由于其使用的是高频电磁场，其中磁力对纳米粒子造成的震动十分微小，这种微小的位移无法对生物组织产生力学上的影响，同时电磁场的场强也由于线圈的功率以及交变频率的限制而不能很大。

这些研究中涉及到使用磁性纳米粒子和电磁体产生的交变磁场对疾病进行治疗，但是其磁场变化频率很高（50kHz~10MHz），同时没有用到磁体产生磁场。

上述现有技术存在两种缺陷：第一，此技术使用电子学线路产生高频交变磁场，因此对电子线路的设计要求较高，整体系统设计复杂、造假昂贵，运行时为保证产生足够强度的磁场，需要消耗大量电能，同样造成使用费用昂贵，对房间进行电磁屏蔽的费用也十分高昂，同时由于电子学系统的复杂度，维护费用也相应提高；第二，该技术由于使用高频电磁场，其产生的电磁辐射十分剧烈，对周围医疗仪器产生强干扰，可造成一起损坏或死机，由于实际中需要和多种其他医疗监护设备同时使用，患者要躺入仪器的病人床上，因此治疗空间无法封闭，治疗产生的电磁波将直接泄漏到外界，而高频电磁场对各种医疗仪器都有十分严重的干扰。

发明内容

为了克服了现有技术中的旋磁治疗中作用靶标不明确、治疗机理不明确、治疗效果不可定量的缺陷，本发明提出一种基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统。该系统中引入磁性纳米粒子作为旋转磁场直接作用的靶标，其治疗靶标和治疗机理明确，能够理想的应用于基于旋转磁体的使用磁性纳米粒子作为治疗靶标的旋磁治疗疗法中。

本发明的目的在于提供一种基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统。

本发明的基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统包括：磁性纳米粒子、n组磁场加载系统、治疗床和机架；其中，治疗床水平放置；磁性纳米粒子注入至放置在治疗床上的被治疗体内；n组磁场加载系统相对或围绕着治疗床安装在机架上，其中，n为自然数。

磁性纳米粒子为磁性材料的粒子，且至少一个方向的尺寸小于100纳米。磁性纳米粒子的材料采用四氧化三铁、三氧化二铁、钕铁硼和铁钴合金等的磁性材料中的一种或者两种以上的合金、化合物或混合物；其结构为纳米颗粒、纳米棒、纳米线和纳米壳中的一种，或多层壳层结构和笼型结构中的一种；其表面修饰与功能化采用无修饰、PEG包裹、静电吸附包裹、二氧化硅包裹、树枝状分子包裹、抗体修饰、生物蛋白修饰、生物多糖与糖蛋白修饰及药物大分子修饰等中的一种。

本发明采用n组磁场加载系统为磁性纳米粒子提供低频的交变的磁场，其中，n为自然数。若采用一组磁场加载系统，则磁场加载系统相对病人床安装在机架上；若采用两组以上的磁场加载系统，则磁场加载系统围绕着病人床均匀地安装在机架上。n组磁场加载系统中的每一组包括磁头和驱动系统，驱动系统驱动磁头旋转，从而产生交变的磁场。

磁头包括k块磁体和导磁板；k块磁体安装在导磁板上；导磁板由导磁材料制成；k块磁体的磁场的方向与导磁板垂直安装在其上，且k块磁体中的一半磁体的N极向外，一半磁体的S极向外，其中，k为正偶数。

磁体可以为永磁体，也可以为电磁铁。

驱动系统包括：旋转杆、轴承、传动机构和电动机；其中，磁头的导磁板安装在旋转杆的一端上；在旋转杆上设置轴承，轴承固定机架上；旋转杆的另一端通过传动机构与电动机相连，从而电动机通过传动机构驱动旋转杆旋转，并带动磁头旋转。

传动机构为传送带、传动皮带、传动链条和传动齿轮中的一种。

本发明的治疗系统的工作原理是：磁性纳米粒子注入至放置在治疗床上的被治疗体内，磁性纳米粒子作为交变的磁场作用的靶标，被引入到被治疗体。通过磁性纳米粒子在体内循环到达病灶处，由于磁性纳米粒子本身的性质和生物修饰等在病灶处产生特异性的聚集。磁性纳米粒子结合到癌症或者疾病细胞，附着于细胞表面或者被癌症细胞或疾病细胞内吞，形成对病灶的标记。由于其特异性，因此磁性纳米粒子不会在健康组织产生聚集和伤害。磁场加载系统产生交变的磁场，磁性纳米粒子受到向不同方向的磁力的作用，力学上对病变组织产生破坏。同时，频繁的极化和去极化，使得磁性纳米粒子本身将磁场的能量转化为内能生热。由于癌症细胞对环境温度变化更加敏感，因此在温度局部达到42摄氏度以上能够对包括癌症细胞在内的疾病细胞产生杀伤。由于其中使用的磁性纳米粒子自在局部产生聚集，因此治疗范围可以十分精确且不伤害正常组织。

本发明的治疗系统针对癌症治疗中化疗和放疗手段副作用大、手术手段不能完成全身和微笑病灶治疗、磁学治疗治疗靶标不明确、治疗机理不明确、治疗效果不可定量的问题设计。本发明的治疗系统专门用于各种癌症的治疗，但是本系统由于其理论和效果的优越性，也可以应用在癌症之外的各种需要杀死特定生物细胞、组织、器官的病症治疗中。

由于本发明使用机械旋转磁体，因此产生低频的交变的磁场，不需要对房间进行电磁屏蔽。而且本发明采用永磁体，永磁体本身磁场强度很高，可以产生高强度的磁场，达到良好的治疗效果。

本发明将磁性纳米粒子作为治疗靶标直接注射入需要治疗的动物或患者的被治疗体内，磁性纳米粒子可以通过表面特异性的修饰从而在体内病灶处形成聚集，在交变的磁场下通过产生高热和对细胞、组织产生力的作用而杀死癌细胞，达到治疗效果。本发明的治疗系统，磁场作用靶标明确，治疗机里明确，治疗效果可进行定量分析。

本发明的优点：

本发明最突出的一个优点是将磁性纳米粒子作为治疗靶标引入到系统中，使旋磁治疗的靶标更加明确，治疗机理更加明确，治疗效果更加明显、可定量。相比不采用磁性纳米粒子作为靶标的旋磁治疗系统，由于磁性纳米粒子可以在患者或模式动物体内的病灶处产生相应的聚集，因此通过磁场对磁性纳米粒子产生的力学作用和生热更加集中，可以更好的对病灶局部进行治疗而不伤害人体正常生物组织。从而，本发明的治疗系统可以达到更好的治疗效果和更好的安全性。

另一个优点在于降低了仪器制造的成本。本发明的治疗系统的硬件设计更为简单，使用更加方便。在硬件制造中不需要复杂的电子学线路对电磁场的波动频率、幅度等参数进行精确控制，制造成本可降低50%以上，同时硬件维护成本也较低。

再一个优点在于仪器本身产生的电磁辐射较低。本发明的治疗系统的不使用交变电场产生强交变磁场，同时，由于使用机械传动旋转磁体的设计本身产生的交变磁场其频率在2KHz以下。而使用交变电磁场的治疗装置，其电子学线路对电磁场的波动频率、幅度等参数进行精确控制，但频率都在1MHz以上。大功率的高频交变电磁场将对其他医疗设备产生不可忽略的干扰，导致医院中其他医疗设备的故障和损坏，从而限制了使用电磁体和交变电磁场的治疗系统本身的使用。

附图说明

图1为本发明的基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统的实施例一的结构示意图；

图2为本发明的基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统的实施例二的结构示意图；

图3为本发明的基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统的磁头的一个实施例的示意图，（a）为磁头的正视图，（b）为磁头的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一

在本实施例中，采用一组磁场加载系统，磁体采用永磁体。

如图1所示，本发明的基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统包括：磁性纳米粒子、磁场加载系统、治疗床2和机架3；其中，治疗床2水平放置；磁性纳米粒子注入至放置在治疗床2上的被治疗体内；磁场加载系统相对治疗床安装在机架3上。磁场加载系统包括磁头11和驱动系统。驱动系统包括：旋转杆121、轴承122、传动机构123和电动机124。磁头11的导磁板安装在旋转杆121的一端上；在旋转杆上设置轴承122，轴承122固定机架3上；旋转杆121的另一端通过传动机构123与电动机124相连，从而电动机124通过传动机构123驱动旋转杆121旋转，并带动磁头11旋转。

如图3所示，磁头11包括k块永磁体111和导磁板112；k块永磁体111安装在导磁板112上。导磁板112由导磁材料制成。k块永磁体111的磁场的方向与导磁板112垂直安装在其上，且k块永磁体111中的一半永磁体的N极向外，一半永磁体的S极向外，其中，k为偶数。

在本实施例中，机架3下安装有滚轮，方便搬运携带。

本实施例中的治疗系统的控制方法：在被治疗体内注射磁性纳米粒子，等待一小时后仰卧于治疗床2上；打开总电源开关，通过治疗床2移动，调整仪器位置，使磁头11位于被治疗体的病灶的位置，启动电动机124旋转，调整转速，治疗转速一般在100转/分钟至2000转/分钟；根据病人病情选择治疗时间，一般治疗时间在30分钟至2小时之间；治疗结束，关闭所有电器开关，待患者离开治疗床。

实施例二

在本实施例中，采用4组磁场加载系统，磁体采用永磁体。

如图2所示，本发明的基于磁性纳米粒子的旋磁治疗系统包括：磁性纳米粒子、磁场加载系统1、治疗床2和机架3；其中，治疗床2水平放置；磁性纳米粒子注入至放置在治疗床2上的被治疗体内；磁场加载系1统围绕着治疗床2均匀地安装在机架3上。磁场加载系统包括磁头11和驱动系统12。驱动系统12包括：旋转杆121、轴承122、传动机构123和电动机124。磁头11的导磁板安装在旋转杆121的一端上；在旋转杆上设置轴承122，轴承122固定机架3上；旋转杆121的另一端通过传动机构123与电动机124相连，从而电动机124通过传动机构123驱动旋转杆121旋转，并带动磁头11旋转。

在本实施例中，机架3与地面直接固定，保证设备稳定性。

本实施例中的治疗系统的控制方法：在被治疗体内注射磁性纳米粒子，等待一小时后仰卧于治疗床2上；打开总电源开关，通过治疗床2移动，调整仪器位置，使磁头11位于被治疗体的病灶的位置，启动电动机124旋转，调整转速，治疗转速一般在100转/分钟至2000转/分钟；根据病人病情选择治疗时间，一般治疗时间在30分钟至2小时之间；治疗结束，关闭所有电器开关，待患者离开治疗床。

在上面提出的实施方式中，可以由电磁铁替代永磁体实现系统的功能，主要体现在电流通过螺线管可以产生磁场。使用电磁铁代替永磁体进行旋转，可以通过电子学系统对电磁铁的磁场强度和磁场分布进行更好的控制，但是系统能耗较高，制造费用更加昂贵。同时，交变磁场诱发的电场可能对其他医疗设备产生电磁干扰。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种旋磁治疗系统，其特征在于，所述旋磁治疗系统包括：磁性纳米粒子、n组磁场加载系统（1）、治疗床（2）和机架（3）；其中，治疗床（2）水平放置；磁性纳米粒子注入至放置在治疗床（2）上的被治疗体内；n组磁场加载系统（1）相对或围绕着治疗床安装在机架（3）上，其中，n为自然数。

2.如权利要求1所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述磁性纳米粒子为磁性材料的粒子，且至少一个方向的尺寸小于100纳米。

3.如权利要求2所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述磁性纳米粒子的材料采用四氧化三铁、三氧化二铁、钕铁硼和铁钴合金等的磁性材料中的一种或者两种以上的合金、化合物或混合物。

4.如权利要求2所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述磁性纳米粒子的结构为纳米颗粒、纳米棒、纳米线和纳米壳中的一种，或多层壳层结构和笼型结构中的一种。

5.如权利要求2所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述磁性纳米粒子的表面修饰与功能化采用无修饰、PEG包裹、静电吸附包裹、二氧化硅包裹、树枝状分子包裹、抗体修饰、生物蛋白修饰、生物多糖与糖蛋白修饰及药物大分子修饰等中的一种。

6.如权利要求1所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述n组磁场加载系统中的每一组包括磁头（11）和驱动系统（12），所述驱动系统驱动磁头旋转，从而产生交变的磁场。

7.如权利要求6所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述磁头（11）包括k块磁体（111）和导磁板（112），所述k块磁体（111）安装在导磁板（112）上；所述导磁板（112）由导磁材料制成；所述k块磁体（111）的磁场的方向与导磁板（112）垂直安装在其上，且所述k块磁体（111）中的一半磁体的N极向外，一半磁体的S极向外，其中，k为偶数。

8.如权利要求6所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述驱动系统包括：旋转杆（121）、轴承（122）、传动机构（123）和电动机（124）；所述磁头（11）安装在所述旋转杆（121）的一端上；在所述旋转杆（121）上设置轴承（122），所述轴承（122）固定机架（3）上；所述旋转杆（121）的另一端通过所述传动机构（123）与所述电动机（124）相连，从而所述电动机（124）通过传动机构（123）驱动旋转杆（121）旋转，并带动所述磁头（11）旋转。

9.如权利要求8所述的旋磁治疗系统，其特征在于，所述传动机构为传送带、传动皮带、传动链条和传动齿轮中的一种。 

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