CN103356279A - 热疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热疗系统，包括至少一根注射针、与注射针的尾端连接的传输管以及与所述传输管连通的注射器，所述每根注射针的尾端同时连接有至少两根传输管，每根传输管与一支注射器连接，至少一支注射器中含有第一反应注射液，至少另一支注射器中含有与第一反应注射液接触后发生放热化学反应的第二反应注射液。本发明所提出的热疗系统，突破了传统热疗方法的限制，并克服了传统肿瘤治疗设备结构复杂价格高的缺点，对于推动肿瘤热疗技术的进步有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器件技术领域，尤其涉及一种热疗系统。
背景技术
近年来，热疗因其安全性高、副作用小、疗效确切而被肿瘤医学界称为绿色疗法。目前已用于肿瘤热疗的方法包括微波加热、射频加热、超声聚焦加热、激光加热、热介质介入加热等物理手段(李鼎九，胡自省，钟毓斌，肿瘤热疗学，郑州：郑州大学出版社，2003)。微波由于穿透深度浅，只能作浅表加热，多用于浅表肿瘤。射频热疗虽然可加热深部肿瘤，但需用水冷却局部，皮下脂肪易发生过热而疼痛，造成硬节，操作也较困难。超声波聚焦热疗穿透力强，可治疗深部肿瘤，但由于超声波本身的限制，不能穿透含气的组织，也不能穿过骨骼，因此适用范围受到很大限制。而且，这些方法所涉及装置的共同缺点是结构复杂，价格昂贵。
热介质介入加热方法通过向组织中注射热介质(热水或热生理盐水)，借助高温热流体的输运来实现热量的局部释放。该方法不会产生如微波、射频等物理波那样的生物学效应，且操作简单、成本低廉，但热介质介入加热在治疗深部肿瘤时，高温流体会对沿途的健康组织造成热损伤，引起的疼痛增加了患者的痛苦，甚至使治疗过程不得不终止。为了克服这一缺点，在实施热介质介入加热时不得不采用水冷法来降低高温流体对沿途健康组织的损伤，但这又带来新的问题，一方面水冷会降低高温流体的温度，使热疗的效果受影响，另一方面，热疗探针的尺寸也因水冷而加粗，增加了机械损伤。
因此，对现有的肿瘤热疗而言，核心问题是发展出一套行之有效的热疗仪器，打破传统热疗的局限性，诸如设备复杂昂贵、靶向性不强、因漏热而导致的正常组织烫伤，因水冷而增加的机械创伤等。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种仅在需要被热疗的区域散发热量，而不影响注射液途径的健康区域的热疗系统。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种热疗系统，包括至少一根注射针、与注射针的尾端连接的传输管以及与所述传输管连通的注射器，所述每根注射针的尾端同时连接有至少两根传输管，每根传输管与一支注射器连接，其中，至少一支注射器中含有第一反应注射液，至少另一支注射器中含有与第一反应注射液接触后发生放热化学反应的第二反应注射液。
其中，至少一支注射器中含有第一反应注射液，至少另一支注射器中含有与第一反应注射液接触后发生放热化学反应的第二反应注射液。
优选地，所述注射针内部包括靠近针尖端的反应区以及靠近尾端的传输区，所述传输区内设有分别与至少两根传输管对应连接的至少两个流道，所述至少两个流道均与所述反应区连通。
优选地，所述注射针的反应区内设有温度传感器。
优选地，所述热疗系统还包括驱动所述注射器的柱塞沿轴向运动的注射泵。
优选地，所述热疗系统还包括数据采集与控制模块，分别与所述温度数据传感器的信号输出端、以及所述注射泵的控制信号输入端连接，用于接收所述温度传感器输出的温度数据，以及对所述注射泵的驱动进行控制。
优选地，所述热疗系统还包括与所述数据采集与控制模块连接的计算机，用于供用户进行系统参数监视以及供用户输入控制信号。
优选地，所述注射针内、外壁设有耐酸碱涂层。
优选地，所述热疗系统包括多根注射针。
优选地，所述多根注射针由一个或多个注射泵驱动。
(三)有益效果
1、本发明结构简单，价格低廉，创伤微小，能定向杀灭肿瘤细胞而不会对正常细胞造成损伤，易于实现适形化治疗；
2、本发明适用性广，可用于人体各部位(包括浅表组织、深部组织以及腔道部位组织)肿瘤的局部治疗；
3、本发明易于实现与肿瘤化疗、肿瘤放疗或肿瘤冷冻治疗的结合使用。
附图说明
图1为根据本发明实施例二的热疗系统的结构示意图；
图2为根据本发明实施例二的注射针的结构示意图；
图3为根据本发明实施例四的注射针的结构示意图；
图4为根据本发明实施例五中适形化治疗的示意图；
其中：1：注射泵；2：注射器；3：传输管；4：流道；5：流道；6：反应区；7：温度传感器；8：数据采集与控制模块；9：计算机；204：内流道；205：外流道；206：反应区。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
实施例一：
本实施例记载了一种热疗系统，包括至少一根注射针、与注射针的尾端连接的传输管以及与所述传输管连通的注射器，所述每根注射针的尾端同时连接有至少两根传输管，每根传输管与一支注射器连接。
使用时，注射针扎在需要被治疗的位置，至少一支注射器中含有第一反应注射液，至少另一支注射器中含有与第一反应注射液接触后发生放热化学反应的第二反应注射液，该至少两种反应注射液通过至少两根传输管分别传输至注射针中混合发生放热化学反应，使得注射针输出混合后的热疗注射液，对需要被治疗的位置进行热疗。
其中所述反应注射液和所述反应注射液混合后生成的热疗注射液对组织无明显毒副作用，并且热疗注射液释放的热量足够杀灭肿瘤。基于上述条件，本专利发明人通过大量试验，已筛选出的反应注射液配对包括：浓盐酸与氢氧化钠水溶液；或者为浓盐酸与氢氧化钠酒精溶液；或者为醋酸与氢氧化钠水溶液；或者为醋酸与氢氧化钠酒精溶液；或者为酒石酸与氢氧化钠溶液；或者为柠檬酸与氢氧化钠溶液；或者为没食子酸与氢氧化钠溶液；或者为富马酸与氢氧化钠溶液；或者为原儿茶酸与氢氧化钠溶液；或者为盐酸与精氨酸溶液；或者为盐酸与组氨酸溶液；或者为苹果酸与组氨酸溶液；或者为柠檬酸与组氨酸溶液。事实上，满足上述两个基本条件的反应物配对均可用于本发明所涉及的治疗系统(包括更多的二种反应注射液配对、三种以及更多种反应注射液配对)，因此，上面列举的反应注射液配对并非对本发明的限制。
本发明的热疗系统也可与肿瘤冷冻治疗、肿瘤化疗或肿瘤放疗等治疗方式联合使用实施多模式治疗。以化疗为例，由于本热疗系统能够实现微创注射化学反应物，因此本系统注射的化学反应物也可以选用对肿瘤组织直接具有化学杀伤作用的物质。此外，本发明还可以通过注射针(同时具有电极功能)在组织内施加一定的电场，以增强肿瘤细胞膜的通透性，从而提高肿瘤细胞的热敏感性，进一步增强治疗效果；如与化疗联合使用，则细胞膜的通透性增强后，化疗药物更容易进入肿瘤细胞内，起到更好的化学杀伤作用。
考虑到肿瘤复杂的几何外形，为完全杀灭肿瘤而又最大限度地保护肿瘤周围正常组织或器官不被杀伤，适形化治疗一直是肿瘤治疗技术所追求的目标。用本发明提出的热疗系统进行肿瘤适形化治疗从技术上是可行和易于操作的，具体的实施方式可采用多针联合注射，治疗前通过影像设备(如B超、CT、核磁共振等)确定肿瘤的尺寸及外形，根据肿瘤的这些数据设计具体的注射方案(如确定拟采用注射针的尺寸和数目、各注射针的插入位置和深度、各注射针需注射反应物的剂量等)，使得放热化学反应正好覆盖所有肿瘤区域，并且不超出肿瘤区域。如此操作，即可实现肿瘤的适形化治疗。
实施例二：
对于尺寸小并且形状较为规则的肿瘤，本发明的热疗系统采用单根探针即可满足治疗要求，如图1所示，本实施例记载了一种热疗系统，包括一根注射针、与注射针的尾端连接的传输管3以及与所述传输管3连通的注射器2，在本实施例中，所述注射针的尾端同时连接有两根传输管3，每根传输管3与一支注射器2连接。在本发明的其它实施例中，每根注射针的尾部连接的传输管3还可以为更多。
本实施例中，所述注射针内部包括靠近针尖端的反应区6以及靠近尾端的传输区，所述传输区内设有分别与至少两根传输管3对应连接的至少两个流道，所述至少两个流道均与所述反应区6连通。
所述注射针的反应区6内设有温度传感器7，温度传感器7具体可采用焊接的方式固定在所述反应区6内。
当然，本发明的其它实施例中，也可以不对注射针内部进行反应区6和传输区的分区，使得传输管3输出的不同注射液一进入注射针中就进行反应，即整个注射针都为反应区6。
所述热疗系统还包括：
注射泵1，与注射器2的柱塞连接，用于驱动所述注射器2的柱塞沿轴向运动；
数据采集与控制模块8，分别与所述温度数据传感器的温度信号输出端、以及所述注射泵1的控制信号输入端连接，用于接收所述温度传感器7输出的温度数据，以及对所述注射泵1的驱动进行控制；
计算机9，数据采集与控制模块8连接，用于供用户进行系统参数监视以及供用户输入控制信号。
温度传感器7采集的温度数据通过温度信号输出端输送至所述数据采集与控制模块8的采集信号输入端、再由采集与控制模块的采集信号输出端输送至所述计算机9；所述计算机9发出(由人工输入或由软件自动输出)的控制信号输入至所述采集与控制模块的控制输入端、再由采集与控制模块的控制输出端输出至所述注射泵1，对注射泵1的驱动进行调节。
本实施例中：
所述注射针后端的传输区长度为10mm～350mm，外径为0.2mm～5mm(例如本实施例中取传输区外径2.2mm，壁厚0.2mm，长度80mm)，内部由隔板分隔为流道4与流道5(如图2所示)，分别用于注射参与放热化学反应的反应注射液。前端的反应区6为一微反应器，长度为2mm～200mm，外径为0.2mm～5mm(例如本实施例中取反应区6外径2.2mm，壁厚0.2mm，长度5mm，尖端带有一定斜坡)，不同反应注射液在反应区6相混合并发生放热反应，产生的高温液体被注入肿瘤组织，从而对肿瘤进行热消融；注射针可由不锈钢、铂或金等耐腐蚀金属材质制成，为了防止反应物的腐蚀，注射针的内外壁也可涂有耐酸碱涂层；
注射泵1可精密控制注射液的注射量与注射速度，最多可装载20通道注射器2，每通道最大注射量20ml，每通道最大注射流量50ml/min；在使用前先设定注射量和注射速度(例如本实施例中取注射量1ml，注射速度0.5ml/min)；
注射器2为医用注射器2，用于盛装反应注射液，注射泵1上装载多路注射器2(本实施例中为两路)，工作时，注射泵1推动注射器2的柱塞前进或后退，来实现反应注射液的抽取与灌注；
传输管3为医用软管，一端与注射器2相连，另一端与注射针传输区的流道相连(本实施例中注射针传输区含有两个流道，两条独立的传输管3分别与注射针传输区的流道4、5相连)。传输管3长度一般小于2000mm，根据需要可以进行调节。
使用本实施例的热疗系统进行肿瘤治疗时，首先在影像设备的引导下，将注射针插入靶区组织内并定位，启动注射泵1进行注射，参与放热反应的多种反应注射液分别由注射器2流经传输管3，再进入注射针传输区的独立流道，之后到达反应区6相混合并发生放热化学反应，所释放的热量使混合液升温并被注入肿瘤靶区，从而对肿瘤细胞进行加热杀灭。
下面通过计算说明该实施例的可行性：
本实施例中，反应注射液配对选用浓盐酸和NaOH水溶液。浓盐酸质量分数37.5％，共1ml，氢氧化钠水溶液质量分数40％，共1ml，分别装于两支注射器2中。
已知40％NaOH溶液的密度为1.43g/ml，37.5％浓盐酸的密度为1.19g/ml。向靶区组织分别注射质量分数为40％NaOH溶液1ml(1.43g)和质量分数为37.5％浓盐酸1ml(1.19g)克，这样总共就有2.62克的溶液被注射到肿瘤靶区组织中，那么认为这部分热量集中释放在25克的组织中则是合理的。这种情况下共有0.03mol盐酸与0.036mol氢氧化钠溶液参与反应，稍过量的碱溶液不利于肿瘤的生存。
NaOH溶液和浓盐酸的反应式为：
NaOH+HCl＝NaCl+H2O
盐酸和氢氧化钠溶液发生化学反应的反应热为ΔH＝57.32kJ/mol(John A.Dean主编，魏俊发等译，兰氏化学手册，北京：科学出版社，2003)。因此反应后靶区组织内的温升可由下式得出：
其中，Q为化学反应释放的总热量，c为组织和溶液掺混后的比热(可近似由组织的比热代替)，m为组织和溶液的总重量。
人体的正常生理温度为37℃，肿瘤部位温度一般稍高于此生理值。这样，反应后靶区组织的温度就可以达到52℃以上，明显高于肿瘤细胞的热杀伤温度42℃。因此，该实施例是可行的。
实施例三：
本实施例中热疗系统的结构与实施例二相同，包括：注射泵，设定注射量5ml，注射速度0.3ml/min，注射器共两支，固定在注射泵上，并经传输管分别与注射针传输区的两根流道相连。本实施例中，所述注射针的传输区外径2mm，壁厚0.2mm，长度90mm，中间由隔板分隔为两个流道；反应区外径2mm，壁厚0.2mm，长度10mm，尖端带有一定斜坡。整个注射针内外壁涂有耐酸碱腐蚀涂层，温度传感器固定于反应区的内壁，温度传感器的引线输出端沿注射针的内壁引出，并与数据采集与控制模块的数据采集输入端相连，数据采集与控制模块的数据采集输出端与计算机相连。数据采集与控制模块的控制输入端与计算机相连，数据采集与控制模块的控制输出端与注射泵连接。
本实施例中的反应注射液选用浓盐酸和NaOH水溶液，并在NaOH溶液中添加顺铂注射液。浓盐酸质量分数19％，共5ml，氢氧化钠酒精溶液质量分数20％，共5ml，顺铂注射液规格为2ml∶10mg，共0.1ml，酸与碱溶液分别装于两支注射器中。其中浓盐酸在注射针中沿一个流道流动，氢氧化钠与顺铂混合液沿另一个流道流动，在反应区中混合并反应，产生的高温氯化钠顺铂混合液流入肿瘤组织中，一方面，顺铂会对肿瘤组织产生化疗作用，另一方面，高温会使肿瘤组织产生热消融，两者协同作用，共同杀灭肿瘤细胞。
实施例四：
本实施例中热疗系统的结构与实施例二基本相同，不同之处在于：本实施例注射针的传输区的结构为图3所示的套管式结构，包括四根细管组成的四个内流道204，以及所述注射针传输区内壁与内流道204外壁之间的空间构成的外流道205。
本实施例中，注射泵设定注射量3ml，注射速度0.3ml/min；传输区的外径2.6mm，壁厚0.2mm，长度100mm，每根细管外径0.8mm，壁厚0.1mm，长度100mm。反应区206外径2.6mm，壁厚0.2mm，长度8mm，尖端带有一定斜坡。
本实施例中，反应注射液配对选用浓盐酸和NaOH酒精溶液。浓盐酸质量分数37.5％，共3ml，氢氧化钠酒精溶液质量分数40％，共3ml，分别装于两支注射器中。其中浓盐酸在注射针中沿内流道204流动，氢氧化钠酒精溶液沿外流道205流动，在反应区206中混合反应后，高温的氯化钠酒精溶液流入肿瘤组织中，一方面，酒精会对肿瘤组织产生化学消融作用，另一方面，高温会使肿瘤组织产生热消融，两者协同作用，共同杀灭肿瘤细胞。
实施例五：
对于几何尺寸较大且形状不规则的肿瘤，本发明的热疗系统可采用多探针联合注射的方式来实现适形化治疗。
治疗前，通过影像设备(如B超、CT、核磁共振等)确定肿瘤的尺寸及外形，如图4所示，肿瘤形状由几个大小不等的椭圆相叠加而成，因此可采用六探针(即六个注射针)联合注射，每个注射针插入一个椭圆圆心。
本实施例系统的主要结构与实施例二相同，不同的是，本实施例采用六根注射针，每根注射针尾端分别通过两根输送管连接两支注射器，即一共有12支注射器，该12支注射器由一个注射泵进行驱动。
本实施例中的反应注射液分别选用浓盐酸和NaOH水溶液。其中浓盐酸质量分数37.5％，分装在六支注射器中，每支注射器中盐酸的体积分别为0.6ml、0.6ml、0.8ml、0.8ml、1ml、1ml，氢氧化钠水溶液质量分数40％，分装于另外的六支注射器中，与装有盐酸的注射器对应的，每支注射器中氢氧化钠溶液的体积分别为0.6ml、0.6ml、0.8ml、0.8ml、1ml、1ml。
使用时，启动注射泵，则内盛1ml液体的注射器被推动向前，将酸与碱溶液注射入肿瘤中，随着注射泵推板的向前移动，内盛0.8ml液体的注射器与推板接触并被推动向前，之后内盛0.6ml液体的注射器与推板接触，此时12支注射器向前移动，六探针同时注射，使得每个探针的消融区域可覆盖相应的椭圆，这样既可有效杀灭肿瘤组织，又可将对正常组织的损伤降至最低，实现肿瘤的适形化治疗。
除了上述的实施例外，根据需要，本发明多个不同的注射针输出的注射液还可以是不相同的。
本发明所提出的热疗系统，突破了传统热疗方法的限制，并克服了传统肿瘤治疗设备结构复杂价格高的缺点，对于推动肿瘤热疗技术的进步有重要意义。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种热疗系统，包括至少一根注射针、与注射针的尾端连接的传输管以及与所述传输管连通的注射器，其特征在于，所述每根注射针的尾端同时连接有至少两根传输管，每根传输管与一支注射器连接，其中，至少一支注射器中含有第一反应注射液，至少另一支注射器中含有与第一反应注射液接触后发生放热化学反应的第二反应注射液。
2.如权利要求1所述的热疗系统，其特征在于，所述注射针内部包括靠近针尖端的反应区以及靠近尾端的传输区，所述传输区内设有分别与至少两根传输管对应连接的至少两个流道，所述至少两个流道均与所述反应区连通。
3.如权利要求2所述的热疗系统，其特征在于，所述注射针的反应区内设有温度传感器。
4.如权利要求3所述的热疗系统，其特征在于，所述热疗系统还包括驱动所述注射器的柱塞沿轴向运动的注射泵。
5.如权利要求4所述的热疗系统，其特征在于，所述热疗系统还包括数据采集与控制模块，分别与所述温度数据传感器的温度信号输出端、以及所述注射泵的控制信号输入端连接，用于接收所述温度传感器输出的温度数据，以及对所述注射泵的驱动进行控制。
6.如权利要求5所述的热疗系统，其特征在于，所述热疗系统还包括与所述数据采集与控制模块连接的计算机，用于供用户进行系统参数监视以及供用户输入控制信号。
7.如权利要求1所述的热疗系统，其特征在于，所述注射针内、外壁设有耐酸碱涂层。
8.如权利要求1-7中任一项所述的热疗系统，其特征在于，所述热疗系统包括多根注射针。
9.如权利要求8所述的热疗系统，其特征在于，所述多根注射针由一个或多个注射泵驱动。
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