CN1045258C

CN1045258C - 电化学癌肿治疗仪

Info

Publication number: CN1045258C
Application number: CN93120059A
Authority: CN
Inventors: 郭青苔; 宁振环; 王顺喜
Original assignee: Dadi Electronic Tech Dev Co Haidian District Beijing
Current assignee: Dadi Electronic Tech Dev Co Haidian District Beijing
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1999-09-29
Anticipated expiration: 2013-12-03
Also published as: CN1103319A

Abstract

一种电化学癌肿治疗仪，它包括计算机、总线转换单元、D/A转换装置、A/D转换装置、恒流装置、多个阳极、多个阴极以及阴极电流均流装置。利用多个阳极及多个阴极向治疗对象提供均匀分配的治疗电流。

Description

电化学癌肿治疗仪

本发明涉及医疗仪器，尤其是一种电化学癌肿治疗仪。

在现有技术中，电化学癌肿治疗仪一般为可调电压输出方式的，多数仅有一路阳极输出，配以2-3路阴极输出，如瑞典、日本及荷兰Philips公司的试用产品和中国的WL、ZLY型产品等。少数有两路独立阳极输出，如中国的BA91型产品。这些治疗仪存在以下的问题和缺点：

1.选择治疗电压为首要的受控治疗参数，这从电化学治癌机理上看是不甚合适的；

2.在治疗中，流过肿瘤组织各部分的治疗电流大小有时很不一致(电流分配不均匀)，其影响疗效，甚至可使某一部分的肿瘤加速增长；

3.随着治疗电压的调节，通过肿瘤组织的电流呈现非线性变化的特性，这常使患者疼痛难忍，甚至使治疗过程变得难以控制：

4.独立阳极输出路数少，不能充分发挥阳极较强的治疗作用，有效治疗范围仅在5厘米以下；

5.为用户提供的治疗信息较少。

通过对电化学治癌机理和临床治疗的进一步研究，我们注意到：

1.首要的治疗参数应是有效治疗电流，而不是治疗电压。为此，治疗电压只应作为参考的治疗参数受到监测，而治疗电流则应选择作为主要的、可被予置的治疗参数；

2.在电化学治癌中，阳极的治疗作用明显比阴极强，因此有必要增加独立可控阳极输出的个数；

3.为提高治疗效果，有必要使流经阴极的电流均衡。

同时，为了满足临床治疗中各种可能的需要，有必要利用计算机提供完善的治疗过程控制和治疗过程监视。

因此，本发明的目的是提供一种电化学癌肿治疗仪，它能提供多路恒定的阳极治疗电流，并且为多路阴极提供均匀分配的电流。

为实现上述目的，本发明的电化学癌肿治疗仪包括：

计算机，它具有包括数据总线的计算机总线；

治疗单元，它具有包括地址总线、数据总线和控制总线的仪器总线；

总线转换单元，它通过所述计算机总线和所述仪器总线连接于所述计算机和所述治疗单元之间，用于在所述计算机和所述治疗单元之间提供信号通路；

其中，所述治疗单元包括：

具有输入和输出的治疗信号产生装置，用于产生治疗信号；

D/A转换装置，其输入与仪器总线相连，其输出与所述治疗信号产生装置的所述输入相连，用于为所述治疗信号产生装置提供模拟输入信号；

A/D转换装置，其输入与所述治疗信号产生装置的所述输出相连，其输出与所述仪器总线相连，用于将所述治疗信号产生装置的输出模拟信号转换成数字数据，所述数字数据经所述总线转换单元传送给所述计算机；

电极控制装置，它与所述治疗信号产生装置的所述输出相连，包括由阳极、多个阴极组成的电路，其中作为所述治疗信号产生装置的负载的治疗对象连接于所述阳极和所述多个阴极之间；

其特征在于：

所述治疗信号产生装置为恒流装置，用于为所述治疗对象提供恒定的治疗电流，所述D/A转换装置与所述恒流装置构成恒流治疗电路；

所述电极控制装置的所述电路进一步包括与所述多个阴极相连的均流装置，以形成均流电极控制电路，所述均流装置用于使所述多个阴极中形成均匀分配的电流。

为提供多路阳极治疗电流，在本发明的治疗仪中，治疗单元包括多个恒流治疗电路和多个均流电极控制电路。

本发明的治疗仪依据的治疗原理是：在肿瘤组织上插入正、负电极(即阳、阴极)，使直流电从阳极流入，经肿瘤组织后从阴极流出。在此直流电电场作用下，肿瘤细胞组织的pH值发生剧烈变化，阳极区pH值降至1-2，呈强酸性，阴极区pH值升至12-14，呈强碱性，致使癌细胞膜崩溃、线粒体消失、核蛋白凝固坏死，从而使肿瘤组织遭到破坏。治疗电流按缓慢上升→保持→缓慢下降的梯形波输出，以保证治疗安全和有效。

本发明的优点在于：

1.本发明选择了有效治疗电流作为电化学治癌的一项主要受控治疗参数，而治疗电压则作为一项参考的治疗参数受到监测，因而治疗过程更符合电化学治癌机理的客观需要。

2.本发明的治疗仪能为患者治疗部位提供更完善的治疗电场和更均匀合理的电流分配，可以较好地解决肿瘤局部治疗电流不足，以致残留癌细胞的问题。此外，由于采用多个阳极，充分发挥了阳极较强的治疗作用，从而进一步提高了疗效。本发明的治疗仪一次治疗肿瘤的直径可达11厘米，并能同时治疗几个肿瘤或同时治疗数个患者。

3.由于采用了计算机，本发明的治疗仪能为使用者提供更全面更丰富的临床治疗信息。

下面将结合附图和实施例对本发明作详细描述。

图1是本发明的治疗仪的组成框图；

图2是本发明治疗仪中D/A转换装置和恒流装置的电路原理图：

图3是本发明治疗仪中A/D转换装置的电路原理图；

图4是本发明治疗仪中阴极均流电路的电路原理图；

图5是本发明治疗仪中均流装置的均流作用示意图。

如图1所示，本发明的治疗仪包括计算机1、总线转换单元2、D/A转换装置3、A/D转换装置4、治疗信号产生装置即恒流装置5、电极控制装置即电极针电路6。其中，D/A转换装置3、A/D转换装置4、恒流装置5和电极控制装置6构成治疗仪的治疗单元T。

总线转换单元2通过计算机总线7和仪器总线8连接于计算机1和治疗单元T之间，实现其间的信号传递。此外，总线转换单元2使用了多路光耦合器9，从而为计算机1和治疗单元T之间提供了电气隔离。

此外，总线转换单元2以印刷电路板形式插在计算机1的主机箱内，而治疗仪器的治疗单元T为一个其内装有D/A转换装置3、A/D转换装置4、恒流装置5和电极控制装置6的独立的仪器箱。

总线转换单元2包括地址锁存器10、写数据锁存器11、读数据缓冲器12、控制信号发生器13和13a、地址缓冲器14、数据写缓冲器15、数据读缓冲器16、控制信号驱动器17和多路光耦合器9。多路光耦合器9包括多个光耦合器件。地址锁存器10和地址缓冲器14用于向治疗单元T传送计算机1发出的地址信号。写数据锁存器11和数据写缓冲器15用于向治疗单元T传送计算机1发出的数据信号。读数据缓冲器12和数据读缓冲器16用于向计算机1传送来自治疗单元T的A/D转换装置4的数据信号。控制信号发生器13用于产生治疗单元T所需的控制信号，这些控制信号经控制信号驱动器17传送至治疗单元T。控制信号发生器13a为总线转换单元2中的缓冲器和锁存器等提供片选信号。

地址锁存器10、写数据锁存器11和控制信号发生器13的数据输入端接计算机总线7的数据总线DB，其数据输出端分别接对应的光耦合器件。地址缓冲器14、数据写缓冲器15和控制信号驱动器17的数据输入端分别接对应的光耦合器件，其数据输出端对应地接仪器总线8的地址总线AB1、数据总线DB1和控制总线CB1。数据读缓冲器16的数据输入端接数据总线DB1，数据输出端接光耦合器件，读数据缓冲器12的数据输入端接对应的光耦合器件，数据输入端接数据总线DB。控制信号发生器13a的输入端接计算机总线7，其输出端分别接总线转换单元2中缓冲器和锁存器的片选输入端。

在图1所示实施例中，提供8路阳极输出。因而，D/A转换装置3和恒流装置5分别有8个相同的电路，提供8路阳极治疗电流；电极控制装置6包括8个阳极，32个阴极、8个均流装置，其中，每个均流装置具有4个相同的阴极均流电路，在4个阴极中形成均匀分配的电流。

图2示出了D/A转换装置3和恒流装置5的电路原理图。D/A转换装置3包括输入端与数据总线DB1相连的数据缓冲器18、输入端与地址总线AB1和控制总线CB1相连的地址译码器19及8个D/A转换芯片20和8个运算放大器21。恒流装置5包括8个相同的恒流电路，每一路包括一个运算放大器22和一个驱动器23。D/A转换装置3和恒流装置5构成8个恒流治疗电路。其中D/A转换芯片20、运算放大器21、运算放大器22和驱动器23依次串联连接。电极控制装置6包括8个相同的电路，每一路包括一根阳极A、4个阴极C及与这些阴极相连的具有均流功能的均流装置28。一个阳极、4个阴极和均流装置28形成一个均流电极控制电路。在本实施例中有8个相同的均流电极控制电路。在图2中，仅示出了8路相同恒流治疗电路和均流电极控制电路中的一路。数据缓冲器18分别为8个D/A转换芯片20提供数字数据输入。地址译码器19的8路输出分别为8个D/A转换芯片20提供启动转换信号。

恒流电路满足下列等式：

Ia = \frac{V_{i}}{R_{5}} (1 + \frac{R_{5}}{2 R_{4}}) \approx \frac{| V_{REF} |}{R_{5}} \cdot \frac{D}{256}

(此时R₁＝R₂，R₃＝R₄+R₅)其中：Ia为流经阳极A的阳极治疗电流；

V_REF为D/A转换芯片20的参考电压；

D为D/A转换芯片20的数字数据输入。由上述等式可见，电流Ia与负载电阻即治疗对象L无关。

在图3中，A/D转换装置4包括输入与数据总线DB1相连的通道选择控制器24、控制输入端与通道选择控制器24的输出相连的多路转换开关25、A/D转换芯片26和输出端接数据总线DB1且输入端接A/D转换芯片26的数字数据输出端的数据接收器27。多路转换开关25的输出端接A/D转换芯片26的输入端。Bi点的电压(i＝I，2，…，8)即图2中恒流治疗电路的输出点B的电压，经分压器电路分压后接至多路转换开关25的信号输入端之一。通道选择控制器24用于选择多路转换开关25的通道。

图4示出均流装置28的阴极均流电路29。阴极均流电路29由三极管T1、基极与集电极之间的上偏流电阻R6、基极至地之间正向串联的两个二极管D1、射极电阻R7组成。其工作原理是：随着治疗电流的增加，各路阴极均流电路29中电压值Vci亦增加，当Vci≈1.7V，对应Iki≈20mA时，对应的阴极均流电路29工作于饱和状态，即Vci增加较大而Iki增长甚小，于是增加的治疗电流便从Vci值较高的阴极经癌组织流向Vci值较低的阴极，从而起到在阴极间均匀分配电流的作用。

若将图4中的两个二极管D1改为两只稳压二极管，则均流效果和稳定性更好。

均流装置的均流作用如图5所示，阳极治疗电流Ia进入瘤体后，沿着不同的途径流向各路阴极。从阳极到各路阴极可能呈现不同的电阻(Rc1，Rc2，…Rcn)。在每根阴极针的末端与电路地之间接入阴极均流电路29，当某路阴极电流Iki增加到使该路的Vci值大于等于1.7V时，该路阴极均流电路进入饱和工作状态，在此工作状态，Iki仅有少许增加，Vci就会增加很多，于是流到该路阴极针的增加的电流会通过阴极针之间的癌组织Rcc流向那些Vc值较低的阴极，这样治疗电流在各路阴极之间得到较均匀的分配。

下面说明本发明仪器的工作过程。

计算机1从计算机总线7送出表征治疗通道号、治疗电流强度的治疗数据及其相应的控制命令，并经总线转换单元2送至仪器总线8上。治疗通道号数据使对应的D/A转换芯片20启动，将数据总线DB1上的电流数据转换成模拟量，再经恒流装置5后，从对应路的阳极A输出。输出端B呈现的电压经分压器电路装置后从多路转换开关25送到A/D转换芯片26，A/D转换芯片26的输出数据依次经数据接收器27、数据总线DB1、总线转换单元2和计算机总线7回送到计算机1中，计算机对这些数据进行处理和显示。然后计算机按上述过程向下一治疗通道发送治疗数据，并取回该通道的治疗信息进行处理和显示。如此循环至最后一个治疗通道处理完毕。接着计算机再逐步按以上循环通过各通道送出数值逐渐增大的治疗电流，直至治疗电流达到预先设定的数值为止。使各通道保持该治疗电流输出一段时间，当治疗库仑量达到给定值后，再使治疗电流逐渐下降，至电流降为零时，治疗过程即告结束。治疗过程中各种治疗信息如通道号、电流、电压、电阻、库仑量均以屏幕显示，上述治疗信息可以从打印机输出。

虽然本发明已结合附图被公开，但其并不局限于此，任何在所附权利要求书范围内的替换、修改、增减都是可能的。

Claims

1.一种电化学癌肿治疗仪，包括

计算机(1)，它具有包括数据总线(DB)的计算机总线(7)，

治疗单元(T)，它具有包括地址总线(AB1)、数据总线(DB1)和控制总线(CB1)的仪器总线(8)，

总线转换单元(2)，它通过所述计算机总线(7)和所述仪器总线(8)连接于所述计算机(1)和所述治疗单元(T)之间，用于在所述计算机(1)和所述治疗单元(T)之间提供信号通路，

其中，所述治疗单元(T)包括：

具有输入和输出的治疗信号产生装置(5)，用于产生治疗信号，

D/A转换装置(3)，其输入与仪器总线(8)相连，其输出与所述治疗信号产生装置(5)的所述输入相连，用于为所述治疗信号产生装置(5)提供模拟输入信号，

A/D转换装置(4)，其输入与所述治疗信号产生装置(5)的所述输出相连，其输出与所述仪器总线(8)相连，用于将所述治疗信号产生装置(5)的输出模拟信号转换成数字数据，所述数字数据经所述总线转换单元(2)传送给所述计算机(1)，

电极控制装置(6)，它与所述治疗信号产生装置(5)的所述输出相连，包括由阳极(A)、多个阴极(C)组成的电路，其中作为所述治疗信号产生装置(5)的负载的治疗对象(L)连接于所述阳极(A)和所述多个阴极(C)之间，

其特征在于：

所述治疗信号产生装置(5)为恒流装置，用于为所述治疗对象(L)提供恒定的治疗电流，所述D/A转换装置(3)与所述恒流装置构成恒流治疗电路；

所述电极控制装置(6)的所述电路进一步包括与所述多个阴极(C)相连的均流装置(28)，以形成均流电极控制电路，所述均流装置(28)用于使所述多个阴极(C)中形成均匀分配的电流。

2.根据权利要求1所述的治疗仪，其特征在于所述治疗单元(T)包括多个所述恒流治疗电路和多个所述均流电极控制电路，用于提供多路阳极治疗电流。

3.根据权利要求1或2所述的治疗仪，其特征在于所述D/A转换装置(3)包括依次连接的一个D/A转换芯片(20)、一个运算放大器(21)；所述恒流装置包括一个运算放大器(22)和一个驱动器(23)。

4.根据权利要求1或2所述的治疗仪，其特征在于所述均流装置(28)包括多个相同的均流电路，每一个为具有饱和特性的电路。

5.根据权利要求2所述的治疗仪，其特征在于所述多个恒流治疗电路有多个输出与所述A/D转换装置(4)的输入相连，用于将前者的输出电压模拟信号转换成送至所述计算机(1)的数字数据。

6.根据权利要求1所述的治疗仪，其特征在于所述总线转换单元(2)包括：

地址锁存器(10)和与之相连的地址缓冲器(14)，用于向所述治疗单元(T)传送来自所述计算机(1)的地址信号，所述地址锁存器(10)有一个与所述数据总线(DB)相连的输入端，所述地址缓冲器(14)有一个与所述地址总线(AB1)相连的输出端；

写数据锁存器(11)和与之相连的数据写缓冲器(15)，用于向所述治疗单元(T)传送来自所述计算机(1)的数据信号，所述写数据锁存器(11)有一个与所述数据总线(DB)相连的输入端，所述数据写缓冲器(15)有一个与所述数据总线(DB1)相连的输出端；

数据读缓冲器(16)和与之相连的读数据缓冲器(12)，用于向所述计算机(1)传送来自所述A/D转换装置(4)的数字数据，所述数据读缓冲器(16)有一个与所述数据总线(DB1)相连的输入端，所述读数据缓冲器(12)有一个与所述数据总线(DB)相连的输出端；

控制信号发生器(13)和与之相连的控制信号驱动器(17)，用于向所述治疗单元(T)传送来自所述计算机(1)的控制信号，所述控制信号发生器(13)有一个与所述数据总线(DB)相连的输入端，所述控制信号驱动器(17)有一个与所述控制总线(CB1)相连的输出端；

控制信号发生器(13a)，其输入与计算机总线(7)相连，为所述总线转换单元(2)提供片选择信号。

7.根据权利要求6所述的治疗仪，其特征在于所述总线转换单元(2)进一步包括多路光耦合器(9)，连接于所述地址锁存器(10)与地址缓冲器(14)、所述写数据锁存器(11)与数据写缓冲器(15)、所述读数据缓冲器(12)与数据读缓冲器(16)、控制信号发生器(13)与控制信号驱动器(17)之间，用于在所述计算机(1)和所述治疗单元(T)之间提供电气隔离。