CN105748146A - 一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备，包括工控机、调功器、加热器、传热线、热刀、温度传感器和电源；电源分别与加热器、调功器和工控机相连接；所述工控机、调功器、加热器、传热线和热刀依次连接；温度传感器安装在加热器上，温度传感器与工控机信号连接；热刀由导热端和固定端组成，导热端的材质选用金属，固定端的材质选用柔性材料；固定端为管状结构，固定端与导热端连接；传热线由保温层和导热纤组成，保温层包裹在导热纤的外周。本发明的可调控温度范围广，包含了低温热疗和高温热疗，因而本发明的通用性强。本发明的安全性高、结构简单、成本低、易推广、治疗时间短、节能且能避免局部过热而引起碳化形成焦痂。

Description

一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备

技术领域

本发明涉及一种热刀治疗设备，特别是涉及一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备，属于医疗器械领域，该设备主要用于肿瘤热切除。

背景技术

肿瘤可分为恶性肿瘤和良性肿瘤，其中恶性肿瘤是当今危害人类生命健康的一大疾病。目前，对于恶性肿瘤的治疗方法包括有化疗、放疗、手术、免疫疗法等。但利用热能来治疗癌症成为了治疗癌症的新型治疗手段。这种治疗手段是利用肿瘤细胞的耐热性较差的特性，将不同物理因子转变为热能来提高病灶区域的温度，从而杀死肿瘤组织。

文献“徐中林，伍烽，恶性肿瘤的热切除治疗[J]，国际肿瘤学杂志，2002，29(4):277‐280.”论述加热可以诱导细胞变形甚至发生不可逆损伤，其中温度在45℃以上并持续60min，则细胞会发生不可逆损伤，随着温度的升高，造成细胞不可逆损伤所需持续的时间随之减少，在60‐100℃的时候，在极短的时间内就会造成细胞死亡。根据这个加热温度范围的不同，可以将热疗分为低温热疗和高温热疗。

低温热疗分为局部热疗和全身热疗。局部热疗借助影像学的发展，可直接定位癌症病灶来进行治疗，故而在发展上更具有前景。局部热疗在临床上有微波加热、射频加热、超声波加热、热灌注等，其中热灌注，是将恒温的流体借助外部动力在体内进行循环。低温热疗是采用较低的温度和较长的持续加热时间来杀死肿瘤组织。

高温热疗又称为热切除，采用极短时间内的高温来杀死肿瘤组织。高温热疗主要指靶向热切除技术，它在影像诊断、物理测温技术改进等的基础上发展起来的无创或微创的新技术，其温度范围在60‐200℃。由于其治疗温度相对低温热疗高，相对低温热疗的治疗时间短。与低温热疗相似，高温热疗同样使用多种形式的物理因子作为治疗源，目前常见的物理因子多为射频、微波、超声、激光等。

微波加热是利用微波或高频电场作用，使得组织重的带电粒子或偶极子迅速振动或转动，克服周围阻力做功而产生热量。但是微波加热不能达到肿瘤深处，采用1GHz以下的微波，则容易出现表面局部过热。高频波发热量较大，但衰减量也大，在深层加热过程存在着与微波加热相同的问题。射频烧灼热疗则是利用电极针的射频电流，将离子激化转换成热能来治疗肿瘤治疗。加热机制在原则上与微波相同。

还有使用热管作为治疗针进行传热，但为了减少创口，需要将热管加工为极小尺寸，在加工上存在困难，质量无法得到保证，而且在使用的时候对热管针的使用方向具有一定的要求，使得热管针在实际推广和应用上存在着很多的问题。

针对降低设备通用性、造价及治疗费用，现有技术文献“路桂英，王院生.多通道温针治疗仪的研制[J].自动化与仪器仪表，2007(4):47‐50.”，提出直接用电加热的方式，并提供了一种热疗设备，采用电阻加热的方法来局部加热肿瘤，但其加热器设置在温针的前端，需要用电线与温针连接后进入人体，故而对人体存在一定的安全风险。

另外，中国发明专利申请CNIO3654946A提出了电热治疗针，其中包括治疗针的本体、产热组件和温度检测组件，其中产热组件和温度检测组件都位于治疗针的尖端内，产热组件通过电磁效应或电阻效应加热来给金属尖端供热来治疗肿瘤组织。

现有技术提及的电热针，都是在针尖处设置加热组件，由于电热针本身的体积小，故而在温针中加入电阻丝等加热设备，对温针的加工提出较大的要求。

采用其他物理因子进行加热，存在着造价高、治疗费用高的缺点。而要直接将热导入人体内，则迫切需要使用新的材料来进行传导，在安全高效导热的同时，实现手术过程中的无电源性。

发明内容

本发明的目的为提供一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其能达到结构简单、低成本、高疗效、安全系数高，且能避免局部过热而引起碳化形成焦痂。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备，包括工控机、调功器、加热器、传热线、热刀、温度传感器和电源；所述电源分别与加热器、调功器和工控机相连接；所述工控机、调功器、加热器、传热线和热刀依次连接；温度传感器安装在加热器上，温度传感器与工控机信号连接；

所述热刀由导热端和固定端组成，导热端的材质选用金属，固定端的材质选用柔性材料；固定端为管状结构，固定端与导热端连接；

传热线由保温层和导热纤组成，保温层包裹在导热纤的外周；导热纤选用石墨烯纤维、碳纤维或碳纳米管材料制成；导热纤一端与加热器相连，另一端与导热端连接；传热线主体安装在固定端的空心管内。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述导热端形状为针形、平头型、圆头型或多爪型。

优选地，所述柔性材料包括橡胶。

优选地，所述金属包括钛合金、铜和不锈钢.

优选地，所述导热纤的根数为2‐40根。

优选地，所述保温层由医用硅胶制成。

优选地，所述温度传感器选用光纤温度传感器或热敏电阻传感器。

优选地，所述加热器选用电阻片加热器或电阻丝加热器，加热器的电阻材料选用高电阻材料。

优选地，所述电阻材料选用氮化硅、铁铬铝或铁铬镍。

优选地，所述调功器选用可控硅调功器；进一步优先选用JK1S系列的全数字可控硅调功器。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)导热纤利用的是石墨烯类材料定向高导热、柔韧性好、机械强度高的特性。定向高导热，即沿着导热纤的轴向方向具有高导热系数，沿着导热纤的径向方向具有低导热系数，故而用在靶向热切除手术的过程，在传导高热流的过程中导热纤并不发生较大的温升，在实现手术过程无电源性，也保证了人体其他正常组织不会有烫伤的危险；导热纤柔韧性好，可进行任意弯曲，故而导热纤可以随着引导导管进行任意弯曲以进入人体；机械强度高，故而在整个手术过程中可以承受较大的力，顺利牵引热刀进出人体。

2)本发明导热纤的直径可以小到微米级别，配合使用相应尺寸的热刀，可在手术过程中真正实现微创。

3)本发明能够更适用于不同大小的肿瘤；导热纤的数量在1‐40根，可以根据不同位置及大小的肿瘤选择使用不同数量的导热纤作为导热通道，以此达到更好的治疗效果。

4)本发明可控制加热的温度范围在40‐200℃内，可同时用于低温热疗和高温热疗的治疗过程中，较大的温度调控范围使得整台设备的通用性更佳。

5)根据肿瘤的大小，本发明可选择不同的形状的热刀。其中，多爪型的热刀多用记忆金属制成。在热刀加热之前，整个多爪型的热刀3的分支为平直的，且聚拢在一起，方便热刀进入人体。当热刀进入了人体之后，热量通过导热纤从加热器传递到热刀的导热端，导热端受热，所有金属分支弯曲，分布呈现伞形，并张开。则在治疗肿瘤细胞的时候，多爪型的热刀具有更多的受热点。整个肿瘤细胞因而能更加地受热均匀。当加热停止后，整个热刀冷却，多爪型热刀的导热端各个分支从伞形弯曲分布恢复成平直聚拢分布，方便整个热刀在手术过程后回收。

6)将导管、传热线及热刀通过血管选择性地插入营养肿瘤的主要血管内直达病灶，灼热肿瘤细胞后，还可通过导管把坏死组织吸出体外，达到对病人最小的伤害。

7)本发明导热纤外部包裹有一层保温层，保温层由绝热、且人体相容性好的材料构成，如医用硅胶。保温层可以最大限度减少过程中热量的散失，也可以消除在非正常使用情况中，导热纤断裂而引起的安全隐患。

8)本发明的结构简单、成本低、易推广、治疗时间短、节能且能避免局部过热而引起碳化形成焦痂，而且保证了整个治疗过程中只产生热流，不产生电流，从源头保证进入身体材料的无电源性。

附图说明

图1为多通道导热纤靶向热刀治疗设备组成示意图。

图2为图1中热刀和传热线连接示意图。

图中示出：工控机1、调功器2、加热器3、传热线4、保温层4‐1、导热纤4‐2、热刀5、固定端5‐1、导热端5‐2、温度传感器6、电源7。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。

如图1所示，一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备，包括工控机1、调功器2、加热器3、传热线4、热刀5、温度传感器6和电源7；电源7分别与加热器3、调功器2和工控机1相连接，为各部件供电。工控机1、调功器2、加热器3、传热线4和热刀5依次连接；温度传感器6与安装在加热器3上，温度传感器6与工控机1信号连接，将加热器3的温度信号传递给工控机1。

如图2所示，热刀5由导热端5‐2和固定端5‐1组成，导热端5‐2的材质选用金属，金属包括钛合金、铜和不锈钢；固定端5‐1的材质选用柔性材料，柔性材料包括橡胶；导热端5‐2的形状为针形、平头型、圆头型或多爪型；固定端5‐1为管状结构，固定端5‐1与导热端5‐2连接，导热端5‐2是热刀加工部件。

传热线4优选由保温层4‐1和导热纤4‐2两部分组成，保温层4‐1包裹在导热纤4‐2的外周；导热纤4‐2优选有多根，导热纤4‐2的根数优选2‐40根；导热纤4‐2选用石墨烯纤维、碳纤维、碳纳米管材料制成；其中导热纤4‐2优选使用定向高导热材料的石墨烯纤维制成。保温层4‐1由绝热且人体形容性好的材料构成，如医用硅胶。导热纤4‐2一端与加热器3相连，另一端与导热端5‐2连接；加热器3的热量能够通过导热纤4‐2进行传递。定向高导热特性在于，轴向方向导热纤4‐2具有高导热系数，在径向方向导热纤4‐2具有低导热系数。故而热量在导热纤4‐2中传递的时候，热量沿着导热纤4‐2的轴向方向迅速传递，且本体并没有产生较大的温升。传热线4主体安装在固定端5‐1的空心管内。

温度传感器6选用光纤温度传感器或热敏电阻传感器，优选精度高的温度传感器。温度传感器6检测加热器3的温度并反馈给工控机1，工控机1通过调功器2来调整加热器3的加热功率。

加热器3选用电加热器，具体选用电阻片加热器或电阻丝加热器，电加热器的电阻材料选用高电阻材料，具体选用氮化硅、铁铬铝或铁铬镍。工控机1控制加热器3加热的温度范围在40‐200℃内。

调功器选用可控硅调功器；包括三相可控硅调功器，优先选用JK1S系列的全数字可控硅调功器。

在手术过程中，启动电源7，设定好手术所需温度，工控机1通过调功器2控制加热器3开始运行。加热器3为电加热设备，电加热设备为特种陶瓷(氮化硅)，保证只产生热流，不产生电流。从源头保证进入身体材料的无电源性。工控机1通过安装在加热器3上温度传感器6检测加热器3的温度，根据加热器3的温度容易测算出传递到热刀5上的温度；当工控机1测算出热刀5上的温度即将超过设定的温度，则工控机通过调功器2来改变加热器3的功率，进而改变加热器3产生的热量，控制热刀5上的温度保持在设定的温度。由于热刀5始终保持在一定的温度，而非直接的发热源，故而可以避免肿瘤组织因表面温度过高而碳化产生焦痂。

本发明石墨烯纤维的轴向导热系数目前实验数据已经高达1435W/(m·K)，拉伸强度为200MPa，能够满足在使用过程中对导热性和机械强度的要求。为了保障导热纤4‐2在使用过程中的安全及热量损失问题，在导热纤4‐2外表面增加一层保温层。另外，热刀5的导热端5‐2优选由不锈钢制成。导热纤4‐2与热刀5相连，则热量通过导热纤4‐2从加热器3传递到热刀5的导热端5‐2。为了使导热纤4‐2与热刀5之间的连接更加牢固，热刀5除了有导热端5‐2还增加了固定端5‐1。整个导热纤4‐2穿过固定端5‐1，而导热端5‐2的一端插入固定端5‐1之中，两者使用插接结构及胶黏剂进行连接，故而保证导热纤4‐2与热刀5连接更为牢固。

在胸腔镜、腹腔镜、膀胱镜，X光，B超或CT的引导下直接准确地定位癌瘤组织，将导管、传热线4及热刀5通过血管选择性地插入营养肿瘤的主要血管内直达病灶。采用选择性或超选择性动脉插管，以球囊导管阻断肿瘤供养血管，达到阻断肿瘤的供血造成局部缺血目的，将导热纤和热刀送到肿瘤病灶内，使肿瘤营养血管破裂，从而破坏肿瘤营养血管床，热渗漏到肿瘤组织间，实现组织间加热，使肿瘤组织凝固坏死。

灼热肿瘤细胞后，还可通过导管把坏死组织吸出体外。达到对病人最小的伤害。比如脑深部肿瘤患者做手术时伤害是很大的。因此使用本产品益处更大。

当肿瘤的大小超过0.5cm，考虑使用多个热刀5对肿瘤进行热切除。可以在很大程度上缓解了因为单个热刀5传热不均匀而导致的治疗肿瘤组织的死角，从而充分诱导肿瘤组织凝固性坏死。

Claims (10)

1.一种多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，包括工控机、调功器、加热器、传热线、热刀、温度传感器和电源；所述电源分别与加热器、调功器和工控机相连接；所述工控机、调功器、加热器、传热线和热刀依次连接；温度传感器安装在加热器上，温度传感器与工控机信号连接；

所述热刀由导热端和固定端组成，导热端的材质选用金属，固定端的材质选用柔性材料；固定端为管状结构，固定端与导热端连接；

传热线由保温层和导热纤组成，保温层包裹在导热纤的外周；导热纤选用石墨烯纤维、碳纤维或碳纳米管材料制成；导热纤一端与加热器相连，另一端与导热端连接；传热线主体安装在固定端的空心管内。

2.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述导热端形状为针形、平头型、圆头型或多爪型。

3.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述柔性材料包括橡胶。

4.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述金属包括钛合金、铜和不锈钢。

5.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述导热纤的根数为2‐40根。

6.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述保温层由医用硅胶制成。

7.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述温度传感器选用光纤温度传感器或热敏电阻传感器。

8.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述加热器选用电阻片加热器或电阻丝加热器，加热器的电阻材料选用高电阻材料。

9.根据权利要求8所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述电阻材料选用氮化硅、铁铬铝或铁铬镍。

10.根据权利要求1所述的多通道导热纤靶向热刀治疗设备，其特征在于，所述调功器选用可控硅调功器。