CN115671553A - 用于ttf电极的高场强控制方法、装置及温度监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于TTF电极的高场强控制方法、装置及温度监控方法，所述电极单位为一组独立控制电压与断电的电极片，所述电极单位为多个电极板、一个电极片或多个电极片中的一种或多种；当以电极板为电极单位进行分组控制时，增加同时工作的电极板数量，减少设备施加在每个电极板上的电压或电流，并将电极板有规律的分组进行控制，周期性变化电极板分组来提供周期性变化的多方向电场。本发明通过增加同时工作的电极片数量提高场强，提供多方向的电场，同时，还提供了基于所述高场强控制方法的温度监控方法，从控制电路入手，通过更好的控制方案，提升了温度监测性能。

Description

用于TTF电极的高场强控制方法、装置及温度监控方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种用于TTF电极的高场强控制方法、装置及温度监控方法。

背景技术

目前的放疗或化疗的方式对肿瘤的治疗效果有限，同时容易损害肿瘤附近的正常细胞。随着医疗科技的进步，提出了一种新兴的肿瘤治疗方法，即肿瘤电场疗法【TumorTreating Fields，TTF】，通过交变电场抑制肿瘤细胞的生长，从而实现对肿瘤细胞的治疗。

目前，TTF的电极板解决方案为无创体表电极，体表电极上分布有单面镀金属陶瓷片，通过陶瓷片来施加电场，而陶瓷片镀金属面连接有软板，软板外侧附有无纺布，通过无纺布表面的胶贴贴合在人体皮肤表面。而在这个过程中，陶瓷片会发热。发热的情况根据施加不同的电压(电流)、陶瓷片与皮肤贴合情况、皮肤局部的人体散热情况、陶瓷片局部的无纺布相关的电极散热情况(如无纺布厚则散热差)、周围环境的温度等情况而改变。

过高的温度会导致人体皮肤的损伤(这个阈值在44℃左右)，因此目前将这一温度控制在41℃以下，当陶瓷片超过了这一温度，便进行断电，等温度下降之后再进行供电。

以目前3*3陶瓷片构成的电极板为例，在给予一个恒定电流(如常用的900mA、1000mA或2000mA左右电流)时，理想情况下每一个陶瓷片分得的电流都是一致的，因为其阻抗一致，也就是每个电极片分得100mA左右的电流，于是每一个陶瓷片的发热情况也是一致的。但是实际情况并非如此，而是具有“边缘效应”，这个效应反映了当电极片-人体贴合界面的阻抗较低时，电极周边的电流会增加，而电极中心的电流会减小。如图1所示，可见对于每个电极板来说，其周边的陶瓷片会分得较大的电流，中心的陶瓷片会分得较小的电流，于是周边的陶瓷片发热将会增加，中间的陶瓷片发热较少。

于是对于TTF装置而言，为了保证安全性，必须以四周电极片的发热情况，来决定是否对电极板断电(断电后温度下降，温度降至临界值以下后再次供电)。所以相比起理想情况(电流均匀的情况)，四周的电极片更容易过热，因此装置在运行时的断电时间比理想情况要长，这也就导致了设备的占空比(工作时间/总时间)相比理想情况降低，或者电压/电流相比理想情况降低。而占空比的下降，以及电压 /电流的下降都是不利于TTF发挥抑制肿瘤效果的。

目前对TTF效果增强的方式可以是增加场强或者增加占空比。增加场强需要增加电压/电流，于是发热也会增加。所以想要增加电压 /电流，却保证发热不增加的方式便是增加电极片(陶瓷片)的数量。

但是增加电极片数量就意味着温度监测目标(对每一个电极片进行温度监测)的增加，而每一个温度监测需要一根独立的引线，这就造成了单个电极板引线的大大增加，加重了走线的负担，增加了设备实现的难度。因为更多的引线结果便是更粗的导线和更多的接口，以及更复杂的插头。这有多方面的弊端，包括接口制作的难度升高、成本的增加、外观不美观、重量增加、易损坏、难以插拔等等。

发明内容

本发明的目的是针对TTF电极的场强控制中存在的上述问题，提出一种用于TTF电极的高场强控制方法、装置及温度监控方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于TTF电极的高场强控制方法，所述TTF电极包括对应(如环绕、相对对应)目标组织设置的电极板，所述电极板上设有多个电极片，所述电极单位为一组独立控制电压与断电的电极片，所述电极单位为多个电极板、一个电极片或多个电极片中的一种或多种；并将电极单位有规律地分组进行控制，周期性变化电极单位分组电压、电流或控制电极开关来提供周期性变化的多方向电场。

优选地，当以电极板为单位的进行分组控制时，多方向电场切换的周期为50ms-60s，多方向电场切换方式为循序性的或随机的。

优选地，所述电极单位在电极板上以第一方向排布，电极单位中的电极片以第二方向排布，所述第一方向与第二方向的相交角在45°～90°之间(含)。

优选地，在调控周期性变化的多方向电场时，通过延长电极片工作时间，并通过关闭或更换电场方向的方式增加电极片散热，提高占空比和/或电场强度。

优选地，当目标为提供占空比时，固定一个目标电场强度，监测电极片温度变化趋势，得到最适合的电场方向切换周期，且所述电场方向切换周期在50ms-60s之间。

优选地，将电极片环绕贴放环绕体表一周，根据肿瘤的位置以电极单位进行分组控制，并通过分组控制电极单位上的电压或电流，降低负载。

优选地，当进行分组控制电极单位上的电压或电流时，使得肿瘤的位置区域获得均匀的电场强度。

本发明还提供了一种用于TTF电极的高场强控制装置，所述高场强控制装置发生所述高场强控制方法的电信号。

本发明还提供了一种TTF电极装置，为产生变化的高场强电场并利用所述高场强电场抑制目标区域的目标细胞生长的电极装置，包括采用所述高场强控制方法控制所述TTF电极装置的电场强度。

本发明还提供了一种用于TTF电极的温度监控方法，当采用所述高场强控制方法控制TTF电极的电场强度时，将所有边缘位置的电极单位作为同一分组监控温度并在过温时断电，将所有中心位置的电极单位作为同一分组监控温度并在过温时断电。

优选地，当对应电极片数量更多的电极单位形态时，将电极单位所有角位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电，将电极单位所有边位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电，将电极单位所有中心位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电；

且当在电极单位角位置的电极片过热时仅将所述电极单位角位置的电极片关闭，电极单位所有边位置与电极单位所有中心位置的电极片仍开启；

且当在电极单位边位置的电极片过热时将电极单位所有角位置与电极单位所有边位置的电极片关闭，电极单位所有中心位置的电极片仍开启；

且当在电极单位中心位置的电极片过热时将所有电极片关闭。

优选地，当以一列竖直方向的电极单位作为分组时，将所有侧边位置的电极单位分组作为同一分组监控温度并在过温时断电，将所有中间位置的电极单位分组作为同一分组监控温度并在过温时断电。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明通过增加同时工作的电极片数量提高场强，提供多方向的电场，通过延长方向切换周期来提高占空比，通过延长方向切换周期来提高电场强度，通过延长方向切换周期来获得最佳的-场强/占空比参数，结合不同位置的电极单元不同的负载，还可以提高目标区域电场强度的均匀性，实现高场强、多方向。同时，本发明还提供了基于所述高场强控制方法的温度监控方法，不仅没有增加电极片上的电路元件，也没有增加电极片的复杂程度和成本，而是从控制电路入手，通过更好的控制方案，提升了温度监测性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为TTF电极“边缘效应”示意图；

图2a为一种四极板TTF电极交替作用场强示意图；

图2b为一种四极板TTF电极同时作用合场强示意图；

图3a为一种四极板TTF电极交替作用场强示意图；

图3b为一种四极板TTF电极同时作用合场强示意图；

图3c为一种四极板TTF电极交替作用场强示意图；

图3d为一种四极板TTF电极同时作用合场强示意图；

图4为TTF电极板电场示意图；

图5为TTF电极应用示意图；

图6为一个纵列上的电极片为一个电极单位的TTF电极应用示意图；

图7为不同的电极单位上施加不同的电压的TTF电极等效示意图；

图8为本实施例多方向变换电场示意图；

图9为当前十字交叉方向变换电场示意图；

图10为方向切换周期在低于100％占空比原理示意图；

图11a为方向切换周期在100％占空比原理示意图；

图11b为延长方向切换周期来提高占空比原理示意图；

图12为三个电极片为一组形成一个电极单位的TTF电极控制结构示意图；

图13为目前TTF装置的使用方法；

图14为本发明实施例的使用方法；

图15为颅顶电极使用示意图；

图16a为多个电极片为电极单位的一种使用形式示意图；

图16b为多个电极片为电极单位的另一种使用形式示意图；

图16c为多个电极板为电极单位的一种使用形式示意图；

图17a为单个电极片为电极单元与多个电极片为电极单元的一种使用形式示意图；

图17b为单个电极片为电极单元与多个电极片为电极单元的另一种使用形式示意图；

图18为用于TTF电极的温度监控方法的一种实施例电极单位分组示意图；

图19为用于TTF电极的温度监控方法的另一种实施例电极单位分组示意图；

图20为一列竖直方向的电极单位作为分组时电极单位分组示意图；

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图2a所示，目前的TTF装置由4个电极板产生电场，电极板两两一组，将其命名为前后组和左右组，现在使用前后组和左右组交替发放电场(电压/电流)，每1s进行交换。如果要维持组织内部的电场强度，同时降低发热的话，可以同时开启所有的电极板，但是降低电流。比如将电流降低至原先的

此时根据W＝I²R，每个电极片的发热是原先的1/2，对应方向上的场强是原先的

而此时的总场强由于是一个矢量，那么根据勾股定理，其强度为1，也就是维持不变，如图2b所示。当然，此处不是一定要将电流降至原先的

且电压/电流降低后电极片的实际分压会略有变化，所以发热不会完全按照上述计算来降低，但大致上可以实现场强维持而整体发热降低的效果。此处通过举例来推导其可行性，即在不降低总场强的同时减少发热，从而获得更大的占空比。

本发明提供了一种用于TTF电极的高场强控制方法，所述TTF 电极包括对应目标组织设置的电极板，所述电极板上设有多个电极片，所述电极单位为一组独立控制电压与断电的电极片。

需要说明的是，电极板采用对应目标组织设置的形式至少包括如环绕、相对目标组织。由于目标组织的位置不同，电极板最终的设备形态不同，可能产生多种穿戴形式，因此只要是针对电场能够穿过目标组织的形式，而不脱离本发明精神的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明中，先引入一个“电极单位”的概念，也就是作为一组去控制电压(电流)以及断电的电极片。其中，所述电极单位为一组独立控制电压与断电的电极片，所述电极单位为多个电极板、一个电极片或多个电极片中的一种或多种。本发明中所描述的控制方法，均是以电极单位为控制单位的。

对于电极板来说，电极单位所包含的电极片数量取决于电极板上的电极片数量，常见是9个电极片(当然也可以更多，取决于电极板上有多少个电极片)。由此，当以电极板为电极单位进行分组控制时，增加同时工作的电极板数量，减少设备施加在每个电极板上的电压或电流。

以电极板为单位的分组控制，这种实现方案同时带来了一个问题，便是电场的方向从前后、左右两个方向的交替变化，变成了一个固定方向的电场。而电场的方向与癌细胞有丝分裂长轴平行时的杀伤效果较强，与其垂直时的杀伤效果较弱，而人体内癌细胞的方向是随机的、多种多样的，所以固定方向的电场是不利的。

目前常见是以电极板作为单位统一控制，也就是要么对一对电极板上的所有电极片施加电压(电流)，要么对一对电极板上的所有电极片断电。也就是前后两个板为一组，左右两个板为一组，同一组的两个电极板(前和后，或左和右)要么同时开启，要么同时关闭。那么要想解决电场方向单一的问题，可以通过将电极板的开关分组从两个一组改为三个一组，而这种分组不断进行循环，从而使电场方向不断改变，如图3a～3d所示，白色电极板是关闭的电极板(无电压/电流)，黑色电极板是开启的电极板，E1和E2代表了分电场，E总代表了合电场。这样不但能减小电流提高占空比，同样可以实现多方向的电场，而且场强轴的方向同样是2个垂直方向。相应的在电路控制上，需要对每一个电极板进行分别的电路控制，以实现这个目的。

本发明中，当以电极板为电极单位进行分组控制时，增加同时工作的电极板数量，减少设备施加在每个电极板上的电压或电流，并将电极板有规律的分组进行控制，周期性变化电极板分组来提供周期性变化的多方向电场。

本实施例中，如图3a～3d所示，可以在不减少组织内部场强的情况下，增加设备的占空比，通过增加同时工作的电极板数量(比如增加为3个)；同时减少设备施加在每个电极板上的电压(或电流)；将这三个电极板有规律的分组并且进行控制。

进一步，可以周期性变化电极板分组来提供多方向电场。当然方向切换的时间是灵活的，可以是现在的1s为周期，也可以是根据实验中的最佳方向切换时间(从50ms-60s)为周期。方向切换的方法可以是顺序性的，比如固定从P1到P2到P3再到P4，也可以在每个周期时从剩下的3个方向中随机挑选一个(如当下的方向是P1，下个周期从P2、P3、P4中随机选择一个)，也可以是全随机(如当下的方向是P1，下个周期从P1、P2、P3、P4中随机选择一个)。

若以电极片为单位的分组控制，在上述技术方案中，仍然存在一个问题：三个电极板上的所有电极之间，其距离并不是完全相同的。也就是相邻的电极板上，其边缘的电极片距离小，而相对的电极板上，其电极片距离大。如图4所示，距离上P1P1’<P2P2’<P3P2’，因此各个部位的场强也并不完全均匀，在电极片上施加的电压相同时， E1>E2>E3。

若要保证被电极包围的组织都存在足够的电场强度，如果以脑组织需要0.7-1V/cm的最低场强(其余部位肿瘤的场强不同，但原理相同)为例，也就是E3≥1V/cm。假设达到E3≥1V/cm需要在P3和P2’电极片上施加电压为U1(也就是I1)，那么在U1(I1)下，E1和 E2都是超过1V/cm的。如果U1(I1)对应的发热是H1，那么P1和 P1’，以及P2所对应的发热均大于H1，而如果控制断电与否的单位是整个电极板，这显然是不利的，因为电极板上的电极片之间发热情况不同，而发热的不利影响会被发热最严重的电极片放大，最后反映到占空比的降低，或者施加电压/电流的降低(也就是目标组织内电场强度的降低)上。

如果想优化上述问题，那么便可以通过分组控制电极单位上的电压(电流)来实现。当以电极片为电极单位进行分组控制时，把电极片的各处的电场均控制在一个场强阈值E_阈值，各个电极单位上的施加的电压或电流为保证场强超过E_阈值下的最小电压或电流为对应的电压或电流参数，此时TTF电极的占空比D达到D_max；或把各个电极单位上的电压或电流控制在占空比阈值D_阈值下所能达到的最大电压或电流为对应的电压或电流参数，获取最大的场强E_max；或根据实验中检测到较强的杀伤效果的场强E和占空比D，选择所对应的电压或电流参数；并在不同的电极单位上根据电极单位的相对距离施加不同的电压或电流及控制电极开关，提供周期性变化的多方向电场。

由此可知，相比以电极板为单位，以电极单位为单位进行控制可以提高E或者D。需要说的是，本发明中的E_max或D_max只是展示实现E_max或D_max的原理及其可行性，并通过以电极单位控制可降低边缘效应的原理，从而通过减少发热从而增加电压/电流，从而增加了E或者D(相比起以电极板为单位控制)。但实际使用过程中，真正采用的很可能是最适值，而不是最大值(出于设备稳定性和安全性的考虑)，所以本发明中的E_max或D_max是指相比于现有技术能够获得的更大的值。根据现有技术，以常见的3*3电极板为单位控制，在颅内可实现的场强E一般在1V/cm左右，而通过本发明中的电极分组控制可提高 20％以上。

以图4为例，电极板1、电极板2、电极板3同时开启来施加电场。那么分组控制电极单位上的电压(电流)，可以明确获得的获益便是增加设备的占空比，或者提高场强，这两者均能取得更好的效果。在参数的应用方式上有三个方法：①为了实现最大的占空比，应该把各处的电场都控制在一个场强阈值E_阈值(比如1V/cm)，各个电极单位上的电压(电流)是保证场强超过E阈值下的最小电压(电流)，这样能保证设备的占空比D达到D_max；②为了实现最大的场强，应该把各个电极单位上的电压(电流)控制在能实现占空比阈值D_阈值(如 33％、50％、75％)下，所能达到的最大电压(电流)，以此获取最大的场强E_max。

也可以既不单纯的取得E_max也不单纯的取得D_max，而是取得最佳的综合效果；取得综合效果的参数获取方式如下：E和D的提升都可以提升TTF的杀伤效果。而E和D是互相影响的，因此E和D必然存在一个关系，在不同的D之下，能取得的最大的E是固定的，那么便可以画出E和D的关系曲线。然后在实验(或动物实验)中检测哪一组E和D的数据能起到较强的杀伤效果，以此选择所对应的电压 (电流)参数。

由此，此处涉及到以什么单位去施加电压(电流)的问题，所以根据所述电极单位，包含三种方式：以一个电极板(也就是目前产品的解决方案)，或者图4中表示的3个电极板为电极单位；以单个电极片为电极单位，并在电路上实现对单个电极片的电压(电流)以及断电控制；以多个电极片为“电极单位”并在电路上实现对电极单位的电压(电流)以及断电控制。

优选地，所述电极单位在电极板上以第一方向排布，电极单位中的电极片以第二方向排布，所述第一方向与第二方向的相交角在45°～90°之间。

当然，电极单位的确定方式也可以对称电极板(即板1和板3) 到中心电极板(即板2)的距离为依据。例如电极单位可以是每个纵列的3个电极为一个电极单位，原因是如图4所示，对称电极板上每个纵列的3个电极到中心电极板上纵列的空间距离是接近的，而以横排为单位这个差异就比较大。

多个电极片为电极单位的方式相比起以单个电极片为电极单位来说，优势在于装置实现会更加容易，因为控制电路分组越多，集成难度就越高。以单个电极片为电极单位的方式相比起以多个电极板为电极单位来说，优势在于电极单位更小，且每个电极单位的空间距离 (也就是想要达到某个E所需的U/I)是基本一致的，所以对于以得到更大的D或者更大的E，或者最优的联合参数为目标来说，每一个电极片都会获得最优的参数。而其他的方式，都存在短板，因为每一个电极片要得到最佳的E和D，其所需的U和I是不一样的，那么只能根据最低的U和I应用到一个电极单位中的其他电极片上。

本发明的可以实现图4的电场发生方法，同时将占空比最大化(或者将电场强度最大化，因为这两个指标是相互影响的关系，因此将一个最大化也可以理解为是将另一个最大化)。通过将控制单位从电极板拆解为“电极单位”；每个“电极单位”的电压(电流)保证设备占空比达到D_max，同时保证场强下限(如1V/cm)所对应的电压(电流)；或保证设备占空比达到D_阈值(如50％)，同时保证场强最大所对应的电压(电流)；电极单位可以是一个电极片，也可以是多个电极片；如果以多个电极片为一个电极单位，确定方式应该以对称电极单位到中心电极单位的距离相近的作为同一分组。

另一方面，在这个基础上，还可以通过分组控制电极片，来进一步升级以电极板为电极单位对于电场方向单一的解决方案。上文的方式除了可以对U(I)选择对每个电极片的最佳参数以外，还能像图 3a～3d中一样实现多方向电场，而且电场的方向比图3a～3d中更多(也就是比目前的TTF双轴向更多)，而更多方向的电场可以带来更强的细胞杀伤效果。这样的分组控制如图5所示，图5是TTF应用部位的俯视图，多个颜色部分表示贴在应用部位四周的电极板，黑色部分是电极板上的电极片。

进一步的，用一个纵列上的电极片为一个电极单位，这样从俯视图上，便可以通过环绕应用部位四周的电极单位来进一步解释的想法，如图6所示。因为以电极单位来进行控制，于是在原理图上取消了代表电极板的部分，因为以分组控制的方式来说，电极板不再能成为约束。事实上，多电极板的排列方式也可以被环绕式单电极板，或者电极帽的方式取代，因此本发明虽然以多电极板举例，但事实上并不局限于在多电极板的方案之中应用。只要使用多个电极片环绕在目标组织周围以形成TTF电场的方式，均可适用于本发明中所提到的控制方案。

虽然现有技术的常见解决方案是3*3的电极片构成一个电极板，但是本发明提出增加电极板上的电极片数量存在收益，因为如前所述，增加占空比(或者增加场强)的关键在于增加同时工作的电极片数量，而且还能减少电极片上的电流。增加电极片增加了TTF的杀伤作用。而TTF的主要副作用皮肤过敏与皮肤内部通过的电流密度有关，增加电极片可以减少电极片上的电流，同时也可以减少所贴合皮肤的电流密度，因此也可以减少TTF的副作用。所以在图示中看到的电极片有 4个纵列而不是3个，在此也可以是5个纵列，应该增加电极片的数量。

在这样的方案之下，本发明可以实施电场的方式之一可以如图5 所示，不同的电极单位上施加不同的电压(电流)，这个主要由电极单位的距离而定，而电极单位有启动的部分，也有关闭的部分，来提供必要的降温时间。如前述，同时开启的电极片数量的增加会降低发热，因此也可能没有关闭的电极片，而是全部开启。在这样的方案下，不但能提高场强(占空比)，而且发热不会受到发热最严重的电极片 (由于边缘效应导致的周围电极片；或者由于距离不均匀导致的较近的电极片)的限制。同样，它的合场强方向根据开关的电极单位，以及施加的电压(电流)大小是可计算的，本领域技术人员能够很容易得到一个准确值。

为了实现不同方向的电场刺激，在这样的解决方案之下，本发明将电极开关以及电压(电流)大小的关系改变即可，如图8所示，可以进行方向的旋转，这样会提供更多的电场方向，而方向的增加具有疗效的获益，电场方向可以进行360°中任一角度的旋转调整，以满足使用要求。

当然本领域人员应当知晓，本发明也可以实现类似目前的十字交叉方向变换，如图9所示；本发明还可以实现随机方向的电场刺激，而P1切换到P2(以此类推)的时间，可以是和目前TTF相同的1s，也可以不是1s，时间上可以按照需要进行设定。

优选地，当目标是电场强度时，固定一个占空比，监测电极片温度变化趋势，得到达到固定占空比下的加载在电极片上的最大电压，得到最大电场强度，且所述最大电场强度在0.5-10V/cm之间。

TTF电极在开启时，电极片会不断升温，而占空比便是电极片升温-降温相平衡的过程。电极片的降温(散热)主要由传导散热、对流散热、辐射散热、出汗散热(出汗降低了皮肤表面温度，从而加强了传导散热)、血液灌流散热(血液灌流降低了皮肤表面温度，从而加强了传导散热)。对于传导散热

对流散热F＝h(T_surface-T_fluid)、辐射散热

而言，均可以发现：电极片与环境之间的温度差越大散热效率便越高，电极片与环境之间的温度差越小散热效率便越低。

因此，更加理想的热量控制模式应该是：尽可能延长电极片工作时间，让其达到较高的温度，然后通过关闭或者更换电场方向的方式让电极片进行散热。也就是说启动时间长-关闭时间长的模式，相比起启动时间短-关闭时间短的模式而言，有更强的散热效果。而更强的散热效果就带来了更高的占空比，或者在保持占空比不变的前提下，对电极片施加更高的电压(电流)，也就是更高的场强。而不论更高的占空比或者更高的场强，都是可以增强TTF的治疗效果的。

所以，启动时间长-关闭时间长的模式也就意味着更长的电场方向切换周期，而根据现在的研究，电场方向切换周期对于肿瘤细胞抑制的效果是弹性的，从50ms-60s都具有比较好的肿瘤细胞抑制效果。相比而言，电场强度和占空比的提升对于肿瘤细胞抑制的效果非常确切。

目前常见的TTF产品方案是以1s的固定周期进行电场方向切换，也就是给每个电极片1s的工作(温度提升)时间+1s的关闭(温度下降)时间。提出给予其更长的工作时间+关闭时间，以使电极片更好的散热，提升其能承载的电压/电流(也就是提高场强)，和/或提高占空比。在此，给出三种实施方式。

(1)通过延长方向切换周期来提高占空比

电极片的温升和电极片承载的电压(电流)与电极片持续工作时间有关，而占空比与持续工作时间的关系是：如果在电场方向切换周期内(温度提升期)电极片便达到了预设温度，那么电极片便会断电以降低温度，这种情况下对于设备来说占空比不是100％，而是形成了一定的占空比(或者较低的占空比)；而如果在电场方向切换周期内(温度提升期)电极片一直没有达到预设温度，那么方向切换后电极片便会进入休息期(温度下降期)，这时候对于整个设备来说占空比仍然是100％(或者不是100％，但是较高的占空比)。如图10所示，浅色线表示某个电场方向开启时相应电极片的电压(电流)，黑色实线表示该电极片的温度，浅色虚线表示断电的温度阈值，黑色虚线表示达到温度阈值以及方向切换对应的时间。可见在上述第一种情况下，整个设备的占空比是(T1-T0)/(T2-T0)。

显然第二种情况对于设备来说是更加理想的。而电场方向切换周期，便是影响了第二种情况下电极片的持续工作时间，而更长的电极片持续工作时间有利于电极片降温，因此反过来更有利于设备维持第二种情况。如图11所示，更长的方向切换周期时，降温效果更高，带来了更大的占空比(甚至到100％)。

或者对应同样占空比(T1-T0)/(T2-T0)时，便可以支撑温度曲线更大的斜率，这也就意味着支撑电极片上更大的电压(电流)，也就意味着更大的场强，这些都以浅色线条表示。

由此可知，通过在电路控制上调整方向切换周期，来实现更大的占空比，或者实现更大的电场强度。

当目标是占空比时，固定一个目标电场强度，也就是固定了电极片的电压(电流)，也就固定了电极片的温升速度。在这个温升速度的基础下，监测电极片温度变化的趋势。具体来说，在电极片开启时监测电极片温度升高的趋势，在电极片关闭时监测电极片温度下降的趋势。监测这一点非常关键，因为散热与血液灌注速度、环境温湿度等有关，这些对于每一个患者而言是各不相同的，所以即便相同的设备参数，每个患者电极片的温升速度也是差异化的。根据对温度变化趋势的监测，便可以给出一个最适合的电场方向切换周期，目标是使其占空比(T1-T0)/(T2-T0)最大。这个电场方向切换周期，根据 TTF对细胞有丝分裂影响的研究，可以在50ms至60s之间。而这一点在设备上可以实现闭环的调控。

(2)通过延长方向切换周期来提高电场强度

当目标是电场强度时，规定一个占空比，这个占空比可以是75％ (实验中与100％占空比杀伤效果类似)，50％(实验中仍然可起到一定的杀伤效果)或者33％(实验中有效的占空比下限)等。同样通过进行温度变化的监测，可以找出能达到该占空比之下的，最大的可加载在电极片上的电压(电流)，而这会带来最大的电场强度，这个电场强度可以在0.5-10V/cm之间。

(3)通过延长方向切换周期来获得最佳的-场强/占空比参数

还有另一种方式：一味追求最高的电场强度，或者最高的占空比均不能取得最佳的疗效，而在电场强度和占空比之间获得一个平衡可能会带来最佳的疗效。因此可以分别获得方向切换周期-占空比和向切换周期-电场强度的两个关系，可以建立一个方向切换周期-占空比-电场强度的三方关系。而在这三方关系中，占空比-电场强度是有取值范围的，TTF设备应该根据在取值范围内疗效最好的一组占空比-电场强度参数，来施加它的方向切换周期。

而获得最佳占空比-电场强度的方法，可以使用患者活体肿瘤细胞进行细胞培养/动物培养法；使用对应肿瘤类型的细胞系进行细胞培养/动物培养法；使用参数-预后数据库进行参数优化法。需要说明的是，在参数优化法中，需要额外收集患者的电极片温度变化参数。

“边缘效应”带来的结果是电极片之间电压(电流)分布的不均匀，从而引起了温升不等，于是整个电极片的占空比或者电压(电流) 其实是被位于边缘的几个电极片所限制的，而这显然不利于提高TTF 设备占空比或者场强的目的。

“边缘效应”是可以通过减小同时控制的电极片数量来减轻或者避免的，例如将每一个电极片作为一个单位，配备独立的控制电路，便可以精确控制每个电极片施加的电压(电流)，来完全避免“边缘效应”。相应的，将少数几个电极片作为一个“电极单位”，配备相应的控制电路，也可以减轻“边缘效应”的影响。如图12所示，将三个电极片为一组形成一个“电极单位”，并对每个电极单位配备控制电路来精确控制其电压(电流)，达到避免“边缘效应”的目的。当然，一个电极单位可以是三个电极片为一组形成，也可以是1～20个电极片之间的其他数量。

相比起以电极阵列为单位控制，以电极单元为单位控制可以使更多数量的电极片同时工作，从而提高场强。再结合不同位置的电极单元不同的负载，还可以提高目标区域电场强度的均一性。

由于人体(头颅+躯干)的横截面是类似圆形(或椭圆)的形状，因此各组电极片的相对距离均不同，因此对于相对距离近的电极片，应减少其负载(如至少减少10％)，以保证其发热的均匀，以及组织内部电场强度的均匀。其核心还是减少了部分电极片的过热，从而提高了整体负载，从而提高了场强。

本发明可以根据肿瘤的位置来规划电极片分组的方式，这大大降低了用户的使用难度，降低了出错的风险。如图13所示，其是目前 TTF装置的使用方法；图14为本发明实施例的使用方法；a1和a2是电极板，a3是肿瘤，浅色和黑色分别是正/负极对应的电极片，白色是未开启状态的电极片。

需要说明的是，本发明中的电极单位还可以是多个电极板、一个电极片或多个电极片中的多种，如可以是一个电极片及多个电极片同时存在，或一个电极板与多个电极片同时存在。

具体地，在人体表面使用TTF时，不同部位的电极板的大小，或电极片的个数可能是不同的。以颅部为例，颅部四周的面积较大而颅顶的面积较小，因此颅部四周可施加的电极板大小较大(或电极片个数较多)，而颅顶可施加的电极板大小较小(或电极片个数较少)。这种不对称性使得颅顶的电极板应施加的电压/电流与颅部四周的电极板应施加的电压/电流是不同的；而由于电极片的个数较少，颅顶的电极片应施加的电压/电流与颅部四周的电极片应施加的电压/电流也可能不同。因此在类似情况存在时(为了在目标组织施加电场，体表某些部位的电极片个数和其他部位不同)，进行分组控制显得格外有必要。

以颅部为例，常见的产品是不存在颅顶电极的，但增加颅顶电极的好处显而易见：颅顶电极可以提供一个全新的方向维度(竖直方向)，而四周电极只能提供水平方向上的方向维度，而更多方向显然对治疗效果有益；此外以目前TTF的常见适应症GBM而言，顶叶也是其好发部位之一，而颅顶电极的加入相比起只有四周电极，可以使发病部位位于顶叶的肿瘤的电场分布更均匀，如图15所示。

这种情况下，在某些实施例中，可以使用常规的多个电极片为电极单位，或多电极板为电极单位，如图16a、图16b、图16c所示。黑色代表开启部分，浅色代表未开启部分，虚线代表电极单位。

这种情况下，在某些实施例中，也可以同时存在单个电极片为电极单元与多个电极片为电极单元，因为局部面积有限导致电极片数量有限，数量有限可能带来距离相差较大，因此不适用于多个电极片为同一电极单元，因为如此一来难以控制电压/电流以及发热，原因不再赘述，如图17a、图17b所示。

本发明通过增加同时工作的电极片数量提高场强，通过减少边缘效应(发热)提高场强，通过控制每组电极单元的负载提高场强，以电极单元为单位控制可以使更多数量的电极片同时工作，从而提高场强，结合不同位置的电极单元不同的负载，还可以提高目标区域电场强度的均匀性，实现高场强、多方向。

本发明还提供了一种用于TTF电极的高场强控制装置，所述高场强控制装置发生所述高场强控制方法的电信号。

本发明还提供了一种TTF电极装置，为产生变化的高场强电场并利用所述高场强电场抑制目标区域的目标细胞生长的电极装置，包括采用所述高场强控制方法控制所述TTF电极装置的电场强度。

需要说明的是，本发明中的所述用于TTF电极的高场强控制装置与所述TTF电极装置，均基于上述高场强控制方法。其中，所述高场强控制装置发生所述高场强控制方法的电信号，由于所述电信号的具体发生过程为公知技术方案，本发明在此不再赘述，本领域普通技术人员完全可以基于本领域的公知技术获得所述控制方法的电信号。

需要说明的是，所述TTF电极装置即为采用本发明限定的所述高场强控制方法控制所述TTF电极装置的电场强度，本领域普通技术人员应当知晓，只要采用所述高场强控制方法的TTF电极装置均应含在本发明的保护范围之内，并且不应当理解为限定性的。

由于“边缘效应”的存在，电极片之间的发热是不同的，因此为了追求更高的占空比，如果将电极片统一控制，那么在“边缘电极”过热时，其他电极片仍然可以继续工作。因此可以将“边缘电极”作为同一分组监控温度并在过温时断电，“中心电极”作为同一分组监控温度并在过温时断电，如图18所示。

本发明还提供了一种用于TTF电极的温度监控方法，当采用所述高场强控制方法控制TTF电极的电场强度时，将所有边缘位置的电极单位作为同一分组监控温度并在过温时断电，将所有中心位置的电极单位作为同一分组监控温度并在过温时断电。

优选地，当对应电极片数量更多的电极单位形态时，将电极单位所有角位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电，将电极单位所有边位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电，将电极单位所有中心位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电；且当在电极单位角位置的电极片过热时仅将所述电极单位角位置的电极片关闭，电极单位所有边位置与电极单位所有中心位置的电极片仍开启；且当在电极单位边位置的电极片过热时将电极单位所有角位置与电极单位所有边位置的电极片关闭，电极单位所有中心位置的电极片仍开启；且当在电极单位中心位置的电极片过热时将所有电极片关闭。

如果对应电极片数量更多的电极板形态，也可以用同类的分组监测及控制思路，如图19所示。在监测及控制顺序上，因为角电极温度＞边电极温度＞中心电极温度，因此在角电极过热时，将角电极关闭，此时边电极和中心电极仍处于开启状态，从而增加了整个设备的占空比。这如同图18所示，可以使用分开的控制电路实现。

鉴于前述中提到的实现高场强的供电组合是以竖直方向分组，而与此处提到的测温断电组合并不相同，因此也可以用图20中的控制方式实现，来综合实现这两种需求。其中，分组1和分组4覆盖了四个角落的温度最高的电极，分组2和分组3的温度相对较低。同时，也可以将分组1和分组4的电压(电流)设置较低的数值，以对抗其边缘效应。

优选地，当以一列竖直方向的电极单位作为分组时，将所有侧边位置的电极单位分组作为同一分组监控温度并在过温时断电，将所有中间位置的电极单位分组作为同一分组监控温度并在过温时断电。

本发明还提供了基于所述高场强控制方法的温度监控方法，不仅没有增加电极片上的电路元件，也没有增加电极片的复杂程度和成本，而是从控制电路入手，通过更好的控制方案，提升了温度监测性能。

本发明通过增加同时工作的电极片数量提高场强，提供多方向的电场，通过延长方向切换周期来提高占空比，通过延长方向切换周期来提高电场强度，通过延长方向切换周期来获得最佳的-场强/占空比参数，结合不同位置的电极单元不同的负载，还可以提高目标区域电场强度的均匀性，实现高场强、多方向。同时，本发明还提供了基于所述高场强控制方法的温度监控方法，不仅没有增加电极片上的电路元件，也没有增加电极片的复杂程度和成本，而是从控制电路入手，通过更好的控制方案，提升了温度监测性能。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种用于TTF电极的高场强控制方法，所述TTF电极包括对应目标组织设置的电极板，所述电极板上设有多个电极片，其特征在于：所述电极单位为一组独立控制电压与断电的电极片，所述电极单位为多个电极板、一个电极片或多个电极片中的一种或多种；并将电极单位有规律地分组进行控制，周期性变化电极单位分组电压、电流或控制电极开关来提供周期性变化的多方向电场。

2.根据权利要求1所述的高场强控制方法，其特征在于：当以电极板为单位的进行分组控制时，多方向电场切换的周期为50ms-60s，多方向电场切换方式为循序性的或随机的。

3.根据权利要求1所述的高场强控制方法，其特征在于：所述电极单位在电极板上以第一方向排布，电极单位中的电极片以第二方向排布，所述第一方向与第二方向的相交角在45°～90°之间。

4.根据权利要求1所述的高场强控制方法，其特征在于：在调控周期性变化的多方向电场时，通过延长电极片工作时间，并通过关闭或更换电场方向的方式增加电极片散热，提高占空比和/或电场强度。

5.根据权利要求4所述的高场强控制方法，其特征在于：当目标为提供占空比时，固定一个目标电场强度，监测电极片温度变化趋势，得到最适合的电场方向切换周期，且所述电场方向切换周期在50ms-60s之间。

6.根据权利要求1所述的高场强控制方法，其特征在于：将电极片环绕贴放在体表一周，根据肿瘤的位置以电极单位进行分组控制，并通过分组控制电极单位上的电压或电流，降低负载。

7.根据权利要求6所述的高场强控制方法，其特征在于：当进行分组控制电极单位上的电压或电流时，使得肿瘤的位置区域获得均匀的电场强度。

8.一种用于TTF电极的高场强控制装置，其特征在于：所述高场强控制装置发生如上述权利要求1～7中任一项中所述高场强控制方法的电信号。

9.一种TTF电极装置，为产生变化的高场强电场并利用所述高场强电场抑制目标区域的目标细胞生长的电极装置，其特征在于：包括采用如上述权利要求1～7中任一项中所述高场强控制方法控制所述TTF电极装置的电场强度。

10.一种用于TTF电极的温度监控方法，其特征在于：当采用如上述权利要求1～7中任一项中所述高场强控制方法控制TTF电极的电场强度时，将所有边缘位置的电极单位作为同一分组监控温度并在过温时断电，将所有中心位置的电极单位作为同一分组监控温度并在过温时断电。

11.根据权利要求10所述的温度监控方法，其特征在于：当对应电极片数量更多的电极单位形态时，将电极单位所有角位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电，将电极单位所有边位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电，将电极单位所有中心位置的电极片作为同一分组监控温度并在过温时断电；

且当在电极单位角位置的电极片过热时仅将所述电极单位角位置的电极片关闭，电极单位所有边位置与电极单位所有中心位置的电极片仍开启；

且当在电极单位边位置的电极片过热时将电极单位所有角位置与电极单位所有边位置的电极片关闭，电极单位所有中心位置的电极片仍开启；

且当在电极单位中心位置的电极片过热时将所有电极片关闭。

12.根据权利要求10所述的温度监控方法，其特征在于：当以一列竖直方向的电极单位作为分组时，将所有侧边位置的电极单位分组作为同一分组监控温度并在过温时断电，将所有中间位置的电极单位分组作为同一分组监控温度并在过温时断电。

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