CN1277064A - 治疗肝癌门静脉癌栓的超声消融系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种治疗肝癌门静脉癌栓的超声消融系统,它包括微机1、超声波发生器2、换能器3、变幅杆导丝4、穿刺针8和打印机5。超声波通过变幅杆导丝可直接消融癌栓,配合化疗药物的灌注及吸引装置将消融后的碎屑吸出体外,可达到疏通血管,消除癌栓,防止癌细胞播散的良好治疗效果。超声消融过程由计算机控制。本发明操作方便,疗效好,对正常组织损伤小,还可用于其他血管内癌栓或泥沙样结石的治疗。
Description
本发明涉及医疗器械技术领域,是一种治疗肝癌门静脉癌栓的超声消融系统。
肝癌是世界上流行最广的10种恶性肿瘤之一,居我国癌症死亡率第三位。尽管由于早期诊断和外科技术的发展,肝癌的治疗已有长足的进步,但从总体上说,由于大多数患者就诊时已处于晚期,使手术切除率降低,预后仍较差。晚期肝癌病人的主要特征之一是门静脉系统内形成癌栓,进而向肝内或远处发展转移,并迅速致门脉高压、肝功能衰竭而死亡。至今对肝癌门静脉癌栓的治疗还没有找到有效可靠的方法。虽然近年来有如B超引导下行门静脉癌栓的无水酒精(或化疗药物)注射,或是门脉内栓塞等,但临床实践证明其疗效极有限,而且由于门静脉仍有阻塞,仍不能解决门静脉高压等并发症。因此很有必要寻找新的技术或方法来彻底治疗门静脉内癌栓,以提高晚期肝癌病人的整体疗效。
本发明的目的在于提供一种既能消融癌栓,疏通门静脉血管,降低门静脉压力,能有效破坏癌细胞,又对正常组织损伤性小的治疗肝癌门静脉癌栓的超声消融系统。
为便于叙述,先介绍附图:
图1是微机控制下的治疗肝癌门静脉癌栓的超声消融系统示意图。
图2是体外门静脉穿刺用的穿刺针示意图。
图3是体外门静脉穿刺行肝癌门静脉癌栓超声消融治疗模式图。
图4是超声波发生器电路及工作原理示意图。
本系统包括微机1、超声波发生器2、换能器3、变幅杆导丝4、穿刺针8和打印机5。
超声波发生器2按微机1的指令发出脉冲电能,通过换能器3晶体的压电效应,产生一定频率和功率的超声波,超声波通过变幅杆导丝4的头部,产生剧烈振荡效应,这种振荡效应直接作用于癌栓组织,使癌栓组织消融。变幅杆导丝4是通过穿刺针管8深入到门静脉癌栓处的。为防止消融下来的癌细胞扩散转移,也为加大对癌细胞的杀伤作用,穿刺针管8的根部设两个侧孔6和7,其中一个侧孔可用于化学药物的灌注,以便在超声消融的同时灌入化学药物以杀死癌细胞,另一侧孔可与吸引装置连接,以便将超声消融的癌栓碎屑吸出体外,从而达到清除癌栓,疏通血管,杀死癌细胞及防止癌细胞扩散转移的目的。将整个仪器集装于专用的推车上,可机动灵活地借助B超定位操作。
下面结合附图对本发明作进一步介绍:
参见图1,微机1设定超声波发生频率、功率和相关治疗参数,然后指令超声波发生器2发出脉冲电能,通过换能器3晶体的压电效应,产生相应的超声波频率和功率,然后作用于变幅杆导丝4的头部,产生超声振荡效应。治疗参数和治疗结果由打印机5打印出来。换能器3的形状为:后部为圆柱体,前部为圆锥体,圆柱体直径30-50mm,高50-120mm。圆锥体高30-50mm。圆锥体顶部有内螺纹,与变幅杆导丝4尾部的外螺纹相匹配,以相旋连接。变幅杆导丝4为弹性钢丝材料,其头部烙有钛合金圆球。其他各部件的连接均为线性连接。
参见图2,穿刺针8为不锈钢材料,根部有两个侧孔6、7,似一小支管,侧孔内径约1mm,外突3mm,以便套乳胶管分别与灌注装置和吸引装置连接。在消融时一孔可灌入化疗药物,另一孔则将消融后癌栓碎屑吸出体外。
参见图3,治疗开始时,先将穿刺针8在B超定位下穿刺入肝门静脉内,根据门静脉管径大小不同,选择管径不同的穿刺针,通常针管长100~150mm,内径0.4~0.6mm。然后将变幅杆导丝4通过穿刺针管8深入到门静脉癌栓处进行超声消融,变幅杆导丝4通常长150~200mm,粗0.2~0.4mm,通过侧孔6和7分别灌入化疗药物和吸出癌栓碎屑。化疗药物常用卡铂+表阿霉素,用生理盐水配制,浓度为卡铂4mg/ml,表阿霉素0.8mg/ml,总量为50ml左右,灌注速度为60滴/分。碎屑吸引时,负压为0.02Kpa,由定时吸引装置提供。消融完毕后拔出变幅杆导丝4和穿刺针8。治疗完毕。
超声消融术的作用机理,主要是利用超声波的机械振动、空化效应和物理化学反应来消融癌栓的。癌栓由于缺乏正常的胶原纤维和弹性纤维,质地坚硬易碎,弹性极限小,容易被超声能量分裂和崩解,而正常的管壁组织富含胶原纤维和弹性纤维,具有弹性和柔韧性,弹性极限大,能够缓冲超声的作用,不易被超声的机械振动和空化效应破坏,因此对正常的血管壁组织损伤较小,也不会引起血管痉挛、诱发血栓形成或远端栓塞。空化效应是指在声学区内,当(液体)拉力大于内聚力时,微泡快速形成,突然爆裂,在瞬间产生巨大冲力,达1-3个大气压,可冲断高分子化学键或使细胞融解。另外还产生微声流、自由基等物理化学效应,致细胞DNA断裂、膜破裂等。体内研究也发现经超声照射过的癌组织其生长明显受到抑制,也不会引起肿瘤扩散。这些说明了超声消融术本身具有融解癌细胞的能力,选择一个合适的剂量,就能防止癌栓碎屑远处播散转移的可能。此外,超声具有促使药物渗透入细胞的作用。利用这种效应,设想超声结合化疗或免疫治疗,可达到1+1>2的增效作用,同时更有效地防止超声碎屑的扩散,也更有效地防止门静脉癌栓消融后的再生,取得事半功倍的效果。
参见图4,超声波发生器电路及工作原理:由于在换能器工作期间,其谐振频率有一定范围的变化,而这个变化却会使功率放大管处于失谐状态,其后果是使输出部分阻抗不能很好匹配,从而导致功率放大管发热,极易烧毁。为此设计了一个自动频率控制电路(AFCF),且该电路受数字信号控制。该数字信号取自于功率放大管(VMOS)的源极,当失谐时,电流将增大,则经整流二极管与滤波后的直流电平也将增大,因而模/数转换(A/D)电路会输出相应的数字信号去控制AFCF电路,使之输出一个频率信号总是朝使功率放大管电流变小的方向变化,直到电流最小时,也就是达到谐振时为止。如图4所示该电路由五个部分组成:
1.高频变压器、VMOS功率放大管、功率电源组成功率放大:高频变压器的作用是进行与超声换能器的阻抗匹配,功率放大管负责功率放大,其电源由功率电源提供;
2.R、D、P:R为取样电阻,D为整流二极管,P进行滤波,其目的是给A/D(模拟电路与数字电路转换)电路提供模拟电压;
3.A/D、AFCF电路:A/D电路输出一个对应于R、D、P输入的模拟电平的数字信号,AFCF电路即自动频率控制电路,该控制电路由一个晶体振荡器和一个频率合成器组成,频率合成器在数字信号的控制下,其频率会按一定的规律输出高频信号,并将此信号送到驱动电路;
4.驱动电路:驱动电路接收到AFCF信号,将其加以放大,以达到符合VMOS功率放大管的驱动要求。
大量动物实验和体外研究证实,本发明具有如下优点及积极效果:
本发明既能消融门静脉癌栓,疏通门静脉血管,降低门静脉压力,又能有效破坏癌细胞,为肝癌的后续治疗如肝动脉化疗栓塞、免疫生物治疗得以继续顺利进行创造了条件。同时也适合用于其他血管内癌栓或泥沙样结石的清除治疗。
实验一:我们解剖了12例人肝癌伴门静脉癌栓新鲜手术标本,发现l1例癌栓是肿瘤局部突破门静脉管壁作为基部向门静脉腔内生长的,除基部外,癌栓与门静脉内膜无紧密粘连。因此,癌栓可被超声消融术消融,而门静脉管壁未受损伤,这是本发明用于门静脉癌栓治疗的解剖学基础。
实验二:我们选用变幅杆导丝直径为0.4mm,在超声频率42KHz,功率为0.22W情况下,消融5×5×5mm3新鲜癌栓标本,结果平均消融时间为4min,91%超声碎屑小于10μm。消融导丝头温度,5min内不超过10℃。对正常门静脉、胆管内膜的消融实验发现,未见明显损伤。说明超声消融治疗是有效和安全的。
实验三:超声消融体外培养Walker-256细胞后,电镜观察发现:细胞膜破裂、细胞器紊乱不清,核染色质碎裂,提示细胞已受到严重的损伤。流式细胞仪检查发现,随着超声剂量的增大,细胞S期下降,G2+M期增加,说明细胞合成抑制,放射敏感性增加,从细胞水平验证了超声消融术对癌细胞的杀伤效应。
实验四:超声消融结合化疗卡铂杀伤癌细胞的体外实验发现,超声消融能显著增强化疗卡铂药物的杀伤效果。体内实验证实超声结合化疗可有效防止癌细胞向远处扩散转移。另外发现超声可促使卡铂诱导的癌细胞凋亡作用提前发生,并能增强卡铂的癌细胞凋亡作用。最佳实施例:
微机1用586型:超声波发生器2用自动频率控制电路(AFCF);换能器3圆柱体部分,高80mm,直径30mm。圆锥体部分,圆锥体高30mm,变幅杆导丝4为弹性钢丝材料,直径0.4mm,长200mm,其头部烙有钛合金圆球,直径0.5mm。穿刺针管8为不锈钢材料,内径为0.6mm,长120mm。打印机5用EpsonLX-400。
Claims (2)
1、一种治疗门静脉癌栓的超声消融系统,其特征在于包括微机(1)、超声波发生器(2)、换能器(3)、变幅杆导丝(4)、穿刺针(8)和打印机(5),换能器(3)的形状:后部为圆柱体,前部为圆锥体,圆柱体直径30-50mm,高50-120mm,圆锥体高30-50mm,圆锥体顶部有内螺纹,与变幅杆导丝(4)尾部的外螺纹相匹配,以相旋连接,变幅杆导丝(4)为弹性钢丝材料,长为150-200mm,粗0.2-0.4mm,其头部烙有钛合金圆球,与穿刺针(8)配套使用。
2、根据权利要求1所述的治疗门静脉癌栓的超声消融系统,其特征在于所说的穿刺针管(8)根端设有侧孔(6)和(7)其针管的长度和粗细与使用的变幅杆导丝(4)相匹配。
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