CN211132716U - 一种肿瘤治疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种肿瘤治疗仪，涉及医疗器械领域。一种肿瘤治疗仪，其主要包括电源、内置正电极和内置负电极。电源的正极和内置正电极相连，电源的负极和内置负电极相连。内置正电极和内置负电极中的“内置”代表该肿瘤治疗仪进行使用时，两个电极是位于患者切除肿瘤后留出的瘤腔内的。该肿瘤治疗仪中的电极可以植入机体体内，使得治疗过程中对肿瘤细胞，尤其是深部肿瘤细胞，具有较好的覆盖率，从而对肿瘤的抑制达到更好的效果。目前，采用电场对肿瘤进行治疗，一般是将电极片贴在机体皮肤表面。当在机体表面施加电流时，电流主要从体表传导，治疗过程中尤其对深部肿瘤细胞的覆盖破坏率仍然不够高，导致治疗效果欠佳。

Description

一种肿瘤治疗仪

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种肿瘤治疗仪。

背景技术

自1980年起，电场就被普遍用于生物和医学领域，涵盖杀死微生物、细胞融合、基因转化和肿瘤治疗等。随着肿瘤治疗电场(Tumor Treating Fields,TTF)作用机制等的研究，TTF作为一种新的肿瘤治疗方法，相较于传统的手术、放化疗有许多潜在性优势。TTF治疗的副作用除了绝缘电极片与皮肤接触部位可能发生轻度皮炎外，尚未见报道出现其它不良反应，也不会对心脏、神经组织产生影响。TTF与化疗药物合用时不会加重化疗药物的毒性反应。

TTF的作用机制主要是干扰破坏细胞的有丝分裂。有丝分裂是人体细胞的主要分裂方式。细胞由间期进入分裂期后开始分裂。在细胞分裂中期到后期通过影响有丝分裂纺锤体的微管亚单位的对接以及大分子和细胞器的运动干预细胞分裂，破坏染色体分离，最终导致细胞死亡，从而抑制肿瘤的生长。

目前利用电场治疗肿瘤的技术中，治疗过程中对肿瘤细胞的覆盖破坏率仍然有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种肿瘤治疗仪，其能够在治疗过程中更大范围地覆盖肿瘤细胞，使治疗效果更好。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种肿瘤治疗仪，包括电源、内置正电极和内置负电极。电源的正极和内置正电极相连，电源的负极和内置负电极相连。内置正电极和内置负电极中的“内置”代表该肿瘤治疗仪进行使用时，两个电极是位于患者切除肿瘤后留出的瘤腔内的。

在本实用新型的一些实施例中，内置正电极和/或内置负电极为球形电极。

在本实用新型的一些实施例中，内置正电极的材料和内置负电极的材料均包括金属钛。

在本实用新型的一些实施例中，内置正电极和内置负电极均为绝缘电极，绝缘电极内部为导电材料，外表面为绝缘材料。

在本实用新型的一些实施例中，电源为植入性电池。

在本实用新型的一些实施例中，肿瘤治疗仪包括纳秒脉冲电场发生器。

在本实用新型的一些实施例中，肿瘤治疗仪中的传输线均为微带线。

在本实用新型的一些实施例中，肿瘤治疗仪包括多对电极，每对电极均包括内置正电极和内置负电极。

在本实用新型的一些实施例中，肿瘤治疗仪还包括控制单元、调频单元、调幅单元、功率放大单元、分配单元。调频单元、调幅单元、功率放大单元、分配单元及电极依次电连接。控制单元分别与调频单元、调幅单元、功率放大单元以及分配单元电连接。控制单元用于控制调幅单元根据调频单元发出的调频信号发出调幅波信号，并通过功率放大单元和分配单元将调幅波信号传递至电极，使电极产生预设调幅电场。

在本实用新型的一些实施例中，调频单元包括数字频率合成器或由变容二极管组成的调频电路。

本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：

本实用新型实施例提供一种肿瘤治疗仪，其主要包括电源、内置正电极和内置负电极。电源的正极和内置正电极相连，电源的负极和内置负电极相连。内置正电极和内置负电极中的“内置”代表该肿瘤治疗仪进行使用时，两个电极是位于患者切除肿瘤后留出的瘤腔内的。目前，采用电场对肿瘤进行治疗，一般是将电极片贴在机体皮肤表面。发明人研究发现，由于上皮细胞具有极性，上皮组织覆盖于身体表面及体内各种管道、囊腔的内面，上皮组织细胞比其它组织细胞导电性能好，当在机体表面施加电流时，电流主要从体表传导，治疗过程中尤其对深部肿瘤细胞的覆盖破坏率仍然不够高，导致治疗效果欠佳。而本实施例提供的肿瘤治疗仪中的电极可以植入机体体内，使得治疗过程中对肿瘤细胞，尤其是深部肿瘤细胞，具有较好的覆盖率，从而可以更好地对肿瘤细胞的分裂进行破坏，对肿瘤的抑制达到更好的效果。

目前主要使用外部电场设备进行肿瘤治疗，虽能有效地提高该病生存期，但一般需要频繁更换外部电场设备，价格昂贵，并要求病人持续改变外观，如需剃除毛发，且无法在不影响病人生活的前提下保持有效的持续性治疗时间。医护人员可以在手术切除肿瘤的同时，术中直接在肿瘤残腔植入本实施例提供的内置电极，不需要频繁更换治疗设备，亦不要求病人改变外观，对提高患者生存质量，减少治疗花费具有重要的理论和实践意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的肿瘤治疗仪100的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的调幅电场的控制系统示意图。

图标：100-肿瘤治疗仪；102-电源；104-内置正电极；106-内置负电极；108-纳秒脉冲电场发生器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，图1所示为肿瘤治疗仪100的结构示意图。肿瘤治疗仪100主要用于治疗肿瘤。自1980年起，电场就被普遍用于生物和医学领域，涵盖杀死微生物、细胞融合、基因转化和肿瘤治疗等。肿瘤治疗电场相较于传统的手术、放化疗有许多潜在性优势，例如无毒副作用，治疗时间灵活，肿瘤覆盖范围较大等。

肿瘤治疗电场的作用机制主要是干扰破坏细胞的有丝分裂，有丝分裂是人体细胞的主要分裂方式。细胞由间期进入分裂期后开始分裂。在细胞分裂中期到后期通过影响有丝分裂纺锤体的微管亚单位的对接以及大分子和细胞器的运动干预细胞分裂，破坏染色体分离，最终导致细胞死亡，从而抑制肿瘤的生长。

目前，采用电场对肿瘤进行治疗，一般是将电极片贴在机体皮肤表面。发明人研究发现，由于上皮细胞具有极性，上皮组织覆盖于身体表面及体内各种管道、囊腔的内面，上皮组织细胞比其它组织细胞导电性能好，当在机体表面施加电流时，电流主要从体表传导，治疗过程中尤其对深部肿瘤细胞的覆盖破坏率仍然不够高，导致治疗效果欠佳。本实施例提供的肿瘤治疗仪100与传统肿瘤治疗电场的区别主要在于，肿瘤治疗仪100主要植入机体内，在机体内部形成电场，达到抑制肿瘤生长的效果。目前主要使用外部电场设备进行肿瘤治疗，虽能有效地提高该病生存期，但一般需要频繁更换外部电场设备，价格昂贵，并要求病人持续改变外观，如需剃除毛发，且无法在不影响病人生活的前提下保持有效的持续性治疗时间。医护人员可以在手术切除肿瘤的同时(手术切除肿瘤大部分，尽可能保留脑功能区脑组织)，术中直接在肿瘤残腔植入本实施例提供的内置电极，不需要频繁更换治疗设备，亦不要求病人改变外观，对提高患者生存质量，减少治疗花费具有重要的理论和实践意义。

肿瘤治疗仪100主要包括电源102、内置正电极104和内置负电极106。电源102的正极和内置正电极104相连，电源102的负极和内置负电极106相连。内置正电极104和内置负电极106中的“内置”代表该肿瘤治疗仪100进行使用时，两个电极是位于患者切除肿瘤后留出的瘤腔内的。内置正电极104和内置负电极106植入机体后，使得治疗过程中对肿瘤细胞，尤其是深部肿瘤细胞，具有较好的覆盖率，从而可以更好地对肿瘤细胞的分裂进行破坏，对肿瘤的抑制达到更好的效果。当然，需要注意的是，植入机体内的内置正电极104和内置负电极106也需要满足能够植入机体的医用条件，比如其洁净程度，不能有尖锐的边角等。

传统的外用电场治疗，一般采用在机体皮肤表面成对的贴上电极片，利用正负电极片上产生的电场对机体内部的肿瘤形成抑制。但该方式下，若电极片在机体上张贴的位置不合适，以及每对电极片之间的间隔设置，部分肿瘤细胞将不在电极片形成的电场范围内，这部分肿瘤细胞的生长就无法得到抑制，从而使得治疗效果大大降低。本实施例中，为了进一步提高肿瘤细胞在电场范围内的覆盖率，内置正电极104和内置负电极106均为球形电极。球形电极也避免了电极上存在尖锐的边角，清洁起来也更加方便，洁净程度更有保障，进行植入机体时的操作也更加方便。球形的电极表面将在360°的方向上存在电场，使得电场存在的范围更广，进而提高肿瘤细胞被全部覆盖的几率，使肿瘤的治疗效果更好。其他实施例中，内置正电极104和内置负电极106中也可以只有一个为球形电极，但两个球形电极形成的电场范围更广。

本实施例中，内置正电极104和内置负电极106的材料均包括金属钛，其材料可以只采用金属钛，也可以采用含有钛的钛合金。金属材料作为生物医用功能材料是材料科学的一个重要分支，用于人体植入物的历史已有400余年。例如使用纯金板修补颅骨、镶牙，使用银、铁片、铁丝及铁基合金的固定骨折关节件。随着稀有金属工业的发展，加工态和铸态的钛、铌、锆作为人体植入物用于临床实验。目前，相关研究先后采用了钛及钛合金人造骨头与关节用于临床治疗应用和研究，制造的髋关节、肘关节、下颌骨等用于临床治疗病人。且相关研究表明，钛及钛合金人造骨头与关节用于人体具有优异的耐腐蚀性，生物学反应也很小，是一种较为理想的人体植入物。钛及钛合金的强度也满足人体植入物的要求。人体植入物是与人的生命和健康密切相关的特殊的功能材料，同其他金属材料相比，使用钛及钛合金的优势主要包括：

质轻、弹性模量低、无磁性、无毒性、抗腐蚀性、强度高以及韧性好。

内置正电极104和内置负电极106均为绝缘电极，绝缘电极内部为导电材料，外表面为绝缘材料。内部的导电材料可以是上述的钛及钛合金，外部包裹的绝缘材料可以是医用植入级聚醚醚酮。表面的绝缘材料可以使电场更稳定地存在。

为了使患者使用该肿瘤治疗仪100时更加方便，电源102采用植入性电池。目前已有研究研发出皮下太阳能电池板，其可以给如心脏起搏器等植入性医疗器械供电。皮下太阳能电池板无需更换电池即可持续使用，该种电池的厚度可以只有6-7微米，面积为0.07平方厘米的太阳能电池板经太阳光照射两小时后所产生的电量可供目前使用的心脏起搏器工作24小时。皮下太阳能电池板的使用(一般埋于患者胸部皮下，可以通过遥控电池开关控制电场的产生)可以免去用户定期更换电源102的麻烦，使得用户的治疗更加方便。

进一步地，肿瘤治疗仪100采用纳秒脉冲电场发生器108。当脉宽降低至纳秒级，电场强度升高至10kV/cm及以上时，这种纳秒脉冲电场带来的是一系列与电穿孔现象截然不同的细胞响应，能诱导细胞发生程序性死亡。以MOSFET作为驱动开关的Blumlein传输线纳秒脉冲发生器已经研制出。

肿瘤治疗仪100中的传输线均为微带线。微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。传输线利用微带线，通过改变微带线的宽度、介质、高度，可以有效调整传输线的特征阻抗，以达到与负载阻抗匹配的目的，同时微带线的使用也有效减少发生器的尺寸。

肿瘤治疗仪100中可以进一步设置多对电极，每对电极均包括内置正电极104和内置负电极106。每对电极可以植入机体内不同的位置，使每对电极形成的电场可以覆盖到不同的区域，对肿瘤细胞的生长起到更全面的抑制作用。

请参照图2，图2所示为调幅电场的控制系统示意图。其他实施例中，肿瘤治疗仪100还可以包括控制单元、调频单元、调幅单元、功率放大单元、分配单元。控制单元用于各个单元协调控制；调频单元用于产生各种频率信号；调幅单元用于调制产生幅度连续交替变化的调幅波信号；功率放大单元用于放大调幅单元产生的调幅波信号；分配单元用于放大后的调幅信号的分配与输出。每对绝缘电极用于形成连续交替变化的调幅电场。

调频单元、调幅单元、功率放大单元、分配单元及电极依次电连接。控制单元分别与调频单元、调幅单元、功率放大单元以及分配单元电连接。控制单元用于控制调幅单元根据调频单元发出的调频信号发出调幅波信号，并通过功率放大单元和分配单元将调幅波信号传递至电极，使电极产生预设调幅电场。

调频单元可以采用直接数字频率合成器或由变容二极管组成的调频电路；调幅单元可以采用正弦波晶体管调幅电路、锯齿波晶体管调幅电路、正弦波集成电路调幅电路或锯齿波集成电路调幅电路；功率放大单元可以采用中频功率放大电路；分配单元可以采用控制电路和电子开关来实现其分配。每对电极配置有相应的电子开关，分配单元根据用户设定的需要根据打开的电子开关将调幅波分配给相应的电极。需要注意的是，由于肿瘤治疗仪100需要植入机体，其相关的所有单元应当满足植入性医疗器械的要求。

在一对绝缘电极间产生强度连续交替变化的预设调幅电场，这种调幅电场为不均匀的电场。调幅电场是通过调幅单元调制的调幅波信号经功率放大单元放大后传导到绝缘电极而产生。调幅波是在调幅单元采用低频(或超低频)调制波对频率高于调制波的载波进行调制而成。调幅波的包络线波形与调制波波形相同，频率与载波相同，调幅波的幅度随载波与调制波幅度的矢量增减变化，调幅波经功率放大单元放大后施加到绝缘电极上，则在一对绝缘电极间产生强度随调幅波变化的调幅电场，调幅电场作为不均均的外电场施加到病灶区，一方面可干扰破坏细胞有丝分裂，另一方面确保使肿瘤细胞遭受到其敏感强度的电场刺激，从而对肿瘤实施电场强度相对精准的治疗。作为不均匀的电场施加到肿瘤细胞上，既在细胞有丝分裂前期造成肿瘤细胞内的微管不能集聚成纺锤丝而中止细胞的有丝分裂，又在细胞有丝分裂末期通过合外力等因素的共同作用下，造成肿瘤细胞有丝分裂沟处的细胞膜发生破裂，故对肿瘤的治疗是双重机制，对肿瘤的抑制效果将更加显著。

各类肿瘤细胞均具有其敏感的电场强度，向肿瘤细胞施加强度在以肿瘤细胞敏感电场强度为中间值的一定范围内的连续交替变化的调幅电场时，可以更好地确保使肿瘤细胞遭受其敏感强度的电场刺激，使肿瘤的治疗效果更加显著。

肿瘤治疗仪100的工作原理是：

将肿瘤治疗仪100植入机体后，可以遥控电源102的开启或关闭以控制正负电极之间电场的产生与否，也可以使电源102常开，使电场保持长期存在。内置正电极104和内置负电极106植入机体后，使得治疗过程中对肿瘤细胞，尤其是深部肿瘤细胞，具有较好的覆盖率，从而可以更好地对肿瘤细胞的分裂进行破坏，对肿瘤的抑制达到更好的效果。内置正电极104和内置负电极106均为球形电极。球形电极也避免了电极上存在尖锐的边角，清洁起来也更加方便，洁净程度更有保障，进行植入机体时的操作也更加方便。球形的电极表面将在360°的方向上存在电场，使得电场存在的范围更广，进而提高肿瘤细胞被全部覆盖的几率，使肿瘤的治疗效果更好。医护人员可以在手术切除肿瘤的同时(手术切除肿瘤大部分，尽可能保留脑功能区脑组织)，术中直接在肿瘤残腔植入本实施例提供的内置电极，不需要频繁更换治疗设备，亦不要求病人改变外观，对提高患者生存质量，减少治疗花费具有重要的理论和实践意义。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种肿瘤治疗仪，其特征在于，包括电源、内置正电极和内置负电极，所述电源的正极和所述内置正电极相连，所述电源的负极和所述内置负电极相连，所述内置正电极和/或所述内置负电极为球形电极。

2.根据权利要求1所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述内置正电极的材料和所述内置负电极的材料均包括金属钛。

3.根据权利要求1所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述内置正电极和所述内置负电极均为绝缘电极，所述绝缘电极内部为导电材料，外表面为绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述电源为植入性电池。

5.根据权利要求1所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述肿瘤治疗仪包括纳秒脉冲电场发生器。

6.根据权利要求1所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述肿瘤治疗仪中的传输线均为微带线。

7.根据权利要求1-6任一项所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述肿瘤治疗仪包括多对电极，每对电极均包括所述内置正电极和所述内置负电极。

8.根据权利要求7所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述肿瘤治疗仪还包括控制单元、调频单元、调幅单元、功率放大单元、分配单元；所述调频单元、所述调幅单元、所述功率放大单元、所述分配单元及所述电极依次电连接，所述控制单元分别与调所述频单元、所述调幅单元、所述功率放大单元以及所述分配单元电连接，所述控制单元用于控制所述调幅单元根据所述调频单元发出的调频信号发出调幅波信号，并通过功率放大单元和分配单元将所述调幅波信号传递至所述电极，使所述电极产生预设调幅电场。

9.根据权利要求8所述的肿瘤治疗仪，其特征在于，所述调频单元包括数字频率合成器或由变容二极管组成的调频电路。

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