CN110368591A - 微电波治癌烤疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电波治癌烤疗仪，属于电磁治癌技术领域。包括电磁波发生装置、电磁波定向装置、最佳电磁波照射量计算装置和电磁波输出控制装置，所述电磁波输出控制装置与所述电磁波发生装置电连，电磁波发生装置输出ISM频段的电磁波，最佳电磁波照射量计算装置依据电磁波照射量和肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数计算得出诱发体表肿瘤细胞凋亡的照射量。能够计算得出最佳电磁波照射量，并经过电磁波定向装置定向输出，对肿瘤部分进行定量、精准照射，提高治疗效果。

Description

微电波治癌烤疗仪

技术领域

本发明涉及一种微电波治癌烤疗仪，属于电磁治癌技术领域。

背景技术

热疗指通过将身体的某一部分加热到39-43℃左右的方法来治疗肿瘤等疾病的治疗方式。通常利用RF波、微波等電磁波来进行加热。

电磁波热疗的原理如下：电磁波照射可使细胞电子振动，分子之间互相摩擦产生热量，加热正常细胞及癌细胞。正常细胞加热后，会通过正常血管的血液流动迅速降低到正常温度。而癌细胞中水分多，血管脆弱，血流量少，容易加热但难以降温。因此，只有癌细胞会因加热被破坏。同时，热疗可通过加热正常细胞，在提高免疫力的同时促进血液运行，提高体内各器官的活跃性。但过量照射可能会使正常细胞受到热损伤。

如何在防止过量照射的同时，有效进行热疗，目前已经提出了很多方案。

例如，现有的一种为针对恶性肿瘤的热疗系统。该系统使用强度为0.5-9T的静磁场，通过MR温度图检测温度的提升，实现了对42-43℃下的热疗监控，使用0．4-3GHz的微波发生器产生微波，利用电源开关的断续性ON＆OFF来控制目标部位的加热温度。

还有一种热疗装置，由可输出电磁波的电磁波发生装置和将由此产生的电磁波照射到活体上的照射装置组成。在电磁波发生装置中，加入了每隔一段时间检测加热部位温度的温度测量装置以及可以降低输出量的控制装置，当温度测量装置检测到活体温度超过预先设定的温度时，输出控制装置可控制并降低前述电磁波产生装置的输出量。

此外还有一种利用微波治疗皮肤组织的治疗装置，由定位治疗部位的治疗面、前述治疗面上的多个放射器件以及将微波能量传输到前述放射器件的供电装置组成。前述放射器件可作为电磁场，将微波能量通过前述治疗面辐射出去，治疗过程中，可产生均匀电磁场，以渗透到治疗部位的预先设定深度。另外热疗加热装置中还配备有动态阻抗整合单元，可基于监视单元的监测信息，将放射器件的阻抗与待治疗部位的皮肤组织阻抗进行整合，控制功率放大器的输出电量。

虽然上述方法实现了热疗技术，但是仍然存在着种种不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种微电波治癌烤疗仪，能够计算得出最佳电磁波照射量，并经过电磁波定向装置定向输出，对肿瘤部分进行定量、精准照射，提高治疗效果。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

微电波治癌烤疗仪，包括电磁波发生装置、电磁波定向装置、最佳电磁波照射量计算装置和电磁波输出控制装置，所述电磁波输出控制装置与所述电磁波发生装置电连，电磁波发生装置输出ISM频段的电磁波，最佳电磁波照射量计算装置依据电磁波照射量和肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数计算得出诱发体表肿瘤细胞凋亡的照射量。

作为优选实例，还包括活体固定装置。

作为优选实例，计算诱发体表细胞凋亡的照射量的过程为:

利用ISM频段的电磁波照射移植肿瘤细胞后的培养基，测定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系，确定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数，利用该关系近似函数计算出诱发体表肿瘤细胞凋亡的最佳电磁波照射量。

作为优选实例，所述关系近似函数为基于单击多靶模型或直线二次曲线模型的函数。

作为优选实例，照射移植肿瘤细胞的电磁波的中心频率为2450MHz。

作为优选实例，其中关系近似函数包括已移植肿瘤细胞的培养基的大小与体表肿瘤细胞大小之间的关系、肿瘤细胞生存率与已移植肿瘤细胞的培养基的大小之间的关系和/或肿瘤细胞生存率与体表肿瘤细胞的大小之间的关系。

作为优选实例，其中关系近似函数包括电磁波照射量与培养基温度之间的关系和/或肿瘤细胞生存率与培养基温度之间的关系。

本发明的有益效果是: 能够计算得出最佳电磁波照射量，并经过电磁波定向装置定向输出，对肿瘤部分进行定量、精准照射，提高治疗效果。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为电磁波照射量（周期数）与肿瘤细胞生存率之间的关系示意图；

图3为电磁波照射量（周期数）与温度之间的关系示意图；

图4为电磁波照射对肿瘤细胞繁殖率的影响示意图；

图5为本发明实施示意图；

图6为温度和癌细胞杀死量之间的关系示意图；

图7为不同治疗手段之间的治疗效果对比示意图；

图8为不同治疗手段之间的治疗效果对比表。

图中：微电波治癌烤疗仪1，操作员2，动物3，手术台4。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，微电波治癌烤疗仪，包括电磁波发生装置、电磁波定向装置、最佳电磁波照射量计算装置和电磁波输出控制装置，所述电磁波输出控制装置与所述电磁波发生装置电连，电磁波发生装置输出ISM频段的电磁波，最佳电磁波照射量计算装置依据电磁波照射量和肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数计算得出诱发体表肿瘤细胞凋亡的照射量。

进一步的，还包括活体固定装置，对实验体进行固定。

进一步的，计算诱发体表细胞凋亡的照射量的过程为:

利用ISM频段的电磁波照射移植肿瘤细胞后的培养基，测定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系，确定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数，利用该关系近似函数计算出诱发体表肿瘤细胞凋亡的最佳电磁波照射量。

进一步的，所述关系近似函数为基于单击多靶模型或直线二次曲线模型的函数。

进一步的，照射移植肿瘤细胞的电磁波的中心频率为2450MHz。

进一步的，其中关系近似函数包括已移植肿瘤细胞的培养基的大小与体表肿瘤细胞大小之间的关系、肿瘤细胞生存率与已移植肿瘤细胞的培养基的大小之间的关系和/或肿瘤细胞生存率与体表肿瘤细胞的大小之间的关系。

进一步的，其中关系近似函数包括电磁波照射量与培养基温度之间的关系和/或肿瘤细胞生存率与培养基温度之间的关系。

ISM频段的电磁波为ITU（国际电信联盟）指定的工业、科学、医疗专用电磁波频段。具体来讲，即中心频率为433.920MHz、915.000MHz、2450MHz、5800MHz、24125MHz、61250MHz、122500MHz或245000MHz波段的电磁波。其中，可产生2450MHz波段电磁波的小型轻便内置永久磁石型磁控管价格便宜，易入手，比较常用。ISM频段的电磁波可渗透到体表下数厘米-数十厘米的深度，适合体表肿瘤的治疗。

本发明中所使用的肿瘤细胞没有特殊限制，建议使用体表的恶性黑色肿瘤（黑色素瘤）细胞。黑色素瘤容易出现在皮肤、眼窝内组织、口腔粘膜上皮等部位。培养基可使用细胞培养中使用的一般器械，没有特殊限制。接种的肿瘤细胞菌落数最好为100个左右。培养基容量可使用2ML或4ML，没有特殊限制。

电磁波可采用间歇照射或连续照射，考虑到温度调节的难易度，推荐间歇照射。间歇照射以照射和停止为一个周期，重复多个周期进行。每个周期中照射时间和停止时间按需求设定。例如，照射7秒后停止3秒，这是一个周期，后续重复多个周期。电磁波发射功率推荐200W-10kW，或者300W-1kW，最好是400W-800W。电磁波照射期间，可能会产生电波干涉，有可能影响计量设备。因此，最好设定程序，在停止发射电磁波的时间段内，使用计量设备来测定温度等数据。另外，MRI温度测量法（二川《利用MRI的非侵袭性温度测量及诱电加热》参考国土馆大学理工学部纪要第7号（2014））和光纤温度计测量法（肥后等《微波加热的温度特性分类（第2报）各类食品的升温速度》参照日本家政学会志Vol.41 No.8733-743 (1990)等）基本上不会受到电磁波的影响，推荐使用。

针对移植到培养基中的肿瘤细胞，照射一定量的电磁波，比如照射7秒停止3秒为一个周期，间歇照射1-10个周期。推荐在培养基的对向两侧放置电磁波照射装置1。之后，经过一定时间，比如12小时后，查看存活菌落的数量。通过这些测量数据，可以得出如图2所示的电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系。

接下来，确定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间关系的关系近似函数。其可为单击单靶模型（SF＝exp(a×Dose))、单击多靶模型（SF＝1−(1−exp(−a×Dose))b）、指数函数模型（SF＝a×bDose）、直线-2次曲线模型（SF＝exp(−(a×Dose＋b×Dose2))）、LQ模型（SF＝exp(−(a×Dose＋b×Dose2＋c×Dose3))）、RCR模型（SF＝exp(−a×Dose)＋b×Dose×exp(−c×Dose)）等非线性函数。其中，推荐单击多靶模型及直线-2次曲线模型，最好为单击多靶模型。

下面利用该函数计算得出可诱发体表肿瘤细胞凋亡的最佳电磁波照射量。例如，单击多靶模型下，达到生存率SF所需的照射量Dose可通过算式Dose＝log(1−exp(log(1−SF)/b))/−a得出。直线-2次曲线模型下，达到生存率SF所需的照射量Dose，可通过Dose＝((a2−4×b×log(SF))1/2−a)/(2×b)计算得出。

计算得出（培养基2ml）单击多靶模型下，达到50％生存率所需的2450MHz波段电磁波的照射量约为1.5个周期。由此可推测2ml培养基、2450MHz波段电磁波的照射量为2周期时，肿瘤细胞的生存率为50%以下。计算得出（培养基4ml）单击多靶模型下，达到50%生存率所需的2450MHz波段电磁波的照射量约为4.5个周期，由此可推测4ml培养基、2450MHz波段电磁波照射5个周期后，肿瘤细胞的生存率为50%以下。进一步可推测，培养基4ML、2450MHz波段电磁波照射9个周期后的肿瘤细胞的生存率为百分之几。由此可看出培养基容量（大小）与肿瘤的大小之间具有相关性。本发明建议在近似函数中涵盖已移植肿瘤细胞的培养基的大小与体表肿瘤细胞的大小之间的关系、肿瘤细胞生存率与已移植肿瘤细胞的培养基的大小之间的关系、及/或肿瘤细胞生存率与体表肿瘤细胞的大小之间的关系。测量体表肿瘤的大小，利用上述电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数、以及已移植肿瘤细胞的培养基的大小与体表肿瘤细胞的大小之间的关系、肿瘤细胞生存率与已移植肿瘤细胞的培养基大小之间的关系及/或肿瘤细胞生存率与体表肿瘤细胞的大小之间的关系近似函数来计算得出可以诱发肿瘤细胞凋亡的最佳电磁波照射量。

针对4ml培养基，实施照射7秒停止3秒的间歇照射后， 5个周期照射量下，培养基的温度为33.8℃，9个周期的照射量下，培养基的温度为43.3℃。本发明的函数近似关系中，建议包含电磁波照射量与培养基温度之间的关系及/或肿瘤细胞生存率与培养基温度之间的关系。过度加热（例如：加热导致细胞温度超过60℃）会因急性热损伤导致细胞坏死。因此，为防止急性热损伤，需要根据前述电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数、电磁波照射量与培养基温度之间的关系、及/或肿瘤细胞生存率与培养基温度之间的关系近似函数、以及如有需要，已移植肿瘤细胞的培养基的大小与体表肿瘤细胞的大小的关系、肿瘤细胞生存率与已移植肿瘤细胞培养基的大小之间的关系、及/或肿瘤细胞生存率与体表肿瘤细胞的大小之间的关系近似函数来计算得出最佳照射量。

如图6所示，培养基的温度变化与癌细胞杀死量之间的关系示意图。

照射量的调节可通过更改电磁波输出、更改1个周期内的照射时间和停止时间、更改周期数等方式实现。

将106个（3ul）恶性黑色肿瘤细胞移植到小鼠的左后肢，繁殖12天。第12天，用2450MHz波段的电磁波（500W，100V）间歇照射9个周期，每个周期照射7秒停止3秒。之后计算恶性黑色肿瘤细胞的增殖率。并同时计算未照射的恶性黑色肿瘤细胞的增殖率。该9个周期的间歇照射根据（培养基4ml）中单击多靶模型的函数计算出来的生存率为**百分比的照射条件。结果如图4所示。照射9个周期后，可将肿瘤细胞的增殖延迟1-2天。因恶性黑色肿瘤细胞的细胞周期为18-24小时左右，如果每天都照射9个周期，有可能会使肿瘤细胞完全坏死。同时，在实施照射时，电磁波照射装置1放置在了小鼠对向的两侧位置。

为提高电磁波的定向性，可使用抛物面天线或偶极天线等定向性天线。

关于确定照射量的方式，可将根据电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数计算诱发体表肿瘤细胞凋亡的最佳电磁波照射量的方法制作成程序，安装到个人电脑等数字设备中。函数如前文所述。为防止电磁波产生设备的电磁干扰，最好选用防辐射的计算机等数字设备。

关于电磁波辐射量的调节方法，只要可以调节电磁波产生装置的输入电流方式即可，没有特殊限制。例如：开关、电子阻抗器、闸流管等公知的电气器件或电子器件。

应根据肿瘤细胞在身体上的部位，选择合适的照射位置，以保证电磁波可以渗透到体表肿瘤细胞中。

如图5所示，在治疗对象是狗或猫等动物3的情况下，将动物3放在手术台4上，帮助固定的操作员2负责固定动物3并通过本发明所提供的微电波治癌烤疗仪1照射。为防止电磁波照射到操作员2身上，建议操作员2穿戴防辐射材料的手套或手术服。动物3也应穿戴防辐射材质的手术衣、笼头等，以防止电磁波辐射到肿瘤细胞以外的部位。使用无线电（数MHz-数十MHz）热疗法时，需要照射60-90分钟才能发挥效果。而本发明下的ISM频段电磁波照射法，仅需数十秒-数百米的极短的时间就可以降低肿瘤细胞的生存率，不需要对动物3实施麻醉。

如图7、图8所示，多种治疗手段之间单独或组合治疗形成的效果差异，本发明提供的装置和方法起到了明显的治疗作用，图中的温热疗法即为本基于本发明进行照射治疗的方法。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.微电波治癌烤疗仪，其特征在于:包括电磁波发生装置、电磁波定向装置、最佳电磁波照射量计算装置和电磁波输出控制装置，所述电磁波输出控制装置与所述电磁波发生装置电连，电磁波发生装置输出ISM频段的电磁波，最佳电磁波照射量计算装置依据电磁波照射量和肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数计算得出诱发体表肿瘤细胞凋亡的照射量。

2.根据权利要求1所述的微电波治癌烤疗仪，其特征在于:还包括活体固定装置。

3.根据权利要求1所述的微电波治癌烤疗仪，其特征在于:计算诱发体表细胞凋亡的照射量的过程为:

利用ISM频段的电磁波照射移植肿瘤细胞后的培养基，测定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系，确定电磁波照射量与肿瘤细胞生存率之间的关系近似函数，利用该关系近似函数计算出诱发体表肿瘤细胞凋亡的最佳电磁波照射量。

4.根据权利要求3所述的微电波治癌烤疗仪，其特征在于:所述关系近似函数为基于单击多靶模型或直线二次曲线模型的函数。

5.根据权利要求3或4所述的微电波治癌烤疗仪，其特征在于:照射移植肿瘤细胞的电磁波的中心频率为2450MHz。

6.根据权利要求3或4或5所述的微电波治癌烤疗仪，其特征在于:其中关系近似函数包括已移植肿瘤细胞的培养基的大小与体表肿瘤细胞大小之间的关系、肿瘤细胞生存率与已移植肿瘤细胞的培养基的大小之间的关系和/或肿瘤细胞生存率与体表肿瘤细胞的大小之间的关系。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的微电波治癌烤疗仪，其特征在于:其中关系近似函数包括电磁波照射量与培养基温度之间的关系和/或肿瘤细胞生存率与培养基温度之间的关系。