小型腫瘤冷熱交替治療系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及性能提高研究.pdf

1、過去三十年已有研究證實(shí)冷熱交替治療對(duì)于惡性腫瘤治療的有效性。冷凍治療后的射頻（Radio Frequency，RF）加熱能夠顯著擴(kuò)大腫瘤的殺傷區(qū)域，破壞腫瘤微血管并引發(fā)機(jī)體的免疫響應(yīng)，有效降低腫瘤復(fù)發(fā)率，提高惡性腫瘤的治愈率。基于此治療機(jī)制，目前國(guó)內(nèi)外已有研究者成功研制出可以進(jìn)行冷熱結(jié)合治療的設(shè)備用于實(shí)驗(yàn)或臨床，本實(shí)驗(yàn)室也自主研發(fā)出一套結(jié)合射頻加熱和液氮冷凍的新型冷熱交替治療儀，可實(shí)現(xiàn)體表和深部的腫瘤的治療。前期研究表明目前該治療儀已經(jīng)

2、能夠?qū)崿F(xiàn)腫瘤局部的快速升溫和降溫，使得冷熱交替治療在體殺傷腫瘤細(xì)胞成為了可能，同時(shí)在小鼠4T1腫瘤模型了取得了較好的治療效果。
　　然而目前該設(shè)備還存在若干問題亟需解決，如系統(tǒng)體積龐大，冷凍治療過程中液氮損耗相當(dāng)嚴(yán)重以及由于系統(tǒng)硬件上的缺陷，即開關(guān)式低溫電磁閥相應(yīng)慢且難以實(shí)現(xiàn)液氮流量的連續(xù)變化，導(dǎo)致冷療溫度控制算法上的不完善，因此不能很好滿足臨床的要求。同時(shí)小鼠實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)冷凍治療后的生物組織阻抗顯著升高導(dǎo)致冰凍區(qū)域吸收RF能力

3、大大減少，只能依靠自然復(fù)溫，因此大大增加患者的治療時(shí)間。
　　為了解決上述問題，本文基于目前實(shí)驗(yàn)室在冷熱交替治療儀的開發(fā)基礎(chǔ)上，成功設(shè)計(jì)出一套小型腫瘤冷熱交替治療系統(tǒng)，重點(diǎn)探索了低溫真空泵代替高壓液氮罐輸送液氮進(jìn)行冷凍治療的可行性和配套的冷療模糊 PID控制器的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過管路通道的優(yōu)選，該策略不僅能夠保持原有系統(tǒng)的制冷速率，又能大大縮小原有系統(tǒng)的體積并節(jié)省液氮使用。同時(shí)，冷療模糊 PID控制器能夠保證仿體和離題豬肝

4、的冷凍實(shí)驗(yàn)中溫度穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到1℃以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了溫度精確控制。
　　針對(duì)冷凍后射頻加熱慢的問題，本文首先研究了低溫條件下冷凍組織對(duì)射頻能量吸收的特點(diǎn)，同時(shí)嘗試采用提高冷凍組織鹽離子濃度的方法來提高其對(duì)射頻能力的吸收RF。實(shí)驗(yàn)獲得了冰點(diǎn)以下，不同起始溫度（-19℃至-7℃）以及不同鹽離子濃度（0.9％至2.7%）的仿生物組織膠體對(duì)RF的比吸收率（Specific Absorption Rate，SAR）的規(guī)律。同時(shí)研究獲得了冰凍組織在不

5、同溫度條件下（-20℃至-5℃）以及不同鹽離子濃度（0.9%至3.6%）的電導(dǎo)率，探索鹽離子濃度的改變對(duì)電導(dǎo)率的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在冰點(diǎn)以下時(shí)，同一濃度的生物組織吸收RF的能力隨溫度上升而增加，且增加速度也隨之上升。相應(yīng)的，同一濃度的生物組織的電導(dǎo)率隨溫度上升而增加，且增加速度也隨之上升。在相同的溫度下，冷凍生物組織吸收RF的能力隨鹽離子濃度的增加而增加。在溫度為-19℃，射頻電壓為50V時(shí)，鹽離子濃度為2.7%的膠體吸收RF的能