小型腫瘤冷熱交替治療系統(tǒng)的設計以及性能提高研究.pdf

1、過去三十年已有研究證實冷熱交替治療對于惡性腫瘤治療的有效性。冷凍治療后的射頻（Radio Frequency，RF）加熱能夠顯著擴大腫瘤的殺傷區(qū)域，破壞腫瘤微血管并引發(fā)機體的免疫響應，有效降低腫瘤復發(fā)率，提高惡性腫瘤的治愈率?；诖酥委煓C制，目前國內外已有研究者成功研制出可以進行冷熱結合治療的設備用于實驗或臨床，本實驗室也自主研發(fā)出一套結合射頻加熱和液氮冷凍的新型冷熱交替治療儀，可實現(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、能夠實現(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胞成為了可能，同時在小鼠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嚴重以及由于系統(tǒng)硬件上的缺陷，即開關式低溫電磁閥相應慢且難以實現(xiàn)液氮流量的連續(xù)變化，導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。同時小鼠實驗過程中發(fā)現(xiàn)冷凍治療后的生物組織阻抗顯著升高導致冰凍區(qū)域吸收RF能力

3、大大減少，只能依靠自然復溫，因此大大增加患者的治療時間。
　　為了解決上述問題，本文基于目前實驗室在冷熱交替治療儀的開發(fā)基礎上，成功設計出一套小型腫瘤冷熱交替治療系統(tǒng)，重點探索了低溫真空泵代替高壓液氮罐輸送液氮進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。實驗結果顯示，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，冷療模糊 PID控制器能夠保證仿體和離題豬肝

4、的冷凍實驗中溫度穩(wěn)態(tài)誤差達到1℃以內，實現(xiàn)了溫度精確控制。
　　針對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射頻能量吸收的特點，同時嘗試采用提高冷凍組織鹽離子濃度的方法來提高其對射頻能力的吸收RF。實驗獲得了冰點以下，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RF的比吸收率（Specific Absorption Rate，SAR）的規(guī)律。同時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%）的電導率，探索鹽離子濃度的改變對電導率的影響規(guī)律。實驗結果顯示，在冰點以下時，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。相應的，同一濃度的生物組織的電導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，鹽離子濃度為2.7%的膠體吸收RF的能