本技术属于医疗设备技术领域,具体涉及一种射频谐振电磁波场实体瘤靶点加热装置及其使用方法。本发明包括射频电源、匹配网络、特斯拉线圈、上极板、下极板和水冷循环散热器;射频电源通过同轴传输线连接到匹配网络,匹配网络能够通过可调电容改变传输线的阻抗特性,从而对特斯拉线圈匹配供电;特斯拉线圈的初级线圈与次级线圈能够发生磁耦合谐振,两极板之间能够随之产生强电场与强磁场。本发明利用特斯拉线圈产生强电场与强磁场,置于电场中的纳米铁颗粒易被磁化、极化而产生加热效果,将含有纳米铁颗粒的溶液注射至实体瘤,再将其放置于两极板中,能够实现对肿瘤细胞加热,促进肿瘤细胞的凋亡。
背景技术
特斯拉线圈是一种使用谐振原理运作的变压器,主要用来生产高压高频低电流的交流电。特斯拉线圈一般由初级谐振线圈和次级谐振线圈组成。特斯拉线圈是利用共振的原理,用两级线圈振荡升压,从放电终端可获得高频高压的交流电,电压击穿空气形成电弧放电的设备,即用高压谐振进行能量转换的高压发生装置。
纳米铁颗粒直径在1nm~100nm,具备低毒性、高稳定性和超强的磁性灵敏度等特点。纳米铁颗粒介电性能好,可与多种生物大分子结合,且在交变磁场中能够迅速升温。在射频电磁场的状态下,纳米铁颗粒选择性地在肿瘤内聚集,可使肿瘤处局部磁场增强、药物滞留时间延长。
癌细胞是突变的人类细胞,相较于正常细胞,其对热的敏感性更高。在42度的温度情况下,癌细胞会因受热而死亡。然而,正常组织细胞的耐热性相对较强,其安全承受的温度极限约为45度。因此,在这样的温度下,我们可以有效破坏肿瘤细胞,同时确保正常组织细胞不被损害。当前,癌症的治疗主要依赖于放射治疗、化学疗法以及外科手术等手段。然而,这些传统方法在治疗过程中,往往会对患者产生一定的副作用,不仅杀死了癌细胞,同时也不可避免地伤害到了正常的细胞,为患者带来额外的身体负担和危害。经检索:
石书芹等人在“恶性肿瘤患者应用体外高频热疗的护理体会[J].河北医药,2010,32(14):1984.”中介绍了一种肿瘤治疗疗法。热疗作为一种肿瘤治疗的“绿色疗法”越来越受到人们的重视,高热(42~43℃)杀伤肿瘤细胞的靶器官是细胞膜,高热导致细胞膜的流动性和通透性发生改变,引起细胞内环境的改变,从而导致细胞死亡。但在热疗过程中热剂量分布具有不均匀性,难以彻底杀灭肿瘤细胞。
郭文娜在“阵列天线结合MOF材料的肿瘤微波热疗技术研究[D].内蒙古科技大学,2021.DOI:10.27724/d.cnki.gnmgk.2020.000576”中设计了一种工作频率为2450MHz的阵列天线及一种升温效果好,毒性低的ZrMOF-Cys纳米粒子。实验表明在工作频率为2450MHz阵列天线产生的电磁场中,ZrMOF-Cys纳米粒子可以将能量集中在肿瘤部位,达到适形热疗的效果,具有良好的肿瘤治疗效果。但其所设计出的大范围加热的阵列天线,在进行长时间的进行热疗的过程中,还是会对周围正常组织造成损伤,且MOF材料的靶向效应较低。
谷宏圆等人在“用分振幅方法实现微波干涉聚焦的探索与研究[D].东北林业大学,2020.DOI:10.27009/d.cnki.gdblu.2020.000840.”中介绍了一种微波聚焦治疗肿瘤的方法,该方法安全可靠,可以精确定位肿瘤的位置,无痛无创。在进行微波热疗的过程中,利用微波聚焦功能,通过微波聚焦装置将能量聚集到生物体内的特定部位,可使特定位置处起到热消融的作用。但使用上述方法聚焦时,常常会因为微波在传输的过程中产生电磁能量损耗问题,导致能量在聚焦到相应的位置上以后,场强强度被减弱,进入特定部位的深度有限,从而使得微波热疗的效果被削弱。
刘金猛在“磁共振引导的超声聚焦系统的研究与实现[D].武汉理工大学,2021.DOI:10.27381/d.cnki.gwlgu.2020.000239”中设计开发一种基于相控阵技术的超声聚焦系统。该系统采用了一种以铁氧体磁环为磁芯的变压器阻抗匹配方法,优化了电路设计,减小了信号在传输过程中的反射。实验表明该超声聚焦系统生成的聚焦声场可以使组织温度明显升高。但在空间多点聚焦的焦点能量较低,磁共振测温法的温度测量误差较大。
刘锦博等人在“Fe3O4磁性纳米颗粒的修饰及在肿瘤治疗中的应用[J].应用化工:DOI:10.16581/j.cnki.issn1671-3206.20240401.016.”中介绍了Fe3O4磁性纳米颗粒的修饰以及在肿瘤治疗中的应用。通过对磁性纳米粒子进行修饰,使其与有机聚合物或无机纳米材料结合在一起,赋予其功能化,显著增加Fe3O4-MNPs的生物相容性、分散性等。但Fe3O4-MNPs的毒理学、体内代谢以及副作用等研究尚未完成,其生态毒性效应常常被忽视,容易对非目标组织或器官产生有害毒性。
公开号为CN208046478U的中国专利文献公开了一种新型特斯拉线圈,使其的频率可以调整,来达到谐振状态,输出较高的电压,但其不适合生物医学领域应用。
公开号为CN103184033B的中国专利文献公开了一种钡铁氧体复合材料的制备方法,制得的钡铁氧体复合材料成分均匀,介电性能良好,但只考虑在高频频段下的性能。
综上所述,传统热疗、微波聚焦和超声聚焦等治疗实体瘤技术方法存在的缺陷,而射频功率源发射的电磁波通常呈发散传输,存在局域聚焦困难的缺点。因此,如何研发出特斯拉线圈产生射频电磁波照射实体瘤靶点加热装置及治疗方法,是目前需要解决的问题。
实现思路