专利名称：电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于破坏生物组织、适合肿瘤组织如癌症的电极。电极的顶部或头部基本上是球形的，以便得到对称的圆形破坏区。
生物组织的一种处理方式是癌症的电化学处理(ECT)，它是一种说明更确切些尚未开发的去除生物组织的方法。要想认可该方法，就必须更好地了解这种电化学处理的机制。作为一种临床上可行的疗法，有关生物组织破坏机制和对处理过程非常重要的参数不清楚已经阻碍了ECT的发展。为了了解ECT机制并研制出一种有效的辐射剂量测定方法，1993年瑞典成立了一个交叉学科研究小组。
在癌症的电化学处理(ECT)中，用直流电对生物组织进行处理。优选地阳极放置在生物组织中，阴极放置在血管或新鲜的周围组织中。当采用铂电极时，主要反应是水的分解，同时还有组织中被溶解物质的氧化还原。随后，在阳极放出氧气，并发生酸化且生成氯(1)(2)在阴极，水被分解成氢气和氢氧根离子(3)在阳极和阴极产生的各种离子都会转移到周围的组织中去，主要凭借扩散和迁移进行转移。通常在靠近阳极的组织中，pH值低于1，而在阴极测得的pH值大约为12。由于形成了酸性和碱性羟高铁血红素(hematin)，处理后的组织变成了暗褐色。在电解过程中，通常电流密度大约为10-2-10-1A/cm2，阳极和阴极之间的电压大约为5-15V。ECT的毒性和破坏作用被认为是阳极区的强酸化和靠近阳极组织组成物的氯化，以及电场引发的电絮凝和其它可能效果引起的。
为了维持氧气逸出和阳极周围的酸化，先决条件是ECT电极要有较高的电流密度。为此，电极材料和几何形状是ECT处理中的关键要素。例如，用不锈钢制成的电极不适合维持氧气的逸出，以及阳极周围的酸化。至于几何形状，针形和锥形头电极会使电流分布不均匀，导致组织中出现椭圆形和不可预见形的破坏区。
用于刺激心脏或其它肌肉的心内电极不能用于破坏生物组织。心内电极采用低电流密度的脉冲电流。开始时，电流密度大约是10-3A/cm2，但迅速变成大约10-5A/cm2。如果心内治疗的目的仅仅是慢慢刺激某种组织的神经，则电流密度将低至10-5A/cm2-10-7A/cm2范围内。此外，心内电极的形状和材料也不同于破坏生物组织的电极。而且，它的锥形端部和整体结构，使丝状电极的机械稳定性经常很差，这意味着丝状电极只能使用几次。
US-A-4,677,990涉及一种带有柔软电导体的心内电极，假设它有任意的弯曲或外形。
EP-B1-0038484公开了一种心内刺激心脏的心内电极。该电极由多个柔软材料的环组成，并固定在电极头上。目的是将电极固定在心脏壁上。
EP-A-316995涉及一种处理身体组织的电极。该电极由穿过绝缘材料管的铂丝制成。通过缠绕铂丝的末端形成电极的头部。
ECT治疗的目的是得到均匀、对称和可再现的破坏区。通过采用本发明的电极能实现该目的。
根据本发明，通过提供破坏生物组织的电极可解决上述问题，该电极包括一具有第一厚度的电导体，其配备有第二厚度的电绝缘，电导体的一端与电流源相连，而另一端与电极头相连，此处电极头用于为生物组织的待处理区提供电流，其中电极头基本上是一具有一定直径的球体，球体的直径等于或大于上述第一厚度。
本发明电极的优点最重要的是能产生一个基本上对称的圆形破坏区。这是因为采用本发明的球形电极头，能产生均匀的电流分布。一个很大的优点是可预测破坏区。此外，本发明新型电极的机械稳定性优于传统电极，这使得电极可使用多次才需废弃。此外，这种新型结构的电极开创了广泛使用的可能性。
根据本发明，优选地电极头是具有一定直径的光滑而规则的球形、球体或球。重要的是球的直径要等于或大于电导体的厚度，以便得到均匀的电流分布，致使生物组织中的破坏区对称。优选地，球的直径大于电导体的厚度。这是由于厚度大于电极头或球的电导体，其在治疗时可起电流屏蔽的作用。然而，覆盖电导体的电绝缘的外径厚度可与球形头部的直径相同，但是最好包括绝缘覆盖层在内的电导体的厚度小于球的直径。电绝缘可以是氟塑料，如PTFE、PVDF、PFA、FEP、特氟隆或其它适合或类似的塑料材料。合适的球直径大约在0.1mm-5mm范围内，优选地大约在0.5mm-3mm范围内，更优选地在0.75mm-1.5mm范围内。尽管球体基本上是圆形的，但球体应当在所谓的两极稍稍有些扁平。优选地包括电极绝缘层厚度在内的电导体的厚度小于球的直径。电导体的厚度可大约在0.05mm-4.5mm范围内，但是它总是要稍稍小于球形电极头的直径。合适的电导体厚度在大约0.2mm-2.0mm范围内，优选地在大约0.5mm-1mm范围内。
与传统心内丝状电极使用的脉冲电流相反，本发明的电极最好使用恒定的直流电流(DC)，即基本上没有变化的直流电流(与脉冲电流相反)。施加在本发明电极上的合适的电流密度大约在10-4A/cm2-1A/cm2范围内，优选地大约在10-4A/cm2-5×10-1A/cm2范围内，更优选地大约在10-3A/cm2-5×10-1A/cm2范围内。本发明的电极可与直流电源相连，而用作阳极。随后，在电流密度大约为10-4A/cm2-5×10-1A/cm2的范围内，可操作与DC电源相连的电极。
合适的电极总长度要小于大约500mm，但是要超过大约100mm。其长度最好在大约150mm-250mm的范围内。在与电极头相对的电极的另一端，该电极与电流源(电源)相连。
当电极用作阳极时，可使用一种或多种贵金属，可单独使用或以任何混合物的形式使用。作为阳极的基本材料，适于使用的贵金属包括钛、钽、锆或铌，但是必须设置一个覆盖层。优选地将锆、钯、铂或铱或它们的混合物用作阳极的基本材料，但还可以仅用单一材料。可在阳极表面覆盖一层电催化活性剂和/或选择材料。该层的合适材料例如贵金属的氧化物或铂，但是根据在阳极希望发生的反应，还可以使用其它氧化物如氧化锡。作为这种钛上覆盖层的例子，在瑞典专利345,396、345,970和349,952中描述了贵金属氧化物或其混合物的例子，以及其它氧化物或金属覆盖层的例子。合适的钛阳极覆盖层可以是Pt、TiO2+RuO2、TiO2+IrO2或其混合物，或其它贵金属的氧化物。此外，还可以在阳极覆盖石墨、金刚石或其它各种结构的高碳化合物。例如对于金刚石，可通过CVD-法(化学汽相淀积)覆盖阳极，并搀杂硼或其它合适的材料。还可以用磁铁矿(Fe3O4)作阳极覆盖层。
可在球形头部或电导体或者甚至整个阳极设置上述材料。合适地是只有阳极的球形头部用钛、铂铑、钯或贵金属的氧化物覆盖，而其电导体只用钛制成。优选地电导体用钛制成，且阳极的球形头部用铂制成，并焊接在钛电导体上。
当将该电极用作阴极时，阴极的合适材料包括铂、铱或它们的合金。
根据本发明的一个实施例，电极的球形头部是电极的一个可更换的独立部分。电极的球形头部可焊接在电导体的末端。合适的方案是在球体上配置有螺纹插口，这意味着球体容易被更换。用这种方式，为了达到希望的治疗效果，球形头部可用各种材料制成，或者覆盖有各种合金，并选择不同的电极用于不同的生物组织的处理。
在另一实施例中，电极可设置用于向待处理的组织区提供盐溶液的内部管道。例如，可在电导体和电极的球形端设置一个或多个内部管道。合适方案的是在球体上设置几个管道，它们在球体的表面周围呈现均匀分布。盐溶液可以是生理盐水溶液。
根据本发明的另一实施例，电极的球形头部可包含几根被制成准球形头部的细丝，开始将这种细丝沿电导体的延长部分平行排列，细丝的每个末端分别固定在电导体的最外端，即电极顶部。上述细丝的另一端可相对电导体自由移动。结果，细丝可移动的自由端被固定在例如外套管或类似物的底部，围绕电导体并与电导体的顶部有很短的距离。可用某种方式使上述外套管适应电导体顶部的方向起作用，上述细丝稳定地固定在此，由此用几根细丝形成了直立的球形头部。用这种方式，可得到扁球形或椭圆形的几何形状。当开始用电极接触身体时，根据本发明的实施例，优选地将细丝沿电极的电导体配置，为使身体组织所受的影响尽可能最小，这样作是有利的。当将电极固定在待处理区内时，上述外套管受细丝的影响形成球形头部。合适地这种所谓准球形至少包括大约2根细丝，更合适地包括大约4根细丝，优选地包括大约为8-16根细丝。细丝的厚度小于电导体。
本发明还涉及一种用上述ECT电极对生物组织、适合肿瘤进行医学处理方法。该方法使用一种电极头为球形的、直径大于或等于上述电极电导体厚度的电极。根据该方法，将至少一个由电极头部(4)和电导体(2)组成的第一电极插入人体，并固定在上述待处理区内，至少使一个第二电极电连接到上述第一电极上，上述第一电极电导体(2)具有第一厚度(t1)，配备有电绝缘体的厚度为第二厚度(t2)，上述电导体的一端与电源相连，另一端与电极头(4)相连，此处电极头用于为生物组织的待处理区提供电流，电极头(4)基本上是具有一定直径(D)的球体(5、10)，球体的上述直径等于或大于上述第一厚度(t1)。上述第一电极可用作阳极或阴极。优选地上述第二电极插入并固定在距阳极合适的距离处。优选地借助于恒流电源，使具有合适的电流密度在大约10-4A/cm2-1A/cm2范围内的直流电从电极之间穿过。根据希望的结果和具体的组织选择合适的处理时间。
下面参照附图更详细地描述本发明的内容。然而，本发明并不限于所示的实施例，在权利要求范围内本发明可有许多变化。
下面参照附图描述本发明的最佳实施例。
图1是本发明用于处理生物组织的带有球形头部的电极的断面图。图2是根据本发明一实施例的可更换球形电极头部的侧面图。图3表示一丝状电极(3a)和一球形电极(3b)，在下面的实施例中将进行比较。
图1表示的是本发明用于破坏生物组织的电极(1)，它包括一具有一定厚度(t1)的电导体(2)，该电极还配置有一具有一定厚度(t2)的电绝缘(3)。电导体的一端与电源相连，电导体的另一端与电极头(4)相连。电极头(4)是一个具有一定直径(D)的球体(5)。上述球体的直径大于上述厚度(t1)。
图2表示的是根据本发明一实施例的带有球形头部(10)的ECT-电极，其上配置有螺纹插口(11)。该球体可被拧下，换上另一个球形头部，可有不同的材料和结构。
实例所有步骤都遵照瑞典“Djurfrsksetiska Nmndens”(国家规定)，决策C112/96。四个由瑞典Charles River养育的雌性成年CD鼠，在其重量大约350g时用于该试验。通过腹膜内注射Dormicum/Hypnorm进行麻醉。两个用于试验的电极的几何形状(见图3)分别是丝状电极(见图3a)和球形电极(见图3b)，它们都是由Pt∶Ir(9∶1)制成的。用丝状电极处理两只老鼠，用球形电极处理两只老鼠。丝状电极(见图3a)的有效部分长15mm，直径为0.2mm。其余丝表面用特氟隆绝缘。电极的项部制成1mm的圆环，以便将电极固定在组织中。球形电极(见图3b)的直径为1mm。球体与直径为0.5mm的Pt∶Ir(9∶1)手柄汇合在一起。手柄用特氟隆绝缘。将阳极固定在右侧的第四个乳腺(dx 4)中，由耐久导管来操纵。阴极用同样方式固定在左侧的第四乳腺(sin 4)中。电极沿老鼠的长度平行放置。电极之间的距离在52-65mm之间变化。借助于一个恒流电源，使电流密度为5×10-3A的直流电流穿过两电极流动。在处理开始和结束时，要使用线性电流等变率(ramp)，以避免肌肉抽动。电流等变率的长度是2分钟。总时间是52分钟，相应地通过电极之间的总电荷是15库仑。连续监测阳极和阴极之间的电压，使之通常为大约6-10V。在电解后，通过心内注射喷妥撒钠，使老鼠身体正常(eustarinsed)。然后用肉眼测量暗褐色的破坏区。从上面穿过皮肤(如图3所示)测量阳极和阴极破坏区。从丝状电极的顶部定位5mm的测量半径R1和R2。用丝状电极(见图3a)情况下的特征尺寸R1、R2和L，以及用球形电极(见图3b)情况下的特征尺寸R和L列于下表1和2中。应当强调指出的是，老鼠的乳房组织不是球形的，而是相当平的，其深度大约为5mm。因此，破坏区的形状很象具有大约相同深度的盘子。表1
表1给出了采用丝状电极时肉眼测得的破坏区的尺寸。从上述结果可以看出，半径(R1和R2)大约是破坏区长度(L)的一半到三分之一，其形状如椭圆形。此外，该椭圆形是不均匀且不规则的。表2
表2给出了采用球形电极时，肉眼测得的破坏区的尺寸。可以看出，半径(R)和长度(L)近于相关。因此，破坏区几乎是圆形的。
当采用丝状电极时，破坏区的形状是不规则的椭圆形，且在阴极不能重复生物组织的破坏。这种不规则的几何形状的一个原因是在丝状电极上电流分布不均匀。由于所谓的边界效应，电流密度集中在靠近电极的顶部，因此电流的吸收区(uptake area)在顶部或边界比平面大。这种不规则形状的另一原因是丝状电极很细且柔软，因此很难有良好的精度。而且由于肌肉的抽动，试验过程中会使电极移动。在使用球形电极的情况下，由于其坚固的设计，电极容易使用，破坏区实际上是圆形的。
权利要求
1.一种用于破坏生物组织的电极，该电极包括一具有第一厚度(t1)的电导体(2)，其配备有第二厚度(t2)的电绝缘(3)，上述电导体的一端与电流源相连，另一端与电极头(4)相连，此处电极头用于为生物组织的待处理区提供电流，其特征在于电极头(4)基本上是具有一定直径(D)的球体(5、10)，球体的上述直径等于或大于上述第一厚度(t1)。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于上述球体的直径(D)大于上述第一厚度(t1)。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于上述电极用作阳极。
4.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于上述电极用作阴极。
5.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于施加在电极上的电流密度在大约10-4A/cm2-5×10-1A/cm2范围内。
6.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于施加恒定的直流电。
7.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于该球直径(D)大约在0.5mm-3mm范围内，电导体的厚度(t1)大约在0.2mm-2.0mm范围内，其中所述厚度小于球形电极头的直径(D)。
8.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于至少电极的球形头部(4,5,10)由铂或铱或其混合物制成。
9.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于该球形头部是可更换的并配置有螺纹插口。
10.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于该电极设置有用于向待处理的组织区提供盐溶液的内部管道。
11.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于该电极与一直流电源相连而用作阳极。
12.如上述任一权利要求所述的电极，其特征在于该电极与一直流电源相连，并在电流密度大约为10-4A/cm2-5×10-1A/cm2的范围内进行操作。
全文摘要
本发明涉及一种用于破坏生物组织、适合肿瘤组织如癌症的电极。已有技术的电极存在各种缺点,如不均匀的电流分布,造成生物组织中椭圆形和不可预见性的破坏区。本发明提供的电极包括一具有第一厚度(t
文档编号A61N1/40GK1218698SQ9812139
公开日1999年6月9日 申请日期1998年10月21日 优先权日1997年10月21日
发明者埃瓦·尼尔森, 加克·布伦德森 申请人:阿克佐诺贝尔公司