一种肿瘤电场治疗系统及装置的制作方法

本发明属于医疗和保健仪器技术领域，具体涉及一种肿瘤电场治疗系统及装置。

背景技术：

肿瘤治疗电场(tumortreatingfields，ttfields/ttf)，是一种低强度中频交变电场，可阻止某些肿瘤细胞有丝分裂过程中纺锤体微管的形成及细胞分裂期胞内细胞器的分离，诱导有丝分裂期的细胞凋亡，从而实现治疗肿瘤的作用。

与传统的癌症治疗方式相比，ttf具有创新的作用机制。肿瘤细胞的一些生理特性，如几何形状和高频有丝分裂，使其易受ttf的影响。ttf通过在细胞内极性粒子(例如大分子和细胞器)上施加定向力来破坏微管蛋白的正常聚集。这些过程可能导致细胞膜的物理破坏和细胞凋亡。而在细胞有丝分裂末期，卵裂沟的结构形态会导致其周围电场分布不均，同时在ttf影响下，卵裂沟处的电场强度显著增强，细胞中带电物质向卵裂沟移动，使细胞结构的形成受到干扰甚至破坏，最终可导致细胞分裂失败，走向凋亡。

ttf是继手术、放疗、化疗等治疗手段之后全新的肿瘤治疗方法，理论上对所有实体瘤有效。目前体外实验研究已经证明：ttf对多种肿瘤细胞株的增殖有显著抑制作用，如人恶性黑素瘤、神经胶质瘤、肺癌、前列腺癌、乳腺癌，小恶性黑素瘤、神经胶质瘤及腺癌细胞等。

本领域需要的是既能够对已知细胞进行治疗，还能够对无法判断种类的肿瘤细胞进行抑制的系统及装置。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种肿瘤治疗电场系统，包括mcu控制单元、调频信号发生单元、输出电压幅度控制单元、脉冲分配控制单元、功率放大控制单元、电极输出分配单元与温度采集单元、电压反馈单元、电流反馈单元、电源模块、治疗电极、显示按键单元。

作为一种有效的技术方案，所述显示按键单元与mcu控制单元电连接；

所述mcu控制单元分别与调频信号发生单元、输出电压幅度控制单元电连接，所述mcu控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；所述mcu控制单元与电极输出分配单元与温度采集单元双向电连接；

所述调频信号发生单元与脉冲分配控制单元电连接；

所述输出电压幅度控制单元与功率放大控制单元电连接，所述输出电压幅度控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；

所述脉冲分配控制单元与功率放大控制单元电连接；

所述功率放大控制单元与电极输出分配单元与温度采集单元电连接；所述功率放大控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；

所述电极输出分配单元与温度采集单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元电连接；所述电极输出分配单元与温度采集单元与治疗电极双向电连接。

作为一种有效的技术方案，所述调频信号发生单元为脉冲发生器，用来产生脉冲信号；所述电极输出分配单元把输出信号在两组治疗电极之间切换。

作为一种有效的技术方案，所述脉冲信号的调制频率为50-500khz。

作为一种有效的技术方案，所述脉冲信号的调制频率为100-300khz。

作为一种有效的技术方案，所述脉冲信号的强度为1-5v/cm。

作为一种有效的技术方案，所述脉冲信号的强度为1-2.5v/cm。

作为一种有效的技术方案，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔0.5-2秒切换。

作为一种有效的技术方案，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔1秒切换。

本发明的第二方面提供了一种肿瘤电场治疗装置，包括所述肿瘤电场治疗系统。

有益效果：本发明通过使脉冲信号调制频率在100-300khz、强度在1-2.5v/cm，电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔0.5-2秒切换，使治疗电场强度做“潮汐”波动，能够有效抑制多种类型肿瘤细胞增长，适合于不同体重、体质的人群。

附图说明

图1为肿瘤电场治疗的架构示意图；

图2为陶瓷电极的结构示意图；

图3为脉冲信号形态示意图；

符号说明：2-1陶瓷电极，2-2中心孔。

具体实施方式

为了解决上述问题，本发明提供了一种肿瘤治疗电场系统，包括mcu控制单元、调频信号发生单元、输出电压幅度控制单元、脉冲分配控制单元、功率放大控制单元、电极输出分配单元与温度采集单元、电压反馈单元、电流反馈单元、电源模块、治疗电极、显示按键单元。

mcu控制单元：用于各个单元的协调控制；

调频信号发生单元：用于产生各种频率的信号；

电压反馈单元：用于测量输出的电压信号；

电流反馈单元：用于测量输出回路的电流信号；

输出电压幅度控制单元：根据测量的输出电压信号与输出回路的电流信号，输出一定的模拟电压控制功率放大单元的输出电压值，用于在电极上输出一定的电流与电压的信号；

脉冲分配控制单元：根据调频信号产生1组特定时序的脉冲用于控制功率放大单元的控制功率管输入级，用于产生一定频率正弦波电压信号；

功率放大控制单元，根据脉冲分配单元输出的1组信号，作用于功率管的输入级，用于产生一定频率的正弦波电压信号，根据输出电压的幅度控制单元的电压信号，控制输出电压幅度；

电极输出分配单元与温度采集单元：用于放大后的调幅信号的分时控制到一组输出电极上；所述温度采集模块为热敏电阻，所述热敏电阻位于治疗电极的中心开孔位置。

所述治疗电极包括n个电极(n≥1)，成对分时控制用于形成连续交替变化的调幅电场。

显示按键单元：用于显示当前的电源类型，电池电量、运行状态、错误类型；按键用于控制运行状态；

其中，所述显示按键单元与mcu控制单元电连接；

所述mcu控制单元分别与调频信号发生单元、输出电压幅度控制单元电连接，所述mcu控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；所述mcu控制单元与电极输出分配单元与温度采集单元双向电连接；

所述调频信号发生单元与脉冲分配控制单元电连接；

所述输出电压幅度控制单元与功率放大控制单元电连接，所述输出电压幅度控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；

所述脉冲分配控制单元与功率放大控制单元电连接；

所述功率放大控制单元与电极输出分配单元与温度采集单元电连接；所述功率放大控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；

所述电极输出分配单元与温度采集单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元电连接；所述电极输出分配单元与温度采集单元与治疗电极双向电连接。

所述电源模块为外部电源/电池组。所述外部电源/电池组与mcu控制单元电连接、外部电源/电池组与调频信号发生单元电连接、外部电源/电池组与脉冲分配控制单元电连接、外部电源/电池组与功率放大控制单元电连接。

所述电场治疗仪的工作原理为：

(1)通过治疗电极的电压信号，反馈给mcu控制单元；通过治疗电极的电流信号，反馈给mcu控制单元，通过治疗电极的温度信号，反馈给mcu控制单元；

(2)mcu控制单元输出控制指令分别至输出电压幅度控制单元、调频信号发生单元；

(3)输出电压幅度控制单元接受输出电极的电压与电流信号，输出一定的电压信号到功率放大单元，调频信号发生单元用于产生脉冲信号；

(4)通过电流反馈单元与电压反馈单元实时采集治疗电极上的电流信号与电压信号，控制输出的电流信号与电压信号，并判断是否超过电流最大限制，报警并断开输出。

作为一种实施方式，所述调频信号发生单元为脉冲发生器，用来产生脉冲信号；所述电极输出分配单元把输出信号在两组治疗电极之间切换。

作为一种实施方式，所述脉冲信号的调制频率为50-500khz。

作为一种优选的实施方式，所述脉冲信号的调制频率为100-300khz，

作为一种实施方式，所述脉冲信号的强度为1-5v/cm。

作为一种优选的实施方式，所述脉冲信号的强度为1-2.5v/cm。

作为一种优选的实施方式，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔0.5-2秒切换。

优选地，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔1秒切换。

脉冲信号的调制频率变化可以列举的为：100khz间隔10khz的增长或降低，可以列举的有：100khz增长到110khz，110khz再增长到120khz、120khz增长到130khz、130khz再增长到140khz、140khz再增长到150khz、150khz再增长到160khz、160khz再增长到170khz、170khz再增长到180khz、180khz再增长到190khz、190khz再增长到200khz、200khz再增长到210khz、210khz再增长到220khz、220khz再增长到230khz、230khz再增长到240khz、240khz再增长到250khz、250khz再增长到260khz、260khz再增长到270khz、270khz再增长到280khz、280khz再增长到290khz、290khz增长到300khz、300khz再降低到290khz、290khz再降低到280khz、280khz再降低到270khz、270khz再降低到260khz、260khz再降低到250khz、250khz再降低到240khz、240khz再降低到230khz、230khz再降低到220khz、220khz再降低到210khz、210khz再降低到200khz、200khz再降低到190khz、190khz再降低到180khz、180khz再降低到170khz、170khz再降低到160khz、160khz再降低到150khz、150khz再降低到140khz、140khz再降低到130khz、130khz再降低到120khz、120khz再降低到110khz、110khz再降低到100khz。

本申请肿瘤电场治疗系统对多种肿瘤细胞株的增值有显著的抑制作用，如恶性黑素瘤、神经胶质瘤、肺癌、前列腺癌、乳腺癌、腺癌等。利用本申请肿瘤电场治疗系统，在已知肿瘤细胞的种类时，可将脉冲信号调制到该细胞敏感的频率，有针对性的进行治疗，如已知细胞为卵巢癌细胞，可用200khz的频率去进行治疗。但是实际中某些肿瘤细胞不能活检、比如脑肿瘤，我们无法判断肿瘤细胞类型，本申请中通过设置所述脉冲信号的调制频率为100-300khz，强度为1-2.5v/cm，而且所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔0.5-2秒切换，能够全面抑制大部分已知的肿瘤细胞的增值。

根据细胞膜的介电特性，在脉冲信号施加初期，电场随脉冲信号频率和强度的增加，细胞膜内部的束缚电荷在电场作用下移动，细胞膜被极化，随着频率和强度进行“潮汐”样不断变化，每秒一次“潮汐”，不断改变原来电场的分布，增加极化强度，使得整个频率低范围的治疗强度都得到加强；特别是在有丝分裂细胞中电场是不均匀分布的，大部分电场聚焦在连接2个子细胞的“桥”中，为狭窄的2个细胞连接处，这就可以把胞内所有带电的或有极性的分子或其它结构，如细胞器、二聚体、大分子等，全部拉向2个子细胞狭窄的连接处，形成带电粒子的介电电泳现象，此过程能破坏和干扰细胞内部结构的形成和功能发挥，最终破坏肿瘤细胞。

在一种实施方式中，所述治疗电极由陶瓷电极组成，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列(如图2)，使治疗电极能够适应头部解剖形状、紧贴头皮。

进一步地，为了防止治疗电极与头皮之间的空气介质对颅内电场强度造成影响，在治疗电极表面设置凝胶保持电极和头皮良好接触。

所述陶瓷电极的直径为18-20mm、陶瓷电极中心设置直径2-4mm的孔用于放置热敏电阻。

优选地，所述陶瓷电极的直径为19mm、陶瓷电极中心设置直径3mm的孔用于放置热敏电阻。

在一种优选的实施方式中，所述陶瓷电极制备原料包括pb3o4、tio2、nb2o5、(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

按重量份计、所述陶瓷电极原料包括66～67份pb3o4、1.7～1.8份tio2、22.5～24份nb2o5、8～9份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

优选地，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

本申请人发现，加入一定比例的原料pb3o4、tio2、nb2o5、(mgco3)4mg(oh)2·5h2o，能够制备性能优异的陶瓷电极，该陶瓷电极同时满足高介电常数(大于20000)、电容量大(大于20nf)、内阻小于150ω的条件，能够很好的应用于肿瘤电场治疗设备。

作为一种优选的实施方式，所述的陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：

s1按照设计配比，分别称取pb3o4，tio2，nb2o5，(mgco3)4mg(oh)2·5h2o放入球磨罐中进行球磨，以水为分散剂，转速100r/min，时间3小时；

s2将步骤s1制得的浆料烘干后放入马弗炉中进行预烧，预烧温度900℃，保温2小时，降温；

s3将步骤s2制得的浆料加入球磨罐中球磨，以水为分散剂，转速100r/min，时间2小时；

s4取聚乙烯醇溶液加入到步骤s3制得的浆料中，搅拌均匀；

s5用16t液压机压制步骤s4制得的浆料，压力为6mpa，保压时间6s，得坯片；

s6将坯片放入马弗炉中进行烧结，烧结温度1200℃，保温2小时，即得。

其中，pva溶液的制备方法为：将10gpva溶解在100ml去离子水中。

所述pva型号为1799。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。

实施例

通过研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用说明本发明的技术效果。卵巢癌细胞培养：a2780细胞培养于含10％胎牛血清、100u/ml青霉素、100ng/ml链霉素和2μg/mlddp的1640培养基中，保持培养箱温度为37℃，co2浓度为5％。

取对数生长期的a2780细胞，制成浓度为2×10⁵个/ml的细胞悬浮液五组，其中每组细胞悬浮液用于一个实施例(实施例1-5)，电场实验组中均将1ml细胞悬液放在54mm的培养皿中进行电场治疗实验，测试卵巢癌细胞a2780数量倍增需要的时间。

实施1-7中的肿瘤治疗电场系统：包括mcu控制单元、调频信号发生单元、输出电压幅度控制单元、脉冲分配控制单元、功率放大控制单元、电极输出分配单元与温度采集单元、电压反馈单元、电流反馈单元、电源模块、治疗电极、显示按键单元。

所述显示按键单元与mcu控制单元电连接；

所述mcu控制单元分别与调频信号发生单元、输出电压幅度控制单元电连接，所述mcu控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；所述mcu控制单元与电极输出分配单元与温度采集单元双向电连接；

所述调频信号发生单元与脉冲分配控制单元电连接；

所述输出电压幅度控制单元与功率放大控制单元电连接，所述输出电压幅度控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；

所述脉冲分配控制单元与功率放大控制单元电连接；

所述功率放大控制单元与电极输出分配单元与温度采集单元电连接；所述功率放大控制单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元的输出端电连接；

所述电极输出分配单元与温度采集单元分别与电压反馈单元、电流反馈单元电连接；所述电极输出分配单元与温度采集单元与治疗电极双向电连接。

所述电池组与mcu控制单元电连接、外部电源/电池组与调频信号发生单元电连接、外部电源/电池组与脉冲分配控制单元电连接、外部电源/电池组与功率放大控制单元电连接。

实施1-7中的陶瓷电极的制备方法为：

s1按照设计配比，分别称取pb3o4，tio2，nb2o5，(mgco3)4mg(oh)2·5h2o放入球磨罐中进行球磨，以水为分散剂，转速100r/min，时间3小时；

s2将步骤s1制得的浆料烘干后放入马弗炉中进行预烧，预烧温度900℃，保温2小时，降温；

s3将步骤s2制得的浆料加入球磨罐中球磨，以水为分散剂，转速100r/min，时间2小时；

s4取聚乙烯醇溶液加入到步骤s3制得的浆料中，搅拌均匀；

s5用16t液压机压制步骤s4制得的浆料，压力为6mpa，保压时间6s，得坯片；

s6将坯片放入马弗炉中进行烧结，烧结温度1200℃，保温2小时，即得。

其中，pva溶液的制备方法为：将10gpva溶解在100ml去离子水中。

所述pva型号为1799。

实施例1

研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用，所述脉冲信号频率为200khz，强度为1.5v/cm。两组治疗电极，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

得出卵巢癌细胞a2780数量倍增需要18.7小时。

实施例2

研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用，所述脉冲信号频率为100-300khz，强度为1-2.5v/cm，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔1秒切换。两组治疗电极，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

得出卵巢癌细胞a2780数量倍增需要28.5小时。

实施例3

研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用，所述脉冲信号频率为100-300khz，强度为1-2.5v/cm，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔5秒切换。两组治疗电极，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

得出卵巢癌细胞a2780数量倍增需要21.9小时。

实施例4

研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用，所述脉冲信号频率为100-300khz，强度为1-2.5v/cm，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔0.2秒切换。两组治疗电极，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

得出卵巢癌细胞a2780数量倍增需要22.6小时。

实施例5

研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用，所述脉冲信号频率为200-300khz，强度为1-2.5v/cm，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔5秒切换。两组治疗电极，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

得出卵巢癌细胞a2780数量倍增需要24.3小时。

实施例6

研究肿瘤电场治疗系统对肺腺癌细胞a549的抑制作用，所述脉冲信号频率为150khz，强度为1.5v/cm。两组治疗电极，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.41份pb3o4、1.75份tio2、23.17份nb2o5、8.79份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

肺腺癌细胞a549培养：将a549细胞置于含10％胎牛血清的dmem基本培养基,在37℃、5％co2培养箱中进行传代培养；取对数生长期的a549细胞，制成浓度为2×10⁵个/ml的细胞悬浮液；对悬浮液施加电场，得出卵巢癌细胞数量倍增需要26.7小时。

实施例7

研究肿瘤电场治疗系统对卵巢癌细胞a2780的抑制作用，所述脉冲信号频率为100-300khz，强度为1-2.5v/cm，所述电极输出分配单元控制输出信号在两组治疗电极之间每隔1秒切换。两组治疗电极，所述治疗电极采用点阵3×3排列的陶瓷电极阵列，按重量份计，所述陶瓷电极原料包括66.7份pb3o4、2.3份tio2、22.77份nb2o5、8.31份(mgco3)4mg(oh)2·5h2o。

得出卵巢癌细胞a2780数量倍增需要19.6小时。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。