能量可控陡脉冲肿瘤治疗仪的研制

　　1　引　　言

　　恶性肿瘤是威胁人类健康和生命的主要疾病之一。长期以来人们一般采用放射疗法、化学疗法或手术治疗等,但是这些传统的治疗方法由于受到其适应 症、禁忌症与副作用等因素的限制,对恶性肿瘤的疗效仍不够理想。随着社会老龄化,高龄癌症患者在不断增加,且晚期患者比例占80%左右。这些患者由于全身 状况较差以及癌瘤转移和外侵,无法接受手术治疗,即使施行放疗与化疗,也不宜达到根治剂量而使该疗法失败。因此,进一步寻求新的治疗方法一直是医学上的重 要课题。

　　近年来,电工技术已广泛用于生物医学工程的研究中,而将高强度的脉冲电场应用于恶性肿瘤治疗的研究则横跨生物医学工程、高电压新技术、现代电力电子技术、计算机技术和微电子技术等领域,是一项崭新的恶性肿瘤治疗技术。

　　大量的研究[1,2]都发现当施加电场脉冲的瞬时电场强度高于1kV/cm时,细胞的分子渗透率会大大提高,产生电穿孔现象;随着脉冲电场强度 的继续增加,将发生细胞膜的不可逆性电击穿(IREB),出现细胞膜机械断裂直至细胞死亡。这就为高压陡脉冲技术用于恶性肿瘤治疗奠定了理论基础。

　　因此,开发一套可靠的、精确的、能应用于肿瘤治疗研究的医学实验装置是这项技术的关键。这里将现代电力电子技术应用于陡脉冲治疗仪的研制中,实 现了脉冲频率、宽度和峰值三项参数独立可调(能量可控)。从离体实验研究的结果表明,该陡脉冲治疗仪的波形完全满足了治疗恶性肿瘤研究的需要。

　　2　高强度陡脉冲治疗肿瘤技术的原理

　　国内外的研究者们对电场脉冲作用下细胞特性变化的机理进行了深入的研究,理论[3]表明:对于球形单细胞,外电场诱导的细胞膜电位为:

　　如图1所示,在外加电场的作用下,细胞两极很快达到最大膜电压,这个电压对细胞膜施加压力使得细胞膜的厚度变薄,到某一临界状态时,细胞膜被击 穿,产生电穿孔现象,细胞膜的渗透性大大增强,有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质、其它大分子和脂质体。这项技术现在已用于恶性肿瘤的治疗即电穿 孔疗法。电穿孔疗法EPT[4](Electroporation Therapy)采　用电脉冲辅助化疗药物如博莱酶素(BLM)等治疗肿瘤。其治疗机理是电脉冲导致肿瘤细胞膜电穿孔,使得细胞膜的电导率和粒子渗透作用 剧增从而促进化疗药物的运送,这种方法只需小剂量的药物就能高效、低毒性地杀死肿瘤细胞,大大提高了化疗药物的杀伤力。美国Genetronics公司生 产的MedPulser○R系统已通过FDA认证,现已广泛应用于临疗治疗中。但是,由于在　　较低强度的电场作用下,微孔的形成是可逆的并能自行恢复, 即可逆性电击穿(REB)。这种方法并不是直接杀死癌细胞,而是起增强化疗药物疗效的作用,不能从根本上避免化疗药物对身体的危害。