微波医疗设备

　　这里描述的所有器件都依赖于微波深深地透入活组织的能力。微波透入活组织的深度主要是活组织的介电特性和微波频率的函数。一般地说,在给定频率下,活组织中含的水分越少,微波透入得越深;同样,对于人们感兴趣一些频率,在给定的含水量下,频率越低,微波透入的深度越深。

　　当微波透入组织时,它将能量带进组织。这样,微波可以被用来非介入性地加热组织的下表层(介质加热)。本文描述的器件就是利用了微波这一重要特性。这些器件也利用了这样的因素,即任何被加热的组织下表层所产生的微波噪声功率,部分通过上面的表层而到达表面。测量这些噪声功率,可以非介入地估计下表层组织的温度。非常高的电场可以非介入地增强恶性细胞附近大分子的吸收。对于这一点的证明和它对肿瘤治疗的可能应用,本文也作了描述。

　　微波可以用来非介入地产生人工加热,特别是在皮肤和皮下肿瘤处,以及通过人体自然开口处易于进入的地方。前列腺是小栗子形状的腺体,在男性体内膀胱的下面包围着尿道。前列腺肥大(BPH)是由于增治疗良性前列腺增生的微波充气导管大的前列腺引起尿道变窄而产生的疾病,是男性中引起膀胱阻塞最普遍的原因。80岁以下的男性中,有10%的人需要治疗BPH。治疗的方法有严密监视、等待手术,切除挤占尿道部分的前列腺体,在美国这是最普遍的一种手术(每年大约做30万例)。市场上有几种设计用来非介入治疗BPH的微波设备。微波通过尿道对前列腺加热,来修补或部分切除前列腺组织。在我们的设备中,用915 MHz微波加热前列腺到中等高温,用一个膨胀气囊瞬时扩张前列腺包围的这部分尿道。这种瞬时应用中等压力和加热的方法,一次治疗就可以安全地获得足够长的、膨胀增大的前列腺包围的尿道管(生物扩张)。图1给出了一个示意图和用在这个设备中的导管照片,其中(a)为导管草图,(b)为导管照片。

　　图1的设备经美国联邦医药管理局(FDA)批准的方案,由Celsion公司出资,现在正在病人中试验。到2001年底,140个病人用微波充气导管治疗了BPH。不久的将来,我们计划将现有的仪器,即数字微波辐射计加入设备中,来测量前列腺的温度,这些数字辐射计的基本特性在下一节中描述。治疗肿瘤的微波热疗设备肿瘤的加热治疗中,典型地是将肿瘤加热到43℃,并保持在这个温度45 min。热疗可以增加普通放疗和化疗的疗效,这是由于热疗对较弱的恶性细胞经常是致命的,这些较弱的细胞包括那些普通治疗对其没有致命伤害的细胞,或者那些由于需氧较少能抵抗普通治疗的细胞。热疗也可以增加几种化疗药物的疗效,当细胞温度高于其细胞核温度时,由于高温增加了肿瘤的血流,细胞更加活跃,因此有助于氧化那些需氧较少的恶性细胞,可刺激人体自身抵抗癌症的免疫力。用加热辅助治疗的好处也要考虑,例如,在不同机构治疗过不同组织形式的2234例人类恶性肿瘤中,放疗后35%症状完全消除,采用加热辅助放疗,完全消除率增加到65%[3]。