毫米波肿瘤免疫系统的设计

张良辉 毛德超

成都恒波医疗器械有限公司，四川成都 610066

[摘要] 目前毫米波在医疗特别是在肿瘤术后康复免疫方面的作用越来越被大家所认识。该文介绍了毫米波系统用于肿瘤术后康复的主要特点，并详细介绍了毫米波治疗头、上位机软件的设计，毫米波系统在肿瘤的辅助治疗方面，能提高肿瘤放化疗效果，减少放化疗不良反应，缓解癌痛, 明显改善症状。

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关键词 ] 毫米波；肿瘤；免疫

[中图分类号]R2　　　[文献标识码] A　　　[文章编号] 1672-5654（2015）01（a）-0078-02

[作者简介] 张良辉（1971-），男，江苏南京人，本科，工程师，研究方向：有源医疗器械的开发设计。

毛德超(1942-)，男，重庆人，本科，高级工程师，研究方向：有源医疗器械的开发设计。

目前，人们对毫米波临床治疗机理的研究越来越深入，对毫米波治疗疾病的认识也越来越深刻。毫米波是指波长为10~1 mm的电磁波，因此其无法深入人体组织[1]。它的治疗作用体现在这些到达表皮的能量可以和人体内的一些大分子谐振，使人体病变细胞膜电位发生变化，使其脱离破损细胞恢复正常振荡频率，消除细胞膜上病损，使细胞膜受体恢复正常，借此使细胞通透性提高，营养转化与代谢恢复正常状态，从而达到治疗疾病的目的。毫米波共振疗法就是针对病患部位或是穴位的不同共振频率，使用相应频率的毫米波去照射从而引起组织共振，从而完成治疗作用[2]。毫米波肿瘤免疫治疗系统能同时调用毫米波、中医五行音乐、红外等多种物理手段，共同刺激人体免疫系统、内分泌系统、神经系统及循环系统，激发人体自身的免疫功能，从而达到治疗和保健的功效。尤其是在肿瘤的辅助治疗方面，能提高肿瘤放化疗效果，减少放化疗不良反应，缓解癌痛, 明显改善症状[3]。

它包括一个大型治疗拱及运动机构、两个36 GHz毫米波治疗头、两个42 GHz毫米波治疗头、两个56 GHz毫米波治疗头、一个红外治疗头、一个中医五行音乐辅助治疗装置及一个可控运动治疗平台。

该系统采用上下位机的结构形式。上位机是由一台PC机构成，内含两个串口，主要是起一个信息化管理的作用，主要功能包括用户信息的录入、查询、统计及打印；用户数据库数据导出到电子表格（.xls格式）；用户信息导出到word文档；6路毫米波治疗时间的控制，并将控制指令发送到下位机；接收下位机反馈，显示毫米波治疗头的工作状态、根据病情自动匹配的治疗方案、穴位图片等等。下位机是以微芯公司的单片机pic16f1947为核心的控制板构成。它的主要作用是接收上位机指令控制6路毫米波的正常工作；通过测量6路毫米波的工作电压来监测毫米波的工作状态，并将信息显示在段式LCD上，同时反馈回上位机。该系统主要特点如下。

1 具有3种频率的毫米波治疗头

人体部位不同，其共振频率就不同，为达到治疗多种疾病的目的，系统中特别配置了3种频率的治疗头，因此可以针对不同的病症发挥不同的作用。这3组治疗头分别位于治疗拱和治疗平台上，其发射部分采用两级结构，分别是激励腔和喇叭天线。功率源采用体效应二极管。体效应二极管的效率低因此发热严重，为了提高使用寿命，在激励腔上安装了散热器，在散热器上安装了转速可调的微型风扇，一个PIC单片机控制板及热电偶测温装置。用PIC单片机通过热电偶读取散热器表面温度，然后根据事先制定的温度与转速关系表，输出相应的脉冲控制风扇转速。风扇的转速和散热器的温度是成正相关关系，形成动态调节。这样就即保证了散热效果、提高了体效应二极管的寿命又降低了噪音减少了能耗。

普通毫米波治疗仪只有一个治疗头，而该项目采用了3组共6个毫米波治疗头。这样的设计充分考虑到了许多疾病在治疗时需要多部位或多穴位照射，如果只有一个治疗头，病人需要多次反复治疗，会耽误病人的大量时间，也会延误其他病人的治疗。同时由于不同部位的共振频率不同，使用相同频率的治疗头进行治疗时，效果会有限。所以有3组不同频率治疗头时，就可以同时作用于不同患部，也可以根据需要选取任意一组或多组进行治疗，灵活性大幅提高。

2所有毫米波治疗头均具有光引导功能

毫米波的产生是利用耿氏二极管加电后在振荡器内振荡产生毫米波，再通过角锥喇叭天线发射出去作用于人体。由于角锥喇叭天线的方向性原因，天线口面场的分布是不均匀的，有些地方场强强一些，有些地方场强弱一些[4]。这样导致不同场强毫米波发射出来作用于人体病患部位或穴位的治疗效果不同，场强强的地方治疗效果就好一些，场强弱的地方治疗效果就会差一些，无法确保治疗的有效性，因此毫米波的最大场强是否能精确作用于病患部位就显得尤为重要。普通毫米波治疗头是不具有这样的功能。为此在毫米波辐射器上做了改进，增加了一种光引导板使得毫米波最大场强通过发光二极管指示出来，帮助医生通过可见光直接引导照射，使毫米波的最大场强直接作用于患部，达到最佳治疗效果。因为毫米波治疗是一种非热效应，人体无法直接感觉治疗效果，因此常会有患者对是否有毫米波产生发出疑问。因此这个光引导板还具备毫米波有无的指示作用，发光时表示有毫米波产生，熄灭时表示没有毫米波产生，一目了然。这个光引导作用实现就是在喇叭天线前端安装一块导光板，上面附有检波二极管和发光二极管阵列及PIC单片机控制板。当毫米波通过检波二极管阵列时，场强强的地方检波电流大，场强弱的地方检波电流小，PIC单片机控制板就检测这些电流，把电流大的地方的发光二极管点亮，从而指示出最大毫米波场强所在。

3 具有红外辅助治疗功能

很多毫米波治疗仪只有单一的一种治疗方式即毫米波治疗，本系统却采用复合治疗的手段，引入红外治疗方式，在消炎、杀菌、镇痛、提高药效、促进血液循环以及抗癌等方面配合毫米波治疗，从而达到最佳的治疗效果。

4具有中医五行音乐辅助治疗功能

中医五行音乐辅助治疗能够提高晚期肿瘤患者生活质量，改善主观症状[5]，具有放松身心，提高病员应激反应能力，调节中枢神经系统，增加人体肿瘤免疫系统的敏感性和活跃程度，并起到提高病员以健康心理和意志力与疾病作抗争的意识，增进肿瘤免疫的有效性。系统中共收录有40首中医五行音乐，利用上位机软件，可以自己选曲，当治疗开始时，音乐自动响起，伴随着优美的乐曲，病人在轻松欢快的状态下接受治疗可以增强治疗效果加快机体恢复。

5系统具有较强的信息化管理水平

系统上位机软件共分为4个模块：病案管理模块、治疗管理模块、系统管理模块和数据统计模块。病案管理模块主要用于病员信息管理，包括每个病员的姓名、性别、年龄、联系方式等基础数据，还包括病员所患疾病信息、治疗方案、照射穴位图片等。这些信息可以分别以电子表格excel格式和word格式导出。治疗管理模块主要用于控制3组6个治疗头工作。医生可以在这个模块内将病员信息录入并建档，包括姓名、性别、年龄、联系方式等基础数据，还包括病员所患疾病名称、治疗方案和对应的照射穴位图片。然后根据需要分别设定6个治疗头的工作时间并选定治疗中医五行音乐曲目，启动后就可以开始毫米波治疗、红外治疗及音乐治疗。在这里面针对不同病例还提供了几十种治疗方案可供医生参考,每个治疗方案都自动提供详细的说明，如治疗时间、治疗周期、治疗穴位、穴位配图等等。系统管理模块主要是用于医院、医生、科别等信息的编辑和保存，还包括所有病例治疗方案的编辑、新增等。数据统计模块主要是对病员信息进行统计，通过调用数据库查询语句实现对病员信息的检索功能，包括可以分别以姓名、性别、年龄、病例等信息进行查询。

6 结语

肿瘤患者化疗过程中配合极高频电磁波治疗可提高患者的总体生存质量、角色功能以及情绪功能，并能减少化疗所导致的疲倦、恶心呕吐、食欲丧失及睡眠障碍等不良反应，从而改善患者的生存质量[6]。它一改传统毫米波治疗仪治疗频率单一、治疗头无引导、无病灶穴位对应图等缺点，将带光引导功能的多频毫米波治疗头与红外、中医五行音乐等多物理治疗因子有机结合溶于一体，在多家医院临床使用取得了可喜的效果。

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参考文献]

[1] 罗庆禄.毫米波的生物效应及医学实验和临床应用[J].中国组织工程研究,2013,17(46):8102-8107.

[2] 谭维益. 对高频电疗法的认识与应用中的常见误区的解析[J].中华物理医学与康复杂志,2006,28(12):861-863.

[3] 江敏,赵素萍,朱爱兰，等. 极高频电磁复合波对肿瘤化疗患者免疫功能的影响[J].检验医学与临床，2013,10(7):838-839.

[4] 于洋,孙香.基于HFSS技术喇叭天线的仿真设计[J].微波学报,2012（6）:95-98.

[5] 廖娟,郝玉芳,杨宇飞，等.中医五行音乐改善老年及非老年肿瘤患者生存质量随机对照研究[J].世界科学技术-中医药现代化,2013,15(6):1379-1382

[6] 陈柏海.极高频电磁波对肿瘤化疗患者骨髓抑制及生存质量的影响[D].广州:广州中医药大学,2012:1-2.

（收稿日期：2014-09-30）