[发明专利]不可逆电穿孔组织消融效果动态实时评估设备及评估方法

说明书

本发明公开了一种不可逆电穿孔组织消融效果动态实时评估设备及评估方法，其利用不可逆电穿孔肿瘤治疗一次脉冲施加过程中参与和未参与传递脉冲的电极检测脉冲处理前后组织阻抗谱变化，有效避免了施加脉冲电极测量阻抗谱信号不稳定以及反映消融区域有限的问题，根据不同电极对测量所得阻抗谱变化，经后续数据处理后与实际消融尺寸建立联系；同时，治疗期间通过施加小信号测试脉冲的方式获取组织电气性能变化，并建立数学模型实现对组织消融情况的判断；联合扫频法与测试脉冲法各自优势，解决不可逆电穿孔脉冲处理后消融效果治疗过程中疗效动态监测以及治疗后疗效即刻评估的重要难题。

技术领域

本发明涉及一种不可逆电穿孔组织消融效果动态实时评估设备及评估方法。

背景技术

癌症是危害人类健康的主要疾病。肿瘤的传统疗法以及新近发展起来的以微创消融为特征的热消融物理疗法，由于受适应症、禁忌症、治疗副作用、热消沉等因素的限制，使得其临床应用存在一定的局限性。近年来，随着脉冲生物电学的不断发展，电场脉冲以其非热、微创的生物医学效应引起了研究人员的关注，而其中的不可逆电穿孔治疗肿瘤以其快捷、可控、可视、选择性和非热机理的优势和特色更是引起国内外生物电学领域研究人员的广泛关注，并逐渐应用于肿瘤的临床治疗。

目前，不可逆电穿孔技术(典型脉冲参数为：场强1500-3000V/cm，脉冲宽度100μs，重复频率1Hz，脉冲个数90-120)已应用于临床肿瘤的治疗，并取得了非常好的疗效，对胰腺癌，肝癌，肾癌，前列腺癌等肿瘤的治疗具有很好的效果。美国AngioDynamics公司投资生产出商业化的不可逆电穿孔肿瘤治疗仪NanoKnife，并于2009年获得美国FDA临床试验许可，2010年开展了世界首例前列腺癌不可逆电穿孔消融临床试验，2012年获得美国FDA批准正式应用于临床。2015年获得中国大陆临床应用许可，目前已经在广州复大、上海瑞金等医院开展了不可逆电穿孔肿瘤治疗的临床应用。不可逆电穿孔肿瘤疗法一般根据肿瘤尺寸大小选择电极针数目及其布置，一般情况下需要采用2-6根电极针方可完全消融肿瘤。不可逆电穿孔技术作为一种安全可行的局部实体肿瘤治疗方法，在肿瘤的治疗中展示出良好的发展前景。

虽然不可逆电穿孔技术在国内外的临床应用中取得了令人振奋的治疗效果，但是在治疗期间治疗效果动态监测以及治疗后疗效的即刻评估问题仍未得到有效解决。目前不可逆电穿孔治疗肿瘤临床应用中主要采用影像学方法(CT或MRI)评估疗效，由于不可逆电穿孔诱导细胞死亡存在一定的时间过程，因此现有的影像学疗效判断法在时间上具有一定的滞后性，导致主治医师在治疗过程中以及治疗后难以及时掌握治疗效果，此种情况极易导致两种后果：一种是欠量治疗，即施加脉冲剂量还未完全消融肿瘤组织便停止了治疗，导致由于肿瘤消融不彻底引起的肿瘤复发，从而需要进行重复治疗，降低治疗效率；另一种属于过量治疗，即肿瘤已经完全消融但仍未停止施加脉冲，导致脉冲电场对周边正常组织的损害，甚至引起热损伤，不能体现出不可逆电穿孔肿瘤消融的选择性与非热优势。不可逆电穿孔杀伤细胞是对细胞膜绝缘性能的破坏，要想从根本上解决这些问题，只能从细胞/组织电气参数变化角度实现突破。如果能探寻到一种能在脉冲处理过程中以及脉冲处理后即刻检测到组织电参数变化的方法并建立起与消融效果的对应关系就成为解决上述困扰临床医生和患者难题的关键，将有力地促进不可逆电穿孔治疗肿瘤技术在临床的推广应用。

事实上，脉冲电场作用引起细胞发生电穿孔是对细胞膜绝缘性能的破坏，细胞膜通透性显著增加，大量带电离子能够顺利进出细胞，实际上是拓宽了电流流通通路，从电工理论角度分析即细胞膜电导率显著升高，因此细胞阻抗参数在脉冲电场处理后会发生即时的变化。肿瘤组织消融实际上是无数个肿瘤细胞发生不可逆电穿孔导致的宏观反应，因此脉冲电场消融肿瘤组织后其电导率或阻抗会发生即刻的变化，因此有望从组织电气参数变化方面突破肿瘤消融效果治疗后即刻评估甚至治疗过程中动态监测的重要难题。由于生物组织介电特性各向异性以及针电极布置下不均匀电场对电导率的影响，难以直接获得脉冲处理前后组织电导率分布情况，因此可以利用脉冲处理前后组织阻抗谱的变化，从中提取相关信息用于量化反映消融情况。