結合內感應與電阻加熱之醫用組織熱療系統

Abstract

?熱?對人體是很重要的免疫反應啟動機制之一，加上組織細胞本身具不耐熱的特性，所以熱治療被認為是去除有害組織(Tissue Ablation)最有效的方法之一。熱治療主要是利用熱來燒灼組織，當組織受到高溫時會凝固並壞死，而達到去除目的。目前以RFA (Radio Frequency Ablation)射頻燒灼治療和MWA (Microwave Ablation)微波熱療技術最為廣泛使用，但由於專利問題，儀器必須仰賴國外進口，導致此兩種療程的索費甚高，造成患者使用上的負擔。有鑑於此，應用各種加熱原理的熱療儀器開始推陳出新，如外感應加熱熱療，使用大能量的外感應加熱器在體外產生交變磁場，誘發放入組織內的感磁性材料或經皮穿刺到組織的感磁針生熱，達到治療目的。但此技術會衍生諸多問題，如磁力未能深入人體深處、針具製作與材料選用麻煩，以及臨床操作會因高強度磁場而有安全疑慮等問題；亦有應用電阻加熱的原理來設計熱療儀器，傳統的電阻熱療，嵌入電阻導熱基材於燒灼針內，根據電生熱特性使針尖生熱達到治療效果，但常因為導熱基材的尺寸要求，衍生燒灼針直徑過大的情形。 　　本研究針對改善上述熱療技術情形來加以探討，提出一種新的原創熱治療模組設計概念，整合發展出包含燒灼針具、電源供應系統以及監控系統等的一套完整熱治療系統，並以實作證明所提之設計可行性高，?能上也與目前市售系統相當。設計的主要概念為結合內感應和電阻加熱兩種原理來設計加熱端，將直徑極細的漆包線繞於熱電偶上形成感應線圈，外層套上具微感磁性的PTC 穿刺針，插入組織後，將線圈通以高頻電流產生交變磁場，誘發外層管狀針之內壁生熱，加上感應線圈段根據阻抗自成一電阻發熱元件，藉由兩種原理生產之熱能達到組織治療目的。搭配Arduino開發板設計PID模組溫度控制，再輔以電腦人機介面來設定所需溫度以及監控溫度上升情形。 　　考量到頻率對感應加熱的優劣是一重要指標，撰寫頻率自調(Frequency Self-tuning)?能，電源供應系統利用電感值會隨著線圈匝數多寡變化的特性，自動地調整輸出頻率使其接近諧振頻率，如此可確保在加熱線圈段即使長度不同時，皆能擁有最佳的加熱速率，以便適用於治療不同大小的組織。一般而言，當溫度達到攝氏50~70 °C時便可造成組織細胞凝固性壞死。根據離體豬肝燒灼和動物實驗結果，以內部具1~5 cm加熱線圈段之燒灼針實驗，能有效地在動物組織內升溫至所要求溫度，每次加熱最大斷面面積約直徑1~1 5 cm。綜觀以上，此系統的整體效果與市售熱療系統差異不大，但可大幅地降低醫療成本，並且改善傳統外感應與電阻熱療所遭遇問題。往後亦可搭配多針使用來達到較大斷面燒灼，且可開發5 cm以上長型加熱針延伸出新的醫學療程及應用。

Date of Award	2014 Aug 7
Original language	Chinese
Supervisor	Sheng-Jye Hwang (Supervisor)