脉冲变频电磁场的生物热效应及其对乳腺癌细胞杀伤作用

用计算机数字编码产生射频波段的脉冲，控制门控装置调制单频率微波信号产生变频电磁波与乳腺癌的培养细胞或动物模型作用，利用形态学和生物学手段分析变频电磁场与癌细胞作用的热耐受性和损伤情况等生物热效应及杀伤癌细胞并导致其死亡的机制，探索对乳腺癌细胞具有最佳杀伤效果的变频电磁波频率和功率；辅以低损耗介质电磁波聚焦透镜天线和基于远红外非接触式测量体内相对温度变化模式的ITE技术，利用定向和定量、功率和相位可控的变频电磁波与乳房组织的作用产生动态温度回波，探测乳房内肿瘤组织的SAR参数；填补目前的热疗设备在热疗过程中不可变频和无法研究可变频率电磁场与生物物质相互作用的空白，为肿瘤物理治疗提供新的生物电磁技术。

在乳腺癌微波热疗过程中，既要使肿瘤区域产生局部高温，又要避免对正常.组织的损伤，因此，热疗中的加热控制技术一直是医学临床迫切需要解决的问题。针对该问题，本项目首次提出了变频电磁场乳腺肿瘤热疗新技术，研究了变频电磁场与生物组织相互作用的热效应及其对乳腺癌细胞的杀伤作用，为肿瘤物理治疗提供新的生物电磁技术。本项目的主要研究内容及成果如下：.微波在人体组织中的传播.　　　研究了微波在生物组织中的传播特性以及肿瘤位置和大小不同时，肿瘤内部的电场E和SAR分布。在生物组织传热中，利用Pennes方程和有限元方法研究乳房热物性参数、肿瘤组织以及外界环境因素对乳房内部以及表面的温度场分布。.2、聚焦技术在乳腺癌热疗的研究. 将透镜天线应用于乳腺癌的热疗。仿真与物理实验表明透镜具有会聚微波的功能，更有利于对浅表处肿瘤的快速加热，能够在短时间的辐照下达到有效的治疗温度。.3、基于可测的边界温度分布信息估计肿瘤体内SAR.　提出基于ICA方法对内部肿瘤SAR的无损估计方法。基于红外热像仪对被微波辐照的乳房表面进行热成像，结合人体组织的传热模型，在已知生物体热物性的情况下，估计浅表层肿瘤体的SAR。.4、变频电磁场乳腺肿瘤热疗系统设计.　设计了变频电磁场乳腺肿瘤热疗硬件系统和软件控制程序。系统硬件部分包括控制板核心电路和微波产生电路，软件控制部分包括脉冲调制微波和正弦调制微波两种工作模式，以及加热和非加热两种状态。.5、变频电磁场乳腺肿瘤热疗系统的热效应研究.　利用设计的变频电磁场乳腺肿瘤热疗系统对物理模型加热，研究脉冲调制微波的热效应，并对变频电磁场热疗系统进行性能评估。结果表明，变频电磁场可以在生物组织内部形成有效热域且低于连续微波的情形，避免局部高温度的产生。.6、变频电磁场对乳腺癌细胞的杀伤作用.初步探讨了肿瘤热疗的机理，在此基础上从克隆形成率、细胞凋亡和细胞周期、HSP70表达变化等生物学实验研究脉冲调制微波对人乳腺癌MCF-7的杀伤作用，证明变频电磁场的有效性。