[发明专利]用于长时间对活体施加电场的电极

说明书

技术领域

本发明涉及用于长时间对活体施加电场的电极及使用此种电极的方法。

背景技术

生物基体通过细胞分裂增殖，包含组织、细胞培养、微生物(如细菌、支原体、酵母菌、原生动物及其他单细胞生物)、真菌、藻类、植物细胞等等。采用基于这些生物的分裂细胞对某些化学药品或物理因素敏感的方法可以使生物的分裂细胞受到破坏或其使其增殖受到控制。比如，某些抗生素可使细菌繁殖过程停止。

众所周知，肿瘤，特别是恶性肿瘤或癌瘤，与正常组织相比，其生长是极其不可控制的。此种加速生长可使肿瘤占据日益增大的空间并伤害或破坏与其邻接的组织。除此之外，某些癌以其转移到转移癌细胞生长成为另外肿瘤的新地点的能力来表征。

一般而言的肿瘤，具体而言的转移肿瘤，的迅速生长，如上所述，是这些细胞与正常组织细胞比较相对频繁的细胞分裂或繁殖的结果。癌细胞的可分辨的频繁细胞分裂是很多现有的癌症治疗，比如，放射治疗和使用各种化疗药剂，有效的基础。此种治疗是基于经历分裂的细胞比未经历分裂的细胞对辐射和化疗药剂更敏感这一事实。因为肿瘤细胞分裂比正常细胞分裂频繁得多，所以可以使用辐射和/或化疗在一定程度上有选择地伤害或破坏肿瘤细胞。细胞对辐射、治疗药剂等等的实际敏感度也取决于正常或恶性细胞类型的不同类型的特性。所以，很不幸，肿瘤细胞的敏感度与很多类型的正常组织的敏感度比较不够高。这就减小了区别肿瘤细胞和正常细胞的可能性，并且，因此，现有的癌症治疗一般会引起对正常组织的严重伤害，从而限制此种治疗的治疗有效性。另外，某些类型的肿瘤对现有的治疗方法根本不敏感。

电场和电流用于医学目的已有多年。最通常的一种是通过借助一对在其间保持一电位差的导电电极施加电场来在人体或动物体中产生电流。这些电流或用来发挥其特别作用，即刺激可激发的组织，或通过在体内流过生成热量，因为其用作电阻。第一类应用的例子包含的内容如下：心脏除颤器、末梢神经和肌肉刺激器、脑电刺激器等等。电流用于加热，比如，在肿瘤切除装置、机能失调的心脏或脑组织切除装置、烧灼装置、肌肉风湿疼痛以及其他疼痛减轻装置等等之中。

电场的另一种用于医学目的的使用涉及使用从发射电波的电波源，如RF波源或微波源，传递的指向所关心的身体部分(即靶)的振荡高频场。在这些情况下，在能源和身体之间没有电能传导，而能量是通过辐射或感应传递到身体。更具体言之，由能源产生的电能是通过导体到达身体附近并从那里通过空气或某些其他电绝缘材料传递到人体。

可以在医学应用中使用的电场一般就可以分为两种不同的模式。在第一种模式中，电场借助传导电极施加于身体或组织。这些电场可分为两类，即(1)稳定场或以相对低的速率改变的场及在身体或组织中感应出相应的电流的低频交变场；及(2)借助传导电极或借助绝缘电极施加于身体的高频交变场(1MHz以上)。

第一类电场用来，比如，刺激神经和肌肉、调节心率等等。的确，此种电场实际上是用来使信号在神经和肌肉纤维、中枢神经系统(CNS)、心脏等等中传播。记录此种自然电场是ECG、EEG、EMG、ERG等等的基础。在传导电极应用中的场强，假设介质是同质电特性，就等于施加于刺激/记录电极上的电压除以其间的距离。于是由此产生的电流就可以利用欧姆定律计算，而且对心脏和CNS可具有危险的刺激作用并可导致潜在的有害的离子浓度改变。另外，如果电流足够强，可能在组织中引起过度发热。这一发热可由在组织中消散的热量(电压与电流的乘积)计算出。

当此种电场和电流是交变电场和交变电流时，其对神经、肌肉等等的刺激功率是频率的反函数。在频率高于1-10kHz时，电场的刺激功率接近零。这一限制是由于由电刺激引起的激励通常是以膜电位改变为中介，其速率受到膜的RC性质的限制(时间常数约为1ms)。

与频率无关，当施加此种感应电流场时，此种电场经常与电流引起的有害副作用有关系。比如，一个负效应是在系统内的各种“分隔间”中的离子浓度改变，并且电解生物材料或组织嵌入的介质产生有害产物。