靶向藥物離子導入儀的製作方法

2023-05-28 10:11:56 1

專利名稱：靶向藥物離子導入儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將藥物離子導入人體進行治療用的儀器，一種靶向藥物離子導入儀。
背景技術：
用離子導入儀產生的電流將藥物離子導入人體是正在發展中的一種疾病治療方法，藥物的導入量與導入電流的大小相關。用直流電進行藥物導入時，由於人體皮膚角質層容抗性很大，會產生極化現象，直流電難以通過，導入電流很小，電壓也必須限制得很低，以免對人體造成傷害，導入效果不理想。近年來，人們提出了利用半波或單向脈衝電流進行藥物離子導入的方法，其目的是希望通過產生較大的脈衝峰值電流能為離子提供較大的動力。
中國專利97106277.3介紹了一種單向方波調製中頻離子導入儀，由於採用電子開關直接耦合和電流脈衝導入的方式，輸出電阻小，脈衝峰值電流大，作用於人體時，脈衝前沿的峰值電流可達到數安培，該電流能穿透人體組織的容性屏障，並在深層組織間形成很大的瞬時電勢梯度，為離子運動提供了強大的脈動電場力，藥物離子導入的能力強。據分析，人體皮膚角質層的厚度僅10μm左右，但其電阻遠大於體內其它組織，在電場作用下，皮膚角質層二側形成容量很大的電容，離子導入時電荷在皮膚角質層二側積聚，在脈衝間歇期內，這些電荷經角質層的導電間隙(毛孔、汗腺孔及細胞間隙等)形成局部放電。當脈衝寬度很窄時，脈衝僅通過皮膚角質層電容充電而作用於體內，其直接通過角質層間隙的電流很小，離子透皮作用幾乎為零。而真正發生透皮作用的階段則是皮膚角質層二側積聚的電荷在脈衝間歇期階段的自放電過程。脈衝間歇期內，皮膚角質層二側的自放電電流的方向與導入電流方向一致，在自放電過程中藥物離子通過角質層的導電間隙(毛孔、汗腺孔及細胞間隙等)透過皮膚，所以此自放電階段也是皮膚表面的藥物離子透過皮膚的主要階段。這種單向方波調製中頻離子導入儀若脈衝設計過寬或自放電時間過長，均可導致皮膚角質層過度放電而產生熱，使表皮產生明顯剌痛感，嚴重時會造成電熱灼傷。並且，上述局部放電過程中，電流按近似指數曲線規律衰減，放電時間(即去極化時間)甚為漫長，限制了脈衝頻率的增加和離子導入效率的提高。
中國專利98111091.6介紹了一種雙向方波高頻電療儀，利用開關直耦電路輸出正反向不對稱的、具有適量直流分量的高頻脈衝。使用該儀器進行離子導入，由於電流作用較深，有利於離子透入深層組織。但是這種結構在每個正向脈衝的後沿未為皮膚角質層自放電提供足夠的時間，藥物離子的透皮過程不夠充分。

發明內容
本發明旨在提出一種能在脈衝的間歇期內提供一段高輸出電阻和一段低輸出電阻的脈衝離子導入儀，使輸出電極之間在脈衝的間歇期內形成高電阻段和低電阻放電段，一種靶向藥物離子導入儀。
這種靶向藥物離子導入儀包括高壓直流電源、NPN型的開關三極體、觸發脈衝發生器、低壓直流電源、第一輸出電極和第二輸出電極。高壓直流電源的正輸出端與開關三極體的集電極相連，開關三極體的發射極與第一輸出電極相連。高壓直流電源的接地端與第二輸出電極相連。低壓直流電源為觸發脈衝發生器的電源，低壓直流電源的輸出電壓中點與第一輸出電極相連。觸發脈衝發生器的輸出端與開關三極體的基極相連。它還包括PNP型的短路三極體、延時脈衝發生器和短路脈衝發生器。短路三極體的集電極與高壓直流電源的接地端相連，短路三極體的發射極與第一輸出電極相連。延時脈衝發生器的輸入端與觸發脈衝發生器的輸出端相連，延時脈衝發生器的輸出端與短路脈衝發生器的輸入端相連，短路脈衝發生器的輸出端與短路三極體的基極相連，延時脈衝發生器和短路脈衝發生器也由所述的低壓直流電源供電。
這種靶向藥物離子導入儀工作時，由觸發脈衝發生器輸出觸發脈衝，控制開關三極體周期性地導通和截止，從而使儀器的兩個輸出電極輸出高壓脈衝。另一方面，觸發脈衝發生器的觸發脈衝又通過延時脈衝發生器延時後，使短路脈衝發生器輸出短路觸發信號，使短路三極體將兩個輸出電極短路。脈衝間歇期分為兩段，在延時時間內，儀器輸出為高電阻，短路三極體導通時，儀器輸出為低電阻(阻值接近零)。用於離子導入時，在脈衝間歇期的延時時間內，儀器輸出為高電阻，皮膚角質層上積聚的電荷將通過角質層的導電間隙(毛孔、汗腺孔及細胞間隙等)形成局部放電，皮膚表面的藥物離子透過皮膚進入體內。短路三極體導通時，皮膚角質層積聚的電荷通過兩電極、短路三極體和人體內部組織形成的放電通路放電，消除角質層電荷的積累，為下一個高壓脈衝作好準備，同時，避免皮膚局部放電引起的刺痛感和表皮灼傷。並且，此電流對局部組織產生熱效應，溫度升高，使皮膚角質層的阻抗大幅度下降，通透性提高，有利於藥物離子的導入。


附圖1為靶向藥物離子導入儀的結構原理圖；附圖2為觸發脈衝發生器的輸出電壓波形；附圖3為延時脈衝發生器的輸出電壓波形；附圖4為短路脈衝發生器的輸出電壓波形；附圖5為靶向藥物離子導入儀輸出電壓的波形；附圖6為靶向藥物離子導入儀輸出電阻的變化曲線；附圖7為使用靶向藥物離子導入儀時人體負載的電壓波形；附圖8為使用靶向藥物離子導入儀時人體負載的電流波形；附圖9為人體負載的等效阻抗；附圖10為使用靶向藥物離子導入儀時人體負載的電壓波形一個周期的圖形；
附圖11為使用靶向藥物離子導入儀時人體負載的電流波形一個周期的圖形；附圖12為靶向藥物離子導入儀的詳細結構圖；附圖13為靶向藥物離子導入儀的第二種結構原理圖；附圖14為圖13的靶向藥物離子導入儀的輸出電壓波形；附圖15為使用圖13的靶向藥物離子導入儀時人體負載的電壓波形；附圖16為使用圖13的靶向藥物離子導入儀時人體負載的電流波形。
具體實施例方式
如圖1所示，這種靶向藥物離子導入儀包括高壓直流電源(0～250伏可調)、NPN型的開關三極體BG1、觸發脈衝發生器、低壓直流電源、第一輸出電極1和第二輸出電極2。高壓直流電源的正輸出端與開關三極體的集電極相連，高壓直流電源的接地端與第二輸出電極2相連。開關三極體的發射極與第一輸出電極1相連。低壓直流電源(一般為12伏)為觸發脈衝發生器的電源，低壓直流電源的輸出電壓中點與第一輸出電極1相連。觸發脈衝發生器的輸出端與開關三極體的基極相連，它還包括PNP型的短路三極體BG2、延時脈衝發生器和短路脈衝發生器。短路三極體的集電極與高壓直流電源的接地端相連，短路三極體的發射極與第一輸出電極1相連。延時脈衝發生器的輸入端與觸發脈衝發生器的輸出端相連，延時脈衝發生器的輸出端與短路脈衝發生器的輸入端相連。短路脈衝發生器的輸出端與短路三極體的基極相連。延時脈衝發生器和短路脈衝發生器也由低壓直流電源供電。
這種靶向藥物離子導入儀的觸發脈衝發生器輸出的脈衝波形如圖2所示。由於低壓直流電源的輸出電壓中點與第一輸出電極相連，在觸發脈衝發生器輸出的正半周時，開關三極體導通，兩個輸出電極1、2之間有高壓輸出，其輸出電壓的波形如圖5所示。同時，觸發脈衝又觸發延時脈衝發生器，使其發出如圖3所示的延時脈衝。延時脈衝結束時，又觸發短路脈衝發生器，產生如圖4所示的短路脈衝。在短路脈衝的負半周期間，短路開關三極體BG2導通，使兩個輸出電極1、2相互連通。如圖6所示，這種靶向藥物離子導入儀的輸出電阻在延時脈衝時間內輸出電阻很大，輸出電極之間為高電阻；在短路脈衝的負半周期間內，輸出電阻的值為零或接近零，輸出電極之間形成低電阻放電通路。
將這種靶向藥物離子導入儀應用於離子導入治療時，實際測得的人體負載的電壓波形如圖7所示，人體負載的電流波形如圖8所示。上述人體負載電壓的一個周期的波形示於圖10中，電流的一個周期的波形示於圖11中。上述現象可作如下解釋一、按照醫學物理學原理，在兩個電極之間的人體負載可以用圖9所示的等效阻抗來表示，其中皮膚角質層為電容性，用等效電容C1表示，皮膚角質層的導電間隙(毛孔、汗腺孔及細胞間隙等)為電阻性，用等效電阻R1表示，人體深層組織也為電阻性，用等效電阻R2表示。C1與R1並聯後再與R2相串聯。其中R1的值遠大於R2。二、如圖10和圖11所示，在觸發脈衝的起始處，電壓迅速上升，然後升速變慢，即圖10中的曲線ab段，電流出現一個尖峰後逐漸減小，即圖11中的曲線ghi段。這是充電電荷在皮膚角質層二側逐漸積聚並趨飽和所致。也就是等效電容C1充電，並漸趨飽和。在此階段中，體內等效電阻R2上有很高的電壓，流過很大的電流，體內的離子受很大的電場力的作用向深層組織移動。但皮膚處的電流主要為等效電容C1的充電電流，流經皮膚等效電阻R1的電流不大，也就是透過皮膚的離子不多。三、觸發脈衝結束後，在延時時間段，即圖10中的曲線bc段和圖11中的曲線kl段，電壓成近似對數曲線的形式下降，這是皮膚角質層積聚的電荷局部放電，也就是等效電容C1通過皮膚等效電阻R1放電，這是皮膚局部的自放電，所以電流曲線上電流值為零。在這一階段，大量的藥物離子依靠此放電電流透過皮膚，進入皮下。四、在短路脈衝的負半周期間，即圖10中的曲線de段和圖11中的lm段，電壓為零，而電流有一負值，這是皮膚角質層積聚的電荷通過短路三極體、兩電極和人體內部組織形成的放電通路放電，也就是等效電容C1通過等效電阻R2放電，使C1上的電壓快速下降，為下一個脈衝的起始階段皮膚角質層充電作好準備。五、在短路脈衝結束後，電壓還有一小段升高，即圖10中的ef段，這是因為皮膚角質層還有剩餘電荷，仍在繼續進行局部放電。由上述分析可知，使用這種靶向藥物離子導入儀進行藥物離子導入，依靠延時脈衝階段和短路脈衝階段，能使藥物離子順利穿過皮膚角質層，進入人體內並遷移到深層組織。
這種靶向藥物離子導入儀的觸發脈衝發生器、延時脈衝發生器和短路脈衝發生器可以採用現有的集成電路元件，也可以做成專用的集成電路。圖12所示即為應用555集成塊的例子。如圖12所示，這種靶向藥物離子導入儀的觸發脈衝發生器為一個由555集成塊IC1組成的方波發生器3，它的輸出端與開關三極體BG1的基極之間通過一個由555集成塊IC2組成的第一倒相器4相連。此時應用觸發脈衝發生器3產生的波形中的負脈衝部分，由第一倒相器4倒相成正脈衝，再去控制開關三極體BG1。所述的延時脈衝發生器為由一個555集成塊IC3組成的單穩態觸發器5，用觸發脈衝發生器輸出波形的下降沿觸發。所述的短路脈衝發生器包括由555集成塊IC4組成的第二單穩態觸發器6和由555集成塊IC5組成的第二倒相器7。在此種結構中，第一倒相器4的集成塊的7腳上還可以接一個調製用的三極體BG3。在BG3基極上加上一個0～150Hz的掃頻方波信號，可使靶向藥物離子導入儀的輸出波形成為低頻調製的脈衝波。低壓直流電源的中點電壓可以用輸出電壓為6伏的三端穩壓集成塊IC6來獲得。第二倒相器7輸出腳與短路三極體BG2基極之間所接的可變電阻RW可用來調節短路三極體BG2的工作狀態。通過改變RW的阻值可使短路三極體從開關狀態進入放大狀態，從而使放電電流產生不同強度的恆流特性。BG2工作於開關狀態時，皮膚角質層積聚的電荷將全部轉化成體內熱效應；BG2工作於放大狀態時，可因恆流值的不同，相對提升儀器的輸出的直流分量，調節適當時，可兼顧離子導入的效率和體內組織的熱效應。
這種靶向藥物離子導入儀的脈衝電壓、脈衝頻率、脈衝寬度、延時時間、短路時間皆是可調的。各參數可在以下範圍內選取脈衝電壓0～250伏、脈衝頻率5～20kHz、脈衝寬度0.5～3μs、延時時間1～4μs、短路時間10～40μs。用於藥物離子導入時，上述參數可根據藥物的種類、病患的部位進行選擇，以達到最佳的導入效果。這種靶向藥物離子導入儀還可以配上檢測和顯示裝置，在顯示屏上顯示出各種參數和脈衝波形。
如圖13所示，這種靶向藥物離子導入儀的高壓直流電源上還可以有一個負輸出端，所述的短路三極體BG2的集電極與高壓直流電源的上述負輸出端相連。這種結構，在短路三極體BG2導通時，如圖14和圖15所示，電極兩端得到一個較低的反向電壓，可加速皮膚角質層上積聚電荷的放電過程。如圖16所示，在短路脈衝的起始價段可看到較大的起始放電電流。上述反向電壓可在0～1/3正向峰值電壓的範圍內選取。此反向電壓較高時產生的反向去極化電流較大，所需的放電時間較短。可在不改變輸出直流分量的情況下縮短脈衝周期，提高頻率，增大輸出功率，增加局部組織熱效應。反向電壓較低時，反向去極化電流較小，所需的放電時間就較長。
使用這種靶向藥物離子導入儀進行治療時，在電極尺寸、藥物種類和濃度等其它導入條件相同的情況下，其輸出的直流功率可比用單純直流電導入大10倍以上，為離子在體內靶向運動、克服阻力作功提供了強大的動力。
權利要求
1.一種靶向藥物離子導入儀，包括高壓直流電源、NPN型的開關三極體(BG1)、觸發脈衝發生器、低壓直流電源、第一輸出電極(1)和第二輸出電極(2)，高壓直流電源的正輸出端與開關三極體的集電極相連，開關三極體的發射極與第一輸出電極(1)相連，高壓直流電源的接地端與第二輸出電極(2)相連，低壓直流電源為觸發脈衝發生器的電源，低壓直流電源的輸出電壓中點與第一輸出電極(1)相連，觸發脈衝發生器的輸出端與開關三極體的基極相連，其特徵是它還包括PNP型的短路三極體(BG2)、延時脈衝發生器和短路脈衝發生器，短路三極體的集電極與高壓直流電源的接地端相連，短路三極體的發射極與第一輸出電極(1)相連，延時脈衝發生器的輸入端與觸發脈衝發生器的輸出端相連，延時脈衝發生器的輸出端與短路脈衝發生器的輸入端相連，短路脈衝發生器的輸出端與短路三極體的基極相連，延時脈衝發生器和短路脈衝發生器也由所述的低壓直流電源供電。
2.如權利要求1所述的靶向藥物離子導入儀，其特徵是所述的觸發脈衝發生器為一個由555集成塊(IC1)組成的方波發生器(3)，它的輸出端與開關三極體(BG1)的基極之間通過一個由555集成塊(IC2)組成的第一倒相器(4)相連，所述的延時脈衝發生器為一個由555集成塊(IC3)組成的單穩態觸發器(5)，所述的短路脈衝發生器包括由555集成塊(IC4)組成的第二單穩態觸發器(6)和由555集成塊(IC5)組成的第二倒相器(7)。
3.如權利要求1或2所述的靶向藥物離子導入儀，其特徵是所述的高壓直流電源還有一個負輸出端，所述的短路三極體(BG2)的集電極與高壓直流電源的上述負輸出端相連。
全文摘要
一種靶向藥物離子導入儀，包括高壓直流電源、NPN型的開關三極體(BG1)、觸發脈衝發生器、低壓直流電源、第一輸出電極(1)、第二輸出電極(2)、PNP型的短路三極體(BG2)、延時脈衝發生器和短路脈衝發生器。由觸發脈衝發生器控制開關三極體周期性地導通和截止，使儀器的兩個輸出電極輸出直流脈衝。脈衝間歇期分為兩段，在延時時間內，儀器輸出為高電阻，短路三極體導通時，儀器輸出為低電阻。應用於藥物離子導入時，能使皮膚表面的藥物離子依靠皮膚角質層局部自放電透過皮膚進入皮下，又能使皮膚角質層積聚的電荷快速放電，為下一個高壓脈衝作好準備，並消除角質層電荷的積累，避免表皮局部放電引起的刺痛感和表皮灼傷。
文檔編號A61N1/32GK1718257SQ200510050859
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月26日 優先權日2005年7月26日
發明者傅春農 申請人:嘉興市大洋醫療科技有限公司