温敏磁性材料居里点效应治疗肿瘤的研究
作者：熊国欣 李伟 王光志 雷茂生 陈健民 乔晓岚
单位：熊国欣 雷茂生 乔晓岚(洛阳医学高等专科学校医学工程系,河南 洛阳 471003)；李伟 王光志(洛阳医学高等专科学校基础医学部,河南 洛阳 471003)；陈健民(洛阳医学高等专科学校附属医院肿瘤科,河南 洛阳 471003)
关键词：电磁场；小鼠；肿瘤
中国医学物理学杂志000215 摘要：目的： 研究具有较低居里点温度的磁性材料，在高频电磁场作用下产热对肿瘤的 影响。方法：将镍铜合金制作的居里点温度为60 ℃的柱状 磁性材料植入小鼠S180 内，从体 外用高频电磁场诱导植入瘤体内的磁性材料感应产热 ，观察瘤体的温度变化和加热后的病 理改变、瘤体大小及动物生存时间等。结果：185 kHz、6 m T的高频电磁场诱导植入瘤体内 的磁性材料产热可使小鼠瘤体中心温度迅速升高达48 ℃，并使瘤体在持续加热中维持这一 温 度水平；瘤体周围与肿瘤交界处的正常组织温度升高并不明显，肿瘤组织出现大片坏死，60 %小鼠瘤体消失，生存期明显延长。结论：用高频电磁场 诱导肿瘤内磁性材料可达到内加热定向治疗肿瘤和加热温度自动控制。
, 百拇医药
中图分类号：R730.59 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(2000) 02-0101-02
Study on the treatment of tumors with curie te mperatue of magnetic materials
XIONG Guo-xin,LI Wei,LEI Mao-sheng,CHEN Jian-min
(LuoYang medical college,LuoYang 471003,China)
Abstract： Objective:To study the effects of mag netic material which has low curie temperatue induced by high frequency electromagnet for tumors.Methods:The needle-like magnetic material made of nickel-copper alloy which has low cuir e temperature,was implanted in S180 tumors of mice.Then high frequency el ectrom agnetic field was applied outside body to make the magnetic material produce the hyperthermia.Before and after thermotherapy,the tumors size,pathologic change a nd aninal survival peried were assessed.Results: The temperature at tumors centre area could be heated up to 48℃.The tumor necrosis was greatly presented.The mo st part of tumor in mice disappeared.The survival period of mice was longer.Conclusion:The method is beneficial to automatic tem perature for the treatment of tumors.
, http://www.100md.com
Key words:electromagnetic field; mice;neoplasms.
内加热治疗肿瘤是当前肿瘤热疗中一个未 能很好解决的重要课题。本研究采用具有 较低居里点温度的温敏磁性材料在高频电磁场诱导下产热，利用其加热温度可自动控制的特 点，对小鼠移植性肿瘤进行了定向内加热治疗的研究。
1 材料和方法
1.1 实验动物和肿瘤模型的建立
选用健康昆明小鼠50只(由河南医科大学提供)，体重20～22 g，雌性。在20 ℃± 2 ℃室温下常规饲养。瘤源选自中国药品生物制品研究所。S180 在小鼠腹腔内传代 。选精 神状态好，腹水饱满的第十天荷瘤鼠断颈处死，于无菌室内消毒鼠腹，抽取癌性腹水，每只 接种0.2 ml(8.2×107 )于小鼠右腋下，建立小鼠肿瘤模型。接种后4天小鼠右腋部可明显 触及肿瘤结节，7天后小鼠瘤径平均为1 cm，开始进行动物实验。
, 百拇医药
1.2 实验动物分组处理
全部荷瘤小鼠分为二部分：A部分，共10只。在小鼠瘤体内植入两根长1 cm并行排列的 铁磁材料，置于频率185 kHz、磁感应强度6 mT的电磁场中，并使小鼠被保持在磁性材料的 长轴与磁力线一致的方向上用于观察加热时瘤体温度变化和加热后肿瘤组织病理变化。B部 分，分成4组，每组10只。B1 组：对荷瘤小鼠不作任何处理；B2 组：仅在小鼠瘤体 内植 入两根长1 cm并行排列的铁磁材料，不用高频电磁场诱导加热；B3 组：将荷瘤小鼠置于 频 率185 kHz，强度为6 mT的电磁场中60分钟；B4 组：处理方法为B4 ＝B2 +B3 ，置入高频电磁场中的小鼠被保持在铁磁材料长轴与磁力线一致的方向上。
1.3 实验仪器与材料
, 百拇医药
高频电磁场由洛阳医专医学工程技术系自行设计的铜线圈产生，线圈直径为180 mm，可 产生频率为185 kHz的电磁 场，线圈中心最大磁感应强度为10 mT，本实验为6 mT，线圈工作 时通水冷却。
铁磁材料为镍铜合金，由洛阳工学院材料系提供。铁磁材料直径为1 mm，居里点温度为 60 ℃，铁磁材料受到一定的电磁场持续作用时，可因涡流损耗而不断产热，由于该材料的 居 里点温度较低，当铁磁合金温度升高至居里温度点时，其磁性便消失而停止产热，需降至居 里温度点以下方能恢复产热，因此铁磁材料具有加热温度自动调节功能。
测温装置为洛阳医专医学工程系自制的半导体测温计，测温精度为0.1 ℃，外形为 细针形，便于刺入组织内测量温度。
对B部分4组小鼠每周定期用游标卡尺测定瘤体最大直径a和最小直径b，按公 式v=(1/2)×ab计算肿瘤体积，同时观察各组小鼠生长死亡情况。统计学处理采用 t检验。
, 百拇医药
2 结果
对A部分小鼠用高频电磁场诱导瘤体内铁磁材料产热可使小鼠瘤体中心温度迅速升 高， 达42 ℃的肿瘤有效治疗温度的时间只需6分钟， 30分钟达48 ℃高温，以后持续加热则温度 不 再升高，基本维持在约48 ℃水平，处于瘤体交界处的正常组织温度明显低于瘤体中心，保 持在40 ℃以下，见表1。
表1 小鼠加热时的温度变化(
±s) 加热时间(分钟)
瘤体中心(℃)
正常组织(℃)
6
42.85±1.21
34.51±0.72
, 百拇医药
10
44.97±1.38
35.72±0.98
20
46.23±1.67
35.97±1.25
30
47.97±3.24
37.45±1.43
40
48.01±2.38
38.92±2.47
, 百拇医药
50
48.87±2.21
39.22±2.78
加热后的小鼠瘤体组织表现凝固性坏死，瘤体切面呈半孰肉样。加热后一周处死的 小鼠肿瘤组织切片光镜下可见大片坏死，坏死灶周围有大量的炎性细胞浸润。
B部分各组小鼠肿瘤体积在治疗前差异无显著性(P>0. 05)，治疗后5天，B4 组小鼠的 肿瘤体积比治疗前增大，可能与肿瘤坏死后炎性细胞浸润有关，治疗后10天肿瘤开始缩小， 而各对照组的瘤体继续增大(见图1)。治疗后25天，B4 组有6只瘤体完全消失，占60%， 其余4只小鼠的瘤体也明显小于对照组，B1 ～B4 组的肿瘤体积分别为(8.65±3.72) cm3 、(9.02±2.79) cm3 、(6.32±4.23) cm3 和(0.23±0.21) cm3 ，加热治疗组与各 对照组 间肿瘤体积差异有特别显著性差异(P<0.01)。3个对照组小鼠的瘤体均呈进行性生长， 随着 瘤体不断增大，肢体受压出现瘫痪现象，最终全身衰竭死亡。B1 ～B4 组实验小鼠 生存天 数分别为(38.1±5.8)天、(39.4±12.8)天、(46.2±8.58)天和(123.1±32.7)天，B4 组 小鼠存活期远远大于各对照组。
, 百拇医药
图1 各组小鼠肿瘤体积
3 讨论
在肿瘤热疗中，其加热、控温和测温等一系列工程物理问题未能很好解决 。 近年来国 内外学者开展了铁磁材料植入瘤体内用高频电磁场诱导加热治疗肿瘤的研究[1-3] ，并已用 与临床。本研究从动物S180 肉瘤入手对该方法进行了研究，由于高频电磁 场对生物组织有 很强的穿透力，植入肿瘤组织的铁磁材料被诱导加热后，如同埋在瘤体内发热的种子，从瘤 体内部对其组织产生加热作用，适合于深部脏器肿瘤的选择性加热治疗。铁磁材料的植入虽 然采用侵入性方法，但对于从体外施加高频电磁场诱导铁磁材料对肿瘤的加热过程来说，却 是非侵入性，有利于对肿瘤实行反复加热治疗。由于铁磁材料的居里温度较低，具有加热温 度自动调节作用，使铁磁材料不会过热，可减少对瘤体周围正常组织的损伤。对肿瘤的加热 也可被控制在有效的治疗温度范围内，无须在后续的重复治疗中采用侵入测温方法进行加热 控制。
, 百拇医药
本实验虽然采用侵入性方法植入加热材料，从实验结果得知，该实验方法能够抑制 肿瘤的转移，是一安全的治疗方法。
本研究中瘤体温度未能达到居里温度60 ℃，可能与组织的血流有关及所用电磁场 的频率有关。
基金项目：河南省教委科技攻关资助项目(97310021)
作者简介：熊国欣(1963年生)，男，山东博兴 人，河南洛阳医学高等专科学校讲师，从事医学物理学研究.
参考文献：
[1] Brezovich Ia,Atkinson WJ.Temperature distributions in tumor mode ls heated by self-regulating nickel-copper alloy thermoseeds[J].Med Phys,1984,11:145.
, http://www.100md.com
[2] Kobayshi T,Kide Y,Matsui M,et al.Interstitial hyprthermia of mal ignant b rain tumors using implant heating system(IHS)[J].NoShimkei Geka,1990,18:247.
[3] Demer LF,Chem JS,Buechler DN,et al.Ferromagnetic thermoseed mate rials for tu mor hyperthermia[C].In:Proceedinga 8th annual conference of the IEEE engineeri ng in medicine and biology society,fort worth,1986,3:1448.
收稿日期：1999-10-31, 百拇医药
单位：熊国欣 雷茂生 乔晓岚(洛阳医学高等专科学校医学工程系,河南 洛阳 471003)；李伟 王光志(洛阳医学高等专科学校基础医学部,河南 洛阳 471003)；陈健民(洛阳医学高等专科学校附属医院肿瘤科,河南 洛阳 471003)
关键词：电磁场；小鼠；肿瘤
中国医学物理学杂志000215 摘要：目的： 研究具有较低居里点温度的磁性材料，在高频电磁场作用下产热对肿瘤的 影响。方法：将镍铜合金制作的居里点温度为60 ℃的柱状 磁性材料植入小鼠S180 内，从体 外用高频电磁场诱导植入瘤体内的磁性材料感应产热 ，观察瘤体的温度变化和加热后的病 理改变、瘤体大小及动物生存时间等。结果：185 kHz、6 m T的高频电磁场诱导植入瘤体内 的磁性材料产热可使小鼠瘤体中心温度迅速升高达48 ℃，并使瘤体在持续加热中维持这一 温 度水平；瘤体周围与肿瘤交界处的正常组织温度升高并不明显，肿瘤组织出现大片坏死，60 %小鼠瘤体消失，生存期明显延长。结论：用高频电磁场 诱导肿瘤内磁性材料可达到内加热定向治疗肿瘤和加热温度自动控制。
, 百拇医药
中图分类号：R730.59 文献标识码：A 文章编号：1005-202X(2000) 02-0101-02
Study on the treatment of tumors with curie te mperatue of magnetic materials
XIONG Guo-xin,LI Wei,LEI Mao-sheng,CHEN Jian-min
(LuoYang medical college,LuoYang 471003,China)
Abstract： Objective:To study the effects of mag netic material which has low curie temperatue induced by high frequency electromagnet for tumors.Methods:The needle-like magnetic material made of nickel-copper alloy which has low cuir e temperature,was implanted in S180 tumors of mice.Then high frequency el ectrom agnetic field was applied outside body to make the magnetic material produce the hyperthermia.Before and after thermotherapy,the tumors size,pathologic change a nd aninal survival peried were assessed.Results: The temperature at tumors centre area could be heated up to 48℃.The tumor necrosis was greatly presented.The mo st part of tumor in mice disappeared.The survival period of mice was longer.Conclusion:The method is beneficial to automatic tem perature for the treatment of tumors.
, http://www.100md.com
Key words:electromagnetic field; mice;neoplasms.
内加热治疗肿瘤是当前肿瘤热疗中一个未 能很好解决的重要课题。本研究采用具有 较低居里点温度的温敏磁性材料在高频电磁场诱导下产热，利用其加热温度可自动控制的特 点，对小鼠移植性肿瘤进行了定向内加热治疗的研究。
1 材料和方法
1.1 实验动物和肿瘤模型的建立
选用健康昆明小鼠50只(由河南医科大学提供)，体重20～22 g，雌性。在20 ℃± 2 ℃室温下常规饲养。瘤源选自中国药品生物制品研究所。S180 在小鼠腹腔内传代 。选精 神状态好，腹水饱满的第十天荷瘤鼠断颈处死，于无菌室内消毒鼠腹，抽取癌性腹水，每只 接种0.2 ml(8.2×107 )于小鼠右腋下，建立小鼠肿瘤模型。接种后4天小鼠右腋部可明显 触及肿瘤结节，7天后小鼠瘤径平均为1 cm，开始进行动物实验。
, 百拇医药
1.2 实验动物分组处理
全部荷瘤小鼠分为二部分：A部分，共10只。在小鼠瘤体内植入两根长1 cm并行排列的 铁磁材料，置于频率185 kHz、磁感应强度6 mT的电磁场中，并使小鼠被保持在磁性材料的 长轴与磁力线一致的方向上用于观察加热时瘤体温度变化和加热后肿瘤组织病理变化。B部 分，分成4组，每组10只。B1 组：对荷瘤小鼠不作任何处理；B2 组：仅在小鼠瘤体 内植 入两根长1 cm并行排列的铁磁材料，不用高频电磁场诱导加热；B3 组：将荷瘤小鼠置于 频 率185 kHz，强度为6 mT的电磁场中60分钟；B4 组：处理方法为B4 ＝B2 +B3 ，置入高频电磁场中的小鼠被保持在铁磁材料长轴与磁力线一致的方向上。
1.3 实验仪器与材料
, 百拇医药
高频电磁场由洛阳医专医学工程技术系自行设计的铜线圈产生，线圈直径为180 mm，可 产生频率为185 kHz的电磁 场，线圈中心最大磁感应强度为10 mT，本实验为6 mT，线圈工作 时通水冷却。
铁磁材料为镍铜合金，由洛阳工学院材料系提供。铁磁材料直径为1 mm，居里点温度为 60 ℃，铁磁材料受到一定的电磁场持续作用时，可因涡流损耗而不断产热，由于该材料的 居 里点温度较低，当铁磁合金温度升高至居里温度点时，其磁性便消失而停止产热，需降至居 里温度点以下方能恢复产热，因此铁磁材料具有加热温度自动调节功能。
测温装置为洛阳医专医学工程系自制的半导体测温计，测温精度为0.1 ℃，外形为 细针形，便于刺入组织内测量温度。
对B部分4组小鼠每周定期用游标卡尺测定瘤体最大直径a和最小直径b，按公 式v=(1/2)×ab计算肿瘤体积，同时观察各组小鼠生长死亡情况。统计学处理采用 t检验。
, 百拇医药
2 结果
对A部分小鼠用高频电磁场诱导瘤体内铁磁材料产热可使小鼠瘤体中心温度迅速升 高， 达42 ℃的肿瘤有效治疗温度的时间只需6分钟， 30分钟达48 ℃高温，以后持续加热则温度 不 再升高，基本维持在约48 ℃水平，处于瘤体交界处的正常组织温度明显低于瘤体中心，保 持在40 ℃以下，见表1。
表1 小鼠加热时的温度变化(
±s) 加热时间(分钟)瘤体中心(℃)
正常组织(℃)
6
42.85±1.21
34.51±0.72
, 百拇医药
10
44.97±1.38
35.72±0.98
20
46.23±1.67
35.97±1.25
30
47.97±3.24
37.45±1.43
40
48.01±2.38
38.92±2.47
, 百拇医药
50
48.87±2.21
39.22±2.78
加热后的小鼠瘤体组织表现凝固性坏死，瘤体切面呈半孰肉样。加热后一周处死的 小鼠肿瘤组织切片光镜下可见大片坏死，坏死灶周围有大量的炎性细胞浸润。
B部分各组小鼠肿瘤体积在治疗前差异无显著性(P>0. 05)，治疗后5天，B4 组小鼠的 肿瘤体积比治疗前增大，可能与肿瘤坏死后炎性细胞浸润有关，治疗后10天肿瘤开始缩小， 而各对照组的瘤体继续增大(见图1)。治疗后25天，B4 组有6只瘤体完全消失，占60%， 其余4只小鼠的瘤体也明显小于对照组，B1 ～B4 组的肿瘤体积分别为(8.65±3.72) cm3 、(9.02±2.79) cm3 、(6.32±4.23) cm3 和(0.23±0.21) cm3 ，加热治疗组与各 对照组 间肿瘤体积差异有特别显著性差异(P<0.01)。3个对照组小鼠的瘤体均呈进行性生长， 随着 瘤体不断增大，肢体受压出现瘫痪现象，最终全身衰竭死亡。B1 ～B4 组实验小鼠 生存天 数分别为(38.1±5.8)天、(39.4±12.8)天、(46.2±8.58)天和(123.1±32.7)天，B4 组 小鼠存活期远远大于各对照组。
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图1 各组小鼠肿瘤体积
3 讨论
在肿瘤热疗中，其加热、控温和测温等一系列工程物理问题未能很好解决 。 近年来国 内外学者开展了铁磁材料植入瘤体内用高频电磁场诱导加热治疗肿瘤的研究[1-3] ，并已用 与临床。本研究从动物S180 肉瘤入手对该方法进行了研究，由于高频电磁 场对生物组织有 很强的穿透力，植入肿瘤组织的铁磁材料被诱导加热后，如同埋在瘤体内发热的种子，从瘤 体内部对其组织产生加热作用，适合于深部脏器肿瘤的选择性加热治疗。铁磁材料的植入虽 然采用侵入性方法，但对于从体外施加高频电磁场诱导铁磁材料对肿瘤的加热过程来说，却 是非侵入性，有利于对肿瘤实行反复加热治疗。由于铁磁材料的居里温度较低，具有加热温 度自动调节作用，使铁磁材料不会过热，可减少对瘤体周围正常组织的损伤。对肿瘤的加热 也可被控制在有效的治疗温度范围内，无须在后续的重复治疗中采用侵入测温方法进行加热 控制。
, 百拇医药
本实验虽然采用侵入性方法植入加热材料，从实验结果得知，该实验方法能够抑制 肿瘤的转移，是一安全的治疗方法。
本研究中瘤体温度未能达到居里温度60 ℃，可能与组织的血流有关及所用电磁场 的频率有关。
基金项目：河南省教委科技攻关资助项目(97310021)
作者简介：熊国欣(1963年生)，男，山东博兴 人，河南洛阳医学高等专科学校讲师，从事医学物理学研究.
参考文献：
[1] Brezovich Ia,Atkinson WJ.Temperature distributions in tumor mode ls heated by self-regulating nickel-copper alloy thermoseeds[J].Med Phys,1984,11:145.
, http://www.100md.com
[2] Kobayshi T,Kide Y,Matsui M,et al.Interstitial hyprthermia of mal ignant b rain tumors using implant heating system(IHS)[J].NoShimkei Geka,1990,18:247.
[3] Demer LF,Chem JS,Buechler DN,et al.Ferromagnetic thermoseed mate rials for tu mor hyperthermia[C].In:Proceedinga 8th annual conference of the IEEE engineeri ng in medicine and biology society,fort worth,1986,3:1448.
收稿日期：1999-10-31, 百拇医药