用于热疗的医疗器械对患者更友好，也更实用。随着对不同类型的应用器和天线的关注，传统的热疗法设备由曼哈顿堪萨斯州立大学人类生态学院的Manoshika Ramasamy和罗利北卡罗来纳州立大学纺织学院的Minyoung Suh博士进行了审查。188金宝搏手机版网址

我的介绍。

热疗是一种将癌症组织暴露于外部热量以将其温度提高到~42°C的治疗方法。41°C到44°C之间的温度对正常细胞没有影响，但对癌细胞有影响。热疗与常规疗法如化疗和放疗联合使用。它有助于药物在化疗中更好地渗透到癌细胞中，并使它们在放射治疗中对电离辐射更敏感。在癌症治疗中使用较低剂量的药物和放疗具有临床效益。Ahmed & Zaidi(2013)报道，当热疗与其他治疗结合时，肿瘤细胞的大小显著减小。

在过去的几十年里，为了获得更有希望的临床结果，几种不同的局部热疗设备已经被开发和改进。腔内和间质方法用于治疗体内深处的肿瘤，其中探针或针在人体内敲击以接近肿瘤细胞。然后将能量源插入探针，直接将热量传递给肿瘤细胞。这种方法可以最大限度地减少对肿瘤细胞附近正常组织的加热损伤，但其侵袭性使其难以被广泛的患者所接受。

非侵入性方法主要用于治疗浅表肿瘤。外部设备与肿瘤区域的皮肤有接触。能量从外部施加，针对肿瘤以提高其温度。额外的设备应该用来冷却附近的皮肤和正常组织，以防止烧伤。

然而，目前用于非侵入性热疗的医疗器械在设计时对患者并不友好。例如，乳腺癌患者必须在她的身体上放置重型机器，并将她的乳房放入机器的腔内，使肿瘤区域暴露在热源下。在热疗过程中，她必须忍受身体上的艰苦和热应激。单次治疗至少持续1小时，并根据肿瘤的晚期定期重复。从功能上看，目前的设备缺乏灵活性和可调性，不适合人体，不利于不规则体表的均匀加热。

改进的方法之一是采用可穿戴的形式。与用户便利性和治疗性能相关，可穿戴设备有一些好处。首先，可穿戴设备极大地改善了热疗治疗的物理环境。一个小而轻的可穿戴设备绝对可以让患者轻松，他们不必在整个治疗过程中忍受设备。其次，由于天线与癌细胞之间的距离变得更近，这种沿着人体形状设计的设备能够更有效和更可控地加热。此外，还可以预期不同方向的小型多天线的协同效应。

本研究的目的是说明如何改善医疗器械的热疗，使其更方便病人和功能。重点介绍了不同类型的应用器和天线，对传统的热疗设备进行了综述。对可穿戴热疗设备的重要技术要求进行了概述和讨论。基于技术可行性，它得出结论，热疗可以在一个可穿戴的形式，通过嵌入热辐射元件到柔性基板。可穿戴式热疗设备被认为是改善热疗临床环境的一种可能的解决方案。

高热设备

传统热疗设备的主要部件包括天线、水丸和涂药器。天线是一个辐射热量的元件，在治疗继续时，为了更好的天线耦合和冷却皮肤温度，水丸是必要的。敷药器是放置天线和水丸的平台。通常情况下，该敷设器具有具有用于电磁波的开放腔的凹形轮廓。所述天线在功能上与所述涂抹器相关联，并排列用于以所选振幅和相对相位将热能传输到所述空腔中。从天线传输的热能通过水丸到达肿瘤细胞。

涂药器

电磁波可以通过各种形状的波导发射，如长方体或喇叭。波导指的是一种金属空心管，它携带高频无线电波，如微波(图1a)。由于热量与被加热的区域紧密相连，与其他类型的涂抹器相比，这种方法不会对非癌变区域造成过度加热。然而，一旦波导被放置在身体上，这个涂抹器就不允许患者在治疗过程中移动。此外，孔径的形状不适合不规则的体表如颈部或腋窝区域。根据Togni、Vrba和Vannucci(2010)的说法，通过波导敷药器将热量输送到不同的肿瘤深度，范围从6毫米到15毫米。

另一种用于局部热疗的滴药器使用水丸本身作为滴药器(图1b)。天线安装在水袋表面。由于具有灵活和轻便的平台，这种类型的涂药器可能是可取的。与波导敷设器相比，其主要优点是有可能合并多个辐射元件，并可治疗更广泛的区域。

环形涂药器(图1c)是安装在治疗床上的可移动单元。这是一种加热位置相对较深的肿瘤的方法，比如骨盆或腹部。足够数量的天线嵌在患者周围的环内。理想的区域热疗，这是可行的应用于不规则形状的身体区域。根据Wust等人(2002)的研究，通过增加天线数量和优化相位和振幅的调节，可以显著改善对热分布的控制。

为全身热疗而开发的腔室涂抹器将患者置于与周围环境热隔离的潮湿饱和空间中(图1d)。在可接受的不利影响下，保持最高温度42°C一小时的稳定状态是可能的。由于阻挡了排汗散热，加热时间可缩短至1 ~ 1.5小时。

天线

天线是热疗装置内辐射电磁波的单元。根据热疗的类型及其施药器，微波、射频或红外被用作能量来源。大多数热疗设备的天线工作频率为27,434,915或2450 MHz。微波能量有利于乳腺癌，因为乳腺癌的定位深度相对较低，而射频能量由于频率相对较低，有可能实现更大的穿透。用于热疗的天线有许多不同的形状，如单极子、偶极子、环形、圆形、矩形等。天线或天线元件的尺寸是根据使用频率来设计的。

贴片天线采用扁平金属片作为辐射元件，由于其低外形和多样化的极化，它是电信领域最受欢迎的天线类型。这些天线由不同形状的微带贴片安装在电介质表面构成。该贴片由电铸金属网或商用平面导电材料制成。天线的性能根据贴片的几何形状和基板的厚度而变化。

与天线性能相关的另一个重要考虑因素是附近活细胞的存在。众所周知，当天线靠近人体时，其性能会发生重大变化。身体作为一个地平面，影响辐射模式。根据Alomainy et al.(2007)，天线失谐随天线形状的不同而不同。体上共振和自由空间共振之间的微小差异对系统的可靠性和效率有很大影响。其他研究处理了天线和不同三维方向的生物组织之间的电磁相互作用。

水丸

水丸是蒸馏水循环冷却表面温度，以防止皮肤烧伤。它的作用还包括获得天线和组织之间更好的耦合。在谐振频率方面，水丸有利于减小天线尺寸。因此，应用器、天线和水丸三个主要部件的性能要求需要充分确定和优化，并考虑这些部件之间的相互关系。

穿戴式热疗仪

在回顾了与热疗敷设器和天线相关的技术因素的基础上，提出了一种可穿戴设备，该设备将小天线嵌入到符合要求的敷设器中。在之前的研究中，发现纺织品天线可以在与机械障碍物相关的服装环境下发挥作用。然而，与广泛用于电信和娱乐目的的小型化可穿戴天线不同，可穿戴天线在医疗领域的使用仅限于监测人体状况和行为(如心电图或呼吸)的传感电极。在本章中，重点介绍了应用器和天线的重要特性，以开发一种可穿戴式热疗设备。

整合器

首先，应该有一个灵活的涂药器，它的尺寸更小，重量更轻。该柔性贴药器符合人体轮廓，可减小天线与肿瘤组织之间的距离，有助于更有效和可控的治疗。袋型滴药器(图1b)似乎最有潜力用于可穿戴应用，其中水丸的外壳用作滴药器。内置蒸馏水的水丸将天线嵌入表面。

涂药器的另一个重要技术考虑因素是材料的热电阻率。当天线安装在衬底上时，它可能必须进行热处理，并且可能会在天线本身产生大量的电阻热，衬底必须承受而不被熔化。卡普顿因其优异的耐热性而被提出。这是杜邦公司开发的一种聚酰亚胺薄膜，几乎不会融化(杜邦美国，2014)。然而，在耐磨性方面，卡普顿是不利的，因为它的刚度，不允许它沿着曲面容易顺应。

为了最大限度地提高使用者的舒适度，理想的做法是使用传统的纺织品，如棉质针织衫或弹力针织衫。188金宝搏手机版网址其他替代品包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚氯乙烯(PVC)等聚合物薄膜。合成聚合物具有较少的模糊外表面，似乎有利于控制嵌入天线的导电元件。

印刷天线

下一个挑战是将天线无缝地集成到合格的敷药器中。导电材料通过编织、针织、缝合、平铺或印刷被转移或整合到传统纺织品中。188金宝搏手机版网址编织是一种将两组导电纱线按正交方向交织的制造方法，而针织只使用一组纱线。通过拼接、沙发和印刷，在后期生产过程中可以将导电材料添加到纺织品衬底中。

在可穿戴电子产品和智能服装领域，导电印刷已经应用于许多产品和研究。与贴片天线相反，印刷天线可以通过直接在基片上沉积液体导电墨水来获得。该天线印刷在柔性聚合物衬底上，使涂胶器的重量和体积减小。与其他方法相比，这种方法是有利的，因为它能够创建精细和复杂的几何图案，如细螺旋线或多角形状。随着喷墨技术的出现，打印过程变得快速和简单，制造成本相当低。

天线的设计与敷设器的选择密切相关。天线的大小、形状、数量和阵列应考虑到敷设器有限的表面积。多天线可以提高可穿戴设备的治疗性能。天线阵列需要精心设计，以避免它们之间意外的耦合或匹配，这很容易由天线的接近引起。由于距离和方向会显著改变天线的性能，因此需要进行深入的研究来确定天线之间的适当距离。

治疗的条件

与治疗效果相关的其他考虑因素是临床条件，如待治疗肿瘤的位置、深度和大小。例如，在最常见的乳腺癌类型导管癌的情况下，肿瘤可能在乳房内的任何地方，其大小在II期约为20至50毫米。因此，II期导管癌的治疗需要在超过20毫米的深度范围内进行，这取决于肿瘤的具体位置。

另一方面，在最近开发用于热疗的低调微波天线的试验中，有效的热穿透面积估计为20毫米深，对直径约40毫米的肿瘤大小具有治疗能力。另一项实验研究表明，当18个小铜箔天线嵌入柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底时，天线可以将乳房组织加热到40毫米深。

通过可穿戴设备对某些类型的癌症进行热疗，在技术上似乎是可行的。就治疗效果而言，单一设备无法满足不同水平的期望。如果考虑到特定深度或位置的肿瘤，应用器和天线的设计可以优化以产生最佳的治疗结果。

结论

本研究探讨了可穿戴热疗设备作为临床常规热疗治疗的替代技术的技术考虑。针对不同类型的应用器和天线，研究了将其纳入可穿戴平台的可能性。表1概述了关键的设计考虑因素和性能预期，图2为一个乳腺癌示例设想了该设备的预期设计。

考虑到与热疗设备相关的技术可行性，本研究得出结论，可穿戴设备是一种可能的热疗替代技术。打印天线在一个合格的涂药器可以带来显著的优势，开发小型，轻量化，具有成本效益的热疗设备，这将显著提高临床经验的质量。

确认

这项工作得到了约翰逊癌症中心和堪萨斯州立大学的支持。作者要感谢dr。Punit Prakash和Sergio Curto在电气和计算机工程，堪萨斯州立大学，感谢他们宝贵的讨论和建议。

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作者简介:

曼哈顿堪萨斯州立大学人类生态学院的Manoshika Ramasamy和北卡罗来纳州立大学纺织学院的Minyoung Suh博士。188金宝搏手机版网址