电场治疗癌症业余实现的探讨

查看全部 · 2023-10-25 07:37 上传

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本帖最后由腾是邻于 2024-12-19 16:00 编辑

2023.10.23  初版
2023.10.25  加一个PDF附件，删除个别错字
2023.10.27  增加功率放大器1的内容
2023.10.31  加电场探测器，PDF附件
2023.11.21  增加功率放大器2，PDF附件
2024.06.15 补充功率放大器2相关内容，见#40评论
2024.12.19 增加高压运算放大器电路，见#44评论

对号称第四种治疗癌症方法的TTF，人们普遍认为是一种辅助疗法，你看TTF的临床试验，多半是某种药物+TTF为一组，另一组是只用该药物的对照组。
作为癌症患者，几乎没人奢望彻底根治，能够带癌生存，与癌共舞才是现实的考虑。
为求部分缓解或无进展，在放化疗治疗的同时，求助于中药的调养，改善身体状况，提高免疫力，是多数患者的选择。
有人说中药调理是改善身体内部微环境，就象改良土壤，那TTF也可以说是一样的，它也是在改变肿瘤细胞周围的微环境，使其增殖的条件被电场破坏掉。
据报道癌症患者的肿瘤並不是统一的同类细胞，而是基因突变后细胞的无数子代变异细胞的组合，与最原始变异的细胞相比又发生了其它位置的突变，称之为混合型癌。靶向药只针对其中某类丰度较高的突变细胞，使其大量减少，而其它突变的细胞却有可能快速增殖，引起耐药和进展。TTF是通过破坏癌细胞快速分裂增殖的条件进行治疗的，不论是那一类癌细胞都会受到抑制，只要选对了适合的频率就可以了。患者和家人首先要理解TTF的原理，按量子理论的说法就是心诚则灵，就是要耐心，以时间换成效，每天至少18个小时治疗时间。
日本的ECCT，原理和TTF相同，但使用更为方便，易于被患者接受，特别是睡觉过程中治病，更是吸引人的想法。https://www.zhihu.com/zvideo/1589952285261385728?utm_psn=1699477220840656896

在被确诊为非小细胞肺癌以后，本人在等待基因检测结果的那段时间里，读到过TTFields和ECCT的介绍，觉得这种泛癌种，非侵入式的治疗方法值得试试，特别是象我这种情况，即使有靶向药可用，也可能有一天耐药，作为辅助治疗，TTF也是极有价值的。

虽然有多家医院在进行这方面的的临床实验，使用的设备都是专业厂家的产品，作为普通患者是难以见到其真容的。只好根据自己的经验，在市场上（网上）寻找可以利用的元器件，攒一套来用。

产生治疗癌症的交变电场并不困难，从网上购买的元器件完全可以实现ECCT的基本性能要求，即100千赫兹，30V峰峰值，而且成本不高。
很多国内外文文献有报告在培养癌细胞的培养皿上施加交变电场，1-2V/cm的场强就可以抑制癌细胞的增殖。在人体上情况就复杂了，
如何保证体内肿瘤位置处在1~2V/cm的有效治疗场强中？对肺癌而言，交变电场要经过电极绝缘材料，皮肤，肋骨，胸膜，肺泡，气管支气管等，会有不确定的衰减才到达肿瘤的位置，且由于体形原因因人而异。国外文献上是通过建模后仿真计算得到的脑瘤处的场强值，从而确定施加在绝缘电极上的电压值或者是设备消耗的总电流值。
本人试过在装有1000毫升水中加9克盐的盐水的杯子中，确实可以用示波器观测到几十毫伏的电场信号，这说明交变电场可以通过电容极板透过玻璃传导到盐水中，杯子两边有间距20厘米的铜网电极並施加20Ⅴ峰峰值的150千赫兹交流电压。考虑是匀质，所以E=V/d，水中大部分位置场強都应该是20Ⅴ/20cm=1V/cm。目前在业余条件下，还没有可用的手段定量测出某点的微小场强。
所以对人体只能按匀质估算，加30%~50%的衰减来确定施加的电压。
假定胸部厚度为30厘米，若想保证肺内任一位置达到1∨/cm，施加的电压至少是30+30*（30%∽50%）≈40~45V峰峰值。
有国外文献提到过动物实验中曾施加过高于2Ⅴ/cm场强3~4倍的电场，对新西兰兔的健康无任何影响。是否对人也成立呢？加倍的风险大概率是可以接受的。
国家规定的安全标准为:工频电场强度不超过4000V/m，也就是40Ⅴ/cm，虽然是对50Hz的工频电场，拿来作参考也是有意义的。

至此明确对元器件的基本要求：
1.电池供电，20000mAh左右，可乘车携带，
2.信号发生器可以产生100KHz~250KHz正弦波，5V供电，
3.功率放大器可提供40V峰峰或更高的输出电压，12Ⅴ供电，
4.电极可参考ECCT的作法，放在衣物床垫毯子中，注意绝缘，保证人身安全。
5.由于频率的原因及经济性，连接电极的电缆可采用普通的塑胶电线。

制作人员的基本要求是有基本的电工知识和电子电路的概念，了解安全用电常识，掌握万用表，示波器的操作，有锡焊的经验。

病人的人身安全是第一位的，身体对电场有个适应过程，要逐步增加治疗时间。
本人测试从40V到80V峰峰值电压时，开始时左胸心脏部位略感压抑，改为60V峰峰值适应了两天，就可以适应80V峰峰值电压了。

经过比较，购物的选择如下：
充电宝：亿森能12V9V5Ⅴ  19200mAh
信号发生器：FY2300-12M双通道
功率放大器：LM1876功放板成品，需自己加散热片，並作部分改动。
电极材料：200目紫铜编织网1×0.3米
电极绝缘：307竖式防水证件卡（塑料袋）

电容式电极制作方法
胸背部电极：
在一件旧衬衫胸部左右各缝上一个布口袋，在后背对应位置也左右各缝上一个布口袋，尺寸以能放入证件卡为准，略有移动空间。
将购得的铜网用剪刀裁成方形，尺寸以能放入证件卡並可以封口为准。共做4片。
用电烙铁和焊锡丝（不要用焊膏，可以用松香）将一段电线焊在铜网纵向的边沿大约5厘米左右。将4片都焊好，两片用红色线，两片用黑色线，用以区别极性。
将焊好的铜网装入证件卡中，将电线穿入证件卡上的圆孔和方孔中，防止扭动损坏焊接的地方。
将装入铜网的证件卡放入衬衫口袋里，一种放法是红色线的在前胸，黑色线的在后背。另一种放法是左前胸是红色线的，右前胸是黑色线的，后背则是黑色正对前胸的红色线的电极，红色正对前胸黑色线电极。将四片电极按红黑各连在一起，形成两个接头，再把信号发生器的输出连到对应的电极上。若心脏有不适可不装左前胸电极，或修改电极形状避开心脏位置。

使用时如穿衣，电源，信号发生器和功率放大器置于挎包内，背在身上，连好导线即可。

安全性提示：电极一定要做好绝缘，防止意外产生的电击，漏电。

移动电源（充电宝）：
买错过一个，那个只能给手机充电，不能给小的数码设备供电，买的时候没有和客服沟通好，留下给手机用了。
亿森能这款充电宝，可以输出5Ⅴ，9V和12V。
5v给信号发生器供电，12Ⅴ给功率放大器供电。
随机附有电线，可直接连到信号发生器。
给功率放大器供电要另购接头+电线，网购即可

信号发生器输出参数的设定：
FY2300卖家有说明书提供，PDF格式。
开机时，出厂默认输出的参数CH1和CH2都是正弦波 1KHz，1V。
要修改为CH1：正弦波频率150KHz，幅度20V，相位180度；CH2：正弦波  频率150KHz，幅度20V，相位0度。其它不改。
确认无误后，按sys键，选择存储，再选“存01”。
关机后再开机，就会按存储的值输出。

如果有示波器可以观察CH1和CH2的波形和幅度以及相位。万用表因频率响应的原因无法准确给出电压读数，但是可以对比信号发生器输出值（此值很准）得到一个相对值，用作以后检测电极片上的电压的基准。

为什么设定为幅度20V？
因为FY2300最大输出值就是20Ⅴ，CH1和CH2有180度相位差，当同时使用CH1和CH2的正极红色鳄鱼夹，连接到一对电极上时，我们就可以得到40V峰峰值的电压。通过示波器可以观察到。
根据有关介绍的内容可知，最佳的治疗场强是1~2V/厘米，如果较瘦的人，胸部厚度大约25厘米，按平行板电容场强计算，E=∨/d=40/25=1.6Ⅴ/cm。如果考虑身体是匀均介质，这个场强也可以治疗了。
所以直接用信号发生器的输出接到电极上，就构成最简单的方案，就不必使用功率放大器了。
根据介绍ECCT的文章，ECCT使用小于100KHz，30V电压。我们的最简方案已达到ECCT的水平。

针对不同癌症类型可参考相关资料选择适当的频率，手动调整CH1和CH2的频率值，或者是存储到信号发生器中。

FY2300型信号发生器还有一个可能对我们有用的功能就是扫频输出（sweep键），但是只能在CH1输出。试了一下，从145kHz~205kHz，在10秒内扫频完成，且自动重复。如果可能，这样的实验是有意义的，将非小细胞，小细胞，鳞癌细胞混合培养，用扫频方法施加电场，看看是否可以同时抑制上述细胞的增殖。也许据此可以发一篇SC I的文章。
进一步探索：
若是要检测电极上是否有交变电场，就需另外制作探测器，方便患者确认仪器工作正常。
若想得到更高的输出电压，就必须使用功率放大器，制作难度相应增加。
这些容后再叙。

电场治疗癌症业余实现的探讨~功率放大器1
功率放大器的基本要求：
1. 尽可能使用高的供电电压，电极属于电容性负载，负载电流很小。
2. 带宽要满足所放大的正弦波信号频率范围，上限至少为200KHz。
3. 体积要小並且足够经济。
比较了很多音响功放集成电路，最后选择了LM1876TF，主要是带宽基本满足要求，见数据表中的大信号响应曲线。
芯片的最大供电电压可达±32Ⅴ。
第一次买了一个成品板，体积挺大，还要拆掉四个电容器和整流桥，挺麻烦。

后来选购了一套LM1876TF功放的散件
自己焊接，主要是不需要大改动。

在印刷电路板背面加焊了两只5.1K3W的电阻跨接在R和L输出端和地线之间，作为负载使用。

电源采用12V转±24V的DCDC电源模块，型号是URA2424LD-20WR3（9∽36V转±24Ⅴ20W双路输出），由充电宝的12V输出端供电。
买了10x10厘米厚度1毫米的铝板折弯成L型，底边6厘米，作为散热器，将印刷板用铜柱固定在铝板上，并将LM1876也固定在铝板的垂直面上。

将信号发生器CH1的输出端接到放大器R输入端，並且设定CH1的输出电压是2V，从10KHz开始逐渐增加输出频率。
频率特性测试结果：
用示波器观察放大器R输出，信号发生器设置为输出2V保持不变，超过2Ⅴ放大器开始饱和产生削波失真现象。
改变频率       放大器输出电压
100KHz以下    42.5V
100KHz          42.5V
150KHz          40V
200KHz          35Ⅴ
250KHz          30V
300KHz          25V
结论：与LM1876数据表的曲线吻合，随频率上升放大倍数下降。基本符合要求，只是在200KHz时，输出电压略有下降。

放大倍数测试
保持信号发生器150KHz频率输出不变，改变信号发生器CH1输出电压值，测出对应的R输出电压幅值。
信号发生器输出值功放输出电压    放大倍数
0.5Ⅴ                            10Ⅴ                   20
0.7V                            15Ⅴ                21.6
1.0Ⅴ                            20V                   20
1.5V                            30V                   20
1.9Ⅴ                            40V                21.05
2.0V                            42.5V             21.25
此板在150KHz时放大倍数是20倍左右。
估算在200KHz时放大倍数约为17.5倍。
选择信号发生器幅度，然后调节旋钮，可以改变信号发器的输出，也就是放大器的输入。切记不可超过2Ⅴ，那会产生波形的失真。

当此放大器在左右通道的输入端分别接到信号发生器的CH1和CH2输出端时，便可以在放大器R和L输出端得到幅度相同，相位差180度的正弦波信号，将R和L输出端用导线接到电极上，就可以获得2倍的单通道的峰-峰值电压。即在2V输入时，得到42.5*2=85V峰峰值，这是通过该放大器可获得的最大输出电压。这就是为什么要设置CH1的相位为180度而CH2的相位为0的原因。
至此，LM1876功放板+电源模块就可以和信号发生器一起使用，从而获得高达80V峰峰的电压。以胸部应用为例，当胸部厚度为40厘米时，E=80/40=2V/cm，当胸部厚度为25厘米时，E=80/25=3.2Ⅴ/cm。
提示：最好从网上购买一个塑料接线盒，将放大器装进去，並考虑安排好接线引出方式，然后才能装入挎包使用。
经验：充电宝可以支持至少5小时的工作时间。