一种可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统及骨修复方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，包括骨修复支架、微环境监测RFID模块、药物可控释放模块、信号读取系统以及云处理器。骨修复支架根据伤口形状制成适应于创口部位的特定形状，其内部具有多孔结构；微环境监测RFID模块设置于骨修复支架的内部和外表面；药物可控释放模块包括微波感应模块和药物存储单元；通过外加微波激发微波感应模块发热，刺激具有热响应性的药物存储单元进行药物释放；信号读取系统通过射频与微环境监测RFID模块通信；信号读取系统通过互联网与云处理器互联。本发明专利技术可以在促进骨修复的同时，快速监测肿瘤复发，提醒患者及早就医，同时药物释放模块可以实现无创治疗，减轻患者痛苦，提高患者生存质量，延长生存期。延长生存期。延长生存期。

【技术实现步骤摘要】
一种可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统及骨修复方法


[0001]本专利技术涉及智慧医疗
，涉及一种可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统及骨修复方法。

技术介绍

[0002]由创伤、感染、肿瘤等原因造成的不规则骨缺损是临床治疗的棘手难题。随着科学技术与医疗理念的发展，骨外科移植手术使得众多患者受益。目前主要治疗方法包括自体骨移植，异体骨移植以及人工合成骨材料的移植。但是，以上材料植入体内后其修复效果难以时实监控，因此无法有效评估其修复质量，尤其对于发生肿瘤骨转移的患者，情况变得更加复杂，患者要同时面临骨修复和肿瘤复发两方面的困扰。
[0003]乳腺癌和前列腺癌分别是女性和男性中最常见的恶性肿瘤，具有特别高的骨转移倾向。骨转移是晚期癌症常见且严重的并发症，骨转移和骨原发部位肿瘤是引起患者骨缺损的重要诱因。临床上，检查到骨肿瘤或者肿瘤骨转移后，一般会进行外科手术割除骨头部位的肿瘤，并在肿瘤骨侵蚀部位植入骨修复支架，从而弥补患者骨缺失并预防因骨丢失而引起的骨折和其他生理问题。目前，在骨转移肿瘤手术割除并植入骨修复支架后，需要借助医院固有的大型仪器对该类患者进行定期的肿瘤复发和骨组织修复情况检查。这给患者带来较大的经济负担同时也占用了有限的医疗资源。另外，由于部分患者的依从性不好，无法按照医生要求进行定期复查。而且，骨转移的患者后期往往会发生肿瘤复发，肿瘤复发会导致再次发生肿瘤转移和骨侵蚀，给患者带了极大的痛苦，严重影响患者生存质量并缩短其生存期。有时患者感觉到疼痛才去医院检查，发现时肿瘤已经复发并二次转移，这往往会错过最佳的治疗时机。以上不利因素的叠加，给患者术后的有效恢复带来了很多困难。并且，再次严重的肿瘤复发会增加患者的经济投入和再次占用医院有限的医疗资源。并且由于无法监控到自身康复情况，患者也会承受极大的心理压力。
[0004]因此，如何实时监测骨修复支架植入后骨修复的进展情况，以及如何通过简单有效的设备及时地监测或预测到肿瘤骨转移复发，更进一步的是如何在不利用外科手术干预的情况下直接进行肿瘤杀伤是目前临床上急需解决的问题。以上问题的解决可以极大地提升骨缺损术后修复效果，无需临床跟踪，节约公共医疗资源，改善患者就医困难，心理和经济压力。更重要的是及时提醒肿瘤患者是否复发，并且在肿瘤复发早期提醒患者就医，医生可以通过无创治疗的方法第一时间直接杀伤复发的肿瘤细胞，避免进行二次手术和防止肿瘤转移。所以，这种治疗手段可明显提高患者的生活质量并延长其生存期，具有重大的临床意义。另外，在全球这类患者的数量非常庞大，此类监测系统适用人群广泛，可创造巨大的社会经济价值。
[0005]研究发现，在骨支架植入骨损伤部位后，成骨细胞会沿着支架的表面迁移、增殖并形成骨基质，而在支架的内部修复会滞后于表面。这样会造成骨修复支架内外微环境信号差异。所以，本专利技术根据这一特征设计监测系统，通过实时监测骨修复支架内外的微环境差异，跟踪骨修复进程，为临床医生的诊断提供参考。
[0006]人体组织在正常的代谢过程中，体内酸碱能保持相对平衡，平衡范围为酸碱度(即pH值)7.35
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7.45，平均为7.41，呈弱碱性。维持缓冲体内酸碱平衡一般由一种弱酸和相应的一种强碱盐组成，如H2CO3/NaH2PO4/Na2HPO4。健康人的人体的pH值一般不会变化。临床上，如果机体pH值较长时间低于7.3，就会形成酸性体质，使身体处于亚健康状态，会引发各种疾病。Hanahan和Weinberg等研究发现，基因突变和细胞稳态破坏会造成癌症的发生，由于这些改变产生的异于正常组织的细胞外环境称为肿瘤微环境(TME)，会影响肿瘤的进展和转移。肿瘤细胞代谢改变引起的肿瘤微环境为酸性pH值，约为6.5
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6.8，是异常细胞
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细胞相互作用和内稳态破坏的特征。在这种状态下，肿瘤细胞优先利用糖酵解而不是氧化磷酸化作为能量释放的主要手段，这种效应被称为厌氧糖酵解。这种代谢方式会导致细胞外环境中乳酸负荷的增加约10倍，H
+
离子扩散转运到细胞间质，加之肿瘤组织局部血管分布密度较低，酸性代谢产物不易经血流排出，导致局部蓄积。如，骨转移性乳腺癌细胞释放大量乳酸。乳酸是破骨细胞的关键能量来源，嗜骨性肿瘤细胞可释放乳酸促进破骨细胞的分化和代谢重编程，允许肿瘤细胞侵袭转移灶。所以，当肿瘤再次复发后会引起肿瘤周围微环境pH的变化。
[0007]本专利技术利用肿瘤微环境pH(6.5
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6.8)异于正常组织pH(7.35
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7.45)的特征，设计一种可以实时监测骨周围微环境pH改变的材料与RFID标签相耦合，通过射频信号反馈至外部信号读取系统。本专利技术系统可以在促进骨修复的同时，快速监测肿瘤复发，提醒患者及早就医，同时药物释放模块可以实现无创治疗，减轻患者痛苦，提高患者生存质量，延长生存期。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术的问题，本专利技术目的在于实时监测骨修复支架内外微环境差异以跟踪骨修复进程。同时，实时监测骨转移修复过程中的微环境变化，以达到监控肿瘤复发的目的，及时为患者提供早期预警，有利于把握最佳的治疗时机。此外，通过内置的微波感应药物释放模块，可以无创给药干预肿瘤发展，为患者减轻了痛苦。本专利技术将骨修复支架与云处理器互联，可以实现足不出户的远程智慧医疗，为每位患者提供个性化的治疗方案。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0010]一种可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，包括骨修复支架、微环境监测RFID模块、药物可控释放模块、信号读取系统以及云处理器。研究发现，肿瘤细胞代谢改变引起的肿瘤微环境为酸性pH，是异常细胞
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细胞相互作用和内稳态破坏的特征。已知癌症微环境呈微酸性，谷胱甘肽(GSH)浓度约为10mmol L
‑1，而正常组织中的谷胱甘肽(GSH)浓度约为3mmol L
‑1。因此，对局部pH值的监测可作为肿瘤预警的潜在应用。微环境监测RFID模块将按照一定时间间隔检测骨修复支架微环境中的pH，通过RFID标签将检测的信号传递给信号读取系统后反馈至云处理器，以此实现对微环境的实时在线检测。当云处理器分析微环境发生异常时，会向植入该骨修复支架的患者手机客户端发送微环境pH值突变信息，肿瘤复发可能性预测，及时就医建议等预警信息。医生也可以根据微环境累积历史信息分析判断骨修复进程及肿瘤复发情况预测，可以通过云处理器对患者进行远程药物释放治疗或远程微波热疗。该系统可以发现复发的早期肿瘤，复发以后可以根据释放药物后pH值的突变情况选择药物释放的频次。当微胶囊中的药物释放完毕后，微波加热模块可以继续用于微波热疗对肿瘤细胞进一步杀伤。
[0011]本专利技术提出的可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统中，所述骨修复支架根据伤口形状制成适应于创口部位的特定形状；所述骨修复支架内部具有多孔结构；所述微环境监测RFID模块设置于所述骨修复支架的内部和/或外表面；所述药物可控释放模块包括：微波感应模块和药本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，其特征在于，包括：骨修复支架、微环境监测RFID模块、药物可控释放模块、信号读取系统以及云处理器；其中，所述骨修复支架根据伤口形状制成适应于创口部位的特定形状；所述骨修复支架内部具有多孔结构；所述微环境监测RFID模块设置于所述骨修复支架的内部和/或外表面；所述药物可控释放模块包括：微波感应模块和药物存储单元；通过外加微波激发所述微波感应模块发热，刺激具有热响应性的药物存储单元进行药物释放；所述信号读取系统通过射频与所述微环境监测RFID模块通信；所述信号读取系统通过互联网与云处理器互联。2.根据权利要求1所述可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，其特征在于，所述骨修复支架获得伤口形状信息的方式包括：骨骼X射线、计算机断层扫描和核磁共振；所述伤口形状信息经3D打印得到适应于创口部位的特定形状。3.根据权利要求1所述可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，其特征在于，所述多孔结构的孔内部浸润或不浸润适应骨细胞生长和血管生成的生长因子。4.根据权利要求1所述可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，其特征在于，所述微环境监测RFID模块包括：pH值检测单元和RFID标签；所述RFID标签为无芯片射频标签，其内嵌于所述骨修复支架内部和/或黏附于所述骨修复支架外表面。5.根据权利要求4所述可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，其特征在于，所述pH值检测单元为无源模块；所述RFID标签采用具有pH响应性的天线，或将具有pH响应薄膜作为RFID负载，用以检测pH的变化；所述RFID标签与外部通讯采用的频率范围为860
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960MHz。6.根据权利要求1所述可肿瘤预警与无创治疗的骨修复支架系统，其特征在于，所述微...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕方，许会龙，
申请(专利权)人：许会龙，
类型：发明
国别省市：