專利名稱:腫瘤的發(fā)熱治療的方法與裝置的制作方法
本發(fā)明涉及供腫瘤發(fā)熱治療的方法與裝置，更具體地說涉及一種腫瘤發(fā)熱治療(包括其裝置)，它用包括兩個(gè)連接于射頻電源的電極的裝置，并意圖使之與病人的身體接觸以便傳送射頻能量到腫瘤區(qū)域。
發(fā)熱治療法對(duì)治療腫瘤的有益的效果已是人所共知的。關(guān)于所述技術(shù)的描述，自十九世紀(jì)就已有記載，并在近十年來受到基本的重視。在美國發(fā)熱治療法已被規(guī)定為某些類型腫瘤疾病的臨床常規(guī)治療方法。在某些情況下，該治療法可局部或引起對(duì)整個(gè)身體加熱，它基于腫瘤細(xì)胞遠(yuǎn)較健康細(xì)胞對(duì)熱更為敏感。與局部發(fā)熱的相關(guān)溫度通常是在42至44℃的范圍。在這范圍內(nèi)發(fā)熱治療法可殺死腫瘤細(xì)胞，而健康細(xì)胞則仍然活著。暴露的時(shí)間通常是從數(shù)十分鐘直至數(shù)小時(shí)或甚至數(shù)日。該治療法經(jīng)常要重復(fù)數(shù)次，且經(jīng)常與其它治療形式結(jié)合起來進(jìn)行，例如與外科手術(shù)、電離照射治療法及抑制細(xì)胞治療法結(jié)合起來進(jìn)行治療。
所有局部發(fā)熱療法、特別是腦腫瘤的治療法的主要問題在于實(shí)現(xiàn)界限分明的與控制完善的準(zhǔn)確的相應(yīng)體積的加熱及在沒有產(chǎn)生稱為熱斑的過高溫度的區(qū)域的危險(xiǎn)情況下達(dá)到合適的溫度梯度是極其困難的。
已知有幾個(gè)不同的方法以產(chǎn)生局部發(fā)熱，例如，以多種方法使用連接到身體的熱交換器，插入到身體中各種設(shè)計(jì)的電熱白熱絲，電介質(zhì)加熱(“短波”)，將針電極插入腫瘤區(qū)域并將射頻電能連接到這些針電極上，傳統(tǒng)的單極或雙極型透熱療法，及微波加熱。例如，歐洲申請(qǐng)?zhí)?115420公開了一種供發(fā)熱治療法的裝置，該裝置包括適于放置在通道器官的第一電極，及適于放置在人體上外周界的第二電極，以便產(chǎn)生空間的、非均勻的、與第一電極相關(guān)的生命體內(nèi)的電場(chǎng)，以使靠近第一電極的生命體的部分可較靠近第二電極的生命體的部分更加被強(qiáng)烈地加熱。
本發(fā)明人早前發(fā)展的供治療腦腫瘤的局部發(fā)熱的系統(tǒng)等，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行臨床試驗(yàn)。對(duì)腦部患神經(jīng)膠質(zhì)瘤的前途暗淡的病人來說這種新的，非傳統(tǒng)的治療這種疾病的方法是必要的。在瑞典每年會(huì)有約400病例。
臨床試驗(yàn)方法是基于利用一個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括直流發(fā)熱細(xì)絲和溫度傳感器。它們是建造在由薄的硅酮橡膠管制造的特別柔軟的外殼之內(nèi)。在進(jìn)行治療之前準(zhǔn)備好所述管，并使之具有“完成的”長度和滿足消毒、安全等各項(xiàng)規(guī)定要求。假定腫瘤有瘤腔時(shí)，則如用趨實(shí)本性神經(jīng)外科法將該管插入。在其它病例情況下，則在外科切除腫瘤的中心部分時(shí)插入該管。最主要的是需在瘤腔內(nèi)將所述管卷成球體，從而雖有小體積但暴露著大面積供加熱。形成球體的管也用作導(dǎo)體，從而通過腦部，經(jīng)過隧道而到外部的接觸器。在治療的過程中該系統(tǒng)是通過該接觸器連接到控制器和電源單元的。將細(xì)絲加熱，其溫度反響可通過嵌入的傳感器來探測(cè)。在加熱過程的初始階段，在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)，以使在所述管是卷成球體的區(qū)域，意即，密度最大的區(qū)域被加熱的程度最大。在這部分的細(xì)絲的電阻則增大，導(dǎo)致僅僅是系統(tǒng)的這部分加熱程度更大。
利用這種方法已可能取得比較好的發(fā)熱熱象的效果。然而，它有一些弱點(diǎn)。例如，在球體的中央部分獲得比較高的溫度，而熱量主要是通過導(dǎo)體傳輸(熱擴(kuò)散)而傳輸?shù)侥[瘤的生長區(qū)域及周圍的組織，包括任何擴(kuò)散蔓延開的腫瘤細(xì)胞。其缺點(diǎn)在于為了使環(huán)繞在電極周圍的區(qū)域獲得治療溫度須達(dá)到比較高的中央溫度區(qū)域，這樣會(huì)導(dǎo)致非所期望的副作用的出現(xiàn)。如出現(xiàn)水腫現(xiàn)象等。在動(dòng)物試驗(yàn)中，已有文件證明在中央溫度為50℃時(shí)，距離加熱系統(tǒng)為4毫米的地方，溫度為43℃。這結(jié)果顯示相當(dāng)大的溫度梯度。
本發(fā)明所要解決的問題是要獲得一種供治療腫瘤的裝置，所述裝置可完善控制加熱，保證只在確實(shí)需要的體積會(huì)如上面所討論的那樣準(zhǔn)確地按所需的過高溫度進(jìn)行加熱，從而獲得比較微小的溫度梯度，意即，比較大的體積范圍內(nèi)是以較溫和的過高溫度來進(jìn)行加溫的。所要達(dá)到的目的是在中央溫度不致過高的情況下，距離電極1厘米的地方實(shí)現(xiàn)該處的溫度約為42.5℃的要求，意即，消除上述高的中央溫度與突然的溫度梯度的缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明受控的腫瘤發(fā)熱治療法是從這樣一個(gè)方法達(dá)到的，該方法將治療電極與腫瘤接觸，而該電極具有與腫瘤面積基本上相同的較大外表面積，而射頻能量在充分低的阻抗下傳輸?shù)骄o貼并環(huán)繞在該電極的組織中，以向組織提供受控的加熱。
按照本發(fā)明受控的腫瘤發(fā)熱治療裝置包括兩個(gè)連接到射頻能量源的電極，該電極適宜于供與病人身體接觸以傳輸射頻能量到腫瘤區(qū)域中去。一個(gè)電極為治療電極，它有約與腫瘤面積相同尺寸的比較大的外表面積，并適宜于與該腫瘤接觸。第二個(gè)電極是一個(gè)隨遇電極，此電極適宜于供在外部與病人身上的皮膚表面接觸。所述的射頻能量源包括能提供低阻抗、低發(fā)生器電壓及高能量輸出的發(fā)生器，該發(fā)生器還能處理高度失調(diào)的情況。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，治療電極的尺寸是可調(diào)節(jié)的、或可膨脹的，使之在將它插入到腫瘤中之后可膨脹至能接受腫瘤區(qū)域那么大小的面積。
圖1表示按照本發(fā)明用于治療腦腫瘤病人的方法與裝置的示意圖。
圖2表示本發(fā)明的方法中極為有用的，測(cè)定溫度的裝置的一個(gè)實(shí)施例的原理圖。
圖3和4表示當(dāng)用具比較大表面面積的治療電極分別以直流電源和射頻電源提供能量時(shí)，在治療區(qū)域所獲得的溫度分布的圖。
圖5、6及7顯示按照本發(fā)明的方法與裝置的治療電極的實(shí)施例。
按照本發(fā)明的裝置，是基于以利用腫瘤組織本身作為加熱元件，意即，所述的熱量是在將隨之發(fā)生過高溫度的實(shí)際組織中產(chǎn)生的。本技術(shù)可借下列模型進(jìn)行說明。
可將組織看成三維的有限立方體網(wǎng)格或電的網(wǎng)路，各立方體向其側(cè)邊的立方體提供比較低值的電阻。在所述的電阻中還包含著一些電感型和電容型元件。值得注意，各網(wǎng)格的側(cè)邊并不需要一定有完全均勻的導(dǎo)電值，相反是可有波動(dòng)的值。因此，可從幾何觀點(diǎn)上說組織中是有不同的導(dǎo)電性分布的?！吧眢w”的幾何形狀及其廣度范圍也是非常重要的因素。
在傳統(tǒng)的射頻加熱法中，曾用過面積極小的電極，從而在按上述模型的組織的網(wǎng)格阻抗發(fā)生聯(lián)系時(shí)，總的電源阻抗就顯得比較高。那就是說，施加的大部分電壓將會(huì)落在電極與組織之間的結(jié)上。因此整個(gè)網(wǎng)格表現(xiàn)象一個(gè)均勻的(同質(zhì)的)體積，并只是非常接近各電極的區(qū)域會(huì)被加熱。由于其非線性現(xiàn)象，可導(dǎo)致供應(yīng)的射頻能量改變組織的電的特性。例如，在緊密接觸電阻的區(qū)域內(nèi)的液體含量會(huì)發(fā)生變化，從而增大該處的電阻率并發(fā)生局部的加熱現(xiàn)象。此種現(xiàn)象特別值得注意的是在應(yīng)用單極透熱法去實(shí)現(xiàn)止血和血凝固時(shí)或外科手術(shù)當(dāng)中非常局部的過程發(fā)生在手術(shù)電極的接觸點(diǎn)上，產(chǎn)生顯著的組織中液體的含量的變化及可能是燒焦。在電極上獲得很大的電壓梯度，而其余網(wǎng)格點(diǎn)則接受基本上相同的電位，意即，通過網(wǎng)格系統(tǒng)的強(qiáng)迫的電流分布沒有產(chǎn)生加熱作用，這如同下面結(jié)合本發(fā)明所要描述的一樣。
在本發(fā)明中治療電極是利用非常大的面積的電極，其結(jié)果是這電極與其面積為治療電極的數(shù)倍的隨遇電極之間的極低的電源阻抗。由于治療電極的表面面積是依腫瘤的大小而改變，因此，不可能規(guī)定治療電極的最小表面面積。在大多數(shù)病例中，腫瘤的直徑為0.5至1分米。隨遇電極的面積通常為約2至數(shù)個(gè)平方分米。
在尸體解剖部門進(jìn)行的試驗(yàn)中，利用直徑25毫米的球形治療電極，在頻率為2.0兆赫茲下測(cè)量的典型電源阻抗為30歐姆。當(dāng)用早先已知的射頻加熱方法中所用的“針電極”型電極并將該針電極插入“小”的腫瘤區(qū)域時(shí)，其阻抗相應(yīng)的記錄值為10至100千歐姆。與之完全相似，也可在活的病人身上獲得相同的值。因此，用本發(fā)明的裝置可獲得的電源阻抗較傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用針電極的電源阻抗小一千倍以上。這種阻抗的降低對(duì)在上面描述的模型里穿入網(wǎng)格中是具決定性意義的。
因此，用本發(fā)明的裝置可將大電流“強(qiáng)迫”流入到其中電壓是在大面積上分布的組織基質(zhì)(例如，一其值約為3埃/平方厘米)中去，并遵從適用于地下水在多孔的地層結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)的相似的位能定律。與傳統(tǒng)的射頻加熱過程中利用上面描述的在小電極表面上形成燒焦物的復(fù)蓋層而把電極絕緣相反，因?yàn)榇嬖谥o電流流動(dòng)的“充分”大的導(dǎo)電面積，所以其阻抗與電源是無關(guān)的，則本發(fā)明的裝置可避免難以控制的非線性現(xiàn)象。另外，施加的電壓基本上是在組織本身內(nèi)。組織中出現(xiàn)的如此的電位差導(dǎo)致唯一的加熱過程，并產(chǎn)生極為接近于理想的大面積地在腫瘤內(nèi)或周圍發(fā)熱治療的情況。其特性特征在于，在腦腫瘤病例時(shí)，實(shí)際的中央腫瘤區(qū)域可能很大，有囊，并構(gòu)成基本上直徑為數(shù)厘米的球狀體積，完全不能有效地被加熱(由于上面描述的模型中的所有網(wǎng)格點(diǎn)接受相同的電位)。另一方面，在由腫瘤的生長區(qū)域及基本上為健康組織并于其中可能包含蔓延擴(kuò)散且潛在極大危害性的腫瘤細(xì)胞組成的中央部分的周圍實(shí)現(xiàn)電流分布。這種電流分布自發(fā)地給出具有低的中央溫度的熱象及在很大體積上極為微小的溫度梯度，因而如果熱傳導(dǎo)是要用于治療比較大腫瘤面積時(shí)，則給出了所要求的在非常大面積上沒有用作有效擴(kuò)散需要的高的中央的過高溫度、具有良好治療功效的過高溫度的加熱類型。因此，用本發(fā)明的裝置可獲得所要求的熱象，這是因?yàn)槟[瘤組織本身具有熱元件的性質(zhì)并可在所需的正確的位置上產(chǎn)生熱而不必經(jīng)熱傳輸過程。
對(duì)本發(fā)明的方法的加熱特性借助于人體模型與熱攝影進(jìn)行研究。其后發(fā)展經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ?，然后在試管中進(jìn)行試驗(yàn)，最后在動(dòng)物的活體中進(jìn)行試驗(yàn)。在最后的試驗(yàn)中，除可探測(cè)所要求的熱效應(yīng)外，除非使用特別高的電流外，是不會(huì)發(fā)現(xiàn)有損壞組織的現(xiàn)象的。
動(dòng)物試驗(yàn)的結(jié)果證明，本發(fā)明的方法是可在沒有副作用或沒有對(duì)病人造成不適現(xiàn)象的情況下施用于病人身上，從距離使用電極的腫瘤的中央體數(shù)厘米的地方可獲得接近43℃的溫度。
開始時(shí)擔(dān)心由于治療區(qū)域中不均勻的導(dǎo)電性會(huì)在敏感結(jié)構(gòu)如腦神經(jīng)進(jìn)入顱部的通道留下不可控制的熱斑的危險(xiǎn)。然而，試驗(yàn)表明情況并非如此。相反，可以實(shí)現(xiàn)沒有熱斑的極為令人滿意的熱象。
有數(shù)個(gè)與本方法相關(guān)的其他有利因素。循環(huán)得到改良，在許多情況下導(dǎo)致有利的降溫效應(yīng)。公認(rèn)腫瘤組織中經(jīng)常比健康組織包含更多的血管，但其中的血液循環(huán)效率非常低，由于循環(huán)對(duì)降溫是有決定性的意義，故腫瘤組織會(huì)較健康組織更多地被加熱。這現(xiàn)象已在治療過程中通過測(cè)定溫度和作為時(shí)間的函數(shù)輸入的有效功率而加以研究。
包含髓磷脂的白腦物質(zhì)也顯示稍許更被加熱的特性，這是由于它的典型的導(dǎo)電性及較低的血液循環(huán)性。對(duì)極易生長在白腦物質(zhì)的神經(jīng)膠質(zhì)瘤本方法具有有效的治療效果。白腦物質(zhì)較灰腦物質(zhì)對(duì)熱也顯示稍許更為敏感。
因此獲得所要求的熱象的一個(gè)必要先決條件是總的電源阻抗需非常低，從而使上面所述的模型中的網(wǎng)格是被施加在具變化著的電位與典型的等位線的電壓下。這要求治療設(shè)備能使射頻電源可具有非常低的阻抗，而提出的電壓不會(huì)因負(fù)載的變化而受影響。顯著的失調(diào)可能發(fā)生而顯著的輸出反響須由發(fā)生器中獲得，這是由所配合的測(cè)量電流、電壓及相角等的機(jī)會(huì)中實(shí)現(xiàn)的。另外，須獲得一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以供電位分布。下列分布應(yīng)給予提出，在狗身上測(cè)量。隨意電極放置在試驗(yàn)狗的腹部而治療電極在其腦中隨意電極/鄰近腹部組織約5-10%;腹部/頭，特別是頸部區(qū)域，約60%(但是，由于它作用于很大的體積上，總能量供應(yīng)的這樣高的比例是沒有什么重要性的)及頭部，特別是腦部30%。這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可依次在熱象中產(chǎn)生某種非對(duì)稱的傾向，并用之來進(jìn)一步改進(jìn)熱象的形狀。這可通過利用可能有某些電壓分壓的放置在頭部并與頭頂部的皮膚接觸的附加隨遇電極來實(shí)現(xiàn)的。
考慮到人體的復(fù)雜性，經(jīng)常難以預(yù)先從理論上計(jì)算某些電極安排的加熱象。因此，在實(shí)踐中，建議在靠近頭部和頸部的下方放置一個(gè)容器，并把該容器緊綁在肩膀上。容器中盛裝適當(dāng)?shù)哪鼙憩F(xiàn)出基本上與人體相同的電的性質(zhì)的溶液，例如，鹽溶液。如此獲得較簡單的幾何關(guān)系便于熱象的預(yù)先確定。這種程序的優(yōu)點(diǎn)在于消除由于截面積的減少導(dǎo)致頸部因加熱而產(chǎn)生的不舒適或損傷的危險(xiǎn)。
按本發(fā)明的裝置要求的上面討論的非常低的阻抗，治療電極中的導(dǎo)電面積及它的導(dǎo)體的這樣阻抗(電極及電極的連線的內(nèi)阻抗)只構(gòu)成總阻抗的一部分，這點(diǎn)非常重要。否則電極部分將被超額加熱。這同樣對(duì)電極及導(dǎo)體提出特定要求。曾測(cè)試過具相當(dāng)大尺寸的金屬球狀電極，也測(cè)試過利用金屬線做成的球體的系統(tǒng)的其他型式電極。后者的優(yōu)點(diǎn)在于可通過簡單地抽拉該金屬線來移走所述系統(tǒng)而不必求助于外科手術(shù)。
按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例，治療電極包含一個(gè)“松的”導(dǎo)電材料如鍍上黃金以提供較好的電氣接觸的小鋁球，并將之裝在和用在如尼龍等制網(wǎng)材料制成大網(wǎng)眼網(wǎng)制成的套筒或袋囊，使之與周圍的身體組織有良好的電接觸。所述小球的直徑可達(dá)數(shù)毫米大。這種治療電極可使腫瘤的瘤腔有效地被電極所填充。先將套筒或袋囊塞入腫瘤的腔中，然后將小球通過一個(gè)用于接近腫瘤的通道的管子塞入套筒或袋囊中。治療完畢后，通過所述管子將小球取出，再將套筒或袋囊取出，如此，即可避免再施外科手術(shù)。
按照本發(fā)明的裝置的另一個(gè)實(shí)施例，治療電極包含一個(gè)柔軟的導(dǎo)體，最好為一種金屬導(dǎo)線，該導(dǎo)線可插入腫瘤中并卷繞以形成一個(gè)球體。當(dāng)治療腦腫瘤時(shí)，在頭顱上鉆一個(gè)小洞再把導(dǎo)線通過該洞插入腫瘤內(nèi)，并使之自行卷繞成一球體。腫瘤往往是中空的，即使施外科手術(shù)之前也是如此。
按照本發(fā)明的裝置的第三個(gè)實(shí)施例，治療電極包含一種可充氣的似氣球狀結(jié)構(gòu)，其外部裝備以鋁覆蓋層?？蓪⑺茪馇驙铍姌O放置在腫瘤區(qū)域中，然后進(jìn)行充氣或“吹脹”，以填充整個(gè)治療面積。
有用的頻率的范圍是比較廣的。在有關(guān)文件中經(jīng)常宣稱頻率對(duì)所獲得的加熱效果是非常重要的，但以這里做的試驗(yàn)來看，頻率范圍并不是如此重要。然而在選擇頻率時(shí)，須注意下列問題不可選擇太低的頻率以免導(dǎo)致神經(jīng)刺激，肌肉興奮或與腦中固著的電的系統(tǒng)間發(fā)生互相作用。這些現(xiàn)象的界限大約處在1千赫茲頻率以下。使用高于50兆赫茲的過高頻率，會(huì)導(dǎo)致其他類型的問題，如劑量的困難問題。這些都表現(xiàn)在當(dāng)射頻能量源的波長趨向被加熱區(qū)域的物理大小或電極系統(tǒng)與導(dǎo)體的尺寸的時(shí)候。在高頻率時(shí)出現(xiàn)駐波，它使劑量變?yōu)閺?fù)雜，并輕易地產(chǎn)生不可靠的加熱局部化現(xiàn)象及一般的射頻傳輸?shù)睦щy。迄今使用約為1兆赫茲的頻率，而為避免無線電的干擾，將試驗(yàn)在法拉第籠中進(jìn)行。然而，值得注意，在大約2兆赫茲時(shí)可獲得低的天線效應(yīng)，這是由于與天線效應(yīng)(波長/4)有關(guān)的所使用的導(dǎo)體的長度是比較短的緣故。
對(duì)較低的頻率而言，是需要身體與電極之間彼此直接接觸，但對(duì)較高的頻率來說，電容性連接也是可以的。然而，在后者情況下，如用電極的自動(dòng)-導(dǎo)電性的情況下，如前所述，只可容許其容抗為整個(gè)系統(tǒng)的總阻抗的一部分。
最重要的當(dāng)然在于能正確的跟隨輸入的反響。為此，按照本發(fā)明的方法是將一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器安排在治療電極的附近，以便監(jiān)測(cè)治療區(qū)域的溫度。以使用特別研制的鉑超小型溫度傳感器為最好。問題在于盡可能地避免溫度傳感器與射頻場(chǎng)之間的相互作用，以便在干擾現(xiàn)象最小的情況下，盡可能精確地測(cè)定熱象的溫度。因此，傳感器不可干擾射頻場(chǎng)，反之射頻場(chǎng)亦不可干擾傳感器。本發(fā)明的裝置中的溫度傳感器最好是由用薄的鉑層涂敷的小金屬片組成的。利激光將該金屬傳切成鋸齒(Z)形狀以提供適宜的阻止力。如下面所要描述的。該小鉑金屬片是通過補(bǔ)償導(dǎo)體的系統(tǒng)施加電壓的，而其電阻是用高阻抗的補(bǔ)償導(dǎo)體進(jìn)行測(cè)量的，因此導(dǎo)體上的電壓降是可忽略不計(jì)的。這樣，測(cè)量結(jié)果會(huì)相當(dāng)準(zhǔn)確。小鉑金屬片的微小尺寸，也使上面提及的相互作用降低到最小程度。
通常使用一個(gè)具有三個(gè)策略性地放置傳感器點(diǎn)的系統(tǒng)。所述傳感器是在突出的管中彼此間被分開放置的，而該管會(huì)穿入接近電極的組織中，并用X射線來確定傳感器的位置。所述傳感器點(diǎn)也可被裝配成具X射線對(duì)比以供定位之用。在一個(gè)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例中治療電極是一個(gè)金屬球體，該球體上有一個(gè)從其中突出的硅酮管，硅酮管中裝有三個(gè)彼此間被分離的傳感器。
已研究三維的、非入侵性的測(cè)定熱象的新技術(shù)。例如，在腦部中存在血-腦邊界時(shí)，該邊界可通過高溫度加以破壞。消除血-腦邊界后，靜脈注射具X射線對(duì)比的物質(zhì)以填充加熱區(qū)域，并在進(jìn)行發(fā)熱治療的過程中用現(xiàn)代攝象技術(shù)如計(jì)算機(jī)化層析X射線攝影機(jī)、核磁共振或借助正電子照相機(jī)對(duì)該熱象進(jìn)行研究。
綜上所述，用本發(fā)明的裝置可建立幾何位置上可控制的對(duì)腦組織的加熱處理，其方法是通過插入到腫瘤區(qū)域的，且以特定的方式用射頻電能供能的適當(dāng)?shù)碾姌O產(chǎn)生特定的電流密度分布，從而可對(duì)腦組織進(jìn)行加熱。被加熱的區(qū)域及溫度的梯度范圍可通過改變電極的位置電極的設(shè)計(jì)形狀或利用數(shù)個(gè)電極來進(jìn)行控制。
被加熱的區(qū)域的形狀或范圍也可受隨遇電極的設(shè)計(jì)形狀及位置的影響。按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)有利的實(shí)施例，這種電極包括一個(gè)面積相當(dāng)大的金屬箔如鋁箔，該金屬箔是放置在與病人的身軀相接觸的地方，并和/或病人的頭部相接觸。另外，此電極也可包括應(yīng)用于該兩位置的兩個(gè)金屬箔。
除了在治療過程中用于需要特別高的精確度的腦腫瘤外，本發(fā)明的裝置也適合于治療身體中其他腔位的腫瘤，如腸瘤、膀胱瘤，也可用來治療肝腫瘤或胰腺瘤?？砂床煌哪康脑O(shè)計(jì)不同的治療電極，如以金屬球體或金屬柱體的形狀等。柱體狀電極適合于治療深腔部位之用，如播散性的直腸癌的治療。
被傳感的溫度最好是通過適當(dāng)?shù)目刂撇考答伒侥茉粗?，以便依賴被探測(cè)的溫度來控制能量供給，從而保持治療區(qū)域的溫度固定在預(yù)定值之上。
本發(fā)明的裝置的其他優(yōu)點(diǎn)在于治療過程是在病人清醒的情況下進(jìn)行的，因而可在處理過程中與病人談話，一旦發(fā)生副作用或令病人極為不適的情況，即可停止治療過程。正常情況下，治療過程基本上不會(huì)令病人感到痛楚。
現(xiàn)參照附圖詳細(xì)說本發(fā)明的裝置的實(shí)施例。
圖1表示插入腫瘤腔中的導(dǎo)線，如以裝于網(wǎng)材料中的小球或卷成球狀的導(dǎo)線形成的治療電極2。小球可電鍍上黃金以提供良好的電性接觸能力，并將之裝入有相當(dāng)大網(wǎng)孔的如尼龍網(wǎng)材料制成的袋囊或套筒中。將電極2連接于射頻源4，電源的其它的極端連接于隨遇電極6，此電極是面積相當(dāng)大的鋁箔6并應(yīng)用在病人背脊緊貼皮膚處。
如以線球團(tuán)來用作治療電極時(shí)，該導(dǎo)線的總長以80厘米較適宜，而其中約50至60厘米，意即，60至75%通常是塞入腫瘤腔中并基本填滿該瘤腔。所用的導(dǎo)線的長度將隨待填充的瘤腔的大小而變化，這是當(dāng)然的事。
塞入到腫瘤腔內(nèi)形成治療電極2的導(dǎo)線本身為導(dǎo)電的線，如銅線。該線的直徑須足夠小以便在腫瘤腔卷繞成球團(tuán)。也可用絕緣導(dǎo)線，如薄硅酮橡膠管中的金屬導(dǎo)線，與周圍的組織電容性連接的。
在治療區(qū)域中能量的分布可依隨遇電極的位置或形狀的變化而發(fā)生變化。因此可將此電極按圖1中8所示的位置放置在病人的頭上。
所述隨遇電極可包括數(shù)個(gè)接觸片或箔，將之放置在身體上不同點(diǎn)處，這些點(diǎn)對(duì)地各具不同的電阻值。這可使電流分布以很高的精確度并按需要而進(jìn)行控制。
也可由液體電極來構(gòu)成隨遇電極，這時(shí)，只要讓病人浸泡在由適當(dāng)導(dǎo)電液體組成浴池即可。這樣隨遇電極將與病人的大部分身體接觸。
如前面所述，射頻源4包括一個(gè)可提供大的能量輸出并具有低的輸出阻抗的發(fā)生器。發(fā)生器4須能提供直到數(shù)百瓦的功率，這是由于有時(shí)可因例如反射而使失調(diào)非常顯著。對(duì)低壓發(fā)生器典型的被利用的功率中只有10至200瓦是有效功率。其輸出阻抗的大小是在10至200歐姆的數(shù)量級(jí)之內(nèi)。發(fā)生器的頻率不可太低，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致發(fā)生上面所提的神經(jīng)興奮;也不能太高，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致發(fā)生不可控制的狀態(tài)與沒有向腫瘤組織傳輸能量的駐波。適宜的頻率可為1至50兆赫茲之間。
參照?qǐng)D2，溫度傳感器元件14由例如鉑導(dǎo)線組成的，該鉑線是鋸齒(Z)形地繞在極小的片的表面上。這元件是由在極小的片的鉑箔蒸發(fā)制成的。然后用激光把在其上鋸齒(Z)形地卷繞的鉑線的鉑箔按上面所述的方法進(jìn)行切割。鉑線14上的電壓用由直流電壓源16供應(yīng)的直流電壓進(jìn)行測(cè)定，而線14上的電壓則用高輸入阻抗的交流/直流轉(zhuǎn)換器18測(cè)定，如上所述，為了減小和射頻場(chǎng)的相互作用，在交流/直流轉(zhuǎn)換器18和傳感線14之間連接一擾動(dòng)濾波器20。
利用適當(dāng)?shù)目刂撇考?，可將測(cè)定的溫度用于直接控制能量發(fā)生器4，使該發(fā)生器發(fā)射足夠的功率保持腫瘤瘤腔內(nèi)的溫度在一個(gè)特定值。
這種控制可由應(yīng)用在治療電極中的各種溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)，而這些傳感的信號(hào)是輸入到計(jì)算機(jī)中。該計(jì)算機(jī)能檢查出有無具有溫度太高的點(diǎn)。該計(jì)算機(jī)還能估計(jì)熱象的幾何形狀，這是由于它能從已知的關(guān)系中以經(jīng)驗(yàn)公計(jì)算熱象的形狀。該計(jì)算機(jī)還能測(cè)量輸入(包括電流與電壓間的相角)并將由這輸入對(duì)應(yīng)的溫度與占優(yōu)勢(shì)的溫度進(jìn)行比較。這樣可對(duì)關(guān)于循環(huán)的問題提出結(jié)論。也可用自適控制算法系統(tǒng)以便于連續(xù)改進(jìn)控制程序。
如上面所述，所述方法的優(yōu)點(diǎn)在于比較微小的溫度梯度，意即，在沒有高的中央溫度的情況下達(dá)到大面積的均勻加熱。這在圖4有定性的說明。
然而，在某些病例下，需要在電極周圍的組織產(chǎn)生較大的溫度梯度。這可用與上述描述相似的電極的安置方法以絕緣的電阻線為電極及以利用直流電壓來實(shí)現(xiàn)。這種治療電極將起著熱源的作用，從它那里將熱通過導(dǎo)體傳輸?shù)街車慕M織中去。這可在腫瘤的中央部分即放置電極的地方得到比較高的溫度，但在電極之外，溫度迅速跌落。
圖3和4定性地表示了空間溫度分布的關(guān)系，圖3是當(dāng)于治療電極上施以直流電壓時(shí)所得空間溫度分布圖，或圖4是當(dāng)于治療電極上施以射頻交流電壓時(shí)所得的空間溫度分布圖。圖3中加熱是在中央部分22即放置治療電極的地方特別加強(qiáng)，治療電極外部有很大的溫度梯度，而圖4中，中央部分的溫度是比較溫和而治療電極外部的溫度是比較小的。
在某些病例下，建議兩種方法配合使用。
本發(fā)明的裝置也可用于施過手術(shù)的腫瘤的“后-治療”用于治療腫瘤的外界，該處有效的外科手術(shù)通常是困難或不可能。所用的電源可為射頻電或?yàn)橹绷麟姡騼烧叩呐浜?，這依賴于所要求的溫度分布而定。
圖5、6和7表示本發(fā)明的方法和裝置中有用的治療電極的實(shí)施例。圖5中所示電極3包括多個(gè)覆蓋以高導(dǎo)電性金屬小球5，例如，鍍上黃金的鋁球。將小球5裝于尼龍網(wǎng)套筒或袋囊7或其它適宜的柔軟材料中。小球與柔軟套筒的配合使用容許電極3完全填充并承擔(dān)使用它的腫瘤腔的形狀。
圖6表示治療電極9，其形狀為一球體。該電極由細(xì)的金屬線11如銅線組成，并將之繞成尺寸適當(dāng)?shù)那蝮w。
圖7表示可充氣的氣球型治療電極13。該電極由一氣球或袋囊15組成，該氣球或袋囊是一種覆蓋以如鋁等金屬的柔軟的薄膜。可將電極塞入腫瘤腔中，然后將之充氣以填充并取得腫瘤腔的形狀。
關(guān)于本發(fā)明發(fā)熱治療腫瘤的方法和裝置，雖然已結(jié)合某些最佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但并不意圖以那些實(shí)施例來限制本發(fā)明的范圍。相反，本發(fā)明意圖包括那些在附上的權(quán)利要求
書中的范圍和精神之內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.發(fā)熱治療腫瘤的裝置，其特征在于，該裝置包含至少適于與病人的身體接觸的兩個(gè)電極，以供向腫瘤區(qū)域傳送射頻能量，至少其中一個(gè)電極為治療電極，該治療電極具有外部表面積尺寸大小與腫瘤區(qū)域相同，并適宜于將之與所述腫瘤接觸，而至少其中另外一個(gè)電極為隨遇電極，該隨意電極之面積較治療電極之面積大，并適宜與人體的皮膚部分外部接觸，而射頻能量源是與所述至少兩個(gè)電極連接。
2.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述治療電極包括覆蓋金屬的小球或顆粒，并被網(wǎng)材料制成的套筒或袋囊所包圍。
3.按照權(quán)利要求
2的裝置，其特征在于，在該裝置中所述覆蓋金屬的小球?yàn)殄凕S金的小鋁球。
4.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述治療電極包括柔軟的導(dǎo)體，適宜于塞入腫瘤區(qū)域的凹入腔中以形成一個(gè)球體。
5.按照權(quán)利要求
4的裝置，其特征在于，在該裝置中所述的柔軟導(dǎo)體是一種金屬導(dǎo)線。
6.按照權(quán)利要求
5的裝置，其特征在于，在該裝置中所述的導(dǎo)線的長度約80單位，50-60單位是卷繞成球體狀。
7.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述治療電極包括一金屬球體。
8.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述治療電極包括一金屬圓柱狀體。
9.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述治療電極包括一可充氣的氣球，其外表面覆蓋以導(dǎo)電金屬。
10.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述隨遇電極包括一金屬箔，適宜于放置在病人的部分身軀的皮膚上，或與病人的頭部的皮膚接觸。
11.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述隨遇電極包括兩個(gè)金屬箔，其中之一是意圖使之與病人的身軀的皮膚接觸，而另一個(gè)與病人的頭部連接。
12.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述隨遇電極包括多個(gè)接觸片或箔，各具有對(duì)地的不同電阻值，以容許電流分布的控制。
13.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中所述隨遇電極是液體電極。
14.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中另外包含至少一個(gè)溫度傳感器布置在腫瘤區(qū)域中，用以監(jiān)測(cè)溫度。
15.按照權(quán)利要求
14的裝置，其特征在于，在該裝置中所述溫度傳感器包括一溫度敏感的鋸齒形卷繞在一金屬小片上的鉑線。
16.按照權(quán)利要求
14的裝置，其特征在于，在該裝置中配置直流電壓源以測(cè)定溫度-敏感導(dǎo)線，與配置具高輸入阻抗的電壓表以測(cè)定跨過導(dǎo)線的電壓，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。
17.按照權(quán)利要求
14的裝置，其特征在于，在該裝置中所述溫度傳感器是以球體的形狀應(yīng)用在套筒或袋囊中。
18.按照權(quán)利要求
7的裝置，其特征在于，在該裝置中所述電極包括硅酮橡膠管從金屬球體的表面向外伸展，所述管包含三個(gè)溫度傳感器彼此間分隔起來以確定該球體外一個(gè)區(qū)域上溫度分布。
19.按照權(quán)利要求
14的裝置，其特征在于，在該裝置中還包括控制部件，適宜于依被探測(cè)的溫度控制射頻能量源的輸出，以便在腫瘤區(qū)域內(nèi)保持溫度在一個(gè)預(yù)定值上。
20.按照權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，在該裝置中射頻能量源的頻率在10千赫茲至100兆赫茲的范圍。
21.控制的發(fā)熱治療腫瘤的方法，其特征在于，該方法包括將具中央瘤腔的腫瘤與具外表面面積基本上相同于由瘤腔決定的腫瘤區(qū)的治療電極接觸，并通過具低輸出阻抗的治療電極供給射頻能量予腫瘤，使控制的加熱過程利用腫瘤的組織作為加熱元件而在腫瘤中發(fā)生。
22.按照權(quán)利要求
21的裝置，其特征在于，在該方法中所述治療電極是可膨脹電極，所述電極是塞入腫瘤的中央瘤腔中，然后膨脹該電極以承擔(dān)瘤腔的形狀。
23.控制的發(fā)熱治療腫瘤的方法，其特征在于，該方法包括將腫瘤與治療電極接觸，并通過所述治療電極向腫瘤提供射頻能量，治療電極具有足夠大的外表面面積向治療電極的周圍的組織中提供強(qiáng)迫的射頻電流分布。
24.控制的發(fā)熱治療腫瘤的方法，其特征在于，該方法包括將腫瘤與具有外表面面積可按待治療的腫瘤的區(qū)域而加以調(diào)節(jié)的治療電極接觸，并通過所述電極向腫瘤提供射頻能量，以使整個(gè)治療區(qū)域在預(yù)定時(shí)間內(nèi)獲得一個(gè)控制的溫度。
專利摘要
本發(fā)明是關(guān)于發(fā)熱治療腫瘤的方法和裝置。其特征是至少兩個(gè)電極與射頻能源連接，并使該電極與病人的身體接觸以便向腫瘤區(qū)域傳輸射頻能量。其中一電極組成治療電極系統(tǒng)，其外表面與腫瘤區(qū)域具有相同尺寸，并使其適于與腫瘤接觸。而另一個(gè)電極組成隨遇電極，具有特別大的面積，以便與身體的皮膚作外部接觸。所述治療裝置包括低阻抗、低發(fā)生器電壓及高能量輸出的發(fā)生器。
文檔編號(hào)A61N1/32GK87100574SQ87100574
公開日1987年8月19日 申請(qǐng)日期1987年2月2日
發(fā)明者漢斯·奧洛夫·西奧多·威克塞爾 申請(qǐng)人:漢斯·奧洛夫·西奧多·威克塞爾, 格特·喬根·貝蒂斯導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan