專利名稱：包含輻射分配光學(xué)元件的治療和診斷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于治療和診斷受治療者的系統(tǒng)和方法。更具體地說，該系統(tǒng)和方法涉及用于人體或動(dòng)物受治療者的腫瘤治療和診斷系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及光動(dòng)力治療(PDT)和/或光熱治療(PTT)和/或光動(dòng)力診斷(PDD)人體或動(dòng)物上部位的系統(tǒng)和方法，其中非電離式電磁輻射被引到與輻射發(fā)生反應(yīng)的部位，其中該系統(tǒng)包括用于輻射分配的操作模式選擇器，分別從至少一個(gè)輻射源到反應(yīng)部位，和/或從反應(yīng)部位到至少一個(gè)輻射傳感器，且其中反應(yīng)部位通常是有腫瘤的腫瘤部位，例如，惡性腫瘤。
背景技術(shù)：
在醫(yī)學(xué)方法治療腫瘤疾病的領(lǐng)域，人們開發(fā)了多種用于治療惡性腫瘤疾病的物理療法手術(shù)，抑制細(xì)胞療法，電離輻射療法(γ輻射或粒子輻射)，同位素療法和采用放射針的短距離放射治療是普通物理療法的例子。盡管在治療方面取得很大的進(jìn)展，腫瘤疾病仍然使人們?cè)馐芎艽蟮耐纯?，而且在西方?guó)家具有高百分比的死亡率。相對(duì)新的物理療法，它通常簡(jiǎn)稱為PDT的光動(dòng)力療法，在治療領(lǐng)域內(nèi)提供有價(jià)值的補(bǔ)充或選擇方案。腫瘤致導(dǎo)劑，通常稱之為先質(zhì)或抗體，通過靜脈注射，口服或局部方式投藥到身體中。它在惡性腫瘤中累積的數(shù)量通常超過周圍的健康組織。然后，利用來自激光器的非熱能紅光照射腫瘤區(qū)，從而使抗體激活到更強(qiáng)化的狀態(tài)。通過能量從激活抗體到組織中氧分子的轉(zhuǎn)移，氧分子從它的正常三重態(tài)轉(zhuǎn)移成激活的單態(tài)。我們知道，單態(tài)氧對(duì)于組織特別有毒性細(xì)胞被消滅而組織進(jìn)入壞死狀態(tài)。由于抗體集中在腫瘤細(xì)胞，可以得到唯一的選擇性，從而余下周圍的健康組織。特別是，利用血卟啉衍生物(HPD)和δ氨基乙酰丙酸(ALA)的臨床經(jīng)驗(yàn)具有良好的效果。
抗體還具有其他有用的性質(zhì)在利用可見光或紫外線輻射激勵(lì)物質(zhì)時(shí)，它產(chǎn)生位移到較長(zhǎng)波長(zhǎng)的特征熒光信號(hào)。這種信號(hào)與組織的內(nèi)源熒光形成顯明的對(duì)比，它也稱之為自發(fā)熒光，可用于定位腫瘤并量化組織中抗體攝取的范圍。
在激活紅光輻射組織中的有限穿透是PDT的重大缺點(diǎn)。其結(jié)果是，利用表面輻照僅能治療厚度約小于5mm的腫瘤。為了治療較厚和/或深部腫瘤，可以利用間隙的PDT(IPDT)。此處，利用注射器針使光導(dǎo)光纖插入到腫瘤中，在已放置光纖的空腔中。
為了實(shí)現(xiàn)有效的治療，利用幾個(gè)光纖以確保所有的腫瘤細(xì)胞接受足夠的光劑量，因此，可以得到有毒性的單態(tài)。人們已證明，可以劑量計(jì)算組織的吸收和散射性質(zhì)，例如，在Swedish Patent SE 503 408中描述IPDT系統(tǒng)，其中6條光纖用于治療并測(cè)量光通量，該光通量在其他光纖穿透通過組織時(shí)到達(dá)給定的光纖。按照這種方式，在腫瘤的所有部分，可以改進(jìn)計(jì)算正確的光劑量。
按照SE 503 408公開的內(nèi)容，利用分束器系統(tǒng)把單個(gè)激光分成6個(gè)不同的部分，該系統(tǒng)包含大量體積龐大的機(jī)械和光學(xué)元件。然后，使光聚焦到6條不同治療光纖的每條光纖中。一條光纖用作發(fā)射器，而其余的光纖用作接收器，接收穿透組織的輻射。在光測(cè)量時(shí)，利用機(jī)械方式擺動(dòng)光電檢測(cè)器進(jìn)入被阻擋的光束路徑，并測(cè)量來源于某些光纖的弱光，這些光纖收集照射到組織中的光。
然而，這種開放式光束路徑導(dǎo)致強(qiáng)損耗的光分束，而形成的光損耗極大地?fù)p害光分配和光測(cè)量。此外，必須經(jīng)常地光學(xué)調(diào)整這種系統(tǒng)，這也是臨床治療的一個(gè)重大缺點(diǎn)。這種系統(tǒng)還非常龐大和笨重，很難使它制成為一個(gè)用戶方便使用的設(shè)備。
EP-A2-0280397公開一種有很小直徑的可滅菌內(nèi)窺鏡，它有傳送圖像到觀察裝置的中心相干光纖束。該光纖束的周圍是多條光纖。內(nèi)窺鏡的近端配置耦合裝置，用于對(duì)準(zhǔn)光纖束與觀察裝置的光學(xué)系統(tǒng)并提供與光發(fā)射裝置的接口，可以沿光纖傳輸來自光源的光到被檢查的體腔。該裝置可用于檢測(cè)癌細(xì)胞并通過光療法進(jìn)行治療。染料粘附到被檢查的組織，并隨后曝光在激勵(lì)的激光頻率下。癌細(xì)胞在特征熒光頻率下發(fā)射熒光。檢測(cè)該熒光并把它顯示在電視監(jiān)測(cè)器上，而與這個(gè)熒光有相同頻率的光傳輸通過光纖到達(dá)細(xì)胞進(jìn)行光線治療。然而，他們僅僅公開利用單個(gè)波長(zhǎng)的光源，因此，在沒有按照人工方式交換光源的情況下，不可能完成多個(gè)診斷。此外，在不同族光纖之間進(jìn)行交換是不可能的，即，所有的光纖總是具有相同的功能(光輸入或光輸出)。在EP-A2-0280397中描述的耦合裝置僅僅用于調(diào)整光的路徑，該光在使用之前通過組裝的二單元內(nèi)窺鏡。此外，不同的光纖用于引導(dǎo)治療光到癌癥部位，并引導(dǎo)診斷光返回通過內(nèi)窺鏡。在不同的操作模式之間不可能進(jìn)行分配。這種解決方案既不是交互式治療，也不是腫瘤的斷層映像。WO-A1-02074339公開一種利用熒光鈷胺素光動(dòng)力診斷腫瘤組織的裝置和方法。這種熒光鈷胺素用作診斷和預(yù)后標(biāo)記(a)區(qū)分癌細(xì)胞和組織與健康細(xì)胞和組織，(b)確定利用鈷胺素治療生物結(jié)合物對(duì)于化療是否有正面響應(yīng)。公開的設(shè)備包含耦合到外科望遠(yuǎn)鏡裝置近端的攝像機(jī)。外科望遠(yuǎn)鏡裝置是利用非白光照射組織，并檢測(cè)發(fā)射的診斷熒光。公開了一種利用雙光源的方法，它包含紅光(非白光)源和白光源。白光源用于常規(guī)方式照射組織。開關(guān)用于不同光源之間的交換。該開關(guān)可以是聲啟動(dòng)，機(jī)械方式啟動(dòng)(腳踏板)，光學(xué)方式啟動(dòng)，或電子方式啟動(dòng)的開關(guān)。沒有更詳細(xì)地描述這種開關(guān)，但反射鏡或棱鏡在機(jī)械或機(jī)電方式控制下可用于兩個(gè)光源之間的交換。此外，公開一種有兩個(gè)實(shí)際分開輸出端的光源。在這種情況下，外科望遠(yuǎn)鏡裝置中的光輸入端必須在兩個(gè)輸出端之間運(yùn)動(dòng)，為的是交換照射組織的光源。該裝置不適用于治療。必須按照常規(guī)方法進(jìn)行治療，外科醫(yī)生去除借助于熒光檢測(cè)的癌性組織。所以，這種裝置不適用于交互式診斷和治療。此外，沒有指出適用于不同診斷或治療模式之間交換的開關(guān)。此外，公開的裝置僅僅提供基本表面的診斷或治療，不可能診斷或治療間隙的組織。該裝置還局限于現(xiàn)有的體腔，其缺點(diǎn)是，內(nèi)窺鏡探針體積相對(duì)于單個(gè)光纖是龐大的。
EP-A2-0195375公開一種用于激光血管外科的導(dǎo)管。該裝置用于檢測(cè)粥樣硬化斑塊沉積物，借助于檢測(cè)熒光作為發(fā)送通過包含光纖導(dǎo)管的激勵(lì)光反應(yīng)。相同的光纖可用于發(fā)送激勵(lì)光到斑塊并從該斑塊接收熒光。在檢測(cè)到斑塊時(shí)，通過發(fā)送高能量的光可以去除斑塊，該光傳輸通過導(dǎo)管中選取的光纖。然而，這種系統(tǒng)不適用于診斷或治療腫瘤。被照射光纖的選取純粹是利用機(jī)械裝置，通過移動(dòng)光源或光纖而使它們互相對(duì)準(zhǔn)。這種裝置與單個(gè)光纖比較也是龐大的，類似于上述的內(nèi)窺鏡，它局限于現(xiàn)有的體腔且基本上涉及表面的診斷或治療。此外，它沒有選擇性，即，所有的組織被破壞，不管它是毒性或健康的組織。
因此，我們需要一種新型的緊致裝置，它允許在PDD，PDT和PTT系統(tǒng)中分配輻射，按照智能方式完成交互式治療。一種解決方案可以是利用智能機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以在不同的模式之間進(jìn)行交換，從而避免損耗的分束并允許自動(dòng)定標(biāo)。
在PCT/SE02/02050中提出解決上述問題的一種機(jī)械方案，其中描述有兩個(gè)互相旋轉(zhuǎn)圓盤的輻射分配器。輻射分配器耦合不同模式之間的光纖，它借助于這兩個(gè)圓盤中光纖的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了交換幾個(gè)光源進(jìn)入到病人的一條光纖中，描述一種總數(shù)為4個(gè)圓盤的裝置。
然而，雖然這些機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)上述已知的IPDT系統(tǒng)有了改進(jìn)，并解決上述的問題，但是這種機(jī)械解決方案有其他的局限性，例如，機(jī)械慣性限制治療和診斷系統(tǒng)中不同模式之間的交換時(shí)間，例如，交互式治療系統(tǒng)。
因此，我們需要一種新型的緊致裝置，它允許在治療和診斷人體或動(dòng)物的系統(tǒng)中分配輻射，其中治療和診斷包括PDT，PTT，和PDD。
本發(fā)明需要解決的其他問題是提供另一種方案，它不需要維修磨損的元件，從而改進(jìn)用于治療和診斷裝置的可靠性，其中包括PDT，PTT，和PDD。此外，應(yīng)當(dāng)避免光纖的旋轉(zhuǎn)，它可以減小裝置的尺寸并增大可靠性。此外，本發(fā)明解決的另一個(gè)問題是，可以基本減小和消除已知裝置在不同操作模式之間交換時(shí)運(yùn)行產(chǎn)生的聲響或噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種按照所附專利權(quán)利要求書的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷并至少解決上述問題，其中借助于要求最小空間的系統(tǒng)，非常實(shí)際和有效地實(shí)現(xiàn)交互式IPDT，它可以按照集成和簡(jiǎn)單的方式完成用于診斷和計(jì)量測(cè)定不同的光學(xué)測(cè)量。本發(fā)明的重要應(yīng)用是交互式間隙光動(dòng)力治療和/或交互式光熱腫瘤治療。
在這個(gè)說明書中以下所用術(shù)語(yǔ)“輻射”是指適合于本發(fā)明領(lǐng)域的輻射，即，光動(dòng)力治療(PDT)和/或光熱治療(PTT)和/或光動(dòng)力診斷(PDD)。更具體地說，這種輻射是“光”輻射，即，在紅外光(IR)，可見光或紫外光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的非電離式電磁輻射。這術(shù)語(yǔ)還涉及本發(fā)明實(shí)施例和權(quán)利要求書范圍內(nèi)的輻射源，輻射導(dǎo)體，輻射傳感器，輻射開關(guān)等，即，這些“輻射”源，導(dǎo)體或傳感器適合于產(chǎn)生，引導(dǎo)，測(cè)量上述非電離式輻射。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于治療和/或診斷人體或動(dòng)物的系統(tǒng)包括至少一個(gè)發(fā)射診斷輻射的第一輻射源，至少一個(gè)發(fā)射治療輻射的第二輻射源，和至少一個(gè)適合于引導(dǎo)輻射到人體或動(dòng)物部位的第一輻射導(dǎo)體。該系統(tǒng)包括操作模式選擇器裝置，用于光學(xué)方法引導(dǎo)所述治療輻射或所述診斷輻射通過所述至少一個(gè)第一輻射導(dǎo)體到達(dá)所述部位。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于治療和/或診斷人體或動(dòng)物的系統(tǒng)是交互式間隙光動(dòng)力腫瘤治療和/或光熱腫瘤治療和/或腫瘤診斷的系統(tǒng)。
利用基于光學(xué)原理的非機(jī)械式交換元件與機(jī)械式裝置比較具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括不同系統(tǒng)操作模式(診斷，光動(dòng)力治療，熱治療)之間高的交換速度；系統(tǒng)的緊致性和可靠性；優(yōu)良的光學(xué)參數(shù)；系統(tǒng)的長(zhǎng)工作壽命，這是由于在系統(tǒng)元件的生存周期內(nèi)沒有元件的機(jī)械磨損和更多的交換循環(huán)；以及沒有交換噪聲，從而可以增加病人的舒適度。


為了更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，以下參照附圖描述本發(fā)明若干個(gè)實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明交互式IPDT實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，它包含光學(xué)組合器和非機(jī)械式光開關(guān)；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中所用光學(xué)組合器原理的示意圖；圖5是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，它包含非機(jī)械式光開關(guān)；圖6是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，它包含有多個(gè)診斷輻射源的模塊；和圖7是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，它包含2×N非機(jī)械式光開關(guān)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖描述按照本發(fā)明不同實(shí)施例的系統(tǒng)。為了簡(jiǎn)化實(shí)施例的描述，在所有的附圖中不再重復(fù)附圖所示類似元件的參考數(shù)字。
參照?qǐng)D1給出按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例系統(tǒng)100的一般描述。所以，交互式IPDT系統(tǒng)100至少包含一個(gè)診斷輻射源110。診斷輻射源110產(chǎn)生診斷輻射。來自至少一個(gè)診斷光輻射源110的光輻射進(jìn)入診斷光輻射耦合模塊120。光輻射最好是借助于光輻射導(dǎo)體111傳輸?shù)?。一般地說，這個(gè)實(shí)施例中描述的輻射導(dǎo)體是光波導(dǎo)，例如，光纖。診斷輻射耦合模塊120還通過一個(gè)或多個(gè)輻射導(dǎo)體122分配輻射到至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的操作模式選擇模塊140。借助于診斷輻射耦合模塊120，完成診斷輻射與輻射導(dǎo)體122的耦合，例如，診斷輻射耦合模塊120包括非機(jī)械式光開關(guān)，或與非機(jī)械式光開關(guān)或光學(xué)組合器串聯(lián)的光學(xué)組合器。以下給予詳細(xì)的解釋。
如圖1所示，診斷輻射還被引導(dǎo)到一個(gè)操作模式選擇模塊140。每個(gè)操作模式選擇模塊140的功能是引導(dǎo)來自一個(gè)診斷輻射源110的診斷輻射或來自治療輻射源130的治療輻射通過一個(gè)輻射導(dǎo)體142到達(dá)病人的治療部位101。所有這些輻射導(dǎo)體142可以傳輸輻射到反應(yīng)部位101并接收來自所述部位的輻射。因此，可以同時(shí)記錄和讀出幾個(gè)測(cè)量結(jié)果。每個(gè)光纖142鄰近地耦合到分開的操作模式選擇模塊140，例如，光纖141耦合到操作模式選擇模塊140，它在圖1中是多個(gè)操作模式選擇模塊140/治療輻射源130中的第一操作模式選擇模塊125。光纖142的遠(yuǎn)端正確地放在治療部位的不同位置，為了能夠有效地診斷或治療病人。此外，操作模式選擇模塊140耦合從光纖142遠(yuǎn)端傳輸?shù)妮椛浞祷氐讲僮髂Ｊ竭x擇模塊140，再傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)輻射檢測(cè)器150?；蛘?，利用多個(gè)輻射檢測(cè)器，或者，它們有不同的靈敏度，或者，每個(gè)操作模式選擇模塊有一個(gè)檢測(cè)器。來自處理部位101的輻射借助于輻射導(dǎo)體152傳輸?shù)捷椛錂z測(cè)器150，其中輻射導(dǎo)體151是從所示最頂層操作模式選擇模塊140到輻射檢測(cè)器150。例如，操作模式選擇模塊140可以包括非機(jī)械式光開關(guān)或光學(xué)組合器。參照?qǐng)D4更詳細(xì)地描述基于光學(xué)組合器的操作模式選擇模塊140實(shí)施例。
圖2表示另一個(gè)實(shí)施例的交互式間隙治療系統(tǒng)，其中診斷輻射耦合模塊120被分成兩個(gè)輻射分配器元件210和220。輻射分配器210是(N×1)輻射分配器，即，有N個(gè)輻射輸入端和1個(gè)輻射輸出端的輻射分配器。在這個(gè)例子中，輻射分配器210是3×1輻射分配器，它的單個(gè)輸出端耦合到(1×n)輻射分配器220，其中n是操作模式選擇模塊125的數(shù)目以及來往于處理部位101的輻射導(dǎo)體142數(shù)目。類似于操作模式選擇模塊140，輻射分配器210，220可以包括例如，非機(jī)械式光開關(guān)或光學(xué)組合器。以下參照?qǐng)D3和5更詳細(xì)地描述典型的輻射分配器210，220，它說明非機(jī)械式光開關(guān)的不同組合，和/或輻射分配器210，220與選擇模塊140的組合器有涉及系統(tǒng)性能的各種優(yōu)點(diǎn)。
圖3表示這樣一個(gè)系統(tǒng)，包括3×1光學(xué)組合器310和非機(jī)械式1×6光開關(guān)320以及光學(xué)組合器330作為6個(gè)模塊325的操作模式選擇器。為了間隙處理6個(gè)治療輻射源130，最好是激光模塊的6個(gè)治療輻射源130耦合到6個(gè)光學(xué)組合器330。每個(gè)光學(xué)組合器330以這樣的方式工作，治療操作模式的治療輻射耦合通過對(duì)應(yīng)的輻射導(dǎo)體142到達(dá)治療部位101。為了交換到診斷操作模式，關(guān)閉治療輻射源，并隨后激活3個(gè)診斷輻射源110中的一個(gè)輻射源。因此，診斷輻射被引導(dǎo)到組合器310，其中來自激活診斷輻射源的輻射耦合到組合器的輸出端，它引導(dǎo)到非機(jī)械式光開關(guān)320。非機(jī)械式光開關(guān)320耦合輸入的輻射到輸出的輻射導(dǎo)體122，它引導(dǎo)到包含一個(gè)模塊325的對(duì)應(yīng)光學(xué)組合器330。如圖3所示，診斷輻射從組合器330經(jīng)與組合器330連接的輻射導(dǎo)體142發(fā)送到治療部位。因此，診斷輻射在治療部位被擴(kuò)展，且部分地傳輸?shù)狡溆?個(gè)輻射導(dǎo)體142，而部分地被反射返回。來自病人的診斷輻射經(jīng)組合器330發(fā)送到輻射檢測(cè)器150。因此，得到5個(gè)(＝n-1)測(cè)量值。隨后，非機(jī)械式光開關(guān)320交換來自輻射源110的輸入診斷輻射到下一個(gè)模塊325構(gòu)成的下一個(gè)組合器330。因此，我們得到另外5個(gè)測(cè)量值。重復(fù)這種測(cè)量過程，直至激活所有6個(gè)模塊325，從而得到6×5個(gè)(＝30)測(cè)量值。這30個(gè)得到的測(cè)量值可用作在治療過程期間腫瘤不同部分中累積光劑量的斷層模型輸入數(shù)據(jù)。利用其余的診斷輻射源可以重復(fù)這種測(cè)量過程，從而產(chǎn)生3×30個(gè)(N×(n-1))或90個(gè)斷層測(cè)量值。此外，來自照明輻射連接器在部位101處反射的診斷輻射可用于診斷的目的。
組合器310可以是商品化光纖組合器，例如，可以從PolymicroTechnologies或Sedi Fibres Optiques購(gòu)買。
作為非機(jī)械式光開關(guān)320的基礎(chǔ)，我們可以利用從PiezosystemJena Inc或Agiltron Inc購(gòu)買的商品化光纖開關(guān)。圖4表示組合器330的工作原理。組合器330還可以基于從Polymicro Technologies購(gòu)買的商品化光纖組合器。該組合器有三個(gè)輸入光纖401-403，其中輻射是沿這些光纖的箭頭421-423所示方向傳輸。光纖401-403沿箭頭411所示長(zhǎng)度方向被拉制成單個(gè)光纖或在結(jié)401，402，403和424處被熔接。整個(gè)組合器是箭頭410所示的長(zhǎng)度。因此，光輻射經(jīng)光纖401和402傳輸?shù)絾蝹€(gè)光纖400，而來自單個(gè)光纖400的輻射主要沿相反的方向傳輸?shù)焦饫w403。在按照?qǐng)D3的實(shí)施例中，光纖401連接到治療輻射源，光纖402連接到診斷輻射源，而光纖403連接到輻射檢測(cè)器。可以使組合器330傳輸從組織部位101射出的大部分診斷輻射經(jīng)光纖400到光纖403，從而確保有效利用偶爾微弱的診斷輻射。該組合器并不直接從光纖401，402傳輸輻射到光纖403。
圖5是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中非機(jī)械式光開關(guān)510在不同的診斷輻射源110之間交換。另一個(gè)非機(jī)械式光開關(guān)530作為操作模式選擇器工作，其中或治療輻射源耦合到治療部位，診斷輻射源耦合到治療部位，或治療部位耦合到輻射檢測(cè)器。非機(jī)械式光開關(guān)320的工作類似于以上的描述。這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，從一個(gè)診斷輻射源交換到另一個(gè)診斷輻射源的時(shí)間不是由診斷輻射源確定的。與光學(xué)組合器比較，非機(jī)械式光開關(guān)510確定不同輻射源之間交換所需的時(shí)間。這通常比在組合器一個(gè)輸入端關(guān)閉光源而在組合器另一個(gè)輸入端接通光源更具有可重復(fù)性，其中這兩個(gè)光源耦合到組合器的相同輸出端。此外，非機(jī)械式光開關(guān)通常比光學(xué)組合器有較低的輻射損耗，這意味著與光學(xué)組合器310比較，可以利用較低功率的診斷輻射源。然而，非機(jī)械式光開關(guān)必須有源地受控，而光學(xué)組合器是無源器件。此外，非機(jī)械式光開關(guān)530可以防止反射的診斷輻射通過組合器進(jìn)入輻射檢測(cè)器150，例如，組合器330。這種非故意的診斷輻射進(jìn)入檢測(cè)器可以導(dǎo)致檢測(cè)器150的飽和。取代使用多個(gè)檢測(cè)器150是為了避免這種現(xiàn)象，而單個(gè)檢測(cè)器可能已足夠，可以限制按照本實(shí)施例系統(tǒng)的成本。
圖6是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。光學(xué)組合器630的使用類似于光學(xué)組合器330。在這個(gè)實(shí)施例中包含多個(gè)診斷輻射源610，每個(gè)診斷輻射源在多個(gè)診斷輻射源模塊615中有對(duì)應(yīng)的組合器620，取代光開關(guān)分配診斷輻射到多個(gè)操作模式選擇模塊140。因此，可以省去光開關(guān)的費(fèi)用，例如，光開關(guān)320。此外，可以調(diào)制診斷輻射源610，因此，借助于鎖定技術(shù)或通過多路復(fù)用信號(hào)，可以同時(shí)檢測(cè)診斷輻射。
圖7是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。該實(shí)施例包括2×n光開關(guān)710，它耦合兩個(gè)診斷輸入輻射源到開關(guān)710的n個(gè)輸出端。開關(guān)710有兩個(gè)輸入端，它可以任意地被引向不同的輸出端。這種元件是商品化元件，例如，可以從Pyramid Optics購(gòu)買。操作模式選擇器/治療輻射源模塊是參照?qǐng)D5所描述的操作模式選擇器模塊525，但它也可以利用組合器模塊625代替。按照這種方式，可以實(shí)現(xiàn)更緊致的解決方案，因?yàn)樵谠撓到y(tǒng)中少一個(gè)元件，例如，沒有組合器310或開關(guān)510。如上所述，光開關(guān)比組合器有較低的損耗。
借助于任何合適的方法或裝置，其中包括不同類型的光纖連接器，例如，SMA，ST或FC連接器，輻射導(dǎo)體可以耦合或連接到按照本發(fā)明系統(tǒng)的不同元件?；蛘?，利用合適的方法，例如，膠粘或機(jī)械固定，如安裝彈簧的元件，輻射導(dǎo)體可以固定在開孔中。
為了定標(biāo)按照本發(fā)明的系統(tǒng)，在對(duì)定標(biāo)的組織模型進(jìn)行直接測(cè)量的處理之前，例如，由無菌精制卵磷脂水溶液制成的模型或由Delrin制成的無菌固態(tài)模型，記錄該系統(tǒng)的總體性能。利用內(nèi)部和/或外部功率計(jì)，可以監(jiān)測(cè)治療輻射源的性能。
以上描述的非機(jī)械式光開關(guān)可以按照不同的原理工作。交換操作和光束偏轉(zhuǎn)是基于沒有元件作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的光學(xué)原理，例如，棱鏡或反射鏡。交換操作原理的例子是利用聲光裝置或聲磁裝置的光束偏轉(zhuǎn)，或利用電控材料折射率的變化，其中光束傳輸通過該材料，可以使光束偏轉(zhuǎn)到不同的輸出/輸入光纖。適用于電光開關(guān)的可變折射率材料例子是LiNbO3，LiTaO3，GaAs，HgS，CdS，KDP，ADP，或SiO2。AgiltronTM公司提供這種類型的商品化光開關(guān)，即，CrystalLatchTM固態(tài)光纖光開關(guān)族或NanoSpeedTM光開關(guān)系列。這些光開關(guān)的特征是快速響應(yīng)和超高可靠性，它超過1000億個(gè)交換循環(huán)。AgiltronTM是真正非機(jī)械式(沒有可移動(dòng)部件)光開關(guān)，它借助于無機(jī)光學(xué)晶體內(nèi)部的電脈沖被激勵(lì)以實(shí)現(xiàn)最新技術(shù)的交換操作。交換操作是利用抗溫度起伏和疲勞的固有穩(wěn)定方式完成的，它提供非機(jī)械式開關(guān)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外，Agiltron開關(guān)具有故障保險(xiǎn)鎖定能力，從而在去掉電源之后可以無限制保持它們的位置。借助于直流低電壓信號(hào)或數(shù)字方式，可以方便地控制這種開關(guān)。
在以下的段落中，我們描述涉及按照本發(fā)明系統(tǒng)的基本原理，其中的描述是基于一種典型的系統(tǒng)，它有3個(gè)診斷輻射源110和6個(gè)病人輻射導(dǎo)體142，最好是光纖。
在本發(fā)明的語(yǔ)境下，反應(yīng)部位或治療部位是指這樣的部位，其中在接受治療輻射時(shí)光動(dòng)力放射性化合物在腫瘤內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的部位，治療輻射是由輻射導(dǎo)體引導(dǎo)通過注射針的腔，注射針放置在腫瘤內(nèi)。于是，這些輻射導(dǎo)體142固定在反應(yīng)部位101。然后，移動(dòng)輻射導(dǎo)體向前到達(dá)注射針遠(yuǎn)端的外部。在診斷和劑量測(cè)定綜合的治療期間，連續(xù)地使用相同的輻射導(dǎo)體142，可以避免病人接受多次穿刺。
最好是，診斷輻射源110是激光器和/或發(fā)光二極管，其中激光器130有相同的波長(zhǎng)，用于光動(dòng)力腫瘤治療的激光輻照，但可以有較低的輸出功率?？梢园才藕线m的濾波器插入到輻射傳感器150的光程中，為的是確保所有的測(cè)量任務(wù)利用合適的動(dòng)態(tài)范圍，并防止以上提到輻射檢測(cè)器的飽和。
利用某些診斷輻射源110是為了研究對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的輻射(以上定義的光)是如何穿透通過腫瘤組織到達(dá)治療部位101。當(dāng)來自輻射源的輻射經(jīng)上述裝置傳輸通過特定輻射導(dǎo)體進(jìn)入組織時(shí)，一個(gè)輻射導(dǎo)體142的功能是作為傳輸進(jìn)入腫瘤的發(fā)射器，而其他5個(gè)在腫瘤中的輻射導(dǎo)體142作為接收器，收集到達(dá)腫瘤的漫射輻射通量。收集的輻射再被引導(dǎo)到上述的輻射傳感器150，從而在檢測(cè)器陣列上可以記錄5個(gè)不同的輻射強(qiáng)度。
作為與指定波長(zhǎng)不同的方案，來自光學(xué)寬帶光源的輻射，例如，白光源，和/或?qū)拵Оl(fā)光二極管和/或線光源的輻射可以耦合進(jìn)入特定的有源輻射導(dǎo)體142。在傳輸通過病人中組織到接收輻射導(dǎo)體142的路徑上，組織的吸收可以改變輻射源的確定光譜分布。于是，氧合血液產(chǎn)生與非氧合血液不同的特征標(biāo)記，從而可以利用被讀出的30個(gè)不同光譜分布斷層確定氧分布，在6個(gè)可能不同的族中一次得到5個(gè)光譜。這種確定腫瘤中氧合作用是重要的，因?yàn)镻DT過程要求接入該組織中的氧。
最后，在選擇模塊140是組合器的情況下，諸如激光的可見光或紫外光輻射源可以耦合到特定的有源輻射導(dǎo)體142。于是，在該組織中誘發(fā)熒光，而投藥到組織中的抗體顯示向較長(zhǎng)波長(zhǎng)位移的特征熒光分布。對(duì)應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度可以近似地量化組織中抗體的水平。
由于短波長(zhǎng)輻射有非常低的組織穿透能力，來自這種輻射源的誘發(fā)熒光可以局部測(cè)量輻射導(dǎo)體的遠(yuǎn)端。為此目的，在檢測(cè)器150之前可以插入濾波器以減小從部位101反射的輻射，因?yàn)榉瓷涞妮椛溥h(yuǎn)遠(yuǎn)高于熒光輻射。在Rev.Sci.Instr.71，510004(2000)中描述用于這個(gè)目的的合適獨(dú)立設(shè)備。
通過交換診斷輻射源110順序通過不同的模塊125，在6個(gè)輻射導(dǎo)體的尖端順序測(cè)量作為抗體濃度特定函數(shù)的熒光。由于抗體被強(qiáng)的紅治療光漂白，且治療光在引導(dǎo)輻射到病人的輻射導(dǎo)體142尖端周圍是特別地強(qiáng)，重要的是使這種測(cè)量在治療開始時(shí)進(jìn)行。
此外，若輻射導(dǎo)體142的尖端是利用這樣一種材料進(jìn)行處理，其熒光性質(zhì)是溫度有關(guān)的，則在激勵(lì)之后得到尖銳的熒光譜線，且這些譜線的強(qiáng)度以及它們的相對(duì)強(qiáng)度取決于治療用輻射導(dǎo)體142尖端的溫度。這種材料的例子是過渡金屬或稀土金屬的鹽。因此，也可以在6個(gè)輻射導(dǎo)體的6個(gè)位置測(cè)量溫度，一次測(cè)量一個(gè)或同時(shí)測(cè)量。利用測(cè)得的溫度可以找出在輻射導(dǎo)體142的尖端是否發(fā)生有相關(guān)光衰減的血凝固，并研究有關(guān)PDT與熱相互作用之間可能協(xié)同效應(yīng)的利用。由于得到的譜線是尖銳的，可以容易地從該組織的寬帶內(nèi)生熒光分布中提取這些譜線。
可以利用其他的方法測(cè)量某些物質(zhì)的抗體水平。然后，用于光傳播研究的紅光可以誘發(fā)紅熒光或近紅外熒光。這種熒光穿透組織到達(dá)接收輻射導(dǎo)體142的尖端，并同時(shí)被顯示作為輻射傳感器150中得到的光譜?；诿看螠y(cè)量中得到總數(shù)為30個(gè)測(cè)量值，可以斷層計(jì)算抗體的分布。
在完成診斷測(cè)量和計(jì)算之后，可以利用光耦合到病人的光纖進(jìn)行治療，其中關(guān)閉診斷輻射源并接通治療輻射源130，以及交換系統(tǒng)中存在的光開關(guān)，因此，治療輻射源耦合到病人的光纖142。治療輻射源最好是激光源，選取的波長(zhǎng)與抗體的吸收帶匹配。在光動(dòng)力腫瘤治療時(shí)，最好使用染料激光器或二極管激光器，選取的波長(zhǎng)是抗體使用的波長(zhǎng)。例如，Photofrin的波長(zhǎng)是630nm；δ氨基乙酰丙酸(ALA)的波長(zhǎng)是635nm；而酞菁的波長(zhǎng)約為670nm，幾種其他的抗體具有這種特征波長(zhǎng)。在治療期間，調(diào)整各個(gè)激光器到各自的理想輸出功率。如果需要，它們可以有內(nèi)部或外部監(jiān)測(cè)用檢測(cè)器。
在交互式方法中，可以中斷治療處理，并可以處理新的診斷數(shù)據(jù)，直至達(dá)到最佳的治療。這種方法可以包括PDT與體溫過高之間的協(xié)同，其中在增大激光輻射通量的條件下達(dá)到增加的溫度。利用計(jì)算機(jī)控制整個(gè)過程，它不但可以完成全部的計(jì)算，而且還用于系統(tǒng)的調(diào)整和控制。
以上描述本發(fā)明是參照幾個(gè)具體的實(shí)施例。然而，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，不用于以上優(yōu)選實(shí)施例的其他實(shí)施例也是可能的，例如，利用與上述不同的光學(xué)耦合器元件，借助于硬件或軟件實(shí)現(xiàn)以上的方法，等等。
此外，在這個(gè)說明書中使用的術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其他的元件或步驟，術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”并不排除多個(gè)，而單個(gè)處理器或其他單元可以完成權(quán)利要求書中所述幾個(gè)單元或電路的功能。
權(quán)利要求
1.一種用于交互式治療和/或診斷人體或動(dòng)物的系統(tǒng)，包括至少一個(gè)發(fā)射診斷輻射的第一輻射源，至少一個(gè)發(fā)射治療輻射的第二輻射源，和至少一個(gè)適合于引導(dǎo)輻射到人體或動(dòng)物腫瘤部位的第一輻射導(dǎo)體，其特征是，至少一個(gè)非機(jī)械操作模式選擇器裝置，用于光學(xué)引導(dǎo)所述治療輻射或所述診斷輻射通過所述至少一個(gè)第一輻射導(dǎo)體到達(dá)所述部位，其中所述輻射是非電離式電磁輻射。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，所述至少一個(gè)第一輻射導(dǎo)體還適合于從所述部位引導(dǎo)輻射到至少一個(gè)輻射檢測(cè)器。
3.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是，所述至少一個(gè)第一輻射導(dǎo)體有一個(gè)遠(yuǎn)端，其中所述遠(yuǎn)端放置在所述腫瘤部位，其中至少一個(gè)第一輻射導(dǎo)體用作發(fā)射器和/或接收器，用于引導(dǎo)來自所述至少一個(gè)輻射源的輻射到達(dá)腫瘤部位和/或引導(dǎo)來自腫瘤部位的輻射，用于診斷和/或治療。
4.按照權(quán)利要求1至3的系統(tǒng)，其特征是，所述操作模式選擇器裝置連接到所述診斷輻射源，所述治療輻射源，所述輻射導(dǎo)體和所述輻射檢測(cè)器，因此，治療輻射或診斷輻射在使用時(shí)發(fā)射到所述腫瘤部位，或在使用時(shí)發(fā)射通過所述第一輻射導(dǎo)體的相同和/或另一個(gè)輻射導(dǎo)體的診斷輻射通過所述輻射導(dǎo)體被接收并發(fā)射到所述輻射檢測(cè)器。
5.按照權(quán)利要求1至4的系統(tǒng)，其特征是，所述操作模式選擇器裝置是非機(jī)械式光開關(guān)。
6.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征是，所述非機(jī)械式光開關(guān)是基于電控折射率變化的電光開關(guān)。
7.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征是，所述非機(jī)械式光開關(guān)是基于聲產(chǎn)生Bragg偏轉(zhuǎn)的聲光開關(guān)。
8.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征是，所述非機(jī)械式光開關(guān)是磁光開關(guān)。
9.按照權(quán)利要求1至4的系統(tǒng)，其特征是，所述操作模式選擇器裝置是光學(xué)組合器。
10.按照權(quán)利要求4至9的系統(tǒng)，其特征是，多個(gè)所述第一輻射導(dǎo)體，其中多個(gè)所述診斷輻射源耦合到一個(gè)所述操作模式選擇器裝置，用于從所述診斷輻射源傳輸?shù)剿霾课唬溆嗟牟僮髂Ｊ竭x擇器裝置耦合成發(fā)射診斷輻射到所述至少一個(gè)輻射檢測(cè)器，其中來自所述治療輻射的輻射被所述操作模式選擇器裝置阻擋而不能傳輸?shù)剿霾课弧?br> 11.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是，一個(gè)激活診斷輻射源耦合到一個(gè)所述操作模式選擇器裝置是借助于選自下列的裝置，包括光學(xué)組合器，非機(jī)械式光開關(guān)，兩個(gè)非機(jī)械式光開關(guān)，和2×N非機(jī)械式光開關(guān)。
12.按照權(quán)利要求4至9的系統(tǒng)，其特征是，每個(gè)操作模式選擇器裝置有相同多個(gè)診斷輻射源，它們耦合到每個(gè)所述操作模式選擇器裝置，用于傳輸?shù)剿霾课唬渲性谑褂脮r(shí)僅僅一個(gè)診斷輻射源是同時(shí)激活的，或所述操作模式選擇器裝置配置成僅僅一次耦合一個(gè)診斷光源，用于傳輸所述診斷輻射到所述部位。
13.按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征是，相同多個(gè)診斷輻射源借助于光學(xué)組合器耦合到每個(gè)所述操作模式選擇器。
14.按照權(quán)利要求4至9的系統(tǒng)，其特征是，一個(gè)治療輻射源耦合到每個(gè)所述操作模式選擇器，用于傳輸所述治療輻射通過每個(gè)所述輻射導(dǎo)體到達(dá)所述部位，其中診斷輻射源是非激活的。
15.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，所述輻射源是紅外光(IR)，可見光或紫外光的光源。
16.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征是，利用熱敏熒光發(fā)射材料處理輻射導(dǎo)體的第二端。
17.按照權(quán)利要求1至16中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，所述輻射源是單個(gè)固定波長(zhǎng)的相干光源和/或發(fā)光二極管。
18.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，所述輻射導(dǎo)體是光纖。
19.按照權(quán)利要求15-17的系統(tǒng)，其特征是，通過相同光導(dǎo)體記錄的熒光作為發(fā)射診斷輻射到該部位的熒光。
20.按照權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征是，在交互式光動(dòng)力治療時(shí)，利用熱敏熒光發(fā)射材料處理的一個(gè)或多個(gè)輻射導(dǎo)體配置成測(cè)量該部位的溫度，使用時(shí)發(fā)送到該部位的輻射加熱治療部位，使用時(shí)發(fā)送的輻射強(qiáng)度是受測(cè)得溫度的控制，為的是調(diào)整該部位在各個(gè)輻射導(dǎo)體處的溫度。的溫度。
21.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，所述交互式治療和診斷包括所述操作模式選擇器裝置可選擇的以下操作模式交互式間隙光動(dòng)力腫瘤療法，利用高溫的光熱腫瘤療法，和腫瘤診斷，其中在治療所述腫瘤部位的相同情況下，交替地使用這些操作模式。
22.一種用于交互式間隙光動(dòng)力腫瘤治療和/或光熱腫瘤治療和/或腫瘤診斷的方法，其中至少一個(gè)輻射檢測(cè)器和輻射導(dǎo)體連接到腫瘤部位，而輻射導(dǎo)體用作發(fā)射器和/或接收器，用于引導(dǎo)輻射來往于腫瘤部位，診斷和治療腫瘤部位的腫瘤，其特征是，借助于按照權(quán)利要求1至21中任何一個(gè)系統(tǒng)中至少一個(gè)非機(jī)械操作模式選擇器裝置，通過診斷輻射與治療輻射之間的交換，可以自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)腫瘤治療與腫瘤診斷之間的交換，和通過調(diào)整與診斷結(jié)果有關(guān)的治療輻射強(qiáng)度，診斷的結(jié)果控制治療過程，直至實(shí)現(xiàn)腫瘤部位的最佳治療。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其特征是，在治療所述腫瘤部位的相同情況下，交替地利用交互式間隙光動(dòng)力腫瘤療法，利用高溫的光熱腫瘤療法，和腫瘤診斷。
24.在按照權(quán)利要求1至21中任何一個(gè)用于交互式治療和/或診斷人體或動(dòng)物的系統(tǒng)中，利用非機(jī)械式光開關(guān)和/或光學(xué)組合器。
全文摘要
一種用于交互式治療和診斷人體或動(dòng)物的系統(tǒng)和方法，包括至少一個(gè)發(fā)射診斷輻射第一輻射源，至少一個(gè)發(fā)射治療輻射第二輻射源，和至少一個(gè)適合于引導(dǎo)輻射到達(dá)所述人體或動(dòng)物腫瘤部位的輻射導(dǎo)體。非機(jī)械操作模式選擇器引導(dǎo)治療輻射和/或診斷輻射通過輻射導(dǎo)體到達(dá)腫瘤部位。操作模式選擇器裝置最好是非機(jī)械式光開關(guān)和/或光學(xué)組合器。該系統(tǒng)可用于交互式間隙光動(dòng)力腫瘤治療。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1787778SQ200480013069
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者馬爾塞洛·索托-湯普森, 斯蒂芬·安德森-恩格爾斯, 蘇內(nèi)·斯萬貝里 申請(qǐng)人:光譜治療股份公司