专利名称：用于治疗肿瘤的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于治疗肿瘤的设备，该设备可应用于射频消融(RFA)技术中。与现有技术的RFA设备相比，根据本发明的设备包括提供使针更好地穿透到肿瘤内的装置。在本发明的优选的实施例中，设备包括提供了更精确的温度控制的温度控制装置。本发明的设备也提供了更有效的肿瘤处理。本发明也涉及带来以上所提及的优点的用于处理肿瘤的方法。
背景技术：
在西方世界中，许多妇女将面对乳腺癌的可能。在现代乳腺癌处理中的趋势已趋向于侵入性更小的对肿瘤的局部处理，且在现代治疗中最小化因处理对乳房构造的改变也变得越来越重要。乳房保存外科手术因此在许多情况中比根治性乳房切除术更受欢迎。根治性外科手术的目的是去除全部恶性乳房组织，经常与淋巴结切除相结合，这导致了相当的住院治疗时期且随后需要乳房恢复。此外，无肿瘤区被切除以防止局部复发。以现代诊断方法，如常规的乳房造影术筛选，检测到许多小的肿瘤。在其中肿瘤尚未扩散，即大多数小肿瘤≤10mm的情况中，常规的乳房外科手术可能被视作“过度杀伤”的过程。因此，已探索了不同于传统外科手术的最小侵入解决方法，以该解决方法经常获得其他潜在的益处，例如减少发病率、减少处理的持续时间、甚至当患者处于差的医疗状态也能进行治疗和可以将过程保持在门诊基础上。
一个这样的解决方法是射频消融(RFA)技术，它通过凝固性坏死导致肿瘤的热破坏。肝肿瘤是最通常的以RFA处理的肿瘤类型，但现在处理在身体的其他区内进行，例如肺、骨、前列腺和肾上腺。RFA在乳腺癌处理中的使用是相对地新的，但由本发明人已进行的研究显示，此技术很好地适合于乳腺肿瘤的处理，且特别是乳腺导管肿瘤。
RFA单极技术涉及将针直接地插入到待被处理的肿瘤内，且将更大的平面地电极施加到身体的外表面。当由功率源生成的射频(RF)能量施加在地电极和针之间时，前者将用作反电极且在电极之间建立电流路径。在针处的电流密度将大大高于在地电极处的电流密度，因此地电极经常被称为无关电极且不与温度升高相联系。在组织内的温度升高由离子激化导致，离子激化通过摩擦转化为热，因此RF能量通过组织的电阻加热组织。围绕针在组织中生成的热破坏了肿瘤细胞而无神经刺激和疼痛。变性的细胞留在原处且随后被身体吸收。为避免肿瘤的再生长，经常也需要将围绕组织的层，即安全区破坏。被过度温度影响的总体积已知为损伤体积，且因此被影响区的形状和尺寸分别已知为损伤形状和损伤尺寸。
已熟知在足够长的时间期间暴露于过度温度的组织被完全地杀死。在一般地称为高温的技术中，生成的温度大约为42至43摄氏度。以在此范围内的过度温度，有效地处理肿瘤所需要的暴露时间取决于例如损伤尺寸一般是数分钟，有时直至一小时。因此，在RFA场内的高温温度不可避免地延长了患者的处理时间，带来了不必要的痛苦且经常产生对肿瘤的非均匀的损伤。
在处理期间对组织的加热被持续地冷却，被动地通过热传导冷却以及主动地通过血液灌注冷却。因此，血液灌注很大程度上对去除热有贡献。然而，血液灌注受到热的影响。温度的中等增加也增加了血液灌注，但在更高的过度温度下，血液灌注崩溃。因此，更高的过度温度导致温度扩散非常大地增加。
然而，被处理的组织的温度是很重要的参数。例如，在足够高的温度下，邻近电极表面的组织将变得烧焦，且因此因传导性的急剧下降削弱进一步的组织加热。在某些应用中，避免在针表面造成使电极与组织隔离的气泡也可能是重要的。损伤体积的尺寸因以上所提及的影响受到限制。
因此，为获得对肿瘤的有效处理，重要的是有效地监测和控制温度且以有效的方式冷却针。
RF源的输出功率调节了在组织内生成的温度。在RFA技术中，已知例如测量在包括针和无关地电极的电路中的阻抗，以及在处理期间测量在针尖处的温度，且根据测量到的阻抗和温度的值调整电极之间的电压。也已知在处理期间将阻抗和温度的值连续地馈送到控制单元，控制单元发送反馈信号到RF源，从而增加或减少所述的源的输出功率。
阻抗的增加指示了例如已造成气泡或已出现组织烧焦。为冷却针以防止组织烧焦和气泡的形成，已知使用了在其内部利用了冷却介质的针。在针内部具有这样的冷却介质的结果的一个是因温度偏差组织温度的真实最大温度不位于针表面处，而位于组织内距所述的针一定距离处。这使得难于测量组织的真实最大温度，且已知的用于组织温度控制的装置未被证明是足够满意的。
近年来，也已可能检测越来越小的肿瘤，例如通过筛选乳腺造影术和超声诊断扫描的技术发展。检测其尺寸仅为数毫米的肿瘤不是不寻常的。特别地，这些小肿瘤，但也包括其尺寸为直径是10至20mm的肿瘤经常是不可触知的，且当被针碰到时经历解剖变形或至少移位。原因是腺乳房组织被松弛的脂肪和结缔组织围绕，这使得难于正确地定位和移动针到肿瘤内，且如果肿瘤是硬的或是纤维的，这是经常的情况，则此问题加剧，因此，将针插入到肿瘤内经常是困难的或甚至是不可能的。
目前，RFA技术当应用于癌症处理时很经常地被视为是姑息性的而非治愈性的，且该技术在大多数情况中用于缩小肿瘤使得能避免外科手术。因此，存在改进RFA技术的需求，例如提供了更有效的穿透待处理的肿瘤的装置，特别是小的和硬的纤维肿瘤。也存在缩短实际处理时间和更有效地杀死肿瘤细胞的需求。也存在更精确的对组织温度的温度控制的需求。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于以RFA技术处理肿瘤的设备，该设备提供了与现有技术的RFA设备相比，用于更有效地穿透待处理的肿瘤的装置。
此目的通过根据独立权利要求的前序且由根据独立权利要求的特征部分的特征提供的设备实现。
在优选的实施例中，根据本发明的设备提供了与现有技术的RFA设备相比，在处理期间用于组织温度的更精确的温度控制的装置。所述的设备也以与现有技术的RFA设备相比更有效的方式处理了肿瘤。
本发明也涉及使用本发明的设备的方法。优选的实施例在从属权利要求中阐明。
图1示意性地示出了带有第一组温度测量装置的本发明的设备；图2示意性地示出了带有第二组温度测量装置的本发明的设备；图3示意性地示出了本发明的设备的针的截面；图4示出了在不同的标定温度下依赖于流量的测量到的温度；具体实施方式
本发明的设备包括针2(图3)和平面地电极4，地电极待施加到患者身体的外表面，优选地施加到患者的背部。针2的尺度取决于例如待处理的肿瘤1的尺寸和形状。优选地，针2具有长度为大约5-100mm且直径在1-4mm范围内的有效部分。设备进一步包括低阻抗RF生成器件10，它适合于当针2正确地定位在待处理的肿瘤1内时在地电极4和针2的有效部分之间施加RF能量。当施加RF能量时，针2用作有效电极，使得在电极2和4之间建立电路路径，从而如上所述在围绕针2的组织的球形损伤12内生成热。
根据本发明，当例如处理乳腺肿瘤时，组织温度可以相当地高于通常使用的高温温度。所述的组织温度可以例如在50-99摄氏度的范围内，即所谓的温热疗法温度。因肿瘤和脂(脂肪)组织的不同的物理参数，热被肿瘤“吸收”。肿瘤具有比周围的脂组织更高的电导率。作为结果，肿瘤从脂肪中吸取电能。因此，特定吸收率(SAR)在肿瘤中比在脂组织中相对地更高。实际上，本发明人已观察到，从核心肿瘤延伸的薄的肿瘤带被杀死，但周围的脂肪组织不受影响。为实现有效的处理，维持升高的温度需要的时间取决于损伤尺寸和形状。一般地，此时间在5-15分钟的范围内，因此，在处理相同的肿瘤中，处理时间比在高温温度范围内的温度需要的时间更短。然而，需要理解的是，当处理其他类型的肿瘤时，例如在肝脏内的肿瘤，处理温度甚至更高，例如直至大约130摄氏度。
在任何情况中，RF生成器件的输出功率调节了升高的组织温度。一般地，例如取决于当处理乳腺肿瘤时乳房构造、使用的针的直径和在处理期间组织特性的改变，RF生成器件在5-100W范围内运行，优选地在20-60W范围内。施加的RF的频率可以在0.2-20MHz的范围内，但优选地在大约0.5-1.5MHz的范围内。根据本发明，在如上所述的处理期间，RF生成器件的功率自动地调整。
参考图3，本发明的设备的针2通过在其外部覆盖以例如Teflon的绝缘材料7而提供有绝缘部分3和非绝缘部分5。针的绝缘部分可以在针上可滑动，以使得能调整有效电极长度。
根据本发明的优选实施例，待插入到肿瘤1的针2进一步提供有使得针2内部的冷却液体能循环的装置。冷却液体通过液体入口9引导到针内，且被引导沿液体流入通道13a，液体流入通道13a沿所述的针2的水平轴线提供在针2的中间。在针尖处，冷却液体改变流动方向且通过液体流出通道13b被引导回且通过液体出口11流出，液体流出通道13b即在液体流入通道13a和针的外表面之间的中空空间。液体入口9和液体出口11优选地提供由Luer锁定连接件(未示出)。使得冷却液体在针2内能循环的装置进一步包括例如泵等的液体流动生成器件14，它适合于优选地以恒定的预先确定的流速引导液体通过液体入口9到针2内，通过流入和流出通道13a、13b且通过液体出口11流出。通道13a、13b的直径因此优选地足以允许在液体流入和流出通道内相等的流量。优选的流速在5-30ml/min的范围内。
冷却液体优选地是无菌的等渗性液体，以保护患者防止可能的泄漏。
针2优选地提供为一次性物品。替代地，针2适合于被消毒，优选地通过使用高压灭菌。然而，也可以使用其他常规使用的消毒方法。
根据优选实施例，设备进一步提供有温度控制装置。所述的装置包括适合于测量在针2内循环的液体的流量值Q的装置(未示出)，它优选地提供在液体流动生成器件14内。所述的装置例如是一般地已知的流量测量传感器等。
温度控制装置进一步包括温度测量装置，它在第一实施例中包括合并在针2的非绝缘部分内的一般地已知的热敏传感器或光纤(未示出)，以及优选地提供在液体入口9内的适合于测量入口液体温度T1的热敏传感器(图1中的第一组温度测量装置)。在此情形中，被第一组温度测量装置测量到的针的温度Tmeas和T1以及液体流量值Q＝dV/dt(ml/s)被连续地馈送23、20、24到控制单元26，控制单元26优选地是计算机等。控制单元26提供有根据Tmeas、T1和流量值Q计算组织的真实温度Ttissue的装置，如在下文中进一步详细解释。
替代地，温度测量装置可以在第二实施例中包括用于测量入口液体温度值T1以及测量出口液体温度值T2的装置(未示出)(第二组温度测量装置，图2)。所述的装置优选地是例如分别提供在液体入口9和液体出口11内的一般地已知的热敏传感器。在第二实施例中(图2)，T1、T2和液体流量值Q＝dV/dt(ml/s)被连续地馈送20、22、24到控制单元26。在此情形中，控制单元26提供有根据T1和T2之间的温度差的值，即Tdiff＝T1-T2，和流量的值Q计算组织的真实温度Ttissue的装置。
根据本发明的设备的优选实施例，控制单元26也连续地被馈送28以在包括针2和无关地电极4的电路中的阻抗值Z，以及被馈送以RF生成器件10的输出功率P＝U*I，输出功率调节了生成的升高的组织温度。因此，本发明的设备包括一般地已知的适合于测量阻抗的装置和一般地已知的适合于测量输出功率的装置18。控制单元26因此进一步提供有取决于值Z和P以及真实组织温度Ttissue向RF生成器件10发送反馈信号30的装置，从而取决于Ttissue是否需要增加或降低而分别增加或较少了所述的RF生成器件的输出功率。
需要维持一定的组织温度的功率也称为热阻，它是组织灌注状态，即组织破坏程度的很好的指示，且灌注崩溃可以是对治疗期的质量的很好的指示。
此外，在处理和无关电极之间测量到的阻抗是围绕电极的状态的很好的指示，即是否存在烧焦和/或气泡。因此，控制单元26优选地提供有计算热阻的装置，作为监测组织灌注的工具。
当确定真实组织温度值Ttissue时使用值Q，以及使用所述的值用于向RF生成器件发送反馈信号，提供了与使用现有技术的RFA设备相比对组织温度更精确的温度控制。
本发明的设备与以上所提及的用于温度测量的装置的任一个一起工作。第一组温度测量装置，即例如合并在针内的热敏传感器的使用是简明的温度测量方法。然而，测量值T1、T2可以以比使用针内的热敏传感器较不昂贵的温度测量来分别提供，因为如果针的尺度减小，则在针内合并热敏传感器可能是有问题的，且是相当昂贵的过程。
从热敏传感器获得的低水平信号可能受到来自施加的RF功率场的干扰。在此情形中，设备优选地提供有低通滤波装置(未示出)以过滤RF信号而在极端的RF场环境中获得高质量的测量值。此外，根据EN 60-601-1国际标准和EC，设备优选地设计为可直接用于心脏的浮置(CF)，以保证患者漏电流(PLC)和对地漏电流(ELC)。
根据本发明，设备提供有纵向移动装置8，它适合于施加振荡纵向移动6到针2。针2的带有合适的频率和幅值的纵向振荡6将因其加速度分量而有效地穿透甚至小和硬的肿瘤，例如仅数个毫米的肿瘤，且本发明人已实际上发现，当施加250Hz的频率时，穿透中的阻力可以降低直至10倍。取决于例如针2的尺度和肿瘤1的尺寸、状况和位置，当所述的针将穿透肿瘤时，设备的操作者，例如负责处理的医师可以且自由地选择施加到针2的合适的频率、幅值和波形。优选地，施加的正弦频率在30-300Hz的范围内，且幅值在0-4mm的范围内。穿透力随频率和幅值的增加而下降，且加速度力随参数增加。
为针2施加振荡移动6以提供更好的针到肿瘤1内的穿透。
使用第一组温度测量装置计算真实组织温度真实组织温度Ttissue通过使用Tmeas的值和流量Q的值来确定，例如根据公式(1)dT＝Ttissue-Tmeas＝k1(Ttissue)*Q+k2(Ttissue)*Q2(1)其中dT是在针上的温度梯度，且k1和k2是常数。
使用标定来找到k1和k2。例如，图4示出了使用保持在70摄氏度(下方曲线)和95摄氏度(上方曲线)下的槽单元，在不同的标定温度(用作假想的组织温度)下依赖于流量的测量到的温度Tmeas。在标定测量中，槽单元分别保持在所述的标定温度下，且在20个不同的流速下测量Tmeas。在针内部循环的冷却液体被保持在15摄氏度下。使用最小二乘算法对于组织温度70摄氏度和95摄氏度计算k1和k2。在恒定流速下，在Tmeas和Ttissue之间存在线性关系。因此，通过在70摄氏度曲线和95摄氏度曲线之间在所有流量下线性插值来计算Ttissue。如果入口流的温度改变，则常数k1和k2也根据已知关系改变。
使用第二组温度测量装置计算真实组织温度在此方案中通过在入口温度和出口温度之间的差Tdiff＝T1-T2取代Tmeas来确定真实组织温度Ttissue。另外，程序优选地遵循与以上所述的测量值计算方法相同的方案。
虽然本发明的设备已通过用于处理人乳腺肿瘤的程序描述，但设备不应认为限制于此。设备完全地起作用于其他类型的肿瘤，例如前列腺肿瘤、肝肿瘤以及动物的肿瘤。
应理解的是本发明不限制于以上所述的作为例子的实施例，且在如下的权利要求书的范围内可以有对本发明的数个可构想的修改。
权利要求
1.用于处理位于身体内部的肿瘤的设备，其包括意图于插入到所述的肿瘤内的针(2)、意图于施加到身体的外表面的地电极(4)和意图于在针和地电极之间施加射频能量使得在围绕针的组织内生成热的射频生成器件(10)，其特征在于，该设备包括适合于向针施加振荡纵向移动的纵向移动装置(8)，优选地当针插入到所述的肿瘤内时施加振荡纵向移动。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，针(2)提供有与液体流入通道(13a)联通的液体入口(9)和与液体流出通道(13b)联通的液体出口(11)，所述的通道沿所述的针的纵向轴线提供在针(2)的内部内；以及设备提供有适合于在所述的通道(13a、13b)内生成液体流动的液体流动生成器件(14)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，设备提供有适合于测量液体流量值的装置。
4.根据权利要求1至3的任何项所述的设备，其特征在于，设备包括适合于测量组织温度的装置，该装置包括合并在针(2)内的热敏传感器、适合于测量在液体入口(9)内的液体的温度的装置，和适合于测量液体的流量值的所述的装置。
5.根据权利要求1至3的任何项所述的设备，其特征在于，设备包括适合于测量组织温度的装置，该装置包括适合于测量在液体入口(9)内的液体的温度的装置、适合于测量在液体出口(11)内的液体的温度的装置，和适合于测量液体的流量值的所述的装置。
6.根据权利要求1至5的任何项所述的设备，其特征在于，设备包括用于测量包括针(2)和地电极(4)的电路的阻抗的装置(16)和适合于测量射频生成器件(10)的输出功率的装置(18)。
7.根据权利要求1至4和6所述的设备，其特征在于，设备包括控制单元(26)，所述的控制单元为适合于接收如下值a)在针(2)的通道(13a、13b)内的液体流量，b)由合并在针(2)内的热敏传感器测量到的温度，和在液体入口(9)内的液体的温度，c)在包括针(2)和地电极(4)的电路中的阻抗，d)所述的射频生成器件(10)的输出功率，提供有适合于取决于值a)和值b)计算组织温度的装置，和适合于向设备生成器件(10)发送信号(30)，信号(30)带有取决于是否意图于降低或升高组织温度而减少或增加所述的射频生成器件的输出功率的指令。
8.根据权利要求1至3和5至6所述的设备，其特征在于，设备包括控制单元(26)，所述的控制单元为适合于接收如下值a)在针(2)的通道(13a、13b)内的液体流量，和b)在液体入口(9)内的液体的温度和在液体出口(11)内的液体的温度；c)在包括针(2)和地电极(4)的电路中的阻抗，d)所述的射频生成器件(10)的输出功率，提供有适合于取决于值a)和值b)计算组织温度的装置，和适合于向设备生成器件(10)发送信号(30)，信号(30)带有取决于是否意图于降低或升高组织温度而减少或增加所述的射频生成器件的输出功率的指令。
9.根据权利要求7至8的任何项所述的设备，其特征在于，控制单元(26)提供有计算射频生成器件(10)为维持预先确定的组织温度所需要的功率的装置。
10.使用根据权利要求1至9的任何项所述的设备的方法。
全文摘要
用于处理位于身体内部的肿瘤的设备，包括意图于插入到所述的肿瘤内的针、意图于施加到身体的外表面的地电极和意图于在针和地电极之间施加射频能量使得在围绕针的组织内生成热的射频生成器件。设备进一步包括新颖的温度测量装置，和与现有技术的RFA设备相比提供使针更好地穿透到肿瘤内的装置。
文档编号A61B18/18GK101031249SQ200580032517
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月22日 优先权日2004年9月27日
发明者H·威克塞尔, G·奥尔, V·埃克斯特兰德, P·哈格 申请人:振动技术公司