CN105232148A - 前列腺癌消融 - Google Patents
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Abstract
用于向患者前列腺组织输送电能和受控亚高温,从而摧毁癌组织和/或增生组织的方法和系统。该方法包括将多根电极定位在包含前列腺组织的靶组织区域内,形成流经前列腺组织体积的交流电,诱导温和加热并摧毁所述体积内的癌细胞。
Description
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2008/076470,国际申请日为2008年9月15日,进入中国国家阶段的申请号为200880115513.X,名称为“前列腺癌消融”的发明专利申请的分案申请。
相关申请交叉参考
根据35U.S.C.§119(e),本申请要求2007年9月14日提交的美国临时专利申请第60/972698号(代理人案号26533A-000700US)的优先权,其完整内容通过参考并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及向患者前列腺组织输送电场。更具体地,本发明提供了向患者前列腺组织输送交流电并有控制地对进行温和发热,从而摧毁癌组织和/或增生组织的系统和方法。
背景技术
前列腺是核桃大小的腺体,位于骨盆区,在膀胱出口的正下方和直肠前方。它包住尿道上部,尿道就是从膀胱排尿的管道。前列腺是男性生殖系统的重要组成部分,要求男性荷尔蒙如睾丸激素发挥正常功能,帮助调节膀胱的控制功能和正常的性功能。前列腺的主要功能是贮存和产生精液——一种为精子提供营养的乳状液体,提高精子的存活率和迁移能力。
前列腺癌的特征是在前列腺中形成恶性(癌)细胞。美国男性与癌症相关的死因中,前列腺癌居于前列。美国当前有超过2百万人患前列腺癌,据预计,还将有约190000新前列腺癌病例得到确诊,2008年将有28000人死于前列腺癌。
除前列腺癌的致病风险外,60岁以上的男性多数因前列腺增大而发生部分或完全尿路梗阻。此病可能起因于前列腺癌,但更常见的是起因于良性前列腺增生(BPH),其特征是尿路附近的前列腺尺寸和细胞团增大。
常用的可选积极治疗方案包括手术和辐射。手术通常包括对前列腺进行完全的外科切除(“前列腺根除术”),某些情况下还要切除局域淋巴结,以此从体内清除病组织。在一些情况下,为了使患者在治疗后保持勃起功能,要进行保留神经的前列腺切除手术。前列腺根除术的副作用可能包括疼痛、发炎、感染、失禁、阴茎短小和阳痿。
辐射疗法是治疗前列腺癌的另一种选择,其特征是对前列腺病区施以电离辐射。电离辐射存在破坏细胞DNA和限制其复制能力的副作用。在前列腺癌的治疗中,有两种电离辐射疗法,包括外束辐射疗法(EBRT)和内辐射疗法(通常称作近距放射疗法)。EBRT利用的是从体外传入的高能X射线,其过程无痛,每次治疗只花几分钟时间,但每周要做5天,共进行7周或8周。在做EBRT时,射线通过时可能损坏到达肿瘤的路上遇到的其他组织,产生诸如短期的肠道或膀胱问题,以及长期的勃起障碍这样的副作用。辐射治疗还可能暂时降低能量水平,导致患者丧失胃口。
近距放射疗法要将少量包含辐射性同位素的“种子”注射到前列腺。在组织中定位之后,种子放出的辐射立即前进几毫米,将更高的辐射剂量输送到更小的区域中,对周围组织造成非特异性损伤。所述种子永久留下来,通常在一年内失去放射性。内辐射也引起诸如短期的肠道或膀胱问题,以及长期的勃起障碍这样的副作用。内辐射疗法也可能暂时降低能量水平,导致患者丧失胃口。同样常见的是,植入的种子从前列腺迁移到膀胱,然后在排尿过程中通过尿道排出。不过,最显著的变化是前列腺组织随时间发生结构性改变,使得在后面的二次治疗中,如前文所述清除前列腺的手术变得复杂和困难。
由于现有的治疗方法如前列腺根除术和辐射疗法存在突出的副作用,侵袭性和创伤性较小的系统和方法受到极大关注。近年开发的这样一种侵袭性很小的系统包括所谓的“经尿道针消融(ablation)”或TUNA,它是让射频(RF)器件如导管探针或窥镜从尿道中通过,将高频能量输送到组织中。RF仪器包括电极尖,这些电极尖沿离轴路径从仪器体侧面被推出,刺穿尿道壁,进入尿道外侧的前列腺组织。然后,输入高频能量,使电极周围的组织产生高温离子振动,并受到摩擦加热。组织中诱导产生的高温,例如高达90-100℃或更高,对癌组织不具有特异性,对健康组织和不健康组织均有破坏作用。
近年开发的另一种BPH治疗技术是经尿道微波热疗法(“TUMT”)。此技术采用一种具有微波探针或天线的装置,所述微波探针或天线位于装置远端附近,并与患者体外的微波能外发射器相连。将微波探针插入尿道,直至前列腺所在位置,以输送能量,进行微波电磁加热。由于微波探针输送的热能较高,会对健康组织或尿道造成不必要的损伤,所以该装置一般采用冷导管,减少对紧靠探针的组织的加热作用。其目标是仔细平衡两种作用,既要冷却尿道,防止加热过程对它的损伤,同时又要对尿道外与其有一段距离的前列腺组织进行高温加热(高于50℃)。在此过程中,要特意避免紧靠尿道的前列腺组织和尿道自身接收到消融水平的热量,尽量使这些结构的温度保持低于50℃。遗憾的是,要控制外加微波能对组织的加热较为困难,因而可能发生不必要的组织损伤。此外,对冷却区域外组织的摧毁效果不明显,对治疗区域的控制不精确,而得到有效治疗的组织的大小也有限。
因此,人们持续关注侵袭性较小的设备和方法的开发,用于治疗BPH和前列腺癌,所述治疗方法更加优先地摧毁靶组织,并且能够更精确地加以控制。
发明内容
本发明提供了施加和输送电场的系统、设备和相关方法,用于有优先目标地和/或可控地摧毁癌细胞和消融组织。本发明的方法和设备一般用于使一根或多根电极行进至靶组织区域,然后对该靶组织区域施加电场。所述一根或多根电极可这样定位,也就是使所加电场在整个靶组织区域辐射,包括例如所述电场沿多个方向例如径向向外辐射通过所述靶组织。在一些实施方式中,施加能量,以温和、可控地加热靶组织。
因此,本发明包括向前列腺组织输送电场的系统、设备以及方法。电场的输送可包括形成电流,使之流经含前列腺组织的靶组织区域,从而优先消融或摧毁靶组织区域内的癌细胞。
为更完整地理解本发明的性质和优点,有必要参考下面的详细描述和附图。根据以下附图和详细描述,本发明的其他方面、目标和优点将变得显而易见。
附图说明
图1显示了根据本发明的一个实施方式的设备。
图2A-2C显示了根据本发明的另一个实施方式的设备。图2D显示了电流中心的概念图。
图3A-3C显示了根据本发明的几个示例性实施方式的相对于靶组织区域定位的探针和电极。
图4A和4B显示了使用多个电极或一个电极阵列向患者的前列腺组织输送电场的系统。
图5A和5B显示了使用长形电极探针和引导模板设备向患者的前列腺组织输送电场的系统。
图6A-6D显示了根据本发明的多个实施方式在靶组织中输送电场的情形。
图7显示了使用一个差异活化电极阵列输送能量和治疗患者的前列腺组织的流程图。
图8A-8C显示了示例性电极实施方式。
图9显示了根据本发明的一个实施方式的经尿道系统和成像系统。
图10A和10B显示了根据本发明的一个实施方式的经直肠能量输送系统和电极的定位。
图11包括根据本发明的一个实施方式的系统的图解。
图12A和12B显示了根据本发明的一个方面治疗之后对肿瘤消失(图12A)和PSA水平(图12B)的研究结果。
图13显示了根据本发明的一个方法施以电场治疗之后对肿瘤体积变化的研究结果。
具体实施方式
本发明提供了消融前列腺组织的系统、设备和相关方法。根据本发明,可将一根或多根电极引入靶组织区域,然后对该靶组织区域施加电场,有控制地和/或优先地摧毁癌细胞。
本发明可为探针和电极选用各种构造和/或排列,具体选择至少部分取决于靶区的性质和位置。经证实特别有效的探针构造的一个实施方式包括这样的探针或电极构造,其中电极所处的位置使得能量输送包括沿多个不同方向在整个治疗体积内产生电流场。此外,电极可以双极电排布方式活化,包括成对或成组活化,使位于电极之间的或基本上由电极限定的治疗体积内的组织成为建立电流场的介质或成为电流路径。
在一个例子中,系统的电极包括多个电极或一个电极阵列,可成组或成对地分开对它们进行差异活化,在整个靶组织中建立不同的电流场取向。电极可包括多个单独控制的电极或电极组,它们或者通过物理方式连在一起(例如附连到外壳上,可从电极展开,等等),或者不通过物理方式连接,而是可单个定位并可电寻址。在一些情况下,可对电极定位和活化方式进行选择,以建立这样的电流场,它通过治疗体积内部或中心沿径向取向。例如,探针可具有这样的构造,使得按双极排布方式径向排开的电极包围内电极或位于中心的电极,在内电极与外侧排开的电极之间形成电流。或者,通过定位电极限定一个体积,然后活化一系列相对的电极,形成径向电流,从而形成一个电流中心,由此摧毁癌组织。根据本发明的一个方面,不管精确的电极构造是什么,外加治疗电场可基本上限定在靶组织的所需治疗区域或体积内,电流沿径向或多个不同方向流过靶组织。
利用所述能量参数和/或电场输送方式(例如取向)形成和输送能量具有多个好处。首先,就所需电流的输送和所得效果而言,根据本发明输送能量可进一步有利地得到控制更好或更精确的治疗能量剂量,并且更准确地输送到靶组织或预定组织。例如,按照双极排布方式在电极之间形成电流,所形成的电流基本上限定在排开的电极之间。此外,可更精确地控制对组织的加热,防止或最大程度减少过度加热和/或热点,以免对健康组织或非靶组织造成不必要的损伤。例如,可选择能量输送方式(例如频率范围为约50kHz至约300kHz),使得对组织的加热显著地或主要地因组织电阻而起,限制或最大程度减少高频下(例如500kHz或更高)发生的高摩擦生热,后者会在整个受治疗组织中引起显著的组织温度梯度,组织温度随电极距离发生剧烈变化。虽然加热可同时因组织电阻和摩擦生热而起,但若相对减少高摩擦型加热,可在相对的电极之间获得更稳定的、控制更好的加热效果。
根据本发明方法的一个方面,可对电极的相对定位加以选择,以更精确地控制在组织上所加电场的所需效果(例如引入亚高温(mildhyperthermia))。诸如传导性质和电阻或组织阻抗这样的因素的差异(例如肌肉、脂肪、脉管等之间的差异)以及经脉管化组织灌注血液的差异,能够用于控制和/或预测经某些组织和不同组织体积输送电流场的效果。因此,在一个实施方式中,可将活化电极之间的距离控制在更短的距离上,在一些情况下限制在更短的距离上,如几厘米或更短,以提高对作用在靶组织上的电流效应(例如组织发热、电场输送、电场取向等)的控制和预测。
本发明的方法和系统的另一个优点是,在优先损坏和摧毁癌细胞而不是非癌变或健康细胞/组织方面,上述能量的输送和亚高温的应用出人意料地有效。本文所述优先破坏是指通过应用亚高温(一般低于约50℃)形成所述电流,使治疗的平均或总体细胞毒性效应对癌变或增生细胞(例如表现出或预倾向于表现出无节制生长的细胞)比对非癌变或健康细胞更具破坏性和/或毁灭性。在一些情况下,如本文所述形成电流和引入亚高温可非常有效地优先摧毁癌细胞,而对非癌组织的损坏有限或观察不到。
此外,不受任何特定理论的限制,在一些实施方式中所述的电极构造和电场应用(例如沿径向或多个不同方向)可利用肿瘤或有丝分裂细胞的生理性质提高治疗效果,可相对于靶区的分裂细胞采用更优选或更有效的外加电场取向。例如,可这样施加能量,使电流场在能量输送过程中的某个时间基本上与分裂细胞(例如癌细胞)的分裂轴对准,从而更有效地打断细胞过程或有丝分裂现象(例如有丝分裂纺锤体的形成等)。由于癌细胞的分裂速度高于非癌细胞,故而以这种方式施加电场将优先破坏癌细胞而不是健康的或不分裂的细胞。不过,应当认识到,施加能量同样对靶区里的细胞具有若干或无数细胞毒性效应,并且这些效应对靶细胞,特别是倾向于或预倾向于无节制生长的细胞(即癌细胞)具有累积或协同破坏性。本文所述施加能量产生的其他细胞毒性或破坏性效应可由例如应用亚高温(例如在约40-48℃之间或者低于约50℃温和加热组织)、破坏离子、破坏膜的稳定性、整体性或功能等引起。
如上面所讨论的,本发明可利用各种电极或探针构造。在一个实施方式中,电极可包括针形电极阵列,它们可固定到公用支架(例如外壳)上,也可分开别定位和控制。所述多个电极或电极阵列可包括直针状阵列,包含导电材料如不锈钢、金、银等,或其组合。直针形电极阵列可连接到刚性针状支架或外壳上,确保每根针相对于其他的针正确定位。这些针可彼此平行排列,形成相对的电极行和/或列,确保电场输送至并限定在靶区内。针的长度和间距可随靶组织的实际大小变化。可利用影像技术(例如超声、X射线等)引导每根针的排布,针的相对位置可利用体外的刚性栅格支架(例如外壳、模板等)维持。针组件通过例如绝缘线和不锈钢连接器与控制系统或模块实现电连接。
在另一个实施方式中,探针可包括能从长形探针外壳或导管展开的一个或多个电极。这样的实施方式特别适用于治疗固定的针阵列难以到达的靶区。这种可展开型探针及本文所述其他类型的探针可经皮插入,即透过患者皮肤插入靶组织。如上所述,可利用合适的影像技术引导探针在靶位上的精确排布。在一个实施方式中,可展开型探针可包括外面的聚氨酯套,套中装有预成形的可展开式形状记忆金属齿和不锈钢中心电极尖。导电表面可进一步涂覆高导电性材料。
探针的另一个实施方式可包括一个或多个可膨胀元件(例如气囊),所述元件可逐个定位在靶区或器官周围,然后展开和“膨胀”,获得最大的表面积,使疗场达到最佳分布。在一个例子中,可膨胀元件的电活性段可包括涂覆或沉积在迈拉气囊上的导电材料(例如银、金等)。展开和膨胀之前,可膨胀元件可装在柔性导管内,而所述导管可送入治疗区。输送导管定位之后,可立即利用流经气囊的流体循环将“气囊”展开,使之膨胀,所述气囊可具有选定或受控的温度,可起散热器的作用。然后,可通过迈拉气囊上的银涂层输送疗场。以这种方式展开的两个或多个探针用于将疗场限定在治疗区内。
本发明的电极和探针可连接到控制系统或控制模块上,所述系统或模块用于产生、输送、监视和控制外加电场的特性,使之处于指定的治疗参数范围内。在一个实施方式中,控制系统包括电源、交流电(AC)换流器、信号发生器、信号放大器、示波器、操作界面和/或显示器以及中央处理单元(CPU)。控制单元可手动、自动或通过计算机编程控制、监视和/或显示经电极向患者靶组织施加能量的各种过程和参数。尽管控制系统和电源可包括各种可能的频率范围,但当前输送至靶组织的频率小于约300kHz,通常约为50-250kHz。研究发现,此范围内的频率可有效地精确控制施加到靶组织上的能量,将热效应控制为以温和加热为主,优先摧毁癌细胞,而对非癌组织的损坏有限或观察不到。
根据本发明施加能量可进一步包括亚水平或低水平高温。在一些实施方式中,靶组织区域的温度可发生小的变化/抬升,但通常不会高出体温约10℃以上,可能高出体温(例如约38℃的正常人体温度)约2℃至不到约10℃。因此,在治疗过程中,局部组织温度(例如在治疗组织体积内的平均组织温度)通常低于约50℃,一般在约40-48℃的范围内。在一个实施方式中,靶组织的平均温度选择为约42-45℃。当靶组织温度上升到约40-42℃以上的治疗温度时,能量输送对靶区癌细胞的细胞毒性效应上升,这可能是由于电流场和高温效应的附加和/或协同效应。当亚高温效应基本上维持在低于约48℃时,本发明输送的能量似乎更优先摧毁癌细胞而不是靶组织区域的健康细胞或非癌细胞。当输送的能量将组织加热到基本上超过约45-48℃(例如高于约48-50℃)时,优先作用于癌细胞的细胞毒性效应将开始减弱,而摧毁癌细胞和非癌细胞的差别变得更小。因此,本发明的治疗方法的突出优点包括它能够精准地控制能量输送和诱导高温效应,使组织高温可准确控制和维持在所需温度范围内——例如为更有目标性地或更优先地摧毁癌细胞而不是非癌细胞选定的温度范围。
组织温度可利用多种方式选择或控制。在一个实施方式中,组织温度可根据估计或已知的靶组织特性进行控制,如组织阻抗/电导率、组织体积、血液流动或灌注特性、组织的比热容、组织密度等,然后对选定的组织施加能量,使组织温度大致有控制地温和升高。在另一个实施方式中,可在治疗过程中利用例如热传感器反馈单元主动检测或监视组织温度,测得的温度为能量输送提供反馈控制,从而维持所需的靶组织温度或温度范围。温度控制测量装置可包括电子装置、编程设备、热传感器、热电偶等,连到或装在本发明系统的控制单元或模块内。
根据本申请在靶组织区域内施加能量和引入高温可包括各种类型的能量输送过程。如上所述,在RF范围内施加总体上处于中频范围(例如小于约300kHz)的交流电可有效地以受控方式进行温和加热以及形成高温和电流场,从而提供细胞毒性效应,在一些情况下,提供优先摧毁靶组织体积/区域内的癌细胞的效应。不过,应当认识到,其他能量施加方式和/或范围也适用于本发明,本发明的系统和方法经调整后可应用于另外的或其他的能量施加方式。例如,施加能量可包括施加频率通常在RF范围以及微波范围内,包括频率更高如300-500kHz的电流,经进一步调整后用于施加直流电。所加电流可以是脉冲电流和/或连续电流,能量施加装置可连到反馈型系统(例如位于靶组织内的热电偶),以便将施加的能量和/或对组织的加热维持在所需范围内。本发明的方法可包括任何一个或多个(例如组合)如本文所述的不同能量施加方式、诱导温度等。
在一些实施方式中,特别是当选择能量施加方式进行更低功率的输送/消融时,控制系统经适当设计后可用电池供电,并且通常与地面隔离。在这种实施方式中,AC电流通过集成换流器得到。对于中频(例如小于300kHz;或者约50-250kHz)交流电,利用信号发生器产生正弦波信号。然后,在一个非限制性例子中,将信号放大,使每个区的电流范围为5-50mA,电压最高达20Vrms。包括波形、频率、电流和电压在内的电场特性通过集成示波器监视。示波器读数显示在操作界面显示器上。集成CPU监视总的系统电力消耗和利用度,根据操作员输入的治疗参数控制信号发生器和放大器的输出。操作员可定义治疗参数,包括最大电压、最大电流或温度、最大功率等。在另一个实施方式中,所加电场可循环开关,例如高速开关,以保持温度相对稳定,并调节工作循环(例如开启时间-关闭时间),准确控制温度。
本发明的方法和系统中可包括影像系统和设备。例如,可利用常规影像形成方法识别和/或表征靶组织区域,如超声、计算机断层(CT)扫描、X射线成像、核成像、磁共振成像(MRI)、电磁成像等。在一些实施方式中,肿瘤的特性,包括利用影像形成方法识别的特性,也可用来选择消融参数,如能量施加方式以及电极或电极阵列的形状和/或几何特征。此外,上述或其他影像系统可用来将设备和/或电极定位和排布在患者组织里。
靶组织包括前列腺组织或者含前列腺癌细胞的组织以及/或者前列腺或前列腺区的增生组织。因此,本发明包括利用本文所述技术、系统和探针输送电场并对靶组织进行消融治疗。可利用各种方法将电场输送到前列腺组织。例如,进入前列腺组织的方法可包括目前用于现有前列腺治疗技术的各种已知进入/外科方法中的任何一种,现有方法经改进后在本文所述消融治疗中用于输送目的。外科进入法可包括例如常用于外科介入治疗前列腺癌的技术或者各种自动化方法(roboticmethod),所述外科介入治疗涉及经腹部(耻骨后)或会阴途径进行的前列腺根除。不过,本发明的探针电极不是通过外科切除法清除前列腺组织,而是定位在含前列腺细胞/癌细胞的靶组织中,然后如本文所述对组织施加电流。尽管本技术为其他技术如前列腺根除术提供了替代治疗方案,但在一些情况下,外科技术可任选附加使用,或与本发明的消融技术联合使用。例如,可先利用本发明的消融治疗法进行治疗,然后(例如在以后的时间里)继之以其他外科技术,如前列腺部分或完全切除。在一些情况下,这种做法可改善结果和/或减少通常伴随其他治疗方法如前列腺外科清除法的并发症,其原因是例如减少了须外科清除的组织的量。
除更传统的外科进入技术外,其他已知的前列腺组织进入技术也可用来进行本发明的消融治疗。例如,高温消融方法中常用的外科技术可用于本发明的消融治疗,包括各种经尿道进入法,如经尿道针消融、经尿道微波消融、超声(高强度聚焦超声)、电蒸发(前列腺经尿道电蒸发)等通常采用的方法。包括最小化侵袭技术在内的其他各种技术也可采用,包括腹腔镜技术(例如经皮穿刺/腹腔镜技术)、经直肠进入或穿刺等。各种监视技术可与消融联合使用。例如,可利用影像系统和设备(参见例如下文所述)、诊断监视(例如前列腺专用抗原(PSA)测试)等测评和/或监视疾病状态和/或治疗进展。
因此,本发明的能量输送探针可利用各种前列腺组织进入技术行进和定位。如上所述,可用的方法和进入技术包括但不限于开放外科技术、腹腔镜或最小化侵袭外科进入法、探针和/或电极经会阴穿刺和/或行进(例如经皮穿刺)以及经尿道和/或经直肠进入法。根据本发明的一些实施方式的示例性探针构造和定位将在下面进一步作总体描述。
参见图1,该图显示了根据本发明的一个实施方式的装置。装置10包括具有远部14和近部16的输送件12。装置10还包括可连接(例如可拆装连接)到输送件12上的装置近部18。此外,装置10可包括与能源(未示出)电连接的导电电缆20。该装置在输送件12的远部14包括多个电极22。电极22可定位或固定在例如输送件12的远端,或者可定位在输送件12的空腔中并可由此展开,可在输送件12的远端缩进和伸出。电极22可包括非展开状态,其中电极22可定位在输送件12的空腔内;以及展开状态,此时电极自输送件12的远端行进。电极22向前伸出远端,膨胀为展开状态,这样就基本上限定了消融体积。
在另一个实施方式中,探针可包括多个固定或定位在装置主体或外壳上的针形电极。图2A-2C显示了根据本发明的另一个实施方式的具有多个连接到外壳上的电极的装置。如图所示,装置30包括多个自装置远部(例如外壳)延伸的电极。图2A显示了具有多个电极的装置的三维侧视图。图2B显示了该装置的俯视图,呈现了电极的排列情况。所述多个电极包括位于中心的电极32和在中心电极32周围间隔分布的外侧电极34、36、38。图示电极包括基本上呈线性的针状部分或针形电极。电极自装置远部延伸,其取向基本上平行于装置30的长轴。此外,所述多个电极中的每根电极基本上平行于其他电极。所述多个电极基本上限定了消融体积,其中外电极34、36、38基本上限定了消融体积的外周,而电极32位于所限定的外周以内或大致处于其中心。在消融过程中,每个电极起不同的作用。例如,该装置的不同电极之间可能发生极性变化和/或极性交替。对于本发明的其他装置,电极可以是电独立的,并且可分开电寻址,或者两个或更多个电极可例如电连接,实际发挥一个单元的作用。在一个实施方式中,例如,外电极34、36、38可电连接,在操作中其极性不同于内电极32的极性。如图2C所示,装置的电极32和34、36可包含相反电荷(例如双极)。在这种情况下,所加电流可提供电场,如箭头所示,该电场自中心电极32向外径向延伸,朝向位于外周的外电极34、36。图2D显示了电流中心的概念图,其中形成的电流大致通过治疗体积的中心位置。
在使用中,如图3A-3C所示,本发明的装置42可穿过患者的组织44,使装置42的电极位于靶组织区域48(例如前列腺组织)内。电极46一旦处于靶组织区域48内,就向靶组织区域48或治疗区输送电流。由于电极46位于靶组织区域48内,所加电流提供了电场,该电场沿多个方向向外辐射。在一个双极模式的实施方式中,基本上限定了消融体积的外电极可起返回电极的作用,或者与位于消融体积内的电极构成回路,外加电流流过位于外电极与消融体积内的电极之间的靶区组织。图3C显示了根据本发明另一实施方式的本发明的可展开电极装置50的使用。如前文所述,装置50穿过患者的组织62,使输送件52靠近靶组织区域54。输送件52定位之后,可立即将多个电极56、58、60从输送件52中展开。外电极56、58在靶组织区域54内部或沿其周边,例如大致在靶组织区域边缘(例如肿瘤边缘)展开,基本上限定消融体积或靶区。内电极60位于消融体积内部。
在本发明的另一个实施方式中,所述系统和方法可包括多个电极(例如针形电极),它们可逐个行进,定位在靶/前列腺组织内,经电活化后输送能量(参见例如下面图4)。在这种实施方式中,电极阵列可穿过患者的会阴,经电活化(例如差别活化)后沿多个不同方向输送电流场。所述电极阵列或多个电极可包括不同数量的电极,所选数量至少部分取决于诸如靶组织特性、治疗区、针尺寸等因素。电极阵列可包括几个到几十个电极。在一个例子中,电极阵列可包括约几个到约12个或更多(例如10-100,其间任意数量,或者更多)电极,用于定位在靶组织区域内。
下面结合图4A和4B描述本发明输送电场的系统和方法。系统70包括可定位在靶组织82(例如前列腺组织)内的电极阵列72。电极阵列72内的长针形电极包括远部和近部。每个电极的近部电连接到系统控制单元或模块84以及发电设备,用于有控制地向靶组织82输送选定的电场,其中所述系统控制单元或模块包括电子元件、存储介质、编程设备等。在使用中,电极阵列72穿过前列腺组织(P),到达所需位置,如图4A所示。电极定位过程可包括例如插入并穿过患者的皮肤,然后穿过会阴。电极在靶组织82内的定位和排列可精确控制,并且可在组织影像形成方法(例如超声造影法、X射线、CT等)的引导下实现。图4B显示了靶组织86的横截面图,有多个针形电极88定位于其中。
图5A和5B显示了用于实施本发明方法的系统,所示方法包括用定位模板使电极经会阴进入并定位,然后将电场输送至前列腺组织。参见图5A,系统90包含多个具有近部94和远部96的长形探针如探针92。远部96包括在其定位于前列腺组织(P)当中后用于输送电场的部分。所述探针可穿过患者的皮肤和会阴,使远部定位在患者的靶区(例如前列腺组织(P))内。探针92的近部94电连接到前文所述的系统控制单元98以及电力单元,用于有控制地向靶组织输送选定的电场,其中所述系统控制单元包括电子元件、存储介质、编程设备等。如图所示,系统90可任选包含引导模板100,用于有控制地将探针92放置和定位在患者的组织中。系统90可进一步包含影像设备/系统102,所述影像设备/系统可包含本文所进一步描述的影像系统,可用于引导和放置探针92。例如,设备102可包含配有电子元件和影像部件(例如超声扫描变换器)的远部104,可将其插入患者的直肠(R),定位在前列腺(P)附近抵靠直肠壁的地方。示例性影像设备102可包括诊断医学常用的设备,如阿古森公司(AccusonInc.)[美国加利福尼亚州山景市(MountainView,CA)]生产的超声影像设备。引导模板100可任选与影像设备102连接,使引导模板100和影像设备102形成单个稳定组件。
下面结合图5B更详细地描述本发明的一个示例性实施方式中的引导模板100。模板100包含多个引导部106(例如引导洞或通孔),可通过它们插入探针92,以受控方式使探针的远部穿过患者的组织。引导部106可在模板100上排成阵列,并形成专门的尺寸,使其与所接纳的探针92匹配或基本上匹配,从而使探针定位并保持在所需位置。如上所述,模板100可任选与影像设备102组装在一起,可包含用来插入影像设备的影像设备接纳部108。
下面结合图6A-6D进一步描述电极定位和能量输送。如上文结合图4和图5所描述的,本发明可包括插入多个独立电极或独立电极阵列并使之定位,逐个或成组控制所述电极并将其活化,从而沿多个不同取向和方向向靶组织输送电流场。电极可分成多个不同的对或组进行差别活化,沿多个不同方向向靶组织输送所需电场。图6A显示了根据一个例子用电极对作为电极阵列的基本场输送单元110的情形。如图所示,多个电极中两个电极(e1和e2)的远部112、114定位于靶组织116中,作为电极对或电路活化,所加电流基本上限制在这两个电极之间。因此,电极可以双极构造形式活化,电流在电极之间(例如e1和e2之间)以及在电极之间起流动介质或电流路径作用的组织里流动。电极对或较小电极组以这种方式受控活化,可更精确地控制施加在组织上的电流,将所加电场限制在所需位置,以及控制靶组织116的受热或有限升温。根据本发明,有几个因素影响着对所输送电场的治疗效果的改进控制。首先,如上面所讨论的,以双极构造形式成对或成组活化电极以形成电路,可使所加电场基本上限制在由定位电极限定的体积内。其次,可选择能量输送方式(例如频率范围在约50-300kHz之间),使得相对于高频(例如500kHz或更高)下发生的摩擦生热,组织发热基本上由组织电阻引起。高频/高摩擦型发热的典型特征是在整个受治疗组织中组织温度存在明显的梯度,其中电极附近的组织温度高得多。
采用本发明所述电极阵列或多个电极的方法的另一个优点是电极的相对定位可限制在较小距离上,因而可更精确地控制所加电场作用于组织的所需效果。诸如传导性质和电阻或组织阻抗这样的因素的差异(例如肌肉、脂肪、脉管等之间的差异)以及经脉管化组织灌注血液的差异,会限制对所输送的电流场以较大距离横穿组织所产生的效果进行控制和/或预测的能力。在本发明中,可将活化电极之间的距离限制得较短,如几厘米或更短,以改进电流对靶组织作用效果(例如组织发热、电场输送、取向等)的可控性和可预测性。因此,活化电极对或电极组的间隔可小于约4cm。例如,相邻电极对或电极组通常彼此相距约0.1cm至约2cm以内。研究表明,约0.5cm的距离可特别有效地提供受控和可预测的电场输送、受控组织受热以及显著治疗效果。
如上所述,可将多个电极定位在患者前列腺靶组织内,然后成对或成组活化电极,以输送治疗用电流场,摧毁癌组织。电极阵列中的个别电极不必限定在单个单元中,可相对于所述多个电极中的不同电极在不同时间活化。例如,差别活化可包括按特定或预定顺序活化具体或选定系列的电极组。在一个实施方式中,一系列选定电极对或电极组可逐一和/或按预定顺序活化,对活化的控制通常由控制系统或模块的操作或指令(例如编程指令)确定。若需要输送有效量或所需量的能量,可手动或自动控制和重复电极组的活化次序。
这种差别活化有利于沿多个不同方向在整个靶组织中输送电场。如图6B所示,可对简单四电极组118阵列成对进行差别活化,每对不同的电极120输送不同的电场,具有不同取向(箭头表示可能的场流/取向)。尽管活化分立的电极对比较简单,但分组活化电极可得到更加多样的电场取向和输送方式。例如,输送单元可包含一个位于中心的电极及其周围间隔开的电极,所加电场在中心电极与外侧间隔开的电极之间延伸。这样,外电极基本上可限定消融体积,内/中心电极位于所述体积内部。这样输送电场有利于控制,并基本上限制在消融体积内。图6C和6D显示了电极定位的实例,包括外电极122和内电极或位于中心的电极124。电极定位不受限于任何特定的构造形式,各种排列方式都是可能的。
图7简要示出了本发明所包含的方法130。如图4和5所示的实施方式,例如,本发明的系统可包含多个电极,它们定位于患者的靶组织或前列腺组织内,通过差别活化不同的电极组或电极对,对组织输送和施加选定的电流。因此,如图7所示的本发明的方法可包括将多个电极定位在患者靶组织内的第一或初始治疗位置(步骤132)。所述多个电极可完全定位在患者的前列腺组织内,也可包括将所述多个电极中的至少一些电极定位在前列腺组织边缘之上或以外。在一些情况下,为初次输送电流而对电极进行的定位可包括将电极穿过患者会阴,送至最靠近患者膀胱的前列腺组织最远部。电极的行进或定位可利用组织影像技术辅助或引导。在初始治疗中完成电极的所需定位后,可立即进行初次电场输送。如上所述(参见例如图6A-6D),可沿多个不同方向将电流送至组织靶区,或者在电极之间选择不同的电流取向,并活化不同的电极对/组。可单个或依次活化不同的电极组或电极对,或者可同时活化多个不同的电极组。例如,治疗过程可包括选择要活化的第一组或第一对电极,然后在选定的电极对/电极组之间输送电流(步骤134)。可中断通过选定的第一组电极输送电流,转而选择要活化的第二组或下一组电极,使电流通过不同的电极对或电极组循环输送(步骤136)。循环之后或选定下一组电极之后,在下一个选定的电极对/组之间输送电流(步骤138)。在初次治疗中通过定位电极输送电流之后,可从组织中移走所述多个电极中的一个或一个以上的电极,或者改变电极位置,以备下一阶段输送电流(步骤140)。例如,沿近端方向短距离回移电极,改变电极穿入的深度,以备下一阶段输送电流场(步骤142)。可重复进行电流输送和电极再定位,直至所需体积的组织得到治疗。
本发明的治疗时间可根据多个因素选择,如组织的特征、所选能量施加方式、患者的特点等。根据本发明,在治疗过程中向靶组织区域施加能量的时间可选为几分钟至数小时。不过,有效治疗可望在约5分钟-90分钟内完成。在施加能量不到1小时、在许多情况下约15-30分钟时,可观察到前列腺癌细胞被有效地优先摧毁。治疗过程可包括单个能量输送期间或剂量,也可包括多个能量施加阶段或剂量。如上所述,可将电极定位在第一位置,输送能量,然后将其移至后续位置,进行后续能量输送。治疗可分阶段进行或重复进行,且/或与其他或替代治疗方法或能量输送方法结合。
如上所述,电极可包含远部,它具有电活性区,用于将所需电流场输送至靶组织。可利用各种电极构造和设计,本发明不限于任何特定电极设计。例如,可使电极有差别地绝缘,使得电流在电极的非绝缘区或轻绝缘区输送。图8A显示了具有电活性区152和非电活性区154的直针形电极150。针150可包含导电材料(例如不锈钢、银、金等),区域154上有绝缘涂层,而活性区152上有非绝缘涂层。电极可包含单个活性区或多个活性区,如图8B显示了活性区156、158。除更刚性的直针型电极外,电极可包含可展开元件,该元件可收缩并定位在导管型设备的空腔内,如图8C所示。电极元件160可以是弯曲的(如图所示),也可以基本上是笔直或直线的。可采用多种针/电极尺寸和/或构造,可包括但不限于尺寸为约15至约27号(Gauge)的针。
如上所述,可经患者尿道进入靶组织或前列腺组织。参见图9,该图显示了本发明的尿道进入系统170。系统170包含长形探针172,它可经阴茎(P)插入患者尿道(U),沿尿道(U)行进至患者体内所需位置,具体说是前列腺组织或腺体(P)内的靶位置。探针包含具有长形轴174的柔性导管,该导管在进入并穿过尿道(U)时可弯折或屈曲。探针包含远尖174,它可成形(例如圆化),以便在定位或使用过程中最大程度减小对尿道壁的损伤或创伤。探针172可任选包含排液腔(未示出),它使远离远尖的区域与探针172外部或近部之间流体连通,从而在治疗和使用探针172的过程中排放或冲走膀胱(B)内容物。
尿道探针172包含近端和远端,所述远端具有可膨胀件178,如适合在患者尿道(U)中膨胀的气囊。在使用时,近端位于患者体外,可包含连接到控制器或控制单元和电源182的轮毂或手杆180。可膨胀件178包含导电电极元件184,所述电极元件设置在可膨胀件178的外表面上或在其上形成图案。探针包含自设备近部延伸至远部的长形体174,所述长形体可包含内腔或通道,其中有电连接件如绝缘线,用来将可膨胀件178的电极元件184连接到近端和/或外部控制器和/或电源182。如图9所示,患者尿道(U)具有通过前列腺组织(P)到达膀胱(B)的长度(l)。探针172的可膨胀件178可包含多种形状和构造,经选择后可跨越该长度(l)的任何部分。可膨胀件178可构造成跨越整个长度(l)(或更长),或者其尺寸做成跨度小于整个部分。在治疗过程中,可膨胀件178可位于所述长度(l)上的任意部分,以及沿患者尿道(U)的其他地方,包括在尿道(U)进出前列腺组织(P)区域的位置上的部分或其附近的部分。
探针可包含电极元件,它们位于所需位置,用于向靶组织输送电场,以便根据本发明进行治疗。电极元件的各种实施方式可包括在本发明范围内,探针经适当设计或构造后,可用于在例如可膨胀件与位于前列腺组织内或其附近的相对电极(例如次电极)之间输送电场,在一些实施方式中,在电极之间形成电流场,电流场通常沿多个方向(例如径向)穿过组织体积。可膨胀件178的电极元件184可包含导电材料,所述导电材料沉积或成图于可膨胀件178的表面上或可膨胀件178在治疗过程中接触尿道(U)壁的至少一部分上。在一个实施方式中,可膨胀件178可具有可展开构造,使得可膨胀件178可置于探针轴内,然后自探针(例如探针远端或尖端)展开,并在所需位置膨胀。例如,在探针行进和定位的过程中,可将可膨胀件定位或设置在探针轴内或长形体的一部分(例如轴腔)内,待其到达患者尿道内所需位置后,立即将其自探针展开。或者,在另一个实施方式中,可膨胀件或气囊(例如电极图案化气囊)可沿探针长度方向连接和定位到外表面上,通过连接于探针近部的外部压力源控制可膨胀件的充气或膨胀。
探针可包含一个或多个电极(例如次电极),它们可位于探针内,可自探针展开至前列腺组织中。例如,在探针行进和定位的过程中,这种次电极可定位于探针轴或探针体内,待其到达所需位置后,立即将其自探针展开。可展开的探针可包含针状电极,所述电极可包含形状记忆金属,在展开时可获得所需形状,如下面进一步讨论的。
在使用中,利用尿道探针的电极元件与跟尿道探针隔开的电极(如位于前列腺组织或直肠区域内的电极)之间的电流,可以实现电场输送。如上所述,包括可膨胀件的电极在内的电极元件连接至外部电源182或电力单元(例如控制系统或单元的电源),所述外部电源或电力单元包含产生电力的机构,供系统和探针工作之用,以及用于向本文所述的靶组织施加电流。电力单元可包含或者可操作地连接到其他部件上,如控制单元、驱动单元、用户界面等(例如,可参见下文)。
系统170还包含影像设备186,如超声造影探针,用于例如在定位和/或使用探针172时提供组织的影像。设备186包含远影像部分188,该部分包含电子元件和影像部件(例如超声扫描变换器),可插入患者直肠(R),在前列腺(P)附近抵靠直肠壁定位。影像设备186可包括诊断医学常用的影像设备(例如,可参见前文)。影像部分188可扫描组织的某个区域,形成组织、直肠壁、前列腺(P)、尿道(U)和/或患者尿道(U)内的探针的影像。如同通常的做法,影像设备186可连接至影像处理单元190和显示单元192。在使用中,显示单元192提供前列腺(P)的影像(例如实时超声影像),以及探针172相对于前列腺(P)和靶区、膀胱(B)等的位置,帮助引导或确认探针172在前列腺(P)内的定位情况,然后再输送治疗能量。
如上所讨论的,例如,如图9所示系统探针可包含电极元件184,该电极元件在位于探针172远部上的可膨胀件或气囊178上成图或以其他方式设置。探针可包含具有轴的导管探针和位置较远、其上设置(例如沉积、成图等)有电子元件的气囊件。气囊可连接至位于外部的一个或多个流体源以及用于给气囊充气、抽气的压力源和/或控制器。在一个实施方式中,气囊可具有这样的构造,使得流体经气囊循环,并且可用于进一步影响或控制气囊附近的组织的温度。探针还包含近轮毂180,所述近轮毂可包含一个或多个将电极元件连接至外部电源和/或控制单元182的电连接,还包含用于获得流体和控制气囊启动、膨胀,以及实现流体(例如冷却流体)经气囊循环的流体连接。在探针172还包含一个或多个可展开电极的实施方式中,这种可展开电极的启动和定位可自探针近端控制,如通过轮毂180控制。在其他实施方式中,电流可在患者尿道(U)内的可膨胀件178的电极元件184与跟已定位可膨胀件178隔开的一个或多个电极元件(例如次电极)之间延伸,可与尿道探针分开,并位于尿道壁的相对侧。例如,针形电极可单另穿过患者会阴,在前列腺组织(P)内定位在尿道(U)周围,输送的能量在尿道探针的电极元件与前列腺组织(P)内的针形电极之间形成电流。在又一个实施方式中,电极元件(例如可膨胀气囊上的电极)可定位于靠近直肠壁的直肠腔内,在尿道探针的电极元件与位于直肠的设备的电极元件之间形成电流。
又一方面,通过直肠腔可获得和输送所需电流。能量输送探针可插入患者直肠,电极位于直肠壁附近或穿过直肠壁进入患者的前列腺组织。根据本发明,各种探针和/或电极构造都适合输送电流。探针可包括例如具有一个或多个针状电极的长形设备或导管,所述电极包括例如可自导管腔展开的电极。或者,能量输送探针可包含一个或多个其表面上设置有电极图案的可膨胀设备或气囊。这种气囊可类似于上面描述经尿道进入和输送电流时提到的气囊。直肠探针可单独使用,例如,直肠探针的电极可形成分立的能量输送单元(例如双极电极对或组),或者直肠探针电极可与其他电极如经尿道探针的电极或经患者会阴插入的长形电极联合使用。在后一种情况下,经直肠探针的电极和分开定位探针的电极可按双极模式工作,在分开不同设备的组织上以及在不同设备的电极之间形成电流。
下面结合图10A和10B描述根据本发明的一个实施方式的经直肠方法。电流输送探针200可插入患者的直肠腔(R),探针和/或探针的一个或多个电极202穿过直肠壁进入前列腺组织(P)。探针200可包含具有内腔的导管,一个或多个电极202可自导管远部展开。这种方法的一个优点是探针200更容易放置或定位在所需位置,便于电极元件202行进并将其送至所需位置。例如,使用者或医生用手或者一根或多根手指204操作,就可以够到直肠腔,将探针定位于远端。探针200可包含多个可展开电极202,可将所述电极定位于前列腺组织(P)内,沿多个不同方向形成电流,如通过施加径向电场。如图10B所示,例如,电极可包含多个外电极206、208、210,它们展开和定位后形成或限定消融体积,而电极212定位于该体积内。在位于中心的电极212与外电极206、208、210之间形成电流,由此施加径向电场,沿多个不同方向形成电流。治疗方法还包括使用影像设备(未示出),如上文所述超声影像设备,所述设备可单独和/或与本发明的能量输送设备的其他部件(例如探针)一起插入并定位在直肠腔(R)内。
下面结合图11描述本发明的一个实施方式中的系统。系统300可包含任何结合于其中、用于向患者输送能量的本发明设备,包括先向驱动单元320、然后向本发明设备的电极输送能量的电力单元310。系统部件各自或一起,或者一些部件的组合,可包含用于本发明系统的能量源。电力单元310可包含任何产生电力的机构,用于操作本发明的设备,以及对本文所述靶组织施加电流。电力单元310可包含例如一个或多个发电设备、电池(例如移动式电池单元)等。本发明系统的一个优点是消融过程仅需低功率。因此,在一个实施方式中,本发明系统可包含移动式设备和/或电池操作设备。反馈单元330测量电池输送参数和/或靶组织区域的组织特性,测量包括但不限于电流、电压、阻抗、温度、pH等在内的参数/特性。系统中可包含一个或多个传感器(例如温度传感器、阻抗传感器、热电偶等),它们可与设备或系统连接和/或单独定位于患者的组织之处或之内。这些传感器和/或反馈单元330可用于监视或控制向组织的能量输送。电力单元310和/或本发明的其他部件可由控制单元340驱动,控制单元可与用户界面350连接,以接收来自例如技师或医生的输入信号和/或控制信号。控制单元340和系统300可与影响系统360(见上文)连接,用于对靶组织区域进行寻位和/或表征,以及/或者对使用中的设备进行寻位或定位。
控制单元可包括例如一台计算机或者许多专用或市售计算机或者具有一个或多个处理结构的系统、个人计算机等,这些系统通常包含数据处理硬件和/或软件,用于执行本文所述的任意一个方法步骤(或其组合)。任何软件通常将包含嵌在有形介质如存储器、数字或光学恢复介质(recoveringmedia)中的编程指令的可机读代码,光学、电学或无线遥测信号,等等;这些结构中的一个或多个还可用来在系统部件之间以任意分布式或集中式信号处理架构传送数据和信息。
包括控制器在内的系统部件可用于控制输送至靶组织的电力或电能的量。可输送程控量或预定量的能量,或者可按照初始设置输送能量,然后在能量输送期间和消融过程中调整电场。在一个实施方式中,例如,系统可以“扫描模式”输送能量,其中电场参数如所加电压和频率包括按预定范围输送。可利用反馈机制监视以扫描模式输送电场,选择适合消融靶组织的最佳输送范围参数。
本发明的系统和设备可以但非必须与其他系统、消融系统、癌症治疗系统如药物输送、局部或系统输送、外科手术、放射或核医疗系统等联合使用。本发明的另一个优点是,其治疗不排斥通过其他方法进行后续治疗,包括常规方法如外科手术和放射治疗。在一些情况下,本发明的治疗方法可与诸如化学疗法这样的治疗方法联合或组合实施。类似地,可对设备加以改进,以加入其他系统的部件和/或方面,如药物递送系统,包括药物递送针、电极等。
以下实施例用于阐述而非限制本发明。
实施例
本实施例描述了用来评价不同治疗参数的效果的研究过程,所述研究采用本文所述电场输送和消融技术,用于治疗人前列腺癌(CaP)异种移植模型。
设计
60只4-6周龄的老年CB-17SCID雄鼠从右胁皮下注入2*106个C4-2BCaP细胞系的细胞。注射之后,一旦肿瘤体积达到200mm3(约3-4周),就对动物进行登记,根据以下设计方案将它们随机分入5组之一:1)对照组——置入探针但不通电流(n=10);2)用15毫安电流处理15分钟的组(n=13);3)用15毫安电流处理60分钟的组(n=9);4)用25毫安电流处理15分钟的组(n=10);5)用25毫安电流处理60分钟的组(n=10)。通过经皮置入探针(例如,如图2A-2C所示)直接施加低功率中频(例如约100kHz)电场对老鼠进行治疗,置入探针的方式可获得最大的肿瘤覆盖率。进行治疗的那天记作第1天。治疗日前一天记作第-1天。
治疗7天后,致死一个分组的动物,对肿瘤进行组织病理学评价。余下的老鼠在治疗14天或更长时间之后致死。对完全摧毁了肿瘤的动物进行治疗后30天的观察,看是否复发。肿瘤体积每周测两次,前列腺特异性抗原(PSA)水平每周测一次。
所用探针具有三角形构造,有一个中心阳极和三个外阴极(参见例如图2A-2D)。在一个例子中,探针自阳极至阴极的半径为3毫米。单另一组用阳极至阴极间隔4毫米的探针测评(参见图13所示结果)。电极探针连接到系统控制模块(SCM),该模块用于产生、输送、监视和控制治疗场,使其参数处于指定的治疗参数范围内。SCM包含集成直流电(DC)电池电源、交流电(AC)换流器、信号发生器、信号放大器、示波器、操作界面显示器和中央处理单元(CPU)。SCM用电池供电,与地面分离。AC电流来自集成电力换流器。信号发生器可产生中频(约100kHz)交流电正弦波信号。将该信号放大至电流范围为5mA-40mA,电压最高达20Vrms。总功率输出小于1瓦。包括波形、频率、电流和电压在内的电场特性通过集成示波器监视。示波器读书显示在操作界面显示器上。集成CPU监视系统的总电力消耗和利用度,根据操作员输入的治疗参数控制信号发生器和放大器的输出。
前列腺肿瘤异种移植模型
获取C4-2BCaP细胞系并进行移植。这是源自LNCaP细胞系骨性转移的耐阉割CaP细胞系。此系保持在标准条件下,必要时进行增殖。肿瘤测量用手持式测径器进行,肿瘤明显可辨时即开始测量,此后每周测两次。
CB-17SCID雄鼠这些动物得自FoxChaseSCID鼠中心[美国马萨诸塞州威尔明顿市查士睿华公司(CharlesRiver,Wilmington,MA)]。动物耳朵上附有标签,2007年7月11日到达时检查健康,在饲养场内分组装笼(每笼5只动物)。开始实验之前,给7天时间让动物适应新环境。利用未配对t检验和ANOVA[PrismGraphpad,加利福尼亚州圣迭戈市格拉芙帕德软件公司(GraphpadSoftware,SanDiego,CA)]进行统计分析。统计显著结果记为P≤0.05。固定之后,以2-3mm的间隔依次切开肿瘤,然后切出5微米厚的切片,用于组织病理学分析。
剂量组
这些动物随机选分为5个不同的治疗组(见表1)并任意排列。
表1:治疗组和动物分配
每天仔细观察所有动物的嗜睡、减重、麻痹、呼吸困难、发绀、脓型黏液溢、失禁、腹泻迹象以及皮毛或身体状况的变化,或者可表明动物濒死的其他任何健康问题(根据IACUC指南的定义)。记录所有观察结果,发现任何异常即告知研究成员。若有必要,对任何发现明显健康问题的动物增加观察次数。任何濒死的动物立即无痛致死。
从登记起,每周从老鼠尾部静脉抽血(约20μL)。以10000RPM的速度离心8分钟后,除去血清。然后利用IMx总PAS检测(IMxTotalPSAAssay)[美国伊利诺斯州艾伯特帕克市艾伯特实验室(AbbottLaboratories,AbbottPark,IL)]测定PSA水平。利用置于组织中的热电偶测量肿瘤内部温度。在通电前按15分钟的间隔测量基准温度。对输送的电流加以选择,防止剧烈升温(例如超过50℃)导致伤害。
结果
动物能够很好地经受上述过程,没有观察到治疗引起的不良副作用。对于肿瘤受到15毫安电流作用的动物,它们在治疗开始后的最低谷时,肿瘤体积相对于登记时减小17±4.7%(平均值±SEM)。这些减幅大于(虽然不是显著不同)对照组的减幅(对照组-10±6.9%,p=0.436)。当比较受到15毫安/15分钟与15毫安/60分钟作用的组时,肿瘤体积减幅(p=0.85)没有显著差异。对于肿瘤受到25毫安电流作用的动物,它们在最低谷时的肿瘤体积减小62±9.4%。与对照组(p=0.001)和用15毫安治疗的动物(p<0.001)相比,它们的肿瘤体积显著减小。受25毫安作用15分钟的组与受25毫安作用60分钟的组之间,所测肿瘤体积的减幅没有差别(p=0.704)。可注意到,用25毫安治疗的动物中,20只动物里有6只动物的肿瘤完全被消融/摧毁。对肿瘤体积的治疗结果示于图12A。用四毫米探针治疗肿瘤体积的结果与其对照组的比较示于图13。用4mm探针构造进行33毫安的治疗时,约半数被测动物的肿瘤完全被消融/摧毁。
前列腺特异性抗原
PSA水平一般与治疗效果和肿瘤体积减幅的走势相当一致。归一化到登记水平的PSA水平示于图12B。自登记起第14天,检测归一化水平。与对照组相比,用15毫安治疗的动物的PSA水平出现一些非统计方面的显著降低(4.4±1.1对6.1±4.3,p=0.634)。用25毫安治疗的动物在第14天的归一化PSA水平为0.67±0.3,与用15毫安治疗的动物相比(p=0.005),这是显著的降低。由于对照组的PSA水平变化大,无法看出25毫安动物与对照动物之间的统计差异(虽然观察到趋势上的差异)。在用相同电流治疗但时间间隔不同的组之间,没有测出PSA水平的显著差异。
对多数研究组,在每次治疗之前和治疗期间及时测量肿瘤内部温度。动物体温通常约为37℃。麻醉时,动物的肿瘤组织温度降至正常平均体温以下。在治疗期间,15毫安治疗组升至最高温度36±0.6℃(平均值±SEM)。这表明治疗期间高出基准温度6.5±1.1℃。25毫安治疗组的最高温度显著高于15毫安治疗组(25毫安:44±0.6℃;p<0.001),并且相比于15毫安治疗组,其高出基准温度的升温幅度也高得多(15±0.6℃,p=<0.001=。
所述低功率亚高温治疗方法显示出显著的杀肿瘤能力。结果表明,其效果依赖于所加电流,且有效治疗发生在所测的最短治疗时间里。组织因治疗而发热限制在约44℃的平均治疗温度上,避免了产生更极端温度带来的影响,这种作为细胞毒性因素的影响的特征是在超过50℃的温度下常观察到的组织焦化和蛋白质明显交联现象。
此外,相比于本研究中观察到的有效治疗时间,温度升至此水平通常需要长得多的治疗时间。随着诸如累积或协同施加交流电和/或电场取向这样的因素升温,有可能缩短达到所需肿瘤消融效果所需的时间间隔。
还注意到,若根据具体的待治疗肿瘤进一步精细改良和/或定制输送探针或定位电极,可进一步改善治疗结果。在一些治疗对象中,电极没有包住整个肿瘤,或者在一些情况下,电极完全容纳在肿瘤边缘以内,因而在这种情形下,肿瘤没有得到完整治疗。在一些动物中观察到肿瘤完全被摧毁,而且当肿瘤更完整地容纳在治疗体积以内时,更容易产生这种结果。此外,作为一个治疗组,当在研究组中使用尺寸更大的探针且阳极/阴极间隔4mm时,观察到改善的结果,此时平均而言,肿瘤得到更完整地治疗。
应当理解,本文所述实施例和实施方式只用于阐释的目的,本领域的技术人员不难看出对它们的各种改进或改变,这些改进或改变都包括在本申请的构思和范围以及所附权利要求的范围之内。各种不同的组合都是可能的,这些组合视为本发明的一部分。
Claims (15)
1.一种优先摧毁患者前列腺组织的癌细胞或增生细胞的系统,其包含:
送入和定位在患者的包含前列腺组织的靶组织中的多根长形电极,所述多根电极各具有电流场输送区,其中至少一根长形电极构造为穿过组织并穿入所述前列腺组织,将各电极的电流场输送区放置在所述前列腺组织内;
包含多个引导部以易于将多根电极定位在靶组织中的模板;
包含与电极相连的电源和计算机可读存储介质的控制系统,所述存储介质包含指令,所述指令在执行时使控制系统:
向电极提供电流,从而通过所述电流场输送区输送电流场以形成沿径向或多个不同方向流过前列腺组织体积的交流电流,并优先摧毁靶组织区域内的癌细胞或增生细胞;
在输送能量期间将平均靶组织温度保持在低于约50℃。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述多根电极包含三根或更多根经定位后至少部分限定消融体积的次电极和位于消融体积内的中心电极,所述消融体积位于所述次电极之间,所述电极这样定位,使得在施加能量期间,在中心电极与次电极之间形成自电流中心沿径向向外延伸的电流场。
3.如权利要求2所述系统,其特征在于,所述多根电极连接到处于固定位置的探针外壳上。
4.如权利要求1所述系统,还包含用于检测靶组织区域温度的反馈单元。
5.如权利要求4所述系统,其特征在于,所述控制系统和反馈单元相连接,使得在包含能量输送过程的治疗期间,平均靶组织区域温度保持在约40℃至约48℃。
6.如权利要求1所述系统,还包含影像系统。
7.如权利要求1所述的系统,其中所述多根电极包括电极阵列,所述电极阵列成组地分开进行差异活化,从而在整个靶组织中建立不同的电流场取向。
8.如权利要求7所述的系统,其中所述电极阵列为单独控制或成组控制,所述电极阵列通过或不通过物理方式连接,其中所述电极阵列在靶组织中单个定位并电寻址。
9.如权利要求7所述的系统,其中所述电极阵列定位在患者前列腺靶组织内并成组活化,以向所述靶组织输送电流场并摧毁靶组织中的癌组织。
10.如权利要求7所述的系统,其中所述电极阵列中的电极配制为相对于所述电极阵列的不同电极在不同时间活化。
11.如权利要求7所述的系统,其中所述电极阵列的组可配置为按特定或预定顺序活化具体或选定系列的组。
12.如权利要求11所述的系统,其中所述电极阵列的选定系列的组可逐一和按预定顺序或按预定顺序活化,其中所述选定系列的活化受控制系统操作或控制系统指令或模块操作或模块指令的控制。
13.如权利要求1所述的系统,其中所述多根电极针对差别活化进行配置,以对靶组织输送电流。
14.如权利要求13所述的系统,其中所述电流沿多个不同方向或取向输送至靶组织。
15.如权利要求13所述的系统,其中所述多根电极配置为在所述多根电极的电极组中同时活化。
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