CN111432872A - 用于利用电场治疗癌症的医疗装置 - Google Patents

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CN111432872A CN201880078118.2A CN201880078118A CN111432872A CN 111432872 A CN111432872 A CN 111432872A CN 201880078118 A CN201880078118 A CN 201880078118A CN 111432872 A CN111432872 A CN 111432872A
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布莱恩·L·施密特
雅各布·M·路德维格
本杰明·J·哈索尔
迈克尔·J·肯恩
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Cardiac Pacemakers Inc
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Abstract

本文的实施例包括一种医疗装置以及用于使用所述医疗装置来治疗身体组织内的癌性肿瘤的方法。在实施例中，包括一种医疗装置。所述医疗装置可以包括：电场发生电路，所述电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及控制电路，所述控制电路与所述电场发生电路相连通。所述控制电路可以被配置成用于控制从所述电场发生电路产生一个或多个电场。所述控制电路可以使所述电场发生电路以选自在10kHz到1MHz之间的范围内的一个或多个频率将一个或多个电场递送至位于身体组织内的癌性肿瘤。本文还包括其他实施例。

Description

用于利用电场治疗癌症的医疗装置
本申请是作为PCT国际专利申请于2018年10月23日在所有指定国以美国国家公司心脏起搏器公司(Cardiac Pacemakers,Inc.)作为申请人的名义并且在所有指定国以美国公民布莱恩·L·施密特(Brian L.Schmidt)、美国公民雅各布·M·路德维格(JacobM.Ludwig)、美国公民本杰明·J·海瑟尔(Benjamin J.Haasl)和美国公民迈克尔·J·凯恩(Michael J.Kane)作为发明人的名义进行提交的，并且要求于2018年10月22日提交的美国申请序列号16/166,957以及于2017年10月23日提交的美国临时请号62/575,681的优先权，这些临时申请的内容通过援引以其全部内容并入本文。
技术领域
本文的实施例涉及一种医疗装置以及用于使用该医疗装置来治疗身体组织内的癌性肿瘤的方法。更具体地，本文的实施例涉及使用被配置成用于在癌性肿瘤的部位处产生治疗电场的医疗装置。
背景技术
根据美国癌症协会，癌症占美国每年死亡人数的将近25％。癌性肿瘤的当前救护标准可以包括诸如手术、放射疗法和化学疗法的一线疗法。另外的二线疗法可以包括放射性播种、冷冻疗法、激素或生物疗法、消融等。如果一种特定疗法本身无效，则一线疗法和二线疗法的组合也可能对患者有益。
如果人体的任何部位中的一个正常细胞发生突变然后开始生长并繁殖得过多和过快，就可能形成癌性肿瘤。癌性肿瘤可能是细胞分裂过程中细胞DNA或RNA发生基因突变、诸如电离或非电离辐射的外部刺激、暴露于致癌物的结果或者是遗传基因突变的结果。无论病因如何，许多癌性肿瘤都是未受抑制的快速细胞分裂的结果。
有丝分裂是细胞分裂的过程，而细胞分裂是体内所有体细胞(包括许多类型的癌细胞)的细胞周期的一部分。有丝分裂包括四个基本阶段：前期、中期、后期和末期。就在前期之前，细胞将复制其染色体以形成两个相同的姐妹染色单体。在前期过程中，染色体开始凝结并且围绕细胞核的核膜消失。在前期过程中有丝分裂纺锤体也开始形成。有丝分裂纺锤体包括微管和中心体的自组织双极阵列。微管通常由高极性α-微管蛋白和β-微管蛋白的聚合形成。中心体类似地是基于蛋白质的细胞器，其中两个在该阶段迁移至分裂细胞的相反侧。微管的带负电的端部附着到中心体。微管的带正电的端部朝向分裂细胞的中纬线辐射，它们最终附着到每个姐妹染色单体的动粒。中期可以定义为所有染色体在分裂细胞的中纬线处对准并结合在有丝分裂纺锤体中。然后在后期过程中相等数量的姐妹染色单体被拉向细胞的相反端部。一旦所有染色体都已分离，末期的过程就开始，其中细胞膜开始在两个新形成的姐妹细胞之间形成卵裂沟，并且一旦细胞在被称为胞质分裂的过程中彼此物理地分离，细胞分裂就完成。
发明内容
本文的实施例涉及一种医疗装置以及用于使用该医疗装置来治疗身体组织内的癌性肿瘤的方法。在第一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，包括一种医疗装置。所述医疗装置可以包括：电场发生电路，所述电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及控制电路，所述控制电路与所述电场发生电路相连通。所述控制电路可以被配置成用于控制从所述电场发生电路递送所述一个或多个电场。所述控制电路可以使所述电场发生电路在位于身体组织内的癌性肿瘤的部位处以选自在10kHz至1MHz之间的范围的频率来产生一个或多个电场。
在第二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述医疗装置可以被配置成用于完全植入所述身体内。
在第三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述医疗装置可以被配置成用于部分植入所述身体内。
在第四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一个或多个电场可以有效地阻止和/或破坏癌细胞中的细胞有丝分裂。
在第五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一个或多个电场可以沿一个以上矢量进行递送，所述矢量在空间上分隔至少10度。
在第六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述电场发生电路可以以选自在100kHz至500kHz之间的范围的一个或多个频率来产生一个或多个电场。
在第七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述电场发生电路可以以选自在100kHz至300kHz之间的范围的一个或多个频率来产生一个或多个电场。
在第八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，一根或多根引线与所述电场发生电路电连通。
在第九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一根或多根引线各自可以包括与所述电场发生电路电连通的一个或多个电极。
在第十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一个或多个电场可以沿包括所述电极中的至少一个电极的至少一个矢量进行递送。
在第十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述医疗装置包括外壳，所述电场发生电路和所述控制电路被布置在所述外壳中，其中，所述外壳可以包括与所述电场发生电路电连通以用作电极的一部分。
在第十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一个或多个电场可以沿包括所述外壳的用作电极的一部分的至少一个矢量进行递送。
在第十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述控制电路可以被进一步配置成用于通过扫过一个或多个频率来产生一个或多个电场。
在第十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，扫过一个或多个频率可以包括从第一频率向上扫描至第二频率以及从所述第二频率向下扫描至所述第一频率，其中所述第二频率高于所述第一频率。
在第十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，在利用所述电场发生电路产生所述一个或多个电场的整个持续期间重复从第一频率向上扫描至第二频率以及从所述第二频率向下扫描至所述第一频率。
在第十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被进一步配置成用于通过同时堆叠一个或多个频率来产生一个或多个电场。
在第十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一个或多个频率具有相同的幅值。
在第十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一个或多个频率具有不同的幅值。
在第十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述控制电路可以被进一步配置成用于产生一个或多个电场，所述一个或多个电场具有表示彼此相差至少10％的至少两个频率的叠加的波形。
在第二十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述控制电路可以被进一步配置成用于通过步进通过一个或多个频率来产生一个或多个电场。
在第二十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，步进通过一个或多个频率可以包括处于第一频率的第一预定驻留时间。
在第二十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述第一预定驻留时间可以在1秒至10小时的范围内。
在第二十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，步进通过一个或多个频率可以包括处于第二频率的第二预定驻留时间。
在第二十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述第二预定驻留时间可以在1秒至10小时的范围内。
在第二十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述第一预定驻留时间和所述第二预定驻留时间是相同的。
在第二十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述第一预定驻留时间和所述第二预定驻留时间是不同的。
在第二十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于产生具有一个或多个可编程电场强度的一个或多个电场。
在第二十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一个或多个可编程电场强度可以选自在0.25V/cm至1000V/cm之间的电场强度范围。
在第二十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一个或多个可编程电场强度可以选自在2V/cm至10V/cm之间的电场强度范围。
在第三十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一个或多个可编程电场强度可以选自在3V/cm至5V/cm之间的电场强度范围。
在第三十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，产生一个或多个电场包括根据时间改变所述一个或多个电场强度。
在第三十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，产生一个或多个电场可以包括在空间上改变一个或多个电场强度。
在第三十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，在空间上改变所述一个或多个电场强度可以包括在第一对电场之间产生第一电场并且在第二对电极之间产生第二电场。
在第三十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述第一对电极之间的所述第一电场比所述第二对电极之间的所述第二电场强，以实现等效的电场强度。
在第三十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于在产生大于10V/cm的电场强度与产生2V/cm至10V/cm之间的电场强度之间交替。
在第三十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于通过扫过一个或多个电场强度来产生一个或多个电场。
在第三十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，扫过一个或多个电场强度可以包括从第一电场强度向上扫描至第二电场强度以及从所述第二电场强度向下扫描至所述第一电场强度，并且其中所述第二电场强度可以高于所述第一电场强度。
在第三十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，可以重复从所述第一电场强度向上扫描至所述第二电场强度以及从所述第二电场强度向下扫描至所述第一电场强度。
在第三十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一个或多个电场强度可以选自在0.25V/cm至1000V/cm之间的电场强度范围。
在第四十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一个或多个可编程电场强度可以选自在1V/cm至10V/cm之间的电场强度范围。
在第四十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被进一步配置成用于通过使用电压控制模式来产生一个或多个电场，所述电压控制模式包括对电压进行调制以便产生期望的电场强度。
在第四十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于记录随时间变化的电场强度。
在第四十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于通过使用电流控制模式来产生一个或多个电场，其中，所述电流控制模式可以包括对电流进行调制以便产生期望的电场强度。
在第四十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被进一步配置成用于调节所述电流以维持基本上恒定的电场强度。
在第四十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被进一步配置成用于记录多个时间点处的电场强度以及电压和电流中的至少一个。
在第四十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于通过实现一个或多个占空比来产生一个或多个电场。
在第四十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，实现一个或多个占空比可以包括在预定的导通时间段内以恒定频率产生一个或多个电场，然后是预定的关闭时间段。
在第四十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述预定的导通时间段可以选自在4小时至18小时之间的范围，并且所述预定的关闭时间段可以选自在6小时至20小时之间的范围。
在第四十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，实现一个或多个占空比可以包括在预定的导通时间段内以恒定的电场强度产生一个或多个电场，然后是预定的关闭时间段。
在第五十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述预定的导通时间段可以选自在4小时至18小时之间的范围，并且所述预定的关闭时间段可以选自在6小时至20小时之间的范围。
在第五十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于产生一个或多个电场，所述一个或多个电场具有在正脉冲与负脉冲之间交替的电波形，其中所述波形可以包括在至少一些相邻的正脉冲与负脉冲之间的一个或多个关闭时间段。
在第五十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述正脉冲和所述负脉冲可以是相对于偏压而言的。
在第五十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，可以通过等于所述偏压的电势来定义所述关闭时间段。
在第五十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述偏压可以是-5V至5V。
在第五十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述偏压可以是0V。
在第五十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被进一步配置成用于通过递送具有双相波形的一个或多个电脉冲来产生一个或多个电场。
在第五十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述双相电波形可以包括一个正脉冲然后是一个负脉冲。
在第五十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述双相电波形可以包括两个正脉冲然后是两个负脉冲。
在第五十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述电波形可以包括方波形、三角波形、正弦波形或电容衰减波形中的一个或多个。
在第六十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述电波形可以包括方波形、三角波形、正弦波形或电容衰减波形中的一个以上。
在第六十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述电波形可以在选自由方波形、三角波形、正弦波形或电容衰减波形组成的组的第一波形与选自由方波形、三角波形、正弦波形或电容衰减波形组成的组的第二波形之间交替；其中，所述第一波形和所述第二波形不同。
在第六十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于产生一个或多个电场，所述一个或多个电场具有包括正脉冲、负脉冲和关闭时间段的序列的电波形，所述电波形包括由关闭时间段而非负相位分开的两个正脉冲或者由关闭时间段而非正相位分开的两个负脉冲中的至少一个。
在第六十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述正脉冲和所述负脉冲可以是相对于偏压而言的。
在第六十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，可以通过等于所述偏压的电势来定义所述关闭时间段。
在第六十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述偏压可以是-5V至5V。
在第六十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述偏压可以是0V。
在第六十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于以大于1MHz的频率周期性地产生一个或多个电场。
在第六十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，以大于1MHz的频率产生一个或多个电场可以具有足以引起组织发热的幅值。
在第六十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于在靶组织中以足以引起电穿孔和随后的细胞死亡的电场强度来周期性地产生一个或多个电场。
在第七十方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，场强度大于1000V/cm。
在第七十一方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，包括一种医疗装置。所述医疗装置可以包括：电场发生电路，所述电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及控制电路，所述控制电路与所述电场发生电路相连通。所述控制电路可以被配置成用于控制从所述电场发生电路递送所述一个或多个电场。所述医疗装置可以包括与所述电场发生电路电连通的一根或多根引线。所述控制电路可以使所述电场发生电路在位于身体组织内的癌性肿瘤的部位处以选自在10kHz至1MHz之间的范围的频率来产生一个或多个电场。
在第七十二方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一根或多根引线可以包括一根或多根圆形引线。
在第七十三方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一根或多根圆形引线可以包括围绕其圆周布置的一个或多个电极。
在第七十四方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述一个或多个电极可以包括一个或多个电极对，所述一个或多个电极对围绕所述一根或多根圆形引线的所述圆周布置，使得在所述一个或多个电极对处相继地产生一个或多个电场，以便产生对应的电场。
在第七十五方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，在所述一个或多个电极对处相继地产生一个或多个电场会围绕所述一根或多根圆形引线产生三维电场。
在第七十六方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，所述一根或多根引线可以包括三个或更多个电极，所述三个或更多个电极包括围绕场旋转轴线周向地布置的多个电场矢量。
在第七十七方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，所述控制电路可以被配置成用于形成经由围绕场旋转轴线周向地布置的所述多个电场矢量而有效地旋转的电场。
在第七十八方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，可以通过相继地改变围绕场旋转轴线周向第布置的一个或多个矢量处的所述电场来产生所述电场。
在第七十九方面，除了前述或后续方面中的一个或多个之外，或者替代于一些方面，其中，可以通过在与围绕所述场旋转轴线周向地布置的一个或多个附加电极成对的一个主电极之间相继地产生一个以上电场来产生所述电场。
本发明内容是对本申请的一些教导的概述，并且不旨在是本主题的排他性或详尽的处理。在具体实施方式和所附权利要求中将找到进一步的细节。在阅读和理解以下具体实施方式并查看形成其一部分的附图之后，其他方面对于本领域技术人员将是清楚的，每个方面都不应理解为限制性的。本文的范围由所附权利要求及其法律等效物来限定。
附图说明
结合以下附图，可以更全面地理解多个方面，在附图中：
图1是根据本文的各种实施例的医疗系统的示意图。
图2是根据本文的各种实施例的医疗系统的示意图。
图3是根据本文的各种实施例的医疗装置的示意性剖视图。
图4是根据本文的各种实施例的医疗装置的示意图。
图5是根据本文的各种实施例的医疗装置的部件的示意图。
图6是根据本文的各种实施例的医疗装置的示意图。
图7是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图8是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图9是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图10是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图11是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图12是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图13是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图14是根据本文的各种实施例的引线的示意图。
图15是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图16是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图17是根据本文的各种实施例的引线的示意图。
图18是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图19是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图20是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图21是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图22是根据本文的各种实施例的示例性波形的示意图。
图23是根据本文的各种实施例的示例性波形的示意图。
图24是根据本文的各种实施例的示例性波形的示意图。
图25是根据本文的各种实施例的示例性波形的示意图。
图26是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图27是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图28是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图29是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
图30是根据本文的各种实施例的示例性疗法参数的曲线图。
尽管实施例易于作出各种修改和替代性形式，但已经通过示例和附图示出了实施例的细节并且将进行详细描述。然而，应理解的是，本文的范围不限于所描述的特定实施例。相反，意图是要涵盖落入本文的精神和范围内的修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
如上所述，许多癌性肿瘤可能是由未受抑制的快速细胞分裂引起的。用于治疗癌性肿瘤的一些传统一线疗法可以包括手术、放射疗法和化学疗法。然而，许多一线疗法伴随有不良的副作用，诸如疲劳、脱发、免疫抑制和较长的手术恢复时间，这里仅举几例。
尽管不受理论的束缚，但人们认为，交变电场可以通过干扰参与细胞分裂的关键蛋白(特别是微管蛋白和隔膜蛋白)的偶极排列来破坏癌性肿瘤内的有丝分裂。形成微管纺锤丝的微管蛋白的聚合可以被破坏，从而防止形成染色体分离所需的纺锤丝。这可以在有丝分裂的中期阶段停止细胞分裂。在一些情况下，交变电场可以停止已经生长的纺锤丝的聚合，从而导致纺锤体不完整并且在后期导致不均等的染色体分离(如果细胞存活那么长时间的话)。在每种情况下，在后期由于微管不完全聚合而引起停止微管纺锤体形成和不均等的染色体分离都可能导致细胞凋亡(即，程序性细胞死亡)。
人们还认为，交变电场可以导致在末期在分裂细胞的卵裂沟附近的电场密度增加。卵裂沟的区域中的电场密度增加可以导致带电的大分子(诸如蛋白质和核酸)朝向卵裂沟处的高电场密度进行介电泳。卵裂沟的位点处的细胞分裂所需的关键大分子的不均等浓度可能破坏末期的姐妹细胞的最终分离并最终导致细胞凋亡。
现在参考图1，示出了根据本文的各种实施例的医疗装置100的示意图。医疗装置100可以在位于身体组织内的癌性肿瘤的部位处或附近完全植入患者101的身体内。可以使用各种植入部位，包括诸如肢体、上部躯干、腹部区域、头部等中的区域。
现在参考图2，示出了根据本文的各种实施例的医疗装置200的另一示意图。医疗装置200可以部分地植入患者101的身体内。在一些实施例中，医疗装置可以部分地植入患者的身体内并且部分地在患者的身体外。在其他实施例中，部分植入的医疗装置可以包括布置在身体内部与身体外部的部件之间的经皮连接。
植入的医疗装置100和部分植入的医疗装置200可以通过无线连接与医疗装置的全部或部分外部部分无线地传送患者识别数据、诊断信息、电场数据、生理参数、软件更新等。植入的医疗装置100和部分植入的医疗装置200还可以与外部装置无线通信，该外部装置被配置成用于利用电感、射频和声能传递技术等对医疗装置进行无线充电。
在一些实施例中，医疗装置的一部分可以完全植入，并且医疗装置的一部分可以完全在外部。例如，在一些实施例中，一个或多个电极或引线可以完全植入身体内，而医疗装置的产生电场的部分(诸如电场发生器)可以完全在身体外。应当理解，在本文描述的一些实施例中，所描述的电场发生器可以包括与脉冲发生器相同的许多部件，并且可以被配置成用于执行与脉冲发生器相同的许多功能。在医疗装置的一部分被完全植入以及医疗装置的一部分完全在外部的实施例中，医疗装置的完全在外部的部分可以与医疗装置的完全在内部的部分无线通信。然而，在其他实施例中，可以使用有线连接。
医疗装置100或医疗装置200可以包括外壳102和联接到外壳102的头部104。可以使用各种材料。然而，在一些实施例中，外壳102可以由诸如金属、陶瓷、聚合物、复合材料等的材料形成。在一些实施例中，外壳102或其一个或多个部分可以由钛形成。头部104可以由各种材料形成，但是在一些实施例中，头部104可以由诸如环氧材料的半透明聚合物形成。在一些实施例中，头部104可以是中空的。在其他实施例中，头部104可以填充有部件和/或结构材料，诸如环氧化物或另一种材料，使其并非中空的。
在医疗装置100或200的一部分部分地在外部的一些实施例中，头部104和外壳102可以被由耐用聚合物材料制成的保护性壳体包围。在其他实施例中，在医疗装置100或200的一部分部分在外部的情况下，头部104和外壳102可以被由聚合物材料、金属材料和/或玻璃材料的组合制成的保护性壳体包围。
头部104可以联接到一根或多根引线106。头部104可以用于提供一根或多根引线106的近端的固定，并且将一根或多根引线106电联接到外壳102内的一个或多个部件。一根或多根引线106可以包括沿电引线106的长度布置的一个或多个电极108。在一些实施例中，电极108可以包括电场发生电极，并且在其他实施例中，电极108可以包括电场感测电极。在一些实施例中，引线106可以包括电场发生电极和电场感测电极两者。在其他实施例中，引线106可以包括电场感测和电场发生两者的任何数量的电极。应当理解，尽管本文中的医疗装置的许多实施例被设计成利用引线起作用，但是本文中还设想产生电场的无引线医疗装置。
现在参考图3，示出了根据本文的各种实施例的医疗装置100的示意性剖视图。外壳102可以限定内部体积302，该内部体积可以是中空的，并且在一些实施例中与医疗装置100外部的区域304气密密封分开。在其他实施例中，外壳102可以填充有部件和/或结构材料，使其并非中空的。医疗装置100可以包括控制电路306，该控制电路可以包括布置在外壳102内的各种部件308、310、312、314、316和318。在一些实施例中，这些部件可以是集成的，而在其他实施例中，这些部件可以是分开的。在另外的其他实施例中，可以存在集成部件和分离部件两者的组合。医疗装置100还可以包括天线324，以便允许单向或双向无线数据通信。在一些实施例中，医疗装置100的部件可以包括通信地耦合或附接到其上的感应能量接收器线圈(未示出)，以促进经由再充电电路对医疗装置进行经皮再充电。
控制电路306的各种部件308、310、312、314、316和318可以包括但不限于微处理器、存储器电路(诸如随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM))、记录器电路、控制器电路、遥测电路、电源电路(诸如电池)、计时电路和专用集成电路(ASIC)、再充电电路等等。控制电路306可以与电场发生电路320相连通，该电场发生电路可以被配置成用于产生电流以形成一个或多个场。电场发生电路320可以与控制电路306集成，或者可以是与控制电路306分离的部件。控制电路306可以被配置成用于控制来自电场发生电路320的电流的递送。在一些实施例中，电场发生电路320可以存在于医疗装置在身体外部的一部分中。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用选自10kHz到1MHz之间的范围的一个或多个频率来递送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320以选自100kHz到500kHz之间的范围的一个或多个频率来递送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320以选自100kHz到300kHz之间的范围的一个或多个频率来递送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用大于1MHz的一个或多个频率来周期性地递送电场。
在一些实施例中，电场可以有效地破坏癌细胞中的细胞有丝分裂。电场可以沿一个以上矢量递送到癌性肿瘤的部位。在一些实例中，电场可以沿至少一个矢量(包括引线电极中的至少一个)递送。在一些实施例中，可以使用在两个矢量之间具有空间多样性的至少两个矢量。矢量可以在空间上分开(例如，矢量可以相对于彼此成角度地布置)至少约10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度或90度。
可以通过在两个电极之间递送电流来实现期望的电场强度。递送电场的具体电流和电压可以变化，并且可以调节以便在将要治疗的组织部位处实现期望的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用在1mAmp至1000mAmp范围内的电流来将电场递送到癌性肿瘤的部位。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用在20mAmp至500mAmp范围内的电流来将电场递送到癌性肿瘤的部位。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用在30mAmp至300mAmp范围内的电流来将电场递送到癌性肿瘤的部位。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用包括以下各项的电流来递送电场：1mAmp、2mAmp、3mAmp、4mAmp、5mAmp、6mAmp、7mAmp、8mAmp、9mAmp、10mAmp、15mAmp、20mAmp、25mAmp、30mAmp、35mAmp、40mAmp、45mAmp、50mAmp、60mAmp、70mAmp、80mAmp、90mAmp、100mAmp、125mAmp、150mAmp、175mAmp、200mAmp、225mAmp、250mAmp、275mAmp、300mAmp、325mAmp、350mAmp、375mAmp、400mAmp、425mAmp、450mAmp、475mAmp、500mAmp、525mAmp、550mAmp、575mAmp、600mAmp、625mAmp、650mAmp、675mAmp、700mAmp、725mAmp、750mAmp、775mAmp、800mAmp、825mAmp、850mAmp、875mAmp、900mAmp、925mAmp、950mAmp、975mAmp或1000mAmp。应当理解，控制电路可以被配置成用于引导电场发生电路320以落入一定范围内的电流来递送电场，其中前述电流中的任一者可以用作该范围的下限或上限，前提是该范围的下限是小于该范围的上限的值。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用在1Vrms至50Vrms范围内的电压将电场递送到癌性肿瘤的部位。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用在5Vrms至30Vrms范围内的电压将电场递送到癌性肿瘤的部位。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用在10Vrms至20Vrms范围内的电压将电场递送到癌性肿瘤的部位。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用包括以下各项的一个或多个电压来递送电场：1Vrms、2Vrms、3Vrms、4Vrms、5Vrms、6Vrms、7Vrms、8Vrms、9Vrms、10Vrms、15Vrms、20Vrms、25Vrms、30Vrms、35Vrms、40Vrms、45Vrms或50Vrms。应当理解，控制电路可以被配置成用于引导电场发生电路320使用落入一定范围内的电压来递送电场，其中前述电压中的任一者可以用作该范围的下限或上限，前提是该范围的下限是小于该范围的上限的值。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320使用包括以下各项的一个或多个频率来递送电场：10kHz、20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、80kHz、90kHz、100kHz、125kHz、150kHz、175kHz、200kHz、225kHz、250kHz、275kHz、300kHz、325kHz、350kHz、375kHz、400kHz、425kHz、450kHz、475kHz、500kHz、525kHz、550kHz、575kHz、600kHz、625kHz、650kHz、675kHz、700kHz、725kHz、750kHz、775kHz、800kHz、825kHz、850kHz、875kHz、900kHz、925kHz、950kHz、975kHz、1MHz。应当理解，电场发生电路320可以使用落入一定范围内的频率来递送电场，其中前述频率中的任一者可以用作该范围的上限或下限，前提是该上限大于该下限。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320产生选自0.25V/cm至1000V/cm之间的范围的一个或多个施加的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320产生大于3V/cm的一个或多个施加的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320产生选自1V/cm至10V/cm之间的范围的一个或多个施加的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320产生选自3V/cm至5V/cm之间的范围的一个或多个施加的电场强度。
在其他实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320产生包括以下各项的一个或多个施加的电场强度：0.25V/cm、0.5V/cm、0.75V/cm、1.0V/cm、2.0V/cm、3.0V/cm、5.0V/cm、6.0V/cm、7.0V/cm、8.0V/cm、9.0V/cm、10.0V/cm、20.0V/cm、30.0V/cm、40.0V/cm、50.0V/cm、60.0V/cm、70.0V/cm、80.0V/cm、90.0V/cm、100.0V/cm、125.0V/cm、150.0V/cm、175.0V/cm、200.0V/cm、225.0V/cm、250.0V/cm、275.0V/cm、300.0V/cm、325.0V/cm、350.0V/cm、375.0V/cm、400.0V/cm、425.0V/cm、450.0V/cm、475.0V/cm、500.0V/cm、600.0V/cm、700.0V/cm、800.0V/cm、900.0V/cm、1000.0V/cm。应当理解，电场发生电路320可以在治疗部位处产生具有落入一定范围内的电场强度的电场，其中前述场强度中的任一者可以用作该范围的上限或下限，前提是该上限大于该下限。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320经由引线106将电场递送至位于身体组织内的癌性肿瘤的部位。在其他实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320经由医疗装置100的外壳102将电场传输至位于身体组织内的癌性肿瘤的部位。在其他实施例中，控制电路306可以被配置成用于引导电场发生电路320在引线106与医疗装置100的外壳102之间递送电场。在一些实施例中，一根或多根引线106可以与电场发生电路320电连通。在一些实施例中，一根或多根引线106可以包括沿引线106的长度布置的一个或多个电极108，其中电极108可以与电场发生电路320电连通。
在一些实施例中，医疗装置100内的各种部件可以包括被配置成用于产生与感测到的电场相对应的信号的电场感测电路322。电场感测电路322可以与控制电路306集成，或者它可以与控制电路306分开。
感测电极可以布置在医疗装置的外壳上或附近、在连接到外壳的一根或多根引线上、在肿瘤附近或肿瘤中植入的单独装置上、或者这些位置的任意组合。在一些实施例中，电场感测电路322可以包括第一感测电极332和第二感测电极334。在其他实施例中，外壳102本身可以用作用于电场感测电路322的感测电极。电极332和334可以与电场感测电路322连通。电场感测电路322可以测量第一电极332与第二电极334之间的电势差(电压)。在一些实施例中，电场感测电路322可以测量第一电极332或第二电极334与沿一根或多根引线106的长度布置的电极之间的电势差(电压)。在一些实施例中，电场感测电路可以被配置成用于测量感测到的电场并且以V/cm来记录电场强度。
应当理解，电场感测电路322可以另外地测量第一电极332或第二电极334与外壳102本身之间的电势差。在其他实施例中，医疗装置可以包括第三电极336，该第三电极可以是电场感测电极或电场发生电极。在一些实施例中，一个或多个感测电极可以沿引线106布置并且可以用作用于感测电场的附加位置。根据本文的实施例，可以想到许多组合以用于测量沿一根或多根引线106的长度布置的电极与外壳102之间的电势差。
在一些实施例中，一根或多根引线106可以与电场发生电路320电连通。一根或多根引线106可以包括一个或多个电极108，如图1和图2所示。在一些实施例中，各种电导体(诸如电导体326和328)可以从头部104穿过馈通结构330并进入医疗装置100的内部体积302中。因此，电导体326和328可以用于提供一根或多根引线106与布置在外壳102的内部体积302内的控制电路306之间的电连通。
在一些实施例中，记录器电路可以被配置成用于记录由电场感测电路322产生的数据并且记录关于该数据的时间戳。在一些实施例中，控制电路306可以被硬连线以执行各种功能，而在其他实施例中，控制电路306可以被引导来实现在微处理器或其他外部计算装置上执行的指令。还可以提供遥测电路以用于与外部计算装置进行通信，诸如编程器、安装在房间内的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话，个人计算机、智能电话、平板计算机等)。
现在参考图4，示出了根据本文的实施例的无引线医疗装置400。无引线医疗装置400可以包括外壳402和联接到外壳402的头部404。可以使用各种材料。然而，在一些实施例中，外壳402可以由诸如金属、陶瓷、聚合物、复合材料等的材料形成。在一些实施例中，外壳402或其一个或多个部分可以由钛形成。头部404可以由各种材料形成，但是在一些实施例中，头部404可以由诸如环氧材料的半透明聚合物形成。在一些实施例中，头部404可以是中空的。在其他实施例中，头部404可以填充有部件和/或结构材料，诸如环氧化物或另一种材料，使其并非中空的。在一些实施例中，无引线医疗装置400可以包括固定元件406，以保持无引线医疗装置400定位在身体内的癌性肿瘤的部位处或附近。在一些实施例中，固定元件406可以包括爪状物、尖齿、螺旋线、偏斜件等。
在此描述的医疗装置的各种实施例的元件在图5中示出。然而，应当理解，一些实施例可以包括除图5中所示的那些元件之外的附加元件。此外，一些实施例可能缺少图5所示的一些元件。本文体现的医疗装置可以通过一个或多个感测通道来收集信息，并且可以通过一个或多个场发生通道来输出信息。微处理器502可以经由双向数据总线与存储器504通信。存储器504可以包括用于程序存储的只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)以及用于数据存储的RAM。微处理器502还可以连接到遥测接口518，以便与诸如编程器、安装在房间内的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能电话、平板计算机等)的外部装置通信，或者直接连接到云或者如由蜂窝或其他数据通信网络促进的另一通信网络。在一些实施例中，医疗装置可以包括通信地耦合或附接到其上的感应能量接收器线圈接口(未示出)，以促进对医疗装置进行经皮再充电。在一些实施例中，医疗装置可以包括接收换能器，该接收换能器被配置成用于与外部发射器通信地耦合，使得可以通过声能传输技术对医疗装置进行无线充电。在一些实施例中，医疗装置可以包括射频接收器，该射频接收器被配置成用于接收射频能量并将其转换成用于对医疗装置进行无线充电的DC功率。
医疗装置可以包括一个或多个电场感测电极508以及可以与微处理器502的端口进行通信的一个或多个电场传感器通道接口506。医疗装置还可以包括一个或多个电场发生电极512以及可以与微处理器502的端口进行通信的一个或多个电场发生通道接口510。医疗装置还可以包括一个或多个生理传感器、呼吸传感器或化学传感器516、以及可以与微处理器502的端口进行通信的一个或多个生理/呼吸/化学传感器通道接口514。通道接口506、510和514可以包括各种部件，诸如用于将信号输入数字化的模数转换器、感测放大器、可以被控制电路写入以便调节感测放大器的增益和阈值的寄存器、源驱动器、调制器、解调器、多路复用器等等。
在一些实施例中，生理传感器可以包括监测温度、血流、血压等的传感器。在一些实施例中，呼吸传感器可以包括监测呼吸速率、呼吸峰值幅值等的传感器。在一些实施例中，化学传感器可以测量传感器周围的治疗区域中存在的分析物的量，包括但不限于诸如血尿素氮、肌酸酐、纤维蛋白、纤维蛋白原、免疫球蛋白、脱氧核糖核酸、核糖核酸、钾、钠、氯化物、钙、镁、锂、水合氢、磷酸氢盐、碳酸氢盐等的分析物。然而，在此也可以设想许多其他的分析物。示例性化学/分析物传感器在授予凯恩(Kane)等人的共同拥有的美国专利号7,809,441号中披露，并且该申请的全部内容通过援引并入本文。
尽管生理传感器、呼吸传感器或化学传感器516被示出为图5中的医疗装置的一部分，但是应认识到，在一些实施例中，生理传感器、呼吸传感器或化学传感器中的一个或多个可以与医疗装置物理地分离。在各种实施例中，生理传感器、呼吸传感器或化学传感器中的一个或多个可以在经由遥测接口518通信地耦合至医疗装置的另一植入的医疗装置内。在另外的其他实施例中，生理传感器、呼吸传感器或化学传感器中的一个或多个可以在身体的外部，并且经由遥测接口518耦合到医疗装置。
现在参考图6，示出了根据本文的实施例的医疗装置600的示意图。医疗装置600可以包括外壳102和头部104以及一根或多根引线106。引线106可以包括一个或多个电极，诸如沿引线106的长度布置的电极604、606、608、610、612或614。在一些实施例中，电极604、606、608、610、612或614可以包括电场发生电极，并且在其他实施例中，电极604、606、608、610、612或614可以包括电场感测电极。在一些实施例中，引线106可以包括电场发生电极和电场感测电极两者。
引线106的近端被布置在头部104内。电引线106的远端可以包围癌性肿瘤602，使得电极604、606、608、610、612或614被带到癌性肿瘤602附近。在一些实施例中，引线106可以定位在脉管系统内，使得电极604、606、608、610、612或614与癌性肿瘤602相邻或者定位在癌性肿瘤内。然而，应当理解，引线106可以布置在癌性肿瘤602内或周围的各种地方。在一些实施例中，引线106可以直接穿过癌性肿瘤602。
在一些实施例中，引线106可以沿引线的长度包括一个或多个跟踪标记616或618，以用于确定电极相对于肿瘤的精确位置。在一些实施例中，一个或多个跟踪标记可以被布置在引线上所布置的一个或多个电极的直接远侧或直接近侧。在一些实施例中，跟踪标记可以由磁性材料形成。在一些实施例中，跟踪标记可以由放射摄影材料形成。在一些实施例中，跟踪标记可以由荧光照相材料形成。
应当理解，可以在沿引线106布置以产生电场的电极604、606、608、610、612或614的各种组合之间产生多个电场矢量。例如，可以在电极604和610之间产生一个或多个电场矢量。类似地，可以在电极606和612之间产生一个或多个电场矢量。还应当理解，可以在电极604、606、608、610、612或614的任何组合之间产生一个或多个电场矢量。在一些实施例中，可以在电极604、606、608、610、612或614的任何组合与医疗装置400的外壳102之间产生一个或多个电场矢量。应当理解，根据本文的实施例，可以使用一根或多根单极或多极引线。在一些实施例中，可以使用单极和多极引线的组合。在其他实施例中，可以使用圆形引线、夹持引线、套囊引线、桨形引线或贴片引线。
疗法参数
成功治疗癌性肿瘤可能取决于许多变量，包括电场强度、频率、细胞异质性、细胞大小、癌细胞类型、肿瘤大小以及体内位置。各种疗法参数可以使用本文描述的医疗装置来实现。一个或多个治疗参数集可以被编程到医疗装置的存储器中，并且由图3所示的控制电路306来实现。示例性治疗参数集可以包括实现以下概念的那些参数：扫过一定范围的频率；同时堆叠一个或多个频率；相继地步进通过一个或多个频率；一个或多个电场的空间或时间递送；扫过一定范围的电场强度；施加有效的旋转电场；调制电压控制模式或电流控制模式；实现一个或多个占空比；脉冲宽度调制；操纵电波形形状和/或脉冲序列；以及偶尔使用高频率或高电场强度脉冲。
治疗参数集可以被编程到医疗装置中以自主地操作，或者可以由患者或临床医生使用外部计算装置来查询和操纵，诸如编程器、安装在房间内的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能电话、平板计算机等)。在其他实施例中，治疗参数集可以从外部计算装置无线地传送到医疗装置。以上关于电场发生电路320讨论了适用于本文的任何治疗参数集的频率和/或电场强度。在一些实施例中，可以同时地实现一个或多个治疗参数集。在其他实施例中，可以以交替的方式实现一个或多个治疗参数集。适用于本文体现的医疗装置的治疗参数集将在下文参考图7至图30进行讨论。
频率扫描
在一些实施例中，可以通过扫过一定范围的频率将电场施加到癌性肿瘤的部位。现在参考图7，示例性曲线图702示出了交变电场，其中频率随时间而增加。类似地，图8在示例性曲线图802中示出了在编程的疗法参数期间频率随时间的变化。在一些实施例中，频率扫描可以包括从最小频率向上扫描至最大频率。在一些实施例中，频率扫描可以包括从最大频率向下扫描至最小频率。在其他实施例中，在从电场发生电路递送电场的整个持续过程中，从最小频率向上扫描至最大频率和从最大频率向下扫描至最小频率可以根据需要重复许多次。
随着疗法在频率扫描期间进行，可能期望在频率范围之间交替，使得在群体中的细胞响应于疗法而改变大小和数量时，可以靶向更多的细胞。例如，在一些实施例中，频率扫描可以包括在覆盖约100kHz至300kHz的范围的第一频率扫描与覆盖约200kHz至500kHz的范围的第二频率扫描之间交替。应当理解，可以在疗法的整个过程中无限期地执行如上所述的扫过第一频率范围和第二频率范围。在一些实施例中，第二频率扫描(范围)可以处于比第一频率扫描(范围)更高的频率。在一些实施例中，第一频率扫描(范围)可以处于比第二频率扫描(范围)更高的频率。
用于第一频率范围和第二频率范围的频率范围可以是包括上文关于电场发生电路220叙述的特定频率的任何范围，前提是每个范围的下端是小于每个范围的上端的值。有时，在第一频率扫描和第二频率扫描的频率范围之间具有一定程度的重叠可能是有益的。
堆叠的频率
在一些实施例中，可能有利的是同时将一个或多个频率的堆叠传输至癌性肿瘤的部位。不受理论的束缚，人们认为，将一个或多个频率堆叠可以产生更强且更稳健的电场，从而允许对一定范围的细胞类型和肿瘤位置进行更有效的治疗。在一些实施例中，一个或多个频率可以具有相同的幅值。在一些实施例中，一个或多个频率可以具有不同的幅值。现在参考图9，示例性曲线图902示出了具有随时间而变的两个堆叠的频率的交变电场。图9中呈现的数据可以替代性地呈现为如图10所示，该图示出了在整个疗法持续期间随时间而变的第一频率1002和第二频率1004。第一频率1002和第二频率1004可以组合(彼此堆叠或叠加)以便形成组合的频率模式。在一些实施例中，控制电路可以被配置成用于递送电场，该电场具有表示至少两个频率的叠加的波形，该至少两个频率至少彼此相差10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、100％、300％或1000％。
步进的频率
在一些实施例中，治疗参数集可以包括通过在整个疗法持续期间步进通过一个或多个频率来将电场施加到癌性肿瘤的部位。现在参考图11，示例性曲线图1102示出了交变电场，其中频率随时间而从第一频率1104改变为第二频率1106并且回到第一频率1104。在图12中示出附加的示例，其中示例性曲线图1202示出了通过随时间步进通过第一频率1204和第二频率1206来施加电场。
在从一个频率步进到另一频率之前在任何给定频率下所花费的时间量可以称为驻留时间。在一些情况下，驻留时间可以是在任何给定频率下所花费的时间，而在其他情况下，驻留时间可以是在不产生电场的关闭时间状态下所花费的时间。在一些实施例中，关闭时间由电压保持在电势偏压来定义，该电势偏压可以是0V或另一电压。在一些情况下，偏压可以为-5V至5V。在其他情况下，偏压可以是0V。
在一些实施例中，步进通过一个或多个频率可以包括在第一频率下的第一预定驻留时间。在其他实施例中，步进通过一个或多个频率还可以包括在第二频率下的第二预定驻留时间。例如，示例性曲线图1202示出了在第一频率1204下的第一驻留时间1208和在第二频率1206下的第二驻留时间1210。在一些实施例中，第一预定驻留时间可以在1秒至1分钟、1分钟至1小时或1小时至10小时的范围内。在一些实施例中，第二预定驻留时间可以在1秒至1分钟、1分钟至1小时或1小时至10小时的范围内。在一些实施例中，第一预定驻留时间和第二预定驻留时间可以相同。在一些实施例中，第一预定驻留时间和第二预定驻留时间可以不同。
可编程电场
在一些实施例中，可编程电场可以用于将一个或多个电场施加到癌性肿瘤的部位。在一些示例中，可编程电场可以在时间上实现。在其他实施例中，可编程电场可以在空间上实现。
现在参考图13，示例性曲线图1302示出了交变电场，其中电场强度随时间而在具有电场强度E1的第一电场1304与具有电场强度E2的第二电场1306之间变化。在一些实施例中，疗法可以包括随时间而在一个或多个电场强度之间交替。不受理论束缚，人们认为，高电场强度对于防止细胞分裂是最佳的，然而持续的高电场强度可能导致过度的组织发热和潜在的电穿孔。通过将电场强度编程为在高电场强度与低电场强度之间交替，可以将副作用最小化或完全消除。此外，将电场强度编程为在高电场强度与低电场强度之间交替可以提供在治疗过程中减少能量需求的额外益处，从而在医疗装置的使用寿命中节省电池寿命。
在一些实施例中，控制电路206可以被配置成用于产生大于或等于10V/cm的高电场强度。在一些实施例中，控制电路206可以被配置成用于在产生等于或大于10V/cm的电场强度与产生在1V/cm与10V/cm之间的电场强度之间交替。在其他实施例中，控制电路206可以被配置成用于产生在3V/cm与5V/cm之间的电场强度。
现在参考图14，示出了根据本文的实施例的实现可编程电场强度的另一示例的引线106的示意图。在一些实施例中，在空间上改变一个或多个电场可以包括编程在第一对电极之间的第一电场强度以及编程在第二对电极之间的第二电场强度。例如，引线106可以包括沿其长度布置的电极1402、1404、1406和1408。电极1402、1404、1406和1408可以在一对或多对电极之间产生多个电场矢量。
具有电场强度E1的第一电场1410被示出为布置在肿瘤1414的区域中的电极1402与1408之间。类似地，第二电场1412强度E2被示出为布置在肿瘤1414的区域中的电极1404与1406之间。第一电场1410和第二电场1412可以同时地或以交替或步进的方式来施加。尽管在图14中仅示出具有不同电场强度的两个电场，但是应当理解，根据本文的实施例，可以设想具有不同或相同电场强度的两个以上电场。此外，可以在电极1402、1404、1406或1408中的任一者与医疗装置的外壳(未示出)之间产生至少一个电场。虽然图14示出了引线106的基本上直线的取向，但是应当理解，在许多实施例中，可以植入引线以便在特定点处弯曲或以其他方式弯曲，以便允许如由电极对限定的特定矢量之间的更大空间多样性。
应当理解，由于电场通过其传播的局部环境，各种电场矢量将受到不同阻抗的影响。因此，在一些实施例中，为了在一个或多个分开的电极对之间实现相同的电场强度，可能有必要在第一对电极处比在第二对电极处产生更强的电场以实现相同的电场强度。例如，在第一对电极之间产生的电场可以比在第二对电极之间产生的电场强，以实现相同的电场强度。
电场强度扫描
在一些实施例中，可以通过扫过一定范围的电场强度将电场施加到癌性肿瘤的部位。现在参考图15，曲线图1502示出了交变电场，其中频率随时间变化而保持恒定，但是电场强度变化。类似地，图16在示例性曲线图1602中示出了电场强度(E)随时间的变化。在一些实施例中，电场强度扫描可以包括从最小电场强度向上扫描至最大电场强度。在一些实施例中，电场强度扫描可以包括从最小电场强度向上扫描至最大电场强度，以及从最大电场强度向下扫描至最小电场强度。在其他实施例中，在疗法的整个持续期间，可以重复从最小电场强度向上扫描至最大电场强度以及从最大电场强度向下扫描至最小电场强度。
旋转电场
在一些实施例中，可以设计治疗参数集以产生围绕癌性肿瘤部位的旋转电场。不希望受到理论束缚，人们认为，使用多个电极(例如，按顺序跨不同的矢量)产生电场可以有效地产生旋转电场，该旋转电场可以在参与有丝分裂的许多极性蛋白质上引起扭转和/或剪切应力。破坏有丝分裂过程中必不可少的蛋白质功能可以停止细胞分裂、诱导蛋白质降解、并且最终导致细胞凋亡。
现在参考图17，示出了根据本文的实施例的圆形多极电极系统1700。圆形引线1701可以包括围绕引线的圆周布置的圆形电极1702、1704、1706、1908、1710和1712，围绕引线的圆周布置的电极1702、1704、1706、1708、1710和1712可以产生围绕场旋转轴线周向地布置的多个电场矢量。圆形引线1701可以布置在癌性肿瘤1714附近或周围的区域中。
通过在围绕圆形引线1701的圆周布置的成对电极处相继地产生一个或多个电场，可以产生有效的旋转电场。在一些实施例中，电极对可以被配置在围绕圆形引线的圆周180度布置的电极之间。例如，在一些实施例中，电极1702和1708可以形成第一电极对，电极1704和1710可以形成第二电极对，并且电极1706和1712可以形成第三电极对。可以围绕引线以顺时针或逆时针的方式相继地刺激每个电极对，以便产生电场，使得该电场可以围绕癌性肿瘤1714的部位有效地旋转。在一些实施例中，可以以顺时针方式刺激每个电极对达第一预定时间量，并且然后切换到逆时针方式达第二预定时间量。在一些实施例中，还可以相对于与围绕圆形引线1701的圆周布置的一个或多个电极中的任一者或全部成对的一个主电极产生旋转电场。在一些实施例中，圆形引线可以是闭环，如由圆形引线1701所示，并且在其他实施例中，圆形引线可以是半封闭式圆环。
在一些实施例中，一个或多个电极对围绕圆形引线的圆周布置，使得可以在引线周围产生一个或多个电场。在其他实施例中，在一个或多个电极对处相继地产生电场可以在引线周围产生三维电场。在其他实施例中，可以通过在与围绕引线的圆周布置的一个或多个附加电极成对的一个主电极之间相继地产生一个以上电场来形成有效的旋转电场。
应当理解，尽管引线1701在图17中被示出为上面设置有多个电极的封闭圆环，但是可以利用除圆形引线以外的许多引线构型来产生有效的旋转电场。例如，上面设置有多个电极的一根或多根引线(诸如图6中呈现的引线)可以被配置成用于产生类似于圆形引线1701所产生的有效旋转电场。在一些示例中，有效的旋转电场可以由具有沿其长度布置的包括多个电场矢量的三个或更多个电极的一根或多根引线产生。可以通过相继地改变在围绕场旋转轴线周向地布置的一个或多个矢量处的电场来产生有效的旋转电场。也可以通过相继地改变与围绕场旋转轴线周向地布置的一个或多个电极成对的一个主电极处的电场来产生有效的旋转电场。在一些实施例中，相继地改变在围绕场旋转轴线周向地布置的一个或多个矢量处的电场可以围绕该一个或多个矢量产生三维电场。
现在参考图18，示出了电场强度(E)随时间而变的曲线图。一个或多个电场强度1802、1804、1806、1808、1810和1812可以分别与选自电极1702、1704、1706、1708、1710和1712的组中的一对或多对电极相关，如图17所呈现。在一些实施例中，电场强度1802、1804、1806、1808、1810和1812可以具有相同的幅值。在其他实施例中，电场强度1802、1804、1806、1808、1810和1812可以具有不同的幅值。如关于图17所讨论，可以通过在整个治疗持续期间在围绕圆形引线的圆周布置的一对或多对电极之间重复地相继产生一个或多个电场来产生有效的旋转电场。在一些实施例中，一对或多对电极可以被布置在位于癌性肿瘤的部位处、附近或穿过该部位的一根或多根直线的、弯曲的或偏斜的引线上，使得电极对围绕场旋转轴线周向地布置。
电压模式和电流控制模式
在一些实施例中，治疗参数集可以包括电压控制模式或电流控制模式。电场强度可以受癌性肿瘤的类型、癌性肿瘤在身体内的位置和癌性肿瘤的大小以及其他环境条件的影响。不受理论的束缚，应当理解，当在肿瘤的部位处从一个点到另一个点产生电场时，局部环境可以表现出对所施加电场的自然抵抗(阻抗)。
在任何给定的疗法的整个过程中，电阻抗都可能改变。为了解决可能变化的电阻抗，可以使用各种控制模式以便在癌性肿瘤的部位处提供期望的电场强度。本文的控制模式可以包括电流控制模式和电压控制模式两者。
基于电流的控制模式可以包括调制由医疗装置提供的电流，以便在治疗部位(诸如在癌性肿瘤的部位处)产生期望强度的电场。例如，在一些实施例中，基于电流的控制模式可以包括以恒定电流产生跨一个或多个矢量的电场，然后使用感测电极或另一类型的电触点来评估肿瘤部位或另一部位处的电场强度。然后可以考虑到由于阻抗引起的任何变化来调节电场强度，使得在疗法持续期间维持恒定的电场强度。也可以由临床医生根据需要调节电场，以便优化疗法。在一些实施例中，控制电路可以被配置成用于在整个疗法持续期间的任何给定时间将电场强度和一个或多个其他参数(诸如电压、电流和/或阻抗)记录到存储器中。
基于电压的控制模式可以包括调制由医疗装置提供的电压，以便在治疗部位(诸如在癌性肿瘤的部位处)产生期望强度的电场。例如，在一些实施例中，基于电压的控制模式可以包括产生跨一个或多个矢量的电场，然后使用感测电极或另一类型的电触点来评估肿瘤部位或另一部位处的电场强度。然后可以考虑到由于阻抗引起的任何变化来相应地调节电场强度，使得在疗法持续期间维持恒定的电场强度。也可以由临床医生根据需要调节电场，以便优化疗法。在一些实施例中，控制电路可以被配置成用于在整个疗法持续期间的任何给定时间将电场强度和一个或多个其他参数(诸如电压、电流和/或阻抗)记录到存储器中。
占空比
在一些实施例中，有利的是使用一个或多个占空比来实现治疗参数集。不受理论的束缚，人们认为，并非癌性肿瘤中的所有细胞都将同时经历有丝分裂。实现占空比可以在有丝分裂细胞的异源群体的部位处产生一个或多个电场，使得在疗法过程中可以靶向多个细胞群体。此外，占空比模式可以通过消除在100％的时间在癌性肿瘤的部位产生电场的需要来减少电池电源的消耗。实现各种占空比模式还可以减轻由在肿瘤部位处长期暴露于电场所引起的潜在副作用(诸如组织发热)的影响。
现在参考图19，曲线图1902示出了根据本文的实施例的实现占空比的示例。曲线图1902示出了在扫过各种频率时具有随时间而变的导通时间1904和关闭时间1906的占空比。曲线图1902可以在整个疗法持续期间在导通时间2104与关闭时间1906之间循环。类似地，图20的条形图2002示出了具有随时间而变的导通时间2004和关闭时间2006的占空比，其中施加恒定的电场强度。在一些实施例中，实现一个或多个占空比可以包括在预定的导通时间内以恒定频率产生电场，随后是预定的关闭时间。在一些实施例中，实现一个或多个占空比可以包括在预定的导通时间内以恒定的电场强度产生电场，随后是预定的关闭时间。
在一些实施例中，预定的导通或关闭时间可以选自数微秒、数秒、数分钟或数小时。在一些实施例中，预定的导通时间可以是10微秒、500微秒、1毫秒、10毫秒、100毫秒、500毫秒、1秒、5秒、30秒、1分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、8小时、12小时、16小时、18小时、20小时、22小时或23小时，或者在其中上述时间量中的任一者可以用作范围的上限或下限的范围内。在一些实施例中，预定的关闭时间可以是10微秒、500微秒、1毫秒、10毫秒、100毫秒、500毫秒、1秒、5秒、30秒、1分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、8小时、12小时、16小时、18小时、20小时、22小时或23小时，或者在其中上述时间量中的任一者可以用作范围的上限或下限的范围内。
脉冲宽度调制
当施加到癌性肿瘤的部位时，可以通过根据时间调制脉冲宽度来操纵电场。根据本文的实施例，可以设想许多脉冲宽度修改。在一些实施例中，控制电路可以被配置成用于产生一个或多个电场，该一个或多个电场具有在正脉冲与负脉冲之间交替的电波形，其中该电波形可以包括至少一些相邻的正脉冲与负脉冲之间的一个或多个关闭时间。图21示出了两种可能的脉冲宽度修改，这些脉冲宽度修改可以被配置成用于允许使用在每个施加电场的周期内需要更少的能量的更快频率。例如，曲线图2102中所示的脉冲宽度修改包括周期2104，该周期在施加的正脉冲2106与施加的负脉冲2108之间没有关闭时间，但是包括作为施加电场的总周期的一部分的关闭时间2110。可以以许多方式来调节正脉冲2106和负脉冲2108的导通时间或驻留时间，以缩短或延长每个周期2104的预定关闭时间2110。因此，当在疗法期间使用较高的频率来产生电场时，可以减少总导通时间，从而减少在整个治疗持续期间所需的总能量输入。类似地，曲线图2112中示出另一示例，其包括具有交变场的周期2114，该交变场具有被编程在施加的正脉冲2118与施加的负脉冲2120之间的第一关闭时间2116。这之后可以是作为施加的电场的整个周期的一部分的第二关闭时间2122。
在一些实施例中，关闭时间由电势偏压定义。在一些情况下，偏压可以为-5V至5V。在其他情况下，偏压可以是0V。
电波形
本文描述的电场可以从许多不同的电波形产生。每个独特的电波形可以具有特定的周期、频率和幅值。电波形可以选自三角波形、方波形、正弦波形、电容衰减波形等中的一个或多个。图22至图25示出了三角波形(图22)、方波形(图23)、正弦波形(图24)或电容衰减波形(图25)的示例。可以在整个治疗持续期间调制波形形状和方向性，以使用一个或多个频率、持续时间和强度来提供疗法。例如，在一些实施例中，可以将疗法参数编程为以正弦波形开始并转变成方波形。类似地，可以将疗法参数编程为以方波形开始并转变成电容衰减波形。本文讨论的波形的任何组合都适用于所描述的疗法参数类型。
在一些实施例中，控制电路可以被配置成用于通过操纵一个或多个脉冲的方向性和序列来产生唯一电波形。此外，可以在给定周期内的任意数量的脉冲之前、之间或之后包括驻留时间，以操纵任何给定的脉冲序列的导通和关闭时间。在一些实施例中，唯一电波形可以是双相的。在一些示例中，双相电波形可以包括一个正脉冲，然后是一个负脉冲，如图22至图25和图27所示。在一些示例中，双相电波形可以包括两个正脉冲，然后是两个负脉冲，如图26所示。双相电波形还可以包括两个负脉冲，然后是两个正脉冲，如图30所示。
在其他非限制性示例中，唯一电波形可以是三相的，并且包括三个正脉冲然后是三个负脉冲(图28)，或者包括三个负脉冲然后是三个正脉冲(图29)。在一些实施例中，电波形可以是四相的，包括四个正脉冲然后是四个负脉冲或者包括四个负脉冲然后是四个正脉冲。
在一些实施例中，控制电路可以被配置成用于产生一个或多个电场，该一个或多个电场具有包括正脉冲、负脉冲和关闭时间的序列的电波形。电波形可以包括以下各项中的至少一项：由关闭时间而非负相位分开的两个正脉冲，或者由关闭时间而非正相位分开的两个负脉冲。正脉冲和负脉冲可以相对于偏压而言。关闭时间可以由等于偏压的电势来定义。偏压可以落在-5V至5V的范围内的任何地方。在一些实施例中，偏压可以是0V。
高频率脉冲或高场强度脉冲
在某些实施例中，本文所述的治疗参数集可以被编程来在所施加的疗法的整个持续时间内以编程的间隔施加单个高频率脉冲或单个高电场强度。在一些实施例中，可以单独地或者与本文所述的疗法参数中的一个或更多个相结合来使用高频率(>1MHz)或高电场强度(>1000V/cm)的单个脉冲。为了避免或减轻与长时间以高频率或高场强度产生电场相关联的副作用，可以在毫秒或秒的时间标度内以一定间隔实现单个高频率脉冲或单个高电场强度。
方法
可以利用医疗装置和相对于本文描述的各种疗法参数描述的步骤来执行各种方法。
在一些实施例中，根据本文的实施例，包括用于提供治疗癌性肿瘤的方法。这些方法可以包括使用医疗装置来产生电场。所述医疗装置可以包括：电场发生电路，所述电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及控制电路，所述控制电路与所述电场发生电路相连通。控制电路可以被配置成用于控制电场发生电路产生一个或多个电场。该方法还可以包括使用控制电路来引导电场发生电路以选自10kHz到1MHz之间的范围内的一个或多个频率对位于身体组织内的癌性肿瘤产生一个或多个电场。在一些实施例中，医疗装置可以完全植入身体内，而在其他实施例中，医疗装置可以部分植入身体内。施加到癌性肿瘤部位的电场可以有效地阻止和破坏癌细胞中的细胞有丝分裂。
在一些实施例中，医疗装置还可以包括与电场发生电路电连通的一根或多根引线。一根或多根引线可以各自包括与电场发生电路电连通的一个或多个电极。根据本文的方法使用的医疗装置可以包括外壳，电场发生电路和控制电路被布置在该外壳中，其中外壳可以包括与电场发生电路电连通以用作电极的一部分。
在一些示例中，可能期望使用大于1MHz的频率来周期性地产生电场。在其他示例中，可能期望通过扫过一个或多个频率来产生电场。扫过一个或多个频率可以包括从最小频率向上扫描至最大频率以及从最大频率向下扫描至最小频率。扫过一个或多个频率还可以包括从最小频率向上扫描至最大频率以及从最大频率向下扫描至最小频率的周期，使得在整个疗法持续期间重复该周期。
在一些实施例中，该方法可以包括通过同时堆叠一个或多个频率来产生电场。一个或多个频率可以具有相同的幅值，或者一个或多个频率可以具有不同的幅值。
本文的方法还可以包括通过步进通过一个或多个频率来产生电场。步进通过一个或多个频率可以包括在步进到第二频率之前处于第一频率的第一预定驻留时间。步进通过一个或多个频率还可以包括在步进回到第一频率之前处于第二频率的第二预定驻留时间。在一些实施例中，第一预定驻留时间和第二预定驻留时间可以在1秒至1分钟、1分钟至1小时或1小时至10小时的范围内。在一些实施例中，第一预定驻留时间和第二预定驻留时间是相同的。在其他实施例中，第一预定驻留时间和第二预定驻留时间是不同的。
本文所述的方法可以进一步包括对电场强度进行编程。在一些实施例中，该方法可以包括产生与一个或多个可编程电场强度相关的电场。一个或多个可编程电场强度可以选自在0.25V/cm至1000V/cm之间的电场强度范围。在一些示例中，使用一个或多个可编程电场强度来产生电场可以包括根据时间来改变一个或多个电场强度。在其他实施例中，使用一个或多个可编程电场强度来产生电场可以包括在癌性肿瘤的部位周围在空间上改变一个或多个电场强度。在空间上改变一个或多个电场强度可以包括编程在第一对电极之间的第一电场以及编程在第二对电极之间的第二电场。在一些实施例中，对电场强度进行编程可以包括将电场强度编程为等于或大于10V/cm的值。在一些实施例中，对电场强度进行编程可以包括将电场强度编程为在1V/cm至10V/cm的范围内的值。在一些实施例中，对电场强度进行编程可以包括将电场强度编程为在3V/cm至5V/cm的范围内的值。在其他实施例中，对电场强度进行编程可以包括对电场强度进行编程以在产生大于或等于1000V/cm的一个电场强度与产生在0.25V/cm至500V/cm之间的电场强度之间交替。
一些方法可以包括通过扫过一个或多个电场强度来产生电场。扫过一个或多个电场强度可以包括从最小电场强度向上扫描至最大电场强度，以及从最大电场强度向下扫描至最小电场强度。在疗法的整个持续期间，可以重复从最小电场强度向上扫描至最大电场强度以及从最大电场强度向下扫描至最小电场强度。在一些实施例中，当扫过一个或多个电场强度时，一个或多个电场强度可以选自在0.25V/cm至1000V/cm之间的电场强度范围。
一些方法可以涉及通过使用如上所述的电压控制模式或电流控制模式来产生电场。
在一些实施例中，该方法可以包括通过在疗法的整个持续期间实现一个或多个占空比来产生电场。不受理论的束缚，人们认为，占空比可以被理解为电路接通时的时间比率与电路断开的时间比率的比较。占空比可以表达为一个完整占空比中的导通时间的百分比。一个完整的占空比包括所施加波形的一个完整周期的导通时间和关闭时间。实现一个或多个占空比可以包括在预定的导通时间内以恒定频率产生电场，随后是预定的关闭时间。在其他实施例中，实现一个或多个占空比可以包括在预定的导通时间内以恒定的电场强度产生电场，随后是预定的关闭时间。可以根据将要实现的特定占空比来调节导通时间和关闭时间。因此，预定的导通时间可以选自在4小时至18小时之间的范围，并且预定的关闭时间可以选自在6小时至20小时之间的范围。
在一些实施例中，这些方法可以包括通过递送一个或多个脉冲来产生电场。每个脉冲可以产生唯一电波形。每个唯一电波形可以包括一定的周期、频率和幅值。在一些实施例中，电波形是双相的。双相电波形可以包括一个正脉冲，然后是一个负脉冲。在其他实施例中，双相电波形可以包括两个正脉冲，然后是两个负脉冲。尽管本文的实施例仅包括一个或两个正脉冲然后是一个或两个负脉冲，但是正脉冲和负脉冲的任何组合都适用于本文的方法。在一些实施例中，唯一电波形可以选自三角波形、方波形、正弦波形、电容衰减波形中的一个或多个。
在一些实施例中，设想一种能够产生旋转电场的医疗装置。能够产生旋转电场的医疗装置可以包括：电场发生电路，该电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及控制电路，该控制电路与所述电场发生电路相连通。所述控制电路可以被配置成用于控制从所述电场发生电路产生一个或多个电场。医疗装置还可以包括与电场发生电路电连通的一根或多根引线。控制电路可以使电场发生电路以选自在10kHz至1MHz之间的范围内的频率向位于身体组织内的癌性肿瘤递送电场。在一些实施例中，医疗装置可以完全植入身体内，而在其他实施例中，医疗装置可以部分植入身体内。医疗装置的一根或多根引线可以包括一根或多根圆形引线，或者一根或多根引线可以包括三个或更多个电极，该三个或更多个电极包括围绕场旋转轴线周向地布置的多个电场矢量。
具有一根或多根圆形引线的医疗装置可以具有围绕一根或多根圆形引线的圆周布置的一个或多个电极。一个或多个电极可以包括围绕一根或多根圆形引线的圆周布置的一个或多个电极对，以在一个或多个电极对处相继地产生电场。在一些实施例中，在一个或多个电极对处相继地产生电场可以在一根或多根圆形引线周围产生三维电场。
具有包括三个或更多个电极的一根或多根引线的医疗装置(该三个或更多个电极包括围绕场旋转轴线周向地布置的多个电场矢量)还可以被配置成用于经由围绕场旋转轴线周向地布置的多个电场矢量来产生有效的旋转电场。在一些实施例中，通过相继地改变在围绕场旋转轴线周向地布置的一个或多个矢量处的电场来产生有效的旋转电场。可以通过相继地改变与围绕场旋转轴线周向第布置的一个或多个电极成对的一个主电极处的电场来产生有效的旋转电场。相继地改变在围绕场旋转轴线周向地布置的一个或多个矢量处的电场可以围绕该一个或多个矢量产生三维电场。
引线和电极
可以使用多种技术将本文所述的引线在癌性肿瘤部位附近置于身体内。放置一根或多根引线可以包括使用诸如经血管放置、穿入皮下空间和/或手术放置的技术。在一些实施例中，放置一根或多根引线可以包括经由一个或多个自然身体孔口进行放置。引线可以放置在癌性肿瘤附近或其内。在一些实施例中，可以在癌性肿瘤附近或远离癌性肿瘤使用多根引线。
在一些实施例中，可以将本文所述的一根或多根引线放置在皮下空间中。放置在皮下空间中的引线上的电极可以用作主要的近场发生电极或远场发生电极。在一些实施例中，放置在皮下空间中的引线上的电极可以结合医疗装置的外壳而用作主要的近场发生电极或远场发生电极。同样，一根或多根引线可以经血管放置，以结合癌性肿瘤部位处或附近的电极或者结合医疗装置的外壳来充当远场发生电极。
本文所述的引线和电极可以包括附加的功能和结构特征。在一些实施例中，引线可以包括与成像和治疗技术兼容的引线，这些成像和治疗技术包括但不限于MRI(磁共振成像)、X射线成像、深部脑刺激技术和/或放射疗法。在一些实施例中，引线可以包括由传导材料制成的一个或多个导体芯。导体芯可以由包括金属和/或其他传导材料的传导材料形成。金属可以包括但不限于钯、铂、银、金、铜、铝、各种合金(包括不锈钢、诸如
Figure BDA0002520624650000341
的镍钴合金)等。在一些实施例中，导体芯可以是多绕线圈，包括但不限于双绕线圈、三绕线圈和四绕线圈。
在一些实施例中，如本文所述，电极可以沿一根或多根引线的长度布置。适用于本文描述的电极的材料可以包括金属，诸如钯，以最小化磁场中的耦合和伪影产生。在一些实施例中，电极可以由其他金属和/或其他传导材料制成。金属可以包括但不限于钯、铂、铂合金(诸如铂-铱合金)、金、铜、钽、钛、各种合金(包括不锈钢)等。在一些实施例中，电极可以呈缠绕线圈的形式，这些缠绕线圈可以提供增大表面积的附加益处而不损害电极的柔性。在一些实施例中，可植入装置外壳可以用作电极。
本文所述的引线还可以包括沿引线的长度布置的一个或多个电极。引线可以包括沿引线的长度布置的两个或更多个电极。在一些实施例中，电极可以是在引线的远端处发现的尖端电极。在其他实施例中，电极可以是沿引线但不是在引线的尖端处发现的环形电极。在一些实施例中，电极可以是线圈电极。在一些实施例中，环形或尖端电极可以定位在肿瘤或癌性组织中或附近，并且线圈电极可以定位成远离肿瘤或癌性组织，以便帮助向所产生的电场提供空间多样性。在一些实施例中，一个或多个电极沿长度方向的轴线(例如，近端至远端的轴线)可以具有以下各项的长度约0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、4mm、5mm、7.5mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、75mm、100mm或更多。在一些实施例中，一个或多个电极的长度可以落入如下范围内，其中前述距离中的任一者都可以用作该范围的上限或下限，前提是上限大于下限。
引线可以是单极、双极或多极的。在一些实施例中，单极引线可以包括在一个电极与医疗装置的外壳之间产生电场的引线。在一些实施例中，双极引线可以包括可以在沿引线布置的两个电极之间或两个电极与医疗装置的外壳之间产生电场的引线。在一些实施例中，多极引线可以包括可以在沿引线布置的两个以上电极之间、在两个以上电极与医疗装置的外壳之间、或者在电极的构型的任意数量的组合与医疗装置的外壳之间产生电场的引线。
适用于此的电极可以由导电聚合物制成，诸如碳填充的硅酮、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚呋喃、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚对亚苯基等。在其他实施例中，电极可以是绝缘的。在一些实施例中，包围电极的绝缘可以包括微孔绝缘体，以防止细胞附着但仍然允许电流流动。微孔绝缘体可以由本文所述的多种绝缘材料制成，包括但不限于聚四氟乙烯(ePTFE)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氨酯、硅树脂、聚对二甲苯聚合物(诸如聚对二甲苯聚合物)、聚醚嵌段酰胺(诸如
Figure BDA0002520624650000351
)、尼龙或它们的衍生物。在一些实施例中，电极可以用各种材料涂覆，包括但不限于水凝胶或分形涂层，诸如氧化铱、氧化钛、五氧化二钽、其他金属氧化物、聚对二甲苯聚合物(诸如聚对二甲苯)等。
根据本文的实施例，可以使用多种引线固定技术和构型。引线固定技术的一些非限制性示例可以包括生物相容性胶固定、爪状物固定、螺旋线圈固定、引线在血管系统中的被动居中、局部血管系统内的齿固定、局部血管系统内的螺旋偏置固定、压缩固定、缝合线套筒固定等。在一些示例中，本文中体现的引线可以放置在癌性肿瘤部位周围或附近的血管系统内。在其他实施例中，本文中体现的引线可以手术放置在癌性肿瘤的部位处或之内或周围。
适用于本文的引线还可以包括一个或多个开放腔，这些开放腔延伸引线的整个纵向长度或该纵向长度的选定部分。在一些实施例中，开放腔可以包括适用于周期性地从癌性肿瘤部位获得活检样本的集成活检设备，以监测疾病的进展和/或消退。具有开放腔的引线还可以被配置成包括集成的药物递送腔，该药物递送腔可以以单次推注或定期经由计量泵将一种或多种药物(诸如类固醇或化学疗法药剂)递送到肿瘤部位。引线可以包括沿引线的长度布置的一个或多个入口，以提供用于在癌性肿瘤的部位处或附近递送药物的出口。
在一些实施例中，引线的一部分或整个引线可以包括药物洗脱涂层。在一些实施例中，药物洗脱涂层可以包含抗炎剂，诸如类固醇。在一些实施例中，类固醇可以是地塞米松。在其他实施例中，药物洗脱涂层可以包含化学疗法药剂。在一些实施例中，化学疗法药剂可以包括紫杉烷或其衍生物，包括但不限于紫杉醇、多烯紫杉醇等。在其他实施例中，药物洗脱涂层可以被配置成用于释放其他种类的化学疗法药剂，包括但不限于烷基化剂、植物生物碱(诸如长春花生物碱)、细胞毒性抗生素、拓扑异构酶抑制剂等。在一些实施例中，药物洗脱涂层可以被配置成用于以延时释放的方式从涂层释放药物。
本文中的引线可以采用多种形状或构型。在一些实施例中，引线可以是线性的，而在其他实施例中，引线可以是圆形的。圆形引线可以是完全封闭的环，也可以是半封闭的环。在一些实施例中，引线可以包括可弯曲的芯部，该可弯曲的芯部可以允许将引线成形为许多构型，包括但不限于U形、S形、螺旋形、半圆形、椭圆形等。
在另外的其他示例中，适用于本文的引线可以包括荧光标记或磁性标记，其可以帮助临床医生精确地放置在癌性肿瘤部位处或附近。引线还可以包括用于检测癌性肿瘤处或附近的pH变化的集成pH传感器，或者适用于分析感兴趣的化学分析物的浓度的其他化学传感器。
电场发生器
本文体现的医疗装置可以包括电场发生器，这些电场发生器特别适合于在癌性肿瘤的治疗过程中使用的治疗和诊断技术。在一些实施例中，适用于本文的电场发生器可以包括已经通过辐射硬化处理的那些发生器，以使部件耐受通常被指定为癌性肿瘤的主线治疗的放射疗法治疗的破坏作用。电场发生器可以包括诸如以上参考图3和图5描述的那些部件。
本文体现的电场发生器可以利用如所描述的任何数量的治疗参数集进行编程。电场发生器可以在植入之前进行编程，或者它们可以由临床医生使用外部计算装置进行编程，诸如编程器、安装在房间内的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能电话、平板计算机等)。在一些实施例中，疗法参数可以经由遥测电路递送到电场发生器。在一些实施例中，电场发生器可以包括通信地耦合到接收器线圈的再充电电路，以促进医疗装置的经皮再充电。在一些实施例中，电场发生器可以在接收器线圈与外部充电装置之间无线通信。
应注意的是，在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一种”和“所述”包括复数指示物，除非内容中另有明确规定。因此，例如，提及的包含“化合物”的组合物包括两种或更多种化合物的混合物。还应注意的是，除非内容清楚地另外指出，否则术语“或”通常以包括“和/或”的意义使用。
还应注意的是，如本说明书和所附权利要求中所使用的，短语“被配置”描述了被构造或配置用于执行特定任务或采用特定构型的系统、设备或其他结构。短语“被配置”可以与其他类似短语、诸如“被布置且被配置、被构造且被布置、被构造、被制造且被布置等”互换使用。
本说明书中的所有出版物和专利申请指示本发明所涉及的领域中的普通技术人员的水平。本文所有公开案和专利申请以其全文通过援引并入，如同每个单独的公开案或专利申请被明确且单独地通过援引指明。
已经参照多个不同的特定和优选的实施例和技术描述了多个方面。但是应理解的是，在留在本文的精神和范围之内的同时可以进行许多变化和修改。

Claims (15)

1.一种医疗装置，包括：
电场发生电路，所述电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及
控制电路，所述控制电路与所述电场发生电路相连通，所述控制电路被配置成用于控制从所述电场发生电路递送所述一个或多个电场；
其中，所述控制电路使所述电场发生电路在位于身体组织内的癌性肿瘤的部位处以选自在10kHz至1MHz之间的范围的频率来产生一个或多个电场，其中所述一个或多个电场有效地阻止和/或破坏癌细胞中的细胞有丝分裂，
其中所述医疗装置被配置成用于完全植入身体内或者部分植入身体内。
2.如权利要求1和3至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述一个或多个电场沿一个以上矢量进行递送，所述矢量在空间上分隔至少10度。
3.如权利要求1至2和4至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于通过扫过一个或多个频率来产生一个或多个电场，其中扫过一个或多个频率包括从第一频率向上扫描至第二频率以及从所述第二频率向下扫描至所述第一频率，其中所述第二频率高于所述第一频率，其中在利用所述电场发生电路产生所述一个或多个电场的整个持续期间重复从第一频率向上扫描至第二频率以及从所述第二频率向下扫描至所述第一频率。
4.如权利要求1至3和5至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于产生具有一个或多个可编程电场强度的一个或多个电场，其中所述一个或多个可编程电场强度选自在0.25V/cm至1000V/cm之间或者从3V/cm至5V/cm的电场强度范围。
5.如权利要求1至4和6至12中任一项所述的医疗装置，其中，产生一个或多个电场包括在空间上改变一个或多个电场强度，其中在空间上改变所述一个或多个电场强度包括在第一对电极之间产生第一电场并且在第二对电极之间产生第二电场，其中所述第一对电极之间的所述第一电场比所述第二对电极之间的所述第二电场强，以实现等效的电场强度。
6.如权利要求1至5和7至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于在产生大于10V/cm的电场强度与产生在2V/cm与10V/cm之间的电场强度之间交替。
7.如权利要求1至6和8至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于通过扫过一个或多个电场强度来产生一个或多个电场，其中扫过一个或多个电场强度包括从第一电场强度向上扫描至第二电场强度以及从所述第二电场强度向下扫描至所述第一电场强度，其中所述第二电场强度高于所述第一电场强度。
8.如权利要求1至7和9至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于通过使用电压控制模式或者通过使用电流控制模式来产生一个或多个电场，所述电压控制模式包括对电压进行调制以便产生期望的电场强度，所述电流控制模式包括对电流进行调制以便产生期望的电场强度，其中所述控制电路被进一步配置成用于调节所述电流以维持基本上恒定的电场强度。
9.如权利要求1至8和10至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于通过实现一个或多个占空比来产生一个或多个电场，其中实现一个或多个占空比包括在预定的导通时间段内以恒定的频率或恒定的电场强度产生一个或多个电场，然后是预定的关闭时间段。
10.如权利要求1至9和11至12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于产生一个或多个电场，所述一个或多个电场具有在正脉冲与负脉冲之间交替的电波形，所述波形包括在至少一些相邻的正脉冲与负脉冲之间的一个或多个关闭时间段，其中所述正脉冲和所述负脉冲是相对于偏压而言的。
11.如权利要求1至10和12中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于通过递送具有双相波形的一个或多个电脉冲来产生一个或多个电场，所述双相电波形包括以下各项中的至少一项：
一个正脉冲然后是一个负脉冲；以及
两个正脉冲然后是两个负脉冲。
12.如权利要求1至11中任一项所述的医疗装置，其中，所述控制电路被进一步配置成用于产生一个或多个电场，所述一个或多个电场具有包括正脉冲、负脉冲和关闭时间段的序列的电波形，所述电波形包括以下各项中的至少一项：
由关闭时间段而非负相位分开的两个正脉冲，或者
由关闭时间段而非正相位分开的两个负脉冲。
13.一种医疗装置，包括：
电场发生电路，所述电场发生电路被配置成用于产生一个或多个电场；以及
控制电路，所述控制电路与所述电场发生电路相连通，所述控制电路被配置成用于控制从所述电场发生电路递送所述一个或多个电场；以及
一根或多根引线，所述一根或多根引线与所述电场发生电路电连通；并且
其中，所述控制电路使所述电场发生电路在位于身体组织内的癌性肿瘤的部位处以选自在10kHz至1MHz之间的范围的频率来产生一个或多个电场。
14.如权利要求13和15中任一项所述的医疗装置，所述一根或多根引线包括一根或多根圆形引线，其中，所述一根或多根圆形引线包括围绕其圆周布置的一个或多个电极。
15.如权利要求13至14中任一项所述的医疗装置，所述一根或多根引线包括三个或更多个电极，所述三个或更多个电极包括围绕场旋转轴线周向地布置的多个电场矢量，其中，所述控制电路被进一步配置成用于形成经由围绕场旋转轴线周向地布置的所述多个电场矢量而有效地旋转的电场。
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