CN114423374A - 热疗植入物及加热该植入物的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种对人体或动物体的组织30进行热疗治疗的热疗植入物20。该植入物包括至少一个大巴克豪森跳跃(LBJ)材料件，并且可以向该植入物施加磁场以对周围组织进行加热。还可以将该植入物部署成对体内的组织部位进行标记以供后续手术，从而提供一种定位植入物并且治疗周围区域的组合式系统。该系统包括手持式探头14，该手持式探头在小于切换场下激励植入物来进行双稳态切换，从而使得在允许对植入物进行检测和定位的亚双稳态模式中生成谐波响应。

Description

热疗植入物及加热该植入物的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及组织的热疗治疗(hyperthermia treatment)领域，特别是使用热疗植入物(hyperthermia implant)治疗肿瘤。
背景技术
实体癌症肿瘤的传统治疗是手术切除。然而，对于更小的肿瘤(例如，小于20mm、并且尤其是小于10mm)，期望避免在全身麻醉下进行完全外科手术的创伤，对于年长或虚弱的患者更是如此。已经研究了手术切除的许多替代方案，包括在组织被冷冻的情况下的冷冻消融，以及在组织被加热的情况下的热疗。
本领域已知两种类型的热疗：消融热疗，其中将组织充分加热以使细胞被物理消融和破坏；以及更温和形式的热疗，其中使组织的温度升高至处于42℃到45℃的范围内的水平，在该点处，各种细胞过程被激活，这导致细胞直接死亡或者增强免疫系统识别和杀死肿瘤细胞的能力。这种更温和的热疗有时也被称为“辅助”热疗，这是因为当与诸如化疗、放疗以及免疫疗法之类的其他治疗同时使用时，它增强了这些治疗的有效性。两种方法都可以被用于治疗癌症。
利用热疗治疗的肿瘤包括乳腺肿瘤、肺肿瘤、肝肿瘤、肾肿瘤、黑素瘤以及其他实体肿瘤类型。为了成功地进行热疗，优选地将热以受控方式局部地提供至肿瘤，并且最小化对周围非癌组织的加热。
用于热疗的植入物还需要便于递送到组织中。通常，这样的植入物将能够通过例如18g至14g的窄规格针来部署，以减少对患者的创伤。理想情况下，这样的植入物在部署之前的长度小于10mm并且优选地小于6mm，以便是不显眼的、最小化植入期间的创伤、并且最小化对正被治疗的组织周围非患病组织的不需要的加热。可以在活组织检查或其他外科手术期间将热疗植入物放置在体内的关注部位处，例如癌症病变或淋巴结。该植入物是在诸如超声或X射线/乳房X线照相术之类的成像引导下放置的。该植入物还应当是稳健的，以被安全植入而不影响其功能。
越来越多的癌症患者(尤其是乳腺癌患者)在手术或肿瘤移除之前利用化疗(或其他全身性疗法)来进行治疗，所谓的“新辅助”疗法。其目的是在手术之前缩小肿瘤，以使侵入性更小。在一些情况下，这允许乳房保留手术，在乳房保留手术中仅移除乳房的一部分，而不是利用乳房切除术移除整个乳房。通常，在新辅助疗法之前将标记物(marker)放置在肿瘤或淋巴结中，以使即使已经通过新辅助疗法完全移除了肿瘤，也可以定位肿瘤部位。如果肿瘤已经缩小到足够小的大小以致适合热疗，则将需要在肿瘤或淋巴结中放置另外的热疗植入物，以便利用热疗来治疗肿瘤或淋巴结。大多数肿瘤在诊断时小于20mm，并且许多肿瘤的大小在通过筛查进行诊断时小于10mm。另外，在新辅助化疗过程之后，肿瘤的大小可能已经缩小至仅几毫米。癌症可能扩散至局部淋巴结，并且这些淋巴结也可以受益于植入物热疗治疗。淋巴结的大小通常小于10mm，并且许多淋巴结的大小小于6mm。为了有效地治疗这些淋巴结，治疗需要集中在患病区域，同时最小化对周围健康组织的损伤。因此，期望用于治疗淋巴结的热疗植入物能够被安置在淋巴结内。
磁性纳米颗粒热疗在本领域中是已知的(例如，参见Dutz S和Hergt R.Magneticnanoparticle heating and heat transfer on a microscale:basic principles,realities and physical limitations of hyperthermia for tumour therapy.Int JHyperther 2013；29:790-800)。然而，有效的温热疗法(thermotherapy)所需的氧化铁纳米颗粒的浓度很高，并且这限制了使用磁性纳米颗粒热疗的临床应用。
磁性种子热疗在本领域中也是已知的(例如，参见EP0333381)，其中，将磁场用于在金属种子中感应涡电流或磁滞加热。优选地，种子具有延长的纵横比，部分是为了减小去磁因子以便增加加热响应，并且也是为了便于通过针引入体内。这些系统的缺点是延长的纵横比(例如长度：直径比至少为10，并且通常为20或更大)意味着：为了最大化响应，必须获知种子相对于磁场的取向。EP0333381指出，当未精确获知针的取向或者无法正确定位线圈时，可能必需提供采用均彼此成直角设定的三个线圈的线圈布置。通过共享电源的标准时间以重复序列一次一个地激励线圈。这意味着取决于种子的取向，种子可能仅在电源的每个周期的三分之一内经受全场强。为了获得最佳结果，需要控制取向与场的关系。这种布置显著增加了线圈的复杂性。
按类似方式，在本领域中，已知将经玻璃涂覆的微丝(microwire)用于经由因其磁化曲线中的大巴克豪森跳跃(large Barkhausen jump，LBJ)而造成的磁损耗来进行加热(例如参见“High Performance Soft Magnetic Materials”:Springer Series inMaterials Science,Volume 252.ISBN 978-3-319-49705-1)。经玻璃涂覆的微丝因其非常小的大小(通常直径为10μm至50μm)而仅生成少量的热，并由此需要许多微丝一起使用以生成临床上有用的加热。加热也依赖于相对于磁场轴线的取向。
在本领域中，还已知将基于铁或钴的微丝(在其磁化曲线中具有LBJ)用作磁性标记物，尽管未被用于热疗。例如参见US466025、EP0961301、EP0710923、JP2003308576、US6230038以及EP1258538。为了有效地生成这种LBJ金属丝(wire)的切换或磁化反转行为特性，需要至少200或更大的长度与直径比。为了使用可制造的典型金属丝直径(在30μm至125μm范围内)来实现此长度与直径比，现有技术还教导需要长度大于10mm并且更典型地大于25mm的金属丝。因此，这些标记物中将没有一个适于标记小的肿瘤或淋巴结。
显然，现有技术方法的显著问题在于，植入物需要与磁场对准，以便最大化加热效果。期望提供这样一种用于热疗治疗的植入物，即，满足植入物的所有要求，包括：小的大小(<10mm长)；能够通过小针(例如：16g至18g)递送的能力；并且对于植入和手术移除是稳健的，同时还能够提供基本上均匀的加热输出，而与植入物相对于激励该植入物的磁场方向的取向无关。
本申请人的要求GB1801224.5优先权的、共同未决的已公布的欧洲公开文本No.EP3517068 A1(其内容通过引用并入本文)描述了一种检测系统和方法，其使用包括至少一个大巴克豪森跳跃(LBJ)材料件的可植入磁性标记物。将该标记物被部署成对体内的组织部位进行标记以供后续手术，并且该磁性检测系统包括手持式探头，该手持式探头在小于切换场下激励标记物来进行标记物的双稳态切换，从而使得在亚双稳态模式中生成谐波响应，该谐波响应允许对标记物进行检测和定位。所植入的标记物可以短于发起LBJ材料的双稳态切换所需的临界长度。
本发明的目的是提供一种克服或至少减轻上述缺点的改进的热疗植入物。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种热疗植入物，该热疗植入物包括至少一个磁性材料件，所述磁性材料在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)，其中，该植入物被配置成提供基本上与该植入物相对于施加的磁场的轴线(X)的取向无关的加热幅度(magnitude)。
优选地，该植入物包括被设置在不同平面中的多个磁性材料部分，这些部分按照以下方式设置：使得所述磁性材料部分中的至少一个磁性材料部分始终距贯穿所述植入物的任何轴线至多60°，更优选是至多55°。
优选地，将该植入物配置成提供该磁性材料的始终距贯穿该植入物的任何轴线至多60°、更优选是至多55°的至少一部分，从而提供距所施加的磁场轴线(X)至多60°、更优选是至多55°的一部分。
根据本发明的第二方面，提供了一种根据本发明的第一方面所述的热疗植入物，以用于在对人体或动物体内的组织进行热疗治疗中使用。
优选地，该植入物包括小于2mg并且更优选是小于1mg的LBJ材料，以便使被植入体内的材料量最小化。该材料可以以金属丝(wire)的形式来提供。这种材料的示例包括但不限于，经玻璃涂覆的富铁、富钴以及富镍非晶微丝、基于铁-硅-硼的非晶微丝、基于铁或钴的非晶微丝、和/或体金属玻璃丝，但是可以激励LBJ响应的任何材料都可能是合适的。可以将该金属丝进行涂覆和/或设在中空管内和/或可以从初始紧凑构型(configuration)部署成展开部署的构型。优选地，该植入物可由具有小于2mm内径的针来部署，以最小化与植入相关联的创伤和疼痛。
优选地，不管植入物相对于激励该植入物的磁场的轴线的取向如何，该植入物均提供基本上类似幅度的加热效果。这是重要的，以便提供一致的加热而不需要将磁场和标记物定向成相对于彼此的特定位置。如果加热效果的确是根据标记物和激励磁场的相对取向而改变，则加热量可能不容易预测，并且在其中标记物与磁场之间的磁耦合小的“不利”取向的情况下可能是不足的，或者在该耦合强的情况下可能是很大的。一旦已经将植入物放置在体内，标记物取向就可能是未知的，并且从手术的角度来看，不期望不得不确保或确认标记物被放置成特定取向。一旦植入，通常就不可能更改标记物在组织中的位置或取向，除非通过移动患者，而这可能是不可能的或不期望的。
在优选实施方式中，该植入物被配置成提供基本上与该植入物相对于所施加的磁场的轴线的取向无关的加热幅度。
在优选实施方式中，该植入物是以线圈式微丝的形式提供的。在另一实施方式中，植入物可以具有沿着线圈式金属丝的中心轴线的其他长度的微丝。在另一优选实施方式中，该植入物可以包括三边式四面体或四边式四面体，所述三边式四面体或四边式四面体例如分别包括被设置成形成四面体的三条边或四条边的三个微丝或四个微丝，或者该植入物可以包括三腿式三脚架，所述三腿式三脚架例如包括被设置成形成三脚架的三条腿的三个微丝。这些构型已经被示出，以提供基本上与该植入物相对于磁场的轴线的取向无关的加热幅度。
本发明的第三方面提供了一种对体内的组织中的热疗植入物进行加热的热疗治疗系统，该系统包括：
至少一个热疗植入物，该植入物包括至少一个磁性材料件，所述磁性材料在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)；
至少一个驱动线圈，所述至少一个驱动线圈被设置成利用交变磁场来激励该植入物；以及
磁场发生器，该磁场发生器被设置成驱动通过所述至少一个驱动线圈的交变磁场；
其中，该植入物的激励提供对周围组织的热疗，并且其中，该植入物被配置成提供基本上与该植入物相对于磁场轴线的取向无关的加热幅度。
优选地，该驱动场的频率介于30kHz至750kHz之间，并且场强介于1000A/m至20,000A/m之间。选定频率和场，以便最小化对周围健康组织的不希望的附带损伤。周围组织中的加热与场和频率的乘积fH成比例，并且因此这两个参数被选定成保持该乘积小于经历外周神经刺激或其他组织损伤的水平。精确值将取决于组织的类型以及组织或身体在该位置处的横截面。
优选地，在植入物包括多个长度的直的金属丝的情况下，该植入物内的各个LBJ材料件的长度小于采用所使用的形式的那种材料类型(例如，金属丝)的临界长度，并且优选地，各个直的金属丝件的长度小于10mm，并且更优选是小于6mm。
优选地，在植入物包括多个长度的直的金属丝的情况下，各个金属丝的长度与直径比小于100，并且更优选是所述长度与直径比在50至100的范围内。
本发明的第四方面提供了一种根据本发明第三方面的系统的使用，以用于对人体或动物体内的组织进行热疗。
本发明的第三方面和第四方面可以包括用于提供关于植入物的温度的反馈的温度传感器。优选地，该温度传感器与对驱动线圈施加的磁场的强度进行调节的控制器进行通信。
本发明的另一方面提供了一种对体内的植入物进行定位和加热的组合式检测与热疗治疗系统，该组合式系统包括：
至少一个可植入标记物，该可植入标记物包括至少一个磁性材料件，所述磁性材料在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)；
被设置成利用交变磁场激励该标记物的至少一个驱动线圈和被设置成检测从所所激励的标记物接收到的信号的至少一个感测线圈；
磁场发生器，该磁场发生器被设置成驱动通过所述至少一个驱动线圈的交变电流，以从该线圈生成交变磁场；以及
至少一个检测器，所述至少一个检测器被设置成从该感测线圈接收信号并检测所接收到的信号中的驱动频率的一个或更多个谐波，其中，所述至少一个驱动线圈在小于发起该标记物的LBJ材料的双稳态切换行为所需的切换场下激励该标记物；
该系统还包括用于激励该标记物以提供对周围组织的加热的至少一个驱动线圈，该标记物被配置成提供基本上与该标记物相对于磁场的轴线的取向无关的加热幅度。
要意识到，激励标记物以用于检测的所述至少一个驱动线圈是激励标记物以用于热疗治疗的驱动线圈是同一个。
在一个实施方式中，所述至少一个驱动线圈在小于发起该标记物的LBJ材料的双稳态切换行为所需的切换场下激励植入物。当被外部磁场(其与材料的瞬时极化相反的场强超过预定阈值，即切换场HSW)激励时，大巴克豪森跳跃材料(也被称为LBJ材料)、双稳态切换材料或者在其磁化曲线中具有大的不连续变化的材料会经历其磁极化的快速反转(“双稳态切换”行为)。在本发明中，植入物利用其LBJ材料的“亚双稳态”激励模式：即使在激励场小于“切换场”时，也使可测量的谐波响应被感测到。
LBJ材料还具有临界长度，小于该临界长度则无法看到双稳态切换行为。通常，LBJ金属丝的临界长度介于大约20mm至60mm之间。LBJ金属丝的“临界长度”和“切换场”的概念是例如从Vazquez(A soft magnetic wire for sensor applications.,J.Phys.D:Appl.Phys.29(1996)939-949)获知的。为了在其磁化曲线中具有大巴克豪森跳跃的金属丝中发起双稳态切换行为，该金属丝必须大于“临界长度”并且驱动场必须大于切换场HSW。
在本发明的植入物包括多个长度的直的材料的情况下，优选地将这些长度设成小于为快速反转所需的临界长度，通常是<25mm、更优选是<10mm，尤其是<6mm，并且具有小于200、更优选是小于100的长度与直径比，这是优选的，以便减小植入物的大小从而方便植入并标记更小的病变。
该系统优选地包括输出模块，该输出模块用于处理所接收到的谐波信号并向用户提供与标记物相对于感测线圈的位置相关的至少一个指示符，例如，标记物相对于感测线圈的接近度、距离、方向或取向的指示。
更优选地，系统处理标记物的谐波响应的一个或更多个方面，诸如一个或更多个奇次谐波(例如，3次谐波和5次谐波)的幅度、一个或更多个偶次谐波(例如，2次谐波、4次谐波以及6次谐波)的幅度、或两者的组合，或者这些谐波彼此的或与基频的比率。可以提供恰当的滤波器来增强所感测的信号。
该输出模块可以包括视觉显示器或声音发生器。
在本发明的这个方面的一个实施方式中，该驱动线圈和感测线圈都被设在手持式探头中，以简化用户对系统的安装。
在本发明的这个方面的另一实施方式中，该驱动线圈和感测线圈都被设在可配置臂中，该可配置臂可以移动将线圈定位到靠近患者的治疗区域。该臂优选地能够附接至便携式单元，该便携式单元可以被运输至患者以方便治疗。
根据本发明的又一方面，提供了一种热疗治疗的方法，所述方法包括：将热疗植入物植入到人体或动物体内的组织中，该植入物包括至少一个磁性材料件，所述磁性材料在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)；以及利用交变磁场激励该植入物，以提供对周围组织的热疗，该植入物被配置成提供基本上与该植入物相对于磁场轴线的取向无关的加热幅度。
所述方法还可以包括检测植入物的位置，所述方法包括：向植入物施加交变磁场以激励标记物，该场具有小于发起该标记物的LBJ材料的双稳态切换行为所需的切换场的幅度；以及检测从所激励的植入物接收到的信号的驱动频率的一个或更多个谐波，所述一个或更多个谐波是由植入物在小于其切换场下的磁化中的变化变化引起的。
优选地，该用于检测的驱动频率高于1kHz，优选是在1kHz至100kHz的范围内，尤其在10kHz至40kHz的范围内。该用于加热的驱动频率优选是30kHz至750kHz、优选是>250kHz。
所述方法优选地包括：测量植入物的谐波响应方面，以提供与该植入物的位置相关的输出。例如，这可以是一个或更多个奇次谐波的幅度、一个或更多个偶次谐波的幅度、或两者的组合、这些谐波彼此的比或这些谐波与基频的比。可以提供对信号的恰当滤波和处理，以增强由所述方法提供的输出。
附图说明
为了更好地理解本发明并且更清楚地示出如何使本发明生效，现在仅通过示例方式对附图进行参考，其中：
图1是根据本发明的一个实施方式的磁性种子热疗治疗系统的框图；
图2是根据本发明的另一实施方式的磁性种子热疗治疗系统的框图；
图3是例示将根据本发明的磁性种子热疗治疗系统用于治疗乳腺癌的示意图；
图4是例示用于研究根据本发明的实施方式的热疗植入物的加热的实验装置的示意图，其中示出了热疗植入物平行于磁场轴线X定位；
图5是例示使用图4所示的实验装置的各种类型的种子植入物的加热效果的柱状图；
图6是例示按种子体积归一化的各种类型的种子植入物的加热效果的柱状图；
图7是例示根据本发明的实施方式的磁性种子热疗植入物相对于磁场轴线X的各种取向的加热效果的柱状图；
图8A和图8B例示了根据本发明的实施方式的两种类型的线圈式热疗植入物；
图9是例示图8A和图8B的植入物在相对于磁场轴线X的两个取向上的加热效果的柱状图，所述植入物具有带有轴向芯和不带有轴向芯的线圈式微丝；
图10是例示根据本发明的另一实施方式的磁性种子热疗植入物在四个取向上的加热效果的柱状图，所述植入物具有包括三个长度为6mm的非晶微丝的三边式四面体；
图11A、图11B和图11C例示了三种类型的可部署植入物，图11B的植入物被用于图10所示的加热效果，而图11C的植入物被用于图17所示的加热效果；
图12是示出各种类型的热疗植入物的加热与时间的关系的曲线图；
图13是例示在不同的场强和频率的情况下根据本发明的实施方式的热疗植入物和其他类型的植入物的加热效果的柱状图；
图14A和图14B分别是可以与根据本发明的热疗治疗系统组合的检测系统的实施方式的示意图和框图；
图15示出了当激励场以100Hz增加时，与LBJ金属丝相比，正常非晶金属线的三次谐波(H3)响应；
图16例示了根据本发明的另一可部署植入物，示出了该植入物中的各个微丝的长轴线与为加热植入物而施加的磁场的轴线之间的角度；以及
图17是例示根据本发明的另一实施方式的磁性种子热疗植入物的在四个取向上的加热效果的图，所述植入物具有包括四个长度为4.8mm的非晶微丝的四边式四面体。
具体实施方式
本发明涉及可以被植入到需要热疗治疗的组织中的热疗植入物。该植入物包括至少一个磁性材料件，所述磁性材料在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)。本发明还提供了一种对体内组织中的热疗植入物进行加热的热疗系统，该系统包括：至少一个热疗植入物，该植入物包括至少一个磁性材料件，所述磁性材料在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)；至少一个驱动线圈，所述至少一个驱动线圈被设置成利用交变磁场来激励该植入物；以及磁场发生器，该磁场发生器被设置成驱动通过所述至少一个驱动线圈的交变磁场；其中，该植入物的激励提供周围组织的热疗处理。可以将该热疗系统容纳在静态单元中或者方便接近患者的便携式单元中。
为清楚起见，“在其磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)的磁性材料”是指这样的材料，即，如果该材料以合适的几何形状和大小或长度提供，并且由合适的磁场幅度和频率驱动，则可以在其磁化中生成被称为大巴克豪森跳跃的快速反转。在示例或实施方式之一中使用的任何特定的金属丝均可能没有足够的大小或形状，并且可能不由用于在其磁化中创建快速反转的恰当的场驱动，但是“LBJ”描述是指其磁性材料属性，使得如果具有正确的几何形状和大小并且由恰当的场驱动则具有相同磁性材料属性的材料件可以在磁化中生成快速反转。
已经发现，根据本发明的磁热疗植入物提供基本上均匀的加热输出，而与植入物相对于激励植入物的磁场的方向的取向无关，从而确保在治疗期间植入物的有效加热。而且，该植入物在部署之前可以被设成小的大小(<10mm长)、可以通过小针(16g至18g)递送，并且对于植入和手术移除是稳健的。
附图中的图1和图2例示了根据本发明的两个实施方式的热疗治疗系统的基本部件。将根据本发明的热疗植入物20插入到需要治疗的组织区域中。然后，被连接至信号发生器4、放大器6以及AC驱动场线圈8的电源2能够激励植入物20，从而使该植入物发热。可选地，可以提供温度传感器10来监测植入物的温度，并且温度反馈控制器12将该数据反馈回到放大器6以控制植入物的温度输出，如图2所示。
图3例示了将根据本发明的热疗治疗系统，以供在乳腺癌的治疗中使用。将根据本发明的植入物20放置到需要热疗法的组织区域中，诸如定位于乳房组织中的肿瘤30中。基本单元1包括信号发生器和放大器，该基本单元用于向包括驱动线圈的手持件(handpiece)14供应交流电流或电压，来自基本单元的电流或电压驱动手持件的线圈中的磁场。将手持件被放置到待治疗组织附近，并且手持件中的线圈创建用于使热疗植入物20磁化的交变磁场。植入物中的交变磁化通过磁滞损耗或涡电流在植入物中生成热，该热直接破坏细胞，或者激活肿瘤细胞中的各种细胞过程，以使这些肿瘤细胞经历细胞凋亡或者增强免疫系统识别和杀死肿瘤细胞的能力。还可以将驱动线圈安装在被连接至位于地上或者方便表面上的便携式单元的臂上以便于治疗，而无需用手握住该单元。
大多数乳腺癌在诊断时直径小于20mm，并且许多乳腺癌特别是在通过筛查程序进行诊断的情况下直径小于10mm。另外，需要治疗的淋巴结的大小通常小于8mm，并且大小经常是4mm至6mm。在治疗癌症时，重要的是治疗患病组织，但最小化对肿瘤周围健康组织的损伤。因此，热疗植入物的大小是重要的因素，并且对于这些早期癌症，优选小的植入物，其一旦被部署，总直径小于20mm，并且更优选地是小于10mm(即，标记物将基本上安置在该直径的球体内)。这意味着在使用直的金属丝件的情况下，这些金属丝的长度需要小于10mm的长度。然而，对于在其磁化曲线中展现出LBJ的常规金属丝，这存在问题，因为10mm小于该金属丝的临界长度，并由此将看不到切换行为。这在使用具有LBJ的金属丝的磁性标记物的多个现有技术专利中进行了解释，这些现有技术专利的教导清楚地鼓励了增加的金属丝长度以及高的金属丝长度与金属丝直径比，以便看到切换行为。例如参见US466025、EP0961301、EP0710923、JP2003 308576、US6230038以及EP1258538。这些专利中没有一个公开了长度小于10mm的金属丝，并且没有一个公开了小于200的长度与直径比，其中所公开的典型值处于200至400的范围内。在这方面，高的长度与直径比被认为是有效生成切换或磁化反转行为所必需的。而且，给定被用于这些标记物的微丝的直径的典型范围(在30μm至125μm的范围内)，使金属丝的长度最大化是实现所需的高长度与直径比的主要方式。因此，该现有技术教导了长度小于10mm并且长度与直径比小于200的微丝将不能提供期望的切换行为。
令人惊讶的是，本发明人已经发现，长度小于10mm且长度与直径比小于200的这种金属丝件在使用亚双稳态激励模式进行激励时能够产生有效的加热。长度与直径比被定义为直的金属丝的长度除以该金属丝的最大横截面直径。在金属丝不具有圆形横截面的情况下，例如在矩形截面的情况下，将直径取为横截面的最长对角线大小。
在使用直的LBJ磁性材料件的情况下，也可以将标记物中的这些金属丝件设成小于实现双稳态切换行为所需的LBJ材料的临界长度，例如，小于10mm并具有小于200的长度与直径比。
本发明的LBJ植入物的实施方式的“临界长度”(诸如下面的示例1中的“e”)为40mm左右，这意味着这种材料的短于40mm的金属丝不能展现出大巴克豪森跳跃切换行为。因此，应意识到，虽然本发明的植入物需要在其磁化曲线中具有LBJ的材料(因为这样的材料提供改进的加热)，但是所使用的植入物(其中使用直长度的金属丝)小于临界长度，并由此对于要看到LBJ切换行为来说太短。现有技术认为LBJ金属丝在以小于其临界长度的长度使用时是无用的，但是本发明人惊奇地发现，虽然本发明的加热效果需要LBJ金属丝材料以及它们所拥有的磁属性，但是它的功能不依赖于现有技术中描述的LBJ切换行为。
下面的表1示出了根据本发明，使用图4所示的装置，在525kHz的频率下施加5kA/m的磁场来测试各种类型的种子植入物的加热效果的结果。LBJ磁性微丝具有各种不同的成分、直径以及长度。在各种情况下，可以看到可测量的加热效果。金属丝的长度范围为2mm至8.4mm，并由此所有金属丝都适用于热疗植入物。金属丝的长度与直径比的范围为14至87。虽然具有更高的长度与直径比的金属丝倾向于提供改进的加热，但是即使具有非常低的长度与直径比的一些金属丝也提供足够的性能，例如表1中的行2和行10，其中长度与直径比分别为33.6和28。这种非晶微丝的常规制造工艺通常产生直径介于30μm至125μm之间的金属丝，并且直径更通常为100μm左右。因此，如果金属丝的长度需要小于10mm，则长度与直径比将必须小于100。因此，长度与直径比的最佳范围是：足够高，以实现足够的加热(即，大于15)，但也足够低，以使金属丝对于在植入物中的使用而言不是太长(即，对于直径为50μm或更小的金属丝来说小于200，并且更优选地，在金属丝直径为约100μm的情况下，该比值小于100，并且更优选是处于50到100的范围内)。
表1
Figure BDA0003428854170000121
执行各种其他实验，以研究根据本发明的热疗植入物的加热效果，并将其与其他现有技术的热疗植入物进行比较。
示例1：
研究根据本发明的实施方式的热疗植入物和各种其他类型的热疗种子植入物的加热效果。
使用图4所示的装置，执行磁热疗实验，以研究各种类型的种子植入物(包括本发明的植入物)的加热效果。
研究了5种不同类型的植入物材料，如下详细说明的：
(a)铁素体不锈钢，直径0.9mm×长度5mm；
(b)铜丝，直径0.1mm×长度5.7mm；
(c)不具有LBJ的非晶高磁导率微丝，直径0.1mm×长度5.5mm；
(d)锰铁铁素体，直径1.0mm×长度5.3mm；
(e)具有LBJ的非晶微丝，直径0.1mm×长度5.9mm。
将各个植入物20放置在含有0.25ml水40的小瓶42中，该小瓶被用于激活植入物的水冷式热疗线圈8围绕，并且水的温升被记录。将各个植入物(a)至(e)在两个取向上进行测试；平行于磁场轴线X(如图4所示)和垂直于磁场轴线。在525kHz的频率下，通过5000A/m的场来激励植入物。
图5例示了结果，其中系列1示出了当植入物垂直于磁场时的结果，并且系列2示出了当植入物平行于磁场时的结果。结果表明，由铁素体不锈钢制成的植入物(a)在平行于场时生成显著的加热响应，但在垂直于场时生成最小的响应。铁素体也在平行于场时产生更高响应，但是响应的幅度大大降低。
还测试了类似尺寸的三种金属丝(b)、(c)以及(e)。非磁性的铜丝在任一方向上都不产生加热效果。具有高磁导率但在其磁化曲线中没有LBJ的非晶微丝在平行于场时产生中度响应，但在垂直于场时没有响应。这表明，通过材料的磁属性(直接是由于磁化曲线中的磁滞或者是因磁性材料将磁场集中在植入物中而造成金属丝中增加的涡电流损耗)增强了磁金属丝中的加热。与此相反，在非磁性但高度导电的铜丝中没有加热。具有高磁导率并且在其磁化曲线中具有LBJ的非晶微丝(e)在平行于场时产生强加热响应，而在垂直于场时没有响应。这表明在金属丝中存在LBJ对于改善热生成是重要的。
图5中获得的数据通过植入物的体积进行归一化(即，温度增加除以植入物的体积)，以示出每单位体积植入物的加热效果。图6示出了该结果。这表明与铁素体不锈钢(a)相比，高磁导率植入物(c)将加热提高了10倍，而本发明的LBJ植入物(e)将加热提高了40倍，进一步证明了磁化曲线中的LBJ对于提高由植入物提供的加热效果的重要性。增加的加热效果可能是由于金属丝中增加的磁滞损耗或者是因为金属丝的磁化使磁场在金属丝中更强地集中或者经由另一机制的缘故。
示例2：
研究根据本发明的实施方式的热疗植入物相对于磁场轴线的取向对植入物的加热效果的影响。
使用图4所示的实验装置研究了根据本发明的热疗植入物相对于磁场轴线的取向的影响。
图7示出了来自具有LBJ的非晶微丝(e)在相对于磁场轴线X的不同取向上的加热效果。在平行于场的情况下获得最大效果，并且当植入物与场成45°角时也实现显著加热，因此例示了植入物相对于磁场轴线的取向可能存在一些变化。在与场成70°角时，加热减少到最大值的一半左右。因此，为了使加热效果最大化，期望使植入物在场轴线的70°内，并且更优选是在场轴线的45°内。然而，实际上这可能难以实现，因为需要获知植入物的取向和从所需角度接近场。
示例3：
研究根据本发明的两个实施方式的热疗植入物相对于磁场轴线的取向对植入物的加热效果的影响。
研究了两种不同构型的具有LBJ的非晶微丝以评估它们用作根据本发明的热疗植入物的适用性。一种植入物包括如图8A所示的具有LBJ的线圈式微丝，并且另一种植入物包括如图8B所示的线圈式LBJ微丝，该线圈式LBJ微丝设有延伸穿过轴向芯的另一非晶LBJ金属丝件。
图9示出了在两个取向(垂直于磁场和平行于磁场)上从图8A和图8B所例示的植入物获得的加热效果。
令人惊讶地是，包括处于细不锈钢管(该细不锈钢管然后形成线圈)中的微丝的线圈(图8A)在线圈轴线垂直于场轴线时生成显著的加热效果，而当线圈与磁场轴线对准时生成最小的加热。这是令人惊讶的，因为由于当金属丝是直的并且与磁场对准时会看到LBJ效应，所以通常LBJ金属丝从未被用于线圈构型，并且还因为直观地认为，当线圈的长轴与场对准时预期该线圈将会产生更强的加热效果。
当将处于类似不锈钢细管内的另一轴向非晶LBJ金属丝件添加至线圈，从而沿着该线圈的轴线延伸时(图8B)，则该植入物在平行于场轴线和垂直于场轴线两者时均生成显著的加热效果。因此，具有轴向芯件的线圈植入物生成基本上类似的加热效果，而与植入物相对于磁场的取向无关。因此，这种构型的植入物特别适合用作热疗植入物。
当与磁场对准时，线圈单独的加热效果很小但不是零。这种小的效果是因为利用紧密缠绕的线圈，形成线圈的金属丝主要与线圈轴线成直角。这种加热效果可以通过增加线圈的节距使得线圈式金属丝的更大部分处于场轴线的45°角内来增加。由此，在最佳节距处，单个线圈可以产生基本上与植入物相对于磁场的取向无关的加热效果。
线圈可以在部署之前和之后处于其最终构型。另选地，线圈可以在部署时改变构型，从而允许从细规格针部署更大的线圈。在优选实施方式中，线圈是非卷绕的并且在针内基本上是直的，但是在部署时形成线圈形状。在另一实施方式中，线圈在针内径向或轴向压缩，并在部署时扩张以形成更大大小的标记物。
线圈优选地包括1匝至20匝，并且更优选是介于3匝至10匝之间。必须提供足够的匝数以在植入物内提供足够的磁性材料来生成加热响应。然而，更多的匝数使得植入物更大，并且制造更为复杂且昂贵。
示例4：
研究根据本发明的另一实施方式的热疗植入物相对于磁场轴线的取向对植入物的加热效果的影响。
使用图4所示的实验装置来研究具有三边式四面体的LBJ热疗植入物的加热效果。植入物包括三个长度为6mm的非晶微丝，如附图中的图11B示意性地示出的。将金属丝60设置成形成四面体的三条边。在这种情况下，为了便于构造，将金属丝封装在厚度为0.33mm的PET套管80中。
图10中的柱状图示出了在四个不同取向上的加热效果。在每个取向上均有显著的加热，表明加热效果基本上与植入物相对于场轴线的取向无关。因此，这种构型的LBJ植入物也高度适合用作热疗植入物。
示例5：
研究根据本发明的又一实施方式的热疗植入物相对于磁场轴线的取向对植入物的加热效果的影响。
使用图4所示的实验装置来研究具有四边式四面体的LBJ热疗植入物的加热效果，但是在该示例中，植入物是在含有1.25ml的水以容纳标记物的小瓶内加热的。植入物包括四个长度为4.8mm的非晶微丝60'，如附图中的图11C示意性地示出的。将金属丝设置成形成四面体的四条边。在这种情况下，为了便于构造，将金属丝封装在外径为0.26mm并且壁厚度为50μm的镍钛诺(nitinol)套管80'中。
图17中的柱状图示出了在四个不同取向上的加热效果。在每个取向上均有显著的加热，表明加热效果基本上与植入物相对于场轴线的取向无关。因此，这种构型的LBJ植入物也高度适合用作热疗植入物。
从示例3、示例4以及示例5的结果可以看出，可以以多于一种方式来实现基本上与植入物相对于场轴线的取向无关的加热效果(“均匀”加热效果)。示例3表明，通过微丝线圈和轴向金属丝一起可以实现均匀的加热效果。通过具有更大节距角的单独线圈也可以产生类似的效果。示例4和示例5表明，通过包括若干微丝件的植入物可以实现均匀的加热效果，这些微丝件被配置成使得对于所施加磁场的任何取向，均存在与场部分地对准的微丝。如示例2表明，来自单个金属丝的加热效果随着金属丝轴线与所施加的磁场的轴线之间的角度接近于零而增加，即，金属丝需要至少部分地与场对准以便看到加热效果。当角度为45°时，加热效果约为最大值的85％，并且当角度为70°时，加热效果约为最大值的一半。通过对图7中的值进行插值，当角度为55°时，加热效果将为最大值的70％，并且当角度为60°时，加热效果将为最大值的62％。
附图中的图16例示了根据本发明的假设(hypothetical)标记物，其包括在具有轴线X的磁场中的若干直的微丝60a、60b、60c。示出了三个微丝。在图16中，将这些金属丝在一端接合起来，但是在一般情况下，不需要以这种方式接合金属丝，并且它们可以是分离的，或者以其他构型进行接合。n个微丝中的各个微丝与场轴线X之间的角度由角度
Figure BDA0003428854170000161
给出。各个角度是在包括微丝轴线和场轴线两者的平面中测得的。对于包括三个或更多个直的微丝的标记物，优选地，对于所施加的磁场轴线X的任何取向，这些微丝中的至少一个微丝的角度
Figure BDA0003428854170000162
的值小于或等于55°°，以便确保基本上与标记物相对于场的取向无关的加热。换句话说，优选地，场轴线距至少一个微丝的轴线从不大于55°。对于任何构型的金属丝，可以计算最大角度，即，场轴线可以距与金属丝对准的最大角度。在有三个正交微丝的情况下，最大角度接近55°°。对于图11A的三边式四面体标记物(示例4)，最大角度大于60°。对于图11C的四边式四面体标记物(示例5)，最大角度介于40°至60°°之间。
选择磁场轴线X距至少一个微丝从不大于55°°的植入物构型，意味着至少一个微丝将贡献其最大加热效果的至少70％左右。因此，通过将金属丝彼此恰当地间隔开，可以使加热效果基本上与植入物相对于磁场轴线X的取向无关。本领域技术人员将清楚的是，可以将该教导应用于包含若干直的金属丝的其他几何形状：优选的构型是这样选定的构型，即，使得穿过植入物的空间中的任何轴线(表示所施加的场的轴线)距一个或更多个微丝的轴线不大于55°。这种构型针对植入物相对于所施加的磁场的取向，将具有改善的加热均匀性。应意识到，通过使植入物中具有更大量的微丝可以更容易地实现这种条件，但是为了使植入物易于制造并且通过小针在体内部署，植入物中直的微丝的最佳数量介于3至6之间。
示例6：
研究根据本发明的实施方式的热疗植入物和其他类型的植入物随时间的加热效果。
图12是示出各种磁热疗植入物的加热与时间的关系的曲线图，特别是铁素体不锈钢标记物(示例1中的“a”)、不具有LBJ的非晶高磁导率微丝(示例1中的“c”)以及具有PET涂层的非晶LBJ微丝的三边式四面体(如示例4中所使用的以及图11B中所示出的)的加热与时间的关系的曲线图。在将场切断之前，加热效果持续增加5分钟左右的时间段。
因此，本发明提供了新的热疗植入物，该新的热疗植入物的大小适合于植入，并且可以从相对于磁场轴线的多个取向进行加热，从而极大地提高了设备的效率。
示例7：
研究在不同的场强和频率的情况下根据本发明的实施方式的热疗植入物和其他类型的植入物的加热效果。
图13是示出各种磁热疗植入物的加热与时间的关系的曲线图，特别是铁素体不锈钢标记物(示例1中的“a”)、具有LBJ的非晶高磁导率微丝(示例1中的“e”)、图8B的包括具有LBJ微丝轴向芯件的LBJ微丝的线圈植入物的标记物、以及具有PET涂层80的非晶LBJ微丝60的三边式四面体(如示例4中所使用的以及图11B中所示出的)的加热与时间的关系的曲线图。
该曲线图表明，加热效果随着场强的增加和驱动场频率的增加而增加。
示例8：
根据本发明的另一实施方式的用于定位和加热治疗区域的组合磁性标记物和热疗植入物。
如在前文中描述的植入物具有能够作为标记物的双重功能的显著附加益处，如在本申请人的共同未决的未公布申请No.GB1801224.5中所描述的。该植入物还可以充当磁性标记物，该磁性标记物可以被植入以用于对体内的目标部位(诸如软组织中的肿瘤或其他病变或者关注部位)进行标记，并且随后使用手持式探头进行检测和定位(参见图14A)。可以将标记物放置在病变中或病变附近，或者可以放置多个标记物以标记手术部位的边缘或周边，例如软组织肉瘤的边缘。
针对这种类型的标记物的检测系统利用先前未被识别的LBJ材料的不同激励模式。本发明人发现，即使在金属丝的长度小于“临界长度”并且激励场小于“切换场”时，被并入标记物中的LBJ材料的不同激励模式也会产生可测量的谐波响应，参见图15。除了LBJ材料的已知双稳态行为之外，这是以前未识别到的“亚双稳态”行为。LBJ金属丝的“临界长度”和“切换场”的概念是例如从Vazquez(A soft magnetic wire for sensorapplications.,J.Phys.D:Appl.Phys.29(1996)939-949)获知的。而且，该效果在更高激励频率下幅度增加，并且可以在远高于3kHz的频率下作用。这种实现使得能够提供一种新型检测系统，该新型检测系统具有优于使用可植入磁性标记物来标记病变部位的先前系统的属性。
因此，该检测系统采用：可植入磁性标记物，该磁性标记物包括至少一个大巴克豪森跳跃(LBJ)材料件，该LBJ材料件被部署成标记体内的组织部位以供后续手术；以及磁性检测系统，该磁性检测系统包括激励该标记物的驱动线圈。该系统的特征在于，当驱动线圈在小于用于标记物双稳态切换的切换场下利用交变磁场激励该标记物时，生成允许检测和定位标记物的谐波响应。此外，该场用于加热标记物，从而同时提供对该部位的热疗。因此，本发明提供了一种使用同一植入物来检测肿瘤的位置并向该位置提供热疗治疗的组合式系统。这显然优于必须执行多次外科手术以插入和移除用于定位治疗部位和用于执行热疗的不同类型的植入物。
当将LBJ材料暴露于这样的外部磁场(切换场HSW)时，该LBJ材料的磁极化经历快速反转：该外部磁场的与所述材料长度的瞬时磁极化相反的场强超过预定阈值。这种磁化反转生成具有丰富谐波分量的磁脉冲。常规上，标记物的大小被设计成大于所谓的“临界长度”，即，磁化可以经历生成显著谐波响应所需的完全双稳态转变或“翻转”行为的长度。然而，由本申请人识别的“亚双稳态”行为使得能够在显著小于其临界长度和/或小于切换场HSW下从标记物获得谐波响应，并且这对于用于定位可植入标记物以及将其用作热疗植入物是有利的。
该谐波方法还允许检测标记物，同时相对地不受基频下的噪声源(诸如杂散场、来自组织的抗磁响应、以及涡电流)的影响。
检测系统的探头在图14B中例示出，并且包含一个或更多个感测线圈，所述一个或更多个感测线圈被设置成检测由标记物的磁化变化而引起的磁场变化，并且理想地，该探头给出相同的响应幅度，而与标记物被接近的方向无关。这是为了向外科医生提供关于标记物相对于探头的位置的一致反馈。
频率发生器(例如振荡器或波形发生器(fD为0.5kHz至30kHz)生成优选是正弦的交变信号，该信号激励一个或更多个驱动线圈102。正弦信号使驱动场中的谐波分量最小化，使得感测线圈检测不到寄生谐波信号。所述一个或更多个驱动线圈生成交变磁场，该交变磁场延伸到包含磁性标记物6的组织中，该磁性标记物包括至少一个大巴克豪森跳跃(LBJ)材料件。
交变磁场激励标记物，并且该标记物的磁化导致在场中生成谐波分量。取决于标记物的布置，谐波可以是奇次谐波(3次谐波、5次谐波、7次谐波等)或偶次谐波(2次谐波、4次谐波、6次谐波等)或者奇次谐波和偶次谐波两者的组合。通过直接测量所述谐波频率中的一个或更多个谐波频率的幅度、或者通过测量一个或更多个谐波的幅度与其他谐波的幅度的比率、或者通过测量一个或更多个谐波的幅度与基频的幅度的比率来检测该标记物。
来自标记物的响应由一个或更多个感测线圈进行检测，以生成感测电压或电流。优选地，感测线圈处于手持式探头或机器人探头中。可以将高通滤波器或陷波滤波器设置成至少滤除或衰减驱动频率下的感测信号的分量，使得所得信号在驱动频率下具有最小内容，并且包括该信号的更高次谐波分量，例如二次谐波、三次谐波、四次谐波、五次谐波或七次谐波或者这些谐波的组合。滤波器可以采取包括例如电容器、电感器以及电阻器之类的已知布置的无源LCR型滤波器的形式，或者采取包括例如基于一个或更多个运算放大器的已知布置的有源滤波器的形式。
可以将经滤波的信号馈送至谐波检测电路，该谐波检测电路放大该信号的一个或更多个谐波分量，并将该信号转换成从探头到标记物的距离量度。用户显示器和声音发生器向用户提供视觉和音频输出，从而例如指示标记物的接近度或磁信号的幅度。该系统可以指示标记物的接近度、大小、到标记物的距离、标记物的方向或取向、或者这些的组合。
来自驱动线圈的驱动信号可以由滤波器进行电子滤波以衰减驱动信号的任何谐波部分，以使交变磁场主要处于期望的激励或驱动频率。这有助于避免可能被错误地解释为谐波响应的更高频率下的寄生响应。若期望的话，可以通过叠加/调制或者通过多路复用信号使得在不同的时间生成不同的频率，来增加多于一个的驱动频率以创建更复杂的磁信号。
如上提及，本发明的热疗植入物(该热疗植入物也可以用作检测系统的标记物)包括一个或更多个长度的材料(“磁性标记物材料”)，所述材料对由磁化曲线中的大巴克豪森不连续性产生的交变磁场给出谐波或非线性响应。这类材料的示例包括富铁、富钴以及富镍的经玻璃涂覆的非晶微丝、基于铁-硅-硼的非晶微丝、基于铁-钴的非晶微丝、以及体金属玻璃丝。
优选地，提供标记物和热疗植入物两者，其提供对从任何给定方向皆均匀的交变磁场的谐波响应。在本申请人的共同未决的申请No.GB1801224.5中描述了各种类型的标记物/植入物，并且所述标记物/植入物包括：被弯曲成圆的一部分的一个长度的磁性标记物材料，其中该磁性标记物材料的一端朝着中心径向弯曲并且然后基本上以90°弯曲以形成沿着圆的轴线的一部分；另一个标记物/植入物可以包括沿着三个正交轴线x、y以及z设置的多个长度的磁性标记物材料，以形成“千斤顶(jack)”的形状；或者所述标记物/植入物可以包括采用圆形驻波形状的一个长度的磁性标记物材料，即，被形成为均匀的波形并且然后被弯圆以使端部接合，并且形成平面视图中的圆。然而，要意识到，该植入物不限于任何一种特定的构型。
该植入物的磁性材料也可以被设在生物相容的阻挡层或壳内。该壳还可以起作用以帮助植入物从其处于部署设备内时的初始形状和构型被部署至一旦该植入物离开部署设备并处于组织内时的最终位置。例如，包含磁性材料的一个或多个管或壳可以包括生物相容的形状记忆合金(诸如镍钛诺合金)，该合金按照以下方式制造：即，使得所述材料在离开部署设备并暴露于体温时执行形状转变并从可以安置在窄规格针(例如，14g至18g)内的预部署形状重新配置成最终部署形状。
在另一示例中，包含磁性植入物材料的一个或多个管包括生物相容的弹性可变形材料(诸如超塑性镍钛诺合金或弹簧材料)，使得当该一个或多个管在体内部署时，其通过例如材料的弹性从可以安置在窄规格针(例如，14g至18g)内的预部署形状弹性地重新配置成最终部署形状。合适的部署设备可以包括针和柱塞。在使用中，针是在成像引导下插入目标组织的。将部署设备按照以下方式设置：即，使得当压下柱塞时，将磁性植入物从针的端部部署到目标组织中。还可以将壳体材料选定成：例如通过使用更导电的材料(诸如金或金涂层)来最大化涡电流加热。
本发明提供了一种用于热疗治疗的新颖热疗植入物和系统，以及用于检测治疗部位的位置并且以热疗方式治疗该部位的组合式系统。该热疗植入物至少包括LBJ磁性材料件，所述至少一个LBJ磁性材料件由驱动线圈激励并且有效地加热周围组织。该标记物可以采用LBJ磁性材料的线圈的形式，或者包括一个或更多个直的LBJ磁性材料件，或者这两者的组合。也可以在低于双稳态切换场的场以及从任何方向测得的所生成的谐波下来激励热疗植入物，以确定植入物的位置和取向，从而提供该植入物的位置。在使用直的LBJ磁性材料件的情况下，也可以将标记物中的这些金属丝件设为小于能够实现双稳态切换行为所需的LBJ材料的临界长度，例如，小于10mm并且具有小于200的长度与直径比。

Claims (24)

1.一种热疗植入物，所述热疗植入物包括至少一个磁性材料件，磁性材料在该磁性材料的磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)，其中，所述植入物被配置成提供基本上与所述植入物相对于施加的磁场的轴线(X)的取向无关的加热幅度。
2.根据权利要求1所述的热疗植入物，其中，所述植入物热疗植入物包括多个磁性材料部分，所述部分按照以下方式设置：使得所述磁性材料部分中的至少一个磁性材料部分始终距贯穿所述植入物的任何轴线至多60°，更优选是至多55°。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的热疗植入物，其中，所述植入物包括小于2mg的LBJ材料。
4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的热疗植入物，其中，所述植入物是以线圈式微丝的形式提供的。
5.根据权利要求4所述的热疗植入物，其中，所述线圈式微丝设有沿着该线圈式微丝的中心轴线的其他长度的微丝。
6.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的热疗植入物，其中，所述植入物包括被设置在不同平面中的至少三个直的微丝，“n”个微丝中的各个微丝与所述磁场的轴线之间的角度为
Figure FDA0003428854160000011
各个角度是在包括微丝轴线和所述磁场的轴线两者的平面中测得的，其中，对于所述磁场的轴线X的任何取向，所述微丝中的至少一个微丝的
Figure FDA0003428854160000012
值小于或等于55°。
7.根据权利要求权利要求1至3或权利要求6中任一项所述的热疗植入物，其中，所述植入物选自：由三个微丝形成的三边式四面体，所述三个微丝形成四面体的边中的三条边；包括三个微丝的三腿式三脚架，所述三个微丝被设置为形成三脚架的三条腿；以及由四个微丝形成的四边式四面体，所述四个微丝形成四面体的边中的四条边。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的植入物，其中，所述植入物内的各个微丝小于该材料的临界长度，优选地其中，所述植入物的长度＜10mm，尤其是＜5mm。
9.根据权利要求6、权利要求7或权利要求8所述的植入物，其中，长度与直径比小于200，优选是小于100，尤其是50至100。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热疗植入物，所述热疗植入物用于在对人体或动物体内的组织进行热疗治疗中使用。
11.根据权利要求10所述的用于使用的热疗植入物，其中，热疗治疗是通过向所述植入物应用磁场发生器来执行的，驱动场的频率为30kHz至750kHz，并且场强为1000A/m至20,000A/m。
12.一种对体内组织中的热疗植入物进行加热的热疗系统，所述系统包括：
至少一个根据前述权利要求中任一项所述的热疗植入物；
至少一个驱动线圈，所述至少一个驱动线圈被设置成利用交变磁场来激励所述植入物；以及
磁场发生器，所述磁场发生器被设置成驱动通过所述至少一个驱动线圈的交变磁场，
其中，对所述植入物的激励提供对周围组织的热疗治疗，并且其中，所述植入物被配置成提供基本上与所述植入物相对于所述磁场的纵向轴线的取向无关的加热幅度。
13.根据权利要求12所述的热疗治疗系统，其中，设置有温度传感器，以提供关于所述植入物的温度的反馈。
14.根据权利要求13所述的热疗治疗系统，其中，所述温度传感器与控制器通信，所述控制器用于调节所述驱动线圈施加的磁场的强度。
15.一种根据权利要求12至14所述的系统的使用，以用于对人体或动物体内的组织进行热疗治疗。
16.一种对体内的植入物进行定位和加热的组合式检测与热疗治疗系统，所述组合式系统包括：
至少一个可植入标记物，所述可植入标记物包括至少一个磁性材料件，磁性材料在该磁性材料的磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)；
被设置成利用交变磁场激励所述标记物的至少一个驱动线圈和被设置成检测从所激励的标记物接收到的信号的至少一个感测线圈；
磁场发生器，所述磁场发生器被设置成驱动通过所述至少一个驱动线圈的交变电流，以从所述线圈生成交变磁场；以及
至少一个检测器，所述至少一个检测器被设置成从所述感测线圈接收所述信号并检测所接收到的信号中的驱动频率的一个或更多个谐波，其中，所述至少一个驱动线圈在小于发起所述标记物的LBJ材料的双稳态切换行为所需的切换场下激励所述标记物；
所述系统还包括用于激励所述标记物以提供对周围组织的加热的至少一个驱动线圈，所述标记物被配置成提供基本上与所述标记物相对于所述磁场的轴线的取向无关的加热幅度。
17.根据权利要求16所述的组合式系统，其中，激励所述标记物以用于检测的所述至少一个驱动线圈与激励所述标记物以用于热疗治疗的驱动线圈是同一个。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的组合式系统，其中，将10kHz至40kHz的驱动频率施加到所述标记物以用于对所述标记物进行检测，并且将30kHz至750kHz、优选是大于250kHz的更高频率施加到所述标记物以用于对所述周围组织进行加热。
19.根据权利要求16、17或18所述的组合式系统，其中，所述驱动线圈和感测线圈两者被设在手持式探头中。
20.根据权利要求16、17或18所述的组合式系统，其中，所述驱动线圈和感测线圈两者被设在可配置臂中，所述可配置臂能够移动以将所述线圈定位成靠近患者的治疗区域，优选是其中，所述臂能够附接至便携式单元。
21.一种热疗治疗的方法，所述方法包括：将热疗植入物植入到人体或动物体的组织中，所述植入物包括至少一个磁性材料件，磁性材料在该磁性材料的磁化曲线中展现出大巴克豪森跳跃(LBJ)；以及利用交变磁场激励所述植入物，以提供对周围组织的热疗治疗，其中，所述植入物被配置成提供基本上与所述植入物相对于所述磁场的纵向轴线的取向无关的加热幅度。
22.根据权利要求21所述的方法，所述方法还包括：检测所述植入物的位置，所述方法包括：向所述植入物施加交变磁场以激励所述标记物，所述场具有小于发起所述标记物的LBJ材料的双稳态切换行为所需的所述切换场的幅度；以及检测从所激励的植入物接收到的信号的驱动频率的一个或更多个谐波，所述一个或更多个谐波是由所述植入物在小于该植入物的切换场下的磁化中的变化引起的。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述检测驱动频率在1kHz以上，优选是在1kHz至100kHz的范围内，尤其是在10kHz至40kHz的范围内。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，所述方法还包括：测量所述植入物的谐波响应方面，以提供与所述植入物的位置相关的输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660025A (en) * 1984-11-26 1987-04-21 Sensormatic Electronics Corporation Article surveillance magnetic marker having an hysteresis loop with large Barkhausen discontinuities
JPH08186019A (ja) * 1994-11-02 1996-07-16 Unitika Ltd 磁気マーカ
US5801630A (en) * 1996-11-08 1998-09-01 Sensormatic Electronics Corporation Article surveillance magnetic marker having an hysteresis loop with large barkhausen discontinuities at a low field threshold level
EP0961301B1 (en) * 1997-11-17 2007-04-11 Unitika Ltd. A magnetic marker
US6230038B1 (en) * 1999-02-01 2001-05-08 International Business Machines Corporation Imaging of internal structures of living bodies by sensing implanted magnetic devices
CN1388837A (zh) * 2000-07-17 2003-01-01 日本发条株式会社 磁性标记与其制造方法
US6337627B1 (en) * 2000-10-27 2002-01-08 International Business Machines Corporation System of providing medical treatment
US7286868B2 (en) * 2001-06-15 2007-10-23 Biosense Inc. Medical device with position sensor having accuracy at high temperatures
US7135978B2 (en) * 2001-09-14 2006-11-14 Calypso Medical Technologies, Inc. Miniature resonating marker assembly
JP2003308576A (ja) * 2002-04-15 2003-10-31 Nhk Spring Co Ltd 磁気マーカーとその製造方法
ES2833377T3 (es) * 2015-06-04 2021-06-15 Endomagnetics Ltd Materiales marcadores y formas de localizar un marcador magnético
GB2573500B (en) * 2018-03-23 2020-11-04 Endomagnetics Ltd Magnetic markers for surgical guidance

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