CN114616022A - 用于提高放射疗法效力的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开总体上涉及医疗装置的领域。具体而言，本公开涉及用于提高缺氧肿瘤的放射疗法治疗的效力的装置、系统和方法。例如，所公开的装置、系统和方法可以在辐射之前或与之同时静态地或连续地氧化缺氧肿瘤。

Description

用于提高放射疗法效力的装置、系统和方法
相关申请的交叉应用
本申请要求2019年10月25日提交且标题为“DEVICES,SYSTEMS AND METHODS FORIMPROVED RADIOTHERAPY EFFICACY”的美国临时申请No.62/926,044的权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及医疗装置的领域。具体而言，本公开涉及用于提高缺氧肿瘤的放射疗法治疗的效力的装置、系统和方法。
背景技术
数十年来，放射疗法一直被用作各种癌症的治疗方法。众所周知的是，缺氧会影响癌性肿瘤的放射疗法治疗的效力，包括具有广泛坏死的较大/庞大肿瘤、小的原发性和复发性肿瘤、涉及显微肿瘤的微转移和手术切缘。与正常/健康细胞相比，肿瘤趋向于高度血管化和快速生长。血管化为无规律的：血管可能瘪缩，并存在广泛的分流(血液从动脉绕道进入静脉，避免毛细血管床)，这阻止了氧气到达肿瘤细胞，在肿瘤中导致缺氧区域。这限制了暴露于电离辐射时可用于转化为氧衍生自由基的氧气量。体外动物试验已表明，缺氧癌细胞对放射疗法的功效的抗性比有氧癌细胞高约三倍(图1)。
因此，通过本公开的医疗装置、系统和方法可以实现各种有利的医疗结果。
发明内容
在一些方面，本公开涉及一种医疗系统，其包括：(a)柔性细长构件，(b)与柔性细长构件的近侧端部流体连接的氧化元件，(c)与柔性细长构件的远侧端部流体连接的气体交换装置，以及(d)容纳在系统内的气体交换流体，其能通过柔性细长构件的第一管腔从氧化元件流动到气体交换装置，并能通过柔性细长构件的第二管腔从气体交换装置流动到氧化元件。
在一些实施例中，第一管腔的近侧端部流体连接到氧化元件的气体交换流体出口端口，第一管腔的远侧端部流体连接到气体交换装置，第二管腔的近侧端部流体连接到氧化元件的气体交换流体入口端口，并且第二管腔的远侧端部流体连接到气体交换装置。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，氧化元件包括氧气入口端口和氧气出口端口。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，气体交换装置构造成将氧气从气体交换流体输送到患者的缺氧肿瘤。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，所述系统进一步包括设置在氧化元件内的气体交换隔膜，该气体交换隔膜构造成将氧气转移到气体交换流体。在这些实施例的一部分中，柔性细长构件的第一管腔构造成将氧化气体交换流体从氧化元件输送到气体交换装置。在这些实施例的一部分中，柔性细长构件的第二管腔构造成将气体交换流体从气体交换装置输送到氧化元件。在这些实施例的一部分中，气体交换装置包括探针，该探针包括外部管状构件、设置在外部管状构件内的内部管状构件，并且气体交换隔膜设置在外部管状构件的远侧端部处，并且可选地，外部护套具有有孔侧面和开放或封闭的远侧端部。在设置有这种外部护套的情况下，可以将流体(比如生理盐水或另一种合适的流体)泵送通过外部护套与外部管状构件之间的空间，从而有助于氧气向周围组织的大量输送(在一些情况下，流体以脉冲方式泵送通过外部护套与外部管状构件之间的空间)。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，气体交换装置包括第一构造和第二构造，并且第二构造的表面面积大于第一构造的表面面积。
在其他方面，本公开涉及一种方法，其中包括：(a)将气体交换装置(例如根据上述方面和实施例的气体交换等)定位在患者的缺氧肿瘤之内或附近，(b)将氧气从气体交换装置输送到缺氧肿瘤，使得该缺氧肿瘤的一些或全部细胞变成高氧状态，以及(c)辐射肿瘤。
在一些实施例中，该方法进一步包括：在定位气体交换装置之前，识别肿瘤的一个或更多个缺氧区域。在这些实施例的一部分中，使用磁共振成像来识别缺氧区域。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，该方法进一步包括冷却气体交换装置，同时向缺氧肿瘤输送氧气。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，该方法进一步包括在辐射肿瘤后从患者体内移除气体交换装置。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，该方法进一步包括从气体交换装置向肿瘤输送另一剂量的氧气，并第二次辐射肿瘤。
在一些方面，本公开涉及一种医疗系统，其包括：(a)柔性导管，(b)外部气体交换装置，其流体连接到导管的近侧端部，(c)内部气体交换装置，其流体连接到导管的远侧端部，以及(d)气体交换流体，其容纳在所述系统内，并能通过导管的第一通道从外部气体交换装置流动到内部气体交换装置，并且能通过导管的第二通道从内部气体交换装置流动到外部气体交换装置。
在一些实施例中，第一通道的近侧端部流体连接到外部气体交换装置的气体交换流体出口端口，第一通道的远侧端部流体连接到内部气体交换装置，第二通道的近侧端部流体连接到外部气体交换装置的气体交换流体入口端口，并且第二通道的远侧端部流体连接到内部气体交换装置。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，外部气体交换装置包括氧气入口端口和氧气出口端口。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，内部气体交换装置构造成将氧气从气体交换流体输送到患者的缺氧肿瘤。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，该系统进一步包括设置在外部气体交换装置内的气体交换隔膜，该气体交换隔膜构造成将氧气转移到气体交换流体。
在能结合上述方面和实施例使用的一些实施例中，导管的第一通道构造成将氧化气体交换流体从外部气体交换装置输送到内部气体交换装置。
附图说明
参考附图以示例的方式来描述本公开的非限制性实施例，这些附图是示意性的，并不旨在按比例绘制。在图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常由同一附图标记表示。为清楚起见，在对于允许本领域普通技术人员理解本公开而言不必进行图示的情况下，并非每个部件都在每幅图中标出，也并未示出每个实施例的每个部件。在附图中：
图1比较了缺氧癌细胞和有氧细胞对放射疗法的敏感性。
图2A-2B提供了根据本公开的一个实施例的医疗系统的透视图。
图3-9C提供了根据本公开的各种实施例的各种气体交换装置的透视图。
图10-12提供了根据本公开的各种实施例的气体交换装置的各种表面的放大透视图。
具体实施方式
本公开不限于本文中所描述的特定实施例。本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并无意限制超出所附权利要求书的范围。除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
如本文中使用的，“一”、“一个”、“该”等单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指明。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包括有”或者“包含”和/或“包含有”在用于本文中时表明所陈述特征、区域、步骤、操作元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
如本文中所使用的，术语“远侧”指的是当将装置引入到患者体内时最远离医疗专业人员或医师的端部，而术语“近侧”指的是当将装置引入患者体内时最靠近医疗专业人员或医师的端部。
使用氧微电极、磁共振成像(MRI)、电子顺磁共振(EPR)、细胞缺氧的外源性和/或内源性分子标记的免疫组织化学检测以及其他非侵入性成像技术的临床研究都已表明缺氧是接受治疗的患者中的肿瘤的常见特征。由于产生氧衍生自由基所需的潜在化学反应在辐射后的数毫秒内完成，因此在辐射期间必须存在氧，以提供肿瘤的完全放射敏化。氧气在辐射前后的存在与实现完全放射敏化无关。由于与缺乏功能性血管化、实际实施方式、毒性和/或可变结果相关的问题，试图规避对缺氧所诱导(包括血液替代品、血管扩张剂、增加的血细胞比容水平、血红蛋白结合亲和力降低、高压氧/二氧化碳、氧模拟物、缺氧细胞靶向药物等)的放射疗法的抗性的实验室研究和临床试验均未成功。
在各种实施例中，本公开涉及用于将氧气高效地且有效地输送到缺氧肿瘤的装置、系统和方法，使得在放射疗法疗程期间肿瘤细胞的范围从略低于常氧到高氧，以提高放射疗法治疗的效力。例如，在一些实施例中，可增加氧气水平，使得氧气分压大于10毫米汞柱、大于20毫米汞柱、大于30毫米汞柱、大于40毫米汞柱或大于50毫米汞柱。
参考图2A-2B，在一个实施例中，本公开涉及微创医疗系统100，其包括循环闭路气体交换流体(包括O2气体本身)，以将氧气输送到肿瘤的缺氧区域。医疗系统100可以包括：氧化元件120(例如外部/近侧隔膜气体交换装置)，其在流体上连接到柔性细长构件110(例如导管等)的近侧端部；和气体交换装置130(例如内部/远侧气体交换装置)，其在流体上连接到柔性细长构件110的远侧端部。气体交换流体140可被容纳/包含在医疗系统100内，并且可通过柔性细长构件110的第一管腔112(例如输送管腔/通道)从氧化元件120流动(例如构造成流动/循环)至气体交换装置130，以及通过柔性细长构件110的第二管腔114(例如返回管腔/通道)从气体交换装置130流动到氧化元件120。例如，柔性细长构件110的第一管腔112的近侧端部(例如近侧开口)可以流体连接到氧化元件120的气体交换流体出口端口124，并且第一管腔112的远侧端部(例如远侧开口)可以流体连接到气体交换装置130。柔性细长构件110的第二管腔114的近侧端部(例如近侧开口)可以流体连接到气体交换流体入口端口122，并且第二管腔114的远侧端部(例如远侧开口)可以流体连接到气体交换装置130。
在一个实施例中，氧化元件120可以包括构造成将氧气输送/引入氧化元件120中的氧气入口端口126以及构造成从氧化元件120移除氧气的氧气出口端口128。在各种实施例中，氧气可作为气体(例如空气或纯化氧气)或液体(例如充有氧气泡的水)被泵入氧化元件120中。气体交换隔膜129可容纳在氧化元件120内，以将流动穿过氧化元件120的氧气转移/输送到循环气体交换流体140。在各种实施例中，气体交换隔膜129可以包括高表面面积(例如折叠、打褶、盘绕等)以最大化氧气向气体交换流体140的转移。附加地或替代地，可对氧化元件120加压以进一步促进氧气向气体交换流体的转移(例如在气体交换流体中提供氧气的过饱和溶液)。
在一个实施例中，气体交换流体140可以具有高氧气溶解能力(例如50％溶解)以有效地将氧气输送/转移到缺氧肿瘤。例如，根据与毛细血管的距离，动脉血液可以包括分压约为100毫米汞柱的氧气，而组织可以包括分压低于100毫米汞柱的氧气。这种分压差促使氧气从血液扩散到组织中。相比之下，气体交换流体140可以包括分压大于750毫米汞柱的氧气，以有效地驱动氧气扩散至缺氧组织中。在各种实施例中，可将患者放置于高压舱中，以进一步促进氧气从气体交换流体转移到缺氧组织中。作为非限制性示例，气体交换流体140可以包括全氟化碳(例如全氟萘烷)。在一些实施例中，气体交换流体可以为O2气体。
在一个实施例中，气体交换装置130可以构造成在低表面面积的第一构造(例如输送构造)和高表面面积的第二构造(例如展开构造)之间移动。在各种实施例中，第一构造可以允许气体交换装置130通过身体管腔、身体通道或组织(例如容纳在输送护套或探针内)前进，以将气体交换装置130定位在缺氧肿瘤附近或缺氧肿瘤内。第二构造可以允许气体交换装置130最大化表面面积，该表面面积可用于将氧气从气体交换流体140(例如当从输送护套或探针内向远侧推进/延伸时)输送/转移到缺氧肿瘤。在各种实施例中，如下文进一步详细讨论的，气体交换装置的全部或者一部分可以包括实心且氧气可渗透的隔膜(例如硅树脂隔膜等)，其构造成将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织。
在使用中，并且举例来说，本公开的柔性细长构件110可以前进通过患者的身体管腔、身体通道或身体组织，以将沿柔性细长构件110的远侧端部设置的气体交换装置130定位在患者的缺氧肿瘤之内或附近。例如，气体交换装置130可以设置成第一构造，处于附接到柔性细长构件110的远侧端部的穿透构件(例如探针等)内。气体交换装置130然后可以从穿透构件内展开，以从第一构造移动到毗邻缺氧肿瘤或位于缺氧肿瘤内的第二构造。氧化或超氧化的气体交换流体140然后可以通过柔性细长构件110的第一管腔112从氧化元件120输送到气体交换装置130。氧气可以从气体交换流体130扩散穿过气体交换装置130的有孔隔膜并进入缺氧肿瘤中，以致使所有或基本上所有的肿瘤细胞常氧或高氧(例如有氧)。气体交换流体140然后可以从气体交换装置130通过柔性细长构件110的第二管腔114流动(例如返回)到氧化元件120以被再氧化。在各种实施例中，氧气可以静态地(例如单剂量)或连续地(例如通过循环的再氧化气体交换流体)输送到肿瘤。在一些实施例中，可以在氧气输送到缺氧肿瘤中后立即(例如在数毫秒内)或与之同时将一定剂量的电离辐射(例如经由放射疗法、辐射等)施用给肿瘤，以将肿瘤中的一些或全部氧分子转化为细胞破坏氧衍生自由基。在一些实施例中(例如在近距疗法的情况下)，可以在氧气输送之前将放射颗粒(例如来自BTG国际集团公司Biocompatibles UK Ltd的TheraSphere
Figure BDA0003613689510000071
钇-90玻璃微球)施用到组织中。
在一个实施例中，气体交换装置130可以在电离辐射施用之后返回到第一构造(例如缩回到探针中)并从患者体内移除。替代地，气体交换装置130可以保持展开在肿瘤附近或肿瘤内达多天，并且氧化元件120重新附接到柔性细长构件110的近侧端部，使得一系列放射疗法疗程可以得到执行。例如，可以连续五天每天进行一次放射疗法疗程，使氧气在紧接辐射之前或与之同时输送到肿瘤。在放射疗法疗程之间，可以将缺氧气体交换流体引入气体交换装置130中以充当氧槽来使肿瘤返回到缺氧状态。
在各种实施例中，可以采取一个或更多个附加步骤或动作来进一步促进氧气扩散到缺氧肿瘤中。例如，可以将患者置于高压舱(例如2X大气压)中，可以冷却气体交换装置130的表面(例如通过冷却循环的气体交换流体)，和/或可以冷却围绕/包含肿瘤的组织或解剖位置(例如使用冰袋或其他冷却装置，比如冷却球囊或冷冻治疗装置)。冷却能够使更多氧气溶解在身体流体中(例如相对于体温冷却到20℃使O2的溶解度增加约33％)。随着流体在体内逐渐升温，有效分压增加，有助于扩散并延长O2含量。附加地或替代地，超声波或声波换能器和/或叶轮可以结合到气体交换装置中，以进一步促进/驱动氧气扩散。
在各种附加实施例中，在将气体交换装置130定位在肿瘤之内或附近前，可以识别肿瘤的一个或更多个特定缺氧区域(例如局部区域)。例如，磁共振图像、灌注扫描、超声波扫描和/或微型氧传感器探头(例如插入肿瘤中)可以提供肿瘤脉管系统和气体交换装置130相对于肿瘤的灌注不良(例如缺氧)区域定位的模型/映射，以最大化/最佳化氧气扩散。
参考图3，在一个实施例中，本公开的气体交换装置330可以包括顺应性球囊，其构造成在低表面面积的第一构造(例如输送构造)和高表面面积的第二构造(例如展开构造)之间移动。例如，一旦从输送探针内前进并适当地定位在缺氧肿瘤内(如上所述)，气体交换流体140可以通过柔性细长构件110的第一管腔112泵送/流动到气体交换装置330中，以胀大气体交换装置330。在各种实施例中，气体交换装置可以包括顺应性材料，其构造成例如基于缺氧肿瘤的尺寸/形状而移动到各种不同的胀大构造。在各种实施例中，气体交换装置330的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的隔膜(例如硅树脂隔膜等)，以将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织(如上所述)。代替通过气体交换装置330连续地循环气体交换流体140，在一个实施例中，气体交换装置330可以被气体交换流体140充注到所需体积并保持在该体积，以在整个放射疗法治疗期间将氧气输送到缺氧肿瘤中。在一个实施例中，为了进一步促进氧气转移到缺氧肿瘤中，可以在放射疗法治疗之前使气体交换装置330部分地瘪缩，以在气体交换装置330的外表面和缺氧肿瘤的内表面之间提供空间，氧化气体可以积聚到其中并与肿瘤的间质流体相互作用。
参考图4，在一个实施例中，本公开的气体交换装置430可以包括内部球囊430a和外部球囊430b，其构造成在低表面面积的第一构造(例如输送构造)和高表面面积的第二构造(例如展开构造)之间移动。在各种实施例中，气体交换装置430可以具有不规则或波状的第二构造，以最大化用于将氧气转移到缺氧肿瘤的表面面积。例如，一旦从输送探针内前进并适当地定位在缺氧组织附近或之内(如上所述)，气体交换流体140可以通过柔性细长构件110的第一管腔112在气体交换装置430的内部球囊430a和外部球囊430b之间泵送/流动，以胀大气体交换装置430。气体交换流体140可以通过第二管腔114返回到氧化元件120，该第二管腔运行通过气体交换装置430的中心并通过柔性细长构件110。在各种实施例中，气体交换装置430可以包括顺应性材料，使得气体交换装置430可以例如基于缺氧肿瘤的尺寸/形状而移动到各种不同的胀大构造。气体交换装置430的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的隔膜(例如硅树脂隔膜等)，以将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织(如上所述)。在一个实施例中，为了进一步促进氧气转移到缺氧肿瘤中，可以在放射疗法治疗之前使气体交换装置430部分地瘪缩，以在气体交换装置430的外表面与缺氧肿瘤的内表面或外表面之间提供空间，氧化气体可以积聚到其中并与间质流体相互作用。
参照图5A，在一个实施例中，本公开的气体交换装置530可以包括套管针532，其具有可滑动地/可移动地设置在外部护套534内的组织穿刺末端。一旦适当地定位在缺氧组织附近或之内(如上所述)，套管针532可以从外部护套534内移除并由探针(未示出)代替。探针的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的隔膜(例如硅树脂隔膜等)，以将氧气从气体交换流体140输送/转移穿过出口端口536并进入缺氧组织中。
图5B示出了探针540的一个实施例，其包括氧气扩散末端。气体交换流体通过内部管状构件(例如内部海波管544)进入并通过外部管状构件(例如外部海波管546)退出，或反之亦然。氧气可渗透的隔膜542(例如硅树脂隔膜)在外部海波管546的远侧端部处粘附到外部海波管546的外表面，如图所示。
图5C示出了再一实施例，其包括探针540，其类似于图5A的探针，具有氧气扩散末端(氧气可渗透的隔膜542)、内部海波管544和外部海波管546，并且还进一步包括外部护套548，其具有有孔侧面(例如包括多个侧孔548a)以及开放或封闭的远侧端部。操作期间，如果需要，外部护套548可缩回，从而暴露氧气扩散末端542。
图5D示出了再一实施例，其包括探针540，其类似于图5B的探针，具有氧气扩散末端(氧气可渗透的隔膜542)、内部海波管544和外部海波管546，并且还进一步包括超声换能器550，从该超声换能器发射超声波W(由同心椭圆示意性地示出)。
图5E示出了再一实施例，其包括类探针540，其类似于图5C的探针，具有氧气扩散末端(氧气可渗透的隔膜542)、内部海波管544和外部海波管546，并且还进一步包括外部护套548，其具有有孔侧面以及开放或封闭的远侧端部(远侧端部在所示实施例中是开放的)。在操作期间，可将流体(比如生理盐水或另一种合适的流体)泵送通过外部护套548和外部海波管546之间的流体管腔，从而导致氧气向周围组织的大量输送(对流)。在一些实施例中，流体以脉冲方式泵送通过外部护套548和外部海波管546之间的空间，如图5E中的箭头所示。例如可以通过脉动近侧注射器连接到外部护套548和外部海波管546之间的流体管腔，和/或通过在流体管腔内放置振动隔膜来建立脉冲。振动隔膜可以是例如氧气可渗透的隔膜542，或者可以是流体管腔内引起流体向前及向后移动的独立隔膜(例如探针隔膜内的球囊)。
参考图6，在一个实施例中，本公开的气体交换装置630可以包括可滑动地设置在外部护套634内的多个探针630a。一旦适当地定位在缺氧组织附近或之内(如上所述)，多个探针630a可以从外部护套634内前进/展开，以自展开并穿透缺氧肿瘤的各种差异/不同部分(例如用以优化探针630a在肿瘤内的空间分布)。探针630a的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的隔膜(例如硅树脂隔膜等)，以将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织(如上所述)中。
参照图7A、图7B和图7C，在一个实施例中，本公开的气体交换装置730可以包括自扩张支架框架，其包括一根或更多根丝线(例如由形状记忆聚合物或金属形成)，构造成在低表面面积的第一构造(例如输送构造)和高表面面积的第二构造(例如展开构造)之间移动。一个或更多个硅树脂管子可以附接到或延伸围绕(例如环绕)构成框架的全部或一些丝线。例如，一旦从输送探针内推进并适当地定位在缺氧肿瘤内(如上所述)，气体交换流体140可以从氧化元件120泵送/流动通过柔性细长构件110的第一管腔112并通过气体交换装置730的硅树脂管子。气体交换流体140可以通过第二管腔114返回到氧化元件120，该第二管腔运行通过自扩张支架框架的中心并通过柔性细长构件110。在各种实施例中，自扩张支架框架可以移动到多种不同的第二构造，例如基于缺氧肿瘤的尺寸/形状。硅树脂管子的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的隔膜，以将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织(如上所述)。
参照图8，在一个实施例中，本公开的气体交换装置830可以包括自扩张支架框架，其包括一根或更多根丝线(例如由形状记忆聚合物或金属形成)，构造成在低表面面积的第一构造(例如输送构造)和高表面面积的第二构造(例如展开构造)之间移动。硅树脂隔膜可以形成在支架框架的内表面和外表面上以在其间限定开放空间，使得气体交换流体140可以在隔膜之间围绕支架框架流动。例如，一旦从输送探针内推进并适当地定位在缺氧组织附近或之内(如上所述)，气体交换流体140可以从氧化元件120通过柔性细长构件110的第一管腔112并在气体交换装置830的内部隔膜和外部隔膜之间泵送/流动。气体交换流体140可以通过气体交换装置830的中心并通过柔性细长构件110的第二管腔114返回到氧化元件120。内部隔膜和/或外部隔膜的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的部分，以将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织(如上所述)。
参考图9A-9C，在一个实施例中，本公开的气体交换装置930可以包括编织成片材(图9C)的多个互连管子，其构造成在低表面面积的第一构造(例如输送构造；图9A)和高表面面积的第二构造(例如展开构造；图9B)之间移动。例如，一旦从输送探针内推进并适当地定位在缺氧组织附近(如上所述)，气体交换流体140可通过柔性细长构件110的第一管腔112泵送/流动多个管子中，以胀大互连管子并退卷/铺开气体交换装置930。在各种实施例中，退卷的气体交换装置930可以覆盖/环绕肿瘤。气体交换流体140可以通过柔性细长构件110的第二管腔114返回到氧化元件120。气体交换装置930的互连管子的全部或一部分可以形成于或者包括实心且氧气可渗透的隔膜(例如硅树脂隔膜等)，以将氧气从气体交换流体140输送/转移到缺氧组织(如上所述)。
参照图10和图11，在一个实施例中，本公开的气体交换装置130、230、330、430、530、630、730、830、930的氧气可渗透部分可以包括编织(图10)或电纺(图11)聚合物的薄层/片材，以提供高度有孔的隔膜。可以将无孔材料的薄层施加(例如喷涂)到编织物或编织或电纺片材的一侧，例如气体交换装置的一侧，氧气将通过该侧输送到肿瘤。无孔材料的薄层可以接触肿瘤，并且气体交换流体可以接触有孔的编织或电纺隔膜。在各种实施例中，无孔材料的薄层可以包括底层编织或电纺片材的表面特征(例如起伏、粗糙、纹理等)，以增加可用于将氧气输送到肿瘤中的表面面积。图12提供了市售气体交换材料的放大视图，该气体交换材料包括施加到有孔隔膜支撑件上的薄无孔层(例如OxyphanTM，3M)。
尽管本公开将氧化元件描述为在患者体外通过入口端口和出口端口输送氧气，但在一个实施例中氧化元件可以植入患者体内。例如，氧化元件120可以定位在氧化良好的血液源(例如主动脉)内，使得气体交换隔膜129可以将氧气从主动脉的高分压血液再转移到气体交换流体140，以通过柔性细长构件110的第一管腔112输送到气体交换装置130(如上所述)。
根据本公开，可以在没有过度实验的情况下制造和实施本文中公开并要求保护的所有装置和/或方法。虽然已经根据优选实施例描述了本公开的装置和方法，但是可能对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离本公开的构思、精神和范围的情况下将变型应用于装置和/或方法以及方法的步骤中或步骤的顺序中。对于本领域技术人员显而易见的是所有这种类似的替代和修改被认为处于由所附权利要求书限定的本公开的精神、范围和构思内。

Claims (15)

1.一种医疗系统，包括：
柔性细长构件；
氧化元件，其流体连接到所述柔性细长构件的近侧端部；
气体交换装置，其流体连接到所述柔性细长构件的远侧端部；以及
气体交换流体，其容纳在所述系统内，并能通过所述柔性细长构件的第一管腔从所述氧化元件流动到所述气体交换装置，并且能通过所述柔性细长构件的第二管腔从所述气体交换装置流动到所述氧化元件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一管腔的近侧端部流体连接到所述氧化元件的气体交换流体出口端口，并且所述第一管腔的远侧端部流体连接到所述气体交换装置；并且
其中所述第二管腔的近侧端部流体连接到所述氧化元件的气体交换流体入口端口，并且所述第二管腔的远侧端部流体连接到所述气体交换装置。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，所述氧化元件包括氧气入口端口和氧气出口端口。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，所述气体交换装置构造成将氧气从所述气体交换流体输送到患者的缺氧肿瘤。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，进一步包括设置在所述氧化元件内的气体交换隔膜，所述气体交换隔膜构造成将氧气转移到所述气体交换流体。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述柔性细长构件的第一管腔构造成将氧化气体交换流体从所述氧化元件输送到所述气体交换装置。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述柔性细长构件的第二管腔构造成将所述气体交换流体从所述气体交换装置输送到所述氧化元件。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述气体交换装置包括探针，该探针包括外部管状构件、设置在所述外部管状构件内的内部管状构件，其中所述气体交换隔膜设置在所述外部管状构件的远侧端部处。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，所述气体交换装置包括第一构造和第二构造，其中所述第二构造的表面面积大于所述第一构造的表面面积。
10.一种方法，包括：
将气体交换装置定位在患者的缺氧肿瘤之内或附近；
将氧气从所述气体交换装置输送到缺氧肿瘤，使得所述缺氧肿瘤的一些或全部细胞变成高氧状态；以及
辐射所述肿瘤。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在定位所述气体交换装置之前，识别所述肿瘤的一个或更多个缺氧区域。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，使用磁共振成像来识别所述缺氧区域。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，进一步包括：冷却所述气体交换装置，同时向所述缺氧肿瘤输送氧气。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，进一步包括：在辐射所述肿瘤后从患者体内移除所述气体交换装置。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，进一步包括：从所述气体交换装置向所述肿瘤输送另一剂量的氧气并第二次辐射所述肿瘤。
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