CN117615818A

CN117615818A - 具有激光能的多发射器的设备和用于执行热治疗的相关联的组件

Info

Publication number: CN117615818A
Application number: CN202280037332.XA
Authority: CN
Inventors: B·奎森
Original assignee: Bordeaux Foundation, University of; Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM; Universite de Bordeaux
Current assignee: Bordeaux Foundation, University of; Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM; Universite de Bordeaux
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2024-02-27
Also published as: EP4347010A1; JP2024522954A; WO2022248778A1; FR3123194A1; KR20240026935A

Abstract

公开了一种用于治疗生物组织的目标区域的具有激光能的多发射器的激光设备(1)，激光设备(1)包括：‑至少一个护套(150)，至少一个护套具有纵轴(AA')并且包括近端(151)和远端(152)，远端旨在面向目标区域放置；至少两个光纤(123,124,125,126,127)，至少两个光纤在护套中在近端与远端之间延伸，这些光纤中的每一个适于将热治疗激光束引导到目标区域并且将激光能沉积在目标区域中；‑至少两个光纤的远端被配置为使得每个光纤沿相对于护套的纵轴的不同发射方向发射激光束；‑激光源系统(19)，激光源系统被配置为生成至少两个激光束，所述至少两个激光束具有不同或相同的波长以及可调节的光功率；‑激光束控制单元(31)，激光束控制单元被配置为控制激光源系统以便选择由这些光纤沿目标区域的方向引导和发射的这些激光束中的每一个的波长、光功率、沉积激光能的持续时间和发射时刻，以便生成并动态地调节具有与目标区域的几何形状匹配的几何形状的3D热分布。

Description

具有激光能的多发射器的设备和用于执行热治疗的相关联的组件

技术领域

本发明涉及在术中成像的引导下利用局部温度变化来治疗生物组织的领域。

更具体地，本发明涉及一种具有激光能的多发射器的设备，其能够发射多个激光束以在生物组织中引起对应于任何形状并且可能不对称的预先确定的目标区域的3D温度变化。

本发明还涉及一种包括此类设备的热治疗组件，该设备具有联接到MRI成像设备的激光能的多发射器。

背景技术

已知的是，通过用能量源靶向施加温度升高(高体温)或温度降低(低体温)来局部治疗病理性生物组织。例如，能量可由激光、微波、射频波、聚焦超声或通过冷冻疗法提供。

在这些技术中，第一类热治疗的特征在于经由远程定位的能量发生器装置(通过感应实现的聚焦超声波或射频波)将能量剂量沉积在生物组织的目标区域中，并且第二类热治疗的特征在于通过经皮或血管途径(射频、激光、微波、冷冻疗法)将能量剂量沉积在目标区域中。本发明的热治疗系统属于第二类。

在热治疗之前，被称为“术前规划阶段”的阶段旨在评估目标区域的3D延伸，这归功于合适的成像技术，例如通过计算机断层扫描(其可被指定为“TDM”)或通过磁共振成像(其可被指定为“MRI”)，能够确定目标区域的尺寸、数量、位置和形状。

在该术前规划阶段期间，通常定义目标区域的尺寸、它们的数量以及它们相对于可识别解剖参考的相对位置的全局指标。

该规划阶段还旨在准备由以下组成的治疗：根据待治疗的生物组织的功能特性、目标区域的尺寸和病理组织的严重度定义治疗指令，即在一定体积中待递送的热能的剂量。

为了使治疗有效，目标区域被定义为包括在成像中可见的病理组织和任选地待观察的最小安全裕度，该最小安全裕度由医师围绕病理组织进行定义。该目标区域应当经历温度变化，以便适应治疗病理组织。

该目标区域通常被组织健康的区域包围，并且理想地应当在热治疗期间不经历有害的热变化。在包围目标区域的该区域中，可区分待保留的一个或多个关键区域(重要器官和/或结构)。

在组织健康并且不包括关键区域的区域中，这些组织理想地应当在热治疗期间不经历温度变化。然而，可能的温度变化并不被认为对患者至关重要。

尽管热治疗技术比手术侵入性小得多，但它也具有一些缺点。

该技术的效率的主要限制中的一个限制是由于待治疗的目标区域的任意形状。实际上，在已知的超高温治疗设备中，所沉积的能量通常旨在加热围绕施加点的球形或椭球形体积。然而，所提出的设备不能将由施加器生成的损伤的形状调节为待治疗的目标区域的形状。另一方面，热在组织中的分布取决于它们固有的热特性(吸收、热扩散率、灌注)，并且经常导致温度的空间分布相对于由医师规划的热分布的修改。因此，所沉积的能量不能保证对所有目标区域的完全治疗。

有效温度分布的形状与目标区域的形状之间的适应性缺乏可能导致在目标区域的某些区域中的不充分的能量沉积和/或在要保留的关键区域中的任何不期望的能量沉积。损伤形状的该适应性缺乏的后果中的一个后果是不完全治疗和局部复发的相关联风险的数量的增加。同样地，改变健康生物组织的风险加重，这增加了可能的严重副作用的风险。

使用光纤或一组光纤来沉积与目标区域接触的激光能剂量是已知的。实际上，光纤的使用使得可以使其远端与目标区域直接接触并且可以在其中沉积通过吸收使用激光源发射的光能所需要的热能。

已知的示例性实施方式是包括主护套的设备，该主护套集成光纤或一组光纤。护套的远端包括开口，光纤或一组光纤的端部通过该开口发射旨在局部治疗目标区域的照射光能。该解决方案使得可以使光纤尽可能靠近目标区域。然而，它不能满足以上指示的所有技术约束。

因此，本发明的目的中的一个目的是提供具有多个光纤的发射设备，该多个光纤的发射方向对于每个光纤可以是不同的并且在治疗期间是动态可调节的，以便能够根据治疗目标产生治疗。

本发明的另一目的是能够提出一种设备，该设备能够控制和调制独立发射的每个激光光纤的光功率和波长。由于生物组织根据它们的波长而不同地吸收光，因此对波长的调节使得可以调制感应的升温深度。

本发明的另一目的是能够提出一种设备，该设备能够控制和调制每个光纤的光功率和发射时刻，以便在治疗期间实时地生成和调节具有适于目标区域的几何形状的几何形状的3D分布。

本发明的另一目的是提供一种设备，该设备用于实时测量设备的远端处的温度，因此提供除了测温成像系统之外的用于测量温度的装置。

从以下描述中，本发明的其他目的和优点将变得明显，然而，该描述仅以指示的方式给出，并不旨在限制本发明。

发明内容

提出了一种用于热治疗生物组织的目标区域的具有激光能的多发射器的激光设备，该激光设备包括：

-至少一个护套，该至少一个护套具有纵轴(AA')并且包括近端和远端，该远端旨在面向该目标区域放置；

-至少两个光纤，该至少两个光纤在该护套中在该近端与该远端之间延伸，这些光纤中的每一个适于将热治疗激光束引导到该目标区域并且将激光能沉积在该目标区域中；

-其中，该至少两个光纤的远端被配置为使得每个光纤沿相对于该护套的纵轴的不同发射方向发射激光束；

-激光源系统，该激光源系统被配置为生成至少两个激光束，所述至少两个激光束具有不同或相同的波长以及可调节的光功率；

-激光束控制单元，该激光束控制单元被配置为控制该激光源系统以便选择由这些光纤沿该目标区域的该方向引导和发射的这些激光束中的每一个的波长、光功率、沉积激光能的持续时间和发射时刻，以便生成并动态地调节具有与目标区域的该几何形状匹配的几何形状的3D热分布。

可以任选地实现在下面的段落中公开的特征。它们可以彼此独立地或彼此组合地实施：

该至少两个光纤的远端定位在距该护套的该远端的表面不同距离处。

这些光纤的远端被配置为沿相对于该护套的该纵轴以0°到180°之间的角度α取向的发射方向发射激光束。

该激光源系统包括多个单色激光源。

该激光源系统适于针对每个光纤生成不同激光波长的至少两个激光束。

根据本发明的一个实施方式，该设备还包括多个光传输光纤，该多个光传输光纤能够将由该激光源系统生成的这些激光束传输到该护套的这些光纤。

优选地，该设备还包括温度传感器。

根据一个实施方式，该温度传感器是能够检测该目标区域中的温度变化的检测光纤。

根据一个实施方式，所述多个热治疗光纤根据围绕该检测光纤的径向对称分布。

有利地，该设备还包括连接装置，该连接装置能够将该护套的这些光纤与该激光源系统的这些光传输光纤连接。

根据特别有利的实施方式，该护套包括至少一个内腔，该至少一个内腔适于在压力下注入治疗物质，所述治疗物质旨在朝向目标区域喷射。

根据另一实施方式，该护套包括闭合冷却回路，该闭合冷却回路适于输送旨在冷却该护套的该远端的一部分的冷却液。

根据一个变型，该闭合冷却回路由设置在该护套中的至少两个开口形成。

优选地，所述闭合冷却回路由包围所述护套的冷却护套形成，所述护套包括所述光纤的和设置在所述护套中的内腔。

根据另一方面，提供了一种用于生物组织的目标区域的热治疗组件，该热治疗组件包括：

-具有如上定义的激光能的多发射器的激光设备，用于治疗该目标区域；

-磁共振成像系统，该磁共振成像系统被配置为生成该目标区域的解剖图像和测温图像。

附图说明

通过阅读下文的详细描述，并且通过分析附图，其他特征、细节和优点将显现，其中：

图1

[图1]图1示出了根据本发明的一个实施方式的具有激光能的多发射器的激光设备；

图2

[图2]图2示出了根据本发明另一实施方式的具有激光能的多发射器的激光设备；图3

[图3]图3示意性地示出了包括光纤组件的护套的透视图；

图4

[图4]图4示意性地示出了根据一个实施方式的护套中的一组三个治疗光纤的侧视图和剖视图；

图5

[图5]图5示意性地示出了其中设备包括三个护套(这些护套中的每个护套包括五个光纤的组件)的实施方式的透视图；

图6A

[图6A]图6A示出了设置有旨在接收治疗光纤的五个内腔和旨在接收温度传感器或者注入冷却液体或治疗物质的第六中心内腔的护套的实施方式的横截面视图和前截面视图；

图6B

[图6B]图6B示出了图6A的护套的实施方式的横截面视图和前视图，该护套设置有两个附加内腔以形成闭合冷却回路；

图6C

[图6C]图6C示出了图6A的光学护套的示例性实施方式的横截面视图和前截面视图，该光学护套被冷却护套包围以与中心内腔形成闭合冷却回路；

图7

[图7]图7示出了根据本发明的一个实施方式的热治疗组件，该热治疗组件包括具有联接到MRI成像设备的多发射器的激光设备；

图8A

[图8A]图8A示意性地示出了包括能够发射六个光能的六个治疗光纤的护套。

图8B

[图8B]图8B示出了利用图8A的护套通过MRI测温获得的六个温度图像，每个温度图像与单个光纤的激活同时获得，并且每个光纤被一个接一个地顺序地激活；

图8C

[图8C]图8C示出了在以相同功率同时激活六个光纤期间，利用图8A的护套获得的温度图像；

图9

[图9]图9示意性地示出了与两个护套一起使用的示例，这两个护套的远端定位在目标区域的任一侧上；

图10

[图10]图10示意性地示出了激光源系统的实施方式，该激光源系统可针对每个治疗光纤生成两个不同波长的激光束。

图11

[图11]图11示意性地示出了包括六个光纤的激光源系统的前视图。

图12

[图12]图12示出了由图11的6个光纤中的每一个发射的各个激光束的照片。

图13

[图13]图13示出了在顺序激活这些光纤中的每一个期间通过MRI测温获得的温度图像，并且曲线图的曲线示出了六个像素中的温度变化，在由不同光纤覆盖的角扇区中选择每个像素。

图14

[图14]图14示出了通过MRI测温获得的温度图像以用于生成三个几何热分布形状(三角形(a)、椭圆形(b)和半圆形(c))的三种不同激活配置，所显示的每个图像是在激光发射结束时选择的，对应于所选择二极管的温度的最大增加，在每个图像上指示的编号的点是被选择用于在右边的曲线图上显示温度随时间的曲线的像素。

定义

在本发明的上下文中，“目标区域”应当被理解为包括在成像中可见的待治疗病理组织的区域和包围病理组织的区域。围绕病理组织的邻域的范围由医师定义。目标区域应当经历温度变化，以便治疗病理组织。该区域在图7中被指定为Rc。

在本发明的上下文中，3D解剖图像是表示目标区域的解剖结构及其环境的重建图像。该3D解剖图像可通过不同的成像技术获得。

在本发明的上下文中，3D温度图像是表示目标区域和包围该目标区域的区域的温度的空间分布的3D图像。通过MRI磁共振成像设备使用温度敏感成像序列和实时图像治疗设备来获得3D温度图像，该实时图像治疗设备计算和显示目标区域和包围该目标区域的区域中的温度变化。

在本公开的上下文中，“近侧”是指当操作者或医师正在使用设备时位于他们附近的设备的部件或部分，而“远侧”意指在该使用期间远离该操作者的设备的部件或部分。

具体实施方式

在大多数情况下，附图和下文的描述包含某些元件。因此，它们不仅可用于更好地理解本公开，而且在适用的情况下有助于其定义。

在以下中，将在目标区域的热治疗和在该热治疗期间的温度变化的检测的情况下更具体地描述本发明。然而，这不是限制性的，只要该系统可以与引入到为此目的而设置的护套的内腔中的治疗溶液或其他类型的流体的注入一起使用。

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的具有激光能的多发射器的设备1。

设备1包括多个光纤123、124、125、126、127、128、激光源系统19和主控制单元10，该多个光纤旨在朝向生物组织的目标区域输送多个激光束。激光源系统19被配置为生成多个激光束，该多个激光束旨在注入到光纤中并且由光纤引导到目标区域。多个激光束的部分旨在照射目标区域，以便引起温度变化以及/或者激活存在于先前沉积在该目标区域中的溶液中的分子。主控制单元10被配置为控制激光源系统19，以便针对这些光纤中的每一个选择波长、光功率、沉积激光能的持续时间和这些治疗激光束中的每个治疗激光束的发射时刻。

该设备还包括一个或多个温度传感器，该一个或多个温度传感器具有测量与护套接触的目标区域的温度的功能。

根据一个实施方式，温度传感器由这些光纤中的一个光纤形成，并且由光纤发射的多个激光束中的至少一个激光束旨在检测热治疗期间目标区域的温度变化。激光束的主控制单元10还被配置为接收来自该专用于温度测量的光纤的检测激光束。

根据一个变型，温度传感器可以例如是插入到护套的这些内腔中的一个内腔中的热电偶。该热电偶连接到激光束的主控制单元10。

参考图3，光纤123、124、125、126、127、128被保持在用于将这些光纤保持在一起的护套150中。取决于目标治疗应用，护套150是具有纵轴AA'的大致圆柱形形状的柔性或刚性主体的形式。护套包括近端151和旨在面向目标区域放置的远端152。护套150由与外科手术相容并且适于允许由光纤发射的光束穿过的材料制成。该护套设置有内腔，并且这些内腔中的每个内腔包含在护套150的远端152与近端151之间延伸的光纤。

根据特别有利的形式，该护套为能够可拆卸地连接到激光源系统19的端件的形式。该护套具有例如1.8mm的外径和1.2mm的内径。该护套可以覆盖有由于光线的吸收而可能变黑的保护表面，将有可能在不改变一组光纤的情况下改变保护表面。

根据一个实施方式，光学治疗和检测光纤具有在50μm到1000μm之间的直径，优选地在100微米到400微米之间。

在图1、图2和图3中，5个光纤123、124、125、126、127是例如适于各自传输具有适于治疗目标区域的波长的光束的治疗光纤，并且第六光纤128是检测光纤并具有测量目标区域的温度变化的功能。对于本说明书的其余部分，术语“治疗光纤”或“发射器”用于指旨在传输专用于热治疗的光束的光纤，并且术语“检测光纤”用于指专用于温度变化的检测的光纤。

由五个发射器或治疗光纤发射的五个光束可各自覆盖例如具有72°角度的角扇区，以便根据一个为360°的完整旋转进行发射。根据另一变型，护套150可以包括十个光发射器，其中，每个光发射器使得可以覆盖36°的角扇区。发射器的数量不是限制性的。图1、图2、图3和图4中所示的布置的示例不是限制性的，并且可以根据要求而变化。

根据一个实施方式，这些治疗光纤中的每个治疗光纤的远端可以相对于护套的远端定位在不同距离L处，使得可以调制这些光纤中的每一个在护套的长度方向上的相对位置。

根据一个实施方式，这些发射器中的每个发射器的远端被配置以便发射沿不同方向取向的光束。这些光纤中的每一个的远端例如被抛光以便发射激光束，该激光束的发射方向以相对于光纤的主轴线AA'定义的角度α取向。该角度可以在0°到180°之间。因此可以获得能够发射一组光束的一组光纤，其中，每个光束照射预先确定的角扇区。

由这些发射器中的每个发射器的远端发射的具有不同发射方向并在沿护套的不同远侧位置处的不同光束的组合使得可以生成尺寸和几何形状适于目标区域的形状的损伤。

图4示出了包括三个治疗光纤或发射器123、124、125的护套150的示例。这些治疗发射器中的每个治疗发射器123、124、125的远端分别定位在距护套的远端152不同距离L1、L2、L3处。这些发射器中的每个发射器沿不同方向发射光束，因此覆盖不同的角扇区。三个方向中的每个方向在本文中由包括在光束的对称轴线与光纤的主轴线AA'之间的不同角度α1、α2、α3定义。角度α可以在0°到180°之间。

根据另一实施方式，该设备还可以包括多个光学护套。

参考图5，该设备可以包括例如三个光学护套210、220、230。此处的光学护套中的每个光学护套210、220、230分别包括五个治疗光纤211、212、213、214、215、221、222、223、224、225、231、232、233、234、235和一个中央检测光纤216、226、236。由同一组光纤输送的光束可以例如具有不同的波长、不同的功率、不同的发射时间和不同的发射时刻。取决于光纤的远端的形状和它们相对于护套的远端的远侧位置，这些光纤可以具有不同的发射方向和不同的沿护套的远侧发射位置。

根据本发明的一个实施方式并参考图6A，该护套包括围绕中心内腔158沿径向对称布置的五个内腔153、154、155、156、157。外围的内腔153、154、155、156、157例如各自旨在接收治疗光纤。护套的中心内腔158旨在穿过温度传感器，例如检测光纤128或具有测量温度功能的热电偶。该温度测量使得可以控制在光纤的端部处测量的温度与由MRI磁共振成像设备测量的温度之间的任何偏差。已知的技术由使用设置有布拉格光栅的光纤组成，该布拉格光栅刻在光纤的芯内。布拉格光栅由单模光纤的芯的折射率的周期性和纵向调制组成。布拉格光栅反射布拉格波长的光。当光纤经受温度变化时，光纤经历相对伸长以及折射率的变化，这导致反射波长的变化。因此，可以通过测量反射光的波长的变化来测量温度。

根据本发明的另一实施方式，该护套包括附加内腔，该附加内腔使得可以传送例如旨在沉积在目标区域中的治疗溶液。注入的溶液是包括例如可温度激活的分子的溶液，例如包封在热敏纳米载体中的抗癌剂。根据该实施方式，当溶液被沉积时，发射器或治疗光纤各自朝向目标区域发射光束，以便热激活溶液的分子。

根据又一实施方式并参考图6B，护套150可包括旨在通过形成闭合回路来循环冷却液体的两个内腔159、160和旨在传送治疗物质的另一内腔158。内腔160旨在冷却流体的到达，并且内腔159旨在冷却流体的返回。

根据一个变型，中心内腔158可以用作冷却流体的入口，并且另外两个内腔159、160可以用作冷却流体的返回。所有三个内腔形成闭合回路。

根据又一实施方式并参考图6C，包括该组光纤的光学护套150被冷却护套161包围。冷却流体经由中心内腔158到达并且经由冷却护套161返回。冷却回路的该构造使得可以在护套的整个远侧部分上方具有更均匀的冷却。

在注入治疗物质的情况下，该内腔包括位于护套的近端表面上的入口孔和在护套的远端表面上的出口或注入孔。入口连接到活塞，该活塞旨在将治疗物质注入到为此目的而设置的内腔中。控制在内腔中循环的溶液的注入流速，使得治疗物质可以朝向目标区域引导和喷射。可以设想其他实施方式以便将物质喷射到目标区域中。

参考图1和图2，下面描述激光源系统19和主控制单元10。

激光源系统19适于生成多个激光束，用于目标区域的热治疗以及可选地在温度传感器是光纤的情况下检测温度变化。

由激光源系统19生成的激光束的数量是非限制性的。根据一个实施方式并参考图10，激光源系统19可以通过治疗光纤123、124、125、126、127来生成例如两个不同波长的激光束。因此，对于包括五个治疗光纤和一个检测光纤128的图1的设备，激光源系统被配置为生成十个治疗激光束和一个检测激光束。

优选地，针对每个光纤生成的激光束可以具有相同或不同的波长和光功率。在激光源系统19针对各个治疗光纤生成两个激光束的示例性实施方式中，因此可以选择两个波长λ1或λ2中的一个波长以及由治疗光纤输送和发射的治疗光束的两个光功率中的一个光功率。

根据一个实施方式，激光束通过多个单色激光源生成。这些单色激光源中的每个单色激光源生成给定波长的光束。多个治疗波长的使用使得可以调节光束进入目标区域的组织中的穿透深度。

在图1和图2的示例中，源系统包括六个激光二极管23、24、25、26、27、28以生成五个激光治疗光束和一个检测激光束，这些光束中的每个光束能够具有其自己的波长和其自己的光功率。该源系统还可以包括例如在976nm处发射的三个二极管和在793nm处发射的三个二极管。这些二极管中的每个二极管与它们自己的电源单元13、14、15、16、17、18相关联并且可以由电子控制单元12单独地控制。

根据未示出的另一实施方式，该系统可以包括与每个光纤相关联的多个单色激光源，例如激光二极管。以这种方式，可以从多个波长中选择给定的波长，用于旨在由光纤输送和发射的激光束。

主控制单元10连接到电子控制单元12，以便将控制信号传输到电子控制单元12，以单独地并且彼此独立地控制二极管。主控制单元10包括用于激光束控制单元31和显示单元32。激光束控制单元31被配置为向电子控制单元12发送控制信号，以便调节这些激光束中的每一个的热治疗参数，这些热治疗参数是波长、发射激光束的持续时间、发射激光束的时刻以及激光束的光功率。

激光束控制单元31还接收来自用于获取由温度传感器(例如由检测光纤的远端或由热电偶)测量的温度测量的单元的数据。温度测量获取单元容纳在激光源系统19中。显示单元32使得可以显示来自温度传感器的这些温度数据。

激光束控制单元31被配置为选择传输到这些发射器中的每个发射器的激光束的光功率。在例如针对每个光纤生成两个激光束的情况下，可以针对每个光纤选择例如两个光功率中的一个光功率。

激光束控制单元31被配置为选择由这些发射器中的每个发射器引导和发射的光束的波长，以便能够调制激光束进入目标区域的组织中的穿透深度。在例如针对每个光纤生成两个激光束的情况下，可以针对每个光纤选择例如两个波长中的一个波长。

激光束控制单元31被配置为选择每个治疗光纤的发射持续时间和每个治疗光纤的发射时刻，以便生成具有特定几何形状的热分布，该特定几何形状特别地适于目标区域的几何形状以引起温度变化。根据一个实施方式，对于治疗光纤的部分，可以顺序地或同时地激活这些治疗光纤。可能的使用示例在图8A至图8C、图11至图14中示出。

因此，在图4的护套的情况下，三个治疗光纤中的每个治疗光纤引导和发射具有其自己的光功率P1、P2、P3、其自己的波长λ1、λ2、λ3以及其自己的发射持续时间t1、t2、t3的光束。对于三个治疗光纤，还可以考虑三个不同的发射时刻和三个不同的发射时间。

光纤适于各自将激光束从护套的近端输送到护套的远端。为此，护套的光纤的近端通过为此目的而设置在护套的近侧区域中的连接件连接到激光源系统19，这将在下面详细描述。

图1示意性地示出了旨在连接光纤和激光源系统19的连接件连接器的示例。在图1中，连接件连接器被示出为彼此分离。护套150在其近端处包括单个连接器130，该单个连接器旨在接合在激光源系统19的连接件连接器30中。

有利地，由激光源系统19生成的光束由多个光传输光纤43、44、45、46、47、48朝向光连接器30引导。光传输光纤是与护套中的光纤等同的光纤，并且可以具有相同的结构。这些光传输光纤的使用使得可以将激光源系统19和主控制单元10安装在远离包含MRI成像设备的空间的空间中。一旦医师将护套定位在患者体内，该医师就可以使用主控制单元10来在治疗阶段期间调节激光束的各种参数。

传输光纤的使用使得可以将光束从控制部分传送到靠近患者的距离，因此使得可以将本发明的具有激光能的多发射器的设备与MRI设备一起使用，而不会在MRI设备与激光源系统19的电子部件之间产生干扰。根据一个实施方式，光传输光纤的长度在10米到15米之间。光传输光纤由塑料护套保护，以便保护它们免受任何可能的外部干扰。

根据未示出的一个实施方式，护套150的连接器130包括在平坦连接表面上的连接突片。源系统的连接器30包括在连接表面上的连接孔。这些连接突片能够插入到孔中，以便接合两个连接件连接器。此外，当连接突片插入到孔中时，两个连接表面接触，使得护套的光纤的端部分别与光传输光纤的端部接触，以将这些光纤连接在一起。光学连接器能够相互接合以将护套的多个光纤光学地联接到激光源系统19的多个光传输光纤。

护套150因此经由光学连接器30、130可拆卸地连接到激光源系统19，这允许容易的手动连接和断开。优选地，这些连接器被制造以便与MRI相容。

图2示出了光学护套150与激光源系统19之间的光学连接的另一示例。光学治疗光纤和检测光纤各自设置在它们的近端处，具有单独的光学连接器133、134、135、136、137、138，并且光传输光纤也设置在它们的远端处，具有单独的光学连接器33、34、35、36、37、38。这些连接器允许光学护套与激光源系统19之间的容易的手动连接和断开。

本发明的具有激光能的多发射器的设备可以集成到热治疗组件中。

根据本发明的一个实施方式并参考图7，此类热治疗组件包括：

-如图1和图2所示的具有多发射器的设备，

-MRI成像设备50，该MRI成像设备被配置为在整个治疗持续时间内提供目标区域的3D解剖图像以及目标区域的温度图像。

该组件还包括图像构建单元51，该图像构建单元被配置为根据由MRI设备获取的数据提供3D解剖图像和3D温度图像。根据一个实施方式，具有多发射器的设备的主控制单元10和图像构建单元51可以被集成到单个实体中。

主控制单元10的显示单元32连接到图像建立单元51，并且还使得可以在治疗期间实时地显示温度图像以及由具有多发射器的设备1的温度传感器传输的温度测量。显示单元32包括数据输入接口，因此使得医师能够输入数据以调节由激光源系统生成并旨在由光纤输送和发射的光束中的每个光束的波长、光功率、发射持续时间和传输时刻。

目标区域是其中生物组织要经历温度变化的区域。该区域必须具有适于确保整个病理组织的破坏，同时保留在目标区域附近的组织的尺寸。由医师在所谓的“术前规划阶段”中根据与目标区域的解剖图像有关的数据进行对目标区域的空间延伸的评估。该阶段还使得可以确定目标区域的复杂几何形状和位置。

作为示例，图7示意性地示出了包括被健康区域包围的目标区域(被称为Rc)的构件。

在术前规划阶段期间，医师根据目标区域的解剖图像定义干预治疗策略，该干预治疗策略由以下定义组成：

-光学护套的远端相对于目标区域的位置；

-由这些发射器中的每个发射器覆盖的角扇区；

-这些发射器中的每个发射器的远侧位置；

-这些治疗激光束中的每个治疗激光束的波长；

-用于这些治疗激光束中的每个治疗激光束的光功率；

-用于这些发射器中的每个发射器的目标区域中的沉积激光能的持续时间，该持续时间对于每个发射器可以是不同的；

-用于这些发射器中的每个发射器的可能不同的发射时间。

在热治疗阶段期间，医师可以根据由MRI成像设备50传输的温度图像单独地调节由光发射器或光纤发射的光束的光功率、波长、发射时间和发射时刻。

参考图8A、图8B和图8C，描述了使用相同光学护套的两个可能示例。图8A示意性地示出了具有定位在护套的远端处的六个光纤的径向分布的光学护套150。这些光纤中的每一个能够发射被数字引用为F1、F2、F3、F4、F5和F6的激光束。图8B示出了由MRI成像设备获得的六个温度图像。每个温度图像与单个光纤的激活同时获得，每个光纤被一个接一个地顺序地激活。温度图像清楚地示出了不同角扇区中的六个加热区。此外，由于在每个光纤上方递送的不同功率，围绕光学护套的温度分布或多或少地延伸。图8C示出了在以相同功率同时激活六个光纤期间获得的温度图像。该温度图像示出了围绕光学护套150的基本上圆形的温度上升。

参照图9，可能使用两个护套240、250的示例，它们的远端定位在目标区域Rc的任一侧上。此处，这些护套中的每个护套240、250分别包括三个光纤241、242、243、251、252、253。借助于本发明的技术解决方案，因此可以仅激活其激光束沿目标区域的方向发射的两个光纤241、242、251、252，并且使发射的激光束覆盖位于生物组织的待保留的健康区域中的角扇区的第三光纤不活动。此外，还可以针对发射的四个激光束中的每一个选择不同的波长、光功率和激光能沉积持续时间，以便能够生成对应于目标区域的3D几何形状的3D热分布。

参考图11至图14，下面描述用于热治疗生物组织的目标区域的具有激光能的多发射器的包括六个光纤的激光设备1的示例性使用。

参考图11，该激光设备包括包封在单个护套中的六个光纤。每个光纤的直径是200μm，并且护套的最终直径是2mm。每个光纤的远端被加工以确保每个单独的激光束沿不同方向的径向传播，以便能够实现针对每个光纤的60°的角覆盖，六个光纤沿360°的径向对称分布。在所呈现的示例的上下文中，每个激光光纤连接到具有976nm的波长和9W的最大功率的激光二极管。每个激光二极管由激光束控制单元单独地控制，该激光束控制单元被配置为控制激光二极管以便动态地调节波长、光功率、沉积激光能的持续时间以及在发射期间由光纤朝向目标区域发射的引导的激光束中的每个引导的激光束的发射时刻。该调节在由控制单元进行的传输开始时是可能的并且在传输期间是可调节的。

图12示出了图11的设备的每个光纤的单独的发射光束的六张照片。通过连接可见域中的激光二极管来可视化每个单独的激光束，例如在532nm的波长处。

六张照片定性地示出了每个光纤清楚地照射不同的角扇区，其中，光束的特性根据发射通道而看起来略微不同。

然后通过MRI测温来验证图11的激光设备的操作。包围护套的光纤(本文中被称为探针)的远端被引入到包含明胶的凝胶中。该组件定位在于1.5T下操作的磁共振成像(MRI)装置的中心处。进行侦察成像(Scout imaging)以便查看探针和凝胶，并且通过包围由这些光纤中的所有光纤照射的区域来定位垂直于探针轴线的测温切口。利用快速回波平面成像序列来进行MRI温度成像，并且其包括10个切口(在平面中的分辨率等于1.4mm，切口厚度等于3mm)，在几分钟的总持续时间内以2秒的刷新速率连续记录(动态成像)这些切口。在以下示例中，测温获取技术的参数是：回波时间18ms、视场180x180mm2、倾斜角60°、GRAPPA加速因子2、每像素带宽1446Hz。通过计算单元来实时处理图像，以从相位图像获得温度图。这些温度图在图形界面中以彩色编码实时显示。可以在图像中识别特征点以选择这些像素中的一个或多个像素，其中，还将显示温度的时间演变。

在使用的第一示例中，每个二极管以4.2W的功率被顺序地供电达30秒，其中，在每个二极管的发射之间暂停10秒。

图13示出了在对应于六个光纤中的每一个的发射停止时(最大温度升高)的时刻，在每个发射通道的顺序激活期间由MRI获得的六个温度图像。对于每个图像，针对激活的二极管指示由光纤覆盖的角扇区。右边的曲线图示出了从1到6的被引用为1的六个像素中的温度变化，每个像素在由不同光纤覆盖的角扇区中被选择。

结果示出了每个光纤在不同角扇区中的温度升高，与图12(激光发射的定性表征)一致。光纤编号5的温度升高较不明显(图13中的角扇区2π/3)，这与图12中由该光纤产生的照明照片一致。右边的曲线图示出了定位在由光纤中的每一个覆盖的六个角扇区中的每个角扇区中的六个不同像素的变化。根据激活的激光二极管观察温度的连续升高。

图14示出了通过不同地激活为光纤中的每一个供电的激光二极管以便生成三角形、椭圆形或半圆形的热分布而获得的三个结果。

图14示出了针对三种不同激活配置通过MRI测温而获得的三个温度图像(a)、(b)和(c)。加热区域中的温度变化由显示在图像左边的灰度级的变化表示。配置(a)对应于以2W的功率和达60秒的持续时间同时激活三个光纤2、4和6。温度图像具有三角形形状。配置(b)对应于以1.5W的功率和达25秒的持续时间同时激活两个光纤3和6。温度图像具有椭圆形状。配置(c)对应于以1.5W的功率和达30秒的持续时间同时激活四个光纤1，2、3和6。温度图像具有半圆形状。

工业应用

使用多个激光能发射器，每个激光能发射器覆盖不同的角扇区并且处于沿护套的不同位置处，使得可以生成相对于目标区域的任意几何形状的可调节的3D温度分布。由于所产生的热损伤的几何形状的此灵活性，本发明特别适于治疗心脏纤维性颤动，以用于治疗各种器官的肿瘤，诸如腹部和病理性脑区域。

此外，通过调制由这些发射器的每个发射器发射的光束的波长，在光束穿透到目标区域的组织中的深度方面的控制更加精确。

最后，当具有激光能的多发射器的设备与热治疗组件中的MRI成像设备联接时，可以调制发射器中的每个发射器的光功率、发射持续时间和传输时刻，以便根据由MRI成像设备获得的温度图像，调节激光能随时间和空间的沉积。

本发明不限于以上通过非限制性示例描述的实施方式。本发明包括本领域技术人员可以设想到的所有替代实施方式。特别地应当理解，可以进行逻辑改变。另外，在本发明的具体实施方式中呈现的实施方式不应被解释为限制步骤和子步骤的顺序。

Claims

1.一种具有激光能的多发射器的激光设备(1)，所述激光设备被提出用于热治疗生物组织的目标区域，所述激光设备包括：

-至少一个护套(150)，所述至少一个护套具有纵轴(AA')并且包括近端(151)和远端(152)，所述远端旨在面向所述目标区域放置；

-至少两个光纤(123,124,125,126,127)，所述至少两个光纤在所述护套中在所述近端与所述远端之间延伸，所述光纤中的每一个适于将热治疗激光束引导到所述目标区域并且将激光能沉积在所述目标区域中；

-其中，所述至少两个光纤的远端被配置为使得每个光纤沿相对于所述护套的所述纵轴的不同发射方向发射激光束；

-激光源系统(19)，所述激光源系统被配置为生成至少两个激光束，所述至少两个激光束具有不同或相同的波长以及可调节光功率；

-激光束控制单元(31)，所述激光束控制单元被配置为控制所述激光源系统以便选择由所述光纤沿所述目标区域的方向引导和发射的所述激光束中的每一个的波长、光功率、沉积激光能的持续时间以及发射时刻，以便生成并动态地调节具有与所述目标区域的几何形状匹配的几何形状的3D热分布。

2.根据权利要求1所述的设备，所述至少两个光纤的远端定位在距所述护套(150)的远端的表面不同距离处。

3.根据权利要求1或2中一项所述的设备，所述光纤的远端被配置为沿相对于所述护套(150)的所述纵轴以0°到180°之间的角度α取向的发射方向发射激光束。

4.根据权利要求1至3中一项所述的设备，其中，所述激光源系统(19)包括多个单色激光源(23,24,25,26,27,28)。

5.根据权利要求1至4中一项所述的设备，其中，所述激光源系统适于针对每个光纤生成不同激光波长的至少两个激光束。

6.根据权利要求1至5中一项所述的设备，所述激光设备还包括多个传输光纤(43,44,45,46,47,48)，所述多个传输光纤能够将由所述激光源系统(19)生成的所述激光束传输到所述护套(150)的所述光纤(123,124,125,126,127,128)。

7.根据前述权利要求中一项所述的设备，所述激光设备还包括温度传感器。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述温度传感器是能够检测所述目标区域中的温度变化的检测光纤(128)。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个热治疗光纤(123,124,125,126,127)围绕所述检测光纤(128)沿径向对称分布。

10.根据前述权利要求中一项和权利要求6所述的设备，所述激光设备还包括连接装置(30,130)，所述连接装置能够将所述护套(150)的所述光纤(123,124,125,126,127,128)与所述激光源系统(19)的所述光传输光纤(43,44,45,46,47,48)连接。

11.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中，所述护套(150)包括至少一个内腔(158)，所述至少一个内腔适于在压力下注入治疗物质，所述治疗物质旨在朝向所述目标区域喷射。

12.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中，所述护套(150)包括闭合冷却回路，所述闭合冷却回路适于输送旨在冷却所述护套(150)的远端(152)的一部分的冷却液。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述闭合冷却回路由设置在所述护套中的至少两个内腔(158,159,160)形成。

14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述闭合冷却回路由包围所述护套(150)的冷却护套(161)形成，所述护套(150)包括所述光纤和设置在所述护套(150)中的内腔(158)。

15.一种用于热治疗生物组织的目标区域的组件(500)，所述组件包括：

-用于治疗所述目标区域的根据权利要求1至14中一项所述的具有激光能的多发射器的激光设备(1)；

-磁共振成像系统(50)，所述磁共振成像系统被配置为生成所述目标区域的解剖图像和测温图像。