CN118159331A - 具有成形以减少在向受试者的身体输送肿瘤治疗场时的边缘效应的电极阵列的换能器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：彼此电耦合的电极元件的阵列，所述阵列包括存在于换能器装置上的所有电极元件，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中一面面向受试者的身体；其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时，基本上描迹阵列的电极元件的阵列的外周界具有圆形凸形状；阵列的多个电极元件是限定阵列的外周界的外围电极元件，外围电极元件基本上围绕阵列的任何其他电极元件；并且其中对于每个外围电极元件，外围电极元件的周界的长度的至少一部分接触阵列的外周界。

Description

具有成形以减少在向受试者的身体输送肿瘤治疗场时的边缘 效应的电极阵列的换能器装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2022年8月12日提交的中国台湾地区专利申请号111130491、2022年8月11日提交的美国专利申请号17/886,382、2022年3月18日提交的美国专利申请号17/698,457、2021年8月12日提交的美国专利申请号63/232,329和2021年8月12日提交的美国专利申请号63/232,361的优先权，所述专利申请中的所有通过引用并入本文中。

背景技术

肿瘤治疗场(TTField)是中频范围(例如，50kHz至1MHz，诸如50-550kHz)内的低强度(例如，1-4V/cm)交变电场，其可以用于治疗肿瘤，如美国专利号7,565,205中所描述的。TTField疗法是一种批准用于复发性胶质母细胞瘤(GBM)的单一治疗，并且是一种批准用于新诊断GBM患者的化疗联合疗法。TTField还可以用于治疗受试者的身体的其他部位(例如肺、卵巢、胰腺)中的肿瘤。例如，TTField疗法是一种批准的用于恶性胸膜间皮瘤(MPM)的化疗联合疗法。通过直接放置在患者的身体上(例如，使用Novocure Optune^TM系统)的换能器(例如，电容耦合电极元件的阵列)并在换能器之间施加AC电压，向感兴趣的区域中非侵入性地感应出TTField。

用于产生TTField的常规的换能器包括多个陶瓷盘。每个陶瓷盘的一侧抵靠患者的皮肤定位，并且每个盘的另一侧具有导电背衬。电信号被施加到该导电背衬，并且这些信号通过陶瓷盘被电容耦合到患者的身体中。常规的换能器设计包括陶瓷盘的矩形阵列，所述陶瓷盘以直的行和列(例如，以三乘三的布置)彼此对齐。

附图说明

图1描绘了定位在受试者的头部上的换能器的示例。

图2描绘了定位在受试者的躯干上的换能器的示例。

图3A和3B描绘了各种换能器的结构的示例的横截面视图。

图3C描绘了以三乘三布置的直的行和列彼此对齐的陶瓷盘的常规矩形电极阵列的热图像。

图4描绘了换能器装置上的电极元件的阵列的示例布局。

图5描绘了图4的阵列的电极元件。

图6描绘了换能器装置上的电极元件的阵列的另一示例布局。

图7描绘了换能器装置上的电极元件的阵列的另一示例布局。

图8描绘了换能器装置上的电极元件的阵列的另一示例布局。

图9描绘了换能器装置上的电极元件的阵列的另一示例布局。

图10描绘了换能器装置上的电极元件的阵列的另一示例布局。

图11A-11C描绘了来自具有不同形状的电极元件的阵列的电场强度的示例。

图12描绘了针对具有不同外周界形状的电极阵列的平均功率损耗相对于阵列表面积的绘图。

下面参考附图详细描述各种实施例，其中相同的参考标号表示相同的元件。

具体实施方式

本申请描述了用于将TTField输送到受试者的身体并用于治疗定位在受试者的身体内的一种或多种癌症(肿瘤)的示例性换能器装置。

当TTField被施加到受试者的身体时，受试者的身体处的温度可以与感应电场成比例地增加。法规将可以通过换能器驱动的电流的量限制为使受试者的身体上的位置处的测量温度保持在温度阈值以下的量。如本领域中所实施的，通过减少由换能器驱动的操作电流并减少所得到的TTField的强度，将受试者的身体上的换能器的位置处的温度控制为低于温度阈值。这又成为可以用于治疗肿瘤的关于TTField强度的首要限制(over-ridinglimitation)。因此，在本领域中存在对安全地获得(access)更高的TTField强度而不超过受试者的皮肤处的温度阈值的需要。

发明人已经发现，在包括电极元件的阵列的换能器上，与朝向阵列的中部定位的电极元件相比，沿着阵列的边缘定位的电极元件对于流过其中的电流具有较低的电阻。这通常可能导致阵列的边缘(例如外周界)上的点处的电荷的更高度的集中(concentration)。此外，定位在阵列的边缘中的拐角或类似急弯处的电极元件将比沿阵列的边缘和阵列的中心中的其他电极元件具有电荷的更高度的集中。换能器驱动较高电流的量通过沿着阵列的边缘、并且特别是拐角处定位的电极元件的趋势在本文中被称为“边缘效应”。

由于边缘效应导致的通过换能器的阵列的电流的不均匀分布可能导致在远处拐角处或沿着阵列的边缘形成较高温度区域(或“热点”)。这些热点是首先达到阈值温度的位置，并且因此控制要求以降低电流。这样，由于边缘效应而导致的热点的产生限制了可以由换能器驱动的最大操作电流以及所得到的TTField的强度。

发明人现在已经认识到，存在对具有电极元件阵列布局的换能器的需要，该电极元件阵列布局减少或最小化边缘效应并且允许向换能器施加更高的操作电流。以增加的电流操作的换能器可以在受试者的身体内感应出更强的TTField，从而最终导致更好的患者效果。所公开的换能器装置中的每个都具有电极元件的阵列，该电极元件的阵列定位在布局中并具有减小或最小化边缘效应的形状。

通过参考以下详细描述、示例、附图和权利要求及其先前和后面的描述，可以更容易地理解本发明。然而，要理解，除非另外规定，本发明不限于所公开的具体装置、设备、系统和/或方法，并且因此当然可以变化。

标题仅为了方便起见而提供，并且不要被解释为以任何方式限制本发明。在本公开的任何标题下或任何部分中说明的实施例可以与在本公开的相同或任何其他标题或其他部分下说明的实施例组合。

本文中在其所有可能变体中描述的元素的任何组合被本发明包含，除非本文中另外指示或以其他方式与上下文明显矛盾。

如说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个指示物，除非上下文另外明确规定。

图1描绘了定位在受试者的身体的头部上的换能器100。图1描绘了受试者的头部的一个示例，在该头部上换能器100以各种位置和/或取向放置。受试者的头部上的换能器100的这样的布置能够将TTField施加到受试者的脑部的区域中的肿瘤。应当注意，可以选择受试者的头部上的各种其他位置和/或取向来放置换能器。

每个换能器100可以具有布置在其上的电极元件的阵列，如本文中所述。每个换能器100可以放置在受试者的头部上，其中电极元件的阵列的一面面向受试者的头部。换能器100可以放置在受试者的头部上，使得电极元件的阵列的面符合头部的外部形状。

图2描绘了分别定位在受试者的身体的躯干上的第一和第二位置处的第一和第二换能器。具体地，图2描绘了定位在受试者的右胸的前部上的第一换能器200和定位在受试者的左大腿的前部上的第二换能器201。应当注意，可以选择受试者的躯干上的各种其他位置以用于放置一对或多对换能器。

图2描绘了附接到受试者的身体的换能器200和201。作为示例，可以通过将医学上合适的粘合剂施加到每个换能器的表面上来将换能器200和201附到受试者的身体。在其他实施例中，换能器200和201可以附接到一件或多件服装(未示出)，诸如例如衬衫和裤子。在示例中，换能器200和201可以使用粘合剂附接到衣服。在另一个示例中，可以通过将换能器200和201结合在衣服内来将换能器200和201附接到衣服。在其中换能器被布置在受试者的头部上的位置处的示例中，相应的换能器可以集成在另一种类型的服装(例如帽子)中。

换能器200和201中的每个可以具有布置在其上的电极元件的阵列，如本文中所述。每个换能器200和201可以放置在受试者的身体上，其中电极元件的阵列的一面面向受试者的身体。换能器200和201可以放置在受试者的身体上，使得对应的电极元件的阵列的面符合受试者的身体的外部形状。

在第一换能器200和第二换能器201两者中，电极元件的阵列可以布置并定位在外周界206(由图2中的虚线限定)内。在示例中，每个换能器上的阵列的外周界206可以具有基本上圆形的边缘。在示例中，每个换能器上的阵列的外周界206在形状方面可以是基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形。外周界206的其他形状也可以是可能的。

电极元件的阵列可以包括本文中公开的多种不同布局，其减少换能器的操作期间的边缘效应或使换能器的操作期间的边缘效应最小化。布局可以包括例如以下各项中的一个或多个：成形以符合圆形外周界206的外围电极元件；接触阵列的电极元件的圆形外周界206的一定百分比的长度；成形以接触圆形外周界206的至少一定百分比的长度的外围电极元件；和/或阵列的电极元件，每个电极元件沿着或邻近外周界206布置。

图3A和图3B描绘了换能器的结构的示例的横截面视图。例如，如图3A中所示，换能器300A具有多个电极元件302A和基底304A。基底304A被配置用于将换能器300A附接到受试者的身体。用于基底304A的合适材料包括例如布、泡沫和柔性塑料。在一个示例中，基底304A包括具有不小于约0.5mm的厚度的导电医用凝胶。在更具体的示例中，基底304A是具有0.5mm的最小厚度的水凝胶层。在这种情况下，换能器300A通过基底304A附接到受试者的身体。

多个电极元件302A可以被定位在基底304A上。电极元件中的每个可以具有导电板，其上布置有面向基底304A的介电层。可选地，一个或多个传感器可以以类似于Novocure系统中使用的常规布置的方式被定位在电极元件302A中的每个下方。在一个示例中，一个或多个传感器是温度传感器(例如，热敏电阻)。

图3B描绘了换能器300B的结构的另一个示例的横截面视图。在该示例中，换能器300B包括多个电极元件302B。该多个电极元件302B在没有基底的情况下彼此电连接和机械连接。在一个示例中，电极元件302B通过导线306B彼此连接。

如图3A和3B中所描绘的，换能器300A和300B分别包括基本扁平的电极元件302A和302B的阵列。在图3A和3B中的每个中，电极元件的阵列可以是电容耦合的。在一些实施例中，电极元件302A和302B是定位在多个扁平导体上的非陶瓷介电材料。定位在扁平导体上的非陶瓷介电材料的示例包括布置在印刷电路板上的焊盘上或扁平金属片上的聚合物膜。在其他实施例中，电极元件302A和302B是陶瓷元件。

也可以使用使用非电容耦合的电极元件的阵列的换能器。在该情况下，每个电极元件302A和302B可以使用导电材料的区域来实现，该导电材料被配置用于抵靠受试者的身体放置，其中在导电元件和身体之间没有绝缘介电层。

也可以使用用于实现用于与本发明的实施例一起使用的换能器的其他替代构造，只要它们能够：(a)将TTField输送到受试者的身体，以及(b)被定位在受试者的身体的位置处。

图3A和3B从垂直于由图中所示的3维坐标轴定义的Y-Z平面的方向描绘了换能器300A和300B。如所图示的，电极元件302A和302B沿着平行于Y轴的方向分布。此外，电极元件302A和302B可以沿着平行于X轴的方向分布。这样，换能器300A和300B可以分别各自包括电极元件302A和302B的阵列，电极元件302A和302B沿着平行于X-Y平面的平面中的阵列的面分布。当换能器定位在受试者的身体上方时，阵列的面(平行于X-Y平面)被配置成面向受试者的身体。其余图中描绘了类似的3维坐标轴。

图3C描绘了使用中的9电极换能器阵列(3×3矩形的电极的阵列)的热热图(thermal heatmap)，其图示了沿边缘并且特别是在阵列的角落处存在较高温度区域或“热点”。如上面讨论的，由于边缘效应而产生的热点限制了可以由换能器驱动的最大操作电流以及所得到的TTField的强度。

图4和6-10各自描绘了根据所公开的实施例的换能器上的电极元件的示例布局。在本文中描述的电极元件的每个示例布局中(例如，在图4和6-10中)，从垂直于电极元件的阵列的面(即，垂直于X-Y平面)的方向观察该布局。电极元件的阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中阵列的该面面向受试者的身体。在本文中描述的每个示例布局中(例如，在图4和6-10中)，“电极元件的阵列”包括存在于换能器装置(例如，图4中的400)上的所有电极元件(例如，图4中的402A-402H)。

如图4和6-10中所描绘的，换能器(例如，图4中的400)可以包括其上布置有电极元件的基底(例如，图4中的404)。在一些实施例中(例如图9)，基底可以具有在其中形成的切口、狭缝或穿孔，以促进将基底放置在受试者的身体的圆形边缘上方。如上面讨论的，换能器的其他实施例可以不包括基底。所公开的电极元件布局可以同样地应用于其中存在基底的换能器和其中不存在基底的换能器。

在本文中描述的每个电极元件布局中(例如，在图4和6-10中)，阵列的多个电极元件是“外围电极元件”。例如，在图4、6、7、9和10中，换能器上存在的所有电极元件都是外围电极元件。在如图8中所示的另一个示例中，换能器上的仅电极元件的子集(例如802A-802H)是外围电极元件。在这样的实施例中，外围电极元件(例如，图8中的802A-802H)可以基本上围绕阵列的所有其他电极元件(例如，图8中的802I)。术语“基本上围绕”可以指穿过围绕或包围每个其他(非外围)电极元件的所有外围电极元件的质心的凸形状。在下面描述的每个图中，外围电极元件可以限定电极元件的阵列的外周界(例如，图4中的406)。在下面描述的每个图中，换能器上的电极元件的阵列包括至少六个电极元件。在示例中，换能器上的电极元件的阵列包括至少八个电极元件。

在本文中描述的几种电极元件布局中(例如，在图4和6-10中)，基本上描迹(trace)阵列的电极元件的阵列的外周界(例如，图4中的406)具有圆形凸形状。术语“圆形凸形状”是指任何二维形状，其1)其至少一部分具有曲率的半径(即，该形状至少部分是圆形的)；以及2)没有任何凹入部分。在某些换能器中，例如如图4、6-8和10中所描绘的，圆形凸外周界没有任何拐角(例如，其中两个直边缘在一点处相交的尖角、圆角等)。圆形凸外周界可以是基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形，如图4、6-8和10中所示。在其他换能器中，例如如图9中所描绘的，圆形凸外周界906具有圆角。例如，圆形凸外周界可以是具有圆角的基本上矩形、具有圆角的基本上多边形或具有圆角的其他凸形状。

本文中描述的每个电极元件布局(例如，图4和6-10中)被设计成减少边缘效应或使边缘效应最小化，并减少电极元件的阵列的外周界处形成的热点的存在或强度。这可以通过操纵电极元件的整个阵列(由外周界限定)的几何形状、操纵各个电极元件的几何形状和/或使阵列的所有电极元件成为外围电极元件来实现。以这种方式设置电极元件的阵列的几何形状可以平衡来自阵列的各个电极的电流输出，使得电流跨阵列或跨阵列的边缘相对一致。这允许增加供应给换能器的电流，同时将受试者的身体上的温度维持在阈值温度以下。

图4描绘了具有电极元件402的示例布局的换能器400，电极元件402可以布置在基底404上。如所图示的，换能器400的电极元件402彼此耦合。在图4中，换能器的电极元件的阵列包括八个电极元件402A-402H，所述电极元件中的所有都是外围电极元件。

图4以虚线描绘了外周界406。外周界406是基本上描迹阵列的电极元件402的圆形凸周界，如上所述。外周界406可以由围绕电极元件402的形状适合(form-fit)的凸形状限定。此外，如所描绘的，外周界406界定(circumscribe)电极元件402的阵列。在图4的实施例中，外周界406接触阵列中的每个电极元件402A-402H的边缘。

如图4中所描绘的，每个外围电极元件(例如，每个电极元件402A-402H)的周界的长度的至少一部分接触外周界406。图4中的每个电极元件402A-402H可以沿外周界406在多于单个点处接触外周界406。在示例中，外周界406描迹接触外周界406的电极元件402的一个或多个弯曲边缘(例如，414)。在其中所有电极元件402和/或所有外围电极元件具有接触/描迹圆形凸外周界406的其周界的长度的实施例中，通过电极元件402的电流输出可以更有效地平衡。

在示例中，阵列中的电极元件402A-402H可以关于阵列彼此基本上等距间隔开。例如，在图4中，接触外周界406的每对邻近外围电极元件(例如，402A和402H)在其间具有大致相同的距离(例如，408)。更具体地，一对邻近外围电极元件之间的距离比阵列的任何其他对邻近外围电极元件之间的距离大不超过5％。在其他示例中，“基本上等距”间隔开可以指一对邻近外围电极元件之间的距离比阵列的任何其他对邻近外围电极元件之间的距离大不超过2％，更特别地大不超过1％。例如，图4中的电极元件402A和402H之间的距离408比电极元件402A和402B、电极元件402B和402C、电极元件402C和402D、电极元件402D和402E、电极元件402E和402F、电极元件402F和402G、以及电极元件402G和402H之间的距离中的任何一个大不超过5％，特别是大不超过2％，并且特别是大不超过1％。在示例中，一对邻近电极元件之间的距离可以是从其中第一电极元件与外周界406相交或接触外周界406的点到其中第二邻近电极元件与外周界406相交或接触外周界406的点的最短距离。在示例中，一对邻近电极元件之间的距离可以沿着外周界406的长度(直线或弧)测量。将电极元件402布置为沿着外周界406彼此基本上等距间隔开可以平衡阵列的电极元件402之间的电磁屏蔽，从而有助于更平衡的电流输出。

各个电极元件402的某些形状也可以帮助平衡通过阵列的电流。在示例中，阵列中的电极元件402中的至少一个可以具有三角形形状、具有圆角的基本三角形形状、截顶三角形形状、具有圆角的基本截顶三角形形状、楔形形状、具有圆角的基本楔形形状、截顶楔形形状或具有圆角的基本截顶楔形形状。图4描绘了电极元件402中的每个，其具有带有径向面向内的圆角和在两个其余拐角之间的径向面向外的圆角的基本楔形形状。如参考电极元件402C所图示的，一个或多个电极元件402可以包括：第一边缘410，其相对于阵列的中心部分411在径向向外方向上延伸；第二边缘412，其相对于阵列的中心部分411在径向向外方向上延伸；以及圆形边缘414，其在径向远离阵列的中心部分411定位的电极元件的端部处将第一边缘410连接到第二边缘412。如所图示的，圆角416可以在径向朝向中心部分411定位的电极元件的相对端处将第一边缘410连接到第二边缘412。虽然未示出，但是在其他实施例中，将第一边缘410连接到圆形边缘414的拐角和将第二边缘412连接到圆形边缘414的拐角可以各自是类似于圆角416的圆角。圆形边缘414的曲率的半径可以大于圆角416的曲率的半径。

图4中的电极元件402的形状可以在通过电极元件402的电流输出之间提供附加的平衡，因为所有电极元件402均定位成从阵列的中心部分411基本上对称地向外辐射。此外，圆形边缘414描迹阵列的圆形外周界406。这消除了阵列的整体形状中的拐角，这可以防止由于边缘效应导致的电流的高度集中。

在本文中描述的每个电极元件布局中(例如，在图4和6-10中)，阵列中的任何数量的电极元件402可以具有基本上类似的形状。例如，在图4中，所有电极元件402A-402H具有如上所述的基本上类似的形状。在其他实施例中(图4和6-10)，阵列中的一个或多个电极元件可以具有彼此基本上不同的形状。如图4中所描绘的，阵列中的每个电极元件402A-402H可以具有大致相同的表面积，从而进一步平衡来自各个电极元件的电流输出。

图5更详细地图示了图4的电极元件402C。图5描绘了电极元件402C的周界500(以小虚线表示)以及接触电极元件402C的外周界406的部分(以大虚线表示)。如所描绘的，电极元件402C的周界500的长度的至少10％接触外周界406(例如，沿着弯曲边缘414)。在示例换能器中，接触外周界406的每个电极元件402可以具有接触外周界406的其周界500的长度的至少10％。对于本文中描述的实施例中的每个，接触阵列的外周界的每个电极元件可以具有接触阵列的外周界的其周界的长度的至少30％、至少20％、至少15％、至少10％或至少5％，诸如例如接触阵列的外周界的其周界的长度的从5％至30％、或从10％至15％、或从10％至20％、或从10％至30％。因此，每个外围电极元件的大部分沿着外周界406的边缘，与具有仅在离散点处接触外周界的电极(例如盘形电极)的换能器相比，提供沿着换能器的边缘的更平衡的电流的分布。

回到图4，对于阵列的电极元件而言，接触外周界406的总长度的至少某一百分比可能是可期望的。例如，阵列中的至少一个电极元件402C具有沿着外周界406的长度的至少5％接触外周界406的弯曲部分的弯曲边缘414。对于本文中描述的实施例中的每个，阵列中的至少一个电极元件具有沿着外周界的长度的至少30％、至少20％、至少15％、至少10％或至少5％(诸如例如外周界的长度的从5％至10％、或从5％至15％、或从5％至20％、或从10％至30％)接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。在示例中，阵列中的电极元件的总数的至少50％可以具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。对于本文中描述的实施例中的每个，阵列中的电极元件的总数的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％可以具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。例如，阵列中的电极元件的总数的从50％至60％、或从50％至70％、或从50％至80％、或从50％至90％可以具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。此外，阵列中的电极元件的总数的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％可以具有沿着外周界的长度的至少30％、至少20％、至少15％、至少10％或至少5％并且在相同的相关联范围内接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。在示例中，阵列中的至少六个电极元件可以具有沿着外周界的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。在图4中，阵列中的每个电极元件具有沿着外周界406的长度的至少5％接触外周界406的弯曲部分的弯曲边缘(例如，414)。这帮助将电极元件402沿着圆形凸周界向外展开，使得电极元件402的阵列的整体形状是圆形的，没有拐角。

在示例中，外周界406的总长度的至少30％接触阵列中的一个或多个电极元件402。更进一步，外周界406的长度的至少50％接触阵列中的一个或多个电极元件402。如图4中所描绘的，由于各个电极元件402的形状，外周界406的长度的至少60％、更特别地至少80％、并且更特别地至少90％可以接触阵列的电极元件402。以这种方式增加接触电极元件的外周界406的量或使接触电极元件的外周界406的量最大化可以通过使电极元件的边缘的大部分符合圆形形状来进一步平衡通过阵列的电流输出。对于本文中描述的实施例中的每个，外周界的总长度的至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％接触阵列中的一个或多个电极元件，诸如例如外周界的总长度的从30％到60％、或从30％到70％、或从30％到80％、或从30％到90％、或从50％到60％、或从50％到70％、或从50％到80％、或从50％到90％接触阵列中的一个或多个电极元件。

图6描绘了具有电极元件602的示例布局的换能器600，电极元件602可以布置在基底604上。电极元件602的布局类似于图4的布局，但是具有不同成形和不均匀间隔开的电极元件602。此外，图6中描绘了换能器600的分层结构。如所示，换能器600可以包括电极元件602和基底604之间的印刷电路板(PCB)层605。PCB层605可以包括将电极元件602电耦合在一起的导电路径。PCB层605可以包括电连接器部分622，电连接器部分622提供用于将引线连接到换能器600的点。如所图示的，电连接器部分622可以布置在由阵列的电极元件602围绕的换能器600的中心部分611处。换能器的其他实施例可以以定位在换能器上其他位置的电连接器部分为特征。

在图6中，换能器的电极元件的阵列包括八个电极元件602A-602H，八个电极元件602A-602H中的所有都是外围电极元件。阵列的外周界606以虚线示出。外周界606是基本上描迹阵列的电极元件602的圆形凸周界。如所描绘的，外周界606界定电极元件602的阵列。在图6的实施例中，外周界606接触阵列中的每个电极元件602A-602H的边缘。每个外围电极元件602A-602H的周界的长度的至少一部分接触外周界606。

图6中描绘的电极元件602各自具有带有圆角的基本楔形形状。电极元件602各自具有径向面向内的圆角(例如，616)和在两个其余拐角之间的径向面向外的圆形边缘(例如，614)。一个或多个电极元件602可以包括：第一边缘610，其相对于阵列的中心部分611在径向向外方向上延伸；第二边缘612，其相对于阵列的中心部分611在径向向外方向上延伸；以及圆形边缘614，其在径向远离阵列的中心部分611定位的电极元件的端部处将第一边缘610连接到第二边缘612。如所图示的，圆角616可以在径向朝向中心部分611定位的电极元件的相对端处将第一边缘610连接到第二边缘616。如所描绘的，圆角618可以将第一边缘610连接到圆形边缘614，并且另一个圆角620可以将第二边缘612连接到圆形边缘614。图6描绘了具有与上述基本相似形状的所有电极元件602。然而，在其他实施例中，阵列中的一个或多个电极元件可以具有彼此基本上不同的形状。阵列中的每个电极元件602可以具有大致相同的表面积。

图7描绘了具有电极元件702的示例布局的换能器700，电极元件702彼此耦合，并且可以布置在基底704上。电极元件702的布局类似于图4的布局，但是具有不同成形的电极元件702和不同成形的外周界706。在图7中，换能器的电极元件的阵列包括八个电极元件702A-702H，所有电极元件702A-702H都是外围电极元件。

图7描绘了外周界706，该外周界706是基本上描迹阵列的电极元件702的圆形凸周界。外周界706由围绕多个电极元件702的形状适合的凸形状限定，并且因此界定电极元件702的阵列。外周界706可以是圆形的。如所描绘的，外周界706可以被成形为使得沿着外周界706的每个点与外周界706内的点(例如，阵列的质心)等距。

外周界706接触阵列中的每个电极元件702A-702H的边缘。如所描绘的，每个电极元件(702A-702H)的周界的长度的至少一部分接触外周界706。特别地，外周界706描迹接触外周界706的电极元件702的一个或多个弯曲边缘(例如，弯曲边缘714)。

在示例中，阵列中的电极元件702A-702H可以关于阵列彼此基本上等距间隔开。例如，在图7中，接触外周706的每对邻近外围电极元件(例如，702A和702H)可以在其间具有大致相同的距离(例如，708)，如上面关于图4中的距离408所述。

图7描绘了具有带有径向面向外的圆形边缘(例如，714)的楔形形状的电极元件702中的每个。如参考电极元件702C所图示的，一个或多个电极元件702可以包括：第一边缘710，其相对于阵列的中心部分711在径向向外方向上延伸；第二边缘712，其相对于阵列的中心部分711在径向向外方向上延伸；以及圆形边缘714，其在径向远离阵列的中心部分711定位的电极元件的端部处将第一边缘710连接到第二边缘712。阵列中的任何数量的电极元件702可以具有基本上类似的形状。例如，在图7中，所有电极元件702具有如上所述的基本上类似的形状。然而，在其他实施例中，阵列中的一个或多个电极元件可以具有彼此基本上不同的形状。阵列中的每个电极元件702可以具有大致相同的表面积。

图7的阵列中的至少一个电极元件702具有沿外周界706的长度的至少5％接触外周界706的弯曲部分的弯曲边缘714。如图7中所描绘的，阵列中的每个电极元件都具有沿着外周界406的长度的至少5％接触外周界706的弯曲部分的弯曲边缘(例如714)。图7中外周界706的总长度的至少30％、更特别地至少50％接触阵列中的一个或多个电极元件702。

图8描绘了具有电极元件802的示例布局的换能器800，电极元件802彼此耦合并可以布置在基底804上。图8中描绘的换能器800具有PCB层805，类似于参考图6描述的PCB层。电极元件802的布局类似于图6的布局，但是具有不同地成形和不同地布置的电极元件802。在图8中，换能器的电极元件的阵列包括九个电极元件802A-802I，包括八个外围电极元件802A-802H和一个非外围电极802I。如所图示的，阵列中的至少一个电极元件(例如，802I)可以被阵列的一个或多个外围电极元件围绕，并且不接触外周界806。

在图8中，外周界806是基本上描迹阵列的电极元件802的圆形凸周界。外周界806接触每个外围电极元件802A-802H的边缘。如所描绘的，每个外围电极元件(802A-802H)的周界的至少一部分接触外周界806。

图8中描绘的外围电极元件802各自具有带有圆角的基本截顶楔形形状。一个或多个电极元件802可以包括：第一边缘810，其相对于阵列的中心部分在径向向外方向上延伸；第二边缘812，其相对于阵列的中心部分在径向向外方向上延伸；以及圆形边缘814，其在径向远离阵列的中心部分定位的电极元件的端部处将第一边缘810连接到第二边缘812。在一些实施例中，所有(一个或多个)外围电极元件可以具有基本相似的形状。在其他实施例中，外围电极元件中的一个或多个可以具有彼此基本上不同的形状。图8中描绘的非外围电极元件802I具有带有圆角的大致矩形形状，并布置在阵列的中心部分中。在其他实施例中可以包括其他数量(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多)的非外围电极元件。(一个或多个)非外围电极元件可以采取任何期望的形状，包括但不限于正方形、矩形、六边形或多边形形状，具有一个或多个圆角的基本上正方形、矩形、六边形或多边形形状、不规则形状、或圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形形状。在一些实施例中，可以有多于一个非外围电极元件。在一些实施例中，所有(一个或多个)非外围电极元件可以具有基本相似的形状。在其他实施例中，非外围电极元件中的一个或多个可以具有彼此基本上不同的形状。

图9描绘了具有电极元件902的示例布局的换能器900，电极元件902彼此耦合，并可以布置在基底904上。图9中描绘的换能器900具有PCB层905，该PCB层905可以包括电连接器部分922，以提供用于将引线连接到换能器900的点。电极元件902的布局类似于图6的布局，但是具有不同地成形/布置的电极元件902和不同地成形的外周界906。在图9中，换能器的电极元件的阵列包括八个电极元件902A-902H，所有电极元件902A-902H都是外围电极元件。

图9描绘了外周界906，该外周界906是基本上描迹阵列的电极元件902的圆形凸周界。外周界906界定电极元件902的阵列。如所描绘的，外周界906可以是具有圆角的矩形。在示例中，外周界906可以被成形为使得在外周界906的每个圆角处，沿着圆角部分的每个点与外周界906内的点等距。外周界906接触阵列中的每个电极元件902A-902H的边缘。如所描绘的，每个外围电极元件(902A-902H)的周界的至少一部分接触外周界906。图9描绘了具有带有圆角的基本矩形形状的电极元件902中的每个。

图10描绘了具有电极元件1002的示例布局的换能器1000，电极元件1002彼此耦合，并可以布置在基底1004上。图10中描绘的换能器1000具有PCB层1005，该PCB层1005可以包括电连接器部分1022，以提供用于将引线连接到换能器1000的点。电极元件1002的布局类似于图6的布局，但是其中电极元件1002定位在不同的位置中。在图10中，换能器的电极元件的阵列包括八个电极元件1002A-1002H，电极元件1002A-1002H中的所有都是外围电极元件。在一些实施例中，所有(一个或多个)电极元件可以具有基本相似的形状。在其他实施例中，电极元件中的一个或多个可以具有彼此基本上不同的形状。

图10描绘了外周界1006，该外周界1006是界定电极元件1002的阵列的圆形凸周界。如所描绘的，外周界1006接触阵列中的每个电极元件1002的边缘或邻近阵列中的每个电极元件1002的边缘延伸。例如，外周界1006接触电极元件1002A、1002D、1002E和1002H。外周界1006邻近电极元件1002B、1002C、1002F和1002G中的每个的边缘延伸。如图10中所描绘的，阵列中的每个电极元件1002A-1002H具有距离外周界1006小于一定距离定位的边缘。例如，从电极元件1002B到外周界1006的距离1024可以小于电极元件1002B的周界的长度的20％。电极元件1002C、1002F和1002G距外周界1006的距离可以类似地小于该量。其他电极元件1002A、1002D、1002E和1002H接触外周界1006，并且因此它们的边缘与外周界1006没有距离。对于本文中公开的阵列的实施例中的每个，存在实施例，对于该实施例，阵列中的每个电极元件具有定位在小于距离界定阵列的外周界的电极元件的周界的30％、或小于20％、或小于10％、或小于5％、或小于2％、或小于1％的距离(诸如例如距离界定阵列的外周界的电极元件的周界的从1％到30％、或从1％到20％、或从1％到10％、或从1％到5％、或从5％到30％、或从5％到20％、或从5％到10％的距离)的边缘。

在示例中，阵列中的电极元件1002A-1002H可以关于阵列彼此基本上等距间隔开。例如，在图10中，阵列中的每对邻近电极元件(例如，1002A和1002H)可以在其间具有大致相同的距离(例如，1008)，如上面关于图4中的距离408所述。

图11A、11B和11C示出了具有不同外周界形状的电极元件的阵列在头皮上的阵列下的比吸收率(Specific Absorption Rate)(SAR)。SAR测量由生物组织吸收的能量，并提供组织处引起的温度升高的估计。在给定位置处，SAR被计算为耗散功率和质量密度之间的比率，如等式(1)中所提供：

其中σ是组织的电导率，E表示感应电场的幅度，ρ是质量密度(kg/m³)，并且T是温度(开尔文度)。

图11A示出了具有卵形或椭圆形外周界的阵列下的SAR，图11B示出了具有圆形外周界的阵列下的SAR，并且图11C示出了具有矩形外周界的阵列下的SAR。所有三种形状的图像都示出相同的最大SAR值，因为SAR代表温度，并且使用相同的最大温度来模拟实际使用中存在的温度阈值。如图11A和11B中所描绘的，椭圆形和圆形阵列两者下的SAR沿着阵列的整个外边缘相对一致。从具有基本上卵圆形或似卵形外周界的阵列中可以看到类似的结果。椭圆形和圆形阵列的所有整个区域的最大SAR(对应于最大温度)导致由阵列输送更高的电流。然而，对于矩形阵列，“热点”仅出现在拐角处，而中心中的黑色(较冷)区域大得多，这指示大部分电荷集中在拐角中，从而导致较不活跃的治疗区域。拐角中的温度升高限制了由阵列输送的电流。

从基本矩形阵列(例如，图3C的矩形3×3阵列或图11C中所描绘的矩形阵列)移动至基本圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形阵列(例如，图11A和11B)可以减少边缘效应或使边缘效应最小化，由此减少或消除热点。通过去除电极元件阵列的整体形状中的拐角，所公开的换能器在边缘周围提供了更均匀的电场强度，从而允许感应出更强的TTField而不会使受试者的身体过热。

图12描绘了具有不同外周界形状(矩形、圆形和椭圆形)的电极阵列的平均功率损耗1202(mW/cm³)相对于阵列表面积1204(mm²)的绘图1200。TTField功率损耗密度表示由TTField在身体内每单位时间沉积的能量。对于每个电极阵列形状，通过模拟来自具有三个不同表面积1204(例如，4160mm²、7865mm²和12740mm²)的阵列穿过脑部的平均功率损耗1202来确定绘图1200中描绘的关系。模拟平均功率损耗与由阵列输出的TTField的电场强度的平方幅度成比例，如等式(2)中所提供的：

power loss＝0.5σE² 等式(2)

其中σ是组织的电导率，并且E表示感应电场的幅度。在绘图1200中描绘了来自模拟的结果。趋势线1206表示矩形形状阵列的平均功率损耗1202和阵列表面积1204之间的关系。趋势线1208表示圆形形状阵列的平均功率损耗1202和阵列表面积1204之间的关系。趋势线1210表示椭圆形形状阵列的平均功率损耗1202和阵列表面积1204之间的关系。如所描绘的，椭圆形形状阵列(1210)对于每个表面积1204具有最高的功率损耗1202，矩形形状阵列(1206)对于每个表面积1204具有最低的功率损耗1202，而圆形形状阵列(1208)具有在椭圆形和矩形阵列的功率损耗之间的功率损耗1202。这意味着在相同的温度下，椭圆形阵列1210能够比圆形阵列1208感应出更强的TTField，并且圆形阵列1208能够比矩形阵列1206感应出更强的TTField。由于因为边缘效应而在矩形阵列1206的四个拐角处出现电流/热量集中(热点)，矩形阵列1206提供最低的性能。

下面的表1示出了针对每个表面积的不同形状的阵列之间的差异功率损耗(以百分比表示)。

表1.不同形状阵列之间的差异功率损耗

如表1中所示，当换能器是小的时(例如，较低的阵列表面积)，与当换能器是大的时(例如，较高的阵列表面积)相比，矩形、圆形和椭圆形阵列形状之间的差异不太明显。在任何表面积下，但特别是在最大表面积(12740mm²)下，功率损耗中的最大差异在矩形和椭圆形形状阵列之间。

模拟的结果表明，增加具有相同阵列形状的阵列的表面积可能是比简单地改变相同换能器表面积的阵列形状更低效率的增加TTField强度的方式。绘图1200示出了表示第一标准阵列“INE”(“绝缘九电极”)的表面积的大小的垂直线1212和表示第二标准阵列(“超阵列”)的表面积的大小的另一垂直线1214。将矩形阵列1206从INE表面积大小(1212)增加到超阵列表面积大小(1214)可以提供高达20％的功率损耗中的增益，如绘图1200上所示。然而，在相同的INE大小(1212)下，简单地从矩形阵列1206改变到椭圆形阵列1210可以提供高达50％的功率损耗中的增益。类似地，在7865mm²(～INE大小)的面积内将阵列形状从矩形改变为椭圆形比将矩形面积从7865mm²增加到12740mm²(～超阵列大小)增加了36％以上的脑部中的平均功率损耗。

本发明包括其他条目，诸如以下条目。

条目1：一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：彼此电耦合的电极元件的阵列，所述阵列包括存在于换能器装置上的所有电极元件，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中阵列的一面面向受试者的身体；其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时，基本上描迹阵列的电极元件的阵列的外周界具有圆形凸形状；阵列的多个电极元件是限定阵列的外周界的外围电极元件，外围电极元件基本上围绕阵列的任何其他电极元件；其中对于每个外围电极元件，外围电极元件的周界的长度的至少一部分接触阵列的外周界。

条目2：根据条目1所述的换能器装置，其中外周界不具有任何拐角。条目3：根据条目1所述的换能器装置，其中外周界是基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形。条目4：根据条目1所述的换能器装置，其中外周界的一部分被成形为使得沿着外周界的部分的每个点与外周界内的点等距。条目5：根据条目1所述的换能器装置，其中阵列中的电极元件中的至少一个具有三角形形状、具有圆角的基本三角形形状、截顶三角形形状、具有圆角的基本截顶三角形形状、楔形形状、具有圆角的基本楔形形状、截顶楔形形状、或具有圆角的基本截顶楔形形状。条目6：根据条目1所述的换能器装置，其中阵列中的电极元件中的至少一个包括：第一边缘，其相对于阵列的中心部分在径向向外的方向上延伸；第二边缘，其相对于阵列的中心部分在径向向外的方向上延伸；以及圆形边缘，其在径向远离阵列的中心部分定位的电极元件的端部处将第一边缘连接到第二边缘。条目7：根据条目1所述的换能器装置，其中阵列中的每个电极元件是接触外周界的外围电极元件。条目8：根据条目1所述的换能器装置，其中阵列中的至少一个电极元件被阵列的一个或多个外围电极元件围绕并且不接触外周界。条目9：根据条目1所述的换能器装置，其中对于外围电极元件中的每个，外围电极元件的周界的长度的至少10％接触外周界。条目10：根据条目1所述的换能器装置，其中电极元件的阵列是电容耦合的。条目11：根据条目1所述的换能器装置，其中电极元件的阵列不是电容耦合的。条目12：根据条目1所述的换能器装置，其中电极元件包括陶瓷介电层。条目13：根据条目1所述的换能器装置，其中电极元件包括聚合物膜。

条目14：一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：多个电极元件，其彼此电耦合并在换能器装置的平面内形成阵列；其中，当从垂直于所述平面的方向观察时：阵列的外周界由围绕多个电极元件的形状适合的凸形状限定；并且外周界的长度的至少30％接触多个电极元件中的一个或多个电极元件。

条目15：根据条目14所述的换能器装置，其中，当从垂直于平面的方向观察时，外周界的长度的至少50％接触多个电极元件中的一个或多个电极元件。条目16：根据条目14所述的换能器装置，其中外周界描迹接触所述外周界的一个或多个电极元件的一个或多个弯曲边缘。条目17：根据条目14所述的换能器装置，其中对于接触外周界的一个或多个电极元件中的每个，电极元件的周界的长度的至少10％接触外周界。条目18：根据条目14所述的换能器装置，其中外周界具有基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形形状。

条目19：一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：彼此电耦合的电极元件的阵列，所述阵列包括存在于换能器装置上的所有电极元件，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中阵列的一面面向受试者的身体；其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时：界定电极元件的阵列的外周界具有基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形形状；并且电极元件的阵列中的至少一个电极元件具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。

条目20：根据条目19所述的换能器装置，其中电极元件的阵列中的电极元件的总数的至少50％具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。条目21：根据条目19所述的换能器装置，其中电极元件的阵列中的至少六个电极元件具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。条目22：根据条目19所述的换能器装置，其中电极元件的阵列中的每个电极元件具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。

条目23：一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：电耦合在一起的电极元件的阵列，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中所述阵列的一面面向受试者的身体；其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时，界定要定位在受试者的身体上的电极元件的阵列的外周界接触阵列中的每个电极元件的边缘或邻近阵列中的每个电极元件的边缘延伸。

条目24：根据条目23所述的换能器装置，其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时，阵列中的每个电极元件具有定位在小于距离界定阵列的外周界的电极元件的周界的20％的距离的边缘。条目25：根据权利要求23所述的换能器装置，其中阵列的电极元件关于所述阵列彼此基本上等距间隔开。

条目26：一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：电耦合在一起的电极元件的阵列，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中阵列的一面面向受试者的身体；其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时，界定要定位在受试者的身体上方的电极元件的阵列的外周界具有圆形凸形状，并且其中阵列中的每个电极元件具有接触周界的边缘，或者具有定位在小于距离界定阵列的外周界的电极元件的周界的20％的距离的边缘。

条目27：根据条目26所述的换能器装置，其中阵列的电极元件关于所述阵列彼此基本上等距间隔开。

条目28：根据条目1-27中的任一项所述的换能器装置，其中电极元件的阵列包括至少六个电极元件。条目29：根据条目1-27中的任一项所述的换能器装置，其中每个电极元件具有大致相同的表面积。条目30：根据条目1-27中的任一项所述的换能器装置，其中外周界是具有圆角的基本上矩形。

虽然已经参考某些实施例公开了本发明，但在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的领域和范围的情况下，对所述实施例的多种修改、变更和改变是可能的。因此，旨在本发明不限于所描述的实施例，而是其具有由以下权利要求的语言及其等同物所限定的全部范围。

Claims (15)

1.一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：

彼此电耦合的电极元件的阵列，所述阵列包括存在于换能器装置上的所有电极元件，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中阵列的一面面向受试者的身体；

其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时，基本上描迹阵列的电极元件的阵列的外周界具有圆形凸形状；

阵列的多个电极元件是限定阵列的外周界的外围电极元件，外围电极元件基本上围绕阵列的任何其他电极元件；

其中对于每个外围电极元件，外围电极元件的周界的长度的至少一部分接触阵列的外周界。

2.根据权利要求1所述的换能器装置，其中外周界不具有任何拐角，

可选地，其中外周界是基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形。

3.根据权利要求1或2所述的换能器装置，其中外周界的一部分被成形为使得沿着外周界的部分的每个点与外周界内的点等距。

4.根据权利要求1、2或3所述的换能器装置，其中阵列中的电极元件中的至少一个具有三角形形状、具有圆角的基本三角形形状、截顶三角形形状、具有圆角的基本截顶三角形形状、楔形形状、具有圆角的基本楔形形状、截顶楔形形状、或具有圆角的基本截顶楔形形状。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的换能器装置，其中阵列中的电极元件中的至少一个包括：

第一边缘，其相对于阵列的中心部分在径向向外的方向上延伸；

第二边缘，其相对于阵列的中心部分在径向向外的方向上延伸；以及

圆形边缘，其在径向远离阵列的中心部分定位的电极元件的端部处将第一边缘连接到第二边缘。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的换能器装置，其中阵列中的每个电极元件是接触外周界的外围电极元件。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的换能器装置，其中阵列中的至少一个电极元件被阵列的一个或多个外围电极元件围绕并且不接触外周界。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的换能器，其中对于外围电极元件中的每个，外围电极元件的周界的长度的至少10％接触外周界。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的换能器装置，其中电极元件的阵列是电容耦合的。

10.根据权利要求1-8中的任一项所述的换能器装置，其中电极元件的阵列不是电容耦合的。

11.一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：

多个电极元件，其彼此电耦合并在换能器装置的平面内形成阵列；

其中，当从垂直于所述平面的方向观察时：

阵列的外周界由围绕多个电极元件的形状适合的凸形状限定；并且

外周界的长度的至少30％接触多个电极元件中的一个或多个电极元件。

12.根据权利要求11所述的换能器装置，其中外周界描迹接触所述外周界的一个或多个电极元件的一个或多个弯曲边缘。

13.根据权利要求11或12所述的换能器装置，其中外周界具有基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形形状。

14.一种用于向受试者的身体输送肿瘤治疗场的换能器装置，所述换能器装置包括：

彼此电耦合的电极元件的阵列，所述阵列包括存在于换能器装置上的所有电极元件，所述阵列被配置成定位在受试者的身体上方，其中阵列的一面面向受试者的身体；

其中，当从垂直于阵列的面的方向观察时：

界定电极元件的阵列的外周界具有基本上圆形、卵形、似卵形、卵圆形或椭圆形形状；并且

电极元件的阵列中的至少一个电极元件具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。

15.根据权利要求14所述的换能器装置，其中电极元件的阵列中的电极元件的总数的至少50％具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘，

可选地，其中电极元件的阵列中的每个电极元件具有沿着外周界的长度的至少5％接触外周界的弯曲部分的弯曲边缘。