CN1303938C - 借助于分配辐射的分配器的治疗和诊断系统 - Google Patents

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Abstract

一种互相作用的、间隙的、光动力学的及/或辐射热的治疗肿瘤的系统和方法，所说系统包括一个分配器(1)用来将辐射从至少一个辐射源(9a、9b)分配到作用部位(8)，或从作用部位(8)返回到至少一个辐射传感器(12)。有多个第一辐射导体(6、6’)被安排用来将辐射传导到作用部位(8)并从该部位返回，还有多个第二辐射导体(7、7a、7a’、7b)被安排用来从辐射源(9a、9b)放出辐射及/或将辐射传导给辐射传感器(12)。该分配器包括两个互相对接地安装的平面圆盘(3、4)，其中一个被固定，而另一个可相对于第一个而转动，每一圆盘上都各有等距间隔开排列在一圆上的孔，在可转圆盘上的孔数为在固定圆盘上的孔数的倍数。第一辐射导体(6、6’)的一端被固定在固定圆盘(3)的孔内，而第二辐射导体(7、7a、7a’、7b)的一端被固定在可转圆盘的孔内。

Description

借助于分配辐射的分配器的治疗和诊断系统
技术领域
本发明涉及一种对身体上及/或内一个部位进行光刀治疗及/或辐射热治疗及/或诊断的系统和方法，其中辐射被传导到要被辐射作用的部位，其中该系统包括一个分别从至少一个辐射源到作用部位及从作用部位到至少一个辐射传感器的辐射分配器，并且其中作用部位最好为肿瘤部位。
背景技术
在肿瘤疾病的医疗领域内，人们为了治疗恶性肿瘤疾病如肿胀曾发展多种治疗程式。如用手术割除、用细胞生长繁殖抑制法治疗、用离子辐射(伽马线或粒子辐射)治疗、同位素治疗、和用放射针近距放射治疗都是些常见治疗程式的例子。尽管在治疗上有很大进步，肿瘤疾病仍然使很多人遭难，在西方国家内各种疾病的死亡人数中肿瘤疾病占很大的比例。最近有一种新的治疗程式称为光刀治疗通常简称为PDT，给肿瘤治疗提供一个有益的补充或替代。PDT将一种正常应称为致敏物质的肿瘤找寻剂通过静脉、口服或局部引入到身体内，它就以比周围健康组织高的程序积聚在恶性肿瘤内。然后用正常来自激光器的非热能红光照射该肿瘤区，从而将致敏物质激活到含能更多的状态。通过能量从活化的致敏物质转移到组织的氧分子上，氧就从三重态转变为激励的单重态。已知单重态的氧对组织特别毒，会使细胞灭亡，组织趋于坏死。由于致敏物质对肿瘤细胞具有独特的选择能力而会集中，周围的健康组织可不受影响。初步的临床经验表明，特别是使用血卟啉的衍生物(HPD)和待尔泰氨基乙酸丙酸，效果良好。
致敏物质还有另一个有用性能，即当受到紫色或紫外辐射时能产生特征的红色荧光信号。这个信号在组织的自身荧光对比下能清晰地显现出来，它能被用来确定肿瘤的位置，并能量化在该组织内致敏物质吸收的多少。
活化的红色辐射在组织内只能作有限的穿透是PDT法的一个大缺点。结果是只有约5mm以下的厚度能用表面辐射治疗。为了治疗较厚的和深藏的肿瘤，可以使用间隙的PDT(IPDT)。这时可使用例如注射针管将能导光的光纤带到肿瘤内而将一支纤维放置在其腔内。
为了得到有效的治疗，曾经使用数支纤维来确定所有的肿瘤细胞是否都已受到光的足够用量而得到有毒的单重态。曾经有人示出在组织既有吸收又有散布性能的情况下该如何成功地完成用量计算，例如在瑞典专利SE 503 408中。该专利说明一个IPDT系统，其中使用六支纤维以便治疗同时测量光通量，而到达一支给定纤维的光通量是由其他五支纤维穿透通过组织而来。这样，对于肿瘤的所有部分便都能得到正确光用量的改进计算方法。
在SE 503 408所说明的设备中，从单一激光器来的光被一具有大量构件的分光器系统分成六个不同的部分，这些光然后分别被聚焦到六个单独的治疗纤维上。一支纤维被用作传送件，其他五支纤维则被用作穿透组织的辐射的接收件。在作光的测量时将光检测器转动到光束路径内，这样该路径就被堵塞，便可测量来自纤维的弱光，而在这些纤维中收集了所有被引入到组织内的光。
但这种敞开的光束路径会造成强烈耗散的光束分裂，而造成的光损失会急剧地损害光的分配和光的测量。另外，这种系统必须时常在光学上加以调节，这也是一个与临床治疗有关的要考虑的重大事项。
发明概述
本发明的目的是要消除上述缺点，该目的通过赋于这种系统一些特征便可以达到，这些特征是：由一分配器从至少一个诊断辐射源或至少一个治疗辐射源将辐射分配到肿瘤部位，并从肿瘤部位将辐射分配给至少一个辐射传感器，其中该分配器包括：所述多个第一辐射导体，用来将辐射传导到肿瘤部位及从该部位返回；多个第二辐射导体用来从所述诊断辐射源或所述治疗辐射源传输辐射及/或将辐射传导给辐射传感器；两个互相对接的平圆盘，其中第一个所说圆盘是固定的，而第二个所说圆盘可相对于另一圆盘转动；每一圆盘上都各设有排列在一圆上的孔，其中在一个圆盘上的圆半径等于在另一个圆盘上的圆半径，并且其中在一个圆盘上的孔等间隔地分布在一圆上，角度间隔为v1＝(360/n1)度，n1为孔数，而在另一个圆盘上的孔等间隔地分布在一圆上，角度间隔为v2＝(360/n2)度，n2为孔数，其中n2＝m×n1，m为一倍率，它所产生的n2为一≥1的整数；其中所述第一辐射导体的第一端被固定在所述第一圆盘的孔内，而所述第二辐射导体的第一端被固定在所述第二圆盘的孔内，从而通过转动所述第二圆盘，便能使所述第一和第二辐射导体互相连接成不同的构象。其中对互相作用的IPDT的一个非常实际和有效的补充是，为诊断学和剂量学而进行的不同的光学测量可以用集成而简单的方式完成。本发明的一个重要用途是互相作用的、间隙的光刀治疗及/或相互作用的辐射热的肿瘤治疗。
附图简述
为了较精密地阐明本发明，下面将结合附图说明本发明的数个实施例，其中：
图1为按照本发明的系统的第一实施例的概略的透视图，其中布置在所说发明内的光导体被按间隙插入到肿瘤内，
图2为与图1相似的图，其时分配器的两个圆盘被分开，
图3为有许多孔布置在其上的可转动的分配器圆盘从上面看下来的平面视图，
图4为所说分配器的可转动圆盘的不完整的横截面图，其中设有一个弹簧加载的环，
图5为一概略的透视图示出使用按照本发明的系统而分配器处在诊断肿瘤的模式时的情况。
图6为一与图5和图2相似的视图，其时两个分配器被布置在同一个单轴上，及
图7为一概略的透视图示出使用按照本发明的系统而分配器处在
用光刀治疗肿瘤的模式时的情况。
优选实施例说明
现在结合图1-4说明按照本发明的系统的分配器的较优实施例。
分配器1具有两个平而对接的圆盘例如可由1cm厚的钢制成。这两盘在这里被布置在轴2上，其中一个圆盘为固定圆盘3而另一个圆盘为可转圆盘4。圆盘3和4在图1中互相对接而在图2中互相分开。
位在一个圆上的均匀分布的孔5被布置在两个圆盘上(图3)为了固定辐射导体6、7。最好孔的直径为0.3-0.7mm。为了得到高精度，使光导体被布置得正好面对面，两上圆盘的孔可一同钻出，可以用一个定心管。然后用公用轴2。这样就可能制出一系列精度极高的孔。
由于采用一同钻孔的圆盘，便可将辐射导体固定在所说圆盘内，其中一个特别较薄的圆盘于是可略为转动，这时最好有弹簧加载在其上，使所有光导体都同时在其位置上被夹紧，这时可不需用任何胶或其他固定设施。或者可将孔的直径制造得比光导体的直径大，其中这些孔可用合适的管段精整，或者光导体的端头可供有配合的软管。作为替代，光导体的端头可被制成喇叭口或突缘固定到孔内。
最好光导体为光纤(光学纤维)，其中包括含有光导材料的不同型式的软管或柔性管。光导体应具有这样的长度并被这样布置使可转动圆盘4能够不成问题地转动一整圆(360度)。转动的方向可反转以免光导体形成螺旋形。
按照本发明，系统内的多个第一光导体6被排列在固定圆盘3内用来将辐射导往作用部位8和从该部位返回。在本文中作用部位一词意为在该部位光动力学上活性的复合物将与接受治疗的肿瘤起作用，例如通过设置在肿瘤内的注射针的空腔将辐射导体6往前送就可将辐射导体固定在作用部位，随后辐射导体便可向前移动到达针管远端之外。为集成的诊断学和剂量学进行的光学测量在所有时间内都用同一光导体6进行以免病人多次被刺痛。
在固定圆盘3和可转圆盘4中的孔6都被排列在一个圆上，其中在一个圆盘上的圆半径等于在另一个圆盘上的圆半径。在一个圆盘上的孔均匀地沿着圆形线分布，角间隔v1＝(360/n1)度，其中n1＝孔的数目，而另一圆盘上的孔也均匀地沿着圆形线分布，角间隔V2＝(360/n2)度。第一辐射导体6的第一端被固定在固定圆盘3的孔内，而第二辐射导体7的第一端被固定在可转圆盘4内。为了通过可转圆盘4的转动，使两个圆盘上的孔从而使辐射导体互相连接成各种不同的样式，n2被选择为n1的倍数，并且n2为大于1或等于1的整数，而固定圆盘的孔数可被选择为从2起到大于6。
最好有6个孔排列在固定圆盘3内，另有12个孔排列在可转圆盘4内。这样对于在固定圆盘内的6个第一辐射导体6，角间隔为60度。而对于排列在可转圆盘4上的12个孔，第二辐射导体7的角间隔为30度。
为了容易理解本发明，在下面的关于分配器的较优实施例的说明中涉及的就是有6个第一辐射导体6排列在固定转盘3内以便将辐射导到作用部位8并从该部位返回。
这样，可转圆盘4就与固定圆盘3一样，须有6个孔5供相应的第二辐射导体7使用，并且另外，还要有6个孔供第二辐射导体7使用。所有这些辐射导体都能将辐射释放到作用部位8上并从所说部位接收辐射。这样数个光谱便可同时被记录并读出。
转动可转圆盘4，第一和第二辐射导体可以不同的样式互相连接。相对辐射导体在分配器1上的正确定位是容易做到的，只要安排一个能将可转圆盘4停止在预定角度位置上的设施即可。例如凹槽10可被布置在轴2上以便用来捕捉布置在可转圆盘4内的用弹簧加载的球11(图4)。
为了使诊断模式和治疗模式之间能快速而有效地转换，按照本发明的分配器1的第二光导体中每隔一个的光导体被划分成为第一系列和第二系列。这两系列的孔都被布置在同一圆上只是相互间位移30度角。在每隔一个的第二光导体的第一系列中有一个特定的光导体7a’被安排用来从至少一个辐射源9a上发出辐射。而在第二辐射导体的第一系列中其余非特定的辐射导体7a被安排为将辐射导到至少一个辐射传感器12上。在每隔一个的第二辐射导体7b的第二系列是用作治疗目的的，它们被安排为从至少一个辐射源9b上将辐射发放到作用部位8。
在本发明的较优实施例中，辐射导体为光纤，它们在图1和2所示的分配器1中被连接到固定圆盘3和可转圆盘4上。除了这些连接到可转圆盘4上的纤维以外，有6支纤维能被用于诊断目的，还有6支能被用于治疗目的。但在诊断模式中可以应用从1到多于3种的程式。
参阅图5-7，其中只示出目前说明的连接到可转圆盘上的辐射导体，其他辐射导体虽然也被连接到所说圆盘上，但为了使画面清晰起见未被示出。
将可转圆盘4转动30度，在光学上偶联到病人身体组织的纤维便可被用来进行治疗、诊断和测量。在第二辐射导体中有一个处在诊断模式，它被连接到不同的辐射源以便进行诊断，而另外五个辐射导体接受信号，这些信号关系到辐射源和组织之间的相互作用。
由于强度和光谱分解是人们感兴趣的，这五个辐射导体被排列在一个缝隙状装置内使它们覆盖进口缝隙及/或构成辐射传感器12的缝隙，该传感器实际上为一设有两维检测器阵列的分光仪，其范围最好为400到900nm。每一辐射导体7a当然能连接到一个单独的辐射检测器12上，该检测器的形式可以是一个分光仪。
参阅图5，特定的辐射导体7a’被连接到一个与分配器1相似的装置上，该装置具有一个第二固定圆盘13和一个第二可转圆盘14，它们被装在同一轴15上。所有固定和可转圆盘也可都装在一根轴上如图6所示。这样可得到一个较紧凑而结实的构造。
更具体点说，辐射导体7a’被布置在第二固定圆盘13上的一个单独的孔眼内，另外有几个在本例为三个光导体17被布置在所说第二可转圆盘14的一个圆上，它们被连接到不同的辐射源9a，并且每一个都可能连接到辐射导体7a’上，并可进一步连接到不同的辐射导体6上。
最好辐射源为一激光器，该激光器具有与光刀肿瘤治疗时激光照射所用波长相同的波长，只是输出的功率要小得多。合适的滤波器可被布置在第二可转圆盘14上，其位置可被转到辐射传感器12的光的路径内以资确保在所有的测量任务内都是使用正确的动力范围。
某些辐射源9a之所以被使用是为了要研究具有相应波长的辐射(光)是如何穿透通过肿瘤组织的。当来自辐射源9a的被传送通过特定的辐射导体7a’而经过圆盘14、13、4、3进入到组织内时，第一辐射导体6中的一个即与分配盘1内的辐射导体7a’相对的那一个6’在肿瘤内起到传送件的作用，而在肿瘤内的其他五个辐射导体则起到接收件的作用，它们将扩散到身边的光通量收集起来。收集的光再经过圆盘3、4、13、14被传导到辐射传感器12上。
当可转圆盘4被转动60度时，下一个转到病人上的辐射导体6就成为传送件，而其他五个成为新一轮光分配的接收件。这样在继续进行四次转动，每一次转动60度，就能将传送件/接收件所有可能组合的光通量数据都记录下来，即可得到6×5＝30次的测量值，在治疗过程中，人们需要知道肿瘤的不同部分对光的需用量，上述这些测量值可被用作输入数据供断层分析建模之用。
作为对特定波长的替代，来自白色光源的辐射可被偶联到特定的光导体7a’上。在病人体内的光在投射通过组织来到接收的光导体6上时，辐射源9a的轮廓分明的光谱分布将由于组织的吸收而被修改。这时添加氧的血与未添加氧的血相比，具有不同的特征，因此可以利用在诊断时得到的如上所说的30个测量值来确定肿瘤断面上氧的分布。这种确定很重要，因为PDT法要求接近组织内的氧。
最后一个蓝/紫色或紫外光源如激光器可被偶联到特定的辐射导体7a’上。这时荧光在组织内被诱导产生，被引入到组织内的致敏材料会在红色/近红外光谱区域内显示一个特征的红色荧光分布。相应信号的强度使致敏材料在组织内的浓度得以量化。
由于短波长的光只能极少地穿透到组织内，诱导产生的荧光必须就地在辐射导体的顶端上测量。为了这个任务，在本例中对在特定的辐射导体7a’的远端相应的辐射源9a有一经过辐射导体17连接的分光计18，该分光计最好是二色的，传送激励光，但反射红色偏移的荧光。这个反射光被聚焦在传输辐射导体19的远端内，而其另一端被连接到辐射传感器12上，该传感器12将荧光的分布记录下来。在科学仪器评论71期3004页(2000年)上曾说明一个合适的自含的荧光传感器。
转动可转圆盘4，与致敏材料的浓度成正比的荧光便可顺序在六个辐射导体的顶端上被测量。由于致敏材料会被强烈的红色治疗光脱色，从而正好在辐射导体6’顶端的周围会变得特别坚强，因此重要的是这个测量要在治疗开始之前进行。
如果辐射导体6的顶端另外被一种材料处理，该材料的荧光性能取决于温度，在被激励时可得到清晰的荧光线，并且线的亮度及其相对强度取决于被用来处理的辐射导体6’顶端的温度。这种材料的例子为过渡金属或稀土金属盐类。这样温度可在六个辐射导体的六个位置上被测量，量得的温度可被用来找出血液的凝聚是否随着相关光的衰减而发生在辐射导体6的顶端上，还可用来研究PDT和热相互作用之前可能发生的协同效应的利用。由于得到的线是清晰的，它们可以从组织上较宽的带状荧光分布分开。
对于某些物质，致敏材料的浓度可用另一种方法测量。这时用于光传播研究的红光可被用来诱导产生近红外荧光。这个荧光能穿透通过组织来接收的辐射导体6的顶端，并被同时显示出来成为在辐射传感器12中得到的光谱。浓度分布的断层计算可根据总共为30个测量值来完成。
在诊断测量和计算完成后，在光学上偶联到病人身体组织上的光纤6可被用于治疗，只要将可转圆盘4转动30度即可。参阅图7，这时使用每隔一个的第二辐射导体7b的第二系列，将它们经过分配器1连接到对面的辐射导体6上。六个辐射导体7b中的每一个各被连接到一个单独的第二辐射源9b上，该辐射源最好为一激光源，其波长适宜对上致敏材料的吸收频带。在进行光动力学肿瘤治疗时，最好使用染料激光器或二极管激光器，选用一个对所用致敏材料合适的波长。对于Photofrin，波长为630nm，对于待尔泰氨基乙酸丙酸(ALA)，波长为635nm，对于酞菁，波长约为670nm。单个激光器在治疗时被调节到合适的单独输出功率。如果需要，它们可具有内置的监控检测器。
治疗时可被中断，新的诊断数据可用互相作用的方法处理一直到达到最佳的治疗。这个方法可包括在PDT和高温之间的协同，其时用增加激光辐射通量来提高温度。整个过程用计算机控制，计算机不仅完成所有计算，还被用来调节。

Claims (14)

1.一种间隙的光刀及/或辐射热肿瘤治疗及/或肿瘤诊断的系统，其中所述治疗和诊断是相互作用的，该系统包括至少一个诊断辐射源(9a)和至少一个治疗辐射源(9b)，至少一个辐射传感器(12)，和多个被引到肿瘤部位(8)的第一辐射导体(6)，其中该辐射导体在使用时被用作传送件及/或接受件，用来将辐射传导到肿瘤部位(8)及/或从该部位返回，以诊断并治疗在该肿瘤部位(8)的肿瘤，其特征为，
由一分配器(1)从至少一个诊断辐射源(9a)或至少一个治疗辐射源(9b)将辐射分配到肿瘤部位(8)，并从肿瘤部位(8)将辐射分配给至少一个辐射传感器(12)，其中该分配器(1)包括：
所述多个第一辐射导体(6)，用来将辐射传导到肿瘤部位(8)及从该部位返回；
多个第二辐射导体(7)用来从所述诊断辐射源(9a)或所述治疗辐射源(9b)传输辐射及/或将辐射传导给辐射传感器(12)；
两个互相对接的平圆盘(3、4)，其中第一个所说圆盘(3)是固定的，而第二个所说圆盘(4)可相对于另一圆盘转动；
每一圆盘上都各设有排列在一圆上的孔，其中在一个圆盘上的圆半径等于在另一个圆盘上的圆半径，并且其中在一个圆盘上的孔等间隔地分布在一圆上，角度间隔为v1＝(360/n1)度，n1为孔数，而在另一个圆盘上的孔等间隔地分布在一圆上，角度间隔为v2＝(360/n2)度，n2为孔数，其中n2＝m×n1，m为一倍率，它所产生的n2为一≥1的整数；
其中所述第一辐射导体(6)的第一端被固定在所述第一圆盘(3)的孔内，而所述第二辐射导体(7)的第一端被固定在所述第二圆盘(4)的孔内，从而通过转动所述第二圆盘(4)，便能使所述第一和第二辐射导体互相连接成不同的构象。
2.权利要求1的系统，其特征为，n1为分配器(1)的固定圆盘(3)内的孔数，n1＝6，m＝2，得出调节器(1)的可转圆盘(4)内的孔数n2＝12。
3.权利要求1或2的系统，其特征为，每隔一个所述第二辐射导体(7)是所述第二辐射导体的第一系列部分，而在所述第二辐射导体的所说第一系列中有一个特定的辐射导体(7a’)，用来从所述诊断辐射源(9a)发出辐射，而在所述第二辐射导体的所说第一系列中的其他辐射导体(7a)用来将辐射传导到辐射传感器(12)上。
4.权利要求3的系统，其特征为，所述诊断辐射源(9a)为一白色、红色、蓝/紫色、或紫外光的光源。
5.权利要求4的系统，其特征为，该光源包括一个分光镜(18)。
6.权利要求5的系统，其特征为，有一转移的辐射导体(19)被布置在所述分光镜(18)和辐射传感器(12)之间。
7.权利要求4的系统，其特征为，第一辐射导体(6)的第二端用对温度敏感的发荧光的材料处理过。
8.权利要求1或2的系统，其特征为，辐射传感器(12)为一具有二维检测器阵列的分光计，而第二辐射导体所说第一系列的所说其他辐射导体的另一端被布置在该分光计的进入缝隙内。
9.权利要求1或2的系统，其特征为，每隔一个所述第二辐射导体(7)是所述第二辐射导体的第二系列部分，用来从所述治疗辐射源(9b)发出辐射。
10.权利要求1或2的系统，其特征为，所述诊断辐射源(9a)或所述治疗辐射源(9b)为单一固定波长的相干光的光源。
11.权利要求1的系统，其特征为，该分配器包括有设施(10、11)，用来将所述第二圆盘(4)锁定在预定的角度位置上。
12.权利要求1或2的系统，其特征为，所述第一和/或第二辐射导体(6、7)为光学纤维。
13.权利要求4-6中任一项的系统，其特征为，荧光通过作为发送到腔部位(8)的该一发送辐射的所述第一辐射导体(6)被记录下来。
14.权利要求7的系统，其特征为，为了进行互相作用的光刀治疗，用一个或数个曾被对温度敏感的发荧光的材料处理过的所述第一辐射导体(6)测量肿瘤部位(8)的温度，
用被送到肿瘤部位(8)的辐射加热肿瘤部位(8)，
利用所测得的温度控制该辐射强度，为的是调节肿瘤部位(8)在所述第一辐射导体(6)上的温度。
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