ES2256267T3 - Sistema para el calentamiento de la glandula prostatica. - Google Patents

Abstract

Un sistema para el tratamiento de un estado canceroso, precanceroso, prebenigno o benigno de una próstata por irradiación de la próstata con energía concentrada, incluyendo el sistema al menos un aplicador de energía (110, 111) para irradiar la próstata con energía, medios para establecer la potencia de energía inicial suministrada a dicho al menos único aplicador de energía, medios (410) para supervisar las temperaturas de paredes de la uretra y el recto adyacentes a la próstata y medios para regular la potencia de energía relativa suministrada a dicho al menos único aplicador (110, 111) durante el tratamiento en base a las temperaturas supervisadas de las paredes uretral y rectal, caracterizado por a) medios para supervisar la energía suministrada a dicho al menos único aplicador de energía; y b) medios para terminar automáticamente el tratamiento cuando una dosis de energía total deseada haya sido suministrada por dicho al menos único aplicador de energía a la próstata.

Description

Sistema para el calentamiento de la glándula prostática.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a un sistema para administrar energía enfocada a un cuerpo usando selectivamente uno o múltiples aplicadores de energía para tratar tumores visibles y células malignas y benignas microscópicas en tejido prostático con hipertermia. El sistema según la invención se puede usar para tratar tejido sano conteniendo células patológicamente alteradas microscópicas no detectadas (neoplasia) que son de alto contenido de agua para evitar la aparición o la recurrencia de lesiones prostáticas cancerosas, precancerosas o benignas. Además, el sistema descrito se puede usar para evitar el crecimiento de tumores dentro de la próstata, así como para evitar la difusión de células cancerosas fuera de la próstata.

Descripción de la técnica anterior

Para tratar tumores prostáticos con hipertermia, hay que calentar una porción considerable de la glándula prostática sin afectar a tejidos sanos de la próstata ni a los tejidos circundantes incluyendo las paredes uretral y rectal de un paciente. En los Estados Unidos se detectan al año aproximadamente 200.000 casos de cáncer de próstata así como 375.000 casos de hiperplasia prostática benigna, denominada HPB, (glándula prostática agrandada). La HPB es una ampliación no cancerosa (tumor) de la glándula prostática que se produce en casi todos los hombres con la edad, en particular pasada la edad de 50 años. En el caso de la HPB, la ampliación de la próstata implica el excesivo crecimiento de tejido que obstruye eventualmente la salida de la vejiga, creando dificultades al orinar. En el caso de cáncer de próstata, eventualmente el cáncer romperá la cápsula de la glándula prostática dando lugar a la difusión del cáncer a los huesos y órganos vitales del cuerpo. Aunque algunos de los signos de la HPB y el cáncer de próstata son los mismos, tener HPB no aumenta las posibilidades de tener cáncer de próstata. No obstante, un paciente quien tiene HPB puede tener cáncer de próstata no detectado al mismo tiempo o se puede desarrollar cáncer de próstata en el futuro.

Como es conocido en la materia, el uso de calor para tratar tumores prostáticos puede ser efectivo de varias formas; sin embargo, en la mayoría de los casos, el tratamiento con calor debe ser capaz de calentar un volumen significativo de la glándula prostática sin recalentar las paredes uretral y rectal. En terapia por radiación, toda la próstata y tejidos adyacentes son irradiados con rayos X para matar todas las células cancerosas microscópicas. Durante el calentamiento, grandes volúmenes de la próstata pueden destruir muchas o todas las células microscópicas de carcinoma en la próstata, los métodos conocidos de calentar tumores pueden destruir tejido sano en la próstata y, lo que es más dañino, las paredes uretral y rectal de un paciente.

La glándula prostática tiene propiedades eléctricas parecidas al músculo (T. S. England y N. A. Sharples, Nature, Vol. 163, Marzo 26, 1949, págs. 487-488) y se sabe que tiene un alto contenido de agua, del orden de 80% (F. A. Duck, Physical Properties of Tissue, A Comprehensive Reference Book, Academic Press, New York, pág. 321, 1990). El tejido tumoral, en general, tiende a tener de 10 a 20% más contenido de agua que el tejido normal (Foster y Schepps, Journal of Microwave Power, vol. 16, número 2, págs. 107-119, 1991). Así, los tumores prostáticos pueden tener un contenido de agua del orden de aproximadamente 90%. Por consiguiente, el calentamiento selectivo de la próstata con microondas sería el mejor método de tratar células cancerosas o benignas.

Es sabido que la energía de microondas puede calentar tejidos tumorales de alto contenido de agua más rápidamente en comparación con el calentamiento que se produce en tejidos normales de menor contenido de agua. El tejido tumoral tiende a ser irrigado pobremente de modo que el flujo sanguíneo disminuye frecuentemente a temperaturas terapéuticas permitiendo el calentamiento rápido, mientras que en tejidos normales el flujo sanguíneo aumenta frecuentemente protegiendo el tejido sano normal contra el daño por calor. Muchos estudios clínicos han establecido que la hipertermia (temperatura elevada) inducida por absorción de energía electromagnética en la banda de microondas, mejora considerablemente el efecto de la terapia por radiación en el tratamiento de tumores malignos en el cuerpo humano (Valdagni y otros, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 28, págs. 163-169, 1993; Overgaard y otros, International Journal of Hyperthermia, Vol. 12, Nº 1, págs. 3-20, 1996; Vernon y otros, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 35, págs. 731-744, 1996). Las células radiorresistentes, tales como las células de fase S, pueden ser matadas directamente por temperatura elevada (Hall, Radiobiology for the Radiologist, 4ª edición, JB Lippincott Company, Philadelphia, págs. 262-263, 1994; Perez y Brady, Principles and Practice of Radiation Oncology, Segunda edición, JB Lippincott Company, Philadelphia, págs. 396-397, 1994). Los tratamientos con hipertermia con dispositivos de radiación de microondas se administran generalmente en varias sesiones de tratamiento, en las que el tumor maligno se calienta a aproximadamente 43ºC durante aproximadamente 60 minutos. Es sabido que la cantidad de tiempo para matar células tumorales disminuye en un factor de dos por cada grado de aumento de temperatura por encima de aproximadamente 43ºC (Sapareto y otros, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 10, págs. 787-800, 1984). Así, un tratamiento sólo con calor durante 60 minutos a 43ºC se puede reducir a solamente aproximadamente 15 minutos a 45ºC, lo que se denomina frecuentemente una dosis equivalente (t_{43^{o}C} minutos equivalentes).

Durante los tratamientos con aplicadores de microondas no invasivos, ha demostrado ser difícil calentar adecuadamente tumores semiprofundos, evitando al mismo tiempo que los tejidos superficiales sanos circundantes sufran dolor o daño debido a puntos calientes no deseados. La tasa de absorción específica (SAR) en tejido es un parámetro común usado para caracterizar el calentamiento de tejido. La SAR es proporcional al aumento de temperatura en un intervalo de tiempo dado por el calor específico del tejido, y para energía de microondas la SAR también es proporcional al campo eléctrico al cuadrado por la conductividad eléctrica del tejido. Las unidades de SAR absoluta son vatios por kilogramo.

El primer informe publicado que describía una red en fase no adaptativa para hipertermia de tejidos profundos fue un estudio teórico (von Hippel y otros, Massachusetts Institute of Technology, Laboratory for Insulation Research, Technical Report 13, AD-769 843, págs. 16-19, 1973). La Patente de Estados Unidos número 3.895.639 de Rodler describe circuitos de hipertermia de red en fase no adaptativa de dos canales y de cuatro canales. Igualmente, un sistema de hipertermia de red en fase no adaptativa se describió en la Patente de Estados Unidos número 4.589.423 de Turner.

Bassen y otros, Radio Science, Vol. 12, Nº 6(5), Nov-Dic 1977, págs. 15-25, muestran que se puede usar una sonda de campo eléctrico para medir la configuración de campo eléctrico en tejido, y en particular, muestra varios ejemplos en los que el campo eléctrico medido tiene un pico focal en el tejido central. Este documento también describe un concepto para mediciones en tiempo real del campo eléctrico en especímenes vivos. Sin embargo, Bassen y otros no desarrollaron el concepto de medir un campo eléctrico usando tiempo real con una sonda eléctrica para enfocar adaptativamente una red en fase.

El aspecto más difícil de implementar la hipertermia en tejidos prostáticos profundos, con energía de microondas, es producir calentamiento suficiente para una profundidad predeterminada a la vez que se protegen las paredes uretral y rectal y los órganos circundantes contra las quemaduras. Se puede usar redes en fase de microondas adaptativas con aplicadores múltiples no invasivos con sondas de campo eléctrico invasivas y no invasivas para producir un haz adaptativamente enfocado a la posición del tumor con nulos adaptativos formados en tejidos sanos como se describe en las Patentes de Estados Unidos números 5.251.645, 5.441.532, 5.540.737, y 5.810.888 de Fenn. Idealmente, un haz enfocado de radiación de microondas se concentra en el tumor con mínima energía suministrada al tejido sano circundante. Para controlar la potencia de microondas durante el tratamiento, se introduce en el tumor una sonda de realimentación de detección de temperatura (Samaras y otros, Proceedings of the 2nd International Symposium, Essen, Alemania, junio 2-4, 1977, Urban & Schwarzenberg, Baltimore, 1978, págs. 131-133); sin embargo, con frecuencia es difícil colocar con precisión la sonda en el tumor. Se produce una dificultad adicional al administrar hipertermia a carcinoma extendido por toda la glándula prostática, a causa de una falta de una posición deseada bien definida de la sonda de realimentación de detección de temperatura. En otras situaciones, es deseable no introducir simplemente sondas (de temperatura o de campo E) en el tejido prostático para reducir el riesgo de infección o la difusión las células cancerosas cuando la sonda pasa por la región
tumoral.

Se han escrito varios artículos sobre el uso de aplicadores de microondas de red en fase coherente intracavitarios dobles (transuretral y transrectal) para tratamiento de cáncer de próstata (A. Surowiec y otros, Hyperthermic Oncology 1992, Vol. 1, Summary Papers, Proceedings of the 6th International Congress on Hyperthermic Oncology, 27 Abril-1 Mayo, 1992 (Arizona Board of Regents), p. 268 (resumen); M. M. Yeh y otros, Hyperthermic Oncology 1992, Vol. 1, Summary Papers, Proceedings of the 6th International Congress on Hyperthermic Oncology, 27 Abril-1 Mayo, 1992 (Arizona Board of Regents), p. 269 (resumen); y J.C. Camart, Hyperthermic Oncology 1996, Vol. 2, Proceedings of the 7th International Congress on Hyperthermic Oncology, Roma, Italia, 9-13 Abril, 1996, págs. 598-600). Además, la Patente de Estados Unidos número 5.007.437 de Sterzer describe el uso de aplicadores transuretral y transrectal no coherentes para tratamientos HPB.

Además de los aplicadores de microondas orientados a irradiar la próstata con energía de microondas, en WO93/
08876 se describen medios para establecer la potencia de energía inicial suministrada a los aplicadores, medios para supervisar las temperaturas de las paredes de la uretra y el recto adyacentes a la próstata y medios para regular la potencia de energía relativa suministrada a los aplicadores durante el tratamiento en base a las temperaturas supervisadas de las paredes uretral y rectal.

Sin embargo, la técnica anterior conocida se dirige al uso de aplicadores transuretral y transrectal para tratar masas tumorales sólidas. Ninguno de los procedimientos conocidos se refiere a tratar una enfermedad microscópica y evitar la aparición de masas tumorales sólidas tales como las que se producen en cáncer y HPB.

Cáncer de próstata

La norma corriente de atención médica para tratar el cáncer de próstata incluye prostatectomía radical con preservación del nervio en la que se extirpa quirúrgicamente toda la glándula prostática, y braquiterapia en la que se implantan permanentemente semillas de radiación a dosis baja en la glándula prostática que irradian efectivamente durante 6 a 9 meses o se implantan temporalmente semillas de radiación a dosis alta en la próstata durante aproximadamente 2 días, combinada con terapia de radiación con haz externo para capturar células microscópicas cancerosas que pueden haber penetrado o podrían penetrar la cápsula prostática. Los efectos colaterales de la cirugía incluyen incontinencia e impotencia. La tasa de recurrencia de cáncer posterior a la cirugía puede ser de hasta aproximadamente 35% a 5 años, y aproximadamente 60% a 10 años, en particular cuando el nivel de antígeno específicos prostáticos (explicado a continuación) es superior a 10. La terapia con radiación tiene efectos colaterales a corto plazo tales como reacciones cutáneas, fatiga y náuseas. Los efectos colaterales a largo plazo adicionales de la terapia con radiación de la próstata incluyen incontinencia urinaria (pérdida del control de la vejiga) e impotencia, así como daño de los órganos circundantes.

También se utiliza terapia hormonal para complementar los tratamientos de cáncer de próstata impidiendo el crecimiento de las células cancerosas. Las hormonas masculinas, como la testosterona, fomentan el crecimiento de células cancerosas y, en contraposición, las hormonas femeninas o estrógenos inhiben el crecimiento. Los efectos colaterales de la terapia con estrógenos incluyen náuseas y vómitos, rubor, retención de fluidos, ganancia de peso, dolor de cabeza y ginecomastia (aumento del tejido de la mama) en hombres.

Fundamentalmente, el problema de los tratamientos actuales de la próstata es la incapacidad de controlar la penetración capsular microscópica de la glándula prostática, que esparce el cáncer a órganos vitales. Los hombres con penetración capsular microscópica de células cancerosas no se curan con prostatectomía radical. Estas células microscópicas se pueden esparcir lejos de la glándula prostática a órganos vitales por medio del sistema linfático o por vasos sanguíneos a través de la cápsula prostática.

Es posible detectar la presencia de cáncer de próstata por medio del conocido análisis de antígeno específico de la próstata en suero (PSA) (M. K. Brawer, "Prostate-Specific Antigen: Current Status", CA A Cáncer Journal for Clinicians, Vol. 49, págs. 264-281, 1999, y J.E. Oesterling, "Prostate Specific Antigen: A Critical Assessment of the Most Useful Tumor Marker for Adenocarcinoma of the Prostate", The Journal of Urology, Vol. 145, págs. 907-923, Mayo 1991). El lumen prostático contiene la mayor concentración de PSA en el cuerpo humano. PSA es una enzima producida en todos los tipos de tejido prostático (normal, benigno hiperplásico y maligno). En particular, PSA es una serina proteasa que solamente es producida por las células epiteliales que recubren los acinos y conductos de la glándula prostática; ninguno de los otros componentes celulares de la próstata, incluyendo los elementos estromales y vasculares, produce PSA. Los investigadores han verificado que se produce PSA en las células epiteliales del tejido HPB, cáncer primario de tejido prostático, y cáncer metastásico de tejido prostático. La prueba de PSA en suero detecta un número considerable de cánceres de próstata y la destrucción de tumores prostáticos conduce a reducidos niveles de PSA, puesto que el cuerpo deja de producir PSA cuando se eliminan los tumores. Actualmente, se utiliza un nivel de PSA de 4,0 ng/ml o mayor para decidir si un paciente se deberá someter a biopsia para intentar verificar la presencia de carcinoma en la próstata. Así, los pacientes con un nivel de PSA inferior a 4,0 ng/ml actualmente no son sometidos a biopsia aunque experimenten los signos y síntomas de cáncer de próstata que pueden incluir: micción frecuente, especialmente por la noche, incapacidad de orinar, problemas al iniciar o retener la micción, un flujo débil o interrumpido de la orina y dolor frecuente o rigidez en la parte inferior de la espalda, cadera o parte superior del muslo.

Además del nivel de PSA, se utiliza la Clasificación Gleason para clasificar histológicamente el adenocarcinoma de la próstata (G. K. Zagars y otros, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 31, Nº 2, págs. 237-245, 1995), siendo el Grado 1 el menos maligno y el de más lento crecimiento. El Grado 3 de Gleason es el grado más frecuente cuando se diagnostica. Los Grados 4, 5 y superiores (hasta 10) de Gleason se consideran carcinomas altamente agresivos de rápido crecimiento.

Los resultados de la biopsia y estadios se utilizan para predecir el comportamiento del cáncer y la probabilidad de su difusión. Los tumores de la Etapa 1 son pequeños y no se pueden sentir al examen rectal. La Etapa 2 o superior se refiere a próstatas en las que el tumor puede ser sentido. Los cánceres de Etapa 3 se han extendido más allá de los límites de la próstata. En la Etapa 4, que se puede determinar por estudios de formación de imágenes tal como exploraciones óseas, CT, o exploraciones MRI, el cáncer se ha extendido a las glándulas linfáticas próximas, los huesos, a otro lugar en el cuerpo. Como es conocido en el campo médico, cuanto antes se detecta el cáncer, mayor es la posibilidad de sobrevivir a él. Si la detección no es posible antes de la etapa 2, la mejor opción médica siguiente sería tratar con seguridad el tejido aparentemente sano. Así, hay que tratar tejido sano puesto que el cáncer, en general, no se puede detectar hasta que ha llegado a la etapa 2 o a una etapa posterior.

Hay cuatro tipos de carcinomas ductales de la próstata: carcinoma celular transicional, adenocarcinoma intraductal, carcinoma ductal mezclado, y carcinoma endometrioide. Los carcinomas ductales celular transicional y mezclado son cánceres agresivos que precisan la extracción completa de la próstata y vejiga si se descubren mientras el tumor todavía está confinado a la próstata. La extracción completa de la próstata y vejiga también es el tratamiento médicamente aceptado para el carcinoma endometrioide. Los adenocarcinomas intraductales se tratan con prostatectomía radical. Así, se necesita un sistema para tratar y evitar el crecimiento y la difusión del cáncer que no requiera prostatectomía quirúrgica.

Hiperplasia prostática benigna

La hiperplasia prostática benigna (HPB) se describe primariamente como una ampliación de la glándula prostática que ejerce presión en la uretra, dando lugar a obstrucción del flujo de orina, y es una patología común en varones de edad mediana y avanzada. Aproximadamente el 50% de las personas de más 65 años tendrá síntomas de HPB que afectarán considerablemente a su calidad de vida. El Índice de Síntomas de la Asociación Urológica Americana (AUA) se desarrolló para ayudar a categorizar los síntomas de HPB. La puntuación de la AUA tiene los rangos siguientes: de 0 a 7 puntos: los síntomas de HPB se consideran suaves; de 8 a 19 puntos: los síntomas de HPB se consideran moderados; y de 20 a 35 puntos: los síntomas de HPB se consideran severos. Sin embargo, muchos pacientes de HPB no solicitan tratamiento hasta que su clasificación AUA es aproximadamente 12.

En las dos últimas décadas se han desarrollado varios tratamientos para HPB, cada uno con ventajas y desventajas. Los tipos principales de sistemas de tratamiento de HPB son: 1) resección transuretral de la próstata (TURP), 2) Electrovaporización transuretral de la próstata (TVP), 3) Medicamentos, 4) Coagulación intersticial por láser, 5) Ablación con aguja RF, y 6) Termoterapia por microondas de la próstata. Se han explorado otras técnicas de tratamiento, incluyendo incisión transuretral de la próstata, stents prostáticos, y dilatación con globo, pero se utilizan en menor medida.

El éxito y la practicabilidad del tratamiento de HPB se pueden medir en términos de 1) eficacia, 2) durabilidad, 3) nivel de dolor (durante y después del procedimiento), 4) período de recuperación, 5) complejidad del procedimiento, 6) costo del procedimiento, y 7) efectos colaterales. La eficacia de los tratamientos de HPB se cuantifica comúnmente usando el Índice de Síntomas AUA (SI) y el caudal de orina máximo. El caudal de orina normal es aproximadamente 16 ml/s. Otras pruebas opcionales tal como volumen residual de orina y flujo de presión se utilizan a veces para juzgar la eficacia. La durabilidad es la duración del tiempo durante el que el tratamiento es eficaz. El nivel de dolor se refiere primariamente a la necesidad de anestesia general o anestesia local. El período de recuperación se mide en términos del número de días de hospitalización y reposo en casa. La complejidad del procedimiento es una función de la duración del procedimiento, el adiestramiento de la persona que administra el procedimiento (un urólogo o un técnico), el tipo de anestesia requerido, y la duración de tiempo necesaria para caracterización Foley después del tratamiento. El costo del procedimiento está influenciado fuertemente por la duración y la complejidad del procedimiento, en especial si se requiere apoyo hospitalario.

Hasta aproximadamente 1990, el tratamiento principal ("Regla de oro") para HPB era la resección transuretral de la próstata (TURP) practicada por urólogos. La TURP es cara, requiere un largo tiempo de recuperación, y tiene varios efectos colaterales significativos, que han sugerido la búsqueda de mejores técnicas de tratamiento. Un resumen de los métodos de tratar HPB, incluyendo cirugía, medicamento y láser, RF, y aplicaciones de microondas se describen más adelante.

Resección transuretral de la próstata (TURP)

La "Regla de oro" de los tratamientos de HPB implica un procedimiento quirúrgico en el que se utiliza un instrumento transuretral rígido con un bucle electroquirúrgico para quitar parte del tejido prostático agrandado (primariamente la zona central de la próstata) con energía RF. En la práctica, el 90% de los procedimientos quirúrgicos para HPB implican TURP, debido a su eficacia excelente (85% o más), durabilidad a largo plazo (de 10 a 15 años) para el 90% de los pacientes. En los Estados Unidos se realizan anualmente del orden de 200.000 TURPs. TURP tiene varios inconvenientes: es un procedimiento muy doloroso y requiere 2-4 días de hospitalización y 2-4 semanas de recuperación en casa. El procedimiento TURP se lleva a cabo en aproximadamente una hora y requiere anestesia general. El procedimiento debe ser realizado por un urólogo. Se requiere un catéter Foley durante aproximadamente 2-3 días después del tratamiento. Algunos de los principales efectos colaterales posibles de TURP incluyen impotencia, incontinencia, alta pérdida de sangre, y eyaculación retrógrada.

Prostatectomía abierta

Se utiliza primariamente prostatectomía abierta en pacientes con próstatas muy grandes con resultados excelentes: la eficacia es superior al 95% y la durabilidad es la misma que TURP (10 a 15 años). Con cualquier procedimiento quirúrgico, el nivel de dolor es muy alto y se requiere anestesia general. Se requiere aproximadamente 7 a 10 días de hospitalización con otras 3-5 semanas de permanencia en casa. El procedimiento dura unas pocas horas y debe ser realizado por un urólogo. Después del tratamiento, se debe usar un catéter Foley durante 2-4 días para drenar la vejiga. Una prostatectomía abierta cuesta aproximadamente el doble que una TURP, y tiene serios efectos colaterales y complicaciones potenciales incluyendo alta pérdida de sangre, impotencia e incontinencia.

Electrovaporización transuretral de la próstata (TVP)

Básicamente una modificación de TURP, la electrovaporización transuretral de la próstata emplea un electrodo de bola electroquirúrgico ranurado para abrir en canal la uretra bloqueada por el tejido prostático. El procedimiento TVP es más seguro y tiene mínimos efectos colaterales en comparación con TURP. La eficacia es excelente (85%), pero sigue siendo un procedimiento muy doloroso que requiere 2-4 días de hospitalización y 1-2 semanas en casa. Un urólogo realiza este procedimiento de 60 minutos y el paciente está bajo anestesia general. Se debe usar un catéter Foley durante 2-4 días después de este procedimiento. El costo del procedimiento es ligeramente menor que TURP. Hay menos pérdida de sangre que con TURP, pero subsisten los efectos colaterales potenciales de impotencia, incontinencia, y eyaculación retrógrada.

Incisión transuretral de la próstata (TUIP)

En un procedimiento relativamente nuevo para pacientes con próstatas pequeñas, la incisión transuretral de la próstata proporciona una eficacia de aproximadamente 80%. Sin embargo, TUIP no es efectivo en próstatas grandes. En este procedimiento se quita una cantidad mínima de tejido prostático: se practica una simple incisión a lo largo de toda la longitud de la próstata. El procedimiento TUIP permite abrir el cuello de la vejiga, permitiendo el flujo urinario libre. Se espera que la durabilidad sea parecida a TURP, pero la investigación clínica todavía está en curso. Este procedimiento es moderadamente doloroso y requiere solamente un día o dos de hospitalización, o para algunos pacientes es un procedimiento no hospitalario. Generalmente, se necesitan de 4 a 7 días de reposo en casa después del procedimiento. Un urólogo debe realizar este procedimiento quirúrgico de 60 minutos y se debe usar un catéter Foley durante 2 a 4 días. El costo de TUIP es aproximadamente el mismo que el de TURP. Hay menos pérdida de sangre con este procedimiento en comparación con TURP, pero subsisten los efectos colaterales potenciales de impotencia, incontinencia, y eyaculación retrógrada.

Dilatación con globo

Para pacientes con próstatas pequeñas, se puede usar dilatación con globo dentro de la uretra prostática para aliviar en cierto modo los síntomas de HPB. La eficacia es solamente aproximadamente 60% y la durabilidad es solamente de 1 a 5 años. Este procedimiento es menos costoso que TURP y se realiza usualmente sin hospitalización con varios días de reposo en casa. El procedimiento se lleva a cabo bajo anestesia local por un urólogo en aproximadamente 30 minutos. Se requiere un catéter Foley durante aproximadamente 2-4 días. Puede haber cierta hemorragia en este procedimiento y existen los posibles efectos colaterales de infección e impotencia. El procedimiento no funciona bien en próstatas grandes.

Stents

Para pacientes muy enfermos con próstatas pequeñas, se puede usar stents con buena efectividad para mejorar los síntomas de HPB. La durabilidad no es un problema principal puesto que estos pacientes están generalmente muy enfermos de otras enfermedades. Este procedimiento es moderadamente doloroso y requiere solamente anestesia local, lo lleva a cabo en aproximadamente 30 minutos un urólogo, y se realiza sin hospitalización con aproximadamente 4-5 días de reposo en casa. El costo de este procedimiento es menor que el de TURP. Algunos de los efectos colaterales potenciales son irritación, infección, y la formación de residuos en el stent.

Medicamentos

Se utilizan dos categorías de medicamentos al tratar HPB. Una categoría usa un alfa bloqueador (Hytrin o Cardura) para relajar los músculos que rodean la próstata para permitir mejor flujo urinario. El otro tipo de medicamento es inhibidor de reductasa (Proscar) que realmente contrae la glándula prostática.

Hytrin, por ejemplo, tiene muy buena eficacia (74%) y ofrece cierto alivio inmediato de los síntomas de HPB; sin embargo, se necesitan 2-3 semanas hasta que se alcanza la plena efectividad. Datos clínicos indican que este medicamento tiene al menos 3 a 5 años de durabilidad y lo prescribe simplemente un médico general. El costo es inferior a TURP dependiendo del número de años de tratamiento. Puede haber algunos efectos colaterales serios tal como desvanecimiento, dolor torácico, latido irregular, y disnea.

Proscar funciona bien en próstatas grandes, pero es ineficaz en próstatas pequeñas. La plena efectividad del medicamento tarda aproximadamente 3 a 6 meses y la durabilidad se estima en al menos 3 a 5 años. Este medicamento lo prescribe un médico general y se debe tomar durante al menos 12 meses. El costo del medicamento es inferior a TURP. Algunos de los efectos colaterales conocidos son impotencia, labios hinchados, volumen disminuido de eyaculación, y exantema cutáneo.

Coagulación intersticial por láser

Aquí, un dispositivo quirúrgico de coagulación intersticial por láser suministra energía láser radialmente a lo largo de la longitud de un difusor de luz de diseño personalizado. El difusor produce una configuración elipsoidal de daño térmico, aplicando la energía láser omnidireccional y uniformemente, para maximizar el volumen de tejido tratado en la próstata. Éste es un procedimiento quirúrgico moderadamente doloroso, que requiere uno o dos días en hospital y después de 1 a 2 semanas en casa. Este procedimiento de 30 minutos debe ser realizado por un urólogo, con opción de anestesia general o local dependiendo del estado del paciente. Un inconveniente serio de este procedimiento es el largo tiempo requerido de 1 a 2 semanas en el que se debe usar un catéter Foley para drenar la vejiga de orina. El costo del procedimiento es inferior a TURP. Este tratamiento tiene muchos efectos colaterales potenciales de incluyendo impotencia, incontinencia, pérdida de sangre, y eyaculación retrógrada.

Ablación con aguja RF (Ablación transuretral con aguja)

Este sistema usa dos agujas RF de alta energía (aproximadamente 0,47 MHz) que se introducen a través de la uretra en la próstata, para extirpar el tejido prostático en unos pocos minutos. Más de 10.000 pacientes en todo el mundo se han tratado con este sistema, que proporciona una eficacia de buena a muy buena. Solamente hay datos de durabilidad limitados a 12 meses para este sistema, de modo que no se conoce la eficacia a largo plazo. El procedimiento es moderadamente doloroso (se precisa anestesia local) y se lleva a cabo sin hospitalización con 1-2 semanas de recuperación en casa. El procedimiento es realizado usualmente por un urólogo en aproximadamente 30 minutos. Aproximadamente 40% de pacientes requieren un catéter Foley durante aproximadamente 2 a 3 días. El costo del procedimiento es inferior a TURP. Los principales efectos colaterales de este procedimiento son micción irritante, disfunción eréctil, y eyaculación retrógrada.

En vista de los tratamientos conocidos de HPB, que requieren cirugía costosa, dolorosa, o medicamentos que tienen efectos colaterales potencialmente peligrosos, se necesita un sistema de tratar hiperplasia prostática benigna (HPB) que no sea doloroso; se pueda realizar sin hospitalización; y el paciente recupere rápidamente sus funciones normales. Además, se necesita un método que pueda tratar con seguridad la glándula prostática con energía enfocada antes de que se forme en la próstata una cantidad considerable de células tumorales microscópicas.

Resumen de la invención

Los problemas anteriores asociados con los tratamientos conocidos se resuelven con el sistema según la invención. El sistema según la invención calienta con seguridad estados precancerosos, cancerosos, prebenignos y benignos de la próstata calentando la glándula prostática con energía enfocada o concentrada, tal como energía de microondas, administrada por aplicadores de red en fase no coherente o coherente en la uretra y el recto, o con aplicadores intersticiales colocados dentro de la próstata. En una red no coherente, osciladores de microondas separados pueden mover los aplicadores y no hay relación de fase común. En una red de fase coherente (red en fase), un solo oscilador de microondas puede mover múltiples aplicadores con una relación de fase común.

El método del solicitante es tratar la glándula prostática con energía enfocada, tal como energía de microondas antes de que se forme una cantidad considerable de células tumorales microscópicas en la glándula prostática. Como se ha descrito anteriormente, todos los usos pasados de terapia térmica se utilizaron para el tratamiento de cánceres de próstata establecidos con niveles de PSA de moderados a altos (superiores a 4,0 ng/ml) o para el tratamiento de valoraciones de moderadas a severas del índice de síntomas AUA para HPB. La realización preferida de esta invención es para la prevención o detección precoz, o antes de que se requiera intervención médica.

El sistema preferido incluye red en fase adaptativa coherente y medios para supervisar temperaturas de paredes de la uretra y el recto, dos aplicadores de microondas en al menos la uretra o el recto, medios para regular la potencia de microondas a administrar a la próstata en base a las temperaturas supervisadas de las paredes uretral y rectal, medios para supervisar la dosis de energía de microondas suministrada a la próstata que se trata, y medios para completar automáticamente el tratamiento cuando los aplicadores de microondas hayan suministrado una dosis total deseada de energía de microondas.

Los sistemas de tratamiento de hipertermia de red en fase incoherente o no adaptativa se pueden usar para calentar tejido semiprofundo y profundo, dependiendo de la frecuencia de radiación. Debido al calentamiento dieléctrico de tejido de alto contenido de agua tal como tumor prostático, es posible calentar con seguridad tumores prostáticos con redes no coherentes o redes en fase no adaptativa.

Además, el sistema según la invención tiene aplicación en situaciones donde no hay una posición bien definida donde colocar el sensor de realimentación de temperatura, o donde es deseable evitar la introducción de una sonda de temperatura en el tejido prostático. En el caso de un solo aplicador, no se necesita una sonda de campo E (o sensores de campo E) y así no se requiere una sonda invasiva en el sistema preferido según la invención. El sistema de la invención puede destruir todas las células precancerosas o cancerosas de la próstata o lesiones benignas con calor generado por la energía enfocada evitando por ello la progresión adicional de las células cancerosas o lesiones benignas.

Además, el sistema según la invención se puede usar para mejorar la terapia por radiación o para administración dirigida de medicamento y/o administración dirigida de terapia génica con o sin liposomas termosensibles como se describe en la Patente de Estados Unidos número 5.810.888 de Fenn.

El sistema según la invención se puede usar para destruir las células precancerosas, cancerosas, prebenignas y benignas en la próstata preservando al mismo tiempo el tejido prostático normal. Así, el sistema según la invención logra una prostatectomía térmica y evita el daño del tejido sano.

La temperatura de las paredes uretral y rectal se puede medir por sensores de sonda de temperatura colocados lejos de los aplicadores transuretral y transrectal para obtener la verdadera temperatura de las paredes uretral y rectal. Alternativamente, las temperaturas del tejido se pueden supervisar por medios externos, incluyendo infrarrojos, láser, ultrasonido, tomografía de impedancia eléctrica, formación de imágenes por resonancia magnética, y técnicas de radiometría como es conocido en la técnica.

Alternativamente, se podría introducir una sonda de temperatura a una profundidad apropiada en el tejido prostático para supervisar su temperatura. Como se explica a continuación, la introducción de una sonda de temperatura no es una realización preferida.

En una realización con dos o más aplicadores de energía, se puede usar o no una sonda invasiva de campo E, introducida en la próstata, para medir la potencia de microondas suministrada al tejido a tratar para determinar la duración del tratamiento de energía enfocada. En una realización preferida, la sonda de campo E invasiva se puede usar para enfocar la energía aplicada en la sonda de campo E introducida en la próstata.

Como una realización alternativa, para una red en fase coherente, se puede colocar dos sensores de campo E en la uretra prostática y el recto de forma no intersticial y utilizar para anular el campo E en la uretra y el recto y enfocar efectivamente la radiación de microondas en el tejido prostático. Además, la fase de microondas para los aplicadores transuretral y transrectal se puede ajustar de manera que la energía de microondas se explore a través de una zona de la próstata.

El sistema según la invención se puede lograr con o sin compresión de la próstata. Una próstata del paciente podría comprimirse expandiendo al menos un globo uretral o un globo rectal. La energía enfocada y la compresión de la próstata proporcionan calentamiento preferencial de carcinoma prostático de alto contenido de agua y células benignas en la próstata en comparación con los tejidos prostáticos normales circundantes de menor contenido de agua y el tejido que rodea la próstata.

Para enfocar coherentemente la energía, tal como energía de microondas, en la próstata, la próstata del paciente se puede comprimir mediante un globo uretral y rectal y se utilizan medios para determinar dónde enfocar la energía en la próstata del paciente. Los medios para determinar dónde enfocar la energía pueden ser una única sonda de campo eléctrico, introducida en la porción central de la próstata, o dos sensores de campo eléctrico no intersticiales en las paredes uretral y rectal. La sonda o los sensores reciben señales que se pueden usar para medir una señal de realimentación para ajustar la fase de energía suministrada a los aplicadores situados en la uretra y en el recto.

Las ventajas principales que ofrece el tratamiento según el sistema de la invención sobre los tratamientos conocidos se enumeran a continuación:

1.

Prevención y destrucción de tumores prostáticos (incluyendo cancerosos y benignos);

2.

Alivio inmediato de los síntomas de HPB que pueda haber;

3.

Durabilidad a largo plazo;

4.

Se puede experimentar sólo un nivel bajo de dolor;

5.

Procedimiento sin hospitalización;

6.

Anestesia local;

7.

No se precisa catéter Foley; y

8.

No hay efectos colaterales o complicaciones significativos.

Se puede formar un stent biológico en la uretra prostática debido a la combinación del globo de dilatación de compresión y calor de microondas (uretroplastia por microondas) como evidencian pruebas clínicas realizadas por el cesionario, Celsion Corporation, durante 1999. Como resultado, ya no se necesita una de las principales deficiencias de los tratamientos de HPB conocidos, a saber la necesidad de un catéter Foley durante varios días, y un paciente puede experimentar alivio inmediato de los síntomas de HPB.

Como se describe más adelante, el sistema de la invención del solicitante implica medios para supervisar la dosis de energía suministrada a la próstata que se trata y medios para completar el tratamiento en base a la dosis total de energía que se ha recibido. Preferiblemente, la energía de microondas se elige como el tipo de energía la próstata que se trata. Es decir, las mediciones convencionales de realimentación de temperatura de la dosis térmica del tumor se pueden sustituir por la energía de microondas total suministrada a los aplicadores de microondas de red en fase coherente o no coherente y después a la zona tratada. Por consiguiente, con la presente invención, en lugar de mediciones de realimentación de temperatura, que requieren la introducción de una sonda de realimentación de temperatura en la próstata y sus problemas inherentes, la dosis de energía de microondas se usa como una realimentación para determinar la duración requerida del tratamiento. En esta aplicación el término "dosis de energía de microondas" (en Joules o vatios-segundo) es similar a la dosis utilizada en terapia de radiación, a saber, la dosis de radiación absorbida (Rad) que es una unidad de la dosis absorbida de radiación definida como deposición de 100 ergs de energía por gramo de tejido.

Así, el sistema presente para calentar selectivamente condiciones cancerosas y benignas de la próstata evita el riesgo de difusión de células cancerosas puesto que la sonda de temperatura no se introduce en la zona tratada (lecho del tumor) de la próstata. La eliminación de una sonda de temperatura introducida reduce el riesgo de infección en un paciente como resultado de la introducción de la sonda. Igualmente, el campo de microondas aplicado a un tumor no se sometería a dispersión u otra perturbación producida por una sonda de temperatura, especialmente una sonda metálica. Además, se ahorra el tiempo y los costos asociados con la introducción de la sonda de temperatura.

El sistema de la invención también se puede usar para tratar tejido prostático sano o células precancerosas o prebenignas microscópicas de alto contenido de agua no detectadas en tejido prostático aparentemente sano para evitar la aparición o la recurrencia de condiciones cancerosas de la próstata. Así, el sistema según la invención sería capaz de destruir o extirpar células precancerosas o prebenignas microscópicas en la glándula prostática de mayor contenido de agua (por ejemplo, 90%) que la glándula prostática (por ejemplo, 80%) antes de detectarse. Éste sería un tratamiento precoz que podría evitar que el cáncer creciese en la próstata y se extienda desde la próstata, o la ampliación de la glándula prostática. En el caso de tejido aparentemente sano, el tejido prostático se irradiaría con energía de microondas enfocada a células microscópicas de alto contenido de agua que es sabido que forman lesiones sin deteriorar el tejido prostático sano de menor contenido de agua.

Si se utilizan aplicadores transuretral y transrectal y se expanden por globos respectivos, se logra un sistema preferido que tiene medios para comprimir e inmovilizar la próstata para reducir la profundidad de penetración en el tejido y para reducir el flujo sanguíneo de la próstata.

En un sistema alternativo, la próstata se comprime con un solo globo transuretral, que inmoviliza el tejido prostático, reduce el flujo sanguíneo, y reduce la profundidad de penetración requerida para la radiación de microondas. El globo de compresión se hace de un material plástico transparente a las microondas tal como látex. La colocación de una sonda de realimentación de campo E en la próstata se puede lograr con un transductor de ultrasonido u otro tipo de guía por imagen. Se puede lograr otra reducción del flujo sanguíneo, en un método preferido, inyectando un anestésico local lidocaína con epinefrina o medicamento de antiangiogénesis en la próstata.

Se puede colocar dos aplicadores de microondas (tal como se describe en la Patente de Estados Unidos número 5.007.437 de Sterzer) transuretral y transrectalmente. Se puede lograr una red en fase con un número múltiple de aplicadores mayor o igual a dos. En una realización preferida, se suministra potencia de microondas coherente de 915 MHz a los dos aplicadores transuretral y transrectal, a un nivel de potencia predeterminado, mientras que los desfasadores en cada canal se regulan para maximizar y enfocar la energía de microondas al sensor de sonda de campo E. El enfriamiento con agua dentro de los catéteres y globos permite enfriar las paredes uretral y rectal. Se puede introducir aplicadores intersticiales adicionales dentro de la próstata para complementar el calentamiento que se produce por los aplicadores transuretral y transrectal.

Durante el tratamiento de hipertermia, el nivel de potencia de microondas suministrado a cada uno de los aplicadores se puede ajustar manual o automáticamente para evitar altas temperaturas que podrían originar quemaduras o ampollas en las paredes uretral o rectal. Además, la cantidad de compresión de la próstata, si se utiliza, se regula según sea necesario durante el tratamiento para proporcionar confort al paciente. Cada vez que se regula la compresión de la próstata, la red de energía de microondas/en fase se reenfoca de manera que el sensor de sonda de campo E reciba potencia máxima. La energía total de microondas, desde el comienzo del tratamiento, suministrada a los aplicadores de microondas se verifica durante el tratamiento. El tratamiento se termina cuando se suministra una cantidad deseada de energía total de microondas a los aplicadores de microondas, lo que indica que las células de lesión se destruyen significa-
tivamente (es decir, reducción térmica de tamaño) o se destruyen completamente (es decir, prostatectomía térmica).

Para determinar la efectividad del tratamiento, el tejido prostático puede ser representado y examinado con rayos X, ultrasonido, y formación de imágenes por resonancia magnética antes y después de administrar la dosis total de energía de microondas, así como con resultados patológicos de biopsia con aguja de los tejidos prostáticos.

En una realización alternativa de la invención, la única sonda de campo E invasiva es sustituida por dos sensores de campo E colocados en la uretra y el recto y la red coherente se enfoca en fase minimizando (anulando) la potencia individual o combinada recibida por los dos sensores, proporcionando un tratamiento completamente no invasivo. En una realización preferida, los dos sensores de campo E se contienen con catéteres unidos a la superficie exterior de un globo de compresión que proporciona un contacto de presión a las paredes uretral y rectal. Se utilizan algoritmos en unión con las señales de realimentación detectadas por los sensores de campo E para anular zonas en las paredes uretral y rectal enfocando por lo tanto la energía aplicada en un lugar interno. Después de terminar el algoritmo de anulación, los sensores de campo E pueden retirarse e introducirse los sensores de temperatura para medir las temperaturas de las paredes uretral y rectal.

Dicho tratamiento de hipertermia totalmente no intersticial donde sensores de campo E y sensores de temperatura supervisan las paredes uretral y rectal, proporcionaría un método efectivo de destruir lesiones benignas y cancerosas en la próstata. En una realización con aplicadores no coherentes, no se requiere una sonda de enfoque de campo E y desfasadores para calentar el tejido. Con energía no coherente, solamente la potencia irradiada por el aplicador es aditiva y no se usa desplazamiento de fase.

Aunque la realización preferida se describe con referencia a tecnología de red en fase de microondas adaptativa, el sistema del solicitante se puede lograr enfocando energía, en general, para calentar y extirpar una zona de tejido. La energía enfocada puede incluir ondas electromagnéticas, ondas de ultrasonido u ondas a radiofrecuencia. Es decir, el sistema de la invención del solicitante incluye energía que se puede enfocar para calentar y extirpar una zona de tejido. Esta energía, tal como energía de microondas o ultrasonido, puede ser coherente o no coherente.

En otra realización de la invención con una red en fase coherente, se calcula el límite de una zona de tejido a tratar en un cuerpo (por ejemplo, próstata), se puede introducir una sonda de campo E en el cuerpo o se colocan al menos dos sensores de campo E dentro de la uretra y el recto; y aplica energía se mediante aplicadores a la zona a tratar. En esta realización, el enfoque de la energía cambiaría de manera que el enfoque explore la zona a tratar. Es decir, ya no hay un punto de enfoque fijo puesto que la fase relativa de la energía aplicada se ajustaría de manera que el enfoque se mueva dentro de la zona a tratar obteniendo por ello una forma geométrica de calentamiento.

Se determina un punto de enfoque fijo mediante el algoritmo apropiado. Después, por ejemplo, la fase relativa de los aplicadores a obtener este punto de enfoque fijo se regula 30º a un lado y después 30º al otro para "explorar" una zona calentada/tratada más grande. Dependiendo del tamaño de la zona a tratar, la exploración se puede enfocar entre 180º y 90º o 60º o 120º.

Otros objetivos y ventajas serán evidentes por la consideración de la descripción y los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

La invención se entiende mejor leyendo la descripción detallada siguiente con referencia a las figuras acompañantes, en las que números de referencia análogos se refieren a elementos análogos en todas ellas, y en las que:

La figura 1 muestra el sistema de termoterapia por microondas según una realización preferida de la invención para calentar la próstata bajo compresión desde aplicadores transuretral y transrectal coherentes.

Y la figura 2 muestra el sistema de termoterapia por microondas según una realización preferida de la invención para calentar la próstata bajo compresión de aplicadores transuretral y transrectal no coherentes.

Descripción detallada de la realización preferida Descripción de la glándula prostática y sus propiedades de microondas

La glándula prostática 220 es parte del sistema reproductor masculino y es un órgano macizo en forma de nuez que rodea la primera parte de la uretra 205 inmediatamente debajo de la vejiga 202 y delante del recto 210. El cáncer de próstata surge de las glándulas de la próstata y la forma más común de cáncer de próstata se denomina adenocarcinoma, que significa un cáncer de las glándulas. La mayor parte de los cánceres de próstata se desarrollan dentro de la porción inferior de la próstata (denominada a veces la zona periférica que implica aproximadamente 70% de la próstata glandular) más próxima al recto, y ésta es la región que necesita una cantidad considerable de tratamiento. Aunque un examen rectal digital es útil para detectar zonas endurecidas o bultos en la glándula prostática; sin embargo, no es muy útil para detectar enfermedad microscópica de la próstata. El uso de un aplicador transrectal (además de un aplicador transuretral) para llegar a esta porción de la próstata es esencial para un tratamiento completo de la próstata. La zona central de la próstata (más próxima a la vejiga) es relativamente inmune a las enfermedades de HPB y cáncer de próstata. HPB surge principalmente en la zona de transición situada entre la zona central y la zona periférica.

Como se ha explicado anteriormente, el procedimiento médico corriente no realiza una biopsia de un tumor hasta que se alcanza una PSA de 4,0 ng/ml. Los datos expuestos en la Tabla 1 indican que solamente hay aproximadamente una probabilidad de 15% de detectar cáncer por biopsia con aguja cuando la PSA es inferior a 4 ng/ml. Aunque la probabilidad de detectar el cáncer es muy baja, la probabilidad real de que haya células cancerosas microscópicas en la próstata es significativa (25% o más) (F. H. Schroder y otros, The Journal of Urology, Vol. 163, Nº 3, p. 806 (resumen), marzo 2000) (Eschenbach y otros, CA Cáncer J. Clinicians, Vol. 47, págs. 261-264, 1997). Así, se asegura probablemente el tratamiento de termoterapia de la próstata, aunque el nivel de PSA esté en el rango de 0 a 4 ng/ml. El tratamiento de termoterapia de la próstata para niveles de PSA inferiores a 4 ng/ml pretende matar las células cancerosas microscópicas de la próstata e impedir que aumente la PSA por encima de 4 ng/ml.

TABLA 1 Probabilidad de detectar cáncer en biopsia inicial para diferentes niveles de PSA

Nivel de PSA	Probabilidad de detectar cáncer en biopsia inicial
2 ng/ml	1%
2-4 ng/ml	15%
4-10 ng/ml	25%
> 10 ng/ml	> 50%

En los sistemas de hipertermia clínica comerciales se usa comúnmente radiación de microondas en la banda industrial, científica, médica (ISM) de 902 a 928 MHz, y es la banda de frecuencia primaria aquí considerada. Es sabido que la próstata es tejido de alto contenido de agua y, por lo tanto, es similar a tejido muscular que está bien caracterizado. Para tejido prostático normal a 915 MHz, la constante dieléctrica media es 50 y la conductividad media es 1,3 S/m. La pérdida calculada debida a atenuación de una onda plana a 915 MHz que se propaga a través de tejido prostático es aproximadamente 3 dB por cm. La neoplasia intraepitelial prostática, también denominada hiperplasia atípica y displasia intraductal, son precánceres y está asociada con el desarrollo de adenocarcinoma de la próstata. Se supone que las células neoplásicas son de mayor contenido de agua que las células prostáticas normales circundantes y se calientan más rápidamente que las células prostáticas sanas normales. Se supone que el tejido normal ductal en la próstata está en el rango de un contenido de agua bajo a medio.

La seguridad de emplear campos electromagnéticos de radiofrecuencia (microondas) para tratar cáncer ha sido cuestionada. Un estudio general concluía recientemente que no hay asociación entre la incidencia o promoción del cáncer y la exposición a campos electromagnéticos de radiofrecuencia en el rango de frecuencia de 3 KHz a 300 GHz (L. N. Heynick, Radiofrequency Electromagnetic Fields (RFEMF) and Cáncer: A Comprehensive Review of the Literature Pertinent to Air Forcé Operations, AFRL-HE-BR-TR-1999-0145, United States Air Forcé Research Laboratory, Directed Energy Bioeffects División, junio 1999). Así, en base a este informe, los Solicitantes observaron que hay una evidencia significativa de que el tratamiento de la próstata por microondas puede calentar con seguridad una glándula prostática aparentemente sana conteniendo células cancerosas microscópicas de tal manera que no se formaría un cáncer nuevo como resultado del tratamiento con microondas.

Sistema para calentar tejidos prostáticos

La figura 1 muestra un sistema preferido para calentar carcinomas y células de tumores benignos en tejidos de la próstata, usando un sistema de hipertermia de red en fase de energía adaptativa, preferiblemente microondas, con campo E y realimentación de temperatura. Para calentar fiablemente tejidos profundos a frecuencias de energía, hay que rodear el cuerpo (lóbulos de la próstata 220) con dos o más aplicadores de energía 110, 111 (dentro de la uretra 205 y el recto 210, respectivamente) controlados por un algoritmo de red en fase adaptativa. Los aplicadores de energía 110, 111 pueden ser aplicadores de microondas coherentes. El círculo en negro, indicado como enfoque 190, representa un tumor central o tejido sano de la próstata 226 que se ha de tratar.

El enfoque 190 puede representar condiciones cancerosas de la próstata incluyendo uno de adenocarcinoma, carcinosarcoma, rabdomiosarcoma, condrosarcoma, y osteosarcoma, o condiciones precancerosas incluyendo neoplasia intraepitelial prostática, y lesiones benignas de la próstata incluyendo hiperplasia prostática benigna. Además, el sistema según la invención, puede tratar aparentemente tejido sano para evitar la aparición o reaparición de condiciones cancerosas o benignas.

En la realización preferida, se puede introducir una sonda de realimentación de campo E 175 a una profundidad apropiada en el tejido de próstata 220 que se ha de tratar. La introducción de la sonda de realimentación de campo E 175 se puede lograr bajo la guía de un transductor de ultrasonido. Los medios para establecer la fase de energía inicial suministrada a cada aplicador 110, 111 incluyen señales de realimentación de campo E 450 de la sonda de campo E 175 y un ordenador 250 con un algoritmo apropiado para enfocar la radiación de energía a la sonda de campo E introducida 175. Preferiblemente, la sonda de campo E 175 se utiliza con un algoritmo de búsqueda de gradiente de aceleración rápida de red en fase adaptativa, como se describe en la Patente de Estados Unidos número 5.810.888 de Fenn, para dirigir la radiación de energía al lugar del tumor 190.

Además, el sistema según la invención incluye medios para establecer la energía inicial o potencia de microondas suministrada a cada aplicador de energía, y medios para supervisar las temperaturas de las paredes de la uretra y el recto adyacentes a la próstata que se ha de tratar para garantizar que las paredes no se recalienten. Los medios para supervisar las paredes uretral y rectal pueden incluir sensores de realimentación de temperatura 410 que se introducen de forma no intersticial contra las paredes uretral y rectal (215, 216) para supervisar las temperaturas de las paredes de la uretra y el recto adyacentes al tejido prostático. Unos sensores de realimentación de temperatura 410 envían señales de temperatura de realimentación 400 al ordenador 250 donde se utilizan señales 400 para regular el nivel relativo de potencia de microondas que se ha de administrar a aplicadores 110, 111 para calentar el tumor o tejido en el enfoque 190.

Preferiblemente, el diseño de los aplicadores de energía transuretral y transrectal, que son preferiblemente aplicadores de microondas, es según la Patente de Estados Unidos número 5.007.437 de Sterzer. El aplicador transrectal, en particular, puede usar un reflector o una red en fase para dirigir energía de microondas preferentemente hacia la próstata. Los aplicadores pueden ser aplicadores no invasivos tales como guía de onda, antenas monopolo o dipolo, o aplicadores intersticiales tales como antenas monopolo o dipolo. En una realización preferida, los aplicadores se pueden mover de forma coherente como una red en fase. Además, se puede usar múltiples aplicadores rodeando la próstata que se pueden mover de forma no coherente en una red de frecuencia múltiple para calentar selectivamente el tejido prostático.

Preferiblemente, el cuerpo o próstata 220 se comprime entre dos globos de compresión 112, 113, que rodean los aplicadores transuretral y transrectal 110, 111, respectivamente. Los globos de compresión 112, 113 se pueden inflar con agua destilada o desionizada. En alternativa, los globos de compresión 112, 113 se pueden inflar neumáticamente o por otros medios conocidos para inflar globos. Los globos de compresión 112, 113 se hacen de un material tal como látex que es transparente a microondas. Además de inmovilizar el tejido prostático y fijar las posiciones de los aplicadores, la compresión de la próstata tiene varias ventajas potenciales para los tratamientos de hipertermia. La utilización de compresión de la próstata da lugar a menos profundidad de penetración necesaria para lograr un calenta-
miento profundo en microondas y reducir el flujo sanguíneo, que también mejora la capacidad de calentar el tejido.

La compresión de la próstata desde el interior y el exterior de la próstata aleja más la superficie de la glándula prostática de los radiadores de los aplicadores de microondas, lo que contribuye a reducir puntos superficiales calientes. En una realización preferida, el aplicador tendría una cavidad llena de fluido que mejoraría el acoplamiento de la energía de microondas del aplicador al tejido a tratar. El enfriamiento del fluido, tal como agua destilada o desionizada, dentro de los aplicadores transuretral y transrectal o globos de aplicador durante los tratamientos de hipertermia contribuye a evitar la posibilidad de desarrollar puntos calientes en la uretra 205 y el recto 210, protegiendo por lo tanto las paredes uretral y rectal contra el recalentamiento.

Antes del tratamiento de hipertermia de red en fase adaptativa, la próstata se comprime entre globos de compresión 112, 113 y se introduce una única sonda invasiva de realimentación de campo E 175 dentro del lugar central del tejido (enfoque 190) en la próstata, paralelo a la polarización de los aplicadores de microondas 110, 111. Los aplicadores de microondas 110, 111 son radiadores de antena monopolo o dipolo de forma recta o helicoidal. La sonda de campo E 175 se usa para comprobar la amplitud del campo focal E cuando los desplazadores de fase se regulan para señal de realimentación máxima usando un algoritmo de búsqueda de gradiente de red en fase adaptativa. Sensores de temperatura no invasivos 410 supervisan las temperaturas de las paredes uretral y rectal en las posiciones 184, 185, respectivamente, y estas señales son transmitidas individualmente al ordenador como señales de temperatura de realimentación 400.

Las puntas de los sensores de temperatura 410 se pueden unir al exterior de los globos de compresión transuretral y transrectal 112, 113 a condición de que las puntas estén aisladas térmicamente. Montando una compresa fina (no representada) entre la sonda de temperatura y la superficie exterior del globo se puede lograr el aislamiento térmico de los efectos del fluido de enfriamiento contenido con los globos de compresión. La red en fase adaptativa de aplicador doble de la invención junto con la sonda de realimentación de campo E permite regular los desplazadores de fase de manera que se pueda generar un campo E concentrado que permita el calentamiento enfocado en tejido a la profundidad apropiada.

Preferiblemente, los sensores de temperatura 410 no se introducen intersticialmente a través de los agujeros de la uretra 205 y el recto 210 de manera que los sensores 410 estén en contacto de presión con la respectiva pared uretral y rectal. Así, como se representa en la figura 1, dos sensores de sonda de realimentación de temperatura 410 están situados en la uretra 205 y el recto 210, respectivamente, y producen señales de realimentación de temperatura 400. En la uretra 205 y el recto 210 se colocan dos catéteres de microondas refrigerados por agua 300, 301 con aplicadores de microondas 110, 111, respectivamente. El catéter transuretral 300 contiene un globo Foley 118 que se infla con aire en la vejiga 202 para fijar el aplicador de microondas 110 en la posición correcta con respecto a la zona deseada de la próstata.

Para tratamientos coherentes, un oscilador 105 se divide en el nodo 107 y alimenta desfasadores 120. El oscilador 105 en un método preferido es una fuente de energía de microondas a aproximadamente 915 MHz. La señal de control de fase 125 controla la fase de la señal de microondas en el rango de 0 a 360 grados eléctricos. La señal de microondas de cada desplazador de fase 120 se alimenta a amplificadores de potencia de microondas 130. La señal de microondas resultante es controlada por una señal de control generada por ordenador 135, que establece el nivel inicial de potencia de microondas suministrado a cada aplicador de microondas. Señales de microondas 150 en forma de potencia de microondas coherente a 915 MHz se suministran por el amplificador de potencia de microondas 130 a los dos aplicadores 110, 111, mientras que los desfasadores 120 en cada canal se regulan para maximizar y enfocar la energía de microondas al sensor de sonda de campo E 175 de manera que la potencia de microondas se maximice en la posición de enfoque 190. Entonces comienza el tratamiento.

En otra realización, los medios para supervisar la temperatura de la próstata son una sonda de temperatura que se introduce a una profundidad apropiada en el tejido prostático. En este caso, después de enfocar los medios para establecer la fase de energía relativa inicial suministrada a cada aplicador a la sonda de campo E 175, la sonda de campo E se puede extraer y la sonda de temperatura 176 se puede introducir en su lugar a una profundidad apropiada en el tejido prostático.

En otra realización contemplada por la invención, se preve unos segundos medios de supervisión de temperatura, además de los sensores de temperatura no intersticiales en contacto de presión con las paredes de la uretra y el recto. Los segundos medios de supervisión de temperatura son la sonda de temperatura invasiva 176 que se introduce en el tejido prostático en el mismo punto del que se quitó la sonda de campo E 175.

El sistema según la invención permite destruir todos los carcinomas de próstata, células precancerosas, y lesiones benignas tratados cuando se ha suministrado la dosis total de energía de microondas deseada a los aplicadores de microondas a la vez que se evita el daño producido en el normal tejido de la próstata.

Para tratamientos no coherentes, como se representa en la figura 2, osciladores separados 105, que operan preferiblemente a 915 MHz, alimentan los dos amplificadores de potencia de microondas 130 que son controlados por ordenador y suministran potencia de microondas a los dos aplicadores 110, 111.

Durante el tratamiento de hipertermia, las señales de microondas 150 y el nivel de potencia suministrado a cada uno de los aplicadores se mide como una señal de realimentación de potencia 500, que se envía a un microprocesador u ordenador 250 tal como un PC. La señal de control de potencia de los amplificadores de potencia 130 se regula manual o automáticamente para controlar las temperaturas de la uretra y el recto, así como la dosis térmica equivalente suministrada al tejido prostático. Los sensores 410 miden las temperaturas de las paredes uretral y rectal y la señal de control de potencia 135 se regula en base a la temperatura detectada para evitar altas temperaturas que podrían originar quemaduras o ampollas. La cantidad de compresión realizada por los globos de compresión 112, 113 se regula según sea necesario durante el tratamiento para proporcionar confort del paciente. Cada vez que se regula la compresión de la próstata, para tratamientos coherentes, los desplazadores de fase 120 son reajustados/reenfocados de manera que la sonda de campo E 175 reciba potencia máxima.

Según el sistema según la invención, medios para supervisar la energía de microondas suministrada a los aplicadores de microondas 110, 111 supervisan la energía/potencia administrada durante el tratamiento y cuando los aplicadores de microondas 110, 111 han suministrado a la próstata la energía de microondas total deseada, los medios para terminar el tratamiento interrumpen la radiación de energía a los aplicadores. Es decir, el sistema según la invención corta automáticamente la energía suministrada a la próstata, terminando por ello el tratamiento de hipertermia cuando se ha suministrado a la próstata 220 una dosis total de energía de microondas deseada. En una realización preferida, la dosis total de energía de microondas produce una dosis térmica equivalente total en tumores prostáticos, que es aproximadamente entre 60 minutos y 400 minutos con relación a 43 grados Celsius. La energía de microondas total, desde el comienzo del tratamiento, suministrada a los aplicadores de microondas se calcula en el ordenador 250 y se puede visualizar en el monitor del ordenador 260 durante el tratamiento.

Como una realización alternativa, se han previsto medios para supervisar el nivel de potencia de microondas suministrado a la sonda de campo E 175 para determinar cuándo se debe terminar el tratamiento. Según esta realización, la energía de microondas total calculada de la señal de realimentación de campo E 450 recibida por la sonda de campo E 175 se utiliza para controlar la duración del tratamiento. Esta señal de realimentación de campo E 450 puede ser útil para tratamientos coherentes y no coherentes. Para determinar la efectividad del tratamiento, el tejido prostático se representa con rayos X y formación de imágenes por resonancia magnética antes y después de administrar la dosis total de energía de microondas, así como los resultados patológicos de la biopsia con aguja de los tejidos prostáticos.

Para tratamientos coherentes, la única sonda de campo E invasiva 175 se pueden sustituir por dos sensores de campo E no invasivos en posiciones fijas 186, 187 dentro de la uretra y el recto, respectivamente. Los sensores de campo E se introducen en los agujeros naturales de la uretra 205 y el recto 210 y se fijan en una posición que es adecuada para calentar el tumor o tejido sano. Se puede unir sensores de campo E a las paredes uretral y rectal en las posiciones 186, 187, pero no tienen que estar en contacto con las paredes uretral y rectal. Un dispositivo de ultrasonido, rayos X u otro dispositivo conocido de supervisión de campo E puede verificar las posiciones adecuadas de los sensores de campo E. La potencia total medida por los dos sensores de campo E no invasivos se minimiza (como en la Patente de Estados Unidos número 5.810.888) regulando los desfasadores de microondas 120, para crear un campo E enfocado en la porción central de la próstata, o la zona de la próstata a tratar.

Con esta realización, no hay riesgo de infección debido a una sonda introducida, ni riesgo de cicatrices en la piel producidas por un procedimiento que requiere cortar la piel e insertar una sonda, y no hay riesgo de extender células cancerosas cuando no se usa una sonda de campo E introducida. Los sensores de campo E se fijan simplemente dentro de la uretra y el recto y así no atraviesan el lecho de un tumor reduciendo por ello la posibilidad de sembrar inadvertidamente células cancerosas viables durante un procedimiento quirúrgico, reduciendo así las recurrencias locales del cáncer en tejidos circundantes. Igualmente, dado que los sensores de temperatura y campo E se pueden colocar en la uretra 205 y el recto 210 según este método, la presente invención funcionaría bien cuando no se haya definido ninguna zona única en la próstata tal como en el tratamiento de enfermedad microscópica de la próstata.

Preferiblemente, cada canal (en lado del nodo 107) de la red en fase contiene un amplificador de potencia de microondas electrónicamente variable 130 (0 a 100 W), un desplazador de fase electrónicamente variable 120 (0 a 360 grados), y aplicadores de microondas refrigerados por agua 110, 111.

Aunque la realización preferida describe energía de microondas a aproximadamente 915 MHz, la frecuencia de la energía de microondas puede ser de entre 100 MHz y 10 GHz. La frecuencia de la energía de microondas se podría seleccionar a partir del rango de 902 MHz y 928 MHz. De hecho, se puede usar frecuencias de energía más bajas para extirpar o evitar tejido canceroso.

En una realización preferida, la potencia de microondas inicial suministrada a cada aplicador está entre 0 y 70 vatios, preferiblemente entre 20 y 60 vatios. Durante todo el tratamiento del tejido, la potencia de microondas suministrada a cada aplicador se puede ajustar en el rango de 0-150 vatios para administrar la dosis de energía de microondas deseada y evitar el recalentamiento de la uretra y el recto. Además, la potencia de microondas relativa suministrada a los dos aplicadores de microondas se regula entre -180 grados y 180 grados antes y durante el tratamiento para crear un campo enfocado en el tejido prostático. Típicamente, se requiere más potencia de microondas para tratamientos con aplicadores no coherentes que para tratamientos con aplicadores coherentes.

En una realización preferida, se puede usar una sonda monopolo coaxial invasiva de campo E de 0,9 mm de diámetro exterior (DE) (RG-034 semirrígido), con el conductor central extendido 1 cm, como sonda de campo E 175 para medir la amplitud del campo eléctrico dirigido al tejido y para proporcionar la señal de realimentación 450 usada para determinar la fase relativa necesaria para los desfasadores electrónicos antes del tratamiento. Las sondas monopolo de alimentación coaxial de este tipo se han usado para hacer mediciones exactas de campos eléctricos linealmente polarizados en fantomas de mama comprimidos (Fenn y otros, International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 17-19 Mayo, 1994, págs. 566-569). Esta sonda de campo E polarizada linealmente se introduce en un catéter de teflon de 1,6 mm DE. Se puede usar sondas termopar (Physitemp Instruments, Inc., Tipo T cobre-constantán, encerradas dentro de una envuelta de teflon de 0,6 mm DE) para medir la temperatura local en el tumor durante el tratamiento. Estas sondas de temperatura tienen un tiempo de respuesta de 100 ms con una exactitud de 0,1ºC. También se puede usar sondas de temperatura de fibra óptica.

La sonda de campo E 175 se utiliza con el algoritmo de búsqueda de gradiente de aceleración rápida de red en fase adaptativa, como se describe en la Patente de Estados Unidos número 5.810.888 de Fenn, para dirigir la radiación de microondas al lugar del tumor. La temperatura detectada por la sonda de temperatura invasiva 175 en el tumor se podría usar como una señal de realimentación en tiempo real durante el tratamiento. Esta señal de realimentación 450 se podría usar para controlar el nivel de potencia de salida de microondas de los amplificadores de potencia variables, que establecen y mantienen la temperatura focal en el lugar del tumor en el rango de 43 a 46ºC. La potencia y fase suministradas a los dos canales de la red en fase se regulan adaptativamente usando convertidores digitales a analógicos bajo control por ordenador.

La dosis total de energía de microondas se puede usar para estimar el tiempo de calentamiento requerido. Es decir, los Solicitantes observaron que unos medios de detección de temperatura equivalentes no intersticiales podrían sustituir las sondas de temperatura intersticiales, y que la dosis total de energía de microondas se podría usar fiablemente para controlar la duración de tratamiento. La compresión de la próstata, como se ha mencionado anteriormente, reduce el flujo sanguíneo, que probablemente elimina los efectos de flujo sanguíneo en la energía de microondas requerida para el tratamiento, y puede reducir la variación de energía de microondas que se puede esperar en tratamientos por microondas.

Según una realización preferida, la energía de microondas total suministrada a los aplicadores de guía de ondas para determinar la terminación del tratamiento está entre 25 kilojoules y 250 kilojoules. La cantidad de dosis total de energía de microondas que destruiría todo tejido canceroso o precanceroso sería aproximadamente 175 kilojoules. Pero, en determinadas condiciones, la dosis de energía de microondas requerida puede ser de sólo 25 kilojoules.

Como reconocieron los solicitantes, la compresión de un cuerpo que da lugar a un menor grosor puede requerir una dosis menor de energía de microondas (en comparación con una compresión que da lugar a un mayor grosor) para tratamientos efectivos al evitar o destruir lesiones cancerosas, precancerosas o benignas. Es importante seleccionar un nivel inicial apropiado de potencia de microondas (P_{1}, P_{2}) suministrado a cada aplicador así como la fase de microondas apropiada entre los dos aplicadores para enfocar la energía a la zona a tratar.

Durante el tratamiento de hipertermia, hay que supervisar las temperaturas de las paredes uretral y rectal de manera que no aumenten considerablemente por encima de aproximadamente 41 grados Celsius durante más de varios minutos. La dosis térmica equivalente para los sensores de pared uretral y rectal se puede calcular (Sapareto y otros, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 10, págs. 787-800, 1984) y se puede usar como una señal de realimentación. Típicamente, hay que evitar administrar más de una dosis térmica equivalente de unos pocos minutos. La prevención de altas temperaturas uretrales y rectales según la invención se lleva a cabo regulando las potencias individuales (P_{1}, P_{2}) suministradas a los aplicadores durante el tratamiento por control manual o automático por ordenador.

Se puede usar ultrasonido Doppler para medir el flujo sanguíneo en tumores y tejido prostático circundante, antes y durante el tratamiento para planificar y ajustar la dosis de energía de microondas. Por ejemplo, se requiere menos dosis de energía cuando se reduce la velocidad de flujo sanguíneo del tumor, lo que se puede producir cuando la próstata se comprime y/o el tumor se calienta a temperaturas terapéuticas. Alternativamente, el contenido de agua y los parámetros dieléctricos de tejido tumoral prostático de biopsias con aguja se podrían medir y usar para determinar, antes del tratamiento, la dosis de energía de microondas requerida. Por ejemplo, un mayor contenido de agua y una conductividad eléctrica más alta en el tumor reducirían la cantidad de dosis de energía de microondas requerida. Además de las variables anteriores, el tamaño del tumor impacta la dosis de energía de microondas requerida. Los tumores más grandes son más difíciles de calentar que los tumores más pequeños y requieren una dosis de energía de microondas más grande. Se puede realizar una sesión de planificación de tratamiento inicial que implique una dosis baja de administración de energía de microondas para evaluar la calentabilidad del tumor, seguido de un tratamiento completo a la dosis de energía de microondas plena requerida.

Teoría simplificada de la radiación de microondas

La energía de microondas procedente de aplicadores de hipertermia, en el campo próximo de un cuerpo, se irradia como una onda esférica con la amplitud de campo eléctrico que varía, en parte, como la inversa de la distancia radial r del aplicador. Además, la amplitud decae en función exponencial del producto de la constante de atenuación \alpha del tejido corporal y la distancia d recorrida (o profundidad) dentro del cuerpo como se indica en la figura 1. La fase de campo eléctrico varía linealmente con la distancia según el producto de la constante de propagación de fase \beta y la distancia d. Por razones de sencillez, aquí se analizan aplicadores opuestos dobles en el supuesto de que la radiación del aplicador se aproxima por una onda plana. Matemáticamente, el campo eléctrico de onda plana frente a profundidad en el tejido viene dado por E(d)=E_{0} exp(-ad) exp(-i\betad), donde E_{0} es el campo eléctrico superficial (representado en general por una amplitud y ángulo de fase), e i es el número imaginario (Field y Hand, An Introduction to the Practical Aspects of Clinical Hyperthermia, Taylor & Francis, New York p. 263, 1990).

La energía electromagnética de onda plana, a la frecuencia de microondas de 915 MHz, se atenúa a una velocidad de aproximadamente 3 dB por cm en tejido de alto contenido de agua, tal como tejido prostático. Así, un solo aplicador irradiante tiene una fracción significativa de su energía de microondas absorbida por tejido corporal superficial interviniente en comparación con la energía que irradia tejido profundo, creando probablemente un foco caliente en tejido superficial. Dado que el enfriamiento superficial con aire o agua protege el tejido solamente a una profundidad máxima de aproximadamente 0,25 a 0,5 cm, para evitar puntos calientes, hay que introducir un segundo aplicador de fase coherente, que tiene la misma amplitud de radiación de microondas que el primer aplicador. El segundo aplicador de fase coherente puede aumentar teóricamente la potencia (y por lo tanto la energía) suministrada a tejido profundo en un factor de cuatro en comparación con un solo aplicador (Field y Hand, p. 290, 1990).

Las características de fase de la radiación electromagnética de dos o más aplicadores (denominados una red en fase) pueden tener un efecto pronunciado en la administración de potencia suministrada a diferentes tejidos. La tasa de absorción específica relativa (SAR) en tejido homogéneo se aproxima por el cuadrado de la amplitud de campo eléctrico |E|^{2}. La SAR es proporcional al aumento de temperatura en un intervalo de tiempo dado. A continuación se describe con detalle un caso simplificado, tejido prostático homogéneo, en el que la radiación de microondas es enfocada a un lugar central del tejido. Como se describe en un artículo de Fenn y otros, International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sendai, Japón, Vol. 10, Nº 2, Mayo 17-19, 1994, págs. 566-569, los efectos de múltiples reflexiones de las señales de microondas dentro de la transparencia pueden ser ignorados.

La longitud de onda en tejido prostático normal homogéneo (con una constante dieléctrica aproximada 50 y conductividad eléctrica 1,3 S/m) es aproximadamente 4,5 cm a 915 MHz, y la pérdida de microondas es 3 dB/cm. La constante de atenuación \alpha es 0,34 radianes/cm y la constante de propagación \beta es 1,4 radianes/cm (o 80 grados/cm). (Para un grosor de próstata comprimida de 2,25 cm, el campo eléctrico de un solo aplicador que irradia en el lado izquierdo es E_{0} en la superficie de la próstata, -i0,7E_{0} (donde i representa un desplazamiento de fase de 90 grados) en la posición central (1,125 cm de profundo), y -0,5E_{0} en la superficie derecha. La combinación de dos aplicadores de fase coherente da un valor de campo eléctrico de 0,5E_{0} en ambas superficies y -i1,4E_{0} en la posición central (1,125 cm de profundidad). Así, para la próstata comprimida, elevando al cuadrado los campos E coherentes anteriores para calcular SAR, hay una SAR considerablemente más baja en la superficie, aproximadamente en un factor de 2,0 en comparación con la SAR central. El desplazamiento de fase de 180 grados experimentado por el campo de microondas transmitido mediante 2,25 cm de tejido prostático, en parte cancela o anula el campo que entra en el tejido con desplazamiento de fase de 0 grados. Debido a la interferencia destructiva de las microondas lejos del enfoque central, cabría esperar temperaturas inferiores en los tejidos superficiales de los tejidos de la próstata. La medición y la realización de SAR más baja en las superficies opuestas enfocan efectivamente la energía de microondas profundamente en la próstata. En los casos en los que es deseable irradiar más fuertemente los tejidos prostáticos de la zona superficial o periférica, el grosor de compresión puede ser superior a 2,25 cm de manera que el retardo de fase de la onda de propagación sea más largo y las dos ondas no se cancelen en la superficie, o se puede usar solamente uno de los aplicadores transuretral o transrectal (especialmente el aplicador transrectal) para calentar la próstata.

Repetir el cálculo anterior, pero ahora para aplicadores no coherentes, para un grosor de próstata comprimida de 2,25 cm, el campo eléctrico de un solo aplicador que irradia en el lado izquierdo es E_{0} en la superficie de la próstata, -i0,7E_{0} (donde i representa un desplazamiento de fase de 90 grados) en la posición central (1,125 cm de profundo), y -0,5E_{0} en la superficie derecha. La combinación de dos aplicadores de forma no coherente, elevando al cuadrado los campos E individuales y sumándolos, da un valor SAR de 1,5E_{0}^{2} en ambas superficies y 0,98 E_{0}^{2} en la posición central (1,125 cm de profundidad). Así, para la próstata comprimida, elevando al cuadrado los campos E no coherentes anteriores para calcular SAR, hay UN SAR considerablemente más alta en la superficie, aproximadamente en un factor de 1,5 en comparación con la SAR central. Por esta razón, es más difícil calentar tejido prostático profundo con la red no coherente en comparación con la red coherente. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, para tratamiento de cáncer de próstata, algunas células cancerosas de la próstata pueden estar cerca del recto y el tratamiento no coherente puede proporcionar un calentamiento adecuado.

El sistema de red en fase adaptativa según la realización preferida de la invención utiliza dos canales de microondas, alimentados por un oscilador común 105, conteniendo dos desfasadores electrónicamente ajustables 120 para enfocar la energía de microondas a una sonda de realimentación de campo E 175. Esta realización del sistema de red en fase adaptativa de la invención tiene una ventaja considerable sobre una red en fase no adaptativa. Una red en fase no adaptativa con dos canales podría, en teoría, producir un valor nulo, máximo, o intermedio del campo E dependiendo de si las dos ondas están desfasadas 180 grados, completamente en fase, o desfasadas en parte, respectivamente. Es decir, la fase de microondas suministrada a los aplicadores de microondas, según la realización preferida de la invención, se puede ajustar entre -180 grados y 180 grados antes y durante el tratamiento para crear un campo enfocado en el tejido prostático.

La red en fase adaptativa según la realización preferida de la invención enfoca automáticamente el campo E en presencia de todas las estructuras de dispersión en el tejido. Así, la red en fase adaptativa según la realización preferida de la invención deberá aportar calentamiento enfocado profundo más fiable en comparación con redes de fase ajustadas manualmente o controladas por planificación del pretratamiento como se describe en la Patente de Estados Unidos número 4.589.423 de Turner. Además, el sistema de red en fase adaptativa según la realización preferida de la invención no usa una sonda de temperatura invasiva, que podría dispersar o alterar el campo E en el lugar del tumor.

Cálculo de la energía de microondas

El consumo de energía eléctrica se expresa comúnmente en unidades de kilovatios hora. Matemáticamente, la expresión para la energía de microondas W administrada por un aplicador viene dada por (Vitrogan, Elements of Electric and Magnetic Circuits, Rinehart Press, San Francisco, págs. 31-34, 1971):

(1)W = \Deltat\Sigma P_{t}.

En la ecuación anterior, \Deltat representa los intervalos constantes (en segundos) en los que se mide la potencia de microondas y la suma \Sigma es en el intervalo de tratamiento completo con la potencia (en vatios) en el i-ésimo intervalo denotado por P_{t}.

La energía de microondas W tiene unidades de vatios-segundo, que también se designa Joules. Por ejemplo, en tres intervalos consecutivos de 60 segundos, si la potencia de microondas es 30 vatios, 50 vatios, 60 vatios, respectivamente, la energía de microondas total suministrada en 180 segundos se calcula como W = 60 (30 + 50 + 60) = 8.400 vatios-segundo = 8.400 Joules = 8,4 kJ.

Para entender mejor la energía enfocada por unidad de tiempo W' (donde ' denota primo) depositada en una posición central en tejido prostático homogéneo de grosor variable (denotado por D) por aplicadores opuestos dobles, se considera el cálculo siguiente para tratamientos coherentes. Sean P_{1} y P_{2} la potencia suministrada a los dos aplicadores, respectivamente. El campo eléctrico irradiado por cada aplicador es proporcional a la raíz cuadrada de la potencia suministrada al aplicador. Suponiendo simetría, los campos irradiados están en fase en la posición enfocada central de los dos aplicadores. Suponiendo igual potencia de cada aplicador, es decir, P_{1} = P_{2} = P, e iluminación de onda plana, la energía enfocada por unidad de tiempo a la profundidad central se expresa como

(2)W'(D) = |E|^{2} = 4P exp(-aD).

Cálculo de la dosis térmica equivalente

La dosis térmica equivalente acumulada o total con relación a 43 grados Celsius se calcula como una suma (Sapareto y otros, International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 10, págs. 787-800,1984):

(3)t_{43^{o}C} minutos equivalentes = \Deltat \Sigma R^{(43-T)},

donde \Sigma es la suma en una serie de mediciones de temperatura durante el tratamiento, T es la serie de mediciones de temperatura (T_{1}, T_{2}, T_{3},...), \Deltat es el intervalo constante de tiempo (unidades de segundos y convertidas a minutos) entre mediciones, R es igual a 0,5 si T>43ºC y R es igual a 0,25 si T<43ºC. El cálculo de la dosis térmica equivalente es útil para evaluar cualquier posible daño por calor producido en los tejidos prostáticos, la uretra y el recto.

Equivalentes

Aunque el sistema de hipertermia descrito en la presente memoria se refiere al tratamiento de carcinomas de próstata y lesiones prostáticas benignas, la invención es aplicable al tratamiento de otros tipos de cánceres tales como de mama, hígado, pulmón y ovario. También se entiende que se puede usar un mayor o menor número de aplicadores de antena de red, o aplicadores de antena única tal como transuretrales o transrectales, con resultados similares. Algunos de los métodos y técnicas aquí descritos también son aplicables a sistema de hipertermia por ultrasonido, en particular el uso de dosis de energía para el control con realimentación. El sistema según la invención se puede usar para mejorar la terapia por radiación o para administración dirigida de medicamento y/o administración dirigida de genes usando liposomas termosensibles o para terapia génica dirigida. La invención también es aplicable a sistemas de hipertermia no médicos, tales como los usados para calentamiento industrial.

Claims (21)

1. Un sistema para el tratamiento de un estado canceroso, precanceroso, prebenigno o benigno de una próstata por irradiación de la próstata con energía concentrada, incluyendo el sistema al menos un aplicador de energía (110, 111) para irradiar la próstata con energía, medios para establecer la potencia de energía inicial suministrada a dicho al menos único aplicador de energía, medios (410) para supervisar las temperaturas de paredes de la uretra y el recto adyacentes a la próstata y medios para regular la potencia de energía relativa suministrada a dicho al menos único aplicador (110, 111) durante el tratamiento en base a las temperaturas supervisadas de las paredes uretral y rectal, caracterizado por

a) medios para supervisar la energía suministrada a dicho al menos único aplicador de energía; y

b) medios para terminar automáticamente el tratamiento cuando una dosis de energía total deseada haya sido suministrada por dicho al menos único aplicador de energía a la próstata.

2. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas e incluyendo además:

una sonda de campo E (175) para introducción a una profundidad apropiada en tejido de la próstata; y

medios para establecer la fase de microondas relativa inicial suministrada a cada aplicador para enfocar la energía de microondas a la sonda de campo E (175) colocada en el tejido prostático.

3. El sistema según la reivindicación 2, incluyendo además un sistema que proporciona guía de ultrasonidos durante la introducción de la sonda E (175) a la profundidad central del tejido prostático o en una lesión de la próstata.

4. El sistema según la reivindicación 1, donde los medios (410) para supervisar las temperaturas de las paredes uretral y rectal incluyen sondas de temperatura (410) adaptadas para ponerse en contacto de presión con las paredes de la uretra y el recto.

5. El sistema según la reivindicación 1, donde dicho al menos único aplicador de energía (110, 111) está adaptado para ser orientado en al menos uno de la uretra y el recto e incluyendo además medios para comprimir la próstata y para fijar las posiciones de dicho al menos único aplicador de energía.

6. El sistema según la reivindicación 5, donde los medios para comprimir la próstata y para fijar las posiciones de los aplicadores incluyen un globo (112, 113) que se infla con agua destilada o desionizada, dicho globo (112, 113) está adaptado para introducirse en al menos uno de la uretra y el recto.

7. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas, ultrasonido, radiofrecuencia o láser y donde uno o varios aplicadores de energía coherente o no coherente están adaptados para rodear la próstata para irradiar selectivamente el tejido prostático con energía para tratar un estado canceroso, precanceroso, benigno o prebenigno de la próstata.

8. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas, ultrasonido, radiofrecuencia o láser y donde dicho al menos único aplicador de energía está adaptado para introducirse intersticialmente dentro de la próstata para irradiar selectivamente el tejido prostático con energía concentrada para tratar estados cancerosos, precancerosos y benignos de la próstata.

9. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas y dicho al menos único aplicador de energía está adaptado para ser orientado en al menos uno de la uretra y el recto, e incluyendo además medios para enfriar los aplicadores de microondas en la uretra y el recto con agua, y medios para regular la temperatura del agua de enfriamiento para los aplicadores transuretral y transrectal para proteger la uretra y el recto contra el recalentamiento.

10. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas e incluyendo además un catéter lleno de fluido (300, 301) donde dicho al menos único aplicador de microondas está dispuesto en el catéter lleno de fluido (300, 301) y el catéter lleno de fluido (300, 301) acopla energía de microondas de dicho al menos único aplicador (110, 111) al tejido a tratar.

11. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas y la frecuencia de la energía de microondas está entre 100 MHz y 10 GHz.

12. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas, incluyendo dicho sistema dos aplicadores de microondas adaptados para ser orientados en la uretra y el recto, respectivamente; e incluyendo además medios para regular la fase de microondas relativa suministrada a los dos aplicadores de microondas, ajustándose la fase de microondas relativa entre -180 grados y 180 grados antes y durante el tratamiento para crear un campo enfocado en el tejido prostático.

13. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas y la potencia de microondas inicial suministrada a dicho al menos único aplicador está entre 0 vatios y 70 vatios.

14. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas y los medios para regular la potencia de microondas suministrada a dicho al menos único aplicador (110, 111) ajusta la potencia de microondas en el rango de 0 a 150 vatios durante el tratamiento para administrar la dosis de energía de microondas deseada y para evitar el recalentamiento del tejido sano y las paredes que rodean la zona a tratar.

15. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas e incluyendo además medios para determinar la energía de microondas total suministrada a dicho al menos único aplicador de microondas (110, 111) y medios (260) para visualizar la energía de microondas total en tiempo real durante el tratamiento.

16. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas y la energía de microondas total suministrada a dicho al menos único aplicador (110, 111) para el tratamiento completo está entre 25 kilojoules y 250 kilojoules.

17. El sistema según la reivindicación 2, donde los medios (410) para supervisar las temperaturas de las paredes uretral y rectal son una sonda de temperatura (176) que está adaptada para introducirse a una profundidad apropiada en el tejido prostático.

18. El sistema según la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas y la dosis total de energía de microondas produce una dosis térmica equivalente total en tumores prostáticos que es aproximadamente entre 60 minutos y 400 minutos con relación a 43 grados Celsius.

19. El sistema según la reivindicación 2, incluyendo además medios para supervisar el nivel de potencia de microondas suministrado a la sonda de campo E (175), donde la energía de microondas total recibida por la sonda de campo E (175) se usa como realimentación para determinar la duración del tratamiento.

20. El sistema de la reivindicación 4, incluyendo además segundos medios (176) para supervisar las temperaturas de las paredes uretral y rectal, siendo dichos segundos medios de supervisión de temperatura (176) una sonda adaptada para introducirse en la uretra o el recto.

21. El sistema de la reivindicación 1, donde la energía concentrada es energía de microondas e incluyendo además:

dos sensores de campo E intersticiales adaptados para colocarse en las superficies de las paredes uretral y rectal adyacentes a la próstata; y medios para establecer y regular la fase de energía relativa inicial suministrada a dicho al menos único aplicador para minimizar la energía en los sensores de campo E colocados en superficies de las paredes uretral y rectal adyacentes a la próstata para enfocar la energía al tejido prostático a tratar.