JP2021521955A - マイクロ波誘導型熱プロファイルを使用して生体組織及び細胞に影響を与えるための発生装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】
Description
−電磁パルス列の各パルスは100ms〜2分の間の持続時間を有し;
−電磁パルス列のパルス幅対周期比は0.25を下回り、熱パルス列のパルス幅対周期比は0.25を下回り;
−電磁パルス列に関して、電磁力のピーク対平均比が2を超え、熱パルス列に関して、温度のピーク対平均比が2を超える。
−各電磁パルスの持続時間;
−熱パルス幅対周期比;及び/又は
−熱パルスのピーク対平均比
を選択するための構成データを含む少なくとも1つの対応表を含み;
この選択は、標的とされるある領域内の生体組織に熱パルス列をマイクロ波発生装置により印加されることで生じる50℃を下回る熱パルスのピーク温度に適合している。
−少なくとも部分的に標的生体組織との境界を定める少なくとも1つの第1の領域の位置を特定し;
−第1の領域内で電磁パルスの集束ビームを形成させるために、本明細書中で上に記載の実施形態の何れか1つによるマイクロ波発生装置の配向を導き;
−所定の持続時間、熱パルス列を生成する電磁パルスを印加すること
を含む。
−次のこと:
・周波数モードを選択し;
・波形パラメータを選択し;
・各電磁パルスの幅を選択し;
・電磁パルス列及び熱パルス列のパルス幅対周期比を選択し;
・電磁パルス列及び熱パルス列のピーク対平均比を選択すること;
を含む放射モードを選択するステップと、
−放射モードが、電磁パルス列が第1の領域で印加されるときに少なくとも1つの熱パルスのピーク温度が50℃を超えない温度プロファイルの生成に適合するように制御するステップ
をさらに含む。
−第1の領域の位置座標を生成するように構成された位置モジュールで、少なくとも部分的に標的生体組織との境界を定める少なくとも1つの第1の領域の位置を特定し;
−第1の領域の座標を使用し、第1の領域で電磁パルス列の集束ビームを形成させるために本明細書中で上に記載の実施形態の何れか1つによるマイクロ波発生装置の配向を導き;
−第1の領域を治療するために所与の持続時間、第1の領域に電磁パルス列を印加すること
を含む。
−次のこと:
・周波数モードを選択し;
・波形パラメータを選択し;
・各電磁パルスの幅を選択し;
・電磁パルス列及び熱パルス列のパルス幅対周期比を選択し;
・電磁パルス列及び熱パルス列のピーク対平均比を選択すること;
を含む放射モードを選択するステップと、
−放射モードが、電磁パルス列が第1の領域で印加されるときに少なくとも1つの熱パルスのピーク温度が50℃を超えない温度プロファイルの生成に適合するように制御するステップ
をさらに含む。
−治療効果を得るために生体組織の標的領域の温度を上昇させるように構成されたマイクロ波発生装置を提供し、このマイクロ波発生装置は、生体組織内に熱パルス列を誘導する0.4GHz〜100GHzの周波数範囲で電磁パルス列を発生させるステップと、
・電磁パルス列(EPT)の各パルスが100ms〜2分の間の持続時間を有し;
・電磁パルス列(EPT)のパルス幅対周期比が0.25を下回り、熱パルス列(TPT)のパルス幅対周期比が0.25を下回り;
・電磁パルス列に関して、電磁力のピーク対平均比が2を超え、熱パルス列に関して、温度のピーク対平均比が2を超え;
−生体組織の標的領域を治療するために、標的領域にマイクロ波発生装置で発生させる電磁パルス列(EPT)を印加するステップ
を含む。
−各電磁パルスの持続時間;
−熱パルス幅対周期比;及び/又は
−熱パルスピーク対平均比
を選択するための構成データを含む少なくとも1つの対応表を含み、
この選択は、標的とされるある領域内の生体組織に電磁パルス列をマイクロ波発生装置により印加されることで生じる50℃を下回る熱パルスのピーク温度に適合している。
本発明において、次の用語は次の意味を有する:
−本明細書中で使用される場合、「a」、「an」及び「the」の単数形は、文脈からの別段の明らかな指示がない限り、複数への言及を含む。
−「温熱療法」及び「ハイパーサーミア」は、治療的に誘導される通常のヒトの体温を上回る温度の上昇を指す。
−「熱プロファイル」は、時間の関数としての温度動態を指す。
−「生体組織」:は、特異的な機能を一緒に果たす同じ起源からの類似の細胞及びそれらの細胞外マトリクスの連携としての組織を指す。本記載において、「生体組織」は、細胞の群又は細胞を含む液も指し得る。
−「マイクロ波」は、周波数の範囲が300MHz〜300GHzである電磁波を指す。
−「標的とされる生体組織」は、所望の生物学的効果を達成するために影響を受け、変形され、又は破壊されなければならない生体物質又は構造を指す。これには、生体細胞(癌細胞を含む)、細胞下構造及び細胞小器官、生体液、生体組織、悪性又は良性腫瘍が含まれるが限定されない。
−「電磁パルス列」は、固定及びしばしば一定の間隔で時間的に分離される反復性の一連の電磁パルスを指す。各パルス及びその振幅の持続時間も一定であることが多い。
−各電磁パルスの持続時間
−熱パルス幅対周期比;及び
−熱パルスピーク対平均比
を選択するための構成データを含む少なくとも1つの対応表を含む。
本発明を次の実施例によりさらに例示する。
材料
図4で図示される実験設定は次のものからなる:
−最大4.2Wの出力を有する58GHzで作動する高出力ミリ波発生装置(Quinstar Technology,Torrance,CA);
−ミリ波放射のパルス状振幅変調のために制御電圧及び電流を提供するプログラム可能な電源HMP4040(Hameg Instruments,Hampshire,UK);
−アンテナとして使用される開口矩形WR‐15導波管(開口部サイズは3.81x1.905mm2);
−生体標的として使用される培養液(3mL)中にメラノーマ細胞が入った12ウェル組織培養プレート(353072,Microtest 96,Becton Dickinson,Franklin Lakes,NJ)。
−0.14sのサンプリングレートのThermocouple Reference design(Microchip Technology,Chandler,Arizona);
−75mmのプローブのリード径のK型サーモカップル(RS Components,Corby,UK)。
メラノーマ細胞を58GHzのパルス状振幅変調電磁場に90分にわたりインビトロで曝露した。
図2は、2℃の平均温度上昇がある熱パルス及び連続波加温についての幅対周期比の関数として計算したCEMを例示する。この実施例での曝露条件に対して得られた推定から、明らかに、幅対周期比が低下したときのCEMの素早い上昇傾向が見られる。図2で示される致死限界値レベルは、細胞タイプを含む多くのパラメータを示し、これらに依存する。CEM曲線は、ここで考慮されるパラメータについて、幅対周期比<0.25に対して細胞死が引き起され得ることを示す。
1−マイクロ波発生装置
2−生体組織
EPT−電磁パルス列
TPT−熱パルス列
Claims (17)
- 生体組織(2)の標的領域において温度変化を誘導し、前記標的領域の温度が前記生体組織(2)に対する致死限界値を超えるように構成されたマイクロ波発生装置(1)であって、前記マイクロ波発生装置(1)が、前記生体組織(2)において熱パルス列(TPT)を誘導する0.4GHz〜100GHzの周波数範囲の電磁パルス列(EPT)を発生させるように構成されており:
−前記電磁パルス列(EPT)の各パルスが100ms〜2分の持続時間を有し;
−前記電磁パルス列(EPT)のパルス幅対周期比が0.25を下回り、前記熱パルス列(TPT)のパルス幅対周期比が0.25を下回り;
−前記電磁パルス列(EPT)に関して、電磁力のピーク対平均比が2を超え、前記熱パルス列(TPT)に関して、温度のピーク対平均比が2を超える、
マイクロ波発生装置。 - 前記生体組織(2)の標的領域内の前記熱パルス列(TPT)において、50℃を超える絶対ピーク温度を有する熱パルスの割合が30%より低い、請求項1に記載のマイクロ波発生装置。
- 前記熱パルス列(TPT)が振幅変調電磁場により誘導される、請求項1又は請求項2の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置。
- 前記熱パルス列(TPT)が、電磁力パルスにより形成される少なくとも2個の交互の上昇及び下降区間を含む、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置。
- 前記熱パルス列(TPT)が、産業科学医療用(ISM)バンドに対応する次の周波数一覧{434MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz、24GHz、61GHz}中の少なくとも1つの周波数前後の1つ又はいくつかのバンドで振幅変調マイクロ波により誘導される一連の熱パルスである、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置。
- 所与の熱分布プロファイルを有する熱パルスを誘導する電磁場を放射するように構成された放射構造をさらに含む、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置。
- 所与の持続時間中に前記熱パルス列(TPT)を印加するように構成されたクロック制御回路をさらに含む、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置。
- 少なくとも発電機及び/又は電源、周波数シンセサイザ、導波管、アイソレータ、調整器、電力分配器及び/又は電力結合器を含むマイクロ波電源をさらに含む、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置。
- 請求項1〜請求項8の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置であって、プロセッサ及びメモリをさらに含み、前記メモリが、
−各電磁パルスの持続時間;
−熱パルス幅対周期比;及び/又は
−熱パルスピーク対平均比
を選択するための構成データを含む少なくとも1つの対応表を含み;
前記選択が、標的とされるある領域内の前記生体組織(2)に前記電磁パルス列(EPT)をマイクロ波発生装置(1)により印加されることで生じる50℃を下回る熱パルスのピーク温度に適合している、マイクロ波発生装置。 - 生体組織(2)において温度変化を誘導するように構成されたシステムであって、請求項1〜請求項9の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置(1)及び空間における第1の領域の位置座標を生成させるための位置モジュールを含み、前記座標は、前記第1の領域内で電磁パルス列(EPT)の集束ビームを生じさせるためにある配向に従い波形発生器を導くために使用される、システム。
- 前記電磁場の振幅及び生成された熱パルスの振幅を変調するように構成された制御電圧及び電流源を含むマイクロ波パルスの制御装置をさらに含む、請求項10に記載のシステム。
- 冷却システムをさらに含み、前記冷却システムは、前記熱パルスの整形に寄与し、前記標的領域周囲の領域での過剰な加温を回避するために、前記熱パルス列(TPT)が生成される前記第1の領域の近隣領域に適用される、請求項10又は請求項11の何れか1項に記載のシステム。
- エクスビボで癌細胞を含む生体組織(2)にハイパーサーミア療法を行うための方法であって、
−治療効果を得るために前記生体組織(2)の標的領域の温度を上昇させるように構成されたマイクロ波発生装置(1)を提供し、前記マイクロ波発生装置(1)が、前記生体組織(2)内に熱パルス列(TPT)を誘導する0.4GHz〜100GHzの周波数範囲で電磁パルス列(EPT)を発生させるステップと、
・前記電磁パルス列(EPT)の各パルスが100ms〜2分の間の持続時間を有し;
・前記電磁パルス列(EPT)のパルス幅対周期比が0.25を下回り、前記熱パルス列(TPT)のパルス幅対周期比が0.25を下回り;
・前記電磁パルス列(EPT)に関して、電磁力のピーク対平均比が2を超え、前記熱パルス列(TPT)に関して、温度のピーク対平均比が2を超え;
−前記生体組織(2)の標的領域を治療するために、前記標的領域に前記マイクロ波発生装置(1)で発生させる前記電磁パルス列(EPT)を印加するステップ
を含む方法。 - 前記生体組織(2)の標的領域内の前記熱パルス列(TPT)において、50℃を超える絶対ピーク温度を有するパルスの割合が30%より低い、請求項13に記載の方法。
- 前記マイクロ波発生装置(1)が、放射モードを選択するようにプログラム可能であるように構成されており、
−周波数モードを選択し;
−波形パラメータを選択し;
−各電磁パルスの幅を選択し;
−前記電磁パルス列(EPT)及び前記熱パルス列(TPT)のパルス幅対周期比を選択し;
−前記電磁パルス列(EPT)及び前記熱パルス列(TPT)のピーク対平均比を選択すること
を含む、請求項13又は請求項14の何れか1項に記載の方法。 - 癌細胞を含む標的生体組織(2)に対してハイパーサーミア療法を行うための方法であって、
−第1の領域の位置座標を生成させるように構成された位置モジュールで、少なくとも部分的に標的生体組織との境界を定める少なくとも1つの前記第1の領域の位置を特定し;
−前記第1の領域の座標を使用し、前記第1の領域で前記電磁パルス列(EPT)の集束ビームを形成させるために請求項1〜請求項9の何れか1項に記載のマイクロ波発生装置の配向を導き;
−前記第1の領域を治療するために所与の持続時間、前記電磁パルス列(EPT)を前記第1の領域に印加すること
を含む方法。 - −次のこと:
・周波数モードを選択し;
・波形パラメータを選択し;
・各電磁パルスの幅を選択し;
・前記電磁パルス列(EPT)及び前記熱パルス列(TPT)のパルス幅対周期比を選択し;
・前記電磁パルス列(EPT)及び前記熱パルス列(TPT)のピーク対平均比を選択すること
を含む放射モードを選択するステップと、
−前記放射モードが、前記電磁パルス列(EPT)が前記第1の領域に印加されるときに少なくとも1つの熱パルスのピーク温度が50℃を超えない温度プロファイルの生成に適合するように制御するステップ
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
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