JP7384895B2 - 交流電界生成を使用した癌腫治療のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／６９９，１４６号からの利益を主張するＰＣＴ出願であり、その全体が参照により組み込まれる。

本開示は、概して癌腫の治療に関し、具体的には電界生成を介した脳癌腫の治療に関する。

交流電界（ＡＥＦ）療法は、脳癌腫瘍（特に膠芽細胞腫）を治療するために、低強度電界を使用する電磁界療法の一種である。従来の癌腫治療としては、化学療法及び放射線が挙げられ、これらは、治療関連毒性、及び高い腫瘍再発率と関連している。ＡＥＦは、交流電界を使用して癌細胞内の細胞分裂を破壊し、それによって細胞の複製を抑制し、アポトーシス（細胞死）を開始する。しかしながら、いくつかの局部ＡＥＦ治療方法は、皮膚の炎症及び発疹だけでなく、剃った頭を維持するという患者の要件、ならびに身体活動の制限とも関連する。

とりわけ、これらの所見を念頭に置いて、本開示の様々な態様が想定され、かつ開発された。

本システムの電極アレイ及びコントローラモジュールを示す図であり、電極アレイは、脳の中に移植され、ワイヤを有するコントローラモジュールは、その電極アレイに動作可能に接続されている。 患者の身体に関連する、図１のシステムの説明図である。 図１のシステムの電極アレイの配設が、脳の癌性領域をどのように取り囲み得るかを示す説明図である。 図１のシステムのコントローラモジュール、外部コンピュータ、及び電極アレイのハードウエアがどのように連携するかを示す簡略化したブロック図である。 図１のシステムを使用する、患者のための治療及び最適化のプロセスを示すフローチャートである。

対応する参照文字は、図面の図の中の対応する要素を示す。図中で使用される見出しは、特許請求の範囲の範囲を限定しない。

交流電界の適用は、治療に関連する毒性を減らす可能性があり、急速に研究が進んでいる癌腫治療の１つの種類である。交流電界の適用では、交流電界が、脳の癌性領域に印加され、それによって、急速に分裂する癌細胞の細胞分裂を阻害する。交流電界治療を患者に施すために、対象治療位置において細胞分裂を阻害し、及び／又は癌細胞のアポトーシスを開始するために、体内の所望の位置において最適化された強度の交流電界を生成させるための、本明細書では「本システム」と称される、交流電界生成装置のためのシステム及び方法が、本明細書に開示される。

本システムは、他の態様の中でも、硬膜下移植装置のシステム及び方法を提供しており、硬膜下に移植された硬膜下電極、及び脳組織の深部に移植された深部刺激電極のアレイの使用を通じて、対象交流電界が、急速に分裂する癌細胞の治療のために生成される。一態様では、刺激電極のアレイは、コントローラモジュールと動作可能に通信し、そのコントローラモジュールは、交流電界を作り出すための波形を生成し、刺激電極のアレイからフィードバックを受信する。図面を参照すると、本システムの実施形態が、概して、図１～図５中の１００として示されている。

図１及び図２を参照すると、本システム１００のいくつかの実施形態では、刺激電極１０３及び１０４を含む主アレイ１０１が、患者の脳の硬膜の下に配置されるように構成される。この主アレイ１０１は、ワイヤアレイ１１０を介して、コントローラモジュール１２０と動作可能に通信する。このコントローラモジュール１２０は、交流電界を生成させ、主アレイ１０１からフィードバックを受信し、かつ動作パラメータの受信だけでなく交流電界の強度に関連する動作データのエクスポートのためにも外部コンピュータ２００と通信するように動作可能である。

主アレイ１０１は、複数の硬膜下電極１０３だけでなく、複数の深部刺激電極１０４も含んでもよく、その結果、硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４は、脳組織に印加される交流電界を生成するように動作可能である。一態様では、交流電界は、交流電界と接触する癌性細胞が分裂するのを阻害するように、適切な強度及び分布のために構成される。いくつかの実施形態では、１つ以上のワイヤ１０２は、各々、それぞれの遠位端を画定し、それぞれの硬膜下電極１０３から延在し、導電性接触部で終端する。１つの可能性のある適用では、複数の硬膜下電極１０３の各々は、脳の表面上に配置される。いくつかの実施形態では、硬膜下電極１０３は、硬膜と患者の脳との間に適合するほど十分薄くすることができ、一部の実施形態では、ゲルによって取り囲まれてもよい。各硬膜下電極１０３は、近位面１０５及び遠位面（図示せず）を画定し、近位面は、各ワイヤ１０２の遠位端と動作可能に関連付けられ、そして遠位面は、脳の外側に適用される変換接触部を含む。いくつかの実施形態では、深部刺激電極１０４は、導電性材料のセグメント化された細片を含む細長いロッド形状部材を有する。深部刺激電極１０４は、脳の中の深部に移植されて、交流電界の脳組織への浸透を容易にする。いくつかの実施形態では、深部刺激電極１０４の各々は、遠位端及び近位端を画定し、深部刺激電極１０４の各々の遠位端は、脳組織の中に移植され、深部刺激電極１０４の各々の近位端は、それぞれのワイヤ１０２と動作可能に関連付けられる。いくつかの実施形態では、深部刺激電極１０４は、主アレイ１０１によって脳内の様々な位置に印加される交流電界の態様を測定し、交流電界の測定された態様をコントローラモジュール１２０に通信して戻すように動作可能である。一態様では、各硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４は、ワイヤ１０２を通じて電流波形を組織に印加するように動作可能である。多数のソースから波形を脳に印加することによって、交流電界が生成する。

脳の癌性領域に対する硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４の配置の１つの視覚的な例が、図３に示される。硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４の最適な配置及び数は、患者間で変化し得る。したがって、様々な撮像プラットフォームを使用し、脳をスキャンし、電極１０３及び１０４の最適な配置、種類、及び数量を決定して、アレイ１０１を一括して作り出してもよい。

図４を参照すると、いくつかの実施形態では、コントローラモジュール１２０は、波形生成器１２４及び処理ユニット１２２を含み、波形生成器１２４は、１つ以上のワイヤ１１０によって、アレイ１０１と動作可能に通信する。コントローラモジュール１２０の波形生成器１２４は、処理ユニット１２２から一組の動作パラメータを受信し、波形を出力するように動作可能であり、その結果、波形がアレイ１０１全体にわたって分布されると、交流電界が、脳組織に印加される。マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラなどのコントローラモジュール１２０の処理ユニット１２２は、波形生成器１２４に対して一組の動作パラメータを出力するように動作可能である。処理ユニット１２２はまた、交流電界の測定された態様に関するアレイ１０１からの入力を受信し、その入力を外部コンピュータ２００に通信し、その一組の動作パラメータを更新し、そして更新された一組の動作パラメータを波形生成器１２４に通信するようにも動作可能である。

ＴＴＦ療法のための実証的な研究は、交流電界を生成させるには、波形生成器１２４により生成される２００ｋＨｚの標準波形を推奨する。理想的な波形変調及び強度パラメータが、外部コンピュータ２００によって決定され、処理ユニット１２２を通じて波形生成器１２４に送達される。

コントローラモジュール１２０はまた、コントローラモジュール１２０の処理ユニット１２２と、外部コンピュータ２００との間の通信を可能にする無線通信モジュール１２６も含むことができる。このようにして、コントローラモジュール１２０の処理ユニット１２２は、外部コンピュータ２００からソフトウェア更新及び命令を無線で受信するだけでなく、検討及びシステム最適化のために、交流電界の測定された態様を外部コンピュータ２００に伝送するようにも動作可能である。コントローラモジュール１２０はまた、埋め込み可能なバッテリー（図示せず）又は他の電源を含むこともできる。

本システム１００を使用した、癌腫の治療のための方法が、図５に例示される。ステップ３００において、疾患が発見され、ステップ３０２において、１つ以上の頭蓋マッピング技法を採用して、電極アレイ１０１のための最適な配置及び配設を決定する。ステップ３０４において、電極アレイ１０１、ワイヤ１１０、及びコントローラモジュール１２０は、手術によって取り付けられ、又は移植される。戻って図２を参照すると、電極アレイ１０１は、患者の頭蓋内に移植され、硬膜下電極１０３は、脳の表面上の硬膜下に配置され、深部刺激電極１０４は、脳の中の深部に移植される。コントローラモジュール１２０は、手術によって、鎖骨下又は腹部内に移植又は取り付けられてもよい。他の場合では、コントローラモジュール１２０は、患者の解剖学的構造に応じて、身体の外側に取り付けられてもよい。

戻って図５を参照すると、電極アレイ１０１、ワイヤ１０２、及び制御モジュール１２０が、取り付けられ、又は移植されると、ステップ３０６において、電極アレイ１０１によって生成された交流電界は、パラメータの初期の組、ならびに患者の脳の上部又は内部の各硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４の既知の位置を使用して最適化される。最適化プロセスは、外部コンピュータ２００を使用して実施され、その外部コンピュータは、シミュレーション環境アプリケーションを実行して、コントローラモジュール１２０に対する最適な波形動作パラメータを決定する。このシミュレーション環境アプリケーションは、プログラム又はアプリケーションとして具現化されてもよく、また外部コンピュータ２００上にインストールされ、かつ動作されてもよい。アレイ１０１からのフィードバック情報が利用可能である場合、そのフィードバックは、最適化ステップ３０６に組み込まれる。ステップ３０８において、最適な波形動作パラメータが、コントローラモジュール１２０に通信され、次いで、ステップ３１０において、最適化された交流電界は、アレイ１０１によって患者の脳に印加される。交流電界が送達されると、深部刺激電極１０４のうちの１つ以上が、交流電界の態様を測定し、このデータをコントローラモジュール１２０に通信する。コントローラモジュール１２０は、ステップ３１２において、その情報を記録し、及び／又は外部コンピュータ２００にその情報を伝送する。このようにして、最適化プロセスは、交流電界がその最も有効な印加強度になるまで、交流電界の測定された態様に関するフィードバック、ならびに各硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４の正確な位置を使用して、反復して繰り返すことができる。

本システム１００のいくつかの実施形態では、外部コンピュータ２００を使用した最適化プロセスで使用されるシミュレーション環境は、入力として、硬膜下電極１０３及び深部刺激電極１０４の正確な位置を取得するだけでなく、深部刺激電極１０４によって測定された交流電界強度に関する情報を含むように動作可能である。さらに、シミュレーション環境アプリケーションは、ユーザが、任意の所与の電極１０３又は１０４に送達された波形の変化によって、脳に送達された交流電界の変化を観察するのを可能にするように動作可能である。送達された波形の変化がシミュレートされると、シミュレーション環境アプリケーションは、送達された波形、電極１０３及び１０４の正確な位置、ならびに／又は患者の脳の固有の解剖学的構造の各変化の結果として、脳全体にわたる交流電界強度の分布を計算及び表示することによって、交流電界生成を最適化するように動作可能である。これにより、ユーザが電極１０３及び１０４の電極刺激パラメータの最良の構成を決定して、対象領域での交流電界を最適化することを可能にする。次いで、リアルタイムデータが脳内の深部刺激電極１０４のうちの１つ以上によって獲得される間に、所与のパラメータは、患者内で初期化及び変更されて、適切な交流電界強度が確実に達成され得る。

上記から当然のことながら、特定の実施形態が例示及び記載されている一方で、当業者にとって明らかなように、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に対して様々な修正を行うことができる。そのような変更及び修正は、本明細書に添付された特許請求の範囲に定義された本発明の範囲及び教示の範囲内である。

Claims (12)

1. 各々が患者の脳の硬膜下に移植される複数の硬膜下電極と、
   各々が前記患者の前記脳内に移植される複数の深部刺激電極と、
   を含み、前記複数の硬膜下電極及び前記複数の深部刺激電極を通じて前記脳の組織に交流電界を送達すると共に、フィードバックを送信する、電極アレイと、
   前記電極アレイと通信するよう動作可能であり、前記交流電界を表す波形を生成し前記電極アレイに送信すると共に、前記電極アレイからの前記フィードバックを受信するように動作可能である、コントローラモジュールと、
   を含む、交流電界生成装置と、
   前記コントローラモジュールから前記フィードバックを受信するように動作可能であり、前記コントローラモジュールにコマンドを送信するように動作可能である、外部コンピュータと、
   を備え、
   前記コントローラモジュールは、前記フィードバックを前記外部コンピュータに通信するように動作可能である、
   脳癌腫の治療のためのシステム。
2. 前記コントローラモジュールは、無線モジュールを備え、
   前記無線モジュールは、前記外部コンピュータと無線で通信するように動作可能である、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記コントローラモジュールは、処理ユニットをさらに含み、
   前記処理ユニットは、前記交流電界の電界強度に関するデータを前記電極アレイから受信するように動作可能であり、
   前記処理ユニットは、前記無線モジュールと通信するように動作可能である、
   請求項２に記載のシステム。
4. 複数の導電性ワイヤをさらに備え、
   前記複数の導電性ワイヤのうちの１つ以上は、前記電極アレイから前記コントローラモジュールへと前記交流電界の電界強度に関するデータを伝送するように動作可能であり、
   前記複数の導電性ワイヤのうちの１つ以上は、前記コントローラモジュールから前記電極アレイへと前記波形を伝送するように動作可能である、
   請求項１に記載のシステム。
5. 前記外部コンピュータは、前記電極アレイからの前記フィードバック、前記脳の上の前記複数の硬膜下電極の各々の位置、及び前記脳内の前記複数の深部刺激電極の各々の位置を受信するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記外部コンピュータは、前記波形に関する一組のパラメータが前記脳に及ぼす影響をシミュレートするように動作可能であり、
   前記波形は、前記交流電界を表す、
   請求項５に記載のシステム。
7. 各々が患者の脳の硬膜下に移植される複数の硬膜下電極を含む電極アレイと、
   各々が前記患者の前記脳内に移植される複数の深部刺激電極と、
   を含み、前記脳の組織に交流電界を送達する、電極アレイと、
   前記交流電界を表す波形を生成し前記電極アレイに伝送するように動作可能である波形生成器と、
   一組の波形パラメータを前記波形生成器に通信するように動作可能である処理ユニットと、
   を含み、前記波形生成器が複数の導電性ワイヤによって前記電極アレイに波形を伝送するように動作可能である、前記電極アレイと通信するよう動作可能なコントローラモジュールと、
   を備える、脳癌腫の治療のための交流電界生成装置。
8. プロセッサは、前記電極アレイの前記複数の深部刺激電極のうちの１つ以上から、測定された前記交流電界の電界強度を受信するように動作可能である、請求項７に記載の装置。
9. 前記複数の導電性ワイヤのうちの１つ以上は、前記電極アレイから前記コントローラモジュールへと測定された前記交流電界の電界強度を伝送するように動作可能である、請求項８に記載の装置。
10. 前記複数の導電性ワイヤのうちの１つ以上は、前記コントローラモジュールから前記電極アレイへと前記波形を伝送するように動作可能である、
    請求項７に記載の装置。
11. 前記複数の深部刺激電極の各々は、ロッド形状部材を画定しており、
    １つ以上の導電性接触部は、前記ロッド形状部材に沿って配置されており、
    前記複数の深部刺激電極の各々の一端は、前記複数の導電性ワイヤのうちの１つ以上と接続されている、
    請求項７に記載の装置。
12. 前記複数の硬膜下電極の各々は、対向する面を画定しており、
    前記対向する面のうちの一面は、導電性接触部を含み、
    前記複数の硬膜下電極は、１つ以上の導電性ワイヤと接続されている、
    請求項７に記載の装置。