SE513814C2 - Anordning för behandling av sjukdomar med elektriska fält - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 814 2 Ãven vid vissa rent medicinskt behandlade sjukdomar i lokala organ är ibland utfallet av behandlingarna otillräckligt. Det är uppenbart att utöver de öns- kemàl som föreligger beträffande bättre teknik för behandling av t ex tumörer föreligger det sáväl önskemål som behov av en mer effektiv teknik för behand- ling av vissa andra sjukdomar. Vid t ex lokal behandling av lokala organ eller tumörer är det till stor fördel om man vid varje behandlingstillfälle har möjlighet att anpassa behandlingens intensitet efter den status vävnaden har i det lokala omrâde eller i det organ som behandlas.

Enligt uppfinningen använder man sig av en serie korta högspänningspulser för att alstra ett elektriskt fält i det lokala omràde eller i det organ som skall behandlas. I den fortsatta beskrivningen används även uttrycket Högvolts Im- puls Terapi ibland förkortat till HVIT.

Behandlingen med elektriska fält ästadkomer en perforering av cellmembranen vilka därigenom tillåter passage av till kroppen tillförda ämnen (t ex cytostatika eller genetiskt material). Behandlingen medför ökat inflöde av terapeutiska substanser varigenom effekterna hos kemterapi förstärks. Utflöde av specifika ämnen ur t ex perforerade tumörceller àstadkonmer därtill ofta en stimulering av immunsystemet. vid total dielektrisk kollaps uppnás ofta att cellerna steriliseras direkt av det av högspänningspulsen bildade elektriska fältet. Metoden har vid kliniska försök visat sig vara effektiv i kombination med cytostatika (Bleomycin) för t ex behandling av melanom och tumörer i hals. huvud, lever, pankreas och lungor.

Vid HVIT bestäms behandlingsresultatet av hur många och hur lànga högspän~ ningspulser man utsätter vävnaden för och av hur hög elektrisk fältstyrka de pàlagda pulserna skapar i vävnaden samt av den form eller frekvens pulserna har. För att fä en effektiv och säker behandling mäste alla dessa fysikaliska parametrar kunna kontrolleras. Biologiska egenskaper som påverkar behand- lingsresultatet är bl a vävnadens elektriska ledningsförmàga, dielektriska egenskaper, cellstorleken och cellmembranens struktur. Alla dessa egenskaper varierar mellan olika vävnader. För att uppnä optimal behandlingseffekt är det därför nödvändigt att mäta hur vävnadens elektriska egenskaper förändras mellan varje högspänningspuls eller mellan serierna av pulser dvs fastställa när cellerna är tillräckligt perforerade. 10 15 20 25 30 35 513814 Vid tidigare använd HVIT var det inte möjligt att kontrollera när vävnaden var tillräckligt perforerad dvs färdigbehandlad, vilket medförde att man ibland underbehandlade och ibland överbehandlade vävnaden. Detta medförde en osäker- het i behandlingsresultatet. En typisk HVIT behandling enligt tidigare tilläm- pad teknik innebar att man placerade en applikator över den vävnad som man avsàg att behandla. Högspänningspulsgeneratorn ställdes t ex in sä att utspän- ningen notsvarade en fältstyrka i mälvolymen pà ca 1300 V/cm. Behandlingen genomfördes med ett fixt antal pulser som man visste vanligen gav önskat resultat. Svagheterna i detta förfarande var dels att man inte visste stor- leken pä det elektriska fält som generatorn i realiteten genererade i mäl- volymens vävnad. dels att man inte hade någon möjlighet att bedöma när behand- lingen var tillräcklig.

Uppfinningen avser en anordning vari ingär mekaniska organ för att utsätta en vävnad inom ett begränsat omräde eller ett organ hos en människa eller hos ett djur för en eller flera pulser av ett elektriskt fält med en för det aktuella behandlingstillfället inställbar fältstyrka. form. varaktighet och frekvens.

Med uttrycket "varaktighet" avses säväl pulsernas längd som antalet pulser. med uttrycket "frekvens" avses säväl hur ofta pulserna upprepas som den frek- vens med vilken fältet växlar under pägàende puls.

Den kännetecknande delen av det oberoende patentkravet anvisar en teknik som medför en väsentlig förbättring av kirurgins. kemterapins och strälterapins effektivitet. Tekniken är även tillämpbar inom modern molekylarmedicin där man skräddarsyr substanser och genetiska DNA-sekvenser som skall föras in i vävnadsceller.

I de beroende patentkraven anges ytterligare ändamålsenliga utföringsformer av uppfinningen.

Uppfinningen beskrivs närmare med hänvisning till ett antal figurer, vilka vi- sar i: 10 15 20 25 30 35 fig 1 fig 2 fig 3 fig 4a-d fig 5 fig 6a-d fig 7a-c fig 8 fig 9a-e fig 10 fig lla fig llb 513 814 ett bïockschema för en principieii anordning för appiicering av eiektriska fä1t i ett begränsat omrâde hos en människa e11er ett djur. ett bïockschema för en principie11 anordning för appiicering av eïektriska fait och/e11er joniserande sträining i ett begränsat omräde hos en människa e11er ett djur. ett biockschema för en utföringsform av en kombination av organ för biïdandet av eïektriska fä1t i ett begränsat omrâde hos en människa e11er ett djur. utföringsformer av e1ektrodapp1ikatorer för extern behand1ing av vävnad. en utföringsform av en eiektrodappïikator för intraoperativ be- handïing av t ex tumörer och ytïiga tumörnoduler. utföringsformer av eïektroder och eïektrodappïikatorer utformade för interstitieïï behandiing av vävnad. utföringsformer av eïektroder och eiektrodappïikatorer utformade för behandïing av t ex tumörer i kroppskaviteter och i organ ätkom1iga via stora kärï. utföringsformer av eiektroderna i vilka dessa är anordnade för kombinationsbehandiing med antitumoraïa Wäkemedel. exempei pä former hos spänningspuïser som pàïäggs eiektroderna, ett förenk1at bïockschema för en utföringsform av anordningen, en mode11 för den principieiïa strukturen hos ïevande vävnad. ett eïektriskt principschema för den eïektriska strukturen hos ievande vävnad och 10 15 20 25 30 513 314 fig 12 en elektrisk modell för en pulsgenerator ansluten till levande vävnad.

I fig 1 visas i ett blockschema den principiella utformningen av en högspän- ningsgenerator 1. elektroder 6,l5.16.24 och ett registrerings- och omräknings- organ 10 t ex en dator eller en mikroprocessor 10 vilka organ samtliga ingàr i anordningen enligt uppfinningen. I fortsättningen används för registrerings- och omräkningsorganet utan nagon begränsande innebörd även ordet dator. Mel- lan högspänningsgeneratorn 1 och elektroderna 6,15,16,24 är anordnat en eller flera signalförbindelser 32 och elektriska ledare 33. Mellan datorn 10 och högspänningsgeneratorn 1 och mellan datorn och elektroderna 6,l5,16,24 är an- ordnat en eller flera signalförbindelser 32. Även om signalförbindelserna 32 i figuren är visade som direkt förbindande datorn och elektroderna. är det up- penbart att anordningen som sàdan även innefattar i den fortsatta beskriv- ningen beskrivna organ, säsom brytare 3. fördelardosa 4. elektrodapplikator 5 etc for styrning av spänningssättningen av elektroderna etc.

I figur 2 visas en utföringsform av uppfinningen där en strälningssändare 34 via signalförbindelser 32 är ansluten till datorn. I vissa utföringsformer är strälningssändaren mekaniskt sammanbygd med högspänningsgeneratorn medan den i andra utföringsformer endast har signalförbindelser med den i figur 1 visade kombinationen av organ.

I figur 3 visas schematiskt en utföringsform av en kombination av organ för att i en anordning enligt uppfinningen bilda elektriska fält. I figuren visas block för en högspänningsgenerator 1. ett kondensatorbatteri 2, en brytare 3. en fördelardosa 4 för distribution av högspänningspulser som genereras vid ur- laddning av kondensatorbatteriet 2 genom brytaren 3 till en elektrodapplikator 5 och elektroder 6 avsedda att placeras i eller invid det vävnadsomráde 7 eller organ 7 hos den patient som är under behandling. Högspänningsgeneratorn 1, kondensatorbatteriet 2, brytaren 3 och fördelardosan 4 är medelst elekt- riska ledare 33 kopplade i serie med varandra. Mellan fördelardosan 4 och elektrodapplikatorn 5 är anordnat minst en elektrisk ledare 33 och minst en 10 15 20 25 30 513 814 6 signaiförbindeise 32. Via signaiförbindeiserna 32 styr fördeiardosan 4 spän- ningssättningen av eiektronappiikatorns eïektroder. viika via de eiektriska ïedarna 33 sammankoppias med fördeiardosan 4 och via den eiektriska ïedaren 33 med brytaren 3. I en aiternativ utföringsform är varje eïektrod 6 eiektriskt förbunden med brytaren 3 med en eiektrisk ledare 33.

Som regei spänningssätter brytaren 4 eiier eiektrodappiikatorn samtidigt en- dast tvä eïektroder 6. medan övriga eiektroder ti11àts anta den potentiai som bestäms av eiektrodens pïacering i behandiingsomràdet. Med begreppet spän- ningssättning innefattas i detta sammanhang även att en eiier fiera eiektroder är jordade (har noiipotentiai). Brytaren 4 och/e11er eiektrodappiikatorn 5 är anordnade för att om sa önskas tiiiàta parvis spänningssättning av samtiiga eiektroder som appiiceras i behandiingsomrädet. Det är uppenbart att i vissa utföringsformer är organen anordnade för att vid spänningssättningen ti11de1a fiera eiektroder en i huvudsak överensstämmande potentiai.

Aiia enheter är via signaiförbindeiser 32, viika i vissa utföringsformer är heit eiïer deivis tràdiösa. ansiutna tiïi ett registrerings- och omräkningsor- gan 10 med en skärm 10a. I fortsättningen används för registrerings- omräk- ningsorganet även benämningarna styr- och omräkningsenhet 10 eiier dator 10.

Datorn 10 utgör ett styr- och kontroiiorgan för anordningens funktion.

Med uttrycket eiektrodappiikator 5 avses en hàiiare för eiektroderna 6. där hà11aren är utformad för att underiätta eiektrodernas korrekta appiicering ti11 e11er i behandiingsomrädet.

Datorn instäiis som regei för att högspänningspuiserna ska11 innehàiia föi- jande data: repetitionsfrekvens ca 0.1-10000 per sekund amp1itud ca 50-6000 V puisiängd ca 0.1 - 200 ms antai puïser 1-2000 per behandiing. 15 20 25 30 513 814 7 Puïserna appïiceras före. under e11er strax efter sträibehandïingen. Exempei pà använd_pu1sform är fyrkantspuis med puisïängd 0.1 - 2 ms eiier exponenti- e11t avtagande puis med en tidskonstant RC ungefär ïika med 0.1 - 2 ms. Vid stora ampiituder hos spänningen vä1Js som regei kortare puisïängder och vice versa.

Högspänningsgeneratorn 1 är som regei anordnad för att avge moduïerad växei- spänning med en frekvens inom intervaiiet 40Hz-2MHz och som regei inom inter- va11et 40Hz-100kHz. I de utföringsformer där högspänningsgeneratorn är anord- nad för att avge växeispänning med hög frekvens användes en moduïator i stäï- iet för kondensatorbatteri och brytare för att biida korta moduïerade hög- frekvenspuiser med en pu1s1ängd inom omrâdet ca 0,1-200 ms.

Som framgàr av den i figur 3 visade utföringsformen ingar i anordningen som regei även sensorer 8 avsedda att appiiceras pà patienten i behandiingsomrä- det. Sensorerna är via ett detektorinterface 9 förbundna med registrerings- och omräkningsorganet 10. Vid appiicering av behandiingspuisen genereras en signaï i sensorerna 8 viïken via interfacet 9 överförs tiii och registreras i datorn 10. Fran de uppmätta signaierna beräknar datorn den av puïsen induce- rade elektriska fäïtstyrkan och den eïektromotoriska kraften i oiika deiar av behandiingsomràdet 7. Dessa signaier medför att datorn 10 ger signai ti11 hög- spänningsgeneratorn/kondensatorbatteriet (àterkoppiing) att justera ampïituden pä de genererade puiserna sä att den förutbestämda fäïtstyrkan uppnàs i behandiingsomràdet. Denna kontro11 och justering sker kontinueriigt under appiiceringen av puiserna.

I figurerna 4a-d visas utföringsformer av eiektrodappiikatorer 5 för extern behandïing av en patient med e1ektroderna 6 app1icerade i ett begränsat omräde pà patienten och i o1ika konfigurationer kring det vävnadsomräde 7 t ex en tumör 7 som ska11 behandias. Figurerna 4a och 4b visar hur man genom korsvis appïicering av de eiektriska högspänningspuiserna ti11 oïika kombinationer av tvà eiektroder 6 uppnär att, sàsom markeras i figuren av de eiektriska 10 15 20 25 30 513 814 8 fältstyrkelinjerna, det elektriska fältet passerar genom alla delar av vävnadsomrädet 7.

Figur 4c-d visar hur elektroder är utformade med olika stora anliggningsytor för att fältlinjerna skall fokuseras till önskat behandlingsomràde. De elekt- riska högspänningspulserna har vid starten av behandlingen t ex en spänning som justeras efter avståndet mellan elektroderna, Spänningen justeras dä enligt sambandet: Spänning = (konstant) X (avståndet mellan de parvisa elektroderna). Vär- det pà konstanten varieras efter typ av vävnad och väljs som regel till värden mellan ca 500 - 3000 V/cm.

Sedan behandlingen påbörjats reglerar den nedan beskrivna styrenheten och impedansmätenheten pulsgeneratorns utspänning till värden som medför att eftersträvad elektrisk fältstyrka passerar genom vävnaden.

I figur 5 visas en utföringsform av en elektrodapplikator 5 för intraoperativ behandling och behandling av t ex ytliga tumörnoduler 7. Elektrodapplikatorn har en saxliknande utformning och innehåller tva skänklar 12 av elektriskt isolerande material (t.ex. teflon) vilka är rörligt förbundna med varandra i en lagring 11. Skänklarna är försedda med en gripspärr 13. I ena änden av var- dera skänkeln 12 är skänklarna försedda med fingergrepp och i sina andra ändar med elektroder 6 som griper om tumörnodulerna 7. Gripspärren 13 fixerar skänklarna 12 i inställt läge. Spänningen pà de elektriska högspänningspul- serna justeras efter tumörens 7 storlek med hjälp av en i elektrodapplikatorn inbyggd avstàndssensor 14 som är ansluten till datorn 10. Spänningen inställs vid starten av behandlingen t ex enligt sambandet: Spänning fl (konstant) x (avständet mellan de parvisa elektroderna). Vär- det pä konstanten anpassas efter typ av tumör och väljs som regel inom intervallet ca 500 - 3000 V/cm.

Sedan behandlingen pàbörjats reglerar den nedan beskrivna styrenheten och impedansmätenheten pulsgeneratorns utspänning till värden som medför att eftersträvad elektrisk fältstyrka passerar genom vävnaden. 10 15 20 25 30 513 314 9 I figur 6a-d visas utföringsformer av eiektroder 15,16 och en fixtur 18 för eiektroderna där eiektroderna och fixturen är iämpade att användas för inter- stitieii behandiing av säväi ytiig som djupiiggande vävnad. I figur 6a visas eiektroderna 15,16 i tvá oiika utföringsformer nämiigen i en utföringsform i viiken eiektroderna 15 är náiformade och i en utföringsform i viiken eiektro- derna 16 är stiiettformade. Eiektroderna 15.16 är var och en i ett parti 31 närmast sin ena ände försedda med en eiektrisk iedare 33 för ansiutning tiii högspänningsgeneratorn 1. Nyss nämnt parti är försett med ett eiektriskt iso- ierande skikt 17 eiier en eiektriskt isoierad hyisa 17 i viiken eiektroden är inskjuten.

Eiektroderna appiiceras i oiika konfigurationer i och omkring den vävnad 7 eiier det organ 7 som skaii behandias antingen direkt för fri hand eiier med hjäip av en hàiförsedd eiektrodappiikator (fixtur) 18. Eiektrodappiikatorn är som regei utformad för att aviägsnas fràn eiektroderna 15,16 sedan dessa appiicerats pä patienten. Det biir därigenom möjiigt att iata eiektroderna sitta kvar i patienten för att användas vid fiera efterföijande behandiings- tiiifäiien. Aiternativt aviägsnas eiektrodappiikatorn tiiisammans med eiektro- derna 15,16 efter varje behandiing. Även vid interstitieii behandiing förekom- mer eiektroder med oiika stora ytor för styrning av det eiektriska fäitets utbredning.

De deiar av eiektroderna 15.16 som är avsedda att föras in i patienten för att täcka utbredningen av den vävnad 7 som skaii behandias är t ex tiiiverkade av rostfritt stäi med en kvaiitet som överensstämer med eiier motsvarar den som används för injektionsnàiar eiier är tiiiverkade eiier överdragna av annan vävnadsväniig metaii sásom av ädeimetaii t ex guid eiier piatina. Resterande dei av eiektroderna biidar en isoierad dei 17 med tiiiedare 33 för hög- spänningspuiserna. Vid användning av mjuka fiexibia tiiiedare piaceras eiekt- roden i en grov kanyi 19 som efter eiektrodernas appiicering i patienten dras tiiibaka varvid eiektroderna sitter kvar i vävnaden. 10 15 20 25 30 513 814 10 I vissa utföringsformer bestär eiektroderna av radioaktiv metaii (t ex. Iri- dium-192,_kobo1t-60) eller är de ytbeiagda med radioaktiva ämnen (t ex jod- 125). I andra utföringsformer är de utformade som rör 20 av inert metaii viika laddas med radioaktivt materiai (t ex ”2Ir. “'Cs, 2*Ra> viiket med fördei sker genom användning av en sk. efteriaddningapparat 22. Puiserna har en spänning som vid starten av behandiingen t ex bestäms av avständet me11an eiektroderna.

Spänningen instälïs dä eniigt sambandet: Spänning = (konstant) x (avständet meiian parvisa e1ektroder>. Värdet pä konstanten väijs efter typ av tumör som regeï inom interva11et ca 500 - 3000 V/cm.

Sedan behandiingen päbörjats regierar den nedan beskrivna styrenheten och impedansmätenheten puïsgeneratorns utspänning ti11 värden som medför att eftersträvad eiektrisk fäitstyrka passerar genom vävnaden.

I de tiiiämpningar där behandling med eiektriska fäït kombineras med sträibe- handiing frän en stràiningskäïia som är belägen utanför behandiingsomràdet tiiiförs eiektroderna i behandiingsomrädet eiektriska spänningspuiser före. under eiier strax efter stràibehandiingen.

I figur 7a-c visas eiektroder 24 för behandïing av vävnad àtkomiig via t ex stora käri, e11er via kroppskaviteter t ex iuftvägar. urinvägar och mag-tarmkanai. Eiektroderna är anordnade pà ytan av en cyiinderiiknande eiek- trodappiikator 23 av isoierande materiai 17. I vissa utföringsformer är eiekt- roderna sà utformade att de förs in i vävnaden genom kanaier 25 i appiikatorn 23 manövrerade av en distanskontroii. Som framgår av fig 7c mynnar i den i föregående mening angivna utföringsforen kanaierna 25 i eiektrodappiikatorns manteiyta varigenom eiektroderna 24 vid sin förfiyttning styrs in i vävnad som omger eiektrodappiikatorn. I vissa utföringsformer är appiikatorn anordnad för att ti11föras radioaktiva preparat. varigenom appiikatorn även biidar ett sträiningsorgan. Appiikatorn är anordnad för att tiiiföras de radioaktiva preparaten manueiit e11er medeist en efteriaddningsapparat 22. De eiektriska högspänningspuisernas spänning justeras under behandiingen. 10 15 20 25 30 513 814 ll Fäïtiinjerna i figur 7a indikerar utbredningen av de eiektriska fäitïinjerna i vävnaden.W För intrakavitär behandiing av vävnad i oiika oregeïbundet formade kropps- kaviteter (t ex munhäïa. iuftvägar. matstrupe. mage, uterus. urinbiàsa. urin- iedare. ändtarm) app1iceras e1ektrodapp1ikatorer 23, som framgär av fig 7a-c, specieiit utformade efter kavitetens form med eiektroder appiicerade pà ytan 24 e11er alternativt utformade som näiar som genom kanaïer 25 föres in i väv- naden med distanskontroii. Dessa appiikatorer är iämpade att användas t ex. för behandiing av ïungcancer. ïevertumörer. njurtumörer och tumörer i mag-tarmkanaien med reducerad absorberad dos för att minska bieffekter av stràibehandlingen i normaivävnad. Prostatacancer behandïas med appïikatorer appiicerade via rectum och uriniedare. Dessa appiikatorer är i vissa utfö- ringsformer utformade för att ïaddas med radioaktiva käiior e11er radioaktivt materiai 21 manueïlt eïïer med efteriaddningsapparat 22.

I figur 8 visas anordning för kombinationsbehandïing med antitumoraia iäkeme- dei där eïektroden 6 är beiagd med ett iager 28 av porös metaii, gias, kera- mik, inert piast eiier annan poïymer viiken innehäiier antitumoraia iäkemedei 29 (t ex bïeomycin, piatinoi, taxoi, monokïonaia antikroppar). genetiskt mate- ria1 (kromosomer, DNA) eïier radioaktiva substanser (t ex jod-125, Auger- eiektronemitterare) 29. Denna typ av eiektrod är väl iämpad att användas vid sträiningsterapi eftersom den höga eiektriska fäitstyrkan ökar tumörceiiernas genomsiäppiighet för ovannämnda substanser och därigenom ökar den antitumori- e11a effekten.

Fig 9a-e visar exempei pä puïsformer hos de spänningspuiser som parvis päïäggs eiektroderna 6.15,16,24. I figurerna representera puisens höjd spänningen meiian tvä eiektroder. Puisens bredd representerar puisens 1ängd. Figurerna 9a och 9c visar exempeï pä fyrkantspuiser. fig 9b och 9d exempei pà pulser vars spänning avtar med tiden och fig 9e puiser av växeïspänning. Fig 9c och 9d visar spänningspuiser där, motsvarande vad som gä11er för växeïspänning. 10 15 20 25 30 35 515 811! 12 eiektroderna växelvis har den högsta spänningen varigenom motsvarande ändring sker av det eiektriska fäitet meiian eiektroderna.

I det i fig 10 visade biockschemat ingar de ovan beskrivna eiektroderna 6.15.16.24. spänningsgeneratorn 1, styr- och omräkningsorganet 10 även tidi- gare benämnt datorn och en impedansmätenhet 50. Spänningsgeneratorn, datorn, eiektroderna och impedansmätenheten är förbundna med varandra med eiektriska iedare för spänningssättning av eiektroderna och för överföring av signaier.

Det är uppenbart att i vissa utföringsformer åtminstone en dei av signaiför- bindeiserna är utformade som trädiösa förbindeiser.

Fig lla visar den principieiia strukturen för ievande vävnad medan fig llb vi- sar ett eiektrisk principschema för den eiektriska strukturen hos vävnaden.

Motsvarigheterna meiian resistanserna och kapacitansen i det eiektriska sche- mat och i vävnaden framgàr av komponenternas beteckningar och av den fortsatta beskrivningen.

Fig 12 visar den principieiia elektriska strukturen hos en puïsgenerator 1 tidigare även benämnd högspänningsgenerator. Figuren visar hur vävnadens impe- dans Zaaaa via eiektroderna 6,l5,l6.24 är seriekoppiad med puisgeneratorns in- re impedans Zgwamun. Med U avses puisgeneratorns eiektromotoriska kraft (EMK).

Det är uppenbart att de ovan beskrivna mekaniska enheterna i vissa utförings- former av uppfinningen biidar fràn varandra separerade mekaniska enheter som är samnankoppïade med varandra medeist eiektriska iedare och signaiförbindei- ser medan i andra utföringsformer nägra av enheterna eiier aiia enheterna med undantag för eiektrodappïikatorn och eiektroderna biidar en med spänningsgene- ratorn, impedansmätenheten e11er datorn sammanhàiien mekanisk enhet.

Som framgär av den ovanstående beskrivningen avser uppfinningen en anordning för högvoïtsimpuisterapi (HVIT) med detektering av behandiingseffekten. I an- ordningen ingàr en impedansmätenhet som vid behandling av vävnad e11er organ används för att mäta vävnadens eiektriska impedans. Impedansmätenheten är som regei anordnad för att mäta vävnadens impedans vid minst en frekvens. Vaniigen är ipedansmätenheten anordnad att näta vävnadens impedans inom ett frekvens- 10 15 20 25 30 35 513 814 13 omräde t ex inom omradet 10 Hz ti11 10 MHz. Med hjälp av en matematisk aigo- ritm beräknas en teststorhet vars värde är ett mätt pä behandiingseffekten.

Spänningen över vävnaden biir i eniighet med vad som visas i figur 12: Uvävnad = Ugenerator * Zvàvnad / (Zvavnad + Zgenerator) vävnadens impedans varierar mycket kraftigt beroende pä den behandiade vävnadens ceiistruktur och uppbyggnad, den kringïiggande vävnadens beskaffenhet samt mängden kroppsvätskor som finns i och kring det behandïade omrädet. Eftersom generatorns utgàngsimpedans inte är ïiten i förhäiiande tiïi vävnadens impedans konner utspänningen att variera kraftigt beroende pà var och hur appiikatorn pïaceras. Det har visat sig vid praktiska försök att även om en appiikator placeras pä sanne stäiie, märkt med en färg pà kroppen. kommer impedansen att variera kraftigt frän gäng ti11 gäng beroende pä smà skiiinader i piacering och kontaktimpedans samt skiiinader i vätskemängd och beskaffenhet hos vävnaden.

För att kunna förutsäga den verkiiga puisspänningen frän puisgeneratorn mäste vävnadens impedans vid varje ti11fä11e vara känd. Endast om man justerar ut- spänningen fràn generatorn med utgängspunkt fràn generatorns utgängsimpedans och den aktueiïa vävnadens impedans uppnär man en förutsägbar och konstant ef- fekt. Eniigt uppfinningen ingär i anordningen organ för mätning av impedansen hos den behandiade vävnaden och organ för att använda denna information för styrning av puisgeneratorns utspänning sä att önskad fäitstyrka aiitid uppnäs i vävnaden.

Fig 10 iiïustrerar ett sädant system. En styrenhet ingär i anordningen och mäter med hjäip av impedansmätenheten vävnadens impedans. Styrenheten justerar utspänningen frän generatorn sä att önskad fäitstyrka uppnäs. Pä styrenheten. som t ex är en persondator, stäiïer man in önskad fäitstyrk. varefter styr- enheten mäter impedansen i vävnaden och räknar ut erforderiig puisspänning frän generatorn. När sedan en puis app1iceras kommer fäitstyrkan aiïtid att vara konstant eftersom styrenheten he1a tiden mäter och justerar spänningen frän generatorn innan puisen genereras. 10 15 20 25 30 513 814 14 Med systemet i fig 10 uppnàs den eftersträvade effekten dvs att hàiia en kons- tant utspänning fràn puisgeneratorn oberoende av impedansen i vävnaden. Det visar sig också att ett system eniigt fig 10 iämpar sig utmärkt för att mäta och bedöma det behandiingsresuitat man uppnär vid HVIT. Genom att mäta impe- dans och utföra anaiys av impedansförändring i vävnaden efter att en puis pä- iagts ges underiag för att bedöma när behandiingen är fuiibordad och inga fier puiser behövs eiier ger ytteriigare positiv effekt. Denna metod bygger pà den vävnadsmodeii som visas i fig 11a.b.

Impedansen hos vävnad bestàr i huvudsak av tre komponenter, resistansen hos den extraceiiuiära vätskan. resistansen hos den intraceiiuiära vätskan och den kapacitans som biidas genom ceiimembranens iikströmsisoierande verkan. I mo- deiien har vi siagit sanman ceiikärnans impedanspàverkan med resistansen hos den intraceiiuiära vätskan. Vid iàga frekvenser kommer endast ström att fiyta genom den extraceiiuiära vätskan och impedansen bestäms i huvudsak av Rw.Vid medeihöga frekvenser konner ceiimembranens kapacitans. Cm tiiisammans med den intraceiiuiära vätskans resistans. RW, att börja pàverka impedansen. Vid höga frekvenser konner i huvudsak komponenterna RH och RW att päverka vävnadens impedans. Säiedes kommer man att fä ett frekvensberoende hos vävnadens impe- dans som tiii stor dei beror av ceiimembranens tjockiek och ceiiernas utform- ning. Vid iaga frekvenser är impedansen ungefär RW och vid höga frekvenser Ru//RW. Tecknet // används för att ange att Ra är paraiieiikoppiad med RW.

Zvavnad = Rev (Riv + Ccm) Eftersom behandiingen med eiektriska fait syftar tiii att permeabiiisera eiier heit förstöra ceiimembranen far man genom mätning av förändringen hos Cm kiarhet i om behandiingen är fuiibordad eiier ej. När samtiiga ceiimembran i vävnaden är förstörda sker ingen förändring av Cm iängre och vävnaden är fär- digbehandiad.

Tabeii 1 nedan iiiustrerar en uppsättning impedansmätningar som tagits under behandiing av rätta med tumör. 30 Av tabe11 1 framgår att impedansen minskar vid 1àga och mede1höga frekvenser efter behand1ing med pu1ser. Minskningen sker i första hand efter de in1edande 16 pu1serna och förändringen avtar snabbt därefter. Råttan är a11tsà väsent1i- gen färdigbehand1ad redan efter de första 16 pu1serna och vidare behandiing efter 32 e11er 48 pu1ser ger ingen större förändring av Ca» Mätdatat i tabe11 1 indikerar att behand1ingen är fu11bordad efter 32 puïser. För att bekräfta denna bedömning har uppmätta mätvärden upptagits och behand1ats såsom beskrivs 35 513 814 v Tabe11 1 Uppmätt vävnadsimpedans i ohm hos ratta med tumör nedan.

Frekvens/Pulser 0 pulser 16 pulser 32 pulser 48 pulser 64 pulser 10112 232.24 160.12 160.36 172.53 179.3 15 Hz 229.42 157.76 151.48 163.37 159.61 20 Hz 200.28 145.46 138.84 148.89 141.78 30112 173.9 134.11 127.56 132.16 125.87 50 Hz 153.7 122.75 116.44 120 112.29 70 Hz 144.46 116.39 110.38 136.26 105.58 100 Hz 137.64 110.69 105.13 105.47 100.31 150112 13068 10486 9979 9971 9535 200 Hz 125.81 100.97 96.31 96.23 92.26 300 Hz 120.3 96.27 92.06 92.19 88.73 500 Hz 113.96 91.09 87.49 87.84 84.91 700 Hz 109.83 87.88 84.68 85.16 82.6 1000 Hz 105.88 85.03 82.2 83.03 80.62 1500112 101.99 82.12 79.71 81.84 78.59 2000 Hz . 99.34 80.27 78.02 79.54 77.69 3000 Hz 96.12 77.98 76.06 77.18 75.72 5000112 92.28 75.4 73 81 74.85 73 71 7000 Hz 89.72 73.85 72.41 73.86 72.54 10000 Hz 87.38 72.45 71.14 73.52 71.43 15000 Hz 84.91 70.91 69.71 72.53 70.15 20000112 83.18 69.75 68.62 71 51 69.17 30000 Hz 80.8 68.23 67.14 69.81 67.8 50000 Hz 77.73 66.26 65.28 68.24 65.97 70000 Hz 75.62 64.79 63.9 66.67 64.65 100000112 73.01 63.01 62.11 64.62 62.93 15000011z 7042 6105 603 6406 6119 200000 Hz 68.3 59.37 58.76 61.93 59.65 513 814 Tabe11 2 visar impedansförändringen i procent vid oiika frekvenser efter det att eïektriska fait genererade av 16 spänningspu1 ser passerat genom vävnaden.

I tabeïien anges i procent den ändring av impedansen som varje gang uppstàtt när en serie av e1ektriska fäit genererade av spänningspuiserna har passerat genom vävnaden.

TabeH 2 Impedansförändring i procent efter behandhng med 16 pu1ser àt gängen Frekvens/Pulser 16 pulser 32 pulser 48 pulser 64 pulser 10Hz -31.05408 0.1033414 52402687 2.9150878 15Hz -3123529 -2737338 5.1826345 -1.638916 20Hz -27.37168 -3305372 5.0179748 -3.55003 30 Hz -22.88097 -3.766532 26451984 -3.617021 50Hz -20. 13663 -4.1054 2.3162004 -5.016265 70 Hz -19.43098 -4.160321 17.914994 -2l.23771 100 Hz -l9.58006 -4.039523 0.2470212 -3 .74891 150Hz -19.75819 -3879706 -0.061218 -3336394 200 Hz -1974406 -3 .703998 -0063588 -3.155552 300 Hz -19.97506 -3499584 0.1080632 -2876143 500 Hz -2006845 -3.159003 0.3071253 -2571078 700 Hz -19.98543 -2.913594 04370391 -2.330875 1000 Hz -196921 -2672837 07839063 -2.276162 1500Hz -19.4823 -2.362977 2.08844 -3.186587 2000 Hz -19.1967 -2264949 15300987 -1862291 3000 H2 -18.87224 -1.997503 11652102 -1.518935 5000 Hz -18.29215 -1.723017 1.1270048 -1.235371 7000 Hz -1768836 -1604993 1.6161391 -1.471244 10000 Hz -17.08629 -1499199 2.7237354 -2.391852 15000 Hz -1648805 -1413261 33211636 -2802968 20000 Hz -16.l4571 -1_3585 34743929 -2.8l3176 30000 Hz -l5.55693 -134901 3_3044554 -2487624 50000 Hz -14.75621 -1.260774 3_8080535 -2.9203 65 70000 Hz -1432161 -1176937 3.6630521 -2671251 100000 Hz -13.69675 -1232708 34378852 -2314751 150000 Hz -13.30588 -1065038 5.3393922 -4075547 200000 Hz -1307467 -0.893119 416412884 -3.338214 I tabe11ens huvud anges det ackumuierade antaTet pu1 ser av eïektriska fä1t som passerat genom vävnaden. Vid varje behandhngstiHfäHe har en serie av 16 pu1 ser passerat genom vävnaden. Vad som i detta stycke anges för tabeHhuvudet i tabe11 2 gäiier även för de nedan ariväflda tabefihuvudena i tabe11 3 och 4. 10 15 20 30 35 513 814 Av tabe11 2 framgär pä samma sätt som av tabe11 1 att behand1ingen kan avbry- tas efter 32 pu1ser eftersom impedansförändringen avtar kraftigt. I tabe11 3 nedan visas medeïvärdet av impedansförändringen efter oïika anta1 pu1ser. Me- de1värdet är bi1dat av samt1iga uppmätta frekvenser me11an 10Hz och 200kHz. I tabe11 3 ser man tyd1igt att den största impedansförändringen sker efter de första 16 pu1serna och endast en ringa förändring sker vid vidare behandiing.

Tabe11 3 Successiv förändring i procent av impedansvärden vid frekvenser me11an 10Hz - 200 kHz 16 pulser -199568 32 puIser -2424687 48 pulser 31275358 64 pulser -3366544 I tabe11 4 är vid mede1värdesbi1dningen frekvenser under 100 Hz och frekvenser över 10kHz bortva1da. Genom att ta bort de 1ägsta frekvenserna fràn mede1vär- det förhindrar man att feiaktiga impedansvärden pä grund av störningar fràn kroppens motoriska system päverkar resuitatet. De högsta frekvenserna tas bort eftersom impedansändringen vid dessa är mindre när Cm ändras och därför inte bidrar ti11 en bättre bi1d av behand1ingsresu1tatet.

Tabe11 4 Successiv förändring i procent av impedansvärden vid frekvenser me11an 100 Hz - 10kHz 32 pulser -2943407 16 pulser -2078512 48 pulser l .000748 1 64 pulser -2663 449 Genom att 1äta styrenheten i figur 10 matematiskt behand1a och presentera det uppmätta behand1ingsresu1tatet sàsom beskrivits ovan erhä11s en anordning som uppfy11er önskemá1en att vid behand1ingen styra det e1ektriska fä1tets styrka, för att fä under1ag för att avbryta behand1ingen vid rätt ti11fä11e och för att kunna to1ka det direkta utfa11et av behand1ingen med det e1ektriska fä1tet.

Av ovanstående beskrivning framgär att i en mycket enke1 ti11ämpning av upp- finning bestäms vävnadens impedans vid endast en frekvens. Därvid vä1js en me- de1hög frekvens t ex 15kHz. Pu1sgeneratorns inre impedans införs i datorn som ett fast värde varigenom vävnadens impedans bestäms genom en räkneoperation 10 15 20 25 30 35 515 814 18 motsvarande den som beskrivits ovan. Vid tiiiämpningar av uppfinningen används dock som regei manga frekvenser för att eiiminera risker för ev störningar som kan pàverka mätresuitatet.

Det i fig 10 visade systemet innefattar organ för att justera puisspänningen och dess frekvensinnehàii sa att det eiektriska fäitet i den behandiade vävnaden aiitid är konstant oberoende av impedans- e11er resistansändringar hos vävnaden. Organen ger även underiag för bedömning av den uppnädda behandiingseffekten därigenom att den har en uppbyggnad som gör det möjiigt att presentera t ex enkia förstàeiiga värden och grafer viika genom matematiska operationer har extraherats fràn uppmätta impedans- eiier resistansdata.

Vid tiiiämpning av uppfinningen i den utföringsform där en sträiningssändare används biidar stràiningssändaren och eiektroderna i vissa utföringsformer tiiisammans med eiektrodappiikatorn och impedansmätenheten en sammanhàiien me- kanisk enhet. Denna har en utformning som gör det möjiigt att i ett begränsat omràde hos en människa eiier ett djur appiicera säväi sträiningssändaren som eiektroderna i positioner där den joniserande stràiningen är riktad mot den vävnad som behandias och där eiektroderna har positioner i viika eiektriska fait meiian dessa passerar genom vävnaden. I andra utföringsformer utgör orga- nen separata mekaniska deiar som tiiisamans och i förekommande faiï tiiifäi- iigt eiier undre iängre tid biidar ett system av organ med en samansättning motsvarande den som ovan angivits för anordningen 40.

Ovanstående detaijbeskrivning har endast refererat tiii ett begränsat antai utföringsformer av uppfinningen, men det inses iätt av fackmannen att uppfin- ningen inrymmer ett stort antai utföringsformer inom ramen for de efterföi- jande patentkraven. 980331 HG/Fgi

Claims (1)

1. 5 20 25 30 35 513 814 PATENTKRAV Anordning (40) för att styra storieken pà, formen hos och/eiier varaktig- heten hos eiektriska fäit som genereras av en spänningsgenerator (1) meiian i anordningen ingående eiektroder (6,l5.l6 24) eiier meiian ti11 anordningen ansiutna eiektroder (6.l5.l6,24). där anordningen innefattar organ (4,5) för fördeining av spänningspuiserna tiii eiektroderna (6.15.16,24) för biïdandet av de eiektriska fäiten och där eiektroderna är utformade för att fästas vid ett begränsat omrâde hos en människa eiier hos ett djur eiier är utformade för att införas i sagda omràde. k ä n n e t e c k n a d därav, att sagda omräde exkiuderar huden hos en människa eiier hos ett djur. att en i anordningen ingående impedansmät- enhet (50) är anordnad för att vid behandiing av vävnad eiier organ intiii eiier i sagda omrâde bestämma impedansen och/eiier resistansen meiian sagda eiektroder och att en styr- och omräkningsenhet (10) ingär i anordningen eiier är koppiad tiii denna for att fore varje spänningspuis eiier kedja av spänningspuiser och baserat pä den uppmätta impedansen och/eiier resistansen styra storieken pä, antaiet av, formen hos och/eiier varaktigheten för de spänningar som pàiäggs eiektroderna. Anordning eniigt krav 1. k ä n n e t e c k n a d därav, att styr- och omräkningsenheten (10) innefattar en biidskärm (l0a). att styr- och omräkningsenheten är anordnad for att, före starten av spänningsgenera- torns (1) generering av en puis eiier kedja av puiser, pä biidskärmen visa av styr- och omräkningsenheten beräknad utformning av pulsen eiier kedjan av puiser och att i styr- och omräkningsenheten ingår organ for manueii eiier automatisk acceptans av sagda beräknade utformning. Anordning eniigt krav 1 eiier 2. k ä n n e t e c k n a d därav, att eiektroderna (6.l5,16.24) är gemensamma för impedansmätenheten (50) och för organet (4,5) för avgivandet av spänningspuiserna eiier att separata eiektroder (4,5) är anordnade för impedansmätenheten och organet for avgivande av spänningspuiser. 10 15 20 25 30 513 814 20 Anordn1ng en11gt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att eïektroderna (6.15,16,24) är anordnade för att vara p1acerade 1 en 1 en männ1ska e11er 1 ett djur bef1nt11g tumör (7) e11er 1 pos1- t1oner medförande att det e1ektr1ska fäïtet passerar genom tumören (7). Anordn1ng en11gt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att 1 anordn1ngen 1ngår organ (34) för t111förande av terapeut1ska substanser. genet1skt mater1a1 och/e11er jon1serande strå1n1ng t111 sagda begränsade område hos en männ1ska e11er hos ett djur e11er att anordn1ngen är utformad för att samverka med ett sådant organ (34). Anordn1ng en11gt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordn1ngen 1nnefattar sensorer (8) för detekter1ng av eïekt- r1ska fäït b11dade av e1ektroderna (6 15,16,24) och att sensorerna är an- s1utna t111 ett reg1strer1ngs- och omräkn1ngsorgan (10) för beräkn1ng av den e1ektr1ska fa1tstyrkans storïek 1 Dehand11ngsomràdet och att för reg1er1ng av amp11tuden hos de på eïektroderna pä1agda spänn1ngspu1serna reg1strer1ngs- och omräkn1ngsorganet (10) är ansïutet t111 högspänn1ngs- generatorn (1) och/e11er t111 organ (2,3.4) 1nkopp1ade me11an högspän- n1ngsgeneratorn (1) och elektroderna (6 15,16 24). Anordn1ng en11gt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att eïektroderna (6) är anordnade för att ex1teras växe1v1s och endast två åt gängen. Anordn1ng en11gt något av föregående krav. k ä n n e t e c k n a d därav, att 1 anordn1ngen 1ngår sensorer (14) för detekter1ng av avståndet meïïan e1ektroderna (6) hos varje par av ex1terade e1ektroder och att re- g1strer1ngs- och omräkn1ngsorganet (10) 1nnefattar organ för att baserat på avståndet me11an e1ektroderna 1nstäT1a spänn1ngen meïïan e1ektroderna (6) hos varje par av ex1terade e1ektroder. 20 25 30 10. 11. 12. 13. 14. 15. 515 814 21 Anordning eniigt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav. att eiektroderna (6) är utformade som nàiar (15) eiïer stiietter (16). Anordning eniigt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav. att eïektroderna (6.15,16.24) heit oms1uts av ett eïektriskt iso- ierande skikt (17) e11er har ett eiektriskt isoierande skikt som åtmins- tone iämnar en eiektriskt ïedande spets hos eiektroderna oisoierad. Anordning eniigt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav. att en eiektrodappiikator (5.23) är anordnad för att åtminstone temporärt fixera eiektroderna före eiektrodernas piacering pà eiier i be- handïingsomradet. Anordning eniigt krav 11, k ä n n e t e c k n a d därav, att eiektrod- appiikatorn (23) har en storiek och form som är anpassad efter det kar), kroppsöppning eiier kroppskavitet där den skaii piaceras. Anordning eniigt krav 11, k ä n n e t e c k n a d därav, att eiektrod- appiikatorn (5) innefattar en fixtur (18) för fixering av eiektroderna (15,16) i ett fixt mönster. Anordning eniigt krav 11. k ä n n e t e c k n a d därav. att fixturen (18) är försedd med ett anta) hä) för piacering av eiektroderna i ett vid varje behandiingstiiifäiie önskat mönster. Anordning eniigt krav 11, k ä n n e t e c k n a d därav. att eiektrod- appiikatorn (23) är anordnad med eiektroder (24) placerade pà appïika- torns yta eiier att eiektroderna (24) är piacerade i kanaier (25) myn- nande i öppningar i applikatorns yta och medeist distanskontroii för- fiyttbara i kanaierna och åtminstone deivis ut genom öppningarna för att föras in i vävnaden kring appiikatorn. 10 15 20 25 16. 17. 18. 513 814 Anordning en1igt nagot av kraven 1-10. k ä n n e t e c k n a d därav. att anordningen innefattar minst en kanyi (19) var och en anordnad för att temporärt innes1uta en eïektrod. Anordning eniigt nagot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav. att eïektroderna (6.15.16 24) bestàr av radioaktivt materiai e11er är utformade med hà1igheter för upptagande av radioaktiva preparat (21). Anordning enhgt nagot av föregående krav. k ä n n e t e c k n a d därav, att eïektroderna (6.15,16,24) är beïagda med ett skikt (27) av po- röst materiaï för upptagande av terapeutiska substanser (28).