TWI830958B - 用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置以及規劃電極元件集合在個體之身體上之定位的方法 - Google Patents
用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置以及規劃電極元件集合在個體之身體上之定位的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI830958B TWI830958B TW109135968A TW109135968A TWI830958B TW I830958 B TWI830958 B TW I830958B TW 109135968 A TW109135968 A TW 109135968A TW 109135968 A TW109135968 A TW 109135968A TW I830958 B TWI830958 B TW I830958B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- electrode elements
- individual
- electrode
- model
- element set
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 68
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 21
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 abstract description 28
- 206010027476 Metastases Diseases 0.000 abstract description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 34
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 16
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 208000005017 glioblastoma Diseases 0.000 description 5
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 241000710177 Citrus tristeza virus Species 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 206010027406 Mesothelioma Diseases 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000009401 metastasis Effects 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 208000036764 Adenocarcinoma of the esophagus Diseases 0.000 description 1
- 208000003174 Brain Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 206010030137 Oesophageal adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- 208000000102 Squamous Cell Carcinoma of Head and Neck Diseases 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000002648 combination therapy Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 208000028653 esophageal adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- 208000007276 esophageal squamous cell carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 208000014829 head and neck neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 201000000459 head and neck squamous cell carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 210000000867 larynx Anatomy 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000001672 ovary Anatomy 0.000 description 1
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 description 1
- 238000009097 single-agent therapy Methods 0.000 description 1
- 206010041823 squamous cell carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
腫瘤治療場(TTFields)可用於藉由將第一傳感器陣列(即，電極元件集合)貼附至個體之頭部及將第二傳感器陣列貼附至該個體之胸部來治療該個體之頸部中或頸部附近的腫瘤(及/或預防轉移)。隨後，將所要頻率(例如100至300kHz)之AC電壓施加於該第一傳感器陣列與該第二傳感器陣列之間。此引發足夠強力而在該個體之頸部之大部分中產生功效的電場(例如大於1V/cm)。在一些實施例中，該第一傳感器陣列之中心定位於該個體之頭頂或頭部之上表面上。在一些實施例中，該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。
Description
本申請案涉及用於傳遞腫瘤治療場(Tumor Treating Fields；TTFIELDS)到頸部的方法。
TTFields為在中頻範圍(例如100至300kHz)內之低強度(例如1至4V/cm)交流電場，其可用於治療腫瘤，如以全文引用之方式併入本文中之第7,565,205號美國專利中所描述。TTFields療法為用於復發性神經膠母細胞瘤(recurrent glioblastoma；GBM)之經核准單一治療，及用於新診斷GBM患者之經核准的結合化學療法之組合療法。TTFields亦可用以治療個體之身體的其他部位(例如肺、卵巢、胰臟)中之腫瘤。TTFields係由傳感器陣列(亦即，電容耦合式電極元件陣列)非侵入性地引發於所關注區域中，該些傳感器陣列直接置放於患者之身體上(例如使用Novocure OptuneTM系統)，且在該些傳感器陣列之間施加AC電壓。
在GBM之情形下，定位傳感器陣列之習知方法為將第一對傳感器陣列定位於頭部之前側及後側，且將第二對傳感器陣列定位於頭部之右側及
左側。而在治療間皮瘤之情形下，定位傳感器陣列之習知方法為將第一對傳感器陣列定位於軀體之前側及後側，且將第二對傳感器陣列定位於軀體之右側及左側。AC電壓產生器持續第一時間間隔(例如一秒)在第一對傳感器陣列之間施加AC電壓(例如在GBM之情形下，200kHz，或在間皮瘤之情形下，150kHz)，其產生具有通常在前後方向上延行之場線的電場。隨後，AC電壓產生器持續第二時間間隔(例如一秒)在第二對傳感器陣列之間施加相同頻率之AC電壓，其產生具有通常在左右方向上延行之場線的電場。系統隨後在治療持續時間內重複此兩步順序。
本發明之一個態樣係關於一種治療個體之頸部中或頸部附近之腫瘤或預防轉移的第一方法。該第一方法包含：將具有第一質心之第一電極元件集合貼附至該個體之頭部，其中該第一質心定位於該個體之頭部上；將第二電極元件集合貼附至該個體之胸部；及在該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間施加交流電壓。在貼附該第一電極元件集合及該第二電極元件集合之後執行該施加。
在該第一方法之一些情況下，該第一電極元件集合及該第二電極元件集合中之電極元件為電容耦合式。在該第一方法之一些情況下，施加於該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間的該交流電壓具有100kHz與300kHz之間的頻率。在該第一方法之一些情況下，該第一電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件，且其中該第二電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件。在該第一方法之一些情況下，該第一質心定位於頭頂上。在該第一方法之一些情況下，該第一質心定位於該個體之頭部之上表面上。在該第一方法之一些情況下，該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。
本發明之另一態樣係關於一種規劃第一電極元件集合及第二電極元件集合在個體之身體上之定位的第二方法。該第二方法包含：獲得在給定頻率下該個體之身體內位於該個體之頸部中或頸部附近的解剖學體積之電導率或電阻率之3D模型；及識別目標組織在該解剖學體積內之位置。該第二方法亦包含：基於該第一電極元件集合及該第二電極元件集合之複數個佈局中的各別佈局、該電導率或該電阻率之該3D模型及該目標組織之經識別位置，分析與該複數個佈局相關聯之電場；及基於該分析之結果來選擇該複數個佈局中之一者。該第一電極元件集合具有第一質心。在該複數個佈局中之每一者中，(a)該第一電極元件集合定位於該個體之頭部上，其中該第一質心定位於該個體之頭部上，且(b)該第二電極元件集合定位於該個體之胸部上。
在該第二方法之一些情況下，該第一質心定位於頭頂上。在該第二方法之一些情況下，該第一質心定位於該個體之頭部之上表面上。在該第二方法之一些情況下，該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。在該第二方法之一些情況下，該給定頻率在100與300kHz之間。在該第二方法之一些情況下，該電導率或該電阻率之該3D模型為電導率之3D模型。
該第二方法之一些情況進一步包含以下步驟：將該第一電極元件集合及該第二電極元件集合貼附至該個體之身體的對應於所選佈局之位置處；及在該貼附步驟之後於該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間施加電信號，以便在該目標組織中強加電場。
本發明之另一態樣係關於一種治療個體之頸部中或頸部附近之腫瘤或預防轉移的第三方法。該第三方法包含：將第一電極元件集合貼附至該個體之頸部後側；將第二電極元件集合貼附至該個體之胸部；及在該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間施加交流電壓。在貼附該第一電極元件集合及該第二電極元件集合之後執行該施加。
在該第三方法之一些情況下，該第一電極元件集合及該第二電極元件集合中之電極元件為電容耦合式。在該第三方法之一些情況下，施加於該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間的該交流電壓具有100kHz與300kHz之間的頻率。在該第三方法之一些情況下，該第一電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件，且其中該第二電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件。在該第三方法之一些情況下，該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。
S20:步驟
S21:步驟
S22:步驟
S23:步驟
S24:步驟
S25:步驟
[圖1A及圖1B]描繪所關注區域，其中TTFields可用於使用本文所描述之傳感器陣列佈局來治療癌症。
[圖2A及圖2B]描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的傳感器陣列佈局之一個實例。
[圖2C及圖2D]描繪圖2A/圖2B佈局之場強度之灰階圖。
[圖3A及圖3B]描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的傳感器陣列佈局之另一實例。
[圖3C及圖3D]描繪圖3A/圖3B佈局之場強度之灰階圖。
[圖4A及圖4B]描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的傳感器陣列佈局之另一實例。
[圖4C及圖4D]描繪圖4A/圖4B佈局之場強度之灰階圖。
[圖5A]描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的傳感器陣列佈局之另一實例。
[圖5B及圖5C]描繪圖5A佈局之場強度之灰階圖。
[圖6A]描繪較差傳感器陣列佈局之一個實例。
[圖6B及圖6C]描繪圖6A佈局之場強度之灰階圖。
[圖7A]描繪較差傳感器陣列佈局之另一實例。
[圖7B及圖7C]描繪圖7A佈局之場強度之灰階圖。
[圖8]描繪本申請案中之所有灰階圖之刻度。
[圖9]描繪如何使用模擬判定傳感器陣列中之每一者之最佳位置的一個實例。
下文參考隨附圖式詳細地描述各種實施例，在隨附圖式中，相似的元件符號表示相似的元件。
本申請案描述多種傳感器陣列佈局且可用於治療圖1A及圖1B中所描繪之所關注區域(ROI)中之癌症。此ROI在喉部周圍，且包括除了脊骨、椎間盤及內部空氣以外的所有組織。
在治療腦瘤之情形下，一種切實可行的方法為將一對傳感器陣列定位於頭部之前側及後側且將另一對傳感器陣列定位於頭部之左側及右側。但在治療頸部中之腫瘤之情形下，將傳感器陣列定位於頸部之所有四個側邊會導致不適，且會限制患者之活動。本申請案中所描述之傳感器陣列佈局提供相對於習知四側法改良之舒適性及活動範圍。
臨床前實驗表明，為了使TTFields發揮治療效果，場強度應超過約1V/cm之臨限值。但在治療圖1A及圖1B中所描繪之ROI中之癌症(例如上頸部癌症，諸如頭頸鱗狀細胞癌(SCC)及食道SCC及腺癌之一些病例)的情形下，用於定位傳感器陣列之許多佈局並未提供所要位準之場強度。
圖2A及圖2B描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的一對傳感器陣列之佈局的實例。在此佈局中，包括13個圓形電極元件(在下文中被稱
作盤片)之一個傳感器陣列經定位使其質心處於個體之頭頂及頭部之上表面上，且包括13個盤片之另一傳感器陣列定位於上胸部上且豎直定向。此佈局之所得場強度之灰階圖描繪於圖2C及圖2D中。(圖8描繪本申請案中之所有灰階圖之刻度。)對於此佈局，平均強度為3.4V/cm，中值場強度為3.41V/cm，且99.27%之所關注區域具有約1V/cm之強度。
圖3A及圖3B描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的一對傳感器陣列之另一佈局的實例。在此佈局中，包括13個圓形盤片之一個傳感器陣列定位於個體頭部之後側上部，且包括13個盤片之另一傳感器陣列定位於上胸部上且豎直定向。此佈局之所得場強度之灰階圖描繪於圖3C及圖3D中。對於此佈局，平均強度為3.22V/cm，中值場強度為3.25V/cm，且99.07%之所關注區域具有約1V/cm之強度。
圖4A及圖4B描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的一對傳感器陣列之另一佈局的實例。在此佈局中，包括13個圓形盤片之一個傳感器陣列定位於個體頸部之後側，且包括13個盤片之另一傳感器陣列定位於上胸部上且豎直定向。此佈局之所得場強度之灰階圖描繪於圖4C及圖4D中。對於此佈局，平均強度為1.47V/cm，中值場強度為1.39V/cm，且73.22%之所關注區域具有約1V/cm之強度。值得注意的是，此佈局之結果不如圖2及圖3中所描繪之佈局良好。
圖5A描繪在所關注區域中提供足夠高之場強度的一對傳感器陣列之另一佈局的實例。在此佈局中，包括9個圓形盤片之一個傳感器陣列定位於個體頭部之頂部前側，且包括9個盤片之另一傳感器陣列定位於上胸部上且水平定向。此佈局之所得場強度之灰階圖描繪於圖5B及圖5C中。對於此佈局，平均強度為2.55V/cm，中值場強度為2.55V/cm，且98.79%之所關注區域具有約1V/cm之強度。
與上文所描述之佈局相比，其他佈局並未在所關注區域中提供足夠高之場強度。舉例而言，在圖6A佈局中，包括9個圓形盤片之一個傳感器陣列定位於個體頸部之左側，且包括9個盤片之另一傳感器陣列於肩部高度處定位於個體脊椎偏右。此佈局之所得場強度之灰階圖描繪於圖6B及圖6C中。對於此佈局，平均強度為1.83V/cm，中值場強度為1.32V/cm，且64.83%之所關注區域具有約1V/cm之強度。應注意，即使此等數值結果看似並不糟糕，但此等數值結果具有誤導性，因為大部分能量耗散於皮膚上，如圖6B及圖6C中清晰可見。
在圖7A佈局中，包括9個圓形盤片之一個傳感器陣列定位於個體頸部之右側，且包括9個盤片之另一傳感器陣列於肩部高度處定位於個體脊椎偏左。此佈局之所得場強度之灰階圖描繪於圖7B及圖7C中。對於此佈局，平均強度為1.67V/cm，中值場強度為1.21V/cm，且60.10%之所關注區域具有約1V/cm之強度。再次，即使此等數值結果看似並不糟糕，但此等數值結果具有誤導性，因為大部分能量耗散於皮膚上，如圖7B及圖7C中清晰可見。
應注意，本文所描繪及描述之所有場強度係藉由由ZMT(Zürich)使用DUKE模型在150kHz下運行模擬而產生。所模擬之佈局使用9個盤片或13個盤片之傳感器陣列。9個盤片之模擬經正規化至1A電流，而13個盤片之模擬經正規化至1.3A電流。結果顯示，將一個傳感器陣列置放於頭皮上部且將另一個置放於上胸部可將不少於1.47V/cm及至多3.4V/cm傳遞至所關注區域。當使用9個盤片之陣列或13個盤片之陣列時，此結果成立。而隨著上部陣列向下移動，場強度下降。此情況在圖4之實施例中尤其顯著，其中場強度降至低於圖2之實施例之一半。
當傳感器陣列如上文所描述而定位時，傳感器陣列可使用用於其他解剖學位置的相同構造。習知傳感器陣列之實例為與Novocure Optune®系統一起使用之傳感器陣列。此等傳感器陣列具有經組態以貼附至個體之身體的柔性
背襯。用於柔性背襯之適合材料包括布、泡沫及柔軟塑膠(例如類似於用於繃帶之對應材料)。複數個電容耦合式電極元件定位於柔性背襯之內側上，且電容耦合式電極元件中之每一者具有朝內的其上設置有介電層的導電板。視情況，溫度感測器(例如熱敏電阻)可按類似於用於Novocure Optune®系統中之習知配置之方式定位於電極元件中之每一者下方。
一導體集合連接至複數個電容耦合式電極元件中之每一者的導電板。可使用例如離散佈線或使用撓性電路上之跡線來實施導體。黏著層經組態以使由電極元件中之任一者覆蓋的柔性背襯之部分緊靠個體之身體。
在圖2至圖5中所描繪之實施例中，每一傳感器陣列經組態為9個或13個個別電極元件盤片之陣列，且該陣列之質心與中心盤片之中心重合。但在替代實施例中，每一傳感器陣列可包括不同數目(例如4與24之間)之電極元件。舉例而言，給定傳感器陣列可經組態為個別電極元件盤片之2×2陣列。在此情況下，質心可在位於所有四個盤片之間的區域中。在其他替代實施例中，給定電極元件集合可僅包括單一電極元件(其可為任何適合之形狀，包括但不限於圓形及矩形)。在此情況下，質心將與彼單一電極元件之中心重合。亦應注意，在本文所描述之實施例中，上部及下部傳感器陣列各自使用相同數目之盤片。但在替代實施例中，上部及下部傳感器陣列上之盤片之數目可不同(例如上部陣列上有9個盤片，而下部陣列上有13個盤片)。
亦可使用傳感器陣列之替代構造，包括例如使用並非圓盤形之陶瓷元件的傳感器陣列，及使用定位於複數個扁平導體上方之非陶瓷介電材料的傳感器陣列。後者之實例包括安置於印刷電路板上之襯墊上方或扁平金屬片上方的聚合物薄膜。亦可使用所用電極元件並非電容耦合式的傳感器陣列。在此情況下，傳感器陣列中之每一元件將使用導電材料區域來實施，該區域經組態以緊靠個體之身體置放，其中導電元件與身體之間不安置絕緣介電層。亦可使
用用於實施傳感器陣列之其他替代構造，只要其(a)能夠將TTFields傳遞至個體之身體且(b)定位於本文中所指定之位置即可。視情況，在本文中描述之任一實施例中，水凝膠層可安置於傳感器陣列與個體之身體之間。
對於上文關於圖2至圖7所描繪之佈局，平均強度、中值場強度及具有高於1V/cm之強度的ROI之百分比均藉由在每一傳感器陣列內之電極元件如圖2至圖7中所描繪而定位時模擬電場而獲得。然而，應注意，傳感器陣列(及/或彼等陣列中之每一者內的元件)之位置可不同於彼等圖式中所描繪之確切位置，只要移動足夠少以使得上文之各別解剖學描述保持不變即可。舉例而言，在圖3B中定位於頭部上之電極元件可向上、向下或向任一側移動，只要其保持定位於個體頭部之後側上部即可。類似地，在圖3A中定位於胸部上之電極元件可向上、向下或向任一側移動，只要其保持處於上胸部上即可。
在此有限移動範圍內，可使用針對每一個別個體之模擬(例如有限元素模擬)計算傳感器陣列之每一位置組合之所得電場且選擇提供最佳結果(例如具有高於1V/cm之強度的ROI之最高百分比)之組合來判定傳感器陣列中之每一者之最佳位置。隨後使用例如適合之顯示器或印出將對所選組合之指示輸出至照護提供者。照護提供者將在隨後將傳感器陣列施加至個體的藉由輸出指示之位置，將電極元件集合連接至AC信號產生器50，且開始TTFields治療。
圖9描繪使用模擬判定傳感器陣列中之每一者之最佳位置的一個實例。首先，在步驟S20中，使用對於相關技術領域中具知識者將顯而易見的各種方法中之任一者獲得相關解剖學體積之AC電導率(在將用於TTFields治療之頻率下)之3D模型。此模型指定每一體素之電導率。
陣列佈局之最佳化意謂尋找最佳化ROI內之電場的陣列佈局。可藉由執行以下四個步驟來實施此最佳化：(S21)識別該模型內治療所靶向之體積(目標體積)；(S22)在該模型上自動置放傳感器陣列且設定邊界條件；(S23)
在陣列已置放於該模型上且施加邊界條件後，計算在該模型內產生之電場；及(S24)運行最佳化演算法以尋找在目標體積內產生最佳電場分佈之佈局。下文提供用於實施此等四個步驟之一個詳述實例，但對於相關技術領域中具知識者將顯而易見的替代方法可取代下文描述之步驟。
步驟S21涉及在該模型內定位目標體積(亦即，界定所關注區域)。尋找在患者體內產生最佳電場分佈之佈局的第一步驟為正確識別將最佳化電場之位置及目標體積。
在一些實施例中，目標體積將為大體腫瘤體積(Gross Tumor Volume；GTV)或臨床目標體積(Clinical Target Volume；CTV)。GTV為腫瘤之大體可展現程度及位置，而CTV包括所展現腫瘤(若存在)及具有經推測腫瘤之任何其他組織。在許多情況下，藉由界定包含GTV之體積及為GTV周圍之預定義寬度添加一容限來找到CTV。
為了識別GTV或CTV，可能需要識別MRI影像內腫瘤之體積。此可由使用者手動執行、自動執行或使用利用使用者輔助演算法之半自動法來執行。當手動執行此任務時，可將MRI資料呈現給使用者，且可要求使用者基於資料勾勒出CTV之體積。可要求使用者在MRI之3D體積表示上勾勒出CTV，或可給予使用者查看資料之個別2D圖塊及在每一圖塊上標記CTV邊界之選項。一旦已在每一圖塊上標記邊界，即可找到解剖學體積內(及因此該模型內)之CTV。在此情況下，使用者所標記之體積將對應於GTV。在一些實施例中，隨後可藉由將預定義寬度之容限添加至GTV來找到CTV。類似地，在其他實施例中，可能要求使用者使用類似程序來標記CTV。
手動法之替代方案為使用自動分段演算法來尋找CTV。此等演算法執行自動分段演算法以使用結構MRI資料來識別CTV。
視情況，可實施MRI資料之半自動分段法。在此等方法之一實例
中，使用者反覆地將輸入提供至演算法(例如腫瘤在影像上之位置，大致標記腫瘤之邊界，劃分腫瘤所位於之所關注區域之界線)，該輸入供分段演算法隨後使用。隨後可給予使用者改進分段以獲得對體內CTV位置及體積之較佳估計的選項。
無論使用自動法抑或半自動法，所識別之腫瘤體積均將對應於GTV，且隨後可藉由將GTV體積擴展預定義量(例如將CTV定義為包含腫瘤周圍20mm寬之容限的體積)來自動找到CTV。
應注意，在一些情況下，對於使用者而言，界定其想要最佳化電場之所關注區域可能足矣。此所關注區域可為例如包含腫瘤之解剖學體積中的方塊體積、球形體積或任意形狀之體積。當使用此方法時，可能不需要用於準確地識別腫瘤之複雜演算法。
步驟S22涉及自動計算陣列在該模型上之位置及定向以供進行給定反覆。用於傳遞TTFields之每一傳感器陣列包含陶瓷盤片電極集合，其經由醫學凝膠層耦接至患者之身體。當將陣列置放於真實患者身上時，由於醫學凝膠會變形以匹配人體之輪廓，故盤片自然地平行於皮膚對準，且形成陣列與皮膚之間的良好電接觸。然而，虛擬模型係由剛性界定之幾何結構製成。因此，將陣列置放於該模型上需要一種找到陣列待置放之位置處模型表面之定向及輪廓以及找到確保模型陣列與患者模型之良好接觸所需的凝膠之厚度/幾何性狀的準確方法。為了能夠進行場分佈之完全自動最佳化，必須自動執行此等計算。
可使用各種演算法執行此任務，且一種此類演算法描述於第10,188,851號美國專利中，該美國專利以全文引用之方式併入本文中。
步驟S23涉及計算模型內之電場分佈以供進行給定反覆。一旦模型經建構且用於施加場之傳感器陣列(亦即電極陣列)已置放於模型上，則可產生適合於有限元素(FE)方法分析之體網格。接著，可將邊界條件施加於該
模型。可使用之邊界條件之實例包括針對傳感器陣列之狄利克雷邊界(Dirichlet boundary)(恆定電壓)條件、針對傳感器陣列之黎曼邊界條件(Neumann boundary condition)(恆定電流)或設定彼邊界處之電位以使得電流密度之法向分量之積分等於指定幅值的浮動電位邊界條件。隨後可使用適合之有限元素解算器(例如低頻準靜態電磁解算器)或替代地使用有限差分(FD)演算法求解該模型。可使用諸如Sim4Life、Comsol Multiphysics、Ansys或Matlab之現有套裝軟體執行網格化、邊界條件之強加及模型之求解。或者，可撰寫實現FE(或FD)演算法之自訂電腦程式碼。此程式碼可利用現有開源軟體資源，諸如C-Gal(用於產生網格)或FREEFEM++(以C++撰寫之用於迅速測試及有限元素模擬之軟體)。模型之最終解將為描述用於給定反覆之計算模型(phantom)內的電場分佈或相關量(諸如電位)之資料集。
步驟S24為最佳化步驟。最佳化演算法用於尋找最佳化至患者身體之患病區域(例如腫瘤)之電場傳遞的陣列佈局。最佳化演算法將利用用於自動陣列置放之方法及用於以定義明確之順序求解模型內之電場以便尋找最佳陣列佈局的方法。最佳佈局將為最大化或最小化電場在身體患病區域之某一目標函數的佈局。此目標函數可為例如患病區域內之最大強度或患病區域內之平均強度。選擇最佳佈局以供隨後使用。
存在多種可用以尋找患者之最佳陣列佈局的方法，其中兩種描述於下文中。一種最佳化方法為竭盡式搜尋。在此方法中，最佳化器將包括具有將進行測試之有限數目個陣列佈局的庫。最佳化器執行庫中之所有陣列佈局之模擬(例如藉由針對每一佈局重複步驟S22及S23)，且挑選在腫瘤中產生最佳場強度之陣列佈局(最佳佈局為庫中產生最佳化目標函數(例如傳遞至腫瘤之電場強度)之最高(或最低)值的佈局)。
另一最佳化方法為反覆搜尋。此方法涵蓋使用諸如最小下降最佳
化方法及單純形搜尋最佳化之演算法。使用此方法，演算法反覆地在身體上測試不同陣列佈局且針對每一佈局計算腫瘤中電場之目標函數。因此，此方法亦涉及針對每一佈局重複步驟S22及S23。在每一次反覆時，演算法基於先前反覆之結果自動挑選用以測試之組態。演算法經設計以收斂，使得其最大化(或最小化)腫瘤中場之經界定目標函數。
應注意，替代最佳化方案可用於尋找最佳化至身體患病區域之電場的陣列佈局。舉例而言，演算法組合上文所提及之各種方法。
一旦判定最佳化患者身體之患病區域內之電場的佈局(例如使用本文中所說明之方法中之任一者)，即可將電極貼附於所判定位置。
在如上文所描述貼附傳感器陣列之後，進行至步驟S25，其中在傳感器陣列之間施加交流電壓(例如，如第7,565,205號美國專利中所描述，該美國專利以引用之方式併入本文中)以治療疾病。在一些實施例中，交流電壓之頻率係在100kHz與300kHz之間。在一些實施例中，交流電壓之頻率為150kHz。
有利地，本文所描述之佈局可用於將TTFields以治療有效位準(亦即，大於1V/cm)傳遞至頸部。
應注意，雖然本文所描述之實施例描繪定位於個體皮膚表面上之傳感器陣列，但傳感器陣列或其子集亦可植入個體皮膚表面下。
雖然已參考某些實施例揭示本發明，但在不脫離如隨附申請專利範圍中所定義的本發明之領域及範圍的情況下，對所描述實施例的眾多修改、變更以及改變為可能的。因此，希望本發明不限於所描述實施例，而是具有由以下申請專利範圍之語言及其等效物定義之完整範圍。
S20:步驟
S21:步驟
S22:步驟
S23:步驟
S24:步驟
S25:步驟
Claims (19)
- 一種用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置的方法，該方法包含：獲得該個體之身體內的解剖學體積之交流(AC)電導率的3D模型；識別該3D模型內之目標體積；在該3D模型上置放該傳感器陣列的第一電極元件集合和第二電極元件集合且設定邊界條件；在該傳感器陣列已置放於該3D模型上且施加該邊界條件後，計算在該3D模型內產生之電場；運行一最佳化演算法以尋找在該目標體積內產生最佳電場分佈之佈局；將具有第一質心之該第一電極元件集合貼附至該個體之頭部，其中該第一質心定位於該個體之頭部上；將該第二電極元件集合貼附至該個體之胸部；及在該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間施加交流電壓，其中在貼附該第一電極元件集合及該第二電極元件集合之後執行該施加。
- 如請求項1之方法，其中該第一電極元件集合及該第二電極元件集合中之電極元件為電容耦合式。
- 如請求項1之方法，其中施加於該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間的該交流電壓具有100kHz與300kHz之間的頻率。
- 如請求項1之方法，其中該第一電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件，且其中該第二電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件。
- 如請求項1之方法，其中該第一質心定位於頭頂上。
- 如請求項1之方法，其中該第一質心定位於該個體之頭部之上表面上。
- 如請求項1之方法，其中該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。
- 一種規劃第一電極元件集合及第二電極元件集合在個體之身體上之定位的方法，該方法包含以下步驟：獲得在給定頻率下該個體之身體內一解剖學體積之電導率或電阻率之3D模型，其中該解剖學體積位於該個體之頸部中或頸部附近；識別目標組織在該解剖學體積內之位置；基於該第一電極元件集合及該第二電極元件集合之複數個佈局中的各別佈局、該電導率或該電阻率之該3D模型及該目標組織之經識別位置，分析與該複數個佈局相關聯之電場；及基於該分析之結果來選擇該複數個佈局中之一者，其中該第一電極元件集合具有第一質心，且其中在該複數個佈局中之每一者中，(a)該第一電極元件集合定位於該個體之頭部上，其中該第一質心定位於該個體之頭部上，且(b)該第二電極元件集合定位於該個體之胸部上。
- 如請求項8之方法，其中該第一質心定位於頭頂上。
- 如請求項8之方法，其中該第一質心定位於該個體之頭部之上表面上。
- 如請求項8之方法，其中該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。
- 如請求項8之方法，其中該給定頻率在100與300kHz之間。
- 如請求項8之方法，其進一步包含以下步驟：將該第一電極元件集合及該第二電極元件集合貼附至該個體之身體的對應於所選佈局之位置處；及 在該貼附步驟之後於該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間施加電信號，以便在該目標組織中強加電場。
- 如請求項8之方法，其中該電導率或該電阻率之該3D模型為電導率之3D模型。
- 一種用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置的方法，該方法包含：獲得該個體之身體內的解剖學體積之交流(AC)電導率的3D模型；識別該3D模型內之目標體積；在該3D模型上置放該傳感器陣列的第一電極元件集合和第二電極元件集合且設定邊界條件；在該傳感器陣列已置放於該3D模型上且施加該邊界條件後，計算在該3D模型內產生之電場；運行一最佳化演算法以尋找在該目標體積內產生最佳電場分佈之佈局；將該第一電極元件集合貼附至該個體之頸部後側；將該第二電極元件集合貼附至該個體之胸部；及在該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間施加交流電壓，其中在貼附該第一電極元件集合及該第二電極元件集合之後執行該施加。
- 如請求項15之方法，其中該第一電極元件集合及該第二電極元件集合中之電極元件為電容耦合式。
- 如請求項15之方法，其中施加於該第一電極元件集合與該第二電極元件集合之間的該交流電壓具有100kHz與300kHz之間的頻率。
- 如請求項15之方法，其中該第一電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件，且其中該第二電極元件集合包含平行佈線之複數個電極元件。
- 如請求項15之方法，其中該第二電極元件集合經定位而緊靠頸根部下方。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109135968A TWI830958B (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置以及規劃電極元件集合在個體之身體上之定位的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109135968A TWI830958B (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置以及規劃電極元件集合在個體之身體上之定位的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202216238A TW202216238A (zh) | 2022-05-01 |
| TWI830958B true TWI830958B (zh) | 2024-02-01 |
Family
ID=82558475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW109135968A TWI830958B (zh) | 2020-10-16 | 2020-10-16 | 用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置以及規劃電極元件集合在個體之身體上之定位的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI830958B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1703258A (zh) * | 2002-10-02 | 2005-11-30 | 斯坦顿有限公司 | 治疗肿瘤等的装置以及组成该肿瘤治疗装置的部件 |
| CN1976738A (zh) * | 2004-04-23 | 2007-06-06 | 诺沃库勒有限公司 | 使用不同频率的电场治疗肿瘤等 |
| CN101124011A (zh) * | 2004-12-27 | 2008-02-13 | 斯坦顿有限公司 | 利用电场从不同方向治疗肿瘤等 |
| CN101939052A (zh) * | 2007-06-29 | 2011-01-05 | 诺沃库勒有限公司 | 用电场治疗细菌 |
| CN103517732A (zh) * | 2011-03-10 | 2014-01-15 | 电核有限责任公司 | 用于无创电容式电刺激的设备和方法以及它们用于对患者颈部的迷走神经刺激的用途 |
| JP5538504B2 (ja) * | 2005-08-19 | 2014-07-02 | オールド ドミニオン リサーチ ファウンデーション | 超広帯域アンテナを備える細胞及び組織の治療用装置 |
| US20200046973A1 (en) * | 2011-03-10 | 2020-02-13 | Electrocore, Inc. | Electrical nerve stimulation to treat gastroparesis, functional dyspepsia, and other functional gastrointestinal disorders |
| US20200114142A1 (en) * | 2018-10-15 | 2020-04-16 | Novocure Gmbh | Generating Tumor Treating Fields (TTFields) with High Uniformity throughout the Brain |
| CN111481823A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-08-04 | 河北普尼医疗科技有限公司 | 一种基于电场治疗多器官肿瘤的装置 |
-
2020
- 2020-10-16 TW TW109135968A patent/TWI830958B/zh active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1703258A (zh) * | 2002-10-02 | 2005-11-30 | 斯坦顿有限公司 | 治疗肿瘤等的装置以及组成该肿瘤治疗装置的部件 |
| CN1976738A (zh) * | 2004-04-23 | 2007-06-06 | 诺沃库勒有限公司 | 使用不同频率的电场治疗肿瘤等 |
| CN101124011A (zh) * | 2004-12-27 | 2008-02-13 | 斯坦顿有限公司 | 利用电场从不同方向治疗肿瘤等 |
| JP5538504B2 (ja) * | 2005-08-19 | 2014-07-02 | オールド ドミニオン リサーチ ファウンデーション | 超広帯域アンテナを備える細胞及び組織の治療用装置 |
| CN101939052A (zh) * | 2007-06-29 | 2011-01-05 | 诺沃库勒有限公司 | 用电场治疗细菌 |
| CN103517732A (zh) * | 2011-03-10 | 2014-01-15 | 电核有限责任公司 | 用于无创电容式电刺激的设备和方法以及它们用于对患者颈部的迷走神经刺激的用途 |
| US20200046973A1 (en) * | 2011-03-10 | 2020-02-13 | Electrocore, Inc. | Electrical nerve stimulation to treat gastroparesis, functional dyspepsia, and other functional gastrointestinal disorders |
| US20200114142A1 (en) * | 2018-10-15 | 2020-04-16 | Novocure Gmbh | Generating Tumor Treating Fields (TTFields) with High Uniformity throughout the Brain |
| CN111481823A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-08-04 | 河北普尼医疗科技有限公司 | 一种基于电场治疗多器官肿瘤的装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202216238A (zh) | 2022-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP4021559B1 (en) | Delivering tumor treating fields (ttfields) to the neck | |
| JP7383679B2 (ja) | Ｍｒｉによる導電率測定値に基づいて頭部上の電極位置を最適化したｔｔｆｉｅｌｄ治療 | |
| JP7225373B2 (ja) | 異なる繰返し時間を有する２つのＭＲＩ画像から導出される低周波数（＜１ＭＨｚ）交流導電率推定 | |
| JP7267393B2 (ja) | 腫瘍治療場（ｔｔ場）の線量を定量化するための電力損失密度および関連する処置の使用 | |
| US20200146586A1 (en) | Creating Accurate Computational Head Models of Patients Using Datasets Combining MRI and CT Images | |
| CN112930209A (zh) | 生成遍及大脑具有高均匀性的肿瘤治疗场（ttfields） | |
| CN112955208A (zh) | 向受试者的脊柱解剖结构递送交变电场（例如，ttfields） | |
| CN114730631A (zh) | 用于优化换能器阵列放置的方法和装置 | |
| WO2021136960A1 (en) | Methods, systems, and apparatuses for combined tumor treating fields and mental health therapy | |
| TWI830958B (zh) | 用於判定傳感器陣列在個體之身體上之最佳位置以及規劃電極元件集合在個體之身體上之定位的方法 | |
| CN114868156A (zh) | 用于图像分割的方法、系统和装置 | |
| CN113939332A (zh) | 用于管理换能器阵列放置的方法、系统和装置 | |
| TW202231306A (zh) | 管理傳感器陣列佈置的方法、系統和設備 |