治療特別是雷射治療癌症或癌症前期的病狀的設備和方法
2023-05-13 14:17:31
專利名稱：治療特別是雷射治療癌症或癌症前期的病狀的設備和方法
技術領域：
本發明與腫瘤治療領域有關，涉及用治療光束特別是用不必是熱的雷射光束治療癌症或癌症前期的病狀的設備和方法。
背景技術：
通常，癌症為一種涉及外觀從普通細胞開始到稱為癌細胞的具有大體不正常形態和行為的細胞的過程。這些癌細胞依靠正常細胞迅速繁殖、重排，形成惡性腫瘤。因此，形成癌組織的有-以顯著結構性構造排列的與惡性腫瘤相應的實際癌細胞；以及-基質，即為惡性腫瘤提供支持和營養的結締組織。
癌症的形成經過各個已知的階段，從對一個勞損細胞的初始克隆發展到轉移性擴散。此外，在出現實際癌症前，患者要經過所謂的癌症前期的病狀。世界衛生組織將癌症前期的病狀分為以下兩種類型-臨床症狀顯著與高癌症風險關聯的癌症前期的病狀；-癌症前期的損傷，即組織病理學的異常，如果持續足夠長的時間，可以導致出現癌症。這些癌症前期的損傷也稱為發育異常。
為了治療癌組織或癌症前期的損傷，在腫瘤科當前已知的是使用所謂的光動力學治療方法(PDT)。這種比較新的方法是用光化反應來摧毀癌細胞。這種方法包括在第一步驟中用光敏藥物標出需處理的區域(癌組織或癌症前期的損傷)，再在第二步驟中用具有適當波長優選的是被光敏藥物吸收的雷射光束照射需治療的區域，激活光敏藥物，產生溶解細胞的化合物，保證破壞該處的癌細胞。根據需治療的癌症前期的病狀的類型，光敏藥物可以靜脈注入或口服，也可以直接敷在需治療的區域的表面，例如，治療皮膚癌、治療為由光老化引起的癌症前期的損傷的光角化病等。
光動力學治療的優點之一是能使用在治療區域產生少許甚至不產生熱效應的小功率雷射器(「非熱」雷射器)，因此不是破壞性的。
然而，光動力學治療具有若干缺點。第一個缺點與病人的對光過敏有關，要比較長時間地(通常在48小時左右)避免受到任何陽光照射。第二個缺點與使用昂貴的藥物(光敏藥物)有關，這使得這種治療花費很大，特別是這種治療必須重複若干次，以便行之有效。第三個缺點是對有些病人會出現與注射或敷用光敏藥物關聯的副作用。
發明內容
本發明的目的是為治療癌症或癌症前期的病狀提供一種新的解決方案，這種解決方案有著使用「非熱」治療光束的PDT的優點，但不需要使用光敏藥物。
因此，本發明所涉及的是一種治療癌症或癌症前期的病狀的設備，這種設備本身已知的是包括一個治療光源。
在特徵上，按照本發明，光源設計成能發射一個波長在1.2μm到1.3μm之間的治療光束。
本發明還涉及一種治療癌症或癌症前期的病狀的方法，這種治療方法用一個波長在1.2μm到1.3μm之間的治療光束照射需治療的部位，可取的是不需如PDT中那樣事先給予光敏藥物。
優選的是，這種治療設備的特徵是還具體具有下列附加特徵中的一個特徵和/或一些相互結合在一起的特徵-光源設計成能發射一個脈衝式治療光束；-每個脈衝的時間是可調的；-每個脈衝的時間可以設置成小於0.5s，優選的是在至少0.1s到0.3s之間；-兩個脈衝之間的時間間隔是可調的。
-兩個脈衝之間的時間間隔可以設置成大於0.5s，優選的是大於或等於0.9s；-發射治療光束的時間是可調的；-每次發射中的脈衝數是可調的；-每次發射中的脈衝數可以設置成至少在50到300個之間；-治療光束的功率是可調的；-治療光束的功率可以設置成至少在1W到5W之間；-脈衝的功率密度可以設置成至少在30W/cm2到300W/cm2之間。
-光源是一個雷射光源；-雷射光源包括一個拉曼光纖雷射器；-拉曼光纖雷射器包括一個泵浦雷射二極體，一個摻鐿光纖雷射器，以及一個用來變換摻鐿光纖雷射器產生的光束的波長的拉曼變換器。
本發明所揭示的治療方法優選的是具有下列附加特徵中的一個和/或一些相互結合在一起的特徵-治療光束有益的是一個脈衝式光束；-治療光束在需治療的部位處的功率密度(d)優選的是在30W/cm2到300W/cm2之間，最好是100W/cm2左右；-脈衝能量流量優選的是在1J/cmy到30J/cm2之間；-每次發射的總能量流量在6000J/cm2到90,000J/cm2之間，最好是30,000J/cm2；-兩個相繼脈衝之間的時間間隔(T)大於0.5s，具體些說，大於或等於0.9s。
-每次發射中的脈衝數(N)在50個到300個脈衝之間。
-每個脈衝的持續時間(t)優選的是小於0.5s，優選的是在0.1s到0.3s之間；-照射需治療的部位的操作重複若干次，優選的是每次照射操作之間休息至少一天。
已經指出，使用一個具有上述波長和功率特性的治療光束有益地在治療癌症前期的症狀或癌症中可以驚人地得到滿意的效果，而不需要使用在PDT的情況下要使用的藥物。因此，可以設想，運用上述功率和波段的治療光束可以直接從包含在癌細胞內的氧直接產生純態氧，引起足夠量的癌細胞壞死的方式與用由光束激活的藥物的PDT引起癌細胞壞死的可比擬。然而，發明者並不受這個說明約束。
從以下結合示出按照本發明所設計的一種治療設備的總體示意圖的附圖1對本發明的治療設備的一個優選實施例及其使用方法的說明中可以清楚地看到本發明的其他一些特徵和優點。
具體實施例方式
參見圖1，圖中所示的治療癌症或似癌病狀的設備1主要包括一個帶有光纖輸出端200的光源2和一個適配接口3。適配接口3概括地說用來將光源2在輸出端200產生的治療光束(L)導向需治療的部位。
適配接口本身為所屬技術領域的專業人員眾所周知，因此在本說明中不再詳細說明。它可由所屬技術領域的專業人員根據需治療的癌症或癌症前期的病狀的類型用與在PDT環境內所執行的相應方式選擇。以下為本發明的非限制性和非窮舉性的一些實例-在皮膚科或外科中，適配接口3為一個手持件，使醫師可以使光束儘可能靠近需治療的癌性腫瘤或癌症前期的損傷；-在ORL和眼科中，適配接口3可以是一個帶有瞄準雷射器的手持件、活組織顯微鏡或狹縫燈；-在消化科、呼吸科、泌尿科和婦科中，適配接口3為內窺鏡。
按照本發明的第一特徵，無論是什麼適配接口3，光源2都設計成能在輸出端200發射一個波長在1.2μm到1.3μm之間的治療光束。
這個治療光束優選的是一個相干光束(雷射)。然而，在另一個實施例中，治療光束可以是一個由功率足夠的光源產生隨後被濾光成只保留從1.2μm到1.3μm範圍內的頻率分量的非相干光束。
如圖1所示，設備1的光源2還包括使醫師能調整主光束(L)的發射參數(特別是，功率、脈衝數、每個脈衝的持續時間、兩個脈衝之間的時間間隔)的裝置(208，209，210，S1，S2，S3，S4，S5)，這些調整裝置將在下面詳細說明。
設備1還包括使醫師能按照業已設定的發射參數控制治療光束的激發的控制裝置4。控制裝置4包括例如一個操作踏板或任何其他等效的人工觸發裝置。
一般來說，在治療光束為雷射光束時，本發明並不局限於特定類型的雷射源2，可以使用任何為所屬技術領域的專業人員所知的允許發射滿足上述波長限制的雷射光束的雷射源。特別是(但不局限於)可以使用以下類型的雷射源-拉曼光纖雷射器，連續或脈衝式的；-鉻鎂橄欖石(Cr 4+Mg 2SIO 4)雷射器，脈衝或連續式的，由摻釹(Nd)的固態或光纖雷射器、摻鐿的固態或光纖雷射器泵浦或二極體泵浦；-脈衝或連續式的參量振蕩器，由另一個雷射源泵浦；-功率雷射二極體；-由另一個雷射源泵浦的固態連續或脈衝式拉曼變換器或雷射器。
在上面所提到的這些雷射器中，優選的是使用拉曼光纖雷射器，原因如下-這種雷射器的光纖輸出有助於將光束傳送到輸出端200；-所產生的雷射光束具有好的光譜和空間質量；-雷射源2有益地是袖珍的；-雷射源2可靠，不需要任何維護；-這種雷射源提供了雷射器的質量與生產成本之間的最佳折衷。
波長在1.2μm到1.3μm之間的拉曼光纖雷射器的優選實施例如圖1所示，光源2是一個拉曼光纖雷射器，包括一個波長為910-930nm或970-980nm的泵浦雷射二極體201、一個摻鐿(Yb)的光纖雷射器202和一個用於變換光纖雷射器202的輸出端的光束的波長從而得到一個波長為1260-1270nm的雷射光束的拉曼變換器204。
摻鐿(Yb)光纖雷射器202包括一根芯體用鐿摻雜的雙塗層光纖205和兩個光刻在光纖內的處在輸入端和輸出端的布拉格光柵207a。雷射器202的光纖輸出端203直接焊接到拉曼變換器204的輸入端上。
拉曼變換器204包括一根芯體用磷摻雜的光纖206和兩個設置為波長在1260-1270nm範圍內的處在輸入端和輸出端的布拉格光柵207b。變換器204使對雷射器202的發射波長的變換可以在單個步驟內執行。
在另一個備選方案中，可以使用一根與上述光纖不同的單模光纖，在這種情況下適當的是按照光纖的特性特別是所用摻雜劑的類型修改在拉曼變換器204的變換中的步驟的數目。
用單模耦合器來代替布拉格光柵也是可以的。
上面結合圖1所說明的可用來發射波長在1.2μm到1.3μm之間的治療雷射光束的拉曼光纖雷射器本身就是新穎的雷射器，因此可以有益地用於治療癌症或癌症前期的症狀的專用領域之外的其他應用(醫療或非醫療的應用)。
再來看圖1，雷射光束的功率由一個低耦合率的耦合器208和一個與電子控制裝置210連接的光電二極體209調整。電子控制裝置210還在輸入端接收一個第一連續設定信號(S1)，這個信號的值由醫師手動設定(例如，用一個電位器之類)，表示在雷射光束連續模式的設定功率。根據這個設定的值(信號S1)，電子控制裝置210通過在輸出端直接對激勵二極體201的電流進行控制自動地設定所發射的雷射光束的功率。因此，電子控制裝置210使醫師可以手動地將治療雷射光束的功率設定到一個預定值(設定信號S1)。
此外，電子控制裝置210在輸入端還接收另外四個連續設定信號S2、S3、S4和S5，它們的值由醫師手動設定-設定信號S2表示例如工作模式(連續還是脈衝式的)。
-設定信號S3表示例如在脈衝模式的情況下治療雷射光束的每個脈衝的持續時間；-設定信號S4表示例如在脈衝模式的情況下兩個相繼脈衝之間的時間間隔，-設定信號S5表示在控制裝置4每次驅動下發射治療雷射光束的持續時間(在脈衝模式的情況下也就是脈衝數)。
因此，電子控制裝置210根據設定信號S1至S5和由耦合器208和光電二極體209提取的信號控制激勵二極體201的電流，自動地設定所發射的雷射光束的物理特徵(功率，模式(脈衝還是連續式的)，發射持續時間，以及在脈衝模式的情況下每脈衝的持續時間和每個脈衝之間的時間間隔)。
治療方法對本發明的設備的操作如下步驟1醫師手動地設定治療雷射光束的發射參數(功率，模式(脈衝還是連續式的)，發射持續時間(或者，在脈衝模式的情況下為脈衝數)，以及在脈衝模式的情況下每個脈衝的持續時間和兩個脈衝之間的時間間隔)。
步驟2通過適配接口3，醫師以非常精確而本身是已知的方式調整雷射光束相對需治療的癌症或癌症前期的損傷的部位的空間位置。
步驟3對準好後，醫師驅動控制踏板4，發射以預定的發射參數的治療光束(照射需治療的部位)。
在這個靶位處理完後，醫師對另一個需治療的部位重複步驟2和3的操作，次數多到覆蓋腫瘤的或癌的或癌症前期的損傷的整個表面。
上述操作按照醫師根據不同病狀所確定的治療方案以一個頻率重複執行。
本發明的治療方法可以用於惡性或良性腫瘤的治療、癌症前期的症狀的治療，以及腫瘤的手術後、放療和/或化療後的治療。這種治療可以作為手術、化療或放療的補充，配合執行。
這種治療設備可以用來治療所有光束可及的癌症前期的損傷(發育異常原位癌)或癌症，必需的只不過是按照部位的位置選擇適當的適配接口。特別是，這種治療設備可以用來治療當前用PDT治療的所有癌症前期的損傷(發育異常，原位癌)或癌症。作為一個非限制性和非窮舉性的例子，可以治療的各種癌症包括-在ORL中口腔癌，甲狀腺癌，喉咽癌，喉癌，鼻咽癌；-消化系統食道癌，Barrett食道擴張，胃癌，結腸和直腸癌，胰腺癌，膽囊癌；-呼吸系統所有已知類型的呼吸道或肺癌；-在泌尿科中腎癌，睪丸癌，膀胱癌，前列腺癌，陰莖癌；-在婦科中子宮頸癌，子宮內膜(子宮)癌，陰道癌；-在皮膚科中光化性角化病，黑素瘤病，基細胞癌，上皮內瘤樣病變和扁平上皮癌。
無論是什麼類型的癌或癌症前期的損傷，優選的是使用脈衝雷射光束(L)而不是連續雷射光束，因為這能降低使組織燙傷的危險。
具體地說，無論是什麼類型的癌或癌症前期的損傷，本發明的治療方法和治療設備優選的是具有以下技術特徵中的一個和/或一些技術特徵。
雷射光束在需治療部位處的功率密度(d)優選的是在30W/cm2到300W/cm2之間，最好是100W/cm2，功率密度(d)定義為d＝P/S
其中P表示脈衝功率，而S表示雷射光束在需治療的部位處形成的光斑的表面積。
脈衝能量流量優選的是在1J/cm2到30J/cm2之間。在這裡要指出的是，脈衝能量流量(F)定義為F＝d×t其中，d表示脈衝功率密度，而t表示脈衝持續時間。
光斑的表面積(S)取決於雷射光束在光纖的輸出端的直徑、光束的「腰圍」和雷射器的光纖輸出端到需治療的部位之間的距離。對於給定的雷射光束的腰圍和直徑，雷射器的光纖輸出端越遠，光斑的表面積就越大，而功率密度和脈衝能量流量也就越小。
每次發射的總能量流量優選的是在6,000到90,000J/cm2之間，最好是30,000J/cm2左右，每次發射的總能量流量(FT)定義為FT＝F×N其中，N表示每次發射中的脈衝數，而F表示脈衝能量流量。
兩個相繼脈衝之間的時間間隔(T)必須大到足以防止任何使組織過熱。兩個相繼脈衝之間的時間間隔(T)優選的是大於0.5s，具體地說大於或等於0.9s。
再具體些說，每次發射用若干(N)個脈衝，優選的是50到300個脈衝，每個脈衝的持續時間(t)在0.1s到0.3s之間，就可以得到一個滿意的折衷，既能遵從上述能量流量值同時又將每次發射中的治療時間限制成不要讓病人不動的時間太長。
再具體些說，優選的是，這種治療設備的特徵是光束的脈衝功率在1W到5W之間，最好是3W左右，而在設備的輸出端處光束的脈衝功率密度在30W/cm2到300W/cm2之間，最好是100W/cm2左右。
治療方案由醫師具體按照腫瘤或癌或癌症前期的損傷的大小和所希望的讓病人不動的時間給出。
一個治療方案的例子是若干天每天一次或者若干天每三天一次。在每種情況下，優選的是重複照射需治療的部位的操作若干次，而每次照射操作之間休息至少一天。
儘管如此，應強調的是，本發明的治療不會產生有害的副作用，特別是不會使組織過熱，這是很有益的。因此，還希望的是，縮短一天中的照射需治療的部位的相繼操作多次執行治療方案的總時間，而無需如在上述這些方案實例的每次操作之間休息一天。
然而，本發明並不局限於上述參數和使用狀況，這些參數和使用狀況只是作為例示給出的。
權利要求
1.一種用於治療癌症或癌症前期的病狀的設備，該設備包括一個治療光源，其特徵在於所述光源(2)被設計成發射一個波長在1.2μm到1.3μm之間的治療光束。
2.按照權利要求1所述的設備，其特徵在於所述光源(2)被設計成發射一個脈衝式治療光束。
3.按照權利要求2所述的設備，其特徵在於每個脈衝的時間是可調的。
4.按照權利要求2所述的設備，其特徵在於每個脈衝的時間可以設置為小於0.5s，優選的是在至少0.1s到0.3s之間。
5.按照權利要求2所述的設備，其特徵在於兩個脈衝之間的時間間隔是可調的。
6.按照權利要求5所述的設備，其特徵在於兩個脈衝之間的時間間隔可以設置成大於0.5s，優選的是大於或等於0.9s。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的設備，其特徵在於治療光束的發射時間或在每次發射中的脈衝數是可調的。
8.按照權利要求2和權利要求7所述的設備，其特徵在於每次發射中的脈衝數設置成至少在50到300個之間。
9.按照權利要求1至8中任一項所述的設備，其特徵在於治療光束的功率是可調的。
10.按照權利要求9所述的設備，其特徵在於治療光束的功率可以設置成至少在1W到5W之間。
11.按照權利要求2和9所述的設備，其特徵在於脈衝的功率密度可以設置成至少在30W/cm2到300W/cm2之間。
12.按照權利要求1至11中任一項所述的設備，其特徵在於所述光源(2)是一個雷射光源。
13.按照權利要求12所述的設備，其特徵在於所述雷射光源(2)包括一個拉曼光纖雷射器。
14.按照權利要求13所述的設備，其特徵在於所述拉曼光纖雷射器包括一個泵浦雷射二極體(201)，一個摻鐿光纖雷射器(202)，以及一個用來變換摻鐿光纖雷射器產生的光束的波長的拉曼變換器(204)。
15.一種用於治療癌或癌症前期的病狀的方法，其特徵在於用一個波長在1.2μm到1.3μm之間的治療光束照射需治療的部位。
16.按照權利要求15所述的治療方法，其特徵在於所述治療光束是一個雷射光束。
17.按照權利要求15或16所述的治療方法，其特徵在於所述治療光束是脈衝式的。
18.按照權利要求17所述的治療方法，其特徵在於脈衝能量流量在1J/cm2到30J/cm2之間。
19.按照權利要求17或18所述的治療方法，其特徵在於兩個相繼脈衝之間的時間間隔(T)大於0.5s。
20.按照權利要求17或18所述的治療方法，其特徵在於兩個相繼脈衝之間的時間間隔(T)大於或等於0.9s。
21.按照權利要求17至20中任一項所述的治療方法，其特徵在於每次發射中的脈衝數(N)在50個到300個脈衝之間。
22.按照權利要求17至21中任一項所述的治療方法，其特徵在於每個脈衝的持續時間(t)小於0.5s。
23.按照權利要求17至21中任一項所述的治療方法，其特徵在於每個脈衝的持續時間(t)在0.1s到0.3s之間。
24.按照權利要求15至23中任一項所述的治療方法，其特徵在於所述治療光束在需治療部位處的功率密度(d)在30W/cm2到300W/cm2之間。
25.按照權利要求15至23中任一項所述的治療方法，其特徵在於所述治療光束在需治療部位處的功率密度(d)基本上等於100W/cm2。
26.按照權利要求15至25中任一項所述的治療方法，其特徵在於每次發射的總流量在6,000J/cm2到90,000J/cm2之間。
27.按照權利要求15至25中任一項所述的治療方法，其特徵在於每次發射的總流量基本上等於30,000J/cm2。
28.按照權利要求15至27中任一項所述的治療方法，其特徵在於照射需治療的部位的操作重複若干次，每次照射操作之間休息至少一天。
29.按照權利要求15至28中任一項所述的治療方法，其特徵在於不給病人用光敏藥物。
全文摘要
本發明揭示了一種治療癌症或癌症前期的病狀的設備，這種設備包括一個輸出波長在1.2μm到1.3μm之間的治療光束的治療光源(2)。所述光源(2)優選的是一個輸出脈衝式光束的雷射器。
文檔編號A61N5/067GK1909945SQ200580002407
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月10日 優先權日2004年1月14日
發明者若瓦德·澤穆裡, 伊戈爾·拉茲多布維 申請人:沙針工業科學光學系統和研究公司, 裡爾科學技術大學