用於傳送燒蝕性雷射能及確定受破壞腫瘤體積的裝置和方法
2023-05-02 07:02:51 1
專利名稱：用於傳送燒蝕性雷射能及確定受破壞腫瘤體積的裝置和方法
在現場或原地經由皮膚對惡性乳腺腫瘤進行雷射治療的方式目前已得到了發展，這種情況部分是由於每年接受乳房X線攝影的婦女數量增多，從而在早期就可檢測到乳腺癌。如果乳腺癌及其他癌症或腫瘤能在早期被發現的話，則可利用燒蝕作用如雷射能對腫瘤進行有效治療。
惡性腫瘤如乳腺腫瘤、肝臟腫瘤、腦瘤及頸部腫瘤的圖像導引雷射治療技術已發展了十多年了。例如，授予Dowlatshahi的美國專利No.5,169,396(第396號專利)涉及對腫瘤塊進行雷射治療的一種間隙式應用，該專利在此作為參考而被結合使用。總體上，第「396」號專利所披露的裝置包括一個探針、一個雷射器和一根光學纖維。所述探針具有用於插入腫瘤塊的一個細金屬套管，雷射器用於產生具有所選擇波長和強度的雷射，所述光學纖維用於接收雷射光線且將該光線傳輸至腫瘤塊中，此時將光學纖維插入所述套管，這樣一種經選擇且可接受的生理流體就在套管和光學纖維之間同軸流動。此外，將一個熱傳感件貼靠著插入腫瘤塊中以監控腫瘤的溫度。這樣，通過身體免疫系統將失去生命力的腫瘤逐漸清除掉且在六個月內由一個疤痕所取代。
但是，通常認為腫瘤的治療、特別是乳腺腫瘤的特殊治療是更加困難的，這是由於很難確定腫瘤的三維邊界，從而就難於確定全部腫瘤何時被破壞掉。
為解決這個問題，醫療工作者已利用了多種腫瘤塊鑑定技術來確定腫瘤塊的尺寸和外邊界。與雷射治療結合使用的常用鑑定技術的例子為磁共振成像技術、X光線攝影技術和超聲診斷技術。在利用一種鑑定技術時，通過使用立體定向技術或類似技術來確定坐標，該坐標就可鑑定腫瘤塊的實際尺寸。
為解決這個問題，在進行雷射治療時，將標記置於「正常」組織的一個0.5-1.0cm的區域內以劃分出腫瘤擴充的區域。「正常」組織所在的環區等於這樣一種組織的環區，即該組織包含有在通常的外科手術(如乳房腫瘤切除術)中所除去的腫瘤。通過經由一個針頭而將金屬標記插入，從而在3、6、9、12點鐘的位置處標識出腫瘤周圍的邊界。利用已知的立體定向技術並使用商業上應用的立體定向標籤來精確確定插入點。
這種標識元件是授予Dowlatshahi的美國專利No.5,853,366所披露的主題，該專利涉及用於間隙式治療的一種標識元件。總體上來說，第「366」號專利披露了可被整體置於病人身體中的一種標識元件，利用一種具有導引路徑的引導部件將該元件定位的病人身體中，從而標識出相應的腫瘤。該標識元件是利用輻射透不過的材料製成的，該材料包括可通過常用的X光線攝影技術、超聲診斷技術或電磁技術檢測到的任何材料。
醫療工作者還使用了除雷射治療之外的非外科技術來治療乳腺腫瘤。例如，他們嘗試利用了無線電射頻方式、微波方式及相關的低溫治療方式。
本發明已認識到上述問題，即提供一種非切除式的癌症治療方式、特別是乳腺癌的治療方式，這種方式可可靠地確定整個腫瘤是何時被有效破壞的。因此，目前存在進行非切除式癌症治療的需要，本發明即可解決這種問題以及由難於確定腫瘤是否被完整消滅而引發的問題。
發明內容
本發明通過提供一種裝置和方法來解決上述問題，該裝置和方法用於確定病人身體內的組織塊(例如乳腺組織)中被破壞的腫瘤塊(如乳腺癌)的體積，這樣，被破壞的腫瘤塊的圖形標識就可適當地形成於實際腫瘤塊的圖像上，因此就可即時可視性地監控對腫瘤塊的破壞程度。接合乳腺組織和乳腺癌或腫瘤對本發明進行描述，但應認識到本發明可應用於其他腫瘤或癌症的治療。本發明還可通過將病人置於一種商用的立體定向臺上來實現。如果將組織塊如乳腺固定且將目標鎖定，則可利用超聲和磁共振成像(MRI)技術來實現本發明。
本發明一個實施例中的裝置優選包括一個雷射槍。雷射槍具有一個其上帶有溫度傳感器的雷射探針和一個其上帶有多個溫度探測器的溫度探針。雷射槍將雷射探針插入腫瘤塊中以提供足夠量的雷射輻射且在雷射的施加點處測量腫瘤的溫度。然後，雷射槍將溫度探針插入人體中優選與腫瘤塊非常靠近的部位。在間隙式雷射治療過程中，溫度探針在腫瘤塊附近的多個位置處測量身體或組織的溫度。雷射探針和溫度探針最好包括有位置標記以使操作者精確地定位並確定探針之間的相互位置。
該裝置優選包括一個計算機控制系統，該計算機控制系統與雷射槍及其部件即雷射探針、傳感器、溫度探針和探測器電動連接。計算機控制系統利用操作數據如由控制系統從雷射探針和溫度探針處接收到的溫度數據及溫度傳感器之間的距離來確定被破壞的腫瘤塊的體積。在間隙式雷射治療的過程中，計算機控制系統可根據腫瘤塊溫度及腫瘤塊周圍的身體或組織塊的溫度而在任何時間計算出被破壞的腫瘤塊的體積。
在計算機控制系統計算被破壞的腫瘤塊體積的同時，計算機控制系統顯示出腫瘤塊被破壞的量的連續圖形標識，這些圖形標識可即時附加到實際腫瘤塊的圖像上。該圖形顯示使醫生在間隙式雷射治療的過程中能夠可視覺性地即時監控被破壞的腫瘤塊的量，這樣，使用者就可確定對腫瘤塊的破壞是在何時有效完成的。
因此，本發明的一個優勢在於提供了一種用於計算被破壞的腫瘤塊體積的裝置和方法，從而顯示出被破壞的腫瘤塊的圖形標識。
本發明的另一個優勢在於在雷射治療過程中可對腫瘤塊的破壞進行即時的可視性監控。
本發明的另一個優勢在於提供了一種用於確定腫瘤塊在何時被有效地完全破壞掉的裝置和方法。
本發明的另一個優勢在於提供了一種裝置和方法，在間隙式雷射治療的過程中，該裝置和方法用於確定乳腺腫瘤塊是在何時被有效完整破壞的。
通過下面的描述內容，並接合附圖可明確本發明的其他目的、特徵和優點，在附圖中相同的參考符號指示同樣的備件、部件、過程和步驟。
通過下文中詳細描述的發明內容和附圖可明確本發明的其他特徵和優點。
圖1A所示為確定被破壞的腫瘤塊的體積所用的本發明裝置的透視圖；圖1B所示為本發明裝置的一個透視圖，圖中顯示了雷射槍；圖2A所示為雷射探針和溫度探針在插入包含有腫瘤塊的組織塊或身體之前的一個示意圖；圖2B所示為被插入包含有腫瘤塊的組織塊中的雷射探針和溫度探針的一個示意圖；圖3所示為雷射探針和溫度探針的示意圖，圖中顯示了被破壞的腫瘤塊的體積與雷射探針的溫度傳感器及溫度探針的溫度探測器之間的相互關係；圖4A-4C顯示了在雷射治療的初始階段、隨後階段和最終階段的腫瘤塊破壞區以對腫瘤塊的消除情況進行可視性的即時監控；圖4D-4H顯示了在雷射治療的初始階段、隨後階段和最終階段的腫瘤塊破壞區的另一個圖形標識以對腫瘤塊的消除情況進行可視性的即時監控；圖4I和4J顯示了在腫瘤塊的不同破壞階段而在Tc、T1、T2、T3、T4、T5位置處的另一個柱形溫度標識圖；圖5A、5B和5C顯示了在治療之前和治療之後由彩色都卜勒超聲裝置檢測到的、在腫瘤塊周圍的腫瘤塊和組織塊中的血液流動情況。圖5A顯示了在沒有對比劑的輔助下而在治療之前的血流情況。圖5B顯示了在有對比劑的輔助下而在治療之前的血流情況。圖5C顯示了在治療之後的血流損失情況；圖6所示為一個照片，該照片中顯示了通過本發明的雷射治療而破壞的實際腫瘤塊。
具體實施例方式
現在參考附圖，特別參考附圖1A、1B、2A和2B，圖中總體上顯示了用於確定被破壞的腫瘤塊體積的裝置和方法。本發明通過依據將在下文中描述的腫瘤塊溫度和腫瘤塊周圍的組織塊溫度的相對溫度來確定被破壞腫瘤塊的體積而對被破壞腫瘤塊的體積進行圖形顯示或標識。該顯示圖最好提供給醫生或其他可對腫瘤塊的破壞程度進行即時可視性監控的操作者以確定整個腫瘤塊是在何時被有效完整破壞掉的。
本發明利用雷射探針的一個溫度傳感器和具有多個溫度傳感器或探測器的一個獨立的溫度探針來監控腫瘤塊內及腫瘤塊附近區域中的溫度。該溫度傳感器和溫度探針提供用以確定被破壞腫瘤塊的溫度數據，從而提供被破壞腫瘤塊的即時圖形顯示。
為計算被破壞的腫瘤塊體積，則須將溫度探針相對於溫度傳感器正確定位，二者之間的相對距離須精確確定。本發明利用布置在溫度探針和雷射探針上的多個位置標識以決定和確定溫度檢測器和雷射探針之間的相對定位，該內容將在下文中進行描述。
在一個實施例中，本發明優選包括一個雷射槍10，該雷射槍10包括一個在間隙式雷射治療過程中應用的探針保持件12。該探針保持件12用於接收一個雷射探針14和一個溫度探針16。雷射探針14和溫度探針16可移動性地插入探針保持件中且從其中延伸出。雷射探針14和溫度探針16通過雷射槍而保持在相對的固定位置中。根據本發明而可對雷射探針14和溫度探針16的定位進行人工控制或計算機控制。
雷射探針14包括一個溫度傳感器15。雷射探針14用於接收與雷射源20相連的一根光學纖維18，該雷射源20與一個計算機控制系統22相連。控制系統22優選通過一個溫度控制裝置24與溫度探針16及雷射探針14的溫度傳感器15相連，從而簡化與計算機控制系統22的電動連接。但是，雷射探針14和溫度探針16可具有均與一個中央計算機控制系統(圖中未顯示)相連的獨立控制系統。
更具體地說，雷射探針14包括用於插入腫瘤塊的一個較細的金屬套管和用於接收雷射或輻射且將其傳輸至腫瘤塊的一根光學纖維，所述光學纖維被插入套管中，這樣，就如在第「396」號專利中所描述的那樣，一種已選擇的生理流體或麻醉劑可在套管和光學纖維之間流動，如上所述，第「396」號專利在本申請中作為參考而被接合使用。在一個優選的實施例中，較細的金屬套管的長度約為18cm且由規格為16-18但優選規格為16的不鏽鋼製成。此外，所述光學或雷射纖維為直徑在400nm-600nm範圍內的石英纖維且具有一個球形頂端。該光學纖維是商業上應用的光學纖維，如來自Texas州的Woodland的SURGIMED製造的光學纖維。
可運用任何適當的流體泵26來輸送液體，這樣，腫瘤在雷射治療過程中的中心溫度就不會超過100℃或低於60℃。在一個實施例中，液體可以在0.5ml/min-2.0ml/min範圍內的一個速度傳輸。
雷射源20產生有效量的雷射輻射並將該雷射輻射施加到雷射探針14中。雷射源20最好是二極體雷射器。特別地，雷射源20是一種商業上常用的半導體805nm的二極體雷射器，例如由英格蘭劍橋的Diomed生產的雷射器。但是，本發明並不僅限於利用二極體雷射器，而可使用多種不同的適當雷射源。
雷射探針14還包括如前所述的一個溫度傳感器15。在腫瘤塊被破壞時，溫度傳感器15可有效地測量腫瘤塊中心的溫度。溫度傳感器15最好通過焊接或其他連接裝置直接附加到雷射探針14上，從而在雷射探針14的遠端28處測量腫瘤塊的溫度，雷射探針14的遠端28優選位於腫瘤塊的中心區域處。
溫度探針16的遠端30插入身體部位的組織塊內的身體之中，該部位與腫瘤塊相鄰(例如，最好距腫瘤塊10cm遠)且包圍腫瘤塊。溫度探針16具有多個溫度探測器32或傳感器，這些探測器或傳感器沿著溫度探針以不同的距離或間隔(例如，優選為0.5cm)布置。在一個優選實施例中，溫度探針16是由規格在16-20內且優選規格為16的不鏽鋼製作的。就如在圖3中進一步顯示的那樣，溫度探針16的溫度探測器32布置在T1、T2、T3、T4、T5處。依據這種結構，則可在距腫瘤塊表面的不同距離處得到腫瘤塊溫度測量值。該溫度數據與溫度傳感器的相應的距離相結合來計算被破壞的腫瘤塊的體積，因此，所述溫度數據被用來確定整個腫瘤塊是在何時被有效破壞的，該內容將在下文中描述。
如上所述，溫度探針16與雷射探針14的相對位置必須確定以精確計算被破壞的腫瘤塊的體積。如圖1A所示，溫度探針16和雷射探針14包括多個位置標識34以確定溫度探針16和雷射探針14的相對位置。位置標識34最好沿著溫度探針16的部分長度和雷射探針14的部分長度以優選0.5cm的距離均勻間隔布置。但是，本發明並不僅限於該距離而可包括處於不同位置處的相間隔位置標識。操縱者可利用這些位置標識來正確定位雷射探針及與雷射探針相應的溫度探針。
本發明優選包括計算機控制系統22，該控制系統22與雷射槍10及其部件即溫度探針和具有溫度傳感器15的雷射探針14電動連接。在腫瘤塊被加熱和破壞時，計算機控制系統22接收來自雷射探針14和溫度探針16的數據。該數據被用於計算在任何給定時間的被破壞的腫瘤塊的體積。所述計算是以來自溫度探針16和溫度傳感器15的溫度數據為依據的。計算機控制系統22利用被破壞的腫瘤體積計算值而在與計算機控制系統22相連的一個顯示器36上示意性地顯示出被破壞的腫瘤塊體積(即腫瘤塊破壞區)。
在一個實施例中，雷射槍10將雷射探針14和溫度探針16推入乳腺組織38中以破壞躺在檢查臺42上的病人41的乳腺組織38內的腫瘤塊40。雷射槍10布置在一個立體定向平臺或平桌44上。立體定向平臺或平桌44以通常的方式應用而在將溫度探針16和雷射探針14插入乳腺組織38之前辨識腫瘤塊40在乳腺組織38中的實際位置。在一個優選的實施例中，立體定向平臺或平桌44是由Danbury，Connecticut的LORAD/Trex MedicalStereoguide DSM製造的商用平臺。但是，可利用常用的放射照像辨識技術、超聲診斷辨識技術、熱成像辨識技術、磁成像辨識技術或其他類似辨識技術來實現上述的辨識。
在辨識出腫瘤塊40的位置之後，優選將多個標識元件46插入與乳腺腫瘤40相靠近的乳腺組織38中。標識元件46用於標識出被治療的腫瘤塊40，並隨後對治療區進行辨識和觀察，該內容在前面所述且在本申請中作為參考使用的第「366」號專利中做了進一步的描述。
通過明確腫瘤塊的真正位置，可利用雷射槍10在與乳腺組織38中的腫瘤塊40相關的一個最優位置處將雷射探針14和溫度探針16推入乳腺組織38中。本發明利用了一個探針引導件48以易於將溫度探針16和雷射探針14插入乳腺組織38中。在顯示器36上就可可視性地監控與腫瘤塊40及腫瘤塊周圍的組織塊的位置相應的雷射探針14、溫度探針16和標識元件46的位置。
如上所述，本發明利用一個雷射槍10以將雷射探針14和溫度探針16推入腫瘤塊和腫瘤塊周圍的組織塊中。雷射槍10可由任何適當的材料製成且可被構造成不同的結構。圖1B中顯示了這種結構的一個例子。
雷射槍10被定位在立體定向平臺44的一個導引機構52上，該立體定向平臺44可在插入雷射探針和溫度探針之前將雷射槍10定位。雷射槍10包括用於容納雷射探針和溫度探針及探針保持件12的一個殼體54，每個雷射探針和溫度探針所用的探針保持件12可從殼體中延伸出來。雷射槍10還包括附加在殼體上的一個對準部件56而在插入之前使雷射槍對準。雷射槍10還包括附加在殼體上的一個插入部件58以自動插入雷射探針和溫度探針。雷射槍10與控制系統59相連，該控制系統59包括一個計算機處理單元60。在雷射治療過程中，控制系統59運行以控制和監控溫度探針和雷射探針，例如控制雷射源和流體泵及監控所述溫度。
如圖2B所示，優選首先將雷射探針14插入腫瘤塊的中心。一旦優選性地將雷射探針14插入腫瘤塊40中，就如在圖2A和2B中進一步顯示的那樣，優選將溫度探針16插入且與雷射探針14平行定位(例如，最好距雷射探針約為1cm)。在治療過程中，溫度探針16和雷射探針14的最優位置對於監控從雷射探針的頂端產生的熱量的中心區是必需的。如下文所述，對雷射探針的中心區產熱圖譜進行監控是必需的，從而對治療過程中被破壞的腫瘤塊體積進行有效檢測。
由於相對於腫瘤塊40正確且精確布置雷射探針14及溫度探針16非常重要，因此，本發明優選將立體定向技術與標識元件相結合以對上述部件的布置進行監控。本發明還利用布置在每個溫度探針16和雷射探針14上的多個位置標識34來監控雷射探針14相對於溫度探針16的軸向定位。如上所述，位置標識34沿著溫度探針16和雷射探針14中的每一個以公知的距離優選0.5cm相互間隔。因此，位置標識34就被用於可視性地監控雷射探針14和溫度探針16的相對位置，這樣，除利用計算機自動調整外，還可利用人工來調整雷射探針14和溫度探針16的相對位置。
如圖3所示，溫度探針16優選包括一個溫度探測器T3，該溫度探測器T3與腫瘤塊40的外表面相接觸以測量該位置處的溫度。其他溫度探測器即T1、T2、T4和T5沿著溫度探針與T3以一定的距離(如上所述)間隔布置。每個溫度探測器與溫度探針14的溫度傳感器Tc(即，測量腫瘤塊中心的溫度)相距不同的徑向距離即r1、r2、r3、r4、r5。Tc和T3之間的徑向距離(即r3)是已知的，即Tc和T3之間的軸向距離優選為1.0cm。通過明確T3和其他溫度探測器(即T1、T2、T4和T5)之間的距離以及T3和Tc之間的徑向距離，利用勾股定理則可分別確定Tc與T1、T2、T4、T5之間的徑向距離，即對於一個直角三角形來說，其斜邊長度H與形成直角的側邊A、B之間存在如下關係，即H2＝A2+B2。
例如，(r1)2＝(T1-T3)2+(r3)2＝(1.0cm)2+(1.0cm)2＝2.0cm2，其中T1-T3＝1.0cm且r3＝1.0cm，因此，r1＝r5＝(2.0cm2)1/2＝1.4cm。基於同樣的計算，r4＝r2＝1.10cm，而T1-T2＝0.5cm且R3＝1.0cm。因此，腫瘤周圍的組織溫度相對於雷射纖維頂端溫度Tc的溫度可通過溫度探測器如T1、T2、T3、T4、T5來監控，所述監控是通過在距雷射纖維頂端不同的已知或相應的徑向距離來進行，如上述的r1＝1.4cm，r2＝1.10cm，r3＝1.0cm，r4＝1.10cm，r5＝1.4cm。
通過確定所述徑向距離，則可優選基於球體體積V的已知計算公式即V＝4/3∏r3來計算每個溫度探測器處的體積值，其中，r為距球體中心的徑向距離，而∏為通用的常值22/7即任一圓的周長與其直徑的比值。當任一溫度探測器處的溫度達到可對腫瘤塊進行破壞的溫度值時，在每個溫度探測器處的體積計算值與球形區域中被破壞的腫瘤塊的體積有效對應，該球形區域具有與溫度探測器相應的徑向距離，即為r1、r2、r3、r4和r5。
例如，在開始施加雷射輻射時，則在Tc的區域處及在Tc區域的附近對腫瘤塊40造成破壞。隨著時間的經過，與由T3所測量的溫度的增加相對應，被破壞的腫瘤塊的體積也增大。因此，被破壞的腫瘤塊的體積小於與所具有的徑向距離為r3的球形區域相應的體積。
當T3達到或增大至某一溫度優選為60℃時，該溫度可破壞腫瘤塊，即為腫瘤塊破壞溫度，被破壞的腫瘤塊體積與所具有的徑向距離為r3的球形區域的體積有效對應。被破壞腫瘤塊的球形形狀在侵蝕性乳腺腫瘤上得到確證，帶有乳腺癌的36個病人的腫瘤經雷射治療而被順次除去且由病理學者將其解剖並進行報告。
為確保整個腫瘤塊被有效破壞掉，雷射治療連續進行直至由另外的或外部溫度探測器即T1、T2、T4和T5測量的溫度達到或增大至腫瘤塊破壞溫度優選為60℃。在發生這種情況時，球形區域的體積中的腫瘤塊被有效破壞掉，該球形區域小於與外部溫度探測器相關的徑向距離為r1、r2、r4、r5的球形區域。在最外部溫度探測器如T1和T5所測量的溫度增大至腫瘤塊破壞溫度優選為60℃時，雷射治療結束。
應認識到對於破壞腫瘤塊和腫瘤塊周圍的組織塊所需的雷射能的能量也是可確定的。根據本發明人以前的研究，每破壞約為1cm3的腫瘤塊和/或腫瘤塊周圍的組織塊，則需要大約2500焦耳的雷射能。(例如，參見Dowlatshahi等的「超自然乳腺腫瘤的立體定嚮導引雷射治療(Stereotactically Guided Laser Therapy of Occult BreastTumors)」，ARCH.SURG.，Vol.135，pp.1345-1352，Nov.2000)。通過計算所破壞的腫瘤塊的量且假設腫瘤塊的破壞量需要約2500J/cm3的雷射能，則可計算破壞腫瘤塊的體積所必需的雷射能(J)。
應認識到本發明並不僅限於上述溫度探測器的數目、類型、定位和位置。例如，根據腫瘤的治療情況如腫瘤的類型和位置可利用多個位置和多個探測器。在一個優選的實施例中，將溫度探測器定位以有效地監控從與外部溫度探測器(例如T1和T5)相應的實際腫瘤塊至一定徑向距離的腫瘤塊破壞情況。
還應認識到本發明並不僅限於所述的腫瘤塊破壞溫度。根據上述的腫瘤治療情況可利用多個不同的溫度而與腫瘤塊破壞溫度相對應。在一個優選實施例中，優選的腫瘤塊破壞溫度至少為60℃。
計算機控制系統利用上述腫瘤塊破壞計算公式而將被破壞的腫瘤塊的圖形標識提供到一個圖形顯示器62，如圖4A所示，所述圖形標識最好在治療之前施加到實際腫瘤塊的一個圖像上。被破壞腫瘤塊的圖形顯示器62最好以圓形(2-D)或球形(3-D)標記顯示。除了顯示腫瘤塊之外，還示意性地顯示標識元件。
在圖4B中，顯示器62顯示了插入腫瘤組織之後的雷射探針14和溫度探針16。雷射探針14的頂端64在腫瘤塊40內居中布置，溫度探針16依前述而相對於雷射探針14布置。隨著溫度在空間中的升高及集中遠離雷射探針的頂端，溫度探測器在T3處測量腫瘤塊的破壞溫度(即最好為60℃)。在此溫度下，被破壞的腫瘤塊標記66就如在圖4B的顯示器顯示的那樣。隨著T1和T5處的溫度達到上述腫瘤塊破壞溫度，如圖4C所示，被破壞的腫瘤塊標記67就擴展而包含與T1和T5相關的被破壞腫瘤塊區域。
腫瘤塊破壞標記從腫瘤塊的實際圖形處以與溫度探針的外部溫度探測器(例如，T1，T5)的位置相應的距離向外擴展。如圖4C所示，在該距離下則有效完成了腫瘤塊的破壞。所述距離在約0.25cm-約0.75cm內變化，優選在約0.4cm-0.5cm範圍內變動。與公知的顯示情況相反，本發明的圖形顯示可即時且可視性地監控腫瘤塊的破壞情況，公知的顯示情況只是通過柱狀圖表來顯示在不同的腫瘤塊位置處的溫度。
在圖4D、4E、4F、4G和4H中顯示了對腫瘤塊的破壞進行即時可視性監控而在雷射治療的開始階段、隨後階段及終了階段的腫瘤塊破壞區的圖形表徵的另一個實施例。圖4D所示為沒有任何破壞區的腫瘤。圖4E、4F和4G和4H顯示了破壞區尺寸增大而擴展超過腫瘤區的情況。應認識到可利用不同的交叉剖面線、陰影線和示意圖來示意性地顯示腫瘤塊和破壞區。還應認識到可示意性地利用不同的顏色來顯示腫瘤塊和破壞區。
應認識到可與上述示意性視圖相結合來顯示溫度的圖形標識。圖4I和4J所示為一個柱形圖，該圖最好提供給系統的操作者。該柱形圖即時性地顯示了不同位置的Tc、T1、T2、T3、T4和T5點處的溫度。如圖4I所示，在Tc處的溫度大於在T3處的溫度，而在T3處的溫度大於在T2和T4處的溫度，在T4處的溫度大於在T1和T5處的溫度。隨著在這些點處的腫瘤塊破壞溫度的升高，破壞區也增大，柱形圖則即時改變為如圖4J所示的一個點。在該點處，T1和T5處的區域處於腫瘤塊破壞溫度優選為60℃之上。因此，操作者除可明確上述圖示情況之外，還可明確已被破壞的腫瘤塊的情況。
在另一個實施例中，本發明將血液循環測試與即時可視性監控相結合來確定整個腫瘤塊是何時被完全有效破壞的。在該實施例中可利用任何適當的血液循環測試。但是，優選利用對比度增強的彩色都卜勒超聲檢測技術，該技術使用了一種適當的對比劑和一種適當的變頻超聲波，從而當帶有顏色的血液在腫瘤塊周圍的腫瘤塊和組織塊(即乳腺組織)中循環時，則可對帶有顏色的血液進行觀察。該血液循環測試在治療之前和治療之後進行，且將結果進行對比以確定腫瘤塊是否已被有效破壞。
在本實施例中可利用任何適當的變頻器和對比劑。在一個優選實施例中，變頻超聲波是一個7.5MHz的線性陣列變頻超聲裝置，該裝置是由華盛頓Bothel的ATL生產的商用變頻超聲裝置。
此外，對比劑優選為一個聲波降解的清蛋白製劑，即為具有氣泡的一種聲波降解的清蛋白製劑。應認識到聲波降解的清蛋白製劑材料中氣泡的聲波反射對血液流動或血液循環產生彩色反應指示。特別地，該對比劑是由St.Louis，Missouri的Mallinkrodt生產的商用產品即OPTISON牌對比劑。
在治療之前，優選將有效量的對比劑注入血管中。該對比劑用來改進利用彩色都卜勒超聲技術產生的血液循環的圖示效果。通過將圖5A和5B所示的彩色都卜勒超聲波血液流動圖進行對比來顯示對比劑的效果。該對比劑用來產生圖5B所示而非圖5A所示的血液流動圖。通過將上述視圖進行對比，則可明確與圖5A所示的血流圖象相比，圖5B中的血液流動圖像得到了改進。
轉到圖5B，利用對比度增強的彩色都卜勒超聲波檢測腫瘤塊和腫瘤塊周圍的組織塊中的真實的血流量。在治療之後，再將對比劑噴入以觀察腫瘤塊內和腫瘤塊周圍的血液流動。隨著進一步的觀察，如圖5C所示，利用上述超聲波技術所檢測的腫瘤塊內及其周圍區域已沒有有效的血液流動。這就顯示出腫瘤塊及腫瘤塊周圍的組織塊已被有效破壞掉。如果腫瘤塊及其周圍組織塊已被破壞掉，則通過彩色都卜勒超聲裝置不能有效觀察到該被治療區域內的血液循環。將治療之前和治療之後的血液循環測試結果進行比較分析以用於確定整個腫瘤塊是否被破壞掉。
在雷射治療過程中，通過將有效量的對比劑噴入血管中也可觀察腫瘤塊中及腫瘤塊周圍的血液循環內的變化。這樣，在雷射治療過程中可對腫瘤塊和腫瘤塊周圍的組織塊中的血液循環進行即時監控。隨著越來越多的腫瘤塊和腫瘤塊周圍的組織塊被破壞掉，則流過該區域的血液也越少。隨著血液循環的降低，則可利用血液循環測試如彩色都卜勒超聲波測試來有效測量前面所述的血液循環中的減少量。這樣，在雷射治療過程中可連續監控彩色都卜勒超聲波檢測結果的圖示情況。所示圖示情況可在一個獨立的顯示器上顯示出來，或者可在雷射治療過程中添加到腫瘤塊的真實圖像上。在將病人從平臺上移開之前，該圖形顯示可進一步對治療的破壞情況進行即時監控。如果目標組織的一部分顯示出表徵生命力的血液流動，則可進行額外的雷射治療。應認識到可以任何適當的方式來形成圖示性標識，這樣就可對血液循環進行監控。
圖6中顯示了在本發明的雷射治療過程中被破壞的一個實際的腫瘤塊。圖中的中空區域表示由雷射治療所破壞的腫瘤塊和組織塊周圍的區域。如圖6所示，所示中空區域基本為圓形且直徑約為2.5cm-3.0cm。圖6顯示了雷射治療的乳腺腫瘤的一個切面。紅色環代表發炎區，該發炎區內的組織被破壞掉。紅色環的直徑與在圖5C中通過彩色都卜勒超聲裝置所看到的無血管區的直徑是相對應的。
本發明還提供了一種用於確定被破壞腫瘤塊體積的方法。該方法優選包括提供一個雷射槍的步驟。雷射槍還包括上面詳述的一個雷射探針和一個溫度探針。將雷射探針和溫度探針插入病人身體中，這樣就將雷射探針插入腫瘤塊中，而將溫度探針插入與腫瘤塊相鄰的組織塊中。雷射槍產生有效量的雷射輻射並通過雷射探針送入腫瘤塊中。雷射探針的溫度傳感器對腫瘤塊中的腫瘤塊溫度進行測量。溫度探針在沿著溫度探針的不同位置處測量腫瘤塊周圍的組織塊溫度。計算機控制系統優選與雷射槍及其部件即雷射探針、雷射探針的溫度傳感器、溫度探針和一個流體泵電動連接。如上所述，該計算機控制系統接收來自溫度探針和雷射探針的溫度數據和雷射數據以確定或計算被破壞腫瘤塊的體積。計算機(或操作者)對流體泵輸送的液體流進行調節，這樣，在雷射治療過程中，腫瘤塊的中心溫度即Tc就不會超過100℃或低於60℃。
計算機控制系統利用該計算值產生一個顯示圖而示意性地將被破壞的腫瘤塊顯示到實際腫瘤塊的圖像上。通過示意性地顯示被破壞的腫瘤塊的量，就如前面的內容所述，醫生就可即時且可視性地監控腫瘤塊所破壞情況，從而確定腫瘤塊是何時被有效破壞掉的。
在另一個實施例中，本發明的方法包括在將雷射槍插入腫瘤塊之前對腫瘤塊進行辨識的步驟。利用常用的X光線攝影技術、超聲診斷技術或電磁成像技術來進行該辨識步驟。優選利用前述的立體定向技術或類似技術確定用於辨識腫瘤塊實際位置的坐標。
在另一個實施例中，本發明在治療之前及治療之後利用了一個血液循環測試例如彩色都卜勒超聲檢測裝置來進一步證實整個腫瘤塊是在何時被有效破壞掉的，該內容已在前面的內容中進行了描述。如上所述，在雷射治療過程中也可利用血液循環測試以對腫瘤塊的破壞情況進行即時監控。
應認識到本發明並不僅限於間隙式雷射治療，特別是對乳腺腫瘤進行破壞的雷射治療。本發明可用於對多種不同腫瘤塊進行破壞的不同形式的非外科治療。
應認識到在不脫離本發明的範圍和新穎內容的情況下可對本發明進行變更和變化，還應認識到本申請只受到附加的權利要求的範圍的限制。
應認識到對本申請所述的優選實施例所作發改變和變更對於本領域的人員來說是很明確的。在不脫離本發明的精神實質和範圍的情況下且在不消除本申請的優勢的情況下即可作出所述變更和變化。因此，附加的權利要求也覆蓋這些變更和變化。
權利要求
本發明的權利要求如下所述1、用於確定被破壞腫瘤塊體積的一種裝置，該裝置包括具有溫度傳感器的一個雷射探針，溫度傳感器用於測量所述腫瘤塊的溫度；用於對與腫瘤塊相鄰的組織溫度進行測量一個溫度探針；與雷射探針和溫度探針電動連接的一個計算機控制系統，該計算機控制系統根據腫瘤塊溫度和組織溫度來確定被破壞腫瘤塊的體積；與計算機控制系統相連的一個顯示器，該顯示器對被破壞的腫瘤塊體積進行圖示性顯示。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中被破壞腫瘤塊的體積的圖示性顯示包括一個圓形標識。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述圖示性顯示包括一個球形標識。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述被破壞腫瘤塊的體積的圖示性顯示被添加到腫瘤塊的實際圖像上而對被破壞腫瘤塊進行即時可視的監控。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中在間隙式雷射治療過程中，對被破壞腫瘤塊進行即時的可視性監控。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中圖示性顯示還包括溫度傳感器和溫度探針的柱形圖。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中該裝置還包括用於接收雷射探針的一個雷射槍。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中該裝置還包括用於接收雷射探針和溫度探針的一個雷射槍。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中雷射探針用於接收一根光學纖維以將有效量的雷射輻射導入腫瘤塊中。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中雷射探針包括用於接收光學纖維的一個金屬套管，從而將有效量的雷射輻射引入腫瘤塊中，而生理液體和麻醉液體之一流入腫瘤塊中。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中將溫度傳感器插入與雷射探針相分離的腫瘤塊中。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中該裝置包括一個流體泵以將一定量的液體輸入具有一中心溫度的腫瘤塊中，從而使該中心溫度在60℃-100℃之間變化。
13.用於確定被破壞腫瘤塊體積的一種裝置，該裝置包括具有一個溫度傳感器和多個位置標識的一個雷射探針，溫度傳感器用於測量所述腫瘤塊的溫度；具有多個位置標識的一個溫度探針，該溫度探針用於對與腫瘤塊相鄰的組織溫度進行測量，所述雷射探針和溫度探針的位置標識使操作者易於確定雷射探針和溫度探針之間的相對距離；與雷射探針和溫度探針電動連接的一個計算機控制系統，該計算機控制系統根據腫瘤塊溫度和組織溫度來確定被破壞腫瘤塊的體積；與計算機控制系統相連的一個顯示器，該顯示器對被破壞的腫瘤塊體積進行圖示性顯示。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中所述位置標識沿著雷射探針和溫度探針中的每一個的至少一部分長度以相等的距離相互間隔。
15.根據權利要求13所述的裝置，其中所述位置標識沿著雷射探針和溫度探針中的每一個的至少一部分長度以0.5cm的距離相互間隔。
16.根據權利要求13所述的裝置，其中雷射探針和溫度探針均具有一個遠端。
17.根據權利要求16所述的裝置，其中雷射探針的遠端與溫度探針的遠端在軸向上相距1.0cm。
18.根據權利要求13所述的裝置，其中溫度探針包括5個溫度探測器，其中每個探測器位於沿著溫度探針的相應位置標識處。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中溫度探測器之一位於與雷射探針的遠端相距1.0cm的位置處。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中雷射探針的遠端在腫瘤塊中居中定位。
21.用於確定被破壞腫瘤塊體積的一種方法，該方法包括如下步驟提供具有一個溫度傳感器的一個溫度探針和一個雷射探針；將雷射探針和溫度探針插入以測量腫瘤塊的溫度和腫瘤塊周圍的組織塊的溫度；根據腫瘤塊溫度和組織塊溫度確定被破壞的腫瘤塊的體積；將被破壞腫瘤塊的體積的圖形標識顯示出來。
22.根據權利要求21所述的方法，其中被破壞腫瘤塊體積的圖形標識包括一個圓形標識。
23.根據權利要求21所述的方法，其中對被破壞腫瘤塊的圖形標識進行顯示包括顯示出一個球形標識。
24.根據權利要求22所述的方法，其中對被破壞腫瘤塊體積的圖形標識進行顯示包括將破壞區的圖像添加到腫瘤塊的圖像上。
25.根據權利要求21所述的方法，其中該方法包括對被破壞腫瘤塊的體積進行即時可視性監控的步驟。
26.根據權利要求21所述的方法，其中該方法包括在間隙式雷射治療過程中對被破壞腫瘤塊體積的圖形標識進行顯示。
27.根據權利要求21所述的方法，其中該方法包括利用血液循環測試來確認整個腫瘤塊被有效破壞掉。
28.根據權利要求27所述的方法，其中該方法包括在腫瘤塊被破壞之前及破壞之後進行血液循環測試。
29.根據權利要求21所述的方法，該方法包括在對腫瘤塊進行破壞過程中進行一次血液循環測試，並對血液循環測試進圖示性顯示以對被破壞的腫瘤塊體積進行即時監控。
30.根據權利要求21所述的方法，該方法包括如下步驟，即對雷射探針與溫度探針的相對距離進行測量。
31.根據權利要求30所述的方法，其中所述測量步驟包括通過利用位於每個雷射探針和溫度探針上的多個位置標識進行測量。
32.根據權利要求21所述的方法，該方法包括將腫瘤塊的中心溫度保持在60℃-100℃範圍內的一個步驟。
33.根據權利要求21所述的方法，該方法包括這樣一個步驟即對與被破壞的腫瘤塊體積相應的雷射能量進行計算。
全文摘要
確定被破壞腫瘤塊(40)的體積所用的一種裝置和方法，該裝置包括一個溫度探針(16)和一個雷射探針(14)，雷射探針(14)具有一個溫度傳感器(15)。雷射探針(14)和溫度探針(16)被插入以測量腫瘤塊(40)的溫度和腫瘤塊(40)周圍的組織塊(38)的溫度。通過確定被破壞腫瘤塊(40)的體積，則可得到對治療腫瘤進行監控的圖示狀況。
文檔編號A61B6/04GK1511011SQ02810549
公開日2004年7月7日 申請日期2002年4月12日 優先權日2001年4月13日
發明者坎比澤·道拉特肖, 坎比澤 道拉特肖 申請人:凱爾西有限公司