專利名稱：含有用于分配輻射的平移分配器的治療和診斷系統與方法
技術領域：
本發明一般地涉及對病人進行治療和診斷的系統與方法。具體地說，本系統與方法涉及對人或動物體內的腫瘤進行治療和診斷的系統與方法。更具體地說，本發明涉及對人或動物體內的部位優選地進行交互式光動力學治療(PDT，photodynamic therapy)和/或光熱治療(PTT，photothermal therapy)和/或光動力學診斷(PDD，photodynamic diagnosis)的系統與方法，其中，電磁非電離輻射被傳導到所述部位，以便產生輻射反應，其中，本系統包括分別從至少一個輻射源到一個反應部位以及從反應部位到至少一個輻射傳感器的輻射分配器，并且其中，所述反應部位最好是具有腫瘤(諸如惡性腫瘤)的腫瘤部位。
背景技術：
在腫瘤病變的醫療領域中，已經開發出多種用于惡性腫瘤病變的治療模式手術、細胞生長抑制治療、電離輻射(γ射線或質點輻射)治療、同位素治療和使用放射性針頭的緩釋放射治療都是普通治療模式的實例。盡管在治療方面取得巨大進展，仍然有更多的人群患上腫瘤病變，并且在西方國家中這是形成高死亡率的原因。一種比較新的治療模式，光動力學治療，通常縮寫為PDT，在治療領域中提供了一種有益的補充或替代。一種腫瘤搜索劑，通常被稱為預報器或敏化劑，以靜脈注射、口服或局部的方式被施加于人體。它在惡性腫瘤部位的積累量通常高于周圍的健康組織中的積累量。然后，用通常來自激光器的不產熱的紅光來照射腫瘤區域，使敏化劑激發到一種更活躍的狀態。通過從已激活的敏化劑到所述組織的氧分子的能量轉移，使得氧從它正常的三個一組的狀態轉移到已激發的獨態。已知獨態氧對組織來說是特別有毒性的；細胞受到輻射并且組織走向壞死。由于敏化劑局限于腫瘤細胞，所以得到一種獨特的選擇性，使周圍的健康組織免受損害。根據臨床經驗，特別是使用血卟啉衍生物(HPD，haematoporphyrin derivative)和δ-氨基乙酰丙酸(ALA，aminolevulinic acid)，已經顯示出良好的結果。
敏化劑還可以呈現一種更加有用的特性；當用可見光或紫外輻射來激發該物質時，它將產生一種特征的、向較長波長移動的熒光信號。這個信號與所述組織的內在的熒光形成鮮明的對比，后者也被稱為自身熒光，并且被用來定位腫瘤，并且用于量化組織中敏化劑的攝入量大小。
光動力學治療(PDT)的一個重大缺點就是所激活的輻射在組織中的有限穿透力。其結果是，通過表面照射，只能處理厚度小于5毫米的腫瘤。為了處理更厚的和/或處于深層的腫瘤，可以使用間質光動力學治療(IPDT，interstitial photodynamic therapy)。這里，使用例如一個在其管腔中放置了一根光纖的注射針頭，把傳導光的光纖帶到腫瘤部位。
為了實現有效的治療，已經使用多根光纖來保證所有的腫瘤細胞都受到足夠劑量的光照，以便獲得有毒的獨態。進行所述組織的吸收和擴散特性的劑量計算已經被顯示為可實現的。例如，在瑞典專利第SE 503 408號中描述了一個IPDT系統，其中，6根光纖被用于治療，同時用于測量從其它光纖穿透所述組織到達一根給定光纖的光通量。這樣一來，就能實現用于腫瘤的所有部分的正確光劑量的改進計算。
根據第SE 503 408號專利的公開內容，使用一個具有大量機械和光學部件的分光器系統，把來自單個激光器的光分為6個不同的部分。然后，這些光被聚焦到6根單獨的治療用光纖中的每一根。一根光纖被用作發射器，同時其它光纖被用作穿透所述組織的輻射的接收器。為了進行光測量，以機械方式將光檢測器轉動到光路之中，使光路因此被阻斷，并且，對來源于收集被施加到所述組織的光的光纖的弱光進行測量。
然而，這樣的開放光路導致在分光過程中的大量損失，并且所導致的光損失極大損害了光分配和光測量。而且，這樣一個系統必須經常用光學方法進行調整，這也是在臨床治療方面的一個重要的缺點。所述系統又大又重，并且難以集成到一個對用戶友好的裝置之中。還有，難以控制被送往每一根個別的光纖的光的功率，這使得測量結果不可靠。
在專利PCT/SE02/02050號中已經提出了對這些問題的解決方案，其中，描述了一個具有兩個可以互相旋轉的圓盤的輻射分配器。所述輻射分配器在不同操作模式之間對光纖進行耦合。為了把幾個光源切換到一根通往病人的光纖，描述了具有總共4個圓盤的組件。需要進一步地縮小所描述的解決方案的尺寸，以便進一步地使系統的尺寸最小化。
專利第EP-A1-0523417號公開了一個管道開關，用于分配放射性發射器和/或用于放射治療的測試對象，即，對人體進行放射性輻射治療。所述發射器或測試對象在導管中可移動的柔軟導線上在導管線內傳送。用于把柔軟導線傳送到開關的第一管道一方面與可移動的切換元件相連接，同時進一步地將所述柔軟導線傳送到身體的第二管道與第二靜止的切換元件相連接。這兩個切換元件彼此之間是可移動的，并且因此，管道的不同構象(constellation)是可能的。然而，當從一個構象改變到另一個時，在每一個切換過程之間，柔軟導線必須縮回，否則，切換元件的相對運動將會受到阻礙。因此，切換時間和處理時間將十分長。而且，所述管線本身不適合于傳導輻射，它們僅為從其中穿過的柔軟導線提供外部保護和導管。所述結構也顯得粗大，并且不適用于小的光纖。還有，所述公開內容的安排僅適用于治療，而不適合于診斷，并且有關交互式協同工作的內容未見公開。
專利第EP-A2-0280397號公開了一個可消毒的內窺鏡，它具有一個中心的相干光纖束，用于把圖像傳送到一個觀察裝置。所述光纖束被大量的光纖所環繞。所述內窺鏡的近端備有一個耦合裝置，用于將光纖束對準觀察裝置的光學系統，并且用于提供一個與光發射裝置的接口，以便把光從光源沿著光纖傳送到待檢查的體腔。所述裝置可以用于通過光治療術進行腫瘤細胞的檢測和治療。一種染料被施加到正在被檢查的、并且隨后暴露于一種激發的激光頻率的組織。腫瘤細胞將發出熒光，后者被檢測并且被顯示在視頻監視器上，同時，與這種熒光頻率相同的光通過光纖被傳送到所述細胞，以便進行光治療處理。然而，所公開的內容僅使用單波長的光源，因此，在不采用人工改變光源的條件下，不可能進行多方面的診斷。而且，不可能在光纖的不同構象之間進行切換，即，所有光纖通常具有相同的功能(光輸入或光輸出)。在專利第EP-A2-0280397號中所說明的耦合裝置僅被用來通過一個在使用之前已被裝配好的兩部分的內窺鏡來調整光路。此外，不同的光纖被用來將治療用光引導到一個腫瘤部位，并且通過內窺鏡來反向引導診斷用光，在不同的操作模式之間不進行分配。這種解決方案既沒有提供例如交互式治療，也沒有提供腫瘤的映射。因此，需要有一種新型的緊湊裝置，它允許在一個系統中，為在人或動物體內進行治療和診斷而進行輻射的分配，其中，所述治療和診斷包括PDT、PTT和PDD。還有，本發明所解決的又一個問題就是提供一個涉及現有技術的替代的解決方案。

發明內容
本發明克服了現有技術中的上述缺陷，并且通過提供一種根據所附的專利權利要求書的系統和方法，來解決至少上述問題，其中，實現了交互式IPDT的一種非常實用和有效的實施方式，它以一種集成的和簡單的方法來進行用于診斷和幅射劑量測定的不同光學測量。本發明的一項重要的應用就是交互式間質光動力學治療和/或交互式光熱腫瘤治療。根據本發明，使用諸如在PCT/SE02/02050中所描述的現有光輻射分配器的系統的尺寸被進一步地縮小。而且，本發明允許這樣一種現有的光輻射分配器，通過減小分配器的整體尺寸來改進切換功能。根據本發明的一個實施例，由于消除了至少一個衰減部位，即，一個額外的開關，所以診斷用光的損失得以減小。本發明還提供增加了的靈活性并且減小了機械公差的影響。而且，本發明是對與根據現有技術的系統有關的問題和缺點的一個替代解決方案。
在本說明書的下文中使用的術語“輻射”指的是適用于本發明的領域，即適用于交互式光動力學治療(PDT)和/或光熱治療(PTT)和/或光動力學診斷(PDD)的輻射。更具體地說，這種輻射是“光學”輻射，即，處于紅外(IR)、可見光或紫外光波長范圍內的非電離電磁輻射。這也涉及輻射源、輻射導體、輻射傳感器、輻射開關等。在規定本發明的各實施例和權利要求書的范圍內，即，這些用于“輻射”的源、導體或傳感器適于產生、傳導、測量上述的非電離輻射。
根據本發明的一個方面，一個用于對人或動物進行治療和/或診斷的系統包括至少一個輻射分配器，它包括至少一個縱向平移(translatory)元件，諸如一個滑板，后者具有至少兩個可以互相產生位移的部分，用于以不同構象耦合多個輻射導體用于所述系統的不同操作模式。通過移動至少一個縱向平移元件，即，通過使縱向平移元件沿著它的縱軸相對于其它部分發生運動，來實現在不同構象之間進行切換用于所述系統的不同操作模式。因此，借助于含有緊湊的平移切換裝置的系統，以一種有效的方式來完成下列操作，諸如把一個輻射源耦合到單個輸出輻射導體和/或將多個輻射導體從人或動物體內的一個部位耦合到至少一個輻射檢測器。
一個縱向平移裝置元件可以被固定并且另一個可移動，或者兩個彼此之間(例如，相對于一個固定的外殼)都是可移動的。


為了更詳細地解釋本發明，下面將參照附圖，對本發明的多個實施例進行說明，在附圖中圖1是一份示意圖，表示在根據本發明的一個系統中，處于腫瘤治療方式的本發明的一個實施例，其中，光導管以間隙的方式插入到腫瘤中；
圖2是一份示意圖，表示處于腫瘤治療方式的本發明的另一個
具體實施例方式
圖1是一份示意圖，表示在根據本發明的一個系統中的本發明的一個實施例。為了簡化各實施例的說明，在所有附圖中，用于相似元件的參考數字將不重復出現。現在，參照圖1-4和圖9來說明根據本發明的系統的分配器的一個實施例100。輻射分配器1包括兩個縱向擺放彼此靠近的縱向平移元件，它們根據不同的參數，諸如將輻射導體固定到平移元件的方式，由例如1厘米厚的鋼或者幾厘米厚的復合材料制成。當一個接觸元件，例如傳統的光纖連接被用來將輻射導體固定到縱向平移元件時，這些連接保證了機械穩定性，并且決定了所述元件的大小。在輻射導體是直接附著到縱向平移元件的光纖的情況下，這些元件更加緊湊。在以微機械方式來實現縱向平移元件的情況下，甚至可以得到更小的尺寸。由此，這些縱向平移元件以這樣一種方式被排列，通過適當地定位這兩個元件彼此之間的相對位置，使得它們可以彼此縱向平移，使得被分別固定到第一縱向平移元件110、150上的孔2的多個輻射導體144-146或者102a-102f，131a-131j，160，諸如光纖，被耦合至分別被連接到第二縱向平移元件111、151上的孔2的第二組光纖160或120a-120f。圖1所示的系統100包括兩個含有縱向平移元件110、111、150、151的輻射分配器A和B。在圖1至4中，這些元件被表示為縱向元件。然而，它們可以具有另外的幾何形狀，如在圖5-8中可以看到的那樣。而且，至少一個所述元件可以被集成到一個外殼等。這些元件可以是滑板，通過輻射導體將治療用輻射或者診斷用輻射傳送到病人那里。
在診斷位置上，輻射被耦合到至少一個輻射檢測器130。系統100的診斷部分包括2-1、3-1，...，n-1輻射分配器A，其中，n為診斷光源141、142、143的數目。該輻射分配器包括兩個可平移的元件150、151。這兩個元件中的每一個都可以以這樣一種方式相對于另一個平移元件發生移動，使得每次將一個診斷輻射源耦合到輻射導體160，并且經由第二輻射分配器B進一步耦合到待治療的病人部位。下面將參照圖2和3，詳細地說明這種診斷方式。而且，可以同時使用多個診斷用輻射源。在這種情況下，幾個診斷輻射源可以被調制，使得可以借助于例如一種鎖定方法或者通過信號的多路復用，來同時檢測所述診斷用輻射，其中，在診斷方式下，最好是關閉治療用輻射。
主輻射分配器B包括兩個平移元件110、111。這兩個平移元件110、111相對于另一平移元件來說可移動，如箭頭105、106所示。以這樣一種方式來控制移動，使得多個輻射導體120a-120f把輻射引導到病人的腫瘤部位，并且從其引導輻射。主輻射分配器B在診斷操作模式和治療操作模式之間進行切換。跟病人進行雙向輻射傳導的輻射導體120a-120f被固定到平移元件111。主輻射分配器B的平移元件110包括一個(3N-1)至N的輻射分配器，其中，N是被固定在元件111之上的、跟病人進行雙向輻射傳導的輻射導體120a-120f的數目，并且(3N-1)是被固定在平移元件110之上的輻射導體的數目，其中，N是被連接到光源101a-101f的輻射分配器102a-102f(的數目)，并且2(N-1)是被連接到輻射檢測器130的輻射分配器131a-131j(的數目)，并且有一個，160，被連接到診斷用輻射源240。
在治療模式下，按照圖1所示方式對B進行調整。來源于輻射源101a-101f的治療用輻射被耦合到輻射導體102a-102f。這些輻射導體，諸如光導管或光纖，被耦合到平移元件110。元件110以這樣一種方式跟平移元件111對準，使得來自光源101a-101f的光被耦合到輻射導體120a-120f，然后到達病人的治療部位。
在診斷模式下，以這樣一種方式對輻射分配器A進行調整，使得診斷用輻射源141、142、143中的一個被耦合到輻射導體160。可替代地，在所述系統中僅使用一個診斷用輻射源，如圖2和3所示。在診斷模式下的主輻射分配器B被這樣調整，借助于輻射導體160，使得N根病人用光纖120a-120f中的一根被耦合到一個診斷用輻射源。通過令平移器元件110、111彼此橫向滑動來完成這一步，如箭頭205、206所示。從病人部位通過多個輻射導體120a-120f中的其余(N-1)個輻射導體返送回來的輻射也被稱為診斷用輻射。這種診斷用輻射從通往輻射檢測器130的多個輻射導體131a-131j被耦合到(N-1)個輻射導體。其后，以這樣一種方式來調整輻射分配器B，使得N個病人用輻射導體120a-120f中的另一個被耦合到診斷用輻射的發射光纖160。再一次通過令平移器元件110、111互相橫向滑動來完成這一步，如箭頭305、306所示。這樣一來，另一組(N-1)個輻射導體從通往輻射檢測器130的多個輻射導體131a-131j被耦合到(N-1)個輻射導體。這個過程被重復N次，直到輻射導體160至所述N個病人用輻射導體的所有N個耦合組合都完成為止。在系統中出現n個診斷輻射源的情況下，對n個輻射源中的每一個都進行N次測量，由此得到(N*n)個診斷測量結果，每一個測量結果提供(N-1)個測量數值。可替代地，上述順序可以被改為在切換到至病人的下一個輸入輻射導體之前，順序地施加n個輻射源。所述檢測器可以是單個檢測器，或者多個檢測器，或者一個陣列檢測器。
圖4是一份示意圖，表示根據本發明的系統的又一個實施例，其中，又一個輻射分配器C被用來使至檢測器430的輻射導體的數目最小化。分配器C包括兩個平移元件470、471。這兩個平移元件470、471相對于另一個平移元件來說分別是可位移的。對應于用于傳導來自病人的診斷用輻射的(N-1)個輻射導體的一組(N-1)個輻射導體431a-431e被固定到平移元件470，并且被引導到檢測器430。在本例中，2*(N-1)個輻射導體131a-131j(如圖1所示，分別被連接到元件110和檢測器130)從平移元件110被連接到平移元件471。以這樣一種方式來調整輻射分配器C，使得多個導體131a-131j中，只有(N-1)個輻射導體通過輻射導體431a-431e被耦合到檢測器430。可替代地，平移元件471可以跟平移元件110集成在一起，并且平移元件470可以跟平移元件111集成在一起(在圖中未示出)。這樣一來，一個和同一個平移器可以(同時)用于治療和診斷測量。
在上面給出的示例性的實施例中，N＝6和n＝3。然而，其它數目的N和n也是同等地可能的。
在根據本發明的系統的至少機械部分，為了校準的目的，在平移器111中可以出現第七孔。最好是，這個孔精確地位于平移器111上的輻射導體120d和120c之間，參照圖1-4所示的線性平移器。至于圖5-8所示的圓盤510，第七孔最好是位于圓盤510上的各孔513之間的任何位置。第七孔被用來將輸入輻射導體的位置精確地定位于輻射分配器的對面元件上的孔中。第七孔可以直接地安裝一個輻射傳感器，或者被連接到一個輻射傳感器，以便檢測來自相對一側的、面向第七孔的一個輻射導體所發出的輻射。這樣一來，輻射分配器的各個元件的定位可以被校準。例如，第七孔的位置可以被用來使驅動這些元件的步進馬達的位置調零。第七孔可以以相同的方式被同等地用來校正根據本發明的系統的平移元件550或者任何其它平移元件的位置。
為了校正根據本發明的整個系統(包括輻射部分)的目的，在通過對由例如無菌的脂肪乳劑水溶液制成的已校準的人體組織模型或者由例如Delrin制成的無菌的固體人體模型的直接測量來進行處理之前，記錄系統的整體性能。治療用輻射源的性能可以由內部和/或外部功率計來監測。
現在參照圖5-8來說明根據本發明的系統的分配器的另一個實施例。在這種情況下，縱向平移元件與另一個基于圓盤的可旋轉分配器集成在一起，結果得到比現有技術更為緊湊的裝置。更詳細地說，一個圓盤形的分配器500包括兩個由例如1厘米厚的鋼、鋁/鉭/鎂、復合材料等制成的扁平的和靠近放置的圓盤。材料越輕，圓盤在固定位置之間的旋轉就可能越快，同時，重要的是，同時圓盤是剛性的并且最好是耐用的。由例如復合材料制成的圓盤通常比例如幾毫米的鋼制圓盤更薄一些。由此，各圓盤排列在軸614上，其中，一個圓盤是固定圓盤511，另一個是可轉動圓盤510，其中，術語“固定的”和“可轉動的”僅僅是為了簡化本說明書的目的。然而，為了簡化對分配器500的功能的理解，在本說明書的其余部分，圓盤511被示例性地定義為“固定的”，并且圓盤510被定義為“可轉動的”。一般來說，這兩個圓盤510、511可相對轉動。在使用中，兩個圓盤510、511被安排成彼此之間靠得很近，如圖6和圖8所示，并且為了圖解的目的，它們又是彼此分開的，如圖5和圖7所示。
被均勻地分布在圓周上的各孔513被安排在兩個圓盤上(圖7)，以便固定輻射導體520(參照由圖5中的圓盤510右邊的多根光纖所構成的示例性的單一輻射導體)、530、540。在輻射導體是直接地附著在圓盤上的光纖的情況下，孔的直徑最好是0.1-0.7毫米。為了獲得高精度，允許光導管精確地面對面排列，兩個圓盤上的孔可以例如用一根定心管一起被鉆孔。可替代地，可以使用高精度的切刀或鉆孔機來生產圓盤或者在本說明書中說明的任何其它機械元件。然后，共軸614被用來安排在圓盤510、511的被標注為512的中心定位孔上。因此，在制作一系列的孔時，有可能獲得非常高的精度。
通過使用一起鉆孔的圓盤，輻射導體就能固定在所述圓盤中，其中，隨后可以輕微轉動一個額外的較薄的圓盤(最好是用彈簧加載)，使得所有的輻射導體都同時地被夾緊就位，而不需要使用任何膠或者其它固定裝置。可替代地，孔的直徑被作成大于輻射導體的直徑，其中，可以用適當的管形片來包裹這些孔，或者輻射導體的末端可以套上配合的套管。可替代地，輻射導體的末端可以被張開或者法蘭安裝到孔內，或者這些孔可以被配備適當的SMA連接器或者其它類型的連接器，以便接納輻射導體。相同的原理適用于孔2和各輻射導體在平移輻射分配器中的固定，如同參照前面的各實施例或者當前的實施例所描述的那樣。
最好是，輻射導體是光纖，其中包括含有輻射傳導材料的不同類型的套管或軟管。輻射導體應當具有這樣的長度，并且以這樣一種方式被排列，使得各圓盤可以轉動一整圈(±180°)而毫無問題。運動的方向是可逆的，以避免輻射導體形成螺旋狀。相同的原理適用于在本說明書中所公開的各平移元件，其中，被連接到各平移元件的各輻射導體應當具有這樣的長度，使得平移元件或者輻射導體的功能不會受到負面影響。而且，輻射導體的長度應當足夠長，使得病人一側的輻射導體的末端的定位不會受到負面影響。
根據本發明的這個實施例，在一個系統中，用于PDD、PDT和PTT的多個第一導體520被安排在可轉動圓盤510上，以便將輻射導入反應部位801并從其導出。關于反應部位，在上下文中，我們指的是這樣一個部位，當病人接受治療時，例如，通過管腔推進被放置在腫瘤之中的注射針頭，使這些輻射導體被固定在反應部位801，在這里，光動力學活化的化合物將在腫瘤中發生反應。隨后，這些輻射導體被向前移動，使其到達在腫瘤組織中的針頭遠端的外側。在綜合的診斷和輻射劑量計量(治療)的處理過程中，連續地使用相同的導光器520，以避免病人受到多處刺傷。
在可轉動圓盤510以及在固定圓盤511中的孔513被排列在圓周線上，其中，一個圓盤上的圓半徑等于另一圓盤上的圓半徑。在可轉動圓盤510上的孔沿著一個圓周均勻地分布，其分隔角度為v1＝(360/n1)度，這里n1等于孔的數目，另一個固定圓盤上的孔沿著圓周均勻地分布，其分隔角度為v2＝(360/n2)度。第一輻射導體520的第一端被固定在可轉動圓盤510的孔之中，并且第二輻射導體530、540的第一端被固定在固定圓盤511的孔之中。為了生成這些孔，并且由此通過轉動可轉動圓盤510以不同構象相互連接兩個圓盤中的輻射導體，n2被選擇為n1的一個倍數，使得n2作為一個大于或等于1的整數而被獲得。在固定圓盤上的孔的數目可以在從2到6以上(例如2、3、4、5、6、7、8、9或10)的范圍內適當地選擇。
根據當前描述的實施例，在可轉動圓盤510上安排6個孔，在固定圓盤511上安排12個孔，其中，如上所述，術語“固定”和“可轉動”僅用于說明的目的，以便簡化對兩個可以互相轉動的圓盤的說明。在可轉動圓盤510中，具有6個第一輻射導體520，各孔的分隔角度將因此變為60°，并且對第二輻射導體540、530來說，具有被安排在固定圓盤511上的12個孔，各孔的分隔角度將變為30°。
根據本發明，在所述系統的固定圓盤511上，安排了一個平移滑動元件550。所述滑動元件550被安排在圓盤511上，使得它可以通過一個基本上為徑向的平移運動，在圓盤511上向外徑向位移，如箭頭551所示。類似于上面參照光纖附著在圓盤上的情形所描述的那樣，滑動元件550接納各輻射導體。滑動元件550鎖定在這樣一個位置上，使得從輻射導體563、564、565其中之一到一個對應的輻射導體520的輻射傳輸所受到的阻礙盡可能地小，這取決于當前已激活的輻射源560、561或562。這樣一來，就有可能每次從多個輻射導體563、564、565中，將一個輻射導體(在圖5中的564)耦合到在可轉動圓盤510上的一個對應的輻射導體(在圖5中的參考數字520)。
為了便于理解本發明，下面的根據本發明的系統的分配器的一個優選實施例的說明涉及被安排在可轉動圓盤510上的6個第一輻射導體520，它們用于至和從反應部位801的雙向輻射傳導。
因此，固定圓盤511，以及可轉動圓盤510，具有對應于第二輻射導體的6個孔513，并且，對固定圓盤511來說，還有對應于第二輻射導體的另外的6個孔。所有這些輻射導體都能向反應部位801釋放輻射，同時接收來自所述部位的輻射。因此，可以同時記錄和讀出幾個測量結果。
通過轉動可轉動圓盤510，第一和第二輻射導體變為可以用不同構象互相連接。通過安排一個使可轉動圓盤510停止在一個預定的角度位置上的裝置，例如，在軸614上可以安排一些槽，用于截獲一個被安排在可轉動圓盤510之中的彈簧加載的滾珠(在各圖中均未示出)，或者可以使用在可轉動圓盤上的一個角度檢測器，將有助于在分配器500中的面對面的各輻射導體的精確定位。可替代地，結合上述的“第七孔”方法，使用步進馬達或伺服馬達的電子調整也可以用于這個用途。
為了在診斷模式和治療模式之間實現快速和有效的切換，根據本發明的分配器500的第二輻射導體中的第二端被劃分為第一和第二系列。這兩個系列的孔都被安排在同一個圓周上，但是彼此之間位移30°。每隔一個第二輻射導體中的第一系列中的特定輻射導體被安排用于從至少一個輻射源發出輻射。第二輻射導體的第一系列中的另一個非特定的輻射導體被安排用于向至少一個輻射傳感器610傳導輻射。用于治療目的每隔一個第二輻射導體的第二系列被安排從至少一個輻射源向反應部位801發出輻射。
輻射導體最好是光纖，在圖5-8所示的分配器500中，它被連接到固定圓盤511以及可轉動圓盤510。在被連接到固定圓盤511的輻射導體中，6個輻射導體可以用于診斷目的，并且6個可以用于治療目的。然而，在診斷模式下，可以使用來自1到3個以上的治療設備560、561、562的輻射。
參照圖5-6，為了簡明起見，圖中僅示出被連接到可轉動圓盤的、當前描述的輻射導體；如圖7和8所示，雖然其它輻射導體也被連接到所述圓盤，但是它們在圖中沒有被示出。
通過把可轉動圓盤510轉動30°，以光學方式耦合到病人體內組織的輻射導體520可以被用于治療、診斷和測量目的。在被固定于圓盤511上的每一個第二輻射導體中的一個處于診斷模式下，它被連接到用于診斷的不同的輻射源，同時其它5個輻射導體接收信號，這些信號涉及這些輻射源與所述組織的相互作用。輻射導體540(不是圖5所示的所有6個)被連接到治療用輻射源，例如激光器，而輻射導體530則被連接到各輻射檢測器。輻射導體563-565被連接到診斷用輻射源560-562。
由于對亮度和光譜分辨率感興趣，這5個輻射導體640的末端被安排成一種狹縫狀排列，因此，它們覆蓋輻射傳感器610的輸入口和/或構成輸入口。上述傳感器可以是一個緊湊的光譜儀或者其它類型的檢測器，并且配有一個二維檢測器陣列或者一個到多個一維檢測器陣列。光譜儀的記錄范圍最好是處于400至900納米的范圍內。當然，輻射導體530中的每一個都可以被連接到以光譜儀或者其它類型的檢測器(例如，一個緊湊的集成光譜儀)的形式的輻射檢測器610。
參照圖6，組件600被表示為在一根公共軸614上具有兩個圓盤510、511，并且用于在不同的診斷用輻射源之間進行切換的平移元件550被集成在圓盤511中。這樣一來，就得到一個比其它解決方案更加緊湊和牢靠的結構，上述的其它解決方案具有一個外部輻射分配器，用于在各診斷用輻射源之間進行切換。
最好是，輻射源560、561、562其中之一是激光器，其波長相同于用于光動力學腫瘤治療的激光輻射的波長，但輸出功率可以小一些。在輻射分配器550上可以安排適當的濾光器，它們可以被移動到輻射傳感器610的光路之中，以便保證在所有的測量任務中，都使用正確的動態范圍。
輻射源560、561、562中的某一些被用來研究相應波長的輻射(光)是如何穿透腫瘤組織的。當來自輻射源的輻射經由輻射分配器550和圓盤510、511、并通過特定的輻射導體被發射到所述組織時，在分配器550中的一個對面的輻射導體的第一輻射導體520中的一個將起到腫瘤中的一個發射器的作用，在腫瘤中的其它5個輻射導體520將起到接收器的作用，并且收集到達它們那里的漫射光通量。所收集到的輻射將再次經由圓盤510、511并且經由輻射導體640(其兩個輻射導體在圖5中被表示為530)被傳導到輻射傳感器610，并且5個不同的光亮度可以在檢測器/各檢測器/檢測器陣列中被記錄。
當可轉動圓盤510被轉動60°時，至病人的下一個輻射導體520將起到發射器的作用，并且其它5個將成為針對新的光分布的接收器。在可轉動圓盤510再轉動4次(每一次相對于在病人體內的隨后的輻射導體為60°)之后，將記錄發射器/接收器的所有其余組合的輻射光通量數據。因此，總共得到6×5＝30個測量數值，并且，在治療過程中，可以被用來作為在腫瘤的不同部位所建立的輻射劑量的斷層掃描建模的輸入數據。而且，通過在3個光源560-562之間進行切換，借助于在固定圓盤511上基本上沿著半徑方向來縱向平移移動的輻射分配器550，這30個測量數值被乘以輻射源560、561、562的數目，從而得到90個斷層掃描測量數值。
除了特定波長以外，來自白色光源和/或寬帶發光二極管和/或線光源的輻射都可以被耦合到輻射分配器550中的特定的激活光導體。在通過所述組織至病人中的接收用輻射導體520的過程中，由于組織的吸收，將修改輻射源的明確規定的光譜分布。然后，氧化的血液將產生不同于未氧化的血液的標記，允許利用已讀出的30種不同的光譜分布來進行斷層掃描測定，在診斷研究過程中，當旋轉可轉動圓盤510時，在6個可能的不同構象中每次5種光譜。這樣的腫瘤中的氧化測定是重要的，因為PDT處理通常需要讀取組織中的氧。
最后，一個藍/紫或紫外光源，例如一個激光器，可以被耦合到輻射分配器550中的特定激活的輻射導體。然后，在所述組織中將誘發熒光，并且施加于所述組織的一種敏化劑將顯示在紅/近紅外光譜區域中的特征的紅熒光分布。相應信號的強度允許對所述組織中敏化劑的水平進行量化。
由于短波長的光在所述組織中具有非常低的穿透力，所以僅在輻射導體的尖端部位局部地測量到所誘發的熒光。在本例中，針對此項任務，為處于特定輻射導體661的末端的相應輻射源670安排一個經由輻射導體662進行連接的一個分光器660，后者最好是一個雙色分光器，它發射激發光，但是反射紅移的熒光。反射的輻射被聚焦到傳輸用輻射導體662的末端，它的另一端被連接到輻射傳感器610，后者記錄熒光輻射分布。在Rev.Sci.Instr.(科學儀器述評)71卷，510004頁(2000年)中，描述了一個適當的自持熒光傳感器。這樣一個具有雙色分光器的系統還可以以類似的方式、借助于如圖1-4所示的平移輻射分配器系統來實現。例如，可以將輻射導體662插入到介于輻射檢測器130和雙色分光器660(它被插入在例如輻射導體144中)之間。
通過旋轉可轉動圓盤510，就能在6個輻射導體的尖端部位順序地測量與敏化劑的濃度成正比的熒光。由于敏化劑被強的紅色治療用輻射漂白，這種輻射剛好在向病人傳導輻射的輻射導體520的尖端周圍特別強，所以重要的是在開始治療之前進行此項測量。
如果用一種材料來處理輻射導體520的尖端，加上120a-120f，該材料的熒光特性依賴于溫度，則在激發狀態下，將獲得清晰的熒光線條，并且線條的亮度以及它們的相對強度取決于在治療中使用的輻射導體520、120a-120f的尖端的溫度。這樣的材料的實例就是過渡金屬或稀土金屬的鹽。也可以在6個輻射導體的6個位置上測量溫度，每次測量一個。已測量的溫度可以被用來找出是否在輻射導體520、120a-120f的尖端部位出現血液凝聚和相關的輻射衰減，并且用于研究在PDT和熱交互之間的可能協同效應的利用。由于所獲得的線條是清晰的，所以它們可以從來自所述組織的、頻譜更寬的熒光分布中被區分出來。
對某些物質來說，可以用一種可替代的方法來測量敏化劑的濃度。然后，用于輻射傳播研究的紅色輻射被用來誘發近紅外熒光。這種熒光穿透所述組織至接收用輻射導體520、120a-120f的尖端，并且作為在輻射傳感器610、130中獲得的光譜被同時地顯示。根據總共30個測量數值，可以進行濃度分布的斷層掃描計算。
在已經進行診斷測量和計算之后，通過將可轉動圓盤510旋轉30°，就能將以光學方式被耦合到病人體內組織的輻射導體520用于治療。由此，將治療用輻射源耦合到病人光纖520。治療用輻射源最好是激光光源，它具有被調適到敏化劑的吸收帶的波長。在光動力學腫瘤治療中，最好是使用染料激光器或者二極管激光器，根據所使用的敏化劑來選擇它們的波長。對于Photofrin來說，其波長為630納米，對δ-氨基乙酰丙酸(ALA)來說，其波長為635納米，對酞花青染料來說，其波長為670納米左右。存在多種敏化劑。在治療過程中，具體的激光器被調整到所期望的具體的輸出功率。如果需要的話，它們可以具有內置式或外部的監視用檢測器。
可以用一種交互方法來中斷治療處理和處理新的診斷數據，直到獲得最佳處理為止。本方法可以包括PDT與增加激光輻射的光通量時溫度隨之升高的高熱之間的協同。使用一臺計算機來控制整個過程，上述計算機不僅執行所有的計算，而且也被用于調整。
圖10是幾份示意圖，表示在本發明的一個示例性的實際應用中，采用所述系統的一個實際實現來進行腫瘤治療時，在不同的時間點上的診斷測量結果。
在這6份圖的每一份中，一根光纖端被用作發射器，而其它光纖端被用作收集器。波長為633納米的輻射從發射端發出，并且收集端把輻射傳送到(各)檢測器以便進行量化。所有的圖都相對于第一樣本進行歸一化。在圖中，“輸出光纖1”是被用作發射器的輻射導體1，而2-6被用作收集器。在圖中，“輸出光纖2”是被用作發射器的輻射導體2，同時1和3-6被用作收集器，如此等等。對個別光纖的測量結果通過曲線的不同形狀來加以區分。來自所有發射導體的輸出功率在所有時間上都相等。因此，這些圖表示在治療過程中，波長為633納米的光的透射率如何隨時間而改變。正如所看到的那樣，在診斷測量的進行過程中，透射率不是恒定的。這個信息還可以被用來改進診斷。
最好是用步進馬達/伺服馬達來驅動所述輻射分配器，以便在不同構象之間移動。
自然，也可以同時進行診斷和治療，如果希望這樣做的話。利用適當數目的輻射導體進入腫瘤部位，例如，上述用于治療輻射的6個輻射導體加上用于同時診斷治療用光的效果的4個輻射導體，可以實時方式來直接調整治療。當對那些避免受到治療光輻射的損害的敏感器官進行治療時，這是特別有利的。當然，僅破壞腫瘤組織是一個目標。在所給出的實例中，6個輻射導體照射在其中放置了6個輻射導體的末端的腫瘤組織。4個診斷用的輻射導體也被置入腫瘤組織的適當部位，并且檢出來自分散在腫瘤組織中的治療用輻射導體的激發輻射以及在腫瘤組織中產生的熒光輻射二者。被檢出的輻射可以在光譜儀中進行分析，并且被用來調整治療用輻射源。例如，這4個額外的輻射導體可以被放置在用于治療輻射的6個輻射導體之間。當所述6個輻射導體被連接到輻射源時，由于平移滑板或旋轉圓盤的排列，4個額外的輻射導體將自動地被連接到輻射檢測器。
以上參照特定的實施例，已經對本發明進行了說明。然而，在所附權利要求書的范圍內，在上述優選實施例以外的其它實施例也是同等地可能的，例如，不同于以上所述的平移元件的形狀，由硬件或軟件來執行上述方法，等等。而且，通過使用微機械技術來構建這些元件，還可以使平移元件進一步地小型化。因此，可以通過由微制造技術生產的微電子機械系統(MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem)來提供所述元件的實現方案。所描述的各種元件可以根據不同的原理來工作。其中之一就是通過所述光纖相對于輸出光纖的壓電運動所驅動的直接光纖運動來實現切換。另一個就是通過基于微機械部件的微光束偏轉來實現切換，諸如用微棱鏡或反射鏡將光束偏轉到不同的輸出/輸入光纖。Piezosystem Jena公司或Pyramid Optics公司都提供基于后一種微機械原理的適當的部件。
還有，術語“包括”當用于本說明書時不排除其它元件或步驟，術語“一個”不排除多個，并且一個單獨的處理器或者其它各單元可以執行在權利要求書中所引用的幾個單元或電路的功能。
權利要求
1.一種用于對人或動物進行治療和診斷的系統，包括至少一個用于發出輻射的第一輻射源；以及至少一個適于把輻射傳導到在所述人或動物體內的腫瘤部位的第一輻射導體，其中，所述輻射導體在使用中被用作發射器和/或接收器，用于將輻射傳導到所述腫瘤部位和/或從所述腫瘤部位取出輻射，以便在所述腫瘤部位治療和診斷腫瘤，其特征在于，至少一個分配器，它適于將所述輻射從至少一個第一輻射源分配到所述腫瘤部位，其中，所述分配器包括至少一個縱向平移元件，它以這樣一種方式被安排，使得通過所述縱向平移元件在各預定位置之間的縱向平移運動，以不同構象耦合所述輻射用于所述系統的不同操作模式，其中，所述輻射是非電離的電磁輻射。
2.根據權利要求1的系統，其中，所述第一輻射是診斷輻射，并且所述系統包括至少一個第二輻射源，它用于通過至少一個所述輻射導體，將治療輻射發送到所述部位。
3.根據權利要求1或2所述系統，其中，所述腫瘤治療和診斷是交互式間質光動力學腫瘤治療和/或光熱腫瘤治療和/或腫瘤診斷。
4.根據前述各項權利要求中任何一項所述系統，其特征在于，多個第一輻射導體，它們被安排用于向和從所述腫瘤部位傳導輻射，多個第二輻射導體，它們被安排用于從至少一個輻射源提供輻射和/或將輻射傳導到至少一個輻射傳感器，以及其中，所述分配器是這樣一個分配器，用于將輻射從至少一個輻射源分配到所述腫瘤部位和/或從所述腫瘤部位分配到至少一個輻射傳感器，其中，所述分配器包括至少兩個平移元件，它們以這樣一種方式被安排，使得通過第一個所述元件在相對于第二個所述元件的各預定位置之間的平移運動，以不同構象耦合輻射。
5.根據權利要求4所述系統，其特征在于，每一個元件都有一些孔，它們被安排用于接納所述輻射導體，還在于，在兩個元件上的對應孔被等距離地安排在一條直線上。
6.根據權利要求5所述系統，其特征在于，第一輻射導體的第一端被固定在一個平移元件的孔中，并且第二輻射導體的第一端被固定在另一元件的孔中，其中，通過縱向平移元件和相關的另一元件的預定位置之間的所述縱向平移運動，可以用不同的構象相互連接所述第一和第二輻射導體。
7.根據權利要求6所述系統，其特征在于，所述另一元件是第二縱向平移元件。
8.根據權利要求1或5所述系統，其特征在于，它還包括兩個互相靠近的扁平圓盤，其中，所述圓盤彼此之間是可轉動的，每一個圓盤都具有被安排在圓周線上的一些孔，其中，一個圓盤上的圓半徑等于另一個圓盤上的圓半徑，并且一個圓盤上的孔被均勻分布在圓周線上，其分隔角度為v1＝(360/n1)度，這里n1等于孔的數目，另一個圓盤的孔被均勻分布在圓周線上，其分隔角度為v2＝(360/n2)度，其中，n2＝m×n1，并且其中，m是一個倍數，它產生一個作為≥1的整數的n2，以及其中，所述第三輻射導體的第一端被固定在所述第一圓盤的孔中，并且第四輻射導體的第一端被固定在所述第二圓盤上除了一個以外的所有孔中，由此，通過可轉動圓盤彼此之間的旋轉，第三和第四輻射導體可以用不同構象相互連接，并且其中，所述縱向平移元件被安排成基本上可以徑向向外移動，并且跟所述另一圓盤集成在一起，以便將多個所述第一輻射導體耦合到所述第三輻射導體之一。
9.根據權利要求8所述系統，其特征在于，n1是在所述分配器的第一圓盤上的孔的數目，n1＝6和m＝2，使得在所述分配器的第二圓盤上產生n2＝12個孔。
10.根據權利要求8或9所述系統，其特征在于，每隔一個第四輻射導體是第四輻射導體的第一系列部分，還在于，第四輻射導體的所述第一系列中的一個輻射導體被安排用于從所述輻射源發送輻射，并且第四輻射導體的所述第一系列中的其它輻射導體被安排用于向所述輻射傳感器傳導輻射。
11.根據權利要求8至9中任何一項所述系統，其特征在于，所述第一輻射導體被連接到診斷輻射源，使得所述另一圓盤上的縱向平移元件將所述診斷用輻射源中的一個耦合到所述第一圓盤上的所述第三輻射導體中的一個。
12.根據權利要求1至11中任何一項所述系統，其特征在于，所述診斷輻射源是一個近紅外(NIR)、白、紅、藍/紫和/或紫外光的光源。
13.根據權利要求1至12中任何一項所述系統，其特征在于，所述診斷輻射源包括一個分光器。
14.根據權利要求13所述系統，其特征在于，在雙色分光器和輻射傳感器之間安排一個轉移輻射導體。
15.根據權利要求12所述系統，其特征在于，用一種具有溫度敏感熒光發射的材料來處理第三輻射導體的第二端。
16.根據權利要求8或9所述系統，其特征在于，每個第二所述第四輻射導體是第四輻射導體的第二系列部分，被安排用于從輻射源發出輻射。
17.根據權利要求2至16所述系統，其特征在于，治療輻射源是具有單一固定波長的相干光的光源。
18.根據權利要求1至17中任何一項所述系統，其特征在于，所述分配器包括將輻射分配器鎖定于事先確定的橫向和/或方位位置的裝置。
19.根據前述各項權利要求中任何一項所述系統，其特征在于，所述輻射導體是光纖。
20.根據權利要求12至14所述系統，其特征在于，通過向腫瘤部位傳送輻射的同一輻射導體記錄熒光。
21.根據權利要求15所述系統，其特征在于，為了進行交互式光動力學治療，使用用溫度敏感熒光發射的材料處理的一個或多個輻射導體來測量腫瘤部位的溫度，還在于，在使用中，被送往腫瘤部位的輻射對腫瘤部位進行加熱，以及還在于，可以由所測得的溫度來控制輻射的強度，以便調整在個別的輻射導體處的腫瘤部位的溫度。
22.根據前述各項權利要求中任何一項所述系統，其特征在于，所述縱向平移元件是一個光學滑板。
23.根據前述各項權利要求中任何一項所述系統，其特征在于，至少一個步進馬達或者至少一個伺服系統用于相互移動所述輻射分配器的所述元件。
24.根據前述各項權利要求中任何一項所述系統，其特征在于，所述操作模式是包括在以下列表中的所述系統的模式交互式間質光動力學腫瘤治療、使用高熱的光熱腫瘤治療以及腫瘤診斷，由此，在所述腫瘤部位的處理的相同時機期間，這些操作模式被交替使用。
25.根據權利要求2至24中任何一項所述系統，其特征在于，所述系統的所述操作模式包括診斷操作模式，其中，經由第一縱向平移元件將一個診斷輻射源連接到所述第一輻射導體，后者將診斷光源發射到所述部位，并且其余的第一輻射導體被連接到輻射檢測器，以及治療操作模式，其中，所述治療輻射源被連接到所述第一輻射導體，后者將治療輻射發射到所述部位。
26.根據權利要求25所述系統，其特征在于，至少一個第二縱向平移元件在所述各種操作模式之間進行切換。
27.根據權利要求26所述系統，其特征在于，配置一個第三縱向平移元件，用于將多個輻射導體從所述第二縱向平移元件切換到所述輻射檢測器。
28.一種用于交互式間質光動力學腫瘤治療和/或光熱腫瘤治療和/或腫瘤診斷的方法，其中，至少一個輻射檢測器和輻射導體被連接到腫瘤部位，并且所述輻射導體被用作發射器和/或接收器，用于將輻射傳導到所述腫瘤部位和/或從所述腫瘤部位傳導輻射，以便在所述腫瘤部位診斷和治療腫瘤，其特征在于，借助于根據權利要求1至27中任何一項所述的系統所包括的輻射分配器，通過在不同構象之間切換輻射導體，以自動方式來實現腫瘤治療與腫瘤診斷之間的切換，以及還在于，用來自診斷的結果來控制治療過程，根據診斷結果來調整治療的輻射強度，直到獲得腫瘤部位的最佳處理為止。
29.根據權利要求28所述方法，其特征在于，在所述腫瘤部位的相同處理時機期間，交替地使用交互式間質光動力學腫瘤治療、使用升高體溫的光熱腫瘤治療以及腫瘤診斷。
全文摘要
一種用于對人或動物進行交互式間質光動力學腫瘤治療和/或光熱腫瘤治療的系統和方法，該系統包括至少一個輻射分配器，它被安排將光輻射從至少一個輻射源分配到反應部位，或者從所述反應部位分配到至少一個輻射傳感器。輻射分配器包括至少一個平移元件，可相對于另一個元件移動。第一輻射導體的第一端被固定到第一平移元件，并且第二輻射導體的第一端被固定到另一元件，其中，通過平移元件相對于另一元件的平移運動，可以用不同構象互相連接第一和第二輻射導體，以便獲得所述系統的不同操作模式。
文檔編號A61B18/22GK1956752SQ200480013110
公開日2007年5月2日 申請日期2004年5月14日 優先權日2003年5月14日
發明者托馬斯·約翰森, 夏洛塔·埃克爾, 約根·瑪爾瑪伯格, 拉瑟·韋塞爾托夫特·莫根森, 蘇內·斯萬貝里, 馬爾塞洛·索托·湯普森, 斯蒂芬·安德森·恩格爾斯 申請人:光譜治療股份公司