用于使用微波引起的热曲线来影响生物组织和细胞的发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种微波发生器(1)，该微波发生器被配置为在生物组织(2)的目标区域中引起温度变化，使得目标区域的温度超过生物组织(2)的致死阈值，其中，微波发生器(1)被配置为释放在0.4GHz至100GHz之间的频率范围内的电磁脉冲串(EPT)，该EPT在生物组织(2)中引起热脉冲串(TPT)，其中，对于电磁脉冲串(EPT)，每个脉冲具有包括在100ms至2分钟之间的持续时间；对于电磁脉冲串(EPT)，脉冲宽度与周期比低于0.25，而对于热脉冲串(TPT)，脉冲宽度与周期比低于0.25；对于电磁脉冲串(EPT)，电磁功率的峰均比超过2，而对于热脉冲串(TPT)，温度的峰均比超过2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用微波引起的热曲线来影响生物组织和细胞的发生器
本专利技术总体涉及用于热治疗生物组织的设备、系统以及方法。具体地，本专利技术涉及一种系统，该系统可操作为经由微波发生器所发射的电磁场引起生物组织中的温度升高。
技术介绍
近年来，癌症检测和诊断的质量已经得到提高，但是仍然需要微创癌症治疗作为手术、化疗以及放疗的替代，以提高治疗效率和患者的健康，同时降低副作用和成本。热疗法已经用于治疗在细胞水平上引起可逆或不可逆变化的实体肿瘤。热治疗的目的是提高病理组织的温度，而不会使健康组织过度暴露。确保在期望治疗体积内的肿瘤细胞坏死并使对肿瘤周围健康组织的热损伤最小化是必要的。用于提高肿瘤温度的热源包括射频、微波、红外、光学、超声以及不同种类的热源(热水、铁磁热籽、纳米颗粒、电阻植入物)。热疗法被理解为患者暴露于比他们自己的体温更高的温度。本领域已知较高的温度可以损伤肿瘤细胞，而不伤害正常组织细胞。这种应用可以缩小或从患者去除肿瘤，并且在一些情况下，可以与诸如免疫疗法、化疗和/或放射的其他治疗选择组合，以在治疗患者时产生协同效应。可以用高温装置治疗多种不同的癌症，癌症的样本可以包括脑癌、肺癌、黑素瘤以及其他类型。基于温度的治疗关于目标组织温度被细分为两组。当目标温度在40℃至46℃之间时，使用术语高温来描述疗法(如果递送的温度在40℃至43℃之间则是轻度高温，在43℃至46℃之间则是中度高温)。当组织温度高于50℃时，疗法通常被称为消融。除了用激光消融体表肿瘤之外，消融是一种侵入性技术，包括将电极插入到组织中以到达肿瘤部位。通常，这导致组织的显著的平均加热。对于给定的生物模型、生理条件以及目标肿瘤区域上的热分布的均匀性，癌症的热治疗的效率由累积的热剂量确定。当前使用的高温的目标理想条件通常被定义为在肿瘤组织体积上的空间均匀恒定剂量，而不使周围的健康组织过热。以持续加热操作的常规高温的目标主要是增强免疫系统和/或增加肿瘤部位的血管舒张。这从现有技术国际专利申请WO2010/151370已知，该申请公开了一种包括将一个或多个电磁辐射脉冲指向目标的步骤的方法。所述电磁辐射脉冲引起生物组织中每单位时间的温度升高，并且所述每单位时间的温度升高引起生物组织所包括的细胞的功能的变化。WO2010/151370所公开的方法在大约每秒一摄氏度到大约每微秒一摄氏度的范围内产生每单位时间的温度升高。然而，WO2010/151370所公开的方法未涉及累积当量分钟(CEM)，该CEM是细胞死亡率的指示。通过降低宽度与周期比，CEM指数地增加，并且可以超过致死阈值，同时将平均温度维持在低水平。
技术实现思路
本专利技术涉及一种微波发生器，该微波发生器被配置为在生物组织的目标区域中引起温度变化，使得目标区域的温度超过生物组织的致死阈值，其中，微波发生器被配置为释放在0.4GHz与100GHz之间的频率范围内的电磁脉冲串，该电磁脉冲串在生物组织中引起热脉冲串，其中，-对于电磁脉冲串，每个脉冲具有包括在100ms与2分钟之间的持续时间；-对于电磁脉冲串，脉冲宽度与周期比低于0.25，而对于热脉冲串，脉冲宽度与周期比低于0.25；-对于电磁脉冲串，电磁功率的峰均比超过2，而对于热脉冲串，温度的峰均比超过2。根据一个实施方式，生物组织的目标区域中的热脉冲串包括在加热脉冲中具有超过50℃的绝对峰值温度的、低于30％的分数的热脉冲。该特征有利地防止生物组织的大量消融。根据一个实施方式，微波发生器释放在20.1GHz到100GHz之间的频率范围内的电磁脉冲串。由于穿透深度减小并且皮肤/空气界面处的功率传输系数对于较高频率值增加，该子范围是特别有利的。因此，对于给定的入射功率密度，在生物组织中传输的能量被吸收在生物组织的较小体积中，使得能量密度在所述体积中较高，这在其内部产生具有较高温度梯度的较大加热。此外，使用较高频率允许容易地生成较短的热脉冲，但具有较高的振幅。根据一个另选实施方式，微波发生器释放在0.4GHz到9.9GHz之间的频率范围内的电磁脉冲串。因为较低频率在生物组织中穿透得更深，所以该子范围是有利的。根据一个实施方式，对于电磁脉冲串，每个脉冲具有包括在600ms与2分钟之间的持续时间。根据一个实施方式，对于电磁脉冲串，脉冲宽度与周期比包括在0.06至0.25之间，而对于热脉冲串，脉冲宽度与周期比低于0.25。电磁脉冲串的脉冲宽度与周期比(即占空比)的值的这些选择与所选择的参数范围相结合的优点是在超过生物组织的致死阈值的CEM区域中工作，同时在实际可实现的值的范围内。根据一个实施方式，热脉冲串由调幅电磁场引起。根据一个实施方式，热脉冲由电磁脉冲引起。根据一个实施方式，热脉冲串包括由电磁功率脉冲形成的至少两个交替的上升和下降间隔。根据一个实施方式，热脉冲串是由在以下所列的频率中的至少一个频率附近的一个或多个频带中的调幅微波引起的热脉冲序列：{434MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz，24GHz，61GHz},该序列对应于工业科学医疗(ISM)频带。根据一个实施方式，微波发生器还包括辐射结构，该辐射结构被配置为发射引起具有给定热分布曲线的热脉冲的电磁场。根据一个实施方式，微波发生器还包括时钟控制电路，该时钟控制电路被配置为在给定持续时间期间施加热脉冲串。根据一个实施方式，将热脉冲串施加到在微波发生器所针对的一个区域中包括的生物组织生成低于50℃的热脉冲中的峰值温度。根据一个实施方式，微波发生器还包括微波电源，该微波电源至少包括发电机和/或电源、频率合成器、波导、隔离器、调节器、功率分配器和/或功率组合器。根据一个实施方式，微波发生器还包括处理器和存储器，其中，存储器包括至少一个对应关系表，该对应关系表包括用于选择以下各项的配置数据：-每个电磁脉冲的持续时间；-热脉冲宽度与周期的比；和/或-热脉冲峰均比；当热脉冲串被施加到在微波发生器所针对的一个区域中包括的生物组织时，所述选择符合加热脉冲中的低于50℃的峰值温度。本专利技术还涉及一种被配置为引起生物组织中的温度变化的系统，所述系统包括根据上述实施方式中的任意一个的微波发生器和定位模块，以便生成空间中的第一区域的位置坐标，所述坐标用于根据一个取向引导波形发生器，以便在第一区域中产生热脉冲串的会聚波束。根据一个实施方式，系统还包括微波脉冲的控制单元，该控制单元包括控制电压和电流源，该控制电压和电流源被配置为调制电磁场的振幅和所生成的热脉冲的振幅。根据一个实施方式，系统还包括冷却系统，该冷却系统在热脉冲串的生成期间应用在第一区域的附近区域中，以便有助于热脉冲的整形并且避免目标区域周围的区域中的过热。本专利技术还涉及一种用于在生物组织的样本中引起温度变化的方法，所述方法包括以下步骤：-识别至少部分地界定目标生物组织的至少一个第一区域的位置；-引导根据上述实施方式中的任意一个的微波发生器的取向，以便在第一区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波发生器(1)，该微波发生器被配置为在生物组织(2)的目标区域中引起温度变化，使得所述目标区域的温度超过所述生物组织(2)的致死阈值，其中，所述微波发生器(1)被配置为释放在0.4GHz与100GHz之间的频率范围内的电磁脉冲串(EPT)，该电磁脉冲串在所述生物组织(2)中引起热脉冲串(TPT)，其中，/n-对于所述电磁脉冲串(EPT)，每个脉冲具有包括在100ms与2分钟之间的持续时间；/n-对于所述电磁脉冲串(EPT)，脉冲宽度与周期比低于0.25，而对于所述热脉冲串(TPT)，所述脉冲宽度与周期比低于0.25；/n-对于所述电磁脉冲串(EPT)，电磁功率的峰均比超过2，而对于所述热脉冲串(TPT)，所述温度的峰均比超过2。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180424 EP 18305507.81.一种微波发生器(1)，该微波发生器被配置为在生物组织(2)的目标区域中引起温度变化，使得所述目标区域的温度超过所述生物组织(2)的致死阈值，其中，所述微波发生器(1)被配置为释放在0.4GHz与100GHz之间的频率范围内的电磁脉冲串(EPT)，该电磁脉冲串在所述生物组织(2)中引起热脉冲串(TPT)，其中，
-对于所述电磁脉冲串(EPT)，每个脉冲具有包括在100ms与2分钟之间的持续时间；
-对于所述电磁脉冲串(EPT)，脉冲宽度与周期比低于0.25，而对于所述热脉冲串(TPT)，所述脉冲宽度与周期比低于0.25；
-对于所述电磁脉冲串(EPT)，电磁功率的峰均比超过2，而对于所述热脉冲串(TPT)，所述温度的峰均比超过2。


2.根据权利要求1所述的微波发生器，其中，所述生物组织(2)的所述目标区域中的所述热脉冲串(TPT)包括在加热脉冲中具有超过50℃的绝对峰值温度的、低于30％的分数的热脉冲。


3.根据权利要求1或2中任意一项所述的微波发生器，其中，所述热脉冲串(TPT)由调幅电磁场引起。


4.根据权利要求1至3中任意一项所述的微波发生器，其中，所述热脉冲串(TPT)包括由电磁功率脉冲形成的至少两个交替的上升和下降间隔。


5.根据权利要求1至4中任意一项所述的微波发生器，其中，所述热脉冲串(TPT)是由在以下所列的频率中的至少一个频率附近的一个或多个频带中的调幅微波引起的热脉冲序列：{434MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz，24GHz，61GHz},该序列对应于工业科学医疗(ISM)频带。


6.根据权利要求1至5中任意一项所述的微波发生器，还包括辐射结构，该辐射结构被配置为发射引起具有给定热分布曲线的热脉冲的电磁场。


7.根据权利要求1至6中任意一项所述的微波发生器，还包括时钟控制电路，该时钟控制电路被配置为在给定持续时间期间施加所述热脉冲串(TPT)。


8.根据权利要求1至7中任意一项所述的微波发生器，还包括微波电源，该微波电源至少包括发电机和/或电源、频率合成器、波导、隔离器、调节器、功率分配器和/或功率组合器。


9.根据权利要求1至8中任意一项所述的微波发生器，还包括处理器和存储器，其中，所述存储器包括至少一个对应关系表，该对应关系表包括用于选择以下各项的配置数据：
-每个电磁脉冲的持续时间；
-热脉冲宽度与周期的比；和/或
-热脉冲峰均比；
当所述电磁脉冲串(EPT)被施加到在所述微波发生器(1)所针对的一个区域中包括的所述生物组织(2)时，所述选择符合加热脉冲中的低于50℃的峰值温度。


10.一种被配置为引起生物组织(2)中的温度变化的系统，所述系统包括根据权利要求1至9中任意一项所述的微波发生器(1)和定位模块，以便生成空间中的第一区域的位置坐标，所述坐标用于根据一个取向引导波形发生器，以便在所述第一区域中产生电磁脉冲串(EPT)的会聚波束。


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【专利技术属性】
技术研发人员：M·扎多博夫，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR