專利名稱：在定目標(biāo)給藥中激活熱敏脂質(zhì)體的熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及與熱敏脂質(zhì)體和藥劑組合使用的最低限度入侵的射頻、微波或超聲熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)，用于對大的塊作最低限度入侵的目標(biāo)治療以及對大體積或關(guān)節(jié)炎組織或人體內(nèi)深部的其它患病組織作治療。根據(jù)本發(fā)明，熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)產(chǎn)生熱量，由此激活熱敏脂質(zhì)體并在定為目標(biāo)的組織中釋放藥物。把本發(fā)明稱為一種自適應(yīng)熱力學(xué)療法(即ATDT)是適宜的且便于描述。
要成功地治療乳房腫瘤、頭和頸腫瘤、前列腺腫瘤和人體內(nèi)其它深部腫瘤(惡性或良性)是一項艱難的任務(wù)。治療的主要目的是通過用治療設(shè)備處可用的一種或多種樣式來縮小或完全消除腫塊。最常用的樣式是外科手術(shù)、放射療法和化療。乳房癌的手術(shù)治療通常涉及到嚴(yán)重毀損外形，而其它深部癌癥的手術(shù)治療常常對周圍的重要器官與健康的組織帶來并發(fā)癥。深部腫瘤的輻射療法也會危及周圍健康的組織。
一種單獨使用的樣式(或與上述樣式之一結(jié)合使用的樣式)是“組織加熱”，即體溫過高(hyperthermia)療法。特別，在臨床試驗中已為眾所周知，與單獨的X射線治療相比較，體溫過高療法結(jié)合使用X射線的療法使惡性腫瘤完全反應(yīng)的程度提高了兩倍。與放射療法相比，已知體溫過高對S相的良性腫瘤或腫瘤細(xì)胞有更大的作用。S相代表約40％的細(xì)胞周期，所以在任何給定的放射治療期間，放射療法不能殺死許多腫瘤細(xì)胞。無論是與放射治療同時應(yīng)用體溫過高還是在輻射治療之前約一小時的間隔應(yīng)用體溫過高，都在改進(jìn)腫瘤的完全反應(yīng)方面特別有效果。
病人的臨床試驗也表明，當(dāng)體溫過高與化療結(jié)合時，可大大改善腫瘤反應(yīng)。眾所周知，通過血流作系統(tǒng)的化療對暴露于化療藥劑的癌細(xì)胞和健康組織兩者都具有毒副作用。將化療試劑定目標(biāo)于腫瘤的同時避開鄰近的健康組織的方法是比較理想的。
已經(jīng)知道，熱敏脂質(zhì)體能夠包封化療藥劑并將這些藥劑釋放到加熱的組織里。如K.Kakinuma等人在“應(yīng)用熱敏脂質(zhì)體和局部體溫過高法對腦供藥”一文(International J.Of Hyperthermia，Vol.12，No.1，pp.157～165，1996)中所描述，最近已成功地演示了應(yīng)用熱敏脂質(zhì)體對動物的腦腫瘤作定目標(biāo)化療。Kakinuma的研究是通過應(yīng)用直接置于腫瘤內(nèi)的入侵針狀體溫過高射頻天線對腫瘤與脂質(zhì)體局部加熱而開展的。結(jié)果表明，當(dāng)把熱敏脂質(zhì)體用作藥物載體時，在加熱到約41～44℃范圍的腦腫瘤內(nèi)測量出相當(dāng)高的化療藥物量。可以推測，能將熱敏脂質(zhì)體開發(fā)成對諸如乳房、頸、前列腺等其它人體部位提供化療藥物與遺傳藥物。在美國專利第5,094,854號中已描述了熱敏脂質(zhì)體的特種配方，然而，并未考慮提供深度加熱的方法。
文獻(xiàn)證明，難以對人體內(nèi)的固體腫瘤給藥。例如，腫瘤內(nèi)的異常脈管會限制腫瘤內(nèi)的局部血流，于是妨礙了對腫瘤供藥。還知道，腫瘤內(nèi)異常升高的壓力妨礙了藥物分子從血流進(jìn)入腫瘤。本發(fā)明的意圖是利用對包含藥物的熱敏脂質(zhì)體作有目標(biāo)的加熱來提高腫瘤內(nèi)的藥物濃度。
在應(yīng)用體溫過高法對深度腫瘤作有效治療時，要求一種可控的熱劑量分布。癌細(xì)胞治療所需的典型的局部體溫過高溫度在42.5～45℃范圍內(nèi)，并需保持約30～60分鐘。在治療期間，健康組織通常應(yīng)保持于42.5℃以下的溫度。對于定目標(biāo)化療給藥，已證明，約在40～45℃范圍的溫度對腫瘤有療效。發(fā)明概述在40～45℃范圍內(nèi)，自適應(yīng)熱力學(xué)相控陣天線圍繞一目標(biāo)體并提供最低限度入侵的組織加熱，以便激活熱敏脂質(zhì)體并對人體深部被加熱區(qū)優(yōu)先給藥。將包封藥劑的熱敏脂質(zhì)體注入血流，它們在血流中保持穩(wěn)定，直到到達(dá)被熱力學(xué)相控陣加熱的區(qū)域。一旦到達(dá)被加熱區(qū)，熱敏脂質(zhì)體就釋放其包封的藥物對人體的癌變腫瘤或感染/患病區(qū)進(jìn)行治療。運用置于病人皮膚表面和要治療的組織區(qū)內(nèi)的非入侵電場傳感器測得的反饋信號，并應(yīng)用自適應(yīng)消除與聚焦梯度搜索算法，由計算機(jī)對供給相控陣天線元件的功率與相位進(jìn)行控制。此外，利用溫度反饋來修正傳遞給相控陣的總射頻功率，在腫瘤或感染組織內(nèi)產(chǎn)生所希望的溫度分布而對熱敏脂質(zhì)體加熱。
使用自適應(yīng)相控陣允許加熱人體軀干內(nèi)深部的大的組織塊，同時避免對人體周圍健康組織的加熱。這樣，利用非入侵的自適應(yīng)相控陣可以激活熱敏脂質(zhì)體而將藥劑釋放遍及大的組織塊。健康組織區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)離腫瘤形成的自適應(yīng)消除防止了熱敏脂質(zhì)體被激活，于是藥劑基本上不釋放入健康組織。這一揭示內(nèi)容的應(yīng)用包括癌細(xì)胞治療以及感染和關(guān)節(jié)炎治療。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例，提供了一種熱力學(xué)治療系統(tǒng)，它包括設(shè)置在被治療病人血流內(nèi)提供的熱激活給藥系統(tǒng)；和一種自適應(yīng)相控陣輻射傳輸系統(tǒng)，它用于發(fā)射和聚焦輻射以對病人體內(nèi)的治療區(qū)加熱。響應(yīng)于治療區(qū)被聚焦的輻射加熱，給藥系統(tǒng)在治療區(qū)釋放選定的藥物。附圖概述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的最低限度入侵自適應(yīng)射頻相控陣熱力學(xué)系統(tǒng)的透視圖，該系統(tǒng)用于治療病人或目標(biāo)體內(nèi)深部腫瘤，把傳遞含有藥劑的熱敏脂質(zhì)體作為目標(biāo)；圖2是圖1最低限度入侵自適應(yīng)射頻相控陣熱力學(xué)系統(tǒng)的簡化方框圖；圖3是在四通道射頻熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)上在100MHz下作自適應(yīng)消除劑量的實驗的剖視示意圖；圖4是在自適應(yīng)消除前后在4個電場傳感器處測得的射頻功率注入的圖；圖5是本發(fā)明的熱力學(xué)相控陣中N個復(fù)數(shù)發(fā)射權(quán)重的幅值與相位散布圖；圖6是最佳搜索方向的品質(zhì)因數(shù)與發(fā)射權(quán)重抖動的圖；以及圖7是本發(fā)明一示例實施例的自適應(yīng)消除熱力學(xué)系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)由快加速梯度搜索算法控制。示例實施例的詳細(xì)描述無論是應(yīng)用微波能量還是射頻(RF)能量，實施熱力學(xué)療法最困難的方面是在深部產(chǎn)生足夠的熱量。如美國專利第5,251,645號、5,441,532號和5,540,737號(它們都通過引用而在此用作參考)所描述的那樣，可使用帶有入侵與非入侵電場探針的非入侵多施加器(applicator)RF自適應(yīng)相控陣在腫瘤位置產(chǎn)生自適應(yīng)聚焦束，使自適應(yīng)消除形成于健康組織中。理想的情況是，把聚焦的RF輻射束集中在腫瘤上，而傳遞給周圍健康組織的能量最小。
由于熱力學(xué)天線射束直徑與電場波長成正比，所以小的聚焦區(qū)要求輻射波長盡量短。然而，鑒于組織中的傳播損耗，電磁波透入深度隨著發(fā)射頻率升高而減小。例如，將915MHz的輻射頻率用于皮膚表面下方約3厘米的非入侵腫瘤治療。將諸如100MHz的較低的射頻用于皮膚表面下方約15厘米的非入侵深部腫瘤治療。
用非入侵的常規(guī)體溫過高天線加熱腫瘤，重要問題之一是在周圍組織中形成不需要的“熱點”。這一附加的不需要的加熱常常使病人產(chǎn)生疼痛、燒灼和皰癥而要求中止治療。在作深部腫瘤治療期間，遇到過非入侵X射線施加器無意地照射表面組織的類似困難。這樣，對利用非入侵施加器安全地管理對于深部腫瘤的熱力學(xué)治療的技術(shù)提出了要求。
美國專利第5,251,645號(它通過引用而在此用作參考)描述了一種自適應(yīng)RF體溫過高相控陣，它一方面利用腫瘤內(nèi)入侵電場傳感器的測量結(jié)果對陣列輻射進(jìn)行聚焦，另一方面利用非入侵電場傳感器的反饋測量結(jié)果來消除或減少健康組織里不需要的熱點。在控制傳遞給自適應(yīng)RF陣列輻射元件的功率與相位方面應(yīng)用了一種梯度搜索算法，計算機(jī)模擬顯示了用于治療深部腫瘤的自適應(yīng)消除相控陣的生命力。
美國專利第5,441,532號(它通過引用而在此用作參考)描述了一種單極子相控陣裝置，它利用自適應(yīng)RF或微波聚焦加熱深部腫瘤，同時應(yīng)用自適應(yīng)消除盡量減少出現(xiàn)在健康組織里的熱點。以同類和異類假腫瘤得出的RF自適應(yīng)體溫過高相控陣系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)，表明了在輻照深部腫瘤的同時盡量減少表面熱點的能力。提出了915MHz聚焦型體溫過高單極子相控陣的計算機(jī)模擬數(shù)據(jù)。
美國專利第5,540,737號(它通過引用而在此用作參考)描述了一種自適應(yīng)單極子波導(dǎo)相控陣，它位于壓縮的乳房組織的相對兩側(cè)，運用微波能對深部乳房腫瘤加熱。單極子相控陣乳房體溫過高系統(tǒng)在915MHz時的深部聚焦電場實驗數(shù)據(jù)與計算機(jī)模擬結(jié)果相當(dāng)吻合。
現(xiàn)在描述RF能量吸收與組織中溫度升高之間的關(guān)系。組織中的電磁能量吸收，在文獻(xiàn)中有時稱為SAR(比吸收率或單位質(zhì)量吸收的功率)，其單位為焦耳/千克-秒(或瓦/千克)，可表為SAR=12σρ|E|2,---(1)]]>其中σ是組織電導(dǎo)率(西門子/米)，ρ是組織密度(千克/米3)，而|E|是局部電場幅值(伏/米)。在公式(1)中，量1/2σ|E|2是轉(zhuǎn)換成熱能的時間平均RF功率密度，稱為耗用功率。
如果忽略因人體而異的熱傳導(dǎo)與熱對流作用9它們在出現(xiàn)顯著的溫升時才顯得重要)，則組織中的初始溫升ΔT(℃)與比吸收率的關(guān)系如下ΔT=1cSARΔt,---(2)]]>式中c是組織的比熱(焦耳/千克-度C)，Δt是暴露時間周期(秒)。把式(1)代入式(2)，得到組織中感應(yīng)溫升與施加電場之間的關(guān)系為ΔT=12σρc|E|2Δt.---(3)]]>這樣，修改局部電場幅值，會影響組織中的局部能量吸收與感應(yīng)的溫升。例如，希望在惡變組織中設(shè)置一幅值足夠大的電場將腫瘤塊加熱到某一溫度范圍，以從熱敏脂質(zhì)體激活藥劑的局部釋放。在腫瘤治療期間，希望將健康組織中的電場幅值限制到小于腫瘤內(nèi)的電場幅值，使健康組織溫度保持低于激活熱敏脂質(zhì)體的溫度。
脂質(zhì)體是微觀的人造類脂顆粒(包括脂肪、類脂化合物與類固醇的有機(jī)化合物)，可加工成裹住藥物，產(chǎn)生高效、安全的新型藥劑。有效藥物的毒性可通過應(yīng)用脂質(zhì)體技術(shù)而把癌腫作為目標(biāo)。選擇特定的類脂體，其液晶相變范圍約為40～45℃，脂質(zhì)體在此范圍內(nèi)經(jīng)受物理特性的突變。相反地，在40℃與37℃之間的正常體溫的溫度下，同樣的脂質(zhì)體的物理特性很少有變化。脂質(zhì)體可以有一個或多個含有藥劑的液狀分隔空間，它們由類脂雙層包封。
當(dāng)把脂質(zhì)體溫度升高到液晶相變范圍僅幾秒鐘時，已在玻璃試管內(nèi)演示了幾乎全部釋放脂質(zhì)體內(nèi)容。對于人體的應(yīng)用，把脂質(zhì)體注入血流，隨著脂質(zhì)體在小動脈、微動脈和毛細(xì)血管中循環(huán)，反復(fù)地通過加熱區(qū)30～60分鐘，脂質(zhì)體藥物內(nèi)容的釋放要比不接受熱量的區(qū)域多得多。在動物研究中，與溫度低于相變溫度的區(qū)域相比較，被加熱腫瘤在相變加熱區(qū)中的藥物吸收高出了3至4倍。脂質(zhì)體相變歸結(jié)于脂肪?；淐-C鍵運動的加快，它從高度有序的凝膠類狀態(tài)變成更易活動的流體狀態(tài)。在凝膠到流體的相變期間，吸收的熱能有效地熔化了包封液狀空間的雙層。在美國專利第5,094,854號(它通過引用而在此用作參考)中描述了熱敏脂質(zhì)體的專用配方。
有大量的藥物用于治療癌癥、感染和關(guān)節(jié)炎。在近幾年中，已開發(fā)了若干種遺傳藥物(基因療法)用于治療癌癥、感染和關(guān)節(jié)炎。基因療法指把正常的或經(jīng)遺傳改變的基因插入患病的組織區(qū)，一般用于替代損壞的基因。對年老的肺癌患者(具有變異復(fù)制的腫瘤抑制基因p53)的肺部注入健康的基因?；虔煼?正常的BRCAI基因)正在為前列腺癌和乳房癌病人開發(fā)中。目前研究人員正在為HIV(人類免疫缺陷病毒)開發(fā)基因療法。患風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的病人遭受聯(lián)合的侵害和發(fā)炎，原因為interleukin-1(IL-1)的生化劣化?；虔煼ㄒ氲募?xì)胞含有一種阻止interleukin-1攻擊的基因。
熱沖擊誘發(fā)特定基因激活法也是眾所周知的。熱沖擊蛋白質(zhì)的作用是幫助粘結(jié)其它蛋白質(zhì)，并幫助這些蛋白質(zhì)跨過細(xì)胞膜易位(或助長)。通過向上調(diào)節(jié)(upregulate)熱沖擊蛋白質(zhì)基因的復(fù)制和翻譯，使細(xì)胞響應(yīng)于熱應(yīng)力。已經(jīng)知道，體溫過高提供了熱沖擊蛋白質(zhì)啟動子(promotor)的增強(qiáng)的表達(dá)。這類熱增強(qiáng)的啟動子迅速而特定的響應(yīng)提供了定為目標(biāo)的基因表達(dá)。本發(fā)明的熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)提供了目標(biāo)基因療法的手段。
本發(fā)明涉及一種獨特的組合，即把定目標(biāo)提供藥劑的熱敏脂質(zhì)體與最低限度入侵自適應(yīng)消除和聚焦單極子相控陣聯(lián)合使用于對病人的自適應(yīng)熱力學(xué)療法。
圖1是本發(fā)明一示例性實施例的最低限度入侵自適應(yīng)RF相控陣熱力學(xué)系統(tǒng)100的透視圖，該系統(tǒng)用于治療病人或目標(biāo)體106內(nèi)的深部腫瘤，目標(biāo)是提供含有藥劑的熱敏脂質(zhì)體。環(huán)形單極子或偶極子相控陣發(fā)射天線或相控陣施加器102圍繞病人的軀干。由陣列控制器101賦能和控制的施加器102具有多個均勻地定位于病人周圍的偶極子發(fā)射天線元件104。單極子陣列施加器包括一種充有去離子水或蒸餾水的金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。每個單極子或偶極子天線元件取向成平行于其它的單極子或偶極子天線元件，并且平行于通過由施加器102確定的柱體或橢圓形中心的A-A軸。
將病人如此定位在熱力學(xué)相控陣施加器102內(nèi)，使被治療的深部腫瘤處于相控陣施加器的中心或焦點附近。在病人與相控陣施加器之間設(shè)置一水囊(water bolus)105，以控制病人皮膚的溫度并有效地將RF能量耦合入病人。相控陣施加器102以治療方式用電場(E場)或電磁能量(由聚集在體內(nèi)深部腫瘤107上的單極子或偶極子天線元件輻射)照射目標(biāo)體106。
在本發(fā)明的自適應(yīng)熱力學(xué)相控陣中，運用電場消除法減小傳遞給潛在熱點的功率。在目標(biāo)體106表面上使用了非入侵場探針或傳感器112，用于消除目標(biāo)組織內(nèi)部的熱點。運用這里所述的本發(fā)明的熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)，自適應(yīng)地形成RF能量消除來減少傳遞給這些潛在熱點的電場能量。如下文要描述的，利用本發(fā)明的自適應(yīng)消除技術(shù)實現(xiàn)的能量消除法，既有入侵目標(biāo)(即，伸入目標(biāo)體)的，也有非入侵目標(biāo)(即，位于目標(biāo)表面上)的。
現(xiàn)在參照圖2，它示出了圖1中最低限度入侵自適應(yīng)RF相控陣熱力學(xué)系統(tǒng)100的簡化方框圖。該系統(tǒng)包括具有多個發(fā)射天線元件104n(n＝1，…，N)的相控陣施加器103，發(fā)射天線元件104n圍繞目標(biāo)體106將RF能量聚焦于目標(biāo)體內(nèi)的焦點107。施加器102由RF能源108賦能，能源108的RF輸出分配給每個發(fā)射天線元件104n并通過相應(yīng)的發(fā)射權(quán)重功能元件(Wn)110n對其驅(qū)動，每個功能元件110n具有相應(yīng)的壓控RF功率放大器Pn和壓控RF相移器φn。每個權(quán)重功能元件可影響?zhàn)伣o其陣列中相應(yīng)天線元件104n的RF能量的功率與相位，代表發(fā)射權(quán)重幅值分量的幅值控制電壓饋給壓控放大器，而代表發(fā)射權(quán)重相位的相位控制電壓饋給壓控移相器。
目標(biāo)體106有多個E場/溫度探針112m(m＝1，…，Naux)(即，接收天線)它們位于目標(biāo)體表面上的各個位置，對每個特定位置作E場采樣。另一根入侵探針115置于例如腫瘤內(nèi)的陣列所希望的焦點上。
接收探針112m與115每一個驅(qū)動一輸入送至RF接收機(jī)114。每個權(quán)重功能元件110n的發(fā)射幅值與相位權(quán)重經(jīng)線路103n饋給接收機(jī)114，用于找出每個發(fā)射天線元件104n的發(fā)射電平。接收機(jī)114的輸出117表示探針接收的復(fù)數(shù)電壓、焦點探針接收的復(fù)數(shù)電壓和相控陣的發(fā)射電平。接收機(jī)輸出驅(qū)動信號處理器或計算機(jī)116的輸入端，后者應(yīng)用梯度搜索自適應(yīng)消除/聚焦算法調(diào)節(jié)權(quán)重功能元件110n，由此消除或者減小每根接收探針112m接收的RF信號，即，把每根探針處的SNRp減至最小。在約50與150MHz之間的RF頻率處，在目標(biāo)體表面形成的自適應(yīng)零點透入人體，以保護(hù)遠(yuǎn)離腫瘤的健康組織。
為了在本發(fā)明的系統(tǒng)中產(chǎn)生所需的場分布，把接收探針放置盡可能接近焦點(腫瘤)和要避開高溫的地方(諸如靠近脊髓、傷疤組織或其它健康組織)。對于環(huán)形的陣列結(jié)構(gòu)，可將接收探針非入侵地置于目標(biāo)表面(皮膚)上。開始時，陣列經(jīng)聚焦在腫瘤處產(chǎn)生要求的場強(qiáng)。入侵探針115用于實現(xiàn)深部的最佳聚焦。為避免不希望的熱點，必須使在所需零點的位置處接收的功率減至最小，并約束陣列發(fā)射權(quán)重110n傳遞需要的發(fā)射量或焦點區(qū)功率。
在出現(xiàn)顯著數(shù)量的目標(biāo)加熱之前，信號處理器116要對來自接收機(jī)114的信號輸出117執(zhí)行樣本矩陣求逆(SMI)算法或梯度搜索算法，并更新自適應(yīng)陣列權(quán)重110n(用增益p和相位φ)，以在探針112m處迅速地形成零點。運用本發(fā)明的自適應(yīng)系統(tǒng)，可在探針112m的附近120m中避免不需要的熱點，并在焦點107(腫瘤)處保持治療用的熱劑量分布。
信號處理器116也可執(zhí)行最大化算法使焦點107處的能量最大。聚焦探針115入侵地置于需要的焦點107處，用于在腫瘤處產(chǎn)生最大信號或最大信噪比(SNRF)。對于每個發(fā)射天線元件104n每次一個輻射的情況，RF接收機(jī)114對來自入侵探針115的輸出信號進(jìn)行幅值與相位測量。信號處理器116處理這些測量結(jié)果并對發(fā)射權(quán)重功能元件110n反饋權(quán)重命令信號，以對發(fā)射信道作校正或相位對準(zhǔn)，由此使入侵焦點探針處的SNRF或RF功率最大。如果接收機(jī)114根據(jù)入侵焦點探針115作單純的幅值測量，則信號處理器可應(yīng)用梯度搜索技術(shù)，利用所有的元件同時發(fā)射使入侵焦點探針15處的SNRF最大。
脂質(zhì)體122被注入血流并由血流帶至被加熱區(qū)，并在被加熱區(qū)里釋放出藥劑124。實驗結(jié)果在100MHz對四通道RF熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)作自適應(yīng)消除測量。圖3是實驗的剖面圖形。實驗中使用了寬36厘米、高24厘米的橢圓形假人體軀干模擬體300。如R.f.Turner、A.Tumeh與T.Schaefermyer在名為“深局部與區(qū)域體溫過高的BSD-200方法物理學(xué)與技術(shù)”(StrahlentherapieOnkologie，Vol.165，No.10，pp.738-741，1989)的論文中所述，假人體軀干周圍是一直徑60厘米的市售偶極子相控陣302，擁有多個偶極子天線元件3041-3044(帶Sigma 60施加器的BSD 2000體溫過高系統(tǒng)，BSD醫(yī)學(xué)公司，美國猶他州鹽湖城)。橢圓形假人體軀干充有模仿人體肌肉組織的鹽水，鹽水的介電損耗使得RF衰減在100MHz下約為每厘米1dB。
在100MHz，鹽水中的RF波長約為30厘米。自適應(yīng)環(huán)形陣列的半功率波束直徑(即，零點直徑)約等于半波長，即15厘米。這樣。假人體表面上形成的強(qiáng)的零點應(yīng)該減少電場約50％，像在15厘米深度處一樣。不太強(qiáng)的零點對減小深部電場強(qiáng)度的作用較小。橢圓形假人體的外殼用2毫米厚的PVC(聚氯乙烯)硬塑料制作，該材料具有類似于人體脂肪的電特性。如圖3所示，在假人體外表面置有3個電場零點傳感器3061-3063。實驗?zāi)康氖窃诩偃梭w表面下方8厘米的深部模擬腫瘤位置307處保持聚焦的電場。為了監(jiān)視腫瘤位置處的電場，使用了入侵電場傳感器308。
實驗開始時，把輸入給環(huán)形陣列四個RF輻射天線的每個天線的功率與相位以手動方式置成等值。實驗期間，把所有四條通道的輸入功率之和保持為恒等于860W。經(jīng)對相控陣各個通道中的數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、功率放大器和相移器的自動調(diào)節(jié)，計算機(jī)啟動自適應(yīng)陣列算法。在每次對陣列發(fā)射通道作RF功率與與相位調(diào)節(jié)后，計算機(jī)軟件計算在表面?zhèn)鞲衅?模擬的健康組織區(qū))上測得的RF功率的改變率。對于這一實驗，應(yīng)用了最速下降梯度搜索算法確定輸入功率與相位命令，該命令使每個表面電場反饋傳感器測出的局部功率設(shè)置之和減至最小。通過功率與相位命令的組(用于自適應(yīng)消除假人體表面上的RF功率設(shè)置)，迭代執(zhí)行梯度搜索計算機(jī)算法。
圖4示出在自適應(yīng)消除前后在4個電場傳感器上測出的RF功率設(shè)置。在消除前，與傳遞給模擬的腫瘤位置的RF功率相比較，在模擬的健康組織中設(shè)置的RF功率要高得多。在消除后，表面上的電場大大減弱，而腫瘤RF功率卻提高約10％。這些數(shù)據(jù)表明，自適應(yīng)消除熱力學(xué)相控陣既能加熱深部的腫瘤又防護(hù)了健康組織。這些數(shù)據(jù)表明，運用自適應(yīng)消除熱力學(xué)相控陣，可將熱敏脂質(zhì)體定目標(biāo)地傳遞給某些區(qū)域而不給其它區(qū)域。
在電場梯度搜索自適應(yīng)消除算法每次迭代后，必須調(diào)節(jié)總RF功率以在腫瘤內(nèi)設(shè)置需要的溫度。為了產(chǎn)生激活熱敏脂質(zhì)體范圍內(nèi)的溫度，應(yīng)根據(jù)來自被加熱組織中入侵溫度傳感器的反饋(或若干傳感器測得的平均溫度)，自適應(yīng)地控制RF源提供的RF功率電平。
近年非入侵測溫技術(shù)的開發(fā)可以不必作入侵溫度測量。例如，磁共振成像、輻射測量術(shù)、應(yīng)用電位X線斷層術(shù)和超聲正受到非入侵測溫術(shù)的很大的關(guān)注。任何這類非入侵測溫術(shù)都可為自適應(yīng)相控陣提供溫度反饋。
在本發(fā)明的一示例性實施例中，對深部軀干加熱的輻射頻率在50與150MHz之間。對于頭、頸和乳房加熱，示例性輻射頻率范圍為915～2450MHz，這些頻率包括在工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)學(xué)(ISM)設(shè)備頻段902～928MHz與2400～2500MHz內(nèi)(經(jīng)國際電信聯(lián)盟(ITU)批準(zhǔn))(見DeGauque等人所著的《電磁兼容性》，Oxford Univ.Press，1993，p.136)。頻率434MHz也一直用于表面體溫過高法。
在本發(fā)明的一示例性實施例中，微波輻射天線是一種由單極子輻射器組成的單極子相控陣，單極子輻射器包含在通常為橢圓或圓形截面的充水金屬波導(dǎo)內(nèi)。每個單極子輻射器的長度約為所需輻射頻率的1/4波長。
在本發(fā)明的一示例性實施例中，入侵電場探針是一根柔性超小型金屬同軸電纜(RG-034)，其外徑為1毫米，頂區(qū)外套管除去一厘米形成單極子接收天線。這種電場探針應(yīng)置于導(dǎo)管內(nèi)。雖然金屬同軸電纜會散射來自RF相控陣的RF場，但是自適應(yīng)消除與聚焦算法補(bǔ)償了這一散射。眾所周知，金屬結(jié)構(gòu)可由RF場加熱，這就必須用水來冷卻容納同軸電纜的導(dǎo)管。由于金屬同軸電纜的加熱有助于腫瘤加熱，所以腫瘤內(nèi)不需要冷卻?；诠饫w的電場探針適合這一應(yīng)用，因為它們散射較少的能量且不被RF場加熱。
對于體內(nèi)的入侵溫度測量，本發(fā)明一示例性實施例包括一種基于光纖的器件的溫度測量探針，諸如美國加利福尼亞州Santa Clara的Luxtron公司出售的裝置，直徑一般為0.75毫米。這種基于光纖的溫度探針不耦合到RF場，故不干擾自適應(yīng)相控陣電場測量。象上述的入侵電場探針一樣，這種溫度探針可置于同一導(dǎo)管內(nèi)。
圖2用方框圖示出了最低限度入侵自適應(yīng)消除RF相控陣熱力學(xué)系統(tǒng)的概念。從理論上講，要在臨床自適應(yīng)熱力學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生需要的場分布，接收傳感器要盡量靠近焦點(腫瘤位置)和要避開高溫的地方(諸如靠近脊髓與傷疤組)。如圖所示，通過將輔助傳感器1，2，…，Naux置于目標(biāo)皮膚上而實現(xiàn)非入侵自適應(yīng)消除系統(tǒng)。位于每根輔助探針中央的零點區(qū)自然地延伸入橢圓形目標(biāo)區(qū)以消除不希望的熱點。
每個零點區(qū)的寬度直接與每個零點的強(qiáng)度有關(guān)，而每個零點的強(qiáng)度(有時指消除量)直接與傳感器位置處的SNR相關(guān)。低SNR產(chǎn)生少量消除，高SNR產(chǎn)生大量消除。焦點與零點位置之間的分辨率或最小間距通常等于天線的半功率束寬。每當(dāng)零點與焦點之間的間隔接近半功率束寬時，利用弱零點可略為增大分辨率。
直徑為D(以波長為單位)的聚焦天線孔徑的半功率角度束寬近似地表示為θHPBN=λD---(4)]]>其中λ是波長。以長度為單位的天線半功率焦點束寬(焦點大小)可表示為s＝θHPBW×R (5)其中R是天線的焦距。利用式(4)并把聚焦于原點的環(huán)形陣列的R＝D/2代入式(5)得到s=λ2---(6)]]>這樣，環(huán)形陣列的近似的焦點尺寸或分辨率就是在目標(biāo)體內(nèi)的半個波長，可通過計算機(jī)模擬加以認(rèn)定。
開始時，本發(fā)明的熱力學(xué)相控陣作相位聚焦以在腫瘤處產(chǎn)生所要的場強(qiáng)。要求用入侵探針實現(xiàn)深部的最佳聚焦。為了避免熱點，必須使在所需零點位置接收的功率減至最小，并約束陣列權(quán)重以傳遞要求數(shù)量的發(fā)射或焦點區(qū)功率。
自適應(yīng)陣列權(quán)重(具有增益g和相位φ)由SMI算法或梯度搜索算法控制，以在出現(xiàn)顯著數(shù)量的目標(biāo)加熱之前迅速形成零點。利用這種自適應(yīng)技術(shù)，可避免熱點并在腫瘤處保持治療熱劑量分布。在自適應(yīng)消除處理之后，再應(yīng)用相位聚焦算法改善腫瘤位置處的聚焦。自適應(yīng)發(fā)射陣列表述研究有N個同等天線元件的熱力學(xué)相控陣。從分功器網(wǎng)絡(luò)分配的權(quán)重信號中獲得N個陣列元件中每個元件的輸入信號。自適應(yīng)通道數(shù)標(biāo)為N。讓w＝(w1，w2，…，wN)T表示自適應(yīng)通道權(quán)重矢量，如圖2所示。式中的上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。
對于聚焦于同類組織中原點的自適應(yīng)環(huán)形陣列而言，歸一化靜止權(quán)重矢量就是wq＝(1，1，1，…，1)T。換言之，幅值與相位照射是均勻的。通常，對權(quán)重矢量加以約束以傳遞需要量的功率給熱力學(xué)相控陣或給腫瘤。為簡化起見，在實驗性自適應(yīng)熱力學(xué)陣列控制軟件中，將權(quán)重加以約束，從而Σn=1N|wn|=K---(7)]]>其中|wn|是第n自適應(yīng)通道的發(fā)射權(quán)重幅值，K為常數(shù)。為了產(chǎn)生自適應(yīng)零點，由SMI算法或梯度搜索算法控制發(fā)射權(quán)重(相位與幅值)。SMI算法具有工作于開環(huán)或閉環(huán)反饋模式的靈活性，而梯度搜索算法只能工作于反饋模式。梯度搜索自適應(yīng)陣列算法梯度搜索算法常用于無法計算或測量通道相關(guān)性的自適應(yīng)陣列的場合。運用梯度搜索，只要求測量接收機(jī)通道的輸出功率并把它用作算法的反饋信號?，F(xiàn)在有各種各樣的梯度搜索法。
在只測量探針接收到的功率的條件下，最好用梯度搜索算法使選定位置處的E場功率最小。梯度搜索用來迭代地控制發(fā)射權(quán)重，從而使探針陣列接收的RF信號最小。發(fā)射陣列權(quán)重(幅值與相位)以小的增量作自適應(yīng)變化，并監(jiān)視探針陣列輸出功率以確定最迅速地將輸出功率減至零的權(quán)重設(shè)定。梯度搜索的數(shù)學(xué)公式以直接的方式得出并在后面的熱力學(xué)療法一節(jié)描述。雖然數(shù)學(xué)公式是以最小化(自適應(yīng)消除)問題給出的，但是這些公式很容易變換成最大化(自適應(yīng)聚焦)問題。
電場探針處接收到的功率之和標(biāo)為Prec。這里把標(biāo)為C的自適應(yīng)陣列比抵消定義為自適應(yīng)后探針接收到的功率之和Pa與自適應(yīng)前探針接收到的功率之和Pb的比值；即C=papb.---(8)]]>現(xiàn)在考慮施加給自適應(yīng)熱力學(xué)相控陣天線的N個發(fā)射權(quán)重的J組(或迭代)。根據(jù)自適應(yīng)消除法，最佳發(fā)射權(quán)重設(shè)定值(根據(jù)收集J組N個發(fā)射權(quán)重)出現(xiàn)在輔助探針陣列接收的總干擾功率Prec(或健康組織中的功率)最小化的時候。為便于記述，用品質(zhì)因數(shù)F表示Prec，并采用一種最速下降梯度搜索法尋找使F減至最小的最佳發(fā)射權(quán)重；即Fopt＝min(Fj) j＝1，2，…，j. (9)如圖5所示的幅值與相位散布圖所建提議的，假定熱力學(xué)相控陣中有N個復(fù)數(shù)發(fā)射權(quán)重。在發(fā)射權(quán)重第j次結(jié)構(gòu)(或迭代)中，把第n個發(fā)射權(quán)重表示為Wnj=AnjejΦnj---(10)]]>其中Anj是分布在Amin至Amax范圍內(nèi)的發(fā)射權(quán)重幅值，Φnj是分布在Φmin至Φmax范圍內(nèi)的發(fā)射權(quán)重相位。目標(biāo)是找出N個發(fā)射權(quán)重的每一個的幅值與相位值，從而將品質(zhì)因數(shù)(Prec)減至最小。當(dāng)品質(zhì)因數(shù)減至最小時，將在輔助傳感器位置處形成自適應(yīng)輻射圖案零點。
假定N個發(fā)射權(quán)重的某個初始設(shè)定值，通過使它們抖動而調(diào)節(jié)權(quán)重，直到實現(xiàn)了最佳品質(zhì)因數(shù)。目標(biāo)是指出N個發(fā)射權(quán)重的集合搜索方向，從而使F最迅速地下降。即，如此選擇發(fā)射權(quán)重，從而使方向?qū)?shù)在(Aj，Φj)處減至最小，這里的Aj與Φj分別是幅值與相位列矢量。
Fj的方向?qū)?shù)用發(fā)射權(quán)重的幅值與相位變化表示為D(Fj)=Σn=1N(∂Fj∂AnjrAnj+∂Fj∂ΦnjrΦnj),---(11)]]>其中表示偏導(dǎo)數(shù)，而rAnj、rΦnj是Fj最迅速地下降的(A，Φ)方向。方向rAnj、rΦnj被約束為Σn=1N(rAnj2+rΦnj2)=1---(12)]]>目標(biāo)是使遭受上述約束公式的D(Fj)減至最小。
運用Lagrange乘子構(gòu)成Lagrange函數(shù)Lj=Σn=1N(∂Fj∂AnjrAnj+∂Fj∂ΦnjrΦnj)+G[1-Σn=1N(rAnj2+rΦnj2)],---(13)]]>其中G是待確定的常數(shù)。要求Lj為極值是指∂Lj∂rΦnj=∂Fj∂Φnj-2GrΦnj=0,n=1,2,…,N,---(15)]]>或∂Lj∂rAnj=∂Fj∂Anj-2GrAnj=0,n=1,2,…,N---(14)]]>rAnj=12G∂Fj∂Anj---(16)]]>rΦnj=12G∂Fj∂Φnj---(17)]]>將式(16)與(17)平方并引用式(12)，得Σn=1N(rAnj2+rΦnj2)=1=14G2Σn=1N[(∂Fj∂Anj)2+(∂Fj∂Φnj)2];---(18)]]>因而G=±12Σn=1N[(∂Fj∂Anj)2+(∂Fj∂Φnj)2]---(19)]]>將式(19)代入式(16)和(17)得rAnj=-∂Fj∂AnjΣn=1N[(∂Fj∂Anj)2+(∂Fj∂Φnj)2]---(20)]]>rΦnj=-∂Fj∂ΦnjΣn=1N[(∂Fj∂Anj)2+(∂Fj∂Φnj)2]---(21)]]>在式(20)和(21)中，對應(yīng)于最大函數(shù)減小的方向選擇負(fù)號。將會明白，在式(20)和(21)中將負(fù)號變成正號，則搜索方向?qū)?yīng)于最大函數(shù)增大的方向，即，正號用于使傳遞給焦點或腫瘤位置的功率增至最大。偏導(dǎo)數(shù)∂Fj∂Anj,∂Fj∂Φnj;n=1,2,…,N---(22)]]>表示最大函數(shù)減小的梯度方向。
因為測出了品質(zhì)因數(shù)F，但無法表達(dá)成分析形式，所以使用有限差分以數(shù)字形式估算偏導(dǎo)數(shù)。這樣∂Fj∂Anj=ΔFAnj2ΔAnj---(23)]]>∂Fj∂Φnj=ΔFΦnj2ΔΦnj---(24)]]>如圖6所示，這里的ΔFAnj＝Fj(Anj+ΔAAnj；Φnj)-Fj(Anj-ΔAnj；Φnj)(25)ΔFφnj＝Fj(Anj；Φnj+ΔΦnj)-Fj(Anj；Φnj-ΔΦnj) (26)而ΔAnj與ΔΦnj是最大步距大小?，F(xiàn)在假設(shè)增量和ΔAnj與ΔΦnj都依賴于迭代號j與發(fā)射元件指數(shù)n。將式(23)與(24)代入式(20)與(21)，得到搜索方向的所希望的結(jié)果rAnj=-ΔFAnjΔAnjΣn=1N[(ΔFAnjΔAnj)2+(ΔFΦnjΔΦnj)2]---(27)]]>rΦnj=-ΔFΦnjΔΦnjΣn=1N[(ΔFAnjΔAnj)2+(ΔFΦnjΔΦnj)2]---(28)]]>根據(jù)下面的公式計算第(j+1)次發(fā)射權(quán)重結(jié)構(gòu)新的幅值與相位設(shè)定值A(chǔ)n，j+1＝Anj+ΔAnjrAnj(29)Φn，j+1＝Φnj+ΔΦnjrΦnj(30)對于這些實驗中的梯度搜索的現(xiàn)有軟件實施，假設(shè)(為簡便起見)步距大小與迭代號、自適應(yīng)通道號均無關(guān)；即ΔAnj＝ΔA (31)ΔΦnj＝ΔΦ(32)在有些場合，可以希望每次迭代改變步距的大小，但是該可能性未在這些測量結(jié)果中予以披露?？旒铀偎惴榱思涌焯荻人阉鞯氖諗?，可按下法替代式(29)與(30)通過引入表為指數(shù)k(k＝1，2，3，…)的子迭代，計算當(dāng)前第j次發(fā)射權(quán)重結(jié)構(gòu)的快加速幅值與相位設(shè)定值A(chǔ)n，j，k＝Anj+ΔAnjrAnj2k-1(33)Φn，j，k＝Φnj+ΔΦnjrΦnj2k-1(34)
換言之，在每次迭代j，該算法起動子迭代k，以2的升冪改變幅值與相位增量。將會明白，可以使用2以外的其它值，如3、4等。為了更加直觀，用指標(biāo)IFAST代替kK。當(dāng)起動子迭代時，k＝1，算出自適應(yīng)陣列權(quán)重An，k，1和Φn，j，1并藉助于數(shù)-模轉(zhuǎn)換器設(shè)置在硬件中，并將迭代j和子迭代k處的電場探針功率Pj，k，irec(i＝1，2，3…)測出后存入計算機(jī)。當(dāng)多個電場探針功率達(dá)到所需的零強(qiáng)度值或當(dāng)探針功率之和達(dá)到所需的零強(qiáng)度值時，可停止算法工作。在下一次子迭代期間，k＝2，并按式(33)與(34)算出自適應(yīng)陣列權(quán)重An，k，2和n，j，2。這些新的權(quán)重由硬件設(shè)置，而在迭代j和子迭代k＝2處的探針功率Pj，k，irec(i＝1，2，3…)算出后存入計算機(jī)。
對于自適應(yīng)消除，如果Σi=1Nauxpj,k=2,irec<Σi=1Nauxpj,k=1,irec---(35)]]>則探針功率之和已減小，而子迭代通過將k增至3繼續(xù)下去，迭代方法相同。即，與前述情況一樣，計算并設(shè)置An，k，3和Φn，j，3，測量接收的探針功率，并將∑Pj，k＝3，irec的幅值與∑Pj，k＝2，irec相比較。然而，如果Σpj,k=2,irec>Σpj,k=1,irec---(36)]]>則探針功率之和已增大，子迭代停止，對j的下一次迭代仍繼續(xù)。
對于快加速梯度搜索，假定(為方便起見)步距大小與迭代號、自適應(yīng)通道號均無關(guān)；即ΔAnj＝ΔA(37)ΔAnj＝ΔA(37)系統(tǒng)的考慮因素圖7是本發(fā)明的示例性實施例的自適應(yīng)消除熱力學(xué)系統(tǒng)700的方框圖，該系統(tǒng)由快加速梯度搜索算法控制。圖的上方示出第j次迭代時的發(fā)射權(quán)重w1j…Wnj…WNj(7021～702N)。發(fā)射相控陣天線(7041～704N)在帶增益調(diào)節(jié)708的第i個接收場探針天線706兩端感應(yīng)出一個電壓。對于任何給定的發(fā)射權(quán)重結(jié)構(gòu)而言，以少量的幅值與相位來抖動每個權(quán)重，并把電場探針處接收到的功率存入計算機(jī)710，用于計算品質(zhì)因數(shù)、搜索方向和更新的第(j+1)次發(fā)射權(quán)重結(jié)構(gòu)。
必須在其余的發(fā)射權(quán)重處于其第j狀態(tài)時進(jìn)行一個發(fā)射權(quán)重的權(quán)重的抖動。如方框圖所示，自適應(yīng)熱力學(xué)系統(tǒng)中的品質(zhì)因數(shù)Fj就是輔助探針陣列接收到的功率，品質(zhì)因數(shù)是一個矩形矩陣，尺寸為(N×4)。維數(shù)為4是因為幅值與相位兩者都有正負(fù)抖動的緣故。自適應(yīng)發(fā)射權(quán)重的搜索方向以使輔助探針陣列接收到的功率減至最小為基礎(chǔ)，并且基于(27)與(28)計算。下一次結(jié)構(gòu)(j+1)的發(fā)射權(quán)重由式(29)與(30)算出。當(dāng)?shù)?j+1)次權(quán)重結(jié)構(gòu)收斂時，就得到了自適應(yīng)權(quán)重矢量Wa?？旒铀偎惴ㄖ恍枭贁?shù)幾次迭代就可收斂。
雖然已參照示出的示例性實施例特別示出和描述了本發(fā)明，但是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變更。例如，這里描述的設(shè)備適用于從低的RF頻率到毫米波頻率以及超聲。較佳的輻射元件是單極子，然而應(yīng)認(rèn)識到，諸如偶極子、螺旋線、微帶線方塊、波導(dǎo)等其它輻射元件或任何其它輻射器都能應(yīng)用于該自適應(yīng)相控陣。雖然本揭示內(nèi)容是指一種特定類型的脂質(zhì)體，但是應(yīng)認(rèn)識到，可以開發(fā)其它的脂質(zhì)體，并以這里描述的熱力學(xué)自適應(yīng)相控陣系統(tǒng)來定為傳遞目標(biāo)。此外，本發(fā)明適用于非醫(yī)療的體溫過高系統(tǒng)，諸如工業(yè)材料加熱使用的那種系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種熱力學(xué)治療系統(tǒng)，包括熱激活式給藥系統(tǒng)，它置于待治療病人的血流內(nèi)；以及自適應(yīng)相控陣輻射傳輸系統(tǒng)，它發(fā)射與聚焦輻射以對所述病人體內(nèi)的治療區(qū)加熱，其中，響應(yīng)于所述聚焦輻射對所述治療區(qū)的加熱，所述給藥系統(tǒng)在所述治療區(qū)釋放選擇的藥物。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱激活式給藥系統(tǒng)包括熱敏脂質(zhì)體。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脂質(zhì)體包裹一種所需的藥劑。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述藥劑包括一種化療藥劑。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述藥劑包括一種基因治療藥劑。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脂質(zhì)體在預(yù)定的溫度經(jīng)歷相變以釋放所述藥劑。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應(yīng)相控輻射傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射輻射的裝置；響應(yīng)于反饋信號控制所述輻射的相位與幅值的裝置；檢測所述輻射的裝置；以及控制裝置，用于接收檢出的輻射并產(chǎn)生所述反饋信號，所述控制裝置還根據(jù)檢出的輻射調(diào)節(jié)所述反饋信號。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置包括多根沿所述病人的皮膚表面非入侵地設(shè)置的輻射探針。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置包括一根設(shè)置于所述傳輸系統(tǒng)的所需焦點處的輻射探針。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置調(diào)節(jié)所述反饋信號，從而將所述多根探針處檢出的輻射減至最小。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置調(diào)節(jié)所述反饋信號，從而將所述探針處檢出的輻射增至最大。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置執(zhí)行一種快加速梯度搜索算法以產(chǎn)生所述反饋信號。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置包括用于從第i根探針處至少第n個輻射器接收所述輻射以構(gòu)造第j次發(fā)射權(quán)重wnj的裝置；用于從下式給出的接收到的輻射中計算品質(zhì)因數(shù)Fjrec的裝置Fjrec=Σi=1Nauxpi]]>式中Nanxj探針數(shù)；用于以少量幅值ΔAnj和相位ΔΦnj抖動發(fā)射權(quán)重Wnj的裝置；用于分別確定因抖動幅值與相位而造成的品質(zhì)因數(shù)差值ΔFAnj與ΔFφnj的裝置；用于分別確定由下述兩公式給出的梯度搜索方向rAnj與rφnj的裝置rAnj=-ΔFAnjΔAnjΣn=1N[(ΔFAnjΔAnj)2+(ΔFΦnjΔΦnj)2]]]>以及rΦnj=-ΔFΦnjΔΦnjΣn=1N[(ΔFAnjΔAnj)2+(ΔFΦnjΔΦnj)2].]]>用于對第(j+1)次結(jié)構(gòu)與子迭代k(k＝1，2，3…)產(chǎn)生新的發(fā)射權(quán)重wn，(j+1)的裝置，其中當(dāng)前第j次結(jié)構(gòu)的新權(quán)重的幅值分量為An，j，k＝Anj+ΔAnjrAnj2k-1而新權(quán)重的相位分量為Φn，j，k＝Φnj+Δφnjrφnj2k-1.
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射包括電磁輻射。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射包括超聲輻射。
16.一種以熱力學(xué)方法對病人體內(nèi)治療區(qū)給藥的方法，其特征在于，所述方法包括在所述病人的血流中置一熱激活式給藥系統(tǒng)；以及從自適應(yīng)相控陣傳輸系統(tǒng)發(fā)射并聚焦輻射以加熱所述病人體內(nèi)的所述治療區(qū)，響應(yīng)于正由所述自適應(yīng)發(fā)射并聚焦的輻射加熱的所述治療區(qū)，所述給藥系統(tǒng)在所述治療區(qū)釋放所述藥物。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述熱激活式給藥系統(tǒng)包括熱敏脂質(zhì)體。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述脂質(zhì)體包封一種所需的藥劑。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述藥劑包括一種化療藥劑。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述藥劑包括一種基因治療藥劑。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述脂質(zhì)體在預(yù)定的溫度經(jīng)歷相變以釋放所述藥劑。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射和聚焦步驟進(jìn)一步包括發(fā)射輻射；響應(yīng)于反饋信號，控制所述輻射的相位與幅值；用檢測裝置檢測所述輻射；接收檢出的輻射；產(chǎn)生所述反饋信號；以及根據(jù)檢出的輻射調(diào)節(jié)所述反饋信號。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述檢測裝置包括多根沿所述病人皮膚表面非入侵地設(shè)置的輻射探針。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述檢測裝置包括一根置于所述傳輸系統(tǒng)所需焦點處的輻射探針。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)所述反饋信號，從而使在所述多根探針處檢出的輻射減至最小。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)所述反饋信號，從而使在所述探針處檢出的輻射增至最大。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括執(zhí)行一種快加速梯度搜索算法以產(chǎn)生所述反饋信號。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括對于第j次結(jié)構(gòu)的發(fā)射權(quán)重wnj從第i根探針處的至少第n個場輻射器接收所述輻射；從下式給出的接收的輻射計算品質(zhì)因數(shù)FjrecFjrec=Σi=1Nauxpi]]>其中Nanx是探針數(shù)；以少量的幅值ΔAnj與相位ΔΦnj抖動發(fā)射權(quán)重wnj；分別確定因抖動幅值與相位而造成的品質(zhì)因數(shù)差值ΔFAnj與ΔFφnj；分別確定由下面兩公式給出的梯度搜索方向rAnj與rφnj；rAnj=-ΔFAnjΔAnjΣn=1N[(ΔFAnjΔAnj)2+(ΔFΦnjΔΦnj)2]]]>以及rΦnj=-ΔFΦnjΔΦnjΣn=1N[(ΔFAnjΔAnj)2+(ΔFΦnjΔΦnj)2].]]>對第(j+1)次配置與子迭代k(k＝1，2，3…)產(chǎn)生新的發(fā)射權(quán)重wn，(j+1)k，其中當(dāng)前第j次結(jié)構(gòu)的新權(quán)重的幅值分量為An，j，k＝Anj+ΔAnjrAnj2k-1而新權(quán)重的相位分量為Φn，j，k＝Φnj+ΔΦnjrΦnj2k-1.
29.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輻射包括電磁輻射。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輻射包括超聲輻射。
全文摘要
一種熱力學(xué)治療系統(tǒng),包括置于待治療病人血流內(nèi)的熱激活式給藥系統(tǒng)和自適應(yīng)相控陣輻射傳輸系統(tǒng),后者用于發(fā)射和聚焦輻射以加熱病人體內(nèi)的治療區(qū)。響應(yīng)于正由聚焦輻射加熱的治療區(qū),給藥系統(tǒng)在所述治療區(qū)釋放選擇的藥物。
文檔編號A61K48/00GK1268059SQ98808511
公開日2000年9月27日 申請日期1998年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者A·J·芬 申請人:馬薩諸塞州技術(shù)研究院