專利名稱：利用相長干涉電磁輻射的熱處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及醫(yī)療系統(tǒng)，且更特定來說，涉及采用射頻輻射來熱處理組織的醫(yī)療系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱處理用于處理許多醫(yī)療狀況，例如從運動受傷到癌癥感染。在典型的熱處理中，將熱能施加到主體的組織以便將其溫度升高到比正常體溫高幾度。許多類型的病原體和患病細胞在暴露于較高溫度時被殺死或者容易被藥物(例如，化學療法)或身體自身的免疫系統(tǒng)制服。一種形式的熱處理涉及例如通過施加加熱毯或加熱單元來將熱施加到身體的外部的待處理區(qū)域附近。然而，這些處理加熱了所施加熱附近的所有組織，且因此可能不利地影響周圍的健康組織。另一形式的熱處理通過使身體內(nèi)的組織暴露于微波輻射來加熱身體內(nèi)的組織，所述微波輻射通過激發(fā)組織內(nèi)的水分子來升高組織的溫度，較類似于微波爐對食物的做法。然而，此熱處理方法加熱了微波輻射路徑內(nèi)的所有組織，且因此也可不利地影響周圍的健康組織。用于處理身體內(nèi)的組織的另一常用方法涉及使組織暴露于電離輻射，例如X射線和伽瑪射線。眾所周知，經(jīng)常通過使腫瘤組織暴露于一系列窄的X射線或伽瑪射線束來處理腫瘤，其中每一暴露是在若干不同暴露角度下進行。此過程使腫瘤組織在若干束的匯聚處暴露于高劑量的輻射，同時使身體的其余部分暴露于較低的總劑量(即，近似與單個束暴露相關(guān)聯(lián)的劑量)。另外，此些方法需要謹慎地定位和校準具有許多高精度移動部件的發(fā)射器。雖然此些處理方法可高度有效，但此些多束方法無法應(yīng)用于采用微波輻射的熱處理，因為熱處理中的目標是使組織溫度升高一段時間，這需要連續(xù)地暴露于微波輻射。

發(fā)明內(nèi)容
各種實施例提供用于使用微波或其它電磁輻射來熱處理主體的一部分而不危害所述主體的其它部分的方法和系統(tǒng)。各種實施例使得能夠在主體內(nèi)深處實現(xiàn)熱處理而不使所述主體的組織或材料的其余部分暴露于升高的溫度。在實施例中，多個電磁輻射發(fā)射器定位于熱處理系統(tǒng)內(nèi)的已知位置且耦合到控制處理器?？刂铺幚砥鹘?jīng)配置以用協(xié)調(diào)的方式控制每一發(fā)射器的發(fā)射，使得發(fā)射的電磁輻射在所需處理體積內(nèi)相長地干涉。通過配置每一發(fā)射器發(fā)射的電磁輻射的發(fā)射波形和時間延遲或相對相位滯后，輻射在需要熱處理的體積中相長地干涉，同時穿過主體的其余部分的電磁輻射表現(xiàn)為噪聲。因此，大量熱能可沉積在處理體積內(nèi)，同時主體的其余部分暴露于較低的平均功率電平，且因此經(jīng)歷較低的溫度上升。在一些實施例中，電磁輻射是微波輻射，尤其是用以熱處理例如活組織等含水材料的實施例。在一實施例中，電磁輻射可以短脈沖的形式發(fā)射，所述短脈沖在個別確定的時間從每一發(fā)射器發(fā)射以使得所有脈沖同時到達處理體積中。在另一實施例中，所有微波發(fā)射器以一時間延遲或相位滯后在偽隨機波形中發(fā)出微波輻射，使得波形在處理體積中彼此相長地加強，同時在主體的整個其余部分中表現(xiàn)為隨機噪聲。在一實施例中，偽隨機波形可類似于在碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中使用的波形。


并入本文且構(gòu)成本說明書的部分的

本發(fā)明的示范性方面。連同上文給出的一般描述和下文給出的詳細描述一起，附圖用以闡釋本發(fā)明的特征。圖I是本發(fā)明的實例熱處理系統(tǒng)實施方案的說明。
圖2是熱處理系統(tǒng)的一部分的系統(tǒng)框圖，其包含圖I中說明的系統(tǒng)的橫截面圖。圖3是熱處理系統(tǒng)的橫截面圖，其說明兩個微波輻射波前在腫瘤內(nèi)的相交。圖4是熱處理系統(tǒng)的橫截面圖，其說明若干個微波輻射波前在腫瘤內(nèi)的相交。圖5A和圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一方面的說明微波脈沖的微波輻射振幅對位置的曲線圖。圖6是說明圖5B中說明的微波脈沖的累積功率的功率對位置的說明性曲線圖。圖7A是適合在本發(fā)明的各方面中使用的微波偽隨機波形的振幅對時間說明。圖7B是圖7A中說明的微波偽隨機波形的振幅對位置說明。圖7C是四個偽隨機波形微波輻射信號的振幅對位置說明。圖8是說明從圖7C中說明的微波偽隨機波形的組合得到的累積功率的功率對位置的曲線圖。圖9A是適合在本發(fā)明的各方面中使用的不同微波偽隨機波形的振幅對位置說明。圖9B是類似于圖9A中所說明的四個偽隨機波形微波輻射信號的振幅對位置說明。圖10是說明從圖9B中說明的微波偽隨機波形的組合得到的累積功率的功率對位置的曲線圖。圖11是說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于熱處理患者的實例方法的過程流程圖。圖12是熱處理系統(tǒng)的橫截面圖，其說明圖11中說明的方法中涉及的幾何計算。圖13是熱處理系統(tǒng)的橫截面圖，其說明圖11中說明的方法中涉及的計算考慮了組織對微波輻射傳播的影響。圖14是說明根據(jù)本發(fā)明的一方面的熱處理系統(tǒng)的一部分的組件框圖。圖15是說明適合與本發(fā)明的一方面一起使用的計算系統(tǒng)的組件框圖。
具體實施例方式將參看附圖詳細描述各種方面。只要可能，將在整個圖式中使用相同的參考標號來指代相同或相似的部分。對特定實例和實施方案做出的參考是出于說明性目的，且無意限制本發(fā)明或權(quán)利要求書的范圍。如本文中所使用，術(shù)語“熱處理”既定涵蓋其中通過沉積或施加熱能來加熱身體或材料的至少一部分的任何過程。如本文中所使用，術(shù)語“微波”和“微波輻射”指代有可能在身體內(nèi)沉積熱能(例如)以升高其溫度但既定不反映特定頻率或波長的電磁輻射。在特定實施例中，使用將激發(fā)水分子的頻率或波長的微波輻射以便熱處理活組織，例如人主體的組織。然而，當處理其它類型的材料時可使用其它波長或頻率的電磁輻射，例如激發(fā)材料內(nèi)的各種熱振動的頻率。雖然參考適合于處理人類患者的醫(yī)療系統(tǒng)來說明各種方面，但本發(fā)明具有較寬的應(yīng)用，包含非人類主體和非生物材料的熱處理。因此，對“患者”、“主體”和“組織”的參考既定涵蓋人類和非人類處理應(yīng)用。此外，術(shù)語“熱處理”既定涵蓋各種實施例的任何應(yīng)用以便沉積熱或升高生物或非生物材料的溫度?？傮w來說，在實例實施例中，多個微波發(fā)射器定位于熱處理系統(tǒng)內(nèi)的已知位置中且耦合到控制處理器?？刂铺幚砥鹘?jīng)配置以用協(xié)調(diào)的方式控制每一發(fā)射器的發(fā)射，使得發(fā)射的電磁輻射匯聚且到達所需的處理體積，使得輻射的相長干涉在所述體積內(nèi)發(fā)生。通過配置每一發(fā)射器發(fā)射的電磁輻射的發(fā)射波形和時間延遲或相對相位，輻射在需要熱處理的體積中相長地干涉，同時穿過主體或材料的其余部分的電磁福射隨機地干涉。因此，大量熱能沉積在處理體積內(nèi)，同時主體的其余部分暴露于低得多的平均功率電平，且因此經(jīng)歷低得多的溫度升高。通過以此方式(即，在處理點引起相長干涉)協(xié)調(diào)例如微波輻射等電磁
輻射的施加，可在主體內(nèi)深處實現(xiàn)熱處理，而不會使主體的組織或材料的其余部分升高到高溫。在一個實施例中，電磁輻射以短脈沖的形式發(fā)射，所述短脈沖在個別確定的時間從每一發(fā)射器發(fā)射以使得所有脈沖同時到達處理體積中。在另一實施例中，所有微波發(fā)射器以一時間延遲或相位滯后發(fā)射偽隨機波形，使得波形在處理體積中彼此相長地加強，同時在主體或材料的整個其余部分中表現(xiàn)為隨機噪聲。在此實施例中，偽隨機波形可類似于在碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中使用的波形。在實施例中，多個相對低功率微波發(fā)射器定位于一體積的周邊周圍的若干已知位置，其中所述體積經(jīng)配置以接納待熱處理的主體(例如，患者、結(jié)構(gòu)或材料體積)。如圖I中說明，此系統(tǒng)可包含用于容納待處理主體的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可打開或關(guān)閉且在一實施例中可呈具有界定內(nèi)部體積2的內(nèi)表面的圓柱體I的形式，患者或主體可例如在可移動臺3上定位于所述內(nèi)部體積2中。在此實例中，熱處理系統(tǒng)的外觀可類似于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、計算機輔助層析X射線攝影(CAT)成像系統(tǒng)或正電子發(fā)射層析X射線攝影(PET)成像系統(tǒng)的外觀。然而，熱處理系統(tǒng)采用非常不同的技術(shù)。圖2說明圓柱體I的橫截面圖，其展示熱處理系統(tǒng)的系統(tǒng)組件的一部分。此橫截面圖說明在一實施例中多個發(fā)射器6a到6g可如何定位在內(nèi)部體積2的圓周周圍。待處理主體9可定位于臺3上以便熱處理待處理內(nèi)部體積10，例如腫瘤。所述多個發(fā)射器6a到6g可經(jīng)由例如電纜5等若干連接耦合到計算機處理器4且由其控制。所述多個發(fā)射器6a到6g可發(fā)射任一頻率的電磁福射。在優(yōu)選實施例中，發(fā)射器發(fā)射適合于熱處理含水材料(例如組織)的微波輻射。為了描述的簡單，在以下描述中將發(fā)射器6a到6g稱為微波發(fā)射器。然而，這些參考既定不暗示實施例一定限于微波輻射。而且，發(fā)射器可分布于三維空間中，即使圖2展示其布置于一平面中。圖3中說明在各種實施例中實施的處理體積內(nèi)的電磁輻射(例如，微波輻射)的相長干涉的概念。此圖展示包含定位于主體9周圍的多個微波發(fā)射器6a到6g的熱處理系統(tǒng)I的橫截面。當從一個發(fā)射器(例如發(fā)射器6a)發(fā)射微波脈沖時,脈沖作為波前7a以光速向外行進。因此，在給定時間量內(nèi)，微波輻射行進可確定的距離8a。在圖3中，發(fā)射的波前7a與待處理體積10相交，待處理體積10距發(fā)射器6a距離為8a。類似地，從另一發(fā)射器6f發(fā)射的輻射將行進一不同距離8f而到達待處理體積10。如果微波發(fā)射經(jīng)適當定時，那么來自發(fā)射器6a、6f中的每一者的波前7a、7f將同時到達處理體積10中。可采用此概念來使用若干微波發(fā)射器6a到6g在處理體積10內(nèi)集中大量的微波輻射，如圖4中說明。如圖4說明，來自多個(例如，七個)微波發(fā)射器6a到6g的波前可經(jīng)協(xié)調(diào)而同時到達，因此波前或脈沖在處理體積10中重疊。圖式還說明在主體9的其余部分中，存在少數(shù)波前仍將相交的點。為了說明目的，圖4展示七個微波發(fā)射器6a到6g，但在各種實施方案中可使用更少或更多的發(fā)射器。如圖4說明，處理區(qū)將通常偏離系統(tǒng)I的中心線，且可位于內(nèi)部體積2內(nèi)的 任何位置。然而，通過控制從發(fā)射器6a到6g中的每一者發(fā)射的脈沖的時序或相位滯后，可實現(xiàn)波前7a到7g的同時到達。在各種實施例中可實施多種波形以實現(xiàn)處理體積10內(nèi)的所需微波能量的集中。圖5A說明微波能量以離散脈沖12的形式發(fā)射的一種方法。此些脈沖可為如部分22中所示的短暫持續(xù)時間，其由如部分20中所示的極少或無發(fā)射能量的延伸持續(xù)時間分離。由于微波脈沖以光速行進，因此其形狀可以圖形方式表示為振幅對時間(未圖示)或振幅對距發(fā)射器的距離，如圖示。在圖5A中的振幅對距離表示中，為說明目的將脈沖12展示為處于脈沖在發(fā)射器6與待處理體積10之間已行進距離8的時刻。此圖將波形展示為好像其沿著發(fā)射器與待處理體積10之間的直達線在所述特定時刻出現(xiàn)那樣。這說明在脈沖已從發(fā)射器到處理體積10行進距離8的所述時刻脈沖寬度部分22如何跨越待處理體積10，從而在所述體積中沉積能量，同時體積部分20的其余部分接收極少能量。當然，脈沖12穿過主體的發(fā)射將導致沿著隨時間經(jīng)平均化的能量傳播路徑的相同能量沉積。圖5B還以振幅對距離表示說明在與圖5A中說明相同的時刻的波形，其包含從其它發(fā)射器發(fā)射的脈沖。從每一發(fā)射器到處理體積10的距離將不同(見圖3和圖4)。然而，通過以適當定時或相位滯后從每一發(fā)射器發(fā)射脈沖，所有脈沖可經(jīng)配置以同時到達處理體積10，如部分22處說明。從每一發(fā)射器的脈沖發(fā)射的時序?qū)⑷Q于所述發(fā)射器與處理體積10之間的距離以及在這兩點之間行進的光速(即，穿過空氣和穿過主體的光速，如下文參見圖13更完整描述)。如果脈沖全部以適當時序發(fā)射，那么每一脈沖內(nèi)的能量將加在一起以在處理體積10中沉積比主體的其余部分20大體上更多的能量。來自每一發(fā)射器的脈沖穿過主體部分20的其余部分，但因為橫穿不同的路徑，且因此行進的距離不同，所以脈沖不重合(即，在同一時刻穿過同一點)。在圖5B中以如下方式說明此情形其它脈沖12b/、12c'、12d'和12d"沿著一個發(fā)射器與處理體積10之間的直接路徑(距離8)不與體積部分20的其余部分重合。在任一給定時刻在主體內(nèi)沉積的能量與脈沖的總和成比例，如圖6中說明。如所說明，在脈沖重合(部分22)的處理體積10中，在脈沖重疊且相長加強的時刻在所述體積中沉積的能量大大超過在所述時刻在主體部分20的其余部分中沉積的能量。在任一給定時刻，體積部分20的其余部分將不接收能量、將接收單個脈沖的能量，或偶爾接收兩個重疊脈沖的能量。圖6中的部分20內(nèi)的重疊脈沖的尖峰反映了圖4中兩個脈沖波前相交的點。雖然圖6展示在簡短時刻沉積的能量，但如果以上文描述的方式頻繁發(fā)射脈沖，那么主體內(nèi)的時間平均能量沉積將類似于圖6所示的曲線圖。舉例來說，如果從一個發(fā)射器到所關(guān)注體積的距離8為D，那么脈沖可以近似f = c/D的頻率發(fā)射，其中c是光速。此高頻脈沖速率將導致類似于圖6中的曲線圖的時間平均能量沉積。
圖7A說明可實施的另一波形，其中脈沖以偽隨機模式發(fā)射，其將在處理體積10中(部分22)相長地相加，但在主體的其余部分中(部分20)隨機地干涉或另外表現(xiàn)為噪聲。此波形可實施碼分多址(CDMA)蜂窩式通信系統(tǒng)中實施的類型的偽隨機波形。眾所周知，CDMA通信技術(shù)對關(guān)于偽隨機波形的信息進行調(diào)制，其中每一通信鏈路被指派偽隨機數(shù)字偏移。通過以此方式使多個通信鏈路的偽隨機波形偏移，可在同一頻帶內(nèi)在同一區(qū)域中建立若干通信鏈路，因為各種信號對每一接收器表現(xiàn)為類似于噪聲。CDMA通信依賴于使用特定通信裝置的偽隨機數(shù)字偏移來對接收的信號進行解調(diào)，以從其它信號中解析出所述信號。在本發(fā)明中，與每一發(fā)射器時間偏移一起使用偽隨機波形概念，使得各種波形將在處理體積10中相長地加強。從發(fā)射器到主體內(nèi)在處理體積10外部的所有點的不同路徑長度確保了發(fā)射的能量以不同量的信號偏移到達所述體積外部的每一點。由于路徑長度差異帶來的此波形偏移確保了在處理體積10外部的微波能量具有噪聲的表現(xiàn)。因此，如同相長干涉那樣，脈沖可能相消干涉。因此，將低平均功率(均方根)施加到主體的處理體積10的外部，同時在處理體積10內(nèi)施加高平均功率電平。圖7A到圖7C和圖8中說明此效果。圖7A以振幅對時間說明從單個發(fā)射器發(fā)射的偽隨機波形。由于微波輻射以光速行進，因此波形也可表示為沿著傳播路徑X的振幅對
距離，如圖7B中說明。此圖說明距發(fā)射器處于距離8的處理體積10內(nèi)的波形(部分26)可如何表現(xiàn)為極類似于主體的其余部分內(nèi)的波形(部分24)。圖7C中說明從若干發(fā)射器發(fā)射的若干波形的組合效果，所述發(fā)射器經(jīng)協(xié)調(diào)以使得波形在處理體積10內(nèi)相長地干涉。此圖展示已從系統(tǒng)內(nèi)間隔開的四個發(fā)射器發(fā)射的微波發(fā)射。由于發(fā)射時序或相位滯后的協(xié)調(diào)，四個波形同相地到達處理體積10部分26，使得其波且因此其沉積的能量彼此相長地加強。這增加了此體積中沉積的功率，如圖8中所示的部分26中說明。在主體的其余部分中(部分24)，由于從每一發(fā)射器行進到每一點的不同距離，不同波形不同相。在圖7C中這是通過說明的波形移位來展示，其是由于到沿著路徑X的每一點的不同路徑長度行程所引起。由于偽隨機波形且各種微波發(fā)射不同相，因此所有微波波形的組合具有噪聲的特性。因此，主體內(nèi)在處理體積10外部的所有微波發(fā)射的總和均展現(xiàn)低電平平均功率沉積，其具有一些局部瞬時的功率尖峰和下降，如部分24中說明。通過增加發(fā)射器的數(shù)目且減少每一發(fā)射器發(fā)射的功率，在處理體積10 (部分26)內(nèi)施加的平均功率密度與在主體的其余部分(部分24)內(nèi)施加的平均功率密度之比可增加。以此方式,施加到處理體積10的總功率且因此所述體積內(nèi)的溫度可增加到有效水平，而不會不利地影響主體的其余部分(部分24)。發(fā)射器發(fā)射的微波波形不限于圖6A到圖6B和圖7A到圖7C中說明的方波形狀，因為可使用具有偽隨機特性的任何微波波形。這在圖9A到圖9B和圖10中展示，其說明更隨機且多頻的波形。如上文參見圖7B描述，處理體積10 (部分26)內(nèi)的偽隨機波形可表現(xiàn)為極類似于主體的其余部分(步驟24)內(nèi)的波形，如圖9A中說明。圖9B中說明從若干發(fā)射器發(fā)射的若干波形的組合效果，其經(jīng)協(xié)調(diào)以使得波形在處理體積10內(nèi)相長地干涉。通過協(xié)調(diào)發(fā)射相位調(diào)整，四個所說明波形同相地到達處理體積10部分26，使得其波且因此其沉積的能量彼此相長地加強。這增加了此體積中沉積的功率，如圖10中所示的部分26中說明。在主體的其余部分中，不同波形不同相，且因此在部分24中沉積低得多的量的能量。通過控制偽隨機波形的特征和從各種發(fā)射器中的每一者的發(fā)射的相對相位調(diào)整，可精確控制處理體積10的大小和所述體積內(nèi)沉積的能量。另外，可改變發(fā)射微波能量的發(fā)射器的數(shù)目以便調(diào)整處理體積10的大小和最大與最小能量沉積比。如上文提到，各種實施例可應(yīng)用于其中需要在主體(例如，患者、結(jié)構(gòu)或材料)的有限體積內(nèi)沉積能量(尤其是熱能)的多種應(yīng)用。雖然所采用的輻射的特定頻率或波長將取決于正在處理的材料，但基本操作概念大體上類似。因此，為了簡化各種實施例的描述，實例方法的以下描述著重于醫(yī)療應(yīng)用，其涉及對患者體內(nèi)的腫瘤的熱處理。此實例中腫瘤構(gòu)成處理體積10，且主體是患者9。圖11說明根據(jù)實施例的可在熱處理系統(tǒng)內(nèi)實施的實例方法。為了對患者的腫瘤進行熱處理，必須確定患者內(nèi)待處理體積的精確位置(步驟102)。用于定位腫瘤和患者內(nèi)的其它待處理體積的方法是醫(yī)療技術(shù)中眾所周知的，包含CAT、PET和MRI掃描技術(shù)和系統(tǒng)。此些3-D成像系統(tǒng)可在與患者身體相關(guān)的坐標系中產(chǎn)生腫瘤的3-D坐標。此坐標信息可用以通過確定患者在系統(tǒng)內(nèi)的位置來確定腫瘤在熱處理系統(tǒng)I內(nèi)的位置(步驟104)。此在用于熱處理系統(tǒng)I的第二坐標系內(nèi)定位用于腫瘤的第一坐標系的過程稱為“對齊”。在一些實施方案中，可相對于外部參考(稱為外部坐標系)來確定腫瘤的位置，所述外部參考例如為
當執(zhí)行腫瘤3-D成像時患者所躺的臺或支撐平臺。在所述情況下，外部坐標系將與熱處理系統(tǒng)I的坐標系對齊。對齊過程準許系統(tǒng)計算機使用簡單幾何變換來準確地確定腫瘤或待處理體積在熱處理系統(tǒng)I內(nèi)的位置(步驟106)。用以確定系統(tǒng)坐標系內(nèi)的待處理位置的數(shù)學變換是與計算機輔助外科學和3-D成像有關(guān)的醫(yī)療技術(shù)中眾所周知的。在腫瘤在熱處理系統(tǒng)I內(nèi)的位置經(jīng)確定的情況下，系統(tǒng)可確定從每一微波發(fā)射器到處理位點的距離(步驟108)。如下文參見圖12更完整描述，此操作涉及簡單幾何計算。在發(fā)射器到腫瘤距離經(jīng)確定的情況下，系統(tǒng)還可確定在每一發(fā)射器與腫瘤位點之間行進的微波脈沖的傳輸時間(步驟110)。如下文參見圖13更完整描述，此計算可涉及考慮在空氣和組織內(nèi)光速的差異。通過使用針對每一發(fā)射器的所確定傳輸時間，系統(tǒng)可計算應(yīng)施加到每一發(fā)射器的特定發(fā)射延遲或相位滯后，以使得所有發(fā)射的能量均同相到達腫瘤內(nèi)(步驟112)。此操作涉及簡單的線性計算。取決于所需熱處理對類型和待處理體積，系統(tǒng)還可確定待應(yīng)用的波形編碼以便實現(xiàn)處理體積內(nèi)的相長干涉的所需程度(步驟114)。這可涉及確定特定類型的偽隨機波形或以類似于CDMA通信系統(tǒng)編碼通信信息的方式編碼偽隨機波形內(nèi)的脈沖。最終，熱處理通過使用計算出的時間延遲或相位滯后從各種發(fā)射器發(fā)射微波能量而開始(步驟116)。處理可繼續(xù)以便在所需持續(xù)時間中將腫瘤維持在所需的升高溫度(如所有發(fā)射器容許的功率電平所控制)。如上文提到，確定從每一發(fā)射器到處理體積10的距離的過程涉及簡單幾何計算。圖12說明用于確定從一個發(fā)射器6a到熱處理系統(tǒng)I內(nèi)的腫瘤10的距離的此些計算的實例。在此實例中，基于主體9所躺的臺3，在坐標系中已知腫瘤10的位置。特定來說，腫瘤10的中心點位于沿著平行于臺3表面的X坐標的距離32處，且位于沿著Y坐標(S卩，臺3上方)的距離34處。這些計算容易經(jīng)一般化為坐標和發(fā)射器的三維系統(tǒng)。可通過設(shè)計、傳感器(未圖示)或操作者輸入來向熱處理系統(tǒng)I的計算機處理器告知臺3的位置，因此處理器可使坐標計算(可在系統(tǒng)坐標系中執(zhí)行)與臺3的X和Y坐標相關(guān)。舉例來說，可向計算機處理器告知發(fā)射器6a定位于沿著X軸距臺3的坐標軸的距離42處和沿著Y軸距臺3的坐標軸的距離44處。由此，系統(tǒng)可確定從發(fā)射器6a到坐標軸的距離40。計算機處理器還可確定從坐標軸到腫瘤10的距離30，其簡單地是腫瘤的X和Y坐標(即，距離32和34)的平方和的平方根。由于計算機處理器知道從發(fā)射器6a到坐標軸的距離40，因此系統(tǒng)可容易地計算從發(fā)射器到腫瘤10的距離50，其為兩個距離30和40的平方和的平方根。如果發(fā)射器6a與腫瘤10之間的距離50填充的是空氣，那么傳輸時間將簡單地為距離50除以空氣中的光速。然而，如圖13中說明，在大多數(shù)應(yīng)用中，距離50將部分地填充有空氣(部分82)且部分地填充有主體(例如組織)的材料(部分84)。因此，為了準確地確定從每一發(fā)射器6a到6g發(fā)射的微波能量到達腫瘤10的傳輸時間或到達時間，計算機處理器可計算發(fā)射器與主體9的外表面之間的距離以及沿著每一發(fā)射器與主體9內(nèi)的腫瘤10之間的線的距離。此些計算可容易地由被告知主體9和腫瘤10的3-D坐標(例如，從3-D成像掃描)的系統(tǒng)計算機處理器使用類似 于上文參見圖12所描述的簡單幾何計算來執(zhí)行。傳輸時間的計算因此涉及確定所發(fā)射電磁(例如，微波)輻射穿過空氣行進的距離且將所述距離除以空氣中的光速以獲得第一傳輸時間部分(即，行進時間部分82)，確定所發(fā)射電磁輻射穿過主體一直到達腫瘤10行進的距離且將所述距離除以組織(或構(gòu)成主體的任何材料)中的光速以獲得第二傳輸時間部分(即，行進時間部分84),且將第一與第二傳輸時間部分相加。圖14說明根據(jù)實施例的熱處理系統(tǒng)I的組件的一部分。熱處理系統(tǒng)I將包含控制處理器260，其以軟件指令配置以執(zhí)行例如上文描述的操作以控制各個發(fā)射器的總體功率電平和相位?？刂菩盘柨赏ㄟ^電纜202從控制處理器260載運到個別的波形產(chǎn)生器204。此些波形產(chǎn)生器204可使用類似于在CDMA蜂窩式電話上實施的發(fā)射器電路的電路。此些波形產(chǎn)生器204可包含數(shù)字信號處理器，其經(jīng)配置以產(chǎn)生例如上文參見圖7A到圖10描述的偽隨機波形。為了輸出實現(xiàn)所需熱處理功率沉積電平所必要的功率，波形產(chǎn)生器204可耦合到功率放大器206，其可使用來自功率源208的額外能量來提升發(fā)射的功率電平。由功率放大器206輸出的微波能量耦合到天線，例如微波天線210，其經(jīng)配置且定位在熱處理系統(tǒng)I內(nèi)以用合適方式輻射功率。在實施例中，波形產(chǎn)生器204、功率放大器206和天線210可制造為發(fā)射器單元6。通過使用用于制作固定在適當位置而不需要瞄準或聚焦機構(gòu)的蜂窩式電話組件的集成電路和制造方法，可經(jīng)濟地制作發(fā)射器單元6，使得熱處理系統(tǒng)I可包含大量發(fā)射器且仍保持費用可負擔。熱處理系統(tǒng)可包含控制處理器，其可為多種計算裝置中的任一者，例如圖15中說明的工作站計算機260。此工作站計算機260通常包含處理器261，其耦合到易失性存儲器262和大容量非易失性存儲器，例如磁盤驅(qū)動器263。計算機260還可包含耦合到處理器261的軟磁盤驅(qū)動器264和壓縮光盤(⑶)驅(qū)動器265。計算機260還可包含例如計算機鼠標267等指向裝置、例如鍵盤268等用戶輸入裝置，和顯示器269。計算機260還可包含耦合到處理器261的若干連接器端口 266，其用于連接到電纜5以用于連接到所述多個發(fā)射器6a到6g。連接器端口 266也可將處理器261耦合到網(wǎng)絡(luò)。各種實施例可由計算機處理器261實施，其執(zhí)行經(jīng)配置以實施所描述方法的軟件指令。此些軟件指令可存儲在存儲器262、263中作為單獨應(yīng)用程序，或作為實施實施例方法的經(jīng)編譯軟件。此外，軟件指令可存儲在任一形式的有形處理器可讀存儲器中，包含隨機存取存儲器262、硬盤存儲器263、軟磁盤(在軟磁盤驅(qū)動器264中可讀)、壓縮光盤(在CD驅(qū)動器265中可讀)、電可擦除/可編程只讀存儲器(EEPROM)、只讀存儲器(例如快閃存儲器)和/或插入計算裝置260中的存儲器模塊(未圖示)，例如外部存儲器芯片或插入USB網(wǎng)絡(luò)端口 266中的可USB連接的外部存儲器(例如“快閃驅(qū)動器”)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可將結(jié)合本文中所揭示的方面而描述的各種說明性邏輯區(qū)塊、模塊、電路和算法步驟實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。為清楚說明硬件與軟件的此互換性，上文已大致關(guān)于其功能性而描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。所述功能性是實施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及施加于整個系統(tǒng)的設(shè)計約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對每一特定應(yīng)用以不同方式來實施所描述的功能性，但所述實施方案決定不應(yīng)被解釋為會導致脫離本發(fā)明的范圍。上文描述且圖中展示的方法的框的次序僅用于實例目的，因為在不脫離本發(fā)明和權(quán)利要求書的精神和范圍的情況下一些框的次序可與本文描述的次序不同。結(jié)合本文揭示的方面描述的方法或算法的框可直接以硬件、以由處理器執(zhí)行的軟件模塊或以兩者的組合來體現(xiàn)。軟件模塊可駐存在處理器可讀存儲器中，所述處理器可讀存儲器可以是RAM存儲器、快閃存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、
硬盤、可裝卸式磁盤、CD-ROM或此項技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲媒體中的任一者。示范性存儲媒體耦合到處理器，使得處理器可從存儲媒體讀取信息并向存儲媒體寫入信息。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器及存儲媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端或移動裝置中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件駐留于用戶終端或移動裝置中。另外，在一些方面中，方法或算法的步驟和/或動作可作為代碼和/或指令中的一者或任何組合或任何代碼和/或指令集而駐存于可并入到計算機程序產(chǎn)品中的機器可讀媒體和/或計算機可讀媒體上。提供各種方面的先前描述是為了使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白對這些方面的各種修改，且本文中所定義的一般原理可在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下應(yīng)用于其它方面。因此，并不希望將本發(fā)明限于本文中所示的方面，而是，應(yīng)賦予權(quán)利要求書與本文中所揭示的原理和新穎特征一致的最廣泛范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將能量施加于主體內(nèi)的待處理體積的方法，其包括 從多個發(fā)射器發(fā)射電磁輻射，其中從所述多個發(fā)射器中的每一者發(fā)射的所述電磁輻射經(jīng)配置且控制以在所述待處理體積內(nèi)相長地干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 所述多個發(fā)射器圍繞所述主體間隔開；且 基于每一發(fā)射器與所述待處理體積之間的距離來控制從所述多個發(fā)射器中的每一者發(fā)射的所述電磁輻射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中從所述多個發(fā)射器中的每一者發(fā)射的所述電磁輻射以偽隨機波形配置，且經(jīng)控制以使得所述電磁輻射在所述待處理體積內(nèi)相長地干涉且在所述待處理體積外部隨機地干涉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其進一步包括 確定所述待處理體積的位置； 計算每一發(fā)射器與所述待處理體積之間的距離； 計算所發(fā)射電磁輻射從每一發(fā)射器到所述待處理體積的傳輸時間；以及 計算所述多個發(fā)射器中的每一者的相位滯后，其用以控制所述電磁輻射的發(fā)射。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述發(fā)射的電磁輻射是微波輻射。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中計算所發(fā)射電磁輻射從每一發(fā)射器到所述待處理體積的傳輸時間包括 確定所發(fā)射電磁輻射穿過空氣行進的距離且將所述距離除以空氣中的光速以獲得第一傳輸時間部分； 確定所發(fā)射電磁輻射穿過所述主體行進的距離且將所述距離除以所述主體的材料中的光速以獲得第二傳輸時間部分；以及將所述第一與第二傳輸時間部分相加。
7.一種系統(tǒng)，其包括 處理器；以及 多個電磁輻射發(fā)射器，其耦合到所述處理器， 其中所述處理器以軟件可執(zhí)行指令配置以執(zhí)行包括以下的操作配置且控制所述多個電磁輻射發(fā)射器中的每一者以使得所發(fā)射電磁輻射在主體內(nèi)的待處理體積內(nèi)相長地干涉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其進一步包括用于容納所述主體的結(jié)構(gòu)，其中 所述多個電磁輻射發(fā)射器定位于所述結(jié)構(gòu)上以使得其圍繞所述主體間隔開；且 所述處理器以軟件可執(zhí)行指令配置以執(zhí)行操作以使得基于每一發(fā)射器與所述主體內(nèi)的所述待處理體積之間的距離來控制所述多個發(fā)射器中的每一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中 所述多個電磁輻射發(fā)射器中的每一者經(jīng)配置以發(fā)射以偽隨機波形配置的電磁輻射；且所述處理器以軟件可執(zhí)行指令配置以執(zhí)行操作以使得所述多個電磁輻射發(fā)射器中的所述每一者中的每一者經(jīng)控制以使得所述電磁輻射在所述待處理體積內(nèi)相長地干涉且在所述待處理體積外部隨機地干涉。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述處理器以軟件可執(zhí)行指令配置以執(zhí)行進一步包括以下各項的操作確定所述待處理體積的位置； 計算每一發(fā)射器與所述待處理體積之間的距離； 計算所發(fā)射電磁輻射從每一發(fā)射器到所述待處理體積的傳輸時間；以及 計算所述多個發(fā)射器中的每一者的相位滯后，其用以控制所述電磁輻射的發(fā)射。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述多個電磁輻射發(fā)射器中的每一者是微波發(fā)射器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述處理器以軟件可執(zhí)行指令配置以執(zhí)行進一步包括以下各項的操作 確定所發(fā)射電磁輻射穿過空氣行進的距離且將所述距離除以空氣中的光速以獲得第一傳輸時間部分； 確定所發(fā)射電磁輻射穿過所述主體行進的距離且將所述距離除以所述主體的材料中的光速以獲得第二傳輸時間部分；以及將所述第一與第二傳輸時間部分相加。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中 所述結(jié)構(gòu)包括具有內(nèi)表面的圓柱體，所述內(nèi)表面界定經(jīng)配置以容納所述主體的內(nèi)部體積；且 所述多個電磁輻射發(fā)射器定位于所述內(nèi)表面上且圍繞所述內(nèi)表面而分布。
14.一種系統(tǒng),其包括 用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置；以及 用于配置且控制所述用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置以使得所述所發(fā)射電磁輻射在主體內(nèi)的待處理體積內(nèi)相長地干涉的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其進一步包括 用于圍繞所述主體定位所述用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置的裝置；以及用于基于到所述主體內(nèi)的所述待處理體積的距離來控制所述用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中 用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置包括用于發(fā)射以偽隨機波形配置的電磁輻射的裝置；且用于控制所述用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置的裝置控制所述發(fā)射以使得所述電磁輻射在所述待處理體積內(nèi)相長地干涉且在所述待處理體積外部隨機地干涉。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其進一步包括 用于確定所述待處理體積的位置的裝置； 用于計算到所述待處理體積的距離的裝置； 用于計算所述多個所發(fā)射電磁輻射中的每一者到所述待處理體積的傳輸時間的裝置；以及 用于計算所述多個所發(fā)射電磁輻射中的每一者的相位滯后的裝置，所述相位滯后由所述用于控制所述用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置的裝置使用。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中用于發(fā)射多個電磁輻射的裝置包括用于發(fā)射微波輻射的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中用于計算所述多個所發(fā)射電磁輻射中的每一者到所述待處理體積的傳輸時間的裝置包括 用于確定所發(fā)射電磁輻射穿過空氣行進的距離且將所述距離除以空氣中的光速以獲得第一傳輸時間部分的裝置； 用于確定所發(fā)射電磁輻射穿過所述主體行進的距離且將所述距離除以所述主體的材料中的光速以獲得第二傳輸時間部分的裝置；以及用于將所述第一與第二傳輸時間部分相加的裝置。
20.一種計算機程序產(chǎn)品，其包括 計算機可讀媒體，其包括 用于配置且控制多個電磁輻射發(fā)射器中的每一者以使得所發(fā)射電磁輻射在主體內(nèi)的待處理體積內(nèi)相長地干涉的至少一個指令。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包括 用于基于每一發(fā)射器與所述主體內(nèi)的所述待處理體積之間的距離來控制所述多個發(fā)射器中的每一者的至少一個指令。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機可讀媒體進一步包括用于控制所述多個電磁輻射發(fā)射器中的每一者以使得具有偽隨機波形的所述電磁輻射在所述待處理體積內(nèi)相長地干涉且在所述待處理體積外部隨機地干涉的至少一個指令。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機可讀媒體進一步包括 用于確定所述待處理體積的位置的至少一個指令； 用于計算每一發(fā)射器與所述待處理體積之間的距離的至少一個指令； 用于計算所發(fā)射電磁輻射從每一發(fā)射器到所述待處理體積的傳輸時間的至少一個指令；以及 用于計算所述多個發(fā)射器中的每一者的相位滯后的至少一個指令，所述相位滯后用以控制所述電磁輻射的發(fā)射。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機可讀媒體進一步包括 用于確定所發(fā)射電磁輻射穿過空氣行進的距離且將所述距離除以空氣中的光速以獲得第一傳輸時間部分的至少一個指令； 用于確定所發(fā)射電磁輻射穿過所述主體行進的距離且將所述距離除以所述主體的材料中的光速以獲得第二傳輸時間部分的至少一個指令；以及用于將所述第一與第二傳輸時間部分相加的至少一個指令。
全文摘要
方法和系統(tǒng)實現(xiàn)使用微波或其它電磁輻射來熱處理主體的一部分而不危害所述主體的其它部分。在實施例中，多個電磁輻射發(fā)射器定位于熱處理系統(tǒng)內(nèi)且耦合到控制處理器。所述電磁輻射可作為偽隨機波形來發(fā)射且可為微波輻射。所述控制處理器協(xié)調(diào)所述發(fā)射器以使得所發(fā)射電磁輻射在處理體積內(nèi)相長地干涉，同時穿過所述主體的其余部分的輻射隨機地干涉或表現(xiàn)為噪聲。因此，在其中所述電磁輻射波形同相地到達的體積中，所有所述發(fā)射器的功率相長地相加，從而導致顯著的溫度上升，同時所述主體的其余部分暴露于低得多的平均功率電平且因此較低的溫度上升。
文檔編號A61N1/40GK102802724SQ201080025851
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者格雷戈里·G·羅絲 申請人:高通股份有限公司