專利名稱：包含輻射分配光學元件的治療和診斷系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及用于治療和診斷受治療者的系統(tǒng)和方法。更具體地說，該系統(tǒng)和方法涉及用于人體或動物受治療者的腫瘤治療和診斷系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及光動力治療(PDT)和/或光熱治療(PTT)和/或光動力診斷(PDD)人體或動物上部位的系統(tǒng)和方法，其中非電離式電磁輻射被引到與輻射發(fā)生反應的部位，其中該系統(tǒng)包括用于輻射分配的操作模式選擇器，分別從至少一個輻射源到反應部位，和/或從反應部位到至少一個輻射傳感器，且其中反應部位通常是有腫瘤的腫瘤部位，例如，惡性腫瘤。
背景技術：
在醫(yī)學方法治療腫瘤疾病的領域，人們開發(fā)了多種用于治療惡性腫瘤疾病的物理療法手術，抑制細胞療法，電離輻射療法(γ輻射或粒子輻射)，同位素療法和采用放射針的短距離放射治療是普通物理療法的例子。盡管在治療方面取得很大的進展，腫瘤疾病仍然使人們遭受很大的痛苦，而且在西方國家具有高百分比的死亡率。相對新的物理療法，它通常簡稱為PDT的光動力療法，在治療領域內提供有價值的補充或選擇方案。腫瘤致導劑，通常稱之為先質或抗體，通過靜脈注射，口服或局部方式投藥到身體中。它在惡性腫瘤中累積的數量通常超過周圍的健康組織。然后，利用來自激光器的非熱能紅光照射腫瘤區(qū)，從而使抗體激活到更強化的狀態(tài)。通過能量從激活抗體到組織中氧分子的轉移，氧分子從它的正常三重態(tài)轉移成激活的單態(tài)。我們知道，單態(tài)氧對于組織特別有毒性細胞被消滅而組織進入壞死狀態(tài)。由于抗體集中在腫瘤細胞，可以得到唯一的選擇性，從而余下周圍的健康組織。特別是，利用血卟啉衍生物(HPD)和δ氨基乙酰丙酸(ALA)的臨床經驗具有良好的效果。
抗體還具有其他有用的性質在利用可見光或紫外線輻射激勵物質時，它產生位移到較長波長的特征熒光信號。這種信號與組織的內源熒光形成顯明的對比，它也稱之為自發(fā)熒光，可用于定位腫瘤并量化組織中抗體攝取的范圍。
在激活紅光輻射組織中的有限穿透是PDT的重大缺點。其結果是，利用表面輻照僅能治療厚度約小于5mm的腫瘤。為了治療較厚和/或深部腫瘤，可以利用間隙的PDT(IPDT)。此處，利用注射器針使光導光纖插入到腫瘤中，在已放置光纖的空腔中。
為了實現有效的治療，利用幾個光纖以確保所有的腫瘤細胞接受足夠的光劑量，因此，可以得到有毒性的單態(tài)。人們已證明，可以劑量計算組織的吸收和散射性質，例如，在Swedish Patent SE 503 408中描述IPDT系統(tǒng)，其中6條光纖用于治療并測量光通量，該光通量在其他光纖穿透通過組織時到達給定的光纖。按照這種方式，在腫瘤的所有部分，可以改進計算正確的光劑量。
按照SE 503 408公開的內容，利用分束器系統(tǒng)把單個激光分成6個不同的部分，該系統(tǒng)包含大量體積龐大的機械和光學元件。然后，使光聚焦到6條不同治療光纖的每條光纖中。一條光纖用作發(fā)射器，而其余的光纖用作接收器，接收穿透組織的輻射。在光測量時，利用機械方式擺動光電檢測器進入被阻擋的光束路徑，并測量來源于某些光纖的弱光，這些光纖收集照射到組織中的光。
然而，這種開放式光束路徑導致強損耗的光分束，而形成的光損耗極大地損害光分配和光測量。此外，必須經常地光學調整這種系統(tǒng)，這也是臨床治療的一個重大缺點。這種系統(tǒng)還非常龐大和笨重，很難使它制成為一個用戶方便使用的設備。
EP-A2-0280397公開一種有很小直徑的可滅菌內窺鏡，它有傳送圖像到觀察裝置的中心相干光纖束。該光纖束的周圍是多條光纖。內窺鏡的近端配置耦合裝置，用于對準光纖束與觀察裝置的光學系統(tǒng)并提供與光發(fā)射裝置的接口，可以沿光纖傳輸來自光源的光到被檢查的體腔。該裝置可用于檢測癌細胞并通過光療法進行治療。染料粘附到被檢查的組織，并隨后曝光在激勵的激光頻率下。癌細胞在特征熒光頻率下發(fā)射熒光。檢測該熒光并把它顯示在電視監(jiān)測器上，而與這個熒光有相同頻率的光傳輸通過光纖到達細胞進行光線治療。然而，他們僅僅公開利用單個波長的光源，因此，在沒有按照人工方式交換光源的情況下，不可能完成多個診斷。此外，在不同族光纖之間進行交換是不可能的，即，所有的光纖總是具有相同的功能(光輸入或光輸出)。在EP-A2-0280397中描述的耦合裝置僅僅用于調整光的路徑，該光在使用之前通過組裝的二單元內窺鏡。此外，不同的光纖用于引導治療光到癌癥部位，并引導診斷光返回通過內窺鏡。在不同的操作模式之間不可能進行分配。這種解決方案既不是交互式治療，也不是腫瘤的斷層映像。WO-A1-02074339公開一種利用熒光鈷胺素光動力診斷腫瘤組織的裝置和方法。這種熒光鈷胺素用作診斷和預后標記(a)區(qū)分癌細胞和組織與健康細胞和組織，(b)確定利用鈷胺素治療生物結合物對于化療是否有正面響應。公開的設備包含耦合到外科望遠鏡裝置近端的攝像機。外科望遠鏡裝置是利用非白光照射組織，并檢測發(fā)射的診斷熒光。公開了一種利用雙光源的方法，它包含紅光(非白光)源和白光源。白光源用于常規(guī)方式照射組織。開關用于不同光源之間的交換。該開關可以是聲啟動，機械方式啟動(腳踏板)，光學方式啟動，或電子方式啟動的開關。沒有更詳細地描述這種開關，但反射鏡或棱鏡在機械或機電方式控制下可用于兩個光源之間的交換。此外，公開一種有兩個實際分開輸出端的光源。在這種情況下，外科望遠鏡裝置中的光輸入端必須在兩個輸出端之間運動，為的是交換照射組織的光源。該裝置不適用于治療。必須按照常規(guī)方法進行治療，外科醫(yī)生去除借助于熒光檢測的癌性組織。所以，這種裝置不適用于交互式診斷和治療。此外，沒有指出適用于不同診斷或治療模式之間交換的開關。此外，公開的裝置僅僅提供基本表面的診斷或治療，不可能診斷或治療間隙的組織。該裝置還局限于現有的體腔，其缺點是，內窺鏡探針體積相對于單個光纖是龐大的。
EP-A2-0195375公開一種用于激光血管外科的導管。該裝置用于檢測粥樣硬化斑塊沉積物，借助于檢測熒光作為發(fā)送通過包含光纖導管的激勵光反應。相同的光纖可用于發(fā)送激勵光到斑塊并從該斑塊接收熒光。在檢測到斑塊時，通過發(fā)送高能量的光可以去除斑塊，該光傳輸通過導管中選取的光纖。然而，這種系統(tǒng)不適用于診斷或治療腫瘤。被照射光纖的選取純粹是利用機械裝置，通過移動光源或光纖而使它們互相對準。這種裝置與單個光纖比較也是龐大的，類似于上述的內窺鏡，它局限于現有的體腔且基本上涉及表面的診斷或治療。此外，它沒有選擇性，即，所有的組織被破壞，不管它是毒性或健康的組織。
因此，我們需要一種新型的緊致裝置，它允許在PDD，PDT和PTT系統(tǒng)中分配輻射，按照智能方式完成交互式治療。一種解決方案可以是利用智能機械結構，可以在不同的模式之間進行交換，從而避免損耗的分束并允許自動定標。
在PCT/SE02/02050中提出解決上述問題的一種機械方案，其中描述有兩個互相旋轉圓盤的輻射分配器。輻射分配器耦合不同模式之間的光纖，它借助于這兩個圓盤中光纖的相對運動。為了交換幾個光源進入到病人的一條光纖中，描述一種總數為4個圓盤的裝置。
然而，雖然這些機械結構對上述已知的IPDT系統(tǒng)有了改進，并解決上述的問題，但是這種機械解決方案有其他的局限性，例如，機械慣性限制治療和診斷系統(tǒng)中不同模式之間的交換時間，例如，交互式治療系統(tǒng)。
因此，我們需要一種新型的緊致裝置，它允許在治療和診斷人體或動物的系統(tǒng)中分配輻射，其中治療和診斷包括PDT，PTT，和PDD。
本發(fā)明需要解決的其他問題是提供另一種方案，它不需要維修磨損的元件，從而改進用于治療和診斷裝置的可靠性，其中包括PDT，PTT，和PDD。此外，應當避免光纖的旋轉，它可以減小裝置的尺寸并增大可靠性。此外，本發(fā)明解決的另一個問題是，可以基本減小和消除已知裝置在不同操作模式之間交換時運行產生的聲響或噪聲。

發(fā)明內容
提供一種按照所附專利權利要求書的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明克服現有技術中的上述缺陷并至少解決上述問題，其中借助于要求最小空間的系統(tǒng)，非常實際和有效地實現交互式IPDT，它可以按照集成和簡單的方式完成用于診斷和計量測定不同的光學測量。本發(fā)明的重要應用是交互式間隙光動力治療和/或交互式光熱腫瘤治療。
在這個說明書中以下所用術語“輻射”是指適合于本發(fā)明領域的輻射，即，光動力治療(PDT)和/或光熱治療(PTT)和/或光動力診斷(PDD)。更具體地說，這種輻射是“光”輻射，即，在紅外光(IR)，可見光或紫外光波長范圍內的非電離式電磁輻射。這術語還涉及本發(fā)明實施例和權利要求書范圍內的輻射源，輻射導體，輻射傳感器，輻射開關等，即，這些“輻射”源，導體或傳感器適合于產生，引導，測量上述非電離式輻射。
按照本發(fā)明的一個方面，一種用于治療和/或診斷人體或動物的系統(tǒng)包括至少一個發(fā)射診斷輻射的第一輻射源，至少一個發(fā)射治療輻射的第二輻射源，和至少一個適合于引導輻射到人體或動物部位的第一輻射導體。該系統(tǒng)包括操作模式選擇器裝置，用于光學方法引導所述治療輻射或所述診斷輻射通過所述至少一個第一輻射導體到達所述部位。
按照本發(fā)明的實施例，一種用于治療和/或診斷人體或動物的系統(tǒng)是交互式間隙光動力腫瘤治療和/或光熱腫瘤治療和/或腫瘤診斷的系統(tǒng)。
利用基于光學原理的非機械式交換元件與機械式裝置比較具有以下幾個優(yōu)點。這些優(yōu)點包括不同系統(tǒng)操作模式(診斷，光動力治療，熱治療)之間高的交換速度；系統(tǒng)的緊致性和可靠性；優(yōu)良的光學參數；系統(tǒng)的長工作壽命，這是由于在系統(tǒng)元件的生存周期內沒有元件的機械磨損和更多的交換循環(huán)；以及沒有交換噪聲，從而可以增加病人的舒適度。


為了更詳細地解釋本發(fā)明，以下參照附圖描述本發(fā)明若干個實施例，其中圖1是本發(fā)明交互式IPDT實施例的示意圖；圖2是本發(fā)明另一個實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，它包含光學組合器和非機械式光開關；圖4是本發(fā)明實施例中所用光學組合器原理的示意圖；圖5是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，它包含非機械式光開關；圖6是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，它包含有多個診斷輻射源的模塊；和圖7是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，它包含2×N非機械式光開關。
具體實施例方式
現在參照附圖描述按照本發(fā)明不同實施例的系統(tǒng)。為了簡化實施例的描述，在所有的附圖中不再重復附圖所示類似元件的參考數字。
參照圖1給出按照本發(fā)明第一個實施例系統(tǒng)100的一般描述。所以，交互式IPDT系統(tǒng)100至少包含一個診斷輻射源110。診斷輻射源110產生診斷輻射。來自至少一個診斷光輻射源110的光輻射進入診斷光輻射耦合模塊120。光輻射最好是借助于光輻射導體111傳輸的。一般地說，這個實施例中描述的輻射導體是光波導，例如，光纖。診斷輻射耦合模塊120還通過一個或多個輻射導體122分配輻射到至少一個對應的操作模式選擇模塊140。借助于診斷輻射耦合模塊120，完成診斷輻射與輻射導體122的耦合，例如，診斷輻射耦合模塊120包括非機械式光開關，或與非機械式光開關或光學組合器串聯的光學組合器。以下給予詳細的解釋。
如圖1所示，診斷輻射還被引導到一個操作模式選擇模塊140。每個操作模式選擇模塊140的功能是引導來自一個診斷輻射源110的診斷輻射或來自治療輻射源130的治療輻射通過一個輻射導體142到達病人的治療部位101。所有這些輻射導體142可以傳輸輻射到反應部位101并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。每個光纖142鄰近地耦合到分開的操作模式選擇模塊140，例如，光纖141耦合到操作模式選擇模塊140，它在圖1中是多個操作模式選擇模塊140/治療輻射源130中的第一操作模式選擇模塊125。光纖142的遠端正確地放在治療部位的不同位置，為了能夠有效地診斷或治療病人。此外，操作模式選擇模塊140耦合從光纖142遠端傳輸的輻射返回到操作模式選擇模塊140，再傳輸到至少一個輻射檢測器150?；蛘?，利用多個輻射檢測器，或者，它們有不同的靈敏度，或者，每個操作模式選擇模塊有一個檢測器。來自處理部位101的輻射借助于輻射導體152傳輸到輻射檢測器150，其中輻射導體151是從所示最頂層操作模式選擇模塊140到輻射檢測器150。例如，操作模式選擇模塊140可以包括非機械式光開關或光學組合器。參照圖4更詳細地描述基于光學組合器的操作模式選擇模塊140實施例。
圖2表示另一個實施例的交互式間隙治療系統(tǒng)，其中診斷輻射耦合模塊120被分成兩個輻射分配器元件210和220。輻射分配器210是(N×1)輻射分配器，即，有N個輻射輸入端和1個輻射輸出端的輻射分配器。在這個例子中，輻射分配器210是3×1輻射分配器，它的單個輸出端耦合到(1×n)輻射分配器220，其中n是操作模式選擇模塊125的數目以及來往于處理部位101的輻射導體142數目。類似于操作模式選擇模塊140，輻射分配器210，220可以包括例如，非機械式光開關或光學組合器。以下參照圖3和5更詳細地描述典型的輻射分配器210，220，它說明非機械式光開關的不同組合，和/或輻射分配器210，220與選擇模塊140的組合器有涉及系統(tǒng)性能的各種優(yōu)點。
圖3表示這樣一個系統(tǒng)，包括3×1光學組合器310和非機械式1×6光開關320以及光學組合器330作為6個模塊325的操作模式選擇器。為了間隙處理6個治療輻射源130，最好是激光模塊的6個治療輻射源130耦合到6個光學組合器330。每個光學組合器330以這樣的方式工作，治療操作模式的治療輻射耦合通過對應的輻射導體142到達治療部位101。為了交換到診斷操作模式，關閉治療輻射源，并隨后激活3個診斷輻射源110中的一個輻射源。因此，診斷輻射被引導到組合器310，其中來自激活診斷輻射源的輻射耦合到組合器的輸出端，它引導到非機械式光開關320。非機械式光開關320耦合輸入的輻射到輸出的輻射導體122，它引導到包含一個模塊325的對應光學組合器330。如圖3所示，診斷輻射從組合器330經與組合器330連接的輻射導體142發(fā)送到治療部位。因此，診斷輻射在治療部位被擴展，且部分地傳輸到其余5個輻射導體142，而部分地被反射返回。來自病人的診斷輻射經組合器330發(fā)送到輻射檢測器150。因此，得到5個(＝n-1)測量值。隨后，非機械式光開關320交換來自輻射源110的輸入診斷輻射到下一個模塊325構成的下一個組合器330。因此，我們得到另外5個測量值。重復這種測量過程，直至激活所有6個模塊325，從而得到6×5個(＝30)測量值。這30個得到的測量值可用作在治療過程期間腫瘤不同部分中累積光劑量的斷層模型輸入數據。利用其余的診斷輻射源可以重復這種測量過程，從而產生3×30個(N×(n-1))或90個斷層測量值。此外，來自照明輻射連接器在部位101處反射的診斷輻射可用于診斷的目的。
組合器310可以是商品化光纖組合器，例如，可以從PolymicroTechnologies或Sedi Fibres Optiques購買。
作為非機械式光開關320的基礎，我們可以利用從PiezosystemJena Inc或Agiltron Inc購買的商品化光纖開關。圖4表示組合器330的工作原理。組合器330還可以基于從Polymicro Technologies購買的商品化光纖組合器。該組合器有三個輸入光纖401-403，其中輻射是沿這些光纖的箭頭421-423所示方向傳輸。光纖401-403沿箭頭411所示長度方向被拉制成單個光纖或在結401，402，403和424處被熔接。整個組合器是箭頭410所示的長度。因此，光輻射經光纖401和402傳輸到單個光纖400，而來自單個光纖400的輻射主要沿相反的方向傳輸到光纖403。在按照圖3的實施例中，光纖401連接到治療輻射源，光纖402連接到診斷輻射源，而光纖403連接到輻射檢測器?？梢允菇M合器330傳輸從組織部位101射出的大部分診斷輻射經光纖400到光纖403，從而確保有效利用偶爾微弱的診斷輻射。該組合器并不直接從光纖401，402傳輸輻射到光纖403。
圖5是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，其中非機械式光開關510在不同的診斷輻射源110之間交換。另一個非機械式光開關530作為操作模式選擇器工作，其中或治療輻射源耦合到治療部位，診斷輻射源耦合到治療部位，或治療部位耦合到輻射檢測器。非機械式光開關320的工作類似于以上的描述。這個實施例的優(yōu)點是，從一個診斷輻射源交換到另一個診斷輻射源的時間不是由診斷輻射源確定的。與光學組合器比較，非機械式光開關510確定不同輻射源之間交換所需的時間。這通常比在組合器一個輸入端關閉光源而在組合器另一個輸入端接通光源更具有可重復性，其中這兩個光源耦合到組合器的相同輸出端。此外，非機械式光開關通常比光學組合器有較低的輻射損耗，這意味著與光學組合器310比較，可以利用較低功率的診斷輻射源。然而，非機械式光開關必須有源地受控，而光學組合器是無源器件。此外，非機械式光開關530可以防止反射的診斷輻射通過組合器進入輻射檢測器150，例如，組合器330。這種非故意的診斷輻射進入檢測器可以導致檢測器150的飽和。取代使用多個檢測器150是為了避免這種現象，而單個檢測器可能已足夠，可以限制按照本實施例系統(tǒng)的成本。
圖6是本發(fā)明另一個實施例的示意圖。光學組合器630的使用類似于光學組合器330。在這個實施例中包含多個診斷輻射源610，每個診斷輻射源在多個診斷輻射源模塊615中有對應的組合器620，取代光開關分配診斷輻射到多個操作模式選擇模塊140。因此，可以省去光開關的費用，例如，光開關320。此外，可以調制診斷輻射源610，因此，借助于鎖定技術或通過多路復用信號，可以同時檢測診斷輻射。
圖7是本發(fā)明另一個實施例的示意圖。該實施例包括2×n光開關710，它耦合兩個診斷輸入輻射源到開關710的n個輸出端。開關710有兩個輸入端，它可以任意地被引向不同的輸出端。這種元件是商品化元件，例如，可以從Pyramid Optics購買。操作模式選擇器/治療輻射源模塊是參照圖5所描述的操作模式選擇器模塊525，但它也可以利用組合器模塊625代替。按照這種方式，可以實現更緊致的解決方案，因為在該系統(tǒng)中少一個元件，例如，沒有組合器310或開關510。如上所述，光開關比組合器有較低的損耗。
借助于任何合適的方法或裝置，其中包括不同類型的光纖連接器，例如，SMA，ST或FC連接器，輻射導體可以耦合或連接到按照本發(fā)明系統(tǒng)的不同元件?；蛘撸煤线m的方法，例如，膠粘或機械固定，如安裝彈簧的元件，輻射導體可以固定在開孔中。
為了定標按照本發(fā)明的系統(tǒng)，在對定標的組織模型進行直接測量的處理之前，例如，由無菌精制卵磷脂水溶液制成的模型或由Delrin制成的無菌固態(tài)模型，記錄該系統(tǒng)的總體性能。利用內部和/或外部功率計，可以監(jiān)測治療輻射源的性能。
以上描述的非機械式光開關可以按照不同的原理工作。交換操作和光束偏轉是基于沒有元件作機械運動的光學原理，例如，棱鏡或反射鏡。交換操作原理的例子是利用聲光裝置或聲磁裝置的光束偏轉，或利用電控材料折射率的變化，其中光束傳輸通過該材料，可以使光束偏轉到不同的輸出/輸入光纖。適用于電光開關的可變折射率材料例子是LiNbO3，LiTaO3，GaAs，HgS，CdS，KDP，ADP，或SiO2。AgiltronTM公司提供這種類型的商品化光開關，即，CrystalLatchTM固態(tài)光纖光開關族或NanoSpeedTM光開關系列。這些光開關的特征是快速響應和超高可靠性，它超過1000億個交換循環(huán)。AgiltronTM是真正非機械式(沒有可移動部件)光開關，它借助于無機光學晶體內部的電脈沖被激勵以實現最新技術的交換操作。交換操作是利用抗溫度起伏和疲勞的固有穩(wěn)定方式完成的，它提供非機械式開關的另一個優(yōu)點。此外，Agiltron開關具有故障保險鎖定能力，從而在去掉電源之后可以無限制保持它們的位置。借助于直流低電壓信號或數字方式，可以方便地控制這種開關。
在以下的段落中，我們描述涉及按照本發(fā)明系統(tǒng)的基本原理，其中的描述是基于一種典型的系統(tǒng)，它有3個診斷輻射源110和6個病人輻射導體142，最好是光纖。
在本發(fā)明的語境下，反應部位或治療部位是指這樣的部位，其中在接受治療輻射時光動力放射性化合物在腫瘤內發(fā)生化學反應的部位，治療輻射是由輻射導體引導通過注射針的腔，注射針放置在腫瘤內。于是，這些輻射導體142固定在反應部位101。然后，移動輻射導體向前到達注射針遠端的外部。在診斷和劑量測定綜合的治療期間，連續(xù)地使用相同的輻射導體142，可以避免病人接受多次穿刺。
最好是，診斷輻射源110是激光器和/或發(fā)光二極管，其中激光器130有相同的波長，用于光動力腫瘤治療的激光輻照，但可以有較低的輸出功率?？梢园才藕线m的濾波器插入到輻射傳感器150的光程中，為的是確保所有的測量任務利用合適的動態(tài)范圍，并防止以上提到輻射檢測器的飽和。
利用某些診斷輻射源110是為了研究對應波長的輻射(以上定義的光)是如何穿透通過腫瘤組織到達治療部位101。當來自輻射源的輻射經上述裝置傳輸通過特定輻射導體進入組織時，一個輻射導體142的功能是作為傳輸進入腫瘤的發(fā)射器，而其他5個在腫瘤中的輻射導體142作為接收器，收集到達腫瘤的漫射輻射通量。收集的輻射再被引導到上述的輻射傳感器150，從而在檢測器陣列上可以記錄5個不同的輻射強度。
作為與指定波長不同的方案，來自光學寬帶光源的輻射，例如，白光源，和/或寬帶發(fā)光二極管和/或線光源的輻射可以耦合進入特定的有源輻射導體142。在傳輸通過病人中組織到接收輻射導體142的路徑上，組織的吸收可以改變輻射源的確定光譜分布。于是，氧合血液產生與非氧合血液不同的特征標記，從而可以利用被讀出的30個不同光譜分布斷層確定氧分布，在6個可能不同的族中一次得到5個光譜。這種確定腫瘤中氧合作用是重要的，因為PDT過程要求接入該組織中的氧。
最后，在選擇模塊140是組合器的情況下，諸如激光的可見光或紫外光輻射源可以耦合到特定的有源輻射導體142。于是，在該組織中誘發(fā)熒光，而投藥到組織中的抗體顯示向較長波長位移的特征熒光分布。對應信號的強度可以近似地量化組織中抗體的水平。
由于短波長輻射有非常低的組織穿透能力，來自這種輻射源的誘發(fā)熒光可以局部測量輻射導體的遠端。為此目的，在檢測器150之前可以插入濾波器以減小從部位101反射的輻射，因為反射的輻射遠遠高于熒光輻射。在Rev.Sci.Instr.71，510004(2000)中描述用于這個目的的合適獨立設備。
通過交換診斷輻射源110順序通過不同的模塊125，在6個輻射導體的尖端順序測量作為抗體濃度特定函數的熒光。由于抗體被強的紅治療光漂白，且治療光在引導輻射到病人的輻射導體142尖端周圍是特別地強，重要的是使這種測量在治療開始時進行。
此外，若輻射導體142的尖端是利用這樣一種材料進行處理，其熒光性質是溫度有關的，則在激勵之后得到尖銳的熒光譜線，且這些譜線的強度以及它們的相對強度取決于治療用輻射導體142尖端的溫度。這種材料的例子是過渡金屬或稀土金屬的鹽。因此，也可以在6個輻射導體的6個位置測量溫度，一次測量一個或同時測量。利用測得的溫度可以找出在輻射導體142的尖端是否發(fā)生有相關光衰減的血凝固，并研究有關PDT與熱相互作用之間可能協同效應的利用。由于得到的譜線是尖銳的，可以容易地從該組織的寬帶內生熒光分布中提取這些譜線。
可以利用其他的方法測量某些物質的抗體水平。然后，用于光傳播研究的紅光可以誘發(fā)紅熒光或近紅外熒光。這種熒光穿透組織到達接收輻射導體142的尖端，并同時被顯示作為輻射傳感器150中得到的光譜?；诿看螠y量中得到總數為30個測量值，可以斷層計算抗體的分布。
在完成診斷測量和計算之后，可以利用光耦合到病人的光纖進行治療，其中關閉診斷輻射源并接通治療輻射源130，以及交換系統(tǒng)中存在的光開關，因此，治療輻射源耦合到病人的光纖142。治療輻射源最好是激光源，選取的波長與抗體的吸收帶匹配。在光動力腫瘤治療時，最好使用染料激光器或二極管激光器，選取的波長是抗體使用的波長。例如，Photofrin的波長是630nm；δ氨基乙酰丙酸(ALA)的波長是635nm；而酞菁的波長約為670nm，幾種其他的抗體具有這種特征波長。在治療期間，調整各個激光器到各自的理想輸出功率。如果需要，它們可以有內部或外部監(jiān)測用檢測器。
在交互式方法中，可以中斷治療處理，并可以處理新的診斷數據，直至達到最佳的治療。這種方法可以包括PDT與體溫過高之間的協同，其中在增大激光輻射通量的條件下達到增加的溫度。利用計算機控制整個過程，它不但可以完成全部的計算，而且還用于系統(tǒng)的調整和控制。
以上描述本發(fā)明是參照幾個具體的實施例。然而，在所附權利要求書的范圍內，不用于以上優(yōu)選實施例的其他實施例也是可能的，例如，利用與上述不同的光學耦合器元件，借助于硬件或軟件實現以上的方法，等等。
此外，在這個說明書中使用的術語“包括”并不排除其他的元件或步驟，術語“一個”并不排除多個，而單個處理器或其他單元可以完成權利要求書中所述幾個單元或電路的功能。
權利要求
1.一種用于交互式治療和/或診斷人體或動物的系統(tǒng)，包括至少一個發(fā)射診斷輻射的第一輻射源，至少一個發(fā)射治療輻射的第二輻射源，和至少一個適合于引導輻射到人體或動物腫瘤部位的第一輻射導體，其特征是，至少一個非機械操作模式選擇器裝置，用于光學引導所述治療輻射或所述診斷輻射通過所述至少一個第一輻射導體到達所述部位，其中所述輻射是非電離式電磁輻射。
2.按照權利要求1的系統(tǒng)，其特征是，所述至少一個第一輻射導體還適合于從所述部位引導輻射到至少一個輻射檢測器。
3.按照權利要求2的系統(tǒng)，其特征是，所述至少一個第一輻射導體有一個遠端，其中所述遠端放置在所述腫瘤部位，其中至少一個第一輻射導體用作發(fā)射器和/或接收器，用于引導來自所述至少一個輻射源的輻射到達腫瘤部位和/或引導來自腫瘤部位的輻射，用于診斷和/或治療。
4.按照權利要求1至3的系統(tǒng)，其特征是，所述操作模式選擇器裝置連接到所述診斷輻射源，所述治療輻射源，所述輻射導體和所述輻射檢測器，因此，治療輻射或診斷輻射在使用時發(fā)射到所述腫瘤部位，或在使用時發(fā)射通過所述第一輻射導體的相同和/或另一個輻射導體的診斷輻射通過所述輻射導體被接收并發(fā)射到所述輻射檢測器。
5.按照權利要求1至4的系統(tǒng)，其特征是，所述操作模式選擇器裝置是非機械式光開關。
6.按照權利要求5的系統(tǒng)，其特征是，所述非機械式光開關是基于電控折射率變化的電光開關。
7.按照權利要求5的系統(tǒng)，其特征是，所述非機械式光開關是基于聲產生Bragg偏轉的聲光開關。
8.按照權利要求5的系統(tǒng)，其特征是，所述非機械式光開關是磁光開關。
9.按照權利要求1至4的系統(tǒng)，其特征是，所述操作模式選擇器裝置是光學組合器。
10.按照權利要求4至9的系統(tǒng)，其特征是，多個所述第一輻射導體，其中多個所述診斷輻射源耦合到一個所述操作模式選擇器裝置，用于從所述診斷輻射源傳輸到所述部位，而其余的操作模式選擇器裝置耦合成發(fā)射診斷輻射到所述至少一個輻射檢測器，其中來自所述治療輻射的輻射被所述操作模式選擇器裝置阻擋而不能傳輸到所述部位。
11.按照權利要求10的系統(tǒng)，其特征是，一個激活診斷輻射源耦合到一個所述操作模式選擇器裝置是借助于選自下列的裝置，包括光學組合器，非機械式光開關，兩個非機械式光開關，和2×N非機械式光開關。
12.按照權利要求4至9的系統(tǒng)，其特征是，每個操作模式選擇器裝置有相同多個診斷輻射源，它們耦合到每個所述操作模式選擇器裝置，用于傳輸到所述部位，其中在使用時僅僅一個診斷輻射源是同時激活的，或所述操作模式選擇器裝置配置成僅僅一次耦合一個診斷光源，用于傳輸所述診斷輻射到所述部位。
13.按照權利要求12的系統(tǒng)，其特征是，相同多個診斷輻射源借助于光學組合器耦合到每個所述操作模式選擇器。
14.按照權利要求4至9的系統(tǒng)，其特征是，一個治療輻射源耦合到每個所述操作模式選擇器，用于傳輸所述治療輻射通過每個所述輻射導體到達所述部位，其中診斷輻射源是非激活的。
15.按照以上權利要求中任何一個的系統(tǒng)，其特征是，所述輻射源是紅外光(IR)，可見光或紫外光的光源。
16.按照權利要求15的系統(tǒng)，其特征是，利用熱敏熒光發(fā)射材料處理輻射導體的第二端。
17.按照權利要求1至16中任何一個的系統(tǒng)，其特征是，所述輻射源是單個固定波長的相干光源和/或發(fā)光二極管。
18.按照以上權利要求中任何一個的系統(tǒng)，其特征是，所述輻射導體是光纖。
19.按照權利要求15-17的系統(tǒng)，其特征是，通過相同光導體記錄的熒光作為發(fā)射診斷輻射到該部位的熒光。
20.按照權利要求19的系統(tǒng)，其特征是，在交互式光動力治療時，利用熱敏熒光發(fā)射材料處理的一個或多個輻射導體配置成測量該部位的溫度，使用時發(fā)送到該部位的輻射加熱治療部位，使用時發(fā)送的輻射強度是受測得溫度的控制，為的是調整該部位在各個輻射導體處的溫度。的溫度。
21.按照以上權利要求中任何一個的系統(tǒng)，其特征是，所述交互式治療和診斷包括所述操作模式選擇器裝置可選擇的以下操作模式交互式間隙光動力腫瘤療法，利用高溫的光熱腫瘤療法，和腫瘤診斷，其中在治療所述腫瘤部位的相同情況下，交替地使用這些操作模式。
22.一種用于交互式間隙光動力腫瘤治療和/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連接到腫瘤部位，而輻射導體用作發(fā)射器和/或接收器，用于引導輻射來往于腫瘤部位，診斷和治療腫瘤部位的腫瘤，其特征是，借助于按照權利要求1至21中任何一個系統(tǒng)中至少一個非機械操作模式選擇器裝置，通過診斷輻射與治療輻射之間的交換，可以自動地實現腫瘤治療與腫瘤診斷之間的交換，和通過調整與診斷結果有關的治療輻射強度，診斷的結果控制治療過程，直至實現腫瘤部位的最佳治療。
23.按照權利要求22的方法，其特征是，在治療所述腫瘤部位的相同情況下，交替地利用交互式間隙光動力腫瘤療法，利用高溫的光熱腫瘤療法，和腫瘤診斷。
24.在按照權利要求1至21中任何一個用于交互式治療和/或診斷人體或動物的系統(tǒng)中，利用非機械式光開關和/或光學組合器。
全文摘要
一種用于交互式治療和診斷人體或動物的系統(tǒng)和方法，包括至少一個發(fā)射診斷輻射第一輻射源，至少一個發(fā)射治療輻射第二輻射源，和至少一個適合于引導輻射到達所述人體或動物腫瘤部位的輻射導體。非機械操作模式選擇器引導治療輻射和/或診斷輻射通過輻射導體到達腫瘤部位。操作模式選擇器裝置最好是非機械式光開關和/或光學組合器。該系統(tǒng)可用于交互式間隙光動力腫瘤治療。
文檔編號G02B6/26GK1787778SQ200480013069
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權日2003年5月14日
發(fā)明者馬爾塞洛·索托-湯普森, 斯蒂芬·安德森-恩格爾斯, 蘇內·斯萬貝里 申請人:光譜治療股份公司