(57)【要約】  手術、放射線、及び化学療法等の現在のがん治療は、患者に重大な副作用をもたらす。患者を治療するための代替的な方法を医師に与えながら、これらの副作用を減らすために新しい治療法が開発されつつある。本発明は、脳がん、膵がん、肺がん、卵巣がん、及び乳がんを含む悪性腫瘍を治療するための新しい装置を導入する。装置は、エバネッセント波を使用してＲＦ電力を腫瘍内に結合する。エバネッセント波は、がん細胞の分裂を妨害し、がん細胞を死滅させ、腫瘍の大きさを縮小させる。エバネッセント波の的を絞ったアプローチのために、健康な細胞において浪費されるＲＦエネルギーは少なくなる。
2021525111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腫瘍を治療するための装置であって、
出力において１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数を有するＲＦ信号を生成するＲＦ源と、
前記ＲＦ源の出力に結合された１つ又は複数の導電性ワイヤ又はＲＦ同軸ケーブルと、
前記導電性ワイヤ又はＲＦ同軸ケーブルに結合された開放端同軸導波管アンテナと、
電気的構成であり、空間体積内の１つ又は複数の進行波を前記電気的構成によって減らしながら、前記空間体積内に実質的に複数のエバネッセント波を生成するために、前記開放端同軸導波管内に提供された電圧作動の導体の対を含む電気的構成と、
前記開放端同軸導波管の電気的構成から構成される界分布であり、前記界分布は前記空間体積を特徴づけ、前記空間体積は、腫瘍の近くに空間的に置かれ、前記空間的に置くことは、前記腫瘍の近くに複数のエバネッセント波を含むより高い強度の電場を提供し、さらに、前記腫瘍の近くの外側にはより低い強度の電場を提供する、界分布と、
を含む装置。
【請求項２】
前記開放端同軸導波管アンテナは、複数の反応場、複数の近接場放射波、若しくは複数の減衰進行波、又はその任意の組み合わせを介して、ＲＦ電力を前記腫瘍に結合する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記エバネッセント波の１つ以上が、ヒトの腫瘍における分裂細胞を死滅させる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記開放端同軸導波管アンテナは、螺旋アンテナ、二重螺旋アンテナ、別のアンテナ、又は開口によって交換される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ＲＦ源は、５０ｋＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
２つ以上のＲＦ周波数が、前記腫瘍を治療するために同時に又は順次提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ＲＦ源の出力は、振幅変調、周波数変調、若しくはパルス幅変調されるか、又はその組み合わせで変調される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ＲＦ電力を前記腫瘍に効率的に結合するために、前記ＲＦ源と前記開放端同軸導波管アンテナ要素との間に結合されるインピーダンス整合ネットワークをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
ＲＦ電力センサを使用することによって、腫瘍に送達される電力をモニターする、及び、前記インピーダンス整合ネットワークの１つ以上のパラメータを調整して、前記腫瘍への前記ＲＦ電力の送達を最大にすることができる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ＲＦ源の周波数は、前記腫瘍への前記ＲＦ電力の送達を最大にするように変えられる、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
放射線療法、化学療法、免疫療法、及びがんを治療するための手術を含むがこれらに限定されない他のがん治療と組み合わせて提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
脳がんを治療するためにテモゾロミド又は他のがん治療と組み合わせて提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記界分布内に提供される複数のエバネッセント波を介してＲＦ電力を前記腫瘍に結合するために、２つ以上の開放端同軸導波管アンテナをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記２つ以上の開放端同軸導波管アンテナは、複数の反応場、複数の近接場放射波、若しくは複数の減衰進行波、又はその任意の組み合わせを介してＲＦ電力を前記腫瘍に結合する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記開放端同軸導波管アンテナは、螺旋アンテナ、二重螺旋アンテナ、他のアンテナ、又は開口によって交換される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＲＦ源は、５０ＫＨｚから１ＭＨｚの周波数範囲を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
２つ以上のＲＦ周波数が、前記腫瘍を治療するために同時に又は順次提供される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記ＲＦ電力は、複数の時間間隔の間、前記２つ以上の開放端同軸導波管アンテナの間で切り換えられる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
複数のエバネッセント波を前記腫瘍に効率的に結合するために、前記ＲＦ源と前記２つ以上の開放端同軸導波管アンテナとの間に複数のインピーダンス整合要素をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
各々の開放端同軸導波管アンテナに送達されるＲＦ電力の大きさ及び位相が、前記腫瘍に送達される前記複数のエバネッセント波の各々の方向を変化させるように変えられることによって前記ＲＦ源の各々は特徴づけられる、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
放射線療法、化学療法、免疫療法、及びがんを治療するための手術を含む他のがん治療と組み合わせて提供される、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
脳がんを治療するためにテモゾロミド又は他のがん治療と組み合わせて提供される、請求項１３に記載の装置。
【請求項２３】
ヒトにおける腫瘍を治療するためのシステムであって、
複数の装置を含み、前記装置の各々が、
出力において１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数を有するＲＦ信号を生成するＲＦ源と、
前記出力に結合されたスイッチと、
前記スイッチに結合された移相器と、
前記移相器に結合された増幅器と、
前記増幅器に結合された整合要素と、
前記整合要素と開放端同軸導波管アンテナとの間に結合された１つ又は複数の導電性ワイヤ又はＲＦ同軸ケーブルと、
電気的構成であり、空間体積内の１つ又は複数の進行波を減らしながら、前記空間体積内に実質的に複数のエバネッセント波を生成するために、前記開放端同軸導波管内に電圧作動の導体の対を含む電気的構成と、
前記開放端同軸導波管の電気的構成から構成される界分布であり、前記界分布は前記空間体積を特徴づけ、前記空間体積は、腫瘍の近くに空間的に置かれ、前記空間的に置くことは、前記腫瘍の近くに複数のエバネッセント波を含むより高い密度の電場を提供し、さらに、前記腫瘍の近くの外側にはより低い密度の電場を配置し、その結果、前記より高い密度の電場は、前記より低い密度の電場よりも密度が高い、界分布と、
マイクロコントローラ及びメモリを含む制御モジュールであり、各々のＲＦ源から前記開放端同軸導波管アンテナの各々へのＲＦ電力の独立した制御を可能にするように、前記ＲＦスイッチの各々及び前記移相器の各々に構成される、制御モジュールと、
を含む、システム。
【請求項２４】
制御モジュールは、前記ＲＦ源の各々に結合された前記スイッチのいずれかをオン又はオフにするように構成されるか、又は、３つの移相器の各々を前記開放端同軸導波管アンテナの各々に供給される前記ＲＦ電力の位相に制御するように構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
腫瘍の治療のための方法であって、
ＲＦ源からの出力において１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数を有するＲＦ信号を生成することと、
前記ＲＦ信号を、前記ＲＦ源の出力から１つ又は複数の導電性ワイヤ又はＲＦ同軸ケーブルに結合することと、
前記ＲＦ信号を、前記導電性ワイヤ又はＲＦ同軸ケーブルからアンテナ又は開口まで送ることと、
空間体積内に複数のエバネッセント波を生成することと、
腫瘍の近くに前記空間体積を置くことであり、空間的に置くことが、前記腫瘍の近くに複数のエバネッセント波を含むより高い強度の電場を提供し、前記腫瘍の近くの外側にはより低い強度の電場を提供することと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年１１月７日に出願された、発明者等であるＭＥＨＲＡＮ  ＭＡＴＬＯＵＢＩＡＮ等による“ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＴＲＥＡＴＩＮＧ  ＴＵＭＯＲＳ  ＢＹ  ＥＶＡＮＥＳＣＥＮＴ  ＷＡＶＥＳ”と題された米国仮特許出願第６２／５８２，７８８号に対する優先権を主張し、これは、本発明の譲渡人に譲渡され、全ての目的のために、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
連邦政府主催の研究又は開発に基づいてなされた発明の権利に関する陳述
該当なし。
【０００３】
コンパクトディスクで提出される「配列表」、表、又はコンピュータプログラムリストの付属書類の参照
該当なし。
【背景技術】
【０００４】
がん患者における悪性腫瘍を治療するために、主に３つの方法が使用される。その３つの方法は、手術、放射線、及び化学療法から成る。それぞれの方法は独自の副作用又は欠点を有し、膵がん及び肺がんを含む多くの固形腫瘍がんに対する有効性は限られている。さらに最近では、第４の方法が、固形腫瘍がんの治療への見込みがあることが示され、神経膠芽腫（脳がんの特定のタイプ）の治療についてＦＤＡにより許可されている。その新しい方法は、腫瘍を電場に晒すために、低出力ＲＦを患者の頭部に容量的に結合することを含む（特許文献１）。電場は、有糸分裂中の分裂がん細胞に干渉して、がん細胞を死滅させ、腫瘍を縮小させる。電場は、非分裂細胞に影響を与えないため、非分裂の健康な細胞に対する有害な影響はない。がん細胞の分裂を妨害することにおける電場の有効性は、ＲＦ源の周波数、電場の大きさ、及び電場と分裂細胞の相対的な向きを含むいくつかの因子に依存する。
【０００５】
がん細胞のタイプによって、応答するＲＦ源の周波数は異なる。例えば、多くの神経膠芽腫がん細胞に対して、約２００  ＫＨｚの周波数が細胞を死滅させるのに最適な周波数であるということが実証されており、一方、肺がん細胞に対しては、最適な周波数は、約１５０  ＫＨｚであるということが実証されている。がん細胞を死滅させるためには、約１Ｖ／ｃｍの最小電場が腫瘍の内側では望ましいが、より大きい電場が、有意により多くのがん細胞を死滅させることができる。加えて、がん細胞を死滅させるための電場の最大の有効性は、分裂細胞に対する電場の向きにも依存する。容量性カップリングによって治療中により多くの分裂がん細胞を標的にするために、２つの電極セットが、典型的には、２つの異なる偏光において電場を容量的に結合するために使用される（典型的には、その２つの偏光は互いに垂直である）。各電極は、９つの素子のアレイから成る。脳腫瘍を治療するための典型的な応用には、合計３６の素子が組み合わされた４つの電極アレイが要求されるであろう。容量性カップリングを使用して腫瘍に電場を印加することには制限と欠点がある。電極は、患者の皮膚と共に低い直列容量を形成し、高い直列インピーダンス（抵抗）を結果としてもたらし、コンデンサ極板にわたって印加される電圧のうちかなりの量をこの直列インピーダンスにわたって降下させる。この問題を克服するために、非常に高い誘電率の材料が、金属電極と患者の皮膚との間に使用されて、直列容量の値が上げられる。これは、直列インピーダンスにわたる電圧降下の量を減らすけれども、依然として、印加される電圧の大部分は、この直列コンデンサにわたって降下し、腫瘍にわたって印加される電圧を減らし、腫瘍において実質的に１Ｖ／ｃｍを超えるより大きい電場を達成する能力を減少させる。容量性カップリングの別の制限は、電極と患者の皮膚との間のいかなる空隙も、腫瘍にわたる電圧降下を有意に減らす低い値の直列容量を形成するため、電極が患者の皮膚と密着していなければならないということである。その結果、脳がん患者に対しては、電極を皮膚と密着させるために、患者の頭部を数日毎に剃毛し、患者の頭部へ接着剤を介して新しい電極セットを取り付けなければならない（典型的には、導電性ゲルが、電極と患者の皮膚との間で使用され、空隙のない良好な接触が保証される）。電極を長時間取り付けるための接着剤の使用は、一部の患者において皮膚刺激を引き起こしている。容量性カップリングの別の制限は、ＲＦ電力が頭部全体に印加され、腫瘍に限局化されず、従って、かなりの量のＲＦ電力を、頭部のうち腫瘍のない部分にわたって散逸させるということである。患者の皮膚が快適なレベルを超えて加熱される前に、どのくらいの電力を送達することができるかに関して制限がある。直列コンデンサにおけるこの浪費されたＲＦエネルギー並びに浪費された電力のために、腫瘍に特異的に送達され得るＲＦ電力の量は制限され、１Ｖ／ｃｍよりもはるかに大きい電場を達成する能力を妨げる。容量性カップリングにおいて、電場は、典型的には、互いに直交する２つの固定された偏光で印加されるが、腫瘍は三次元の物体である。腫瘍における分裂細胞の向きはランダムであり、２��の電場の向きに垂直な方向にあり得るか、又は、印加される２つの電場が分裂細胞を破壊しない方向に向いている可能性がある。これは、有意な数の細胞が電場の影響を受けず、可能な限り迅速に腫瘍が増殖する又は縮小しないのを可能にすることをもたらし得る。明らかに、腫瘍を治療するために、ＲＦ電場の有効性を高めて分裂細胞を破壊するより良いアプローチが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，８０５，２０１号
【発明の概要】
【０００７】
本発明では、効率的にＲＦエバネセント波をがん腫瘍に結合するための新規の装置が記載される。当該装置は、腫瘍を有する体の部分にＲＦエバネッセント波を結合する１つ又は複数の結合要素（ウェーブランチャー、アンテナ、開口）を有するＲＦ源を含む。エバネッセント波は、（細胞が分裂している間の）有糸分裂中にがん細胞を破壊し、がん細胞を死滅させ、時間の経過に伴い腫瘍のサイズを縮小させる。本発明の一実施形態では、装置は、ワイヤ又はケーブルを介して結合要素に接続されたＲＦ源を含む。結合要素は、所望の周波数でエバネッセント波を体内に放ち、それらをがん腫瘍に効率的に結合するように設計及び構成される。このアプローチを使用することによって、腫瘍を有しない脳又は体の部分におけるＲＦエネルギーを有意に減らしながら、腫瘍を標的とするようにエバネッセント波を使用することができる。さらに、容量性カップリングアプローチと比較した本発明の別の利点は、エバネッセント波が腫瘍を標的にし、腫瘍の近くの正常な分裂細胞に与える影響がより小さいということである。
【０００８】
本発明の別の利点は、脳がんを治療するために、患者の頭部を覆う大きな電極アレイを必要としないということである。電場の方向も、治療プロセスにおいて使用される典型的な場合には、２つの方向のみに限定されない。本発明では、３つの結合要素を利用することによって、各結合要素を独立して励起することにより、エバネッセント波を３つの垂直方向で印加することができる。加えて、３つの全ての結合要素を同時に励起し、結合要素に独立して又は同時に入力されるＲＦ源の振幅及び／又は位相を変化させることによって、印加されるエバネッセント波及び電場の方向を変化させて、腫瘍の異なる部分を標的にすることができる。このアプローチの別の利点は、結合要素が皮膚との界面で直列容量を形成しないため、直列容量を減らすために界面において高い誘電率の材料を有する必要がないということである。このシステムは、容量性カップリングと比較してより効率的に動作し、より低いＲＦ電力レベルで腫瘍の内側により大きい電場を達成することができる。加えて、結合要素を患者の皮膚と密着させる必要はなく、結合要素のより長い使用を可能にし、皮膚刺激を引き起こし得る接着剤の使用による患者に対する不快感はより少ない。
【０００９】
上述したように、本発明において開示される新規の装置は、電場の容量性カップリングを使用する装置と比較して、がん腫瘍を治療するためにいくつかの利点を有する。これらには、健康な細胞において散逸されるＲＦエネルギーが少なく効率がより高いこと、ＲＦエネルギーをより正確に向ける能力により腫瘍においてより大きい場が達成されること、より低い電流並びにより低いＲＦ電力レベルで動作されること、及び、腫瘍にわたる電圧降下を減らす低い値の直列容量（高い直列インピーダンス）の欠如が含まれる。加えて、記載される新規のアプローチは、治療中の患者の皮膚の加熱を低減又は排除するだけでなく、必要なＲＦ電力を送達するために必要とされる電極／結合要素の数を減らす。さらに、電極／結合要素が患者の皮膚と密着する必要がなく、日常的に患者を剃毛する必要がないだけでなく、電極を患者の皮膚に取り付けるために使用される接着剤によって引き起こされる皮膚刺激も排除される。別の利点は、３つの直交する結合要素を使用することによって、エバネッセント波を異なる方向で印加する能力である。このシステムは、容量性カップリングよりも効率的に動作するため、患者が使用するためによりコンパクトで、より軽量で、より長寿命のバッテリーを有する携帯型システムを作ることができる。脳がんに加えて、本発明は、乳がん、卵巣がん、肺がん、及び膵がんを含むがこれらに限定されない他のタイプの固形腫瘍がんの治療においても適用される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】腫瘍に電場を容量的に印加するために２つの電極に接続されたＲＦ源を含む、がん腫瘍を治療するための装置の従来技術の図である。
【図２】図１の装置に対する電場を容量的に印加するために互いに電気的に接続された９つの素子のアレイを含む電極の図である。
【図３Ａ】脳内の腫瘍に２つの異なる方向で電場を容量的に印加する２つの電極セットを示す頭部の断面図である。
【図３Ｂ】脳内の腫瘍に電場を容量的に印加する電極セットのうちの１つと、脳内及び腫瘍内の電場の輪郭とを示す頭部の断面図である。
【図４】図３Ａのように、電場が頭部に容量的に印加された場合の頭部及び脳の様々な部分を示す簡素化された等価回路の概略図である。
【図５Ａ】腫瘍内にエバネッセント波を放つための結合要素に接続されたＲＦ源を含む、がん腫瘍を治療するための装置を例示する本発明の一実施形態の図である。
【図５Ｂ】同軸ケーブルを使用して、腫瘍内にエバネッセント波を放つための結合要素に接続されたＲＦ源を含む、がん腫瘍を治療するための装置を例示する本発明の別の実施形態の図である。
【図５Ｃ】結合要素の側面と共に、図５Ｂと同じ実施形態を示した図である。
【図６Ａ】本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、腫瘍に対するエバネッセント波の結合を最大にするために、ＲＦ源と結合要素との間に整合要素又は結合装置が挿入されていることを除いて、図５Ａにおける実施形態と類似している。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、腫瘍に対するエバネッセント波の結合を最大にするために、ＲＦ源と結合要素との間に整合要素又は結合装置が挿入されていることを除いて、図５Ｂにおける実施形態と類似している。
【図７】本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、増幅器並びにマイクロコントローラを含む制御回路が、ＲＦ源と整合要素との間に加えられていることを除いて、図６Ａにおける実施形態と類似している。
【図８Ａ】本発明の別の実施形態の図である。この実施形態では、図７において示されている実施形態のうち３つが、３方向スプリッタによってＲＦ源が分割された状態で使用され、３つのスイッチ及び移相器を介して、エバネッセント波を放つ各結合要素に接続されている。各結合要素は、独立して又は別の結合要素（若しくは複数の結合要素）と組み合わせてオンにすることができる。
【図８Ｂ】本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、３つの別々のスイッチ、移相器、増幅器、及び整合要素と共に３つの別々の発振器が使用されて、３つの結合要素にＲＦ電力を提供することを除いて、図８Ａにおいて示されている実施形態と類似している。マイクロコントローラが、各結合要素に提供されるＲＦ電力を制御及びモニターし、各結合要素を、独立して又は別の結合要素（若しくは複数の結合要素）と組み合わせてオンにすることができる。
【図９Ａ】腫瘍内にエバネッセント波を放っている図７における結合要素を示す頭部の断面図である。
【図９Ｂ】脳における腫瘍内にエバネッセント波を放っている図７における結合要素、及び、脳内及び腫瘍内の電場の輪郭を示す頭部の断面図である。
【図１０】図９Ａのように、エバネッセント波が頭部に結合された場合の頭部及び脳の様々な部分を示す簡素化された等価回路の概略図である。
【図１１】腫瘍内にエバネッセント波を放っている結合要素の別のタイプを示す頭部の断面図である。
【図１２】異なる角度で腫瘍内にエバネッセント波を放っている図８における３つの結合要素を示す頭部の断面図である。
【図１３】脳における腫瘍内にエバネッセント波を放っている図８における３つの結合要素を示す頭部の図である。３つの結合要素は、互いに垂直なエバネッセント波を放っている。
【図１４Ａ】設計において同軸である結合要素の断面図である。
【図１４Ｂ】結合要素の断面が楕円形であることを除いて、図１４Ａと類似した図である。
【図１４Ｃ】結合要素の断面が正方形であることを除いて、図１４Ａと類似した図である。
【図１４Ｄ】正方形断面の角が丸みを帯びていることを除いて、図１４Ｃと類似した図である。
【図１５Ａ】結合要素の上面及び側面の両方を示す、図１４Ａの同軸の結合要素の図である。
【図１５Ｂ】加えられた非導電層を有する、図１５Ａにおいて示されている同軸の結合要素の側面と類似した図である。
【図１５Ｃ】図１５Ａにおいて示されているものとは異なる同軸の結合要素の上面及び側面の図である。
【図１５Ｄ】加えられた非導電層を有する、図１５Ｃにおいて示されている同軸の結合要素の側面と類似した図である。
【図１６Ａ】螺旋アンテナの形態の結合要素の別の実施形態の図である。
【図１６Ｂ】二重螺旋アンテナの形態の結合要素の別の実施形態の図である。
【図１７】Ｘ、Ｙ、及びＺ方向にエバネッセント波を放つ図１５Ａにおけるものと類似している３つの同軸の結合要素を有する立方体の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の記載は、当業者が本発明を作製及び使用すること、及び、特定の用途に関して本発明を組み込むことを可能にするために提示される。様々な修正、並びに、異なる用途における種々の使用が当業者には容易に明らかになり、本明細書において定められる一般的な原理は、広範囲の実施形態に適用され得る。従って、本発明は、提示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書において開示される原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられることになる。
【００１２】
以下の詳細な記載において、多数の特定の詳細が、本発明のより完全な理解を提供するために明記されている。しかし、本発明は、必ずしもこれらの特定の詳細に限定されることなく実施することができるということが当業者には明らかになる。
【００１３】
左、右、前、後、上、下、前方、後方、時計回り、及び反時計回りというラベルは、使用されている場合、単に便宜上使用されており、いかなる特定の定方向を意味することも意図していないということに留意されたい。代わりに、それらは、物体の様々な部分間の相対的な位置及び／又は方向を反映するために使用される。加えて、「第１」及び「第２」という用語又は他の類似の記述子は、必ずしも順序を意味するものではなく、通常の意味を使用して解釈されるべきである。
【００１４】
本発明の一実施形態では、装置は、ワイヤ又はＲＦケーブルを使用して、１つの結合要素（アンテナ、開口、又はウェーブランチャー）に接続されたＲＦ源を含む。結合要素は、特定の周波数又は周波数範囲のエバネッセント波を腫瘍近くの人体内に放ち、エバネッセント波を腫瘍内に結合するように設計される。ＲＦ電力の大きさは、有糸分裂中のがん細胞を破壊して、がん細胞を死滅させ、時間の経過に伴い腫瘍のサイズを縮小させることができるように選択される。結合要素は、患者の皮膚と密着させることができるか、又は、患者の毛髪等の界面を介して適用することができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、装置は、ワイヤ又はＲＦケーブルを使用して２つ以上の結合要素に接続されたＲＦ源を含む。結合要素は、特定の周波数又は周波数の範囲のエバネッセント波を腫瘍近くの人体内に放ち、エバネッセント波を腫瘍内に結合するように設計される。ＲＦ電力の大きさは、有糸分裂中のがん細胞を破壊して、がん細胞を死滅させ、時間の経過に伴い腫瘍のサイズを縮小させることができるように選択される。結合要素は、患者の皮膚と密着させることができるか、又は、患者の毛髪等の界面を介して適用することができる。結合要素は、互いに直交して又は腫瘍を標的とする異なる角度で、患者の体の上に置かれる。ＲＦ電力は、ある期間、各結合要素に順次印加することができるか、又は、結合要素の組み合わせに同時に印加することができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、装置は、ＲＦ源と結合要素とを含み、結合要素は、整合ネットワークを介してＲＦ源に接続されている。整合ネットワークは、結合要素からエバネッセント波を介した腫瘍へのＲＦ電力の送達を最大にするように設計される。整合ネットワークは、固定コンデンサ及びインダクタ等の固定構成要素を含んでもよく、若しくは、可変コンデンサ及び可変インダクタ等の可変構成要素を含んでもよく、又は、固定及び可変構成要素の組み合わせを含んでもよい。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態では、装置は、ＲＦ源、制御ネットワーク、整合ネットワーク、及び結合要素を含む。ＲＦ源は、制御ネットワーク及び整合要素を通じて、ワイヤ又はＲＦケーブルを介して結合要素に接続される。制御ネットワークは、増幅器、カプラー、２つの電力センサ、及びマイクロコントローラを含む。マイクロコントローラは、整合ネットワーク及び結合要素への／からの伝送された電力及び反射された電力をモニターする。マイクロコントローラは、ＲＦ源及び増幅器の電力を調整することができ、さらに、整合ネットワーク内の要素が可変である場合には、整合ネットワークを調整して、腫瘍への所望のＲＦ電力の送達を最適化し、浪費されるＲＦエネルギーを最小限に抑えることができる。マイクロコントローラは、ＲＦ源の周波数を特定の１つ又は複数の周波数に変更することもできる。加えて、温度センサを結合要素内に組み込んで、マイクロコントローラを介して患者の皮膚温度をモニターし、さらに、ＲＦ電力レベルを下げて、温度を所望のレベル以下に維持することができる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、ＲＦ源の出力は、３方向ＲＦスプリッタを使用して分割され、３つの出力は、３つのＲＦスイッチ、３つの移相器、３つの制御ネットワーク、及び３つの整合ネットワークを介して３つの結合要素に接続される。３つの制御ネットワークは、それぞれ独自のマイクロコントローラを有するか、又は、１つのマイクロコントローラを共有することができる。１つ又は複数のマイクロコントローラは、ＲＦスイッチを切り換えて、特定の時間独立して各結合要素を順次、又は、３つの結合要素の任意の組み合わせを同時にオンにすることができる。３つの結合要素は、（例えば）頭部の上に３つの垂直方向で置かれる（又は腫瘍を標的とする３つの異なる方向を指すように置かれる）ことによって、腫瘍の治療に使用することができる。１つ又は複数のマイクロコントローラは、各結合要素に送達されるＲＦ電力の位相及び大きさを変えることができ、さらに、２つ以上の結合要素をオンにすることによって、エバネッセント波の方向を変えることができる。各結合要素に印加することができる典型的な電力は、結合要素の下の患者の皮膚の局所的な加熱によって制限される。各結合要素をオンにする順序及びタイミングは、より多くのがん細胞を死滅させ、腫瘍の大きさを最小限に抑えるために最適化することができる。
【００１９】
以下は、図の詳細な説明である。
【００２０】
図１は、腫瘍に電場１３０を容量的に印加するために、ワイヤ又はケーブル１１０を介して２つの電極１２０に接続されたＲＦ源１００を含む、がん腫瘍を治療するための装置の従来技術の図である。
【００２１】
図２は、図１において示されている装置と組み合わせて、容量性カップリングに対して従来技術において使用される電極アレイ２５０の図である。電極アレイは、金属裏打ちを有するセラミックから作られ、且つ、電極の裏面に接続された可撓性ケーブル２００を介して電気的に接続された９つの電極素子２１０を含む。電極素子は、皮膚温度を測定することができる温度センサ２２０を有する。
【００２２】
図３Ａは、脳内の腫瘍３１０に２つの異なる方向で電場３２０を容量的に印加するために、図１において示されている従来技術の装置と共に使用される２つの電極アレイセット３３０＆３３５及び３４０＆３４５を示す頭部３００の断面図である。示されている電極セット３３０、３３５、３４０、及び３４５は、図２において示されている電極アレイ２５０と類似している９つの素子のアレイ電極の断面である。この場合、頭部に電場を容量的に印加するために、合計で３６個の電極が使用されている。
【００２３】
図３Ｂは、脳３０６内の腫瘍３１０に電場を容量的に印加するために使用される電極セットの１つ３４０及び３４５と、脳内及び腫瘍内の電場の輪郭３０７とを示す、頭部３０５の断面図である。約３０ワットの電力が電極にわたって印加され、脳内及び腫瘍内に約１．２Ｖ／ｃｍの比較的均一な電場が結果として生じている。
【００２４】
図４は、従来技術に対して図３Ａにおいて示されているように、電場が頭部３００に容量的に印加された場合の頭部及び脳の様々な部分を示す簡素化された等価回路の概略図である。この概略図は、皮膚との界面で電極４４０に関連付けられたコンデンサと、続いて皮膚４１０に関連付けられた２つの抵抗器４１５を含む。次に、抵抗器４５０及び４５５が、皮膚層と抵抗器３１５によって表されている腫瘍３１０との間の組織に関連付けられている。
【００２５】
図５Ａは、１００ｋＨｚから５００ｋＨｚの出力周波数範囲を有する発振器又は信号源であり得るＲＦ源５００を含む、がん腫瘍を治療するための装置を例示した本発明の一実施形態の図である。がん細胞のタイプに応じて、発振器は、がん細胞の死滅を最大にする特定の周波数（又は複数の周波数）に設定される。ＲＦ源の出力は、導電性ワイヤ５１０及び５１５を使用して、エバネッセント波５４０を腫瘍内に放つための結合要素５５０に接続される。この実施形態における結合要素５５０は、開放端同軸導波管アンテナ（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ  ｃｏａｘｉａｌ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ａｎｔｅｎｎａ）であり、これは、２つの同心円５２０及び５３０を含む電気的構成を有し、内側の円５２０はケーブル５１０を介してＲＦ源に接続され、外側の円／リング５３０はケーブル５１５を介してＲＦ源に接続されている。円は、金属等の導電性材料から又は導電層で覆われた絶縁体から作られる。導電性のリングは、非導電性の基板５３１に支持されるか又は取り付けられる。図は、結合要素の頂部から発するエバネッセント波５４０を示しているけれども、この設計に対しては、エバネッセント波は、結合要素の頂部からも底部からも発する。
【００２６】
図５Ｂは、がん腫瘍を治療するための装置を例示した本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、同軸ケーブルがＲＦ源５００を結合要素５５０に接続するということを除いて、図５Ａにおいて示された実施形態に類似している。この場合、結合要素５５０は、開放端同軸導波管アンテナである。同軸ケーブルは、結合要素の中心の円５２０に接続された中心導体６１０と、結合要素の外側の円／リングに接続された外側導体５１６とを含む。
【００２７】
図５Ｃは、結合要素５５０の側面を有する、図５Ｂと同じ実施形態を示した図である。同軸ケーブルの中心導体５１０は、結合要素の中心導体５２０に接続され、同軸ケーブルの外側導体５１６は、結合要素の外側導体５３０に接続されている。結合要素の導体は、マイラー、プラスチック、ＦＲ−４、又はアルミナ等の非導電性の基板に取り付けられた、アルミニウム、銅、銀、又は金等の金属から作られる。非導電性の基板は、綿、ポリエステル、ライクラ等のファブリック又は他の類似のファブリックから作ることもできる。
【００２８】
図６Ａは、本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、腫瘍へのエバネッセント波５４０の結合を最大にするために、ＲＦ源５００と結合要素５５０との間に整合要素６５０が挿入されていることを除いて、図５Ａにおける実施形態と類似している。
【００２９】
図６Ｂは、本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、腫瘍へのエバネッセント波５４０の結合を最大にするために、ＲＦ源５００と結合要素５５０との間に整合要素６５０が挿入されていることを除いて、図５Ｂにおける実施形態と類似している。中心導体６１０及び外側導体５１６を有する同軸ケーブルは、ＲＦ源を整合要素６５０に接続する。整合要素の出力は、中心導体６１１及び外側導体５１８を有する同軸ケーブルを使用して結合要素に接続されている。
【００３０】
図７は、本発明の別の実施形態の図である。この実施形態は、ＲＦ源５００と整合要素６５０との間に制御モジュール７５０が挿入されていることを除いて、図６Ａにおける実施形態と類似している。制御モジュール７５０は、ＲＦ増幅器７１０、カプラー７２０、２つのＲＦセンサ７３０及び７３５、並びにマイクロコントローラ７４０を含む。この実施形態における整合要素は、可変コンデンサ７６０及び可変インダクタ７７０を含む。ＲＦ源の出力は、ケーブル／ワイヤ５１０を使用して増幅器の入力に接続され、カプラーの出力は、ケーブル／ワイヤ５１２を使用して整合要素の入力に接続される。整合要素の出力は、ケーブル／ワイヤ５１１を使用して結合要素５５０に接続される。患者の皮膚温度を測定することができるようになる温度センサ７８０が結合要素に取り付けられ、ワイヤ７８５を使用してマイクロコントローラに接続される。ＲＦ源、ＲＦ増幅器、２つのＲＦセンサ、及び整合要素も、それぞれケーブル／ワイヤ７９５、７９０、７３６、７３７、及び５１４を使用してマイクロコントローラに接続される。マイクロコントローラは、ＲＦセンサ及びカプラーを使用して反射及び伝送された電力をモニターし、ＲＦ源の周波数及び電力出力、ＲＦ増幅器の利得を制御し、さらに、整合要素のパラメータを変えて、結合要素及び腫瘍への電力の伝達を最大にすることができる。ＲＦセンサの代わりに、電圧センサ及び電流センサを使用して、ＲＦ源からのＲＦ電力をモニターすることもできる。マイクロコントローラは、皮膚温度をモニターし、ＲＦ電力を減らして、患者の快適さのために、最大目標温度を下回る皮膚温度を維持することもできる。
【００３１】
図８Ａは、本発明の別の実施形態９５０の図である。この実施形態では、図７において示されている実施形態のうち３つが、３方向スプリッタ９６０によって出力が分割されたＲＦ源５００と共に使用されている。３方向スプリッタからの３つの出力は、３つのＲＦスイッチ９１０及び３つの移相器９２０を介して３つの制御モジュール７５０の入力に接続される。図７のように、３つの整合要素６５０が、制御モジュールと結合要素５５０との間にある。制御モジュールの内側のマイクロコントローラは、各ＲＦスイッチ及び移相器を独立して制御することができ、各結合要素に送達されるＲＦ電力を制御することを可能にしている。３つのＲＦスイッチを制御することによって、マイクロコントローラは、ＲＦ電力を、各結合要素に対して一度に１つずつ、又は２つの結合要素に対して同時に、又は３つの全ての結合要素に対して同時に、オンにすることができる。加えて、３つの移相器を制御することによって、結合要素に送達されるＲＦ電力の位相を変えることができる。オンにされる（ＲＦ電力が印加される）結合要素の数、ＲＦ電力の位相、及びＲＦ電力の大きさを（図７における増幅器７１０又はＲＦ源５００を制御することにより）制御することによって、エバネッセント波の強度及び方向を変えて、腫瘍の治療を最適化することができる。上述のように、マイクロコントローラは、ＲＦ源の周波数及び整合要素の値を変えて、腫瘍へのエバネッセント波の送達を最適化することもできる。
【００３２】
図８Ｂは、本発明の別の実施形態９５１の図である。この実施形態は、３つの別々のスイッチ９１０、移相器９２０、増幅器７５１、及び整合要素６５０と共に、３つの別々のＲＦ発振器５００が、３つの結合要素５５０にＲＦ電力を提供するために使用されているということを除いて、図８Ａにおいて示されている実施形態と類似している。マイクロコントローラ７４１は、ＲＦ発振器、スイッチ、移相器、及び増幅器を制御するだけでなく、電力センサ、又は電圧センサと電流センサの組み合わせを使用して電力を測定することによって、各結合要素に提供されるＲＦ電力をモニターする。マイクロコントローラは、各結合要素を独立して又は別の結合要素（若しくは複数の結合要素）と組み合わせてオンにすることができる。加えて、３つの移相器を制御することによって、結合要素に送達されるＲＦ電力の位相を変えることができる。オンにされる結合要素の数、ＲＦ電力の位相、及びＲＦ電力の大きさを制御することによって、エバネッセント波の強度及び方向を変えて、腫瘍の治療を最適化することができる。
【００３３】
図９Ａは、エバネッセント波５４０を腫瘍３１０内に放っている図７における装置からの結合要素５５０を示す、皮膚層４１０を有する頭部３００の断面図である。
【００３４】
図９Ｂは、脳３０６における腫瘍３１０内にエバネッセント波を放っている図７における装置からの結合要素５５０と、脳内及び腫瘍内の電場の輪郭３０８とを示す頭部３０５の断面図である。約１０ワットのＲＦ電力が結合要素に印加され、平均電場が３Ｖ／ｃｍの腫瘍の周囲及び腫瘍内に集中する異なる強度の電場の輪郭を結果として生じている。この場合、図３Ｂにおける３０ワットと比較して、１０ワットの低い電力レベルが使用され、図３Ｂと比較して、脳の一部を通る電場は低いけれども、腫瘍内ではより高く、結果として、がん細胞の死滅における有効性はより高い。
【００３５】
図１０は、図９Ａのように、エバネッセント波が頭部３００内の腫瘍に結合された場合の頭部及び脳の様々な部分を示す、簡素化された等価回路の概略図である。この概略図は、皮膚４１０に関連付けられる結合要素５５０と、それに続くコンデンサ４７５と、抵抗４９５とを含む。抵抗器４８５は、皮膚層と抵抗器３９５によって表されている腫瘍３１０との間の組織に関連付けられている。等価回路の構成要素は、図４において示されている容量性カップリングの場合に直列であった構成要素と比較して、結合要素と並列である。
【００３６】
図１１は、皮膚層４１０を有する頭部３００の断面図であり、エバネッセント波５４０を腫瘍３１０内に放っている別のタイプの結合要素８５０を示している。結合要素は、外側導体８３０と共に中心導体８２０を含み、可撓性の非導電性の基板８３１の上に作られている。
【００３７】
図１２は、皮膚層４１０を有する頭部３００の断面図であり、異なる角度でエバネッセント波５４０を腫瘍３１０内に放っている図８からの３つの結合要素５５０を示している。３つの結合要素の各々は、最適な腫瘍の治療のために、組み合わされたビームの方向を変更するために独立して若しくは同時に又は連動してオンにすることができる。
【００３８】
図１３は、異なる角度でエバネッセント波５４０を脳９９０における腫瘍３１０内に放っている図８からの３つの結合要素５５０を示す頭部３００の図である。この場合、３つの結合要素は、互いに対して垂直方向にあり、各結合要素を個々に又は連動してオンにすることによって、及び、各要素に対するＲＦ信号の振幅及び／又は位相を変えることによって、エバネッセント波の方向及び濃度を変えて、腫瘍の治療を最適化することができる。
【００３９】
図１４Ａは、中心導体５２０と、誘電体層５３１によって中心導体から分離された外側導体５３０とを含む、開放端同軸導波管アンテナである結合要素の断面図である。
【００４０】
図１４Ｂは、結合要素の断面が楕円形であることを除いて、図１４Ａと類似した図であり、中心導体５２１と、誘電体層５７６によって中心導体から分離された外側導体５４１とを含む。
【００４１】
図１４Ｃは、結合要素の断面が正方形であることを除いて、図１４Ａと類似した図であり、中心導体５２２と、誘電体層５７７によって中心導体から分離された外側導体５３２とを含む。
【００４２】
図１４Ｄは、正方形断面の角が丸みを帯びていることを除いて、図１４Ｃと類似した図であり、中心導体５２３と、誘電体層５７８によって中心導体から分離された外側導体５３３とを含む。
【００４３】
図１５Ａは、中心導体５２０、外側導体５３０、及び中心導体と外側導体との間に誘電体（又は非導電）層５３１を含む結合要素の上面も側面も示す、図１４Ａの同軸の結合要素の図である。
【００４４】
図１５Ｂは、同軸の結合要素を覆う加えられた非導電層５７９を有する、図１５Ａにおいて示されている同軸の結合要素の側面と類似した図である。この非導電層は、患者の皮膚の表面伝導率が、皮膚と接触したときに結合要素を「短絡」するのを防ぐために結合要素に加えることができる。
【００４５】
図１５Ｃは、図１５Ａにおいて示されているものとは異なる同軸の結合要素の上面及び側面の図であり、中心導体５２４と、外側導体５３４と、誘電体（非導電）層５７４とを含む。この場合、側面図が示しているように、導体は、誘電体（非導電）層の表面上にある。
【００４６】
図１５Ｄは、同軸の結合要素の導体を覆う加えられた非導電層５７９を有する、図１５Ｃにおいて示されている同軸の結合要素の側面と類似した図である。この非導電層は、患者の皮膚の表面伝導率が、皮膚と接触したときに結合要素を「短絡」するのを防ぐために結合要素に加えることができる。或いは、この設計のために、結合要素の誘電体（又は非導電）側を使用して、患者の皮膚と接触させることができる。
【００４７】
図１６Ａは、誘電体層又は非導電層上に導電性の螺旋ラインを含む螺旋アンテナ６００の形態の結合要素の別の実施形態の図である。
【００４８】
図１６Ｂは、誘電体層又は非導電層上に二重螺旋ラインを含む二重螺旋アンテナ６５０の形態の結合要素の別の実施形態の図である。
【００４９】
図１７は、図１５Ａにおけるものと類似している３つの同軸の結合要素を有する立方体５９９の図であり、結合要素５５０−Ｘ、５５０−Ｙ、及び５５０−Ｚは、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向にエバネッセント波を放つ。ＲＦ場を、図８において示されている類似のシステムを使用して結合要素の各々に印加することができる。ＲＦ電力は、各結合要素を個々にオンにすることができるように各結合要素に独立して、又は、１つ若しくは他の２つの結合要素と組み合わせて印加することができる。３つの結合要素に印加されるＲＦ電力の大きさ及び／又は位相を変化させることによって、立方体に印加されるエバネッセント波の方向を変化させることができ、さらに、立方体内の電場の方向の分布を効果的に変化させることができる。図には立方体が示されているけれども、これは、異なる形状の物体にエバネッセント波を印加し、物体内の電場の空間分布を制御する能力に適用される。電場を印加するためにエバネッセント波を使用する明確な利点の１つは、物体の特定の部分のみに電場を印加するために、物体の反対側に２つの電極を有する必要がないということであり、これは、物体の一方の側がアクセス可能ではない又は遠すぎる場合に可能ではないことがある。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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