Способ селективной деструкции раковых клеток

 

Изобретение относится к онкологии. Способ включает нагрев ткани опухоли в момент выхода и диастолы сердца пациента воздействием ультразвуковых волн с помощью многоканальной антенной решетки путем сканирования. Способ позволяет упростить процедуру и увеличить локальность нагрева. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для тепловой деструкции избирательно (селективно) раковых клеток на основании их большей чувствительности к повышенной температуре по сравнению с нормальными клетками.

Известны различные способы тепловой избирательной деструкции раковых клеток с помощью индукционного или лазерного нагрева опухоли (Патент США N 5236410, от 17.08.93 г. и Странадко Е.Ф., Скобелкин О.К. и др. Пятилетний опыт клинического применения фотодинамической терапии. // Фотодинамическая терапия злокачественных новообразований. Материалы 2-го Всероссийского симпозиума с международным участием. М., 1997, с. 7 - 19).

Однако эти способы достаточно сложны из-за необходимости вводить в опухолевую ткань ферромагнитные частицы или специальные красители фотосенсибилизаторы фотогем или фотосенс. Они не обеспечивают достаточной локальности и избирательности, так как краситель или ферромагнитные частицы могут накапливаться и в окружающих нормальных клетках или проникать не во все клетки опухоли. Нагрев с помощью СВЧ или УВЧ также не обеспечивает необходимой локальности и избирательности и, кроме того, излучение в этих областях представляет опасность для здоровья обслуживающего персонала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ селективной деструкции раковых клеток, включающий нагрев ткани опухоли до температуры 42 - 45^oC в момент выдоха и диастолы сердца пациента (см. Патент РФ N 2106159 от 27.09.96 г.).

В известном способе с помощью СВЧ-термометра контролируют степень нагрева, а включение и выключение нагрева синхронизированы с колебаниями теплоемкости и теплопроводности ткани, определяемыми колебаниями кровенаполнения ткани, т.е. в моменты выдоха и диастолы сердца, регистрируемые датчиками пульса и дыхания, устанавливаемыми на теле пациента.

Недостатками данного способа являются трудоемкость и сложность, связанная с введением в ткань ферромагнитных частиц, недостаточная локальность нагрева.

Техническим результатом является упрощение процедуры и увеличение локальности нагрева опухоли.

Достигается это тем, что в способе селективной деструкции раковых клеток, включающем нагрев ткани опухоли до температуры 42 - 45^oC в моменты выдоха и диастолы сердца пациента в течение времени, определяемого видами опухоли, ее размерами и локализацией, нагрев ткани опухоли осуществляют воздействием ультразвуковых волн по N каналам (где N - целое число), ультразвуковые волны фокусируют группами от K ультразвуковых элементов в каждой группе (где K = 2 - 100), при этом воздействие ультразвуковых волн осуществляют с помощью многоканальной антенной решетки ультразвуковых элементов, нагрев ткани опухоли осуществляют сканированием зоны нагрева в пределах локализации опухоли, кроме того, нагрев ткани опухоли осуществляют сканированием зоны нагрева путем фазирования ультразвуковых волн каналов многоканальной антенной решетки, а нагрев ткани опухоли осуществляют ультразвуковыми волнами на частоте 0,8 - 1,6 МГц, при этом время сеанса нагрева 10 - 70 мин, а N = 1 - 3000, и фазирование ультразвуковых волн каналов осуществляют по программе ЭВМ.

Сущность изобретения заключается в том, что использование многоканальной антенной решетки ультразвуковых элементов позволяет увеличить локальность нагрева опухолевых тканей и исключить необходимость введения и удаления ферромагнитных частиц (или красителей).

Сравнение предлагаемого изобретения с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна", а отсутствие в известных аналогах отличительных признаков говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного использования.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Известно, что гибель раковых клеток происходит уже при температуре выше 42^oC в течение 20 - 30 мин, тогда как нормальные клетки выдерживают нагрев до 45,5^oC. Для избирательной деструкции раковых клеток по предлагаемому способу может использоваться аппарат Пиротех ("Pyrotex" производства фирмы Edap International S.A., Франция). В данном аппарате генератор ультразвуковых волн состоит из многоканальной антенной решетки, содержащей несколько сот ультразвуковых элементов, расположенных на полусфере и синхронно передающих свою энергию так, что импульсы упругих волн фокусируются в центре сферы. При этом контролируют форму и амплитуду ультразвуковых волн. С помощью аппарата УЗИ контролируют область локализации опухоли, зону нагрева и тепловой деструкции ткани. Фокальное пятно с максимальным значением энергии составляет от одного до нескольких миллиметров. Величина нагрева зависит также от времени воздействия без перемещения фокуса. Режим биоуправления, учитывающий колебания кровотока и, следовательно, колебания теплоемкости и теплопроводности в предлагаемом способе хотя и увеличивает общее время нагрева за счет того, что он проводится только в моменты диастолы сердца и выдоха пациента, но позволяет уменьшить объем распространения нагрева из зоны фокуса, уменьшить тепловую деструкцию окружающих нормальных клеток.

Недостатком применения для указанного способа аппарата Пиротех является необходимость механического перемещения зоны фокусировки ультразвуковых волн, перемещения решетки ультразвуковых элементов относительно пациента. Это увеличивает требование к точности и размерам фокусировки, усложняет УЗИ-контроль и удлиняет сеанс лечения.

Более равномерное сканирование без механического перемещения тела пациента или генератора возможно при электронном сканировании области опухоли. С этой целью используется программа для управляющей ЭВМ фазировки каналов ультразвуковых волн с температурным контролем диапазона нагрева с помощью СВЧ или ультразвукового термометра. Для поверхностных опухолей использовался контактный дифференциальный термометр на основе терморезисторов. В зависимости от размеров опухоли и глубины ее локализации используются сменные антенные решетки с разным числом пьезоэлементов (излучателей ультразвуковых волн). Для визуализации зоны опухоли и нагрева используется обычный аппарат УЗИ с частотами визуализации 1,6 - 2,5 МГц. Нагрев ведется на частоте 0,8 - 1,6 МГц (более низкие частоты обеспечивают более глубокое проникновение волн, а на частоте 1,7 МГц и выше снижается энергия проникновения волн. Температурный диапазон нагрева опухоли +42 - 45^oC. Для опухолей прямой кишки необходимо использование сменной антенной решетки с числом элементов до 1000, для опухолей молочной железы - до 300 элементов, для приповерхностных опухолей, новообразований ротоглотки, языка, лимфоузлов - до 100 элементов. Размеры одного пьезоэлемента - излучателя ультразвуковых волн около 1 мм с таким же расстоянием между ними, что составляет для антенной решетки размеры от 2 х 2 см до 6 х 6 см и соответствует по проекции размеру опухоли 5 - 100 см². Для деструкции опухолей значительных размеров необходимо ультразвуковое воздействие большим числом ультразвуковых пьезоэлементов по N 3000 каналов с фокусировкой группами по K элементов в каждой группе, где K = 2 - 100, а также осуществлять сканирование зоны нагрева в пределах локализации опухоли путем фазирования ультразвуковых волн каналов многоканальной антенной решетки. Акустическая мощность, излучаемая одним элементом, 0,5 - 5 Вт. Погрешность визуализации 5 мм. Погрешность измерения температуры 9 0,1^oC. Погрешность установки точки нагрева 0,5 мм. Время одного сеанса нагрева 10 - 70 мин.

Функциональная блок-схема установки для ультразвукового нагрева представлена на чертеже.

На блок-схеме представлены область 1 опухоли в теле пациента, эмерсионная среда - прокладка 2 между кожей пациента и ультразвуковыми элементами, УЗИ и антенной решеткой, сменная многоканальная фазированная антенная решетка 3, усилители 4 мощности, многоканальный генератор 5 с фазировкой каналов, управляющая ЭВМ 6, блок 7 диагностики состояния каналов и температуры в зоне нагрева, датчик 8 температуры нагрева, датчик 9 УЗИ, аппарат 10 УЗИ (ультразвукового исследования), оператор 11 (который по данным визуализации опухоли и тепловой деструкции опухоли вводит команды сканирования и ручной регуляции нагревом в ЭВМ), датчик 12 дыхания на теле пациента, датчик 13 пульса, АЦП 14 (аналого-цифровой преобразователь блока биоуправления автоматической регуляции нагрева).

Работа установки осуществляется следующим образом.

С помощью датчика 9 аппарата 10 УЗИ врач-оператор 11 устанавливает локализацию опухоли 1 и устанавливает над ней многоканальную фазированную антенную решетку 3. Одновременно подключают датчики 12 и 13 дыхания и пульса, сигналы которых через АЦП 14 вводят в ЭВМ 6, и датчик 8 температуры нагрева, сигналы которого поступают в блок 7 диагностики. В последний поступают сигналы контроля мощности и фазировки всех каналов соответственно от многоканальной фазированной антенной решетки 3, усилителей 4 мощности и многоканального генератора 5. Информация об изменениях температуры и о текущем состоянии всех каналов комплекса поступает в ЭВМ 6, которая и управляет фазировкой и мощностью элементов ультразвуковых волн по всем каналам устройства. Путем коммутации каналов и фазировки ультразвуковых элементов по каждому каналу с помощью ЭВМ регулируются место нагрева и мощность нагрева в диапазоне температур в зоне опухоли в диапазоне 42 - 45^oC. При этом включается нагрев только в моменты уменьшения теплоемкости и теплопроводности ткани по сигналам биоуправления с датчиков 13 и 12 пульса и дыхания пациента.

Таким образом, по сравнению с существующими способами упрощается процедура, увеличиваются локальность и избирательность тепловой деструкции раковых клеток.

Проверка эффективности данного способа проведена на животных с индуцированными опухолями подкожной локализации на животе и при клинических испытаниях на больных с метастазами в области подмышечных лимфоузлов.

Пример 1. Больной Г.Р.М., 67 лет. Диагноз - рак прямой кишки с множественными метастазами в печени и в лимфоузлах. Размер опухоли в подмышечном лимфоузле 3 - 4 мм. Гистологический анализ биопсийного материала подтвердил диагноз. Проведено ультразвуковое воздействие в режиме биоуправления 5 сеансов по 20 мин через день в течение 10 дней. Для этого пациенту накладывали датчики пульса и дыхания, подключенные через АЦП к компьютеру. К компьютеру подключался и дифференциальный термометр для контроля степени нагрева и поддержания диапазона температур от 42 до 45^oC. Для УЗ-нагрева использовалась антенная решетка элементов с фокусировкой в общей точке. После окончания лечения по данным пальпации и УЗИ опухоли не обнаружено. Гистологический анализ биопсийного материала показал наличие незначительного сохранения инфильтрата в зоне некроза и отсутствие раковых клеток.

Пример 2. Больной К. Н.И., 76 лет. Диагноз - базилиома в области шеи, размер около 4 мм. Проведено аналогичное лечение по разработанному способу. Гистологический анализ после лечения показал полное рассасывание опухоли. Находился под наблюдением без рецидива более 1 года.

Формула изобретения

1. Способ селективной деструкции раковых клеток, включающий нагрев ткани опухоли до температуры 42 - 45^oC в моменты выдоха и диастолы сердца пациента в течение времени, определяемого видами опухоли, ее размерами и локализацией, отличающийся тем, что нагрев ткани опухоли осуществляют воздействием ультразвуковых волн на частоте 0,8 - 1,6 МГц посредством многоканальной антенной решетки, причем нагрев ткани опухоли осуществляют сканированием зоны нагрева путем фазирования ультразвуковых волн каналов многоканальной антенной решетки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время сеанса нагрева равно 10 - 70 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество каналов в антенной решетке составляет до 3000.

РИСУНКИ

Рисунок 1