本申请是作为pct国际专利申请于2018年10月23日以心脏起搏器公司(cardiacpacemakers，inc.，一家美国国营公司，作为所有国家的指定的申请人)以及美国公民brianl.schmidt、美国公民jacobm.ludwig、美国公民benjaminj.haasl和美国公民michaelj.kane(作为所有国家的指定的发明人)的名义提交的，并且要求于2018年10月22日提交的美国专利申请号16/167,116以及于2017年10月23日提交的美国临时专利申请号62/575,700的优先权，这些申请的内容通过援引以其全文并入本文。
本文中的实施例涉及包括用于对身体组织内的癌性肿瘤进行治疗的电场成形元件的医疗设备系统。更具体地，本文中的实施例涉及使用电场成形元件，这些电场成形元件被配置为将治疗电场改向到或集中于癌性肿瘤部位。
背景技术：
根据美国癌症协会，癌症占美国每年死亡人数的近25％。癌性肿瘤的当前护理标准可以包括比如手术、放射治疗和化学治疗等一线治疗。另外的二线治疗可以包括放射性接种、冷冻治疗、激素或生物制剂治疗、消融等。在一种特定治疗自己无效的情况下，一线治疗和二线治疗的组合也可以有利于患者。
如果人体任何部分的一个正常细胞发生突变、随后开始过多且过快地生长和繁殖，则可能形成癌性肿瘤。癌性肿瘤可能是在细胞分裂过程中、比如电离或非电离辐射等外部刺激、接触致癌物而产生的细胞dna或rna的基因突变的结果，或者是遗传基因突变的结果。无论病因如何，许多癌性肿瘤都是未受约束的细胞快速分裂的结果。
有丝分裂是细胞分裂的过程，其是身体内所有体细胞(包括许多类型的癌细胞)的细胞周期的一部分。有丝分裂包括四个基本时期：前期、中期、后期和末期。刚好在前期之前，细胞将会复制其染色体以产生两个相同的姐妹染色单体。在前期，染色体开始凝聚，并且包围核的核膜消失。在前期期间，有丝分裂纺锤体也开始形成。有丝分裂纺锤体包括微管和中心体的自组织双极阵列。微管通常由高极性α-微管蛋白和β-微管蛋白的聚合形成。中心体类似地是基于蛋白质的细胞器，其中两个细胞器在此时期迁移到分裂细胞的相反两侧。微管的带负电的端部附着于中心体。微管的带正电的端部向分裂细胞的赤道发散，最终附着于每个姐妹染色单体的着丝粒。可以通过所有染色体排列在分裂细胞的赤道并结合在有丝分裂纺锤体中来定义中期。然后在后期将相等数量的姐妹染色单体拉向细胞的相反两端。一旦所有的染色体都被分离，末期的过程就开始了，在此细胞膜开始在两个新形成的姐妹细胞之间形成分裂沟，并且一旦细胞在称为胞质分裂的过程中彼此物理分离，则细胞分裂完成。
技术实现要素：
本文中的实施例涉及包括用于对身体组织内的癌性肿瘤进行治疗的电场成形元件的医疗设备系统。在第一方面，提供了一种用于治疗癌性肿瘤的医疗设备系统。所述医疗设备系统可以包括一个或多个电场发生电极、以及被配置为与所述一个或多个电场发生电极一起植入的电场成形元件。所述电场成形元件可以由使暴露于所述电场的组织的空间区域发生改变的材料制成。
在第二方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，医疗设备可以包括导线，该导线具有设置在该导线上的一个或多个电场发生电极。
在第三方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该导线可以包括导线本体，该导线本体具有近端和远端。该导线本体可以包括一个或多个导体，该一个或多个导体穿过该导线本体以在该一个或多个电场发生电极与该导线本体的近端之间提供电连通。
在第四方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以与该导线和该一个或多个电场发生电极物理地分开。
在第五方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括屏蔽电场的材料。
在第六方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以设置在癌性肿瘤与相邻的非癌性组织之间。
在第七方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以设置在相邻的非癌性组织与该一个或多个电场发生电极之间。
在第八方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括将电场改向的材料。
在第九方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括使电场的能量衰减的材料。
在第十方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括高介电材料。
在第十一方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括相对于癌性肿瘤的凹形。
在第十二方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括相对于癌性肿瘤的抛物线形状。
在第十三方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以是聚合物片。
在第十四方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该聚合物片可以包括一个或多个设置在其中的孔口以将电场聚焦到癌性肿瘤上。
在第十五方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以是金属片。
在第十六方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该金属片可以包括设置在其中的一个或多个孔口以将电场聚焦到癌性肿瘤上。
在第十七方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，提供了一种用于治疗癌性肿瘤的医疗设备系统。该医疗设备系统可以包括一个或多个电场发生电极、以及被配置为与该一个或多个电场发生电极一起植入的电场成形元件。该电场成形元件可以被配置为保护非癌性组织免受电场影响。
在第十八方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，包括导线，其中，一个或多个场发生电极设置在该导线上。
在第十九方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该导线可以包括导线本体，该导线本体具有近端和远端。该导线本体可以包括一个或多个导体，该一个或多个导体穿过该导线本体以在该一个或多个电极与该导线本体的近端之间提供电连通。
在第二十方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以与该导线和一个或多个电场发生电极物理地分开。
在第二十一方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以包括将电场改向的材料。
在第二十二五方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该电场成形元件可以是连续金属片。
在第二十三方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该连续金属片可以包括布置在其中的一个或多个孔口，以有效地将电场分流到该金属片的外表面以防止该电场与该非癌性组织接触。
在第二十四方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该连续金属片可以包括可扩展网格。
在第二十五方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，提供了一种治疗癌性肿瘤的方法。该方法可以包括：将材料放置在癌性肿瘤的近侧，其中，该材料对电场的衰减小于被替代的患者组织，在该材料的与该癌性肿瘤相反的一侧放置一个或多个电极，以及在该癌性肿瘤部位由该一个或多个电极产生电场。
在第二十六方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，放置该材料包括：用该材料来替代患者组织的一部分，该材料对该电场的衰减小于被替代的患者组织。
在第二十七方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该材料可以包括天然材料。
在第二十八方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该材料可以包括合成材料。
在第二十九方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该方法可以包括在该癌性肿瘤部位处产生电场，包括在患者身体外部产生电场。
在第三十方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，包括用于治疗癌性肿瘤的医疗设备系统。该医疗设备可以包括一个或多个植入的电场发生电极和外部电场发生系统，该外部电场发生系统被配置为与一个或多个植入的电场发生电极耦合以将电场输送到癌性肿瘤部位。
在第三十一方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，一个或多个植入的电场发生电极和外部电场发生系统通过至少一个从以下各项中选择的机制而无线地耦合：电容耦合、电感耦合、导电耦合、射频能量传递和声能传递。
在第二十二方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，该系统还可以包括电场成形元件，该电场成形元件被配置为与该一个或多个电场发生电极一起被植入。
在第三十三方面，除了前述或以下方面中的一个或多个之外或者在一些方面的替代方案中，提供了一种治疗癌性肿瘤的方法。该方法可以包括将电场成形元件邻近于癌性肿瘤放置。该方法还可以包括将一个或多个电极放置在癌性肿瘤处、附近或里面。该方法还可以包括在该癌性肿瘤部位由该一个或多个电极产生电场。
本发明内容是对本申请的一些教导的概述，并且不旨在是本主题的排他性或详尽的处理。在具体实施方式和所附权利要求中将找到进一步的细节。在阅读和理解以下具体实施方式并查看形成其一部分的附图之后，其他方面对于本领域技术人员将是清楚的，每个方面都不应理解为限制性的。本文的范围由所附权利要求及其法律等效物来限定。
附图说明
结合以下附图，可以更全面地理解多个方面，在附图中：
图1是根据本文中的不同的实施例的医疗系统的示意图。
图2是根据本文中的不同的实施例的医疗系统的示意图。
图3是根据本文中的不同实施例的医疗设备的示意性截面视图。
图4是根据本文中的不同的实施例的医疗设备的示意图。
图5是根据本文中的不同的实施例的医疗设备的部件的示意图。
图6是根据本文中的不同的实施例的医疗设备的示意图。
图7是根据本文中的不同的实施例的医疗设备系统的示意图。
图8是根据本文中的不同的实施例的医疗设备系统的示意图。
图9是根据本文中的不同的实施例的医疗设备系统的示意图。
图10是根据本文中的不同的实施例的医疗设备系统的示意图。
图11是根据本文中的不同的实施例的医疗设备系统的示意图。
图12是根据本文中的不同的实施例的医疗设备系统的示意图。
图13是根据本文中的不同的实施例的治疗癌性肿瘤的方法的示意图。
图14是根据本文中的不同的实施例的人体的截面视图。
图15是根据本文中的不同的实施例的导线的示意图。
图16是根据本文中的不同的实施例的示例性治疗参数的曲线图。
尽管实施例易于作出各种修改和替代性形式，但已经通过示例和附图示出了实施例的细节并且将进行详细描述。然而，应理解的是，本文的范围不限于所描述的特定实施例。相反，意图是要涵盖落入本文的精神和范围内的修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
如以上提及的，许多癌性肿瘤可能由未受约束的快速细胞分裂引起。一些用于治疗癌性肿瘤的传统一线治疗可以包括手术、放射治疗以及化学治疗。然而，许多一线治疗具有不良的伴随副作用，比如疲劳、脱发、免疫抑制和手术恢复时间长等等。
虽然不受理论的束缚，据信交变电场可以通过对参与细胞分裂的关键蛋白、尤其是微管蛋白和隔膜蛋白(septin)的偶极排列进行干扰来破坏癌性肿瘤内的有丝分裂。形成微管纺锤体纤维的微管蛋白的蛋白质的聚合可以被破坏，从而防止染色体分离所需的纺锤体纤维的形成。这可以使细胞分裂在有丝分裂的中期阶段停止。在一些情况下，如果细胞能够存活那么长的时间，则交变电场可以会使已经生长的纺锤体纤维的聚合停止，导致纺锤体不完整以及在后期染色体分离不均等。在每种情况下，由于微管聚合不完全引起的在后期微管纺锤体的形成停止以及不均等的染色体分离，可能引起凋亡(即程序性细胞死亡)。
还认为交变电场可能导致在末期在分裂细胞的分裂沟附近的电场密度增大。分裂沟的区域中电场密度增大可能引起比如蛋白质和核酸等带电大分子的朝向沟处的高电场密度的介电泳。分裂沟部位的细胞分裂所需的关键大分子的浓度不均等可以会破坏姐妹细胞在末期的最终分离，并最终引起细胞凋亡。
可以通过电极在空间中的定位以及通过在许多不同电极配置下改变电场来调节电场的形状和大小。有时，可以通过在单独电极阵列内或在整个医疗设备系统内交替或切换离散电极的极性来操控电场的形状。
还可以通过将电场成形元件放置在癌性肿瘤的治疗部位处或附近来操控电场。电场成形元件可以被配置为将电场改向，使得其不影响相邻的非癌性组织内的细胞或对相邻的非癌性组织内的细胞影响减小。电场成形元件也可以用于将电场集中在癌性肿瘤部位。
现在参考图1，示出了根据本文中的不同的实施例的医疗设备100的示意图。可以将医疗设备100完全植入患者101的体内，位于身体组织内的癌性肿瘤部位处或附近。可以使用各种植入部位，包括比如四肢、上躯干、腹部区域、头部等区域。
现在参考图2，示出了根据不同的实施例的医疗设备200的另一个示意图。医疗设备200可以部分地植入患者101的体内。在一些实施例中，医疗设备可以部分地植入并且部分地在患者的身体外部。在其他实施例中，部分植入的医疗设备可以包括设置在身体内部和身体外部的部件之间的经皮连接。部分植入的医疗设备可以通过无线连接与医疗设备的部分在外的部分进行无线通信。
在一些实施例中，医疗设备的一部分可以被完全植入，而医疗设备的一部分可以完全在外部。例如，在一些实施例中，一个或多个电极或导线可以完全植入身体内，而医疗设备的比如电场发生器等产生电场的部分可以完全在身体外部。应当理解，在本文所述的一些实施例中，所述的电场发生器可以包括许多与脉冲发生器相同的部件，并且可以被配置为执行许多与脉冲发生器相同的功能。在医疗设备的一部分完全被植入、并且医疗设备的一部分完全在外部的实施例中，医疗设备的完全在外部的部分可以与医疗设备的完全在内部的部分进行无线通信。然而，在其他实施例中，可以使用有线连接。
医疗设备100或医疗设备200可以包括壳体102以及与壳体102耦合的头部104。可以使用各种材料。然而，在一些实施例中，壳体102可以由比如金属、陶瓷、聚合物、复合材料等材料形成。在一些实施例中，壳体102或其一个或多个部分可以由钛形成。头部104可以由各种材料形成，但是在一些实施例中，头部104可以由比如环氧树脂材料等半透明聚合物形成。在一些实施例中，头部104可以是中空的。在其他实施例中，头部104可以填充有部件和/或结构性材料，比如环氧树脂或其他材料，使得其为非中空的。
在医疗设备100或200的一部分部分地在外部的一些实施例中，头部104和壳体102可以被由耐用聚合物材料制成的保护外壳包围。在医疗设备100或200的一部分部分地在外部的情况下，头部104和壳体102可以被由聚合物材料、金属材料和/或玻璃材料的组合制成的保护外壳包围。
头部104可以与一条或多条导线106耦合。头部104可以用于固定一条或多条导线106的近端，并且将一条或多条导线106与壳体102内的一个或多个部件电耦合。一条或多条导线106可以包括沿着电导线106的长度设置的一个或多个电极108。在一些实施例中，电极108可以包括电场发生电极，而在其他实施例中，电极108可以包括电场感测电极。在一些实施例中，导线106可以包括电场发生电极和电场感测电极两者。在其他实施例中，导线106可以包括任何数量的电场感测电极和电场发生电极。应当理解，尽管本文中的医疗设备的许多实施例被设计成与导线一起运行，但是本文中还设想了产生电场的无导线医疗设备。
现在参考图3，示出了根据本文中的不同的实施例的医疗设备100的示意性截面视图。壳体102可以限定内部体积302，该内部体积可以是中空的，并且该内部体积在一些实施例中是与医疗设备100外部的区域304气密封离的。在其他实施例中，壳体102可以填充有部件和/或结构性材料，使得其是非中空的。医疗设备100可以包括控制电路306，该控制电路可以包括设置在壳体102内的各种部件308、310、312、314、316和318。在一些实施例中，这些部件可以是集成的，而在其他实施例中，这些部件可以是分开的。在又其他实施例中，可以存在集成部件和分开部件的组合。医疗设备100还可以包括天线324，以允许单向或双向无线数据通信。在一些实施例中，医疗设备100的部件可以包括电感能量接收线圈(未示出)，该电感能量接收线圈与医疗设备以通信方式耦合或附接以利于经由充电电路对医疗设备进行经皮充电。
控制电路306的各种部件308、310、312、314、316和318可以包括、但不限于微处理器、存储电路(比如随机存取存储器(ram)和/或只读存储器(rom))、记录电路、控制器电路、遥测电路、电源电路(比如电池)、计时电路、以及专用集成电路(asic)、充电电路等。控制电路306可以与电场发生电路320通信，该电场发生电路可以被配置为产生电流以形成一个或多个场。电场发生电路320可以与控制电路306成一体，或者可以是与控制电路306分开的部件。控制电路306可以被配置为控制来自电场发生电路320的电流的输送。在一些实施例中，电场发生电路320可以存在于医疗设备的位于身体外部的部分中。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用从10khz到1mhz之间的范围中选择的一个或多个频率来输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320在从100khz到500khz之间的范围中选择的一个或多个频率下输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320在从100khz到300khz之间的范围中选择的一个或多个频率下输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用大于1mhz的一个或多个频率来周期性地输送电场。
在一些实施例中，电场可以有效破坏癌细胞中的细胞有丝分裂。电场可以沿着一种以上的向量输送到癌性肿瘤部位。在一些示例中，电场可以沿着至少一个向量(包括导线电极中的至少一个)来输送。在一些实施例中，可以使用至少两个向量，在这些向量之间具有空间多样性。载体可以在空间上分开(例如，向量可以相对于彼此成一定角度设置)至少约10度、20度、30度、40度、50度、60度、70度、80度或90度。
可以通过在两个电极之间输送电流来实现所需的电场强度。输送电场的比电流和电压可以变化，并且可以被调节以在要治疗的组织部位处达到所需的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用范围从1mamp至1000mamp的电流向癌性肿瘤部位输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用范围从20mamp至500mamp的电流向癌性肿瘤部位输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用范围从30mamp至300mamp的电流向癌性肿瘤部位输送电场。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用包括以下的电流来输送电场：1mamp、2mamp、3mamp、4mamp、5mamp、6mamp、7mamp、8mamp、9mamp、10mamp、15mamp、20mamp、25mamp、30mamp、35mamp、40mamp、45mamp、50mamp、60mamp、70mamp、80mamp、90mamp、100mamp、125mamp、150mamp、175mamp、200mamp、225mamp、250mamp、275mamp、300mamp、325mamp、350mamp、375mamp、400mamp、425mamp、450mamp、475mamp、500mamp、525mamp、550mamp、575mamp、600mamp、625mamp、650mamp、675mamp、700mamp、725mamp、750mamp、775mamp、800mamp、825mamp、850mamp、875mamp、900mamp、925mamp、950mamp、975mamp或1000mamp。应当理解，控制电路可以被配置为引导电场发生电路320以落在如下范围内的电流输送电场，其中，任何前述电流都可以用作该范围的下限或上限，只要该范围的下限是小于该范围的上限的值即可。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用范围从1vrms到50vrms的电压向癌性肿瘤部位输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用范围从5vrms到30vrms的电压向癌性肿瘤部位输送电场。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用范围从10vrms至20vrms的电压向癌性肿瘤部位输送电场。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用包括以下的一个或多个电压来输送电场：1vrms、2vrms、3vrms、4vrms、5vrms、6vrms、7vrms、8vrms、9vrms、10vrms、15vrms、20vrms、25vrms、30vrms、35vrms、40vrms、45vrms、或50vrms。应当理解的是，控制电路可以被配置为引导电场发生电路320使用属于如下范围内的电压来输送电场，其中，前述电压中的任何一个都可以用作该范围的下限或上限，只要是该范围的下限是小于该范围的上限的值即可。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320使用包括以下的一个或多个频率来输送电场：10khz、20khz、30khz、40khz、50khz、60khz、70khz、80khz、90khz、100khz、125khz、150khz、175khz、200khz、225khz、250khz、275khz、300khz、325khz、350khz、375khz、400khz、425khz、450khz、475khz、500khz、525khz、550khz、575khz、600khz、625khz、650khz、675khz、700khz、725khz、750khz、775khz、800khz、825khz、850khz、875khz、900khz、925khz、950khz、975khz、1mhz。应当理解，电场发生电路320可以使用属于如下范围内的频率来输送电场，其中，前述频率中的任何一个都可以用作该范围的上限或下限，只要是上限大于下限即可。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320产生从0.25v/cm至1000v/cm之间的范围中选择的一个或多个施加的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320产生大于3v/cm的一个或多个施加的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320产生从1v/cm至10v/cm之间的范围中选择的一个或多个施加的电场强度。在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320产生从3v/cm至5v/cm之间的范围中选择的一个或多个施加的电场强度。
在其他实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320产生一个或多个施加的电场强度，包括：0.25v/cm、0.5v/cm、0.75v/cm、1.0v/cm、2.0v/cm、3.0v/cm、5.0v/cm、6.0v/cm、7.0v/cm、8.0v/cm、9.0v/cm、10.0v/cm、20.0v/cm、30.0v/cm、40.0v/cm、50.0v/cm、60.0v/cm、70.0v/cm、80.0v/cm、90.0v/cm、100.0v/cm、125.0v/cm、150.0v/cm、175.0v/cm、200.0v/cm、225.0v/cm、250.0v/cm、275.0v/cm、300.0v/cm、325.0v/cm、350.0v/cm、375.0v/cm、400.0v/cm、425.0v/cm、450.0v/cm、475.0v/cm、500.0v/cm、600.0v/cm、700.0v/cm、800.0v/cm、900.0v/cm、1000.0v/cm。应当理解，电场发生电路320可以产生电场，该电场在治疗部位处的电场强度属于如下范围，其中，前述电场强度中的任何一个都可以用作该范围的上限或下限，只要是上限大于下限即可。
在一些实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320经由导线106向位于身体组织内的癌性肿瘤部位输送电场。在其他实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320经由医疗设备100的壳体102向位于身体组织内的癌性肿瘤部位输送电场。在其他实施例中，控制电路306可以被配置为引导电场发生电路320在导线106与医疗设备100的壳体102之间输送电场。在一些实施例中，一条或多条导线106可以与电场发生电路320处于电连通。在一些实施例中，一条或多条导线106可以包括沿着导线106的长度设置的一个或多个电极108，其中电极108可以与电场发生电路320处于电连通。
在一些实施例中，医疗设备100内的各种部件可以包括电场感测电路322，该电场感测电路被配置为生成与所感测的电场相对应的信号。电场感测电路322可以与控制电路306成一体，或者其也可以与控制电路306分开。
感测电极可以设置在医疗设备的壳体上或附近、在连接到壳体的一条或多条导线上、在植入在肿瘤附近或肿瘤中的分开装置上、或这些位置的任意组合。在一些实施例中，电场感测电路322可以包括第一感测电极332和第二感测电极334。在其他实施例中，壳体102本身可以用作电场感测电路322的感测电极。电极332和334可以与电场感测电路322连通。电场感测电路322可以测量第一电极332与第二电极334之间的电势差(电压)。在一些实施例中，电场感测电路322可以测量第一电极332或第二电极334与沿着一个或多个导线106的长度设置的电极之间的电势差(电压)。在一些实施例中，电场感测电路可以被配置为测量感测到的电场并且以v/cm为单位记录电场强度。
应当理解，电场感测电路322可以另外测量第一电极332或第二电极334与壳体102本身之间的电势差。在其他实施例中，医疗设备可以包括第三电极336，其可以是电场感测电极或电场发生电极。在一些实施例中，一个或多个感测电极可以沿着导线106设置并且可以用作用于感测电场的附加位置。根据本文中的实施例，可以构想许多组合用于测量沿着一个或多个导线106的长度设置的电极与壳体102之间的电势差。
在一些实施例中，一条或多条导线106可以与电场发生电路320处于电连通。一条或多条导线106可以包括一个或多个电极108，如图1和图2所示。在一些实施例中，不同的电导体(比如电导体326和328)可以从头部104穿过馈通结构330并进入医疗设备100的内部体积302。这样，电导体326和328可以用于提供一条或多条导线106与设置在壳体102的内部体积302内的控制电路306之间的电连通。
在一些实施例中，记录电路可以被配置为记录由电场感测电路322产生的数据并记录关于该数据的时间戳。在一些实施例中，控制电路306可以是硬连线的以执行各种功能，而在其他实施例中，控制电路306可以被指示为实现在微处理器或其他外部计算设备上执行的指令。还可以提供遥测电路，用于与比如编程器、基于家庭的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能手机、平板计算机等)等外部计算设备通信。
现在参照图4，根据本文中的实施例示出了无导线医疗设备400。无导线医疗设备400可以包括壳体402以及与壳体402耦合的头部404。可以使用各种材料。然而，在一些实施例中，壳体402可以由比如金属、陶瓷、聚合物、复合材料等材料形成。在一些实施例中，壳体402或其一个或多个部分可以由钛形成。头部404可以由各种材料形成，但是在一些实施例中，头部404可以由比如环氧树脂材料等半透明聚合物形成。在一些实施例中，头部404可以是中空的。在其他实施例中，头部404可以填充有部件和/或结构性材料，比如环氧树脂或其他材料，使得其为非中空的。在一些实施例中，无导线医疗设备400可以包括用于将无导线医疗设备400保持定位在体内癌性肿瘤部位处或附近的固定元件406。在一些实施例中，固定元件406可以包括爪、尖齿、螺旋线、斜纹等。
在图5中示出了本文所述的医疗设备的不同的实施例的元件。然而，应当理解，一些实施例可以包括除了图5所示的元件之外的附加元件。另外，一些实施例可能没有图5所示的一些元件。如本文中实施的医疗设备可以通过一个或多个感测通道来收集信息，并且可以通过一个或多个场产生通道来输出信息。微处理器502可以经由双向数据总线与存储器504通信。存储器504可以包括用于程序存储的只读存储器(rom)或随机存取存储器(ram)以及用于数据存储的ram。微处理器502还可以连接到遥测接口518，用于与比如编程器、基于家庭的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能手机、平板电脑等)等外部设备通信，或者在蜂窝网络或其他数据通信网络的帮助下直接连接到云或另一通信网络。在一些实施例中，该医疗设备可以包括电感能量接收线圈接口(未示出)，该电感能量接收线圈接口与该医疗设备以通信方式耦合或附接以利于对该医疗设备进行经皮充电。
该医疗设备可以包括一个或多个电场感测电极508、以及一个或多个可以与微处理器502的端口通信的电场传感器通道接口506。该医疗设备还可以包括一个或多个电场发生电极512、以及一个或多个可以与微处理器502的端口通信的电场发生通道接口510。该医疗设备还可以包括一个或多个生理传感器、呼吸传感器或化学传感器516、以及一个或多个可以与微处理器502的端口通信的生理/呼吸/化学传感器通道接口514。通道接口506、510和514可以包括不同的部件，比如用于将信号输入数字化的模数转换器、感测放大器、可以被控制电路写入以便调节感测放大器的增益和阈值的寄存器、源驱动器、调制器、解调器、多路复用器等。
在一些实施例中，生理传感器可以包括对温度、血流、血压等进行监测的传感器。在一些实施例中，呼吸传感器可以包括对呼吸速率、呼吸峰振幅等进行监测的传感器。在一些实施例中，化学传感器可以测量传感器周围的治疗区域中存在的分析物的量，这些分析物包括但不限于比如血液尿素氮、肌酸酐、纤维蛋白、纤维蛋白原、免疫球蛋白、脱氧核糖核酸、核糖核酸、钾、钠、氯化物、钙、镁、锂、水合氢、磷酸氢盐、碳酸氢盐等。然而，本文中还设想了许多其他分析物。在kane等人共同拥有的美国专利号7,809,441披露了示例性化学/分析物传感器，并且该专利通过援引以其全文并入本文。
尽管在图5中将生理传感器、呼吸传感器或化学传感器516示出为医疗设备的一部分，但是应认识到，在一些实施例中，生理传感器、呼吸传感器或化学传感器中的一个或多个可以与医疗设备物理地分开。在不同的实施例中，生理传感器、呼吸传感器或化学传感器中的一个或多个可以在经由遥测接口518与医疗设备以通信方式耦合的另一个植入的医疗设备内。在又其他实施例中，生理传感器、呼吸传感器或化学传感器中的一个或多个可以在身体外部，并且经由遥测接口518与医疗设备耦合。
现在参考图6，根据本文中的实施例示出了医疗设备600的示意图。医疗设备600可以包括壳体102和头部104以及一条或多条导线106。导线106可以包括沿着导线106的长度设置的一个或多个电极，比如电极604、606、608、610、612或614。在一些实施例中，电极604、606、608、610、612或614可以包括电场发生电极，而在其他实施例中，电极604、606、608、610、612或614可以包括电场感测电极。在一些实施例中，导线106可以包括电场发生电极和电场感测电极两者。
导线106的近端设置在头部104内。电导线106的远端可以包围癌性肿瘤602，使得电极604、606、608、610、612或614被带到癌性肿瘤602附近。在一些实施例中，导线106可以定位在脉管系统内，使得电极604、606、608、610、612或614与癌性肿瘤602相邻或定位在癌性肿瘤内。然而，应当理解，导线106可以布置在癌性肿瘤602内或周围的不同的位置。在一些实施例中，导线106可以直接穿过癌性肿瘤602。
在一些实施例中，导线106可以沿着导线的长度包括一个或多个跟踪标记616或618，以用于确定电极相对于肿瘤的精确位置。在一些实施例中，一个或多个跟踪标记可以设置在导线上的一个或多个电极的紧邻远侧或紧邻近侧。在一些实施例中，跟踪标记可以由磁性材料形成。在一些实施例中，跟踪标记可以由射线照相材料形成。在一些实施例中，跟踪标记可以由荧光照相材料形成。
应当理解，可以在沿着导线106设置的电极604、606、608、610、612或614的各种组合之间产生多个电场向量以形成电场。例如，可以在电极604和610之间产生一个或多个电场向量。类似地，可以在电极606和612之间产生一个或多个电场向量。还应当理解，可以在电极604、606、608、610、612或614的任何组合之间产生一个或多个电场向量。在一些实施例中，可以在电极604、606、608、610、612或614的任何组合与医疗设备400的壳体102之间产生一个或多个电场向量。应当理解，根据本文中的实施例，可以使用一个或多个单极导线或多极导线。在一些实施例中，可以使用单极导线和多极导线的组合。在其他实施例中，可以使用圆形导线、夹紧导线、袖带导线、桨式导线或贴片导线。
现在参考图7至图11，示出了电场成形元件的不同的实施例。电场成形元件可以由绝缘或导电材料形成，如以下将更详细地讨论的。电场成形元件可以被配置为植入在癌性肿瘤部位处或附近。在一些实施例中，本文所述的电场成形元件可以设置在癌性肿瘤与相邻的非癌性组织之间。在一些实施例中，非癌性组织可以是不含肿瘤的器官、骨骼或血管。在一些实施例中，电场成形元件可以设置在相邻的非癌性组织与一个或多个电场发生电极之间。
在一些实施例中，电场成形元件可以被配置为保护区域免受电场影响。在一些实施例中，电场成形元件可以被配置为将电场改向。在一些实施例中，电场成形元件可以被配置为使电场衰减。在一些实施例中，电场成形元件可以被配置为使电场集中。在一些实施例中，电场成形元件可以是刚性的。在其他实施例中，电场成形元件可以是柔性的，以便为电场成形元件提供构象柔性。构象柔性可以允许本文所述的电场成形元件在目标癌性肿瘤和/或器官周围或四周采取无定形构型。
现在参考图7，示出了根据本文中的实施例的用于治疗癌性肿瘤704的医疗设备系统700的示意图。医疗设备系统700可以包括医疗设备，该医疗设备具有壳体102和头部104。该医疗设备系统还可以包括一个或多个电场发生电极706、以及被配置为与一个或多个电场发生电极706一起植入的(多个)电场成形元件702。(多个)电场成形元件702可以由使接触由电场发生电极706产生的电场的组织空间区域发生改变的材料形成。在图7中示出了医疗设备系统700的导线106，这些导线定位在癌性肿瘤704处或附近，但是应当理解，肿瘤704可以位于体内，使得不能将其从包含肿瘤的器官和/或组织上切除。这样，应当理解，导线106可以定位在完全或部分地包含在器官或其他身体组织内的癌性肿瘤部位内、癌性肿瘤部位处或附近。
应当理解，图7至图12所示的视图是示意性的，并且为了易于说明的目的，其中的癌性肿瘤/组织通常未与周围的非癌性组织一起示出。然而，在很多情况下，癌性肿瘤/组织实际上将会被至少一定量的非癌性组织直接包围。
在一些实施例中，(多个)电场成形元件可以被配置为与导线106和一个或多个电场发生电极706物理地分离。在一些实施例中，(多个)电场成形元件可以被配置为物理地连接到导线106和一个或多个电场发生电极706。在(多个)电场成形元件被配置为物理地连接到导线106和一个或多个电场发生电极706的一些实施例中，(多个)电场成形元件不与电极706直接电接触。在一些实施例中，医疗设备的壳体102(未示出)可以用作电场发生电极或电场感测电极。
医疗设备系统700还可以包括一条或多条导线106。电场发生电极706可以沿着导线106的长度设置。在一些实施例中，导线可以包括沿着导线106的长度设置的一个或多个电场感测电极。导线106可以包括导线本体708，该导线本体具有近端710和远端712。导线本体708可以包括一个或多个导体(未示出)，该一个或多个导体穿过导线本体708并且提供一个或多个电场发生电极706与导线本体708的近端710之间的电连通。
现在参考图8，示出了根据本文中的实施例的医疗设备系统800的示意图。医疗设备系统800包括半球形电场成形元件802，该半球形电场成形元件被配置为围住癌性肿瘤804周围的区域、并且保护非癌性组织免受电极806产生的电场的影响。可以将电场成形元件802植入在癌性肿瘤804处或附近的部位。电场成形元件802可以包围大部分癌性肿瘤804。在一些实施例中，电场成形元件802可以由刚性材料形成，而在其他实施例中，电场成形元件802可以由柔性材料形成。尽管将电场成形元件802描绘为半球形，但是应当理解，这是非限制性示例，并且电场成形元件802可以是卵形、抛物线形、矩形等。
在图8中示出了医疗设备系统800的导线106，该导线定位在癌性肿瘤804处或附近，但是应当理解，肿瘤804可能位于体内，使得不能将其从包含肿瘤的器官和/或组织上切除。这样，应当理解，导线106可以定位在完全或部分地包含在器官或其他身体组织内的癌性肿瘤部位内、癌性肿瘤部位处或附近。
现在参考图9，示出了根据本文中的实施例的医疗设备系统900的示意图。医疗设备系统900包括球形电场成形元件902，该球形电场成形元件被配置为围住癌性肿瘤904、并且保护非癌性组织免受电极906产生的电场的影响。电场成形元件902可以被植入以完全包围癌性肿瘤904，并且将电场集中在肿瘤904的部位。在一些实施例中，电场成形元件902可以被配置为使得其在相反两侧包括铰链和闭合件。在一些实施例中，电场成形元件902可以被配置为两个相等的半部，这两个半部卡扣在一起以形成球体，该球体在被植入时可以完全围绕癌性肿瘤904放置。在其他实施例中，电场成形元件902可以被配置为仅部分地包围癌性肿瘤904。
电场成形元件902可以包括一个或多个开口，比如顶部开口908和底部开口910，以允许导线106分别穿过顶部开口908和/或底部开口910并到达癌性肿瘤904的部位。在一些实施例中，电场成形元件902可以由刚性材料形成，而在其他实施例中，电场成形元件902可以由柔性材料形成。在图9中示出了医疗设备系统900的导线106，该导线定位在癌性肿瘤904处或附近，但是应当理解，肿瘤904可能位于体内，使得不能将其从包含肿瘤的器官和/或组织上切除。这样，应当理解，导线106可以定位在完全或部分地包含在器官或其他身体组织内的癌性肿瘤部位内、癌性肿瘤部位处或附近。
现在参考图10，示出了根据本文中的实施例的医疗设备系统1000的示意图。医疗设备系统1000包括圆柱形电场成形元件1002，该圆柱形电场成形元件被配置为围住癌性肿瘤1004、并且保护非癌性组织免受电极1006产生的电场的影响。电场成形元件1002可以被植入以完全包围癌性肿瘤1004。在一些实施例中，电场成形元件1002可以被配置为使得其在相反两侧包括铰链和闭合件，使得其可以完全围绕癌性肿瘤1004放置。在一些实施例中，电场成形元件1002可以被配置为两个相等的半部，这两个半部卡扣在一起以形成圆柱形，该球形在被植入时可以完全围绕癌性肿瘤1004放置。在其他实施例中，电场成形元件1002可以被配置为仅部分地包围癌性肿瘤1004。
电场成形元件1002可以包括一个或多个开口，比如顶部开口1008和底部开口1010，以允许导线106分别穿过顶部开口1008和/或底部开口1010并到达癌性肿瘤1004的部位。在一些实施例中，电场成形元件1002可以由刚性材料形成，而在其他实施例中，电场成形元件1002可以由柔性材料形成。在图10中示出了医疗设备系统1000的导线106，该导线定位在癌性肿瘤1004处或附近，但是应当理解，肿瘤1004可能位于体内，使得不能将其从包含肿瘤的器官和/或组织上切除。这样，应当理解，导线106可以定位在完全或部分地包含在器官或其他身体组织内的癌性肿瘤部位内、癌性肿瘤部位处或附近。
现在参考图11，示出了根据本文中的实施例的医疗设备系统1100的示意图。医疗设备系统1100包括片状电场成形元件1102。片状电场成形元件1102可以包括设置在其中的一个或多个孔口1108，以用于将由电极1106产生的电场集中到癌性肿瘤1104的部位上。在一些实施例中，片状电场成形元件1102可以由聚合物材料制成。在一些实施例中，片状电场成形元件1102可以由金属材料制成。在一些实施例中，电场成形元件1102可以由刚性材料形成，而在其他实施例中，电场成形元件1102可以由柔性材料形成。
在图11中示出了医疗设备系统1100的导线106，该导线定位在癌性肿瘤1104处或附近，但是应当理解，肿瘤1104可能位于体内，使得不能将其从包含肿瘤的器官和/或组织上切除。这样，应当理解，导线106可以定位在完全或部分地包含在器官或其他身体组织内的癌性肿瘤部位内、癌性肿瘤部位处或附近。
现在参考图12，示出了根据本文中的实施例的用于治疗癌性肿瘤1204的医疗设备系统1200的示意图(图12未按比例)。医疗设备系统1200可以包括一个或多个电场发生电极1206、以及被配置为与一个或多个电场发生电极1206一起植入的电场成形元件1202。电场成形元件1202可以被配置为保护非癌性组织1208免受电场影响。电场成形元件1202可以被配置为与导线106和一个或多个电场发生电极1206物理地分开。在一些实施例中，医疗设备的壳体102(未示出)可以用作电场发生电极或电场感测电极。
医疗设备系统1200还可以包括一条或多条导线106。电场发生电极1206可以沿着导线106的长度设置。在一些实施例中，导线106可以包括沿着导线106的长度设置的一个或多个电场感测电极。导线106可以包括导线本体1210，该导线本体具有近端1212和远端1214。导线本体1210可以包括一个或多个导体(未示出)，该一个或多个导体穿过导线本体1210，可以提供一个或多个电场发生电极1206与导线本体1210的近端1212之间的电连通。
在一些实施例中，电场成形元件1202可以被配置为完全包围非癌性组织，比如组织1208。电场成形元件1202可以用于将电场改向到电场成形元件1202的表面。在一些实施例中，电场成形元件1202可以被配置为使得其在相反两侧包括铰链和闭合件，使得其可以完全围绕非癌性组织1208放置。在一些实施例中，电场成形元件1202可以被配置为两个相等的半部，这两个半部卡扣在一起以形成圆柱体，该圆柱体在被植入时可以完全围绕非癌性组织1208放置。电场成形元件1202可以包括一个或多个开口，比如顶部开口1216和底部开口1218。在一些实施例中，电场成形元件1202可以由刚性材料形成，而在其他实施例中，电场成形元件1202可以由柔性材料形成。
在一些实施例中，电场成形元件1202可以由连续聚合物片或连续金属片形成。在一些实施例中，连续金属片可以包括设置在其中的一个或多个孔口。连续金属片可以被配置为有效地将电场分流到金属片的外表面以及非癌性组织周围，以防止电场与非癌性组织接触。聚合物片可以类似地使电场衰减，使得非癌性组织经历到的电场小到可忽略不计。在一些实施例中，连续金属片或连续聚合物片可以形成为可扩展网格。
在图12中示出了医疗设备系统1200的导线106，该导线定位在癌性肿瘤1204处或附近，但是应当理解，肿瘤1204可能位于体内，使得不能将其从包含肿瘤的器官和/或组织上切除。这样，应当理解，导线106可以定位在完全或部分地包含在器官或其他身体组织内的癌性肿瘤部位内、癌性肿瘤部位处或附近。
现在参考图13，示出了根据本文中的实施例的治疗癌性肿瘤的方法1300的示意图。方法1300可以包括去除患者组织的邻近于癌性肿瘤1304的一个或多个部分1302。患者组织1302的(多个)被去除的部分1302可以包括患者组织的位于身体的外表面上的部分(比如头骨以及相关的皮肤和组织)，或者其可以是患者组织的在患者身体内发现的部分(比如结缔组织、脂肪、或患病的器官、骨骼或血管等的一部分)。去除部分患者组织可以利于从外部电极施加的电场的传播，因为许多人类组织(例如，骨骼和脂肪)的介电常数和电导率很低并且因而在电场到达目标癌性肿瘤之前会分解电场。使用可以增大癌性肿瘤部位处或附近的介电常数和电导率的电场成形元件来替代去除的患者组织可以增强治疗功效并减少能量消耗。
应当理解，尽管图13示出了去除患者组织的一个或多个部分，但是本文所述的方法可以包括不去除患者组织的情况。例如，在一些实施例中，电场发生导线可以位于癌性肿瘤处、附近或之内，而电场成形元件可以通过经血管或隧道技术输送到肿瘤的部位。在一些实施例中，电场成形元件可以通过比如气管、支气管、血管等天然身体孔被输送到癌性肿瘤部位。电场成形元件可以被配置为将电场改向到癌性肿瘤部位。在一些实施例中，电场成形元件可以被配置为保护非癌性组织免受电场影响。在一些实施例中，输送到癌性肿瘤部位的电场成形元件可以是无定形溶液材料的形式。在一些实施例中，溶液材料可以是导电聚合物溶液。在其他实施例中，输送到癌性肿瘤部位的电场成形元件可以是金属支架或片材的形式。
方法1300可以包括用材料1306替代邻近于癌性肿瘤1304的患者组织1302，该材料对电场的衰减小于被替代的患者组织。在一些实施例中，方法1300可以包括用天然材料替代患者组织1302。在一些实施例中，方法1300可以包括用合成材料替代患者组织1302。方法1300还可以包括将一个或多个外部耦合电极1310放置在已经替代了患者组织1302的材料1306的相反侧、以及由一个或多个电极1310在癌性肿瘤1304的部位处产生电场1312。在一些实施例中，方法1300可以包括通过使用外部耦合电极1310在癌性肿瘤1304的部位处产生电场1312，该外部耦合电极设置在导线1314上并与设置在患者身体外部的电场发生器(未示出)处于电连通。在一些实施例中，材料1306可以用作两个或更多个电极，并且可以用于在癌性肿瘤1304的部位处产生电场1312。
现在参考图14，示出了人体胸腔1402的截面视图1400的示意图。人体胸腔1402的截面视图1400包括肺1406。示出了癌性肿瘤1404位于肺组织1406内。可以将包括外表面电极1410(或外表面耦合结构)的外部电场发生系统1408设置在胸腔外部，同时可以将内部导线1414完全植入身体内。在一些实施例中，内部导线1414可以部分地植入身体内并且部分地在身体外。应当理解，虽然仅示出了一条导线1414，但是可以包括一条或多条导线。
导线1414的近端部分可以包括内表面电极1412(或内表面耦合结构)，其可以在内部挨着皮肤的内表面设置，同时导线的远侧部分可以被设置在胸腔内深处的癌性肿瘤1404处、附近或之内。外表面电极1410或耦合结构与内表面电极1412或耦合结构可以耦合(例如无线耦合)以经由导线1414将电场带到体内癌性肿瘤部位。可以使用不同的机制来使外表面电极1410与内表面电极1412耦合，比如但不限于电容耦合、电感耦合、导电耦合以及射频和声能传递技术等。
导线1414可以包括一个或多个电场发生电极1416，该电场发生电极设置在癌性肿瘤处、附近或之内，以便在癌性肿瘤部位处产生直流电场。应当理解，外部电场发生系统1408可以被配置为与一个或多个植入的电场发生电极耦合，以将电场输送到癌性肿瘤部位。这样的配置可以在癌性部位提供直流电场，同时绕开由于脂肪、肌肉、骨骼等的存在而引起的任何干扰。导线1414可以通过比如气管、支气管、血管等天然身体孔输送到癌性肿瘤部位。在一些实施例中，导线1414可以通过手术方式输送到癌性肿瘤部位。在一些实施例中，电场成形元件(未示出)可以与导线1414一起植入癌性肿瘤部位。在一些实施例中，电场成形元件可以如上所述被输送穿过天然身体孔。
应当理解，与在皮肤表面引发电场相比，使用一条或多条导线1414向癌性肿瘤1404的部位直接输送电场可能需要更少的能量。另外，这种类型的内部/外部配置的组合可以消除对植入电池的需求，从而延长了系统的植入的部件的使用寿命。这种类型的被动、但也是主动的植入式系统允许通过皮肤提供治疗能量。与单纯的外部方法相比，其考虑到沿着治疗能量的有效植入路线，而不是低效地驱动这种能量穿过脂肪、骨骼等。而且，直接在癌性肿瘤部位形成治疗电场还可以减轻身体的外表面处的组织发热的副作用。
现在参考图15，示出了根据本文中的实施例的用于内部或外部使用的导线的示例性部分1500。部分1500包括其上设置有多个电极或能量发送或接收元件1504的贴片设备1502或耦合设备。多个电极或能量发送或接收元件可以包括用于无线发送或接收电能的不同元件，包括但不限于电线圈、电线环、天线等。无线能量发送可以通过多种不同的机制进行，包括但不限于电容耦合、电感耦合、导电耦合以及射频和声能传输技术等。在一些实施例中，可以利用一个或多个贴片设备来向体内肿瘤部位输送电场。例如，在图14所示的示例中，贴片设备可以设置在胸腔外部，并且可以电连接到外部电场发生系统1408。可以在内部挨着皮肤的内表面设置类似的贴片设备。在这样的配置中，外部贴片设备和内部贴片设备可以彼此无线耦合，并且可以与其上设置有一个或多个电场发生电极的一个或多个植入的导线无线耦合。贴片设备1502可被配置为将一个或多个导线与身体内的癌性肿瘤部位的多个植入的电极耦合。
电场成形元件
本文所述的医疗设备系统可以包括导线、电极和电场成形元件的各种组合。电场成形元件可以与医疗设备一起植入在肿瘤部位处或附近，该医疗设备可以在肿瘤部位处产生电场。在一些实施例中，电场成形元件可以与包括导线、电极和电场发生器硬件在内的整个医疗设备一起植入。在一些实施例中，电场成形元件可以与医疗设备的一个或多个部分(比如导线、电极和/或电场发生器硬件)一起植入。在其他实施例中，电场成形元件可以与癌性肿瘤部位处或附近的一条或多条导线和电极一起植入，并且电场发生器硬件可以在外部定位在身体外部，使得其与内部导线和电极部件电耦合。将外部硬件与内部导线和电极部件电耦合可以包括不同的机制，例如但不限于电容耦合、电感耦合、导电耦合以及射频和声能传递技术等。
电场成形元件可以由具有绝缘或导电特性的高介电聚合物或金属材料形成。生物相容性绝缘材料可以包括但不限于以下材料：比如聚四氟乙烯(eptfe)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、聚氨酯、硅树脂、聚对二甲苯聚合物(比如聚对二甲苯聚合物)、聚醚嵌段酰胺(比如pebax
生物相容性导电材料可以包括但不限于聚合材料，比如聚吡咯、聚苯胺、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚噻吩、聚噻吩-亚乙烯基、聚(2,5-噻吩亚乙烯基)、聚(3-烷基噻吩)、聚(对亚苯基)、聚对亚苯基硫化物、聚对苯撑亚乙烯基、聚对亚苯基对苯二甲酰胺、聚乙炔、聚异噻吩并菲、聚(α-萘胺)、聚薁、聚呋喃、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚(3-辛基噻吩-3-甲基噻吩)、聚对亚苯基对苯二甲酰胺、及其衍生物。生物相容性导电材料还可以包括但不限于金属材料，比如钯、铂、金、镍钛合金、镍钴合金(比如mp35n
适用于本文的电场成形元件可以成形为许多3维配置。在一些实施例中，电场成形元件可以被配置为球体、圆柱体、凸盘、凹盘、平盘、矩形、正方形、抛物线等形式。电场成形元件可以是刚性的或柔性的。在一些实施例中，电场成形元件可以是模块化的，使得它们包括可以经由铰链或卡扣机构或通过缝合机构而在癌性肿瘤部位连接在一起的一个或多个零件。许多不同的技术和结构可以用于连接一个或多个零件，因此本文中的实施例不限于任何特定的结构。在一些实施例中，电场成形元件可以是模块化的，使得它们包括彼此不连接的一个或多个零件。在一些实施例中，电场成形元件可以包括连续的区域和不连续的区域，使得器官或血管的一部分可以穿过一段电场成形元件。在一些实施例中，电场成形元件可以是刚性的。在一些实施例中，电场成形元件可以是柔性的，以便为电场成形元件提供构象柔性。构象柔性可以允许本文所述的电场成形元件在目标癌性肿瘤和/或器官周围或四周采取无定形构型。
在一些实施例中，电场成形元件可以是片材。在一些实施例中，电场成形元件可以包括刚性片材。在一些实施例中，电场成形元件可以包括柔性片材。应当理解，柔性片材可以采取其定位的下面的器官或癌性肿瘤的形式。应当理解，在一些实施例中，柔性片材可以采取其定位在的下面的非癌性器官组织的形式。在一些实施例中，呈片状形式的电场成形元件可以包括设置在其上的一个或多个孔口。在其他实施例中，电场成形元件可以采取无定形的形状。
电场成形元件还可以被配置为分解癌性肿瘤部位处或附近的电场，以减少非癌性组织接触电场。电场成形元件可以采取具有中空内部的连续设备的形式，该中空内部被片材、网或织网包围，该片材、网或织网被配置为阻止或保护一种或多种非癌性组织免受所产生的电场的影响。具有中空内部的连续设备可以在设备的一段或多段处敞开。连续设备可以是模块化的，使得其包括可以例如通过铰链或卡扣机构或通过缝合机构而在癌性肿瘤部位连接在一起的一个或多个零件。当被配置为具有中空内部的连续设备时，电场成形元件可以充当法拉第笼。
不受特定理论的束缚，认为法拉第笼起到将局部电场分流到笼的外表面的作用而使得电场不会穿透笼的内部。笼中的电荷可以在整个连续设备的导电材料中运动以抵消电场的影响而使得电荷不会传播到笼的内部。可以将法拉第笼放置在非癌性组织周围，以有效地将电场分流到笼外部并防止电场与非癌性组织接触。在一些实施例中，非癌性组织可以是不含肿瘤的器官、骨骼或血管。在一些实施例中，可以在癌性肿瘤部位处或附近配置一个或多个电场成形元件，以充当法拉第笼来包围一个或多个非癌性组织。
导线和电极
可以使用多种技术将本文所述的导线放置在身体内的癌性肿瘤部位附近。一条或多条导线的放置可以包括使用比如经血管放置、穿入皮下间隙和/或手术放置等技术。在一些实施例中，一个或多个导线的放置可以包括经由一个或多个天然身体孔的放置。导线可以放置在癌性肿瘤附近或之内。在一些实施例中，可以在癌性肿瘤附近或远离癌性肿瘤使用多个导线。
在一些实施例中，可以将本文所述的一条或多条导线放置在皮下间隙中。放置在皮下间隙中的导线上的电极可以用作主要近场发生电极或远场发生电极。在一些实施例中，放置在皮下间隙中的导线上的电极可以用作主要近场发生电极、或与医疗设备的壳体结合用作远场电场发生电极。同样地，一条或多条导线可以经血管放置，以与癌性肿瘤部位处或附近的电极结合或与医疗设备的壳体结合用作远场电场发生电极。
本文所述的导线和电极可以包括附加的功能性和结构性特征。在一些实施例中，导线可以包括与成像和治疗技术相容的导线，这些技术包括但不限于mri(磁共振成像)、x射线成像、深部脑刺激技术和/或放射治疗。在一些实施例中，导线可以包括一个或多个由导电材料制成的导体芯。导体芯可以由包括金属的导电材料和/或其他导电材料形成。金属可以包括但不限于钯、铂、银、金、铜、铝、包括不锈钢在内的各种合金、镍钴合金(比如mp35n
在一些实施例中，如本文所述，电极可以沿一个或多个导线的长度设置。用于本文所述的电极的合适材料可以包括比如钯等金属，以使磁场中的耦合及伪影的产生最小化。在一些实施例中，电极可以由其他金属和/或其他导电材料制成。金属可以包括但不限于钯、铂、铂合金(比如铂铱合金)、金、铜、钽、钛、包括不锈钢在内的各种合金等。在一些实施例中，电极可以是缠绕线圈的形式，其可以提供表面积增加而不损害电极的柔性的附加益处。在一些实施例中，植入式设备壳体可以用作电极。
本文所述的导线还可以包括沿着导线的长度设置的一个或多个电极。导线可以包括沿着导线的长度布置的两个或更多个电极。在一些实施例中，电极可以是在导线的远端处发现的尖端电极。在其他实施例中，电极可以是沿着导线而不是在导线的尖端处发现的环形电极。在一些实施例中，电极可以是线圈电极。在一些实施例中，可以将环形电极或尖端电极定位在肿瘤或癌性组织中或附近，并且可以将线圈电极远离肿瘤或癌性组织定位，以帮助使所产生的电场具有空间多样性。在一些实施例中，一个或多个电极沿长度方向的轴线(例如，从近侧到远侧的轴线)的长度可以为约0.5、1、1.5、2、3、4、5、7.5、10、15、20、30、40、50、75、100mm或以上。在一些实施例中，一个或多个电极的长度可以落在如下范围内，其中任何前述距离都可以用作该范围的上限或下限，只要是上限大于下限即可。
导线可以是单极、双极或多极的。在一些实施例中，单极导线可以包括在一个电极与医疗设备的壳体之间产生电场的导线。在一些实施例中，双极导线可以包括导线，该导线可以在沿导线设置的两个电极之间或在两个电极与医疗设备的壳体之间产生电场。在一些实施例中，多极导线可以包括导线，该导线可以在沿着导线布置的两个以上电极之间、在两个以上电极与医疗设备的壳体之间、或者在电极配置的任意数量的组合与医疗设备的壳体之间产生电场。
适用于此的电极可以由导电聚合物制成，比如碳填充硅酮、聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚呋喃、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚对亚苯基等。在其他实施例中，电极可以是绝缘的。在一些实施例中，包围电极的绝缘体可以包括微孔绝缘体以防止细胞附着，但仍然允许电流流动。微孔绝缘子可以由本文所述的多种绝缘材料制成，包括但不限于聚四氟乙烯(eptfe)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、聚氨酯、硅树脂、聚对二甲苯聚合物(比如聚对二甲苯聚合物)、聚醚嵌段酰胺(比如pebax
根据本文中的实施例，可以使用多种导线固定技术和配置。导线固定技术的一些非限制性示例可以包括生物相容胶固定、爪固定、螺旋线固定、导线在血管系统中的被动居中、局部血管系统内的齿固定、局部血管系统内的螺旋斜纹固定、压缩固定、缝合线套管固定等。在一些示例中，本文中实施的导线可以放置在包围癌性肿瘤部位或与其相邻的血管系统内。在其他实施例中，本文中实施的导线可以通过手术方式放置在癌性肿瘤部位处或之内或周围。
适用于本文的导线还可以包括一个或多个在导线的整个纵向长度或在纵向长度的选定部分中延伸的开放内腔。在一些实施例中，开放内腔可以包括集成活检装置，该集成活检装置适合于周期性地从癌性肿瘤部位获得活检样本以监测疾病的进展和/或消退。具有开放内腔的导线也可以被配置为包括集成式药物输送内腔，该集成式药物输送内腔可以单次推注或定期经由计量泵向肿瘤部位输送一种或多种比如类固醇或化学治疗剂等药物。导线可以包括沿导线的长度设置的一个或多个端口，以提供用于将药物输送到癌性肿瘤部位或附近的出口。
在一些实施例中，一部分导线或整个导线可以包括药物洗脱涂层。在一些实施例中，药物洗脱涂层可以包含比如类固醇等抗炎剂。在一些实施例中，类固醇可以是地塞米松。在其他实施例中，药物洗脱涂层可以包含化学治疗剂。在一些实施例中，化学治疗剂可以包括紫杉烷或其衍生物，包括但不限于紫杉醇、多西紫杉醇等。在其他实施例中，药物洗脱涂层可以被配置为释放额外种类的化学治疗剂，包括但不限于烷基化剂、植物碱(比如长春花生物碱)、细胞毒性抗生素、拓扑异构酶抑制剂等。在一些实施例中，药物洗脱涂层可以被配置为以时间释放的方式从涂层释放药物。
本文中的导线可以采用多种形状或配置。在一些实施例中，导线可以是线性的，而在其他实施例中，导线可以是圆形的。圆形导线可以是完全闭合环，或者其也可以是半闭合环。在一些实施例中，导线可以包括可弯曲芯，其可允许将导线成形为许多配置，包括但不限于u形、s形、螺旋形、半圆、椭圆形等。
在又其他示例中，适用于本文的导线可以包括荧光标记或磁性标记，其可以帮助临床医生精确放置在癌性肿瘤部位处或附近。导线还可以包括用于检测癌性肿瘤处或附近的ph值变化的集成式ph传感器、或其他适合对目标化学分析物的浓度进行分析的化学传感器。
治疗参数
成功治疗癌性肿瘤可能取决于许多变量，包括电场强度、频率、细胞异质性、细胞大小、癌细胞类型、肿瘤大小以及在身体内的位置。各种治疗参数可以使用本文所述的医疗设备来实现。可以将一个或多个治疗参数集编程到医疗设备的存储器中并由图3所示的控制电路306实现。示例性治疗参数集可以包括实现以下构思的参数：通过一系列频率扫描；同时聚积一个或多个频率；依次步进一个或多个频率；一个或多个电场的空间或时间上的输送；通过一系列电场强度扫描；施加有效的旋转电场；调制电压控制模式或电流控制模式；实现一个或多个占空比；脉冲宽度调制；波形形状和/或脉冲序列的操控；以及偶尔使用高频或高电场强度脉冲。
可以将治疗参数集编程到医疗设备中以自主运行，或者可以由患者或临床医生使用比如编程器、基于家庭的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能手机、平板计算机等)等外部计算设备来查询和操控治疗参数集。在其他实施例中，治疗参数集可以从外部计算设备无线传送到医疗设备。以上关于电场发生电路320讨论了适用于本文的任何治疗参数集中的频率和/或电场强度。在一些实施例中，可以同时实现一个或多个治疗参数集。在其他实施例中，可以以交替的方式实现一个或多个治疗参数集。
现在参考图16，示例性曲线图1602示出了在癌性肿瘤部位处通过一系列频率进行扫描的示例。曲线图1602示出了交变电场，其中在将治疗应用于癌性肿瘤时，频率随时间增加。在一些实施例中，频率扫描可以包括在覆盖约100khz至300khz范围的第一频率扫描与覆盖约200khz至500khz范围的第二频率扫描之间交替。应当理解，可以在整个治疗过程中无限期地执行如上所述的通过第一频率范围和第二频率范围进行扫描。
电场发生器
本文中实施的医疗设备可以包括电场发生器，该电场发生器特别适用于在癌性肿瘤的治疗过程中使用的治疗和诊断技术。在一些实施例中，适用于本文的电场发生器可以包括已经通过辐射硬化处理的电场发生器，以使部件对由通常被指定用于癌性肿瘤的主线治疗的放射疗法治疗所引起的破坏作用。电场发生器可以包括比如以上参考图3和图5描述的那些部件。
可以利用如上所述的任何数量的治疗参数集来对本文中所实施的电场发生器进行编程。可以在植入之前对电场发生器进行编程，或者可以由临床医生使用比如编程器、基于家庭的单元和/或移动单元(例如，蜂窝电话、个人计算机、智能手机、平板计算机等)等外部计算设备对其进行编程。在一些实施例中，可以经由遥测电路将治疗参数输送到电场发生器。在一些实施例中，电场发生器可以包括充电电路，该充电电路与接收线圈以通信方式耦合以利于医疗设备的经皮充电。在一些实施例中，电场发生器可以在接收线圈与外部充电设备之间进行无线通信。
应注意的是，在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一种”和“所述”包括复数指示物，除非内容中另有明确规定。因此，例如，提及的包含“化合物”的组合物包括两种或更多种化合物的混合物。还应注意的是，除非内容清楚地另外指出，否则术语“或”通常以包括“和/或”的意义使用。
还应注意的是，如本说明书和所附权利要求中所使用的，短语“被配置”描述了被构造为或被配置为执行特定任务或采用特定配置的系统、装置或其他结构。短语“被配置”可以与比如被布置且被配置、被构造且被布置、被构造、被制造且被布置等其他类似短语互换使用。
本说明书中的所有出版物和专利申请指示本发明所涉及的领域中的普通技术人员的水平。本文所有公开物和专利申请以其全文通过援引并入，如同每个单独的公开案或专利申请被明确且单独地通过援引指明。
已经参照多个不同的特定和优选的实施例和技术描述了多个方面。然而，应当理解，在不脱离本文的精神和范围的情况下，可以进行许多变化和修改。
1.一种用于治疗癌性肿瘤的医疗设备系统，包括：
一个或多个电场发生电极；以及
电场成形元件，所述电场成形元素被配置为与所述一个或多个电场发生电极一起被植入，所述电场成形元件包括使接触所述电场的组织的空间区域发生改变的材料。
2.如权利要求1和3至8中任一项所述的医疗设备系统，进一步包括导线，其中，所述一个或多个电场发生电极设置在所述导线上。
3.如权利要求1至2和4至8中任一项所述的医疗设备系统，所述导线包括具有近端和远端的导线本体，所述导线本体包括一个或多个导体，所述导体穿过所述导线本体并且在所述一个或多个电场发生电极与所述导线本体的近端之间提供电连通。
4.如权利要求1至3和5至8中的任一项所述的医疗设备系统，其中，所述电场成形元件与所述导线和所述一个或多个电场发生电极是物理地分开的。
5.如权利要求1至4和6至8中任一项所述的医疗设备系统，所述电场成形元件被配置为定位在癌性肿瘤与相邻的非癌性组织之间或在相邻的非癌性组织与所述一个或多个电场发生电极之间。
6.如权利要求1至5和7至8中任一项所述的医疗设备系统，所述电场成形元件包括使电场的能量衰减的材料。
7.如权利要求1至6和8中任一项所述的医疗设备系统，所述电场成形元件包括高介电材料。
8.如权利要求1至7中任一项所述的医疗设备系统，所述电场成形元件包括以下中的至少一个：
关于所述癌性肿瘤呈凹形；以及
关于所述癌性肿瘤呈抛物线形。
9.一种用于治疗癌性肿瘤的医疗设备系统，包括：
一个或多个电场发生电极；以及
电场成形元件，所述电场成形元件被配置为与所述一个或多个场发生电极一起被植入，所述电场成形元件被配置为保护非癌性组织免受电场影响。
10.如权利要求9和11至13中的任一项所述的医疗设备系统，进一步包括导线，其中，所述一个或多个场发生电极设置在所述导线上。
11.如权利要求9至10和12至13中的任一项所述的医疗设备系统，其中，所述电场成形元件与所述导线和一个或多个电场发生电极是物理地分开的。
12.如权利要求9至11和13中的任一项所述的医疗设备系统，所述电场成形元件包括连续金属片，所述连续金属片包括设置在其中的一个或多个孔口，以有效地将电场分流到所述金属片的外表面以防止所述电场与所述非癌性组织接触。
13.如权利要求9至12中任一项所述的医疗设备系统，所述电场成形元件包括连续金属片，所述连续金属片包括可扩展网格。
14.一种治疗癌性肿瘤的方法，包括：
将材料邻近于癌性肿瘤放置，其中，所述材料对电场的衰减小于被替代的患者组织；
在所述材料的与所述癌性肿瘤相反一侧放置一个或多个电极；以及
在所述癌性肿瘤部位由所述一个或多个电极产生电场。
15.如权利要求14所述的方法，其中，放置所述材料包括：用所述材料来替代患者组织的一部分，所述材料对所述电场的衰减小于被替代的患者组织。
技术总结