TWI805954B - 經由嵌入顱骨植入物中之電極來應用腫瘤治療電場（TTFields） - Google Patents

Abstract

可使用腫瘤治療電場（TTField）藉由在一人頭部內之腫瘤（例如，腦瘤）之相對側上定位以電容方式耦合的電極且在該等電極之間施加AC電壓來治療該腫瘤。與習知方法（其中所有該等電極皆定位於該人之頭皮上）不同，該等電極中之至少一者係使用一植入設備來實施。該植入設備包括經塑形且經設定尺寸以置換該人之顱骨之一區段的一剛性基板。至少一個導電板貼附至該剛性基板之內側，且一介電層安置於該或該等導電板之內側上。一導電引線用以將AC電壓施加至該或該等導電板。

Description

經由嵌入顱骨植入物中之電極來應用腫瘤治療電場（TTFields）

本發明係關於用於藉由透過嵌入顱骨植入物中之電極來應用腫瘤治療電場(TTFields)以治療人頭部內之腫瘤的裝置和方法。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張在2019年7月31日申請之美國臨時申請案62/880,893之權益，其以全文引用之方式併入本文中。

腫瘤治療電場或TTField係中頻範圍(例如，100至500kHz)內抑制癌細胞生長之低強度交流電場(例如，1至3V/cm)。此非侵襲性治療以實體腫瘤為目標且描述於美國專利7,565,205中，該專利以全文引用之方式併入本文中。200KHz TTField經FDA批准用於治療神經膠母細胞瘤(GBM)，且可例如經由Optune^TM系統遞送。Optune^TM包括置放於患者剃光頭上之一場產生器及兩對換能器陣列(亦即，電極陣列)。一對陣列定位於腫瘤之左側及右側，且另一對陣列定位於腫瘤之前部及後部。

本發明之一個態樣係關於一第一設備。該第一設備包含一剛性基板，該剛性基板經塑形且經設定尺寸以置換一顱骨之一區段。該基板具有內側及外側。該第一設備亦包含具有內側及外側之一導電板。該板之外側貼附至該基板之內側。該第一設備亦包含安置於該板之內側上之介電層；及具有內端及外端之一導電引線。該引線之內端經安置成與該板電接觸，該引線穿過該基板，且該引線之外端經配置以接受來自外部裝置之電信號。

第一設備之一些具體實例進一步包含鄰近於介電層定位之溫度感測器。視需要，此等具體實例可進一步包含穿過基板且在溫度感測器處終止之至少一根電線，其中該電線經配置以將來自溫度感測器之電信號傳輸至外部裝置。視需要，在此等具體實例中，該溫度感測器包含一熱敏電阻。

在第一設備之一些具體實例中，介電層包含具有至少10,000之介電常數的陶瓷層。在第一設備之一些具體實例中，介電層包含高介電聚合物之可撓性薄層。

本發明之另一態樣係關於一第二設備。該第二設備包含一剛性基板，該剛性基板經塑形且經設定尺寸以置換一顱骨之一區段。該基板具有內側及外側。該第二設備亦包含複數個導電板，各導電板具有內側及外側。各板之外側貼附至基板之內側。該第二設備亦包含安置於各板之內側上之介電層；及具有內端及外端之第一導電引線。該第一引線之內端經安置成與該等板中之第一者電接觸，該第一引線穿過基板，且該第一引線之外端經配置以接受來自外部裝置之電信號。

該第二設備之一些具體實例進一步包含具有內端及外端之第二導電引線。該第二引線之內端經安置成與該等板中之第二者電接觸，該第二引線穿過基板，且該第二引線之外端經配置以接受來自外部裝置之電信號。

第二設備之一些具體實例進一步包含額外導電引線，該額外導電引線經安置成將該等板中之第一者與該等板中之第二者電連接。

第二設備之一些具體實例進一步包含鄰近於介電層定位之溫度感測器。視需要，此等具體實例可進一步包含穿過基板且在溫度感測器處終止之至少一根電線，其中該電線經配置以將來自溫度感測器之電信號傳輸至外部裝置。視需要，在此等具體實例中，該溫度感測器包含一熱敏電阻。

在第二設備之一些具體實例中，介電層包含具有至少10,000之介電常數的陶瓷層。在第二設備之一些具體實例中，介電層包含高介電聚合物之可撓性薄層。

本發明之另一態樣係關於治療人頭部中之腫瘤的第一方法。第一方法包含將第一組電極定位於腫瘤之第一側上之第一顱骨植入物的內側上；將第二組電極定位於腫瘤之與第一側相對之第二側上；及在第一組電極與第二組電極之間施加AC電壓以產生穿過腫瘤的交流電場。

在第一方法之一些情況下，第二組電極定位於第一顱骨植入物之內側上。在第一方法之一些情況下，第二組電極定位於第二顱骨植入物之內側上。在第一方法之一些情況下，第二組電極定位於人頭部之外表面上。

10A:植入物

10L:植入物

10P:植入物

10R:植入物

10:植入物

10’:植入物

10”:植入物

11:AC場產生器

15:顱骨

20:基板

22:導電板

24:介電層

26:引線

32:導電板

34:介電層

36:引線

37:內部佈線

[圖1]描繪將換能器陣列併入至四個顱骨植入物中之具體實例。

[圖2]描繪用於實施圖1中所描繪之顱骨植入物中之任一者的第一具體實例。

[圖3]描繪用於實施圖1中所描繪之顱骨植入物中之任一者的第二具體實例。

[圖4]描繪用於實施圖1中所描繪之顱骨植入物中之任一者的第 三具體實例。

在下文參看隨附圖式詳細地描述各種具體實例，其中相同參考數字表示相同元件。

在患有神經膠母細胞瘤之患者中，當Optune^TM換能器陣列定位於患者剃光頭上時，電場必須穿過患者之頭皮及顱骨兩次以便到達腫瘤。此情形引入兩個問題。首先，換能器陣列與腫瘤之間的顱骨之存在使得更難以將場對準大腦中之所需位置(亦即，腫瘤床)。且其次，歸因於由顱骨及頭皮引入之電場的衰減，施加至換能器陣列之電壓及電流必須相對較高(例如，約50VAC及約1A)以便在腫瘤床中獲得具有治療上有效量值之電場。

圖1描繪藉由將換能器陣列併入至一或多個顱骨植入物中來改良此等問題之具體實例。在所說明之具體實例中，顱骨植入物10L及10R分別定位於患者顱骨15之左側及右側上；且顱骨植入物10A及10P分別定位於患者顱骨15之前側及後側上。AC場產生器11(a)在顱骨植入物10A中之電極與顱骨植入物10P中之電極之間施加AC電壓持續第一時間間隔(例如，1秒)；接著(b)在顱骨植入物10L中之電極與顱骨植入物10R中之電極之間施加AC電壓持續第二時間間隔(例如，1秒)；接著在治療持續時間內重複兩步序列(a)及(b)。

圖2描繪用於實施圖1中所描繪之顱骨植入物10A/10P/10L/10R中之任一者的第一具體實例。在此具體實例中，剛性基板20經塑形及設定尺寸以置換顱骨之一區段。基板20具有內側及外側，且可使用用於形成顱骨植入物(包括但不限於3D列印)之多種習知方法中之任一者而形成。在一些較佳具體實例中，基板20之面積係至少5cm²。

導電板22貼附至基板20之內側。此板22較佳為金屬(例如，銅、 鋼等)，但亦可使用替代導電材料。板22之形狀可經定製以匹配基板20之輪廓，且板22的外側可使用包括但不限於3D列印及黏著劑的多種習知方法中之任一者貼附至基板20。介電層24安置於板22之內側上。

在許多情形下，較佳地將電場以電容方式耦合至目標區域中。導電板22及介電層24形成電容器，且使用較高電容改善電場至腫瘤中之耦合。用於實現高電容之一種方法係使用具有至少10,000之介電常數的陶瓷介電材料來實施介電層24，此類似於習知的Optune^TM系統中使用之方法。用於增加電容之替代方法係使用高介電聚合物之可撓性薄層作為介電層24。

導電板22之未由介電質24覆蓋的任何部分應由適當絕緣體(例如，醫用級聚矽氧)覆蓋以防止導電板22與患者頭部中組織之間的非電容耦合。

導電引線26之內端(例如，電線)安置成與板22電接觸。引線26穿過基板20，且引線26之外端經配置以接受來自外部裝置(例如，圖1中所描繪的場產生器11)之電信號。此可例如藉由在引線26之外端處提供端子來實現。

舉例而言，假定圖2中所描繪之四組設備10定位於患者頭部之所有四側上(亦即，分別為左側、右側、前部及後部)。場產生器11在通向植入物10A及10P之電線上產生AC電壓，接著在通向植入物10L及10R之電線上產生AC電壓(如上文所描述，以重複及交替序列)。對應AC電流將行進穿過電線26，直至其到達植入物10A/10B/10L/10R中之各者中的導電板22。由於存在介電層24，所需電場將經由電容耦合施加至腫瘤床中。

較佳地，將至少一個溫度感測器(例如，熱敏電阻，圖中未示)整合至各植入物10A/10P/10L/10R中以降低患者腦部之任何部分過熱之風險。在一些具體實例中，適當佈線(圖中未示)穿過基板20且用以將信號自溫度感測器投送至系統之控制器(其可位於例如圖1中展示之場產生器11中)。在替代具體實例中，系統可經配置以使用多種習知方法中之任一者以無線方式與溫度感 測器通信。

圖3類似於圖2具體實例，除了以下情況以外：替代使用單個導電板22及單個介電層24(如在圖2具體實例中)，使用複數個較小導電板32及較小介電層34。視需要，此等較小導電板32中之各者可為圓形的。視需要，較小介電層34中之各者可為安置於較小導電板32上之陶瓷塗層。

在圖3具體實例中，單根引線36穿過基板20到達導電板32中之一者，且內部佈線37用於將電流投送至其他導電板。替代地，如圖4中所描繪，若導電板32中之各者具備其穿過基板20之自身引線36，則可省略內部佈線。

值得注意的係，由於電場不必穿過頭皮或顱骨，因此對於腫瘤處之任何給定所需場強度，用於此具體實例中之電壓及電流可顯著低於用於習知Optune^TM系統中之電壓及電流。(此係因為在習知的Optune^TM系統中，電極全部定位於患者之剃光頭皮上，此意謂電場必須橫穿頭皮及顱骨兩次以到達腫瘤。)

此外，當換能器陣列併入至顱骨植入物中時，可簡化治療之規劃以使得所需場呈現在腫瘤床中，此係因為在腫瘤之相對側上的換能器陣列之間電路徑得以簡化。最後，將換能器陣列併入至顱骨植入物中可在手術傷口或皮膚異常之位置可能阻止將習知Optune^TM換能器陣列施加至患者皮膚表面上特定位置的情況下改善治療規劃。

應注意，圖1描繪所有電極併入至各別顱骨植入物10A/10P/10L/10R中。但在替代具體實例中，僅一些組電極併入至顱骨植入物中，且其餘組電極定位於患者之顱骨外部(如在使用Optune^TM之習知TTField治療中)。舉例而言，一組電極可定位於患者頭部之前側上的顱骨植入物10A中，且右側、左側及後側上之電極組可全部定位於患者之顱骨外部。

在其他替代具體實例中，將兩組或多於兩組電極併入至單個顱骨植入物中。舉例而言，單個大致半球形顱骨植入物可安裝在患者頭部上以代替 患者顱骨之上半球，且所有四組電極可併入至單個顱骨植入物中(亦即，在植入物之左側、右側、前部及後部內壁上)。

儘管已參考某些具體實例公開本發明，但對所描述具體實例之眾多修改、變更及改變在不脫離如在所附申請專利範圍中所界定之本發明之領域及範圍的情況下係可能的。因此，希望本發明不限於所描述之具體實例，而是其具有由以下申請專利範圍及其等效物之語言界定的完整範圍。

10A:植入物

10L:植入物

10P:植入物

10R:植入物

11:AC場產生器

15:顱骨

Claims (14)

1. 一種設備，其包含：一剛性基板，其經塑形且經設定尺寸以置換一顱骨之一區段，該基板具有內側及外側；一導電板，其具有內側及外側，其中該導電板之外側貼附至該基板之內側；一介電層，其安置於該導電板之內側上；及一導電引線，其具有內端及外端，其中該引線之內端安置成與該導電板電接觸，其中該引線穿過該基板，且其中該引線之外端經配置以接受來自外部裝置之電信號。
2. 如請求項1之設備，其進一步包含定位在鄰近於該介電層之一溫度感測器。
3. 如請求項2之設備，其進一步包含穿過該基板且在該溫度感測器處終止之至少一根電線，其中該電線經配置以將來自該溫度感測器之電信號傳輸至該外部裝置。
4. 如請求項3之設備，其中該溫度感測器包含一熱敏電阻。
5. 如請求項1之設備，其中該介電層包含具有至少10,000之介電常數的一陶瓷層。
6. 如請求項1之設備，其中該介電層包含高介電聚合物之一可撓性薄層。
7. 一種設備，其包含：一剛性基板，其經塑形且經設定尺寸以置換一顱骨之一區段，該基板具有內側及外側；複數個導電板，各導電板具有內側及外側，其中各導電板之外側貼附至該基板之內側； 一介電層，其安置於各導電板之內側上；及一第一導電引線，其具有內端及外端，其中該第一引線之內端安置成與該等導電板中之第一者電接觸，其中該第一引線穿過該基板，且其中該第一引線之外端經配置以接受來自外部裝置之電信號。
8. 如請求項7之設備，其進一步包含具有內端及外端之第二導電引線，其中該第二引線之內端安置成與該等導電板中之第二者電接觸，其中該第二引線穿過該基板，且其中該第二引線之外端經配置以接受來自該外部裝置之電信號。
9. 如請求項7之設備，其進一步包含一額外導電引線，該額外導電引線經安置成將該等導電板中之第一者與該等導電板中之第二者電連接。
10. 如請求項7之設備，其進一步包含定位在鄰近於該介電層之一溫度感測器。
11. 如請求項10之設備，其進一步包含穿過該基板且在該溫度感測器處終止之至少一根電線，其中該電線經配置以將來自該溫度感測器之電信號傳輸至該外部裝置。
12. 如請求項11之設備，其中該溫度感測器包含一熱敏電阻。
13. 如請求項7之設備，其中該介電層包含具有至少10,000之介電常數的一陶瓷層。
14. 如請求項7之設備，其中該介電層包含高介電聚合物之一可撓性薄層。

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