SE532142C2 - Anordning för bestämning av en termisk egenskap hos en vävnad - Google Patents

Description

' 20 25 30 35 2 Andra metoder såsom mikrovågskoagulering eller fotodynamisk terapi har använts mindre ofta i patienter med solida tumörer. Några metoder såsom elektrokemotera- pi eller högintensitetsfokuserat ultraljud håller på att utvecklas.

Jämfört med kirurgisk resektion omfattar fördelarna med lokal tumörnedbrytning a) selektiv våvnadsskada som leder till en mindre immunsuppression och en mindre frisättning av tillväxtfaktorer, b) minimal morbiditet och mortalitet av behandlingen och c) möjlighet att använda kemoterapi på ett mer effektivt sätt eftersom kemote- rapi kan påbörjas före eller vid tidpunkten för lokal terapi.

Interstítiell laserhypertermi p Interstitiell laserhypertermi är en uppvärmningsteknik som förstör tumörer genom ljusabsorption. Tidiga experimentella och kliniska studier använde en Nd-YAG-laser och obelagda fibrer införda i tumörens centrum, vilket skapade lesioner som var 1,5 cm eller mindre i diameter. Det blev tidigt uppenbart att en klinisk tillämpning .skulle erfordra större lesioner och förbättrad kontroll av effekten på vävnad. Meto- der för att förbättra lesionsstorleken omfattade flerfibersystem, fibrer av diffusions- typ och vaskulär inströmningsocklusion. Standardtillámpningen för interstitiell la- serhypertermi resulterar emellertid i avdunstning och förkolning av vävnaden samt i relativt oförutsågbar våvnadsskada och lesionsstorlek. Detta har lett till utveck- lingen av feedback-kontrollsystern som övervakar temperaturen ivävnaden med hjälp av temperatursensorer som är placerade på olika avstånd från behandlings- stället och som är kopplade till en dator och en laser. Tanken med dessa system är att laserutsignalen justerasför att återföra den övervakade temperaturen till öns- kad temperaturnivå när den övervakade temperaturen stiger över en bestämd tem- peratur eller faller under en bestämd temperatur. Det år följaktligen möjligt att bi- behålla en huvudsakligen konstant temperatur under en önskad tidsperiod vid mâtställen som omger en känd vävnad svolym, vilket är avsett att ge en hög preci- sionsgrad med avseende på både lesionsstorlek och typ av cellulär skada.

En av fördelarna med feedback-kontrollen av behandlingseffekten är att den garan- terar reproducerbara och cytotoxiska temperaturer i tumörvävnadens periferi. Ett annat sätt att kontrollera lesionsstorleken är att använda ett dosplaneringssystem, vilket gör det möjligt att beräkna lesionsstorlek för olika vävnader, uteffekter och behandlingsduratíoner. Planering av lokal behandling kan också integreras med 10 15 20 25 30 35 Ešïïšïšf 'i il? 3 ' datorstödd bildanalys för att ge information om storleken och placeringen av tumö- rer, kärl och gallgångar i 3D-bilder.

Sådana metoder bestämmer emellertid enbart temperaturen i temperatursensoms eller temperatursensorernas närhet och ger ingen information om huruvida den erfordrade temperaturen har uppnåtts genom hela vävnaden som ska behandlas.

Interstitiell lasertennoterapí (LLT) Interstitiell lasertermoterapi (ILT) är en variant av interstitiell laserhypertermi där fokus ligger på att döda tumörce-ller vid temperaturer mellan 46 och 48°C, d v s vid temperaturer som inte får tumörantigenerna att koagulera. Följ aktlígen medger ILT ett uppvisande av intakta tumörantigener under det att nekros och en lokal in- flammatorisk reaktion skapas - detta kan framkalla ett effektivt immunsvar, både hos råttor och i patienter.

För feedback-kontroll av lasereffekten har en eller flera termometrar (tennistorer eller värmeelement) placerade i tumören och/ eller vid tumörens gräns vanligtvis använts. En av nackdelarna med denna typ av övervakning är att den erfordrar in- terstitiell positionering av prober och således ytterligare preparationer. Det ärjör- delaktigt att omge överuakningsanordningen, t ex en termistorprob, med laserflbem nära laserspetsen och därmed undvika separata punkter för temperatur-mätning.

Ett problem som inträffat under feedback-kontroll med hjälp av termometrar är att de endast mäter lokal temperatur och är oförmögna att detektera huruvida över- hettning (eller otillräcklig uppvärmning) sker i vävnad som inte ligger nära termo- metern. Överhettning är oönskad eftersom den kan leda till förkolning och/ eller nekrotisk nedbrytning av våvnaden. Förkolning kan föreligga såsom ett svart lager som omger vännekällan, varvid detta lager försämrar ljuspenetreríng och minskar avståndet som ljuset kan propagera i vävnaden. Snabb nekrotisk nedbrytning kan förorsaka förgiftning. Otillräcklig uppvärmning är oönskad eftersom den leder till ineffektiv behandling av vävnaden. Försök för att fastställa förändringar i de elekt- riska egenskaperna hos vävnaden, vilka förorsakats av uppvärmning, har använt implanterade ledningar försedda med elektroder för mätning av impedans eller över- föringsegenskaper hos vävnaden och termistorer eller termoelement för mätning av temperatur + vävnad-impedanstermografi. Med hjälp av olika frekvenser för ström- 10 15 20 25 30 35 *šfišï 4 men som används i impedansmätningar är det möjligt att mäta impedanser i väv-k nad som är lokal för mätelektroderna såväl som i vävnad som ligger längre bort.

Resultaten har emellertid hittills ansetts vara otillförlitliga eftersom värden av im- pedans eller överföringsegenskap som erhållits när temperaturavläsningarna när ett förhöjt steady state (d v s en konstant temperatur, t ex 46°C) har förändrats konti- nuerligt på ett sådant sätt att det verkar som om de driver - se figur 4 och figur 5.

Dessa figurer visar temperatur och impedans mot tiden vid tre avstånd från laser- spetsen. Båda graferna har liknande mönster som visar att förändringar i uppmätta egenskaper hos vävnaden, i detta fall den uppmätta irnpedansen, följer förändringar i vävnadstemperatur och att en írreversibel förändring i impedans sker så att impe- dansen vid t ex 40°C i början av experimentet inte är densamma som impedansen vid 40°C i slutet av uppvärmningsfasen. På liknande sätt visar figur 6, vilken visar ledningsfórmåga mot temperatur för en tumör under användning av information som samlats in frän experimentresultaten visade i figur 2 ”Conductance versus temperature at 44 kI-Iz and 1 MHz for an EMT6 tumour in vivo” i ”The effect of hy- perthermia-induced conductivity changes on electrical impedance temperature mapping”, MÅ Esrick, D A McRae, Phys. Med Biol. 39 (1994) 133-144, att lednings- förmågan hos EMTö-tumörvävnaden in vivo medan den värms upp från 37 °C till 45 / 46°C under en period om 19 minuter varierar huvudsakligen linjärt. Från den- na figur är det möjligt att fastställa att vävnadens ledningsförrnåga är ca 3,5 mS vid en strömfrekvens om 44 kHz, vid 46°C är den ca 3,85 mS. Vid betraktande av detta begränsade intervall är värmekoefficienten 0,038 mS/°C när den mäts vid 44 kHz.

Vid mätning vid 1 MHz är ledningsförmågan ca 5,152 mS vid 37 °C och ca 5,8 mS vid 45°C. Vid betraktande av detta begränsade intervall är värmekoefficienten 0,081 mS/°C när den mäts vid 1 MHz.

Cancer-terapi under användning av laseranordningar Mueller et al (DE 3931854, 1991) presenterade en uppfinning baserad på en MRI- tomograf för tumörlokalisering och övervakning under interstitiell laserstrålning av tumörer, t ex i levern, genom kvartsljusledande fibrer. Uppfinningen sades befria patienten från kirurgi, långsjukhusvistelse och möjliggöra avlägsnande avtumören med små sidoeffekter för patienten. I denna uppfinning är en flerplansröntgenan- ordning kopplad till MRI-tomografen för att göra det möjligt att placera fibrerna i tumören med hjälp av punkt-jonprober och bestämma koordinaterna för tumören genom MRl-tomografi. 10 15 20 25 30 35 ”lëlšï Vid utförande av en interstitiell värmebehandling av cancertumörer är det avgöran- de att ha ett feedback-system med förrnåga att presentera information för använda- ren avseende fortskridande och resultat av behandlingen. I anordningar och meto- der av tidigare teknik utförs behandlingen ofta baserat på samlad erfarenhet under tidigare behandlingar och behandlingstiden är fastställd utifrån denna kunskap.

Som sekundära medel för kontroll av behandlingen kan temperaturen i vävnaden övervakas vid ett begränsat antal mätpunkter. I många fall är behandlingstíden satt till en längre period än vad som i själva verket krävs, eftersom tillförlitliga medel för att ge feedback på hur vävnaden svarar på uppvärmningen, ”vävnadseffekten”, inte finns. Av samma anledning kan det önskade resutlatet inte erhållas i många fall, eftersom temperaturfördelningen inte är enhetlig i målområdet och en riktig posi- tionering av temperatursensorerna inte kan säkerställas. Eftersom temperatursen- sorer bara kan känna av den lokala temperaturen finns det inte något sätt att kon- trollera om det finns kalla fläckar utanför det lokala området, där sådana kalla fläckar fórorsakas av exempelvis blodkärl som passerar genom vävnaden och leder bort värmen.

Sammanfattning av uppfinningen Under användning av föreliggande uppfinning är det möjligt att övervinna proble- men med anordningar och metoder av tidigare teknik för vârrnebehandling av väv- nad. I en första aspekt av anordningen enligt föreliggande uppfinning övervakas en elektrisk egenskap hos vävnaden, vilken egenskap varierar med temperaturen, tvärsigenom en del av vävnaden som behandlas, under det att ett feedbacksystem kontrollerar uppvärmningen av vävnaden för att bibehålla en önskad vävnadstem- peratur, och behandlingen anses vara fullständig då huvudsakligen inga fler för- ändringar detekteras i den övervakade elektriska egenskapen vid den bibehållna önskade vävnadstemperaturen.

I en andra aspekt av anordningen enligt föreliggande uppfinning är det möjligt att extrahera information i en tredimensionell rymd, vilken avser den icke-reversibla vävnadseffekten som är resultatet av pågående värmebehandling, genom att initialt etablera data som avser egenskaperna hos vävnaden och sedan kombinera dessa data med temperaturmätningar vid kända positioner med avseende på värmekälla och vidare kombinera denna information med två- och /eller tredimensionell mät- 10 15 20 25 30 35 6 ning av elektrisk egenskap (d v s mätningar av överföríngsfunktion och /eller led- ningsfórmåga och/ eller impendans hos vävnaden) och korrelera de faktiska föränd- ringarna i dessa egenskaper hos vävnaden med den förväntade förändringen i egen- skaperna hos vävnaden baserat på initiala data. Det är därefter möjligt att bestäm- ma den tidpunkt i behandlingen när den önskade vävnadseffekten har erhållits och att informera användaren att behandlingen är fullständig och framgångsrik. Vidare är det också möjligt att detektera när pågående behandling misslyckas med att uppnå den förväntade förändringen i egenskaperna hos vävnaden och att tillhan- dahålla en signal till operatören att behandlingen inte fortskrider som planerat.

Föreliggande uppfinning åstadkommer detta genom att tillhandahålla implanterba- ra ledningar, vilka var och en är försedd med impedansmätelektroder och tempera- turmâtmedel, varvid ledningarna kan kopplas till en basenhet försedd med ström- genererande medel, mätrnedel för att mäta den elektriska egenskapen av den elekt- g ríska vågen mellan två elektrodytor samt kontrollmedel, varvid nämnda kontrollme- del har anpassats för att använda elektrisk egenskap och temperaturavläsningar från ledningarna för att fastställa en temperaturberoende egenskap hos vâvnaden, i vilken ledningarna är implanterade.

Kort beskrivning av figurerna _ Fig. 1 visar schematiskt en första utföringsforrn av en uppvärmningsanordning en- ligt föreliggande uppfinning; Fig. 2 visar schematiskt en andra utföringsforrn av en uppvårmningsanordning en- ligt föreliggande uppfinning; Fig. 3 visar schematiskt en första utföringsforrn av ett digitalt system för mätning av elektriska egenskaper hos vävnaden; Fig. 4 och 5 visar experimentella resultat av impedans och temperatur mot tid un- der uppvännning och kylning av vävnad; Fig. 6 visar experimentella data som indikerar att förändringar i vävnadens led- ningsfórmåga är linjär vid långsam uppvärmning till 46°C; Figurerna 7- 10 visar teoretiska grafer som visar temperaturens effekt på lednings- förmåga för olika våvnadsmodeller vid två olika strömfrekvenser. io' l5 20 25 30 35 'l å? 7 Detaljerad beskrivning av uppfinningen I det följande ges riktningar med avseende på huden hos en patient eller ytan av ett organ eller en vävnad och följaktligen betyder uttrycket ”över” utanpå huden eller utanpå ytan av ett organ eller gränsen av en vävnad och det är inte beroende av patientens, organets eller vävnadens faktiska orientering. Djup ellerniväer eller av- stånd i eller utanpå en patient eller ett organ mäts i en riktning som är vinkelrät mot patientens hud eller organets eller vävnadens yta.

En första utföringsfonn av en uppvärrnningsanordning enligt föreliggande uppfin- ning visas schematiskt i figur 1. Uppvärmningsanordning 1 innefattar en basenhet 3 och ett flertal införbara ledningar. I detta exempel har värmeanordningen 1, för att undvika en klottrig bild, visats med endast två ledningar 5, 7, men i praktiken år det möjligt att endast en ledning kommer att användas för exempelvis behand- ling av små vävnadsvolymer och att mer än två ledningar kommer att användas för exempelvis behandling av stora vävnadsvolymer. Ett större antal ledningar kan an- vändas om det är önskvärt att reducera behandlingstiden eller om de erfordras av effektivitetsskäl, t ex om den maximala uttänjningen av vävnaden som behandlas är större än vad som tillförlitligt kan behandlas med endast två ledningar - vanligtvis placeras ledningar 2-3 cm från varandra när lasrar används som energikälla. Före- trädesvis kan varje ledning 5, 7 lätt kopplas bort från basenheten 3, så att ledning- arna med lâtthet kan ersättas av hygieniska skål när en annan patient ska behand- las. Den distala änden av varje ledning 5, 7 är avsedd att föras in genom huden 9 hos en patient in i, eller i närheten av, vävnaden som ska behandlas, t ex tumör- vävnad 1 1. För att säkerställa noggrann positionering görs företrädesvis åtminstone en del av varje ledning som är avsedd att föras in i patienten tillräckligt rigid så att den inte böjer sig under införandet och användningen.

Basenhet 3 kan innefatta en energikälla kopplad till ett flertal ledningar, men före- trädesvis innefattar den ett flertal energikällor. I denna utföringsforrn tillhandahålls en energikälla i form av en infraröd laser 13, 15 för varje ledning 5, 7, så att basen- het 3 i detta exempel innefattar två lasrar, varvid utsignalerna av varje laser 13, 15 företrädesvis kontrolleras individuellt. Företrädesvis har varje laser 13, 15 en max- imal optisk uteffektnivå inom området l-50 Watt. Lasrarna ger företrädesvis ljus- energi av en våglängd som effektivt absorberas av djurvävnad för uppvärmning av denna vävnad. Företrädesvis verkar lasrarna vid ett våglängdsintervall om 700 till 10 15 20 25 30 35 8 1300 nm, mer föredraget vid 805 eller 1064 nm. Företrädesvis är varje källa en fas- ta tillståndet semikonduktorlaser eftersom de har små dimensioner och hög effekti- vitet. Alternativt kan varje energikälla vara en N d-YAG-laser eller liknande, men dessa anordningar har nackdelen av att vara mindre effektiva och större än semi- konduktorlasrar. Företrädesvis kan den optiska uteffekten av varje laser kontrolle- ras oberoende genom ett kontrollsystem såsom en mikroprocessor eller mikrodator 17 anordnad i basenhet 3 och försedd med lämplig operativ mjukvara och hårdva- ra. Företrädesvis är basenhet 3 försedd med medel för användarinmatning såsom åtminstone ett tangentbord 19, pekdon, pekskärm, skrivtavla eller liknande för att göra det möjligt för användaren att kontrollera driften av systemet, samt displayer 21 såsom en skärm, monitor, ljuspanel eller annan display för att tillhandahålla uppmätt och/ eller beräknad och/ eller bearbetad information till användaren. En sådan information kan t ex omfatta de elektriska egenskaperna hos vävnaden mel- . lan elektroder, ledningarnas positioner med avseende på varandra och/ eller mål- vävnaden som ska behandlas och vävnadstemperaturer.

Laserljus-utsignalen från laser 13 kan matas till en optisk fiber 25 som ligger inuti ledning 5 och sträcker sig till den distala änden 27 av ledning 5. Laserljus- utsignalen från laser 15 kan matas till en optisk fiber29 som ligger inuti ledning 7 och sträcker sig till den distala änden 35 av ledning 7. Varje distal ände 27, 35 är försedd med ett vävnadsvärmeelement, i detta exempel ett transparent fönster 32 resp. 34 för emission av laserljusenergi eller en obelagd fiberspets på ett kort av- stånd, t ex mellan O och 40 mm, från den yttersta punkten av den distala änden 27 , 35. Företrädesvis har varje fönster en längd Ll som är mellan l och 15 mm. I den- na utföringsforrn är en optisk ñberspets 31 resp. 33, genom vilken laserljuset transporteras till den distala änden 27, 35, positíonerad i varje fönster så att laser- ljiuset kan lämna ledning 5, 7, absorberas av och värma upp omgivande vävnad.

Fiberspetsen kan föreligga i form av en obelagd fiber, ett diffusionsmedel eller några andra medel för att styra fördelningen av laserljuset. _Varje distal ände 27, 35 är dessutom försedd med rumsligt åtskilda distala och mel- ' lanliggande elektrodytor, t ex i form av ledande elektrodplattor, trådar, utstående delar, nedsänkta delar eller, såsom visas här, elektrodringar 37, 39 resp. 41, 43.

Elektrodringarna 37-43 är tillverkade av ledande material såsom silver, platina, guld eller liknande och under behandlingen är det tänkt att elektrodririgarna är i 10 15 20 25 30 35 9 elektrisk kontakt med vävnaden. Företrädesvis kan bredden av en elektrodring i en lednings longitudinella riktning vara från 0,1 mm till 5 mm, företrädesvis 0,5 till 2 mm, även om större eller mindre dimensioner också än' tänkbara. Valfritt kan en ledande pasta, gel, vätska eller liknande tillhandahållas till elektrodytorna under användningen för att säkerställa en tillförlitlig elektrisk kontakt. De distala elek- trodringarna 37, 41 kan placeras närmare den yttersta punkten för varje ledning 5, 7 än fönstret 32, 34 och föreligger företrädesvis inom ett avstånd L2 som är 0- lO mm från den distala änden av fönstret 32 resp. 34. De mellanliggande elektrodring- arna 39, 43 är placerade längre bort från den yttersta punkten av deras respektive ledningar, företrädesvis på ett avstånd L3 som är 0-40 mm från den proximala än- den av fönstret 32, 34. I denna utföringsforrn enligt föreliggande uppfinning kan således varje fönster 32 resp. 34vara positionerat mellan ett par av elektrodringar 37, 39 resp. 41, 43.

Lägg märke till att om, liksom förutsagt ovan, fönstret 32, 34 är placerat vid led- ningens yttersta punkt (d v s 0 mm från den yttersta punkten), då är paret av elek- trodringar (och alla ytterligare elektrodringar) positionerat längre bort från den yt- A tersta punkten än fönstret och är longitudinellt rumsligt åtskilda. Företrädesvis är avståndet mellan paret av elektrodringar mindre än 55 mm, mer föredraget mindre än 40 mm, t ex 6 mm eller 10 mm och företrädesvis mer än 3 mm.

Elektrodríngarna 37 , 4l är longitudinellt separerade från elektrodringarna 39, 43 med ett avstånd Ll + L2 + L3. Under det att Ll, L2 och LS för ledning 5 kan vara desamma som Ll, L2 och L3 för ledning 7 och i den händelse ytterligare ledningar används, år inte alla ytterligare ledningar en nödvändighet.

Varje elektrodring 37-43 är via sin respektive elektriska konduktor 45, 47, 49, 51 kopplad till den ornkopplingsbara utsignalen av en strömgenerator 50 och de om- kopplingsbara insignalerna av en mätkrets 52 som företrädesvis har förmåga att mäta en elektriska egenskap för den elektriska vägen mellan vilka par av elektrod- ringar som helst. För att belysa föreliggande uppfinning beskrivs nu en utförings- form, ivilken krets 52 är en krets som mäter ledningsförrnåga och är av den typ som är väl känd i tidigare teknik och som innefattar en förstärkare och en AD-- omvandlare. Användningen av andra mätkretsar som mäter en eller flera' av egen- skaperna ledningsförmåga, resistens, impedans och kapacitans är också tänkbar. 10 _15 20 25 _30 35 LIF 43.3 h? 10 Strömgeneratorn 50 kan kontrolleras att producera växelström med känd amplitud och företrädesvis känd fas och är företrädesvis omkopplingsbar mellan åtminstone två frekvenser, en låg frekvens, t ex mindre än 1 kHz, 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 50 kHz, och en hög frekvens, t ex 100 kHz, 500 kHz, l MHz. Möjligheten att använda olika frekvenser under mätningen av ledningsfönnåga medger att ledningsförrnågan hos olika volymer vävnad mäts (och ledningsfórrnågan som ska beräknas om läng- den av den väg där ledningsfórmägan ska mätas är känd) - en form av tomografi.

Detta på grund av att strömvägen mellan elektroder delvis beror på använd fre- kvens - lägre frekvensströmmar, t ex 1 kHz, följer kurvforrniga vägar mellan elek- I troderna medan högre frekvenser, t ex 100 kHz, följer mer direkta vägar. Strömge- neratorn 50 och kretsen 52 som mäter ledningsförinåga kan kontrolleras genom kontrollsystem 17, så att det företrädesvis är möjligt att mäta ledningsförmågan mellan vilket par av elektrodringar 37-43, 71-81 som helst och vid vilken önskad frekvens som helst. Detta kan exempelvis åstadkommas genom användning av digi- tala lagringsmedel och en DA-omvandlare 56. Ett exempel på ett sådant digitalt sy- stem fór mätning av de elektriska egenskaperna hos vävnad, vilket visas schema- tiskt i figur 3, kan innefatta digitala lagringsmedel i form av ett digitalt minne 54 innehållande en signalloop som producerar en periodisk signal som sveper från en låg frekvens (t ex 500 Hz) till en hög frekvens (t ex 200 kHz] under en period om några sekunder, t ex 5 sekunder eller 10 sekunder, och sedan upprepas. Denna signal överförs till en DA-omvandlare 56 som via en multiplexor 58 kan kopplas till vilket par av elektrodringar som helst - vilka elektrodringar kan föreligga på samma ledning eller på olika ledningar. De resulterande elektriska egenskaperna hospvâv- naden mellan detta par av elektrodringar sarnplas sedan och omvandlas till en digi- tal signal genom en sigrialomvandlare 60 och egenskapernas värden registreras i minnet 54 mot den signal som förorsakade dem. Såsom visas i figur 3 kan de regi- strerade signalerna användas för att framställa en bild 62, 64, 66 av överförings- funktionen i frekvensdomänen hos den vävnad, ivilken elektrodema föreligger. Var- je typ av vävnad har en särskilt överföringsfunktíon beroende på densitet, cellstor- “ lek, vaskularitet etc. De elektriska egenskaperna, t ex ledningsförmågan eller impe- dansen eller överföringsfunktionen hos vävnaden kommer att förändras under vär- mebehandlingen när de fysikaliska egenskaperna hos vävnaden ändras och följakt- ligen kommer överföringsfunktionen i vävnadens frekvensdomän att förändras när ' vävnaden förändras. Hänvisning 62 visar en hypotetisk bild i våvnadens frekvens- domän i ett första tillstånd, t ex före värmebehandling, och hänvisning 64 visar en 10 15 20 25 30 35 till 13.3 .Et .få f' ll hypotetisk bild av samma vävnad under steget av värmebehandling av vävnaden där vävnadstemperaturen är högre än den är i det första tillståndet. Hänvisning 66 visar en hypotetisk bild av frekvensdomänen hos samma vävnad efter det att den har dödats genom värmebehandlingen.

Ett förbättrat digitalt system för mätning av de elektriska egenskapema hos vävnad kan ha två signalkanaler. Den första kanalen med en signalloop av ovannämnda typioch den andra kanalen innehållande en synkroniseringssignal som används för att synkronisera mätningen och förbättra upplösningen i tid. Synkroniseringssigna- len kan organiseras som en synkroniseringspuls per svep (i kombination med ett kontrollsystem som säkerställer att de följande samplingarna är korrekt klockade) eller en puls för varje sarnplingspunkt. Lösningen är mycket enkel och kommer trots detta möjliggöra mycket komplexa mätningar. En digitaliserad svepsignal, t ex från 1 kHz till 100 kHz eller vitt brus med ett särskilt mönster lagras i den digitala minnesanordningen. Digitala data matas till en DA-omvandlare med tvä kanaler, varvid kanal 1 håller svepsignalen och kanal 2 innehåller en synkroniseringssignal.

» Svepsignalen matas till en förstärkare, t ex en förstärkare med variabel förstärkning _ som kan kontrolleras från kontrollsystemet för att justera amplituden till önskad nivå. Förstärkarsignalen matas till en multiplexoranordning som medger att signa- len matas till något av de valda elektrodparen. En förstärkarkrets mäter den appli- cerade spänningen och resulterande ström och fas. En resistor kopplas i serie med signalvägen fór att möjliggöra strömmätningar. En AD--omvandlare och tidmätkrets samplar signalen vid tidpunkter som är synkroniserade med hjälp av synkronise- ' ringssignalen med svepmönstret som matats till elektroderna. Digitaliserade signa- ler lagras i minnet tillsammans med synkroniseringsirifonnation. Den lagrade in- formationen kan matas till kontrollsystemet som företrädesvis är anpassat för att utföra signalbearbetriing, t ex genomsnittsberäkning av upprepade signaler, vilket förbättrar signalkvaliteten. l det följande används symbolen ”Z” som hänvisning till de uppmätta elektriska egenskaperna hos vävnaden, genom vilken elektricitet leds mellan två avkännande elektroder. Om mätningarna görs vid endast en frekvens kan Z vara vävnadens led- ningsförrnäga eller impedans. Om mätningar görs vid mer än en frekvens skulle Z vara en överföringsfunktion hos vävnaden. Det är möjligt att bestämma en överfö- ringsfunktion på ett flertal sätt, t ex genom att använda ett tal för frekvenser (såsom 10 15 20 25 30 35 :JS än iK-ZI m2 fm w» “o 12 beskrivet ovan), Skanning, vitt eller rosa brus i kombination med FIT eller FT ((snabb) Fourier-transformation). l den följande beskrivningen kommer anordningen och metoder för användning därav att illustreras genom exempel där vävnadens ledningsförrnåga mäts, men det ska vara underförstått att uppfinningen också kan appliceras på anordningar och metoder där vävnadens impedans och/ eller överfö- ringsfunktíon mäts.

Vanligtvis ökar vävnadens ledningsförinåga med uppvärmning och denna ökning är huvudsakligen helt reversibel vid återkylning till 37°C om vävnaden endast värms upp till ungefär 5-6°C över sin normala temperatur (där 37°C âr nonnaltemperatu- ren för mänsklig vävnad). Ytterligare uppvärmning till exempelvis 9°C över den normala temperaturen kommer att orsaka celldöd (utan att cellerna sprängs), vilket medför vissa irreversibla förändringar i ledningsförmåga tillsammans med vissa re- versibla förändringar i ledningsförrnåga - d v s ledningsförmågan hos död vävnad vid återkylning till 37°C år inte densamma som ledningsförmågan vid 37 °C innan den värmdes upp. Åtminstone varje distal och mellanliggande elektrodring 37-43 är företrädesvis för- sedd med sin egen värmesensor såsom en termistor 55, 57, 59, 61, så att tempera- . turen i elektrodringens närhet kan mätas. Det âr också tänkbart att tillhandahålla andra elektrodríngar med sina egna värmesensorer. Genom att koppla värmesen- som till elektrodringen eller bygga den runt elektrodringen kan temperaturen, vid vilken mätningar av ledningsfónnågan görs, med lätthet bestämmas. Som ett alter- nativ kan en värrnesensor anordnas i anslutning till en elektrodring.

Varje terrnistor 55-61 är genom sitt respektive par av elektriska konduktorer 63, i 65, 67, 69 kopplad till en kontrollkrets 71 av kontrollsystemet 17, vilket möjliggör för kontrollsystem 17 att bestämma temperaturen för varje termistor 55-6 1. Kon- trollkrets 71 kan t ex innefatta en konventionell Wheatstonebrygga av den typ som är väl känd för att kunna användas för mätning av temperatur, när den används i ' samband med terrnistorer.

Ett flertal djupavkännande elektrodringar 71, 73, 75 resp. 77, 79, 81 är placerade på varje ledning 5, 7. De första djupavkännande ringarna 71, 77 är positionerade på ett förbestämt avstånd från respektive mellanliggande elektrodringar 39, 43, t ex 10 15 20 25 30 35 33232 'šíiëï 13 på ett avstånd mellan 5 och 15 mm, t ex 5 mm eller 10 mm eller 15 mm, från de mellanliggande elektrodringarna 39, 43 i riktning mot ledningens proximala ände.

De andra djupavkännande ringarna 73, 79 är positionerade på ett avstånd längre bort från den distala änden, t ex på ett avstånd mellan 5 och 15 mm, t ex 5 mm eller 10 mm eller 15 mm, från de första djupavkännande elektrodringarna 71, 77.

På liknande sätt är de tredje djupavkännande elektrodringarna 75, 81 och alla yt- terligare djupavkännande elektrodringar (visas ej) positionerade på ett avstånd längre bort från de distala ändarna och företrädesvis med samma mellanrum på mellan 5 och 15 mm, t ex 5 mm eller 10 mm eller 15 mmm, från den närliggande djupavkännande elektrodringen. Det krävs inte att avståndet mellan ringarna är detsamma, men avståndet mellan ringarna på varje ledning måste vara känt eller standardiserat för att medge positionering genom triangulering.

En eller flera ledningar kan valfritt vara försedda med ett läsbart minne 78 och in- forrnationen avseende elektrodytepositioner kan lagras i ledningens minne. Företrä- desvis är denna information inmatad i minnet av ledningens tillverkare. Under an- vändningen av en sådan ledning kan kontrollenheten extrahera information beträf- fande elektrodpositíoner från ledningen och använda den i triangulexingsberäk- ningar. Företrädesvis är minnet resistent mot röntgenstrålning och gammastrålnirig för att möjliggöra sterilisering av ledningarna. Företrädesvis är minnet ett FRAM- minne (ferro-magnetic random access memory). I den händelse ledningar utan min- nesinnehållande information om elektrodpositioner används, tillhandahålls företrä- desvis medel för användarinmatning av sådan information i kontrollenheten.

Varje djupavkännande elektrodring 75, 81 är via en konduktor (visas ej p g a tyd- lighet hos illustrationen) kopplad till den omkopplingsbara utsignalen från ström- generatorn 50 och de omkopplingsbara insignalerna från kretsen 52 som mäter ledningsförmåga. Företrädesvis är kretsen 52 som mäter ledningsförmåga anordnad för att kunna mäta ledningsförmäga mellan vilket par av distala, mellanliggande eller djupavkännande elektrodríngar som helst vid vilken önskad frekvens som helst, t ex frekvenserna mellan 5 KHz och 2 MHz.

Uppvärmningsanordningen 1 är avsedd att värmebehandla vävnad, i synnerhet sjuk vävnad, t ex en tumör. För att göra detta måste ledningar som ska användas för att värma upp vävnad vara noggrant placerade både med avseende på den sjuka 10 15 20 25 30 35 3.332' ”lššï l4 vävnaden, t ex cellerna i en tumör som ska dödas, och med avseende på varandra. I en första illustration av en metod för positionering av ledningar är det avsett att en åtminstone fönstret 32, 34 och den distala elektrodringen och den mellanliggande elektrodringen för varje ledning ska placeras inuti tumören ll. I vissa fall är led- ningarna avsedda av positioneras så att fönstret 32, 34 och den distala elektrod- ringen och den mellanliggande elektrodringen för varje ledning ligger utanför tumö- ren - detta illustreras i figur 1 av en tumör ll' som visas med streckade linjer. Tu- mörens position i förhållande till andra särdrag i patientens kropp är känd, t ex från tidigare eller samtidigt utförd bildåtergivning. Ledningarna 5, 7 är positionera- de på patientens hud omedelbart över tumören och skjuts genom patientens hud 9 och friska vävnad 10 mot tumören. Eftersom den exakta positionen och/ eller stor- leken av tumören kan ha förändrats sedan nämnda bildätergivning utfördes och det kan vara svårt eller omöjligt att bestämma tumörens gränslinjer med bildåtergiv- ningsmetoder, kan det vara fördelaktigt att bestämma när fönstren 32, 34 och, om tumörens omfång medger det, de distala ändarna 27, 35 och de distala och mellan- liggande elektrodringarna 37, 39, 41, 43 ligger inuti tumören 11. Den relativa posi- tioneringen av elektrodringarna (och därmed ledningarna de är kopplade till) kan fastställas genom att ledningsförmägan mäts mellan par av elektrodringar. Vanligt- i vis skiljer sig ledningsförrnåga och överföringsfunktion hos tumörvävnaden från frisk vävnad. Under införandet av en ledning, t ex ledning 5, övervakas lednings- ßnnågan mellan distala och mellanliggande elektrodringar 35 och 37. Ledning 5 placeras över tumören 11 och förs in genom huden mot tumören 11. Den distala elektrodringen 37 går in i patientens kropp först och följs sedan av den mellanlig- gande elektrodringen 39. Ingen elektricitet leds mellan den distala elektrodringen 37 och den mellanliggande elektrodringen 39 förrän den mellanliggande elektrod- ringen 39 kommer i kontakt med vävnad, vid vilken tidpunkt ett särskilt värde av ledningsförrnågan kommer att mätas mellan elektrodringarna 37 och 39. Därefter kan ledningsförmågan mellan den mellanliggande elektrodringen och den första djupavkärmande elektrodringen 7 l övervakas. Ingen elektricitet kommer att ledas mellan dem förrän den första djupavkännande elektrodringen 71 kommer i kontakt med patientens hud. Allteftersom ledningen förs längre in i patienten, kommer den andra, tredje och alla ytterligare elektrodringar att komma i kontakt med patientens vävnad och djupet för ledningen i patienten kan fastställas från vetskapen om vilket elektrodringpar som har en ledningsförmåga som indikerar att de har kommit in i patienten. Om ledningen således är avsedd att föras in så att den distala änden är 10 15 20 25 30 35 ÉišSÉ-Üf " fi? 15 menad att ligga 40 mm under patientens hud och det finns en dj upavkännande elektrodring positionerad 30 mm från den distala änden och ytterligare en djup- mätande elektrod positionerad 40 mm från den distala änden, då kommer djupet för den distala änden, under antagande att ledningen har förts in vinkelrätt mot patientens hud, att vara 40 mm under patientens hud när elektricitet börjar ledas mellan den djupavkännande elektrodringen positionerad 30 mm från den distala änden och den ytterligare djupmätande elektroden positionerad 40 mm från den distala änden.

Under införandet av ledningen kan ledningsförmågan mellan vissa eller alla permu- tationer av kombinationer av elektrodringpar övervakas. Detta kan användas för att se huruvida de elektriska egenskaperna hos vâvnaden, genom vilken ledningen förs, är desamma. Vanligtvis har frisk vävnad en annan ledningsförmåga än tumör- vävnad. I dessa fall är det, genom att övervaka förändringar i ledningsförrnåga när en ledning förs in i vävnaden, möjligt att fastställa förändringar i ledningsfórrnåga och följaktligen detektera när ledningen har kommit in eller ligger nära tumörvâv- naden. Exempelvis övervakas ledningsförmågan uppmätt mellan den distala elek- trodringen och den mellanliggande elektrodringen under införandet av ledningen eller samplas efter det att båda elektrodringar har kommit in i frisk vävnad. Led- ningsförrnågan förblir huvudsakligen densamma tills den distala elektroden 37 kommer in i tumören eller föreligger i omedelbar närhet till tumören, vid vilken tid- punkt ledningsförmågan kan förändras. Om den förändras kommer den att fortsät- ta förändras tills den mellanliggande elektrodringen 39 kommer nära eller in i tu- mören (under antagande att tumören är tillräckligt djup för att innehålla både dis- tala och mellanliggande elektrodringar). Så länge som både distala och mellanlig- gande elektrodringar 37, 39 förblir i tumörområdet ska ytterligare rörelser av led- ningen inte resultera i någon signifikant fórändring i ledningsförrnåga mellan elek- trodringar 37 och 39. Om ledningsförrnågan oväntat förändras, kan detta vara ett tecken på att det föreligger ett problem, t ex att den distala elektrodringen har läm- nat tumörområdet eller kommit in i ett blodkärl inuti tumören eller att det föreligger ett tekniskt fel och ett lämpligt agerande såsom ompositionering av en ledning eller ersättning av en ledning måste vidtas.

Så snart ledning 5 finns på det erfordrade djupet inuti tumören kan samma förfa- rande följas med ledning 7 och andra ledningar. Företrädesvis under införandet av 10 15 20 25 30 35 'ME l6 ledning 7 eller hur som helst så snart ledning 7 har kommit in i tumören kan av- ståndet mellan elektrodringar på ledningarna mätas genom triangulering - det vill säga genom mätning av ledningsförmågan eller överföringsfunktionen mellan par av elektrodringar på olika ledningar och användning därav för beräkning av avståndet mellan varje sådant elektrodpar. Eftersom avstånd L2 mellan elektrodringarria 37, 39 och 41, 43 är känt, är det möjligt att bestämma de elektriska egenskaperna hos tumörvävnaden, företrädesvis genom att mäta dess ledningsförmåga vid åtminstone två frekvenser för bestämning av dess överföringsfunktion. Avståndet mellan elek- trodring 37 på ledning 5 och elektrodring 4 1 på ledning 7 kan bestämmas genom mätning av ledningsförinåga och/ eller överföringsfunktion Z (37 -4l) mellan detta par av ringar. Avståndet mellan elektrodring 39 på ledning 5 och elektrodring 43 på ledning 7 kan bestämmas genom mätning av ledningsförmåga och/ eller överförings- funktion Z (39-43) mellan detta par av ringar. Om Z (37-41) och Z (39-43) är lika, då år elektrodring 37 och elektrodring 41 på samma avstånd från varandra som elektrodring 39 är från elektrodring 4l. Detta avstånd kan beräknas genom att vär- dena för dessa elektriska egenskaper (ledningsförmåga och/ eller överföringsfunk- tion) divideras med de elektriska egenskaperna fastställda tidigare för det kända avståndet mellan de distala och mellanliggande elektroderna på samma ledning.

För att bestämma huruvida de distala ändarna 27, 335 av ledningarna 5 och 7 är på samma djup i patienten kan ledningsförrnågorna och / eller överíöringsfxinktio- nerna mellan diagonalt motsatta par av elektrodringar mätas, d v s ledningstörmå- gor och/ eller överföringsfunktioner Z (37-43) och Z (39-41). Om dessa är lika,_ då år det diagonala avståndet mellan elektrodringarna 37 och 43 detsamma som det dia- gonala avståndet mellan elektrodringarna 39 och 41. Om mätningarna visar att Z (37-41) och Z (39-43) är lika och också att Z (37-43) och Z (39-41) är lika, då kan det antas att ledningarna 5 och 7 parallella och har sina distala ändar på samma - djup. Om Z (37 -4 1) och Z (39-43) inte är lika och/ eller Z (37-43) och Z (39-41) inte är lika, då är det möjligt att beräkna den relativa positionen för ledningarna med avseende på varandra, d v s avståndet mellan dem, huruvida de är lutande med avseende på varandra och om så är fallet med vilken vinkel (vilka vinklar). Företrä- desvis görs sådana beräkningar med jämna intervall under införandet av ledning- arna. Dessa intervall är företrädesvis mindre än 10 sekunder, mer föredraget mind- re än 2 sekunder och mest föredraget mindre än 1 sekund, vilket medger realtids- övervakning av elektrodernas positioner, så att operatören som implanterar led- ningarna kan ges noggrann information vid rätt tidpunkt avseende ledningarnas 10 15 20 25 30 35 ill l i* 'x »ri-får à FWD' 17 positioner när de implanteras. Naturligtvis är det inte alltid avsett att ledningarna ska vara parallella eller på samma djup, eftersom deras positioner dikteras av, den förmodligen oregelbundna, formen av tumören som ska behandlas och det är möj- ligt att använda trianguleringsprincipen för att bekräfta om ledningarna har korrekt positionering med avseende på varandra och företrädesvis tumören.

Det är tänkbart att insamlade signaler och resulterande data, som omfattar men inte begränsas till beräknade avstånd och vinklar mellan ledningar, signalfas, spänning och/ eller strömamplituder, vävnadsegenskaper såsom impendans, led- ningsfórrnåga och vävnadseffekttemperatur, kan presenteras för en operatör genom ett operatörsgrânssnitt. Om ett antal ledningar används och vilket par av elektroder som helst kan väljas, kan ett stort antal olika strömvägar väljas. Under användning av resultat som erhållits för de olika vägarna kan en två- eller tredimensionell to- mografisk bild beräknas baserat på resultaten. Vidare kan två elektroder användas för att mata ström genom vävnaden och återstående elektroder kan användas för att övervaka de resulterande spänningarna. Detta kan användas för att ytterligare förstärka bildupplösningen både i spatiell upplösningskvalitet och i precision. ln- formationen kan presenteras i numerisk form, i grafisk form och / eller såsom en » beräknad tomografisk karta i två eller tre dimensioner. Valet av presentation kan bero på antalet strömvägar som används för att informera användaren om vävna- dens nuvarande tillstånd och den pågående procedurens fortskridande. Genom att _ använda en tillräckligt snabb dator och lämplig mjukvara kan informationen pre- senteras i realtid, d v s insamlade signaler bearbetas och uppdaterad information presenteras för operatören inom en kort tidsrymd som ligger i intervallet mindre än en sekund till 20 sekunder.

En andra utföringsform av en uppvärmningsanordning enligt föreliggande uppfin- ning visas schematiskt i figur 2. I denna utföringsform av en anordning enligt före- liggande uppfinning bestäms djupet för varje ledning i patienten med hjälp av flytt- bara elektroder. Varje ledning 205, 207 är försedd med ett ílyttbart hölje 28 l, 283 genom vilket den distala änden av respektive ledning passerar. Höljena 281, 283 kan låsas på plats på sina respektive höljen genom ett läsande medel såsom en lås- skruv 285, 287. Den distala änden av varje ihölje 281, 283 är försedd med en höl- jesmonterad elektrod 289, 291 som är avsedd att vara i kontakt med patientens hud eller vävnaden som ska behandlas under behandlingen. Varje ledning 205, 207 10 15 20 25 30 35 tiil? 'lilšï 18 är försedd med en graderad skala 293, 295 som kan användas för att läsa av på vilket avstånd den höljesmonterade elektroden 289, 291 år från centrum av led- ningens fönster. lnnan varje ledning 205, 207 förs in i patienten bestäms arbets- djupet för ledningen, t ex genom skanning för att fastställa positionen av vävnaden som ska behandlas, och lämpligt djup för varje ledning att vara posítionerad på.

Lämpligt djup kan t ex bestämmas såsom djupet som fönstrets centrum ska ha från patientens hud eller som ett andra exempel såsom djupet som fönstrets centrum ska ha inuti ett organ, varvid djupet mäts från organets yta.

I en metod för användning av anordníngen i enlighet med den andra utfóringsfor- men enligt föreliggande uppfmning förs, när djupet som fönstret ska ha från patien- tens hud är känt, varje ledning 205, 207 genom ett respektive hölje 281, 283 tills en referenspunkt i höljet, t ex dess övre kant, 297, 299 äri omedelbar närhet till märket på skalan, vilket motsvarar önskat arbetsdjup. Höljet låses sedan vid denna position. Om fönstrets centrum exempelvis antas vara 15 mm under patientens hud, då låses höljet med sin referenspunkt i omedelbar närhet till skalans 15 mm- märke, så att den höljesmonterade elektroden är positionerad 15 mm bort från fönstrets centrum. Värdet av vävnadens överföringsfunktion uppmätt mellan den höljesmonterade elektroden och en ringelektrod, t ex ringelektrod 37 på samma ledning kommer att vara oändligt när det inte finns någon elektrisk kontakt mellan dem. Ledningen kan föras in i patienten tills den höljesmonterade elektroden 289 kommer i kontakt med patientens hud, vid vilken punkt ledningen 205 är vid det _ önskade arbetsdjupet. Denna punkt kan bestämmas från den stegvisa förändring i överföringsfunktionssignal som uppträder när en elektrisk kontakt etableras mellan t ex ringelektroden 37 och den höljesmonterade elektroden. En andra och ytterliga- re ledningar kan positioneras på samma sätt. Den korrekta positioneringen av led- ningarna 205, 207 med avseende på varandra och / eller bestämningen av deras re- spektive positioner kan åstadkommas genom triangulering såsom beskrivet ovan med syftning på den första utföringsformen av uppfinningen.

I en metod för användning av anordningen i enlighet med den andra utföringsfor- men enligt föreliggande uppfinning förs, när djupet som fönstret ska ha från ett or- gans yta, t ex leverns yta, är känt, varje ledning 205, 207 genom ett respektive hölje 281, 283 tills en referenspunkt i höljet, t ex dess övre kant, 297, 299 är i omedelbar närhet till märket på skalan, vilket motsvarar önskat arbetsdjup, d v s avståndet 10 15 20 25 30 35 19 mellan organets yta och fönstret. l-löljet låses sedan vid denna position. Om fönst- rets centrum exempelvis antas vara 20 mm under ytan av organet hos patienten, då låses höljet med sin referenspunkt i omedelbar närhet till skalans 20 mm-märke, så att den höljesmonterade elektroden är positionerad 20 mm bort från fönstrets cent- rum. Värdet av vävnadens överföríngsfunktíon uppmätt mellan den höljesmontera- de elektroden och en ringelektrod, t ex ringelektrod 37 på samma ledning kommer att vara oändligt när det inte finns någon elektrisk kontakt mellan dem. Ledningen kan positioneras över organet och föras in i patienten. Under införandet i patienten mäts överföringsfunktionen och/ eller ledningsförrnågan mellan distala och mellan- liggande elektroder för att fastställa ledningsförrriåga och/ eller överföringsfunktion för vävnaderna och organen, genom vilka ledningen passerar. Vårdena för dessa vävnader och organ kan sedan jämföras med värdena som erhållits mellan den mel- lanliggande elektroden och den höljesmonterade elektroden fór att identifiera den punkt vid vilken den höljesmonterade elektroden 289 kommer i kontakt med ytan hos organet som ska behandlas - vid vilken punkt ledning 205 är på önskat arbets- djup. Med andra ord kan denna punkt bestämmas från den stegvisa förändring i ledningsförrnåga och /eller överföringsfunktion som uppträder när en elektrisk kon- takt etableras mellan den mellanliggande elektroden och den höljesmonterade elek- troden. En andra och ytterligare ledningar kan positioneras på samma sätt. Den korrekta positioneringen av ledningarna 205, 207 med avseende på varandra och /eller beståmningen av deras faktiska positioner kan åstadkommas genom tri- angulering såsom beskrivet ovan med syftning på den första utföringsforrnen av uppfinningen.

I en metod för användning av anordningen i enlighet med den andra utföringsfor- men enligt föreliggande uppfinning förs, när djupet som fönstret ska ha från ett or- gans yta är känt, varje ledning 205, 207 genom ett respektive hölje 281, 283 tills en referenspunkt i höljet, t ex dess övre kant, 297, 299 år i omedelbar närhet till mär- ket på skalan, hvilket motsvarar önskat arbetsdjup. Höljet läses sedan vid denna position. Om fönstrets centrum exempelvis antas vara 10 mm under ytan av orga- net, t ex levern, då låses höljet med sin referenspunktí omedelbar närhet till ska- I lans 10 mm-märke, så att den höljesmonterade elektroden år positionerad 10 mm bort från fönstrets centrum. Ledningen kan föras in i patienten och överförings- funktionen mellan ringelektroderna övervakas. När de två ringelektroderna kommer in i den friska vävnaden hos organet som behandlas, då ska ett stadigt överförings- 10 15 20 25 30 35 20 funktionsvärde för frisk vävnad registreras mellan dem tills den distala ringelektro- den kommer in i sjuk vävnad, t ex tumörvävnad, som har en annan överförings- funktion, vid vilken punkt värdet av den uppmätta överföringsfunktionen kommer att förändras konstant tills den mellanliggande elektroden och den distala elektro- den båda är i samma typ av sjuk vävnad. Överföringsfunktionen hos denna vävnad kan registreras och värdet av överföringsfunktionen mellan höljeselektroden och den mellanliggande elektroden kan nu övervakas. N är den höljesmonterade elektro- den 289 kommer i kontakt sjuk vävnad kommer överföringsfunktionsvärdet som mäts mellan den höljesmonterade elektroden och den mellanliggande elektroden att motsvara det hos den sjuka vávnaden och det går att dra slutsatsen att den höljes- monterade elektroden just har kommit in i den sjuka vävnaden och att fönstret är på korrekt arbetsdjup. En andra och ytterligare ledningar kan positioneras på samma sätt. Den korrekta positioneringen av ledningarna 205, 207 med avseende på varandra och/ eller bestämningen av deras faktiska positioner kan åstadkommas genom triangulering såsom beskrivet ovan med syftning på den första utföringsfor- ^ men av uppfinningen.

Så snart ledningarna har positionerats korrekt i den sjuka vävnaden kan behand- ling av vävnaden utföras.

Om våvnaden var endast reversibelt påverkad av temperaturen även när den värm- des upp till 46°C, skulle vävnaden teoretiskt kunna värmas upp till 46°C och tem- peratursvar liknande dem som visas i figur 7 (temperatur och ledníngsfórmåga mot tid när ledningsförmågan mäts vid 44 kHz) och figur 8 (temperatur och lednings- förmåga mot tid när ledningsförmågan mäts vid l MHz) skulle erhållas. Dessa mo- deller visar en sådan teoretisk vävnad som värms upp till en önskad temperatur om 46°C från ca 2 minuter till ca 32 minuter med en något ofullständig feedback- kontroll, så att den faktiska temperaturen oscillerar över och under den önskade temperaturen. Uppvärmningen avslutas efter 32 minuter. Vävnaden får svalna och modellen visar att ledningsförrnågan vid 37 °C efter denna förlängd uppvärmning är densamma som ledníngsförrnågan vid 37°C före uppvärmning. En ekvivalent väv- nad enligt denna teoretiska modell, vilken har ett liknande elektriskt schematiskt beteende, är mycket komplex eftersom den har ett frekvensberoende och en värme- koefficient. Den består följaktligen av kapacitorer, induktorer, resistorer och termis- torer som är kopplade seríellt och parallellt. När man emellertid ser till en specifik 'l 21 frekvens, kan frekvensberoende komponenter avlägsnas och en mycket förenklad ekvivalent krets användas.

Följaktligen kan vävnad som är opåverkad av värme modelleras som: Figuren ovan beskriver resistensen hos en bit vävnad vid en viss frekvens och i ett begränsat temperaturfönster. Den har en startresistens (huvudsakligen R2) och ett temperaturberoende (variabel resistens Rl) med en negativ temperaturkoefficient (d v s jämförbar med den för en tennistor med negativ temperaturkoefficient (NTC}). 10 När temperaturen ökar kommer ledningsfönnågan följaktligen att gå. upp (d v s den resulterande resistensen/impedansen går ned). I vävnad i verkliga livet, vilken väv- nad utsätts för värme över en viss temperatur, uppträder emellertid írreversibla för,- åndringar i vävnadsegenskaperna. Ledningsförrnågan skiftar på ett sätt som inte kan förklaras genom ovanstående förenklade schema. En modell för denna vävnad i 15 verkliga livet är såsom följer: R1 ___T "l __ R2 RX Förenklat ekvívalent schema efter värmebehandling av vävnad i verkliga livet I denna figur har RX tillförts. RX är den írreversibla påverkan (”vävnadseffekten”) av 20 en värmebehandling vid en viss temperatur under en viss tid. 10 15 20 25 30 J i l 2 ëfl-í? 'i 22 Normal ledníngsfórmåga = startledningsfórrnåga + (Tkoefitemphöjn) + inte- grerad (vävnadseffektkonstantfitemp.höjn*tid)) eller (vid 44khZ fór EMTö-tumörvävnad) fn 3.5 + (0.038 * (TM, - 37)) + I Teff * (TM - 37) * TSM to Där Tsiot är den tid under vilken en mätning görs.

Anpassning av denna modelltill att ha egenskaperna av en EMTÖ-tumörvåvnad och plottníng av temperatur och ledningstörrnåga mot tid skulle, under antagande att det tar 30 rninuter för all vävnad längs den väg där ledningsförmågan mäts att vär- mas upp till 46°C och därigenom irreversibelt påverkas av den förhöjda temperatu- ren, ge kurvor som liknar dem som visas i figur 9 (temperatur och ledningsförmâga mot tid när ledningsförmágan mäts vid 44 kHz) och figur 10 (temperatur och led- ningsíönnäga mot tid när ledningsförrnågan mäts vid 1 MHz), varvid raden ”normalt beteende” avser vävnad i verkliga livet och ”förväntat beteende” avser teoretisk väv- nad av den typ som visas i figur 7 och 8, vilken inte lider av irreversibla värmeför- ändringar. Kurvoma för vävnad i verkliga livet visar att ledningsförrnågan hos väv- nad iverkliga livet stiger kontinuerligt men med minskande hastighet innan den planar ut. Den brantaste, första delen av kurvan upp till ca 6,5 minuter visar den reversibla förändringen i ledningsfönnåga som förorsakas av uppvärmning. Därefter följer en mindre brant, andra del av kurvan upp till 30 minuter, vilken represente- rar ett ökande antal celler i vävnaden längs den våg där ledningsförrnågan mäts som genomgår irreversíbla förändringar, d v s dödas. Den tredje delen av kurvan, från 30 minuter tills uppvärmningen avslutas vid runt 33 minuter, har en genom- sníttlig lutning som är horisontell och detta indikerar att alla celler i vävnaden längs den väg där ledningsförmågan mäts har genomgått irreversíbla förändringar, d v s är döda. I denna del av kurvan kommer fortsatt uppvärmning med feedback- kontroll inte förorsaka några ytterligare förändringar i vävnaden längs den väg där ledningsförmågan mäts och skillnaden i relativ ledningsförmåga mellan den upp- mätta ledningsförmågan och den förväntade ledningsförmågan (d v s ledningsför- 10 15 20 25 30 Ass 23 mägan som skulle förväntas om vävnaden inte genomgick irreversibla vårmeeffek- ter) är vid sitt maximum. Vid denna tidpunkt kommer ytterligare behandlng inte ha någon gynnsam effekt i det lokala området, eftersom vävnaden i denna region redan har dödats.

En första utföringsform av en anordning enligt föreliggande uppfinning för värme- behandling av vävnad innefattar mjukvara och hårdvara, t ex en dator, för att köra mjukvaran för automatisk mätning av den elektriska egenskapen hos vävnad, till vilken ledningar kopplade till anordningen har positionerats. _ Mjukvaran utför följande steg: aktivering av energikällor 13, 15 för att ge energi till våvnadsvârmeelement 32, 34.

Detta förorsakar att vävnaden i området nära värmeelementen värms; övervakning av temperaturen som känns av av värmesensorerna S5, 57, 59, 61 och kontroll av värmen som ges till vävnadsvärmeelement 32, 34, så att en förbestämd önskad temperatur detekteras och bibehålls vid värmesensorerna 55, 57, 59, 61.

Företrädesvis finns ett feedback-system som förhindrar stora svängningar i den temperatur som mäts av värmesensorerna; i mätning, lagring och bearbetning av värdet av en elektrisk egenskap mellan elek- trodpar för att fastställa förändringar i uppmätt elektrisk egenskap, varvid elektro- derna år positionerade på olika ledningar. Detta gör det möjligt att mäta föränd- ringar i elektrisk egenskap i den elektriska vägen mellan ledningarna; deaktivering av energikällorna när värdet av en elektrisk egenskap, efter att ha bör- jat förändras, upphör att förändras under en förbestämd tidsperiod, t ex närhelst egenskapen har förblivit huvudsakligen densarnmai l minut eller 2 minuter. Den elektriska egenskapen ska förändras kontinuerligt när området av uppvärmd väv- nad expanderar och mer och mer av vävnaden i den elektriska vägen i området dö- das. Nâr inga ytterligare förändringar i elektrisk egenskap kan detekteras, finns inget behov att förlänga uppvärmningen; uppvärmningen kan avslutas och valfritt en signal sändas för att uttrycka att behandlingen har avslutats. Denna signal kan uppmärksamma en operatör på att behandlingen av klar och att ledningarna kan avlägsnas från patienten.

I en andra utföringsform av en metod för bestämning av de termiska egenskaperna hos en vävnad med en anordning i enlighet med föreliggande uppfinning, kan vär- mekoefficienterna (Tkoef) för ledningsförmågan hos vävnaden mätas så snart led- 10 15 20 25 30 24 ningarna har positionerats korrekt i den sjuka vävnaden. Värmekoefficienterna för i ledningsförmågan definieras genom formeln TkOeFAZf/ At, varvid t är vävnads- temperaturen i grader Celsius och Zf är ledningsförmågan mätt vid frekvens f.

Först bestäms den reversibla värmekoefficienten (ffkoef) för ledningsförmågan hos vävnaden genom att värme appliceras under en kort tidsperiod som är tillräckligt kort för att vävnaden inte ska värmas upp till en temperatur där irreversibla effek- ter sker i vävnaden. Naturligtvis kan längden av den tidsperiod under vilken vär- men kan appliceras bero av bland annat energin som avges av värmemedlet, av- ståndet mellan ledningar och värmeegenskaperna hos vävnaden som värms. Före- trädesvis kontrolleras och övervakas denna uppvärmningsfas genom lämplig kon- troll, registreras och bearbetas mjukvara i kontrollmedlet, anordnat så att upp- g värmningen avslutas om värmesensorer som är närliggande till värmemedlet i väv- naden registrerar en temperatur över ett förbestämt maximalt värde, t ex 5°C över nonnal vävnadstemperatur. Detta förbestâmda maximala värde väljs för att vara tillräckligt lågt så att ingen risk ska föreligga att irreversibla effekter uppträder i vävnaden. I det följande antas det att irreversibla effekter sker över 43°C och att vävnadsceller dör vid 46°C under en särskild tidsperiod (vilken för tumörceller van- ligtvis är mindre än 30 minuter). Genom att använda värmesensorer som är posi- tlonerade närliggande till värmeelementet och följaktligen skulle genomgå högsta temperaturhöjningen, är det möjligt att säkerställa att ingen vävnad värms upp över det förbestämda maximala värdet. Genom att ha vårmesensorer kopplade till elek- trodytorna som används för mätning av vävnadens elektriska egenskap säkerställs att elektrodytans exakta temperatur är känd. Under denna uppvärmningsfas över- vakas temperatur och ledningsförmåga i det närområdet (d v s mellan elektrodytor och deras associerade termistorer som är placerade på samma ledning). Uppvärm- ningen kopplas bort och temperatur och ledningsförmåga får återgå till initialvärdet under övervakning. Företrädesvis upprepas detta för att säkerställa att inga irrever- sibla förändringar sker i vävnaden. Eftersom uppvärmningen är relativt kort ska ingen permanent vävnadseffekt frarnbringas. Den oskadade (eller reversibla) värme- koefñcienten för ledningsförrnågan hos vävnaden kan beräknas med mjukvara i kontrollenheten baserat på förändringar i ledningsförmåga och temperatur. Till ex- empel kan mjukvaran, genom att använda ovannämnda experimentella data för EMTó-tumören in vivo, bestämma att ledningsförmågan vid 44 kHz och 37°C är 3,5 10 15 20 25 30 35 25 mS med en värmekoefficient om 0,033 mS/°C, och ledningsförmågan vid 1 MHz vid 37°c är 5,152 ms med en väfmekoeffieient Om 0,081 ms/°c.

Ett andra steg utförs, vid vilket uppvärmningen år avsedd att frambringa irreversib- la effekter i närområdet, nämligen död åt den sjuka vävnaden, genom kontrollerad uppvärmning. Kontroll-, registrerings- och bearbetningsmjukvara får värme att ap- pliceras på våvnaden vid en förinställd temperatur, vid vilken celldöd sker, t ex 46°C.

Under denna uppvärmning övervakas ledningsförmåga och temperatur för vävnad i närområdet, t ex vid 10 sekunders intervall. Uppvärmniiigen fortsättes tills inga ytterligare förändringar i ledningsförrnåga sker i närområdesvägar som övervakas, t ex är den genomsnittliga gradienten av ledningsförrnåga mot tiden noll. När gradi- enten av ledningsfönnågan är huvudsakligen noll, d v s värdet av ledningsförmågan har nått ett huvudsakligen konstant värde, då är vävnadstöråndringen permanent och fortsatt uppvärmning kommer inte ha någon ytterligare effekt på våvnaden i vågen som mäts. Den irreversibla värmeeffekten på ledningsförrnåga hos vävnaden (”vävnadseffekten”) kan sedan bestämmas.

N är det är dags att behandla den sjuka våvnaden kan anordningen programmeras att mäta ledningsförmåga i vävnad i ett fjärran område, d v s ledningsförmågan mellan närliggande ledningar, både mellan elektroclytor på samma djup i vävnaden, d v s rakt igenom våvnaden, och mellan elektrodytor på olika djup ivåvnaden, d v s diagonalt. N är den proportionellt lika irreversibla vävnadseffekten har mätts i alla dessa vägar för ledningsförmåga i det fjärran området (d v s förändring i lednings- förmåga som är proportionell mot längden av varje elektrisk väg som mäts), då be- tyder detta att vävnaden i alla vägar för ledningsförrnåga mellan ledningarna har värrnts upp till den temperatur, vid vilken celldöden ska ha inträffat. Detta betyder att behandlingen är fullständig och kan avslutas. Företrädesvis signaleras detta till en operatör genom en visuell och/ eller hörbar signal såsom, men inte begränsat till, ett skärmmeddelande, en signallampa, en klocka, en ringning eller liknande.

Under det att uppfinningen har illustrerats genom anordningar och metoder, ivilka ledningsiörrnåga eller en överföringsfunktion mäts och de resulterande mätningar- na analyseras, är det också tänkbart att modifiera anordningar och förfaranden i lO 15 20 25, »30 35 26 enlighet med föreliggande uppfinning för användning av mätningar avseende impe- dans och/ eller kapacitans istället.

Under det att uppfinningen har illustrerats med exempel, i vilka ett värmeelement (t ex ett fönster transparent för laserljus) på. en ledning är avsett att positioneras på ett djup inuti en vävnad, t ex en tumör, som behandlas, är det också tänkbart att modifiera anordningar enligt föreliggande uppfinning så att vårmeelementet är posi- tionerat vid eller nära tumörens gräns - t ex nära men utanför tumören.

Under det att föreliggande uppfinning har illustrerats med exempel av metoder och anordningar, i vilka två eller flera ledningar implanteras i en patient, är det i en yt- terligare utföringsform enligt föreliggande uppfinning tänkbart att metoder och an- ordningar kan anpassas för användning med en enda ledning.

Under det att föreliggande uppfinningen illustrerats med exempel av metoder och anordningar, i vilka en ledning innefattar två eller flera elektrodytor och två eller flera värmesensorer, är det i en ytterligare utföringsform enligt föreliggande uppfin- ning tänkbart att använda en ledning som endast innefattar en elektrodyta och /eller endast en värmesensor.

Det är i en ytterligare utföringsform enligt föreliggande uppfinning tänkbart att till- handahålla en basenhet med ett flertal ledningar, varav endast en är försedd med en flyttbar elektrod. l detta fall positioneras denna ledning företrädesvis först och » används sedan som en referensledning mot vilken positionen för ytterligare implan- terade ledningar kan bestämmas.

Under det att uppfinningen har illustrerats med lasrar som energikälla, är det möj- ligt att använda andra lämpliga energikällor, såsom ultraljudstransduktor, resistiva värmare, mikrovågskällor, självreglerande Curie-metaller, självreglerande positiva temperaturkoeilicient-resistorer, värmeelement, varma vätskor etc.

Under det att uppfinningen har illustrerats genom exempel på utföringsformer, i vilka värmesensorer är positionerade på elektrodytor, är det också tänkbart att po- sitionera dem bredvid nämnda ytor eller på ett kort avstånd från dem. Det fördelak- tiga i att ledningsförmåga och/ eller överföringsfunktion som mäts kan korreleras 10 15 20 25 30 ä? å f' “ä i.. 1,3 'š 'ilj 27 noggrant till temperaturen hos vävnaden som omger elektroderna kommer emeller- tid att minska i takt med att avståndet mellan värmesensorer och elektroder ökar.

Dessutom är det tänkbart att använda ett flera longitudinellt separerade värmesen- sorer för att bestämma temperaturgradienten längs en ledning.

Anordningar enligt föreliggande uppfinning är lämpliga för användning i automati- serade system för positionering av implanterbara ledningar i en patient och /eller för automatiserad behandling av vävnad. I sådana system är en robotarm eller lilman- de avsedd att föra in ledningar och detta kräver information om den faktiska posi- tionen för ledningarna när de förs in. Den faktiska positionen av ledningarna rela- tivt varandra och / eller relativt en referenspunktpä placeringssystemet och /eller patienten under och efter införandet kan bestämmas med hjälp av föreliggande uppfinning.

Värmebehandling av vävnaden kan sedan ske. - I en tänkbar användning enligt föreliggande uppfinning för irnplantering av ledning- ar i en patient, övervakas positionen av åtminstone en ledning genom ultraljud eller något annat bildåtergivningssystem under implanteringen för att bekräfta att led- ningen faktiskt har positionerats så korrekt som möjligt. l alla utföringsformer enligt föreliggande uppfinning kan ledningar tillhandahållas med ett ihåligt rör eller annat distribuerande medel som leder till elektroder och/ eller värmesensorer för att möjliggöra tillsatsen av en ledande vätska till elek- troderna och/ eller vârrnesensorerna för säkerställande av god elektrisk koppling och/ eller värmekoppling med omgivande vävnad. Ett sådant distribuerande medel kan användas under vårmebehandlingen för tillsats av ledande vätska för att sä- kerställa att förändringar i vävnadsgeometri förorsakade av uppvärmning, t ex väv- i nadskrympning, inte påverkar mätningarna gjorda med hjälp av dessa elektroder och/ eller värmesensorer.

Ovan beskrivna konstruktioner och metoder âr endast för illustrativt syfte och är inte avsedda att begränsa omfånget av följande patentkrav.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 28 Patentkrav Anordning för bestämning av en termisk egenskap hos en vävnad, vilken an- ordning innefattar ett flertal implanterbara elektrodytor, åtminstone en värme- sensor för mätning av temperaturer vid eller nära åtminstone en av elek- trodytorna, åtminstone ett vävnadsvärmeelement för uppvärmning av vävnad, en strömgenerator för alstrande av ström mellan valbara par av de nämnda elektrodytorna, mätmedel för mätning av värdet av en elektrisk egenskap mel- lan valbara par av elektrodytor samt kontrollrnedel för att kontrollera nämnda strömgenerator och nämnda mätmedel, kännetecknad av att kontrollmedel i kan kontrollera vävnadsvärmeelementet så att vävnaden värms upp till en fór- sta maximal temperatur vid vilken inga irreversibla effekter sker och därefter återgår till en lägre temperatur varvid anordningen innefattar mjukvara för att behandla uppmätta värden av den elektriska egenskapen hos vävnaden och temperaturen i densamma, vilka värden uppmâtts under uppvärmningen till den första maximala temperaturen och under återgàngen till en lägre tempera- tur för att beräkna den reversibla temperaturkoefficienten inom detta område där inga icke reversibla förändringar sker i vävnaden. Anordning enligt patentkrav 1, där den första maximala temperaturen år an- ordnad att vara lägre än eller lika med 43 °C. Anordning enligt patentkrav l, där den första maximala temperaturen år an- ordnad att vara lägre än eller lika med 5°C över den normala vävnadstempera- turen. Anordning enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad av att den inne- fattar kontrollmedel för att kontrollera att vävnadsvärmeelementet värmer upp vävnaden till en förinställd temperatur vid vilken celldöd sker och mjukvara för att behandla lagrade uppmätta värden av temperaturen och lagrade upp- mätta värden av den elektriska egenskapen för att beräkna den irreversibla temperatureffekten av egenskapen hos vävnaden. Anordning enligt patentkrav 4, där den förinställda temperaturen är 46°C. 10 15 20 25 10. 11. ïï “É-”Éš 1 ffl 4.13 lr; u' fi.) šf-i a. 29 Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att den innefattar en display för att visa information som är relaterad till den uppmät- ta elektriska egenskapen och/ eller de beräknade koefficienterna och / eller de beräknade temperatureffekterna. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att kon- trollmedlet, det strömgenererande medlet (53) och måtmedlet (54) kan anord- nas för att måta ledningsförmågan mellan valbara par av elektrodytor. Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknad av att ledningsfönnågan och / eller impedansen mäts vid ett flertal olika strömfrekvenser. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att upp- daterad information avseende den uppmätta elektriska egenskapen visas för en operatör åtminstone en gång per sekund. Anordning enligt något av föregående patentlcrav, kännetecknar! av att den innefattar en åtminstone en ledning som har en distal elektrodyta (37, 41) åt- minstone en mellanliggande elektrodyta (41, 43), och ett vävnadsvårmeele- ment positionerat mellan de distala och mellanliggande elektrodytoma. Anordning enligt patentkrav 10, kännetecknad av att ledningen innefattar åtminstone två vârmesensorer.