包括經(jīng)由用于靶向能量傳遞的預(yù)先計算的前饋控制加圖像反饋控制的自動細(xì)胞控制和去除的基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)技術(shù)方案

一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)，包括：諸如ＭＲＩ設(shè)備的成像設(shè)備；以及至少兩個射束發(fā)生器，用于生成用于傳遞到人的身體中的靶的能量射束，其中這些能量射束在一點(diǎn)處相交。該系統(tǒng)還包括：用于預(yù)先計算當(dāng)能量射束行進(jìn)通過人的身體各處時的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所得路徑的前饋控制；以及用于獲得和使用由成像設(shè)備收集的信息的反饋控制。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】包括經(jīng)由用于靶向能量傳遞的預(yù)先計算的前饋控制加圖像 反饋控制的自動細(xì)胞控制和去除的基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2007年10月1日向美國專利和商標(biāo)局(“USPT0”)提交的臨時申 請60/976，699、于2007年10月25日向USPTO提交的臨時申請60/982，542和于2008年1 月18日向USPTO提交的臨時申請61/021,941的優(yōu)先權(quán)；并且通過引用并入2007年8月7 日提交的臨時申請60/954，364中的信息。關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明本申請是于2008年8月5日向國立衛(wèi)生研究院提交的、具有CFDA跟蹤號93. 394 的基金號為00499945的基金申請請求的主題。在本說明書中通過引用并入包括在該基金 請求中的信息。合作研究協(xié)議各方的名稱未與任何第三方簽訂合作研究協(xié)議。本專利技術(shù)的實施方案的背景使用MRI設(shè)備和射束發(fā)生器的癌治療系統(tǒng)在本領(lǐng)域是已知的。一些現(xiàn)有的治療系 統(tǒng)損傷了被治療的癌組織周圍的健康組織。在本申請中描述的系統(tǒng)改進(jìn)了現(xiàn)有的癌治療系 統(tǒng)，其中最小化了對被治療的癌組織周圍的區(qū)域中的健康組織的損傷，并在更大程度上確 保了殺死靶組織。本專利技術(shù)的實施方案的簡要概括本專利技術(shù)的實施方案針對一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括成像設(shè) 備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；以及至少兩個射束發(fā)生器，用于生 成用于傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束，其中所述能量射束在一點(diǎn)處相交。所述系 統(tǒng)還包括用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身體各 處時的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所得路徑；以及通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的裝置， 其中用于前饋控制的裝置和用于進(jìn)行反饋控制的裝置以集成的方式發(fā)揮功能。本專利技術(shù)的另一實施方案針對一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括成 像設(shè)備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；以及至少兩個射束發(fā)生器，用 于生成用于沿某路徑傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束，其中所述能量射束在一點(diǎn)處 相交，并且其中所述能量射束包括用于沿所述某路徑傳遞到所述靶的不同類型的能量。所 述系統(tǒng)還包括用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身 體各處時的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所述某路徑；以及通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的直O(jiān)本專利技術(shù)的另一實施方案針對一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括 成像設(shè)備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；以及至少兩個射束發(fā)生器， 用于生成用于傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束，其中所述能量射束在一點(diǎn)處相交。 所述系統(tǒng)還包括用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身體各處時的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所得路徑；通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的裝 置；以及附著到所述靶或在所述靶內(nèi)的多個納米微粒。本專利技術(shù)的另一實施方案針對一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括 成像設(shè)備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；以及至少一個射束發(fā)生器， 用于生成用于傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束。至少一個射束發(fā)生器包括用于處理 來自所述射束發(fā)生器的射束的射束處理器，并且所述能量射束在某點(diǎn)處相交。所述系統(tǒng)還 包括用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身體各處時 的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所得路徑；通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的裝置；以及附著 到所述靶或在所述靶內(nèi)的多個納米微粒。對附圖的若干視圖的說明圖IA是從MRI設(shè)備的前端看去的視圖。圖IB是從MRI設(shè)備的側(cè)面看去的視圖。圖2是示出本專利技術(shù)實施方案中的特征的系統(tǒng)框圖。圖3A是示出射束發(fā)生器和當(dāng)射束與皮膚表面接觸時射束的偏轉(zhuǎn)的視圖。圖3B是示出射束的入射角、偏轉(zhuǎn)角和散射角的放大視圖。圖4是示出射束發(fā)生器和當(dāng)射束到達(dá)靶細(xì)胞之前與人的皮膚、骨骼和肌腱接觸時 射束的偏轉(zhuǎn)的視圖。圖5是示出當(dāng)在本專利技術(shù)實施方案中使用一到四條能量射束時的標(biāo)度和包括瓦特、 梯度、吸收和細(xì)胞死亡的各種參數(shù)的視圖。圖6是示出三維空間中的四條電磁射束的視圖。圖7A-7D示出三個圓柱體(圖7A和7B)的交點(diǎn)和六個圓柱體(圖7C和7D)的交點(diǎn)ο圖8A和8B是示出電磁波的視圖，其中兩個波同相(圖8A)，且兩個波異相(圖 8B)。圖9A-9D是示出兩條射束的交點(diǎn)(圖9A-9C)和三條射束(圖9D)的交點(diǎn)的視圖。附圖說明圖10是電磁波的視圖。圖11示出當(dāng)本專利技術(shù)的實施方案使用三條射束并且納米微粒附著到細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞 器時(曲線A)、當(dāng)本專利技術(shù)的實施方案使用單條射束并且納米微粒附著到細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器時 (曲線B)和當(dāng)使用傳統(tǒng)輻射時(曲線C)的三條效能曲線。圖12示出具有位于第一層的MRI或CT圖像掃描器和布置在更低層的三個射束發(fā) 生器的本專利技術(shù)的雙層實施方案。圖13示出結(jié)合射束發(fā)生器單元使用的X射線束。圖14到圖19示出本專利技術(shù)實施方案的控制序列的六個幀的序列，其考慮射束發(fā)生 器相對于靶的初始瞄準(zhǔn)方面的誤差，使用反饋誤差值連同前饋控制來調(diào)整射束，直到射束 會聚在靶區(qū)域上為止，且在釋放射束脈沖之后摧毀靶細(xì)胞。圖20示出分束器和瞄準(zhǔn)器(射束處理器)的實施方案，其中鏡屏蔽和隧道、第一 鏡和波導(dǎo)簇是分束器的組件，并且最后的鏡是瞄準(zhǔn)器。本專利技術(shù)具體實施方案的詳細(xì)說明如本申請所述的本專利技術(shù)的實施方案提供一種用于靶向諸如癌細(xì)胞或包括癌和非6÷癌細(xì)胞的細(xì)胞群的特定細(xì)胞以便傳遞諸如輻射的能量的系統(tǒng)。這些實施方案還描述了集成 的方法和傳遞系統(tǒng)，其能夠在對周圍組織的損傷最小或沒有損傷的情況下將能量傳遞到特 定細(xì)胞或細(xì)胞群。本專利申請中描述的技術(shù)本身是一種創(chuàng)新，但是它也涉及集成許多其它技術(shù)，諸 如成像、輻射、微波、超聲、激光、機(jī)械手等。本專利技術(shù)的實施方案包括針對靶確定、控制、能量 傳遞策略、能量傳遞機(jī)制和系統(tǒng)集成的主題。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是影響深遠(yuǎn)的，并且甚至超出了醫(yī)療保健領(lǐng)域。然而，醫(yī)療保健應(yīng)用 是本專利技術(shù)最初的重點(diǎn)。例如，本說明書中描述的本專利技術(shù)可以用于除去身體中任何位置的癌 細(xì)胞而不需要進(jìn)行手術(shù)。癌細(xì)胞的消除適用于腫瘤，并且還可以適用于已經(jīng)擴(kuò)散到全身的 轉(zhuǎn)移的癌。隨著技術(shù)的發(fā)展，其也許能夠消除身體的病毒和細(xì)菌感染。可以治愈諸如B型 肝炎和AIDS的疾病。其它潛在的應(yīng)用包括選擇性消除前列腺或身體的其它部分中的細(xì)胞。 為了健康或美容的原因而減小器官的尺寸或改進(jìn)其功能或破壞脂肪細(xì)胞也是潛在的應(yīng)用。 為了諸如改進(jìn)血液流動或使得關(guān)節(jié)更自由的運(yùn)動的好處，也可以摧毀或疏松非細(xì)胞物質(zhì)。材料科學(xué)一分析、測試和修復(fù)。材料科學(xué)領(lǐng)域使用X射線來分析、測試和修復(fù)材 料。本專利技術(shù)具備高能量交點(diǎn)和精確的瞄準(zhǔn)，因此對于該行業(yè)可能具有重大價值。本專利技術(shù)將 提供在微觀水平下查明問題并且采取行動來改正問題的能力。實驗室用途一化學(xué)分析和晶體分析。工作于化合物和晶體分析的科學(xué)家將發(fā)現(xiàn)本 專利技術(shù)的技術(shù)可用于加速研究項目并且收集在其他情況下不可能收集的數(shù)據(jù)。與用于這種類 型工作的其它選項相比，本專利技術(shù)的交點(diǎn)的尺寸和對該交點(diǎn)的精確控制將再次成為預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)ο除去有害或不希望的細(xì)胞將改善周圍細(xì)胞的功能。從而，在本說明書中描述的方 法和系統(tǒng)可以用于控制或改善細(xì)胞的功能。在一些應(yīng)用中，低密度的能量可以被傳送到靶 點(diǎn)，以便刺本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)，包括：成像設(shè)備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；至少兩個射束發(fā)生器，用于生成用于傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束，其中所述能量射束在一點(diǎn)處相交；用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身體各處時的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所得的路徑；以及用于通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的裝置，其中所述用于前饋控制的裝置和所述進(jìn)行反饋控制的裝置以集成的方式發(fā)揮功能。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】US 2007-10-1 60/976,699;US 2007-10-25 60/982,542;U一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)，包括成像設(shè)備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；至少兩個射束發(fā)生器，用于生成用于傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束，其中所述能量射束在一點(diǎn)處相交；用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身體各處時的預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所得的路徑；以及用于通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的裝置，其中所述用于前饋控制的裝置和所述進(jìn)行反饋控制的裝置以集成的方式發(fā)揮功能。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備包括磁共振成像設(shè)備或計算機(jī)斷層掃 描設(shè)備。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備包括用于在所述磁共振成像設(shè)備或計 算機(jī)斷層掃描設(shè)備中移動所述人的托臺。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個射束發(fā)生器生成相同類型的能量。5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個射束發(fā)生器生成不同類型的能量。6.如權(quán)利要求5所述的放療系統(tǒng)，其中所述能量射束包括輻射、超聲和微波能量。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述靶包括特定細(xì)胞，諸如癌細(xì)胞或包括非癌細(xì)胞 的細(xì)胞群。8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述靶包括所述細(xì)胞中的溶酶體、線粒體和其他細(xì) 胞器。9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述點(diǎn)是所述靶。10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述用于前饋控制的裝置包括靶確定計算機(jī)中的 軟件程序，用于預(yù)先計算所述靶的位置、由所述人的身體的表面、骨骼和肌腱導(dǎo)致的預(yù)期偏 轉(zhuǎn)、用于所述靶獲取的標(biāo)志物、所述靶的尺寸、所述靶處的最佳射束尺寸、從所述靶起向后 的射束路徑、衍射角、偏轉(zhuǎn)角、射束漫射、所述靶處所需的射束強(qiáng)度、沿路徑的吸收或衰減 率、沿路徑的功率損失、要求的初始射束強(qiáng)度、發(fā)生器處要求的射束尺寸、需要的射束數(shù)目、 托臺機(jī)械手位置、每個射束發(fā)生器的臂的機(jī)械手定位、某些自由度上的預(yù)期移動、人的移動 范圍、人的移動周期、相移和發(fā)射順序。11.一種基于光子的非侵入式手術(shù)系統(tǒng)，包括成像設(shè)備，用于取得人的身體的圖像以提供內(nèi)部生理學(xué)的細(xì)節(jié)；至少兩個射束發(fā)生器，用于生成用于沿某路徑傳遞到所述人的身體中的靶的能量射束，其中所述能量射束在某點(diǎn)處相交，并且其中所述能量射束包括用于沿所述某路徑傳遞到所述靶的不同類型的能量； 用于前饋控制的裝置，用于預(yù)先計算當(dāng)所述能量射束行進(jìn)通過所述人的身體各處時的 預(yù)期偏轉(zhuǎn)和所述某路徑；以及用于通過由所述成像設(shè)備收集的信息進(jìn)行反饋控制的裝置。12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備包括磁共振成像設(shè)備或計算機(jī)斷層 掃描設(shè)備。13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備包括用于在所述磁共振成像設(shè)備或計算機(jī)斷層掃描設(shè)備中移動所述人的托臺。14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個射束發(fā)生器生成相同類型的能量。15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述至少兩個射束發(fā)生器生成不同類型的能量。16.如權(quán)利要求15所述的放療系統(tǒng)，其中所述能量射束包括輻射、超聲和微波能量。17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述靶包括特定細(xì)胞，諸如癌細(xì)胞或包括非癌細(xì) 胞的細(xì)胞群。18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述靶包括所述細(xì)胞中的溶酶體、線粒體和其他 細(xì)胞器。19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述點(diǎn)是所述靶。20.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述用于前饋控制的裝置包括靶確定計算機(jī)中 的軟件程序，用于預(yù)先計算所述靶...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肯尼斯奧斯廷，艾米斯努克，
申請(專利權(quán))人：茵斯派德外科技術(shù)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]