DE60019195T2

DE60019195T2 - Behandlung durch Ablation von Knochenmetastasen

Info

Publication number: DE60019195T2
Application number: DE60019195T
Authority: DE
Inventors: Eric R. Cosman; William J. Rittman Iii.
Original assignee: Sherwood Service AG
Current assignee: Covidien AG
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: US6478793B1; ES2239964T3; EP1059067B8; EP1059067A1; CA2310822C; US20030040743A1; US6881214B2; US7480533B2; DE60019195D1; CA2310822A1; EP1059067B1; US20050192564A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Fortschritte in medizinischen Systemen zum Verlängern oder Verbessern menschlichen Lebens. Genauer gesagt, bezieht sich diese Erfindung auf ein verbessertes System zum Zerstören von kanzerösen Knochenmetastasentumoren und dem Lindern von Schmerzsymptomen, die durch solche Tumore und/oder Metastasenerkrankung verursacht sind.
US-A-5 735 847 offenbart eine Vorrichtung, die in Kombination die Merkmale des Präambelteils von Anspruch 1 ausführen.
Hintergrund der Erfindung
Ein sehr großer Prozentsatz aller Krebserkrankungen, die sich ausbreiten oder metastasieren, führen zum Wachstum von Metastasetumoren, die Metastasen genannt werden, in den Knochenstrukturen eines Patientenkörpers. Bei fortgeschrittener metastasischer Knochenerkrankung erleidet der Patient unermessliche Schmerzen aufgrund des Drucks des Tumors auf umgebende Nerven, Gewebe und die Innervation des Knochens und des Endosteums oder Periosteums selbst. Die Qualität des Patientenlebens kann an diesem Punkt rasch abnehmen und die Schmerzniveaus werden intolerabel.
Die üblichen Verfahren zur Behandlung von metastatischen Krebstumoren beinhalten eine Bestrahlungstherapie. Die Anwendung von Röntgenstrahlungstherapie kann das Fortschreiten des Knochenmetastasenkrebswachstums verlangsamen, kann es jedoch normalerweise nicht aufhalten.
Darüber sind einige Knochenmetastasen einer Radiotherapie gegenüber relativ unreagibel. Ein anderes Problem bei der Bestrahlungstherapie ist, dass sie das Absterben von Knochenmark verursacht, welches rote Blutzellen erzeugt, die lebenswichtig sind. Daher kann nur eine begrenzte Menge an Röntgendosis gegeben werden, bevor eine kritische Zerstörung von Knochenmark stattfindet. Eine andere Beschränkung der Bestrahlungstherapie ist, dass, wenn sie einmal bis zu einem gewissen Dosispegel verabreicht worden ist, eine weitere Anwendung der Bestrahlungstherapie typischerweise verboten ist. Dies dient dazu, ein Überdosieren des umgebenden normalen Gewebes und der Organe im Patienten zu verhindern. In Zusammenfassung hat die Bestrahlungstherapie eine begrenzte Wiederholbarkeit.
Die Bestrahlungstherapie ist auch eine relativ komplexe und teure Prozedur. Die Lokalisation des Krebstumors in Bezug auf den therapeutischen Röntgenstrahl kann als Ergebnis ungenauer Patientenpositionierung auf einer Röntgenzufuhrvorrichtung, wie etwa einem Linearbeschleuniger (LINAC) schwierig sein. Um effektiv zu sein, müssen fraktionierte oder wiederholte Dosen der Bestrahlung über einen Zeitraum von Wochen oder Monaten gegeben werden. Dies ist im Hinblick auf die Ausrüstungszeit und die Personalkosten teuer und kann für den Patienten, der krank ist, unbequem sein.
Die Lokalisierung des Metastasetumorvolumens im Röntgenstrahl ist ein schwieriges technisches Problem, das für die Bestrahlungstherapie eine Herausforderung bleibt. Als Konsequenz der Unbestimmbarkeit der Tumorlokalisation im Röntgenstrahl, müssen größere dosimetrische Margen gegeben werden. Dies setzt normales, sensitives Gewebe oder Organe, die nahe dem Knochen und dem Knochentumor sind, weiteren Risiken aus. Eine übermäßige Zufuhr von Bestrahlung an Normalgewebe kann sehr schädlich, mit schwerwiegenden Nebeneffekten und Beeinträchtigung des Patientenzustands und der Lebensqualität, sein.
Die Chemotherapie ist ein anderes Verfahren zur Behandlung von Knochenmetastasen. Dies ist eine systemische Behandlung, die ernsthafte Erkrankung im und Unbequemlichkeit für den Patienten verursachen kann. Aufgrund der Toxizität der Chemotherapie wird der Rest der Körpersysteme gefährdet. Darüber hinaus ist die Effektivität der Chemotherapie beim Anzielen des Knochentumors selbst beschränkt.
Die Behandlung eines primär gutartigen Knochentumors unter Verwendung einer perkutan platzierten Funkfrequenzelektrode ist von Rosenthal et al. in ihrer Veröffentlichung mit dem Titel "Percutaneous Radiofrequency Treatment of Osteoid Osteomas", Seminars in Masculoskeletal Radiology, Band 2, 2. November 1997, berichtet worden. Eine Funkfrequenzelektrode wurde in den kleinen primären Knochentumor eingeführt und mit einer Radiofrequenzstromquelle verbunden, um den Knochentumor so zu erhitzen, dass er zerstört wurde. Ein Tumor, den sie zerstörten, war von der "Osteo-Osteom" genannten Art, welcher eine relativ seltene Erkrankung ist. Sie waren beim Erhitzen des Osteo-Osteom-Tumors und bei seiner vollständigen Zerstörung in einigen Fällen erfolgreich. Osteo-Osteome sind typischerweise kleine Tumore mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm. Rosenthal erwog nicht das Behandeln größerer Knochenkrebse oder des schmerzhaften Zustands, den sie erzeugen.
Es sollte wahrgenommen werden, dass die Theorie hinter und Praxis der Funkfrequenz-(RF-)Hitzeläsionssetzung seit Dekaden bekannt war und ein breiter Bereich von RF-Generatoren und Elektroden zum Durchführen einer solchen Praxis existieren. Beispielsweise ist eine Ausrüstung zum Durchführen von Hitzeläsionen von Radionics, Inc. mit Sitz in Burlington, Massachusetts erhältlich. Funkfrequenz-(RF)Ablation ist wohlbekannt und in der medizinischen und klinischen Literatur beschrieben. Soweit wird eine Forschungsveröffentlichung von E.R. Cosman et al. mit dem Titel "Theoretical Aspects of Radiofrequency Lesions in the Dorsal Root Entry Zone", Neurosurgery, Band 15, No. 6, Seiten 945–950 (1984), welche verschiedene mit Funkfrequenzläsionen assoziierte Techniken beschreibt, hier unter Bezugnahme inkorporiert. Auch beschreibt als Bezugnahme eine Forschungsveröffentlichung von S.N. Goldberg et al. mit dem Titel "Tissue Ablation with Radiofrequency: Effective Probe Size, Gauge, Duration, and Temperature on Lesion Volume", Acad. Radiol., Band 2, Seiten 399–404 (1995) Techniken und Überlegungen in Bezug auf Gewebeablation mit Funkfrequenzenergie.
Zusätzlich beschreibt eine Veröffentlichung von S.N. Goldberg et al. mit dem Titel "Hepatic Metastases: Percutaneous Radiofrequency Ablation with Cool-Tip Electrodes", Radiology, Band 205, Nr. 2, S. 367–373 (1997) verschiedene Techniken und Überlegungen in Bezug auf Gewebeablation mit Funkfrequenzelektroden, die gekühlte Elektrodenspitzen aufweisen. Das Kühlen der Elektrode kann zu einem größeren Volumen von RF-Erhitzung aufgrund der Ausdehnung des Heizvolumens auf größere Radii weg von der Elektrode führen. Gekühlte Ablationselektroden halten Gewebe in der Nähe der Elektrode auf Temperaturen, die unter den Gewebeablationstemperaturen liegen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Abhängige Ansprüche sind auf optionale und bevorzugte Merkmale der Erfindung gerichtet.
Es ist eine Technik, die minimal-invasiv, sicher und effektiv zum Ablatieren großer metastasischer Knochentumore für den Zweck des Zerstörens des Tumors und für den Zweck der Linderung von Schmerz ist, der mit solchen Metastasen assoziiert ist, wünschenswert. Entsprechend ist eine effektive Technik zum Durchführen von RF-Elektrodenablation von metastatischen Tumoren für den Zweck des Verminderns des Volumens des metastatischen Tumors, zum Abtöten des gesamten Tumorvolumens oder zumindest eines Teils des Tumorvolumens und für das Lindern von Schmerz für den Patienten wünschenswert.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein System zur Hitzeablation von Knochenmetastasen durch die Verwendung einer Sonde gerichtet, die entweder perkutan oder unter direktem chirurgischen Ansatz in die Knochenmetastase oder in peri-osseoses Gewebe (Gewebe auf, nahe bei, umgebend oder in dem Knochen) gerichtet. Die Führung der Sonde in die Knochenmetastasen kann durch verschiedene bildgebende Verfahren, wie etwa Ultraschall, CT, MRI, Stereotaxie oder andere bildgebende oder bildgeführte Systemmethodologien unterstützt werden. Die Vorteile des vorliegenden Systems liegen in ihrer kombinierten Einfachheit, Ökonomie, Steuerung, Konsistenz, Ermöglichung einer guten Ablationsposition und Form, totaler Zerstörung von metastatischem Tumor und klinischer Effektivität zur Verminderung des Tumorvolumens. Ein anderer Vorteil des vorliegenden Systems ist, dass es in einigen Fällen sofortige Schmerzlinderung für den Patienten bereitstellen kann, der am Fortschreiten von metastatischen Knochentumoren leidet.
Eine Technik zur Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung involviert das Einführen einer starren, gewebedurchstoßenden Funkfrequenzelektrode (RF-Elektrode) durch die Patientenhaut in den Bereich des Tumors, gemäß Visualisierung durch einen tomografischen CT-Scan. Die RF-Elektrode kann von einer gekühlten Bauart sein, wie von Goldberg et al. in der obigen Referenz beschrieben. Die Anwendung von hinreichender Leistung von einem mit der Elektrode verbundenen RF-Generator führt dem metastatischen Tumor Hitze zu, wodurch ein Teil oder das gesamte Tumorvolumen durch Reduktion des Tumors bis auf eine nekrotische Fluidmasse, die vom Patientenkörper absorbiert werden kann, zerstört wird. Die Verwendung von multiplen und/oder gekrümmten, im Tumorvolumen platzierten Elektroden kann die Ausformung des RF-Ablationshitzebereichs ergänzen. Diese Anwendung einer RF-Heizelektrode oder einer anderen Art thermischer Sonde oder eines gepulsten RF-Elementes im Tumor, dem umgebenden Knochen oder von peri-osseotischem Gewebe kann gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls Schmerz lindern.
Im Gegensatz zur Bestrahlungstherapie und Chemotherapie ist die RF-Elektrodenablationstechnik minimal invasiv, einfach und wird vom Patienten gut toleriert. Beispielsweise kann diese Technik durchgeführt werden, wenn der Patient leicht sediert ist. Die Prozedur erfordert weniger als 1 Stunde und ist minimalinvasiv, wodurch das Risiko von Blutungen, Infektionen, chirurgischen Komplikationen, Bestrahlungsrisiken und Morbidität und Mortalität im Vergleich zu Bestrahlung und Chemotherapieverfahren vermindert ist.
Das vorliegende System hat den weiteren Vorteil, dass es in vielen Fällen den mit der Anwesenheit des Metastasetumors assoziierten unerträglichen Schmerz lindert. Diese Schmerzlinderung kann in einigen Fällen praktisch sofort mit Anwendung der Funkfrequenz-Ablationshitze auftreten. Das Hinzukommen der Schmerzlinderung kann sofort und dramatisch die Lebensqualität des an Metastaseknochenkrebs leidenden Patienten verbessern.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch Verwendung einer gekühlten gewebedurchstechenden Elektrode sehr große Ablationsvolumina erzielt werden können, um die sehr großen Volumina zu behandeln, die bei Metastasetumoren im Knochen üblich sind. Man sollte anmerken, dass Rosenthal et al. in dem im Abschnitt zum Stand der Technik referierten Artikel die Verwendung gekühlter Elektroden zum Erzielen sehr großer Ablationsvolumina nicht erwogen haben, noch erwogen haben, thermische Ablationssysteme und Verfahren für die Behandlung von Metastaseknochentumoren und assoziierten Schmerzen zu verwenden, was ein übliches, invasives und aggressives Problem bei Patienten mit malignem Krebs im Endstadium ist.
Auch kann die Verwendung der vorliegenden Erfindung eine Verletzung umgebenden Gewebes vermeiden, im Gegensatz zu einem solchen Verletzungsrisiko, das bei der Strahlentherapie auftritt. Die Funkfrequenzablation zerstört nicht das rote Knochenmark im umgebenden Knochen, die außerhalb des Zielgebiets (dem Ablationshitzevolumen) liegen. Im Gegensatz dazu ist dies ein signifikantes Problem bei schlecht ausgerichteter Röntgenbestrahlungsdosimetrie. Das RF-Ablationsverfahren ermöglicht es, den gesamten oder einen Teil des Tumors innerhalb des Ablationsvolumens total abzutöten. Dieses Volumen kann vom Chirurgen durch das Ausmaß an aufgebrachter Leistung und die Temperatur im Ablationsvolumen abgestuft werden.
Ein weiterer Vorteil der RF-Ablationstechnik ist, dass sie wiederholbar ist. Beispielsweise kann in einer zweiten Sitzung eine weitere Ablation von Knochentumoren mit relativ geringem Risiko für den Patienten durchgeführt werden.
Ein signifikanter Vorteil des RF-Ablationsverfahrens für Knochenmetastasen ist, dass es klinisch effektiv und ökonomisch ist. Die Prozedur ist relativ einfach, im Gegensatz zu Ansätzen der Chemotherapie und Bestrahlungstherapie. Es ist gefunden worden, dass es beim Vermindern von Metastasetumorvolumina klinisch sehr effektiv ist und dramastische Schmerzlinderung für an dieser Erkrankung leidenden Patienten bereitstellt. Die Funkfrequenzelektroden können einfache Strukturen sein, die auf ökonomischen Niveaus hergestellt und verkauft werden können, im Vergleich zu bei Chemotherapie und Bestrahlungstherapie verwendeten Strukturen. Weiterhin können die gesamten oder Teile der Metastaseknochentumore gleichförmig durch Funkfrequenzerhitzung abgetötet werden. Dies ist bei der Bestrahlungstherapie nicht der Fall, bei der einige Tumoren nicht für Röntgenstrahlen sensitiv sind und bei der Dosisbeschränkungen (beispielsweise aufgrund der kritischen Stelle des Tumors) eine Eskalierung der Röntgenstrahlendosis verhindern.
Darüber hinaus kann Funkfrequenzablation während derselben Intervention wie eine Biopsie eines Metastasetumors durchgeführt werden, was die Prozedur noch einfacher macht, weil sie in einer einzelnen Sitzung durchgeführt werden kann. Dies hat den Vorteil großer Bequemlichkeit für den Patienten, den Chirurgen und das Krankenhaus und vermindert Verwaltungskosten, OP-Ausgaben und Logistik, die für Radiotherapie und Chemotherapie auftreten würden, maßgeblich. Der Patient kann die Funkfrequenzablation in einer einzelnen Sitzung durchlaufen, die typischerweise 1 Stunde dauert. Dies ist ein Vorteil bei der Zeiteffektivität im Vergleich zur Bestrahlungstherapie oder Chemotherapie, welche Wochen und manchmal Monate eines komplexen Vorgehens von Anwendungen erfordert, die für einen Patienten, der eine signifikante Distanz zum Krankenhauszentrum reisen muss, teuer und unbequem sind.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie minimal invasive Prozeduren gestattet, die vom Patienten leicht toleriert werden. Häufig können Patienten mit fortgeschrittenen Krebs- und Knochenmetastasen bei schlechter Gesundheit Operationen oder ausgedehnte Therapien nicht tolerieren. Hitzeablationen bieten ihnen einen bequemen, einfachen und minimalinvasiven Weg, einen Krankheitszustand zu handhaben, für den weniger oder keine anderen klinischen Optionen übrig sind. Die vorliegende Erfindung kann die Abhängigkeit des Patienten von Chemotherapie oder schmerzlindernden Medikamententherapien vermindern, die beide die Lebensqualität des Patienten ernsthaft vermindern können.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden bildgeführte Daten, wie etwa CT-, MR- oder Röntgenstrahlen-Informationen verwendet, um die Platzierung von RF-Elektroden zu planen. Diese Daten können in einem Computer mit einer graphischen Anzeige verwendet werden, um die Platzierung von Elektroden im Knochen, Knochentumor oder Periosteum für eine korrekte Ablationsabdeckung oder der Hitzeverteilung zu visualisieren und zu planen. Eine Bildführung während der Elektrodenplatzierung und die Verwendung eines stereotaktisch geführten Elektrodenträgers und/oder Digitalisierer/bildgeführten Navigators helfen beim Platzieren und Kontrollieren der Elektroden in oder nahe dem Tumor.
Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein schematisches Diagramm in partieller Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer in einem Knochentumor platzierten Elektrode zusammen mit einem Hochfrequenzgenerator, einem Kühlsystem und einer Überwachung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Ausführungsform einer RF-Elektrode, die zur Behandlung von Knochenmetastasen gemäß der vorliegenden Erfindung adaptiert worden ist.
3 zeigt verschiedene Ausführungsformen eines Satzes von Kanülen, Stilett, Biopsievorrichtung und RF-Elektroden zur Behandlung von Knochenmetastasen gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Navigationsführungssystems, das mit einer Knochenmetastasen-Ablationssonde und Bildgebung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
5 zeigt verschiedene Sondengeometrien mit Navigation und Bildführung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses, der beim Betreiben eines Systems verwendet werden kann, um Knochenmetastasen gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandeln.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 illustriert eine Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Elektrode 1 umfasst, die durch die Haut S des Gewebes TS eingeführt wird, um einen Knochen B zu penetrieren, in dem ein Tumor vorliegt (durch den Umfang TM repräsentiert). Diese Schnittansicht der Anatomie könnte irgendwo im Körper vorhanden sein, einschließlich der Glieder, der Hüfte, der Wirbelsäule, des Schädels, der Füße oder anderer Stellen. Der Schaft der Elektrode 1 weist einen isolierten Bereich 2 auf, wie durch die schraffierte Fläche repräsentiert. Der Schaft weist eine exponierte leitfähige Spitze 4 auf, die in dieser Ausführungsform eine zulaufende Spitze 7 aufweist. Der Schaft kann beispielsweise aus einer starren Metallröhre hergestellt sein, die durch eine Kunststoff- oder andere Isolierschicht 2 isoliert ist, mit einer zulaufenden Struktur 7 an seiner distalen Spitze, die dafür adaptiert ist, Haut, Gewebe und Knochen zu penetrieren, um den Tumor TM zu erreichen. Die Länge der exponierten Spitze 4 kann feststehen oder alternativ kann die Elektrode dafür adaptiert sein, dass die Länge der exponierten Spitze 4 einstellbar sein kann, um sich der Dimension des Tumors in Bezug auf die Zugangsrichtung der Elektrode 1 in den Körper anzupassen. Die zulaufende Spitze 7 kann von konischer, trokarer, abgeschrägter oder anderer Art von scharfer Gewebe-durchstoßender, Knochen-durchstoßender Form sein. Die Elektrode weist eine Nabe 11 auf, die eine elektrische Verbindung 14 aufnimmt, die durch Kabel 20 mit einer Hochfrequenzgeneratorvorrichtung 17 verbunden ist, die außerhalb des Patientenkörpers liegt. Die Vorrichtung legt eine Hochfrequenzausgabe, wie etwa Funkfrequenz-(RF, Radiofrequenz)-Ausgabe an die Elektrodenspitze 4 an. Die RF-Ausgangsleistung wiederum erhitzt Tumorgewebe TM, um einen Teil oder den gesamten Tumor durch thermische Ablation abzutöten. Eine Referenzelektrode 30 kann eine Elektrode vom Oberflächentyp sein, die leitfähig mit der Haut S verbunden ist. Sie ist durch ein Kabel 24 mit dem Hochfrequenzgenerator 17 verbunden, wodurch der elektrische RF-Kreis durch den Patientenkörper vervollständigt wird. Bei anderen Ausführungsformen könnten die Elektrodenkonfigurationen mit einer bipolaren Spitze ausgerüstet sein, wodurch die Notwendigkeit für eine Referenzelektrode wegfällt. Als Referenz beschreibt die im Stand-der-Technik-Abschnitt zitierte Veröffentlichung von Cosman Konfigurationen von Elektroden einschließlich bipolarer und monopolarer Konfigurationen wie auch typischer Funkfrequenzgeneratorverbindungen.
In 1 ist auch ein Kühlsystem 42 gezeigt, welches mit der Elektrode durch Kühlkabel 36 und 38 verbunden ist. Ein Kühlfluid vom Kühlsystem wird durch den Schaft der Elektrode 1 geleitet, um die Elektrodenspitze 4 während einer Phase eines thermischen Ablationsprozesses zu kühlen. Das Kühlsystem 42 ermöglicht es, größere Funkfrequenzablationsvolumina zu erzielen als im Vergleich mit nicht-gekühlten Elektroden. Im Falle sehr großer Tumorbereiche TM kann ein Kühlsystem 42 klinische Anforderungen erfüllen, die den gesamten Tumor oder Bereiche des Tumors geeignet zerstören. Als Referenz beschreibt die im Stand-der-Technik-Abschnitt zitierte Veröffentlichung von Goldberg et al. die Verwendung von gekühlten Funkfrequenzelektroden.
Während des RF-Hitzeablationsprozesses kann das Kühlsystem 42 an- oder abgeschaltet sein, um ausgedehnte oder weniger ausgedehnte Heizvolumina zu erzielen. Wenn beispielsweise die Elektrodenspitze 4 während der Funkfrequenzausgabeanwendung gekühlt wird, kann ein größeres Läsionsvolumen im Knochen erzielt werden. Falls alternativ die Spitze 4 während der RF-Anwendung nicht gekühlt wird, wird eine weniger ausgedehnte Hitzeablation nahe an der Spitze 4 erzielt.
In 1 ist auch ein Steuerungssystem 48 gezeigt, das den Betrieb des Hochfrequenzgenerators 17 und des Kühlsystems 42 steuert. Zusätzlich kann ein Monitor (z.B. eine Anzeigevorrichtung) 52 die Funktionen der verschiedenen Elemente 17, 18 und 42 wie auch die Anzeigeparameter für jedes dieser Systeme anzeigen.
Auch ist in 1 ein Bildmonitor 66 gezeigt, der mit einer bildgebenden Vorrichtung 60 gekoppelt ist. Die bildgebende Vorrichtung 60 kann beispielsweise ein Ultraschallscanner sein, der die Position der Elektrode 1 relativ zum Gewebe TS und Knochen B überwacht.
Auch ist eine bildgebende Maschine (Imager 78) gezeigt, die ein CT, MR, PET, Ultraschall, Röntgenstrahlen oder andere bildgebende Vorrichtungen umfassen kann, die verwendet werden können, um die Position der Elektrode 1 im Körper zu bestimmen und/oder den RF-Läsionsablationsprozess zu überwachen. Bei einigen Ausführungsformen wird der Bildgeber 78 in Verbindung mit einem getrennten Detektor 70 verwendet, der beispielsweise die Anregung im Patientenkörper detektiert, welche durch den Bildgeber 78 oder Strahlen vom Bildgeber 78 induziert wird, die durch den Patientenkörper hindurchgehen.
Bei einer Ausführungsform, bei der der Bildgeber 78 ein MRI-Scanner ist, können die isothermen Bereiche, die sich aus dem RF-Heizprozess ergeben, vom MRI-Scanner 78 in Echtzeit oder kurz nach dem Aufheizen bestimmt und visualisiert werden. Dies kann die Visualisierung eines Ablationsprozesses ermöglichen, während sich die Hitze im Patientenkörper ausbreitet, wodurch überwacht wird, ob die Ablation den gewünschten Bereich des Tumors oder des peri-osteotischen Gewebes erfasst hat.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Bildgeber 78 ein CT-Bildscanner sein, der verwendet wird, um die Position der in oder nahe dem Knochen B und Tumor TM platzierten Elektrode zu bestimmen, um die Elektrodenplatzierungen zu leiten und/oder zu bestätigen.
Alternativ kann der Bildgeber 78 ein Röntgenstrahlen- oder fluoroskopischer bildgebender Apparat sein. In diesem Fall gehen Röntgenstrahlen typischerweise durch den Körper (d.h. Gewebe TS) hindurch und werden vom Detektor 70 detektiert.
In 1 kann die Elektrode eine robuste und starre Elektrode sein, die zum Durchstoßen von Knochen in der Lage ist. Sie kann ein metallischer röhrenförmiger Schaft 1 mit einer stabilen, zulaufenden Spitze 7 sein. Die Elektrode 1 kann in Abmessungen von einem Bruchteil eines Millimeters bis mehreren Millimeter Durchmesser variieren, abhängig von dem bestimmten Einsatz. Die Elektrode 1 kann aus einem robusten Metallrohr mit geeigneter Wanddicke gemacht sein, um ein Knicken oder Biegen während der Penetration des festen Weichgewebes oder des harten Knochens zu verhindern. Solch eine Röhre kann aus Edelstahl oder anderen Metallen angefertigt sein. Die Elektrode 1 könnte aus festem Kunststoff mit externen Metallkontakten hergestellt sein oder sie kann aus einer Isolierhülle über einen Metallkern bestehen.
Die Elektrode 1 kann aus MRI-kompatiblem Material hergestellt sein, dass die MRI-Bildgebung nicht ablenkt oder stört. Das Material kann so ausgewählt sein, dass es das gewünschte Maß an Bildgebung der Probe bei den MRI-Bilddaten bereitstellt. Beispiele solcher MRI-kompatiblen Materialien sind Titan, Kupfer, verschiedene Formen von Edelstahl, Aluminium oder andere fortgeschrittene Legierungen.
Die exponierte Länge der Spitze 4 kann variiert oder abgemessen werden, abhängig von der Größe des Tumors TM. Verschiedene Elektroden mit unterschiedlichen festen Längen von exponierten Spitzen 4 können bereitgestellt werden, um klinischen Anforderungen zu entsprechen. Bei einer Ausführungsform kann die Elektrode 1 aus einer Kanüle bestehen, die einen isolierten Bereich 2 aufweist, der eine unabhängige Hülle ist, die über einer in die Hülle eingeführten Metallelektrode hin- und herbewegt werden kann. Dies wird verwendet, um verschiedene Längen der exponierten Spitze anhand der Einstellung durch einen Mediziner zu erzielen. Als Referenz werden verschiedene Stile und Konstruktionen von Funkfrequenzelektroden, die für die vorliegende Erfindung adaptiert werden können, von der Radionics, Inc. (Burlington, Massachusetts) und Radiotherapeutics, Inc. (Mountain View, California) hergestellt.
Die Nabe 11 kann aus funkdurchlässigem Material, wie etwa Kunststoff, hergestellt sein, so dass Röntgenstrahlung oder fluoroskopische Bilder mit der Nabe vor Ort vorgenommen werden können, um ein "Nadelansicht"-Bild zu bekommen; wodurch ein Arzt in die Lage versetzt wird, die Sonde unter Echtzeitfluoroskopie oder C-Arm-Bildgebung zu leiten.
Während des Prozesses der Erzeugung einer Hitzeläsion zur Behandlung von Knochenmetastasen und zur Behandlung von mit diesem Krebs assoziierten Schmerzen kann die Hitze auf den Knochen für mehrere Sekunden bis mehrere Minuten andauern, oder sogar so lang, wie ein Bruchteil oder ein Vielfaches einer Stunde. Mehrere Sitzungen können wünschenswert sein, um das Tumorvolumen voll zu erfassen.
2 illustriert eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein starrer Schaft 80 einen isolierten Bereich 84 aufweist (repräsentiert durch die schraffierten Linien). Eine exponierte Spitze 90 weist eine Länge L auf, die fixiert oder variabel sein kann, um klinischen Anforderungen zu genügen. Eine zulaufende Spitze 94 ermöglicht die Penetration von Gewebe und von Knochen. Auf der Spitze sind auch gewinde-, schraubenartige, Schnecken- oder Korkenzieher-artige Rillen 99 gezeigt, um ein schrauben- oder drehenartiges Penetrieren in den Knochen zu ermöglichen. Die Nabe 101 weist zumindest eine elektrische Verbindung 104 mit einem Generatorsystem auf (wie in 1 gezeigt). Die Nabe 101 weist auch Fluidkühleingangs- und -ausgangskanäle 107 und 111 auf. Wie auch gezeigt, liegt auf der Nabe ein Adapter 120, der sich mit einem externen Antrieb 124 verschränken kann, um den Elektrodenschaft während der Penetration von Gewebe und Knochen zu schieben und/oder zu drehen. Der externe Antrieb 124 kann mit einem Handstück oder einem Motorantrieb 136 verbunden sein, um die Rohrstruktur durch den harten Knochenkortex vorzutreiben.
3 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Satz Werkzeuge verwendet wird, um die Knochenstruktur zu penetrieren, eine Biopsie an ihr durchzuführen, oder sie unter Hitze zu ablatieren. Eine Kanüle 142 weist eine isolierte Fläche 147 auf, die durch die gestrichelten Linien angezeigt ist, und ein offenes, nach vorne weisendes Lumen 148 an ihrem distalen Ende. Am proximalen Ende der Kanüle gibt es eine Nabe 150, die eine Öffnung 151 an ihrem proximalen Schwanzende aufweist. Die Öffnung 151 akzeptiert alternativ entweder ein Stilett 160, eine Biopsievorrichtung 230 oder verschiedene RF-Elektroden 184 und 202, wie durch die gestrichelten Pfeile angezeigt. Das Stilett 160 kann ein starrer Metallschaft mit bohrer- oder schraubenartigen Strukturen 170 an seinem distalen Ende und einer robusten (z.B. gehärteten) zulaufenden Spitze 164 sein. Wie bei den Elektroden in den 1 und 2 kann die distale Spitze 164 verschiedene Formen annehmen, wie etwa ein Trokar, eine bohrerartige Spitze, eine konische Spitze, eine Schneidschneckenspitze oder andere Designs zum Penetrieren von Knochen.
An seinem proximalen Ende weist das Stilett 160 eine Nabe 177 mit Bohreranpassung 178 auf. Die Bohreranpassung 178 kann beispielsweise eine hexagonale, quadratische, rillenartige oder andere Art von Antriebsadaption sein, die ein externen Antrieb 180 mit kompatiblen eingreifenden Formen akzeptiert. Beispielsweise kann ein Bohrer oder Handstück (Antrieb 180) verwendet werden, um das Stilett in dem Knochen vorzutreiben und zu bohren. Das Bohrstilett 160 kann dann aus der Hülle 142 entfernt werden und eine RF-Elektrode 184 kann an ihrer Stelle eingesetzt werden. Bei einer Ausführungsform weist die RF-Elektrode 184 einen Tiefenanschlag 185 mit einer Verriegelungsrändelschraube 186 auf dem Schaft auf. Somit kann das Ausmaß an Ausdehnung des Spitzenbereichs 187 über das Kanülenende 148 voreingestellt, bestimmt oder nach Bedarf verändert werden. Der Schaft der RF-Elektrode 184 kann eine Metallröhre, etwa aus Edelstahl, mit einer zulaufenden Spitze umfassen, um die Penetration der Elektrode in den Knochen, das Gewebe oder den Tumor zu gestatten. Die Elektrode 184 beinhaltet eine proximale Nabe 190 mit RF-Verbindung 200 und Kühlverbindungen 194 und 196, wie oben beschrieben.
Bei einer Ausführungsform kann die Kanüle 142 eine Kunststoffröhrenhülle mit einer Kunststoffnabe 150 für vollständige CT-, Fluor-, Röntgenstrahlen-, MRI- oder andere Kompatibilität während der Bildgebung sein. Somit wird, selbst obwohl die Hülle 142 relativ flexibel sein kann, wenn ein starres Stilett 160 in die Hülle 142 eingeführt wird, die Gesamtanordnung hinreichend starr sein, um durch Gewebe und Knochen geschoben zu werden.
In 3 wird auch eine gekrümmte, flexible oder seitlich nachgiebige RF-Elektrode 202 gezeigt, welche in die Kanüle 142 eingeführt werden kann. Die Elektrode 202 kann einen Isolierbereich 203 aufweisen, angezeigt durch die gestrichelten Linien, oder nicht. Die Elektrode 202 weist eine distale Spitze 204 auf, die gekrümmt, krümmbar oder ein flexibler Bereich sein kann, abhängig von der Anwendung. Das distale Ende 204 kann auch eine zulaufende Spitze 206 aufweisen, um die Penetration durch das Knochenmark, den Tumor oder den Kortex zu erleichtern, oder um sich durch weiches oder ligamentöses Gewebe zu schieben. Bei einer Ausführungsform kann der gekrümmte Bereich des distalen Bereichs 204 eine starre und stabile permanente Kurve sein. Alternativ kann der distale Bereich 204 eine flexible Konfiguration aufweisen, so dass er durch den Mediziner durch Knochen, Tumor, Gelenke, Gewebe, Fissionen gesteuert, geschoben oder geführt werden kann, um an verschiedenen stellen oder Pfaden jenseits der distalen Öffnung der Kanüle 148 positioniert zu werden. Die Kanüle 142 kann eine Seitenkrümmung in sich haben, die dem flexiblen Elektrodenende 204 gestattet, in eine Richtung oder eine andere gezwungen zu werden. Ein Tiefenanschlag 207 mit einer Einstellschraube 208 ermöglicht das Einstellen des Ausmaßes von Exposition des Endes 204 jenseits der Öffnung 148 von Kanüle 142. Die Nabenstruktur 210 weist eine elektrische Verbindung 218 für den externen Generator, die Fluidkühleingänge 212 und 214 und einen Indexmarkierer 220 auf, um die Richtung der Krümmung des Elektrodenendes 204 anzuzeigen. Bei einer anderen Ausführungsform können mehrere gekrümmte Elektroden in einer gemeinsamen Kanüle geladen sein, um einem "Schirm" von mehreren gekrümmten RF-Spitzen zu ermöglichen, aus der Kanüle auszutreten.
Die Elektrode 202 kann von einem Kathetertyp sein, der aus einer Spiralfeder mit oder ohne voreingestellte Kurve oder Biegung in sich gemacht ist. Die Elektrode 202 kann flexibel sein und durch ein internes Stilett geführt werden, das vom Nabenende 318 aus eingeführt oder zurückgezogen werden kann. Das Stilett kann einen gekrümmten Abschnitt haben, um das Führen des gekrümmten Bereichs 204 zu ermöglichen, um die Sondenspitze 206 an verschiedenen Punkten im Gewebe zu platzieren, um so den Tumor oder die neutrale Ablationszone am besten abzudecken. Die Elektrode 202 kann eine Röhre umfassen, die aus elastischem oder super-elastischem Metall hergestellt ist, wie etwa Federstahl oder Nytonalröhren, so dass die Elektrode 202 in gerade Abschnitte der Kanüle 142 eingeführt werden kann und immer noch einen gekrümmten Pfad beschreibt, wenn der gekrümmte Bereich 204 aus der Öffnung 148 der Kanüle 142 austritt. Die gekrümmte Sonde 202 und der gekrümmte Bereich 204 können Kühlkanäle in sich aufweisen, um Fluide während der Hitzeablation hindurchströmen zu lassen.
Bei Anwendung der Ausführungsform von 3 kann die Kanüle 142 mit dem Bohrstilett 160 durch das Gewebe geschoben werden und das Stilett 160 kann in den Knochen gebohrt werden oder direkt in den Knochen vorgeschoben werden, wie von den besonderen klinischen Anforderungen her benötigt. Das Bohrstilett 160 kann dann aus der Kanüle 142 entfernt werden und die gerade Funkfrequenzelektrode 184 oder die gekrümmte Funkfrequenzelektrode(n) 202 in die Kanüle 142 eingeführt werden. Die leitfähige Heizspitze der Elektrode tritt aus dem distalen Ende 148 hervor, entweder in einem geraden Pfad oder einem gekrümmten Pfad, abhängig von der Art der Elektrode 184 oder 202.
Die Verbindung des Hochfrequenzgenerators mit der Elektrode und die Zufuhr für die Generatorausgabe, Spannung, Strom, Leistung oder Energie an die Elektrode führt zur Erhitzung des Knochens. Dies hat den Effekt des Abtötens aller oder eines Teils der Knochentumorzellen im Bereich der thermischen Ablation. Die Erhitzung kann auch den Effekt des Betäubens oder Zerstörens von Nervenzellen oder schmerzempfindlichem Gewebe auf der Oberfläche des Knochens oder innerhalb des Knochens aufweisen, was dabei hilft, den mit den Metastaseknochentumoren assoziierten Schmerz zu eliminieren.
Die Kühlspitzen-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zum Vergrößern des Volumens der Läsion bereit, um so den gesamten oder einen Teil des Tumors zu umfassen und die Schmerz- oder Drucksensorneuronen im Endosteum des Knochens innerhalb des Knochens selbst oder in umgebendem weichen oder ligamentösem Gewebe zu umfassen.
Dadurch hat das System der vorliegenden Erfindung den Vorteil eines minimalinvasiven, in einigen Fällen perkutanen Verfahrens zum Lindern lokalen Schmerzes einer Metastaseknochen-Erkrankung. Wie oben erörtert, können Metastaseknochenkrebs und multiple Myelome die Knochenstrukturen irgendwo im Körper beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie ein leicht anwendbares, relativ Risiko-armes, minimalinvasives Verfahren zur Behandlung dieses hochgradig zermürbenden Zustands von Metastasetumoren im Knochen und dem mit solchen Knochentumoren assoziierten Schmerz ist.
Das System der vorliegenden Erfindung hat auch den Vorteil, dass eine einer Funkfrequenzerhitzung einer Knochenmetastase folgende Schmerzenlinderung in einigen Fällen sofort erfolgt. Die Behandlung kann die Schwellung des Periosteom-Gewebes, das mit Nervenenden assoziiert ist, vermindern, die durch Druck und Vordringen des Krebstumors verursacht wird. Die Behandlung kann auch verwendet werden, um die Nerven und Nervenverzweigungen in und/oder um den Knochen herum direkt abzutragen, um sie gegen ein weiteres Tumorvordringen zu desensibilisieren.
Andere Verfahren der Erhitzung des Knochentumors und von Nervenzellen unter Verwendung einer Sonde sind vorstellbar. Beispielsweise können Sonden, wie etwa in den obigen Ausführungsformen, ein Widerstandsheizelement verwenden. Wieder unter Bezugnahme auf 1 kann die Zufuhr von Leistung vom Generator 17 an die Sondenspitze 4 durch ein Widerstandsdrahtelement, wie etwa einen Nichromdraht innerhalb der Spitze 4, hindurchgeleitet werden, um die Spitze zu erhitzen. Diese heiße Spitze kann wiederum den Knochen, den Tumor, die Nervenzellen oder andere Gewebearten nahe am oder im Knochen erhitzen, um einen Bereich des Tumors zu ablatieren und/oder Schmerz zu vermindern. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Elektrode ein Mikrowellenstrahlungselement beinhalten und der Generator kann ein Mikrowellenleistungsgenerator sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Generator eine Quelle von Ultraschall- oder Laserenergie sein, und die Sonden bestehen aus kompatiblen Applikatoren, welche die Energie dem Knochengewebsbereich zuführen, um den Ablationseffekt zu erzeugen.
3 illustriert auch ein Biopsiewerkzeug 230, das in die Kanüle 142 eingeführt werden kann. Eine Biopsie kann der Verwendung der Funkfrequenzkanüle vorangehen. Beispielsweise wird bei einem Verfahren die Kanüle 142 mit dem Stilett 160 oder mit der Biopsiekanüle 230 perkutan durch die Haut eingeführt, um den Knochen durch Bohren oder Klopfen durch den Knochenkortex zu penetrieren. Eine Knochenbiopsie kann dann durch Verwendung des Werkzeugs 230 durch die Kanüle 140 vorgenommen werden. Als Referenz sind Knochenbiopsienadeln im Orthopädiebereich allgemein bekannt. Das Biopsiewerkzeug 230 in 3 hat eine Schneidspitze 236, die sich über das nach vorne weisende Lumen 148 der Kanüle 142 erstreckt. Das Biopsiewerkzeug 230 hat auch eine angespitzte Spitze 240 zum Penetrieren von Knochen und Knochenmark. Die Nabe 242 ermöglicht es, das Biopsiewerkzeug so zu manipulieren, dass eine Gewebeprobe des Knochens herausgeschnitten oder extrahiert wird. Falls die Knochenprobe analysiert wird und herausgefunden wird, dass sie bösartig ist, können die RF-Kanülen 184 oder 202 durch die Kanüle 142 platziert werden, um einen Funkfrequenzläsionseingriff durchzuführen.
4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Ablationsnadel und eines bildgeführten Navigationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ablationsnadel (Applikator 250) wird in das Gewebe TS eines Patientenkörpers, in den Knochen BN und in ein Tumorvolumen TM eingeführt. Die Nabe der Ablationskanüle 254 ist an einem Navigatorsystem 258 angebracht, welches in diesem Fall Lichtquellenobjekte 261, 262 und 263, wie etwa lichtemittierende Dioden (LEDs) oder lichtreflektierende Objekte beinhalten kann. Die Objekte 261, 262 und 263 sind in einer Anordnung, einem geometrischen Muster oder einer Struktur definiert, die vom Kamerasystem 268 identifizierbar ist, so dass die Objekte 261, 262 und 263 im dreidimensionalen Raum des Operationssaals verfolgt werden können.
Das Kamerasystem 268 umfasst ein oder mehrere Kameras, wie etwa Kameras 270, 271 und 272, die das Operationsfeld beobachten und die Sonde 252 durch Detektion eines solchen Objektes, wie etwa 261, verfolgen. Das Kamerasystem 268 kann lichtemittierende Quellen (z.B. LEDs) 278 aufweisen, die Strahlen 282 ausstrahlen, die wiederum von den reflektierten Objekten, wie etwa 261, zu den Kameras 270, 271 und/oder 272 zurück reflektiert (Strahlen 280) werden, um die Position des Objektes 261 und damit die Position der Sonde 250 zu verfolgen. Unter Bezugnahme illustriert das optische Verfolgungssystem des US-Patents Nr. 5,662,111 die Verwendung optischer Verfolgung chirurgischer Werkzeuge im Operationssaal.
Andere Objekte, wie etwa 288 und 289, usw., können auf oder im Patienten platziert werden, so dass sie vom Kamerasystem 268 verfolgt werden können, um eine dynamische Referenzierung der Relativbewegung der Patientenanatomie relativ zur chirurgischen Sonde 250 bereitzustellen. Unter Bezugnahme illustriert das dynamische Referenzsystem der US-Patent Nr. 5,662,111 die dynamische Referenzierung eines Instruments relativ zum Patientenkörper für kontinuierliche Aktualisierung der Registrierung. Die Objekte, wie etwa 288, können verschiedene Formen einnehmen, einschließlich einer reflektiven Kugel oder einer LED, oder wie durch Objekt 290 illustriert, einen Streifen oder einer Scheibe oder einer anderen geometrischen Form eines lichtausstrahlenden oder licht-reflektierenden Objekts.
Die Signaldaten vom Kamerasystem 268 können zu einem Analysator, Synthesizer oder Computer 292 übersandt werden, um Informationen bereitzustellen, um die Position der Sonde mit der Patientenanatomie zu korrelieren. Diese Information kann in ein zur Anzeige geeignetes Format transformiert werden, und dann mit einer geeigneten Anzeigeschnittstelle gekoppelt werden (in 4 durch die Bearbeitungskomponente 318 angezeigt). Anzeige/Schnittstelle 318 kann einen Computergrafik-Arbeitsplatz umfassen, der eine zugehörige Anzeigevorrichtung 319 verwendet, um die Position der Sonde 250 relativ zur Anatomie TS und dem Knochentumor TM anzuzeigen.
Bei einer Ausführungsform können Bilddaten auch einem Computer 292 zugesendet werden. Die Bilddaten 298 stammen von einem bildgebenden System (Komponenten 302 und 303), welches CT-, MR-, PET-, Röntgenstrahlen-, fluoroskopische oder andere Bildscandaten vor oder während der Ablationsprozedur erzeugt. Daten von einem Bildgeber 302 können vorübergehend in einem Datenspeicher (z.B. einem Wahlzugriffsspeicher) gespeichert werden, wie durch Block 298 repräsentiert und nach Bedarf zu einem Computer 292 transferiert werden.
In 4 sind auch andere Arten von Navigationsvorrichtungen 310 gezeigt, zusammen mit ihren assoziierten Synthetisierern 314. Das Navigationssystem 310 und 314 kann eine magnetische Vorrichtung, eine solid-state-Vorrichtung oder eine Funkfrequenzverfolgungsvorrichtung umfassen, welche die Position eines an der Sonde 250 angebrachten Elements 311 verfolgen kann, um ein bildgeführtes Operationsverfolgen und Navigieren während der Operation in einer ähnlichen Weise wie oben diskutiert bereitzustellen. Wiederum können Bilddaten vom Navigationssystem 310 und 314 im Speicher 298 gespeichert werden.
Die Computergrafik-Anzeige 319 kann die aktualisierten Positionsdaten für die Sonde 250 anzeigen, während sie sich dem Patientengewebe TS und dem Knochen BN nähert und diese penetriert. Die verschiedenen Beispiele für Navigationssysteme, die oben beschrieben wurden, können Daten bereitstellen, welche die Position einer Probe in Bezug auf Bilddaten 298 von Bildscannern, 302 und 303, beschreiben. Diese Positionsdaten beschreiben die Position der Sonde in Bezug auf Bilddaten 298, die vor der Prozedur erfasst worden sind, oder in Bezug auf Bilddaten 298, die zum Zeitpunkt der Prozedur erfasst werden. In den Anzeigefenstern der Anzeige 319 gibt ein Bildfenster 320, welches Repräsentationen 324 und 328 der Gewebe TS bzw. des Knochens BN zeigt, wie durch eine Schnittansicht der Bilddaten definiert. Im Fenster 320 wird auch eine Repräsentation 324 der Sonde 250 angezeigt. Diese Repräsentationen können durch Navigationsverfolgungssysteme bestimmt werden, wie etwa das Kamerasystem 268 und das elektromagnetische Verfolgungssystem 314. Daher kann in einer Schnittansicht die Position der Sonde (Elektrode) relativ zum Knochen und zum Knochentumor angezeigt werden.
Im Fenster 332 der Anzeige 319 wird ein anderer Scheibenschnitt durch die Anatomie angezeigt, einschließlich Repräsentationen eines Profils des Gewebes 338, des Knochens 340, und in dieser Abbildung repräsentiert eine gestrichelte Linie 350 einen Umriss des Tumors. In diesem Fall können Umrisse dieser anatomischen Strukturen vorab aus den Bilddaten 298 verarbeitet worden sein. Die Sonde 250 wird als durch das Element 340 repräsentiert gezeigt, während sie sich dem Tumor nähert.
Ein anderes Fenster 354 in der Anzeige 319 kann eine "Sondenaugensicht" oder rekonstruierte Ansicht derselben Anatomie repräsentieren. Hier erscheint die Sonde bei ihrer Annäherung an das Gewebe 356 und den Tumor 358 als eine punktartige Struktur 359.
Das Fenster 360 der Anzeige 319 stellt eine dreidimensionale Bearbeitung (rendering) der Probe 368 bereit, während sie sich dem Gewebe 366 und dem Knochen oder Tumor 372 nähert. Diese Perspektive unterstützt den Arzt beim Führen der tatsächlichen Elektrode 250 in den richtigen Zielbereich.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine andere Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem mehrere Elektroden verschiedener Formen verwendet werden, um sich einem Knochen und Knochentumor anzunähern, um den Tumor zu ablatieren und/oder den zugehörigen Schmerz zu lindern. Ein Elektrodensystem umfasst einen Schaft 400, der in das Gewebe TS und in oder nahe an den Knochen BN eingeführt wird. Wie oben diskutiert, kann der Schaft 400 eine Kanüle umfassen, durch welche eine Hochfrequenzelektrode entweder mit einer geraden Spitze 407 oder einer gekrümmten Spitze 404 oder 411 durchgeführt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Elektrodenspitzenform 407 (durch gestrichelte Linien illustriert) eine Elektrode, die im wesentlichen gerade aus dem distalen Ende der Kanüle 400 austritt.
Der gekrümmte Bereich der Elektrode 404 ist eine Hochfrequenz-exponierte leitfähige Elektrodenspitze, die aus dem distalen Ende der Kanüle 400 austritt und in einer gekrümmten Form konfiguriert ist. Dies kann erzielt werden, indem man eine permanente Krümmung an der Elektrode hat, die durch die Kanüle 400 so geht, dass sie sich bei Austritt aus dem distalen Ende in einen Kreis biegt. Alternativ kann die Elektrode eine flexible, aber lenkbare Spitze haben, die mehr oder weniger einen Bogen definiert, wie durch den Arzt eingestellt, wenn er aus der Kanüle 400 austritt. Eine federartige Elektrode 404 ist vorstellbar, die eine permanente Bogenform hat und doch ausgestreckt werden kann, um durch die Kanüle 400 geschoben zu werden, so dass sie in einer vorgegebenen Bogenform, wie etwa 404, austritt. Alternativ kann der Bereich 404 eine gekrümmte Röhre oder ein Draht oder eine Spule plus intern gekrümmte Drahtbaugruppe sein, so dass sie als eine gebogene Kurve aus der Kanüle 400 austritt. Elastische Metalle oder Spulen, wie etwa Nitinol, können für den Zweck verwendet werden. Auf diese Weise kann die Elektrode 404 entfernte Bereiche des Knochens oder des Knochentumors oder von Gewebe nahe dem Kochen erreichen, um den Hitzeablationsbereich auszudehnen oder zu kontourieren.
Eine lenkbare oder flexible Elektrode kann in jeder azimuthalen Richtung ausgerichtet werden, indem die Nabe 526 gedreht wird, um die Elektrode in unterschiedlichen Positionen zu orientieren. Dies wird beispielsweise durch die gekrümmte oder gebogene Elektrodenspitze 411 illustriert, die in gestrichelten Linien gezeigt ist. Auf diese Weise kann ein großer, das distale Ende der Kanüle 400 umgebender Bereich der Hitzeablationsprozedur ausgesetzt werden.
5 zeigt auch eine andere Ausführungsform der Elektrode, die eine Kanüle 414 umfasst, die nahe am Knochen BN eingeführt wird und verwendet werden kann, um Hitzeläsionen nahe dem Periosteum oder der Knochenoberfläche zu erzeugen. Eine flexible RF-Spitze 427 tritt aus der distalen Spitze der Kanüle 414 aus und kann der Kontur des Knochens BN folgen, wenn sie aus einer gewünschten Richtung in den periostealen Bereich geschoben wird, wie durch den Bereich der Spitze 432 illustriert. Während der RF-Erhitzung kann der den Knochen an seiner Oberfläche enervierende Nerv dadurch effektiv abgetragen werden, um mit periostealem Gewebe assoziierten Schmerz, wie beispielsweise durch den Druck eines Tumors verursacht, zu lindern.
5 zeigt auch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der mehrere Elektroden als ein Feld so positioniert sind, dass das Ablationsvolumen das Tumorvolumen abdeckt. Die Elektroden 441 und 464 sind in diesem Beispiel gerade Elektroden. Sie werden innerhalb des Knochen BN platziert und ihre exponierten Spitzen 437 bzw. 460 sind von geeigneter Länge und werden so positioniert, dass sie effektiv einen Bereich des Tumors durch geeignete Ablationsisotherme (wie durch die gestrichelten Linien 501 und 502 repräsentiert) abdecken.
Jegliche Anzahl solcher Elektroden kann nach Bedarf verwendet werden und ihre Position kann durch eine Computeranalyse der dreidimensionalen Geometrie des Knochens und des Tumors vorhergeplant werden. Das heißt, es kann ein Plan der Anzahl von Elektroden durch einen Computer zur optimalen Platzierung von Elektroden entwickelt werden. Die Elektroden können danach im Knochen unter Verwendung von Online-Bildführung wie etwa Röntgenstrahlen oder Ultraschall oder durch Verwendung stereotaktischer Navigation, wie etwa eines Elektrodenführungssystems oder eines dreidimensionalen Digitalisierers, wie oben diskutiert, positioniert werden.
Beispielsweise können die Elektroden durch einen stereotaktischen Rahmen oder stereotaktischen Navigator platziert werden. Für die Elektrode 400 wird ein Satz von lichtdetektierbaren Objekten 560, 562 und 564 an der Nabe 526 angebracht. Die Objekte 560, 562 und 564 werden vom Kamerasystem 540 detektiert und verfolgt, welches ein oder mehrere Kameras, wie etwa 554 und 547, umfasst. Das optische Verfolgungssystem der Radionics, Inc., Burlington, Massachusetts, verfolgt Instrumente in einem medizinischen Setting. Ein Beispiel für das Verfolgen einer Sonde zusammen mit Computervisualisierung wird in Verbindung mit 4 oben gegeben. Das Element 551 repräsentiert die Verarbeitungskomponenten zur Analyse von Computer-Bilddaten, die bildgebenden Maschinen, die Anzeigen und die Schnittstellen, wie oben definiert.
5 illustriert auch die Verwendung einer bildgebenden Maschine 570, die z.B. eine Röntgenstrahlmaschine, eine Fluoroskopiemaschine, eine Digital-CR-Maschine usw. sein könnte. Beispielsweise kann die bildgebende Maschine 570 bildgebende Röntgenstrahlen aussenden, wie durch die gestrichelten Linien 590 und 594 angezeigt, welche den Patientenkörper und den Zielbereich auf einen Detektorschirm 601 projizieren. Die bildgebenden Daten vom Detektorschirm 601 können zum Komplex der Analysatoren, Computer und Anzeigen 551 übersendet werden.
Bilder vom Schirm 601 können dann mit zweidimensionalen Rekonstruktionen von dreidimensionalen Bildscandaten wie etwa CT, MR, PET, etc., die zu einer anderen Zeit oder gleichzeitig mit den 2-D (zweidimensionalen) Röntgenstrahldaten genommen worden sind, bildverschmolzen oder zusammengeführt werden. Als Ergebnis können Strukturen in 3-D (drei Dimensionen) mit dem in zwei Dimensionen vom Schirm 601 detektierten Strukturen korreliert werden. Indexmarkierungen 604 und 607 auf der Oberfläche der Patientenhaut können als Festpunkte dienen, um die von den CT- oder MR-Maschinen genommenen dreidimensionalen Daten mit den Markern 604 und 607 und am Ort mit zweidimensionalen, von der Röntgenstrahlmaschine 570 und den Detektorschirm 601 genommenen Röntgenstrahldaten zu korrelieren. Ein anderer Satz von Indizes 510, 514, 517 und 521 sind an einer Struktur 500 befestigt gezeigt, die mit einem Tisch 497 verbunden ist, der den Patienten trägt. Das Detektieren der Projektionen der Marker 604 und 607 oder von anderen Markern auf der Struktur auf den Röntgenstrahlschirm 601 kann dazu dienen, eine Bewegung des Patientengewebes TS, oder des Knochens BN während der Prozedur zu kompensieren. Die Marker 510, 514, 517 und 521 können auch dynamisch durch das Kamerasystem 540 detektiert werden, um die relativen Positionen des bildgebenden Systems 570 und des Patientenkörpers und der Elektroden zu verifizieren. Somit kann das gesamte System an Komponenten in dreidimensionaler Form verfolgt und navigiert werden, um so die Elektrode basierend auf multi-modalen bildgebenden Daten in das richtige Zielvolumen innerhalb des Knochens zu führen. Da der Knochen eine komplexe dreidimensionale Form hat, wie auch die Knochenmetastase in ihm, könnte die Verwendung einer solchen multi-modalen dreidimensionalen Bildgebung mit Bildführung und Navigation bei der effektiven Platzierung von Elektroden und thermischen Ablationsvolumina unterstützen. Das optische Verfolgungssystem Navigator (Optical Tracking System Navigator) von Radionics, Inc. verwendet Kameras und dynamische Referenztechniken.
6 zeigt einen Prozess, der eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet und Schritte zur Verwendung des Systems für RF-Schmerz- und Tumortherapie von Knochenmetastasen involviert.
Aus der Bildgebung des Knochens oder aus der Biopsiediagnose kann eine Auswahl der geeigneten Funkfrequenzelektrodengeometrie gemacht werden (Schritt 620). Dies könnte eine Analyse von Bilddaten auf einer 3-D-Computer-Workstation beinhalten, um den Ort, die Größe und die Geometrie des Knochens und der Knochenmetastasen wie auch die Orientierung der Knochenmetastasen relativ zur äußeren Anatomie des Patientengewebes zu bestimmen.
Die Analyse der Elektrodenannäherung an den Knochen und den Knochentumor basiert auf Bilddaten oder anderen Informationen (Schritt 624), wie in der Ausführungsform von 6 angezeigt. Historisch können Echtzeit-Bilddaten in Verbindung mit einem bildgeführten Operationssystem oder stereotaktischen System verwendet werden, um die Elektroden durch den Tumor in die korrekte Position zu navigieren. Die Analyse verschiedener Positionen oder Durchgängen der Elektrode kann durchgeführt werden, und es können mehrere Hitzeläsionssequenzen ausgeführt werden, um das gesamte Volumen oder mehrfache Knochenmetastasen abzudecken. Die Elektrode kann im Periosteum des Knochens platziert werden oder kann um den Knochen herum navigiert werden, wie anhand klinischer Bedürfnisse geeignet. Es kann ein Hitzeablationsplan unter Verwendung einer Computer-Workstation, basierend auf 3-D-Bilddaten und Analyse davon, wo die Elektrode oder die Elektroden platziert werden, vorbereitet werden. Ein Verbindungsprozess der Ablation des Tumors direkt innerhalb des Tumorinneren wie auch der Ablation von Bereichen des Knochen-Periosteums nahe am Tumor können geplant werden.
Wenn einmal die Vorplanung von Schritt 624 vorgenommen worden ist, wählt der Arzt die Heizsonden und/oder die Hochfrequenzelektrode oder -elektroden, Kanülen, Bohrer, Biopsiesätze etc. aus (Schritt 628). Die ausgewählten Kanülen, Biopsienadeln und Hochfrequenzelektroden können dann in der Knochenmetastase unter Verwendung stereotaktischer Führung, Handführung, Bildführung durch einen stereotaktischen Navigator oder Verwendung anderer Werkzeuge und bildgebender Vorrichtungen, wie etwa Fluoroskopie-Scannen oder direkte CT-, MR- oder PET-Bildgebung platziert werden (Schritt 632). Wenn einmal jede Elektrode im Tumor platziert worden ist, wird jede Elektrode mit dem Hochfrequenzgenerator verbunden und bei einer Situation, bei der die Innenkühlung einer Elektrode angezeigt ist, wird das Kühlsystem mit der Elektrode verbunden (Schritt 636).
Die Ausgabe vom Hochfrequenzgenerator kann dann an der Elektrode oder den Elektroden angelegt werden, um die Knochenmetastasen oder andere Bereiche des Knochens, die mit dem Schmerzsyndrom assoziiert sind, zu erhitzen (Schritt 638). Während dieses Prozesses können die Parameterausgaben des Hochfrequenzgenerators überwacht und auf dem Generator oder dem Computerplansystem angezeigt werden, wie die Notwendigkeit es erfordert (Schritt 642). Wenn der Kliniker festgestellt hat, dass eine adäquate Hitzeablation und assoziierte Kühlungsprozedur durchgeführt worden ist und die klinischen Resultate zufriedenstellend sind, können der Prozess der Hitzeablation beendet und das Elektrodensystem aus dem Patienten entfernt werden (Schritt 646).
Wie für Fachleute ersichtlich, kann das System viele Formen annehmen, mit vielfältigen Variationen. Als Beispiele können die Elektrodengeometriekonfiguration, Länge und Spitzenexposition viele Formen einnehmen, um den klinischen Bedarf zu befriedigen. Verschiedene Hochfrequenz- oder andere Leistungsgeneratoren können auch verschiedene Formen bei Anzeige, Computersteuerungen und Kopplung zum Bildleitsystem annehmen. Mehrere Anordnungen von Elektroden können verwendet werden, um das Ausmaß des Tumorvolumen im Knochen abzudecken. Parallele Felder von Elektroden können unter bildgeführter Chirurgie implantiert werden, um das Ausmaß eines irregulären oder großen Knochenmetastasetumors quantitativ abzudecken. Die Elektroden können nacheinander in einem parallelen Feld oder nicht parallelen Feld für diesen Zweck platziert werden. Die Einführkanülen können an mehreren Orten verwendet werden, und es können Funkfrequenzelektroden individuell oder gemeinsam in diesen Kanülen für den Zweck des Zerstörens des Tumors platziert werden. Andere Ablationssonden und Generatoren können in den Ausführungsformen von 6 und den anderen Figuren oben anstelle der Hochfrequenzelektroden und des Generators verwendet werden, einschließlich von Widerstandsheizsonden, Lasersonden, Ultraschallsonden und zugehörigen Generatoren.

Claims

Vorrichtung zum Behandeln eines Krebstumors oder von mit einem Krebstumor assoziiertem Schmerzen im Körper eines Patienten, umfassend: eine Sonde (1), die dafür ausgelegt ist, in den Krebstumor oder Gewebe nahe bei dem Krebstumor hineingeführt zu werden, wobei die Sonde dafür ausgelegt ist, mit einer externen Vorrichtung (17) außerhalb des Körpers des Patienten verbunden zu sein, welche durch die Sonde Strom zuführen kann, um zumindest einen Teil des Krebstumors zu erhitzen; und eine Verbindung (14) von der Sonde zur externen Vorrichtung, um den Strom von der externen Vorrichtung durch die Sonde zu führen; dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde dafür ausgelegt ist, einen Krebstumor im Knochen zu behandeln, dahingehend, dass die Sonde eine robuste und starre Elektrode ist, die eine zugespitzte, knochendurchstoßende Spitze (7) mit Rillen (99) aufweist, um eine schraubende oder bohrende Art von Penetration in den Knochen zu ermöglichen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, beinhaltend eine Kanüle, die eine Röhre und ein Stilett (160) mit einer zugespitzten distalen Spitze zum Einführen in den Krebsknochentumor umfasst, wobei die Sonde eine Hochfrequenzelektrode ist, die dafür ausgelegt ist, in die Röhre eingeführt zu werden, wenn das Stilett entfernt wird, wobei die Hochfrequenzelektrode eine exponierte leitfähige Spitze aufweist, die von einer distalen Endöffnung der Röhre ausgehen kann, die nahe dem Krebsknochentumor lokalisiert sein soll, wobei die externe Vorrichtung ein Hochfrequenzgenerator ist, der eine Hochfrequenzleistung durch die exponierte leitfähige Spitze über die Verbindung zuführt, um eine Erwärmung zumindest eines Teils des Krebsknochentumors oder von Gewebe nahe dem Krebsknochentumor zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin beinhaltend eine Biopsievorrichtung (230), die dafür ausgelegt ist, durch die Röhre hindurchzugehen, wenn das Stilett entfernt wird, so dass eine Biopsie des Krebsknochentumors vor dem Einführen der Hochfrequenzelektrode in die Röhre entnommen werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sonde ein Widerstandsheizelement umfasst und die externe Vorrichtung eine Stromquelle umfasst, um dem Widerstandsheizelement durch die Verbindung Strom zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die exponierte leitfähige Spitze einen geraden Teil umfasst, der aus der distalen Endöffnung der Röhre in eine Richtung austritt, die im Wesentlichen parallel zur Richtung der Röhre ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die exponierte leitfähige Spitze einen krümmbaren Bereich umfasst, der dafür ausgelegt ist, aus der distalen Endöffnung der Röhre längs einem gekrümmten Pfad auszutreten.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die externe Vorrichtung ein Kühlsystem mit einer Kühlverbindung zur Hochfrequenzelektrode umfasst, zur Zufuhr von Kühlflüssigkeit zur Hochfrequenzelektrode, wobei die Hochfrequenzelektrode einen internen Kanal für das Kühlfluid umfasst, so dass zumindest ein Teil der exponierten leitfähigen Spitze durch das vom Kühlsystem zugeführte Kühlfluid gekühlt werden kann, mit sich ergebender Kühlung von Gewebe nahe der exponierten leitfähigen Spitze, während die Hochfrequenzleistung den zumindest einen Teil des Krebsknochentumors oder Gewebe nahe dem Krebsknochentumor erhitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die externe Vorrichtung ein Hochfrequenzgenerator (17) ist, der Hochfrequenzleistung durch die exponierte leitfähige Spitze (7) über die Verbindung (14) zuführt, um eine Erhitzung zumindest eines Teil des Krebsknochentumors oder von Gewebe nahe dem Krebsknochentumor zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine bildgebende Vorrichtung (60) zum Überwachen der Positionen der Elektrode (1) relativ zum Knochen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die bildgebende Vorrichtung (60) einen MRI-Scanner beinhaltet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die externe Vorrichtung ein Kühlsystem (42) mit einer Kühlverbindung zur Elektrode (1) zur Zufuhr eines Kühlfluids an die Elektrode umfasst, wobei die Elektrode einen internen Kanal für das Kühlfluid umfasst, so dass zumindest ein Teil der exponierten leitfähigen Spitze durch das vom Kühlsystem zugeführte Kühlfluid gekühlt werden kann, mit resultierender Kühlung des Gewebes nahe der exponierten leitfähigen Spitze, während die Ausgabe von der externen Vorrichtung (17) den zumindest einen Bereich des Krebsknochentumors oder Gewebe nahe dem Krebsknochentumor erhitzt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode eine Nabe (101) mit zumindest einer elektrischen Verbindung (104) zu der elektrischen Vorrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Nabe einen Fluidkühlungseingangskanal (107) und einen Fluidkühlungsausgangskanal (111) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Nabe einen Adapter (120) beinhaltet, der zu einem externen Antrieb (124) zum Schieben der Elektrode durch den Knochen passen kann.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode ein Widerstandsheizelement aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode ein Mikrowellenstrahlungselement aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Stilett ein Bohrstilett (160) mitschraubenartigen Strukturen (170) an einem distalen Ende des Bohrstiletts (160) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Bohrstilett ein proximales Ende mit einer Bohradaption (178) zur Aufnahme eines externen Antriebs (180) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Biopsievorrichtung (230) eine zugespitzte Spitze (240) zum Durchstoßen von Knochen und eine Schneidspitze (236) aufweist.