JP2005312950A - エネルギー照射用医療器具および医療用エネルギー照射装置 - Google Patents

エネルギー照射用医療器具および医療用エネルギー照射装置 Download PDF

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Abstract


【課題】 前立腺肥大症などの加熱治療時における生体組織の温度を精度良く測定することができる医療用エネルギー照射装置を提供する。
【解決手段】 温度センサの温度測定部は、温度測定素子の上下面に電極が配置され、電極の上下面に薄膜基板が配置され、薄膜基板の上下面にはレーザ光遮光板が配置された構造となっている。電極11−4Aと温度測定素子とは導電性接着剤で接着固定されているが、電極11−4Bと温度測定素子とは導電性接着剤で接着固定されていない。そのため温度センサを挿入部の中空筒体に接着する時に温度測定部が円弧状に曲がろうとして電極11−4Bに引張応力が発生すると、発生応力に応じて位置を変えられるので、温度センサの長さ調節を行うことができる。そのため温度センサの破損を防止できる。
【選択図】図7B

Description

本発明は、エネルギーを生体組織に照射して、生体組織の治療または診断を行う医療用エネルギー照射装置およびそれに用いられるエネルギー照射用医療器具に関し、例えば、医療用エネルギー照射装置の生体内に挿入される挿入部に配置され、治療中にエネルギーが照射される生体温度を生体に穿刺することなく精度よく測定する温度センサーを用いられる医療用エネルギー照射装置およびそれに用いるエネルギー照射用医療器具に関する。
体腔を利用し、あるいは小切開して生体内に長尺状の挿入部を挿入し、挿入部から病変を含む生体組織にレーザ光、マイクロ波、ラジオ波、超音波等のエネルギーを照射して、その病変部位の組織または病変部位を含む周辺組織を熱的に変性、壊死、凝固、焼灼あるいは蒸散させる医療用エネルギー照射装置が知られている。
医療用エネルギー照射装置は、一般には生体組織の表層またはその近傍に位置する病変部位にエネルギーを直接照射して治療するものであるが、前立腺における前立腺肥大症、前立腺癌、または前立腺炎などの生体組織の深部に位置する病変部位の加熱治療にも利用されている。
例えば、特表平6−510450号公報では、レーザ照射によって、腫瘍又は前立腺の一部の組織を凝固・縮小する方法を提案する技術が開示されている。この技術は、バルーン内に冷却液を注入することによって、バルーンに接する尿道表面は加熱せず、内部の腫瘍又は前立腺のみを加熱するものである。この技術では、固定されたレーザ光照射部からレーザ光が照射されるため、尿道表面を加熱しないためには、低出力で照射せざるを得ず、必然的に照射時間が長くなる不便さがあった。また、特表平6−510450号公報のバルーンカテーテル中には、尿道組織の温度を監視するために前立腺尿道中間位置に当たるバルーン内部に熱電対を設けて尿道温度を監視している。しかし、この熱電対はバルーン内部に配置され、尿道に直接接していないことやバルーン内部には冷却水が循環していることなどからこの熱電対によって測定される温度は前立腺尿道の温度を正確に測定していないと思われる。そこで、米国特許第5964791号公報には、温度センサを前立腺内部に穿刺して尿道の温度を正確に測定する方法(直接測定法)が示されている。
また、特開2001−46396号公報では、加熱治療装置の一例として尿道内にレーザ光を導光して前立腺肥大症を治療するレーザ光照射装置が開示されている。このレーザ光照射装置のレーザ光照射部は連続的に移動し、照射されるレーザ光の方向はたえず変化するが、レーザ光は常に照射目標部位に集中する構成となっているので、照射目標部位は高温に加熱され照射目標部位以外の周辺組織は、低温に保持することができる。そのため照射目標部位が生体組織の深部に位置する場合でも、レーザ光照射部と照射目標部位との間にある生体組織の損傷を極力低減することができる。
このレーザ光照射装置を用いた前立腺肥大症の治療手順を説明すると、まず、医師は、患者の尿道にレーザ光照射装置の挿入部を挿入する。この挿入部の内部には、レーザ光発生部で発生したレーザ光が光ファイバによって導かれ、光ファイバ先端部から出射されるレーザを反射面で反射するレーザ光照射部、内視鏡、レーザ光照射部を冷却する冷却水の入出力管などが挿入されている。次に、医師は、挿入部に設置されている観察用の窓から挿入部に挿入された内視鏡を用いて尿道を観察しながらレーザ光照射部の位置決めをし、レーザ光を照射目標部位に向け照射する。
特表平6−510450号公報 米国特許第5964791号公報 特開2001−46396号公報
上記説明した加熱治療装置において、治療状況を監視するために治療部位の温度測定が必要である。例えば、治療部位(レーザ光の照射目標部位)が生体組織の深部に位置する場合の温度測定方法としては、温度センサーを生体組織中に穿刺して直接深部の温度を測定する方法(直接測定法)と、温度センサーを治療部位の真上にある生体表層に接触させて生体表層温度を精度良く測定しその測定温度に基づいて深部の温度を推定する方法とがある。
直接測定法は、治療部位の温度を正確に測定することができるが、穿刺により生体を傷つけるため出血や感染症の副作用を招き、入院日数が増加するなどの問題点がある。そのためエネルギー照射による治療中に生体表面温度を精度良く測定することにより生体組織の深部温度の推定精度を高める技術の登場が待たれていた。
ここで、生体表面温度を精度良く測定するための課題について説明する。従来知られている温度センサーは、サーミスタなどの温度測定素子を2本のリード線に接続し、これらが絡まないように保護管に入れて使用している。しかしながら、保護管を設置すると生体への挿入部を太くすることになり患者への負担を増大させる。またリード線を用いているためサーミスタなどの設置位置にばらつきが生じ、正確な温度測定をすることができない。
一方で、挿入部内部に温度測定素子とリード線を配置することが考えられる。しかしながら、エネルギー出射や挿入部が接触する生体を冷却するために冷却水を挿入部内に循環しているエネルギー治療装置では、挿入部内部に温度測定素子を配置すると、温度測定素子が冷却水の影響を受ける。そのため、冷却水の影響を少なくして精度良く生体表面温度を測定できる温度センサが望まれていた。
この解決方法として、挿入部の外表面に温度測定素子とリード線とを取り付けることが考えられるが、この場合には、下記の課題を解決する必要がある。
・冷却水の影響を排除する
・温度測定素子を設置位置に容易にかつ精度よく取付けられる
・取付け時に導線部が破損せず温度測定素子の電気的結合が維持される
・挿入部を生体に挿入する時に生体を傷つける突出を挿入部表面に生じない
・照射されるエネルギーを直接受ける影響を排除する。
本発明は、上記説明した従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、医師が医療用エネルギー照射装置を用いて前立腺肥大症、前立腺癌などの加熱治療を行う際に、単純で安価に製造可能な構造でありながら、加熱治療時における生体組織の温度を精度良く測定することができる医療用エネルギー照射装置およびそれに用いられるエネルギー照射用医療器具を提供することである。
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態のエネルギー照射用医療器具は、以下の構成を有する。すなわち、生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部に配置される温度センサと、前記挿入部にエネルギーを生体組織に向けて照射するエネルギー照射窓とを有するエネルギー照射用医療器具であって、前記温度センサは、屈曲可能な薄膜基板と、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線と、前記少なくとも第1および第2導線に電気的に結合している温度測定部とを有し、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されていることを特徴とする。
ここで例えば、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内の周辺部に配置されていることが好ましい。
ここで例えば、前記温度測定部は、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線にそれぞれ接着され電気的に結合している第1および第2電極と、略板状の金属酸化物からなるサーミスタ素子と、を有し、前記第1および第2電極が前記サーミスタ素子と電気的に結合していることが好ましい。
ここで例えば、前記サーミスタ素子は、Mn,Co,Ni,Feを含む遷移金属酸化物からなることが好ましい。
ここで例えば、前記第1電極上に前記サーミスタ素子の第1面上が配置され、前記第1電極は前記サーミスタ素子に接着されかつ電気的に結合し、前記サーミスタ素子の第1面に対向する第2面上に前記第2電極が配置され、前記第2電極は前記サーミスタ素子と接着されてはいないが電気的に結合していることが好ましい。
ここで例えば、前記屈曲可能な薄膜基板を折り曲げることにより前記サーミスタ素子の第1の面に対向する第2の面上に前記第2の電極が配置されることが好ましい。
ここで例えば、前記薄膜基板は前記エネルギー照射窓の外側であって前記挿入部の長手方向に沿って配置されることが好ましい。
ここで例えば、前記挿入部を被覆する外層チューブを更に有し、前記挿入部の外表面を前記外層チューブで被覆後、被覆した外層チューブを熱収縮させることにより前記サーミスタ素子と前記第2の電極とを圧接し電気的に結合させることが好ましい。
ここで例えば、前記サーミスタ素子を前記エネルギーから遮光する金属薄膜を更に有することが好ましい。
ここで例えば、前記金属薄膜は前記薄膜基板上に形成されており、前記薄膜基板を折り曲げることによって前記金属薄膜が前記サーミスタ素子を被覆することが好ましい。
ここで例えば、前記挿入部は、中空筒体と、前記中空筒体の側壁にエネルギー照射窓を形成する開口部とを有することが好ましい。
ここで例えば、前記中空筒体には、前記開口部を覆う透光性の樹脂フィルムが貼付されていることが好ましい。
ここで例えば、前記樹脂フィルムには目盛りが付されていることが好ましい。
ここで例えば、前記樹脂フィルムを被覆する外層チューブを更に有することが好ましい。
ここで例えば、前記薄膜基板上には使用者が生体に挿入した長さを読みとれる深度マーカが形成されていることが好ましい。
ここで例えば、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内の周辺部に配置されており、前記温度センサは前記挿入部の上の異なる位置に複数個配置されていることが好ましい。
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態のエネルギー照射用医療器具は、以下の構成を有する。すなわち、ここで例えば、生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部に配置される温度センサと、前記挿入部にエネルギーを生体組織に向けて照射するエネルギー照射窓とを有するエネルギー照射用医療器具であって、前記温度センサは、屈曲可能な薄膜基板と、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線と、前記少なくとも第1および第2導線に電気的に結合している金属薄膜抵抗体を含む温度測定部とを有し、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されていることを特徴とする。
ここで例えば、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内を透過する前記エネルギーの照射幅よりも大きい範囲に配置されていることが好ましい。
ここで例えば、前記金属薄膜抵抗体は、Al,Pt,Ti,W,Ni,Ag,AuおよびCuを含む金属のうちの1つの金属または合金によって形成されることが好ましい。
ここで例えば、前記第1および第2電極は金属薄膜であり、前記金属薄膜は、前記金属薄膜抵抗体と同じ材料によって形成されていることが好ましい。
ここで例えば、前記金属薄膜抵抗体および第1および第2電極は、Alであることが好ましい。
ここで例えば、前記金属薄膜抵抗体および第1および第2電極は、前記薄膜基板上にAlを蒸着することによって形成されることが好ましい。
ここで例えば、前記薄膜基板は、前記エネルギーを透過する透光性樹脂によって形成されることが好ましい。
ここで例えば、前記透光性樹脂が、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート(PET)のうちのいずれかであることが好ましい。
ここで例えば、前記金属薄膜抵抗体が前記エネルギー照射窓を被覆する範囲は、前記エネルギーの照射径よりも大きく前記エネルギー照射窓の幅よりも小さいことが好ましい。
ここで例えば、前記金属薄膜抵抗体は、幅が10〜20μm、長さが50〜100mmの細線によって形成されていることが好ましい。
ここで例えば、前記細線は、Alによって形成され、抵抗が100〜1000Ωであることが好ましい。
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の医療用エネルギー照射装置は、以下の構成を有する。すなわち、生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の上に配置される温度センサと、前記挿入部にエネルギーを生体組織に向けて照射するエネルギー照射窓とを有する医療用エネルギー照射装置であって、前記温度センサは、屈曲可能な薄膜基板と、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線と、前記少なくとも第1および第2導線に電気的に結合している温度測定部とを有し、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されており、前記温度センサによって測定された温度に基づいて前記エネルギーが照射される生体組織の表面最高温度を推定する表面最高温度推定手段を有することを特徴とする。
ここで例えば、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内の周辺部に配置されており、前記温度測定部は、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線にそれぞれ接着され電気的に結合している第1および第2電極と、略板状の金属酸化物からなるサーミスタ素子と、を有し、前記第1および第2電極が前記サーミスタ素子と電気的に結合していることを特徴とする。
ここで例えば、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されており、前記温度測定部は、前記薄膜基板上に形成され、前記少なくとも第1および第2導線にそれぞれ接着され電気的に結合している第1および第2電極と、前記第1および第2電極に接着され電気的に結合している金属薄膜抵抗体と、を有することが好ましい。
ここで例えば、前記温度センサによって測定された温度に基づいて前記エネルギーが照射される生体組織の深部温度を推定する深部温度推定手段を更に有することが好ましい。
ここで例えば、前記温度センサによって測定された温度に基づいて、前記生体組織に向けて照射するエネルギーを制御する制御手段を更に有することが好ましい。
ここで例えば、前記挿入部内部に配置され、前記レーザ光を反射面で反射して前記照射窓を介して生体組織に向けて照射する照射手段と、前記照射手段を前記挿入部の長手方向に沿って往復移動させる移動手段と、前記照射手段の照射角度を変化させる変更手段と、を更に有し、前記温度センサによって測定された温度に基づいて、前記照射手段の前記往復運動が前記移動手段によって正常に制御されているか否かを判断する判断手段を更に有することが好ましい。
ここで例えば、前記エネルギーはレーザ光であることが好ましい。
本発明によれば、単純で安価に製造可能な構造でありながら加熱治療時における生体組織の温度を精度良く測定することができる医療用エネルギー照射装置およびそれに用いられるエネルギー照射用医療器具を提供することができる。そのため、医師は前立腺肥大症などの加熱治療を行う際に、加熱治療中の生体組織の温度を正確に監視することによってより安全に加熱治療を行うことができる。
以下に図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態を説明する。
<第1の実施形態>
以下の説明では、本実施形態の医療用エネルギー照射装置を適用する一例として、前立腺肥大症の加熱治療に用いる場合を説明するが、本発明の医療用エネルギー照射装置は前立腺肥大症の加熱治療に限定されるものではない。また、加熱治療に使用するエネルギーの一例としてレーザ光を用いて説明するが、エネルギーはレーザ光に限定される必要はなく、エネルギーとして例えば、マイクロ波、ラジオ波などの電磁波あるいは超音波、音波などの弾性波を使用しても良い。
レーザ光としては、発散光、平行光、或は収束光を使用することができるし、レーザの光路途中に、レーザ光を収束光にする光学系を設けてもよい。また、使用されるレーザ光は、生体の深部まで到達できるものであれば特に限定されないが、波長としては500〜2600nmが好ましく、より好ましくは750〜1300nm、又は1600〜1800nmが好ましい。このようなレーザ光の発生手段としては、例えば、He−Neレーザ等の気体レーザ、Nd−YAGレーザなどの固体レーザ、GaAlAsレーザ等の半導体レーザを使用することができる。
[医療用エネルギー照射装置:図1]
図1は、本実施の形態の前立腺肥大症の加熱治療を行うための医療用エネルギー照射装置10のシステム構成図である。
本医療用エネルギー照射装置10は、側射式のレーザ光照射装置であり、体腔U(例えば、尿道)に挿入される挿入部103を有するアプリケータ110を備えている。アプリケータ110の先端部に配置される挿入部103の外径は、体腔内に挿入可能であれば特に限定されないが、2〜20mm程度が好ましく、3〜8mmがより好ましい。
この挿入部103の内部には、挿入部103の長手方向に往復運動可能なレーザ光照射部20が配置されており、光ファイバ12により導光されその先端部より出射するレーザ光は、レーザ光照射部20で反射され、挿入部103の側壁にレーザ光を透過するように設けられたレーザ光照射窓から生体組織T中の照射目標部位T−1に向けて照射される。
レーザ光照射部20は、往復移動部材23(図2)を介してアプリケータ110の基端部に配置される駆動ユニット150に連結されており、往復移動部材23を挿入部103の長手方向に移動することにより、図中の矢印で示す方向にレーザ光照射部20の往復運動が可能となる。
駆動ユニット150は、モータ188の回転運動を往復運動に変換するカム機構(図示せず)を有しており、モータ188が回転することによりレーザ光照射部20を挿入部103の長手方向に往復運動させる。
アプリケータ110中には、挿入部103に連通した冷却液循環用の複数のルーメン(図示せず)が設けられており、これらのルーメンは、冷却液循環部104の冷却液送りチューブ185と冷却液戻りチューブ186に接続されている。この冷却水は、挿入部103の内部に供給されレーザ光照射部20を冷却して、レーザ光照射部20の過熱を防止すると共に、挿入部103の壁を介して挿入部103と接触する体腔Uの表面を冷却し、レーザ光の照射によって加熱される正常な生体組織の損傷を防止する。
冷却液循環部104は、制御部106の制御信号に基づいて、設定された流量の冷却液をアプリケータ110を介して挿入部103に送り出す。冷却液温度調整器105は、制御部106の制御信号に基づいて、冷却液を加熱又は冷却して温度調節を行う。モータ188は、制御部106の制御信号に基づいて、設定された回転数で回転運動する。
制御部106は、入力手段としての操作部108、入力情報や装置情報を表示する表示部107、各部を制御する制御部(図示せず)各種情報の記憶部(図示せず)および各種情報の入出力部(図示せず)を備えている。
レーザ光による前立腺の照射目標部位T−1(ターゲットポイント)の加熱治療時には、冷却液循環部104から冷却液送りチューブ185を介して冷却液が挿入部103に供給され、モータ188が回転し、レーザ光発生部2が作動する。
発生したレーザ光は挿入部103の内部に配置されているレーザ光照射部20で反射され、レーザ光照射窓部を通り照射目標部位T−1に向かって照射される。このとき、レーザ光照射部20は2〜10Hz、好ましくは3〜9Hzの周期で軸方向に往復運動しながら照射角度を変化させるが、レーザ光の光路は全て照射目標部位T−1で交差するため、照射目標部位T−1は、連続的にレーザ光の照射を受け発生する熱量が多くなるため、高温となり、効果的な加熱治療を行うことができる。一方、体腔Uの表層は、レーザ光の照射が間欠的であり発生する熱量も少なく、また表層は挿入部103内部に供給される冷却水によって冷却されているためレーザ光の加熱の影響から保護される。
[挿入部:図2、3、4]
次に、挿入部103について説明する。図2は、挿入部103の断面図であり、図3は図2の内部構成を示した外観斜視図であり、図4は中空筒体14上に配置される温度センサーの一例を説明する図である。
挿入部103は、ステンレス鋼などの硬質のパイプ材料によって形成される長尺状の中空筒体14を基部とし、中空筒体14の側面側には開口部15が形成され、開口部15に、目盛付窓シールを貼付してレーザ光照射窓17として使用する。中空筒体14上には温度測定部11−1、導線部11−2、薄膜基板11−3より構成される温度センサ11が配置される。中空筒体14の外周面全体またはその一部は必要に応じてレーザ透過性の良好な外装チューブ16により被覆される。挿入部103の中空筒体14の先端には、キャップ30が密閉状態で固定されており、このキャップ30には、挿入部103を体腔Uへ挿入する時に、前方を観察するための光透過性の前方窓32が設けられている。
挿入部内部には、内部空間を規定する一対の壁部材40,41が設置されており、さらに、反射面21を有するレーザ光照射部20、レーザ光照射部20を支持する往復移動部材23、往復移動部材23を挿入部103の長手方向に往復移動可能とするモノレールパイプ25、レーザ光照射部20によって反射されるレーザ光が常に照射目標部位を照射するようにレーザ光照射部20の角度を変更する非平行溝42および生体組織を観察するための内視鏡6、冷却水ルーメンなどが配置されている。なお、レーザ光照射部20は、光ファイバ12の先端に固定された往復移動部材23の左右側面に固定された一対の回転部27によって回転自在に支持され、レーザ光照射部20の左右側面に形成された一対の突起26は、壁部材40,41に設けられた一対の非平行溝42に摺動可能に嵌合しており、非平行溝42は、挿入部103の長手方向と非平行となっている。
以下、主要な構成要素について説明する。
[レーザ光照射窓:図5,6]
図5,6は、目盛付ガラス19A,19Bまたは目盛付窓シール18を用いてレーザ光照射窓17を形成し、次に温度センサ11を中空筒体14上に配置する方法の一例を示した図である。
目盛り付ガラス19Aまたは19Bは、薄板ガラスを加熱によるプレス加工で円弧型に加工し、目盛り18Aをガラス表面に形成して得られるものである。目盛り18Aは、レーザ光の照射位置の決定などに使用されるものであり、レーザ光の光路を阻害しない位置にレーザ光を吸収しにくい色を用いて印刷等で形成される。
目盛り付ガラス19Aまたは19Bを開口部15に固定する場合には、図5(a)の(1)に示すように目盛り付ガラス19Aの淵部に接着剤を塗布して開口部15の上部からはめ込んで接着固定するか、図5(b)の(1)’に示すように目盛り付ガラス19Bの淵部に接着剤を塗布して中空筒体14に挿入し、内部より開口部15に目盛り付ガラス19Bをはめ込んで接着固定する。
温度センサ11を図4の位置に固定するには、まず接着剤が塗布された膜絶縁基板11−3を中空筒体14の所定位置に接着してから図5(a)の(3)に示すように外層チューブ16を中空筒体14にかぶせ、外層チューブ16を熱収縮させて収縮した外層チューブ16で温度センサ11を圧接することにより固定する。
一方、目盛り付窓シール18で開口部15をシールする場合には、図6に示すように予め裏面に接着剤が塗布されている目盛り付窓シール18を開口部15の上部から接着固定する。目盛り付窓シールの材料は、無色透明でレーザ光を透過し易い、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の表面が平滑な樹脂フィルムを使用するのが好ましく、特にPETフィルムが好ましい。接着剤は、中空筒体14中を循環する冷却水がレーザ光照射窓17よりリークしない様に目盛り付窓シール18を中空筒体14へ強力に接着できるものであればどのような接着剤でも使用できる。温度センサ11を固定するには、まず接着剤が塗布された薄膜基板11−3を目盛り付窓シール18の所定位置に接着してから図6の(3)に示すように外層チューブ16を中空筒体14にかぶせ、外層チューブ16を熱収縮させて収縮した外層チューブ16で温度センサ11を圧接することにより固定する。
[温度センサの構造:図7A〜7C]
図7Aは温度センサの一例を示す正面図であり、図7Bは、図7AのA−A断面を拡大した図である。図7A、7Bを用いて温度センサ11の構成とその特徴について説明する。
温度センサ11は、図7Aに示すように導線部と温度測定部とから構成され、導電部はポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、PETなどの絶縁材料で形成された薄膜基板11−3と薄膜基板11−3上に導電性材料を帯状に形成した2本の導線11−6により構成されている。薄膜基板11−3上には図7Aに示すように使用者が温度センサ11が生体に挿入された長さを容易に読みとれるように位置(深度)マーカが付いている。薄膜基板11−3は10〜40μm程度、好ましくは15〜25μmの厚さを有する薄膜であり折り曲げ自在であることを特徴とする。また、温度測定部は、図7Bに示すように中央部にサーミスタなどの温度測定素子11−1が配置され、温度測定素子11−1の上下面には電極11−4B、11−4Aが配置され、電極11−4B、11−4Aの上下面には薄膜基板11−3B,11−3Aが配置され、薄膜基板11−3B,11−3Aの上下面にはレーザ光遮光板11−5B,11−5Aが配置された構成となっている。
[温度センサの第1の特徴:厚さ]
まず、温度センサの第1の特徴である温度センサ11の温度測定素子として薄型のサーミスタ素子を用いることで温度測定素子の厚さを薄くできる点について説明する。温度測定素子11−1は直方体形状であり、上面と下面を電気的な結合面とし、この間の抵抗を測定することで温度を正確に測定することができる。この上面と下面とはそれぞれ平板上の電極と接触している。温度センサ11の構成要素の各厚さの一例を示すと、薄膜基板11−3の厚さは、10〜20μm、導線11−6の厚さは、10〜20μm、薄膜基板11−3の厚さは、10〜20μm、電極11−4の厚さは、10〜20μm、温度測定素子11−1の厚さは、150μm、レーザ光遮光板11−5の厚さは、5〜10μmである。このように、温度センサ11は、その厚さ(温度測定部の厚さ)が200μm程度まで薄くできる点が特徴である。
図7Cは、温度センサ11を中空筒体14のレーザ光照射窓17の外表面の端部に取り付け、更に外層チューブ16で温度センサ11を固定した場合の一例を示す。図7の例は、中空筒体14の外径が7mm、温度センサ11の厚さが200μm、外層チューブ16が20μmの場合を示す。図から分かるように温度センサ11をレーザ光照射窓17の外表面に配置しても温度センサ11部分は薄いため中空筒体14の外径とほぼ同じになる。そのため温度センサ11が取り付けられた挿入部103を生体内に挿入する場合に、生体表面が温度センサ11によって傷つく可能性を温度センサ11を取り付けない程度まで低減することができる。また外層チューブ16で温度センサ11を固定したことにより、温度センサは使用時の位置ずれを防止することもできる。
なお図7Cはレーザ光照射窓17が平板の場合の一例を示したが、レーザ光照射窓17が中空筒体14の外径形状と同じ円弧状に加工された場合に温度センサ11をその外表面に配置した場合にも、生体表面が温度センサ11によって傷つく可能性を温度センサ11を取り付けない程度まで低減することができる。これは、温度センサ11の厚さを200μm程度まで薄くできたためである。
[温度センサの第2の特徴:押しつけ電極:図8]
次に、温度センサの第2の特徴である押しつけ電極について説明する。まず、押しつけ電極の特徴を説明する前に温度センサ11の温度測定部の組立方法を図8(a)〜(d)を用いて説明する。図8(a)は、温度センサ11の組み立て前の一例を示す図であり、図に示す形状の薄膜基板11−3上に導電部11−2A、11−2B、電極11−4A、11−4B、レーザ光遮光膜11−5がエッチングなどにより形成されている。図の例では、導電部、電極およびレーザ光遮光膜は、同じ導電性材料(例えば、銅)を用いてエッチングなどにより薄膜基板11−3上に形成されている。また電極11−4A上には温度測定素子11−1が導電性接着剤により接着されている。なお、電極11−4A、11−Bもレーザ光遮光膜11−5の表面に蒸着してもよい。一方、導電部11−2A、11−2Bは、配線の短絡を避けるためレジスト印刷または別のポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、PETなどのカバー層で被覆する必要がある。
図8(d)に示す温度センサ11を組み立てるために、まず図8(a)の折り返しAで薄膜基板11−3を折り返して図8(b)に示すように電極11−4Aを温度測定素子11−1の上に重ね、次に、図8(b)の折り返しBでレーザ光遮光膜11−5を折り返して図8(c)に示すように電極11−4Aの上にレーザ光遮光膜11−5を重ね、次に図8(c)の折り返しCでレーザ光遮光膜11−5を折り返して図8(d)に示すように電極11−4Bの上にレーザ光遮光膜11−5を重ねることにより図7Bに示す温度測定部を有する温度センサ11が完成する。このようにして、温度センサ11を製造することができる。
以上説明した温度センサ11の製造方法から分かるように、温度センサ11のの第2の特徴は、電極11−4Bと温度測定素子11−1とは電気的に結合しているが、その結合面が導電性接着剤などにより接着されていない点である。このため温度センサ11を中空筒体14に接着する時に温度センサ11は長さ調節を行うことができるので、温度センサ11の破損を低減することができる。
この点について説明すると、円弧状の中空筒体14の外表面に図7Bに示す平板形状の温度測定部を有する温度センサ11を接着固定する際に、温度測定部は中空筒体14の形状に合わせて円弧状に曲がろうとするため薄膜基板11−3Bや電極11−4Bに大きな引張応力が発生する。しかしながら薄膜基板11−3Bの破断強度は小さいため温度測定素子11−1との結合面が導電性接着剤で接着されていると、発生した引張応力が破断強度以上となった場合に薄膜基板11−3Bまたは電極11−4Bあるいはその結合面が破損してしまう。
しかしながら、電極11−4Bと温度測定素子11−1との結合面が導電性接着剤で接着されていない場合には、温度測定素子11−1に接する電極11−4Bの位置が発生する引張応力に応じて移動することができるので、中空筒体14の形状に合わせて温度測定部は円弧状に曲がることができる。そのため発生する引張応力を低減することができるので、円弧状の中空筒体14の外表面に温度センサ11を接着固定する場合でも温度センサ11の長さ調節機能を利用してその破損を防止することができる。
このように、温度センサ11に接する2つの電極のうちの一方を薄膜基板11−3を折り曲げて温度センサ11に接触させる接触式構造とすることにより、円筒など屈曲した形状に沿って柔軟に搭載する際にも温度センサ11を設置位置に容易にかつ精度よく取付けることができる。
しかしながら、中空筒体14の外表面に配置された温度センサ11の電極11−4Bと温度測定素子11−1の界面は接着固定されていないため使用時にその界面が離れることにより温度センサ11として機能しなくなる場合がある。そこで、円弧状の中空筒体14の外表面に温度センサ11を接着固定したあとで、図5、6で説明したように外層チューブ16を中空筒体14にかぶせて外層チューブ16を熱収縮させて収縮した外層チューブ16で温度センサ11を圧接することにより固定する。このため、温度センサ11の電極11−4Bと温度測定素子11−1との結合面は、導電性接着剤などで接着されていなくても圧接固定されるため、使用時に電極11−4Bと温度測定素子11−1とが電気的に結合しなくなることはない。なお図8は一例であり上記説明した押しつけ電極の目的を達成することができるならば薄膜基板上に配置する電極や導線の位置は自由に変更することができる。
[反射面:図2]
次に、挿入部103の内部に設けられているレーザ光照射部20の反射面21ついて説明する。反射面21はレーザ光照射部20の一部を構成し、光ファイバ12の先端部から出力されたレーザ光をその平滑面で反射しレーザ光照射窓17を介して照射目標位置T−1に向けて照射するものである。
[モノレールパイプ:図2]
モノレールパイプ25は、図2に示すように中空の管であり、管内に洗浄液や洗浄用ガスなどの洗浄物を通過させることができる。モノレールパイプ25は、往復移動部材23を挿入部103の長手方向に往復移動可能とするともに、挿入部103の前方窓32が汚染されたときに、洗浄部(図示せず)から供給される洗浄物(例えば、洗浄液や洗浄用ガス)を前方窓32に供給する配管の役割を担っている。
ここで、洗浄液としては、例えば、滅菌水や、滅菌された生理食塩水などの液体を使用することができる。なお、洗浄液は、前方窓32に付着した付着物を除去しやすいように、加圧された状態で洗浄部(図示せず)からモノレールパイプ25内に供給され、挿入部103の洗浄水通路137を介して、前方窓32に供給され、前方窓32に付着した汚染物質を除去する。
また洗浄液の替わりに洗浄用ガスを使用する場合には、例えば、圧縮された空気、窒素、酸素、二酸化炭素などのガスを使用することができる。
[往復移動部材:図2]
往復移動部材23は、モノレールパイプ25上を図2の矢印の方向、すなわちアプリケータ110の長手方向(例えば、(a)位置→(b)位置→(c)位置→(b)位置→(a)位置など)に往復移動する際に、レーザ光の照射方向を照射位置に応じて変化させることを可能としている。このため、レーザ光の照射位置と照射方向を、常に連続的に変化させレーザ光が常に目標位置を通るように照射されるように制御することができる。
往復移動部材23は、レーザ光照射部20を往復移動可能に支持している。レーザ光照射部20の一辺には、往復移動部材23が設けられ、他辺に一対の突起26が設けられている。往復移動部材23は、レーザ光照射部20を往復移動部材23と自由に回転できるように取り付けるものであり、レーザ光照射部20の反射角度の変更に対応可能である。突起26は、挿入部103の内壁に配置される非平行溝42と嵌合している。
往復移動部材23は、アプリケータ110の基端部に配置される駆動ユニット150(図1)に連結され、モノレールパイプ25上をスライドすることによりレーザ光照射部20を挿入部103の長手方向に往復運動させる。このため、レーザ光照射部20は、往復移動部材23と非平行溝42との連動に基づき、軸方向の移動に伴って傾斜角度を変化させることができる。
[レーザ光の照射方向:図9]
図9は、レーザ光照射部20の動きとレーザ光の照射方向との関係を説明する図である。
図9に示すように、P2((b)位置)における往復移動部材23と非平行溝42との距離は、P1((c)位置)に比べて短い。そのため、レーザ光照射部20の往復移動部材23がP1((c)位置)からP2((b)位置)に移動する際に、レーザ光照射部20の突起26は非平行溝42に沿ってスライドし、レーザ光照射部20の傾斜角度は調整される。すなわち、レーザ光照射部20のモノレールパイプ25に対する傾斜角度は小さくなるように調整される。同様に、レーザ光照射部20の往復移動部材23が、P2((b)位置)からP3((a)位置)に移動する場合、レーザ光照射部20のモノレールパイプ25に対する傾斜角度は更に小さくなるように調整される。
一方、P1((c)位置)〜P3((a)位置)において、レーザ光照射部20によって反射されるレーザ光は、目標とする前立腺Tの照射目標部位T−1(ターゲットポイント)に常に集中するように設定されている。このためレーザ光は、照射目標部位T−1だけを連続的に照射し、表層などの他の組織は間欠的に照射する。したがって、連続的にレーザ光が照射される照射目標部位T−1は、照射によって発生する熱量が多くなり、加熱されて所望の高温に達するが、間欠的にレーザ光が照射される表層などは、照射によって発生する熱量が少ないためあまり加熱されない。したがって、照射目標部位T−1とその近傍のみをレーザ光で選択的に加熱して加熱治療することができる。
なお、レーザ光を反射するレーザ光照射部20は、2〜10Hz好ましくは3〜9Hzの周期で、モノレールパイプ25上を角度を変化させながら挿入部103の長手方向に往復運動する。
[非平行溝:図10]
次に、図10の断面構造図を用いて、非平行溝42の構造について説明する。
図10は、図2の(a)位置、(b)位置および(c)位置における挿入部103の断面図であり、各位置において壁部材40に設置されている非平行溝42の位置の違いを説明する図である。
図10において、挿入部103の中央部には、2本の壁部材40、41が配置されており、2本の壁部材40、41の間には洗浄物を搬送するモノレールパイプ25、レーザ光を導光するファイバ12、冷却水を挿入部103の先端部まで送水する冷却水ルーメン(in)50が配置されている。
また各壁部材40とアプリケータ110の左または右端部には、それぞれアプリケータ110の先端部まで送水された冷却水を冷却液循環部104に戻すための冷却水ルーメン(out)51,52、外層チューブ16、中空筒体14が配置されている。
図10の(a)位置における非平行溝42の位置は、図10の(b)位置における非平行溝42の位置よりも高い位置にある。このため図9に示す(a)位置におけるレーザ光を反射するレーザ光照射部20の反射角度θは、図9に示す(b)位置における反射角度θに比べて大きくなる。
同様にして、図10の(b)位置における非平行溝42の位置は、図10の(c)位置における非平行溝42の位置よりも高い位置にある。このため図9に示す(b)位置におけるレーザ光を反射するレーザ光照射部20の反射角度θは、図9に示す(c)位置における反射角度θに比べて大きくなる。
このため、レーザ光照射部20で反射されるレーザ光は、非平行溝42の位置の違いを利用して、常にターゲット部位T−1に集光させることができる。
[温度制御の構成説明:図11]
次に、上述した医療用エネルギー照射装置の温度制御を実行する制御構成について説明する。
図11は、医療用エネルギー照射装置の制御回路の構成を示すブロック図である。図11において、201は、CPUであり、202は、CPU201が実行する制御プログラムを格納するROMであり、203は表示部であり、204は、各種データを保存しておくRAMであり、205は温度センサであり206はレーザ光発生部であり、207は操作部である。
上記制御構成の動作を説明すると、操作部207は、キーボードなどであり、キーボードから最高表面温度の表示、深部温度の表示、照射タイミングの異常判断、レーザ光の出力制御などの各種処理の実行を開始する信号を入力する。CPU201は、操作部207から各種処理の実行コマンドを受信すると、ROM202に格納されている指定された制御プログラムに基づいてRAM204を使用しながら挿入部103に設置されている温度センサ11から表面温度の実測値を受信し、その実測値に基づいてレーザ光発生部206,表示部203などの各部を制御しながら、最高表面温度の表示、深部温度の表示、照射タイミングの異常判断、レーザ光の出力制御などの処理を実行する。
[管腔壁最高温度の推定方法:図12〜14]
次に、上記説明した医療用エネルギー照射装置10を用いて医師が加熱治療を行うときに挿入部103に設置された温度センサ11によって測定された表面温度の実測値からレーザ光照射時の管腔壁最高温度を推定する方法について説明する。
まず、測定条件について説明すると、温度センサ11は図4に示すレーザ光照射窓17の長手方向の周方向端部に配置されており、レーザ光照射時の表面温度Tuを測定する。レーザ光照射時の管腔壁最高温度Tmaxは図4に示すレーザ光照射窓17の中央部A点で常に観測されるので、A点に温度センサ11と別の温度センサを設置してTmaxを測定した。また、Tcoolは、挿入部103内部を冷却する冷却水の温度である。
図12は、レーザ光照射時の表面温度の実測値と管腔壁最高温度の相関を示す図であり、横軸はX=Tu−Tcool、縦軸はY=Tmax−Tuであり、図中の●印は実測値である。また図12中の直線Y=α・Xは実測値を線形近似して求めた推定式であり、α=0.55である。すなわち、図12より、レーザ光照射時の表面温度Tuと管腔壁最高温度Tmaxは、
Tmax=Tcool+(1+α)(Tu−Tcool) (1)
の関係を満たすことがわかったので、管腔壁最高温度Tmaxは(1)式を用いることによりレーザ光照射時の表面温度Tuから推定することができる。
図13は、任意時刻におけるレーザ光照射時の表面温度Tuから(1)式を用いて得られる管腔壁最高温度の推定値(Tmaxcal)と管腔壁最高温度の実測値(Tmaxexp)とをプロットしたものである。任意時刻における管腔壁最高温度の実測値と推定値とが一致することから管腔壁最高温度Tmaxはレーザ光照射時の表面温度Tuから(1)式を用いて推定することができる。
以上の実験結果に基づいて、レーザ光照射時の表面温度Tuから管腔壁最高温度Tmaxを算出する制御プログラムを作成してROM202に格納した。図14は、この制御プログラムに基づいてCPU201が各部を制御しながら実行する処理を示したものである。この処理は、医師が医療用エネルギー照射装置で加熱治療時に操作部から制御プログラムを実行するための実行コマンドや初期値などを入力することによって開始される。
まずステップS301において、Tcoolとαを設定し、次にステップS302において測定された表面温度Tuを受信すると、ステップS303において(1)式に基づいてTmaxを計算し、続いてステップS304において測定された表面温度Tuと算出された管腔壁最高温度Tmaxを表示部に表示させ、ステップS305において次の測定が行われる場合はステップS302に戻り上記説明した一連の操作を繰り返し、ステップS305において測定を終了する場合にはステップS306に進み一連の作業を終了する。
[生体深部温度の推定:図15、16]
次に、上記説明した医療用エネルギー照射装置10を用いて医師が加熱治療を行うときに挿入部103に設置された温度センサ11によって測定された表面温度の実測値からレーザ光照射時の生体深部温度を推定する方法について説明する。
まず、測定条件について説明すると、温度センサ11は図4に示すレーザ光照射窓17の長手方向の周方向端部に配置されており、レーザ光照射時の表面温度Tuを測定する。レーザ光照射時の生体深部温度Tpは図4に示すレーザ光照射窓17の中央部A点に接する生体組織の表面から1cm生体内に入った直下のB点とし、B点に温度センサを穿刺Tpを測定した。また、Tu0は、温度センサ11の初期値である。
説明は重複するので省略するが、図12と同様の処理を行い、レーザ光照射時の表面温度Tuと生体深部温度Tpは、
Tp=Tu0+β(Tu−Tu0) (2)
の関係を満たすことがわかったので、生体深部温度Tpは(2)式を用いることによりレーザ光照射時の表面温度Tuから推定することができる(β=4.2)。
図15は、任意時刻におけるレーザ光照射時の表面温度Tuから(2)式を用いて得られる生体深部温度の推定値(Tpcal)と生体深部温度の実測値(Tpexp)とをプロットしたものである。任意時刻における生体深部温度の実測値と推定値とが一致することから生体深部温度Tpはレーザ光照射時の表面温度Tuから(2)式を用いて推定することができる。
以上の実験結果に基づいて、レーザ光照射時の表面温度Tuから生体深部温度Tpを算出する制御プログラムを作成してROM202に格納した。図16は、この制御プログラムに基づいてCPU201が各部を制御しながら実行する処理を示したものである。この処理は、医師が医療用エネルギー照射装置で加熱治療時に操作部から制御プログラムを実行するための実行コマンドや初期値などを入力することによって開始される。
まずステップS401において、Tu0とβを設定し、次にステップS402において測定された表面温度Tuを受信すると、ステップS403において(2)式に基づいてTpを計算し、続いてステップS404において測定された表面温度Tuと算出された生体深部温度Tpを表示部に表示させ、ステップS405において次の測定が行われる場合はステップS402に戻り上記説明した一連の操作を繰り返し、ステップS405において測定を終了する場合にはステップS406に進み一連の作業を終了する。
[照射タイミングの確認:図17、18]
次に、上記説明した医療用エネルギー照射装置10を用いて医師が加熱治療を行うときに挿入部103に設置された温度センサ11によって測定された表面温度の実測値からレーザ光照射時の照射タイミングを確認する方法について説明する。
まず、測定条件について説明すると、温度センサ11は図4に示すレーザ光照射窓17の長手方向の周方向端部に配置されており、レーザ光照射時の表面温度Tuを測定する。なお、ここで使用する温度センサ11にはレーザ光遮光板を被覆していないものを用いる。
図17は、レーザ光出力が4、11、16Wで6Hzで移動照射したときの2秒間の温度変化を示す例である。例えば、レーザ光の出力が16Wの場合には、測定された温度は最低温度が30℃、最高温度が34℃の範囲で周期的に変動し1秒間に6回変動している。他のレーザ光出力の場合も同様に1秒間に6回変動している。これは、図2に示すレーザ光照射部20が1秒間に6回の割合で往復移動を繰り返し照射目標部位に対して正常にレーザ光を照射していることを示している。そこで、一定時間における周期的な温度変化の変動回数を測定することによりレーザ光照射部20が正常に作動しているか否かを検出することができる。例えば、上記条件では、1秒間に6回の周期的な温度変動を検出できれば照射タイミングは正常に作動していると判断し、1秒間に6回超または6回未満の場合は正常に作動していないと判断する。
[レーザ光出力値の検出]
あるいはまた図17に示した温度変化幅から出射部から出射されるレーザ光出力を測定することができる。具体的には、予め出力と変動幅の関係をROMに記憶しておき測定された変動幅から出力値を算出すればよい。
以上の実験結果に基づいて、レーザ光照射時の表面温度Tuから照射タイミングが正常か異常かを識別する制御プログラムを作成してROM202に格納した。図18は、この制御プログラムに基づいてCPU201が各部を制御しながら実行する処理を示したものである。この処理は、医師が医療用エネルギー照射装置で加熱治療時に操作部から制御プログラムを実行するための実行コマンドや初期値などを入力することによって開始される。
まずステップS501において、一定時間における測定された表面温度Tuを受信すると、ステップS502において測定された表面温度Tuを表示し、次に、ステップS503において測定された表面温度Tuから一定時間における周期的な温度変化の変動回数を測定し、ステップS305において測定された変動回数が予め設定されている変動回数と一致するか否かを調べ、次にステップS504において測定された変動回数が予め設定されている変動回数と一致する場合には照射タイミングは正常と判断してステップS506に進み表示部に照射タイミングが正常であることを表示させてからステップS507に進む一連の作業を終了する。一方、ステップS504において、測定された変動回数が予め設定されている変動回数と一致しない場合には照射タイミングは異常と判断してステップS505に進み表示部に照射タイミングが異常であることを表示させてからステップS507に進む一連の作業を終了する。
[レーザ光出力値の制御:図19、20]
次に、上記説明した医療用エネルギー照射装置10を用いて医師が加熱治療を行うときに挿入部103に設置された温度センサ11によって測定された表面温度の実測値からレーザ光照射時のレーザ光出力値を制御する方法について説明する。
まず、測定条件について説明すると、温度センサ11は図4に示すレーザ光照射窓17の長手方向の周方向端部に配置されており、レーザ光照射時の表面温度Tuを測定する。図19に、設定されたレーザ光照射時の表面温度の昇温パターンTutarget(t)と実測されたレーザ光照射時の表面温度Tuの一例を示す。図19に示す設定された昇温パターンに従って生体組織を加熱するために、レーザ光照射時のレーザ光出力値を刻々と変化させる必要があるが、そのレーザ光出力値の制御は、予め設定されている制御プログラムと、実測される表面温度Tuに基づいてCPU201がレーザ光発生部206を制御しながら行う。図20は、この制御プログラムに基づいてCPU201が各部を制御しながら実行する処理を示したものである。この処理は、医師が医療用エネルギー照射装置で加熱治療時に操作部から制御プログラムを実行するための実行コマンドや初期値などを入力することによって開始される。
まずステップS601において、レーザ光照射時の表面温度の昇温パターンTutarget(t)を決定する。この決定は、例えば予め設定されている昇温パターンの中から医師が所望する昇温パターンを選択し、その選択した信号を受信することによって決定される。次に、ステップS602において初期レーザ光出力値を設定し、次に、ステップS603において設定されたレーザ光出力値で照射目標部位を照射する。次に、ステップS604においてレーザ光照射時の表面温度T(t)を実測し、次にステップS605において測定された表面温度T(t)をTutarget(t)と比較し、Tutarget(t)<T(t)の場合はステップS606に進みレーザ光出力値PをP−ΔPに変更してからステップS609に進む。またステップS605においてTutarget(t)=T(t)の場合はステップS607に進みレーザ光出力値Pを変更せずそのまま維持してからステップS609に進む。またステップS605においてTutarget(t)>T(t)の場合はステップS608に進みレーザ光出力値PをP−ΔPに変更してからステップS609に進む。次にステップS609では、次の処理がある場合にはステップS603に戻り上記説明した処理を繰り返す。またステップS609において次の処理がない場合にはステップS610に進み一連の作業が終了する。
[その他の実施形態:図21]
上記説明した実施形態においては、挿入部に配置される温度センサが図4に示すように1つの場合を例にとり説明したが、挿入部に配置される温度センサは1つに限ることはなく複数は配置しても良い。図21は、同一薄膜基板上にそれぞれ独立した複数の温度センサを3つ配置した場合を示す。図21の温度センサの製造方法は、図8を応用することにより簡単に製造することができるのでその詳細は省略する。図21に示すように複数の温度センサを用いると加熱治療時の生体組織内の温度変化をより精度良く測定することができる。
なお、上記説明した実施形態は、本発明を限定するために記載されたものではなく、発明の技術的思想内において種々変更可能である。また本発明の医療用エネルギー照射装置は、例えば、前立腺肥大症、前立腺ガンなどの前立腺疾患のように、前立腺近傍に存在する尿道や直腸などの正常組織の加熱による損傷を低減しつつ、前立腺のみを加熱治療する場合に適用することが好ましい。
以上説明したように、本実施形態の温度センサの温度測定部は、温度測定素子の上下面に電極が配置され、電極の上下面に薄膜基板が配置され、薄膜基板の上下面にはレーザ光遮光板が配置された構造となっている。電極11−4Aと温度測定素子とは導電性接着剤で接着固定されているが、電極11−4Bと温度測定素子とは導電性接着剤で接着固定されていない。そのため温度センサを挿入部の中空筒体に接着する時に温度測定部が円弧状に曲がろうとして電極11−4Bに引張応力が発生すると、発生応力に応じて位置を変えられるので、温度センサの長さ調節を行うことができる。そのため温度センサの破損を防止できる。したがって、本実施形態の医療用エネルギー照射装置は、単純で安価に製造可能な構造でありながら加熱治療時における生体組織の温度を精度良く測定することができる。そのため医師は前立腺肥大症などの加熱治療を行う際に、加熱治療中の生体組織の温度を正確に監視することができより安全に加熱治療を行うことができる。
[第1の実施形態の温度センサの特徴のまとめ]
第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置で使用する温度センサ(薄型サーミスタ)の特徴を以下にまとめる。本医療用エネルギー照射装置は、尿道などの管腔からレーザ光を照射するレーザ光照射窓を有する挿入部を挿入し、挿入部のレーザ光照射窓からレーザ光を生体組織の深部に向けて照射して前立腺肥大症などの加熱治療を行う際に、加熱治療中の生体組織の温度を精度良く測定することができるため治療効果を高めることができる。薄型サーミスタの温度測定部は、温度測定素子としてMn,Co,Ni,Feを含む遷移金属酸化物を用い、厚さが200μm程度と小型化に適した薄さを有し、測定面積は例えば、0.09mmと局所温度(スポット)の測定に適している。この温度測定素子は、図7Bに示すようにレーザ光遮光板で遮光されており、レーザ光を間欠的に受光するレーザ光照射窓内の周囲上に設置することにより管腔表面の温度を精度よく測定することができる。この温度測定部の応答速度は200msec程度であり、3〜10Hzで往復運動するレーザ光照射部の加熱治療時のレーザ光を間欠的に受光する管腔表面温度の測定に適している。
また、測定された管腔表面温度からレーザ光の照射によって加熱された管腔表面の最高温度や深部温度(レーザ光照射目標部位)を推定することができる。このため加熱治療中に、管腔表面の最高温度や深部温度の経時変化を連続的に推定して表示部に表示することができる。また、測定された温度が予め設定されている温度を超えたときに、光や音により警報をだして注意をうながしたりあるいはレーザ光の照射を停止するように制御することもできる。このため、タンパク質の変性に伴う生体組織の不可逆的な損傷(生体組織が55℃の温度に約20秒、50℃の温度に約5分、48℃の温度に約10分晒されると生じる)を未然に防止できる。また、医師は、表示部に表示される管腔表面の最高温度を監視することによって、尿道が損傷されないように加熱治療時におけるレーザ光の照射条件などを変更することもできる。また、医師は、表示部に表示される深部温度を監視することによって、加熱治療時の効果を確認したり、深部温度に応じてレーザ光の照射を制御することもできる。例えば、深部温度が低すぎる場合にはレーザ光の照射を強くし、深部温度が目標温度に達した場合にはレーザ光の照射を停止する等の制御を行うことができる。
従って、本医療用エネルギー照射装置は、単純で安価に製造可能な構造でありながら、加熱治療時における生体組織の温度を精度良く測定することにより安全に加熱治療を行うことができる。また、温度測定部は薄いことから挿入部を小型化することにより挿入時の患者の痛みを低減することもできる。このため、従来のように温度測定素子を2本のリード線に接続し、これらが絡まないように保護管に入れて使用する必要もないので挿入部を小型化できる。また、温度測定素子は挿入部内部に配置しないため冷却水の影響を少なくして精度良く生体表面温度を測定することができる。また、温度センサーを生体組織中に穿刺して直接生体組織の温度を測定する必要がないので、穿刺による生体組織の損傷や感染症による副作用を防止することもできる。
<第2の実施形態>
第1の実施形態では、薄型サーミスタを温度センサとして用いる医療用エネルギー照射装置10について説明したが、第2の実施形態では、金属薄膜抵抗体の温度測定素子からなる温度センサを用いる医療用エネルギー照射装置110について説明する。なお、以下の説明では、金属薄膜抵抗体の一例としてアルミニウムを用いる例について説明するが、金属薄膜抵抗体はアルミニウムに限ることはなく、例えば、Pt,W,Ni,Co,Ag,Au,Cu等を用いてもよい。また金属薄膜抵抗体としてアルミニウムを用いる温度センサを温度センサ(アルミセンサ)と略称する。第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置10と第2の実施形態の医療用エネルギー照射装置110とは、温度センサは異なるが、それ以外の部分はほぼ類似する構成を有する装置である。そこで、以下に示す第2の実施形態の医療用エネルギー照射装置110の説明では、第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置10と共通する部分は重複するので同じ符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
[挿入部:図2,3,22]
第2の実施形態の前立腺肥大症の加熱治療を行うための医療用エネルギー照射装置110のシステム構成は、温度センサーとその制御以外は、図1と同様であるので、図1の説明は省略し、まず、挿入部1103について説明する。挿入部1103の断面図は図2と同様であり、その内部構成を示す外観斜視図は、図3と同様であり、中空筒体14上に配置される温度センサ(アルミセンサ)の一例を図22に示す。
図22において、挿入部1103は、ステンレス鋼などの硬質のパイプ材料によって形成される長尺状の中空筒体14と、中空筒体14の側面側には開口部15が形成され、開口部15に目盛付ガラス19をはめ込みか目盛付窓シール18を貼付してレーザ光照射窓17として使用する。中空筒体14上には温度測定部111−1、導線部111−2、薄膜基板111−3より構成される温度センサ(アルミセンサ)111が配置される。中空筒体14の外周面全体またはその一部は必要に応じてレーザ透過性の良好な外装チューブ16により被覆される。挿入部1103の中空筒体14の先端には、キャップ30が密閉状態で固定されており、このキャップ30には、挿入部1103を体腔U(例えば、尿道)へ挿入する時に、前方を観察するための光透過性の前方窓32が設けられている。
挿入部内部には、内部空間を規定する一対の壁部材40,41が設置されており、さらに、反射面21を有するレーザ光照射部20、レーザ光照射部20を支持する往復移動部材23、往復移動部材23を挿入部1103の長手方向に往復移動可能とするモノレールパイプ25、レーザ光照射部20によって反射されるレーザ光が常に照射目標部位を照射するようにレーザ光照射部20の角度を変更する非平行溝42および生体組織を観察するための内視鏡6、冷却水ルーメンなどが配置されている。なお、レーザ光照射部20は、光ファイバ12の先端に固定された往復移動部材23の左右側面に固定された一対の回転部27によって回転自在に支持され、レーザ光照射部20の左右側面に形成された一対の突起26は、壁部材40,41に設けられた一対の非平行溝42に摺動可能に嵌合しており、非平行溝42は、挿入部1103の長手方向と非平行となっている。
以下、上記説明した主要な構成要素のうちレーザ光照射窓17、温度センサ(アルミセンサ)111の構造とその特徴および製造方法についてのみ説明する。なお、挿入部1103の内部に設けられている他の構成要素、すなわち、レーザ光照射部20の反射面21、モノレールパイプ25、往復移動部材23および非平行溝42についての説明、ならびにレーザ光照射部20のの反射面21の動きとレーザ光の照射方向との関係の説明は、第1実施形態での説明と同じであるので、ここでの説明は省略する。
[レーザ光照射窓:図23]
まず、温度センサ(アルミセンサ)111をレーザ光照射窓17へ取付ける方法について説明する。図23は、目盛付窓シール18を中空筒体14の開口部15に貼付してレーザ光照射窓17を形成し、次に温度センサ(アルミセンサ)111を目盛付窓シール18上の窓内部の所定位置に配置する方法の一例を示す図である。
すなわち、図23の(1)に示すように予め裏面に接着剤が塗布されている目盛り付窓シール18を中空筒体14の開口部15を含む位置に接着して固定する。目盛り付窓シール18の材料は、無色透明でレーザ光を透過し易い、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の表面が平滑な樹脂フィルムを使用するのが好ましく、特にPETフィルムが好ましい。接着剤は、中空筒体14中を循環する冷却水がレーザ光照射窓17よりリークしない様に目盛り付窓シール18を中空筒体14へ強力に接着できるものであればどのような接着剤でも使用できる。
次に、図23の(2)に示すように、温度センサ(アルミセンサ)111を目盛り付窓シール18の窓部に相当する位置(図23に点線で示す)に上記の接着剤を用いて接着する。最後に、図23の(3)に示すように、外層チューブ16を中空筒体14にかぶせ、外層チューブ16を熱収縮させることにより収縮した外層チューブ16で温度センサ(アルミセンサ)111を圧接することにより固定し、最後にキャップ30を中空筒体14にかぶせる。このようにして、温度センサ(アルミセンサ)111をレーザ光照射窓17の図23に点線で示す窓部内の所定位置(図23に点線で示す位置)に固定することができる。
なお、上記説明した目盛付窓シール18の代わりに図5に示すように目盛付ガラス19A,Bを中空筒体14の開口部15にはめ込み、次に、目盛付ガラス19A,Bの窓部に相当する位置(図23に点線で示す)に温度センサ(アルミセンサ)111を接着剤を用いて接着し、最後に、外層チューブ16を中空筒体14にかぶせ、外層チューブ16を熱収縮させることにより収縮した外層チューブ16で温度センサ(アルミセンサ)111を圧接することにより固定してもよい。
[温度センサ(アルミセンサ)の構造:図24A〜24C]
次に、温度センサ(アルミセンサ)の構造について説明する。図24Aは温度センサ(アルミセンサ)111の一例を示す正面図である。図24Bは、目盛付窓シール18と外層チューブ16の間に挟まれた温度センサ(アルミセンサ)111の厚み方向の構成を説明する図であり、説明をわかりやすくするため厚み方向の長さを拡大して表示した模式図である。図24Cは、温度センサ(アルミセンサ)111を中空筒体14のレーザ光照射窓17の外表面に取り付け、外層チューブ16で固定した一例を示す。
温度センサ(アルミセンサ)111は、図24Aに一例を示すように導線部111−2と温度測定部111−7とから構成され、導線部111−2と温度測定部111−7とは、電極部111−4と導線部111−6とを接合することにより電気的に結合される。この接合には導電性粒子を分散させた熱硬化性のエポキシ樹脂からなる異方性導電体(一般にACPまたはACF樹脂として知られている)が適している。なお、図24Aは、温度測定素子111−1および電極111−4の形状の一例であり、これらの形状は、測定する部分に応じて自由に設計することができる。
温度測定部111−7は、薄膜基板111−5と温度測定素子111−1と電極111−4とから構成される。温度測定素子111−1と電極111−4とは、一体的に製造することにより、あるいは、別々に製造してから接合することにより電気的に結合することができる。一体的に製造する例としては、例えば、薄膜基板111−5上にアルミニウムを蒸着してから所定形状にパターニングし、エッチングすることにより形成される。薄膜基板111−5は、無色透明でレーザ光を透過し易い、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の表面が平滑な透光性樹脂フィルムを使用するのが好ましく、特にPETフィルムが好ましい。薄膜基板111−5の厚さは、16〜80μm、好ましくは、38〜50μmである。温度測定素子111−1は、線幅5〜40μm、好ましくは全長50〜100mmであり、抵抗値は100〜1000Ωが望ましい。図24Aの111−9は、この温度測定素子111−1によって測定される温度測定用領域の一例であり、その温度測定用領域の面積は、例えば、9mmである。ここで、温度測定用領域の面積は、例えば、レーザ光照射窓内を透過するレーザ光の照射幅よりも大きい範囲、または、レーザ光照射径よりも大きくレーザ光照射窓の幅よりも小さいことが好ましい。なお、図24Aに示す温度測定素子111−1(線幅20μm、全長85mm)を、図22に示すようにレーザ光照射窓17の図の下端の周辺から上端の周辺までの広い領域(温度測定用領域の面積9mm)を覆うよう配置した場合、レーザ光が温度測定素子111−1によって遮られる割合は極めて少ないため、生体組織へのレーザ光の照射はほとんど妨げられない。例えば、25Wのレーザ光が照射される場合、この温度測定素子111−1によって遮られる割合は照射窓の0.15%(34mW)程度である。
一方、導線部111−2はポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、PETなどの絶縁材料で形成された薄膜基板111−3と薄膜基板111−3上に導電性材料を帯状に形成した4本の導線111−6により構成されている。4本の導線111−6のうちの2本は、電圧検出用に用いられ、他の2本は、定電流導入用に用いられる。なお、4本の導線111−6の代わりに2本の導線111−6を用いる構成としてもよい。また、薄膜基板111−2上には図24Aに一例を示すように使用者が温度センサ(アルミセンサ)111が生体に挿入された長さを容易に読みとれるように位置(深度)マーカ111−8が付いている。薄膜基板111−3は10〜40μm程度、好ましくは15〜25μmの厚さを有する薄膜であり、折り曲げ自在であることを特徴とする。
[温度センサ(アルミセンサ)の特徴:厚さ]
次に、温度センサ(アルミセンサ)111の特徴について説明する。温度センサ(アルミセンサ)111の第1の特徴は、温度センサの厚さを薄くできる点である。温度測定素子として使用できる金属薄膜抵抗体は、例えば、Al,Pt,W,Ni,Co,Cu,Ag,Au等の金属薄膜であり、それ自体の厚さが0.2〜3μmと非常に薄いため温度センサを薄くすることができる。また、金属は、レーザの反射率が大きい(例えば、Alの場合90%)ので、温度測定素子として用いるときにはレーザ光遮光板で被覆する必要が無いため、温度センサを更に薄くすることができる。
例えば、金属薄膜抵抗体としてアルミニウムを用いる温度センサ(アルミセンサ)111の各厚さの一例を示すと、薄膜基板111−5の厚さは、16〜80μm、好ましくは38〜50μm、温度測定素子111−1および電極111−4の厚さは0.2〜3μm、好ましくは0.5〜1.5μmであり、導線111−6の厚さは、10〜20μm、薄膜基板111−3の厚さは、10〜20μmである。従って、図24Bに示すように温度センサ(アルミセンサ)111の温度測定部111−7の厚さ(温度測定素子111−1+薄膜基板111−5)は、16〜83μm程度まで薄くできる。
図24Cは、図22に示すように温度センサ(アルミセンサ)111を中空筒体14のレーザ光照射窓17の外表面上に取り付け、更に外層チューブ16で温度センサ(アルミセンサ)111を固定した場合の一例を示す。図24Cの例は、中空筒体14の外径が7mm、温度センサ11の厚さが20μm、外層チューブ16が20μmの場合を示す。図から分かるように温度センサ(アルミセンサ)111をレーザ光照射窓17の外表面に配置しても温度センサ111は薄いため中空筒体14の外径とほぼ同じになる。そのため、温度センサ111が取り付けられた挿入部1103を生体内に挿入する場合に、生体表面が温度センサ11によって傷つく可能性を温度センサ111を取り付けない程度まで低減することができる。また外層チューブ16で温度センサ111を固定したことにより、温度センサが使用時に位置ずれするのを防止することもできる。
なお、図24Cはレーザ光照射窓17が平板の場合の一例を示したが、レーザ光照射窓17が中空筒体14の外径形状と同じ円弧状に加工された場合に温度センサ111をその外表面に配置することもできる。この場合でも温度センサ111の厚さは20μm程度と薄いため温度センサ111によって生体表面が傷つく可能性は温度センサ111を取り付けない程度まで低減することができる。
[温度センサ(アルミセンサ)の第2の特徴:測定領域]
次に、温度センサ(アルミセンサ)111の第2の特徴について説明する。温度センサ(アルミセンサ)111の第2の特徴は、線幅が細く長い金属薄膜抵抗体を用いることにより、広い領域(面領域、好ましくは、レーザ光の照射光径よりも広くレーザ光照射窓の幅よりも狭い領域)の温度を測定することができる点である。例えば、金属薄膜抵抗体の抵抗が100〜1000オームの場合、アルミニウムを用いると、厚さが線幅5〜40μm、長さが50〜100mmの金属薄膜抵抗体を設計することができる。例えば、図24Aに示す形状(線幅20μm、長さ85mm)のアルミニウム薄膜抵抗体の場合、3×3mmの領域(面領域)の温度を測定することができる。
そこで、この金属薄膜抵抗体(アルミニウム)を図22に示すようにレーザ光を照射するレーザ光照射窓17の図の下端の周辺から上端の周辺までの広い領域(温度測定用領域の面積9mm)に設置することにより、レーザ光照射窓17に接する生体組織の表面の最高温度を直接測定することができる。
また、図24Aに示す形状の温度測定用領域111−9をレーザ光照射窓17に配置し、広い領域(面領域)の温度を測定しても温度測定素子111−1によって遮られるレーザ光を少なく抑えることができる。これは、金属薄膜抵抗体(アルミニウム)の線幅が20μmと細いためである。一例を示せば、例えば、25Wのレーザ光を照射する場合、図24Aに示す形状の温度測定素子111−1によってレーザ光が遮られる割合は照射窓の0.15%(34mW)であり、ほとんどのレーザ光は金属薄膜抵抗体(アルミニウム)によって遮られることなく照射目標位置を照射することができる。
また、広い領域(面領域)の温度を測定できる温度センサ(アルミセンサ)111を用いると、製造時のばらつきによる温度測定のばらつきを低減することができる。製造時のばらつきとしては、例えば、レーザ光照射窓17に対するレーザ光照射部20の傾きが挿入部ごとにばらつく場合、温度測定部の厚さがばらつく場合等があげられる。このように製造時のばらつきが生じた場合、温度センサが狭い領域(スポット)を測定する場合には測定した温度に製造時のばらつきの影響が含まれる。そのため、複数の挿入部を交換して使用する場合など挿入部を変えて使用する場合、測定した温度に製造時のばらつきの影響が含まれることにより正確な温度を検出できない場合がある。しかしながら、温度センサ(アルミセンサ)111は、上記説明したように線幅が細く長い金属薄膜抵抗体を用いることにより、広い領域(面領域)の温度を測定することができるため、たとえ製造時のばらつきが生じてもレーザ光照射窓17に接する生体組織の表面の最高温度を常に正しく測定することができる。
[アルミセンサの製造方法]
次に、温度センサ(アルミセンサ)111の温度測定部の製造方法の一例について説明する。例えば、図24Aに示す形状の温度センサ(アルミセンサ)111の温度測定部111−7と電極111−4とを同時に製造する場合には、まず、PET樹脂などの透光性樹脂の薄膜基板(膜厚さは、16〜80μm、好ましくは、38〜50μm)上に真空蒸着によりアルミニウムの層を形成する。アルミニウム層の厚さは、0.2〜3μm、好ましくは、0.5〜1.5μmである。次に、アルミニウム層の上にレジストを塗布後、薄膜基板をフォトリソグラフィで露光してレジストにパターンを形成する。次に、露光されたレジストをエッチングにより除去し、残ったレジストをマスクとしてその下のアルミニウムをドライ又はウェットエッチングなどによりエッチングし、不要になったレジストを剥離することにより、図24Aに示す温度センサ(アルミセンサ)111の温度測定部111−7およびと電極111−4が得られる。得られた温度測定素子111−1は、抵抗値は100〜1000Ω、線幅5〜40μm、全長50〜100mmであり、温度測定用面領域111−9の大きさは、3×3mmである。なお、温度測定素子111−1および電極111−4の形状は、測定する部分に応じて自由に設計することができる。
[レーザ光照射下における表層温度の測定:図25]
温度センサ(アルミセンサ)111を用いて温度測定した結果の一例を図25に示す。図25は、温度センサ(アルミセンサ)111を図22に示すレーザ光照射窓17(長手方向の長さ30mm)に取付け、5Hz(200msec)の周期でレーザ光照射部20を挿入部1103の長手方向に往復運動させた場合(図2参照)に、温度センサ(アルミセンサ)111によって測定される温度の経時変化(1周期)の一例を示している(図5のレーザ光照射部の位置は、図22参照)。温度センサ(アルミセンサ)111の温度測定用面領域111−9(図24A参照)は、3×3mmであり、レーザ光の出力は15W〜25Wである。レーザ光照射部20は、図2に示す方向に挿入部1103の長手方向に往復運動するため、温度センサ(アルミセンサ)111は、レーザ光を時間t0〜t1および時間t3〜t4の間、間欠的にレーザ光を受光する。この受光期間(照射期間)の間、温度センサ(アルミセンサ)111(レーザ光反射率90%)は、レーザ光の一部を吸収して加熱されるため測定される温度は上昇するが、続くt2〜t3および時間t4〜t8の間はレーザ光を受光しないので温度センサ(アルミセンサ)111の測定温度は周囲の温度まで低下する。図25の例では、時刻t3または時刻t6でほぼ照射前の温度(温度センサに接する生体表面の温度)と等しくなる。従って、例えば、レーザ光照射下において、時刻t6〜時刻t8によって測定される温度Tを温度センサに接する生体表面の温度(周囲温度)として測定するすることにより、レーザ光照射下における温度センサ(アルミセンサ)111の加熱の影響を排除してレーザ光照射下における表層温度の変化を精度よく測定することができる。
なお、図25において、照射前に温度センサに接する生体表面の温度(周囲温度)を示す測定温度がレーザ光の照射を受けて上昇し、上昇した測定温度がレーザ光の照射停止により生体表面の温度(周囲温度)と等しい温度まで下がるまでの時間を応答速度と定義すると、図24Aの構造の温度センサ(アルミセンサ)111の場合の応答速度は、50msec程度である。
図26は、第1実施形態で用いた温度センサ11(薄型サーミスタ)と本実施形態で用いる温度センサ(アルミセンサ)111の応答速度を比較した図である。図26より薄型サーミスタの応答速度は200msec程度であり、温度センサ(アルミセンサ)111の応答速度は、薄型サーミスタの応答速度より早い。このため、温度センサ(アルミセンサ)111は、レーザ光照射部20をより高速で往復運動する場合の表層温度の測定に適したセンサとして用いることができる。なお、温度センサ11(薄型サーミスタ)を用いる場合には、その応答速度の遅さを補正計算により補うことができる。すなわち、表層温度を推測する式(例えば、式(1))を利用することにより測定温度から最高温度を算出することができる。したがって、温度センサ11(薄型サーミスタ)と温度センサ(アルミセンサ)111とは、どちらもレーザ光照射部20を往復運動する場合の表層温度の測定に適するセンサとして使用することはできる。
[温度制御の構成説明:図11]
次に、上記測定した測定温度を用いて本医療用エネルギー照射装置110によって行われる表面温度の推定および各種制御処理について説明する。本医療用エネルギー照射装置110の制御回路の構成は、図11で説明した第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置10の制御回路と同じであるので、図11を用いる制御回路の構成の説明は省略する。
[尿道表面温度の推定:図27〜29]
上記説明した医療用エネルギー照射装置110を用いて医師が加熱治療を行うときに挿入部1103に設置された温度センサ(アルミセンサ)111によって測定された表面温度の実測値から尿道表面温度を推定する方法について説明する。
温度センサ(アルミセンサ)111は、レーザ光照射窓17上の図22に示す領域(好ましくは、レーザ光の照射光径よりも広くレーザ光照射窓の幅よりも狭い領域)を覆うよう配置されているためレーザ光照射時において測定される表面温度Tuは、生体組織の表面温度(尿道の表面温度)を直接測定しているものと考えられる。しかしながら、実際には、温度センサは、図24Bに示すように目盛り付窓シール18と外層チューブ16とに挟まれて設置されているため、実際の尿道表面温度Tmaxは測定された表面温度Tuより高くなる。そのため、測定された表面温度Tuから実際の尿道表面温度Tmaxを推定する必要がり、以下、図27〜29を用いて、測定された表面温度Tuから尿道表面温度Tmaxを推定する方法について説明する。
図28は、温度センサ(アルミセンサ)111の温度測定素子111−1と尿道表面との位置関係を示す一例であり、横軸はレーザ光照射窓と尿道表面の位置、縦軸は温度を示している。図28は、目盛り付窓シール18の厚さが48μm、温度センサ(アルミセンサ)の厚さが50μm(薄膜基板111−5:49μm、温度測定素子111−1:1μm)、外層チューブ16の厚さが38μmの場合を示している。従って、温度測定素子111−1によって測定される温度は、尿道表面の温度ではなく尿道表面より38μm離れた温度(挿入部の内部温度)である。
ここで、挿入部の内表面(図のL0)を基準位置とし、温度測定素子111−1の位置をL2、尿道表面の位置をL3とすると、挿入部の内表面から尿道表面までの長さ(L3)に対する挿入部の内表面から温度測定素子111−1までの長さ(L2)の割合をγ(補正係数)とすると、
γ=L2/L3=0.72 (3)
である。そこで、(3)式の補正係数γを用いて、測定された表面温度Tuから尿道表面温度Tmaxは次式によって得ることができる。
Tmax=Tcool+(Tu−Tcool)/γ (4)
ここで、Tcoolは、挿入部1103内部を冷却する冷却水の温度であり、例えば、20℃である。
図27は、任意時刻におけるレーザ光照射時に測定される表面温度Tuと、測定された表面温度Tuから(4)式を用いて得られる尿道表面温度の推定値(Tmaxcal)とをプロットしたものである。図27の例では、レーザ光の照射出力を0〜25Wまで段階的に増加後、25〜0Wまで段階的に減少させた場合を示している。このとき測定される表面温度Tuの温度変化より、測定される表面温度Tuがレーザ光の照射出力に追従して精度よく測定されていることがわかる。このことから、レーザ光照射時の任意時刻における実測された表面温度Tuから(4)式を用いて尿道表面最高温度Tmaxを精度よく推定できることがわかった。
以上の実験結果に基づいて、レーザ光照射時の表面温度Tuから尿道表面最高温度Tmaxを算出する制御プログラムを作成してROM202に格納した。図30は、この制御プログラムに基づいてCPU201が各部を制御しながら実行する処理を示したものである。この処理は、医師が医療用エネルギー照射装置で加熱治療時に操作部から制御プログラムを実行するための実行コマンドや初期値などを入力することによって開始される。
まずステップS1301において、Tcool(例えば、20℃)とβ(例えば、0.72)を設定し、次にステップS1302において測定された表面温度Tuを受信すると、ステップS1303において(4)式に基づいてTmaxを計算し、続いてステップS1304において測定された表面温度Tuと算出された尿道表面温度Tmaxを表示部に表示させ、ステップS1305において次の測定が行われる場合はステップS1302に戻り上記説明した一連の操作を繰り返し、ステップS1305において測定を終了する場合にはステップS306に進み一連の作業を終了する。
[生体深部温度の推定]
また、本実施形態の医療用エネルギー照射装置110では、第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置11において、図15、16で説明したのと同様の処理を行うことにより、医師が加熱治療を行うときに挿入部1103に設置された温度センサ(アルミセンサ)111によって測定された表面温度の実測値から生体深部温度を推定することができる。従って、生体深部温度の推定方法の説明は、図15、16で説明したのと同様でありその説明は重複するのでここでの説明は省略する。ただし、(2)式におけるβの値は温度センサ(アルミセンサ)111に適した値を用いて行う必要がある。
[照射タイミングの確認:図17、18]
また、本実施形態の医療用エネルギー照射装置110では、第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置11において、図17、18で説明したのと同様に、医師が加熱治療を行うときに挿入部1103に設置された温度センサ(アルミセンサ)111によって測定された表面温度の実測値からレーザ光照射時の照射タイミングを確認し、照射タイミングが正常か異常かを識別する処理を行うことができる。しかしながら、この処理は、図17、18で説明したのと同様でありその説明は重複するのでここでの説明は省略する。
[レーザ光出力値の制御:図19、20]
また、本実施形態の医療用エネルギー照射装置110では、第1の実施形態の医療用エネルギー照射装置11において、図19、20で説明したのと同様に、医師が加熱治療を行うときに挿入部1103に設置された温度センサ(アルミセンサ)111によって測定された表面温度からレーザ光照射時のレーザ光出力値(例えば、図19に示す設定された昇温パターンに従って生体組織を加熱)を制御することもできる。しかしながら、この処理は、図19、20で説明したのと同様でありその説明は重複するのでここでの説明は省略する。
なお、上記説明した実施形態は、本発明を限定するために記載されたものではなく、発明の技術的思想内において種々変更可能である。また本発明の医療用エネルギー照射装置は、例えば、前立腺肥大症、前立腺ガンなどの前立腺疾患のように、前立腺近傍に存在する尿道や直腸などの正常組織の加熱による損傷を低減しつつ、前立腺のみを加熱治療する場合に適用することが好ましい。
[第2の実施形態の温度センサのまとめ]
第2の実施形態の医療用エネルギー照射装置110で使用する温度センサ(金属薄膜抵抗体、金属センサ)の特徴を以下にまとめる。本医療用エネルギー照射装置110は、尿道などの管腔からレーザ光を照射するレーザ光照射窓を有する挿入部を挿入し、挿入部のレーザ光照射窓からレーザ光を生体組織に向けて照射して前立腺肥大症などの加熱治療を行う際に、加熱治療中の生体組織の表面温度を直接精度良く測定して治療効果を高めることができる。金属センサの温度測定部は、金属薄膜抵抗体を温度測定素子として用い、その厚さが0.2〜3μm程度と小型化に適した薄さを有し、測定面積は、例えば9mmと広い領域(面領域)の測定に適している。金属薄膜抵抗体の温度測定素子は、レーザ光の反射率(Alで90%)が大きいためレーザ光遮光板を設ける必要が無いので単純な構造とすることができる。また、図24Aに示すように金属薄膜抵抗体は、線幅5〜40μm、全長50〜100mmと細いため、レーザ光照射窓の広い領域(例えば、3mm×3mmの程度)に設置してもレーザ光の照射を妨げないので、加熱治療を妨害することはない。(例えば、25Wレーザ光照射の場合のエネルギー損出は34mW(0.15%)である。また温度測定部の応答速度は50msec程度と早く、3〜10Hzで往復運動するレーザ光照射部の加熱治療時のレーザ光を間欠的に受光する管腔表面の最高温度の測定により適している。
また、測定された管腔表面温度からレーザ光の照射によって加熱された管腔表面の最高温度や深部温度(レーザ光照射目標部位)を推定することができる。このため加熱治療中に、管腔表面の最高温度や深部温度の経時変化を連続的に推定して表示部にすることができる。また、測定された温度が予め設定されている温度を超えたときに、光や音により警報をだして注意をうながしたりあるいはレーザ光の照射を停止するように制御することもできる。このため、タンパク質の変性に伴う生体組織の不可逆的な損傷(生体組織が55℃の温度に約20秒、50℃の温度に約5分、48℃の温度に約10分晒されると生じる)を未然に防止できる。また、医師は、表示部に表示される管腔表面の最高温度を監視することによって、尿道が損傷されないように加熱治療時におけるレーザ光の照射条件などを変更することもできる。また、医師は、表示部に表示される深部温度を監視することによって、加熱治療時の効果を確認したり、深部温度に応じてレーザ光の照射を制御することもできる。例えば、深部温度が低すぎる場合にはレーザ光の照射を強くし、深部温度が目標温度に達した場合にはレーザ光の照射を停止する等の制御を行うことができる。
さらに、金属センサの温度測定部は広い領域(面領域)の測定に適しているため、挿入部を製造する際に、製造時にばらつきを生じても製造時のばらつきの影響を受けて測定部の温度が変化することはない。
従って、本医療用エネルギー照射装置は、単純で安価に製造可能な構造でありながら、加熱治療時における生体組織の温度を精度良く測定することにより安全に加熱治療を行うことができる。また、温度測定部は薄いことから挿入部を小型化することにより挿入時の患者の痛みを低減することもできる。このため、従来のように温度測定素子を2本のリード線に接続し、これらが絡まないように保護管に入れて使用する必要もないので挿入部を小型化できる。また、温度測定素子は挿入部内部に配置しないため冷却水の影響を少なくして精度良く生体表面温度を測定することができる。また、温度センサーを生体組織中に穿刺して直接生体組織の温度を測定する必要がないので、穿刺による生体組織の損傷や感染症による副作用を防止することもできる。
医療用エネルギー照射装置のシステム構成図である。 挿入部の断面図である。 挿入部の内部構成を示す外観斜視図である。 中空筒体上に配置される温度センサーの一例を説明する図である。 目盛付ガラスを用いてレーザ光照射窓を形成し、次に温度センサを中空筒体上に配置する方法の一例を示した図である。 目盛付窓シールを用いてレーザ光照射窓を形成し、次に温度センサを中空筒体上に配置する方法の一例を示した図である。 温度センサの構造を示す正面図である。 図7AのA−A断面を拡大した図である。 温度センサを中空筒体上に配置した例を示す図である。 温度センサの製造方法を説明する図である。 反射面の動作とレーザ光の集中する生体組織部位(ターゲットポイント)の関係を説明する図である。 非平行溝の断面構造の位置((a),(b),(c)の関係を説明する図である。 医療用エネルギー照射装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 レーザ光照射時の表面温度の実測値と管腔壁最高温度の相関を示す図である。 任意時刻におけるレーザ光照射時の表面温度Tuと、(1)式を用いて得られる管腔壁最高温度の推定値と実測値とをプロットした図である。 レーザ光照射時の表面温度Tuから管腔壁最高温度Tmaxを算出する処理を説明するフロー図である。 任意時刻におけるレーザ光照射時の表面温度Tuと、(2)式を用いて得られる生体深部温度の推定値と実測値とをプロットした図である。 レーザ光照射時の表面温度Tuから生体深部温度Tpを算出する処理を説明するフロー図である。 レーザ光出力が4、11、16Wの場合のときの2秒間の温度変化を示す例である。 レーザ光照射時の表面温度Tuから照射タイミングが正常か異常かを識別する処理を説明するフロー図である。 設定されたレーザ光照射時の表面温度の昇温パターンTutarget(t)と実測された表面温度Tu(t)の一例を示す図である。 レーザ光照射時の表面温度Tuからレーザ光出力を制御する処理を説明するフロー図である。 同一薄膜基板上にそれぞれ独立した複数の温度センサを3つ配置した場合の図である。 中空筒体上に配置される温度センサ(アルミセンサ)の一例を説明する図である。 目盛付窓シールを用いてレーザ光照射窓を形成し、次に温度センサ(アルミセンサ)を中空筒体上に配置する方法の一例を示した図である。 温度センサ(アルミセンサ)の構造を示す正面図である。 温度センサ(アルミセンサ)の断面を説明する模式図である。 温度センサ(アルミセンサ)を中空筒体上に配置した例を示す図である。 温度センサ(アルミセンサ)を用いて温度測定をした一例を示す図である。 温度センサとしてアルミセンサと薄型サーミスタを用いて温度測定をした一例を示す図である。 任意時刻におけるレーザ光照射時の表面温度Tuと(4)式を用いて得られる尿道表面温度の推定値とをプロットした図である。 表面温度Tuから尿道表面温度を推定する方法を説明する図である。 レーザ光照射時の表面温度Tuから尿道表面温度Tmaxを算出する処理を説明するフロー図である。
符号の説明
6 内視鏡
10 医療用エネルギー照射装置
11 温度センサ
11−1 温度測定素子
11−2 導線部
11−3 薄膜基板
11−4 電極
11−5 レーザ光遮光板
11−6 導線
12 光ファイバ
14 中空筒体
15 開口部
16 外層チューブ
17 レーザ光照射窓
18 目盛付窓シール
18A 目盛
19A 目盛付ガラス
19B 目盛付ガラス
20 レーザ光照射部
21 反射面
23 往復移動部材
25 モノレールパイプ
26 突起
27 回転部
30 キャップ
32 前方窓
40 壁部材
42 非平行溝
103 挿入部
110 アプリケータ
102 レーザ光発生部
103 駆動電源
104 冷却液循環部
105 冷却温度調節部
106 制御部
107 表示部
108 操作部
111 温度センサ(アルミセンサ)
111−1 温度測定素子
111−2 導線部
111−3 薄膜基板
111−4 電極
111−5 薄膜基板
111−6 導線
111−7 温度測定部
111−8 位置マーカ
111−9 温度測定用面領域
150 駆動ユニット
185 冷却液送りチューブ
186 冷却液戻りチューブ
188 モータ
203 挿入部
1103 挿入部

Claims (26)

  1. 生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部に配置される温度センサと、前記挿入部にエネルギーを生体組織に向けて照射するエネルギー照射窓とを有するエネルギー照射用医療器具であって、
    前記温度センサは、
    屈曲可能な薄膜基板と、
    前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線と、
    前記少なくとも第1および第2導線に電気的に結合している温度測定部とを有し、
    前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されていることを特徴とするエネルギー照射用医療器具。
  2. 前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内の周辺部に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー照射用医療器具。
  3. 前記温度測定部は、
    前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線にそれぞれ接着され電気的に結合している第1および第2電極と、
    略板状の金属酸化物からなるサーミスタ素子と、を有し、
    前記第1および第2電極が前記サーミスタ素子と電気的に結合していることを特徴とする請求項2に記載のエネルギー照射用医療器具。
  4. 前記第1電極上に前記サーミスタ素子の第1面上が配置され、前記第1電極は前記サーミスタ素子に接着されかつ電気的に結合し、前記サーミスタ素子の第1面に対向する第2面上に前記第2電極が配置され、前記第2電極は前記サーミスタ素子と接着されてはいないが電気的に結合していることを特徴とする請求項2に記載のエネルギー照射用医療器具。
  5. 前記屈曲可能な薄膜基板を折り曲げることにより前記サーミスタ素子の第1の面に対向する第2の面上に前記第2の電極が配置されることを特徴とする請求項2に記載のエネルギー照射用医療器具。
  6. 前記薄膜基板は前記エネルギー照射窓の外側であって前記挿入部の長手方向に沿って配置されることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー照射用医療器具。
  7. 前記挿入部を被覆する外層チューブを更に有し、前記挿入部の外表面を前記外層チューブで被覆後、被覆した外層チューブを熱収縮させることにより前記サーミスタ素子と前記第2の電極とを圧接し電気的に結合させることを特徴とする請求項4に記載のエネルギー照射用医療器具。
  8. 前記サーミスタ素子を前記エネルギーから遮光する金属薄膜を更に有することを特徴とする請求項3に記載のエネルギー照射用医療器具。
  9. 前記金属薄膜は前記薄膜基板上に形成されており、前記薄膜基板を折り曲げることによって前記金属薄膜が前記サーミスタ素子を被覆することを特徴とする請求項8に記載のエネルギー照射用医療器具。
  10. 前記挿入部は、中空筒体と、前記中空筒体の側壁にエネルギー照射窓を形成する開口部とを有することを特徴とする請求項1に記載のエネルギー照射用医療器具。
  11. 前記中空筒体には、前記開口部を覆う透光性の樹脂フィルムが貼付されていることを特徴とする請求項10に記載のエネルギー照射用医療器具。
  12. 前記樹脂フィルムには目盛りが付されていることを特徴とする請求項11に記載のエネルギー照射用医療器具。
  13. 前記樹脂フィルムを被覆する外層チューブを更に有することを特徴とする請求項11に記載のエネルギー照射用医療器具。
  14. 前記薄膜基板上には使用者が生体に挿入した長さを読みとれる深度マーカが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー照射用医療器具。
  15. 前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内の周辺部に配置されており、前記温度センサは、前記挿入部の上の異なる位置に複数個配置されていることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー照射用医療器具。
  16. 生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部に配置される温度センサと、前記挿入部にエネルギーを生体組織に向けて照射するエネルギー照射窓とを有するエネルギー照射用医療器具であって、
    前記温度センサは、
    屈曲可能な薄膜基板と、
    前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線と、
    前記少なくとも第1および第2導線に電気的に結合している金属薄膜抵抗体を含む温度測定部とを有し、
    前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されていることを特徴とするエネルギー照射用医療器具。
  17. 前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内を透過する前記エネルギーの照射幅よりも大きい範囲に配置されていることを特徴とする請求項16に記載のエネルギー照射用医療器具。
  18. 前記薄膜基板は、前記エネルギーを透過する透光性樹脂によって形成されることを特徴とする請求項16に記載のエネルギー照射用医療器具。
  19. 前記金属薄膜抵抗体が前記エネルギー照射窓を被覆する範囲は、前記エネルギーの照射径よりも大きく前記エネルギー照射窓の幅よりも小さいことを特徴とする請求項16に記載のエネルギー照射用医療器具。
  20. 生体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の上に配置される温度センサと、前記挿入部にエネルギーを生体組織に向けて照射するエネルギー照射窓とを有する医療用エネルギー照射装置であって、
    前記温度センサは、屈曲可能な薄膜基板と、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線と、前記少なくとも第1および第2導線に電気的に結合している温度測定部とを有し、前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されており、
    前記温度センサによって測定された温度に基づいて前記エネルギーが照射される生体組織の表面最高温度を推定する表面最高温度推定手段を有することを特徴とする医療用エネルギー照射装置。
  21. 前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓内の周辺部に配置されており、
    前記温度測定部は、前記薄膜基板上に形成された少なくとも第1および第2導線にそれぞれ接着され電気的に結合している第1および第2電極と、略板状の金属酸化物からなるサーミスタ素子と、を有し、前記第1および第2電極が前記サーミスタ素子と電気的に結合していることを特徴とする請求項20に記載の医療用エネルギー照射装置。
  22. 前記温度測定部は、前記エネルギー照射窓の上に配置されており、
    前記温度測定部は、前記薄膜基板上に形成され、前記少なくとも第1および第2導線にそれぞれ接着され電気的に結合している第1および第2電極と、前記第1および第2電極に接着され電気的に結合している金属薄膜抵抗体と、を有することを特徴とする請求項20に記載の医療用エネルギー照射装置。
  23. 前記温度センサによって測定された温度に基づいて前記エネルギーが照射される生体組織の深部温度を推定する深部温度推定手段を更に有することを特徴とする請求項20乃至請求項22のいずれか1項に記載の医療用エネルギー照射装置。
  24. 前記温度センサによって測定された温度に基づいて、前記生体組織に向けて照射するエネルギーを制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項20乃至請求項23のいずれか1項に記載の医療用エネルギー照射装置。
  25. 前記挿入部内部に配置され、前記レーザ光を反射面で反射して前記照射窓を介して生体組織に向けて照射する照射手段と、
    前記照射手段を前記挿入部の長手方向に沿って往復移動させる移動手段と、
    前記照射手段の照射角度を変化させる変更手段と、を更に有し、
    前記温度センサによって測定された温度に基づいて、前記照射手段の前記往復運動が前記移動手段によって正常に制御されているか否かを判断する判断手段を更に有することを特徴とする請求項24に記載の医療用エネルギー照射装置。
  26. 前記エネルギーはレーザ光であることを特徴とする請求項20乃至請求項25のいずれか1項に記載の医療用エネルギー照射装置。
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