DE69921143T2

DE69921143T2 - Applikator zur behandlung mit mikrowellenstrahlung

Info

Publication number: DE69921143T2
Application number: DE69921143T
Authority: DE
Inventors: Nagy Adly Habib; Alan John Edinburgh SANGSTER
Original assignee: Imperial College Innovations Ltd
Current assignee: Emcision Ltd
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: US20110004206A1; EP1100585B1; JP2002522126A; EP1100585A1; DE69921143D1; US20100312237A1; US8753342B2; US20060047274A1; EP1504791A1; JP4180242B2; US20050143795A1; CA2339496A1; US6628990B1; WO2000007666A1; GB9817078D0; US20130218155A1; ATE279235T1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Verwendung bei der chirurgischen Behandlung eines Menschen oder nicht-humanen Tieres. Insbesondere betrifft sie ein Gerät zur Verwendung beim Steuern der übermäßigen Blutung aus abgetrenntem Gewebe während Operationen, insbesondere an der Leber eines Patienten.
Es ist wohlbekannt, dass die Erhöhung der Temperatur des Körpergewebes dazu neigt, den Blutfluss in dem Gewebe zu verringern. Falls die Temperatur um 20–30°C über normal erhöht wird, wird der Blutfluss in dem Gewebe stark verringert.
In Operationen, die an tiefsitzenden Körpergeweben und -organen, z. B. der Leber, ausgeführt werden, kann der Blutverlust aus abgetrenntem Gewebe ein ernsthaftes Problem sein. Es besteht ein offensichtlicher Bedarf an einem Gerät, das helfen kann, diesen Blutverlust zu begrenzen, wobei dies wie oben angegeben mittels der Anwendung von Wärme erreicht werden kann. Eine ausgedehnte Erwärmung kann verhältnismäßig leicht erreicht werden, wobei dies aber nicht wünschenswert ist. Um die Beschädigung an Umgebungsgeweben zu minimieren, ist eine stark lokalisierte Erwärmung erforderlich. In der Leberchirurgie ist ideal eine lokale Erwärmung der Leber in einem etwa 5 cm langen mal 2 cm breiten mal 4 cm tiefen Gewebevolumen erforderlich; dieses Volumen ist an dem geplanten Einschnittpunkt zentriert. Außerdem ist es wichtig, dass die lokale Temperaturerhöhung schnell, unmittelbar vor Beginn der Operation, erfolgen kann.
US 4.974.587 offenbart ein Gerät zum Erwärmen von biologischen Geweben, das einen Mikrowellengenerator und eine Anordnung elektromagnetischer EM-Energieapplikatoren, die Mikrowellenantennen oder LCF-Kapazitätselektroden sind, die an einer Umhüllung befestigt sind, die mit einem Fluid mit hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt ist, umfasst. Die Elektroden werden an der Oberfläche der Umhüllung in Röhren eingeführt. Dieser Einführungsprozess kann durch eine Positionierungseinheit gesteuert werden.
EP 0 073 709 offenbart ein Gerät zum Erzeugen lokalisierter Erwärmung in Körpergewebe, wobei die Mikrowellenquelle die Form eines zylindrischen Hohlleiters hat.
Die vorliegende Erfindung soll ein Gerät zur Schaffung lokalisierter Erwärmung eines ausgewählten Körpergewebegebiets vor einem chirurgischen Einschnitt dieses Gewebes schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum Erzeugen lokalisierter Erwärmung in einem ausgewählten Körpergewebe geschaffen, wobei das Gerät einen Applikator einschließlich einer Mikrowellenstrahlungsquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass:

(A) die Mikrowellenstrahlungsquelle in Form eines Hohlleiters ist;
(B) der Applikator eine Anordnung einziehbarer Nadeln beinhaltet, die so angeordnet sind, dass sie von einer Fläche des Applikators abstehen;
(C) der Hohlleiter und die Anordnung der Nadeln im ausgefahrenen Zustand ein Volumen definieren, dessen Abmessungen denen des Gewebevolumens entsprechen, welches erwärmt werden soll; und
(D) die Anordnung der Nadeln im Betrieb dazu dient, das ausgestrahlte Mikrowellenenergiefeld, welches vom Applikator ausgeht, abzugrenzen.

Außerdem wird ein Verfahren zum Steuern der übermäßigen Blutung in der Operation des Körpers eines Menschen oder nicht-humanen Tieres offenbart, wobei das Verfahren das Einführen einer Anordnung von Nadeln in das behandelte Gewebe oder Organ; und das Anwenden von Mikrowellenenergie auf das Gebiet, das behandelt wird, während einer Zeit, die ausreicht, um die Temperatur des Gewebes oder Organs um 20–30°C zu erhöhen, umfasst.
Zweckmäßig besitzt die Mikrowellenstrahlungsquelle die Form eines rechtwinkligen Hohlleiters, dessen Abmessungen jenen des zu behandelnden Gewebevolumens entsprechen. Vorzugsweise besitzt der Hohlleiter eine allgemein rechtwinklige Form, wobei die Anordnung einziehbarer Nadeln um die Peripherie des Hohlleiters herum positioniert ist.
Das Gerät kann einen Nadelvorschubmechanismus aufweisen, welcher einen Bund aufweist, an dem die Nadeln gesichert sind; die Bewegung des Bundes kann durch einen Magnetmechanismus betätigt werden.
Im Betrieb des Geräts werden die Nadeln aus dem Körper des Applikators in das zu erwärmende Gewebe vorgeschoben, so dass die Nadeln als eine Verlängerung des Hohlleiters wirken; auf diese Weise richtet der Applikator die geforderte Mikrowellenenergie vor dem chirurgischen Eingriff in das richtige Gewebevolumen. Wenn der Erwärmungsprozess abgeschlossen ist, werden die Nadeln zurück in den Körper des Applikators eingezogen.
Die Nadeln sind allgemein parallel zueinander angeordnet; sie können zweckmäßig aus Stahl geformt sein.
Theoretische Berechnungen zeigen, dass ein Applikator, der mit einem Wirkungsgrad von 100% arbeitet, unter der Annahme, dass das zu erwärmende Volumen 40 cm³ ist, eine Mikrowellenleistung von 10 Watt liefern muss, um die Temperatur des Körpergewebes um 30°C zu erhöhen. Für ein typisches biologisches Gewebe wie etwa einen Muskel wird dieser Temperaturanstieg in etwa 10 Minuten erreicht. Falls die Energie der Quelle auf 500 Watt erhöht wird und angenommen wird, dass der Applikator einen Wirkungsgrad von etwa 80% hat, beträgt die Zeit, die es dauert, um diesen geforderten Temperaturanstieg zu erreichen, etwa 15 Sekunden.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, in der:
1 eine schematische Darstellung eines Applikators in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht des Applikatorkopfs aus 1 ist;
3 ein seitlicher Aufriss ist, der den 1 und 2 entspricht.
Nunmehr anhand der Zeichnung liefert eine Leistungs- und Steuereinheit (1) über ein Koaxialkabel (2) an einen rechtwinkligen Applikator (3) eine Mikrowellenleistung von bis zu 500 Watt. Der Kopf (3) besitzt einen Griff (4), durch den das Kabel (2) geleitet ist, und eine Anordnung (5) einziehbarer Nadeln, die so angeordnet sind, dass sie in der Umgebung des ausgewählten Einschnittpunkts eine genaue Bestrahlung des Gewebes schaffen. Außerdem enthält die Einheit (1) einen Schaltmechanismus und eine Steuerelektronik, die das Freigeben der Anordnung der Nadeln aktiviert.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, enthält der Applikatorkopf (3) einen rechtwinkligen Hohlleiter (6), um dessen Peripherie sich die Nadeln der Anordnung (5) befinden. Der Hohlleiter ist ein TM₁₁-Modus-Hohlleiter und mit einem geeigneten Dielektrikum gefüllt. Zur Bestrahlung eines 5 cm langen mal 2 cm breiten Gebiets sollte der rechtwinklige Hohlleiter entsprechende Abmessungen haben, wobei er mit einem Medium gefüllt sein kann, dessen Dielektrizitätskonstante (ε_r) etwa 50 ist. Diese Parameter schreiben vor, dass die Mikrowellenarbeitsfrequenz in der Größenordnung von 1 GHz sein sollte. Die genauen hier gegebenen Werte sind lediglich beispielhaft; es ist klar, dass eine Palette von Applikatoren entwickelt werden kann, die so beschaffen sind, dass sie verschiedene Gewebevolumina bestrahlen, wobei diese bei Bedarf andere Abmessungen haben und ein anderes dielektrisches Medium erfordern können und eine andere Arbeitsfrequenz als die oben angegebene haben können. In der veranschaulichten Ausführungsform ist jede der Nadeln 3 cm lang und aus Stahl hergestellt. Wenn der Applikator in Betrieb ist, werden diese Nadeln in das Gewebe vorgeschoben, wo sie als eine Verlängerung zu dem Hohlleiter wirken. Eine typische Nadelanordnung kann etwa 20 Nadeln umfassen. Unter Verwendung eines TM-Modus-Hohlleiters wird der Leckverlust der Energie durch die "Nadelwand" – d. h. den durch die Anordnung der Nadeln begrenzten Bereich – auf einem niedrigen Pegel (typisch kleiner als 10%) gehalten.
2 zeigt außerdem einen Bund (8), an dem jede der Nadeln der Anordnung (5) gesichert ist. Auf den Bund (8) wirkt eine Feder (9), die einen Teil eines Magnetmechanismus (10) zum Steuern des Vorschiebens und Einziehens der Anordnung der Nadeln bildet. Über ein Kabel (11) wird dem Magnetmechanismus (10) Leistung zugeführt. Wie in 2 veranschaulicht ist, endet die Koaxialleitung (2) in dem mit einem Dielektrikum gefüllten Hohlleiter (6).
Im Betrieb ordnet ein Chirurg an dem Gewebegebiet (z. B. der Leber), kurz bevor es eingeschnitten werden soll, den Applikatorkopf (3) an. Anfangs ist die Nadelanordnung (5) in den Kopf (3) eingezogen. Wenn der Applikator betätigt wird, veranlasst der Magnetmechanismus (10), dass die Nadeln der Anordnung (5) in das Gewebe des Patienten ausgefahren werden. Wenn sie in das Gewebe eingebettet sind, wird dem Hohlleiter (6) Mikrowellenenergie mit der gewünschten Frequenz (z. B. 1 GHz) zugeführt, die daraus in das Volumen des von der Anordnung (5) der Nadeln eingeschlossenen Gewebes übergeht. Wenn ein Applikator mit den Abmessungen 5 cm × 2 cm und mit einer Nadellänge von 3 cm verwendet wird, wird für eine Dauer von etwa 15 s Energie mit einem typischen Leistungspegel von 500 Watt zugeführt. Am Ende der Behandlungsperiode wird die Mikrowellenquelle ausgeschaltet und die Nadelanordnung (5) eingezogen. Daraufhin kann der Chirurg mit dem Einschnitt und irgendwelchen nachfolgenden Prozeduren, wie sie erforderlich sein können, fortfahren.
Der Blutverlust aus einem Gewebeeinschnitt nach einer wie beschriebenen Wärmebehandlung ist im Vergleich zu den in Abwesenheit einer solchen Wärmebehandlung erhaltenen Ergebnissen stark verringert.

Claims

Gerät zum Erzeugen lokalisierter Erwärmung in einem ausgewählten Körpergewebe, wobei das Gerät einen Applikator (3) einschließlich einer Mikrowellenstrahlungsquelle (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: (A) die Mikrowellenstrahlungsquelle (1) in Form eines Hohlleiters (6) ist; (B) der Applikator eine Anordnung (5) einziehbarer Nadeln beinhaltet, die so angeordnet sind, dass sie von einer Fläche des Applikators (3) abstehen; (C) der Hohlleiter (6) und die Anordnung (5) der Nadeln im ausgefahrenen Zustand ein Volumen definieren, dessen Abmessungen denen des Gewebevolumens entsprechen, welches erwärmt werden soll; und (D) die Anordnung (5) der Nadeln im Betrieb dazu dient, das ausgestrahlte Mikrowellenenergiefeld, welches vom Applikator (3) ausgeht, abzugrenzen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (6) ein im Allgemeinen rechtwinkliger Hohlleiter ist, um dessen Peripherie herum die Anordnung (5) der einziehbaren Nadeln positioniert ist.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einziehbaren Nadeln aus Stahl gebildet sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Nadelvorschubmechanismus aufweist, welcher eines Bundes (8), an dem die Nadeln gesichert sind, aufweist.
Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Bundes (8) durch einen Magnetmechanismus (10) betätigt wird.