JP2007167101A - 治療子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この治療子100は金属管1とその中に挿入装着する凍結端子2とから成る。凍結端子2は、その先端に、凍結・解凍との熱交換機能を持たせる。そのためのガス供給源としてヘリウムガス供給源3、アルゴンガス供給源4とがあり、その交互切替供給のための切替部5を具える。金属管1の先端の周方向に外方へ突起する突起形状部20を設けた。この突起部20は、外方へ熱指向性を与える。
【選択図】図4
Description
こうした侵入具の侵入監視用に透視像をリアルタイムで得て表示して侵入を監視する透視監視法、X線CT断層像をリアルタイムで得て二次元又は三次元表示させて侵入を監視するCT監視法がある。
こうした透視監視法、CT監視法は、術者が画面を見ながら監視し、この監視画像から術者が位置やルートを決定確認しながら、医療を施すやり方をとる。
CT監視法とは、侵入経路及び患部をCT撮影しながらリアルタイムでCT画像及び又はその三次元化した画像を表示させ、この表示画面を術者が監視しながら侵入具の進行及び治療を行う治療法を指す。CT監視法は、複雑な部位や身体の深化した部位(肺や心臓、前立腺や膵臓等)での監視に向いている。このCT監視法を使用した最新例として、肺癌組織の壊死をはかる凍結治療法がある。この凍結療法とは、肺癌部位細胞を凍結させ、その後で融解させ、その融解の過程で塩濃度の差の発生等により細胞内を破壊し、細胞死に至らしめるという原理による。凍結と融解には、2つの高圧ガスを使う。高圧のガスは急激に体積を膨張させると、分子の種類により急激に温度を上げるものと、急激に温度を下げるものとがあり、これは物理現学の1つであるJoule-Thompson効果と呼ばれる。そこで、温度を揚げる方に高圧アルゴンガスを、温度を下げる方にヘリウムガスを使用する。治療には、中空の金属性の治療子(治療具と同義。ガイドニードルとも呼ばれる)を用いる。CT監視下で、この治療子を患部まで誘導し、上記2つのガスを交互に中空内から又は中空部の先端から外部へ放出し、熱交換作用を利用して患部への凍結療法を行う。
雑誌「医学のあゆみ」(Vol.206No.3,2003.7.19)。川村他著「肺癌の凍結融解壊死療法」(P229〜P231)。 雑誌「低温医学」(30巻、2004)。中塚、川村他著「CT透視を用いた肺悪性腫瘍に対する経皮的凍結療法の実際」(P9〜P15)。
治療部位や患部は種々の深さや横への拡がりを持つ故に、二重管の最先端形状の役割は重要である。
本発明の目的は、深さや横への種々の有効な指向特性を可能にする治療子を提供することにある。
更に本発明は、前記三次元数式データに対して、医療時の被検体の姿勢等の被検体変動補正を行い、この補正後の三次元数式データと被検体侵入具の形状を表す数式データとから、被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか1つを求め決定するものとした医療装置を開示する。
更に本発明は、前記金属管は円筒とする治療子を開示する。
更に本発明は、被検体内部に穿刺可能な中空金属管と、この管の中心軸に沿って挿通・装着可能な凍結端子と、この凍結端子につながり、凍結と解凍とのガスを交互に切り替えて供給するガス供給部とを備え、上記金属管の先端よりも管側の外周又は内周に、この先端へ移動可能な突起形状体を具えるものとした治療子を開示する。
更に本発明は、前記挿通・装着後の管の外部に位置する凍結端子に、操作部を設けた治療子を開示する。
更に本発明は、前記記金属管の代わりに、プラスチック管を用いるものとした治療子を開示する。
本発明は、凍結端子を持つ治療子に関し、二重管等の管の先端部の周囲に、外方向に熱指向特性を持つ少なくとも1つの突起形状部を設けた。これにより、その突起部の外方向への熱指向特性が大きくなり、その方向にある治療病巣への集中的な熱エネルギーの供給を可能にする。
人体の内部構造は反射波や透過波を利用して見ることができる。例えば前者では超音波、後者ではX線がある。特に後者の波長の短い透過性の高い電磁波(X線など)を利用したCTや各種のX線装置は透過性と理論分解能の有利さを得て現実にきわめて有用に発展している。そしてCT装置ではこの電磁波の人体構造による透過量の相違により得られた画像(以下単に画像と称する)を一定の破断面を平面として得られる濃度を変量とするXYの2次元平面データとして得られる。この平面は座標中心を定めれぱこの座標中心を軸とする平行平面の奥行き(Z)方向への配列として数学的に取り扱うことが出来る。即ち3次元配列データとして取り扱うことが出来る。
前述の三次元人体データは治療前に計測した過去のものであり、治療時には姿勢等が変わったり、臓器の移動等もあり、いわゆる体動変化(乖離)がある。即ち、3次元的人体モデルはあらかじめ個体により異なり、姿勢によっても異なる。対象癌組織はもちろん個別である。これらはCT装置などによりあらかじめ観測、測定され、対象人体を充分データ化している。姿勢等手術操作の場面での解離をなくさねぱならない。そのために医師によって設定された人体の特定な部分に光反射シールを複数個所設定し、そこで更なる発展した発明では、計算機が認識して定めた人体内部の特定点、例えば骨格特徴点などを詳述しない方法で自動検出し、すでに保有している3次元輪郭関数と座標軸変換を数学的手法を用いて行い、治療子の挿入操作に原理上物理的寸法等の誤差をなくする方法をとる。
治療子の好適例は肺癌治療子であり、従来文献で述べたものに関係する。そこで、第1の治療子は、従来例で述べた肺癌治療用の二重管である。従って、この治療子は、周囲方向に方向性のない先端形状であり、且つ長手方向でみれば二重管に対してその中軸方向に外部から凍結端子が挿通されている故に、進行方向や挿入方向でみれば両者合せて直線的な形状体と規定できる。即ち、直線上の形状をなす治療子は、体内に入る部分(二重管とその先端)Aとその延長部分(外部に露出した凍結端子の一部)Bとよりなる。B部分は別に定める制御用可視レーザーを問わない光源の反射能を持ち、X,Y,Z軸に対して数学的取扱いが出来るものとする。
第2の治療子は、凍結端子の外部に位置する部位の途中に、この端子に直交するように、操作用のタッチ部Cを固着した例である。このタッチ部Cを操作することで、凍結端子の進行及び回転をはかる。タッチ部Cの位置、形状も数学的に規律できる故に、操作内容もデータ化可能である。
第3の治療子は、凍結端子の先端が、特定の熱指向特性を持つように形状化させた例である。例えば特定の方向にビーム化した熱指向特性がある。治療部位に正確に熱エネルギーを送る目的に使用する。かかる治療子も、形状の数式化、これに伴う熱エネルギーの指向特性の数式化が可能である。更に、第2の治療子で述べたタッチ部Cを付加することで、熱指向特性を特定の方向(角度)に向けさせる治療子を提供する。
第1は全自動化した例である。治療子の二重管及び凍結端子(又は凍結端子のタッチ部を含む)それぞれに共通又は個別にアクチュエータを取りつける。これらのアクチュエータを、先に数学的に決定したデータに従ってX−Y−Z制御手段(例えばコンピュータ)によって制御し、二重管の穿刺、凍結端子の進行をはかる。
第2は半自動化した例である。どこまでを自動化し、どこまでを手動化するかは、種々ありうる。
第3は手動化例である。
かくして高度な医師によって判断された経皮的位置及びパスが一意に定められれば挿入操作及びシミュレーション操作(仮想的に行なわれる操作)を問わず、また自動、医師の手動を問わず、目的位置に到達するやいなやは、あらかじめ確認かつ試行出来る特徴がある。
凍結端子を用いた治療子は、凍結と解凍とを交互に行っているが、更なる別発明では治療部位の熱的な物性情報をもとにした熱エネルギーを与えるようにする。熱的な物性情報とは、温度、比熱、熱伝導性、組織状態等である。熱エネルギーのパラメータは、時間帯、回数、凍結温度、解凍温度等である。広義には、治療子の侵入角度や回転角度も関係する。こうしたパラメータは、経験的に決定しても、数式的に決定してもよい。
更に、別治療装置として、パラメータの決定法を提案する。パラメータには、治療子の侵入角度や回転角度、治療位置などの第1のパラメータと、熱エネルギーに関する上記した第2のパラメータがある。これらのパラメータは、経験的に、又は実施試行シミュレーション試行を繰返し行いながら決定する。
図2は、CT断層像を重ねて三次元画像を得るモデル図であって、併せて座標系X−Y−Zの設定例を示す。例えば、1番目の断層像のA点は(X1、Y1、Z1)、k番目の断層像のB点は(Xk、Yk、Zk)と定義できる。患者の複数の断層像10をCT装置で事前に取得しておく。
尚、図2では、隣り合う断層像が隙間を持っているようだが、実際には隙間の間隔は100分の1ミリメートル程度であり、実際の患者の人体に極めて近い画像である。補間して間隔を更に小さく例も含む。
先ず、CT画像データを取得する(ステップS1)。これは図2に示したものである。その取得タイミングは、治療直前、その前日を問わない。治療に先立って取得しておく。
次に、輪郭抽出を行う(ステップS2)。この輪郭抽出は、輪郭抽出用空間フィルタとCT画像データとのたたみ込み演算によって行う。輪郭には、体表面、皮膚、骨、臓器、癌病巣部位等種々であり、これらの輪郭を含めた抽出を行う。輪郭抽出は、治療子との交点算出、他輪郭との相対位置関係の把握に役立つ。CT断層像データ毎の輪郭は、画素単位に抽出されている故に離散的であり、且つZ方向でみると、各断層位置は離散的な位置関係となっている。そこで、各断層像データ毎に、最小自棄法等を使って2次元の関数化を行うと共に、更にZ方向で各2次元関数の3次元関数化を最小自乗法等によって行う(ステップS3)。これによって、輪郭の3次元関数を得る。
ステップS4では、治療子の侵入用パラメータの算出を行う。この算出は、治療子の形状を表現した3次元関数と前記算出した輪郭の3次元関数とを用いて、治療子が輪郭線上の治療部位に安全、確実、迅速に到着するに必要な治療子のパラメータの算出である。
治療子のパラメータには、治療子の侵入入口となる体表面位置、治療子が到達する治療部位の位置、治療子の体表面位置への侵入方向(角度)、体表面侵入口での治療子自体の回転角度、及び侵入のルート(系路)がある。
このパラメータの中で、侵入位置は、術者の指定による例が多い。また、治療子自体の回転角度とは、治療子自体の先端の形状に方向性を有するときの、治療子自体をどのような角度にすべきかを指定するパラメータである。
抽出輪郭モデルと治療子モデルと治療部位モデルとの関係例を図3に示す。図3でE1,E2,E3,E4はそれぞれ異なる抽出輪郭モデル、Mは治療子モデルであり、輪郭モデルE3が癌病巣モデルとする。これらの各モデルE1,E2,E3,Mはそれぞれ3次元的な形状であるが、図では抽画の関係上、便宜的に2次元化したものとしている。
侵入入口をP1とし、これは術者によって設定されたものとする。そこで、輪郭モデル上で病巣モデルE3が見つかったとすると、P1点からその病巣モデルまでの治療子モデルMの侵入角度θ1、治療子モデル自体の回転角度φ1が一意的にわかる。尚、P0点はy軸の線上の点とすると、ここから侵入すれば輪郭モデルE4にぶつかる。従って、術者がこの判断した結果として侵入入口P1を選んだことになる。
ステップS5は、算出した侵入用パラメータを操作データとして決定し、ステップS6はその操作データをもとに、治療子の侵入操作を自動又は半自動、又は手動にて行う。ステップS7は、点P2に到達したことを確認して、凍結・解凍による治療を行う。
更に上記被検体変動補正を行ったデータを元に被検体への侵入位置、侵入具の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルートを定めて試験操作を繰返し行ない、その結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか1つを変更決定すると、精度の向上をはかれる。
次に形状に方向性を持つ本発明の治療子、特に管の構造に関する実施例を説明する。管の先端は、凍結と解凍との2つの動作部位であり、いわゆる熱交換機能を果たす。癌病巣である病巣部位も種々の形状を有し、どのような方向から穿刺するのが効率的凍結法であるかも重要な検討事項である。更に病巣に近接する正常組織を凍結・解凍(特に凍結)から保護する必要もある。そこで方向性のある熱の指向特性に大小を持たせて病巣部位に応じた集中的に熱エネルギー付与のための熱分布特性を与える。これが図5に示す管の実施例図である。
図6(a)は、先端部20Aに、2つの突起部21,22を持たせて熱指向特性を細長くさせた例である。これによって、図6(b)に示すようにy方向の(+)方向に鋭い熱指向特性を持たせた。
先端部20A及び20Bは、凍結・解凍に関与する部位である。
図7に、この先端形状に特徴を持つ治療子の使用例を示す。図7(a)は、球形状の癌病巣23の側面に治療子100を穿刺させて癌病巣23をその指向特性に基づいて熱エネルギーを与えて壊死させる例を示す。この癌病巣23は、組織的にしっかりした例であり、病巣23に直接穿刺させるよりは囲りから壊死させるに適したものである。
図7(b)は癌病巣24の内部左側に穿刺し、右側への方向性を持つ治療子100で治療させた例である。これも、病巣全体の壊死に役立つ。
以上の各実施例で、突起形状の種類や態様は、どのような指向特性を持たせるかで定まる。突起形状の代わりに内側方向に凹部を持たせるやり方もある。指向特性を実現する突起形状(凹部を含む)は、計算機によって求めることができる。種々の突起形状の管を用意しておき、病巣や治療の目的に沿って使い分けるやり方もある。
使い方は、人体挿入時には、図8(a)の如くしておき、患部到達時に図8(b)の如く移動させて使う。
更なる実施例を説明する。
(1)温度特性(温度変化)について。
その具体例を図12に示す。図12(a)は、凍結ピーク温度と解凍ピーク温度とを同一絶対値T1(実際には凍結時−T1、解凍時+T1)とした1サイクル例である。両者で熱エネルギーが相殺されることが好ましいため、凍結時と解凍時との(温度)×(時間)で定まる面積は同一面積(S1)とする。図12(b)は、凍結ピーク温度と解凍ピーク温度との絶対値をT1、T2(T1>T2)とした例である。T1>T2の故に、同一面積S1の達成のために、解凍期間を凍結期間よりも大きくとる。尚、12(a)、(b)の変形例として、凍結1回、解凍2回で1サイクルの如き例もありうる。
図12(c)は凍結と解凍との2サイクル供与例である。3サイクル以上の例もある。
尚、面積を凍結と解凍とで同一としたが、病巣の壊死という目的達成が得られるのであれば、厳密な同一性は必要ない。人間の治療部位には38℃とかの体温がある故に、かかる体温を考慮して、実際の温度特性を定めることが多い。
かかる種々の温度特性(温度変化)を実現するためには、治療子100へのヘリウムとアルゴンとの両者のガス供給を、量と時間とをパラメータとして制御すればよい。
(2)温度特性(温度変化)の実現化及びガス供給制御法の決定。
i.上記三次元数式データに対して、それぞれを構成する物体の比熱、導伝率などの熱的定数及び体積重量を取り入れた物体形状などの物理的定数を考慮して、その物体の温度の時間変化を決定する。
ii.上記三次元数式データで表される被検体の熱的定数、物理定数を考慮した侵入具到達点周辺の時間に対する温度変化を計算し、設定温度に対する動的変化又は動的変化に至る設定時間を決定し得る如く定める。
iii.この定めた到達点近傍の熱的時間変化について設定目的の温度変化となる様に侵入具の回転角を決定する。
iv.この到達点物体に複数の侵入具を挿入し、到達点物体及びその近傍周辺の物体の熱的温度の時間変化を決定する。
v.この複数の熱的方向性を有した侵入具が上記決定された幾可学的定数のもとで侵入具が到達点及びその近傍において熱的温度の時間変化を繰り返し、試験操作を行いその結果から被検体への侵入開始位置、侵入具の輪郭上の到達点、侵入方向、侵入具の角度及び回転角、開始位置から到達点までの進行ルート、の少なくともいずれか1つを求め決定しかつ周辺物体の温度分布及び時間変化を決定する。
vi.上記侵入具の先端に装備された熱交換器の発熱、吸熱を切換えるガス流入路のガス切換えスイッチを到達点近傍の定められた温度変化になるようなガス量と供給シーケンス(タイミング)とのガス供給制御法を求める。治療時には、侵入用パラメータに従って穿刺を行い、治療部位到達後には上記ガス供給制御法によってガス供給を行う。
図11は、治療装置50の全体構成例図である。治療装置50は、CTスキャナ51、画像処理装置52、表示部53、操作部54、駆動制御部55、計画部56、治療子57、ガス供給部58、監視部59、を具える。
計画部56は、事前に得た三次元画像データに基づいて、又はこれと治療子57の形状(及び又は構造)データとに基づいて穿刺開始位置、治療部位、その治療子の進行ルートの決定をデータ処理にて行い計画データを作成する。
監視部59は、駆動制御の監視を行う。監視には、CT画像による監視と制御の仕組みの監視とがある。監視部59は、表示部53が兼務してもよい。
尚、金属管を二重管としたが、一重管の例もある。更に金属管の他に硬質プラスチック管の例や他の素材例もあり得る。
2 凍結端子
100 治療子
20、21、22 突起形状部
30 加動片
Claims (5)
- 被検体内部に穿刺可能な中空金属管と、この管の中心軸に沿って挿通・装着可能な凍結端子と、この凍結端子につながり、凍結と解凍とのガスを交互に切り替えて供給するガス供給部とを備え、上記金属管の先端近傍の、周囲外方向又は内部内方向に、少なくとも1つの突起形状を有するものとする治療子。
- 上記金属管は円筒とする請求項1の治療子。
- 被検体内部に穿刺可能な中空金属管と、この管の中心軸に沿って挿通・装着可能な凍結端子と、この凍結端子につながり、凍結と解凍とのガスを交互に切り替えて供給するガス供給部とを備え、上記金属管の先端よりも管側の外周又は内周に、この先端へ移動可能な突起形状体を具えるものとした治療子。
- 上記挿通・装着後の管の外部に位置する凍結端子に、操作部を設けた請求項1又は3の治療子。
- 上記金属管の代わりに、プラスチック管を用いるものとした請求項1〜3のいずれかの治療子。
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