JP2010099498A - 組織焼勺装置および組織を焼勺する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】組織を焼勺するための装置および方法が開示される。この装置は、マイクロ波放射線源(1)と、マイクロ波放射線を組織の中に向けるためのプローブ(5)と、マイクロ波放射線の電力および位相を検出するための1つ以上の検出器と、反射してプローブを通り戻ってくるマイクロ波放射線の量が最小限となるようにインピーダンスを調整するためのインピーダンス調整器(50)とを備える。上記検出器は、局部発振器(230)を用いて位相の情報を導き出す。また、マイクロ波放射線を切開用の周波数に変調するための変調器も開示される。
【選択図】図1−1
Description
発明の分野
この発明は、組織をマイクロ波放射線で焼勺(ablation)するための装置および方法に関する。本願明細書においては、マイクロ波とは5GHz以上60GHz以下の周波数範囲を意味する。組織の焼勺には、14〜15GHzが用いられるのが好ましいが、この発明はそのような狭い範囲に限定されるものではない。
癌治療の伝統的な方法においては、癌組織を機械的に切り取って除去し、かつ/または化学療法を行ない、通常その後に放射線療法を行なう。しかし、両方の方法には重大な問題があり、患者に深刻な外傷を引起すおそれがある。
上記に鑑み、この発明の第1の局面は、組織焼勺装置であって、
マイクロ波放射線の源と、
焼勺されるべき組織の中へ上記マイクロ波放射線を向けるためのプローブと、
前記マイクロ波放射線とは異なる周波数を有する信号を生成するための局部発振器と、
反射して上記プローブを通り上記源の方へ戻ってきたマイクロ波放射線の大きさおよび位相を検出するための第1の検出器とを備え、前記第1の検出器は前記局部発振器に接続され、上記装置はさらに、
前記源および前記プローブ間に、調整可能な複素インピーダンスを有するインピーダンス調整器を備える、装置を提供することができる。
或る周波数を有するマイクロ波放射線の源と、
前記源に接続されたプローブとを備え、前記プローブは、焼勺されるべき前記組織の中へ前記マイクロ波放射線を向けるように構成され、上記装置はさらに、
前記マイクロ波放射線の前記周波数とは異なる周波数を有する、信号を生成するための局部発振器と、
前記マイクロ波放射線のうち、反射して前記プローブを通り前記源の方へ戻ってきた反射部分の大きさおよび位相を検出するための第1の検出器とを備え、
前記第1の検出器は、前記反射した放射線および前記局部発振器により生成された前記信号に基づいて前記マイクロ波放射線の前記反射部分の大きさおよび位相を判定するよう
に構成され、上記装置はさらに、
前記マイクロ波放射線の源に接続された入力部と、前記プローブに接続された出力部とを有するインピーダンス調整器を備え、前記入力部および出力部はそれぞれ複素インピーダンスを有し、前記出力部の前記複素インピーダンスは調整可能である、場合もある。
のミキサを有して、両方のミキサが共通の局部発振器に接続されることになる。このような場合、2つ以上のミキサを駆動するために局部発振器からの出力を緩衝する必要があることがある。これに代えて、各々のミキサを異なる局部発振器に接続する場合もあるが、この場合、位相を検出して適当なインピーダンス調整を行なうことは、局部発振器信号間の差のためより困難となる。
好ましい。上記コントローラは、たとえば集積回路またはコンピュータの形態をとることができる。
マイクロ波放射線の源を用いてマイクロ波放射線を生成するステップと、
プローブを生体組織に接触して置くまたはプローブを生体組織の中に挿入するステップと、
上記組織を焼勺するように、前記マイクロ波放射線を、前記プローブを通して上記組織の中へ向けるステップと、
反射して上記プローブを通り戻ってきたマイクロ波放射線の大きさおよび位相を、第1の検出器および局部発振器を用いて検出するステップと、
前記第1の検出器により検出されたマイクロ波放射線の大きさおよび位相に基づいて前記源と前記プローブとの間にあるインピーダンス調整器の複素インピーダンスを調整するステップとを備える、方法を提供することができる。
マイクロ波放射線の源を用いて、或る周波数を有するマイクロ波放射線を生成するステップと、
プローブを生体組織に接触して置くまたはプローブを生体組織の中に挿入するステップと、
上記組織を焼勺するように、前記マイクロ波放射線を、前記源からインピーダンス調整
器を通して前記プローブを通し前記組織の中へ向けるステップとを備え、前記インピーダンス調整器は、前記源に接続された入力部と前記プローブに接続された出力部とを有し、前記入力部および前記出力部はそれぞれ複素インピーダンスを有し、上記方法はさらに、
反射して上記プローブを通り戻ってきた反射マイクロ波放射線の大きさおよび位相を、第1の検出器および局部発振器を用いて検出するステップを備え、前記局部発振器は、前記マイクロ波放射線の前記周波数とは異なる周波数を有する信号を生成し、前記第1の検出器は、上記反射した放射線または前記反射した放射線から導き出した信号と組合わせて前記局部発振器信号を用いて、前記反射した放射線の大きさおよび位相を判断し、上記方法はさらに、
反射して前記プローブを通り戻ってきたマイクロ波放射線の量が最小化されるように、前記第1の検出器により検出された前記反射したマイクロ波放射線の前記大きさおよび位相に基づいて前記インピーダンス調整器の前記出力部の前記複素インピーダンスを調整するステップを備える、場合もある。
この発明の第3の局面においては、焼勺されるべき組織の中にマイクロ波放射線を送り届けるための細長のマイクロ波プローブであって、前記プローブは、細長部分と、前記細長部分の一端にある先端とを有し、前記先端は、セラミック材料から形成され、マイクロ波放射線を組織の中に送り届けるように構成される、マイクロ波プローブが提供される。
組織の焼勺に適した第1の周波数のマイクロ波放射線の源と、
上記源から、焼勺されるべき組織の中へマイクロ波放射線を向けるためのプローブと、
上記源からの前記マイクロ波放射線を変調しないOFF状態、および、上記源からのマイクロ波放射線を変調して前記第1の周波数よりも小さい第2の周波数のパルスにするON状態、を有する変調器とを備え、前記第2の周波数は組織の切開に適したものである、装置が提供される。したがって、上記プローブは2つの異なる周波数を出力できる。すなわち、一方は組織焼勺(たとえば癌組織の焼勺)に対して最適なものにされ、他方は組織の切開(たとえば健康な組織を切って癌組織に達する)に対して最適なものにされる。しかし、この装置が必要とする放射線源はただ1つである。その方が、放射線源が別個に2つある場合よりも好ましい。
前記低域フィルタは、上記変調器周波数が変化したときに第2の状態において通過帯域を変化させることが可能であるのが好ましい。これによって当該装置はより柔軟なものとなる。
装置の概観
図1において、マイクロ波で組織を焼勺するための装置のブロック図が示される。この装置は、マイクロ波放射線を生成および制御するためのユニット100と、包括的に参照番号190の下で一まとめにして、プローブ5とプローブにマイクロ波放射線を送り届けるための伝達手段4とを有する。プローブ5を用いることで、マイクロ波放射線を組織6に加えて組織を焼勺することができる。
マイクロ波(たとえば組織6で反射したマイクロ波)とを分離するためのサーキュレータ40を有する。上記各検出器は順方向マイクロ波と反射マイクロ波とを区別できるように設計されるのが好ましいが、以下の理由からサーキュレータ40も設けることが極めて好ましい。すなわちサーキュレータ40は、反射した放射線が増幅システム2の中へ戻って向けられることを防ぐための切離し部として働く。反射放射線が増幅システム2に達すると、増幅器が損傷を受けるおそれがあるからである。
上述のように、検出器30,60は、マイクロ波放射線の大きさおよび位相の両方を検出する。図2は、ユニット3、特に検出器30,60をより詳細に示す概略図である。反射してプローブを通り戻ってきたマイクロ波放射線の大きさおよび位相を検出するための第1の電力検出器60は、サーキュレータのポートC2に接続されたインピーダンス調整器50に接続された方向性カプラ200を含む。方向性カプラ200は、反射した放射線のうち一部をミキサ220に向け、ここでこの放射線は局部発振器230からの信号と混合される。
構成されてもよい。第3の検出器33は、サーキュレータ40およびインピーダンス調整器50間に位置付けられる逆方向カプラ34と、逆方向カプラ34に接続されたミキサ35と、検出素子36とを含む。第3の検出器33は、上述の第1および第2の検出器と同様に動作する。第3の検出器33はさらに、インピーダンス調整器50で行なうべき適当なインピーダンス調整を決定する際に有用な情報を出力し、これにより反射マイクロ波放射線の量を最小限に抑える。
この実施例におけるインピーダンス調整器は三重スタブ同調器50の形態をとる。これについては下でより詳細に説明する。実施例によっては、これに代えて、インピーダンスを調整する単一もしくは二重スタブ同調器または半導体装置を用いてもよい。
ーダンス、およびマイクロ波放射線が当てられた時間量が挙げられる。
この装置は、癌組織を焼勺して癌を治療するために使用可能である。これはキーホールサージャリーなどで実行される。キーホールサージャリーでは、プローブを挿入するための小さな通路を周囲の組織に切開してプローブを癌腫瘍に届かせる。それからマイクロ波を用いて腫瘍を焼勺することができるが、上述のように反射マイクロ波の大きさおよび位相を監視することによって当該装置のインピーダンスを適当に調整してプローブの中へ戻るマイクロ波の反射を最小限にすることができる。マイクロ波(放射線源1によって生成される)の放射は、プローブが腫瘍付近にあるときまたはそれより以前に行なうことができる。考えられる一方法として、プローブ5から放射されるマイクロ波を用いて、周囲の組織を通じてプローブを挿入するための経路を切開するというものである。
マイクロ波放射線源
この実施例においては、マイクロ波放射線源1は、14GHzから14.5GHzの間で周波数が調整可能な電圧制御発振器(VCO)である。実施例によっては、異なる種類のマイクロ波源、たとえば誘電体共振発振器(DRO)や、または異なる周波数範囲を用いてもよい。VCO制御信号FoAおよび監視信号FoMは、コントローラ101(図1を参照)を出入りするよう送られる。
制御および調整し、こうして出力信号の周波数および位相におけるあらゆる不所望の変動を補正する。
増幅システム2は、プリアンプ段またはユニット10および電力増幅段またはユニット20を含む。
トは第3の電力増幅器440の入力部に結合され、第2のポートは第4の電力増幅器450に結合される。上記第3の電力増幅器440および第4の電力増幅器450の出力部は、入力信号を結合するための別のカプラ455の第1および第2の入力ポートに結合され、上記別のカプラ455の出力部は、2つのアーム10a,10bからの信号を結合するカプラ460に接続される。
増幅システム2は電力レベル制御部を有する。電力レベル制御部は、コントローラ101によって制御されて所望のレベルの出力電力を与える。この実施例では、電力レベル制御部は、増幅システム2のプリアンプ段10にある。
インピーダンス調整器50にはスタブ同調器を用いることが好ましい。
びフィルタ1120が設けられる。変調器1100は、これが接続されるコントローラ101からの変調信号1105によって制御される。変調器1100は、ON状態のときには、放射線源1からのマイクロ波放射線を変調して10kHz以上500MHz以下の範囲の周波数のパルスにする。変調器1100は柔軟で、上記範囲内の任意の周波数に変調可能なものとする。変調周波数はコントローラ101によって選択される。フィルタ1120は、変調器1100の出力部および増幅システム2の入力部に接続される。フィルタ1120はコントローラ101によって制御される。変調器1100がON状態のとき、フィルタ1120は、放射線源1からの高いマイクロ波周波数をフィルタ除去するように制御され、変調パルスの周波数を有する波形のみを通過させる。したがって、変調器1100がON状態のとき、10kHzから500MHzの範囲内の選択された周波数の放射線が当該装置の残りの部分へ出力されてプローブ5を通される。この周波数の放射線は特に切開に適したものである。変調器1100がOFF状態のとき、放射線源1からのマイクロ波放射線は変調されず、フィルタ1120はマイクロ波放射線を通過させるため、マイクロ波放射線が当該装置の残りの部分およびプローブ5に出力される。マイクロ波放射線は癌組織の焼勺に特に効果的である。変調器がON状態のときの変調周波数は、500kHzから30MHzの範囲内の周波数であることが好ましいが、なぜなら、これらの周波数が組織の切開にさらにより適していることがわかったからである。すなわちこれらの周波数は、神経刺激が生じないのに十分高いと同時に、熱マージンが最小限に抑えられるのに十分低いものだからである。
焼勺装置のうち図1で包括的に100で示す部分は、多くの異なる種類のプローブ5とともに用いることができる。したがって、この装置は、接続されるプローブの種類を検出できるプローブ検出器を有することが好ましい。プローブには、プローブ検出器に識別信号を送信するための手段を設けることができる。プローブ検出器は、コントローラ101の一部とすることができる。コントローラは、プローブの種類や、検出されたプローブに関係する手続上の情報を表示するように構成され、またプローブの種類に従って電力レベルを変化させるように構成され得る。
図9は、第1の導体900と、第2の導体910と、この両者の間にある誘電体920とを有する同軸プローブを示す。第1の導体900は細い細長の形状であり、銀または銅といった高導電性材料からなる。第2の導体920は第1の導体と同軸であり、外側の導
電性鞘を形成する。誘電体はマイクロ波周波数について低損失の材料である。このプローブの特性インピーダンスは、第1の導体900の外径に対する第2の導体910の内径の比によって決定される。誘電体930は、導電性鞘920から外へ延在する。第1の導体900は、誘電体のさらに外へ延在し、組織6の貫入に用いることができる。図10は、図9の線B−Bに沿った断面図である。
がその端部の1つからλ/4だけ離して設けられる。Hフィールドプローブを用いてもよい。
Claims (12)
- 同軸の組織焼勺プローブであって、内側の導体と、前記内側の導体を取囲む誘電体と、前記誘電体を取囲む導電性鞘と、前記鞘上にある1つ以上のバランとを有し、上記または各々のバランは吹付け誘電体を含む、プローブ。
- 上記または各々のバランはさらに、前記吹付け誘電体を取囲む外側の導体を含む、請求項1に記載のプローブ。
- 前記プローブは、波長λのマイクロ波放射線での使用に対して設計され、上記または各々の前記バランの、前記プローブの軸方向での長さは、λ/4またはその奇数倍数である、請求項1または2に記載のプローブ。
- 同軸の組織焼勺プローブのためのバランを作製する方法であって、同軸プローブにおける外側の導電性鞘の外側表面に対して液体または粉末状の誘電体を吹付けまたはその他で配置するステップと、前記誘電体が液体の場合に上記液体を凝固させるステップとを備え、こうして上記バランが形成される、方法。
- さらに、前記誘電体のまわりに外側の導体を配置するステップを備える、請求項4に記載の方法。
- 前記プローブは、波長λのマイクロ波放射線での使用に対して設計され、上記バランの、前記プローブの軸方向での長さは、λ/4またはその奇数倍数である、請求項5に記載の方法。
- 外科手術用装置であって、
組織の焼勺に適した第1の周波数のマイクロ波放射線の源と、
上記源から、焼勺されるべき組織の中へマイクロ波放射線を向けるためのプローブと、
上記源からの前記マイクロ波放射線を変調しないことによって未変調のマイクロ波放射線を上記プローブの中を通して向けるOFF状態、および、上記源からのマイクロ波放射線を変調して前記第1の周波数よりも小さい第2の周波数のパルスにするON状態、を有する変調器とを備え、前記第2の周波数は組織の切開に適しており10KHzから500MHzの範囲内である、装置。 - 上記装置はさらに、前記変調器と前記プローブとの間に低域フィルタを備え、前記低域フィルタは、前記第1の周波数を通す第1の状態と、前記第2の周波数を通すが前記第1の周波数をフィルタ除去する第2の状態とを有する、請求項7に記載の装置。
- 前記変調器は、前記第2の周波数を変化させることが可能である、請求項8に記載の装置。
- 前記変調器は、前記第2の周波数を変化させることが可能であり、前記低域フィルタは、第2の状態において帯域幅を変化させることが可能である、請求項9に記載の装置。
- 前記第1の周波数は5GHz以上である、請求項7から10のいずれかに記載の装置。
- 前記第2の周波数は500kHzから30MHzの範囲内の周波数である、請求項7から11のいずれかに記載の装置。
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