JP2010505572A - 食道治療装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波放射から導き出される熱エネルギを使用して組織を治療するための装置および方法に関する。例えば、組織を5GHzから60GHzの範囲の周波数の放射にさらすことにより組織壊死(熱損傷)および/または組織切除を生じる技術に関する。
食道は口から胃に食べ物を運ぶ筋肉管であり、皮膚を形成する細胞(扁平上皮細胞)と同様の細胞により内面が覆われている。
ら胃に後退した胆汁も含み得る。酸は逆流した液体の最も有害な成分であると考えられている。ペプシンと胆汁も食道を害し得る。
GERDを治療するのに低周波数RF(すなわち、100kHzから10MHzの範囲の周波数の放射)が使用されている。治療プローブが内視鏡を介して口を通って挿入され、バルーンを膨張させて複数のワイヤを開く。低周波数は切除の制御および速度を制限し、ワイヤの数が6本程度に制限されるという事実から、制御された熱損傷の均一性は達成するのが難しい。このようなシステムでは熱誘導コラーゲン収縮が生じる。
本発明は、新しい治療装置および方法を提供することにより、食道の治療に関連する問題を改善しようとするものである。本発明は、食道の内部周囲に制御された熱損傷を引き起こし、これが酸逆流を防止するように作用し得るマイクロ波放射の使用を提案する。
射界を半径方向外側に向かって発するように展開可能である。食道の円周回りの部位における組織の均一な治療を促進するためにこのような構成が好適には形づくられる。
に与えられる。
化され得る。
好適には、給電構造は、隣接する導電パッチにより発せられる電磁界が互いに直交するように構成される。したがって、隣接するパッチは好適には互いに直交するエッジに沿って放射する。これは全治療表面領域上に均一な界効果を促進するのに役立つ。直交する電磁界は、給電構造と隣接する導電パッチとの間の接続ポイントの位置を変化させることにより生じ得る。
同時に放射し得る。
遠位端に設けられて、食道内のユーザ指示可能マイクロ波界を与え得る。代替的には、給電ケーブルは複数の単極を終点とし得る。好適には、複数の単極は個々の同軸ケーブルから形成される。アクセス構成では、これらの同軸ケーブルは好適には実質的に給電ケーブルに揃えられる。好適には、単極は食道壁を治療するために円周アレイに開くように配置される。言い換えると、数本の同軸ケーブルは、治療構成において給電ケーブルに対して角度をなす。単極は、円周の一部または全体に配置され得る。好適には、単極の遠位端は組織の損傷を防止するために丸くされる。
は1つのライン幅分その隣のものからオフセットされることにより構成され得る。その後ラインは、例えば半田または導電機械手段により電気的に連結されて、連続コイルまたはソレノイド巻線を形成することが可能であろう。
を検出するための順方向指向性カプラを含み得る。さらに、検出器はプローブを介して食道壁から反射して戻される電力を検出するための逆方向指向性カプラを含み得る。それゆえに、食道壁に伝達された電力は、プローブに供給された順方向放射と逆方向指向性カプラで検出された反射放射の間の差に対応し得る。コントローラはそれゆえに、好適には目標エネルギ線量が確実に伝達されるように食道壁に伝達される電力を計算するように構成される。順方向および反射電力との間の差が、典型的には目標組織内に伝達される「正味」電力と称される。
電力レベル調節器は、電力レベルを電力レベル低減後の回復期間で第1の値に上げて戻すように構成され得る。実際に、治療を実質的な器具停止時間なしで連続させるか、または患者治療時間全体が過剰にならないことを確実に行うために、電力は相対的に急激に上
げて戻されることが必要であり得る。腫瘍切除の際の治療に関しては、確実にガン組織/細胞のすべてが完全に破壊されるようにするために、組織内の臨界温度に確実に達しなければならない。それゆえに、回復期間は100ms以下であり得る。
ために)PINダイオード吸収スイッチ(absorptive switch)変調器と、PINダイオード吸収減衰器(電力レベル設定器)と、固体増幅器ラインアップ(例えば、前置増幅器およびメイン電力増幅器)と、順方向および反射電力レベルを測定するための指向性カプラとを使用して、制御されたプログラム可能線量のエネルギを伝達するように構成され得る。コントローラは、上記マイクロ波構成要素を動作させるための第1のマイクロプロセッサと、(オプションで)誤った状態、つまり第1マイクロプロセッサの誤動作または電力供給ライン故障を監視するための第2のマイクロプロセッサとを含み得る。患者へのシステムを介したエネルギの流れは、足踏みスイッチにより制御可能であり得る。足踏みスイッチは単純なON/OFF(すなわち正常に開く(NO)または正常に閉じる(NC))のタイプであり得る。好適には、DC絶縁パス回路が含まれて、生成器とユーザ/オペレータとの間にDCパスが確実に存在しないようにする。
織破壊、または制御された熱損傷を可能とする治療システムに関する。但し、この発明は特に、可撓性半剛性同軸給電から給電され、例えば胃の症状を治療するために食道内に間隙挿入される(interstitially inserted)多数のパッチアンテナプローブ構造を有する治療システムに関する。
治療装置
まず、図1から図3を参照して、治療システム全体の実施形態の概要を述べる。
される矩形パルスのシーケンスまたは連続波エネルギであり得る。信号はその後、その電力レベル(振幅)を増幅に適したレベルに調節するように構成された減衰器106を通過する。信号変調器104および減衰器106は、信号増幅の後に行われる測定に基づいてマイクロプロセッサ114により制御される。所定量の電力が確実に食道壁に伝達されるように、マイクロプロセッサ114は変調器104での信号変調と減衰器106での信号減衰を調節するように構成される。変調器104および減衰器106の位置は相互に置き換え可能である。
に2つに等率分割することである。
Inc.より入手可能な(部品番号ACAT−B181)8ビット、64dB可変デジタル減衰器である。典型的な回路トポロジは、PINダイオード切換ビット減衰器セクションまたはアナログ−デジタル(A−to−D)変換器により駆動されるアナログ減衰器を組み込む。
6.81dBのゲインを与えて、電力結合器ネットワークの挿入損失を補う必要があろう。
ト、すなわちデジタルマイクロプロセッサユニットおよびアナログ信号調整回路に分配され得るが、便宜上、2つの素子は図3では一緒に示されていることに留意すべきである)。
接端との間に作成され、DC絶縁ユニット256は、AC(SHF)信号を通過させる一方、DC経路を絶縁するための低損失誘電性材料を含む。誘電アイソレータ256の厚さにより引き起こされるRF漏出を防止するには、4分の1波長チョークフランンジ(quater−wave−choke−flange)配置を使用することが好適であり得る。例えば、WR75導波路アダプタに対するN−メイルが使用可能であり、これによりチョークフランジは、同軸移行またはアダプタへの導波路の一部を形成する導波路フランジの表面内部に構成される。指向性カプラ212からの出力は単純なフランジを備え得、同軸Nアダプタに対する上記導波路は上記チョークを含み得る。基本構成では、2つの導波路セクションの接点において短絡を反射するために「L」断面の円形チョークリングがチョークフランジに使用される。これはリング断面の全長が動作周波数における波長の半分であるという事実から可能であり、遠端は短絡しているので、電気短絡は、機械的短絡を達成するのが難しい指向性カプラ212とDCアイソレータ256との間の表面に設置される。
1)第1のアセンブリ228の近接端
2)第1のアセンブリ228の遠位端
3)第2のアセンブリ224の近接端
4)第2のアセンブリ224の遠位端
インピーダンス整合は典型的に同軸4分の1波長(またはその奇数倍)変成器を使用して行われる。ケーブルアセンブリ225の遠位端とアンテナ226との間のインタフェース以外の位置でインピーダンス整合を行うことにより、上記の位置は構造の遠位端よりアクセス可能なのでプローブの製造を容易にする。さらに、ケーブルアセンブリ224、228は、変成器が使用される場合は50Ωにする必要はない。すなわち、より低いインピーダンスアセンブリは、より高い電流密度を促進し、より高いインピーダンスアセンブリは、より高い電圧を促進する。非50Ωアセンブリはより低い挿入損失を示し得、アセンブリの物理的ジオメトリにより柔軟性を与え得る。
出器213を使用して、ケーブルアセンブリが適切に接続されてアンテナが正しく機能していることを確立する。要求電力と、検出器211により監視される実際に伝達された電力とを比較して、出力電力が確実に要求電力レベルの指定範囲内にあるようにする。マイクロプロセッサ214を使用して誤った状態を監視し、検出されたいかなるエラーも合図して、誤りの重大度に依存してシステムのスイッチをOFFにするように構成し得る。
以下、図4から図21を参照し、治療プローブの構成について説明する。図4は、図3に示す装置の治療端における基本的な3つの部分構成の1つの構成を示す。マイクロ波信号がマイクロ波放射生成ラインアップから同軸ケーブル128を通って与えられる。この
電力は、パッチアンテナ126のアレイに電力を供給するように構成されたより細い同軸給電ケーブル124内に移送される。パッチアンテナ126のアレイは、好適には可撓性である、平坦なシート状材料上に形成される。実質的に等しい電力を各パッチアンテナに与えるために、給電ケーブル124からのマイクロ波電力供給は分割され、各パッチアンテナは電磁スペクトルのマイクロ波周波数領域内にある周波数で電磁界を放射するように構成される。
器504が続く。Lは基板材料の相対誘電率とマイクロ波周波数とで決定される。
内部導電素子を有する同軸チューブ構造から構成可能である。外部導電層に周方向スロットが形成され得る、すなわち、誘電層はチューブの長さに沿って間隔をおいて露出され得る。上記のように、スロットはチューブの円周回りに完全に延在する必要はなく、λ/2ずつ離され、最初のスロットはチューブの遠位端からλ/4の距離に位置付けられ、その遠位端は、最大電磁界が短絡からλ/4およびその奇数倍の距離で放射されるように、良好な短絡を終点とする。
ルを生成し、組織の均一な熱加熱を生成するように、スロット放射体の長さに沿ってスロットのサイズが変えられる。図19に示すように、基板は、スリット404がチューブの軸に平行になるようにチューブ形状に巻いて使用される。この構成で、チューブの端が互いに押されると、図20に示すようにスリット404間にある材料のストリップが外側に膨らむ。ストリップの真ん中にパッチアンテナ402を設置することにより、膨らみはアンテナを外側に拡張して、例えば、治療部位にごく接近または接触させる。図21は使用時のこの構成を示す。初めにプローブ400は内視鏡チューブ420の治療サイトに運ばれる。食道430の治療位置422近くに達すると、プローブ400は、キャリアロッド424(可撓性半剛性給電ケーブル)を使用して内視鏡チューブ420の端から押し出される。ランタン構造は、放射パッチ間の分離を低減するためにねじられ得る。これは界をより均一にするのを役立ち得る。この場合、パッチのアレイはねじれを収納するためにより長くする必要がある。軸方向移動開/閉メカニズムはキャリアロッド24に搭載され、プローブ400の一方の端に装着される。プローブの他方の端はキャリアロッド424に装着されて、ロッドに沿って開/閉メカニズムが移動すると、プローブ400の端が互いの方向に向かうまたは離れて、パッチアンテナ402を担持するストリップを拡大または縮小させる。プローブがその治療(拡大)構成に移動されると、電力がパッチアンテナ402に供給され、パッチアンテナは食道430の壁を制御された深さまたは壁の厚さまで浸透する電磁界を放射する。
図28Aおよび図28Bは膨張および縮小された状態の円錐形バルーン700をそれぞれ図示する。この場合、放射素子は、バルーン700の表面の拡大可能な円周回りに組み込まれた導電パッチ704である。バルーン700内に装着された剛性ガイドロッド702(例えば、硬いワイヤのもので、しばしばカテーテルと称される)により、バルーンの位置に対するユーザ/オペレータ制御を可能とする。空気または水が近接端(図28AでINと記される)において導入されて、バルーン700を膨張させる。各導電パッチ704は例えば、上述のタイプの同軸ケーブル706により給電される。内視鏡の器具チャネルの上方に各同軸ケーブルが供給されて、内視鏡の外の位置でケーブルを結合させることが好適であり得る。電力結合は、4分の1波長変成器、マイクロストリップ結合器、または導波路結合を使用して達成可能であろう。
スロットアンテナ(やはり図示せず)に給電する4本のアンテナ給電ライン902へ電力を供給する給電構造900を図示する。給電構造はアンテナをバルーン表面上に等しく分布するが、それらの間の電力の実質的に等しい分割を達成するように構成される。所定の長さl1を有する一次給電ライン906は単一ポイントにおいて4本の二次給電ライン904に分配され、これらは互いに対して所定の角度θをなし、それぞれは所定の長さl2を有する。一次および二次ライン904、906の長さは、少なくとも部分的にそれらの各インピーダンスに依存する。一次および二次ラインが共に25Ωラインであり、アンテナ給電ラインがそれぞれ12.5Ωのインピーダンスを有する実践的な実施形態では、l1およびl2の値を3.2mmまたは9.6mmとして、かつθの値を40°となるように選択することは、アンテナ間で実質的に等しい電力分割を生じる。二次給電ライン904のいずれも緩やかに湾曲して、分配ポイントの後で25Ωラインがバルーンの4つの側の上方に湾曲することを可能とする。所定の長さは、給電ラインの中心に沿って測定されるべきであり、二次給電ライン904の中心は、一次給電ライン906の端の中心で集まり、そこから長さl1およびl2が測定される。半端な長さを付加して4つのアンテナを互いに揃える必要がある場合は、12.5Ωアンテナ給電ライン902を使用して分配構造に影響を及ぼすことなく行うことができる。
Claims (38)
- 食道に挿入可能であるアクセス構成と、マイクロ波放射で食道壁組織の領域を治療するように動作可能である治療構成とを有するプローブであって、
可撓性基板と、
前記可撓性基板上の1つまたは複数の放射素子と、
前記1つまたは複数の放射素子に電圧を加えて、これにより前記1つまたは複数の放射素子がマイクロ波放射を発するように構成された給電構造と、
前記プローブをそのアクセス構成からその治療構成へと移すように構成された展開手段とを備え、
前記治療構成では、前記1つまたは複数の放射素子は、治療される食道壁組織の前記領域に対応する部位に実質的に均一な放射界を外側に向かって伝達するように構成されている、プローブ。 - 前記給電構造および1つまたは複数の放射素子は、誘電性材料により接地導体から分離した信号導体を含み、前記信号導体と接地導体は交流電流(AC)を伝えるように構成されている、請求項1に記載のプローブ。
- 前記信号導体および接地導体は前記可撓性基板の同一平面上にある、請求項2に記載のプローブ。
- 前記給電構造は同軸ケーブルを含む、請求項2に記載のプローブ。
- 前記給電構造は、電力を前記基板を通って前記1つまたは複数の放射素子に運ぶための1つまたは複数の伝送ラインを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記1つまたは複数の伝送ラインは、放射が前記食道壁内に結合するのを防止するように遮蔽されている、請求項5に記載のプローブ。
- 複数の放射素子が伝送ラインに沿って直列に接続されている、請求項5または請求項6に記載のプローブ。
- 複数の放射素子が伝送ラインにより並列に接続されている、請求項5から7のいずれか一項に記載のプローブ。
- 各放射素子のインピーダンスは、それが接続される前記伝送ラインのインピーダンスに整合されている、請求項5から8のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記給電構造は、前記1つまたは複数の放射素子のインピーダンスを治療される前記組織のインピーダンスと整合するように構成されている、請求項1から9のいずれか一項に記載のプローブ。
- 複数の放射素子を含み、各放射素子は前記基板上の導電パッチを含む、請求項1から11のいずれか一項に記載のプローブ。
- 隣接する導電パッチの中心は互いにλLだけ離間している、請求項13に記載のプローブ。
- 前記給電構造は隣接するパッチが互いに直交する界を発するように構成されている、請求項12から14のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記可撓性基板は1つまたは複数の導電ストリップを含み、複数の放射素子は各導電ストリップに沿って非導電スロットとして形成されている、請求項1から10のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記アクセス構成において、前記プローブは内視鏡を介して挿入可能である、請求項1から16のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記可撓性基板は、前記アクセス構成から前記治療構成へ半径方向に拡大可能なチューブ状セクションを含み、1つまたは複数の放射素子は、前記治療構成で使用される際に、それらが治療される食道壁組織の前記領域にごく接近しているか接触しているようにチューブ状セクション上にある、請求項1から17のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記チューブ状セクションは膨張可能な外科バルーンである、請求項18に記載のブローブ。
- 前記1つまたは複数の放射素子は前記バルーンの外面上にある、請求項19に記載のプローブ。
- 前記チューブ状セクションはキャリアロッドに搭載されており、その表面に軸方向スリットを有し、そのスリットは、前記チューブ状セクションの端が互いに向かって軸方向に移動されると半径方向外側に移動可能な基板ストリップを画成する、請求項18に記載のプローブ。
- 前記展開手段は、前記チューブ状セクションの前記端が互いに対して移動するように構成された軸方向可動制御部を含む、請求項21に記載のプローブ。
- 前記治療構成において、前記放射界は、治療される食道壁組織の前記領域への浸透の、1mmと2mmの間の深さを有するように構成されている、請求項1から22のいずれか一項に記載のプローブ。
- 前記可撓性基板は外向きの生体適合層を含む、請求項1から23のいずれか一項に記載
のプローブ。 - 食道壁組織を切除するための装置であって、前記装置は、
安定出力周波数を有するマイクロ波放射の源と、
マイクロ波放射の前記源に接続された、請求項1から24のいずれか一項に記載のプローブと、
治療される前記組織に前記マイクロ波放射によって伝達されるエネルギ量を制御するように構成されたコントローラとを備える、装置。 - 前記コントローラは前記食道壁に伝達される目標エネルギ値を生成するように構成された制御ユニットを含む、請求項25に記載の装置。
- 前記コントローラは前記プローブに与えられるマイクロ波放射の電力レベルを検出するための検出器を含み、前記検出された電力レベルは前記食道壁に伝達される前記エネルギ量を計算するのに使用される、請求項25または請求項26に記載の装置。
- 前記源に接続された電力増幅器を含み、前記コントローラは、前記電力増幅器への電力レベル入力を調節するように構成された電力設定器を含む、請求項25から27のいずれか一項に記載の装置。
- 前記電力設定器は、前記源および前記電力増幅器の間に接続された信号減衰器を含む、請求項28に記載の装置。
- 前記源と前記電力増幅器の間に接続された信号変調器を含む、請求項25から29のいずれか一項に記載の装置。
- 前記コントローラは誤った状態を監視するように構成されたウォッチドッグプロセッサを含む、請求項25から30のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ウォッチドッグプロセッサは、検出された反射電力信号における1つまたは複数のシグニチャイベントに対して監視するように構成されている、請求項31に記載の装置。
- マイクロ波放射を使用した中空管病理学的治療の方法であって、前記方法は、
中空管にプローブを挿入するステップを含み、前記プローブは1つまたは複数の放射素子を有しており、
安定出力周波数を有するマイクロ波放射の源を前記プローブに接続するステップを含み、これにより前記1つまたは複数の放射素子はマイクロ波放射界を前記中空管内の組織の領域上に外側に向かって発し、
治療される前記組織に前記マイクロ波放射により伝達されたエネルギ量を制御するステップとを含む、方法。 - 前記発せられた放射界は、治療される前記組織に浸透する実質的に均一なエネルギ密度を有する、請求項33に記載の方法。
- 前記中空管は前記食道である、請求項33または請求項34に記載の方法。
- 可撓性チューブ状基板を半径方向に拡大するためのデバイスであって、その基板は軸方向に延びるロッドに装着され、その外面に搭載されるアンテナパッチのアレイを有しており、前記デバイスは、
前記ロッド上に搭載された駆動手段と、
軸方向移動可能に前記ロッド上に搭載されたスリーブとを備え、前記スリーブは前記駆動手段により前記ロッドに沿って移動可能であり、前記チューブ状アレイの半径方向拡大を生じる、デバイス。 - 前記スリーブと前記基板との間に装着された1つまたは複数の半径方向に拡張可能な部材を有し、前記スリーブの軸方向移動は、前記1つまたは複数の半径方向に拡張可能な部材を拡張および/または後退させて、前記チューブ状アレイの半径方向拡大を生じるように構成されている、請求項36に記載のデバイス。
- 前記駆動手段は、前記ロッドの回りの通電コイルを含み、前記スリーブは前記コイルと前記ロッドの間のフラックス乗算器として作用し、電流が前記コイルを流れると、前記駆動手段を前記ロッドに対して軸方向に移動させるように構成されている、請求項36または請求項37のいずれか一項に記載のデバイス。
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