JP2011041799A - 遠位に位置付けられた共鳴構造を備える誘電体装荷された同軸の開口部を有する電気外科手術装置およびその製造方法 - Google Patents

遠位に位置付けられた共鳴構造を備える誘電体装荷された同軸の開口部を有する電気外科手術装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】焼灼標的の病変部は、焼灼プローブで穿孔するには小さすぎたり、固すぎることがある。非指向性の焼灼プローブは、焼灼によりプローブの両側に放射がなされ、放射区域の腫瘍ではない側にある健常な組織を損傷させることがある。放射区域外への洩れ放射量を減少すること。
【解決手段】組織の標的体積にエネルギーを向けるため装置は内側導体、外側導体、誘電性材料を有する同軸の供給線２２を備える。近位の誘電スリーブ２２４は、同軸の供給線の遠位端で内側導体２２０に結合され、遠位の円筒形の誘電スリーブは内側導体に結合される。第１および第２誘電セグメント２８４，２７４は、内側導体に結合され、近位及び遠位の円筒形の誘電スリーブおよび遠位の円筒形の誘電スリーブの間に配置される。装置は、近位の円筒形の誘電スリーブ、第１誘電セグメント、第２誘電セグメント、および遠位の円筒形の誘電スリーブを被覆する細長いシャフトを備える。
【選択図】図２

Description

本開示は、組織焼灼のアプリケーションでの使用に適した電気外科手術装置、詳細には、遠位に位置付けられた共鳴構造を備える誘電体装荷された同軸開口部を有する電気外科手術装置に関する。
ある疾患の治療では、悪性の組織の増殖物、例えば腫瘍の破壊を必要とする。電磁放射線は、癌性腫瘍を加熱し、破壊するために使用することができる。治療は、癌性の腫瘍が特定された組織に焼灼プローブを挿入することを含む。プローブが位置付けられると、電磁エネルギーがプローブを介して周囲組織に入り込む。
癌のような疾患の治療では、ある種の腫瘍細胞は、通常、健常な細胞に有害となる温度よりもわずかに低い温度に高められた温度で変性することが知られている。温熱治療のような公知の治療方法では、不可逆的な細胞の破壊が生じる温度よりも低い温度で近傍の健常な細胞を維持しながら、４１℃を超える温度まで罹病細胞を加熱する。そのような方法は、組織を加熱、焼灼および／または凝固するために電磁放射線を適用することを含む。この方法を遂行するため、マイクロ波エネルギーが使用されることもある。また、組織を加熱する電磁放射線を使用する別の処置では、組織の凝固、切開、および／または焼灼を含む。
電磁放射線を使用する電気外科手術装置が種々の使用および適用のために開発されてきた。短期間に高集中のエネルギーを与え、さまざまな組織で切開および凝固効果を成し遂げるために用いられ得る多くの装置が利用できる。焼灼処置を遂行するために使用できる、多くの異なる種類の装置が存在する。一般的に、焼灼処置で使用するマイクロ波装置は、エネルギー源として機能するマイクロ波発生器、および標的組織にエネルギーを向けるためのアンテナ・アセンブリを有するマイクロ波の外科器具（例えば、マイクロ波焼灼プローブ）を備える。マイクロ波発生器および外科器具は、一般的に、発生器から器具にマイクロ波エネルギーを送達するため、且つ器具と発生器との間で制御、フィードバック、および識別信号を通信させるための、複数の導体を有するケーブル・アセンブリにより、操作可能に連結されている。
使用において、例えば、モノポール、ダイポール、およびらせん形の数種類のマイクロ波アンテナ・アセンブリが存在し、組織焼灼への適用に使用され得る。モノポールおよびダイポールのアンテナ・アセンブリでは、マイクロ波エネルギーは、通常、導体の軸から垂直に放射する。モノポールアンテナ・アセンブリは、一般的に単一の細長い導体を備えている。一般的なダイポールアンテナ・アセンブリは、２本の細長い導体を備え、間に置かれた電気絶縁体で端部同士が互いに直線的に配列され、位置付けられている。らせん形のアンテナ・アセンブリは、接地平面に接続されたらせん形の導体を備えている。らせん形のアンテナ・アセンブリは、通常モード（横型）を備える多くのモードで操作することができ、らせんにより放射される磁場はらせん軸および軸モード（縦型）に対して垂直面に最大であり、最大放射はらせん軸に沿っている。
マイクロ波の伝送線は、外側導体も伝送線の軸に沿って伸長できるように、一般的に伝送線の縦軸に沿って伸長し、誘電性材料により包囲され、さらに誘電性材料の周囲の外側導体により包囲される薄い内側導体を備えている。アンテナの一つの変形では、導波管構造、例えば伝送線または同軸ケーブルの長さが、エネルギーが導波管構造から「漏洩」する、または放射する複数の開口部に設けられている。この種類の構造は、一般的に「漏洩同軸」または「漏れ波」アンテナと呼ばれる。
幾つかの焼灼標的の病変部は、焼灼プローブで穿孔するには小さすぎる、または固すぎることがある。このような場合、医師はプローブをできるだけ病変部に近づけて配置し、焼灼を行う。非指向性の焼灼プローブでは、焼灼によりプローブの両側に放射がなされ、放射区域の腫瘍ではない側にある健常な組織を損傷させるかもしれない。
ある処置の間では、マイクロ波エネルギーが周囲組織内に放射する範囲を見積もることが困難になりかねず、それにより焼灼される周囲組織の領域または量を決定することが困難になる。
米国特許出願第１２／４０１,２６８号
米国特許第７,３１１,７０３号
米国特許出願第１２／１９７,４０５号
米国特許出願第１２／４７６,９６０号
本開示は、内側導体、内側導体の周囲に同軸に配置された外側導体、およびその間に配置された誘電性材料を有する同軸の供給線を備える、組織の標的体積にエネルギーを向けるための装置に関する。装置は、内側導体に結合された第１誘電セグメント、および内側導体に結合された第２誘電セグメントを備える。装置はまた、第２誘電セグメントの少なくとも一部分を被覆する細長いシャフトを備え、ここで細長いシャフトは第１誘電セグメントに少なくとも部分的に並んだ、画定された開口部を有する。バラン構造は細長いシャフトに配置され、細長いシャフトの開口部を少なくとも部分的に被覆する。
本開示は、内側導体、内側導体の周囲に同軸に配置された外側導体、およびその間に配置された誘電性材料を含む同軸の供給線を備える、組織の標的体積にエネルギーを向けるための装置に関する。装置は、同軸の供給線の遠位端で内側導体に結合された近位の円筒形の誘電スリーブ、および内側導体に結合された遠位の円筒形の誘電スリーブを備える。第１および第２誘電セグメントが内側導体に結合され、近位の円筒形の誘電スリーブと遠位の円筒形の誘電スリーブとの間に配置される。装置はまた、近位の円筒形の誘電スリーブ、第１誘電セグメント、第２誘電セグメント、および遠位の円筒形の誘電スリーブを被覆する細長いシャフトを備える。細長いシャフトは、第１誘電セグメントに少なくとも部分的に並んだ、画定された開口部を備える。バラン構造が細長いシャフトに配置され、細長いシャフトにある開口部を少なくとも部分的に被覆する。
本開示はまた、内側導体、外側導体、およびその間に配置された誘電性材料を有する同軸の供給線を設けるステップと、第１誘電部材を、同軸の供給線の遠位端で誘電性材料および外側導体を越えて伸長する内側導体の一部分に接合するステップを含む電気外科手術装置を製造するための方法に関する。当該方法は、第１誘電部材の遠位端で第１誘電部材を越えて伸長する内側導体の一部分に第２誘電部材を接合するステップと、第１誘電部材の遠位端で第１誘電部材を越えて伸長する内側導体の一部分に第３誘電部材を接合するステップと、第２および第３誘電部材の遠位端で第２および第３誘電部材を越えて伸長する内側導体の一部分に第４誘電部材を接合するステップと、第１、第２、第３、および第４の誘電部材を被覆する細長いシャフトを位置付けするステップであって、細長いシャフトが第３誘電部材に並んだ、画定された開口部を有するステップと、細長いシャフトにバランを形成するステップであって、バランが第１バラン外側導体および第２バラン外側導体を備え、第１および第２バラン外側導体の各々が細長いシャフトの開口部を部分的に被覆して配置されるステップと、をも含む。
ここに開示されるアンテナ・アセンブリの目的および特徴は、さまざまな実施形態の記載を添付の図面を参照して読むことで、当業者に明らかになるであろう。
本開示の実施形態による、焼灼システムの概略図である。 本開示の実施形態による、エネルギー・アプリケータの一部分の分解された部品の透視図である。 本開示の実施形態による、図２で示されるエネルギー・アプリケータの一部分の組み立てられた部品の透視図である。 本開示の実施形態による、開口部および端部キャップを有する細長いシャフトに設けられた、図３のエネルギー・アプリケータの一部分の、透視的な一部分割図である。 本開示の実施形態による、図４の指し示された細部の拡大図である。 本開示の実施形態による、図７のエネルギー・アプリケータの部分的な断面図である。 本開示の実施形態による、図４のエネルギー・アプリケータの一部分の透視的な組み立て図である。 本開示の実施形態による、細長いシャフトに開口部を備える細長いシャフトの一部分を包囲する誘電スリーブ部材と共に示される図７のエネルギー・アプリケータの部分的な透視図である。 本開示の実施形態による、その間に隙間を有する、軸方向に並んだ近位および遠位の導電スリーブ部材により包囲された誘電スリーブ部材および細長いシャフトの開口部（点線）の部分と共に示される図８のエネルギー・アプリケータの部分的な透視図である。 本開示の実施形態による、図９のエネルギー・アプリケータの遠位部分の断面図である。 本開示の実施形態による、図９のエネルギー・アプリケータの別の遠位部分の断面図である。 本開示の実施形態による、遠位の導電スリーブ部材の遠位に伸長する先細の部分と共に示される図９のエネルギー・アプリケータの部分的な透視図である。 本開示の実施形態による、細長いシャフトの長さに沿って配置され、近位および遠位の導電スリーブ部材を被覆し、その間の隙間を橋渡しする層と共に示される図１１のエネルギー・アプリケータの部分的な透視図である。 本開示の実施形態による、図１２のエネルギー・アプリケータのような、エネルギー・アプリケータにより組織内に送達される電磁エネルギーの放射パターンの表示図である。 本開示の実施形態による、射出された放射パターンの表示図と共に示されるエネルギー・アプリケータの断面図である。 本開示による、射出された放射パターンの表示図と共に示される、エネルギー・アプリケータの別の実施形態の断面図である。 本開示による、射出された放射パターンの表示図と共に示される、エネルギー・アプリケータのさらに別の実施形態の断面図である。 本開示による、射出された放射パターンの表示図と共に示される、エネルギー・アプリケータのさらなる別の実施形態の断面図である。 本開示の実施形態による、電気外科手術装置を製造する方法を例示するフローチャートである。
以下、ここに開示される指向性放射パターンを備えた電気外科手術装置の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。同様の参照番号は、図の説明を通して類似または同一の要素に関する。対象の相対位置を参照する際、図で示され、本明細書で使用され、且つ恒例であるように、「近位」という用語は利用者に近い方の装置の位置を表し、「遠位」という用語は、利用者から離れた方の装置の位置を表す。
通常、電磁エネルギーは、電波、マイクロ波、赤外線、可視光、紫外線、Ｘ線、およびガンマ線に、エネルギーを増幅させること、または波長を減少させることにより分類される。本明細書で使用されるように、通常、「マイクロ波」とは、周波数範囲が３００メガヘルツ（ＭＨｚ）（３×１０８サイクル／秒）〜３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）（３×１０１１サイクル／秒）の電磁波に関する。本明細書で使用されるように、「焼灼処置」とは、マイクロ波焼灼、高周波（ＲＦ）焼灼、またはマイクロ波補助による焼灼のような、いずれの焼灼処置にも関する。本明細書で使用されるように、「伝送線」とは、通常、一点から他点へとシグナルの伝播に使用され得る、いずれの伝送媒体にも関する。
本開示の種々の実施消形態は、組織の治療のための電気外科手術装置、および組織の標的体積に電磁放射線を向ける方法を提供する。実施形態は、マイクロ波の周波数または別の周波数の電磁放射線を使用して実施されてもよい。種々の実施形態による、エネルギー・アプリケータを備える電気外科手術システムは、指向性放射パターンを備え、約５００ＭＨｚ〜約１０ＧＨｚの間で操作するように設計され、構成されている。
ここに開示される指向性放射パターンを備えた電気外科手術装置の種々の実施形態は、マイクロ波焼灼、およびマイクロ波焼灼の補助による外科的切除のために、組織を事前に凝固するための使用に適している。以下に説明される種々の方法は、マイクロ波焼灼および標的組織の完全破壊を目的とするが、電磁放射線を向ける方法は、例えば、電気インパルスが心臓組織に伝導することを防ぐように、標的組織が部分的に破壊または損傷される別の治療法とともに使用されてもよい。さらに、以下の説明にはダイポールマイクロ波アンテナの使用を記載するが、本開示の教示はまた、モノポール、らせん形、または別の適した種類のマイクロ波アンテナに適用してもよい。
図１は、エネルギー・アプリケータまたはプローブ１００を備える、本開示の実施形態による電気外科手術システム１０を示している。プローブ１００は通常、供給線１１０（またはシャフト）により、伝送線１５を介してコネクタ１６に接続される放射部分を有するアンテナ・アセンブリ１２を備え、さらにプローブ１００を電気外科手術用発電源２８、例えばマイクロ波またはＲＦの電気外科手術用発生器に操作可能に接続することができる。
供給線１１０は、伝送線１５を介して生成器２８にアンテナ・アセンブリ１２を電気的に接続してもよく、半剛性または可撓性にもできる同軸ケーブルを備えてもよい。供給線１１０は、約１インチ〜約１０インチに及んで、アンテナ・アセンブリ１２の近位端から伝送線１５の遠位端まで可変の長さを有してもよい。供給線１１０は、例えば銅、金、または同様な導電率を有する別の導電性金属のような種々の導電性材料で構成されてもよい。供給線１１０は、通常、組織および／または皮膚を穿孔するために必要とされる強度を提供するステンレス鋼から作製してもよい。供給線１１０を形成するために使用される導電性材料は、特性を向上させるため、例えば導電性を向上させる、またはエネルギーの損失を減少させる等のため、別の材料、例えば別の導電性材料でめっきされてもよい。いくつかの実施形態では、供給線１１０は、ステンレス鋼を含んでおり、その導電性を向上させるため、ステンレス鋼は、銅または金のような導電性材料の層で被覆されてもよい。供給線１１０は内側導体、内側導体を同軸に包囲する誘電性材料、および誘電性材料を同軸に包囲する外側導体を含んでもよい。アンテナ・アセンブリ１２は、供給線１１０の遠位を伸長してアンテナ・アセンブリ１２に入る内側導体の一部分から形成されてもよい。供給線１１０は、電力操作を向上させるため、液体、例えば生理食塩水または水で冷却されてもよく、ステンレス鋼のカテーテルを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、発電源２８は、操作周波数が約５００ＭＨｚ〜約２５００ＭＨｚのマイクロ波エネルギーを提供するように構成される。別の実施形態では、発電源２８は、操作周波数が約５００ＭＨｚ〜約１０ＧＨｚのマイクロ波エネルギーを提供するように構成される。発電源２８は、種々の電磁エネルギーの周波数を提供するように構成されてもよい。伝送線１５は、付加的または代替的に、冷却源１８からプローブ１００に冷却液を提供するように構成された導管（図示せず）を設けてもよい。
アンテナ・アセンブリ１２の遠位端には端部キャップまたは先細の部分１２０が設置され、これは最小抵抗で組織に挿入できるように最終的に鋭い先端１２３になってもよい。エネルギー・アプリケータ１００として使用に適し得る尖った先端を備える直線プローブの一例としては、Ｃｏｖｉｄｉｅｎにより提供されるＥＶＩＤＥＮＴ（登録商標）が市販されている。端部キャップまたは先細の部分１２０は、例えば円形、平形、四角形、六角形、または円筒形の先端１２３のような別の形状を含んでもよい。
いくつかの変形では、アンテナ・アセンブリ１２は遠位の放射部分１０５および近位の放射部分１４０を備える。いくつかの実施形態では、接合部１３０は、近位の放射部分１４０と遠位の放射部分１０５を連結する。いくつかの実施形態では、近位および遠位の放射部分１４０および１０５は、接合部材１３０で並んでおり、通常は誘電性材料、例えば接着剤からでき、また遠位の放射部分１０５を通って少なくとも部分的に伸長する内側導体により支持される。接合部１３０またはその部分は、近位および遠位の放射部分１４０および１０５の間に配置されてもよい。接合部１３０は、任意の適した工程により、任意の適したエラストマまたはセラミックから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、接合部１３０は、重ね成形（ｏｖｅｒｍｏｌｄｉｎｇ）によって形成され、また、例えば、ポリエーテル・ブロック・アミド（例えば、フランス、コロンブのＴｈｅ Ａｒｋｅｍａ Ｇｒｏｕｐにより製造されたＰＥＢＡＸ（登録商標））、ポリエーテルイミド（例えば、サウジアラビアのＳＡＢＩＣ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓにより製造されたＵＬＴＥＭ（登録商標）および／またはＥＸＴＥＭ（登録商標））および／またはポリイミドベースのポリマー（例えば、米国、デラウェア州、ウィルミントンのＥ. I. ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙにより製造されたＶＥＳＰＥＬ（登録商標））のような熱可塑性エラストマを含む。接合部１３０は、任意の工程により任意の適した重ね成形用の化合物を使用して形成されてもよく、セラミック基材の使用を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、アンテナ・アセンブリ１２は冷却チャンバ（図示せず）が設けられてもよい。さらに接合部１３０は、冷却チャンバに冷却液を流入させ、また、冷却チャンバから流出することを容易にする、冷却液の流入および流出ポート（図示せず）を備えてもよい。冷却チャンバおよび冷却液の流入および流出ポートの実施形態の例は、同一出願人の、２００９年３月１０に出願された、「冷却誘電緩衝されたマイクロ波ダイポールアンテナ」と題する米国特許出願第１２／４０１,２６８号、および「マイクロ波アンテナを冷却するための装置および方法」と題する米国特許第７,３１１,７０３号に開示されている。
いくつかの実施形態では、アンテナ・アセンブリ１２には、遠位の放射部分１０５、接合部１３０、および／または近位の放射部分１４０の周りに配置された外側ジャケット（図示せず）が設けられてもよい。外側ジャケットは、例えば、ポリマーまたはセラミックの材料のような、任意の適した材料で形成されてもよい。外側ジャケットは、例えば、熱収縮、重ね成形、コーティング、吹き付けによる浸漬法、パウダー加工、焼付けおよび／または膜蒸着のような、任意の適した方法により適用されてもよい。外側ジャケットは、低導電性を有する材料で形成される水冷式カテーテルでもよい。
例えば、電気外科手術システム１０を使用するマイクロ波焼灼の間、プローブ１００は組織内に挿入または近接して配置され、マイクロ波エネルギーがそこに供給される。超音波またはコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）による誘導が、治療される組織の領域内にプローブ１００を的確に誘導するために使用されてもよい。プローブ１００は、例えば、外科スタッフによる従来の外科技術を使用して、経皮的にまたは組織の上部に設置されてもよい。臨床医は、マイクロ波エネルギーが印加される時間の長さを事前に決定してもよい。印加の時間は、腫瘍の大きさおよび位置、並びに腫瘍が二次癌か一次癌かというような、多くの要因による。プローブ１００を使用するマイクロ波エネルギーの印加の時間は、破壊される組織領域内、および／または周囲の組織内の熱分配の進捗に依存してもよい。単一または複合のプローブ１００は、標的組織部位にある癌性細胞を破壊するために、短い処置時間、例えば数分で焼灼してもよい。
複数のプローブ１００は、標的組織部位を実質的に同時に焼灼するために種々の配列構成で設置されることで、より迅速な処置ができるようにしてもよい。複数のプローブ１００は、相乗的に大きな焼灼を作り出すため、または同時に別々の部位を焼灼するために使用することができる。組織焼灼の大きさおよび形状は、エネルギー・アプリケータの型、同時に使用されるエネルギー・アプリケータの数、時間、およびワット数のような、さまざまな要因により影響を受ける。
操作では、波長ラムダ（λ）を有するマイクロ波エネルギーは、アンテナ・アセンブリ１２を通って、例えば、近位および遠位の放射部分１４０、１０５に沿って伝送され、周囲の媒体、例えば組織内に放射される。効率的な放射のためのアンテナの長さは、有効波長λeffに依存してもよく、これは放射される媒体の誘電特性による。その中をマイクロ波エネルギーが波長λで伝送されるアンテナ・アセンブリ１２は、例えば胸部組織と対照的に、周囲の媒体、例えば肝臓組織に応じて異なる有効波長λeffを有してもよい。
図２から図１２は、本開示による、遠位に位置付けられた共鳴構造（たとえば、図９で示される９０９）を備える誘電体装荷の同軸の開口部（例えば図１２で示される「Ｗ」）を有するエネルギー・アプリケータまたはプローブを形成する構成材のアセンブリを、順次図解して示している。
本開示の実施形態によれば、エネルギー・アプリケータまたはプローブ（通常は図２および図３の２００として図示）には、エネルギー・アプリケータ２００の縦軸「Ａ」に沿って伸長する内側導体２２０、内側導体２２０の周りに同軸に配置された外側導体２２４、およびその間に配置された誘電性材料２２２を有する同軸の供給線２２６が設けられている。いくつかの実施形態では、内側導体２２０は直径「Ｄ１」を有し、誘電性材料２２２は外径「Ｄ２」を有する。
供給線２２６の遠位端において、誘電性材料２２２の一部分は外側導体２２４を越えて伸長してもよい。付加的または代替的に、内側導体２２０（例えば、図２で示される２２）の一部分は、誘電性材料２２２および外側導体２２４を越えて伸長してもよい。いくつかの実施形態では、アンテナ・アセンブリ１２またはその部分は、内側導体の部分２２に結合されてもよい。代わりに、アンテナ・アセンブリ１２またはその部分は、細長い導体（例えば、内側導体の部分２２と類似）に結合され、細長い導体が供給線２２６の内側導体２２０に電気的に結合されてもよい。
図２および図３で示されるように、近位の円筒形の誘電スリーブ２４４は、同軸の供給線２２６の遠位端において内側導体２２０に結合されてもよい。付加的または代替的に、第１誘電セグメント２８４および第２誘電セグメント２７４は、内側導体２２０に結合されてもよい。付加的または代替的に、遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４は、内側導体２２０に結合されてもよい。
近位の円筒形の誘電スリーブ２４４、第１誘電セグメント２８４、および第２誘電セグメント２７４は、同軸の供給線２２６からインピーダンス整合を与える誘電性材料から形成されてもよい。第１誘電セグメント２８４は、例えば、周囲の媒体、例えば組織内に放射されるエネルギーを最大化させるため、第２誘電セグメント２７４の誘電率よりも高い誘電率を持つ材料から形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、直径「Ｄ２」を有する近位の円筒形の誘電スリーブ２４４は、内側導体２２０に結合される。近位の円筒形の誘電スリーブ２４４は、内側導体２２０を収容するように、縦方向に伸長する中心チャネル２４５を備えて構成されてもよい。近位の円筒形の誘電スリーブ２４４は、任意の適した誘電性材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、近位の円筒形の誘電スリーブ２４４は、約２〜約１０の範囲の誘電率を持つ材料から形成される。
いくつかの実施形態では、直径「Ｄ２」を有する遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４は、内側導体２２０に結合される。遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４は、任意の適した誘電性材料から形成されてもよい。遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４は、近位の円筒形の誘電スリーブ２４４の遠位に配置されてもよく、内側導体２２０を収容するように、縦方向に伸長する中心チャネル２６５を備えて構成されてもよい。いくつかの実施形態では、遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４は、近位の円筒形の誘電スリーブ２４４の誘電率と異なる誘電率を持つ材料から形成される。遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４は、エネルギーの有効波長、λeffを短くするため、高誘電性の材料、例えば約３〜約５０の範囲の誘電率を持つ材料でもよい。
遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４の長さは、遠位の短絡部（例えば、図４および図６に示される「Ｐ」）から４分の１波長（または半波長等）で放射開口部（例えば、図１２および図１３で示される「Ｗ」）の位置付けができるように、選択された材料の誘電率に応じて変更されてもよい。例えば、遠位の短絡部から選択された波長で開口部の位置付けができるようにするため、選択された誘電率に対する遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４の物理長は、方程式１を使用して算定されてもよい。
Figure 2011041799
ここでｃは光の速度、ｆは周波数、εｒは誘電率である。例えば開口部が４分の１波長で位置付けられ、方程式（１）を使用して誘電率εｒを有する誘電スリーブが与えられると、誘電スリーブの長さｌは以下のように算定される。
Figure 2011041799
いくつかの実施形態では、第１誘電セグメント２８４および第２誘電セグメント２７４は、内側導体２２０に結合される。図２に示されるように、第１および第２誘電セグメント２８４、２７４は、近位の円筒形の誘電スリーブ２４４と遠位の円筒形の誘電スリーブ２６４との間に配置されてもよい。第１および第２誘電セグメント２８４、２７４は通常、１つ以上の平表面および部分的な円筒形の表面を有する。第１および第２誘電セグメント２８４、２７４の形状および大きさは、図２から図４（例えば、図１５および図１６でそれぞれ示される１５６４、１５６２、および１６６４、１６６２を参照）で描写された構成と異なってもよい。いくつかの実施形態では、第１誘電セグメント２８４は、約２〜約３０の範囲の誘電率を持つ材料から形成される。いくつかの実施形態では、第２誘電セグメント２７４は、約２〜約３０の範囲の誘電率を持つ材料から形成される。
いくつかの実施形態では、第１誘電セグメント２８４は、直径「Ｄ３」を有する実質的に半円筒形状を有し、平表面にわたって縦方向に伸長する溝２８７の形態で陥所を備えて構成された平表面を備える。いくつかの実施形態では、第２誘電セグメント２７４は、直径「Ｄ２」を有する実質的に半円筒形状を有し、平表面にわたって縦方向に伸長する溝２７７の形態で陥所を備えて構成された平表面を備える。溝２８７および２７７は、内側導体の一部分２２０を収容するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２誘電セグメント２８４、２７４が内側導体２２０結合されると、第１および第２誘電セグメント２８４、２７４の各平表面は互いに接触する。溝２８７および２７７の形状および大きさは、図２で描写された構成と異なってもよい。
図４から図７は、開口部４４０を有する細長いシャフト４８０（図４の太線で輪郭を図示）および細長いシャフト４８０遠位端の遠位に配置された端部のキャップ「Ｐ」を除いて、図３のエネルギー・アプリケータ２００と類似する、本開示の実施形態によるエネルギー・アプリケータ３００を示している。いくつかの実施形態では、細長いシャフト４８０は内径「Ｄ２」および外径「Ｄ３」を有する。図４で示されるように、端部のキャップ「Ｐ」は円盤状または板状のような形状でもよい。端部のキャップ「Ｐ」は、任意の適した導電性材料、例えばステンレス鋼、チタニウム等のような金属で形成されてもよい。図６で示されるように、端部のキャップ「Ｐ」の近位面「Ｓ」は内側導体２２０の遠位端と細長いシャフト４８０の遠位端の両方と接触し、それにより遠位の短絡部を形成する。端部のキャップ「Ｐ」の形状および大きさは、図４および図６で描写された構成と異なってもよい。
図７で示されるように、細長いシャフト４８０の開口部４４０は、第１誘電セグメント２８４と並べられてもよい。いくつかの実施形態では、第１誘電セグメント２８４および細長いシャフト４８０は、エネルギー・アプリケータの縦軸（例えば、図２で示される「Ａ」）と実質的に同心円でもよい。細長いシャフト４８０は、同軸の供給線２２６の外側導体２２４に電気的に結合されてもよい。
開口部４４０は、遠位の短絡部から最適な長さ分戻って細長いシャフト４８０の放射部分を取り除くことにより作製される。いくつかの実施形態では、開口部４４０は、組織へのマイクロ波エネルギーの指向性および結合を最大化させるように位置付けられ、例えば開口部４４０は、短絡された同軸の遠位端により作り出された定在波のうち、電圧が最大の点に設置されてもよい。開口部４４０は、自由空間結合および放射指向性に対し所望の量の誘導量（ｃｏａｘ）にするため、任意の長さおよび半径角度（ｒａｄｉａｌ ａｎｇｌｅ）に成されてもよい。
開口部４４０の近位または遠位のどちらかにある誘電性材料の誘電率は、インピーダンス整合並びに組織への最適なエネルギー送達および指向性を達成するため、開口部４４０からの距離によって異なってもよい。開口部４４０側の同軸構造を塞ぐ誘電性材料は、組織送達への最適なアンテナの指向性およびエネルギーを達成させるため、シェルまたは複素誘電体層の誘電率が異なってもよい。
いくつかの実施形態では、第１誘電セグメント２８４は直径「Ｄ２」を有し、細長いシャフト４８０は「Ｄ２」よりも大きい外径「Ｄ３」を有する。その場合、開口部４４０は、非導電性の高周波透明材料、例えば、ガラス繊維のエポキシ複合材またはポリイミドで塞がれてもよい。これは重ね成形工程において達成される。窓部はまた、アンテナ・アセンブリ全体に沿って熱収縮または剛性の複合材スリーブを置くことにより作り出されてもよい。本開示のいくつかの実施形態によると、開口部４４０側の誘電性材料の構成のいくつかの例は、図１４から図１６に示されている。
図８は、細長いシャフト４８０の一部分の周りに同軸に配置される誘電スリーブ部材７４０（本明細書ではバラン絶縁体とも呼ばれる）を除いて図７のエネルギー・アプリケータ３００と類似する、本開示の実施形態によるエネルギー・アプリケータ４００を示している。バラン絶縁体７４０は任意の非導電性絶縁体、例えばＴＥＦＬＯＮ（登録商標）のスリーブで形成されてもよい。バラン絶縁体７４０は、細長いシャフトの開口部４４０を全体的にまたは部分的に覆って伸長してもよい。いくつかの実施形態では、バラン絶縁体７４０は、開口部４４０およびそこに配置された半円筒形状の誘電部材２８４の全体を覆って伸長する。誘電バラン絶縁体７４０の形状、大きさ、および配置（例えば、開口部４４０および／または端部のキャップ「Ｐ」に対する位置）は、図８で描写された構成と異なってもよい。バラン絶縁体７４０は、バランの有効性を高めるため、バラン構造（例えば、図９で示される９０９）の１つ以上の導電スリーブ部材（例えば、図９で示される８７０）の開口端部を越えて伸長してもよい。
図９は、間に隙間９４０を備えて軸方向に並んだ第１導電スリーブ部材８７１および第２導電スリーブ部材８７２（本明細書ではバラン外側導体とも呼ばれる）を除いて図７のエネルギー・アプリケータ４００と類似する、本開示の実施形態によるエネルギー・アプリケータ５００を示している。第１導電スリーブ部材８７１の近位端は、細長いシャフト４８０の近位部分に結合されてもよい。第２導電スリーブ部材８７２の遠位端部分は、例えば図１０Ａで示されるように、細長いシャフト４８０の遠位部分に結合されてもよい。第１および第２導電スリーブ部材８７１、８７２は、任意の適した導電性材料、例えばステンレス鋼、アルミニウム、チタニウム、銅等のような金属で形成されてもよい。
第１および第２導電スリーブ部材８７１、８７２は、細長いシャフト４８０の窓部４４０の部分と重なってもよい。図９で示されるように、第１導電スリーブ部材８７１は窓部４４０の長さ「Ｌ１」を有する近位部分４０１と重なってもよく、第２導電スリーブ部材８７２は窓部４４０の長さ「Ｌ２」を有する遠位部分４０２と重なってもよく、そうすることにより隙間９４０は間に形成された長さ「Ｌ３」を有する。いくつかの実施形態では、第１導電スリーブ部材８７１は長さ「Ｌ４」を有し、「Ｌ４」は４分の１波長または半波長でもよい。いくつかの実施形態では 第２導電スリーブ部材８７２は長さ「Ｌ５」を有し、「Ｌ５」は４分の１波長または半波長でもよい。第１および第２導電スリーブ部材８７１、８７２は、任意の適した長さを有してもよい。
図１１は、遠位端のキャップ「Ｐ」から遠位に伸長する先細の部分９２０を除いて図９のエネルギー・アプリケータ５００と類似する、本開示の実施形態によるエネルギー・アプリケータ６００を示している。先細の部分９２０は、最小抵抗で組織に挿入できるように、尖った先端９２３として終結してもよい。エネルギー・アプリケータ６００が既存の開口部に挿入される場合、先端９２３は、丸形または平形でもよい。先細の部分９２０の形状および大きさは、図１１で描写された構成と異なってもよい。
図１２は本開示の実施形態による、エネルギー・アプリケータ７００を示している。図１２で示されるように、外側ジャケット１０２０は、図１１のエネルギー・アプリケータ６００に設けられている。いくつかの実施形態では、外側ジャケット１０２０は、例えばポリイミド、または類似の誘電性材料のような絶縁材料で作製される。外側ジャケット１０２０は、低導電率を有する材料で形成された水冷式のカテーテルでもよい。外側ジャケット１０２０の外面は、外側ジャケット１０２０の組織内または組織を通る移動にも役立つように、同様に組織が外側ジャケットの外面に貼りつかないようにすることにも役立つように、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）のような適した滑らかな物質で覆われてもよい。
図１３は、本開示による伝送線１５に連結されたエネルギー・アプリケータ（例えば、図１２で示される７００）の実施形態を示している。伝送線１５は、エネルギー・アプリケータ７００を発電源、例えば、マイクロ波またはＲＦ電気外科手術用発生器に接続させてもよい。処置、例えば焼灼処置の間、エネルギー・アプリケータ７００は組織「Ｔ」内に挿入されまたは組織に近接して設置され、そこにエネルギーが供給される。エネルギー・アプリケータ７００は、経皮的にまたは組織の上部に設置されてもよい。超音波またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）による誘導が、エネルギー・アプリケータ７００を処置される組織「Ｔ」の領域に正確に誘導するように使用されてもよい。
エネルギー・アプリケータ７００は、指向性放射パターン「Ｒ」が回転するように、縦軸「Ａ−Ａ」（図２で図示）の周りで回転可能でもあってもよい。任意の細長い放射ローブが回転する軸「Ａ−Ａ」の周りで回転可能なアンテナ・アセンブリの例は、２００８年８月２５日に出願された同一出願人による、「誘電性材料の放射状の区画を備えた誘電体部分を有するマイクロ波アンテナ・アセンブリ」と題される米国特許出願第１２／１９７,４０５号に開示されている。
エネルギー・アプリケータ７００は、（例えば、外科医がしるしとなる線列マークと一致するエネルギーの流れの方向を配向できるような視覚的手掛かりを得るため）色付けしたストリップ等のような、しるしとなる線列マーク（図示せず）、および／または挿入深度を参照するため、（例えば、組織「Ｔ」の表面に対する開口部「Ｗ」の位置を指し示すため）しるしとなる目盛線付きマーク（図示せず）を備えてもよい。しるしとなる線列マークおよび目盛線付きマークの実施形態の例は、２００９年６月２日に出願された同一出願人による、「指向性放射パターンを備えた電気外科手術装置」と題する米国特許出願第１２／４７６,９６０号に開示されている。
図１４から図１７は、本開示の実施形態による、エネルギー・アプリケータ（例えば、図１３で示される７００）の窓部（例えば、図１３で示される「Ｗ」）側にある誘電性材料の種々の構成、および射出された放射パターンを示している。
図１４は、エネルギー・アプリケータ１４００の断面図、およびそこから放射されたマイクロ波エネルギーの射出された放射パターン「Ｒ１」を示している。図１４では、窓部は細長いシャフト１４９３の外周のおよそ１／２である。第１誘電部材１４６４および第２誘電部材１４６２は、窓部側で内側導体１４２０に結合されている。内側導体１４２０は、図２で示される内側導体２２０と類似してもよい。第１および第２誘電部材１４６４、１４６２は、実質的に同一の直径を有してもよい。第２誘電部材１４６２は、図２で示される第２誘電セグメント２７４と類似してもよい。図１４で描写された実施形態では、細長いシャフト１４９３は第２誘電部材１４６２を覆って伸長する。細長いシャフトの窓部は、高周波（ＲＦ）透明材料１４８５、例えば、ガラス繊維エポキシ複合材またはポリイミドで塞がれる。
図１５は、エネルギー・アプリケータ１５００の断面図、およびそこから放射されたマイクロ波エネルギーの射出された放射パターン「Ｒ２」を示している。エネルギー・アプリケータ１５００では、窓部は細長いシャフト１５９３の外周のおよそ１／４である。第１誘電部材１５６４および第２誘電部材１５６２は、窓部側で内側導体１４２０に結合されている。図１５で描写された実施形態では、細長いシャフト１５９３は、第２誘電部材１５６２全体を覆って、且つ第１誘電部材１５６４を部分的に覆って伸長する。エネルギー・アプリケータ１５００の細長いシャフト１５９３の窓部は、ＲＦ透明材料１５８５で塞がれる。
図１６は、エネルギー・アプリケータ１６００の断面図、およびそこから放出されたマイクロ波エネルギーの射出された放射パターン「Ｒ３」を示している。エネルギー・アプリケータ１６００では、窓部は細長いシャフト１６９３の外周のおよそ４／５である。第１誘電部材１６６４および第２誘電部材１６６２は、窓部側で内側導体１４２０に結合されている。図１６で描写された実施形態では、窓部およびそこに配置されたＲＦ透明材料１６８５は、第１誘電部材１６６４全体を覆って、且つ第２誘電部材１６６４を部分的に覆って伸長する。
図１７は、２つの窓部を有するエネルギー・アプリケータ１７００の断面図、およびそこから放射されたマイクロ波エネルギーの２つの射出された放射パターン「Ｒ４」および「Ｒ５」を示している。エネルギー・アプリケータ１７００では、２つの窓部の各々は、細長いシャフト１７９３の外周のおよそ１／４である。図１７で描写された実施形態では、ＲＦ透明材料１７８５は、窓部の各々に配置される。エネルギー・アプリケータ１７００は、各々が内側導体１４２０に結合された、第１誘電セグメント１７６４、第２誘電セグメント１７６２、第３誘電セグメント１７６８、および第４誘電セグメント１７６６を備える。第１、第２、第３、および第４誘電セグメントの形状および大きさは、図１７で描写された構成と異なってもよい。
以下、本開示による、遠位に配置された共鳴構造を備える、誘電装荷した同軸の開口部を有するエネルギー・アプリケータまたはプローブを製造する方法を、図１８を参照して説明する。本明細書で提供される方法の工程は、本開示の範囲を逸脱することなく、組み合わせて、且つ本明細書で提示される以外の異なる順序で実施されてもよいことが理解されるべきである。
図１８は、本開示の実施形態による電気外科手術装置を製造する方法を例示するフローチャートである。ステップ１８１０では、同軸の供給線（例えば、図２で示される２２６）が設けられる。同軸の供給線は、内側導体（例えば、図２で示される２２０）、外側導体（例えば、図２で示される２２４）、およびその間に配置される誘電性材料（例えば、図２で示される２２２）を備える。
ステップ１８２０では、第１誘電部材（例えば、図３で示される２４４）は、同軸の供給線の遠位端で誘電性材料および外側導体を越えて伸長する内側導体の一部分（例えば、図２で示される２２）に接合される。第１誘電部材は、実質的に円筒形状を有してもよく、内側導体を収容するために縦方向に伸長する中心チャネル（例えば、図２で示される２４５）を備えて構成されてもよい。
ステップ１８３０では、第２誘電部材（例えば、図３で示される２８４）は、第１誘電部材の遠位端で第１誘電部材を越えて伸長する内側導体の一部分に接合される。第２誘電部材は、平表面および半円筒表面を備える、実質的に半円筒形状を有してもよい。第２誘電部材の平表面は、平表面にわたって縦方向に伸長する溝（例えば、図２で示される２８７）の形態で陥所を備えて構成されてもよい。
ステップ１８４０では、第３誘電部材のシャフト（例えば、図３で示される２７４）は、第１誘電部材の遠位端で第１誘電部材を越えて伸長する内側導体の一部分に接合される。第３誘電部材は、平表面および半円筒表面を備える、実質的に半円筒形状を有してもよい。第３誘電部材の平表面は、平表面にわたって縦方向に伸長する溝（例えば、図２で示される２７７）の形態で陥所を備えて構成されてもよい。
ステップ１８５０では、第４誘電部材のシャフト（例えば、図３で示される２６４）は、第２および第３誘電部材の遠位端で第２および第３誘電部材を越えて伸長する内側導体の一部分に接合される。第４誘電部材は、実質的に円筒形状を有してもよく、内側導体を収容するために縦方向に伸長する画定された中心チャネル（例えば、図２で示される２６５）を備えて構成されてもよい。
ステップ１８６０では、画定された開口部を有する細長いシャフト（例えば、図４で示される４８０）は、開口部（例えば、図４で示される４４０）が第３誘電部材に並べられるように、第１、第２、第３、および第４の誘電部材を被覆して位置付けられる。いくつかの実施形態では、第３誘電部材は、細長いシャフト（例えば、４８０）の開口部を塞ぐように構成される。いくつかの実施形態では、細長いシャフト（例えば、４８０）の開口部は、ＲＦ透明材料（例えば、図１４から図１７で示される１４８５、１５８５、１６８５、１７８３、および１７８７）で塞がれる。
ステップ１８７０では、第１バラン外側導体（例えば、図９で示される８７１）および第２バラン外側導体（例えば、図９で示される８７２）を備えるバラン構造（例えば、図９で示される９０９）は、第１および第２バラン外側導体（例えば８７１、８７２）が細長いシャフト（例えば、４８０）の開口部を少なくとも部分的に被覆して各々配置されるように、細長いシャフト（例えば、図９で示される４８０）上に形成される。ステップ１８７０は、細長いシャフト（例えば、図８で示される４８０）の外面を覆って伸長するバラン絶縁体（例えば、図８で示される７４０）を形成するステップと、バラン絶縁体（例えば、図９で示される７４０）に第１および第２バラン外側導体（例えば８７１、８７２）を位置付けするステップとをさらに含んでもよく、ここで第２バラン外側導体（例えば、８７２）の遠位端がバラン短絡部（例えば、図９で示される「Ｐ」）の遠位端に近接して位置付けされる。
先に説明した、組織を治療するための電気外科手術装置、および組織の標的体積に電磁放射線を向ける方法が、指向性マイクロ波焼灼を提供するために使用することができ、ここで加熱ゾーンは電気外科手術装置の一方に合わせられ、それにより臨床医は、腫瘍を直接穿孔する、または必要以上に健常な組織を殺傷することなく、小さな腫瘍および／または接近が難しい腫瘍を標的とすることができる。ここに開示される電気外科手術装置により、臨床医は、腫瘍と組織構造との間に電気外科手術装置を設置し、電磁放射線を腫瘍に向け、組織構造からは離すことにより、大きな血管、健常な器官、または生命維持に必要なバリア膜のような組織構造の焼灼または不必要な加熱を避けることができる。
例示および説明の目的のため添付の図面を参照して、実施形態を詳細に説明したが、それにより本発明の工程および装置が限定されるように解釈されないことが理解されるべきである。当業者には、本開示の範囲から逸脱することなく、前述の実施形態に対し種々の変更が成され得ることが明らかであろう。

Claims (15)

  1. 組織の標的体積にエネルギーを向けるための電気外科手術装置であって、
    内側導体、前記内側導体の周りに同軸に配置された外側導体、およびその間に配置された誘電性材料を有する同軸の供給線と、
    前記内側導体に結合された第１誘電セグメントと、
    前記内側導体に結合された第２誘電セグメントと、
    前記第２誘電セグメントの少なくとも一部分を被覆する細長いシャフトであって、前記第１誘電セグメントに少なくとも部分的に並んだ、画定された開口部を有する前記細長いシャフトと、
    前記細長いシャフトに配置され、前記細長いシャフトの前記開口部を少なくとも部分的に被覆するバラン構造と、を備える電気外科手術装置。
  2. 前記同軸の供給線の前記内側導体の一部分が、前記同軸の供給線の遠位端で、前記外側導体および前記誘電性材料を越えて伸長する、請求項１に記載の電気外科手術装置。
  3. 前記第１および第２誘電セグメントが、前記同軸の供給線の遠位端で、前記外側導体および前記誘電性材料を越えて伸長する前記内側導体の一部分に結合される、請求項２に記載の電気外科手術装置。
  4. 前記第１および第２誘電セグメントの各々が、少なくとも１つの平表面および一部円筒表面を備える、請求項３に記載の電気外科手術装置。
  5. 前記第１および第２誘電セグメントが、前記同軸の供給線の遠位端で前記外側導体および前記誘電性材料を越えて伸長する前記内側導体の一部分に結合されるとき、前記第１誘電セグメントの前記少なくとも１つの平表面が前記第２誘電セグメントの前記少なくとも１つの平表面と接触するように構成される、請求項４に記載の電気外科手術装置。
  6. 前記細長いシャフトの開口部が、ＲＦ透明材料で塞がれる、請求項１に記載の電気外科手術装置。
  7. 前記第１誘電セグメントが、前記細長いシャフトの開口部を塞ぐように構成される、請求項１に記載の電気外科手術装置。
  8. 前記細長いシャフトが、前記同軸の供給線の前記外側導体に電気的に結合される、請求項１に記載の電気外科手術装置。
  9. 前記バラン構造が、４分の１波長のスリーブバランである、請求項１に記載の電気外科手術装置。
  10. 組織の標的体積にエネルギーを向けるための電気外科手術装置であって、
    内側導体、前記内側導体の周囲に同軸に配置された外側導体、およびその間に配置された誘電性材料を有する同軸の供給線と、
    前記同軸の供給線の遠位端で前記内側導体に結合された近位の円筒形の誘電スリーブと、
    前記内側導体に結合され、前記近位の円筒形の誘電スリーブの遠位に配置された遠位の円筒形の誘電スリーブと、
    前記内側導体に結合された第１誘電セグメントと、
    前記内側導体に結合された第２誘電セグメントであって、前記第１および第２誘電セグメントが前記近位の円筒形の誘電スリーブおよび前記遠位の円筒形の誘電スリーブの間に配置される前記第２誘電セグメントと、
    前記近位の円筒形の誘電スリーブ、前記第１誘電セグメント、前記第２誘電セグメント、および前記遠位の円筒形の誘電スリーブを被覆する細長いシャフトであって、前記第１誘電セグメントに少なくとも部分的に並んだ、画定された開口部を有する前記細長いシャフトと、
    前記細長いシャフトに配置され、前記細長いシャフトの前記開口部を少なくとも部分的に被覆するバラン構造と、を備える電気外科手術装置。
  11. 前記近位の円筒形の誘電スリーブおよび前記遠位の円筒形の誘電スリーブのうち少なくとも一方が、前記内側導体を収容するように構成された、縦方向に伸長する中心チャネルを備える、請求項１０に記載の電気外科手術装置。
  12. 前記バラン構造が、第１バラン外側導体および第２バラン外側導体を備え、前記第１および第２バラン外側導体の各々が、前記細長いシャフトの前記開口部を少なくとも部分的に被覆して配置される、請求項１０に記載の電気外科手術装置。
  13. 前記細長いシャフトの前記開口部が、ＲＦ透明材料で塞がれる、請求項１０に記載の電気外科手術装置。
  14. 前記第１誘電セグメントが、前記細長いシャフトの前記開口部を塞ぐように構成される、請求項１０に記載の電気外科手術装置。
  15. 組織を穿孔するように構成された先端を有する先細の部分をさらに備える、請求項１０に記載の電気外科手術装置。
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