JP2011067592A - 生体細胞のインピーダンス変化によってｒｆ出力を制御する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】温度、電圧、電流とともにＲＦ電圧と電流の位相差を比較分析して生体細胞のインピーダンス変化を定量的に算出し、これに基づいて焼灼施術の際のＲＦ出力を制御する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】電極に印加される電圧と電流の位相値を検出し、これらの間の位相差を求める第１段階、焼灼の施術の際、生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求める第２段階、及び容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるためにＲＦ出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させて出力インピーダンスが抵抗成分を持つようにする段階からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法及びシステムに関する。特に、本発明は焼灼施術の際、生体細胞が持つインピーダンス変化を抵抗成分とリアクタンス成分に区分し、誘導性リアクタンスを連結して生体細胞の容量性リアクタンス成分を相殺させて純粋な抵抗成分だけ残すことにより、焼灼効率を高めるようにする、生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法及びシステムに関する。

一般に、人の身体器官、例えば肝臓のような器官で発生する癌組職などを治療する方法としては、薬物や放射線などを利用して非手術的に癌組職の成長を抑制させて除去する方法と、手術によって該当癌組職を外科的に除去する方法とがある。

前述したような治療方法のうち、外科的に癌組職を除去する方法は、癌組職などが位置する病変部位の身体を切除しなければならないので、その部位が非常に広いため、手術そのものが難しく、手術部位が完治するまで長い時間を要するうえ、完治した後には該当部位に大きな傷あとが残ることになる。

特に、癌組職などは再発する場合が多い。この場合、既に切除した病変部位を再び切除しなければならないため、患者に危険性の高い手術を施さなければならない苦痛とともに経済的な負担までも与える。

それで、最近には外科的に手術を施さなくて癌組職などを除去する方法、つまり肝動脈塞栓療法や経皮的エタノール注入療法、全身的坑癌化学療法、局所熱治療などのような方法が広く施術されている。このうち、局所熱治療法が広く施術される最も効果的な方法である。

前述した局所熱治療には、高周波熱治療、マイクロウエーブ焼灼術、レーザー焼灼術などがある、この中で高周波による熱治療料が最も効果的である。前記高周波熱治療は、身体器官、例えば肝臓に癌組職が発生すれば、これを切除せずに高周波熱によって癌組職のみを焼灼して枯死させる方法である。

前述したように、癌組職（細胞）を高周波熱治療によって除去するための装置としては、一定レベルの高周波を発生させる高周波熱治療用ＲＦジェネレータと、前記高周波熱治療用ＲＦジェネレータで発生する高周波が加わる一つの電極を持つことを例として挙げることができる。

したがって、既に出願されて登録された特許文献１の‘高周波熱治療用マルチＲＦジェネレータ’は一つの高周波熱治療用ＲＦジェネレータから多数の電極に高周波を供給して大きな癌細胞を効率よく枯死させるようにするとともに焼灼範囲の拡大と安全性を高めることができるのはもちろんのこと、一つ以上のチャネルを制御して、二元病変に対して同時に施術できるようにしている。

前述したような従来の高周波熱治療用ＲＦジェネレータは、焼灼の施術の際、電極の先に内蔵された温度センサーである熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）を利用して生体組職の温度（２０℃〜１００℃）の変化を監視することになる。

前記熱電対によって検出される生体組職の温度が設定温度に近付けば、データ分析及び制御部の制御によって、ＲＦ信号発生部から電極に印加されるＲＦ出力を減少させることになる。さらに、データ分析及び制御部は、電圧／電流検出部によって検出されるＲＦ電圧と電流値によって出力インピーダンス（Ｚ＝Ｖ／Ｉ）を求め、出力インピーダンスの変化（５０Ω〜２００Ω）によって、ＲＦ信号発生部から電極に印加されるＲＦ出力を加減させることになる。

しかし、前述したような従来技術においては、出力インピーダンスの絶対値のみを持ちＲＦ出力を制御するため、生体細胞の微細な容量性リアクタンス値の変化によって焼灼の大きさ及び進行状態を把握してＲＦ出力を制御することが易しくない。

すなわち、焼灼施術の際、生体細胞が持つ容量性負荷特性によってインピーダンス整合が難しく、これにより効率的な焼灼がなされない。また、電極の炭化現象によってインピーダンスが易しく高くなり電流が減少するため、制限時間内に所望大きさの焼灼を形成することが易くない。

さらに、前述したような温度、電圧、電流によるＲＦ出力制御の際、全体的な焼灼進行に対する情報が十分でなくて焼灼の大きさを正確に把握しにくいため、超音波診断機などを利用して同時に手術部位の映像を透視観察しなければならない面倒さがある。

大韓民国特許登録第１０−７３９００２号明細書

前述したような従来の問題点を解決するために、本発明は、温度、電圧、電流とともにＲＦ電圧と電流の位相差を比較分析して生体細胞のインピーダンス変化を定量的に算出し、これに基づいて、焼灼施術の際のＲＦ出力を制御することにその目的がある。

前述したような目的を達成するために、本発明は、焼灼施術の際、電極に印加されるＲＦ出力を制御する生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法において、前記電極に印加される電圧と電流の位相値を検出し、これらの位相差を求める第１段階、焼灼施術の際、生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求める第２段階、及び前記容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるために、前記ＲＦ出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させる第３段階、を含む、生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法を提供する。

前記誘導性リアクタンス（ＸＬ）は、相異なる値を持つ多数の誘導性リアクタンスまたは外部入力によって値が可変する可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）でなり、前記多数の誘導性リアクタンスまたは前記可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）は容量性リアクタンス（ＸＬ）の値によってその値が選択または可変してＲＦ出力端に連結されることができる。

前記誘導性リアクタンス（ＸＬ）が前記容量性リアクタンス（ＸＣ）と等しい値を持つように選択または可変して、生体細胞のインピーダンスが抵抗成分のみを持つようにすることができる。

また、前述したような従来の問題点を解決するために、本発明は、焼灼施術の際、電極に印加されるＲＦ出力を制御する生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御するシステムにおいて、前記電極に印加される電圧と電流の位相値を検出する電圧／電流の位相検出部、前記電圧／電流の位相検出部によって検出された電圧／電流の位相を比較して位相差を求め、これから焼灼施術の際に生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求めるデータ分析及び制御部、及び前記データ分析及び制御部の制御によって前記容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるために、前記ＲＦ出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させる誘導性リアクタンス選択部、を含む、生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法を提供する。

前記誘導性リアクタンス選択部は相異なる値を持つ多数の誘導性リアクタンスまたは外部入力によって値が可変する可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）でなり、前記多数の誘導性リアクタンスまたは可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）は容量性リアクタンス（ＸＬ）の値によって前記データ分析及び制御部の制御によってその値が選択または可変してＲＦ出力端に連結されることができる。

前記誘導性リアクタンス選択部は、前記データ分析及び制御部の制御によって前記誘導性リアクタンス選択部の誘導性リアクタンス（ＸＬ）が前記容量性リアクタンス（ＸＣ）と等しい値を持つように選択または可変して、生体細胞のインピーダンスが抵抗成分のみを持つようにすることができる。

したがって、本発明によれば、温度、電圧、電流とともにＲＦ電圧と電流の位相差を比較分析して生体細胞のインピーダンス変化を定量的に算出し、これに基づいて焼灼施術の際のＲＦ出力を制御することにより、焼灼施術の際、焼灼効率を高めることができる効果がある。

本発明による生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御するシステムを示す図である。 生体細胞組職の電気的等価回路を示す図である。 ＲＦ電圧と電流の位相差を示すグラフである。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明による生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御するシステムを示すもので、本発明は、焼灼術に必要なＲＦ出力を得るための高電圧を供給する高電圧供給部１３と、高電圧供給部１３から高電圧を受け、データ分析及び制御部１１の制御によって、オシレータ（図示せず）などから供給される発振周波数を増幅させてＲＦ出力として電極１９に供給するＲＦ信号発生部１４と、リターンプレート２１などによって焼灼術に必要なＲＦ出力を得る。

また、データ分析及び制御部１１に、電極１９に位置する熱電対２０、バッファ１８及び温度検出部１７でなる温度検出手段によって検出される温度値と、電圧／電流の位相検出部１５によって検出される電圧と電流の位相値が供給されるので、データ分析及び制御部１１は、電圧／電流の位相検出部１５によって検出された電圧／電流の位相を比較して位相差を求め、これから、焼灼施術の際に生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求めることができる。

そして、データ分析及び制御部１１の制御によって、誘導性リアクタンス選択部１６は、容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるために、ＲＦ出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させる。

ここで、誘導性リアクタンス選択部１６は相異なる値を持つ多数の誘導性リアクタンスまたは外部入力によって値が可変する可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）でなり、多数の誘導性リアクタンスまたは可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）は容量性リアクタンス（ＸＬ）の値によってデータ分析及び制御部１１の制御によってその値が選択されるか可変してＲＦ出力端に連結される。

すなわち、誘導性リアクタンス選択部１６はデータ分析及び制御部１１の制御によって誘導性リアクタンス選択部１６の誘導性リアクタンス（ＸＬ）が容量性リアクタンス（ＸＣ）と等しい値を持つように選択されるか可変して、生体細胞のインピーダンスが抵抗成分のみを持つようにする。

図面において、説明しなかった低電圧供給部１２は、データ分析及び制御部１１、電圧／電流の位相検出部１５、誘導性リアクタンス選択部１６、温度検出部１７などに低電圧の駆動電源を供給する電圧供給部である。

以下、本発明の動作を説明する。

まず、従来の高周波熱治療用ＲＦジェネレータと同様に、本発明においても、高電圧供給部１３から高電圧が供給されるＲＦ信号発生部１４はデータ分析及び制御部１１の制御によって発振周波数に基づいて、焼灼施術の際、必要なＲＦ出力を増幅して電極１９に出力することになる。

前記のように、電極１９を通じて焼灼部位にＲＦ出力を加えるうち、データ分析及び制御部１１は、熱電対１９、バッファ１８及び温度検出部１７を含む温度検出手段によって検出される焼灼部位の温度を認知し、任意の設定温度値を維持するようにＲＦ出力を調節することになる。

また、データ分析及び制御部１１は、電圧／電流の位相検出部１５によって検出される電圧／電流の位相値を比較して、位相差、つまり図３のように電圧の位相が電流（Ｂ）の位相より早く検出されるかあるいは電圧の位相が電流（Ａ）の位相より遅く検出されるかを確認することになる。

すなわち、データ分析及び制御部１１は、焼灼施術の際、生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求める。

ここで、生体細胞組職の電気的等価回路は、図２に示すように、生体外部抵抗（Ｒｅ）、生体内部抵抗（Ｒｉ）及び細胞膜容量（Ｃｍ）でなり、直列構造を持つ生体内部抵抗（Ｒｉ）と細胞膜容量（Ｃｍ）が生体内部抵抗（Ｒｅ）と並列に接続された構造を持つ。

前記細胞膜容量（Ｃｍ）の容量性リアクタンス（ＸＣ）は下の数式１のようである。

ついで、容量リアクタンス（ＸＣ）を相殺させるためのインダクタ（Ｌ）の誘導性リアクタンス（ＸＬ）は数式２のようである。

したがって、出力インピーダンス（Ｚｔ）は下の数式３のようである。
（数３）
Ｚｔ＝Ｒｅ／／Ｒｉ（１／２ｐｆＣｍ）
＝Ｒｅ×（Ｒｉ＋１／２ｆＣｍ）／Ｒｅ＋Ｒｉ＋（１／２ｐｆＣｍ）
前記のように、抵抗成分とともに容量性リアクタンス（ＲＣ）を求めたデータ分析及び制御部１１は、容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるために、誘導性リアクタンス選択部１６を駆動させて、ＲＦ信号発生部１４の出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させる。

したがって、誘導性リアクタンス選択部１６の駆動によって誘導性リアクタンス選択部１６の誘導性リアクタンス（ＸＬ）と生体細胞の容量性リアクタンス（ＸＣ）が同一値を持つので、生体細胞のインピーダンスの抵抗成分のみが残ることになる。

ここで、誘導性リアクタンス選択部１６は、相異なる値を持つ多数の誘導性リアクタンスまたは外部入力によって値が可変する可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）でなることができ、この多数の誘導性リアクタンスまたは可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）は容量性リアクタンス（ＸＬ）の値を認識したデータ分析及び制御部１１の制御によってその値が選択されるかまたは可変することができる。

本発明は、肝臓のような人の身体器官で発生する癌組職などを治療するのに適用可能である。

１１ データ分析制御部
１２ 低電圧供給部
１３ 高電圧供給部
１４ ＲＦ信号発生部
１５ 電流／電圧位相検出部
１６ 誘導性リアクタンス選択部
１７ 温度検出部
１８ バッファ
１９ 電極
２０ 熱電対（ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）
２１ リターンプレート

Claims (6)

1. 焼灼施術の際、電極に印加されるＲＦ出力を制御する生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法において、
   前記電極に印加される電圧と電流の位相値を検出し、これらの位相差を求める第１段階、
   焼灼施術の際、生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求める第２段階、及び
   前記容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるために、前記ＲＦ出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させる第３段階、
   を含むことを特徴とする、生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法。
2. 前記誘導性リアクタンス（ＸＬ）は、相異なる値を持つ多数の誘導性リアクタンスまたは外部入力によって値が可変する可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）でなり、前記多数の誘導性リアクタンスまたは前記可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）は容量性リアクタンス（ＸＬ）の値によってその値が選択または可変してＲＦ出力端に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法。
3. 前記誘導性リアクタンス（ＸＬ）が前記容量性リアクタンス（ＸＣ）と等しい値を持つように選択または可変して、生体細胞のインピーダンスが抵抗成分のみを持つようにすることを特徴とする、請求項１または２に記載の生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法。
4. 焼灼施術の際、電極に印加されるＲＦ出力を制御する生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御するシステムにおいて、
   前記電極に印加される電圧と電流の位相値を検出する電圧／電流の位相検出部１５、
   前記電圧／電流の位相検出部１５によって検出された電圧／電流の位相を比較して位相差を求め、これから、焼灼施術の際に生体細胞が持つ抵抗成分と容量性リアクタンス（ＸＣ）成分などのインピーダンス変化を求めるデータ分析及び制御部１１、及び
   前記データ分析及び制御部１１の制御によって前記容量性リアクタンス（ＸＣ）成分を相殺（ＸＣ＝ＸＬ）させるために、前記ＲＦ出力端に誘導性リアクタンス（ＸＬ）成分を連結させる誘導性リアクタンス選択部１６、
   を含むことを特徴とする、生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法。
5. 前記誘導性リアクタンス選択部１６は相異なる値を持つ多数の誘導性リアクタンスまたは外部入力によって値が可変する可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）でなり、前記多数の誘導性リアクタンスまたは可変誘導性リアクタンス（ＸＬ）は容量性リアクタンス（ＸＬ）の値によって前記データ分析及び制御部１１の制御によってその値が選択または可変してＲＦ出力端に連結されることを特徴とする、請求項４に記載の生体細胞のインピーダンス変化によるＲＦ出力を制御するシステム。
6. 前記誘導性リアクタンス選択部１６は、前記データ分析及び制御部１１の制御によって前記誘導性リアクタンス選択部１６の誘導性リアクタンス（ＸＬ）が前記容量性リアクタンス（ＸＣ）と等しい値を持つように選択または可変して、生体細胞のインピーダンスが抵抗成分のみを持つようにすることを特徴とする、請求項１または２に記載の生体細胞のインピーダンス変化によってＲＦ出力を制御する方法。

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