JP2012531291A - 感染または炎症を検出し処置するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、ヒトまたは動物の身体部位の治療を可視化するシステムを提供する。当該システムは、身体部位を熱処理する手段と、身体部位の温度分布を求める手段と、求めた特定の温度の位置を身体部位上で特定する手段と、を備える。また、ヒトまたは動物の身体部位の温度特性を可視化する方法が提供される。当該方法は、身体部位表面の第１温度分布データセットを当該身体部位表面の第２温度分布データセットと比較するステップであって、第１温度分布データセットは当該身体部位の熱処理の前に求められ、第２温度分布データセットは当該身体部位の熱処理の後で求められている、ステップと、身体部位に関する温度分布データセットを可視化するステップと、を含む。さらには、コンピュータ・プログラム製品が提供される。当該コンピュータ・プログラム製品は、上述の方法の各ステップを実施し制御するための、コンピュータが実行可能な命令群を含んだ１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な媒体を有する。

Description

本発明は、ヒト（human）または動物（animal）の身体部位（body part）の温度分布を可視化するためのシステムおよび方法に関する。加えて、該システムおよび方法は、身体部位の熱処理の前後に得たデータセットを比較し、診断を下すことができる。

本発明は、ヒトもしくは動物の体の治療的診断ならびに処置に関する技術分野に属する。

より具体的には、本発明は、熱エネルギ抽出の前後の皮膚の表面温度測定を行い、その後でそれを用いてヒトもしくは動物の体の治療的診断ならびに処置を行って感染または炎症が生じている箇所を特定するための技術分野に属する。

感染の兆候として、感染または炎症をおこしている身体部位の痛み、発赤、腫脹、温度上昇、が知られる。感染の局所的性質にもかかわらず、それら兆候は、局所的処置を施すのに十分な程度に局所的には発生しない。特に、感染が内部でおこって皮膚上もしくはその近くではない場合、兆候から感染の核となる正確な位置は明らかでない。従来の処置では、処置の有効性を確保するために大きな範囲を処置せねばならず、また、処置範囲が大きいために負の副作用が生じていた。

赤外可視化技術（infrared visualization techniques）は、感染の結果生じる温度上昇を明らかにするが、上述のような状況においては、温度の可視化は大きな範囲にわたり、実際の感染の核（コア、core）を明らかにしない。

感染または炎症の正確な診断を下すためには、局所的熱処理（local thermal treatment）は、患部以外の身体の大部分にも影響を与える処置よりも好適である。最適な処置は、感染した身体部位に、最速かつ最も効果的な結果をもたらし、患者への副作用も最小限にとどまる。

ヒトまたは動物の身体において、高い精度で感染または炎症の位置を突き止めることができる発明が必要とされている。

本発明の目的は、ヒトまたは動物の身体において、向上された正確さで感染または炎症の位置を特定する手段の提供である。

本発明の別の目的は、患者の患部以外の範囲に対する熱処理（thermal treatment）の適用によって生じる副作用を最小化することである。

本発明の別の目的は、ヒトもしくは動物の身体における感染または炎症に関し、よりよい視覚効果（visualization）を生成することである。

本発明の別の目的は、ヒトまたは動物の体において感染と炎症とを診断可能とすることである。

本発明の他の目的および有利点は、以下の記載において開示され明白となる。

本発明は、ヒトまたは動物の身体部位にかかる治療（medical treatment）を可視化するためのシステムに関し、温度分布のデータセットを可視化する方法が提供される。好適な実施形態のさらに具体的な特徴については、従属請求項に示される。

本発明は、例えば、患部（affected area）（またはその他の身体部位）の、例えば、冷却（cooling）といった熱処理（thermal treatment）の前後に得たデータセットを使用することにより、患者における、感染もしくは炎症の領域の位置を特定する。

本発明により、ヒトまたは動物の身体部位にかかる治療を可視化するシステムが提供される。当該システムは、身体部位を熱処理する手段と、身体部位の温度分布を求める手段と、求めた特定の温度の位置を身体部位上で特定する手段と、を有する。

特定の温度は、熱処理の前に設定される、閾値で規定される所定の温度値でよい。また、特定の温度は、求めた温度分布（データセット）の極値である温度値でもよい。例えば、求めた温度分布を所定の温度値と比較することにより、または、求めた温度が温度分布（データセット）における極値であることを認識することにより、調整（キャリブレート、calibrate）してよい。例えば、これらの場合においては、求めた温度は、身体部位上において求めた特定の温度である。

特定の実施形態においては、システムは、さらに、身体部位の位置に従属した温度分布を可視化する手段を有する。

特定の実施形態においては、表示手段が、熱処理の時間にわたる温度マップの特徴（シグニチャー、signature）を提供することに適化されている。

特定の実施形態においては、システムは、さらに、処置手順（トリートメント・プロトコール、treatment protocol）を生成する手段を有する。

特定の実施形態においては、処置手順を生成する手段は、求めた温度分布に基づいてプロトコールを生成することに適化されている。

特定の実施形態においては、身体部位を熱処理する手段は、流体連結チャネル（fluid communication channels）を備え、熱処理を供するパッチ（patch）である。

特定の実施形態においては、センサを備えてよく、当該センサは、皮膚の伝導度（skin conductivity）、皮膚の色、皮膚の温度、皮膚の質感（テクスチャ、texture）、心拍数、血圧、血中飽和度（blood saturation）といった身体部位関連パラメータを求めることに適化されてよい。

また、システムは、例えば、薬物ポンプ（drug pump）により患者へ供給される特定の医薬品（pharmaceutical）のような薬物（medication）の制御された供給のための手段を備えてもよく、その場合、システムは、例えば上述のセンサといった適切なセンサを介して、患者の薬物への応答、つまり、身体部位関連パラメータの変化を求める。システムは、患者の応答に基づいて特定の診断を供してもよいし、かつ／または、制御された方法で熱処理を変更してもよく、そうすることで、閉ループ（フィードバック）制御による患者の処置の最適化を行ってもよい。

例えば、別の治療に併せて、熱処理装置（thermal treatment device）による処置を組み合わせることで、好ましい相乗的な治療効果を得ることができる。別の治療とは、例えば、抗生物質（antibiotics）、抗炎症薬（anti-inflammatory dugs）、化学療法薬（chemotherapy drugs）による治療であり、また、これらに限定されない。ある実施形態においては、熱処理装置は、例えば、通例抗生物質に耐性を有するバクテリア（例えば、メチシリン耐性の黄色ブドウ球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus））に感染した身体の範囲（例えば、腕（arm））に対し低温処理（cryo-treatment）を施すために用いてよい。そのような低温処理の適用により、バクテリアの分裂、および／または、組織内での蔓延が低減され、患部において抗生物質が効果的に作用する時間を長くすることができる。この結果、好ましい治療成績が得られ、その場合、切断術（amputation）は、他の実行可能な選択肢（viable option）に過ぎなくなる。

また、ここに開示された発明は、他の治療と組み合わせた低温処理に関する患者の進展をモニタし、それに応じて、例えば、医薬および最適な投与率（dose rate）の選択、といった処置プロトコールを更新（アップデート、update）して薬剤の効率（pharmaceutical efficacy）を最大化するように動作可能である。

例えば、温度分布データは、ＩＲ（赤外）カメラで得て、医師に提示されてよく、かつ／または、熱処理のフィードバック制御に用いられてもよい。さらには、様々な身体部位関連パラメータの決定に基づいて熱処理を制御する場合には、熱処理の間の経過時間を考慮してもよい。

本発明では、処置プロトコールを適化するために生体フィードバック（バイオフィードバック、biofeedback）の使用について論じている。バイオフィードバックの読み出し（biofeedback reading）の獲得に関する最適手段、好ましくは、非侵襲性の手段（non-invasive）を開示することが有利である。例えば、熱パッド（thermal pad）もしくはペルチエ熱交換素子（Peltier thermal exchange element）と、皮膚と、の間の熱交換の量を、当該熱パッドもしくはペルチエ熱交換素子と皮膚との間の温度感受性表面（temperature sensitive surface）を用いて求めることができる。あるいは、熱パッドの流体に対するパワー出力またはペルチエ熱交換素子自体のパワー出力を測定することで、身体との熱交換を間接的に求めることができる。あるいは、（このましくは、ピラ（Pira）の米国特許第６０１７３３７号に開示の方法で（manned）構成されるような）ペルチエ熱交換素子と皮膚との間の熱交換の量は、ペルチエ素子の低温側（cold side）と高温側（hot side）との間の温度差ならびに高温側のヒートシンクを冷却する液体の流速（rate of flow）を測定することで間接的に求めることができる。あるいは、患者からのバイオフィードバック（例えば、温度）の直接的な測定は、ドレナージ・カテーテル（drainage catheter）からの読み出し（reading）を得るセンサ手段を用いることで可能である。ドレナージ・カテーテルは、例えば、膝再建術（knee reconstructive surgery）に続けて身体に挿入されている。ここには、様々な、バイオフィードバックの読み出し（示度数、reading）を得るために好適な手段が開示されているが、そういった読み出しを得るための、他の手段を排除しない。

特定の実施形態においては、身体部位を熱処理する手段は、ペルチエ素子を備え、熱処理を供するパッチである。

ペルチエ効果は、熱電冷却（thermoelectric cooling）を用いて２種の相異なる材料の接合部間に熱流束（heat flux）生成する。ペルチエ・クーラー（Peltier cooler）、ヒーター（heater）、または、熱電ヒートポンプ（thermoelectric heat pump）は、電気エネルギを消費しながら、装置の一方から他方へ温度傾度に逆らって（低温から高温へ）熱を移送する固体能動熱ポンプ（solid-state active heat-pump）である。

本発明により、ヒトまたは動物の身体部位にかかる温度特性を可視化する方法が供される。当該方法は、身体部位表面の第１温度分布データセットを、当該身体部位表面の第２温度分布データセットと比較するステップであって、第１温度分布データセットは、当該身体部位の熱処理の前に求められ、第２温度分布データセットは、当該身体部位の熱処理の後で求められている、ステップと、身体部位に関する複数の温度分布データセット（temperature distribution data sets）を可視化するステップと、を有する。

特定の実施形態においては、可視化するステップは、第１および／または第２温度分布データセットの特定の温度の位置の視覚的識別工程（visual identification）を含んでいる。

特定の実施形態においては、比較するステップは、さらに、当該身体部位にかかる熱処理の際に得た複数の温度分布データセットに基づいて温度マップの特徴（シグニチャー）を供するステップを含んでいる。

特定の実施形態においては、該方法は、さらに、データセット間の比較に基づいて疾患の診断を決定するステップを含んでいる。

特定の実施形態においては、診断の決定は、既知の特性データセットに従ってデータセットを調整（キャリブレート）することにより行われる。

既知の特性データセットは、熱処理を行って上述の温度分布データセットを得るよりも以前に獲得されたデータセットである。例えば、既知の特性データセットは、以前の患者から彼らに対する熱処理で得たデータのデータベースからのデータセットでよい。また、データセットは、特定の疾患についてコンピュータで行った理論的シミュレーションで得たデータでよい。

特定の実施形態においては、該方法は、さらに、データセット間の比較に基づいて処置手順（トリートメント・プロトコール）を生成するステップを有する。

特定の実施形態においては、処置プロトコールは、データセット間の比較に基づいて修正される（amended）。

本発明により、コンピュータ・プログラム製品が提供される。当該コンピュータ・プログラム製品は、上述の方法の各ステップを実施し制御するための、コンピュータが実行可能な命令群を含んだ１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な媒体を有する。

温度分布データセットの獲得に関する包括的概念を示す概略図 局所的感染または炎症の図 時間的に後の瞬間における組織の熱パターンの図 時間的に後の瞬間における組織の熱パターンの図 時間的に後の瞬間における組織の熱パターンの図 時間的に後の瞬間における組織の熱パターンの図 時間的に後の瞬間における組織の熱パターンの図

以下、図面を参照して本発明の様々な実施形態について説明する。当然のことだが、図形は寸法どおりに描画されておらず、構造または機能が類似する要素は、全図にわたって類似する参照数字で示される。当然のことだが、図面は本発明の特定の実施形態の説明を容易にすることのみを目的とする。また、本発明の特定の実施形態に沿って記載された態様は、必ずしも、その実施形態に限定されるものではなく、本発明の別の実施形態においても実施可能である。

ある実施形態においては、本発明は、前処理（pre-treatment）としての冷却（cooling）を、赤外可視化（infrared visualization）と組み合わせることで、感染の核（コア、core）のより正確な位置を獲得する。

図１において、熱処理装置（１）は、炎症または感染を患っている範囲を含むと疑われる身体部位（２）を冷却することに用いられる。エネルギ交換装置（３）により、熱交換が行われる。熱交換装置のある実施形態は、冷却液（cooling liquid）が流れるパッチであり、冷却液は、水力学的導管（ハイドローリック・コンジット、hydraulic conduit）（４）を通して熱処理装置から供給される。他の実施形態においては、冷却は、例えば、エネルギ交換装置内に組み込まれたペルチエ素子（Peltier elements）を用い、エネルギ交換装置（３）自身で行われる。本例においては、コンジット（４）は、電線用導管（エレクトリック・コンジット、electric conduit）である。

感染の兆候が現れる比較的大きな範囲を制御下で冷却し、その後、赤外可視化装置が、当該身体部位を監視（モニタ、monitor）し、例えば、図２に示すような画像を生成してよい。この画像は、感染のコアを明らかにする、効率的に局所化された範囲であってよい。あるいは、赤外可視化装置に代えて、例えば、温度感受性のパッドやレイヤ（temperature sensitive pad or layer）といった、皮膚から温度の示度数（reading）を獲得する別の手段を用いることもでき、また、該手段は、温度感受性のパッドやレイヤに限定されない。そして、極めて正確な範囲（ピンポイント範囲、pinpointed area）が特定（識別）され、（例えば、ポイントのマーキングや、皮膚上の小さな範囲のマーキングといった）視覚的マーカ（visual markers）が適用される。その後、ピンポイント範囲のみに、後続の処置を適用することができる。

有利なことは、これにより、最速かつ効果的な処置が可能になり、かつ、望まれざる副作用が最小化されることである。

ある代替的実施形態においては、システムは、身体の患部が炎症または感染を被っているかどうかの検出に用いることができる。なぜなら、赤外可視化装置は、炎症に対して対照を示す、感染に関する冷却期間にわたる代替的画像またはヒートマップ（heat map）の「特徴（シグニチャー、signature）」を生成するからである。この「特徴（シグニチャー）」は、身体部位における経時的な冷却の速さ（率、rate）の関数をマッピングすることで生成することができる。例えば、感染は、経時的に、炎症よりもゆっくりと（at a slower rate）冷える。したがって、システムは、診断情報を得ることに用いることができ、当該情報を用いて患者の処置プロトコールを生成したり、存在する処置プロトコールを修正したりすることができる。

上記の熱マップの「特徴（シグニチャー）」図３−７を生成する好適な実施形態は、鉛直軸に、組織の時間的に続く瞬間に得られた一連の熱パターンを表示する。図３の２つの画像は、冷却処理の前にとられた画像であり、図７は、処理の終了時にとられた画像である。図４−６に示す（任意的な（optional））画像は、冷却処理の間に時間順にとられた。

図３−７の上図は、全て３Ｄ表現である。ここで、鉛直軸は、温度を示し、水平字句は、空間座標を示す。図３−７の下図では、２軸は、空間座標を示し、等高線（コンター、contour）は、等温度線（equi-temperature lines）を表す。

図３には、大きな昇温（elevated temperature）範囲が見られる。該範囲が大きいため、炎症の位置をピンポイントで正確に指し示すことは不可能である。組織が冷えるにつれ、温度図の部分毎にそれぞれが異なる速さで冷える。処理の終了時において、炎症を正確にピンポイントで指し示すことは容易である。

温度降下の速さ（rate）およびプロファイル（profile）を、「熱的時空間シグニチャ（thermal space-time signature）」と呼ぶ。例えば、熱的シグニチャに対して閾（スレッショルド、thresholds）を適用して、炎症の空間的位置についての判断を行う。

閾には、（１）空間内の特定点における温度降下率（rates of temperature decline）、（２）所与の時間幅の間の等温度コンターの大きさの減少、および、（３）空間内の特定点における所与の時間幅にわたる温度差（temperature differential）が、含まれる（そしてこれらに限定されない）。

上記のように、本発明を例示して詳細に説明したが、その例示や説明は、例証もしくは典型例であり非制限的に解釈すべきである。よって、本発明は、記載の実施形態に限定されない。上記したひとつの実施形態との関連で述べた特徴は、そのような特徴が明記されない別の実施形態の特徴としても有効である。特許請求の範囲に記載の発明を実施する当業者であれば、明細書および請求項を検討することで、記載の実施形態に対する変形態様を理解し実施することができる。請求項においては、「有する（comprising）」なる語は、その他の要素または工程（ステップ、step）を排除しない。不定冠詞「ある（"a" or "an"）」は、複数を排除するものではない。特定の手段（measures）が異なる従属クレームに記載されていることは、それら手段を組み合わせて都合よく使用することができないことを意味するものではない。

１：熱処理装置
２：身体部位
３：エネルギ交換装置
４：水力学的導管

Claims (16)

1. ヒトまたは動物の身体部位にかかる治療を可視化するシステムであって、
   前記身体部位を熱処理する手段と、
   前記身体部位の温度分布を求める手段と、
   求めた特定の温度の位置を前記身体部位上で特定する手段と、
   を有するシステム。
2. さらに、前記身体部位の前記位置に従属する前記温度の分布を可視化する手段を有する、請求項１に記載のシステム。
3. 表示手段が、熱処理の時間にわたる温度マップ・シグニチャーを提供する、請求項２に記載のシステム。
4. さらに、処置プロトコールを生成する手段を有する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のシステム。
5. 前記処置プロトコールを生成する手段は、前記求めた温度分布に基づいて前記プロトコールを生成する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記身体部位を熱処理する手段は、熱処理を供するパッチであり、前記パッチは、流体連結チャネルを備える、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のシステム。
7. 前記身体部位を熱処理する手段は、熱処理を供する装置であり、前記装置は、ペルチエ素子を備える、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のシステム。
8. ヒトまたは動物の身体部位の温度特性を可視化する方法であって、
   （ａ）前記身体部位を熱処理するステップと、
   （ｂ）前記身体部位の第１温度分布データセットを求めるステップと、
   （ｃ）ディスプレイ上にて、前記身体部位の前記温度分布データセットを可視化するステップと、
   を有する方法。
9. （ｄ）前記ステップ（ａ）よりも以前において、前記身体部位の第２温度分布データセットを求めるステップと、
   （ｅ）前記ステップ（ｂ）と（ｃ）との間において、前記身体部位の表面の前記第１温度分布データセットを、当該身体部位の表面の前記第２温度分布データセットと比較するステップと、
   （ｆ）前記ディスプレイ上にて、前記第１および第２温度分布データセット、ならびに／または、前記第１および第２温度分布データセットの結合、例えば、差、を可視化するステップと、
   を有する請求項８に記載の方法。
10. 前記可視化するステップは、前記第１および／または第２温度分布データセットの特定の温度の位置の視覚的識別工程を含む、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記比較するステップは、さらに、前記身体部位にかかる熱処理の間に得た複数の温度分布データセットに基づいて、温度マップ・シグニチャーを提供するステップを含む、請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の方法。
12. さらに、前記データセット間の比較に基づいて、疾患の診断を決定するステップを有する、請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 前記診断の決定は、既知の特性データセットに従って前記データセットを調整することにより行われる、請求項１２に記載の方法。
14. さらに、前記データセット間の前記比較に基づいて、処置プロトコールを生成するステップを有する、請求項８乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
15. 前記処置プロトコールは、前記データセット間の前記比較に基づいて、修正される、請求項１３に記載の方法。
16. 請求項８乃至１５のいずれか１つに記載の方法のステップを実行するための、コンピュータが実行可能な命令群を含んだ１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な媒体を有する、コンピュータ・プログラム製品。

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