JP2013500119A - 組織焼灼のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

組織の穴を気化させるための装置であって、気化要素と、気化要素を加熱するように構成された加熱要素と、気化要素が組織を気化させるのに充分長くかつ穴からの予め定められた付帯的損傷距離を越える熱の拡散を制限するのに充分短い時間内に、気化要素を組織の特定の深さまで前進させかつ気化要素を組織から後退させるように構成された機構とを含む装置。関連する装置及び方法もまた開示される。
【選択図】 なし

Description

関連出願
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２０１０年４月２２日に出願した米国特許仮出願第６１／３２６６６７号及び２０１０年２月２３日に出願した米国特許仮出願第６１／３０７００４号の利益を主張し、２００９年９月３０日に出願したイスラエル特許出願第２０１２４６号および２００９年７月２７日に出願したイスラエル特許出願第２０００８１号からの優先権を主張する。上述の出願の開示内容は参照として本明細書中に組み入れられる。

技術分野
本発明は、その一部の実施形態では、外科的方法および装置に関し、さらに詳しくは、組織の正確な焼灼のための方法および装置に関するが、それに限定されない。

本発明は、多種多様な用途を切り開くものであり、その中の一部は歴史的にパルスレーザの使用によって実現されている。

パルスＣＯ_２レーザは一般的に、組織の非出血切開および焼灼用の精密外科器具と考えられている。「ウルトラパルス」ＣＯ_２レーザのようなレーザは、５０〜１００ミクロンの付帯的熱損傷により、黒焦げを生じずに組織のクレータを気化させることができる。そのような付帯的低熱損傷は、瘢痕化が望ましくない神経外科、婦人科、および審美的皮膚再建術のような用途に望ましい。ＣＯ_２レーザは、組織の後続層を除去することによって組織を焼灼または切開する、各層はＣＯ_２レーザパルスの出力および持続時間ならびに他の考慮事項に基づいて深さ約３０〜５０ミクロンである。ＣＯ_２レーザはしばしば、集束ビームのスポットサイズが５０〜３００ミクロンの集束モードで使用される。

図面の図２〜１７に示す本発明の一部の実施形態をより良く理解するために、気化による組織１０の焼灼に使用されている先行技術のパルスＣＯ_２レーザ５の簡略図である図１を最初に参照する。

図１は、先行技術の黒焦げを生じない焼灼手術用パルスＣＯ_２レーザ５の動作原理の簡略図を示す。

ＣＯ_２レーザ５は、図１の右上にある第１の図に示されている。第１の図は、ＣＯ_２レーザユニット６、ＣＯ_２レーザユニット６から組織１０にレーザビーム１７を向かわせるための光路または光ファイバを持つ多関節アーム７を含む。

図１の左下にある第２の拡大図は、ビーム１７の拡大図および組織１０の断面図を示す。

スポットサイズを直径５０〜５００ミクロンとすることのできるビーム１７は、パルスＣＯ_２レーザユニット６から組織１０の表面に照射される。パルス持続時間は通常１００マイクロ秒から５ミリ秒の間である。光ビーム１７は約３０〜５０ミクロンの深さまでの組織１０によって吸収される。吸収された光ビーム１７は熱エネルギーに変換される。光ビーム１７のエネルギー密度は典型的には約５ジュール／ｃｍ^２を超えるように選択され、それは組織１０への熱の拡散率を超える率で組織１０の気化を生じる。その結果、組織１０にクレータ１５が生じる一方、気化した組織１０の大部分は蒸気１３に変形され、それはフラッシングされる。クレータ１５の周りの付帯的熱損傷ゾーン１９は深さ約５０ないし１５０ミクロンであり、それは数ミリ秒の期間中の組織１０への熱の拡散深さである。

組織１０が皮膚である場合、図１はまた、真皮乳頭層と呼ばれる層１１を表す。皮膚の外面が気化される皮膚の再建術に関する特定の用途では、瘢痕化を回避するために、真皮乳頭層の深さである約１００〜１５０ミクロンの深さｄより下の皮膚の焼灼は避けることが通常望ましい。

他の用途、例えば非常に正確な切開、例えば眼瞼切開では、処置部位における薄層の焼灼を繰り返すことによって、組織内により深く、組織層１４まで穿孔することが可能である。ＣＯ_２レーザによる皮膚の表面の焼灼またはいずれかの組織の焼灼は典型的に、皮膚上でビームを移動させるスキャナにより上述した気化プロセスを繰り返すことによって、または大きいスポットサイズのビームを使用することによって実行される。大きいスポットサイズのビームの例として、依然として約５ジュール／ｃｍ^２を超えるエネルギー密度を有することのできる直径１０ｍｍのビームが挙げられる。ビームを直線経路または湾曲経路で順次移動させることにより、ＣＯ_２レーザによって正確な切開が実行される。

米国特許第５１２３０２８号明細書はウルトラパルスＣＯ_２レーザについて記載し、米国特許第５３６０４４７号はウルトラパルスＣＯ_２レーザによる毛髪移植について記載している。

米国特許第５４１１５０２号、第５４２３８０３号、および第５６５５５４７号もまた、集束ビームによる無瘢痕切開および組織の焼灼のためのＣＯ_２レーザについて記載している。ＣＯ_２レーザビームは光ファイバを介して組織に照射することもできる。これは、椎間板切除術のような最小侵襲手技で組織を焼灼するのに特に有用である。

約３ミクロンの波長で動作するパルス状エルビウムレーザもまた、表皮アブレータとみなされる。パルス状エルビウムレーザは大きいスポットサイズ（１〜１０ｍｍ）で動作し、約１０ミクロンの組織の層を気化させる。エルビウムレーザのパルス持続時間は約１００〜３００マイクロ秒である。パルス状エルビウムレーザは、真皮乳頭層を損傷することなく真皮乳頭層より上の層を手術する能力のため、速やかな治癒（数時間ないし１〜２日、および患者が同日に仕事に復帰することを可能にすること）を希望する場合に、皮膚の専門的剥皮術のためのツールとして使用される。国によっては、そのような剥皮術の実施は、医師よりむしろ、美容師でも許可されている。追加の背景技術としては、以下のものも挙げられる。
Ｊ Ｃｌｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｄ Ｓｕｒｇ．１９９５ Ａｐｒ；１３（２）：９７‐１００に発表された、「ＳｉｌｋＴｏｕｃｈ：ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｋｉｎ ｒｅｓｕｒｆａｃｉｎｇ ｉｎ ａｅｓｔｈｅｔｉｃ ｓｕｒｇｅｒｙ」と題するＣｈｅｒｎｏｆｆ Ｇ．らによるＣＯ_２レーザ皮膚再建術に関する論文；
Ｄｅｒｍａｔｏｌ．Ｓｕｒｇ．１９９５ Ｄｅｃ；２１（１２）：１０２５‐９に発表された「Ｓｋｉｎ ｒｅｓｕｒｆａｃｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｕｌｔｒａｐｕｌｓｅ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｌａｓｅｒ‐Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ｏｎ １００ ｐａｔｉｅｎｔｓ」と題するＬｏｗｅ ＮＪらによる論文；
様々な金属の熱伝導率係数についてのワールド・ワイド・ウェブ・サイト：ｗｗｗ．ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｏｏｌｂｏｘ．ｃｏｍ／ｔｈｅｒｍａｌ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ−ｍｅｔａｌｓ−ｄ＿８５８．ｈｔｍｌ；
金属の熱容量についてのワールド・ワイド・ウェブ・サイト：ｗｗｗ．ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｏｏｌｂｏｘ．ｃｏｍ／ｓｐｅｃｉｆｉｃ−ｈｅａｔ−ｍｅｔａｌｓ−ｄ＿１５２．ｈｔｍｌ

本発明は、その一部の実施形態では、外科的方法および装置に関し、さらに詳しくは、組織の正確な焼灼のための方法および装置に関するが、それらに限定されない。

先行技術は、レーザを用いて大量の熱をわずかな時間で供給して、組織を焼灼することを教示している。

黒焦げを生じず、瘢痕化が最小限の外科的レーザビームと組織との間の相互作用は、組織の熱緩和時間より速い組織への大量の熱の高速照射に基づいており、その結果、組織内への熱拡散よりむしろ組織の気化が生じる。

本発明は、その一部の実施形態では、気化ロッドを使用して大量の熱をわずかな時間に供給して組織を焼灼することを教示する。

本発明の一部の実施形態の態様では、気化要素と、気化要素を加熱するように構成された加熱要素と、気化要素が組織を気化させるのに充分長くかつ穴からの予め定められた付帯的損傷距離を越える熱の拡散を制限するのに充分短い時間内に、気化要素を組織の特定の深さまで前進させかつ気化要素を組織から後退させるように構成された機構とを含む、組織の穴を気化させるための装置を提供する。

本発明の一部の実施形態では、気化要素の先端は、気化要素が加熱されない場合、気化要素が組織を穿通しないように、安全に設計された形状を有する。

本発明の一部の実施形態では、さらに電源として電池を含む。

本発明の一部の実施形態では、装置は手持ち式である。

本発明の一部の実施形態では、加熱要素は気化要素と直接接触しない。本発明の一部の実施形態では、気化要素の移動中に、気化要素は加熱要素と接触しない。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は１００℃ないし８００℃の範囲の温度に加熱される。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は、気化要素と組織との間の温度差Ｔが℃単位で少なくともＴ＞（Ｈν＊Ｈ）／（ＣρＬ）となるような温度に加熱される。ここでＨνは組織の単位体積の気化エネルギー、Ｈは特定の深さ、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は８０ワット／Ｋ／メートルより大きい熱伝導係数を有する材料を含む。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は０．３キロジュール／ｋｇ／Ｋより大きい比熱容量を有する材料を含む。

本発明の一部の実施形態では、気化要素の長さＬはＫＴ（Ｚ／Ｂ）^２／（ＨνＨ）＞Ｌ＞Ｈν＊Ｈ／（ＣρＴ）の範囲内である。ここでＫは気化要素の熱伝導率の係数、Ｔは気化要素と組織との間の℃単位の温度差、Ｚは穴からの予め定められた付帯的損傷距離、Ｂは組織の熱拡散係数、Ｈνは組織の単位体積当たり気化エネルギー、Ｈは特定の深さ、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である。

本発明の一部の実施形態では、複数の気化要素をさらに含み、機構は複数の気化要素を短時間内に前進および後退させるように構成される。

本発明の一部の実施形態では、気化要素の前進行程を制限するように構成されたスペーサをさらに含む。

本発明の一部の実施形態では、装置は、カテーテルを介して体内に挿入するように構成されたパッケージ内に配置される。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は装置から取外し可能である。

本発明の一部の実施形態では、機構が複数の気化要素を短時間内に前進および後退させるように構成され、かつスペーサが複数の穴を含み、そこを介して複数の気化要素を組織内に送り込むことができるようにした、複数の気化要素をさらに含む。

本発明の一部の実施形態では、スペーサは穴を含み、それを介して気化要素を組織内に送り込むことができる。

本発明の一部の実施形態では、組織と接触して配置されるように構成された保護板をさらに含み、気化要素は特定の深さを、保護板を越えて組織内に延長するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、特定の深さは５０ミクロンないし２００ミクロンの範囲である。本発明の一部の実施形態では、特定の深さは調整可能である。

本発明の一部の実施形態では、保護板は、組織と接触して配置されるように構成された保護板の全範囲に沿って３０ミクロン以内で平坦である。

本発明の一部の実施形態では、組織と接触して配置されるように構成された保護板は、断熱材を含む。

本発明の一部の実施形態では、保護板は装置から取外し可能である。

本発明の一部の実施形態では、加熱要素は高温ホイルを含む。本発明の一部の実施形態では、加熱要素は光学的熱源を含む。

本発明の一部の実施形態では、前進および後退は１つ以上のばねによって実行される。
本発明の一部の実施形態では、前進および後退はコイルおよび磁石によって実行される。

本発明の一部の実施形態では、短時間は、ばねおよび気化要素を含む調和振動子の振動周期によって決定される。

本発明の一部の実施形態では、加熱、前進、および後退の速度は、１〜１００パルス／秒の繰返し率の気化の繰返しパルスを支持する。

本発明の一部の実施形態では、調和振動子をさらに含み、調和振動子は気化要素を含み、かつ調和振動子は１０ミリ秒から１００ミリ秒の範囲の振動周期を有する。本発明の一部の実施形態では、調和振動子の振動を１回の振動に制限する機構をさらに含む。

本発明の一部の実施形態では、加熱要素は、組織の気化温度を超える温度に気化要素を加熱するように構成される。本発明の一部の実施形態では、加熱要素は、気化要素を２００℃から６００℃までの範囲の温度に加熱するように構成される。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は、銅の熱伝導率以上の熱伝導率を持つ材料を含む。本発明の一部の実施形態では、気化要素は、銅の比熱容量以上の比熱容量を持つ材料を含む。

本発明の一部の実施形態では、気化要素の長さは０．３ｍｍから５ｍｍの間である。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は、組織の気化温度より実質的に低い温度に加熱されたときに、組織を実質的に穿通しないように形作られる。

本発明の一部の実施形態では、気化要素が加熱される温度および短い持続時間の組合せは、組織の付帯的損傷を１５０ミクロン未満の距離に制限するように選択される。

本発明の一部の実施形態では、短時間は、１５０ミクロンの距離の組織の熱緩和時間未満である。本発明の一部の実施形態では、短時間は５ミリ秒未満である。

本発明の一部の実施形態の態様では、気化要素を加熱するステップと、機械的装置を使用して、気化要素を組織内の所望の深さまで前進させ、かつ短い持続時間後に気化要素を組織から後退させるステップとを含む、組織の穴を気化するための方法を提供する。

本発明の一部の実施形態では、組織にＨの深さを有する穴を生成し、熱拡散係数Ｂおよび単位体積当たりの気化エネルギーＨνを有する組織で、付帯的損傷が穴からＺ以内の距離に延びるようにするために、気化要素と組織との間の℃単位の温度差Ｔを使用し、ＫＣρ＞（ＨνＨＢ）^２／（ＴＺ）^２となるように気化要素を使用する。ここでＫは気化要素の熱伝導係数、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である。

本発明の一部の実施形態では、複数の気化要素を加熱するステップ、および機械的装置を使用して複数の要素を組織内の所望の深さまで前進させ、かつ短い持続時間後に要素を組織から後退させるステップを含む。

本発明の一部の実施形態の態様では、複数の気化要素を含む装置により、気化要素を加熱するステップと、装置を使用して複数の気化要素を生きた皮膚内の真皮乳頭層の深さ以内の深さに前進させ、かつ短い持続時間後に生きた皮膚から気化装置を後退させるステップと、皮膚に複数のクレータを生成させて、生きた皮膚を引き締めさせるステップとを含む、生きた皮膚を引き締めさせる方法を提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、神経外科、整形外科、耳外科、鼻外科、咽喉外科、婦人科、皮膚科、および歯科を含む用途群の１つのために組織を焼灼する方法であって、気化要素を加熱するステップと、機械的装置を使用して、気化要素を組織内の所望の深さまで前進させ、かつ短い持続時間後に気化要素を組織から後退させるステップとを含む方法を提供する。

本発明の一部の実施形態の態様では、気化要素を加熱するステップと、装置を使用して、皮膚内の真皮乳頭層の深さ以内の深さに気化要素を前進させ、かつ短い持続時間後に気化要素を皮膚から後退させるステップと、皮膚にクレータを生成させるステップと、切開の経路に沿って装置を移動させながら、加熱、前進、および後退を繰り返すステップとを含む、物質切開の方法を提供する。

本発明の一部の実施形態では、材料は生組織を含む。

本発明の一部の実施形態の態様では、気化要素が加熱されない場合には気化要素が組織を穿通しないように、安全に設計された形状を持つ１つ以上の先端を含む、組織の穴を気化させるための気化要素を提供する。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は８０ワット／Ｋ／ｍより大きい熱伝導係数を有する材料を含む。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は１Ｋ当たり１キログラム当たり０．３キロジュールを超える比熱容量を有する材料を含む。

本発明の一部の実施形態では、気化要素の長さＬは次の範囲内である。

ここでＫは気化要素の熱伝導率の係数であり、Ｔは気化要素と組織との間の℃単位の温度差であり、Ｚは穴からの予め定められた付帯的損傷距離であり、Ｂは組織の熱拡散係数であり、Ｈνは組織の単位体積当たりの気化エネルギーであり、Ｈは特定の深さであり、Ｃは気化要素の熱容量であり、ρは気化要素の密度である。

本発明の一部の実施形態では、先端間のギャップの総面積に対する先端の総遠位端面積の比が５％から８０％の間である。

本発明の一部の実施形態の態様では、組織と接触して配置されるように構成された保護板であって、気化要素が通過して保護板を越えて組織内に特定の深さまで延びることができるような大きさに作られた穴を含む保護板を提供する。

本発明の一部の実施形態では、保護板は、組織と接触して配置されるように構成された全範囲に沿って３０ミクロン以内で平坦である。

本発明の一部の実施形態では、保護板は断熱材を含む。

本発明の一部の実施形態では、保護板を冷却するための冷却手段をさらに含む。

本発明の一部の実施形態の態様では、気化要素が加熱されない場合には気化要素が組織を穿通しないように、安全に設計された形状を持つ１つ以上の先端を含む、組織に穴を気化させるための気化要素と、組織と接触して配置されるように構成された保護板であって、気化要素の１つ以上の先端が通過して保護板を越えて組織内に特定の深さまで延びることができるような大きさに作られた穴を含む保護板とを含むキットを提供する。

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。

本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。

図１は、気化による組織の焼灼に使用されている先行技術のパルスＣＯ_２レーザの簡略図である。

図２は、気化による組織の焼灼に使用されている本発明の実施形態の簡略図である。

図３は、気化による組織の焼灼に使用されている、２つの気化ロッドを有する本発明の別の実施形態の簡略図である。

図４Ａは、気化ロッドの配列を有する本発明のさらに別の実施形態により組織に穿孔された黒焦げの無いクレータの配列の簡略断面図である。図４Ｂは、気化ロッドの配列を有する本発明のさらに別の実施形態により組織に穿孔された黒焦げの無いクレータの配列の簡略上面図である。

図５は、フラクセル皮膚再建術用に設計された、本発明のさらに別の実施形態に係る装置の簡略図である。

図６Ａは、時系列で時間＝０における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図６Ｂは、時系列で時間＝１０における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図６Ｃは、時系列で時間＝２２における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図６Ｄは、時系列で時間＝２５における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図６Ｅは、時系列で時間＝２７における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図６Ｆは、時系列で時間＝４０における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図６Ｇは、時系列で時間＝５０における図５の動作中の装置の位置の簡略図である。

図７は、手持ち式フラクセル皮膚再建術用に設計された、本発明の実施形態に従って構成され動作する装置の簡略図である。

図８は、手持ち式切開術用に設計された、本発明の実施形態に従って構成され動作する装置の簡略図である。

図９は、気化ロッドを加熱するために光学光源を使用する実施形態の簡略図である。

図１０は、本発明の例示的実施形態に従って構成され動作する、１つ以上の気化ロッドに往復運動をもたらすための機構の簡略図である。

図１１は、内視鏡を介して送達される本発明の実施形態を使用する例示的外科処置の簡略図である。

図１２は、本発明の実施形態を組織アブレータとして使用する方法を示す簡略フローチャートである。

図１３は、皮膚表面再建術用に設計された、本発明のさらに別の実施形態に従って構成され動作する装置の簡略図である。

図１４は、本発明のさらに別の実施形態に従って構成され動作する、組織の一部を気化させながら組織を伸張させるのに有用な装置の簡略図である。

図１５は、本発明の実施形態の数学的シミュレーションに係る、気化ロッドの遠位端の温度の簡略グラフ表現である。

図１６Ａは、本発明の実施形態の物理的パラメータに従って動作する気化ロッドによって生じる２つのクレータの写真による記録である。

図１６Ｂは、本発明の実施形態に従って動作する気化ロッドの配列によって皮膚表面にエクスビボで生じるクレータの組織学的断面の写真による記録である。

図１６Ｃは、図１６Ｂに示した組織学的断面を生じる、本発明の実施形態で利用されるカートリッジ加熱器を持つ被覆銅ロッドの配列の写真である。

図１７は、皮膚と接触する表面が凸面である、本発明のさらに別の実施形態に従って構成され動作する装置の簡略図である。

本発明は、その一部の実施形態では、外科的方法および装置に関し、さらに詳しくは、組織の正確な焼灼のための方法および装置に関するが、それに限定されない。

本発明は、その一部の実施形態では、気化ロッドを使用して大量の熱をわずかな時間に供給し、組織を焼灼することを教示する。気化ロッドは、大量の熱をわずかな時間に供給して、組織を気化させて焼灼することができる。

破壊すべきでない組織を破壊せずに、気化させるべき組織を気化させるために、本発明は、その一部の実施形態では、高温で熱を組織の局所的領域に加えることを教示する。

温度は、組織を急速に気化させるのに充分な高温、すなわち組織の主成分である水の沸騰温度である１００℃を超える温度とすべきである。

好ましくは、温度は約２００℃より高くすべきである。

気化ロッドの熱容量は、組織に隣接する気化ロッドの先端が、先端に隣接する組織を気化させるのに充分な熱の料を含むようにすべきである。組織を気化させるのに必要な熱の量は、気化させる体積に依存する。気化させる体積は、先端の断面積に気化すべき深さを掛けた積に略等しい。

非限定例として、１００ミクロン×１００ミクロンの面積を１００ミクロンの深さまで気化するには、約３０００ジュール／ｃｍ^３の水の気化エネルギーに基づいて、約３ミリジュールの熱が必要である。組織の熱パラメータは水の熱パラメータに非常に似ているので、組織を気化するために必要な熱は、水を気化させるのに必要な熱に実質的に近いことが注目される。

組織に熱を供給するために、気化ロッドの熱緩和時間は、熱が気化ロッドの先端の表面に迅速に到達することができるようにする必要がある。

熱緩和時間は、数ある要因の中でも特に、気化ロッドの熱伝導率、熱容量、および幾何学的寸法、例えば長さに依存することが注目される。

熱供給は、組織内に多すぎる熱を拡散させることなく、隣接組織を気化させるのに充分な高速でなければならない。すなわち、緩和時間を許容または計画された深さの壊死が組織に生じる時間より実質的に短くしなければならない。概算として、熱緩和時間は水のそれより実質的に短くなるようにしなければならない。

一部の実施形態では、気化ロッドは、非常に短い限られた時間、組織に「軽打」される。軽打は気化ロッドをごく短い時間組織に隣接させ、任意選択的に組織に接触させ、組織への熱伝導の時間を制限し、付帯的損傷を許容レベルに制限する。

本発明の一部の実施形態では、付帯的損傷の距離は、（組織の熱拡散係数）×（熱源すなわち気化ロッドが組織に熱を提供する時間の平方根）として計算される。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、気化ロッドが組織に隣接している間、組織に熱を提供するものとみなされる。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、気化ロッドがクレータの容積内にある間、組織に熱を提供するものとみなされる。

一部の実施形態では、他より許容される付帯的損傷が多い。非限定例として、血管の多い生組織領域が関与する用途では、血管を焼灼するために、わずかな付帯的損傷は好ましい。血管が多くない生組織領域が関与する用途では、付帯的損傷は少ない方が望ましい。非生組織が関与する用途では、付帯的損傷の多寡も考慮事項である。

一部の実施形態では、気化ロッドは、オーバトラベルガードによってオーバトラベルを防止する。

一部の実施形態では、気化ロッドは、組織に「軽打」されていないときには、ガードを越えて組織に「軽打」されているときを除いて気化ロッドが組織に接触することを防ぐ組織ガードによって、組織に接触することが防止される。

一部の実施形態では、ロッドの典型的な寸法は、用途に応じて、幅が１００ミクロンから５ミリメートル、長さが２ミリメートルから１０ミリメートルである。

本発明の一部の実施形態は、複数の気化ロッドの配列を使用する。ロッドは、同じく用途に応じて、任意選択的に線形または二次元いずれかの配列状に配置される。

気化段階で組織内に典型的に５０ミクロンから５００ミクロン前進する一方、ロッドの典型的な移動長は１ないし１０ミリメートルである。

移動の典型的な持続時間は、気化段階中の気化ロッドの組織内における滞留時間が用途に応じて１００マイクロ秒ないし５０ミリ秒になるようにする。

本書における「気化ロッド」の一部としての用語ロッドの使用は、ロッドの形状を暗示することを意図するものではなく、「気化要素」を意味するつもりである。

一部の実施形態では、組織の気化を実行する気化ロッドの先端の断面の形状または幾何学的形状は、用途に応じて、中実円形、中実矩形、中空円形、中空矩形、直線、曲線、波線、および種々の他の「クッキーの抜き型」の形状である。

本発明の一部の実施形態は、気化のために金属ロッドを使用する。金属は気化のための充分な熱を含みかつ／または伝達することができ、かつ高い精度で成形することができる。

本発明の一部の実施形態は２つ以上の気化ロッドを含み、同時に２つ以上の気化ロッドを用いて組織を焼灼する。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは電気加熱要素によって加熱される。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、光波による光学加熱またはマイクロ波による加熱のような、無線加熱方法によって加熱される。

本発明の一部の実施形態では、組織は、気化ロッドの後退後に冷却される。冷却は任意選択的に、送風によって、かつ／または液状ミストを吹き付けることによって、かつ／または液体を噴射することによって、かつ／または熱電冷却装置によって、かつ／または組織に低温金属板を配置することによって、かつ／または組織から熱を追い出させることによって組織を冷却させるように適応された、気化ロッドが通過する保護板によって、かつ／または能動冷却によって実行される。能動冷却は、保護板を流動冷却するガスによって、または電気板を冷却する熱電対によって、保護板を冷却する液体冷却器とすることができる。

気化ロッドの組織への適用が繰り返される一部の実施形態では、冷却は気化ロッドの毎回の適用の合間に実行される。一部の用途では、冷却は気化ロッドの最後の適用後に実行される。

本発明の一部の実施形態では、加熱要素は、加熱要素からの電源の分離を可能にする電力線によって、電源に接続される。本発明の一部の実施形態では、電気加熱要素および気化ロッドは体内に挿入するのに充分小さい。一部の実施形態では、電気加熱要素および気化ロッドは、カテーテルによる挿入にさえも充分小さい。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、焼灼される組織との電気的接触が生じないように、組織から電気的に絶縁される。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、焼灼される組織との電気的接触が生じないように、電源から電気的に絶縁される。

本発明の一部の実施形態は機械的トラベル制限装置を含むので、気化ロッドは、機械的トラベル制限装置を越えて特定の距離以上に進むことができない。機械的トラベル制限装置は任意選択的に、組織と接触して静止し、気化ロッドは、機械的トラベル制限装置を越えて特定の距離以上に進むことを制限され、気化ロッドが組織を焼灼することのできる深さが制限される。

機械的トラベル制限装置は任意選択的に製造およびフェイルセーフが単純であり、レーザビームが組織に当てられる時間量を制限する一部のレーザ焼灼制限装置に比べて有利である。コストおよび／または安全性および／または信頼性の点で有利である。

本発明の一部の実施形態は小型に（典型的な医療用ＣＯ_２レーザよりずっと小型に）設計され、一部の実施形態は、体内に挿入できるように、カテーテルでも挿入できるように、充分小型に設計される。一部の実施形態では、加熱要素は可撓性電線によって電源に接続され、それはアブレータを可撓性カテーテルおよび可撓性電線により体内に挿入することを可能にする。ＣＯ_２レーザは時々レーザパルスを伝達するために光ファイバを使用するが、コストは電線の場合よりずっと高くなる。

本発明の一部の実施形態では、直径が３００ミクロンの単一の気化ロッドを使用し、直径が約２ミリメートルのカテーテルを使用することが可能である。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。

ここで図２を参照すると、それは、気化による組織１０の焼灼に使用されている本発明の実施形態の簡略図である。

図２は、非限定例として、図１のＣＯ_２レーザと同じ効果を得るために使用されている本発明の実施形態の動作例を示す。

図２に示す本発明の実施形態は、組織の沸点よりずっと高い温度に加熱された気化ロッド１２を含む。

ロッド１２は任意選択的に箔１８を介して加熱され、箔は任意選択的に電気抵抗器１８ａによって加熱される。

図１２の例示的実施形態に関係する一部の測定は、３００ミクロンの直径を有しかつ非限定例として銅から作られた気化ロッド１２を含む。ロッド１２は、非限定例として約２００ないし６００℃の温度に加熱される。一部の実施形態では、気化ロッドは約４００℃の温度に加熱されるので、気化されたクレータの壁に存在する炭素粒子は酸化され、約４００℃の温度でＣＯ_２蒸気に変化し、その結果黒焦げの無いクレータ壁が生じる。黒焦げの無いクレータ壁は治癒をさらに促進する。

ロッド１２は任意選択的にマイカ箔１８を介して加熱される。

ロッド１２を要求温度に加熱する追加手段については、以下で図９に関連して記載する。

ロッド１２は組織１０内に任意選択的に５０から２００ミクロンの間の予め選択された深さＨまで前進し、かつ後退する。前進機構の実施例のみならず、組織内への前進の制御を確実にする方法についても、下述する。前進および後退速度は、組織内のロッド１２の遠位端の滞留時間を決定するために、任意に選択される。

場合によっては、約１００マイクロ秒ないし約５ミリ秒の滞留時間が選択される。

場合によっては、もっと多くの焼灼処置を可能にするために、滞留時間は１００ミリ秒に延長される。

場合によっては、付帯的損傷をできるだけ小さくするために、滞留時間は約１００マイクロ秒である。１００マイクロ秒のような短い滞留時間は、場合によっては、エルビウムレーザでしばしば発生する出血を避けるのに充分な長さではない。約１ないし５ミリ秒は、１００ミクロンから１５０ミクロンの範囲の深さの付帯的熱壊死を生じるのに最適であると考えられ、それは例えば真皮乳頭層を残し、瘢痕化を回避することを確実にする。

場合によっては、５０ミリ秒ないし１００ミリ秒のような長い滞留時間が許容され、有利でさえある。長い滞留時間は、非限定例として遅い治癒が有利な鼓膜切開術のような場合に有利である。例えば鼓膜切開術では、管を挿入することなく、鼓膜を通気させておくために、遅い治癒が有利であると考えられる。

場合によっては、いっそう長い滞留時間が許容される。気化ロッドは組織内に送られ、組織内に残される。気化ロッドは、気化ロッドの残存熱が組織に悪影響を与えないように充分冷たくなるまで、組織を気化させる。

本発明の一部の実施形態では、組織１０内へのロッド１２の穿通は任意選択的に、組織１０の気化およびクレータ１５の形成によってのみ可能になる。例えば注射針とは異なり、ロッド１２が組織１０の気化温度まで加熱されていない場合、組織１０と接触している間のロッド１２の速度は任意選択的に、組織を穿通しないように充分低い。

図２に示す実施形態では、気化用熱エネルギーは、図１のＣＯ_２レーザの場合と同じ時間だけ組織１０に送達される。実質的に同じ付帯的熱損傷を含めて実質的に同じ組織気化効果が達成される。

熱パラメータ、例えば温度、加熱速度、気化ロッドの素材のうちの１つ以上を選択することによって、図２の実施形態は機能し、ウルトラパルスおよび／またはスーパパルスＣＯ_２レーザビームの動作を模倣することができることが注目される。

非限定例として、図１のＣＯ_２レーザは３００ミクロンの焦点サイズを有し、高精度の切開および焼灼を可能にする。図２の例示的実施形態は同じ性能を達成することができる。

気化されたクレータ１５の周りに約５０〜１５０ミクロンの最小限の付帯的熱損傷を達成するために、約５ミリ秒以内に熱エネルギーを送達することが望ましいことが注目される。面積３００×３００ミクロン、深さ１００ミクロンのクレータ１５を気化させるために必要なエネルギーは、約３０００ジュール／ｃｍ^３の水の気化エネルギーに基づいて約３０ミリジュールである。組織の熱パラメータは水の熱パラメータに非常に類似していることが注目される。図２の実施形態では、気化エネルギーは、ロッド１２の遠位端Ｌの熱エネルギーに由来する。ロッド１２の遠位端Ｌの熱エネルギーは、ロッド１２の遠位端Ｌの熱容量、大きさ、および形状に依存する。

熱容量および熱伝導率
金属の熱容量に基づいて、約４００℃の直径３００ミクロンの金属ロッドから組織１０に約３０ミリジュールを蓄熱送達するために、典型的には約３００ミクロンから５０００ミクロンの範囲の長さＬのロッドの遠位部からエネルギーが流れなければならないことが分かる。しかし、ステンレス鋼のような多くの金属の熱伝導率は低すぎるので、上述した断面を有する上述した距離から組織に約１００℃で約５ミリ秒間必要なエネルギー（３０ミリジュール）を流すことができない。

一部の金属のような一部の物質は、非限定例として銅と同程度に高い熱伝導率を有し、そのような急速な流れを可能にする。ウルトラパルスおよび／またはスーパパルスＣＯ_２レーザを模倣する加熱されたロッドは、任意選択的に銅製とすることができ、任意選択的に約３００〜５００℃の温度に加熱する必要があり、かつ任意選択的に約５ミリ秒の組織内の滞留時間を生じる速度で、約５０〜２００ミクロンの深さまで、組織内に前進させる必要がある。

気化されたクレータの壁に存在することのある炭素粒子は約４００℃の温度で酸化され、二酸化炭素蒸気として廃棄され、結果的にロッドを４００℃超の温度に加熱する利点が得られることが注目される。

本発明の一部の例示的実施形態では、以下の例示的概算を使用して、大量の熱をわずかな時間に供給して組織を焼灼する単数または複数の気化ロッドの特性を選択する。例示的概算例は、選択された量の付帯的熱損傷を伴う所望の穴を組織に生成するために、例示的実施形態において単数または複数の気化ロッドに対し適切な材料、温度、および寸法をいかに選択するかを教示する。

例えば幅ｄの正方形および深さＨのクレータを気化するために必要なエネルギーＥνは、次の通りである。
式中Ｈνは１立方センチメートルの組織の気化エネルギーである（約３０００ジュール／ｃｍ^３）。

長さＬ、幅ｄ、熱伝導率Ｋ、および組織の温度より高い温度Ｔの方形ロッドからの熱流量Ｗはおおよそ次の通りである。
熱流量は時間ｔ内のエネルギーＥの組織内への流れを可能にし、Ｅ＝Ｗ＊ｔである。

ロッドに蓄積され、組織を気化させるために利用可能なサーマルヒートＥは、次式によって求められる。
式中、Ｃ＝熱容量、ρ＝気化ロッドの材料密度である。

気化時間ｔの組織における付帯的熱損傷の広がり（距離）Ｚは、次式によって求められる。
式中、Ｂは組織の熱拡散係数である。

以下の方程式は、組織が気化して深さＺの付帯的熱損傷を有するクレータを生じる条件を記載する。
方程式７は、気化ロッドの長さの下限を決定する。

方程式１、２、および４から次のように決定される。
方程式９は気化ロッドの長さＬの上限を設定する。

方程式７および９を使用することによって、本発明に係る気化ロッドのパラメータを選択することが可能である。

例えば気化ロッドの長さＬは、次の範囲内であることが好ましい。

例えば、気化ロッドと組織との間の℃単位の温度差Ｔは、次の範囲内であることが好ましい。

気化ロッドを設計する際に、温度差Ｔは、気化ロッドの温度がロッド素材の融点を超えないように、気化ロッドの温度がロッド素材をいかなる形でも損傷させないように、かつ気化ロッドの長さＬが任意選択的に方程式１０の制約条件を守るように、他の適正なパラメータと共に考慮されるパラメータであることが注目される。

例えば、組織にＨの深さを有する穴を生成し、熱拡散係数Ｂおよび単位体積当たりの気化エネルギーＨνを有する組織で、付帯的損傷が穴からＺ以内の距離に延びるようにするために、気化ロッドと組織との間の℃単位の温度差Ｔを使用し、次式のような熱パラメータＫＣρを有する気化ロッドを選択する。

気化要素と組織との間の温度差Ｔの設定は、典型的には２つの制約条件、すなわち組織を気化しかつ組織の黒焦げ化を回避するという要望によって決定されることが注目される。２つの制約条件から温度差Ｔは約４００℃に決定される。

非限定例として、付帯的損傷の深さを１００ないし１５０ミクロンとして、真皮乳頭層の深さまで皮膚を気化する特定の場合、１ないし５ミリ秒の滞留持続時間を要し、気化ロッドを製造する素材として銅を使用すると、Ｌ〜６５０ミクロンの長さおよびＴ〜４００℃に制限される。

場合によっては、気化の深さは組織内に約４０ミクロンに維持され、付帯的熱損傷は約４０ミクロンに維持され、美容師が皮膚の表層を剥皮する場合に行うことと同様に、真皮乳頭層に影響を及ぼすことなく、実質的に表皮のみの剥離が可能になることが注目される。そのような場合、滞留時間は約２５０マイクロ秒とすることができ、気化ロッドの温度は３００ないし５００℃の範囲とすることができ、気化ロッドの長さはおおよそ２００ないし３００ミクロンの範囲とすることができる。ロッドは任意選択的に、熱伝導率の高い非金属素材、例えば非限定例として人工ダイヤモンドから製造することができる。

気化ロッドによって気化されたクレータの深さは必ずしも、ロッドの穿通深さと同一ではないことが注目される。熱がロッドから組織内に拡散され、気化ロッドの先の組織を気化させる。しかし、上記の方程式は、気化ロッドのパラメータを選択するためのガイドラインを提供する。

器官の周囲の脂肪層の除去のような一部の用途では、除去しようとする脂肪層の熱特性は、水分の多い組織の熱特性とは異なる。しかし、上記の方程式は、Ｈνの適切な値、組織の気化エネルギー、および組織における熱拡散係数Ｂを考慮に入れて、気化ロッドの物理的パラメータを選択するためのガイドラインを提供する。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは２つの金属の組合せから作られる。例えば、銅ロッドを、熱伝導率がかなり低い金属、例えばステンレス鋼の厚さ約５ミクロンの薄層で被覆する。ステンレス鋼は生体適合性に有用である。

本発明の一部の実施形態では、気化要素は中実のロッドではなく、加熱された流体であり、それが、組織を気化させることのできる温度で組織に強制的に噴射される。加熱流体を噴射した後、任意選択的に冷却流体が噴射される。加熱流体は任意選択的に、身体に安全なシリコーン流体とすることができる。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは中空であり、約０．１ミリグラムないし５ミリグラムのような少量の化学反応物質を組み入れる。該物質は任意選択的に発熱反応で反応し、それにより、気化ロッドの温度を上昇させるために必要な熱を発生する。そのような手法は任意選択的に、反応物質が再充填されるかまたは廃棄される前に、気化ロッドが一度加熱される場合に使用される。１つのそのような使用例として、用途例８に関連して以下でさらに説明する鼓膜切開術の場合がある。

発熱反応は、非限定例として、「テルミット」反応とも呼ばれる酸化鉄とアルミニウムとの間の反応とすることができる。一部の実施形態では、反応物質は任意選択的に電気によって活性化される。一部の実施形態では、反応物質は任意選択的に、気化ロッドが組織から離れている間に、点火温度より低い温度まで予熱され、気化ロッドが組織に向かって前進するときに、任意選択的に電気によって点火される。

テルミット反応は、１５００℃を超える非常に高い温度を発生する。中空ロッドは任意選択的に、反応温度より高い溶融温度を持つ物質、例えば非限定例としてチタンから製造される。反応熱は組織内に流入し、組織を気化させる。気化ロッドは任意選択的に、約２００ミクロンから８００ミクロンの範囲の内径、および約３００ミクロンから９００ミクロンの範囲のより大きい外径を持つように製造される。

ここで図３を参照すると、それは、気化による組織の焼灼に使用されている２つの気化ロッドを有する、本発明の別の実施形態の簡略図である。

図３は、２つ以上のロッド１２を同時に組織１０内に前進させる、本発明の実施形態を示す。図３のロッド１２は任意選択的に分離しているので、組織１０内に前進させたときに、２つのクレータ１５が生成される。

皮膚再建術のような一部の実現のためには、多数のクレータが望ましい。図３の実施形態は２つの気化ロッドの実施例であり、複数の気化ロッドを使用できることを教示する。

本発明の一部の実施形態では、複数の気化ロッドは気化ロッドの配列として配置される。

ここで図４Ａを参照すると、それは、気化ロッドの配列を有する本発明のさらに別の実施形態によって組織に穿孔された、黒焦げの無いクレータの配列の簡略断面図である。

図４Ａは、非限定例として各々５０ないし１５０ミクロンの範囲の幅の付帯的熱損傷ゾーン１１１がある２つのクレータ１１２と、長さＬの健康な非処理部分１１５とを持つ組織１０の断面を示す。

そのような構成は、フラクセルと呼ばれる技術による皮膚再建術に使用することができる。フラクセル技術は、非処理部分１１５が処置された部分内に成長することを可能にする。フラクセル技術は、組織１０の治癒の加速を可能にする。

ここで図４Ｂを参照すると、それは、気化ロッドの配列を有する本発明のさらに別の実施形態によって組織に穿孔された、黒焦げの無いクレータの配列の簡略上面図である。

図４Ｂは、非限定例として、３００ミクロンの直径を有し、７００ミクロンの距離ずつ離れた４×５のクレータの配列を示す。このクレータの配列は、２０個のロッドの配列を使用することによって生成することができる。別の実施例として、１０×１０のアレーの配列もフラクセル皮膚再建術に簡便に使用されるはずである。

非限定例として、図４Ａに示すクレータ１１０ １１２は、図４Ｂにも参照されている。

ここで図５を参照すると、それは、フラクセル皮膚再建術用に設計された本発明のさらに別の実施形態に係る装置４９の簡略図である。

図５は、「フラクセル」皮膚再建術で使用することのできる、１０×１０の銅ロッド５２の配列を有する皮膚再建用装置４９として使用される、本発明の実施形態の詳細を示す。種々の実現の詳細を、図５の実施形態に関連して提供する。実現の詳細は実施例として意図されたものであり、限定を意図するものではない。

約１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさのマイカ箔加熱器５０は任意選択的に、３００℃から６００℃の範囲の温度に加熱される。加熱は電源５７によって付勢される。一部の実施形態では電源５７は電池とすることができ、一部の実施形態では電源５７は、５０／６０Ｈｚの電源コンセントに接続することができる。

本発明の一部の実施形態は、完全な手持ち式であることが注目される。手持ち式の実施形態の一部において、該実施形態のための電源は、焼灼装置内に収容される電池である。

銅板５１はマイカ箔加熱器５０に隣接して示される。本発明の一部の実施形態では、銅板５１はマイカ箔加熱器５１と接触するか、あるいは任意選択的に、マイカ箔加熱器５１から約２０ミクロン未満の距離に配置することができる。

銅ロッド５２の配列は任意選択的に、銅板５１に一体的に結合される。加熱器５０と板５１との間に任意選択的に存在する小さい間隙は、加熱器５０から板５１への充分に迅速な熱伝達を確実にし、図５の実施例では、毎秒１処置の率で実施形態の動作を可能にする。

板５１およびロッド５２を含む組立体は、１秒未満以内に約５００℃に加熱される。

板５１の厚さは約５０ミクロンであり、ロッドは各々、長さが５ミリメートル、幅が３００×３００ミクロンである。

保持ロッド５６を備えたソレノイドおよびばね組立体５５は、１つ以上のばね５９が負荷される間、板およびロッド組立体５１ ５２を筐体５８内の所定の位置に保持する。保持ロッド５６は任意選択的に磁石とすることができ、かつ／または鉄ロッドのように磁石の影響を受ける何らかの他のロッドとすることができることが注目される。

ボタンおよび／またはスイッチ６１が皮膚再建用装置のオペレータによって作動されると、ソレノイドおよびばね組立体５５のソレノイドは保持ロッド５６を後退させ、ばね５９は板およびロッド組立体５１ ５２を皮膚表面６４に向かって加速する。

ばね５９は任意選択的に、ばね５９ならびに板およびロッド組立体５１ ５２の質量から構成される調和振動子の振動周期が約１００ミリ秒になることを確実にするばね定数を有するように選択される。

穴付き保護板５４は、ロッド５２の配列が保護板５４を貫通して皮膚表面６４でクレータの配列を気化させることを確実にする。

ロッド５２の振動振幅は、皮膚が最大振幅の近くに位置し、ロッド５２の配列が低速度で皮膚に到達することを可能にするように設計される。随意のスペーサ６０は任意選択的に、組織の穿通を予め選択された約１００ミクロンの深さに制限することを確実にする。ロッド組立体５２は、略正確な深さ１００ミクロンのクレータの配列を気化させる。

保護板５４は任意選択的に、セラミック材のような低熱伝導材料から製造される。保護板５４はまた任意選択的に、皮膚の熱保護を確実にする。本発明の一部の実施形態では、保護板５４は水により、または熱電冷却装置により冷却することもできる。

単数または複数のばね５９のばね定数および板およびロッド組立体５１ ５２の質量の適切な選択によって決定される振動運動は、遠位１００ミクロンの部分における前後運動の持続時間が約５ミリ秒となることを確実にする。これはクレータ配列を約５ミリ秒以内に気化させる。

クレータを気化して引き返す途中で、板およびロッド組立体５１ ５２は保持ロッド５６にぶつかり、保持ロッド５６を越えて、その原係止位置に達する。

その原位置に戻った後、板５１は任意選択的に箔５０によって再び加熱され、任意選択的に１秒未満以内に次の処置部位で使用することができる状態になる。皮膚表面上のクレータ配列の生成後、気化プロセスで生じた蒸気および／または煙を除去し、かつ／または板５４を冷却するために、一吹きの空気が任意選択的に板５４の上に吹き付けられる。一吹きの空気は任意選択的に、単数または複数の管５３を介してもたらされる。

本発明の一部の実施形態では、ばね５９がロッド５２を組織に軽打させる代わりに、任意選択的に板およびロッド組立体５１ ５２に接続された磁石に対するソレノイドの作用によって、ソレノイド（図示せず）がロッドを組織に軽打させ、ロッド５２を組織から後退させる。

ここでさらに図６Ａ〜６Ｇを参照すると、それらは図５の動作中の装置４９の位置の時系列の簡略図である。

装置４９は、皮膚表面６４に配置される。

図６Ａ〜６Ｇは、板およびロッド組立体５１ ５２が解放された瞬間から、板およびロッド組立体５１ ５２がその原位置に戻る瞬間までに生じる事象を、任意選択的にミリ秒単位で測定された時系列で示す。

図６Ａ〜６Ｇの各図の右側に、時系列の開始からの時間がミリ秒単位で言及されている。

図６Ａ〜６Ｇは各々、図５に示した構成要素を、同一参照番号を用いて示す。

図６Ａは時間０における装置４９を示し、そのときにソレノイドおよびばね組立体５５が起動され、板およびロッド組立体５１ ５２が皮膚表面６４に向かって自由に前進できる状態になる。

図６Ｂは１０ミリ秒の時間における装置４９を示し、そのときに板５１は保持ロッド５６を通過している。板５１およびロッド５２は皮膚表面６４に向かって移動中である。

保持ロッド５６は、板５１がそれを通過すると、ロッドの原位置に戻ることができる。保持ロッド５６は、動作周期における後の時点で原位置に戻ることができることが注目される。

図６Ｃは２２ミリ秒の時間における装置４９を示し、そのときに銅ロッド５２は皮膚表面６４を穿通し始め、かつクレータ６３を気化し始める。皮膚への熱伝達はクレータ壁の周りの１００ミクロンゾーンに制限され、かつ蒸気は実質的に捕捉され、実質的に凝縮しないことが注目される。

図６Ｄは２５ミリ秒の時間における装置４９を示し、そのときに銅ロッド５２は最大深さに達する。銅ロッド５２の皮膚表面６４に対する初期衝撃から約３ミリ秒後のこの時点で、蒸気は依然として実質的に凝縮することなく、実質的に捕捉される。

図６Ａ〜６Ｇの実施例では、板５１がスペーサ６０に衝撃を与えることが注目される。衝撃は約１０Ｇになると計算される。

図６Ｅは２７ミリ秒の時間における装置４９を示し、そのときにロッド５２は戻り始めている。銅ロッド５２の皮膚表面６４に対する初期衝撃から約５ミリ秒後のこの時点で、蒸気は依然として実質的に捕捉されることが注目される。

図６Ｆは４０ミリ秒の時間における装置４９を示し、そのときに板およびロッド組立体５１ ５２は、初期位置に戻る途中の保持ロッド５６を押し始める。

この時点で蒸気はクレータ６３から自由に逸出するようになることが注目される。

図６Ｇは５０ミリ秒の時間における装置４９を示し、そのときに蒸気は任意選択的に、一吹きの空気により管５３を介して追い出される。

上述の通り、短時間内のクレータの気化のために適量のエネルギーの送達を確実にするために、ロッドは任意選択的に、銅の熱伝導率と実質的に等しいかそれより高い熱伝導率を持つ材料から製造される。

本発明の一部の実施形態では、ロッドの熱伝導率は、生体適合性のために、非限定例として約５ミクロンのステンレス鋼の薄層で被覆される。

全てのロッドは図５の保護板５４から略正確に１００ミクロン突出しなければならないので、保護板５４上のスペーサ６０の配置の幾何学的精度は、筐体５８の幅１センチメートル当たり約５０ミクロンでなければならないことが注目される。そのような幾何学的精度は約５ミリラジアンに相当し、それは充分に安価な生産の実用的範囲内である。

ここで図７を参照すると、それは、手持ち式フラクセル皮膚再建術用に設計された本発明の実施形態に従って構築されかつ作動する装置７１の簡略図である。

図７は、顔７６の皮膚再建術用の手持ち式装置７１の利用の略図を示す。小型の装置７１は手７２で保持され、部位７３および７４の皺７５を処置する。本発明に使用される技術に基づいて、装置７１のコストはパルスＣＯ_２レーザのコストよりはるかに小さいが、同様の臨床結果をもたらす。

ここで図８を参照すると、それは、手持ち式切開術用に設計された本発明の実施形態に従って構築されかつ作動する装置８１の簡略図である。

図８は、黒焦げの無い非出血高精度切開を行うためのメスとして使用される、本発明の別の実施形態を示す。

装置８１は、緻密に合焦されたＣＯ_２レーザナイフによって行われる切開と実質的に同等の切開を実行する。

装置８１は任意選択的に、手８２によって切開の経路に沿って駆動される。

小径、例えば５０ミクロンから３００ミクロンの範囲の直径の銅ロッド８５は、加熱要素８８によって３００℃から５００℃の範囲内の温度に加熱される。ロッド８５は任意選択的に、アクチュエータ８７によって上下方向に振動される。加熱要素８８およびアクチュエータ８７は任意選択的に、電池８６によって、かつ／またはコンセントへの接続によって電力を供給される。

ロッド８５は、随意の保護板８０の穴を介して、予め選択された最大深さ、非限定例として約１００ミクロンまで穿通する。

装置８１は組織８３の表面に配置される。加熱要素８８およびアクチュエータ８７が作動すると、高温のロッド８５は深さ１００ミクロンのクレータ８９を気化させる。ロッド８５の振動は任意選択的に約１０Ｈｚの繰返し率、すなわちロッド８５の各往復に約１００ミリ秒の率に設定される。ロッド８５の行程の遠位１００ミクロンの端部は任意選択的に、約５ミリ秒間に発生する。ロッド８５の組織８３内の滞留時間は任意選択的に約５ミリ秒続き、ウルトラパルスおよび／またはスーパパルスＣＯ_２レーザによって生成されるクレータと同様の黒焦げの無いクレータが生成される。

ロッド振動の高い繰返し率は、円滑な切開線を可能にする。繰返し率はより高くすることができることが注目される。非限定例として、組織内の気化ロッドの滞留時間が５ミリ秒である場合、１０ミリ秒の振動に相応する約１００Ｈｚの繰返し率が考えられる。１００Ｈｚの繰返し率は、組織における５ミリ秒の滞留時間の２倍であり、気化ロッドが組織の外にある５ミリ秒の持続時間を可能にする。

図８に示す実施形態の場合、約５ミリ秒の持続時間内に１００ミクロンまでの深さに充分な熱エネルギーを送達することを可能にするために、ロッド８５は、銅の熱伝導率に略等しいかそれ以上の熱伝導率を持つ任意の金属から製造できることが注目される。

例えば１０Ｈｚの繰返し率でサーマルヒートの送達を可能にするために、銅ロッド８５の長さは任意選択的に約２〜３ミリメートルである。

本発明に従って製造された熱メスは、数ある外科的用途の中でも、眼瞼手術、神経外科、声帯の切開、歯科、および歯肉外科のような皮膚の外科手術に使用することができる。

ここで図９を参照すると、それは、気化ロッドを加熱するために光学光源を使用する実施形態の簡略図である。

図９の実施形態では、図５の加熱要素５０の代わりに、光学加熱要素に取り替えられる。

図９は、光源１２０と共に、光を板１２３に集中させる光学レンズ１２１を示す。板１２３は、光の吸収をよくするために、任意選択的に黒鉛および／または黒色耐熱塗料のような黒色材料で被覆される。板１２３は熱をロッド１２４に伝達し、ロッドは任意選択的に組織１３０を気化させ、図３に関連して上述した通り、クレータ１３５および蒸気１３１を生成する。

光源１２０を用いて板１２３を加熱する１つの利点は、図５のマイカ箔５０を板５１に近接させるのに要求される寸法精度に比較して、要求される寸法精度が軽減されることである。

一部の実施形態では、加熱用光源は、ドイツ国Ｏｓｒａｍによって製造された５０ワットのスポットライトのような安価なハロゲンランプである。一部の実施形態では、加熱用光源は、任意選択的にＬＥＤの配列として配置された１つ以上のＬＥＤを含む。一部の実施形態では、加熱用光源は５００ワットの１つ以上のフラッシュランプを含む。一部の実施形態では、加熱用光源はＨａｍａｍａｔｓｕ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているようなショート・アーク・ランプである。

ロッド１２４を光源１２０により加熱する別の利点は任意選択的に、ロッド１２４に横から直接照射することによって、加熱板１２３の使用を全く回避する可能性があることである。森林の水平方向の透明性の欠如と同様に、多数のロッドを適切に配置することにより、ロッドが光源からの光を全部実質的に完全に遮断して吸収するように構成することが可能である。

板１２３を使用しないことによって、移動質量が軽減されることが注目される。

水平方向の照明の選択肢を持つことにより、組織気化装置の設計に追加的自由度がもたらされることが注目される。

ここで図１０を参照すると、それは、本発明の実施形態に従って構築されかつ作動する１つ以上の気化ロッド１００２の往復運動をもたらすための機構の簡略図である。

図１０は、ミシンにおける針アクチュエータの動作と同様に、モータを用いて往復運動をもたらす機構を示す。

ソレノイド１００７および作動ロッド１００６は任意選択的に、トリガ１０１０の使用により、パルス発生器１００９から電気パルスを供給され、直線方向に移動することができる。作動ロッド１００６は１列のはめ歯１００４を含む。作動ロッド１００６が直線的に移動するとき、例えば右に移動するときに、はめ歯１００４は、対応するはめ歯（図示せず）を有するアクスル１００５を回転させる。

回転アクスル１００５ははめ歯歯車１００１に接続され、該はめ歯歯車は、気化ロッド１００２および加熱板１０５１に接続されたはめ歯１００３を押し引きする。

ロッド１００２は、組織１０００のクレータを気化させるために求められる振動運動を実行する。

上述の通り、ロッド１００２は、組織の気化温度より高い温度、約２００ないし５００℃に加熱される。

図１０はまた、随意の代替的実施形態として、ロッド１００２および加熱板１０５１によって吸収されかつロッド１００２および加熱板１０５１を加熱する光を放出する光源１０３０をも示す。

図１０はまた、随意の代替的実施形態として、気化されたクレータの正確な深さを確実にするために使用されるスペーサ要素１００８をも示す。

図１０の機構は、単一の気化ロッド、多重気化ロッドアブレータ、および外科用熱メスと共に使用するのに適していることが注目される。

ソレノイド１００７は非限定例として１０Ｈｚの繰返し率で繰返し作動させることができるので、かつ図１０の設計は小型化することができるので、図１０の構成は熱メス用に特に魅力的であることが注目される。

別の実施形態では、気化ロッドは、コイルおよび磁石機構の代わりに、空圧機構（図示せず）を用いて駆動されることが注目される。

本発明の別の実施形態では、組織の穿通深さの制限を確実にするために、センサ（図示せず）が追加される。非限定例として、光学符号器（図示せず）は気化ロッドの前進を検出し、ひとたびロッドが特定の距離に達すると後方移動を起動させる。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドおよび／または保護板もしくは組織と接触している表面は着脱可能であり、かつ／または使い捨てであり、かつ／または滅菌することができることが注目される。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、組織焼灼装置の他の部品とは別個に使用者／医師に供給することができることが注目される。

本発明の一部の実施形態では、保護板は、組織焼灼装置の他の部品とは別個に使用者／医師に供給することができることが注目される。

本発明の一部の実施形態では、気化ロッドは、単数または複数の適合する保護板と共にキットとして、組織焼灼装置の他の部品とは別個に使用者／医師に供給することができることが注目される。

ここで図１１を参照すると、それは、内視鏡を介して送達される本発明の実施形態を使用する例示的外科処置の簡略図である。

図１１に示す外科処置の非限定例は、４００℃の温度に加熱され、５Ｈｚの繰返し率で各段階で１００ミクロンの距離ずつ前進する、３００ミクロンの気化ロッド１１１２により実行されるファロビウス管１４１の繊細かつ正確な非出血切開である。

気化ロッド１１１２は、組織上に配置され、切開の深さを徐々に増大していく間のケースの前進を容易にするために、円錐状端部１４５を持つケース１４４内に配置される。ケース１４４およびロッド１１１２のみならず、組立体を作動させるロッド（図示せず；図８に示す実施形態と同様であり、任意選択的にそれより小さい）も、膨張した腹部１４０内に挿入される腹腔鏡１４２内部に配置され、かつ任意選択的にＴＶモニタ１４３で観察される。

切開には１つのロッドしか使用されないので、本発明の一部の実施形態は、標準５ｍｍ腹腔鏡内に挿入される小型の加熱組立体で、ロッドおよび加熱板１１１８を加熱する。

気化ロッドに往復運動をもたらすための小型の機械的機構１４６は、小管腔腹腔鏡内に挿入することができることが注目される。

図１１の実施形態は、任意のタイプの内視鏡内に挿入することができることが注目される。

図１１の実施形態は、カテーテル内に挿入することができることが注目される。

ここで図１２を参照すると、それは、本発明の実施形態を組織アブレータとして使用する方法を示す簡略流れ図である。

組織アブレータの電源を投入する（１２０５）。

気化ロッドを任意選択的に加熱する（１２１０）。気化ロッドは使用前に加熱することができるが、電源投入後すぐに加熱する必要はなく、組織を焼灼するために使用する直前に加熱すればよい。

アブレータを処置部位（焼灼の部位）に配置する（１２１５）。処置部位への配置は加熱前に行うこともでき、また電源投入前に行うこともできる。

次にアクチュエータを作動させる（１２２０）。例えばボタンを押すか、あるいはスイッチを入れる。アクチュエータは図５のボタンおよび／またはスイッチ６１の効果と同様の効果をもたらし、図５のソレノイドおよびばね組立体５５を解放する。

アクチュエータを作動させると、図５のソレノイドおよびばね組立体５５のような保持機構が気化ロッドを解放して前進させる（１２３０）。

ロッド組立体は前進し（１２３５）、保持機構は任意選択的にその初期位置に戻り（１２４０）、ロッド組立体が戻ってきたときにロッド組立体を捕捉することができる状態になる。保持機構は、ロッド組立体が後退するまで、初期位置に戻る必要は無いことが注目される。したがって、初期位置への復帰は後で行うことができる。

しばらくして気化ロッドは組織に衝突し、組織を気化させる（１２４５）。

気化ロッドは組織を気化させ、ロッド組立体が随意のスペーサ（１２５０）と衝突するまで、かつ／またはロッド組立体が可能なトラベルの端部に到達するなど何らかの他の方法で停止するまで、組織内により深く掘り下げていく。

この時点でロッドは最大トラベルに達する（１２５５）。

ロッドが気化させた組織からの蒸気がクレータ内に捕捉される（１２６０）。

ロッド組立体は後退し始める（１２６５）。

保持機構は、ロッドがその出発位置に戻ったときにロッド組立体（１２７０）を捕捉し、任意選択的に、組織を気化する次のサイクルに備えて再加熱される（１２７５）。

この時点で、アクチュエータを作動させると、気化サイクル（１２３０、１２３５、１２４０、１２４５、１２５０、１２５５、１２６０、１２６５、１２７０、および１２７５）が再び開始され、アクチュエータを作動させなければ、サイクルは停止する（１２２５）。

ここで図１３を参照すると、それは、皮膚再建術用に設計された本発明のさらに別の実施形態に従って構築されかつ動作する装置１３００の簡略図である。

装置１３３０は、一定速度Ｖ１３０１でモータ１８２によって皮膚表面１３１０上を駆動されるローラ１８０を含み、気化ロッド１３１２の線形配列にクレータ１８６を順次気化させる。

速度Ｖ１３０１は、組織における気化ロッド１３１２の滞留時間が約５ミリ秒になるのを確実にするように設定される。

気化ロッド１３１２は任意選択的に３００ミクロンの直径で銅製であり、任意選択的に、生体適合性のために約５ミクロンのステンレス鋼層で被覆される。

直線状板１３１８が気化ロッド１３１２の各線形配列に接続され、約４００℃の温度に加熱される。

随意の加熱要素は、直線状板１３１８の各々に集束される光１８５を放射する直線状ランプ１８４である。直線状板１３１８の幅は約１ｍｍであり、直線状ランプ１８４はＬＥＤの配列、１つ以上のハロゲンランプ、または５００ワットのフラッシュランプとすることができる。

気化ロッド１３１２の線形配列の長さは任意選択的に１０ミリメートルであり、各配列は任意選択的にロッドを含む。１ミリメートルずつ離れたクレータ１８６の配列を生成するために、各配列におけるロッドの先端間の距離は任意選択的に１ミリメートルである。クレータ１８６間の距離および組織内の滞留時間が速度Ｖを決定する。１ｍｍの距離および約５ミリ秒の滞留時間の場合、前進速度Ｖ１３０１は５ミリ秒当たり１ミリメートル＝毎分２０センチメートルである。

装置１３００は任意選択的に手１８７によって保持され、前進速度Ｖ１３０１は一定であり、モータ１８２によって決定される。

本発明の一部の実施形態では、ローラ１８０が有する各配列におけるロッドの先端間の距離は、クレータ１８６の所望の中心間距離より大きい。そのような実施形態では、ローラ１８０は皮膚表面１３１０を２回以上通過し、１回のパスのクレータと次回のパスのクレータとの間の所望の離隔距離を可能にする。

本発明の一部の他の実施形態では、ローラ１８０が有する各配列におけるロッドの先端間の距離は、クレータ１８６の所望の中心間距離より大きい。そのような実施形態では、皮膚表面１３１０上を通過したときに、ローラ１８０の内の１つのローラのクレータとローラ１８０のうちの別のローラ（図示せず）のクレータとの間に所望の離隔距離を置いて、２組以上のクレータ１８６が生成されるように、２つ以上のローラ１８０が装置１３００内に組み込まれる。

ここで図１４を参照すると、それは、本発明のさらに別の実施形態に従って構築されかつ動作する、組織の一部を気化しながら組織を伸張させるのに有用な装置１４００の簡略図である。

装置１４００は任意選択的に、アブレータ１９３が皮膚１９１０に押し付けられている間に、皮膚１９１０のような組織を伸張させる。皮膚１９１０の伸張は、しわの多い皮膚を処置するときに、アブレータ１９３の遠位表面１９１が遠位表面１９１の全長に沿って皮膚１９１０の全部によく接触できない場合に、時折有利である。皮膚１９１０全体に沿ってよく接触していなければ、気化ロッド１９１２によって気化されたクレータの深さにばらつきが生じることがある。皮膚１９１０を伸張させることによって、遠位表面１９１と皮膚１９１０との良好な接触が確保される。

伸張機構の実施例として、アブレータ１９３に摺動可能に取り付けられ、アブレータ１９３が皮膚１９１０に当接配置されるたびに下向きに押し込まれる要素１９２から構成される組立体がある。要素１９２を皮膚１９１０に押し付けることにより、粗い遠位表面を有し、かつ皮膚１９１０と接触する要素１９０に対する力Ｆ１９１１が誘発され、皮膚１９１０を伸張させる。

ここで図１７を参照すると、それは、皮膚と接触する表面が凸状である、本発明のさらに別の実施形態に従って構築されかつ動作する装置の簡略図である。

図１７は、本発明のさらに別の実施形態に従って構築されかつ動作する、組織の一部を気化させる間、遠位端５４１と皮膚表面６４１との間に良好な接触を得るのに有用な装置５０２を示す。図１７の遠位端５４１は任意選択的に凸状断面を有し、その結果、装置５０２を皮膚上に配置しかつ任意選択的にそれを皮膚表面に少し押し付ける間、皮膚の伸張、および向きに対する最小感度の両方が得られる。非限定例として、遠位要素５４１の曲率半径は５〜３０ｍｍとすることができる。図１７の気化ロッドは任意選択的に均等な長さではなくすることができ、遠位要素５４１の中心付近をより長く、縁部付近をより短くすることができ、結果的に凸状要素からの均等な突出距離が得られる。これは、選択された一定深さのクレータ配列の気化を確実にする。非限定例として、全てのロッドは、皮膚と接触する凸面から２００ミクロンの距離突出することができる。図１７は、皮膚に最も近いその随意の位置にある板５１１がスペーサ６１０によって停止している状態で、皮膚内部における組織気化段階の気化ロッド５２２を示す。

図１７はまた、ロッド５２２が任意選択的にそれらの上方の位置にある（皮膚から最も遠い）ときに任意選択的に板５１１を加熱する、随意の金属加熱要素５００をも示す。随意の高電力筒状加熱器５０１は任意選択的に、銅製の立方体の要素とすることのできる要素５００の内部に挿入される。非限定例として、要素５００は５〜３０ｍｍの大きさにすることができる。装置５０２に使用するのに適した加熱要素の非限定例として、米国マサチューセッツ州Ｄａｌｔｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｃｏ．によって製造された直径８ｍｍ、長さ１インチ、５０ワットのＷａｔｔ‐ＦｌｅｘＲ加熱器カートリッジがある。

本発明に従って構築されかつ動作する組織アブレータの実施形態を使用する臨床処置の一部の非限定的適用例を下に列挙する。

適用例１：上述した１０ｘ１０の気化ロッドの配列によるフラクセル皮膚再建術。ロッドは長さ５ｍｍであり、３００ミクロンの直径を有し、中心間距離で１ミリメートルずつ離れている。ロッドは銅製であり、５ミクロンのステンレス鋼層で被覆される。ロッドは、マイカ箔から２０ミクロンの近接位置にある厚さ５０ミクロンの銅板を介して、１平方インチ当たり１００ワットのマイカＨＥＡＴＦＬＥＸ箔によって４００〜６００℃の温度に加熱される。マイカ加熱箔は、米国カンザス州のＨＥＡＴＲＯＮによって製造されたマイカ加熱器と同様である。ロッドの配列は２５ミリ秒以内に皮膚に当接され、皮膚の１００〜３００ミクロンの深さに５〜１０ミリ秒間滞留し、２５ミリ秒以内にその原位置に戻る。

適用例で使用することのできる解放ソレノイドの例として、英国のＮＳＦ Ｃｏｎｔｒｏｌｓによって製造されたＳＤＴ１３２７Ｌ‐２ＸＸ型管状ソレノイドがある。

適用例２：眼瞼手術における眼瞼の正確な切開のための手持ち式切開術アブレータ。切開アブレータ装置は、寸法および素材が適用例１のロッドと同様の単一の気化ロッドを使用する。

切開装置の遠位端は、遠位直径が６００ミクロンの円錐形の形状である。円錐形の形状は、同一位置で〜１００ミクロンの深さの繰返し焼灼を可能にし、結果的に、非限定例として深さ２ミリメートルの切開のようなより深い切開が得られる。切開装置は１０Ｈｚの繰返し率で動作する。切開装置は、通常短パルスＣＯ_２レーザにより達成される成果である、出血を生じることなく、熱壊死を約１００ミクロンのみにとどめて、組織を５ミリメートルより深く切開することが可能である。

適用例３：腹腔鏡手術、例えばファロビウス管の切開、および癒着の解離。切開装置は、適用例２の切開装置と一般的に同様であるが、標準的５ｍｍ腹腔鏡内への挿入を可能にするためにより小さい直径で構築される。

適用例４：神経外科。ロッドは、脳室流動を妨げる閉塞を開放するために利用される。神経内視鏡を脳室に接触させ、ロッドが、脳室を閉塞する膜で穴を気化させる。切開装置の動作は、適用例２に関連して記載した動作と同様であるが、任意選択的に定位脳手術装置を活用する。

適用例５：声帯の小さい病変の焼灼。単一の気化ロッドが任意選択的に５Ｈｚの繰返し率で動作し、声帯を損傷することなく、かつ出血を生じることなく、小結節および他の病変を生体から除去する。これは、歌手または職業上声帯を使用する他の人々にとって、特に重要である。手術結果は、現在多くのＥＮＴ外科手術群で実行されているＣＯ_２レーザ手術と同一である。

適用例６：膣頸管検査。手持ち式切開アブレータは任意選択的に、ＨＰＶの存在の可能性を示すＰＡＰスメア結果が陽性であった場合に、頚部切開に使用される。そのような場合、頚部収縮を回避するために、頚部手術で黒焦げの無い最小熱損傷切開を行うことが重要である。そのような切開は、本発明に従って構築されかつ動作する切開装置により達成される。結果は、パルスＣＯ_２レーザにより一般的に実行される同様の外科手術の場合と同様である。

適用例７：歯科および口腔顎顔面手術。付帯的熱壊死が最小限の黒焦げの無い切開のための本発明の実施形態、および組織の表面気化のための実施形態も、歯科および口腔顎顔面手術に適用することができる。該実施形態は、速やかな治癒および術後の痛みの軽減の両方に有利であることが周知の高精度ＣＯ_２レーザにとって代わることができる。適用は、非限定例として、歯茎切開、歯科インプラントの準備における組織切開、および色素沈着した歯茎の焼灼を含む。

適用例８：高い繰返し率を使用する部分的な皮膚の若返り法
実施例１に記載した実施形態と一般的に同様の部分的皮膚再建術ユニットは、毎秒２処置部位ないし３秒当たり１処置部位、またはより遅い例示的速度で動作する。毎秒２処置部位の処置速度は一般的に高速とみなされる。本発明に係る装置の処置速度の１つの制限は、気化ロッドが気化直後に組織から上昇した後、熱が気化ロッドの遠位端に拡散するのに要する時間である。

ここで図１５を参照すると、それは、本発明の実施形態の数学的シミュレーションによる気化ロッドの遠位端の温度の簡略グラフ表現である。図１５は、気化ロッドの遠位端の熱再供給のプロセスの数学的シミュレーションの結果を示す。

図１５は、Ｘ軸１５１５が時間を表わし、Ｙ軸１５２０が温度を表すグラフ１５１０を示す。線１５２５は、以下のパラメータを使用したミュレーション例における、時間の関数としての気化ロッドの遠位端の温度を表す。

同じく上記のＤａｌｔｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｃｏ．によって製造された１００Ｗ加熱器は、気化［ロッド］を４００℃の最高温度に加熱する。気化ロッドは、１０ｍｍの総ロッド長さを有する。シミュレーションは、気化ロッドの遠位６００ミクロンからの熱消耗のシミュレーションである。ロッドによるクレータの気化は各々、１０ミリ秒の滞留時間中に発生する。シミュレーションの結果は、２つの処置部位／秒の処置速度が達成可能であることを示す。

適用例９：椎間板切除術
気化ロッドは、カテーテルを介して張り出した椎間板内に挿入され、椎間板で穴を気化させる。

本出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連する外科用レーザが開発されることが予想され、レーザの用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を先験的に包含することが意図される。

本明細書中で使用される用語「約」は、−５０％〜＋１００％、すなわち半分から二倍までの範囲を示す。

用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味する。

用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」は、「含み、それらに限定される（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味する。

表現「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、さらなる成分、工程および／または部分が、主張される組成物、方法または構造の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合にだけ、組成物、方法または構造がさらなる成分、工程および／または部分を含み得ることを意味する。

本明細書中で使用される場合、単数形態（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。例えば、用語「装置（ａ ｕｎｉｔ）」または用語「少なくとも１つの装置」は、その組み合わせを含めて、複数の装置を包含し得る。

用語「例示的」は、本明細書では「例（ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｓｔａｎｃｅ又はｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）として作用する」ことを意味するために使用される。「例示的」として記載されたいかなる実施形態も必ずしも他の実施形態に対して好ましいもしくは有利なものとして解釈されたりかつ／または他の実施形態からの特徴の組み入れを除外するものではない。

用語「任意選択的」は、本明細書では、「一部の実施形態に与えられるが、他の実施形態には与えられない」ことを意味するために使用される。本発明のいかなる特定の実施形態も対立しない限り複数の「任意選択的」な特徴を含むことができる。

本開示を通して、本発明の様々な態様が範囲形式で提示され得る。範囲形式での記載は単に便宜上および簡潔化のためであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定として解釈すべきでないことを理解しなければならない。従って、範囲の記載は、具体的に開示された可能なすべての部分範囲、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値を有すると見なさなければならない。例えば、１〜６などの範囲の記載は、具体的に開示された部分範囲（例えば、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６など）、ならびに、その範囲に含まれる個々の数値（例えば、１、２、３、４、５および６）を有すると見なさなければならない。このことは、範囲の広さにかかわらず、適用される。

数値範囲が本明細書中で示される場合には常に、示された範囲に含まれる任意の言及された数字（分数または整数）を含むことが意味される。第１の示された数字および第２の示された数字「の範囲である／の間の範囲」という表現、および、第１の示された数字「から」第２の示された数「まで及ぶ／までの範囲」という表現は、交換可能に使用され、第１の示された数字と、第２の示された数字と、その間のすべての分数および整数とを含むことが意味される。

本明細書中で使用される用語「方法（ｍｅｔｈｏｄ）」は、所与の課題を達成するための様式、手段、技術および手順を示し、これには、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の技術分野の実施者に知られているそのような様式、手段、技術および手順、または、知られている様式、手段、技術および手順から、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の技術分野の実施者によって容易に開発されるそのような様式、手段、技術および手順が含まれるが、それらに限定されない。

明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。

本明細書中上記に描かれるような、および、下記の請求項の節において特許請求されるような本発明の様々な実施形態および態様のそれぞれは、実験的裏付けが下記の実施例において見出される。

次に下記の実施例が参照されるが、下記の実施例は、上記の説明と一緒に、本発明を非限定様式で例示する。

ここで図１６Ａを参照すると、それは、本発明の実施形態の物理的パラメータに従って動作する気化ロッドによって生成された２つのクレータの写真記録である、

図１６Ａは、本発明の実施形態の物理的パラメータに従って形成された、肉１６００の表面における２つのクレータの写真、および測定のためにクレータの隣に置かれた物差しとを示す。肉１６００は鶏肉である。

直径が１ミリメートルの金属気化ロッド（図示せず）を、金属気化ロッドの色によって測定される約４００〜６００℃の温度に加熱した。ロッドを加熱するたびに、ロッドを肉１６００から１５ミリメートルの距離に保持し、肉１６００に接触させ、かつ肉１６００から後退させた。肉１６００を高温気化ロッドと接触させる各プロセスは合計して０．１秒続き、気化ロッドは約５〜１０ミリ秒間肉と接触した。

図１６Ａは、第１クレータＡ１６１０の側面図を示し、クレータＡ１６１０の深さが約２００ミクロンであり、クレータＡ１６１０の周りに約１５０ミクロンの凝固ゾーン１６３０があることが分かる。

同様の結果は第２クレータＢ１６２０でも示され、それは第２クレータＢ１６２０の上面図としてより分かり易い。

赤熱状態のときにクレータを生成するために使用される同じ気化ロッドが、加熱されていないときには肉を穿通することができないことが注目される。

ここで図１６Ｂを参照すると、それは、本発明の実施形態に従って動作する気化ロッドの配列によって、皮膚表面１６３５にエクスビボで生成されたクレータ１６３０の組織学的断面の写真記録である。

図１６Ｂは、飼育白ブタの皮膚で実施されたエクスビボテストで生じたクレータ１６３０の組織学を表す。

さらに図１６Ｃを参照すると、それは、被覆された銅ロッド１６５５の配列と、図１６Ｂに示した組織学的断面を生じた本発明の実施形態で利用されるカートリッジ加熱器１６６０の写真である。

図１６Ｃは、銅ブロック１６７０に組み込まれた３×３の気化ロッド１６５５の配列が、本発明に従って直径１／４インチ、長さ１．２５インチの１００ワット加熱カートリッジ（米国Ｄａｌｔｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製）によって、熱電対で測定された４００℃の温度に加熱されたことを示す。各々の気化ロッド１６５５の長さおよび幅はそれぞれ１０ｍｍおよび１．５ｍｍであった。銅ブロック１６７０は、生体適合性のために厚さ１ミクロンのロジウム層（図示せず）で被覆された。気化ロッド間の距離は１ｍｍであった。

図１６Ｂに示された結果を出すために、５〜１０ミリ秒の滞留時間に、２分の１秒に１回接触する繰返し率で、気化ロッドの配列を皮膚の３０の異なる処置部位に３０回接触させた。深さ約２５０ミクロンの付帯的損傷ゾーン１６４０を伴う深さ約２００ミクロンの気化されたクレータが生成された。付帯的損傷ゾーン１６４０は部分的に深さ約１５０ミクロンの凝固層であり、かつ部分的に、生体細胞を見ることのできる深さ１００ミクロンの追加的熱拡散層である。

気化ロッドの長さを約５〜２０ｍｍの範囲で変化させ、かつ上述した接触作動機構の振動の持続時間を約１０〜２００ミリ秒に変化させることによって、事実上広範囲の臨床パラメータ、すなわち１０ミクロンないし５００ミクロンの気化の深さ、約０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒の気化滞留時間、および２０ミクロンないし約３００ミクロンの付帯的熱損傷をカバーすることが可能であることが注目される。

パラメータの最適な選択は、気化ロッド間の間隙の総面積に対する遠位端総面積の比率と定義することのできる、気化［ロッド］の配列における気化ロッドの相対密度にも依存することが注目される。一部の実施形態では、比率は５％から８０％の間で変化することができる。好適な最適密度は１０％から５０％の間で変化することができる。

気化ロッドの温度、気化の深さ、付帯的損傷の深さ、ロッド幅、およびロッド密度の組合せは、黒焦げの無い組織修復効率のみならず治癒時間の両方に影響することが注目される。本発明によると、これらのパラメータは制御可能である。

本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。

本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。

Claims (59)

1. 組織の穴を気化させるための装置であって、
   気化要素と、
   気化要素を加熱するように構成された加熱要素と、
   気化要素が組織を気化させるのに充分長くかつ穴からの予め定められた付帯的損傷距離を越える熱の拡散を制限するのに充分短い時間内に、気化要素を組織の特定の深さまで前進させかつ気化要素を組織から後退させるように構成された機構と
   を含む装置。
2. 気化要素の先端は、気化要素が加熱されない場合、気化要素が組織を穿通しないように、安全に設計された形状を有する、請求項１に記載の装置。
3. 電源として電池をさらに含む、請求項１に記載の装置。
4. 装置は手持ち式である、請求項１に記載の装置。
5. 加熱要素は気化要素と直接接触しない、請求項１に記載の装置。
6. 気化要素の移動中に、気化要素は加熱要素と接触しない、請求項１に記載の装置。
7. 気化要素は１００℃ないし８００℃の範囲の温度に加熱される、請求項１に記載の装置。
8. 気化要素は、気化要素と組織との間の温度差Ｔが℃単位で少なくともＴ＞（Ｈν＊Ｈ）／（ＣρＬ）となるような温度に加熱され、ここでＨνは組織の単位体積の気化エネルギー、Ｈは特定の深さ、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である、請求項１に記載の装置。
9. 気化要素は８０ワット／Ｋ／メートルより大きい熱伝導係数を有する材料を含む、請求項１に記載の装置。
10. 気化要素は０．３キロジュール／ｋｇ／Ｋより大きい比熱容量を有する材料を含む、請求項１に記載の装置。
11. 気化要素の長さＬはＫＴ（Ｚ／Ｂ）^２／（ＨνＨ）＞Ｌ＞Ｈν＊Ｈ／（ＣρＴ）の範囲内であり、ここでＫは気化要素の熱伝導率の係数、Ｔは気化要素と組織との間の℃単位の温度差、Ｚは穴からの予め定められた付帯的損傷距離、Ｂは組織の熱拡散係数、Ｈνは組織の単位体積当たり気化エネルギー、Ｈは特定の深さ、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である、請求項１に記載の装置。
12. 複数の気化要素をさらに含み、機構は複数の気化要素を短時間内に前進および後退させるように構成される、請求項１に記載の装置。
13. 気化要素の前進行程を制限するように構成されたスペーサをさらに含む、請求項１に記載の装置。
14. カテーテルを介して体内に挿入するように構成されたパッケージ内に配置される、請求項１に記載の装置。
15. 気化要素は装置から取外し可能である、請求項１に記載の装置。
16. 機構が複数の気化要素を短時間内に前進および後退させるように構成され、かつスペーサが複数の穴を含み、そこを介して複数の気化要素を組織内に送り込むことができるようにした、複数の気化要素をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
17. スペーサは穴を含み、それを介して気化要素を組織内に送り込むことができる、請求項１３に記載の装置。
18. 組織と接触して配置されるように構成された保護板をさらに含み、気化要素は特定の深さを、保護板を越えて組織内に延長するように構成される、請求項１に記載の装置。
19. 特定の深さは５０ミクロンないし２００ミクロンの範囲である、請求項１８に記載の装置。
20. 特定の深さは調整可能である、請求項１８に記載の装置。
21. 保護板は、組織と接触して配置されるように構成された保護板の全範囲に沿って３０ミクロン以内で平坦である、請求項１８に記載の装置。
22. 組織と接触して配置されるように構成された保護板は、断熱材を含む、請求項１８に記載の装置。
23. 保護板は装置から取外し可能である、請求項１８に記載の装置。
24. 加熱要素は高温ホイルを含む、請求項１に記載の装置。
25. 加熱要素は光学的熱源を含む、請求項１に記載の装置。
26. 前進および後退は１つ以上のばねによって実行される、請求項１に記載の装置。
27. 前進および後退はコイルおよび磁石によって実行される、請求項１に記載の装置。
28. 短時間は、ばねおよび気化要素を含む調和振動子の振動周期によって決定される、請求項２６に記載の装置。
29. 加熱、前進、および後退の速度は、１〜１００パルス／秒の繰返し率の気化の繰返しパルスを支持する、請求項１に記載の装置。
30. 調和振動子をさらに含み、調和振動子は気化要素を含み、かつ調和振動子は１０ミリ秒から１００ミリ秒の範囲の振動周期を有する、請求項１に記載の装置。
31. 調和振動子の振動を１回の振動に制限する機構をさらに含む、請求項３０に記載の装置。
32. 加熱要素は、組織の気化温度を超える温度に気化要素を加熱するように構成される、請求項１に記載の装置。
33. 加熱要素は、気化要素を２００℃から６００℃までの範囲の温度に加熱するように構成される、請求項１に記載の装置。
34. 気化要素は、銅の熱伝導率以上の熱伝導率を持つ材料を含む、請求項１に記載の装置。
35. 気化要素は、銅の比熱容量以上の比熱容量を持つ材料を含む、請求項１に記載の装置。
36. 気化要素の長さは０．３ｍｍから５ｍｍの間である、請求項１に記載の装置。
37. 気化要素は、組織の気化温度より実質的に低い温度に加熱されたときに、組織を実質的に穿通しないように形作られる、請求項１に記載の装置。
38. 気化要素が加熱される温度および短い持続時間の組合せは、組織の付帯的損傷を１５０ミクロン未満の距離に制限するように選択される、請求項１に記載の装置。
39. 短時間は、１５０ミクロンの距離の組織の熱緩和時間未満である、請求項１に記載の装置。
40. 短時間は５ミリ秒未満である、請求項１に記載の装置。
41. 組織の穴を気化するための方法であって、
    気化要素を加熱するステップと、
    機械的装置を使用して、気化要素を組織内の所望の深さまで前進させ、かつ短い持続時間後に気化要素を組織から後退させるステップと
    を含む方法。
42. 組織にＨの深さを有する穴を生成し、熱拡散係数Ｂおよび単位体積当たりの気化エネルギーＨνを有する組織で、付帯的損傷が穴からＺ以内の距離に延びるようにするために、気化要素と組織との間の℃単位の温度差Ｔを使用し、ＫＣρ＞（ＨνＨＢ）^２／（ＴＺ）^２となるように気化要素を使用し、ここでＫは気化要素の熱伝導係数、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である、請求項４１に記載の方法。
43. 複数の気化要素を加熱するステップ、および機械的装置を使用して複数の要素を組織内の所望の深さまで前進させ、かつ短い持続時間後に要素を組織から後退させるステップをさらに含む、請求項４１に記載の装置。
44. 生きた皮膚を引き締めさせる方法であって、
    複数の気化要素を含む装置により、気化要素を加熱するステップと、
    装置を使用して複数の気化要素を生きた皮膚内の真皮乳頭層の深さ以内の深さに前進させ、かつ短い持続時間後に生きた皮膚から気化装置を後退させるステップと、
    皮膚に複数のクレータを生成させて、生きた皮膚を引き締めさせるステップと
    を含む方法。
45. 神経外科、整形外科、耳外科、鼻外科、咽喉外科、婦人科、皮膚科、および歯科を含む用途群の１つのために組織を焼灼する方法であって、
    気化要素を加熱するステップと、
    機械的装置を使用して、気化要素を組織内の所望の深さまで前進させ、かつ短い持続時間後に気化要素を組織から後退させるステップと
    を含む方法。
46. 物質切開の方法であって、
    気化要素を加熱するステップと、
    装置を使用して、皮膚内の真皮乳頭層の深さ以内の深さに気化要素を前進させ、かつ短い持続時間後に気化要素を皮膚から後退させるステップと、
    皮膚にクレータを生成させるステップと、
    切開の経路に沿って装置を移動させながら、加熱、前進、および後退を繰り返すステップと
    を含む方法。
47. 材料は生組織を含む、請求項４６に記載の方法。
48. 組織と接触して配置されるように構成された保護板は凸状である、請求項１８に記載の装置。
49. 加熱要素は高温シリンダを含む、請求項１に記載の装置。
50. 気化要素が加熱されない場合には気化要素が組織を穿通しないように、安全に設計された形状を持つ１つ以上の先端を含む、組織の穴を気化させるための気化要素。
51. ８０ワット／Ｋ／ｍより大きい熱伝導係数を有する材料を含む、請求項５０に記載の気化要素。
52. １Ｋ当たり１キログラム当たり０．３キロジュールを超える比熱容量を有する材料を含む、請求項５０に記載の気化要素。
53. 気化要素の長さＬはＫＴ（Ｚ／Ｂ）^２／（ＨνＨ）＞Ｌ＞Ｈν＊Ｈ／（ＣρＴ）の範囲内であり、ここでＫは気化要素の熱伝導率の係数、Ｔは気化要素と組織との間の℃単位の温度差、Ｚは穴からの予め定められた付帯的損傷距離、Ｂは組織の熱拡散係数、Ｈνは組織の単位体積当たり気化エネルギー、Ｈは特定の深さ、Ｃは気化要素の熱容量、ρは気化要素の密度である、請求項５０に記載の気化要素。
54. 先端間のギャップの総面積に対する先端の総遠位端面積の比が５％から８０％の間である、請求項５０に記載の気化要素。
55. 組織と接触して配置されるように構成された保護板であって、気化要素が通過して保護板を越えて組織内に特定の深さまで延びることができるような大きさに作られた穴を含む保護板。
56. 保護板は、組織と接触して配置されるように構成された全範囲に沿って３０ミクロン以内で平坦である、請求項５５に記載の保護板。
57. 保護板は断熱材を含む、請求項５５に記載の保護板。
58. 保護板を冷却するための冷却手段をさらに含む、請求項５５に記載の保護板。
59. 気化要素が加熱されない場合には気化要素が組織を穿通しないように、安全に設計された形状を持つ１つ以上の先端を含む、組織に穴を気化させるための気化要素と、
    組織と接触して配置されるように構成された保護板であって、気化要素の１つ以上の先端が通過して保護板を越えて組織内に特定の深さまで延びることができるような大きさに作られた穴を含む保護板と
    を含むキット。