JP2014217560A - No sensitization-type radiation cancer treatment system - Google Patents

No sensitization-type radiation cancer treatment system Download PDF

Info

Publication number
JP2014217560A
JP2014217560A JP2013098567A JP2013098567A JP2014217560A JP 2014217560 A JP2014217560 A JP 2014217560A JP 2013098567 A JP2013098567 A JP 2013098567A JP 2013098567 A JP2013098567 A JP 2013098567A JP 2014217560 A JP2014217560 A JP 2014217560A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
cancer tissue
generator
ultrasonic beam
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013098567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6125315B2 (en
Inventor
洋一 杉田
Yoichi Sugita
洋一 杉田
横山 昌幸
Masayuki Yokoyama
昌幸 横山
橋本 正敏
Masatoshi Hashimoto
正敏 橋本
輝夫 石川
Teruo Ishikawa
輝夫 石川
典夫 福山
Norio Fukuyama
典夫 福山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HASHIMOTO DENSHI KOGYO KK
Jikei University
Original Assignee
HASHIMOTO DENSHI KOGYO KK
Jikei University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HASHIMOTO DENSHI KOGYO KK, Jikei University filed Critical HASHIMOTO DENSHI KOGYO KK
Priority to JP2013098567A priority Critical patent/JP6125315B2/en
Publication of JP2014217560A publication Critical patent/JP2014217560A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6125315B2 publication Critical patent/JP6125315B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an NO sensitization-type radiation cancer treatment system capable of enhancing cancer therapeutic effect without increasing the irradiation dose.SOLUTION: In a nitric monoxide sensitization-type radiation cancer treatment system which applies a radiation beam and an ultrasonic beam, by utilizing the fact that a peak period Tp during which nitric monoxide concentration D is at its maximum occurs with an optimal delay time after an application start time Ts at which application of the ultrasonic beam to generate nitric monoxide was started, the radiation is applied concentratedly during this peak period. In addition, by utilizing the fact that the production of nitric monoxide by application of ultrasonic beam is increased specifically in certain tumor temperature range, the ultrasonic beam for nitric monoxide production is applied after the tumor is preheated to a favorable temperature range.

Description

本発明は、体外から癌組織に放射線ビーム及び超音波ビームを同時照射するNO増感式放射線癌治療システムに関する。   The present invention relates to a NO-sensitized radiation cancer treatment system that simultaneously irradiates a cancer tissue from outside the body with a radiation beam and an ultrasonic beam.

体内の癌組織を破壊するために体外からたとえばX線などの放射線ビームを照射する放射線療法が非侵襲型癌治療装置として広く採用されている。この放射線療法によれば、X線により癌組織内部に発生する酸素ラジカルが癌細胞のDNAなどにダメージを与える。   In order to destroy cancer tissue in the body, radiotherapy that irradiates a radiation beam such as X-rays from outside the body is widely adopted as a non-invasive cancer treatment apparatus. According to this radiation therapy, oxygen radicals generated inside the cancer tissue by X-rays damage the DNA of cancer cells.

しかし、固形癌の中心部が低酸素環境下にあるため、癌組織内部の癌細胞、特に癌幹細胞全てを完全に死滅させることは、困難であった。この問題は、本発明者らの発明になる特許文献1に記載されたNO増感型放射線療法より改善される。   However, since the central part of the solid cancer is in a hypoxic environment, it has been difficult to completely kill all cancer cells inside the cancer tissue, particularly cancer stem cells. This problem is improved over the NO sensitizing type radiotherapy described in Patent Document 1 which is the invention of the present inventors.

このNO増感型放射線療法によれば、体外から超音波ビームの照射により癌組織内に一酸化窒素(NO)を産生させた状態で、癌組織にX線を照射する。一酸化窒素は、低酸素環境下においてもX線の癌破壊効果を向上させるという優れた特徴をもつ。言い換えると、治療効果が同じであれば、このNO増感型癌治療法は、従来の単純なX線照射法に比べて、放射線照射量を低減することができるため、患者の生活水準を改善する。   According to this NO-sensitized radiotherapy, X-rays are irradiated to a cancer tissue in a state where nitric oxide (NO) is produced in the cancer tissue by irradiation with an ultrasonic beam from outside the body. Nitric oxide has an excellent feature of improving the cancer destruction effect of X-rays even in a hypoxic environment. In other words, if the treatment effect is the same, this NO-sensitized cancer treatment method can reduce the radiation dose compared with the conventional simple X-ray irradiation method, thus improving the standard of living of patients To do.

けれども、このNO増感型癌治療法においても、治療効果を更に向上し、患者の生活水準をさらに改善することが期待されている。言い換えれば、人体に照射される放射線及び超音波エネルギーの総量を低減することが期待されている。また、癌治療に必要な装置運転時間の短縮も期待されている。   However, this NO-sensitized cancer treatment method is also expected to further improve the therapeutic effect and further improve the standard of living of the patient. In other words, it is expected to reduce the total amount of radiation and ultrasonic energy irradiated to the human body. In addition, shortening of device operation time required for cancer treatment is also expected.

特許5027910号公報Japanese Patent No. 5027910

本発明の1つの目的は、癌治療効果をさらに向上可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。本発明のもう1つの目的は、患者に照射される放射線量や超音波エネルギー量の低減が可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。本発明のもう1つの目的は、装置構成及び操作を簡素化可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。本発明のさらにもう1つの目的は、必要な装置運転時間を短縮可能なNO増感式放射線癌治療システムを提供することである。   One object of the present invention is to provide a NO-sensitized radiation cancer treatment system capable of further improving the cancer treatment effect. Another object of the present invention is to provide a NO-sensitized radiation cancer treatment system capable of reducing the radiation dose and the amount of ultrasonic energy irradiated to a patient. Another object of the present invention is to provide a NO-sensitized radiation cancer treatment system capable of simplifying the device configuration and operation. Yet another object of the present invention is to provide a NO-sensitized radiation cancer treatment system capable of shortening the required apparatus operating time.

第1、第2発明のNO増感型癌治療システムは、特許文献1に開示されている装置と本質的に同じである。この装置によれば、超音波ビームの照射により癌組織内に一酸化窒素が形成される。この一酸化窒素は、X線などの放射線の癌治療効果を大幅に改善する。   The NO-sensitized cancer treatment system of the first and second inventions is essentially the same as the device disclosed in Patent Document 1. According to this apparatus, nitric oxide is formed in a cancer tissue by irradiation with an ultrasonic beam. This nitric oxide greatly improves the cancer treatment effect of radiation such as X-rays.

第1発明によれば、超音波NO発生装置の運転開始時点から所定時間後に発生する一酸化窒素濃度のピーク期間が推定され、このピーク期間において放射線が照射される。その結果、一酸化窒素濃度が最大となる領域のみにおいて、放射線照射が実行されるため、一酸化窒素(NO)による放射線増感効果を最大限に享受することができる。言い換えれば、照射される放射線総量を低減することができる。これは、患者の生活レベルの低下を抑止できることを意味する。   According to the first invention, the peak period of the nitric oxide concentration generated after a predetermined time from the operation start time of the ultrasonic NO generator is estimated, and radiation is irradiated in this peak period. As a result, since radiation irradiation is performed only in the region where the nitric oxide concentration is maximum, the radiation sensitizing effect of nitric oxide (NO) can be enjoyed to the maximum. In other words, the total amount of radiation irradiated can be reduced. This means that it is possible to prevent a decrease in the living level of the patient.

本発明者らの実験によれば、超音波エネルギー密度が一定の条件で測定した癌組織内の一酸化窒素濃度は、超音波ビームの照射開始時点から増大した後、所定時間後に最大値に達し、その後、低下する。言い換えれば、超音波ビームの照射後、一酸化窒素濃度が他の期間よりも高いピーク期間をもつことがわかった。   According to the experiments by the present inventors, the nitric oxide concentration in the cancer tissue measured under a condition where the ultrasonic energy density is constant increases from the start of the irradiation of the ultrasonic beam, and reaches a maximum value after a predetermined time. Then decline. In other words, it was found that after irradiation with the ultrasonic beam, the nitric oxide concentration has a higher peak period than other periods.

したがって、この一酸化窒素濃度のピーク期間に放射線を照射すれば、癌治療効果を低下させることなく、放射線照射量を低減できることがわかる。言い換えれば、このピーク期間は、放射線照射期間と一致する。その結果、照射強度*照射時間の積に等しい放射線照射量を低減することができるので、患者の負担軽減を実現することができる。   Therefore, it can be seen that if radiation is irradiated during the peak period of this nitric oxide concentration, the radiation dose can be reduced without reducing the cancer treatment effect. In other words, this peak period coincides with the radiation irradiation period. As a result, the radiation dose equivalent to the product of irradiation intensity * irradiation time can be reduced, so that the burden on the patient can be reduced.

また、本発明者らの実験によれば、超音波ビームの照射開始時点から計測したこのピーク期間の時間的な位置及びこのピーク期間内の一酸化窒素濃度は、照射対象である癌組織の温度に強い相関をもつことがわかった。したがって、このピーク期間又は一酸化窒素発生用の超音波ビームの照射期間における癌組織の温度を測定することにより、超音波ビームの照射開始時点から計測したこのピーク期間の時間的な位置を推定することができる。もちろん、超音波ビームのエネルギー密度などの他のパラメータも、このピーク期間の時間的な位置の推定に用いられることができる。   Further, according to the experiments by the present inventors, the temporal position of this peak period and the nitric oxide concentration within this peak period measured from the start of the ultrasonic beam irradiation are the temperature of the cancer tissue to be irradiated. It was found to have a strong correlation with Therefore, by measuring the temperature of the cancer tissue during the peak period or during the irradiation period of the ultrasonic beam for generating nitric oxide, the temporal position of the peak period measured from the start of the irradiation of the ultrasonic beam is estimated. be able to. Of course, other parameters such as the energy density of the ultrasonic beam can also be used to estimate the temporal position of this peak period.

更に具体的に説明すると、癌組織温度が上昇すると、一酸化窒素の産生量は増加する。ただし、癌組織温度が所定の最高温度に達すると、一酸化窒素の産生量は急減する。一酸化窒素発生用の超音波ビームの照射期間において、癌組織温度は、39-44.5℃、更に好ましくは、40-44℃の範囲内に保持することが、好適である。   More specifically, as the cancer tissue temperature rises, the amount of nitric oxide produced increases. However, when the cancer tissue temperature reaches a predetermined maximum temperature, the production amount of nitric oxide rapidly decreases. In the irradiation period of the ultrasonic beam for generating nitric oxide, the cancer tissue temperature is preferably kept in the range of 39-44.5 ° C, more preferably 40-44 ° C.

もちろん、極めてエネルギー密度が高い超音波ビームを照射することにより、温度及び一酸化窒素濃度の両方を急増することが可能である。しかし、このような強力な超音波ビームの照射は、超音波装置の大型化や体表面温度の急上昇などの問題を派生させる。   Of course, it is possible to increase both the temperature and the nitric oxide concentration rapidly by irradiating an ultrasonic beam having a very high energy density. However, such irradiation with a strong ultrasonic beam leads to problems such as an increase in the size of the ultrasonic device and a rapid rise in body surface temperature.

好適態様によれば、癌組織は、少なくとも超音波NO発生装置の運転開始直前に加温装置により加温される。これにより、超音波NO発生装置の開始後、癌組織内の一酸化窒素濃度を急速に増大させることができる。超音波NO発生装置の運転開始後も、加温装置の運転を継続することも可能である。   According to a preferred embodiment, the cancer tissue is heated by the heating device at least immediately before the operation of the ultrasonic NO generator is started. Thereby, after the start of the ultrasonic NO generator, the nitric oxide concentration in the cancer tissue can be rapidly increased. It is possible to continue the operation of the heating device even after the operation of the ultrasonic NO generator is started.

好適態様によれば、加温装置は、超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを癌組織に照射する超音波加温装置により構成される。これにより、超音波NO発生装置及び加温装置の構造が簡素となる。   According to a preferred embodiment, the heating device is constituted by an ultrasonic heating device that irradiates a cancer tissue with an ultrasonic beam having a higher frequency than that of the ultrasonic NO generator. Thereby, the structures of the ultrasonic NO generator and the heating device are simplified.

本発明者らの実験によれば、超音波ビームのエネルギー密度が一定である時、癌組織の温度は、超音波ビームの周波数の増加により上昇する。他方、超音波ビームのエネルギー密度が一定である時、癌組織内の一酸化窒素濃度は、超音波ビームの周波数の減少により上昇する。このことは、加温手段として超音波ビームを採用する時、高周波の超音波ビームの採用により、超音波ビームの出力増大を抑止しつつ大きな温度上昇を達成できることを意味する。また、一酸化窒素の産生には、低周波の超音波ビームを採用することが好適であることを意味する。   According to our experiments, when the energy density of the ultrasonic beam is constant, the temperature of the cancer tissue rises with an increase in the frequency of the ultrasonic beam. On the other hand, when the energy density of the ultrasonic beam is constant, the nitric oxide concentration in the cancer tissue increases due to a decrease in the frequency of the ultrasonic beam. This means that when an ultrasonic beam is used as the heating means, a large temperature increase can be achieved while suppressing an increase in output of the ultrasonic beam by using a high-frequency ultrasonic beam. Moreover, it means that it is suitable to employ | adopt a low frequency ultrasonic beam for production of nitric oxide.

種々の方法により、高周波の超音波ビームによる加温と、低周波の超音波ビームによる一酸化窒素産生とを同時に実行することができる。まず、高周波の超音波ビームと低周波の超音波ビームとを同時に照射することができる。次に、高周波の超音波ビームの照射と、低周波の超音波ビームの照射とを時間交互に実施することができる。さらに、単一の超音波振動子を高周波の発振電圧を印加した後、低周波の発振電圧を印加することもできる。   By various methods, heating with a high-frequency ultrasonic beam and production of nitric oxide with a low-frequency ultrasonic beam can be performed simultaneously. First, a high-frequency ultrasonic beam and a low-frequency ultrasonic beam can be irradiated simultaneously. Next, irradiation with a high-frequency ultrasonic beam and irradiation with a low-frequency ultrasonic beam can be performed alternately in time. Furthermore, after applying a high-frequency oscillation voltage to a single ultrasonic transducer, a low-frequency oscillation voltage can be applied.

好適態様によれば、高周波の超音波ビームを出力する超音波加温装置及び低周波の超音波ビームを出力する超音波NO発生装置は、超音波出力用の共通プローブを共有する。   According to a preferred embodiment, the ultrasonic heating device that outputs a high-frequency ultrasonic beam and the ultrasonic NO generator that outputs a low-frequency ultrasonic beam share a common probe for ultrasonic output.

第2発明によれば、超音波NO発生装置の運転開始前に、癌組織は、所定の温度範囲に予備加温される。この予備加温の直後にNO産生用の超音波ビームを癌組織に照射すれば、一酸化窒素濃度を、予備加温しない場合と比較して、急速に上昇させることができ、一酸化窒素濃度を増大することができる。したがって、このNO産生用の超音波ビームとともに、放射線を照射することにより、優れた癌治療効果を得ることができる。言い換えれば、癌治療効果が一定であれば、放射線総量を低減することができる。   According to the second aspect of the invention, the cancer tissue is preheated to a predetermined temperature range before the operation of the ultrasonic NO generator is started. If the cancer tissue is irradiated with an ultrasonic beam for NO production immediately after this preheating, the nitric oxide concentration can be increased rapidly compared to the case without preheating, and the nitric oxide concentration Can be increased. Therefore, an excellent cancer treatment effect can be obtained by irradiating radiation together with the ultrasonic beam for NO production. In other words, if the cancer treatment effect is constant, the total radiation dose can be reduced.

癌組織内の一酸化窒素濃度が大きい時、放射線治療効果が格段に向上することは、本発明者らの発明になる上記特許文献1により開示されている。特に、一酸化窒素は、癌組織内部の低酸素領域の癌細胞を良好に死滅させる。   It is disclosed in Patent Document 1 that the inventors of the present invention have that the radiotherapy effect is remarkably improved when the concentration of nitric oxide in the cancer tissue is large. In particular, nitric oxide kills cancer cells in the hypoxic region inside cancer tissue well.

好適態様によれば、NO産生のために超音波ビームを出力する期間において、加温装置や超音波NO発生装置の出力を制御することにより、癌組織の温度は40-45℃に維持される。癌組織の温度が40℃未満であれば、癌組織の一酸化窒素濃度産生能力が低下する。癌組織の温度が45℃を超えると、癌組織の一酸化窒素濃度産生能力が低下する。   According to a preferred embodiment, the temperature of the cancer tissue is maintained at 40-45 ° C. by controlling the output of the heating device or the ultrasonic NO generator during the period of outputting the ultrasonic beam for NO production. . If the temperature of the cancer tissue is lower than 40 ° C., the ability to produce nitric oxide concentration of the cancer tissue is lowered. When the temperature of the cancer tissue exceeds 45 ° C., the ability to produce nitric oxide concentration in the cancer tissue decreases.

好適態様によれば、加温装置は、超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを癌組織に照射する超音波加温装置により構成されている。これにより、装置構成を簡素化することができる。   According to a preferred embodiment, the heating device is constituted by an ultrasonic heating device that irradiates a cancer tissue with an ultrasonic beam having a higher frequency than the ultrasonic NO generator. Thereby, the apparatus configuration can be simplified.

好適態様によれば、この超音波加温装置及びこの超音波NO発生装置は、共通の超音波プローブを共有する。これにより、装置構成を簡素化することができる。   According to a preferred embodiment, the ultrasonic heating device and the ultrasonic NO generator share a common ultrasonic probe. Thereby, the apparatus configuration can be simplified.

好適態様によれば、超音波加温装置は、1MHz-10MHzの範囲内の周波数をもつ超音波ビームを出力し、超音波NO発生装置は、100kHz-1000kHzの範囲内の周波数をもつ超音波ビームを出力する。これにより、加温装置及び一酸化窒素発生装置の共用化が容易となるため、装置構成及び操作を簡素化することができる。   According to a preferred embodiment, the ultrasonic heating device outputs an ultrasonic beam having a frequency in the range of 1 MHz to 10 MHz, and the ultrasonic NO generator is an ultrasonic beam having a frequency in the range of 100 kHz to 1000 kHz. Is output. This facilitates the common use of the heating device and the nitric oxide generator, so that the device configuration and operation can be simplified.

超音波ビームは、たとえばフエーズドアレイ構造などを採用することにより、良好な焦点収束性をもつため、癌組織などを局部的に加温するのに優れている。さらに、この超音波ビームの焦点収束性により体表面から癌組織までの間の正常組織に与えられる超音波エネルギー密度を低減することができるので、正常細胞の温度上昇を抑制することもできる。   The ultrasonic beam, for example, by adopting a phased array structure or the like has a good focus convergence property, and thus is excellent for locally heating cancer tissue and the like. Furthermore, since the ultrasonic energy density given to the normal tissue between the body surface and the cancer tissue can be reduced by the focal convergence of the ultrasonic beam, the temperature rise of normal cells can be suppressed.

好適態様によれば、NO産生用の低周波振動子及び予備加温用の高周波振動子は共通のヘッドに装着される。この共通のヘッドは、超音波伝達材料を通じて人体の体表面に密着される。これにより、装置構成が簡素となり、操作が簡単となる。   According to a preferred embodiment, the low-frequency vibrator for NO production and the high-frequency vibrator for preheating are mounted on a common head. This common head is brought into close contact with the body surface of the human body through the ultrasonic transmission material. This simplifies the device configuration and simplifies operation.

好適態様によれば、NO産生用の低周波振動子及び予備加温用の高周波振動子は共通の振動子により構成される。これにより、装置構成が簡素となり、操作が簡単となる。さらに、大面積の振動子から焦点に収束する超音波ビームを採用することができるので、正常細胞は、広いビーム通過断面積をもつことができる。その結果、正常細胞の加温を抑制することができる。   According to a preferred embodiment, the low-frequency vibrator for NO production and the high-frequency vibrator for preheating are constituted by a common vibrator. This simplifies the device configuration and simplifies operation. Furthermore, since an ultrasonic beam that converges from a large area transducer to the focal point can be employed, normal cells can have a wide beam cross-sectional area. As a result, normal cell heating can be suppressed.

好適態様によれば、この共通の超音波振動子は、主として加温を行うための高周波超音波ビームを出力した後、主として一酸化窒素を産生するための低周波超音波ビームを出力する。これにより、必要な予備加温及びNO産生を維持しつつ、超音波装置の小型化を図ることができる。   According to a preferred aspect, the common ultrasonic transducer outputs a high-frequency ultrasonic beam mainly for heating, and then outputs a low-frequency ultrasonic beam mainly for producing nitric oxide. Thereby, size reduction of an ultrasonic device can be achieved, maintaining required preliminary heating and NO production.

好適態様によれば、加温用及びNO産生用の超音波ビームは、癌組織に0.5W/平方cm-1.5W/平方cmのエネルギー密度をもつことができる。   According to a preferred embodiment, the ultrasound beam for warming and NO production can have an energy density of 0.5 W / square cm-1.5 W / square cm in cancer tissue.

好適態様によれば、予備加温用の振動子及び超音波NO発生装置の超音波振動子は、中心部に放射線照射用の孔部を有するリング状のヘッドに装着されている。これにより、超音波ビームを出力するヘッドを簡素な構造とすることができる。   According to a preferred embodiment, the pre-warming vibrator and the ultrasonic vibrator of the ultrasonic NO generator are mounted on a ring-shaped head having a radiation irradiation hole in the center. Thereby, the head which outputs an ultrasonic beam can be made into a simple structure.

図1は、実験装置を示す模式ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing an experimental apparatus. 図2は、非加温事例における温度及びNO濃度(D)の時間変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing temporal changes in temperature and NO concentration (D) in a non-heating case. 図3は、加温事例における温度及びNO濃度(D)の時間変化を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing temporal changes in temperature and NO concentration (D) in a heating case. 図4は、超音波ビームの周波数変化とNO産生用量との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency change of the ultrasonic beam and the NO production dose. 図5は、高周波の超音波ビームを用いた場合の温度及びNO濃度(D)の時間変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing temporal changes in temperature and NO concentration (D) when a high-frequency ultrasonic beam is used. 図6は、実施例のNO増感式放射線癌治療システムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of the NO sensitizing radiation cancer treatment system of the embodiment. 実施例のNO増感式放射線癌治療システムの制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of control of the NO sensitizing type radiation cancer treatment system of an Example. 超音波振動子配列の一例を示す模式斜視図である。It is a model perspective view which shows an example of an ultrasonic transducer | vibrator arrangement | sequence. 超音波振動子配列の他例を示す模式斜視図である。It is a model perspective view which shows the other example of an ultrasonic transducer | vibrator arrangement | sequence.

NO増感式放射線癌治療法の説明
まず、放射線としてX線を利用するNO増感式放射線癌治療法について簡単に説明する。特許文献1に記載されているNO増感式X線治療によれば、X線と超音波ビームの両方が癌組織に照射される。超音波ビームにより、一酸化窒素(NO)が癌組織に発生する。この一酸化窒素は、X線の癌治療効果を大幅に改善する。
Description of NO-sensitized radiation cancer therapy First, a brief description of NO-sensitized radiation cancer therapy using X-rays as radiation will be given. According to the NO-sensitized X-ray treatment described in Patent Document 1, both X-rays and an ultrasonic beam are irradiated to a cancer tissue. Nitric oxide (NO) is generated in cancerous tissue by the ultrasonic beam. This nitric oxide greatly improves the cancer treatment effect of X-rays.

このNO増感式X線治療法の1つの実験例が以下に説明される。まず、実験対象として、4つの腫瘍群が用いられた。各腫瘍は同一種類である。4つの各腫瘍群は、それぞれ等しい平均重量(平均値で207.9mg)とされた。治療は隔日で5回実施し、治療終了後10日目に摘出した腫瘍重量で治療効果を検討したところ、コントロール群(疑似治療群)の平均腫瘍重量は2702.6mg、超音波のみ照射群は2394.5mg、Xのみ照射群は580.6mg、X線及び超音波の両方が照射された群は228.8mgであった。この実験結果から、NO増感式X線治療法は、優れた癌治療成績をもつ非侵襲型癌治療方法であることが、理解される。   One experimental example of this NO-sensitized X-ray therapy is described below. First, four tumor groups were used as experimental subjects. Each tumor is of the same type. Each of the four tumor groups had an equal average weight (average value of 207.9 mg). The treatment was performed 5 times every other day, and the therapeutic effect was examined based on the tumor weight removed on the 10th day after the end of the treatment. The group irradiated with 2394.5 mg, X alone was 580.6 mg, and the group irradiated with both X-rays and ultrasound was 228.8 mg. From this experimental result, it is understood that the NO-sensitized X-ray therapy is a non-invasive cancer therapy with excellent cancer treatment results.

NO増感式X線治療法が、癌組織の内部領域の癌細胞、特に内部の低酸素領域の癌細胞の増殖抑制に有効であることは、重要である。低酸素環境に存在する癌組織の内部領域は、X線照射による癌細胞の死滅が少ない。これは、癌細胞を攻撃する酸素ラジカルの発生が少ないためである。NO増感式X線治療法によれば、癌組織の内部領域に一酸化窒素が発生するので、この一酸化窒素に起因して産生されるラジカルが酸素ラジカルの代わりに癌細胞を攻撃することができる。   It is important that the NO-sensitized X-ray therapy is effective in suppressing the growth of cancer cells in the internal region of cancer tissue, particularly cancer cells in the internal hypoxic region. The internal region of the cancer tissue present in the hypoxic environment is less killed by X-ray irradiation. This is because the generation of oxygen radicals that attack cancer cells is small. According to NO-sensitized X-ray therapy, nitric oxide is generated in the internal region of cancer tissue, and the radicals produced by this nitric oxide attack cancer cells instead of oxygen radicals. Can do.

一酸化窒素(NO)の産生を増加すれば、一酸化窒素のX線増感効果を向上できることは容易に理解される。しかし、一酸化窒素濃度を増加するためには、エネルギー密度が非常に高い超音波ビームを癌組織に照射せねばならない。このような強力な超音波ビームを照射する超音波装置の製造は容易ではない。さらに、強力な超音波ビームの照射により、癌組織に隣接する正常細胞は、熱的乃至生化学的な悪影響を受けるという問題も派生する。   It is easily understood that the production of nitric oxide (NO) can improve the X-ray sensitization effect of nitric oxide. However, in order to increase the nitric oxide concentration, the cancer tissue must be irradiated with an ultrasonic beam having a very high energy density. It is not easy to manufacture an ultrasonic device that emits such a powerful ultrasonic beam. Furthermore, the problem that a normal cell adjacent to a cancer tissue is adversely affected by heat or biochemistry due to irradiation with a strong ultrasonic beam is also derived.

結局、超音波ビームのエネルギー密度をいたずらに増加することなく一酸化窒素の発生を増加させることが、NO増感式X線治療法において非常に重要であることが、理解される。この観点に基づいて、本発明者らは、超音波ビームにより癌組織内に発生する一酸化窒素の産生量と癌組織の温度との関係を調べた。   In the end, it is understood that increasing the production of nitric oxide without unduly increasing the energy density of the ultrasound beam is very important in NO-sensitized X-ray therapy. Based on this viewpoint, the present inventors investigated the relationship between the amount of nitric oxide produced in the cancer tissue by the ultrasonic beam and the temperature of the cancer tissue.

癌組織内の一酸化窒素濃度と温度との関係の説明
培養腫瘍細胞としてラットグリオーマ(Glioma)をラットの大腿部皮下に接種することにより形成された腫瘍モデルを実験モデルとして用いた。癌組織の温度を変更するために、癌組織の近傍にU字管形状の温水管を配置した。図1は、実験装置を示す模式ブロック図である。X線照射装置1は、ラット2が載置されたテーブル3の上方に配置される。X線照射装置1は、MBR-1520R(日立製)である。超音波ビームを照射するプローブ4は、テーブル3の下方に配置される。プローブ4の上端面には、超音波振動子が装着されている。
Explanation of relationship between temperature and nitric oxide concentration in cancer tissue A tumor model formed by inoculating rat glioma as cultured tumor cells subcutaneously in the thigh of rats was used as an experimental model. In order to change the temperature of the cancer tissue, a U-shaped hot water tube was placed in the vicinity of the cancer tissue. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an experimental apparatus. The X-ray irradiation apparatus 1 is disposed above the table 3 on which the rat 2 is placed. The X-ray irradiation apparatus 1 is MBR-1520R (manufactured by Hitachi). The probe 4 for irradiating the ultrasonic beam is disposed below the table 3. An ultrasonic transducer is attached to the upper end surface of the probe 4.

高周波電力が、発振回路(図略)からこの超音波振動子に供給される。プローブ4から照射される超音波ビームの伝送のために、プローブ4とテーブル3との間に、アコースタンド5が介設されている。アコースタンド5の上面は超音波ゼリーを介してラット2の腫瘍20の下面に接している。超音波無反射板6が、体内定在波防止のため、X線照射装置1とテーブル3との間に配置されている。超音波ビームの伝送のためにアコースタンド7が超音波無反射板6とテーブル3との間に介設されている。   High frequency power is supplied to this ultrasonic transducer from an oscillation circuit (not shown). An acoustic stand 5 is interposed between the probe 4 and the table 3 in order to transmit an ultrasonic beam emitted from the probe 4. The upper surface of the accor stand 5 is in contact with the lower surface of the tumor 20 of the rat 2 via an ultrasonic jelly. An ultrasonic non-reflective plate 6 is disposed between the X-ray irradiation apparatus 1 and the table 3 to prevent standing waves in the body. An acoustic stand 7 is interposed between the ultrasonic non-reflective plate 6 and the table 3 for transmission of the ultrasonic beam.

500kHzの周波数をもつ超音波ビームがプローブ4から腫瘍20の全体に照射された。この超音波ビームは、癌組織にて1W/平方cmのエネルギー密度を有している。超音波ビームは10分間連続照射された。腫瘍内にNOセンサ及び温度センサを刺入することにより、腫瘍内の一酸化窒素濃度(D)及び温度(T)が測定された。   An ultrasonic beam having a frequency of 500 kHz was irradiated from the probe 4 to the entire tumor 20. This ultrasonic beam has an energy density of 1 W / square cm in cancer tissue. The ultrasonic beam was continuously irradiated for 10 minutes. Nitrogen monoxide concentration (D) and temperature (T) in the tumor were measured by inserting a NO sensor and a temperature sensor into the tumor.

まず、加温が実施されない非加温事例における癌組織の温度(T)及び癌組織内のNO濃度(D)の時間変化が測定された。温水管への温水の供給は、バルブにより停止されている。図2は、この非加温事例における温度(T)及びNO濃度(D)の時間変化を示すタイミングチャートである。温度(T)及びNO濃度(D)は、超音波ビームの照射とともに増加し、照射の停止により急速に低下した。   First, the time change of the temperature (T) of the cancer tissue and the NO concentration (D) in the cancer tissue in the non-warming case where no heating was performed was measured. The supply of hot water to the hot water pipe is stopped by a valve. FIG. 2 is a timing chart showing temporal changes in temperature (T) and NO concentration (D) in this non-heating case. The temperature (T) and NO concentration (D) increased with the irradiation of the ultrasonic beam and decreased rapidly with the stop of the irradiation.

次に、加温が実施される加温事例における癌組織の温度(T)及び癌組織内のNO濃度(D)の時間変化が測定された。温水管に温水が供給された。温水の温度は約60℃である。図3は、この加温事例における温度(T)及びNO濃度(D)の時間変化を示すタイミングチャートである。まず、温水供給により、癌組織の温度(T)は、次第に上昇した。   Next, the time change of the temperature (T) of the cancer tissue and the NO concentration (D) in the cancer tissue in the heating case where the heating is performed was measured. Hot water was supplied to the hot water pipe. The temperature of the hot water is about 60 ° C. FIG. 3 is a timing chart showing temporal changes in temperature (T) and NO concentration (D) in this heating case. First, the temperature (T) of the cancer tissue gradually increased due to the supply of hot water.

次に、癌組織の温度(T)が約33℃に到達した時、超音波ビームの照射が開始された。癌組織の温度(T)は、超音波ビームの照射直後から急速に上昇した。温度(T)が、約45℃に達した時点で、超音波ビームの照射が停止された。超音波ビームの照射停止により、温度(T)は約35℃に低下し、その後、温水による加温により緩やかに上昇した。   Next, when the temperature (T) of the cancer tissue reached about 33 ° C., irradiation with an ultrasonic beam was started. The temperature (T) of the cancer tissue increased rapidly immediately after irradiation with the ultrasonic beam. When the temperature (T) reached about 45 ° C., the irradiation of the ultrasonic beam was stopped. When the irradiation with the ultrasonic beam was stopped, the temperature (T) decreased to about 35 ° C., and then gradually increased by warming with warm water.

NO濃度(D)は、超音波ビームの照射直後から非常に急速に上昇した。NO濃度(D)は、超音波ビームの照射開始時点から約3分後に最高濃度値に達した。その後、NO濃度(D)は、急速に低下した。   The NO concentration (D) increased very rapidly immediately after irradiation with the ultrasonic beam. The NO concentration (D) reached the maximum concentration value about 3 minutes after the start of irradiation with the ultrasonic beam. Thereafter, the NO concentration (D) decreased rapidly.

図2及び図3によれば、超音波ビームにより腫瘍内に生じるNO濃度は、腫瘍温度を加温することにより改善されることがわかった。その真の理由は、本発明者にとって未だ不明である。ただし、腫瘍温度が約43-44℃に達すると、腫瘍内のNO濃度が急激に低下するという事実は、腫瘍内のNO産生に癌細胞自身の生理活性が影響していることを示唆している。   2 and 3, it was found that the NO concentration generated in the tumor by the ultrasonic beam is improved by heating the tumor temperature. The true reason is still unknown to the inventors. However, when the tumor temperature reaches about 43-44 ° C, the fact that the concentration of NO in the tumor decreases sharply suggests that the physiological activity of the cancer cell itself has an influence on the production of NO in the tumor. Yes.

言い換えれば、体温を超える癌組織の加温は、超音波ビームによるNO産生に有効であることがわかった。さらに、癌組織の温度が癌細胞急速死滅温度(たとえば44℃)に達すると、このNO産生がほぼ停止することがわかった。   In other words, it was found that heating of cancer tissue exceeding body temperature is effective for NO production by an ultrasonic beam. Furthermore, it has been found that this NO production is almost stopped when the temperature of the cancer tissue reaches the cancer cell rapid death temperature (for example, 44 ° C.).

結局、NO増感式X線治療法において、癌組織を加温することにより、癌組織内の一酸化窒素濃度を増加できることが理解される。また、39-44℃、さらには40-43℃の好適温度範囲をもつ腫瘍にNO産生用の超音波ビームを照射することが、NO濃度の増大のために好適であるがわかった。   Eventually, it is understood that the nitric oxide concentration in the cancer tissue can be increased by heating the cancer tissue in the NO-sensitized X-ray therapy. Further, it has been found that irradiating a tumor having a suitable temperature range of 39-44 ° C., further 40-43 ° C. with an ultrasonic beam for NO production is suitable for increasing the NO concentration.

癌領域の加温は、少なくともNO産生用の超音波ビームの照射前に実施されることが重要である。これにより、NO産生用の超音波ビームの照射を開始した時点(Ts)の直後から、一酸化窒素は急速に発生し、かつ、一酸化窒素濃度の最高値も大幅に高くなる。   It is important that the cancer region is heated at least before irradiation with an ultrasonic beam for NO production. As a result, nitric oxide is rapidly generated immediately after the start of irradiation of the ultrasonic beam for NO production (Ts), and the maximum value of the nitric oxide concentration is significantly increased.

もちろん、NO産生用の超音波ビームの照射期間においても、上記好適温度範囲を維持するために、加温を行うことができる。しかし、NO産生用の超音波ビーム自身も癌領域に熱エネルギーを与えるため、NO産生用の超音波ビームの照射期間内における加温の必要性は相対的に小さい。   Of course, heating can be performed in order to maintain the above-mentioned preferable temperature range even during the irradiation period of the ultrasonic beam for NO production. However, since the ultrasonic beam for NO production itself gives thermal energy to the cancer region, the necessity for heating during the irradiation period of the ultrasonic beam for NO production is relatively small.

次に、NO産生用の超音波ビームを癌組織に照射する時、癌領域内の一酸化窒素濃度は、比較的短期間であるピーク期間(Tp)をもつことが判明した。腫瘍を加温しないケースによれば、このピーク期間(Tp)は、超音波ビーム照射を終了する時点の近傍に生じる。腫瘍を加温するケースによれば、このピーク期間(Tp)は、超音波ビーム照射開始時点(Ts)から所定時間遅れて生じる。ただし、図2及び図3を参照すれば、加温により、一酸化窒素濃度のピーク期間が早期に始まることが理解される。   Next, it was found that when a cancer tissue is irradiated with an ultrasonic beam for NO production, the nitric oxide concentration in the cancer region has a peak period (Tp) that is a relatively short period. According to the case where the tumor is not heated, this peak period (Tp) occurs in the vicinity of the time point when the ultrasonic beam irradiation ends. According to the case where the tumor is heated, this peak period (Tp) is delayed by a predetermined time from the ultrasonic beam irradiation start time (Ts). However, referring to FIG. 2 and FIG. 3, it is understood that the peak period of the nitric oxide concentration starts earlier by heating.

腫瘍温度により、ピーク期間(Tp)の時間的な中心位置が移動する事実は、重要である。X線照射の期間は、NO産生用の超音波照射期間(Tx)よりも短い。一般にX線照射期間は2-4分であり、NO産生用の超音波照射期間は、10-15分である。このことは、発生する一酸化窒素濃度のピーク期間に合わせてX線の照射を実施することにより、最高の癌治療効果が得られることを意味する。   The fact that the temporal center position of the peak period (Tp) shifts with tumor temperature is important. The period of X-ray irradiation is shorter than the ultrasonic irradiation period (Tx) for NO production. In general, the X-ray irradiation period is 2-4 minutes, and the ultrasonic irradiation period for NO production is 10-15 minutes. This means that the best cancer treatment effect can be obtained by performing X-ray irradiation in accordance with the peak period of the generated nitric oxide concentration.

好適には、一酸化窒素濃度の最高点を含むピーク期間(Tp)は、X線照射期間と一致する長さをもつ。このピーク期間(Tp)は、種々の方法により決定することができる。第1の方法は、腫瘍の温度又は一酸化窒素濃度を検出し、それに基づいて、一酸化窒素濃度が最高となる時点を推定することである。ピーク期間(Tp)は、この一酸化窒素濃度が最高となる時点を含んで設定することができる。   Preferably, the peak period (Tp) including the highest point of the nitric oxide concentration has a length corresponding to the X-ray irradiation period. This peak period (Tp) can be determined by various methods. The first method is to detect the temperature of the tumor or the nitric oxide concentration, and based on that, estimate the point in time when the nitric oxide concentration is highest. The peak period (Tp) can be set including the point in time when the nitric oxide concentration becomes maximum.

他の方法によれば、体温、室温、加温装置が発生する熱流量、NO産生用の超音波ビームが発生する熱流量、X線が発生する熱流量などから、ピーク期間(Tp)が推定される。言い換えれば、NO産生用の超音波ビームの照射開始時点(Ts)とX線照射開始時点の間に、最適な遅れ時間が設定される。これにより、X線照射量や超音波ビーム照射量の増大を抑止しつつ、癌治療効果の極大化を実現することができる。   According to other methods, the peak period (Tp) is estimated from body temperature, room temperature, heat flow generated by the heating device, heat flow generated by the ultrasonic beam for NO production, heat flow generated by X-rays, etc. Is done. In other words, an optimal delay time is set between the irradiation start time (Ts) of the ultrasonic beam for NO production and the X-ray irradiation start time. As a result, it is possible to maximize the cancer treatment effect while suppressing an increase in the X-ray irradiation amount and the ultrasonic beam irradiation amount.

本発明者らは、腫瘍の加温、特にNO産生用の超音波ビームを照射する前に行う腫瘍の予備加温を実行するための手段について考察した。いわゆる超音波ハイパーサーミアとして知られる公知の癌治療方法は、腫瘍を長時間にわたって高温に維持することにより、癌細胞を熱壊死させる癌治療法である。ただし、この超音波ハイパーサーミアは、正常細胞の熱壊死を防止する必要があるため、実際の運用は非常に難しいという問題を有している。   The present inventors have considered a means for performing tumor warming, particularly pre-warming of the tumor performed before irradiation with an ultrasonic beam for NO production. A known cancer treatment method known as so-called ultrasonic hyperthermia is a cancer treatment method in which cancer cells are thermally necrotized by maintaining a tumor at a high temperature for a long time. However, since this ultrasonic hyperthermia needs to prevent thermal necrosis of normal cells, it has a problem that actual operation is very difficult.

この超音波ハイパーサーミア法と同様に、腫瘍の予備加温を超音波ビームで行うことができる。しかし、この超音波ビームを用いた予備加温は、NO産生と加温との両方を超音波装置で実行できるため、装置構成を簡素化できる利点がある。ただし、この予備加温を超音波ビームにより行う場合、加温用の超音波ビームとNO産生用の超音波ビームとの両方が、癌組織に隣接する正常組織に照射される。超音波ビームによる正常組織のダメージを減らすため、加温用の超音波エネルギーとNO産生用の超音波エネルギーとの合計を低減することが、好ましい。   Similar to the ultrasonic hyperthermia method, the preheating of the tumor can be performed with an ultrasonic beam. However, the preliminary heating using this ultrasonic beam has an advantage that the apparatus configuration can be simplified because both NO production and heating can be performed by the ultrasonic apparatus. However, when this preliminary heating is performed by an ultrasonic beam, both the ultrasonic beam for heating and the ultrasonic beam for NO production are irradiated to the normal tissue adjacent to the cancer tissue. In order to reduce damage to normal tissue by the ultrasonic beam, it is preferable to reduce the sum of the ultrasonic energy for heating and the ultrasonic energy for NO production.

本発明者らは、上記観点から、超音波ビームの周波数を変更して、一酸化窒素産生量を調べた。その結果、図4に示す。図4は、超音波ビームの周波数と一酸化窒素産生量との関係を示すグラフである。実験条件は、上記と同じである。NO産生のためには、1MHz以下とすることが好適なことが理解される。ただし100kHz以下ではキャビテーション効果が出現し、生体に音響的な悪影響を与えるので、NO産生用の超音波ビームとしては、100kHz-1000kHzの周波数範囲が好適である。   From the above viewpoint, the present inventors examined the amount of nitric oxide produced by changing the frequency of the ultrasonic beam. The result is shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the frequency of the ultrasonic beam and the amount of nitric oxide produced. The experimental conditions are the same as above. It is understood that it is preferable to set the frequency to 1 MHz or less for NO production. However, since the cavitation effect appears at 100 kHz or less and has an adverse acoustic effect on the living body, the frequency range of 100 kHz to 1000 kHz is suitable as the ultrasonic beam for producing NO.

図5は、1MHzの周波数をもつ超音波ビームが照射された事例における一酸化窒素濃度(D)及び腫瘍温度(T)を示す。ただし、加温は実施されない。実験条件は、図2、図3に示される事例と同じである。図2と図5との比較により、以下の事実が判明した。まず、周波数が500kHzである超音波ビームは、周波数が1000kHzである周波数である超音波ビームよりも、高い一酸化窒素濃度を実現することができる。しかし、周波数が1000kHzである超音波ビームは、周波数が500kHzである超音波ビームよりも、腫瘍加温効果が高い。   FIG. 5 shows nitric oxide concentration (D) and tumor temperature (T) in the case where an ultrasonic beam having a frequency of 1 MHz is irradiated. However, heating is not performed. The experimental conditions are the same as the cases shown in FIGS. Comparison of FIG. 2 with FIG. 5 revealed the following facts. First, an ultrasonic beam having a frequency of 500 kHz can achieve a higher nitric oxide concentration than an ultrasonic beam having a frequency of 1000 kHz. However, an ultrasonic beam having a frequency of 1000 kHz has a higher tumor heating effect than an ultrasonic beam having a frequency of 500 kHz.

結局、加温のためには、周波数が高い超音波ビームをもつことが好適である。具体的には、1MHz-10MHzの超音波ビームを採用することが好ましい。これにより、超音波ビームの出力を増大することなく、加温効果を向上することができる。   After all, it is preferable to have an ultrasonic beam with a high frequency for heating. Specifically, it is preferable to employ an ultrasonic beam of 1 MHz to 10 MHz. Thereby, the heating effect can be improved without increasing the output of the ultrasonic beam.

NO増感式放射線癌治療システムの好適な運転例によれば、100kHz-1000kHzの加温用超音波ビームを腫瘍に所定時間照射することにより、腫瘍が効率よく予備加温される。好適には、この加温により、腫瘍は、39-43℃の温度をもつ。   According to a preferred operation example of the NO sensitizing radiation cancer treatment system, the tumor is efficiently preliminarily heated by irradiating the tumor with a heating ultrasonic beam of 100 kHz to 1000 kHz for a predetermined time. Preferably, with this warming, the tumor has a temperature of 39-43 ° C.

次に、100kHz-1000kHzのNO産生用の超音波ビームを腫瘍に所定時間照射することにより、腫瘍内に効率よく一酸化窒素を発生させる。次に、腫瘍内の一酸化窒素濃度がピークレベルとなるピーク期間(Tp)において、X線が照射される。その結果、X線及び超音波ビームの照射量を増大させることなく、癌治療効果を極大化することができる。なお、X線の代わりに、ガンマ線などを採用してもよい。   Next, the nitric oxide is efficiently generated in the tumor by irradiating the tumor with an ultrasonic beam for NO production of 100 kHz-1000 kHz for a predetermined time. Next, X-rays are irradiated during a peak period (Tp) in which the concentration of nitric oxide in the tumor reaches a peak level. As a result, the cancer treatment effect can be maximized without increasing the dose of X-rays and ultrasonic beams. Note that gamma rays or the like may be employed instead of X-rays.

装置構成例
次に、このNO増感式放射線癌治療システムの好適な装置構成例が図6に示されるブロック図を参照して説明される。図6に示されるNO増感式放射線癌治療システムは、図1に示される実験装置と本質的に同じである。X線照射装置1は、テーブル3の上方に配置される。超音波ビームを照射するプローブ4は、テーブル3の下方に配置される。
Device Configuration Example Next, a preferred device configuration example of this NO-sensitized radiation cancer treatment system will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The NO-sensitized radiation cancer treatment system shown in FIG. 6 is essentially the same as the experimental apparatus shown in FIG. The X-ray irradiation apparatus 1 is disposed above the table 3. The probe 4 for irradiating the ultrasonic beam is disposed below the table 3.

プローブ4の上端面には、超音波振動子(図示せず)が装着されている。この超音波振動子は、発振回路8からの高周波電力により所定周波数の超音波ビームを上方へ照射する。プローブ4及び発振回路8は本発明で言う一酸化窒素用の超音波NO発生装置及び超音波加温装置を構成している。   An ultrasonic transducer (not shown) is attached to the upper end surface of the probe 4. This ultrasonic transducer irradiates an ultrasonic beam having a predetermined frequency upward with high-frequency power from the oscillation circuit 8. The probe 4 and the oscillation circuit 8 constitute an ultrasonic NO generating device and an ultrasonic heating device for nitric oxide according to the present invention.

本発明で言う制御装置を構成するコントローラ9は、X線照射装置1及び発振回路8を制御する。これにより、X線照射期間、NO産生用の超音波ビームの照射期間及び加温用の超音波ビームの照射期間が制御される。もちろん、X線や超音波ビームの強度を制御することもできる。   The controller 9 constituting the control device according to the present invention controls the X-ray irradiation device 1 and the oscillation circuit 8. Thus, the X-ray irradiation period, the NO production ultrasonic beam irradiation period, and the heating ultrasonic beam irradiation period are controlled. Of course, the intensity of the X-ray or ultrasonic beam can be controlled.

運転制御例
コントローラ9により実行される運転制御例が図7に示されるフローチャートを参照して説明される。まず、ステップS100にて、必要な情報が図略のセンサからコントローラに読み込まれる。この情報としては、オペレータにより設定されるX線照射期間(=ピーク期間(Tp))、加温用超音波ビーム照射期間、NO産生用超音波ビーム照射期間、X線の強度、加温用超音波ビームの周波数及び強度、NO産生用超音波ビームの周波数及び強度が挙げられる。
Operation Control Example An operation control example executed by the controller 9 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. First, in step S100, necessary information is read from a sensor (not shown) into the controller. This information includes the X-ray irradiation period (= peak period (Tp)) set by the operator, the ultrasonic beam irradiation period for heating, the ultrasonic beam irradiation period for NO production, the intensity of X-rays, the supersonic wave for heating Examples include the frequency and intensity of the sound beam and the frequency and intensity of the ultrasonic beam for NO production.

その他、検出された室温などの情報が入力される。この実施例では、加温用超音波ビームの周波数は1MHzであり、その照射エネルギー密度は1W/1平方cmである。同様に、NO産生用超音波ビームの周波数は500kHzであり、その照射エネルギー密度は1W/1平方cmである。   In addition, information such as the detected room temperature is input. In this embodiment, the frequency of the heating ultrasonic beam is 1 MHz and the irradiation energy density is 1 W / 1 square cm. Similarly, the frequency of the ultrasonic beam for NO production is 500 kHz, and the irradiation energy density is 1 W / 1 square cm.

コントローラ9は、これらの情報と、腫瘍内の一酸化窒素濃度の時間変化曲線との関係を示すテーブルを有している。次に、ステップS102にて、ステップS100で収集された情報をこのテーブルとを用いて、NO産生用超音波ビームの照射開始時点からピーク期間(Tp)の開始時点までの遅延時間が決定される。つまり、ステップS102は、本発明で言うピーク期間推定部を構成している。   The controller 9 has a table showing the relationship between this information and the time change curve of the nitric oxide concentration in the tumor. Next, in step S102, using the information collected in step S100 and this table, the delay time from the start point of irradiation of the ultrasonic beam for NO production to the start point of the peak period (Tp) is determined. . That is, step S102 constitutes a peak period estimation unit referred to in the present invention.

次に、ステップS104にて加温用超音波ビームを照射することにより予備加温が開始される。次に、ステップS106にて、この予備加温期間が終了したかどうか判定される。予備加温期間が終了したら、ステップS108にて、NO産生用超音波ビームの照射が開始されるので、一酸化窒素濃度が急速に増加する。   Next, preliminary heating is started by irradiating a heating ultrasonic beam in step S104. Next, in step S106, it is determined whether or not this preliminary heating period has ended. When the preliminary heating period ends, in step S108, irradiation with the ultrasonic beam for NO production is started, so that the nitric oxide concentration increases rapidly.

次に、ステップS110にて、一酸化窒素濃度が最も高い期間であるピーク期間(Tp)が開始されたか否かが判定される。ピーク期間(Tp)が開始されたら、ステップS112にてX線の照射を指令する。次に、ステップS114にて所定のX線照射期間が終了したか否かが判定され、終了したらルーチンが終了される。つまり、ステップS112、S114は、本発明で言う放射線照射指令部を構成している。その結果、上記運転制御を実行することにより、X線及び超音波ビームの照射強度や照射時間を増加することなく、優れた癌治療成績を実現することができる。   Next, in step S110, it is determined whether or not a peak period (Tp), which is a period in which the nitric oxide concentration is the highest, has started. When the peak period (Tp) is started, X-ray irradiation is commanded in step S112. Next, in step S114, it is determined whether or not a predetermined X-ray irradiation period has ended, and when it has ended, the routine is ended. That is, steps S112 and S114 constitute a radiation irradiation command section referred to in the present invention. As a result, by executing the above operation control, excellent cancer treatment results can be realized without increasing the irradiation intensity and irradiation time of X-rays and ultrasonic beams.

変形制御例
上記装置の構成及び運転制御は、種々の変形例をもつことができる。たとえば、直接検出された腫瘍温度や腫瘍内の一酸化窒素濃度に基づいて、NO産生用超音波ビームの照射開始時点からピーク期間(Tp)の開始時点までの遅延時間を設定することができる。加温用超音波ビームの照射は、NO産生用超音波ビームの照射開始後も、実施されることができる。
Variation Control Examples The apparatus configuration and operation control can have various variations. For example, based on the directly detected tumor temperature and the concentration of nitric oxide in the tumor, the delay time from the start of irradiation of the ultrasonic beam for NO production to the start of the peak period (Tp) can be set. Irradiation of the ultrasonic beam for heating can be performed even after the start of irradiation of the ultrasonic beam for NO production.

プローブ4の説明
この実施例で用いたプローブ4が、図8を参照して説明される。図8は、プローブ4の先端部を示す模式斜視図である。プローブ4の先端には、加温用の超音波振動子41と、NO産生用の超音波振動子42とが設けられている。超音波振動子41は1MHzの超音波ビームを出力し、超音波振動子42は500kHzの超音波ビームを出力する。
Description of Probe 4 The probe 4 used in this example will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic perspective view showing the tip of the probe 4. At the tip of the probe 4, an ultrasonic transducer 41 for heating and an ultrasonic transducer 42 for NO production are provided. The ultrasonic transducer 41 outputs a 1 MHz ultrasonic beam, and the ultrasonic transducer 42 outputs a 500 kHz ultrasonic beam.

プローブ4の変形例が、図9を参照して説明される。図9は、プローブ4の先端部を示す模式斜視図である。プローブ4の先端には、加温用の超音波振動子43と、NO産生用の超音波振動子44とが設けられている。それぞれ輪状に形成された加温用超音波振動子43及びNO産生用超音波振動子44は、同軸配置されている。   A modification of the probe 4 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic perspective view showing the tip of the probe 4. At the tip of the probe 4, an ultrasonic transducer 43 for heating and an ultrasonic transducer 44 for NO production are provided. The heating ultrasonic transducer 43 and the NO producing ultrasonic transducer 44 each formed in a ring shape are coaxially arranged.

加温用超音波振動子とNO産生用超音波振動子とを交互に駆動することができる。高周波の超音波ビームを出力する加温用超音波振動子は、低周波の超音波ビームを出力するNO産生用超音波振動子を兼ねることができる。言い換えれば、共通の超音波振動子に印加する発振電圧を切り換えることにより、共通の超音波振動子から加温用超音波ビームとNO産生用超音波ビームとを時間順次に出力することができる。さらに、超音波ビームを焦点に収束させるために、超音波振動子の形状や配列を変更することも可能である。プローブ4にX線ビームが通過する孔を設けてもよい。   The ultrasonic transducer for heating and the ultrasonic transducer for NO production can be driven alternately. The heating ultrasonic transducer that outputs a high-frequency ultrasonic beam can also serve as an NO producing ultrasonic transducer that outputs a low-frequency ultrasonic beam. In other words, by switching the oscillation voltage applied to the common ultrasonic transducer, the heating ultrasonic beam and the NO production ultrasonic beam can be sequentially output from the common ultrasonic transducer. Furthermore, the shape and arrangement of the ultrasonic transducers can be changed in order to converge the ultrasonic beam to the focal point. The probe 4 may be provided with a hole through which the X-ray beam passes.

1 X線照射装置
2 ラット
3 テーブル
4 プローブ
5 アコースタンド
20 腫瘍
6 超音波無反射板
7 アコースタンド
8 発振回路
9 コントローラ
41-44 超音波振動子
1 X-ray irradiation device 2 Rat 3 Table 4 Probe 5 Accor stand 20 Tumor 6 Ultrasonic non-reflective plate 7 Accor stand 8 Oscillation circuit 9 Controller 41-44 Ultrasonic transducer

Claims (9)

患者の体外から癌組織に放射線を照射することにより前記癌組織を破壊する放射線照射装置と、
前記患者の体外から前記癌組織に一酸化窒素増感用の超音波ビームを照射することにより前記癌組織内に一酸化窒素(NO)を発生させる超音波NO発生装置と、
前記超音波NO発生装置の運転により前記癌組織内に一酸化窒素が生じている状態で前記放射線照射装置の運転を開始する制御装置と、
を備えるNO増感式放射線癌治療システムにおいて、
前記制御装置は、
前記超音波NO発生装置の運転開始時点から所定時間後に発生する一酸化窒素濃度のピーク期間を推定するピーク期間推定部と、
このピーク期間に放射線の照射を前記放射線照射装置に指令する放射線照射指令部と、
を有することを特徴とするNO増感式放射線癌治療システム。
A radiation irradiation device that destroys the cancer tissue by irradiating the cancer tissue from outside the patient's body; and
An ultrasonic NO generator that generates nitric oxide (NO) in the cancer tissue by irradiating the cancer tissue from outside the patient's body with an ultrasonic beam for sensitizing nitric oxide;
A control device that starts operation of the radiation irradiation device in a state where nitric oxide is generated in the cancer tissue by operation of the ultrasonic NO generator;
NO sensitizing radiation cancer treatment system comprising
The controller is
A peak period estimation unit that estimates a peak period of a nitric oxide concentration generated after a predetermined time from the operation start time of the ultrasonic NO generator;
A radiation irradiation command section for commanding radiation irradiation to the radiation irradiation apparatus during this peak period;
NO sensitizing radiation cancer treatment system, comprising:
前記癌組織を加温する加温装置を有し、
前記制御装置は、少なくとも前記超音波NO発生装置の運転開始の前に前記加温装置を運転することにより、前記癌組織を予備加温する請求項1記載のNO増感式放射線癌治療システム。
A heating device for heating the cancer tissue;
The NO sensitizing radiation cancer treatment system according to claim 1, wherein the control device preheats the cancer tissue by operating the heating device at least before the operation of the ultrasonic NO generator is started.
前記加温装置は、前記超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを前記癌組織に照射する超音波加温装置により構成されている請求項2記載のNO増感式放射線癌治療システム。   3. The NO-sensitized radiation cancer treatment according to claim 2, wherein the heating device includes an ultrasonic heating device that irradiates the cancer tissue with an ultrasonic beam having a higher frequency than the ultrasonic NO generator. system. 前記超音波加温装置及び前記超音波NO発生装置は、超音波出力用のプローブを共有する請求項3記載のNO増感式放射線癌治療システム。   The NO sensitizing radiation cancer treatment system according to claim 3, wherein the ultrasonic heating device and the ultrasonic NO generator share an ultrasonic output probe. 患者の体外から癌組織に放射線を照射することにより前記癌組織を破壊する放射線照射装置と、
前記患者の体外から前記癌組織に一酸化窒素増感用の超音波ビームを照射することにより前記癌組織内に一酸化窒素(NO)を発生させる超音波NO発生装置と、
前記超音波NO発生装置の運転により前記癌組織内に一酸化窒素が生じている状態で前記放射線照射装置の運転を開始する制御装置と、
を備えるNO増感式放射線癌治療システムにおいて、
前記癌組織を加温する加温装置を有し、
前記制御装置は、少なくとも前記超音波NO発生装置の運転開始の前に前記加温装置を運転することにより、前記超音波NO発生装置の運転中における前記癌組織の温度を、体温より高く、かつ、所定の最高温度よりも低い所定温度範囲に維持することを特徴とするNO増感式放射線癌治療システム。
A radiation irradiation device that destroys the cancer tissue by irradiating the cancer tissue from outside the patient's body; and
An ultrasonic NO generator that generates nitric oxide (NO) in the cancer tissue by irradiating the cancer tissue from outside the patient's body with an ultrasonic beam for sensitizing nitric oxide;
A control device that starts operation of the radiation irradiation device in a state where nitric oxide is generated in the cancer tissue by operation of the ultrasonic NO generator;
NO sensitizing radiation cancer treatment system comprising
A heating device for heating the cancer tissue;
The control device operates the heating device at least before starting the operation of the ultrasonic NO generator, so that the temperature of the cancer tissue during the operation of the ultrasonic NO generator is higher than the body temperature, and A NO sensitizing radiation cancer treatment system, characterized in that it is maintained in a predetermined temperature range lower than a predetermined maximum temperature.
前記制御装置は、前記超音波NO発生装置の運転中において、前記超音波NO発生装置及び前記加温装置の出力制御により、前記超音波NO発生装置の運転中における前記癌組織の温度を40-45℃に維持する請求項5記載のNO増感式放射線癌治療システム。   The controller controls the temperature of the cancer tissue during operation of the ultrasonic NO generator by controlling the output of the ultrasonic NO generator and the heating device during operation of the ultrasonic NO generator. The NO-sensitized radiation cancer treatment system according to claim 5, which is maintained at 45 ° C. 前記加温装置は、前記超音波NO発生装置よりも高い周波数をもつ超音波ビームを前記癌組織に照射する超音波加温装置により構成されている請求項5記載のNO増感式放射線癌治療システム。   6. The NO sensitizing radiation cancer treatment according to claim 5, wherein the warming device comprises an ultrasonic warming device that irradiates the cancer tissue with an ultrasonic beam having a higher frequency than the ultrasonic NO generator. system. 前記超音波加温装置及び前記超音波NO発生装置は、超音波出力用のプローブを共有する請求項7記載のNO増感式放射線癌治療システム。   The NO sensitizing radiation cancer treatment system according to claim 7, wherein the ultrasonic heating device and the ultrasonic NO generator share an ultrasonic output probe. 前記超音波加温装置は、1MHz-10MHzの範囲内の周波数をもつ高周波超音波ビームを出力し、
前記超音波NO発生装置は、1MHz-10MHzの範囲内の周波数をもつ低周波超音波ビームを出力する請求項9記載のNO増感式放射線癌治療システム。
The ultrasonic heating device outputs a high frequency ultrasonic beam having a frequency within a range of 1 MHz to 10 MHz,
The NO sensitizing radiation cancer treatment system according to claim 9, wherein the ultrasonic NO generator outputs a low-frequency ultrasonic beam having a frequency within a range of 1 MHz to 10 MHz.
JP2013098567A 2013-05-08 2013-05-08 NO-sensitized radiation cancer treatment system Expired - Fee Related JP6125315B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013098567A JP6125315B2 (en) 2013-05-08 2013-05-08 NO-sensitized radiation cancer treatment system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013098567A JP6125315B2 (en) 2013-05-08 2013-05-08 NO-sensitized radiation cancer treatment system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014217560A true JP2014217560A (en) 2014-11-20
JP6125315B2 JP6125315B2 (en) 2017-05-10

Family

ID=51936615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013098567A Expired - Fee Related JP6125315B2 (en) 2013-05-08 2013-05-08 NO-sensitized radiation cancer treatment system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6125315B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004533870A (en) * 2001-03-26 2004-11-11 エレン・エイ・インコーポレーテッド Method and apparatus for treating diseased tissue
JP2011527931A (en) * 2008-07-14 2011-11-10 アリゾナ・ボード・オブ・リージェンツ・フォー・アンド・オン・ビハーフ・オブ・アリゾナ・ステイト・ユニバーシティ Method and device for modulating cellular activity using ultrasound
JP2012504977A (en) * 2008-10-08 2012-03-01 ヘルムホルツ・ツェントルム・ミュンヒェン・ドイチェス・フォルシュンクスツェントルム・フューア・ゲズントハイト・ウント・ウムベルト(ゲーエムベーハー) Treatment device combining radiation therapy and thermotherapy
JP2012045122A (en) * 2010-08-26 2012-03-08 Jikei Univ Treatment system using radiation and ultrasound in combination
US20120065501A1 (en) * 2010-03-12 2012-03-15 Claire Andrews Renal Injury Inhibiting Devices, Systems, and Methods Employing Low-Frequency Ultrasound or Other Cyclical Pressure Energies

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004533870A (en) * 2001-03-26 2004-11-11 エレン・エイ・インコーポレーテッド Method and apparatus for treating diseased tissue
JP2011527931A (en) * 2008-07-14 2011-11-10 アリゾナ・ボード・オブ・リージェンツ・フォー・アンド・オン・ビハーフ・オブ・アリゾナ・ステイト・ユニバーシティ Method and device for modulating cellular activity using ultrasound
JP2012504977A (en) * 2008-10-08 2012-03-01 ヘルムホルツ・ツェントルム・ミュンヒェン・ドイチェス・フォルシュンクスツェントルム・フューア・ゲズントハイト・ウント・ウムベルト(ゲーエムベーハー) Treatment device combining radiation therapy and thermotherapy
US20120065501A1 (en) * 2010-03-12 2012-03-15 Claire Andrews Renal Injury Inhibiting Devices, Systems, and Methods Employing Low-Frequency Ultrasound or Other Cyclical Pressure Energies
JP2012045122A (en) * 2010-08-26 2012-03-08 Jikei Univ Treatment system using radiation and ultrasound in combination

Also Published As

Publication number Publication date
JP6125315B2 (en) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10576304B2 (en) Thermal therapy apparatus and method using focused ultrasonic sound fields
EP4349401A1 (en) Non-invasive sonodynamic therapy
US20100198064A1 (en) Devices and methods for non-invasive ultrasound-guided body contouring using skin contact cooling
JPH07184907A (en) Ultrasonic treating device
CN107913477B (en) Excitation method, device, equipment and storage medium of array ultrasonic transducer
US20230338751A1 (en) Methods of using planar or defocused acoustic waves for non-invasive sonodynamic therapy
KR20180061105A (en) Ultrasonic transducer
KR101259381B1 (en) Applicator for HIFU
US7645235B2 (en) Method for effecting local increases in temperature inside materials, particularly body tissue
JP6419528B2 (en) Focused ultrasound generator shortens treatment time
JP6125315B2 (en) NO-sensitized radiation cancer treatment system
KR101273302B1 (en) Method for Heating Local Area of Body by Ultrasound and Stimulator Transmitting Ultrasound
Hutchinson et al. Evaluation of an aperiodic phased array for prostate thermal therapies
Gupta et al. Transient temperature study during 3D scanning in HIFU thermal ablation
CN115103708A (en) Ultrasound emitting device for selective treatment of adipose tissue during body rejuvenation/remodeling
WO2019126991A1 (en) Method, device and storage medium for activating ultrasonic transducer array
Ju et al. Temperature feedback based heating strategy for ultrasound thermal surgery
Cheng et al. P3C-5 Split-Focused Ultrasound for Breast Tumor Thermal Surgery with Multidirectional Heating

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160516

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170316

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170323

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170405

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6125315

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees