JP3999755B2 - Thermal therapy probe - Google Patents
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Description
本発明は、ガン細胞等の患部を凍結治療する場合等に使用される熱治療プローブに関する。 The present invention relates to a thermal treatment probe used for cryotherapy of an affected area such as cancer cells.
凍結治療(クライオセラピー)とは腫瘍組織等の病変部を凍結し、腫瘍組織を壊死させて治療する方法である。従来、この凍結治療には、高圧アルゴンガスを使用した装置が使用されている(非特許文献1)。この装置においては、先端が尖鋭な管状のプローブを体内の患部に挿入し、先端のノズル部から高圧アルゴンガスを噴出し、ジュール−トムソン(Joule-Thomson)効果により病変部を冷却するものである。この凍結治療装置においては、プローブ先端温度が−150℃となる。 Cryotherapy (cryotherapy) is a method of treating a lesion by freezing a lesion such as a tumor tissue and necrotizing the tumor tissue. Conventionally, an apparatus using high-pressure argon gas has been used for this cryotherapy (Non-patent Document 1). In this device, a tubular probe with a sharp tip is inserted into the affected part of the body, high pressure argon gas is ejected from the nozzle part at the tip, and the lesion is cooled by the Joule-Thomson effect. . In this cryotherapy apparatus, the probe tip temperature is -150 ° C.
ところで、ガン細胞が死ぬには、細胞を−20℃以下に冷却する必要がある。患部、即ち、凍結すべき領域が、直径で10乃至20mmであるとすると、この凍結領域を−20℃以下にするには、少なくともプローブ先端温度は−50℃以下にする必要がある。また、吸熱量は、体温からの熱の流入、ガン細胞を冷やす熱量、及びガン細胞を凍結するための凝固熱を考慮すると、5W程度必要になる。また、体内のガン細胞を凍結するためには、プローブを体内に刺す必要があるが、体内に刺すためには、プローブの直径は10mmが限界であり、プローブ直径は10mm以下にする必要がある。また、実用上は、人体への影響を考慮すると、4mm以下であることが望ましい。 By the way, in order for cancer cells to die, it is necessary to cool the cells to −20 ° C. or lower. If the affected area, ie, the area to be frozen is 10 to 20 mm in diameter, at least the probe tip temperature needs to be −50 ° C. or lower in order to make this frozen area −20 ° C. or lower. Further, the endothermic amount is required to be about 5 W in consideration of the inflow of heat from the body temperature, the heat amount for cooling the cancer cells, and the coagulation heat for freezing the cancer cells. Moreover, in order to freeze cancer cells in the body, it is necessary to stab the probe into the body, but in order to stab the body, the diameter of the probe is limited to 10 mm, and the probe diameter needs to be 10 mm or less. . In practice, it is preferably 4 mm or less in consideration of the influence on the human body.
また、凍結治療ではないが、ペルチェ素子を使用した冷却治療器としては、ペルチェ焼灼装置がある(特許文献1)。また、ヒートパイプを使用した温熱治療器として、加熱時の伝熱にヒートパイプを使用したものがある(特許文献2)。 Moreover, although it is not cryotherapy, there exists a Peltier cautery apparatus as a cooling treatment apparatus using a Peltier device (patent document 1). Moreover, as a thermal treatment device using a heat pipe, there is one using a heat pipe for heat transfer during heating (Patent Document 2).
しかしながら、従来の高圧アルゴンガスを使用したジュールトムソン効果による凍結治療装置は、プローブ先端温度が−150℃になるので、凍結能力としては十分であるが、装置コストが極めて高く、また高圧ガスを取り扱うために、操作が煩雑であり、ランニングコストも高いという難点がある。 However, the conventional cryotherapy device using the Joule-Thompson effect using high-pressure argon gas has a probe tip temperature of −150 ° C., which is sufficient as the freezing capacity, but the device cost is extremely high, and high-pressure gas is handled. Therefore, the operation is complicated and the running cost is high.
また、特許文献1に記載のペルチェ素子を使用した焼灼装置は、プローブを体の表面に接触させるものであり、皮膚又は粘膜のガンを治療するための装置である。そして、この装置は、凍結治療に使用する場合は、ヒートシンク側をドライアイスで冷却する必要があり、操作が煩雑である。更に、特許文献2に記載の装置は、温熱治療器であり、凍結治療には使用できない。
In addition, a cautery device using a Peltier element described in Patent Document 1 is a device for bringing a probe into contact with the surface of the body and treating cancer of the skin or mucous membrane. And when this apparatus is used for cryotherapy, it is necessary to cool the heat sink side with dry ice, and the operation is complicated. Furthermore, the device described in
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、凍結能力が十分であると共に、高圧ガスを使用せず、装置コスト及びランニングコストが低く、また、ドライアイス及び液体窒素を使用しないので操作も簡単な熱治療プローブを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and has a sufficient freezing capacity, does not use high-pressure gas, has low apparatus cost and running cost, and does not use dry ice and liquid nitrogen. An object of the present invention is to provide a thermal therapy probe that is easy to operate.
本発明に係る熱治療プローブは、第1温度端と第2温度端との間に配置されて前記第1温度端と前記第2温度端との間に温度差を生成するペルチェ素子と、前記第2温度端を冷却又は加熱する基準温度源と、前記ペルチェ素子に対する通電方向を治療中と治療後で正逆切り替え可能に前記ペルチェ素子を駆動する駆動部と、一端が前記第1温度端に熱的に接続され他端が患部に挿入されるヒートパイプと、を有し、前記ヒートパイプは外管内に挿入されていて、この外管とヒートパイプとの間が真空状態になるように、ヒートパイプと外管とがその両端部でシールされており、前記ヒートパイプの先端は前記外管から露出していて前記患部に直接接触するようになっており、凍結治療に使用されることを特徴とする。 A thermal treatment probe according to the present invention is disposed between a first temperature end and a second temperature end to generate a temperature difference between the first temperature end and the second temperature end, A reference temperature source that cools or heats the second temperature end, a drive unit that drives the Peltier element so that the direction of energization of the Peltier element can be switched between normal and reverse during treatment, and one end at the first temperature end possess a heat pipe and the other end is thermally connected is inserted into the affected part, wherein the heat pipe has been inserted into the outer tube, as between the outer tube and the heat pipe is evacuated, The heat pipe and the outer tube are sealed at both ends thereof, and the tip of the heat pipe is exposed from the outer tube and comes into direct contact with the affected area, and is used for cryotherapy. Features.
また、凍結治療時に、例えば、前記基準温度源は前記第2温度端を冷却し、前記駆動部は前記第1温度端から前記第2温度端に熱が流れるように前記ペルチェ素子を駆動する。 Further, when freezing treatment, for example, the reference temperature source to cool said second temperature end, the drive unit you drive the Peltier element so that the heat flows in the second temperature end from the first temperature end .
本発明によれば、ペルチェ素子の熱電効果とヒートパイプの伝熱効果により、体内に挿入されたヒートパイプ先端部を冷却し、患部を凍結治療する。このため、高圧ガスの噴射による冷却と同等の冷却効果を得ることができると共に、高圧ガス、ドライアイス及び液体窒素等を使用しないので、装置コスト及びランニングコストが低く、操作も容易であるという効果を奏する。 According to the present invention, the tip of the heat pipe inserted into the body is cooled by the thermoelectric effect of the Peltier element and the heat transfer effect of the heat pipe, and the affected part is frozen. For this reason, it is possible to obtain a cooling effect equivalent to cooling by injection of high-pressure gas, and since high-pressure gas, dry ice, liquid nitrogen, etc. are not used, the apparatus cost and running cost are low, and the operation is easy. Play.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の第1実施形態を示す図、図2はヒートパイプの部分を示す図である。ヒートパイプ3は外管2内に同軸的に挿入されており、外管2の先端部はシール2aにより封密的にシールされており、外管2の基端部は後述する容器13内に挿入されていて、この容器13内を真空にすることにより、外管2とヒートパイプ3との間の隙間が、真空に保持されている。これにより、ヒートパイプ3は熱的に外界から遮断されている。ヒートパイプ3の先端3aは外管2から外部に露出しており、この部分が人体1内に刺入される。このヒートパイプ3の先端3aの近傍には、温度センサ4が配置されており、温度センサ4の信号線は外管2に沿って、外部に設けられた制御回路10に入力されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a heat pipe portion. The
ヒートパイプ3の基端は、均熱板8に固定され、熱的に連結されている。そして、ペルチェモジュール5の一方の温度端を構成する基板6がこの均熱板8に接合されており、他方の温度端を構成する基板7が水冷ジャケット9に接合されている。水冷ジャケット9内には、チラー冷却水の供給装置12から、冷却水が配管11を介して循環供給されるようになっている。配管11はその水冷ジャケット9側の部分が容器13内に挿入されている。
The base end of the
図3及び図4はペルチェモジュール5の構成を示す図である。このペルチェモジュール5は多段モジュールであり、例えば、図4に示すように、各ペルチェ素子21を3段に積層し、図3に示すように、3段構成のペルチェ素子の単位モジュールを8個並列に接続している。即ち、1個のペルチェモジュール5は、その最下段において、基板7上の各電極(図示せず)上にp型素子及びn型素子を接合し、基板22の下面に設けた各電極(図示せず)により、基板7上の隣接する電極上のp型素子とn型素子とを接合することにより、p型素子とn型素子とを交互に直列に接続している。同様に、中段は、基板22上の電極と基板23の下面上の電極により、基板22と基板23との間に配置された複数個のp型素子とn型素子とを交互に直列に接続して構成され、上段は、基板23上の電極と基板6の下面上の電極により、基板23と基板6との間に配置された複数個のp型素子とn型素子とを交互に直列に接続して構成されている。各単位ペルチェモジュール5においては、上段と中段及び中段と下段のペルチェ素子21群を直列接続する電極の両端部の電極は相互に接続されており、従って、上段、中段及び下段の全てのペルチェ素子21は、p型素子とn型素子とが交互になるように直列に接続されている。この直列接続体の両端部の電極は、制御回路10に接続されている。
3 and 4 are diagrams showing the configuration of the Peltier
このように構成された単位ペルチェモジュール5が、水冷ジャケット9上に複数個配置され、上段の基板6は、共通して均熱板8に接合されている。このように構成されたペルチェモジュールにおいては、各単位モジュール5の各素子21を直列接続体の両端部を介して電流を適切な方向に供給すると、基板6側から基板7側に向けて熱が流れ、均熱板8側の熱が、水冷ジャケット9に集まる。
A plurality of unit Peltier
外管2の基端部及びヒートパイプ3の基端部と、均熱板8と、ペルチェモジュール5と、水冷ジャケット9は、容器13内に配置され、容器13内を真空に保持することにより、真空雰囲気に保持されている。なお、ヒートパイプ3の直径は8mm以下、外管2の外管の直径は10mm以下であることが好ましく、更に好ましくは、ヒートパイプ3の直径は3mm以下、外管2の外管の直径は4mm以下である。特に、外管の直径が10mmより太いと、プローブを人体1内に刺入することが困難になる。
The proximal end portion of the
次に、上述の如く構成された熱治療プローブの動作について説明する。チラー冷却水の供給装置12から冷却水を水冷ジャケット9に循環供給し、水冷ジャケット9上の各ペルチェモジュール5の基板7を冷却する。そして、ヒートパイプ3の先端3aを人体1に刺入し、先端3aを患部に位置させる。その後、制御装置10により、各ペルチェモジュール5に給電する。そうすると、ペルチェモジュール5により、均熱板8から熱が吸引されて水冷ジャケット9に向けて熱が流れ、水冷ジャケット9に熱が集まるが、この水冷ジャケット9の熱は、チラー冷却水により冷却され、水冷ジャケット9に熱が溜まることはない。
Next, the operation of the thermal treatment probe configured as described above will be described. Cooling water is circulated and supplied from the chiller cooling
このようにして、均熱板8が冷却される。そして、外管2により外界から真空熱遮断されたヒートパイプにより、ヒートパイプ3の先端3aが冷却される。この患部の温度は温度センサ4により測定され、制御回路10にその検出信号が入力され、温度センサ4により検出された温度が所定値になるように、ペルチェモジュール5に給電する電流が制御される。
In this way, the soaking plate 8 is cooled. And the front-end |
この場合に、例えば図4の下段の基板7の大きさが45mm×45mmであり、各ペルチェ素子21の大きさが断面が1.5mm×1.5mm、高さが2.0mmであり、このペルチェ素子21をp型とn型の対で297対設け、中段の基板22の大きさが35mm×35mmであり、各ペルチェ素子21の大きさが断面が1.6mm×1.6mm、高さが2.0mmであり、このペルチェ素子21をp型とn型の対で111対設け、上段の基板23の大きさが25mm×25mmであり、各ペルチェ素子21の大きさが断面が1.7mm×1.7mm、高さが2.0mmであり、このペルチェ素子21をp型とn型の対で38対設け、このペルチェモジュール5を8個並列に水冷ジャケット9と均熱板8との間に設けた場合、高温(水冷ジャケット9)側が20℃、低温(均熱板8)側が−80℃以下となり、吸熱量が5Wとなる。このとき、ヒートパイプ3の熱抵抗が6℃/Wであるとすると、ヒートパイプ3での基端と先端との間の温度差が6×5=30℃となる。このため、ヒートパイプ3の先端3aは、−80−(−30)=−50℃以下となり、直径20mmの凍結領域でガン細胞を死滅させるに必要な低温(プローブ先端で−50℃以下)が得られ、吸熱量(5W)が得られる。
In this case, for example, the size of the
これにより、ガン細胞が凍結し、ガン細胞を死滅させることができる。この場合に、−20℃以下の凍結温度に達するのは、直径が10乃至20mm程度の領域であるので、正常な細胞が死滅することは防止される。ガン細胞が凍結して死滅した後、ペルチェ素子21の通電方向を逆にして、ヒートパイプ3の先端3aを加熱すると、この凍結領域が急速に解凍され、プローブを体内から抜き取る。場合によっては、このヒートパイプ3の先端3aが加熱される状態で、プローブを使用することにより、温熱療法を実施することもできる。
Thereby, cancer cells can be frozen and cancer cells can be killed. In this case, since it reaches the freezing temperature of −20 ° C. or less in the region having a diameter of about 10 to 20 mm, normal cells are prevented from being killed. After the cancer cells are frozen and killed, the energization direction of the
次に、この熱治療プローブの種類について説明する。図5は穿刺針型凍結プローブによる治療状態を示す図である。この図5に示すように、肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、副腎、脳、甲状腺、軟部組織及び肺等の臓器に生じた悪性又は良性の腫瘍に、本発明の凍結プローブのヒートパイプ部分を挿入し、患部を凍結する。例えば、ヒートパイプ3の先端3aを肝臓30に生じた肝腫瘍の患部31に挿入して、この部分を冷却すると、先端3aの近傍が凍結されてアイスボール32といわれる凍結領域が生成される。このアイスボール32により、ガン細胞が治療される。なお、プローブの穿刺に際し、別の穿刺針を先に人体1に挿入して、予めルートを形成しておき、このルートにシースを挿入してルートを確保し、その後、プローブをシース内に挿入することにより、人体1内にプローブを挿入するように構成することもできる。
Next, the type of thermal treatment probe will be described. FIG. 5 is a diagram showing a treatment state using a puncture needle type cryoprobe. As shown in FIG. 5, the heat pipe portion of the frozen probe of the present invention is inserted into a malignant or benign tumor generated in an organ such as the liver, kidney, spleen, pancreas, adrenal gland, brain, thyroid gland, soft tissue and lung. And freeze the affected area. For example, when the
図6及び図7は、カテーテル型のプローブを示す。胆道、気道、尿道、膀胱、血管内及びその他の管腔臓器にペルチェ素子を設けた本発明のプローブからなるカテーテルを挿入し、凍結及び解凍を繰り返して、腫瘍性病変(悪性及び良性)を治療する。また、血管については、冷却及び温熱により、内皮細胞の増殖促進及び増殖阻止等の生理的な変化を生じさせる。図6に示すように、胆管33にできた胆管ガン34に対し、胆管33にペルチェ素子を備えたカテーテル39を挿入し、胆管ガン34の部分にヒートパイプ3の先端3aを位置させ、冷却して凍結する。これにより、アイスボール35が生成したガン細胞が死滅する。この場合に、カテーテル39を比較的細い管腔構造にガイドワイヤー等で誘導する。カテーテル39の誘導に際しては、X線透視等を併用すればよい。
6 and 7 show a catheter type probe. Treatment of neoplastic lesions (malignant and benign) by inserting a catheter made of the probe of the present invention having a Peltier element in the biliary tract, airways, urethra, bladder, blood vessels and other luminal organs, and repeating freezing and thawing To do. In addition, with respect to blood vessels, physiological changes such as promotion of proliferation and inhibition of proliferation of endothelial cells are caused by cooling and heat. As shown in FIG. 6, a
また、図7に示すように、脳内の血管36内にカテーテル39を挿入し、その先端から露出したヒートパイプ先端3aを、動脈瘤37の部分に位置させ、血管壁を冷却したり、暖めたりして、血管の内皮の増殖を促進したり、抑制したりする。
Further, as shown in FIG. 7, a
図8は本発明のプローブを組み込んだ内視鏡40を使用した凍結治療を示す。カテーテル型プローブは比較的細い管腔に挿入されるものであるが、この内視鏡40は比較的太い管腔に挿入されるものである。食道等の消化管、腸管及び気管等にペルチェ素子を備えた内視鏡40を挿入し、凍結及び解凍を繰り返して、腫瘍性病変(悪性及び良性)を治療する。図8は、食道に内視鏡40を挿入して、その先端から露出したヒートパイプの先端3aにより、アイスボール43を形成し、腫瘍42を治療する。
FIG. 8 shows cryotherapy using an
1:人体、2:外管、3:ヒートパイプ、3a:ヒートパイプの先端、4:温度センサ、5:熱電モジュール、6,7,22,23:基板、8:均熱板、9:水冷ジャケット、10:制御回路、12:冷却装置 1: human body, 2: outer pipe, 3: heat pipe, 3a: tip of heat pipe, 4: temperature sensor, 5: thermoelectric module, 6, 7, 22, 23: substrate, 8: heat equalizing plate, 9: water cooling Jacket: 10: Control circuit, 12: Cooling device
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