JP4188555B2 - 前立腺に熱を供給するデバイス - Google Patents
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Description
(発明の範囲)
本発明は、特許請求の範囲請求項1の前置き部分に記載されている、身体組織に熱を供給するデバイスに関する。
【0002】
組織内の不自然な成長に関係する疾患によって生じるある種の状態には、熱を伴う治療が治療後によい結果を与える。組織は、それが死ぬ程度まで加熱される。この種の疾患状態の例としては、あるタイプの癌や良性前立腺増殖やBPHがある。治療により、組織のある部分は、その組織の死が起こるように加熱され、組織の他の部分は保護されなければならない、または保護されるべきである。本明細書で主に焦点を当てる疾患の状態は、身体内の体腔を取り囲む組織に生じる疾患状態である。前述した例以外の例としては、食道、気管、尿道、腸の癌も挙げることができる。
【0003】
対応する疾患の状態が動物に生じることもあり、その場合も同様の治療を施すことができる。とりわけ、例えば犬などの家畜の治療が話題になる可能性がある。
【0004】
(技術状況)
熱を生成するために、様々なデバイスを使用することができる。通常は、レーザ、マイクロ波および無線周波数アンテナが使用される。液体の入った容器を体腔に挿入することを用いる方法も知られている。液体は、取り囲む組織との良好な接触が達成されるように容器を膨張させる。次いで、循環システムを介して暖かい液体を供給することによって、または熱をなんらかの形で液体に伝達し、その後組織に伝達する容器内部の加熱デバイスにエネルギーを供給することによって、液体が加熱される。
【0005】
治療される組織の体積と、その組織および治療されない隣接組織が熱を吸収できる能力とが変化するため、治療中に継続的な監視を行うことが妥当である。治療の進行中、組織の加熱が行われる。加熱は、治療が最良の結果をもたらすよう、ある温度範囲内で行われるべきである。不必要に高すぎる温度では組織内に損傷が生じ、低すぎる温度では治療の所望の結果が生じない。
【0006】
隣接組織内の温度を監視するために、加熱用の装置が、加熱を誘導する要素上に配置されたなんらかの形の温度センサを組み込むことが一般的である。この設計の欠点は、温度センサが、組織の温度よりも要素の温度に関する情報を与えることである。
【0007】
このタイプの加熱デバイスの例は、EP 0 370 890に示され、記載されている。その装置は、アンテナを取り囲む組織に無線エネルギーを放出するように実施されたマイクロ波アンテナ内に含まれるカテーテルを包含する。カテーテルはまた、カテーテルに最近接して位置された組織を冷却するための冷却チャンネルを備える。カテーテルには、カテーテルの温度を読取るために温度トランスデューサが位置される。この場合、検出される温度は治療されている組織の温度と一致しない。
【0008】
温度検出のより発展した方法が、PCT/SE96/00649に示され、記載されている。治療される組織内の温度上昇を直接示すことができるようにするため、PCT/SE96/00649による第1の温度検出機器が、第1のキャリアに接続される。キャリアは、カテーテル内のチャンネルを介して導かれ、カテーテルの開口を介して伸縮可能であるように考案されている。カテーテルの開口には、キャリアがカテーテルに対して所望の角度で組織内に向けられるように、キャリア用の制御装置が適切に配置されている。前述のマイクロ波装置を用いて実施される治療は、しばしばTUMT(経尿道マイクロ波温熱療法)と呼ばれる。
【0009】
キャリアまたは温度検出機器は、組織内への貫通を容易にする先端を備えている。温度検出機器は従来、抵抗トランスデューサまたは半導体として実施されることがある。このタイプのトランスデューサに必要なより合わせは、カテーテル内のチャンネルを介して行われる。光学式トランスデューサが使用される場合、ファイバ光学ガイドが、カテーテル内のチャンネルを介して提供される。
【0010】
上述した装置およびその他の知られている技法によれば、主治医が通常、治療の期間および温度を決定する。継続的に温度検出を行うことができるにもかかわらず、加熱のプロセスが数週間または数カ月かかることがあるので、治療のプロセス中に治療の満足な結果を確保することに関する問題がある。また、例えば患者に発生する痛みなどの新しい状態に対してプロセス中の治療を調整すること、および患者の現行の身体状態に対して一般に治療をどのように調整すべきか判定することも困難である。
【0011】
(発明の概要)
本発明の目的は、身体組織に熱を供給する装置を生成することであり、それによって、前述の欠点が本質的になくなる。この目的は、特許請求の範囲請求項1から10に示される特徴により、本発明に従って達成される。
【0012】
本発明によれば、事前に異なる形で、結果をより良く予測できるように熱の供給を調整する可能性もある。本発明による装置は、前立腺内で測定されたある点での前立腺に関する情報と、エネルギー源または熱源からの身体組織におけるエネルギー吸収の分布に関する情報とに基づいて、前立腺全体における温度分布を計算するために使用される。温度分布は、組織内の温度と、吸収されたエネルギー、血流および熱伝導との関係に基づいて決定される。熱が加えられる温度および時間を継続的に測定することによって、かつ被爆熱量を受ける細胞の生存に関する情報に関連して温度分布を継続的に監視することによって、被爆中のある時点で破壊される組織の量が求められる。
【0013】
好ましい実施形態では、温度分布および組織の破壊が、ディスプレイ上に画像およびテキストとして継続的に表示され、それにより主治医は、現行状態に関して常に通知を受けることができる。熱は、調整される可能性がある組織の一部が破壊されるまで、組織に供給される。
【0014】
本発明のさらなる利点および特別な特徴は、以下の説明と図面、および特許請求の範囲によって見ることができる。
【0015】
ここで、本発明を、添付図面を参照しながら実施形態の例を使って、より詳細に記述する。
【0016】
(説明)
図1によれば、治療用カテーテル12は、先端23が膀胱28に貫通するように尿道内に挿入されている。治療用カテーテルに接続された嚢またはバルーン29が膀胱28の内部で膨張して、処置期間中に治療用カテーテルが偶然引き抜かれるのを防ぐ。ここで、治療用カテーテルの活動部分は、治療すべき組織、この場合は前立腺31内の中央に位置される。治療用カテーテル12は、尿道を介して治療の部位に導入されるように、延性および柔軟性をもつ。
【0017】
図1では、容器19が、圧力下でその中に供給された液体20によって作業体積まで膨張した状態で示されている。容器19は、図1に示される実施形態によれば、膀胱に向けられた部分でより厚い断面を有して、または軸方向においてより対称的に、治療用カテーテルの長手方向で西洋なし形に形成することができる。この形状は、この断面において尿道の形に続く、または尿道の形に取り付けられる。容器19は、治療用カテーテルの外側に位置されて、治療用カテーテルの下側に容器19のより大きな部分を適切に有する。容器19が膨張するとともに、治療用カテーテルが上方向に持ち上がり、それは、容器19内に位置された加熱デバイス10と直腸との間の距離が体内で増すことを意味する。液体20は、治療用カテーテル12を介して延びる管として考案されたチャンネル22を介して送られる。
【0018】
加熱治療中の組織内での温度発展に追従することができるように、第1の温度トランスデューサ11がキャリア24に位置される。キャリア24は、治療用カテーテルを通るチャンネルまたは管路25を介して進むように設計される。キャリア24または温度トランスデューサ11は、一部が治療用カテーテル内の膜または壁を、一部が組織を貫通することができる先端を備える、または先端として提供されていることが好ましい。管路25は、温度トランスデューサ11を伴うキャリア24が適した角度で治療用カテーテルの外に進み、治療用カテーテルから適した径方向距離まで伸ばすことができるように実施されている。温度トランスデューサ11の所望の角度付けを達成するために、管路25の末端部に特別に角度付けされた機器を提供することもできる。治療用カテーテル12はまた、他の温度トランスデューサ30を備えることもできる。容器19の近傍、または治療用カテーテル12に絶対的に最近接する組織内の温度に関する情報は、第2の温度トランスデューサ30から得られる。図1および図2による実施形態では、本発明による装置は第3の温度トランスデューサ34も備える。第3の温度トランスデューサ34はまた、第1の温度トランスデューサ11と第2の温度トランスデューサ30の間に、キャリア24上に位置されていることが好ましく、それにより、治療用カテーテル12から指定の距離だけ離れたところで、温度を継続的に求めることができる。
【0019】
液体チャンネル26も治療用カテーテル内に組み込まれる。チャンネル26はバルーン29に開かれ、治療用カテーテルが定位置にあるとき、バルーン29を膨張させるためにチャンネルを介して液体を送ることができる。液体チャンネル26は、治療の終結時および治療用カテーテルが尿道から引き抜かれる前にバルーン29を空にするためにも使用される。従来のシリンジおよびその同等物が、液体を挿入するため、およびバルーン29を空にするために使用されることが好ましい。
【0020】
加熱デバイス10にエネルギーを供給する供給ケーブル21は、熱損失の結果温められる。治療の領域を越える組織、例えば前立腺の外側で尿道を取り囲む括約筋上の組織の傷害を避けるために、供給ケーブル21が冷却される。これは、治療用カテーテル12内、好ましくは供給ケーブル21の周りに冷却チャンネルを提供することによって行われる。本発明による実施形態では、冷却チャンネルは、冷却チャンネル内を循環する冷却液体が向きを変える制限壁を有する。この形では、加熱デバイス10自体の冷却が避けられて、これは、エネルギー源ユニット13から供給される必要がある電力をより少なくすることができることを意味する。より低レベルの電力によって、医療過誤のリスクおよび健全な組織の傷害が少なくなる。
【0021】
したがって、組織の加熱は、隣接組織に熱を直接放射する容器内に含まれる液体の加熱を介してより短い距離だけ離れた所で一部行われ、電磁気放射を介してより長い距離だけ離れた所で一部行われる。治療の総領域は従来の加熱を伴う場合よりも大きく、これは組織のより大きな断面を達成することができることを意味する。
【0022】
90〜150℃の範囲の高温では、組織も硬化して、クラストを形成する。クラストは、治療に関連して摂護線が膨らむ場合に生じる恐れのある問題を防ぐ、または弱める。容器19に最近接する組織内で最高温度に達するので、治療領域で前立腺を通り抜ける尿道の一部が強い影響を受け、傷害を受ける。しかし、尿道のこの部分は、それ自体比較的速く回復する。
【0023】
好ましい実施形態では、加熱デバイス10がマイクロ波アンテナを備える。尿道は治療の領域内で完全にふさがれていて、自由な空間が残っていないので、組織に対するマイクロ波アンテナの適合が非常に良い。容器19内の液体は、マイクロ波の伝搬に関して前立腺組織と本質的にまたは完全に同じ特性を有するように選択される。したがって、アンテナと組織の間のインピーダンスの調整も非常に良く、それにより、アンテナおよびエネルギー供給ユニットの寸法決定が簡単になり、マイクロ波電源の設定が容易になる。
【0024】
治療が終了すると、加熱デバイス10へのエネルギー供給が中断され、容器は空にされて、通常の身体温度に戻される。容器が、身体を通る容器の経路に傷害を生じる恐れがある温度にある限り、治療用カテーテルを取り外すのには適さない。このため、容器19の温度が継続的に監視され、その結果、所望の温度に達するとすぐに治療用カテーテルの取り外しを行うことができる。
【0025】
先端を有するカテーテル12が膀胱28に導入される前立腺または膀胱に関連する治療の場合、膀胱からの尿の排出および可能性があれば他の液体の排出は、カテーテル12内に提供された排出チャンネルを介して行うことができる。排出チャンネルは、カテーテル12全体を通り抜け、カテーテル12の先端付近の開口27で終わる。あるタイプの治療では、治療後に特定の時間、カテーテル12を定位置に留めておくことが適する可能性がある。この時間中も尿を排出することが排出チャンネルの役割である。
【0026】
治療された組織および死んだ組織は再吸収される、または拒否されて、尿によってなくされる。組織の除去によって生じる前立腺内の体腔により、尿の正しい経路が保証される。体腔ははじめ、治療時に容器19の形に相当する形を有する。
【0027】
上述したことに従った加熱治療に対する補足またはその治療の一部として、なんらかの形の薬を、液体容器19内に導入することができる。液体容器19は、そのような場合には薬のスループットを許すように修正される。液体容器19は、薬が液体容器19の壁を介して拡散できるように実施されていることが好ましいが、壁内に浸透チャンネルまたはその同等物を提供することも可能である。一治療によれば、痛み止めを液体内に含むことができる。直接治療を施す他の薬を使用することさえできる。
【0028】
代替実施形態によれば、液体容器19が含まれない。そのような実施形態では、この場合、加熱は、組織によって吸収できるエネルギーを放射するために提供された加熱デバイス10によって直接行われる。マイクロ波放射が、アンテナを含む加熱デバイス10とともに採用されることが好ましい。レーザおよび他のタイプの放射源が問題となる可能性もある。
【0029】
図2のブロック図は、本発明による治療用カテーテルを備える治療アセンブリ内に含むことができる様々な機能ブロックを概略的に示す。上で示したように、加熱デバイス10は、エネルギー供給ユニット13からエネルギーを供給される。中央制御ユニット14は、エネルギー供給ユニット13およびディスプレイユニット33、ならびに液体供給装置32に動作可能に接続されている。制御ユニット14は付加的に、例えばキーボード16の形の入力デバイスに動作可能に接続されている。制御ユニット14、キーボード16、および表示ユニット33はまた、モニタとキーボードを伴う従来のコンピュータに含むこともできる。
【0030】
TUMTおよび同様の治療方法を用いた治療では、組織の温度が、i)マイクロ波エネルギーまたは他の発生源から放射されたエネルギーの吸収による熱の発生、ii)組織内の熱伝導の結果生じる熱分布、iii)血の流れの結果生じる熱損失の3つの異なるプロセスによって大部分決定される。パラメータi)は、使用される現行の治療用カテーテルによって求められ、ii)は計算することができ、iii)は患者によって異なり、未知である。これらの関係は、生体熱に関して知られている以下の式によって与えられる。
【0031】
【数1】
【0032】
ここで、ρ(kg m-3)は前立腺の密度であり、c(J kg-1K-1)は前立腺の比熱であり、T(℃)は時間t(秒)における前立腺の温度であり、λ(W m-1 K-1)は前立腺内の熱伝導であり、Δはラプラス演算子であり、ωbは組織の潅流(m3 kg-1 s-1)であり、ρb(kg m-3)は血の密度であり、cb(J kg-1 K-1)は血の比熱であり、Taは動脈の温度(℃)であり、Qs(W m-3)はマイクロ波吸収の結果生じる熱の発生であり、Qm(W m-3)は代謝による熱の発生である。項Qmは、熱治療では無視することができる。前立腺組織の熱特性は、その含水量から計算され、80%と仮定する。式または対応するデータをメモリ15に記憶することができ、それにより、熱を利用する間、継続的に解を求めることができる。
【0033】
マイクロ波吸収が放射の方向に関して対称であると仮定することができるため、式1の数値解法には円筒形の幾何形状が使用された。有限差分技法が、解法に使用された。式1の項Qsは、特定の治療用カテーテル12の比吸収率(SAR、W/kg)によって求められる。比吸収率を求めるための実用的な方法は、例えば材料TX−150からできている組織状身体にTUMTカテーテルを配置すること、およびマイクロ波出力により50Wで60秒加熱した後、身体内の温度分布を測定することである。SARを測定する一方法は、British Journal of Urology 78(1996)、564〜572ページに詳細に記載されている。
【0034】
第1のメモリ15には、異なる治療期間中、異なる細胞温度での細胞の生存に関する知られているデータが、例えば適した式、データテーブルまたはその同等物の形で記憶されている。第1のメモリ15は、記憶されたデータが補足され、必要であれば、新しい治療結果が収集されたときに補正されるように、適切に実施される。治療によって生じる組織損傷は、以下の式に従うアレニウスの式によって数学的に記述することができる。
【0035】
【数2】
【0036】
ここで、Ωは治療時間t中に蓄積された損傷の程度であり、Aはアレニウス定数(3.1・1098s-1)であり、Eaは細胞の活動のエネルギー(6.3・105J mol-1)であり、R(J mol-1K-1)は一般気体定数であり、T(K)は組織の温度である。組織はΩ≧1で破壊されると仮定される。
【0037】
適切な測定は、治療後にあるインターバルで、例えばある期間中に1カ月ごとに、データがさらに付け加えられるものである。第1のメモリ15には、治療を受ける組織タイプの熱吸収および熱分散に影響を及ぼす血流およびその他の因子に関する記憶されたデータがある。正確なデータとともに、実際の組織に非常に近い組織のモデルを形成することを可能にする、上で引用した因子に関する情報をメモリ15内に記憶することが可能である。この後者のデータは、治療後にも継続的に補足され、補正されることが好ましい。
【0038】
熱治療の前、ある現行の身体的因子、例えば前立腺のサイズ、前立腺の狭まりの程度、および前立腺と直腸の距離が求められる。これらの状態に関する情報を用いて、適したタイプの治療用カテーテルと適した治療温度とが決定される。従来のデバイスによれば決定的な因子であった治療期間の代わりに、治療され、その結果破壊される組織の所望の体積/重量に関する値が求められる。この値は、例えば、入力デバイス16にそれを供給することによって制御ユニット14が利用できるように与えられる。温度の最高値、または治療の温度に関する平均値、もしくは温度範囲が与えられることも好ましい。デバイスはまた、体積/重量の適切な組合せ、および治療の温度を記憶するためのさらなるメモリを備えていてもよい。後者の場合では、治療の温度について、基準値が自動的に選択される。
【0039】
これらの入力を用いて、制御ユニット14は、このタイプの治療用カテーテルを使用する場合、容器19に液体を供給することによって治療を開始して、エネルギー供給ユニット13に制御信号を送ることができ、その結果、加熱デバイス10が組織の加熱用のエネルギーを放出し始める。液体容器19が充填されて膨張しているとき、液体供給装置32が使用される。制御ユニット14は、圧力の適切な増加及びそれに関連する前立腺組織の圧縮を達成するように、充填を支配することができる。第1の温度トランスデューサ11、および好ましくはさらに第2の温度トランスデューサ30と第3の温度トランスデューサ34が、治療下の組織内の加熱デバイス10近傍、およびそこからある距離だけ離れた所での、現行の治療の温度に関する継続的な情報を提供する。
【0040】
制御ユニット14は、温度トランスデューサ11に、および好ましくはトランスデューサ30および34に動作可能に接続されており、治療の領域内の現行温度の関数としてエネルギー供給ユニット13を支配することができ、その結果、適切な出力が加熱デバイス10に送られる。この手段により、余裕安全率が良好な液体容器19内、およびしたがって周囲組織内の温度を急激に上げることが可能であり、それによって組織の死が所望の形で起こる。温度トランスデューサ11および30からの温度に関するデータも、ディスプレイユニット33に継続的に示すことができる。入力デバイス16を使用して、またはエネルギー供給ユニット13から評価することができるとき、加熱デバイス10からの出力の適したレベルを示すことも可能である。出力レベルは、組織が受け取る温度に影響を及ぼし、ある場合には、患者が受ける痛みのレベルに影響を及ぼすことができる。
【0041】
計算機器17は、温度トランスデューサ11、30、および34からのデータと、第1のメモリ15に記憶されたデータを継続的に比較し、この手段によって、制御ユニット14は、前立腺組織内の治療用カテーテル12から様々な距離離れた所において、温度がどのように変化するかを継続的に計算することができる。この方法では、計算機器17が、所望の形で治療され、治療の所望の結果が組織内で達成された組織の体積/重量を継続的に計算することも可能である。
【0042】
この方法で計算された情報は、ディスプレイ33に継続的に送られて、その結果、主治医は、治療された体積/重量に関する数的データに加え、治療がどのように進行しているかに関する画像を有する。適した方法は、図1と同様の概略的な画像がディスプレイ上に示されるものである。治療される前立腺に関するデータは、例えばX線、超音波、またはMRによって前もって適切に収集され、そのため、ディスプレイユニット33上に示される画像が実際の状態と一致する。使用される治療用カテーテルに対応する画像は、組織の画像に重ね合わされていることが好ましい。
【0043】
前立腺組織の異なる部分における温度が、測定された温度に基づいて継続的に計算され、現行の温度が、例えば異なる色の印によって前立腺の画像内に示される。それと同時に、治療下での温度、血流、および組織の体積/重量に関する異なるグラフおよび/または表が示される。この方法では、主治医が治療に従事して、どれほどの組織が治療され、前立腺内でどれほどの組織の死が起きたかに関する表示を継続的に受け取ることができる。
【0044】
制御ユニット14に動作可能に接続されたタイマ18は、時間に関する情報を継続的に送り、それにより、測定されたデータが治療時間に関係づけられる。計算機器17によって計算された、治療される組織の体積/重量に関する値の1つが設定された値と一致するとき、治療を自動的に中断することができる。その代わりに、ディスプレイ装置または他の表示機器を使用して、設定された値に到達した時を表示することができ、それにより、主治医が熱の供給を中断することができる。対応する中断または表示は、組織のある部分で測定されたまたは計算された温度がしきい値を超える場合、もしくは例えば直腸内または嚢内の温度など他の入力データが患者に対するリスクを示す場合に行われることもある。
【0045】
体積/重量に関して設定された値に影響を及ぼすことなく、または値の変更を必要とすることなく、治療の所望の温度またはマイクロ波入力など治療中の特定の設定を変更することも継続的に可能である。その代わりに、治療の期間に影響が及ぼされる。治療の期間は、上述した方法では、生理的な相違に応じて相当大きく異なる可能性があり、以前に使用された治療方法と比較すると、治療を決定的には制御しない。
【0046】
容器19は完全に閉じられ、熱伝達に適した特性を有する液体20をある体積含む。そのような液体の例は、シリコ−ン油や水である。容器19は、弾性シリコ−ン、または対応する弾性的な特性を有する他の材料、例えばラテックスからなる。治療用カテーテル12、およびバルーン29が、シリコーンまたは同様の材料からできていることもある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態によるデバイス内に含むことができる治療用カテーテルの長手方向断面図である。
【図2】 本発明の実施形態によるデバイスを示す主要なブロック図である。
Claims (6)
- 前立腺に熱を供給するためのデバイスであって、
尿道を介して前立腺内に挿入可能な治療用カテーテル(12)の先端側に配置され、当該治療用カテーテル(12)を介してエネルギー供給ユニット(13)に接続され、周囲組織を加熱するためのマイクロ波アンテナを備える加熱デバイス(10)と、
前記加熱デバイス(10)を制御する制御ユニット(14)と、
前記治療用カテーテル(12)から熱を供給すべき前立腺組織内に貫入して挿入されるように設計されている第1の温度トランスデューサ(11)と、
前立腺内で前記第1の温度トランスデューサ(11)により測定された温度情報(T)と、予め測定される前記治療用カテーテル(12)の比吸収率(SAR)によって求められる前立腺組織においてマイクロ波吸収によって生じる熱(Qs)と、前立腺内の熱伝導により生じる熱分布及び血流により生じる熱損失に関する情報とに基いて前立腺組織内の治療用カテーテル(12)から様々な距離離れた所における温度分布の変化を継続的に計算し、前立腺組織の温度及び治療時間に基いて治療により生じる前立腺組織の体積及び重量に関する値からなる破壊量を計算する計算手段と、
前記計算手段により得られる前立腺における温度分布及び治療された前立腺組織の破壊量を継続的に表示するディスプレイユニット(33)と、
を有する前立腺に熱を供給するためのデバイス。 - 前記制御ユニット(14)が、加熱デバイス(10)から特定のある距離に位置する組織が特定の温度に到達する時点を継続的に測定するための時間測定手段(18)に動作可能に接続していることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 前記第2の温度トランスデューサ(30)が、治療用カテーテル(12)に近接する組織内の温度を測定するために、加熱デバイス(10)の近傍に提供されることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 第3の温度トランスデューサ(34)が、第1および第2の温度トランスデューサ(11、30)の間にあり、前記治療用カテーテルからある距離のところまで、熱を供給すべき組織を貫通し挿入されるように設計されている、ことを特徴とする請求項3に記載のデバイス。
- 前記加熱デバイス(10)が、周囲組織を加熱するためのマイクロ波アンテナを備えることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 前記加熱デバイス(10)が、液体(20)を収容する容器(19)内に、前記液体(20)および周囲組織を加熱するために位置されることを特徴とする請求項5に記載のデバイス。
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