JP4303590B2 - 複数の電極を使用した無線周波数アブレーションシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２００１年８月２８日に出願された「A Device to Allow Simultaneous Multiple Probe Use During Application of Radio Therapy」という発明の名称の米国仮出願第６０／３１５，３８３号の利益を主張する。この米国仮出願は、参照して本明細書の記載の一部とする。さらに、この出願は、２０００年６月７日に出願された「Multipolar Electrode System for Radio-frequency Ablation」という発明の名称の米国仮出願第６０／２１０，１０３号の利益を主張する２００１年６月４日に出願された米国特許出願第０９／８７３，５４１号の一部継続出願である。

連邦政府援助を受けた研究または開発に関する陳述

この出願は、次の政府機関、すなわちＮＩＨ ＨＬ５６１４３に与えられた米国政府支援により行われたものである。米国は、この発明の一定の権利を有する。

発明の背景

本発明は、腫瘍などの無線周波数アブレーションに関し、特に、複数のアブレーション電極の同時使用を可能にするデバイスに関する。

例えば肝臓の腫瘍（肝癌）といった腫瘍のアブレーションは、熱または冷気を使用して腫瘍細胞を殺傷する。凍結手術によるアブレーションでは、開腹中にプローブが挿入され、腫瘍が凍結される。無線周波数アブレーション（ＲＦＡ（radio frequency ablation））では、電極が腫瘍に挿入されて、その電極から患者内へ（通常、患者の皮膚上の大面積プレートであるリターン電極へ）流れる電流が、抵抗加熱によって腫瘍細胞を破壊する。

単純なＲＦＡ電極は、腫瘍内に配置された非絶縁先端を有する導電性ニードルである。このニードルには、約４６０ｋＨｚの発振電気信号により、患者の皮膚上の大面積接触プレートを基準にした電圧が印加される。ニードルの先端から放射状に流れる電流は、（露出したニードルの先端の長さに応じた）球状または楕円状の加熱領域を生成し、最終的には、腫瘍細胞を殺傷するのに十分な温度を有するその領域の一部の中に障害を引き起こす。障害のサイズは、電極から離れた所での電流密度の減少（抵抗性加熱の減少を引き起こす）、周囲組織への熱の損失、および電極から組織に伝達されるエネルギー量の制限によって制限される。電極エネルギーは、電極近傍の組織の炭化、沸騰、および気化を回避するために制限される。これらの炭化、沸騰、および気化は、電極と腫瘍の残りの部分との間の抵抗を大きく増加させる。電極近傍の組織は、電極の近くの高い電流密度のために最初に炭化し、したがって、エネルギー伝達のボトルネックを生成する。

炭化を引き起こすことなく、組織に送られるエネルギーを増加させるいくつかの手法が開発されてきた。第１の方法は、温度センサを電極の先端に配置して、電極の近くの温度をより正確に監視することを可能にし、それによって、炭化を起こす直前のエネルギーに近づけることを可能にするものである。第２の方法は、電極自体の内部を循環する冷却液により電極の先端を積極的に冷却するものである。第３の方法は、電極が腫瘍に配置された後、３つまたはそれ以上の電極ワイヤが電極軸の先端から放射状に広がる傘のスタイルの電極を使用して、電極面積を増加させるものである。電極の表面積をより大きくすることにより、最大電流密度が減少する。第４の方法は、組織内に液体（通常は生理食塩水）を注入して、導電性を増加させるものである。これらの方法のいずれの効果も、腫瘍内に与えられるエネルギー量を増加させることであり、したがって、障害サイズを増加させて、より広範囲の腫瘍のより確実なアブレーションを可能にすることである。

凍結手術によるアブレーションと比較したＲＦＡの主な利点は、切開手術を行わず、したがって、患者の外傷を少なくして、経皮的にＲＦＡを送出することが可能なことである。ＲＦＡは、場合によっては、患者が耐えることができる唯一の治療である。さらに、ＲＦＡは、患者がＣＡＴスキャンを受けている間に完了することができる。

とは言え、上述した改良にもかかわらず、ＲＦＡは、腫瘍細胞のすべてを殺傷できないことが多い。その結果、腫瘍の再発率は、５０％もの高さであることが報告されている。

本出願の親出願は、個々の電極と大面積接触プレートとの間ではなく、２つの局所的に配置された傘電極の間を電流が流れる二極動作モードを使用することにより、有効な障害サイズを増加させるシステムを記載している。この双極電流の流れは、２つの傘電極の間にある腫瘍のボリュームにエネルギーを「集中」させる。それによって、匹敵する個数の単極の傘電極が個別に動作することによって得られるものよりも高い電極間の加熱および大きな電極間の電流密度により、大きなボリュームの障害が生成される。この点で、双極動作は、電極を一度に配置することでより大きな組織を加熱することから、より大きな腫瘍の治療を可能にし、目標とする腫瘍のより効率的な治療を可能にする。それによって、個々の電極を複数回移動させる手順と比べて、手順の速度および効率が改善され、治療されるボリュームを確定することが容易になる。

双極技法は、いくつかの不利な点を有する。第１に、二極技法は、２つのプローブの相対的な位置に対して敏感である。プローブの互いに接近した部分は、より熱くなる。もう１つの不利な点は、２つのプローブの双極システムの場合、双方のプローブの近くで等しいエネルギーを与えるために、第１のプローブを出るすべての電流が、第２のプローブに流れ込まなければならないということである。これは、一方のプローブが例えば、冷却する血管の近くの場所にある場合に、エネルギーを追加して与えることを必要とするか、または、そのプローブを独立して制御することを必要とする問題となり得る。また、一般に、双極プローブの単一のセットは、複数の分離した腫瘍を治療することができない。

１つの選択肢は、複数のプローブを単極構成で同時に使用することである。この場合、双極技法と同様に、プローブを一度に挿入して、手順の速度を向上し、プローブの再配置により生じ得る治療のボリュームの不明確さをなくすことができる。電流は、各プローブから患者の皮膚の表面の接触プレートに流れる。

この複数の単極モードの欠点は、単極プローブが、互いを電気的にシールドすることがあり、それによって、プローブ間の不十分な加熱が引き起こされることである。複数のプローブが、一方のプローブの局所的な冷却に適応するように異なる電圧で動作する限り、複雑な電流の流れが、プローブ間、およびプローブと接触プレートとの間の双方で生じる可能性があり、それらのプローブの究極の効果の予測を困難にする可能性がある。

発明の簡単な概要

本発明者等は、大きな一様の障害サイズを促進する際の双極プローブ動作の利点と、各プローブの近傍における加熱の個別制御を提供する際の複数の単極プローブの動作の利点とを組み合わせた技法を開発した。この技法は、個々のプローブ間を高速に切り換える回路によって交互に動作する複数の単極プローブを使用し、その結果、瞬間的には、各プローブは、単独で動作している。さらに、加熱の目的では、各プローブは、同時に動作しているとみなすことができる。プローブ間での電気シールドは減らされる一方、治療速度は増加し、治療されるボリュームはより明確となり、かつプローブの個々の温度、インピーダンス、および／または時間制御が得られる。

次に、具体的には、本発明は、患者に接触して位置決め可能な(positionable)少なくとも３つの電極（アースパッドを含むことがある）を有する無線周波数アブレーションシステムを提供する。無線周波数電力源が、スイッチシステムを通じて電極と接続され、少なくとも１対の電極が電力源に順次接続されて、アブレーション可能な電流の流れが、接続された電極間に供給される一方で、接続されていない少なくとも１対の間の電流の流れが阻止される。３つの電極の場合、１つの電極は、表面接触する広い面積の「アース」電極とすることができ、他の２つは、腫瘍のボリューム内またはその近くに配置される内部電極とすることができる。スイッチシステムは、経皮電極の一方と皮膚接触電極とを共に電源の両端に接続し、次に、経皮電極の他方と皮膚接触電極とを共に電源の両端に接続するように動作することができる。スイッチシステムは、電子方式、電気機械方式、または他の方式で実現することができる。

このように、２つの隣接するプローブの同時動作により引き起こされるシールド効果を除去することにより、より一様な障害サイズを有する、腫瘍のボリュームの同時の複数のプローブによる治療を提供することが、本発明の１つの目的である。

２つのプローブは、共通のシャフトから広がる少なくとも電極ワイヤを有する傘電極であってもよい。

このように、傘型のプローブによって、より大きな障害を促進することが、本発明のもう１つの目的である。２つの電極は、内部冷却を有するニードル電極であってもよいし、内部冷却を有さないニードル電極であってもよい。

電子スイッチは、インピーダンス、温度、電力、絶対時間、または１つもしくは２つ以上の電極のインピーダンス差、温度差、もしくは電力差である制御パラメータに従って、電源への電極対の接続の相対的な継続時間を制御することができる。

このように、切り換え手段を使用して、電極のそれぞれに送られる電力を独立に制御する簡単な手段を提供することが、本発明のもう１つの目的である。この切り換え手段は、独立した電極の順序付けも行う。

電子スイッチは、インピーダンス、時間、電極の電力、または電極の温度であるパラメータに従ってスイッチを制御する他の比例／積分コントローラを含むことができる。

このように、ＲＦ電源自体だけによって提供され得る場合よりも高機能の制御を電極の動作に加える簡単な方法を提供することが、本発明のもう１つの目的である。

スイッチシステムは、各電極への電気の印加期間中、各電極に加えられる電圧、または電流もしくは電力を独立に制御することができる。

このように、インピーダンス、電極の電力、または電極の温度などであるパラメータに従って、加えられる電力、電流、または電圧を独立に制御することが、本発明のもう１つの目的である。

本発明は、少なくとも３つの電極を患者に同時に接触させて配置し、電極を無線周波数電力源に順次接続して、接続された電極対の間にアブレーション可能な電流の流れを供給する一方、接続されていない対の間の電流の流れを阻止することができる方法を提供する。

このように、複数の電極の単一ステップでの挿入によって、治療速度を向上させる一方、単一の電極を患者内で移動させることによって提供される障害制御の利点を得ることを可能にすることが、本発明のもう１つの目的である。治療前に必要な電極を同時に挿入することにより治療の不明確さをなくすことが、本発明のもう１つの目的である。

本発明の上記および他の目的ならびに利点は、以下の説明から明らかになる。この説明では、添付図面を参照する。添付図面は、本明細書の一部を形成し、添付図面には、本発明の好ましい実施の形態が例示として示されている。しかしながら、このような実施の形態ならびにその特定の目的および利点は、本発明の範囲を画定するものではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するには、特許請求の範囲を参照しなければならない。

好ましい実施の形態の詳細な説明

Ｉ．双極電極の操作
ここで、図１を参照して、肝臓１０は、腫瘍１２を含む可能性があり、この腫瘍１２について、障害１４が、２つの傘型電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂを使用して本発明により生成される。２つの傘型電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂは、後述するようにわずかな変更を有する。各電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂは、細い管状金属シャフト１８ａおよび１８ｂを有する。金属シャフト１８ａおよび１８ｂは、経皮的に肝臓１０に挿入されるサイズにされている。シャフト１８ａおよび１８ｂはそれぞれ、シャフト先端２０ａおよび２０ｂで終端する。このシャフト先端２０ａおよび２０ｂからは、ワイヤ３２から形成される３叉電極２２ａおよび２２ｂが突出する。シャフト１８ａおよび１８ｂが、肝臓１０内に適切に配置されると、ワイヤ３２は、本体の外側に残っているプランジャ２４によって広げられる。ワイヤ３２は、広げられると、シャフト先端２０ａおよび２０ｂの周りにほぼ等しい角度で分かれて半径方向に広がることにより突出する。ワイヤ３２が限界まで露出した形は、ワイヤ３２が、シャフト１８ａおよび１８ｂから広げられた時に、自然に、放射状に外側に開くような弓形に事前に形成されている。シャフト１８ａおよび１８ｂは、軸方向が平行に示されているが、これは必要ではなく、他の向きを使用することもできる。

このタイプの傘電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂは、当該技術において既知であるが、本発明の一実施の形態では変更することができる。この変更は、シャフト１８ａおよび１８ｂの外部のすべての表面に電気絶縁部を設け、かつ、ワイヤ３２の露出部分の先端を絶縁することにより行われる。これは、従来技術と異なり、シャフト先端２０ａおよび２０ｂを絶縁しない状態のままにし、かつワイヤ３２を絶縁しない傘電極アセンブリである。これらの変更の目的および効果を以下にさらに説明する。

本発明によると、第１の電極２２ａは、腫瘍１２の一方の端部に配置され、他方の電極２２ｂは、腫瘍１２の中心を横切った第１の電極２２ａの反対側に配置される。本明細書で使用される用語「端部」は、腫瘍１２の周辺近くの場所を総称し、腫瘍１２の内部の位置に限定することを意図するものでもなく、腫瘍１２の外部の位置に限定することを意図するものでもない。実際の腫瘍の境界は不規則な場合があり、よくわからない場合がある。本発明にとって重要なことは、腫瘍１２の一部が、電極２２ａと２２ｂとの間に含まれることである。

次に図１および図２を参照して、電極２２ａは、当該技術において既知のタイプの電圧制御電力発振器２８に取り付けることができる。この発振器２８は、設定可能な周波数の交流電力を供給し、この交流電力の電圧振幅（または電流出力もしくは電力出力）は、外部信号によって制御される。電力発振器２８のリターンは、電極２２ｂに接続される。電極２２ｂは、アースの基準にも指定される。電力発振器２８は、通電されると、電極２２ａと２２ｂとの間に電圧を発生し、それらの間に電流の流れを引き起こす。

次に図４を参照して、従来技術によると、皮膚接触プレート（図示せず）を基準とする各電極２２ａおよび２２ｂの従来技術の操作は、それぞれ障害１４ａおよび１４ｂを生ずるものと予想される。しかしながら、図２に示すように電極を接続して、それら電極間に電流が流れることにより、大幅に大きな障害１４ｃが生成される。また、障害１４ｃは、電極２２ａと２２ｂとを分離する軸に沿って対称性が改善される。一般に、電極２２ａおよび２２ｂは、通常の傘電極の場合、２．５ｃｍから３ｃｍだけ離されるか、あるいは、電極の拡張区域(extension radius)の４倍未満の距離だけ離される。

図２を再び参照して、熱電対、抵抗検出器、または半導体タイプの検出器といった温度センサ３０が、３つに分かれた電極２２ａおよび２２ｂの露出したワイヤ３２のそれぞれの先端部に配置することができる。このため、ワイヤ３２は、小さな導体および上述したような温度センサ３０を保持する小さな管とすることができる。市販の傘型電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂは、現在、このようなセンサと、プランジャ２４のコネクタ（図示せず）に各センサを接続するワイヤとを備える。

第１の実施の形態では、電極２２ａの温度センサ３０は、最大値決定回路３４に接続される。最大値決定回路３４は、電極２２の３つの温度センサ３０のうち、最大値を有する信号を出力するために選択する。最大値決定回路３４は、最大の信号のみを通過させるように結合された高精度な整流器を提供できるようなディスクリート回路部であってもよいし、あるいは、まず温度センサ３０からの信号をデジタル値に変更し、マイクロコントローラなどで実行されるプログラムにより最大値を決定することによりソフトウェアで実施されてもよい。

温度センサ３０からの温度の最大値は、比較器３６によって渡される（比較器３６も、ディスクリート回路部で実施されてもよいし、ソフトウェアで実施されてもよい）。比較器３６は、最大温度を、あらかじめ定められた所望の温度信号３８と比較する。この所望の温度信号３８は、例えばポテンショメータなどから得ることができる。この所望の温度信号は通常、組織の沸騰、気化、または炭化が起こる点の少し下に設定される。

比較器３６からの出力は、既知の制御技法により増幅およびフィルタリングを受けて、振幅入力３９を電力発振器２８に提供することができる。このように、２２ａと２２ｂとの間の電流は、温度センサ３０のいずれか１つの温度が、あらかじめ定められた所望の温度信号３８に近づく点に制限されることが理解されよう。

上述したような電力発振器２８は、電圧振幅制御を提供するが、電流振幅制御を代わりに使用できることも理解されよう。したがって、以下では、本明細書で使用されるような電圧制御という用語と電流制御という用語は、電極２２ｂと２２ａとの間の組織のインピーダンスによって関係付けられるので、相互に交換可能であるとみなされるべきである。

別の実施の形態では、電極２２ａと２２ｂとの間を流れる電流は、電力発振器２８から電流センサ２９を通過して流れる時に計測されるので、この電流をフィードバックループの一部として使用することにより、上述した温度制御によって、または温度制御なしで、電力発振器２８から電流を制限することができる。

さらに別の実施の形態では、図示しないが、より完全な温度監視を行うために、電極２２ｂの温度センサ３０の信号も、最大値決定回路３４に供給することができる。他の制御方法論も採用することができる。この制御方法論には、温度の読み出し値の加重平均用に提供される方法論、または当業者に既知の技法により温度の読み取り値の傾向に基づいて温度の読み取り値を予測する方法論が含まれる。

次に図３を参照して、図１による２つの個別の電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂを配置することの難しさは、単一電極４０を使用することにより減らすことができる。この単一電極４０は、中心の管状シャフト１８ｃと、第２の同軸管状シャフト４２とを有する。中心の管状シャフト１８ｃは、その管腔内に、第１の電極２２ａのワイヤ３２を保持する。第２の同軸管状シャフト４２は、管状シャフト１８ｃの周囲に配置され、その壁とシャフト１８ｃとの間に、第２の電極２２ｂのワイヤ４４を保持する。ワイヤ４４は、焼き戻しを行って、上述したワイヤ３２の形状と同様の形状に形成することができる。シャフト１８ｃおよび４２は通常、金属製である。したがって、あらゆる電流の流れが、シャフト１８ｃおよび４２ではなく、露出したワイヤ３２の間に存在することを確保するために、シャフト１８ｃおよび４２は、絶縁コーティング４５および４６によってそれぞれ被覆される。

上述したように、この絶縁コーティング４６は、図１の電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂのシャフト１８ａおよび１８ｂの先端にも適用される。それによって、電流が、シャフト１８ａと１８ｂとの間の短絡回路に集中するのではなく、実際には、電極２２ａおよび２２ｂのワイヤのうち、ワイヤ３２から流れることを同様に確保する。

単一電極４０に対して、他の同様のシャフト構成を得ることもできる。このシャフト構成には、並列なシャフト１８ａおよび１８ｂを溶接などによって取り付けた構成が含まれる。

第１の電極２２ａと第２の電極２２ｂとの間でそれぞれ異なる分離を有する単一電極４０のキットを、さまざまな腫瘍のサイズおよびさまざまな腫瘍のタイプに適合させて提供することができる。

上記で簡単に述べたように、図１の実施の形態および図３の実施の形態のいずれにおいても、ワイヤ３２は、シャフト１８ｃおよび４２から取り出されたそれらの先端部に絶縁コーティング４６を含むことができる。それによって、ワイヤ３２の端部に関連した高い電流密度が減る。

好ましい実施の形態では、第１の電極２２ａのワイヤおよび第２の電極２２ｂのワイヤは、（図２に示すものとは異なり）千鳥状の角度に配置され、その結果、電極アセンブリの軸方向からの光景が、等間隔で重なり合わないワイヤ３２を示す。このような構成は、２つの電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂにより維持するのは困難ではあるが、図２の実施の形態にも望ましい。

電力発振器２８の周波数は、従来技術で使用される４５０ｋＨｚの値よりもはるかに下の値に優先的に設定することができる。図６を参照して、１００ｋＨｚ未満で、最も顕著には１０ｋＨｚより下の周波数において、正常な組織のインピーダンスは、腫瘍組織のインピーダンスよりも非常に大きく増加している。本発明者等は、特定の理論に縛られたくはないが、このインピーダンスの相違は、腫瘍細胞組織の間質性物質と正常細胞組織の間質性物質との相違の結果であると考えられている。いずれにしても、現在、腫瘍組織の低いインピーダンスを利用して、電力発振器２８の周波数を１０ｋＨｚ近くの値に設定することにより、その組織にエネルギーを優先的に与えることができると考えられている。ただし、この周波数設定は、本発明のすべての実施の形態で必要とされるとは限らない。

重要なことは、このような周波数は、心臓のような神経組織を興奮させることがあるが、このような興奮は、この双極設計によって制限されるということである。

次に図５を参照して、一方の電極の近くに、血管などが存在することにより、電極２２ａおよび２２ｂの局所的な環境が異なる可能性があり、したがってそのエリアの障害１４の加熱が大幅になくなる。したがって、他方の電極２２ａおよび２２ｂの周囲の電流密度を変化させることなく、一方の電極２２ａおよび２２ｂの周囲の電流密度を増加させることが望ましい場合がある。これは、従来技術で使用されるタイプの皮膚接触プレート５０を使用することによって実現できる。ただし、この皮膚接触プレート５０は、本発明では異なる方法で使用される。本明細書で使用されるような接触プレート５０という用語は、任意の大きな面積の導体を総称することができ、患者の皮膚の広いエリアの上に接触することが意図されているが、必ずしもこれに限定されない。

図５の実施の形態では、接触プレート５０は、電極２２ａおよび２２ｂの温度に応じて、可変抵抗器５２を通じて、スイッチ５３により電力発振器２８の出力またはアースのいずれかを基準とすることができる。一般に、温度センサ３０が、電極２２ａよりも電極２２ｂで高い温度を示す場合に、スイッチ５３は、可変抵抗器５２の自由端を電力発振器２８の出力に接続する。逆に、温度センサ３０が、電極２２ａよりも電極２２ｂで低い温度を示す場合に、スイッチ５３は、可変抵抗器５２の自由端をアースに接続する。電極２２ａおよび２２ｂの温度の比較は、図２について上述したのと同様に、最大値決定回路３４ａおよび３４ｂを介して行うことができる。スイッチ５３は、当該技術で既知のタイプの比較器駆動型（comparator-driven）半導体スイッチとすることができる。

電極２２ａおよび２２ｂの温度センサ３０にそれぞれ接続される最大値決定回路３４ａおよび３４ｂの出力は、可変抵抗器５２の設定の制御にも使用することができる。スイッチ５３が、抵抗器５２を電力発振器２８の出力に接続している場合、最大値決定回路３４ａおよび３４ｂは、電極２２ｂが相対的に熱くなるにつれて、抵抗器５２の抵抗を下げるのに役立つ。逆に、スイッチ５３が、抵抗器５２をアースに接続している場合、最大値決定回路３４ａおよび３４ｂは、電極２２ａが相対的に熱くなるにつれて、抵抗器５２の抵抗を下げるのに役立つ。したがって、スイッチ５３および可変抵抗器５２の動作は、一般に、電極２２ａおよび２２ｂの温度を均等にしようとすることである。

電極２２ａが、血管のようなヒートシンクの近くにあり、電極２２ｂがそうでない場合には、電極２２ａの温度センサ３０は小さな値を記録し、したがって、最大値決定回路３４ａの出力は、最大値決定回路３４ｂの出力よりも小さくなる。

抵抗器５２は、当該技術において既知の技法による半導体デバイスとして実施することができ、その場合、最大値決定回路３４ａおよび３４ｂの出力の相対値が、半導体デバイスのバイアス、したがって抵抗、または、切り換え素子または電流制御電圧源のデューティサイクルの変調を制御し、上述した均等化を可能にする。

次に図７を参照して、これらの原理は、次のようなシステムにも適用することができる。すなわち、このシステムでは、電極２２ａおよび２２ｂの各ワイヤ３２が、電極アセンブリ１６ａおよび１６ｂ内で電気的に絶縁され、電力発振器２８またはそのリターンのいずれかに接続された可変抵抗器５４を通じてスイッチによる個別の給電(feed)５３によって駆動される。この状況において、電気的に絶縁することは、電源または制御電子機器に接続される前は、組織を通る以外に、電極２２ａと２２ｂとの間の導電路が存在しないことを意味する。上述したように、スイッチからの個別の給電５３間の位相差を使用して、電極ワイヤ３２間の電流の流れの経路をさらに制御することもできる。この位相差は、例えば、位相シフトを生成する複素抵抗器（complex resistance）によるか、コンピュータプログラムに従って動作する専用波形発生器よって生成することができ、任意の切り換えパターンが作成される。抵抗器５４の値は、以下で述べるようにコントローラ５６上で動作するプログラムによって変更される。このために、可変抵抗器５４は、当該技術において既知の技法によるＭＯＳＦＥＴのような半導体デバイスを使用して実施することができる。

同様にして、コントローラ５６によっても制御される同様の可変抵抗器５４は、接触プレート５０を駆動することができる。

コントローラ５６は、制御の目的で、各ワイヤ３２の温度センサ３０（上述）からの入力を信号線５８として受け取ることができる。ワイヤ３２に対する電圧のこの個別制御により、腫瘍１２全体を通した電流の流れの追加制御を、いずれか一方のワイヤの近くにあるヒートシンクの血管などに対応させることができる。

図８を参照して、可能な１つの制御アルゴリズムは、プロセスブロック６０によって示すように、温度センサ３０を読み取る。各温度センサ３０について、そのワイヤ３２の温度が、組織の炭化点よりも低い「シーリング値（ceiling value）」よりも高い場合には、そのワイヤの電圧は下げられる。この「ハンマリングダウン（hammering down）」プロセスは、すべてのワイヤのすべての温度がシーリング値よりも低くなるまで繰り返される。

次にプロセスブロック６２で、各電極２２ａおよび２２ｂについて、ワイヤの平均温度が求められ、これらの平均温度を徐々に均等にするように、接触プレート５０の電圧が調節される。接触プレート５０の電圧は、より高い平均を有する電極２２の電圧に近づけられる。

次にプロセスブロック６４では、ワイヤが確実に、そのシーリング値より高く上昇しないようにするために、プロセスブロック６０のハンマリングダウンプロセスが繰り返される。

次にプロセスブロック６６で、当該プロセスブロック６６の各実行で順に１つずつワイヤが検査される。そして、その温度が、シーリング値よりも低い「フロア値（floor value）」よりも低いが、腫瘍に所望の出力を供給するのに十分高い場合には、そのワイヤ３２の電圧は、他方の電極２２のワイヤの電圧から徐々に離される。逆に、ワイヤ３２がフロア値よりも高い場合には、動作は行われない。

個別電圧制御によって、各ワイヤ３２は、徐々にその温度を調節されて、フロアとシーリングとの範囲内に入る。このプロセスは、温度の制御パラメータだけでなく、例えばインピーダンスを含む他の所望の制御パラメータにも適用できることが理解されよう。

図７に示すように、このプロセスは、第３の電極セット２２ｃを含む任意の個数の電極２２に拡張することができる。なお、第３の電極セット２２ｃの接続は、分かりやすくするために図示していない。

この本発明を傘プローブについて説明してきたが、その原理のほとんどは、標準的なニードルプローブを使用することにも利用できることが理解されよう。さらに、本発明は、２つの電極セットに限定されるものではなく、電流の大部分が電極のセット間に流れる複数の電極セットと共に使用できることが理解されよう。傘電極のワイヤ数も同様に、３本に限定されるものではなく、本発明と共に使用するのに適した市販のプローブは、１０本のワイヤのものを含む。さらに、上述した例では、電極の最大温度が制御に使用されたが、本発明は、最小温度もしくは平均温度を使用する制御戦略、または、インピーダンスを計測するか、もしくは、所定の切り換え時刻を使用する制御戦略にも同様に適用できることが理解されよう。

ＩＩ．多重単極電極の操作
次に図９を参照して、多重単極システム７０が、電力出力７２を有する電力発振器２８を提供する。電力出力７２の無線周波信号は、単極双投スイッチ７４の極に接続される。スイッチ７４は、好ましくは２０キロヘルツを越えるレートで切り替わる、当該技術において既知の技法による半導体スイッチとして実施されることが好ましいが、これに限定されるものではない。

スイッチ７４の第１の接続点(throw)７６は、第１の電極２２ａに接続される。第１の電極２２ａは、傘の枝が電気的に結合された上述したような傘型電極である。少なくとも１つの枝は、温度センサ３０ａを備えることができる。

スイッチ７４の第２の接続点７８は、第２の電極２２ｂに接続される。第２の電極２２ｂも、温度センサ３０ｂを有する。

電極２２ａおよび２２ｂは、上述したように、腫瘍のボリュームの側面に配置されるか、または、所望に応じて個別の腫瘍内に配置される。単一の腫瘍を治療する場合、電極２２ａおよび２２ｂは、互いに隣接して配置され、通常、電極２２ａおよび２２ｂの枝の拡張区域の直径の３倍未満の距離にされる。双極の実施の形態とは逆に、多重単極電極動作では、プローブが挿入される位置に制限はない。説明した技法を任意の個数の電極に拡張できることも理解される。

一実施の形態では、温度センサ３０ａおよび３０ｂからの信号が、コントローラ５６によって受信される。コントローラ５６は、温度の差を求めて、温度差信号を生成する。この温度差信号は、比例／積分（ＰＩ（proportional/integral））タイプのコントローラ５６によって受信される。ＰＩコントローラは、当該技術において既知であり、入力された差信号を第１の制御定数Ｋ_１倍したものに、入力された差信号の積分値を第２の制御定数Ｋ_２倍したものを加算する関数である信号を生成する。この場合のＰＩコントローラ５６は、電気的な矩形波として実施される制御信号８０を生成する。ＰＩコントローラの性質については、以下にさらに説明する。

ＰＩコントローラは、温度差信号に代わるものとして、他のさまざまな制御入力を受け取ることができる。この制御入力には、インピーダンス、温度、電力、（電極間を定期的に切り換える）絶対時間、または１つまたはそれ以上の電極および他の同様の制御入力のインピーダンス差、温度差、もしくは電力差が含まれる。ＰＩコントローラに代えて、考えられる他の任意の制御メカニズムを実施して、２つまたはそれ以上のプローブに電力を分配することができる。

図１０も参照して、一般に、制御信号８０の矩形波は、スイッチ７４の極の動作を制御して、電極２２ａの切り換えパターン８２ａおよび電極２２ｂの切り換えパターン８２ｂを生成する。これらの切り換えパターン８２ａおよび８２ｂは、スイッチ７４の極の位置を表し、したがって、各電極２２ａおよび２２ｂに見られる出力７２の無線周波数の波形の変調包絡線を表す。スイッチ７４の極が接続点７６に接続されている時間の間、波形８２ｂはハイの状態にあり、これは、無線周波エネルギーが電極２２ａに供給されることを示す。逆に、スイッチ７４の極が接続点７８に接続されている場合、波形８２ｂはハイであり、これは、無線周波エネルギーが電極２２ｂに供給されることを示す。

好ましい実施の形態に示すように、信号８２ａおよび８２ｂは、正確に補完し合うものであり、どの所与の瞬間においても、電極２２ａおよび２２ｂの一方のみが電力を受け取り、さらに、電力発振器２８からの電力が完全に利用されていることを示す。すなわち、電極２２ａが通電されると、電流は、（図９の矢印８４ａによって示すように）電極２２ａと接触プレート５０との間にのみ流れる。逆に、電極２２ｂが通電されると、電流は、（図９の８４ｂによって示すように）電極２２ｂと接触プレート５０との間にのみ流れる。所与の時刻において、電極２２ａおよび２２ｂの一方のみが起動されると、電極２２ａの周囲の障害のボリューム９０ａを歪ませる傾向にあるシールドも、電極２２ｂの周囲の障害のボリューム９０ｂを歪ませる傾向にあるシールドも発生しない。シールドは、電極２２ａおよび２２ｂが同時に通電された場合に発生する。しかしながら、電極２２ａおよび２２ｂの「オン」状態が多少重なり合うことは、この重なり合いが、重なり合わない期間と比較して小さい場合には、許容され得ることに留意されたい。

電極２２ａが起動されている期間９４ａを、電極２２ｂが起動されている期間９４に対する比として表すと、この比として表された期間９４ａは、「デューティサイクル」を定義する。ＰＩコントローラ５６の出力を形成する制御信号８０は、このデューティサイクルを制御し、その結果、電力は、電極２２ａおよび２２ｂのうち、より低い温度を有する一方に優先的に向けられる。このように、コントローラ５６は、２つの電極２２ａおよび２２ｂの相対的な温度を平衡状態にするように動作する。あるいは、デューティサイクルは、接続された電極対間のインピーダンスまたは接続された電極対間で消耗する電力に基づいて制御することができる。デューティサイクルを温度差に応じて調節して、上述したＫ_１およびＫ_２の設定により制御するレートは、電極２２ａおよび２２ｂの実際の温度が電力の切り換えと共に瞬時に逸れることがあることから、電極２２ａおよび２２ｂの平均温度を反映するように調節される。

スイッチ７４の切り換え周波数は、組織の冷却時間（例えば２Ｈｚ以上）に比べて速くなるように選択される。切り換え速度を高くし、１０ｋＨｚを越えて２０ｋＨｚ近くにすることが、神経および組織、特に心臓組織を興奮させる可能性のある低周波成分を回避するために好ましいことがある。切り換えは、無線周波電源が供給する信号のゼロ交差で優先的に実行され、それによって、過渡電流が回避される。

ＰＩコントローラは、リミッタも提供することができる。このリミッタは、閾温度（摂氏約９５度）に達すると、期間９４ａおよび９４ｂの比を維持しつつ、期間９４ａおよび９４ｂを同時に減少させることにより、電極２２ａおよび２２ｂに送られる平均電力を削減するものである。この場合、パターン８２ａおよび８２ｂは、もはや補完的ではないが、依然としてハイの状態は重なり合うことはない。

無線周波電源の電力出力はさらに、電極２２ａおよび２２ｂの温度またはインピーダンスによって制御することができる。この実施の形態では、パターン８２ａおよび８２ｂは補完的となる。スイッチは、電極２２ａおよび２２ｂの温度を平衡状態にするように制御される。無線周波電源の電力出力は、電極２２ａおよび２２ｂの平均温度を設定温度にするように調節される。設定温度は通常、炭化および沸騰が発生する温度よりも低くされる。

図９に示す別の実施の形態では、点線９６によって示すように、温度センサ３０ａおよび３０ｂの経路を２次スイッチ９８へ設定することができる。この２次スイッチ９８は、単極双投スイッチであり、その極は、標準的な電力発振器２８の温度入力に接続される。この場合、電力発振器２８は、その出力電圧または出力電流を、所与の温度プローブ３０ａまたは３０ｂから受け取った温度に応じて下げるために直接制御を受けることができる。この制御および温度プローブからの温度の受け取りは、スイッチ７４の動作に従って交互になるようにされる。したがって、電力発振器２８は、電極２２ａに電力を送っている時間の間、温度センサ３０ａから温度も受け取って、電極２２ａを適切に制御する。次に、スイッチ７４が状態を変更して、電力発振器が電極２２ｂに接続されると、電力発振器は、温度３０ｂから温度信号を受け取ることができる。

次に図１１を参照して、スイッチ７４は、実際には、任意の個数の電極２２ａ、２２ｂ、および２２ｃに収容することができる。図１１では、これらの電極を、複数の腫瘍１２および１２’内のニードル電極として示す。このように、本発明は、任意の個数の電極を腫瘍の周囲の所定の位置に一度に配置する利点を提供することができ、その上、電極を移動させる必要なく、組み合わされた熱的効果によってそのボリュームを実質的に同時に治療することができる。

図示するように、スイッチ７４は、電極２２ａ、２２ｂ、および２２ｃのそれぞれに１つずつ接続点が接続された単極三投スイッチであり、図１２に示すようなパターン８２ｃ、８２ｄ、および８２ｅに従って変調された無線周波エネルギーを供給する。切り換えパターン８２ｃ、８２ｄ、および８２ｅは、３つの波形８２ａ、８２ｂ、および８２ｃのデューティサイクルが独立に制御されて、それに比例した電力が、最も温度の低い電極２２に運ばれる点を除いて、上述した切り換えパターン８２ａおよび８２ｂと類似している。また、切り換えパターン８２ｃ、８２ｄ、および８２ｅは、もはや補完的ではないが、時間軸上、重なり合うことはまったくない。理想的には、１つまたはそれ以上の電極２２が閾値未満の温度を有する場合、どの時刻においても、切り換えパターン８２ｃ、８２ｄ、および８２ｅの１つはオンにされている。一定の制御アルゴリズムでは、電力がプローブのいずれにも向けられないサイクルが存在することがある。その場合、この複数の接続点のスイッチの１つの極は、どのプローブにも接続されていないか、または、電力を損失するある要素に接続されている。

本発明は、本明細書に含まれる実施の形態および例示に限定されるものでなく、添付の特許請求の範囲に入るような、実施の形態の部分を含むそれら実施の形態を変更した形態、および、異なる実施の形態の要素を組み合わせたものを含むことが特に意図される。例えば、スイッチは、適切にイネーブル(enable)およびディセーブル(disable)にされる複数の無線周波数源を使用して実施することができる。複数の電極が同時に通電されて、交互に使用されるハイブリッドシステムも考えられる。経皮電極を説明したが、本発明は、焼灼プローブ（cauterizing probe）、および手術的または腹腔鏡的に配置される電極にも適用することができる。

本発明の関連する実施の形態により、腫瘍の対向する端部に配備されて、電極間の通過電流により腫瘍を取り囲む障害を生成する、第１の電極ワイヤおよび第２の電極ワイヤを提供する２つの傘電極アセンブリの斜視図である。 電圧制御発振器に接続された図１の電極の概略図であって、発振器電圧のフィードバック制御を行う電極ワイヤ上の温度センサを示す概略図である。 図１の第１の電極ワイヤおよび第２の電極ワイヤが、第１の電極および第２の電極のワイヤを同軸管に配列した単一シャフトから広がる、結合した電極アセンブリの先端の部分的断面図であって、管の外部表面全体の絶縁および電極ワイヤの先端の絶縁を示す部分的断面図である。 第１の電極および第２の電極の位置を示し、かつ、本発明により動作する２つの電極から得られる障害ボリュームを、単極方式で動作する２つの電極から得られる障害ボリュームと比較する、腫瘍の簡略化した正面断面図である。 第１の電極および第２の電極のそれぞれから検知する温度を使用してより複雑な制御戦略を行う、図１または図３の電極の電気的接続を示す図２と同様の図であって、２つの電極のそれぞれに独立した電流制御を提供するために、２つの電極間の電圧に維持される第３の皮膚接触プレートの使用を示す図である。 腫瘍を有する肝臓組織および正常な肝臓組織のオームセンチメートルによる抵抗率対ヘルツによる周波数をプロットしたグラフであって、約１００ｋＨｚ未満の周波数で、両組織の固有抵抗が分かれている様子を示すグラフである。 第１の電極および第２の電極のそれぞれのワイヤが電気的に絶縁され、その結果、いずれか一方の独立した電圧または電流もしくは位相を各ワイヤに加えて、そのワイヤと他方の電極との間に電流の流れを正確に調整できる、さらに別の実施の形態を示す図２および図５と同様の図である。 図７のコントローラの複数電極制御を利用する際に図７のコントローラが実行できるようなプログラムのフローチャートである。 複数の電極の多重単極動作を提供する本発明の第２の実施の形態の概略ブロック図であって、電極間で循環するスイッチを通じて無線周波数源を複数の単極電極に接続するコントローラを示す概略ブロック図である。 別の電極制御の場合における２つの電極の補完的動作および動作のデューティサイクルの制御を示す図９のスイッチの動作のタイミング図である。 図９のスイッチを３つの電極の動作に拡張したものを示す、図９のスイッチの別の実施の形態の部分図である。 図１１の実施の形態によるスイッチを使用した電極が受け取る電力のタイミング図である。

Claims (14)

1. 患者に接触して位置決め可能な少なくとも３つの電極であって、そのうちの少なくとも２つが、患者内へ独立して経皮的に挿入され、単一の腫瘍内でお互いに隣接して配置されるようになっている、電極と、
   無線周波数電力源と、
   前記電極および前記無線周波数電力源とつながり、少なくとも１対の電極を前記電力源に循環して接続して、接続された電極間にアブレーション可能な電流の流れを供給する一方で、接続されていない少なくとも１対の間の電流の流れを阻止し、並びに前記腫瘍の検出された状態とは無関係に、実質的に重ならない異なる時間で、前記の接続された及び接続されていない対を構成する電極を繰り返し変更するスイッチシステムと、
   を備え、電極間の電気シールド効果を低減する、無線周波数アブレーションシステム。
2. 前記電極の少なくとも１つは、皮膚の外表面に貼り付けるようになっている、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
3. 前記順次接続された１対は、前記皮膚の外表面に貼り付けるようになっている前記電極を常に含む、請求項２に記載の無線周波数アブレーションシステム。
4. 前記電極および前記無線周波数電力源とつながった前記スイッチシステムは、一度に１対の電極のみを前記電力源に順次接続して、接続された電極間にアブレーション可能な電流の流れを供給する一方で、他のすべての対の間の電流の流れを阻止する、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
5. 前記プローブは、共通のシャフトから広がる少なくとも２つの電極ワイヤを有する傘電極である、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
6. 前記電子スイッチは、前記接続された電極対の間のインピーダンスと、前記接続された電極対の少なくとも１つの温度と、あらかじめ定められた期間と、前記接続された電極対の間で消耗する電力とからなる群から選択されたパラメータに従って、切り換えを制御する比例／積分コントローラを含む、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
7. 前記電極は、所定の幅で、患者との接触エリアを画定し、前記電極の少なくとも２つは、互いから、前記幅の３倍を超えない部分を有するように配置される、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
8. 前記順次接続される電極対は、実質的に１０ｋＨｚよりも大きな周波数で変更される、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
9. 前記電源への前記電極対の順次接続の相対的な継続時間は、前記接続された電極対の間のインピーダンスと、前記接続された電極対の少なくとも１つの温度と、前記接続された電極対の間で消耗する電力とからなる群から選択された制御パラメータに従うものである、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
10. 前記順次接続は、前記接続された電極対の間のインピーダンスと、前記接続された電極対の少なくとも１つの温度と、あらかじめ定められた時間と、前記接続された電極対の間で消耗する電力とからなる群から選択されたパラメータに従って、比例／積分コントローラにより制御される、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
11. 前記接続された電極対の間のインピーダンスと、前記接続された電極対の少なくとも１つの温度と、前記接続された電極対の間で消耗する電力とからなる群から選択された制御パラメータに従って、前記無線周波数電力源の出力を調整する手段をさらに含む、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
12. スイッチの切り換え周波数が２Ｈｚ以上である、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
13. スイッチの切り換え周波数が１０ｋＨｚを超える、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。
14. スイッチの切り換え周波数が実質的に２０ｋＨｚである、請求項１に記載の無線周波数アブレーションシステム。

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