JP4417006B2 - Ｍｒｉ誘導温熱手術用器械 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、磁気共鳴映像法を用いて熱源の誘導、制御を行う、温熱療法による患部の手術のための器械に関する。
【０００２】
（背景技術）
腫瘍の温熱手術法は公知である。これによって、組織を５５℃以上の既定の温度で加熱することによって、加熱された組織を凝結させることで、悪性腫瘍やその他の腫瘍を治療できる。望ましい温度の範囲は５５℃から６５℃の範囲内で、組織の炭化や剥離が起こらない温度とする。
【０００３】
加熱の手法のひとつは、対象となる腫瘍に、光ファイバーを挿入することで行う。該光ファイバーは挿入する側の端部に、外部の光源からのレーザー光を該光ファイバーの長手方向に直角な方向へと切り替える装置を備えるものとする。そして、レーザーからのエネルギーは、該端部の周囲の組織へと放射され、加熱を行う。該エネルギーは比較的浅い角度に制限されたビームによって方向を決められるので、該光ファイバーを回動させることによって、ビームが該光ファイバーの軸のまわりを回動し、該腫瘍の該光ファイバー周囲の部分が全て加熱される。そして、該光ファイバーを縦方向に移動させ、回動させることで、該腫瘍付近の組織に有意な影響を与えることなく、該腫瘍全体を既定の温度まで加熱することができる。
【０００４】
この時、該光ファイバーの操作は、解剖学の知識や腫瘍の位置に関する情報を利用できず、誘導がほとんど、或いは全く得られない状況で行われる。したがって、周囲の組織の損傷を最低限に抑えつつ、腫瘍の全体を加熱することは困難である。
【０００５】
磁気共鳴映像法を用いることで、除去すべき悪性腫瘍及びその他の腫瘍の位置を測定できることが一般に知られている。しかし、手術において該映像法を、除去すべき腫瘍の加熱の制御に用いるための手法は存在していなかった。多くの場合、手術の開始前に該映像法を用いるので、除去あるいは凝結させるべき組織が移動し、除去する腫瘍の位置が著しく変化する可能性があった。これにより、手術の精度が低下することとなっていた。
【０００６】
また、磁気共鳴映像法を用い、連続した映像を修正することで、映像中の組織の温度と、温度の時間による変化を測定できることが知られている。
【０００７】
米国保健社会福祉省に譲渡され、１９９０年４月３日に発行された米国特許第４９１４６０８号（発明者ルビアハン）では、組織中の温度を測定する方法が示されている。
【０００８】
米国保健社会福祉省に譲渡され、１９９４年２月８日に発行された米国特許第５２８４１４４号（発明者デランノイ）では、磁気共鳴映像法に用いるコイル内に、外部からの非侵襲性の加熱手段を備えた、癌の温熱療法用器械が示されている。この開示内容は推論的で、外部からの加熱手段における、温度のＭＲＩ測定の実現性についての初期実験に関するものである。該特許発明の開示内容は、商業的に実施可能な温熱療法による手術システムへの導入には至っていない。
【０００９】
米国ゼネラル・エレクトリック社に譲渡された米国特許第５３６８０３１号及び第５２９１８９０号は、所定の熱分布を熱源により生成し、該熱分布が予想された値に従うことを確認するために測定を行うことで、加熱すべき領域全体を加熱するためのＭＲＩ制御による加熱手法に関するものである。該特許発明による器械も、商業的に実施可能な温熱療法による手術手法となるものではない。
【００１０】
癌・腫瘍類似疾患記念病院に譲渡され、１９８７年７月９日に発行された、初期の米国特許第４６７１２５４号（発明者フェアー）では、腫瘍を衝撃波にさらすことによる非外科的な腫瘍の療法が示されている。該療法では、効果の測定と制御のための測定手法を用いていない。
【００１１】
１９９８年１０月２０日に発行され、譲渡されていない米国特許第５８２３９４１号（発明者ショーンジー）では、光エネルギーを放射し、縦方向の移動と回動によって該エネルギーの方向を定める光ファイバーを支持するように、特別に改良された内視鏡が示されている。この装置は腫瘍の除去に用いるもので、除去すべき腫瘍を蒸発させるのに充分なエネルギーを放射するとともに、それによって生じたガスを内視鏡より吸引して除去するものである。ＭＲＩによって該腫瘍の画像を得、これによって、手術中における該光ファイバーの移動経路を決めている。移動操作中にはフィードバックはなく、操作は事前の解析のみに依存して行われるものである。該装置は、商業的、医療目的での利用が可能なものではない。
【００１２】
ボストン・サイエンティフィック社に譲渡され、１９９５年１０月３日に発行された米国特許第５４５４８０７号（発明者レノックス）では、深部の組織へ放射するエネルギーの増加を可能とするために、組織表面を冷却し損傷を防ぐための冷却液を供給する管を光ファイバーとともに備えた、該光ファイバーによる腫瘍への光エネルギー照射のための装置が示されている。しかし該装置は加熱の結果のフィードバックによる制御を行えるものではない。
【００１３】
ＭＲＣシステムズ有限責任会社に譲渡され、１９９６年７月２８日に発行された米国特許第５７８５７０４号（発明者ビル）では脳腫瘍への放射のためのレーザービームとレンズを有する装置が示されるが、エネルギーのフィードバック制御の手法は示されていない。該装置は光破断効果を得るために高速パルスレーザーエネルギーを用いる。
【００１４】
カーンらがジャーナル・オブ・コンピュータ・アシステッド・トモグラフィ誌１９９４年７・８月号１８（４）の５１９頁から５３２頁、及びジャーナル・オブ・マグネティック・レゾナンス・イメージングＪＭＲＩ誌１９９８年８号の１６０頁から１６４頁において、またフォーグルらがラジオロジー誌１９９８年２０９号の３８１頁から３８５頁において、光ファイバーを経由したレーザーの熱エネルギーを腫瘍に放射し、またエネルギーの放射中の腫瘍周辺の温度をＭＲＩによって測定する手法を示している。しかしこれらの論文のいずれにおいても、温度の測定からのフィードバックによりエネルギーを制御する手法については述べられていない。また、フォーグルの論文においては、ドイツ、ベルリンのソマテックス社から商品として供給される、プローブの端部において組織の冷却を行う冷却手法が示されている。該装置は、アウターチューブ、及び該アウターチューブ内に配設され、内部に光ファイバーが通されたインナーチューブから構成され、冷却液が該アウターチューブと該インナーチューブの間、及び該インナーチューブの内部を連続的に流されるものである。
【００１５】
（発明の開示）
本発明の目的は、温熱療法による手術の制御のための手法と器械の提供である。
【００１６】
本発明は、第一に、温熱療法による手術のための改良手法を提供するものであって、この手法は、
手術を要する患部を加熱するための熱源の提供、
区切られた時間にて該患部における温度が変化するにつれ、該患部における温度に対応して該時間で連続した出力信号を生成するための非侵襲性検出装置の操作、
温熱療法で要求される温度に達するまでの加熱を要する該患部における複数の位置の識別、
該位置それぞれでの該時間における温度変化を測定するための、前述の出力信号の利用、
該位置それぞれについて、該患部内の該位置近傍の領域を加熱するための熱源の制御、
及び、該位置それぞれについて、個々の該領域の加熱を温熱療法で要求される温度に達するまで継続し、既定の温度に達したことが観測された後に加熱を停止すること、
からなる。
【００１７】
該熱源は、該熱源によって生成する熱の量、及び加熱する領域の選択を、管制することによって制御されることが望ましい。
【００１８】
測定される該位置は、温熱療法に要する温度に加熱すべき塊体の外周面とすることが望ましい。
【００１９】
該塊体は一般的には腫瘍であって、非侵襲性検出装置から先行して検出される連続した信号から、腫瘍等の加熱すべき塊体の外周面における該位置の識別を行うことが、該手法に含まれることが望ましい。
【００２０】
該熱源は手術される部位に挿入される侵襲性のプローブに配設し、該プローブの移動により該熱源を制御することが望ましい。しかし、超音波や放射線等の、その他の非侵襲性かつ指向性の加熱方法を用いることもできる。
【００２１】
該熱源は侵襲性のプローブに配設し、該プローブにより定められる方向に加熱を行い、該プローブの向きを変えることによって該熱源を制御するように構成することが望ましい。
【００２２】
該熱源は、レーザー、該レーザーからの光を伝達するための光ファイバー、該光ファイバーの端部を患部に侵襲的に挿入するための架台、該光ファイバーの端部において該レーザーからの光を該光ファイバーに対して定められた方向へと制御する光偏向装置、及び該光ファイバーの端部を移動する位置制御装置から構成することが望ましい。
【００２３】
該光ファイバーを内部に挿入して用いるカニューレを用いるものとし、該カニューレはその端部を、加熱する部分の直近かつ外側の位置に移動可能とし、該光ファイバーには、該カニューレ端部から加熱すべき該患部の中へと突出される硬質の端部を設けることが望ましい。
【００２４】
本発明は第二に、温熱療法による手術のための器械を提供するものであって、この器械は、
手術が行われる患部を加熱するための熱源、
区切られた時間内での該患部における温度変化を、該時間内での該患部における温度から生成される連続した信号として出力するための非侵襲性検出装置、及び、
制御装置であって、
温熱療法に必要な温度まで加熱すべき部位における複数の位置を識別する第一手段と、
該位置それぞれでの該時間内における温度変化を測定すべく前述の出力信号を利用する第二手段と、
該位置それぞれの付近の領域に加熱効果を付与すべく熱源の制御を行う第三手段とを備えた制御装置、
からなる温熱療法による手術のための器械が提供される。該制御装置は、前述のそれぞれの位置における温度に応じて該第三手段を操作し、加熱すべき領域の選択制御と、該領域へ加える熱の量の制御を行うものである。
【００２５】
該制御装置は、熱源によって生成される熱の量を制御する制御と、及び加熱すべき患部のうち、選択した領域に加熱効果を付与すべく熱源を移動させる制御とを行うことが望ましい。
【００２６】
該熱源は、入口端と出口端とを備える光ファイバーと、該光ファイバーに該入口端から光エネルギーを供給するレーザー光源と、該出口端に配置され、該光ファイバーの長手方向の軸を中心に該光ファイバーを回動させることで、該軸を中心に該ビームを回動させることを可能とするための、ビーム中の光の該軸に対する角度を制御する光偏向器と、患部に挿入するために硬質で細長く構成されたカニューレとからなることが望ましい。該カニューレは、該光ファイバーの出口端が該カニューレを抜けて該患部に嵌入できるように、該光ファイバーの該端近傍部分と滑合する孔を有することが望ましい。
【００２７】
前記の制御装置における第三手段は、該光ファイバーが該カニューレに対してその長手方向に沿って移動し、及びその軸芯を中心に回動するように、駆動装置を有することが望ましい。
【００２８】
該カニューレ外側にて該駆動装置を支持するための架台を設け、該光ファイバーには該駆動装置から該出口端まで延伸される補強用の筒状部材が該光ファイバーを覆うように取り付けられていることが望ましい。該筒状部材は、該光ファイバーが前述の長手方向の移動の際に横方向に曲がらないように、また、前述の回動の際のねじれないように保護しており、該カニューレを抜けて延伸されているものとする。
【００２９】
該筒状部材は繊維強化ポリマーにより一体に成形された部分を含むことが望ましい。
【００３０】
該筒状部材は以下の二つの部位を含むことが望ましい。第一の部位はガラスのような硬質で柔軟性のない第一の素材により成形され、該光ファイバーの出口端において該カニューレから片持ち梁式に突出され、該光ファイバーを保護するように構成している。第二の部位は該第一の部位に連結され該駆動装置へと延設される。該第二の部位は、液晶ポリマーのような硬質だが前記第一の素材よりも柔軟性のある第二の素材で成形され、該光ファイバーを該カニューレへと挿入する際にある程度の曲げを許容できるように構成している。別の構成として、該筒状部材全体を、充分な剛性を持ち、かつガラスのような脆性を持たない単一の素材で成形することもできる。
【００３１】
該筒状部材は、該駆動装置中の、該光ファイバーを回動させる駆動環の対応する形状の断面に嵌合させるための、多角形状の断面の部分を有する嵌合部、及び該駆動装置中の、該光ファイバーの長手方向移動用の駆動部に連結させるための肩部を有するものとすることが望ましい。
【００３２】
該非侵襲性検出装置は、磁界を生成するための磁石、及び患部からの高周波信号を検出するためのアンテナを含む、磁気共鳴映像装置を備えていることが望ましい。前記の制御装置の第三手段は、磁界の中に配置され磁界の中を移動する部材、及び該部材を駆動させる発動機を含む。該発動機は磁界の中で使用可能とするために強磁性の構成部品を用いず、また高周波信号の干渉を防ぐために該発動機と駆動連結器は導体で覆い遮蔽する構成としている。
【００３３】
また、該制御装置の第三手段は、軸芯を中心に回動可能な被駆動部材、及び該被駆動部材を断続的に動作させる往復駆動要素を含むことが望ましい。
【００３４】
該往復駆動要素は圧電性のモーターを有することが望ましい。
【００３５】
該被駆動部材としては、該光ファイバーを内側に通す筒状部材を有するものとし、該光ファイバーと該筒状部材は非円形状あるいは多角形状として、該被駆動部材の回動により、光ファイバーが、該筒状部材に対して長手方向に摺動可能でありつつ該軸芯を中心に回動する構成とすることが望ましい。
【００３６】
或いは、該被駆動部材として、雌螺子孔を有するものとし、該光ファイバーには該孔に螺合される螺子部を取り付け、該被駆動部材が軸芯を中心に回動することで、該光ファイバーが該螺子部により、該軸芯に沿って長手方向に移動する構成とすることが望ましい。
【００３７】
本発明は、第三に、
磁界を生成するための磁石と、試料からの高周波信号を検出するためのアンテナを有する、試料から画像を生成するための磁気共鳴映像装置、
磁界の中に配置され、磁界の中を移動する部材、
該部材を駆動させるための駆動体を連結した発動機であって、原動力を生成するための往復運動要素を含む発動機、
からなる器械を提供するものである。
【００３８】
該発動機は磁界の中で使用可能とするために強磁性の構成部品を含まず、また高周波信号の干渉を防ぐために該発動機とそれに連結した該駆動体とは導体で覆い遮蔽する構成としている。
【００３９】
本発明は、第四に、レーザー療法のための器械を提供するものであって、この器械は、
入口端と出口端とを備える光ファイバー、
該光ファイバーに該入口端から光エネルギーを供給するレーザー光源、
該出口端に配置され、該光ファイバーの長手方向の軸芯を中心に該光ファイバーを回動させることで、該軸芯を中心にビームを回動させることを可能とするための、ビーム中の光の該軸芯に対する角度を制御する光偏向器、
患部に挿入するために硬質で細長く構成されるカニューレであって、
該光ファイバーの出口端が該カニューレを抜けて該患部に挿入できるように、該光ファイバーの該端近傍部と滑合する孔を有するカニューレ、
該光ファイバーの該カニューレの長手方向に沿った移動、及び該光ファイバーの回動を行うための駆動装置、
からなる。
【００４０】
該光ファイバーの出口端には該光ファイバーを補強する筒状部材が取り付けられ、該筒状部材は、該光ファイバーが、前述の長手方向への移動の際に横方向に曲がらないよう、及び前述の回動の際にねじれないように保護するものである。
【００４１】
本発明は、第五に、手術の手法であって、
患部を凝結させるための放射線を該患部に放射する放射線源の提供、
区切られた時間における該患部での放射線の作用に伴い、該患部における放射線の効果に対応して該時間に連続した出力信号を生成するための非侵襲性検出装置の操作、
該患部の中で凝結すべき複数の位置の識別、
該時間において該患部への放射線の効果から放射線の作用を測定するための前述の出力信号の利用、
該位置それぞれについて、該患部内における該位置に近接する領域で凝結を起こすための放射線源の制御、
該位置それぞれについて、該位置で必要な凝結が観測されるまでの個々の該領域での放射線の放射の継続、及び凝結が観測された後の放射線の停止、
からなる手術の手法を提供するものである。
【００４２】
熱以外の他の形態の、方向を制御された放射線によって凝結を生じさせることも可能であることを以下に述べる。放射線はプローブの先端に向けられ、放射線の効果が観測されている間、向きと位置を制御される。指向性を持ち、制御可能な様々な放射線を用い、凝結を生じさせることが可能である。
【００４３】
前記の観測対象となる位置により、凝結すべき腫瘍等の塊体の外周面を画定することが望ましい。
【００４４】
該手術手法は、前記非侵襲性検出装置からの連続した信号からの、凝結される該塊体の外周面の識別、及び該外周面によって定められる領域全体における放射線の効果の測定を含むことが望ましい。
【００４５】
該放射線源は患部に挿入される侵襲性のプローブに配設し、該放射線源の位置は該プローブの移動により制御することが望ましい。
【００４６】
本発明は、第六に、患部組織のレーザー療法のための器械を提供するものであって、この器械は、
入口端と出口端とを備える光ファイバー、
該光ファイバーに該入口端から光エネルギーを供給するレーザー光源、
該光ファイバーの出口端付近に取り付けられる筒状部材であって、
該光ファイバーの外端あるいはその付近に配した先端より、該光ファイバーの該外端からある程度間隔を空けて配した内端まで延設され、
該光ファイバーを受ける、該筒状部材に沿って長手方向に設けられた第一の孔を有し、
該第一の孔に沿って平行に、該第一の孔と隔てて設けられた、該筒状部材に沿って長手方向に伸びる第二及び第三の孔を有する筒状部材、
該筒状部材の該内端にて、該第二の孔へと接続される冷却液の供給装置、
該筒状部材の該内端にて、該第三の孔へと接続される該冷却液の回収装置、
該筒状部材の該先端を覆い、該先端に、該孔に連通された密閉室を構成し、該第二の孔から流入する冷却液を該第三の孔へと伝達可能とすることで、該先端において患部を冷却するものとした包囲先端部であって、光エネルギーが該光ファイバーの外端から患部の組織へと移動できるように透明に構成された該包囲先端部、
からなるものである。
【００４７】
（詳細な説明）
本発明の実施例の一つを、以下において添付図面を用いて説明する。
【００４８】
図１においてＭＲＩ誘導レーザー手術のための器械が概略的に示されている。該器械は、遮蔽室１１内に配設された磁石１０を含む磁気共鳴映像装置を有している。該磁石１０は任意の適切な構成とすることが可能で、また異なる製造会社による多くの異なる磁石を用いることが可能である。当業者には既知であるため図示しないが、該磁石は磁界を変化させるための界磁コイルを含み、またこれと共に標本、本実施例においては患者１３からの信号を受信するための高周波アンテナコイルを含む。
【００４９】
患者１３は、患者を支持し、手術の手順における動きに対し患者を固定するための患者支持台１４上に横たわる。磁界は、入力制御ライン１５上において制御され、アンテナコイルからの出力は、出力ライン１６へと供給される。該ライン１５・１６はいずれも医師用インターフェース１７を経て一般的なＭＲＩ制御卓１８と通信される。該ＭＲＩ制御卓及び磁石は当業者には既知であるので概略図のみで示し、また多くの異なる製造会社の製品を用いることができる。
【００５０】
該器械は、さらに、遮蔽室１１の外側に取り付けられたレーザー２１から熱エネルギーを光として伝達する光ファイバー２０を含むレーザー治療装置を含んでいる。該光ファイバーは、患部に熱エネルギーを放出する後述の先端部２１（図２）へと延設される。該光ファイバー２０の患者の中における位置及び方向は、定位フレーム２３上に位置調節可能に固定された駆動発動機２２によって制御される。該発動機は制御ライン２４を経て装置制御器２５と通信される。通常、該装置制御器はＭＲＩ制御卓及び該発動機２２の位置検出器から情報を受け、該発動機２２の移動操作と該レーザー２１の出力操作を行うことで、位置及び患部に加える熱の量を制御する。
【００５１】
図２において拡大して示されるように、患者支持台１４上に定位フレーム２３が取り付けられ、これによって該フレームは該台に対して固定され、患者の頭部２６の上方に延設される。該フレームの適切な形態の詳細は当業者には既知であるので概略図で示している。発動機２２は該発動機のブラケット２７によって該フレーム上の任意の位置に配設される。手術の間は該発動機の位置は該フレーム上において固定されるが、該位置は図中の２８で示される該フレームのアーチ形状に沿った方向において調節することも可能である。また、該フレーム２３は該台１４上において位置を前後方向に調節可能である。ブラケット２７によって該フレーム上の点３０を中心に発動機を回動させることも可能であり、これによって、該発動機から前方に突出する光ファイバーのフレームに対する向きを変更できる。
【００５２】
該器械はさらに光ファイバー２０を覆う硬質のカニューレ３１を含んでいる。該カニューレは該光ファイバーを該カニューレの軸方向に保持しつつ、該光ファイバーの該カニューレ内での長手方向の摺動、及び該カニューレ内での回動が可能となるように構成されている。該カニューレは適切な硬度のセラミックを用いて成形し、剛性、曲げへの抵抗力、及び充分な強度を持たせることで、該カニューレを患部に挿入することを可能としている。
【００５３】
図示されるように、該器械は手術の際に患者の脳３３の中の腫瘍３２の上に配置される。そして、手術の際には患者の頭蓋に開口部３４を設け、カニューレ３１を、光ファイバー２０がない状態で、該開口部３４を経て該腫瘍３２の前端部へと位置させる。
【００５４】
腫瘍の位置は一般的な外科的、解析的境界決定手法による、ＭＲＩの初期実験により、腫瘍の末端部を構成する脳内の閉曲面として決定される。患部の除去すべき部位を正確に決定する外科的解析技術は本発明の構成要素ではないが、当業者においては従来の外科的技術による解析を用いて該閉曲面を決定することができる。
【００５５】
カニューレの挿入角度については、当然、主要な血管のような、患者の貫通すべきではない部位を可能な限り避け、また該カニューレが腫瘍の前端部に達した時点で該腫瘍の中心を指すように設定する。
【００５６】
図３の２０に示される光ファイバーの構造は、レーザーの位置にある図示しない入口端、及び遠隔端３６を有するガラス繊維部分３５を含む。該遠隔端３６には、ビーム３７のレーザーエネルギーを該端３６の一側へと偏向する反射器またはプリズムが配設される。これによって、該ビーム３７は該光ファイバーの長手方向及び軸方向に対し略直角に偏向される。該ビーム３７はテーパ角度が１２度から１５度の円錐を成形する。このような、光を長手方向に対し直角に偏向する反射器またはプリズムを含む光ファイバーには、既存の商品を利用できる。
【００５７】
図中の３５で示されるガラス繊維部分は、該光ファイバーを発動機２２によって操作可能とするために囲いで覆われている。該光ファイバーの周囲には、末端部３９及び延設部４０を含む筒体３８が成形されている。該末端部３９は、該末端部の先端４１から距離を置いて該光ファイバーの遠隔端３６を覆っている。該末端部の長さは７ｃｍから１１ｃｍの範囲内とする。延設部４０は長さを４８ｃｍから７７ｃｍの範囲内とし、前端４１から後端４２へと延設する。前部３９はガラス等の硬質な素材で成形する。延設後部４０は光ファイバーの端部３６を腫瘍内に移動させるために力を加えることが可能なように、繊維強化プラスティックのような、ガラス程に脆くなく、曲げやねじれに対し剛性を維持できる硬質な素材で成形する。
【００５８】
該末端部及び該延設部は結合して一体構造として該カニューレ内に滑合することが可能であるように、その直径は共通とする。該前部は、腫瘍の前部すなわち最も近い側の端部に位置するカニューレ端部から、該腫瘍の後端部まで延伸できる長さとする。平均的な腫瘍の大きさは直径が０．５ｃｍから５．０ｃｍの範囲であるので、前述の該前部の長さは該前部の１．２５ｃｍを該カニューレ端部に残した状態で該腫瘍の直径の分だけ延伸可能に構成している。このようにして該前部は、光ファイバーがカニューレ内で曲がったり、ねじれたりすることなく、該光ファイバーの向きが該カニューレの軸方向に略一致するようにしている。カニューレへの挿入の際に、曲げ負荷に対して延設部が割れる、あるいは砕ける危険性を回避するために、該延設部の材質にはガラスを用いない。人手によるカニューレへの挿入の際の曲げ負荷に適応でき、また後述する前後動及び回動の際に加わる力に耐えられるような、より脆くない素材が選ばれる。
【００５９】
筒状部３８には多角形状もしくは非円形部分４４、及び末端閉止部分４５が取り付けられる。該駆動部材４４・４５は該延設部に駆動を伝達するために取り付けられる。多角形状部分４４は、該延設部及び光ファイバー全体を該光ファイバーの長手方向の軸芯を中心に回動させるための駆動部に連動するように構成される。末端閉止部分４５は、該延設部及び光ファイバーを、該長手方向軸芯に沿って前後動させるための前後方向駆動装置に連動するように構成される。このようにして、前記先端３６は、カニューレの外端から外側へ突出して腫瘍へと突入したばかりの初期位置から、該腫瘍の最も遠い端部に達するまで移動できるように構成される。さらに、該先端は、光ファイバーの軸芯を中心とする任意の角度で熱エネルギーを加えることを可能とするために、該軸芯を中心に回動可能に構成される。該端部の選択的な前後動及び回動の制御により、カニューレの端から端までその軸芯に沿って伸びる円筒状の領域の全体にわたって熱エネルギーを加えることが可能になる。さらに、任意の前後方向の位置及び角度における加える熱エネルギーの量の制御により、カニューレの軸芯からの所望の深度に達するまで熱エネルギーを加えることが可能となり、あらかじめ腫瘍の境界面を画定するものとして決定された閉曲面内の領域に該腫瘍の領域を一致させることで、選択した領域にわたって患部に加熱効果を付与することが可能となるものである。
【００６０】
図４に示すように、断面視非円形の駆動部材４４は高さが横幅よりも大きい長方形状に構成している。しかし、断面形状が該駆動部分の全域にわたって一定であり、かつ、周囲の駆動部からの動力を受けて連動することが可能なものであれば、他の非円形の断面形状に構成することも可能である。末端閉止部分４５は円筒状とし、光ファイバーの駆動発動機への取り付けを容易とするために、上端片４５Ａを着脱可能に構成している。
【００６１】
以下において、図５及び図６により、光ファイバーにおいて、駆動部材４４・４５を介して筒体３８に動力を伝達し、先端３６を前後動及び回動させるための駆動発動機２２について、より詳細に説明する。
【００６２】
該駆動発動機は上半部５１及び下半部５２からなるハウジング５０を有する。該上半部５１及び下半部５２は半円筒状で二つを合わせるように構成され、該ハウジングの中心軸線上に沿って延設される光ファイバーに取り付けられる駆動要素を覆っている。該ハウジングの前部５３には孔５４を有するボスが設けられ、筒体３８を滑合させることが可能に構成されている。これは該ハウジング前端において該筒体の動きを誘導するものである。
【００６３】
該ハウジング内には第一環状取付部５５が設けられ、また該取付部の後方に間隔をあけて第二環状取付部５６が設けられる。該第一環状取付部と前部のボスとの間には第一変換器５７が、該第二環状取付部の後方には第二変換器５８がそれぞれ設けられる。
【００６４】
第一環状取付部５５にはベアリング６０を介して回動可能な第一駆動円盤５９が取り付けられる。第二環状取付部５６にはベアリング６２を介して第二駆動円盤６１が取り付けられる。これらの駆動円盤は同一の形状で、それぞれ、略平面状の円盤部と、該円盤部後方に配され、該円盤部と同一の中心軸を有する円筒部６３とからなる。該ベアリングは該環状取付部５５・５６の円筒状の内壁と、該円筒部６３・６３の外壁の間に取り付けられる。したがって、該円盤部はそれぞれ、ハウジングの中心軸上における光ファイバーの軸芯を中心に回動可能に取り付けられるものである。
【００６５】
該円盤５９は、その円盤部の中心の孔を塞ぎ、円筒部６３内へと突出する中心栓部６４を有する。該栓部は、駆動部材４４を覆う、該駆動部材４４と同一の断面形状を有する駆動面６６と、面取りあるいは円錐状の切り欠きがなされ、該孔へと収斂する引込切欠部６５を有する。そして、筒体３８の先端部４１がハウジングの中心軸に沿って円錐状の該引込切欠部６５から挿入され、駆動面もしくは孔６６に挿入されて、駆動部材４４が該面に接するようにされる。この配置により、円盤５９の回動によって筒体３８が回動され、それによって光ファイバーが回動される。該駆動部材４４の断面形状は均一に構成されるので、該駆動面６６内を前後に滑動できる。
【００６６】
該円盤６１は、該円盤の中心の孔に嵌入される栓部６７を有する。該栓部６７は、螺子部６９に対応する雌螺子山を設けた内壁面６８を有する。該螺子部６９には、該筒体３８のまわりに孔７０が設けられ、該筒体３８が該孔７０に対し回動かつ移動自在となっている。また、該螺子部６９は該円盤６１の円筒部６３を貫通している。該円盤６１の回動により該螺子部はハウジングの中心軸，及び筒体３８の中心軸方向に対し前後動される。該螺子部の後端部７１には、締結部材７２が取り付けられている。該締結部材７２は、該螺子部の後端部７１に取り付けられる固定部７３と、該固定部に締結可能な開放部７４を有し、末端閉止部分４５を該締結部材内において締結するものである。該開放部７４は、螺子７５・７５によって締結される。該末端閉止部分４５の上端片４５Ａは該固定部７３中の受け部７６に固定され、該螺子部に対し、筒体３８の方向を定めている。
【００６７】
該円盤５９・６１はそれぞれ駆動モーター７７・７７・７８・７８により断続的に駆動される。本実施例においては、該駆動モーターとして、圧電性結晶の振動により往復運動を行う圧電性駆動要素を用い、該円盤それぞれを断続的に角回動させている。
【００６８】
二つの該モーター７７・７７は円盤５９を、二つの該モーター７８・７８は円盤６１をそれぞれ駆動する。該モーターはそれぞれハウジングに取り付けられた装着ブラケット７７Ａ・７８Ａに保持される。
【００６９】
末端締結部７２は断面視長方形状で、対応する長方形状の断面形状を有するハウジング内の管部７２Ａに滑合される。したがって、螺子部６９は回動に対して固定され、円盤６１の回動により、その回動軸に沿って前後動され、光ファイバーは該螺子部に対して自由に回動できる。
【００７０】
図示しないその他の構成として、遮蔽室１１外の装置制御器２５によって駆動される前後動可能なケーブルにより断続動作をさせることが可能である。さらに別の構成として、該モーターの代わりに液圧式あるいは気圧式の原動機を用い、該原動機の往復運動により断続動作を行うことも可能である。
【００７１】
このように、該円盤それぞれの選択的な回動は、それぞれに発動機によって適切な原動力を供給することで可能となる。
【００７２】
変換器５７・５８は、円盤、特には該変換器内に突出している該円盤の筒状部６３の瞬間的な位置を検出する。該筒状部は、該変換器が個々の円盤の角度を検出するための要素として機能する。このようにして、円盤の位置は、装置制御器２５により正確に制御され、円盤５９の動作により光ファイバーの角度が、円盤６１の動作により光ファイバーの前後方向の位置がそれぞれ制御される。前後方向の位置は螺子部の前後動による末端閉止部分４５の前後動によって変化する。光ファイバーが前後方向に対し静止した状態で回動可能とするために、これらの動作は独立して行える構成としている。
【００７３】
磁石及びＭＲＩ装置の使用中に発動機によって光ファイバーを移動させるために、該発動機及び遮蔽室１１内に配置されるその制御装置はＭＲＩ装置と併用可能とすることが必要である。そのため、動力供給・制御ケーブル２４及び該発動機は、磁界の影響を受けうる強磁性の構成要素を用いずに構成しなければならない。さらに、該発動機２２及び該ケーブル２４は、ＭＲＩ解析を行う際に必ず生じる小さな高周波信号の干渉から、適切に遮蔽されている必要がある。
【００７４】
したがって、図７に示すように、該遮蔽室１１は、該室内の領域への磁石による高周波の干渉を遮断するために導体で覆われている。さらに、該発動機２２及び該ケーブル２４は、囲いの壁８３内のケーブルポート８２を介して壁１１の開口部８１を抜けるよう延設された導体８０で覆われ、該遮蔽室の導体と連結された該導体８０によって、該発動機２２及び該ケーブル２４はその全体が囲まれた構成となっている。したがって、該導体８０は遮蔽内で「虫食い穴」として機能し、該発動機２２及び該ケーブル２４は該遮蔽室周辺において遮蔽の外部から保護されている。圧電性結晶の使用はＭＲＩ装置との併用において特に適切であるが、前述のその他の駆動装置を用いることも可能である。
【００７５】
手術の手順において、患者は患者支持台上に位置し、患者の頭部が磁石の位置から動かないように拘束される。その後、ＭＲＩ装置により除去すべき部位、一般には腫瘍の映像を従来の手法により生成する。その後手術者単独で、あるいは利用可能な適切なソフトウェアを用いて、生成された画像を解析し、図８の９０に示される、該腫瘍の領域周りの、該腫瘍の外周面を画定する領域を定める。また、介在する他の組織の損傷を避け、形状において不整でありうる腫瘍の中心を通すために、カニューレを腫瘍へと挿入する最良の経路を決定する。
【００７６】
カニューレの経路と向きを決定した後に、前述のように開口部３４を設け、該カニューレを挿入する。
【００７７】
カニューレを定位置において、発動機をフレームに固定し、該発動機の位置を調節することで、光ファイバーを該カニューレの長手方向に沿って挿入可能にする。発動機をカニューレの中心軸に沿って適切に配置し、光ファイバーを該発動機の孔に通してカニューレへと挿入し、その先端のみが該カニューレの外端から外に出るようにする。カニューレから発動機までの距離を調節できるので、螺子部が完全に巻き込まれ、また末端閉止部分が締結部７２に位置した時点で、該先端が該カニューレの端部に位置するようにすればよい。
【００７８】
このように発動機と光ファイバーが配置された後に、ＭＲＩ装置により境界領域９０での温度の測定を行う。温度測定は、単に複数の別々の位置で行うのではなく、境界の面全体において行う。温度の測定中に、光ファイバーは手術の開始のために腫瘍内の最初の位置へと前後動される。ビームの角度を選択して、放射線のパルスがレーザーにより放射され、該ビーム３７を介して腫瘍へと伝達される。パルスは境界層９０における温度が測定されるまで継続される。パルスによって腫瘍へ熱エネルギーが供給されることで、腫瘍は決められた領域において局所的に加熱されるが、該腫瘍自体の特性に応じた割合で腫瘍のその他の部分も加熱される。したがって、ビームによって決められた領域への加熱は、境界層９０の温度が事前に決められた５５℃から６５℃の範囲内の凝結温度に達するまで継続される。一旦該境界層がこの温度に達すれば、この領域の加熱は中止され、光ファイバーは回動と前後動のいずれか、もしくはその両方によって、腫瘍の次の加熱すべき領域へと移動される。境界における温度測定が加熱と同時に、加熱の行き過ぎを防ぐのに充分な早さで行われるので、要求されるパルスの値をあらかじめ予測しておくことは必要ではない。しかし、熱エネルギーを付与する条件によっては、この予測をできるだけ素早く行うことは可能である。
【００７９】
手術時間の短縮のために、加熱は可能な限り短時間で行うことが望まれる。そのため前述の、初期の解析によって検出される腫瘍の性質に基づいた予測によって、毎秒のパルス数を変化させてもよい。しかし、温度の急激な上昇は境界における温度の行き過ぎを起こし、該境界外部の組織に損傷を与える可能性があるので、加熱速度を大幅に上げることはできない。したがって加熱速度は、腫瘍の大きさと密度に依存して、境界において加熱の行き過ぎの可能性を排除しつつ必要な温度を得るための抑制された範囲内で選択される。また、加熱速度は光ファイバーの軸芯から境界までの距離にも依存する。光ファイバーの軸芯は図８において９１で示される。９２で示される、腫瘍への光ファイバーの挿入位置における境界までのビームの距離は比較的短く、９３で示されるように該距離は腫瘍の中心へと向かうにつれて長くなる。
【００８０】
境界における温度が必要な値に達するまで、光ファイバーを最初に決めた前後方向の位置及び角度で静止させておくことが望まれる場合がある。このような場合、光ファイバーはその後、ビームが加熱を開始する時の角度と略同一の角度に回動され、その角度での加熱が終了するまで回動されない。こうして、加熱が完了するまで、光ファイバーは個々の角度での加熱がなされてから次の角度へと回動される。
【００８１】
腫瘍において最初の円形域での加熱がなされた後に、光ファイバーは、その位置での腫瘍の直径とビームの角度に応じた距離だけ前後動され、腫瘍の、決められた温度に達しておらずまだ光ファイバーの侵襲していない領域において次の円形状の加熱域を確保する。こうして、光ファイバーは、段階的に前後動するものであり、この際、当初の分析により判定した腫瘍の直径や構造に応じて距離を変更してもよい。しかし、腫瘍への加熱の総量は、腫瘍の境界より内側の温度解析や腫瘍内での温度傾斜の予測を要することなく、境界における温度のみで決定されるのが望ましい。
【００８２】
腫瘍の境界全体が決められた凝結温度に達すれば手術は完了であり、光ファイバーとカニューレを患者から取り除くために器械は取り外される。
【００８３】
この装置は腫瘍の境界によって定義される表面温度の制御により加熱を直接かつ正確に制御することが可能であり、これにより腫瘍外部の領域を凝結温度以上に加熱する危険を避けつつ腫瘍全体を必要な温度まで加熱することができる。
【００８４】
光ファイバーから加える熱の量を最大化して、より大きな腫瘍を処理するために、光ファイバー周辺の組織を素早く冷却することで加熱の行き過ぎを避けることが強く望まれる。凝結温度を超えた加熱は、炭化の原因となり、それ以上の熱伝達を阻害するので、避ける必要がある。したがって、冷却を行わない場合においては、加えられる熱の量は制限される。このような加えうる熱の量の制限は処理できる腫瘍の大きさを制限するが、組織中のエネルギーを消散させることで腫瘍外の部分が凝結温度に達することを防げる。
【００８５】
そこで、図９及び図１０においては、前述のプローブに代わって使用できる改良型のレーザープローブを示している。該プローブは改良による直径の増大をふまえて、構造の寸法においても若干の改良を要するものである。
【００８６】
改良型のプローブ１００は、前述の光分散構造を有する先端部１０２から前述の光ファイバーの反対側の端部にある光源まで延設される光ファイバー１０１を含む。また、該プローブは支持管状部材１０３を有する。該支持管状部材はファイバーを通す多管腔の管としてプラスティックにより成形され、該ファイバーに沿うように該ファイバーの先端部１０２から前述の該ファイバーの駆動装置にわたって延設され、該管状部材の端部１１７からは該先端部１０２が若干突出する構成としている。該管状部材１０３内には円筒状の管路１０４が延設され、また該管路に平行に管路１０５・１０６が、該管状部材の円筒状の外壁面１０７の内側に設けられている。
【００８７】
該支持管状部材１０３の端部１１７の反対側の端部１０９上に、連結部１０８が成形され、供給管状部材１１０・１１１・１１２をそれぞれ管路１０４・１０５・１０６と連通している。
【００８８】
このような形式の多管腔の管は市販されていて、また適当な素材によって必要に応じた寸法及び物理特性を有するものとして成形できる。管路１０４はファイバーの外形に厳密に合う寸法とすることで、該ファイバーを該管路１０４から管状部材１１０へと送り込み、該ファイバーの先端部１０２が支持管状部材の端部１１７から露出するまで該支持管状部材内に挿入できるようにしている。
【００８９】
必要な寸法及び硬度を有する管部材を使用することができるが、多くの場合、該管部材は曲げられ、ねじられる。したがって、支持管状部材の外側には補剛管状部材もしくは筒体１１４が取り付けられる。該補剛管状部材は、ファイバーの先端部１０２から離れた端部１１５から、該先端部１０２に近接する端部１１６にわたって延設される。但し、該端部１１６は、先端部１０２から後方に間隔をあけて配置される筒状部材１０３の端部１１７から、さらに間隔をあけて配置する。該先端部１０２と該端部１１６との距離は１インチ未満とする。補剛管状部材１１４は、ＭＲＩへの適合性を有する非強磁性の硬質な素材で成形される。支持管状部材１０３は補剛管状部材１１４内に固着することで、該補剛管状部材内で回動したりずれないようにする。補剛管状部材１１４はＭＲＩの磁界内で用いることのできるチタンやセラミック等の素材で成形する。チタンはＭＲＩ映像中に偽信号を生じるので、組織の映像を適切に生成するために補剛管状部材の端部１１６はファイバーの先端部１０２からできるだけ離して配置する。
【００９０】
補剛管状部材１１４の端部１１６には、袖部１２１及び円蓋状もしくは尖頭状の端部１２２からなるカプセル１２０が設けられる。該袖部は補剛管状部材の端部１１６を覆うように固着され、管状部材１０３の露出部周辺を密閉している。カプセル１２０は水晶結晶によって透明に構成することで、ファイバーの先端部１０２から放出される光エネルギーが外に出られるようにしている。該補剛管状部材の端部と該ファイバーの端部との距離は、透明な素材で無理なく成形できる該カプセルの長さに合わせて調整される。
【００９１】
管状部材１１１は冷却液の供給部１２５に、管状部材１１２は冷却液の回収部１２６にそれぞれ接続される。冷却液は管路１０５を経て管状部材１０３の端部１１７からカプセル内に送られ、その後管路１０６から戻される。該冷却液には低温において窒素ガスに気化できる単なる液体窒素を用いることができ、ガス圧によって管路１０５から押出され、管路１０６より戻され、回収部１２６からそのまま大気中に放出される。
【００９２】
その他の構成として、冷却部１２５と回収部１２６により冷凍サイクルを構成し、適当な冷媒を圧縮、凝縮させ、カプセル１２０内の冷却部分において気化させることで、該カプセル１２０の周囲の組織から熱を冷却部分に移動させるようにすることもできる。
【００９３】
前述の構成においては、管路１０５・１０６による気体もしくは液体の冷媒の供給が可能であるとともに、ファイバー１０１は補剛管状部材１１４に対して横ずれや回動をしないように保持されるものである。よって、ファイバーの先端部１０２の位置は補剛管状部材により厳密に制御され、該補剛管状部材は図９において略図的に示される連結器１３０・１３１により、前述のような往復運動発動機を用いた構成によって駆動される。
【００９４】
以上で説明した本発明においては様々な改良が可能であり、また請求範囲の意図及び視野からは多くの異なる実施例をあげることが可能である。よって、本明細書において示されるものはその一例であり、これのみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるＭＲＩ誘導レーザー療法のための器械の概略図である。
【図２】 図１の器械による患者の脳へのレーザーエネルギーの放射を示す拡大概略図である。
【図３】 図１の器械のレーザープローブの側面立面図である。
【図４】 図１の器械のレーザープローブの端部の立面図である。
【図５】 図１の器械のレーザープローブ及び該プローブの駆動発動機の断面図である。
【図６】 図１の器械の駆動発動機の分解組立図である。
【図７】 図１の器械の遮蔽の概略図である。
【図８】 凝結される悪性腫瘍あるいはその他の腫瘍への該器械の作用を示す概略図である。
【図９】 周囲の組織を冷却するために先端へ冷却液を流す構成としたプローブの別の実施例を示す前後方向の断面図である。
【図１０】 図９の１０−１０線断面図である。

Claims (12)

1. 患部を加熱すべく長手方向に軸芯を有する侵襲性のプローブを備えた熱源と、該プローブを駆動するための駆動装置と、非侵襲性の検出装置と、プローブ制御装置とを備えた治療用器械であって、該プローブは、該軸芯に対して角度をなす熱の方向を制御することで該軸芯を中心とする円形域内を加熱するものであり、その熱の方向制御により、該円形域内にて限定した角度に加熱を行う加熱領域を画定するものであり、その回動によって該円形域内の患部における個々の異なった角度範囲を加熱するように構成してあり、該非侵襲性の検出装置は、該患部の外周面を画定してこれを記録し、区切られた時間にて該患部における温度変化が生じるのに伴い、該患部における温度に対応して該時間での連続した出力信号を生成する構成としたものにおいて、
   該プローブ制御装置は、軸芯方向の一定位置にて該プローブを具備しており、該軸芯を中心に該プローブを回動することで、第一の角度位置に加熱領域を設定して、これを第一の加熱領域とし、該プローブによる該第一の加熱領域の加熱をいつ停止するかを決定するための要素として、該第一の加熱領域における患部の外周面部での温度測定を利用し、その後、該軸芯を中心に該プローブを回動させることにより、第二の角度位置に加熱領域を設定して、これを第二の加熱領域とし、該プローブによる該第二の加熱領域の加熱をいつ停止するかを決定するための要素として、該第二の加熱領域における患部の外周面部での温度測定を利用するものとしたことを特徴とする治療用器械。
2. 前記プローブは、前記駆動装置により、患部内を軸芯方向に移動可能となっており、これにより、加熱される前記円形領域を第一の円から第二の円へと該軸芯に沿って移動させるものとしたことを特徴とする請求項１に記載の器械。
3. 前記熱源は、レーザーと、該レーザーからの光を伝達するための光ファイバーとよりなるものであって、該光ファイバーの端部には、該光ファイバーに対して設定された方向に該レーザーからの光を向けるための光偏向要素が備えられていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の器械。
4. 該光ファイバーの出口端付近部には、光ファイバーを補強するための筒状部材が出口端付近部を覆うように取り付けられており、該筒状部材は駆動されることで該光ファイバーを前後動及び回動させるものであり、該光ファイバーが該前後動の時にその移動方向に対し横方向に曲がらないよう、及び該回動の時にねじれないように、該光ファイバーを保護するものであることを特徴とする請求項３に記載の器械。
5. 前記筒状部材は、前記駆動装置における前記光ファイバーを回動させるための多角形断面を有する駆動環に嵌入すべく、該断面と一致する多角形断面を有する嵌合部を備えており、かつ、該駆動装置における該光ファイバーを前後動させるための駆動部材に係合される肩部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の器械。
6. 前記駆動装置は、軸芯を中心に回動可能な被駆動部と、往復運動する駆動体とを有しており、該被駆動部は、該光ファイバーを内側に通す管を有しているものであって、該被駆動部の回動により、該光ファイバーが、該管に対して前後動を可能としつつ、該軸芯を中心に回動するように、該光ファイバー及び該管の形状を設定してあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の器械。
7. 前記駆動装置は、軸芯を中心に回動可能な被駆動部と、往復運動する駆動体とを有しており、該被駆動部は、雌螺子山を切った孔を有しており、該光ファイバーには該孔に螺合される螺子部を取り付け、該被駆動部が該軸芯を中心に回動することで、該光ファイバーが該軸芯に沿って前後動するよう構成としたことを特徴とする請求項３、４、５、６のいずれかに記載の器械。
8. 前記被駆動部は、第一の円盤と、該円盤に平行に配設される第二の被駆動円盤とを有しており、該第二円盤に雌螺子山を切った孔を設け、該孔に螺合する螺子部を該光ファイバーに取り付けており、該第二円盤が該被駆動部の軸芯を中心に回動することで、該螺子部が該光ファイバーを該軸芯に沿って前後に移動させる構成とし、かつ、該第一円盤の回動によって該光ファイバーが該軸芯を中心に回動される構成としていることを特徴とする請求項７に記載の器械。
9. 前記非侵襲性検出装置は、磁界を生成するための磁石、及び患部からの高周波信号を検出するためのアンテナを含む、磁気共鳴映像装置を有するものとし、前記駆動装置は、前記プローブを駆動させる発動機を含み、該発動機は、磁界の中で使用可能とするために強磁性の構成部品を用いず、高周波信号の干渉を防ぐために該発動機と駆動連結器は導体で覆い遮蔽する構成であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の器械。
10. 前記駆動装置には圧電性のモーターを用いていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の器械。
11. 前記プローブに、該プローブの温度を下げるための冷却装置を備え、該プローブ周囲の領域の冷却を可能としたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の器械。
12. 前記の加熱領域それぞれにおける加熱の時に、前記熱源から加える熱の量を変化させる手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の器械。

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