JP5122442B2 - 球状損傷を形成する装置 - Google Patents
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Description
単極システムにおいて伝搬されるエネルギーの半分は、発熱することなく分散電極で消散する。また、単極システムにおける電極間の距離は、通常は相当あるため、分散電極まで流れる電流の経路は、完全には予測できない。このため、エネルギーを与えない方が望ましい組織を場合によっては含んでおり、非標的組織にまでエネルギーが印加されることがある。
電流方向に垂直な方向で、組織の単位面積当たりに吸収されるエネルギー(Q)を有するRFエネルギーは、次式によって表される。
Q=i2ZΔt
ここで、iはRF電流密度であり、Zは組織の抵抗率であり、Δtはエネルギーが印加される時間である。
この状況における熱流(F)は、次式によって表される。
F=−kAΔT0Δt/R
ここで、kは組織の熱伝導率であり、Aはヒートゾーンの表面積、Rは熱源からの距離、ΔT0は温度差、Δtは経過時間である。
組織が何らかの外的冷却処置を受けていない場合、温度差が維持される限り、損傷が成長し続ける(即ち、電気的エネルギーが組織に供給される限り)。
しかしながら、外的冷却がシステムに加えられる場合、損傷の大きさを無制限に増加させ続けるには、電気エネルギーの組織内に堆積する割合が、継続して増加する必要がある。
電気エネルギー源のパワーを一定に維持する場合、損傷が平衡の大きさに達するにつれて、熱的平衡状態に達し、そこで、損傷の表面積の全面に散逸するエネルギーは、連続した組織を切除するのにもはや十分ではない。従って、損傷はそれ以上成長しない。
電極の表面温度が、蒸気が発生を開始する値に達する場合に、電極の大きさに対しての最大エネルギー伝達速度に達する。
蒸気は、電極の枝の周りで絶縁層を形成し、さらなる電流が電極から組織に流入することを防止する。
組織の中により多くのエネルギーを堆積させるため、蒸気の生成温度未満に維持しながら、より多くのエネルギーを組織に印加するように、電流堆積表面積を高める必要がある(例えば、追加の又はより大きい電極を使用して)。
i=I/Ael
という式によって与えられる。
従って、より大きい表面積の電極は、より小さい電極表面電流密度のため、より低い電極表面温度を維持しながら、より多くの電流とパワーを組織の中に注入する。
従って、多くの電極設計は、所与の体積の標的組織に配置される電極の表面積を最大限に増加している。
単極システムの分散電極は、非常に大きく、標的組織と接触して配置される電極から一層離れているため、活性電極の各エレメントからの電流は、全方向に拡散し、周りの組織の特性に依存し、球形に近い等電位面を形成する。
C1、C2、C3・・・Cnは、組織と電極102の表面の間の界面における小さな区域に形成された電気的接点104を表す。活性電極102のエレメントはいずれも、高い抵抗に変換される電極間の長い経路により、分散電極108に関してほぼ同じ電気抵抗Zを有する。
RFエネルギーの印加の間、周りの組織は温度上昇し、そのインピーダンスは低下し、電流密度が増加する。電極102にそった接触点104はいずれも、ほぼ同じ電気的状況にあるため、このプロセスは、電極102の表面を横断して均等に進行する。
しかしながら、ある時点で、電極102と、電極102と組織の間で絶縁層を形成する組織との間の界面で、蒸気が生成を開始する。図1の概略図において、これは、1又は複数の接触点104を開放することによって示される。
i=I/A=I/4πR2
従って、電流密度は、プローブからの距離の2乗に比例して減少する。
組織によって吸収されるRFパワー(P)は、次式によって与えられるように、電極からの距離の4乗に比例して減少する。
P=i2Z=I2Z/16R4
これらの条件において、RFパワーは、典型的に、電極102の表面の数ミリメートル以内に位置する組織の小さな部分のみを加熱する。
図2は、1つのタイプのRF切除システム150を示し、ここで、2つのアレイ152、154の枝156、158は、略球形の標的組織の容積を包囲するように、向かい合って開いた傘のような形状である。
図3は、第2の一般的な二極システム200を示し、ここで、アレイ202、204は、ほぼ同じ方向に向いている。
後者の構造において、枝206、208の挿入と配置は、特に、それらが1回の切開から同じ方向に挿入される場合、より容易である。
図7に示すように、これらの条件下で、電極の各アレイは、ほぼ、その周りに損傷207を形成する別個の単極の電極として作用する。
アレイ202、204の間隔に依存するが、小さな中央の接続区域209を超えて、こうした損傷をより大きい単一の損傷に併合することが非常に困難なことがある。
次いで、第2ステップ(図9)では、電極アレイ202、204をさらに離して広げ(例えば、遠位の電極を前に押し、近位の電極を後方に引く)、初期損傷/高インピーダンス容積211は、それらの間の中心に位置する。
エネルギーがこの位置で印加される場合、高インピーダンス容積211の周りに電流が流れ、横方向においてより組織に影響を与え、初期損傷/高インピーダンス容積211を組み込む単一の損傷213を生成し、これは、図10の組み合わされた損傷207の形状よりも球形に近いが、球形よりも円筒形である中央部分215を含む。
このため、初期損傷は、軸方向よりも半径方向の寸法でさらに広がることになる。
二次的な損傷は、電極アレイ202、204が、互いが損傷をより球形にするものからさらに離れるため、半径方向の範囲よりも損傷の軸方向の範囲で、より迅速に増加する。
さらにまた、これらの電極アレイ202、204の湾曲形状は、活性電極アレイ202、204のいくつかのエレメント206、208がそれぞれ互いに接近し得るとしても、アレイ202、204の別なエレメント206、208がそれぞれに離れた状態を維持させる。
平行に接続された様々な抵抗Z1、Z2、Z3、Znは、電極252、254のエレメント間の様々な経路の長さを表す。
上記の抵抗は、いずれも等しくないため、このシステムは、組織262の部分を通る様々な電流密度i1、i2、i3・・・inを生じる。
このようにして、雪だるま効果を生じることができ、高い温度がより低いインピーダンスをもたらすので、均等なより高い温度をもたらす。
電極の周りの蒸気は、例えば、図に示すC1において、等価回路の接点を効果的に開け、そのエレメントからの加熱を遮断する。
これは、次に、電極アレイ252、254の間の全体的なインピーダンスを増加させ、電極アレイ252、254によって組織中に堆積される電流とパワーを低下させる。
結局、このメカニズムは、上記のタイプの従来の電極アレイ252、254を用いて得ることができる損傷の大きさを制限する。
一対になるエレメントが互いに離れる場合、一対の各々の1つは、点源のように作用し、エレメントまでの距離の二乗にほぼ反比例する電流密度分布を有して、全ての方向に電流を分配する。
この場合のエレメント間の電流密度分布は、エレメントまでの第1パワーの距離にほぼ反比例する。
この場合、軸は、電極252、254の複数の先端に属する面にほぼ垂直な線である。
このため、湾曲した傘形状の電極アレイが、お互いに接近した場合、形成される損傷は、半径方向よりも軸方向に大きく、雪だるま効果のため損傷形成時間が短く、形成される損傷の大きさを制限する。
システム300を採用すると、電極302と電極304との間での初期とそれ以降の慎重な選択は、大きくほぼ円筒形の損傷の形成を可能にすることが、当業者には理解できる。
最も均等なエネルギー分布を達成するために配置する場合、線状部分310、312を中心軸にほぼ垂直な第1と第2の面に配置するのが好ましい。
しかしながら、例えば装着時の配置や保持に関連する別の理由により、線状部310、312が第1・第2コーン部に沿った位置にあり、コーンの角度が60度〜90度の間にあるように、枝を配置してもよい。
一旦、電極が標的組織腫瘤に対して所望の位置に配置すると、当業者に理解される通常のメカニズムを用い、本実施形態の一例においては、ほぼ円形で傘形状を含む枝302、304の電極アレイを拡張された効果的な構造に配置する。
好ましくは、変換メカニズムが提供され、例えば、システム300の長手軸に沿って枝302の電極アレイを動かし、電極アレイ302、304を配置する。具体的には、電極アレイ302、304のコア部分314は、このメカニズムに接続することが好ましく、枝306、308を拡張すること、枝306、308をカニューレ又は外筒の中に納めることが、当業者に理解される。
また、このメカニズムは、枝302、304の電極アレイの間の距離を変化させる、互いに対して長手軸に沿った平行移動を提供してもよい。
アレイ302、304が、図11に示すように、枝306、308を互いに接近して、適所に位置づけて配置された後、電極アレイ302、304を通して標的組織腫瘤(組織体)にRFエネルギーが印加される。
例えば、この初期のエネルギーの印加は、アレイ302、304の直径の約1/4〜1/2の距離で互いに離れた枝306、308の線状部分310、312に行ってよく、軸Aに沿ったその長さに比較して大きい横の大きさを有する標的組織に、損傷/高インピーダンス区域305を発生させる。
すなわち、最初に発生した損傷は、軸Aに沿って有するものよりも、システム300の軸Aにほぼ垂直に広がる面で、より大きい範囲を有する。
ここで、高インピーダンス区域305は、電極アレイ302、304の間に位置する。
次いで、電流が、初期は未患部組織を通って初期の損傷/高インピーダンス区域305の周りの電極アレイ302、304の間を流れ、ほぼ球形の統合損傷307を形成する。
Claims (10)
- 複数の第1枝を有する第1電極アレイであって、前記第1枝の各々は、配置構造にある場合、第1電極アレイの中心から半径方向に延び、かつ、一直線の中央部分を有する第1電極アレイと、
複数の第2枝を有する第2電極アレイであって、前記第2枝の各々は、配置された構造にある場合、第2電極アレイの中心から半径方向に延び、かつ対応する前記第1枝の中央部分に平行で一直線の中央部分を有する第2電極アレイと、を備え、
前記第1電極アレイと前記第2電極アレイの対応する枝の前記中央部分間で均等な距離が維持されるように構成されていることを特徴とする二極切除システム用の電極アセンブリ。 - 前記第1と第2電極アレイとは、前記第1と第2電極アレイの中心を含む軸に沿って、相対的に移動するように装着することを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 前記第1枝の各々が、前記第1電極アレイのコアと前記中央部分の間に結合した近位部分と前記中央部分の遠位端部から延びる遠位部分を備え、前記第1電極アレイのコアは、前記第1電極アレイの第1軸に対して平行に延び、前記近位部分は、配置された構造にあるとき、前記コアに対して平行に、前記近位部分の近位端部から前記第1軸より半径方向に遠くに延びる遠位端部まで湾曲することを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 前記第2枝の各々が、前記第2電極アレイのコアと前記中央部分の間に結合した近位部分と前記中央部分の遠位端部から延びる遠位部分を備え、前記第2電極アレイのコアは、前記第2電極アレイの第2軸に対して平行に延び、前記近位部分は、配置された構造にあるとき、前記コアに対して平行に、前記近位部分の近位端部から前記第2軸より半径方向に遠くに延びる遠位端部まで湾曲することを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 前記第1と第2電極アレイは、前記配置された構造と挿入構造の間を移動可能であり、挿入構造では前記第1と第2枝は、前記第1と第2電極アレイの外側直径を最小限にするように、それぞれ、前記第1と第2軸に対して平行に曲げられたことを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 前記第1枝の中央部分は、対応する前記第2枝の中央部分と協働し、前記第1と第2枝の中央部分に隣接した少なくとも前記第1と第2電極アレイの部分の間に、均等な電流密度分布を発生させるのに適することを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 前記第1と第2枝の各々の中央部分が、その長さの大部分を構成することを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- カニューレと、
前記カニューレ内に装着される第1と第2電極アレイとを備え、
前記第1と第2電極アレイは、前記第1電極アレイの第1枝と前記第2電極アレイの第2枝が前記カニューレ内に受け入れられる挿入構造と、
前記第1と第2枝が前記カニューレから外側に半径方向に延びて配置された構造の間を移動するようにカニューレ内に装着され、
前記第1と第2枝の各々は、前記配置された構造にあるとき、一直線の中央部分を有し、
前記第1枝の各々の中央部分は、対応する前記第2枝の中央部分に平行であり、前記第1と第2電極アレイの一方は、前記カニューラの長さに沿って他方に対して移動可能であり、
前記第1と第2電極アレイとにそれぞれ異極性のエネルギーを供給するように前記第1と第2電極アレイに結合可能な、RFと電気エネルギーのうちの1つの供給源を更に備え、
前記第1電極アレイと前記第2電極アレイの対応する枝の前記中央部分間で均等な距離が維持されるように構成されていることを特徴とする二極切除システム。 - 前記第1と第2電極アレイとの間の距離が、前記第1と第2電極アレイとが前記配置構造にある場合に前記第1と第2電極アレイの直径の少なくとも1/4であるとき、前記第1電極アレイのエレメントが前記第2電極アレイのエレメントに接触しないことを特徴とする請求項1に記載の電極アセンブリ。
- 前記第1と第2電極アレイとの間の距離が、前記第1と第2電極アレイとが前記配置構造にある場合に前記第1と第2電極アレイの直径の少なくとも1/4であるとき、前記第1電極アレイのエレメントが前記第2電極アレイのエレメントに接触しないことを特徴とする請求項8に記載の二極切除システム。
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