JP5570496B2 - 経皮プローブを備えた医療システム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔発明の分野〕
本発明は、経皮プローブを備えた医療システム、および当該医療システムの使用方法に関する。

〔背景技術〕
低強度の超音波は、医学診断の手段、すなわち超音波検査に広く用いられている。ここ１０年間、高強度の超音波は、温熱療法の治療手段として組織壊死を誘発させるのに有効な手段であることが示されてきた。低侵襲治療手段のために様々な治療プローブが設計されており、それらは外部プローブおよび内部プローブという２つのグループに分類される。

外部プローブは、患者の身体の表面形状をなぞるように設計されている。超音波送信器は、同心円状に陳列され、超音波集束を最適化する。

内部／侵入型プローブ（interstitial probes）は、患者の体内に挿入される。このプローブは、腔内プローブ、血管内プローブ、および経皮プローブという３つのカテゴリーに主に分類される。

（Ａ．腔内プローブ）
腔内プローブは、直腸、膣、または食道などの生体の穴に挿入されるように設計されたものである。例えば、ＵＳ２００７／２３９，０１１には、高密度焦点式超音波(HIFU)エネルギーを患者の器官に搬送する医療用プローブが記載されている。当該プローブは、患者の生体腔内に挿入される平面形のプローブ本体と、器官表面に用いられる複数のリーフ（leaf）とを有し、超音波エネルギーを器官内部に搬送する。

（Ｂ．血管内プローブ）
血管内可撓性プローブは、心房細動または静脈不全の治療のために開発中のものである。

（Ｃ．経皮侵入型プローブ）
経皮侵入型プローブは、当初はあまり関心をもたれていなかった。従来のプローブは組織を貫通しないが、このプローブは組織を貫通する必要があったためである。それでもなお、このような経皮侵入型プローブは、体外、腔内または血管内において、高強度の集束超音波プローブでは到達することができない深部腫瘍の治療に提案されてきた。超音波経路間における超音波の減衰および位相収差を最小化するために、標的に超音波源を出来る限り近づける。最も一般的な超音波経皮プローブは側視放射プローブ（sideview emission probes）であり、その能動素子は水冷式であり、加熱を促すためにやや高周波（３ＭＨｚ以上）で動作する。最も一般的な超音波経皮プローブは、ＭＲＩ適合ではないので、治療のモニタリングは多少なりとも危険を伴うものである。

臨床医にとって、超音波は有望な技術である。超音波治療の用途を様々な医療に拡大するために、以下の問題点を解決しなければならない。具体的には、外部プローブは、非侵入式ではあるのだが、一貫して以下の不都合な点を有する。超音波減衰、組織構造（骨、組織界面など）による位相収差および超音波の非集束（defocalization）、恒常的な身体運動（呼吸器、隔膜など）による標的の制限、治療期間が長期に渡ること、超音波経路が正常な組織を通過して形成されることに伴う正常な組織への未知の影響、現在では数百の超音波変換器を備えるようになったプローブの複雑性、システムをＭＲＩ互換性およびＭＲＩ適合性にすることの複雑性である。

具体的には、側視侵入型／内部プローブは、病巣全体を治療するために３６０°回転させたり、縦方向に移動させたりするなど、治療において臨床医が操作する必要があり、その結果、精度および再現性が欠如する。

特に既存のプローブ全てについて、組織の性状診断または組織生検を行うことができない。すなわち、生検処置を治療の数日前に行う必要がある。既存のプローブ全てに関して、温熱治療後に組織切除を行うことができない。実際、腫瘍の温熱治療は、従来の臨床試験において示されているように、重度の腫瘍体積の増加（mass effect）を生じさせる(Carpentier & al., “Real-time Magnetic Resonance-Guided Laser Thermal Therapy of Metastatic Brain Tumors”, Neurosurgery, 63 ONS Suppl 1:21-29, 2008)。このような体積の増加は、殆どの場合、周囲の正常な組織の保存とは両立しないものであり、低侵襲性超音波治療システムの発展を制限する可能性がある。

〔発明の要約〕
本発明は、上記不都合な点の少なくともいずれかを解決することを目的とする。

これを達成するために、経皮プローブとコンピュータ制御システムとを備えた医療システムであって、ＭＲＩ適合性材料によって構成された上記経皮プローブは、
−挿入端をもち、一度の治療処置の間に分析、治療およびモニタリングされる部位を有する患者の身体器官の組織に、経皮的に挿入されるように成形された本体と、
−共焦点デジタル内視顕微鏡の光学ヘッドと、
−上記器官の上記部位についての情報を収集するための少なくとも１つの情報収集センサ装置と、
−位相配列として動作可能であり、集束した治療用超音波と非集束した治療用超音波とを上記器官の上記部位に放射する複数の治療用変換器とを有し、
上記コンピュータ制御システムが、パラメータ設定が可能なコマンド装置と、関連機器とを有し、該コマンド装置と該関連機器とが上記治療用超音波の生成を命令することを特徴としている。

これらの機能により、プローブをあらゆる器官の適した位置に経皮的に挿入することができる。さらに、プローブを用いて、一度の医療処置の間に、診断および組織性状を確立するため、および適切な治療を実施するために使用できる器官情報を感知することができる。

ある実施形態では、従属請求項に記載された１つ以上の機能を用いてもよい。

さらに、本発明は、
−一度の医療処置の間に分析、治療およびモニタリングすべき部位をもつ身体器官の組織に、挿入端を備えた本体を有し、ＭＲＩ適合材料によって構成された経皮プローブの該挿入端を挿入するステップと、
−上記プローブの情報収集センサ装置と、共焦点内視顕微鏡の光学ヘッドとを用いて上記器官の上記部位についての情報を収集するステップと、
−位相配列として構成された、上記プローブの複数の治療用変換器（３０）を用いて上記器官の上記部位に放射される集束した治療用超音波および非集束した治療用超音波のうちの少なくとも１つのパラメータを、パラメータ設定が可能なコマンド装置（５０）およびコンピュータ制御システムの関連機器（５６）を使用して設定するステップとを有していることを特徴とする方法を提供する。

一実施形態では、従属請求項に規定された１つ以上の機能を用いてもよい。

これらの実施形態のうちの１つないし複数の効果としては、
−治療をリアルタイムでモニタリングできる点、
−組織学的な組織の性状診断と組織治療処置を一度の処理で行える点、
−組織から気泡を抽出して液体と置き換え、画像処理のアーチファクトを回避できる点、
−治療処置を「リアルタイム」でモニタリングでき、治療の安全にとって重要な点をモニタリングできる点、
−ＭＲＩおよびＭＲ温度測定を連続的にモニタリングできる点、
−治療処置の有効性をモニタリングするために治療直後にＭＲＩイメージングシーケンス（immediate post-treatment MRI imaging sequences）を実施できる点、
−プローブのすぐ近くの部位および／またはプローブから離れている部位を治療できる点、
−複数の技術を用いて超音波治療エネルギーの集束または非集束（fozalization/defocalization）が向上されているので、病変の形状に最適な超音波治療エネルギーを得られる点、
−動いている患者および／または器官に対しても治療処置を実施できる点、
−超音波放射器が３６０°に配置されていることから、器官内のプローブを回転させる必要がない点、
−様々で複雑な形状をもつ腫瘍を治療できる点、
−治療後の腫瘍の体積が減少する点、
−治療中に脳波信号を得ることができる点、
−動きアーチファクト、超音波減衰、位相収差、および／または超音波集束ずれ（defocalization）をなくすことができる点、
−治療中に臨床医が操作する必要がなく、治療中のＭＲＩモニタリングを安全かつ有効に行うことが可能となる点、
−リアルタイムの生体内組織の性状診断、生検、および熱処置後の組織切除を可能にし、治療後の腫瘍の増加（mass effect）を避けることを可能にする点、および、
−使い捨て技術であるので、患者間の感染を防止することが可能な点、
が含まれてもよい。

〔図面の簡単な説明〕
本発明の他の特徴および効果は、３つの実施形態についての以下の説明、および添付の図面の説明から明らかとなるであろう。なお、下記の実施形態は単なる例示であり、本発明を限定するものではない。

図１は、医療器具の概略図である。

図２は、身体器官に挿入されたプローブの部分断面図である。

図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、第一実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。

図４は、図３ｃの線ＩＶ−ＩＶに沿って切り取った部分断面図である。

図５は、異なる実施形態についての図４と同様の図である。

図６ａ、図６ｂ、および図６ｃは、第二実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。

図７ａ、図７ｂおよび図７ｃは、それぞれ図６ａ、図６ｂおよび図６ｃと同様の図であり、第三実施形態に係るプローブを示す。

図８ａおよび図８ｂは、第四実施形態に係るプローブの部材を示す斜視図である。

図９は、図８ａの線ＩＸ−ＩＸに沿って切り取った部分断面図である。

図１０は、第五実施形態に係るプローブを示す部分斜視図である。

図１１ａおよび図１１ｂは、それぞれ第六実施形態および第七実施形態に係るプローブを示す部分斜視図である。

図１２は、プローブと動作可能に連結されたコンピュータ制御システムの概略図である。

図１３は、医療器具の使用例を示す図である。

図１４は、図２の拡大図である。

異なる図面における同様の部材番号は、同様または類似の部材を示す。

〔詳細な説明〕
図１に、従来型の磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システム２を備えた医療器具１の概略図を示す。この医療器具は、特に熱画像モードでの操作に適しており、患者は例えば好適なベッド４などに横たわって当該器具に入れられる。

医療器具１は、磁気共鳴映像装置からデータを受信するように、磁気共鳴映像装置に接続されたコンピュータ制御システム５をさらに備えている。コンピュータ制御システム５は、磁気共鳴映像装置から、患者３の生体組織、および／または熱磁気共鳴画像を構築するためのデータを受信する。

医療器具は、患者の体内に経皮的に挿入され、コンピュータ制御システム５に動作可能に接続されるＭＲＩ適合性プローブ６をさらに有する。プローブ６は、同軸線などのＭＲＩ適合性ワイヤを介してコンピュータ制御システム５に電気的に接続されている。このＭＲＩ適合性ワイヤは周知であるので、ここでは詳しく説明しない。

図２に概略的に示されるように、プローブ６は、外径Ｄが４ｍｍ以下、好適には３ｍｍ以下、さらに好適には２ｍｍ以下の略円筒形本体７を有し、患者の身体３における器官８の組織に挿入されるような形状をもつ。プローブ本体７は、器官の腔を通過する必要がなく、器官８の組織に直接挿入可能なので、侵入型である。プローブ本体７の挿入端９は、器官組織における検査対象および／または治療対象の領域１０内、またはその近傍に配置されている。プローブ６は、例えば悪性腫瘍もしくは良性腫瘍、または認知神経化学的脳障害（neuro-cognitive brain impairments）、ならびに、例えば熱剥離などの、モニタリングされた超音波治療によって治療可能な他の全ての器官のあらゆる組織病変に使用されてもよい。

図３ａ、図３ｂおよび図３ｃに示されるように、第一実施形態によると、プローブ６は、塗布器１１（図３ａ）、マンドレル１２（図３ｂ）、および超音波装置１３（図３ｃ）などの複数の部材を有する。

塗布器１１は、近傍に配置された後部１４と、円筒形の内部空洞１６を規定する略円筒形本体１５とを有する。円筒形の内部空洞１６は、本体１５全体から先端まで延び、その先端には末端開口部４０が形成されている。

医療システムは、塗布器１１の内部空洞１６と流体連通するように、またはそこから取り除かれるように配置される連続ポンプ３６をさらに有していてもよい。ポンプが組織片などを採取するように動作し、臨床医が後にその組織片を分析することによって組織情報を提供することができる。

ポンプ３６は、例えば映像にアーチファクトを形成する気泡など、患者から採取すべきあらゆる物質の採取、および／または、患者に適した液体の注入を行うように動作してもよい。

内部マンドレル１２は、剛性材料によって構成されており、空洞１６を完全に塞ぐように当該空洞１６に挿入されるような形状をとる。例えば、マンドレル１２は、円筒形状の本体２５を有し、その外径が、塗布器１１の本体１５の内径と等しい構成であってもよい。また、マンドレル１２は、円筒形状の後部２６を有し、その外径が、塗布器１１の後部１４の内径と等しい構成であってもよい。マンドレル１２は、尖った先端部５７をさらに有している構成であってもよい。マンドレルは、後部２６における近位端２７ａから、プローブの挿入端９における遠位端２７ｂに延びる内部経路２７を備えており、この内部経路２７は、ポンプ３６などを介して液体タンク２８と流体連通した配置をとるように適合されている構成であってもよい。ポンプ３６は、マンドレル１２と協働して動作し、空洞２７を介して患者に液体を注入すると共に、映像にアーチファクトを形成する可能性がある気泡を採取することができる。

本実施形態では、本体２５は、その挿入端９に共焦点内視顕微鏡のヘッド２３を有する。共焦点内視顕微鏡のヘッド２３は、空洞２７内において共焦点顕微鏡ヘッド２３から後部１４に延びるに適した線維を介して挿入端９に接続されており、共焦点顕微鏡ヘッド２３を、例えば図示しないＭＲＩ適合性ワイヤなどによってコンピュータ制御システム５に接続させる。これにより、共焦点内視顕微鏡ヘッドを、生体内のリアルタイムの器官の細胞や組織の情報を得るために使用することができる。

このような小型共焦点内視顕微鏡ヘッドは、周知であるので、ここでは詳しく説明しない。共焦点内視顕微鏡ヘッドを備える代わりに、液体注入のための経路と、内視顕微鏡繊維のための経路との２つの個別の経路がマンドレル２５に設けられている構成としてもよい。

他の実施形態では（図示せず）、マンドレル後部２６は、断片化のために組織に低周波振動（約１０ｋＨｚ）を伝送するように、マンドレル本体内部に低周波振動を生成する電気機械部材を有する。このような実施形態では、マンドレルはＭＲＩ適合性ではない可能性がある。

マンドレル１２が塗布器１１の空洞１６に挿入されると、その遠位端が塗布器１１の遠位端を越えて伸びることによって、共焦点内視顕微鏡ヘッドが治療対象部位の近位に到達する。

ＭＲＩ適合性超音波装置１３は、マンドレル１２のうちの１つと全体的に同一の外形をもち、塗布器１１の空洞１６に挿入できるように構成されている。超音波装置の本体２９の遠位部２９ｂは、複数の超音波変換器３０を有する。超音波変換器３０は、例えば、縦方向および円周方向に互いに間隔を空けて配置されると共に、超音波装置が治療部位に挿入される部分の円周および長さの周り全体に配置されている。変換器３０の全てが、位相配列装置としてＭＲＩ適合性ワイヤ３１を介してコンピュータ制御システム５に接続されている。ＭＲＩ適合性ワイヤ３１は、超音波装置の後部３２からコンピュータ制御システム５に延びている。変換器３０は、超音波放射器、および／または超音波受信器として動作することができる。このようなマイクロ超音波変換器は、周知であるので、ここでは詳しく説明しない（圧電複合材料技術、静電容量微細加工型超音波変換器技術など）。変換器３０が超音波を感知するように動作する場合、当該変換器３０は器官についての情報を収集することができる。

後部３２は、流体タンク１８と流体連通した流入口１７を有する。この流体タンク１８は、患者の体外に設けられていることが好ましい。図４および図５に示されるように、流入口１７は、少なくとも１つの流入経路１９を備えた本体２９のマイクロ回路と流体連通する。流入経路１９は、本体２９の厚み部分において、後部３２から先端９まで延びている。先端９において、流入経路１９は、先端９から後部３２の流出口２１に延びる少なくとも１つの流出経路２０と流体連通する。

パルスマイクロポンプ２２などの適当なマイクロポンプが流体ラインに設けられ、流体タンク１８から流出口２１までの流れを生成する。このようなパルスマイクロポンプは周知であるので、ここでは詳しく説明しない。

超音波装置１３の外面は、脳波図を感知するカーボンコンタクト電極といった電気生理信号センサ３３、または電気代謝バイオセンサ５９などの他のＭＲＩ適合センサをさらに有していてもよい。

本体１５の外面に、温度を局所的に感知する温度センサ３４などの他のＭＲＩ適合センサを設けてもよい。センサ３３、３４は、超音波装置１３の後部３２から延びるに適したＭＲＩ適合ワイヤ３５を介してコンピュータ制御システム５に接続されているので、器官についての情報を収集するように動作することができる。

このようなマイクロセンサは、周知であるので、ここでは詳しく説明しない。

超音波装置１３が塗布器１１の空洞１６を介して挿入される場合、その遠位部２９ｂは、塗布器の遠位端を越えて延びており、組織への超音波の放射、および／または、組織からの超音波の受信を行うために、超音波変換器３０が器官の組織に直接連結された構成をとる。

図４に示す実施形態では、マイクロ回路１９、２０において冷却液を循環させることによって、連結を行う。図５に示すように、冷却液の流れに関しては、プローブの中心に流入経路１９および流出経路２０を設けるなど、他の形態も可能である。

変換器３０は、外膜３８を有するプローブの周りの動作領域３７において動作できるように構成されていてもよい。この外膜３８は、プローブから少なくとも２０ｍｍ（図３ｃでは原寸大ではない）、好適にはプローブから少なくとも３０ｍｍの位置に設けられている。変換器３０は、動作領域における焦点領域に超音波の焦点を合わせるようにさらに構成されていてもよい。例えば、変換器３０は、２ｍｍ（または３ｍｍ）〜１０ｍｍの範囲内の直径をもつ焦点領域に超音波を集束させるように構成されていてもよい。他の動作モードでは、超音波を集束させない。

変換器３０は、例えば５００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内から選択される１つ以上の周波数で動作するように構成されていてもよい。実際、超音波放射周波数を調節することによって、空洞化現象、細胞の断片化、細胞膜のソノポレーション、および熱による組織壊死（thermal tissue necrosis）などの異なる物理的効果、生物学的効果、および組織治療効果が得られる。熱による組織壊死に関しては、３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数が最適である。変換器３０は、複数の放射強度、持続時間、およびパルスまたは連続モードにおいて動作するように構成されていてもよい。このような構成の代わりに、変換器３０は、位相内または位相外における特定の同期化設定において動作する構成としてもよい。

変換器３０は、外膜３８全体（プローブ周囲３０ｍｍの円筒）において、２分以内、好適には２０秒以内で３０℃、好適には６０℃の温度に上昇させるのに十分なエネルギーを放出するように構成されていてもよい。場合により、変換器３０は、２ｍｍ直径の焦点において、１秒以内、好適には１００ミリ秒以内で上記温度に上昇させるように動作可能であるように構成されていてもよい。

したがって、プローブを、超音波イメージングモードおよび／またはエラストグラフィモード、超音波治療モード、または断片化モードで動作するように設定することができる。

本明細書に記載された様々な実施形態から分かるように、本発明の範囲内において他の変更および構成も可能である。例えば、図６ａ〜図６ｃには、第二実施形態が図示されている。この第二実施形態は、冷却液回路が塗布器１１のシェル内に設けられており、なおかつセンサ３３、３４および５９、ならびに共焦点内視顕微鏡ヘッド４０も塗布器１１のシェル内に設けられているという点が、図３〜図５を参照して以上に説明した第一実施形態とは異なる。したがって、本実施形態では、超音波変換器３０が塗布器１１の本体１５を介して器官組織に連結される。

図７ａ〜図７ｃに示す第三実施形態は、第二実施形態における塗布器１１が、超音波変換器３０と一体化され、塗布器と超音波装置との統合装置３９を形成するように変更されている。統合装置３９は、本体１５の側面に形成されると共に、内部空洞１６と流体連通した複数の開口部４０をさらに有する。

この第三実施形態では、プローブは、第二実施形態と同様な剛性のマンドレル１２を有していてもよい。

プローブは、統合装置３９の内部空洞１６に挿入されるように成形された冷却マンドレル４１をさらに有していてもよい。この冷却マンドレル４１は、当該冷却マンドレルの後部４２の流入口１７を介して流体タンク１８と流体連通する流入経路１９を備えたマイクロ回路と、流入経路１９と流体連通して流出口２１の後部４２から出る流出経路２０とを有している。

図８ａ、図８ｂおよび図９に示す第四実施形態によると、プローブは２つの部材のみを有する。具体的には、第四実施形態では、第三実施形態の塗布器と超音波装置との統合装置３９（図７ａ）と、流体マイクロ回路とが一体化するように変更されている。この流体マイクロ回路は、第三実施形態では独立した冷却マンドレル４１内に設けられている。したがって、図８ａに示すように、第四実施形態では、第三実施形態に係る統合装置の機能に加えて、ヘッド１４内に設けられた流入口１７から流入経路１９が延び、その一方で内部空洞１６自体が流出経路として機能する。したがって、流入経路１９は装置の挿入端９において空洞１６と流体連通する。

第四実施形態では、プローブは、上記２つの実施形態に係る剛性のマンドレル１２を有する。

第五実施形態は、図１０に部分的に示されている。この第五実施形態では、側面に開口部をもたない点が第三または第四実施形態と異なる。

図１１ａに、第六実施形態に係る装置３９を部分的に示す。第五実施形態に係る装置と比較すると、この第六実施形態では、装置３９の中心部などにおいて変換器が凹状配列をとる点が異なる。例えば、この中心部にはセンサが設けられていない。したがって、本実施形態では、本体１５は正確な円筒形ではなく、中心部が薄くなっている形状をしている。図１１ｂに示す他の実施形態によると、中心部は凹形であってもよい。

このような凸形または凹形は、上記実施形態に係る超音波搬送要素のいずれかに用いてもよい。

超音波装置が所望の電力で超音波治療エネルギーを供給できるのであれば、他の形状を用いてもよいと考えられる。

図１１ａおよび図１１ｂには、超音波５１を概略的に示されている。

図１２に、コンピュータ制御システム５の実施形態の概略図を示す。このシステムは、１つ以上のプログラミング可能な装置において具現化されてもよく、ハードウエア要素およびソフトウエア要素を備えていてもよい。コンピュータ制御システムのオペレーティングシステムおよびインターフェースは、いかなる従来型のものであってよく、ここでは詳しく説明しない。システム５は、ネットワーク補正、データアーカイブ、および保存のソフトウエアおよびハードウエア、ならびに計量機能および編集機能を含む映像操作ソフトウエアを有する。

コンピュータ制御システム５は、プローブ６から得られる超音波感知データ、およびプローブ６から放射され、器官によって反射される超音波をプローブ６が感知した結果に基づく２Ｄまたは３Ｄ画像を得るのに適した従来型の超音波およびエラストグラフィのイメージングソフトウエア４３を有していてもよい。

コンピュータ制御システムは、プローブ６から与えられたデータ、ならびにプローブの電気生理センサ３３によって検出されたデータを読み取るように適合されたＥＧＧ読み取りソフトウエア４４をさらに有していてもよい。

コンピュータ制御システムは、プローブ６の温度センサ３４からデータを受信すると共に、これらの受信信号に基づいて組織の温度データを測定するように適合されたサーマルソフトウエア４７を有していてもよい。

コンピュータ制御システムは、プローブ６の共焦点顕微鏡のヘッド２３からデータを受信すると共に、上記データから画像を形成するように適合された共焦点顕微鏡画像ソフトウエア４８をさらに有していてもよい。

コンピュータ制御システム５は、ＭＲＩシステム２からデータを受信すると共に、従来の方法を用いてこのデータから患者のＭＲＩ生体組織画像を再構築するように適合されたＭＲＩ画像ソフトウエア４５をさらに有していてもよい。

コンピュータ制御システムは、ＭＲＩシステム２に接続されたソフトウエアであって、ＭＲＩシステム２から与えられるデータを処理することによってユーザに患者の熱画像および熱凝固画像を提供するように適合された熱画像ソフトウエア４６をさらに有していてもよい。

コンピュータ制御システム５は、計画ソフトウエア４９（planning software）を有していてもよい。当該計画ソフトウエア４９（planning software）は、超音波イメージングソフトウエア４３、ＥＥＧソフトウエア４４、ＭＲＩ画像ソフトウエア４５、共焦点顕微鏡画像ソフトウエア４８などから患者についての情報および／またはデータ、および／または研究された器官および／または部位についての情報および／またはデータの収集をすると共に、必要に応じて、他の適した方法によって得られる他の患者データまたは器官データを収集するソフトウエアである。計画ソフトウエア４９によって、臨床医は必要な情報を評価することができ、なおかつ患者に最適な処置を決定することができる。

コンピュータ制御システムは、入手可能な様々な情報に基づいて治療のための最適なパラメータ設定を確立するシミュレーションソフトウエア６０をさらに有していてもよい。

例えば、シミュレーションソフトウエア６０は、プローブモデル（ＭＲＩなどから得られた患者の参照フレームにおけるその位置および配列を含む）、腫瘍モデル（音響インピーダンス、および他の関連パラメータ）、および計画された凝固形状を使用することによって、変換器のそれぞれの使用に適した設定を算出する。

コンピュータ制御システム５は、計画ソフトウエア４９、ＭＲＩ熱画像ソフトウエア４６、およびサーマルソフトウエア４７から情報を収集するように適合されたコマンドソフトウエア５０をさらに有していてもよい。コマンドソフトウエア５０は、プローブ６を治療モードまたは断片化モード（以下参照）に設定することができる設定装置５５を有し、超音波変換器のパラメータを設定することによって、シミュレーションソフトウエア６０および計画ソフトウエア４９から測定された必要な超音波エネルギーを患者の適した部位（適した焦点領域）に向けて放射する。超音波は、サーマル基本モードおよび／または空洞基本モードにおいて動作するように設定されていてもよく、焦点領域は、例えばＭＲＩ映像ガイダンスまたは超音波イメージングに基づき動的に修正されていてもよい。

コマンドソフトウエア５０は、例えばパルスポンプコマンド５３によってポンプ２２、連続ポンプコマンド５４によってポンプ３６、および設定装置５５によってイメージングモードの超音波装置などの他の機械部材を動作させるのに使用されてもよい。コマンドソフトウエア５０は、変換器３０に必要な電力を伝送する電力増幅器５６に接続されている。変換器の異なる動作モードの切り替えは、臨床医が操作する足踏みスイッチによって命令されてもよい。

治療モードでは、システムはステップバイステップユーザコマンド式、またはコンピュータ制御自動式で動作することができる。

図１３に、上記医療システムの使用例を示す。

ステップ１０１では、剛性の内部マンドレル１２を備えた塗布器１１が、手または画像モニタリング（外部超音波検査またはＭＲＩ）によって経皮的に患者の器官組織に挿入される。または、脳にプローブを挿入するためなどに、定位固定フレームまたはロボットアームを用いてもよい。

ステップ１０２では、器官に対するプローブの位置がモニタリングされる。例えば、患者の画像は、ＭＲＩシステムまたは外部ＣＴスキャンもしくは超音波検査システムから得られる。代わりに、または加えて、プローブ６を「イメージング」モードにて動作させることによって、当該プローブ６自体から画像を得てもよい。そのためには、マンドレルを取り出すと共に、超音波装置１３を挿入する必要がある。このモードでは、超音波変換器３０は、コマンドソフトウエア５０によってイメージングモードで動作するように、さらには、反射した超音波を感知するように命令される。イメージングモードでは、変換器３０は、例えば動作領域３７内で超音波を放射する。得られた感知データは、コンピュータ制御システムの超音波イメージングソフトウエア４３に送信される。

ステップ１０３では、ポンプ３６により経路２７を介して液体を注入することによって空気の侵入を防いでいる間に、剛性の内部マンドレル１２を取り出す。その後、連続ポンプ３６を内部空洞１６に直接接続させ、開口部４０を介して器官の一部を吸引することによって生検を実施する。シリンジヘッドまたは生検針を代わりに使用してもよい。この器官の一部は、組織の性状を確認するためにさらに分析される。加えて、または、代わりに、共焦点内視顕微鏡を使用するためにポンプ３６を分離し、空洞１６（または２７）を介して顕微鏡光ファイバを挿入することによって組織の性状診断を行ってもよい。診断したデータは、コンピュータ制御システム５の共焦点顕微鏡画像ソフトウエア４８に入力される。

ステップ１０４では、電子生理学的センサ３３からのデータを得て、コンピュータ制御システム５の脳波図読み取りソフトウエア４４に送信する。

ステップ１０５では、ステップ１０２、１０３および／または１０４において得られたデータを用いて、検査対象の領域と、その領域に対するプローブの位置とを、例えば臨床医が計画ソフトウエア４９を使用するなどして規定する。検査対象の領域は、ＭＲＩ画像などの外部画像を用いて手動または自動でさらに規定してもよい。

ステップ１０５’では、検査対象の領域の位置および大きさに基づき、様々な超音波変換器の超音波治療エネルギー、位相、持続時間がシミュレーションおよび算出される。ステップ１０６では、コマンドソフトウエア５０を用いるなどして超音波放射パラメータが設定される。焦点領域の大きさおよび位置、超音波電力ならびに周波数は、コマンドソフトウエア５０において設定される。超音波治療エネルギーをプローブ６から離れた部位に使用するために、低周波の超音波を使用してもよく、一方、近い部位にはより高い周波数を用いてもよい。したがって、プローブ６は、非破壊（代謝シミュレーションなど）モードまたは破壊（凝固、蒸発など）モードによる「温熱」治療モードにおいて動作するように設定される。

ステップ１０７では、超音波が器官８の部位１０に印加される。図１４に示されるように、プローブ６は、膜３８内において非焦点モードで動作することができる。また、プローブ６は、特定の焦点領域５８においてアクティブな焦点モードで動作することもできる。同時に、コマンドソフトウエア５０の命令下で、ポンプ２２によってプローブのマイクロ回路に冷却生理液を送り込み、効果的にプローブを冷却する。プローブおよび／または器官および／または治療の安全にとって重要な点における温度上昇をモニタリングするために、リアルタイムのＭＲＩ熱画像はコンピュータ制御システムにおける熱画像ソフトウエア４６に提供される。コンピュータ制御システム５を用いて、得られたサーマルデータを時間単位で合計し、特定領域内における熱印加量（thermal deposited doses）を得ることによって、壊死予測を行うことができる。変換器３０を用いて反射された超音波を感知し、コンピュータ制御システム５においてリアルタイム画像が形成されることによって、リアルタイムの超音波モニタリングが可能となる。

ステップ１０８では、例えば感知されたＭＲＩ画像、または超音波イメージング（超音波検査、エラストグラフィ）などによって、超音波治療の有効性がモニタリングされる。治療が十分ではないと臨床医が判断した場合、工程はステップ１０５に戻って繰り返えされる。しかし、臨床医が十分な熱治療が行われたと判断した場合、工程はステップ１０９に移る。

ステップ１０９では、治療部位１０が超音波によって機械的に断片化される。プローブ６は、「断片化」モードで動作するように設定され、器官の治療部位にパルス超音波を放射する。「断片化」モードは、治療モードでもある。その結果、ジェットストリーム技術／キャビテーション技術を用いて細胞間接着を破壊することによって、部位の断片化（せん断）が生じる。当然のことながら、本モードにおける超音波パラメータは、コマンドソフトウエア５０から設定可能である。本モードでは、プローブはポンプ２２によって継続的に冷却されている。他の方法では、低周波振動（約１０ｋＨｚ（１〜５０ｋＨｚ））によって、組織の断片化を行うことのできる。この低周波振動は、電気機械マンドレル後部２６から放射され、マンドレル本体を通ることによって、（再挿入される場合）治療対象の組織内に伝送される。または、機械的応力を生ずる他のマンドレル（specific mechanical-stress inducing mandrel）によって上記の低周波振動を生じさせてもよい。

ステップ１１０では、断片化ステップ１０９の有効性がモニタリングされる。このステップが十分ではないと臨床医が判断した場合、工程はステップ１０９に戻る。一方、臨床医が十分有効であると判断した場合、工程は断片化組織を体外に吸引するステップ１１１に移る。

ステップ１１１では、共焦点内視顕微鏡の光ファイバを取り出し、空洞１６に接続されたポンプ３６が、コンピュータ制御システムのコマンドソフトウエア５０の命令を受けて、制御された陰圧においてソフトな吸引を行うことによって、治療部位の体積を減少させることができる。

ステップ１１２では、治療が十分であると臨床医が判断したかをモニタリングする。十分ではないと判断された場合、工程はステップ１１１に戻る。工程の完了が決定された場合、プローブ６を器官から取り出し、処置が完了する。

上記説明は、上述したプローブおよびシステムの想定され得る実施形態の１つを例示したものであり、当業者であれば、上記ステップの順番を繰り返す、省略する、または変更することができ、または、治療する病状に応じて追加のステップを加えることができる。したがって、プローブは以下のモードおよび物理的手段によって組織病変を治療することができる。すなわち、熱性血液凝固、熱性可逆的虚血、非熱機械ジェットストリームおよびキャビテーション手段、およびソノポレーションまたはこれらの組合せである。

さらに、侵入型プローブを侵入させずに、治療する器官の外側の近傍に配置して用いてもよい。プローブは、使い捨て、または次の使用前に滅菌されてもよい。

さらに他の実施形態では、プローブを患者の器官に永続的に装着させて、患者の体内に埋め込まれるなどされた好適なコンピュータによる遠隔制御よって定期的に検査されてもよい。

上記実施形態は、多数の機能を有するプローブを示しているが、これらの機能の全てにより本発明のプローブが構成されている必要はないことを理解されたい。例えば、情報収集装置は、イメージングモードの超音波変換器３０、電子生理学的センサ３３、温度センサ３４、および共焦点内視顕微鏡ヘッド４０のうちの１つ以上からなっていてもよい。

医療器具の概略図である。 身体器官に挿入されたプローブの部分断面図である。 第一実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。 第一実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。 第一実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。 図３ｃの線ＩＶ−ＩＶに沿って切り取った部分断面図である。 異なる実施形態についての図４と同様の図である。 第二実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。 第二実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。 第二実施形態に係るプローブの様々な部材を示す斜視図である。 図６ａと同様の図であり、第三実施形態に係るプローブを示す。 図６ｂと同様の図であり、第三実施形態に係るプローブを示す。 図６ｃと同様の図であり、第三実施形態に係るプローブを示す。 第四実施形態に係るプローブの部材を示す斜視図である。 第四実施形態に係るプローブの部材を示す斜視図である。 図８ａの線ＩＸ−ＩＸに沿って切り取った部分断面図である。 第五実施形態に係るプローブを示す部分斜視図である。 第六実施形態および第七実施形態に係るプローブを示す部分斜視図である。 第六実施形態および第七実施形態に係るプローブを示す部分斜視図である。 プローブと動作可能に連結されたコンピュータ制御システムの概略図である。 医療器具の使用例を示す図である。 図２の拡大図である。

Claims (19)

1. −挿入端（９）をもち、一度の治療処置の間に分析、治療およびモニタリングされる部位（１０）を有する患者の身体器官（８）の組織に、経皮的に挿入されるように成形された本体と、
   −共焦点デジタル内視顕微鏡の光学ヘッド（２３）と、
   −上記身体器官の上記部位（１０）についての情報を収集するための少なくとも１つの情報収集センサ装置（３０、３３、３４）と、
   −位相配列として動作可能であり、集束した治療用超音波と非集束した治療用超音波とを上記身体器官の上記部位（１０）に放射する複数の治療用変換器（３０）とを有し、
   ＭＲＩ適合性材料によって構成された経皮プローブ。
2. 上記情報収集センサ装置が、上記身体器官（８）の超音波イメージングを実施する少なくとも１つの超音波変換器（３０）を有し、
   各上記変換器（３０）が、イメージングモードにおいては上記情報収集センサ装置として機能し、治療モードにおいては、上記治療用変換器として機能することを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 上記本体を介して上記患者の身体から上記組織の一部を収集ための吸引装置（１６、３６）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ。
4. 上記吸引装置（１６、３６）が、上記本体において先端の上記挿入端（９）の第一端から第二端に向けて上記本体内に延びており、なおかつポンプ（３６）と流体連通している吸引チャンネル（１６）を有していることを特徴とする請求項３に記載のプローブ。
5. 上記情報収集センサ装置が、
   −脳生理学信号を収集するための少なくとも１つの脳波検査電極（３３）と、
   −組織生理学信号を収集するための少なくとも１つのバイオセンサ（５９）と、
   −上記部位（１０）の温度を測定するための少なくとも１つの熱電極（３４）と、
   −上記組織を採取するための生検針とのうち、少なくともいずれかを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプローブ。
6. 上記本体を介して上記身体器官から液体を排出するための液体排出管路系（１６）を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプローブ。
7. 冷却液を上記本体に流すための流体管路系（１７、１９、２０、２１；１７、１９、１６）を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプローブ。
8. 上記治療用変換器（３０）が、上記治療用変換器（３０）に隣接する、少なくとも直径２ｍｍの球状の治療部位において、１秒未満、好ましくは１００ミリ秒未満で少なくとも３０℃、好ましくは少なくとも６０℃の温度に上昇させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプローブ。
9. 上記治療用変換器（３０）が、プローブの周囲の断面直径が３０ｍｍである領域において、１０ミリ秒未満で少なくとも３０℃、好ましくは少なくとも６０℃の温度に上昇させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプローブ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のプローブと、
    パラメータ設定が可能なコマンド装置（５０）と、治療用超音波の生成を命令するための関連機器（５６）とを有するコンピュータ制御システムとを有していることを特徴とする医療システム。
11. 上記コンピュータ制御システムが、感知した超音波から画像を生成するための画像装置（４３）を有していることを特徴とする請求項１０に記載の医療システム。
12. 請求項７に記載のプローブを有し、上記コンピュータ制御システムが、上記プローブの上記本体に上記冷却液の流れを生み出すためのパルスポンプコマンド（５３）を有していることを特徴とする請求項１０または１１に記載の医療システム。
13. 請求項３、４または６に記載のプローブを有し、上記コンピュータ制御システムが、上記プローブの上記本体を介して吸引するための連続ポンプコマンド（５４）を有していることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の医療システム。
14. 上記コンピュータ制御システムが、上記治療用超音波を上記身体器官の上記部位（１０）に放射するのに十分な電力を生成して上記治療用変換器（３０）に供給するための少なくとも１つの電力増幅器（５６）を有していることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の医療システム。
15. 上記コンピュータ制御システムが、上記治療用超音波のパラメータを設定するための設定装置（５５）を有していることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の医療システム。
16. 上記コンピュータ制御システムが、ＭＲＩシステムに連結されると共に、上記ＭＲＩシステムから得られた上記患者の身体のＭＲＩデータを受信するためのＭＲＩインターフェース（４５；４６）と、ＭＲＩ画像を生成および操作するためのソフトウエアとを有していることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の医療システム。
17. 上記コンピュータ制御システムが、少なくとも超音波の生成および制御と、共焦点顕微鏡画像の生成および処理とを行うためのソフトウエアをさらに有していることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の医療システム。
18. 上記コンピュータ制御システムが、上記治療用超音波のパラメータを決定するためのシミュレーションソフトウエアを有していることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の医療システム。
19. 上記シミュレーションソフトウエアが、上記パラメータを算出するために、上記プローブ、腫瘍、および切除する予定の形状をモデル化することを特徴とする請求項１８に記載の医療システム。

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