JP5576888B2 - 前立腺治療のための経尿道超音波プローブ - Google Patents

Description

本願は、超音波療法プローブに関する。本願は経尿道前立腺療法、特に前立腺疾病の熱アブレーションに格別な用途を見出すが、他の解剖学的部分に対する他の治療にも用途を見出すであろう。

前立腺癌は、2007年において米国人男性における、二番目に最も頻繁に診断される癌と推定されている。米国において1400万の男性が、良性前立腺肥大（benign prostatic hyperplasia）と呼ばれる別の前立腺疾病の徴候を示すとも推定されている。前立腺癌およびBPH両方の高い発生率に触発されて、これらの疾病の治療に向けてさらなる研究が行われてきた。現在受け容れられている治療には、根治的前立腺摘除、外部ビーム放射療法、近接照射療法、凍結療法、ホルモン療法および化学療法が含まれる。上述の療法は、侵襲的な非特異的処置、電離放射線の使用または局在化された癌を同定し標的とすることができないことに起因して、付随する副作用がある。レーザー、マイクロ波および高周波を使う熱処置を通じた他の非侵襲的なオプションがますます利用可能となりつつある。

超音波は、急速に、特異的な療法介入のための望ましいアプローチとなりつつある。特に、大強度の合焦された超音波の使用は、現在、子宮筋腫のための熱療法介入のためのアプローチとして使われており、肝臓、脳、前立腺および他の癌性病変の治療における用途の可能性についても研究が続けられている。組織アブレーションのための超音波療法は、大強度の超音波で関心対象の組織を照射し、超音波が吸収されて熱に変換されて組織の温度を上げることによって機能する。温度が約55°Cより上になると、組織の凝固壊死が起こり、すぐに細胞死となる。療法に使われるトランスデューサは体外であっても、あるいはたとえば血管、尿道、直腸などを通じて体内に挿入されてもよい。また、本発明は組織アブレーションを記述するが、本願に記載される方法を使って、止血、薬物または遺伝子送達、血塊溶解などを含め、他の型の超音波ベースの生体効果が処置されることもできる。

前立腺の超音波アブレーションへの現在のアプローチは、欧州および世界のいくつかの国で承認された経直腸デバイスを含む。これらのデバイスの限界としては、長い治療時間（3ないし4時間以上）、大きな前立腺（メーカーによるが2.5ないし4cmより大きな前後距離をもつ前立腺）を処置できないことおよび60%にも上るインポテンス率（それでも90%と報告される代替的な技法よりは低いが）が含まれる。他の限界は、療法超音波が前立腺に到達する前に直腸壁によって歪められ、直腸壁の近接場加熱（near-field heating）の可能性があるということである。これらの困難を克服するため、単一素子トランスデューサが尿道中に挿入されてその前面の領域を照射し、時に完全な断面をカバーするために回転させられる経尿道超音波アプリケータが研究者たちによって提案されている。経尿道設計は、介在する組織の効果なしに前立腺までの直接的な音響アクセスが得られるので有利である。実際上は、3D体積をカバーするために、尿道軸に沿っていくつかのトランスデューサ素子が配置される。治療プロセス全体は、MRI、超音波または他の技法を使った画像案内を援用して実行できる。

前立腺療法のための関係するデバイスが文献において提案され、論じられている。たとえば、Burdetteらによる米国特許第5,733,315号は、薄い壁をもつ管内に全方向性の超音波放射器を含む経尿道超音波プローブを記述している。このデバイスはより小さなサイズ（2.5mmOD）という利点があるが、このデバイスは合焦可能ではなく、MRI案内のもとで使用されるよう設計されてはいない。別の経尿道超音波プローブは、前立腺疾病の治療のための、MRと一緒に使える〔MR対応／MRコンパチブルの〕経尿道アプリケータを含む。このデバイスは、前立腺のさまざまな領域を標的とするために尿道中で回転され、循環する冷却液を含んでいる。しかしながら、このプローブの真鍮のハウジングおよび薄膜音響窓は、回転されるとき、尿道および周囲の組織に対して有意な損傷を引き起こすことがある。

本願は、上述した問題およびその他を克服する、MR撮像しながらの熱アブレーションのための、新たな改良された経尿道超音波プローブを提供する。

ある側面によれば、標的位置に療法超音波を送達するためのプローブが提供される。本プローブは、シャフトと一体的に回転し、支持される軸回転可能な超音波素子を含む。該超音波素子をカバーし、中に音響結合・冷却流体を保持するよう音響膜が取り付けられる。

より限定された側面では、前記音響膜とともに取り付けられ、前記超音波素子および前記シャフトを受け容れ、中で前記超音波素子およびシャフトの自由回転を許容するよう構成された静的な外側シースを有する。このようにして、超音波素子およびシャフトは、外側シャフトおよび音響膜内で回転する。

別の側面によれば、前記プローブを使う方法が、前記プローブを、管状導路を通じて挿入し、前記超音波素子を前記音響膜（６６）に対して回転させて前記音響素子を目標位置に合焦することを含む。

別の側面によれば、療法プローブを操作する方法が、前記プローブを管状通路内に位置させることを含む。その際、音響的に透明な膜が前記管状通路の全周に沿って標的への音響アクセスを許容するようにされる。前記プローブの回転位置が固定される。前記プローブ内の超音波素子が回転および並進させられ、前記標的が前記超音波素子により前記音響膜を通じて前記環状通路の周に沿って照射される。

より限定された側面では、前記環状通路は尿道を含み、前記標的な前立腺を含む。

一つの利点は、経尿道超音波プローブが副作用を軽減することである。

もう一つの利点は、経尿道超音波プローブが、周囲の尿道への物理的な外傷なしに前立腺全体に療法を提供できることである。

本発明のさらなる利点は、以下の詳細な説明を読み、理解すれば当業者には理解されるであろう。

本発明は、さまざまな構成要素および構成要素の配置ならびにさまざまな段階および段階の配列の形を取ることができる。図面は単に好ましい実施形態を例解する目的のためであり、本発明を限定するものと解釈すべきではない。
MR装置を経尿道超音波プローブとともに示す図的な側面部分断面図である。 経尿道超音波プローブの遠位端の図的な側面部分断面図である。 経尿道超音波プローブの近位端の図的な側面部分断面図である。 経尿道超音波プローブの遠位端を、位置付けバルーンおよび導尿システムとともに示す図的な側面部分断面図である。 経尿道超音波プローブを、位置付けバルーンおよび導尿システムとともに示す図的な横断面図である。 経尿道超音波プローブの近位端を、位置付けバルーンおよび導尿システムとともに示す図的な側面部分断面図である。 Ａ〜Ｃは、経尿道超音波プローブの三次元表現を示す図である。 経尿道超音波プローブの遠位端を、位置付けバルーンおよび導尿システムとともに示す三次元表現である。 経尿道超音波プローブのプラグ・ハウジングおよび回転子ハウジングの図的な側面部分断面図である。 Ａ〜Ｄは、プラグ・ハウジングおよび電気プラグ・コネクタの三次元的な概略図である。

図１を参照するに、磁気共鳴撮像システム１０は検査領域１４を通じた時間的に一様なB₀場を生成する主磁石１２を含む。主磁石は、環状またはボア型の磁石、C型の開放磁石、他のデザインの開放磁石などであることができる。主磁石に隣接して配置される傾斜磁場コイル１６は、B₀磁場に対し、選択された軸に沿った磁場勾配を生成するはたらきをする。全身高周波コイル１８のような高周波（radio frequency）コイルが検査領域に隣接して配置される。任意的に、全身RFコイル１８に加えてまたはその代わりに、局所、表面または専用の経直腸のRFコイル１８′が設けられる。

スキャン・コントローラ２０は、選択された磁気共鳴撮像または分光シーケンスに適切となりうるよう、傾斜磁場コイルに、撮像領域にわたって選択された磁場勾配パルスを加えさせる傾斜コントローラ２２を制御する。スキャン・コントローラ２０はまた、全身または局所RFコイルに、磁気共鳴励起および操作B₁パルスを生成させるRF送信機２４をも制御する。スキャン・コントローラはまた、全身または局所RFコイルに接続されそこから磁気共鳴信号を受信するRF受信機２６をも制御する。

受信機２６からの受信データは、データ・バッファ２８に一時的に記憶され、磁気共鳴データ・プロセッサ３０によって処理される。磁気共鳴データ・プロセッサは、画像再構成、磁気共鳴分光、カテーテルまたは介入器具位置特定などを含む、当技術分野において知られているさまざまな機能を実行できる。再構成された磁気共鳴画像、分光読み出し、介入器具位置情報および他の処理されたMRデータはグラフィック・ユーザー・インターフェース３２上に表示される。グラフィック・ユーザー・インターフェース３０は、臨床担当者がスキャン・シーケンスやプロトコルなどを選択するためにスキャン・コントローラ２０を制御するために使用できるユーザー入力装置をも含む。

前立腺組織に療法超音波を送達するための経尿管プローブ４０は、外科医または臨床担当者によって操作される。プローブは、リアルタイムMRI撮像を使って位置特定される。図２、図７Ａ、Ｂの参照を続けると、プローブ４０の遠位端にある超音波アレイ４２にエネルギーを送ることによって、療法超音波エネルギーが前立腺のほうに向けられる。超音波アレイは、トランスデューサ・ハウジング４４上に積まれた単一のまたは複数の超音波トランスデューサ素子を含んでいてもよい。超音波トランスデューサ素子は、PZT、フェロパーム（Ferroperm）PZ-52（商標）または超音波トランスデューサ用に好適な他の非磁性材料といった、MRと一緒に使える材料から構築される。酸化アルミニウム・ドープされたエポキシ層のような非磁性整合層（matching layer）がトランスデューサ素子のアクティブな面上に配置される。超音波アレイに加えて、トランスデューサ・ハウジングは、超音波アレイのアクティブな面を横断して冷却および結合流体４６を循環させるための、入口および出口４８をもつ少なくとも二つのチャネルを含む。チャネルの入口および出口４８は、超音波アレイのそれぞれの側に配置されており、トランスデューサの過熱を防ぐために流体がトランスデューサ・アレイを横断して、かつプローブ全体を通じて循環されることを確実にする。さらに、冷却管は尿管壁および周囲の組織の温度を損傷閾値より下に維持する助けになる。さらに、流体は、トランスデューサ・アレイと隣接する組織との間の音響的な結合を与える。冷却管に加えて、トランスデューサ・ハウジングは超音波素子に通電するための電極リード５０をも含む。小さな冷却材管および電極リードは、小さなプラスチック管内に個々に包まれ、エポキシ樹脂のプール内に配置される。トランスデューサ・ハウジングは、アルテム（Ultem）（商標）（熱可塑性のポリエーテルイミド）などのようなプラスチック樹脂から構築されてもよい。

トランスデューサ・ハウジングは硬いシャフト５２に、たとえばエポキシ樹脂５４を用いて取り付けられて、単一の剛性部材を形成する。冷却チャネル５６および電極リード５８は一緒に束ねられ、シャフト内でエポキシ中にさらに包まれる。シャフトはファイバーグラス、カーボンファイバー複合材などから構築されることができる。トランスデューサ・ハウジングおよびシャフトは一緒になって、経尿管超音波デバイス６２をなす。

超音波デバイスはさらに、外側シース６４内に包まれる。シースは、プラスチックまたは他のMRと一緒に使える材料から構築された、厚い壁をもつ単一管腔の管であり、超音波デバイスに構造的な一体性を与える。超音波デバイスは、超音波アレイがシースの遠位端の外に出るようにシース内に位置される。療法の間、超音波デバイスはシース内で自由に回転でき、軸方向に沿って全周の超音波送出を許容する。このため、前立腺のすべての部分へのアクセスができる。

シース６４には、超音波アレイのまわりを取り巻き、前立腺および周囲の組織への360度の音響アクセスを許容する管状の音響膜６６が取り付けられる。この膜は、冷却および結合流体を格納し、尿管挿入を助けるようデバイスの先端において構造および剛性を与える体積を画定する。この膜は、送出効率を最大にするために１音響波長未満であるべきであり、周囲の組織への最大の音響エネルギー送出を許容する材料から構築されるべきである。可能な材料としては、これに限られないが、TPX（ポリメチルペンテン）、PET（ポリエチレンテレフタラート）およびポリアミドが含まれる。

図３、図７Ａ、Ｃを参照するに、プローブの近位端はプラグ・ハウジング７０の形に終端している。プラグ・ハウジングは、外側シース６４に取り付けられ、それにより、包まれている超音波デバイス６２の回転の間の動きを機械的に回避し、プローブの外側部分（シース６４および音響膜６６）を把持できる。流体導路５６は、プラスチックまたは同様の材料からできているルアー（luer）・アダプター７２の形に終端している。

図１の参照を続けると、プラグ・ハウジング７０は、超音波デバイス６２を回転させるための機械的手段を含む回転子（rotator）ハウジング８０に取り付けられることができる。任意的に、超音波デバイスは、操作者によって手動で回転させられることができる。回転子ハウジング内には、図９に示されるよう超音波デバイスを回転および／または直線並進させるための、少なくとも一つの、MRIと一緒に使える非磁性の圧電モーター（piezomotor）８２がある。超音波デバイスの回転および／または並進のためには、液圧モーター（hydraulic motor）または圧縮空気駆動の空気モーター（pneumatic motor）も考えられることは理解しておくべきである。圧電モーターは、超音波アレイの回転位置に関係したデータを送信および受信し、超音波アレイの回転位置を変えることができるモーター・コントローラ８４（図１）に接続されている。

超音波アレイからの電気リード５８は、シャフト５２、プラグ・ハウジング７０および回転子ハウジング８０を通じて超音波生成器８６に続く。超音波生成器はRFパワー増幅器、RFパワー・モニタリング・システムおよびマルチチャネル信号シンセサイザーからなる。該シンセサイザーは、出力超音波波形を制御し、超音波ビームの焦点深度および横位置を制御することができる。

流体導路５６の末端におけるルアー・コネクタ７２は冷却ユニット８８に取り付けられる。冷却ユニットは、流体を冷却し、冷やされた温度を維持するための冷却ユニットからなる。さらに、冷却ユニットは、流体を再循環させるよう構成され、任意的に超音波療法の間に形成される泡を除去することができる、再循環ポンプを含む。好適な冷却および結合流体は脱気水であるが、他の流体も考えられる。

代替的な実施形態では、トランスデューサ・ハウジング４４は、MRIと一緒に使える熱伝導度が改善された材料である真鍮で構築されることができる。真鍮トランスデューサ・ハウジングは、トランスデューサ素子から熱を奪う伝導を高めることができる。改善された熱伝導度に加え、真鍮トランスデューサ・ハウジングは、尿管中への挿入を容易にするための、プローブ先端の追加的な剛性を与えることができる。真鍮ハウジングはまた、共通の電気的な接地としてもはたらきうる。それにより、電気リードの数を減らし、超音波デバイスの全体的な大きさを小さくすることができる。

代替的な実施形態では、超音波アレイは単一の超音波トランスデューサ素子から構成される。超音波デバイス６２は、療法中に前立腺の横方向の拡がりおよび回転拡がりをカバーするよう、手動でまたは圧電モーターによって機械的に、プローブ４０内で線形に並進され、回転させられる。単一のトランスデューサ素子は、前立腺の狭い領域を標的にすることを許容し、焦点を絞った療法（focal therapy）を実行する。トランスデューサ素子の数の削減は、トランスデューサ・ハウジングの大きさ、電気リードの数および安定な動作温度を維持するために要求される冷却流体の体積を減らすことによって、療法デバイスの大きさをさらに小さくする。

図４のＡ、Ｂを参照するに、ある実施形態では、プローブの遠位端に隣接して、位置付けバルーン９０および導尿システム９２が含まれる。図では超音波アレイよりも遠位端に近くなっているが、超音波アレイのほうが遠位端に近いこともできることは理解しておくべきである。適切な音響材料を用いて、バルーンは超音波アレイを取り囲むことができる。位置付けバルーンは、たとえば膀胱中でふくらまされて、プローブの並進位置を固定する。任意的に、位置付けバルーンは、プローブの回転位置を固定することもできる。位置付けバルーンと一緒に、膀胱から尿または他の流体を排出するための排出眼（drain eye）または開口９４をもつカテーテルがあり、導尿システムをなす。カテーテルは位置付けバルーンを通じて進み、バルーンをふくらませるための流体を供給するための膨張眼（inflation eye）９６を含む。排出眼および膨張眼はそれぞれ、カテーテル内に収容されている流体排出導路９８および膨張流体導路１００に接続される。流体および気体導路は、プローブを通って続き、図５に示されるように、シャフト５２に至る。図５は線５−５での横断面を示している。図６に示されるプローブの近位端では、これらの追加的な流体導路はルアー・アダプター１０２および１０４の形に終端する。引き続き図１を参照するに、ルアー・アダプター１０２は、膀胱から排出される尿を集める排出ユニット１１０に接続される。ルアー・アダプター１０４は、膀胱内に位置されたときにバルーンをふくらませる役割を担うバルーン・コントローラ１１２に接続される。ある実施形態では、バルーン・コントローラは、MRを使ってカテーテルを位置特定するのを容易にするために、MRトレーサーまたはMR撮像可能な物質を用いてバルーンをふくらませる。

別の実施形態では、プローブは可撓性である。曲がった通路を通じてプローブを通すのを容易にするよう遠位端を曲がらせたり屈曲させたりするために、ガイドワイヤ１２０がプローブを通じて遠位端まで伸びる。前立腺を処置することに言及しつつ記載しているが、本プローブが、これに限られないが、膣、動脈、気管および直腸の焦点を絞った超音波治療を含め、他の用途にも好適であることは理解されるであろう。

他の実施形態では、回転子ハウジングは、超音波デバイスを直線状に並進させるためならびにプローブの外側領域（シース６４および音響膜６６）および囲まれている超音波デバイス６２の両方の、同じおよび／または反対方向の独立した回転のために、複数の圧電モーターを含む。

別の実施形態では、シース６４は柔軟な材料で構成される。柔軟な材料は、プローブの外側部分（シース６４および音響膜６６）が囲まれている音響デバイス６２と一体的に回転されることを許容する。可撓性のシースによって尿管に加えられる通常の力は、硬いシャフトによって加えられる通常の力よりも小さく、摩擦を減らすので、周囲の尿管に対する外傷の危険性を低下させる。さらに、本実施形態は、プローブ全体と一体的に回転する位置付けバルーン９０および流体排出システム９２を含んでいてもよい。

別の実施形態では、プラグ・ハウジング７０は、回転子ハウジング８０に着脱可能に接続されることができる。取り付けおよび／または取り外し手段は、電気プラグ・コネクタ１１０であることができる（図１０Ａ〜Ｃ）。このようにして、本プローブは、回転子ハウジングなしで尿管中に位置されることができる。ひとたび前立腺に対してプローブを位置決めしたら、回転子ハウジングがプラグ・ハウジングを介してプローブに接続されることができ、療法が開始できる。この構成は、プローブに結合されるコンポーネントの数を最小にすることにより、プローブを位置決めするために外科医または臨床担当者によって必要とされる時間を減らすことができる。本発明は、好ましい実施形態を参照しつつ記述してきた。以上の詳細な説明を読み、理解すれば、他の者にも修正および変更が思いつくことがありうる。本発明は、付属の請求項およびその等価物の範囲内にはいる限り、そのようなすべての修正および変更を含むものと解釈されることが意図されている。

Claims (10)

1. 標的位置に療法超音波を送達するためのMR対応プローブであって：
   軸のまわりに回転可能な超音波素子と；
   前記超音波素子を支持し、前記超音波素子と一体的に回転するよう構成された、前記超音波素子に隣接するシャフトと；
   音響結合・冷却流体を循環させるための、前記シャフト内に包まれた流体導路と；
   前記超音波素子をカバーし、中に前記音響結合・冷却流体を保持するよう取り付けられる音響膜と；
   前記音響膜とともに取り付けられ、前記超音波素子および前記シャフトを受け容れ、中で前記超音波素子およびシャフトの自由回転を許容するよう構成された静的な外側シースであって、前記超音波素子および前記シャフトは、前記外側シースおよび前記音響膜内で回転する、外側シースとを有する、
   プローブ。
2. 請求項１記載のプローブであって、前記超音波素子が、非磁性の超音波トランスデューサから構成される可変焦点の平面状アレイを含む、プローブ。
3. 請求項１および２のうちいずれか一項記載のプローブであって、さらに：
   前記超音波素子の非アクティブな面を前記シャフトに対して支持して剛性部材を形成するトランスデューサ・ハウジングと；
   前記超音波素子のアクティブな面の向かい合う側に画定され、前記軸のまわりに回転可能な超音波素子のすべての軸位置において前記アクティブな面の前記向かい合う側での位置付けを維持するよう構成され、前記超音波素子の前記アクティブな面上に前記冷却・音響結合流体を循環させるよう前記流体導路に接続された少なくとも一つの入口および出口の対とを含む、
   プローブ。
4. 請求項１ないし３のうちいずれか一項記載のプローブであって、前記シャフトがさらに：
   複数の電気リードおよび
   複数の導路を含む、
   プローブ。
5. 請求項１ないし４のうちいずれか一項記載のプローブであって、
   前記音響膜が、前記超音波素子を取り囲み、前記超音波素子がその中で回転する際、周を取り巻いて全方向の音響透明性を許容し；
   前記音響膜の壁厚が、前記超音波素子によって放出される１音響波長未満であり；
   前記音響膜が、前記冷却・結合流体で満たされるよう構成された取り囲まれた体積を画定する、
   プローブ。
6. 請求項１ないし５のうちいずれか一項記載のプローブであって、さらに：
   当該プローブの遠位端に隣接するバルーンと；
   前記バルーンをふくらませるために前記バルーンに流体を供給する流体導路とを含む、
   プローブ。
7. 請求項１ないし６のうちいずれか一項記載のプローブであって、さらに：
   前記超音波素子よりも前記プローブの遠位端に近くに配置された開口と；
   流体を伝達するよう前記開口から当該プローブを通じて導く導路とを含む、
   プローブ。
8. 請求項１ないし６のうちいずれか一項記載のプローブであって、さらに：
   前記超音波素子および前記シャフトを回転および／または並進させるよう少なくとも一つの非磁性圧電モーターを設けられた回転子マウンティングと；
   前記外側シースが前記剛性部材の回転とともに回転しないよう、前記外側シースを機械的に保持するよう構成された、当該プローブの近位端におけるプラグ・ハウジングとを含み、
   前記回転子マウンティングとプラグ・ハウジングは電気プラグ・コネクタを介して着脱可能に接続される、
   プローブ。
9. 検査領域中に静磁場を生成する磁石と；
   前記検査領域中の被験体の磁気共鳴を誘起および操作する、および／または前記検査領域からの磁気共鳴データを収集するよう構成された高周波送信コイルと；
   請求項１ないし８のうちいずれか一項記載のプローブとを有する、
   磁気共鳴撮像システム。
10. 請求項９記載の磁気共鳴撮像システムであって、前記プローブが、
    前記超音波素子の回転および／または並進上の位置決めを制御するよう構成されたモーター・コントローラ；
    前記調音波素子の焦点を制御するよう構成された超音波生成器；
    前記冷却・結合流体の温度、圧力および循環を制御するよう構成された冷却ユニット；および
    前記バルーンの膨張を制御するよう構成されたバルーン・コントローラに接続されている、
    磁気共鳴撮像システム。

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