JP5658896B2

JP5658896B2 - 治療用処置システム

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Publication number: JP5658896B2
Application number: JP2010064695A
Authority: JP
Inventors: 真一瀧本; 武史渡邉; 佐藤　亮; 亮佐藤; 佳代子三谷
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011194059A

Description

本発明は、治療用処置システムに関するものである。

従来、生体組織の接合面どうし、または組織の層間どうしの吻合を行うための治療用処置システムとして、生体組織に高周波エネルギを加える高周波処置と、ヒータ部材により生体組織を加熱し熱エネルギを加える加熱処置、とを併用することで、高周波処置のみを行った場合に比べて、吻合度合い（生体組織の接合面どうし、または組織の層間どうしの吻合の均一性や強度）を向上できる装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１の治療用処置システムは、生体組織を一対の保持部材間に把持するとともに、把持された生体組織のインピーダンス情報をセンサによって収集し、収集されたインピーダンス情報に基づいて高周波処置および加熱処置において生体組織に付与するエネルギを制御している。

特開２００９−２４７８９３号公報

しかしながら、生体組織のインピーダンス情報は生体組織の高周波処置の進行とともに増加する傾向があるが、高周波処置がある程度進行していくとその増加傾向は鈍化してしまう。その結果、高周波処置後に行われる加熱処置における生体組織の状態を精度よくモニタリングすることができない。その結果、適切な加熱処置を行うことができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、高周波処置により生体組織の吻合等を行った後に行われる加熱処置を適切に行うことができる治療用処置システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体組織を把持する一対の保持部材と、該保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織を変性させるための高周波エネルギを供給する高周波エネルギ出力部と、前記保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織に熱エネルギを供給する発熱部と、前記保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織のインピーダンス情報を取得する第１のセンサと、前記保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織内の分子振動情報を光学的に取得する第２のセンサと、これら第１，第２のセンサにより取得された情報に基づいて前記高周波エネルギ出力部および前記発熱部を制御する制御部とを備え、前記第２のセンサによる分子振動情報の光学的な取得は、赤外分光、自発ラマン分光、非線形分光またはラマン分光と非線形分光との組み合わせによって行われ、前記制御部が、前記インピーダンス情報と前記保持部材間に把持した生体組織内の含水量とを対応づけて記憶するとともに、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時において前記第２のセンサにより取得された分子振動情報を基準とした分子振動情報の変化と、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時における前記含水量との積に基づいて前記発熱部を制御する治療用処置システムを提供する。

本発明によれば、保持部材間に把持した生体組織のインピーダンス情報を第１のセンサによって取得し、生体組織内の分子振動情報を第２のセンサによって取得することにより、制御部は、これらのインピーダンス情報および分子振動情報に基づいて高周波エネルギ出力部および発熱部を制御することができる。高周波エネルギ出力部による高周波処置がそれほど進行していない状態においては、インピーダンス情報と生体組織内の含水量とが相関しており、かつインピーダンス情報に対応づけられた含水量の情報から、第１のセンサによるインピーダンス情報の取得により、各時点における含水量の情報を確認することができる。従って、高周波エネルギ出力部による高周波処置がそれほど進行していない状態においては、インピーダンス情報によって精度よく高周波処置を行うことができ、高周波処置がある程度進行してきた後には、光学的に取得した分子振動情報によって処置時の生体組織の情報を適切にモニタリングすることができる。したがって、加熱処置中における熱エネルギの供給を適切に行って、吻合の度合いを適切かつ効率的に向上することができる。
また、本発明によれば、前記第２のセンサによる分子振動情報の光学的な取得は、赤外分光、自発ラマン分光、非線形分光、またはラマン分光と非線形分光との組み合わせによって行われてることで、生体組織の状態のモニタリングをさらに精度よく行うことができ、より適切な熱エネルギの供給を行うことができる。
また、本発明によれば、前記制御部が、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時において前記第２のセンサにより取得された分子振動情報を基準とした分子振動情報の変化と、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時における前記含水量との積に基づいて前記発熱部を制御することで、インピーダンス情報に対応づけられた含水量の情報から、第１のセンサによるインピーダンス情報の取得により、各時点における含水量の情報を確認することができる。そして、熱エネルギの供給開始時からの変化量を乗算することによって生体組織内の含水量をより正確に確認することができ、発熱部からの適切な熱エネルギの供給を行うことができる。

上記発明の参考例においては、前記制御部が、前記第１のセンサにより取得されたインピーダンス情報に基づいて、前記保持部材間に把持した生体組織に対して高周波エネルギを供給するよう前記高周波エネルギ出力部を制御し、前記インピーダンス情報が所定の閾値を超えたときに、前記保持部材間に把持した生体組織に対して熱エネルギを供給するよう前記発熱部を制御してもよい。

このようにすることで、インピーダンス情報に応じて、高周波処置の進行の度合いを判定でき、インピーダンス情報が所定の閾値を超えるほど高周波処置が進行している場合には、熱エネルギの供給に切り替えることで、インピーダンス情報の鈍化による高周波処置の効率低下を補填して、加熱処置によって効果的に吻合の度合いを向上することができる。

また、上記発明の参考例においては、前記制御部が、前記第２のセンサにより取得された分子振動情報に基づいて、前記保持部材間に把持した生体組織に対して熱エネルギを供給するよう前記発熱部を制御してもよい。
このようにすることで、発熱部による熱エネルギの供給中における生体組織の状態を適切にモニタリングでき、生体組織に対して適切な熱エネルギの供給を行うことができる。

また、上記発明の参考例においては、前記制御部が、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時において前記第２のセンサにより取得された分子振動情報を基準とした分子振動情報の変化に基づいて前記発熱部を制御してもよい。
このようにすることで、熱エネルギの供給開始からの分子振動情報の変化をモニタリングすることにより、静置組織内の含水量の低下割合を確認することができ、発熱部からの適切な熱エネルギの供給を行うことができる。

本発明によれば、高周波処置により生体組織の吻合等を行った後に行われる加熱処置を適切に行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る治療用処置システムを示す全体構成図である。図１の治療用処置システムの外科用処置具の保持部材によって生体組織を把持した状態の横断面図である。図１の治療用処置システムの外科用処置具の一方の保持部材を示す部分的な平面図である。図１の治療用処置システムによる生体組織の処置方法を説明するフローチャートである。図１の治療用処置システムによる生体組織の処置のタイムチャートと生体組織内の含水量の変化示す図である。図５の変形例を示す図である。図２の変形例を示す横断面図である。図２の多の変形例を示す横断面図である。

本発明の一実施形態に係る治療用処置システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る治療用処置システム１は、図１に示されるように、例えば、腹壁を通して処置を行うための、リニアタイプの外科用処置具２と、該外科用処置具２にエネルギを供給するエネルギ源３と、該エネルギ源３からのエネルギの供給を制御する制御部４と、エネルギ源３からのエネルギのオンオフを行うフットスイッチ５とを備えている。

外科用処置具２は、直棒状のシャフト６と、該シャフト６の一端に設けられたハンドル７と、シャフト６の他端に設けられた開閉可能な一対の保持部材８，９とを備えている。ハンドル７と保持部材８，９とは図示しないワイヤによって接続され、ハンドル７を操作することにより、保持部材８，９を開閉させることができるようになっている。また、ハンドル７にはシャフト６内に格納されているカッタ（図示略）を移動させるカッタ駆動ノブ（図示略）が設けられている。

一方の保持部材８には、図２に示されるように、その幅方向の中央に、長手方向に沿ってカッタを案内するためのカッタ案内溝１０が設けられている。カッタ案内溝１０の周囲には、高周波電極（高周波エネルギ出力部）１１と、赤外光を発する照射部１２とが設けられている。

他方の保持部材９は、図２および図３に示されるように、一方の保持部材８と同様の構造を有しているが、保持部材８，９を閉じた状態で、照射部１２に対向することとなる位置に集光部１３が設けられている点、および、高周波電極１１の各部にヒータ１４が設けられている点で一方の保持部材８と相違している。

ヒータ１４は、高周波電極１１の裏面に間隔をあけて複数設けられている。高周波電極１１とヒータ１４とは電気的に絶縁されている。
ヒータ１４を発熱させると、高周波電極１１に熱が伝えられ、高周波電極１１に接触した生体組織Ａを焼灼することができる。

一対の保持部材８，９の生体組織Ａを挟んで対向する位置には、上述した一対の高周波電極１１が配置されるようになっている。
照射部１２は、一方の保持部材８に設けられた高周波電極１１を貫通して生体組織Ａに接触させられる位置に配置されている。また、集光部１３は、他方の保持部材９に設けられた高周波電極１１を貫通して生体組織Ａに接触させられる位置に配置されている。

一対の高周波電極１１は、該高周波電極１１間に挟まれるようにして保持部材８，９によって把持された生体組織Ａに対して高周波エネルギを供給する一方、高周波電極１１間に把持された生体組織Ａのインピーダンス（インピーダンス情報）Ｚを測定する第１のセンサ（以下、第１のセンサ１１とも言う。）として機能するようになっている。
照射部１２および集光部１３は、一対の保持部材８，９間に把持された生体組織Ａを貫通する光強度を検出する第２のセンサ（以下、第２のセンサ１２，１３とも言う。）として機能するようになっている。

照射部１２には光源１５が導光部材１６を介して接続されている。
また、集光部１３には光検出部１７が導光部材１８を介して接続されている。
高周波電極１１およびヒータ１４には、エネルギ源３が接続されている。
エネルギ源３は、高周波電極１１に対して供給する高周波エネルギを発生する一方、ヒータ１４に熱エネルギを発生するための電力を発生するようになっている。

制御部４は、高周波電極２２によって測定された生体組織ＳのインピーダンスＺに基づいて、生体組織Ａに加えるエネルギを高周波エネルギから熱エネルギに切り替えるようになっている。また、制御部４は、高周波電極１１間の生体組織Ａに対して高周波エネルギを供給する高周波処置中においては、測定されたインピーダンスＺに基づいて高周波エネルギを調節し、生体組織Ａに対して熱エネルギを供給する加熱処置中においては、集光部１３によって集光され光検出器１７により検出された光強度に基づいて、ヒータ１４から発生する熱エネルギを調節するようになっている。

ここで、照射部１２から発生する光の強度Ｉ_０と、集光部１３により集光された光の強度Ｉとの比Ｉ／Ｉ_０は、ランバートベール則から、数１の通りである。

ここで、Ｇ_ｓ：組織散乱によるロス、Ｌ：生体組織Ａの厚さ、ε_ａｂ：吸収係数、ｃ_ａｂ：分子濃度である。

水分子の吸収を利用する場合には、照射部１２から発する光の波長は１．４５μｍ帯であることが好ましい。また、タンパク質の吸収を利用する場合には、照射部１２から発する光の波長帯域は６μｍ帯（波数にして１６００〜１７００ｃｍ^−１）であることが好ましい。光源１５としてはレーザ光源であってもよいし、白色光源から所望の波長の光をフィルタ（図示略）によって切り出すことにしてもよい。

また、高周波処置後、生体組織Ａの変性と脱水とがある程度進行しており、加熱処置により生体組織Ａの脱水が主に進行し、加熱処置時に集光部１３を通して検出される信号の変化は、生体組織Ａの脱水による変化であることとすると、数１における変数Ｇ_Ｓ，Ｌは定数とみなすことができる。これにより、集光部１３を通して検出される光の強度Ｉを逐次計測することにより、生体組織Ａの脱水をモニタリングすることができる。

そして、ある時点における光の強度Ｉを基準とすることにより、その時点からの変化量としての生体組織Ａの脱水をモニタリングすることができる。数２を利用することにより濃度換算することも可能であり、濃度変化Δｃ_ａｂとして測定することができる。

このように構成された本実施形態に係る治療用処置システム１の作用について以下に説明する。
保持部材８，９間に挟んだ生体組織Ａに高周波電極１１から加える高周波エネルギの設定電力、ヒータ１４から加える熱エネルギの設定温度および生体組織ＡのインピーダンスＺの閾値を予め設定しておく。

そして、例えば、腹壁を貫通して腹腔内に挿入した一対の保持部材８，９を、処置対象の生体組織Ａに対峙させる。ハンドル７を操作して、生体組織Ａを一方の保持部材８の高周波電極１１と、他方の保持部材９の高周波電極１１との間に挟んで保持する。
この状態で、図４に示されるように、術者はフットスイッチ５を踏むことにより（ステップＳ１）、エネルギ源３から高周波エネルギを高周波電極１１間に供給する（ステップＳ２）。これにより、保持部材８，９間に把持した生体組織Ａ内に電流が流れ、生体組織Ａが発熱させられて生体組織Ａの高周波処置が行われる。

このとき、生体組織ＡのインピーダンスＺは、一対の高周波電極１１を第１のセンサとして測定されている。図５に示されるように、測定されたインピーダンスＺが所定の閾値以上であるか否かが判定され（ステップＳ３）、閾値より小さい場合には、高周波処置が継続される。測定されたインピーダンスＺが所定の閾値以上となった場合には、制御部４は、高周波エネルギによる高周波処置を停止し（ステップＳ４）、ヒータ１４による加熱処置に切り替える（ステップＳ５）。

ヒータ１４に電力が供給されると、一対の高周波電極１１が加熱させられて、その熱によって高周波電極１１に密着している生体組織Ａが表面から内部側に向かって凝固させられる。
また、ヒータ１４による加熱処置が開始されると、制御部４は、光源１５に対して光を発するように指令し、照射部１２から生体組織Ａに光を入射させる。これにより、生体組織Ａを貫通して集光部１３により集光された光が、光検出器１７によって検出されて制御部４に送られる。

図５に示されるように、この最初に検出された光の強度がＩ（ｔ_０）となる。そして、この光強度Ｉ（ｔ_０）と、逐次検出される光強度Ｉ（ｔ）とを用いて、数２により、含水量の変化Δｃ_ａｂが算出される。
制御部４は、算出された含水量の変化Δｃ_ａｂの値を監視し（ステップＳ６）、所定の閾値ΔＨ_２Ｏに達した場合に、ヒータ１４に供給する電力を停止し、加熱処置を終了する（ステップＳ７）。

このように、本実施形態に係る治療用処置システム１によれば、生体組織Ａを把持した直後の生体組織Ａに対する高周波処置の進行していない状態で、生体組織ＡのインピーダンスＺに基づいて高周波処置を行うので、インピーダンスＺによって、加熱処置に切り替えるタイミングを精度よく検出することができる。なお、上記説明によれば、第１および第２のセンサは一対の保持部材８，９の少なくとも一方に設けていればよく、制御部４は、第１のセンサおよび／または第２のセンサからの送出される検出信号に基づいて高周波処置および／または加熱処置の起動を制御する制御信号を送出し得る任意の手段であってよく、制御部としてのコンピュータにインストールすることで上述した制御を実行可能に機能するようなソクトウェアを含んでいる記憶媒体であってもよい。

そして、高周波処置のある程度進行した状態から行われる加熱処置においては、インピーダンスＺと含水量との相関が崩れるが、生体組織Ａ内の水の分子振動情報を光学的に検出する第２のセンサ１２，１３によって、含水量の変化Δｃ_ａｂを精度よく取得することができる。これにより、加熱処置における生体組織Ａの凝固の状態を精度よく把握して、加熱処置を適切に停止することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、加熱処置において、含水量の変化Δｃ_ａｂの値に基づいて加熱処置の終了時を判断することとしたが、これに代えて、含水量自体に基づいて判断することにしてもよい。

この場合には、例えば、図６に示されるように、高周波処置におけるインピーダンスＺと含水量との相関関数ｆ（Ｚ（ｔ））を予め求めておき、高周波処置の終了時においてインピーダンスＺ（ｔ_０）から含水量Ｆ（Ｚ（ｔ_０））を算出し、さらに、加熱処置における含水量の変化Δｃ_ａｂの値を乗算することにより、加熱処置中における含水量を算出することができる。
このようにすることで、生体組織Ａの凝固の状態を精度よく表す含水量によって、より直接的に加熱処置中における生体組織Ａの状態をモニタリングすることができるという利点がある。

また、本実施形態においては、生体組織Ａ内の分子振動情報を光学的に検出する第２のセンサ１２，１３として、生体組織Ａを挟んで対向配置される照射部１２と集光部１３とを備える透過型のものを例示したが、これに代えて、図７に示されるように、照射部１２と集光部１３とを所定の間隔をあけて同一の保持部材８に配置し、生体組織Ａ内において散乱して戻る光を検出する反射型のものを採用してもよい。
この場合には、数１に代えて、数３の関係式を用いることができる。

ここで、ｌ_ｓｄ：照射部１２と集光部１３との距離、ｋ：光路長係数である。

この場合に、照射部１２と集光部１３との距離を任意に調節できることにしてもよい。このようにすることで、生体組織Ａ内を光が通過する光路を変更でき、保持部材８，９に把持された状態の生体組織Ａの厚さ方向の所望の位置における生体組織Ａの状態をモニタリングすることができる。

また、図８に示されるように、第２のセンサ１２，１３としては、透過型と反射型の両方を備えることにしてもよい。このようにすることで、生体組織Ａの厚さが厚い場合や、生体組織Ａの吸収係数が高い場合等、透過型では光の検出が困難な場合に反射型を用いることができる。

また、照射部１２と集光部１３とを備える第２のセンサを複数対、保持部材８，９に配置してもよい。このようにすることで、把持する生体組織Ａの状態を複数箇所において検出し、その平均によって、より精度よくモニタリングすることができる。

また、照射部１２と集光部１３とをカッタ案内溝１０に一致する位置に配置してもよい。カッタを通過させるために高周波電極１１を貫通しているカッタ案内溝１０に照射部１２および集光部１３を一致させることで、これら照射部１２および集光部１３のために高周波電極１１を切り欠かずに済み、高周波処置において生体組織Ａをムラなく焼灼することができる。

また、本実施形態においては生体組織Ａを構成する分子成分に起因する物理量として分子振動情報を検出するために、水の分子振動に起因した赤外光の吸収による光強度の増減検出を使用したが、これに代えて、以下の光を検出することにしてもよい。
まず、自発ラマン散乱光（非共鳴ラマン散乱または共鳴ラマン散乱）を検出することにしてもよい。
この場合には、光源として単色のレーザ光を生体組織Ａに照射し、自発ラマン散乱光を分光選択的に検出することになる。生体組織Ａを構成する分子の振動情報が反映したラマン散乱スペクトルを得ることができる。

水の分子振動による吸収に起因した光強度の増減を検出する場合と比較して、自発ラマン散乱光のスペクトルは分子振動情報を多く含んでいる。生体組織Ａの状態として、例えば、生体組織Ａのタンパク質や脂質等の組成の変化を指標としてモニタリングする場合には有効である。

この場合に、検出されたラマン散乱スペクトルにおいて、特定の振動ピークに着目し、そのピークの増減を指標としてもよいし、スペクトルを多変量解析（ケモメトリックス）にかけて統計的な処理を行い、生体組織Ａの状態のモニタリングを行ってもよい。分子レベル情報の解析の手法としては、多変量解析（ケモメトリックス）の任意の手法を適用することができる。行うべき解析に応じて、適用する多変量解析の手法を選択する。例えば、得られた振動スペクトルに対して主成分分析（Principle Component Analysis, 以下，ＰＣＡという。）を適用し、主成分のスコアプロット（ＰＣＡスコアプロット）の分布から試料の状態を分類することが可能である。

また、予め試料に含まれる分子の検量線を作成しておくことで、試料に含まれる成分の濃度を推定することとしてもよい。多変量解析では検量線は検量行列を算出することで作成さる。検量行列を算出するアルゴリズムとして、ＰＣＡの結果を使用しないＣＬＳ（Classical Least Square Fitting）、ＩＬＳ（Inverse Least Squares Fitting）法と、ＰＣＡ結果（ＰＣＡスコア値）に準拠するＰＣＲ（Principle Component Regression）、ＰＬＳ（Partial Least Squares Fitting）法を適用しても良い。この場合には、透過、反射のいずれの検出形態でもよい。

また、非線形ラマン散乱光を検出することにしてもよい。
非線形ラマン散乱光の特徴として、自発ラマン散乱光と比較して散乱効率が高いことを挙げることができる。このため、生体組織Ａを構成する分子情報をスペクトルとして迅速に取得することができる。非線形ラマン散乱光を得る手法としては、例えば、ＳＲＳ（Stimulated Raman Scattering：誘導ラマン散乱法）、ＣＡＲＳ（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering：コヒーレントアンチストークスラマン散乱法）、ＣＳＲＳ（Coherent Stokes Raman Scattering：コヒーレントストークスラマン散乱法）、ＩＳＲＳ（Impulsive Stimulated Raman Scattering：インパルシブ誘導ラマン散乱法）、ＲＩＫＥＳ（Raman Induced Kerr Effect Spectroscopy：ラマン誘起カー効果分光法）、ＭＩＳＲＳ（Multipulse Impulsive Stimulated Raman Scattering：マルチパルスインパルシブ誘導ラマン散乱法）あるいはこれらの検出法を包含する形態としての四光波混合過程にもとづく振動分光法があげられる。

また、非線形ラマン散乱光の検出法として、例えば、偏光ＣＡＲＳ検出を用いることができる。この場合には、照射部１２と集光部１３にはそれぞれ偏光子と検光子を配置する必要がある。自発ラマン散乱光では得ることができないタンパク質の高次構造を反映したスペクトルを得ることができ、得られる分子情報を多様化させることができる。つまり、生体組織Ａの状態をモニタリングするために得られる情報を多様化させることが可能となり、より高精度に生体組織Ａの状態をモニタリングすることができる。この場合には、透過、反射のいずれの検出形態でもよい。

また、生体試料Ａからの光として、自発ラマン散乱光と非線形ラマン散乱光とを組み合わせて検出してもよい。
情報をさらに高度化させることができ、スペクトルデータに基づく分析性能および精度を向上することができる。つまり、生体組織のモニタリング性能および精度を向上することができる。この場合にも、透過、反射のいずれの検出形態でもよい。

Ａ生体組織
１治療用処置システム
４制御部
８，９保持部材
１１高周波電極（高周波エネルギ出力部、第１のセンサ）
１２照射部（第２のセンサ）
１３集光部（第２のセンサ）
１４ヒータ（発熱部）

Claims

生体組織を把持する一対の保持部材と、
該保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織を変性させるための高周波エネルギを供給する高周波エネルギ出力部と、
前記保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織に熱エネルギを供給する発熱部と、
前記保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織のインピーダンス情報を取得する第１のセンサと、
前記保持部材の少なくとも一方に設けられ、該保持部材間に把持した生体組織内の分子振動情報を光学的に取得する第２のセンサと、
これら第１，第２のセンサにより取得された情報に基づいて前記高周波エネルギ出力部および前記発熱部を制御する制御部とを備え、
前記第２のセンサによる分子振動情報の光学的な取得は、赤外分光、自発ラマン分光、非線形分光またはラマン分光と非線形分光との組み合わせによって行われ、
前記制御部が、前記インピーダンス情報と前記保持部材間に把持した生体組織内の含水量とを対応づけて記憶するとともに、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時において前記第２のセンサにより取得された分子振動情報を基準とした分子振動情報の変化と、前記発熱部による熱エネルギの供給開始時における前記含水量との積に基づいて前記発熱部を制御する治療用処置システム。