JP5698538B2 - 組織切除装置、組織切除システム、及び組織切除術の実行を監視するためのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、概括的には、組織内の損傷を形成するための何れかのタイプの組織切除装置に関する。本発明は、特に、組織切除装置から光音響損傷形成フィードバックを取得する方法に関する。

心房細動（「ＡＦ」）切除は、処置の数の増加により、装置及び撮像ベンダーにとって成長機会として認識されている。クライオ（冷凍）、レーザ、及び高密度フォーカス超音波（「ＨＩＦＵ」）組織破壊に基づいた組織切除装置手法には、環状の損傷の配置を単純にする見込みがある。これは、肺静脈口を電気絶縁して、それにより、ＡＦを治すために使用される。

しかし、損傷形成の臨床的監視及び評価の手法は、未だ存在せず、損傷のサイズ、深さ、及び、よって、経壁性に関する治療法中の生のフィードバックが妨げられている。前述の課題を解決するために、本発明は、光音響効果を使用して損傷のリアルタイム評価を可能にする組織切除装置を提供する。特に、前述の組織切除装置は、当該技術分野において知られている心組織を切除し、音響組織応答を常に監視し、よって、切除処理を常に監視する光音響応答センサが本発明により、具備される。

本発明の一形態には、組織切除術を組織に施すための、協働的な配置における１つ又は複数のエネルギ・エミッタ及び１つ又は複数の光音響センサを含む組織切除装置がある。動作上、エネルギ・エミッタは、中に損傷を形成するために組織の標的部分に組織切除ビームを放出し、あるいは、又は同時に、組織からの光音響応答を励起するために、組織の標的部分に光励起ビームを放出し、それにより、光音響センサが、組織の光音響応答を検出する。

本発明の第２の形態は、組織切除術制御システム、及び前述の組織切除装置を含むシステムである。動作上、組織切除術制御システムは、エネルギ・エミッタによる光励起ビーム及び組織切除ビームの放出を制御し、光音響センサによって検出された組織の光音響応答に基づいて組織内の損傷の形成を監視する。

本発明の第３の形態は、組織の組織切除術を行う方法である。上記方法は、組織切除ビームを組織に放出する工程であって、損傷が組織内で形成される工程と、光励起ビームを組織に放出する工程であって、光音響応答が組織内で生成される工程と、組織の光音響応答を検出する工程であって、組織内の損傷の形成が監視される工程とを含む。

本発明による、組織切除システムの実施例を示すブロック図である。 本発明による、組織切除システムの実施例を示すブロック図である。 本発明による、光音響損傷形成フィードバックを備えた組織切除術手法を表すフローチャートである。 本発明による、バルーン・レーザ切除カテーテルの第１の例示的な実施例を示す図である。 本発明による、バルーン・レーザ切除カテーテルの第１の例示的な実施例を示す図である。 本発明による、バルーン・レーザ切除カテーテルの第１の例示的な実施例を示す図である。 本発明による、バルーン・レーザ切除カテーテルの第２の例示的な実施例を示す図である。 本発明による、バルーン・レーザ切除カテーテルの第２の例示的な実施例を示す図である。 本発明による、バルーン・レーザ切除カテーテルの第２の例示的な実施例を示す図である。

本発明の前述の形態及び他の形態、並びに、本発明の種々の特徴及び利点は、添付図面と併せて読まれると、本発明の種々の実施例の以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。詳細な説明及び添付図面は、限定するよりも、本発明を例証しているに過ぎず、本発明の範囲は、特許請求の範囲、及びその均等物によって規定される。

図１及び図２を参照すれば、本発明の組織切除システム１０は、１つ又は複数の光音響センサ２２及び１つ又は複数のエネルギ・エミッタ２１を有する組織切除装置２０である。一般に、装置２０のエミッタ２１の１つ又は複数は、組織６０を切除するためにレーザ切除コントローラ３０によって駆動される。あるいは、又は同時に、装置２０のエミッタ２１の１つ又は複数は、組織６０による光音響応答を生成するために光励起コントローラ４０によって駆動される。一方、装置２０の光音響センサ２２は、組織６０による前述の光音響応答を検出し、光音響モニタ５０は、装置２０の光音響センサ２２によって検出される光音響応答に基づいて組織６０において形成される損傷６１の光音響画像を生成する。

特に、組織切除システム１０は、本発明による、光音響損傷形成フィードバックを備えた組織切除術手法を表す図３中に示すフローチャート７０を実現する。

図３を参照すれば、フローチャート７０の段階Ｓ７２は、図１に示すように、組織６０の標的部分に組織切除ビームＴＡを放出するよう装置２０のエネルギ・エミッタ２１の１つ又は複数を起動させるレーザ切除コントローラ３０を含む。実際には、組織切除ビームＴＡは、何れかのソース（例えば、レーザ、ＲＦソース、又は高強度超音波ソース）から生成することができ、何れかの形式（例えば、単一の長パルス、連続波ビーム、又は一連の短パルス）で生成することができ、必要に応じて、変調することができる。

フローチャート７０の段階Ｓ７４は、図２に示すように、組織６０の切除された標的部分に光励起ビームＰＥを放出するよう装置２０のエミッタ２１の１つ又は複数を起動させる光励起コントローラ４０を含む。実際には、光励起ビームＰＥは、何れかのソース（例えば、レーザ、ＲＦソース、又は高強度超音波ソース）から生成することができ、何れかの形式（例えば、単一の長パルス、連続波ビーム、又は一連の短パルス）で生成することができ、必要に応じて、変調することができる。更に、組織切除ビームＴＡ及び光励起ビームＰＥは、組織６０の同じ標的部分に装置２０の同じエミッタ２１によってインタリーブされて放出され、若しくは順次放出され、又は、組織６０の別々の標的部分に装置２０の別々のエミッタ２１によって同時に放出され得る（例えば、組織６０の一標的部分が組織切除ビームＴＡによって切除される一方、組織６０の、先行して切除された別の標的部分は、光励起ビームＰＥによって励起される）。

フローチャート７０の段階Ｓ７６は、当業者において知られているように光励起ビームＰＥに応じて、組織６０による光音響応答ＰＲを検出する、装置２０の光音響センサ２２を含む。実際には、装置２０の光音響センサ２２は、何れかの構造的形態（例えば、超音波圧電センサ、Ｐ−ＭＵＴＳ、Ｃ−ＭＵＴ，ファブリー・ペロー光学的干渉、又は光共振器ベースのトランスデューサ）を有し得る。

フローチャート７０の段階Ｓ７８は、組織６０の検出された光音響応答ＰＲに基づいて組織６０に形成された損傷６１の光音響画像を生成する光音響モニタ５０を含む。それにより、組織６０の切除術を続けるか否かを判定するために光音響画像が利用される。一実施例では、そうした決定は、モニタ５０の自動化された機能であり、それにより、モニタ５０は、損傷６１が閾値特徴（例えば、所定のサイズ及び／深度）を有する旨を光音響画像が示すと、フローチャート７０を終結させる。別の実施例では、決定は、モニタ５０の手作業の機能であり、それにより、モニタ５０は、組織６０の切除術を終結させるか否かをシステム１０のユーザが判定することを容易にするよう、損傷６１の閾値特徴の現在のリストを備えた光音響画像を表示する。

組織切除コントローラ３０、光励起コントローラ４０、及び光音響画像モニタ５０は、組織切除術制御システムを構成する。実際には、このシステムは、本発明の組織切除装置を制御するために、必要に応じて、コントローラ３０、コントローラ４０及びモニタ５０を組み入れた何れかの構造的構成を有し得る。

本発明の更なる理解を容易にするために、次に、バルーン・レーザ切除装置１２０（図４乃至６）及びバルーン・レーザ切除装置２２０（図７乃至９）について、本明細書において、組織６１（例えば、肺静脈管組織）内の環状の損傷６３を形成する意味合いで説明する。

図４乃至図６を参照すれば、バルーン・レーザ切除装置１２０は、膨らませることができるバルーン１２２をそこに付着させ、内視鏡１２３、超音波圧電センサ１２４及びレーザ・エミッタ１２５を収容するカテーテル１２１を使用する。レーザ切除術を行うために、バルーン１２２は、レーザ・エミッタ１２２からのレーザ・ビームが損傷６３に進むことを可能にし、組織６２からの超音波が超音波圧電センサ１２４に戻ることを可能にする適切な光音響媒質１２６で充填される。特に、バルーン１２２及び媒質１２６の材料の組成は、レーザ・エミッタ１２５から組織６２へのレーザ・ビームの最適な信号伝搬、及び超音波圧電センサ１２４への光音響応答の最適な信号伝搬を容易にするよう組織６２の音響インピーダンスにマッチし得る（例えば、ラテックス・バルーン１２２内に充填された塩水媒質１２６）。実際には、媒質１２６は、バルーン１２２内で一定の温度を維持するよう定期的に洗い流し得る。

バルーンの膨張後、カテーテル１２１を常に回転させることが開始され、内視鏡１２３は、図４に示すように組織６２の標的部分を配置させるために使用される。組織６２の標的部分を配置させると、高電力の連続波ビーム、又は高エネルギ光パルスの形態のレーザ切除ビームＬＡが、図５に示すように、組織６２内に損傷６３を形成するために、組織６２の標的部分に、媒質１２６を介してレーザ・エミッタ１２５から放出される。レーザ切除ビームＬＡとインタリーブさせ、又はレーザ切除ビームＬＡの後に、マイクロ秒程度の、低エネルギの近赤外レーザ・パルスの形式の光励起ビームＰＥは、組織６２を照射して、それにより、図６に示す超音波圧電センサ１２４によって検出される光音響応答ＰＲを誘起するために使用される。実際には、レーザ切除ビームＬＡ（図５）及び光励起ビームＰＥ（図６）は、電気機械的に駆動されたレンズ又はミラーを使用して損傷６３の標的化を改善させるために必要に応じて偏向させ得る。

図７乃至９を参照すれば、バルーン・レーザ切除装置２２０は、膨張可能なバルーン２２２を付着させ、フィッシュアイ内視鏡２２３、複数の超音波圧電素子を有するセンサ・アレイ２２４、及び複数のレーザ・エミッタを有するレーザ・アレイ２２５を有するカテーテル２２１を使用する。レーザ切除術を行うために、バルーン２２２は、レーザ・アレイ２２５からのレーザ・ビームが損傷６３に進むことを可能にし、組織６２からの超音波がセンサ・アレイ２２４に戻ることを可能にする適切な光音響媒質２２６で充填される。特に、バルーン２２２及び媒質２２６の材料の組成は、（レーザ・アレイ２２５から組織６２へのレーザ・ビームの最適な信号伝搬、及びセンサ・アレイ２２４への光音響応答の最適な信号伝搬を容易にするよう、組織６２のその音響インピーダンスにマッチし得る（例えば、ラテックス・バルーン２２内に充填された塩水媒質２２６）。実際には、媒質２２６は、バルーン２２２内で一定の温度を維持するよう定期的に洗い流され得る。

バルーンの膨張後、カテーテル２２１は静止状態に維持され、内視鏡２２３は、図７に示すように組織６２の標的部分を位置特定するために使用される。組織６２の標的部分を位置特定すると、高エネルギ光パルス又は高電力の連続波ビームの形式のレーザ切除ビームＬＡは、図８に示すように組織６２内の損傷６３を形成するよう、組織６２の標的部分に媒質２２６を介してレーザ・アレイ２２５から放出される。レーザ切除ビームＬＡとインタリーブされ、又はレーザ切除ビームＬＡの後に、マイクロ秒程度の低エネルギ近赤外レーザ・パルスの形式の光励起ビ―ムＰＥを用いて組織６２を照射し、それにより、図９に示すように、超音波圧電センサ・アレイ２２４によって検出される光音響応答ＰＲが誘起される。実際には、レーザ切除ビームＬＡ（図８）及び光励起ビームＰＥ（図９）は、電気機械的に駆動されたレンズ又はミラーを使用して損傷６３の標的化を改善するために必要に応じて偏向させ得る。

本発明のバルーン・レーザ切除装置の更なる実施例では、回転構成部分（図４乃至図６）及び静止構成部分（図７乃至９）の組合せを組み入れることができる。例えば、レーザ・エミッタは、ステアリングのための反射／偏向及びフォーカスのためのビーム屈折を可能にする静的レンズ・アセンブリであり得、光音響センサは、組織内に形成された損傷を光音響撮像する目的で光音響センサを回転させることができる。更なる例により、レーザ・エミッタは、ステアリングのための反射／偏向及びフォーカスのためのビーム屈折を可能にする回転レンズ・アセンブリであり得、光音響センサは、組織内に形成された損傷を光音響撮像する目的で静的であり得る。

図１乃至９を参照すれば、本発明の組織切除装置を数多くのアプリケーションに利用することが可能であるということを当業者は認識するであろう。実際には、本発明の組織切除装置の実際の構造的構成は、装置の明示的なアプリケーションの特定事項に依存する。よって、本発明は、数多くの潜在的なアプリケーションのうち、本発明による、組織切除装置の最善の構造的構成の何れの特定のタイプも想定していない。

なお図１乃至９を参照すれば、本発明による組織切除の光音響撮像により、切除された組織に対して通常の組織を区別することが可能であるということが実験で明らかにされている。例えば、８００ｎｍのレーザを備えた１２３ｍＪ／ｃｍ２のフル・レーザ・パワーから形成された切除組織及び通常の組織を含む心組織の場合、走査方向において１ｍｍの間隔の心組織の２０Ｂ個のモード・スライスを伴う２２ｍｍ×２０ｍｍの損傷形成領域にわたる走査により、切除組織は、通常の組織と視覚的に別個である旨が示される。Ｂモードのスライスの再構成の組合せにより、損傷形成のＣモード画像が再構成されている。

本明細書及び特許請求の範囲記載の本発明の実施例は、現在、好ましいとみなされているが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、種々の変更及び修正を行うことが可能である。本発明の範囲は特許請求の範囲に示す。均等物の定義及び範囲において行われる変更は全て、その中に含まれることを意図している。

Claims (13)

1. 組織切除装置であって、
   組織切除術を組織に施すための協働的な配置における少なくとも１つのエネルギ・エミッタ及び少なくとも１つの光音響センサを収容する少なくとも１つのカテーテルであって、前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタは、中に損傷を形成するために前記組織の標的部分に組織切除ビームを放出するよう動作可能である、カテーテルと、
   前記カテーテルに付着させられ、前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタ及び前記少なくとも１つの光音響センサを取り囲む膨張可能なバルーンであって、前記カテーテルを介して膨張させられるよう動作可能であり、光音響伝搬媒質で充填される、バルーンとを備え、
   前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタは、前記組織からの光音響応答を励起するために、前記組織の前記標的部分に光励起ビームを放出するよう更に動作可能であり、
   前記少なくとも１つの光音響センサは、前記組織の前記光音響応答を検出するよう動作可能である組織切除装置。
2. 請求項１記載の組織切除装置であって、
   前記組織の前記標的部分を照射するための内視鏡
   を更に備える組織切除装置。
3. 請求項１記載の組織切除装置であって、前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタ及び前記少なくとも１つの光音響センサは、前記組織切除術を施している間に回転する組織切除装置。
4. 請求項１記載の組織切除装置であって、
   前記組織は肺静脈管組織であり、
   前記損傷は、前記肺静脈管組織内に形成された環状の損傷である組織切除装置。
5. 組織切除システムであって、
   組織切除術制御システムと、
   組織切除装置とを備え、前記組織切除装置は、
   少なくとも１つのエネルギ・エミッタ及び少なくとも１つの光音響センサを収容するカテーテルと、
   前記カテーテルに付着させられ、前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタ及び前記少なくとも１つの光音響センサを取り囲む膨張可能なバルーンとを含み、
   前記バルーンは、前記カテーテルを介して膨張させられるよう動作可能であり、且つ、光音響伝搬媒質で充填され、
   前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタは、中に損傷を形成するために組織の標的部分に組織切除ビームを放出するよう前記組織切除術制御システムによって制御可能であり、
   前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタは、前記組織からの光音響応答を励起するために前記組織の前記標的部分に光励起ビームを放出するよう前記組織切除術制御システムによって制御可能であり、
   前記少なくとも１つの光音響センサは、前記組織切除術制御システムによる前記損傷の光音響画像の生成を容易にするために前記組織の前記光音響応答を検出するよう動作可能である組織切除システム。
6. 請求項５記載の組織切除システムであって、
   前記組織の前記標的部分を照射するための内視鏡
   を更に備える組織切除システム。
7. 請求項５記載の組織切除システムであって、前記少なくとも１つのエネルギ・エミッタ及び前記少なくとも１つの光音響センサの少なくとも一方は、組織切除術を施している間に回転する組織切除システム。
8. 請求項５記載の組織切除システムであって、
   前記組織は肺静脈管組織であり、
   前記損傷は、前記肺静脈管組織内に形成された環状の損傷である組織切除システム。
9. 請求項５記載の組織切除システムであって、前記組織切除術制御システムは、
   前記少なくとも１つのエミッタにより、前記組織切除ビームの放出を制御するよう動作可能な組織切除コントローラと、
   前記少なくとも１つのエミッタにより、前記光励起ビームの放出を制御するよう動作可能な光励起コントローラと、
   前記少なくとも１つの光音響センサによって検出された前記組織の光音響応答に基づいて前記組織内の前記損傷の形成を監視するよう動作可能な光音響画像モニタと
   を含む組織切除システム。
10. 組織の組織切除術の実行を監視するためのプログラムであって、前記プログラムは、プロセッサに、
    組織切除ビームを前記組織に放出するよう１つ又は複数のエネルギ・エミッタを駆動するステップであって、損傷が前記組織内に形成される、ステップと、
    光励起ビームを前記組織に放出するよう１つ又は複数の第２のエネルギ・エミッタを駆動するステップであって、光音響応答が前記組織内に生成される、ステップと、
    光音響センサと前記組織との間に配置可能な光音響伝搬媒質を介して前記光音響センサにより検出される前記組織の前記光音響応答を受信するステップと、を実行させる、
    プログラム。
11. 請求項１０記載のプログラムであって、前記組織切除ビームの放出及び前記光励起ビームの放出が同時であることをもたらすよう動作可能であるプログラム。
12. 請求項１０記載のプログラムであって、前記組織切除ビームの放出及び前記光励起ビームの放出がインタリーブされることをもたらすよう動作可能であるプログラム。
13. 請求項１０記載のプログラムであって、前記組織切除ビーム及び前記光励起ビームの放出が順次であることをもたらすよう動作可能であるプログラム。

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