JP5750044B2 - 生体加熱装置及び温度制御方法 - Google Patents
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Description
本出願は、日本国において2009年9月28日に出願された日本特許出願番号特願2009−222833を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。
現在、高周波温熱治療装置としては、山本ビニター株式会社製のがん温熱治療装置「サーモトロン-RF8、Thermotron-RF8,Hyperthermia cancer treatment system」がある。この装置は、人体を電極で挟み込み、8MHzの電磁波を照射し治療部位を局所的に42℃−43℃に加熱する。この装置では、例えば1回あたりの治療時間を30−60分とし、週1回の治療を複数回実施する必要がある。
しかしながら、この種の従来の装置は、電磁波を照射して治療部位を加熱するものであるので、正確に局所加温することは難しく、近接組織の損傷の懸念もあり、治療範囲の制御や温度制御が困難である。更に、適合部位の自由度も小さい。
また、特許文献2には、テンプレートに少なくとも一の針が立設され、この針の表面に露出した複数のセンサが設けられることが記載されている。また、針には、具体的に、複数の温度センサと複数の熱生成センサが形成され、温度センサ等からのフィードバックに基づいて治療信号を針に供給し、熱生成センサを発熱させ、治療を行うことが記載されている。
しかしながら、特許文献2は、テンプレートに針を立設してテンプレートより針のセンサに電力を供給するものであり、全体が大型化し、適合部位の自由度も小さくなる。また、加熱する温度をどの程度にするのか具体的考えは示されていない。更に、テンプレートに針を立設して用いるものであるため、穿刺又は挿入する方向の自由度が小さい。
更に、特許文献3には、患部に差し込むヒートパイプと、ヒートパイプの後端側を加熱する熱源と、この熱源の温度を制御するコントローラと、加熱された患部の温度を複数箇所において測定する温度センサを備えた温熱治療装置が記載されている。
しかしながら、特許文献3は、ヒートパイプと温度センサが一体ではないため取り扱いが不便である。また、患部に差し込まれるヒートパイプは、後端側の熱源で加熱されるものであるから、ヒートパイプ全体を均一な温度にすることは難しい。また、特許文献3は、ヒートパイプの間隔を一定にする目安もなく、患部を均一に加熱することが困難である。また、ヒートパイプは、熱源に固定されており、したがって、穿刺又は挿入する方向の自由度が小さい。
更に、特許文献4には、生体内部の任意の場所に貫入するに十分な長さをもった注射針状の針の先端内部に、針内の電線を介して生体外部から電力を加えることにより、針の先端部を所要温度に加熱できるヒータと、針内のヒータ付近にヒータ周辺の温度を測定するためのセンサ機能とを備えた治療装置が記載されている。
しかしながら、特許文献4には、複数本の針を患部に差し込み、所定の範囲を一定に加熱する考え方はない。特許文献4に示されているのは、1本の針の温度制御に関してのみである。
また、本発明は、複数本の針を容易に所定の間隔で穿刺又は挿入することができ、患部を所定の範囲に亘って略均一に加熱することができる生体加熱装置及び温度制御方法を提供することを目的とする。
一般に、がん細胞は、健常細胞に比べ熱に弱いので、それほどの高温加熱は必要ない。タンパク質が不可逆的に熱変性する温度と時間で十分である。必要以上の高温や長時間加熱はかえって生体にダメージを与える。
ヒータの加熱温度は、タンパク質が不可逆的に熱変性する温度が好ましく、例えば患部の細胞の能動的な細胞死であるアポトーシス(積極的、機能的細胞死)を誘導する温度以上であって、受動的な細胞死であるネクローシス(細胞壊死)を誘導する温度以上であることは必ずしも必要ない。これにより、近接組織の損傷を極力避けることができる。すなわち、治療にあたっては、アポトーシスを誘導する十分な熱量(温度と時間)を患部に与える。
以上の例では、複数の穿刺針を保持具で一定間隔に保持する場合を説明したが、本発明の変形例としては、保持具で穿刺針を保持しない構成としても良い。
すなわち、本発明に係る生体加熱装置は、内部に形成された空芯部に、絶縁材で覆われたヒータと温度検出素子とを配置し、上記空芯部と少なくとも上記絶縁材で覆われたヒータとの間に更なる絶縁材が介在し、生体内の患部に穿刺又は挿入して、該患部を加熱する複数の穿刺針と、上記温度検出素子の温度検出結果に基づいて、上記ヒータが所定温度となるように上記穿刺針のそれぞれを独立に制御する制御部とを備え、上記穿刺針のそれぞれは、互いに隣接する上記穿刺針の間隔を略一定にする間隙形成凸部が針基側に形成されており、上記複数の穿刺針は、上記間隙形成凸部を突き合わせるようにして上記患部に穿刺又は挿入され、互いに隣接する上記穿刺針の間隔が略一定に保持され、上記制御部は、上記患部のタンパク質が不可逆的に熱変性する温度以上となるように、上記温度検出素子の温度検出結果に基づいて、上記ヒータのそれぞれを独立に制御する。
また、本発明に係る温度制御方法は、内部に形成された空芯部に、絶縁材で覆われたヒータと温度検出素子とを配置し、上記空芯部と少なくとも上記絶縁材で覆われたヒータとの間に更なる絶縁材が介在し、互いに隣接する上記穿刺針の間隔を一定にする間隙形成凸部が針基側に形成された穿刺針を、生体(人間を除く)内の患部に穿刺又は挿入して、上記間隙形成凸部を突き合わせて互いに隣接する上記穿刺針の間隔を略一定に保持した状態で加熱するとき、上記温度検出素子が検出した温度に基づいて、タンパク質が不可逆的に熱変性する温度以上となるように、上記穿刺針のそれぞれのヒータの温度を独立して制御する。
図1−図3に示すように、本発明を適用した生体加熱装置1は、内部にヒータ13と温度検出素子14とを有し、生体2内の患部2aに穿刺又は挿入して、患部2aを加熱する穿刺針10と、穿刺針10を複数本離間させて互いに一定間隔に保持する保持具20と、温度検出素子14の温度検出結果に基づいて、ヒータ13が所定温度となるように穿刺針10のそれぞれを独立に制御する制御部30とを備える。生体加熱装置1は、図2A及び図2Bに示すように、複数本の穿刺針10を生体2内の患部2aに穿刺又は挿入して、ヒータ13により加熱することで、患部2aを焼灼する。
なお、発熱体16は、必ずしも針管11の先端11a近傍で折り返す必要はなく、発熱量を小さくする場合、先端11aの中まで縦通させ片道で止めても良い。この場合は、電気的な戻り線13bを発熱体16に沿わせて設置することになる。具体的に、図3Cに示す例では、発熱体16が針管11に、折り返すことなく片道だけ通されている。ここでの発熱体16は、例えばセラミック碍子に発熱線を巻回することによって構成し、これを絶縁材16aで被覆することによって実現することができる。そして、ヒータ13の先端部には、絶縁チューブ13aで被覆された戻り線13bが導出され、この戻り線13bが針管11の基端側に折り返されている。このような図3Cに示す例では、ヒータ13が片道の分、針管11を細径化することができる。
さらに、図3B及び図3Cに示すように、発熱体16は、その周囲に絶縁材16aが被覆されている。この絶縁材16aは、例えばポリイミドチューブである。
なお、このコイル状の発熱線を部分的に設けたときには、針管11を部分的に発熱させることができる。具体的に、図3Dの例では針管11の先端部を発熱部とせず、中程が発熱部になるようにしている。すなわち、針管11内の空芯部12には、セラミック等の芯材16bにニッケルクロム合金線といった発熱線16cが巻回されたヒータ13がポリイミド等の絶縁チューブ16dで被覆されてなる。ヒータ13の先端部には、絶縁チューブ13aで被覆された戻り線13bが導出され、この戻り線13bが針管11の基端側に折り返されている。
針管11の空芯部12の内周面には、更に、ポリイミド等の絶縁チューブ12aが設けられており、この絶縁チューブ12a内に、絶縁チューブ16dで被覆されたヒータ13や絶縁チューブ13aで被覆された戻り線13bが延在される。更に、針管11の空芯部12の先端部には、ヒータ13の一端と隣接するように樹脂等の断熱材12bが充填されている。断熱材12bは、発熱範囲が針管11の先端部にまで及び発熱部となってしまわないようにしている。
図3Dの例では、深部臓器の患部2aを加熱する場合や、腹腔鏡を利用して患部2aを加熱する場合に有効となる。加えて、ヒータ13を折り返していないことから、針管11の細径化を実現できる。
なお、例えば、針管11の中程のみを発熱部にするときには、断熱材12bをヒータ13の両端部に設けるようにすればよい。このように、針管11内では、ヒータ13の大きさを調整し、ヒータ13の端部に隣接するように断熱材12bを配置するようにして、発熱部の位置や範囲を調整することができる。
また、各穿刺針10は、温度検出素子14が設けられており、検出される温度を制御部30に供給することから、制御部30は各穿刺針10の温度を独立して一定値となるように制御することができ、患部2a全体を所望とする温度に保つことができる。そのため、穿刺針10を穿刺又は挿入した位置に血流が存在し、部分的な温度損失があったとしても、患部2a全体を所望とする温度に加熱することができる。生体加熱装置1は、例えば、子宮癌、肝臓癌、舌癌などの皮下腫瘍の加熱に用いることができ、穿刺針10を患部2aの適切な位置に穿刺又は挿入し、温度設定をするだけで、熟練した技術なくして、確実に加熱が行える。
なお、ここでは、入力部35を介して入力される穿刺針10の加熱温度が60℃の場合を例に説明したが、本発明における温度はこれに限定されるものではない。例えば穿刺針10の加熱温度は、患部2aの細胞のアポトーシスを誘導する温度以上であれば、ネクローシスを誘導する温度以上であることは必ずしも必要は無い。このような温度としては、例えば、43℃以上65℃以下であり、更に好ましくは、50℃以上60℃以下である。そして、所定時間加熱することで、アポトーシスを誘導することができる。
次に、本発明の変形例について説明する。なお、上述の例と同一の部材や装置については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図9及び図10に示すように、本発明が適用された生体加熱装置50は、内部にヒータ13と温度検出素子14とを有し、生体2内の患部2aに穿刺又は挿入して、患部2aを加熱する穿刺針51を有する。
この穿刺針51は、図11に示すように、患部2aに穿刺又は挿入される先端側を発熱部52とし、基端側を穿刺針51を単独で取り扱うときの把持部ともなる間隙形成凸部53としている。間隙形成凸部53は、穿刺針51を患部2aに穿刺又は挿入したとき、互いに隣接する穿刺針の間隔を一定にし、患部2aを均一に加熱できるようにする。
患部2aを加熱し焼灼する発熱部52は、ステンレス管、チタン管等で形成された針管で、先端が先鋭な針先となっており、例えば三角錐状に形成されている。また、発熱部52は、例えば17Gの太さとなっている。
なお、先端面は、樹脂等で閉塞されている。
この発熱部52は、内部の空芯部の先端側に、穿刺針10と同様、ヒータ13が収容されている。また、この発熱部52は、内部の空芯部に、先端を除く領域に、穿刺針10と同様、温度検出素子14となる熱電対が収容されている。温度検出素子14としては、サーミスタ等であっても良い。
なお、ヒータ13は、上記図3Dに示すように、断熱材12bをヒータ13の一方又は両側に配置することで、発熱部52の位置や範囲を制御することができる。針管に部分的に発熱部を設ける場合は、深部臓器の患部を加熱する場合や、腹腔鏡を利用して患部を加熱する場合に有効となる。また、図3Cのように構成しても良い。
針基側の間隙形成凸部53は、発熱部52より太径であって、カバー54で被覆されている。カバー54は、生体適合性のある合成樹脂等で形成されており、内部の隙間には、ポッティング剤が充填されている。ポッティング剤としては、例えば医療関連用接着剤として用いられている二液混合型エポキシ接着剤、紫外線・可視光硬化型接着剤が用いられる。このように、間隙形成凸部53は、発熱部52の針基側において、カバー54で、針基側の周囲を覆い、内部の間隙にポッティング剤を充填しカバー54を固定することで、所定の太さと長さの発熱部52より太い太径部を実現するようにしている。
例えば、穿刺針51の先端側のヒータ13が収容された針先を除く発熱部52の長さを略47mmとしたとき、針基側の間隙形成凸部53の長さは、25mm程度、好ましくは15−20mm程度とされ、直径が6.5mmとされる。
生体加熱装置50では、上記図7及び図8の実験の条件に従えば、隣り合う穿刺針1との間隔を、好適な7mmに近い6.5mmにすることができる。
カバー54は、制御部30と穿刺針51とを電気的に接続する電力線コード17の導出部分を覆い、ポッティング剤を隙間に充填し固定することで、太径の間隙形成凸部53としている。カバー54で被覆された間隙形成凸部53からは、電力線コード17が導出されており、電力線コード17の先端部には、制御部30に接続されるコネクタ55が設けられている。コネクタ55は、ヒータ13に電力を供給するための+端子,−端子と、熱電対の+端子と−端子とを有する。コネクタ55は、制御部30のジャックに電気的に接続される。かくして、穿刺針51は、制御部30によって温度制御される。
以上のような穿刺針51は、図10に示すように、患部2aの大きさに合わせた本数が用いられ、ここでは4本が一度に用いられている。複数本の穿刺針51を使用する際には、図12に示すように、互いに隣接する穿刺針51の間隙形成凸部53を突き合わせるようにして患部2aに穿刺又は挿入される。これにより、患部2aには、等間隔に穿刺針51が穿刺又は挿入されることになる。
治療に際して、制御部30は、各穿刺針51の温度検出素子14で検出された温度に基づいて、所定温度に維持されるように各穿刺針51のヒータ13をそれぞれ独立して制御する。具体的に、制御部30は、温度検出素子14の温度検出結果とメモリ32に記憶された加熱温度とを比較し、温度検出素子14の温度検出結果がメモリ32に記憶された加熱温度より高いとき、ヒータ13を弱め、低いとき、ヒータ13を強める制御を行う。
例えば、メモリ32に記憶された加熱温度は、患部2aの細胞のアポトーシスを誘導する温度以上であって、ネクローシスを誘導する温度以上であることは必ずしも必要は無い。そして、アポトーシスを誘導する温度以上で、所定時間加熱し、所定の熱量を患部2aに与えることで、アポトーシスを誘導することができる。これにより、例えば、患部2aのがん幹細胞を含むがん細胞を死滅又は壊死させることができる。また、近接組織の損傷を極力避けることができる。このような温度としては、例えば、43℃以上65℃以下であり、更に好ましくは、50℃以上60℃以下である。
このような穿刺針51は、腹腔鏡や胸腔鏡を用いた鏡視下手術に用いることで、低侵襲外科医療を実現することができる。すなわち、腹腔鏡や胸腔鏡の挿入のための切開創とは別の手術操作に用いる器具を挿入するための切開創を設け、この切開創より穿刺針51を挿入し、患部2aに穿刺又は挿入し、加熱することで患部2aを焼灼することができる。また、このような使用例は、上述した生体加熱装置1でも行うことができる。
また、穿刺針51は、カテーテルを用いて、患部2aに患部2aに穿刺又は挿入し、加熱することで患部2aを焼灼することができる。
なお、以上説明した生体加熱装置1,50は、人、犬、猫等種々の生体の患部を焼灼することができ、上述の例に限定されるものではない。
Claims (15)
- 内部に形成された空芯部に、絶縁材で覆われたヒータと温度検出素子とを配置し、上記空芯部と少なくとも上記絶縁材で覆われたヒータとの間に更なる絶縁材が介在し、生体内の患部に穿刺又は挿入して、該患部を加熱する複数の穿刺針と、
上記温度検出素子の温度検出結果に基づいて、上記ヒータが所定温度となるように上記穿刺針のそれぞれを独立に制御する制御部とを備え、
上記穿刺針のそれぞれは、互いに隣接する上記穿刺針の間隔を略一定にする間隙形成凸部が針基側に形成されており、
上記複数の穿刺針は、上記間隙形成凸部を突き合わせるようにして上記患部に穿刺又は挿入され、互いに隣接する上記穿刺針の間隔が略一定に保持され、
上記制御部は、上記患部のタンパク質が不可逆的に熱変性する温度以上となるように、上記温度検出素子の温度検出結果に基づいて、上記ヒータのそれぞれを独立に制御する生体加熱装置。 - 上記制御部は、上記患部の温度が上記患部の細胞のアポトーシスを誘導する温度以上となるように、上記ヒータのそれぞれを独立に制御する請求項1記載の生体加熱装置。
- 上記複数の穿刺針の間隔は、隣接する穿刺針同士の中心軸間距離が3〜10mmである請求項1又は請求項2記載の生体加熱装置。
- 上記間隙形成凸部は、針基側をカバーで覆って針先側より太く形成され、
上記カバーからは、上記制御部と電気的に接続される電力線コードが導出されている請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の生体加熱装置。 - 上記穿刺針の内部には、上記ヒータの少なくとも何れか一方の端部に隣接して断熱材が配置されている請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の生体加熱装置。
- 内部に形成された空芯部に、絶縁材で覆われたヒータと温度検出素子とを配置し、上記空芯部と少なくとも上記絶縁材で覆われたヒータとの間に更なる絶縁材が介在し、互いに隣接する上記穿刺針の間隔を一定にする間隙形成凸部が針基側に形成された穿刺針を、生体(人間を除く)内の患部に穿刺又は挿入して、上記間隙形成凸部を突き合わせて互いに隣接する上記穿刺針の間隔を略一定に保持した状態で加熱するとき、
上記温度検出素子が検出した温度に基づいて、タンパク質が不可逆的に熱変性する温度以上となるように、上記穿刺針のそれぞれのヒータの温度を独立して制御する穿刺針の温度制御方法。 - 上記穿刺針を生体(人間を除く)内の患部に穿刺又は挿入して、上記患部の温度が上記患部の細胞のアポトーシスを誘導する温度以上となるように制御する請求項6記載の穿刺針の温度制御方法。
- 内部に形成された空芯部に、絶縁材で覆われたヒータと温度検出素子とを配置し、上記空芯部と少なくとも上記絶縁材で覆われたヒータとの間に更なる絶縁材が介在し、生体内の患部に穿刺又は挿入して、該患部を加熱する穿刺針と、
上記穿刺針を複数本離間させて互いに一定間隔に保持する保持具と、
上記温度検出素子の温度検出結果に基づいて、上記ヒータが所定温度となるように上記穿刺針のそれぞれを独立に制御する制御部とを備え、
上記穿刺針は、上記保持具の挿入口に挿入され、該保持具の挿入口に対応して形成されたネジ孔にネジを螺着することで、上記保持具に固定される生体加熱装置。 - 上記複数の穿刺針の間隔は、上記隣接する穿刺針同士の中心軸距離が3〜10mmである請求項8記載の生体加熱装置。
- 上記制御部は、上記複数本の穿刺針のうち、隣接する該穿刺針間の中線位置における上記患部が5分以上50℃以上に保たれるように制御する請求項8又は請求項9記載の生体加熱装置。
- 上記患部の加熱温度を入力する温度入力部を備え、
上記制御部は、上記温度入力部により入力された加熱温度を記憶する記憶部を有し、該制御部は、上記温度検出素子の温度検出結果と上記加熱温度とを比較して、その比較結果に基づいて上記ヒータを上記加熱温度となるように制御する請求項8乃至請求項10のいずれか1項記載の生体加熱装置。 - 上記制御部は、タンパク質が不可逆的に熱変性する温度以上となるように、上記温度検出素子の温度検出結果に基づいて、上記ヒータのそれぞれを独立に制御する請求項8乃至請求項11のいずれか1項記載の生体加熱装置。
- 上記制御部は、上記患部の温度が上記患部の細胞のアポトーシスを誘導する温度以上となるように、上記ヒータのそれぞれを独立に制御する請求項8乃至請求項11のいずれか1項記載の生体加熱装置。
- 上記穿刺針の内部には、上記ヒータの少なくとも何れか一方の端部に隣接して断熱材が配置されている請求項8乃至請求項13のいずれか1項記載の生体加熱装置。
- 内部にヒータと温度検出素子とを有する穿刺針を、複数本が互いに一定間隔となるように保持具で保持し、生体(人間を除く)内の患部に穿刺又は挿入して、上記穿刺針を加熱するとき、
上記穿刺針は、上記保持具の挿入口に挿入され、該保持具の挿入口に対応して形成されたネジ孔にネジを螺着することで、上記保持具に固定されており、
上記穿刺針の温度検出素子の温度検出結果に基づいて、該穿刺針が所定の温度となるようにそれぞれ独立して上記ヒータを制御する温度制御方法。
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