JP6045916B2 - 組織識別能力を持つ介入的な切除デバイス - Google Patents

Description

本発明は、例えば患者の体に含まれる腫瘍組織を切除するのに用いられることができる介入的な切除デバイスに関する。更に、本発明は、介入的な切除針、切除手順の制御を可能にするコンピュータプログラム、及び斯かるコンピュータプログラムを備えるコンピュータ可読媒体に関する。

腫瘍学において、腫瘍の切除は、特に腫瘍の切除が困難又はほぼ不可能である場合において一般的な手順である。例えば、肝臓において複数の腫瘍部位があるとき、これらの部位が肝臓の異なる部分に存在していれば、完全な除去は可能ではない。すると通常なされることは、主な腫瘍部位を含む肝臓の部分が除去され、同様に腫瘍部位を含む肝臓の残りの部分が、針切除手順により処理されることである。そこでは、１つ又は複数の針が、例えば、以前に又は同時に取得された超音波又はコンピュータ断層撮影画像に基づき、画像誘導を用いて腫瘍組織内に配置されることができる。

複数の種類の切除技術が知られる。例えば、腫瘍組織を処理するため、介入の間、無線周波数（ＲＦ）切除が用いられることができる。通常、ＲＦ切除針は、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの間の高い周波数の交流を生成する。イオンが、誘導された電磁場により撹拌され、摩擦が原因で、この運動は熱に変換される。この熱は順に、細胞死をもたらすことができ、こうして、腫瘍細胞の滅失を生じさせることができる。

しかしながら、熱伝搬は、予測困難でありえる。なぜなら、それは、被加熱組織の形態に非常に依存し、例えば、ヒートシンクとして機能する血管が存在するかどうかに依存するからである。従って、腫瘍が完全に処理されたかどうかを外科医が判断することは、ほぼ不可能である。特に、斯かる切除の進行が一般には、正常な超音波視野の下では見えないからである。

国際公開第２００８／０２３３２１ Ａ２号は、ＭＲ撮像システムのＲＦ電場及び／又は磁場において使用されるＲＦ切除に関する介入デバイスを記載する。このデバイスは、微小コイルを用いてＭＲ撮像システムにより生成される画像において、好ましくは追跡可能である、又は誘導若しくは視覚化されることができる切除カテーテルを有する。しかしながら、切除針の誘導に関して磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）を用いる代替案は、介入を非常に高コストで非実用的なものにする。なぜなら、手術介入の間、斯かる手術装置が利用可能であることを必要とするからである。

切除手順の簡単でコスト効率の良い監視を可能にする介入的な切除デバイス及びコンピュータプログラムに対する必要性が存在する。

斯かる必要性は、独立請求項の主題により解決されることができる。有利な実施形態が、従属項において規定される。

本発明の第１の側面によれば、介入的な切除デバイスは、細長いボディ、切除要素及び少なくとも１つのセンサ要素を持つ切除針を有する。そこでは、このデバイスは、センサにより提供される測定値に基づき、切除部位を囲む組織の生理的情報を検出するよう構成される。

本発明の第２の側面によれば、細長いボディ、切除要素及び少なくとも１つのセンサ要素を持つ切除針が提案される。センサは、切除部位を囲む組織の生理的情報の検出を可能にする測定値を提供するよう構成される。好ましくは、針は、切除要素の対向する側で２つ又はこれ以上のセンサを有する。

本発明の第３の側面によれば、コンピュータで実行されるとき、切除手順の間の、介入的な切除針の細長いボディに構成されるセンサにより提供される測定値を取得するステップと、上記取得された測定値に基づき切除部位を囲む組織の生理的情報を提供するステップとを制御することを可能にするコンピュータプログラムが構成される。好ましくは、細長いボディに提供される切除要素は、生理的情報に基づき制御されることができるか、又は、生理的情報がユーザに表示されることができる。

本発明の要旨は、介入的な切除デバイスの細長いボディに１つ又は複数のセンサを一体化するというアイデアに見られることができる。このセンサは、例えば外科的な切除介入の間、切除要素を用いて処理される組織の生理的情報を検出することを可能にする。検出された生理的情報から、センサに隣接する組織のタイプ、即ちセンサに隣接して切除デバイスのボディを囲む組織が、例えば正常な健康な組織、腫瘍組織又は切除された組織であるかどうかを識別することが可能である。斯かる組織識別情報は、外科医に提供されることができるか、又は切除手順を自動的に制御するために用いられることができる。例えば、コンピュータ断層撮影情報の取得に先行して、健康な組織に囲まれる腫瘍のボリューム及びジオメトリを知ることで、更に、腫瘍に対する切除デバイスの正確な位置及び切除デバイスの切除要素に対するセンサの正確な位置を知ることで、切除手順が正確に制御されることができ、隣接する健康な組織に不必要な影響を与えることなく、腫瘍が完全に破壊されることを可能にする。

センサは、例えば光源及び光検出器に接続される、又はこれらを有する光学センサとすることができる。センサは、隣接組織により反射される光に基づき測定値を提供するよう構成されることができる。有利には、センサは、反射された光の反射スペクトルを測定するよう構成されることができる。斯かる反射スペクトルから、組織のタイプが得られることができる。例えば蛍光検出、２光子分光法、ラマン分光法、差分経路長分光法又は拡散光学断層撮影といった光学技術を用いる他のタイプの光学センサが、隣接組織の生理的情報を検出するため、同様に用いられることができる。更に、センサは、ファイバーバンドル手法、スキャニング光学コヒーレンス断層撮影、又はスキャニングファイバー技術を用いるような顕微鏡センシングのために構成されることができる。

有利には、少なくとも２つのセンサは、切除要素の対向側に構成され、好ましくは細長いボディの長手軸に平行な線に沿って構成される。斯かる２つのセンサは、切除要素に隣接して、及び切除要素から所定の距離離れて構成されることができる。切除要素の対向側に構成される斯かる２つのセンサを持つことは、細長いボディに平行に、切除要素から間隔をおいて配置される対向する方向における切除進行を監視することを可能にすることができる。

有利には、複数のセンサが、切除要素の対向側に構成される。センサは、細長いボディの長手軸に平行な線に沿って構成されることができ、及び所定の距離で互いに間隔を空けて配置されることができる。間隔を置かれたセンサの各々により提供される測定値を監視することにより、切除進行が、監視されることができ、全体の腫瘍組織が切除されるとすぐに、及び過剰な量の健康な組織が影響を受ける前に、切除処理が停止されることができる。

更なる実施形態において、切除デバイスは更に、検出された生理的情報に基づき、切除要素を自動制御するコントローラを有することができる。例えば、斯かる制御は、複数のセンサにおける特定のセンサの測定値に基づかれることができる。この特定のセンサは、切除手順の間、センサに隣接する組織が、腫瘍組織から切除された組織への遷移により、光学特性を変えたことを示し、一方、隣接するセンサは、健康な組織を検出し、又は、健康な組織から切除された組織への遷移を検出する。斯かる情報は、切除手順を止めるために用いられることができる。

更に、コントローラは、例えば事前のMRI解析により得られる腫瘍組織のジオメトリ又はボリュームに関する情報といった術前データ取得において得られる切除部位での組織に関する追加的な情報を考慮することができる。

更に、切除デバイスは、個別のセンサの異なる方向における１つ又は複数のセンサにより提供される複数の測定値を取得し、そこから２次元画像を生成する撮像デバイスを有することができる。更に、個別のセンサの異なる位置で複数の２次元画像を生成することで、例えば断層撮影技術を用いて、３次元画像が生成されることができる。

本発明の実施形態による介入的な切除デバイスを概略的に示す図である。 本発明の実施形態による切除デバイスを用いる切除手順の進行を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による切除デバイスを用いる切除手順の進行を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による切除デバイスを用いる切除手順の進行を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による切除デバイスにおいて用いられることができる、光学センサにより測定される反射スペクトルの例を示す図である。 本発明の実施形態による切除デバイスにおいて用いられることができる、光学センサにより測定される反射スペクトルの例を示す図である。 本発明の実施形態による切除デバイスにおいて用いられることができる、光学センサにより測定される反射スペクトルの例を示す図である。

本発明の側面及び実施形態が、異なる主題を参照して本書において説明される点に留意されたい。特に、介入的な切除デバイス及び特に切除針といったその要素を参照していくつかの実施形態が説明されるが、他の特徴は、斯かる介入切除デバイスを用いる又は制御することを参照して説明される。しかしながら、当業者であれば、他の記載がない限り、あるタイプの主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関する特徴の任意の組合せが、本願に開示されると考えられる点を上記又は下記の説明から推察するであろう。

本発明の特徴及び効果が、添付の図に示される特有の実施形態に関して更に説明されることになるが、本発明は、これらに限定されるものではない。

図面に示される特徴は、概略的なものであり、大きさどおりに描かれるものではない。図にわたり、同様な特徴は、同様な参照符号で示される。

図１は、本発明の実施形態による介入的な切除デバイス１を示す。切除デバイス１は、健康な組織により囲まれる腫瘍組織といった悪性の組織を、切除する、即ち除去又は破壊するために用いられることができる。

切除デバイス１は、細長いボディ５及びハンドル７を持つ切除針３を有する。細長いボディ５は、２２〜１１ゲイジ、即ち０．７２〜３．０５ｍｍの小さな直径を持ち、１００〜３００ｍｍの間の、又は更に好ましくは１２０〜２５０ｍｍの間の長さを持つ。更に、細長いボディ５は、その遠位端部にとがった先端を持ち、これにより、切除針を患者の組織に容易に導入することが可能にされる。

切除要素９は、ボディ５に配置される。切除要素５は、ボディ５の遠位端部に近い領域に構成されるが、この遠位端部から間隔を置かれる。例えば、切除要素は、ボディ５の遠位端部から離れて５〜１００ｍｍの間の距離に配置される。

ボディ５に沿って対向する側に、複数のセンサ１１、１３、１５、１７、１９、２１が、ボディ５上に構成される。このセンサは、互いに及び切除要素９から間隔を置いて、例えば１〜５０ｍｍの距離に、又は更に好ましくは１〜１０ｍｍの間の距離に配置される。

切除針３は、使い捨ての製品として提供されることができる。斯かる使い捨ての針は、切除デバイスの更なる要素へと接続されることができる。例えば、針３は、針上に提供されるセンサから測定値を取得することができ、針上に提供される切除要素を制御することができるコントローラ端末２３に接続されることができる。この針は、各動作後に処分及び置換されることができる。

切除要素９は、１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲の高い周波数の交流を生成することによりエネルギーを放出するよう構成される無線周波数切除（ＲＦＡ）要素とすることができる。斯かる高周波数エネルギーは、隣接組織に含まれるイオンにより吸収されることができ、これらのイオンの振動が原因で、組織が効果的に加熱されることができる。熱は、細胞死を誘導することができる。従って、切除要素９が腫瘍組織内に配置されるよう切除針が患者の組織に挿入されるとき、斯かる腫瘍組織が、局所的に加熱されることができ、腫瘍細胞が破壊されることができる。

代替的に、切除要素は、例えば低温切除といった他の切除原理に依存することができる。低温切除において、隣接組織は冷却され、腫瘍細胞はアイシングにより破壊されることができる。

図２〜図４のシーケンスに概略的に示されるように、切除針３は正常な健康な組織３１により囲まれる腫瘍組織２７に挿入されることができる。その結果、切除要素９が、腫瘍組織２７のおよそ中央に配置される。切除針３の正確な位置決めは、例えば超音波撮像又はコンピュータ断層撮影といった外部撮像手段を用いて監視されることができる。切除手順を始めた後、切除要素９は、切除部位３１内の隣接組織を加熱又は冷却する。生物学的細胞が過剰な加熱又は冷却によって死滅される切除部位３３の周りで切除される組織２９を含む切除ボリューム３５が、継続的な切除進行に伴い成長する。

従来は、外科医は、切除の進行を監視することが可能でなかった。即ち、切除手順の間、生成された損傷が既に全体の腫瘍を破壊したかどうか、及び健康な組織がダメージを受け始めたかどうかを監視することはできなかった。通常隣接組織の形態に強く依存し、例えば血管が存在するかどうかに強く依存するため、熱／冷却伝搬が予測困難であったため、外科医は、自分の経験に頼らなければならず、しばしば、全体の腫瘍を破壊しきれなかったり、又は、他方では、過剰な健康な組織が切除手順の間、ダメージを受けることがあった。

斯かる欠点を克服するため、本書において提案される切除デバイス１は、切除要素９の両側の細長いボディ５における長手方向に沿って構成される複数のセンサ１１、１３、１５、１７、１９、２１を有する。センサ１１〜２１の各々は、隣接組織２７、２９、３１に関する生理的情報を示すために用いられることができるパラメータ値を測定することができる。このパラメータ値は例えば、隣接組織が健康な組織３１、腫瘍組織２７又は切除された組織２９であるかどうかを示す。

この目的のため、センサ１１〜２１は、隣接組織により反射される光の反射スペクトルを測定するよう構成される光学センサとして提供されることができる。光学センサは、光学ファイバー（明確さのため図示省略）を有することができる。光学ファイバーの遠位端部は、ボディ５の遠位端部に構成され、こうして局所センサ１１〜２１が形成される。光学ファイバーの近位端部は、制御コンソール２３に接続されることができる。コンソール２３、ＬＥＤといった光源３７、及び光検出器３９が提供されることができる。光源３７から生じる光は、近位端部で光学ファイバーに結合することができ、遠位端部に向かって伝搬することができる。遠位端部では、光が光学ファイバーを出て、隣接組織を照射することができる。このファイバーの方へ後方反射される光が、ファイバーによりキャプチャされ、ファイバーの近位端部で検出器３９へと誘導されることができる。光源３７、光学ファイバー及び光検出器３９を有する斯かるシステムを用いることで、反射スペクトルが取得されることができる。特に、反射スペクトルが、可視及び／又は近赤外線範囲において測定されることができる。

図５〜図７は反射スペクトルを示す。これらは、センサ１１〜２１の１つに含まれる検出器により検出されることができる。反射分光法を用いて取得される斯かるスペクトルは、組織２７、２９、３１のタイプ、特にその生理的特性のタイプに基づき、典型的な特性を持つことができる。例えば、図５に示される反射スペクトルは、正常な健康の肝臓組織３１を示す。図６に示される反射スペクトルは、腫瘍肝臓組織２７を表す。図７に示される反射スペクトルは、切除された肝臓組織２９を表す。従って、センサ１１〜２１により提供される測定及びそれとともに得られる反射スペクトルから、切除側３３を囲む組織の生理的情報が得られることができる。

図２〜図４に戻り、切除制御スキームが説明されることができる。切除処理の始めに、ＲＦ切除要素９は、電気エネルギーを具備する。このエネルギーは、切除要素９に隣接する切除部位３３の周りのボリューム３５を加熱するＲＦエネルギーへと変換される。この時点で、切除要素９の両側でボディ５に沿って等距離に構成されるセンサ１１〜２１のいずれも、切除された組織２９を検出していない。切除要素９に最も近いセンサ１５、１７が、腫瘍内にあり、従って、腫瘍組織２７を表す反射スペクトルを検出する。切除要素９から更に離れるセンサ１１、１３、１９、２１は、腫瘍の外側に配置され、従って、正常な健康な組織３１を示す反射スペクトルを検出する。

切除処理の進行に伴い、切除部位３３のボリューム３５が増加する。図３に示されるように、切除されたボリューム３５は、しばらくして最も内側のセンサ１５、１７に達するが、外側のセンサ１３、１９にはまだ達していない。これは、切除がまだ充分でないことを示す。図４において、切除されたボリューム３５が、センサ１３、１９にも達した。これらのセンサ１３、１９は最初は、健康な組織３１を示す反射スペクトルを検出していたが、今では切除された組織２９を示す反射スペクトルを測定する。斯かる監視結果に基づき、切除デバイスは、切除されたボリューム２９が全体の腫瘍を覆っており、切除処理が止められることができることを検出することができる。斯かる情報は、介入的な切除デバイス１のコンソール２３に接続されるディスプレイ２５を介して外科医に示されることができ、又は切除要素９に対するエネルギー供給を自動的に止め、これにより切除処理を止めるため、コンソール２３において内部的に用いられることもできる。

上述された実施形態において、切除デバイス１のボディ５に沿って構成されるセンサ１１〜２１を用いて、腫瘍の１次元断面に沿って生理的情報が取得される。腫瘍が不規則でありえる、即ち細長いボディ５の長手方向に垂直な方向においてより大きくなる場合があるので、切除デバイス１により提供される情報を、例えばＣＴ又はＭＲＩといった他の撮像モダリティを用いることにより切除デバイスの挿入前に取得される術前データと結合することは、有利である。斯かる術前データから、様々な方向における腫瘍の寸法が推測されることができる。腫瘍が、挿入された細長いボディ５の長手方向に平行な方向において、これに垂直な方向においてよりも小さいという情報は、切除手順の制御を訂正又は適合させるのに使用されることができる。細長いボディ５の寸法及び切除要素９に対するセンサ１１〜２１の位置が知られるので、細長いボディ５に沿った腫瘍のサイズが測定されることができる。術前データから生じるボディ５の長手方向に垂直なサイズを用いると、切除されたボリューム２９が腫瘍の最大寸法より大きなサイズに達するとすぐに、切除処理が適切に制御及び停止されることができる。

更なる実施形態によれば、切除デバイス１は、可能であればコンソール２３に含まれる撮像デバイス４１を更に有する。切除処理の間、切除針３は、ボディ５の長手軸の周りで回転されることができる。これにより、センサ１１〜２１は１つの寸法に沿ってのみ配置され、センサの各々は、空間における１つの隣接するポイントでのみ測定値を取得するよう構成されるが、異なる方向において構成されるとき、センサを用いて複数の測定値を取得することにより、２次元撮像が可能にされることができる。従って、隣接組織に関する生理的情報を含む２Ｄ画像が、回転されるセンサ１１〜２１の測定値から取得されることができる。例えば拡散光学断層撮影（ＤＯＴ）に関して開発された断層撮影アルゴリズムを用いて、センサ１１〜２１の異なる位置で生成される複数の２Ｄ画像を取得することにより、３次元撮像でさえ可能にされる。

最終的に、反射スペクトルを測定する代わりに又はこれに加えて、センサ１１〜２１が、例えば蛍光検出、２光子分光法、ラマン分光法、差分経路長分光法又は拡散光学断層撮影を用いて、生理的情報を示す他のパラメータを測定するよう構成されることができる点に留意されたい。更に、センサは、ファイバーバンドル手法、スキャニング光学コヒーレンス断層撮影、又はスキャニングファイバー技術を用いる顕微鏡センシングをすることもできる。更に、光学センサとは別に、温度センサ、ＰＨセンサ、剛性センサ又は超音波トランスデューサといった他のセンサが、光学センサ１１〜２１を補足するために、切除デバイス１の細長いボディ５に沿って構成されることもできる。超音波技術が、光音響検出といった光学方法と組み合わされることができる。

「有する」及びこれに類する語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」は、アイテムの複数性を除外するものではない点に留意されたい。また、異なる実施形態に関連して記載される要素は、結合されることができる。請求項における参照符号は、請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない点に留意されたい。

Claims (13)

1. 切除デバイスに関して使用可能な介入的な切除針であって、
   前記針が、細長いボディ、切除要素及び前記切除要素の対向側で前記細長いボディの長手軸に平行なラインに沿って前記切除要素に隣接する前記ボディに構成される少なくとも２つのセンサを有し、
   前記センサは、切除部位を囲む組織の生理的情報の検出を可能にする測定値を提供するよう構成され、
   前記測定値が、前記組織が健康な組織、腫瘍組織、又は切除された組織であるかを示し、
   前記針が、前記切除要素の対向側の各々に複数のセンサを有する、切除針。
2. 介入的な切除デバイスであって、
   請求項１に記載の介入的な切除針を有し、
   前記デバイスが、前記センサにより提供される測定値に基づき、切除部位を囲む組織の生理的情報を検出するよう構成される、切除デバイス。
3. 前記センサが、光源及び光検出器に接続され、前記センサは、前記組織により反射される光に基づき測定値を提供するよう構成される、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記デバイスが、前記組織により反射される光の反射スペクトルを測定するよう構成される、請求項２に記載のデバイス。
5. 前記デバイスが、蛍光検出、２光子分光法、ラマン分光法、差分経路長分光法、拡散光学断層撮影、及び顕微鏡的センシングの少なくとも１つに関して構成される、請求項２に記載のデバイス。
6. 温度センサ、ＰＨセンサ、剛性センサ及び超音波センサのうちの少なくとも１つを更に有する、請求項２に記載のデバイス。
7. 前記デバイスが、前記検出された生理的情報に基づき、前記切除要素を制御するコントローラ端末を有する、請求項２に記載のデバイス。
8. 前記コントローラ端末が、術前データ取得において得られる前記切除部位の組織に関する追加的な情報を考慮して、前記切除要素を制御するよう更に構成される、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記デバイスが、前記センサの異なる方向においてセンサにより提供される複数の測定値を取得し、前記取得した測定値から２Ｄ画像を生成する撮像デバイスを有する、請求項２に記載のデバイス。
10. 前記撮像デバイスが、前記センサの異なる位置で生成される複数の２Ｄ画像から３Ｄ画像を生成するよう構成される、請求項９に記載のデバイス。
11. コンピュータで実行されるとき、切除処理の間の、
    請求項１に記載の介入的な切除針の細長いボディに構成されるセンサにより提供される測定値を取得するステップと、
    前記取得された測定値に基づき切除部位を囲む組織の生理的情報を提供するステップとを制御することを可能にするコンピュータプログラム。
12. 前記制御される処理が、前記生理的情報に基づき前記ボディに提供される切除要素を制御するステップを更に有する、請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを持つコンピュータ可読媒体。

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