JP6767030B2

JP6767030B2 - 患部加熱システム、及び、腫瘍診断システム

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Publication number: JP6767030B2
Application number: JP2019518754A
Authority: JP
Inventors: 道雄竹内; 英之長谷川
Original assignee: TATEYAMA KAGAKU DEVICE TECHNOLOGY CO., LTD.; Toyama University
Current assignee: TATEYAMA KAGAKU DEVICE TECHNOLOGY CO., LTD.; Toyama University
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2038-05-11
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Description

本発明は、生体内の患部を加熱治療するための患部加熱システム、及び、生体内の腫瘍の有無を診断するための腫瘍診断システムに関する。

近年、癌の非侵襲的な治療法として、ハイパーサーミアという温熱療法が施術されることがある。このハイパーサーミアでは、癌細胞が正常細胞よりも熱に弱いことを利用し、患部を加熱することで癌細胞を死滅させる。ハイパーサーミアにおける加熱手法としてこれまで色々な方法が提案されている。例えば、強磁場を人体に印加する方式、高周波電流を印加する方式、電磁波を照射する方式などである。しかしながら、これらの加熱方式は、エネルギー効率が悪い、癌細胞を選択的に加熱することが出来ないため体内火傷を誘発しやすい等の理由から、普及しているとは言えない。ハイパーサーミアを行うための装置としては、例えば、特許文献１に記載されているように、生体内の患部に電磁発熱体を配置し、電磁発熱体に電磁波を照射することにより発熱させ、患部を加熱する装置が用いられている。

これに対して、近年、非特許文献１に記載されているように、オンコサーミアという癌の温熱治療が施術されることがある。オンコサーミアでは、超短波領域で癌細胞のインピーダンスが正常な細胞に比べて低いことを利用している。悪性腫瘍が含まれる生体に高周波電流を印加すると悪性腫瘍細胞壁に電流が集束し加熱されることで悪性腫瘍細胞のアポトーシスを促す。オンコサーミアは、皮膚の切開等の手術を伴わず、非侵襲的であり、加熱に悪性腫瘍選択性がある癌治療法であり、生体への負担が少ないことから注目されている。

特開２０１１−２５１０４２号公報

サース・アンドラーシュ、盛田常夫著、「腫瘍温熱療法オンコサーミアハイパーサーミアのパラダイム転換医術から医学へ」、日本評論社、２０１２年６月

ここで、ハイパーサーミアやオンコサーミアにより治療を行う場合には、悪性腫瘍を約４２．５度まで加熱する必要があるため、悪性腫瘍の温度を測定する必要がある。現実的には，患部周辺を切開しＮＴＣサーミスタなどの測温抵抗体温度センサや熱電対温度センサプローブを埋め込み温度を測定する方法が考えられる。しかしながら、センサプローブを埋め込んでしまうと、非侵襲的な治療法という温熱治療の特徴が失われてしまう。また、温度測定装置を生体内に埋め込んだ状態で生体に電磁波を照射したり、強磁場や高周波電流を印加すると、温度測定装置が発熱してしまい、悪性腫瘍以外の細胞も破壊してしまうおそれがある。

また、発明者らは、オンコサーミア方式で生体に高周波電流を流すと悪性腫瘍が選択的に加熱される特徴を活かし、生体内の温度を測定することで悪性腫瘍の有無を判定する腫瘍診断システムを開発している。しかしながら、このような腫瘍診断システムにおいても、同様な問題が生じてしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、高周波電流を人体に印加することで非侵襲的なハイパーサーミアやオンコサーミアを施術することができ、温度測定装置による悪性腫瘍以外の細胞の破壊を防止できる患部加熱システム、及びオンコサーミアの原理を用いた腫瘍診断システムを提供することである。

本発明の患部加熱システムは、体内の患部を加熱治療するための患部加熱システムであって、高周波電源、及び、患部を挟むように配置された一対の電極を有し、高周波電源により一対の電極に電圧を印加することにより患部を含む領域に電場を発生させる電場発生装置と、患部に向けて超音波を発生する送波器、体内からの超音波エコーを受波する受波器、及び、受波器が受波したエコーに基づき、患部を通る平面もしくは体積における各グリッドに対応するエコー波を取得し、各グリッドのエコー波の強度の頻度分布データに分布関数を適用することにより各グリッドのパラメータを取得し、取得した各グリッドのパラメータに基づき対応する各グリッドの生体内の温度情報（温度もしくは温度変化）を算出する温度算出回路を有する温度測定装置と、温度測定装置が測定した温度情報に基づき、患部が所定の温度になるように電場発生装置の高周波電源が印加する電圧を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成の本発明によれば、温度測定装置が受波器により超音波エコーを受波し、この受波したエコーに基づき生体内の温度情報を算出し、これに基づき電場発生装置の高周波電源が印加する電圧を制御するため、温度測定装置を患者の体内に配置するための手術等を行う必要がなくなるとともに、温度測定装置が高温になり悪性腫瘍以外の細胞を破壊するのを防止できる。

上記構成の本発明によれば、患部の断面もしくは体積内の全体の温度に基づき、電場発生装置を制御することができ、患部全体の治療を確実に所定の温度に加熱することができる。

オンコサーミアにより癌治療を行う際に悪性腫瘍Ｃを４２．５度まで加熱するが、通常体温は３６度程度であるため、わずかな温度の変化を検知する必要がある。これに対して、上記構成の本発明によれば、わずかな温度の変化を検知することができる。

本発明において、好ましくは、温度測定装置は、電場発生装置を停止した状態で取得したパラメータに対する、電場発生装置を稼働した状態で取得したパラメータの比に基づき、対応する各グリッドの温度もしくは温度変化を推定する。
上記構成の本発明によれば、より正確に患部の温度を推定することができる。

本発明において、好ましくは、電場発生装置による電場の発生が実施されている間は、温度測定装置による超音波の発生及び超音波エコーの受波を行わず、電場発生装置による電場の発生が停止されている間に、温度測定装置による超音波の発生及び超音波エコーの受波を行う。

送波器及び受波器は、超音波の発振及び受信に圧電素子を用いており、構造的にキャパシタンスを有するため、周囲で高周波電磁波が生じているような状況では、高周波電磁波による雑音が混入し正確な測定を行うことができない。これに対して、上記構成の本発明によれば、電場発生装置による電場の発生が停止されている間に、温度測定装置による超音波の発生及び超音波エコーの受波を行うため、電場発生装置による送波器及び受波器への影響を防ぎ、正確な測定を行うことができる。

本発明において、好ましくは、さらに、アンテナを備え、アンテナを用いて、電場発生装置による電場の発生が実施されているか停止されているかを検知する。
上記構成の本発明によれば、電場発生装置により電場が生じているか否かを確実に検知して、正確な測定を行うことができる。

本発明の腫瘍診断システムは、生体内の腫瘍の有無を診断するための腫瘍診断システムであって、高周波電源、及び、生体の診断領域を挟むように配置された一対の電極を有し、高周波電源により一対の電極に電圧を印加することにより生体の診断領域に電場を発生させる電場発生装置と、診断領域に向けて超音波を発生する送波器、体内からの超音波エコーを受信する受波器、及び、受波器が受信したエコーに基づき診断領域の温度情報を算出する温度算出回路を有する温度測定装置と、温度測定装置が測定した温度情報に基づき、診断領域に所定以上の温度もしくは温度上昇となる部分がある場合には、当該部分を腫瘍と判定する診断装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成の本発明によれば、電場発生装置により生体の診断領域に電場を発生させることにより、診断領域内に悪性腫瘍がある場合には悪性腫瘍が選択的に加熱されるため、温度測定装置により測定された温度情報に基づき、悪性腫瘍の有無を非侵襲的に判定することができる。

本発明において、好ましくは、温度測定装置は、生体を含む平面もしくは体積における温度もしくは温度変化の分布を温度情報として算出する。
上記構成の本発明によれば、悪性腫瘍の有無のみならず、悪性腫瘍の位置及び大きさを検知することができる。

本発明によれば、高周波電流を人体に印加することで非侵襲的なハイパーサーミアやオンコサーミアを施術することができ、温度測定装置による悪性腫瘍以外の細胞の破壊を防止できる患部加熱システム、及びオンコサーミアの原理を用いた腫瘍診断システムを提供することができる。

第１実施形態の患部加熱システムの構成を示すブロック図である。図１に示す患部加熱システムにおける電場発生装置の構成を示し、（Ａ）は患者の側方から見た立面図であり、（Ｂ）は患部断面図である。図１に示す患部加熱システムにおける温度測定装置の構成を示す図である。温度検出用波形の一例を示す図である。温度検出用波形の頻度分布データの一例及び仲上分布関数でのフィッティングを示すグラフである。発明者が実験により得た、診断領域内の仲上パラメータｍの平均値と、温度との関係を示すグラフである。発明者が実験により得た、診断領域内の仲上パラメータｍの変化率の絶対値ＡＲＣＮの平均値と、温度との関係を示すグラフである。発明者が実験により得た複数の温度における診療領域内のＡＲＣＮの値を濃淡で示す図である。第１実施形態の患部加熱システムを用いた治療方法の流れを示すフローチャートである。第２実施形態である腫瘍診断システムの構成を示すブロック図である。第２実施形態である腫瘍診断システムにより悪性腫瘍の有無を診断する流れを示すフローチャートである。第３実施形態である患部加熱システムの構成を示すブロック図である。第３実施形態の患部加熱システムを用いた治療方法の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の第１実施形態である患部加熱システムを図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、第１実施形態の患部加熱システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、患部加熱システム１は、制御装置３と、制御装置３に接続された電場発生装置２と、制御装置３に接続された温度測定装置４と、を有する。温度測定装置４は悪性腫瘍（癌細胞）を含む患者の生体内の温度情報を算出する装置であり、電場発生装置２は患者の生体に電場を発生する装置である。制御装置３は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置５を有する。制御装置３は温度測定装置４から生体内の温度情報が入力され、制御装置３はこの温度情報に基づき電場発生装置２の高周波電源が電極に印加する電圧を制御する。

図２は、図１に示す患部加熱システムにおける電場発生装置の構成を示し、（Ａ）は患者の側方から見た立面図であり、（Ｂ）は患部断面図である。図２に示すように、電場発生装置２は、診療台１５上に配置された一方の電極１２と、患者Ｐの腹部の悪性腫瘍（癌細胞）Ｃに当たる位置に載置された他方の電極１４と、一方及び他方の電極１２、１４に接続された高周波電源１０と、を有する。一方及び他方の電極１２、１４は、患者Ｐの腹部の悪性腫瘍（癌細胞）Ｃを上下から挟み込むように配置されている。

ここで、本実施形態の患部加熱システムにより悪性腫瘍を治療する原理であるオンコサーミアについて説明する。癌細胞に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を流すと、高周波のエネルギーは癌細胞膜に選択的に吸収される。癌細胞は所定の温度（約４２．５度）を超える温度になると自死（アポトーシス）する。悪性腫瘍のみを加熱することにより、悪性腫瘍以外の細胞を損傷することなく、悪性腫瘍を治療することができる。

ここで、悪性腫瘍で損傷した組織は超短波域の高周波に対してインピーダンスが低く、１３．５６ＭＨｚの高周波電流は癌細胞を流れやすい。患者Ｐの悪性腫瘍Ｃを挟むように一対の電極１２、１４を配置し、これら一対の電極１２、１４に高周波電源１０により電圧を印加することにより、患者Ｐの生体内を高周波電流が流れるが、この高周波電流は図２に示すように悪性腫瘍Ｃに集束して流れる。これにより、悪性腫瘍Ｃの癌細胞を選択的に加熱することができ、悪性腫瘍Ｃを自死させることができる。

図３は、図１に示す患部加熱システムにおける温度測定装置の構成を示す図である。図３に示すように、温度測定装置４は、測定用端末１６と、測定用端末１６に接続された超音波プローブ２０と、を備える。超音波プローブ２０の下部には、複数のトランスデューサ２２が幅方向に等間隔で配列されている。なお、図３では、図示の関係からトランスデューサ２２は１３列のみしか示していないが、それ以上の数のトランスジューサを配列してもよい。また、3次元計測用の2次元配列型プローブを使用してもよい。それぞれのトランスデューサ２２は、超音波プローブ２０の検査面もしくは検査体積に垂直な方向に超音波を送波する送波器と、患者の生体内からの超音波エコーを受波する受波器とを含んでいる。トランスデューサ２２の受波器により受波された超音波エコーは、測定用端末１６の温度算出回路１８に送られる。温度測定装置４は、図３に示す超音波プローブ２０の検査面に垂直な平面の所定の診断領域Ｒの各グリッドＧにおける温度を測定する。

ここで、本実施形態の患部加熱システムの温度測定装置４により患者の生体内の診断領域Ｒの温度分布を測定する方法について説明する。
まず、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から診断領域Ｒに向けて超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。

次に、測定用端末１６は超音波エコーを、悪性腫瘍Ｃを含む診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する。各グリッドＧに対応する温度検出用波形は、例えば、以下のように作成することができる。まず、各グリッドＧの上方に位置する複数個のトランスデューサ２２により受波された複数ラインの超音波エコー信号を、時間軸に応じて分割し、分割した複数列の超音波エコーを各グリッドの深さに応じて各グリッドに対応づける。受信超音波エコー信号には、ヒルベルト変換などの処理を適用してエコー信号の包絡線を求めることにより、各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成することができる。図４は、このようにして作成した温度検出用波形の一例を示す。

次に、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する。頻度分布データとは、温度検出用波形について、各振幅（amplitude）の範囲にどの程度の割合（密度）で含まれているかを示すものである。図５は、このようにして作成された温度検出用波形の頻度分布データの一例を、棒グラフにて示す。

次に、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドの仲上パラメータｍを算出する。
ここで、仲上分布とは、下記の式（１）で示される分布関数である。
なお、上記式（１）におけるΓ（ｍ）はガンマ関数であり、Ｕ（ｒ）は単位ステップ関数であり、ΩはスケールパラメータでありΩ＝Ｅ（Ｒ²）である。

また、仲上パラメータｍは以下の式（２）により算出することができる。

具体的には、各グリッドＧの頻度分布データを近似するような仲上パラメータｍを算出する。なお、図５には、このようにして算出した仲上パラメータｍに対応する仲上分布を頻度分布データに重ねて示す。

図６は、発明者が実験により得た診断領域内の仲上パラメータｍの平均値と、温度との関係を示すグラフである。本実験では、センサプローブを生体を模した物質内に埋設し、センサプローブにより温度を測定するとともに、上述のようにして各温度における各グリッドの仲上パラメータｍを算出した。図６に示すように、仲上パラメータｍは、擬似生体物質では温度が低いほど大きく、温度が高いほど小さくなる所定の関係があることが確認された。なお、このことは、B.GAMMION他著、ACT PHYSICA POLONICA Vol 128 "Temperature Measurement by Statistical Parameters of Ultrasound Signal Backscattered form Tissue Smples"、POLISH ACADEMY OF SCIENVES INSTITUTE OF PHYSICS、２０１５年（http://przyrbwn.icm.edu.pl/APP/PDF/128/a128z1ap13.pdf）にも示されている。

さらに、発明者らは、参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍをｍ_TRとし、測定した各温度における仲上パラメータｍをｍ_Tとし、下記数式（３）により算出されるＡＲＣＮを算出した。なお、本実験では、参照温度ＴＲを２２度としている。

図７は、発明者が実験により得た診断領域内のＡＲＣＮの平均値と、温度との関係を示すグラフである。図７に示すように、ＡＲＣＮと温度とは、温度が上昇するに従い、ＡＲＣＮが増加するという関係がある。また、図８は、発明者が実験により得た複数の温度における診療領域内の各グリッドのＡＲＣＮの値を濃淡で示す図である。同図に示すように、３６度では、診療領域の各グリッドのＡＲＣＮは低い値であるが、温度の上昇とともにＡＲＣＮの値が高いグリッドが増え、４２度では、多くのグリッドのＡＲＣＮの値が高くなっている。なお、このことは、PO-Hsiang Tsui他著、Medical Physics May 2012 "Ultrasound temperature estimation based on probability variation of backscatter data"、２０１２年５月（https://www.researchgate.net/publication/224912194_Ultrasound_temperature_estimation_based_on_probability_variation_of_backscatter_data）にも示されている。

本実施形態では、上述したように、ＡＲＣＮと温度との関係を例えば近似式などで近似し、この近似式を用いて、超音波エコーから各グリッドの温度を推定し、患者の生体内の診断領域Ｒの温度分布を測定することができる。

なお、本実施形態では、ＡＲＣＮと温度の関係を用いているが、上述の通り各グリッドの仲上パラメータｍと温度とも所定の関係があるため、この関係を例えば近似式などで近似し、この近似式を用いて、超音波エコーから各グリッドの温度を推定し、患者の生体内の診断領域Ｒの温度分布を測定してもよい。また、仲上分布以外の分布関数を用いて、超音波エコー振幅の統計量を解析してもよい。

また、下記の数式（４）によって得られる仲上パラメータｍの変化率ＲＣＮも当然温度と所定の関係を有するため、ＡＲＣＮに代えて用いてもよい。

以下、第１実施形態の患部加熱システム１を用いた治療方法を説明する。図９は、第１実施形態の患部加熱システムを用いた治療方法の流れを示すフローチャートである。
まず、高周波電源１０により電極間に電圧を印加していない状態で、患者Ｐを診療台１５上に仰向けに寝かせ、温度測定装置４の超音波プローブ２０及び電場発生装置２の電極１４を腹部の患者Ｐの悪性腫瘍Ｃに相当する位置に配置する。そして、Ｓ１〜Ｓ４により各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出する。

具体的には、まず、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ１）。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。

次に、温度算出回路１８により、測定用端末１６は超音波エコーに基づき、悪性腫瘍Ｃを含む診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する（Ｓ２）。なお、各グリッドＧに対応する温度検出用波形は、上述のように作成することができる。

次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する（Ｓ３）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出する（Ｓ４）。

このようにして各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出した後、制御装置３により電場発生装置２を駆動し、高周波電源１０により電極１２、１４間に高周波電流を印加する（Ｓ５）。これにより、患者Ｐの悪性腫瘍Ｃに電流が集束され、悪性腫瘍Ｃが発熱する。

次に、所定の時間間隔で、Ｓ６〜Ｓ１３の工程を行い、各グリッドの温度を算出し、この算出した温度に関する温度情報に基づき高周波電源１０により電極１２、１４間に印加する電圧を制御する。

具体的には、まず、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ６）。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。

次に、温度算出回路１８により、測定用端末１６は、超音波エコーに基づき、悪性腫瘍Ｃを含む診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する（Ｓ７）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する（Ｓ８）。

次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドＧの温度Ｔにおける仲上パラメータｍ_Tを算出する（Ｓ９）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧのＡＲＣＮを、上記の数式（３）を用いて算出する（Ｓ１０）。

次に、温度算出回路１８により、ＡＲＣＮと温度との関係を規定する近似式により、各グリッドＧの温度を算出し、各グリッドＧの温度に関する温度情報を作成する（Ｓ１１）。作成された温度情報は、制御装置３に送られる。
次に、制御装置３は、温度情報に含まれる温度と、加熱目標温度とを比較する（Ｓ１２）。加熱目標温度としては癌細胞が自死する温度である約４２．５度に設定されている。

そして、温度情報に含まれる温度が加熱目標温度以下の場合には、制御装置３は、電場発生装置２を高周波電源１０により電極１２、１４間に電圧を印加した状態を継続する。また、温度情報に含まれる温度が加熱目標温度を超えた場合には、制御装置３は、電場発生装置２を高周波電源１０により電極１２、１４間に印加する電圧を低くする（Ｓ１３）。なお、制御装置３は、診断領域Ｒの温度分布を表示装置５に表示するとよい。
以上の工程Ｓ６〜Ｓ１３を所定の時間間隔で繰り返すことにより、悪性腫瘍Ｃを所定の温度に維持することができ、オンコサーミアによる治療を行うことができる。

以上説明したように、上記実施形態によれば、温度測定装置４がトランスデューサ２２により超音波のエコーを受波し、この受波したエコーに基づき生体内の温度情報を算出し、これに基づき電場発生装置２の高周波電源１０が印加する電圧を制御するため、温度測定装置４を患者の体内に配置するための手術等を行う必要がなくなるとともに、温度測定装置が高温になり悪性腫瘍以外の細胞を破壊するのを防止できる。

また、上記実施形態によれば、温度測定装置４は、患部を通る平面における温度分布を温度情報として算出するため、悪性腫瘍Ｃの断面内の全体の温度に基づき、電場発生装置２を制御することができ、悪性腫瘍Ｃの治療を確実に行うことができる。

また、オンコサーミアにより癌治療を行う際に悪性腫瘍Ｃを約４２．５度まで加熱するが、通常体温は３６度程度であるため、わずかな温度の変化を検知する必要がある。これに対して、上記実施形態によれば、温度測定装置４が、悪性腫瘍Ｃを含む平面もしくは体積における各グリッドに対応するエコー波を取得し、エコー波の振幅分布に分布関数を適用することにより、パラメータを取得し、取得したパラメータに基づき対応する各グリッドＧの温度を推定しているため、わずかな温度の変化を検知することができる。

また、上記実施形態によれば、温度測定装置４は、電場発生装置２を停止した状態で取得した仲上パラメータｍ_TRに対する、電場発生装置２を稼働した状態で取得したパラメータｍ_Tの比に基づき、対応する各グリッドＧの温度を推定しており、より正確に悪性腫瘍Ｃの温度を推定することができる。

なお、上記実施形態では、ＡＲＣＮに基づき各グリッドの温度を算出したが、本発明はこれに限定されず、上述の通り、ＲＣＮ、又は、仲上パラメータｍから温度を推定することも可能である。仲上パラメータｍから温度を推定する場合には、図９に示すＳ１〜Ｓ５、Ｓ１０を行う必要はなくなり、また、Ｓ１１では、仲上パラメータｍから直接グリッドの温度を求めればよい。

次に、本発明の第２実施形態である腫瘍診断システムについて説明する。
図１０は、第２実施形態である腫瘍診断システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、腫瘍診断システム１０１は、診断装置１０３と、診断装置１０３に接続された電場発生装置２と、診断装置１０３に接続された温度測定装置４と、を有する。電場発生装置２及び温度測定装置４の構成は、第１実施形態の患部加熱システムの電場発生装置２及び温度測定装置４と同様の構成である。診断装置１０３は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置１０５を有する。診断装置１０３は、電場発生装置２により生体に電流を印加し、所定の時間が経過すると温度測定装置４から生体内の温度情報が入力され、この温度情報に基づき悪性腫瘍の有無を診断する。

以下、腫瘍診断システム１０１により悪性腫瘍の有無を診断する方法を説明する。図１１は、第２実施形態である腫瘍診断システムにより悪性腫瘍の有無を診断する流れを示すフローチャートである。
まず、高周波電源１０により電極間に電圧を印加していない状態で、患者Ｐを診療台１５上に仰向けに寝かせ、温度測定装置４の超音波プローブ２０及び電場発生装置２の電極１４を腹部の患者Ｐの悪性腫瘍Ｃに相当する位置に配置する。そして、Ｓ１０１〜Ｓ１０４により各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出する。

具体的には、まず、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ１０１）。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。

次に、温度算出回路１８により、測定用端末１６は超音波エコーに基づき、悪性腫瘍Ｃを含む診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する（Ｓ１０２）。なお、各グリッドＧに対応する温度検出用波形は、上述のように作成することができる。

次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する（Ｓ１０３）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出する（Ｓ１０４）。

このようにして各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出した後、診断装置１０３により電場発生装置２を駆動し、高周波電源１０により電極１２、１４間に高周波電流を印加する（Ｓ１０５）。これにより、患者Ｐの生体内に悪性腫瘍Ｃがある場合には、悪性腫瘍Ｃに電流が集束され、悪性腫瘍Ｃが発熱する。

次に、所定の時間が経過した後、Ｓ１０６〜Ｓ１１３の工程を行い、各グリッドの温度を算出し、この算出した温度に関する温度情報に基づき悪性腫瘍の有無を診断する。
具体的には、まず、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ１０６）。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。

次に、温度算出回路１８により、測定用端末１６は超音波エコーに基づき、診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する（Ｓ１０７）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する（Ｓ１０８）。

次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドＧの温度Ｔにおける仲上パラメータｍ_Tを算出する（Ｓ１０９）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧのＡＲＣＮを、上記の数式（３）を用いて算出する（Ｓ１１０）。

次に、温度算出回路１８により、ＡＲＣＮと温度との関係を規定する近似式により、各グリッドＧの温度を算出し、各グリッドＧの温度に関する温度情報を作成する（Ｓ１１１）。作成された温度情報は、診断装置１０３に送られる。

次に、診断装置１０３は、診断領域Ｒ内において所定以上の温度もしくは温度上昇となる部位があるかどうかを判定する（Ｓ１１２）。そして、診断領域Ｒ内において所定以上の温度もしくは温度上昇となる部分がある場合には、この部位に悪性腫瘍が存在する可能性があると判定する。これに対して、診断領域Ｒ内の温度分布が均一である場合には、診断領域Ｒ内には悪性腫瘍が存在しないと判定する。
次に、診断装置１０３は、表示装置１０５により、２次元の温度分布とともに診断結果を表示する。

上記実施形態によれば、電場発生装置２により生体の診断領域Ｒに電場を発生させることにより、診断領域Ｒ内に悪性腫瘍がある場合には悪性腫瘍が選択的に加熱されるため、温度測定装置４により測定された温度情報に基づき、非侵襲的に悪性腫瘍の有無を判定することができる。

また、上記実施形態によれば、温度測定装置４により生体を含む平面もしくは体積における温度もしくは温度変化の空間分布を算出しているため、悪性腫瘍の有無のみならず、悪性腫瘍の位置及び大きさを検知することができる。

なお、上記実施形態では、ＡＲＣＮ基づき各グリッドの温度を算出したが、本発明はこれに限定されず、上述の通り、ＲＣＮ、又は、仲上パラメータｍから温度もしくは温度変化を推定することも可能である。また、超音波エコー信号の振幅頻度分布の解析および温度情報の推定には、仲上分布以外の分布関数を使用してもよい。

次に、本発明の第３実施形態である患部加熱システムについて説明する。
図１２は、第３実施形態である患部加熱システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、患部加熱システム２０１は、制御装置３と、制御装置３に接続された電場発生装置２０２と、制御装置３に接続された温度測定装置２０４と、温度測定装置４に接続されたアンテナ２０６とを備える。電場発生装置２０２と温度測定装置２０４とはインターフェース２０７を介して接続されている。電場発生装置２、制御装置３及び温度測定装置４の構成は、第１実施形態の患部加熱システムの電場発生装置２及び温度測定装置４と同様の構成である。アンテナ２０６は、例えば、患者の患部近傍などの電場発生装置２により電場が発生される領域内に設けられており、電磁波を検知することができる。

以下、第３実施形態の患部加熱システム２０１を用いた治療方法を説明する。図１３は、第３実施形態の患部加熱システムを用いた治療方法の流れを示すフローチャートである。
まず、高周波電源１０により電極間に電圧を印加していない状態で、患者Ｐを診療台１５上に仰向けに寝かせ、温度測定装置４の超音波プローブ２０及び電場発生装置２の電極１４を腹部の患者Ｐの悪性腫瘍Ｃに相当する位置に配置する。そして、Ｓ２０１〜Ｓ２０４により各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出する。

具体的には、まず、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ２０１）。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。

次に、温度算出回路１８により、測定用端末１６は超音波エコーに基づき、悪性腫瘍Ｃを含む診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する（Ｓ２０２）。なお、各グリッドＧに対応する温度検出用波形は、上述のように作成することができる。

次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する（Ｓ２０３）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出する（Ｓ２０４）。

このようにして各グリッドＧの参照温度ＴＲにおける仲上パラメータｍ_TRを算出した後、制御装置３により電場発生装置２を駆動し、高周波電源１０により電極１２、１４間に高周波電流を印加する（Ｓ２０５）。これにより、患者Ｐの悪性腫瘍Ｃに電流が集束され、悪性腫瘍Ｃが発熱する。

次に、所定の時間間隔で、Ｓ２０６〜Ｓ２１５の工程を行い、各グリッドの温度を算出し、この算出した温度に関する温度情報に基づき高周波電源１０により電極１２、１４間に印加する電圧を制御する。

具体的には、まず、温度測定装置４が、電場発生装置２による電場の発生が実施されているか、電場発生装置２が電場の発生を停止しているかを検知する（Ｓ２１４）。詳細には、温度測定装置４による電場の発生の検知は、例えば、アンテナ２０６により所定の閾値以上の電磁波が検出されるかどうかに基づき行うことができる。アンテナ２０６により検出された電磁波の電場が所定の強度以上である場合には、電場発生装置２による電場の発生が実施されていると判定し、アンテナ２０６により検出された電磁波の電場が所定の強度よりも小さい場合には、電場発生装置２による電場の発生が実施されていないと判定することができる。また、インターフェース２０７を介して、電場発生装置２の駆動状態を検知することにより、電場発生装置２による電場の発生が実施されているか停止しているかを判定してもよい。

電場発生装置２による電場の発生が実施されていない場合（Ｓ２１４において、ＮＯ）には、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ２０６）。各トランスデューサ２２により受波された超音波エコーは測定用端末１６に送られる。これに対して、電場発生装置２による電場の発生が実施されている場合（Ｓ２１４において、ＹＥＳ）には、温度測定装置４はインターフェース２０７を介して電場発生装置２を制御し、少なくともＳ２０６において超音波の送受信を行っている間、一時的に電場発生装置２による電場の発生を停止させる（Ｓ２１５）。そして、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２から超音波を送波し、超音波プローブ２０の各トランスデューサ２２により超音波エコーを受波する（Ｓ２０６）。なお、本実施形態では、電場発生装置２による電場の発生が実施されている場合には、一時的に電場発生装置２による電場の発生を停止させることとしたが、これに限らず、電場発生装置２が自動的に電場の発生を一時停止させる場合には、電場発生装置２が電場の発生を停止するまで待機し、電場の発生が停止したら、超音波の送波及び超音波エコーの受波を行ってもよい。

次に、温度算出回路１８により、測定用端末１６は、超音波エコーに基づき、悪性腫瘍Ｃを含む診断領域Ｒの各グリッドＧに対応する温度検出用波形を作成する（Ｓ２０７）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの温度検出用波形の頻度分布データを作成する（Ｓ２０８）。

次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧの頻度分布データに仲上分布を適用し、各グリッドＧの温度Ｔにおける仲上パラメータｍ_Tを算出する（Ｓ２０９）。
次に、温度算出回路１８により、各グリッドＧのＡＲＣＮを、上記の数式（３）を用いて算出する（Ｓ２１０）。

次に、温度算出回路１８により、ＡＲＣＮと温度との関係を規定する近似式により、各グリッドＧの温度を算出し、各グリッドＧの温度に関する温度情報を作成する（Ｓ２１１）。作成された温度情報は、制御装置３に送られる。
次に、制御装置３は、温度情報に含まれる温度と、加熱目標温度とを比較する（Ｓ２１２）。加熱目標温度としては癌細胞が自死する温度である約４２．５度に設定されている。

そして、温度情報に含まれる温度が加熱目標温度以下の場合には、制御装置３は、電場発生装置２を高周波電源１０により電極１２、１４間に電圧を印加した状態を継続する。また、温度情報に含まれる温度が加熱目標温度を超えた場合には、制御装置３は、電場発生装置２を高周波電源１０により電極１２、１４間に印加する電圧を低くする（Ｓ２１３）。なお、制御装置３は、診断領域Ｒの温度分布を表示装置５に表示するとよい。
以上の工程Ｓ２０６〜Ｓ２１３を所定の時間間隔で繰り返すことにより、悪性腫瘍Ｃを所定の温度に維持することができ、オンコサーミアによる治療を行うことができる。

超音波プローブ２０は、超音波の発振及び受信に圧電素子を用いており、構造的にキャパシタンスを有するため、周囲で高周波電磁波が生じているような状況では、高周波電磁波による雑音が混入し正確な測定を行うことができない。これに対して、本実施形態によれば、電場発生装置２が電場を発生しているどうかを検知し、電場発生装置２が電場を発生していない時に、温度測定装置４により超音波の送波及び超音波エコーの受波を行っている。電場発生装置２による超音波プローブ２０への影響を防ぎ、正確な測定を行うことができる。

なお、上記の実施形態では、患部加熱システムにおいて、電場発生装置２による電場の発生が実施されているか、停止しているかをアンテナ２０６又はインターフェース２０７を介して検知し（Ｓ２１４）、電場の発生が実施されている場合（Ｓ２１４において、ＹＥＳ）には、一時的に電場発生装置２による電場の発生を停止させることとしたが、このような制御は、第２実施形態の腫瘍診断システムにも適用できる。すなわち、腫瘍診断システムにアンテナ及びインターフェースの何れかを設け、Ｓ１０５の後に、電場発生装置２による電場の発生が実施されているか、停止しているかをアンテナ又はインターフェースを介して検知し、電場の発生が実施されている場合には、一時的に電場発生装置２による電場の発生を停止させればよい。

１患部加熱システム
２電場発生装置
４温度測定装置
５表示装置
１０高周波電源
１２、１４電極
１５診療台
１６測定用端末
１８温度算出回路
２０超音波プローブ
２２トランスデューサ
１０１腫瘍診断システム
１０３診断装置
１０５表示装置
２０１患部加熱システム
２０２電場発生装置
２０４温度測定装置
２０６アンテナ
２０７インターフェース

Claims

生体内の患部を加熱治療するための患部加熱システムであって、
高周波電源、及び、前記患部を挟むように配置された一対の電極を有し、前記高周波電源により前記一対の電極に電圧を印加することにより前記患部を含む領域に電場を発生させる電場発生装置と、
前記患部に向けて超音波を発生する送波器、生体内からの超音波エコーを受波する受波器、及び、前記受波器が受波したエコーに基づき、前記患部を通る平面もしくは体積における各グリッドに対応するエコー波を取得し、各グリッドの前記エコー波の強度の頻度分布データに分布関数を適用することにより各グリッドのパラメータを取得し、前記取得した各グリッドのパラメータに基づき対応する各グリッドの前記生体内の温度情報を算出する温度算出回路を有する温度測定装置と、
前記温度測定装置が測定した温度情報に基づき、前記患部が所定の温度になるように前記電場発生装置の前記高周波電源が印加する電圧を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする患部加熱システム。
前記温度測定装置は、前記電場発生装置を停止した状態で取得した前記パラメータに対する、前記電場発生装置を稼働した状態で取得した前記パラメータの比に基づき、対応する各グリッドの温度もしくは温度変化を推定する、
請求項１に記載の患部加熱システム。
前記電場発生装置による前記電場の発生が実施されている間は、前記温度測定装置による超音波の発生及び超音波エコーの受波を行わず、前記電場発生装置による前記電場の発生が停止されている間に、前記温度測定装置による超音波の発生及び超音波エコーの受波を行う、請求項１又は２に記載の患部加熱システム。
さらに、アンテナを備え、
前記アンテナを用いて、前記電場発生装置による前記電場の発生が実施されているか停止されているかを検知する、請求項３に記載の患部加熱システム。
生体内の腫瘍の有無を診断するための腫瘍診断システムであって、
高周波電源、及び、前記生体の診断領域を挟むように配置された一対の電極を有し、前記高周波電源により前記一対の電極に電圧を印加することにより前記生体の診断領域に電場を発生させる電場発生装置と、
前記診断領域に向けて超音波を発生する送波器、生体内からの超音波エコーを受波する受波器、及び、前記受波器が受波したエコーに基づき前記診断領域の温度情報を算出する温度算出回路を有する温度測定装置と、
前記温度測定装置が測定した温度情報に基づき、前記診断領域に所定以上の温度もしくは温度上昇となる部分がある場合には、当該部分を腫瘍と判定する診断装置と、を備えることを特徴とする腫瘍診断システム。
前記温度測定装置は、前記生体を含む平面もしくは体積における温度もしくは温度変化の分布を前記温度情報として算出する、請求項５に記載の腫瘍診断システム。
前記電場発生装置による前記電場の発生が実施されている間は、前記温度測定装置による温度情報の算出を行わず、前記電場発生装置による前記電場の発生が停止されている間に、前記温度測定装置による超音波の発生及び超音波エコーの受波を行う、請求項５又は６に記載の腫瘍診断システム。