JPWO2011037235A1 - 生体加熱装置及び温度制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、空芯部（１２）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。適切な温度制御を行うことによって、確実な加熱を行うことができる。

Description

本発明は、穿刺針を生体の患部に穿刺又は挿入して、当該患部を加熱する生体加熱装置及び温度制御方法に関する。
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。

皮下腫瘍の治療方法として、従来から外科的手術による方法、放射線を利用する方法、レーザ等を用いた焼灼療法などが用いられている。レーザによる焼灼療法は、外科的手術に比べ患者への負担が少なく、近年普及しつつある。

しかしながら、レーザによる治療方法では、深達性に問題があり、表皮から深い位置まで焼灼できないという問題があった。そこで、本件出願人は、基台部に立設された複数本の穿刺針を患部に穿刺して、交流磁場により当該患部を加熱する生体加熱器具を提案している（特許文献１参照）。この生体加熱器具では、一の穿刺針が、発熱する鉄等の強磁性金属からなる発熱部を、生体適合性を有する針管の空芯部の全部又は一部に充填してなる。この生体加熱器具では、当該穿刺針に交流磁場を付与することで、発熱部が発熱し、患部を加熱焼灼することができる。

ところで、この生体加熱器具は、交流磁場を付与することで全ての穿刺針が加熱され、広範囲に亘って発熱をすることができる点で優れているが、より詳細で精密な温度制御を行うことが難しい。例えば、生体内の患部には、血管周辺の患部によっては、血流により温度損失が生じる箇所があり、このような箇所では焼灼に必要な発熱が期待できない。

そこで、発熱温度自体を高めに設定することも考えられるが、このようにすると、必要以外の箇所の加熱が大きくなり、正常細胞まで侵襲されるという問題がある。
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。

日本国特許４１６９３６４号公報 日本国特開２００２−９５７６０号公報 日本国特開平０１−２８８２５７号公報 日本国特開２００８−９９９２３号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、適切な温度制御を行うことによって、確実に所定の範囲に亘って存在する患部の加熱を行う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。
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。

上述した目的を達成するために、本発明に係る生体加熱装置は、内部にヒータと温度検出素子とを有し、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る。

また、本発明に係る温度制御方法は、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、生体内の患部に穿刺又は挿入した状態で該患部を加熱するとき、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。上記ヒータによる上記患部の加熱時間が所定時間経過した後に、加熱を終了する。
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。

本発明によれば、保持具に一定間隔となるように保持された穿刺針を生体の患部に穿刺又は挿入し、ヒータに電力を供給することで、穿刺針を加熱し、穿刺針に設けられた温度検出素子で検出される温度を制御部に供給する。制御部は、この検出された温度に基づいて、それぞれの穿刺針の温度を独立に所定温度に維持されるようにヒータを制御する。したがって、生体加熱装置は、広い範囲の患部を確実に加熱することができる。また、各穿刺針には、温度検出素子が設けられており、検出される温度が制御部に供給されることから、制御部は各穿刺針の温度を独立に一定値に制御することができ、患部全体を所望とする温度に保つことができ、健常細胞にダメージを与えることを防止できる。また、穿刺針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、患部全体を所望とする温度に制御することができる。
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、内部にヒータと温度検出素子とを有し、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る。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一定にする間隙形成凸部が形成されており、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一定に保持される。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、内部にヒータと温度検出素子とを有し、互いに隣接する該穿刺針の間隔を一定にする間隙形成凸部が形成された穿刺針を、生体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一定に保持した状態で該患部を加熱するとき、上記穿刺針のそれぞれのヒータの温度を、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にする。

図１は、本発明を適用した生体加熱装置の外観斜視図である。 図２Ａは、穿刺針を患部に穿刺した状態を示した縦断面図であり、図２Ｂは、穿刺針を患部に穿刺した状態を示した横断面図である。 図３Ａは、穿刺針を説明するための要部破断斜視図であり、図３Ｂは、穿刺針を説明するための穿刺針の断面図であり、図３Ｃは、穿刺針に片道のヒータを設けた穿刺針の変形例の断面図であり、図３Ｄは、針管を部分的に発熱する針管の変形例の断面図である。図３Ｄでは、熱電対を省略している。 図４は、生体加熱装置のブロック図である。 図５は、生体加熱装置の使用動作を説明するためのフローチャートである。 図６は、数値シミュレーションにおける計算体系を示した模式図である。 図７は、２本の穿刺針の距離ｄを変化させたときの、深さｚ＝５ｍｍの位置での温度の時間変化のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、ｄ＝３〜１０ｍｍのときの深さｚ＝５ｍｍでのｘ方向の温度分布について１分後、２分後、５分後、１０分後での変化の様子を示した図である。 図９は、犬の口腔内腫瘍症例を本発明の変形例の穿刺針で治療している状態を示す斜視図である。 図１０は、本発明の変形例の生体加熱装置の外観斜視図である。 図１１は、本発明の変形例の穿刺針の側面図である。 図１２は、穿刺針を患部に穿刺した状態を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
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。

生体加熱装置１の穿刺針１０は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、針管１１と、針管１１の空芯部１２に、ヒータ１３と針管１１の温度を検出する温度検出素子１４とが設けられている。

針管１１は、患部２ａに穿刺又は挿入できるように先端１１ａが先鋭に形成されるとともに、空芯部１２と連通しないように先端１１ａが閉塞されている。また、針管１１は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、基端１１ｂ側に、把持部となるとともに、保持具２０の挿入孔２１に挿通される針基１５が設けられている。針管１１は、患部２ａに穿刺又は挿入されることから、ステンレス管、チタン管等の生体適合性があり、熱伝導の良好な金属で形成されている。そして、針管１１の空芯部１２には、基端１１ｂ側から先端１１ａに亘ってヒータ１３と温度検出素子１４とが挿入されている。針管１１は、患部２ａに穿刺又は挿入できるとともに、空芯部１２にヒータ１３及び温度検出素子１４を収容できる大きさであればよい。

なお、針管１１は、上述のように、先端１１ａが空芯部１２と連通されていなければよく、例えば、通常の注射針を針管１１として用い、その先端の穴を生体適合性材料等により密閉するようにしてもよい。

また、針管１１は、上述のような大きさに限定されるものではなく、穿刺又は挿入に伴う痛みを考慮するとなるべく外径が小さいことが好ましい。また、長さとしては、穿刺又は挿入箇所に応じた長さであればよく、例えば１０ｍｍから８０ｍｍ程度であればよい。なお、穿刺又は挿入に伴う痛みが強くなることが懸念される場合等には、針管１１の先端部を例えば紡錘状にする場合もある。

針管１１の基端１１ｂに設けられる針基１５は、針管１１の基端１１ｂに接着などにより固定される。針基１５は、穿刺針１０を単独で取り扱うときの把持部であるとともに、保持具２０の挿入孔２１に挿入される部位である。なお、針基１５は、必ずしも設ける必要はない。

針管１１の空芯部１２に挿入されるヒータ１３は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、発熱体１６と、発熱体１６に電力を供給する電力線コード１７とから構成されている。ヒータ１３は、電力線コード１７を介して発熱体１６に電力が供給されることで発熱する。ヒータ１３は、制御部３０により発熱量が制御され、制御部３０からの制御信号に応じた電力が供給され、発熱温度が可変とされている。

ヒータ１３の発熱体１６は、針管１１の空芯部１２の略全体に亘って設けられ、針管１１全体が発熱するように形成されている。発熱体１６は、例えばガラス繊維からなる芯材にニッケルクロム合金線といった発熱線がコイル状に巻回されている。また、発熱体１６は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、その両端が針管１１の基端１１ｂに位置するように、針管１１の先端１１ａ近傍で折り返されている。
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。

針管１１の空芯部１２に挿入される温度検出素子１４は、例えば熱電対であり、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、違う種類の２本の金属線でなる一対の素線１８、１８が針管１１の基端１１ｂから針管１１の先端１１ａに亘って挿通されて構成される。一対の素線１８、１８は、先端１１ａ側の端部が接合され、測温接点又は温接点となっている。温度検出素子１４は、穿刺針１０の温度検出を行うものであり、検出された温度値は、電力線コード１７を介して制御部３０に供給される。また、温度検出素子１４は、その周囲に絶縁材１８ａで被覆されている。この絶縁材１８ａは、例えばポリイミドチューブである。

なお、穿刺針１０の温度検出素子１４は、上述のように、熱電対からなるものであることに限らず、サーミスタ等温度を検出できるものであれば如何なるものであってもよい。

また、ヒータ１３及び温度検出素子１４を被覆する絶縁材１６ａ、１８ａとしては、上述のように、ポリイミドチューブに限らず、耐熱性、絶縁性を有する材料であれば、如何なるものであってもよい。

穿刺針１０が挿通される保持具２０は、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、複数本の穿刺針１０を互いに一定間隔に保持する部材である。保持具２０は、例えば略直方体形状であり、前面２０ａから背面２０ｂに亘って挿入孔２１が形成されている。この挿入孔２１には、穿刺針１０が挿入される。挿入孔２１は、前面２０ａに、２行に亘って設けられ、上下段３箇所の挿入孔２１の中心が正三角形となるように離間されて形成されている。また、挿入孔２１同士の距離は、挿入される穿刺針１０の中心軸間距離に応じて適宜変更される。隣接する穿刺針１０同士の中心軸間距離は、３ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、保持具２０は、このような距離となるように、挿入孔２１が形成されている。保持具２０は、挿入孔２１に挿入される穿刺針１０を所定位置で固定するために、前面２０ａ、背面２０ｂと直交する上面２０ｃ、下面２０ｄに固定用のネジ２２ａが螺着されるネジ孔２２が各挿入孔２１に対応して形成されている。固定用のネジ２２ａは、ネジ孔２２に螺着されると、先端部で針基１５を圧接し、穿刺針１０を各挿入孔２１に固定する。また、保持具２０は、樹脂等からなり、患部２ａ近傍の生体２と接することから、周知の抗菌処理等が施されていることが好ましい。

なお、保持具２０の挿入孔２１は、挿入される穿刺針１０が一定間隔離間するように保持できるものであれば、その数は限定されない。また、挿入孔２１には、全て穿刺針１０が挿入されることに限らず、患部２ａの大きさに応じて、適宜選択できる。

生体加熱装置１の制御部３０は、図１及び図４に示すように、複数本の穿刺針１０のヒータ１３及び温度検出素子１４とそれぞれ接続されている。制御部３０は、各穿刺針１０の温度検出素子１４から検出される温度値が供給され、この温度値に基づいて各穿刺針１０のヒータ１３に供給する電力をそれぞれ独立して制御する。制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、メモリ３２と、タイマ３３とを有し、バス３４を介して互いに接続されている。制御部３０には、ユーザにより各種値を入力させる入力部３５と、患部２ａに対して穿刺又は挿入する穿刺針１０の穿刺又は挿入位置等を表示する表示部３６と、所定時間経過時にユーザに告知する告知部３７とが接続されている。

制御部３０のメモリ３２は、半導体メモリ、ハードディスク等であり、入力部３５を介してユーザにより入力された温度値（患部２ａに必要な加熱温度）や加熱時間等を記録する。また、メモリ３２は、ヒータ１３に供給する電力を制御するプログラム等を格納する。制御部３０のタイマ３３は、各動作の開始時間をカウントする。制御部３０のＣＰＵ３１は、タイマ３３からの時間をカウントし、メモリ３２からのプログラムにより、ヒータ１３の動作を制御する。

入力部３５は、いわゆるキーボードであり、ユーザにより入力された値（穿刺針１０の加熱温度、加熱時間等）を制御部３０に供給する。告知部３７は、スピーカからなり、制御部３０からの告知信号に基づいて、所定タイミングで放音することで、ユーザに加熱時間が経過したことを告知する。なお、入力部３５は、上述に限らず、タッチパネル等の周知の如何なる入力手段であってもよい。また、告知部３７は、放音に限らず、ユーザに加熱時間経過等したことを告知できるものであれば如何なるものであってもよく、例えば、ＬＥＤランプを設け、点滅させることで告知するようにしてもよい。さらに、告知部３７は、表示部３６を兼ねるようにして、表示部３６を省略するようにしてもよい。

以上のような生体加熱装置１によれば、複数本の穿刺針１０を生体２の患部２ａに穿刺又は挿入し、各穿刺針１０のヒータ１３に電力を供給することで、穿刺針１０全体を加熱する。生体加熱装置１は、各穿刺針１０に温度検出素子１４が設けられており、各温度検出素子１４に検出される温度を制御部３０に供給する。そして、制御部３０は、この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１０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、比較結果に基づき、メモリ３２に記憶された加熱温度となるようにヒータ１３を制御する。すなわち、制御部３０は、温度検出素子１４の温度検出結果がメモリ３２の加熱温度より高いとき、ヒータを弱め、低いとき強める制御を行う。また、生体加熱装置１は、穿刺針１０を複数本用いて、これらが保持具２０に一定間隔となるように保持された状態で患部２ａに穿刺又は挿入する。したがって、生体加熱装置１は、広い範囲の患部を確実に加熱することができる。
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、患部２ａの大きさや状態によっては、保持具２０に保持される穿刺針１０の数は、単数の場合もある。また、穿刺針１０は、先端１１ａが患部２ａの中に位置するように穿刺又は挿入しても良いが、先端１１ａの発熱がヒータ１３の取り付け構造の理由等で不十分となる場合には、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、患部２ａを貫通させ、穿刺針１０の中程で加熱を行うようにしても良い。

ここで、以上のような生体加熱装置１の動作について説明をする。なお、生体加熱装置１を使用する前には、医師等のユーザは、患部２ａの位置、大きさ等の基本情報を得ているものとする。

まず、図５に示すように、制御部３０は、入力部３５を介して入力される穿刺針１０の加熱温度、例えば６０℃を入力する（ステップＳ１）。また、加熱時間、例えば１０分を入力する（ステップＳ２）。制御部３０は、ステップＳ１，２で入力された加熱温度及び加熱時間をメモリ３２に格納する。

次に、制御部３０は、ユーザが制御部３０に接続した穿刺針１０の本数を検出し（ステップＳ３）、表示部３６に加熱温度及び加熱時間と共に本数を表示する（ステップＳ４）。

次に、ユーザは、必要本数の穿刺針１０が保持具２０に保持された状態で、患部２ａの適切な位置に穿刺又は挿入する（ステップＳ５）。そして、穿刺針１０を所定位置に穿刺又は挿入後、ユーザにより加熱開始の操作がなされると、制御部３０は、タイマ３３のカウントを始め、穿刺針１０のヒータ１３をオンにする（ステップＳ６）。このとき、制御部３０は、温度検出素子１４により検出される温度が入力され、その検出される温度に応じて、ヒータ１３へ供給される電力が制御され、患部２ａの温度が所望とする温度となるようにする。

次に、制御部３０は、加熱開始から所定時間、例えば１０分経過したかどうかを判断する（ステップＳ７）。所定時間経過したと判断した場合には、ステップＳ８に進み、経過していないと判断した場合には、ステップＳ７を繰り返す。

最後に、制御部３０は、ヒータ１３への電力供給をやめ、ヒータ１３をオフにして、加熱を終了する（ステップＳ８）。なお、制御部３０は、告知部３７あるいは表示部３６を介して加熱終了を告知する工程を設けてもよい。

このようにして使用する生体加熱装置１は、各穿刺針１０の温度検出素子１４から検出される温度に応じて、各穿刺針１０のヒータ１３の出力をそれぞれ独立して制御することから、各穿刺針１０単位で所望の温度となるように制御できる。したがって、生体加熱装置１は、患部２ａの一部に血流や熱伝導による温度損失が生じる場合であっても、確実に所望とする加熱温度を保ち続けることができる。すなわち、生体加熱装置１では、所定の熱量（加熱時間と加熱温度）を患部２ａに与えることで、タンパク質を不可逆的に熱変性させることができる。また、生体加熱装置１では、がん幹細胞を死滅又は壊死させることもできる。
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。

続いて、生体加熱装置１の穿刺針１０の加熱温度分布のシミュレーション結果を示す。まず、計算条件として、図６に示すように、直径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円柱体５０の上面に、外径１．４ｍｍ、長さ７ｍｍの穿刺針１０を２本垂直に穿刺又は挿入する。２本の穿刺針１０は、円柱体５０の中心軸に対して対称であり、穿刺針１０の中心軸間の距離をｄとする。２本の穿刺針１０の中心軸を含む平面をｘｚ平面とし、円柱体５０上面での２本の穿刺針１０の中点を原点として、円柱体５０上面の半径方向をｘ方向、深さ方向をｚ方向とする。温度測定位置を（ｘ、ｚ）座標で表す。

ここで、円柱体５０は、その物性が密度９００ｋｇ／ｍ^３、比熱３．６３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率０．５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とする。これは、ほぼ生体筋肉組織の物性である。また、穿刺針１０は、その物性が密度７８００ｋｇ／ｍ^３、比熱０．４６ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）とする。境界条件として、円柱体５０の周面及び下面は、３７℃に保たれ、円柱体５０上面は断熱されている。初期条件として円柱体５０の温度を一様に３７℃とし、穿刺針１０の温度を一様に６０℃で一定として、１０分間の円柱体５０内部の熱伝導について数値シミュレーションした。なお、数値シミュレーションは、熱伝導方程式を差分化し陽解法によって解いている。また、円柱体５０を腫瘍と想定し、当該腫瘍の加熱により完全に死滅又は壊死する温度及び時間として、５０℃以上、５分以上として考える。

図７及び図８に計算結果を示す。図７は、２本の穿刺針１０の距離ｄを変化させたときの、深さｚ＝５ｍｍの位置での温度の時間変化を示している。図８は、ｄ＝３〜１０ｍｍのときの深さｚ＝５ｍｍでのｘ方向の温度分布について１分後、２分後、５分後、１０分後での変化の様子を示している。

図７及び図８に示す結果から、２本の穿刺針１０の中心軸間距離ｄが１０ｍｍであると、１０分間加熱し続けても、２本の穿刺針１０間のうち最も遠い位置である中線位置（ｚ軸）において、腫瘍の死滅又は壊死に必要な５０℃以上の温度とならないことが分かる。また、２本の穿刺針１０の中心軸間距離が７ｍｍであると、加熱開始から５分経過後に５０℃以上を維持できることから、加熱時間が患者の負担となりすぎない１０分の間に５０℃以上を５分以上保つことができる。したがって、複数本の穿刺針１０の中心軸間距離は、７ｍｍが好ましいことが分かる。

以上のことから、生体加熱装置１では、複数本の穿刺針１０の中心軸間の距離が７ｍｍ以内であれば、各穿刺針１０の加熱温度を６０℃に設定した場合、２本の穿刺針１０の中線位置において、腫瘍の死滅又は壊死に必要な５０℃以上、５分以上の状態を維持することができる。そのため、穿刺針１０近傍は、６０℃より高くなることはなく、穿刺針１０近傍の細胞の組織を極力残すことができる。
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。

１ 生体加熱装置、２ 生体、２ａ 患部、１０ 穿刺針、１１ 針管、１１ａ 先端、１１ｂ 基端、１２ 空芯部、１２ａ 絶縁チューブ、１２ｂ 断熱材、１３ ヒータ、１３ａ 絶縁チューブ、１３ｂ 戻り線、１４ 温度検出素子、１５ 針基、１６ 発熱体、１６ａ、１８ａ 絶縁材、１６ｂ 芯材、１６ｃ 発熱線、１６ｄ 絶縁チューブ、１７ 電力線コード、１８ 素線、２０ 保持具、２１ 挿通孔、２２ ネジ孔、３０ 制御部、３１ ＣＰＵ、３２ メモリ、３３ タイマ、３４ バス、３５ 入力部、３６ 表示部、３７ 告知部、４０ 円柱体、５０ 生体加熱装置、５１ 穿刺針、５２ 発熱部、５３ 間隙形成凸部、５４ カバー、５５ コネクタ

Claims (11)

1. 内部にヒータと温度検出素子とを有し、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。
2. 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記載の生体加熱装置。
3. 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記載の生体加熱装置。
4. 内部にヒータと温度検出素子とを有し、互いに隣接する該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該患部を加熱するとき、
   上記穿刺針のそれぞれのヒータの温度を、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にする穿刺針の温度制御方法。
5. 内部にヒータと温度検出素子とを有し、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る生体加熱装置。
6. 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５記載の生体加熱装置。
7. 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５記載の生体加熱装置。
8. 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請求項５記載の生体加熱装置。
9. 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５記載の生体加熱装置。
10. 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５記載の生体加熱装置。
11. 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、生体内の患部に穿刺又は挿入した状態で該患部を加熱するとき、
    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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