JP2012504979A - 生物組織を失活させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、生物組織を失活させる装置、及び生物組織を失活させる装置を制御する方法に関する。一実施形態によれば、失活の開始時には、低い、第１の温度が使用され、失活の終了時には、増加させられた、第２の温度が使用される。本発明は、更に、冷却されるＨＦアブレーションプローブを動作させる装置及び方法に関し、ここで、プローブの温度は、プローブに供給される冷却パワーを介して主として調整される。別の実施形態によれば、組織領域の処置中の、プローブへのＨＦエネルギー供給は、最初は定電流で、次に、定電圧で動作させられる。別の実施形態によれば、冷却パワーの調整は、組織領域のインピーダンスに応じて行われる。

Description

本発明は、請求項１及び請求項９のプリアンブルによる、それぞれ、生物組織を失活（ｄｅｖｉｔａｌｉｓｉｎｇ）させる装置、及び対応する装置を制御する方法に関する。

電気手術装置、特に、組織を失活させるためのプローブ（アブレーションプローブ）（ＨＦ電圧を印加するための少なくとも１つの電極を有するプローブ本体と、冷却装置とを含む）が知られている。ＨＦ電圧は、ＨＦ（高周波）ジェネレータを介して生成される。

高周波手術においては、組織を選択的に損壊するために、高周波における交流電流が人体を通過させられる。高周波手術の１つの適用分野は、腫瘍組織の失活である。高周波手術は、加熱の熱効果を利用し、これにより失活が達成される。

ＨＦ電流のバイポーラ印加とモノポーラ印加との間に区別が付けられる。モノポーラ印加では、電気手術装置の器具は１つの電極のみを含み、一方、第２の中性電極が患者の上に直接置かれる。電流は、組織内の抵抗に逆比例する関係で、器具の電極から中性電極に流れる。器具の電極のすぐ近くでは、電流密度は説明した熱効果が発生するのに十分なほど高い。この電極からの距離が増加するにつれて、電流密度は距離に対する逆二乗関係で低下する。ＨＦ電流の失活効果は、従って、空間的に制限される。

バイポーラ印加では、器具は２つの電極を含む。例えば、プローブ先端が第１の電極として構成されてもよく、一方、プローブの近接部が第２の電極として働く。ＨＦ電圧が、互いに絶縁された２つの電極間に印加される。回路は、それらの間に位置する組織を介して完成される。プローブの周辺に集中した電流分布フィールドが生成される。

ＨＦ電流の印加のタイプ（モノポーラ又はバイポーラ）に関わらず、器具のすぐ近くで高いフィールド密度が形成される、ということは自明である。このフィールド密度は、周囲の組織の脱水を、そして更には炭化をもたらす場合がある。少なくとも腫瘍の失活において、この効果は望ましくなく、その理由は、脱水又は炭化された組織は、強力に絶縁する効果を有し、より深い組織領域内での処置を妨げるからである。加えて、体は、そのような炭化された組織を容易に分解することができない。

この理由により、直接隣接する組織を冷却するため、従って、隣接する組織の脱水及び／又は炭化を防止するために、冷却装置が使用される。

腫瘍のサイズによっては、１つの器具で達成される失活効果は、量及び／又は速度に関して、腫瘍のセーフティマージンを含めて腫瘍を完全に失活させるのに十分であることはできない。そのような場合、クラスタ電極、及び／又は、クラスタ電極のように作用する複数のアブレーションプローブが使用される。クラスタ電極は、相互の関連で幾何学的に配置された、かつ、ＨＦ電圧を供給される、２つから４つの個別の電極を含んでもよい。適用においては、ジェネレータによって供給される、かつ、並列に、又は多重動作で動作させられる、モノポーラ及びバイポーラの両方のバージョンが使用される。

複数の冷却される印加プローブが、１つのジェネレータによって、一定電力で、並列に動作させられる場合、様々な開始条件（インピーダンス、熱容量、及び熱伝導特性）によって、印加の開始時に、電極間の非対称な電流分布が生じる場合がある。

前述の脱水又は炭化が発生しないように、負荷に依存する方式で、電気手術器具を調整することが知られているが（独国特許出願公開第４２ ３３ ４６７（Ａ１）号明細書を参照）、そのようなアプローチは、そのままでは、クラスタ電極と共に使用することはできない。

例えば、第１の電極ペアが低い電流入力を有し（そして、ごく少量のＨＦエネルギーが組織内に与えられ）、一方、第２の電極ペアは、大幅により高い電流入力を有するということが生じる場合がある。第１の電極ペアの一定の冷却を仮定すると、温度の低下により、接触抵抗が増加し、その結果、この第１の電極ペアにおける電流入力は減少する。好ましくない場合には、これは、第２の電極ペアにおける電流入力が更に上昇するということを、それに加えてもたらす可能性がある。その場合、第２の電極ペアにおいて、印加される冷却パワーと、ＨＦ電力との間のミスマッチが生じる。組織は完全に乾燥し、その結果、第２の電極における接触抵抗も上昇する。

個々の電極における接触抵抗の測定によって、失活プロセス（ｄｅｖｉｔａｌｉｓａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）又は凝固プロセス（ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）が終結したとみなされてもよいかどうかを確認することが可能である。上術の、第１の電極ペアにおける接触抵抗の上昇（過剰な冷却による）、及び第２の電極ペアにおける接触抵抗の上昇（過剰に高いＨＦ電力による）により、誤った評価が生じる可能性があり、その結果、凝固プロセスが終結したと誤って判断される可能性がある。第１の電極へのＨＦ電流の欠如、又は過剰に弱い印加が、介入の全体的結果に悪影響を及ぼすことは明らかである。第２の電極ペアにおける、高い電圧でのＨＦ電流の短時間の印加は、更に、電極から遠く離れた組織が失活されないことをもたらす可能性がある。

第１の電極ペア及び第２の電極ペアにおける接触抵抗の上昇のため失活プロセスが中断されない場合、自己調整効果が生じる。接触抵抗は、第１の電極ペアにおけるよりも、第２の電極ペアにおいて、大幅により強力に上昇するため、ＨＦ電力分布は、第１の電極ペアに有利なように移動する。第２の電極ペアにおいて脱水「のみ」が起こる範囲内では、組織液は、再び拡散して戻ることが可能である。第２の電極ペアにおける接触抵抗は低下し、一方、第１の電極ペアにおける接触抵抗は、恐らく組織の脱水により上昇する。システムは、従って、個々の電極ペアにおけるＨＦ電力が上昇し、そして再び低下して戻ることに伴って、２つの状態の間を行きつ戻りつして変動する傾向がある。このための前提条件は、接触組織において不可逆効果が発生しないということである。

しかし、特に電極クラスタ間に比較的大きな距離がある場合、システムは行き過ぎる傾向があり、その理由は、この場合、１つのプローブにおける過大な冷却エネルギーが、他のプローブからの温かさの拡散によって補償されないからである。

クラスタ又はアレイ内のプローブの多重動作を仮定すると、アブレーションプローブ、プローブ、又はプローブペアが特定のアルゴリズムを使用して順次動作させられるため、インピーダンスの過剰な上昇が防止される。しかし、これは、組織内への連続的なエネルギー入力による効率的な失活が可能ではないという欠点を有する。１つのみのアブレーションプローブが使用される場合でも、従来の制御アルゴリズムは、直接隣接する組織の過剰な冷却、又は過熱を防止するのに十分ではない。例えば、電流低下の勾配（ｄＩ／ｄｔ）又はインピーダンス上昇の勾配（ｄＺ／ｄｔ）に基づいて、調整を実行することが知られている。しかし、このタイプの調整は、不十分である。

国際公開第ＷＯ２００８／０７７３１７号パンフレット 米国特許出願公開第２００１／０１４８１９号

従って、本発明の目的は、単一動作及びクラスタ動作の両方における、冷却されるアブレーションプローブの制御を改良することである。特に、事前定義された組織セクションの失活を可能にする、信頼性が高く、かつ患者負担を軽減する、生物組織を失活させる装置が提供される。更なる目的は、対応する方法を規定することである。

この目的は、本発明の請求項１による装置を使用して、及び、本発明の請求項９による方法を使用して、達成される。

特に、この問題は、以下を含む、生物組織を失活させる装置を使用して解決される。
アブレーションプローブに近い組織領域が冷却装置の冷却パワーによって冷却されることが可能なように構成及び配置された、冷却装置を有し、かつ、ＨＦジェネレータによって生成されたＨＦ処置電流が組織内に伝導されることが可能なように配置及び構成された、電極ユニットを有する、少なくとも１つのアブレーションプローブ、
及び、失活の開始時には、低い、第１の温度が使用され、失活の終了時には、増加させられた、第２の温度が使用されるように、構成され、かつ、冷却装置とＨＦジェネレータとに接続された、調整ユニット。

本発明の本質は、過剰な冷却による組織変化は本質的に可逆であり、一方、過剰な加熱による組織の脱水及び／又は炭化は、再生されることができない、又は、非常に緩慢にのみ再生されることが可能である、という認識に基づく。従って、冷却装置を使用することによって、調整可能に、かつ適時に、すなわち最初から介入することは有用である。従って、本発明によれば、失活の開始時には、冷却がはるかにより強力に印加され、一方、プロセスの終了に向けて温度が増加させられる。温度は、冷却パワーを調整することによって、又は、ＨＦ電力と冷却パワーとの間の比率を調整することによって可能である。第１の温度においては、更なる隔たった組織領域内への電流入力が可能となり、従って、凝固域の十分な拡張が保証される。所望の凝固半径に到達した後、第２の温度を印加すると、アブレーションプローブに隣接する組織が失活させられる。

調整ユニットは、組織の着氷が防止されるように、温度が設定されるように構成されてもよい。第１の温度が、処置される組織の凍結点に近いように、特に１℃〜８℃に選択されるように、装置を動作させることが有利である。しかし、調整ユニットは、組織の着氷が防止されるように構成されなければならない。組織が着氷すると抵抗率が増加し、これは、組織内への低い電流入力が生じる可能性がある理由である。

調整ユニットは、第１の処置電流を規定することによって第１の温度を設定するために、及び、第１の処置電圧を規定することによって第２の温度を設定するために、そして、いずれの場合にも、冷却パワーの対応する調節のために、構成されてもよい。第１の温度に近い大きな領域内での抵抗変化は負であるため、本質的に一定の第１の処置電流を使用した動作時に、凝固プロセスの安定した調整が保証されることが可能である。第２の温度に近い大きな領域内での抵抗変化は正であるため、この第２の動作モードでは、本質的に一定の処置電圧を使用した、凝固プロセスの安定した設定が達成されることが可能である。

調整ユニットは、第１の処置電流を設定するための定電流源を含んでもよい。

調整ユニットは、第１の処置電圧を設定するための定電圧源を含んでもよい。

調整ユニットは、電流調整から電圧調整への滑らかな移行が起こるように設定されてもよい。

第１の、及び／又は第２の温度を決定するために、調整ユニットは、電極ユニットと周囲の組織との間のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定機器を含んでもよい。例えば、中性電極と印加電極との間のインピーダンスが測定されてもよい。あるいは、ＨＦ電流を印加するために電圧が供給される、電極ペア間のインピーダンスが測定されてもよい。個々の電極は、更に、電極部品間で測定が実行されるように複数の部品で構築されてもよい。インピーダンス測定は、有利には、アブレーションプローブにおいて存在する状態（特に、支配的温度（ｐｒｅｖａｉｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ））に関して、結論を導き出すために処理されてもよい。

装置は、複数のアブレーションプローブ及び調整ユニットを含んでもよく、ここで、それぞれのアブレーションプローブが、関連する調整ユニットによって一緒に制御可能なように構成された、上位レベルの調整／制御ユニットが提供される。特に、複数のアブレーションプローブを動作させる場合、失活又は凝固プロセスの開始時における蒸気形成及び脱水を、個々のアブレーションプローブを第１の低い温度で動作させることによって防止することが有利である。

上述した問題は、生物組織を失活させる装置を調整する方法によっても解決され、ここで、装置は、冷却装置の冷却パワーに起因してアブレーションプローブに近い組織領域が冷却されることが可能なように構成及び配置された冷却装置を含む、少なくとも１つのアブレーションプローブを含み、かつ、前記装置は、処置電流が組織内に伝導されることが可能なように構成及び配置された電極ユニットを含み、ここで、失活の開始時には、低い第１の温度が使用され、失活の終了時には、増加させられた第２の温度が使用される。

更なる有利な実施形態は、従属請求項に含まれている。本発明による方法を使用して達成される利点は、本質的に、前述の装置の利点に対応する。

以下では、図面を参照してより詳細に説明するいくつかの例示的実施形態に基づいて、本発明についてより詳細に説明する。

本発明による生物組織を失活させる装置の必須構成要素を示す。 本発明による、調整／制御ユニットを有する複数のアブレーションプローブを示す。 生物組織の抵抗率の、温度への依存を表すグラフを示す。

以下の説明において、同一の部品、及び同一の方式で動作する部品には、同じ参照符号を使用する。

生物組織を失活させる、本発明による装置１０の、第１の例示的実施形態は、アブレーションプローブ２０と、調整／制御ユニット３０とを含む（図１を参照）。アブレーションプローブ２０にＨＦ電圧を供給するために、前記プローブはＨＦジェネレータ５０に接続される。アブレーションプローブ２０を冷却するためのクーラントを供給するクーラント源４０への流体接続も存在する。調整／制御ユニット３０は、事前に定義された冷却パワーＰ_Ｋでアブレーションプローブが冷却されるように、クーラント源４０を制御又は調整する。調整／制御ユニット３０は更に、アブレーションプローブ２０が事前に定義されたＨＦ電力Ｐ_ＨＦを組織に出力するように、ＨＦジェネレータ５０を制御又は調整する。

ＨＦ電力Ｐ_ＨＦと冷却パワーＰ_Ｋとを適切に調整するために、調整／制御ユニット３０は、アブレーションプローブ２０から測定信号を受信する。

示される例示的実施形態においては、組織の比導電率又は抵抗率ρが測定される。

図２に概略的に示すように、装置１０は、この目的のために、実際に存在するインピーダンスＲ_ｉｓｔを検出する測定装置３２を含む。この実際のインピーダンスＲ_ｉｓｔは、１つ以上の電極ペア間で測定されてもよい。１つの電極が２つ以上の部品で構築され、電極の個々の部品間で抵抗が測定されることも考えられる。

組織の比導電率は、組織の温度に関する情報、及びその状態（例えば、凍結、脱水、又は炭化）に関する情報を明らかにする。

組織の比導電率は、導入又は抽出されるエネルギーによって、すなわちＨＦ電力Ｐ_ＨＦ及び冷却パワーＰ_Ｋによって、処置の過程の間、影響を及ぼされる。比導電率は、従って、組織温度が凍結点に近付いた場合に低下する（比導電率＝１／ρ）（図３を参照）。逆に、特に１００℃以上の高温が発生した場合、蒸気形成及び組織の脱水が起こる。従って、組織の温度が１００℃以上の場合に比導電率は大幅に低下する。

本発明による調整／制御ユニット３０は、組織を所定の温度で凝固させるために、調節変数ＨＦ電力Ｐ_ＨＦ及び冷却パワーＰ_Ｋを使用する。特に、処置されている組織内の、所定の温度勾配を達成することは、本発明の一部である。

抽象的に述べると、目標インピーダンスＲ_ｓｏｌｌが、測定された実際のインピーダンスＲ_ｉｓｔと比較され、所望の結果に応じて調節変数が設定される。ＨＦ電力Ｐ_ＨＦを調整するため、及び冷却パワーＰ_Ｋを調整するために、調整／制御ユニット３０は、冷却パワー調整器３４と、ＨＦ電力調整器３５とを含む。

ＨＦ電力調整器３５は、例えば、ライン５２を介してアブレーションプローブ２０にＨＦ電流を供給する、ＨＦジェネレータ５０を制御することが可能である。冷却パワー調整器３４は、バルブ４１を調整することによって、クーラント源４０からのクーラントの供給を調整することが可能であり、従って、冷却パワーＰ_Ｋを設定することが可能である。

本発明によれば、組織を失活させる装置１０は、少なくとも２つの動作状態を有する。第１の動作状態では、アブレーションプローブ２０は、第１の動作点ＡＰ１において動作させられ、第２の動作状態では、第２の動作点ＡＰ２において動作させられる。第１の動作点ＡＰ１は、第１の低い温度（特に２℃と１０℃との間の間隔内）によって特徴付けられ、第２の動作点ＡＰ２は、大幅により高い、第２の温度（特に８０℃から１１０℃までの範囲内）によって特徴付けられる。温度データは、アブレーションプローブ２０に直接隣接する組織に、及び／又は、アブレーションプローブ２０の外側スリーブにおける温度に、特に関連している。

第１の動作点ＡＰ１では、プローブ表面を取り巻く組織の冷却により、更なる隔たった組織領域内に入力される電流が可能となる。組織の失活のための熱効果が、従って、適用中のアブレーションプローブ２０から比較的遠く隔たった領域内で発生する。第１の動作点ＡＰ１の周辺の偏差が発生した場合、脱水に起因する組織内の不可逆変化は起こらない（参照：第２の動作点ＡＰ２における変性）。隣接する組織の凍結は、比較的問題のない、可逆変化であろう。特に、組織は、数秒以内に再び解凍されることが可能である。従って、直近において比較的低い温度（例えば、第１の温度）が存在し、距離の増加に伴って最大値まで温度が増加する温度分布がある。最大値に到達した後、温度は体温まで再び低下する。

所望の凝固半径に到達した後、装置１０は、第２の動作状態を取り、第２の動作点ＡＰ２に到達するように調節変数を調整する。第１の動作点における調整から、第２の動作点ＡＰ２における調整までの、連続的な移行を行うことも考えられる。従って、凝固半径は、少しずつ減少させられることが可能である。第１の動作点ＡＰ１の周辺の大きな間隔内で、抵抗率（Δρ／ΔＴ）は負であるため、定電流での動作時に、安定した動作点が実現されることが可能である。

同時に、第２の動作点ＡＰ２の周辺の大きな間隔内で抵抗率の変化（Δρ／ΔＴ）は正であり、この理由により、定電圧での動作の間、安定した第２の動作点が実現されることが可能である。

図３を参照すると、支配的温度の関数としての、生物組織の抵抗率が示されており（横軸は、℃単位での温度を表し、縦軸は、オームメートル単位での抵抗率を示す）、そこで選択されている動作点ＡＰ１及びＡＰ２が、対応する抵抗変化を示すことは明らかである。より低い温度において抵抗率は急激に上昇するため、約４℃における第１の動作点ＡＰ１は特に有利である、ということも明らかである。この動作点ＡＰ１は、従って、容易に検出されることが可能である。

より高い温度において、抵抗率はやはり急激に上昇するため、約１００℃の温度における第２の動作点ＡＰ２も非常に特徴的であるということも明らかである。従って、この特徴的な動作点ＡＰ１及びＡＰ２の発見、及びそれらの維持は比較的容易に達成される。

更なる例示的実施形態では、図２に示すように、大きな腫瘍領域を不活性化するために、複数のアブレーションプローブ２０、２０’、２０”が、複数の調整／制御ユニット３０を使用して同時に動作させられる。個々のアブレーションプローブ２０、２０’、２０”が、上述のように同様に調整及び制御される限り組織の有利な失活が起こる。特に、大きな組織セクションの完全な失活が、患者に最小限の損傷を与える方式で達成されることが可能である。

１０ 組織を失活させる装置
２０、２０’、２０” アブレーションプローブ
３０ 調整／制御ユニット
３２ 測定装置
３４ 冷却パワー調整器
３５ ＨＦ電力調整器
４０ クーラント源
１４ バルブ
４２ サプライ
５０ ＨＦジェネレータ
５２ ライン
Ｐ_ＨＦ ＨＦ電力
Ｐ_Ｋ 冷却パワー
ρ 抵抗率
Ｒ_ｉｓｔ 実際のインピーダンス
Ｒ_ｓｏｌｌ 目標インピーダンス
ＡＰ１ 第１の動作点
ＡＰ２ 第２の動作点

Claims (13)

1. アブレーションプローブ（２０、２０’、２０”）に近い組織領域が冷却装置の冷却パワーによって冷却されることが可能なように構成及び配置された、前記冷却装置を有し、かつ、ＨＦジェネレータ（５０）によって生成されたＨＦ処置電流が組織内に伝導されることが可能なように配置及び構成された、電極ユニットを有する、少なくとも１つの前記アブレーションプローブ（２０、２０’、２０”）を備える、生物組織（３００）を失活させる装置（１０）であって、
   失活の開始時には、前記アブレーションプローブ（２０、２０’、２０”）に直接隣接する組織への不可逆変化を防止するために、低い第１の温度が使用され、前記失活の終了時には、増加させられた第２の温度が使用されるように構成され、かつ、前記冷却装置と前記ＨＦジェネレータ（５０）とに接続された、調整ユニット（３０）
   によって特徴付けられ、
   前記調整ユニット（３０）は、第１の処置電流を規定することによって前記第１の温度を設定するために、及び、第１の処置電圧を規定することによって前記第２の温度を設定するために、そして、いずれの場合にも、前記冷却パワーの対応する調節のために、構成される装置（１０）。
2. 前記調整ユニット（３０）は、前記組織の着氷が防止されるように、前記第１の温度が設定されるように構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置（１０）。
3. 前記調整ユニット（３０）は、前記第１の処置電流を設定するための定電流源を備えることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の装置（１０）。
4. 前記調整ユニットは、前記第１の処置電圧を設定するための定電圧源を備えることを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１０）。
5. 前記調整ユニットは、電流調整から電圧調整への滑らかな移行が行われるように構成されることを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１０）。
6. 前記第１の、及び／又は第２の温度を決定するために、前記調整ユニットは、前記電極ユニットと周囲の組織との間のインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定機器（３２）を備えることを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１０）。
7. 複数のアブレーションプローブと調整ユニット（３０）とを備え、
   それぞれのアブレーションプローブが、関連する調整ユニットによって一緒に制御可能なように構成された、上位レベルの調整／制御ユニット（３０）によって特徴付けられる、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１０）。
8. 生物組織を失活させる装置（１０）を制御する方法であって、前記装置（１０）は、冷却装置の冷却パワーに起因してアブレーションプローブ（２０、２０’、２０”）に近い組織領域が冷却されることが可能なように構成及び配置された、前記冷却装置を備える、かつ、ＨＦ処置電流が前記組織内に伝導されることが可能なように構成及び配置された、電極ユニットを有する、少なくとも１つの前記アブレーションプローブ（２０、２０’、２０”）を備え、
   失活の開始時には、低い、第１の温度が使用され、前記失活の終了時には、増加させられた、第２の温度が使用されることを特徴とし、
   前記第１の温度は、第１の処置電流を予め設定することによって設定され、前記第２の温度は、第１の処置電圧を予め設定することによって設定され、いずれの場合にも、前記冷却パワーの適切な設定によって設定される、方法。
9. 前記第１の温度は、前記組織の着氷が防止されるように設定されることを特徴とする、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の処置電流は、定電流として生成され、かつ／又は、前記第１の処置電圧は、定電圧として生成されることを特徴とする、
    請求項８又は９に記載の方法。
11. 電流調整から電圧調整への滑らかな移行が行われることを特徴とする、
    請求項８又は１０に記載の方法。
12. 前記第１の、及び／又は第２の温度を決定するために、前記電極ユニット（２１）と前記組織（３００）との間のインピーダンスが測定されることを特徴とする、
    請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 複数のアブレーションプローブが、前記第１及び第２の温度を設定するために個別に調整され、かつ、処置手順を実行するために一緒に調整されることを特徴とする、
    請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。

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