(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織の属性を検知するシステムであって、該システムは、
少なくとも１つの方向における標的組織の熱伝導率を測定するように構成されたセンサを含む熱伝導プローブと、
少なくとも１つの方向における該標的組織の電気伝導率を測定するように構成されたセンサを含む電気伝導プローブと、
該熱伝導プローブに動作可能に結合され、該熱伝導プローブに電力を供給するように構成された電源と、
該熱伝導プローブおよび該電気伝導プローブに動作可能に結合されたマルチメータであって、該マルチメータは、該熱伝導プローブおよび該電気伝導プローブのうちの少なくとも１つにエネルギーを供給するように構成されている、マルチメータと、
該電源、該マルチメータ、インピーダンスアナライザのうちの少なくとも１つに動作可能に結合されたコンピュータと
を備え、
該熱伝導プローブは、
組織の中に挿入されるように構成されたカテーテルを画定する本体と、
該本体に動作可能に結合されたセンサと
を備え、
該センサは、
該カテーテルに沿って延びる一対の内側の抵抗加熱要素を有するラインヒータと、
該カテーテルに沿って延び、かつ、該一対の内側の抵抗加熱要素を取り囲む一対の外側の検出器要素を有する検出器と、
該ラインヒータと該検出器とを支持するための基板であって、該基板は、該カテーテルに固定されている、基板と
を含む、システム。
【請求項２】
前記熱伝導プローブおよび前記電気伝導プローブは、単一のプローブに統合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記インピーダンスアナライザは、前記電気伝導プローブに動作可能に結合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記一対の外側の検出器要素は、抵抗温度検出器要素（ＲＴＤ）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記一対の内側の抵抗加熱要素は、実質的に平行である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
センサのアレイをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記電気伝導プローブは、
本体と、
電気伝導率を検知するセンサと
を備え、
該センサは、
一対の電極と、
一対の電気リードによって該一対の電極に結合された一対のボンディングパッドと、
該電極と該ボンディングパッドと該リードとを支持するための基板と
を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記一対の電極は、平行である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記電気伝導プローブの本体は、組織の中に挿入されるように構成されたカテーテルを画定する、請求項７または請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサは、前記一対の電極の上に少なくとも部分的に重なる絶縁材と、該絶縁において形成され、かつ、各電極に関連づけられた露出領域とを含む、請求項７、８、９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記熱伝導プローブは、加熱抵抗線方法の原理に基づいて熱伝導率を測定するように構成された薄膜熱伝導プローブである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記熱伝導プローブおよび／または前記電気伝導プローブは、その円周の周りに配置された少なくとも２つ以上のセンサを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
（関連出願の引用）
本出願は、２００７年１月１９に出願され、その全容が参考として本明細書中に援用されている米国仮特許出願第６０／８８１，２３８号への利益および優先権を主張する。
【０００２】
（１．技術分野）
本開示は、電気外科の器具およびシステム、ならびにこれらを作成する方法に関する。さらに詳細には、本開示は、組織の方向性属性を検知する伝導プローブ、およびこれを作成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
（２．関連技術の論議）
生物学的な組織は、様々な方向に様々な熱伝導率および／または電気伝導率を有することが観察されている。
【０００４】
生物組織の熱伝導率は、生物組織の特定のタイプ、および生物組織の組成に依存している。様々な生物学的な組織は、要因、例えば組織密度、脈管形成、年齢、主要な血管への方向および距離その他に基づいて、様々なかつ／または固有の熱伝導率を示す。さらに、様々な生物学的な組織は、様々な方向に、異なるかつ／または固有の熱伝導率を示し得る。
【０００５】
電気伝導率は、組織のタイプおよび組成によって決定されるばかりではなく、温熱療法の間に、外部から適用された他の物理的および化学的影響、例えば温度刺激および生理食塩水前処理によっても決定される。
【０００６】
組織の熱伝導率および／または電気伝導率を知ることは、所与の組織に対する温熱処置の効果を予測すること、内部構造の位置およびサイズを識別すること、および従来の画像化装置の解像度を向上させることを含むが、これらに限定されず、多くの用途に外科医によって使用され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（発明の概要）
（概要）
従って、組織の方向性属性を検知する熱伝導プローブおよび電気伝導プローブ、ならびにこれらを作成する方法に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくとも１つの方向における組織の属性を感知するシステムが提供される。システムは、少なくとも１つの方向の標的組織における熱伝導率を測定するように構成されたセンサと、熱伝導プローブに動作可能に接続され、熱伝導プローブに電力を供給するように構成された電源と、熱伝導プローブに動作可能に接続されたマルチメータとを含む熱伝導プローブ、ならびに少なくとも１つの方向の標的組織における電気伝導率を測定するように構成されたセンサと、組織インピーダンス（または等価な電気伝導率）を測定するインピーダンスアナライザと、マルチメータとインピーダンスアナライザとのうちの少なくとも１つに動作可能に接続されたコンピュータとを含む電気伝導プローブを含む。システムにおいて、熱伝導プローブおよび電気伝導プローブは、単一のプローブに統合され得る。
【０００９】
組織の方向性属性を検知するための熱伝導プローブも提供される。プローブは、本体および本体に動作可能に接続されたセンサを含む。センサは、１つ以上の抵抗加熱要素を有するラインヒータ、１つ以上の検出器要素を有する検出器、およびラインヒータおよび検出器をサポートし、熱伝導率コントラストを提供するための基板を含む。プローブの本体は、組織の中に挿入されるように構成されたカテーテルを画定し得る。外側検出器要素の対は、抵抗温度検出器要素（ＲＴＤ）を形成し得る。内側加熱要素の対は、実質的に平行であり得る。プローブは、センサのアレイをさらに含み得る。
【００１０】
熱伝導プローブを作成する方法も提供される。該方法は、不活性基板を提供すること、第１の層を基板に堆積させること、第１の層に第２の層を堆積させること、第１および第２の層に第１のパターンを生成すること、第２の層に第２のパターンを生成すること、ならびに第１および第２の層の上に絶縁層を堆積させることを含む。第１および第２の層は、蒸着技術を使用して堆積させられ得る。第１の層２２８は、チタン（Ｔｉ）チタンタングステン（ＴｉＷ）、およびプラチナ（Ｐｔ）から成る群から選択され得る。第２の層は、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびプラチナ−イリジウム合金（Ｐｔ−Ｉｒ）から成る群から選択され得る。第１の層は、約５０ｎｍの厚さであり得る。第２の層は、約５００ｎｍの厚さであり得る。第１および第２のパターンは、エッチング技術を使用して生成され得る。
【００１１】
さらに、組織の属性を測定するための電気伝導プローブが提供される。プローブは、電気伝導率を検知するための本体およびセンサを含む。センサは、一対の電極、一対の電気リードによって一対の電極に結合された一対のボンディングパッド、ならびに電極、ボンディングパッドおよびリードをサポートするための基板を含む。一対の電極は、平行であり得る。プローブの本体は、組織の中に挿入されるように構成されたカテーテルを確定し得る。
【００１２】
センサは、一対の電極の上に少なくとも部分的に重なる絶縁材、および絶縁において形成され、かつ各電極と連携する露出された領域を含む。
【００１３】
電気伝導プローブを作成する方法も提供される。該方法は、基板を提供すること、基板に接着層を堆積させること、接着層に伝導層を堆積させること、接着層および伝導層にパターンを生成すること、ならびに伝導層およびパターン上に絶縁層を堆積させることを含む。接着層および伝導層は、蒸着技術を使用して堆積させられ得る。パターンは、第１および第２電極を画定し得る。接着層は、チタン（Ｔｉ）チタンタングステン（ＴｉＷ）、およびプラチナ（Ｐｔ）から成る群から選択され、約３０ｎｍの厚さであり得る。伝導層は、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびプラチナ−イリジウム合金（Ｐｔ−Ｉｒ）から成る群から選択され、約３３０ｎｍの厚さであり得る。絶縁層は、伝導層およびパターン上にスピニングされ得る。
【００１４】
（項目１）
組織の属性を検知するシステムであって、該システムは、
少なくとも１つの方向における該標的組織の熱伝導率を測定するように構成されたセンサを含む熱伝導プローブと、
少なくとも１つの方向における該標的組織の電気伝導率を測定するように構成されたセンサを含む電気伝導プローブと、
該熱伝導プローブに動作可能に接続され、該熱伝導プローブに電力を供給するように構成された電源と、
該熱伝導プローブおよび該電気伝導プローブのうちの少なくとも１つに動作可能に接続されたマルチメータであって、該マルチメータは、該熱伝導プローブおよび該電気伝導プローブのうちの少なくとも１つにエネルギーを供給するように構成された、マルチメータと、
該電源、該マルチメータ、およびインピーダンスアナライザのうちの少なくとも１つに動作可能に接続されたコンピュータと
を備えている、システム。
【００１５】
（項目２）
上記熱伝導プローブおよび上記電気伝導プローブは、単一のプローブに統合される、項目１に記載のシステム。
【００１６】
（項目３）
上記インピーダンスアナライザは上記電気伝導プローブに動作可能に結合されている、項目１に記載のシステム。
【００１７】
（項目４）
組織の方向性属性を検知するための熱伝導プローブであって、該プローブは、
本体と、
該本体に動作可能に結合されたセンサであって、該センサは、
少なくとも１つの抵抗加熱要素を有するラインヒータと、
少なくとも１つの検出器要素を有する検出器と、
該ラインヒータおよび該検出器をサポートする基板であって、該基板は、熱伝導のコントラストを提供する、基板と
を含むセンサと
を備えている、プローブ。
【００１８】
（項目５）
上記本体は、組織の中に挿入されるように構成されたカテーテルを画定する、項目４に記載のプローブ。
【００１９】
（項目６）
上記一対の外側の検出器要素は、抵抗温度検出器要素（ＲＴＤ）である、項目４に記載のプローブ。
【００２０】
（項目７）
上記一対の内側の過熱要素は、実質的に平行である、項目４に記載のプローブ。
【００２１】
（項目８）
センサのアレイをさらに含む、項目４に記載のプローブ。
【００２２】
（項目９）
熱伝導プローブを作成する方法であって、該方法は、
不活性の基板を提供するステップと、
該基板の上に第１の層を堆積させるステップと、
該第１の層の上に第２の層を堆積させるステップと、
該第１の層および該第２の層の中に第１のパターンを生成するステップと、
該第２の層の中に第２のパターンを生成するステップと、
該第１の層および該第２の層の上に絶縁層を堆積させるステップと
該絶縁層の少なくとも一部分を露出させるステップと
を包含する、方法。
【００２３】
（項目１０）
蒸着技術を使用して、上記第１の層および上記第２の層を配置するステップをさらに包含する、項目９に記載の方法。
【００２４】
（項目１１）
上記第１の層は、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、およびプラチナ（Ｐｔ）から成る群から選択される、項目９に記載の方法。
【００２５】
（項目１２）
上記第２の層は、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびプラチナ−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）から成る群から選択される、項目９に記載の方法。
【００２６】
（項目１３）
厚さが約５０ｎｍである第１の層を提供するステップをさらに包含する、項目９に記載の方法。
【００２７】
（項目１４）
厚さが約５００ｎｍの第２の層を提供するステップをさらに包含する、項目９に記載の方法。
【００２８】
（項目１５）
エッチング技術を使用して、上記第１のパターンおよび上記第２のパターンを生成するステップをさらに包含する、項目９に記載の方法。  
【００２９】
（項目１６）
組織の属性を測定する電気伝導プローブであって、該プローブは、
本体と、
電気伝導率を検知するセンサであって、該センサは、
一対の電極と、
一対の電気リードによって該一対の電極に結合された一対のボンディングパッドと、
該電極、該ボンディングパッドおよび該リードをサポートする基板と
を含む、センサと
を備えている、プローブ。
【００３０】
（項目１７）
上記一対の電極は平行である、項目１６に記載のプローブ。
【００３１】
（項目１８）
上記本体は、組織の中に挿入されるように構成されたカテーテルを画定する、項目１６に記載のプローブ。
【００３２】
（項目１９）
上記センサは、上記一対の電極の上に少なくとも部分的に重なる絶縁材、および該絶縁において形成され、かつ各電極と関連づけられた露出領域を含む、項目１６に記載のプローブ。
【００３３】
（項目２０）
電気伝導プローブを作成する方法であって、該方法は、
基板を提供するステップと、
該基板の上に接着層を堆積させるステップと、
該接着層の上に伝導層を堆積させるステップと、
該接着層および該伝導層の上にパターンを生成するステップと、
該伝導層および該パターンの上に絶縁層を堆積させるステップと、
該絶縁層の少なくとも一部分を露出させるステップと
を包含する、方法。
【００３４】
（項目２１）
蒸着技術を使用して、上記接着層および上記伝導層を堆積させるステップをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
【００３５】
（項目２２）
上記パターンの中に第１の電極および第２の電極を画定するステップをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
【００３６】
（項目２３）
上記接着層は、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、およびプラチナ（Ｐｔ）から成る群から選択される、項目２０に記載の方法。
【００３７】
（項目２４）
厚さが約３０ｎｍである接着層を提供するステップをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
【００３８】
（項目２５）
上記伝導層は、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、およびプラチナ−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）から成る群から選択される、項目２０に記載の方法。
【００３９】
（項目２６）
厚さが約３３０ｎｍの伝導層を提供するステップをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
【００４０】
（項目２７）
上記絶縁層を上記伝導層および上記パターン上にスピニングするステップをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（本発明の詳細な記述）
（実施形態の詳細な記述）
本開示の装置、システム、および方法は、組織の方向性属性の検知を提供し、それによって温熱療法を予測し、かつ／または計画する際に役立つ。次の図面および記述において、用語「近位の」は、従来のように、オペレータに最も近い、システムの端またはその構成要素を指し、用語「遠位の」は、オペレータからより離れた、システムの端またはその構成要素を指す。
【００４２】
本明細書中に使用されているように、用語「温熱処置」は、高周波（ＲＦ）処置、レーザ処置、マイクロ波処置、および冷凍切除処置を含むが、これらに限定されないことは理解される。
【００４３】
（１．検知システム）
図１を参照して、本開示の実施形態に従って、組織の方向性属性を検知する検知システムは、一般的に１００のように示される。システム１００は、熱伝導プローブ２００、プローブ２００に接続されているか、または接続可能な電源「ＰＳ」、プローブ２００に接続されているか、または接続可能なマルチメータ「Ｍ」、およびマルチメータ「Ｍ」に接続されているか、または接続可能なコンピュータ「Ｃ」を含む。システム１００は、インピーダンスアナライザ「ＩＡ」、または他の適切な装置に接続された電気伝導プローブ３００をさらに含み得る。インピーダンスアナライザ「ＩＡ」は、マルチメータ「Ｍ」と一体に構成され得るか、またはそうではなく分離したユニットを含み得る。電源「ＰＳ」は、一定の電力を提供することのできる任意の電源を含み得る。例えば、電源「ＰＳ」は、ＤＣ電源を含み得る。
【００４４】
図１に見られるように、熱伝導プローブ２００は、電源「ＰＳ」に電気的に接続された、または電気的に接続可能なボンディングパッド２０２の第１の対、およびマルチメータ「Ｍ」に電気的に接続された、または電気的に接続可能なボンディングパッド２０４の第２の対を含む。電気伝導プローブ３００は、インピーダンスアナライザ「ＩＡ」に電気的に接続された、または電気的に接続可能な一対のボンディングパッド３０４を含み得る。
【００４５】
（２．熱伝導プローブ）
微小薄膜熱伝導プローブが、従来の加熱抵抗線方法の原理に基づいて、生物学的な組織の熱伝導率を測定するために開発された。本開示のマイクロプローブの設計の実施形態は、基板上の抵抗ライン加熱要素、およびＲｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＲＴＤ）に基づく温度センサを含む。
【００４６】
図１を引き続き参照して、かつ図２および図２Ａを参照して、熱伝導プローブ２００のさらに詳細な論議が提供される。プローブ２００は、ニードル、プローブアンテナなど、または任意の他の適切な構成の形式であり得る。一実施形態において、プローブ２００は、鋭い、または尖った遠位チップ２１２を画定するカテーテルの形式での、細長い本体２１０を含み得る。
【００４７】
プローブ２００は、カテーテル２１０に適切に固定されたマイクロプローブセンサ２２０をさらに含む。マイクロプローブセンサ２２０は、カテーテル２１０内に少なくとも部分的に、カテーテル２１０の外面の上に、カテーテル２１０の外面の中に埋め込まれて、かつ／または任意の他の適切な方法に従って配置され得る。
【００４８】
図２および図２Ａに見られるように、マイクロプローブセンサ２２０は、一対の抵抗内側薄膜加熱要素２２２ａ、２２２ｂを有するライン加熱要素２２２、一対の外側「抵抗温度検出器」（ＲＴＤ）要素２２４ａ、２２４ｂを有する検出器要素２２４、ならびに加熱要素２２２ａ、２２２ｂおよびＲＴＤ要素２２４ａ、２２４ｂをサポートするための基板２２６を含む。
【００４９】
一実施形態において、ライン加熱要素２２２は、約１００μｍの幅、および約５０００μｍの長さを有する。一方、検出器要素２２４は、約１００μｍの幅、および約１５００μｍの長さを有し得る。本明細書中に開示された寸法は、代表的であり、寸法が任意の適切な値を有すること、例えば指定された長さよりも約３．０倍大きな長さを有すること、または指定された長さより約０．２倍小さい長さを有することは想定され、本開示の範囲内である。選択された長さは、例えば、特定の標的組織、例えば肝臓、肺、腎臓、筋肉その他における最適な使用のために選択され得ることは考えられている。
【００５０】
図２Ａに最も良く見られるように、ライン加熱要素２２２の加熱要素２２２ａ、２２２ｂは、互いに実質的に平行であり、互いから距離「Ｙ１」だけ間隔が置かれている。距離「Ｙ１」は、約１００μｍであり得る。各加熱要素２２２ａ、２２２ｂは、距離「Ｙ２」だけＲＴＤ要素２２４ａ、２２４ｂそれぞれから間隔が置かれる。距離「Ｙ２」は、約５０μｍであり得る。
【００５１】
ここで、図３〜図９を参照して、マイクロプローブセンサ２２０を製造する代表的な方法が示され、かつ記述される。図３に見られるように、マイクロプローブセンサ２２０の製造に含まれるステップは、基板２２６、例えばガラス、ポリイミド（ｋａｐｔｏｎ）または不活性である他の重合体の基板を提供することを含む。一実施形態において、基板２２６は、１．０ｍｍにほぼ等しい厚さを有し得る。次に、図４に見られるように、第１の層２２８は、蒸着技術または他の適切な堆積技術を使用して、基板２２６に堆積される。第１の層２２８は、チタン（Ｔｉ）チタンタングステン（ＴｉＷ）、プラチナ（Ｐｔ）または他の同様な材料から作成され得、約５０ｎｍの厚さを有し得る。次に、図５に見られるように、第２の層２３０は、蒸着技術または他の適切な堆積技術を使用して、第１の層２２８の上に堆積される。第２の層２３０は、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ−イリジウム合金（Ｐｔ−Ｉｒ）または他の同様な材料から作成され得、約５００ｎｍの厚さを有し得る。本明細書中に提供されたマイクロプローブセンサ２２０の寸法は、単に代表であり、用途次第で、より大きくまたはより小さくなされ得る。例えば、マイクロプローブセンサ２２０は、幼児に対する使用のために構成されるとき、大きさが低減され得る。一例示的な実施形態において、マイクロプローブセンサ２２０は、３００μｍ〜１０００μｍにほぼ等しい厚さを有する基板２２６を含み得、さらなる実施形態においては、５００μｍにほぼ等しい。
【００５２】
図６に見られるように、適切なフォトリソグラフィ技術、または他の適切なエッチングもしくは除去技術が使用され、精密フォトマスク（図示されず）を使用することによって、第１および第２の層２２８、２３０において、所望の第１のパターン２３２を生成する。次に図７に見られるように、第２の層２３０は、フォトリソグラフィ技術、または他の適切なエッチングもしくは除去技術を使用してエッチングされ、そこに第２のパターン２３４を生成する。このような方法で、加熱要素およびＲＴＤ要素が画定される。
【００５３】
図８に見られるように、絶縁層２３６は、第１および第２の層２２８、２３０、ならびに第１および第２のパターン２３２、２３４の上に堆積、すなわちスピニングされる。絶縁層２３６は、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）、シリカ（Ｓｉ０２）、パリレン、ポリイミド、ＳＵ８、または他の同様な材料の誘電体層を含み得る。絶縁層２３６は、組織における腐食性の要素、例えば生理食塩水から、第１および第２の層２２８、２３０を保護するように機能する。図９に見られるように、エリア２３８は、絶縁層２３６において露出され、ボンディングパッド２０２、２０４を画定し、かつはんだ付けなどのためにボンディングパッド２０２、２０４を露出させる。センサ２２０は、親水性のまたは疎水性の層（図示されず）によってさらに被覆され得ることにより、センサ２２０の生体適合性を増加し得る。
【００５４】
ワイヤ（図示されず）は、各ボンディングパッド２０２、２０４に溶接、はんだ付け、ボールボンディング、エポキシ樹脂による接着などをされ、マイクロプローブセンサ２２０は次に、細長い本体２１０内に置かれ得る（図１参照）。細長い本体２１０内の正しい位置にマイクロプローブセンサ２２０を保持し、マイクロプローブセンサ２２０を保護するために、防水エポキシが使用され得る。
【００５５】
（３．熱伝導プローブを使用する方法）
図１〜図２Ａを参照して、熱伝導プローブ２００を使用する代表的な方法が提供されている。図１に見られるように、電気的に電源「ＰＳ」に接続されたボンディングパッドの第１の対２０２と共に、および電気的にマルチメータ「Ｍ」に接続されたボンディングパッドの第２の対２０４と共に、熱伝導プローブ２００は、標的組織の熱伝導率を決定するために使用され得る。加熱要素２２２ａ、２２２ｂの過渡時間応答は、マイクロプローブセンサ２２０を取り巻く媒質、およびマイクロプローブセンサ２２０の下にある基板の熱伝導率に依存する。
【００５６】
本開示の方法に従って、電源「ＰＳ」によって生成された５Ｖ出力は、過熱要素２２２ａ、２２２ｂを流れる一定の電流を提供するために使用される。過渡温度上昇を原因とする、ＲＴＤ要素２２４ａ、２２４ｂの抵抗の変化は、マルチメータ「Ｍ」、インピーダンスアナライザなどによって測定される。コンピュータ「Ｃ」は、マイクロプローブセンサ２２０によって生成されたデータおよび／または表示をモニタし、記録し、かつ獲得するために使用される。
【００５７】
ＲＴＤ要素２２４ａ、２２４ｂの過渡時間応答は、周囲の媒質および基板の熱伝導率に依存する。熱源が２つの材料（基板および周囲の媒質）の間に挟まれている構成に対する過渡伝導の理論的な分析は、温度対時間応答の対数から計算された複合熱伝導率が、単に２つの材料の熱伝導率の平均であることを示している。
【００５８】
計算のための方程式は、
【００５９】
【数１】
0005511141.tif 000002
であり、
ｋは、計算された熱伝導率であり、
ｋｔｉｓｓｕｅは、試験される組織の熱伝導率であり、
ｋｓｕｂｓｔｒａｔｅは、センサ基板の熱伝導率であり、
ｑ’’は、加熱要素によって生み出された熱流束であり、
Ｔは、温度であり、
ｔは、時間である。
【００６０】
使用に際しては、カテーテル２１０が、標的組織「Ｔ」の中に挿入され、マイクロプローブセンサ２２０は、起動されて該標的組織の熱伝導率を決定する。熱伝導プローブ２００は、当分野で周知であるように、次の方程式によって表されるとおり、熱コンダクタンスＫｅｆｆを測定するように適合される。
【００６１】
【数２】
0005511141.tif 000003
ここで、
ｋｅｆｆは、測定される「有効」組織コンダクタンスであり、
Ｋｅｆｆは、（本来の熱伝導を原因とする）伝導と（灌流を原因とする）対流との組み合わせであり、
ｋｔｉｓｓｕｅは、灌流のない組織コンダクタンスであり、
ｎは、血管の数であり、
（ｐｃ）ｂにおけるｐは、血液の比重であり、
（ｐｃ）ｂにおけるｃは、血液の比熱であり、
ｒｂは、血管の半径であり、
Ｖは、血管内での血流速度ベクトルであり、
γは、血管の方向と組織の温度勾配との間の相対角度であり、
σΔは、形状要素項であり、そして、
ｑｍｅｔは、代謝熱生成である。
−Ｓ．ＷｅｉｎｂａｕｍとＬ．Ｍ．ＪｉＪｉ，「Ａ  ｎｅｗ  ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｅｑｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｂｌｏｏｄ  ｆｌｏｗ  ｏｎ  ｌｏｃａｌ  ａｖｅｒａｇｅ  ｔｉｓｓｕｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，」ＡＳＭＥ  Ｊ．Ｂｉｏｍｅｃｈ．Ｅｎｇ．１０７：１３１〜１３９，１９８５。
【００６２】
（４．電気伝導プローブ）
図１を参照し、かつ図１０および図１０Ａを参照して、電気伝導プローブ３００のさらに詳細な論議が提供される。プローブ３００は、ニードル、プローブアンテナなど、または任意の適切な構成の形式であり得る。例えば、プローブ３００は、鋭い、または尖った遠位チップ３１２を画定するカテーテルの形式での、細長い本体３１０を含み得る。
【００６３】
プローブ３００は、カテーテル３１０に適切に固定されたセンサ３２０をさらに含む。センサ３２０は、カテーテル３１０内に少なくとも部分的に、カテーテル３１０の外面の上に、カテーテル３１０の外面の中に埋め込まれて、かつ／または任意の他の適切に従って配置され得る。
【００６４】
図１０および図１０Ａに見られるように、センサ３２０は、センサエリア「ＳＡ」を画定する一対の電極３２２ａ、３２２ｂ、電極３２２ａ、３２２ｂをボンディングパッド３０４にそれぞれ接続する一対の電気リード３２３ａ、３２３ｂ、ならびに電極３２２ａ、３２２ｂ、リード３２３ａ、３２３ｂ、およびボンディングパッド３０４を支える基板３２６を含む。
【００６５】
一実施形態において、各電極３２２ａ、３２２ｂは、約１５０μｍの幅、および約２，０００μｍの長さを有する。本明細書中に開示された寸法は代表的，または例示的なものであり、寸法が任意の適切な値を有すること、例えば指定された長さよりも約３．０倍大きな長さを有すること、または指定された長さより約０．２倍小さい長さを有することは想定され、本開示の範囲内である。選択された長さは、例えば、特定の標的組織、例えば肝臓、肺、腎臓、筋肉その他における最適な使用のために選択され得ることは考えられている。図１０および図１０Ａに最も良く見られるように、電極３２２ａ、３２２ｂは、互いに実質的に平行であり、互いから距離「Ｙ３」だけ間隔が置かれている。距離「Ｙ３」は、約３００μｍであり得る。
【００６６】
ここで、図１１〜図１６を参照して、センサ３２０を製造する例示的な方法が示され、かつ記述される。図１１に見られるように、センサ３２０の製造に含まれるステップは、基板３２６、例えばポリイミドまたは不活性である他の適切な基板を提供することを含む。一実施形態において、基板３２６は、約３００μｍと１，０００μｍとの間の厚さを有し得、さらなる実施形態においては、約５００μｍであり得る。次に、図１２に見られるように、接着剤層３２８は、蒸着技術による適切な堆積、または他の適切な堆積および／もしくは蒸着技術を使用して、基板３２６に堆積される。接着層３２８は、チタン（Ｔｉ）チタンタングステン（ＴｉＷ）、プラチナ（Ｐｔ）または他の同様な材料から作成され得、約３０ｎｍの厚さを有し得る。次に、図１３に見られるように、伝導層３３０は、蒸着技術または他の適切な堆積および／もしくは蒸着技術による適切な堆積を使用して、接着剤層２２８に堆積される。伝導層３３０は、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ−イリジウム合金（Ｐｔ−Ｉｒ）または他の同様な材料から作成され得、約３００ｎｍの厚さを有し得る。本明細書中に提供されたマイクロプローブセンサ３２０の寸法は、単に代表的なものであり、用途次第で、より大きくまたはより小さくなされ得る。
【００６７】
図１４に見られるように、適切なフォトリソグラフィおよび／またはエッチング技術が、第１および第２の電極３２２ａ、３２２ｂを画定する所望のパターン３３２を生成するために使用される。次に、図１５に見られるように、絶縁層３３６は、例えば、伝導層３３０およびパターン３３２の上にスピニングされるように堆積される。絶縁層３３６は、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）、シリカ（Ｓｉ０２）、パリレン  Ｃまたは他の同様な材料の誘電体層を含み得る。絶縁層３３６は、組織における腐食性の要素、例えば生理食塩水から、伝導層３３０を保護するように機能する。図１６に見られるように、エリア３３８は、絶縁層３３６の中に模様がつけられ、第１および第２の電極３２２ａ、３２２ｂ、ならびにボンディングパッド３０４を画定し、はんだ付けなどのためにボンディングパッド３０４を露出させる。
【００６８】
ワイヤ（図示されず）は、各ボンディングパッド３０４に溶接、はんだ付け、ボールボンディング、エポキシ樹脂による接着などをされ、センサ３２０は次に、細長い本体３１０内に置かれ得る（図１参照）。細長い本体３１０内の正しい位置にセンサ３２０を保持し、センサ３２０を保護するために、防水エポキシが使用され得る。センサ３２０は、親水性のまたは疎水性の層（図示されず）によってさらに被覆され得ることにより、センサ３２０の生体適合性を増加し得る。
【００６９】
（５．電気伝導プローブを使用する方法）
図１、図１０および図１０Ａを参照して、電気伝導プローブ３００を使用する代表的な方法が提供されている。図１に見られるように、マルチメータ「Ｍ」またはインピーダンスアナライザに電気的に接続されたボンディングパッドの対３０４と共に、電気伝導プローブ３００は、電気外科処置の前に標的組織の電気伝導率を決定するために使用され得る。
【００７０】
本開示の方法に従って、マルチメータ「Ｍ」によって生成された５００ｋＨｚ出力周波数が、電極３２２ａ、３２２ｂに電気外科エネルギーを提供するために使用される。リターンのパッドまたは電極（図示されず）が、組織「Ｔ」を介して、電極３２２ａ、３２２ｂによって回路を完成するために使用される。コンピュータ「Ｃ」は、センサ３２０によって生成されたデータおよび／または表示をモニタし、記録し、かつ獲得するために使用される。
【００７１】
使用の前に、マイクロ電気プローブによるインピーダンス値が、電気伝導率の直接的な測定を提供する標準的な４電極プローブに対して、様々な塩分レベルにおいて較正される。マイクロ電気プローブによって与えられたインピーダンス値を、標準的な４電極プローブによって様々な塩分レベルで測定された電気伝導率に関係付ける較正曲線が生成される。電気伝導率は、インピーダンス値を較正曲線と比較することによって計算され得る。使用に際して、カテーテル３１０が、標的組織「Ｔ」の中に挿入され、センサ３２０は、起動されて該標的組織「Ｔ」の電気伝導率を決定する。
【００７２】
本開示に従って、上記の実施形態の各々は、各装置２００、３００の各々と関連する単一のセンサ２２０、３２０を例示するが、装置２００、３００は、その円周の周りに配置された少なくとも２つ以上のセンサ２２０、３２０を使用、または含み得る。図１９に見られるように、デバイス２００、３００の各々は、その相対する側に配置された一対のセンサ２２０ａ、３２０ａを含み得るか、または図２０に見られるように、デバイス２００、３００の各々は、互いに対して９０°の角度で配置されたセンサ２２０ｂ、３２０ｂを含み得る。
【００７３】
図２１に見られるように、センサ２２０、３２０は、カテーテル２１０、３１０の各々の長さに沿った軸方向の様々な位置に配置され得る。図２２に見られるように、センサ２２０、３２０は、単一の電気外科装置４００に供給され得る。このような方法で、電気外科装置４００は、標的組織「Ｔ」の熱伝導率と電気伝導率の両方の値を測定し、かつ／または取得することができる。
【００７４】
本開示の代替の実施形態に従って、図２２に見られるように、センサ２２０、３２０は、切除ニードル、プローブ、アンテナなどの形式で、温熱処置装置５００の中に取り入れられ得るか、または関連付けられ得る。温熱処置装置５００は、当技術分野で公知の任意の適切な方法に従って、標的組織に治療エネルギーを供給するように構成され、かつ適合された電気的に露出された遠位チップ５０２を画定する。遠位チップ５０２は、絶縁されたシャフト５０４などから延びる。
【００７５】
図２３に見られるように、センサ２２０，３２０は、遠位チップ５０２に沿って提供され得、かつ／またはこの中に取り入れられ得、かつ／またはシャフト５０４に沿って提供され得、かつ／またはこの中に取り入れられ得る。互いに対する、ならびに遠位チップ５０２および５０４に対するセンサ２２０、３２０の特定の配列、位置、および向きは、必要かつ／または要望に従って選択、または選ばれ得る。
【００７６】
図２４に見られるように、センサ２２０、３２０は、温熱処置装置６００の外側チューブ６０２に沿って提供され得、かつ／またはこの中に取り入れられ得る。このような方法で、温熱処置装置６００の外側チューブ６０２は、シャフト６０４に対して引っ込められ得るか、または代替において、シャフト６０４が外側チューブ６０２に対して延長され得、その結果、温熱処置装置６００の動作可能な端６０６を露出させ得る。代替の実施形態において、図２５に見られるように、センサ２２０、３２０は、温熱処置装置７００のシャフト７０２に沿って提供され得、かつ／またはこの中に取り入れられ得る。このような方法で、温熱処置装置７００のシャフト７０２は、動作可能な外側チューブ７０４に対して延長され得、それによってセンサ２２０、３２０を露出させる。さらなる実施形態において、動作可能な外側チューブ７０４は、周囲の組織に治療エネルギーを供給するためのエネルギー供給ニードルなどと取り替えられ得、温熱処置装置７００は、エネルギー供給ニードル７０４に対して延長され得る。
【００７７】
本開示の幾つかの実施形態が、図面において示されたが、本開示は、それに限定されるとは意図されていない。なぜならば、本開示は範囲が、当技術により可能となる範囲と同じ位広く、本明細書はそのように読まれるべきものと意図されているからである。従って、上記の記述は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に、好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付された請求項の範囲および精神内で他の修正に想到する。
【００７８】
（要約）
本開示に従って、少なくとも１つの方向における組織の属性を検知するシステムが提供される。システムは、少なくとも１つの方向における標的組織の熱伝導率を測定するように構成されたセンサを有する熱伝導プローブ、および少なくとも１つの方向における標的組織の電気伝導率を測定するように構成されたセンサを有する電気伝導プローブ、熱伝導プローブに動作可能に接続され、熱伝導プローブに電力を供給するように構成された電源、電気伝導プローブに動作可能に接続されたインピーダンスアナライザ、ならびに電源、マルチメータ、およびインピーダンスアナライザのうちの少なくとも１つに動作可能に接続されたコンピュータを含む。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、本開示の実施形態による検知システムの概略的な斜視図である。
【図２】図２は、図１の検知システムのマイクロ熱プローブの実施形態の概略的な例示である。
【図２Ａ】図２Ａは、図２の詳細の示されたエリアの拡大図である。
【図３】図３は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図４】図４は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図５】図５は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図６】図６は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図７】図７は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図８】図８は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図９】図９は、図２のマイクロ熱プローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１０】図１０は、図１の検知システムの別の電気マイクロプローブの実施形態の概略的な例示である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図１０の詳細の示されたエリアの拡大図である。
【図１１】図１１は、図１０の電気マイクロプローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１２】図１２は、図１０の電気マイクロプローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１３】図１３は、図１０の電気マイクロプローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１４】図１４は、図１０の電気マイクロプローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１５】図１５は、図１０の電気マイクロプローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１６】図１６は、図１０の電気マイクロプローブの作成における例示的なステップの概略的な図示である。
【図１７】図１７は、図１の検知システムを含む電気外科システムの概略的な例示であり、標的組織と連携して動作するよう示されている。
【図１８】図１８は、本開示の電気マイクロプローブの遠位端の斜視図である。
【図１９】図１９は、図１の１９−１９に沿った電気マイクロプローブの横断面図である。
【図２０】図２０は、図１の１９−１９に沿った別の電気マイクロプローブの横断面図である。
【図２１】図２１は、本開示のさらに別の実施形態による電気マイクロプローブの遠位端の概略的な例示である。
【図２２】図２２は、本開示のさらに別の実施形態による統合された電気および熱マイクロプローブの遠位端の概略的な例示である。
【図２３】図２３は、本開示の実施形態による電気切除装置の遠位端の概略的な例示である。
【図２４】図２４は、本開示の別の実施形態による電気外科装置の遠位端の概略的な例示である。
【図２５】図２５は、本開示のさらに別の実施形態による電気外科装置の遠位端の概略的な例示である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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